KR101764753B1 - 히터 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

히터는 탄소나노튜브를 포함하고, 복수의 슬릿 형태의 개구들이 형성되고, 일체로 형성된 발열 몸체, 상기 발열 몸체 내부에 배치되고 상기 발열 몸체에 직접 접촉하며, 일부가 상기 발열 몸체로부터 외부로 노출되는 제1 단자, 및 상기 발열 몸체 내부에 배치되고, 상기 제1 단자와 이격되며, 일부가 상기 발열 몸체로부터 외부로 노출되는 제2 단자를 포함한다.

Description

히터 및 이를 제조하는 방법{HEATER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 히터 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브(이하 CNT)를 포함하는 발열 몸체를 포함하는 히터 및 상기 히터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
친환경 에너지에 대한 관심이 높아지면서 전기 자동차, 연료전지 자동차 등과 같은 친환경 차량 관련 부품의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 친환경 차량에는 엔진이 구비되지 않아 엔진의 폐열을 이용하여 난방을 구현할 수 없으므로, 고전압을 이용해 안정적으로 난방을 구현할 수 있는 별도의 히터가 필요하다. 또한, 디젤 엔진의 경우 자동차의 초기 시동 시, 엔진을 냉각하는 열교환매체가 가열되기까지 상당한 시간이 소요되어 별도의 히터가 필요하다.
일반적으로, 차량용 난방장치로서, 화재 위험이 적고 반영구적으로 사용할 수 있는 피티씨 서미스터(PTC thermistor, Positive Temperature Coefficient thermistor)를 채용한 히터가 이용되는데, 열효율이 낮고, 상기 히터의 구조가 복잡한 문제가 있었다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 발열 효율이 향상되고, 구조가 단순한 히터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 히터를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따른 히터는 탄소나노튜브(이하 CNT)를 포함하고, 복수의 슬릿 형태의 개구들이 형성되고, 일체로 형성된 발열 몸체, 상기 발열 몸체 내부에 배치되고 상기 발열 몸체에 직접 접촉하며, 일부가 상기 발열 몸체로부터 외부로 노출되는 제1 단자, 및 상기 발열 몸체 내부에 배치되고, 상기 제1 단자와 이격되며, 일부가 상기 발열 몸체로부터 외부로 노출되는 제2 단자를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 제1 방향으로 서로 이격되고, 각각이 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장될 수 있다. 상기 발열 몸체는 상기 제1 단자를 둘러싸는 제1 지지 영역, 상기 제2 단자를 둘러싸는 제2 지지 영역, 및 상기 제1 지지 영역과 상기 제2 지지 영역 사이의 제1 개구 영역을 포함할 수 있다. 상기 개구들은 상기 제1 개구 영역 내에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 상기 제1 및 상기 제2 단자는 상기 제2 방향을 따라 상기 발열 몸체 전체에 대응하여 형성되고, 상기 제1 개구 영역 내의 상기 개구들은 동일한 간격으로 동일한 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 발열 몸체 내부에 배치되고 상기 발열 몸체에 직접 접촉하며, 일부가 상기 발열 몸체로부터 외부로 노출되고, 상기 제1 및 제2 단자와 이격되도록 배치되는 제3 단자를 더 포함할 수 있다. 상기 발열 몸체는 상기 제3 단자를 둘러싸는 제3 지지 영역 및 상기 제2 지지 영역과 상기 제3 지지 영역 사이의 제2 개구 영역을 더 포함할 수 있다. 복수의 슬릿 형태의 개구들이 상기 제2 개구 영역에도 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 개구들은 상기 제1 방향으로 각각 길게 연장되고, 상기 제2 방향으로 폭을 갖고, 상기 제1 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향으로 상기 발열 몸체를 관통할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 발열 몸체는 5 내지 35중량% 범위의 CNT 및 65 내지 95중량% 범위의 나일론을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 나일론은 폴리아미드(polyamide: PA) 및 유리(Glass)를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따른 히터의 제조 방법은 제1 단자, 제2 단자 및 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자를 감싸며, 복수의 슬릿 형태의 개구들이 형성되는 발열 몸체를 포함하는 히터를 제조할 수 있다. 상기 제1 단자 및 상기 제1 단자와 제1 방향으로 이격되는 상기 제2 단자를 내부에 상기 개구들에 대응하는 복수의 돌출부들이 형성된 제1 금형 및 제2 금형 내에 위치시킨다. 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형을 결합한다. 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형의 내부 공간에 탄소나노튜브(이하 CNT)를 포함하는 원료 물질을 주입하여 상기 발열 몸체를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 원료 물질은 5 내지 35중량% 범위의 CNT 및 65 내지 95중량% 범위의 나일론을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 나일론은 폴리아미드(polyamide: PA) 및 유리(Glass)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 히터는 탄소나노튜브를 포함하고 일체로 형성되는 발열 몸체, 상기 발열 몸체에 직접 접촉하는 제1 및 제2 단자들을 포함한다. 이에 따라, 상기 히터의 열효율이 향상되고, 구조가 단순화 될 수 있다. 또한, 각각의 상기 제1 및 제2 단자들은 제2 방향을 따라 상기 발열 몸체 전체에 대응하여 형성되고, 상기 발열 몸체의 개구들이 동일한 간격으로 동일한 형상을 갖도록 형성되어, 상기 제1 및 제2 단자들 사이에 동일한 저항값을 갖는 다수의 저항체가 병렬 연결된 전기회로가 구성되어, 상기 발열 몸체는 전체적으로 균일한 온도 분포를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 제조 방법은 인서트 사출 방법을 이용하여 상기 히터를 제조할 수 있으므로, 제조 공정이 단순화 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터의 사시도이다.
도 2는 도 1의 히터의 평면도이다.
도 3, 도 4a 및 도4b는 도 1의 히터의 제조 방법을 나타낸 사시도 및 단면도들이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터의 사시도이다. 도 2는 도 1의 히터의 평면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 상기 히터는 발열 몸체(100), 제1 단자(210), 제2 단자(220) 및 제3 단자(230)를 포함할 수 있다.
상기 발열 몸체(100)는 탄소나노튜브(이하 CNT)를 포함한다. 예를 들면, 상기 발열 몸체(100)는 약 5 내지 35중량% 범위의 CNT 및 65 내지 95중량% 범위의 나일론을 포함할 수 있다. 상기 나일론은 폴리아미드(polyamide: PA) 및 유리(Glass)를 포함할 수 있다.
상기 발열 몸체(100)는 제1 방향(D1)으로 서로 이격되고, 각각이 제2 방향(D2)으로 연장되는 제1 지지 영역(SA1), 제2 지지 영역(SA2) 및 제3 지지 영역(SA3)을 포함한다. 상기 제2 방향(D2)은 상기 제1 방향(D1)에 실질적으로 수직할 수 있다. 상기 제1 지지 영역(SA1)과 상기 제2 지지 영역(SA2) 사이에는 제1 개구 영역(OA1)이 배치된다. 상기 제2 지지 영역(SA2)과 상기 제3 지지 영역(SA3) 사이에는 제2 개구 영역(OA2)이 배치된다. 상기 제1 개구 영역(OA1) 및 상기 제2 개구 영역(OA2) 내에는 상기 제1 방향(D1)으로 연장되고, 상기 제2 방향(D2)으로 폭을 갖는 복수의 슬릿 형태의 개구들(102)이 형성된다. 상기 개구(102)는 상기 제1 및 제2 방향(D1, D2)와 실질적으로 수직한 제3 방향(D3)으로 상기 발열 몸체(100)를 관통한다.
상기 발열 몸체(100)는 일체로 형성될 수 있다. 즉, 상기 발열 몸체(100)의 상기 제1 내지 제3 지지 영역들(SA1, SA2, SA3) 및 상기 제1 및 제2 개구 영역들(OA1, OA2)은 모두 물리적으로 연결된 하나의 구성이다.
상기 제1 단자(210)는 상기 발열 몸체(100) 내에 배치되고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장된다. 상기 제1 단자(210)는 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 단자(210)는 구리를 포함할 수 있다. 상기 제1 지지 영역(SA1)에서 상기 제1 단자(210)는 상기 발열 몸체(100)에 의해 감싸지며, 이에 따라 상기 제1 단자(210)는 상기 발열 몸체(100)에 직접 접촉할 수 있다. 상기 제1 단자(210)의 일부는 상기 발열 몸체(100) 외부로 노출되어 외부의 전원이 인가될 수 있다.
상기 제2 단자(220)는 상기 발열 몸체(100) 내에 상기 제1 단자(210)와 상기 제1 방향(D1)으로 이격되어 배치되고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장된다. 상기 제2 단자(220)는 상기 제1 단자(210)와 동일한 물질을 포함하고, 동일한 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 지지 영역(SA2)에서 상기 제2 단자(220)는 상기 발열 몸체(100)에 의해 감싸지며, 이에 따라 상기 제2 단자(220)는 상기 발열 몸체(100)에 직접 접촉할 수 있다. 상기 제2 단자(220)의 일부는 상기 발열 몸체(100) 외부로 노출되어 접지될 수 있다.
상기 제3 단자(230)는 상기 발열 몸체(100) 내에 상기 제2 단자(220)와 상기 제1 방향(D1)으로 이격되어 배치되고, 상기 제2 방향(D2)으로 연장된다. 상기 제3 단자(230)는 상기 제1 및 제2 단자(210, 220)와 동일한 물질을 포함하고, 동일한 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 지지 영역(SA3)에서 상기 제3 단자(230)는 상기 발열 몸체(100)에 의해 감싸지며, 이에 따라 상기 제3 단자(230)는 상기 발열 몸체(100)에 직접 접촉할 수 있다. 상기 제3 단자(220)의 일부는 상기 발열 몸체(100) 외부로 노출되어 외부의 전원이 인가될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 단자들(210, 220, 230)에 전압을 공급하여 상기 히터를 작동시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 단자(210) 및 상기 제3 단자(230)에 구동 전압이 인가되고, 상기 제2 단자(220)에 접지 전압이 인가되면, 상기 제1 단자(210) 및 상기 제3 단자(230)로부터 상기 발열 몸체(100)를 통해 상기 제2 단자(220)로 통전된다. 이에 따라, 상기 발열 몸체(100)가 발열하며, 히터로서의 기능을 할 수 있다.
이때, 상기 발열 몸체(100)는 CNT를 포함하고 일체로 형성되고, 상기 제1 내지 제3 단자들(210, 220, 230)과 상기 발열 몸체(100)는 직접 접촉하게 되므로, 열 효율이 높고, 구조가 단순한 히터를 제공할 수 있다. 특히, 상기 제1 또는 제3 단자(210, 230)로부터 상기 발열 몸체(100)의 상기 제1 또는 제3 지지 영역(SA1, SA3), 상기 제1 또는 제2 개구 영역(OA1, OA2), 상기 제2 지지 영역(SA2)을 통해 상기 제2 단자(220)까지의 경로를 통해 전류가 흐르므로, 상기 개구(102)를 통과하는 공기에 효율적으로 열을 전달 할 수 있다.
한편, 각각의 상기 제1 내지 제3 단자들(210, 220, 230)은 상기 제2 방향(D2)을 따라 상기 발열 몸체(100) 전체에 대응하여 형성될 수 있다. 상기 발열 몸체(100)의 상기 개구들(102)은 동일한 간격으로 동일한 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 또는 제3 단자(210, 230)와 상기 제2 단자(220) 사이에 동일한 저항값을 갖는 다수의 저항체가 병렬 연결된 전기회로가 구성되어, 상기 발열 몸체(100)는 전체적으로 균일한 온도 분포를 가질 수 있다.
본 실시예에서는 상기 히터는 제1 내지 제3 단자들을 포함하는 것으로 설명하였으나, 상기 단자들의 개수, 형상 및 위치는 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 3, 도 4a 및 도4b는 도 1의 히터의 제조 방법을 나타낸 사시도 및 단면도들이다.
도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1 금형(12) 및 제2 금형(14) 사이에 제1 단자(210), 제2 단자(220) 및 제3 단자(230)를 위치시킨다. 상기 제1 금형(12) 및 상기 제2 금형(14)은 발열 몸체(도 1의 100 참조)에 대응하는 내부 공간을 형성한다. 상기 제1 금형(12)의 내부에는 상기 발열 몸체의 개구(도 1의 102 참조)에 대응하는 복수의 돌출부들(13)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 금형(13)의 내부에도 상기 개구에 대응하는 돌출부들(15)이 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 돌출부들은 상기 제1 또는 제2 금형의 내부에만 형성될 수 있다.
이후, 상기 제1 금형(12)과 상기 제2 금형(13)을 결합시킨 후, 상기 내부 공간에 원료 물질을 주입 수단(20)을 통해 주입시킨다. 상기 원료 물질은 상기 발명 몸체를 구성하는 물질로서, 탄소나노튜브(이하 CNT)를 포함한다. 예를 들면, 상기 원료 물질은 약 5 내지 35중량% 범위의 CNT 및 65 내지 95중량% 범위의 나일론을 포함할 수 있다. 상기 나일론은 폴리아미드(polyamide: PA) 및 유리(Glass)를 포함할 수 있다.
이후, 상기 제1 금형(12)과 상기 제2 금형(13)을 서로 분리 시켜, 상기 제1 내지 제3 단자들(210, 220, 230)이 인서트 되고, 복수의 슬릿 형태의 개구들을 갖는 발열 몸체를 포함하는 히터를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 히터는 탄소나노튜브를 포함하고 일체로 형성되는 발열 몸체, 상기 발열 몸체에 직접 접촉하는 제1 및 제2 단자들을 포함한다. 이에 따라, 상기 히터의 열효율이 향상되고, 구조가 단순화 될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 제조 방법은 인서트 사출 방법을 이용하여 상기 히터를 제조할 수 있으므로, 제조 공정이 단순화 될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 발열 몸체 102: 개구
210: 제1 단자 220: 제2 단자
230: 제3 단자

Claims (10)

  1. 탄소나노튜브(이하 CNT)를 포함하고, 복수의 슬릿 형태의 개구들이 형성되고, 일체로 형성된 발열 몸체;
    상기 발열 몸체 내부에 배치되고 상기 발열 몸체에 직접 접촉하며, 일부가 상기 발열 몸체로부터 외부로 노출되는 제1 단자; 및
    상기 발열 몸체 내부에 배치되고, 상기 제1 단자와 이격되며, 일부가 상기 발열 몸체로부터 외부로 노출되는 제2 단자를 포함하는 히터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 제1 방향으로 서로 이격되고, 각각이 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되고,
    상기 발열 몸체는 상기 제1 단자를 둘러싸는 제1 지지 영역, 상기 제2 단자를 둘러싸는 제2 지지 영역, 및 상기 제1 지지 영역과 상기 제2 지지 영역 사이의 제1 개구 영역을 포함하고,
    상기 개구들은 상기 제1 개구 영역 내에 형성된 것을 특징으로 하는 히터.
  3. 제2 항에 있어서,
    각각의 상기 제1 및 상기 제2 단자는 상기 제2 방향을 따라 상기 발열 몸체 전체에 대응하여 형성되고, 상기 제1 개구 영역 내의 상기 개구들은 동일한 간격으로 동일한 형상을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 히터.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 발열 몸체 내부에 배치되고 상기 발열 몸체에 직접 접촉하며, 일부가 상기 발열 몸체로부터 외부로 노출되고, 상기 제1 및 제2 단자와 이격되도록 배치되는 제3 단자를 더 포함하고,
    상기 발열 몸체는 상기 제3 단자를 둘러싸는 제3 지지 영역 및 상기 제2 지지 영역과 상기 제3 지지 영역 사이의 제2 개구 영역을 더 포함하고,
    복수의 슬릿 형태의 개구들이 상기 제2 개구 영역에도 형성된 것을 특징으로 하는 히터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 개구들은 상기 제1 방향으로 각각 길게 연장되고, 상기 제2 방향으로 폭을 갖고, 상기 제1 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향으로 상기 발열 몸체를 관통하는 것을 특징으로 하는 히터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 발열 몸체는 5 내지 35중량% 범위의 CNT 및 65 내지 95중량% 범위의 나일론을 포함하는 것을 특징으로 하는 히터.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 나일론은 폴리아미드(polyamide: PA) 및 유리(Glass)를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터.
  8. 제1 단자, 제2 단자 및 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자를 감싸며, 복수의 슬릿 형태의 개구들이 형성되는 발열 몸체를 포함하는 히터의 제조 방법에 있어서,
    상기 제1 단자 및 상기 제1 단자와 제1 방향으로 이격되는 상기 제2 단자를 내부에 상기 개구들에 대응하는 복수의 돌출부들이 형성된 제1 금형 및 제2 금형 내에 위치시키는 단계;
    상기 제1 금형 및 상기 제2 금형을 결합하는 단계; 및
    상기 제1 금형 및 상기 제2 금형의 내부 공간에 탄소나노튜브(이하 CNT)를 포함하는 원료 물질을 주입하여 상기 발열 몸체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터의 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 원료 물질은 5 내지 35중량% 범위의 CNT 및 65 내지 95중량% 범위의 나일론을 포함하는 것을 특징으로 하는 히터의 제조 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 나일론은 폴리아미드(polyamide: PA) 및 유리(Glass)를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터의 제조 방법.
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