KR20140120927A - 자동차용 유체를 전기적으로 가열하는 장치 및 관련된 가열 및/또는 공기조화 장치 - Google Patents

자동차용 유체를 전기적으로 가열하는 장치 및 관련된 가열 및/또는 공기조화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 유체를 전기적으로 가열하기 위한 장치에 관한 것이며: 적어도 하나의 가열 소자(7a, 7b)를 포함하며, 가열될 유체를 위한 안내 회로(8)를 형성하는 적어도 하나의 가열 모듈(2a, 2b)과; 상기 가열 소자(7a, 7b)를 제어하기 위한 제어 수단(3)으로서, 상기 가열 소자(7a, 7b)에 연결된 전류 스위치(14a, 14b)와, 가열될 유체와 접촉하도록 구성된 제 1 표면(20) 및 상기 전류 스위치(14a, 14b)의 베이스 플레이트(16)와 열적 접촉되는 제 2 표면(19)을 구비하는 히트 싱크(15)를 포함하는, 상기 제어 수단(3)을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 전기 가열 장치(1)를 포함하는 동차용 가열 및/또는 공기조화 장치에 관한 것이다.

Description

자동차용 유체를 전기적으로 가열하는 장치 및 관련된 가열 및/또는 공기조화 장치{DEVICE FOR ELECTRICALLY HEATING FLUID FOR A MOTOR VEHICLE, AND RELATED HEATING AND/OR AIR-CONDITIONING APPARATUS}
본 발명은 자동차용 유체를 전기적으로 가열하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 형태의 가열 장치를 포함하는 자동차용 가열 및/또는 공기조화 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 자동차의 승객실을 가열하도록 의도되는 공기 뿐만 아니라 성애제거(demisting)를 위해 그리고 방빙(deicing)을 위해 의도되는 공기는 열 교환기를 통해 통과하는 기류에 의해 가열되는데, 보다 상세하게 기류와 유체 사이에서의 열의 교환을 통해서 가열된다. 이러한 유체는 일반적으로 열 기관의 경우에 냉각제이다. 그러나, 이러한 가열 형태는 자동차의 승객실의 급속 및 효율적인 가열을 보장하는데는 부적절 또는 불충분한 것으로 증명되었는데, 특히 극저온 환경에서 자동차를 이용하기 전에 또는 매우 급속한 온도 증가가 필요로 되는 경우 승객실의 가열이나, 방빙 또는 성애제거를 보장하는데는 부적절 또는 불충분한 것으로 증명되었다.
추가로, 전기 자동차의 경우에, 열 교환으로 순환하는 냉각제에 의해서 가열 기능이 더 이상 실행되지 않는다. 그러나, 물 회로는 승객실을 가열하기 위해 마련될 수도 있지만, 이러한 형태의 가열은 자동차의 승객실의 급속 및 효율적인 가열을 보장하는데는 부적절 또는 불충분한 것으로 또한 증명될 수 있다.
또한, 추가의 물 회로로 인해서 발생되는 사이즈 및 비용을 감소시키기 위해서, 전기 자동차를 위한 히트-펌프 모드에서 작동되는 공기조화 루프를 사용하는 것도 공지되어 있다. 따라서, 이러한 경우에 종래에 기류가 냉매에 의해서 냉각되게 하는 공기조화 루프는 기류를 가열하는데 사용된다. 이것을 실행하기 위해서, 콘덴서와 같은 공기조화 루프의 증발기가 사용되어야 한다. 그러나, 이러한 형태의 가열도 또한 부적절 또는 불충분한 것으로 증명될 수 있다. 대신에, 히트-펌프 모드에서 공기조화 루프의 성능은 외부의 기후 조건에 좌우되며, 온도가 너무 낮은 외부 공기의 경우에, 이러한 공기는 열 에너지의 공급원으로서 사용될 수 없다.
공지된 해결책은 추가의 전기 가열 장치를 열 교환기에, 물 회로에 또는 공기조화 루프에 결합시키는 것이다. 추가의 전기 가열 장치는 열 기관을 위한 냉각제와 같은 유체를 상류에서 가열하거나, 자동차의 승객실을 가열하기 위해 열 회로 내의 물을 가열하거나, 또는 공기조화 루프의 냉매를 가열할 수 있다.
종래의 전기 가열 장치는 가열될 유체와 접촉되는 가열 소자를 포함한다. 가열 소자의 구현은 전류 스위치가 연결되어 있는 가열 소자의 구현을 허용 및/또는 방지하기 위한 전류 스위치를 포함하는 제어 수단에 의해 제어된다. 그러나, 스위치는 구현될 때 가열되는 경향이 있으며, 이러한 가열은 그 작동을 방해하는 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 문제점은 구현될 때 개선된 신뢰성을 갖는 자동차에서 유체를 전기적으로 가열하기 위한 장치 및/또는 자동차용 가열 및/또는 공기조화 장치를 제안하는 것이다.
이러한 목적을 위해서, 본 발명은 자동차용 유체를 전기적으로 가열하기 위한 장치에 있어서,
- 적어도 하나의 가열 소자를 포함하며, 가열될 유체를 위한 안내 회로를 형성하는 적어도 하나의 가열 모듈과,
- 상기 가열 소자를 제어하기 위한 제어 수단으로서, 상기 가열 소자에 연결된 전류 스위치와, 가열될 유체와 접촉하도록 구성된 제 1 표면 및 상기 전류 스위치의 베이스 플레이트와 열적 접촉되는 제 2 표면을 구비하는 히트 싱크를 포함하는, 상기 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 전기 가열 장치는 하기의 특징부를 단독으로 또는 조합하여 취하여 하나 이상을 구비할 수 있다:
- 상기 가열 장치는 가열될 위치를 위한 유입 채널이 내부에 형성되어 있는 유체 유입 하우징을 포함하며, 상기 유입 채널은 유체를 안내하기 위한 회로와 연통되며, 상기 히트 싱크의 상기 제 1 표면은 상기 유입 채널을 적어도 부분적으로 한정하며, 상기 제 2 표면은 상기 유입 채널 외측에 있다.
- 상기 제 2 표면은 적어도 하나의 전류 스위치를 수용하는 제어 수단의 스위치 실장부를 수용하는, 히트 싱크의 수용 부분 내에 형성되어 있으며, 상기 스위치 실장부는 상기 전류 스위치의 베이스 플레이트를 노출시키는 개구부를 구비하며, 상기 스위치 실장부는 상기 수용 부분에 수용되어 있으며, 상기 개구부는 상기 제 2 표면에 반대로 배향되어 있는 것이다.
- 상기 스위치 실장부는 상기 제어 수단의 전기 회로 실장부에 제거 가능하게 고정시키기 위한 수단을 포함한다.
- 상기 가열 장치는 2개의 가열 모듈을 포함하며, 상기 유체 유입 하우징은 제 1 가열 모듈의 유입 단부를 수용하는 제 1 캐비티와, 제 2 가열 모듈의 유입 단부를 수용하는 제 2 캐비티를 구비하며, 상기 유입 채널은 상기 캐비티를 평행하게 연결한다.
- 상기 유입 채널을 적어도 부분적으로 한정하는 상기 히트 싱크의 제 1 표면은 상기 유체 유입 하우징의 제 1 캐비티를 유체 유입 하우징의 제 2 캐비티에 연결하는 유입 채널의 파이프의 내부 표면에 의해 형성되어 있다.
- 상기 히트 싱크의 대략적인 형상부는 상기 유체 유입 하우징의 캐비티 사이로 연장되어 있다.
- 상기 히트 싱크는 금속 재료로 구성되어 있다.
- 상기 가열 장치는 상기 전류 스위치의 상기 베이스 플레이트와 상기 히트 싱크 사이에 개재된 열적 인터페이스를 포함한다.
- 상기 열적 표면은 전기적으로 절연성 그리고 열적으로 전도성 필름이다.
- 상기 열적 표면은 위상 변화 재료로 구성된다.
- 상기 유체 유입 하우징은 상기 제어 수단의 전기 회로 실장부를 위치설정하기 위한 제 1 수단을 포함한다.
- 상기 가열 장치는 유체를 위한 유출 채널이 내부에 형성되어 있는 유체 유출 하우징을 포함하며, 상기 유출 채널은 유체를 안내하기 위한 회로와 연통되며, 상기 유체 유출 하우징 및 상기 유체 유입 하우징은 상기 가열 모듈의 대향 단부에 각각 연결되어 있다.
- 상기 유체 유출 하우징은 상기 제어 수단의 상기 전기 회로 실장부를 위치설정하기 위한 제 2 수단을 구비한다.
또한, 본 발명은 자동차용 가열 및/또는 공기조화 장치에 있어서, 상술된 전기 가열 장치를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 히트 싱크의 제 2 표면이 전류 스위치의 베이스 플레이트와 열적 접촉되어 있는 동안에, 히트 싱크의 제 1 표면은 가열 장치에서 순환하는 유체와 접촉되어 있다. "열적 접촉(thermal contact)"은, 히트 싱크의 제 2 표면이 개재물이 없이 직접 접촉되는 스위치의 베이스 플레이트에 대해 가압되어 있거나, 또는 히트 싱크의 제 2 표면이, 히트 싱크와 스위치 사이에서 열의 교환을 증진시키는 열적 전도성 인터페이스가 개재된 상태에서 스위치의 베이스 플레이트에 대해서 가압되어 있는 것을 의미한다.
따라서, 가열 장치에서 유체의 순환은 전류 스위치에 의해, 히트 싱크 내의 열적 전도에 의해 그리고 다음에 유체 내의 열을 제거함으로써 발생되는 열을 발산시키는데 사용된다.
작동 가열 모듈로부터 유출되고 있을 때보다 유체가 유체 유입 하우징 내에 도달할 때 유체는 보다 잘 냉각되기 때문에, 유체 유입 하우징 내의 히트 싱크의 구성은 아직 "냉각(cold)"된 유체의 열의 발산이 최적화되게 한다.
따라서, 가열 장치는 그 사이즈를 증가시킴이 없이 보다 신뢰성이 있다. 추가로, 전류 스위치에 의해 발생된 열 에너지는 히트 싱크를 통해 통과하는 유체를 가열시키는데 기여한다.
다른 장점은 히트 싱크를 구비하지 않는 경우 전기 가열 장치가 야기시킬 수 있는 고온에 견디게 할 필요가 없는 전류 스위치의 사용 가능성을 제공하는 것이다.
또한, 스위치 실장부의 사용은, 전기 회로 실장부 및 유체 유입 하우징 및 유출 하우징이 조립될 때 그리고 가열 장치가 조립될 때 전류 스위치가 실장부 상에 위치될 수 있게 한다. 또한, 스위치 실장부는, 특히 전류 스위치가 취급될 필요가 있을 때 및/또는 전류 스위치가 조립되는 동안에 전류 스위치가 모든 기계적인 충격으로부터 보호되게 한다. 마지막으로, 스위치 실장부는 전류 스위치, 전기 회로 실장부 및 가열 장치의 다른 요소들 사이의 튼튼한 기계적인 인터페이스를 형성한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 설명 및 비제한 실시예로서 제공된 하기의 설명을 읽고 그리고 첨부 도면을 참조하면 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 유체를 전기적으로 가열하기 위한 장치의 부분적으로 투명한 사시도이다.
도 2는 도 1의 장치로부터 유체 유출 하우징이 제거되어 있는 전기 가열 장치의 투명하지 않은 사시도이다.
도 3은 도 1의 가열 장치의 종방향 평면을 따라 취한 부분 단면도이다.
도 4는 도 1의 가열 장치의 2개의 가열 모듈의 실질적으로 중앙에 있는 횡방향 평면을 따라 취한 부분 단면도이다.
도 5는 히트 싱크를 수용하는, 도 1의 가열 장치의 유체 유입 하우징의 사시도이다.
도 6은 도 5의 가열 모듈, 유체 유입 하우징 및 히트 싱크의 에지를 통해 취한 것으로, 도 1의 전기 가열 장치의 반경방향 섹션의 도면이다.
도 7은 유체 유입 하우징을 횡단하는 대각선에 의해 규정된 평면을 따라 취한 것으로, 도 1의 전기 가열 장치의 유체 유입 하우징 및 히트 싱크의 부분 단면도이다.
도 8은 도 1의 전기 가열 장치의 유체 유입 하우징 및 히트 싱크의 실질적으로 중앙 평면은 따라 취한 부분 단면도이다.
도 9는 단일 전류 스위치를 포함하는, 도 1의 가열 장치의 가열 모듈에 대해 반경방향인 평면을 따라 취한 부분 단면도이다.
도 10a는 도 5의 히트 싱크의 사시도이다.
도 10b는 도 10a의 히트 싱크의 배면도이다.
도 10c는 히트 싱크로서 도 10a와 유사한 도면이다.
도 10d는 히트 싱크로서 도 10b와 유사한 도면이다.
도 11은 전기 회로 실장부 및 분해된 스위치 실장부에 고정된 2개의 전류 스위치를 도시하는 것이다.
도 12는 조립된 경우의 도 11의 전류 스위치, 전기 회로 실장부 및 스위치 실장부를 도시하는 것이다.
도 13은 가열 장치의 유입 채널과 유출 채널 사이에서 가열될 유체의 경로의 시뮬레이션을 도시하는 도면이다.
이들 도면에서, 실질적으로 유사한 구성요소는 동일한 도면부호를 갖고 있다.
도 1은 가열 및/또는 공기조화 장치를 위한 자동차용의 유체를 전기적으로 가열하기 위한 장치(1)를 도시하고 있다.
전기 가열 장치(1)는 예를 들면, 전기 자동차의 승객실을 가열하기 위한 물 가열 회로에 물이 유입되기 전에 물이 가열될 수 있게 하는 추가의 가열 장치이다. 다른 실시예에 따르면, 전기 가열 장치(1)는 냉매를 가열시키기 위해서 히트 펌프 모드에서 작동될 수 있는 공기조화 루프의 증발기의 상류에 배치되어 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 전기 가열 장치(1)는 열전달 유체로서 열기관으로부터의 냉각제를 이용하는 열 교환기의 상류에 배치되어 있다. 또한, 전기 가열 장치(1)는, 때때로 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차용의 배터리 팩으로서 기술되는 전기 에너지 저장 장치를 열적으로 조절하도록 구성된 열 교환기의 상류에 마련될 수 있다.
도시된 전기 가열 장치(1)는 제 1 및 제 2 가열 모듈(2a, 2b), 제어 수단(3), 유체 유입 하우징(4) 및 유체 유출 하우징(5)을 포함한다.
도 2에 상세하게 도시된 바와 같이, 각각의 가열 모듈(2a, 2b)은 예를 들면 중공 코어와 같은 중앙 코어(6)와, 가열 소자(7a, 7b)를 포함하며, 상기 가열 소자(7a, 7b)는 중앙 코어(6)의 외부 표면과 가열 소자(7a, 7b)의 케이싱의 내부 표면 사이에서 가열될 유체(예를 들면 액체)를 안내하기 위한 회로를 형성하도록 상기 중앙 코어(6)를 둘러싸는 원통형 케이싱의 형태이다.
가열 모듈(2a, 2b)은 가열 소자(7a, 7b)의 케이싱에 의해 형성된 실질적으로 원통형의 대략적인 형상을 갖고 있다. 따라서, 안내 회로는 중앙 코어(6) 및 가열 소자(7a, 7b)의 종축(A)(도 2)에 축방향으로 평행하다.
가열 소자(7a, 7b)는 안내 회로(8) 내에서 순환하는 유체와 가열 소자(7a, 7b) 사이에서의 열의 교환에 의해 유체를 가열하기 위한 제어 수단(3)에 의해 제어된다.
가열 모듈(2a, 2b)은 동일하며, 실질적으로 평행하게 되도록 나란하게 배치되어 있다. 이러한 나란한 배치는 가열 장치(1)의 사이즈가 종방향에서 감소될 수 있게 한다. 또한, 이러한 배치는 낮은 열관성 및 낮은 손실 수두를 갖고 있다.
가열 모듈(2a, 2b)은 각각 대항하는 종방향 단부들을 갖고 있다. 유입 단부들은 각각 유체 유입 하우징(4) 내의 캐비티(9a, 9b)(도 5)에 수용되어 있으며, 유출 단부들은 각각 유체 유출 하우징(5) 내의 캐비티에 수용되어 있다.
유체 유입 채널(10)은 유체 유입 하우징(4) 내에 형성되어 있다. 유입 채널(10)은 제 1 가열 모듈(2a)의 안내 회로(8)와 그리고 제 2 가열 모듈(2b)의 안내 회로(8)와 연통되어 있다.
따라서, 유체 유입 하우징(4)은 제 1 및 제 2 캐비티(9a, 9b)를 구비한 실질적으로 평행육면체 베이스를 갖고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 캐비티(9a, 9b)는 원통형이며, 가열 모듈(2a, 2b)의 각 유입 단부들을 수용하기 위한 구형 베이스를 갖고 있다. 또한, 유체 유입 하우징(4)은 전기 가열 장치(1)의 돌출 유체 투입 튜브(11)를 포함한다. 따라서, 유입 채널(10)은 투입 튜브(11)가 평행한 2개의 캐비티(9a, 9b)와 유체 연통되게 한다.
유사하게, 유체 유출 채널(28)은 유체 유출 하우징(5) 내에 형성되어 있으며, 제 1 가열 모듈(2a)의 안내 회로(8)와 그리고 제 2 가열 모듈(2b)의 제 2 회로(8)와 연통되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유체 유출 하우징(5)은 유체 유입 하우징(4)과 실질적으로 동일한 형상을 갖고 있다. 따라서, 상기 하우징은 가열 모듈(2a, 2b)의 유출 단부를 수용하기 위한 2개의 캐비티와, 가열된 유체 회로에 연결되도록 구성된 전기 가열 장치(1)의 돌출 유체 유출 튜브(12)를 구비하는 실질적으로 평행육면체 베이스를 갖고 있다. 따라서, 유출 및 유입 하우징(5, 4)은 가열 모듈(7a, 7b)의 2개의 대향 단부에 대칭으로 연결되어 있다.
가열 요소(7a, 7b)의 제어 수단(3)은 전기 회로 실장부(13), 2개의 전류 스위치(14a, 14b)와, 히트 싱크(15)를 포함한다.
전류 스위치(14a, 14b)는 전기 회로 실장부(13)를 거쳐서 각 가열 모듈(2a, 2b)의 가열 요소(7a, 7b)에 각각 전기적으로 접속되어 있다(도 11 및 도 12).
전류 스위치(14a, 14b)는 전기적 또는 전자적 부품들이다. 전류 스위치(14a, 14b)는 예를 들면 통상 머리글자 'MOSFET"라고 불리는 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 전류 스위치(14a, 14b)는 통상적으로 머리글자 "IGBT"라고 불리는 절연 게이트 쌍극성 트랜지스터(insulated-gate bipolar transistor)를 포함한다.
각 가열 소자(7a, 7b)의 구현은 각각의 전류 스위치(14a, 14b)에 의해 제어되며, 이 전류 스위치(14a, 14b)의 개방 및/또는 폐쇄는 가열 설정점에 따라 연결되어 있는 가열 소자(7a, 7b)의 구현을 허용 및/또는 방지하기 위한 펄스 폭 변조(pulse-width modulation: PWM)를 갖는 마이크로컨트롤러에 의해 제어된다.
제어 수단(3)이 가열 소자(7a, 7b)를 제어하는 전용의 전류 스위치(14a, 14b)를 포함하는 것으로 설명하였지만, 제어 수단은 또한 2개의 가열 소자(7a, 7b)를 제어하기 위한 단일 전류 스위치를 제공하는 것도 가능하다. 2개의 전류 스위치는, 상기 스위치 중 하나가 고장났다면 다른 스위치가 가열 소자를 사용하는 것을 보장할 수 있도록 안전성을 확보할 수 있도록 마련된다.
전류 스위치(14a, 14b)는 열 전도성 물질로 제조된 베이스 플레이트(16)(즉, 스위치의 배면 상의 탭)를 포함한다. 베이스 플레이트(16)의 표면은 충분한 크게 마련되며, 예를 들면 전류 스위치(14a, 14b)의 전체 표면을 커버한다.
인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)과 같은 전가 회로 실장부(13)는 전자적 및/또는 전기적 부품을 지지한다. 전류 스위치(14a, 14b) 이외에, 이들 전자적 및/또는 전기적 부품은 예를 들면 마크로로컨트롤러, 가열 소자(7a, 7b)를 전류 스위치(14a, 14b)에 연결하는 전기 접점, 고전압 전력 커넥터(17) 및 저전압 전력 커넥터, 및 데이터 버스 커넥터(18)를 포함할 수 있다(도 2). 예를 들어, 전기 접점은 예컨대 마이크로컨트롤러를 지지하는 면에 대향하는 전기 회로 실장부(13)의 면에 의해 지지되어 있다.
히트 싱크(15)는 유입 채널(10)을 적어도 부분적으로 제한하는 제 1 표면(20)과, 2개의 전류 스위치(14a, 14b)의 2개의 베이스 플레이트(16)와 열적 접촉되는, 유입 채널(10) 외측의 제 2 표면(19)을 구비한다. 따라서, 제 2 표면(19)이 전류 스위치(14a, 14b)의 베이스 플레이트(16)에 대해서 가압되어 있는 동안에 제 1 표면(20)은 유체 유입 하우징(4)의 유입 채널(10) 내에서 순환하는 유체와 접촉되도록 구성되어 있다. 유체가 가열 모듈(2a, 2b)로부터 유출되고 있을 때보다 유체가 유입 하우징(4) 내에 도달할 때 유체는 보다 냉각되어 있기 때문에, 아직 "냉각(cold)"된 이러한 유체는, 히트 싱크(15) 내로의 열 전도에 의해 그리고 유체와의 열의 교환에 의해서 전류 스위치(14a, 14b)에 의해 발생된 열을 발산시키기 위해 이용된다. 예를 들면 유체에서 2W와 10W 사이가 제거될 수 있다.
예를 들면, 히트 싱크(15)는 유체 유입 하우징(4) 내의 캐비티(9a, 9b) 사이로 연장되는 대략적인 형상을 갖고 있다(도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d). 따라서, 히트 싱크의 형상은 가열 모듈(2a, 2b)을 수용하는 원통형 캐비티(9a, 9b)의 반경방향 주연부에 부분적으로 꼭맞게 끼워맞춰진다.
예를 들면, 히트 싱크(15)의 제 1 표면(20)은 유체 입구 하우징(4) 내에서 제 1 캐비티(9a)를 제 2 캐비티(9b)에 연결하는 유입 채널(10)의 파이프에 형성되어 있다(도 6, 도 7, 도 8, 도 10c 및 도 10d). 유체 투입 튜브(11) 및 상기 파이프는 예를 들면 유체 유입 하우징(4)을 통해 실질적으로 대각선으로 통과하는 단일 축선 상에 정렬되어 있다(도 6). 따라서, 유입 채널(10)은 유체 투입 튜브(11), 히트 싱크(15)의 파이프, 및 유체 유입 하우징(4) 내의 캐비티(9a, 9b)에 의해 형성되어 있다.
따라서, 유체는 유체 투입 튜브(11)로부터 유입 채널(10) 내로 유동하고, 다음에 가열 모듈(2a, 2b)의 안내 회로(8)와 평행하게 유동하고, 그런 후 다시 유출 채널(28)을 통해 빠져나간다. 유입 채널(10)로부터 유출 채널(28)까지의 가열 장치 내의 유체의 경로의 실시예는 도 13에 도시되어 있다.
또한, 제어 수단(3)은 2개의 전류 스위치(14a, 14b)를 수용하는 스위치 실장부(21)를 포함한다. 스위치 실장부(21)는 2개의 전류 스위치(14a, 14b)의 베이스 플레이트(16)를 노출시키는 개구부(22)를 구비한다(도 1, 도 11 및 도 12).
히트 싱크(15)는 스위치 실장부(21)를 수용하기 위한 수용 부분(23)(즉, 베이스로서 작용하고 그리고 실장부 또는 지지부를 형성하는 부분)을 포함한다. 예를 들면, 제 2 표면(19)은 이러한 수용 부분(23)의 측방향 면이다(도 3, 도 4, 도 8, 도 10a 및 도 10c).
수용 부분(23)은 스위치 실장부(21)를 위한 축방향 정지부 및 2개의 횡방향 정지부를 구비한 격실을 구비한다. 일단 스위치 실장부(21)가 수용 부분(23) 내로 삽입되면, 스위치 실장부(21) 내의 개구부(22)는 히트 싱크(15)의 제 2 표면(19)에 대향으로 배향되며, 그 결과 전류 스위치(14a, 14b)의 베이스 플레이트(16)는 히트 싱크(15)의 수용 부분(23)과 열적 접촉된다.
히트 싱크(15)는 유체 유입 하우징(4)을 구현하는 형상을 갖고 스위치 실장부(21) 뒤에서 수용 부분(23)을 폐쇄하는 격실 내에 수용되어 있다(도 5).
히트 싱크(15)는 알루미늄 합금과 같은 양호한 열 전도체인 금속 재료로 구성된다. 히트 싱크(15)는 예를 들면 주조에 의해 제조된다. 히트 싱크는 유체 유입 하우징(4)의 본체에 내에 배치된다. 예를 들면 플라스틱 재료로 제조된 유체 유입 하우징(4)의 본체는 히트 싱크(15) 상에 오버몰딩된다. 히트 싱크(15)가 유체 유입 하우징의 본체 내로 삽입된다면, 유체 유입 하우징(4)의 본체와 히트 싱크(15) 사이의 밀봉은 오버몰딩에 의해 또는 예를 들면 접착제 또는 실리콘 겔에 의해서 이뤄진다.
열 전달을 더욱 개선하기 위해서, 가열 장치(1)는 전류 스위치(14a, 14b)의 베이스 플레이트(16)와 히트 싱크(15) 사이에 개재된 열적 인터페이스(24)를 포함할 수 있다(도 9). 열적 인터페이스(24)는 전기적으로 절연성 그리고 열적으로 전도성 필름이다. 열적 인터페이스(24)는 예를 들면 위상 변화 재료를 포함하며, 예를 들면 대략 1.5W/m.k의 열 전도성을 갖고 있다. 위상 변화 재료는 온도가 올라갈 때 양호한 열 전도체의 장점을 갖고 있다.
또한, 스위치 실장부(21)는 제어 수단(3)의 전기 회로 실장부(13)에 제거 가능하게 고정시키기 위한 수단(25)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제거 가능한 고정 수단(25)은 개구부(22)의 상류에서 2개의 대향 측면 상에 배치된 2개의 슬라이드를 포함하며, 이 슬라이드는 전기 회로 실장부(13)의 에지 상에 삽입될 수 있다. 슬라이드는 개구부(22), 그에 따라 접근 가능한 전류 스위치(14a, 14b)의 베이스 플레이트(16)를 잔류시키는 동안에 전기 회로 실장부(13) 상의 스위치 실장부(21)의 위치설정이 차단될 수 있게 하는 정지부를 구비한다.
또한, 유체 유입 하우징(4)은 전기 회로 실장부(13)를 위치설정하기 위한 제 1 수단(26)을 포함하며, 유체 유출 하우징(5)은 전기 회로 실장부(13)를 위치설정하기 위한 제 2 수단(27)을 구비한다(도 1).
제 1 위치설정 수단(26)은 예를 들면 유체 유입 하우징의 본체에 부착된 2개의 클립을 포함하며, 이들 클립은 전기 회로 실장부(13)를 제거 가능한 방식으로 부착시킨다. 유사하게, 제 2 위치설정 수단(27)은 예를 들면 유체 유출 하우징의 본체에 부착된 2개의 클립을 포함하며, 이들 클립은 전기 회로 실장부(13)를 제거 가능한 방식으로 부착시킨다. 4개의 클립은 4개의 코너에서 전기 회로 실장부(13)를 파지한다.
따라서, 전기 회로 실장부(13) 및 유입 하우징(4) 및 유출 하우징(5)이 조립되었을 경우 그리고 가열 장치(1)가 조립되었을 경우에, 스위치 실장부(21)는 전류 스위치(14a, 14b)가 전기 회로 실장부(13) 상에 위치설정되게 한다. 또한, 스위치 실장부(21)는 특히 전류 스위치가 취급될 필요가 있을 때 및/또는 전류 스위치가 조립되는 동안에 전류 스위치(14a, 14b)가 모든 기계적인 충격으로부터 보호되게 한다. 마지막으로, 스위치 실장부(21)는 전류 스위치(14, 14b), 전기 회로 실장부(13) 및 가열 장치(1)의 다른 요소들 사이의 튼튼한 기계적인 인터페이스를 형성한다.
따라서, 가열 장치(1)는 그 사이즈를 증가시키는 일이 없이 보다 신뢰할만하다. 추가로, 전류 스위치(14a, 14b)에 의해 발생된 열 에너지는 히트 싱크를 통해 통과되는 유체를 가열하는데 기여한다.

Claims (15)

  1. 자동차용 유체를 전기적으로 가열하기 위한 장치에 있어서,
    - 적어도 하나의 가열 소자(7a, 7b)를 포함하며, 가열될 유체를 위한 안내 회로(8)를 형성하는 적어도 하나의 가열 모듈(2a, 2b)과,
    - 상기 가열 소자(7a, 7b)를 제어하기 위한 제어 수단(3)으로서, 상기 가열 소자(7a, 7b)에 연결된 전류 스위치(14a, 14b)와, 가열될 유체와 접촉하도록 구성된 제 1 표면(20) 및 상기 전류 스위치(14a, 14b)의 베이스 플레이트(16)와 열적 접촉되는 제 2 표면(19)을 구비하는 히트 싱크(15)를 포함하는, 상기 제어 수단(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 장치는 가열될 위치를 위한 유입 채널(10)이 내부에 형성되어 있는 유체 유입 하우징(4)을 포함하며, 상기 유입 채널(10)은 유체를 안내하기 위한 회로(8)와 연통되며, 상기 히트 싱크(15)의 상기 제 1 표면(20)은 상기 유입 채널(10)을 적어도 부분적으로 한정하며, 상기 제 2 표면(19)은 상기 유입 채널(10) 외측에 있는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 표면(19)은 적어도 하나의 전류 스위치(14a, 14b)를 수용하는 제어 수단(3)의 스위치 실장부(21)를 수용하는, 히트 싱크(15)의 수용 부분(23) 내에 형성되어 있으며, 상기 스위치 실장부(21)는 상기 전류 스위치(14a, 14b)의 베이스 플레이트(16)를 노출시키는 개구부(22)를 구비하며, 상기 스위치 실장부(21)는 상기 수용 부분(23)에 수용되어 있으며, 상기 개구부(22)는 상기 제 2 표면(19)에 반대로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위치 실장부(21)는 상기 제어 수단(3)의 전기 회로 실장부(13)에 제거 가능하게 고정시키기 위한 수단(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 에 있어서,
    상기 가열 장치는 2개의 가열 모듈(2a, 2b)을 포함하며, 상기 유체 유입 하우징(4)은 제 1 가열 모듈(2a)의 유입 단부를 수용하는 제 1 캐비티(9a)와, 제 2 가열 모듈(2b)의 유입 단부를 수용하는 제 2 캐비티(9b)를 구비하며, 상기 유입 채널(10)은 상기 캐비티(9a, 9b)를 평행하게 연결하는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유입 채널(10)을 적어도 부분적으로 한정하는 상기 히트 싱크(15)의 제 1 표면(20)은 상기 유체 유입 하우징(4)의 제 1 캐비티(9a)를 유체 유입 하우징(4)의 제 2 캐비티(9b)에 연결하는 유입 채널(10)의 파이프의 내부 표면에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 히트 싱크(15)의 대략적인 형상부는 상기 유체 유입 하우징(4)의 캐비티(9a, 9b) 사이로 연장되는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 금속 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 장치는 상기 전류 스위치(14a, 14b)의 상기 베이스 플레이트(16)와 상기 히트 싱크(15) 사이에 개재된 열적 인터페이스(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열적 표면(24)은 전기적으로 절연성 그리고 열적으로 전도성 필름인 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열적 표면(24)은 위상 변화 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 유입 하우징(4)은 상기 제어 수단(3)의 전기 회로 실장부(13)를 위치설정하기 위한 제 1 수단(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 장치는 유체를 위한 유출 채널(28)이 내부에 형성되어 있는 유체 유출 하우징(5)을 포함하며, 상기 유출 채널(28)은 유체를 안내하기 위한 회로(8)와 연통되며, 상기 유체 유출 하우징(5) 및 상기 유체 유입 하우징(4)은 상기 가열 모듈(2a, 2b)의 대향 단부에 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  14. 제 12 항과 조합되는 제 13 항에 있어서,
    상기 유체 유출 하우징(5)은 상기 제어 수단(3)의 상기 전기 회로 실장부(13)를 위치설정하기 위한 제 2 수단(27)을 구비하는 것을 특징으로 하는
    가열 장치.
  15. 자동차용 가열 및/또는 공기조화 장치에 있어서,
    제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 전기 가열 장치(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자동차용 가열 및/또는 공기조화 장치.
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