KR100792155B1

KR100792155B1 - 보조난방장치용 리본 히터의 전극 구조 및 전극 제조방법

Info

Publication number: KR100792155B1
Application number: KR1020060091151A
Authority: KR
Inventors: 양성철; 이재영; 송용설; 김명수
Original assignee: (주) 아모센스
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-01-04

Abstract

본 발명에 의한 보조난방장치용 리본 히터의 전극 구조 및 전극 제조방법은, 발열체의 양측평면에 방열핀이 결합되어 적층되고, 상기 발열체와 방열핀의 길이방향 적어도 일단에 전극이 형성된 보조난방장치용 히터에 있어서, 상기 발열체는 리본형태의 비정질 금속합금물(52)의 외면에 절연재(54)가 코팅된 리본발열체(50)로 되어 있고, 상기 리본발열체(50)의 단부에는 방열부족으로 인한 핫 스폿이 발생하지 않도록 상기 비정질 금속합금물(52)의 외면에 전도성 방열재(53)가 접합되어 전극(50a)(50b)이 형성되고, 상기 전극(50a)(50b)에는 전극단자가 접촉되는 단부 부분을 남기고 상기 절연재(54)가 코팅되어 이루어지는 전극구조와, 리본형태로 연속된 비정질 금속합금물(52)의 외면에 제조되는 히터의 길이간격으로 전도성 방열재(53)를 접합한 후 상기 전도성 방열재가 접합된 외면과 전도성 방열재가 접합되지 않는 외면에 절연재(54)를 코팅하여 연속원재(A1)를 제조한 다음, 상기 연속원재(A1)에서 전도성 방열재의 중간을 절단하여 기본재(A2)를 제조한 후, 상기 기본재(A2)의 단부에 코팅된 절연재를 제거하여 전극단자가 접촉하는 단부부분을 형성하는 전극제조방법으로 되어 있으므로, 복잡한 형상의 설계 및 연속생산이 가능하고 전극의 제조공정을 간단히 하고 제조비용을 절감할 수 있다는 효과가 있다.

Description

보조난방장치용 리본 히터의 전극 구조 및 전극 제조방법{electrode of ribbon heater for sub heater and manufacturing method thereof}

도1은 종래 면상발열체를 구비하는 보조난방장치의 사시도,

도2는 본 발명이 적용된 보조난방장치용 리본 히터를 나타내는 사시도,

도3은 도2의 리본 발열체를 나타내는 절단 사시도,

도4는 본 발명의 리본 발열체와 코루게이트핀의 배열상태를 나타내는 상세도,

도5는 본 발명의 리본 발열체와 코루게이트핀의 배열상태의 다른 예를 나타내는 상세도,

도6은 본 발명의 리본 히터의 전극의 전극형성 상태의 일 예를 나타내는 구성도(전극단자 및 단자 지지부는 생략),

도7의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 리본 히터의 전극 제조방법에 대한 공정 구성도,

도8은 본 발명의 리본 히터의 전극 구조를 나타내는 사시도,

도9는 본 발명의 리본 히터의 전극 구조의 다른 예를 나타내는 단면도,

도10은 본 발명의 리본 히터의 전극에 전극단자 및 단자 지지부가 결합된 상태의 단면도,

도11은 도10의 단자 지지부와 전극단자와 리본 발열체를 분리하여 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 리본 발열체 50a, 50b : 전극

52 : 비정질 금속합금물 53 : 전도성 방열재

54 : 절연재 60 : 코루게이트핀

62 : 평탄부 63 : 개구부

64 : 경사부 70 : 단자 지지부

72 : 전극단자

본 발명은 보조난방장치용 리본 히터의 전극 구조 및 전극 제조방법에 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 과열이나 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 한 국공개특허 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, 복잡한 형상의 설계가 불가능하다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 복잡한 형상의 설계 및 연속생산이 가능하고 전극의 제조공정을 간단히 하고 제조비용을 절감할 수 있는 보조난방장치용 리본 히터의 전극구조 및 전극 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 의한 보조난방장치용 리본 히터의 전극 구조는, 발열체의 양측평면에 방열핀이 결합되어 적층되고, 상기 발열체와 방열핀의 길이방향 적어도 일단에 전극이 형성된 보조난방장치용 히터에 있어서, 상기 발열체는 리본형태의 비정질 금속합금물의 외면에 절연재가 코팅된 리본발열체로 되어 있고, 상기 리본발열체의 단부에는 방열부족으로 인한 핫 스폿이 발생하지 않도록 상기 비정질 금속합금물의 외면에 전도성 방열재가 접합되어 전극이 형성되고, 상기 전극에는 전극단자가 접촉되는 단부 부분을 남기고 상기 절연재가 코팅되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 보조난방장치용 리본 히터의 전극 제조방법은, 리본발열체의 양측평면에 방열핀이 결합되어 적층되고, 상기 리본발열체와 방열핀의 길이방향 적어도 일단에 전극이 형성되고, 상기 전극에 전극단자가 결합되는 보조난방장치용 리본 히터에 있어서, 리본형태로 연속된 비정질 금속합금물의 외면에, 제조되는 히터의 길이간격으로 전도성 방열재를 접합한 후 상기 전도성 방열재가 접합된 외면과 전도성 방열재가 접합되지 않는 외면에 절연재를 코팅하여 연속원재를 제조한 다음, 상기 연속 원재에서 전도성 방열재의 중간을 절단하여 기본재를 제조한 후, 상기 기본재의 단부에 코팅된 절연재를 제거하여 전극단자가 접촉하는 단부부분을 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도2는 본 발명이 적용된 보조난방장치용 리본 히터의 일예를 나타내는 사시도로서, 2개의 리본발열체가 적층된 구조를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 리본발열 체(50)의 양측평면에는 방열핀의 역할을 하는 코루게이트핀(60)이 결합되어 적층되어 있고, 상기 리본발열체(50)와 코루게이트핀(60)의 길이방향 양측에는 단자 지지부(70, 70)가 결합되어 있으며, 상기 단자 지지부(70)에는 상기 리본발열체(50)의 후술하는 전극에 접촉하는 전극단자(74)가 결합된다. 그리고, 마지막으로 적층된 코루게이트핀(60)에는 지지 및 방열의 역할을 하는 마감판(74)이 결합되어 있다. 상기 리본발열체(50)와 코루게이트핀(60) 및 마감판(74)은 도시하지 않은 결합구 또는 접착제에 의해 고정된다.

도3에 도시한 바와 같이, 상기 리본발열체(50)는 리본(띠)형태의 비정질 금속합금물(52)의 외면에 절연재(54)가 코팅된 구조로 되어 있다.

상기 비정질 금속합금물(amorphous metallic alloy)(52)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(54)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(50)는 발열체의 두께를 줄여 통기저항을 낮추는 한편 개구면적을 극대화할 수 있으며, 복잡한 형상의 설계 및 연속생산이 가능하다.

도4에 도시한 바와 같이, 상기 코루게이트핀(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 리본발열체(50)의 양측평면에는 상기 코루게이트핀(60)의 평탄부(62)가 교대로 어긋나게 밀착되어 있는데, 이러한 배치는 상기 리본발열체(50)의 발열을 균일하게 하여 핫 스폿(hot spot : 열이 국부적으로 집중되는 현상)을 방지하여 리본발열체(50)의 수명을 높인다.

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

한편, 도5는 본 발명의 다른 실시예의 코루게이트핀(160)을 나타낸다. 도4의 실시예의 코루게이트핀(160)은 길이방향의 인접하는 평탄부(162)가 거의 밀접하여 개구부(163)가 거의 생기지 않게 되어, 경사부(164)의 경사도가 도3의 실시예에 비해 높게 되어 있다. 따라서, 코루게이트핀(160)의 방열성능이 더욱 높고, 리본발열체(50)의 지지력을 높이고, 밀착되는 코루게이트핀 사이의 지지력을 높여(도5의 B부분 참조) 리본 히터의 강성을 더욱 높이는 효과가 있다.

도6는 도5의 실시예의 코루게이트핀(160)이 리본발열체(50)의 양측에 밀착하 여 적층된 구조에서, 리본 히터의 전극의 전극형성 상태의 일 예를 나타내는 구성도(전극단자 및 단자 지지부는 생략)로서, 상기 리본발열체(50)의 길이방향 양측에 전극(50a) 및 전극(50b)이 각각 형성된 구조이다.

상기 전극(50a) 및 전극(50b)에는 방열부족으로 인한 핫 스폿이 발생하지 않도록 구리박(Cu foil) 등의 전도성 방열재(53)가 접합되어 전극(50a)(50b)이 형성되고, 상기 전극(50a)(50b)에는 상기 전극단자(72)가 접촉되는 단부 부분을 남기고 상기 절연재(54)가 코팅되어 있다. 상기 전도성 방열재(53)는 접착성 포일(foil)로 되어 접착되거나 코팅되어 상기 전극(50a)(50b)를 이룬다.

도6에서는 리본발열체(50)의 길이방향 양측에 전극이 형성된 구조로 되어 있으나, 일측은 리본발열체(50)은 서로 연결되어 타측에만 전극이 형성될 수도 있다. 이때, 리본발열체가 연결되는 부분에도 방열부족으로 인한 핫 스폿이 발생하지 않도록 구리박(Cu foil) 등의 상기 전도성 방열재가 접합된다.

도7의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 리본 히터의 전극 제조방법에 대한 공정 구성도로서, 도2에 도시한 바와 같은 리본 히터, 즉 리본발열체(50)의 양측평면에 방열핀(코루게이트핀 : 60)이 결합되어 적층되고, 상기 리본발열체(50)와 방열핀(코루게이트핀 : 60)의 길이방향 적어도 일단에 전극이 형성되고, 이 전극에 전극단자(72)가 결합되는 보조난방장치용 리본 히터에 있어서, 상기 리본발열체(50)에 전극을 형성하는 공정을 나타낸다.

도7의 (a)에 도시한 바와 같이, 리본형태로 연속된 비정질 금속합금물(52)의 외면에 제조되는 히터의 길이간격으로 전도성 방열재(53)를 접합한 후 상기 전도성 방열재가 접합된 외면과 전도성 방열재가 접합되지 않는 외면에 절연재(54)를 코팅하여 연속원재(A1)를 제조한다.

다음에 도7의 (b)에 도시한 바와 같이, 도7의 (a)에 표시된 절단선(L1)을 따라 상기 연속 원재(A1)에서 전도성 방열재(53)의 중간을 절단하여 기본재(A2)를 제조한다.

다음에 도7의 (c)에 도시한 바와 같이 도7의 (b)에 표시된 절단선(L2)를 따라 상기 기본재(A2)의 단부에 코팅된 절연재를 제거하여 전극단자(72)가 접촉하는 단부부분을 형성하면 전극(50a, 50b)이 형성된 리본발열체(50)가 완성된다.

도8은 이와 같이 전극(50a, 50b)이 형성된 리본발열체(50)의 사시도이다.

한편, 도9에 도시한 바와 같이 전극(50a, 50b)에는 절단으로 인해 노출된 비정질 금속합금물(52)을 덮도록 전도성 방열체(53')를 코팅할 수도 있다.

도10은 리본발열체의 전극에 단자 지지부 및 전극단자가 결합된 상태를 나타내는 단면도이고, 도11은 상기 리본발열체와 단자 지지부와 전극단자를 분리하여 나타낸 단면도이다. 도시한 바와 같이, 리본발열체(50)의 두께 방향 양측에는 도5에 도시한 방열핀(코루게이트핀 : 160)이 밀착하여 접착제 또는 도시하지 않은 걸림턱에 의해 고정되고, 상기 리본발열체(50)의 길이방향 양단의 전극(50a, 50b)에는 전극단자(72)가 삽입된 단자 지지부(70)가 끼워져 결합되어 있다.

상기 단자 지지부(70)에는 상기 전극단자(72)가 삽입되도록 삽입구멍(70a)이 형성되어 있는 한편 상기 전극단자(72)의 후술하는 걸림돌기가 걸리도록 걸림구멍(70b)이 상기 삽입구멍(70a)의 중간에 연통되게 직각방향(삽입구멍에 대해)으로 형 성되어 있다. 상기 전극단자(72)에는 상기 전극(50a , 50b)이 끼워져 삽입되는 삽입구멍(72a)이 형성되어 있는 한편 상기 걸림구멍(70b)에 끼워져 걸리는 걸림돌기(72b)가 형성되어 있다. 도11의 리본발열체(50)는 도9의 구성과 동일하다.

본 발명에 의한 리본발열체(50)의 전극에 단자 지지부 및 전극단자가 결합되는 구조는 상기 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.

본 발명에 의한 보조난방장치용 리본 히터의 전극 구조 및 전극 제조방법에 의하면, 복잡한 형상의 설계 및 연속생산이 가능하고 전극의 제조공정을 간단히 하고 제조비용을 절감할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

발열체의 양측평면에 방열핀이 결합되어 적층되고, 상기 발열체와 방열핀의 길이방향 적어도 일단에 전극이 형성된 보조난방장치용 히터에 있어서,

상기 발열체는 리본(띠)형태의 비정질 금속합금물(52)의 외면에 절연재(54)가 코팅된 리본발열체(50)로 되어 있고,

상기 리본발열체(50)의 단부에는 방열부족으로 인한 핫 스폿이 발생하지 않도록 상기 비정질 금속합금물(52)의 외면에 전도성 방열재(53)가 접합되어 전극(50a)이 형성되고,

상기 전극(50a)에는 전극단자가 접촉되는 단부 부분을 남기고 상기 절연재(54)가 코팅되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조난방장치용 리본히터의 전극 구조.
청구항 1에 있어서,

상기 전도성 방열재(53)는 구리박(Cu foil)으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 보조난방장치용 리본히터의 전극 구조.
리본발열체의 양측평면에 방열핀이 결합되어 적층되고, 상기 리본발열체와 방열핀의 길이방향 적어도 일단에 전극이 형성되고, 상기 전극에 전극단자가 결합되는 보조난방장치용 리본 히터에 있어서,

리본(띠)형태로 연속된 비정질 금속합금물(52)의 외면에 제조되는 히터의 길이간격으로 전도성 방열재(53)를 접합한 후 상기 전도성 방열재(53)가 접합된 외면과 전도성 방열재가 접합되지 않는 외면에 절연재(54)를 코팅하여 연속원재(A1)를 제조한 다음,

상기 연속 원재(A1)에서 전도성 방열재의 중간을 절단하여 기본재(A2)를 제조한 후,

상기 기본재(A2)의 단부에 코팅된 절연재(54)를 제거하여 전극단자(72)가 접촉하는 단부부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 보조난방장치용 리본 히터의 전극 제조방법.