KR102434587B1 - 차량용 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 히터에 관한 것으로서, 발열하는 열원부; 판 형태로 형성되어 상기 열원부의 일측면과 면접촉되는 제1발열영역과, 적어도 하나 이상의 제1관통홀이 형성된 제1공기유동영역을 포함하되, 상기 제1공기유동영역에서 상기 제1관통홀이 이루는 면적이 상기 제1발열영역에서 멀어질수록 크게 형성되는 제1방열판;을 포함하여 이루어져, 고온 영역대의 열을 충분히 공기중으로 전달할 수 있으며 저온 영역 대에서는 공기가 충분히 통과할 수 있어, 기존 제품과 동등한 수준의 풍량을 유지하는 동시에 방열 효율을 높여 방열 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 히터에 관한 것이다.

Description

차량용 히터 {A HEATER FOR VEHICLES}
본 발명은 차량용 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 판 형태로 형성된 한 쌍의 방열부와 그 사이에 개재된 열원부를 포함하되, 열원부에서 거리가 멀어질수록 상기 방열부의 방열면적이 점차 줄어들고 공기가 유동되는 홀의 크기가 커지도록 형성됨으로써, 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 히터에 관한 것이다.
가열수단은 외부의 온도를 높이기 위해 이용되는 것으로서, 다양한 방법을 이용한 수단이 제안된 바 있으며, 또한 다양한 용도로 이용되고 있다.
특히, 차량 엔진룸 내부에 구비되는 가열수단 중, 실내 난방을 담당하는 가열수단은 엔진의 온도를 낮추기 위한 열교환매체가 히터코어를 순환하면서 외부 공기를 가열하여 자동차 실내를 난방하도록 되어있다.
그러나 엔진 중에서 디젤엔진은 열교환율이 높아 자동차의 초기 시동 시, 엔진을 냉각하는 열교환매체가 가열되기까지 가솔린엔진에 비하여 오래 소요된다.
따라서 겨울철에 디젤엔진이 구비된 차량은 초기 시동 후에 열교환매체의 가열이 늦어지게 되어 초기 실내 난방 성능이 저하되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 수단을 이용하여 실내 측으로 송풍되는 공기를 직접 가열하는 형태의 차량용 공기 가열식 히터가 제안된 바 있다.
그러나 상기 공기 가열식 히터는 공기를 직접 가열하여 난방 성능을 보다 높일 수 있는 장점이 있으나, 소형화 및 고효율화의 추세에 따라 엔진룸 내부에 충분한 공간을 확보하기 어려운 상황에서 히터의 크기만큼의 공간을 차지하게 되어 소형화를 방해하는 원인이 될 수 있다.
특히, 니크롬선을 이용한 카트리지 히터의 경우에는 온도를 제어하는 것이 어렵고, 히터쪽으로 공기가 송풍되지 않을 경우 과열될 우려가 있으며, 또한 고전압에 따른 절연 문제가 발생할 수 있고, 화재의 위험성을 갖고 있는 문제점이 있다.
한편, 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 히터를 이용한 차량용 공조 장치가 일본공개특허 2009-255739호에 제안된 바 있으며, 종래의 PTC 히터를 도 1에 도시하였다.
도 1을 참조하면, 공기의 흐름방향을 화살표로 표시하였으며, 도 1에 도시한 PTC 히터는 PTC소자로 이루어진 열원부(11)와, 상기 열원부(11)와 접촉하면서 열을 효과적으로 방출하기 위한 방열부(12)와, 열원부(11) 및 방열부(12)를 감싸서 보호하는 하우징(20)으로 이루어진다.
통상적으로 도 1의 방열부(12)는 방열핀이 될 수 있고, 방열핀은 코루게이트 핀(corrugated fin)이라 명명되며, 지그재그 형상으로 방열 면적을 늘리는 장점은 있으나 제조 및 조립과정이 복잡하고 부피와 중량이 크다는 단점이 있다.
아울러, 종래의 PTC 히터는 상세 구성에 일부 차이가 있을 수 있으나, 열원부가 공기 흐름방향과 나란하게 형성됨에 따라 열원부의 형성 면적은 발열 성능과 직접적인 영향을 끼치게 되며, 이에 따라 PTC 히터의 두께(공기 흐름방향)를 줄이는 데는 한계가 있다.
또한, PTC 히터는 방열 조건이 좋지 않을 경우에 전기적 문제가 발생될 수 있어 방열부를 형성해야하므로, 방열부 제조 및 조립 공정이 번거로울 뿐만 아니라, 방열이 효과적으로 이루어지지 않을 경우, PTC 히터 전체의 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
특히, PTC 히터는 PTC 소자에서 발생하는 열을 공기로 전달하는 과정에서, PTC 소자에서 발생한 열이 방열부를 통한 공기와의 접촉을 통해 전달되는데, 이에 따라 열의 발생 지점인 PTC 소자에서 거리가 멀어질수록 온도가 떨어지게 된다.
즉, 종래의 PTC 히터는 PTC 소자와의 거리에 상관없이 방열부가 대체로 균일한 형태로 형성되기 때문에 온도가 높은 구간이나 낮은 구간에서 동등한 수준의 열교환이 일어나 비효율적 열교환이 이루어진다.
이에 따라, 공기의 흐름을 원활히 하면서도 공기를 직접 가열하여 열교환 효율을 높여 난방 성능을 보다 향상시킬 수 있고, 소형화가 가능하며, 제조가 용이한 차량용 히터의 개발이 요구되고 있다.
일본공개특허 2009-255739 (발명의 명칭 : 차량용 공조 장치, 공개일 : 2009.11.05)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공기 흐름 방향에 수직하게 위치된 판 형태의 방열판, 상기 방열판과 적어도 일면이 접하도록 배치 결합된 열원부를 포함하되, 상기 열원부에서 거리가 멀어질수록 상기 방열부의 방열면적이 점차 줄어들고, 공기가 유동되는 홀의 크기가 커지도록 형성됨으로써, 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 히터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히터는, 발열하는 열원부(100); 및 판 형태로, 상기 열원부(100)의 일측면과 면접촉되는 제1발열영역(201)과, 적어도 하나 이상의 제1관통홀(210)이 형성된 제1공기유동영역(202)을 포함하되, 상기 제1공기유동영역(202)에서 상기 제1관통홀(210)이 이루는 면적이 상기 제1발열영역(201)에서 멀어질수록 크게 형성되는 제1방열판(200); 을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1관통홀(210)은, 폭 방향으로 상기 제1발열영역(201)에서 멀어질수록 크기가 점차 커지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1관통홀(210)은 폭 방향에 대해 특정한 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1관통홀(210)은, 서로 다른 크기의 홀이 복수개로 이루어지되, 폭 방향으로 상기 제1발열영역(201)에서 멀어질수록 크기가 큰 홀이 배치되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1관통홀(210)은, 제1-1관통홀(211), 상기 제1-1관통홀(211)보다 면적이 크게 형성된 제1-2관통홀(212)을 포함하고, 상기 제1발열영역(201)과 인접한 위치에 상기 제1-1관통홀(211)이 배치되며, 상기 제1-1관통홀(211)에서 폭방향으로 이격되어 제1-2관통홀(212)이 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1발열영역(201)을 중심으로 상기 제1-1관통홀(211) 및 제1-2관통홀(212)이 서로 대칭되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 열원부(100)는, 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 소자를 포함하는 발열 튜브일 수 있다. 즉, 열원부(100)는 전기에 의해 발열하는 소자를 포함하는 발열 튜브일 수 있다.
또한, 판 형태로, 상기 열원부(100)의 타측면과 면접촉되는 제2발열영역(301)과, 적어도 하나 이상의 제2관통홀(310)이 형성된 제2공기유동영역(302)을 포함하되, 상기 제2공기유동영역(302)에서 상기 제2관통홀(310)이 이루는 면적이 상기 제2발열영역(301)에서 멀어질수록 크게 형성되는 제2방열판(300)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제2관통홀(310)은, 폭 방향으로 상기 제1발열영역(201)에서 멀어질수록 크기가 점차 커지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2관통홀(310)은 폭 방향에 대해 특정한 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1관통홀(210) 및 제2관통홀(310)은 각각 폭 방향에 대해 특정한 각도로 경사지게 형성되되, 상기 제1관통홀(210) 및 제2관통홀(310)은 경사진 방향이 서로 반대로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1관통홀(210) 및 제2관통홀(310)은 서로 대응되는 형태로 형성되되, 공기 흐름방향으로 일정 영역 서로 겹쳐지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 열원부(100)는 전기에 의해 발열한다.
본 발명의 차량용 히터는 고온 영역대의 열을 충분히 공기중으로 전달하기 위해 피티씨 소자와 가까운 영역의 방열면적이 크게 형성되고, 저온 영역 대에서는 공기가 충분히 통과함으로써 동일한 공기측 압력 강하가 유지될 수 있도록 피티씨 소자와 먼 영역의 방열면적을 줄여 공기가 유동되는 홀의 면적이 증대되도록 함으로써, 기존 제품과 동등한 수준의 풍량을 유지하는 동시에 방열 효율을 높여 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히터는 방열판에 형성된 관통홀들이 방열핀으로서의 작용 및 효과를 지니며, 다양한 형상과 패턴으로 제조될 수 있어 최적화된 차량용 히터로서의 응용이 가능하며, 간단한 구조로 콤팩트한 패키징이 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래의 PTC 히터를 나타낸 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히터의 분해사시도 및 조립사시도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 차량용 히터에서 제1방열판의 다양한 실시예를 나타낸 평면도.
도 7은 제1방열판의 또 다른 실시예를 나타낸 분해사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히터에서 열원부를 나타낸 분해사시도.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히터의 분해사시도 및 조립사시도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 히터의 분해사시도.
이하, 본 발명에 따른 차량용 히터를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히터의 분해사시도 및 조립사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 차량용 히터(1000)는 유동되는 유체(공기)와 열교환되어 공기가 가열될 수 있도록 하는 수단으로서, 열원부(100) 및 제1방열판(200)을 포함하여 형성될 수 있다.
열원부(100)는 발열하는 수단으로서 다양하게 형성될 수 있다. 일례로, 열원부(100)는 발열 성능이 높으며 제조가 용이한 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 소자를 포함할 수 있다.
다음으로, 제1방열판(200)은 공기 유동방향과 수직하게 형성되는 판 형태로, 열원부(100)의 일측면과 면접촉되는 제1발열영역(201)과, 적어도 하나 이상의 제1관통홀(210)이 형성된 제1공기유동영역(202)을 포함한다.
이때, 제1방열판(200)은 상기 제1공기유동영역(202)에서 상기 제1관통홀(210)이 이루는 면적이 제1발열영역(201)에서 멀어질수록 크게 형성됨으로써, 공기측 압력강하를 낮추게 된다.
즉, 제1방열판(200)에서는 고온 영역 대의 열을 충분히 공기중으로 전달하기 위해 피티씨 소자가 위치한 열원부(100)와 가까운 영역의 방열면적이 크게 형성되며, 저온 영역 대에서는 공기가 충분히 통과함으로써 동일한 공기측 압력 강하가 유지될 수 있도록 피티씨 소자와 먼 영역의 방열면적을 줄여 공기가 유동되는 제1관통홀(210)의 면적이 증대되도록 한다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히터(1000)는 방열부 구조를 변경하여, 기존 제품과 동등한 수준의 풍량을 유지하는 동시에 방열 효율을 높여 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
도 4는 제1방열판(200)의 일 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 4를 참조하면, 제1방열판(200)에 형성된 제1관통홀(210)은 폭 방향으로 제1발열영역(201)에서 멀어질수록 크기가 점차 커지는 형태를 갖는다.
또한, 제1관통홀(210)은 폭 방향으로 제1발열영역(201)에서 멀어질수록 길이방향으로 경사지어 형성되는 빗살무늬 형태를 가질 수 있다.
도 5는 제1방열판(200)의 다른 실시예를 나타낸 평면도이다. 제1방열판(200)에서 제1관통홀(210)은 서로 다른 크기의 홀이 제1공기유동영역(202) 상에 복수개 형성되어 이루어지되, 폭 방향으로 제1발열영역(201)에서 멀어질수록 크기가 큰 홀이 배치된다.
이때, 복수개의 상기 제1관통홀(210)은 원 형태 또는 타원 형태일 수도 있으며, 이외에 다른 형태로도 얼마든지 변형 실시가 가능하다.
도 6은 제1방열판(200)의 또 다른 실시예를 나타낸 평면도이다. 제1방열판(200)의 제1관통홀(210)은 제1-1관통홀(211), 상기 제1-1관통홀(211)보다 면적이 크게 형성된 제1-2관통홀(212)을 포함하여 형성된다.
이때, 제1방열판(200)에는 제1발열영역(201)과 인접한 위치에 제1-1관통홀(211)이 배치되고, 제1-1관통홀(211)과 폭방향으로 일정거리 이격되어 제1-2관통홀(212)이 배치된다.
도 6에 도시된 제1방열판(200)은, 제1-1관통홀(211)이 삼각 형태를 가지며, 제1-2관통홀(212)이 대략 사다리꼴 형태를 가짐으로써, 폭 방향으로 제1발열영역(201)과 멀어질수록 방열면적은 줄어들고, 상대적으로 공기가 통과될 수 있는 면적이 늘어나게 된다.
아울러, 상기 제1방열판(200)은 상기 제1발열영역(201)을 중심으로, 제1-1관통홀(211) 및 제1-2관통홀(212)이 서로 대칭되도록 배치될 수 있다.
도 7은 제1방열판(200)의 또 다른 실시예를 나타낸 분해사시도이다.
도 7을 참조하면, 제1방열판(200)은 제1-1관통홀(211) 및 제1-2관통홀(212)로 이루어진다. 이때, 제1-1관통홀(211)은 대략 직사각 형태를 갖되, 제1-1관통홀(211) 부분에서 제1방열판(200)에 연결되어 있는 형태로 제1방열판(200)이 절개 및 절곡되어 루버(220)로 형성될 수 있다. 그리하여 제1방열판(200)의 제1발열영역(201)으로부터 먼쪽보다 가까운쪽인 제1-1관통홀(211) 및 루버(220)가 형성된 부분에서 방열 면적이 상대적으로 크게 형성될 수 있다.
한편, 도 8에는 열원부(100)의 일 실시예에 따른 분해사시도가 도시되어 있는데, 열원부(100)는 관 형태로 형성된 절연재질의 발열튜브(130)와, 상기 발열튜브(130) 내부에 구비되며 폭방향으로 다수개의 안착홀이 형성된 가이드판(120)과, 상기 가이드판(120)의 안착홀에 구비되는 피티씨 소자와, 상기 발열튜브(130) 내부의 가이드판(120) 양측에 배치되는 양극판(141) 및 음극판(142)을 포함하여 형성될 수 있다.
이때, 열원부(100)는 제1방열판(200)의 제1발열영역(201)에 고정될 수 있도록 별도의 결합돌기가 더 형성될 수도 있고, 접착제가 이용될 수도 있으며, 별물의 결합부재가 더 구비될 수도 있다.
다른 실시예로, 도 9 내지 도 10에 도시된 차량용 히터(1000)는 열원부(100), 제1방열판(200) 및 제2방열판(300)을 포함한다.
상기 열원부(100) 및 제1방열판(200)의 구성 및 특징은 상술한 바와 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.
제2방열판(300)은 제1방열판(200)과 마찬가지로 판 형태로 형성되며, 열원부(100)의 타측면과 면접촉되는 제2발열영역(301)과, 적어도 하나 이상의 제2관통홀(310)이 형성된 제2공기유동영역(302)을 포함하되, 제2공기유동영역(302)에서 제2관통홀(310)이 이루는 면적이 제2발열영역(301)에서 멀어질수록 크게 형성된다.
도 9에 도시된 것처럼, 제1관통홀(210) 및 제2관통홀(310)은 폭 방향으로 제1발열영역(201)에서 멀어질수록 크기가 점차 커지는 형태를 갖는다.
또한, 제1관통홀(210) 및 제2관통홀(310)은 폭 방향으로 제1발열영역(201)에서 멀어질수록 길이방향으로 경사지어 형성되는 빗살무늬 형태를 가질수 있다.
이때, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 차량용 히터(1000)는 상기 제1관통홀(210) 및 제2관통홀(310)의 경사지는 방향이 서로 반대되도록, 상기 제1방열판(200) 및 제2방열판(300)이 조립될 수 있다.
이를 통해, 제1방열판(200)의 제1관통홀(210)을 통과한 공기 중 일부는 상기 제2방열판(300)의 제2관통홀(310)을 통해 직접 배출되며, 나머지 공기는 제2방열판(300)의 판 영역에 부딪혀 난류화 된 후 배출된다.
따라서 도 11에 도시된 본 발명의 차량용 히터(1000)는 공기 흐름을 난류화하여 공기와 방열면적과의 열교환 시간을 확보할 수 있으며, 이에 따라 열교환 성능을 보다 높일 수 있는 효과가 있다.
이와 동일한 원리로, 제1관통홀(210) 및 제2관통홀(310)은 서로 대응되는 형태로 형성되되, 공기 흐름방향으로 일정 영역 서로 겹쳐지게 형성됨으로써, 일부 영역에서 공기 흐름의 난류화를 유도할 수 있다.
그리고 본 발명의 차량용 히터(1000)는 제1방열판(200), 열원부(100) 및 제2방열판(300) 사이의 고정 결합을 위해, 별물의 결합부재가 필요할 수도 있으며, 제1방열판(200) 또는 제2방열판(300)에 일체로 형성된 결합부에 의해 결합될 수도 있고, 이 외에도 결합 방법은 얼마든지 다양하게 변형 실시가 가능하다.
이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히터(1000)는 제1방열판(200) 또는 제2방열판(300)의 구조를 변경하여, 기존 제품과 동등한 수준의 풍량을 유지하는 동시에 방열 효율을 높여 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히터(1000)는 제1방열판(200) 및 제2방열판(300)에 형성된 제1관통홀(210) 및 제2관통홀(310)들이 방열핀으로서의 작용 및 효과를 지니며, 다양한 형상과 패턴으로 제조될 수 있어 최적화된 차량용 히터로서의 응용이 가능하며, 간단한 구조로 콤팩트한 패키징을 제공할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용 범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 차량용 히터
100 : 열원부
110 : 피티씨 소자 120 : 가이드판
130 : 발열튜브 141 : 양극판
142 : 음극판
200 : 제1방열판
201 : 제1발열영역 202 : 제1공기유동영역
210 : 제1관통홀
211 : 제1-1관통홀 212 : 제1-2관통홀
220 : 루버
300 : 제2방열판
301 : 제2발열영역 302 : 제2공기유동영역
310 : 제2관통홀

Claims (14)

  1. 발열하는 열원부(100); 및
    판 형태로, 상기 열원부(100)의 일측면과 접촉되는 제1발열영역(201)과, 적어도 하나 이상의 제1관통홀(210)이 형성된 제1공기유동영역(202)을 포함하는 제1방열판(200); 을 포함하고,
    상기 제1방열판(200)의 제1관통홀(210)은 제1-1관통홀(211) 및 제1-2관통홀(212)을 포함하며,
    상기 제1-1관통홀(211)은 상기 제1방열판(200)이 절개 및 절곡되어 루버(220)와 함께 형성되어,
    상기 제1방열판(200)의 상기 제1발열영역(201)으로부터 먼쪽인 상기 제1-2관통홀(212) 부분보다 상기 제1발열영역(201)에 상대적으로 가까운쪽인 상기 제1-1관통홀(211) 및 상기 루버(220)가 형성된 부분에서 방열 면적이 상대적으로 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 히터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열원부(100)는,
    피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 소자를 포함하는 발열 튜브인 것을 특징으로 하는 차량용 히터.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1발열영역(201)은,
    상기 열원부(100)의 일측면과 면접촉하는 것을 특징으로 하는 차량용 히터.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 열원부(100)는,
    전기에 의해 발열하는 것을 특징으로 하는 차량용 히터.
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