KR102274247B1 - 발열체 및 이를 포함하는 히터유닛 - Google Patents

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Abstract

발열체 및 이를 포함하는 히터유닛이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 발열체는 금속재질로 이루어지고 내부가 빈 판상으로 형성되는 외장튜브; 도전성부재로 이루어져 상기 외장튜브의 내부에 배치되고, 전원 인가 시 발열하는 판상의 제1발열원; 및 외부 전원이 인가될 수 있도록 금속재질로 이루어지고, 상기 발열원의 단부 측을 일정길이 감싸면서 일부의 길이가 상기 외장튜브의 외측으로 각각 돌출되도록 상기 발열원의 양단부측에 각각 구비되는 한 쌍의 단자튜브;를 포함한다.

Description

발열체 및 이를 포함하는 히터유닛{HEATING ELEMENT AND HEATER UNIT INCLUDING THE SAME}
본 발명은 발열체 및 이를 포함하는 히터유닛에 관한 것이다.
일반적인 니크롬선을 사용하는 히터유닛의 경우, 과열 시 발화의 우려가 있어, 전기자동차에는 PTC 소자를 이용한 히터유닛을 사용한다.
그러나 발열체로서 PTC소자를 이용하는 히터유닛은, PTC소자의 크기를 증대시키는데 한계가 있어 큰 발열량을 얻을 수 없으며, 전도체인 도전성 카본 혼합물이 PTC소자의 발열면 일부에만 결합되므로 전도체 부위별로 온도분포가 불균일하고 방열핀에 전달되는 온도가 상이하다.
따라서, 균일한 온도분포가 형성됨과 동시에 큰 발열량을 얻을 수 있는 발열체 및 히터유닛의 개발이 요구되고 있다.
그 일환으로, 판상의 형태로 구현된 발열원을 외장재에 내장하는 형태로 발열체를 구현함으로써 균일한 온도분포와 더불어 큰 발열량을 얻을 수 있는 히터유닛이 개발되고 있다.
하지만 판상의 발열원을 단순히 적용하는 경우, 반복적인 열피로에 노출되어 히터유닛으로서의 기능을 상실할 수 있으며, 일정온도 이상으로 과열 시 발화의 우려가 있다.
그리고 외장재와 발열원의 수축 팽창률이 상이하므로 발열체 전체의 절연이 깨질 우려가 있다.
따라서, 반복적인 열피로 노출에 견딜 수 있으며, 발화 방지 및 절연을 유지할 수 있는 발열체 및 히터유닛의 개발이 요구되고 있다.
KR 10-0772068B1
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 반복적인 열피로 노출에 견딜 수 있으며, 발화 방지 및 절연을 유지할 수 있는 발열체 및 이를 포함한 히터유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 금속재질로 이루어지고 내부가 빈 판상으로 형성되는 외장튜브; 도전성부재로 이루어져 상기 외장튜브의 내부에 배치되고, 전원 인가 시 발열하는 판상의 제1발열원; 및 외부 전원이 인가될 수 있도록 금속재질로 이루어지고, 상기 발열원의 단부 측을 일정길이 감싸면서 일부의 길이가 상기 외장튜브의 외측으로 각각 돌출되도록 상기 발열원의 양단부측에 각각 구비되는 한 쌍의 단자튜브;를 포함하는 발열체를 제공한다.
또한, 상기 발열체는 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 외장튜브 및 제1발열원, 상기 외장튜브 및 단자튜브는 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 패턴을 포함하며, 각각의 상기 패턴은 서로 일치하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 패턴은 상기 단자튜브와 외장튜브가 중첩되는 영역을 포함하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 열전도성 외장튜브는 금속재질로 이루어지며 양단부가 개방되고, 상기 한 쌍의 단자튜브는 금속재질로 이루어지며 상기 제1발열원의 양단부를 일정길이 감싸면서 상기 제1발열원에 연결될 수 있다.
또한, 서로 대면하는 상기 외장튜브의 내면 및 발열원의 일면 사이, 상기 외장튜브의 내면 및 단자튜브의 외면 사이에는 절연층이 개재될 수 있다.
또한, 상기 절연층은 내열성을 갖는 코팅층일 수 있다.
또한, 상기 절연층은 내열성 수지로 이루어진 필름부재이고, 상기 필름부재는 접착층을 매개로 상기 제1발열원의 양면에 부착될 수 있다.
또한, 상기 절연층은 상기 제1발열원의 일면과 타면에 각각 형성되는 제1절연층 및 제2절연층을 포함하고, 상기 제1절연층과 제2절연층 중 어느 하나는 내열성을 갖는 코팅층이고 다른 하나는 접착층을 매개로 부착되는 필름부재일 수 있다.
또한, 상기 외장튜브는 알루미늄 재질로 이루어지고, 상기 외장튜브는 상기 제1발열원과 대향하는 내면이 아노다이징 처리될 수 있다.
또한, 상기 제1발열원은 칸탈 및 페칼로이 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 판상의 도전성 부재일 수 있다.
또한, 상기 제1발열원과 한 쌍의 단자튜브는 서로 중첩되는 부분에 개재되는 전도성 접착제를 통해 서로 전기적으로 연결되거나, 서로 중첩되는 부분이 코킹 또는 스팟용접을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 발열체는, 상기 외장튜브의 단부와 상기 단자튜브의 단부를 동시에 감싸도록 상기 외장튜브의 양 단부측에 각각 구비되는 절연부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발열체는 길이중간이 적어도 1회 이상 접혀 반대면이 서로 접촉되되 서로 마주하는 상기 산부 및 골부가 접촉되어 공기가 통과하는 통로가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명은 복수 개의 발열유닛; 및 상기 복수 개의 발열유닛을 둘러싸도록 배치되는 프레임;을 포함하며, 상기 복수 개의 발열유닛 각각은, 발열체; 및 상기 발열체를 지지할 수 있도록 상기 발열체의 상측과 하측 중 적어도 어느 일측에 배치되는 적어도 하나의 지지체를 포함하는 히터유닛을 제공한다.
또한, 상기 히터유닛은 상기 발열유닛과 전기적으로 연결되는 전류차단부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전류차단부는 PTC소자로써, 상기 발열유닛의 온도가 일정온도 이상일 경우 상기 PTC소자를 통해 상기 발열유닛에 인가되는 전류를 차단시킬 수 있다.
또한, 상기 지지체는 판상의 금속시트일 수 있다.
또한, 상기 지지체는, 상기 발열체를 지지하는 역할과 발열원의 역할을 겸할 수 있도록 전원 인가 시 열을 발생시키는 발열원을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 칸탈 및 페칼로이 합금 등 시트화 가능한 재질의 발열원을 통하여 반복적인 열피로에 견딜 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 발열체에 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 패턴을 통해 발열체의 길이방향 수축 팽창률을 최소화하여 절연이 깨지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 히터유닛이 일정온도 이상일 경우, 전류차단부를 통해 히터유닛에 인가되는 전류를 차단해줌으로써 과열에 의한 발화를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체를 나타낸 도면,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 단자튜브에 제1발열원의 양단부를 삽입하는 과정을 나타낸 도면,
도 4는 도 2에 단자튜브와 제1발열원에 절연층이 배치되는 상태를 나타낸 도면,
도 5 내지 도 6은 절연층이 배치된 상태에서 제1발열원이 외장튜브에 삽입되는 과정을 나타낸 도면,
도 7은 도 1의 ‘A’부분을 확대한 단면도로서, 발열체로 구현될 수 있는 다양한 형태를 나타낸 도면,
도 8 및 도 9는 외장튜브를 형성하는 일 예를 나타낸 도면,
도 10은 외장튜브를 형성하는 다른 예를 나타낸 도면,
도 11은 절연부재의 일 예를 나타낸 도면,
도 12는 도 11에서 B-B 부분을 나타낸 단면도로서 절연부재의 다른 예를 나타낸 도면,
도 13은 도 1에 도시된 발열체가 접이된 상태를 나타낸 도면,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터유닛을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터유닛을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터유닛을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이 외장튜브(140), 제1발열원(110), 단자튜브(160)를 포함할 수 있다.
상기 외장튜브(140)는 내부에 수용되는 제1발열원(110)을 보호하는 역할과 함께 제1발열원(110)에서 발생된 열을 분산시키는 역할을 수행할 수 있다.
이를 위해, 상기 외장튜브(140)는 금속재질로 이루어질 수 있으며, 양단부가 개방된 중공형으로 형성될 수 있다.
일례로, 상기 외장튜브(140)는 열전도도가 우수한 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어진 중공형의 금속튜브일 수 있으며, 제1발열원(110)이 내부에 삽입된 상태에서 가압됨으로써 판상으로 형성될 수 있다.
여기서 상기 외장튜브(140)는 원형의 외장튜브(140)를 1차 가압하여 타원형상으로 변경하고, 외장튜브(140)의 내부에 제1발열원(110)을 삽입한 상태에서 외장튜브(140)를 2차 가압함으로써 판상으로 형성될 수 있다.
그러나, 상기 외장튜브(140)를 판상으로 형성하는 방식을 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 제1발열원(110)이 상기 외장튜브(140)의 내부에 삽입된 상태에서 한 번의 가압공정을 통해 상기 외장튜브(140)가 판상으로 형성될 수도 있음을 밝혀둔다.
다른 예로써, 상기 외장튜브(140)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 소정의 면적을 갖는 판상의 금속시트의 일면에 제1발열원(110)이 배치된 상태에서 제1발열원(110)을 덮도록 상기 금속시트의 일부를 접은 후 서로 맞접하는 부분을 밀봉하는 형태일 수도 있다.
또 다른 예로써, 상기 외장튜브(140)는 도 10에 도시된 바와 같이 소정의 면적을 갖는 판상으로 이루어진 두 개의 금속시트(141,142)가 일면이 서로 마주하도록 배치된 후 맞접하는 두 개의 테두리를 밀봉하는 형태로 구성될 수도 있다.
여기서, 서로 맞접하는 테두리 측(170)은 초음파 융착이나 접착제 등과 같은 공지의 다양한 방식을 통해 밀봉될 수 있다.
상기 제1발열원(110)은 외장튜브(140)의 내부에 배치되어 전류 인가 시 열을 발생시킬 수 있으며, 소정의 폭과 길이를 갖는 판상의 형태로 이루어질 수 있다.
일례로, 상기 제1발열원(110)은 소정의 면적을 갖는 판상의 금속시트일 수 있으며, 금속시트로는 알루미늄이나 구리, 비정질 리본시트 등이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1발열원(110)은 반복적인 열피로 노출에 따른 결정화를 방지할 수 있도록 칸탈 및 페칼로이 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 판상의 도전성 부재일 수 있다.
이때, 상기 외장튜브(140)의 내면 및 상기 제1발열원(110)의 사이에는 전기적인 절연을 위한 절연층(120)이 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 외장튜브(140)가 도전성을 갖는 금속재질로 이루어진다 하더라도 상기 외장튜브(140)의 내부에 배치되는 제1발열원(110)과 외장튜브(140)간에 전기적인 쇼트가 발생되는 것이 방지될 수 있다.
이와 같은 상기 절연층(120)은 전기적인 절연을 위한 절연성을 가질 수 있으며, 제1발열원(110)에서 발생된 열에 의한 손상을 방지할 수 있도록 내열성을 더 가질 수 있다.
일례로, 상기 절연층(120)은 절연성 및 내열성을 갖는 코팅액이 도포된 코팅층(121)일 수 있고, 절연성 및 내열성을 갖는 수지재질로 이루어진 필름부재(122)가 접착층(130)을 매개로 부착된 형태일 수도 있으며, 코팅층(121)과 필름부재(122)가 서로 조합된 형태일 수도 있다.
구체적인 일례로써, 상기 절연층(120)은 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 제1발열원(110)의 양면에 각각 형성되는 코팅층(121)으로 구현될 수 있고, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 제1발열원(110)의 양면에 접착층(130)을 매개로 부착된 필름부재(122)일 수도 있다.
더불어, 상기 절연층(120)은 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이 접착층(130)을 매개로 부착된 필름부재(122)와 코팅층(121)의 형태로 구현되어 제1발열원(110)의 일면과 타면에 각각 형성될 수도 있다.
본 발명에서, 상기 코팅액은 액상의 폴리이미드(PI) 코팅액일 수 있고, 상기 필름부재(122)는 폴리이미드(PI) 필름일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 내열성 및 절연성을 갖는 재질이라면 공지의 모든 재질이 사용될 수 있다. 그러나, 상기 코팅층(121) 및 필름부재(122)의 두께를 이에 한정하는 것은 아니며, 설계조건에 따라 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
나아가 상기 코팅액이 내열성 및 절연성을 비롯하여 접착성이 있는 재질인 경우, 상술한 접착층(130)이 생략될 수 있다.
다른 예로써, 상기 외장튜브(140)가 알루미늄 재질로 이루어진 경우, 제1발열원(110)과 대향하는 내면이 아노다이징 처리됨으로써 상기 외장튜브(140)와 제1발열원(110)이 서로 절연될 수도 있다. 이와 같은 경우, 외장튜브(140)의 내면에 양극산화피막이 형성되어 절연기능이 포함됨으로써, 상술한 절연층(120)이 생략될 수 있다.
여기서, 상기 외장튜브(140)가 가압되어 판상으로 이루어짐에 따라 외장튜브(140)와 제1발열원(110), 또는 외장튜브(140)와 절연층(120) 간 접착층이 생략될 수 있다.
상기 단자튜브(160)는 도전성재질로 이루어져 제1발열원(110)과 연결됨으로써 외부로부터 공급되는 전원이 제1발열원(110)에 인가될 수 있도록 하기 위한 것이다. 이와 같은 단자튜브(160)는 제1발열원(110)의 양 단부측에 배치될 수 있다.
이때, 상기 단자튜브(160)는 금속재질로 이루어진 중공형의 금속튜브일 수 있으며, 제1발열원(110)의 단부 측을 일정길이 감싸면서 적어도 일부의 길이가 외장튜브(140)의 외측으로 돌출되는 형태일 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 발열체(100)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 제1발열원(110)의 양 단부측에 단자튜브(160)가 각각 체결된 상태로 상기 제1발열원(110)이 외장튜브(140)의 내부에 배치될 수 있으며, 외장튜브(140) 및 단자튜브(160)를 가압함으로써 판상으로 구현될 수 있다.
이때, 상기 제1발열원(110)과 한 쌍의 단자튜브(160)는 단순 접촉을 통하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있으나, 전기적인 신뢰성을 높일 수 있도록 다양한 방식이 적용될 수 있다.
일례로, 상기 제1발열원(110) 및 단자튜브(160)는 서로 중첩되는 부분에 전도성 접착제를 개재하거나, 서로 중첩되는 부분을 부분적으로 코킹하거나 스팟용접을 수행할 수 있다.
여기서, 서로 대면하는 외장튜브(140)의 내면 및 단자튜브(160) 사이에는 상술한 절연층(120)이 개재됨으로써 상기 단자튜브(160)가 상기 외장튜브(140)와 일부 중첩되게 배치되더라도 서로 전기적인 절연을 유지할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 발열체(100)는 길이방향에 따른 수축 팽창률을 최소화하여 절연이 깨지는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해, 상기 발열체(100)는 길이방향을 따라 수축 및 이완을 위한 패턴(180)이 형성될 수 있다.
일례로, 상기 패턴(180)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 발열체의 길이방향을 따라 산부(181)와 골부(182)가 반복적으로 형성되는 형태일 수 있다.
이에 따라, 상기 발열체(100)를 구성하는 외장튜브(140), 단자튜브(160) 및 제1발열원(110)의 재질에 따른 수축팽창률이 상이하더라도 상기 패턴(180)을 통해 보완될 수 있다.
이로 인해, 상기 제1발열원(110) 및 외장튜브(140) 또는 외장튜브(140) 및 단자튜브(160) 사이에 개재된 절연층(120)이 깨지거나 제1발열원(110)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 발열체(100)는 길이방향을 따라 산부(181)와 골부(182)가 반복적으로 형성된 패턴(180)을 통해 유체가 통과할 수 있는 공간이 형성될 수 있음으로써 발열체(100)의 상부면 및 하부면 측에 유로가 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 발열체(100)가 복수 개로 구비되어 서로 직접 접촉하도록 배치되거나 플랫한 형상의 지지체 측에 접하도록 배치되더라도 상기 패턴(180)에 의해 형성된 유로를 통해 유체가 통과할 수 있음으로써 상기 유로를 통과하는 유체가 발열체(100)에 의해 가열될 수 있다.
다시 말하면, 상기 패턴(180)은 재질에 따른 길이방향에 대한 수축팽창률을 보완함과 더불어 유체가 통과할 수 있는 유로를 형성하는 역할을 동시에 겸할 수 있다.
이때, 상기 패턴(180)은 상기 외장튜브(140) 및 제1발열원(110)에 각각 형성될 수 있으며, 상기 외장튜브(140)에 형성되는 패턴과 상기 제1발열원(110)에 형성되는 패턴이 서로 일치하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 패턴(180)이 상기 단자튜브(160)에 형성되는 경우 상기 단자튜브(160)에 형성되는 패턴 역시 상기 외장튜브(140) 및/또는 상기 제1발열원(110)에 형성되는 패턴과 서로 일치하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 발열체(100)는 상기 외장튜브(140) 및 제1발열원(110), 단자튜브(160) 및 외장튜브(140) 사이에 개재되는 절연층(120)이 깨지는 것을 방지함과 더불어, 상기 절연층(120)이 항상 외장튜브(140) 및 제1발열원(110) 또는 단자튜브(160) 및 외장튜브(140) 측에 각각 밀착된 상태를 유지할 수 있어 에어갭(air gap)이 발생할 수 있는 가능성을 최소화하거나 미연에 방지할 수 있다.
이를 통해, 에어갭에 의한 단열효과가 발생할 수 있는 것을 방지할 수 있어 상기 제1발열원(110)에서 발생된 열이 상기 외장튜브(140) 측으로 원활하게 전달될 수 있다.
한편, 상기 패턴(180)은 단자튜브(160)와 외장튜브(140)가 서로 중첩되는 영역을 포함하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 단자튜브(160) 및 외장튜브(140)는 중첩영역에 형성되는 패턴(180)을 통해 서로 고정될 수 있음으로써 단자튜브(160)와 외장튜브(140)를 상호 고정하기 위한 별도의 접착부재가 생략될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 발열체(100)는 외부로부터 전원이 인가되는 경우 상기 단자튜브(160)가 외장튜브(140)와 스파크와 같은 요인을 통해 쇼트가 일어나는 것을 방지하기 위한 절연부재(190,190')를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 절연부재(190,190')는 비전도성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 고무나 실리콘 수지와 같은 공지의 비전도성 재질이 모두 적용될 수 있다.
또한, 상기 절연부재(190,190')는 적어도 10~15mm의 길이를 갖도록 형성됨으로써 상기 외장튜브(140)와 외부로 노출되는 단자튜브(160)가 적어도 10~15mm의 간격을 유지하도록 함으로써 전기적인 신뢰성을 높일 수 있다. 그러나, 상기 절연부재(190,190’)의 전체길이를 이에 한정하는 것은 아니며 전기적인 신뢰성을 높일 수 있다면 설계조건에 따라 적절한 길이로 가변될 수 있음을 밝혀둔다.
일 예로써, 상기 절연부재(190)는 도 1에 도시된 바와 같이 튜브형태로 이루어져 상기 단자튜브(160)의 일부를 감싸도록 구비될 수 있으며, 상기 단자튜브(160)와 더불어 상기 외장튜브(140)의 일부를 동시에 감싸도록 구비될 수 있다.
다른 예로써, 상기 절연부재(190')는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 외장튜브(140)의 일부 및 단자튜브(160)의 일부를 동시에 감싸는 몰딩체일 수 있다. 한편, 상기 절연부재(190')가 몰딩체로 형성되는 경우 상기 절연층(120)은 상기 절연부재(190')와의 접합력을 향상시키기 위하여 표면처리가 수행될 수 있다. 일례로, 상기 절연층(120)은 상기 절연부재(190')와 접촉되는 부분에 표면처리를 통하여 공지의 하도(프라이머)층(131)이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 발열체(100)는 길이중간이 적어도 1회 이상 접이되어 반대면이 서로 접촉되도록 적층된 형태일 수 있다.
일례로, 상기 발열체(100)는 도 13에 도시된 바와 같이 전체길이 중 일부의 길이가 적어도 1회 이상 접이되어 적층된 형태로 구성될 수 있으며, 층과 층 사이에 유체가 통과하는 통로(183)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 발열체(100)는 반대면이 서로 접촉되도록 길이중간이 적어도 1회 이상 접이되어 양측의 단자튜브(160)가 서로 동일한 방향을 향하도록 구성될 수 있으며, 발열체(100)의 상부측 골부(182)와 하부측 산부(181)가 서로 접촉되어 유체가 통과할 수 있는 통로(183)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 도 13에 도시된 형태의 발열체(100)를 이용하여 히터유닛을 구현하는 경우 발열체(100)의 사용개수를 줄일 수 있음으로써 조립공정을 간소화시킬 수 있다.
일례로, 도 15에 도시된 바와 같이 발열체(100)가 12층으로 적층된 형태로 구성되는 경우 도 13에 도시된 3개의 발열체(100)를 사용하여 발열체(100)가 12층으로 적층된 형태로 구현될 수 있다.
한편, 상술한 발열체(100)는 복수 개가 서로 평행하게 배열되고, 양단부가 프레임(220)에 고정됨으로써 유체를 가열하기 위한 히터유닛(200)으로 구현될 수 있다.
보다 구체적으로 도 14에 도시된 바와 같이 상기 히터유닛(200)은 복수 개의 발열유닛(210) 및 발열유닛(210)을 둘러싸도록 배치되는 프레임(220)을 포함할 수 있다.
상기 발열유닛(210)은 복수 개의 발열체(100)와 지지체(100',100'')를 포함할 수 있으며, 상기 발열체(100)는 전술한 내용이 모두 적용될 수 있다.
또한, 상기 발열체(100)는 복수 개가 프레임(220)의 높이방향을 따라 배열될 수 있으며, 두 개의 발열체(100) 사이에는 발열체(100)를 지지하기 위한 지지체(100',100'')가 각각 배치될 수 있다.
일례로, 상기 지지체(100',100'')는 프레임(220)의 높이 방향을 따라 배열되는 복수 개의 발열체(100)를 각각 지지할 수 있도록 발열체(100)의 상측과 하측 중 적어도 어느 일측에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 지지체(100',100'')와 발열체(100) 사이에는 유체가 통과할 수 있는 통로(183)가 형성될 수 있으며, 상기 통로(183)는 상기 발열체(100)에 형성되는 패턴(180)을 통해 형성된 공간일 수 있다.
이에 따라, 유체가 상기 패턴(180)을 통과하면서 상기 발열체(100)와의 열교환을 통해 승온됨으로써 난방을 수행하거나 온수를 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 히터유닛에서 상기 발열체(100)를 통해 승온되는 유체는 상기 통로(183)를 통과하는 과정에서 상기 발열체(100)를 통해 직접 가열됨으로써 빠르게 승온될 수 있다.
더불어, 상기 통로(183)가 패턴(180)을 통해 발열체의 길이방향을 따라 반복적으로 형성됨으로써 상기 통로(183)를 통과하는 유체와의 접촉면적 및 가열면적이 증가함으로써 열교환면적을 넓혀 큰 발열량을 확보할 수 있다. 이때, 상기 지지체(100',100'')는 발열체(100)를 단순히 지지하는 역할을 수행할 수도 있지만, 다른 기능이 부가될 수 있다.
일례로, 상기 지지체(100')는 열전도도가 우수한 재질로 이루어져 발열체(100)에서 전달된 열을 빠르게 분산시키는 역할을 수행함으로써 열교환 효율을 높일 수 있다.
이를 위해, 상기 지지체(100')는 판상의 금속시트일 수 있으며, 상기 금속시트는 구리 또는 알루미늄일 수 있다.
다른 예로써, 상기 지지체(100'')는 발열체(100)를 지지하는 역할과 더불어 전류 인가 시 열을 발생시키는 발열원으로의 역할을 수행할 수도 있다.
이를 위해, 상기 지지체(100'')는 제1발열원(110)에 대응되는 제2발열원을 포함할 수 있으며, 상기 지지체(100'')는 도 7의 (a) 내지 도 7의 (d)에 도시된 발열체(100)와 같은 구조로 형성될 수 있다.
상기 지지체(100'')는 발열체(100)와 더불어 지지체(100'')의 제2발열원이 히터유닛(200)을 통과하는 공기를 직접 가열하여 난방효과를 더욱 높일 수 있으며, 지지체(100'')가 제2발열원과 더불어 외장튜브와 같은 외장재를 포함하는 경우 외장재를 통해 제2발열원에서 전달된 열을 빠르게 분산시킴으로써 열교환 효율을 높일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 히터유닛은 전술한 실시예에서 지지체(100',100'')가 생략된 구조일 수도 있다.
일례로, 도 15에 도시된 바와 같이 히터유닛(200')은 도 13에 도시된 발열체(100) 3개를 사용하여 12층으로 적층된 형태로 구성되어 프레임(220)에 장착될 수 있으며, 층과 층 사이에 유체가 통과하는 통로(183)가 형성될 수 있다.
다른 예로, 본 발명에 따른 히터유닛(200'')은 상술한 발열체(100)가 복수 회 권선된 형태로 구현될 수도 있으며, 상기 히터유닛(200'')은 도 16에 도시된 바와 같이 상술한 발열체(100)가 중심점을 기준으로 복수 회 권선된 형태일 수 있다.
이때, 상기 발열체(100)는 반대면이 서로 접촉되도록 권선될 수 있으며, 발열체(100)의 일면에 형성되는 골부(182)와 타면에 형성되는 산부(181)가 서로 접촉되어 유체가 통과할 수 있는 복수 개의 통로(183)가 형성될 수 있다. 이를 통해, 유체가 상기 복수 개의 통로(183)를 통과하는 과정에서 가열되는 형태일 수 있다.
한편, 상기 히터유닛(200,200')은 발열유닛(210)과 전기적으로 연결되는 전류차단부(230)를 더 포함할 수 있으며, 전류차단부(230)는 직렬소자(231)를 통해 발열유닛(210)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 전류차단부(230)는 PTC소자가 사용될 수 있으며 발열유닛(210)의 온도가 일정온도 이상일 경우 상기 PTC소자를 통해 발열유닛(210)에 인가되는 전류를 차단시켜줌으로써 안전성을 높일 수 있다.
여기서 도면 상에 상기 전류차단부(230)가 프레임(220)의 외측에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 프레임(220)의 내부 일측에 공간을 마련하여 전류차단부(230)를 설치함으로서 히터유닛(200,200')의 설치공간을 감소시켜줄 수 있다.
상술한 발열체(100) 및 히터유닛(200,200')은 차량의 공조장치 측에 설치되어 상기 공조장치 측으로 흡입된 공기를 가열하기 위한 차량용 공조히터에 적용될 수도 있다. 더불어, 상술한 발열체(100) 및 히터유닛(200')은 물을 가열하여 온수를 생산함으로써 온수 자체를 이용하거나 난방용 온수를 생산하는 보일러 등과 같은 난방장치에 적용될 수도 있음을 밝혀둔다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 발열체 100': 지지체
110 : 제1발열원 120 : 절연층
121 : 코팅층 122 : 필름부재
130 : 접착층 140 : 외장튜브
160 : 단자튜브 180 : 패턴
181 : 산부 182 : 골부
190,190' : 절연부재 200,200',200'' : 히터유닛
210 : 발열유닛 220 : 프레임
230 : 전류차단부

Claims (19)

  1. 금속재질로 이루어지고 내부가 빈 판상으로 형성되는 외장튜브;
    도전성부재로 이루어져 상기 외장튜브의 내부에 배치되고, 전원 인가 시 발열하는 발열원; 및
    외부 전원이 인가될 수 있도록 금속재질로 이루어지고, 상기 발열원의 단부 측을 일정길이 감싸면서 일부의 길이가 상기 외장튜브의 외측으로 각각 돌출되도록 상기 발열원의 양단부측에 각각 구비되는 한 쌍의 단자튜브;를 포함하는 발열체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발열체는 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 패턴을 포함하고, 상기 패턴은 상기 단자튜브와 외장튜브가 중첩되는 영역을 포함하도록 형성되는 발열체.
  3. 제 1항에 있어서,
    서로 대면하는 상기 외장튜브의 내면 및 발열원의 일면 사이, 상기 외장튜브의 내면 및 단자튜브의 외면 사이에는 절연층이 개재되는 발열체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 발열체는, 상기 외장튜브의 단부와 상기 단자튜브의 단부를 동시에 감싸도록 상기 외장튜브의 양 단부측에 각각 구비되는 절연부재를 포함하는 발열체.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 절연부재는 10 내지 15mm의 길이를 갖도록 형성되는 발열체.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 외장튜브는 상기 발열원이 내부에 삽입된 상태에서 가압을 통해 판상으로 형성된 것인 발열체.
  7. 복수 개의 발열유닛; 및
    상기 복수 개의 발열유닛을 둘러싸도록 배치되는 프레임;
    을 포함하며,
    상기 복수 개의 발열유닛 각각은,
    발열체; 및
    상기 발열체를 지지할 수 있도록 상기 발열체의 상측과 하측 중 적어도 어느 일측에 배치되는 적어도 하나의 지지체를 포함하며,
    상기 발열체는 청구항 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 발열체인 히터유닛.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 히터유닛은 상기 복수 개의 발열유닛과 전기적으로 연결되는 전류차단부를 더 포함하고, 상기 전류차단부는 상기 발열유닛의 온도가 일정온도 이상이면 상기 발열유닛에 인가되는 전류를 차단하는 히터유닛.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 지지체는 판상의 금속시트인 히터유닛.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 지지체는,
    상기 발열체를 지지하는 역할과 발열원의 역할을 겸할 수 있도록 전원 인가시 열을 발생시키는 발열원을 포함하는 히터유닛.
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