KR20040077431A - 가열 영역을 구비한 전기 가열 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 가열 장치에 관한 것으로서, 상기 전기 가열 장치는 자동차용 보조 전기 가열기로 사용하기에 특히 적합하다. 상기 가열 장치는 복수의 PTC 가열 소자들을 포함하며, 상기 PTC 가열 소자들은 상기 가열 장치의 일 평면에 배열된다. 상기 PTC 가열 소자들은 자신들에게 전류를 공급하는 접촉 시트들과 전기적으로 접촉하고 있으며, 생성된 열을 가열하고자 하는 기류에 전달하기 위한 라디에이터 소자들과 열적으로 접촉하고 있다. 본 발명에 따르면, 상기 평면에 배열된 상기 PTC 가열 소자들은 적어도 두 개의 그룹들로 나누어 개별적으로 제어될 수 있게 구성되어 있다.

Description

가열 영역을 구비한 전기 가열 장치{Electric heating device with heating zones}
본 발명은 자동차용 전기 가열 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 개별적으로 제어 가능한 가열 영역(heating zone)들을 포함하는 가열 조절기(heating register)를 갖춘 전기 가열 장치에 관한 것이다.
자동차에서, 특히 연비를 최적화한 내연 엔진들을 갖춘 자동차에서, 전기 가열 장치들은 차량 내부와 엔진을 가열하는데 사용된다. 하지만, 실내 공기 조화, 산업용 플랜트, 가정용 기구 등으로도 사용하기에 적합하다.
연비를 최적화한 내연 엔진의 개선된 효율은 자동차에서 가열 전력의 실질적인 감소를 야기한다. 상기 엔진이 보다 낮은 부분적인 부하 영역에서 작동하고, 예를 들면 겨울철과 같이 바깥 온도가 낮은 경우, 상기 엔진은 차량 내부를 가열하는데 필요한 열량을 공급하지 못한다. 그러한 열 부족을 보상하기 위해서, 보조 전기 가열기들이 사용되는데, 대개 자동차의 공기 조화 유닛(air conditioning unit)과 일체로 형성된다.
상기 차량 내부의 다중 영역 공기 조화(multi-zone air conditioning)로 인해 모든 승객(운전자, 앞좌석 승객 및 뒷좌석 승객들)이 개별적이고 독립적으로 온도를 조정할 수 있게 된다. 추가 방출 수단은 서리를 없애기 위해서 상기 차량의 창문 위로 공기를 보낸다.
승객 각자가 자신의 좌석에서 개별적으로 온도를 조정할 수 있는, 상기 다중영역 공기 조화는 수열 교환기(water heat exchanger)들의 도움을 받아 지금 실현되고 있다. 각 영역의 기류에 대한 가열 공기의 분율은 플랩 제어(flap control)를 통해 양 조절이 가능하다. 종래의 전기 가열 장치들(보조 가열기들)은 온전히 기류를 가열하는데 사용되며, 즉 상기 수열 교환기가 충분한 양의 열을 제공하지 않는 경우에도, 개개의 공기 하부흐름들 사이에 차이가 생기지 않는다.
이러한 종래의 보조 전기 가열기들 및 차량 공기 조화 유닛들은 개개의 "영역(zone)들"에 대한 개개의 열 공급이 개별적으로 이루어질 수 없는 문제점이 있다. 각 영역에 대한 적당한 공기 조화는 예를 들면 각 영역에 공급되는 열량을 조절하는 적당한 플랩 제어(가열 공기/냉각 공기용 혼합 플랩들)에 의해서만 실현될 수 있다. 불균일한 열량이 차량의 개개의 공기 조화 영역들에서 요구되는 경우, 전기에너지의 높은 분율이 불필요하게 전력으로 전환되고, 특히 고 가열 전력(예를 들면 2 kW)을 갖는 보조 전기 가열기들이 아닌 경우, 각 공기 조화 영역에 적합한 가열 전력의 미세한 조정이 가능하지 않게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 다중 영역 공기 조화를 용이하게 실현시킬 수 있는 전기 가열 장치를 제공함에 있다.
이러한 목적은 전기 가열 장치에서 독립항과 같은 특징들에 의해 달성된다.
도 1a는 본 발명에 따른 전기 가열 장치의 측면도.
도 1b는 본 발명에 따른 전기 가열 장치의 평면도.
도 2는 자동차에 설치된 일반적인 공기 조화 유닛을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 가열 장치의 가열 조절기의 가열 소자의 투시도.
도 4는 도 3에 나타낸 가열 소자의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 다중 영역 공기 조화용 전기 가열 장치의 평면도.
도 6a는 도 5의 실시예와 다른 실시예에서 다중 영역 공기 조화를 위해 사용되는, 본 발명에 따른 전기 가열 장치의 평면도.
도 6b는 도 6a에 나타낸 전기 가열 장치의 측면도.
도 7은 도 6에 따른 전기 가열 장치의 투시도이며, 상기 투시도에서 전기 가열 장치의 소자들은 전기 가열 장치의 원리를 설명하기 위해서 단지 부분적으로 나타나 있다.
도 8은 도 7에 따른 전기 가열 장치의 상세도로서, 택일적인 전류 공급 수단을 보다 상세히 나타내고 있다.
도 9는 도 6에 따른 택일적인 실시예의 전개도의 형태로 상기 가열 장치의가열 조절기를 상세하게 나타낸 투시도.
본 발명에 따르면, 복수의 정특성온도계수(Positive TemperatureCoefficient: 이하 'PTC'라 함) 가열 소자들이 일 평면에 배열되어 있으며, 상기 PTC 가열 소자들은 적어도 두 개의 그룹들로 나누어 개별적으로 제어 가능하다. 이런 방식으로, PTC 소자들의 단지 하나의 "가열 블록(heating block)"과 라디에이터 소자(radiator element)들을 포함하는 가열 조절기(heating register)에서 발생된 열량이 이웃한 부분들에 대한 플랩 제어 없이도 개별적으로 조절될 수 있다. 당해 전기 가열 장치가 복수의 가열 블록들을 포함하는 가열 조절기를 구비하는 경우, 가열 영역들을 임의로 분할할 수 있다. 2-영역, 4-영역 또는 심지어 6-영역 공기 조화가 용이하게 실현될 수 있어서, 각 승객은 자신의 좌석에서 개별적으로 온도를 조절할 수 있게 된다. 각 영역에 대한 개개의 온도 선택은 적당한 양의 열이 상기 가열 조절기의 개개의 결합된 부분을 통해서만 제공되는 효과를 갖는다. 본 발명의 도움으로, 다중 영역 공기 조화가 전기 가열 장치에 의해서 용이하게 실현될 수 있다. 각 영역의 PTC 소자들은 요구된 가열 전력이 이것을 필요로 할 때에만 활성화된다.
본 발명의 다른 이점은 당해 가열 장치가 지금까지 사용된 가열 장치들의 외측 규격과 동일한 외측 규격을 가지므로, 어떠한 변경 없이 종래의 구조 디자인을 갖는 공기 조화 유닛들과 일체로 형성될 수 있다는 점이다.
개별적으로 제어 가능한 PTC 가열 소자들의 각 그룹은 별개의 라디에이터 소자와 함께 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 이웃하는 영역들이 동시에 가열되는 것을 효과적으로 방지한다.
개별적으로 제어 가능한 PTC 가열 소자들의 각 그룹은 별개의 접촉시트(separate contact sheet)를 통해서 전류를 공급받는 것이 바람직하며, 상기 개개의 접촉 시트들은 동일 평면에 배열된다. 이런 방식으로, 개별적인 제어가 외적인 구조 변경 없이도 그리고 상기 유닛을 통과하는 공기 양을 제한하지 않고도 달성될 수 있다.
개별적으로 제어 가능한 PTC 소자들의 두 그룹들이 제공되는 경우, 상기 접촉 시트들에 대한 개개의 전기 접속부(electric connection)들이 대향하는 폭이 좁은 측면들 상에 배열될 수 있다. 바람직하게는, 상기 개개의 전기 접속부들은 동일한 폭이 좁은 측면 상에 제공되며, 상기 접속부들에서 보았을 때 후방 PTC 가열 소자들을 나타내는, PTC 가열 소자들에 전류를 공급하기 위해 사용된 전류 공급 수단은, 전방 접촉 시트에 대하여 측면으로 연장되어 있다. 이런 방식으로, 상기 유닛을 통과하는 공기 양의 어떠한 추가적인 제한 없이도 전류가 가열 소자들의 양 그룹들에 공급될 수 있다. PTC 가열 소자들의 별개의 그룹을 추가적으로 제어하기 위해서 여분의 구조 높이가 제공될 필요가 없다.
상기 PTC 가열 소자들은 위치결정 프레임(positioning frame)에 의해 소정 위치에서 서로 이격되어 유지되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 상기 위치결정 프레임은 상기 별개의 접촉 시트들 및/또는 상기 PTC 가열 소자들의 개개의 그룹들과 결합되어 있는 라디에이터 소자들의 위치를 정하는데도 사용된다. 이런 목적에 따라 상기 위치결정 프레임에 상기 위치결정 프레임 너머로 돌출하는 복수의 돌출부(projection)들이 구비되는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에 따른 구조 디자인을 갖는 전기 가열 장치를 구현하기 위해서 종래의 위치결정 프레임이 용이하게변경될 수 있다. 그러한 위치결정 프레임은 종래의 위치결정 프레임보다 많은 공간을 차지하지 않으며, 이로써 상기 유닛을 통과하는 공기 양이 추가적인 기능에 의해 손상되지 않는다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 돌출부들은 상기 라디에이터 소자들이 상기 위치결정 프레임에 용이하게 클립 고정될 수 있도록 구현된다. 자신들의 개개의 전류 공급 수단, 위치 결정 프레임들 및 라디에이터 소자들과 함께 PTC 가열 소자들을 포함하는 가열 소자들은 이런 방식으로 용이하게 조립될 수 있다. 이는 전기 가열 장치의 제조 비용을 낮게 유지시킨다.
개별적으로 제어 가능한 PTC 가열 소자들의 각 그룹은 자신의 제어 장치와 함께 결합되는 것이 바람직하다. 이는 각 영역에 필요한 가열 전력이 개별적으로 조절될 수 있는 경우에 자동차에서 다중 영역 공기 조화를 특히 간단히 실현할 수 있게 한다. 앞좌석 또는 뒷좌석의 각 승객은 예를 들면 각 영역이 다른 열량을 제공하도록 다른 온도를 선택할 수 있다.
추가적으로, 본 발명은 모든 가열 영역들의 공기 채널(air channel)들이 차량 창문들의 서리를 빠르게 없애기 위해서 합체될 수 있도록 구현될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 상기 접촉 시트들의 전기 접속부들로부터 멀리 떨어져 배열되어 있는 PTC 가열 소자들의 그룹은 보다 적은 수의 PTC 가열 소자들을 포함한다. PTC 가열 소자들의 후방 그룹에 전류를 공급하며, PTC 가열 소자들의 전방 그룹용 접촉 시트에 대해 측면으로 연장되는 접촉 시트의 폭은 보다 적은 전류랑으로 인해 특히 좁게 구성될 수 있다. 상기 가열 장치의 필요한 추가구조 깊이는 이런 방식으로 작아질 수 있으며 또는 심지어 완전히 제거될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예들은 종속항들의 기술 내용에 나타나 있다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
특히 자동차에 사용하기에 적합한, 전기 가열 장치의 구조 디자인은 도 1a 및 도 1b에 나타나 있다. 도 1b는 상기 전기 가열 장치의 평면도인 반면에, 도 1a에 나타낸 도면은 측면도이다. 상기 전기 가열 장치 1에는 복수의 적층 또는 쌓아올린 가열 소자들을 포함하는 가열 조절기가 구비되어 있다. 각 가열 소자는 적어도 하나의 저항 가열 소자 및 라디에이터 소자들 또는 그에 인접하게 배열된 열전도 소자들을 포함한다. 바람직하게는 저항 가열 소자들로 사용된 소자들은 PTC 가열 소자들이다. 상기 가열 조절기는 프레임 안에 유지되며, 상기 프레임은 대향하는 세로 막대(longitudinal bar)들 3과 가로 막대(lateral bar)들 4 및 5를 포함하며, 상기 가로 막대들은 세로 막대들 3과 직각을 이루어 배열된다. 상기 프레임 막대들은 금속 또는 플라스틱 재료로 만들어진다.
상기 세로 막대들은 본질적으로 동일한 구조 디자인을 갖는다. 상기 대향하는 가로 막대들 4 및 5는 상기 가로 막대 5가 그 일 측면이 개방되어 있는 박스(box)로 구현되는 경우 서로 다르게 구성된다. 이러한 박스형 가로 막대 5의 개구(opening)는 상기 가열 소자들과 대면하고 있는 상기 가로 막대 5의 측면 상에 위치한다. 이러한 박스는 그 안에 제어 장치를 삽입하기에 적합한데, 상기 제어 장치는 공급된 전류를 제어함으로써 개개의 가열 영역들의 열 출력을 제어한다. 박스로 구현된 가로 막대 5의 개방 측면은 커버(cover)에 의해 폐쇄되며, 상기 커버는 상기 제어 장치의 삽입 후 상기 가로 막대 5 위에 부착되거나 클립 고정된다.
상기 제어 장치는 복수의 전력 반도체 부품들을 포함하는 인쇄회로기판으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 박스형 가로 막대 5 안에 삽입된 후, 상기 인쇄회로기판이 상기 프레임의 평면에 직각으로 배열되는 것이 바람직하다. 상기 개개의 가열 영역들 사이에서 상기 제어 장치에 의해 분배되는 전류는 두 개의 접속 핀(connecting pin)들 8을 통해 공급된다. 이러한 접속 핀들 8은 필요한 가열 전류를 용이하게 전도할 수 있도록 구현된다. 상기 가로 막대 5에는 상기 제어 장치를 제어하기 위한 플러그 베이스(plug base)가 추가로 구비되어 있다. 상기 PTC 가열 소자들을 제어하기 위해서, 상기 제어 장치가 자동차 버스(motor vehicle bus)를 통해 상기 PTC 가열 소자들에 신호를 공급하는 것이 바람직하다.
(다중 가열 없는) 공기 조화 유닛에서 전기 보조 가열기들의 사용이 도 2에 나타나 있다. 상기 공기 조화 유닛은 송풍기(blower) 11을 통해서 바깥 공기 10을 받아들이며, 상기 바깥 공기는 상기 전기 가열 장치 1을 통해서 내부로 공급된다. 이런 과정 중에, 공기가 미리 증발기(evaporator) 14와 수열 교환기(water heat exchanger) 15를 통과한다. 그후, 상기 가열된 공기 12는 적당한 방출 수단을 통해 상기 차량의 내부 13으로 들어간다.
다중 영역 공기 조화가 이루어지도록, 상기 가열된 공기 12가 적당한 채널 시스템을 통하여 소정 방출 수단으로 공급된다. 따라서 상기 채널들을 통하여 상기 방출 수단에 공급된 공기는 특정 온도까지 개별적으로 가열될 수 있다.
본 발명에 따른 가열 장치의 가열 조절기는 복수의 라디에이터 소자들과 그에 인접하게 배열된 PTC 가열 소자들을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 적층 구조물의 "기본 소자(basic element)" 20이 도 3에 나타나 있다. 라디에이터 소자들 23, 24는 그들 사이에 층 21이 제공되며, PTC 가열 소자들 및 상기 PTC 가열 소자들과 결합된 전류 공급 수단 26, 27을 구비하고 있다. 상기 두 전류 공급 수단 26, 27은 PTC 가열 소자들의 두 그룹들의 개별적인 제어를 허용한다. 모든 PTC 가열 소자들에 공통인, 다른 접촉 시트 25가 상기 라디에이터 소자들 23, 24의 하부 측면 상에 제공된다. 선택적으로, 상기 접촉 시트 25는 상기 접촉 시트들 26, 27에 대향하게 위치하는 위치결정 프레임의 측면 상에 배열될 수도 있다.
PTC 가열 소자들의 상이한 그룹들에 대한 개별적인 전류 공급이 도 4에 자세히 나타나 있다. 제1 접촉 시트 26은 PTC 가열 소자들의 제1 그룹을 형성하는 상기 PTC 가열 소자들 30과 접촉한다. 제2 접촉 시트 27은 PTC 가열 소자들 31의 제2 그룹에 전류를 공급한다. 양 접촉 시트들은 그들의 일 단부에 전기 접속부들 26a, 27a를 구비하고 있으며, 상기 전기 접속부들은 세로 방향으로 연장되어 있다. 이러한 구성에 의해서, 순차적으로 배열되어 있는 PTC 가열 소자들 30, 31의 그룹들이 공통 제어 장치를 통하여 전류를 공급받을 수 있게 된다.
접속부 27a를 통하여 PTC 가열 소자들 31의 후방 그룹에 전류를 공급하기 위해서, 상기 접촉 시트 27은 상기 접촉 시트 26에 대해서 측면으로 연장된다. 이런 목적에 따라, 상기 접촉 시트가 전류를 공급받는 상기 PTC 가열 소자들 31의 면적보다 좁게 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 상기 PTC 가열 소자들 30, 31은 상기 접촉시트들 26, 27의 위치에 대응하여 서로에 대해 움직여질 수 있도록 배열되어 있다. 따라서, 상기 개개의 PTC 가열 소자들 30, 31과 결합되어 있는 상기 라디에이터 소자들 23, 24가 서로에 대해 이동되도록 배열되는 것이 바람직하다. 이러한 종류의 구조 디자인이 도 3의 투시도에 나타나 있다. 선택적인 구성에 따르면, 상기 PTC 가열 소자들과 상기 라디에이터 소자들은 이동 없이 배열된다.
상기 제1 및 제2 그룹들의 PTC 가열 소자들 30, 31은 소정 이격된 위치에서 공통 위치결정 프레임 22에 의해 유지된다. 바람직하게는 상기 위치결정 프레임 22는 이런 목적에 따라서 적당한 개구들을 구비하고 있으며, 플라스틱 재료로 만들어진다. 상기 PTC 가열 소자들 30, 31을 접촉시키기 위해서, 상기 PTC 가열 소자들은 그들의 양 측면들 상에서 접촉 시트들 25, 26, 27과 접촉하고 있다. 택일적으로, 전류가 중간체, 특히 전도성 라디에이터 소자들 23, 24를 통하여 공급될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 위치결정 프레임은 적어도 상기 접촉 시트들 26, 27이 상기 위치결정 프레임 22 상에서 서로 이격된 채 유지되도록 구현된다. 이러한 목적에 따라서, 상기 위치결정 프레임에는 전류 전달 소자들을 정확하게 위치시키는 돌출부들, 웨브(web)들 및 리브(rib)들이 구비되어 있다. 상기 접촉 시트들 26, 27은 상기 위치결정 프레임의 돌출부들에 의해서 서로 이격된 채 유지된다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 상기 위치결정 프레임은 상기 라디에이터 소자들 23, 24가 상기 돌출부들 28을 통하여 상기 위치결정 프레임 22상의 위치에 정확하게 고정되도록 구현된다. 따라서 상기 위치결정 프레임 22는 별개의 접촉시트들을 통하여 전류를 공급받는 상기 PTC 가열 소자들 30, 31의 측면 상에서 적어도 모든 전류 전달 소자들 23, 24, 26, 27이 상기 위치결정 프레임에 의해 서로 전기적으로 절연되어 유지되도록 구현된다.
바람직하게는, 대향 측면 상에 위치하는 상기 라디에이터 소자들 23, 24는 그들이 좋은 열전달을 얻기 위해서 개개의 PTC 가열 소자들 30, 31에 인접하게 직접 배열되도록 상기 위치결정 프레임 22의 개개의 돌출부들 28을 통하여 유지된다.
본 발명의 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 위치결정 프레임 22의 돌출부들 28은 상기 라디에이터 소자들 23, 24가 상기 위치결정 프레임 상에 클립 고정될 수 있도록 구현되어 있다. 그러한 위치결정 프레임은 도 3에 도시된 유형의 가열 소자 20의 제조를 단순화시키며, 그 결과 본 발명에 따른 전기 가열 장치의 최종 조립이 조립식 가열 소자들 20에 의하여 간단히 이루어질 수 있다.
도 5는 상기 전기 가열 장치의 평면도이다. 이러한 가열 장치는 도 1b에 도시된 것과 일치하며, 여러 변형이 가능한 개개의 가열 영역들이 추가적으로 도시되어 있다. 이를 위해서, 상기 가열 조절기가 수평 및 수직 방향으로 분할되어 있다. 상기 가열 영역들 각각은 개개의 제어 소자, 즉 제어 유닛의 개개의 전력 트랜지스터를 통하여 개별적으로 전류를 공급받는다.
상기 영역들 40 내지 45가 도 5에서 대략 동일한 크기로 구성되어 있지만, 다른 구조 디자인들로 구성될 수도 있다.
상기 가열 조절기의 복수의 영역들/가열 부분들은 개개의 공기 채널들을 통하여 다수의 공기 조화 영역들과 결합될 수 있으며, 상기 다수의 공기 조화 영역들은 영역들/가열 부분들의 수와 독립적이며, 다르게 구성될 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이 6개의 영역들로 분할되는 경우, 두 개의 영역들은 예를 들면 운전자 쪽에 관계되며, 앞좌석 승객 쪽에 두 개 그리고 뒷좌석에 각각 한 개씩 관계될 수 있다. 자동차의 두 영역 공기 조화의 경우, 대칭 분할이 이루어져 자동차 내부의 각 공기 조화 영역을 위해 가열 조절기의 세 영역들이 제공될 수 있다. 상기 가로 막대 5의 단부 면상에 배열된 제어 장치는 이런 목적에 따라 6-단 제어 장치로 구성되며, 이로써 각 영역이 개별적으로 제어될 수 있다.
PTC 가열 소자들 31의 제2 그룹으로의 전류 공급에 대한 선택적인 접근이 도 6 내지 도 9에 나타나 있다. 이런 실시예는 여러 가열 영역들의 PTC 가열 소자들과 라디에이터 소자들이 서로에 대해 움직여지지 않게 배열되어 있다는 점에서 본질적으로 이전 실시예와 다르다. 복수의 개별적으로 제어 가능한 가열 영역들에도 불구하고, 상기 가열 장치는 특히 그 크기가 좁아지는 효과를 갖는다. 이런 목적에 따라서, 전류, 바람직하게는 양전류가 상기 제어 장치에서 보았을 때 후방 그룹을 나타내는 가열 소자들 31의 그룹에 공급되며, 상기 PTC 가열 소자들의 평면과 다른 평면 내 별개의 전류 공급 수단을 통해 공급된다.
도 6a에, 여러 가열 영역들 52 내지 55에 대한 실시예가 도시되어 있다. 이러한 가열 영역들에서, 평면들 50은 그 평면 안에 상기 PTC 가열 소자들 30, 31이 위치하도록 배열된다. 상기 가열 조절기의 왼쪽 절반 및 오른쪽 절반으로 나뉘어 상기 PTC 가열 소자들 30, 31이 개별적으로 제어될 수 있다는 점 때문에, 병치된 가열 영역들 52 내지 55가 구현될 수 있다. 영역들 54 및 55를 포함하는, 오른쪽절반의 PTC 가열 소자들 31을 제어하는 전류가 상기 평면들 51에 위치한 개개의 전류 공급 수단을 통하여 제공된다.
도면에 도시된 평면들 50 및 51의 구성은 단지 예시적인 것으로, 다른 어떠한 구성도 가능하다. 상기 평면들 51은 예를 들면 상기 가열 장치의 상부 및 하부 가장자리들 및 상부에 배열될 수 있다.
PTC 가열 소자들, 라디에이터 소자들 및 접촉 시트들의 적층 구조물은 개개의 스프링 요소들을 포함하는 스프링(spring)들 56에 의해 함께 클램프 가압된다. 도시된 실시예에서, 적당한 스프링들 56이 상기 구성의 하부 가장자리 및 상부에 제공된다. 택일적으로, 상기 접촉 압력은 단일 스프링 56에 의해서 생성될 수도 있다. 도 6b에 나타낸 바와 같이, 상기 개개의 스프링 요소들 57은 상기 평면들 50에서 상기 PTC 가열 소자들 30, 31의 위치와 일치하는 위치에 배열되는 것이 바람직하다.
스프링 요소들 57과 함께 이러한 스프링들 56이, 해당 도면들에 도시되어 있지는 않지만 전술한 실시예들에 제공된다.
이하에서 도 7, 8 및 9를 참조하여 택일적인 실시예를 설명한다. 이들 도면들은 해당 유형의 가열 장치를 이루는 소자들의 투시도이다. 도 7은 해당 유형의 전기 가열 장치의 일반적인 도면을 나타내는데, 상기 가열 장치의 소자들은 구조적 원리가 보다 명확히 보여질 수 있도록 부분적으로 생략되어 있다. 특히, 라디에이터 소자들은 단지 개략적으로 나타나 있다. 도 8은 도 7에 따른 가열 장치의 상세도이며, 도 9는 상기 가열 장치의 가열 소자의 전개도이다.
도 6의 평면들 50에, 개개의 위치결정 프레임들 60이 배열되어 있으며, 상기 프레임들은 상기 PTC 가열 소자들 30, 31을 위한 개구들 61, 62를 갖추고 있다. 상기 PTC 가열 소자들은 그 하부 표면상에서 접촉 시트 63을 통해 접지에 접촉되어 있다. 상기 PTC 가열 소자들의 상부 표면상에서, PTC 가열 소자들 30, 31의 양쪽 그룹들은 양의 접촉 시트(positive contact sheet)들 64, 65에 의해 개별적으로 접촉된다.
이러한 접촉 시트들의 이격된 구성을 위해, 상기 위치결정 프레임들 60은 분리기(separator) 69를 각각 구비하고 있다. 상기 위치결정 프레임 너머로 수직하게 돌출하는, 이러한 분리기 69는 상기 접촉 시트들 64, 65를 유지할 뿐만 아니라 바람직하게는 서로에 대해 이격되어, 상기 접촉 시트들에 인접하게 위치한 상기 라디에이터 소자들 73, 74를 유지한다.
도 7에 따르면, 상기 제어 장치는 상기 가로 막대 5 안에 배열된다. PTC 가열 소자들 30의 제1 그룹은 상기 제어 장치의 방향으로 돌출하는 접속부 64a 및 상기 접촉 시트 64를 통하여 개개의 제어 전류를 공급받는다.
변위된 접촉 시트들이 있는 제1 실시예에 택일적으로, 본 실시예는 상기 가열 조절기의 우측면에 배열된, PTC 가열 소자들 31이 상기 접촉 시트 65의 평면과는 다른 상기 가열 장치의 평면에 배열된 전류 공급 수단 66 및 상기 접촉 시트 65를 통하여 전류를 공급받도록 구현된다. 상기 전류 공급 수단 66은 상기 가로 막대 5에서 상기 제어 장치에 접속된 접속부 66a를 구비하며, 상기 가열 조절기의 대향 좁은 측면 단부에 위치하는 접속 러그(connection lug) 66b를 구비하고 있다.상기 접속 러그 66b는 상기 PTC 가열 소자들을 포함하는 평면 방향으로 수직하게 돌출한다. 상기 접촉 시트 65는 상보형 접속 러그(complementary connection lug) 65a를 가지며, 상기 상보형 접속 러그는 상기 전류 공급 수단 66을 향해 반대 방향으로 돌출한다. 상기 두 접속 러그들 65a, 66b는 바람직하게는 용접 조인트(welded joint) 80을 통하여 서로 접속되어 있다.
특히 바람직한 실시예에 따르면, 이러한 양전류 공급 수단 66은 상기 개구들 62에 배열된 상기 PTC 가열 소자들 31에 전류를 공급할 뿐만 아니라, 추가적으로 예를 들면 상기 PTC 가열 소자들 31 위에 배열된 다른 평면에서 동일하게 배열된 PTC 가열 소자들에도 전류를 공급한다. 이런 목적에 따라서, 상기 접촉 시트 65( 및 또한 상기 접촉 시트 64)는 상기 접촉 시트들 위에 위치한 상기 라디에이터 소자들 73, 74에 전기적으로 접속되어 있으며, 이로써 PTC 가열 소자들의 다른 층에 대한 전기 접속이 라디에이터 소자들의 몇몇 층에 걸쳐서 이루어진다. 가열 소자들의 이러한 층은 전류 공급 수단 78을 통하여 대향 측면으로부터 거기에 공급된 접지를 갖는다.
상기 양전류 공급 수단 66에 평행하게 연장하는 상기 접지 공급 수단 67은 상기 라디에이터 소자 68을 통하여 상기 접촉 시트 63을 접지에 접속시킨다. 상기 접촉 시트 67은 바람직하게는 상기 제어 장치를 통하지 않고 접지에 접속되지만, 횡 접속/막대 77을 통하여 상기 프레임의 주변에 배열된 상기 접지 공급 수단 78에 접속되어 있다.
추가 절연 플레이트들 70, 71이 제공되어, 양전류 공급이 상기 전류 공급 수단 66을 통하여 상기 접촉 시트들 65로 상기 평면들 51에서 전도되며, 상기 개구들 61, 62 내 모든 PTC 가열 소자들 30, 31용의 접지 공급 수단 67로 전도된다. 상기 절연 플레이트 70은 상기 접지 공급 수단 67과 상기 양전류 공급 수단 66을 서로 절연시킨다. 상기 접촉 시트 71은 상기 양전류 공급 수단을 그 아래에 위치한 라디에이터 소자 75로부터 절연시킨다.
상기 절연 플레이트 71을 통하여, 전술한 가열 영역들에 대해 대칭적으로 배열되어 있는 가열 영역들 53, 55는 상기 무전류 라디에이터 소자 75의 다른 측면 상에 동일한 방식으로 배열될 수 있다.
도 6 내지 9에 나타낸 특정 실시예에 따르면, 플러스(plus) 및 마이너스(minus) 신호 형태로 도 6a에 나타나 있는 플러스 및 접지 조합이 얻어진다. 상기 상부 및 하부 가열 영역들 사이에 위치한 상기 라디에이터 소자 75는 상기 접촉 시트들 71을 통하여 양전류 공급 수단뿐만 아니라 접지에도 접촉하지 않으며, 따라서 무전류이다. 상기 접지 공급 수단에 인접하게 위치한 상기 라디에이터 소자들 68은 각각 상기 접지 공급 수단 67에 접촉되고 상기 PTC 가열 소자들 30의 일 측면에 접지를 전도하여, 상기 두 PTC 가열 소자 그룹들간에는 차이가 없다.
상기 라디에이터 소자들 75 및 68, 즉 PTC 가열 소자들의 여러 그룹들에 별개의 전류 공급을 하기 위해 사용되지 않는 라디에이터 소자들(즉 접지에 접속되어 있거나 무전류인 라디에이터 소자들)이 상기 가열 조절기의 좌측 및 우측 절반들에 개별적으로 제공될 필요가 없다. 이러한 라디에이터 소자들은 연속/일체형 소자들로 구현되는 것이 바람직하다. 택일적으로, 이러한 가열 소자들은 상기 개개의 가열 영역들의 보다 낮은 열적 분리를 달성하도록 서로 분리되어 제공될 수도 있다.
상기 라디에이터 소자들 73, 74는 상기 접지 공급 수단에 대향하게 위치한 상기 PTC 가열 소자 측면에 배열된 접촉 시트들 64, 65에 전기적으로 접속되어 있으며, 상기 접촉 시트들 64, 65 및 상기 라디에이터 소자들 73, 74는 서로 인접하게 배열된다. 그들은 보다 위에 위치하며 개개의 동일 영역의 PTC 가열 소자들을 포함하는 추가 층 50에 전류를 공급한다. 동일 영역의 PTC 가열 소자들을 포함하는 다른 층 50은 상기 층위에 위치한 라디에이터 소자들을 통하여 접지에 접촉되어 있다. 개개의 라디에이터 소자들의 개개의 극성 및 그들의 별개의 구성이 각각 플러스 마이너스 신호들의 형태로 도 6a에 나타나 있다.
제1 실시예와 비교하여 본 실시예는 보다 좁은 구조적 크기를 갖는 특별한 이점이 있다.
종래의 다중 영역 가열의 경우 별개의 가열 장치가 각 방출 채널에 대해 요구되는 반면에, 본 발명은 개별적으로 제어 가능한 가열 부분들을 통하여 필요한 열을 제공하는 단일, 중심 가열 장치의 사용을 허용한다. 이런 방식으로, 높은 공기 조화 편리성이 자동차에서 용이하게 달성될 수 있다.
각 영역과 소정 개수의 PTC 가열 소자들이 결합함으로써 길이 방향에서 임의대로 상기 가열 조절기에 영역들이 형성될 수 있다. 수직 방향에서, 영역의 크기는 라디에이터 소자들을 가변적으로 결합함으로써 조정될 수 있다.
요컨대, 본 발명은 전기 가열 장치에 관한 것으로서, 상기 전기 가열 장치는 자동차용 보조 전기 가열기로 사용하기에 특히 적합하다. 상기 가열 장치는 복수의 PTC 가열 소자들을 포함하며, 상기 PTC 가열 소자들은 상기 가열 장치의 일 평면에 배열된다. 상기 PTC 가열 소자들은 자신들에게 전류를 공급하는 접촉 시트들과 전기적으로 접촉하고 있으며, 생성된 열을 가열하고자 하는 기류에 전달하기 위한 라디에이터 소자들과 열적으로 접촉하고 있다. 본 발명에 따르면, 상기 평면에 배열된 상기 PTC 가열 소자들은 적어도 두 개의 그룹들로 나누어 개별적으로 제어될 수 있게 구성되어 있다.
상기 가열 장치는 일반적인 가열 장치들의 치수와 동일한 치수 및 그런 장치들과 동일한 효율을 가지며, 상기 가열 요소들이 제어된 영역 방식으로 구성되면 추가적인 기능을 갖는다.
상기한 바와 같이 본 발명은 개별적으로 제어 가능한 가열 영역들을 포함함으로써 다중 영역 공기 조화가 용이하게 실현될 수 있으며, 지금까지 사용된 가열 장치들의 외측 규격과 동일한 외측 규격을 가지므로 어떠한 변경 없이 종래의 구조 디자인을 갖는 공기 조화 유닛들과 일체로 형성될 수 있는 이점이 있다. 또한, 조립이 용이하게 이루어지므로 제조 비용을 낮게 유지할 수 있다.

Claims (28)

  1. 차량용 보조 전기 가열기로 사용하기 위한 전기 가열 장치로서, 상기 가열 장치 내 일 평면에 배열된 복수의 PTC 가열 소자들(30, 31)과, 적어도 하나의 라디에이터 소자(23, 24)와, 전류 공급을 위한 접촉 시트들(26, 27)을 포함하는 상기 전기 가열 장치에 있어서,
    상기 PTC 가열 소자들(30, 31)은 적어도 두 개의 그룹들로 나누어 개별적으로 제어 가능하게 구성됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개별적으로 제어 가능한 PTC 가열 소자들(30, 31)의 그룹들은 각각 적어도 하나의 별개의 라디에이터 소자(23, 24)들과 함께 결합됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개별적으로 제어 가능한 PTC 가열 소자들(30, 31)의 각 그룹에 전류를 공급하기 위한 별개의 접촉 시트(26, 27)를 더 포함함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 개별적으로 제어 가능한 PTC 가열 소자들(30, 31)의 그룹들은 공통의 접촉 시트(25)를 통하여 양극 또는 접지에 접속됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 PTC 가열 소자들(30, 31)을 제어하기 위한 상기 별개의 접촉 시트들(26, 27; 64, 65)은 일 평면에 서로 간격을 두고 배열됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 별도의 접촉 시트들(26, 27; 64, 65)의 좁은 측면들은 전류를 공급하기 위한 접속부들(26a, 27a)을 구비함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 별개의 접촉 시트들(64, 65)의 상기 접속부들(64a, 65a)은 상기 가열 장치의 대향하는 폭이 좁은 측면들 상에 배열됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 별개의 접촉 시트들(64, 65)은 서로에 대해 움직여지지 않도록 배열됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 가열 장치의 제2 평면 내 절연 플레이트들(70, 71) 사이에 배열된 전류 공급 수단(66)을 통하여, 전류가 상기 가열 장치의 폭이 좁은 측면 상의 접속부(66a)로부터 상기 별개의 접촉 시트들(64, 65) 중 하나에 공급되며, 상기 폭이 좁은 측면은 상기 개개의 접촉 시트(65)에 대향하여 위치하게 됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 PTC 가열 소자들(30, 31)을 포함하는 평면과 상기 제2 평면 사이에 라디에이터 소자(68)가 더 제공됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 PTC 가열 소자들(30, 31)을 포함하는 상기 평면과 상기 제2 평면 사이에, 접지 접촉 시트(67)가 PTC 가열 소자들(30, 31)의 양 그룹들에 전류를 공급하기 위해서 추가적으로 제공됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  12. 제6항에 있어서, 전류를 공급하기 위해 사용된 상기 접속부들(26a, 27a)은 각각 상기 접촉 시트(27) 및 상기 가열 장치의 동일한 폭이 좁은 측면 상에 제공되며, 상기 접촉 시트(27)는 상기 접속부들에서 보았을 때 후방 PTC 가열 소자들(30, 31)과 결합되어 있으며, 전방 접촉 시트(26)에 대해 측면으로 연장됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 별개의 접촉 시트들(26, 27; 64, 65)과 접촉하고 있는 적어도 상기 라디에이터 소자들(23, 24; 73, 74)은 추가 PTC 가열 소자들(30, 31)의 상기 별개의 그룹들에 전류를 공급하기 위해 사용됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 위치결정 프레임(22; 60)을 더 포함하며, 상기 위치 결정 프레임은 상기 가열 장치의 적층 구조물 내 평면에서 상기 PTC 가열 소자들(30, 31)을 소정 위치로 서로 이격시켜 유지함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 위치결정 프레임(22; 60)은 상기 별개의 접촉 시트들(26, 27; 64, 65)을 소정 위치에서 서로 이격시켜 유지함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 위치결정 프레임(22; 60)은 상기 별개의 라디에이터 소자들(23, 24; 73, 74)을 소정 위치에서 서로 이격시켜 유지함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 위치결정 프레임(22; 60)에는 복수의 돌출부들(28; 69)이 구비되며, 상기 돌출부들은 상기 위치결정 프레임(22; 60) 너머로 수직하게 돌출하며, 상기 별개의 접촉 시트들(26, 27; 64, 65) 및/또는 상기 별개의 라디에이터 소자들(23, 24; 73, 74)의 위치를 정하기 위해서 사용됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 돌출부들(28)은 상기 라디에이터 소자들(23, 24)이상기 위치결정 프레임(22) 상에 클립 고정되도록 구현됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, PTC 가열 소자들(30, 31)의 상기 그룹들 및/또는 PTC 가열 소자들(30, 31)의 상기 그룹들과 결합된 상기 별개의 라디에이터 소자들(23, 24)은 서로에 대해 개별적으로 이동되도록 배열됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 별개의 제어 유닛이 각각 개별적으로 제어 가능한 PTC 가열 소자들의 그룹과 결합되어 있음을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제어 유닛들은 PTC 가열 소자들(30, 31), 접촉 시트들(26, 27; 64, 65) 및 라디에이터 소자들(23, 24; 73, 74)을 포함하는 적층 구조물과 함께 구조 유닛을 형성함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 별개의 접촉 시트들(26, 27; 64, 65)은 각자 동일한 수의 PTC 가열 소자들(30, 31)과 결합되어 있음을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  23. 제12항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접속부들(26a, 27a)에서 보았을 때 후방 접촉 시트(27)를 구성하는 상기 접촉 시트는 보다 적은 수의 PTC 가열 소자들(31)과 결합됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 적층 구조물 안에 차례로 쌓여 있는 복수의 가열 소자들(20)을 더 포함하며, 상기 각각의 가열 소자들(20)은 라디에이터 소자들(23, 24)뿐만 아니라 개별적으로 제어 가능한 PTC 가열 소자들(30, 31)및 상기 PTC 가열 소자들(30, 31)과 결합된 접속 시트들(26, 27)의 평면을 포함함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, PTC 가열 소자들(30, 31), 라디에이터 소자들(23, 24; 73, 74) 및 접촉 시트들(26, 27; 64, 65)로 이루어진 상기 적층 구조물은 직사각형 프레임 안 또는 하우징 안에 클램핑 고정되어 있음을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 일 평면의 PTC 가열 소자들(30, 31)의 상기 그룹들에 대한 개별적인 제어를 통해서, 각각 병치된, 상기 가열 장치의 별개의 가열 영역들(40, 43; 52, 54)이 형성됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  27. 제26항에 있어서, 가열 영역(40 - 45)은 적층 구조물 안에 차례로 쌓여있는 복수의 가열 소자들(20)로 형성됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
  28. 제1항 내지 제27항에 따른 전기 가열 장치를 포함하는 차량용 공기 조화 유닛.
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