KR101895480B1 - 냉각수 가열식 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각수 가열식 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 제1전극센서와 제2전극센서에서 측정되는 전압값 변화를 이용하여 냉각수 접촉 유무를 검출할 수 있는 과열방지수단이 구비됨으로써 안전성을 향상한 냉각수 가열식 히터에 관한 것이다.

Description

냉각수 가열식 히터 {Cooling-water heating type heater}
본 발명은 냉각수 가열식 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 제1전극센서와 제2전극센서에서 측정되는 전압값 변화를 이용하여 냉각수 접촉 유무를 검출할 수 있는 과열방지수단이 구비됨으로써 안전성을 향상한 냉각수 가열식 히터에 관한 것이다.
본 발명은 냉각수 가열식 히터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 실내 난방을 위한 냉각수를 가열하는 냉각수 가열식 히터에 관한 것이다.
휘발유, 경유 등을 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량이 현재 가장 일반적인 차량의 형태이나, 이러한 차량용 에너지원 역시 환경오염 문제 뿐 아니라 석유 매장량의 감소 등과 같은 다양한 원인으로 인해 새로운 에너지원의 필요성이 점점 대두되고 있는 바, 현재 가장 실용화 단계에 가까운 기술 중 하나가 연료 전지를 에너지원으로 하여 구동되는 차량이다.
그런데, 이와 같은 연료 전지를 사용하는 차량에서는 종래의 석유를 에너지원으로 하는 엔진을 가지는 차량과는 달리 냉각수를 이용한 히팅 시스템을 사용할 수 없다. 즉, 종래의 석유를 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량의 경우 엔진에서 매우 많은 열이 발생하게 되고, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수 순환 시스템이 구비되며, 냉각수가 엔진으로부터 흡수한 열을 실내 난방에 이용하도록 하고 있었다. 그러나 엔진에서 발생하는 것과 같은 많은 열이 연료 전지를 사용하는 차량의 구동원에서는 발생하지 않기 때문에, 이러한 종래의 난방 방식을 사용하기에는 한계가 있었다.
이에 따라 연료 전지 차량에서는, 공조 시스템에 열펌프(heat pump)를 추가하여 이를 열원으로서 사용할 수 있게 하거나, 전기 히터와 같은 별도의 열원을 구비하거는 등 여러 연구가 이루어지고 있다. 이 중 전지 히터는 공조 시스템에 크게 영향을 주지 않고 보다 용이하게 냉각수를 가열할 수 있어 현재 광범위하게 실제 사용이 이루어지고 있다.
도 1은 종래의 냉각수 가열식 히터 중 하나인 일본특허공개 제2008-056044호("열매체 가열 장치 및 그것을 이용한 차량용 공기 조절 장치", 2008.03.13)를 도시하였다.
상기 일본공개특허공개 제2008-056044호의 냉각수 가열식 히터는, 발열원인 PTC 전극판의 상하부에 판형 핀을 배치하고, 냉각수가 상기 판형 핀을 통과하여 유통되도록 하여, PTC 전극판으로부터 냉각수로의 열전달효율을 높여 냉각수를 보다 효과적으로 가열하도록 된 구조로 되어 있다.
그런데, 이와 같은 냉각수 가열식 히터의 경우 충분한 냉각수 가열 효과를 얻기 어려운 문제점이 있으며, 이를 포함한 문제점을 아래에서 다시 설명한다.
첫째, 발열원(PTC 전극판)이 별도의 부품으로 들어가게 되므로 부품 수가 많아지고, 부피 및 중량이 증가하는 문제가 있다. 둘째, PTC 전극판으로부터 발생되는 열이 냉각수로 온전히 전달되지 못하고 일부가 바깥쪽으로 전달되어 열손실이 발생하게 된다. 셋째, PTC 전극판으로부터 냉각수로의 열전달 경로 상에 절연층 등 여러 물체들이 존재하여 열저항이 커지고, 따라서 열전달 효율이 떨어지는 문제가 있다. 넷째, 이러한 형태의 냉각수 가열식 히터를 차량에 장착할 때 냉각수 파이프라인이나 전기 공급선 회로 등의 설계가 복잡해지며, 또한 냉각수 가열식 히터 자체의 부피가 크기 때문에 실제 장착이 어려워진다. 다섯째, 냉각수가 부족하거나, 기포가 발생될 경우, 과열에 따른 안전 문제가 발생될 가능성이 있다.
즉, 냉각수를 효과적으로 가열할 수 있으며, 안전성을 높이고, 제작 및 장착이 용이하면서도, 부피, 중량, 단가를 줄일 수 있는 냉각수 가열식 히터가 요구되고 있다.
일본특허공개 제2008-056044호 ("열매체 가열 장치 및 그것을 이용한 차량용 공기 조절 장치", 2008.03.13)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제1전극센서와 제2전극센서에서 측정되는 전압값 변화를 이용하여 냉각수 접촉 유무를 검출할 수 있는 과열방지수단이 구비됨으로써 안전성을 향상한 냉각수 가열식 히터를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 제1전극센서가 케이스의 상측에 위치됨으로써 냉각수가 부족하거나, 기포가 발생되어 과열될 가능성이 높은 경우, 과열방지수단을 통해 측정되는 전압(전압변화에 따른)값의 변화를 통해 이를 빠르게 감지할 수 있으며, 기포가 발생할 경우, 배출구가 케이스의 상측에 위치됨으로써 기포가 용이하게 배출될 수 있는 냉각수 가열식 히터를 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 목적은 과열방지수단과 함께 배출구를 통해 배출되는 냉각수 온도를 측정하는 온도센서가 더 구비됨으로써 안전성을 더욱 높일 수 있는 냉각수 가열식 히터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 유입구를 통해 유입된 냉각수가 제1발열파이프 내부를 이동하면서 가열(제1가열영역)되고, 상기 제1발열파이프와 제2발열파이프 사이를 이동하면서 가열(제2가열영역)되며, 상기 제2발열파이프와 케이스 사이를 이동하면서 가열(제3가열영역)되어 냉각수를 빠르고 효과적으로 가열할 수 있는 냉각수 가열식 히터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 제1발열부 및 제2발열부를 보호하는 보호관을 포함하여 형성됨으로써 제조가 용이하며 냉각수와 직접 접촉되더라도 내구성을 확보할 수 있으며, 보호관이 제2전극센서로 이용가능하여 구성을 간소화할 수 있는 냉각수 가열식 히터를 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 목적은 금속 플레이트를 이용하여 냉각수가 유동되는 제1공간부 및 기판이 구비되는 제2공간부가 구획되고, 금속플레이트에 기판이 장착됨으로써, 기판의 방열 성능을 확보할 수 있는 냉각수 가열식 히터를 제공하는 것이다.
본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 실내 난방을 위한 냉각수 가열식 히터(1000)에 있어서, 내부에 일정 공간을 형성하며, 길이방향으로 일측 단부에 위치되어 냉각수가 유입되는 유입구(110) 및 둘레면에 위치되어 내부 냉각수가 배출되는 배출구(120)가 형성되는 케이스(100); 상기 케이스(100) 내부에 상기 유입구(110)와 연통되고, 상기 케이스(100)의 타측 단부 내면과 이격거리를 가지는 제1파이프(201)와, 상기 제1파이프(201) 길이방향으로 일정 영역이 발열되는 제1발열부(210)를 포함하는 제1발열파이프(200); 상기 케이스(100)의 타측 단부 내면으로부터 연장되며 상기 제1발열파이프(200)의 직경보다 크게 형성되어 상기 제1발열파이프(200)의 일정 영역을 내부에 포함하고, 상기 케이스(100)의 일측 단부 내면과 이격거리를 가지는 제2파이프(301)와, 상기 제2파이프(301)의 길이방향으로 일정 영역이 발열되는 제2발열부(310)를 포함하는 제2발열파이프(300); 냉각수 유동영역에 구비되는 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720)와, 상기 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720)를 연결하는 전선(730)과, 상기 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720) 사이의 전압을 측정하는 전압측정부(740)를 포함하여, 제1전극센서(710)와 냉각수의 접촉 유무를 검출하는 과열방지수단(700); 및 기판(410)을 포함하며, 상기 과열방지수단(700)과 연결되어, 상기 제1발열파이프(200)의 제1발열부(210) 및 제2발열파이프(300)의 제2발열부(310)의 작동을 제어하는 제어부(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제1발열파이프(200)는 상기 제1발열부(210)를 감싸는 형태이되, 단부가 상기 제1파이프(201)와 용접되는 제1보호관(220)이 더 구비되며, 상기 제2발열파이프(300)는 상기 제2발열부(310)를 감싸는 형태이되, 단부가 상기 제2파이프(301)와 용접되는 제2보호관(320)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과열방지수단(700)은 상기 제1전극센서(710)가 고정되는 제1고정부(711) 및 상기 제2전극센서(720)가 고정되는 제2고정부(721)를 포함하며, 상기 제1고정부(711) 및 제2고정부(721)가 상기 케이스(100)에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 과열방지수단(700)은 상기 제1고정부(711) 및 제2고정부(721)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 과열방지수단(700)은 상기 제1전극센서(710)가 고정되는 제1고정부(711)를 포함하며, 상기 제1고정부(711)가 상기 케이스(100)에 고정되고, 상기 제2전극센서(720)가 상기 제1보호관(220)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과열방지수단(700)은 상기 제1전극센서(710)가 고정되는 제1고정부(711)를 포함하며, 상기 제1고정부(711)가 상기 케이스(100)에 고정되고, 상기 제2전극센서(720)가 상기 제2보호관(320)인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 과열방지수단(700)의 제1전극센서(710)는 상기 케이스(100) 내부의 상측에 위치되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 배출구(120)는 상기 케이스(100)의 상측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1발열부(210)는 상기 제1발열파이프(200)의 일정 영역에 형성되는 제1절연층(211)과, 상기 제1절연층(211)의 상측면에 길이방향으로 길게 형성되는 한 쌍의 제1전극(212)과, 상기 제1절연층(211)의 상측면에 상기 제1전극(212)과 통전되도록 형성되는 제1탄소나노튜브 발열층(213)과, 상기 제1절연층(211)의 상측면에 상기 제1전극(212) 및 제1탄소나노튜브 발열층(213)을 감싸도록 형성되는 제1코팅층(214)을 포함하고, 상기 제2발열부(310)는 상기 제2발열파이프(300)의 일정 영역에 형성되는 제2절연층(311)과, 상기 제2절연층(311)의 상측면에 길이방향으로 길게 형성되는 한 쌍의 제2전극(312)과, 상기 제2절연층(311)의 상측면에 상기 제2전극(312)과 통전되도록 형성되는 제2탄소나노튜브 발열층(313)과, 상기 제2절연층(311)의 상측면에 상기 제2전극(312) 및 제2탄소나노튜브 발열층(313)을 감싸도록 형성되는 제2코팅층(314)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 배출구(120) 내부를 유동하는 냉각수의 온도를 센싱하는 온도센서(800)가 더 구비되며, 상기 제어부(400)가 상기 온도센서(800)로부터 센싱된 정보를 이용하여 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케이스(100)는 냉각수가 유동되는 제1공간부(100a) 및 상기 기판(410)이 구비되는 제2공간부(100b)가 금속 플레이트(130)에 의해 구획되되, 상기 금속 플레이트(130)에 상기 기판(410)이 장착되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 냉각수 가열식 히터는 제1전극센서와 제2전극센서에서 측정되는 전압값 변화를 이용하여 냉각수 접촉 유무를 검출할 수 있는 과열방지수단이 구비됨으로써 안전성을 향상한 장점이 있다.
특히, 본 발명의 냉각수 가열식 히터는 제1전극센서가 케이스의 상측에 위치됨으로써 냉각수가 부족하거나, 기포가 발생되어 과열될 가능성이 높은 경우, 과열방지수단을 통해 측정되는 전압(저항변화에 따른)값의 변화를 통해 이를 빠르게 감지할 수 있으며, 기포가 발생할 경우, 배출구가 케이스의 상측에 위치됨으로써 기포가 용이하게 배출될 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명의 냉각수 가열식 히터는 과열방지수단과 함께 배출구를 통해 배출되는 냉각수 온도를 측정하는 온도센서가 더 구비됨으로써 안전성을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 냉각수 가열식 히터는 유입구를 통해 유입된 냉각수가 제1발열파이프 내부를 이동하면서 가열(제1가열영역)되고, 상기 제1발열파이프와 제2발열파이프 사이를 이동하면서 가열(제2가열영역)되며, 상기 제2발열파이프와 케이스 사이를 이동하면서 가열(제3가열영역)되어 냉각수를 빠르고 효과적으로 가열할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 냉각수 가열식 히터는 제1발열부 및 제2발열부를 보호하는 보호관을 포함하여 형성됨으로써 제조가 용이하며 냉각수와 직접 접촉되더라도 내구성을 확보할 수 있으며, 보호관이 제2전극센서로 이용가능하여 구성을 간소화할 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명의 냉각수 가열식 히터는 금속 플레이트를 이용하여 냉각수가 유동되는 제1공간부 및 기판이 구비되는 제2공간부가 구획되고, 금속플레이트에 기판이 장착됨으로써, 기판의 방열 성능을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 냉각수 가열식 히터를 나타낸 도면.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 사시도, 분해사시도, AA'방향 단면도, BB'방향 단면도, 및 냉각수 흐름을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 다른 단면도.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 제1발열파이프를 나타낸 사시도, 부분 절개 사시도, 및 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 다른 제1발열파이프를 나타낸 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 제2발열파이프를 나타낸 단면도.
도 13 내지 도 15는 각각 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 또 다른 단면도.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 차량용 히터(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 실내 난방을 위하여 냉각수를 가열하는 수단으로, 케이스(100), 제1발열파이프(200), 제2발열파이프(300), 과열방지수단(700), 및 제어부(400)를 포함하여 구성된다.
상기 케이스(100)는 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)를 구성하는 기본 몸체로서, 내부에 일정 공간을 형성한다.
상기 케이스(100) 내부는 냉각수가 유동되면서 가열되어 배출되는 제1공간부(100a) 및 기판(410)이 구비되는 제2공간부(100b) 영역으로 구획된다.
상기 케이스(100)는 상기 제1공간부(100a) 및 제2공간부(100b)가 금속 플레이트(130)에 의해 구획될 수 있으며, 도 2 내지 도 5에서, 상기 케이스(100)는 금속 플레이트(130), 상기 금속 플레이트(130)의 상측에 위치되는 제1부재, 상기 금속 플레이트(130)의 하측에 위치되는 제2부재가 별물로서 조립되는 예를 나타내었다.
본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 이에 한정되지 않으며, 금속 플레이트(130)가 인서트 사출된 형태일 수도 있다.
상기 금속 플레이트(130)는 냉각수 유동 영역(제1공간부(100a))과, 기판(410) 구비 영역(제2공간부(100b))을 구획하되, 상기 제2공간부(100b) 측에 기판(410)이 고정된다.
상기 기판(410)은 제어부(400)를 구성하는 요소로서, 작동에 의해 발열될 수 있으나, 냉각수가 금속 플레이트(130)에 의해 열이 전달되어 기판(410)의 방열 성능을 확보할 수 있다.
또한, 상기 케이스(100)의 제1공간부(100a)는 길이방향으로 일측 단부에 위치되어 냉각수가 유입되는 유입구(110) 및 둘레면에 위치되어 내부 냉각수 배출되는 배출구(120)가 형성되며, 상기 유입구(110)와 배출구(120)는 인접하게 위치되는 것보다 이격 거리를 갖도록 위치되는 것이 바람직하다.
더욱 상세하게, 상기 유입구(110)가 케이스(100) 일측 단부에 구비되는 경우, 상기 배출구(120)가 케이스(100) 둘레면의 길이방향으로 케이스(100) 타측에 위치되어 충분히 냉각수가 가열된 후 배출되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1발열파이프(200)는 상기 케이스(100)의 제1공간부(100a) 내부에 구비되어 냉각수를 가열하는 구성으로서, 제1파이프(201) 및 상기 제1파이프(201)의 길이방향으로 일정 영역에 형성된 제1발열부(210)를 포함한다.
상기 제1파이프(201)는 상기 유입구(110)와 연통되어 냉각수가 유동되는 공간으로서, 관형태일 수 있다.
또한, 상기 제1발열파이프(200)는 상기 케이스(100)의 타측 단부(상기 케이스(100)의 유입구(110)가 형성된 측의 반대 측) 내면과 이격거리를 길이로 형성된다.
이에 따라, 상기 유입구(110)를 통해 유입되는 냉각수는 상기 제1발열파이프(200) 내부를 따라 유입구(110) 측에서 그 반대 측으로 이동되며, 상기 제1발열파이프(200)와 케이스(100) 타측 단부 내면 사이의 이격거리가 형성되는 영역을 통해 상기 제1발열파이프(200) 외측으로 이동된다.
상기 제2발열파이프(300)는 상기 케이스(100)의 타측 단부 내면으로부터 연장되며 상기 제1발열파이프(200)의 직경보다 크게 형성되어 상기 제1발열파이프(200)의 일정 영역을 내부에 포함하며, 상기 케이스(100)의 일측 단부(상기 유입구(110)가 형성된 측) 내면과 이격거리를 갖도록 형성되는 제2파이프(301) 및 상기 제2파이프(301)의 길이방향으로 일정 영역에 형성된 제2발열부(310)를 포함하여 형성된다.
상기 제2파이프(301) 역시, 상기 제1파이프(201)와 마찬가지로, 관형태일 수 있으며, 이 때, 제2발열파이프(300)의 크기는 상기 제1발열파이프(200)를 내부에 포함가능하게 형성된다.
또한, 상기 제2발열파이프(300)는 상기 제1발열파이프(200)와 제2발열파이프(300) 사이 영역을 통해 이동되는 냉각수가 상기 이격거리가 형성되는 영역을 통해 상기 제2발열파이프(300) 외측(제2발열파이프(300)와 케이스(100) 사이의 영역)으로 이동되면서 상기 제1발열파이프(200)의 제1발열부(210) 및 제2발열파이프(300)의 제2발열부(310)에 의해 가열된다.
상기 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)는 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)가 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 이에 대한 설명은 후술한다.
한편, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 제1발열파이프(200)에 상기 제1발열부(210)를 감싸는 형태이되, 단부가 상기 제1파이프(201)와 용접되는 제1보호관(220)이 더 구비되며, 상기 제2파이프(301)에 상기 제2발열부(310)를 감싸는 형태이되, 단부가 상기 제2파이프(301)와 용접되는 제2보호관(320)이 더 구비될 수 있다.
상기 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300) 모두 냉각수와 접촉되는 구성으로서, 각각 제1보호관(220) 및 제2보호관(320)이 더 구비됨으로써, 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)가 냉각수가 직접 접촉되지 않아 내구성을 확보할 수 있으며, 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)가 각각 상기 제1보호관(220) 및 제2보호관(320)과 직접 열전도되어 냉각수 가열 효과를 증대할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터(1000)의 냉각수 흐름을 상세히 설명하면, 상기 유입구(110)를 통해 유입된 냉각수가 상기 제1발열파이프(200) 내부를 이동하면서 가열되는 제1가열영역(A1); 상기 제1가열영역(A1)을 통과한 냉각수가 상기 케이스(100)의 타측 단부에서 리턴되어 상기 제1발열파이프(200)와 제2발열파이프(300) 사이의 영역을 이동하면서 가열되는 제2가열영역(A2); 및 상기 제2가열영역(A2)을 통과한 냉각수가 상기 케이스(100)의 일측 단부에서 리턴되어 상기 제2발열파이프(300)와 케이스(100) 사이의 영역을 이동하면서 가열되는 제3가열영역(A3)을 거쳐 상기 배출구(120)를 통해 배출된다. (도 6 참조)
즉, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 유입구(110)를 통해 케이스(100) 내부로 이동되어 상기 배출구(120)를 통해 배출되는 전체 영역에서 냉각수가 가열됨으로써 충분한 가열 효과를 얻을 수 있으며, 특히, 많은 양의 냉각수를 빠르게 가열하여 엔진 시동 초기의 난방 열원이 부족할 때 효과적으로 이용될 수 있는 장점이 있다.
상기 과열방지수단(700)은 제1전극센서(710), 제2전극센서(720), 전선(730), 및 전압측정부(740)를 포함하는 수단으로서, 상기 제1전극센서(710)와 냉각수의 접촉 유무를 검출한다.
더욱 상세하게, 상기 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720)는 냉각수 유동영역에 구비되는 구성이되, 상기 제1전극센서(710)와 제2전극센서(720), 또는 상기 제1전극센서(710)는 상기 케이스(100)의 상측에 위치되어 냉각수의 부족 또는 기포 발생시, 냉각수와 접촉되거나 접촉되지 않는 위치에 구비된다.
상기 전선(730)은 상기 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720)를 연결하며, 상기 전압측정부(740)는 상기 제1전극센서(710)와 제2전극센서(720) 사이의 전압을 측정한다.
상기 전압측정부(740)는 상기 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720)에 전류를 인가하고, 이에 따른 전압을 측정하는 수단으로서, 상기 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720)가 냉각수와 접촉될 경우의 저항값과, 상기 제1전극센서(710)가 냉각수와 접촉되지 않을 경우의 저항값이 변화됨에 따른 전압을 측정하여 과열 위험도를 측정한다.
이 때, 상기 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720)는 냉각수의 유무에 따라서만 저항값이 변화되도록 전기적으로 절연되어야 한다.
상기 제어부(400)는 상기 제어부(400)는 기판(410)을 포함하며, 상기 과열방지수단(700)과 연결되어 상기 제1발열파이프(200)의 제1발열부(210) 및 제2발열파이프(300)의 제2발열파이프(300)의 제2발열부(310) 작동을 제어한다.
더욱 상세하게, 상기 제어부(400)는 상기 과열방지수단(700)을 통해 측정된 전압이 특정값 이상일 경우, 상기 제1전극센서(710)와 냉각수가 접촉되는 상태로, 케이스(100)의 제1공간부(100a) 대부분에 냉각수가 유동되고 있는 것으로 판단하고, 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)의 작동을 유지한다.
또한, 상기 제어부(400)는 상기 과열방지수단(700)을 통해 측정된 전압이 특정값 미만일 경우, 상기 제1전극센서(710)와 냉각수가 접촉되지 않은 상태로, 케이스(100)의 제1공간부(100a) 내부에 냉각수가 부족하거나, 불필요한 기포가 발생되어 과열될 가능성이 있는 상태로 판단하여, 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)의 작동을 정지하거나 줄인다.
또, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 배출구(120) 내부를 유동하는 냉각수의 온도를 센싱하는 온도센서(800)가 더 구비되며, 상기 제어부(400)가 상기 온도센서(800)로부터 센싱된 정보를 이용하여 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)의 작동을 제어할 수 있다.
상기 온도센서(800)는 냉각수가 가열되어 배출되는 영역인 배출구(120)에 구비되어 냉각수의 최대 온도를 센싱할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 과열방지수단(700) 및 온도센서(800)를 이용하여 냉각수를 안정적으로 가열할 수 있는 장점이 있다.
상기 과열방지수단(700)은 상기 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720)가 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 5, 도 7, 도 13 및 도 14는 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)의 다양한 과열방지수단(700)의 예를 나타낸 도면이다.
상기 도 5에 도시한 과열방지수단(700)은 상기 제1전극센서(710)가 제1고정부(711)에 고정되며, 상기 제2전극센서(720)가 제2고정부(721)에 고정된 상태로, 상기 케이스(100)에 상기 제1고정부(711) 및 제2고정부(721)가 장착되는 장착부(103)가 형성되는 예를 나타내었다.
이 때, 상기 제어부(400)는 과열방지수단(700)의 전압측정부(740) 및 온도센서(800)와 연동되어 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)의 작동을 제어한다.
상기 도 7에 도시한 과열방지수단(700)은 상기 도 5에 도시한 형태와 유사하되, 상기 제1고정부(711) 및 제2고정부(721)가 단일 몸체로서 일체로 형성된 형태를 나타내었다.
즉, 하나의 제1고정부(711) 및 제2고정부(721)에 상기 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720)가 구비되는 형태이다.
도 13에 도시한 형태는 상기 제1전극센서(710)가 제1고정부(711)에 고정되고, 상기 케이스(100)에 상기 제1고정부(711)가 장착되는 장착부(103)가 형성되며, 상기 제2전극센서(720)가 상기 제1보호관(220)인 예를 나타내었다.
도 13에 도시한 형태는 제1보호관(220) 자체가 상기 제2전극센서(720)로 이용되는 형태로서, 상기 제1전극센서(710)와 제1보호관(220)은 전선(730)을 통해 연결되며, 상기 전압측정부(740)가 상기 케이스(100)의 타측 단부에 위치하는 예를 나타내었다.
도 14에 도시한 형태는 상기 도 13에 도시한 형태와 유사하되, 상기 제1전극센서(710)가 제1고정부(711)에 고정되고, 상기 케이스(100)에 상기 제1고정부(711)가 장착되는 장착부(103)가 형성되며, 상기 제2전극센서(720)가 상기 제2보호관(320)인 예를 나타내었다.
본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 전선(730)의 연장형태, 상기 전압측정부(740)의 구비 위치 등은 도면에 도시된 예 에도 더욱 다양하게 변형 실시될 수 있다.
본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 간단하게 과열방지수단(700)을 구성할 수 있어 제조성을 높일 수 있으며, 제어부(400)가 과열방지수단(700)과 연동되어 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)의 작동을 제어함으로써 냉각수 과열을 방지할 수 있으며, 이에 따라 안전성을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)가 다양하게 형성될 수 있으며, 아래에서 그 상세 구성에 대하여 설명하다.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터(1000)의 제1발열파이프(200)를 나타낸 사시도, 부분 절개 사시도, 및 단면도로, 도 8 내지 도 10에 도시한 제1발열파이프(200)는 상기 제1발열부(210)가 상기 제1파이프(201)의 일정 영역에 형성되는 제1절연층(211)과, 상기 제1절연층(211)의 상측면에 길이방향으로 길게 형성되는 한 쌍의 제1전극(212)과, 상기 제1절연층(211)의 상측면에 상기 제1전극(212)과 통전되도록 형성되는 제1탄소나노튜브 발열층(213)과, 상기 제1절연층(211)의 상측면에 상기 제1전극(212) 및 제1탄소나노튜브 발열층(213)을 감싸도록 형성되는 제1코팅층(214)을 포함하고, 상기 제1보호관(220)이 구비된 예를 나타내었다.
도 11은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터(1000)의 다른 제1발열파이프(200)를 나타낸 단면도로, 도 10에 도시한 형태와 유사하되, 상기 제1코팅층(214)과 제1보호관(220) 사이에 제1절연필름(230)이 더 구비된 예를 나타내었다.
도 12는 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터(1000)의 제2발열파이프(300)를 나타낸 단면도로, 제2발열파이프(300) 역시, 상기 제1발열파이프(200)와 유사하게, 상기 발열파이프가 상기 제2파이프(301)의 일정 영역에 형성되는 제2절연층(311)과, 상기 제2절연층(311)의 상측면에 길이방향으로 길게 형성되는 한 쌍의 제2전극(312)과, 상기 제2절연층(311)의 상측면에 상기 제2전극(312)과 통전되도록 형성되는 제2탄소나노튜브 발열층(313)과, 상기 제2절연층(311)의 상측면에 상기 제2전극(312) 및 제2탄소나노튜브 발열층(313)을 감싸도록 형성되는 제2코팅층(314)을 포함하고, 상기 제2보호관(320)이 구비된 예를 나타내었다.
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 제2발열파이프(300) 역시, 상기 제2코팅층(314)과 제2보호관(320) 사이에 제2절연필름(미도시)이 더 구비될 수 있다.
도 8 내지 도 12에 도시한 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)는 일시예들로서, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 관형태의 제1파이프(201) 및 제2파이프(301)에 형성되어 냉각수를 가열할 수 있는 형태라면 더욱 다양하게 변형 실시될 수 있다.
한편, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 기밀을 유지하고, 구성을 간소화하며, 조립 공정이 용이하도록 케이스(100)의 양측 단부가 상기 유입구(110) 및 제1발열파이프(200)와 일체로 형성되는 제1커버(101) 및 제2발열파이프(300)와 일체로 형성되는 제2커버(102)에 의해 각각 폐쇄되는 형태일 수 있다. (도 3 참조)
즉, 상기 제1커버(101)의 중앙 영역의 일측에 유입구(110)가, 타측에 제1발열파이프(200)가 일체로 형성되며, 상기 제2커버(102)의 중앙 영역에 제2발열파이프(300)가 일체로 형성되어, 크게 케이스(100), 제1커버(101), 및 제2커버(102)를 조립하는 것을 통해 전체 구성의 조립을 용이하게 완료할 수 있다.
도 3에서, 상기 제1커버(101) 및 제2커버(102)는 상기 케이스(100)와 별도의 체결수단을 통해 조립되는 형태를 나타내었으나, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 이에 한정되는 것이 아니며, 상기 제1커버(101)와 케이스(100) 및 제2커버(102)와 케이스(100)가 조립되는 면에 내부 냉각수의 실링성능을 확보하기 위하여 오-링과 같은 실링수단이 이용될 수도 있다.
또한, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 케이스(100), 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)가 길이방향으로 길어질 경우에, 내구성을 높일 수 있도록, 상기 제1발열파이프(200)의 타측에 상기 제1발열파이프(200)와 제2발열파이프(300) 사이를 지지하도록 구비되는 제1지지부(610)와, 상기 제2발열파이프(300)의 일측에 상기 제2발열파이프(300)와 케이스(100) 사이를 지지하도록 구비되는 제2지지부(620)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1지지부(610) 및 제2지지부(620)는 별도의 구성으로서, 각각 상기 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)의 외면에 구비된다.
상기 제1지지부(610) 및 제2지지부(620)는 유사한 구성으로 형성되되, 각각 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)에 대응되도록 형성되므로 그 크기에 차이가 있다.
더욱 상세하게, 상기 제1지지부(610)는 상기 제1발열파이프(200) 외면에 밀착되는 제1-1원통부재(611)와, 상기 제2발열파이프(300) 내면에 밀착되는 1-2원통부재와, 상기 제1-1원통부재(611)와 제1-2원통부재(612)를 연결하는 둘 이상의 제1연결부(613)를 포함하며, 상기 제2지지부(620)는 상기 제2발열파이프(300) 외면에 밀착되는 제2-1원통부재(621)와, 상기 케이스(100) 내면에 밀착되는 2-2원통부재와, 상기 제2-1원통부재(621)와 제2-2원통부재(622)를 연결하는 둘 이상의 제2연결부(623)를 포함한다.
상기 제1지지부(610)는 상기 제1연결부(613)가 상기 제1-1원통부재(611)와 제1-2원통부재(612)를 안정적으로 지지하되, 제1발열파이프(200)와 제2발열파이프(300) 사이의 냉각수 흐름을 방해하지 않는 크기로 형성되며, 상기 제2지지부(620) 역시 상기 제2연결부(623)가 상기 제2-1원통부재(621)와 제2-2원통부재(622)를 안정적으로 지지하되, 제2발열파이프(300)와 케이스(100) 사이의 냉각수 흐름을 방해하지 않는 크기로 형성된다.
상기 제1지지부(610) 및 제2지지부(620)는 각각 상기 제1발열부(200a)가 형성되지 않는 제1발열파이프(200)의 영역 및 상기 제2발열부(300a)가 형성되지 않는 제2발열파이프(300) 영역에 구비되는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 열교환효율을 더욱 높이기 위하여, 상기 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)의 둘레에 방열핀(500)이 더 형성될 수 있으며, 이 때, 상기 방열핀(500)은 나선 형태로 형성되는 것이 바람직하다. (도 15 참조)
본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 유입구(110)를 통해 유입된 냉각수가 제1발열파이프(200) 내부를 이동하면서 가열(제1가열영역(A1))되고, 상기 제1발열파이프(200)와 제2발열파이프(300) 사이를 이동하면서 가열(제2가열영역(A2))되며, 상기 제2발열파이프(300)와 케이스(100) 사이를 이동하면서 가열(제3가열영역(A3))되어 냉각수를 빠르고 효과적으로 가열할 수 있으면서도, 과열방지수단(700) 및 온도센서(800)를 통해 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이에 따라, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 엔진 초기 시동 시, 난방 열원을 확보할 수 없는 경우에 직접적으로 냉각수를 가열함으로써 냉방 성능을 확보할 수 있도록 하는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 냉각수 가열식 히터
100 : 케이스 100a : 제1공간부
100b : 제2공간부 101 : 제1커버
102 : 제2커버 103 : 장착부
110 : 유입구 120 : 배출구
130 : 금속 플레이트
200 : 제1발열파이프 201 : 제1파이프
210 : 제1발열부 211 : 제1절연층
212 : 제1전극 213 : 제1탄소나노튜브 발열층
214 : 제1코팅층
220 : 제1보호관
230 : 제1절연필름
300 : 제2발열파이프 301 : 제2파이프
310 : 제2발열부 311 : 제2절연층
312 : 제2전극 313 : 제2탄소나노튜브 발열층
314 : 제2코팅층
320 : 제2보호관
400 : 제어부 410 : 기판
500 : 방열핀
610 : 제1지지부 611 : 제1-1원통부재
612 : 제1-2원통부재 613 : 제1연결부
620 : 제2지지부 621 : 제2-1원통부재
622 : 제2-2원통부재 623 : 제2연결부
700 : 과열방지수단
710 : 제1전극센서 711 : 제1고정부
720 : 제2전극센서 721 : 제2고정부
730 : 전선
740 : 전압측정부
800 : 온도센서
A1 : 제1가열영역
A2 : 제2가열영역
A3 : 제3가열영역

Claims (11)

  1. 실내 난방을 위한 냉각수 가열식 히터(1000)에 있어서,
    내부에 일정 공간을 형성하며, 길이방향으로 일측 단부에 위치되어 냉각수가 유입되는 유입구(110) 및 둘레면에 위치되어 내부 냉각수가 배출되는 배출구(120)가 형성되는 케이스(100);
    상기 케이스(100) 내부에 상기 유입구(110)와 연통되고, 상기 케이스(100)의 타측 단부 내면과 이격거리를 가지는 제1파이프(201)와, 상기 제1파이프(201) 길이방향으로 일정 영역이 발열되는 제1발열부(210)를 포함하는 제1발열파이프(200);
    상기 케이스(100)의 타측 단부 내면으로부터 연장되며 상기 제1발열파이프(200)의 직경보다 크게 형성되어 상기 제1발열파이프(200)의 일정 영역을 내부에 포함하고, 상기 케이스(100)의 일측 단부 내면과 이격거리를 가지는 제2파이프(301)와, 상기 제2파이프(301)의 길이방향으로 일정 영역이 발열되는 제2발열부(310)를 포함하는 제2발열파이프(300);
    냉각수 유동영역에 구비되는 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720)와, 상기 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720)를 연결하는 전선(730)과, 상기 제1전극센서(710) 및 제2전극센서(720) 사이의 전압을 측정하는 전압측정부(740)를 포함하여, 제1전극센서(710)와 냉각수의 접촉 유무를 검출하는 과열방지수단(700); 및
    기판(410)을 포함하며, 상기 과열방지수단(700)과 연결되어, 상기 제1발열파이프(200)의 제1발열부(210) 및 제2발열파이프(300)의 제2발열부(310)의 작동을 제어하는 제어부(400);를 포함하는 냉각수 가열식 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1발열파이프(200)는 상기 제1발열부(210)를 감싸는 형태이되, 단부가 상기 제1파이프(201)와 용접되는 제1보호관(220)이 더 구비되며,
    상기 제2발열파이프(300)는 상기 제2발열부(310)를 감싸는 형태이되, 단부가 상기 제2파이프(301)와 용접되는 제2보호관(320)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 과열방지수단(700)은
    상기 제1전극센서(710)가 고정되는 제1고정부(711) 및 상기 제2전극센서(720)가 고정되는 제2고정부(721)를 포함하며,
    상기 제1고정부(711) 및 제2고정부(721)가 상기 케이스(100)에 고정되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 과열방지수단(700)은
    상기 제1고정부(711) 및 제2고정부(721)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 과열방지수단(700)은
    상기 제1전극센서(710)가 고정되는 제1고정부(711)를 포함하며, 상기 제1고정부(711)가 상기 케이스(100)에 고정되고,
    상기 제2전극센서(720)가 상기 제1보호관(220)인 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 과열방지수단(700)은
    상기 제1전극센서(710)가 고정되는 제1고정부(711)를 포함하며, 상기 제1고정부(711)가 상기 케이스(100)에 고정되고,
    상기 제2전극센서(720)가 상기 제2보호관(320)인 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 과열방지수단(700)의 제1전극센서(710)는
    상기 케이스(100) 내부의 상측에 위치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배출구(120)는
    상기 케이스(100)의 상측에 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1발열부(210)는
    상기 제1발열파이프(200)의 일정 영역에 형성되는 제1절연층(211)과, 상기 제1절연층(211)의 상측면에 길이방향으로 길게 형성되는 한 쌍의 제1전극(212)과, 상기 제1절연층(211)의 상측면에 상기 제1전극(212)과 통전되도록 형성되는 제1탄소나노튜브 발열층(213)과, 상기 제1절연층(211)의 상측면에 상기 제1전극(212) 및 제1탄소나노튜브 발열층(213)을 감싸도록 형성되는 제1코팅층(214)을 포함하고,
    상기 제2발열부(310)는
    상기 제2발열파이프(300)의 일정 영역에 형성되는 제2절연층(311)과, 상기 제2절연층(311)의 상측면에 길이방향으로 길게 형성되는 한 쌍의 제2전극(312)과, 상기 제2절연층(311)의 상측면에 상기 제2전극(312)과 통전되도록 형성되는 제2탄소나노튜브 발열층(313)과, 상기 제2절연층(311)의 상측면에 상기 제2전극(312) 및 제2탄소나노튜브 발열층(313)을 감싸도록 형성되는 제2코팅층(314)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 배출구(120) 내부를 유동하는 냉각수의 온도를 센싱하는 온도센서(800)가 더 구비되며,
    상기 제어부(400)가 상기 온도센서(800)로부터 센싱된 정보를 이용하여 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 케이스(100)는
    냉각수가 유동되는 제1공간부(100a) 및 상기 기판(410)이 구비되는 제2공간부(100b)가 금속 플레이트(130)에 의해 구획되되,
    상기 금속 플레이트(130)에 상기 기판(410)이 장착되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
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