KR20140007175A - 피티씨 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피티씨 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 폭을 줄일 수 있으며, 구성을 간소화하여, 공간 효율성을 높일 수 있으며, 열교환 성능을 보다 높여 난방 성능을 향상할 수 있는 피티씨 히터에 관한 것이다.

Description

피티씨 히터{A PTC HEATER}
본 발명은 피티씨 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 폭을 줄일 수 있으며, 구성을 간소화하여, 공간 효율성을 높일 수 있으며, 열교환 성능을 보다 높여 난방 성능을 향상할 수 있는 피티씨 히터에 관한 것이다.
가열수단은 외부의 온도를 높이기 위해 이용되는 것으로서, 다양한 방법을 이용한 수단이 제안된 바 있으며, 또한 다양한 용도로 이용되고 있다.
특히, 차량 엔진룸 내부에 구비되는 가열수단 중, 실내 난방을 담당하는 가열수단은 엔진의 온도를 낮추기 위한 열교환매체가 히터코어를 순환하면서 외부 공기를 가열하여 자동차 실내를 난방하도록 되어 있다.
그러나 엔진 중에서 디젤엔진은 열교환율이 높아 자동차의 초기 시동 시, 엔진을 냉각하는 열교환매체가 가열되기 까지 가솔린엔진에 비하여 오래 소요된다.
따라서 겨울철에 디젤엔진이 구비된 차량은 초기 시동 후에 열교환매체의 가열이 늦어지게 되어 초기 실내 난방 성능이 저하되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 수단을 이용하여 실내 측으로 송풍되는 공기를 직접 가열하는 형태의 차량용 공기 가열식 히터가 제안된 바 있다.
그런, 상기 공기 가열식 히터는 공기를 직접 가열하여 난방 성능을 보다 높일 수 있는 장점이 있으나, 소형화 및 고효율화의 추세에 따라 엔진룸 내부에 충분한 공간을 확보하기 어려운 상황에서 히터의 크기만큼의 공간을 차지하게 되어 소형화를 방해하는 원인이 될 수 있다.
특히, 니크롬선을 이용한 카트리지 히터의 경우에는 온도를 제어하는 것이 어려우며, 상기 히터 측으로 공기가 송풍되지 않을 경우 과열될 우려가 있으며, 또한 고전압에 따른 절연 문제가 발생할 수 있고, 화재의 위험성을 갖고 있는 문제점이 있다.
또, 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 히터를 이용한 차량용 공조 장치가 일본공개특허 2009-255739호에 제안된 바 있으며, 종래의 PTC 히터를 도 1에 도시하였다.
도 1에서, 공기의 흐름방향을 화살표로 표시하였으며, 도 1에 도시한 PTC 히터는 PTC소자로 이루어진 열원부(11)와, 상기 열원부(11)와 접촉하면서 열을 효과적으로 방출하기 위한 방열부(12)와, 상기 단자부, 열원부(11), 방열부(12)를 감싸서 보호하는 하우징(20)으로 이루어진다.
종래의 PTC 히터는 상세 구성에 일부 차이가 있을 수 있으나, 열원부가 공기 흐름방향과 나란하게 형성됨에 따라 열원부의 형성 면적은 발열 성능과 직접적인 영향을 끼치게 되며, 이에 따라 PTC 하터의 두께(공기 흐름방향)를 줄이는데는 한계가 있다.
특히, PTC 히터의 경우, 방열 조건이 좋지 않을 경우에 전기적 문제가 발생될 수 있어 방열부(일반적으로 방열핀)를 형성해야하므로, 방열부 제조 및 조립 공정이 번거로울 뿐만 아니라, 방열이 효과적으로 이루어지지 않을 경우, PTC 히터 전체의 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
도 2에 PTC 히터를 이용한 차량용 공조장치의 일예를 나타내었다.
도 2에 도시한 차량용 공조장치는 각각의 도어(31d, 32d, 33d)에 의해 개도가 조절되는 플로어 벤트(31), 디프로스트 벤트(32) 및 페이스 벤트(33)가 형성되는 공조케이스(30); 상기 공조케이스(30) 내부에 구비되어 공기를 냉각하는 증발기(41); 고온의 냉각수가 유동되어 공기를 가열하는 히터코어(42), 및 상기 공기 흐름 방향으로 상기 히터코어(42) 후측에 구비되는 PTC 히터(43);를 포함한다.
이 때, 상기 PTC 히터는 상기 히터코어와 일정간격을 유지하도록 구비되는데, 그만큼 공조케이스 내부의 공간을 차지하므로 공간 효율성을 저해할 수 있다.
또한, 공기의 압력강하를 방지하고, 원가 절감 등을 위하여 높이방향으로 PTC 히터가 히터코어의 중앙 영역에 위치되는 경우가 많아 PTC 히터가 위치되지 않는 상측 및 하측 영역을 통과한 공기는 적절하게 가열되지 못한 상태로 이동됨으로써 난방 성능이 저하될 수 밖에 없는 문제점이 있다.
(적절하게 가열되지 못한 상태로 이동되는 공기의 흐름을 점선 화살표로 나타내었다.)
이에 따라, 공기와 직접 열교환되되, 열교환 성능을 보다 높여 난방 성능을 보다 향상할 수 있으며, 소형화가 가능하고, 제어가 용이하며, 과열에 의한 문제점을 미연에 방재하여 안전성을 보다 높일 수 있는 히터의 개발이 요구되고 있다.
특허1) 일본공개특허 2009-255739(발명의 명칭 : 차량용 공조 장치, 공개일 : 2009.11.05)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 구성을 간소화하여, 공간 효율성을 높일 수 있으며, 열교환 성능을 보다 높여 난방 성능을 향상할 수 있는 피티씨 히터를 제공하는 것이다.
본 발명의 피티씨 히터(200)는 판 형태로, 제1발열영역(A210-1) 및 일정영역이 중공되는 복수개의 제1중공부(211)가 형성된 제1공기유동영역(A210-2)을 포함하는 제1지지부(210); 판 형태로, 제2발열영역(A230-1) 및 일정영역이 중공되는 복수개의 제2중공부(231)가 형성된 제2공기유동영역(A230-2)을 포함하는 제2지지부(230); 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 소자(221)와, 상기 제1발열영역(A210-1) 및 제2발열영역(A230-1)에 대응되도록 형성되며 상기 피티씨 소자(221)가 안착되도록 중공되는 공간부(223)가 형성되는 절연지지체(222)와, 상기 피티씨 소자(221)에 전원을 인가하는 제1전극(226)을 포함하는 발열부(220); 및 상기 제1지지부(210) 및 발열부(220)의 일측 단부를 지지하고 고정하는 하우징(240); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발열부(220)는 상기 절연지지체(222)의 상기 제1발열영역(A210-1)에 대응되는 면이 상기 공간부(223) 측으로 단차지게 제1안착부(224)가 형성되며, 상기 제1전극(226)이 상기 절연지지체(222)의 제1안착부(224)에 안착되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 발열부(220)는 상기 절연지지체(222)의 상기 제2발열영역(A230-1)에 대응되는 면이 상기 공간부(223) 측으로 단차지게 형성되는 제2안착부(225)가 형성되며, 상기 절연지지체(222)의 제2안착부(225)에 제2전극(227)이 더 안착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피티씨 히터(200)는 상기 발열부(220)의 제1지지부(210) 및 제2지지부(230)와 맞닿는 면에 각각 제1절연층(228) 및 제2절연층(229)이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 피티씨 히터는 공기 흐름방향에 수직하게 위치되는 판 형태의 제1지지부 및 제2지지부를 이용하며, 피티씨 소자가 절연지지체에 의해 지지되며, 간단한 구성으로서 발열부를 형성함으로써 제조가 용이하면서도 두께를 줄일 수 있어 소형화가 가능하며, 열교환 성능을 보다 높여 난방 성능을 향상할 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명의 피티씨 히터는 발열부가 제1지지부 및 제2지지부에 의해 양측이 지지되는 형태로서, 구조적 안정성을 높일 수 있는 장점이 있다.
이 때, 본 발명의 피티씨 히터는 제1지지부에 형성된 제1중공부와 제2지지부에 형성된 제2중공부가 공기 흐름 방향으로 일정 영역에서 서로 겹쳐지게 형성되어 공기 흐름을 난류화함으로써 공기의 열교환 성능을 향상할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 PTC 히터를 나타낸 도면.
도 2는 일반적인 차량용 공조 장치를 나타낸 도면.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 피티씨 히터의 사시도, 분해사시도, 및 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 피티씨 히터의 다른 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 피티씨 히터의 또 다른 단면도.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 피티씨 히터의 또 다른 분해사시도 및 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 피티씨 히터 다양한 예를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 피티씨 히터가 구비된 차량용 공조장치를 나타낸 개략도.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 피티씨 히터(200)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 피티씨 히터(200)는 제1지지부(210), 제2지지부(230), 발열부(220), 및 하우징(240)을 포함한다. (도 3 내지 도 5 참조)
상기 제1지지부(210)는 판 형태로, 공기 흐름방향에 수직하게 위치된다.
상기 제1지지부(210)는 제1발열영역(A210-1)과, 제1공기유동영역(A210-2)을 포함하여 형성되는데, 상기 제1발열영역(A210-1)은 발열부(220)가 형성되는 영역이며, 나머지 제1공기유동영역(A210-2)은 공기가 유동되는 영역이다.
상기 제1공기유동영역(A210-2)은 일정 영역이 중공되는 복수개의 제1중공부(211)가 형성된 영역으로서, 상기 제1중공부(211)의 형태 및 개수는 다양하게 형성될 수 있다.
상기 제2지지부(230)는 상기 제1지지부(210)의 제1발열영역(A210-1)에 대응되는 제2발열영역(S230-1)과, 상기 제2발열영역(S230-1)에 인접하여 일정 영역이 중공되는 복수개의 제2중공부(231)가 형성되며 상기 제1지지부(210)의 제1공기유동영역(A210-2)에 대응되는 제2공기유동영역(A230-2)을 포함한다.
즉, 상기 제2지지부(230)는 상기 제1지지부(210)와 동일하게 판 형태로 형성되는 구성으로서, 제2발열영역(S230-1)과, 제2공기유동영역(A230-2)을 포함하여 형성된다.
상기 발열부(220)는 전원에 의해 발열되는 구성으로서, 상기 제1지지부(210)의 제1발열영역(A210-1) 및 제2지지부(230)의 제2발열영역(A230-1)에 구비된다.
상기 발열부(220)는 피티씨 소자(221)와, 절연지지체(222)와, 제1전극(226)을 포함하여 형성된다. (도 4 내지 도 5 참조)
상기 절연지지체(222)는 상기 발열부(220)를 형성하는 기본 몸체로서, 양측 면의 일정 영역이 상기 제1지지부(210)의 제1발열영역(A210-1) 및 제2지지부(230)의 제2발열영역(A230-1)과 맞닿는다.
상기 절연지지체(222)는 상기 피티씨 소자(221)가 안착되도록 중공되는 공간부(223)가 형성된다.
상기 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같은 발열부(220)는 제2지지부(230)를 접지 단자로서 피티씨 소자(221)와 직접 맞닿게 형성된 것으로서, 안정성이 확보된 상태에서 실시가능한 예이다.
또한, 본 발명의 피티씨 히터(200)는 상기 제1지지부(210)의 제1발열영역(A210-1)에 대응되는 면이 상기 공간부(223) 측으로 단차지게 형성되어 상기 제1전극(226)이 안착되는 제1안착부(224)가 형성될 수 있다.
즉, 상기 절연지지체(222)는 일측 면이 상기 제1전극(226)와 함께 상기 제1지지부(210)의 제1발열영역(A210-1)에 맞닿으며, 타측 면이 상기 피티씨 소자(221)와 함께 제2지지부(230)의 제2발열영역(A230-1)에 맞닿는다.
이를 위하여, 상기 발열부(220)는 제1전극(226)의 형성 두께와 상기 제1안착부(224)의 깊이가 서로 대응되며, 상기 공간부(223)의 형성 높이가 상기 피티씨 소자(221)의 두께가 서로 대응되도록 형성된다.
도 6은 본 발명의 피티씨 히터(200)의 다른 발열부(220)가 형성된 예를 나타낸 것으로서, 상기 발열부(220)의 상기 제1지지부(210) 및 제2지지부(230)와 맞닿는 양측면에 각각 제1절연층(228) 및 제2절연층(229)이 더 형성된 예를 나타내었다.
도 7은 본 발명명의 피티씨 히터(200)의 또 다른 발열부(220)가 형성된 예를 나타낸 것으로서, 상기 절연지지체(222)의 상기 제2발열영역(A230-1)에 대응되는 면이 상기 공간부(223) 측으로 단차지게 형성되는 제2안착부(225)가 형성되며, 상기 절연지지체(222)의 제2안착부(225)에 제2전극(227)이 더 안착되는 예를 나타내었다.
상기 제2전극(227)이 구비되는 경우에, 상기 절연지지체(222)의 다른 면이 제2전극(227)과 함께 제2지지부(230)의 발열영역에 맞닿도록, 상기 제2전극(227)의 형성 두께와 상기 제2안착부(225)의 깊이가 서로 대응되도록 형성된다.
상기 제1전극(226) 및 제2전극(227)이 구비되는 경우에, 상기 하우징(240) 내부에서의 전기적 접속이 용이하도록 각각 다른 방향으로 절곡되는 제1절곡부(226a) 및 제2절곡부(227a)가 형성될 수 있다.
이 때, 상기 절연지지체(222)는 상기 제1절곡부(226a)가 형성된 제1전극(226) 및 제2절곡부(227a)가 형성된 제2전극(227)을 지지가능한 형태로 형성된다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 피티씨 히터(200)의 또 다른 예를 나타낸 분해사시도 및 단면도로서, 도 7에 도시한 형태의 발열부(220)의 상기 제1지지부(210) 및 제2지지부(230)와 맞닿는 면에 각각 제1절연층(228) 및 제2절연층(229)이 더 형성된 예를 나타내었다.
또한, 상기 제1전극(226) 및 제2전극(227)가 함께 구비되는 경우에, 상기 제1전극(226) 및 제2전극(227)의 단부는 서로 다른 방향으로 단차지게 형성되어 전원연결이 용이하도록 하는 것이 바람직하다.
이 때, 도 3, 도 4, 및 도 8은 상기 제1지지부(210)의 제1중공부(211) 및 제2지지부(230)의 제2중공부(231)는 각각 일정 각도 경사지게 형성되되, 경사진 정도가 서로 차이가 있는 예를 나타낸 것으로서, 공기 흐름방향(도면에 표시한 폭방향)으로 상기 제1중공부(211)와 제2중공부(231)의 영역 중 일정 영역만 서로 대응되게(겹쳐지게) 형성된 예를 나타내었다.
상기 제1지지부(210)의 제1중공부(211)를 통과한 공기 중 일부는 상기 제2지지부(230)의 제2중공부(231)를 통해 직접 배출되며, 나머지는 상기 제2지지부(230)의 판 영역에 부딪혀 난류화된 후 배출된다.
또한, 도 4는 도 3의 피티씨 히터(200)를 구성하는 제1지지부(210), 발열부(220) 및 제2지지부(230)를 포함하는 하나의 단위 모듈의 사시도로서, 복수개의 모듈이 높이방향으로 4개가 상기 하우징(240)에 조립된 예를 나타내었다.
본 발명의 피티씨 히터(200)는 이에 한정되지 않으며, 상기 제1지지부(210) 및 제2지지부 전체가 하나의 판재로 형성될 수도 있다.
이 때, 상기 제1지지부(210) 및 제2지지부(230)는 동일한 크기로 형성되는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 하우징(240)은 상기 제1지지부(210) 및 발열부(220)의 일측 단부를 지지하고, 상기 발열부(220)로 전원을 공급하기 위한 구성이 내장된다.
도 10은 제1지지부(210), 발열부(220), 및 제2지지부(230)가 단일 모듈 형태로서, 다양한 형태를 나타내었다.
도 10 (a)는 제1지지부(210) 및 제2지지부(230)가 모두 동일한 크기 및 형태로 형성되며, 상기 제1중공부(211) 및 제2중공부(231)가 동일한 각도로 경사지게 형성된 예를 나타내었다.
도 10 (b)는 제1지지부(210) 및 제2지지부(230)가 유사한 형태를 갖되, 도 3, 4 및 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제1중공부(211) 및 제2중공부(231)가 일정 영역에서만 겹쳐지게 형성된 예를 나타내었다.
도 10 (c)는 상기 도 11 (a)에 도시한 형태와 동일하되, 제1지지부(210)의 제1중공부(211)에 제1루버핀(212)이, 제2지지부(230)의 제2중공부(231)에 제2루버핀(232)이 형성된 예를 나타내었다.
상기 제1루버핀(212) 및 제2루버핀(232)은 각각 상기 제1지지부(210) 및 제2지지부(230)에 대응되는 일정 영역이 각각 절개되며, 절개된 영역이 꺽여 돌출된다.
즉, 상기 제1루버핀(212) 및 제2루버핀(232)은 상기 제1지지부(210) 및 제2지지부(230)에 일체로 형성되는 구성으로, 각각 상기 제1중공부(211) 및 제2중공부(231)로부터 연장된 형태를 갖는다.
상기 제1루버핀(212) 및 제2루버핀(232)의 형성은 제1중공부(211) 및 제2중공부(231)를 형성하기 위한 공정에서, 특정 부분을 제외한 나머지 부분만 절개되며, 제1지지부(210) 및 제2지지부(230)에 연결되는 특정 부분을 꺽는 공정만 추가함으로써 간단하게 형성될 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 피티씨 히터(200)는 제1중공부(211) 및 제2중공부(231)를 형성하기 위하여 제거되었던 영역을 이용하여 상기 제1루버핀(212) 및 제2루버핀(232)을 형성함으로써, 간단한 방법으로 제조 가능하며, 공기와의 접촉 면적을 보다 증대할 수 있으며, 이에 따라 전체 열교환 성능을 향상할 수 있다.
이 때, 상기 제1루버핀(212) 및 제2루버핀(232)의 돌출 방향은 제1지지부(210)와 히터코어(100)와 같은 다른 열교환기와의 조립성을 방해하지 않도록 공기흐름방향과 나란하게 상기 열교환기와의 결합 반대방향으로 꺽이도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 피티씨 히터(200)는 폭방향(공기 흐름방향으로)으로 두께를 줄일 수 있으며, 제1지지부(210) 및 제2지지부(230)를 이용함으로써 구성을 간소화하고, 중량을 저감할 수 있는 장점이 있다.
도 11은 본 발명의 피티씨 히터(200)를 이용한 공조 장치(1000)이다.
도 11에 도시한 차량용 공조 장치(1000)는 각각의 도어(310d, 320d, 330d)에 의해 개도가 조절되는 플로어 벤트(310), 디프로스트 벤트(320) 및 페이스 벤트(330)가 형성되는 공조 케이스(300); 상기 공조 케이스(300) 내부에 구비되어 공기를 냉각하는 증발기(500); 상기 공조 케이스(300) 내부에 구비되어 공기를 가열하는 히터코어(100); 및 냉기통로 및 온기통로의 개도를 조절하는 템프도어(400)를 포함하되, 상기 히터코어(100) 후측에 본 발명의 피티씨 히터(200)가 구비되는 예를 나타내었다.
본 발명의 피티씨 히터(200)가 히터코어(100)와 함께 공기를 난방할 경우, 난방 성능을 보다 확보할 수 있으며, 소형화가 가능한 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 통합형 난방장치
100 : 히터코어
200 : 피티씨 히터
210 : 제1지지부 211 : 제1중공부
212 : 제1루버핀
A210-1 : 제1발열영역 A210-2 : 제1공기유동영역
220 : 발열부
221 : 피티씨 소자
222 : 절연지지체 223 : 공간부
224 : 제1안착부 225 : 제2안착부
226 : 제1전극 226a : 제1절곡부
227 : 제2전극 227a : 제2절곡부
228 : 제1절연층 229 : 제2절연층
230 : 제2지지부 231 : 제2중공부
232 : 제2루버핀
A230-1 : 제2발열영역 A230-2 : 제2공기유동영역
240 : 하우징
300 : 공조케이스
310 : 플로어 벤트 310d : 플로어 벤트 도어
320 : 디프로스트 벤트 320d : 디프로스트 벤트 도어
330 : 페이스 벤트 330d : 페이스 벤트 도어
400 : 템프도어
500 : 증발기

Claims (4)

  1. 판 형태로, 제1발열영역(A210-1) 및 일정영역이 중공되는 복수개의 제1중공부(211)가 형성된 제1공기유동영역(A210-2)을 포함하는 제1지지부 (210);
    판 형태로, 제2발열영역(A230-1) 및 일정영역이 중공되는 복수개의 제2중공부(231)가 형성된 제2공기유동영역(A230-2)을 포함하는 제2지지부(230);
    피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 소자(221)와, 상기 제1발열영역(A210-1) 및 제2발열영역(A230-1)에 대응되도록 형성되며 상기 피티씨 소자(221)가 안착되도록 중공되는 공간부(223)가 형성되는 절연지지체(222)와, 상기 피티씨 소자(221)에 전원을 인가하는 제1전극(226)을 포함하는 발열부(220); 및
    상기 제1지지부(210) 및 발열부(220)의 일측 단부를 지지하고 고정하는 하우징(240); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 피티씨 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열부(220)는
    상기 절연지지체(222)의 상기 제1발열영역(A210-1)에 대응되는 면이 상기 공간부(223) 측으로 단차지게 제1안착부(224)가 형성되며,
    상기 제1전극(226)이 상기 절연지지체(222)의 제1안착부(224)에 안착되는 것을 특징으로 하는 피티씨 히터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발열부(220)는
    상기 절연지지체(222)의 상기 제2발열영역(A230-1)에 대응되는 면이 상기 공간부(223) 측으로 단차지게 형성되는 제2안착부(225)가 형성되며,
    상기 절연지지체(222)의 제2안착부(225)에 제2전극(227)이 더 안착되는 것을 특징으로 하는 피티씨 히터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피티씨 히터(200)는
    상기 발열부(220)의 제1지지부(210) 및 제2지지부(230)와 맞닿는 면에 각각 제1절연층(228) 및 제2절연층(229)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 피티씨 히터.
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