KR20150082869A - 냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각수 가열식 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 본 발명은 제1발열부가 형성된 제1발열파이프와 제2발열부가 형성된 제2발열파이프를 이용하여 냉각수를 효과적으로 가열할 수 있으며, 발열부를 보호하는 보호관 및 커버가 용접됨으로써 구성품 및 조립 공정을 간소화할 수 있고, 생산성을 보다 높일 수 있으며, 냉각수와 직접 접촉되더라도 내구성을 확보할 수 있고, 안정성을 높일 수 있는 냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법 {Cooling-water heating type heater and manufacturing method}
본 발명은 냉각수 가열식 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 본 발명은 제1발열부가 형성된 제1발열파이프와 제2발열부가 형성된 제2발열파이프를 이용하여 냉각수를 효과적으로 가열할 수 있으며, 발열부를 보호하는 보호관 및 커버가 용접됨으로써 구성품 및 조립 공정을 간소화할 수 있고, 생산성을 보다 높일 수 있으며, 냉각수와 직접 접촉되더라도 내구성을 확보할 수 있고, 안정성을 높일 수 있는 냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 냉각수 가열식 히터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 실내 난방을 위한 냉각수를 가열하는 냉각수 가열식 히터에 관한 것이다.
휘발유, 경유 등을 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량이 현재 가장 일반적인 차량의 형태이나, 이러한 차량용 에너지원 역시 환경오염 문제 뿐 아니라 석유 매장량의 감소 등과 같은 다양한 원인으로 인해 새로운 에너지원의 필요성이 점점 대두되고 있는 바, 현재 가장 실용화 단계에 가까운 기술 중 하나가 연료 전지를 에너지원으로 하여 구동되는 차량이다.
그런데, 이와 같은 연료 전지를 사용하는 차량에서는 종래의 석유를 에너지원으로 하는 엔진을 가지는 차량과는 달리 냉각수를 이용한 히팅 시스템을 사용할 수 없다. 즉, 종래의 석유를 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량의 경우 엔진에서 매우 많은 열이 발생하게 되고, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수 순환 시스템이 구비되며, 냉각수가 엔진으로부터 흡수한 열을 실내 난방에 이용하도록 하고 있었다. 그러나 엔진에서 발생하는 것과 같은 많은 열이 연료 전지를 사용하는 차량의 구동원에서는 발생하지 않기 때문에, 이러한 종래의 난방 방식을 사용하기에는 한계가 있었다.
이에 따라 연료 전지 차량에서는, 공조 시스템에 열펌프(heat pump)를 추가하여 이를 열원으로서 사용할 수 있게 하거나, 전기 히터와 같은 별도의 열원을 구비하거는 등 여러 연구가 이루어지고 있다. 이 중 전지 히터는 공조 시스템에 크게 영향을 주지 않고 보다 용이하게 냉각수를 가열할 수 있어 현재 광범위하게 실제 사용이 이루어지고 있다.
도 1은 종래의 냉각수 가열식 히터 중 하나인 일본특허공개 제2008-056044호("열매체 가열 장치 및 그것을 이용한 차량용 공기 조절 장치", 2008.03.13)를 도시하였다.
상기 일본공개특허공개 제2008-056044호의 냉각수 가열식 히터는, 발열원인 PTC 전극판의 상하부에 판형 핀을 배치하고, 냉각수가 상기 판형 핀을 통과하여 유통되도록 하여, PTC 전극판으로부터 냉각수로의 열전달효율을 높여 냉각수를 보다 효과적으로 가열하도록 된 구조로 되어 있다.
그런데, 이와 같은 냉각수 가열식 히터의 경우 충분한 냉각수 가열 효과를 얻기 어려운 문제점이 있으며, 이를 포함한 문제점을 아래에서 다시 설명한다.
첫째, 발열원(PTC 전극판)이 별도의 부품으로 들어가게 되므로 부품 수가 많아지고, 부피 및 중량이 증가하는 문제가 있다. 둘째, PTC 전극판으로부터 발생되는 열이 냉각수로 온전히 전달되지 못하고 일부가 바깥쪽으로 전달되어 열손실이 발생하게 된다. 셋째, PTC 전극판으로부터 냉각수로의 열전달 경로 상에 절연층 등 여러 물체들이 존재하여 열저항이 커지고, 따라서 열전달 효율이 떨어지는 문제가 있다. 넷째, 이러한 형태의 냉각수 가열식 히터를 차량에 장착할 때 냉각수 파이프라인이나 전기 공급선 회로 등의 설계가 복잡해지며, 또한 냉각수 가열식 히터 자체의 부피가 크기 때문에 실제 장착이 어려워진다.
즉, 제조 및 장착이 용이하면서도, 부피, 중량, 단가를 줄일 수 있고, 냉각수를 효과적으로 가열할 수 있으며, 안전성을 확보할 수 있는 냉각수 가열식 히터가 요구되고 있다.
일본특허공개 제2008-056044호 ("열매체 가열 장치 및 그것을 이용한 차량용 공기 조절 장치", 2008.03.13)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제1발열부가 형성된 제1발열파이프와 제2발열부가 형성된 제2발열파이프를 이용하여 냉각수를 효과적으로 가열할 수 있는 냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 발열부를 보호하는 보호관 및 커버가 용접됨으로써 구성품 및 조립 공정을 간소화할 수 있고, 생산성을 보다 높일 수 있으며, 냉각수와 직접 접촉되더라도 내구성을 확보할 수 있고, 안정성을 높일 수 있는 냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 제1온도센서, 제2온도센서, 및 과열방지수단이 구비됨으로써 과열을 빠르고 효과적으로 감지할 수 있어 안전성을 보다 높인 냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 목적은 원통 형태의 제1발열부가 형성된 제1발열파이프와 제2발열부가 형성된 제2발열파이프를 이용하여 냉각수를 효과적으로 가열할 수 있으며, 더욱 상세하게, 유입구를 통해 유입된 냉각수가 제1발열파이프 내부를 이동하면서 가열(제1가열영역)되고, 상기 제1발열파이프와 제2발열파이프 사이를 이동하면서 가열(제2가열영역)되며, 상기 제2발열파이프와 케이스 사이를 이동하면서 가열(제3가열영역)되어 냉각수를 빠르고 효과적으로 가열할 수 있는 냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 냉각수 가열식 히터 제조 방법은 제1파이프(201)와, 상기 제1파이프(201)의 외면에 형성되어 발열되는 제1발열부(210)를 포함하는 제1발열파이프(200)를 제조하는 제1발열파이프 제조 단계(S10); 상기 제1파이프(201)의 직경보다 크게 형성되어 상기 제1발열파이프(200)의 일정 영역을 내부에 포함하는 제2파이프(301)와, 상기 제2파이프(301)의 외면에 형성되어 발열되는 제2발열부(310)를 포함하는 제2발열파이프(300)를 제조하는 제2발열파이프 제조 단계(S20); 및상기 제2파이프(301)의 직경보다 크게 형성되어 상기 제2발열파이프(300)의 일정 영역을 내부에 포함하는 케이스(100)와, 상기 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)를 조립하는 조립 단계(S30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제1발열파이프 제조 단계(S10)는 제1파이프 준비 단계(S11); 상기 제1파이프(201)에 제1발열부(210)를 형성하는 제1발열부 형성 단계(S12); 상기 제1발열부(210)가 형성된 제1파이프(201)에 제1절연필름(230)을 감싸는 제1절연필름형성 단계(S13); 상기 제1파이프(201), 상기 케이스(100)의 일측 단부를 밀폐하되 상기 제1파이프(201)의 일정 영역이 돌출되어 냉각수가 유입되는 유입구(110)를 형성하도록 일정 영역이 중공되는 제1커버(101), 및 상기 제1발열부(210)가 형성된 제1파이프(201) 둘레를 감싸도록 형성되는 제1보호관(220)이 용접되는 제1용접 단계(S14)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1발열부 형성 단계(S12)는 상기 제1파이프(201)의 일정 영역에 제1절연층(211)을 형성하고, 상기 제1절연층(211)의 상측 면에 길이방향으로 길게 한 쌍의 제1전극(212)을 형성하며, 상기 제1절연층(211)의 상측 면에 상기 제1전극(212)과 통전되도록 제1탄소나노튜브 발열층(213)을 형성한 후, 상기 제1절연층(211)의 상측 면에 상기 제1전극(212) 및 제1탄소나노튜브 발열층(213)을 감싸도록 제1보호층(214)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제1발열파이프 제조 단계(S10)는 상기 제1용접 단계(S14) 이후에, 상기 제1커버(101) 외측의 제1발열파이프(200)에 외부 전원과 연결되어 상기 제1전극(212)으로 전원을 인가하는 제1단자캡(240)을 조립하는 제1단자캡 조립 단계(S15를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2발열파이프 제조 단계(S20)는 제2파이프 준비 단계(S21); 상기 제2파이프(301)에 제2발열부(310)를 형성하는 제2발열부 형성 단계(S22); 상기 제2발열부(310)가 형성된 제2파이프(301)에 제2절연필름(330)을 감싸는 제2절연필름형성 단계(S23); 상기 제2파이프(301), 상기 케이스(100)의 타측 단부를 밀폐하되 상기 제2파이프(301)의 일정 영역이 돌출되어 냉각수가 배출되는 배출구(120)를 형성하도록 일정 영역이 중공되는 제2커버(102), 및 상기 제2발열부(310)가 형성된 제2파이프(301) 둘레를 감싸도록 형성되는 제2보호관이 용접되는 제2용접 단계(S24)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제2발열부 형성 단계(S22)는 상기 제2파이프(301)의 일정 영역에 제2절연층(311)을 형성하고, 상기 제2절연층(311)의 상측 면에 길이방향으로 길게 한 쌍의 제2전극(312)을 형성하며, 상기 제2절연층(311)의 상측 면에 상기 제2전극(312)과 통전되도록 제2탄소나노튜브 발열층(313)을 형성한 후, 상기 제2절연층(311)의 상측 면에 상기 제2전극(312) 및 제2탄소나노튜브 발열층(313)을 감싸도록 제2보호층(314)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제2발열파이프 제조 단계(S20)는 상기 제2용접 단계(S24) 이후에, 상기 제2커버(102) 외측의 제2발열파이프(300)에 외부 전원과 연결되어 상기 제2전극(312)으로 전원을 인가하는 제2단자캡(340)을 조립하는 제2단자캡 조립 단계(S25를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 조립 단계(S30)는 상기 제1발열파이프(200)의 온도를 측정하는 제1온도센서(710)가 상기 케이스(100)에 조립되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조립 단계(S30)는 상기 배출구(120) 내부를 통과하는 냉각수의 온도를 측정하는 제2온도센서(720)가 상기 케이스(100)에 조립되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 조립 단계(S30)는 상기 제1발열파이프(200)의 온도가 기준온도 이상으로 상승되면 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)에 공급되는 전력을 차단하는 과열방지수단(800)이 상기 케이스(100)에 조립되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 상술한 바와 같은 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법은 제1발열부가 형성된 제1발열파이프와 제2발열부가 형성된 제2발열파이프를 이용하여 냉각수를 효과적으로 가열할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법은 발열부를 보호하는 보호관 및 커버가 용접됨으로써 구성품 및 조립 공정을 간소화할 수 있고, 생산성을 보다 높일 수 있으며, 냉각수와 직접 접촉되더라도 내구성을 확보할 수 있고, 안정성을 높일 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법은 제1온도센서, 제2온도센서, 및 과열방지수단이 구비됨으로써 과열을 빠르고 효과적으로 감지할 수 있어 안전성을 보다 높인 장점이 있다.
또, 본 발명의 냉각수 가열식 히터 및 그 제조 방법은 원통 형태의 제1발열부가 형성된 제1발열파이프와 제2발열부가 형성된 제2발열파이프를 이용하여 냉각수를 효과적으로 가열할 수 있으며, 더욱 상세하게, 유입구를 통해 유입된 냉각수가 제1발열파이프 내부를 이동하면서 가열(제1가열영역)되고, 상기 제1발열파이프와 제2발열파이프 사이를 이동하면서 가열(제2가열영역)되며, 상기 제2발열파이프와 케이스 사이를 이동하면서 가열(제3가열영역)되어 냉각수를 빠르고 효과적으로 가열할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 냉각수 가열식 히터를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터 제조 방법의 단계도.
도 3은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터 제조 방법의 제1발열파이프 제조 단계를 나타낸 단계도.
도 4 내지 도 7은 각각 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터 제조 방법의 제1발열파이프 제조 단계를 설명한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터 제조 방법에 의해 제조된 제1발열파이프를 나타낸 부분 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터 제조 방법의 제2발열파이프 제조 단계를 나타낸 단계도.
도 10은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터 제조 방법에 의해 제조된 제2발열파이프를 나타낸 부분 단면도.
도 11 내지 도 13은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 사시도, 분해사시도 및 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 흐름 개략도.
도 15는 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 과열방지수단을 나타낸 도면.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)(1000) 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 냉각수 가열식 히터 제조 방법은 제1발열파이프 제조 단계(S10); 제2발열파이프 제조 단계(S20); 및 조립 단계(S30)를 포함한다.(도 2 참조)
상기 제1발열파이프 제조 단계(S10)는 제1파이프(201) 및 제1발열부(210)를 포함하는 제1발열파이프(200)를 제조하는 단계로서, 상기 제1발열파이프(200)는 상기 제1발열부(210)가 가열되어 냉각수를 가열한다.
더욱 상세하게, 상기 제1발열파이프 제조 단계(S10)는 도 3에 도시한 바와 같이, 제1파이프 준비 단계(S11); 제1발열부 형성 단계(S12); 제1절연필름형성 단계(S13); 및 제1용접 단계(S14)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 제1파이프 준비 단계(S11)는 관형태의 제1파이프(201)를 준비하는 단계이다.
상기 제1발열부 형성 단계(S12)는 상기 제1파이프(201)에 상기 제1발열부(210)를 형성하는 단계로서, 상기 제1파이프(201)의 일정 영역에 제1절연층(211)을 형성하고, 상기 제1절연층(211)의 상측 면에 길이방향으로 길게 한 쌍의 제1전극(212)을 형성하며, 상기 제1절연층(211)의 상측 면에 상기 제1전극(212)과 통전되도록 제1탄소나노튜브 발열층(213)을 형성한 후, 상기 제1절연층(211)의 상측 면에 상기 제1전극(212) 및 제1탄소나노튜브 발열층(213)을 감싸도록 제1보호층(214)을 형성하여 수행된다. (도 4 참조)
이 때, 상기 제1파이프(201)의 제1발열부(210)가 형성되지 않은 일정 영역은 상기 제1파이프(201) 내부로 냉각수를 유입하는 유입구(110)를 형성하는 부분이다.
또한, 상기 제1보호층(214)은 상기 제1전극(212)이 상기 외부 전원과 연결되는 부분이므로, 외부 전원과 연결되지 위한 일정 부분을 제외하고 형성된다.
상기 제1절연필름형성 단계(S13)는 상기 제1절연필름(230)이 상기 제1발열부(210)가 형성된 제1파이프(201) 둘레를 감싸도록 제1절연필름(230)을 형성하는 단계이다. (도 5 참조)
상기 제1용접 단계(S14)는 상기 제1파이프(201), 제1커버(101) 및 제1보호관(220)을 용접하는 단계이다.(도 6 참조)
상기 제1커버(101)는 상기 케이스(100)의 일측 단부를 폐쇄하도록 결합되는 부분으로, 판형태로 형성되되, 상기 제1파이프(201)의 일정 영역이 돌출되어 냉각수가 유입되는 유입구(110)를 형성하도록 일정 영역이 중공된다.
상기 제1보호관(220)은 상기 제1커버(101)를 기준으로 유입구(110)를 형성하지 않는 제1파이프(201) 영역(상기 제1발열부(210)가 형성된 영역)을 감싸도록 형성된다.
상기 제1용접 단계(S14)에서, 상기 제1커버(101)는 상기 제1파이프(201)와 용접되고, 상기 제1보호관(220)은 상기 제1파이프(201) 및 제1커버(101)와 용접됨으로써 상기 제1발열부(210)가 냉각수와 직접 접촉되지 않으며, 상기 제1파이프(201)가 유입구(110)를 직접 형성하는 구조로서, 구성품을 단순화하여 생산성을 향상할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 제1발열부(210)의 제1전극(212)은 상기 제1커버(101) 외측으로 돌출되어 외부 전원과 연결된다.
즉, 본 발명의 냉각수 가열식 히터 제조 방법은 상기 제1용접 단계(S14) 이후에, 상기 제1커버(101) 외측의 제1발열파이프(200)에 외부 전원과 연결되어 상기 제1전극(212)으로 전원을 인가하는 제1단자캡(240)을 조립하는 제1단자캡 조립 단계(S15를 포함하여, 상기 제1발열부(210)로 전원을 인가할 수 있다.
상기 제2발열파이프 제조 단계(S20)는 제2파이프 준비 단계(S21); 제2발열부 형성 단계(S22); 제2절연필름형성 단계(S23); 및 제2용접 단계(S24)를 포함한다.
상기 제2발열파이프 제조 단계(S20)는 제2파이프(301) 및 제2발열부(310)를 포함하는 제2발열파이프(300)를 제조하는 단계로서, 상기 제2발열파이프(300)는 상기 제2발열부(310)가 가열되어 냉각수를 가열한다.
이 때, 상기 제2파이프(301)는 상기 제1파이프(201)의 직경보다 큰 직경을 가지며, 상기 케이스(100)보다는 작은 직경을 갖는 형태로서, 상기 제1발열파이프(200)의 제1발열부(210)가 형성된 영역을 내부에 포함하도록 형성된다.
즉, 상기 제2발열파이프(300)는 서로 연통되되, 상기 제2발열파이프(300)가 형성되는 영역의 단면을 살펴보았을 때, 상기 케이스(100) 내부 공간을 상기 제1발열파이프(200) 내부 공간, 상기 제1발열파이프(200)와 제2발열파이프(300) 사이의 공간, 및 상기 제2발열파이프(300)와 케이스(100) 사이의 공간으로 구분한다.
더욱 상세하게, 상기 제2발열파이프 제조 단계(S20)는 도 9에 도시한 바와 같이, 제2파이프 준비 단계(S21); 제2발열부 형성 단계(S22); 제2절연필름형성 단계(S23); 및 제2용접 단계(S24)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 제2파이프 준비 단계(S21)는 관형태의 제2파이프(301)를 준비하는 단계이다.
상기 제2발열부 형성 단계(S22)는 상기 제2파이프(301)에 상기 제2발열부(310)를 형성하는 단계로서, 상기 제2파이프(301)의 일정 영역에 제2절연층(311)을 형성하고, 상기 제2절연층(311)의 상측 면에 길이방향으로 길게 한 쌍의 제2전극(312)을 형성하며, 상기 제2절연층(311)의 상측 면에 상기 제2전극(312)과 통전되도록 제2탄소나노튜브 발열층(313)을 형성한 후, 상기 제2절연층(311)의 상측 면에 상기 제2전극(312) 및 제2탄소나노튜브 발열층(313)을 감싸도록 제2보호층(314)을 형성하여 수행된다.
이 때, 상기 제2파이프(301)의 제2발열부(310)가 형성되지 않은 일정 영역은 상기 제2파이프(301) 내부로 냉각수를 배출하는 배출구(120)를 형성하는 부분이다.
또한, 상기 제2보호층(314)은 상기 제2전극(312)이 상기 외부 전원과 연결되는 부분이므로, 외부 전원과 연결되지 위한 일정 부분을 제외하고 형성된다.
상기 제2절연필름형성 단계(S23)는 상기 제2절연필름(330)이 상기 제2발열부(310)가 형성된 제2파이프(301) 둘레를 감싸도록 제2절연필름(330)을 형성하는 단계이다.
상기 제2용접 단계(S24)는 상기 제2파이프(301), 제2커버(102) 및 제2보호관을 용접하는 단계이다.
상기 제2커버(102)는 상기 케이스(100)의 타측 단부를 폐쇄하도록 결합되는 부분으로, 판형태로 형성되되, 상기 제2파이프(301)의 일정 영역이 돌출되어 냉각수가 배출되는 배출구(120)를 형성하도록 일정 영역이 중공된다.
상기 제2보호관은 상기 제2커버(102)를 기준으로 배출구(120)를 형성하지 않는 제2파이프(301) 영역(상기 제2발열부(310)가 형성된 영역)을 감싸도록 형성된다.
상기 제2용접 단계(S24)에서, 상기 제2커버(102)는 상기 제2파이프(301)와 용접되고, 상기 제2보호관은 상기 제2파이프(301) 및 제2커버(102)와 용접됨으로써 상기 제2발열부(310)가 냉각수와 직접 접촉되지 않으며, 상기 제2파이프(301)가 배출구(120)를 직접 형성한다.
한편, 상기 제2발열부(310)의 제2전극(312)은 상기 제2커버(102) 외측으로 돌출되어 외부 전원과 연결된다.
즉, 본 발명의 냉각수 가열식 히터 제조 방법은 상기 제2용접 단계(S24) 이후에, 상기 제2커버(102) 외측의 제2발열파이프(300)에 외부 전원과 연결되어 상기 제2전극(312)으로 전원을 인가하는 제2단자캡(340)을 조립하는 제2단자캡 조립 단계(S25를 포함하여, 상기 제2발열부(310)로 전원을 인가할 수 있다.
상기 조립 단계(S30)는 상기 제2파이프(301)의 직경보다 크게 형성되어 상기 제2발열파이프(300)의 일정 영역을 내부에 포함하는 케이스(100)와, 상기 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)를 조립하는 단계이다.
상기 케이스(100)는 냉각수가 유동되면서 가열되는 공간을 형성하는 부분으로, 상기 제2발열파이프(300)를 내부에 포함할 수 있는 직경을 갖는다.
이 때, 상기 케이스(100)는 제1공간부(100a)와, 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)의 작동과 관련한 기판(410)이 구비되는 제2공간부(100b)로 구획될 수도 있다. (도 13 참조)
상기 조립 단계(S30)는 상기 제1발열파이프(200)의 제1커버(101)를 상기 케이스(100)의 일측에 고정하고, 상기 제2발열파이프(300)의 제2커버(102)를 상기 케이스(100)의 타측에 고정하여 수행될 수 있으며, 도 11 내지 도 13에서 별도의 고정볼트에 의해 조립되는 예를 나타내었다.
본 발명의 냉각수 가열식 히터 제조 방법은 위와 같은 조립 방법에 한정되지 않으며, 더욱 다양하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 냉각수 가열식 히터 제조 방법은 상기 조립 단계(S30)에서, 상기 케이스(100), 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)가 길이방향으로 길어질 경우에, 내구성을 높일 수 있도록, 상기 제1발열파이프(200)의 타측에 상기 제1발열파이프(200)와 제2발열파이프(300) 사이를 지지하도록 구비되는 제1지지부(610)와, 상기 제2발열파이프(300)의 일측에 상기 제2발열파이프(300)와 케이스(100) 사이를 지지하도록 구비되는 제2지지부(620)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1지지부(610) 및 제2지지부(620)는 별도의 구성으로서, 각각 상기 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)의 외면에 구비된다.
상기 제1지지부(610) 및 제2지지부(620)는 유사한 구성으로 형성되되, 각각 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)에 대응되도록 형성되므로 그 크기에 차이가 있다.
더욱 상세하게, 상기 제1지지부(610)는 상기 제1발열파이프(200) 외면에 밀착되는 제1-1원통부재(611)와, 상기 제2발열파이프(300) 내면에 밀착되는 제1-2원통부재(612)와, 상기 제1-1원통부재(611)와 제1-2원통부재(612)를 연결하는 둘 이상의 제1연결부(613)를 포함하며, 상기 제2지지부(620)는 상기 제2발열파이프(300) 외면에 밀착되는 제2-1원통부재(621)와, 상기 케이스(100) 내면에 밀착되는 제2-2원통부재(622)와, 상기 제2-1원통부재(621)와 제2-2원통부재(622)를 연결하는 둘 이상의 제2연결부(623)를 포함한다.
상기 제1지지부(610)는 상기 제1연결부(613)가 상기 제1-1원통부재(611)와 제1-2원통부재(612)를 안정적으로 지지하되, 제1발열파이프(200)와 제2발열파이프(300) 사이의 냉각수 흐름을 방해하지 않는 크기로 형성되며, 상기 제2지지부(620) 역시 상기 제2연결부(623)가 상기 제2-1원통부재(621)와 제2-2원통부재(622)를 안정적으로 지지하되, 제2발열파이프(300)와 케이스(100) 사이의 냉각수 흐름을 방해하지 않는 크기로 형성된다.
상기 제1지지부(610) 및 제2지지부(620)는 각각 상기 제1발열부(210)가 형성되지 않는 제1파이프(201)의 영역 및 상기 제2발열부(310)가 형성되지 않는 제2파이프(301) 영역에 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 냉각수 가열식 히터 제조 방법은 상기 조립 단계(S30)에서, 제1온도센서(710), 제2온도센서(720) 및 과열방지수단(800)이 상기 케이스(100)에 더 조립될 수 있다.
상기 제1온도센서(710)는 상기 케이스(100) 상에 구비되되, 상기 제1발열파이프(200)의 온도를 측정한다.
이 때, 상기 제1온도센서(710)는 장착된 상태에서 상기 유입구(110)에 인접한 상측에 위치되는 것이 바람직하며, 상기 케이스(100) 외부에 장착되되, 측정부가 연장되어 상기 제1발열파이프(200)의 외면에 접촉되어 상기 제1발열파이프(200)의 온도를 측정한다.
상기 케이스(100)는 상기 제1온도센서(710)를 장착하기 위하여 일정 영역이 중공되며, 제1장착부(131)가 형성될 수 있다.
도 13에서, 상기 제1온도센서(710) 외주면에 나사산이 형성되며, 상기 제1장착부(131)가 상기 제1온도센서(710)에 대응되도록 형성되는 예를 나타내었으나, 상기 제1온도센서(710) 및 제1장착부(131)는 케이스(100)에 제1온도센서(710)를 안정적으로 장착하고, 내부 냉각수의 유출을 방지할 수 있는 구성이라면 다양하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2온도센서(720)는 상기 케이스(100)의 배출구(120) 내부를 통과하는 냉각수의 온도를 측정한다.
이 때, 상기 제2온도센서(720)는 가열된 냉각수가 배출되는 배출구(120)에 장착되는 구성으로서, 측정부분이 배출구(120) 내부에 위치되어 냉각수의 온도를 직접 측정하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 케이스(100) 내부에 냉각수가 차있는 경우에도, 냉각수 가열에 의해 40℃ 이상으로 온도가 상승되면, 기포가 생성되기 시작하며, 100℃ 이상으로 상승되면 기포가 대형화되고 케이스(100) 내부에서 냉각수가 충분히 않아 과열될 수 있으나, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 제2온도센서(720)를 통해 이를 감지하여 안전성을 높일 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 제1온도센서(710)를 통해 과열을 빠르게 감지할 수 있으며, 제2온도센서(720)를 통해 최종 배출되는 냉각수 온도를 측정하여 안정적으로 냉각수 가열 정도를 제어할 수 있으며, 내구성 및 안전성을 더욱 높인 장점이 있다.
또, 상기 제2온도센서(720)는 제1온도센서(710)의 제1장착부(131)와 마찬가지로, 상기 배출구(120)에 형성된 제2장착부(132)에 의해 고정될 수 있다.
또한, 상기 과열방지수단(800)은 냉각수 온도가 기준 온도 이상으로 상승되면 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)에 공급되는 전력을 차단한다.
이 때, 상기 과열방지수단(800)은 냉각수 가열식 히터(1000)가 장착된 상태에서, 상기 과열방지수단(800)이 상기 출구부(120)에 인접한 상측에 형성되는 것이 바람직하다.
만약, 상기 제2온도센서(720)가 구비되는 경우에, 상기 제2온도센서(720) 및 과열방지수단(800)은 상기 케이스(100)의 배출구(120)와 인접한 상측에 나란하게 형성되는 것이 바람직하다.
다시 말해, 상기 과열방지수단(800)은 상기 제어부(400)의 작동과는 별개로 제2발열부(310)의 발열면 온도를 직접 센싱하여 일정 온도 이상으로 과열되는 경우에 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)로 공급되는 전력을 차단하는 수단이다.
상기 과열방지수단(800)은 상기 케이스(100) 일정 영역이 중공되되, 상기 케이스(100)의 중공된 영역을 통해 상기 과열방지수단(800)의 단부가 상기 제2발열파이프(300)와 접하도록 상기 과열방지수단(800)을 고정하는 제3장착부(133)에 의해 장착될 수 있다.
상기 과열방지수단(800)은 바이메탈(830)을 이용한 수단이 이용될 수 있으며, 도 15에 그 일 예를 나타내었다.
상기 도 15에 도시한 과열방지수단(800)은 몸체(810)와, 상기 몸체(810)의 하측을 차단하며, 외면이 상기 제2발열부(310)와 접하는 캡(820)과, 상기 몸체(810) 내부에 구비되는 바이메탈(830)과, 상기 바이메탈(830)의 변형에 의해 상ㆍ하방향으로 이동되는 핀(840)과, 브라켓(850)에 의해 고정되어 상기 핀(840)의 이동에 의해 이동되는 이동단자(860)와, 상기 이동단자(860)와 접촉되면, 외부 전원으로부터 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)로 전력을 공급하는 접촉단자(870)를 포함하는 예를 나타내었다.
더욱 상세하게, 도 15를 참조로, 바이메탈(810)을 이용하는 과열방지수단(800)의 작동을 설명하면, 도 11 (a)에 도시한 바와 같이, 제2발열부(310)의 온도가 일정 온도 이상으로 상승되면, 바이메탈(830)의 변형에 의해 상기 핀(840)이 상측방향으로 이동되고, 상기 이동단자(860)가 상기 접촉단자(870)와 일정거리 이격되도록 상측방향으로 이동되며, 이에 따라 상기 이동단자(860)와 접촉단자(870) 간의 접촉이 해제되어 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)로의 전력 공급이 차단된다.
반대로, 도 15 (b)에 도시한 바와 같이, 정상 작동 시에는 상기 핀(840)이 하측방향으로 이동되고, 상기 이동단자(860)와 접촉단자(870)가 서로 접촉됨으로써 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)의 작동이 유지된다.
이에 따라, 본 발명의 냉각수 가열식 히터 제조 방법은 제1온도센서(710), 제2온도센서(720)가 구비됨으로써 제1발열부(210) 및 제2발열부(310의 제어가 용이하고, 상기 제1발열부 및 제2발열부의 작동과는 별개로 과열방지수단(800)이 작동됨으로써 안전성을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.
도 11 내지 도 13에서, 상기 제1온도센서(710), 제2온도센서(720) 및 과열방지수단(800)이 구비되며, 각각 나사산이 형성되고, 제1장착부(131), 제2장착부(132), 및 제3장착부(133)에 상기 나사산에 대응되는 대응부가 형성되어 고정되는 예를 나타내었다.
이는 일 실시예로서, 본 발명의 냉각수 가열식 히터 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 실링성을 확보하기 위한 수단이 부가적으로 이용되거나, 다른 방식의 고정방법을 이용하여 고정될 수도 있다.
한편, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 상술한 바와 같은 제조 방법에 의해 제조된다.
이 때, 도 14를 참조로, 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터(1000)의 냉각수 흐름을 상세히 설명하면, 상기 유입구(110)를 통해 유입된 냉각수가 상기 제1발열파이프(200) 내부를 이동하면서 가열되는 제1가열영역(A1); 상기 제1가열영역(A1)을 통과한 냉각수가 상기 케이스(100)의 타측 단부에서 리턴되어 상기 제1발열파이프(200)와 제2발열파이프(300) 사이의 영역을 이동하면서 가열되는 제2가열영역(A2); 및 상기 제2가열영역(A2)을 통과한 냉각수가 상기 케이스(100)의 일측 단부에서 리턴되어 상기 제2발열파이프(300)와 케이스(100) 사이의 영역을 이동하면서 가열되는 제3가열영역(A3)을 거쳐 상기 배출구(120)를 통해 배출된다.
즉, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 유입구(110)를 통해 케이스(100) 내부로 이동되어 상기 배출구(120)를 통해 배출되는 전체 영역에서 냉각수가 가열됨으로써 충분한 가열 효과를 얻을 수 있으며, 특히, 많은 양의 냉각수를 빠르게 가열하여 엔진 시동 초기의 난방 열원이 부족할 때 효과적으로 이용될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000) 및 그 제조 방법은 발열부를 보호하는 보호관 및 제1커버(101)가 용접됨으로써 구성품 및 조립 공정을 간소화할 수 있고, 생산성을 보다 높일 수 있으며, 냉각수와 직접 접촉되더라도 내구성을 확보할 수 있고, 안정성을 높일 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000) 및 그 제조 방법은 제1온도센서(710), 제2온도센서(720), 및 과열방지수단(800)이 구비됨으로써 과열을 빠르고 효과적으로 감지할 수 있어 안전성을 보다 높인 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 : 냉각수 가열식 히터
100 : 케이스 101 : 제1커버
102 : 제2커버 103 : 공간부
110 : 유입구 120 : 배출구
131 : 제1장착부 132 : 제2장착부
133 : 제3장착부
200 : 제1발열파이프 201 : 제1파이프
210 : 제1발열부 211 : 제1절연층
212 : 제1전극 213 : 제1탄소나노튜브 발열층
214 : 제1보호층
220 : 제1보호관
230 : 제1절연필름
240 : 제1단자캡
300 : 제2발열파이프 301 : 제2파이프
310 : 제2발열부 311 : 제2절연층
312 : 제2전극 313 : 제2탄소나노튜브 발열층
314 : 제2보호층
320 : 제2보호관
330 : 제2절연필름
340 : 제2단자캡
410 : 기판
610 : 제1지지부 611 : 제1-1원통부재
612 : 제1-2원통부재 613 : 제1연결부
620 : 제2지지부 621 : 제2-1원통부재
622 : 제2-2원통부재 623 : 제2연결부
710 : 제1온도센서 720 : 제2온도센서
800 : 과열방지수단 810 : 몸체
820 : 캡 830 : 바이메탈
840 : 핀 850 : 브라켓
860 : 이동단자 870 : 접촉단자
A1 : 제1가열영역
A2 : 제2가열영역
A3 : 제3가열영역
S10 ~ S30 : 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터 제조 방법의 각 단계

Claims (11)

  1. 제1파이프(201)와, 상기 제1파이프(201)의 외면에 형성되어 발열되는 제1발열부(210)를 포함하는 제1발열파이프(200)를 제조하는 제1발열파이프 제조 단계(S10);
    상기 제1파이프(201)의 직경보다 크게 형성되어 상기 제1발열파이프(200)의 일정 영역을 내부에 포함하는 제2파이프(301)와, 상기 제2파이프(301)의 외면에 형성되어 발열되는 제2발열부(310)를 포함하는 제2발열파이프(300)를 제조하는 제2발열파이프 제조 단계(S20); 및
    상기 제2파이프(301)의 직경보다 크게 형성되어 상기 제2발열파이프(300)의 일정 영역을 내부에 포함하는 케이스(100)와, 상기 제1발열파이프(200) 및 제2발열파이프(300)를 조립하는 조립 단계(S30)를 포함하는 냉각수 가열식 히터 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1발열파이프 제조 단계(S10)는
    제1파이프 준비 단계(S11);
    상기 제1파이프(201)에 제1발열부(210)를 형성하는 제1발열부 형성 단계(S12);
    상기 제1발열부(210)가 형성된 제1파이프(201)에 제1절연필름(230)을 감싸는 제1절연필름형성 단계(S13);
    상기 제1파이프(201), 상기 케이스(100)의 일측 단부를 밀폐하되 상기 제1파이프(201)의 일정 영역이 돌출되어 냉각수가 유입되는 유입구(110)를 형성하도록 일정 영역이 중공되는 제1커버(101), 및 상기 제1발열부(210)가 형성된 제1파이프(201) 둘레를 감싸도록 형성되는 제1보호관(220)이 용접되는 제1용접 단계(S14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1발열부 형성 단계(S12)는
    상기 제1파이프(201)의 일정 영역에 제1절연층(211)을 형성하고,
    상기 제1절연층(211)의 상측 면에 길이방향으로 길게 한 쌍의 제1전극(212)을 형성하며,
    상기 제1절연층(211)의 상측 면에 상기 제1전극(212)과 통전되도록 제1탄소나노튜브 발열층(213)을 형성한 후,
    상기 제1절연층(211)의 상측 면에 상기 제1전극(212) 및 제1탄소나노튜브 발열층(213)을 감싸도록 제1보호층(214)을 형성하는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1발열파이프 제조 단계(S10)는
    상기 제1용접 단계(S14) 이후에,
    상기 제1커버(101) 외측의 제1발열파이프(200)에 외부 전원과 연결되어 상기 제1전극(212)으로 전원을 인가하는 제1단자캡(240)을 조립하는 제1단자캡 조립 단계(S15를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2발열파이프 제조 단계(S20)는
    제2파이프 준비 단계(S21);
    상기 제2파이프(301)에 제2발열부(310)를 형성하는 제2발열부 형성 단계(S22);
    상기 제2발열부(310)가 형성된 제2파이프(301)에 제2절연필름(330)을 감싸는 제2절연필름형성 단계(S23);
    상기 제2파이프(301), 상기 케이스(100)의 타측 단부를 밀폐하되 상기 제2파이프(301)의 일정 영역이 돌출되어 냉각수가 배출되는 배출구(120)를 형성하도록 일정 영역이 중공되는 제2커버(102), 및 상기 제2발열부(310)가 형성된 제2파이프(301) 둘레를 감싸도록 형성되는 제2보호관이 용접되는 제2용접 단계(S24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2발열부 형성 단계(S22)는
    상기 제2파이프(301)의 일정 영역에 제2절연층(311)을 형성하고,
    상기 제2절연층(311)의 상측 면에 길이방향으로 길게 한 쌍의 제2전극(312)을 형성하며,
    상기 제2절연층(311)의 상측 면에 상기 제2전극(312)과 통전되도록 제2탄소나노튜브 발열층(313)을 형성한 후,
    상기 제2절연층(311)의 상측 면에 상기 제2전극(312) 및 제2탄소나노튜브 발열층(313)을 감싸도록 제2보호층(314)을 형성하는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2발열파이프 제조 단계(S20)는
    상기 제2용접 단계(S24) 이후에,
    상기 제2커버(102) 외측의 제2발열파이프(300)에 외부 전원과 연결되어 상기 제2전극(312)으로 전원을 인가하는 제2단자캡(340)을 조립하는 제2단자캡 조립 단계(S25를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조립 단계(S30)는
    상기 제1발열파이프(200)의 온도를 측정하는 제1온도센서(710)가 상기 케이스(100)에 조립되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조립 단계(S30)는
    상기 배출구(120) 내부를 통과하는 냉각수의 온도를 측정하는 제2온도센서(720)가 상기 케이스(100)에 조립되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 조립 단계(S30)는
    상기 제1발열파이프(200)의 온도가 기준온도 이상으로 상승되면 상기 제1발열부(210) 및 제2발열부(310)에 공급되는 전력을 차단하는 과열방지수단(800)이 상기 케이스(100)에 조립되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터 제조 방법
  11. 제1항 내지 제10항 중 선택되는 어느 한 항에 의해 제조된 냉각수 가열식 히터.
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