KR102053045B1 - 면상 발열체를 이용한 전기차용 워터 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 면상 발열체를 이용한 전기차용 워터 히터에 관한 것으로서, 유입구 및 유출구가 일면 양측에 구비된 챔버를 형성하고, 챔버 내부를 구획하여 지그재그 형태의 이동공간이 구비되도록 다수의 격벽을 상기 챔버에 형성하며, 이동공간에 위치하도록 다수의 방열부를 챔버 내부에 길이 방향으로 형성하고, 상기 방열부로 열기를 공급하는 제1 면상발열체를 상기 챔버 저면에 결합 구성하면서 제2 면상발열체를 상기 방열부의 내부에 내장되게 설치 구성하므로, 상기 챔버 내부로 유입된 유체는 지그재그로 형성된 이동공간을 따라 흐르는 동안 방열부와 지속적으로 접촉이 이루어져 빠른 시간에 유체를 가열할 수 있으며, 상기 챔버의 내부로 유입되는 유체의 온도를 감지하는 온도센서를 유입구에 설치하고, 온도센서와 연결되게 제어부를 설치 구성하여, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 제1 면상발열체만을 On 작동시키거나 또는 제1 면상발열체 및 제2 면상발열체를 동시에 On 작동시킬 수 있으며, 상기 제1 면상발열체 및 제2 면상발열체로 전원을 공급하는 PCB 기판은 챔버의 상부면을 차단하는 덮개판에 내장되게 설치 구성하여 외부의 충격에 의해 PCB 기판이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

면상 발열체를 이용한 전기차용 워터 히터 { Waer Heater }
본 발명은 면상 발열체를 이용한 전기차용 워터 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유입구 및 유출구가 일면 양측에 구비된 챔버를 형성하고, 챔버 내부를 구획하여 지그재그 형태의 이동공간이 구비되도록 다수의 격벽을 상기 챔버에 형성하며, 이동공간에 위치하도록 다수의 방열부를 챔버 내부에 길이 방향으로 형성하고, 상기 방열부로 열기를 공급하는 제1 면상발열체를 상기 챔버 저면에 결합 구성하면서 제2 면상발열체를 상기 방열부의 내부에 내장되게 설치 구성하므로, 상기 챔버 내부로 유입된 유체는 지그재그로 형성된 이동공간을 따라 흐르는 동안 방열부와 지속적으로 접촉이 이루어져 빠른 시간에 유체를 가열할 수 있으며, 상기 챔버의 내부로 유입되는 유체의 온도를 감지하는 온도센서를 유입구에 설치하고, 온도센서와 연결되게 제어부를 설치 구성하여, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 제1 면상발열체만을 On 작동시키거나 또는 제1 면상발열체 및 제2 면상발열체를 동시에 On 작동시킬 수 있으며, 상기 제1 면상발열체 및 제2 면상발열체로 전원을 공급하는 PCB 기판은 챔버의 상부면을 차단하는 덮개판에 내장되게 설치 구성하여 외부의 충격에 의해 PCB 기판이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한 면상 발열체를 이용한 전기차용 워터 히터에 관한 것이다.
현재 운행되고 있는 자동차는 화석 연료로 운행되어 내연 기관이 있는 자동차로서 매연을 발생한다.
상기 내연 기관이 있는 자동차로부터 발생되는 매연은 여러 일산화탄소나 육불화항, 아황산 가스 등을 내포하고 있으며, 이로 인하여 지구의 오존층을 파괴하거나 신체로 매연이 유입시 암, 치매, 호흡기 질환 등을 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 하이브리드차(HEV, PHEV), 배터리 전기차(BEV) 및 연료전지차(FCEV) 등과 같이 내연기관이 없는 친환경 자동차를 발명하게 되었다.
상기 친환경 자동차에는 유체를 가열하는 워터 히터 장치를 설치 구성하여 실내 난방은 물론 배터리 성능, 냉간 시동 효율을 향상시킬 수 있게 하였다.
종래의 친환경 자동차에 설치되는 워터 히터 장치는 PTC 가열 요소를 사용하고 있으며, 상기 PTC 가열 요소는 가열이 증가된 만큼 저항이 나타나게 되고, 이로 인하여 전류량이 낮아져 자동으로 조절할 수 있게 한 것이다.
그러나 종래의 워터 히터 장치의 문제점은 열에 의해 가열 요소 팽창되고, 그 팽창으로 인해 전극이 눌려져 파손되는 문제점이 발생하게 되었다.
또한, 종래에의 워터 히터 장치는 유입구과 유출구가 일직선상에 위치하기 때문에 유체는 워터 히터 장치의 내부에 머물지 못한 상태에서 바로 유출구를 통해 외부로 유출되기 때문에 유체를 충분히 가열하지 못하는 문제점이 발생하게 되었다.
◈ 선행 기술 문헌 ◈
한국등록특허 제 10-0870058 호
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 유입구 및 유출구가 일면에 구비된 챔버를 형성하고, 챔버 내부를 구획하여 지그재그 형태의 이동공간이 구비되도록 다수의 격벽을 상기 챔버에 형성하며, 이동공간에 위치하도록 다수의 방열부를 챔버 내부에 길이 방향으로 형성하고, 상기 방열부로 열기를 공급하는 제1 면상발열체를 상기 챔버 저면에 결합 구성하면서 제2 면상발열체를 상기 방열부의 내부에 내장되게 설치 구성하여, 상기 챔버 내부로 유입된 유체는 지그재그로 형성된 이동공간을 따라 흐르는 동안 방열부와 지속적으로 접촉이 이루어져 빠른 시간에 유체를 가열할 수 있으며, 상기 챔버의 내부로 유입되는 유체의 온도를 감지하는 온도센서를 유입구에 설치하고, 온도센서와 연결되게 제어부를 설치 구성하여, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 제1 면상발열체만을 On 작동시키거나 또는 제1 면상발열체 및 제2 면상발열체를 동시에 On 작동시킬 수 있으며, 상기 제1 면상발열체 및 제2 면상발열체로 전원을 공급하는 PCB 기판은 챔버의 상부면을 차단하는 덮개판에 내장되게 설치 구성하여 외부의 충격에 의해 PCB 기판이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한 면상 발열체를 이용한 전기차용 워터 히터를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명은,
유체가 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구가 일면 양측에 구비되며, 덮개판에 의해 상부면이 차단되는 챔버와;
챔버의 내부를 구획하여 유체가 흐르는 이동공간이 지그 재그를 이를 수 있도록 상기 챔버 내부에 형성되는 다수의 격벽과;
이동공간에 위치하도록 챔버 내부에 길이 방향으로 형성되는 다수의 방열부와;
방열부로 열기를 공급하여 유체를 가열시킬 수 있게 챔버 저면에 결합 되는 카본재질로 이루어진 제1 면상발열체와;
제1 면상발열체로 전원을 공급하는 PCB 기판;으로 구성한 것을 특징으로 한다.
본원 발명에 의하면, 유입구 및 유출구가 일면에 구비된 챔버를 형성하고,
챔버 내부를 구획하여 지그재그 형태의 이동공간이 구비되도록 다수의 격벽을 상기 챔버에 형성하며, 이동공간에 위치하도록 다수의 방열부를 챔버 내부에 길이 방향으로 형성하고, 상기 방열부로 열기를 공급하는 제1 면상발열체를 상기 챔버 저면에 결합 구성하면서 제2 면상발열체를 상기 방열부의 내부에 내장되게 설치 구성하여, 상기 챔버 내부로 유입된 유체는 지그재그로 형성된 이동공간을 따라 흐르는 동안 방열부와 지속적으로 접촉이 이루어져 빠른 시간에 유체를 가열할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
또한, 챔버의 내부로 유입되는 유체의 온도를 감지하는 온도센서를 유입구에 설치하고, 온도센서와 연결되게 제어부를 설치 구성하여, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 제1 면상발열체만을 On 작동시키거나 또는 제1 면상발열체 및 제2 면상발열체를 동시에 On 작동시킬 수 있으며, 이로 인하여 전력이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 제11 면상발열체 및 제2 면상발열체로 전원을 공급하는 PCB 기판은 챔버의 상부면을 차단하는 덮개판에 내장되게 설치 구성하여 외부의 충격에 의해 PCB 기판이 파손되는 것을 방지할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 면상 발열체를 이용한 전기차용 워터 히터의 분래 사시도.
도 2는 본 발명의 면상 발열체를 이용한 전기차용 워터 히터의 결합 사시도
도 3과 도 4는 본 발명의 면상 발열체를 이용한 전기차용 위터 워터의 단면도.
도 5는 본 발명의 방열부에 면상발열체가 결합된 상태를 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 면상 발열체를 이용한 전기차용 워터 히터의 작동 상태를 도시한 단면도.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 6을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하게 되면 다음과 같다.
상기 도면에 의하면 본 발명은,
유체가 유입 및 유출되는 유입구(60) 및 유출구(61)가 일면 양측에 구비되며, 덮개판(70)에 의해 상부면이 차단되는 챔버(40)와;
챔버(40) 내부를 구획하여 유체가 흐르는 이동공간(S)이 지그 재그를 이를 수 있도록 상기 챔버(40) 내부에 형성되는 다수의 격벽(52)과;
이동공간(S)에 위치하도록 챔버(40) 내부에 길이 방향으로 형성되는 다수의 방열부(53)와;
방열부(44)로 열기를 공급하여 유체를 가열시킬 수 있게 챔버(40) 저면에 결합 되는 카본재질로 이루어진 제1 면상발열체(30)와;
제1 면상발열체(30)로 전원을 공급하는 PCB 기판(100);으로 구성한 것을 특징으로 한다.
챔버(40)는, 장착홈(11)이 상부면에 구비된 베이스 플레이트(10)에 결합 하고,
챔버(40)로 열기를 공급하는 제1 면상발열체(30)를 상기 장착홈(11)에 위치하도록 챔버(40) 저면에 결합 구성한 것을 특징으로 한다.
방열부(53)의 내부에는 PCB 기판(100)으로부터 공급되는 전원을 이용하여 열기를 발산시키는 제2 면상발열체(110)를 더 설치 구성한 것을 특징으로 한다.
챔버(40)로 유입되는 유체의 온도를 감지하는 온도센서(120)와;
온도센서(120)에서 감지한 감지 온도가 유입되고, 그 감지 온도에 따라 PCB 기판(100)으로 제어 신호를 보내어 상기 PCB 기판(100)이 제1 면상발열체(30) 또는 제1 면상발열체(30) 및 제2 면상발열체(110)로 전원을 공급하도록 제어 신호를 발송하는 제어부(130);로 구성하고,
상기 제어부(130)는, 설정된 설정 온도(T) 및 온도센서(120)가 감지한 감지 온도(T1)를 저장하는 메모리부(140)와;
메모리부(140)에 저장된 설정 온도(T) 및 감지 온도(T1)를 비교하여 PCB 기판(100)으로 제어 신호를 보내는 비교 연산제어부(150)로 구성하여,
상기 감지 온도(T1)가 설정 온도(T)에 비해 동일하거나 높을 시 제1 면상방열체(30)만을 On 작동시키고,
상기 감지 온도(T1)가 설정 온도(T)에 비해 낮을 시 제1 면상방열체(30)와 제2 면상방열체(110)를 동시에 On 작동시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 내연기관이 없는 친 환경 자동차 내부에 설치 구성되어 실내 난방을 하면서 배터리의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 한 워터 히트에 관한 것이다.
상기 워터 히트는 도 1과 같이 차량에 장착되는 베이스 플레이트(10)와, 상기 베이스 플레이터(10)의 상부면에 결합 구성되어 유체가 이동되는 챔버(40)와, 챔버(40) 내부로 유입된 유체를 가열하는 면상발열체와, 상기 챔버(40)의 상부에 결합 되는 덮개판(70)으로 대별된다.
상기 베이스 플레이트(10)의 상부면에는 챔버(40)가 결합 되는 장착홈(11)을 형성한다.
이때, 베이스 플레이트(10)와 챔버(40) 사이로 하부 차단판(20)을 형성하여, 상기 챔버(40)로 공급되는 열기가 외부로 유출되는 것을 방지한다.
상기 장착홈(11)에 결합 되는 챔버(40)는 베이스 플레이트(10)와 동일한 형상의 챔버몸체(50)를 형성하고, 상기 챔버몸체(50)의 일면 일측에 유체가 유입는 유입구(60)를 형성하며, 유입구(60)와 대응되는 유출구(61)를 상기 일면 타측에 형성한다.
상기 유입구(60)와 유출구(61)가 형성된 챔버몸체(50)의 내부에는 도 1과 같이 서로 엇갈리게 격벽(52)을 바닥면(51)으로부터 돌출되게 형성하여 유입구(60)를 통해 유입된 물이 지그재그로 흐를 수 있는 이동공간(S)을 상기 챔버(40)의 내부에 형성한다.
따라서, 유입구(60)로 유입된 유체는 챔버몸체(50)에 구비된 이동공간(S)을 따라 지그재그로 흐르면서 유출구(61)를 통해 외부로 유출되는 것이다.
상기 이동공간(S)에 위치하도록 다수의 방열부(53)을 챔버몸체(50)의 바닥면(51)으로부터 길이 방향으로 돌출되게 형성한다
상기 격벽(52)에 의해 이동공간(S)이 지그재그로 형성된 챔버몸체(50)의 저면에 결합홈(51a)을 형성하고, 그 결합홈(51a)의 내부에 카본 재질로 이루어진 제1 면상발열체(30)를 결합 한다.
상기 챔버몸체(50)의 저면에 구비된 결합홈(51a)에 제1 면상발열체(30)를 결합 구성하므로, 상기 제1 면상발열체(30)로부터 발생 되는 열기를 챔버(40)의 저면을 통해 방열부(53)로 공급되면서 유입구(60)를 통해 챔버몸체(50) 내부로 유입된 유체를 가열한다.
유체를 가열하는 제1 면상발열체(30)는 PCB 기판(100)으로부터 공급되는 전원을 이용하여 On,Off 작동되는 데,
상기 PCB 기판(100)은, 챔버몸체(50) 상부면에 결합 되는 덮개판(70)의 내부에 매립되게 설치한다.
상기 PCB 기판(100)을 덮개판(70)에 매립되게 설치할 수 있게 상기 덮개판(70)에는 내장홈(71)을 형성한다.
이때, 챔버(40)와 덮개판(70) 사이로 상부 차단판(80)을 더 형성하여 유입구(60)를 통해 챔버몸체(50)로 유입된 물이 외부로 유출되는 것을 방지하면서 제1 면상발열체(30)로부터 챔버몸체(50) 내부로 공급되는 열기가 외부로 유출되는 것을 방지한다.
한편, 챔버(40) 내부로 유입되는 유체의 온도를 감지하는 온도센서(120)를 도 6과 같이 유입구(60)에 장착하고, 상기 온도센서(120)에서 감지한 감지 온도(T1)가 유입되는 제어부(130)를 PCB 기판(100)과 연결되게 형성한다.
그리고 PCB 기판(100)과 전기적으로 연결되어 열기를 발생시키는 제2 면상발열체(110)를 방열부(53)의 내부에 설치 구성하는 데,
상기 방열부(53)의 내부에는 제2 면상발열체(110)를 설치할 수 있는 설치홈(54)을 형성한다.
따라서, 제어부(130)이 제어 신호에 의해 PCB 기판(100)은 제1 면상발열체(30) 및 제2 면상발열체(110)로 전원을 공급하여 유입구(60)를 통해 챔버몸체(50) 내부로 유입되는 유체를 가열할 수 있게 하는 데,
상기 제어부(130)에는 운전자가 차량의 내부에 설치된 컨트롤 판넬(도면 미 도시)를 통해 설정한 설정 온도(T)를 저장하고, 상기 온도센서(120)에서 감지한 감지 온도(T1)를 저장하는 메모리부(140)와,
상게 메모리부(140)에 저장된 설정 온도(T) 및 감지 온도(T1)를 서로 비교하여 PCB 기판(100)으로 제어 신호를 보내어 제1 면상발열체(30)만을 On 작동시키거나 또는 PCB 기판(100)으로 제어 신호롤 보내어 제1 면상발열체(30) 및 제2 면상발열체(110)를 동시에 On 작동시키는 비교 연산제어부(150)를 구비한다.
이와 같이 결합 구성된 본 발명의 바람직한 작동 상태 및 효과를 설명하게 되면 다음과 같다.
먼저, 운전자는 차량의 내부에 설치된 컨트롤 판넬(도면 미 도시)를 통해 차량의 실내의 온도를 설정하여, 제어부(130)에 구비된 메모리부(140)에 설정 온도(T)를 저장한다.
그리고 유입구(60)를 통해 챔버(40)의 챔버몸체(50)로 유입되는 유체의 온도를 온도센서(120)가 감지하여 상기 온도센서(120)에서 감지한 감지 온도(T1)가 제어부(130)에 구비된 메모리부(140)로 저장되도록 한다.
상기 제어부(130)에 구비된 비교 연산제어부(150)는 메모리부(140)에 저장된 설정 온도(T)와 감지 온도(T1)를 서로 비교한 후에 덮개판(70)에 내장된 PCB 기판(100)으로 제어 신호를 발송한다.
상기 PCB 기판(100)은 비교 연산제어부(150)로 유입된 제어 신호에 따라 챔버(40)의 저면에 결합 된 제1 면상발열체(30)를 On 작동시키거나 또는 상기 제1 면상발열체(30) 및 방열부(53)에 내장된 제2 면상발열체(110)를 동시에 On 작동시켜 유입구(60)를 통해 챔버(40)로 유입되고, 유출구(61)를 통해 챔버(40) 외부로 유출되는 유체를 가열할 수 있게 한다.
즉, 메모리부(140)에 저장된 설정 온도(T)와 감지 온도(T1)를 비교 연산제어부(150)가 비교하여 상기 온도센서(120)에서 감지한 감지 온도(T1)가 설정 온도(T)에 비해 동일하거나 조금 높다고 판단시 상기 비교 연산제어부(150)는 PCB 기판(100)으로 제어 신호를 보내어 챔버(40)의 저면에 결합 된 제1 면상발열체(30)만을 On 작동하고, 상기 제1 면상발열체(30)로부터 발생 되는 열기는 챔버(40) 내부에 구비된 방열부(53)로 전달되면서 챔버몸체(50)로 유입된 유체를 가열하도록 하는 것이다.
그리고 비교 연산제어부(150)가 메모리부(140)에 저장된 설정 온도(T)와 감지 온도(T1)를 비교하여 상기 감지 온도(T1)가 설정 온도(T)에 비해 낮다고 판단 시 상기 비교 연산제어부(150)는 PCB 기판(100)으로 제어 신호를 보내어 챔버(40)이 저면에 결합된 제1 면상발열체(30)와 방열부(53)에 내장된 제2 면상발열체(110)를 동시에 On 작동시켜 챔버몸체(50)로 유입된 유체를 가열하도록 한다.
이와 같이 온도센서(120)에서 감지한 감지 온도(T1)에 따라 제어부(130)는 PCB 기판(100)으로 제어 신호를 발송하여 챔버(40)에 결합된 제1 면상발열체(30) 만을 On 시키거나 또는 제1 면상발열체(30) 및 방열부(53)에 구비된 제2 면상발열체(110)를 동시에 On 작동시켜 유입구(60)를 통해 챔버몸체(50) 내부로 유입된 유체를 가열하기 때문에 유체의 가열시간을 현저히 줄일 수 있을 뿐만 아니라 운전자가 원하는 차량의 실내 온도를 빠른 시간에 이르도록 할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
또한, 챔버(40)의 내부에는 다수의 격벽(52)을 서로 엇갈리게 형성하여 유체가 이동되는 이동공간(S)을 챔버몸체(50) 내부에 지그재그로 형성하고, 그 이동공간(S)에 위치하도록 다수의 방열부(53)를 바닥면(51)으로부터 돌출형성하기 때문에 상기 유입구(60)를 통해 유출구(61)로 유출되는 유체가 챔버몸체(50)의 내부에 머물수 있는 시간을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 유체는 유출구(61)로 흐르는 동안에 방열부(53)와 접촉 면적이 증가되기 때문에 유체의 가열 시간을 현저히 줄일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
10: 베이스 플레이트, 11: 장착홈,
20: 하부 차단판, 30: 제1 면상발열체,
40: 챔버, 50: 챔버몸체,
51: 바닥면, 51a: 결합홈,
52: 격벽, 53: 방열부,
54: 설치홈, 60: 유입구,
61: 유출구, 70: 덮개판,
71: 내장홈, 80: 상부 차단판,
100: PCB 기판, 110: 제2 면상발열체,
120: 온도센서, 130: 제어부,
140: 메모리부, 150: 비교 연산제어부,
S: 이동공간, T: 설정 온도,
T1: 감지 온도,

Claims (4)

  1. 유체가 유입 및 유출되는 유입구(60) 및 유출구(61)가 일면 양측에 구비되며, 덮개판(70)에 의해 상부면이 차단되는 챔버(40)와;
    덮개판(70)에 형성되는 내장홈(71)과;
    챔버(40) 내부를 구획하여 유체가 흐르는 이동공간(S)이 지그 재그를 이를 수 있도록 상기 챔버(40) 내부에 형성되는 다수의 격벽(52)과;
    이동공간(S)에 위치하도록 챔버(40) 내부에 길이 방향으로 형성되는 다수의 방열부(53)와;
    방열부(44)로 열기를 공급하여 유체를 가열시킬 수 있게 챔버(40) 저면에 결합 되는 카본재질로 이루어진 제1 면상발열체(30)와;
    제1 면상발열체(30)로 전원을 공급할 수 있도록 상기 내장홈(71)에 설치되는 PCB 기판(100);으로 구성하고,
    상기 챔버(40)는, 장착홈(11)이 상부면에 구비된 베이스 플레이트(10)에 결합 하고,
    챔버(40)로 열기를 공급하는 제1 면상발열체(30)를 상기 장착홈(11)에 위치하도록 챔버(40) 저면에 결합 구성하며,
    방열부(53)의 내부에는 PCB 기판(100)으로부터 공급되는 전원을 이용하여 열기를 발산시키는 제2 면상발열체(110)를 더 설치 구성하고,
    챔버(40)로 유입되는 유체의 온도를 감지하는 온도센서(120)와;
    온도센서(120)에서 감지한 감지 온도가 유입되고, 그 감지 온도에 따라 PCB 기판(100)으로 제어 신호를 보내어 상기 PCB 기판(100)이 제1 면상발열체(30) 또는 제1 면상발열체(30) 및 제2 면상발열체(110)로 전원을 공급하도록 제어 신호를 발송하는 제어부(130);로 구성하고,
    상기 제어부(130)는, 설정된 설정 온도(T) 및 온도센서(120)가 감지한 감지 온도(T1)를 저장하는 메모리부(140)와;
    메모리부(140)에 저장된 설정 온도(T) 및 감지 온도(T1)를 비교하여 PCB 기판(100)으로 제어 신호를 보내는 비교 연산제어부(150)로 구성하여,
    상기 감지 온도(T1)가 설정 온도(T)에 비해 동일하거나 높을 시 제1 면상방열체(30)만을 On 작동시키고,
    상기 감지 온도(T1)가 설정 온도(T)에 비해 낮을 시 제1 면상방열체(30)와 제2 면상방열체(110)를 동시에 On 작동시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 이용한 전기차용 워터 히터.
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