KR20170105148A

KR20170105148A - 전열히터

Info

Publication number: KR20170105148A
Application number: KR1020160027569A
Authority: KR
Inventors: 오상호; 임채근; 정중흠; 민도식; 김종업
Original assignee: 한온시스템 주식회사; 자화전자(주)
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-19
Also published as: KR102495116B1

Abstract

본 발명은 전열히터에 관한 것으로서, 히터의 구조를 개선함으로써, IGBT 소자 냉각용 히트싱크의 냉각효율을 높일 수 있음과 동시에, 히트싱크를 히터의 프레임에 설치함에도 불구하고, 히트싱크의 프레임 설치로 인한 히터의 열교환 손실과, 차실내의 송풍량 저하를 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 프레임과 프레임의 내측에 설치되는 발열부와 발열부의 발열량을 제어하는 제어부를 포함하는 전열히터에 있어서, 제어부를 냉각시키기 위한 히트싱크를 포함하며; 히트싱크는, 제어부와 연결된 상태에서 프레임에 내장되어, 제어부의 열을 방출하고; 전열히터의 상류측 공기가, 프레임과, 프레임에 내장된 히트싱크를 통과하면서 열교환될 수 있도록, 프레임과 히트싱크측에 공기의 통로를 형성하는 공기통과수단을 더 구비한다.

Description

전열히터{ELECTRIC HEATER}

본 발명은 전열히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 히터의 구조를 개선함으로써, IGBT 소자 냉각용 히트싱크의 냉각효율을 높일 수 있음과 동시에, 히트싱크를 히터의 프레임에 설치함에도 불구하고, 히트싱크의 프레임 설치로 인한 히터의 열교환 손실과, 차실내의 송풍량 저하를 방지할 수 있는 전열히터에 관한 것이다.

최근의 차량은, 난방장치로서, 전열히터인 PTC 히터(Positive Temperature Coefficient Heater)를 많이 채용하고 있다. 특히, 하이브리드(Hybrid) 차량이나 전기차량의 경우에는, 난방에 필요한 엔진 냉각수가 부족하거나 엔진 냉각수를 얻을 수 없으므로, 전기를 이용하는 PTC 히터를 많이 채용하고 있다.

도 1에는 PTC 히터(10)를 나타내는 도면이 도시되어 있다.

PTC 히터(10)는, 공조케이스(20)의 일측으로부터 내부통로(22)를 가로지르도록 설치되는 것으로, 사각의 프레임(12)과, 프레임(12)의 내측에 설치되는 발열부(14)와, 발열부(14)를 제어하는 제어부(16)를 포함한다.

발열부(14)는, 프레임(12)의 내측에 간격을 두고 설치되는 다수의 발열로드(14a)들과, 발열로드(14a)들의 사이에 설치되는 방열핀(14b)들을 구비한다.

특히, 발열로드(14a)는, 다수의 발열스톤(도시하지 않음)으로 구성되며, 내부통로(22)의 단면방향을 따라 수평하게 설치되는 것으로, 인가되는 전기신호, 예를 들면, PWM(Pulse Width Modulation)의 듀티비(Duty Ratio:펄스폭의 넓이) 제어에 의해 발열량이 조절된다.

제어부(16)는, 마이콤(도시하지 않음)과 다수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자(16a)들을 갖추고 있는 것으로, 공조케이스(20)의 외측부분에 설치된다.

이러한 제어부(16)는, PWM 듀티비에 의거하여 각 발열로드(14a)에 인가되는 전류를 제어한다. 따라서, 각 발열로드(14a)의 발열량을 제어한다.

한편, 제어부(16)는, 고전압의 전류를 제어하므로, 고온의 열이 발생된다. 특히, IGBT 소자(16a)에서 고온의 열이 발생된다. 따라서, IGBT 소자(16a)의 열을 냉각시키기 위한 히트싱크(Heat Sink)(30)를 갖추고 있다.

히트싱크(30)는, 일종의 방열판으로서, IGBT 소자(16a)와 연결된 상태에서 공조케이스(20)의 내부통로(22)측에 노출되도록 구성된다.

이렇게 구성된 히트싱크(30)는, IGBT 소자(16a)에서 발생된 고온의 열을 공조케이스(20)의 내부통로(22)측으로 방출한다. 따라서, IGBT 소자(16a)를 냉각시킨다. 이때, 히트싱크(30)는, 내부통로(22)를 따라 송풍되는 공기에 의해 냉각되며, 이렇게 냉각된 히트싱크(30)는, IGBT 소자(16a)의 냉각효율을 높인다.

그런데, 이러한 종래의 PTC 히터(10)는, 제어부(16)를 냉각시키기 위한 히트싱크(30)가 공조케이스(20)의 내부통로(22) 중, 어느 한쪽부분에 설치되는 구조이므로, 내부통로(22) 중, 좌측통로(22a)와 우측통로(22b)에 대해 비대칭(非對稱)구조를 이룬다는 단점이 있다.

그리고 이러한 단점 때문에 PTC 히터(10)가, 차실내의 좌측부분과 우측부분을 독립적으로 냉, 난방하는 듀얼 존 타입(Dual Zone Type) 공조장치에 설치될 경우, 히트싱크(30)의 냉각효율이 현저하게 저하된다는 문제점이 있다.

특히, 히트싱크(30)가 설치된 좌측통로(22a)측의 공기 송풍량이 급속하게 저하될 경우, 히트싱크(30)의 냉각효율이 현저하게 저하된다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 IGBT 소자(16a)가 과열될 우려가 있다는 결점이 지적되고 있다.

한편, 이를 감안하여, 히트싱크(30)를 공조케이스(20)의 좌,우측통로(22a, 22b)에 대해 대칭(對稱)되게 설치하고, 이를 통해, 좌,우측통로(22a, 22b)의 풍량에 관계없이 히트싱크(30)를 냉각시키는 기술이 제안되고 있다.

이 기술은, 도 2에 도시된 바와 같이, 히트싱크(30)를 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 설치하는 구조이다. 특히, 좌,우측통로(22a, 22b)를 모두 가로지르는 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 내장하는 구조이다.

이러한 구조의 히트싱크(30)는, 좌,우측통로(22a, 22b)를 모두 가로지르도록 설치되며, 이렇게 설치된 히트싱크(30)는, 좌,우측통로(22a, 22b)에 대해 대칭된다.

따라서, 좌,우측통로(22a, 22b)를 통과하는 모든 공기에 의해 냉각된다. 이로써, 좌,우측통로(22a, 22b)의 풍량에 관계없이 효율좋게 냉각되고, 그 결과, IGBT 소자(16a)의 냉각효율을 높이다.

그런데, 이러한 종래의 기술은, 좌,우측통로(22a, 22b)의 풍량에 관계없이 히트싱크(30)를 냉각시킬 수 있지만, 상기 히트싱크(30) 때문에 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b) 단면적이 증가될 수 밖에 없다는 단점이 있다.

그리고 이러한 단점 때문에 발열로드(14a)와 방열핀(14b)의 설치공간이 상대적으로 줄어든다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 열교환면적이 상대적으로 줄어들어 "열교환 손실"이 발생된다는 결점이 있다. 그 결과, 차실내의 난방성능이 현저하게 저하된다는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 단면적이 증가된 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b) 때문에, 좌,우측통로(22a, 22b)의 공기 송풍량도 상대적으로 저감된다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 차실내로 공급되는 온풍량도 줄어든다는 문제점이 있다. 그 결과, 차실내의 난방성능이 저하된다는 결점이 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, PTC 히터의 구조를 개선함으로써, 히트싱크를 PTC 히터의 상,하측 프레임에 설치하더라도, PTC 히터의 열교환면적이 감소되는 것을 방지할 수 있는 전열히터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 히트싱크를 PTC 히터의 상,하측 프레임에 설치하더라도, PTC 히터의 열교환면적 감소를 방지할 수 있도록 구성함으로써, 히트싱크를 상,하측 프레임에 설치함에도 불구하고, PTC 히터의 열교환 손실을 방지할 수 있는 전열히터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 히트싱크를 상,하측 프레임에 설치함에도 불구하고, PTC 히터의 열교환 손실을 방지할 수 있도록 구성함으로써, 히트싱크를 상,하측 프레임에 설치함에도 불구하고, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있는 전열히터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 히트싱크를 상,하측 프레임에 설치함에 따라 상,하측 프레임의 단면적이 증가되더라도, 그로 인한 좌,우측통로의 "공기 송풍량 저감"을 방지할 수 있는 전열히터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 히트싱크의 상,하측 프레임 설치에 따라 상,하측 프레임의 단면적이 증가되더라도 좌,우측통로의 "공기 송풍량 저감"을 방지할 수 있도록 구성함으로써, 히트싱크 설치에 의한 상,하측 프레임의 "단면적 증가"에도 불구하고, 차실내로 공급되는 풍량의 "저하 현상"을 방지할 수 있고, 이를 통해, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있는 전열히터를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전열히터는, 프레임과 상기 프레임의 내측에 설치되는 발열부와 상기 발열부의 발열량을 제어하는 제어부를 포함하는 전열히터에 있어서, 상기 제어부를 냉각시키기 위한 히트싱크를 포함하며; 상기 히트싱크는, 상기 제어부와 연결된 상태에서 상기 프레임에 내장되어, 상기 제어부의 열을 방출하고; 상기 전열히터의 상류측 공기가, 상기 프레임과, 상기 프레임에 내장된 상기 히트싱크를 통과하면서 열교환될 수 있도록, 상기 프레임과 상기 히트싱크측에 공기의 통로를 형성하는 공기통과수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 발열부는, PWM(Pulse Width Modulation)의 듀티비(Duty Ratio) 제어에 의해 발열량이 조절되는 다수의 발열로드들을 포함하며, 상기 히트싱크는, 상기 발열로드들과 평행하게 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 발열부의 발열로드는, 공기의 유동방향으로 수평하게 배열되고, 일정선을 기준으로 좌,우측부분이 독립적으로 발열되며; 상기 히트싱크는, 상기 발열로드의 좌,우측부분에 모두 대응되게 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 공기통과수단은, 상기 히트싱크에 간격을 두고 형성되는 다수의 공기흐름통로들과; 상기 히트싱크의 공기흐름통로들에 대응되도록 상기 PTC 히터의 프레임부분에 형성되는 적어도 하나 이상의 관통구멍을 포함하며; 상기 관통구멍은, 상기 히트싱크의 공기흐름통로들에 대한 상기 PTC 히터 상류측 공기의 도입과 통과를 허용하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 공기통과수단의 관통구멍은, 상기 히트싱크의 공기흐름통로 입구측에 대응되도록, 상기 PTC 히터의 프레임 전면부분에 형성되는 공기도입구멍부와; 상기 히트싱크의 공기흐름통로 출구측에 대응되도록, 상기 PTC 히터의 프레임 후면부분에 형성되는 공기배출구멍부를 포함하며; 상기 공기도입구멍부와 공기배출구멍부는, 쌍을 이루는 것으로, 상기 PTC 히터의 상류측 공기를 상기 히트싱크의 공기흐름통로로 도입시키고, 상기 히트싱크의 공기흐름통로를 통과한 공기를 상기 PTC 히터의 하류측으로 배출시키는 것을 특징으로 한다.

경우에 따라, 상기 공기통과수단의 관통구멍은, 상기 히트싱크의 공기흐름통로 입구측에 대응되도록, 상기 PTC 히터의 프레임 전면부분에 형성되는 공기도입구멍부를 포함하고, 상기 히트싱크의 공기흐름통로 출구측에 대응되는 상기 PTC 히터의 프레임 후면부분에는 공기가이드부가 형성되며; 상기 공기도입구멍부는, 상기 PTC 히터의 상류측 공기를 상기 히트싱크의 공기흐름통로로 도입시키고; 상기 공기가이드부는, 상기 히트싱크의 공기흐름통로를 통과한 공기를 상기 프레임 내측의 상기 발열부측으로 가이드하여 가열될 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전열히터에 의하면, 히트싱크를 PTC 히터의 상,하측 프레임에 설치한 다음, 이들 히트싱크와 PTC 히터의 상,하측 프레임에 공기가 통과할 수 있는 공기통과수단을 형성하는 구조이므로, 공기통과수단을 통과하는 공기에 의해 히트싱크의 냉각효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 히트싱크의 냉각효율을 높일 수 있으므로, IGBT 소자의 냉각효율을 현저하게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 히트싱크를 PTC 히터의 상,하측 프레임에 설치하되, 이들 히트싱크와 PTC 히터의 상,하측 프레임에 공기통과수단을 형성하는 구조이므로, 상,하측 프레임 상류측 공기가 상,하측 프레임을 그대로 통과할 수 있고, 이를 통해, 상,하측 프레임의 상류측 공기가 상,하측 프레임에 방해받지 않는 효과가 있다.

또한, 상,하측 프레임의 상류측 공기가 방해받지 않으므로, 상,하측 프레임으로 인한 "송풍량 저하현상"을 방지할 수 있다. 특히, 히트싱크의 상,하측 프레임 설치에 따라 상,하측 프레임의 단면적이 증가되더라도, 그로 인한 좌,우측통로의 "송풍량 저하현상"을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상,하측 프레임으로 인한 "송풍량 저하현상"을 방지할 수 있으므로, 히트싱크 설치에 의한 상,하측 프레임의 "단면적 증가"에도 불구하고, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 히트싱크를 PTC 히터의 상,하측 프레임에 설치하되, 이들 히트싱크와 PTC 히터의 상,하측 프레임에 공기통과수단을 형성하는 구조이므로, 상,하측 프레임의 상류측 공기가 공기통과수단을 통과하면서 히트싱크에 의해 가열될 수 있게 하고, 이로써, 상,하측 프레임과 히트싱크가, 열교환 작용을 수행할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 상,하측 프레임과 히트싱크가, 열교환 작용을 수행할 수 있게 하므로, 히트싱크 설치에 의해 상,하측 프레임의 단면적이 증가되더라도, 그로 인한, PTC 히터의 "열교환면적 감소"를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, PTC 히터의 "열교환면적 감소"를 방지할 수 있으므로, 히트싱크의 상,하측 프레임 설치에도 불구하고, PTC 히터의 열교환 손실을 방지할 수 있고, 이로써, 히트싱크의 상,하측 프레임 설치에도 불구하고, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전열히터를 나타내는 단면도,
도 2는 종래의 다른 전열히터를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 전열히터를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 전열히터의 다른 실시예를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명을 구성하는 히트싱크를 상세하게 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명을 구성하는 히트싱크를 상세하게 나타내는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선단면도,
도 7은 본 발명에 따른 전열히터의 또 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 전열히터의 또 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 전열히터의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).

먼저, 본 발명에 따른 전열히터의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 3을 참조하여 듀얼 존 타입 공조장치의 PTC 히터(10)에 대해 간략하게 설명한다.

듀얼 존 타입 공조장치의 PTC 히터(10)는, 공조케이스(20)의 내부통로(22)를 가로지르도록 설치된다. 특히, 내부통로(22)의 단면방향을 따라 좌측통로(22a)와 우측통로(22b)를 가로지르도록 설치된다.

이러한 PTC 히터(10)는, 사각의 프레임(12)과, 프레임(12)의 내측에 설치되는 발열부(14)와, 발열부(14)를 제어하는 제어부(16)를 포함한다.

특히, 발열로드(14a)는, 다수의 발열스톤(도시하지 않음)으로 구성되는 것으로, 내부통로(22)를 따라 흐르는 공기의 유동방향으로 수평하게 설치되며, 인가되는 PWM 듀티비의 제어에 의해 발열량이 조절된다.

제어부(16)는, 마이콤(도시하지 않음)과 다수의 IGBT 소자(16a)들을 갖추고 있는 것으로, 공조케이스(20)의 외측부분에 설치되며, PWM 듀티비에 의거하여 각 발열로드(14a)에 인가되는 전류를 제어한다. 따라서, 각 발열로드(14a)의 발열량을 제어한다.

여기서, 제어부(16)는, 각 발열로드(14a)의 발열량을 제어하되, 좌측통로(22a)와 우측통로(22b) 중앙의 일정선을 기준으로 발열로드(14a)의 좌,우측부분이 독립적으로 발열되도록 제어한다.

다음으로, 본 발명에 따른 전열히터의 특징부를 도 3 내지 도 8을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 공조장치는, 제어부(16)의 IGBT 소자(16a)를 냉각시키기 위한 히트싱크(30)를 구비한다.

히트싱크(30)는, IGBT 소자(16a)들과 연결된 상태에서, PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 각각 내장된다. 특히, 좌,우측통로(22a, 22b)를 모두 가로지르는 상,하측 프레임(12a, 12b)에 각각 내장되며, 이렇게 내장된 발열로드(14a)와 평행하게 구성된다.

이러한 히트싱크(30)는, 좌,우측통로(22a, 22b)를 모두 가로지르도록 설치되며, 이렇게 설치된 히트싱크(30)는, 좌,우측통로(22a, 22b)에 대해 대칭된다. 특히, 발열로드(14a)의 좌,우측부분에 모두 대응되게 설치되며, 이렇게 설치된 히트싱크(30)는, 좌,우측통로(22a, 22b)에 대해 대칭된다.

따라서, 좌,우측통로(22a, 22b)를 통과하는 모든 공기에 의해 냉각된다. 이로써, 좌,우측통로(22a, 22b)의 풍량에 관계없이 효율좋게 냉각되어 IGBT 소자(16a)의 냉각효율을 높이다.

한편, 이러한 히트싱크(30)는, 경우에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b) 중 어느 한쪽에만 설치될 수도 있다. 이하에서는, 히트싱크(30)가 상,하측 프레임(12a, 12b)에 모두 설치되는 것을 일례로 하여 설명하기로 한다.

그리고 도 3과 도 5와 도 6을 참조하면, 본 발명의 공조장치는, PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)과 히트싱크(30)에 형성되는 공기통과수단(40)을 구비한다.

공기통과수단(40)은, PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)과, 이에 내장되는 히트싱크(30)에 공기가 통과할 수 있는 통로를 형성하는 것으로, 히트싱크(30)에 형성되는 다수의 공기흐름통로(42)들을 포함한다.

공기흐름통로(42)들은, 공기흐름 방향을 향해 형성되는 것으로, 히트싱크(30)의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 형성된다.

이러한 공기흐름통로(42)들은, 좌,우측통로(22a, 22b)를 따라 송풍되는 공기가 도입되어 통과할 수 있게 구성된다.

따라서, 좌,우측통로(22a, 22b)의 송풍 공기와 히트싱크(30)가 직접적으로 접촉할 수 있게 한다. 이로써, 히트싱크(30)가 좌,우측통로(22a, 22b)의 송풍 공기에 의해 직접적으로 냉각될 수 있게 하고, 이를 통해, IGBT 소자(16a)의 열을 효과적으로 방출할 수 있다.

여기서, 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)들은, 히트싱크(30)에 형성된 방열핀(30a)들 사이에 형성되는 것이 바람직하다.

다시, 도 3과 도 5와 도 6을 참조하면, 상기 공기통과수단(40)은, PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 형성되는 관통구멍(44)을 더 포함한다.

관통구멍(44)은, 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)에 대응되는 것으로, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 상,하측 프레임(12a, 12b)의 전면부분에 형성되는 공기도입구멍부(44a)와, 상,하측 프레임(12a, 12b)의 후면부분에 형성되는 공기배출구멍부(44b)를 포함한다.

이들 공기도입구멍부(44a)와 공기배출구멍부(44b)는, 쌍을 이루는 것으로, 상기 공기도입구멍부(44a)는, 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42) 입구(42a)측에 대응되고, 상기 공기배출구멍부(44b)는 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42) 출구(42b)측에 대응되도록 구성된다.

이러한 공기도입구멍부(44a)와 공기배출구멍부(44b)는, PTC 히터(10)의 상류측 공기를 도입하여 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)로 유입시키고, 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)를 통과한 공기를 PTC 히터(10)의 후면부로 배출시킨다.

따라서, 좌,우측통로(22a, 22b)를 따라 송풍되는 공기가, 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)를 통과하면서 히트싱크(30)를 직접적으로 냉각시킬 수 있게 한다. 이로써, 히트싱크(30)의 냉각효율을 높이고, 그 결과, IGBT 소자(16a)의 냉각효율도 높일 수 있다.

또한, 공기도입구멍부(44a)와 공기배출구멍부(44b)는, PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)측으로 송풍되는 상류측 공기를 그대로 통과시키는 구조이므로, 좌,우측통로(22a, 22b)를 따라 송풍되는 공기가 상,하측 프레임(12a, 12b)에 방해받지 않게 한다.

따라서, 상,하측 프레임(12a, 12b)으로 인한 "송풍량 저하현상"을 방지한다. 특히, 히트싱크(30)를 상,하측 프레임(12a, 12b)에 설치함에 따라 상,하측 프레임(12a, 12b)의 단면적이 증가되더라도, 그로 인한 좌,우측통로(22a, 22b)의 "송풍량 저하현상"을 방지할 수 있다.

이로써, 히트싱크(30) 설치에 의한 상,하측 프레임(12a, 12b)의 "단면적 증가"에도 불구하고, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 공기도입구멍부(44a)와 공기배출구멍부(44b)는, PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)측으로 송풍되는 상류측 공기를 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)로 도입시키고, 이를 통해, 상,하측 프레임(12a, 12b)측으로 송풍되는 상류측 공기가 히트싱크(30)와 열교환될 수 있게 한다.

따라서, 상,하측 프레임(12a, 12b)과 히트싱크(30)가, 열교환의 용도로 사용될 수 있게 한다. 특히, 히트싱크(30)의 경우에는, 다수의 공기흐름통로(42)를 갖추고 있는데, 이러한 공기흐름통로(42)들이 좌,우측통로(22a, 22b)의 공기와 직접적으로 접촉하면서 열교환되므로, 열교환 면적을 전체적으로 증가시키는 역할을 한다.

이로써, 히트싱크(30)를 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 설치함에 따라 상,하측 프레임(12a, 12b)의 단면적이 증가되더라도, 그로 인해, PTC 히터(10)의 열교환 면적이 감소되는 것을 방지할 수 있다.

그 결과, 히트싱크(30)를 상,하측 프레임(12a, 12b)에 설치함에도 불구하고, PTC 히터(10)의 열교환 손실을 방지할 수 있다. 이에 따라, 히트싱크(30)를 상,하측 프레임(12a, 12b)에 설치함에도 불구하고, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있게 된다.

한편, 이러한 구조의 관통구멍(44)은, PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)을 따라 일정한 간격을 두고 다수개 형성되는 것이 바람직하다.

이로써, 관통구멍(44)의 공기도입구멍부(44a)와 공기배출구멍부(44b) 쌍이, PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)을 따라 일정한 간격을 두고 다수개 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 공기도입구멍부(44a)와 공기배출구멍부(44b) 쌍이, 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)들 중, 일정한 개수의 공기흐름통로(42)들에 간격을 두고 대응되는 것이 좋다.

경우에 따라, 관통구멍(44)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 단일의 개수로 구성되고, 이로써, 관통구멍(44)의 공기도입구멍부(44a)와 공기배출구멍부(44b) 쌍이, PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 한 쌍 형성되는 것도 가능하다.

따라서, 공기도입구멍부(44a)와 공기배출구멍부(44b) 쌍이, 히트싱크(30)의 모든 공기흐름통로(42)들에 한꺼번에 대응되게 구성할 수도 있다.

다음으로, 도 8과 도 9에는, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면이 도시되어 있다.

다른 실시예의 본 발명은, PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 형성되는 관통구멍(44)을 구비하되, 상기 관통구멍(44)은 상,하측 프레임(12a, 12b) 전면부분의 공기도입구멍부(44a)만 구비한다.

따라서, 다른 실시예의 본 발명은, 상기 일실시예와는 달리, 공기배출구멍부(44b)(도 6참조)를 구비하지 않는 구조를 갖는다.

이로써, 다른 실시예의 본 발명은, 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42) 출구(42b)측에 대응되는 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b) 후면부분이 막혀서 차단된다.

한편, 다른 실시예의 본 발명은, 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42) 출구(42b)측에 대응되는 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b) 후면부분이 막힘에 따라, 상기 막혀서 차단된 상,하측 프레임(12a, 12b) 후면부분이 공기가이드부(44c)의 역할을 한다.

특히, 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)로부터 배출되는 공기를, 프레임(12) 내측의 방열핀(14b)측으로 가이드하는 역할을 한다.

따라서, 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)를 통과한 공기가, 방열핀(14b)측으로 배출되면서 상기 방열핀(14b)에 의해 가열될 수 있게 한다.

이로써, 히트싱크(30)에 의해 가열된 공기가, 방열핀(14b)에 의해 추가적으로 더 가열되면서 온도 상승될 수 있게 한다. 그 결과, 차실내로 공급되는 공기의 온도를 더욱 더 높여 차실내의 난방성능을 증진시킨다.

이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 히트싱크(30)를 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 설치한 다음, 이들 히트싱크(30)와 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 공기가 통과할 수 있는 공기통과수단(40)을 형성하는 구조이므로, 공기통과수단(40)을 통과하는 공기에 의해 히트싱크(30)의 냉각효율을 높일 수 있다.

또한, 히트싱크(30)의 냉각효율을 높일 수 있으므로, IGBT 소자(16a)의 냉각효율을 현저하게 개선시킬 수 있다.

또한, 히트싱크(30)를 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 설치하되, 이들 히트싱크(30)와 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 공기통과수단(40)을 형성하는 구조이므로, 상,하측 프레임(12a, 12b) 상류측 공기가 상기 상,하측 프레임(12a, 12b)을 그대로 통과할 수 있고, 이를 통해, 상,하측 프레임(12a, 12b)의 상류측 공기가 상기 상,하측 프레임(12a, 12b)에 방해받지 않는다.

또한, 상,하측 프레임(12a, 12b)의 상류측 공기가 방해받지 않으므로, 상,하측 프레임(12a, 12b)으로 인한 "송풍량 저하현상"을 방지할 수 있다. 특히, 히트싱크(30)의 상,하측 프레임(12a, 12b) 설치에 따라 상,하측 프레임(12a, 12b)의 단면적이 증가되더라도, 그로 인한 좌,우측통로(22a, 22b)의 "송풍량 저하현상"을 방지할 수 있다.

또한, 상,하측 프레임(12a, 12b)으로 인한 "송풍량 저하현상"을 방지할 수 있으므로, 히트싱크(30) 설치에 의한 상,하측 프레임(12a, 12b)의 "단면적 증가"에도 불구하고, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있다.

또한, 히트싱크(30)를 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 설치하되, 이들 히트싱크(30)와 PTC 히터(10)의 상,하측 프레임(12a, 12b)에 공기통과수단(40)을 형성하는 구조이므로, 상,하측 프레임(12a, 12b)의 상류측 공기가 공기통과수단(40)을 통과하면서 히트싱크(30)에 의해 가열될 수 있게 하고, 이로써, 상,하측 프레임(12a, 12b)과 히트싱크(30)가, 열교환 작용을 수행할 수 있게 한다.

또한, 상,하측 프레임(12a, 12b)과 히트싱크(30)가, 열교환 작용을 수행할 수 있게 하므로, 히트싱크(30) 설치에 의해 상,하측 프레임(12a, 12b)의 단면적이 증가되더라도, 그로 인한, PTC 히터(10)의 "열교환면적 감소"를 방지할 수 있다.

또한, PTC 히터(10)의 "열교환면적 감소"를 방지할 수 있으므로, 히트싱크(30)의 상,하측 프레임(12a, 12b) 설치에도 불구하고, PTC 히터(10)의 열교환 손실을 방지할 수 있고, 이로써, 히트싱크(30)의 상,하측 프레임(12a, 12b) 설치에도 불구하고, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

10: PTC 히터(Heater) 12: 프레임(Frame)
12a: 상부 프레임 12b: 하부 프레임
14: 발열부 14a: 발열로드(Rod)
14b: 방열핀(Fin) 16: 제어부
16a: IGBT 소자 20: 공조케이스(Case)
22: 내부통로 22a: 좌측통로
22b: 우측통로 30: 히트싱크(Heat Sink)
40: 공기통과수단 42: 공기흐름통로
42a: 공기흐름통로의 입구 42b: 공기흐름통로의 출구
44: 관통구멍 44a: 공기도입구멍부
44b: 공기배출구멍부 44c: 공기가이드부

Claims

프레임(12)과 상기 프레임(12)의 내측에 설치되는 발열부(14)와 상기 발열부(14)의 발열량을 제어하는 제어부(16)를 포함하는 전열히터에 있어서,
상기 제어부(16)를 냉각시키기 위한 히트싱크(30)를 포함하며;
상기 히트싱크(30)는, 상기 제어부(16)와 연결된 상태에서 상기 프레임(12)에 내장되어, 상기 제어부(16)의 열을 방출하고;
상기 전열히터(10)의 상류측 공기가, 상기 프레임(12)과, 상기 프레임(12)에 내장된 상기 히트싱크(30)를 통과하면서 열교환될 수 있도록, 상기 프레임(12)과 상기 히트싱크(30)측에 공기의 통로를 형성하는 공기통과수단(40)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전열히터.
제 1항에 있어서,
상기 발열부(14)는,
PWM(Pulse Width Modulation)의 듀티비(Duty Ratio) 제어에 의해 발열량이 조절되는 다수의 발열로드(14a)들을 포함하며,
상기 히트싱크(30)는, 상기 발열로드(14a)들과 평행하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전열히터.
제 2항에 있어서,
상기 발열부(14)의 발열로드(14a)는,
공기의 유동방향으로 수평하게 배열되고, 일정선을 기준으로 좌,우측부분이 독립적으로 발열되며;
상기 히트싱크(30)는,
상기 발열로드(14a)의 좌,우측부분에 모두 대응되게 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
제 3항에 있어서,
상기 공기통과수단(40)은,
상기 히트싱크(30)에 간격을 두고 형성되는 다수의 공기흐름통로(42)들과;
상기 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)들에 대응되도록 상기 PTC 히터(10)의 프레임(12)부분에 형성되는 적어도 하나 이상의 관통구멍(44)을 포함하며;
상기 관통구멍(44)은, 상기 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)들에 대한 상기 PTC 히터(10) 상류측 공기의 도입과 통과를 허용하는 것을 특징으로 하는 전열히터.
제 4항에 있어서,
상기 공기통과수단(40)의 관통구멍(44)은,
상기 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42) 입구(42a)측에 대응되도록, 상기 PTC 히터(10)의 프레임(12) 전면부분에 형성되는 공기도입구멍부(44a)와;
상기 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42) 출구(42b)측에 대응되도록, 상기 PTC 히터(10)의 프레임(12) 후면부분에 형성되는 공기배출구멍부(44b)를 포함하며;
상기 공기도입구멍부(44a)와 공기배출구멍부(44b)는, 쌍을 이루는 것으로, 상기 PTC 히터(10)의 상류측 공기를 상기 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)로 도입시키고, 상기 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)를 통과한 공기를 상기 PTC 히터(10)의 하류측으로 배출시키는 것을 특징으로 하는 전열히터.
제 4항에 있어서,
상기 공기통과수단(40)의 관통구멍(44)은,
상기 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42) 입구(42a)측에 대응되도록, 상기 PTC 히터(10)의 프레임(12) 전면부분에 형성되는 공기도입구멍부(44a)를 포함하고;
상기 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42) 출구(42b)측에 대응되는 상기 PTC 히터(10)의 프레임(12) 후면부분에는 공기가이드부(44c)가 형성되며;
상기 공기도입구멍부(44a)는, 상기 PTC 히터(10)의 상류측 공기를 상기 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)로 도입시키고;
상기 공기가이드부(44c)는, 상기 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)를 통과한 공기를 상기 프레임(12) 내측의 상기 발열부(14)측으로 가이드하여 가열될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 전열히터.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기통과수단(40)의 관통구멍(44)은,
상기 PTC 히터(10)의 프레임(12)을 따라 일정한 간격을 두고 다수개 형성되며, 상기 히트싱크(30)의 공기흐름통로(42)들 중, 일정한 개수의 공기흐름통로(42)들에 간격을 두고 대응되는 구조인 것을 특징으로 하는 전열히터.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기통과수단(40)의 관통구멍(44)은,
상기 PTC 히터(10)의 프레임(12)에 단일의 개수로 형성되며, 상기 히트싱크(30)의 모든 공기흐름통로(42)들에 한꺼번에 대응되는 구조인 것을 특징으로 하는 전열히터.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히트싱크(30)는, 상,하측 프레임(12a, 12b) 중, 어느 하나 또는 모두에 설치되는 것을 특징으로 하는 전열히터.