KR20140040865A - 전기 발열체, 차량용 난방 장치, 및 발열체를 생산하기 위한 방법 - Google Patents

전기 발열체, 차량용 난방 장치, 및 발열체를 생산하기 위한 방법 Download PDF

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KR20140040865A
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Abstract

본 발명은 발열 층(10)과 열 전도 바디(22)를 포함하는 차량용 난방 장치를 위한 발열체(20)에 관한 것으로서, 발열 층(10)은 적어도 하나의 발열 저항기(14)를 포함하며, 열 전도 바디(22)는 발열 층(10)으로부터 열을 흡수하기 위한 열 흡수 표면(32) 및 열 매개 유체로 열을 방출하기 위한 열 방출 표면(34)을 포함한다. 열 전도 바디(22)는 베이스 바디(24) 및 적어도 두 개의 열 방출 바디(26)를 포함하는 것이 고려되는데, 베이스 바디(24)와 열 방출 바디(26)는 물질 결합에 의해 서로 연결되거나 또는 통합하여 형성되며, 열 흡수 표면(32)은 발열 층(10)과 마주보고 발열 층(10)에 평행하게 확장하는 베이스 바디(24)의 표면이며, 열 방출 표면(34)은 열 방출 바디들(26)의 표면이다.

Description

전기 발열체, 차량용 난방 장치, 및 발열체를 생산하기 위한 방법{ELECTRICAL HEATING UNIT, HEATING DEVICE FOR A VEHICLE, AND METHOD FOR PRODUCING A HEATING UNIT}
본 발명은 발열 층(heating layer)과 열 전도 바디(heat conducting body)를 포함하는 차량용 전기 발열체(electrical heating unit)에 관한 것으로서, 발열 층은 적어도 하나의 발열 저항기(heating resistor)를 포함하고, 열 전도 바디는 발열 층으로부터 열을 흡수하기 위한 열 흡수 표면(heat absorbing face) 및 열 매개 유체(heat carrier fluid)로 열을 방출하기 위한 열 방출 표면을 포함한다. 본 발명은 또한 차량용 난방 장치(heating device)뿐만 아니라 발열체를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.
그러한 난방 장치는 흔히 예를 들면, 자동차(motor vehicle)에서 보조 난방으로서 사용된다. 그것들은 이러한 목적을 위하여 내연기관에 의존하지 않고 열의 발생을 가능하게 한다. 따라서, 전기 난방 장치들은 또한 특히, 내연기관이 없는 차량, 예를 들면, 전기 자동차들, 철도 차량, 범선(sailing boat), 비행기뿐만 아니라 이동형 사무실 또는 주거용 컨테이너에 사용가능하다.
열 전도 바디로서, 예를 들면, 물결 모양 또는 아코디언 플리트(accordion pleat) 같이 접힌 열 전도 구조체가 사용될 수 있다. 그러한 구조체는 발열 층으로부터 열을 받고 이를 나머지 구조체에 전달하기 위하여 직접적으로 또는 간접적으로 발열 층과 접촉하는 극값(extremum)의 위치들을 갖는다. 그러한 장치는 독일특허 제 DE 100 32 099 C1으로부터 알 수 있다.
발열 층으로부터 발생되는 열을 가능한 한 신속하게 열 매개 유체로 전달할 수 있는, 기계적으로 튼튼하고 생산하기에 간단한 전기 발열체를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 또한 그러한 발열체를 포함하는 난방 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 또한 그러한 발열체를 생산하기 위한 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 이러한 목적들은 독립항들의 특징들에 의해 해결된다. 바람직한 실시 예들은 종속항들로부터 발생한다.
전기 발열체는 열 전도 바디가 베이스 바디(base body) 및 적어도 두 개의 열 방출 바디를 포함하며, 열 흡수 표면은 발열 층과 마주보고 발열 층에 평행하게 확장하는 베이스 바디의 표면이고, 열 방출 표면은 열 방출 바디의 표면인 것을 특징으로 하는 최신 기술을 기초로 한다. 발열 층에 평행하게 확장하는 열 흡수 표면은 알려진 동일한 열 방출 구조의 극값의 위치들이 전체 표면과 비교하여 상당히 클 수 있다. 게다가, 베이스 바디의 통합하여 형성되거나 또는 물질 결합 디자인은 뛰어난 열 흐름과 높은 견고성을 야기한다. 베이스 바디는 예를 들면, 발열 층을 위한 기판의 역할을 할 수 있다. 열 전도 바디와 열 방출 바디들 사이에 부가적인 지지 소자가 생략될 수 있다. 열 방출 표면은 적어도 두 개의 열 방출 바디의 연속적인 표면이거나 또는 개별 표면들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 열 방출 바디들은 서로 접촉하지 않으나 앞에서 언급된 열 방출 표면을 함께 형성하는 표면들을 가질 수 있다. 열 매개 유체는 예를 들면, 공기 또는 액체일 수 있다. 난방 장치는 작동에 있어서, 열 매개 유체가 열 전도 바디의 열 방출 표면을 따라 흐르도록 디자인될 수 있다. 유체는 예를 들면, 물일 수 있다. 열 매개 유체가 열교환기 내의 열 전달 유체로서 사용되는 것이 가능하다. 이는 난방 장치가 열교환기를 포함하거나 또는 열 매개 유체가 흐르는 열교환기로 연결되는 것을 의미한다. 열교환기는 그리고 나서 열 매개 유체의 열의 적어도 일부분을 실제로 발열되는 매체 또는 실제로 발열되는 바디로 전달한다.
베이스 바디와 발열 층은 물질 결합에 의해 서로 연결될 수 있다. 이러한 방법으로, 베이스 바디와 발열 층 사이에 특히 뛰어난 열 접촉이 실현될 수 있다. 특히, 베이스 바디가 그것의 전체 열 흡수 표면에 걸쳐 물질 결합에 의해 발열 층에 연결되는 것이 고려될 수 있다. 베이스 바디와 발열 층은 물질 결합에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 서로 연결될 수 있다. 예를 들면, 발열 층이 직접적으로 베이스 바디의 열 흡수 표면에 적용되는 것이 가능하다. 이러한 연결에서, 직접적으로는 베이스 바디와 발열 층 사이에 다른 어떠한 층도 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 그러나, 각각 물질 결합에 의해 베이스 바디, 발열 층 및(복수의 중간 층의 경우에) 서로에 연결되는, 하나 또는 그 이상의 중간 층이 베이스 바디와 발열 층 사이에 배치되는 것이 또한 가능하다. 물질 대 물질 결합은 연결 파트너들이, 이 경우에서는 베이스 바디, 발열 층, 및 가능하게는 중간 층들이 원자력 또는 분자력에 의해 서로 달라붙어 있는 것으로 이해되어야 한다.
전기적 절연 층은 발열 층과 베이스 바디에 제공될 수 있다. 절연 층은 만일 열 전도 바디가 전기적 절연 재료, 예를 들면, 금속으로 형성되면 특히 바람직할 수 있다. 절연 층은 발열 저항기의 다양한 지점들이 열 전도 바디를 거쳐 서로 전기적으로 연결되는 것을 방지함으로써 특히 발열 층의 단순한 디자인을 가능하게 한다. 발열 저항기는 예를 들면, 절연 층 상으로 인쇄될 수 있거나 그렇지 않으면 절연 층 상에 고정될 수 있다.
절연 층은 예를 들면, 세라믹 재료 또는 중합체 재료를 포함할 수 있다. 재료는 열 전도 바디와 절연 층이 일치되는(예를 들면 동일한) 열 팽창 계수들을 갖도록 선택될 수 있다. 이러한 방법으로, 전기 발열체 내의 열 응력(thermal stress)이 최소화될 수 있다.
발열체는 적어도 구조적으로 동일한 제 2 발열체의 상보적인 플러그-인(plug-in) 장치와 맞물리도록 제공되는 적어도 하나의 플러그-인 장치를 포함할 수 있다. 플러그-인 장치들은 간단한 방법으로, 예를 들면, 스택(stack) 또는 체인(chain)으로 서로 임의의 수의 발열체를 기계적으로 연결하는 것을 가능하게 한다. 플러그-인 연결들은 특히, 체인 또는 스택으로 배치되는 발열체들이 정렬되도록 디자인될 수 있다.
발열 층은 열 흡수 표면으로부터 떨어져 마주보는 그것의 면 상에 또 다른 열 전도 바디가 없을 수 있거나, 또는 열 흡수 표면으로부터 떨어져 마주보는 발열 층의 면 상에 열 매개 유체를 위한 어떠한 흐름 영역도 제공될 필요가 없다. 예를 들면, 열 절연 재료 및/또는 열을 잘 반사하는 재료가 열 흡수 표면으로부터 떨어져 마주보는 발열 층의 면 상에 제공될 수 있다. 발열 층에 일차 면 상의 열 전도성 바디만이 제공되는 그러한 실시 예들은 발열 층에 대하여 비대칭 디자인을 갖는다. 열 흡수 표면 및 베이스 바디와 마주보는 발열 층의 표면은 다른 경우들에서도 동일할 수 있다. 여기서, 베이스 바디와 발열 층 사이의 큰 열 전달은 가능한 한 낮은 물질들의 입력으로 실현될 수 있다. 열 흡수 표면 및 베이스 바디와 마주보는 발열 층의 표면은 예를 들면, 동일한 직사각형을 정의할 수 있다.
열 방출 표면은 열 흡수 표면보다 길 수 있다. 만일 열 방출 표면에 대한 열 전도 계수가 열 흡수 표면을 통한 열 흐름에 대한 상응하는 열 전도 계수보다 낮으면 이는 특히 바람직하다. 열 방출 표면을 통한 열 매게 유체 내로의 충분히 긴 열 흐름은 이러한 목적을 위하여 불필요하게 긴 베이스 바디의 열 흡수 표면을 치수화하지 않고 이러한 방법으로 실현될 수 있다.
열 방출 바디들은 예를 들면, 열 리브(heat rib)들로서 형성될 수 있다. 열 리브들은 예를 들면, 규칙적인 간격으로 서로 평행하게 베이스 바디상에 배치될 수 있다. 또한 발열체의 각각의 열 리브들이 인접한 발열체의 열 유닛에 병합하는 것이 고려될 수 있다. 이는 각각 제 1 발열체의 하나의 열 리브가 인접한 제 2 발열체의 관련된 열 리브와 통합하여 형성되는 것을 의미한다. 제 1 발열체의 열 전도 바디와 제 2 발열체의 열 전도 바디는 또한 이 경우에 있어서 통합하여 형성된다.
열 방출 바디들은 열 흡수 표면에 수직인 평면으로 확장할 수 있다. 각각의 열 방출 바디는 예를 들면, 열 흡수 표면으로부터 확장하는 평평한 바디로서 형성될 수 있다.
차량용 난방 장치는 난방 장치가 여기에 설명되는 형태의 발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 최신 기술을 기초로 한다. 난방 장치는 특히, 자동차용 보조 난방일 수 있다.
난방 장치는 적어도 두 개의 발열체의 스택을 포함할 수 있다. 이러한 연결에서 스택은 발열 층 및 가능하게는 발열체들의 절연 층들이 서로에 대하여 평행하게 배치되는 적어도 두 개의 발열체의 배치인 것으로 이해하여야 한다. 스택에 있어서, 각각 제 1 발열체의 열 전도 바디와 인접한 제 1 발열체의 열 전도 바디는 물질 결합에 의해 연결될 수 있거나 또는 통합하여 형성될 수 있다. 두 개의 인접한 발열체는 따라서 공통 열 전도 바다를 공유할 수 있으며, 공통 열 전도 바디는 위에서 언급된 제 1 발열체의 열 전도 바디와 위에서 언급된 제 2 발열체의 열 전도 바디로 구성될 수 있다. 바꾸어 말하면, 이는 제 1 발열체의 열 전도 바디와 제 2 발열체의 열 전도 바디가 제 1 및 제 2 발열체의 공통 열 전도 바디를 형성하는 것을 의미한다. 공통 열 전도 바디는 따라서 제 1 발열체의 베이스 바디를 제 2 발열체의 베이스 바디에 연결한다. 제 1 발열체의 베이스 바디로부터 공통 열 방출 바디들이 제 2 발열체의 베이스 바디로 확장할 수 있다. 스택은 열 매개 유체가 예를 들면 스택 방향에 수직인 방향으로 통과하여 흐르도록 허용할 수 있다.
난방 장치는 서로에 대항하여 적어도 두 개의 발열체를 누르는 클램핑 장치를 포함할 수 있다. 난방 장치는 따라서 서로에 대하여 발열체들을 제자리에 고정하고 이와는 별도로, 그것들 사이에 열 전도성 접촉을 달성한다. 클램핑 장치는 예를 들면, 발열체들 주위를 도는 적어도 하나의 스트립 또는 발열체들을 둘러싸는 바이스(vice)를 포함할 수 있다.
발열체, 특히 청구항의 발열체를 생산하기 위한 방법은 다음의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 최신 기술을 기초로 한다: 열 전도 바디를 생산하는 단계; 절연 층을 열 흡수 표면에 적용하는 단계; 및 발열 층을 절연 층에 적용하는 단계. 열 전도 바디는 과정에서 기판으로서 사용될 수 있고 따라서 발열체들을 위한 부가적인 매게 물질 스트립 또는 또 다른 기판이 생략될 수 있다.
열 전도 바디는 바람직하게는 상대적으로 낮은 녹는 점을 갖는 금속 또는 합금으로 생산될 수 있거나 또는 적어도 그러한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 및/또는 마그네슘이 사용될 수 있다.
열 전도 바디를 제조하기 위하여 특히 주조(casting), 사출 상형 또는 압출 방법들이 고려될 수 있다.
절연 층은 예를 들면, 플라스마 코팅(plasma coating) 방법을 사용하여 열 흡수 표면에 적용될 수 있다. 예를 들면, 절연 층은 열 흡수 표면 상에 플라스마로서 스프레잉될 수 있다.
절연 층은 세라믹 재료 또는 중합체 재료를 포함하거나 또는 그러한 재료로 구성될 수 있으며, 예를 들면, 알루미나(Al2O3)가 세라믹 재료의 자격을 갖는다.
발열 층은 예를 들면, 플라스마 코팅 방법 또는 스크린 인쇄 방법을 사용하거나 또는 저항기 페이스트(resistor paste)로서 절연 층에 적용될 수 있다. 플라스마 코팅 방법에 있어서, 예를 들면, 우선 전기 전도성 층이 절연 층에 적용될 수 있다. 그리고 나서 섹션들은 전기 전도성 층으로 절단되고 따라서 전도성 경로 또는 복수의 전도성 경로가 제자리에 남는다. 전도성 경로들은 그리고 나서 발열 저항기 또는 복수의 발열 저항기를 형성할 수 있다. 위에서 언급된 섹션들은 예를 들면, 레이저의 도움으로 전도성 층으로 절단될 수 있다. 발열 층은 예를 들면, 니켈 또는 크롬을 포함하거나 또는 이러한 재료들로만 구성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 예를 들면, 70 내지 90% 니켈과 10 내지 30% 크롬이 사용될 수 있는데, 80% 니켈과 20% 크롬의 비율이 적절한 것으로 고려된다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다. 도면들에서, 동일한 번호는 동일하거나 유사한 부품을 나타낸다.
도 1은 발열 층의 일 실시 예의 개략적인 상면도를 도시한다.
도 2는 전기 발열체의 일 실시 예의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 전기 발열체의 또 다른 실시 예의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 4는 전기 발열체의 또 다른 실시 예의 사시도를 도시한다.
도 5는 복수의 전기 발열체의 스택의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 6은 난방 장치의 일 실시 예의 개략적인 기능 다이어그램을 도시한다.
도 7은 발열체를 생산하기 위한 방법의 일 실시 예의 플로차트를 도시한다.
도 1은 두 전기적 절연 영역들(12)과 하나의 전기적 전도성 경로(14)를 포함하는 발열 층(10)을 도시한다. 전도성 경로(14)는 제 1 단부(16) 및 제 2 단부(18)를 포함하며 발열 저항기를 형성한다. 제 1 단부(16)와 제 2 단부(18)는 이들을 통하여 전기 전압이 전도성 경로에 적용될 수 있는 접속(contact)들의 역할을 한다. 도시된 실시 예에서, 전도성 경로(14)는 구불구불한 형태이다(serpentine shaped). 한편으로 상대적으로 작은 표면 상에 상당한 전도체 길이가 제공되는 것이 바람직하다. 다른 한편으로, 이는 예를 들면, 가능한 직사각형 발열 층(12)의 동일한 모서리에 제 1 단부(16)와 제 2 단부(18)의 배치를 제공한다.
발열 층에 의해 정의되는 평면은 본 도면과 다른 도면들에서도 xy 평면으로 선택되었다. 여기서, 모든 모면에 동일한 xyz 좌표계가 사용된다.
전도성 경로(14)는 본 실시 예에서 영역들(12)을 채우는 전기적 절연 재료 내에 내장될 수 있다. 대안으로서 전도성 경로(14)는 매체 표면 상으로 확장하며, 절연 영역(12)은 주변 매체 예를 들면, 공기로 채워진다.
도 2는 차량용 난방 장치를 위한 전기 발열체(20)를 도시한다. 발열체(20)는 발열 층(10)과 열 전도 바디(22)를 포함한다. 발열 층(10)은 적어도 하나의 발열 저항기를 포함한다. 발열 층(10)은 예를 들면, 도 1을 참조하여 설명된 발열 층(10)일 수 있다. 열 전도 바디(22)는 발열 층(10)으로부터 열을 흡수하기 위한 열 흡수 표면(32)을 포함한다. 열 전도 바디(22)는 열 매체 유체로 열을 방출하기 위한 열 방출 표면(34)을 더 포함한다. 열 매체 유체는 열 방출 표면(34)을 지나서 흐르는 매체, 예를 들면, 공기 또는 액체일 수 있다.
열 전도 바디(22)는 베이스 바디(24)와 복수의 열 방출 바디(26)를 포함한다. 도시된 실시 예에서 베이스 바디(24)는 xy 평면과 평행하게 확장하는 평평한 직육면체이다. 본 실시 예에서 베이스 바디(24)로 시작하여, 각각 히트 리브들로서 형성되는 총 9개의 열 방출 바디(26)가 yz 평면과 평행한 평면으로 확장한다. 베이스 바디(24)와 열 방출 바디들(26)은 물질 결합에 의해 서로 연결되거나 또는 통합하여 형성된다. 열 전도 바디(22)는 예를 들면, 단일 금속으로 형성될 수 있다. 열 흡수 표면(32)은 발열 층(10)을 마주보고 발열 층(10)과 평행하게, 즉, 본 실시 예에서는 xy 평면과 평행하게 확장하는 베이스 바디(24)의 표면이다. 본 실시 예에서 열 방출 표면(34)은 열 방출 바디들(26)의 연속적인 표면들이 아닌, 개별로 구성된다.
작동에 있어서, 전기 전압은 발열 층(10)의 발열 저항기에 적용된다. 과정에서 발생하는 열은 열 전도 바디(22)의 베이스 바디(24) 내로 확산되고 베이스 바디로부터 개별 열 방출 바디들(26)로 확산된다. 열 방출 바디들(26)로부터 열은 열 방출 바디들(26)을 지나서 흐르거나 또는 거기에서 정지하는 열 매개 유체, 예를 들면, 공기 또는 액체 내로 더 확산한다.
도 3은 도 2를 참조하여 설명된 발열체(20)의 변형체를 도시한다. 발열 층(10)이 베이스 바디(24)의 열 흡수 표면(32) 상에 직접적으로 위치되고 도 2에 도시된 발열체(20) 내의 물질 결합에 의해 베이스 바디(24)에 직접적으로 연결되는 동안에, 전기적 절연성 절연 층(36)은 도 3에 도시된 것과 같이 발열 층(10)과 베이스 바디(24) 사이에 배치된다. 절연 층(36)은 예를 들면, 세라믹 재료 또는 중합체 재료를 포함할 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하여 설명된 두 실시 예에서, 열 흡수 표면(32) 및 베이스 바디(24)를 마주보는 발열 층(10)의 표면은 형태가 동일하다. 도 2와 도 3에서 표면들은 각각 직사각형이며, 각각 xy 평면과 평행하게 확장한다. 두 경우에 있어서 발열 층(10)의 일차 면 상에만 열 전도 바디(22)가 제공되기 때문에 발열 층(10)에 대하여 비대칭 디자인들이 연결된다. 열 전도 바디가 제공되지 않는 발열 층(10)의 면 상에서, 열 절연 재료(도시되지 않음) 또는 열을 잘 반사하는 재료(또한 도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
절연 층(36)은 1 밀리미터보다 작은 두께를 가질 수 있다. 절연 층(36)의 두께는 도면들에서 z 방향에서의 절연 층(36)의 크기이다. 예를 들면, 이는 300 마이크로미터일 수 있다.
도 4는 A, B, C 및 D의 4가지 서로 다른 각도에서 보이는 것과 같은 발열체(20)의 또 다른 실시 예를 개략적으로 도시한다. 열 전도 바디(22)는 직육면체 외부 윤곽을 갖는다. 열 전도 바디(20)는 두 개의 메인 바디(main body, 24)를 포함한다. 두 개의 메인 바디(24)는 그 사이에 열 방출 바디들(26)이 확장하는 직사각형 보드(board)로서 형성된다. 두 개의 메인 바디(24)는 또한 두 측벽(25)을 거쳐 서로 연결된다. 두 측벽(25) 각각은 제 1 플러그-인 장치(58)와 제 2 플러그-인 장치(60)를 포함한다. 두 플러그-인 장치(58 및 60)는 도시된 발열체(20)가 유사하거나 동일한 다른 발열체(도시되지 않음)와 맞물리는 것이 가능하도록 만든다. 제 1 플러그-인 장치(58)는 제 2 플러그-인 장치(60)와 동일한 제 2 발열체(여기서는 도시되지 않음)의 플러그-인 장치와 맞물릴 수 있다. 제 1 플러그-인 장치들(58)과 제 2 플러그-인 장치들(60)은 측면들(25)에 수직으로 확장하는 적층 방향으로 복수의 동일한 발열체(20)를 적층하는 것을 가능하도록 만든다. 제 1 플러그-인 장치들(58)과 제 2 플러그-인 장치들(60)은 도시된 실시 예에서 서로에 대하여 평행하게 확장하는 레일(rail)들로서 형성된다. 제 1 플러그-인 장치(58)는 중앙 중심 레일(central center rail)을 포함하며 제 2 플러그-인 장치는 중심 레일에 상보적인 홈을 포함한다.
발열체(20)는 적어도 그것의 두 메인 바디(24) 중 하나 상에 제 3 플러그-인 장치(62)와 제 4 플러그-인 장치(64)를 더 포함한다. 도시된 실시 예에서 제 3 플러그-인 장치(62)와 제 4 플러그-인 장치(64)는 이미 설명된 제 1 플러그-인 장치(58) 및 제 2 플러그-인 장치(60)와 동일한 형태이다. 제 3 플러그-인 장치(62)와 제 4 플러그-인 장치(64)는 예를 들면, 적절한 지지체(도시되지 않음) 상에 발열체(20)를 고정하도록 사용될 수 있다. 지지체는 제 3 플러그-인 장치(62) 및 제 4 플러그-인 장치(64)와 상보적인 플러그-인 장치들을 포함할 수 있으며 이들과 맞물릴 수 있다.
베이스 바디(24)로부터 떨어져 마주보는 발열 층(10)의 면 상에 발열체(도시되지 않음)가 뒤따를 수 있다. 두 발열체는 예를 들면, 물질 결합에 의해 서로 연결될 수 있다. 다른 발열체(도시되지 않음)가 또한 도시된 발열체로부터 떨어져 머주보는 그것의 면 상에 제 3 및 제 4 플러그-인 장치(62, 64)를 포함할 수 있다. 발열 층(10)뿐만 아니라 각각 그것의 두 면들 상에 배치되는 열 전도 바디(22)를 포함하는, 이러한 방법으로 형성된 쌍은 그리고 나서 구조적으로 동일한 발열체들을 사용하여 발열 층(10)에 수직으로 확장하는 적층 방향으로 안정적으로 적층될 수 있다.
도 5는 서로의 상단 상에 적층된 총 3개의 발열체(20)의 스택(38)을 도시한다. 각각의 발열체(20)는 발열 층(10)뿐만 아니라 각각, 발열 층(10)의 두 면들 상에 열 전도 바디(22)를 포함한다. 열 전도 바디(22)와 발열 소자(10) 사이에 각각 절연 층(36)이 배치된다. 이러한 실시 예에서, 3개의 발열체(20) 각각은 발열 층(10)의 중앙 평면에 대하여 약간 전도된다. 하나의 열 전도 바디(22)의 열 방출 바디(26)가 각각 발열 층(10)의 나머지 면 상에 배치되는 열 전도 바디(22)의 열 방출 바디에 의해 정확하게 마주보기 때문에, 특히 높은 기계적 견고성이 획득된다.
도시된 실시 예에서 최상부의 열 전도 바디(22)와 최하부의 열 전도 바디(22)를 제외하고 각각의 열 전도 바디(22)는 물질 결합에 의해 스택 내의 인접한 발열체(20)의 열 전도 바디(22)에 연결된다. 이러한 방법으로 서로 연결된 두 열 전도 바디(22)는 예를 들면, 통합하여 형성될 수 있다. 각각의 제 1 전도 바디(22)와 제 2 전도 바디(2@)의 쌍은 열 방출 바디들을 통하여 서로 연결되는 두 주요한 바디를 포함한다.
스택 배치로 동일한 크기의 단일 발열체와 비교하여 균일한 온도 분포가 달성된다.
발열체들의 물질 대 물질 결합은 기술적으로 어려울 수 있다. 물질 대 물질 결합의 대안으로서 발열체들은 서로의 상부 상에 느슨하게 적층되고 외부에 인접한 클램핑 장치에 의해 서로에 대하여 적절하게 눌려질 수 있다. 클램핑 장치는 예를 들면, 필요한 누르는 힘을 발생시키기 위한 나사들 또는 클램프들일 수 있다.
도 6은 차량용 난방 장치(40)의 일 실시 예를 도시한다. 난방 장치(40)는 복수의 발열체의 스택(38)을 포함한다. 난방 장치는 하나의 단일 스택(38) 이상을 포함할 수 있다. 스택(38)은 도 5를 참조하여 설명된 스택(38)일 수 있다. 난방 장치(40)는 또한 팬(fan, 42), 제 1 출력 제어 유닛(50), 제 2 출력 제어 유닛(52)뿐만 아니라 전자 제어 유닛(54)을 더 포함할 수 있다. 전자 제어 유닛(54)은 예를 들면, 차량의 데이터 버스(data bus, 56)에 연결될 수 있다. 공통 하우징(44) 내에 부품들(36, 42, 50, 52, 54)이 배치된다. 하우징(44)은 공기 입구(46)와 공기 출구(48)를 포함한다.
작동에 있어서 팬은 공기 입구(46)와 스택(38)을 거쳐 공기를 빨아들인다. 빨아들여진 공기는 팬(42)과 공기 출구(48)를 거쳐 난방 장치(40)를 떠난다. 스택(38)을 통하여 흐를 때, 공기는 난방 장치에 의해 가열된다. 제 1 출력 제어 유닛(50)은 예를 들면, 각각 스택(38) 또는 개별 발열 저항기에 적용되는 전기 전압을 제어함으로써 스택(38)의 발열 출력을 제어하거나, 혹은 발열 저항기들을 통하여 흐르는 전기 전류의 발열 출력을 제어한다. 제 2 출력 제어 유닛(52)은 팬(42)의 출력 및 따라서 가열되는 공기의 유동률을 제어한다. 전자 제어 유닛(54)은 데이터 버스(56)로부터 수신되는 신호들에 따라 차례로 제 1 출력 제어 유닛(50)과 제 2 출력 제어 유닛(52)을 제어한다. 난방 장치(40)는 예를 들면, 자동차 내에 배치될 수 있다.
도 6에 도시된 것과 다른 디자인들이 또한 가능하다. 특히, 개별 부품들이 하우징의 외부에 배치될 수 있다.
도 7의 플로 다이어그램은 발열체(20)를 생산하기 위한 방법의 일 실시 예를 도시한다. 발열체(20)는 예를 들면 도 3에 도시된 발열체일 수 있다. 첫 번째 단계(S1)에서 열 전도 바디(22)가 생산된다. 열 전도 바디는 예를 들면, 주조(casting) 또는 사출 성형에 의해 통합하여 금속으로 형성될 수 있다. 그리고 나서 예를 들면, 플라스마 코팅(plasma coating) 방법에 의해 절연 층(36)이 베이스 바디의 열 흡수 표면(32)에 적용된다(S2). 그리고 나서 발열 층(10)은 예를 들면, 플라스마 코팅 방법 또는 스크린 인쇄 방법에 의하거나 혹은 저항기 페이스트(paste)로서 절연 층(36)에 적용된다(S3). 도 5에 도시된 스택(38)은 도 7을 참조하여 설명된 단계들을 사용하여 단계적으로 생산될 수 있다.
여기에 설명된 각각의 접촉 파트너들 사이의 물질 대 물질 결합으로 접촉 파트너들 사이의 바람직하지 않은 공기의 존재가 방지될 수 있다. 접촉 파트너들 사이의 열 전달은 따라서 상당히 향상될 수 있다.
위의 설명, 도면들뿐만 아니라 청구항들에서 설명된 본 발명의 특징들은 개별적으로 또는 어떠한 조합으로 본 발명의 실현을 위하여 중요할 수 있다.
10 : 발열 층
12 : 절연 영역
14 : 전도성 경로
16 : 제 1 단부
18 : 제 2 단부
20 : 발열체
22 : 열 전도 바디
24 : 베이스 바디
25 : 측벽
26 : 열 방출 바디
28, 30 : 표면
32 : 열 흡수 표면
34 : 열 방출 표면
36 : 절연 층
38 : 스택
40 : 난방 장치
42 : 팬
44 : 하우징
46 : 공기 입구
48 : 공기 출구
50 : 제 1 출력 제어 유닛
52 : 제 2 출력 제어 유닛
54 : 전자 제어 유닛
56 : 데이터 버스
58 : 제 1 플러그-인 장치
60 : 제 2 플러그-인 장치
62 : 제 3 플러그-인 장치
64 : 제 4 플러그-인 장치

Claims (15)

  1. 발열 층(10)과 열 전도 바디(2@)를 구비하되, 상기 발열 층(10)은 적어도 하나의 발열 저항기(14)를 포함하고, 상기 열 전도 바디(22)는 상기 발열 층(10)으로부터 열을 흡수하기 위한 열 흡수 표면(32) 및 열 매개 유체로 열을 방출하기 위한 열 방출 표면(34)을 포함하는, 차량용 난방 장치(40)를 위한 전기 발열체(20)에 있어서,
    상기 열 전도 바디(22)는 베이스 바디(24)와 적어도 2개의 방출 바디(26)를 포함하며, 상기 베이스 바디(24)와 상기 방출 바디들(26)은 물질 결합에 의해 서로 연결되거나 또는 통합하여 형성되며, 상기 열 흡수 표면(32)은 상기 발열 층(10)을 마주보고 상기 발열 층(10)과 평행하게 확장하는 상기 베이스 바디(24)의 표면이며, 상기 방출 표면(34)은 상기 방출 바디들(26)의 표면인 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치를 위한 전기 발열체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 베이스 바디(24)와 상기 발열 층(10)은 물질 결합에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치를 위한 전기 발열체.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 발열 층(10)과 상기 베이스 바디(24) 사이에 전기적 절연성 절연 층(36)이 제공되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치를 위한 전기 발열체.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 절연 층(36)은 세라믹 재료 또는 중합체 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치를 위한 전기 발열체.
  5. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발열체(20)는 동일한 구성을 갖는 제 2 발열체(20)의 상보적인 플러그-인 장치(60; 64)와 맞물리도록 제공되는 적어도 하나의 플러그-인 장치(58; 62)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치를 위한 전기 발열체.
  6. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발열 층(10)은 상기 열 흡수 표면(32)으로부터 떨어져 마주보는 상기 발열 층의 면 상에 또 다른 열 전도 바디가 없으며, 또한 상기 열 흡수 표면(32)으로부터 떨어져 마주보는 상기 발열 층(10) 상에 열 매개 유체를 위한 흐름 영역이 제공되지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치를 위한 전기 발열체.
  7. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 방출 표면(34)은 상기 열 흡수 표면(32)보다 큰 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치를 위한 전기 발열체.
  8. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 방출 바디들(26)은 히트 리브들로서 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치를 위한 전기 발열체.
  9. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 방출 바디들(26)은 상기 열 흡수 표면(32)에 수직인 평면으로 확장하는 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치를 위한 전기 발열체.
  10. 전 항 중 어느 한 항에 따른 발열체(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치(40).
  11. 제 10항에 있어서, 전 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 2개의 발열체(20)의 스택(38)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 서로에 대항하여 상기 적어도 2개의 발열체(20)를 누르는 클램핑 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 난방 장치.
  13. 제 3항 또는 4항에 따른 발열체를 생산하기 위한 방법에 있어서,
    상기 열 전도 바디(22)를 생산하는 단계(S1);
    상기 절연 층(36)을 상기 열 흡수 표면(32)에 적용하는 단계(S2); 및
    상기 발열 층(10)을 상기 절연 층(36)에 적용하는 단계(S3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체를 생산하기 위한 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 절연 층(36)을 상기 열 흡수 표면(32)에 적용하는 단계(S2)는 플라스마 코팅 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 발열체를 생산하기 위한 방법.
  15. 제 13항 또는 14항에 있어서, 상기 발열 층(10)을 상기 절연 층(36)에 적용하는 단계(S3)는 플라스마 코팅 방법 또는 스크린 인쇄 방법에 의하거나 혹은 저항기 페이스트로서 적용되는 것을 특징으로 하는 발열체를 생산하기 위한 방법.
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