KR100600911B1 - 자동차용 전기가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기가열장치에 관한 것으로서, 특히 댐퍼 레지스터와 제어 유닛이 단일 구조 유닛 안에 통합되어 있는 자동차용의 보조 가열장치에 관한 것이다. 상기 댐퍼 레지스터의 가열 소자들을 제어하기 위해서 상기 인쇄회로기판 상에 직접 장착된 파워 트랜지스터들이 제공된다. 상기 파워 트랜지스터들로부터 소산 열을 효과적으로 제거하기 위해서 상기 파워 트랜지스터들은 그들의 밑면 상에서 상기 인쇄회로기판의 개구들을 통하여 냉각 소자와 직접 접촉하게 된다. 제조 공정을 단순화하기 위해서, 상기 냉각 소자들은 두 부분들로 구성되는데, 상기 인쇄회로기판의 개구 안에 삽입 가능한 작은 열량을 갖는 열전도 디스크와, 상기 열전도 소자에 접속될 수 있는 냉각체로 구성된다.

전기가열장치, 자동차, 냉각체, 파워 트랜지스터, 인쇄회로기판

Description

자동차용 전기가열장치{Electric Heating for Motor Vehicles}

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 전기가열장치의 평면도 및 측면도.

도 2는 부품들을 구비한 제어 유닛의 인쇄회로기판의 상세도.

도 3은 박스형 측면 부재 및 상기 측면 부재에 삽입 가능한 상기 제어 유닛의 상세도.

도 4는 박스형 측면 부재 및 상기 측면 부재에 삽입 가능한 상기 제어 유닛의 다른 상세도.

도 5a, 5b 및 5c는 파워 트랜지스터들을 냉각시키는 추가 실시예들의 상세도.

도 6은 본 발명에 따른 제어 유닛의 다른 실시예를 간단히 나타낸 투영도.

도 7a, 7b 및 7c는 도 6에 따른 제어 유닛의 구조를 변형시킨 상세도.

도 8은 파워 트랜지스터를 구비한 제어 유닛과 상기 파워 트랜지스터에 배치된 냉각 소자의 상세도.

도 9는 도 8에 도시된 냉각 소자의 구조의 택일적인 실시예를 나타낸 도면.

도 10은 파워 트랜지스터의 반도체 소자로부터 시작하는 열 소산 원뿔을 나타낸 도면.

도 11은 열전도 소자의 구조의 바람직한 실시예를 나타낸 도면.

도 12 및 도 13은 냉각체의 바람직한 실시예를 나타낸 도면.

본 발명은 공기를 가열하는 전기가열장치(electric heating device)에 관한 것으로, 특히 자동차의 보조 전기가열장치로 사용하기에 적합한 전기가열장치에 관한 것이다.

자동차, 특히 최소의 소비율을 위해 최적화된 모터를 구비한 자동차에 사용하기 위해서, 전기가열장치들이 내부 및/또는 모터를 가열하는데 이용된다. 연소기관이 충분한 열에너지를 공급하지 못하는 한 모터 시동 후에 보조 전기가열이 특히 요구된다. 최소의 소비율을 위해 최적화된 연소기관들은 기본적으로 보조 전기가열장치를 필요로 한다.

하지만 상기 가열장치들의 사용은 자동차 분야에만 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 가전제품(실내 공기 조화), 산업용 플랜트 등과 같은 분야에서 많은 다른 용도로 사용할 수 있다.

EP-A2-0 902 311에는 자동차용 전기가열장치가 개시되어 있다. 상기 가열장치는 가열기 블록(heater block)에 함께 연결된 복수의 가열 소자들을 포함하고 있다. 상기 가열기 블록은, 상기 가열기 소자들을 제어하기 위한 제어 유닛(control unit)과 함께 공통 프레임(frame) 안에 수용된다. 따라서 상기 제어 유닛은 상기 프레임에 수용된 상기 가열기 블록과 함께 구조 유닛을 구성한다. 상기 제어 유닛 은 전자 스위치(electronic switch)들을 갖는 전력전자시스템(power electronics system)을 포함하며, 상기 전자 스위치들 각각에는 냉각체(cooling body)가 구비된다. 상기 제어 유닛은 가열되는 기류의 일 부분이 상기 제어 유닛, 특히 상기 전자 스위치들을 냉각시키기 위해 상기 냉각 소자들 위로 송풍되도록 배치된다.

상기 전자 스위치들, 특히 상기 가열 소자들에 공급된 전원을 제어하는 파워 트랜지스터(power transistor) 형태로 이루어진 전자 스위치들은 일 측면 상에서 인쇄회로기판(printed circuit board) 상에 직접 장착된다. 상기 파워 트랜지스터들에 의해 발생된 소산 열(dissipation heat)을 제거하기 위해서 냉각 소자 또는 냉각 플레이트(cooling plate)가 상기 인쇄회로기판의 대향 측면 상에 제공된다. 상기 인쇄회로기판을 통하여 상기 트랜지스터와 상기 냉각 소자간의 열 전달을 개선하기 위해서, 상기 인쇄회로기판은 복수의 피드 스루(feed-through)들을 갖는 냉각 소자와 상기 트랜지스터 사이의 영역에 제공된다. 이러한 피드 수루들의 열전도성은 상기 소산 열을 제거할 만큼 충분하지 않다는 단점이 있다. 상기 피드 스루들이 상기 파워 트랜지스터 아래 약 1㎠ 영역에 제공되더라도, 상기 소산 열이 6W 이상의 크기로 상기 피드 스루들에 의해 상기 냉각 소자들에 전도될 수는 없다.

EP-A-1 157 867에 개시된 전기가열장치의 경우 댐퍼 레지스터(damper register)와 상기 전기 제어 유닛이 하나의 구조 유닛 안에 통합되어 있다. 상기 제어 유닛의 파워 트랜지스터들은 상기 인쇄회로기판 상에 직접 배치되며, 그들의 하부 측면 상에서 상기 인쇄회로기판 내 보어(bore)를 통하여 냉각 소자에 의해 접촉된다. 상기 파워 트랜지스터와 직접 접촉하는 상기 냉각 소자는 간단한 방법으 로 그리고 적당한 양으로 상기 파워 트랜지스터의 소산 열을 제거할 수 있다.

하지만 상기 가열장치는 상기 냉각 소자를 상기 트랜지스터에 고정시키는 클램프(clamp)를 갖는 단점이 있다. 차량 진동은 상기 냉각 소자의 파스너(fastener)에 부정적인 영향을 미칠 수 있어 효율적인 열 전달이 감소된다. 추가적으로, 상기 클램프는 상기 트랜지스터의 접촉면과 상기 인쇄회로기판을 통하여 돌출하는 페그(peg) 요소의 표면의 불평활성을 보상할 수 없다. 이런 방식으로 열 전달이 손상되고 측정될 수 없으며, 상기 접촉면은 전체 트랜지스터 표면 위에서 동등하게 상기 파워 트랜지스터로부터 소산 열을 제거할 수 없게 된다.

택일적으로, 상기 트랜지스터와 상기 냉각 소자가 상기 접촉면에 함께 접합될 수 있다. 이런 고정 방식에 의해 상기 클램프가 제거될 수 있으며, 동시에 상기 트랜지스터의 접촉면과 상기 인쇄회로기판을 통하여 돌출하는 냉각 소자의 페그(peg) 표면에서 신뢰성 있는 고 열 전달 판독이 보장될 수 있다. 이런 고정 방식은 생산비용이 비싼 단점이 있다. 상기 냉각체들에 비해 매우 작은 부피로 인하여 상기 파워 트랜지스터들은 상기 제조 공정에서 특정 고 열 부하에 영향받게 된다. 상기 전체 냉각체를 대응 온도까지 잘 가열하기 위해서 일반적인 접합 온도에서보다도 훨씬 긴 시간동안 행해지는 접합 공정 동안에 상기 제어 회로를 유지하는데 상기 냉각체의 상당한 크기가 요구된다. 상기 접합 공정 중에 상기 파워 트랜지스터들과 상기 냉각체들을 구비한 상기 제어 회로는 약 230℃의 온도에 있게 된다. 그 작은 크기로 인하여 상기 파워 트랜지스터는 매우 빨리 주위 온도를 흡수한다. 하지만 상기 냉각체가 상응 레벨 온도까지 가열되는 시간은 일반적으로 상기 파워 트랜지스터들이 상기 온도에 노출될 수 있는 최대 허용 시간을 초과하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 소산 열을 적절히 제거하며 단순한 방법으로 제조될 수 있는 가열장치를 제공함에 있다.

상기한 목적은 본 발명의 청구항 1의 특징들에 의해 달성된다.

본 발명에 따라서, 상기 냉각 소자(cooling element)는 두 부분들로 형성되는데, 보다 상세하게는 한 부분은 열전도 소자(heat-conducting element)로 구성되고, 다른 부분은 상기 열전도 소자에 접속될 수 있는 냉각체로 구성된다. 상기 냉각 소자를 두 부분으로 구성하였기 때문에, 양 부분들의 파라미터(parameter)들은 별도로 조절될 수 있다. 특히 상기 두 부분들의 크기, 열량, 형상 및 재료들은 개별적으로 선택될 수 있으며 그러한 파라미터들의 적당한 선택으로 인하여 제조 비용이 상당히 줄어들 수 있다.

두 부분들로 나누는 구성으로 인하여, 상기 냉각 소자의 두 부분들은 제조 공정 중에 다른 지점들에서 상기 제어 회로에 접속될 수 있다. 이런 방식으로, 상기 냉각 소자를 통하여 함께 제거될 수 있는 열량은 일체형과 비교하여 본질적으로 변화되지 않는다. 본 발명에 따라서, 상기 냉각 소자의 열량은 매우 작은 부품인, 열전도 소자 및 큰 부품인 냉각체로 나누어 질 수 있다. 작은 열량은 제조 공정 중에 상기 트랜지스터들의 각각에 연결된다. 따라서 특히 일반적으로 요구되는 열저항 트랜지스터들에 대한 의존이 회피될 수 있다. 큰 열량을 갖는 제2 부품은 아 무런 위험 없이 상기 제1 부품에 연결될 수 있다. 따라서 상당히 간단하고 적은 비용으로 가열장치를 제조할 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 냉각 소자의 두 개의 부품들은 서로 접착된다. 이런 방식으로 특히 효율적이고 높은 열전도 접속이 간단히 이루어질 수 있다.

두 개의 부품들을 서로 접착시키는데 사용된 접착제(glue)는 기계적인 밀착과 높은 열전도 접속 외에도, 상기 냉각 소자의 두 부분들, 즉 상기 열전도 소자와 상기 냉각체를 바람직하게 전기 절연시킨다. 이런 방식으로, 상기 열전도 소자로부터 상기 냉각체의 전기 절연이 동시에 달성될 수 있어서 일반적으로 양극인 상기 트랜지스터의 밑면은 바깥쪽에서 접근 가능한 상기 가열장치의 부분들과 접촉하지 않는다.

본 발명의 다른 이점은 사실상 상기 냉각 소자의 두 부품들용으로 다른 재료들이 선택될 수 있다는데 있다. 따라서, 예를 들면, 상기 냉각체용으로 상기 열전도 소자 보다 값싼 재료가 선택될 수 있는데, 이는 소산 열이 나중에 상기 열전도 소자를 통하여 상기 냉각체에 전도될 수 있다면 충분한 양의 소산 열이 제거될 수 있기 때문이다. 이런 방식으로, 상기 냉각 소자도 제거될 수 있는 열량의 감소 없이 특히 값싸게 제조될 수 있다.

바람직한 실시예에서 상기 열전도 소자는 구리로 만들어진다. 좋은 열 전도도를 나타내지만 상대적으로 비싼 구리는 열 전도, 즉 상기 인쇄회로기판을 통하여 상기 트랜지스터로부터 상기 냉각체로 열을 전도하기 위해 특히 중요한 지점에서만 사용되어야 한다. 상기와 같이 구리로 만들어진 열전도 소자는 예를 들면 가압편(pressed piece) 또는 소결편(sintered piece)과 같이 특히 값싸게 제조될 수 있다.

다른 바람직한 실시예에 따라서, 상기 냉각체는 알루미늄으로 만들어진다. 큰 냉각체 부피로 인하여 비싸지 않은 재료의 선택은 전체 제조 비용에 특히 바람직한 영향을 준다. 추가적으로, 상기 냉각체 자체는 천공편(punched piece) 또는 굴곡편(bent piece)과 같이 값싸게 생산될 수 있다.

따라서 본 발명의 특별한 이점은 상기 냉각 소자의 두 부분 구성이 각 부품들의 제조를 특히 단순화시켜 일체형 구성에 비해 제조 비용이 상당히 감소된다는 것이다.

바람직한 실시예에 따라서 상기 인쇄회로기판 내에 제공된 개구(opening) 및 상기 열전도 소자는 기본적으로 원통형으로 형성된다. 이런 형상은 값싼 제조를 가능하게 한다.

바람직한 실시예에 따라서, 상기 냉각체는 상기 인쇄회로기판과 접촉하는 본질적으로 평평한 단면을 갖는다. 상기 단면에는 개구가 제공되는데, 상기 개구를 통하여 상기 열전도 소자의 일단이 돌출한다. 상기 열전도 소자는 상기 냉각체의 상기 평평한 단면을 통하여 돌출하는 하나의 단부 상에서 적어도 하나의 측면 돌출부(lateral projection)를 갖으며, 상기 측면 돌출부를 통하여 상기 냉각체가 기계적으로 고정된다. 상기 배치의 경우 상기 냉각체를 상기 열전도 소자에 접착시키는 접착제가 필요 없게 된다.

바람직하게는 상기 냉각체를 고정시키는 상기 측면 돌출부는 상기 열전도 소자의 단부 주위에 부착된 벌브(bulb)로 형성된다. 상기 벌브로 인해 특히 상기 냉각체의 좋은 기계적 고정이 간단히 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 가열되는 공기는 전체적으로 상기 제어 유닛 상으로 송풍되는 것은 아니며, 상기 전력전자시스템을 냉각하는데 사용된 공기 스루풋(air throughput)은 윈도우 개구(window opening)들을 통하여 제어될 수 있다. 바람직하게는 상기 윈도우 개구들은 상기 냉각체들의 냉각 리브(cooling rib)들 상에만 외부 공기가 송풍되도록 배치된다. 이런 방식으로 상기 전력전자시스템을 냉각하는데 사용된 공기의 양은 상기 가열 기류에서 온도가 변화하는 구역들이 발생하지 않도록, 즉 상기 라디에이터 소자(radiator element)들에 의해 가열된 기류와 냉각 기류가 대략 동일한 최초 온도를 갖도록 조절될 수 있다. 이런 방식으로 상기 전체 가열장치의 효율은 전자제어시스템을 냉각하기 위해 분기된 기류에 의해 감소되지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 대향 측면들 상의 윈도우 개구들 사이의 영역 내에서, 상기 기류를 제어하는 수단이 제공된다. 이런 방식으로 상기 기류는 상기 냉각 기류의 최대 가열을 달성하기 위해서 상기 전력전자시스템의 냉각 소자들 상으로 직접 송풍될 수 있도록 안내될 수 있다. 냉각요소들이 U-형상으로 변형되는 것이 특히 바람직한데, 상기 U-형 냉각요소들의 다리들간에 돌출하는 추가 공기 안내 요소들이 제공될 수 있다.

상기 냉각 공기가 상기 제어 유닛의 부품들 위로 안내된다면 보다 좋은 소산 열의 제거가 달성될 수 있다. 이를 위해서, 바람직하게는 상기 제어 유닛의 기판은 일 측면 상에만 부품들이 제공된다. 추가적으로, 상기 부품들의 이러한 배치는 기술적 제조상의 이유로 특히 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 기판은 상기 가열기 블록의 프레임 평면에 수직하게 배치된다. 이러한 구성으로 인해, 한편으로는 상기 부품들 위로 공기의 간단한 송풍이 가능해지고, 다른 한편으로는 전기가열장치의 작은 구조 깊이가 달성될 수 있다.

외부에서 접근 가능한 표면들을 가지며 전류와 접촉하는 냉각체에서 발생하는 위험을 제거하기 위해서, 상기 냉각체의 표면에는 외측에 전기 절연 코팅이 제공된다. 이러한 구성의 경우, 가열된/가열되는 기류 안에 떨어지는 금속 조각들에 의해 유발되는 전기 단락의 위험이 간단히 방지될 수 있다.

바람직하게는 바깥에서 접근 가능한 영역들, 즉 특히 상기 윈도우 개구들과 대향하는 위치에 있는 냉각 리브들에서만 상기 냉각체에 전기 절연 코팅이 제공된다.

상기 냉각 소자의 양 부품들을 접착시키기 위해서 바람직하게는 다른 접착제들이 사용될 수 있다. 에폭시 수지 접착제(epoxy resin glue)는 특히 상기 냉각 소자가 상기 인쇄회로기판에 추가적으로 접착될 때 상기 두 부품들의 밀착 연결을 특히 용이하게 한다. 실리콘 접착제(silicon glue)는 상기 접착된 재료들의 팽창 계수들의 변화를 보상할 수 있다. 다른 바람직한 접착제로는 아크릴 접착제(acrylic glue)가 있다. 이러한 접착제들은 특히 상기 개개의 부분들, 즉 상기 열전도 소자, 상기 냉각체와 상기 인쇄회로기판의 비평면 평행 표면들이 상기 접착제들에 의해 평탄해지는 이점이 있다.

바람직한 실시예에 따라서, 상기 열전도 소자는 그 단면이 상기 트랜지스터에서 상기 냉각체쪽으로 커지도록 형성된다. 상기와 같은 구성에서, 재료의 최소 사용이라는 가장 큰 효과가 달성될 수 있다. 상기 열전도 소자의 실시예는 상기 파워 트랜지스터에 의해 발생된 소산 열이 열전도 원뿔형으로 분산됨으로써 평탄 지점을 갖는 상기 열전도 원뿔이 상기 트랜지스터의 반도체 소자로부터 시작된다는 사실을 고려한 것이다.

상기 열전도 소자의 특히 간단한 실시예에서 상기 열전도 소자는 본질적으로 원통형으로 형성되며, 바람직하게는 상기 인쇄회로기판의 개구에 배치된 단면은 상기 인쇄회로기판으로부터 돌출하는 단면보다 작은 직경을 갖는다.

상기 열전도 소자의 다른 바람직한 실시예에 따라서 상기 인쇄회로기판의 개구에 배치된 단면은 원뿔형으로 형성된다. 이런 형상은 재료를 절약하며 간단히 상기 열전도 소자를 상기 인쇄회로기판 안으로 삽입할 수 있게 한다.

보다 나은 기계적 고정을 위해서, 상기 열전도 소자는 바람직하게는 수직하게 정렬된 방사상 돌출부들을 구비한다. 이런 실시예는 상기 열전도 소자의 용이한 삽입과 동시에 기계적 고정을 가능하게 한다. 이를 위해서 상기 방사상 돌출부들의 지점들의 직경은 상기 인쇄회로기판의 개구의 내부 직경보다 약간 크게 구성된다. 이런 방식으로 상기 열전도 소자는 삽입 즉시 상기 인쇄회로기판에 기계적으로 고정된다.

상기 냉각체가 본질적으로 직사각형 단면을 가지면 상기 냉각체는 특히 값싸게 제조될 수 있다. 상기 냉각체의 제1 단면은 이런 목적을 위해서 상기 인쇄회로기판에 평행하게 배치되는 것이 바람직하며 제2 단면은 상기 제1 단면으로부터 수직하게 돌출한다.

상기 냉각체의 보다 나은 기계적 고정을 위해서 상기 냉각체는 인쇄회로기판으로부터 돌출하는 단부 상에 상기 열전도 소자들을 수용하는 요부(recess)들을 구비한다. 이런 방식으로 상기 냉각체는 상기 열전도 소자에 단독으로 접착되는 때보다 많은 기계적 응력을 흡수할 수 있도록, 예를 들면 접착에 의해 상기 인쇄회로기판에 동시에 기계적으로 고정될 수 있다.

특히 바람직한 실시예에는 상응하는 수의 열전도 소자들을 갖는 복수의 파워 트랜지스터들용의 연결 냉각체(joint cooling body)에 대한 구성을 나타낸다. 상기 냉각체는 특히 간단하고 값싸게 제조될 수 있다. 추가적으로, 개개의 파워 트랜지스터들의 손실 전력은 특히 상기 파워 트랜지스터들이 동등하지 않은 손실 전력을 생성하는 경우에 보다 용이하게 제거될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예들은 종속항들에 기재되어 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1a는 본 발명에 따른 전기가열장치 1의 측면도를 나타낸다. 도 1b는 상기 전기가열장치 1의 정면도를 나타낸다. 상기 전기가열장치 1은 가열 소자들 2로 구성되는 가열기 블록(heater block)을 포함하며, 상기 가열기 소자들 2의 대부분은 적층되어 있다. 각 가열 소자 2는 저항 가열 소자로 구성되며, 그 다음에 라디에이터(radiator)들 또는 열전도 시트(heat-conducting sheet)들이 배열된다. 정온도계수(Positive temperature coefficient: 이하 'PTC'라 함) 소자들은 바람직하게는 저항 가열 소자들로 사용된다. 상기 가열기 소자들 2로 구성되는 상기 가열기 블록은 프레임(frame) 안에 수용된다. 상기 프레임은 대향하는 종방향 부재들 3과, 상기 종방향 부재들에 대해 수직하게 배치된 측면 부재들 4 및 5로 이루어진다. 상기 프레임의 부재들은 금속 또는 플라스틱으로 만들어진다.

상기 종방향 부재들 3은 그들의 구조상 본질적으로 대칭인 반면에, 도 1에 나타낸 실시예의 두 측면 부재들 4 및 5는 서로 다르게 구성된다.

상기 측면 부재 4와 대조적으로 상기 측면 부재 5는 일 측면 상에 개방형 박스로 형성된다. 상기 박스형 측면 부재 5의 개구는 상기 가열 소자들 2와 대향하는 상기 측면 부재 5의 측면 상에 배치된다. 제어 유닛(control unit)이 상기 박스 안에 삽입될 수 있으며, 상기 제어 유닛은 상기 가열 소자들 2에 공급된 전류를 제어함으로써 개개의 가열 소자들 2의 열 방출을 제어한다. 박스로 형성된 측면 부재 5의 개방 측면은 상기 제어 유닛의 삽입 후에 부착형 또는 클립-온(clip-on) 덮개로 밀폐된다.

상기 제어 유닛의 인쇄회로기판 10은 삽입 후에 상기 프레임 평면과 수직하게 배치되는 것이 바람직하지만, 평형 배치도 가능하다(미도시).

상기 가열장치 1의 전원은 두 개의 접속기 볼트(connector bolt)들 8을 통하 여 제공된다. 상기 접속기 볼트들은 요구되는 가열 전류를 용이하게 전도할 수 있도록 형성된다. 상기 접속기 볼트들 8은 도 1에 나타낸 실시예에서 상기 박스형 측면 부재 5가 개방되어 있는 측면으로부터 돌출한다.

동일 측면 상에 다른 플러그 기재(plug base)가 상기 제어 유닛을 제어하기 위해 제공되지만 도 1에는 도시되어 있지 않다.

상기 측면 부재 5는 상기 프레임의 표면 평면에 위치한 측면들 상에서 윈도우 개구들 7을 갖는다. 이러한 윈도우 개구들 7은 가열되는 기류 안에 놓여지도록 배치된다. 상기 윈도우 개구들 7 사이에 서로 대향하게 놓인 냉각 소자들 6은 상기 제어 유닛의 전력전자 부품들에 할당되도록 배치된다. 작동 시에, 상기 가열 소자들 2에 의해 형성된 가열기 블록뿐만 아니라 상기 윈도우 개구들에 가열하고자 하는 공기가 투과된다.

상기 윈도우 개구들 7의 크기를 선택함으로써 상기 냉각 소자들 6을 통과하는 공기량의 분율을 결정하는 것이 가능해진다. 본 발명에 따라서, 공기 스루풋(air throughput)은 상기 가열기 블록을 통과하는 공기와 상기 냉각 소자들 6을 통과하는 공기가 가능한 한 적은 온도 차이를 나타내도록 조절될 수 있다. 상기 윈도우 개구들 7을 통과하는 공기가 상기 가열기 블록을 통과하는 공기의 온도와 근사한 경우에만 상기 가열장치의 작동 시에 가능한 최대 효율이 얻어진다.

도 2는 상기 박스형 측면 부재 안에 배치된 제어 유닛의 상세도를 나타낸다. 인쇄회로기판 10 상에서, 상기 전력전자 부품들 11 측면을 따라서, 전자 제어 시스템 12가 제공된다. 상기 전자 제어 시스템 12는 상기 전력전자 부품들 11, 특히 상기 파워 트랜지스터들에 의해 상기 파워 트랜지스터들의 각각에 배치된 가열 소자들 2에 공급되는 전기량을 결정한다. 전기량은 라인 바(line bar) 13을 통하여 상기 접속기 볼트들 8 중 하나로부터 상기 제어 회로에 공급된다. 상기 파워 트랜지스터 11의 출력부는 상기 인쇄회로기판 10에 단단히 접합되고, 전류를 개개의 가열 소자로 보내기 위해서 상기 트랜지스터에 배치된 스프링 소자 14에 접속된다.

상기 스프링 소자들 14는 상기 인쇄회로기판에 부착되어, 상기 제어 유닛과 상기 가열기 블록이 함께 플러그(plug)될 때, 상기 스피링 소자들은 상기 측면 부재 5 안으로 돌출되어 있는 가열기 소자의 접속 러그(lug)들에 접속된다. 이러한 접속 러그들 15는 도 3 및 도 4에 도시되어 있다.

상기 실시예에서 접속 러그들 15는 상기 인쇄회로기판 10을 통하여 상기 스프링 소자들 14 안으로 플러그된다. 이러한 구성은 상기 프레임 내 상기 전자 제어 시스템과 상기 인쇄회로기판 10의 밀착된 기계적 고정을 가능하게 한다. 동시에, 전기 접속이 개개의 가열 소자들에 효과적으로 이루어진다.

상기 인쇄회로기판의 일 측면 상에서만 부품들이 제공된다. 다수의 가열 레벨들에 따라서 상기 인쇄회로기판은 인쇄회로기판에 수평하게 고정된 파워 트랜지스터들 11을 구비한다. 이러한 실시예에서, 3개의 가열 레벨들과 이에 따른 3개의 파워 트랜지스터들이 제공된다. 각 파워 트랜지스터 11은 상기 인쇄회로기판 10에 단단히 접합된 인쇄회로기판의 출력 단자에 배치된다.

각 파워 트랜지스터들은 소산 열을 제거하기 위해 냉각 소자(cooling element)에 접속된다. 도 2 및 도 6에 나타나 있듯이, 상기 냉각 소자 6은 일 평 면 상에서 상기 인쇄회로기판에 수직하게 배치된 냉각 리브(cooling rib)들을 갖는다. 상기 냉각 리브들은 상기 인쇄회로기판의 좌측 빈 공간의 측면 상에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 트랜지스터로부터 상기 냉각 소자로 열을 제거하기 위해서 상기 냉각 소자는 상기 트랜지스터와 직접 접촉한다. 이런 접촉은 본 발명에 따라서 상기 트랜지스터 아래에 배치된 개구를 통하여 이루어진다.

트랜지스터 11의 부품들의 대응 배치에 따라서, 스프링 소자 14와 냉각 소자 6이 각 가열 레벨에 대해 상기 인쇄회로기판 상에 제공된다.

도 3은 상기 박스형 측면 부재 5와 상기 측면 부재 안에 삽입 가능한 제어 유닛의 상세도를 나타낸다. 상기 측면 부재 5는 일 측면 상에서 상기 종방향 부재들 3과, 상기 가열 소자들 2를 구비한 상기 가열기 블록에 연결된다. 상기 측면 부재 5의 표면에 상기 윈도우형 개구들 7이 나타나 있으며, 가열되는 공기가 상기 개구를 통과한다.

상기 박스형 측면 부재 5 안쪽에는 3개의 접속 러그들 15와 1개의 접속기 볼트 8a가 도시되어 있다. 상기 접속기 볼트는 모든 가열기 소자들 2에 대해 플러스(plus) 접속을 구성한다. 추가적으로, 투영도로 나타낸 실시예에 나타나 있듯이 상기 제어 유닛 5a는 상기 측면 부재 5의 박스 안에 삽입될 수 있다. 상기 제어 유닛 5a는 상기 측면 부재 5를 향해 있는 측면을 구비하여 상기 측면 부재 5안으로 삽입된다.

상기 측면 부재 5를 향해 있는 상기 제어 유닛 5a의 측면 상에 상기 인쇄회로기판 10의 밑면이 나타나 있다. 3개의 냉각 소자들 6은 상기 인쇄회로기판 10으 로부터 돌출한다. 이러한 냉각 소자들 또는 냉각 시트(cooling sheet)들 각각은 가열 레벨의 상기 파워 트랜지스터들 11중 하나에 배치된다.

각 냉각 소자 6에 대해 대응 윈도우 개구들 7이 상기 측면 부재 5의 표면에 제공된다. 따라서, 작동 중에, 기류(air current)가 각 냉각 소자에 공급된다.

바깥쪽을 향해 있는 측면 상에 추가 접속기 볼트 8b가 나타나 있다. 이러한 접속기 볼트는 전원 공급 시에 전기 그라운드 극(electric ground pole)으로 작용한다. 상기 접속기 볼트 8b는 도 2 및 도 4에 도시된 라인 바(line bar) 13에 접속되며, 상기 라인 바는 여러 가열 레벨들에 가열 전류를 공급한다. 모든 각각의 가열 레벨들은 상기 라인 바(전도체 시트) 13을 통하여 공급된 전기량 중 최대 약 40A의 전류를 파워 트랜지스터 11을 통하여 방전한다.

도 4는 상기 측면 부재 5와 상기 측면 부재 5의 박스형 개구 안에 삽입 가능한 제어 회로의 다른 상세한 투영도를 나타낸다.

도 4의 상부 부분에서 2개의 윈도우 개구들 7이 상기 측면 부재 5의 표면에 도시되어 있다. 이러한 윈도우 개구들은 상기 제어 회로가 상기 측면 부재 5 안으로 삽입되는 경우 상기 냉각 소자들 6의 위아래에 놓이도록 배치된다.

상기 측면 부재 5의 박스형 개구 안쪽에는 상기 가열 소자들 2의 접속 러그들 15가 나타나 있다. 하나의 접속 러그 15가 각 가열 레벨에 제공된다.

도 4의 하반부에는 상기 측면 부재 5 안에 삽입 가능한 제어 회로가 나타나 있다. 상기 파워 트랜지스터들 11 중 하나에만 냉각 소자 6이 제공되어 있는데, 이는 상기 구조를 보다 잘 나타내기 위함이다. 상기 제어 회로의 다른 구조는 도 2를 참조하여 기술된 상기 제어 회로에 상응한다.

도 5는 상기 트랜지스터들로부터 소산 열을 효과적으로 제거하기 위한 다른 실시예를 나타낸다. 도 5a, 5b 및 5c는 여러 상세도를 나타내며, 보다 상세하게는 이전에 기술된 실시예들과는 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 5a는 상기 측면 부재 5가 약간 변경된 실시예를 나타낸다. 도 5a에서 상기 윈도우 개구들 7의 배치는 이전 실시예에 상응한다. 기류를 보다 명확하게 제어하기 위해서, 상기 측면 부재 5의 상기 윈도우 개구들 7 사이에서 벽들이 상기 제어 회로가 상기 측면 부재들 안으로 삽입되는 것이 방해받지 않는 정도로 제공됨으로써, 상기 윈도우들간의 상측면 및 상기 가열 소자를 향해 있는 측면 사이에 위치하는 모든 공간들이 추가 벽들 18에 의해 밀폐된다. 이런 방식으로 작동 중에 어떠한 불특정 기류의 흐름이 방지된다.

도 5a 및 도5b는 상기 윈도우 개구들 7 사이에서 공기의 흐름을 상세히 나타낸다. 공기의 특정 흐름을 위해 공기 안내 요소(air guide element) 17이 상기 윈도우 개구들 7 사이에 위치한 단면들 안에 삽입된다. 도 5b에 나타나 있듯이, Y형 스포일러(spoiler) 요소로 인해 L형 또는 U형 냉각 소자 6의 냉각 리브들 주위에서 공기의 흐름이 좋아진다. 여기서 상기 냉각 소자 6의 냉각 리브들은 상기 윈도우 개구들 7 옆에 배치된다.

도 5b에서, 추가적으로, 상기 인쇄회로기판 10이 상기 파워 트랜지스터 11과 함께 나타나 있다.

도 5c는 상기 냉각 소자 6의 대응 실시예를 나타낸 도면이다. 상기 실시예 에서 이전에 기술된 U형 측면을 구비한 본질적으로 U형인 냉각 소자 6이 상기 기판 상에 수직으로 서있는 반면에, 이번 실시예에서 상기 냉각 소자 6은 상기 U 형상이 상기 인쇄회로기판 10에 평행한 밑면을 구비하여 배치되도록 배열된다. 따라서, 상기 Y형 공기 안내 요소 17은 상기 제어 유닛 방향으로 상기 가열 소자들을 향해 있는 상기 측면 부재 5의 측면으로부터 돌출하도록 배치된다. 상기 제1 실시예에 따라 냉각 소자 6을 사용함으로써, 대응 공기 안내 요소들은 서로 대향하게 위치하는 상기 윈도우 개구들 7 사이의 측면 한계 영역에 배치될 수 있다.

도 5c에 나타낸 실시예에서, 냉각 리브의 폭 b1은 약 3 mm인 반면에 상기 냉각 리브간의 간격 b2는 예를 들면 약 2.5 mm로 다소 작게 구성된다. 상기 냉각 소자는 알루미늄 또는 구리로 만들어지는 것이 바람직하다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 제어 유닛의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에는 파워 트랜지스터들과 냉각 소자들의 택일적인 구성이 나타나 있다. 상기 냉각 소자들 20은 상기 파워 트랜지스터들에 다른 방식으로 접속된다. 상기 실시예에서 일 측면 상에서 상기 파워 트랜지스터로부터 돌출하는 냉각 러그(cooling lug)들은 상기 파워 트랜지스터들 19 상에 형성된다. 상술한 실시예들에서 상기 냉각 소자들은 상기 냉각 러그들에 부착된다. 상기 파워 트랜지스터들의 냉각 러그들은 상기 인쇄회로기판에 접합된다. 상기 냉각 소자들은 상기 개구를 지나 상기 인쇄회로기판 10을 통하여 상기 트랜지스터 11의 밑면에 직접 접속된다. 이런 경우 상기 냉각 소자의 기계적 고정은 예를 들면 접착 또는 도 7에 도시된 클램프 파스너(clamp fastener)에 의해 이루어질 수 있다.

도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이 상기 냉각 소자 20은 클램프 파스너로 형성된다. 클램프 21의 맞물림이 가능하게 하기 위해서, 상기 냉각 소자 20은 냉각 리브들의 비대칭 구성으로 나타나 있다. 이를 위해서 바람직한 U형 냉각 소자의 일 측면 상에 보다 소수의 리브들이 제공되어 클램프 21의 맞물림을 가능하게 한다. 바람직하게는 상기 클램프는 바깥쪽에서 상기 파워 트랜지스터 19와 상기 냉각 소자 20을 포함하여, 상기 냉각 소자들 20을 상기 제어 유닛과 상기 트랜지스터 19에 고정시킨다.

상기 인쇄회로기판 10의 보어(bore)를 통하여 상기 파워 트랜지스터들 19에 직접 접촉하는 것은 SMD형 파워 트랜지스터들에게 특히 바람직하다. SMD형 트랜지스터들은 그들의 형태상 냉각 소자들이 고정될 수 있는 냉각 러그들을 나타내지 않는다. 상기 냉각 소자들을 상기 파워 트랜지스터 19의 밑면에 접속시키기 위해서, 개구, 바람직하게는 보어가 상기 인쇄회로기판에 제공되며, 상기 냉각 소자들의 부분은 상기 인쇄회로기판을 통하여 돌출한다. 상기 보어는 약 5mm 내지 약 7.5 mm 범위내의 직경을 갖는다. 상기 냉각 소자들 20은 페그형 돌출부 20a를 구비하여 상기 인쇄회로기판 10과 대면하는 측면 상에 형성된다. 이런 페그(peg) 20a는 상기 트랜지스터 아래에서 상기 인쇄회로기판에 제공된 상기 개구 안으로 돌출한다. 상기 페그 20a의 직경은 상기 보어의 내경 보다 다소 작게 구성되는 것이 바람직하며, 약 4mm 내지 약 7mm 범위 내인 것이 바람직하다.

도 7a, 7b 및 7c에 이런 구조가 나타나 있다. 도 7a는 상기 파워 트랜지스터 19를 갖춘 상기 인쇄회로기판 10의 정면도를 나타낸다. 상기 파워 트랜지스터 19는 상기 인쇄회로기판 10의 가장자리(rim) 상에 배치되어 상기 냉각 소자 20을 고정시키는 상기 클램프 21의 장착이 용이해진다. 상기 인쇄회로기판 10은 상기 장착된 클램프 21의 영역에서 바람직하게는 상기 클램프 21의 스트랩(strap)을 위해 약간의 톱니모양(indentation)을 나타낸다. 바람직하게는 상기 톱니모양의 깊이는 대략 상기 클램프 21의 두께와 일치한다. 상기 트랜지스터 19는 그 접속 접촉부들 22가 상기 클램프 21 방향으로 향하지 않도록 배치되는 것이 바람직하다.

도 7b는 측면도를 나타낸다. 도 7c는 도 7b의 절단선 A-A를 따라 취해진 단면도를 나타낸다. 도 7c에서 상기 냉각 소자 20과 상기 스프링 21은 서로 기하학적으로 조화를 이루어 배치됨으로써 상기 위치에 대한 적절한 고정은 최적의 압력점(pressure point)을 보장하게 된다.

도 7c에 도시된 상기 냉각 소자 20의 다른 개선된 실시예가 도 8 및 도 9에 두 개의 택일적인 실시예들로 나타나 있다. 도 7c에 나타낸 냉각 소자 20은 상대적으로 큰 크기를 가지며, 이는 제조 공정을 복잡하게 하고 제조 시에 필요한 트랜지스터들의 열 저항 때문에 이용 가능한 트랜지스터 유형의 선택을 제한한다.

도 8 및 도 9에 나타낸 냉각 소자에 대한 두 개의 택일적인 실시예들은 두 부분 구조로 구성되어 (상기 제조 공정에서 문제시되는) 냉각 소자 20의 다량의 열량을 상당히 감소시킨다.

이런 목적을 위해서, 상기 냉각 소자 20은 서로 연결된 두 부품들: 열전도 소자 24와 냉각체 25로 나누어진다. 상기 열전도 소자 24는 상기 인쇄회로기판 10의 보어 23 안에 삽입된다. 제조 공정 중에 웜업(warm-up) 기간의 지속은 상기 열 전도 소자 24의 작은 열량으로 인해 지연되지 않는다. 따라서, 이런 경우에 상기 파워 트랜지스터 19의 열 저항에 대한 특별한 요구가 필요치 않다.

냉각체 25는 상기 트랜지스터와 대향하는 상기 인쇄회로기판 10의 측면 상에서 상기 열전도 소자 24에 열전도 방식으로 접속된다. 상기 냉각체 25는 상기 파워 트랜지스터 19에 의해 발생된 소산 열을 효과적으로 제거할 수 있도록 냉각 리브들과 함께 큰 열량을 나타낸다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 상기 열전도 소자 24는 원통형으로 구성된다. 바람직하게는, 상기 열전도 소자 24는 두 개의 단면(section)들로 이루어지는데, 제1 단면은 상기 인쇄회로기판 10의 상기 보어 23 안에 삽입가능하고 상기 트랜지스터 19와 접촉하고 있으며 보다 작은 단면을 갖는 반면에, 제 2 단면 24a는 상기 보어로부터 돌출하는 상기 열전도 소자의 단부에서 보다 큰 단면을 갖는다.

상기 열전도 소자의 제2 단면 24a는 열전도 방식으로 상기 냉각체 25와 접촉한다. 상기 냉각체 25는 본질적으로 평평한 단면 26으로 이루어져 상기 열전도 소자 24와 상기 인쇄회로기판 10 및 상기 단면 26으로부터 수직하게 바깥쪽으로 돌출하는 냉각 리브들에 접속될 수 있다. 상기 냉각체의 단면 26은 상기 열전도 소자 24와 대면하는 측면 상에 요부(recess) 28을 갖는다. 이러한 요부는 상기 인쇄회로기판 10으로부터 돌출하는 상기 열전도 소자의 단면 24a를 수용하는 역할을 한다.

상기 열전도 소자들 24와 상기 냉각체 25는 접착되는 것이 바람직하다. 상기 냉각 소자의 두 부분들 24와 25의 접착은 에폭시 수지 접착제, 실리콘 접착제 또는 아크릴 접착제로 접착되는 것이 바람직하다. 에폭시 수지 접착제는 상기 두 부품들의 밀착 연결을 가능하게 한다. 실리콘 접착제는 함께 접착된 재료들의 서로 다른 팽창 계수를 보상할 수 있으며, 특히 상기 냉각체의 저항을 기계적 응력까지 증가시키기 위해서 상기 냉각체 25가 상기 인쇄회로기판 10에 추가적으로 접속되는 경우에 바람직하다. 이러한 접착제들은 접착된 부품들의 평면 평행 표면들을 요구하지 않는 특별한 이점을 갖는데, 이는 접착제 자체로 비평탄성이 보상될 수 있기 때문이다.

바람직하게는 사용된 접착제는 함께 접착된 상기 냉각 소자 20의 두 부품들 24, 25를 전기 절연하는 효과를 동시에 갖는다. 상기 트랜지스터 19의 출력 단자의 전위, 일반적으로 양전위가 상기 열전도 소자 24 상에 제공되는 반면에, 상기 냉각체 25는 무전위이다. 상기 냉각체 25의 냉각 리브들은 소산 열을 위해 배치되는데 상기 냉각 리브들은 바깥쪽에서 자유롭게 접근 가능하다. 상기 두 부품들의 전기 절연 (하지만 고 열전도성) 접속에 의해 상기 가열장치 안에 금속 조각들이 떨어져 상기 냉각 리브들과 접촉함으로써 일어나는 단락 위험성이 제거된다. 이런 방식으로 상기 가열장치의 작동 안정성이 상당히 증가될 수 있다.

도 9는 두 부분으로 이루어진 냉각 소자 20의 택일적인 구조를 나타낸다. 상기 열전도 소자 30은 추가적으로 상기 인쇄회로기판 10을 통하여 돌출하도록 형성되므로, 또한 상기 냉각체 25의 단면 26을 통하여 돌출하게 되고, 상기 단면은 상기 인쇄회로기판과 접촉하게 된다. 단면 26으로부터 돌출하는 상기 열전도 소자 30의 부분 상에 적어도 하나의 측면 돌출부가 제공되며, 바람직하게는 단면 26을 갖는 냉각체를 상기 인쇄회로기판 10에 기계적으로 고정시키기 위해서 측면에 부착된 벌브(bulb) 30a가 제공된다. 이런 실시예의 경우, 상기 두 부품들을 접착시킬 필요가 없다.

상기 냉각체 25의 전기 절연을 달성하기 위해서, 상기 냉각체의 표면에 전기절연 코팅 31이 제공된다. 바람직하게는 이런 코팅은 바깥쪽에서 자유롭게 접근 가능한, 즉 상기 윈도우 개구들 7에 위치해 있는 표면 부분들에만 도포된다. 상기 코팅 31은 보다 좋은 페일 세이프티(fail-safety) 기능을 달성하기 위해서 도 8에 나타낸 실시예에 따라서 접착제에 의한 전기 절연에 추가하여 사용될 수 있다.

도 10을 참조하여 상기 열전도 소자 24의 추가적인 주변 조건들에 관해 설명한다. 상기 트랜지스터 19로부터 제거되는 소산 열은 상기 트랜지스터의 반도체 소자 32에서 발생된다. 상기 반도체 소자 32로부터 발생되는 소산 열은 주로 도 10에서만 도시된 "열전도 원뿔(heat conducting cone)" 33을 경유하여 제거될 수 있다. 상기 열전도 원뿔 33의 실제 형상은 각각의 경우에서 구체적 조건들에 따라 달라진다. 상기 반도체 소자 32로부터 발생한 열이 상기 열전도 원뿔 33만을 경유하여서 상기 냉각체 25로 안내될 수 있다면, 상기 열전도 소자 24의 큰 단면적은 열 소산에 있어 개선된 효과를 줄 수 없다. 따라서 상기 열전도 소자 24가 상기 열전도 원뿔 33의 형상과 유사하게 형성되는 것이 바람직하다. 이런 목적을 위해서, 상기 열전도 소자 24는 상기 트랜지스터로부터 거리가 증가함에 따라서 그에 상응하여 단면적이 커지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 상기 열전도 소자는 상기 인쇄회로기판 내에서는 보다 작은 단면적을 갖고 상기 인쇄회로기 판 10으로부터 돌출하는 단면 24a에서는 보다 큰 단면적을 갖는 변형된 형태로 형성된다. 바람직하게는 상기 열전도 소자 24는 원통형으로 형성된다.

도 11은 상기 열전도 디스크(heat-conducting disk) 24의 추가적인 실시예를 나타낸다. 상기 열전도 디스크 24는 두 개의 본질적으로 원통형으로 형성된 단면들로 구성되는데, 제1 단면은 상기 인쇄회로기판 안으로 삽입 가능하고 보다 작은 직경을 갖는 원통형 형상을 이루며, 제2 단면 25는 상기 인쇄회로기판 10으로부터 돌출하고 현저하게 큰 직경을 갖는 원통형상을 갖는다. 상기 인쇄회로기판 10 안으로 삽입 가능한 제1 단면은 약간 원뿔형으로 형성되는 것이 바람직하다. 이런 방식으로 상기 열전도 디스크의 삽입이 용이해지며, 상기 열전도 디스크의 형상이 상기 열전도 원뿔 33(도 10 참조)에 보다 적합하게 구성된다.

도 11에 나타낸 실시예에서 상기 인쇄회로기판 10 안에 삽입 가능한 단면의 원주면 상에 방사상 돌출부들 35가 추가적으로 배치된다. 상기 돌출부들 35는 각각 바깥쪽으로 돌출하는 포인트(point)를 갖는 웨지(wedge) 형상을 갖는다. 상기 돌출부들 35는 그들의 포인트들이 상기 인쇄회로기판 10의 상기 개구 23의 내경 보다 약간 크게 구성되도록 형성된다. 이렇게, 상기 열전도 소자 24는 인쇄회로기판 내에 삽입된 후에 상기 인쇄회로기판에 기계적으로 고정된다. 상기 돌출부들 35각각은 수직 정렬되어 상기 열전도 소자의 삽입이 용이해진다. 상기 돌출부들 35는 상기 인쇄회로기판 10 안으로 상기 열전도 디스크 24를 용이하게 삽입하기 위해서 상기 제1 단면의 원뿔형상에 따라서 약간 경사지게 구성될 수 있다.

도 12 및 도 13은 상기 냉각체 25의 특별한 실시예를 나타낸다. 바람직하게 는 상기 냉각체 25는 상기 평평한 단면 26에 수직하게 일렬로 배치된 냉각 리브 단면 36, 37, 38을 갖는 본질적으로 두 부분 구조로 이루어진다. 상기 냉각체 25는 천공되고 굴곡된 단편 같이 간단하고 값싸게 제조될 수 있도록 직사각형으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 13에서 상기 요부들 28a, 28b, 28c는 상기 인쇄회로기판 10과 접촉하는 단면 26의 측면 상에 제공된다. 상기 요부들은 상기 인쇄회로기판 10으로부터 돌출하는 상기 열전도 소자 24의 단면 24a를 수용하는 역할을 한다.

도 12 및 도 13에 나타낸 바람직한 실시예에 따라서 상기 냉각체 25는 복수의 파워 트랜지스터들 19( 및 상응하는 열전도 소자들 24)를 위해 일체형으로 형성된다. 이런 방식으로 상기 냉각체 25의 제조가 단순화된다. 추가적으로, 상기 냉각체 25의 보다 큰 열량으로 인해, 상기 개개의 파워 트랜지스터들 19의 소산 열은 상기 트랜지스터들의 개개의 손실 전력의 크기가 변하는 경우에 보다 바람직하게 제거될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 전기가열장치는 소산 열을 보다 효과적으로 제거할 수 있으며, 제조 공정을 단순화시키며, 간단하고 적은 비용으로 전기가열장치를 제조할 수 있는 이점이 있다.

Claims (21)

1. 자동차용 보조 가열장치로 사용되는 전기가열장치로서, 복수의 가열 소자들(2)과, 가열기 블록과, 상기 가열 소자들(2)을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 가열기 블록과 함께 하나의 구조 유닛을 형성하고 인쇄회로기판(10)에 배치된 파워 트랜지스터들(19)과 상기 파워 트랜지스터들에 배치된 냉각 소자들을 구비하고 있으며, 하나의 냉각 소자는 각각 상기 인쇄회로기판(10) 내 개구(23)를 통하여 상기 개개의 파워 트랜지스터(19)에 접속되도록 구성되는 상기 전기가열장치에 있어서,

   상기 냉각 소자는 냉각체(25)와, 상기 인쇄회로기판(10)의 상기 개구(23) 안으로 삽입 가능한 열전도 소자(24)로부터 형성되고,

   각 냉각 소자의 열전도 소자(24)는 상기 개구(23)에 기계적으로 고정됨을 특징으로 하는 전기가열장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 열전도 소자(24)는 상기 냉각체(25)에 접착됨을 특징으로 하는 전기가열장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 열전도 소자(24)와 상기 냉각체(25)를 접착하는데 사용되는 접착제(28)는 상기 열전도 소자(24)와 상기 냉각체(25)의 전기 절연을 생성함을 특징으로 하는 전기가열장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 열전도 소자(24)는 구리로 만들어짐을 특징으로 하는 전기가열장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 냉각체(25)는 알루미늄으로 만들어짐을 특징으로 하는 전기가열장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 열전도 소자(24)의 열량은 상기 냉각체(25)의 열량보다 작게 구성됨을 특징으로 하는 전기가열장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 인쇄회로기판(10) 안에 제공된 상기 개구(23) 및 상기 열전도 소자(24)는 본질적으로 원통형으로 형성됨을 특징으로 하는 전기가열장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 냉각체(25)는 개구(29)를 구비한 본질적으로 평평한 단면(26)을 가지며,

   상기 열전도 소자(30)는 상기 냉각체(25)의 평평한 단면(26) 내 상기 개구(29)를 통하여 돌출하며,

   상기 열전도 소자(30)는 상기 냉각체(25)의 기계적 고정을 위하여 상기 냉각체(25)를 통하여 돌출하는 단부상 및 상기 열전도 소자의 바깥에서 적어도 하나의 측면 돌출부(30a)를 구비함을 특징으로 하는 전기가열장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 측면 돌출부(30a)는 상기 열전도 소자(30)의 돌출 단부 주위에 측면으로 부착된 벌브임을 특징으로 하는 전기가열장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 냉각체들(25)은 가열되는 공기가 상기 가열장치의 하우징 내에 제공된 윈도우 개구들(7)을 통하여 주위로 송풍될 수 있도록 상기 가열장치에 배치됨을 특징으로 하는 전기가열장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 냉각체들(25)의 표면 외부에 전기절연 코팅(31)이 제공됨을 특징으로 하는 전기가열장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 윈도우 개구들(7)과 대향하는 영역에서만 상기 냉각체들(25)의 표면에 전기절연 코팅(31)이 제공됨을 특징으로 하는 전기가열장치.
13. 제2항에 있어서, 상기 접착제(28)는 에폭시 수지 접착제, 실리콘 접착제 또는 아크릴 접착제 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기가열장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 열전도 소자(24)는 상기 파워 트랜지스터(19)로부터의 거리가 증가함에 따라서 보다 큰 단면적을 갖도록 구성됨을 특징으로 하는 전기가열장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 열전도 소자(24)는 본질적으로 원통형으로 형성됨을 특징으로 하는 전기가열장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 인쇄회로기판(10)의 상기 개구(29)에 배치된 상기 열전도 소자(24)의 단면(34)은 상기 파워 트랜지스터(19)와 접촉하는 단부 방향으로 점점 작아지는 원뿔 형상을 가짐을 특징으로 하는 전기가열장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 인쇄회로기판(10)의 상기 개구(29)에 배치된 상기 열전도 소자(24)의 단면(34)은 상기 인쇄회로기판(10)의 상기 개구(29)에서 상기 열전도 소자(24)를 기계적으로 고정시키기 위하여 방사상 돌출부들(35)을 구비함을 특징으로 하는 전기가열장치.
18. 제1항에 있어서, 상기 냉각체(25)는 상기 인쇄회로기판(10)과 평행하게 배치된 제1 단면(26)과 상기 인쇄회로기판(10)과 수직하게 배치된 제2 단면(36-38)을 갖는 본질적으로 직사각형의 단면으로 이루어짐을 특징으로 하는 전기가열장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 냉각체(25)의 상기 제1 단면(26)은 상기 인쇄회로기 판(10)으로부터 돌출하는 상기 열전도 소자(24)의 단부를 수용하기 위해서 상기 인쇄회로기판(10)과 대면하는 측면 상에 요부들(28a-28c)을 가짐을 특징으로 하는 전기가열장치.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 복수의 인접한 냉각 소자들의 냉각체들(25)은 일체로 형성됨을 특징으로 하는 전기가열장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 일체로 형성된 냉각체들(25)은 상기 제1 단면(26)을 통하여 서로 접속되도록 구성됨을 특징으로 하는 전기가열장치.

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