KR20190016791A - 발열체 및 이를 포함하는 히터유닛 - Google Patents

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KR20190016791A
KR20190016791A KR1020170101185A KR20170101185A KR20190016791A KR 20190016791 A KR20190016791 A KR 20190016791A KR 1020170101185 A KR1020170101185 A KR 1020170101185A KR 20170101185 A KR20170101185 A KR 20170101185A KR 20190016791 A KR20190016791 A KR 20190016791A
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Abstract

발열체 및 이를 포함하는 히터유닛이 제공된다. 본 실시예에 따른 발열체는 내부가 빈 판상의 열전도성 외장튜브; 상기 외장튜브의 내부에 배치되고, 전류 인가 시 발열하는 제1발열원; 및 상기 제1발열원의 양단부에 연결되고, 적어도 일부의 길이가 상기 외장튜브의 외측으로 돌출되는 한 쌍의 단자튜브;를 포함할 수 있다. 또한 본 실시예에 따른 히터유닛은 복수 개의 발열유닛; 및 상기 발열유닛을 둘러싸도록 배치되는 프레임;을 포함하며, 상기 발열유닛은, 발열체; 및 상기 발열체를 지지할 수 있도록 상기 발열체의 상측과 하측 중 적어도 어느 일측에 배치되는 적어도 하나의 지지체를 포함할 수 있다.

Description

발열체 및 이를 포함하는 히터유닛{HEATING ELEMENT AND HEATER UNIT INCLUDING THE SAME}
본 발명은 발열체 및 이를 포함하는 히터유닛에 관한 것이다.
일반적인 니크롬선을 사용하는 히터유닛의 경우, 과열 시 발화의 우려가 있어, 전기자동차에는 PTC 소자를 이용한 히터유닛을 사용한다.
그러나 발열체로서 PTC소자를 이용하는 히터유닛은, PTC소자의 크기를 증대시키는데 한계가 있어 큰 발열량을 얻을 수 없으며, 전도체인 도전성 카본 혼합물이 PTC소자의 발열면 일부에만 결합되므로 전도체 부위별로 온도분포가 불균일하고 방열핀에 전달되는 온도가 상이하다.
따라서, 균일한 온도분포가 형성됨과 동시에 큰 발열량을 얻을 수 있는 발열체 및 히터유닛의 개발이 요구되고 있다.
그 일환으로, 판상의 형태로 구현된 발열원을 외장재에 내장하는 형태로 발열체를 구현함으로써 균일한 온도분포와 더불어 큰 발열량을 얻을 수 있는 히터유닛이 개발되고 있다.
하지만 판상의 발열원을 단순히 적용하는 경우, 반복적인 열피로에 노출되어 히터유닛으로서의 기능을 상실할 수 있으며, 일정온도 이상으로 과열 시 발화의 우려가 있다.
그리고 외장재와 발열원의 수축 팽창률이 상이하므로 발열체 전체의 절연이 깨질 우려가 있다.
따라서, 반복적인 열피로 노출에 견딜 수 있으며, 발화 방지 및 절연을 유지할 수 있는 발열체 및 히터유닛의 개발이 요구되고 있다.
KR 10-0772068B1
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 반복적인 열피로 노출에 견딜 수 있으며, 발화 방지 및 절연을 유지할 수 있는 발열체 및 이를 포함한 히터유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부가 빈 판상의 열전도성 외장튜브; 상기 외장튜브의 내부에 배치되고, 전류 인가 시 발열하는 제1발열원; 및 상기 제1발열원의 양단부에 연결되고, 적어도 일부의 길이가 상기 외장튜브의 외측으로 돌출되는 한 쌍의 단자튜브;를 포함하는 발열체를 제공한다.
또한, 상기 발열체는 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 외장튜브 및 제1발열원, 상기 외장튜브 및 단자튜브는 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 패턴을 포함하며, 각각의 상기 패턴은 서로 일치하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 패턴은 상기 단자튜브와 외장튜브가 중첩되는 영역을 포함하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 열전도성 외장튜브는 금속재질로 이루어지며 양단부가 개방되고, 상기 한 쌍의 단자튜브는 금속재질로 이루어지며 상기 제1발열원의 양단부를 일정길이 감싸면서 상기 제1발열원에 연결될 수 있다.
또한, 서로 대면하는 상기 외장튜브의 내면 및 제1발열원 사이, 상기 외장튜브의 내면 및 단자튜브 사이에는 절연층이 개재될 수 있다.
또한, 상기 절연층은 내열성을 갖는 코팅층일 수 있다.
또한, 상기 절연층은 내열성 수지로 이루어진 필름부재이고, 상기 필름부재는 접착층을 매개로 상기 제1발열원의 양면에 부착될 수 있다.
또한, 상기 절연층은 상기 제1발열원의 일면과 타면에 각각 형성되는 제1절연층 및 제2절연층을 포함하고, 상기 제1절연층과 제2절연층 중 어느 하나는 내열성을 갖는 코팅층이고 다른 하나는 접착층을 매개로 부착되는 필름부재일 수 있다.
또한, 상기 외장튜브는 알루미늄 재질로 이루어지고, 상기 외장튜브는 상기 제1발열원과 대향하는 내면이 아노다이징 처리될 수 있다.
또한, 상기 제1발열원은 칸탈 및 페칼로이 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 판상의 도전성 부재일 수 있다.
또한, 상기 제1발열원과 한 쌍의 단자튜브는 서로 중첩되는 부분에 개재되는 전도성 접착제를 통해 서로 전기적으로 연결되거나, 서로 중첩되는 부분이 코킹 또는 스팟용접을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 외장튜브의 양 단부측에는 외장튜브의 단부와 단자튜브의 일부를 동시에 감싸는 절연부재가 배치될 수 있다.
또한, 상기 발열체는 길이중간이 적어도 1회 이상 접혀 반대면이 서로 접촉되되 서로 마주하는 상기 산부 및 골부가 접촉되어 공기가 통과하는 통로가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명은 복수 개의 발열유닛; 및 상기 발열유닛을 둘러싸도록 배치되는 프레임;을 포함하며, 상기 발열유닛은, 발열체; 및 상기 발열체를 지지할 수 있도록 상기 발열체의 상측과 하측 중 적어도 어느 일측에 배치되는 적어도 하나의 지지체를 포함하는 히터유닛을 제공한다.
또한, 상기 히터유닛은 상기 발열유닛과 전기적으로 연결되는 전류차단부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전류차단부는 PTC소자로써, 상기 발열유닛의 온도가 일정온도 이상일 경우 상기 PTC소자를 통해 상기 발열유닛에 인가되는 전류를 차단시킬 수 있다.
또한, 상기 지지체는 판상의 금속시트일 수 있다.
또한, 상기 지지체는, 전류 인가 시 열을 발생시키는 제2발열원을 포함하는 판상의 발열체일 수 있다.
본 발명에 의하면, 칸탈 및 페칼로이 합금 등 시트화 가능한 재질의 발열원을 통하여 반복적인 열피로에 견딜 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 발열체에 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 패턴을 통해 발열체의 길이방향 수축 팽창률을 최소화하여 절연이 깨지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 히터유닛이 일정온도 이상일 경우, 전류차단부를 통해 히터유닛에 인가되는 전류를 차단해줌으로써 과열에 의한 발화를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체를 나타낸 도면,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 단자튜브에 제1발열원의 양단부를 삽입하는 과정을 나타낸 도면,
도 4는 도 2에 단자튜브와 제1발열원에 절연층이 배치되는 상태를 나타낸 도면,
도 5 내지 도 6은 절연층이 배치된 상태에서 외장튜브가 삽입되는 과정을 나타낸 도면,
도 7a 내지 도 7d는 도 1의 ‘A’부분을 확대한 단면도로서, 발열체로 구현될 수 있는 다양한 형태를 나타낸 도면,
도 8 및 도 9는 외장튜브를 형성하는 일례를 나타낸 도면,
도 10은 외장튜브를 형성하는 다른례를 나타낸 도면,
도 11은 절연부재의 다른례를 나타낸 도면,
도 12는 도 11에 도시된 B-B 섹션도면,
도 13은 도 1에 도시된 발열체가 접이된 상태를 나타낸 도면,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터유닛을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터유닛을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터유닛을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발열체(100)는 도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이 외장튜브(140), 제1발열원(110), 단자튜브(160)를 포함할 수 있다.
상기 외장튜브(140)는 내부에 수용되는 제1발열원(110)을 보호하는 역할과 함께 제1발열원(110)에서 발생된 열을 분산시키는 역할을 수행할 수 있다.
이를 위해, 상기 외장튜브(140)는 금속재질로 이루어질 수 있으며, 양단부가 개방된 중공형으로 형성될 수 있다.
일례로, 상기 외장튜브(140)는 열전도도가 우수한 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어진 중공형의 금속튜브일 수 있으며, 제1발열원(110)이 내부에 삽입된 상태에서 가압됨으로써 판상으로 형성될 수 있다.
여기서 상기 외장튜브(140)는 원형의 외장튜브(140)를 1차 가압하여 타원형상으로 변경하고, 외장튜브(140)의 내부에 제1발열원(110)을 삽입한 상태에서 외장튜브(140)를 2차 가압함으로써 판상으로 형성될 수 있다.
그러나, 상기 외장튜브(140)를 판상으로 형성하는 방식을 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 제1발열원(110)이 상기 외장튜브(140)의 내부에 삽입된 상태에서 한 번의 가압공정을 통해 상기 외장튜브(140)가 판상으로 형성될 수도 있음을 밝혀둔다.
다른 예로써, 상기 외장튜브(140)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 소정의 면적을 갖는 판상의 금속시트의 일면에 제1발열원(110)이 배치된 상태에서 제1발열원(110)을 덮도록 상기 금속시트의 일부를 접은 후 서로 맞접하는 부분을 밀봉하는 형태일 수도 있다.
또 다른 예로써, 상기 외장튜브(140)는 도 10에 도시된 바와 같이 소정의 면적을 갖는 판상으로 이루어진 두 개의 금속시트(141,142)가 일면이 서로 마주하도록 배치된 후 맞접하는 두 개의 테두리를 밀봉하는 형태로 구성될 수도 있다.
여기서, 서로 맞접하는 테두리 측(170)은 초음파 융착이나 접착제 등과 같은 공지의 다양한 방식을 통해 밀봉될 수 있다.
상기 제1발열원(110)은 외장튜브(140)의 내부에 배치되어 전류 인가 시 열을 발생시킬 수 있으며, 소정의 폭과 길이를 갖는 판상의 형태로 이루어질 수 있다.
일례로, 상기 제1발열원(110)은 소정의 면적을 갖는 판상의 금속시트일 수 있으며, 금속시트로는 알루미늄이나 구리, 비정질 리본시트 등이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1발열원(110)은 반복적인 열피로 노출에 따른 결정화를 방지할 수 있도록 칸탈 및 페칼로이 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 판상의 도전성 부재일 수 있다.
이때, 상기 외장튜브(140)의 내면 및 상기 제1발열원(110)의 사이에는 전기적인 절연을 위한 절연층(120)이 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 외장튜브(140)가 도전성을 갖는 금속재질로 이루어진다 하더라도 상기 외장튜브(140)의 내부에 배치되는 제1발열원(110)과 외장튜브(140)간에 전기적인 쇼트가 발생되는 것이 방지될 수 있다.
이와 같은 상기 절연층(120)은 전기적인 절연을 위한 절연성을 가질 수 있으며, 제1발열원(110)에서 발생된 열에 의한 손상을 방지할 수 있도록 내열성을 더 가질 수 있다.
일례로, 상기 절연층(120)은 절연성 및 내열성을 갖는 코팅액이 도포된 코팅층(121)일 수 있고, 절연성 및 내열성을 갖는 수지재질로 이루어진 필름부재(122)가 접착층(130)을 매개로 부착된 형태일 수도 있으며, 코팅층(121)과 필름부재(122)가 서로 조합된 형태일 수도 있다.
구체적인 일례로써, 상기 절연층(120)은 도 7a에 도시된 바와 같이 제1발열원(110)의 양면에 각각 형성되는 코팅층(121)으로 구현될 수 있고, 도 7b에 도시된 바와 같이 제1발열원(110)의 양면에 접착층(130)을 매개로 부착된 필름부재(122)일 수도 있다.
더불어, 상기 절연층(120)은 도 7c에 도시된 바와 같이 접착층(130)을 매개로 부착된 필름부재(122)와 코팅층(121)의 형태로 구현되어 제1발열원(110)의 일면과 타면에 각각 형성될 수도 있다.
본 발명에서, 상기 코팅액은 액상의 폴리이미드(PI) 코팅액일 수 있고, 상기 필름부재(122)는 폴리이미드(PI) 필름일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 내열성 및 절연성을 갖는 재질이라면 공지의 모든 재질이 사용될 수 있다. 그러나, 상기 코팅층(121) 및 필름부재(122)의 두께를 이에 한정하는 것은 아니며, 설계조건에 따라 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
나아가 상기 코팅액이 내열성 및 절연성을 비롯하여 접착성이 있는 재질인 경우, 상술한 접착층(130)이 생략될 수 있다.
다른 예로써, 상기 외장튜브(140)가 알루미늄 재질로 이루어진 경우, 제1발열원(110)과 대향하는 내면이 아노다이징 처리됨으로써 상기 외장튜브(140)와 제1발열원(110)이 서로 절연될 수도 있다. 이와 같은 경우, 외장튜브(140)의 내면에 양극산화피막이 형성되어 절연기능이 포함됨으로써, 상술한 절연층(120)이 생략될 수 있다.
여기서, 상기 외장튜브(140)가 가압되어 판상으로 이루어짐에 따라 외장튜브(140)와 제1발열원(110), 또는 외장튜브(140)와 절연층(120) 간 접착층이 생략될 수 있다.
상기 단자튜브(160)는 도전성재질로 이루어져 제1발열원(110)과 연결됨으로써 외부로부터 공급되는 전원이 제1발열원(110)에 인가될 수 있도록 하기 위한 것이다. 이와 같은 단자튜브(160)는 제1발열원(110)의 양 단부측에 배치될 수 있다.
이때, 상기 단자튜브(160)는 금속재질로 이루어진 중공형의 금속튜브일 수 있으며, 제1발열원(110)의 단부 측을 일정길이 감싸면서 적어도 일부의 길이가 외장튜브(140)의 외측으로 돌출되는 형태일 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 발열체(100)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 제1발열원(110)의 양 단부측에 단자튜브(160)가 각각 체결된 상태로 상기 제1발열원(110)이 외장튜브(140)의 내부에 배치될 수 있으며, 외장튜브(140) 및 단자튜브(160)를 가압함으로써 판상으로 구현될 수 있다.
이때, 상기 제1발열원(110)과 한 쌍의 단자튜브(160)는 단순 접촉을 통하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있으나, 전기적인 신뢰성을 높일 수 있도록 다양한 방식이 적용될 수 있다.
일례로, 상기 제1발열원(110) 및 단자튜브(160)는 서로 중첩되는 부분에 전도성 접착제를 개재하거나, 서로 중첩되는 부분을 부분적으로 코킹하거나 스팟용접을 수행할 수 있다.
여기서, 서로 대면하는 외장튜브(140)의 내면 및 단자튜브(160) 사이에는 상술한 절연층(120)이 개재됨으로써 상기 단자튜브(160)가 상기 외장튜브(140)와 일부 중첩되게 배치되더라도 서로 전기적인 절연을 유지할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 발열체(100)는 길이방향에 따른 수축 팽창률을 최소화하여 절연이 깨지는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해, 상기 발열체(100)는 길이방향을 따라 수축 및 이완을 위한 패턴(180)이 형성될 수 있다.
일례로, 상기 패턴(180)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 발열체의 길이방향을 따라 산부(181)와 골부(182)가 반복적으로 형성되는 형태일 수 있다.
이에 따라, 상기 발열체(100)를 구성하는 외장튜브(140), 단자튜브(160) 및 제1발열원(110)의 재질에 따른 수축팽창률이 상이하더라도 상기 패턴(180)을 통해 보완될 수 있다.
이로 인해, 상기 제1발열원(110) 및 외장튜브(140) 또는 외장튜브(140) 및 단자튜브(160) 사이에 개재된 절연층(120)이 깨지거나 제1발열원(110)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 발열체(100)는 길이방향을 따라 산부(181)와 골부(182)가 반복적으로 형성된 패턴(180)을 통해 유체가 통과할 수 있는 공간이 형성될 수 있음으로써 발열체(100)의 상부면 및 하부면 측에 유로가 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 발열체(100)가 복수 개로 구비되어 서로 직접 접촉하도록 배치되거나 플랫한 형상의 지지체 측에 접하도록 배치되더라도 상기 패턴(180)에 의해 형성된 유로를 통해 유체가 통과할 수 있음으로써 상기 유로를 통과하는 유체가 발열체(100)에 의해 가열될 수 있다.
다시 말하면, 상기 패턴(180)은 재질에 따른 길이방향에 대한 수축팽창률을 보완함과 더불어 유체가 통과할 수 있는 유로를 형성하는 역할을 동시에 겸할 수 있다.
이때, 상기 패턴(180)은 상기 외장튜브(140) 및 제1발열원(110)에 각각 형성될 수 있으며, 상기 외장튜브(140)에 형성되는 패턴과 상기 제1발열원(110)에 형성되는 패턴이 서로 일치하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 패턴(180)이 상기 단자튜브(160)에 형성되는 경우 상기 단자튜브(160)에 형성되는 패턴 역시 상기 외장튜브(140) 및/또는 상기 제1발열원(110)에 형성되는 패턴과 서로 일치하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 발열체(100)는 상기 외장튜브(140) 및 제1발열원(110), 단자튜브(160) 및 외장튜브(140) 사이에 개재되는 절연층(120)이 깨지는 것을 방지함과 더불어, 상기 절연층(120)이 항상 외장튜브(140) 및 제1발열원(110) 또는 단자튜브(160) 및 외장튜브(140) 측에 각각 밀착된 상태를 유지할 수 있어 에어갭(air gap)이 발생할 수 있는 가능성을 최소화하거나 미연에 방지할 수 있다.
이를 통해, 에어갭에 의한 단열효과가 발생할 수 있는 것을 방지할 수 있어 상기 제1발열원(110)에서 발생된 열이 상기 외장튜브(140) 측으로 원활하게 전달될 수 있다.
한편, 상기 패턴(180)은 단자튜브(160)와 외장튜브(140)가 서로 중첩되는 영역을 포함하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 단자튜브(160) 및 외장튜브(140)는 중첩영역에 형성되는 패턴(180)을 통해 서로 고정될 수 있음으로써 단자튜브(160)와 외장튜브(140)를 상호 고정하기 위한 별도의 접착부재가 생략될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 발열체(100)는 외부로부터 전원이 인가되는 경우 상기 단자튜브(160)가 외장튜브(140)와 스파크와 같은 요인을 통해 쇼트가 일어나는 것을 방지하기 위한 절연부재(190,190')를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 절연부재(190,190')는 비전도성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 고무나 실리콘 수지와 같은 공지의 비전도성 재질이 모두 적용될 수 있다.
또한, 상기 절연부재(190,190')는 적어도 10~15mm의 길이를 갖도록 형성됨으로써 상기 외장튜브(140)와 외부로 노출되는 단자튜브(160)가 적어도 10~15mm의 간격을 유지하도록 함으로써 전기적인 신뢰성을 높일 수 있다. 그러나, 상기 절연부재(190,190’)의 전체길이를 이에 한정하는 것은 아니며 전기적인 신뢰성을 높일 수 있다면 설계조건에 따라 적절한 길이로 가변될 수 있음을 밝혀둔다.
일 예로써, 상기 절연부재(190)는 도 1에 도시된 바와 같이 튜브형태로 이루어져 상기 단자튜브(160)의 일부를 감싸도록 구비될 수 있으며, 상기 단자튜브(160)와 더불어 상기 외장튜브(140)의 일부를 동시에 감싸도록 구비될 수 있다.
다른 예로써, 상기 절연부재(190')는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 외장튜브(140)의 일부 및 단자튜브(160)의 일부를 동시에 감싸는 몰딩체일 수 있다. 한편, 상기 절연부재(190')가 몰딩체로 형성되는 경우 상기 절연층(120)은 상기 절연부재(190')와의 접합력을 향상시키기 위하여 표면처리가 수행될 수 있다. 일례로, 상기 절연층(120)은 상기 절연부재(190')와 접촉되는 부분에 표면처리를 통하여 공지의 하도(프라이머)층(131)이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 발열체(100)는 길이중간이 적어도 1회 이상 접이되어 반대면이 서로 접촉되도록 적층된 형태일 수 있다.
일례로, 상기 발열체(100)는 도 13에 도시된 바와 같이 전체길이 중 일부의 길이가 적어도 1회 이상 접이되어 적층된 형태로 구성될 수 있으며, 층과 층 사이에 유체가 통과하는 통로(183)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 발열체(100)는 반대면이 서로 접촉되도록 길이중간이 적어도 1회 이상 접이되어 양측의 단자튜브(160)가 서로 동일한 방향을 향하도록 구성될 수 있으며, 발열체(100)의 상부측 골부(182)와 하부측 산부(181)가 서로 접촉되어 유체가 통과할 수 있는 통로(183)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 도 13에 도시된 형태의 발열체(100)를 이용하여 히터유닛을 구현하는 경우 발열체(100)의 사용개수를 줄일 수 있음으로써 조립공정을 간소화시킬 수 있다.
일례로, 도 15에 도시된 바와 같이 발열체(100)가 12층으로 적층된 형태로 구성되는 경우 도 13에 도시된 3개의 발열체(100)를 사용하여 발열체(100)가 12층으로 적층된 형태로 구현될 수 있다.
한편, 상술한 발열체(100)는 복수 개가 서로 평행하게 배열되고, 양단부가 프레임(220)에 고정됨으로써 유체를 가열하기 위한 히터유닛(200)으로 구현될 수 있다.
보다 구체적으로 도 14에 도시된 바와 같이 상기 히터유닛(200)은 복수 개의 발열유닛(210) 및 발열유닛(210)을 둘러싸도록 배치되는 프레임(220)을 포함할 수 있다.
상기 발열유닛(210)은 복수 개의 발열체(100)와 지지체(100',100'')를 포함할 수 있으며, 상기 발열체(100)는 전술한 내용이 모두 적용될 수 있다.
또한, 상기 발열체(100)는 복수 개가 프레임(220)의 높이방향을 따라 배열될 수 있으며, 두 개의 발열체(100) 사이에는 발열체(100)를 지지하기 위한 지지체(100',100'')가 각각 배치될 수 있다.
일례로, 상기 지지체(100',100'')는 프레임(220)의 높이 방향을 따라 배열되는 복수 개의 발열체(100)를 각각 지지할 수 있도록 발열체(100)의 상측과 하측 중 적어도 어느 일측에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 지지체(100',100'')와 발열체(100) 사이에는 유체가 통과할 수 있는 통로(183)가 형성될 수 있으며, 상기 통로(183)는 상기 발열체(100)에 형성되는 패턴(180)을 통해 형성된 공간일 수 있다.
이에 따라, 유체가 상기 패턴(180)을 통과하면서 상기 발열체(100)와의 열교환을 통해 승온됨으로써 난방을 수행하거나 온수를 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 히터유닛은 상기 발열체(100)를 통해 승온되는 유체는 상기 통로(183)를 통과하는 과정에서 상기 발열체(100)를 통해 직접 가열됨으로써 빠르게 승온될 수 있다.
더불어, 상기 통로(183)가 패턴(180)을 통해 발열체의 길이방향을 따라 반복적으로 형성됨으로써 상기 통로(183)를 통과하는 유체와의 접촉면적 및 가열면적이 증가함으로써 열교환면적을 넓혀 큰 발열량을 확보할 수 있다. 이때, 상기 지지체(100',100'')는 발열체(100)를 단순히 지지하는 역할을 수행할 수도 있지만, 다른 기능이 부가될 수 있다.
일례로, 상기 지지체(100')는 열전도도가 우수한 재질로 이루어져 발열체(100)에서 전달된 열을 빠르게 분산시키는 역할을 수행함으로써 열교환 효율을 높일 수 있다.
이를 위해, 상기 지지체(100')는 판상의 금속시트일 수 있으며, 상기 금속시트는 구리 또는 알루미늄일 수 있다.
다른 예로써, 상기 지지체(100'')는 발열체(100)를 지지하는 역할과 더불어 전류 인가 시 열을 발생시키는 발열원으로의 역할을 수행할 수도 있다.
이를 위해, 상기 지지체(100'')는 제1발열원(110)에 대응되는 제2발열원을 포함할 수 있으며, 상기 지지체(100'')는 도 7a 내지 도 7d에 도시된 발열체(100)와 같은 구조로 형성될 수 있다.
상기 지지체(100'')는 발열체(100)와 더불어 지지체(100'')의 제2발열원이 히터유닛(200)을 통과하는 공기를 직접 가열하여 난방효과를 더욱 높일 수 있으며, 지지체(100'')가 제2발열원과 더불어 외장튜브와 같은 외장재를 포함하는 경우 외장재를 통해 제2발열원에서 전달된 열을 빠르게 분산시킴으로써 열교환 효율을 높일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 히터유닛은 전술한 실시예에서 지지체(100',100'')가 생략된 구조일 수도 있다.
일례로, 도 15에 도시된 바와 같이 히터유닛(200')은 도 13에 도시된 발열체(100) 3개를 사용하여 12층으로 적층된 형태로 구성되어 프레임(220)에 장착될 수 있으며, 층과 층 사이에 유체가 통과하는 통로(183)가 형성될 수 있다.
다른례로, 본 발명에 따른 히터유닛(200'')은 상술한 발열체(100)가 복수 회 권선된 형태로 구현될 수도 있으며, 상기 히터유닛(200'')은 도 16에 도시된 바와 같이 상술한 발열체(100)가 중심점을 기준으로 복수 회 권선된 형태일 수 있다.
이때, 상기 발열체(100)는 반대면이 서로 접촉되도록 권선될 수 있으며, 발열체(100)의 일면에 형성되는 골부(182)와 타면에 형성되는 산부(181)가 서로 접촉되어 유체가 통과할 수 있는 복수 개의 통로(183)가 형성될 수 있다. 이를 통해, 유체가 상기 복수 개의 통로(183)를 통과하는 과정에서 가열되는 형태일 수 있다.
한편, 상기 히터유닛(200,200')은 발열유닛(210)과 전기적으로 연결되는 전류차단부(230)를 더 포함할 수 있으며, 전류차단부(230)는 직렬소자(231)를 통해 발열유닛(210)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 전류차단부(230)는 PTC소자가 사용될 수 있으며 발열유닛(210)의 온도가 일정온도 이상일 경우 상기 PTC소자를 통해 발열유닛(210)에 인가되는 전류를 차단시켜줌으로써 안전성을 높일 수 있다.
여기서 도면 상에 상기 전류차단부(230)가 프레임(220)의 외측에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 프레임(220)의 내부 일측에 공간을 마련하여 전류차단부(230)를 설치함으로서 히터유닛(200,200')의 설치공간을 감소시켜줄 수 있다.
상술한 발열체(100) 및 히터유닛(200,200')은 차량의 공조장치 측에 설치되어 상기 공조장치 측으로 흡입된 공기를 가열하기 위한 차량용 공조히터에 적용될 수도 있다. 더불어, 상술한 발열체(100) 및 히터유닛(200')은 물을 가열하여 온수를 생산함으로써 온수 자체를 이용하거나 난방용 온수를 생산하는 보일러 등과 같은 난방장치에 적용될 수도 있음을 밝혀둔다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 발열체 100': 지지체
110 : 제1발열원 120 : 절연층
121 : 코팅층 122 : 필름부재
130 : 접착층 140 : 외장튜브
160 : 단자튜브 180 : 패턴
181 : 산부 182 : 골부
190,190' : 절연부재 200,200',200'' : 히터유닛
210 : 발열유닛 220 : 프레임
230 : 전류차단부

Claims (19)

  1. 내부가 빈 판상의 열전도성 외장튜브;
    상기 외장튜브의 내부에 배치되고, 전류 인가 시 발열하는 제1발열원; 및
    상기 제1발열원의 양단부에 연결되고, 적어도 일부의 길이가 상기 외장튜브의 외측으로 돌출되는 한 쌍의 단자튜브;를 포함하는 발열체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발열체는 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 패턴을 포함하는 발열체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 외장튜브 및 제1발열원, 상기 외장튜브 및 단자튜브는 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 패턴을 포함하며, 각각의 상기 패턴은 서로 일치하도록 형성되는 발열체.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 패턴은 상기 단자튜브와 외장튜브가 중첩되는 영역을 포함하도록 형성되는 발열체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 열전도성 외장튜브는 금속재질로 이루어지며 양단부가 개방되고, 상기 한 쌍의 단자튜브는 금속재질로 이루어지며 상기 제1발열원의 양단부를 일정길이 감싸면서 상기 제1발열원에 연결되는 발열체.
  6. 제 1항에 있어서,
    서로 대면하는 상기 외장튜브의 내면 및 제1발열원 사이, 상기 외장튜브의 내면 및 단자튜브 사이에는 절연층이 개재되는 발열체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절연층은 내열성을 갖는 코팅층인 발열체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 절연층은 내열성 수지로 이루어진 필름부재이고, 상기 필름부재는 접착층을 매개로 상기 제1발열원의 양면에 부착되는 발열체.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제1발열원의 일면과 타면에 각각 형성되는 제1절연층 및 제2절연층을 포함하고,
    상기 제1절연층과 제2절연층 중 어느 하나는 내열성을 갖는 코팅층이고 다른 하나는 접착층을 매개로 부착되는 필름부재인 발열체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 외장튜브는 알루미늄 재질로 이루어지고, 상기 외장튜브는 상기 제1발열원과 대향하는 내면이 아노다이징 처리된 발열체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1발열원은 칸탈 및 페칼로이 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 판상의 도전성 부재인 발열체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1발열원과 한 쌍의 단자튜브는 서로 중첩되는 부분에 개재되는 전도성 접착제를 통해 서로 전기적으로 연결되거나, 서로 중첩되는 부분이 코킹 또는 스팟용접을 통해 서로 전기적으로 연결되는 발열체.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 외장튜브의 양 단부측에는 외장튜브의 단부와 단자튜브의 일부를 동시에 감싸는 절연부재가 배치되는 발열체.
  14. 제 2항에 있어서,
    상기 발열체는 길이중간이 적어도 1회 이상 접혀 반대면이 서로 접촉되되 서로 마주하는 상기 산부 및 골부가 접촉되어 공기가 통과하는 통로가 형성되는 발열체.
  15. 복수 개의 발열유닛; 및
    상기 발열유닛을 둘러싸도록 배치되는 프레임;
    을 포함하며,
    상기 발열유닛은,
    청구항 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 발열체; 및
    상기 발열체를 지지할 수 있도록 상기 발열체의 상측과 하측 중 적어도 어느 일측에 배치되는 적어도 하나의 지지체를 포함하는 히터유닛.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 히터유닛은 상기 발열유닛과 전기적으로 연결되는 전류차단부를 더 포함하는 히터유닛.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전류차단부는 PTC소자로써, 상기 발열유닛의 온도가 일정온도 이상일 경우 상기 PTC소자를 통해 상기 발열유닛에 인가되는 전류를 차단시키는 히터유닛.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 지지체는 판상의 금속시트인 히터유닛.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 지지체는,
    전류 인가 시 열을 발생시키는 제2발열원을 포함하는 판상의 발열체인 히터유닛.
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