KR20080001625A

KR20080001625A - 전기 가열 장치

Info

Publication number: KR20080001625A
Application number: KR1020070062340A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 니더러; 쿠르츠 발츠; 프란츠 볼렌더
Original assignee: 카템 게엠베하 운트 캄파니 카게
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2008-01-03
Also published as: US20080000889A1; ES2376387T3; JP2008007106A; JP4732404B2; US8946599B2; EP1872986B1; EP2127924A1; EP2127924A8; DE502006008687D1; EP2127924B1; CN101097092A; EP1872986A1; ES2354964T3; CN100567843C; KR100870058B1

Abstract

본 발명은 유동하는 매개체를 가열하기 위한 하우징(4)을 갖는 전기 가열 장치에 관한 것이다. 상기 하우징(4)에 있는 전기 가열 장치(2)의 적어도 하나의 전기 가열 요소(18)는 하우징(4)을 가열 챔버와 순환 챔버(10)로 나누는 분리 벽에 의해 순환 챔버(10) 안에 수용된 매개체로부터 견고하게 지지되고 완전히 차폐된다. 상기 순환 챔버(10)는 각각 매개체를 투입하고 제거하기 위한 입구와 출구를 구비한다. 상기 가열 요소(18)는 바람직하게는 PTC 가열 요소이며, 죄는 힘(clamping force) 때문에 분리 벽(12)에 의해 형성된 리세스 안에 수용된다. 바람직하게는, 상기 리세스는 순환 챔버(10) 안으로 돌출된다. 또한, 본 발명은 특히 자동차의 전기 구동장치용의 전기 에너지를 열 에너지로 변환하기 위한 복열장치에 관한 것이다.

전기 가열 장치, 하우징, 분리 벽, 리세스, 순환 챔버, 가열 챔버, 인쇄 회로 기판, 세라믹 플레이트, PTC 가열 요소

Description

전기 가열 장치{Electric Heating Device}

도 1은 덮개가 열린 실시예 부분의 사시도이다.

도 2는 하우징 바닥이 제거된 하우징의 바닥부분의 사시도이다.

도 3은 도 1에 나타난 실시예의 세로 단면도이다.

도 4는 도 1 내지 도 3에 따른 가열 장치에서 사용되는 전기 가열 요소의 실시예에 대한 사시도이다.

도 5는 도 1에 나타난 부분 위에 장착될 두 개의 플레이트이다.

도 6은 도 5에 따른 플레이트가 도 1에 따른 부분 위에 장착된 실시예이다.

도 7은 제2 인쇄 회로 기판이 도 1에 따른 실시예 위에 장착된 실시예이다.

도 8은 도 1 내지 도 7에 나타난 실시예 위에 덮개가 장착된 실시예이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2: 가열 장치(Heating device)

4: 하우징

4a: 하우징 프레임(Housing frame)

4b: 하우징 바닥(Housing base)

6: 입구(Inlet opening)

8: 출구(Outlet opening)

10: 순환 챔버

12: 분리 벽(Separating wall)

14: 가열 챔버

16: 리세스(Recess)

18: 가열 요소(Heating element)

20: 세라믹 플레이트(Ceramic plate)

22: PTC 가열 요소(PTC heating element)

24: 접속 플레이트

26: 연장 단부

28: 측면부

30: 측면부

32: 압력 요소(Pressure element)

34: 탭(Tab)

35: 절연 플레이트(Insulating plate)

36: 제1 인쇄 회로 기판/분배 기판

37: 제2 인쇄 회로 기판

38: 접속 리셉터클(Contact receptacle)

40: 연장 단부 리셉터클(Extension section receptacle)

41: 접촉 스터드 요소/탭 요소(Contact stud element/tab element)

42: 능동형 연결 요소(Positive connecting element)

43: 베어링 표면(Bearing surface)

44: 플러그인 접속 리셉터클(Plug-in contact receptacle)

45: 수동형 연결 요소(Negative connecting element)

46: 반도체 스위치(Semiconductor switch)

47: 절연층(Insulating layer)

48: 하우징 덮개(Housing cover)

50: 전원 단자(Power terminal)

52: 신호 단자(Signal terminal)

본 발명은 유동 매개체(medium)를 가열하기 위한 전기 가열 장치에 관한 것이다. 본 발명의 문맥상, 여기서 매개체라 함은 특히 액상 매개체로 이해된다. 특히, 본 발명은 자동차(motor vehicle)를 위한 전기 가열 장치에 관한 것이다. 이 경우, 특히 상기 자동차는 공정 열(process heat)을 발산하지 않거나 또는 적절한 양의 공정 열을 발산하지 않는 구동장치(drive)로 작동된다. 특히 하이브리드 구동장치들(hybrid drives)이 여기에 포함된다. 따라서, 본 발명은 특히 운전 과정 동안 자동차의 개별 시스템 부분에 필요하거나, 혹은 적어도 그러한 과정을 촉진하기 위한 열을 발생시키기에 적절한 가열 장치를 공급하기 위함이다. 특히, 본 발명에 따른 가열 장치는 자동차 내의 대응 시스템 부분에 짧은 시간 안에 열을 발산하기 위해서, 짧은 시간 내에 많은 양의 열을 발생시키기에 적절하다. 동시에, 본 발명에서는 조정 잘못으로 인한 전기 가열 장치의 과열을 피하기 위해 주의를 기울였다.

종래 기술분야에서, 자동차에 소위 저항 가열 요소 혹은 PTC 가열 요소를 사용하는 것은 알려져 있다. 그러한 가열 요소들은 가열이 증가 될수록 더 큰 저항이 나타나고 그 결과로써 전류량이 낮아지기 때문에 자동조절된다. 따라서, 상기 PTC 가열 요소는 이러한 가열 요소의 과열을 방지하는 자동조절 특성을 갖는다. 주어진 작동 전압하에서 PTC 저항기가 도달할 수 있는 최대 온도는 PTC 가열 요소의 제조공정 동안의 특정 파라미터들에 의해 영향을 받을 수 있다. 그러한 사항은 여기서 상세하게 설명될 필요가 없다.

따라서, PTC 가열 요소들은 일반적으로는 라디에이터(raditor)들, 특히 어떠한 경우에는 그 구동 장치가 승객 공간의 온도 조절을 위해 충분치 못한 소비 열을 발산하는 자동차에 있어서 승객 공간을 가열하는 역할을 하는 장치들에 배치된다.

공지된 하우징을 가진 전기 가열 장치에 관한 독일특허 제DE 39 07 179호에서는, 복수의 PTC 가열 요소들이 배열되고, 그것에 따라 가열될 액상 매개체(이 경우에는 물)는 직접적으로 PTC 가열 요소 주변을 흐른다. 따라서, 전기 가열 요소로 연결되는 전기 연결 요소(electric connecting element)들이 자유롭게 가열될 매개체 안에 놓이고, 그것은 필요한 안전 요건을 따르지 않으며, 또한 연결 요소의 금 속 부분의 부식문제를 수반한다. 게다가, 유동 도관(flow conduit) 안에 직접 전기 가열 요소를 배열시키는 것은 유지 보수 작업을 어렵게 한다.

본 발명의 목적은 요구조건에 맞고, 충분한 안전성을 제공하며 위에 언급된 문제점이 없는 전기 가열 장치를 제공하기 위함이다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 청구항 제1항의 특징을 갖는 전기 가열 장치를 제공한다. 이것은 하우징이 그 하우징을 가열 챔버(heating chamber)와 순환 챔버(circulation chamber)로 나누는 분리 벽(separating wall)을 갖는다는 점에서 DE 39 07 179에 개시된 종래기술과 다르다. 매개체는 입구에서부터 출구까지 순환 챔버 안에서 순환할 수 있다. 상기 순환 챔버는 주변으로부터 밀폐된다. 다시 말해, 매개체는 오직 입구와 출구를 통해서만 접근 가능하다. 가열 챔버는 분리 벽의 순환 챔버의 맞은편 측면에 위치한다. 상기 가열 챔버에는 순환 챔버 안에 흐르는 매개체를 가열하는 적어도 하나의 전기 가열 요소가 배열된다.

본 발명에 따른 전기 가열 장치는 분리 벽에 의해서 열 방산 매개체(heat-dissipating medium), 예를 들어 물 혹은 오일이 확실하게 전기 가열 요소와 분리되어 있다는 장점을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 전기 가열 장치에는 만일 전기 가열 요소와 직접 접촉될 경우에 전기 가열 요소를 손상시킬 수 있다거나 및/또는 누전(short circuit)을 일으킬 수 있는 매개체를 포함하여, 어떠한 열 방산 매개체도 사용될 수 있다.

전기 가열 요소와 순환 챔버 사이의 양호한 열 전도성을 고려하여, 상기 하 우징은 열 전도가 좋은 물질, 바람직하게는 금속과 같은 물질로 형성된다. 금속 중에서도, 알루미늄이 특히 바람직하다.

전기 가열 요소는, 바람직하게는, 이미 전술한 장점에 기인하여, 적어도 하나의 PTC 가열 요소를 포함한다. 동시에, 하우징으로부터의 전기 절연을 목적으로, 상기 PTC 가열 요소는 바람직하게는 중간층(intermediate layer)으로서의 적어도 하나의 세라믹 플레이트(ceramic plate)와 함께 분리 벽에 맞닿아 놓인다. 비록 PTC 가열 요소가 하우징으로부터 전기적으로 절연되더라도, 상기 세라믹 플레이트가 매우 얇게 형성됨으로써 PTC 가열 요소에서부터 분리 벽으로의 열 전도가 본질적으로 불리하게 영향받지는 않는다. 또한, PTC 가열 요소가 직접 하우징의 벽 위에 놓이고 공급전력이 하우징으로의 전류 공급에 의하여 PTC 가열 요소의 극에 통하며, 반면에 PTC 가열 요소의 다른 접점이 전기적으로 하우징으로부터 절연되는 실시예 역시 가능하다.

하우징이 그것의 너비보다 길고 입구와 출구가 길이를 따라 서로 반대편에서 하우징의 끝단으로 잘리는 유리한 구성에서, 적절하게 많은 양의 열이 전기 가열 요소에서부터 매개체로 이동될 수 있을 것으로 보인다. 전기 가열 요소에 의해 발생한 열을 매개체로 일정하고 효과적으로 전달할 목적으로, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 분리 벽이 가열 챔버 안에 적어도 하나의 전기 가열 요소를 수용하기 위해서 하우징의 길이를 따라 연속적인 적어도 하나의 리세스를 형성하는 것이 제공된다. 상기 리세스는 순환 챔버 속으로 돌출되어 가열 챔버에는 열려있게 되며 양쪽 면에는 유동 매개체를 가진다. 전기 가열 요소에서부터 매개체로 열 전달을 좋게 할 목적으로, 전기 가열 요소의 두께는 바람직하게는 개략적으로 리세스의 너비(width)와 상응한다. 바람직하게는, 복수의 리세스가 차례로 평행하게 하우징의 너비를 따라 배열된다. 그것의 의해 전기 가열 장치에 의해 전달되는 열량은 상당히 증가 될 수 있다. 바람직하게 상기 리세스는 대략 U 형태의 단면을 가지며, 대향 측면부에 의해 형성된 상기 리세스의 내부면은 바람직하게는 평평하다. 높은 열 생산을 갖는 가열 장치의 간단한 배열을 위한 동일한 전기 가열 요소의 사용을 목적으로, U 형태 리세스들은 본질적으로 동일한 깊이로 형성된다. 다시 말해, U 형태 리세스의 대향 측면부 연결 탭(tab)들은 동일한 높이에서 끝을 이루며, 그것에 따라 상기 리세스들은 동일한 깊이로 순환 챔버 속으로 돌출된다. 바람직하게는 상기 리세스들은 순환 챔버의 바닥 앞에 짧게 끝을 이루며, 그것에 따라 상기 바닥은 가열 챔버 반대편에 놓인다. 전기 가열 요소를 형성할 때 표준 부품의 최적의 실시 사용을 위해, 차례로 복수의 전기 가열 요소들이 각각의 리세스 안에 수용된다. 바람직하게 가열 요소의 하부 끝단(lower end)은 탭(tab)과의 접촉으로 주어진 수평면의 높이에 수용된다.

특히 PTC 가열 요소가 사용될 때, 이러한 전기 가열 요소의 자기 조절 특징 면에서 볼 때, 가능한 균일한 시트(sheet)형 PTC 가열 요소의 양 측면으로의 열 전달은 보장되어야 한다. 따라서, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는상기 전기 가열 요소가 U자 형태의 리세스 안에 수용된 전기 가열 요소와 마찬가지로 리세스 안에 위치한 압력 요소(pressure element)에 의해서 완전한 접촉시 리세스의 대향 측면부에 맞닿아서 눌리도록(압력받도록) 제안한다. 바람직하게는 전기 가열 요소들 은 대향 측면부처럼 완전히 평평하고, 그리고 바람직하게는 약간의 원뿔모양의 배열(conical arrangement) 안에서 약간 서로를 향해 배열된다. 그것에 따라, 상기 압력 요소는 쐐기(웨지) 형태(wedge shape)로 형성되어야 하고 그것에 의해 상기 압력 요소는 가열 요소를 리세스 안으로 단단히 밀어 넣으며 U 형태 리세스의 긴 측면과 가열 요소와 쐐기(웨지)(wedge) 사이의 전면 접촉을 보장한다. 상기 전기 가열 요소들은 적어도 하나의 측면부에 맞닿아 놓이며, 여기서 하우징으로부터 전기 절연을 목적으로, 전기 가열 요소가 측면부에 직접 놓일 필요가 없으며 대신에 바람직하게는 얇은 세라믹 플레이트(ceramic plate)에 의해서 하우징으로부터 전기적으로 절연된다. 누전에 대한 개선된 보호를 목적으로, 얇은 전기 절연 플레이트가 평평하게 형성된 전기 가열 요소의 양 측면에 배열되고, 여기서 상기 얇은 전기 절연 플레이트들은 전기 가열 요소에서부터 분리 벽, 특히 U 형태 리세스의 대향 측면부들로의 열 전달을 거의 차단하지 않는다.

마찬가지로, 압력 요소는 좋은 열 전달 물질로 형성되고 바람직하게는 가열 요소에 그 전면이 맞닿게 선택적으로 중간층(intermediate lay)으로서의 전기 절연 플레이트와 같이 놓인다. 이러한 방식으로, 전기 가열 요소의 양 측면으로의 좋은 열 전달이 순환 챔버에 있는 매개체로의 전달을 위한 U 형태 리세스의 대향 측면부에 의해서 보장된다. 이 때문에, 플레이트 형태의 전기 가열 요소들의 길이를 따라 압력 요소를 도입함으로써, 리세스 안에 있는 전기 가열 요소를 받치기 위해 상기 압력 요소는 큰 힘으로 U 형태 리세스 안으로 눌린다. 전기 가열 요소의 후방 압력 표면은 이것을 위해 평평하고 매끄러워야 한다. 만약 압력이 크다면, 압력 요소는 세라믹 플레이트에 의해 형성된 전기 절연 플레이트에 맞닿아 미끄러져 들어가고, 여기서 전기 절연 플레이트의 상단 표면은 낮은 마찰저항으로 압력 요소의 미끄러짐 동작(sliding-in motion)을 저지하는 것이 바람직하다. 실제 시험에서 압력 요소를 가열 요소로 가져오기 위한 삽입력(insertion force)이 수백 뉴톤(Newton)에 달하는 것으로 나타났다. 이러한 이유 때문만이 아니라, 리세스의 길이를 따라 복수의 전기 가열 요소들을 차례로 배열하는 것이 바람직하며, 그 각각은 분리된 압력 요소에 의해서 리세스 안에서 받쳐진다. 압력 요소는 바람직하게는 전기 가열 요소의 접지면에 상응하는 접지면을 가지며, 그것에 따라 가열 요소에 의해 발생한 열은 방해 없이 가로로 측면부 속으로 전달될 수 있다.

전기 절연 플레이트들과 그들 사이에 배열된 적어도 하나의 PTC 가열 요소 사이에서, 바람직하게는 전기 접속 플레이트(electric contact plates)들이 PTC 가열 요소의 각 측면에 배열되고 전기적으로 PTC 가열 요소에 접촉된다. 상기 접속 플레이트들은 바람직하게는 일체 성형(단일 부품)으로 접속 플레이트 위에 형성된 연장 단부를 가지며, 그것에 따라 이 연장 단부는 가열 요소의 대각선 반대 측면 위로 전기 절연 플레이트를 넘어서 돌출된다. 연장 단부가 대각선으로 오프셋된 배열의 결과로, 이들 단부가 대립되고 오직 PTC 가열 요소의 두께에 의해서 이격되는 것이 방지되며, 그것에 의해 누전의 위험이 추가적으로 감소되며, 심지어 누전에 대한 충분한 보호를 고려하는 동안에도 전원(power supply)으로의 연장 단부의 전기적 연결이 간소화된다. 절연 플레이트들 사이에 배열된 접속 플레이트의 표면적의 크기는 본질적으로 적어도 하나의 PTC 가열 요소의 외부 표면에 상응한다. 그것 에 따라 이 외부 표면은 최상의 PTC 가열 요소의 전기적 접촉을 위해 절연 플레이트의 내부 표면과 마주한다. 따라서, 각각의 PTC 가열 요소는 전체 표면을 가로질러 접속 플레이트와 접촉한다. 대조적으로, 절연 플레이트는 가열 요소의 원주를 따라 하우징으로부터 가열 요소의 충분한 공간을 위해 약간 돌출한 쐐기(웨지)를 형성한다. 상기 가열 요소는 하나 혹은 그 이상의 PTC 가열 요소를 가진다. 병렬 저항기(parallel resistor)로 PTC 가열 요소가 작동할 수 있도록, 특히 전압이 230 V 이상일 경우, 복수의 PTC 가열 요소를 사용하는 것이 바람직하다. 이것을 통해서, 각각의 PTC 가열 요소로서 구현되는 저항이 불필요하게 감소 될 필요가 없으며, 이것은 항복 전압(breakdown voltage)의 감소를 초래한다. 전압이 230V보다 작은 경우, 전기 가열 요소로 하나의 PTC 가열 요소를 사용하는 것이 바람직하다.

앞서 언급한 바와 같이, PTC 가열 요소의 전기적 연결은 절연 플레이트를 넘어 돌출한 연장 단부를 통해 이루어진다. 각각의 연장 단부에 가장 간단히 실행할 수 있는 연결을 위해서, 리세스 안에 배열된 상기 연장 단부는 실질적으로 동일한 높이로 배열된다. 그리고 하우징은 연장 단부와 마주하는 그것의 하부면에 접속 리세스를 갖는 인쇄회로 기판을 위해 연장 단부 지역에 적어도 하나의 지지 표면을 가진다. 그것에 따라 연장 단부는 각 리세스 속으로 미끄러져 들어갈 수 있다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 차례로 리세스 안에 복수의 가열 요소가 배열되는 경우에, 각각의 연장 단부는 초기 장력하에 서로 대치하여 연장 단부 위에 놓여있는 접속 플레이트로부터 차례로 일렬로 배열된 여러 연장 단부를 위한 접속 리셉터클을 형성함으로써 간단한 방식으로 접속될 수 있다. 따라서, 이 접속 플 레이트는 본질적으로 연장 단부에 병렬로 연장되며 연장 단부가 접속 플레이트들 사이로 미끄러져 들어갈 때 초기 장력으로 연장 단부에 맞닿아서 눌리기 때문에 우수한 접속이 보장된다. 바람직하게는 전기적 요소의 중간층(intermediate layer) 혹은 전기적 요소를 위한 냉각 바(cooling bar)를 갖는 하우징의 베어링 표면(bearing surface) 위에 인쇄 회로 기판이 직접 놓일 때까지, 연장 단부의 길이를 따라 연장 단부 위에 인쇄 회로 기판이 미끄러져 들어가게 하는 간단한 방식으로 상기 접속이 이루어질 수 있다.

특히 가열 장치가 자동차의 엔진 구획(engine compartment) 안에서 사용될 때 가열 챔버의 밀봉을 위해서 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 가열 챔버를 밀봉하고 전원 단자와 신호 단자를 구비한 덮개가 제공되는 것이 제안된다. 또한 상기 덮개는 인쇄 회로 기판의 상단부에 있는 플러그인 요소와 함께 작동하는 접속 요소를 가진다. 상기 접속 요소는 바람직하게는 덮개가 제 위치에 놓일 때 서로에게 미끄러져 들어가서 접속을 형성하고, 바람직하게는 연장 단부에 평행하게 연장된다. 그것에 의해 연장 단부의 길이를 따라 덮개가 적절한 위치로 들어가게 하는 움직임은 전원 단자 및 신호 단자로 연결되는 접속 요소의 접속을 일으킬 뿐만 아니라 인쇄 회로 기판의 반대 측면에서 연장 단부의 양호한 유지(retention) 상태를 도모한다.

본 발명에 따른 전기 가열 장치는 특히 하이브리드(hybrid) 구동형 자동차의 가열 장치로 적당하다. 또한, 본 발명에 따른 가열 장치는 축열식 브레이크 이용(regenerative brake application) 중에 전기 모터의 발전기 작동으로 발생하는 여분의 에너지를 방산하기 위한 복열장치(recuperator)로 적당하다. 그러한 여분의 전기 에너지는 처음에는 자동차에 있는 전기 저장 배터리를 충전하는데 사용된다. 그러나, 만약 상기 저장 배터리가 완전히 충전되면, 전기 에너지는 방산 되어야한다. 그래서 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 본 발명에 따른 전기 가열 장치가 특히 이러한 경우에 매우 적당하다. 그에 따라, 예를 들어 열교환기(heat exchanger)를 통해 주변으로 열 에너지를 방출하거나 혹은 자동차 내부를 가열하는 열 에너지로 사용하는 것이 가능하다.

본 발명은 아래에서 도면과 함께 실시예를 통해 보다 상세하게 설명된다.

도 1은 기본적으로 원통 모양의 하우징 프레임(4)과 그것에 나사 고정된 하우징 바닥(4b)으로 구성된 세장형 하우징(4)을 갖는 가열 장치(2)의 실시예를 나타낸다. 연결 부품(connecting pieces)들은 하우징 프레임(4a)의 측면 표면과 세장형 하우징 프레임(4a)의 반대 끝단 위에 배열된다. 그것에 의해 상기 연결 부품들은 입출구(6, 8)를 에워싸고, 그것에 따라 연결 라인(connection lines)은 호스 클립(hose clips) 혹은 그와 같은 것을 통해 상기 연결 부품에 연결될 수 있다. 그것에 따라 상기 연결 라인은 기본적으로 하우징 프레임(4a)에 의해 둘러싸인 순환 챔버(10)에 이른다. 도 1에서 상기 연결 부품들은 하우징 프레임(4a)의 앞면 끝단 위에 배열된다. 세장형 하우징 프레임(4a)의 반대 끝단 위의 연결 부품의 다른 배열은 파선으로 나타난다. 순환 챔버(10)는 분리 벽(12)에 의해 그것 위에 있는 가열 챔버(14)와 분리된다. 다시 말해, 그러한 방식으로 순환 챔버(10)에 포함된 액체(예를 들면, 물)가 가열 챔버(14)에 닿지 않는다. 분리 벽(12)은 예를 들면 하나의 부품으로서 하우징 프레임(4a) 위에 형성될 수 있다.

도 3은 분리 벽(12)이 너비를 따라 차례로 배열된 복수의 리세스(16)를 형성하는 것을 나타낸다. 상기 리세스(16)는 기본적으로 하우징(4)의 전체 길이를 가로질러 연장된다(참고: 도 2). 따라서, 상기 분리 벽(12)은 순환 챔버(10) 속으로 깊게 돌출한 리세스(16)를 가지는 구불구불한 형태이며, 상기 리세스들은 순환 챔버(10)로부터는 완전하게 밀봉되고 가열 챔버(14)에는 열려 있게 된다. 상기 리세스(16)들은 바람직하게는 양도체(good conductor), 특히 금속 그리고 이 경우에는 특히 알루미늄으로 제조되기 때문에, 성형에 의해 예를 들어 개별 구성성분으로서 분리 벽(12)을 제조하는 것 역시 그 자체로 암시된다. 상기 리세스(16)는 서로 평행하게 하우징(4)의 길이를 따라 이어지고 U 형태의 단면을 갖는다.

도 4에 보이는 디자인을 갖는 가열 요소(18)가 각각의 리세스(16) 안에 위치된다. 각각의 가열 요소(18)의 외 측면(exterior side)은 세라믹 플레이트(20)에 의해 형성된다. 복수의 PTC 가열 요소(22)는 상기 세라믹 플레이트 사이에 배열된다. 전기가 통하는 물질로 만들어진 접속 플레이트(24)는 PTC 가열 요소(22)와 세라믹 플레이트(20) 사이에 차례로 위치된다. 연장 단부(26)는 하나의 부품(piece)으로서 상기 접속 플레이트(24) 위에 형성된다. 서로 반대로 놓여있는 접속 플레이트의 연장 단부(26)는 대각선 반대 측면 위에 위치한다. 따라서, 연장 단부들은 PTC 가열 요소(22)의 두께를 기초로 해서일 뿐만 아니라 가열 요소(18)의 너비에 의해서 서로 일정간격 떨어지게 된다. 보강을 위해, 상기 연장 단부(26)는 접속 플레이트(24) 물질을 한번 포개 접어서 두께에 있어서 두 배이다.

바람직하게는, 세라믹 플레이트(20)와 PTC 가열 요소(22) 그리고 접속 플레이트(24)를 붙여서 하나의 설비로 결합할 수 있다. 도 4는 세라믹 플레이트(20)가 경계선 주변에 쐐기(웨지)를 형성하면서 모든 면에서 PTC 가열 요소(22)와 접속 플레이트(24)를 넘어 돌출한 것을 나타낸다. 리세스(16) 속으로 도입된 가열 요소(18)는 U자 형태의 리세스(16)의 측면부(28) 위에 하나의 세라믹 플레이트(20)와 같이 놓여 있다. 압력 요소(32)는 대향 측면부(30)와 가열 장치(18) 사이에 있으며, 압력 요소는 장력하에 리세스(16) 속으로 도입되고 하나의 전기 가열 요소(18)에 할당된다. 각각의 압력 요소(32)는 리세스(16)에 있는 하나의 가열 요소(18)를 잡고 있으며, 리세스(16)의 측면부(28)와 대향 측면부(30)에 맞닿아서 그것을 받친다. 따라서, 가열 요소(18)는 좋은 열 전도를 갖는 측면부(28)와 대향 측면부(30)에 맞닿아 놓인다. 또한, 가열 요소(18)는 측면부(28)와 대향 측면부(30)를 연결하는 리세스(16)의 탭(34) 위에 서있기 때문에, 상기 가열 요소(18)는 높이에 있어서 고정된다. 전기 가열 요소(18)는 세라믹 플레이트(20)의 하부 면과 같이 탭(34) 위에 놓이고, 가열 요소(18)의 전기 전달 부분이 금속을 함유한 탭(34)으로부터 이격되어 결과적으로 절연된다. 또한, 리세스(16)의 깊이는 순환 챔버(16) 안에 있는 매개체가 적어도 다른 것의 위에 쌓인 PTC 가열 요소(22)의 높이 위에서 가열 요소(18) 주변을 흐르도록 선택된다. 다시 말해, 전체 전기 가열 요소(18)가 리세스(16) 안에 수용된다.

U자 형태의 리세스(16)들은 원뿔 모양으로 점점 가늘어지는 단면을 갖는다. 마찬가지로 압력 요소(32)는 쐐기(웨지) 형태(wedge-shape), 다시 말해 리세스(16) 의 원뿔형 진행에 대응하는 피치(pitch)로 형성된다. 상기 압력 요소(32)와 전기 가열 요소(18)의 두께는 실질적으로 각각의 리세스(16)의 너비에 상응한다.

압력 요소(32)는 예를 들면 알루미늄과 같이 열이 잘 전달되는 물질로 구성된다. 그리고 세라믹 플레이트(20)의 두께는 가열 요소(18)로부터의 열 전달이 측면부(28)와 대향 측면부(30) 물질에 의해 거의 방해받지 않을 정도에서 선택된다. 가열 요소(18)가 압력 요소(32)와 함께 압력받는 높은 수준 때문에, 연장된 리세스(16)의 두 측면으로의 열 방산(dissipation)이 실질적으로 대칭된다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 연장 단부(34)는 분리 벽(12)의 상부면을 넘어 돌출되고 가열 챔버(14) 안에 자유롭게 놓인다. 도 5에 나타난 플레이트, 즉 절연 플레이트(35)와 제1 인쇄 회로 기판(36)은 이 연장 단부(26)로 미끄러져 들어간다. 절연 플레이트(35)는 전기적 절연 물질로 만들어지며 연장 단부의 크기와 위치에 상응하는 구멍 모양(hole pattern)을 갖는다. 연장 단부(26)를 위해 절연 플레이트(35)로 파인 입구들(openings)은 연장 단부(26)를 인도하고 절연(insulation)을 보장한다. 또한, 절연 플레이트(35)는 제1 인쇄 회로 기판(36)으로부터 돌출해 뻗어나온(튀어나온) 제1 인쇄 회로 기판(36)의 일부를 위한 리셉터클(receptacles)과 리세스를 갖는다.

제1 인쇄 회로 기판(36)은 각각의 리세스(16)를 위한 두 개의 접속 리셉터클(38)을 구비한다. 그것에 따라, 상기 접속 리셉터클(38)은 연장 단부(26)를 수용하는 구부러지고 미리 팽팽해진(미리 장력을 받은)(pre-tensed) 연장 단부 리셉터클(40)에 의해 형성된다(도 3 참고). 여기서 나타나지 않는 대안적인 실시예에서, 접속 리셉터클은 두 개의 대향 접속 플레이트에 의해 역시 형성될 수 있다. 그것의 분명한 간격은 접속 리셉터클에 수용된 연장 단부가 초기 장력으로 접속 플레이트에 맞닿아 놓이는 방식으로 선택된다. 그러한 경우에, 차례로 배열된 전기 요소 복수의 연장 단부는 접속 플레이트를 통해 직렬로(in series) 연결된다. 실시예에서 보이는 바와 같이, 가열 요소(18)의 전기적 분류(electrical grouping)는 인쇄 회로 기판으로 나타나는 제1 배전기(distributor) 플레이트(36)의 스트립 전도체(strip conductor)에 의해 생성된다.

여섯 개의 탭 요소(41)와 원통형의 연결 요소(42)는 포지티브 단계(positive phase) 동안에 가열 요소(18)로부터 떨어져서 마주하는 상부면 위에 있는 제1 인쇄 회로 기판(36)을 넘어 돌출한다. 그것에 의한 각 돌출부(projection)는 제1 인쇄 회로 기판(36) 위에 배열된다. 상기 제1 인쇄 회로 기판(36)은 개략적으로 하우징 프레임(4a)의 전방 끝단 위에 제공된 지지 표면(43)의 높이에 놓인다. 상기 제1 인쇄 회로 기판(36)은 전자적 요소들을 구비하지 않고, 대신에 오직 스트립 전도체(strip conductor)와 앞에 언급된 연결 요소(41, 42)를 갖는다. 그래서 결과적으로 제1 인쇄 회로 기판(36)은 그룹 속의 모든 전기 가열 요소를 조절할 목적으로 개개의 전기 가열 요소(18)가 그룹으로 결합하도록 해준다.

제2 인쇄 회로 기판(37)은 접속 스터드 요소(41)에 할당된 여섯 개의 플러그인 접속 리셉터클(44)을 갖는다. 그것에 의해, 상기 플러그인 접속 리셉터클(44)은 제2 인쇄 회로 기판(37)의 상부면에 배열된다. 또한, 네거티브 연결 요소(45)는 제2 인쇄 회로 기판(37)의 상부 면에 제공된다. 그것의 하부 면에서, 제2 인쇄 회로 기판(37)은 전기 스위칭 요소, 특히 반도체 스위치(46)를 수반한다. 상기 반도체 스위치는 앞으로 혹은 끝단부로 제2 인쇄 회로 기판(37)을 넘어 돌출하며 사이에 위치한 절연층(insulating layer)(47)과 함께 지지 표면(43)에 맞닿아서 놓인다. 그것에 따라, 제2 인쇄 회로 기판(37)이 제1 인쇄 회로 기판(36)과 좀 떨어져서 설치된 점을 고려할 때, 이러한 방식으로 생성된 직접 접속으로 인해 하우징(4) 속으로 열을 전달함으로써 반도체 스위치(46)에 의해 발생한 열 손실을 방산할 수 있다. 그리고 접속 스터드 요소(41)는 대응되는 플러그인 접속 리셉터클(44)에 맞물린다. 포지티브 연결 요소(42)는 제2 인쇄 회로 기판(37) 속으로 파인 리세스를 통해 튀어나오고 제2 인쇄 회로 기판(37)을 넘어 돌출된다. 후속하는 접속(subsequent contacting)은 하우징 덮개(48)가 제자리에 놓일 때 두 개의 연결 요소(42, 45) 위에서 발생한다. 상기 덮개는 그것의 상부 면에 전원 단자(50)와 신호 단자(52)를 가지며 주변으로부터 가열 챔버(14)를 밀봉하는 역할을 한다.

도면에 나타난 실시예는 24개의 가열 요소를 가지며, 그 각각은 4개의 PTC 가열 요소를 갖는다. 그리고, 놀랍게도, 이러한 전기 가열 장치는 10kW 이상의 열 출력을 전달할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 출력으로, 발전기 작동에 의해 발생한 전기 구동장치의 저장될 수 없는 에너지가 가열장치를 통해 열 에너지로 변환될 수 있다.

Claims

전기 가열 장치(2)에 있어서,

소정의 매개체를 수용하고 상기 매개체가 그것을 통해 흐르는 순환 챔버(10)와 가열 챔버(14)로 하우징(4)을 분리하도록 분리벽(12)이 형성되어 있는 상기 하우징(4)과; 그리고

상기 매개체를 순환 챔버(10)에 공급하기 위한 입구(6)와, 그리고 가열된 상기 매개체를 순환 챔버(10) 밖으로 유도하기 위한 출구(8)를 포함하며,

전기 가열 요소(18)가 상기 가열 챔버(14) 안에 수용되도록 구성함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제1항에 있어서, 상기한 적어도 하나의 전기 가열 요소(18)는 적어도 하나의 PTC 가열 요소(22)를 포함함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징(4)의 길이는 그것의 너비보다 크고, 상기 입구 및 출구(6, 8)는 하우징(4)의 반대 끝단에서 길이를 따라 제공됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 분리벽(12)은 적어도 하나의 전기 가열 요소(18)를 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스(16)를 형성하며, 상기 리세스는 순환 챔버(10) 안으로 돌출되어 상기 매개체가 주위 양 측면 상에서 흐르도록 구성함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제4항에 있어서, 상기 리세스(16)는 순환 챔버(10)로부터 밀폐됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 전기 가열 요소(18)의 두께는 대략 리세스(16)의 너비에 상응함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제4항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 복수의 리세스(16)들이 차례로 서로에게 평행하게 상기 하우징(4)의 너비를 따라 형성됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제4항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 리세스(16)는 대략 U자 형태의 단면부를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제8항에 있어서, 상기 리세스(16)들이 동일한 관통 깊이(penetration depth)로 순환 챔버(10) 안으로 돌출됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제4항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 복수의 전기 가열 요소(18)들 이 리세스의 길이를 따라 차례로 각각의 리세스(16) 안에 수용됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제4항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 가열 요소가 U자 형태의 리세스의 탭(tab) 위에 세워짐을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제4항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 압력 요소(32)가 U자 형태의 리세스(16)의 측면부(30)들 중 하나와 전기 가열 요소(18) 사이에 배열되고, 상기 압력 요소(32)가 전기 가열 요소(18)와 측면부(30)에 대해서 평평하게 놓이도록 구성함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제12항에 있어서, 상기 압력 요소(32)가 양호한 열 전도를 가진 쐐기(웨지) 형태의 플레이트로 형성되고, 상기 전기 가열 요소(18)가 압력 요소에 의해 인가된 장력하에서 U자 형태의 리세스(18)의 다른 측면부(28)에 대해서 평평하게 놓이도록 구성함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 전기 가열 요소(16)는 서로 평행하게 배열된 두 개의 전기 절연 플레이트(20)들과 이 플레이트(20)들 사이에 배열된 적어도 하나의 PTC 가열 요소(22)와 적어도 하나의 PTC 가열 요소(22)의 양 측면에 맞닿아 놓이고, 이것과 전기 절연 플레이트(20) 사이에 배열된 두 개의 접 속 플레이트(24)들을 포함함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제14항에 있어서, 상기 접속 플레이트(24)들 각각은 전기 절연 플레이트(20)의 상부 끝단 위로 돌출된 대각선 반대 방향의 연장 단부(26)를 가지며, 절연 플레이트(20)들 사이에 배열된 접속 플레이트들의 표면적의 크기가 각각의 경우에 절연 플레이트(20)의 내부 측면과 마주하는 적어도 하나의 PTC 가열 요소(22)의 외부 표면과 대응됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제15항에 있어서, 각각의 연장 단부들의 상부 끝단들이 리세스(16) 안에 배열된 전기 가열 요소(18)들과 같이 동일한 높이로 배열되고, 연장 단부의 영역에서 적어도 하나의 지지 표면(42)이 인쇄 회로 기판(36)을 위해 제공되며, 상기 인쇄 회로 기판(36)은 연장 단부(36)들과 마주하는 그것의 하부 측면 위에 접속 리셉터클(38)을 가지며, 상기 연장 단부(26)들은 접속 리셉터클(38) 안으로 미끄러져 들어갈 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제16항에 있어서, 차례로 연속적으로 배열된 복수의 전기 가열 요소(18)의 연장 단부(26)를 위한 접속 리셉터클(38)은 초기 장력으로 연장 단부(26) 위에서 서로 반대로 놓여 있는 접속 플레이트들에 의해 형성됨을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제1항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 가열 장치는 전원 단자와 신호 단자를 가지는 덮개(48)를 더 포함하며, 상기 덮개(48)는 가열 챔버(14)를 밀폐하고 인쇄 회로 기판의 상부면 위에 형성된 접속 요소들과 상호 작용하는 대응하는 접속요소(contact counter-elements)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제18항에 있어서, 상기 접속 요소들과 대응 접속 요소들이 덮개(48)가 하우징(4) 위에 위치될 때 접속을 형성하면서 서로에게 미끄러져 들어갈 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 가열 장치.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 전기 가열 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지를 열 에너지로 변환하기 위한 복열장치(recuperator).