KR20100049397A - Ｐｗｍ 제어 고용량 피티씨 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PWM 제어 고용량 피티씨 히터에 관한 것으로, 고용량의 성능 발휘를 위해 열전달 및 열교환 효율이 향상되고 동시에 고용량의 성능 발휘에 따른 열 발생을 방지하기 위해 방열 성능이 우수한 구조로 형성됨으로써, 고용량의 성능 발휘가 가능하고 내구성이 향상되며 제작이 용이한 PWM 제어 고용량 피티씨 히터를 제공한다.
Figure P1020080108533
피티씨, 프리히터, 방열핀, 방열홀

Description

ＰＷＭ 제어 고용량 피티씨 히터{Pulse Width Modulation Control Type High Capacity PTC Heater}
본 발명은 PWM 제어 고용량 피티씨 히터에 관한 것이다. 보다 상세하게는 피티씨 로드의 양측면에 방열핀을 본딩 접합하는 방식으로 결합함으로써, 피티씨 로드로부터 방열핀으로의 열전달 효율이 더욱 향상되며 이에 따라 방열핀을 위치 고정하기 위한 별도의 고정 장치가 불필요하여 조립 및 제작이 용이하고, 방열핀의 형상을 루버핀으로 적용함으로써 공기와의 열교환 면적이 증가되어 전체적인 열교환 효율이 향상되고, 피티씨 로드의 두께가 감소되고 피티씨 로드 및 방열핀의 폭이 증가되어 열전달 및 열교환 효율이 향상되며 전체적으로 고용량의 출력이 가능한 PWM 제어 고용량 피티씨 히터에 관한 것이다. 또한, 피티씨 로드와 결합하는 상부하우징의 내부에 장착된 PCB기판에 방열을 위한 다수개의 방열홀을 형성하고 상부하우징의 구조를 통풍에 유리하게 형성하여 PCB기판 및 상부하우징 내부의 열 발생을 방지하고, 고전류가 인입되는 양극전원단자의 통전 체적을 확장하고 피티씨 로드의 음극단자를 방열 구조로 형성하여 전기저항 및 열 발생을 방지하여, PCB기판 및 상부하우징 내부 공간의 온도가 상승하지 않고 이에 따른 각종 부품의 손상 및 오작동이 방지되며, 별도의 통풍장치에 의한 크기 확장없이도 방열 효율이 우수 하고 내구성 향상 및 제작이 용이한 PWM 제어 고용량 피티씨 히터에 관한 것이다.
차량에는 실내의 각 부위로 냉기와 온기를 선택적으로 공급하기 위한 공조시스템이 구비되는데, 하절기에는 에어컨을 작동시켜 냉기를 공급하고, 동절기에는 히터를 가동하여 온기를 공급하게 된다.
일반적으로 히터의 작동 방식은 엔진 내부를 순환하며 가열된 냉각수와 송풍기에 의하여 유입된 공기가 상호 열교환이 이루어지면서 차량 실내로 온기를 공급하며 난방을 하는 방식으로서, 엔진에 의해 발생되는 열을 이용하는 것이므로 에너지 효율이 높은 난방 방식이다.
그러나 동절기에는 시동 후 엔진이 가열되기까지는 일정 시간이 필요하게 되므로 시동 후 곧바로 난방이 이루어지지 않는다. 따라서 난방을 위하여 엔진이 가열되고 냉각수의 온도가 고온이 될 때까지 주행 전 소정 시간 엔진을 공회전시키게 되는데, 이에 따른 에너지 낭비 및 환경 오염의 문제가 발생하였다.
이러한 문제를 방지하기 위해 엔진이 가열되는 소정 시간 동안에 별도의 프리히터(Pre-Heater)를 이용하여 차량 실내를 난방하는 방법이 이용되었는데, 종래의 열선 코일을 이용한 히터는 발열량이 높아 난방은 효과적으로 이루어지나 화재 위험이 높고 전열선의 수명이 짧아 부품의 수리 및 교환이 빈번하게 발생하는 불편이 있었다.
따라서, 최근에는 피티씨(PTC: Positive Temperature Coefficient)소자를 이 용한 히터가 개발되고 있는데, 이러한 피티씨 히터는 화재 위험이 적고 수명이 길어 반 영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있어 최근에는 그 적용 범위가 매우 확대되고 있다. 또한 이와 같이 프리히터 용으로 사용되는 피티씨 히터는 그 특성상 상대적으로 작은 용량의 히터가 주로 사용되었는데, 최근에는 다양한 차종과 사용자의 필요에 따라 고용량의 피티씨 히터가 요구되어 개발되고 있는 추세이다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 일반적인 피티씨 히터의 구조를 간략하게 나타내기 위한 분해사시도이다.
종래 기술에 의한 일반적인 피티씨 히터는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 피티씨 소자가 삽입되고 일측에 양극단자(11)가 돌출 형성되어 전기적으로 발열하는 다수개의 피티씨 로드(10)와, 피티씨 로드(10)의 양면에 접촉되도록 결합되는 방열핀 모듈(20)과, 인접하는 방열핀 모듈(20) 사이에 방열핀 모듈(20)과 나란하게 배치되는 음극단자(30)와, 피티씨 로드(10)의 종방향 양단부에 각각 결합되는 상부 하우징(50) 및 하부 하우징(60)을 포함하여 구성된다.
이때, 상호 나란하게 배치되는 피티씨 로드(10), 방열핀 모듈(20) 및 음극단자(30)가 상부 하우징(50) 및 하부 하우징(60) 사이에서 서로 밀착 결합될 수 있도록 최외측 방열핀 모듈(20)의 좌우 외곽측에는 사이드 프레임(40)이 장착된다. 즉, 사이드 프레임(40)은 내측 방향으로 볼록한 곡선형으로 형성되어 상부 하우징(50) 및 하부 하우징(60)에 결합되고, 상기 피티씨 로드(10), 방열핀 모듈(20) 및 음극단자(30)는 이러한 곡선형 사이드 프레임(40)에 의한 탄성 밀착력을 통해 서로 밀착 결합된다. 이와 같은 밀착 결합에 의해 피티씨 로드(10), 방열핀 모듈(20) 및 음극단자(30) 사이에 상호 전기 전달 및 열 전달이 효율적으로 수행되어 전체적으로 피티씨 히터의 구조가 형성된다.
한편, 방열핀 모듈(20)은 피티씨 로드(10)와 공기의 열 교환 효율 향상을 위한 것으로 도 1에 도시된 바와 같이 길이 방향으로 주름지게 형성되어 공기와의 열 접촉 면적을 증가시키는 방열핀(21)과, 방열핀(21)을 수용하며 고정할 수 있는 케이스(22)와, 케이스(22)의 개방된 일측을 폐쇄하도록 볼트(24)로 결합되는 커버(23)로 구성된다. 즉, 실질적인 열교환 효율 향상을 위한 구성인 방열핀(21)에 대한 위치 고정을 위해 별도의 케이스(22) 및 커버(23)가 구비되어 방열핀(21)이 피티씨 로드(10)로부터 이탈되거나 이동되지 않도록 구성된다.
따라서, 방열핀(10) 고정을 위한 구성으로 별도의 케이스(22) 및 커버(23)가 구비되는 방열핀 모듈(20)은 제작이 복잡하고 부품수가 증가하는 등의 문제가 있으므로, 이를 해결하기 위해 피티씨 히터의 제작 방식을 달리 하여 방열핀 모듈(20')을 도 2에 도시된 바와 같이 단순한 형태의 핀가이드(25)와 방열핀(21)으로 구성하는 방식이 개발되었다. 그러나 이러한 형태의 방열핀 모듈(20') 또한 방열핀(21)의 위치 고정을 위한 핀가이드(25)가 필요하고, 핀가이드(25)는 도 2에 도시된 바와 같이 양측에 절곡부(25a)가 돌출되는 형태로 형성되므로, 이는 비록 도 1에 비해 단순화되었다고 할 수 있지만 방열핀 모듈(20')의 제작 공정 및 부품이 복잡하다는 문제가 여전히 남아있었다.
또한, 이러한 방열핀 모듈(20,20')은 방열핀(21)과 피티씨 로드(10) 사이에 별도의 케이스(22) 또는 핀가이드(25)와 같은 부품이 개재되기 때문에, 피티씨 로 드(10)로부터 발열되는 열이 방열핀(21)으로 전달되는 열 전달 효율이 감소되어 고용량의 피티씨 히터에 적용하기에는 효율 측면에서 적합하지 않은 문제가 있었다.
한편, 최근에는 고용량 피티씨 히터로서 다수개의 피티씨 로드(10)를 동작 제어하는 방식으로 고용량의 성능을 발휘하는 타입이 개발되고 있는데, 이러한 다수개의 피티씨 로드(10)를 동작 제어하는 방식은 일반적으로 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식이 주로 사용되고 있다. 따라서, 이러한 제어를 위해 파워트랜지스터와 같은 각종 전자부품이 실장된 별도의 PCB 기판이 상부 하우징(50) 내부에 장착되고 있는 추세이다.
그러나 이와 같은 구조의 PWM 제어 고용량 피티씨 히터는 전술한 복잡한 구성 및 효율 저하라는 문제점 이외에도 다른 문제점이 발생되고 있는데, 즉, PWM 제어 고용량 피티씨 히터는 고전류를 통해 큰 열량을 발휘하기 때문에 동작 중에 피티씨 로드(10) 및 이를 제어하는 PCB기판에서 불필요한 열이 발생하여 상부하우징(50) 내부 공간의 온도가 올라가고 PCB기판에 실장된 각 부품들이 이러한 열에 의해 손상을 입거나 오작동하는 등의 문제가 발생하였다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 피티씨 로드의 양측면에 방열핀을 본딩 접합하는 방식으로 결합함으로써, 피티씨 로드로부터 방열핀으로의 열전달 효율이 더욱 향상되며 이에 따라 방열핀을 위치 고정하기 위한 별도의 고정 장치가 불필요하여 조립 및 제작이 용이하고, 방열핀의 형상을 루버핀으로 적용함으로써 공기와의 열교환 면적이 증가되어 전체적인 열교환 효율이 향상되고, 피티씨 로드의 두께가 감소되고 피티씨 로드 및 방열핀의 폭이 증가되어 열전달 및 열교환 효율이 향상되며 전체적으로 고용량의 출력이 가능한 PWM 제어 고용량 피티씨 히터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 피티씨 로드와 결합하는 상부하우징의 내부에 장착된 PCB기판에 방열을 위한 다수개의 방열홀을 형성하고 상부하우징의 구조를 통풍에 유리하게 형성하여 PCB기판 및 상부하우징 내부의 열 발생을 방지하고, 고전류가 인입되는 양극전원단자의 통전 체적을 확장하고 피티씨 로드의 음극단자를 방열 구조로 형성하여 전기저항 및 열 발생을 방지하여, PCB기판 및 상부하우징 내부 공간의 온도가 상승하지 않고 이에 따른 각종 부품의 손상 및 오작동이 방지되며, 별도의 통풍장치에 의한 크기 확장없이도 방열 효율이 우수하고 내구성 향상 및 제작이 용이한 PWM 제어 고용량 피티씨 히터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 내부에 피티씨 소자가 삽입되어 전기적으로 발열하는 다수개의 피티씨 로드(100)의 양측단부에 각각 상부하우징(500) 및 하부하우징(600)이 결합되고, 상기 상부하우징(500)의 내부에는 양극 및 음극전원단자(810,820)가 구비된 PCB기판(700)이 장착되며, 상기 PCB기판(700)에는 상기 양극전원단자(810)를 통해 전류가 공급되는 다수개의 파워트랜지스터(750) 및 피티씨 로드(100)의 양극단자(110)가 장착되는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터에 있어서, 열 전도성이 있는 접착제에 의해 상기 피티씨 로드(100)의 양면에 본딩 접합되는 방열핀(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터를 제공한다.
이때, 상기 PCB기판(700)에는 공기가 통과하며 상기 PCB기판(700)이 방열되도록 다수개의 방열홀(710)이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 피티씨 로드의 양측면에 방열핀을 본딩 접합하는 방식으로 결합함으로써, 피티씨 로드로부터 방열핀으로의 열전달 효율이 더욱 향상되며 이에 따라 방열핀을 위치 고정하기 위한 별도의 고정 장치가 불필요하여 조립 및 제작이 용이하고, 방열핀의 형상을 루버핀으로 적용함으로써 공기와의 열교환 면적이 증가되어 전체적인 열교환 효율이 향상되고, 피티씨 로드의 두께가 감소되고 피티씨 로드 및 방열핀의 폭이 증가되어 열전달 및 열교환 효율이 향상되며 전체적으로 고용량의 출력이 가능한 효과가 있다.
또한, 피티씨 로드와 결합하는 상부하우징의 내부에 장착된 PCB기판에 방열 을 위한 다수개의 방열홀을 형성하고 상부하우징의 구조를 통풍에 유리하게 형성하여 PCB기판 및 상부하우징 내부의 열 발생을 방지하고, 고전류가 인입되는 양극전원단자의 통전 체적을 확장하고 피티씨 로드의 음극단자를 방열 구조로 형성하여 전기저항 및 열 발생을 방지하여, PCB기판 및 상부하우징 내부 공간의 온도가 상승하지 않고 이에 따른 각종 부품의 손상 및 오작동이 방지되며, 별도의 통풍장치에 의한 크기 확장없이도 방열 효율이 우수하고 내구성 향상 및 제작이 용이한 효과가 있다.
본 발명은, 내부에 피티씨 소자가 삽입되어 전기적으로 발열하는 다수개의 피티씨 로드(100)의 양측단부에 각각 상부하우징(500) 및 하부하우징(600)이 결합되고, 상기 상부하우징(500)의 내부에는 양극 및 음극전원단자(810,820)가 구비된 PCB기판(700)이 장착되며, 상기 PCB기판(700)에는 상기 양극전원단자(810)를 통해 전류가 공급되는 다수개의 파워트랜지스터(750) 및 피티씨 로드(100)의 양극단자(110)가 장착되는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터에 있어서, 열 전도성이 있는 접착제에 의해 상기 피티씨 로드(100)의 양면에 본딩 접합되는 방열핀(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터를 제공한다.
이때, 상기 PCB기판(700)에는 공기가 통과하며 상기 PCB기판(700)이 방열되도록 다수개의 방열홀(710)이 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터를 간략하게 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터의 구조를 간략하게 도시한 분해사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터의 상부하우징 내부구조를 간략하게 도시하기 위한 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고용량 피티씨 히터는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 피티씨 소자(미도시)가 내부에 삽입되어 전기적으로 발열하는 다수개의 피티씨 로드(100)가 평행하게 일렬 배치되고, 이러한 피티씨 로드(100)의 양면에는 공기와의 열교환을 위한 방열핀(200)이 피티씨 로드(100)와 접촉하도록 배치된다. 이와 같이 배치된 피티씨 로드(100)의 종방향 상하 양단부에는 상부하우징(500)과 하부하우징(600)이 각각 결합되며, 상부 및 하부하우징(500,600)과 함께 피티씨 히터의 프레임 구조를 이루도록 상부하우징(500)과 하부하우징(600)의 좌우 양측부에는 사이드 프레임(400)이 장착된다.
상부하우징(500)의 내부 공간에는 고용량의 성능 발휘를 위해 피티씨 로드(100)의 동작을 제어하기 위한 PCB기판(700)이 장착되며, 이러한 PCB기판(700)에 는 제어를 위한 파워트랜지스터(750)가 장착되고 또한 피티씨 로드(100)의 양극단자(110)가 클립(740)을 통해 장착되어 전기적으로 연결된다. 즉, PCB기판(700)에는 전원 공급을 위한 양극전원단자(810) 및 음극전원단자(820)로 구성된 전원단자(800)가 별도로 장착되고, 양극전원단자(810)로부터 공급된 전류는 PCB기판(700)의 회로를 따라 파워트랜지스터(750)를 통해 제어되며 피티씨 로드(100)의 양극단자(110)로 전달된다. 이와 같이 피티씨 로드(100)의 양극단자(110)로 전류가 전달되어 피티씨 로드(100) 내부의 피티씨 소자가 발열하고, 이는 다시 피티씨 로드(100)의 외측면 커버를 통해 음극전원단자(820)로 흘러나오는 방식으로 구성된다. 이때, 피티씨 로드(100)의 일측단부 커버의 외측면에는 음극단자(900)가 전기적으로 접촉되어 이러한 음극단자(900)를 통해 전류가 음극전원단자(820)로 흘러나오도록 구성된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 PCB기판(700)에는 차량의 ECU로부터 차량 상태에 관한 정보를 수신하여 이에 따라 피티씨 로드(100)의 동작을 제어할 수 있도록 하기 위해 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 차량 ECU와 통신하는 통신포트(730)가 별도로 장착될 수 있다.
여기서, 피티씨 로드(100)의 구성을 간략하게 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따라 피티씨 로드(100)의 외형을 이루는 튜브 형상의 커버와, 커버의 일측단에 돌출되도록 커버의 내부에 삽입되는 양극단자(110)와, 커버의 내부에 위치하도록 양극단자(110)에 접촉 설치되는 피티씨 소자와, 양극단자(110)와 커버의 절연을 위한 인슐레이터를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 양극단자(110)를 통해 전류가 공급되면 피티씨 소자를 거쳐 커버를 통해 전류가 흘러가고, 이러한 과정에서 피티씨 소자가 발열하도록 구성된다. 이와 같은 피티씨 로드(100)의 구성은 다른 형태로 다양하게 변형 가능할 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열핀(200)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 별도의 고정장치 없이 직접 피티씨 로드(100)의 양측 외측면에 결합되는데, 이러한 결합 방식은 본 발명의 일 실시예에 따라 열전도성이 있는 접착제에 의해 피티씨 로드(100)의 양측 외측면에 방열핀(200)이 본딩 접합되는 방식으로 구성된다. 또한, 결합을 위한 접착제는 본 발명의 일 실시예에 따라 실리콘 본드가 사용될 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 고용량 피티씨 히터는 방열핀(200)이 별도의 케이스와 같은 고정장치 없이 피티씨 로드(100)에 직접 본딩 접합되기 때문에, 피티씨 로드(100)로부터의 열전달 효율이 증가하고 또한 부품수가 감소하여 제작이 용이한 구조이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열핀(200)은 길이 방향으로 주름지게 형성되며, 도 4에 도시된 바와 같이 공기가 통과하는 방향의 직각 방향으로 공기 흐름을 조절하는 루버(201)가 형성되는 루버핀의 형태로 적용되는 것이 바람직하다. 따라서 방열핀(200)을 통과하며 열교환하는 공기는 루버(201)에 의해 방열핀(200)과의 열접촉 면적이 더욱 증가하게 되어 방열핀(200)의 열교환 효율이 더욱 향상되고 전체적으로 피티씨 히터의 효율이 향상된다.
한편, 상호 인접하게 평행 배치되는 방열핀(200) 사이에는 방열핀(200)이 서로 분리될 수 있도록 평판형의 분리플레이트(210)가 삽입 개재되는 것이 바람직하 며, 이러한 분리플레이트(210)는 종래 기술과 달리 방열핀(200)의 위치 고정을 위한 기능을 수행하지 않고 방열핀(200)의 분리 기능만 수행하기 때문에 양측단에 방열핀(200) 고정을 위한 별도의 절곡부 등이 형성될 필요가 없이 단순 평판형으로 형성될 수 있다. 또한, 방열핀(200)에 대한 분리 기능만 수행하여 고정력이 완화된 형태로 장착될 수 있기 때문에 상부 및 하부하우징(500,600) 모두에 결합되지 않고 좀 더 단순한 형태로 상부 하우징(500) 또는 하부 하우징(600) 어느 하나에 고정되는 방식으로 용이하게 장착될 수 있을 것이다.
마찬가지로, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열핀(200)은 피티씨 로드(100)에 본딩 접합되어 고정되기 때문에, 종래 기술과 달리 사이드 프레임(400)에 의한 탄성 밀착력이 요구되지 않으며, 이에 따라 사이드 프레임(400)은 단순 프레임 구조를 위한 기능만 수행될 수 있도록 만곡진 형태가 아닌 더욱 단순한 형태의 직선형 플레이트로 형성될 수 있을 것이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임(400)은 종래 기술과 달리 만곡진 형태에 의해 발생되는 탄성력이 불필요하기 때문에 단순한 직선형으로 적용 가능하여 제작이 더욱 용이한 구조이다.
한편, 일반적인 피티씨 히터에서 피티씨 로드(100)의 두께(t)는 1.2mm로 제작되는 것이 일반적이며, 피티씨 로드(100) 및 방열핀(200)의 폭(w)은 10mm로 제작되는 것이 일반적인데, 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터는 고용량의 성능 발휘를 위한 구성으로 내부 피티씨 소자로부터 발생되는 열의 열전달 효율이 향상될 수 있도록 피티씨 로드(100)의 두께(t)가 0.8mm 이하로 축소 적용되는 것이 바람직하고, 또한 방열핀(200)을 통과하는 열교환 공기와의 열접촉 면적이 증가되도록 피티씨 로드(100) 및 방열핀(200)의 폭(w)이 16mm로 확장 적용되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터는 차량용으로 2000W의 출력이 가능하고 이러한 출력을 위해 전류는 80A 내지 200A의 전류가 사용되며 전압은 12V 또는 24V 모두 사용 가능하도록 제작된다. 따라서, 고전류에 의해 전원단자(800) 또는 PCB기판(700)에 발생하는 전기 저항 또는 이에 의한 열 발생이 최소화될 수 있도록 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터의 PCB기판(700)에는 공기가 통과하며 PCB기판(700)이 방열될 수 있도록 다수개의 방열홀(710)이 형성된다.
이러한 다수개의 방열홀(710)은 PCB기판(700)에 장착된 각종 부품들 중에 발열량이 큰 부품이 장착되는 부위를 중심으로 형성되는 것이 바람직하고, 이에 따라 피티씨 로드(100)의 양극단자가 장착되는 인접한 부위에 형성될 수 있으며, 이에 더하여 파워트랜지스터(750) 등 PCB기판(700)에 실장되어 발열하는 각종 다른 전자부품이 장착되는 인접한 부위에 형성될 수 있다. 또한, 다수개의 방열홀(710)은 파워트랜지스터(750)와 전기적으로 연결되는 양극전원단자(810)가 장착되는 인접한 부위에 형성될 수도 있다.
이때, 방열홀(710)은 본 발명의 일 실시예에 따라 직경 1mm 이하로 다수개 형성되는 것이 바람직하고, 이러한 구성에 따라 실질적으로 공기가 통과하며 열교환하는 접촉 면적이 증가하여 방열 효율이 증가할 수 있을 것이다.
이러한 방열 구조에 더하여 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피 티씨 히터는 상부하우징(500) 내부 공간의 방열을 위해 상부하우징(500)의 일측면에 공기가 내부로 유입될 수 있도록 유동홀(511)이 형성될 수 있으며, 또한 상부하우징(500)의 구조는 내부 공간에 PCB기판(700)을 수용하도록 일측면이 개방된 하우징본체(510)와, 하우징본체(510)의 개방된 면을 덮도록 결합되는 하우징덮개(520)를 포함하고, 하우징덮개(520)에는 내부 공간의 통풍을 위한 통풍구(521)가 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따라 상부하우징(500)에는 별도의 통풍구(521)가 형성되지 않고, 각종 부품 조립을 위한 다양한 홀 및 조립시의 미세한 틈새 등으로 상부하우징(500) 내부 공간이 통풍될 수 있도록 구성될 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터는 이와 같은 방열 구조 이외에도 전원단자가 자체적으로 발열되지 않는 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이에 대해 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터의 양극전원단자(810)는 전류에 의한 전기 저항 및 열이 임계치 이상 발생되지 않도록 통전 체적이 확장된 형태의 평판형으로 형성되어 PCB기판(700)의 부품실장면에 돌출되게 장착된다. 즉, PCB기판(700)에 결합된 양극전원단자(810)는 최대 출력에 필요한 허용전류에 적합하게 유효 통전 체적을 갖도록 형성된다.
따라서, 양극전원단자(810)의 통전 체적이 확장됨에 따라 양극전원단자(810)에서는 전류에 대한 전기 저항이 감소하고 이에 따라 전기 저항에 의해 발생되는 열 또한 현저히 감소하게 된다. 또한, 이와 같이 형성된 양극전원단자(810)는 그 자체로 열 발생이 감소되는 구조임과 동시에 또한 PCB기판(700)으로부터 열이 전도 되어 방열되도록 하는 방열 기능도 수행되는 구조이다. 즉, 공기와 접촉 면적이 확장되도록 평판형으로 길게 연장되어 PCB기판(700)의 부품실장면에 돌출되게 장착되기 때문에 PCB기판(700)에 실장된 각종 부품 및 회로에 의해 발생되는 열이 양극전원단자(810)로 전도되며 방열되는 기능이 수행된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터는 PCB기판(700)의 열이 감소되고 이에 따라 상부하우징(500) 내부 공간에서의 온도가 증가하지 않으므로, 별도의 방열 장치 및 통풍구가 불필요하여 소형화가 가능하고 또한 PCB기판(700)에 실장된 각 부품들의 열 손상이 방지되며 오작동이 방지되는 구조이다.
이러한 구조에 따라 양극전원단자(810)의 확장된 단면적의 크기는 사용자의 필요에 따라 선택한 임계치 이상의 열이 발생되지 않도록 선택될 수 있을 것이고, 이러한 임계치는 전술한 바와 같이 별도의 방열 장치 및 통풍구 없이 PCB기판(700)의 열 손상 및 오작동이 방지되는 정도의 열 발생량 이하의 범위에서 자유롭게 선택될 수 있을 것이다.
한편, PCB기판(700)에 장착된 다수개의 파워트랜지스터(750)는 본 발명의 일 실시예에 따라 각각 독립적으로 양극전원단자(810)로부터 전류가 공급되도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 양극전원단자(810)와 다수개의 파워트랜지스터(750)가 각각 독립적인 PCB기판(700) 상의 회로를 통해 서로 연결되는 방식으로 구성된다. 다시 말하면, 양극전원단자(810)로부터 다수개의 파워트랜지스터(750)로 연결되는 PCB기판(700) 상의 각 패턴회로는 서로 공유되는 구간 없이 각각 독립적으로 최단 거리를 갖도록 형성된다. 이러한 구조에 따라 PCB기판(700) 상의 패턴회로의 길이가 단축되고 또한 각각 독립적으로 패턴회로가 형성되어 양극전원단자(810)로부터 다수개의 파워트랜지스터(750)로 공급되는 전류의 흐름이 각각의 패턴회로를 통해 분산되어 공급되기 때문에, 패턴회로를 통한 전기 저항에 의해 발생되는 열이 현저히 감소되어 PCB기판(700)에서의 열이 감소된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극전원단자(810)는 전술한 방열 기능의 수행을 위해 방열 면적이 증가하도록 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 적어도 일부 구간에서 PCB기판(700)의 가장자리 둘레 부위를 따라 길게 연장 형성되는 것이 바람직하다. 아울러 음극전원단자(820) 또한 PCB기판(700)으로부터 열이 전도되어 방열될 수 있도록 평판형으로 길게 연장 형성되어 PCB기판(700)의 부품실장면에 돌출되게 장착될 수 있으며, 또한 방열 면적이 증가하도록 적어도 일부 구간에서 PCB기판(700)의 가장자리 둘레 부위를 따라 길게 연장 형성되는 것이 바람직할 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터는 피티씨 로드(100)로부터 발생된 열이 PCB기판(700) 및 상부하우징(500) 내부 공간으로 전달되지 않고 외부로 방열될 수 있도록 음극단자(900)가 장착될 수 있으며, 이러한 음극단자(900)에는 후크(미도시)가 형성되어 상부하우징(500)에 상호 체결 결합될 수 있다. 따라서, 음극단자(900)는 피티씨 로드(100)의 외측면 일측단부에 접촉되도록 장착되어 피티씨 로드(100)의 일측단부에서 열이 음극단자(900)로 전도되도록 구성되고, 또한 상부하우징(500)의 외측면 일부를 감싸며 상부하우징(500)의 외부 에 위치하도록 장착되어 음극단자(900)로 전도된 열이 용이하게 외부로 방열될 수 있도록 구성된다. 따라서, 음극단자(900) 또한 상부하우징(500)의 외측면을 감싸며 형성되기 때문에 별도의 장착 공간이 불필요하여 피티씨 히터의 소형화가 가능하고 우수한 방열 효과를 갖는다.
이러한 음극단자(900)는 본 발명의 일 실시예에 따라 방열 기능과 동시에 접지단자로서의 기능도 동시에 수행하는데, 이에 따라 음극단자(900)는 전기 전도체 재질로 형성되어 PCB기판(700)을 관통하며 음극전원단자(820)와 접촉 연결되는 방식으로 구성된다. 이때, PCB기판(700)에는 음극단자(900)가 접촉되지 않고 관통할 수 있는 관통슬릿(720)이 형성되고 음극단자(900)는 이러한 관통슬릿(720)을 통해 PCB기판(700)과 접촉되지 않은 상태로 음극전원단자(820)와 전기 및 열 전도되도록 연결될 수 있다. 이를 통해 피티씨 로드(100)로부터 전달되는 미량의 열 또한 PCB기판(700)에 전달되는 것이 방지되어 PCB기판(700)에서의 열 발생이 한층 더 방지될 수 있을 것이다.
이와 같은 음극단자(900)와 음극전원단자(820)는 서로 전기적으로 연결되는데, 이들을 전기적으로 연결하는 연결수단(830)은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 용접 또는 납땜 등의 결합 방식이 이용될 수 있으며, 또는 전도체로 형성된 볼트를 사용한 볼팅 결합 방식 등도 이용될 수 있을 것이다.
한편, 이러한 음극단자(900)는 상부하우징(500)의 외측면 일부를 감싸며 피티씨 로드(100)의 일측단부에 접촉하도록 형성되기 때문에, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상부하우징(500)의 외측면을 감쌀 수 있도록 본 발명의 일 실시예에 따 라 상부하우징(500)의 외측면 형상에 대응하여 예를 들면 "U"자 채널 형태로 형성되고 일측부위가 PCB기판(700)을 관통하며 음극전원단자(810)와 연결되도록 길게 연장 형성된다. 또한, 피티씨 로드(100)의 일측단부와 접촉하도록 "U"자 채널의 바닥 부위에는 피티씨 로드(100)가 접촉하며 관통될 수 있는 결합슬릿(910)이 형성된다. 이러한 결합슬릿(910)의 양측단에는 도 4에 도시된 바와 같이 결합슬릿(910)보다 폭이 더 넓은 확장슬릿(920)이 형성되는 것이 바람직하며, 이러한 확장슬릿(920)을 통해 공기가 통과하며 음극단자(900)가 더욱 원활하게 공기와 열교환하여 전체적인 방열 효과가 향상된다.
또한, 음극단자(900)에는 상부하우징(500)을 감싸는 부위에, 예를 들면 "U"자 채널의 바닥 부위에 공기가 유동될 수 있는 관통홀(930)이 형성될 수 있으며, 이러한 관통홀(930)을 통해 공기가 유동하여 마찬가지로 전체적인 방열 효과가 향상될 수 있을 것이다. 아울러, 상부하우징(500)의 일측면에는 이러한 관통홀(930)을 통과한 공기가 상부하우징(500) 내부로 유입될 수 있도록 유동홀(511)이 형성될 수 있을 것이다.
한편, 상부하우징(500)의 구조를 좀 더 자세히 살펴보면, 상부하우징(500)은 전술한 바와 같이 하우징본체(510)와 하우징덮개(520)를 포함하여 구성되는데, 이러한 하우징본체(510)와 하우징덮개(520)에는 본 발명의 일 실시예에 따라 상호 결합 가능하게 대응되는 고정돌기(513) 및 고정홀(524)이 각각 형성되고, 이러한 고정돌기(513) 및 고정홀(524)을 통해 별도의 고정수단없이 하우징본체(510)와 하우징덮개(520)가 착탈 가능하게 결합될 수 있을 것이다.
또한, 하우징덮개(520)에는 전술한 양극전원단자(810) 및 음극전원단자(820)가 각각 삽입되며 외부로 돌출될 수 있도록 2개의 전원홀(522)이 형성될 수 있으며, 이러한 전원홀(522)은 각각 분리되어 서로 인접하게 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 따라 하우징덮개(520)로부터 동일한 방향으로 양극 및 음극전원단자(810,820)가 전원에 연결될 수 있고, 이에 따라 피티씨 히터의 소형화에 유리하고 전원 연결을 위한 배선 작업이 용이할 것이다. 이때, 인접한 위치에 형성된 2개의 전원홀(522)을 통해 외부로 돌출된 양극전원단자(810)와 음극전원단자(820)가 서로 접촉하여 단락 사고가 발생되지 않도록 2개의 전원홀(522) 사이에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 분리격판(523)이 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부하우징(600)에는 피티씨 로드(100)가 삽입 결합되도록 폭 방향으로 돌출되는 돌출홈(610)이 형성되는 것이 바람직하다. 이를 통해 하부하우징(600)의 폭이 감소될 수 있으므로 피티씨 히터의 소형화에 유리하며 피티씨 히터를 차량에 장착하는 경우 좀 더 원활하게 탈착이 가능할 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 일반적인 피티씨 히터의 구조를 간략하게 나타내기 위한 분해사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터를 간략하게 도시한 정면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터의 구조를 간략하게 도시한 분해사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 고용량 피티씨 히터의 상부하우징 내부구조를 간략하게 도시하기 위한 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 피티씨 로드 200: 방열핀
210: 분리플레이트 500: 상부하우징
510: 하우징본체 520: 하우징덮개
600: 하부하우징 700: PCB기판
800: 전원단자 810: 양극전원단자
820: 음극전원단자 900: 음극단자

Claims (11)

  1. 내부에 피티씨 소자가 삽입되어 전기적으로 발열하는 다수개의 피티씨 로드(100)의 양측단부에 각각 상부하우징(500) 및 하부하우징(600)이 결합되고, 상기 상부하우징(500)의 내부에는 양극 및 음극전원단자(810,820)가 구비된 PCB기판(700)이 장착되며, 상기 PCB기판(700)에는 상기 양극전원단자(810)를 통해 전류가 공급되는 다수개의 파워트랜지스터(750) 및 피티씨 로드(100)의 양극단자(110)가 장착되는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터에 있어서,
    열 전도성이 있는 접착제에 의해 상기 피티씨 로드(100)의 양면에 본딩 접합되는 방열핀(200)
    을 포함하고, 상기 PCB기판(700)에는 공기가 통과하며 상기 PCB기판(700)이 방열되도록 다수개의 방열홀(710)이 형성되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제는 실리콘 본드를 사용하는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열핀(200)은 공기가 통과하는 방향의 직각 방향으로 루버(201)가 형성되는 루버핀의 형태로 적용되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상호 인접하게 배치되는 상기 방열핀(200) 사이에는 상기 방열핀(200)이 상호 분리되도록 평판형의 분리 플레이트(210)가 삽입되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    열교환되는 공기와의 열접촉 면적이 증가되도록 상기 피티씨 로드(100) 및 방열핀(200)의 폭(w)은 16 mm로 확장 적용되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열홀(710)은 직경이 1mm 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 PWM 제 어 고용량 피티씨 히터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부하우징(500)은 내부 공간에 상기 PCB기판(700)을 수용하도록 일측면이 개방된 하우징본체(510)와, 상기 하우징본체(510)의 개방된 면을 덮도록 결합되는 하우징덮개(520)를 포함하고, 상기 하우징본체(510)에는 공기가 내부 공간으로 유입되도록 유동홀(511)이 형성되고 상기 하우징덮개(520)에는 내부 공간의 통풍을 위한 통풍구(521)가 형성되는 것을 특징으로 하는 고용량 피티씨 히터.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극전원단자(810)는 상기 PCB기판(700)으로부터 발생되는 열이 전도되어 방열될 수 있도록 상기 PCB기판(700)의 부품실장면에 돌출되게 장착되며, 전류에 의한 전기 저항 및 열이 임계치 이상 발생되지 않도록 통전 체적이 확장된 형태의 평판형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수개의 파워트랜지스터(750)는 상기 양극전원단자(810)와 각각 독립 적으로 연결되어 전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수개의 피티씨 로드(100)로부터 발생되는 열이 전도되어 외부로 방열될 수 있도록 상기 다수개의 피티씨 로드(100)의 외측면 일측단부에 접촉하고 상기 상부하우징(500)의 외측면 일부를 U자 형태로 감싸며 결합되는 음극단자(900)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 음극단자(900)는 상기 PCB기판(700)과 접촉되지 않은 상태로 상기 음극전원단자(820)와 전기 및 열 전도되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 고용량 피티씨 히터.
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