KR101345912B1 - 유체 가열식 피티씨 히터 - Google Patents

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KR101345912B1
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Abstract

본 발명은 열 효율을 향상시킴과 동시에 안전성이 향상된 유체 가열식 피티씨 히터를 개시한다.
본 발명은 유체가 통과되는 각각의 헤더와, 상기 헤더 사이에 나란하게 연결되어 유체를 안내하는 튜브와, 상기 튜브에 접하도록 장착되고, 전원을 공급받아 열을 발산하는 적어도 하나의 피티씨 조립체와 상기 피티씨 조립체에 연결되어 공급받은 전원으로 열을 발산하는 적어도 하나의 열선이 연결되어 구성된 가열부재로 구성됨으로써, 상기 피티씨 조립체에 설치되는 피티씨 소자는 전원을 공급받아 열을 발산하고, 일정온도 이상이 되면 저항이 상승하여 발열 온도가 하강되므로 안전성이 향상되고, 열반응 속도가 빠른 열선에 의해 열효율이 향상되는 것이다.

Description

유체 가열식 피티씨 히터{FLUID HEATING PTC HEATER}
본 발명은 유체 가열식 피티씨 히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체인 냉각수를 가열하는 히터에 열선과 PTC를 연결하여 사용함으로써 안전성과 열효율이 향상될 수 있도록 하는 유체 가열식 피티씨 히터에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 유체 가열식 피티씨 히터의 기본 역할은 자동차에 난방용 공기를 공급하기 위한 것으로 엔진 시동이 걸리면 실린더 블록을 통과한 고온의 유체인 냉각수가 히터 코어로 유입되고, 이 히터 코어에는 냉각수의 열을 이용하여 외부 표면을 지나는 실내나 실외의 찬 공기를 가열시켜 따뜻하게 바꾸는 역할을 하게 된다.
히터장치는 엔진 열에 의해 가열된 고온의 냉각수가 히터 코어 내로 유입되어 이 히터 코어의 핀 표면을 통과하는 공기에 열을 제공하게 되고, 이로써 가열된 공기가 차량 실내로 유입되면서 난방이 이루어지게 되는 것이다.
또한 전기자동차의 경우에는 모터에서 발생되는 열을 방출하거나 난방을 위해 냉각수의 열교환을 실시하는 냉각수 가열식 히터가 장착되기도 한다.
종래 구조의 냉각수 가열식 히터(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 냉각수 유입을 위한 인렛 파이프(inlet pipe)(11)와 냉각수가 모아지는 상부 헤더(12) 및 하부 헤더(15)와, 상부 헤더(12) 및 하부 헤더(15) 사이에 냉각수가 흐르게 연결되는 튜브(13)와, 튜브(13)에 일체로 고정되어 큐브 내 냉각수와 주변을 통과하는 공기간의 열교환을 수행하는 방열핀(14)과, 냉각수 배출을 위한 아웃렛 파이프(outlet pipe)(16)로 구성된다.
이러한 냉각수 가열식 히터(10)에서 엔진에 가열된 고온의 냉각수는 히터 파이프를 통해 히터의 인렛 파이프(11)로 유입되어 상부 헤더(12), 튜브(13) 및 하부탱크(15)를 거쳐 아웃렛 파이프(16)로 빠져 나가게 되며, 냉각수가 흐르는 상태에서 외부 공기가 튜브(13) 및 방열핀(14) 사이를 통과하면서 열교환이 실시되어 차량 내부로 난방된 공기를 공급할 수 있게 된다.
한편, 이러한 냉각수 가열식 히터(10)의 경우 초기 구동시에 냉각수가 적정 온도 이하 상태를 유지하여 초기 구동에 어려움이 발생되는 문제점이 있어, 이를 해결하기 위해 튜브(13) 사이에 열선을 장착한다.
이러한 냉각수 가열식 히터(10)는 자동차에 장착되는 라디에이터로 구성될 수도 있고, 라디에이터와 별도의 장치로 장착될 수도 있다. 라디에이터와 별도의 장치로 장착되는 경우에는 도 1에서 방열핀(14)이 생략된다.
상기와 같이 튜브(13) 사이에 열선을 장착하여 냉각수의 온도를 가열하는 경우, 열선의 과열로 인해 손상이 발생되는 문제점이 있다.
상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 피티씨 히터와 열선이 연결되어 구성된 가열부재를 사용함으로써 열효율을 향상시킴과 동시에 안전성이 향상되도록 하는 유체 가열식 피티씨 히터를 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 유체 가열식 피티씨 히터는 유체가 통과되는 각각의 헤더; 상기 헤더 사이에 나란하게 연결되어 유체를 안내하는 튜브; 및 상기 튜브에 접하도록 장착되고, 전원을 공급받아 열을 발산하는 적어도 하나의 피티씨 조립체와 상기 피티씨 조립체에 연결되어 공급받은 전원으로 열을 발산하는 적어도 하나의 열선이 연결되어 구성된 가열부재;를 포함하여, 상기 피티씨 조립체에 설치되는 피티씨 소자는 전원을 공급받아 열을 발산하고, 일정온도 이상이 되면 저항이 상승하여 상기 가열부재의 발열 온도가 하강된다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 가열부재는 일측 단자와 타측 단자 사이에 장착되는 적어도 하나의 피티씨 소자로 이루어진 피티씨 조립체; 및 상기 일측 단자로 전원이 공급되는 경우, 상기 타측 단자에 일측 끝단이 연결되어 전원을 공급받는 열선을 포함한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 가열부재에는 외부 전원에 일측 끝단이 연결되고 타측 끝단은 상기 일측 단자에 연결되는 또 하나의 열선을 더 포함한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 가열부재에는 일측이 상기 열선의 타측 끝단에 연결되는 일측 단자와 타측 단자 사이에 장착되는 피티씨 소자로 이루어진 또 하나의 피티씨 조립체를 더 포함한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 가열부재에는 열선과 피티씨 조립체가 순차적으로 더 포함된다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 가열부재는 상기 피티씨 조립체 및 열선이 내부에 수용되는 하우징 및 상기 피티씨 조립체의 일측 및 타측단자 및 상기 열선과 상기 하우징 사이에 장착되는 절연재를 더 포함한다.
또한, 보다 바람직하게는, 하는 것을 특징으로 하는 유체 가열식 피티씨 히터.
또한, 상기 가열부재는 상기 피티씨 조립체와 상기 열선 사이에 장착되는 제2절연재가 더 포함된다.
이와 같이 본 발명에 의한 유체 가열식 피티씨 히터는 열선에 의해 초기 발열시간이 단축되고 발열효율이 향상됨과 동시에 피티씨 조립체에 의해 안전성이 향상되는 효과를 동시에 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 별도의 안전장치를 추가 하지 않고 피티씨 조립체를 이용하여 고온에 의한 손상이나 사고가 예방되므로 부품수를 줄여 제조원가를 절감하는 효과가 있다. 고가의 피티씨 조립체 대신에 일부 구간에 열 반응 속도가 빠른 열선을 함께 사용하므로 적은 비용으로 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래 구조의 냉각수 가열식 피티씨 히터를 도시한 정면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 유체 가열식 피티씨 히터를 도시한 사시도,
도 3은 유체 가열식 피티씨 히터를 분해하여 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 유체 가열식 피티씨 히터의 가열부재를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예인 유체 가열식 피티씨 히터의 가열부재를 도시한 단면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 제3 실시예인 유체 가열식 피티씨 히터의 가열부재를 도시한 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예인 유체 가열식 피티씨 히터를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 유체 가열식 피티씨 히터를 도시한 사시도이고, 도 3은 유체 가열식 피티씨 히터를 분해하여 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 유체 가열식 피티씨 히터의 가열부재를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 유체 가열식 피티씨 히터(100)는 다수개가 병렬로 나란하게 배열되는 튜브(110)와, 튜브(110)의 끝단이 연통되는 복수개의 헤더관통공이 마련된 헤더(120)와, 각각의 헤더(120)에 연결되어 유체인 냉각수를 공급하는 인렛 및 아웃렛 파이프(121)와, 각각의 튜브(110)에 접하도록 그 사이사이에 장착되는 가열부재(140)로 구성된다.
튜브(110)와 헤더(120)의 헤더관통공 사이에는 밀폐부재(122)가 장착된다. 밀폐부재(122)는 냉각수의 누출을 방지할 수 있도록 탄성재질로 이루어진다.
튜브(110)의 최외곽 양측면에는 측면지지부재(111)가 설치되고, 각각의 측면지지부재(111)는 서로 고정부재(112)가 연결되어 튜브(110)를 고정한다. 측면지지부재(111)의 양 끝단은 각각의 헤더(120)에 체결구(113)로 고정된다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 가열부재(140)는 하우징(141)의 내부에 피티씨 조립체(142)와 열선(143)이 서로 연결되도록 장착되고, 하우징(141)과 피티씨 조립체(142) 및 열선(143) 사이에는 절연재(144)가 설치되는 구조로 구성된다.
피티씨 조립체(142)는 일측 단자(142a)와 타측 단자(142b) 사이에 장착되는 피티씨 소자(142c)로 이루어진다. 외부 전원은 일측 단자(142b)에 연결되어 전원을 공급한다. 타측 단자(142b)에는 열선(143)이 일측 끝단이 연결되고, 열선(143)의 타측 끝단은 외부로 전류를 인출하는 연결선에 연결된다. 또한 피티씨 조립체(142)와 열선(143) 사이에는 제2절연재(145)가 장착된다.
피티씨(PTC: Positive Temperature Coefficient) 소자(142c)는 퀴리온도(약 180도~200도) 이상이 되면 급격하게 전기 저항값이 상승하는 정온 특성을 갖는 반도체 소자로서, 전압이 인가되면 주위의 온도에 관계없이 일정한 발열 온도를 유지하는 자기온도제어 기능을 갖고 있다. 따라서 일정온도(약 180도~200도) 이상이 되면 저항이 상승되어 전류량이 감소하므로 발열온도를 하강시키는 특성을 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 유체 가열식 피티씨 히터는 가열부재(140)를 구성하는 피티씨 조립체(142)의 일측 단자(142a)에 전원이 공급되면 공급된 전원은 피티씨 소자(142a)를 지나 타측 단자(142b)에 전달되면서 열을 발생시킨다. 그리고 타측 단자(142b)에 연결된 열선(143)을 통과하면서 추가적으로 열을 발생시킨다. 전원이 공급되어 가열부재(140)에서 열이 발생되면 그 열은 튜브(110)에 전달되어 튜브(110)의 내부를 흐르는 냉각수를 가열하게 되는 것이다. 이러한 상태가 진행되면서 가열부재(140)의 온도가 약 180도에서 200도 정도인 퀴리온도에 도달하게 되면 피티씨 소자(142b)의 저항이 증가되어 공급되는 전류량이 감소되고, 그에 따라 가열부재(140)에서 발산되는 발열온도가 하강하게 되는 것이다. 즉, 피티씨 소자(142b)의 특성으로 인해 가열부재(140)의 과열이 방지되므로 안전성이 향상되는 것이다. 또한 초기 구동시에는 열 반응속도가 빠른 열선(143)에서 즉각적으로 열이 발산되므로 열효율이 향상된다.
마찬가지로 본 발명의 바람직한 제2 실시예인 유체 가열식 피티씨 히터의 가열부재(140)는 도 5에 도시된 바와 같이 열선(143)의 타측 끝단에 또 다른 피티씨 조립체(142)가 추가적으로 장착된다.
가열부재(140)는 하우징(141)의 내부에 두 개의 피티씨 조립체(142)와 열선(143)이 서로 연결되도록 장착되고, 하우징(141)과 각각의 피티씨 조립체(142) 및 열선(143) 사이에는 절연재(144)가 설치되는 구조로 구성된다.
일측의 피티씨 조립체(142)는 일측 단자(142a)와 타측 단자(142b) 사이에 장착되는 피티씨 소자(142c)로 이루어진다. 외부 전원은 일측 단자(142b)에 연결되어 전원을 공급한다. 타측 단자(142b)에는 열선(143)이 일측 끝단이 연결되고, 열선(143)의 타측 끝단은 또 다른 피티씨 조립체(142)가 장착된다. 추가 장착되는 피티씨 조립체(142)는 열선(143)의 타측 끝단이 연결되는 일측단자(142a)와 타측 단자(142b) 사이에 장착되는 피티씨 소자(142c)로 이루어진다. 타측 단자(142b)는 외부로 전류를 인출하는 연결선에 연결된다. 또한 각각의 피티씨 조립체(142)와 열선(143) 사이에는 제2절연재(145)가 장착된다.
가열부재(140)에 또 다른 피티씨 조립체(142)가 추가 장착되는 구조 외의 구성 및 동작은 본 발명의 바람직한 제1 실시예와 동일하다.
또한 상기와 같이 또 다른 피티씨 조립체(142)가 추가 장착될 때 열선(143)의 타측 끝단이 일측 단자(142a)에 장착되는 것이 바람직하나, 본 발명에서는 열선(143)의 타측 끝단이 타측 단자(142a)에 연결되는 구조도 포함된다.
마찬가지로 본 발명의 바람직한 제3 실시예인 유체 가열식 피티씨 히터는 도 6에 도시된 바와 같이 피티씨 조립체(142)의 일측 단자(142a)에 열선(143)의 추가적으로 장착되고 외부 전원이 추가적으로 장착된 열선(143)을 통해 공급된다.
가열부재(140)는 하우징(141)의 내부에 피티씨 조립체(142)와 두 개의 열선(143)이 서로 연결되도록 장착되고, 하우징(141)과 각각의 피티씨 조립체(142) 및 열선(143) 사이에는 절연재(144)가 설치되는 구조로 구성된다.
일측의 피티씨 조립체(142)는 일측 단자(142a)와 타측 단자(142b) 사이에 장착되는 피티씨 소자(142c)로 이루어진다. 일측 단자(142b)에는 열선(143)이 추가적으로 연결되어 외부전원이 추가 장착된 열선(143)을 통해 공급된다. 타측 단자(142b)에는 또 다른 열선(143)의 일측 끝단이 연결되고, 열선(143)의 타측 끝단은 외부로 전류를 인출하는 연결선에 연결된다. 또한 피티씨 조립체(142)와 각각의 열선(143) 사이에는 제2절연재(145)가 장착된다.
가열부재(140)에 또 다른 열선(143)이 추가 장착되는 구조 외의 구성 및 동작은 본 발명의 바람직한 제1 실시예와 동일하다.
이와 같이 본 발명에 의한 유체 가열식 피티씨 히터(100)는 가열부재(140)를 구성하는 피티씨 조립체(142)의 일측 단자(142a)에 전원이 공급되면 공급된 전원은 피티씨 소자(142a)를 지나 타측 단자(142b)에 전달되면서 열을 발생시킨다. 그리고 열선(143)을 통과하면서 추가적으로 열을 발생시킨다. 전원이 공급되어 가열부재(140)에서 열이 발생되면 그 열은 튜브(110)에 전달되어 튜브(110)의 내부를 흐르는 냉각수를 가열하게 되는 것이다. 이러한 상태가 진행되면서 가열부재(140)의 온도가 약 180도에서 200도 정도인 퀴리온도에 도달하게 되면 피티씨 소자(142b)의 저항이 증가되어 공급되는 전류량이 감소되고, 그에 따라 가열부재(140)에서 발산되는 발열온도가 하강하게 되는 것이다. 즉, 피티씨 소자(142b)의 특성으로 인해 가열부재(140)의 과열이 방지되므로 안전성이 향상되는 것이다. 또한 초기 구동시에는 열 반응속도가 느려 발열 시간이 늦은 피티씨 조립체(142)에 비하여 열 반응속도가 빠른 열선(143)에서 즉각적으로 열이 발산되므로 열효율이 향상된다.
이러한 본 발명은 연료전지를 사용하는 전기자동차나 디젤 및 가솔린 자동차에 모두 적용될 수 있다. 즉, 전기자동차에 작용되는 씨오디(COD: Cathode Oxygen Depleted) 히터나 디젤 및 가솔린 자동차에 장착되는 냉각수 가열식이나 공기 가열식 피티씨 히터에 모두 적용이 가능하다. 또한 본 발명이 적용된 냉각수 가열식 피티씨 히터는 자동차에 장착되는 라디에이터로 구성될 수도 있고, 라디에이터와 별도의 냉각수 히팅장치로 장착될 수도 있다. 라디에이터에 구성되는 경우에는 방열핀이 장착되고, 라디에이터와 별로도 추가 장착되는 경우에는 방열핀이 생략될 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
110 : 튜브
120 : 헤더
140 : 가열부재
142 : 피티씨 조립체
142c : 피티씨 소자
143 : 열선

Claims (7)

  1. 유체가 통과되는 각각의 헤더(120);
    상기 헤더(120) 사이에 나란하게 연결되어 유체를 안내하는 튜브(110); 및
    상기 튜브(110)에 접하도록 장착되고, 전원을 공급받아 열을 발산하는 적어도 하나의 피티씨 조립체(142)와 상기 피티씨 조립체(142)에 연결되어 공급받은 전원으로 열을 발산하는 적어도 하나의 열선(143)이 연결되어 구성된 가열부재;를 포함하고,
    상기 가열부재는
    상기 피티씨 조립체(142) 및 열선(143)이 내부에 수용되는 하우징(141);
    상기 피티씨 조립체(142)의 일측 및 타측단자(142a, 142b) 및 상기 열선(143)과 상기 하우징(141) 사이에 장착되는 절연재(144); 및
    상기 피티씨 조립체(142)와 상기 열선(143) 사이에 장착되는 제2절연재(145)를 포함하고,
    상기 피티씨 조립체(142)에 설치되는 피티씨 소자(142c)는 전원을 공급받아 열을 발산하고, 일정온도 이상이 되면 저항이 상승하여 상기 가열부재의 발열 온도가 하강되고, 상기 제2절연재(145)에 의해 열선(143)과 피티씨 조립체(142) 간의 열전달이 차단되는 것을 특징으로 하는 유체 가열식 피티씨 히터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가열부재는
    일측 단자(142a)와 타측 단자(142b) 사이에 장착되는 적어도 하나의 피티씨 소자(142c)로 이루어진 피티씨 조립체(142); 및
    상기 일측 단자(142a)로 전원이 공급되는 경우, 상기 타측 단자(142b)에 일측 끝단이 연결되어 전원을 공급받는 열선(143);을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 가열식 피티씨 히터.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 가열부재에는
    외부 전원에 일측 끝단이 연결되고 타측 끝단은 상기 일측 단자(142a)에 연결되는 또 하나의 열선(143)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 가열식 피티씨 히터.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 가열부재에는
    일측이 상기 열선(143)의 타측 끝단에 연결되는 일측 단자(142a)와 타측 단자(142b) 사이에 장착되는 피티씨 소자(142c)로 이루어진 또 하나의 피티씨 조립체(142);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 가열식 피티씨 히터.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 가열부재에는
    열선(143)과 피티씨 조립체(142)가 순차적으로 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유체 가열식 피티씨 히터.
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