KR20180075777A

KR20180075777A - 유체 가열용 히터 조립체

Info

Publication number: KR20180075777A
Application number: KR1020160179451A
Authority: KR
Inventors: 정상원; 김상덕; 송재우; 이채우; 김나리; 김안드레이; 노병술
Original assignee: 우리산업 주식회사
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-07-05
Also published as: KR101878723B1

Abstract

본 발명은 유체 가열용 히터 조립체에 관한 것으로서, 내부에 유로가 형성되며 일측에 유입구와 유출구가 형성되고 상기 유로와 대향하는 일면이 개방되는 케이스 본체; 상기 케이스 본체의 개방된 일면을 차폐하는 커버 및, 상기 케이스 본체와 커버로 이루어진 케이스의 일면 또는 양면에 설치되는 히터 플레이트를 포함하되, 상기 유로는, 상기 유입구와 유출구 사이를 양분하는 중앙 격벽을 중심으로 각각 사행 형태로 형성되는 유입측 유로와 유출측 유로가 서로 연속적으로 연결되는 사행유로가 형성되는 것을 특징으로 하므로, 설치가 간편하고 내구성이 우수하다는 이점이 있고, 소정의 히터 평면적에 대하여 유로의 길이가 길게 형성되므로 유체를 가열할 수 있는 면적이 상대적으로 넓게 되고어 효과적인 가열이 가능하다는 장점이 있다.

Description

유체 가열용 히터 조립체{HEATER ASSEMBLY FOR HEATING FLUID}

본 발명은 유체 가열용 히터 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드차(HEV, PHEV), 배터리 전기차(BEV) 및 연료전지차(FCEV) 등에 포함되는 유체를 가열하기 위한 유체 가열용 히터 조립체에 관한 것이다.

하이브리드차(HEV, PHEV), 배터리 전기차(BEV) 및 연료전지차(FCEV) 등 내연기관이 없는 친환경 자동차에서 차실 내 난방은 물론 배터리 성능, 냉간 시동 효율 향상을 위해 냉각수(Coolant)와 같은 유체의 가열용 히터가 채택되고 있다.

따라서, 상기 유체 가열용 히터는 상기 차량에 매우 중요한 영향을 미치는 핵심 부품에 해당한다.

유체 가열용 히터의 종래기술로서, 한국등록특허 제0870058호(선행문헌 1)와 한국등록특허 제0933884호(선행문헌 2) 등에는 전술한 바와 같은 차량에 소위 PTC 가열요소를 사용하는 것이 알려져 있다.

그러한 가열 요소들은 가열됨에 따라 더 큰 저항이 나타나고 그 결과로써 전류량이 낮아지기 때문에 자동 조절이 용이하게 이루어진다.

도 1a와 도 1b를 참조하여 선행문헌 1에 따른 전기가열장치를 개략적으로 설명하면 이하와 같다.

도시한 바와 같이, 선행문헌 1에 따른 전기가열장치(2)는, 소정의 매개체를 수용하고 상기 매개체를 내부로 흐르게 하는 순환 챔버(10)와 가열 챔버(14)로 하우징(4)을 분리하도록 분리벽(12)이 형성되어 있는 상기 하우징(4)과, 상기 매개체를 상기 순환 챔버(10)에 공급하기 위한 입구(6)와, 그리고 가열된 상기 매개체를 상기 순환 챔버(10) 밖으로 유도하기 위한 출구(8)를 포함하며, PTC 가열요소(18)가 상기 가열 챔버(14) 안에 수용되도록 구성된다.

그러나, PTC 가열요소를 채택하는 경우 열에 의한 가열 요소의 팽창 등으로 인해 전극에 눌려 사용중 파손되는 경우가 많아 제역할을 하지 못하는 경우가 있었다.

이에 따라, 상기 문제점을 해소하기 위해 고려해야 할 조건들이 증가하여 설치작업이 곤란하고 시간도 많이 소요되는 단점이 있었다.

1. 한국등록특허공보 제0870058호(2008.11.17) 2. 한국등록특허공보 제0933884호(2009.12.17)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 설치가 간편하고 내구성이 우수하며 소정의 면적에 대하여 유체를 한층 효과적으로 가열하고 국부적으로 과열되는 것을 방지하여 설정된 온도로 유체를 용이하게 가열할 수 있는 유체 가열용 히터 조립체를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체는,

내부에 유로가 형성되며 일측에 유입구와 유출구가 형성되고 상기 유로와 대향하는 일면이 개방되는 케이스 본체;

상기 케이스 본체의 개방된 일면을 차폐하는 커버; 및,

상기 케이스 본체와 커버로 이루어진 케이스의 일면 또는 양면에 설치되는 히터 플레이트를 포함하되,

상기 유로는,

상기 유입구와 유출구 사이를 양분하는 중앙 격벽을 중심으로 각각 사행 형태로 형성되는 유입측 유로와 유출측 유로가 서로 연속적으로 연결되는 사행유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 유입측 유로 쪽 중앙 격벽에 형성되며 중앙 격벽과 평행한 제1 연결유로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 유입측 유로 쪽 케이스 본체 내측벽에 형성되며 상기 케이스 본체 내측벽과 평행한 제2 연결유로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 중앙 격벽의 길이방향을 따라 동일한 위치에서 돌출부가 좌우로 연장 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 케이스 및 히터 플레이트는 하우징에 수용되되, 상기 케이스의 양면과 하우징 사이에는 각각 제1 열차폐판과 제2 열차폐판이 개재되고, 상기 제1 열차폐판과 제2 열차폐판 중 어느 하나와 하우징 사이에는 제어부가 배치되며, 상기 유입구 쪽의 상기 하우징과 케이스 본체 사이에는 전자제어유닛이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 전자제어유닛은 상기 케이스 본체의 테두리에 형성된 플랜지의 아래쪽 케이스 본체의 외측면에 고정 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 케이스 본체의 일측면에서 유입구와 유출구 사이에는 온도센서가 설치되는 설치공이 형성되어 있고, 상기 온도센서와 제어부는 온도센서 상기 하우징의 외측에 배치되는 연결선에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징에는 습도밸브가 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 유체 가열용 히터에 따르면, 적층형으로 구성되므로 설치가 간편하고 내구성이 우수하다는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 유로의 길이가 길게 형성되므로 유체를 가열할 수 있는 면적이 넓게 되고 결국 효과적인 가열이 가능하다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 유입측 유로 쪽 중앙 격벽에 형성되며 중앙 격벽과 평행한 제1 연결유로를 추가로 포함하므로, 제1 연결유로를 통과하는 유체의 운동에너지에 의해 유출측 입구에서 지체되는 유체가 힘을 받아 국부적 과열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 유입측 유로 쪽 케이스 본체 내측벽에 형성되며 케이스 본체 내측벽과 평행한 제2 연결유로를 포함하므로, 사행유로를 통한 유체의 흐름을 상기 제2 연결유로를 통해 유동하는 유체의 운동에너지를 이용하여 뒤쪽에서 큰 힘으로 밀기 때문에 유출측 입구에서 유체가 지체되는 현상이 개선되며 유체의 국부적인 과열이 방지될 수 있다.

결국, 상기 제1 연결유로와 제2 연결유로에 의해 국부적 과열을 방지하여 균일한 온도분포를 얻을 수 있는 것과 동시에 긴 유로를 통해 유체를 효과적으로 가열할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, FET와 같은 전자제어유닛이 유입구 쪽의 하우징과 케이스 본체 사이에 설치되므로, 전자제어유닛에서 발생하는 열이 상기 유입구를 통과하는 유체를 예열하게 되어 유체를 한층 효율적으로 가열할 수 있다는 이점도 있다.

도 1a는 선행문헌 1에 따른 전기가열장치로서 커버가 제거된 사시도이다.
도 1b는 도 1a에서 하우징의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체의 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체의 유로 구조의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체의 유로 구조의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체의 유로 구조의 또 다른 예를 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체(1000)는, 내부에 유로(110)가 형성되며 일측에 유입구(120)와 유출구(130)가 형성되고 상기 유로(110)와 대향하는 일면이 개방되는 케이스 본체(100), 상기 케이스 본체(100)의 개방된 일면을 차폐하는 커버(200), 상기 케이스 본체(100)와 커버(200)로 이루어진 케이스(500)의 일면 또는 양면에 설치되는 히터 플레이트(300)를 포함한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체(1000)는 적층형으로 구성되므로 설치가 간편하고 열팽창에 의해 파손되는 경우가 없어 내구성이 우수하다는 장점이 있다.

또한, 상기 유로(110)는 상기 유입구(120)와 유출구(130) 사이를 양분하는 중앙 격벽(140)을 중심으로 각각 사행 형태로 형성되는 유입측 유로(150)와 유출측 유로(160)가 서로 연속적으로 연결되는 구조로 이루어져 있다.

이를 위해, 상기 중앙 격벽(140)의 길이방향을 따라 복수의 돌출부(190)가 이격되게 형성되어 있되, 상기 돌출부(190)는 상기 중앙 격벽(140)을 중심으로 좌우로 돌출되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 소정의 케이스 본체(100)의 평면적에 대하여 유로(110)의 길이를 길게 형성할 수 있으므로 가열 면적이 넓어지게 되며, 종래의 케이스 본체에 형성된 유로 구조에 비하여 한층 효과적인 유체 가열이 가능하게 된다.

또한, 상기 중앙 격벽(140)의 길이방향을 따라 동일한 위치에서 돌출부(190)가 좌우로 연장 형성되는 경우 유체가 한층 균일하게 가열될 수 있다.

그러나 도 3에 도시한 바와 같이, 유로(110)의 길이가 길게 형성되므로 유출측 입구에서 유체가 바르게 방향 전환하지 못하고 지체됨으로써 국부적인 과열이 발생되는 단점도 동시에 발생할 수 있다.

이러한 단점을 해결하기 위해, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 케이스 본체(100)는 상기 유입측 유로(150) 쪽 중앙 격벽(140)에 형성되며 중앙 격벽(140)과 평행한 제1 연결유로(170)를 추가로 포함하는 것이 가능하다.

이에 따라, 상기 유입구(120)로부터 유입된 유체는 사행유로를 통해 유동하지만 일부는 상기 제1 연결유로(170)를 통과하게 되며, 상기 제1 연결유로(170)를 통과하는 유체의 운동에너지에 의해 유출측 입구에서 지체되는 유체가 힘을 받아 국부적 과열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제1 연결유로(170)를 통과하는 유체의 평균 속도는 사행유로를 통과하는 유체의 평균 속도보다 높기 때문에 유출측 입구에 존재하는 유체에 비교적 큰 영향을 미칠 수 있게 된다.

한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 유입측 유로(150) 쪽 케이스 본체(100) 내측벽에 형성되며 상기 케이스 본체(100)의 내측벽과 평행한 제2 연결유로(180)를 포함할 수도 있다.

이 경우에는 사행유로를 통한 유체의 흐름을 상기 제2 연결유로(180)를 통해 유동하는 유체의 운동에너지를 이용하여 뒤쪽에서 큰 힘으로 밀기 때문에 유출측 입구에서 유체가 지체되는 현상이 개선되며 유체의 국부적인 과열이 방지될 수 있다.

상기 제2 연결유로(180)를 통과하는 유체의 평균 속도 역시 사행유로를 통과하는 유체의 평균 속도보다 높기 때문에 유출측 입구에서 지체되는 유체에 비교적 큰 영향을 미칠 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체(1000)는 상기 케이스(500) 및 히터 플레이트(300)를 수용하는 하우징(400)과, 상기 케이스(500)의 양면과 하우징(400) 사이에 각각 배치되는 제1 열차폐판(510)과 제2 열차폐판(520)과, 상기 제1 열차폐판(510)과 제2 열차폐판(520) 중 어느 하나와 하우징(400) 사이에 배치되는 제어부(600)와, 상기 유입구(120) 쪽의 상기 하우징(400)과 케이스 본체(100) 사이에 설치되는 전자제어유닛(700)을 추가로 포함할 수 있다.

상기 하우징(400)은 상부 하우징(410)과 하부 하우징(420)이 결합된 구조로 이루어질 수 있다.

상기 제어부(600)와 전자제어유닛(700)을 통해 상기 히터 플레이트(300)로의 전원공급 및 발열량을 조절할 수 있다.

상기 제어부(600)는 PCB와 같은 기판의 형식으로 마련될 수 있다.

상기 히터 플레이트(300)는 전기저항을 이용한 전열선이 스틸 플레이트에 배치된 구성으로 이루어질 수 있으며, 특히 상기 전열선이 내열성이 우수한 글래스세라믹에 설치되도록 하여 열팽창되지 않도록 한 상태에서 스틸 플레이트에 고정하는 것이 바람직하다.

상기 제1 열차폐판(510)과 제2 열차폐판(520)에 의해 히터 플레이트(300)로부터 발생하는 열이 하우징(400)이나 제어부(600)로 직접 전달되는 것을 방지하게 된다.

또한, 상기 전자제어유닛(700)이 상기 유입구(120) 쪽의 상기 하우징(400)과 케이스 본체(100) 사이에 설치되므로, 전자제어유닛(700)에서 발생하는 열이 상기 유입구(120)를 통과하는 유체를 예열하게 되어 유체를 한층 효율적으로 가열할 수 있게 된다.

상기 전자제어유닛(700)은, 예컨대 히터 플레이트(300)에 공급되는 전류를 제어하거나 히터 플레이트(300)에 인가되는 전압을 제어하는 파워 트랜지스터, FET 또는 반도체 기반 전자회로를 포함할 수 있으며, 파워 트랜지스터는 예컨대 절연 게이트 전극(IGPT)을 구비하는 쌍극성 트랜지스터일 수 있고 상기 FET는 JFET나 MOSFET일 수 있다.

상기 전자제어유닛(700)은 상기 케이스 본체(100)의 테두리에 형성된 플랜지의 아래쪽 케이스 본체의 외측면에 나사 등의 체결수단(710)에 의해 고정 설치되어 있다.

상기 전자제어유닛(700)의 외측면은 플랜지 밖으로 돌출되지 않게 구성되어 있으며, 이에 따라 상기 하우징(400)으로의 결합시 서로 간섭되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 케이스 본체(100)의 일측면에서 유입구(120)와 유출구(130) 사이에는 온도센서(T)가 설치되는 설치공(123)이 형성되어 있고, 상기 온도센서(T)와 제어부(600)는 상기 하우징(400)의 외측에 배치되는 연결선(C)에 의해 연결된다.

이에 따라, 상기 연결선(C)이 케이스(500)로부터 발생하는 고열에 노출되지 않게 되어 내구성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 상기 하우징(400)에는 습도밸브(V)가 설치되어 하우징(400) 내의 습도가 설정값 이상일 경우 배출할 수 있게 되어 있다.

이는, 날씨 등 주변 환경에 의해 하우징(400) 내의 습도가 높아지는 경우 제어부 등 전자부품에 악영향이 미칠 수 있기 때문이다.

구성부호 910과 920은 전원 포트와 데이터 포트로서, 자동차 운전자 등 사용자의 조작에 의해 난방 온도 등이 설정되면, 상기 전원 포트(910)를 통해 전원이 ON되는 동시에 상기 데이터 포트(920)를 통해 신호가 제어부(600)로 전달이 되며, 상기 제어부(600)에서 상기 히터 플레이트(300)로의 전원 공급이 조절된다.

또한, 상기 제어부(600)는 온도센서(T)로부터의 온도를 감지하여 설정온도 이상으로 상승하지 않도록 전원을 단속할 수 있으며, 습도가 과도할 경우 습도밸브(V)를 조작하여 습기를 배출할 수도 있다.

기술되지 않은 구성부호 G1과 G2는 각각 케이스 본체(100)와 커버(200) 사이 및 상부 하우징(410)과 하부 하우징(420) 사이에 배치되는 가스켓이다.

전술한 발명의 설명에서는 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체가 하이브리드차, 배터리 전기차 및 연료전지차에 적용 가능함이 기재되어 있으나, 일반 내연기관 차량과 기타 히터가 필요한 장소에서도 효과적으로 사용될 수 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100... 케이스 본체
110... 유로
120... 유입구
123... 설치공
130... 유출구
140... 중앙 격벽
150... 유입측 유로
160... 유출측 유로
170... 제1 연결유로
180... 제2 연결유로
190... 돌출부
200... 커버
300... 히터 플레이트
400... 하우징
410... 상부 하우징
420... 하부 하우징
500... 케이스
510... 제1 열차폐판
520... 제2 열차폐판
600... 제어부
700... 전자제어유닛
910... 전원 포트
920... 데이터 포트
1000... 유체 가열용 히터 조립체
C... 연결선
T... 온도센서
V... 습도밸브

Claims

내부에 유로가 형성되며 일측에 유입구와 유출구가 형성되고 상기 유로와 대향하는 일면이 개방되는 케이스 본체;
상기 케이스 본체의 개방된 일면을 차폐하는 커버; 및,
상기 케이스 본체와 커버로 이루어진 케이스의 일면 또는 양면에 설치되는 히터 플레이트를 포함하되,
상기 유로는,
상기 유입구와 유출구 사이를 양분하는 중앙 격벽을 중심으로 각각 사행 형태로 형성되는 유입측 유로와 유출측 유로가 서로 연속적으로 연결되는 사행유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 유입측 유로 쪽 중앙 격벽에 형성되며 중앙 격벽과 평행한 제1 연결유로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
제2항에 있어서,
상기 유입측 유로 쪽 케이스 본체 내측벽에 형성되며 상기 케이스 본체 내측벽과 평행한 제2 연결유로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중앙 격벽의 길이방향을 따라 동일한 위치에서 돌출부가 좌우로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케이스 및 히터 플레이트는 하우징에 수용되되, 상기 케이스의 양면과 하우징 사이에는 각각 제1 열차폐판과 제2 열차폐판이 개재되고, 상기 제1 열차폐판과 제2 열차폐판 중 어느 하나와 하우징 사이에는 제어부가 배치되며, 상기 유입구 쪽의 상기 하우징과 케이스 본체 사이에는 전자제어유닛이 설치되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
제5항에 있어서,
상기 전자제어유닛은 상기 케이스 본체의 테두리에 형성된 플랜지의 아래쪽 케이스 본체의 외측면에 고정 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
제5항에 있어서,
상기 케이스 본체의 일측면에서 유입구와 유출구 사이에는 온도센서가 설치되는 설치공이 형성되어 있고, 상기 온도센서와 제어부는 온도센서 상기 하우징의 외측에 배치되는 연결선에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
제7항에 있어서,
상기 하우징에는 습도밸브가 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.