KR20120120905A

KR20120120905A - 두 가지 상이한 방출 온도를 제공할 수 있는 열전 열교환기

Info

Publication number: KR20120120905A
Application number: KR1020120042485A
Authority: KR
Inventors: 프래서드 쉬리패드 캐들; 밍유 왕; 4세 에드워드 울프
Original assignee: 델피 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2012-11-02
Anticipated expiration: 2032-04-24
Also published as: KR102022122B1; EP2518424B1; EP2518424A2; EP2518424A3; CN202598944U

Abstract

열전 열전교환기와 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템은 냉각 유체 또는 공기 스트림과 가열 유체 또는 공기 스트림을 제공하도록 구성된다. 열전 열교환기는, 열적으로 소통하는 열전 냉각기(TEC) 또는 펠티어 냉각기로도 알려진 복수의 열전 디바이스(TED)를 포함할 수 있다. 열전 디바이스들은 열전 열교환기 조립체의 컴팩트한 패키징을 제공하도록 3차원 어레이로 배열될 수 있다. 열전 열교환기는 열전 열교환기 내에 수용된 작동 유체 또는 냉매의 증발 및 응축을 통해 제1 열전 디바이스와 제2 열전 디바이스 간에 열 에너지를 전달하도록 구성될 수 있다.

Description

두 가지 상이한 방출 온도를 제공할 수 있는 열전 열교환기{THERMOELECTRIC HEAT EXCHANGER CAPABLE OF PROVIDING TWO DIFFERENT DISCHARGE TEMPERATURES}

본 특허 출원은 2011년 4월 25일 출원되었으며, 그 전체 내용이 본원에 참조로서 포함된 미국 특허 가출원 제61/478,660호의 35 U.S.C. §119(e) 하의 이익을 주장한다.

본 발명은 열전 열교환기(thermoelectric heat exchanger)에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 두 가지 상이한 온도의 유체 방출물을 제공할 수 있는 열전 열교환기에 관한 것이다.

현재, 차량의 탑승자 구획은 통상 난방, 환기 및 공조(heating, ventilation and air conditioning: HVAC) 시스템에 의해 처리되는 공기 흐름에 의해 냉난방되고 있다. HVAC 시스템은 탑승자의 쾌적성을 최적화하기 위해 탑승자 구획 내에 상이한 온도 구역들을 제공하도록 탑승자 구획 내에 하나 이상의 구역에 냉방 및 난방을 제공하도록 설계될 수 있다. 통상의 예는 운전자 착석 영역과 앞좌석 탑승자 착석 영역에 대해 독립적인 온도 제어를 제공하는 것이다.

HVAC 시스템에는, 열전 냉각기(thermoelectric cooler: TEC) 또는 펠티어 냉각기(Peltier cooler)로도 알려진 열전 디바이스(thermoelectric device: TED)가, 특히 전기 차량이나 하이브리드 전기 차량과 같이 폐열의 적절한 공급을 제공할 수 없는 차량 내에 따뜻한 공기 및/또는 차가운 공기를 제공하는데 이용될 수 있다. TED는 전압의 인가 시에 일측은 고온으로 되고 타측은 저온으로 되는 반도체계 디바이스(semiconductor-based device)이다. 통상의 TED는 대략 40 밀리미터(길이) x 40 밀리미터(폭) x 4 밀리미터(두께)의 치수를 갖는다. TED는 미국 캘리포니아주 산타클라라에 소재한 페로텍(유에스에이)사(Ferrotec (USA) Corporation) 및 미국 미주리주 어스 시티에 소재한 레이어드 테크놀로지즈(Laird Technologies)를 비롯한 다수의 공급처로부터 구입할 수 있다. TED의 제조, 구조 및 작동에 대해서는 당업자들에게 공지되어 있다.

가열 및/또는 냉각을 제공하는 성능으로 인해, TED가 HVAC 시스템으로부터의 공기 흐름의 온도를 변화시키기 위해 HVAC 시스템에 이용될 수 있다. 이는 차량의 탑승자 구획 내의 영역들의 국소 냉각 또는 국소 난방에 이용될 수 있는 공기 흐름의 일부의 온도를 변화시키는 데에 특히 유리할 수 있다.

HVAC 시스템에 열전 디바이스를 포함하는 열교환기는 패키징에 어려움이 있을 수 있다. 개별 TED에 의해 제공될 수 있는 가열 또는 냉각 용량은 제한되기에, 적절한 가열 또는 냉각을 제공하기 위해서는 다수의 TED가 통상 요구된다. TED가 그 디바이스의 일측에서는 가열을 타측에서는 냉각을 제공하기 때문에, 적절한 용량을 제공하기 위한 명확한 해법은 2차원 어레이로 TED를 배치하는 것이다. 요구되는 2차원 어레이의 길이 또는 폭은 HVAC 시스템에서 이용할 수 있는 패키징 공간을 쉽게 초과할 수 있다. 대안적인 패키징 기법이 발터(Walter) 등의 독일 공개 공보 DE 10-2010-021-901 A1에 제시되어 있다. 발터의 문헌에서는 하나의 덕트는 각각의 TED의 고온측과만 접촉하여 따뜻한 유체 스트림을 제공하고 다른 덕트는 각각의 TED의 저온측과만 접촉하여 차가운 유체 스트림을 제공하는 방식으로, TED의 어레이 사이에 짜여진 한 쌍의 사문형 덕트를 구비한 TED의 1차원 어레이를 개시하고 있다. 적절한 가열 및 냉각을 생성하는 데에 필요한 1차원 어레이의 길이도 HVAC 시스템에서 이용 가능한 패키징 공간을 초과할 수 있다. 게다가, 사문형 덕트의 제조 및 조립은 열교환기에 바람직하지 못한 복잡성과 비용을 추가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 크로스 플로우(cross-flow) 열교환기 조립체가 제공된다. 크로스 플로우 열교환기 조립체는 해당 조립체를 통해 흐르는 유체의 제1 부분을 가열하고, 해당 조립체를 통해 흐르는 유체의 제2 부분을 냉각하도록 구성된다. 조립체를 통해 흐르는 유체의 제1 부분은 조립체를 통해 흐르는 유체의 제2 부분으로부터 격리된다. 조립체는 해당 조립체를 통해 흐르는 유체의 제1 부분을 가열하도록 구성된 제1 열전 디바이스(TED), 조립체를 통해 흐르는 유체의 제2 부분을 냉각하도록 구성된 제2 TED, 및 내부에 수용된 작동 유체의 증발 및 응축을 통해 제1 TED와 제2 TED 간에 열 에너지를 전달하도록 구성된 히트 파이프를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 크로스 플로우 열교환기 조립체가 제공된다. 크로스 플로우 열교환기 조립체는 해당 조립체를 통해 흐르는 유체의 제1 부분을 가열하고, 해당 조립체를 통해 흐르는 유체의 제2 부분을 냉각하도록 구성된다. 조립체를 통해 흐르는 유체의 제1 부분은 조립체를 통해 흐르는 유체의 제2 부분으로부터 격리된다. 조립체는 해당 조립체를 통해 흐르는 유체의 제1 부분을 가열하도록 구성된 제1 TED, 및 해당 조립체를 통해 흐르는 유체의 제2 부분을 냉각하도록 구성된 제2 TED를 포함한다. 조립체는 또한 제1 TED와 열적으로 소통하고 작동 유체를 수용하도록 구성된 제1 튜브를 포함한다. 조립체는 추가로 제2 TED와 열적으로 소통하고 작동 유체를 수용하도록 구성된 제2 튜브를 더 포함한다. 또한, 조립체는 실질적으로 액상인 작동 유체를 수용하도록 배향된 제1 공동을 형성하는 제1 쉘, 및 실질적으로 기상인 작동 유체를 수용하도록 배향된 제2 공동을 형성하는 제2 쉘을 포함한다. 제1 튜브와 제2 튜브는 제1 쉘 및 제2 쉘에 밀봉되게 결합된다. 제1 공동과 제2 공동은 제1 튜브 및 제2 튜브를 통해 유체 소통한다. 조립체는 작동 유체의 증발 및 응축을 통해 제1 TED와 제2 TED 간에 열 에너지를 전달하도록 구성된다. 제2 튜브는 또한 제1 공동 내에 수용된 작동 유체를 제1 튜브로 전달하도록 구성된 심지 재료(wicking material)를 수용할 수 있다. 작동 유체는 열 사이펀 작용을 통해 조립체 내에서 순환할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템이 제공된다. 난방, 환기 및 공조 시스템은 해당 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제1 부분을 냉각하고, 해당 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제2 부분을 가열하도록 구성된다. 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제1 부분은 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제2 부분으로부터 격리된다. 시스템은 해당 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 온도를 변화시키도록 구성된 열교환기 조립체를 포함한다. 시스템은 추가로 해당 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림을 해당 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제1 부분으로 격리시키도록 구성된 제1 플리넘, 및 해당 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림을 해당 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제2 부분으로 격리시키도록 구성된 제2 플리넘을 포함한다. 시스템은 또한 해당 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제1 부분을 가열하고 해당 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제2 부분을 냉각하도록 구성된 제1 TED를 더 포함한다.

추가로, HVAC 시스템은 제1 플리넘 내에 배치된 제1 핀, 제2 플리넘 내에 배치된 제2 핀, 및 제2 핀에 열적으로 결합되고 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제2 부분을 냉각하도록 구성된 제2 TED를 포함할 수 있다. 제1 TED는 제1 핀에 열적으로 결합되고 단지 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제1 부분을 가열하도록 구성될 수도 있다. 제1 TED는 제2 TED에 열적으로 결합될 수도 있다.

또한, HVAC 시스템은, 제1 플리넘 내에 배치된 제1 복수의 핀, 제2 플리넘 내에 배치된 제2 복수의 핀, 제1 복수의 핀에 결합되고 제1 부분을 가열하도록 구성된 제1 복수의 TED, 및 제2 복수의 핀에 결합되고 제2 부분을 냉각하도록 구성된 제2 복수의 TED를 더 포함할 수도 있다. 제1 복수의 TED는 제2 복수의 TED에 열적으로 결합될 수도 있다.

HVAC 시스템은 히트 파이프를 더 포함할 수 있고, 해당 히트 파이프는 히트 파이프 내에 수용된 작동 유체의 증발 및 응축을 통해 제1 TED와 제2 TED 간에 열 에너지를 전달하도록 구성된다.

또한, HVAC 시스템은, 제1 TED와 열적으로 소통하고 작동 유체를 수용하도록 구성된 제1 튜브, 제2 TED와 열적으로 소통하고 작동 유체를 수용하도록 구성된 제2 튜브, 실질적으로 액상인 작동 유체를 수용하도록 구성된 제1 공동을 형성하는 제1 쉘, 및 실질적으로 기상인 작동 유체를 수용하도록 구성된 제2 공동을 형성하는 제2 쉘을 더 포함할 수 있다. 제1 튜브와 제2 튜브는 제1 쉘 및 제2 쉘에 밀봉되게 결합될 수 있다. 제1 공동과 제2 공동은 제1 튜브 및 제2 튜브를 통해 유체 소통할 수 있다. 시스템은 작동 유체의 증발 및 응축을 통해 제1 TED와 제2 TED 간에 열 에너지를 전달하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부 도면을 참조하여 단지 비제한적인 예로서 제시하는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 읽을 시에 보다 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면, 열전 디바이스를 TED를 3차원 어레이로 배열할 수 있어, 보다 컴팩트하고 이에 따라 HVAC 시스템의 내부에 패키징하기가 보다 용이한 열교환기를 제공한다.

이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 열전 열교환기를 포함한 HVAC 시스템이 장착된 차량의 절개 측면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따라 가열 섹션 및 난방 섹션을 갖는 도 3에 도시한 바와 같은 밀봉 열전 열교환기를 포함한 적층 열전 열교환기의 절개 측면도이다.
도 3은 일 실시예에 따라 작동 유체가 충전된 히트 파이프를 포함한 밀봉 열전 열교환기의 절개 측면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따라 작동 유체가 충전된 열전 열교환기의 절개 측면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따라 열전 열교환기를 포함한 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템의 절개 측면도이다.
도 6은 다른 실시예에 따라 도 3에 도시한 바와 같은 밀봉 열전 열교환기를 포함한 HVAC 시스템의 절개 측면도이다.
도 7은 다른 실시예에 따라 도 2에 도시한 바와 같은 적층 열전 열교환기를 포함한 HVAC 시스템의 절개 측면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따라 도 4에 도시한 바와 같은 열전 열교환기를 포함한 HVAC 시스템의 절개 평면도이다.

열전 디바이스(TED)는 그 디바이스의 일측에서 가열을 제공하고 타측에서 냉각을 제공하기 때문에, 적절한 냉각 및 가열 용량을 제공하기 위한 명확한 해법은 TED를 2차원 어레이로 배치하는 것이다. 요구되는 2차원 어레이의 길이 또는 폭은 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템에서 이용할 수 있는 패키징 공간을 쉽게 초과할 수 있다. TED의 대안적인 1차원 어레이가 독일 공개 공보 DE 10-2010-021-901 A1에 제시되어 있으며, 여기에서 하나의 덕트는 각각의 TED의 고온측과만 접촉하여 따뜻한 유체 스트림을 제공하고 다른 덕트는 각각의 TED의 저온측과만 접촉하여 차가운 유체 스트림을 제공하는 방식으로, TED의 어레이 사이에 짜여진 한 쌍의 사문형 덕트를 개시하고 있다. 1차원 어레이의 길이도 HVAC 시스템에서 이용 가능한 패키징 공간을 초과할 수 있다.

열교환기에 TED를 종래 기술에서 제시한 바와 같이 1차원 어레이로 패키징하거나 명백한 2차원 어레이로 패키징하는 대신에, TED를 3차원 어레이로 배열할 수 있다. TED를 3차원 어레이로 배열하면, 보다 컴팩트하고 이에 따라 HVAC 시스템의 범위 내에 패키징하기가 보다 용이한 열교환기를 제공할 수 있다. TED는 예컨대 사람의 신체 한쪽 부분을 향해 보내지는 조립체의 냉각 영역을 통해 흐르는 유체(비제한적인 예로서, 공기)의 제1 부분을 냉각하는 한편, 예컨대 사람의 신체 다른쪽 부분을 향해 보내지는 조립체의 가열 영역을 통해 흐르는 유체의 제2 부분을 가열하도록 구성될 수 있다. TED는 바람직하게는 열교환기의 하나의 섹션이 해당 조립체를 통해 흐르는 유체의 제1 부분을 냉각하고 열교환기의 다른 섹션이 해당 조립체를 통해 흐르는 유체의 제2 부분을 가열하도록 배열된다. 열전 열교환기는 유체의 제1 부분을 냉각하는 TED에 의해 흡수된 열 에너지가 유체의 제2 부분을 가열하는 TED로 전달되도록 구성되어야 한다.

도 1에서는 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템(10)의 비제한적인 예를 도시하는 것으로, HVAC 시스템(10)은 차량(12)에 이용하기 위한 것으로 차량(12)의 탑승자 구획(22) 내의 탑승자(20)의 국소 난방을 위한 공기 스트림(16)의 제1 부분(14) 및 국소 냉방을 위한 공기 스트림(16)의 제2 부분(18)을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 독립적인 난방 및 냉방이 차량(12)의 탑승자(20) 및 운전자(도시 생략)의 온도를 개별적으로 제어하는 데에 이용될 수도 있음을 알게 된다.

HVAC 시스템(10)은 열전 열교환기(26) 외에 통상의 열교환기(24)(예컨대, 히터 코어 또는 증발기)를 포함할 수 있다. 통상의 열교환기(24)는 기본 출력 온도를 제공하도록 구성될 수 있고, 열전 열교환기(26)는 기본 출력 온도를 증가 및 감소시켜 탑승자(20) 신체의 개별 부위에 독립적인 국소 난방 및 국소 냉방을 제공하도록 구성될 수 있다. 열전 열교환기(26)는 두 가지 상이한 배출 온도의 공기를 제공할 수 있다.

도 2는 크로스 플로우 열전 열교환기 조립체(100)의 실시예의 비제한적인 예를 도시하는 것으로, 열교환기 조립체(100)는 조립체(100)의 가열 영역(113)(도 2에 도시되었을 때 상측 부부)을 통해 흐르는 유체의 제1 부분(112)을 가열하고 열교환기 조립체(100)의 냉각 영역(115)(도 2에 도시되었을 때 하측 부분)을 통해 흐르는 유체의 제2 부분(114)을 냉각하도록 구성된다. 열교환기 조립체(100)는 복수의 제1 TED(116) 및 복수의 제2 TED(118)를 포함한 도 3에 상세하게 도시한 바와 같은 복수의 열전 조립체(110)를 포함한다.

도 3은 열전 조립체(110)의 비제한적인 예를 도시하고 있다. 열전 조립체(110)는 열교환기 조립체(100)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(112)을 가열하도록 구성된 제1 열전 디바이스(TED)(116)를 포함한다. 열교환기는 또한 열교환기 조립체(100)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(114)을 냉각하도록 구성된 제2 TED(118)을 포함한다.

열전 조립체(110)는 또한 히트 파이프(133)를 포함하며, 히트 파이프(133)는 히트 파이프(133)에 의해 형성된 공동(136) 내에 수용된 작동 유체(134)의 증발 및 응축을 통해(즉, 증발 및 응축 메커니즘을 이용하여) 제1 TED(116)와 제2 TED(118) 간에 열 에너지를 전달하도록 구성된다.

이러한 비제한적인 예의 히트 파이프(133)는 밀봉된 파이프 또는 튜브이다. 히트 파이프(133)는 상부 섹션(142) 및 하부 섹션(144)을 형성할 수 있다. 비제한적인 예로서, 히트 파이프(133)는 히트 파이프(133)의 폭(138)이 바람직하게는 제1 TED(116) 및 제2 TED(118)의 폭(139)보다 크도록 된 직사각형 단면을 가질 수 있다. 히트 파이프(133)의 두께는 바람직하게는 1.6 ㎜보다 크다. 제1 TED(116)는 바람직하게는 히트 파이프(133)의 상부 섹션(142)에 근접하게 배치되어 그에 열적으로 결합될 수 있다. 제2 TED(118)는 바람직하게는 히트 파이프(133)의 하부 섹션(144)에 근접하게 배치되어 그에 열적으로 결합될 수 있다. 제1 TED(116) 및 제2 TED(118)는 미국 미네소타주 세인트 폴에 소재한 3M Company로부터 입수 가능한 알루미늄 충전 에폭시 접착제 TC-2707과 같은 열전도성 접착제에 의해 히트 파이프(133)에 접합될 수 있다.

히트 파이프(133)는 바람직하게는 상부 섹션(142) 및 하부 섹션(144) 모두에 대해 구리 또는 알루미늄 합금과 같이 열전도성이 높은 재료로 제조된다. 히트 파이프(133)는 통상적으로 작동 유체(134)가 충전된 후 상부 및 저부가 밀봉되는 공동(136)을 형성한다. 통상적으로 진공 펌프를 이용하여 공동(136)으로부터 공기의 대부분을 제거하고, 이어서 공동(136)은 열교환기 조립체(100)의 작동 온도에 부합하도록 선택된 작동 유체(134)의 소정 체적 백분율의 비율로 채워진다. 적절한 작동 유체의 예로는 에탄올, 아세톤, 1,1,1,2-테트라플로오로에탄(냉매 R134a), 또는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(냉매 HFO-1234yf)을 포함할 수 있다.

히트 파이프(133)는 작동 유체(134)의 증발 및 응축에 의해 하부에서 상부로 열 에너지를 전달하도록 증발 냉각을 이용한다. 히트 파이프(133)는 제1 TED(116) 및 제2 TED(118)의 작동에 의해 생성된 히트 파이프(133)의 상부 섹션(142)과 하부 섹션(144) 간의 온도차에 의존한다.

임의의 특정 작동 이론에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 히트 파이프(133)의 하부 섹션(144)이 제2 TED(118)에 의해 열교환기 조립체(100)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(114)으로부터 전달된 열 에너지에 의해 가열되는 경우, 공동(136) 내부의 작동 유체(134)가 증발된다. 이어서, 가열된 증기가 상부 섹션(142)으로 상승하여, 히트 파이프(133)의 상부 섹션(142)을 가열한다. 그러면, 제1 TED(116)가 그 증기로부터 열 에너지를 열교환기 조립체(100)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(112)에 전달한다. 제1 TED(116)는 또한 히트 파이프(133)의 상부 섹션(142)을 냉각하여 증기를 다시 액상 작동 유체(134)로 응축시킨다.

열교환기 조립체가 구리판과 같은 고상 열전도 요소를 이용하여 열교환기 조립체(100)와 유사한 방식으로 구성될 수도 있지만, 고상 열전도 요소의 열 에너지 전달 성능은 열교환기 조립체(100)의 히트 파이프(133)에 비해 열등하다.

이어서, 응축된 작동 유체(134)는 다시 히트 파이프(133)의 하부 섹션(144)으로 흐른다. 수직 배향된 히트 파이프(133)의 경우, 응축된 작동 유체(134)는 상부 섹션(142)에서 하부 섹션(144)으로 중력에 의해 이동할 수 있다. 수평 배향된 히트 파이프의 경우, 히트 파이프(133)의 공동(136)이 히트 파이프(133)의 제1 세그먼트(143)에 수용된 응축된 증기를 히트 파이프(133)의 제2 세그먼트(145)로 모세관 작용에 의해 전달하도록 구성된 심지 재료(148)를 수용할 수 있다. 히트 파이프의 제조, 구조 및 활용에 대해서는 당업자들에게 공지되어 있다.

열전 조립체(110)는 바람직하게는 열전 조립체(110)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(112)을 가열하도록 구성된 복수의 제1 TED(116), 및 열전 조립체(110)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(114)을 냉각하도록 구성된 복수의 제2 TED(118)를 포함한다. 복수의 제1 TED(116) 및 복수의 제2 TED(118)는 도 3에 도시한 바와 같이 3차원 어레이로 배열될 수 있다.

도 2를 다시 참조하면, 열교환기 조립체(100)는 복수의 제1 TED(116) 사이에 배치되고 그에 열적으로 결합되어 조립체(100)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(112) 내에 배치되도록 구성되는 복수의 제1 핀(120)을 포함할 수 있다. 또한, 열교환기 조립체(100)는 복수의 제2 TED(118) 사이에 배치되고 그에 열적으로 결합되어 조립체(100)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(114) 내에 배치되도록 구성되는 복수의 제2 핀(122)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 핀(120) 및 복수의 제2 핀(122)은 바람직하게는 구리 또는 알루미늄 합금과 같이 열전도율이 높은 재료로 제조된다. 복수의 제1 핀(120) 및 복수의 제2 핀(122)은 사문형 핀(serpentine fin)이거나, 당업계에 통상적으로 공지된 임의의 다른 열전도 핀의 형태일 수 있다. 복수의 제1 핀(120) 및 복수의 제2 핀(122)은 알루미늄 충전 에폭시 접착제(aluminum filled epoxy adhesive)와 같은 열전도성 에폭시 수지 접착제 등의 적절한 접착제를 이용하여 제1 TED(116) 및 제2 TED(118)의 열 플레이트에 접합될 수 있다.

복수의 제1 핀(120) 및 복수의 제2 핀(122)은 열교환기 조립체(100)를 통해 흐르는 유체에 노출되는 표면적을 증가시킴으로써 복수의 제1 TED(116)와 열교환기 조립체(100)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(112) 간의 열 에너지 전달 그리고 복수의 제2 TED(118)와 열교환기 조립체(100)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(114) 간의 열 에너지 전달을 향상시키는 이점을 제공한다.

열교환기 조립체(100)는 해당 조립체(100) 내에서 열전 조립체(110)를 지지하고 위치시키도록 지지 구조체(126)를 더 포함할 수 있다. 열교환기 조립체(100)는 복수의 제1 핀(120)과 복수의 제2 핀(122) 사이에 배치되어, 열전 조립체(110)를 통해 흐르는 유체를 제1 부분(112)과 제2 부분(114)으로 격리시키도록 구성된 벌크헤드(128)를 추가로 포함할 수 있다. 벌크헤드(128)는 바람직하게는 열전 조립체(110)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(112)에서 열전 조립체(110)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(114)으로의 열 에너지의 전달을 최소화하도록 폴리프로필렌과 같은 비열전도성 재료로 제조된다. 추가로, 벌크헤드(128)는 제1 핀(120)을 제2 핀(122)으로부터 열적으로 격리시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 열교환기 조립체(100)는 단일 열전 조립체(110)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 조립체(100)는 하나의 제1 TED(116) 및 하나의 제2 TED(118)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 조립체(100)는 복수의 제1 핀(120) 및 복수의 제2 핀(122)을 포함하지 않을 수도 있다.

또한, 열교환기 조립체(100)는 복수의 제1 TED(116)에 전기적으로 결합된 제1 전원(130), 및 복수의 제2 TED(118)에 전기적으로 결합된 제2 전원(132)을 포함할 수 있다. 제1 전원(130)에 의해 공급되는 제1 전압은 제2 전원(132)에 의해 공급되는 제2 전압과 다르며, 바람직하게는 제2 전압과 반대의 극성을 갖는다. 제1 전압과 제2 전압은 동일한 전압값을 갖지만 극성은 반대일 수 있다. 제1 전원(130) 및 제2 전원(132)은 바람직하게는 직류(DC)의 제1 전압 및 제2 전압을 제공하도록 구성된다. 대안적으로, 단일 전원이 복수의 제1 TED(116)와 복수의 제2 TED(118) 모두에 결합되고, 복수의 제1 TED(116)에 인가되는 제1 전압은 제2 TED(118)에 인가되는 제2 전압과 동일한 전압값이지만 극성은 반대로 될 수 있다. 대안적으로, 단일 전원이 제1 펄스폭 변조(PWM) 제어기에 의해 복수의 제1 TED(116)에 전기적으로 결합되는 한편, 제2 PWM 제어기에 의해 복수의 제2 TED(118)에 전기적으로 결합될 수 있다. 제1 PWM 제어기의 가동 사이클(duty cycle)은 제2 PWM 제어기의 가동 사이클과 달라, 복수의 제1 TED(116)와 복수의 제2 TED(118)에 서로 다른 유효 전압을 제공하도록 될 수 있다.

바람직하게는, 동일한 제1 전압이 복수의 제1 TED(116) 각각에 공급되고, 동일한 제2 전압(하지만, 제1 전압과는 다른 전압)이 복수의 제2 TED(118) 각각에 공급된다. 열교환기 조립체(100)는 대체로 균일한 온도 분포를 각각 갖는 상이한 온도의 2개의 공기 스트림을 생성한다는 이점을 제공한다. 복수의 열교환기 조립체(100)가 조합되어, TED에 상이한 전압을 인가함으로써 각각 상이한 온도로 되는 냉각된 유체와 가열된 유체의 복수의 부분을 제공할 수 있다.

도 4는 크로스 플로우 열전 열교환기 조립체(200)의 실시예의 다른 비제한적이 예를 도시하며, 열교환기 조립체(200)는 해당 조립체(200)의 가열 영역(215)(도 4에 도시되었을 때 우측 부분)을 통해 흐르는 유체의 제1 부분(212)을 가열하고 해당 조립체(200)의 냉각 영역(213)(도 4에 도시되었을 때 좌측 부분)을 통해 흐르는 유체의 제2 부분(214)을 냉각하도록 구성된다. 조립체(200)를 통해 흐르는 유체는 액체이거나 공기와 기체일 수 있다. 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(212)은 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(214)으로부터 격리된다. 열교환기 조립체(200)는 해당 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(212)을 가열하도록 구성된 제1 TED(216)를 포함한다. 열교환기는 또한 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(214)을 냉각하도록 구성된 제2 TED(218)을 포함한다.

대안적으로, 제1 TED(216)과 제2 TED(218)에 인가되는 전압을 변경함으로써, 제1 TED(216)가 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(212)을 냉각하도록 구성되고 제2 TED(218)가 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(214)을 가열하도록 구성될 수도 있다.

조립체(200)는 제1 TED(216)와 열적으로 소통하고 냉매 R134a 또는 HFO-1234yf와 같은 작동 유체(234)를 수용하도록 구성된 제1 튜브(248)를 더 포함한다. 또한, 조립체(200)는 제2 TED(218)와 열적으로 소통하고 작동 유체(234)를 수용하도록 구성된 제2 튜브(250)를 포함한다. 조립체(200)는 또한 실질적으로 액상인 작동 유체(234)를 수용하도록 배향된 제1 공동(254)을 형성하는 제1 쉘(252)을 포함한다. 여기서 사용하는 것으로서, "실질적으로 액상"은 10% 이하의 증기를 함유한다. 추가로, 조립체(200)는 실질적으로 기상인 작동 유체(234)를 수용하도록 배향된 제2 공동(258)을 형성하는 제2 쉘(256)을 포함한다. 여기서 사용하는 것으로서, "실질적으로 기상"은 10% 이하의 액체를 함유한다. 제1 튜브(248) 및 제2 튜브(250)는 제1 쉘(252) 및 제2 쉘(256)에 밀봉되게 결합된다. 제1 공동(254)과 제2 공동(258)은 제1 튜브(248) 및 제2 튜브(250)를 통해 유체 소통한다. 조립체(200)는 제2 튜브(250) 내의 작동 유체(234)의 증발과 제1 튜브(248) 내의 작동 유체(234)의 응축을 통해 제1 TED(216)와 제2 TED(218) 간에 열 에너지를 전달하도록 구성된다.

제1 쉘(252), 제2 쉘(256), 제1 튜브(248) 및 제2 튜브(250)는 바람직하게는 구리 또는 알루미늄 합금과 같이 열전도율이 높은 재료로 제조된다. 제1 TED(216) 및 제2 TED(218)는 알루미늄 충전 에폭시와 같은 열전도성 접착제를 이용하여 제1 튜브(248) 및 제2 튜브(250) 각각에 접합될 수 있다. 제1 튜브(248) 및 제2 튜브(250)는 에폭시 또는 메틸 아크릴레이트와 같은 접착제나 브레이징(braising)에 의해 제1 쉘(252) 및 제2 쉘(256)에 접합될 수 있다. 제1 튜브(248) 및 제2 튜브(250)를 제1 쉘(252) 및 제2 쉘(256)에 조립하기 전에 제1 TED(216) 및 제2 TED(218)를 제1 튜브(248) 및 제2튜브(250)에 접합하는 경우, 브레이징 열로 인한 제1 TED(216) 및 제2 TED(218)의 손상의 염려로 접착제를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 조립체(200)는 조립체(200) 내에서 제1 쉘(252) 및 제2 쉘(256)을 지지하고 배치시키도록 지지 구조체(226)를 포함할 수 있다. 지지 구조체(226)는 또한 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(212) 및 제2 부분(214)을 안내하도록 구성될 수도 있다. 열교환기 조립체(200)는 당업자들에게 공지된 튜브 및 쉘 열교환기에 대한 방법 및 구조를 이용하여 제조될 수도 있다.

제1 튜브(248) 및 제2 튜브(250)의 단부들은 밀봉되는 것이 아니라, 제1 쉘(252)의 제1 공동(254) 및 제2 쉘(256)의 제2 공동(258)에 유체적으로 결합된다. 제1 튜브(248) 및 제2 튜브(250)의 단부들은 열교환기의 양단에서 제1 쉘(252)의 제1 공동(254) 및 제2 쉘(256)의 제2 공동(258) 내에 배치된다. 열교환기 조립체(200)는 단열 벌크헤드(228)에 의해 2개의 섹션으로 수평으로 분할될 수 있다.

제1 공동(254) 내에 배치된 제1 튜브(248)의 단부는 실질적으로 액상인 작동 유체(234) 내에 잠기게 된다. 제2 튜브(250)는 심지 재료(246)를 수용할 수 있다. 임의의 특정 작동 이론에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 액상 작동 유체(234)가 제2 튜브(250) 내로 심지 작용에 의해 빨아들여질 때에, 제2 TED(218)가 열 에너지를 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(214)으로부터 작동 유체(234)로 전달한다. 이 과정 중에, 액상 작동 유체(234)는 비등하여 증기를 형성한다. 대류로 인해 증기가 제2 튜브(250)를 통해 제2 공동(258) 내에 배치된 제2 튜브(250)의 단부로 흐르게 되고, 이에 의해 증기가 제2 공동(258) 내로 방출된다.

심지 재료(246)는 액상 작동 유체(234)를 제2 튜브(250) 내로 빨아들여 제2 TED(218)로부터 열 에너지를 흡수하는 데에 이용될 수 있는 제2 튜브(250) 내의 작동 유체(234)의 양을 증가시키는 이점을 제공한다. 심지 재료(246)가 없는 경우, 액상 작동 유체(234)는 제2 튜브(250)의 단부가 제1 쉘(252)의 제1 공동(254) 내로 연장된 곳에서만 제2 튜브(250)와 접촉함으로써, 액상 작동 유체(234)가 제2 튜브(250)와 접촉하게 될 표면적을 매우 작게 제공할 수 있다.

제2 공동(258) 내의 증기는 제2 공동(258) 내에 배치된 제1 튜브(248)의 단부와 접촉한다. 제1 TED(216)가 열 에너지를 작동 유체(234)에서부터 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(212)으로 전달하기 때문에, 제1 TED(216)는 제1 튜브(248)를 냉각한다. 증기가 제1 튜브(248) 내로 흘러 제1 튜브(248)의 저온측에 노출됨에 따라, 증기는 액상 작동 유체(234)로 응축한다. 액상 작동 유체(234)는 중력의 영향으로 제1 튜브(248)를 통해 제1 공동(254) 내에 배치된 제1 튜브(248)의 단부로 흘러 제1 공동(254) 내로 보내지며, 이에 따라 작동 유체(234)에 대한 사이클을 완성한다. 작동 유체(234)는 조립체(200) 내에서 대류 또는 열 사이펀 작용을 통해 순환할 수 있다. 대안적으로, 제1 튜브(248)도 역시 심지 재료를 수용하여, 응축된 작동 유체(234)를 모세관 작용을 통해 제1 공동(254)으로 돌려보낼 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 열교환기 조립체(200)는 제1 TED(216)에 열적으로 결합되어 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(212) 내에 배치되는 제1 열전도 핀(220)을 더 포함할 수 있다. 또한, 열교한기 조립체(200)는 제2 TED(218)에 열적으로 결합되어 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(214) 내에 배치되는 제2 열전도 핀(222)을 포함할 수 있다. 제1 핀(220) 및 제2 핀(222)은 바람직하게는 구리 또는 알루미늄 합금과 같이 열전도율이 높은 재료로 제조된다. 제1 핀(220) 및 제2 핀(222)은 사문형 핀이거나, 당업계에 통상적으로 공지된 임의의 다른 열전도 핀의 형태일 수 있다. 제1 핀(220) 및 제2 핀(222)은 알루미늄 충전 에폭시 접착제와 같은 열전도성 에폭시 수지 접착제 등의 적절한 접착제를 이용하여 제1 TED(216) 및 제2 TED(218)의 열 플레이트들 각각에 접합될 수 있다.

제1 핀(220) 및 제2 핀(222)은 열교환기 조립체(200)를 통해 흐르는 유체에 노출되는 표면적을 증가시킴으로써 제1 TED(216)와 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(212) 간에 및 제2 TED(218)와 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(214) 간에 열 에너지 전달을 향상시키는 이점을 제공한다.

벌크헤드(228)가 제1 핀(220)과 제2 핀(222) 사이에 배치되어, 열교환기 조립체(200)를 통해 흐르는 유체를 제1 부분(212)과 제2 부분(214)으로 격리시킬 수 있다. 벌크헤드(228)는 바람직하게는 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(212)에서 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(214)으로의 열 에너지의 전달을 최소화하도록 폴리프로필렌과 같은 비열전도성 재료로 제조된다. 추가로, 벌크헤드(228)는 제1 핀(220)을 제2 핀(222)으로부터 열적으로 격리시키도록 구성될 수 있다.

또한, 조립체(200)는 제1 TED(216)에 전기적으로 결합된 제1 전원(230), 및 제2 TED(218)에 전기적으로 결합된 제2 전원(232)을 포함할 수 있다. 제1 전원(230)에 의해 공급되는 제1 전압은 제2 전원(232)에 의해 공급되는 제2 전압과 다르며, 바람직하게는 제2 전압과 반대의 극성을 갖는다. 제1 전압과 제2 전압은 동일한 전압값을 갖지만 극성은 반대일 수 있다. 제1 전원(230) 및 제2 전원(232)은 바람직하게는 직류(DC)의 제1 전압 및 제2 전압을 제공하도록 구성된다. 대안적으로, 단일 전원이 제1 TED(216)와 제2 TED(218) 모두에 결합되고, 제1 TED(216)에 인가되는 제1 전압은 제2 TED(218)에 인가되는 제2 전압과 동일한 전압값이지만 극성은 반대로 될 수 있다.

추가로, 열교환기 조립체(200)는 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(212)을 가열하도록 구성된 복수의 제1 TED(216), 및 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(214)을 냉각하도록 구성된 복수의 제2 TED(218)을 포함할 수 있다. 또한, 조립체(200)는 복수의 제1 TED(216)와 열적으로 소통하는 복수의 제1 튜브(248), 및 복수의 제2 TED(218)와 열적으로 소통하는 복수의 제2 튜브(250)를 포함할 수 있다. 조립체(200)는 복수의 제1 TED(216)에 열적으로 결합되고 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제1 부분(212) 내에 배치되는 복수의 제1 핀(220), 및 복수의 제2 TED(218)에 열적으로 결합되어 조립체(200)를 통해 흐르는 유체의 제2 부분(214) 내에 배치되는 복수의 제2 핀(222)을 더 포함할 수 있다. 복수의 제1 TED(216)는 복수의 제1 튜브(248)의 각각의 외면에 2차원 어레이로 배열될 수 있다. 마찬가지로, 복수의 제2 TED(218)는 복수의 제2 튜브(250)의 각각의 외면에 2차원 어레이로 배열될 수 있다.

복수의 제1 TED(216)는 제1 전압을 갖는 공동의 제1 전원(230)에 연결될 수 있다. 복수의 제1 TED(216)에서 각각의 TED는 동일한 전기 극성을 갖는다. 복수의 제1 TED(216)는 제1 튜브(248) 내의 작동 유체(234)에 냉각을 제공하도록 제1 튜브(248)에 근접하게 배치될 수 있다.

마찬가지로, 복수의 제2 TED(218)는 제2 전압을 갖는 공동의 제2 전원(232)에 연결될 수 있다. 복수의 제2 TED(218)에서 각각의 TED는 동일한 전기 극성을 가지며, 제2 전압은 제1 전압과는 반대의 극성을 갖는다. 복수의 제2 TED(218)는 제2 튜브(250) 내의 작동 유체(234)에 가열을 제공하도록 제2 튜브(250)에 근접하게 배치될 수 있다. 조립체(200)는 대체로 균일한 온도 분포를 각각 갖는 상이한 온도의 2개의 공기 스트림을 생성한다는 이점을 제공한다. 복수의 열교환기 조립체(200)가 조합되어, 각각 상이한 온도의 냉각된 유체와 가열된 유체의 복수의 부분을 제공할 수 있다.

도 5는 열전식 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템(300)의 다른 실시예의 비제한적인 예를 도시하는 것으로, HVAC 시스템(300)은 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제1 부분(312)을 냉각하고 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제2 부분(314)을 가열하도록 구성된다. 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제1 부분(312)은 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제2 부분(314)으로부터 격리된다.

상기 시스템(300)은 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 온도를 변화시키도록 구성된 열교환기 조립체(358)를 포함한다. 열교환기는 엔진의 냉각제로부터 폐열을 제공하는 내연 엔진 구동식 차량에서 이용되는 히터 코어와 같이 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)을 가열하도록 구성된다. 대안적으로, 냉동 시스템이나 공조 시스템에 이용되는 증발기와 같이 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)을 냉각하도록 구성된다. 시스템(300)은 2개의 상이한 열교환기를 포함할 수 있고, 그 중 하나는 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)을 가열하도록 구성되고 다른 하나는 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)을 냉각하도록 구성될 수 있다. 시스템(300)은 시스템(300)을 통한 공기 흐름을 수용하도록 하우징(360)을 포함할 수 있다. 또한, 시스템(300)은 바람직하게는 강제로 공기 흐름이 시스템(300)을 통과하게 하도록 팬(362) 또는 기타 공기 이동 장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 시스템(300)은 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)을 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제1 부분(312)으로 격리시키도록 구성된 제1 플리넘(364), 및 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)을 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제2 부분(314)으로 격리시키도록 구성된 제2 플리넘(366)을 포함한다.

상기 시스템(300)은 또한 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제1 부분(312)을 가열하고 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제2 부분(314)을 냉각하도록 구성된 제1 TED(316)를 더 포함한다. 제1 TED(316)는 제1 플리넘(364)과 제2 플리넘(366) 사이에 개재하게 배치될 수 있다. HVAC 시스템의 하우징, 공기 이동 장치, 히터 코어, 증발기, 및 플리넘의 구조 및 제조 방법은 당업자들에 공지되어 있다.

도 6은 상기 시스템(300)의 다른 실시예의 비제한적인 예를 도시하는 것으로, 상기 시스템(300)은 제1 플리넘(364) 내에 배치된 제1 핀(434) 및 제2 플리넘(366) 내에 배치된 제2 핀(436)을 포함할 수 있다. 시스템(300)은 제2 핀(436)에 열적으로 결합되어 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제2 부분(314)을 냉각하도록 구성된 제2 TED(416)을 더 포함할 수 있다. 제1 TED(316)는 제1 핀(434)에 결합되어 단지 가열만을 행하도록 구성될 수 있다. 제1 TED(316)는 제2 TED(416)에 열적으로 결합될 수 있다.

도 7은 상기 시스템(300)의 또 다른 실시예의 비제한적인 예를 도시하는 것으로, 상기 시스템(300)은 도 2에 도시한 바와 같은 열교환기 조립체(100)를 포함한다. 제1 플리넘(364)은 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제1 부분(312)을 조립체(100)의 상측 부분을 통해 안내하도록 구성된다. 제2 플리넘(366)은 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제2 부분(314)을 조립체(100)의 하측 부분을 통해 안내하도록 구성된다.

도 8은 상기 시스템(300)의 또 다른 실시예의 비제한적인 예를 도시하는 것으로, 상기 시스템(300)은 도 4에 도시한 바와 같은 열교환기 조립체(200)를 포함한다. 제1 플리넘(364)은 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제1 부분(312)을 조립체(200)의 우측 부분을 통해 안내하도록 구성된다. 제2 플리넘(366)은 시스템(300)을 통해 흐르는 공기 스트림(305)의 제2 부분(314)을 조립체(200)의 좌측 부분을 통해 안내하도록 구성된다.

따라서, 열교환기 조립체(100, 200)와 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템(300)이 제공된다. 열교환기 조립체(100, 200)는 조립체(100, 200)를 통해 흐르는 공기와 같은 유체 스트림의 가열 및 냉각 모두를 제공하도록 구성될 수 있다. 열교환기 조립체(100, 200)는 열교환기 조립체(100, 200) 내에 열전 디바이스(116, 118, 216, 218)를 3차원적으로 배열함으로 인해 예컨대 HVAC 시스템 내에 패키징하기가 보다 용이할 수 있는 컴팩트한 열전 열교환기를 제공할 수 있다. 열교환기 조립체(100, 200) 내에 작동 유체(134, 234)를 포함함으로써, 제1 TED(116, 216)와 제2 TED(118, 218) 간의 열 에너지 전달을 향상시킨다. 열교환기 조립체(100, 200)는 난방 및 냉방을 위한 통상의 공급원들을 손쉽게 이용할 수 없는 전기 또는 하이브리드 전기 차량에 이용할 수 있다. 게다가, 열교환기 조립체(200)는 통상의 열교환기 조립체의 구조 요소 및 방법의 대부분을 이용하여 제조될 수 있다.

HVAC 시스템(300)은 열전 열교환기 조립체를 이용하여 차량(12)의 탑승자 구획(22) 내의 탑승자(20)의 국소 냉방 및 국소 난방을 위해 가열 및 냉각 공기 스트림을 제공할 수 있다. 탑승자의 쾌적성 요건을 충족시키기 위해서는 다수의 국소 냉방 및 국소 난방용 공기 스트림이 필요할 수 있다. 탑승자(20) 신체의 상이한 부위들도 또한 상이한 공기 온도를 요구한다. 도 5 내지 도 8에 도시한 구조의 HVAC 시스템(300)은 국소 냉방 및 난방을 위한 방출 온도 요건을 충족시킬 것이다.

본 발명을 바람직한 실시예들에 관하여 설명하였지만, 그에 제한되는 것이 아니라, 오히려 후속하는 청구의 범위에 기재된 범위에만 제한될 것이다. 게다가, 제1, 제2 등의 용어의 사용은 중요성의 임의의 정도를 나타내는 것이 아니라, 오히려 제1, 제2 등의 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구분하기 위해 사용하고 있다. 또한, 단수 표현의 용어의 사용은 수량의 제한을 나타내는 것이 아니라, 오히려 관련 물품이 적어도 하나가 존재함을 나타낸다.

100, 200: 열교환기 조립체 110: 열전 조립체
112, 212: 유체의 제1 부분 114, 214: 유체의 제2 부분
116, 216: 제1 열전 디바이스(TED) 118, 218: 제2 TED
120, 220: 제1 핀 122, 222: 제2 핀
128, 228: 벌크헤드 130, 230: 제1 전원
132, 232: 제2 전원 133: 히트 파이프
134, 234: 작동 유체 148, 246: 심지 재료
248: 제1 튜브 250: 제2 튜브
252: 제1 쉘 254: 제1 공동
256: 제2 쉘 258: 제2 공동
300: HVAC 시스템 305: 공기 스트림
312: 공기 스트림의 제1 부분 314: 공기 스트림의 제2 부분
316: 제1 열전 디바이스 358: 열교환기 조립체
364: 제1 플리넘 366: 제2 플리넘

Claims

크로스 플로우 열교환기 조립체이며,
상기 조립체는 상기 조립체를 통해 흐르는 유체의 제1 부분을 가열하고 상기 조립체를 통해 흐르는 유체의 제2 부분을 냉각하도록 구성되며, 상기 제1 부분은 제2 부분으로부터 격리되고,
상기 조립체는,
상기 유체의 제1 부분을 가열하도록 구성된 제1 열전 디바이스;
상기 유체의 제2 부분을 냉각하도록 구성된 제2 열전 디바이스; 및
히트 파이프로서, 히트 파이프 내부에 수용된 작동 유체의 증발 및 응축을 통해 제1 열전 디바이스와 제2 열전 디바이스 간에 열 에너지를 전달하도록 구성되는 히트 파이프를 포함하는
크로스 플로우 열교환기 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제1 열전 디바이스에 열적으로 결합되고 상기 유체의 제1 부분 내에 배치되는 제1 핀; 및
상기 제2 열전 디바이스에 열적으로 결합되고 상기 유체의 제2 부분 내에 배치되는 제2 핀을 더 포함하는 크로스 플로우 열교환기 조립체.
제2항에 있어서, 상기 제1 핀과 상기 제2 핀 사이에 배치되어 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 격리시키도록 구성된 벌크헤드를 더 포함하는 크로스 플로우 열교환기 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제1 열전 디바이스에 전기적으로 결합된 제1 전원; 및
상기 제2 열전 디바이스에 전기적으로 결합된 제2 전원을 더 포함하며,
상기 제1 전원에 의해 공급되는 제1 전압은 상기 제2 전원에 의해 공급되는 제2 전압과는 다른 크로스 플로우 열교환기 조립체.
제1항에 있어서, 상기 히트 파이프는 또한 심지 재료를 수용하며, 상기 심지 재료는 상기 제1 열전 디바이스에 근접한 히트 파이프의 제1 세그먼트 내에 수용된 응축 증기를 상기 제2 열전 디바이스에 근접한 히트 파이프의 제2 세그먼트로 전달하도록 구성되는 크로스 플로우 열교환기 조립체.
크로스 플로우 열교환기 조립체이며,
상기 조립체는 상기 조립체를 통해 흐르는 유체의 제1 부분을 가열하고 상기 조립체를 통해 흐르는 유체의 제2 부분을 냉각하도록 구성되며, 상기 제1 부분은 제2 부분으로부터 격리되고,
상기 조립체는,
상기 유체의 제1 부분을 가열하도록 구성된 제1 열전 디바이스;
상기 유체의 제2 부분을 냉각하도록 구성된 제2 열전 디바이스;
상기 제1 열전 디바이스와 열적으로 소통하고 작동 유체를 수용하도록 구성된 제1 튜브;
상기 제2 열전 디바이스와 열적으로 소통하고 작동 유체를 수용하도록 구성된 제2 튜브;
실질적으로 액상인 작동 유체를 수용하도록 배향된 제1 공동을 형성하는 제1 쉘; 및
실질적으로 기상인 작동 유체를 수용하도록 배향된 제2 공동을 형성하는 제2 쉘을 포함하며,
상기 제1 튜브와 제2 튜브는 제1 쉘 및 제2 쉘에 밀봉되게 결합되며, 상기 제1 공동과 제2 공동은 제1 튜브 및 제2 튜브를 통해 유체 소통하며, 상기 조립체는 작동 유체의 증발 및 응축을 통해 제1 열전 디바이스와 제2 열전 디바이스 간에 열 에너지를 전달하도록 구성되는 크로스 플로우 열교환기 조립체.
제6항에 있어서, 상기 제1 열전 디바이스에 열적으로 결합되고 상기 유체의 제1 부분 내에 배치되는 제1 핀; 및
상기 제2 열전 디바이스에 열적으로 결합되고 상기 유체의 제2 부분 내에 배치되는 제2 핀을 더 포함하는 크로스 플로우 열교환기 조립체.
제7항에 있어서, 상기 제1 핀과 제2 핀 사이에 배치되어 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 격리시키도록 구성된 벌크헤드를 더 포함하는 크로스 플로우 열교환기 조립체.
제6항에 있어서, 상기 제1 열전 디바이스에 전기적으로 결합된 제1 전원; 및
상기 제2 열전 디바이스에 전기적으로 결합된 제2 전원을 더 포함하며,
상기 제1 전원에 의해 공급되는 제1 전압은 상기 제2 전원에 의해 공급되는 제2 전압과는 다른 크로스 플로우 열교환기 조립체.
제6항에 있어서, 상기 제2 튜브는 또한 제1 공동 내에 수용된 작동 유체를 제1 튜브로 전달하도록 구성된 심지 재료를 더 수용하는 크로스 플로우 열교환기 조립체.
제6항에 있어서, 상기 작동 유체는 열 사이펀 작용을 통해 열교환기 조립체 내에서 순환하는 크로스 플로우 열교환기 조립체.
난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템이며,
상기 시스템은 상기 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제1 부분을 가열하고 상기 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 제2 부분을 냉각하도록 구성되며, 상기 제1 부분은 제2 부분으로부터 격리되고,
상기 시스템은,
상기 시스템을 통해 흐르는 공기 스트림의 온도를 변화시키도록 구성된 열교환기 조립체;
상기 공기 스트림을 공기 스트림의 제1 부분으로 격리시키도록 구성된 제1 플리넘;
상기 공기 스트림을 공기 스트림의 제2 부분으로 격리시키도록 구성된 제2 플리넘; 및
상기 공기 스트림의 제1 부분을 가열하고 상기 공기 스트림의 제2 부분을 냉각하도록 구성된 제1 열전 디바이스를 포함하는 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템.
제12항에 있어서,
상기 제1 플리넘 내에 배치된 제1 핀;
상기 제2 플리넘 내에 배치된 제2 핀; 및
상기 제2 핀에 열적으로 결합되고 상기 공기 스트림의 제2 부분을 냉각하도록 구성된 제2 열전 디바이스를 더 포함하며,
상기 제1 열전 디바이스는 제1 핀에 결합되고 상기 공기 스트림의 제1 부분만을 가열하도록 구성되며, 상기 제1 열전 디바이스는 제2 열전 디바이스에 열적으로 결합되는 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템.
제13항에 있어서,
상기 제1 플리넘 내에 배치된 제1 복수의 핀;
상기 제2 플리넘 내에 배치된 제2 복수의 핀;
상기 제1 복수의 핀에 결합되고 상기 공기 스트림의 제1 부분을 가열하도록 구성된 제1 복수의 열전 디바이스; 및
상기 제2 복수의 핀에 결합되고 상기 공기 스트림의 제2 부분을 냉각하도록 구성된 제2 복수의 열전 디바이스를 더 포함하며,
상기 제1 복수의 열전 디바이스는 제2 복수의 열전 디바이스에 열적으로 결합되는 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템.
제13항에 있어서,
히트 파이프를 더 포함하고,
상기 히트 파이프는 내부에 수용된 작동 유체의 증발 및 응축을 통해 제1 열전 디바이스와 제2 열전 디바이스 간에 열 에너지를 전달하도록 구성되는 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템.
제13항에 있어서,
상기 제1 열전 디바이스와 열적으로 소통하고 작동 유체를 수용하도록 구성된 제1 튜브;
상기 제2 열전 디바이스와 열적으로 소통하고 작동 유체를 수용하도록 구성된 제2 튜브;
실질적으로 액상인 작동 유체를 수용하도록 구성된 제1 공동을 형성하는 제1 쉘; 및
실질적으로 기상인 작동 유체를 수용하도록 구성된 제2 공동을 형성하는 제2 쉘을 포함하며,
상기 제1 튜브와 상기 제2 튜브는 상기 제1 쉘 및 상기 제2 쉘에 밀봉되게 결합되며, 상기 제1 공동과 상기 제2 공동은 상기 제1 튜브 및 상기 제2 튜브를 통해 유체 소통하며, 상기 시스템은 작동 유체의 증발 및 응축을 통해 제1 열전 디바이스와 제2 열전 디바이스 간에 열 에너지를 전달하도록 구성되는 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템.
제16항에 있어서, 상기 작동 유체는 열 사이펀 작용을 통해 상기 HVAC 시스템 내에서 순환하는 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템.
제13항에 있어서,
상기 제1 열전 디바이스에 전기적으로 결합된 제1 전원; 및
상기 제2 열전 디바이스에 전기적으로 결합된 제2 전원을 더 포함하며,
상기 제1 전원에 의해 공급되는 제1 전압은 상기 제2 전원에 의해 공급되는 제2 전압과는 다른 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템.