KR102705043B1 - Coolant heater for vehicles - Google Patents
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Abstract
전기 자동차용 냉각수 히터는 냉각수와 유입되는 냉각수 유입구와 상기 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구를 구비하고 상기 냉각수가 흐르는 공간을 형성하는 하우징, 그리고 상기 하우징 내에 배치되며 상기 냉각수로 열을 전달할 수 있도록 구성되는 전기 발열 유닛을 포함한다. 상기 전기 발열 유닛은 상기 냉각수의 흐름 방향으로 연장되는 발열부를 구비하고, 상기 하우징의 내면에 상기 발열부 주위를 흐르는 상기 냉각수의 흐름에 와류를 형성하기 위한 돌출부 또는 함몰부가 구비된다.A coolant heater for an electric vehicle comprises a housing having a coolant inlet for introducing coolant and a coolant outlet for discharging the coolant, the housing forming a space through which the coolant flows, and an electric heating unit arranged within the housing and configured to transfer heat to the coolant. The electric heating unit has a heating portion extending in a direction in which the coolant flows, and a protrusion or recessed portion formed on the inner surface of the housing for forming a vortex in a flow of the coolant flowing around the heating portion.
Description
본 발명은 전기 자동차의 배터리 승온 또는 캐빈 난방 등에 사용되는 냉각수를 가열하기 위한 전기 자동차용 냉각수 히터에 관한 것이다.The present invention relates to a coolant heater for an electric vehicle for heating coolant used for battery heating or cabin heating of an electric vehicle.
전기 자동차의 경우 기존 히트 펌프를 통해 얻어지는 열으로 배터리 승온 또는 캐빈 난방을 하기에 충분하기 않아 냉각수를 가열하는 냉각수 히터가 사용되고 있다.In the case of electric vehicles, a coolant heater is used to heat the coolant because the heat obtained through the existing heat pump is not sufficient to increase the temperature of the battery or heat the cabin.
이러한 냉각수 히터의 발열체로 시즈 히터(sheath heater)라고 불리는 전기 발열 유닛이 주로 사용되고 있다. 기존의 시즈 히터가 적용된 냉각수 히터는 냉각수가 채워지는 공간에 단순한 구조의 시즈 히터를 배치하는 구조를 갖기 때문에, 열전달 효율이 낮아 충분한 냉각수 가열 성능을 확보하기 어려운 문제가 있었다.The heating element of these coolant heaters is mainly an electric heating unit called a sheath heater. Since the existing coolant heaters with sheath heaters have a structure in which a simple sheath heater is placed in a space filled with coolant, there was a problem in that it was difficult to secure sufficient coolant heating performance due to low heat transfer efficiency.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 우수한 열전달 효율을 가지면서 작은 두께 및 높은 내압강도를 가지는 전기 자동차용 냉각수 히터를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a coolant heater for an electric vehicle having excellent heat transfer efficiency, small thickness, and high pressure strength.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 히터는 냉각수와 유입되는 냉각수 유입구와 상기 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구를 구비하고 상기 냉각수가 흐르는 공간을 형성하는 하우징, 그리고 상기 하우징 내에 배치되며 상기 냉각수로 열을 전달할 수 있도록 구성되는 전기 발열 유닛을 포함한다. 상기 전기 발열 유닛은 상기 냉각수의 흐름 방향으로 연장되고 상기 하우징 내에 배치되어 상기 냉각수로 열을 전달할 수 있도록 구성되는 발열부를 구비하고, 상기 하우징의 내면에 상기 발열부 주위를 흐르는 상기 냉각수의 흐름에 와류를 형성하기 위한 돌출부가 구비된다. 상기 돌출부는 상기 냉각수의 흐름 방향을 따라 배열되고 상기 냉각수의 흐름 방향에 대해 경사지게 형성되는 복수의 경사 리브를 포함하고, 상기 발열부는 상기 경사 리브와 교차하는 방향으로 경사지게 형성되는 부분을 포함한다. 상기 하우징은 사각형 플레이트 형상을 가지고, 상기 하우징은 상기 냉각수가 상기 하우징 내에서 U자형 유로를 따라 흐르도록 상기 하우징의 한 가장자리에서 연장되는 격벽을 구비한다. 상기 발열부는 상기 하우징의 내면과 밀착되어 지지되도록 구성된다.A coolant heater according to an embodiment of the present invention comprises a housing having a coolant inlet for introducing coolant and a coolant outlet for discharging the coolant, and forming a space in which the coolant flows, and an electric heating unit disposed within the housing and configured to transfer heat to the coolant. The electric heating unit comprises a heating member that extends in the direction of the flow of the coolant and is disposed within the housing and configured to transfer heat to the coolant, and a protrusion formed on the inner surface of the housing to form a vortex in the flow of the coolant flowing around the heating member. The protrusion comprises a plurality of inclined ribs arranged along the direction of the flow of the coolant and formed to be inclined with respect to the direction of the flow of the coolant, and the heating member comprises a portion formed to be inclined in a direction intersecting the inclined ribs. The housing has a rectangular plate shape, and the housing comprises a partition wall extending from one edge of the housing so that the coolant flows along a U-shaped path within the housing. The heating member is configured to be supported in close contact with the inner surface of the housing.
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본 발명에 의하면, 전기 발열 유닛의 발열부 주위를 흐르는 냉각수의 흐름에 와류 형성을 촉진함으로써, 열교환 성능이 향상된다.According to the present invention, heat exchange performance is improved by promoting eddy formation in the flow of cooling water flowing around a heating element of an electric heating unit.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차용 냉각수 히터의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차용 냉각수 히터의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 자동차용 냉각수 히터의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 자동차용 냉각수 히터의 분해 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view of a coolant heater for an electric vehicle according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a coolant heater for an electric vehicle according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a coolant heater for an electric vehicle according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an exploded perspective view of a coolant heater for an electric vehicle according to another embodiment of the present invention.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 아래에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 설명된 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the described embodiments.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 히터는 전기 자동차의 배터리의 온도를 높이는 장치 또는 전기 자동차의 캐빈 난방을 위한 장치에 사용되는 냉각수의 온도를 높이기 위한 용도로 적용될 수 있다.A coolant heater according to an embodiment of the present invention can be applied to a device for increasing the temperature of a battery of an electric vehicle or to increase the temperature of coolant used in a device for heating a cabin of an electric vehicle.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 냉각수 히터(10)는 하우징(11)과 그 내부에 배치되는 전기 발열 유닛(13), 예를 들어 시즈 히터(sheath heater)를 포함한다. 전기 발열 유닛(13)은 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 발열을 할 수 있도록 구성되는 발열 유닛일 수 있다. 하우징(11)은 서로 체결되는 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)을 포함한다. 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)은 각각 판 형상을 가지며 가장자리가 서로 접합되어 냉각수가 채워지는 공간을 형성한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)의 조합에 의해 형성되는 하우징(11)은 대략 사각 플레이트 형상을 가질 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, a coolant heater (10) for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes a housing (11) and an electric heating unit (13), for example, a sheath heater, disposed therein. The electric heating unit (13) may be a heating unit configured to convert electric energy into thermal energy to generate heat. The housing (11) includes an upper housing (111) and a lower housing (112) that are fastened to each other. The upper housing (111) and the lower housing (112) each have a plate shape and their edges are joined to each other to form a space filled with coolant. As illustrated in FIGS. 1 and 2, the housing (11) formed by the combination of the upper housing (111) and the lower housing (112) may have an approximately square plate shape.
하우징(11)은 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(15)와 열교환에 의해 가열된 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(17)를 구비한다. 냉각수 유입구(15)와 냉각수 배출구(17)는 사각형 형상의 하우징(11)의 동일한 가장자리에 각각 형성될 수 있다. 냉각수 유입구(15)를 통해 유입된 냉각수가 대략 U자형 유로를 따라 흐른 후 냉각수 배출구(17)로 배출될 수 있도록, 냉각수 유입구(15)와 냉각수 배출구(17)가 형성된 가장자리에서 일정 길이만큼 연장되는 격벽(19)이 구비될 수 있다. 격벽(19)은 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)의 서로 대응하는 위치에 형성되어 서로 밀착될 수 있다.The housing (11) has a coolant inlet (15) through which coolant is introduced and a coolant outlet (17) through which coolant heated by heat exchange is discharged. The coolant inlet (15) and the coolant outlet (17) may be formed at the same edge of the rectangular housing (11), respectively. In order for the coolant introduced through the coolant inlet (15) to flow along an approximately U-shaped path and then be discharged through the coolant outlet (17), a partition (19) extending a certain length from the edge where the coolant inlet (15) and the coolant outlet (17) are formed may be provided. The partitions (19) may be formed at corresponding positions in the upper housing (111) and the lower housing (112) and may be in close contact with each other.
전기 발열 유닛(13)이 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)에 의해 형성되는 공간에 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전기 발열 유닛(13)은 전기 인가를 위해 하우징(11)의 외부로 노출되는 전기 단자(131, 132)를 구비하고, 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 발열부(133)는 전기 단자(131, 132)를 연결하도록 연장된다. 전기 발열 유닛(13)으로 전기를 공급하기 위한 전기 라인(21)이 전기 단자(131, 132)에 연결될 수 있다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 발열부(133)는 U자 형상의 냉각수 유로를 따라 연장될 수 있다.An electric heating unit (13) may be placed in a space formed by an upper housing (111) and a lower housing (112). As illustrated in FIG. 2, the electric heating unit (13) has electric terminals (131, 132) exposed to the outside of the housing (11) for electrical application, and a heating member (133) for converting electric energy into thermal energy is extended to connect the electric terminals (131, 132). An electric line (21) for supplying electricity to the electric heating unit (13) may be connected to the electric terminals (131, 132). At this time, as illustrated in FIG. 2, the heating member (133) may be extended along a U-shaped cooling water passage.
하우징(11) 내의 냉각수의 온도를 감지하기 위한 온도 센서(23)가 구비될 수 있다. 온도 센서(23)는 가열된 냉각수의 온도를 감지할 수 있도록 냉각수 배출구(17) 근처에 설치될 수 있다.A temperature sensor (23) may be provided to detect the temperature of the coolant within the housing (11). The temperature sensor (23) may be installed near the coolant outlet (17) so as to detect the temperature of the heated coolant.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기 발열 유닛(13) 주위를 흐르는 냉각수의 흐름에 와류가 형성되도록 함으로써 열교환 효율이 높아지도록 한다. 이를 위해, 전기 발열 유닛(13)을 마주하는 하우징(11)의 내면에 냉각수의 진행 방향과 경사지게 형성되는 복수의 경사 리브(25)가 구비될 수 있다. 경사 리브(25)는 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112)의 내면 중 어느 하나에 또는 양자 모두에 형성될 수 있다. 나아가, 더 큰 와류 형성을 위해, 전기 발열 유닛(23)은 경사 리브(25)와 교차하는 방향으로 경사진 부분을 포함하도록 형성될 수 있다. 서로 반대 방향으로 경사진 경사 리브(25)와 전기 발열 유닛(23)의 경사진 부분에 의해 냉각수의 와류가 유발되며 이에 의해 열교환 성능이 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, heat exchange efficiency is increased by forming a vortex in the flow of cooling water flowing around the electric heating unit (13). To this end, a plurality of inclined ribs (25) formed obliquely with respect to the direction in which the cooling water flows may be provided on the inner surface of the housing (11) facing the electric heating unit (13). The inclined ribs (25) may be formed on either or both of the inner surfaces of the upper housing (111) and the lower housing (112). Furthermore, in order to form a larger vortex, the electric heating unit (23) may be formed to include a portion inclined in a direction intersecting with the inclined ribs (25). A vortex of the cooling water is induced by the inclined ribs (25) inclined in opposite directions and the inclined portion of the electric heating unit (23), thereby improving heat exchange performance.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기 발열 유닛(13)의 발열부(133)가 하우징(11)의 양측 내면, 즉 상부 하우징(111)의 내면과 하부 하우징(112)의 내면에 각각 밀착되어 지지되도록 구성될 수 있다. 이에 의해 작은 두께를 가지면서도 냉각수 히터의 내압성능이 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heating part (133) of the electric heating unit (13) may be configured to be supported by being in close contact with the inner surface of both sides of the housing (11), that is, the inner surface of the upper housing (111) and the inner surface of the lower housing (112), respectively. As a result, the pressure resistance performance of the cooling water heater may be improved while having a small thickness.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는, 돌출되는 경사 리브 대신 함몰되는 경사 그루브가 형성될 수도 있다.Meanwhile, in another embodiment of the present invention, a sunken inclined groove may be formed instead of a protruding inclined rib.
이하에서 도 3 및 도 4를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 히터에 대해 설명한다. 위에서 설명한 실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.Hereinafter, a cooling water heater according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The same parts as those in the embodiment described above are given the same drawing reference numerals and redundant descriptions are omitted.
냉각수 흐름의 와류를 형성하기 위해, 상부 하우징(111)의 내면 및 하부 하우징(112)의 내면 중 하나 이상에 복수의 돌기(27) 또는 함몰 홈으로 이루어지는 엠보싱(embossing) 구조 또는 딤플(dimple) 구조가 형성된다. 전기 발열 유닛(13)의 발열부(133) 주위에 엠보싱 구조 또는 딤플 구조가 형성되기 때문에 냉각수 흐름의 와류가 촉진되고 이에 의해 열전달 효율이 향상될 수 있다.In order to form a vortex of a coolant flow, an embossing structure or a dimple structure composed of a plurality of protrusions (27) or sunken grooves is formed on at least one of the inner surface of the upper housing (111) and the inner surface of the lower housing (112). Since the embossing structure or the dimple structure is formed around the heating part (133) of the electric heating unit (13), a vortex of a coolant flow is promoted, thereby improving heat transfer efficiency.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and includes all changes and modifications that can be easily modified and deemed equivalent by a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains from the embodiments of the present invention.
10: 냉각수 히터
11: 하우징
111: 상부 하우징
112: 하부 하우징
13: 전기 발열 유닛
131, 132: 전기 단자
133: 발열부
15: 냉각수 유입구
17: 냉각수 배출구
19: 격벽
21: 전기 라인
23: 온도 센서
25: 경사 리브
27: 돌기10: Coolant heater
11: Housing
111: Upper housing
112: Lower housing
13: Electric heating unit
131, 132: Electrical terminals
133: Heating part
15: Coolant inlet
17: Coolant drain
19: Bulkhead
21: Electric lines
23: Temperature sensor
25: Slope rib
27: bump
Claims (8)
상기 하우징 내에 배치되며 상기 냉각수로 열을 전달할 수 있도록 구성되는 전기 발열 유닛을 포함하고,
상기 전기 발열 유닛은 상기 냉각수의 흐름 방향으로 연장되고 상기 하우징 내에 배치되어 상기 냉각수로 열을 전달할 수 있도록 구성되는 발열부를 구비하고,
상기 하우징의 내면에 상기 발열부 주위를 흐르는 상기 냉각수의 흐름에 와류를 형성하기 위한 돌출부가 구비되고,
상기 돌출부는 상기 냉각수의 흐름 방향을 따라 배열되고 상기 냉각수의 흐름 방향에 대해 경사지게 형성되는 복수의 경사 리브를 포함하고,
상기 발열부는 상기 경사 리브와 교차하는 방향으로 경사지게 형성되는 부분을 포함하고,
상기 하우징은 사각형 플레이트 형상을 가지고,
상기 하우징은 상기 냉각수가 상기 하우징 내에서 U자형 유로를 따라 흐르도록 상기 하우징의 한 가장자리에서 연장되는 격벽을 구비하고,
상기 발열부는 상기 하우징의 내면과 밀착되어 지지되도록 구성되는 전기 자동차용 냉각수 히터.A housing having a coolant inlet for cooling water and a coolant outlet for discharging the coolant, and forming a space through which the coolant flows; and
An electric heating unit is disposed within the housing and configured to transfer heat to the cooling water.
The above electric heating unit has a heating part that extends in the direction of flow of the cooling water and is arranged within the housing so as to be able to transfer heat to the cooling water.
A protrusion is provided on the inner surface of the housing to form a vortex in the flow of the cooling water flowing around the heating element,
The above protrusion includes a plurality of inclined ribs arranged along the flow direction of the coolant and formed to be inclined with respect to the flow direction of the coolant,
The above heating part includes a part formed to be inclined in a direction intersecting the inclined rib,
The above housing has a square plate shape,
The housing has a baffle extending from one edge of the housing to allow the coolant to flow along a U-shaped path within the housing,
A coolant heater for an electric vehicle, wherein the above heating part is configured to be supported in close contact with the inner surface of the housing.
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