KR20160093926A - 냉각수 가열식 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각수 가열식 히터에 관한 것으로, 내부가 중공되어 길이방향 일측에 냉각수가 유입되는 입구 파이프 및 냉각수가 배출되는 출구 파이프가 형성되며 길이방향 타측에 커넥터가 결합된 하우징; 상기 하우징의 내부에 이격되어 구비되며, 내부가 중공되어 길이방향 양단이 하우징에 결합되되 상기 입구 파이프 및 출구 파이프가 내부와 연통되는 발열 파이프; 상기 발열 파이프의 내부에 이격되어 구비되며, 내부에 냉각수가 유입되지 않도록 차단되게 형성되는 제어부 케이스); 및 상기 제어부 케이스의 내부에 구비되며, 상기 커넥터와 연결되는 제어부; 를 포함하여 이루어져, 냉각수를 이용해 제어부에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있고 히터의 효율을 향상시킬 수 있으며, 제어부를 냉각수 유로가 감싸도록 하여 제어부에서 발생하는 전자파를 효과적으로 차단할 수 있는 냉각수 가열식 히터에 관한 것이다.

Description

냉각수 가열식 히터 {Cooling-water heating type heater}
본 발명은 냉각수 가열식 히터에 관한 것으로, 냉각수를 이용해 제어부에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있고 히터의 효율을 향상시킬 수 있으며, 제어부를 냉각수 유로가 감싸도록 하여 제어부에서 발생하는 전자파를 효과적으로 차단할 수 있는 냉각수 가열식 히터에 관한 것이다.
휘발유, 경유 등을 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량이 현재 가장 일반적인 차량의 형태이나, 이러한 차량용 에너지원은 환경오염 문제 뿐 아니라 석유 매장량의 감소 등과 같은 다양한 원인으로 인해 새로운 에너지원의 필요성이 점점 대두되고 있는 바, 현재 전기자동차, 하이브리드카 및 연료전지 차량 등이 실용화되거나 개발중에 있다.
그런데 전기자동차, 하이브리드카 및 연료전지 차량에서는 종래의 석유를 에너지원으로 하는 엔진을 사용하는 차량과는 달리 냉각수를 이용한 히팅 시스템을 적용할 수 없거나 적용하기 어렵다. 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 있다. 그러나 엔진에서 발생하는 것과 같은 많은 열이 전기자동차, 하이브리드카 및 연료전지 차량의 구동원에서는 발생하지 않기 때문에, 이러한 종래의 난방 방식을 사용하기에는 한계가 있었다.
이에 따라 전기자동차, 하이브리드카 및 연료전지 차량 등에는, 공조 시스템에 히트펌프(heat pump)를 추가하여 이를 열원으로서 사용할 수 있게 하거나, 전기 히터와 같은 별도의 열원을 구비하는 등 여러 연구가 이루어지고 있다. 이 중 전기 히터는 공조 시스템에 크게 영향을 주지 않고 보다 용이하게 냉각수를 가열할 수 있어 현재 광범위하게 사용이 이루어지고 있다.
여기에서 전기 히터는 차량의 실내로 송풍되는 공기를 직접 가열하는 형태의 공기 가열식 히터와, 냉각수를 가열하는 형태의 냉각수 가열식 히터(또는 냉각수 히터)가 있다.
이중 냉각수 가열식 히터인 한국등록특허(10-1463892)인 "냉각수 가열식 히터"에는, 도 1 및 도 2와 같이 제어부(20)가 케이스(10)의 외측에 구비되어 제어부(20)가 케이스(10)와 한면만 접촉되므로 제어부(20)에서 발생된 열이 냉각수에 전달되기 어려워 제어부가 과열될 수 있는 단점이 있다. 그리고 제어부(20)에는 모스펫 소자(MosFET) 또는 트랜지스터(IGBT)가 구동되는 과정에서 발열되므로 냉각수를 통한 냉각이 필요한데, 냉각수와 직접 접촉할 수 없으므로 열 전도성 물질을 통해 열교환하여 냉각될 수 있다. 그러나 모스펫 소자 및 트랜지스터의 열교환부는 평면이므로 냉각수 유로를 형성하는 하우징(10)에도 평면부가 형성되어야 모스펫 소자 및 트랜지스터와 냉각수가 열교환되어 냉각될 수 있으나, 종래의 냉각수 가열식 히터는 원통형이므로 모스펫 소자 및 트랜지스터와의 접촉을 위한 평면부가 별도로 형성되어야 하며 제한된 개수의 모스펫 소자 또는 트랜지스터를 사용해야하는 단점이 있다.
KR 10-1463892 B1 (2014.11.14)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 냉각수를 이용해 제어부에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있고 히터의 효율을 향상시킬 수 있으며, 제어부를 냉각수 유로가 감싸도록 하여 제어부에서 발생하는 전자파를 효과적으로 차단할 수 있는 냉각수 가열식 히터를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는, 내부가 중공되어 길이방향 일측에 냉각수가 유입되는 입구 파이프(110) 및 냉각수가 배출되는 출구 파이프(120)가 형성되며 길이방향 타측에 커넥터(130)가 결합된 하우징(100); 상기 하우징(100)의 내부에 이격되어 구비되며, 내부가 중공되어 길이방향 양단이 하우징(100)에 결합되되 상기 입구 파이프(110) 및 출구 파이프(120)가 내부와 연통되는 발열 파이프(200); 상기 발열 파이프(200)의 내부에 이격되어 구비되며, 내부에 냉각수가 유입되지 않도록 차단되게 형성되는 제어부 케이스(300); 및 상기 제어부 케이스(300)의 내부에 구비되며, 상기 커넥터(130)와 연결되는 제어부(400); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발열 파이프(200)의 내주면에는 단턱(210)이 돌출 형성되고, 상기 제어부 케이스(300)는 일단이 폐쇄되고 타단이 개방되게 형성되어 타측 외주면에 플랜지(310)가 형성되어, 상기 제어부 케이스(330)의 플랜지(310)가 단턱(210)에 결합되어, 상기 제어부 케이스(300)의 개방된 타단으로 냉각수가 유입되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부 케이스(300)의 일단은 상기 하우징(100)으로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부 케이스(300)는 평면부(320)가 형성되어, 상기 제어부(400)에 형성된 모스펫 소자(MosFET,410) 및 트랜지스터(IGBT,420)가 상기 평면부(320)에 접촉되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발열 파이프(200)와 제어부 케이스(300)의 사이에는 길이방향을 따라 배플(160)이 형성되어, 상기 배플(160)에 의해 높이방향으로 상기 입구 파이프(110)와 출구 파이프(120)의 냉각수 유로가 구획되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배플(160)은 길이방향 일단이 하우징(100)에 연결되고, 상기 배플(160)의 길이방향 타단은 하우징(100) 또는 플랜지(310)에 연결되되 상하를 관통하는 관통공(161)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 냉각수 가열식 히터는, 냉각수를 이용해 제어부에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있고 히터의 효율을 향상시킬 수 있으며, 제어부를 냉각수 유로가 감싸도록 하여 제어부에서 발생하는 전자파를 효과적으로 차단할 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 냉각수 가열식 히터를 나타낸 사시도 및 정면 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 냉각수 가열식 히터를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 냉각수 가열식 히터를 나타낸 정면 단면도 및 측면 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 배플이 형성된 냉각수 가열식 히터의 냉각수 유동을 나타낸 사시도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 냉각수 가열식 히터를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 냉각수 가열식 히터를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 냉각수 가열식 히터를 나타낸 정면 단면도 및 측면 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는, 내부가 중공되어 길이방향 일측에 냉각수가 유입되는 입구 파이프(110) 및 냉각수가 배출되는 출구 파이프(120)가 형성되며 길이방향 타측에 커넥터(130)가 결합된 하우징(100); 상기 하우징(100)의 내부에 이격되어 구비되며, 내부가 중공되어 길이방향 양단이 하우징(100)에 결합되되 상기 입구 파이프(110) 및 출구 파이프(120)가 내부와 연통되는 발열 파이프(200); 상기 발열 파이프(200)의 내부에 이격되어 구비되며, 내부에 냉각수가 유입되지 않도록 차단되게 형성되는 제어부 케이스(300); 및 상기 제어부 케이스(300)의 내부에 구비되며, 상기 커넥터(130)와 연결되는 제어부(400); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
우선, 하우징(100)은 내부가 중공되게 형성되고 길이방향 양단이 개방되게 형성되어, 개방된 일단에 입출구 커버(140)가 결합되고 개방된 타측에 커넥터 커버(150)가 결합되어 밀폐된 형태로 형성될 수 있다. 그리고 입출구 커버(140)에는 냉각수가 유입 및 배출될 수 있도록 입구 파이프(110) 및 출구 파이프(120)가 형성될 수 있으며, 커넥터 커버(150)에는 저전압 커넥터 및 고전압 커넥터를 포함한 커넥터(130)들이 결합될 수 있다.
발열 파이프(200)는 원통형으로 형성되어 하우징(100)의 내부에 구비되되, 하우징(100)의 내주면에서 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 발열 파이프(200)는 파이프의 외주면에 필름 히터의 형태로 발열체가 형성될 수 있다. 또한, 발열 파이프(200)는 길이방향 양단이 개방되게 형성되어 개방된 양단이 하우징(100)의 입출구 커버(140) 및 커넥터 커버(150)에 결합되어, 결합된 부분이 밀폐되도록 형성될 수 있다. 또한, 발열 파이프(200)의 내부는 입구 파이프(110) 및 출구 파이프(120)와 연통되도록 형성되어, 발열 파이프(200)의 내부가 냉각수 유로로 형성될 수 있다.
제어부 케이스(300)는 발열 파이프(200)의 내부에 구비되되 발열 파이프(200)의 내주면에서 이격되도록 구비될 수 있다. 그리고 제어부 케이스(300)의 내부로 냉각수가 유입되지 않도록 차단되게 형성된다. 그리하여 발열 파이프(200)의 내주면과 제어부 케이스(300)의 외주면 사이가 냉각수가 유동될 수 있는 유로로 형성될 수 있다.
제어부(400)는 제어부 케이스(300)의 내부에 구비되며 커넥터(130)와 연결되도록 형성된다. 이때, 제어부(400)와 커넥터(130)가 연결되는 부분은 냉각수가 유입되지 않도록 차단되게 형성된다.
그리하여 제어부(400)가 내부에 구비된 제어부 케이스(300)가 냉각수 유로에 의해 감싸진 형태로 형성되므로, 제어부(400)에서 발생되는 열이 냉각수로 전달되어 제어부(400)가 과열되지 않을 수 있으며, 냉각수의 가열 효율도 향상시킬 수 있다. 또한, 제어부(400)에서 발생하는 전자파가 냉각수에 의해 차단되어 외부로 방출되지 않을 수 있으므로, 전자파를 차폐할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 다양한 실시예에 대해 설명하기로 한다.
상기 발열 파이프(200)의 내주면에는 단턱(210)이 돌출 형성되고, 상기 제어부 케이스(300)는 일단이 폐쇄되고 타단이 개방되게 형성되어 타측 외주면에 플랜지(310)가 형성되어, 상기 제어부 케이스(300)의 플랜지(310)가 단턱(210)에 결합되어, 상기 제어부 케이스(300)의 개방된 타단으로 냉각수가 유입되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
우선, 발열 파이프(200)의 내주면 타측에는 플랜지 형태의 단턱(210)이 돌출 형성되고 단턱(210)에는 원주방향을 따라 암나사로 형성된 체결공이 형성될 수 있다. 그리고 제에부 케이스(300)는 일단이 막혀있는 형태로 형성되어 폐쇄되고 타단은 개방된 형태로 형성되며, 제어부 케이스(300)의 타측 외주면에는 플랜지(310)가 형성되고 플랜지(310)에는 원주방향을 따라 관통공이 형성될 수 있다.
그리하여 발열 파이프(200)의 내부에 제어부 케이스(300)를 삽입하여 플랜지(310)가 단턱(210)에 걸리도록 하고 체결수단을 이용해 결합할 수 있다. 그리하면 제어부 케이스(300)의 개방된 타측으로 냉각수가 유입될 수 없도록 제어부 케이스(300)의 타측이 형성될 수 있다. 이때, 플랜지(310)와 단턱(210) 사이에는 메탈실 등의 실링부재(500)가 개재되어 밀착됨으로써 냉각수의 누수를 방지할 수 있다. 이에 따라 냉각수가 유입되지 않도록 형성된 공간을 이용해 제어부(400)와 커넥터(130)가 용이하게 연결될 수 있다. 그리고 단턱(210) 및 플랜지(310)를 기준으로 우측은 냉각수 유로가 될 수 있다. 또한, 이에 따라 제어부 케이스(300)가 발열 파이프(200)에 용이하게 고정되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부 케이스(300)의 일단은 상기 하우징(100)으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 제어부 케이스(300)의 일단이 하우징(100)의 입출구 커버(140)와 이격되도록 형성되어, 제어부 케이스(300)의 일단과 입출구 커버(140) 사이가 냉각수 유로로 형성될 수 있다. 이에 따라 제어부(400)의 높이방향 양측, 폭방향 양측 및 길이방향 일측을 냉각수 유로가 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 그리하여 제어부(400)의 냉각 및 제어부에서 발생되는 전자파 차폐 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부 케이스(300)는 평면부(320)가 형성되어, 상기 제어부(400)에 형성된 모스펫 소자(MosFET,410) 및 트랜지스터(IGBT,420)가 상기 평면부(320)에 접촉될 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 제어부 케이스(300)의 상면 및 하면이 평면부(320)로 형성되고, 평면부(320)의 내측에 제에부(400)의 모스펫 소자(410) 및 트랜지스터(420)가 접촉되도록 배치되어, 제어부(400)의 작동에 따라 모스펫 소자(410) 및 트랜지스터(420)에서 발생되는 열이 효과적으로 방열될 수 있다. 이에 따라 다수개의 모스펫 소자 또는 트랜지스터를 사용할 수 있다.
또한, 상기 발열 파이프(200)와 제어부 케이스(300)의 사이에는 길이방향을 따라 배플(160)이 형성되어, 상기 배플(160)에 의해 높이방향으로 상기 입구 파이프(110)와 출구 파이프(120)의 냉각수 유로가 구획될 수 있다.
즉, 냉각수 유로를 구획하여 냉각수의 흐름을 조절할 수 있도록 배플(160)이 형성될 수 있다. 이때, 도 6 및 도 7과 같이 배플(160)은 발열 파이프(200)와 제어부 케이스(300)의 사이에 길이방향을 따라 길게 형성될 수 있으며 폭방향 양측에 한 쌍이 배치되어, 입구 파이프(110)가 형성된 우측 하부로 유입된 냉각수가 하부를 따라 좌측으로 유동하여 배플(160)이 형성되지 않은 부분을 통해 상측으로 유동되어 상부를 따라 유동되어 상부 우측에 형성된 출구 파이프(120)로 배출될 수 있다. 이외에도 도시되지는 않았으나 배플의 형상 및 위치를 다양하게 형성하여 유로를 변경할 수 있다.
또한, 상기 배플(160)은 길이방향 일단이 하우징(100)에 연결되고, 상기 배플(160)의 길이방향 타단은 하우징(100) 또는 플랜지(310)에 연결되되 상하를 관통하는 관통공(161)이 형성될 수 있다. 즉, 하부가 냉각수 유입측이 되고 상부가 냉각수 배출측이 되도록 배플(160)에 의해 냉각수 유로가 구획되되, 배플(160)에 관통공(161)을 형성하여 냉각수가 통과되도록 하여 유로가 형성될 수 있다.
이때, 배플(160)의 형상 및 위치에 따라 관통공(161)의 위치 및 개수도 다양하게 형성될 수 있다.
그리고 제어부(400)에는 타측 상면에는 고전압 전원단자 및 그라운드 단자가 형성된 단자대(430)가 형성되어 단자대의 상측이 발열 파이프(200)와 연결될 수 있다. 즉, 단자대(430)를 통해 발열 파이프(200)의 발열체로 전원을 공급할 수 있도록 제어부(400)와 발열 파이프(200)가 연결될 수 있고, 단자대(430)를 통해 발열 파이프(200)가 제어부(400)와 접지되어 커넥터(130)를 통해 외부로 접지되도록 구성될 수 있다.
또한, 제어부(400)에 단자대(430)가 형성되어 단자대(430)의 상면이 발열 파이프(100)의 내주면에 밀착될 수 있으며, 단자대(430)의 상측이 발열 파이프(200)의 내주면 형상에 대응되도록 형성될 수 있다. 이때, 단자대(430)가 형성된 제어부(400)가 제어부 케이스(300)에 삽입되어 조립된 상태에서, 제어부 케이스(300)를 발열 파이프(100) 내부에 삽입하면 단자대(430)와 발열 파이프(200)가 밀착될 수 있다. 그리고 제어부(400)의 타측이 제어부 케이스(300)의 외부로 돌출되도록 형성되어(제어부 케이스의 길이보다 제어부가 길게 형성되어) 제어부(400)의 돌출된 상측으로 단자대(430)가 형성될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 냉각수 가열식 히터
100 : 하우징
110 : 입구 파이프 120 : 출구 파이프
130 : 커넥터 140 : 입출구 커버
150 : 커넥터 커버 160 : 배플
161 : 관통공
200 : 발열 파이프
210 : 단턱
300 : 제어부 케이스
310 : 플랜지 320 : 평면부
400 : 제어부(PCB 기판)
410 : 모스펫 소자(MosFET) 420 : 트랜지스터(IGBT)
430 : 단자대
500 : 실링부재

Claims (6)

  1. 내부가 중공되어 길이방향 일측에 냉각수가 유입되는 입구 파이프(110) 및 냉각수가 배출되는 출구 파이프(120)가 형성되며 길이방향 타측에 커넥터(130)가 결합된 하우징(100);
    상기 하우징(100)의 내부에 이격되어 구비되며, 내부가 중공되어 길이방향 양단이 하우징(100)에 결합되되 상기 입구 파이프(110) 및 출구 파이프(120)가 내부와 연통되는 발열 파이프(200);
    상기 발열 파이프(200)의 내부에 이격되어 구비되며, 내부에 냉각수가 유입되지 않도록 차단되게 형성되는 제어부 케이스(300); 및
    상기 제어부 케이스(300)의 내부에 구비되며, 상기 커넥터(130)와 연결되는 제어부(400); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열 파이프(200)의 내주면에는 단턱(210)이 돌출 형성되고,
    상기 제어부 케이스(300)는 일단이 폐쇄되고 타단이 개방되게 형성되어 타측 외주면에 플랜지(310)가 형성되어,
    상기 제어부 케이스(330)의 플랜지(310)가 단턱(210)에 결합되어, 상기 제어부 케이스(300)의 개방된 타단으로 냉각수가 유입되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부 케이스(300)의 일단은 상기 하우징(100)으로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부 케이스(300)는 평면부(320)가 형성되어,
    상기 제어부(400)에 형성된 모스펫 소자(MosFET,410) 및 트랜지스터(IGBT,420)가 상기 평면부(320)에 접촉되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발열 파이프(200)와 제어부 케이스(300)의 사이에는 길이방향을 따라 배플(160)이 형성되어, 상기 배플(160)에 의해 높이방향으로 상기 입구 파이프(110)와 출구 파이프(120)의 냉각수 유로가 구획되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배플(160)은 길이방향 일단이 하우징(100)에 연결되고, 상기 배플(160)의 길이방향 타단은 하우징(100) 또는 플랜지(310)에 연결되되 상하를 관통하는 관통공(161)이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
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