KR102530934B1

KR102530934B1 - 차량의 냉각수 가열장치

Info

Publication number: KR102530934B1
Application number: KR1020170168708A
Authority: KR
Inventors: 이상신; 김재웅; 박소윤; 오만주; 최두열
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 주식회사 두원공조
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2023-05-11
Also published as: KR20190068381A; CN109895601A; DE102018205898A1; US20190176575A1; US10974568B2

Abstract

내부에는 냉각수가 유입되어 승온된 후 배출되는 냉각수유로가 구비된 하우징; 하우징 내부에 마련되며 냉각수를 가열하는 시즈히터; 및 하우징 내부에 마련되며 열전도성 재질이고, 일부는 시즈히터의 외주면을 감싸는 형상으로 절곡되어 시즈히터와 면접촉됨으로써 시즈히터와 열전도를 수행하고, 나머지 부분은 하우징 내부의 냉각수와 면접촉됨으로써 시즈히터에서 전도된 열이 냉각수를 승온시키도록 하는 열전도플레이트;를 포함하는 차량의 냉각수 가열장치가 소개된다.

Description

차량의 냉각수 가열장치 {APPARATUS FOR HEATING COOLANT OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 냉각수를 가열하기 위한 시즈히터에 관한 것으로서, 시즈히터의 발열부가 물 대신 공기에 노출되어 열전달량이 감소하는 것을 방지하기 위한 차량의 냉각수 가열장치에 관한 것이다.

최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 사회적 이슈로 대두되고 있는 것이 전기차량이다. 전기차량은 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 출력하는 모터를 이용하여 작동하고, 따라서 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 아주 작으며, 모터의 에너지효율은 엔진의 에너지효율보다 높은 장점이 있어 친환경 자동차로 각광받고 있다.

그러나 종래의 내연기관 차량이 엔진에서 발생되는 열원을 이용하여 냉각수를 가열하는 것과는 달리, 전기차량에서는 별도로 설치되는 엔진이 없기 때문에 엔진에서 발생되는 열을 이용하여 냉각수를 가열하지 못하는 단점이 있다.

따라서, 별도로 냉각수를 가열하기 위한 장치를 구비하여야 하나, 시즈히터가 구비된 냉각수 하우징 내에 공기가 발생되는 경우 시즈히터의 발열부가 물 대신 공기에 노출되어 열전달량이 감소하고 더 나아가서는 시즈히터 발열부의 온도가 상승하여 고장의 원인이 된다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

US6820502 (B2)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 냉각수의 승온 효율을 증대시키고, 과열에 의한 부품의 파손을 방지하며, 설계자유도의 증대가 가능한 차량의 냉각수 가열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 냉각수 가열장치는 내부에는 냉각수가 유입되어 승온된 후 배출되는 냉각수유로가 구비된 하우징; 하우징 내부에 마련되며 냉각수를 가열하는 시즈히터; 및 하우징 내부에 마련되며 열전도성 재질이고, 일부는 시즈히터의 외주면을 감싸는 형상으로 절곡되어 시즈히터와 면접촉됨으로써 시즈히터와 열전도를 수행하고, 나머지 부분은 하우징 내부의 냉각수와 면접촉됨으로써 시즈히터에서 전도된 열이 냉각수를 승온시키도록 하는 열전도플레이트;를 포함한다.

시즈히터는 열전도플레이트에 안착되고, 시즈히터를 기준으로 제1유로와 제2유로로 구분되되, 제1유로는 냉각수가 하우징으로 유입되는 유입구와 연결되고, 제2유로는 냉각수가 하우징으로부터 유출되는 유출구와 연결됨으로써, 유입구를 통해 유입된 냉각수가 제1유로 및 제2유로를 지나면서 시즈히터에 의해 승온된 후 유출구를 통해 하우징의 외부로 유출될 수 있다.

시즈히터는 한 번 이상 절곡되어 열전도플레이트에 안착되고, 열전도플레이트의 모서리를 포함하여 폐곡선을 형성하며, 시즈히터를 기준으로 제1유로와 제2유로로 구분되되, 제1유로는 제2유로에 대비하여 냉각수의 이동경로가 짧게 형성되며, 제1유로에는 제2유로에 대비하여 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 이동될 수 있다.

제1유로의 외측에는 PCB기판이 위치되어 상대적으로 낮은 온도의 냉각수에 의해 PCB기판이 냉각될 수 있다.

시즈히터에는 외부와 전기회로를 통해 전기적으로 연결되는 음극단자와 양극단자가 구비되고, 음극단자와 양극단자는 동일한 방향을 향해 연장되어 하우징의 외부로 노출될 수 있다.

하우징에는 냉각수가 유입되는 유입구와 냉각수가 유출되는 유출구가 형성되되, 유출구 보다 유입구가 시즈히터의 단자에 더 가깝게 배치되며, 음극단자와 양극단자 사이 지점에는 PCB기판이 위치되어 상대적으로 낮은 온도의 냉각수에 의해 PCB기판이 냉각될 수 있다.

열전도플레이트에는 시즈히터의 형상으로 절곡된 안착홈이 형성되고, 시즈히터는 안착홈에 안착됨으로써, 시즈히터가 연장되는 방향을 따라 시즈히터와 열전도플레이트가 면접촉될 수 있다.

안착홈의 깊이는 시즈히터 직경의 1/2 이내로 형성될 수 있다.

열전도플레이트는 시즈히터의 일측과 타측에 각각 구비되고, 각각의 열전도플레이트의 안착홈에 의해 시즈히터의 둘레가 밀착되어 감싸짐으로써, 시즈히터가 냉각수와 직접 접촉되지 않을 수 있다.

시즈히터는 절곡되며 절곡된 지점을 기준으로 대칭인 형상이고, 시즈히터에 결합되는 열전도플레이트도 대칭인 형상으로 형성되어, 한가지 형상의 열전도플레이트로 시즈히터의 양측에 각각 결합 가능할 수 있다.

열전도플레이트는 시즈히터의 일측과 타측에 각각 구비되되, 시즈히터의 일측에 구비되는 열전도플레이트는 시즈히터의 형상을 따라 절곡되어 시즈히터가 안착되는 안착홈이 형성되고, 타측에는 평판형상의 열전도플레이트가 구비되어 시즈히터와 열전도플레이트가 선접촉될 수 있다.

열전도플레이트에는 냉각수가 출입하는 연통홀이 형성되되, 연통홀은 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 이동되는 제1연통홀과 상대적으로 높은 온도의 냉각수가 이동되는 제2연통홀로 구성되고, 냉각수는 하우징의 유입구를 통해 유입된 후 제1연통홀과 제2연통홀을 순차적으로 통과하면서 승온된 후 유출구를 통해 하우징의 외부로 유출될 수 있다.

제1연통홀을 통해 이동하는 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 형성하는 유로는 제2연통홀을 통해 이동하는 상대적으로 높은 온도의 냉각수가 형성하는 유로에 대비하여 짧은 경로로 형성될 수 있다.

시즈히터에는 일측 또는 타측에 하나 이상의 열전도플레이트가 구비되어 시즈히터유닛을 형성하고, 시즈히터유닛은 복수개가 적층됨으로써, 냉각수가 유입구를 통해 유입되어 복수의 제1연통홀을 모두 통과한 다음, 복수의 제2연통홀을 모두 통과한 후 유출구를 통해 유출되도록 구성됨으로써, 냉각수가 이동되는 유로가 연장될 수 있다.

시즈히터에는 일측과 타측에 각각 열전도플레이트가 구비되어 시즈히터유닛을 형성하고, 시즈히터유닛은 복수개가 적층되되, 시즈히터유닛과 시즈히터유닛 사이에는 제1연통홀 및 제2연통홀이 형성된 평판형상의 열전도플레이트가 구비되어 냉각수가 이동되는 유로가 연장될 수 있다.

시즈히터는 한 번 이상 절곡되어 열전도플레이트에 안착되고, 시즈히터가 열전도플레이트의 모서리를 포함하여 폐곡선을 형성하며, 시즈히터에 의해 폐곡선의 내측면과 외측면으로 구분되되, 내측면에는 제1연통홀이 위치되고, 외측면에는 제2연통홀이 위치될 수 있다.

한층의 열전도플레이트에는 내측면의 열전도플레이트의 모서리측 중앙에 제1연통홀이 위치되고, 또 다른 한층의 열전도플레이트에는 중앙의 제1연통홀과 가장 멀리 떨어져 긴 유로를 확보할 수 있는 열전도플레이트의 양측에 제1연통홀이 각각 위치되며, 두 타입의 열전도플레이트가 교번하여 배치됨으로써, 열전도플레이트의 중앙에 위치되는 제1연통홀에서 유입된 냉각수가 분기되어 양측에 위치된 제1연통홀로 유출되고, 다시 중앙에 위치되는 제1연통홀로 합류된 후 유출되는 것이 반복될 수 있다.

한층의 열전도플레이트에는 외측면의 중앙에 제2연통홀이 위치되고, 또 다른 한층의 열전도플레이트에는 중앙의 제2연통홀과 가장 멀리 떨어져 긴 유로를 확보할 수 있는 열전도플레이트의 양측에 제2연통홀이 각각 위치되며, 두 타입의 열전도 플레이트가 교번하여 배치됨으로써, 중앙에 위치되는 제2연통홀에서 유입된 냉각수가 분기되어 양측에 위치된 제2연통홀로 유출되고, 다시 중앙에 위치되는 제2연통홀로 합류된 후 유출되는 것이 반복될 수 있다.

열전도플레이트의 양측 단부는 소정의 길이를 갖도록 절곡된 후 연장되어 내측에 냉각수가 이동되는 냉각수유로의 측면을 형성하고, 시즈히터유닛이 적층됨으로써, 열전도플레이트의 측면이 하우징의 측면을 이룰 수 있다.

열전도플레이트와 열전도플레이트가 만나는 지점에는 냉각수유로의 외측으로 온도를 감지하는 감지부재가 구비되고, 감지부재에 의해 감지된 열전도플레이트의 온도를 바탕으로 제어부가 시즈히터를 제어할 수 있다.

감지부재에서 감지되는 각 열전도플레이트 간의 온도차에 의해 제어부가 냉각수유로 내부의 냉각수의 존재여부를 판단하고, 시즈히터의 개별 제어를 수행할 수 있다.

시즈히터는 한 번 이상 절곡되어 열전도플레이트에 안착되고, 열전도플레이트의 모서리를 포함하여 폐곡선을 형성하며, 시즈히터에 의해 폐곡선의 내측면과 외측면으로 구분되고, 하우징의 하면에 냉각수의 진행방향으로 오목하게 형성된 경로전환홈이 내측면, 외측면 및 시즈히터에 걸쳐 형성됨으로써, 하우징의 하면까지 이동된 냉각수가 경로전환홈을 따라 시즈히터의 경계를 넘어 상승될 수 있다.

시즈히터는 한 번 이상 절곡되어 열전도플레이트에 안착되고, 시즈히터에는 일측과 타측에 열전도플레이트가 각각 구비되어 시즈히터유닛을 형성하며, 시즈히터유닛의 상측과 하측에는 냉각수가 이동되는 냉각수유로가 형성될 수 있다.

시즈히터유닛은 하우징 내에 복수개가 구비되어 적층되고, 하우징의 상면, 시즈히터유닛의 일측 열전도플레이트, 시즈히터유닛의 타측 열전도플레이트 및 하우징의 하면 중 인접하는 두 개의 구성끼리는 시즈히터와 시즈히터 사이 지점이 용접되어 내부에 시즈히터를 포함하는 냉각수유로를 형성할 수 있다.

하우징에는 동일면에 냉각수가 유입되는 유입구와 냉각수가 배출되는 유출구가 구비되고, 열전도플레이트에는 유입구측에 유입구를 통해 유입된 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 이동되는 제1연통홀이 형성되며, 유출구측에 상대적으로 높은 온도의 냉각수가 이동되는 제2연통홀이 형성되어 유입구로 유입된 냉각수가 제1연통홀을 통해 동일층의 제2연통홀 및 다음층의 제1연통홀로 분기되어 이동된 후, 제2연통홀을 통해 유출구로 유출됨으로써, 냉각수유로가 병렬로 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 냉각수 가열장치에 따르면, 열전도플레이트는 열전도성이 뛰어난 알루미늄과 같은 재질로 성형될 수 있어 무게를 감소시킬 수 있다. 또한, 열전도플레이트의 안착홈에 시즈히터를 위치시키고, 열전도플레이트 또는 시즈히터유닛을 적층한 후 한 번에 블레이징하여 생산할 수 있으므로, 생산성이 향상되고 냉각수가 외부로 리크되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

더구나, 시즈히터유닛을 필요에 따라 적층 또는 감층함으로써, 필요한 용량에 용이하게 대처 가능하며, 동일한 형상의 열전도플레이트를 반복하여 사용함으로써, 투자비의 증대없이 다양한 차종에 용이하게 개발 가능하며, 내부유로를 다양한 방식으로 구성 가능하여 설계자유도가 증대되며, 적절한 내부유로저항의 구현이 가능한 장점이 있다.

또한, 안착홈은 시즈히터의 외측을 밀착하여 감싸는 직경으로 형성되어 시즈히터를 고정하면서도 열전도플레이트와 접촉되는 면적을 증대시켜서 열의 전도를 통해 가열효율 향상 및 핫스팟부 발생 억제하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수 가열장치를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1의 열전도플레이트를 도시한 도면.
도 4는 도 1의 분해사시도.
도 5는 감지부재를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예의 단면을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제3실시예의 단면을 도시한 도면.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 제4실시예의 단면을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 제5실시예의 단면을 도시한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 냉각수 가열장치에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수 가열장치를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이며, 도 3은 도 1의 열전도플레이트(300)를 도시한 도면이다. 또한, 도 4는 도 1의 분해사시도이고, 도 5는 감지부재(600)를 도시한 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명의 제2실시예의 단면을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 제3실시예의 단면을 도시한 도면이며, 도 8 내지 도 9는 본 발명의 제4실시예의 단면을 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 제5실시예의 단면을 도시한 도면이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량의 냉각수 가열장치는 내부에는 냉각수가 유입되어 승온된 후 배출되는 냉각수유로(400)가 구비된 하우징(100); 하우징(100) 내부에 마련되며 냉각수를 가열하는 시즈히터(200); 및 하우징(100) 내부에 마련되며 열전도성 재질이고, 일부는 시즈히터(200)의 외주면을 감싸는 형상으로 절곡되어 시즈히터(200)와 면접촉됨으로써 시즈히터(200)와 열전도를 수행하고, 나머지 부분은 하우징(100) 내부의 냉각수와 면접촉됨으로써 시즈히터(200)에서 전도된 열이 냉각수를 승온시키도록 하는 열전도플레이트(300);를 포함한다.

본 발명은 차량의 냉각수를 가열하기 위한 가열장치로서, 내부에 냉각수가 이동되는 냉각수유로(400)가 형성되고, 냉각수유로(400)에 시즈히터(200)에 접촉되는 열전도플레이트(300)가 구비되어 하우징(100)으로 유입되는 냉각수를 시즈히터(200)에 의해 열전도된 열전도플레이트(300)가 승온하여 다시 하우징(100)의 외부로 유출하는 개념이다. 또한, 하우징(100)으로 유입되는 냉각수는 하우징(100)에서 유출되는 냉각수 보다 상대적으로 낮은 온도인 것은 자명할 것이다. 도면을 통해 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 2에 도시된 것처럼, 하우징(100)은 내부에 열전도플레이트(300)와 시즈히터(200)가 내부에 설치되고, 냉각수가 유입구(110)를 통해 유입되어 시즈히터(200)와 열전도플레이트(300)에 의해 승온된 후 유출구(130)를 통해 유출된다. 유입구(110)와 유출구(130)는 특히 하우징(100)의 상면(190)에 위치되는 것이 바람직할 것이다. 왜냐하면, 상대적으로 낮은 온도의 물은 아래로 이동하려는 속성이 있고, 상대적으로 높은 온도의 물은 위로 이동하려는 속성이 있기 때문에 그러한 속성을 반영한 것이다. 그러나 다른 실시예에서 유입구(110)와 유출구(130)의 위치를 변경하여 설계하는 것처럼 꼭 이러한 위치에 한정하는 것은 아니다. 하우징(100)의 상면(190)에 유입구(110)와 유출구(130)가 위치되는 경우, 도 1 내지 2에 도시한 것처럼, 유입구(110)가 유출구(130) 보다 시즈히터(200)의 단자(210,230)측에 더 가깝게 배치된다. 또한, 하우징(100)의 하면(170)에는 하방으로 만입된 경로전환홈(171)이 형성되어 냉각수의 유동 방향이 변경되게 되는데 이러한 내용은 후술하도록 한다.

하우징(100)의 외측에는 하우징(100)과 시즈히터(200)의 단자를 모두 감싸는 형상의 커버(800)가 구비될 수 있다. 하우징(100)과 커버(800) 사이에는 냉각수가 이동 중 하우징(100)을 통해 방열하는 것을 방지하기 위한 단열재(900)가 충진될 수 있을 것이다.

시즈히터(200)는 하우징(100)의 내부에 마련되며 하우징(100)의 내부로 유입되는 냉각수를 가열한다. 시즈히터(200)는 바(bar) 형상으로써, 한 번 이상 절곡되어 구비된다. 시즈히터(200)에는 외부와 전기회로를 통해 전기적으로 연결되는 음극단자(210)와 양극단자(230)가 구비되고, 제어부(500)의 제어에 의해 전류가 인가되면 발열하여 냉각수를 승온한다. 특히, 음극단자(210)와 양극단자(230)는 시즈히터(200)의 동일한 방향을 향해 연장되어 하우징(100)의 외부로 노출됨으로써, 냉각수와 직접 접촉되지 않아 전기적으로 안전성이 증대되게 된다. 시즈히터(200)의 음극단자(210)와 양극단자(230)의 사이에는 시즈히터(200)를 제어하는 제어부(500)인 PCB기판(500)이 위치된다. 따라서, PCB기판(500)이 유입구(110)를 통해 유입되는 상대적으로 낮은 온도의 냉각수와 열교환하여 냉각되도록 구성되는 것이다. 즉, 유입구(110)를 통해 유입되는 상대적으로 낮은 온도의 냉각수는 PCB기판(500)과 열교환을 통해 승온되고, PCB기판(500)은 PCB기판(500)에서 발생되는 열을 냉각수에 버림으로써, PCB기판(500)은 안정적으로 작동하게 되고, 냉각수는 빠르게 승온될 수 있는 장점이 있다.

열전도플레이트(300)는 열전도성 재질로써, 하우징(100)의 내부에 시즈히터(200)와 인접한 지점에 배치된다. 열전도플레이트(300)는 일부는 시즈히터(200)의 외주면을 감싸는 형상으로 절곡되어 시즈히터(200)와 면접촉됨으로써 시즈히터(200)와 열전도를 수행하고, 나머지 부분은 하우징(100) 내부의 냉각수와 면접촉됨으로써 시즈히터(200)에서 전도된 열이 냉각수를 승온시키도록 구비된다.

도 3에는 본 발명에 적용되는 여러가지 형상의 열전도플레이트(300)를 도시하였다. 도 3의 (a)에는 본 발명의 하우징(100)의 상면(190)에 해당되는 열전도플레이트(300)를 도시하였고, (b)에는 시즈히터(200) 형상으로 절곡된 안착홈(330)과 연통홀(450,470)이 형성된 열전도플레이트(300)를 도시하였으며, (c)에는 연통홀(450,470)이 형성된 평판형상의 열전도플레이트(300)를 도시하였고, (d)에는 하우징(100)의 하면(170)에 해당되는 열전도플레이트(300)를 도시하였다.

도 3의 (a)에 도시한 것처럼, 하우징(100)의 상면(190)에는 냉각수가 유입되는 유입구(110)와 냉각수가 유출되는 유출구(130)가 형성된다.

도 3의 (b)에 도시된 열전도플레이트(300a)에는 시즈히터(200) 형상으로 절곡된 안착홈(330)이 형성되고, 시즈히터(200)는 안착홈(330)에 안착됨으로써, 시즈히터(200)가 연장되는 방향을 따라 시즈히터(200)와 열전도플레이트(300a)가 면접촉된다. 안착홈(330)의 깊이는 시즈히터(200) 직경의 1/2 이내로 형성되는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 시즈히터(200)의 일측과 타측에 열전도플레이트(300a)가 각각 구비되고, 안착홈(330)이 시즈히터(200) 직경의 1/2로 형성되는 경우, 각각의 열전도플레이트(300a)의 안착홈(330)에 의해 시즈히터(200)의 둘레가 밀착되어 감싸짐으로써, 시즈히터(200)가 냉각수와 직접 접촉되지 않아 전기적 발생될 수 있는 합선이나 단선 등의 문제를 제거할 수 있어 보다 안정적으로 냉각수를 승온할 수 있게 되는 것이다.

특히, 시즈히터(200)는 절곡된 지점을 기준으로 대칭인 형상으로 형성된다. 또한, 시즈히터(200)에 결합되는 열전도플레이트(300a)도 대칭인 시즈히터(200)의 절곡된 지점을 기준으로 대칭인 형상으로 형성된다. 그러므로 한가지 형상의 열전도플레이트(300a)를 사용하여 시즈히터(200)의 일측과 타측에 각각 결합 가능함으로써, 제작 공정이 축소되고 생산이 용이하며 원가가 절감되는 효과가 있다.

본 명세서에서는 시즈히터(200)가 2번 절곡된 것을 예를 들어 도시하고 설명하나, 이러한 절곡 횟수나 시즈히터(200)의 형상에 대하여는 설계나 환경에 따라 얼마든지 변경 가능할 것이다. 따라서, 열전도플레이트(300a)의 안착홈(330)도 시즈히터(200)의 형상에 따라 2회 절곡되어 형성된다. 시즈히터(200)는 열전도플레이트(300a)의 모서리(310)를 포함하여 폐곡선을 형성함으로써, 시즈히터(200)를 기준으로 내측면(I)과 외측면(O)으로 형성되고, 내측면(I)에는 제1유로(410)가 형성되며, 외측면(O)에는 제2유로(430)가 형성된다. 여기서, 제1유로(410)는 냉각수가 하우징(100)으로 유입되는 유입구(110)와 연결되고, 제2유로(430)는 냉각수가 하우징(100)으로부터 유출되는 유출구(130)와 연결되어, 유입구(110)부터 유출구(130)까지 하나로 연결된 냉각수유로(400)가 형성되는 것이다. 특히, 내측면(I)과 외측면(O)은 시즈히터(200)에 의해 완전히 독립되는 공간을 형성함으로써, 제1유로(410)와 제2유로(430)가 완전히 분리되므로, 제1유로(410)의 냉각수와 제2유로(430)의 냉각수는 혼합되지 않는 효과가 있다.

또한, 열전도플레이트(300)에는 냉각수가 출입하는 연통홀(450,470)이 형성되며, 연통홀(450,470)은 각 열전도플레이트(300)마다 복수개가 형성되는 것이 바람직할 것이다. 연통홀(450,470)은 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 이동되고 제1유로(410)에 포함되는 제1연통홀(450)과 상대적으로 높은 온도의 냉각수가 이동되고 제2유로(430)에 포함되는 제2연통홀(470)로 구성된다. 그러므로 유입구(110)로부터 제1연통홀(450)을 통해 제1유로(410)를 지나 제2연통홀(470)을 통해 제2유로(430)를 거쳐 유출구(130)까지 하나의 냉각수유로(400)가 형성되는 것이다.

열전도플레이트(300)는 복수개가 적층될 수 있는데, 이러한 경우 냉각수는 하우징(100)의 유입구(110)를 통해 유입된 후 제1연통홀(450)을 순차적으로 모두 통과한 후 제2연통홀(470)을 순차적으로 모두 통과하여 승온된 후 유출구(130)를 통해 하우징(100)의 외부로 유출되어 하나의 냉각수유로(400)를 형성하게 된다. 특히, 시즈히터(200)의 내측면(I)에서 냉각수가 이동하도록 형성되는 제1연통홀(450)을 포함하는 제1유로(410)는, 시즈히터(200)의 외측면(O)에서 냉각수가 이동하도록 형성되는 제2연통홀(470)을 포함하는 제2유로(430)에 대비하여 냉각수의 이동경로가 짧게 형성된다. 따라서, 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 상대적으로 짧은 제1유로(410)를 통해 유입된 후 상대적으로 긴 제2유로(430)를 따라 이동되는 동안 시즈히터(200)에 의해 열전도된 열전도플레이트(300)와 면접촉되어 승온된 후 유출구(130)를 통해 하우징(100)의 외부로 유출되는 것이다.

도 3의 (c)에 도시된 열전도플레이트(300b)에서는 내측면(I)의 열전도플레이트(300)의 모서리(310)측 중앙에 제1연통홀(450a)이 위치되고, 외측면(O)의 중앙에 제2연통홀(470a)이 위치된다. 도 3의 (b)에 도시된 열전도플레이트(300a)에서는, 열전도플레이트(300b)의 중앙의 제1연통홀(450a)과 가장 멀리 떨어져 긴 유로를 확보할 수 있는 열전도플레이트(300a)의 양측에 제1연통홀(450b)이 각각 위치되며, 열전도플레이트(300b)의 중앙의 제2연통홀(470a)과 가장 멀리 떨어져 긴 유로를 확보할 수 있는 열전도플레이트(300b)의 양측에 제2연통홀(470b)이 각각 위치된다.

도 3의 (d)에는 하우징(100)의 하면(170)에 해당하는 열전도플레이트(300)를 도시하였다. 하우징(100)의 하면(170)에는 냉각수의 진행방향으로 오목하게 형성된 경로전환홈(171)이 내측면(I), 외측면(O) 및 시즈히터(200)에 걸쳐 형성됨으로써, 하우징(100)의 하면(170)까지 이동된 냉각수가 경로전환홈(171)의 형상을 따라 시즈히터(200)의 경계를 넘어 상승됨으로써, 경로가 전환되어 하우징(100)의 외부로 유출되게 된다.

즉, 본 발명의 차량의 냉각수 가열장치는 최상면(190)에는 도 3의 (a)에 도시한 형상의 열전도플레이트(300)가 배치되고, 최하면(170)에는 도 3의 (d)에 도시한 형상의 열전도플레이트(300)가 배치된다. 중간에는 도 3의 (b)에 도시한 형상의 열전도플레이트(300)만 배치되거나, 또는 도 3의 (b)에 도시한 형상의 열전도플레이트(300)와 도 3의 (c)에 도시한 형상의 열전도플레이트(300)가 교번하여 배치된 후 도 3의 (d)에 도시한 형상의 하면(170)이 배치되는 것이다.

중간측에는 연통홀(450,470)이 중앙에 형성된 열전도플레이트(300)와 양측에 형성된 열전도플레이트(300)가 교번하여 배치된다. 따라서, 유입구(110)를 통해 유입된 냉각수가 열전도플레이트(300)의 중앙에 위치되는 제1연통홀(450a)로 유입되고, 제1연통홀(450a)로 유입된 냉각수가 분기되어 열전도플레이트(300)의 양측에 위치된 제1연통홀(450b)로 유출되고, 다시 중앙에 위치되는 제1연통홀(450a)로 합류된 후 분기되어 유출되는 것이 반복된다. 제1연통홀(450)을 통해 제1유로(410)를 모두 순환한 냉각수는 하면(170)에 위치한 경로전환홈(171)에서 경로가 전환된다. 그 후, 냉각수는 제2유로(430)를 형성하는 열전도플레이트(300)의 중앙에 위치되는 제2연통홀(470a)로 유입되고, 제2연통홀(470a)을 통해 유입된 냉각수가 분기되어 열전도플레이트(300)의 양측에 위치된 제2연통홀(470b)로 유출되며, 다시 중앙에 위치되는 제2연통홀(470a)로 합류된 후 유출되는 것을 반복한 후 승온된 냉각수가 유출구(130)를 통해 하우징(100)의 외부로 유출되는 것이다. 물론, 본 발명의 실시예에 따라 열전도플레이트(300) 각각에 형성되는 연통홀(450,470)의 위치와 개수는 얼마든지 변경 가능할 것이다.

또한, 도 6에 도시한 본 발명의 제2실시예에서는, 도 3의 (c)에 도시한 형상의 열전도플레이트(300b)가 구비되는 것을 도시하였다. 열전도플레이트(300)는 시즈히터(200)의 일측과 타측에 각각 구비되, 시즈히터(200)의 일측에는 시즈히터(200)의 형상을 따라 절곡되어 시즈히터(200)가 형성되는 안착홈(330)이 형성되는 도 3의 (b)에 도시한 열전도플레이트(300a)가 구비된다. 그러나 시즈히터(200)의 타측에는 도 3의 (c)에 도시한 평판형상의 열전도플레이트(300b)가 구비되어 시즈히터(200)와 열전도플레이트(300b)가 선접촉되게 된다. 이러한 시즈히터(200)와 시즈히터(200)의 일측과 타측에 구비된 열전도플레이트(300)가 시즈히터유닛(700)을 구성하고, 시즈히터유닛(700)이 복수개가 적층되어 본 발명의 차량의 냉각수 가열장치를 구현한다. 특히, 제2실시예의 경우에는 시즈히터(200)와 냉각수가 직접 접촉되는 부분이 형성되어 속효성이 증대되는 장점이 있다.

도 7에 도시한 본 발명의 제3실시예에서는, 도 3의 (b)에 도시한 형상의 열전도플레이트(300a)가 시즈히터(200)의 일측과 타측에 각각 구비되어 시즈히터(200)와 열전도플레이트(300a) 쌍이 시즈히터유닛(700)을 형성하고, 시즈히터유닛(700)이 복수개가 적층되되, 시즈히터유닛(700)과 시즈히터유닛(700)의 사이에 평판형상의 열전도플레이트(300b)가 구비되는 실시예를 도시하였다. 그러므로 제3실시예에서는 냉각수가 이동되는 냉각수유로(400)가 다른 실시예에 대비하여 연장되는 구성을 갖게 된다. 따라서, 냉각수가 유입구(110)를 통해 유입되어 복수의 제1연통홀(450)을 모두 통과한 다음, 복수의 제2연통홀(470)을 모두 통과한 후 유출구(130)를 통해 유출되도록 구성됨으로써, 냉각수가 이동되는 유로가 연장되는 것이다. 그러므로 냉각수가 시즈히터(200)에 의해 열전도된 열전도플레이트(300)와 접촉되는 시간이 증대되어 승온되는 효율이 증대되는 효과가 있다.

특히, 상기한 바와 같은 도 3의 (a) 내지 (d)에 도시한 열전도플레이트(300)의 양측 단부는 소정의 길이를 갖도록 절곡된 후 연장되어 내측에 냉각수가 이동되는 냉각수유로(400)의 측면(350)을 형성할 수 있다. 이렇게 절곡되어 연장된 면이 냉각수유로(400)의 측면(350)을 형성하는 열전도플레이트(300)를 포함하는 시즈히터유닛(700)이 적층됨으로써, 열전도플레이트(300)의 측면(350)이 하우징(100)의 측면(150)을 이룰 수 있어 구조가 간단하고 원가가 절감되는 효과가 있다.

또한, 열전도플레이트(300)와 열전도플레이트(300)가 만나는 지점에는 냉각수유로(400)의 외측으로 온도를 감지하는 감지부재(600)가 구비된다. 따라서, 감지부재(600)에 의해 감지된 열전도플레이트(300)의 온도를 바탕으로 제어부(500)가 시즈히터(200)를 제어한다. 시즈히터유닛(700)이 복수개가 적층되는 경우에는 감지부재(600)에서 감지되는 각 열전도플레이트(300) 간의 온도차에 의해 제어부(500)가 냉각수유로(400) 내부의 냉각수의 존재여부를 판단할 수 있게 된다. 따라서, 제어부(500)가 냉각수 유무에 따라 시즈히터(200)의 개별 제어를 수행함으로써, 시즈히터(200)의 과열을 방지하여 갑작스럽게 발생되는 보일링을 방지할 수 있어 부품의 고장 또는 파손을 방지할 수 있으며 수위센서를 삭제할 수 있는 효과가 있다.

도 8 내지 도 9는 본 발명의 제4실시예의 단면을 도시한 도면으로써, 시즈히터(200)의 상측과 하측에 각각 열전도플레이트(300)가 구비되어, 열전도플레이트(300)에 의해 시즈히터(200)가 감싸지고, 내부에 냉각수유로(400)가 형성되도록 구성되며 이러한 시즈히터유닛(700)이 복수개가 적층된 것을 도시하였다. 제4실시예의 경우에는 냉각수유로(400)의 일측에 유입구(110)가 형성되고, 타측에 유출구(130)가 형성되어, 유입구(110)로 유입된 냉각수가 병렬로 구성된 시즈히터유닛(700)의 냉각수유로(400) 내를 이동하여 유출구(130)로 유출되게 된다.

삭제

도 10은 본 발명의 제5실시예의 단면을 도시한 도면으로써, 시즈히터(200)와 열전도플레이트(300)가 제4실시예와 동일한 형상으로 구성되되, 유입구(110)는 상면(190)에 유출구(130)는 하면(170)에 구성되는 것을 도시하였다.

상기와 같은 본 발명이 차량의 냉각수 가열장치는 특히, 본 발명의 열전도플레이트(300)는 열전도성이 뛰어난 알루미늄과 같은 재질로 성형될 수 있어 무게를 감소시킬 수 있다. 또한, 열전도플레이트(300)의 안착홈(330)에 시즈히터(200)를 위치시키고, 열전도플레이트(300) 또는 시즈히터유닛(700)을 적층한 후 한 번에 블레이징하여 생산할 수 있으므로, 생산성이 향상되고 냉각수가 외부로 리크되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

더구나, 시즈히터유닛(700)을 필요에 따라 적층 또는 감층함으로써, 필요한 용량에 용이하게 대처 가능하며, 동일한 형상의 열전도플레이트(300)를 반복하여 사용함으로써, 투자비의 증대없이 다양한 차종에 용이하게 개발 가능하며, 내부유로를 다양한 방식으로 구성 가능하여 설계자유도가 증대되며, 적절한 내부유로저항의 구현이 가능한 장점이 있다.

또한, 안착홈(330)은 시즈히터(200)의 외측을 밀착하여 감싸는 직경으로 형성되어 시즈히터(200)를 고정하면서도 열전도플레이트(300)와 접촉되는 면적을 증대시켜서 열의 전도를 통해 가열효율 향상 및 핫스팟부 발생 억제하는 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 하우징 110 : 유입구
130 : 유출구 150 : 측면
170 : 하면 171 : 경로전환홈
190 : 상면 200 : 시즈히터
210 : 음극단자 230 : 양극단자
300 : 열전도플레이트 310 : 모서리
330 : 안착홈 350 : 측면
400 : 냉각수유로 410 : 제1유로
430 : 제2유로 450 : 제1연통홀
470 : 제2연통홀 500 : PCB기판
600 : 감지부재 700 : 시즈히터유닛
800 : 커버 900 : 단열재

Claims

내부에는 냉각수가 유입되어 승온된 후 배출되는 냉각수유로가 구비된 하우징;
하우징 내부에 마련되며 냉각수를 가열하는 시즈히터; 및
하우징 내부에 마련되며 열전도성 재질이고, 일부는 시즈히터의 외주면을 감싸는 형상으로 절곡되어 시즈히터와 면접촉됨으로써 시즈히터와 열전도를 수행하고, 나머지 부분은 하우징 내부의 냉각수와 면접촉됨으로써 시즈히터에서 전도된 열이 냉각수를 승온시키도록 하는 열전도플레이트;를 포함하고,
열전도플레이트에는 냉각수가 출입하는 연통홀이 형성되되, 연통홀은 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 이동되는 제1연통홀과 상대적으로 높은 온도의 냉각수가 이동되는 제2연통홀로 구성되고, 냉각수는 하우징의 유입구를 통해 유입된 후 제1연통홀과 제2연통홀을 순차적으로 통과하면서 승온된 후 유출구를 통해 하우징의 외부로 유출되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 1에 있어서,
시즈히터는 열전도플레이트에 안착되고, 시즈히터를 기준으로 제1유로와 제2유로로 구분되되, 제1유로는 냉각수가 하우징으로 유입되는 유입구와 연결되고, 제2유로는 냉각수가 하우징으로부터 유출되는 유출구와 연결됨으로써, 유입구를 통해 유입된 냉각수가 제1유로 및 제2유로를 지나면서 시즈히터에 의해 승온된 후 유출구를 통해 하우징의 외부로 유출되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 1에 있어서,
시즈히터는 한 번 이상 절곡되어 열전도플레이트에 안착되고, 열전도플레이트의 모서리를 포함하여 폐곡선을 형성하며, 시즈히터를 기준으로 제1유로와 제2유로로 구분되되, 제1유로는 제2유로에 대비하여 냉각수의 이동경로가 짧게 형성되며, 제1유로에는 제2유로에 대비하여 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 이동되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 3에 있어서,
제1유로의 외측에는 PCB기판이 위치되어 상대적으로 낮은 온도의 냉각수에 의해 PCB기판이 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 1에 있어서,
시즈히터에는 외부와 전기회로를 통해 전기적으로 연결되는 음극단자와 양극단자가 구비되고, 음극단자와 양극단자는 동일한 방향을 향해 연장되어 하우징의 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 5에 있어서,
하우징에는 냉각수가 유입되는 유입구와 냉각수가 유출되는 유출구가 형성되되, 유출구 보다 유입구가 시즈히터의 단자에 더 가깝게 배치되며, 음극단자와 양극단자 사이 지점에는 PCB기판이 위치되어 상대적으로 낮은 온도의 냉각수에 의해 PCB기판이 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 1에 있어서,
열전도플레이트에는 시즈히터의 형상으로 절곡된 안착홈이 형성되고, 시즈히터는 안착홈에 안착됨으로써, 시즈히터가 연장되는 방향을 따라 시즈히터와 열전도플레이트가 면접촉되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 7에 있어서,
안착홈의 깊이는 시즈히터 직경의 1/2 이내로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 7에 있어서,
열전도플레이트는 시즈히터의 일측과 타측에 각각 구비되고, 각각의 열전도플레이트의 안착홈에 의해 시즈히터의 둘레가 밀착되어 감싸짐으로써, 시즈히터가 냉각수와 직접 접촉되지 않는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 7에 있어서,
시즈히터는 절곡되며 절곡된 지점을 기준으로 대칭인 형상이고, 시즈히터에 결합되는 열전도플레이트도 대칭인 형상으로 형성되어, 한가지 형상의 열전도플레이트로 시즈히터의 양측에 각각 결합 가능한 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 1에 있어서,
열전도플레이트는 시즈히터의 일측과 타측에 각각 구비되되, 시즈히터의 일측에 구비되는 열전도플레이트는 시즈히터의 형상을 따라 절곡되어 시즈히터가 안착되는 안착홈이 형성되고, 타측에는 평판형상의 열전도플레이트가 구비되어 시즈히터와 열전도플레이트가 선접촉되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
제1연통홀을 통해 이동하는 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 형성하는 유로는 제2연통홀을 통해 이동하는 상대적으로 높은 온도의 냉각수가 형성하는 유로에 대비하여 짧은 경로로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 1에 있어서,
시즈히터에는 일측 또는 타측에 하나 이상의 열전도플레이트가 구비되어 시즈히터유닛을 형성하고, 시즈히터유닛은 복수개가 적층됨으로써, 냉각수가 유입구를 통해 유입되어 복수의 제1연통홀을 모두 통과한 다음, 복수의 제2연통홀을 모두 통과한 후 유출구를 통해 유출되도록 구성됨으로써, 냉각수가 이동되는 유로가 연장되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 14에 있어서,
시즈히터에는 일측과 타측에 각각 열전도플레이트가 구비되어 시즈히터유닛을 형성하고, 시즈히터유닛은 복수개가 적층되되, 시즈히터유닛과 시즈히터유닛 사이에는 제1연통홀 및 제2연통홀이 형성된 평판형상의 열전도플레이트가 구비되어 냉각수가 이동되는 유로가 연장되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 14에 있어서,
시즈히터는 한 번 이상 절곡되어 열전도플레이트에 안착되고, 시즈히터가 열전도플레이트의 모서리를 포함하여 폐곡선을 형성하며, 시즈히터에 의해 폐곡선의 내측면과 외측면으로 구분되되, 내측면에는 제1연통홀이 위치되고, 외측면에는 제2연통홀이 위치되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 16에 있어서,
한층의 열전도플레이트에는 내측면의 열전도플레이트의 모서리측 중앙에 제1연통홀이 위치되고, 또 다른 한층의 열전도플레이트에는 중앙의 제1연통홀과 가장 멀리 떨어져 긴 유로를 확보할 수 있는 열전도플레이트의 양측에 제1연통홀이 각각 위치되며, 두 타입의 열전도플레이트가 교번하여 배치됨으로써, 열전도플레이트의 중앙에 위치되는 제1연통홀에서 유입된 냉각수가 분기되어 양측에 위치된 제1연통홀로 유출되고, 다시 중앙에 위치되는 제1연통홀로 합류된 후 유출되는 것이 반복되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 16에 있어서,
한층의 열전도플레이트에는 외측면의 중앙에 제2연통홀이 위치되고, 또 다른 한층의 열전도플레이트에는 중앙의 제2연통홀과 가장 멀리 떨어져 긴 유로를 확보할 수 있는 열전도플레이트의 양측에 제2연통홀이 각각 위치되며, 두 타입의 열전도 플레이트가 교번하여 배치됨으로써, 중앙에 위치되는 제2연통홀에서 유입된 냉각수가 분기되어 양측에 위치된 제2연통홀로 유출되고, 다시 중앙에 위치되는 제2연통홀로 합류된 후 유출되는 것이 반복되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 14에 있어서,
열전도플레이트의 양측 단부는 소정의 길이를 갖도록 절곡된 후 연장되어 내측에 냉각수가 이동되는 냉각수유로의 측면을 형성하고, 시즈히터유닛이 적층됨으로써, 열전도플레이트의 측면이 하우징의 측면을 이루는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 19에 있어서,
열전도플레이트와 열전도플레이트가 만나는 지점에는 냉각수유로의 외측으로 온도를 감지하는 감지부재가 구비되고, 감지부재에 의해 감지된 열전도플레이트의 온도를 바탕으로 제어부가 시즈히터를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 20에 있어서,
감지부재에서 감지되는 각 열전도플레이트 간의 온도차에 의해 제어부가 냉각수유로 내부의 냉각수의 존재여부를 판단하고, 시즈히터의 개별 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
내부에는 냉각수가 유입되어 승온된 후 배출되는 냉각수유로가 구비된 하우징;
하우징 내부에 마련되며 냉각수를 가열하는 시즈히터; 및
하우징 내부에 마련되며 열전도성 재질이고, 일부는 시즈히터의 외주면을 감싸는 형상으로 절곡되어 시즈히터와 면접촉됨으로써 시즈히터와 열전도를 수행하고, 나머지 부분은 하우징 내부의 냉각수와 면접촉됨으로써 시즈히터에서 전도된 열이 냉각수를 승온시키도록 하는 열전도플레이트;를 포함하고,
시즈히터는 한 번 이상 절곡되어 열전도플레이트에 안착되고, 열전도플레이트의 모서리를 포함하여 폐곡선을 형성하며, 시즈히터에 의해 폐곡선의 내측면과 외측면으로 구분되고, 하우징의 하면에 냉각수의 진행방향으로 오목하게 형성된 경로전환홈이 내측면, 외측면 및 시즈히터에 걸쳐 형성됨으로써, 하우징의 하면까지 이동된 냉각수가 경로전환홈을 따라 시즈히터의 경계를 넘어 상승되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
청구항 1에 있어서,
시즈히터는 한 번 이상 절곡되어 열전도플레이트에 안착되고, 시즈히터에는 일측과 타측에 열전도플레이트가 각각 구비되어 시즈히터유닛을 형성하며, 시즈히터유닛의 상측과 하측에는 냉각수가 이동되는 냉각수유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 가열장치.
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