KR20110117647A

KR20110117647A - 차량용 유체 히터

Info

Publication number: KR20110117647A
Application number: KR1020117013862A
Authority: KR
Inventors: 쉬안 야오 황; 마이클 라이트
Original assignee: 카우텍스 텍스트론 씨브이에스 리미티드; 디비케이 오메가 일렉트로닉 테크놀로지 (광저우) 리미티드
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2011-10-27
Also published as: US20120037606A1; EP2368076A1; CA2743308A1; WO2010069355A1; CN102239368A; JP2012512085A

Abstract

본 발명은 차량용 유체 히터에 관한 것이다. 본 발명은 특히 자동차 물 히터에 관한 것이며 이는 적어도 하나의 열 교환기 (8), 적어도 하나의 전기적으로 작동되는 가열 유닛 (9) 그리고 가열 유닛 (9) 에 공급되는 전력을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 유닛을 포함하고, 열 교환기 (8) 는 가열되는 유체를 위한 적어도 하나의 유체 채널 (15) 을 규정하는 적어도 하나의 열 전도성 본체를 포함하고, 가열 유닛 (9) 은 열 교환기 (8) 의 열 전도성 표면에 부착된다. 본 발명에 따른 차량용 유체 히터는 열 전도성인 금속 스트립 (30) 에 의해 열 교환기 (8) 에 열적으로 연결된다.

Description

차량용 유체 히터{VEHICULAR FLUID HEATER}

본 발명은 차량용 유체 히터에 관한 것이며, 본 발명은 특히 자동차 물 히터에 관한 것으로, 이는 적어도 하나의 열 교환기, 적어도 하나의 전기적으로 작동되는 가열 유닛 그리고 가열 유닛에 공급되는 전력을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 유닛을 포함하고, 열 교환기는 가열되는 유체를 위한 적어도 하나의 유체 채널을 규정하는 적어도 하나의 열 전도성 본체를 포함하고, 가열 유닛은 열 교환기의 열 전도성 표면에 부착된다.

상기 나타낸 종류의 자동차 물 히터가 예컨대 US 2008/0138052 A1 에 기재되어 있다. 이 US 특허 문헌은 축적된 눈 및 성에 (frost) 를 녹이기 위해 자동차의 앞유리 (windshield) 에 분사될 수 있는 뜨거운 물을 생성할 수 있는 자동차의 앞유리에 적용하는 자동차 물 히터를 나타낸다. 종래 기술에 따른 자동차 물 히터는 가열되는 물이 통하여 흐를 수 있는 적어도 하나의 유체 경로를 규정하는 알루미늄 열 교환기를 포함한다. 열 교환기의 열 전도성 표면에는 전기적으로 작동되는 가열 유닛이 제공된다. 가열 유닛은 판 전극에 연결되는 적층된 가열 스트립을 포함한다. 또한, 가열 유닛은 전열 재료 (electro-thermal material) 로서 PTC 스톤 (stone)(정온도 계수 (Positive Temperature Coefficient) 를 갖는 세라믹 저항 부재) 을 이용한다.

일단 전력이 가열 유닛에 인가되면, 세라믹 저항기는 가열되고 그 열을 가열되는 물 또는 다른 유체가 통하여 흐를 수 있는 열 전도성 열 교환기에 전달할 것이다.

이러한 타입의 자동차 물 히터는 60℃ ~ 70℃ 의 미리 프로그램된 목표 온도로 요구에 따라 (on demand) 가열된 스크린 세정제를 운반하도록 디자인된다. 열 교환기에 의해 규정되는 유동 경로 또는 유동 채널은, 보통 약 60 ~ 80cc 인 특정한 액체 용적을 규정하고, 이는 예컨대 자동차의 시동 시에 60℃ ~ 70℃ 의 목표 온도까지 가열될 것이다. 스크린 세정 유체가 일단 목표 온도에 도달하면, 자동차의 스크린 세정 세척 장치의 세정 유체 펌프는 자동차의 앞유리 상에 일련의 가열된 스크린 세정 유체의 샷 (shot) 을 분배한다.

일반적으로, 열 교환기 내의 목표 온도는 시스템의 활성화 이후 비교적 짧은 시간 기간 내에 도달되는 것이 바람직하다. 저항성 가열 요소는 보통 특정 열 성능을 달성하기 위한 전기적 가열 동력을 발생하기 위해 높은 전류를 이끌어낸다.

가열 유닛의 열 소실 및 성능을 제어하기 위해, 보통 전자 제어 수단, 예컨대 제어 보드 또는 회로 보드가 요구된다. 보통 제어 보드의 어떠한 전자 구성 요소는 냉각될 필요가 있다. 특히 고성능 반도체 요소는 이러한 요소가 상당한 양의 손실 열을 발생한다는 사실 때문에 냉각을 요구한다. 손실 열을 소실시키기 위해 보통 열 싱크 (heat sink) 가 요구된다. 이러한 열 싱크는 보통 열 소실을 위해 확대된 표면을 갖기 때문에, 이러한 열 싱크는 많은 공간을 필요로한다. 이는 차량용 유체 히터가 통합된 유닛으로서 디자인된다면 특히 불리하다.

따라서 본 발명의 목적은 또한 간단하며 비싸지 않고 전자 제어를 위한 효과적인 냉각을 갖는 차량용 유체 히터를 제공하는 것이다.

이러한 그리고 다른 목적은 차량용 유체 히터, 특히 자동차 물 히터에 의해 달성되며, 이는 적어도 하나의 열 교환기, 적어도 하나의 전기적으로 작동되는 가열 유닛 그리고 가열 유닛에 공급되는 전력을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 유닛을 포함하고, 열 교환기는 가열되는 유체를 위한 적어도 하나의 유체 채널을 규정하는 적어도 하나의 열 전도성 본체를 포함하고, 가열 유닛은 열 교환기의 열 전도성 표면에 부착되고, 차량용 유체 히터는 제어 유닛이 열 교환기에 열적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

간단히 요약하면, 본 발명에 따른 차량용 유체 히터는 제어 유닛을 위한 열 소실 수단과 동시에 유체를 위한 열 교환기를 이용한다. 따라서, 추가적인 냉각 수단은 요구되지 않는다. 또한, 가열 유닛의 효율은 강화되고 더 적은 에너지가 미리 정해진 양의 유체에 요구될 것이다.

하나의 유리한 실시형태에서, 제어 유닛은 열 싱크에 의해 열 교환기에 연결된다. 열 싱크는 열 교환기가 또한 열 싱크의 기능을 하는 사실에 의해 매우 작고 간단할 수 있다.

따라서, 열 싱크는 열 전도성인 금속 스트립의 형태일 수 있다. 이러한 금속 스트립은 예컨대 구리 또는 알루미늄 스트립으로서 디자인 될 수 있다.

제어 유닛은 제어 보드에 구성될 수 있다. 대안적으로는, 제어 유닛은 가열 유닛 및/또는 열 교환기에 직접 부착될 수 있다. 이러한 경우 전기적 절연 재료의 중간 층이 제어 유닛과 열 교환기 사이에 제공될 수 있다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 열 교환기, 적어도 하나의 관련된 가열 유닛 및 제어 유닛이 공통 하우징에 의해 감싸일 수 있다.

제어 유닛은 스위칭 유닛, 바람직하게는 트랜지스터, 그리고 더 바람직하게는 금속 산화물 반도체 필드 효과 트랜지스터 (MOSFET) 를 포함할 수 있고, 이는 열 싱크에 열적으로 연결된다. 상기 고성능 트랜지스터는 작동 시에 극히 높은 전류를 이끌어내고 따라서 그 자체는 매우 신속하게 가열된다. MOSFET 은 열 싱크에 직접 위치될 수 있고 이는 그 후 열 교환기의 열 전도성 표면에 접착될 수 있다.

본 발명은 이후에 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 의해 설명된다.

도 1 은 자동차 스크린 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 차량용 유체 히터의 사시도이다.
도 3 은 밀봉된 위치의 열 교환기의 사시도이다.
도 4a 는 밀봉 커버가 없는 열 교환기의 사시도이다.
도 4b 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 열 교환기의 사시도이다.
도 5 는 가열 유닛의 사시도이다.
도 6a 는 길이방향으로의 차량용 유체 히터를 통하는 단면도이다.
도 6b 는 차량용 유체 히터의 입단면도이다.
도 7 은 도 6 의 차량용 유체 히터의 우변 (right hand side) 의 확대 단면도이다.
도 8 은 도 6 에 나타낸 것과 같은 차량용 유체 히터의 좌변의 확대 단면도이다.
도 9 의 (a) 는 열 교환기로의 전기적 제어의 회로 보드의 연결을 나타내는 차량용 유체 히터의 다른 확대 단면도이다.
도 9 의 (b) 는 도 4b 에 나타낸 실시형태에 따른 차량용 유체 히터의 다른 확대 단면도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 차량용 유체 히터의 분해도이다.
도 11 은 제어 조립체와 조합하는 가열 요소의 기능적 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 12 는 샘플링 저항기의 전압을 측정하기 위한 측정 전기회로망의 회로 다이어그램을 나타내는 도면이다.
그래프 1 은 PTC 스톤의 실제 온도 대 PTC 스톤의 저항을 나타내는 그래프이다.
그래프 2 는 정전압 (constant voltage) 에 대한 PTC 스톤의 실제 온도 대 PTC 스톤을 통하여 흐르는 전류를 나타내는 그래프이다.
그래프 3 은 전압이 PTC 스톤에 인가되는 경우 시간 대 PTC 스톤의 실제 온도를 나타내는 그래프이다.
그래프 4 는 대표적인 사각형 형상의 제어 신호를 나타내는 그래프이다.

도 1 은 차량을 위한 앞유리 스크린 세정 장치의 개략적인 도면을 나타내고 이 장치는 세정 유체 저장소 (1), 세정 유체 펌프 (2), 차량용 유체 히터 (3) 그리고 도시되지 않은 자동차의 앞유리와 연관되는 스크린 세정 노즐 (4) 을 포함한다. 보통 스크린 세정 작업 동안, 세척 유체는 차량의 앞유리를 향하여 전기적으로 작동되는 펌프 (2) 에 의해 세척 유체 저장소 (1) 로부터 빼내어진다. 세척 유체는 세척되는 헤드 램프, 후방 램프 또는 다른 스크린에 또한 운반될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 세척 유체는 입구 포트 (5) 를 통하여 차량용 유체 히터 (3) 에 들어가고 출구 포트 (6) 를 통하여 배출될 것이다. 도 1 로부터 이를 볼 수 있는 것과 같이, 입구 포트 (5) 는 가요성 호스 (7) 에 의해 세정 유체 펌프 (2) 에 연결된다. 동일한 방식으로, 출구 포트 (6) 는 다른 가요성 호스 (7) 에 의해 세정 유체 노즐 (4) 에 연결된다. 도 1 은 단지 실시예로서 그리고 매우 간소하게 스크린 세정 장치를 나타내는 도면이다.

세정 유체 저장소는 보통 약 -40 ~ 40℃ 일 수 있는 주위 온도의 세정 유체를 담고 있다. 이후에 상세하게 설명되는 것과 같이, 차량용 유체 히터 (3) 는 60 ~ 70 cc 의 유체 용적을 담고 있을 수 있다. 차량용 유체 히터 (3) 는 50 ~ 70℃ 의 미리 프로그램된 목표 온도, 바람직하게는 보통 세척 유체의 모든 겨울철 혼합물에서 발견되는 알코올의 증발 온도 미만의 온도에서 요구에 따라 가열된 스크린 세정 유체를 운반하도록 디자인된다. 차량의 시동의 시작 시에, 차량용 유체 히터는 그의 목표 온도까지 가열하도록 디자인된다. 이는 차량의 실내의 LED 에 의해 가시화될 수 있다. 사용자는 요구에 따라 성에 제거 (defrost) 를 할 수 있거나 또는 성에 제거 모드가 자동적으로 시작될 수 있다. 차량의 실내의 성에 제거 스위치가 잠시 동안 눌려 있을 때, 히터 모듈은 와이퍼 제어 유닛에 신호를 보내고 그 후 가열된 스크린 세정 유체의 일련의 가열된 샷, 통상적으로는 4 ~ 6 샷을 분배하도록 세정 유체 펌프 (2) 에 신호를 보낸다. 와이퍼는 세척 공정을 돕기 위해 또한 동시에 작동될 수 있다.

차량용 유체 히터는 열 교환기 (8), 전기적으로 작동되는 가열 유닛 (9) 그리고 전기적 제어 보드 (10) 를 포함하고, 모든 부분은 공통 하우징 (11) 에 의해 에워싸여 있다. 하우징 (11) 은 3 개의 부분, 즉 메인 본체 (11a), 제 1 단부 캡 (11b) 그리고 제 2 단부 캡 (11c) 을 포함한다. 제 1 및 제 2 단부 캡 (11b, 11c) 은 스냅 끼워맞춤 커넥터 (12) 에 의해 메인 본체 (11a) 에 연결된다.

하우징은 열가소성 재료로 이루어질 수 있고 예컨대 사출성형에 의해 만들어질 수 있다.

특히 도 2 로부터 취해지는 것과 같이, 제 2 단부 캡 (11c) 에는 니플 (nipple) (13) 이 제공되고 이로부터 하나의 니플은 입구 포트 (5) 와 연통하고 다른 하나는 출구 포트 (6) 와 연통한다. 제 1 단부 캡 (11a) 에는 터미널 커넥터 (14) 가 제공되고 이는 차량용 유체 히터 (3) 의 전기적 연결을 수립시킨다.

도 3, 도 4a 및 도 4b 에 나타나는 것과 같이, 차량용 유체 히터의 중앙 부분이 열 교환기 (8) 이고 이는 유체가 열 교환기 (8) 의 전방 및 후방 단부를 밀봉식으로 폐쇄하는 밀봉 커버 (16a 및 16b) 의 도움으로 인해 순차적으로 열 교환기 (8) 안으로 흐르는 것을 가능하게 하는 유체 채널 (15) 을 규정하는 압출 알루미늄 프로파일로 이루어진다.

단순함을 위해 사용자를 향하는 도 3 에 나타낸 열 교환기 (8) 의 측면은 전방 단부를 나타내는 다른 설명에 있지만, 열 교환기 (8) 의 대향하는 단부는 후방 단부로서 취급될 것이다. 밀봉 커버 (16) 는 유체 채널 (15) 의 나란한 단면의 밀봉을 위한 그리고 열 교환기의 전방 및 후방 단부를 위한 밀봉 기능을 충족한다.

도 6b 로부터 취해지는 것과 같이, 유체 채널 (15a) 은 유체 채널 (15b) 에 대하여 밀봉 커버 (16a) 에 의해 밀봉되는 열 교환기 (8) 의 전방 단부에 있지만, 열 교환기 (8) 의 후방 단부에서 밀봉 커버 (16b) 는 유체 채널 (15a) 과 유체 채널 (15b) 사이의 유체 연결을 수립시킨다. 또한, 열 교환기 (8) 의 전방 단부에서, 유체 채널 (15b) 은 유체 채널 (15c) 과 연통하지만 유체 채널 (15c) 은 유체 채널 (15d) 에 대하여 밀봉된다.

또한, 밀봉 커버 (16a) 는 입구 개구 (17a) 와 출구 개구 (17b) 를 포함한다.

밀봉 커버 (16a 및 16b) 는 이전에 설명된 것과 같이 결빙 상태에서의 세척 유체의 용적 변화를 상쇄하기 위해 천연 또는 합성 고무와 같은 탄성적으로 변형 가능한 재료로 만들어지고 격막 또는 막의 종류와 같은 기능을 한다. 밀봉 커버 (16a, 16b) 는 설명된 실시형태에서 열 교환기의 전방 및 후방 단부 상에 느슨하게 끼워맞춤되고 하우징 (11) 에 의해 제 자리에 유지되며, 이러한 것은 이후에 더 상세하게 설명된다.

압출 알루미늄 프로파일로부터 만들어지는 열 교환기 (8) 내의 연속적으로 뻗어있는 유체 채널 (15a, 15b, 15c, 15d) 을 규정하기 위해, 밀봉 커버 (16a 및 16b) 는 격막 타입 브리징 부재 (50a 및 50b) 를 포함하고, 하나의 브리징 부재 (50a) 를 포함하는 밀봉 부재 (16a) 는 유체 채널 (15b 및 15c) 을 서로 연결하지만, 밀봉 커버 (16b) 는 2 개의 브리징 부재 (50b) 를 포함하고, 하나는 유체 채널 (15a 및 15b) 을 연결하고, 다른 하나는 유체 채널 (15c 및 15d) 을 연결한다. 각각의 격막 타입 브리징 부재 (50a, 50b) 는 둘레 밀봉 림 (51) 에 의해 둘러싸인다.

도 6b 로부터 단면도로 더 상세하게 나타낼 수 있는 것과 같이 밀봉 림 (51) 은 외부 그루브 (52) 와 내부 그루브 (53) 를 규정한다. 내부 그루브 (53) 는 유체 채널 (15a, 15b, 15c 및 15d) 의 주변 벽을 밀봉적으로 수용하지만, 외부 그루브 (52) 는 장착될 때 메인 본체 (11a) 의 제 1 및 제 2 단부 캡 (11b 및 11c) 의 위치 웨브 (54) 를 수용한다. 결빙 세척 유체에 의해 브리징 부재 (50a 및 50b) 가 가변적이어야 하는 경우에, 밀봉 림 (51) 은 단부 캡 (11b 및 11c) 의 위치 웨브 (54) 에 의해 제 자리에 적절하게 유지되고, 따라서 밀봉 커버 (16a 및 16b) 의 밀봉 기능을 현저하게 실행하지 않으면서 유체 팽창/수축을 가능하게 한다.

전에 언급된 것과 같이, 열 교환기 (8) 는 알루미늄과 같은 열 전도성 재료로 만들어진다. 열 교환기 (8) 의 측면에, 가열 유닛 (9) 이 제공된다. 전기적으로 작동하는 가열 유닛 (9) 은 열 경화성 실리콘 글루에 의해 열 교환기에 접착된다. 이러한 가열 유닛 (9) 은 적층된 구조를 이용한다. 바람직한 실시형태에서 가열 유닛 (8) 은 저항의 정온도 계수를 갖는 세라믹 저항기 (PTCR) 를 이용하지만, 가열 유닛 (9) 은, 열 전기적 특성을 갖는 감싸여지거나 또는 그렇지 않은, 가열 와이어 또는 열 전기적 특성을 갖는 폴리머 저항 재료를 갖는 가열 스트립의 형태일 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

하나의 바람직한 실시형태에서, 가열 유닛 (도 5) 은 세라믹 요소 (20) 를 지지하는 적층된 프레임 (19), 캐소드 접촉 플레이트 (21) 그리고 캐소드 접촉 플레이트 (21) 에 대하여 절연되는 애노드 접촉 플레이트 (22) 를 포함한다.

프레임 (19) 내에 빈 공간 (23) 이 있고 그의 기능은 이후에 설명될 것이다.

가열 유닛 (9) 은, 이후에 PTC 스톤 (20) 으로 나타내는 하나 이상의 정온도계수 세라믹 저항기 가열 요소 (20), PTC 스톤 (20) 으로의, 예컨대 13 V 의 전기의 전도를 위한 애노드 접촉 플레이트 (22) 그리고 캐소드 접촉 플레이트 (21) 를 포함한다. 애노드 접촉 플레이트 (22)/애노드 터미널은 열 교환기 (8) 와 직접 접촉하고 접촉 플레이트 부분은 위치 프레임 (19) 에 의해 위치에 고정되는 PTC 스톤 (20) 의 애노드 측을 커버한다. 캐소드 터미널/접촉 플레이트 (21) 는 PTC 스톤 (20) 의 캐소드 측의 정상부에 있고 이에 의해 모든 PTC 스톤 (20) 을 나란하게 연결한다.

이러한 디자인에 의해 열 교환기 (8) 는 접지 (GND) 에 연결되어 유체에 발생되는 어떠한 정전하는 편향될 수 있다.

PTC 스톤 (20) 은 그 전체 온도에 역으로 비례하여 전도성을 갖는 반도체이다. 따라서, 가열 유닛 (9) 이 차가운 동안, PTC 스톤 (20) 의 전도성은 높고, 높은 전류가 PTC 스톤 (20) 을 통하여 흐를 것이며; 이에 의해 많은 양의 열 에너지를 발생한다. 다른 한편, PTC 스톤 (20) 의 온도가 상승한다면 PTC 스톤 (20) 의 전도성은 현저하게 떨어지며 이는 단지 작은 양의 열을 발생하는 결과를 초래한다. 그 결과, PTC 스톤 (20) 은 그의 자체의 목표 온도를 유지할 수 있기 때문에 (열적으로 자가 조정), 가열 요소로서 PTC 스톤 (20) 을 사용하는 가열 유닛 (9) 은 써모스탯 (thermostat) 또는 써모퓨즈 (thermofuse) 에 의한 보호를 요구하지 않는다. PTC 스톤 (20) 은 상이한 목표 온도, 예컨대 65℃ 또는 135℃ 로 이용 가능하다.

그래프 1 은 PTC 스톤 (20) 의 실제 온도 (T_HE) 대 PTC 스톤 (20) 의 저항 (R) 을 나타내는 그래프이다. 상기 언급된 것과 같이, PTC 스톤 (20) 이 차가운 경우, 그의 저항 (R) 은 낮다. PTC 스톤 (20) 을 통하여 흐르는 결과적인 높은 전류는 많은 양의 열 에너지를 발생하고 이는 PTC 스톤 (20) 을 가열한다. 그래프 1 로부터 볼 수 있듯이, PTC 스톤 (20) 의 저항 (R) 은 그의 실제 온도 (T_HE) 의 증가에 따라 증가한다. PTC 스톤 (20) 의 실제 온도 (T_HE) 가 최대 온도와 동일한 경우, PTC 스톤 (20) 의 저항 (R) 은 PTC 스톤 (20) 의 실제 온도 (T_HE) 의 감소에 따라 감소하기 시작한다. 이는 PTC 스톤 (20) 을 통하는 높은 전류를 초래하고 이는 PTC 스톤 (20) 을 다시 가열하며, PTC 스톤 (20) 의 저항 (R) 의 증가를 초래한다. 대응적으로는, 그래프 2 에 나타낸 것과 같이, PTC 스톤 (20) 을 통하여 흐르는 전류 (I) 는 그의 실제 온도 (T_HE) 의 증가에 따라 감소한다. 그러므로, 더 적은 열 에너지가 발생된다. 이러한 메카니즘을 사용하여, PTC 스톤 (20) 은 그의 최대 온도를 특정 목표 온도로 제한한다.

가열 적용에서 PTC 스톤 (20) 은 전류 소비가 일정한 주위 조건에서 PTC 스톤 (2) 의 열 소실율과 동일한 평형 상태에 도달할 수 있다.

PTC 스톤 (20) 은 주위 조건과 평형 상태에 도달하기 위해 그 전류 소비를 선정할 것이며, 예컨대 더 큰 열 소실 (냉각) 은 평형 상태로 PTC 스톤 (20) 의 더 높은 전류 소비를 유도할 것이다.

일단 전력이 PTC 스톤 (20) 에 인가되면 이 스톤은 즉시 그 목표 온도에 도달하려고 한다. 처음에는 온도는 급속히, 하지만 PTC 스톤 (20) 의 실제 온도 (T_HE) 의 증가에 따라 증가하며, 증가율은 느려진다. 시간과 PTC 스톤 (20) 의 실제 온도 (T_HE) 사이의 이러한 관계는 그래프 3 에 나타나 있다.

하나의 바람직한 실시형태에서 가열 유닛 (9) 은 예컨대 65℃ 의 목표 온도로 스크린 세정 유체를 가열하도록 디자인된다. 이는 65℃ 의 목표 온도를 갖는 PTC 스톤 (20) 을 사용하여 달성될 수 있다. 이는 PTC 스톤 (20) 을 그 목표 온도로 가열하고 따라서 스크린 세정 유체를 이 목표 온도로 가열하는데 필요한 비교적 긴 시간을 요구할 수 있다. 가열된 스크린 세정 유체는 축적된 눈/성에를 제거하고 더운 계절에는 세척 효과를 개선하는데 사용된다.

다른 실시형태에 따르면, 135℃ 의 목표 온도를 갖는 PTC 스톤 (20) 이 PTC 스톤 (20) 을 가열하는데 필요한 시간을 단축시키는데 사용된다. 이는 65℃ 의 목표 온도로 PTC 스톤 (20) 을 가열하는데 필요한 시간을 단축시키는데 이는 PTC 스톤 (20) 이 온도의 증가율이 높은 범위에서 작동하기 때문이다. 제어 조립체 (10) 를 갖는 PTC 스톤 (20) 의 기능적 다이어그램이 도 11 에 나타나 있다.

제어 조립체 (10) 는 제어 유닛 (31) 과 스위칭 유닛 (32) 을 포함한다. 제 1 단계에서 PTC 스톤 (20) 의 실제 저항이 측정된다. 이는 이후에 설명되는 것과 같은, 샘플링 저항기 (34) 에서의 전압/전류 측정 또는 PTC 스톤 (20) 의 저항 측정에 의해 달성된다. 제어 유닛 (31), 바람직하게는 마이크로 프로세서는 알고리즘 또는 비교 차트에 의해 PTC 스톤 (20) 의 실제 온도에 이러한 측정의 결과를 나타낸다. PTC 스톤 (20) 의 실제 온도는 이후에, 이 실시형태에서 65℃ 인 조절 가능한 목표 온도와 비교될 것이다. 다음 단계에서, 제어 유닛 (31) 은 조절 가능한 진폭을 갖는 제어 신호 (33) 를 발생한다. 제어 신호 (33) 의 진폭은 PTC 스톤 (20) 의 실제 온도에 의존한다. 제어 신호 (33) 는 PTC 스톤 (20) 으로의 전기 전도성을 제어하는 스위칭 유닛 (32) 을 제어한다. 이러한 실시형태에서 스위칭 유닛 (32) 은 MOSFET 로 이루어진다. 제어 신호 (33) 의 온 (on) 사이클 동안 스위칭 유닛 (33) 은 PTC 스톤 (20) 에 전력을 공급하여, PTC 스톤 (20) 은 더 가열된다. 제어 신호 (33) 의 오프 (off) 사이클 동안 스위칭 유닛 (32) 에 의해 PTC 스톤 (20) 으로 전력이 공급되지 않는다. 그러므로, PTC 스톤 (20) 은 더 가열되지 않는다. 제어 유닛 (31) 은 PTC 스톤 (20) 의 온도가 상승하는 경우 제어 신호 (33) 의 온 사이클을 줄인다. 이러한 메카니즘을 사용하여, PTC 스톤 (20) 의 실제 온도는 예컨대 65℃ 로 제한된다.

그래프 4 는 조절 가능한 진폭을 갖는 대표적인 제어 신호 (33) 를 나타내는 그래프이다. 볼 수 있는 것과 같이, 제어 신호 (33) 는 사각형 임펄스로 이루어진다. 처음에는, PTC 스톤 (20) 의 초기 가열 동안, 제어 신호 (33) 는 단지 온 사이클로 이루어지고 오프 사이클은 없다. PTC 스톤 (20) 이 65℃ 의 조절 가능한 목표 온도에 도달할 때, 제어 유닛 (31) 은 PTC 스톤 (20) 의 가열을 낮추기 위해 제어 신호 (33) 의 진폭을 줄인다. PTC 스톤 (20) 이 65℃ 의 조절 가능한 온도를 초과하는 경우, 제어 유닛 (20) 은 단지 오프 사이클로 이루어지는 제어 신호 (33) 를 발생하여, PTC 스톤 (20) 은 더 가열되지 않게 된다. PTC 스톤 (20) 의 온도가 65℃ 미만으로 떨어지는 경우, 제어 유닛 (31) 은 PTC 스톤 (20) 을 가열하기 위해 제어 신호 (33) 의 진폭을 다시 증가시킨다.

상기 언급된 것과 같이, 제 1 단계에서 PTC 스톤 (20) 의 실제 저항이 측정된다. 이는 샘플링 저항기 (34) 에서의 전압 측정에 의해 달성될 수 있고 이 실시형태에서 13 mΩ 의 저항을 갖는다 (도 12 참조). 이러한 샘플링 저항기 (34) 는 PTC 스톤 (20) 과 시리즈로 연결된다. 샘플링 저항기 (34) 와 PTC 스톤 (20) 의 연속 연결로의 입력 전압이 고정될 때, 샘플링 저항기 (34) 에서의 전압 강하는 PTC 스톤 (20) 의 저항과 정비례한다. 샘플링 저항기 (34) 에서의 전압 강하는 작동적 증폭기 (35) 에 의해 증폭된다. 당업자에게 공지된 것과 같이, 증폭의 비율은 저항기 (36, 37, 38) 에 의해 규정된다. 샘플링 저항기 (35) 에서 측정되고 증폭된 전압 강하는 제어 유닛 (31) 에 전달된다. 제어 유닛 (31) 은 샘플링 저항기 (35) 에서의 이러한 증폭된 전압 강하를 알고리즘 또는 비교 챠트에 의해 PTC 스톤 (20) 의 실제 온도에 나타낸다.

도 6a 를 참조하여, 하우징 (11) 이 열 교환기 격벽 (24) 및 제어 보드 격벽 (25) 을 갖고, 제어 보드 (10) 뿐만아니라 열 교환기 (8) 는 하우징 (11) 에 의해 완전하게 감싸지는 것을 볼 수 있다. 하우징 (11) 의 열 교환기 격벽 (25) 은 이에 의해 전방 공동 (26) 과 후방 공동 (27) 을 규정하고 열 교환기 (8) 에 느슨하게 끼워맞춤되는 탄성적으로 변형 가능한 밀봉 커버 (16a, 16b) 는 예컨대 세척 유체 내의 성에 제거제 농도가 충분히 높지 않을 때 발생할 수 있는 세정 유체의 상 변화시에 가변적일 수 있다.

밀봉 커버 (16a, 16b) 의 격막 타입 특성 때문에, 최적의 결빙 보호가 보장되는 것이 이해되어야 한다.

도 7 및 도 8 로부터 볼 수 있듯이, 밀봉 커버 (16a 및 16b) 는 밀봉 커버 (16a 및 16b) 가 하우징 (11) 에 의해 제 자리에 유지되도록 하우징 (11) 에 대하여 접한다.

대안적인 해결책으로서, 밀봉 커버 (16a, 16b) 는 열 교환기 (8) 에 글루로 붙이거나 또는 다른 방법으로 접착될 수 있다. 이러한 경우 하우징을 제공하는 것은 필수적이지 않다.

도 6a 및 도 6b 로부터 볼 수 있듯이, 후방으로 향하는 밀봉 커버 (16b) 는 열 교환기 격벽 (24) 내의 하우징의 부분에 대하여 접하지만 열 교환기의 전방 단부의 밀봉 커버 (16a) 는 하우징 (11) 의 제 2 단부 캡 (11c) 에 대하여 접한다. 전방 단부 후방 공동 (26 및 27) 내에 폼 백킹 (foam-backing) 부재 (28) 가 구성된다. 이러한 폼 백킹 부재 (28) 는 탄력적으로 폐쇄된 셀 폼으로 만들어진다.

도 6a 로부터 또한 볼 수 있듯이, 제 1 단부 캡은 차량용 유체 히터의 전기적 연결을 위해 열적 커넥터 (14) 를 포함한다.

전력은 제어 보드 (10) 에 구성되는 MOSFET (금속 산화물 반도체 필드 효과 트랜지스터) (29) 를 통하여 공급된다. 또한, 제어 보드에는 어떠한 참조 번호에 의해서 나타내지 않은 마이크로제어기가 구성된다.

MOSFET (29) 의 이용은 세라믹 요소 (20) 의 전력 제어를 위해 유리한 것이 입증되었다.

본 발명에 따르면, 작업 동안 MOSFET (29) 에 의해 소실되는 열은 열 교환기의 외부 표면으로 전도된다. 하나의 실시형태에서 (도 9 의 (a)) 작업 동안 MOSFET(29) 에 의해 소실되는 열은 열 싱크를 통하여 열 교환기의 외부 표면으로 전도된다. 도 9 의 (a) 에 따른 실시형태의 열 싱크는 탄력적 전도성 금속 스트립 (30) 으로 디자인된다. 금속 스트립 (30) 은 예컨대 구리 또는 다른 열 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 금속 스트립 (30) 은 열 교환기 (8) 의 하나의 측면 (18) 에 직접 부착된다. 이를 위해, 빈 공간 (23) 이 하나의 가열 유닛 (9) 의 하나의 프레임 (19) 에 제공된다.

도 4b 및 9 의 (b) 에 나타낸 실시형태에서 MOSFET (29) 는 열 교환기 (8) 에 직접 부착되어 MOSFET (29) 에 의해 소실되는 열은 열 교환기 및/또는 가열 유닛 안으로 직접 전달되고 따라서 세척 유체를 가열하는데 이용될 것이다. MOSFET (29) 는 바람직하게는, 예컨대 MOSFET (29) 와 열 교환기 (8) 사이의 높은 유전체 값을 갖는 중간 층 (예컨대 AL₂O₃) 에 의해 열 교환기 (8) 의 전도성 본체 상에 전기적으로 절연된다. MOSFET (29) 는 또한 PTC 와 결합될 수 있다. 회로 보드 (10) 로의 전기적 연결은 터미널 커넥터 (55) 에 의해 수립될 수 있다.

1 : 세정 유체 저장소 2 : 세정 유체 펌프
3 : 차량용 유체 히터 4 : 노즐
5 : 입구 포트 6 : 출구 포트
7 : 호스 8 : 열 교환기
9 : 가열 유닛 10 : 제어 보드
11 : 하우징 11a : 메인 본체
11b : 제 1 단부 캡 11c : 제 2 단부 캡
12 : 스냅 끼워맞춤 커넥터 13 : 니플
14 : 터미널 커넥터 15, 15a, 15b, 15c, 15d : 유체 채널
16a, 16b : 밀봉 커버 17a : 입구 개구
17b : 출구 개구 18 : 측면
19 : 프레임 20 : 세라믹 요소
21 : 캐소드 접촉 플레이트 22 : 애노드 접촉 플레이트
23 : 빈 공간 24 : 열 교환기 격벽
25 : 제어 보드 격벽 26 : 전방 공동
27 : 후방 공동 28 : 백킹 부재
29 : MOSFET 30 : 금속 스트립
31 : 제어 유닛 32 : 스위칭 유닛
33 : 제어 신호 34 : 샘플링 저항기
35 : 작동적 증폭기 36 : 저항기
37 : 저항기 38 : 저항기
50a, 50b : 브리징 부재 51 : 밀봉 림
52 : 외부 그루브 53 : 내부 그루브
54 : 위치 웨브 55 : 터미널 커넥터
(그래프)

Claims

적어도 하나의 열 교환기 (8), 적어도 하나의 전기적으로 작동되는 가열 유닛 (9) 그리고 가열 유닛 (9) 에 공급되는 전력을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 유닛을 포함하고, 열 교환기 (8) 는 가열되는 유체를 위한 적어도 하나의 유체 채널 (15) 을 규정하는 적어도 하나의 열 전도성 본체를 포함하고, 가열 유닛 (9) 은 열 교환기 (8) 의 열 전도성 표면에 부착되는 차량용 유체 히터, 특히 자동차 물 히터에 있어서, 상기 제어 유닛은 열 교환기 (8) 에 열적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 유체 히터.
제 1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 열 싱크에 의해 열 교환기 (8) 에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 유체 히터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열 싱크는 열 전도성인 금속 스트립 (30) 의 형태인 것을 특징으로 하는 차량용 유체 히터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛이 열 교환기 (8) 에 부착되는 것을 특징으로 하는 차량용 유체 히터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 가열 유닛 (9) 에 부착되는 것을 특징으로 하는 차량용 유체 히터.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛이 제어 보드 (10) 에 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 유체 히터.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 교환기 (8), 적어도 하나의 연관된 가열 유닛 (9) 그리고 제어 유닛은 공통 하우징에 의해 감싸지는 것을 특징으로 하는 차량용 유체 히터.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 스위칭 유닛, 바람직하게는 트랜지스터, 그리고 더 바람직하게는 금속 산화물 반도체 필드 효과 트랜지스터 (MOSFET) 를 포함하고, 이는 열 싱크에 열적으로 전도되는 것을 특징으로 하는 차량용 유체 히터.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 스트립은 열 교환기 (8) 의 열 전도성 표면에 접착되는 것을 특징으로 하는 차랑용 유체 히터.