KR20140016264A - 전기유체히터 및 전기로 유체를 가열하는 방법 - Google Patents
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Abstract
몇몇 실시예들은 일반적으로 전기유체히터와 가열방법 및 이런 히터와 방법을 이용한 가열 시스템에 관한 것이다. 히터의 대표적인 실시예는 유체 유입구 및 유체 배출구를 가지며 상기 유체 유입구 및 유체 배출구 사이에 유체 통로를 정의하는 바디; 및 바디에 배치되고 나란히 배열된 적어도 2개의 가열 어셈블리들을 구비하고, 각 가열 어셈블리는 유체를 통해 교번하는 전류를 보냄으로써 유체를 가열하도록 구성된 적어도 2개의 전극을 구비하며, 적어도 2개의 가열 어셈블리는 유체 통로를 통해 흐르는 유체가 상기 적어도 2개의 가열 어셈블리를 통해 동시에 흐르도록 바디에 배열되어 있다.
Description
본 출원은 2011년 1월 7일자로 출원된 국제특허출원 PCT/AU2011/000016의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 합체되어 있다.
실시예들은 일반적으로 전기유체히터, 유체 가열방법, 및 이런 히터와 가열 방법을 이용한 시스템에 관한 것이다.
자동차, 선박, 항공 및 우주를 포함한 여러 분야에서 유체물질의 급속한 가열이 바람직하다. 가령, 추운 기후에서 배터리 성능은 하이브리드 전기차량에 계속 관심이 되고 있다. 따라서, 배터리로부터 허용가능한 전력 및 에너지 성능을 달성하기 위해 하이브리드 차량에서는 배터리를 데우는 것이 필요하다. 특히 추운 환경에서는, 배터리 및 하이브리드 전기차량의 엔진 모두가 차갑다. 엔진성능의 기능 둔화를 방지하기 위해, 엔진블록을 예열하는 것이 바람직하다. 다른 상황에서, 차량 객실에 있는 공기는 승객의 안락함을 위해 가열을 필요로 한다.
히터 코어 또는 열교환 시스템은 일반적으로 유체 또는 가스를 가열하는데 사용된다. 예로서, 차량의 엔진에 의해 가열된 데워진 엔진 냉각수가 차량에 설치된 히터 코어의 열교환기를 지난다. 공기는 팬에 의해 열교환기로 강제 송풍되고 데워진 엔진 냉각수로부터 나오는 열교환기로부터 열을 받는다. 그런 후 가열된 공기는 탑승객의 안락함을 위해 객실로 보내어지거나, 김제거 또는 얼음제거를 위해 윈드스크린(windscreen)으로 보내질 수 있다.
가열된 유체가 필요한 몇몇 적용에서, 가령 커피머신 및 기타 가열된 유체 분주기내에 공간이 매우 제한될 수 있다. 종래 히터들은 너무 부피가 클 수 있거나, 히터들이 작은 경우에는 너무 비효율적일 수 있다.
종래 가열기술과 관련된 하나 이상의 결함 및 단점들을 해결 또는 완화하거나 이런 기술들에 유용한 대안을 적어도 제공하는 것이 바람직하다.
본 명세서 전체에 걸쳐, "구비하다" 라는 용어 또는 "포함하다" 또는 "구비하는"과 같은 변형은 임의의 다른 요소, 정수번호 또는 단계, 또는 요소, 요소, 정수번호 또는 단계의 그룹을 배제하는 것이 아니라, 진술된 요소, 정수번호 또는 단계, 또는 요소, 요소, 정수번호 또는 단계의 그룹의 포함을 의미하는 것을 알게 될 것이다.
몇몇 실시예들은 유체 유입구와 유체 배출구 사이에 유체 통로를 정의하는 유체 유입구와 유체 배출구를 갖는 바디와, 상기 바디에 배치되고 나란히 배열된 적어도 2개의 가열 어셈블리를 구비하고, 각 가열 어셈블리는 유체를 통해 교번하는 전류를 보냄으로써 유체를 가열하도록 구성된 적어도 2개의 전극을 구비하며, 적어도 2개의 가열 어셈블리는 유체 통로를 통해 흐르는 유체가 상기 적어도 2개의 가열 어셈블리를 통해 동시에 흐르도록 바디에 배열되어 있는 전기유체히터에 관한 것이다.
전기유체히터는 적어도 3개의 가열 어셈블리들을 구비할 수 있다. 가열 어셈블리들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 분할된 전극을 구비하고, 각 분할된 전극은 복수의 전기 절연가능한 전극 세그먼트들을 포함한다. 각 분할된 전극은 분할된 전극에 전압 인가시 상기 분할된 전극에 의해 인출된 전류가 선택된 하나 이상의 전극 세그먼트들의 유효 활성화 영역에 따라 결정되도록 하나 이상의 전극 세그먼트를 선택적으로 활성화시킴으로써 제어될 수 있다.
히터는 하나 이상의 분할된 전극들의 전극 세그먼트들을 선택적으로 활성화 또는 비활성화시킴으로써 유체를 가열하기 위해 인가된 전력을 최적화하도록 동작될 수 있는 컨트롤러를 더 구비할 수 있다. 컨트롤러는 가열 어셈블리들 각각의 출력에서 유체온도를 반복적으로 측정하도록 더 동작될 수 있고 계산된 출력 온도값과 측정된 온도 출력값을 비교할 수 있다.
적어도 2개의 가열 어셈블리들은 유체 유입구에서 유체 배출구로 지나는 유체가 적어도 2개의 가열 어셈블리들 중 적어도 하나를 통과해야 하도록 배열될 수 있다.
바디는 체적이 가령 약 0.1㎥ 및 선택적으로 약 0.05㎥ 미만일 수 있다. 적어도 2개의 가열 어셈블리들이 동일 간격으로 바디의 중심축 주위로 배열될 수 있다. 바디는 적어도 부분적으로 실질적으로 원통형 또는 직사각형일 수 있다. 각 가열 어셈블리의 적어도 2개의 전극들은 실질적으로 동심형일 수 있다. 각 가열 어셈블리내 동심적으로 배열된 전극들의 표면적으로 인해 정확한 양의 에너지가 물에 전해지게 된다. 동심적으로 평행한 가열 어셈블리들 각각에서 전극들의 표면적은 다를 수 있다.
각 가열 어셈블리의 적어도 2개의 전극들은 불활성 전기 도전재료로 이루어질 수 있다. 불활성 전기 도전재료는 전기 도전성 플라스틱 재료, 탄소 침착된 재료 및 탄소코팅 재료 중 하나를 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
몇몇 실시예들은 물질을 가열하기 위한 가열기로서,
상술한 전기유체히터와,
전기 유체히터로부터 가열된 열을 수용하고 가열된 유체에서 나온 열을 물질로 전달하기 위한 유체 리셉터클을 구비하고, 피가열 물질은 가열된 유체를 포함하는 유체 리셉터클 부근에 있는 가열기에 관한 것이다.
가열기에 의해 가열된 유체는 물, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 미네랄 또는 합성 오일 및 나노유체 중 하나일 수 있다. 히터 및 유체 리셉터클은 유체가 이동하는 페쇄루프 유체경로의 일부를 형성할 수 있다. 가열기는 유체가 히터를 통해 유체 리셉터클로 이동하게 하는 펌프를 더 구비할 수 있다.
몇몇 실시예들은 유체 유입구와 유체 배출구 사이에 유체 통로를 정의하는 유체 유입구와 유체 배출구를 갖는 바디를 통해 유체를 보내는 단계와,
상기 바디에 배치되고 나란히 배열된 적어도 2개의 가열 어셈블리를 이용해 유체를 가열하는 단계를 포함하고,
각 가열 어셈블리는 유체를 통해 교번하는 전류를 보냄으로써 유체를 가열하도록 구성된 적어도 2개의 전극을 구비하며,
적어도 2개의 가열 어셈블리는 유체 통로를 통해 흐르는 유체가 상기 적어도 2개의 가열 어셈블리를 통해 동시에 흐르도록 바디에 배열되어 있는 가열방법에 관한 것이다.
상기 방법은 바디로부터 유체 리셉터클로 가열된 유체를 펌핑하는 단계를 더 포함하고, 유체 리셉터클은 가열된 유체에서 나온 열을 상기 유체 리셉터클 부근에 있는 물질로 전달한다. 유체 리셉터클은 열교환기 내에 있을 수 있고, 상기 열교환기를 통해 물질을 보내는 단계를 더 포함할 수 있다. 유체 리셉터클, 열교환기 및 바디는 폐쇄유체루프의 일부분을 함께 이루며, 폐쇄루프를 통해 유체를 순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 가열된 물질의 온도를 컨트롤하기 위해 가열된 유체의 온도를 컨트롤하는 단계를 더 포함할 수 있다.
적어도 2개의 가열 어셈블리들은 유체 통로에 위치된 적어도 제 1, 제 2, 및 제 3 평행 가열 어셈블리들을 포함할 수 있다. 유체 유입구에서 유체 배출구로 지나는 유체가 적어도 2개의 가열 어셈블리들 중 적어도 하나를 지나야하도록 적어도 2개의 가열 어셈블리들이 배열될 수 있다.
상기 방법은 유체 유입구에서 유체 전도도, 설정 유량 및 유체 온도를 측정하는 단계; 및 측정된 전도도, 유량 및 온도로부터, 유체를 설정 온도로 가열하기 위해 전극을 통해 유체에 전달되는 필요 전력을 결정하는 단계를 더 포함하는 가열방법을 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 적어도 2개의 전극들의 분할된 전극 세그먼트들을 선택적으로 활성화 또는 비활성화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 유체에 전달된 전력의 최적화를 가능하게 할 수 있다.
각 가열 어셈블리의 적어도 2개의 전극은 하나의 분할된 전극을 포함하고, 가열은 분할된 전극에 전압 인가시 상기 분할된 전극에 의해 인출된 전류가 선택된 하나 이상의 전극 세그먼트들의 유효 활성화 영역에 따라 결정되도록 분할된 전극의 하나 이상의 전극 세그먼트들을 선택적으로 활성화시키는 단계를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들은 물질을 가열시키기 위해 열을 발생하는 방법으로서,
전기유체히터로 유체를 펌핑하는 단계;
유체를 통해 교번하는 전류를 보냄으로써 전기유체히터가 유체를 가열하는 단계; 및
전기유체히터로부터 유체 리셉터클로 가열된 유체를 펌핑하는 단계를 포함하고,
유체의 전기저항특성으로 인해 유체가 가열되며,
유체 리셉터클은 가열된 유체로부터의 열을 물질로 전달하며, 상기 물질은 가열된 유체를 포함하는 유체 리셉터클 부근에 있는 열을 발생하는 방법에 관한 것이다.
몇몇 실시예들은 물질을 가열하기 위한 가열기로서,
유체를 수용하고 상기 유체를 통해 교번하는 전류를 보냄으로써 유체를 가열하도록 동작될 수 있는 전기유체히터와,
전기유체히터로부터 가열된 열을 받아들이고 가열된 유체로부터의 열을 열교환기를 통해 물질로 전달하기 위한 열교환기내 유체 리셉터클을 구비하고,
유체의 전기저항특성으로 인해 유체가 가열되며,
피가열 물질은 열교환기 부근에 있는 가열기에 관한 것이다.
이런 물질 가열방법은 제어되는 식으로 전기적으로 전압이 가해지는 유체에 의해 발생된 열을 이용한다. 유체로부터의 열은 이용가능한 임의의 수단에 의해 가열시킬 물질에 전달될 수 있다. 일반적으로 피가열 물질은 가열된 유체를 포함하는 유체 리셉터클에 매우 가까이에서 또는 바로 접촉해 위치되거나 전달되거나 될 수 있다. 이런 식으로, 열교환이 발생할 것이며 피가열 물질이 데워질 것이다. 피가열 물질의 온도는 가열된 유체의 온도의 정확한 제어를 유지함으로써 제어된다.
유체 리셉터클은 전기유체히터와 페쇄루프를 형성한다. 이런 실시예에서, 상기 방법은 폐쇄루프를 통해 유체를 순환시키는 단계를 포함한다. 유체는 일반적으로 피가열 물질에 매우 가까이에 또는 바로 접촉해 있을 수 있는 유체 리셉터클에서 순환된다.
전기유체히터는 전기 소스로부터 교류전류(AC) 또는 직류전류(DC)일 수 있는 전력에으로 동작된다. DC 소스가 사용되면, 교류전류로 변환된 후 전극에 공급될 수 있다.
가열기는 전기유체히터에 의해 가열된 유체의 특정 타입에 국한되지 않으나 전기 및 열적으로 전도적인 것임을 알아야 한다. 임의의 시스템에 사용된 유체의 선택은 부분적으로 달성될 소정의 온도와 가열된 물질이 사용되는 적용에 따른다. 열전도적 유체로 물, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 미네랄 또는 합성 오일 및 나노유체 중에서 선택될 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 이들 유체들은 본 명세서에 개시된 바와 같이 열교환 응용에 사용하기에 적합하다. 가열된 유체가 열교환용으로 사용되기보다 분배되는 응용에서, 다른 유체들도 사용될 수 있다.
가열기는 유체 리셉터클 형태로 국한되지 않으며, 그 구성은 피가열 물체 타입과 선택된 특정유체 가열 적용에 따를 것이다. 상술한 유체가열 실시예들은 많은 유체가열 요구들에 광범위하게 적용된다.
유체 리셉터클은 열교환기의 구성요소를 형성할 수 있다. 일실시예에서 피가열 물질은 공기일 수 있고, 라디에이터 형태의 열교환기가 제공될 수 있다. 이런 실시예에서, 라디에이터는 상기 라디에이터를 통해 흐름에 따라 가열된 유체로부터 공기(물질)로 열을 전달할 수 있다. 다른 실시예에서, 유체 리셉터클은 폴리머 경화, 오토클레이브 동작, 윈드스크린의 김제거, 배터리의 가열, 및 엔진 예열을 포함한 다양한 적용범위의 전개를 위해 열교환기 등의 구성요소를 형성할 수 있다.
전기유체히터는 유입구에서 배출구로 흐름경로를 따라 유체를 보냄으로써 전기저항유체를 가열할 수 있다. 흐름경로는 제 1 가열 어셈블리를 지나는 유체가 나란한 제 2 가열 어셈블리를 지나도록 흐름경로를 따라 나란히 배치된 적어도 제 1 및 제 2 가열 어셈블리를 구비할 수 있고, 각 가열 어셈블리는 전기저항유체가 사이로 지나는 적어도 한 쌍의 전극들을 포함하며, 전기저항으로 인해, 흐름경로를 따라 유체 통로를 지남에 따라 전류를 인출한다.
흐름경로는 유체가 나란히 모두 3개 이상의 가열 어셈블리들을 지나도록 흐름경로를 따라 위치된 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 병렬 가열 어셈블리를 구비할 수 있다.
전기유체히터는 유입구 및 배출구에서 유체 전도도, 유량, 및 유체 온도를 측정하도록 더 동작될 수 있다. 측정된 유체 전도도, 유량 및 온도로부터, 전기유체히터는 소정량의 유체 온도를 가열하기 위해 제 1, 제 2, 제 3 및/또는 n번째 병렬 가열 어셈블리에 의해 유체로 전달되는 필요 전력을 결정할 수 있다.
소정 실시예에서, 전기유체히터의 가열 어셈블리들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 분할된 전극을 포함할 수 있고, 분할된 전극은 상기 분할된 전극의 유효 활성면적이 상기 분할된 전극에 전압 인가시 인출되는 전류가 선택된 하나 이상의 세그먼트들의 유효 활성면적에 의해 결정되도록 선택적으로 세그먼트를 활성화시킴으로써 제어되게 하는 복수의 전기 절연가능한 전극 세그먼트들을 포함한다. 또한, 피크 전류한계를 초과하지 않는 것을 보장하는 식으로 전극 세그먼트 선택이 수행될 수 있다. 이런 실시예에서, 유입구 전도도의 측정으로 컨트롤러는 제공되는 전류가 전류 한계를 초과하는지를 결정하게 하고 이런 전류 한계가 안전하게 충족되지 않는다면 전극의 작동을 멈추게 한다.
소정 실시예에서, 실질적으로 유입하는 유체 전도도의 측정에 응답해 유체 전도도의 변화가 계속 수용된다. 유체 전도도는 하나 이상의 가열 어셈블리들의 하나 이상의 전극을 가로지르는 전압의 인가시 인출된 전류와 관련해 결정될 수 있다.
다른 실시예들은 측정된 유체 전도도를 이용해 가열기가 동작하도록 설계된 허용가능한 유체 전도도의 기설정된 범위에 전혀 위반되지 않도록 보장한다.
더욱이, 복수의 나란한 가열 어셈블리들을 제공함으로써, 각 가열 어셈블리는 유체 온도 증가에 따라 유체의 전기 전도도 변화를 고려하는 식으로 동작될 수 있다. 가령, 물의 전도도는 평균적으로 섭씨온도 당 약 2%씩 온도가 증가한다. 유체가 섭씨 온도 단위로, 가령 실온에서 섭씨 60도 또는 섭씨 90도로 가열될 경우, 유입구의 유체 전도도는 배출구 유체 전도도와 상당히 다를 수 있다.
흐름경로를 따라 병렬 가열 어셈블리들을 지나면서 유체에 전기적으로 전압을 공급함으로써 각 가열 어셈블리는 소정 온도범위내 동작하게 된다. 따라서, 각 가열 어셈블리는 전체 온도범위에 걸쳐 하나의 또는 평균 전도도 값에 대한 전력을 인가하려는 시도라기보다는 정의된 온도 내에 유체 전도도에 해당되는 적절한 전압을 인가할 수 있다.
하나 이상의 실시예들은 히터 유입구에서 유체 온도를 측정하고, 유체 가열의 피드백 제어를 허용하기 위해 하류에 유체 온도센서를 더 구비할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 각 가열 어셈블리는 유체 흐름경로가 사이에 지나는 실질적으로 평평한 전극들을 구비할 수 있다. 대안으로, 각 가열 어셈블리는 상기 가열 어셈블리가 유체 흐름을 위한 환형 부피 또는 채널을 정의하는 실질적으로 동축의 원통 또는 곡선 부재를 포함할 수 있다. 가열 어셈블리는 유체에 대한 복수의 나란한 흐름경로를 함께 정의할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 가열기는 3 이상의 가열 어셈블리들을 포함할 수 있고, 각 어셈블리는 유입구 및 배출구를 가지며, 어셈블리들은 병렬 연결되어 있고, 컨트롤 수단은 측정된 유입하는 유체 전도도에 따라 전극 세그먼트들을 초기에 선택하며, 컨트롤 수단은 시스템 유입구 및 배출구 온도를 측정함으로써 결정되는 필요한 유체 온도에 따라 각 어셈블리의 전극 쌍에 대해 전력을 제어한다.
임의의 전극 세트 사이를 지나는 유체의 체적은 유체가 유체 흐름과 연계해 취해진 전극에 노출되는 통로의 치수 결정에 의해 결정될 수 있다.
주어진 유체의 체적이 전극으로부터 전력을 받아들이는 시간은 시스템을 통한 유체의 유량과 관련해 결정될 수 있다. 유체의 온도 증가는 유체에 가해지는 전력량에 비례한다. 유체의 온도를 높이는데 필요한 전력량은 가열되는 유체의 질량(체적) 및 흐름경로를 통한 유체의 유량에 비례한다. 유체를 통해 흐르는 전류의 측정은 전기 전도도의 측정 또는 상기 유체의 도전율로 이용될 수 있으며, 따라서 인가되는 전력을 일정하게 또는 소정 수준으로 유지하는데 필요한 시스템의 컨트롤 및 관리와 함께 활성화되게 한다. 전기 전도도 및 이에 따른 가열되는 유체의 도전율은 온도 상승에 따라 변하며, 따라서 유체 흐름의 경로를 따라 도전율 그래디언트를 일으킨다.
유체 바디의 온도를 높이는데 필요한 에너지는 2개의 관계식을 결합함으로써 결정될 수 있다:
에너지 = 비열용량×밀도×체적×온도변화
유체 바디의 온도를 높이는데 필요한 단위시간당 에너지는 하기의 관계식에 의해 결정될 수 있다:
분석을 위해 물인 경우, 가령 물의 비열용량은 0도씨 내지 100도씨 사이에서 일정한 것으로 간주될 수 있다. 1이 되는 물의 밀도도 또한 일정한 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 비열 또는 1초에 1도씨 물의 단위질량의 온도를 변화시키는데 필요한 에너지량은 일정한 것으로 간주되고 "k"로 표기될 수 있다. 체적/시간은 유량과 같다(Fr). 따라서, 유체의 바디의 온도를 높이는데 필요한 시간단위당 에너지는 하기의 관계식에 의해 결정될 수 있다.
따라서, 필요한 온도변화를 알고 있는 경우, 유량이 결정될 수 있고 필요한 전력이 계산될 수 있다.
비제한적인 실시예로, 피가열 물질이 차량의 객실에 있는 공기인 경우, 사용자가 가열된 공기를 필요로 할 때 차량 계기판 또는 원격제어장치상의 컨트롤러 입력 구성요소가 작동된다. 이 작동입력은 전기유체히터에 의해 감지 또는 전기유체히터로 보내질 수 있고 가열 순서를 개시한다. 유입구 유체의 온도가 측정될 수 있고 시스템으로부터 출력된 유체에 대한 기설정된 소정 온도와 비교될 수 있다. 이들 2개의 밸브들에 대해, 유입구에서 배출구로 유체 온도에서의 필요한 변화는 컨트롤러에 의해 결정될 수 있다.
전극 어셈블리에 대한 유입구 유체의 온도는 측정된 유입구 유체 온도변화에 대한 값으로 시간에 걸쳐 반복적으로 측정될 수 있고, 전극 어셈블리들의 유입구 또는 배출구로부터 필요한 온도변화에 대해 계산된 값이 이에 따라 조절될 수 있다. 마찬가지로, 온도, 미네랄 내용물 등이 변경됨에 따라, 전기 전도도 및 이에 따른 유체의 도전율에서의 변화가 시간에 걸쳐 발생될 수 있다. 따라서, 유체를 통과한 전류가 변할 수 있어, 유체에 인가된 최종 발생한 전력이 변하게 되며, 이는 분할된 전극(들)의 요소들을 선택적으로 활성화 또는 비활성화함으로써 조정될 수 있다. 시간에 걸쳐 반복적으로 가열부들의 온도 출력을 측정하고 계산된 출력 온도값들과 이들을 비교함으로써 반복된 계산이 유체에 인가된 전력을 계속 최적화할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 마이크로컴퓨터 제어관리시스템에 의해 제공된 계산수단이 가열 어셈블리 유입구과 배출구 간에 소정의 온도변화를 달성할 전력 값을 결정함으로써 전극들 사이를 지나는 유체에 인가되어야 하는 전력을 결정하는데 이용되어, 물의 도전율에 대한 변화 효과를 측정하고 이로써 전극 세그먼트의 적절한 활성화를 선택하며 주어진 유량에 대해 인가하는데 필요한 전력을 계산한다.
몇몇 실시예에서, 각각의 가열 어셈블리내 전극들 사이에 이에 따라 유체를 통해 흐르는 전류가 측정된다. 가열 실시예의 입출력 온도도 또한 측정된다. 전류 및 온도 측정으로 마이크로컴퓨터 제어관리시스템의 컴퓨팅 수단이 소정량 만큼 유체의 온도를 높이기 위해 각각의 가열 어셈블리에서 유체에 인가되는데 필요한 전력을 결정한다.
몇몇 실시예에서, 마이크로컴퓨터 제어관리시스템에 의해 제공된 컴퓨팅 수단은 각각의 가열 어셈블리의 전극들 사이를 지나는 유체에 인가되어야 하는 전력을 결정하고, 어떤 전극 세그먼트가 각 분할된 전극에 활성화되어야 하는지 선택하며, 소정 온도 변화를 달성하도록 인가되어야 하는데 필요한 전력을 계산한다.
초기 가열 순서의 일부로서, 인가된 전압은 전극들 사이를 지나는 유체의 초기 도전율을 결정하기 위해 이런 식으로 제어될 수 있다. 전극에 전압의 인가로 전류가 그 사이를 지나는 유체를 통해 인출되므로, 이를 통해 인출된 전류에 직접 비례하는 유체의 도전율을 결정할 수 있다. 따라서, 필요한 양만큼 각각의 가열 어셈블리에 있는 전극들 사이를 흐른 유체의 온도를 높이기 위해 각 가열 어셈블리에서 전극들 사이를 흐르는 유체에 공급되어야 하는 전력의 관리가 정확하게 적용될 수 있다. 유체에 의해 인출된 순간 전류는 유체 흐름경로의 길이를 따른 변화에 대해 계속 모니터링될 수 있다. 통로를 따른 임의의 위치에서 인출된 순간 전류의 어떤 변화는 유체의 전도도 또는 도전율의 변화를 나타낸다. 가열 어셈블리에서 전극들 사이를 지나는 유체에 감지되는 변하는 도전율 값들은 가열 경로를 따른 도전율의 그래디언트를 효과적으로 정의한다.
히터 및 가열기의 다양한 동작 파라미터들이 계속 모니터링되고 주어진 주기에서 유체의 온도를 기설정된 소정의 온도로 올리기 위해 유체에 공급되어야 하는 전력을 결정하기 위해 계산이 계속 수행된다.
본 발명의 내용에 포함됨.
실시예들은 예로써 첨부도면을 참조로 하기에 더 상세히 기술되어 있다.
도 1은 몇몇 실시예에 따라 물질을 가열하기 위한 가열기를 도시한 것이다.
도 2는 몇몇 실시예에 따라 물질을 가열하기 위한 가열기를 도시한 것이다.
도 3은 도 1 또는 도 2에 도시된 가열기와 함께 사용될 수 있으며, 각각이 한 쌍의 전극을 갖는 3개의 가열 어셈블리들의 병렬 배열을 갖는 전기유체히터를 도시한 것으로, 각각의 전극 중 하나는 2개의 전극 세그먼트들로 분할된다.
도 4는 도 1, 도 2 또는 도 3에 도시된 가열기와 함께 사용될 수 있으며 3개의 가열 어셈블리들의 병렬 배열을 갖는 전기유체히터를 도시한 것으로, 전극들은 동심으로 배열되어 있다.
도 1은 몇몇 실시예에 따라 물질을 가열하기 위한 가열기를 도시한 것이다.
도 2는 몇몇 실시예에 따라 물질을 가열하기 위한 가열기를 도시한 것이다.
도 3은 도 1 또는 도 2에 도시된 가열기와 함께 사용될 수 있으며, 각각이 한 쌍의 전극을 갖는 3개의 가열 어셈블리들의 병렬 배열을 갖는 전기유체히터를 도시한 것으로, 각각의 전극 중 하나는 2개의 전극 세그먼트들로 분할된다.
도 4는 도 1, 도 2 또는 도 3에 도시된 가열기와 함께 사용될 수 있으며 3개의 가열 어셈블리들의 병렬 배열을 갖는 전기유체히터를 도시한 것으로, 전극들은 동심으로 배열되어 있다.
실시예들은 일반적으로 전기유체히터 및 가열방법에 관한 것이다. 몇몇 히터 및 유체가열 실시예들은 가열기 또는 가열시스템과 함께 가열된 유체에서의 열을 가령 공기와 같은 또 다른 유체 또는 물과 같은 액체와 같이 또 다른 물질로 전달하기 위해 이용될 수 있다. 유체히터 및 가열방법 실시예는 작은 부피내에서 물을 효율적으로 급히 가열하는 다수의 유체가열 어셈블리들의 병렬 배열을 이용한다. 이 병렬 배열로 가열장치가 가열효율 및 전력소비를 위해 놀랍게도 작은 하우징내에 포함되게 한다.
도 1은 가령 공기와 같은 가스, 물 또는 음료 액체와 같은 액체일 수 있는 타겟물질을 가열하기 위해 가열기(10)의 몇몇 실시예를 도시한 것이다. 가열기(10)는 전자 컨트롤러(24)에 의해 제어되고 컨티셔닝/열교환기(20)의 구성요소를 이루는 유체 리셉터클에 결합되는 전기유체히터(22)를 나타낸다. 열교환기(20)의 다양한 가능한 구성들이 이용될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예는 열교환기(20)를 통해 가열된 물질에 열적으로 유효하게 결합된 전기유체히터(22)를 고려한 것이다. 전기유체히터(22)는 소형펌프(26)를 이용해 상기 전기유체히터(22)와 열교환기(20) 간에 순환되는 유체를 가열하는데 사용된다. 열교환기(20)는 가열된 유체로부터의 열을 피가열 물질로 전달하는데 사용된다. 전달된 열의 수준은 전기유체히터(22) 및 전자 컨트롤러(24)에 의해 제어된다.
이 또는 유사한 실시예에서, 전기유체히터(22)는 다수의 평행한(그리고 선택적으로 동심의) 전극소자들을 이용하고, 전자적 제어하에서 유체 자체 내에 가열을 야기하도록 교류전류 형태의 전기에너지를 전극으로부터 유체에 직접 인가해 유체를 가열한다. 전극에 이 교류전류의 인가는 실질적으로 (각각의 연속 반대극성의 전류펄스에 대한 순간적 레벨에서와는 다른) 유체의 전기분해 발생을 방지하기 위한 것이다. 따라서, 유체에 전기에너지 인가라는 단서는 유체의 열(운동) 에너지를 증가시키는 것 이외에 유체의 특성들과의 화학적 간섭을 최소화하도록 제어된다.
전기유체히터 전압이 메인 전력 또는 배터리와 같은 전력 소스에 의해 제공된다. 히터(22)는 일반적으로 설정 유체 유량을 달성하고 적용될 수 있는 경우, 가령, 온도 변화로 인한 유체 전도도(fluid conductivity)의 변화를 고려하기 위해 관통해 흐르는 유체 흐름을 제어한다. 펌프(26)를 통해 유체흐름이 용이해지는 폐쇄루프형 연속유동 유체히터이면, 전기유체히터(22)는 온도 및 전도도의 제한된 변화 범위 내에서 동작한다.
도 2는 타겟물질을 가열하기 위한 가열기(15)의 다른 실시예를 도시한 것으로, 동일한 참조부호는 실시예들 간에서 같이 동일한 구성요소들을 나타낸다. 이 예에서, 전기유체히터(22)는 자동차 엔진 냉각수를 가열하기 위해 사용된다. 이에 대해, 냉각수(coolant)라는 용어는 반드시 냉각 기능을 수행하기보다는 온도전달매질을 의미하기 위해 사용된다. 가열된 엔진 냉각수는 자동차 내부에 전달되는 공기를 가열하는데 사용되는 열교환기(20)내에 기존의 유체 리셉터클을 통해 펌핑된다. 실제로, 가열된 유체는 소형펌프(26)를 이용해 전기유체히터(22)와 열교환기(20) 간의 폐쇄루프로 순환된다. 열교환기(20)와 연결된 솔레노이드(28)가 피가열 엔진 냉각수를 공급/회수한다. 열교환기(20)는 차량 객실로 송풍되는 공기를 가열하기 위해 사용될 수 있다. 공기가 열교환기(20)에 의해 유효하게 가열될 정도로 흐르는 엔진 냉각수가 충분히 뜨거워지면, 전기유체히터(22)는 솔레노이드(28)를 이용해 분리된다.
도 3 및 도 4는 가열된 유체로부터 열 전달에 의해 물질을 가열하도록 가열기(10 또는 15)용 유체히터(22)로 사용될 수 있는 전기유체히터(100)의 실시예의 개략도이다. 도 3은 전극들이 평면 구성으로 배열되어 있는 실시예를 도시한 것이며, 도 4는 전극들이 동심 구성으로 배열되어 있는 실시예를 도시한 것이다. 동심의 병렬 가열 어셈블리들 각각에서 전극들의 표면적은 다를 수 있거나, 몇몇 실시예에서는 거의 같을 수 있다. 가령 물, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 미네랄 또는 합성오일 및 나노유체를 포함할 수 있는 피가열 유체가 전기유체히터(100)의 바디(112)를 통해 흐르도록 야기된다.
바디(112)는 바람직하게는 합성 플라스틱 재료와 같이 전기적으로 비전도적이고 열적으로 비전도적 또는 가능한 아주 적게 전도적인 재료로 제조된다. 그러나, 적용에 따라, 바디(112)는 전기적으로 전도적인 알루미늄 파이프와 같은 금속 유체파이프에 연결될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 메시접지 그리드(114)가 바디(112)의 유입구 및 배출구에 포함되어 상기 히터(100)에 연결된 임의의 금속관에 전기 접지된다. 접지 그리드(114)는 히터(100)가 설치되는 전기 시설의 전기 접지에 이상적으로 연결될 것이다. 메시접지 그리드(114)가 히터(100)를 통과한 물을 통해 전극으로부터 전류를 인출할 수 있기 때문에, 컨트롤 시스템내 접지누전보호 작동이 달성될 수 있다. 시스템은 바람직하게는 접지누전 회로보호 디바이스를 포함한다.
동작시, 유체는 바디(112)의 일단에 있는 유체 유입구로 들어와 맞은편 단부에 있는 유체 배출구로 나가며, 유체는 바디(112)에 의해 정의된 유체 통로를 지나고, 흐름 방향은 흐름경로 화살표(102)로 표시되어 있다.
바디(112)는 유입구에서 배출구로 지나는 유체의 유체유동경로를 함께 정의하는 각각의 평행 가열 어셈블리(116, 117 및 118)를 포함한 3개의 가열부를 수용할 수 있다. 가열 어셈블리(116, 117 및 118)는 바디(112)내에 배열되어 있어 유입구에서 배출구로 지나는 유체는 상기 가열 어셈블리(116, 117 및 118) 중 적어도 하나를 지나야 한다. 몇몇 실시예에서, 도 3에 예시된 3개 대신 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개 이상의 이런 가열 어셈블리들이 사용될 수 있다. 그러나, 예를 위해, 3개의 가열 어셈블리들을 갖는 실시예가 도시되고 기술되어 있다.
가열 어셈블리(116, 117 및 118)에서 전극의 전극 재료는 임의의 적절한 불활성 전기 도전재료 또는 도전성 플라스틱 재료, 첨착된 탄소, 코팅 재료 등과 같은 비금속 도전재료일 수 있다. 전극들은 화학 반응 및/또는 전기분해를 최소화하는 재료 중에서 선택되는 것이 중요하다. 이들 전극들은 쌍으로 배열되며, 쌍의 한 전극은 적어도 2개의 전극 세그먼트로 분할된다.
분할된 전극(116a, 117a 및 118a)인 각 전극 쌍의 분할된 전극은 AC 전원의 라이브측(124) 쪽의 별도의 전압 전원장치의 컨트롤 디바이스(Q1, Q2, Q3)를 통해 공통 스위치 경로에 연결되는 반면, 각 전극 쌍의 다른 부분(116b 및 117b)은 리턴측 전압 전원장치(121)에 연결된다. 별도의 전압 전원장치 컨트롤 디바이스(Q1, Q2, Q3)는 마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)에 의해 제공된 전력관리 컨트롤에 따라 라이브 전원(124)을 스위치시킨다. 각각의 개별 가열 어셈블리(116, 117 및 118)에 공급된 총 전류가 전류측정장치(129)에 의해 측정된다. 전류 측정은 입력 인터페이스(133)를 통해 입력신호로서 가열 어셈블리들에 대한 전원 컨트롤로서 동작하는 마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)에 제공된다.
마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)은 실행시 상기 마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)(또는 본 명세서에서 컨트롤러라고 함)이 측정장치/센서로부터 데이터 입력을 수신하고, 상기 데이터를 본 명세서에 기술된 바와 같이 계산 및 결정하여 컨트롤 출력을 본 명세서에 기술된 다양한 전기 및 유체 컨트롤 구성요소들에 제공하게 하는 실행가능한 프로그램 코드를 저장하는 메모리(미도시)에 접근을 갖는다.
마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)은 유입구 부근에서 바디(112)에 위치된 흐름 스위치 디바이스(104)로부터 입력 인터페이스(133)를 통해 신호를 또한 수신한다. 임의의 전극 세그먼트 세트 사이를 지나는 유체의 부피는 유체 흐름과 연계해 취한 전극 세그먼트에 유체가 노출되는 통로의 치수를 이전에 측정함으로써 정확하게 결정될 수 있다. 마찬가지로, 유체의 주어진 부피가 전극 세그먼트로부터 전력을 받는 시간도 통로를 통한 유체의 유량을 측정함으로써 결정될 수 있다. 유체의 온도 증가는 유체에 인가된 전력량에 비례한다. 알고 있는 양의 유체의 온도를 높이는데 필요한 전력량은 가열되는 유체의 질량(또는 알려진 유체밀도에 대한 부피) 및 통로를 지나는 유체 유량에 비례한다. 유체를 통해 흐르는 전류의 측정은 상기 유체의 전기 전도도 또는 도전율의 측정으로 이용될 수 있어 이에 따라 인가된 전력을 일정하게 유지하는데 필요한 인가된 전원관리의 변화에 대해 마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)이 결정하게 한다. 가열되는 유체의 전기 전도도 및 이에 따른 도전율은 온도를 올림으로써 변할 것이며 따라서 유체 흐름경로를 따라 도전율의 그래디언트를 야기한다.
마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)은 또한 신호입력 인터페이스(133)를 통해 유입구 부근의 입력온도측정장치(135)로부터 신호를 수신하여 바디(112)로의 입력 유체의 온도를 측정하고, 출력온도측정장치(136)는 바디(112)를 나가는 유체의 온도를 측정한다.
유체히터(100)는 히터가 설치된 특정 위치로부터 발생하거나 하나의 위치에 시간마다 발생하는지 간에 유체 전도도의 변화에 맞춰질 수 있다. 유체 전도도에서의 변화로 주어진 인가전압에 대한 각각의 전극에 의해 인출된 전류량이 변하게 된다. 이 실시예는 이런 변화를 감시하고 시스템이 동작하게 하기 전에 전극 세그먼트의 어울리는 조합을 초기에 선택하도록 측정된 전도도 값을 이용해 디바이스가 소정의 전류레벨을 인출하는 것을 보장한다.
각 전극 쌍(116, 117 및 118)의 한 전극은 2개의 전극 세그먼트들(116a와 116ai, 117a와 117ai, 및 118a와 118ai)로 분할될 수 있다. 각각의 전극에 대해, 가령, ai 세그먼트는 전극의 활성 영역의 약 40%를 형성하도록 제조될 수 있고, a 세그먼트는 전극의 활성 영역의 약 60%를 형성하도록 제조될 수 있다. 그러나, 2 이상의 세그먼트들이 이용될 수 있고, 다른 비율의 활성 영역들도 세그먼트들에 이용될 수 있다. 따라서, 적절한 전극 세그먼트들 또는 적절한 전극 세그먼트들의 조합의 선택으로 적절한 전극 표면적이 선택되게 한다.
전도성이 큰 유체에 대해, 더 작은 전극 표면적이 선택될 수 있어, 주어진 전압에 대해, 전극에 의해 인출된 전류가 소정 또는 안전 레벨 위로 올라가는 것이 방지된다. 반대로, 전도성이 나쁜 유체에 대해, 더 큰 전극 표면적이 선택될 수 있어, 동일하게 주어진 전압에 대해, 유체에 소정의 전력 전달을 달성하도록 충분한 전류가 인출될 것이다. 세그먼트의 선택은 적절하게 안밖으로 전원 스위칭 디바이스(Q1,…, Q3)에 의해 간단히 달성될 수 있다.
선택된 전극 세그먼트의 조합된 표면적은 특히 시스템의 정격 최대 전류값이 초과되지 않는 것을 보장하기 위해 계산된다.
마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)은 다양하게 모니터된 입력을 수신하고 전극 활성화 영역 선택 및 소정의 전극 쌍 전력에 대한 필요한 계산을 수행하여 바디(112)를 통해 흐르는 유체에 공급되는 계산된 전력량을 제공한다. 마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)은 가열 어셈블리(116,117,118) 각각에 연결된 전원으로부터 전압의 (교번하는) 펄스 제공을 제어한다. 각각의 펄스 전압 전원장치는 마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)으로부터 전력 스위칭 디바이스(Q1,…, Q3)로 별개의 컨트롤 신호들에 의해 각각 제어된다.
마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)이 대표적인 입력신호를 수신하는 다양한 파라미터를 기초로, 상기 마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)에 의해 실행된 소프트웨어 코드의 제어를 받으며 컴퓨팅 수단은 가열된 유체가 소정의 온도로 또는 소정의 온도에 매우 가깝게 바디(112)의 배출구로부터 방출되도록 바디(112)를 통해 흐르는 유체에서의 필요한 온도 변화를 부여하기 위해 필요한 전력을 공급하도록 전력 스위칭 디바이스가 필요로 하는 컨트롤 펄스를 계산한다.
마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)은 유체가 가열될 수 없는 최대 온도값을 나타내는 저장된 정의된 최대 온도를 가질 수 있다(또는 메모리에 접근할 수 있다). 유체히터(100)는 어떤 이유로 출력온도센서(136)에 의해 감지된 온도가 정의된 최대 온도보다 더 크다면 전극에 전력의 공급이 즉시 차단되며 유체펌프(26)가 비활성화되도록 설계될 수 있다. 그러나, 마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)은 가령 셧다운 특성 표시를 제공할 수 있도록 이런 상황에서 활성화된 채로 있을 수 있다.
마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)은
(a) 배출구에서 유체온도가 최대 허용가능한 온도를 초과하지 않고;
(b) 접지로 누전이 기설정된 설정값을 초과하지 않으며;
(c) 시스템 전류가 시스템의 사전설정된 전류한계를 초과하지 않는 것을 보장하기 위해 일련의 체크를 반복적으로 수행한다.
이들 체크들은 유닛이 동작되는 동안 반복적으로 수행되고 체크들 중 어느 하나가 제어한계의 위반을 드러내면, 적어도 전극 및 펌프가 즉시 비활성화된다. 초기 시스템 체크가 만족스럽게 완료되면, 소정량 만큼 온도를 변화시키기 위해 바디(112)를 통해 흐르는 유체에 인가되어야 하는 필요 전력을 결정하기 위해 계산이 수행된다. 그런 후 계산된 전력은 단일 경로에서 바디(112)를 통해 흐르기 때문에 가열 어셈블리(116, 117, 118)에 인가되어 유체온도를 소정 온도로 빨리 올린다.
바디(112)를 통해 흐르는 유체가 바디의 유입구 단부로부터 온도가 상승함에 따라, 전도도도 상승된 온도에 응답해 변한다. 입력온도 측정장치(135) 및 출력온도 측정장치(136)는 가열 어셈블리(116,117,118)를 포함한 바디(112)에서 3개의 가열 어셈블리에서의 온도차를 측정한다. 각각의 가열 어셈블리(116,117,118)에 인가된 전력은 균일한 온도 상승이 바디(112)의 길이를 따라 발생하는 것을 보장하고, 각각의 가열 어셈블리(116,117,118)에 실질적으로 일정한 전력을 유지하며, 135에서 입력온도측정과 136에서 출력온도측정 간에 유체 가열시 가장 큰 효율과 안정성을 보장하기 위해 유체 전도도에서의 변화를 고려해 다루어질 수 있다. 흐르는 유체에 공급된 전력은 필요한 전력과 동등한 활성화된 전력 스위칭 디바이스(Q1,…, Q3)에 의해 공급된 컨트롤 펄스들을 조절함으로써 변한다. 이는 개개의 가열 어셈블리(116,117,118)에 의해 유체에 공급된 전력을 증가 또는 감소시키는데 이용된다.
유체히터(100)는 유체를 전류측정장치(129) 및 온도측정장치(135 및 136)을 참조함으로써 전도도에서의 변화에 대해 반복적으로 감시한다. 유체온도증가의 변화로부터 발생한 시스템내 유체 전도도에 대한 값의 임의의 변화들, 바디(112)의 길이를 따라 검출됨에 따라 유체 구성성분의 변화들, 또는 유체에 의해 인출된 검출 전류에서의 변화들은 계산 수단이 가열 어셈블리(116,117,118)에 인가되는 수정된 평균전력값을 계산하게 한다.
유입하는 유체 전도도에서의 변화는 마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)이 전극 세그먼트들(116a와 116ai, 117a와 117ai, 및 118a와 118ai)의 변화된 조합들을 선택적으로 활성화시킨다. 시스템 전류, 개개의 전극 전류 및 전극 세그먼트 유체 온도에 대한 이런 변화들의 일정한 폐쇄루프 모니터링은 개개의 가열 어셈블리들에 인가되는 전력을 재계산해 시스템이 유체히터(100)를 통해 흐르는 유체에 상대적으로 일정하고 안정적인 전력을 공급하게 할 수 있다. 각각의 분할된 가열어셈블리들을 통해 흐르는 유체의 특정 전도도에서의 변화가 이런 식으로 별개로 조절될 수 있다. 그러므로, 유체히터(100)는 바디(112)에서 유체를 가로지르는 최종 발생한 특정한 도전 그래디언트를 효과적으로 제어하고 조절할 수 있다.
따라서 실시예들은 온도 및 용해된 화학 구성요소들의 농도를 바꿈으로써 그리고 유체의 가열을 통해 소정량만큼 유체 온도를 높일 때 특정 전도도에서의 변화를 수용하도록 전력을 변경함으로써 야기된 유체의 전기 전도도에서의 변화에 대한 보상을 제공한다.
전극 가열 어셈블리들의 임의의 적절한 개수가 소정 실시예들의 성능에 사용될 수 있음이 명백해질 것이다. 따라서, 기술된 실시예들은 바디(112)를 통해 흐르는 유체를 가열하기 위한 3개의 가열부분들을 나타내는 반면, 통로에 있는 가열 어셈블리들의 개수는 개개의 요건 또는 유체를 가열하기 위한 고유의 적용에 따라 변할 수 있다. 가열 어셈블리의 개수가 가령 6개 쌍으로 늘면, 각 개개의 가열 어셈블리는 본 명세서의 실시예에 대해 기술된 바와 같이 동일한 방식으로 전력에 대해 개별적으로 제어될 수 있다. 마찬가지로, 하나의 전극이 분할되는 전극 세그먼트의 개수는 2개와 다를 수 있다. 가령, 전극이 1:2:4:8 비율의 활성영역을 갖는 4개의 세그먼트들로의 분할이 마이크로프로세서 컨트롤 시스템(141)에 의해 선택될 수 있는 15 값의 유효면적을 제공한다.
유체 자체의 저항으로 인해 열이 발생되도록 전류가 유체 자체를 통해 흐르게 하는 가열 어셈블리를 이용함으로써, 실시예는 전기저항 가열소자들에 대한 필요를 없애고, 따라서 소자 스케일링 또는 고장에 따른 문제를 완화하는 것이 이해될 수 있다. 다른 평행 가열 어셈블리의 컴팩트한 배열로 유체히터는 종래 가열 시스템에 대해 매우 공간 효율적이게 된다.
이 상세한 설명의 몇몇 부분들은 컴퓨터 메모리내에 데이터 비트에 대한 동작의 심볼 표현 및 알고리즘들로 표현되어 있다. 이들 알고리즘 설명 및 표현은 이들 작업 내용을 다른 당업자들에 가장 효과적으로 전달하기 위해 데이터 처리분야의 당업자들이 사용하는 수단들이다. 알고리즘은 본 명세서에서 그리고 일반적으로 소정 결과를 이끄는 일관성 있는 단계들의 시퀀스인 것으로 생각된다. 단계들은 물리량의 물리적 조작을 필요로 하는 것이다. 대개, 반드시 필요한 것은 아니나, 이들 양들은 저장, 전달, 조합, 비교 및 그렇지 않으면 조작될 수 있는 전기 또는 자기신호의 형태를 취한다. 원리적으로 공통된 사용 이유로, 때로 비트, 값, 소자, 심볼, 특징, 용어, 개수 등으로 이들 신호를 언급하는 것이 편한 것으로 입증된다.
때로 컴퓨터로 실행된다고 하는 기술된 동작 및 연산은 구조화 형태의 데이터를 나타내는 전기신호들의 컴퓨터 처리장치에 의한 조작을 포함한다. 이 조작은 컴퓨터의 메모리 시스템에 있는 위치들에 데이터를 전송 또는 간직하여, 당업자가 잘 아는 식으로 컴퓨터의 연산을 재구성하거나 그렇지 않으면 변경한다. 데이터가 유지되는 데이터 구조들은 데이터의 포맷에 의해 정의된 특정 속성들을 갖는 메모리의 물리적 위치이다. 그러나, 실시예들이 상기 문맥에 기술되어 있으나, 당업자가 상술된 다양한 동작 및 기능들도 또한 하드웨어에서 구현될 수 있음을 알게 되는 것으로 국한되는 것을 의미하지 않는다.
그러나, 이들 및 유사한 용어들 모두는 적절한 물리량과 관련될 수 있고 이들 양들에 적용되는 단지 편리한 표식인 것을 명심해야 한다. 설명에서 명백하게 특별히 언급하지 않는 한, 명세서 전체에 걸쳐, "처리" 또는 "컴퓨팅" 또는 "계산" 또는 "결정" 또는 "디스플레이" 등과 같은 용어를 이용한 논의는 컴퓨터 시스템의 레지시터 및 메모리 내에 있는 물리(전자)량으로 표현된 데이터를 컴퓨터 시스템 메모리 또는 레지스터 또는 기타 이런 정보기억장치, 송신기 또는 디스플레이 디바이스에 있는 물리량으로 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작 및 전송하는 컴퓨터 시스템의 동작 및 처리 또는 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스를 말한다.
광범위하게 기술된 바와 같이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 실시예들에 대해 많은 병형 및/또는 변경들이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 실시예는 모든 면에서 예시이며 비제한적인 것으로 간주하여야 한다.
Claims (27)
- 유체 유입구와 유체 배출구 사이에 유체 통로를 정의하는 유체 유입구와 유체 배출구를 갖는 바디와,
상기 바디에 배치되고 나란히 배열된 적어도 2개의 가열 어셈블리를 구비하고,
각 가열 어셈블리는 유체를 통해 교번하는 전류를 보냄으로써 유체를 가열하도록 구성된 적어도 2개의 전극을 구비하고,
적어도 2개의 가열 어셈블리는 유체 통로를 통해 흐르는 유체가 상기 적어도 2개의 가열 어셈블리를 통해 동시에 흐르도록 바디에 배열되어 있는 전기유체히터. - 제 1 항에 있어서,
적어도 2개의 가열 어셈블리는 적어도 3개의 가열 어셈블리를 포함하는 전기유체히터. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
가열 어셈블리들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 분할된 전극을 구비하고, 각 분할된 전극은 복수의 절연가능한 전극 세그먼트들을 구비하는 전기유체히터. - 제 3 항에 있어서,
각 분할된 전극은 분할된 전극에 전압 인가시 상기 분할된 전극에 의해 인출된 전류가 선택된 하나 이상의 전극 세그먼트들의 유효 활성화 영역에 따라 결정되도록 하나 이상의 전극 세그먼트를 선택적으로 활성화시킴으로써 제어될 수 있는 전기유체히터. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
히터는 하나 이상의 분할된 전극들의 전극 세그먼트들을 선택적으로 활성화 또는 비활성화시킴으로써 유체를 가열하기 위해 인가된 전력을 최적화하도록 동작될 수 있는 컨트롤러를 더 구비하는 전기유체히터. - 제 5 항에 있어서,
컨트롤러는 가열 어셈블리들 각각의 출력에서 유체온도를 반복적으로 측정하도록 더 동작될 수 있고 계산된 출력 온도값과 측정된 온도 출력값을 비교하는 전기유체히터. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2개의 가열 어셈블리들은 유체 유입구에서 유체 배출구로 지나는 유체가 적어도 2개의 가열 어셈블리들 중 적어도 하나를 통과해야 하도록 배열되어 있는 전기유체히터. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
바디는 체적이 약 0.05㎥ 미만인 전기유체히터. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2개의 가열 어셈블리들이 동일 간격으로 바디의 중심축 주위로 배열되는 전기유체히터. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
바디는 실질적으로 원통형인 전기유체히터. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
각 가열 어셈블리의 적어도 2개의 전극들은 실질적으로 동심형인 전기유체히터. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
각 가열 어셈블리의 적어도 2개의 전극들은 불활성 전기 도전성 재료로 형성되는 전기유체히터. - 제 12 항에 있어서,
불활성 전기 도전성 재료는 전기 도전성 플라스틱 재료, 탄소 침착된 재료 및 탄소코팅 재료 중 하나인 전기유체히터. - 물질을 가열하기 위한 가열기로서,
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 전기유체히터와,
전기 유체히터로부터 가열된 열을 수용하고 가열된 유체에서 나온 열을 물질로 전달하기 위한 유체 리셉터클을 구비하고,
피가열 물질은 가열된 유체를 포함하는 유체 리셉터클 부근에 있는 가열기. - 제 14 항에 있어서,
히터에 의해 가열된 유체는 물, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 미네랄 또는 합성 오일 및 나노유체 중 하나인 가열기. - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
히터 및 유체 리셉터클은 유체가 이동하는 폐쇄루프 유체경로의 일부를 형성하는 가열기. - 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
유체가 히터를 통해 유체 리셉터클로 이동하게 하는 펌프를 더 구비하는 가열기. - 유체 유입구와 유체 배출구 사이에 유체 통로를 정의하는 유체 유입구와 유체 배출구를 갖는 바디를 통해 유체를 보내는 단계와,
상기 바디에 배치되고 나란히 배열된 적어도 2개의 가열 어셈블리를 이용해 유체를 가열하는 단계를 포함하고,
각 가열 어셈블리는 유체를 통해 교번하는 전류를 보냄으로써 유체를 가열하도록 구성된 적어도 2개의 전극을 구비하며,
적어도 2개의 가열 어셈블리는 유체 통로를 통해 흐르는 유체가 상기 적어도 2개의 가열 어셈블리를 통해 동시에 흐르도록 바디에 배열되어 있는 가열방법. - 제 18 항에 있어서,
바디로부터 유체 리셉터클로 가열된 유체를 펌핑하는 단계를 더 포함하고,
유체 리셉터클은 가열된 유체에서 나온 열을 상기 유체 리셉터클 부근에 있는 물질로 전달하는 가열방법. - 제 19 항에 있어서,
유체 리셉터클은 열교환기 내에 있고, 상기 열교환기를 통해 물질을 보내는 단계를 더 포함하는 가열방법. - 제 20 항에 있어서,
유체 리셉터클, 열교환기 및 바디는 폐쇄유체루프의 일부분을 함께 이루며, 폐쇄루프를 통해 유체를 순환시키는 단계를 더 포함하는 가열방법. - 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
가열된 물질의 온도를 컨트롤하기 위해 가열된 유체의 온도를 컨트롤하는 단계를 더 포함하는 가열방법. - 제 18 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2개의 가열 어셈블리들은 유체 통로에 위치된 적어도 제 1, 제 2, 및 제 3 평행 가열 어셈블리들을 포함하는 가열방법. - 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
유체 유입구에서 유체 전도도, 설정 유량 및 유체 온도를 측정하는 단계; 및
측정된 유체 전도도, 유량 및 온도로부터, 유체를 설정 온도로 가열하기 위해 전극을 통해 유체에 전달되는 필요 전력을 결정하는 단계를 더 포함하는 가열방법. - 제 18 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2개의 전극들의 분할된 전극 세그먼트들을 선택적으로 활성화 또는 비활성화시키는 단계를 더 포함하는 가열방법. - 제 18 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
각 가열 어셈블리의 적어도 2개의 전극은 하나의 분할된 전극을 포함하고, 가열은 분할된 전극에 전압 인가시 상기 분할된 전극에 의해 인출된 전류가 선택된 하나 이상의 전극 세그먼트들의 유효 활성화 영역에 따라 결정되도록 분할된 전극의 하나 이상의 전극 세그먼트들을 선택적으로 활성화시키는 단계를 포함하는 가열방법. - 제 18 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
유체 유입구에서 유체 배출구로 지나는 유체가 적어도 2개의 가열 어셈블리들 중 적어도 하나를 통해야하도록 적어도 2개의 가열 어셈블리들이 배열되는 가열방법.
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