KR100864842B1 - 난방용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신속하게 실내 난방을 이루고, 조립성이 뛰어나며, 견고하게 고정됨과 동시에 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 전기 발열 유닛을 구비한 난방용 열교환기를 제공하기 위한 것으로, 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되며, 열교환 매체의 유입관 및 유출관을 구비한 제 1,2 헤더탱크와, 내부로 열교환 매체가 흐르도록 상기 제 1,2 헤더탱크를 서로 연통시켜, 상기 열교환 매체와 외부의 제2열교환 매체가 상호 열교환을 행하는 열교환부를 형성하는 복수 개의 튜브와, 상기 튜브의 사이에 배치되어 열교환 효율을 향상시키는 복수 개의 방열 핀과, 상기 열교환부의 일부에 적어도 하나 이상 설치되어 발열하는 것으로, 전기적으로 발열하는 발열소자 및 상기 발열소자를 감싸도록 형성되고 적어도 일면이 발열 유닛용 핀에 접촉되도록 배치된 절연체를 갖는 발열 유닛을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 난방용 열교환기에 관한 것이다.

Description

난방용 열교환기{Heat exchanger for heating}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 난방용 열교환기의 사시도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발열 유닛을 나타내는 부분 절개 사시도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발열 유닛의 설치부를 나타내는 횡단면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 발열 유닛의 설치부를 나타내는 횡단면도.

도 5a 내지 도 5e는 스프링 부재의 실시예들을 나타내는 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10,12: 제 1,2헤더 탱크 11,13: 제 1,2헤더

14: 유입관 15: 유출관

16: 지지부재 17: 튜브

18: 방열 핀 20: 발열 유닛

21: 발열체 22a,22b: 전극판

23: 발열 소자 24: 절연체

28: 발열 유닛용 핀 30: 단열 부재

32: 스프링 부재 100: 열교환부

본 발명은 난방용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적으로 발열하는 발열 유닛을 구비하여 차체 난방을 보조하기 위한 자동차의 난방용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 난방용 열교환기는 엔진을 냉각시키고 난 후의 고온의 엔진 냉각수를 열원으로 하여 공기를 가열하고, 이를 차량 실내로 공급한다. 그런데, 이러한 난방용 열교환기는 엔진에 시동을 건 초기에는 엔진이 충분히 가열되지 않아 엔진 냉각수를 이용하여 효과적으로 난방을 수행할 수 없게 되고, 차량 엔진의 고성능화에 따라 이러한 난방 불량 문제는 더욱 대두되고 있다.

이렇게 차량의 난방 성능이 부족한 경우에 난방용 열교환기에 보조 히터를 장착하여 부족한 난방 특성을 보완시키는 방법이 시도되고 있다. 이러한 보조 히터의 일 예로서 전기적으로 발열하는 발열체가 있는 데, 이는 온도 증가에 따라 저항이 증대되어 정온도 특성을 가지므로 화재의 위험이 작으며 온도조절 특성을 갖고 있어서 차량에 적용시에 장점을 가지고 있다.

종래 상기와 같이 전기 발열체를 적용한 열교환기로서, 일본특허 특개평5-288493호에는 튜브와 방열 핀이 구비된 열교환기에서 인접하는 방열 핀의 사이에 서로 소정 간격 떨어진 지지판을 접합하고 이 지지판의 사이에 전기 발열체를 전기 적으로 절연되도록 조립한 난방용 열교환기가 개시되어 있다.

또한 일본 특허 특개평11-217019호에는 상기와 같은 지지판을 옆으로 기울어진 U-자형으로 형성하고, 이 U-자형 지지판의 사이에 전기 발열체를 조립한 난방용 열교환기가 개시되어 있다.

그런데, 상기와 같은 난방용 열교환기는 전기 발열체가 지지판의 사이에 배치되어 열전달시 지지판이 열저항 역할을 하게 되고, 이에 따라 열전달 효율이 떨어지고, 지지체와 발열체와의 사이에 접촉 불량이 발생되어 열전달이 차단되는 단점이 있다. 또한, 지지판이 방열 핀의 사이에서 방열 핀과 브레이징으로 접합되어 있고, 이 지지판의 사이로 절연체에 감싸인 전기 발열체를 삽입시키는데, 이렇게 삽입할 때에 외부를 감싸는 절연체가 파열되는 등 조립상의 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 신속하게 실내 난방을 이루고, 조립성이 뛰어나며, 견고하게 고정됨과 동시에 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 전기 발열 유닛을 구비한 난방용 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 내구성이 향상되고 고장 발생이 저감되며, 제조비용이 절감되는 전기 발열 유닛을 구비한 난방용 열교환기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되며, 열교환 매체의 유입관 및 유출관을 구비한 제 1,2 헤더탱크와, 내부로 열교환 매체가 흐르도록 상기 제 1,2 헤더탱크를 서로 연통시켜, 상기 열교환 매체와 외부의 제2열교환 매체가 상호 열교환을 행하는 열교환부를 형성하는 복수 개의 튜브와, 상기 튜브의 사이에 배치되어 열교환 효율을 향상시키는 복수 개의 방열 핀과, 상기 열교환부의 일부에 적어도 하나 이상 설치되어 발열하는 것으로, 전기적으로 발열하는 발열소자와, 상기 발열소자를 감싸도록 형성된 절연체를 갖는 발열 유닛과, 상기 발열 유닛과 상기 튜브의 사이에 개재되고, 상기 발열 유닛 및 튜브와 직접 접촉되며, 상기 발열 유닛과 튜브를 직접 지지하도록 상기 발열 유닛 및 튜브와의 접촉면이 평면 형상인 발열 유닛용 핀을 포함하는 난방용 열교환기를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 발열 소자는 외부회로와 전기적으로 연결된 한 쌍의 전극판과, 상기 전극판의 사이에 배치되어 발열하는 발열체로 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 발열 유닛용 핀은 그 연장된 방향으로의 단면이 삼각 형상이 되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 발열 유닛용 핀은 상기 발열 유닛과 실리콘 접착제에 의해 접합될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 발열 유닛의 상, 하부 중 적어도 일측에는 탄성을 갖는 단열부재가 배치될 수 있으며, 상기 단열부재는 실리콘 시트로 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 발열 유닛의 상, 하부 중 적어도 일측에는 스프링부재가 배치되도록 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 난방용 열교환기의 사시도로, 그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 난방용 열교환기는 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치된 제 1 헤더 탱크(10)와 제 2 헤더 탱크(20)를 구비하며, 이 헤더 탱크에는 엔진을 냉각시킨 고온의 냉각수가 열교환기 내부로 유입되는 유입관(14)과 유출관(15)이 설치된다. 도 1과 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 난방용 열교환기에는 상기 유입관(14) 및 유출관(15)이 제 1헤더 탱크(10)에 설치되어 있으나, 이는 냉각수의 흐름에 따라 달리 구성될 수 있는 것으로, 유입관(14)은 제 1헤더 탱크(10)에, 유출관(15)은 제 2헤더 탱크(12)에 설치될 수 있다. 이러한 난방용 열교환기에 있어서 상기 유입관(14)은 차량의 엔진부에 연결되어 고온의 엔진 냉각수가 열교환기로 유입되도록 한다.

상기 제 1헤더 탱크(10)와 제 2헤더 탱크(12)의 사이에는 이들을 서로 연통시키고, 내부로 열교환매체, 즉 냉각수가 흐르는 튜브(17)가 복수개 병렬로 연결된다. 이 튜브(17)들은 도면으로 나타내지는 않았지만, 제 1헤더(11)와 제 2헤더(13)에 형성된 튜브 삽입 홈에 삽입되어 접합된다. 그리고, 튜브(17)들이 설치된 양단부에는 열교환기 전체 구조를 지지해 주는 지지부재(16)가 설치된다.

상기와 같이 설치된 튜브(17)의 내부로는 유입관(14)으로부터 유입된 냉각수가 흐르고, 이 튜브(17)의 외부로 관통하는 공기와 열교환을 일으키는 열교환부(100)가 형성된다. 이 열교환부(100)에는 튜브(17) 내를 흐르는 냉각수와 그 외부를 관통하는 공기와의 열교환효율을 증대시키기 위하여 각 튜브(17)들 사이 에 방열 핀(18)이 설치되며, 이 방열 핀(18)은 파형으로 굴곡된 콜게이트 핀으로 형성될 수 있다.

상기와 같은 열교환부(100)의 냉각수와 공기와의 열교환을 통해 이루어지는 난방을 보완해 주기 위하여 열교환부(100)의 일부에 적어도 하나 이상의 발열 유닛(20)을 설치한다. 이 발열 유닛(20)은 별도의 전원 인가부(미도시)와 제어부(미도시)에 전기적으로 연결되어 있어 전기적 발열을 하는 것으로 엔진의 시동 초기와 같이 미처 냉각수가 충분히 가열되지 못한 때에 상기 열교환부(100)를 관통하는 공기를 보조적으로 가열하는 것이다. 다음으로, 이 발열 유닛(20)의 구조에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발열 유닛을 나타내는 부분 절개 사시도로, 그림에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발열 유닛(20)은 전기의 인가에 의해 발열하는 발열 소자(23)와 이를 감싸도록 형성된 절연체(24)로 구비된다. 절연체(24)는 그림에서 볼 수 있듯이 발열 소자(23)를 그 측면까지 감싸도록 형성하는 것이 바람직하며, 적어도 그 상면과 하면, 즉 튜브를 향하는 면은 감싸도록 하는 것이 바람직하다. 이는 발열 소자(23)에 통전 시에 금속재의 부재들(튜브 또는 핀)에 전류가 흐르지 않도록 하기 위한 것이다. 이러한 절연체(24)로는 다양한 형태가 적용가능한 데, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 절연 필름 또는 절연 테이프 등으로 형성할 수 있다.

상기와 같은 발열 소자(23)는 그림과 같이 전기의 인가에 의해 발열하는 발열체(21)가 한쌍의 전극판(22a)(22b)에 의해 샌드위치되어 있는 구조를 가지며, 이 들 전극판(22a)(22b)들은 별도의 전원 인가부(미도시)에 연결된다. 그리고, 전기의 인가에 따라 발열하는 발열체(21)는 통전시 일정한 온도를 유지하는 특성을 가지고, 열전달에 따라 발열량이 변화하여, 열전달이 원활하면 온도를 유지하면서 발열량이 커지도록 하는 것이 바람직하며, 이로써 PTC 소자 등을 사용할 수 있다.

상기와 같은 발열 유닛(20)을 열교환부에 장착하기 위해 본 발명에서는 발열 유닛(20)의 적어도 일면에 이 발열 유닛(20)을 지지할 수 있도록 형성된 발열 유닛용 핀(28)을 더 형성할 수 있다. 도 2의 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열교환기는 발열 유닛용 핀(28)을 발열 유닛(20)의 상부와 하부에 모두 설치하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 발열 유닛용 핀(28) 콜게이트 핀인 방열 핀과는 달리 발열 유닛(20)과의 접촉면을 넓혀 발열 유닛(20)을 보다 안정적으로 지지해 줄 수 있도록 하며, 발열 유닛(20)의 열을 보다 효과적으로 전달받아 부족한 열효율을 보충해 줄 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발열 유닛용 핀(28)은 발열 유닛(20)과의 접촉면(28a)이 평면인 형상이 되도록 하는 것이 바람직하고, 도 2에서 볼 수 있듯이, 그 연장된 방향으로의 단면이 삼각 형상이 되도록 하여 그 타면에 접촉되는 튜브와의 접촉면도 동시에 넓히는 효과를 얻도록 할 수 있다. 이러한 발열 유닛용 핀(28)은 물론 금속재로 형성하여 열전달 효율을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 발열유닛용 핀(28)은 상기 발열유닛(20)에 접착제에 의해 고정될 수 있는 데, 이 때, 상기 접착제는 접착기능을 가짐과 동시에 전열촉진 기능을 구비한 실리콘 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.

이렇게 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발열 유닛(20)은 도 1과 같은 열교환기의 열교환부(100)에 별도의 지지판없이 설치될 수 있어 지지판의 열저항 없이 효과적으로 열전달이 일어날 수 있으며, 지지판과 발열 유닛과의 사이에 간극이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 할 수 있다.

이러한 발열 유닛(20)과 이를 지지하는 발열 유닛용 핀(28)은 도 3과 같이 튜브(17)들이 배치된 사이에 설치될 수 있다. 그림과 같이 발열 유닛(20)이 별도의 지지판 없이 발열 유닛용 핀(28)에 접촉되어 지지됨으로 인해 열저항을 줄이며 열전달을 촉진할 수 있다.

한편, 발열 유닛(20)의 상, 하부 중 적어도 일측에는 탄성을 갖는 단열부재를 더 구비할 수 있다. 이 단열부재는 발열 유닛(20)의 열이 발열 유닛용 핀(28)에만 전달되고, 인접한 튜브(17)로 전달되는 것을 방지하여 열의 누설을 차단하기 위한 것으로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 탄성력을 구비한 실리콘 시트(30)를 발열 유닛용 핀(28)의 외측으로 더 구비하도록 할 수 있다. 이 실리콘 시트(30)는 자체 탄성을 구비함으로 인해 발열 유닛용 핀(28)과 발열 유닛(20)과의 밀착성을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 발열 유닛용 핀(28)으로의 열전달을 촉진할 뿐 아니라, 차량의 진동으로 인해 발열 유닛의 이탈을 방지하며 진동을 흡수하여 내구성을 증대시킬 수 있다.

상기와 같이 발열 유닛용 핀(28)과 발열 유닛(20)의 밀착성은 발열 유닛(20)의 상, 하부 중 적어도 일측에 설치하는 스프링 부재(32)에 의해 더욱 향상될 수 있다. 곧, 도 4와 같이 발열 유닛용 핀(28)과 이에 인접한 튜브(17)와의 사이에 스 프링 부재(32)를 삽입함으로써 발열 유닛(20)과 발열 유닛용 핀(28)의 밀착을 촉진시킴으로써 열전달을 보다 향상시킬 수 있으며, 발열 유닛의 이탈을 방지하도록 견고하게 고정되어 내구성이 향상될 수 있게 된다. 이 스프링 부재(32)는 도 4와 같이 발열 유닛용 핀(28)과 튜브(17)와의 사이에 하나만 설치할 수도 있으며, 발열 유닛용 핀(28)의 양측에 설치할 수도 있다.

상기 스프링 부재(32)는 적정한 탄성을 유지하도록 하는 것이면 어떠한 형상이라도 무방한 데, 도 5a 내지 도 5e에서 볼 수 있는 다양한 형상으로 성형하여 탄성력을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라 상기 스프링 부재(32)는 열전달 효율이 낮은 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 비록 도면으로 도시하지는 않았지만, 상기 스프링 부재(32)를 일반 금속 재질로 형성할 경우에는 스프링 부재(32)의 외측으로 단열부재를 더 설치함으로 인해 인접 튜브(17)로 발열 유닛(20)의 열이 전달되는 것을 방지한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 난방용 열교환기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선 도 2와 같이 구성된 발열 유닛(20) 및 발열 유닛용 핀(28)을 도 1의 난방용 열교환기의 열교환부(100)를 구성하는 튜브(17)를 제거하고 그 자리에 이를 삽입 설치함으로써 보조적 가열을 이루도록 한다.

이러한 열교환기에 있어서, 엔진의 시동 초기에는 튜브(17) 내로 유입된 냉각수의 온도가 높지 않은 상태이고, 이 때, 상기 발열 유닛(20)에 전원을 인가하여 보조적 히터로서의 역할을 수행한다. 곧, 저온의 냉각수로 인해 충분히 가열되지 않은 공기를 상기 발열 유닛(20)이 가열함으로써 부족한 난방 성능을 보완해 주게 된다.

또한, 상기 발열 유닛(20)은 온도를 유지하면서 발열량은 크게 할 수 있기 때문에 이에 밀착된 발열 유닛용 핀(28)으로의 열전달을 원활히 하여 이에 접촉되는 공기를 보다 효과적으로 가열할 수 있다.

이러한 상기 발열 유닛(20)의 보조 히터 기능은 시동 초기 뿐만 아니라, 차량의 운전 중에서도 차량의 고기능화에 따라 부족해진 난방 성능을 보완해 줄 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 발열 유닛을 별도의 지지판 없이 조립함으로써 발열 유닛의 접촉성을 증대시키고, 지지판의 열저항없이 효과적으로 열전달 성능을 향상시킬 수 있다.

둘째, 지지판이 없음으로 인해 조립성 및 제작성이 향상된다.

셋째, 발열 유닛과 발열 유닛용 핀과의 접촉성이 증대되어 열전달 성능이 향상되며, 탄성을 갖는 부재의 채용으로 이러한 열전달 성능은 더욱 향상될 수 있다.

넷째, 탄성을 갖는 부재로 인해 발열 유닛 및 발열 유닛용 핀이 보다 견고하게 고정될 수 있고, 내구성이 향상될 수 있다.

다섯째, 발열 유닛용 핀과 튜브와의 사이에 단열 부재를 설치함으로 인해 발열 유닛의 열이 인접한 튜브에까지 미치지 않도록 하여 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.

여섯째, 차량의 실내 난방을 신속하게 할 수 있으며, 전체 난방 효율을 증대시킬 수 있고, 간단한 구조의 발열 유닛을 채용함으로써 열교환기 제조비용을 저감할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명한 것이나, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게는 다양한 변형 및 다른 실시예가 가능하다는 점이 이해될 것이다. 따라서 본원 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서 정해질 것이다.

Claims (8)

1. 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되며, 열교환 매체의 유입관 및 유출관을 구비한 제 1,2 헤더탱크;

   내부로 열교환 매체가 흐르도록 상기 제 1,2 헤더탱크를 서로 연통시켜, 상기 열교환 매체와 외부의 제2열교환 매체가 상호 열교환을 행하는 열교환부를 형성하는 복수 개의 튜브;

   상기 튜브의 사이에 배치되어 열교환 효율을 향상시키는 복수 개의 방열 핀;

   상기 열교환부의 일부에 적어도 하나 이상 설치되어 발열하는 것으로, 전기적으로 발열하는 발열소자와, 상기 발열소자를 감싸도록 형성된 절연체를 갖는 발열 유닛; 및

   상기 발열 유닛과 상기 튜브의 사이에 개재되고, 상기 발열 유닛 및 튜브와 직접 접촉되며, 상기 발열 유닛과 튜브를 직접 지지하도록 상기 발열 유닛 및 튜브와의 접촉면이 평면 형상인 발열 유닛용 핀;을 포함하는 난방용 열교환기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 발열 소자는 외부회로와 전기적으로 연결된 한 쌍의 전극판과, 상기 전극판의 사이에 배치되어 발열하는 발열체를 구비한 것을 특징으로 하는 난방용 열교환기.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 발열 유닛용 핀은 그 연장된 방향으로의 단면이 삼각 형상인 것을 특징으로 하는 난방용 열교환기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 발열 유닛용 핀은 상기 발열 유닛과 실리콘 접착제에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 난방용 열교환기.
6. 제 1항, 제2항, 제4항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 발열 유닛의 상, 하부 중 적어도 일측에는 탄성을 갖는 단열부재가 배치된 것을 특징으로 하는 난방용 열교환기.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 단열부재는 실리콘 시트로 구비된 것을 특징으로 하는 난방용 열교환기.
8. 제 1항, 제2항, 제4항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 발열 유닛의 상, 하부 중 적어도 일측에는 스프링부재가 배치된 것을 특징으로 하는 난방용 열교환기.

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