KR20180005410A - 냉각수 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각수 히터에 관한 것으로, 발열체 주변을 통과하는 냉각수에 소용돌이 형태의 와류가 형성되도록 스월 구조로 형성되어, 발열체와 접촉되면서 유동되는 냉각수의 유속이 증가되도록 함으로써, 냉각수와 발열체 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있으며 발열체의 과열을 방지할 수 있는 냉각수 히터에 관한 것이다.

Description

냉각수 히터 {Cooling-water heater}
본 발명은 냉각수 히터에 관한 것으로, 발열체 주변을 통과하는 냉각수가 와류를 형성하도록 함으로써 냉각수의 유속이 증가하여, 냉각수와 발열체 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있으며 발열체의 과열을 방지할 수 있는 냉각수 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 연료전지 차량에 사용되어 냉각수를 가열하는 종래의 인덕션 방식의 냉각수 히터는, 도 1 및 2와 같이 전력을 생산하는 연료전지스택(10)에 고주파발생기(30)가 전기적으로 연결되고, 고주파 발생기(30)는 자성체인 금속재질의 냉각수 유동배관(2)의 외측에 감긴 코일 형태로 형성되어, 연료전지스택(10)의 전력을 이용해 인덕션 코일(31)에 교류전류가 흐르면 변화되는 자기장에 의해 냉각수 유동배관(2)에 와전류가 발생하고 이로 인해 줄열에 냉각수 유동배관(2)이 가열될 수 있으며, 그리하여 냉각수 유동배관(2)의 내부를 통과하는 냉각수가 가열될 수 있도록 구성된다.
그런데 이와 같은 종래의 인덕션 방식의 냉각수 히터는 냉각수가 냉각수 유동배관의 내부를 통과하되 직선 형태로 통과하므로 유속이 느려 냉각수와 발열체 간의 열교환 효율이 저하되며 발열체인 냉각수 유동배관이 과열될 수 있는 문제점이 있다.
KR 2011-0075118 A1 (2011.07.06)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 발열체 주변을 통과하는 냉각수가 와류를 형성하도록 함으로써 발열체와 접촉되면서 유동되는 냉각수의 유속이 증가하여, 냉각수와 발열체 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있으며 발열체의 과열을 방지할 수 있는 냉각수 히터를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각수 히터(1000)는, 하면에서 상측으로 오목하게 공간부(130)가 형성되고, 상기 공간부(130)로 냉각수 유입되도록 연결되는 입구 파이프(110) 및 상기 공간부(130)에서 냉각수가 배출되도록 연결되는 출구 파이프(120)가 형성된 몸체(100); 상면에서 하측으로 오목하게 형성되어, 개방된 상단이 몸체(100)에 결합되어 개방된 상단이 밀폐되는 하우징(200); 상기 하우징(200)의 내부에 구비된 인덕션 코일(300); 상기 하우징(200)의 내부에 구비되며, 상기 인덕션 코일(300)의 외측에 이격되어 구비되는 제1발열체(400); 상기 하우징(200)의 내부에 구비되며, 상기 인덕션 코일(300)의 내측에 이격되어 구비되는 제2발열체(500); 및 상기 몸체(100)의 내부에 구비되며, 상기 입구 파이프(110)와 상측이 연결되고 하측이 상기 제1발열체(400)와 연결되도록 나선형으로 유입공(612)이 형성되고, 상기 제2발열체(500)에 하측이 연결되고 상측이 출구 파이프(120)와 연결되도록 나선형으로 배출공(614)이 형성된 제1보빈 커버(610); 를 포함하여 이루어져, 상기 입구 파이프(110)로 유입된 냉각수가 유입공(612)을 통해 제1발열체(400)와 접촉되며 유동된 후 제2발열체(500)와 접촉되며 유동되어 배출공(614)을 통해 출구 파이프(120)로 배출되도록 냉각수 유로가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)는 원통형으로 형성되어 개방된 양단이 상하방향을 향하도록 배치되어, 상기 입구 파이프(110)로 유입된 냉각수가 상기 제1발열체(400)에 접촉되도록 하측방향으로 유동된 후 상기 하우징(200)의 바닥면에서 유턴하여 상기 제2발열체(500)에 접촉되도록 상측방향으로 유동되어 상기 출구 파이프(120)로 배출되도록 냉각수 유로가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1보빈 커버(610)에는 입구 파이프(110)와 유입공(612)을 연결하는 유로에 냉각수의 흐름을 안내하는 유입측 유동 가이드(611)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입측 유동 가이드(611)는 일단이 입구 파이프(110)를 향하고 타단이 유입공(612)을 향하도록 형성되고, 복수개가 서로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1보빈 커버(610)에는 유입공(612)과 배출공(614)의 사이에 구획판(613)이 형성되어, 상기 구획판(613)에 의해 냉각수가 유입되는 유로와 냉각수가 배출되는 유로가 구획될 수 있다.
또한, 상기 제1보빈 커버(610)의 하측에 결합되어, 상기 제1보빈 커버(610)와 상기 발열체(400,500)들 및 인덕션 코일(300) 사이에 배치된 제2보빈 커버(620)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 제2보빈 커버(620)는 제1보빈 커버(610)의 유입공(612)과 제1발열체(400)가 연결되도록 나선형의 유입공(622)이 형성되며, 상기 제2발열체(500)와 제1보빈 커버(610)의 배출공(614)이 연결되도록 나선형으로 배출공(624)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2보빈 커버(620)와 제2발열체(500) 사이에 개재되는 단열링(630)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제2발열체(500)의 내측에 이격되어 구비되며, 하측이 하우징(200)에 결합되며 상측이 제1보빈 커버(610)에 결합된 분배기(800)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 하우징(200)의 바닥면과 상기 발열체(400,500)들 및 인덕션 코일(300) 사이에 배치된 연결부 유동 가이드(810)를 더 포함하여 이루어져, 상기 제1발열체(400)와 접촉되며 유동된 냉각수는 연결부 유동 가이드(810)에 의해 와류가 형성되어 제2발열체(500)쪽으로 유동될 수 있다.
또한, 상기 하우징(200)의 바닥면에 결합되는 분배기 및 가이드 고정부(820)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 분배기 및 가이드 고정부(820)는 판형으로 형성된 판부(821)의 상측으로 돌출 핀(822)이 형성되고, 복수개의 고정 구멍(823)이 관통 형성되며, 분배기(800)의 하측에 상기 연결부 유동 가이드(810)가 결합되고 상기 연결부 유동 가이드(810)에는 하측으로 돌기(812)가 돌출 형성되어, 돌출 핀(821)에 분배기(800)의 하측이 끼워져 결합되고 돌기(812)가 고정 구멍(822)에 삽입되어 결합될 수 있다.
본 발명의 냉각수 히터는, 발열체쪽으로 유입되는 냉각수에 와류가 형성되도록 하여 발열체와 접촉되면서 유동되는 냉각수의 유속이 증가하여, 냉각수와 발열체 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있으며 발열체의 과열을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제1발열체를 통과하여 제2발열체로 유동되는 냉각수에 와류가 형성되도록 할 수 있으며, 제2발열체를 거쳐 배출되는 냉각수에 와류가 형성되도록 하여 열교환 효율 향상 및 발열체의 과열을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 냉각수 히터를 나타낸 개략도 및 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 냉각수 히터를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도.
도 5는 본 발명의 냉각수 히터를 나타낸 정면 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 냉각수가 유입되는 제1보빈 커버 부분의 냉각수 유동을 나타낸 몸체의 상측 부분을 수평방향으로 잘라서 본 상측 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 냉각수가 배출되는 제2보빈 커버 부분의 냉각수 유동을 나타낸 하우징 및 인덕션 코일 등을 제외한 하측 평면도.
도 8은 본 발명에 따른 제1발열체에서 제2발열체 쪽으로 유턴되어 유동되는 부분 및 상측으로 유동되어 배출되는 부분까지의 스월 유동 구조를 나타낸 사시도.
도 9는 연결부 유동 가이드들에 의해 형성되는 냉각수의 스월 구조를 나타낸 하측 평면도.
도 10 내지 도 13은 본 발명에 따른 보빈 커버들의 구조를 나타낸 분해사시도 및 조립사시도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 냉각수 히터를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 냉각수 히터를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도이며, 도 5는 본 발명의 냉각수 히터를 나타낸 정면 단면도이다. 또한, 도 6 내지 도 9는 냉각수의 스월 유동을 나타낸 도면들이며, 도 10 내지 도 13은 보빈 커버들의 구조를 나타낸 사시도들이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 냉각수 히터(1000)는, 하면에서 상측으로 오목하게 공간부(130)가 형성되고, 상기 공간부(130)로 냉각수 유입되도록 연결되는 입구 파이프(110) 및 상기 공간부(130)에서 냉각수가 배출되도록 연결되는 출구 파이프(120)가 형성된 몸체(100); 상면에서 하측으로 오목하게 형성되어, 개방된 상단이 몸체(100)에 결합되어 개방된 상단이 밀폐되는 하우징(200); 상기 하우징(200)의 내부에 구비된 인덕션 코일(300); 상기 하우징(200)의 내부에 구비되며, 상기 인덕션 코일(300)의 외측에 이격되어 구비되는 제1발열체(400); 상기 하우징(200)의 내부에 구비되며, 상기 인덕션 코일(300)의 내측에 이격되어 구비되는 제2발열체(500); 및 상기 몸체(100)의 내부에 구비되며, 상기 입구 파이프(110)와 상측이 연결되고 하측이 상기 제1발열체(400)와 연결되도록 나선형으로 유입공(612)이 형성되고, 상기 제2발열체(500)에 하측이 연결되고 상측이 출구 파이프(120)와 연결되도록 나선형으로 배출공(614)이 형성된 제1보빈 커버(610); 를 포함하여 이루어져, 상기 입구 파이프(110)로 유입된 냉각수가 유입공(612)을 통해 제1발열체(400)와 접촉되며 유동된 후 제2발열체(500)와 접촉되며 유동되어 배출공(614)을 통해 출구 파이프(120)로 배출되도록 냉각수 유로가 형성될 수 있다.
우선, 몸체(100)는 외형을 형성하는 부분이며, 냉각수가 유입되고 배출되는 유로가 형성된다. 즉, 몸체(100)에는 냉각수가 유입되도록 입구 파이프(110)가 형성되고 냉각수가 배출되도록 출구 파이프(120)가 형성될 수 있고, 하측이 개방되도록 오목하게 공간부(130)가 형성되며, 입구 파이프(110) 및 출구 파이프(120)가 공간부(130)와 연통되도록 연결될 수 있다.
하우징(200)은 몸체(100)와 함께 외형을 형성하는 부분이며, 몸체(100)와 하우징(200)이 결합되어 하우징(200)의 중공된 내부가 밀폐될 수 있도록 형성될 수 있다. 즉, 하우징(200)은 상측이 개방되도록 오목하게 형성되어 용기 형태로 형성될 수 있으며, 개방된 상측이 몸체(100)와의 결합에 의해 상단 둘레가 밀폐될 수 있으며, 몸체(100)의 내부인 공간부(130)와 하우징(200)의 중공된 내부가 연통되도록 형성될 수 있다. 이때, 몸체(100)가 상측에 배치되고 하우징(200)이 하측에 배치된 상태에서 상하로 결합되어 입식으로 형성될 수 있다. 또한, 몸체(100)와 하우징(200)이 접촉되어 결합되는 면에는 실링부재(131)가 개재되어 접촉면이 밀폐되도록 할 수 있으며, 일례로 몸체(100)의 하단에 오목하게 실링부재 안치홈을 형성하고 오링(O-ring)과 같은 실링부재를 실링부재 안치홈에 삽입한 후 몸체(100)와 하우징(200)을 결합하여 밀착되어 결합되는 부분이 밀폐되도록 할 수 있다.
인덕션 코일(300)은 몸체(100)와 하우징(200)의 결합에 의해 밀폐된 하우징(200)의 내부에 구비될 수 있다. 여기에서 인덕션 코일(300)은 나선형으로 복수회 권취되어 밀착된 코일스프링 형태로 형성될 수 있으며, 인덕션 코일(300)은 코일의 권취된 부분에서 상측으로 연장 형성된 연장선들이 몸체(100)를 관통해 외부로 인출되도록 형성될 수 있으며, 연장선들은 몸체(100)의 일측에 형성된 제어부(700)에 전기적으로 연결될 수 있다.
여기에서 인덕션 코일(300)에 의해 유도가열 될 수 있는 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)가 하우징(200)의 내부에 구비될 수 있다.
이때, 상기 제1발열체(400)는 인덕션 코일(300)의 외측에 이격되어 구비되며, 제2발열체(500)는 인덕션 코일(300)의 내측에 이격되어 구비될 수 있다. 또한, 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)는 원통형의 금속이나 자성체 등으로 형성되어, 인덕션 코일(300)에 교류전류가 흐르면 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)에 와전류가 발생되어 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)가 가열되도록 형성될 수 있다.
제1보빈 커버(610)는 몸체(100)의 내부인 공간부(130)에 배치되며, 입구 파이프(110)와 연결되는 유로가 형성되고 출구 파이프(120)와 연결되는 유로가 형성되어, 냉각수의 유동을 형성하는 부분이다. 즉, 제1보빈 커버(610)에는 유입공(612)과 배출공(614)이 형성되되, 유입공(612)은 나선형으로 형성되어 상측이 입구 파이프(110)와 연결되고 하측이 제1발열체(400)와 연결될 수 있으며, 배출공(614)은 나선형으로 형성되어 하측이 제2발열체(500)와 연결되고 상측이 출구 파이프(120)와 연결될 수 있다. 여기에서 유입공(612)이 제1발열체(400)와 연결된다는 것은 유입공(612)을 통과한 냉각수가 제1발열체(400)와 접촉되며 유동될 수 있도록 유로가 연결된다는 것이며, 배출공(614)이 제2발열체(400)와 연결된다는 것은 제2발열체(500)와 접촉되며 유동된 냉각수가 배출공(614)을 통해 배출될 수 있도록 유로가 연결된다는 것이다.
그리하여 상기 입구 파이프(110)로 유입된 냉각수는 제1보빈 커버(610)에 형성된 유입공(612)을 통해 제1발열체(400)와 접촉되며 유동된 후 제2발열체(500)와 접촉되며 유동되어 배출공(614)을 통해 출구 파이프(120)로 배출되도록 냉각수 유로가 형성될 수 있다.
이때, 냉각수가 나선형으로 형성된 유입공(612)을 통과하면서 소용돌이 형태의 와류가 발생하여 제1발열체(400) 쪽으로 유입되어, 원주방향을 따라 회전하면서 상측에서 하측 방향으로 냉각수가 흐르면서 제1발열체(400)와 접촉하여 열교환이 이루어질 수 있다. 그리고 제1발열체(400)를 통과한 냉각수는 제2발열체(500)와 접하면서 유동되어 나선형의 배출공(614)을 통과하게 되는데, 이로 인해 제2발열체(500)와 접촉되며 유동되는 냉각수에 소용돌이 형태의 와류가 발생하여 원주방향을 따라 회전하면서 하측에서 상측 방향으로 냉각수가 흐르면서 제2발열체(500)와 접촉하여 열교환이 이루어진 후 배출될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 냉각수 히터는, 발열체쪽으로 유입되는 냉각수에 와류가 형성되도록 하여 발열체와 접촉되면서 유동되는 냉각수의 유속이 증가하여, 냉각수와 발열체 간의 열교환 효율을 향상시킬 수 있으며 발열체의 과열을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 제1발열체를 통과하여 제2발열체와 접하며 유동되는 냉각수에도 와류가 형성되도록 할 수 있어 열교환 효율 향상 및 발열체의 과열을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)는 원통형으로 형성되어 개방된 양단이 상하방향을 향하도록 배치되어, 상기 입구 파이프(110)로 유입된 냉각수가 상기 제1발열체(400)에 접촉되도록 하측방향으로 유동된 후 상기 하우징(200)의 바닥면에서 유턴하여 상기 제2발열체(500)에 접촉되도록 상측방향으로 유동되어 상기 출구 파이프(120)로 배출되도록 냉각수 유로가 형성될 수 있다.
즉, 상기 입구 파이프(110)로 유입된 냉각수는 제1보빈 커버(610)의 유입공(612)을 통과하여 제1발열체(400)에 접촉되도록 하측 방향으로 유동되면서 열교환된 후 하우징(200)의 바닥면 부근에인 인덕션 코일(300)의 하측에서 유턴하여, 제2발열체(500)에 접촉되도록 상측 방향으로 유동되면서 열교환되어 배출공(614)을 통과하여 출구 파이프(120)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 제1보빈 커버(610)에는 입구 파이프(110)와 유입공(612)을 연결하는 유로에 냉각수의 흐름을 안내하는 유입측 유동 가이드(611)가 형성될 수 있다.
도시된 바와 같이 제1보빈 커버(610)의 상면에는 상측방향으로 세워진 형태의 유입측 유동 가이드(611)가 형성되어 입구 파이프(110)로 유입된 냉각수가 유입측 유동 가이드(611)를 따라 유입공(612)쪽으로 원활하게 유동되도록 할 수 있다.
또한, 상기 유입측 유동 가이드(611)는 일단이 입구 파이프(110)를 향하고 타단이 유입공(612)을 향하도록 형성되고, 복수개가 서로 이격되어 배치될 수 있다.
즉, 냉각수가 제1보빈 커버(610)의 유입공(612)로 유입되기 전에 미리 냉각수에 원주방향으로의 회전유동을 발생시킬 수 있도록 유입측 유동 가이드(611)의 일단이 입구 파이프(110)를 향하고 타단이 유입공(612)을 향하도록 형성될 수 있다. 그리고 유입측 유동 가이드(611)는 복수개가 서로 이격되어 배치될 수 있으며, 회전유동을 발생시킬 수 있도록 상측에서 바라보았을 때 직선형태, 곡선형태 및 꺾인 직선형태 등 다양하게 형성될 수 있다. 또한, 복수개가 이격되어 배치된 유입측 유동 가이드(611)에 의해 냉각수의 흐름이 분배된 후 유입공(612)으로 유입될 수 있어, 유입공(612)의 크기가 원주방향으로 길게 형성되거나 복수개로 형성되는 경우에 제1발열체(400)쪽으로 냉각수가 분배되어 유동되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1보빈 커버(610)에는 유입공(612)과 배출공(614)의 사이에 구획판(613)이 형성되어, 상기 구획판(613)에 의해 냉각수가 유입되는 유로와 냉각수가 배출되는 유로가 구획될 수 있다.
즉, 제1보빈 커버(610)에 형성되는 유입공(612)과 배출공(614)은 모두 제1보빈 커버(610)의 내부를 관통하도록 형성될 수 있으나, 도시된 바와 같이 입구 파이프(110)와 유입공(612)을 연결하는 유입유로와 출구 파이프(120)와 배출공(614)을 연결하는 배출유로가 각각 개방된 형태로 형성될 수 있으므로, 이를 구획하기 위해 유입공(612)과 배출공(614)의 사이에 구획판(613)이 형성되어 유입유로와 배출유로가 구획되도록 할 수 있다. 이때, 상기 구획판(613)은 제1보빈 커버(610)에서 상측으로 연장 형성된 세워진 판형으로 형성되어 상단이 몸체(100)의 내측 상면에 밀착되도록 할 수 있다. 그리고 상측에서 바라보았을 때 입구 파이프(110)와 출구 파이프(120)의 사이의 위치에 몸체(100) 내측의 내주면까지 일단이 연장되도록 형성되고, 유입공(612)과 배출공(614) 사이를 지나 몸체(100) 내측의 내주면까지 타단이 연장되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1보빈 커버(610)의 하측에 결합되어, 상기 제1보빈 커버(610)와 상기 발열체(400,500)들 및 인덕션 코일(300) 사이에 배치된 제2보빈 커버(620)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 제2보빈 커버(620)는 제1보빈 커버(610)의 유입공(612)과 제1발열체(400)가 연결되도록 나선형의 유입공(622)이 형성되며, 상기 제2발열체(500)와 제1보빈 커버(610)의 배출공(614)이 연결되도록 나선형으로 배출공(624)이 형성될 수 있다.
이는 보빈 커버가 제1보빈 커버(610) 및 제2보빈 커버(610)로 구성되어, 두 개의 보빈 커버가 결합되도록 하는 것이다. 이때, 제1보빈 커버(610)에 형성된 나선형의 유입공(612)과 연결되도록 제2보빈 커버(620)에도 나선형의 유입공(622)이 형성되어, 두 개의 유입공(612,614)이 서로 연결된 나선형의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 제1보빈 커버(610)에 형성된 나선형의 배출공(614)과 연결되도록 제2보빈 커버(620)에도 나선형의 배출공(624)이 형성되어, 두 개의 배입공(622,624)이 서로 연결된 나선형의 형태로 형성될 수 있다. 그리고 상측에 제1보빈 커버(610)가 배치되고 하측에 제2보빈 커버(620)가 배치되어, 제1보빈 커버(610)와 상기 발열체(400,500)들 및 인덕션 코일(300) 사이에 제2보빈 커버(620)가 배치될 수 있다.
그리하여 나선형의 유입공 및 배출공을 형성하기 용이하며 보다 길게 나선형의 유입공 및 배출공을 형성하기 용이할 수 있다. 특히 플라스틱 재질을 이용해 사출성형하여 제작하는 경우에는 별도의 유로를 가공할 필요가 없어 제작이 매우 용이한 장점이 있다.
또한, 상기 제2보빈 커버(620)와 제2발열체(500) 사이에 개재되는 단열링(630)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이는 제2발열체(500)는 제1발열체(400)에 비해 상대적으로 온도가 높아질 수 있으며, 순간적으로 섭씨 500도 까지 상승할 수 있으므로, 제2발열체(500)의 열에 의해 제2보빈 커버(620)가 변형되는 것을 방지할 수 있도록, 제2보빈 커버(620)의 하측과 제2발열체(500)의 상단 사이에 단열링(630)이 개재되도록 할 수 있다. 이때, 단열링(630)은 제2보빈 커버(620)의 하측에 결합되거나 제2발열체(500)의 상단에 결합되거나 둘 모두에 결합되도록 형성될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이 제2발열체(500)의 내측 및 외측을 통과한 냉각수가 배출공(624)쪽으로 원활하게 유동될 수 있도록 일부가 절개된 형태의 C자 형상의 링 형태로 형성될 수 있으며, 열전도도가 상대적으로 낮은 재질로 형성될 수 있다.
그리고 인덕션 코일(300)은 원통형으로 형성된 보빈(600)의 외측에 권취되어 고정되도록 형성될 수 있으며, 인덕션 코일(300)의 외측에는 원통형의 코일 커버(640)가 끼워질 수 있다. 그리고 보빈(600)의 상단 및 코일 커버(640)의 상단이 제2보빈 커버(620)의 하측에 결합되고, 보빈(600)의 하단 및 코일 커버(640)의 하단은 하우징(200)의 내부 바닥면에서 상측으로 이격되도록 배치될 수 있다. 또한, 제1발열체(400)의 상단 및 제2발열체(500)의 상단은 제2보빈 커버(620)의 하측에 결합되고, 제1발열체(400)의 상단 및 제2발열체(500)의 하단은 하우징(200)의 내부 바닥면에서 상측으로 이격되도록 배치될 수 있다. 그리하여 유입된 냉각수는 모두 제1발열체(400)와 접하면서 유동된 후 하우징(200)의 내부 바닥면 부근에서 냉각수가 유턴하여 제2발열체(500)와 접하면서 유동되도록 유로가 형성될 수 있다. 또한, 냉각수는 제1발열체(400)의 내측면 및 외측면 중 어느 하나 이상의 면과 접촉되도록 유동될 수 있고, 마찬가지로 냉각수는 제2발열체(500)의 내측면 및 외측면 중 어느 하나 이상의 면과 접촉되도록 유동될 수 있다.
또한, 상기 제2발열체(500)의 내측에 이격되어 구비되며, 하측이 하우징(200)에 결합되며 상측이 제1보빈 커버(610)에 결합된 분배기(800)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 분배기(800)는 원기둥 형태로 상하로 길게 형성되어 상측이 하측이 하우징(200)에 결합될 수 있고 상측은 제2보빈 커버(620)에 형서오딘 관통공(625)을 통과하여 제1보빈 커버(610)에 형성된 삽입홈(615)에 삽입되도록 결합되어 고정될 수 있다. 그리고 분배기(800)는 제2발열체(500)의 내측에 이격되도록 배치될 수 있으며, 제2발열체(500)의 중심축상에 분배기(800)가 배치될 수 있다. 그리하여 제2발열체(500)의 내측을 통과하는 냉각수의 유속이 증가하여 제2발열체(500)와의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 하우징(200)의 바닥면과 상기 발열체(400,500)들 및 인덕션 코일(300) 사이에 배치된 연결부 유동 가이드(810)를 더 포함하여 이루어져, 상기 제1발열체(400)와 접촉되며 유동된 냉각수는 연결부 유동 가이드(810)에 의해 와류가 형성되어 제2발열체(500)쪽으로 유동될 수 있다.
즉, 상기 연결부 유동 가이드(810)에 의해 하우징(200)의 바닥면과 발열체(400,500)들 및 인덕션 코일(300) 사이에 냉각수가 유동되어 유턴될 수 있는 유로가 형성될 수 있다. 그리고 연결부 유동 가이드(810)는 제1발열체(400)를 통과하여 제2발열체(500)로 유동되는 부분의 냉각수에 와류를 형성할 수 있도록 다양한 형태로 형성될 수 있고, 도시된 바와 같이 상하방향으로 세워진 판형으로 형성되어 복수개의 연결부 유동 가이드(810)가 배치될 수 있으며, 상측에서 바라보았을 때 반경방향에 대해 일정한 각도로 기울어진 직선 형태로 형성되거나 곡선형태 등으로 다양하게 형성될 수 있다. 이때, 연결부 유동 가이드(810)는 상면에 오목하게 고정 홈(811)들이 형성되어, 발열체(400, 500)들과 보빈(600) 및 코일 커버(640)의 하단이 고정 홈(811)에 삽입되도록 결합될 수 있다. 또한, 제2보빈 커버(620)의 하면에는 하측으로 고정 돌기(623)들이 형성되어, 발열체(400, 500)들과 보빈(600) 및 코일 커버(640)의 상단이 고정 돌기(623)들 사이에 삽입되도록 결합될 수 있다.
또한, 상기 하우징(200)의 바닥면에 결합되는 분배기 및 가이드 고정부(820)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 분배기 및 가이드 고정부(820)는 판형으로 형성된 판부(821)의 상측으로 돌출 핀(822)이 형성되고, 복수개의 고정 구멍(823)이 관통 형성되며, 분배기(800)의 하측에 상기 연결부 유동 가이드(810)가 결합되고 상기 연결부 유동 가이드(810)에는 하측으로 돌기(812)가 돌출 형성되어, 돌출 핀(821)에 분배기(800)의 하측이 끼워져 결합되고 돌기(812)가 고정 구멍(822)에 삽입되어 결합될 수 있다.
즉, 하우징(200)의 바닥면에 분배기 및 가이드 고정부(820)가 결합되어 고정될 수 있으며, 일례로 하우징(200)의 내측 바닥면에는 오목하게 홈이 형성되어 분배기 및 가이드 고정부(820)의 판부(821)가 상기 홈에 삽입되도록 결합될 수 있다. 그리고 분배기 및 가이드 고정부(820)는 판부(821)의 상측으로 돌출된 형태의 돌출 핀(822)이 형성되고, 돌출핀(822)에 분배기(800)의 하측이 끼워져 결합될 수 있다. 또한, 연결부 유동 가이드(810)에는 하측으로 돌기(812)가 돌출 형성되어 돌기(812)가 판부(821)에 형성된 고정 구멍(823)에 삽입되어 결합될 수 있다. 이때, 연결부 유동 가이드(810)는 반경방향으로 안쪽 부분이 분배기(800)에 결합되거나 지지되도록 형성될 수 있다. 또는 분배기 및 가이드 고정부(820)와 연결부 유동 가이드(810)를 일체로 형성할 수도 있으며, 여기에 분배기(800)도 일체로 형성할 수도 있다.
그리고 냉각수가 유입되는 측인 유입공(612, 614)과 배출되는 측인 배출공(614, 624)은 동일한 방향으로 나선형의 유로가 형성되어, 소용돌이 형태의 와류가 원활하게 형성되도록 할 수 있으며, 연결부 유동 가이드(810)에 의해 형성되는 와류도 동일한 방향으로 형성되도록 하여 냉각수의 유동이 보다 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 제1보빈 커버(610) 및 제2보빈 커버(620)에는 상하로 관통된 구멍이 형성되어 인덕션 코일(300)의 연장선이 상측으로 인출되도록 할 수 있으며, 상기 구멍에 와이어 씰을 결합하여 연장선이 통과되는 부분이 밀폐되도록 할 수 있다.
또한, 제1보빈 커버(610)에는 냉각수가 배출되는 배출공(614)에 연결되도록 상하로 관통된 구멍이 형성되어 열교환 후 배출되는 냉각수의 수온을 측정하는 온도 센서가 배출공(614)쪽에 설치될 수 있다. 이때, 몸체(100)에 상하를 관통하는 구멍이 형성되어, 온도 센서의 상측이 몸체에 결합되어 고정되고 하측이 배출공(614)의 내부에 위치하도록 설치될 수 있다.
또한, 제1보빈 커버(610) 및 제2보빈 커버(620)는 몸체(100)의 공간부(130)의 내주면 형태에 대응되는 형태로 형성되어, 제1보빈 커버(610) 및 제2보빈 커버(620)의 외주면이 공간부(130)의 내주면에 밀착되도록 결합될 수 있다. 또한, 몸체(100)의 공간부(130)에는 나사산 형태의 체결공이 형성되고, 제1보빈 커버(610) 및 제2보빈 커버(620)에는 결합공이 형성되어, 체결수단에 의해 제1보빈 커버(610) 및 제2보빈 커버(620)가 몸체(100)의 공간부(130)에 결합되어 고정될 수 있다.
또한, 상기 몸체(100) 및 하우징(200)은 밀폐된 내부에서 발생되는 자기장 및 전자파를 차폐할 수 있도록 금속 재질로 형성될 수 있으며, 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성되어 인덕션 코일(300), 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)에서 발생되는 자기장이나 전자파 등이 외부로 방출되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)는 인덕션 방식에 의해 발열이 잘 될 수 있도록 투자율이 매우 큰 페라이트계 물질로 형성될 수 있다. 이때, 페라이트계 물질로는 일례로 스테인레스 스틸 중 STS430이 될 수 있다. 그리고 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)는 인덕션 코일(300)보다 전기 저항력이 높은 물질로 형성될 수 있다.
또한, 제어부(700)는 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)의 상측에 이격되도록 몸체(100)의 상측에 형성되어, 제어부(700)가 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)로부터 가장 멀리 떨어진 곳에 배치될 수 있다. 또한, 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)는 주 발열면이 외주면 및 내주면이 될 수 있으며, 제어부(700)는 발열체(400, 500)들의 주 발열면에 대해 수직으로 제어부(700)가 배치될 수 있어 발열체들에서 발생되는 열에 의한 영향을 최대한 줄일 수 있다.
또한, 상기 제어부(700)의 제어부 케이스(710) 바닥면에 전자 소자(730)가 밀착되도록 결합되어, 발열량이 많은 전자 소자(730)들이 몸체(100)와 접촉되며 통과하는 냉각수와 열교환되어 전자 소자(730)들이 과열되지 않도록 할 수 있다. 이때, 전자 소자(730)는 인덕션 코일(300)의 작동 제어를 위한 스위칭 소자가 될 수 있다. 그리고 제어부(700)는 제어부 케이스(710)가 별도로 형성되어 몸체(100)에 밀착되도록 결합되거나 몸체(100)와 제어부 케이스(710)가 일체형으로 형성될 수도 있다. 또한, 제어부 케이스(710)는 내부가 중공되고 상측이 개방된 형태로 형성되어 내부에 기판(720) 및 전자 소자(730)가 구비되어 고정될 수 있으며, 기판(720)에 전자 소자(730)들이 연결되도록 고정된 상태에서 기판(720)을 수평상태로 하여 제어부 케이스(710)에 고정되도록 결합할 수 있다. 또한, 제어부 케이스(710)의 개방된 상측에는 제어부 커버(740)가 결합될 수 있으며, 제어부 케이스(710) 및 제어부 커버(740)는 몸체(100)와 동일한 금속 재질인 알루미늄으로 형성되어 제어부(700)의 내부에서 발생되는 전자파 등이 차폐되도록 할 수 있다.
그리고 입구 파이프(110)와 출구 파이프(120)는 다양한 방향으로 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 수평방향으로 형성될 수 있으며, 입구 파이프(110)와 출구 파이프(120)가 몸체(100)의 하나의 측면상에 동일한 방향으로 형성되어 차량 등에 장착하거나 호스를 연결할 때 작업성을 높일 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 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 히터
100 : 몸체
110 : 입구 파이프 120 : 출구 파이프
130 : 공간부
200 : 하우징
300 : 인덕션 코일
400 : 제1발열체
500 : 제2발열체
600 : 보빈
610 : 제1보빈 커버
611 : 유입측 유동 가이드 612 : 유입공
613 : 구획판 614 : 배출공
615 : 삽입홈 616 : 코일 인출공
617 : 결합공
620 : 제2보빈 커버
621 : 유입측 유동 가이드 622 : 유입공
623 : 고정 돌기 624 : 배출공
625 : 관통공 626 : 코일 인출공
627 : 결합공
630 : 단열링 640 : 코일 커버
700 : 제어부
710 : 제어부 케이스 720 : 기판
730 : 전자소자 740 : 제어부 커버
800 : 분배기
810 : 연결부 유동 가이드 811 : 고정 홈
812 : 돌기
820 : 분배기 및 가이드 고정부 821 : 판부
822 : 돌출 핀 823 : 고정 구멍

Claims (10)

  1. 하면에서 상측으로 오목하게 공간부(130)가 형성되고, 상기 공간부(130)로 냉각수 유입되도록 연결되는 입구 파이프(110) 및 상기 공간부(130)에서 냉각수가 배출되도록 연결되는 출구 파이프(120)가 형성된 몸체(100);
    상면에서 하측으로 오목하게 형성되어, 개방된 상단이 몸체(100)에 결합되어 개방된 상단이 밀폐되는 하우징(200);
    상기 하우징(200)의 내부에 구비된 인덕션 코일(300);
    상기 하우징(200)의 내부에 구비되며, 상기 인덕션 코일(300)의 외측에 이격되어 구비되는 제1발열체(400);
    상기 하우징(200)의 내부에 구비되며, 상기 인덕션 코일(300)의 내측에 이격되어 구비되는 제2발열체(500); 및
    상기 몸체(100)의 내부에 구비되며, 상기 입구 파이프(110)와 상측이 연결되고 하측이 상기 제1발열체(400)와 연결되도록 나선형으로 유입공(612)이 형성되고, 상기 제2발열체(500)에 하측이 연결되고 상측이 출구 파이프(120)와 연결되도록 나선형으로 배출공(614)이 형성된 제1보빈 커버(610); 를 포함하여 이루어져,
    상기 입구 파이프(110)로 유입된 냉각수가 유입공(612)을 통해 제1발열체(400)와 접촉되며 유동된 후 제2발열체(500)와 접촉되며 유동되어 배출공(614)을 통해 출구 파이프(120)로 배출되도록 냉각수 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 냉각수 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1발열체(400) 및 제2발열체(500)는 원통형으로 형성되어 개방된 양단이 상하방향을 향하도록 배치되어,
    상기 입구 파이프(110)로 유입된 냉각수가 상기 제1발열체(400)에 접촉되도록 하측방향으로 유동된 후 상기 하우징(200)의 바닥면에서 유턴하여 상기 제2발열체(500)에 접촉되도록 상측방향으로 유동되어 상기 출구 파이프(120)로 배출되도록 냉각수 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 냉각수 히터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1보빈 커버(610)에는 입구 파이프(110)와 유입공(612)을 연결하는 유로에 냉각수의 흐름을 안내하는 유입측 유동 가이드(611)가 형성된 것을 특징으로 하는 냉각수 히터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유입측 유동 가이드(611)는 일단이 입구 파이프(110)를 향하고 타단이 유입공(612)을 향하도록 형성되고, 복수개가 서로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 냉각수 히터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1보빈 커버(610)에는 유입공(612)과 배출공(614)의 사이에 구획판(613)이 형성되어, 상기 구획판(613)에 의해 냉각수가 유입되는 유로와 냉각수가 배출되는 유로가 구획된 것을 특징으로 하는 냉각수 히터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1보빈 커버(610)의 하측에 결합되어, 상기 제1보빈 커버(610)와 상기 발열체(400,500)들 및 인덕션 코일(300) 사이에 배치된 제2보빈 커버(620)를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 제2보빈 커버(620)는 제1보빈 커버(610)의 유입공(612)과 제1발열체(400)가 연결되도록 나선형의 유입공(622)이 형성되며, 상기 제2발열체(500)와 제1보빈 커버(610)의 배출공(614)이 연결되도록 나선형으로 배출공(624)이 형성된 것을 특징으로 하는 냉각수 히터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2보빈 커버(620)와 제2발열체(500) 사이에 개재되는 단열링(630)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각수 히터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2발열체(500)의 내측에 이격되어 구비되며, 하측이 하우징(200)에 결합되며 상측이 제1보빈 커버(610)에 결합된 분배기(800)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각수 히터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(200)의 바닥면과 상기 발열체(400,500)들 및 인덕션 코일(300) 사이에 배치된 연결부 유동 가이드(810)를 더 포함하여 이루어져,
    상기 제1발열체(400)와 접촉되며 유동된 냉각수는 연결부 유동 가이드(810)에 의해 와류가 형성되어 제2발열체(500)쪽으로 유동되는 것을 특징으로 하는 냉각수 히터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하우징(200)의 바닥면에 결합되는 분배기 및 가이드 고정부(820)를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 분배기 및 가이드 고정부(820)는 판형으로 형성된 판부(821)의 상측으로 돌출 핀(822)이 형성되고, 복수개의 고정 구멍(823)이 관통 형성되며,
    분배기(800)의 하측에 상기 연결부 유동 가이드(810)가 결합되고 상기 연결부 유동 가이드(810)에는 하측으로 돌기(812)가 돌출 형성되어, 돌출 핀(821)에 분배기(800)의 하측이 끼워져 결합되고 돌기(812)가 고정 구멍(822)에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각수 히터.
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