KR20190092052A - 유체 가열용 히터 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 가열용 히터 조립체에 관한 것으로서, 내부에 유로가 형성되고 상기 유로와 외부를 연결하는 유입구와 유출구가 형성되되 상기 유로와 대향하는 일면이 개방되는 유로 케이스; 상기 유로 케이스의 개방된 일면을 덮는 히트 플레이트; 및, 상기 히트 플레이트를 덮으며 상기 유로 케이스에 밀봉되게 결합되는 커버를 포함하되, 상기 히트 플레이트의, 상기 커버와 대향하는 표면 또는 내부에는 전열선이 설치되는 것을 특징으로 하므로, 히트 플레이트가 유로 내의 유체와 직접 접촉하게 되고, 이에 따라 유체를 신속하게 가열할 수 있다는 장점이 있으며열의 소실이 방지되어 가열효율이 높아진다는 이점이 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 포함되어 다양한 기능을 수행하는 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 난방, 및 배터리 성능 유지와 냉간 시동 효율 향상을 위해 유체를 가열하기 위한 히터가 개발되고 있으며, 이는 차량에서 매우 중요한 영향을 담당하는 핵심 부품에 해당한다.

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

그러한 가열 요소들은 가열됨에 따라 급격하게 큰 전기 저항이 나타나고, 그 결과 전류량이 낮아지기 때문에 자동 조절이 용이하게 이루어지는 특성이 있다.

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

선행문헌 1에 따른 전기가열장치(2)는, 소정의 매개체를 수용하고 상기 매개체를 내부로 흐르게 하는 순환 챔버(10)와 가열 챔버(14)로 분리되도록 분리벽(12)이 형성되어 있는 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 있었으며, 이러한 문제점을 해소하기 위해 고려해야 할 조건들이 증가하여 부품수가 많아지고, 이에 따라 설치작업이 곤란하였으며 설치시간도 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 부품수가 적어 설치가 간편하고 소정의 면적에 대하여 유체를 한층 효율적으로 가열할 수 있으며 국부적으로 과열(열적 불균형)되는 것을 방지하여 설정된 온도로 유체를 용이하게 가열할 수 있는 유체 가열용 히터 조립체를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열용 히터 조립체는,

내부에 유로가 형성되고 상기 유로와 외부를 연결하는 유입구와 유출구가 형성되되 상기 유로와 대향하는 일면이 개방되는 유로 케이스;

상기 유로 케이스의 개방된 일면을 덮는 히트 플레이트; 및,

상기 히트 플레이트를 덮으며 상기 유로 케이스에 밀봉되게 결합되는 커버를 포함하되,

상기 히트 플레이트의, 상기 커버와 대향하는 표면 또는 내부에는 전열선이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 유로 케이스의 일면을 바라볼 때, 상기 전열선은 상기 유로의 형상을 따라 대응되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 히트 플레이트의 상기 유로와 대향하는 표면에는 다수의 제1 난류 형성 돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 히트 플레이트에는 상기 유로 형상과 대응하는 여유홈이 형성되고, 상기 여유홈에는 다수의 제1 난류 형성 돌기가 형성되되, 상기 제1 난류 형성 돌기의 선단은 상기 히트 플레이트의 표면과 동일 평면상에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 여유홈의 측면에 측면 돌기이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 유로는 사행 형상으로 이루어지되 직선형 유로 및 유동방향을 반대로 전환시키는 곡선형 유로를 포함하며, 상기 유로의 바닥에는 길이방향을 따라 복수의 제2 난류 형성 돌기가 이격되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 난류 형성 돌기는 유로의 폭방향으로 이격되는 한 쌍의 이격 돌기와 폭방향 중앙에 형성되는 중앙 돌기가 유로의 길이방향을 따라 교대로 형성되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 제2 난류 형성 돌기는 유로를 폭방향으로 가로지르는 광폭 돌기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 유로 케이스의 일면을 바라볼 때, 상기 제2 난류 형성 돌기는 부분 나선형으로 이루어진 나선 돌기로 구성되며, 상기 유로 케이스의 일면을 바라볼 때, 상기 유로를 따라 일방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 유체 가열용 히터에 따르면, 유로가 형성되는 유로 케이스, 상기 유로 케이스의 개방된 일면을 덮는 히트 플레이트, 및 상기 히트 플레이트를 덮으며 상기 유로 케이스에 밀봉되게 결합되는 커버를 포함하되, 상기 히트 플레이트의, 상기 커버와 대향하는 표면 또는 내부에는 전열선이 설치되므로, 상기 히트 플레이트가 유로 내의 유체와 직접 접촉하게 되고, 이에 따라 유체를 신속하게 가열할 수 있다는 장점이 있고 열의 소실이 방지되어 가열효율이 높아진다는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 유체 가열용 히터 조립체를 구성하는 구성요소가 적층형으로 구성되고 종래 PTC형 히터에 대비하여 구성요소가 감소되므로 조립 및 설치가 간편하고 열팽창에 의해 파손되는 경우가 없어 내구성이 우수하다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 유로 케이스의 일면을 바라볼 때, 전열선이 유로의 형상을 따라 대응되게 형성될 수 있어, 유로 내의 유체를 한층 신속하게 가열할 수 있으며 어떠한 유로 형상에 대해서도 전열선의 형상을 대응되게 형성하기가 용이하므로 유로 내 유체의 부분적인 열적 불균형이 발생하지 않는다는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 히트 플레이트의, 유로와 대향하는 표면에는 다수의 제1 난류 형성 돌기가 형성되어 있어, 유체의 유동시 제1 난류 형성 돌기에 의해 난류가 발생되어 열교환 효율이 한층 향상된다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 유로의 바닥에는 길이방향을 따라 복수의 제2 난류 형성 돌기가 이격되게 형성되어 있으므로, 유체에 난류 유동이 유도됨으로써 히트 플레이트에 의한 유체의 열교환 효율이 높아지게 된다.

도 1a는 선행문헌 1에 따른 전기가열장치를 나타내는 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 하우징을 나타내는 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 조립체에서 유로 케이스와 히트 플레이트의 결합 구조를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5에서 히트 플레이트의 전열선 반대쪽 면의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 5에서 유로 케이스의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 평면도이다.
도 9a와 도 9b는 도 5에서 유로 케이스의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 10a와 도 10b는 도 5에서 유로 케이스의 또 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.

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

도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체(1000)는, 내부에 유로(110)가 형성되며 상기 유로(110)와 외부를 연결하는 유입구(120)와 유출구(130)가 형성되고 상기 유로(110)와 대향하는 일면이 개방되는 유로 케이스(100), 상기 유로 케이스(100)의 개방된 일면을 덮는 히트 플레이트(200) 및, 상기 히트 플레이트(200)를 덮으며 상기 유로 케이스(100)에 밀봉되게 결합되는 커버(300)를 포함한다.

특히, 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 히트 플레이트(200)의, 상기 커버(300)와 대향하는 표면 또는 내부에는 전열선(210)이 설치된다(도면에서는 표면에 설치되는 구조임).

상기 전열선(210)은 전기저항을 이용한 발열 부재 등이 채택될 수 있다.

이에 따라, 상기 히트 플레이트(200)가 유로(110) 내의 유체와 직접 접촉하게 되므로, 유체를 신속하게 가열할 수 있다는 장점이 있고 열의 소실이 방지되어 가열효율이 높아진다는 이점이 있다.

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

또한, 종래 PTC형 히터에 비하여 구성요소가 크게 감소하므로 조립구조가 단순화된다는 이점이 있다.

또한, 상기 유로 케이스(100)의 일면을 바라볼 때, 즉 외부에서 유로(110)를 향해 바라볼 때, 상기 전열선(210)은 상기 유로(110)의 형상을 따라 대응되게 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 유로(110) 내의 유체를 한층 신속하게 가열할 수 있으며 어떠한 유로(110) 형상에 대해서도 전열선(210)의 형상을 대응되게 형성하기가 용이하므로 유로(110) 내 유체의 국부적인 열적 불균형이 발생하지 않는다는 효과가 있다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 히트 플레이트(200)의 상기 유로(110)와 대향하는 표면에는 다수의 제1 난류 형성 돌기(220)가 형성되어 있다.

이에 따라, 유체의 유동시 상기 제1 난류 형성 돌기(220)에 의해 난류가 발생되어 열교환 효율이 한층 향상된다.

즉, 유체가 유로(110)를 따라 이동할 때 상기 제1 난류 형성 돌기(220)에 의해 회전 또는 상하 방향의 유동이 발생하여 유체를 균일하게 가열할 수 있게 된다.

특히, 상기 히트 플레이트(200)에는 상기 유로 형상과 대응하는 여유홈(230)이 형성되고, 상기 여유홈(230)에는 다수의 상기 제1 난류 형성 돌기(220)가 형성되되, 상기 제1 난류 형성 돌기(220)의 선단은 상기 히트 플레이트(200)의 표면과 동일 평면상에 배치되도록 구성할 수 있다.

이 경우, 상기 여유홈(230)의 측면에도 측면 돌기(231)이 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 제1 난류 형성 돌기(220)에 의한 유로 단면적의 축소를 방지할 수 있다.

상기 제1 난류 형성 돌기(220)는 상기 유로(110)에 대향되는 부분에 촘촘하게 형성되며 상호 이격된 거리는 특별히 한정될 필요는 없다.

또한, 도면에 도시된 상기 제1 난류 형성 돌기(220)의 단면 형상은 원형으로 형성되어 있으나 단면 형상 역시 특별히 한정할 필요는 없다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 유로(110)는 사행 형상으로 이루어져 유로 케이스(100)의 평면적에 대하여 유체가 유동하는 유로의 상대적 평면적을 크게 구성할 수 있으며, 유체가 가열되는 거리가 증가하므로 유체를 효율적으로 가열하는 것이 바람직하다.

상기 사행 유로(110)는 직선형 유로(111) 및 유동방향을 반대로 전환시키는 곡선형 유로(112)를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 유로(110)의 바닥에는 길이방향을 따라 복수의 제2 난류 형성 돌기(140)가 이격되게 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 통해, 유체에 추가적인 난류 유동이 유도됨으로써 상기 히트 플레이트(200)에 의한 유체의 열교환 효율이 높아지게 된다.

도 7과 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제2 난류 형성 돌기(140)의 일 예로서, 상기 제2 난류 형성 돌기(140)는 유로(110)의 폭방향으로 이격되는 한 쌍의 이격 돌기(141)와 폭방향 중앙에 형성되는 중앙 돌기(142)가 유로(110)의 길이방향을 따라 교대로 형성되는 구조가 가능하다.

이러한 구조를 통해, 한 쌍의 이격 돌기(141) 사이를 통과한 유체가 중앙 돌기(142)에 충돌하는 현상이 주기적으로 발생하므로 난류 발생을 촉진하게 된다.

또한, 상기 곡선형 유로(112)에도 중앙 돌기(142)가 형성되어 열교환 효과가 국부적으로 떨어지지 않도록 하였다.

다른 실시예로서, 도 9a와 도 9b에 도시한 바와 같이, 상기 제2 난류 형성 돌기(140)는 유로(110)를 폭방향으로 가로지르는 광폭 돌기(143)로 구성될 수 있다.

상기 광폭 돌기(143)는 완만한 부분 원통형으로 구성되도록 하여 유동이 걸림없이 원활하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

또 다른 실시예로서, 도 10a와 도 10b에 도시한 바와 같이, 상기 제2 난류 형성 돌기(140)는 부분 나선형으로 이루어진 나선 돌기(144)로 구성되며, 상기 유로 케이스(100)의 일면을 바라볼 때, 상기 유로(110)를 따라 일방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

즉, 상기 나선 돌기(144)는 유체의 유동방향에 대하여 경사지게 형성되어 회전형 유동이 가능하게 되므로 열교환 효율이 한층 높아지게 된다.

본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체(1000)는 상기 유로 케이스(100), 히트 플레이트(200) 및 커버(300)를 수용하는 제1 하우징(410)과 제2 하우징(420)을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체(1000)는 상기 유로 케이스(100)와 커버(300) 중 어느 하나와 하우징(410)(420) 사이에 도시되지 않은 제어부와 전자제어유닛이 설치될 수 있다.

상기 제어부와 전자제어유닛을 통해 상기 히트 플레이트(200)로의 전원공급 및 발열량을 조절할 수 있다.

상기 제어부는 PCB와 같은 기판의 형식으로 마련될 수 있다.

상기 전자제어유닛은, 예컨대 히트 플레이트(200)에 공급되는 전류를 제어하거나 히트 플레이트(200)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.

기술되지 않은 구성부호 G1과 G2는 각각 유로 케이스(100)와 커버(300) 사이 및 제1 하우징(410)과 제2 하우징(420) 사이에 배치되는 씰링 부재이다.

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

본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100... 유로 케이스
110... 유로
120... 유입구
130... 유출구
140... 제2 난류 형성 돌기
141... 이격 돌기
142... 중앙 돌기
143... 광폭 돌기
144... 나선 돌기
200... 히트 플레이트
210... 전열선
220... 제1 난류 형성 돌기
300... 커버
410... 제1 하우징
420... 제2 하우징
1000... 유체 가열용 히터 조립체
G1, G2... 씰링 부재

Claims (9)

1. 내부에 유로가 형성되고 상기 유로와 외부를 연결하는 유입구와 유출구가 형성되되 상기 유로와 대향하는 일면이 개방되는 유로 케이스;
   상기 유로 케이스의 개방된 일면을 덮는 히트 플레이트; 및,
   상기 히트 플레이트를 덮으며 상기 유로 케이스에 밀봉되게 결합되는 커버를 포함하되,
   상기 히트 플레이트의, 상기 커버와 대향하는 표면 또는 내부에는 전열선이 설치되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 유로 케이스의 일면을 바라볼 때, 상기 전열선은 상기 유로의 형상을 따라 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 히트 플레이트의 상기 유로와 대향하는 표면에는 다수의 제1 난류 형성 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 히트 플레이트에는 상기 유로 형상과 대응하는 여유홈이 형성되고, 상기 여유홈에는 다수의 제1 난류 형성 돌기가 형성되되, 상기 제1 난류 형성 돌기의 선단은 상기 히트 플레이트의 표면과 동일 평면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 여유홈의 측면에 측면 돌기이 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유로는 사행 형상으로 이루어지되 직선형 유로 및 유동방향을 반대로 전환시키는 곡선형 유로를 포함하며, 상기 유로의 바닥에는 길이방향을 따라 복수의 제2 난류 형성 돌기가 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 난류 형성 돌기는 유로의 폭방향으로 이격되는 한 쌍의 이격 돌기와 폭방향 중앙에 형성되는 중앙 돌기가 유로의 길이방향을 따라 교대로 형성되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 제2 난류 형성 돌기는 유로를 폭방향으로 가로지르는 광폭 돌기로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 제2 난류 형성 돌기는 부분 나선형으로 이루어진 나선 돌기로 구성되며, 상기 유로 케이스의 일면을 바라볼 때, 상기 유로를 따라 일방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.

Images