KR20170045896A - 냉각수 가열식 히터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 폭방향으로 복수개의 미세한 공간부(100a)가 형성되며, 일정 높이를 가지고 길이방향으로 골과 산이 반복되는 진동세관형태의 열전달부(100); 상기 열전달부(100)의 높이방향으로 일정 영역을 내부에 포함하고 냉각수가 유동되는 케이스(200); 및 상기 케이스(200) 외부의 열전달부(100)에 구비되어 발열하는 가열부(300)를 포함하여, 진동세관형태의 열전달부(100)를 이용하여 가열부(300)로부터 전달되는 열을 냉각수로 용이하게 전달할 수 있어 빠르고 효율적으로 난방할 수 있으며, 소형화가 가능하고, 냉각수와 가열부(300)가 완전히 구획되어 과열 등에 따른 안전 문제가 발생되지 않아 안전성을 보다 높일 수 있다.

Description

냉각수 가열식 히터{Cooling-water heating type heater}

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, 냉각수를 효과적으로 가열할 수 있으며, 제작 및 장착이 용이하면서도, 부피, 중량, 단가를 줄일 수 있고, 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 진동세관형태의 열전달부를 이용하여 가열부로부터 전달되는 열을 냉각수로 용이하게 전달할 수 있어 빠르고 효율적으로 난방할 수 있으며, 소형화가 가능하고, 냉각수와 가열부가 완전히 구획되어 과열 등에 따른 안전 문제가 발생되지 않아 안전성을 보다 높일 수 있는 냉각수 가열식 히터를 제공하는 것이다.

본 발명의 냉각수 가열식 히터는 폭방향으로 복수개의 미세한 공간부가 형성되며, 일정 높이를 가지고 길이방향으로 골과 산이 반복되는 진동세관형태의 열전달부; 상기 열전달부의 높이방향으로 일정 영역을 내부에 포함하고 냉각수가 유동되는 케이스; 및 상기 케이스 외부의 열전달부에 구비되어 발열하는 가열부를 포함하여, 진동세관형태의 열전달부를 이용하여 가열부로부터 전달되는 열을 냉각수로 용이하게 전달할 수 있어 빠르고 효율적으로 난방할 수 있으며, 소형화가 가능하고, 냉각수와 가열부가 완전히 구획되어 과열 등에 따른 안전 문제가 발생되지 않아 안전성을 보다 높일 수 있다.

이 때, 상기 열전달부는 길이방향에 수직하게 위치되는 평면부와, 상기 평면부의 단부가 라운드지게 절곡되는 곡면부가 길이방향으로 반복되는 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열부는 상기 열전달부의 평면부 사이의 공간에 복수개 구비되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 가열부는 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 소자와, 상기 피티씨 소자로 전원을 공급하는 전극부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 케이스는, 상기 열전달부의 폭방향으로 양측에서 서로 결합되어 상기 열전달부를 높이방향으로 구획하는 제1케이스 및 제2케이스와, 상기 제1케이스 및 제2케이스와 결합되어 내부에 일정 공간을 형성하며, 냉각수가 유입되는 유입부 및 배출되는 배출부가 형성되는 제3케이스를 포함하는 형태일 수 있다.

이 때, 상기 제3케이스는 상기 유입부 및 배출부가 열전달부의 폭방향으로 양측에 각각 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각수 가열식 히터는 상기 케이스 내부에 위치되는 열전달부의 평면부 사이에 핀이 개재되어 열전달부와 냉각수 사이에 열전달효율을 보다 높일 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 냉각수 가열식 히터는 진동세관형태의 열전달부를 이용하여 가열부로부터 전달되는 열을 냉각수로 용이하게 전달할 수 있어 빠르고 효율적으로 난방할 수 있으며, 소형화가 가능하고, 냉각수와 가열부가 완전히 구획되어 과열 등에 따른 안전 문제가 발생되지 않아 안전성을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 냉각수 가열식 히터를 나타낸 도면.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 사시도, 분해사시도 및 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 열전달부 부분 단면 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터의 또 다른 단면도.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터(1000)의 사시도, 분해사시도 및 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터(1000)의 열전달부(100) 부분 단면 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 냉각수 가열식 히터(1000)의 또 다른 단면도이다.

본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 열전달부(100), 케이스(200), 및 가열부(300)를 포함한다.

먼저, 상기 열전달부(100)는 폭방향으로 복수개의 미세한 공간부(100a)가 형성되며, 일정 높이를 가지고 길이방향으로 골과 산이 반복되는 진동세관형 히트파이프(Pulsation Heat Pipe or Oscillating Heat Pipe)형태로서, 우수한 열전달 특성을 갖는다. 더욱 상세하게, 상기 열전달부(100)는 길이방향에 수직하게 위치되는 평면부(111)와, 상기 평면부(111)의 단부가 라운드지게 절곡되는 곡면부가 길이방향으로 반복되는 형태이다.(도 5 참조) 상기 공간부(100a)는 특정 단면을 갖는 공간을 형성하는 부분으로, 상기 도 5에 도시한 바와 같이, 그 단면이 원형으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 열전달부(100)의 길이방향으로 일정 영역은 상기 가열부(300)가 구비되어 열을 흡수하고, 나머지 영역은 상기 케이스(200) 내부의 냉각수와 열교환되어 열을 발열하여 상기 냉각수를 가열한다. 상기 도 2 내지 도 4에서, 하측의 일정 영역에 가열부(300)가 구비되고, 상측의 나머지 영역에 케이스(200)가 구비되어 냉각수가 유동되는 예를 나타내었으며, 그 반대로 형성되어도 무방하다.

상기 케이스(200)는 상기 열전달부(100)의 높이방향으로 일정 영역을 내부에 포함하여 냉각수가 유동가능한 공간을 형성하는 부분이다. 이 때, 상기 케이스(200)는 제1케이스(210) 내지 제3케이스(230)를 포함하는 형태일 수 있다. 상기 제1케이스(210) 및 제2케이스(220)는 상기 열전달부(100)의 폭방향으로 양측에서 서로 결합되어 상기 열전달부(100)를 높이방향으로 구획하는 부분이다. 또, 상기 제1케이스(210) 및 제2케이스(220)는 각각 상기 열전달부(100)의 평면부(111)에 대응되도록 중공되는 제1중공부(211) 및 제2중공부(221)가 형성된다. 상기 제3케이스(230)는 상기 제1케이스(210) 및 제2케이스(220)와 결합되어 상기 열전달부(100)의 일정 영역을 내부에 포함하며, 냉각수가 유동가능한 공간을 형성하는 부분으로, 냉각수가 유입되는 유입부(231) 및 냉각수가 배출되는 배출부(232)가 형성된다. 특히, 상기 제3케이스(230)는 상기 유입부(231) 및 배출부(232)가 상기 열전달부(100)의 폭방향으로 양측에 구비되어 냉각수가 상기 열전달부(100)의 평면부(111) 그 사이의 공간을 유동하면서 열교환되어 배출되도록 하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 유입부(231)가 상기 제3케이스(230)의 길이방향으로 일측에 구비되는 경우에는 상기 평면부(111)가 이를 가로막게 위치될 수 있으므로, 높이방향으로 최상측에 위치되는 것이 바람직하다. 물론, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 케이스(200)의 형태가 제1케이스(210) 내지 제3케이스(230)를 포함하는 예 외에도 더욱 다양하게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 케이스(200) 내부에 구비되는 열전달부(100)의 평면부(111) 사이에 핀(400)이 개재되어 열전달부(100)와 냉각수 가이의 열전달이 더욱 활발히 이루어지도록 할 수도 있다.

상기 가열부(300)는 발열하는 수단으로서, 상기 케이스(200) 외부에 위치되는 열전달부(100)에 구비된다. 더욱 상세하게, 상기 가열부(300)는 상기 케이스(200) 외부에 위치되는 열전달부(100)의 평면부(111) 사이의 공간에 구비되며, 상기 열전달부(100)의 평면부(111)가 길이방향으로 복수개 구비되어 그 사이의 공간이 복수개 형성됨에 따라, 그 사이의 공간에 대응되도록 복수개 구비될 수 있다. 또, 상기 가열부(300)는 전원에 의해 발열하는 다양한 수단이 이용될 수 있으며, 그 일예로서, 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 소자(310)와, 상기 피티씨 소자(310)로 전원을 공급하는 전극부(320)를 포함할 수 있다. 상기 도 2 내지 도 4에서, 상기 전극부(320)가 상기 피티씨 소자(310)의 양면에 각각 구비되는 제1전극(321) 및 제2전극(322)을 포함하는 예를 나타내었으나, 이는 일 실시예로 다양하게 변형될 수 있다. 상기 전극부(320)는 상기 피티씨 소자(310)에 대응되는 형태로 형성되되, 열교환부의 폭방향으로 전원 연결을 위한 돌출부(미도시)가 형성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 진동세관형태의 열전달부(100)를 이용하여 가열부(300)로부터 전달되는 열을 냉각수로 용이하게 전달할 수 있어 빠르고 효율적으로 난방할 수 있으며, 소형화가 가능하고, 냉각수와 가열부(300)가 완전히 구획되어 과열 등에 따른 안전 문제가 발생되지 않아 안전성을 보다 높일 수 있는 장점이 있다. 더욱 상세하게, 본 발명의 냉각수 가열식 히터(1000)는 열전달부(100)를 통해 빠르게 열이 전달되어 열손실없이 냉각수를 효과적으로 가열할수 있으며, 제작 및 장착이 용이하면서도, 부피, 중량, 단가를 줄일 수 있고, 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1000 : 냉각수 가열식 히터
100 : 열전달부 100a : 공간부
111 : 평면부 112 : 절곡부
200 : 케이스
210 : 제1케이스 211 : 제1중공부
220 : 제2케이스 221 : 제2중공부
230 : 제3케이스 231 : 유입부
232 : 배출부
300 : 발열부
310 : 피티씨 소자
320 : 전극부 321 : 제1전극
322 : 제2전극
400 : 핀

Claims (7)

1. 폭방향으로 복수개의 미세한 공간부(100a)가 형성되며, 일정 높이를 가지고 길이방향으로 골과 산이 반복되는 진동세관형태의 열전달부(100);
   상기 열전달부(100)의 높이방향으로 일정 영역을 내부에 포함하고 냉각수가 유동되는 케이스(200); 및
   상기 케이스(200) 외부의 열전달부(100)에 구비되어 발열하는 가열부(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열전달부(100)는 길이방향에 수직하게 위치되는 평면부(111)와, 상기 평면부(111)의 단부가 라운드지게 절곡되는 곡면부가 길이방향으로 반복되는 형태인 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 가열부(300)는 상기 열전달부(100)의 평면부(111) 사이의 공간에 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 가열부(300)는 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 소자(310)와, 상기 피티씨 소자(310)로 전원을 공급하는 전극부(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 케이스(200)는,
   상기 열전달부(100)의 폭방향으로 양측에서 서로 결합되어 상기 열전달부(100)를 높이방향으로 구획하는 제1케이스(210) 및 제2케이스(220)와,
   상기 제1케이스(210) 및 제2케이스(220)와 결합되어 내부에 일정 공간을 형성하며, 냉각수가 유입되는 유입부(231) 및 배출되는 배출부(232)가 형성되는 제3케이스(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제3케이스(230)는 상기 유입부(231) 및 배출부(232)가 열전달부(100)의 폭방향으로 양측에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
   상기 냉각수 가열식 히터(1000)는 상기 케이스(200) 내부에 위치되는 열전달부(100)의 평면부(111) 사이에 핀(400)이 개재되는 것을 특징으로 하는 냉각수 가열식 히터.

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