KR101497332B1 - 축열재 구비 차량용 전열히터 - Google Patents

축열재 구비 차량용 전열히터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PTC 소자를 이용한 자동차용 전열히터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축열재를 구비함으로써 PTC에 공급되던 전원을 차단하는 경우에도 전열히터의 온도가 급격하게 저하되지 않도록 축열재를 구비한 차량용 전열히터에 관한 것이다.
PTC 소자, 차량용 전열히터, 축열재, 히트 로드 조립체, 온도

Description

축열재 구비 차량용 전열히터{Electric heater for an automobile with heat storage material}
본 발명은 PTC 소자를 이용한 자동차용 전열히터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축열재를 구비함으로써 PTC에 공급되던 전원을 차단하는 경우에도 전열히터의 온도가 급격하게 저하되지 않도록 축열재를 구비한 차량용 전열히터에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 공조장치는, 자동차의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 자동차의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함한다. 냉방시스템은 엔진의 동력을 전달받아 구동되는 압축기에 의하여 냉매를 압축하여 응축기로 보내고, 이 응축기에서 냉각팬의 강제송풍에 의하여 냉매를 응축시킨 다음, 이 냉매를 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 차례로 거치도록 하여 다시 압축기로 복귀시킨다. 이 과정에서 공조케이스의 입구단에 설치되는 블로어 유니트(Blower Unit)의 송풍팬에 의해 송풍되는 공기와 증발기를 거치는 냉매를 열교환시켜 송풍공기를 냉기상태로 차량 실내로 토출시킴으로써 차량 실내를 냉방한다.
한편, 난방시스템은 엔진의 냉각수를 히터코어를 거쳐 엔진으로 복귀시키는 과정에서 블로어 유니트의 송풍팬에 의해 송풍되는 공기와 히터 코어를 거치는 냉각수를 열교환시켜, 송풍공기를 온기상태로 차량 실내로 토출시킴으로써 자동차 실내를 난방한다.
특히, 상기 난방시스템은, 엔진이 가동된 후 엔진의 주위를 흐르는 냉각수가 충분히 가열된 상태에서 자동차 실내를 난방하는 것이나, 동절기에는 엔진과 냉각수가 영하의 온도로 냉각되어 있는 상태이므로, 엔진의 열이 일정온도 이상으로 상승되기 까지는 장시간이 소요되므로 엔진 가동 후 초기 난방의 효과를 기대할 수 없다.
이에 따라 자동차의 초기 난방을 위해, 온도 상승에 따라 저항값이 증가하는 정온도 특성을 갖는 PTC(Positive Temperature Coefficient)소자를 이용한 전열히터가 개발되어 왔다.
상기 PTC소자를 이용한 전열히터는, 공조장치의 케이스내에 설치된 통상의 히터코어 근방에 배치되어 공기를 직접 가열하므로, 엔진의 초기구동시부터 정상구동시 까지 빠르게 자동차 실내의 온도를 상승시킬 수 있다.
도1은 종래기술에 의한 자동차용 전열히터의 분해 사시도이다. 도1에 도시된 바와 같이 상기 전열히터는 히트 로드 조립체(10), 음극단자(20), 방열핀 조립체(30), 일측 지지프레임(40), 타측 지지프레임(50), 상부 캡(60), 하부 캡(70)을 가진다.
히트 로드 조립체(10)는 관 형상의 튜브(11)를 가진다. 튜브(11)에는 PTC 소자(도면 미도시), 상기 PTC 소자(도면 미도시)에 전원을 공급하기 위한 양극단자(14)가 내삽된다.
종래기술에 의한 자동차용 전열히터는 배터리 용량문제 및 초기 난방 성능 향상을 위하여 단계적으로 방열 용량을 조절하였다. 즉, 초기 난방시 최대 구동을 통하여 난방 성능 향상을 꾀하다가 엔진의 냉각수 온도가 높아지면 순차적으로 전열히터에 인가되는 전원을 줄여 배터리 용량 문제를 해결하였다.
도2는 도1의 전열히터의 작동도를 나타낸다. 도2를 참조하면 종래의 자동차용 전열히터는 엔진 냉각수가 높아짐에 따라 인가되는 전원을 단계적으로 줄이는 경우 방열핀 성능 문제 등으로 난방 능력이 계단식으로 급격히 떨어지는 문제점이 있다. 특히 일정 시간 간격으로 일정 개수의 PTC 소자에 인가되던 전원의 공급을 중단한 경우 시간이 지남에 따라 온도의 하강 폭이 더욱 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 PTC 소자를 이용한 자동차용 전열히터에 있어서, PTC 소자에 공급되던 전원을 차단시키는 경우에도 온도가 급격하게 떨어지지 않고 완만하게 감소될 수 있도록 축열재를 구비한 자동차용 전열히터를 제공하고자 한다.
본 발명은 PTC 소자와 양극 단자가 내장되는 히트 로드 조립체; 상기 히트 로드 조립체와 소정거리 이격되어 설치되는 음극단자; 상기 히트 로드 조립체와 음극단자 사이에 설치되는 방열핀 조립체; 상기 방열핀 조립체와 히트 로드 조립체를 지지 고정하도록, 상기 방열핀 조립체 중 양쪽 최외측 방열핀 조립체의 일측면에 각각 대향되도록 배치되는 일측 지지 프레임 및 타측 지지프레임; 상기 히트 로드 조립체, 음극단자 및 방열핀 조립체의 양단부와 상기 일측 지지 프레임 및 타측 지지프레임의 양단부를 지지 고정하는 상부 캡 및 하부 캡; 을 포함하는 차량용 전열히터에 있어서, 상기 히트 로드 조립체에는 상기 PTC 소자로부터 발열되는 열을 저장하기 위한 제1 축열재가 충전되는 것을 특징으로 하는 축열재 구비 차량용 전열히터에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 히트 로드 조립체는, 튜브; 관통홀이 형성되고 상기 양극 단자의 일측면에 위치하여 상기 관통홀에 삽입된 상기 PTC 소자가 상기 양극단자와 접촉하여 전원이 공급되도록 상기 튜브에 인입 설치되는 가이드판; 을 포함하되, 상기 제1 축열재는 상기 양극단자의 타측면과 상기 튜브의 내측면 사이에 설 치되어 절연막 기능을 병행하여 수행하기도 한다.
본 발명에 있어서, 상기 음극단자는 상기 PTC 소자로부터 발열되는 열을 저장하기 위한 제2 축열재에 의하여 둘러싸일 수 있는데, 상기 일측 지지 프레임 및 타측 지지프레임에는 상기 PTC 소자로부터 발열되는 열을 저장하기 위한 제3 축열재가 구비될 수 있고, 상기 상부 캡 및 하부 캡에는 상기 PTC 소자로부터 발열되는 열을 저장하기 위한 제4 축열재가 구비될 수 있다.
본 발명은 히트 로드 조립체, 음극단자 조립체, 지지프레임 조립체, 캡 등에 축열재를 충전시킴으로써 PTC 소자에 공급되던 전원을 차단시키는 경우에도 전원공급이 중지된 PTC 소자로부터 발열된 열이 축열재에 저장되어 있어 온도가 완만하게 서서히 감소되는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도3은 본 발명에 따른 일실시예의 분해 사시도를, 도4는 도3의 히트 로드 조립체의 분해 사시도를, 도5는 도3의 히드로드 조립체의 횡단면도를, 도6은 도3의 음극단자의 횡단면도를, 도7은 도3의 작동도를 나타낸다.
도3을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 히트 로드 조립체(110), 음극단자 조립체(120), 방열핀 조립체(130), 일측 지지프레임 조립체(140), 타측 지지프레임 조립체(150), 상부 캡(160), 하부 캡(170)을 가진다.
도4 및 도5를 참조하면 히트 로드 조립체(110)는 관 형상의 튜브(111)를 가 진다.
도4를 참조하면 튜브(111)에는 가이드판(112)이 내삽된다. 가이드판(112)에는 다수개의 관통홀(112-H)이 형성된다. 가이드판(112)의 양측단부에는 레일형태의 돌기(112-1)가 돌출 형성될 수 있다.
도4 및 도5를 참조하면 가이드판(112)에 형성된 각각의 관통홀(112-H)에는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자(113)가 끼워진다.
도4 및 도5를 참조하면 가이드판(112)의 양측에 형성된 돌기(112-1) 사이에는 양극단자(114)가 끼워진다. 양극단자(114)의 일측면은 가이드판(112)의 관통홀(112-H)에 끼워진 PTC 소자(113)에 접촉됨으로써 PTC 소자(113)에 전원을 공급한다.
도4 및 도5를 참조하면 튜브(111) 내부에는 제1 축열재(115)가 충전된다. 제1 축열재(115)는 PTC 소자(113)로부터 발열되는 열을 저장하여 PTC 소자(113)의 작동 정지시 차량용 전열히터의 급작스런 온도강하를 방지하기 위한 것이다. 제1 축열재(115)는 부도체이거나 부도체로 둘러싸일 수 있는데, 이 경우 양극단자(114)의 타측면과 튜브(111)의 내측면 사이에 설치되어 절연막 기능을 병행하여 수행한다. 한편, 제1 축열재(115)는 PTC 소자(113)와 튜브(111)의 다른 내측면 사이에도 충전될 수 있다. 제1 축열재(115)가 액체인 경우는 부도체로 둘러싸여 절연된다.
도3을 참조하면 음극단자 조립체(120)는 히트 로드 조립체(110)와 소정거리 이격되어 설치된다. 도6을 참조하면 음극단자 조립체(120)는 음극단자(121) 및 PTC 소자(113)로부터 발열되는 열을 저장하기 위해 음극단자(121)를 둘러싸는 제2 축열 재(122)로 이루어진다. 제2 축열재(122)는 제1 축열재(115)와 마찬가지로 부도체이거나 부도체로 둘러싸일 수 있으며, 제2 축열재(122)가 액체인 경우 부도체로 둘러싸여 절연된다.
도3을 참조하면 방열핀 조립체(130)는 방열핀(도면부호 미부여) 및 방열핀(도면부호 미부여)을 지지하기 위한 방열핀 지지플레이트(도면부호 미부여)를 가진다.
도3을 참조하면 방열핀 조립체(130) 중 양쪽 최외측 방열핀 조립체(130)의 외측면에는 각각 대향하도록 일측 지지프레임 조립체(140) 및 타측 지지프레임 조립체(150)가 배치된다. 일측 지지프레임 조립체(140)는 일측 지지프레임(141) 및 일측 지지프레임(141)에 충전되는 제3 일측 축열재(142)로 이루어진다. 마찬가지로 타측 지지프레임 조립체(150)는 타측 지지프레임(151) 및 타측 지지프레임(151)에 충전되는 제3 타측 축열재(도면 미도시)로 이루어진다. 제3 일측 축열재(142) 및 제3 타측 축열재(도면 미도시)는 다른 축열재(115, 122)와 마찬가지로 PTC 소자(113)로부터 발열되는 열을 저장하기 위한 것이다.
도3을 참조하면 상부 캡(160) 및 하부 캡(170)은 히트 로드 조립체(110), 음극단자 조립체(120), 방열핀 조립체(130)의 양단부와 일측 지지프레임 조립체(140) 및 타측 지지프레임 조립체(150)의 양단부에 각각 설치되어 이들을 고정시킨다. 도면에 도시되지는 않았으나 상부 캡(160) 및 하부 캡(170)에는 제4 상부 축열재(도면 미도시) 및 제4 하부 축열재(도면 미도시)가 충전된다. 제4 상부 축열재(도면 미도시) 및 제4 하부 축열재(도면 미도시)는 PTC 소자(113)로부터 발열되는 열을 저장하기 위한 것이다.
이하, 상기한 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
도7은 일정한 시간 간격에 따라 순차적으로 일정 개수의 PTC 소자(113)에 공급되는 전원을 차단한 경우의 온도변화를 나타낸다.
도7을 참조하면 PTC 소자(113)에 공급되는 전원을 차단한 경우에도 제1 내지 제4 축열재에 전원이 차단된 PTC 소자(113)로부터 발열된 열이 소정시간 저장되어 자동차용 전열히터의 온도가 계단식으로 하강하지 않고 완만한 곡선형태로 하강하게 된다. 즉, 급격한 온도 하락이 방지된다.
도1은 종래기술에 의한 자동차용 전열히터의 분해 사시도.
도2는 도1의 전열히터의 작동도.
도3은 본 발명에 따른 일실시예의 분해 사시도.
도4는 도3의 히트 로드 조립체의 분해 사시도.
도5는 도3의 히드로드 조립체의 횡단면도.
도6은 도3의 음극단자의 횡단면도.
도7은 도3의 작동도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110:히트 로드 조립체 111:튜브
112:가이드판 112-H:관통홀
112-1:돌기 113:PTC 소자
114:양극단자 115:제1 축열재
120:음극단자 조립체 121:음극단자
122:제2 축열재
130:방열핀 조립체
140:일측 지지프레임 조립체 141:일측 지지프레임
142:제3 일측 축열재
150:타측 지지프레임 조립체 151:타측 지지프레임
160:상부 캡 170:하부 캡

Claims (5)

  1. PTC 소자(113)와 양극 단자(114)가 내장되는 히트 로드 조립체(110);
    상기 히트 로드 조립체(110)와 소정거리 이격되어 설치되는 음극단자(121);
    상기 히트 로드 조립체(110)와 음극단자(121) 사이에 설치되는 방열핀 조립체(130);
    상기 방열핀 조립체(130)와 히트 로드 조립체(110)를 지지 고정하도록, 상기 방열핀 조립체(130) 중 양쪽 최외측 방열핀 조립체(130)의 일측면에 각각 대향되도록 배치되는 일측 지지 프레임(141) 및 타측 지지프레임(151);
    상기 히트 로드 조립체(110), 음극단자(121) 및 방열핀 조립체(130)의 양단부와 상기 일측 지지 프레임(141) 및 타측 지지프레임(151)의 양단부를 지지 고정하는 상부 캡(160) 및 하부 캡(170);을 포함하는 차량용 전열히터에 있어서,
    상기 히트 로드 조립체(110)에는 상기 PTC 소자(113)로부터 발열되는 열을 저장하기 위한 제1 축열재(115)가 충전되며,
    상기 히트 로드 조립체(110)는 튜브(111); 관통홀(112-H)이 형성되고 상기 양극 단자(114)의 일측면에 위치하여 상기 관통홀(112-H)에 삽입된 상기 PTC 소자(113)가 상기 양극단자(114)와 접촉하여 전원이 공급되도록 상기 튜브(111)에 인입 설치되는 가이드판(112); 을 포함하되, 상기 제1 축열재(115)는 부도체이거나 부도체로 둘러싸이며, 적어도 상기 양극단자(114)의 타측면과 상기 튜브(111)의 내측면 사이에 설치되어 절연막 기능을 병행하여 수행하는 것을 특징으로 하는 축열재 구비 차량용 전열히터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음극단자(121)는 상기 PTC 소자(113)로부터 발열되는 열을 저장하기 위한 제2 축열재(122)에 의하여 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 축열재 구비 차량용 전열히터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 일측 지지 프레임(141) 및 타측 지지프레임(151)에는 상기 PTC 소자(113)로부터 발열되는 열을 저장하기 위한 제3 축열재(142)가 구비되는 것을 특징으로 하는 축열재 구비 차량용 전열히터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 캡(160) 및 하부 캡(170)에는 상기 PTC 소자(113)로부터 발열되는 열을 저장하기 위한 제4 축열재가 구비되는 것을 특징으로 하는 축열재 구비 차량용 전열히터.
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