KR20100055262A - 고용량 피티씨 히터 - Google Patents

고용량 피티씨 히터

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KR20100055262A
KR20100055262A KR1020080114251A KR20080114251A KR20100055262A KR 20100055262 A KR20100055262 A KR 20100055262A KR 1020080114251 A KR1020080114251 A KR 1020080114251A KR 20080114251 A KR20080114251 A KR 20080114251A KR 20100055262 A KR20100055262 A KR 20100055262A
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high capacity
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오만주
성태수
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 고용량 피티씨 히터에 관한 것으로, 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 고용량 피티씨 히터를 제공한다.
Figure P1020080114251
피티씨히터, 프리히터, 방열핀, 루버핀

Description

고용량 피티씨 히터{High Capacity PTC Heater}
본 발명은 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 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 공급 하며 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 이용한 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(40) 및 하부 하우징(50)을 포함하여 구성된다.
이때, 상호 나란하게 배치되는 피티씨 로드(10), 방열핀 모듈(20) 및 음극단자(30)가 상부 하우징(40) 및 하부 하우징(50) 사이에서 서로 밀착 결합될 수 있도록 최외측 방열핀 모듈(20)의 좌우 외곽측에는 사이드 프레임(60)이 장착된다. 즉, 사이드 프레임(60)은 내측 방향으로 볼록한 곡선형으로 형성되어 상부 하우징(40) 및 하부 하우징(50)에 결합되고, 상기 피티씨 로드(10), 방열핀 모듈(20) 및 음극단자(30)는 이러한 곡선형 사이드 프레임(60)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 로드(10)로부터 발열되는 열이 방열핀(21)으로 전달되는 열 전달 효율이 감소되어 고용량의 피티씨 히터에 적용하기에는 효율 측면에서 적합하지 않은 문제가 있었다.
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 고용량 피티씨 히터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 내부에 피티씨 소자가 삽입되어 전기적으로 발열하는 다수개의 피티씨 로드(100); 상기 피티씨 로드(100)의 양면에 접촉되도록 결합되는 방열핀(200); 및 상기 피티씨 로드(100)의 종방향 양단부에 각각 결합되는 상부 및 하부하우징(400,500)을 포함하고, 상기 방열핀(200)은 열전도성이 있는 접착제에 의해 상기 피티씨 로드(100)에 본딩 접합되는 것을 특징으로 하는 고용량 피티씨 히터를 제공한다.
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.
본 발명은, 내부에 피티씨 소자가 삽입되어 전기적으로 발열하는 다수개의 피티씨 로드(100); 상기 피티씨 로드(100)의 양면에 접촉되도록 결합되는 방열핀(200); 및 상기 피티씨 로드(100)의 종방향 양단부에 각각 결합되는 상부 및 하부하우징(400,500)을 포함하고, 상기 방열핀(200)은 열전도성이 있는 접착제에 의해 상기 피티씨 로드(100)에 본딩 접합되는 것을 특징으로 하는 고용량 피티씨 히터를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 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 경 우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고용량 피티씨 히터를 간략하게 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고용량 피티씨 히터의 구조를 간략하게 도시한 분해사시도이다.
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(400)과 하부하우징(500)이 각각 결합되며, 상부 및 하부하우징(400,500)과 함께 피티씨 히터의 프레임 구조를 이루도록 상부하우징(400)과 하부하우징(500)의 좌우 양측부에는 사이드 프레임(600)이 장착된다.
이때, 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 제 작이 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 바람직하며, 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(400,500) 모두에 결합되지 않고 좀 더 단순한 형태로 상부 하우징(400) 또는 하부 하우징(500) 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(600)에 의한 탄성 밀착력이 요구되지 않으며, 이에 따라 사이드 프레임(600)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(600)은 종래 기술과 달리 만곡진 형태에 의해 발생되는 탄성력이 불필요하기 때문에 단순한 직선형으로 적용 가능하여 제작이 더욱 용이한 구조이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 하우징(400)은 하우징본체(410) 및 하우징덮개(420)로 분리 형성되며, 이러한 상부 하우징(400)의 내부에는 도 4에 도시된 바와 같이 고용량의 성능 발휘를 위해 피티씨 로드(100)의 동작을 제어할 수 있도록 PCB기판(700)이 장착될 수 있다. 이러한 PCB기판(700)에는 별도의 전원단자(800) 및 파워트랜지스터 등의 전자부품이 실장되고, 피티씨 로드(100)의 양극단자(110) 및 음극단자(300)가 PCB기판(700)에 전기적으로 연결되어 다수개의 피티씨 로드(100)의 동작이 제어되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 고용량 피티씨 히터는 예를 들면 PWM(Pulse Width Modulation) 제어와 같은 제어방식을 통해 피티씨 로드(100)의 양극단자(110) 및 음극단자(300)가 이러한 PCB기판(700)을 통해 전류를 공급받아 동작 제어되도록 구성될 수 있다.
이때, 피티씨 로드(100)의 양극단자(110)는 피티씨 로드(100)의 종방향 일측단부로부터 돌출되도록 피티씨 로드(100) 내부에 삽입되는 형태로 형성되고, 음극단자(300)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 다수개의 피티씨 로드(100) 외측면에 동시에 접촉한 상태에서 PCB기판(700)에 전기적으로 연결되게 하나의 일체형으로 형성될 수 있다. 한편, PCB기판(700)에는 전원 공급을 위한 별도의 전원단자(미도시)가 구비되는데, 이를 통해 공급된 전류는 PCB기판(700)의 회로를 따라 파워트랜지스터와 같은 전자부품을 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 음극단자(300)로 흘러나오는 방식으로 구성된다.
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 위치하며 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, 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 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 0.8mm로 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.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으 로서, 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 해석되어야 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 고용량 피티씨 히터를 간략하게 도시한 정면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고용량 피티씨 히터의 구조를 간략하게 도시한 분해사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 피티씨 로드 200: 방열핀
300: 음극단자 400: 상부 하우징
500: 하부 하우징 600: 사이드 프레임
700: PCB기판

Claims (7)

  1. 내부에 피티씨 소자가 삽입되어 전기적으로 발열하는 다수개의 피티씨 로드(100);
    상기 피티씨 로드(100)의 양면에 접촉되도록 결합되는 방열핀(200); 및
    상기 피티씨 로드(100)의 종방향 양단부에 각각 결합되는 상부 및 하부하우징(400,500)
    을 포함하고, 상기 방열핀(200)은 열전도성이 있는 접착제에 의해 상기 피티씨 로드(100)에 본딩 접합되는 것을 특징으로 하는 고용량 피티씨 히터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제는 실리콘 본드를 사용하는 것을 특징으로 하는 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 고용량 피티씨 히터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상호 인접하게 배치되는 상기 방열핀(200) 사이에는 상기 방열핀(200)이 상호 분리되도록 평판형의 분리플레이트(210)가 삽입되는 것을 특징으로 하는 고용량 피티씨 히터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분리플레이트(210)는 상기 상부 하우징(400) 및 하부 하우징(500) 중 어느 하나에 고정 장착되는 것을 특징으로 하는 고용량 피티씨 히터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 하우징(400)의 내부에는 PCB기판(700)이 장착되며, 상기 피티씨 로드(100)의 양극단자(110) 및 음극단자(300)가 상기 PCB기판(700)에 전기적으로 연결 장착되어 상기 피티씨 로드(100)가 동작하는 것을 특징으로 하는 고용량 피티씨 히터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 음극단자(300)는 상기 다수개의 피티씨 로드(100) 외측면에 동시에 접촉한 상태에서 상기 PCB기판(700)에 연결되게 하나의 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고용량 피티씨 히터.
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