KR102306514B1 - Ptc 소자를 포함하는 차량용 히터 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차 또는 수소자동차 등 친환경 자동차에 사용되는 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 히터로드; 그리고 상기 히터로드의 외부에 장착되는 히터핀으로 구성되되, 상기 히터로드는 전기를 인가하면 발열하는 PTC 소자와, 상기 PTC 소자를 수용하기 위한 홀을 구비하는 PTC 소자가이드와, 상기 PTC 소자가이드에 수용된 상기 PTC 소자에 접촉되게 형성되는 전극 플레이트들과, 상기 PTC 소자가이드에 수용된 상기 PTC 소자와 상기 전극 플레이트들을 내부에 수용하도록, 서로 결합하여 상기 히터로드의 외형을 구성하는 상판 히터플레이트 및 하판 히터플레이트와, 상기 상판 히터플레이트 및 상기 하판 히터플레이트의 내부 표면에 코팅되는 열증폭 발열층으로 구성되는 것이 특징인 발명이다.

Description

PTC 소자를 포함하는 차량용 히터 및 그의 제조방법{car heater including PTC element and method thereof}

본 발명은 전기자동차 또는 수소자동차 등 친환경 자동차에 사용되는 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

내연기관을 이용하는 차량에는 실내의 난방이나 유리의 제습, 성에 제거를 위해 엔진에서 발생하는 열에너지를 이용하는 난방장치가 설치되어 있다. 하지만 전기자동차 또는 수소자동차는 내연기관이 없어 에너지 저장장치에 저장된 에너지를 이용하여 차량 난방을 하고 있다.

전기자동차 또는 수소자동차는 차내 난방을 위하여 일정 온도에 도달 시 저항이 높아져 전류가 흐르지 않아 과열에 의한 화재를 방지할 수 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터를 주로 사용하고 있다.

그러나, 전기자동차용 PTC 히터를 켜고 주행 시 히터의 에너지 소모가 커서 주행거리가 40% 이상 줄어드는 단점이 있다.

일반적인 전기자동차용 PTC 히터는 전기를 인가하면 발열하는 PTC 소자와 PTC 소자를 포함하는 독립된 다수의 히터로드와 공기가 지나갈 때 공기의 온도를 높일 수 있는 히터로드와 연결된 히터핀으로 구성되어 있다.

전기자동차용 PTC 소자가 내장된 히터로드를 제작할 때 전극 연결작업, 방수, 방진을 위한 씰링, 전기 절연 작업이 필요한데 이때 분리된 각각의 히터로드와 히터핀을 부착하는 제조 작업은 절차가 복잡하고 비용이 많이 발생하며 불량률이 높은 문제점이 있다.

또한 히터핀의 두께가 일반적으로 30mm 이하로 제작되어 히터로드에 의하여 뜨거워진 히터핀 사이로 빠르게 공기가 지나갈 때 히터핀과 접촉하는 공기의 접촉시간이 짧아 목표로 하는 공기의 온도를 얻기 위해서는 더 높은 히터온도가 요구되며 이때 더 많은 에너지를 필요로 하여 에너지가 더 많이 소모되는 문제점이 있다.

도 6은 종래의 발명에 따른 전기자동차용 PTC 히터를 나타낸 도면으로, 종래의 전기자동차용 PTC 히터는 종방향으로 배열된 다수의 히터로드와 히터핀으로 구성되어 있어 열전달 효율이 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 내부에 열증폭 코팅을 진행하여 전기 에너지 절감이 가능한 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 제조 시 작업 절차가 간단하여 원가를 절감할 수 있으며 자동화가 가능하도록 해주는 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터 및 그의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 공기와 히터핀의 접촉 시간을 길게 함으로써 낮은 전기에너지를 이용하더라도 높은 공기 온도를 얻을 수 있도록 해주는 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터 및 그의 제조방법을 제공하는데 또다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터의 특징은, 히터로드; 그리고 상기 히터로드의 외부에 장착되는 히터핀으로 구성되되, 상기 히터로드는 전기를 인가하면 발열하는 PTC 소자와, 상기 PTC 소자를 수용하기 위한 홀을 구비하는 PTC 소자가이드와, 상기 PTC 소자가이드에 수용된 상기 PTC 소자에 접촉되게 형성되는 전극 플레이트들과, 상기 PTC 소자가이드에 수용된 상기 PTC 소자와 상기 전극 플레이트들을 내부에 수용하도록, 서로 결합하여 상기 히터로드의 외형을 구성하는 상판 히터플레이트 및 하판 히터플레이트와, 상기 상판 히터플레이트 및 상기 하판 히터플레이트의 내부 표면에 코팅되는 열증폭 발열층으로 구성되는 것이다.

바람직하게, 상기 열증폭 발열층은 Al2O3 10~40중량%. CaO 10~40중량%, MgO 10~40중량%, Fe2O3 10~40중량%, SiO2 10~40중량%, 그리고 SiC 10~40중량%의 비금속재료와, Cr 0.2~10중량%, Ni 0.2~10중량%, Cu 0.2~10중량%, Mo 0.2~10중량%, Nb 0.2~10중량%, 그리고 Zr 0.2~10중량%의 금속재료로 이루어지는 발열제를 코팅하여 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 PTC 소자가이드는 상기 PTC 소자의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.

바람직하게, 상기 히터핀은 공기와의 접촉 면적이 크도록 요철 형상의 굴곡을 가질 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터의 제조 방법의 특징은, 히터로드를 제작하는 단계; 그리고 상기 히터로드의 외부에 히터핀을 장착하는 단계로 이루어지되, 상기 히터로드를 제작하는 단계는, 상판 히터플레이트와 하판 히터플레이트를 준비하는 단계와, 상기 상판 히터플레이트와 상기 하판 히터플레이트의 내부 표면에 열증폭 발열층을 각각 코팅하는 단계와, 상기 하판 히터플레이트에 음극의 전극플레이트를 장착하는 단계와, 상기 음극의 전극플레이트 상에 홀을 구비하는 PTC 소자 가이드를 장착하는 단계와, 상기 PTC 소자 가이드의 홀에 수용되게 PTC 소자를 장착하는 단계와, 상기 PTC 소자에 전기적으로 연결되게 양극의 전극플레이트를 장착하는 단계와, 상기 하판 히터플레이트에 상기 상판 히터플레이트를 결합하는 단계와, 상기 하판 히터플레이트와 상기 상판 히터플레이트를 씰링하는 단계로 이루어지는 것이다.

본 발명에 따르면 전기를 인가하였을 때 발열체의 열이 열증폭 발열층에 의해 더욱 증폭되기 때문에 전기를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 다수의 종방향으로 배열 구비된 PTC 소자가이드의 홀에 PTC 소자가 수용하는 형태로 장착되기 때문에 진동으로부터 PTC 소자의 이탈을 방지할 수 있다.

또한 상판과 하판 히터플레이트에 부착되는 히터핀의 형상을 공기와의 접촉이 많도록 굴곡지게 형성함으로써 열효율이 뛰어나고 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 1의 본 발명의 실시 예에 따른 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터를 개략적으로 나타낸 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 플로우차트이고,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 전면도이고,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전극 플레이트의 형상을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 히터핀의 설치 형상을 나타낸 도면이고,
도 6은 종래의 발명에 따른 전기자동차용 PTC 히터를 나타낸 도면이다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터 및 그의 제조방법의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.

도 1의 발명의 실시 예에 따른 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3은 발명의 실시 예에 따른 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 전면도이고, 도 4는 발명의 실시 예에 따른 전극 플레이트의 형상을 나타낸 도면이고, 도 5는 발명의 실시 예에 따른 히터핀의 설치 형상을 나타낸 도면이다.

도 1, 3 내지 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히터는 히터로드와 히터핀으로 구성된다.

히터핀(105)은 히터로드의 외부에 장착되는 것으로, 특히 히터로드의 외형을 구성하는 히터플레이트(104,108)의 외부에 부착된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 히터핀(105)은 히터플레이트(104,108)의 외부에 접착제를 사용하여 부착되거나 용접에 의해 부착된다. 히터핀(105)은 차가운 외부 공기 또는 순환된 차량 내부 공기의 온도를 높여 차량 내부에 따뜻한 공기를 전달할 수 있도록 공기의 흐름 방향으로 공간이 형성되는 것이 바람직하다.

히터핀(105)은 공기의 흐름을 늦출 수 있는 구조인 것이 바람직하다. 그에 따라 히터핀(105)은 공기와의 접촉 면적이 크도록 요철 형상의 굴곡을 가진다.

히터로드는 PTC 소자(101)와 PTC 소자가이드(106)와 전극 플레이트들(102,107)과 히터플레이트들(104,108)과 열증폭 발열층(103)으로 구성된다.

PTC 소자(101)는 전기를 인가하면 발열하는 발열체이다.

PTC 소자가이드(106)는 PTC 소자(101)의 이탈을 방지하기 위한 것으로, PTC 소자(101)를 수용하기 위한 홀을 구비한다. 그에 따라, PTC 소자(101)는 PTC 소자가이드(106)에 구비되는 홀에 삽입된다.

PTC 소자가이드(106)는 PTC 소자(101)와 동일한 두께이거나 PTC 소자(101) 보다 얇은 두께는 가지는 것이 바람직하다. PTC 소자가이드(106)의 재질은 섭씨 200도 이상의 고온에 견딜 수 있고 전기가 통하지 않은 테프론, 엔지니어링 플라스틱, PC 계열을 사용하는 것이 바람직하다.

전극 플레이트들(102,107)은 음극 전극플레이트(102)와 양극 전극플레이트(107)로 구성되며, PTC 소자(101)에 전기를 인가하기 위하여 PTC 소자가이드(106)에 수용된 PTC 소자(101)에 접촉되게 장착된다. 특히, 전극 플레이트들(102,107)는 PTC 소자(101)에 접촉 가능하도록 판형으로 형성되는 것이 바람직하다. 전극 플레이트들(102,107)은 고온의 전도성 접착제를 사용하여 PTC 소자(101)에 접착시킨다. 그럼으로써, 진동이 발생해도 전극 플레이트들(102,107)이 떨어지지 않는다. 이는 진동이 발생해도 전극 플레이트들(102,107)이 PTC 소자(101)에서 떨어지지 않아야 PTC 소자(101)로 전기 공급이 끊어지지 않기 때문이다.

도 4에 도시된 바와 같이, PTC 소자(101)에 전기를 공급하기 위한 음극 전극플레이트(102)를 PTC 소자(101)의 전면에 접착시키고, 양극 전극플레이트(107)를 PTC 소자(101)의 후면에 접착시킨다. 한편, 히터로드를 어떻게 구성하느냐에 따라 음극 전극플레이트(102)를 PTC 소자(101)의 후면에 접착시키고, 양극 전극플레이트(107)를 PTC 소자(101)의 전면에 접착시킬 수 있다.

추가 예로, 본 발명에 따른 히터로드는 온도과열센서(미도시)를 더 구비할 수 있으며, 온도과열센서에 의해 감지된 신호에 따라 전극 플레이트들(102,107)을 통해 PTC 소자(101)로 공급되는 전기를 일부 차단하여 차량용 히터의 온도를 낮출 수도 있다.

한편, 전극 플레이트들(102,107)의 일부분은 히터로드의 외부로 노출되게 형성된다. 그 노출 부위는 배터리로부터 전기를 공급받기 위한 단자에 해당할 수 있다. 전극 플레이트들(102,107)의 형상은 전원공급회로의 구성에 따라 일체형 또는 분리형으로 구성될 수 있다.

히터플레이트들(104,108)은 상판 히터플레이트(108)와 하판 히터플레이트(104)로 구성되며, 그들은 전기 인가 시 발열하는 PTC 소자(101)를 보호하고 히터로드의 외형을 구성한다. 보다 상세하게, 상판 히터플레이트(108)와 하판 히터플레이트(104)는 PTC 소자가이드(106)에 수용된 PTC 소자(101)와 전극 플레이트들(102,107)을 내부에 수용하도록, 서로 결합하여 히터로드의 외형을 구성한다.

열증폭 발열층(103)은 상판 히터플레이트(108)와 하판 히터플레이트(104)의 내부 표면에 코팅되는 것으로, 열에너지를 받으면 열증폭되는 발열제를 코팅하여 형성된다.

열증폭 발열층(103)은 비금속재료와 금속재료로 이루어지는 발열제를 코팅하여 형성된다. 보다 상세하게는, Al2O3 10~40중량%. CaO 10~40중량%, MgO 10~40중량%, Fe2O3 10~40중량%, SiO2 10~40중량%, 그리고 SiC 10~40중량%의 비금속재료와, Cr 0.2~10중량%, Ni 0.2~10중량%, Cu 0.2~10중량%, Mo 0.2~10중량%, Nb 0.2~10중량%, 그리고 Zr 0.2~10중량%의 금속재료로 이루어지는 발열제를 코팅하여 열증폭 발열층(103)이 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 히터플레이트들(104,108)의 내측 표면에 열증폭 발열층(103)을 코팅한다. 이후에 다수 개의 홀을 가지는 PTC 소자가이드(106)를 히터 용량에 맞춰 세로방향으로 배열하고, PTC 소자(101)를 PTC 소자가이드(106)의 홀에 삽입시킨다.

이와 같이, 본 발명에서는 PTC 소자가이드(106)의 홀에 PTC 소자(101)를 삽입시키는 방식으로 장착할 수 있고, 히터 용량에 따라 PTC 소자가이드(106)의 홀에 삽입시킬 PTC 소자(101)의 개수를 조절할 수 있기 때문에, 작업이 간단하고 원가를 줄일 수 있다.

종래와 비교하면, 종래의 전기자동차 PTC 히터는 히터로드 안에 PTC 소자를 장착하고, 이를 히터핀과 연결하는 과정을 반복하여 제조하였다. 그에 따라, 작업 절차가 복잡하고 자동화가 어려웠다.

도 2는 발명의 실시 예에 따른 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 플로우차트이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 히터의 제조 방법은 크게 히터로드를 제작하는 단계와, 히터로드의 외부에 히터핀을 장착하는 단계로 이루어진다.

히터로드를 제작하는 단계는 아래와 같다.

PTC 소자(101)을 보호하고 히터로드의 외형을 구성하는 상판 히터플레이트(108)와 하판 히터플레이트(104)를 준비한다.

이어, 상판 히터플레이트(108)와 하판 히터플레이트(104)의 내부 표면에 열에너지를 받으면 열증폭 성능을 가지는 열증폭 발열층(108)을 각각 코팅한다.

이어, PTC 소자(101)에 전기를 인가하기 위하여, 하판 히터플레이트(104)에 음극의 전극플레이트(102)를 장착한다.

이어, 음극의 전극플레이트(102) 상에 다수 개의 홀을 구비하는 PTC 소자 가이드(106)를 장착한다.

이어, PTC 소자(101)의 이탈 방지를 위하여 PTC 소자가이드(106)의 다수 홀에 수용되게 PTC 소자(101)를 장착한다. 여기서, PTC 소자(101)는 음극의 전극플레이트(102)에 전기적으로 연결되게 고온의 전도성 접착제를 사용하여 접착된다.

또한, PTC 소자(101)에 전기적으로 연결되게 양극의 전극플레이트(107)를 장착한다. 이때도, 고온의 전도성 접착제를 사용하여 양극의 전극플레이트(107)를 PTC 소자(101)에 접착시킨다.

한편, 전술된 전극플레이트들(102,107)은 PTC 소자가이드(106)의 다수 홀에 장착된 다수의 PTC 소자(101)와 접촉 가능하도록 판형으로 구성되며, 음극 전극플레이트(102)와 양극 전극플레이트(107)의 형상은 동일 또는 비슷한 형상을 가지는 것이 바람직하며, 음극 전극플레이트(102)와 양극 전극플레이트(107)의 제조상 장착 순서는 서로 바뀔 수 있다.

이어, 하판 히터플레이트(104)에 상판 히터플레이트(108)를 결합하고, 하판 히터플레이트(104)와 상판 히터플레이트(108)를 씰링하여 히터로드의 외형을 완성한다. 하판 히터플레이트(104)와 상판 히터플레이트(108)을 씰링할 때는 고무 계열의 오링 또는 고온 접착제 또는 용접 방법을 사용한다.

상기와 같이 히터로드가 완성된 후에, 상판 히터플레이트(108)와 하판 히터플레이트(104)의 외부에 히터핀(105)을 부착한다. 히터핀의 부착 방법은 볼트, 접착제 또는 용접 방법을 사용할 수 있다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.

그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

101: PTC 소자 102 : 음극 전극플레이트
103: 열증폭 발열층 104: 하판 히터플레이트
105: 히터핀 106: PTC 소자가이드
107 : 양극 전극플레이트 108 : 상판 히터플레이트

Claims (6)

1. 히터로드; 그리고
   상기 히터로드의 외부에 장착되는 히터핀으로 구성되되,
   상기 히터로드는,
   전기를 인가하면 발열하는 PTC 소자와,
   상기 PTC 소자를 수용하기 위한 홀을 구비하는 PTC 소자가이드와,
   상기 PTC 소자가이드에 수용된 상기 PTC 소자에 접촉되게 형성되는 전극 플레이트들과,
   상기 PTC 소자가이드에 수용된 상기 PTC 소자와 상기 전극 플레이트들을 내부에 수용하도록, 서로 결합하여 상기 히터로드의 외형을 구성하는 상판 히터플레이트 및 하판 히터플레이트와,
   상기 상판 히터플레이트 및 상기 하판 히터플레이트의 내부 표면에 코팅되는 열증폭 발열층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 PTC 소자를 포함하되,
   상기 열증폭 발열층은,
   Al2O3 10~40중량%. CaO 10~40중량%, MgO 10~40중량%, Fe2O3 10~40중량%, SiO2 10~40중량%, 그리고 SiC 10~40중량%의 비금속재료와,
   Cr 0.2~10중량%, Ni 0.2~10중량%, Cu 0.2~10중량%, Mo 0.2~10중량%, Nb 0.2~10중량%, 그리고 Zr 0.2~10중량%의 금속재료로 이루어지는 발열제를 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 PTC 소자가이드는,
   상기 PTC 소자의 두께보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 히터핀은,
   공기와의 접촉 면적이 크도록 요철 형상의 굴곡을 가지는 것을 특징으로 하는 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터.
5. 히터로드를 제작하는 단계; 그리고
   상기 히터로드의 외부에 히터핀을 장착하는 단계로 이루어지되,
   상기 히터로드를 제작하는 단계는,
   상판 히터플레이트와 하판 히터플레이트를 준비하는 단계와,
   상기 상판 히터플레이트와 상기 하판 히터플레이트의 내부 표면에 열증폭 발열층을 각각 코팅하는 단계와,
   상기 하판 히터플레이트에 음극의 전극플레이트를 장착하는 단계와,
   상기 음극의 전극플레이트 상에 홀을 구비하는 PTC 소자 가이드를 장착하는 단계와,
   상기 PTC 소자 가이드의 홀에 수용되게 PTC 소자를 장착하는 단계와,
   상기 PTC 소자에 전기적으로 연결되게 양극의 전극플레이트를 장착하는 단계와,
   상기 하판 히터플레이트에 상기 상판 히터플레이트를 결합하는 단계와,
   상기 하판 히터플레이트와 상기 상판 히터플레이트를 씰링하는 단계로 이루어지되,
   상기 열증폭 발열층을 코팅하는 단계는,
   Al2O3 10~40중량%. CaO 10~40중량%, MgO 10~40중량%, Fe2O3 10~40중량%, SiO2 10~40중량%, 그리고 SiC 10~40중량%의 비금속재료와,
   Cr 0.2~10중량%, Ni 0.2~10중량%, Cu 0.2~10중량%, Mo 0.2~10중량%, Nb 0.2~10중량%, 그리고 Zr 0.2~10중량%의 금속재료로 이루어지는 발열제를 코팅하는 것을 특징으로 하는 PTC 소자를 포함하는 차량용 히터 제조방법.
6. 삭제

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