KR102587199B1

KR102587199B1 - 발열체 및 이를 포함하는 히터유닛

Info

Publication number: KR102587199B1
Application number: KR1020180108444A
Authority: KR
Inventors: 임현철; 양재석; 이재영
Original assignee: 주식회사 아모그린텍
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2023-10-11
Also published as: KR20190030615A

Abstract

발열체가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체는 판상의 외장재; 소정의 폭과 길이를 가지는 판상의 도전성부재로 형성되어 상기 외장재의 내부에 배치되고, 전원인가시 열을 발생시키는 발열원; 및 상기 외장재의 표면을 지나가는 유체에 와류를 발생시켜 유체의 통과속도를 저감시킬 수 있도록 길이방향을 따라 반복적으로 형성되는 복수 개의 와류발생패턴;을 포함하고, 상기 와류발생패턴은 상기 외장재의 폭방향을 따라 형성된 선형의 패턴이며, 상기 선형의 패턴은 전체길이 중 적어도 일부의 길이가 상기 외장재의 폭방향과 평행하지 않도록 형성되며, 상기 와류발생패턴은 상기 외장재 및 발열원에 각각 형성되고, 상기 외장재에 형성된 와류발생패턴과 상기 발열원에 형성된 와류발생패턴은 서로 일치하도록 형성될 수 있다.

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 히터유닛은 과열시 발화의 우려가 있다. 이에 따라, 전기자동차에 사용되는 히터유닛은 발열체로서 PTC 소자를 이용한다.

그러나 발열체로서 PTC소자를 이용하는 히터는, PTC소자의 크기를 증대시키는데 한계가 있어 큰 발열량을 얻을 수 없으며, 전도체인 도전성 카본 혼합물이 PTC소자의 발열면 중 일부에만 결합되므로 전도체 부위별로 온도분포가 불균일하고 방열핀에 전달되는 온도가 상이하다.

따라서, 균일한 온도분포를 구현하면서도 큰 발열량을 확보할 수 있는 발열체 및 히터유닛의 개발이 요구되고 있다.

그 일환으로, 판상의 발열원을 외장재에 내장하는 형태로 발열체를 구현함으로써 균일한 온도분포를 구현하면서도 큰 발열량을 확보할 수 있는 히터유닛이 개발되고 있다.

그러나 발열체가 판상으로 형성된 히터유닛은 가열대상인 유체가 발열체의 일면을 단순히 통과하면서 열교환이 일어나기 때문에, 발열체의 일면을 유체가 빠르게 통과하는 경우 열교환 효율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 발열원이 판상으로 구비되더라도 유체의 통과시간을 지연시킴으로써 열교환 효율을 높일 수 있는 발열체 및 이를 포함한 히터유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 판상의 외장재; 소정의 폭과 길이를 가지는 판상의 도전성부재로 형성되어 상기 외장재의 내부에 배치되고, 전원인가시 열을 발생시키는 발열원; 및 상기 외장재의 표면을 지나가는 유체에 와류를 발생시켜 유체의 통과속도를 저감시킬 수 있도록 길이방향을 따라 반복적으로 형성되는 복수 개의 와류발생패턴;을 포함하고, 상기 와류발생패턴은 상기 외장재의 폭방향을 따라 형성된 선형의 패턴이며, 상기 선형의 패턴은 전체길이 중 적어도 일부의 길이가 상기 외장재의 폭방향과 평행하지 않도록 형성되며, 상기 와류발생패턴은 상기 외장재 및 발열원에 각각 형성되고, 상기 외장재에 형성된 와류발생패턴과 상기 발열원에 형성된 와류발생패턴은 서로 일치하도록 형성되는 발열체를 제공한다.

삭제

일례로, 상기 선형의 패턴은 상기 외장재의 폭방향과 평행한 직선에 대하여 일정각도 경사지게 형성되는 사선패턴일 수 있다.

대안으로, 상기 선형의 패턴은 상기 외장재의 폭방향을 따라 형성될 수 있으며, 상기 선형의 패턴은 적어도 하나의 변곡점을 포함하는 물결형상으로 형성된 곡선패턴일 수 있다.

다른 대안으로, 상기 선형의 패턴은 상기 발열원과 대응되는 영역에 상기 외장재의 폭방향과 평행한 직선에 대하여 평행하게 형성되는 직선패턴부를 포함할 수 있다.

이와 같은 경우, 상기 선형의 패턴은 상기 직선패턴부의 양단부로부터 각각 연장되는 두 개의 곡선패턴부 또는 두 개의 사선패턴부를 더 포함할 수 있으며, 상기 두 개의 곡선패턴부는 동일한 방향으로 볼록하게 형성되거나 반대 방향으로 볼록하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 두 개의 사선패턴부는 상기 직선패턴부의 양단부로부터 서로 동일한 방향을 향하도록 연장되거나 서로 반대방향을 향하도록 연장될 수 있다.

삭제

또한, 상기 외장재는 내부가 빈 판상의 열전도성 외장튜브일 수 있고, 상기 발열체는 상기 발열원의 양단부에 연결되고, 적어도 일부가 상기 열전도성 외장튜브의 외측으로 돌출되는 한 쌍의 단자튜브를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 경우, 상기 열전도성 외장튜브는 양단부가 개방된 금속튜브일 수 있고, 상기 한 쌍의 단자튜브는 상기 발열원의 단부측을 일정길이 감싸도록 상기 발열원에 연결될 수 있다. 또한, 서로 대면하는 상기 외장튜브의 내면 및 발열원의 일면과, 서로 대면하는 상기 외장재의 내면 및 단자튜브의 일면 사이에는 절연층이 개재될 수 있다.

또한, 상기 발열원은 칸탈 및 페칼로이 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 판상의 도전성부재일 수 있다.

한편, 본 발명은 서로 간격을 두고 이격배치되는 상술한 복수 개의 발열체; 및 상기 복수 개의 발열체의 양단부를 고정하는 프레임;을 포함하는 히터유닛을 제공한다.

또한, 상기 복수 개의 발열체는 제1발열체 및 상기 제1발열체의 하부측에 배치되는 제2발열체를 포함할 수 있고, 상기 제1발열체에 형성된 와류발생패턴과 상기 제2발열체에 형성된 와류발생패턴은 서로 동일한 패턴으로 형성될 수 있다.

대안으로, 상기 복수 개의 발열체는 제1발열체 및 상기 제1발열체의 하부측에 배치되는 제2발열체를 포함할 수 있고, 상기 제1발열체에 형성된 와류발생패턴과 상기 제2발열체에 형성된 와류발생패턴은 사선패턴일 수 있으며, 상기 제1발열체 및 제2발열체는 상기 제1발열체에 형성된 사선패턴이 상기 제2발열체에 형성된 사선패턴과 서로 다른 방향을 향하도록 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 발열체가 와류발생패턴을 포함하여 와류를 발생시킬 수 있음으로써 유체의 체류시간 증가를 통해 열교환 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체를 나타낸 도면,
도 2의 (a) 내지 도 2의 (g)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체에 적용될 수 있는 와류발생패턴의 다양한 형태를 나타낸 도면,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체에서 발열원의 양단부가 단자튜브에 삽입하는 과정을 나타낸 도면,
도 5는 도 4에서 절연층이 배치되는 상태를 나타낸 도면,
도 6 및 도 7은 도 5에서 외장튜브가 결합된 상태를 나타낸 도면,
도 8의 (a) 내지 도 8의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체에서 발열체로 구현될 수 있는 다양한 형태를 나타낸 단면도로서, 도 1의 ‘A’부분을 확대한 단면도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체에서 외장재의 다른 형태를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체에서 외장재의 또 다른 형태를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체가 절연부재를 포함하는 경우를 나타낸 개략도,
도 13은 도 12의 B-B 방향 단면도,
도 14는 도 1의 발열체를 이용한 다른 형태의 발열체를 나타낸 도면,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터유닛을 나타낸 도면,
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터유닛을 나타낸 도면, 그리고,
도 17은 도 14에 도시된 발열체를 이용한 다른 형태의 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 발열체는 도 1에 도시된 바와 같이 외장재(140), 발열원(110), 와류발생패턴(180)을 포함할 수 있다.

상기 외장재(140)는 일정면적을 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 발열원(110)은 외장재(140)의 내부에 배치될 수 있으며 전원인가시 열을 발생시킬 수 있다. 이와 같은 외장재(140) 및 발열원(110)에 대한 구체적인 내용은 후술하기로 한다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 상기 와류발생패턴(180)이 발열체(100)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 이와 같은 와류발생패턴(180)은 발열체의 표면을 지나가는 유체의 진행경로를 변경시켜 와류를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체는 발열체(100)의 표면을 지나가는 유체의 진행속도가 와류에 의해 저감될 수 있음으로써 발열체(100)의 표면과 접촉되는 유체의 체류시간이 증가될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 발열체(100)를 지나가는 유체와의 열교환 효율을 높일 수 있다.

이를 위해, 상기 와류발생패턴(180)은 상기 발열체(100)의 길이방향을 따라 산부(181)와 골부(182)가 반복적으로 형성될 수 있으며, 상기 산부(181) 및 골부(182)는 유체가 지나가는 진행방향을 따라 형성될 수 있다. 또한, 상기 산부(181) 및 골부(182)는 적어도 일부가 유체의 진행방향과 평행하지 않는 부분을 포함할 수 있다.

일례로, 상기 와류발생패턴(180)은 상기 외장재(140)의 폭방향을 따라 형성되는 선형의 패턴일 수 있으며, 상기 선형의 패턴은 전체길이 중 적어도 일부의 길이가 외장재(140)의 폭방향과 평행하지 않도록 형성될 수 있다.

이때, 상기 와류발생패턴(180)은 상기 외장재(140) 측에만 형성될 수도 있고, 상기 외장재(140)와 더불어 발열원(110) 측에도 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 외장재(140)에 형성된 와류발생패턴과 상기 발열원(110)에 형성된 와류발생패턴은 서로 일치하도록 형성될 수 있다.

이를 통해, 상기 와류발생패턴(180)이 서로 일치하도록 형성된 외장재(140) 및 발열원(110)은 상기 와류발생패턴을 통해 항상 동일한 거동이 일어날 수 있다. 이로 인해, 상기 외장재(140) 및 발열원(110)은 항상 동일한 움직임이 발생될 수 있음으로써 서로 다른 거동 시 발생할 수 있는 발열원(110)의 파손을 미연에 방지할 수 있다.

구체적인 일례로써, 상기 와류발생패턴(180)은 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 외장재(140)의 폭방향과 평행한 직선에 대하여 일정각도 경사지게 형성된 사선패턴일 수 있다. 또한, 상기 와류발생패턴(180)은 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 외장재(140)의 폭방향을 따라 형성되되, 적어도 하나의 변곡점(185)을 갖는 물결형상으로 형성된 곡선패턴일 수 있다.

이때, 상기 와류발생패턴(180)은 외장재(140)의 폭방향과 평행한 직선에 대하여 평행하게 형성되는 직선패턴부(186)를 포함할 수 있으며, 상기 직선패턴부(186)는 상기 발열원(110)과 대응되는 영역에 형성될 수 있다.

이는, 상기 외장재(140)의 내부에 배치된 판상의 발열원(110)이 외장재에 형성된 와류발생패턴(180)과 동일한 와류발생패턴을 포함하는 경우, 발열원(110)이 상기 와류발생패턴(180)을 통해 보호될 수 있도록 하기 위함이다.

즉, 상기 발열원(110)에 형성된 직선패턴부(186)는 상기 외장재에 형성된 직선패턴부(186)와 함께 상기 발열원(110)의 길이방향에 대한 수축 및 이완을 상쇄할 수 있음으로써 상기 발열원(110)을 보호할 수 있다. 더불어, 상기 발열원(110)과 상기 외장재(140)가 서로 다른 재질로 이루어져 재질차이에 따른 수축팽창률이 서로 다르더라도, 상기 발열원(110) 및 외장재(140)는 서로 일치하도록 형성된 발열원(110)의 직선패턴부(186)와 외장재의 직선패턴부(186)를 통해 재질차이에 따른 서로 다른 수축팽창률을 보완할 수 있다.

일례로, 도 2의 (d) 내지 도 2의 (g)에 도시된 바와 같이 상기 와류발생패턴(180)은 상기 외장재(140)의 전체폭 중 발열원(110)의 폭과 대응되는 영역에 상기 외장재(140)의 폭방향과 평행한 직선에 대하여 평행하게 형성된 직선패턴부(186)를 포함할 수 있다.

이와 같은 경우, 상기 와류발생패턴(180)은 상기 직선패턴부(186)의 양 단부로부터 상기 외장재(140)의 폭방향을 따라 곡선으로 연장되는 두 개의 곡선패턴부(184a,184b)를 포함하거나, 상기 직선패턴부(186)의 양 단부로부터 상기 외장재(140)의 폭방향을 따라 직선으로 연장되는 두 개의 사선패턴부(183a,183b)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 와류발생패턴(180)이 두 개의 곡선패턴부(184a,184b)를 포함하는 경우, 상기 두 개의 곡선패턴부(184a,184b)는 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이 동일한 방향으로 볼록하게 형성될 수도 있고, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이 서로 반대 방향으로 볼록하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 와류발생패턴(180)이 두 개의 사선패턴부(183a,183b)를 포함하는 경우, 상기 두 개의 사선패턴부(183a,183b)는 도 2의 (f)에 도시된 바와 같이 상기 직선패턴부(186)를 경계로 서로 반대 방향을 향하도록 연장될 수도 있고, 도 2의 (g)에 도시된 바와 같이 상기 직선패턴부(186)를 경계로 동일 또는 유사한 방향을 향하도록 연장될 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 와류발생패턴(180)을 통하여 발열체(100)의 표면을 지나가는 유체의 진행경로를 변경시켜 와류를 발생시킬 수 있다. 이를 통해, 상기 발열체(100)의 표면을 지나가는 유체의 진행속도는 상기 와류발생패턴(180)을 통해 형성된 와류에 의해 이동속도가 저하될 수 있다. 이로 인해, 상기 발열체(100)의 표면을 지나가는 유체는 상기 발열체(100)의 표면에 체류하는 시간이 증가될 수 있으며, 상기 발열체(100)와 유체 사이에서 발생하는 열교환 효율은 증가될 수 있다.

상기 외장재(140)는 내부에 수용되는 발열원(110)을 보호하는 역할과 함께 발열원(110)에서 발생된 열을 분산시킬 수 있다.

이를 위해, 상기 외장재(140)는 금속재질로 이루어질 수 있으며, 양단부가 개방된 중공형으로 형성될 수 있다.

일례로, 상기 외장재(140)는 내부가 빈 판상의 열전도성 금속튜브일 수 있으며, 상기 열전도성 금속튜브는 열전도도가 우수한 구리 또는 알루미늄 재질을 포함하는 중공형의 금속튜브일 수 있다.

이와 같은 열전도성 금속튜브는 상기 발열원(110)이 내부에 삽입된 상태에서 외력을 통해 가압됨으로써 판상의 형태로 변경될 수 있다.

일례로, 상기 외장재(140)는 원통형의 외장재(140)가 1차 가압을 통해 타원형상으로 변경될 수 있으며, 타원 형상의 외장재(140) 내부로 발열원(110)이 삽입된 상태에서 상기 타원 형상의 외장재(140)를 2차로 가압함으로써 상기 타원 형상의 외장재(140)가 판상으로 변경될 수 있다.

그러나 상기 외장재(140)를 판상으로 형성하는 방식을 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 발열원(110)이 상기 외장재(140)의 내부에 삽입된 상태에서 한 번의 가압공정을 통해 상기 외장재(140)가 판상으로 형성될 수도 있다.

다른 예로써, 상기 외장재(140)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 소정의 면적을 갖는 판상의 금속시트일 수 있으며, 상기 판상의 금속시트는 일면에 발열원(110)이 배치된 상태에서 금속시트의 일부가 상기 발열원(110)을 덮도록 접혀질 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 판상의 금속시트는 서로 맞접하는 부분이 밀봉될 수 있다.

또 다른 예로써, 상기 외장재(140)는 도 11에 도시된 바와 같이 소정의 면적을 갖는 판상으로 이루어진 두 개의 금속시트(141,142)로 구성될 수 있으며, 상기 두 개의 금속시트(141,142)가 서로 마주하도록 배치된 후 맞접하는 두 개의 테두리가 밀봉하는 형태일 수도 있다. 이와 같은 경우, 서로 맞접하는 두 개의 금속시트(141,142)의 테두리 측(170)은 초음파 융착이나 접착제 등과 같은 공지의 다양한 방식을 통해 밀봉될 수 있다.

상기 발열원(110)은 외장재(140)의 내부에 배치되어 전원인가시 열을 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 발열원(110)은 소정의 폭과 길이를 갖는 판상의 도전성부재일 수 있다.

일례로, 상기 발열원(110)은 소정의 면적을 갖는 판상의 금속시트일 수 있으며, 금속시트로는 알루미늄이나 구리, 비정질 리본시트 등이 사용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 발열원(110)은 반복적인 승온과 냉각에 의한 열피로가 발생하더라도 결정화되는 것을 방지할 수 있도록 칸탈 및 페칼로이 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 판상의 도전성부재일 수 있다.

이때, 상기 외장재(140)의 내면과 발열원(110)의 일면 사이에는 전기적인 절연을 위한 절연층(120)이 배치될 수 있다.

이에 따라, 상기 외장재(140)가 도전성을 갖는 금속재질로 이루어지고 상기 외장재(140)의 내부에 도전성부재로 이루어진 발열원(110)이 배치되더라도, 상기 발열원(110) 및 외장재(140)는 절연층(120)을 통해 전기적인 쇼트가 방지될 수 있다.

이와 같은 절연층(120)은 전기적인 절연을 위하여 절연성을 가질 수 있으며, 상기 발열원(110)에서 발생된 열에 의한 손상을 방지할 수 있도록 절연성과 함께 내열성을 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)일 수 있으며, 상기 코팅층(121) 및 필름부재(122)가 서로 조합된 형태일 수도 있다. 여기서, 상기 절연층(120)이 필름부재(122)인 경우, 상기 필름부재(122)는 접착층(130)을 매개로 상기 발열원(110)의 일면에 부착될 수 있다.

구체적인 일례로써, 상기 절연층(120)은 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 발열원(110)의 양면에 각각 형성된 코팅층(121)일 수 있다.

또한, 상기 절연층(120)은 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 발열원(110)의 양면에 접착층(130)을 매개로 부착된 필름부재(122)일 수도 있다.

더불어, 상기 절연층(120)은 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 발열원(110)의 양면에 각각 형성된 코팅층(121)과 필름부재(122)일 수 있으며, 상기 필름부재(122)는 접착층(130)을 매개로 상기 발열원(110)의 일면에 부착될 수 있다.

본 발명에서, 상기 코팅액은 액상의 폴리이미드(PI) 코팅액일 수 있고, 상기 필름부재(122)는 폴리이미드(PI) 필름일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 코팅액 및 필름부재는 내열성 및 절연성을 갖는 재질이라면 공지의 모든 재질이 사용될 수 있다. 더불어, 상기 코팅층(121) 및 필름부재(122)의 두께는 설계조건에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 더하여, 상기 코팅액이 내열성 및 절연성과 더불어 접착성을 가지는 경우, 상술한 접착층(130)이 생략될 수 있다.

다른 예로써, 상기 외장재(140)가 알루미늄 재질로 이루어진 경우, 상기 외장재(140)는 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이 표면이 아노다이징 처리된 것일 수 있으며, 바람직하게는 상기 발열원(110)과 대향하는 일면이 아노다이징 처리된 것일 수 있다. 이를 통해, 서로 접촉하는 외장재(140)의 내면과 발열원(110)의 일면은 아노다이징 처리된 면을 통해 서로 절연될 수 있다. 이와 같은 경우, 외장재(140)는 아노다이징 처리된 표면에 양극산화피막이 형성되어 절연성을 가짐으로써 상술한 절연층(120)이 생략될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 외부와의 전기적인 연결을 위한 단자튜브(160)를 더 포함할 수 있으며, 상기 단자튜브(160)는 도전성재질로 이루어질 수 있다.

이와 같은 단자튜브(160)는 상기 발열원(110)의 양 단부측에 상기 발열원(110)과 연결됨으로써 외부로부터 공급되는 전원을 상기 발열원(110)에 인가할 수 있다.

이때, 상기 단자튜브(160)는 금속재질로 이루어진 중공형의 금속튜브일 수 있으며, 상기 금속튜브는 발열원(110)의 단부 측을 일정길이 감싸면서 적어도 일부의 길이가 외장재(140)의 외측으로 돌출되도록 구비될 수 있다.

즉, 상기 단자튜브(160)는 도 7에 도시된 바와 같이 발열원(110)의 양단부측에 체결된 상태에서 적어도 일부의 길이가 상기 외장재(140)의 내부에 위치하도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 단자튜브(160)는 상술한 바와 같이 상기 외장재(140)가 가압을 통해 중공형의 금속튜브에서 판상으로 구현되는 경우, 상기 외장재(140)와 함께 가압됨으로써 판상으로 구현될 수 있다.

그러나, 상기 단자튜브(160)와 발열원(110)의 결합방식을 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 발열원(110)과 전기적으로 연결될 수 있다면 공지의 모든 결합방식이 적용될 수 있다.

이때, 상기 발열원(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 발열원(110) 및 단자튜브(160)는 서로 중첩되는 부분에 전도성 접착제가 개재될 수 있다. 대안으로, 상기 발열원(110) 및 단자튜브(160)는 서로 중첩되는 부분이 부분적으로 코킹될 수 있다. 또한, 상기 발열원(110) 및 단자튜브(160)는 스팟용접을 통해 서로 고정될 수 있다.

여기서, 서로 대면하는 외장재(140)의 내면 및 단자튜브(160)의 일면 사이에는 상술한 절연층(120)이 개재될 수 있다. 이를 통해, 상기 단자튜브(160)는 일부 또는 전체가 상기 외장재(140)와 중첩되더라도 상기 절연층(120)을 통해 상기 외장재(140)와 서로 전기적으로 절연될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 상술한 와류발생패턴(180)을 통해 길이방향에 따른 기재 자체의 수축 팽창률을 최소화함으로써 상기 절연층(120)의 파손을 방지할 수 있다.

즉, 상기 와류발생패턴(180)은 상술한 바와 같이 상기 발열원(110) 및 외장재(140) 측에 발열체(100)의 길이방향을 따라 산부(181)와 골부(182)가 반복적으로 각각 형성될 수 있으며, 발열원(110)에 형성된 와류발생패턴과 외장재(140)에 형성된 와류발생패턴이 서로 일치하도록 형성될 수 있다. 더불어, 상기 와류발생패턴(180)은 상기 단자튜브(160) 측에도 형성될 수 있으며, 상기 단자튜브(160)에 형성된 와류발생패턴은 발열원(110)에 형성된 와류발생패턴 및 외장재(140)에 형성된 와류발생패턴이 서로 일치하도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 상기 와류발생패턴(180)을 통해 상기 외장재(140) 및 발열원(110), 단자튜브(160) 및 외장재(140) 사이에 개재되는 절연층(120)이 깨지는 것을 방지할 수 있다.

더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 서로 일치하도록 형성된 와류발생패턴(180)을 통해 상기 절연층(120)이 항상 외장재(140) 및 발열원(110) 또는 단자튜브(160) 및 외장재(140) 측에 각각 밀착된 상태를 유지할 수 있으므로 에어갭(air gap)이 발생할 수 있는 가능성을 최소화하거나 미연에 방지할 수 있다.

이를 통해, 에어갭에 의한 단열을 미연에 방지할 수 있으므로 상기 발열원(110)에서 발생된 열은 상기 외장재(140) 측으로 원활하게 전달될 수 있다.

한편, 상기 단자튜브(160)에 와류발생패턴(180)이 형성되는 경우, 상기 단자튜브(160)에 형성된 와류발생패턴(180)은 상기 단자튜브(160)와 외장재(140)가 서로 중첩되는 영역을 포함하도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 단자튜브(160) 및 외장재(140)는 중첩영역에 형성된 와류발생패턴(180)을 통해 서로 고정될 수 있다. 이를 통해, 상기 단자튜브(160)와 외장재(140)를 상호 고정하기 위한 별도의 접착부재는 생략될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 절연부재(190,190')를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 절연부재(190,190')는 도 1 및 도 12에 도시된 바와 같이 상기 단자튜브(160)의 일부 및 외장재(140)의 일부를 동시에 감싸도록 배치될 수 있다.

이와 같은 절연부재(190,190')는 외부로부터 전원이 인가되는 경우 상기 단자튜브(160)가 스파크와 같은 요인을 통해 상기 외장재(140)와 쇼트가 일어나는 것을 방지할 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.

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 외장재(140)의 일부를 동시에 감싸도록 구비될 수 있다.

다른 예로써, 상기 절연부재(190')는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 외장재(140)의 일부 및 단자튜브(160)의 일부를 동시에 감싸는 몰딩체일 수 있다. 이와 같은 경우, 상술한 외장재(140)는 상기 절연부재(190')와의 접합력을 향상시키기 위하여 표면처리가 수행될 수 있다. 즉, 상기 외장재(140)는 상기 절연부재(190')와 접촉되는 부분에 공지의 하도(프라이머)층이 형성될 수도 있다.

한편, 상기 절연부재(190,190')는 적어도 10~15mm의 길이를 가질 수 있다. 이를 통해, 외부로 노출된 단자튜브(160)의 일부는 외부로 노출된 외장재(140)와 적어도 10~15mm의 간격을 유지할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 상기 단자튜브(160)가 스파크와 같은 요인을 통해 상기 외장재(140)와 쇼트가 일어나는 것을 방지할 수 있음으로써 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 있다.

도면과 설명에는 상술한 발열체(100)가 내부에 발열원(110)이 배치된 열전도성 외장튜브와 상기 발열원(110)과 연결된 단자튜브를 통해 구현되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 판상의 형태로 구현된다면 세부적인 구성은 다양하게 변경될 수 있다. 다만, 판상의 형태로 구현된 발열체의 길이방향을 따라 상술한 와류발생패턴(180)이 형성된 형태라면 족함을 밝혀둔다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 길이중간이 적어도 1회 이상 접혀진 후 일면이 서로 접촉되도록 적층된 형태일 수 있다.

일례로, 상기 발열체(100)는 도 14에 도시된 바와 같이 전체길이 중 일부의 길이가 적어도 1회 이상 접혀진 후 접혀진 부분이 나머지 부분에 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 접혀진 후 양측의 단자튜브(160)가 서로 동일한 방향을 향하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 경우, 상부측에 배치된 발열체(100)의 골부(182)는 하부측에 배치된 발열체(100)의 산부(181)와 서로 접촉될 수 있으며, 서로 접촉되지 않은 상부측에 배치된 발열체(100)의 산부(181) 및 하부측에 배치된 발열체(100)의 골부(182)를 통해 유체가 통과하는 통로(183)가 형성될 수 있다.

이를 통해, 도 14에 도시된 형태의 발열체(100)를 이용하여 히터유닛(200")을 구현하는 경우 발열체(100)의 사용개수를 줄일 수 있음으로써 조립공정을 간소화시킬 수 있다.

일례로, 도 17에 도시된 바와 같이 히터유닛(200")이 12층으로 적층된 발열체를 포함하는 경우, 도 14에 도시된 발열체(100)를 3개만 사용하더라도 발열체(100)가 12층으로 적층된 형태를 구현할 수 있다.

한편, 상술한 발열체(100)는 유체를 가열하기 위한 히터유닛(200,200',200")으로 구현될 수 있다.

일례로, 상기 히터유닛(200,200',200")은 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이 복수 개의 발열체(100)를 고정하기 위한 프레임(220)을 포함할 수 있다. 이와 같은 경우, 복수 개의 발열체(100)는 상기 프레임(220)의 높이 방향을 따라 서로 간격을 두고 이격배치될 수 있으며, 양단부가 프레임(220)에 고정될 수 있다.

이때, 상기 발열체(100)는 전술한 구성이 모두 채용될 수 있으며, 상기 프레임(220)의 높이방향을 따라 배치된 복수 개의 발열체(100)는 도 2의 (a) 내지 도 2의 (g)에 도시된 와류발생패턴(180) 중 어느 하나를 가지는 발열체(100)일 수 있다.

이와 같은 경우, 상기 히터유닛(200,200',200")은 상기 프레임(220)에 고정된 복수 개의 발열체(100)가 서로 동일한 형태의 와류발생패턴(180)을 가질 수도 있고 서로 다른 형태의 와류발생패턴(180)을 가질 수도 있으며, 상기 복수 개의 발열체(100)가 서로 동일한 와류발생패턴(180)을 가지는 경우 각각의 발열체(100)에 형성된 와류발생패턴(180)이 서로 다른 방향을 향하도록 배치될 수도 있다.

일례로, 상기 히터유닛(200,200')은 도 15에 도시된 바와 같이 복수 개의 발열체(100)가 서로 동일한 형태의 와류발생패턴(180)을 가질 수도 있고, 도 16에 도시된 바와 같이 동일한 형태의 와류발생패턴(180)이 서로 다른 방향을 향하도록 배치될 수도 있다.

이를 통해, 상기 히터유닛(200,200',200")은 복수 개의 발열체(100) 사이에 유체가 통과할 수 있는 통로(183)가 형성될 수 있으며, 상기 통로(183)를 통과하는 유체는 각각의 발열체(100)에 형성된 와류발생패턴(180)을 통해 상기 통로(183)를 통과하는 과정에서 와류가 발생될 수 있다.

이에 따라, 상기 히터유닛(200,200',200")은 상기 통로(183)를 통과하는 유체의 통과시간이 각각의 발열체(100)에 형성된 와류발생패턴(180)을 통해 형성된 와류에 의하여 지연될 수 있다. 이로 인해, 상기 히터유닛(200,200',200")은 상기 통로(183)를 통과하는 유체의 체류시간이 증가함으로써 상기 발열체(100)와의 충분한 열교환을 통해 단시간에 승온될 수 있으며, 열교환을 통해 승온된 열을 이용하여 난방을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 히터유닛(200,200',200")은 상기 발열체(100)와의 열교환을 통해 승온된 유체가 상기 통로(183)를 통과하는 과정에서 상기 발열체(100)를 통해 직접 가열될 수 있음으로써 승온시간을 단축시킬 수 있다.

더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 히터유닛(200,200',200")은 각각의 발열체(100)가 판상으로 형성되고 길이방향을 따라 반복적으로 형성된 와류발생패턴(180)을 포함함으로써 발열체(100)가 넓은 발열면적을 가질 수 있다. 이를 통해, 상기 통로(183)를 통과하는 유체와 발열체(100)간의 접촉면적 및 가열면적이 증가될 수 있음으로써 많은 발열량을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터유닛(200')은 상기 프레임(220)의 높이 방향을 따라 배치되는 복수 개의 발열체가 사선패턴으로 형성된 와류발생패턴(180)을 각각 포함할 수 있으며, 각각의 발열체에 형성된 사선패턴이 서로 다른 각도를 가질 수 있다.

일례로, 도 16에 도시된 바와 같이 상기 히터유닛(200')은 제1발열체(100a) 및 상기 제1발열체(100a)의 하측에 배치되는 제2발열체(100b)를 포함할 수 있고, 상기 제1발열체(100a)에 형성된 와류발생패턴(180)과 상기 제2발열체(100b)에 형성된 와류발생패턴(180)의 기울기는 서로 다른 각도를 가질 수 있다.

구체적인 일례로써, 상기 제1발열체(100a)는 와류발생패턴(180)의 기울기가 θ1인 도 2의 (a)에 도시된 사선패턴일 수 있고, 상기 제2발열체(100b)는 와류발생패턴(180)의 기울기가 θ2인 도 2의 (b)에 도시된 사선패턴일 수 있으며, 상기 제1발열체(100a)의 와류발생패턴(180)과 상기 제2발열체(100b)의 와류발생패턴(180)이 서로 다른 방향을 향하도록 배치될 수 있다.

이와 같은 경우 상기 θ1 및 θ2의 크기는 서로 동일한 크기일 수도 있고, 상기 θ1 및 θ2의 크기는 서로 다른 크기일 수도 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터유닛(200')은 와류발생패턴(180)의 기울기 또는 방향이 다르게 형성된 발열체(100a,100b)가 상하로 배치될 수 있다. 이를 통해, 본 실시예에 따른 히터유닛(200')은 유체가 상기 제1발열체(100a) 및 제2발열체(100b)의 사이에 형성된 통로(183)를 통과하는 과정에서 와류의 발생이 극대화될 수 있다. 이로 인해, 본 실시예에 따른 히터유닛(200')은 발열체(100a,100b)와 접촉하는 유체의 체류시간을 더욱 증가시킬 수 있으므로 유체와 발열체간 열교환 효율을 더욱 높여줄 수 있다.

한편, 도 17에 도시된 히터유닛(200")은 도 13에 도시된 3개의 발열체(100)가 프레임(220)에 장착된 형태일 수 있다. 이와 같은 경우, 상술한 바와 같이 상부측에 배치된 발열체(100)의 골부(182)는 하부측에 배치된 발열체(100)의 산부(181)와 서로 접촉될 수 있으며, 서로 접촉되지 않은 상부측에 배치된 발열체(100)의 산부(181) 및 하부측에 배치된 발열체(100)의 골부(182)를 통해 유체가 통과하는 통로(183)가 형성될 수 있다.

한편, 상기 히터유닛(200,200',200")은 상기 발열체(100)와 전기적으로 연결되는 전류차단부(230)를 더 포함할 수 있으며, 상기 전류차단부(230)는 직렬소자(231)를 매개로 상기 발열체(100)에 전기적으로 연결될 수 있다.

이와 같은 전류차단부(230)는 발열체(100)가 일정온도 이상으로 승온된 경우 상기 발열체(100)에 인가되는 전원을 차단시킬 수 있다. 이를 통해, 상기 발열체(100)의 안전성을 높일 수 있다.

일례로, 상기 전류차단부(230)는 공지의 PTC소자로 구비될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 전원을 온/오프할 수 있는 것이라면 공지의 다양한 소자가 모두 적용될 수 있다.

또한, 도면에는 상기 전류차단부(230)가 프레임(220)의 외측에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 상기 전류차단부(230)의 위치를 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 전류차단부(230)는 상기 프레임(220)의 내부에 배치될 수도 있다. 이와 같은 경우, 상기 히터유닛(200,200',200")의 전체사이즈를 감소시킬 수 있음으로써 상기 히터유닛(200,200',200")을 설치하기 위한 공간을 줄일 수 있다.

상술한 발열체 및 히터유닛은 차량의 공조장치 측에 설치되어 상기 공조장치 측으로 흡입된 공기를 가열하기 위한 차량용 공조히터에 적용될 수도 있다. 그러나, 상기 발열체 및 히터유닛의 용도를 이에 한정하는 것은 아니며, 열교환을 통해 유체의 온도가 승온되는 제품이라면 모두 적용될 수 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 110 : 발열원
100a,100b : 제1,2발열체 120 : 절연층
130 : 접착층 140 : 외장재
160 : 단자튜브 180 : 와류발생패턴
200,200',200" : 히터유닛 220 : 프레임

Claims

판상의 외장재;
소정의 폭과 길이를 가지는 판상의 도전성부재로 형성되어 상기 외장재의 내부에 배치되고, 전원인가시 열을 발생시키는 발열원; 및
상기 외장재의 표면을 지나가는 유체에 와류를 발생시켜 유체의 통과속도를 저감시킬 수 있도록 길이방향을 따라 반복적으로 형성되는 복수 개의 와류발생패턴;을 포함하고,
상기 와류발생패턴은 상기 외장재의 폭방향을 따라 형성된 선형의 패턴이며, 상기 선형의 패턴은 전체길이 중 적어도 일부의 길이가 상기 외장재의 폭방향과 평행하지 않도록 형성되며,
상기 와류발생패턴은 상기 외장재 및 발열원에 각각 형성되고,
상기 외장재에 형성된 와류발생패턴과 상기 발열원에 형성된 와류발생패턴은 서로 일치하도록 형성되는 발열체.
제1항에 있어서,
상기 선형의 패턴은 상기 외장재의 폭방향과 평행한 직선에 대하여 일정각도 경사지게 형성되는 사선패턴이거나, 상기 외장재의 폭방향을 따라 형성되되 적어도 하나의 변곡점을 포함하는 물결형상으로 형성되는 곡선패턴인 발열체.
제1항에 있어서,
상기 선형의 패턴은 상기 발열원과 대응되는 영역에 상기 외장재의 폭방향과 평행한 직선에 대하여 평행하게 형성되는 직선패턴부를 포함하는 발열체.
제3항에 있어서,
상기 선형의 패턴은 상기 직선패턴부의 양단부로부터 각각 연장되는 두 개의 곡선패턴부 또는 두 개의 사선패턴부를 더 포함하는 발열체.
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제1항에 있어서,
상기 외장재는 내부가 빈 판상의 열전도성 외장튜브이고,
상기 발열체는 상기 발열원의 양단부에 연결되고, 적어도 일부가 상기 열전도성 외장튜브의 외측으로 돌출되는 한 쌍의 단자튜브를 더 포함하는 발열체.
제6항에 있어서,
상기 열전도성 외장튜브는 양단부가 개방된 금속튜브이고, 상기 한 쌍의 단자튜브는 상기 발열원의 단부측을 일정길이 감싸도록 상기 발열원에 연결되는 발열체.
제6항에 있어서,
서로 대면하는 상기 외장튜브의 내면 및 발열원의 일면과, 서로 대면하는 상기 외장재의 내면 및 단자튜브의 일면 사이에는 절연층이 개재되는 발열체.
서로 간격을 두고 이격배치되는 복수 개의 발열체; 및
상기 복수 개의 발열체의 양단부를 고정하는 프레임;을 포함하고,
상기 발열체는 청구항 제1항 내지 제4항, 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 발열체인 히터유닛.
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