KR101684260B1 - 차량용 가열 난방장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 가열 난방장치에 관한 것으로, 난방수가 출입하는 유입구 및 출입구를 형성한 하우징 본체와, 상기 하우징 본체에 결합되며 복수의 가열챔버를 형성한 하우징 덮개와, 상기 가열챔버 내에 착탈가능하게 결합되는 PTC히터 조립체와, 상기 PTC히터 조립체의 온,오프 및 발열온도를 제어하는 히터제어부(PWM)를 포함하는 차량용 가열 난방장치에 있어서, 상기 PTC히터 조립체는 (+)단자 또는 (-)단자와 접촉하는 단자접촉부를 형성한 한 쌍의 터미널 프레임과, 상기 터미널 프레임 사이에 개재되어 발열작용 하는 PTC소자와, 상기 한 쌍의 터미널 프레임 테두리 둘레를 감싸는 절연프레임으로 구성되며, 상기 한 쌍의 터미널 프레임 각각의 서로 마주보는 일면에는 하나의 PTC소자의 일 표면당 다접점 가압 상태로 접촉하는 가압용 접촉돌기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 상기 PTC소자(120)를 견고하게 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라, 접촉불량이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

차량용 가열 난방장치{Heating apparatus for vehicle}
본 발명은 차량용 가열 난방장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PTC히터 조립체의 구성 및 결합구조를 개선하여 PTC 소자와의 전기적인 접촉 및 고정력을 한층 향상시킬 수 있는 차량용 가열 난방장치에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드(Hybrid) 차량이나 전기차량(EV)은, 엔진의 사용이 제한적이거나 엔진을 사용하지 않으므로 난방에 필요한 엔진 냉각수가 부족하거나 엔진 냉각수를 얻을 수 없다.
따라서, 하이브리드 차량이나 전기차량(이하, "차량"이라 통칭함)의 공조장치는, 엔진 냉각수 없이도 차량 실내를 난방할 수 있는 난방장치를 채용하고 있다. 그 일례로서, PTC 히터(Positive Temperature Coefficient Heater)장치가 있다.
이하, 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 PTC 히터 장치에 대하여 설명한다.
도시한 바와 같이 종래기술에 따른 PTC 히터 장치는, 일정 크기를 가지는 하우징(4)과, 상기 하우징(4)의 개방된 상부를 마감하며 상기 하우징(4)의 내부를 향하여 돌출되는 복수의 가열챔버(12)를 형성하는 하우징 덮개(48)와, 상기 가열챔버(12) 내에 설치되는 PTC 히터(22)와, 상기 PTC 히터(22)를 제어하는 히터제어부(PWM,36,37)을 포함하는 구성이다.
즉, 하이브리드 차량이나 전기차량에 적용되는 PTC 히터 장치는 상기 하우징(4) 내에 저장되는 난방수를 상기 PTC 히터(22)가 가열하고, 가열된 난방수가 차량 실내로 이동하여 열원을 방출한 후 다시 하우징(4)으로 복귀하는 일련의 순환과정을 반복하게 된다.
그러나, 종래기술에 따른 PTC 히터(22)는 상기 PTC소자와, 상기 PTC소자를 사이에 두고 결합되는 결합플레이트가 상호 면접하는 상태로 밀착결합이 이루어지는 것으로, 평활도(平滑度)가 유지되지 않아 상기 PTC소자와 결합플레이트가 상호 완전한 면밀착이 이루어지지 않을 경우, 상기 PTC소자로 통전되는 전류의 흐름이 불안정하여 PTC소자는 불균일한 발열작용으로부터 그 발열성능을 크게 감소시키는 문제점이 있었다.
또한, 상기 PTC소자와 결합플레이트의 상호 면밀한 면접촉 유지를 위한 평활도 공정을 추가적으로 진행할 경우, 그에 따른 제조소요 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 제조비용을 크게 상승시키는 문제점이 있었다.
또한, 면밀착을 유지시키기 위해 상기 PTC소자와 결합플레이트를 서로 강하게 눌러주어야 했으므로 주변 구조물과의 공차를 세밀하게 설정해야 하는 제작상의 곤란함도 존재했다.
또한, 상기 결합플레이트는 황동(brass)의 단일 소재로 제작이 이루어짐에 따라 경량화는 물론 자재비용을 효율적으로 줄일 수 없는 단점이 있었다.
한국등록특허공보 제0870058호(2008.11.17)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발명의 목적은 PTC히터 조립체의 구성 및 결합구조를 개선하여 PTC 소자와의 전기적인 접촉 및 고정력을 한층 향상시킬 수 있는 차량용 가열 난방장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 차량용 가열 난방장치는, 난방수가 출입하는 유입구 및 출입구를 형성한 하우징 본체와, 상기 하우징 본체에 결합되며 복수의 가열챔버를 형성한 하우징 덮개와, 상기 가열챔버 내에 착탈가능하게 결합되는 PTC히터 조립체와, 상기 PTC히터 조립체의 온,오프 및 발열온도를 제어하는 히터제어부(PWM)를 포함하는 차량용 가열 난방장치에 있어서, 상기 PTC히터 조립체는 (+)단자 또는 (-)단자와 접촉하는 단자접촉부를 형성한 한 쌍의 터미널 프레임과, 상기 터미널 프레임 사이에 개재되어 발열작용 하는 PTC소자와, 상기 한 쌍의 터미널 프레임 테두리 둘레를 감싸는 절연프레임으로 구성되며, 상기 한 쌍의 터미널 프레임 각각의 서로 마주보는 일면에는 하나의 PTC소자의 일 표면당 다접점 가압 상태로 접촉하는 가압용 접촉돌기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 가압용 접촉돌기는 반구형 또는 단부가 뾰족한 삼각형의 단면구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
복수의 상기 가압용 접촉돌기는 간격을 두고 이웃하는 방향으로 연속하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 가압용 접촉돌기는 상기 PTC히터 조립체의 폭방향을 따라 간격을 두고 형성되며 일측으로부터 타측을 향하여 길게 연장형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 단자접촉부는 상기 터미널 프레임의 외측으로 돌출되는 돌출부와, 상기 돌출부에 결합되는 통전단자로 구성되되, 상기 터미널 프레임과 돌출부는 알루미늄의 소재로 제작되며 상기 통전단자는 황동 소재로 제작이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 통전단자는 상기 돌출부에 코킹 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 절연프레임에는 상기 돌출부를 감싸며 상기 절연프레임의 상기 PTC히터 조립체의 두께 방향 폭보다 넓은 구조의 부식방지 몰딩부가 형성된 것을 특징으로 한다.
한 쌍의 상기 절연프레임에는 각각 절연프레임 간의 상보적 밀폐결합을 위한 밀폐결합부가 형성되며, 하나의 절연프레임에 형성되는 밀폐결합부는 상기 절연프레임의 길이방향을 따라 일부 구간이 외측으로 돌출되는 결합용 돌출부와, 길이방향의 나머지 다른 구간에 다른 하나의 절연프레임에 형성된 결합용 돌출부와 대응하도록 형성되는 결합수용홈로 이루어진 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 터미널 프레임(110) 일면에는 하나의 PTC소자(120)의 일 표면당 다접점 가압 상태로 접촉하는 가압용 접촉돌기(112)를 구성함으로써, 상기 PTC소자(120)를 견고하게 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라, 접촉불량이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 터미널 프레임(110)은 알루미늄 소재로 제작이 이루어짐에 따라 상기 터미널 프레임의 무게를 크게 줄이는 것과 동시에 재료원가를 대폭 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 절연프레임(130)에는 상기 돌출부(111a)를 감싸는 상태로 밀폐시키는 부식방지 몰딩부(131)를 형성함으로써, 갈바닉(galvanic) 부식이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 절연프레임(130)에는 각각의 절연프레임 간의 상보적 밀폐결합을 위한 밀폐결합부(132)를 형성함으로써, 고정결합력은 물론 외부의 이물질 침입을 효율적으로 차단시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 PTC 히터 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 가열 난방장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 PTC히터 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 가압용 접촉돌기의 형상 구조를 나타낸 부분 단면도 및 사시도이다.
도 6은 도 4의 절연프레임 구성을 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 3의 종단면도이다.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 가열 난방장치는 난방수가 출입하는 유입구 및 출입구를 형성한 하우징 본체(10)와, 상기 하우징 본체(10)에 결합되며 복수의 가열챔버(21)를 형성한 하우징 덮개(20)와, 상기 가열챔버(21) 내에 착탈가능하게 결합되는 PTC히터 조립체(100)와, 상기 PTC히터 조립체(100)의 작동을 제어하는 히터제어부(30,PWM)를 포함하여 구성된다.
상기 하우징 본체(10), 하우징 덮개(20) 및 히터제어부(30)의 구성은 종래의 공지된 구성과 동일 또는 유사한 것으로, 그 구체적인 구성 및 작용설명은 생략하고, 공지된 기술과 현격한 차이를 가지는 PTC히터 조립체(100) 구성에 대하여 상세히 설명한다.
상기 PTC히터 조립체(100)는 상기 가열챔버(21) 내에 착탈가능하게 결합되는 것으로, 후술하는 PTC소자(120)의 발열작용으로부터 난방수를 가열시키는 역할을 수행한다.
구체적으로, 상기 PTC히터 조립체(100)는 (+)단자 또는 (-)단자와 접촉하는 단자접촉부(111)를 형성한 한 쌍의 터미널 프레임(110)과, 상기 터미널 프레임(110) 사이에 개재되어 발열작용 하는 PTC소자(120)와, 상기 한 쌍의 터미널 프레임(110) 테두리 둘레를 감싸는 절연프레임(130)으로 구성된다.
먼저, 상기 터미널 프레임(110)은 일정 넓이를 가지는 판상형 부재로서, 테두리 둘레방향 일 지점에는 (+)단자 또는 (-)단자와 접촉하는 단자접촉부(111)가 형성된다.
이러한 상기 터미널 프레임(110)은 전류를 상기 PTC소자(120)로 통전시키는 전도체의 역할을 수행하는 것으로, 상기 PTC소자(120)를 사이에 두고 일측과 타측에 각각 배치되는 한 쌍의 구성으로 이루어진다.
여기서, 상기 터미널 프레임(110)은 알루미늄으로 소재로 제작하는 것이 바람직하다. 이는 상기 터미널 프레임(110)의 무게를 효율적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 재료원가를 대폭 낮출 수 있기 때문이다.
또한, 상기 한 쌍의 터미널 프레임(110) 각각의 서로 마주보는 일면에는 하나의 PTC소자(120)의 일 표면당 3개 이상의 다접점 가압 상태로 접촉하는 가압용 접촉돌기(112)가 형성된다.
즉, 본 발명에 따른 가압용 접촉돌기(112)는 종래의 접촉단자와 같이 상기 PTC소자(120)를 탄력적으로 가압하는 탄성 절곡 구조가 아니라, 상기 터미널 프레임(110) 표면으로부터 외측으로 돌출되는 형상을 가지는 구조이기 때문에 상기 PTC소자(120)를 안정적으로 견고하게 고정시킬 수 있어 접촉불량이 발생하는 것을 근본적으로 차단시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 가압용 접촉돌기(112)는 PTC소자(120)의 표면 전체를 균등하게 가압하는 다수의 구성으로 이루어짐에 따라 상기 PTC소자(120)의 국부 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 상기 가압용 접촉돌기(112)는 하나의 PTC소자(120)의 표면 넓이에 대응하여 종방향과 횡방향으로 일정 간격을 두고 연속하여 형성되며, 각 PTC소자(120)의 표면 넓이 대응면 사이에는 공간경계부(112a)가 형성된다.
그리고, 상기 터미널 프레임(110)은 표면의 일부를 절개하고 절개된 부분을 다시 돌출시켜야하는 복잡한 제조공정을 생략할 수 있으므로 그에 따른 제조공정을 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 5에 도시한 바와 같이 상기 가압용 접촉돌기(112)는 반구형 또는 단부가 뾰족한 삼각형의 단면구조로 형성하는 것이 바람직하나, 그 형상이 구체적으로 특정될 필요는 없다.
또한, 상기 가압용 접촉돌기(112)는 간격을 두고 이웃하는 방향으로 연속하여 형성하거나, 상기 PTC히터 조립체(100)의 폭방향을 따라 간격을 두고 형성되며 일측으로부터 타측을 향하여 길게 연장형성되는 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 단자접촉부(111)는 상기 터미널 프레임(110)의 외측으로 돌출되는 돌출부(111a)와, 상기 돌출부(111a)에 코킹 결합되는 통전단자(111b)로 분할 결합이 이루어지는 2종의 구성된다. 이 경우, 상기 통전단자(111b)는 전기 통전율이 우수한 황동으로 제작하는 것이 바람직하다(도 4참조).
즉, 상기 터미널 프레임(110)과 돌출부(111a)는 알루미늄의 소재로 제작되며, 상기 통전단자(111b)는 황동 소재로 제작되고, 상기 통전단자(111b)의 일측에는 코킹 결합을 위한 코킹결합구(111b')가 형성되며 상기 돌출부(111a)에는 상기 코킹결합구(111b')가 관통하는 상태로 결합을 유도하는 관통공(111a')이 형성된다.
아울러, 상기 통전단자(111b)는 상기 돌출부(111a)와 접촉하는 길이방향의 일 지점이 상기 돌출부(111a)와 이격된 위치에서 평행하게 연장되도록 절곡된 구조로 제작이 이루어진다. 이는 상기 통전단자(111b)가 상기 절연프레임(130)에 결합된 후 외부 요건에 의해 상기 통전단자(111b)를 잡아당기는 압력이 발생하더라도 상기 통전단자(111b)가 상기 절연프레임(130)으로부터 직선방향으로 이탈하는 것을 미연에 방지할 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 상기 PTC소자(120)는 상기 터미널 프레임(110) 사이에 개재되는 것으로, 그 형상은 4각의 판상(板狀)으로 되어 있으나, 반드시 이에 한정하지 않으며 타원형이나 기타 다각형 등으로 다양하게 형성할 수 있다.
이러한 상기 PTC소자(120)의 일측은 (+) 단자접촉부(111)의 터미널 프레임(110)에 전기적으로 접촉하고, 타측은 (-) 단자접촉부(111)의 터미널 프레임(110)에 전기적으로 접촉하는 상태를 유지한다.
이러한 상기 PTC소자(120)는 상기 터미널 프레임(110)의 표면 전체에 대응하는 다수의 구성 또는 하나의 구성으로 제작이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 절연프레임(130)은 상기 터미널 프레임(110)의 테두리 둘레를 감싸는 것으로, 인서트 사출성형을 통해 상기 터미널 프레임(110)과 일체형으로 제작하는 것이 좋다. 다시 말해, 상기 단자접촉부(111)를 구비한 터미널 프레임(110)과 부식방지 몰딩부(131)를 구비한 절연프레임(130)의 구성은 인서트 사출성형을 통해 상호 일체형 구조로 제작이 이루어진다.
여기서 상기 절연프레임(130)은 절연성능이 우수한 플라스틱 또는 고무, 실리콘 등의 소재를 사용하는 것이 좋다.
특히, 상기 절연프레임(130)에는 상기 단자접촉부(111)의 돌출부(111a)와 통전단자(111b)의 결합부위를 감싸는 상태로 밀폐하여 갈바닉(galvanic) 부식이 발생하지 않도록 상기 PTC히터 조립체(100)의 두께 방향 폭보다 넓은 구조의 부식방지 몰딩부(131)가 형성된다.
구체적으로, 상기 부식방지 몰딩부(131)는, 2개의 이종 재료(알루미늄,황동)로 결합이 이루어지는 상기 단자접촉부(111)가 공기 중에 노출되어 전기적 전위차이로 인한 부식현상이 발생하는 것을 방지하기 위해, 상기 돌출부(111a)가 공기 중에 노출되지 않도록 밀폐시키는 역할을 수행한다.
상기 부식방지 몰딩부(131)를 측면에서 바라볼 때 종단면 두께가 상기 절연프레임(130)의 종단면 두께보다 넓은 구조로 이루어진다.
이는 상기 부식방지 몰딩부(131) 폭을 두껍게 제작함으로써, PTC히터 조립체(100)를 상기 하우징 본체(10)에 결합시키거나 탈착시키기 위한 조립공정의 편의성을 한층 향상시킬 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상기 절연프레임(130)의 길이방향 상부와 하부에는 각각의 절연프레임(130)이 상호 상보적 밀폐결합이 이루어질 수 있도록 하는 밀폐결합부(132)가 형성된다.
하나의 절연프레임(130)에 형성되는 밀폐결합부(132)는 상기 절연프레임(130)의 길이방향을 따라 일부 구간이 외측으로 돌출되는 결합용 돌출부(132a)가 형성되고, 길이방향의 나머지 다른 구간에는 다른 하나의 절연프레임(130)에 형성되는 결합용 돌출부(132a)와 대응하는 결합수용홈(132b)이 형성된다.
이러한 상기 밀폐결합부(132)의 결합용 돌출부(132a)와 결합수용홈(132b)의 결합구조는 외부의 이물질 침입을 효율적으로 차단시키는데 있어 매우 유용하다.
또한, 상기 밀폐결합부(132)의 결합용 돌출부(132a)와 결합수용홈(132b)은 작업자가 손을 사용하여 상호 착탈결합이 가능한 결합공차로 설계가 이루어지며, 상호 간 결합의 곤란성이 없다면 그 형상과 모양에 있어서도 특별히 한정할 필요는 없다.
이와 같이 본 구성에 따르면, 터미널 프레임(110) 일면에는 하나의 PTC소자(120)의 일 표면당 다접점 가압 상태로 접촉하는 가압용 접촉돌기(112)를 구성함으로써, 상기 PTC소자(120)를 견고하게 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라, 접촉불량이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 터미널 프레임(110)은 알루미늄 소재로 제작이 이루어짐에 따라 상기 터미널 프레임의 무게를 효율적으로 줄이는 것과 동시에 재료원가를 대폭 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 절연프레임(130)에는 상기 돌출부(111a)를 감싸는 상태로 밀폐시키는 부식방지 몰딩부(131)를 형성함으로써, 갈바닉(galvanic) 부식이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 절연프레임(130)에는 각각의 절연프레임 간의 상보적 밀폐결합을 위한 밀폐결합부(132)를 형성함으로써, 고정결합력은 물론 외부의 이물질 침입을 효율적으로 차단시킬 수 있는 효과가 있다.
10 : 하우징 본체
20 : 하우징 덮개
30 : 히터제어부
100 : PTC히터 조립체
110 : 터미널 프레임
111 : 단자접촉부
111a : 돌출부
111b : 통전단자
112 : 가압용 접촉돌기
120 : PTC소자
130 : 절연프레임
131 : 부식방지 몰딩부
132 : 밀폐결합부
132a : 결합용 돌출부
132b : 결합수용홈

Claims (8)

  1. 난방수가 출입하는 유입구 및 출입구를 형성한 하우징 본체와, 상기 하우징 본체에 결합되며 복수의 가열챔버를 형성한 하우징 덮개와, 상기 가열챔버 내에 착탈가능하게 결합되는 PTC히터 조립체와, 상기 PTC히터 조립체의 작동을 제어하는 히터제어부(PWM)를 포함하는 차량용 가열 난방장치에 있어서,
    상기 PTC히터 조립체는 (+)단자 또는 (-)단자와 접촉하는 단자접촉부를 형성한 한 쌍의 터미널 프레임과, 상기 터미널 프레임 사이에 개재되어 발열작용 하는 PTC소자와, 상기 한 쌍의 터미널 프레임 테두리 둘레를 감싸는 절연프레임으로 구성되며,
    상기 한 쌍의 터미널 프레임 각각의 서로 마주보는 일면에는 하나의 PTC소자의 일 표면당 다접점 가압 상태로 접촉하는 가압용 접촉돌기가 형성되되,
    상기 가압용 접촉돌기는 하나의 PTC소자의 표면 넓이에 대응하여 종방향과 횡방향으로 일정 간격을 두고 연속하여 형성되며, 각 PTC소자의 표면 넓이 대응면 사이에는 공간경계부가 형성되고,
    상기 단자접촉부는 상기 터미널 프레임의 외측으로 돌출되는 돌출부와, 상기 돌출부에 결합되는 통전단자로 이루어지는 2종의 구성이며, 상기 통전단자는 상기 돌출부와 접촉하는 길이방향의 일 지점이 상기 돌출부와 이격된 위치에서 평행하게 연장되도록 절곡된 구조를 가지며,
    상기 절연프레임에는 상기 돌출부와 통전단자의 결합부위를 감싸는 상태로 밀폐하여 갈바닉 부식을 방지하는 부식방지 몰딩부가 형성되고, 상기 부식방지 몰딩부를 측면에서 바라볼 때 종단면 두께가 상기 절연프레임의 종단면 두께보다 넓은 구조로 이루어지며,
    상기 단자접촉부를 구비한 터미널 프레임과 상기 부식방지 몰딩부를 구비한 절연프레임은 인서트 사출성형을 통해 상호 일체형 구조로 제작이 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 가열 난방장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통전단자는 상기 돌출부에 코킹 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 가열 난방장치.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    한 쌍의 상기 절연프레임에는 각각 절연프레임 간의 상보적 밀폐결합을 위한 밀폐결합부가 형성되며, 하나의 절연프레임에 형성되는 밀폐결합부는 상기 절연프레임의 길이방향을 따라 일부 구간이 외측으로 돌출되는 결합용 돌출부와, 길이방향의 나머지 다른 구간에 다른 하나의 절연프레임에 형성된 결합용 돌출부와 대응하도록 형성되는 결합수용홈로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 가열 난방장치.
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