KR20160009960A

KR20160009960A - 자동차의 인덕션 히터

Info

Publication number: KR20160009960A
Application number: KR1020140090566A
Authority: KR
Inventors: 오동훈; 박태용; 박수두; 이동규
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-01-27

Abstract

본 발명은 자동차의 인덕션 히터에 관한 것으로, 유입파이프와 배출파이프에 다수의 관통홀이 형성되어 냉각수가 관통홀들을 통해 흐름으로써 냉각수 유동이 균일하고 안정화되어 소음이 감소하고 발열 성능이 향상된다.

Description

자동차의 인덕션 히터{Induction heater of vehicle}

본 발명은 자동차의 인덕션 히터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각수 유동이 균일하고 안정되어 작동 소음이 감소되고 발열 성능이 향상된 자동차의 인덕션 히터에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 엔진 냉각을 위한 냉각수를 실내 난방용 히터코어에 공급하여 실내로 송풍되는 공기와 열교환 시킴으로써 난방을 실시한다.

그러나, 전기자동차와 같이 구동원으로서 엔진 대신 모터를 사용하는 경우에는 엔진의 열을 이용한 난방이 불가능하므로 전기를 이용한 히터를 사용하여 난방을 실시하며, 이러한 차량용 전기 히터로서 전자 유도 가열을 이용하는 인덕션 히터가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 인덕션 히터로서, 발열코일(1)이 내장된 파이프(2)의 외주에 유도코일(4)이 감겨지고, 파이프(2)의 양단에 설치된 캡(7,8)에 각각 입구(5)와 출구(6)가 형성된다.

냉각수는 입구(5)로 유입되어 파이프(2)를 따라 흐른 뒤 출구(6)를 통해 배출된다.

고주파발진기(RF)와 매칭트랜스(MT)를 이용하여 유도코일(4)에 고주파 전류를 흘려주면 발열코일(1)에 와전류가 형성되어 열이 발생함으로써 냉각수가 가열된다.

상기와 같은 구성의 인덕션 히터가 일본 공개특허공보 특개2013-57482호에 개시되어 있다.

그런데, 종래의 인덕션 히터는 냉각수가 파이프(2)의 내부를 흐를 때, 입구(5) 및 출구(6)와 파이프(2)의 단면적 차이에 의한 압력 변화, 냉각수 펌프 작동에 의해 유발되는 압력 변동 및 유량 변화, 냉각수에 포함된 기포 등의 요인에 의하여 유동이 불균일해짐으로써 소음이 발생한다. 이러한 히터 작동 소음은 전기자동차의 우수한 정숙성에 의해 더욱 부각되어 차량 상품성을 저하시키는 요인이 되므로 개선할 필요가 있다.

또한, 냉각수의 불균일한 유동 때문에 발열코일(1)에서 위치에 따른 열교환량이 달라서 발열코일(1) 즉, 발열부의 온도 분포가 불균일해진다. 이와 같이 불균일한 온도분포에 의해 발열부의 열 밀도가 낮아져서 발열성능이 저하되고, 고온부에는 국부적으로 열 피로가 누적되어 장기적으로 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 입구(5)와 출구(6)의 위치가 서로 반대쪽에 위치해 있어서, 히터를 차량에 장착 후 냉각수 배관을 연결할 때나 정비 시 작업성이 좋지 않은 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 냉각수 유동 소음이 감소되고, 발열 성능 및 내구성이 향상되며, 작업성이 우수한 자동차의 인덕션 히터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 밀폐 공간를 형성하는 케이스와, 상기 케이스에 관통 삽입되어 냉각수의 유입 통로를 형성하는 유입파이프와, 상기 케이스에 관통 삽입되어 냉각수의 배출 통로를 형성하는 배출파이프와, 상기 유입파이프와 배출파이프의 케이스 내측 부분에 형성된 다수의 관통홀과, 상기 케이스의 외주부에 감겨진 유도코일을 포함한다.

상기 유입파이프와 배출파이프는 관통홀이 형성된 부분이 상호 마주보도록 설치된다.

상기 유입파이프와 배출파이프는 서로 평행하게 설치된다.

상기 유입파이프와 배출파이프는 케이스의 서로 다른 측면에 설치될 수 있다.

상기 유입파이프와 배출파이프는 케이스의 동일한 측면에 설치될 수 있다.

상기 유입파이프와 배출파이프의 케이스 내측 단부는 막혀 있는 것이 바람직하다.

상기 유입파이프와 배출파이프가 직선으로 연결되고, 그 내부에 냉각수의 직선 이동 경로를 차단하는 배플플레이트가 설치되며, 케이스의 내측에 유입파이프와 배출파이프에 평행하게 배치되면서 전체적으로 다수의 관통공이 형성된 중간파이프가 설치된다.

상기 연결된 유입파이프와 배출파이프의 내부에 복수의 배플플레이트들이 설치되고, 중간파이프의 내부에는 유입파이프와 배출파이프에 설치된 배플플레이트들의 사이 중간에 해당되는 위치마다 배플플레이트가 설치된다.

상기 중간파이프의 양 단부는 막혀 있는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 히터를 경유하는 냉각수의 유동이 전체적으로 균일하고 안정화되어 냉각수 유동 소음이 감소함으로써 난방시 차량 정숙성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 냉각수 유동 안정화에 의해 발열부의 온도 분포가 균일해져 열 밀도가 향상됨으로써 발열 성능이 향상되고, 이에 히터를 보다 컴팩트하게 제작할 수 있게 된다.

또한, 발열부의 온도 분포가 균일해짐으로써 열 피로 누적에 의한 내구성 저하를 방지할 수 있게 된다.

또한, 실시예에 따라서는 냉각수의 입구와 출구가 동일면 상에 위치함으로써 히터의 조립과 설치 및 정비 작업이 수월해지는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 인덕션 히터의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 인덕션 히터의 사시도.
도 3은 도 2의 정면도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 인덕션 히터의 개략 정면도.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 인덕션 히터의 개략 정면도.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 인덕션 히터의 개략 정면도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예의 사시도이고, 도 3은 도 2의 정면도로서, 본 발명의 제1실시예에 따른 자동차의 인덕션 히터는, 케이스(10)와, 케이스(10)의 일측 단부로 관통 삽입되고 케이스(10)의 내측으로 삽입된 부분에 다수의 관통홀(21)이 형성된 유입파이프(20)와, 유입파이프(20)와 평행하게 케이스(10)의 타측 단부로 관통 삽입되고 케이스(10)의 내측으로 삽입된 부분에 다수의 관통홀(31)이 형성된 배출파이프(30) 및, 케이스(10)의 외주부에 감겨진 유도코일(40)을 포함한다.

케이스(10)는 양 측면이 막혀 외부에 대한 밀폐 공간을 형성하는 원통형 부품이다.

케이스(10)는 양쪽 측면으로 관통 삽입된 유입파이프(10)와 배출파이프(20)를 가지며, 유입파이프(10)로 유입된 냉각수를 손실(외부 배출)없이 배출파이프(20)로 전달하는 연결체 역할을 수행한다.

케이스(10)는 유도코일(40)에 전류가 공급되어 자기장이 형성되었을 때, 전자 유도 작용에 의한 발열이 이루어지지 않고, 자기장이 투과하여 발열체에 작용할 수 있도록 비철계 금속 혹은 플라스틱 재질로 이루어진다.

본 발명은 상기 유입파이프(20)와 배출파이프(30)가 발열체 역할을 한다. 더 자세하게 설명하면, 유입파이프(20)와 배출파이프(30)에서 케이스(10)의 내부로 삽입되어 상기 유도코일(40)이 감겨진 범위(도면상 좌우 방향) 내에 있는 부분이 발열부가 된다.

따라서, 유입파이프(20)와 배출파이프(30)는 자기장 내에서 와전류가 형성될 수 있으면서 냉각수에 의한 부식이 발생하지 않도록 철계 금속 중 스테인리스 스틸(stainless steel)로 제작하는 것이 바람직하다.

유입파이프(20)와 배출파이프(30)는 각각의 관통공(21,31)들이 형성된 부분이 서로 마주보는 상태로 배치되어, 유입파이프(20)의 관통공(21)으로 배출된 냉각수가 배출파이프(30)의 관통공(31)으로 원활하게 유입될 수 있도록 되어 있다.

또한, 유입파이프(20)와 배출파이프(30)는 서로 평행하게 배치되어 관통공(21,31)이 형성된 부분 전 영역에 걸쳐서 동일한 이격거리를 가짐으로써 냉각수가 균일하게 유입파이프(20)로부터 배출파이프(30)로 흐를 수 있도록 되어 있다.

유입파이프(20)와 배출파이프(30)에서 케이스(10)의 내측으로 삽입된 부분의 단부는 막혀 있는 것이 바람직하다. 각 파이프들의 케이스(10) 내측 단부가 막혀 있음으로써 모든 냉각수를 관통홀(21,31)을 통해 유동시킬 수 있게 되어 유동의 균일화라는 목적을 보다 효과적으로 달성할 수 있게 된다.

상기와 같은 구성을 포함하는 인덕션 히터의 작동은 다음과 같이 이루어진다.

유입파이프(20)로 유입된 냉각수는 유입파이프(20)의 관통공(21)을 통해 배출된 후 배출파이프(30)의 관통공(31)을 통해 배출파이프(30)의 내부로 이동하여 배출파이프(30)를 따라 흘러 배출된다.

유도코일(40)에 전류가 공급되어 자기장이 형성되면(자기장의 방향은 빠른 속도로 변환된다.) 자기장의 영향으로 유입파이프(20)와 배출파이프(30)의 발열부(발열부의 범위는 유도코일(40)이 감겨진 범위 및 관통공(21,31)이 형성된 범위와 거의 일치한다.)에서 와전류가 발생하고, 와전류에 대한 줄열(저항 열)이 발생한다.

따라서, 냉각수가 유입파이프(20)와 배출파이프(30)를 지나면서 그로부터 발생되는 열을 흡수하여 가열된다. 이후 냉각수는 난방용 열교환기 쪽으로 공급되어 실내로 송풍되는 공기를 데움으로써 난방이 이루어지게 된다.

유입파이프(20)와 배출파이프(30)를 통과할 때, 냉각수는 유입파이프(20)의 관통공(21)들이 형성된 부분 전체를 통해 배출되고 배출파이프(30)의 관통공(31)들이 형성된 부분 전체를 통해 배출파이프(30)의 내부로 유입된다.

이와 같이, 냉각수가 다수의 작은 구멍들을 통해 배출되었다가 다시 다수의 작은 구멍들을 통해 유입되는 과정을 거침으로써 위치에 따라 존재했던 미세 난류 유동들이 소멸되어 케이스(10) 내 냉각수 유동이 전체적으로 균일하고 안정된 흐름 상태를 갖게 된다.

따라서, 냉각수가 케이스(10)를 통과하면서 발생하는 소음이 크게 감소하여 차량의 정숙성 및 상품성이 향상된다.

또한, 상기와 같이 유입파이프(20)와 배출파이프(30)의 발열부를 통과하는 냉각수 유동이 전체적으로 균일해짐으로써 발열부의 위치에 따른 열전달량(발열부에서 냉각수로의 열전달량)의 편차가 감소하여 발열부의 온도 분포가 균일해진다.

따라서, 발열부에 저온부가 존재하지 않게 되어 전체적으로 열밀도가 증가함으로써 발열 성능이 향상되고, 이에 발열부의 면적을 줄여 히터의 크기를 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 발열부에 고온부가 존재하지 않게 되어 열피로 누적에 의한 국부적 손상이 발생하지 않으므로 유입파이프(20)와 배출파이프(30)의 내구성이 향상된다. 결과적으로 히터의 내구 수명이 연장된다.

또한, 냉각수가 다수의 관통공(21,31)들을 통과하게 되므로 단순한 형상으로 연결된 관로 내부를 따라 흐르는 경우에 비하여 발열부의 표면과 접촉할 기회가 많아지므로, 즉, 다수의 관통공(21,31)에 의해 발열부의 표면적이 증가하므로 발열부로부터 냉각수로의 열전달량 및 열전달 효율이 향상된다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예들을 도시한 것으로, 구성과 냉각수의 이동경로를 간략히 표시하였다.(유도코일(40) 도시 생략.)

도 4는 본 발명의 제2실시예로서, 유입파이프(20)와 배출파이프(30)가 케이스(10)의 동일한 면을 관통하여 설치된다. 각 파이프의 케이스(10) 내측 부분에 전체적으로 다수의 관통공(21,31)들이 형성된다.

따라서, 유입파이프(20)로 들어간 냉각수는 관통공(21,31)들을 통해 배출파이프(30)로 들어간 뒤 배출파이프(30)를 따라 흘러 케이스(10) 외측으로 배출되는데, 유입파이프(20)와 배출파이프(30)의 냉각수 흐름 방향이 서로 반대가 된다.

따라서, 냉각수의 전체 이동 경로에 있어서 상대적으로 온도가 낮은 부분과 높은 부분 간의 열교환이 이루어짐으로써 발열부의 온도 분포 균일화에 도움을 준다.

또한, 제2실시예는 유입파이프(20)와 출구파이프(30)가 케이스(10)의 같은 면에 설치됨으로써 케이스(10)에 파이프들을 설치할 때 및 파이프들에 냉각수 배관을 연결할 때의 작업이 용이해진다. 즉, 작업면이 하나의 면으로 단일화되어 있기 때문에 히터의 조립과 설치 및 정비시 작업성이 우수하다.

제2실시예에서도, 냉각수가 관통공을 통과하면서 유발되는 효과는 제1실시예와 동일하게 발생한다. 또한, 파이프들이 상호 근접하여 평행하게 배치되고, 케이스(10) 내측의 단부가 막혀 있는 등의 구조 및 그에 따른 효과도 제1실시예와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이는 이하에 설명하는 실시예들에도 동일하게 적용되는바, 각 실시예들의 특징을 중심으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 제3실시예로서, 유입파이프(20)와 배출파이프(30)에 더하여 중간파이프(60)가 더 설치되어 냉각수 유동 경로의 일부를 이룬다.

중간파이프(60)는 유입파이프(20) 및 배출파이프(30)와 동일한 재질로 이루어져 발열체로서 작용할 수 있다.

유입파이프(20)과 배출파이프(30)는 각각 케이스(10)의 양측면에 관통 설치된다. 즉, 유입파이프(20)와 배출파이프(30)는 서로 반대쪽 면을 관통하여 케이스(10) 내부로 삽입되며, 케이스(10) 내측으로 삽입된 양측 파이프의 단부는 서로 연결된다. 구조의 단순화와 중간파이프(60)와의 냉각수 흐름을 원활하게 하기 위하여 유입파이프(20)와 배출파이프(30)는 직선으로 연결되는 것이 바람직하다. 양측 파이프가 직선으로 연결되어야 유입파이프(20) 및 배출파이프(30)와 중간파이프(60) 상호간의 거리가 위치에 따른 편차 없이 일정하게 형성될 수 있다.

제3실시예는 서로 연결된 유입파이프(20)와 배출파이프(30)의 내부에 냉각수의 파이프 길이 방향 흐름을 차단하는 배플플레이트(50)를 설치한 것을 특징으로 한다.

배플플레이트(50)를 설치하여 냉각수 흐름이 중간파이프(60)를 경유하도록 함으로써 냉각수가 관통공(21,31,61)을 통과하는 횟수가 증가되어 유동의 균일화 및 안정화 성능이 향상된다.

즉, 유입파이프(20)로 유입된 냉각수는 유입파이프(20)의 관통공(21)을 통해 배출되고, 중간파이프(60)의 관통공(61)을 통해 중간파이프(60)의 전반부로 유입되며, 중간파이프(60)의 후반부 관통공(61)을 통해 배출되고, 다시 배출파이프(30)의 관통공(31)을 통해 배출파이프(30)로 유입되어 흐른 뒤, 히터의 외부로 배출된다.

따라서, 전술한 바와 같이, 냉각수가 관통공(21,31,61)을 통과하는 횟수가 증가되어 유동의 균일화 및 안정화 성능이 향상된다.

도 6은 본 발명의 제4실시예를 도시한 것으로, 제3실시예의 효과를 배가시키기 위한 응용 실시예이다. 이 실시예는 직선으로 연결된 유입파이프(20)와 배출파이프(30)의 내부에 복수의 배플플레이트(51,52)가 설치되고, 중간파이프(60)에도 냉각수 유동 경로를 차단 및 변경하기 위한 동일한 목적의 배플플레이트(53)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

즉, 직선으로 연결된 유입파이프(20)와 배출파이프(30)의 내부에 소정 간격으로 복수의 배플플레이트(51,52)를 설치하고, 중간파이프(60)에는 유입파이프(20)와 배출파이프(30)에 설치된 배플플레이트(51,52)들의 사이 중간 지점에 대응되는 위치에 배플플레이트(53)를 설치한 것이다. 도 6에는 유입파이프(20)와 배출파이프(30)에 설치된 배플플레이트(51,52)가 2개 뿐 이어서 중간파이프(60)에 하나의 배플플레이트(53)만 설치되었으나 유입파이프(20)와 배출파이프(30)의 배플플레이트 수가 증가하면 그에 따라 중간파이프(60)의 배플플레이트 수도 증가한다.

제4실시예는 유입파이프(20)로 유입된 냉각수가 유입파이프(20)와 중간파이프(60)의 사이 및 배출파이프(30)와 중간파이프(60)의 사이를 다수 회 왕복 이동함으로써 보다 긴 경로에 걸쳐서 보다 여러 번 관통공(21,31,61)들을 통과하게 됨으로써 냉각수 유동의 균일화 및 안정화 성능을 배가시키게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 케이스 20 : 유입파이프
30 : 배출파이프 40 : 유도코일
50,51,52,53 : 배플플레이트 60 : 중간파이프
21,31,61 : 관통공

Claims

밀폐 공간를 형성하는 케이스(10)와;
상기 케이스(10)에 관통 삽입되어 냉각수의 유입 통로를 형성하는 유입파이프(20)와;
상기 케이스(10)에 관통 삽입되어 냉각수의 배출 통로를 형성하는 배출파이프(30)와;
상기 유입파이프(20)와 배출파이프(30)의 케이스(10) 내측 부분에 형성된 다수의 관통홀(21,31)과;
상기 케이스(10)의 외주부에 감겨진 유도코일(40);
을 포함하는 자동차의 인덕션 히터.
청구항 1에 있어서,
상기 유입파이프(20)와 배출파이프(30)는 관통홀(21,31)이 형성된 부분이 상호 마주보도록 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 인덕션 히터.
청구항 1에 있어서,
상기 유입파이프(20)와 배출파이프(30)는 서로 평행하게 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 인덕션 히터.
청구항 1에 있어서,
상기 유입파이프(20)와 배출파이프(30)가 케이스(10)의 서로 다른 측면에 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 인덕션 히터.
청구항 1에 있어서,
상기 유입파이프(20)와 배출파이프(30)가 케이스(10)의 동일한 측면에 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 인덕션 히터.
청구항 1에 있어서,
상기 유입파이프(20)와 배출파이프(30)의 케이스(10) 내측 단부는 막혀 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 인덕션 히터.
청구항 1에 있어서,
상기 유입파이프(20)와 배출파이프(30)가 직선으로 연결되고, 그 내부에 냉각수의 직선 이동 경로를 차단하는 배플플레이트(50)가 설치되며, 케이스(10)의 내측에 유입파이프(20)와 배출파이프(30)에 평행하게 배치되면서 전체적으로 다수의 관통공(61)이 형성된 중간파이프(60)가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 인덕션 히터.
청구항 7에 있어서,
상기 연결된 유입파이프(20)와 배출파이프(30)의 내부에 복수의 배플플레이트(51,52)들이 설치되고, 중간파이프(60)의 내부에는 유입파이프와 배출파이프(30)에 설치된 배플플레이트(51,52)들의 사이 중간에 해당되는 위치마다 배플플레이트(53)가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 인덕션 히터.
청구항 7에 있어서,
상기 중간파이프(60)의 양 단부는 막혀 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 인덕션 히터.