KR100772069B1

KR100772069B1 - 보조난방장치용 리본 히터의 발열유니트

Info

Publication number: KR100772069B1
Application number: KR1020060074283A
Authority: KR
Inventors: 양성철; 이재영; 송용설; 김명수
Original assignee: (주) 아모센스
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2007-10-31

Abstract

본 발명에 의한 보조난방장치용 리본 히터의 발열유니트는, 발열유니트의 양측평면에 방열핀이 결합되어 적층되고, 상기 발열유니트와 방열핀의 길이방향 적어도 일단에 전극단자부가 형성된 보조난방장치용 히터에 있어서, 상기 발열유니트(50)는 리본형태의 비정질 금속합금물(52a)의 외면에 절연재(52b)가 코팅된 리본발열체(52)와, 외부의 이물질 및 수분에 의한 누전등을 방지하도록 상기 리본발열체(52)를 수용하여 압연에 의해 일체화된 알루미늄 튜브(54)로 이루어지므로, 발열체의 두께를 줄여 통기저항을 낮추는 한편 개구면적을 극대화할 수 있으며, 복잡한 형상의 설계 및 연속생산이 가능하여 제조공정을 간단히 하고 제조비용을 절감할 수 있으며, 발열체의 내구성 및 조립성을 높이는 효과가 있다.

Description

보조난방장치용 리본 히터의 발열유니트{heating unit of ribbon heater for sub heater}

도1은 종래 면상발열체를 구비하는 보조난방장치의 사시도,

도2는 본 발명이 적용된 보조난방장치용 리본 히터를 나타내는 사시도,

도3은 본 발명의 실시예(제1실시예)에 의한 발열유니트를 나타내는 절단 사시도,

도4는 본 발명의 발열유니트와 코루게이트핀의 배열상태를 나타내는 상세도,

도5는 도2의 발열유니트의 제조공정도,

도6은 본 발명의 다른 실시예(제2실시예)에 의한 발열유니트의 조립도,

도7은 본 발명의 다른 실시예(제2실시예)에 의한 발열유니트의 분리도,

도8은 본 발명의 또 다른 실시예(제3실시예)에 의한 발열 유니트에 방열핀이 조립된 상태의 사시도,

도9는 도8의 발열 유니트의 제조공정도,

도10은 본 발명의 또 다른 실시예(제4실시예)에 의한 발열유니트의 구성도,

도11은 도8의 발열유니트에 방열핀을 조립하는 공정도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 발열 유니트 52 : 리본 발열체

52a : 비정질 금속합금물 52b : 절연재

54, 254 : 알루미늄 튜브 154, 354 : 알루미늄 수용체

254b, 354c : 플랜지 60 : 방열핀

본 발명은 보조난방장치용 리본 히터의 발열 유니트에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 실내를 난방, 또는 냉방시키기 위한 공기조화장치가 설치되어 통풍계통 및 통풍통로를 통해 자동차 각 부분에 냉기 및 난기를 골고루 이송시킨다. 즉, 자동차의 공기조화장치에서 에어컨의 증발기에서 발생된 냉기, 또는 엔진에서 발생된 난기는 자동차의 실내에 이송되어 냉방 또는 난방시키게 된다.

여름철 등 실내의 온도를 낮추는 냉방의 경우에는 에어컨을 동작시켜 냉기를 토출시키고, 겨울철 등 실내의 온도를 높이는 난방의 경우에는 엔진의 과열 방지를 위해 엔진 내부를 순환하여 가열된 냉각수를 송풍기를 통해 실내로 공급되는 외부공기와 열교환시켜 차량 내의 곳곳에 배치된 토출구를 통해 온기를 공급하도록 한다.

엔진에서 발생되는 열은 실린더 내에서 연료가 연소되면서 발생하게 되며, 이때 발생되는 연소가스의 온도는 대략 2000℃ ~ 2500℃ 정도로서 엔진을 구성하는 부품들을 손상시키게 되므로, 엔진 효율을 감안하여 적당한 엔진의 온도, 즉 냉각수의 순환에 의해 엔진의 온도를 대략 80℃ ~ 90℃ 정도로 유지하고 있다.

이렇게 엔진과 열교환된 냉각수를 이용하여 실내를 난방하는 것이 효율적으로 바람직하기는 하나, 초기 시동 이후에 엔진이 가열되기까지의 시간이 경과해서야 가열된 냉각수를 이용하여 자동차 실내의 난방이 가능해진다. 이 때문에, 겨울철에는 탑승즉시 난방을 하기 위하여 주행전 장시간 엔진을 공회전시키는데, 이로 인해 환경오염과 연료과소비 및 차량 소음에 의한 불편함이 있다.

그래서 제안된 해결방안으로 냉각수가 가열되기 전까지 열선 코일로 된 보조 히터에서 따뜻한 공기를 형성하여 실내로 송풍하는 보조난방장치가 개시되어 있다. 그러나 열선 코일을 이용한 보조 히터 방식은 열선코일의 발열량이 커서 난방효과는 크지만 화재의 위험이 높고, 전열선의 수명이 짧으며, 부품의 수리 및 교환을 자주 해주어야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 상기한 바와 같은 열선 코일 등의 발열수단을 대체하는 새로운 소자에 대한 연구가 활발하게 진행되어, 화재의 위험이 적고 수명이 길어 반영구적으로 사용할 수 있는 정저항온도계수를 가진 정특성 서미스터(PTC 소자: Positive Temperature Coefficient Thermister)가 널리 알려져 있다.

PTC 소자를 이용한 보조난방장치는 한국등록특허 제10-0479187호, 제10-0474094호, 제10-0576371호 등이 개시되어 있다. 상기 PTC 소자는 온도가 높아지면 저항값이 증가하는 것으로, 티탄산 바륨계 반도체에 주석, 세륨 등을 0.1% 정도 혼합하여 만든 정저항 온도계수를 가진 정특성 서미스터로서, 주변온도에 따라 저항값이 변동되어 저온에서는 발열량이 높아지고, 고온에서는 다시 발열량이 적어지는 경제적이고 효율적인 센서방식의 전열소자이며, 자동 온도조절작용과 함께 과열이 나 과전압으로부터 자동 보호작용을 가지고 있다. 또한 공기 중에서 산소와 반응을 일으키지 않아 대기오염의 원인이 되는 산화가스를 발생시키지 않는 특징이 있다.

그러나, 상기 한국등록특허 제10-0479187호, 제10-0474094호, 제10-0576371호 등에 개시된 바와 같은 PTC 소자를 이용한 보조난방장치는, PTC 소자의 크기를 증대시키는데 한계가 있어, 보다 큰 발열량을 얻을 수 없으며, 각 도전성 카본 혼합물이 히트싱크의 일부에만 결합되므로 히트 싱크 부위별로 온도분포가 불균일하고 각 방열핀에 전달되는 온도가 상이하고, PTC 소자는 PTC 원료분말을 소결하여 고형화시킨 후 전극부재에 결합시켜야 하므로 제작공정 및 조립공정이 복잡하고 각 부 구성이 조밀하여 송풍시 통기저항이 증대되며, 또한 PTC 소자는 온도가 상승함에 따라 초기 돌입전류가 증대되는 특성이 있으므로 자동차용 보조난방장치를 고온에서 사용하는 경우 돌입전류가 배터리의 용량(100 ~ 120A)을 초과하도록 증대되어 자동차 배터리가 방전된다는 단점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 면상 발열체를 구비하는 보조난방장치가 한국공개특허 제2006-0021428호로 개시되어 있다. 상기 한국공개특허 제2006-0021428호는, 도1에 도시한 바와 같이, 전류가 인가되는 열을 발생시키는 다수의 면상 발열체(10)와, 상기 면상 발열체에 결합되어 전류를 인가하는 전극단자(20)와, 상기 면상 발열체(10)에서 발생되는 열을 외부로 용이하게 방출시키도록 상기 면상 발열체(10)사이에 결합된 방열핀(30)을 구비하는 구조이다.

상기 면상 발열체(10)는, 종방향으로 일정간격 이격되도록 위치되며, 횡방향으로 길게 형성되는 판 형상의 도전성 카본혼합물(11)과, 상기 도전성 카본혼합물 (11)의 상단면 및 하단면에 결합되는 한쌍의 절연시트(12)를 포함하여 구성된다. 상기 도전성 카본혼합물(11)은 카본블랙 목탄분과, 흑연분말과, 유기 절연체 화합물과, 세라믹 접합재의 혼합물에 전기적 저항물질이 포함된 혼합물로서, 내부로 전류가 흐름에 따라 열을 발생하게 된다.

그런데, 도전성 카본 혼합물을 사용하는 PTC 소자 또는 면상 발열체를 가진 보조 히터는, 유연성이 부족하여 연속생산이 불가능하고 제조공정이 복잡하고 가격이 비싸며, 소정두께 이상을 유지해야 하므로 통기저항을 낮추는데 한계가 있고 개구면적을 극대화할 수 없으며, 복잡한 형상의 설계가 불가능하다는 문제점이 있었다.

또한 종래 면상 발열체는 외부로 노출되어 있으므로 외부의 이물질에 접촉할 우려가 높고 누전이 발생되어 발열체의 내구성 및 조립성이 낮다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 발열체의 두께를 줄여 통기저항을 낮추는 한편 개구면적을 극대화할 수 있으며, 복잡한 형상의 설계 및 연속생산이 가능하여 제조공정을 간단히 하고 제조비용을 절감할 수 있으며, 발열체의 내구성 및 조립성을 높이는 보조난방장치용 리본 히터의 발열유니트를 제공하는 데 있다.

본 발명에 의한 보조난방장치용 리본 히터의 발열유니트는, 발열유니트의 양 측평면에 방열핀이 결합되어 적층되고, 상기 발열유니트와 방열핀의 길이방향 적어도 일단에 전극단자부가 형성된 보조난방장치용 히터에 있어서, 상기 발열유니트는 리본형태의 비정질 금속합금물의 외면에 절연재가 코팅된 리본발열체와, 외부의 이물질 및 수분에 의한 누전등을 방지하도록 상기 리본발열체를 수용하여 압연에 의해 일체화된 튜브 형태의 알루미늄 수용부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 발열유니트는 리본형태의 비정질 금속합금물의 외면에 절연재가 코팅된 리본발열체와, 외부의 이물질 및 수분에 의한 누전등을 방지하도록 상기 리본발열체를 감싸서 조립돌기 및 조립홈에 의해 서로 끼워져 결합되는 커버형태의 한쌍의 알루미늄 수용부재로 이루어 질 수 있다.

상기 조립돌기와 조립홈은 가압하는 힘에 의해 변형되어 끼워져 결합된 후에는 빠지지 않도록 상기 조립돌기는 외측으로 돌출될수록 폭이 넓어지고 상기 조립홈은 내측으로 들어갈수록 폭이 넓어지는 사다리꼴 단면형으로 되어 있다.

상기 조립돌기의 단부 모서리에는 초기에 상기 조립홈에 용이하게 끼워지도록 경사면이 형성되어 있다.

상기 알루미늄 수용부재의 폭방향 양측에는 상기 방열핀의 측면에 밀착하여 코킹되어 방열핀과 발열유니트가 고정되도록 플랜지가 돌출하여 형성되어 있을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도2은 본 발명이 적용된 보조난방장치용 리본 히터의 일예를 나타내는 사시도로서, 2개의 발열유니트가 적층된 구조를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 발열유니 트(50)의 양측평면에는 코루게이트(corrugate)형태의 방열핀(60)이 결합되어 적층되어 있고, 상기 발열유니트(50)와 방열핀(60)의 길이방향 양측에는 전극단자부(70, 70)가 형성되어 있으며, 상기 전극단자부(70)에는 단자홀더(72)가 결합된다. 그리고, 마지막으로 적층된 방열핀(60)에는 지지 및 방열의 역할을 하는 마감판(74)이 결합되어 있다. 상기 발열유니트(50)와 방열핀(60) 및 마감판(74)은 도시하지 않은 결합구 또는 접착제에 의해 고정된다.

도3에 도시한 바와 같이, 상기 발열유니트(50)는 리본(띠)형태의 비정질 금속합금물(52a)의 외면에 절연재(52b)가 코팅된 리본발열체(52)와, 외부의 이물질 및 수분에 의한 누전등을 방지하도록 상기 리본발열체(52)를 수용하여 압연에 의해 일체화된 튜브 형태의 알루미늄 수용부재(54)로 이루어진다.

상기 비정질 금속합금물(amorphous metallic alloy)(52a)은 매우 높은 연성과 신율을 가지며 가열시간이 짧으며, 철(Fe) 89 ~ 96 중량%, 붕소(B) 2~4 중량%, 실리콘(Si) 2~ 7 중량% 의 조성으로 되어 있으며, 필요에 따라 크롬(Cr)과 코발트(Co) 및 몰리브덴(Mo)이 소량 첨가될 수도 있다. 이러한 비정질 금속합금물은 액체를 원자가 배열할 시간이 없을 정도의 속도(백만도/초)로 초급냉하여 제조되는 소재로서 비정질, 무정형, 유리상태로 되어 있다.

상기 절연재(52b)는 공지의 폴리머로 되어 있는데, PET(C-PET, A-PET), PVC, PTFE, Silicone, 폴리아미드계 내열고분자가 사용될 수 있다. 하나의 실시예로서 PET가 사용될 경우, 그 사용온도 영역은 -60℃ 부터 150℃(C-PET의 경우 최고 250℃)까지이며, 결정영역에 따라 값이 다르지만 그 유리전이온도(Tc)는 약 70℃이고, 그 녹는점(Tm)은 약 250℃이다.

이러한 리본 발열체(52)는 발열체의 두께를 줄여 통기저항을 낮추는 한편 개구면적을 극대화할 수 있으며, 복잡한 형상의 설계 및 연속생산이 가능하다.

도4에 도시한 바와 같이, 상기 코루게이트(corrugate)형태의 방열핀(60)은 높이방향 양측에 평탄부(62)가 지그재그로 형성되고, 상기 평탄부(62)의 맞은편은 평탄부(62)의 폭보다 좁은 폭으로 개구된 개구부(63)가 형성되어, 양측의 평탄부(62)가 경사부(64)로 이어진 형태이다. 상기 발열유니트(50)의 양측평면에는 상기 방열핀(60)의 평탄부(62)가 교대로 어긋나게 밀착되어 있는데, 이러한 배치는 상기 발열유니트(50)의 발열을 균일하게 하여 핫 스폿(hot spot : 열이 국부적으로 집중되는 현상)을 방지하여 발열유니트(50)의 수명을 높인다.

그리고, 상기 발열유니트(50, 50) 사이에 배열되는 인접하는 방열핀(60, 60)의 평탄부(62, 62)도 서로 교대로 밀착되어 접촉되어 있는데(도4의 A부위), 이러한 배치는 별도의 지지판이 없이 인접하는 방열핀(60, 60)이 접촉하여 강성을 유지하므로 구조 및 제조가 간단하다.

도5는 상기 발열 유니트(50)의 제조공정을 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 리본 형태의 비정질 금속합금물의 외면에 공지의 방법으로 절연재(폴리머)가 코팅된 리본 발열체(52)를 타원통형으로 된 튜브 형태의 알루미늄 수용부재(54) 내부에 삽입하여(도5의 a 및 b), 압연 로울러(R)를 통과시켜 알루미늄 수용부재(54)를 리본 발열체(52)에 압착하면(도5의 c), 도5의 d에 도시한 바와 같은 일체형의 발열유니트(50)가 간단히 제조된다. 이러한 발열 유니트는 압연에 의해 연속생산이 가능하며 제조가 간단하다.

도6 및 도7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 발열유니트(150)의 조립도 및 분리도를 나타낸다. 도시한 바와 같이 발열유니트(150)는 리본형태의 비정질 금속합금물의 외면에 절연재가 코팅된 리본발열체(152)와, 외부의 이물질 및 수분에 의한 누전등을 방지하도록 상기 리본발열체(152)를 감싸서 조립돌기(154a, 154'a) 및 조립홈(154b, 154'b)에 의해 서로 끼워져 결합되는 커버형태의 한쌍의 알루미늄 수용부재(154, 154')로 이루어 진다.

상기 조립돌기(154a, 154'a)와 조립홈(154b, 154'b)은 가압하는 힘에 의해 변형되어 끼워져 결합된 후에는 빠지지 않도록 상기 조립돌기(154a, 154'a)는 외측으로 돌출될수록 폭이 넓어지고 상기 조립홈(154b, 154'b)은 내측으로 들어갈수록 폭이 넓어지는 사다리꼴 단면형으로 되어 있다. 상기 조립돌기(154a, 154'a)의 단부 모서리에는 초기에 상기 조립홈(154b, 154'b)에 용이하게 끼워지도록 챔퍼(chamfer) 등의 경사면(154c, 154'c)이 형성되어 있다.

도8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 발열 유니트(250)에 방열핀(60)이 조립된 상태의 사시도이다. 도시한 바와 같이 상기 발열유니트(250)는 리본(띠)형태의 비정질 금속합금물(252a)의 외면에 절연재(252b)가 코팅된 리본발열체(252)와, 외부의 이물질 및 수분에 의한 누전등을 방지하도록 상기 리본발열체(252)를 수용하여 압연에 의해 일체화된 튜브 형태의 알루미늄 수용부재(254)로 이루어지되, 상기 알루미늄 수용부재(254)의 몸체(254a)의 폭방향 양측에는 상기 방열핀(60)의 측면에 밀착하여 코킹되어 방열핀(60)과 발열유니트(250)가 고정되도록 플 랜지(254b)가 돌출하여 형성된 구조이다. 도면에서 L은 코킹 작업의 코킹 라인을 나타낸다.

상기 발열유니트(250)는 도9에 도시한 바와 같이 타원통형으로 된 튜브형태의 알루미늄 수용부재(254)의 몸체(254a)에 양측에 플랜지(254b)가 일체로 형성된 상태에서 압연가공된다. 즉, 플랜지(254b)가 달린 알루미늄 수용부재(254)의 내부에 리본 발열체(252)를 삽입하여(도9의 a), 상기 플랜지(254b) 사이에서 압연 로울러(R)를 통과시켜 알루미늄 수용부재(254)의 몸체(254a)를 리본 발열체(252)에 압착하면(도9의 b), 도9의 c에 도시한 바와 같은 플랜지(254b)가 달린 일체형의 발열유니트(250)가 간단히 제조된다.

도11은 도9에 도시한 바와 같은 발열유니트(250)에 방열핀(60)이 조립되어 고정되는 과정을 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 발열유니트(250)의 몸체(254a)의 외면에는 상기 플랜지(254b) 사이에 방열핀(60)을 삽입하여(도11의 a), 플랜지(254b)의 양측면에서 코킹라인(L : 도8에 도시)을 따라 가압하면 방열핀(60)이 견고히 고정된다(도11의 b). 이때 도11의 c에 도시한 바와 같이 플랜지(254b)의 단부 가장자리를 압착하여 그 두께를 줄여 압착할 수도 있다.

도10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열유니트(350)를 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이, 발열유니트(350)는 리본형태의 비정질 금속합금물의 외면에 절연재가 코팅된 리본발열체(352)와, 외부의 이물질 및 수분에 의한 누전등을 방지하도록 상기 리본발열체(352)를 감싸서 조립돌기(354a, 354'a) 및 조립홈(354b, 354'b)에 의해 서로 끼워져 결합되는 커버형태의 한쌍의 알루미늄 수용부재 (354, 354')로 이루어지되, 상기 알루미늄 수용부재(354)의 몸체(354a)의 폭방향 양측에는 상기 방열핀의 측면에 밀착하여 코킹되어 방열핀과 발열유니트가 고정되도록 플랜지(354c, 354'c)가 돌출하여 형성된 구조이다. 방열핀을 조립하여 고정하는 과정은 도11의 과정과 동일하다.

본 발명에 의한 보조난방장치용 리본히터의 발열유니트에 의하면, 발열체의 두께를 줄여 통기저항을 낮추는 한편 개구면적을 극대화할 수 있으며, 복잡한 형상의 설계 및 연속생산이 가능하여 제조공정을 간단히 하고 제조비용을 절감할 수 있으며, 발열체의 내구성 및 조립성을 높이는 효과가 있다.

Claims

발열유니트의 양측평면에 방열핀이 결합되어 적층되고, 상기 발열유니트와 방열핀의 길이방향 적어도 일단에 전극단자부가 형성된 보조난방장치용 히터에 있어서,

상기 발열유니트(50)는 리본형태의 비정질 금속합금물(52a)의 외면에 절연재(52b)가 코팅된 리본발열체(52)와, 외부의 이물질 및 수분에 의한 누전등을 방지하도록 상기 리본발열체(52)를 수용하여 압연에 의해 일체화된 튜브 형태의 알루미늄 수용부재(54)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조난방장치용 리본 히터의 발열유니트.
청구항 1에 있어서,

상기 발열유니트(50)는 리본형태의 비정질 금속합금물(52a)의 외면에 절연재(52b)가 코팅된 리본발열체(52)와, 외부의 이물질 및 수분에 의한 누전등을 방지하도록 상기 리본발열체(52)를 감싸서 조립돌기(154a, 154'a)) 및 조립홈(154b, 154'b)에 의해 서로 끼워져 결합되는 커버형태의 한쌍의 알루미늄 수용부재(154, 154')로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조난방장치용 리본 히터의 발열유니트.
청구항 2에 있어서,

상기 조립돌기(154a, 154'a)와 조립홈(154b, 154'b)은 가압하는 힘에 의해 변형되어 끼워져 결합된 후에는 빠지지 않도록 상기 조립돌기(154a, 154'a)는 외측으로 돌출될수록 폭이 넓어지고 상기 조립홈(154b, 154'b)은 내측으로 들어갈 수록 폭이 넓어지는 사다리꼴 단면형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 보조난방장치용 리본 히터의 발열유니트.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

상기 조립돌기(154a, 154'a)의 단부 모서리에는 초기에 상기 조립홈에 용이하게 끼워지도록 경사면(154c, 154'c)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 보조난방장치용 리본 히터의 발열유니트.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 알루미늄 수용부재(54, 154, 154')의 폭방향 양측에는 상기 방열핀의 측면에 밀착하여 코킹되어 방열핀과 발열유니트가 고정되도록 플랜지(254b, 354c, 354'c)가 돌출하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 보조난방장치용 리본 히터의 발열유니트.