KR20190116826A - 히터 코어, 발열 모듈 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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KR20190116826A
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heating element
heater core
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윤종흠
송준후
이인재
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 제1 면과 제2 면을 포함하는 기판; 상기 제1 면 상에 배치되는 제1 절연층; 상기 제1 절연층 상에 배치되는 발열체; 및 상기 발열체 및 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 절연층;을 포함하고, 상기 기판은, 제1 측면과 제2 측면; 및 제3 측면과 제4 측면;을 포함하고, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 길이는 상기 제3 측면과 상기 제4 측면의 길이보다 길며, 상기 제1 측면 또는 상기 제2 측면 중 적어도 하나에 형성된 보강부;를 더 포함하는 히터 코어를 개시한다.

Description

히터 코어, 발열 모듈 및 이를 포함하는 디바이스{HEATER CORE, HEATING MODULE AND DEVICE INCLUDING THEREOF}
실시예는 히터 코어, 발열 모듈 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
공기조화장치는 공기의 온도를 제어하는 에어컨디셔너, 공기의 이물질을 제거하여 청정도를 유지시키는 공기청정기, 공기 중에 수분을 제공하는 가습기, 공기 중의 수분을 제거하는 제습기 등이 있다.
또한, 히터는 실내의 열적 쾌적성을 제공하기 위한 공조장치로, 예컨대, 난방을 수행하는 난방 장치 및 냉매 순환을 통해 냉방을 수행하는 냉방 장치를 포함한다.
다만, 공기조화장치에서 공기청정과 온도제어가 이루어지기 위해서는 충분한 열이 확보된 히팅이 필요하다.
이에 따라, 공기조화장치는 별도의 히팅 장치가 필요하며, 그 히팅 장치의 에너지 효율을 높이는 것이 중요하다.
다만, 히터 코어는 무겁고 유로 상에 복수 개 설치하기 어려워 열 효율이 저하되는 한계점이 존재한다.
실시예는 히터 코어, 발열 모듈 및 이를 포함하는 디바이스를 제공한다.
또한, 구조적으로 안정되고 신뢰성이 향상된 히터 코어를 제공한다.
또한, 내구성이 개선되고 열 효율이 개선된 히터 코어를 제공한다.
또한, 열 충격에 대한 저항성이 향상된 히터 코어를 제공한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
실시예에 따른 히터 코어는 제1 면과 제2 면을 포함하는 기판; 상기 제1 면 상에 배치되는 제1 절연층; 상기 제1 절연층 상에 배치되는 발열체; 및 상기 발열체 및 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 절연층;을 포함하고, 상기 기판은, 제1 측면과 제2 측면; 및 제3 측면과 제4 측면;을 포함하고, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 길이는 상기 제3 측면과 상기 제4 측면의 길이보다 길며, 상기 제1 측면 또는 상기 제2 측면 중 적어도 하나에 형성된 보강부;를 더 포함한다.
상기 보강부는 상기 기판과 일체로 형성될 수 있다.
상기 보강부는 상기 기판과 별도의 부재로 형성될 수 있다.
상기 제1 면과 제2 면은 평면이고, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면은 곡면을 가질 수 있다.
상기 제1 측면의 길이와 상기 제2 측면의 길이의 길이 비는 1:0.7 내지 1:1.3일 수 있다.
상기 제1 측면의 곡률 반경은 상기 제2 측면의 곡률 반경보다 작을 수 있다.
상기 기판, 상기 제1 절연층, 상기 제2 절연층을 관통하는 관통홀;을 더 포함하고, 상기 관통홀은 상기 발열체 및 상기 보강부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩되지 않을 수 있다.
상기 기판, 상기 제1 절연층, 상기 제2 절연층을 관통하는 관통홀을 더 포함하고, 상기 관통홀은 상기 발열체와 상기 보강부 사이에 위치할 수 있다.
상기 발열체는 이격 배치된 복수 개의 발열 패턴을 포함하고, 상기 제1 측면의 길이가 상기 제2 측면의 길이보다 작고, 상기 복수 개의 발열 패턴의 이격 거리 또는 상기 복수 개의 발열 패턴의 폭은 상기 제1 측면에 인접할수록 작아질 수 있다.
상기 제2 절연층 상에 배치되는 커버층을 더 포함할 수 있다.
상기 커버층은 돌출된 패턴을 포함하고, 상기 돌출된 패턴은 상기 발열체와 두께 방향으로 중첩될 수 있다.
상기 발열체의 일단과 전기적으로 연결된 제1 전극단자; 및 상기 발열체의 타단과 전기적으로 연결된 제2 전극단자;를 더 포함할 수 있다.
상기 보강부의 두께와 상기 기판의 폭의 길이 비는 1:10 내지 1:60일 수 있다.
상기 기판의 두께는 상기 보강부의 높이와 길이 비가 1:1 내지 1:8일 수 있다.
실시예에 따른 발열 모듈은 복수 개의 히터 코어; 및 상기 복수 개의 히터 코어를 체결하는 체결부재를 포함하고, 상기 히터 코어는, 제1 면과 제2 면을 포함하는 기판; 상기 제1 면 상에 배치되는 제1 절연층; 상기 제1 절연층 상에 배치되는 발열체; 및 상기 발열체 및 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 절연층;을 포함하고, 상기 기판은, 제1 측면과 제2 측면; 및 제3 측면과 제4 측면;을 포함하고, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 길이는 상기 제3 측면과 상기 제4 측면의 길이보다 길며, 상기 제1 측면 또는 상기 제2 측면 중 적어도 하나에 형성된 보강부;를 더 포함한다.
실시예에 따른 디바이스는 공기가 이동하는 유로; 공기를 유입하는 급기부; 이동수단의 실내로 공기를 배출하는 배기부; 및 상기 유로 상에 배치되는 발열 모듈;을 포함하고, 상기 발열 모듈은, 복수 개의 히터 코어; 및 상기 복수 개의 히터 코어를 체결하는 체결부재를 포함하고, 상기 히터 코어는, 제1 면과 제2 면을 포함하는 기판; 상기 제1 면 상에 배치되는 제1 절연층; 상기 제1 절연층 상에 배치되는 발열체; 및 상기 발열체 및 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 절연층;을 포함하고, 상기 기판은, 제1 측면과 제2 측면; 및 제3 측면과 제4 측면;을 포함하고, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 길이는 상기 제3 측면과 상기 제4 측면의 길이보다 길며, 상기 제1 측면 또는 상기 제2 측면 중 적어도 하나에 형성된 보강부;를 더 포함한다.
실시예에 따르면, 구조적으로 안정되고 신뢰성이 향상된 히터 코어를 구현할 수 있다. 실시예는 히터 코어, 발열 모듈 및 이를 포함하는 디바이스를 제공한다.
또한, 내구성이 개선되고 열 효율이 개선된 히터 코어를 제작할 수 있다.
또한, 열 충격에 대한 저항성이 개선된 히터 코어를 제작할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 히터 코어의 사시도이고,
도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 기판의 사시도와 평면도이고,
도 3a는 일 실시예에 따른 히터 코어의 측면도이고,
도 3b는 일 실시예에 따른 히터 코어의 평면도이고,
도 4는 도 1에서 AA'로 절단된 단면도이고,
도 5a는 다른 실시예에 따른 히터 코어의 평면도이고,
도 5b는 다른 실시예에 따른 히터 코어의 사시도이고,
도 6은 도 1의 변형예이고,
도 7은 도 5의 변형예이고,
도 8a 내지 도 8i는 일 실시예에 따른 히터 코어의 제조 방법을 설명하는 순서도이고,
도 9는 히터 코어 내의 발열체를 설명하는 도면이고
도 10은 발열체의 다양한 형상을 도시한 도면이다.
도 11a는 실시예에 따른 발열 모듈의 사시도이고,
도 11b는 다른 실시예에 따른 발열 모듈의 사시도이고,
도 12은 실시예에 따른 발열 모듈의 평면도이고
도 13은 실시예에 따른 발열 모듈의 측면도이고,
도 14a은 본 발명의 실시예에 따른 디바이스의 사시도이고,
도 14b는 도 14a의 분해 정면도이고,
도 14c은 도 14a의 디바이스 내 공기흐름이 도시된 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 히터 코어의 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 기판의 사시도와 평면도이고, 도 3a는 일 실시예에 따른 히터 코어의 측면도이고, 도 3b는 일 실시예에 따른 히터 코어의 평면도이고, 도 4는 도 1에서 AA'로 절단된 단면도이다.
먼저, 도 1, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 일 실시예에 따른 히터 코어(220a)는 기판(221), 기판(221) 상에 배치되는 제1 절연층(223), 제1 절연층(223) 상에 배치되는 발열체(224), 발열체(224) 상에 배치되는 제2 절연층(225) 및 기판(221) 하부에 배치되는 보강부(227)을 포함할 수 있다.
또한, 히터 코어(220a)는 제2 절연층(225) 상에 배치되는 커버층(226)을 더 포함할 수 있고, 발열체(224)와 전기적으로 연결된 제1 전극단자(228a), 제2 전극단자(228b)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 커버층(226)과 제2 절연층(225)은 제1 전극단자(228a) 및 제2 전극단자(228b)와 발열체(224) 간에 전기적 연결을 위한 오픈부(open)를 더 포함할 수 있다. 오픈부(open, 도 5a에서 O)는 제1,2 전극단자(228a, 228b)와 발열쳬(224)의 전기적 연결이 용이하게 이루어지도록, 발열체(224)의 면적보다 면적이 작을 수 있다.(도 5a 참조) 또한, 히터 코어(220a)는 기판(221)과 제1 절연층(223) 사이에 배치되는 접착층(222)을 더 포함할 수 있다. 접착층(222)은 제1 절연층(223)과 이종 물질로 이루어져 제1 절연층(223)과 접착력이 개선될 수 있으며, 발열체(224)가 발열하더라도 제1 절연층(223)이 기판(221)으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다.
이하에서, 제1 방향은 x축 방향이며, 제2 방향은 제1 방향에 수직한 y축 방향이며, 제3 방향은 제1 방향 및 제2 방향에 수직한 z축 방향을 의미한다.
먼저, 기판(221)은 보강부(227)와 제1 절연층(223) 사이에 배치될 수 있다. 기판(221)은 복수 개의 면을 포함한 구조일 수 있다. 예컨대, 기판(221)은 육면체일 수 있다.
기판(221)은 서로 마주보는 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 포함할 수 있다. 제1 면(S1)은 기판(221)의 상면일 수 있고, 제2 면(S2)은 기판(221)의 하면일 수 있다.
그리고 기판(221)은 제1 면(S1) 상에 적층된 제1 절연층(223), 발열체(224) 및 제2 절연층(225)을 지지할 수 있다. 또한, 기판(221)의 제2 면(S2) 상에 제1 면(S1)에서 제2 면(S2)을 향해 연장된 보강부(227)가 배치될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판(221)은 복수 개의 측면을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(221)은 제1 측면(P1) 내지 제4 측면(P4)을 포함할 수 있다. 그리고 제1 측면(P1)과 제2 측면(P2)은 길이 방향의 측면이고, 제3 측면(P3)과 제4 측면(P4)은 폭 방향의 측면일 수 있다. 또한, 제1,2 측면(P1, P2)의 길이가 제3,4 측면(P3, P4)의 길이보다 길 수 있다.
제1 측면(P1)과 제2 측면(P2)은 서로 마주보도록 배치될 수 있으며, 제3 측면(P3)과 제4 측면(P4)은 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
제1 측면(P1) 내지 제4 측면(P4)은 제1 면(S1)과 제2 면(S2) 사이에 배치되고, 제1 면(S1)과 제2 면(S2)의 각 모서리와 접할 수 있다.
또한, 제2 면(S2)은 제1 모서리(M1) 내지 제4 모서리(M4)를 포함할 수 있다. 그리고 제2 면(S2)은 제1 측면(P1)과 만나는 제1 모서리(M1), 제2 측면(P2)과 만나는 제2 모서리(M2), 제3 측면(P3)과 만나는 제3 모서리(M3) 및 제4 측면(P4)과 만나는 제4 모서리(M4)를 포함할 수 있다.
제1 모서리(M1)와 제2 모서리(M2)는 서로 마주보도록 배치되고, 제3 모서리(M3)와 제4 모서리(M4)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
또한, 제1 모서리(M1)와 제2 모서리(M2)는 제2 면(S2)에서 장변이고, 제3 모서리(M3)와 제4 모서리(M4)는 제2 면(S2)에서 단변일 수 있다. 즉, 제1 모서리(M1)와 제2 모서리(M2)는 제1 방향으로 길이가 제3 모서리(M3)와 제4 모서리(M4)의 제2 방향 길이보다 클 수 있다.
마찬가지로, 제1 모서리(M1) 내지 제4 모서리(M4)는 각각 제1 측면(P1) 내지 제4 측면(P4)과 접하므로, 제1 측면(P1)과 제2 측면(P2)은 제1 방향으로 길이가 제3 측면(P3)과 제4 측면(P4)의 제2 방향으로 길이보다 클 수 있다.
다시 도 1, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 기판(221)은 열전도성이 높은 금속을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(221)은 Al, Cu, Ag, Au, Mg, SUS, 스테인리스 스틸 등을 포함할 수 있다. 다만, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다.
기판(221)의 두께(T1)는 0.5㎜ 내지 3㎜일 수 있다. 바람직하게는 기판(221)의 두께(T1)는 0.8㎜ 내지 1.5㎜일 수 있다. 또한, 기판(221)의 두께(T1)는 바람직하게 0.9㎜ 내지 1.2㎜일 수 있다. 기판(221)의 두께(T1)가 0.5㎜보다 작은 경우, 기판(221)은 고온에서 휘어지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 기판(221)의 두께(T1)가 3㎜보다 큰 경우에, 기판(221)을 통해 전달되는 열의 효율이 저하되는 한계가 존재한다.
또한, 기판(221)의 두께(T1)는 기판(221) 상에 배치되는 제1 절연층(223), 발열체(224), 제2 절연층(225) 및 커버층(226)의 전체 두께(T3+T4+T5)보다 클 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 기판(221)은 상부의 제1 절연층(223), 발열체(224), 제2 절연층(225) 및 커버층(226)을 지지하고, 신뢰성을 개선할 수 있다.
또한, 기판(221)은 복수 개의 관통홀(h)을 포함할 수 있다. 관통홀(h)은 기판(221)의 가장자리에 배치될 수 있다. 관통홀(h)은 제1 측면(P1)에 인접하게 배치된 제1 관통홀(h1)과 제2 측면(P2)에 인접하게 배치된 제2 관통홀(h2)을 포함할 수 있다.
그리고 관통홀(h)은 후술하는 바와 같이 기판(221)뿐만 아니라 기판(221) 상의 제1 절연층(223), 제2 절연층(225)을 관통할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 복수 개의 히터 코어(220a)를 적층한 발열 모듈에서 관통홀(h)은 체결부재(210)(도 11a 및 도 11b 참조)가 관통하여 복수 개의 히터 코어를 체결하는데 사용될 수 있다.
접착층(222)은 기판(221) 상부에 배치될 수 있다. 접착층(222)은 기판(221)과 기판(221) 상부에 배치되는 제1 절연층(223) 간의 접착력을 개선할 수 있다.
접착층(222)은 제1 절연층(223)과 기판(221) 사이의 열팽창계수를 갖는 재질로 이루어질 수 있어, 열충격을 완화할 수 있다. 또한, 접착층(222)은 Ni, Cr, Al 등을 포함할 수 있으나, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 접착층(222)은 Ni, 및 Al을 포함하고, Ni, Al의 다양한 비율로 조절로 접착력이 변경될 수 있다.
또한, 접착층(222)은 두께(T2)가 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 바람직하게, 접착층(222)은 두께(T2)가 바람직하게, 15㎛ 내지 80㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게 40㎛ 내지 60㎛일 수 있다. 접착층(222)은 두께(T2)가 1㎛보다 작은 경우, 기판(221) 상면에서 균일성(uniformity)가 저하되어 접착력이 떨어지는 문제가 존재하고, 접착층(222)은 두께(T2)가 100㎛보다 큰 경우에 열효율을 저감하고 신뢰성이 저하되는 문제점이 존재한다. 다만, 실시예에 따른 히터 코어(220a)는 접착층(222) 없이 기판(221) 상면에 제1 절연층(223)이 배치될 수도 있다.
또한, 접착층(222)은 기판(221)과 마찬가지로 복수 개의 관통홀(h)을 포함할 수 있다. 복수 개의 관통홀(h)은 기판(221)의 관통홀(h)과 대응하도록 배치될 수 있다.
제1 절연층(223)은 접착층(222) 또는 기판(221)(접착층(222) 없는 경우) 상에 배치될 수 있다. 이하에서는 접착층(222)이 존재하는 경우로 설명한다.
제1 절연층(223)은 용사(thermal spraying) 방식에 의해 접착층(222) 상에 형성될 수 있다.
제1 절연층(223)은 세라믹을 포함하여 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 절연층(223)은 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등의 산화물과 Bn, AlN 등 질화물 절연층을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 절연층(223)은 산화물을 포함하여 용사 공정이 용이하게 이루어질 수 있으나, 이러한 재질에 한정되는 것이 아니다. 또한, 제1 절연층(223)은 전술한 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등의 산화물과 Bn, AlN 등 질화물 절연층으로 이루어진 층, 기판, 시트 등을 포함하는 개념일 수 있다. 이러한 내용은 제2 절연층(225)에도 동일하게 적용될 수 있다.
제1 절연층(223)은 두께(T3)가 1㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 바람직하게, 제1 절연층(223)은 두께(T3)가 바람직하게 100㎛ 내지 400㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게 200㎛ 내지 350㎛일 수 있다.
제1 절연층(223)은 두께(T3)가 1㎛보다 작은 경우, 내전압 현상이 저하될 수 있다. 즉, 제1 절연층(223)은 발열체(224)와 기판(221) 사이에서 발열체(224)에 가해진 전압을 견디지 못하여 전기적 단절을 유지하기 어려운 한계가 존재할 수 있다. 제1 절연층(223)은 두께(T3)가 500㎛보다 큰 경우, 크랙(crack) 등의 신뢰성 문제가 발생할 수 있으며, 열 효율이 저하되는 한계가 존재한다.
또한, 제1 절연층(223)은 기판(221), 접착층(222)과 마찬가지로 복수 개의 관통홀(h)을 포함할 수 있다. 복수 개의 관통홀(h)은 기판(221), 접착층(222)의 관통홀(h)과 대응하도록 배치될 수 있다.
발열체(224)는 제1 절연층(223) 상에 인쇄(printing), 패터닝(patterning), 용사, 증착 등의 방법으로 배치될 수 있다. 발열체(224)는 히터 코어(220a) 내에 배치되고, 외부로부터 제공된 전원에 의해 전기가 흐르면 발열할 수 있다.
즉, 발열체(224)는 저항체 라인(line)일 수 있다. 또한, 발열체(224)는 니켈-크롬(Ni-Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루비듐(Ru), 은(Ag), 구리(Cu), 비스무스-티타늄 산화물(BiTiO) 등을 포함하는 저항체일 수 있으나, 이러한 재질 한정되는 것은 아니다.
발열체(224)는 이하 도 8e 내지 도 8f에서 설명하는 바와 같이, 마스크와 레이저를 통해 제1 절연층(223) 상에 소정의 패턴으로 배치될 수 있다. 이에 대해서는 하기 도 8e 내지 도 8f에서 자세히 설명한다.
발열체(224)는 제1 발열체(224a)와 제2 발열체(224b)를 포함할 수 있고, 제1 발열체(224a)는 전도 영역(C1)에 배치되고, 제2 발열체(224b)는 비전도 영역(C2) 또는 전도 영역(C1)의 일부에 배치될 수 있다. 그리고 관통홀(h)은 제2 발열체(224b)을 관통하도록 배치될 수 있으며, 이러한 위치를 통해 실질적으로 발열하는 제1 발열체(224a)의 면적을 용이하게 확보할 수 있다.
여기서, 히터 코어는 제1 연장선(V1)과 제2 연장선(V2) 사이의 영역인 전도 영역(C1)과 제1 연장선(V1)과 제1 측면(P1) 사이 및 제2 연장선(V2)과 제2 측면(P2) 사이의 영역인 비전도 영역(C2)으로 구분될 수 있다. 여기서, 제1 연장선(V1)은 제1 측면(P1)에 인접한 관통홀(h)의 중심을 제1 방향으로 연결한 가상의 선이고, 제2 연장선(V2)는 제2 측면(P2)에 인접한 관통홀(h)의 중심을 제1 방향으로 연결한 가상의 선이다.
제1 발열체(224a)는 제1,2 전극단자(228a, 228b)와 전기적으로 연결되어, 외부로부터 전기가 주입될 수 있다. 이에 따라, 제1 발열체(224a)는 전기가 주입되면 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 발열할 수 있다. 제1 발열체(224a)는 양 단부가 각각 제1 전극단자 및 제2 전극단자 중 어느 하나와 전기적으로 연결될 수 있으나, 이러한 연결 형태에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 전극단자(228a) 및 제2 전극단자(228b)는 발열체(224)와 전기적 연결 거리를 감소하기 위해 전도 영역(C1) 상에 배치될 수 있다. 다만, 이러한 위치에 한정되는 것은 아니다.
이와 달리, 제2 발열체(224b)는 제1,2 전극단자(228a, 228b)와 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제2 발열체(224b)는 외부로부터 전기가 주입되지 않으므로, 더미(dummy)로서 발열을 수행하지 않는다.
그리고 제1 발열체(224a)는 제3 방향으로 기판(221) 및 접착층(222)의 관통홀(h)과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 이로써, 발열체(224)는 전기적 단절이 없이 발열을 수행할 수 있다. 또한, 제1 발열체(224a)는 제2 발열체(224b)와 전기적으로 분리될 수 있다.
그리고 발열체(224)는 접착층(222) 상에서 다양한 방향으로 연장되고, 턴업(만곡 또는 절곡)될 수 있다. 예시적으로 발열체(224)는 접착층(222) 상에서 제2 방향과 제1 방향으로 반복 연장된 형태를 가질 수 있다. 다만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 이러한 형태에서 대해서는 이하 도 10에서 자세히 설명한다. 이로써, 유체는 발열체(224)로부터 발생한 열을 제공받을 수 있다.
그리고 발열체(224)는 제1 전극단자와 제2 전극단자를 통해 외부로부터 전원을 공급받을 수 있다. 이에, 발열체(224)는 발열체(224)의 두께(T4)는 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 바람직하게, 발열체(224)는 두께(T4)가 30㎛ 내지 70㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게, 40㎛ 내지 60㎛일 수 있다.
발열체(224)는 두께(T4)가 10㎛보다 작은 경우에, 발생한 열이 저하되는 한계가 존재한다. 그리고 발열체(224)는 두께(T4)가 100㎛보다 큰 경우, 발열체(224) 간의 전기적 단선의 위험성이 커지는 한계가 존재한다.
제2 절연층(225)은 발열체(224) 및 제1 절연층(223) 상에 배치될 수 있다. 제2 절연층(225)은 돌출된 패턴(P)를 포함할 수 있다. 돌출된 패턴(P)는 발열체(224)와 제3 방향으로 중첩되고, 상부로 돌출될 수 있다. 이에 따라, 제2 절연층(225)(또는 커버층(226))은 상부면에 돌출된 패턴(P)을 가질 수 있다. 그리고 패턴(P)의 제3 방향으로 높이는 발열체(224)의 두께와 동일할 수 있다.
제2 절연층(225)은 세라믹을 포함하여 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2 절연층(225)은 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등의 산화물과 Bn, AlN 등 질화물 절연층을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 절연층(225)은 산화물을 포함하여 용사 공정이 용이하게 이루어질 수 있으나, 이러한 재질에 한정되는 것이 아니다. 제1 절연층(223)과 마찬가지로 제2 절연층(225)은 전술한 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등의 산화물과 Bn, AlN 등 질화물 절연층으로 이루어진 층, 기판, 시트 등을 포함하는 개념일 수 있다.
제2 절연층(225)은 두께(T5)가 1㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 바람직하게, 제2 절연층(225)은 두께(T5)가 바람직하게 100㎛ 내지 400㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게 200㎛ 내지 350㎛일 수 있다. 제2 절연층(225)은 두께(T5)가 1㎛보다 작은 경우, 내전압 현상이 저하될 수 있다. 즉, 제2 절연층(225)은 발열체(224)와 기판(221) 사이에서 발열체(224)에 가해진 전압을 견디지 못하여 전기적 단절을 유지하기 어려운 한계가 존재할 수 있다. 제2 절연층(225)은 두께(T5)가 500㎛보다 큰 경우, 크랙(crack) 등의 신뢰성 문제가 발생할 수 있으며, 열 효율이 저하되는 한계가 존재한다.
또한, 제2 절연층(225)은 기판(221), 접착층(222), 제1 절연층(223)과 마찬가지로 복수 개의 관통홀(h)을 포함할 수 있다. 복수 개의 관통홀(h)은 기판(221), 접착층(222), 제1 절연층(223)의 관통홀(h)과 대응하도록 배치될 수 있다.
커버층(226)은 제2 절연층(225) 상에 배치될 수 있다. 커버층(226)은 재질이 알루미늄(Al)을 포함할 수 있으나, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다. 커버층(226)은 히터 코어(220a) 상부에 배치될 수 있고, 히터 코어(220a)의 외장부재로 중공의 바(bar) 또는 로드형태일 수 있으나, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.
그리고 커버층(226)은 용사에 의해 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 커버층(226)은 절연층 또는 산화물로 이루어져 히터 코어(220a)의 내전압을 개선하고, 외부의 습기나 오염 물질로부터 히터 코어(220a)를 보호할 수 있다. 또한, 커버층(226)은 상기 제1 절연층(223), 발열체(224) 또는 제2 절연층(225)을 형성하는 방법과 동일하게 형성하여 공정상 효율을 향상 시킬 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 커버층(226)은 발열체(224)와 제3 방향으로 중첩되는 부분이 상부로 돌출될 수 있다.
또한, 커버층(226)은 기판(221), 접착층(222), 제1 절연층(223), 제2 절연층(225)과 마찬가지로 복수 개의 관통홀(h)을 포함할 수 있다. 복수 개의 관통홀(h)은 기판(221), 접착층(222), 제1 절연층(223), 제2 절연층(225)의 관통홀(h)과 대응하도록 배치될 수 있다.
또한, 커버층(226), 접착층(222), 제1 절연층(223), 발열체(224), 제2 절연층(225) 중 적어도 하나는 보강부(227)의 표면 상에 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이 접착층(222)은 제1 절연층(223)과 기판(221) 간의 결합력을 개선하고, 제1, 2 절연층(223,225)은 발열체(224)와 기판(221) 사이에서 절연을 수행하고, 발열체(224)는 히터 코어의 발열 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고 커버층(226)은 외부의 오염 물질 등으로부터 히터 코어를 보호하는 역할을 할 수 있고, 커버층(226), 접착층(222) 및 제1,2 절연층(223, 225) 등을 형성하는 공정에서 보강부(227)에 형성된 잔여물을 제거할 필요가 없어 공정 효율을 개선할 수 있다.
보강부(227)는 기판(221)의 제2 면(S2) 상에 배치되어 제3 방향으로 연장되고, 제1 모서리(M1)와 제2 모서리(M2) 상에 배치될 수 있다. 또한, 보강부(227)는 기판(221)과 일체로 형성되어 상기 제1 모서리부와제 2 모서리부에서 연장된 형태일 수 있다. 여기서, 모서리부는 각 모서리에 인접한 영역을 의미한다. 이 때, 일 실시예에 따른 보강부(227)는 고온 또는 저온에서 히터 코어(220a)에 휨 현상이 발생하는 것을 방지 할 수 있다.
구체적으로, 실시예에 따른 히터 코어(220a)는 기판(221), 접착층(222), 제1 절연층(223) 또는 제2 절연층(225) 및 발열체(224) 순으로 열팽창계수가 작을 수 있다. 이때, 전술한 바와 같이 접착층(222)이 존재하지 않는 히터 코어에서도 동일하게 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 기판(221)이 제1 절연층(223) 또는 접착층(222)보다 열팽창계수가 크므로, 고온에서 기판(221)이 인장되고 제1 절연층(223) 또는 접착층(222)은 압축될 수 있다. 이러한 열팽창계수의 차이로 인하여, 고온 또는 저온에서 히터 코어(220a)는 휘어질(이하 휨 현상) 수 있다. 예컨대, 고온에서 열팽창계수가 큰 기판(221)은 인장되고, 접착층(222) 또는 제1 절연층(223)은 압축되어 기판(221)의 제1 방향으로의 가장자리가 상부(제3 방향)로 휘어질 수 있다. 이에 따라, 히터 코어(220a)는 기판(221)의 중앙이 하부 또는 상부로 볼록 또는 오목한 형상이 되도록 휘어질 수 있다. 대부분 기판(221)의 열팽창 계수가 크므로 기판(221)의 중앙이 오목하게 휘는 형상을 가질 수 있다.
또한, 고온 이후에 저온이 된 경우, 기판(221)은 열팽창계수가 크므로 고온에서 인장된 길이만큼 압축하고, 접착층(222) 또는 제1 절연층(223) 도 인장된 만큼 압축 할 수 있다. 이로써, 히터 코어(220a)는 휘어지지 않는 평평한 상태로 복원 되거나, 기판(221)의 중앙이 상부로 돌출된 볼록한 형상이 되도록 휠 수 있다.
이는 히터 코어(220a)에서 장변을 갖는 제1, 2 측면(P1, P2) 에서 온도에 따른 인장력 또는 압축력이 단변을 갖는 제3,4 측면(P3, P4)에서 온도에 따른 인장력 또는 압축력보다 클 수 있기 때문이다.
예컨대, 히터 코어는 제1 측면(P1)과 제2 측면(P2)의 변형에 의해 제3 측면(P3)과 제4 측면(P4)에서 상부 또는 하부로 휘어질 수 있다. 즉, 고온과 저온에서 히터 코어(220a)의 가장자리에서 구조적 변형이 크게 발생한다.
실시예에 따른 보강부(227)는 제1 측면(P1)과 제2 측면(P2)에서 열에 의해 기판(221)이 구조적으로 변형되는 현상을 방해하는 힘을 제공할 수 있다. 예컨대, 보강부(227)는 제1 모서리(M1)와 제2 모서리(M2)에서 열에 의해 기판(221)이 구조적으로 변형하는데 방해하는 힘을 제공할 수 있다.
예를 들어, 고온에서 열팽창계수가 큰 기판(221)은 인장되고, 접착층(222) 또는 제1 절연층(223)은 압축되므로 기판(221)의 제3 측면(P3)과 제4 측면(P4)이 상부(제3 방향)로 휘어지는 힘이 발생하더라도, 보강부(227)를 기판(221)의 제1 측면(P1)과 제2 측면(P2) 측에 형성하여 기판(221)의 강성을 향상시킴으로써 상기 힘을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 히터 코어(220a)는 휨 현상이 억제될 수 있다.
또한, 상기 휨 현상 억제를 위해, 보강부(227)는 전술한 비전도 영역(C2)에 배치될 수도 있다.
또한, 실시예에 따른 기판(221)의 두께(T1)는 보강부(227)의 높이(H6)와 길이 비가 1:1 내지 1:8일 수 있다.
바람직하게, 기판(221)의 두께(T1)는 보강부(227)의 높이(H6)와 길이 비가 1:2 내지 1:5이고, 더욱 바람직하게, 1:2.5 내지 1:3.5일 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 실시예에 따른 히터 코어(220a)는 기판(221)을 통해 외부로 열을 충분히 전달하면서, 열에 의해 휨 현상이 발생하지 않을 수 있다.
기판(221)의 두께(T1)는 보강부(227)의 높이(H6)와 길이 비가 1:1보다 작은 경우에, 열에 의한 인장 또는 수축을 차단하지 못하여 기판(221)이 제3 방향으로 휘어지는 문제가 존재한다. 또한, 기판(221)의 두께(T1)는 보강부(227)의 높이(H6)와 길이 비가 1:8보다 큰 경우, 히터 코어의 부피가 커지고 기판을 통한 열 전달이 감소하는 문제가 존재한다.
또한, 실시예에 따른 보강부(227)의 두께(T6)가 기판(221)의 폭(W1)과 길이 비가 1:10 내지 1:60일 수 있다. 바람직하게, 보강부(227)의 두께(T6)가 기판(221)의 폭(W1)과 길이 비가 1:20 내지 1:40이고, 더욱 바람직하게, 1:22 내지 1:35일 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 실시예에 따른 히터 코어(220a)는 보강부(227)가 제1 발열체(224a) 하부의 기판을 통해 열을 외부 유체에 제공하면서, 히터 코어(220a)가 휘어지지 않도록 할 수 있다.
보강부(227)의 두께(T6)가 기판(221)의 폭(W1)과 길이 비가 1:10보다 작은 경우에, 공정상 보강부의 형성이 어렵고 발열을 위한 면적이 감소하여 발열체(224)에 의해 발생된 열이 외부로 방출되기 어려워 열 효율이 저하되는 한계가 존재한다. 또한, 보강부(227)의 두께(T6)가 기판(221)의 폭(W1)과 길이 비가 1:60보다 큰 경우에 기판(221)의 폭 방향으로의 휨이 추가로 발생할 수 있고, 열에 의한 기판(221)의 구조적 변형을 방지하기 어려운 문제가 존재한다.
보강부(227)는 기판(221)과 일체로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 보강부(227)는 기판(221)과 동일한 재질로, 열전도성이 높은 금속을 포함할 수 있다. 예컨대, 보강부(227)는 Al, Cu, Ag, Au, Mg, SUS, 스테인리스 스틸 등을 포함할 수 있으나, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 보강부(227)는 제1 측면(P1)과 제1 측면(P1)에 인접한 관통홀(h1)과 사이, 제2 측면(P2)가 제2 측면(P2)에 인접한 관통홀(h2) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 기판(221)의 폭(W1)는 보강부(227)의 두께(T6), 제1 측면(P1)과 제1 측면(P1)에 인접한 관통홀(h1) 사이의 최소 이격 거리(W3), 제1 측면(P1)과 제1 발열체(224a) 사이의 최소 이격 거리(W4)보다 클 수 있다. 여기서, 제1 측면(P1)과 제1 측면(P1)에 인접한 관통홀(h1) 사이의 최소 이격 거리(W3)는 제2 측면(P2)과 제2 측면(P2)에 인접한 관통홀(h2) 사이의 이격 거리와 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 보강부(227)의 두께(T6)는 제1 측면(P1)과 제1 측면(P1)에 인접한 관통홀(h1) 사이의 최소 이격 거리(W3)보다 작을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 보강부(227)는 관통홀(h1)을 통해 후술하는 체결부재의 공간을 확보할 수 있다.
또한, 보강부(227)의 두께(T6)는 제1 측면(P1)과 제1 발열체(224a) 사이의 최소 이격 거리(W4)보다 작을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 히터 코어는 열 효율이 개선될 수 있다.
또한, 제1 측면(P1)과 제1 측면(P1)에 인접한 관통홀(h1) 사이의 최소 이격 거리(W3)는 제1 측면(P1)과 제1 발열체(224a) 사이의 최소 이격 거리(W4)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 전술한 바와 같이 관통홀(h)이 제1 발열체(224a)와 제3 방향으로 중첩되지 않아, 발열체(224)는 전기적 단절이 없이 발열할 수 있다.
도 5a는 다른 실시예에 따른 히터 코어의 평면도이고, 도 5b는 다른 실시예에 따른 히터 코어의 사시도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 다른 실시예에 따른 히터 코어(220b)는 곡률을 가지는 기판(221), 기판(221) 상에 배치되는 제1 절연층(223), 제1 절연층(223) 상에 배치되는 발열체(224), 발열체(224) 상에 배치되는 제2 절연층(225) 및 기판(221) 하부에 배치되는 보강부(227)을 포함할 수 있다.
또한, 히터 코어(220b)는 기판(221)과 제1 절연층(223) 사이에 배치되는 접착층(222) 과 제2 절연층(225) 상에 배치되는 커버층(226) 및 발열체(224)와 전기적으로 연결된 제1 전극단자(228a), 제2 전극단자(228b)를 더 포함할 수 있다.
그리고 전술한 바와 같이, 커버층(226)과 제2 절연층(225)은 제1 전극단자(228a) 및 제2 전극단자(228b)와 발열체(224) 간에 전기적 연결을 위한 오픈부(O)를 더 포함할 수 있다. 오픈부(O)는 제1,2 전극단자(228a, 228b)와 발열쳬(224)의 전기적 연결이 용이하게 이루어지도록, 발열체(224)의 면적보다 면적이 작을 수 있다.
전술한 바와 같이, 기판(221)은 제1 측면(P1) 내지 제4 측면(P4)을 포함하고, 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 포함할 수 있다.
다만, 다른 실시예에 따른 히터 코어(220b)에서 상기 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 평면이고, 제1 측면(P1)과 제2 측면(P2)은 히터 코어(220b)가 복수 개 체결된 발열모듈이 수용되는 디바이스의 내주면의 곡면과 대응하는 형태의 곡면을 가질 수 있다. 이에 대해서는 이하 도 14a 내지 도 14c에서 설명한다.
제1 측면(P1)과 제2 측면(P2)은 소정의 축으로부터 곡률 반경을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 측면(P1)은 제1 곡률 반경(R1)을 가지고, 제2 측면(P2)은 제2 곡률 반경(R2)를 가질 수 있다. 그리고 제1 곡률 반경(R1)은 제2 곡률 반경(R2)보다 작을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 소정의 축(C)으로부터 제1 측면(P1)은 내주면이 되고, 제2 측면(P2)은 외주면일 수 있다. 또한, 여기서 소정의 축(C)은 이하 도 14에서 설명하는 디바이스 내의 모터의 중심축과 동일할 수 있다. 예컨대, 소정의 축은 디바이스에서 송풍팬의 회전축과 동일할 수 있다.
기판(221)은 제1 면(S1) 상에 적층된 접착층(222), 제1 절연층(223), 발열체(224) 및 제2 절연층(225)을 지지할 수 있다. 그리고 기판(221) 상에 배치된 접착층(222), 제1 절연층(223), 발열체(224) 및 제2 절연층(225)은 기판(221)의 제1 곡률 반경(R1), 제2 곡률 반경(R2)과 동일한 곡률 반경을 가질 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 커버층(226)은 제2 절연층(225) 상에 형성될 수 있고, 커버층(226)은 제1 곡률 반경(R1) 및 제2 곡률 반경(R2)과 동일한 곡률 반경을 갖는 곡면을 가질 수 있다.
또한, 발열체(224)는 앞서 설명한 바와 같이 제2 방향으로 곡률을 가질 수 있다. 발열체(224)의 곡률은 기판(221)의 곡률과 동일할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 발열체로부터 발생한 열이 기판(221), 발열체(224) 상부의 제2 절연층(225)으로 온도 편차가 크지 않도록 전달될 수 있다.
다른 실시예에 따른 기판(221)은 제1 측면(P1)의 길이(L1)와 제2 측면(P2)의 길이(L2)의 길이 비가 1:0.7 내지 1:1.3일 수 있다. 바람직하게 제1 측면(P1)의 길이(L1)와 제2 측면(P2)의 길이(L2)의 길이 비가 1:0.8 내지 1:1.2이고, 더욱 바람직하게 1:0.9 내지 1:1.1일 수 있다. 이로써, 다른 실시예에 따른 히터 코어(220b)는 제1 측면(P1)의 길이(L1)와 제2 측면(P2)의 길이(L2)의 차이를 감소하여, 열에 의해(고온 또는 고온 이후 저온에서) 휨 현상을 방지할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 측면(P1)과 제2 측면(P2)은 곡률을 가질 수 있으며, 예를 들어, 제1 측면(P1)과 제2 측면(P2)은 원호일 수 있다.
제1 측면(P1)의 길이(L1)와 제2 측면(P2)의 길이(L2)의 길이 비가 1:0.7보다 작은 경우에 히터 코어(220a)에서 고온 및 고온 이후에 제1 측면(P1)이 제 3방향으로 휘어지는 한계가 존재한다. 문제가 발생한다. 구체적으로, 고온 및 고온 이후에, 제1 측면(P1)과 제2 측면(P2)이 팽창하며, 제2 측면(P2)이 제1 측면(P1) 대비 상대적으로 팽창이 적게 발생하여 제1 측면(P1)에 들뜸 현상이 발생할 수 있다.
또한, 제1 측면(P1)의 길이(L1)와 제2 측면(P2)의 길이(L2)의 길이 비가 1:1.3보다 큰 경우에, 상부의 제1 절연층(223)과 기판(221) 사이의 결합력이 떨어져 히터 코어의 신뢰성이 저하되는 한계가 존재한다. 뿐만 아니라, 고온 및 고온 이후에, 히터 코어(220a)에서 제2 측면(P2) 제 3방향으로 휘어지는 한계가 존재한다. 구체적으로, 고온 및 고온 이후에, 제1 측면(P1)과 제2 측면(P2)이 팽창하며, 제2 측면(P2)이 제1 측면(P1) 대비 상대적으로 팽창을 더 커져 제2 측면(P2)에 들뜸 현상이 발생할 수 있다.
또한, 상기 길이 비(L1과 L2)와 대응되도록, 히터 코어(220b)에서 제1 측면(P1)과 제3, 제4 측면(P3, P4)이 이루는 각(θ2, θ3)은 90도 이하이고, 바람직하게 70도 내지 88도이고, 제2 측면(P2)과 제3, 제4 측면(P3, P4)이 이루는 각(θ1, θ4)은 90도 이상이고, 바람직하게 92도 내지 110도일 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 측면(P1)의 길이(L1)와 제2 측면(P2)의 길이(L2)의 길이 차이(길이 비) 및 각도 차이를 통해 히터 코어(220b)는 휨 현상이 방지될 수 있다.
아래 표 1은 여러 구조를 갖는 히터 코어에 400W의 전기를 가하여 700℃의 열이 발생한 경우에 기판(221)이 제3 방향으로 휘어진 길이(기판을 평면상에 두었을 때 제3 방향으로 들뜨는 최대 길이)를 측정한 결과이다.
이 때, 비교예는 히터 코어에서 기판의 제1 측면과 제2 측면이 곡률을 갖지 않고, 보강부를 포함하지 않는 경우이고, 실시예 1은 도 1과 같이 보강부만 포함하는 경우이다. 그리고 실시예 2는 도 5와 같이 히터 코어가 곡률과 보강부를 모두 포함한 경우이다.
구분 구조 내용 휘어진 길이(cm)
비교예 곡률X, 보강부 X 3
실시예 1 곡률X, 보강부 O 0.3
실시예 2 곡률O, 보강부O 0.2
실시예 3 곡률X, 보강부O, 2개 히터 코어 결합 0
실시예 4 곡률O, 보강부O, 2개 히터 코어 결합 0
히터 코어는 기판이 1㎜(두께)이고 SUS를 포함하며, 폭이 25mm이며, 길이가 25cm (곡률을 가지는 경우 제1 측면 또는 제2 측면의 길이)이다. 제1 절연층은 Al2O3을 포함하며 두께가 300㎛이고, 발열체는 Ni, Cr을 포함하며 두께가 50㎛이고, 제2 절연층은 Al2O3을 포함하며 두께가 300㎛이다. 또한, 보강부가 존재하는 경우, 보강부의 두께(T6)가 1mm이고, 보강부의 높이(H6)가 3mm이다. 그리고 기판이 곡률을 갖는 경우, 제1 측면의 길이와 제2 측면의 길이의 길이 비는 1:1이다.이에 따라, 보강부는 히터 코어의 휨 현상을 방지할 수 있으며, 추가적으로 제1 측면과 제2 측면이 곡률을 갖는 경우에는 히터 코어의 휨 현상을 보다 더 개선할 수 있다. 또한, 도 11a,b과 같이 발열 모듈이 복수 개의 히터 코어로 이루어지는 경우, 히터 코어가 휘어지는 문제를 더욱 개선할 수 있다.
도 6은 도 1의 변형예이고, 도 7은 도 5의 변형예이다.
먼저, 도 6 및 도 7을 참조하면, 변형예에 따른 히터 코어(220a', 220b')는 보강부(227)가 제1 모서리(M1)와 제2 모서리(M2) 중 어느 하나에 배치된 구조일 수 있다.
특히, 도 7의 경우 히터 코어(220b')에서 보강부(227)는 제1 모서리(M1)와 제2 모서리(M2) 중 길이가 긴 모서리 또는 곡률이 큰 모서리 측에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 보강부(227)는 기판(221)의 기판(221)의 강성을 개선하여, 열에 의한 휨 현상을 방지할 수 있다.
도 8a 내지 도 8i는 실시예에 따른 히터 코어의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8a를 참조하면, 기판(221)을 준비할 수 있다. 기판(221)은 앞서 설명한 바와 같이 열전도성이 높은 금속을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(221)은 Al, Cu, Ag, Au, Mg, SUS, 스테인리스스틸 등을 포함할 수 있다. 다만, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다. 또한, 기판(221)은 강성이 높은 재질을 선택할 수 있다. 또한, 기판(221) 하부에 보강부(227)가 배치될 수 있다. 보강부(227)는 전술한 바와 같이 기판(221)과 일체로 형성될 수 있으며, 레이저 또는 금형을 이용하거나, 기판의 측면을 물리적으로 벤딩(bending)하는 등의 가공에 의해 기판(221)의 가장자리 중 장변 또는 곡률이 큰 변 상에 형성될 수 있다.
또한, 기판(221)은 관통홀(h)이 형성될 수 있다. 복수 개의 관통홀(h)은 기판(221)의 가장자리를 따라 형성될 수 있으며, 에칭, 펀칭, 드릴링 등 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 관통홀(h)은 관통홀(h)과 기판(221)의 가장자리 사이에 보강부(227)가 배치되도록 형성될 수 있다.
그리고 도 8b를 참조하면, 기판(221)의 상면에 요철(YO)을 형성할 수 있다. 예컨대, 기판(221)의 상면에 샌딩(sanding)을 통해 러프니스(Roughness)를 증가할 수 있다. 이로써, 기판(221)의 상면은 표면적이 향상될 수 있다. 이에 따라, 이후 제1 절연층(223), 발열체(224), 제2 절연층(225), 커버층(226)이 용사에 의해 형성되는 경우, 제1 절연층(223), 발열체(224), 제2 절연층(225), 커버층(226)은 균일성(uniformity)이 개선되어, 신뢰성이 향상될 수 있다. 이 때, 용사는 원하는 재료를 사용하여 대상체의 표면에 용융 또는 반용융시켜 적층하는 기술이다. 구체적으로, 용사는 가스식과 전기식으로 나눌 수 있으며, 예컨대 불꽃(FLAME)속에 와이어 상태의 용사 재료를 연속적으로 송급하여 용융시켜 압축공기로 용융된 재료를 분사하여 피막을 형성하거나, 연소가 공급원 내부에서 일어나며 발생된 연소가스를 노즐을 통해 고속으로 분사, 원료분말을 고속의 분사가스에 송출·가열·용융 고속으로 분사하여 피막을 형성하는 방법으로 구분될 수 있다. 그리고 제1 절연층(223), 제2 절연층(225) 및 발열체(224)는 원료 분말을 송출, 가열, 용융 분사하여 형성되어, 조직이 세밀하고 절연성/열전도성이 개선되고 두께 제어가 용이하게 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8c를 참조하면, 기판(221)의 상면 상에 접착층(222)을 코팅 등의 방식을 통해 형성할 수 있다. 접착층(222)은 앞서 설명한 바와 같이, 금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어, I, Cr, Al을 다양한 비율로 조합하여 이루어질 수 있다.
접착층(222)을 통해 기판(221)과 접착층(222) 상부에 배치되는 제1 절연층(223) 간의 결합력이 개선될 수 있다. 또한, 접착층(222)은 관통홀(h)이 없는 영역에 형성될 수 있다. 복수 개의 관통홀(h)은 기판(221)의 가장자리를 따라 형성될 수 있다.
도 8d를 참조하면, 제1 절연층(223)이 접착층(222) 상에 배치될 수 있다. 제1 절연층(223)은 용사 또는 코팅 등을 통해 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제1 절연층(223)은 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등의 산화물과 Bn, AlN 등 질화물 절연층을 포함할 수 있다. 제1 절연층(223)은 기판(221)과 접착층(222)과 마찬가지로 복수 개의 관통홀(h)이 없는 영역에 을 포함할 형성 될 수 있다. 또한, 상기 제 1 절연층(223)은 전술한 바와 같이 접착층 없이 기판(221) 상에 바로 형성될 수도 있다.
도 8e를 참조하면, 발열체(224)가 제1 절연층(223) 상에 형성될 수 있다. 발열체(224)는 제1 절연층(223) 상에 용사 또는 코팅 등에 의해 형성되고, Ni, Cr, Al 등을 포함할 수 있으나, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다.
또한, 발열체(224)는 원하는 저항에 따라, 금속의 비율이 상이할 수 있다. 예컨대, 발열체(224)가 Ni, Cr, Al을 포함하는 경우, Ni의 비율을 높이면 저항이 낮아지고, 반대로 낮을수록 저항이 높아질 수 있다. 발열체(224)는 바람직하게 Ni-Cr으로 형성할 수 있다.
도 8f를 참조하면, 발열체(224)는 소정의 패턴으로 가공될 수 있다. 소정의 패턴의 발열체(224)는 마스킹 또는 레이저에 의해 형성될 수 있다.
예컨대, 도 8d의 제1 절연층(223) 상에 패턴 형상의 원하는 형상의 마스크(mask)를 배치하고, 상기 마스크의 패턴영역에 상기 패턴의 발열체(224)를 형성할 수 있다. 즉, 마스크를 이용하는 경우 도 8e의 공정이 생략 될 수 있다. 분만 아니라, 도 8e의 발열체(224)를 레이저를 통해 일부 가공함에 따라 원하는 패턴의 발열체(224)를 형성할 수 있다.
그리고 발열체(224)의 폭과 발열체(224) 간의 간격 및 두께를 조절하여 원하는 저항을 갖는 발열체(224)를 형성할 수 있다.
도 8g를 참조하면, 발열체(224)의 양단에 전극부가 형성될 수 있다. 예컨대, 발열체(224)의 양단은 각각 기판(221)에서 사로 마주보는 측면의 가장자리에 배치될 수 있다. 전극부는 발열체(224)의 양단 각각에 용사에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 전극부는 Cu, Ni, AL 등의 금속을 포함할 수 있으며, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다.
전극부는 양극과 음극을 각각 가지는 제1 전극부와 제2 전극부를 포함할 수 있다. 제1 전극부와 제2 전극부는 두께가 50㎛ 내지 200㎛일 수 있다. 다만, 이러한 전극부 없이 발열체(224)가 외부의 전극과 전기적으로 연결될 수도 있다. 예컨대, 도 8g의 공정 없이 도 8h의 공정을 수행 할 때 발열체(224)의 패드 영역(PD) 상에 제2 절연층(225)을 제거하여, 발열체(224)가 노출할 수 있다. 이로써, 전술한 오픈부를 통해 발열체(224)가 제1 전극단자, 제2 전극단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 패드 영역(PD)은 발열체(224)가 제3,4 측면(P3, P4)에 인접한 영역으로 발열체(224)의 면적이 증가한 부분이다.
또한, 전극부는 제1, 2 지점(PE1, PE2)에서 발열체(224)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1,2 지점(PE1, PE2)은 기판(221) 상에서 가장자리에 위치할 수 있다. 또한, 제1,2 지점(PE1, PE2)은 기판(221) 상에서 제1 방향으로 양측부에 배치될 수 있다. 그리고 제1,2 지점(PE1, PE2)에 형성되는 전극부는 발열체(224)의 패드 영역(PD)보다 작을 수 있다.
도 8h를 참조하면, 제2 절연층(225)이 발열체(224), 제1 절연층(223) 상에 배치될 수 있다. 제2 절연층(225)은 제1 절연층(223)과 동일한 재질 및 두께를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 절연층(225)은 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등의 산화물과 Bn, AlN 등 질화물 절연층을 포함할 수 있다.
제2 절연층(225)은 발열체(224)의 패턴과 두께 방향으로 중첩되고, 중첩된 영역에서 발열체(224)의 두께만큼 돌출 형성될 수 있다.
또한, 도 8h와 도 8g의 공정 순서를 바꾸어 제2 절연층(225)을 형성한 후 전극부를 형성할 수도 있다.
또한, 도 8g에서 설명한 공정 없이 도 8i에서 설명한 공정에서 제2 절연층(225)을 발열체(224)의 패드영역(PD)을 일부 노출하도록 패터닝 할 수 도 있다.
도 8i를 참조하면, 제2 절연층(225) 상에 용사에 의해 커버층(226)을 형성할 수 있다. 커버층(226)은 실시예에 다른 히터 코어(220a)의 외장부재일 수 있다. 이에 따라 커버층(226)은 내전압을 개선하고, 외부로부터 히터 코어(220a)를 보호할 수 있다.
또한, 커버층(226)은 제2 절연층과 마찬가지로 발열체의 패턴과 두께 방향으로 중첩되며, 중첩된 영역에서 발열체의 두께만큼 돌출 형성될 수 있다.
마찬가지로, 커버층(226)도 발열체(224)의 패드 영역(PD)과 중첩되는 부분에서 발열체(224)를 노출하도록 일부 오픈(open)되도록 패터닝될 수 있다. 그리고 제1,2 전극단자가 발열체(224)의 패드 영역에 직접 또는 전도성 물질을 통해 부착될 수 있다.
도 9는 히터 코어 내의 발열체를 설명하는 도면이고, 도 10은 발열체의 다양한 형상을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 발열체(224)의 패턴 폭과 패턴 간의 이격 거리를 줄여 발열체(224)의 저항을 제어할 수 있다. 즉, 발열체(224)의 폭을 감소시키거나 증가 시킬 수 있으며, 발열체(224)는 용사 공정에서 저항이 높은 분말 예를 들어 Ni-Cr 비율에서 Ni의 비율을 줄이고 Cr 비율을 올리게 되면 저항이 높아질 수 있다. 또한, 발열체(224)는 저항이 높은 다른 메탈 분말을 사용해도 무방하나, 이러한 경우 폭을 줄여도 되고 반대로 Ni비율을 높이고 저항이 낮은 분말을 사용할 경우 발열체(224) 폭을 넓힐 수 있다.
기판의 최소 폭(W1)은 20㎜ 내지 30㎜일 수 있다. 그리고 발열체(224)의 폭(W5)은 기판의 최소 폭(W1)보다 작을 수 있다. 예컨대, 발열체(224)는 최소 폭(W5)이 0.1㎜ 내지 1.5㎜일 수 있다. 바람직하게, 발열체(224)는 최소 폭(W5)이 0.3㎜ 내지 1㎜, 더욱 바람직하게 0.4㎜ 내지 0.6㎜일 수 있다. 기판의 최소 폭(W1)과 발열체(224)의 최소 폭(W5) 간의 폭 비는 1:0.003내지 0.075일 수 있다. 이 때, 기판의 최소 폭(W1)과 발열체(224)의 폭(W2) 간의 폭 비가 1:0.003 작은 경우에 발열체(224)의 저항이 낮아져 구동 전류가 커짐에 따라 히터 코어 나아가 발열 모듈의 전기적 용량이 커지는 한계가 존재한다. 그리고 기판의 최소 폭(W1)과 발열체(224)의 폭(W5) 간의 폭 비가 0.075보다 큰 경우에 발열 패턴 간의 간격이 좁아져 전기적 쇼트가 발생하는 문제점이 존재한다.
그리고 발열체(224)는 연장 방향이 상이한 복수 개의 발열 패턴을 포함할 수 있다. 그리고 발열 패턴 간에 이격 거리(W6)를 형성할 수 있다. 이 때, 발열 패턴 간의 최소 이격 거리(W6)는 0.1㎜ 내지 3㎜, 바람직하게 0.2㎜ 내지 2㎜, 더욱 바람직하게 0.3㎜ 내지 1㎜일 수 있다. 발열 패턴 간의 최소 이격 거리(W6)는 발열체(224)의 최소 폭(W 5)보다 작을 수 있다. 이로써, 발열 영역을 최대한 활용 할 수 있다. 도 10을 참조하면, 발열체(224)의 패턴은 다양한 형성을 가질 수 있다. 예컨대, 발열체(224) 제1 절연층(223) 상에 인쇄, 패터닝, 코팅 또는 용사를 통해 형성 될 수 있다. 예를 들어, 도 8와 같이 발열체(224)는 소정의 방향으로 연장된 후, 턴업되어 연장된 방향과 반대되는 방향으로 다시 연장되고, 이를 반복하도록 형성될 수 있다. 또한, 발열체(224)는 지그재그 형상으로 형성되거나, 나선 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 발열체(224)는 소정 패턴으로 연결되며, 서로 이격 배치되는 복수의 발열 패턴(224-1, 224-2)을 포함할 수 있다. 또한, 발열체(224)는 제1 절연층(223)이 형성된 제1 절연층(223) 상에 마스크를 이용하여 원하는 패턴을 용이하게 형성할 수 있다. 예컨대, 발열체(224)를 용사시키고자 하는 형태와 동일한 오픈 영역을 포함하는 마스크를 제1 절연층(223)이 형성된 기판 상에 배치할 수 있다. 이에, 마스크에 용사(thermal spraying)를 진행하면 마스크의 오픈 영역에 발열체(224)가 용사되고, 오픈 영역이 아닌 영역에는 발열체가 형성되지 않을 수 있다. 이와 달리 앞선 도 8e 내지 도 8f에서 설명한 방법으로 발열체(224)가 형성될 수도 있다.
복수의 발열 패턴(224-1, 224-2)은 이격 배치되며, 복수의 발열 패턴(224-1, 224-2) 간의 이격 영역 내에는 열전도체(미도시됨)가 배치될 수 있다. 발열체(224)가 인쇄된 면적이 넓을수록 제1 절연층 및 제2 절연층을 통해 제1 절연층(223) 및 기판(221)으로 전달되는 발열량이 많아질 수 있다. 본 명세서에서, 발열체(224)는 저항체, 발열 패턴 등과 혼용될 수 있다.
또한, 발열체(224)의 표면적은 제1 절연층(223)의 상부 표면적 대비 10% 이상, 50% 이상 또는 70% 이상으로 다양하게 가질 수 있다. 바람직하게 발열체(224)는 제1 절연층(223)의 상부 표면적 대비 10% 이상, 50% 이상 또는 70% 이상으로 다양하게 가질 수 있다.
이로써, 제1 절연층(223) 상에 발열 영역을 확대 하여 발열 효율을 향상 시킬 수 있다.
발열체(224)는 오픈 영역을 포함하는 마스크를 이용하여 형성될 수 있으므로 발열체(224)는 제1 절연층(223) 상에 원하는 면적만큼 형성될 수 있다. 예컨대, 마스크의 오픈 영역을 조절하여 발열체의 면적을 증가 또는 감소하도록 제어할 수 있다. 또한, 발열 효율에 맞춰 제작하여 공정상 효율, 제품 생산성 및 적합한 발열 효율을 제공할 수 있다.
또한, 발열체(224)는 제1 측면(P1)의 길이(L1)가 제2 측면(P2)의 길이(L2)보다 큰 경우, 제1 측면(P1)에 가까울수록(C 방향) 발열체(224-2)의 폭이 증가하고, 제2 측면(P2)에 가까울수록(E 방향) 발열체(224-1)의 폭(W5)이 감소할 수 있다. 또한, 발열체(224) 간의 이격 거리(W6)가 제1 측면(P1)에 가까울수록(C 방향) 증가하거나, 제2 측면(P2)에 가까울수록(E 방향) 감소할 수 있다.
또한, 발열체(224)는 제1 측면(P1)의 길이(L1)가 제2 측면(P2)의 길이(L2)보다 작은 경우, 제1 측면(P1)에 가까울수록(C 방향) 발열체(224-2)의 폭(W7)이 작아지고, 제2 측면(P2)에 가까울수록(E 방향) 발열체(224-1)의 폭(W5)이 커질 수 있다. 또한, 발열체(224) 간의 이격 거리(W6)을 제2 측면(P2)에 가까울수록(E 방향) 증가하거나, 제1 측면(P1)에 가까울수록(C 방향) 감소할 수 있다.
즉, 발열체(224)의 발열패턴의 폭이 감소 하면, 저항이 증가하여 열이 증가하며, 열이 증가한 부분에서 기판이 많이 휘어지게 되므로, 열이 증가한 부분의 측면 길이를 작에 하여 휨을 감소 시킬 수 있다.
또한, 발열 패턴 간의 이격 거리가 감소하면 발열체(224)의 길이가 증가되어 저항이 증가하며, 저항에 의해 열이 증가 함으로 인해 이격 거리가 감소하는 부분에서 기판이 많이 휘어지게 되므로 열이 증가한 부분의 측면 길이를 작게 하여 휨을 감소 시킬 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 온도가 변화하는 경우 기판(221)이 제1 측면(P1) 또는 제2 측면(P2)으로 더 휘어지는 현상을 방지할 수 있다.
도 11a는 실시예에 따른 발열 모듈의 사시도이고, 도 11b는 다른 실시예에 따른 발열 모듈의 사시도이고, 도 12은 실시예에 따른 발열 모듈의 평면도이고 도 13은 실시예에 따른 발열 모듈의 측면도이다,
도 11a, 11b 내지 도 13을 참조하면, 실시예에 따른 발열 모듈은 복수 개의 히터 코어와 복수 개의 히터 코어를 체결하는 체결부재를 포함할 수 있다.
먼저, 히터 코어는 앞서 도 1 내지 도 7에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
체결부재(210)는 실시예에 따른 복수 개의 히터 코어를 결합할 수 있다. 예를 들어, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 체결부재(210)는 앞서 설명한 히터 코어의 관통홀을 통해 삽입될 수 있다.
그리고 체결부재(210)는 전술한 제1 발열체와 제3 방향으로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 발열체와 체결부재는 전기적으로 절연될 수 있다. 또한, 관통홀의 형상에 따라, 체결부재(210)의 형상도 다양할 수 있다. 여기서 원형으로 설명한다.
체결부재(210)는 제3 방향으로 히터 코어의 관통홀과 중첩되는 제1 영역(D1)과 중첩되지 않는 제2 영역(D2)을 포함할 수 있다. 제1 영역(D1)은 히터 코어의 두께와 동일한 두께를 가질 수 있다. 그리고 제1 영역(D1)에서 체결부재(210)의 직경(R2)은 관통홀(R1)의 직경에 대응할 수 있다.
이와 달리, 제2 영역(D2)에서 체결부재(210)는 히터 코어의 관통홀(h)의 직경(R1)보다 큰 직경(R2)을 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 체결부재(210)는 열에 의해 각 히터 코어(220)가 휘어지는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 복수 개의 히터 코어는 복수 개의 히터 코어 사이에 위치한 제2 영역(D2)의 두께만큼 이격 거리를 가질 수 있다.
제2 영역(D2)의 두께(T8)는 제1 영역(D1)의 두께(T7)보다 클 수 있다. 이러한 구성에 의해, 유체가 복수 개의 히터 코어 사이의 공간으로 다수 흘러 열 교환이 효율적으로 일어날 수 있다.
제2 영역(D2)의 두께(T8)는 히터 코어(220a)의 두께 방향으로 복수 개의 히터 코어(220a) 중 인접한 히터 코어(220a) 간의 이격 거리의 길이이고, 제1 영역(D1)의 두께(T7)는 히터 코어(220a)의 두께(보강부(227) 제외)일 수 있다.
이 경우, 히터 코어(220a)의 두께(T7)는 인접한 히터 코어(220a) 사이의 이격 거리의 길이(T8)와 길이 비가 1:2 내지 1:60, 바람직하게, 1:10 내지 1:35, 더욱 바람직하게 1:15 내지 1:25일 수 있다. 히터 코어(220a)의 두께(T7)는 인접한 히터 코어(220a) 사이의 이격 거리의 길이(T8)와 길이 비가 1:2보다 작은 경우, 인접한 히터 코어(220a) 사이로 흐르는 유체의 양이 제한되는 문제가 존재할 수 있다.
그리고 히터 코어(220a)의 두께(T7)는 인접한 히터 코어(220a) 사이의 이격 거리의 길이(T8)와 길이 비가 1:60보다 큰 경우, 인접한 히터 코어(220a) 사이로 흐르는 유체로 열 전달 효율이 저하되는 한계가 존재한다.
또한, 발열 모듈은 예를 들어, 9개의 히터 코어를 포함할 수 있다 (다만, 이러한 개수에 한정되는 것은 아니나, 예로서 이하 설명한다).
그리고 6개의 히터 코어(이하 제1 히터 코어부(220-1))가 전기적으로 연결되고, 나머지 3개의 히터 코어(이하 제2 히터 코어부(220-2))가 전기적으로 연결될 수 있다.
이에, 제1 히터 코어부(220-1)와 제2 히터 코어부(220-2)는 개별적으로 전기 구동이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 히터 코어부(220-1)와 제2 히터 코어부(220-2)는 동시에 전원이 인가되어 모두 발열을 수행할 수 있고, 이와 달리, 제1 히터 코어부(220-1) 또는 제2 히터 코어부(220-2)만 발열을 수행할 수 있다.
또한, 제1 히터 코어부(220-1)와 제2 히터 코어부(220-2)에서 히터 코어 개수는 열효율을 위해 변경될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 실시예에 따른 발열 모듈은 전원 구동을 제어하여 발열량을 조절할 수 있다.
도 14a은 본 발명의 실시예에 따른 디바이스의 사시도이고, 도 14b는 도 14a의 분해 정면도이고, 도 14c은 도 14a의 디바이스 내 공기흐름이 도시된 예시도이다.
도 14a 내지 도 14c을 참조하면, 본 실시예에 따른 디바이스(1)는 클린모듈(1000) 및 클린모듈(1000) 상측에 거치되는 가습모듈(2000)을 포함할 수 있다.
클린모듈(1000)은 외부공기를 흡입한 후 여과하고, 여과공기를 가습모듈(2000)에 제공할 수 있다. 가습모듈(2000)은 여과공기를 공급받아 수분을 제공하는 가습을 수행할 수 있다. 그리고 가습모듈(2000)은 가습된 공기를 외부로 토출할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 다른 디바이스(1)는 클린모듈(1000)을 포함하여 여과기능만 수행하거나, 가습모듈(2000)만 포함하여 가습기능만을 수행할 수 있다.
가습모듈(2000)은 물이 저장되는 수조(30)를 포함할 수 있다. 수조(30)는 가습모듈(2000)이 분리될 때, 클린모듈(1000)에서 분리될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 디바이스(1)는 내부에 앞서 설명한 발열 모듈(200)을 포함할 수 있다. 발열 모듈(200)은 복수 개일 수 있다. 예컨대, 발열 모듈(200)은 디바이스(1)의 외부 곡률(r2)과 동일한 중심축으로 곡률 반경만 서로 상이한 곡률(r1)을 가진 히터 코어를 포함할 수 있다. 즉, 히터 코어는 곡률 반경은 상이하나 또한, 디바이스(1)는 공기(유체)가 흐르는 유로를 포함하며, 유로와 히터 코어의 곡률은 동일 중심축을 기준으로 대응될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 디바이스(1) 내부의 발열 모듈(200)은 디바이스(1)의 흡입유로(1010)를 통해 흡입된 유체의 흐름을 저해하지 않을 수 있다. 그리고 앞서 설명한 바와 같이, 중심축은 디바이스 내 팬 내부의 모터의 회전축에 대응할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 앞서 언급한 바와 같이, 발열 모듈(200) 내의 히터 코어를 구성하는 기판, 접착층, 제1 절연층, 발열체, 제2 절연층, 커버층이 동일한 곡률을 가짐으로써, 인접한 히터 코어 사이를 통과하는 유체에 전달되는 열의 편차가 히토 코어의 위치에 따라 커지는 것을 방지할 수 있다.
클린모듈(1000)은 흡입유로(1010) 및 클린연결유로(1040)가 형성된 베이스바디(1100)와, 베이스바디(1100)에 대해 분리 가능하게 설치되고, 유동되는 공기에 대해 여과를 실시하는 필터어셈블리(10)와, 베이스바디(1100) 내부에 배치되고, 공기를 유동시키는 송풍유닛(20)을 포함할 수 있다.
흡입유로(1010)를 통해 외부공기가 베이스바디(1100) 내부로 흡입될 수 있다. 그리고 클린연결유로(1040)를 통해 필터어셈블리(10)에서 여과된 공기가 가습모듈(2000)에 제공될 수 있다.
베이스바디(1100)는 외형을 형성하고, 하측면에 흡입입유로(1010)가 형성된 로어바디(1300)와, 외형을 형성하고, 로어바디(1300) 상측에 결합되는 거치바디(1200)를 포함할 수 있다.
그리고 클린모듈(1000) 또는 가습모듈(2000) 중 적어도 어느 하나에 작동상태를 사용자에게 표시하는 디스플레이모듈(미도시됨)이 배치될 수 있다.
거치바디(1200) 및 로어바디(1300)는 일체로 조립될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 거치바디(1200) 및 로어바디(1300)는 하나로 제작될 수 있다.
본 실시예에 따른 디바이스(1)는 외부로부터 전원을 제공받을 수 있다. 예컨대, 디바이스(1)는 클린모듈(1000)을 통해 전원을 입력받고, 클린모듈(1000)을 통해 가습모듈(2000)에 전원을 제공한할 수 있으나, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다.
필터어셈블리(10)는 베이스바디(1100)에 탈착 가능하게 조립될 수 있다. 필터어셈블리(10)는 여과유로(1020)를 제공하고, 외부 공기에 대해 필터링을 수행할 수 있다.
그리고 송풍유닛(20)은 공기의 유동을 생성시킬 수 있다. 송풍유닛(20)은 베이스바디(1100) 내부에 배치되고, 하측에서 상측으로 공기를 유동시킬 수 있다.
예컨대, 송풍유닛(20)은 송풍하우징(미도시됨), 송풍모터(미도시됨), 송풍팬(미도시됨)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 송풍팬(미도시됨)이 하측에 배치된다.
송풍하우징(150)은 유동되는 공기의 유로를 제공하고, 송풍팬(24)은 원심팬으로서, 하측에서 공기를 흡입한 후, 반경방향 외측으로 공기를 토출시킬 수 있다.
가습모듈(2000)은 가습을 위한 물이 저장되고, 클린모듈(1000)에 분리가능하게 거치되는 수조(30)와, 수조(30)에 배치되고, 수조(30) 내부에 배치되고, 수조의 물을 분사할 수 있다. 공기는 토출유로(1070)로 유동될 수 있다.
구체적으로, 송풍유닛(20)이 작동되면, 외부 공기는 베이스바디(1100)의 하측면에 형성된 흡입유로(1010)를 통해 베이스바디(1100) 내부로 유입될 수 있다. 그리고 흡입유로(1010)를 통해 흡입된 공기는 상측으로 이동되면서 클린모듈(1000) 및 가습모듈(2000)를 통과하고, 가습모듈(2000)의 상측에 형성된 토출유로(1070)를 통해 외부로 토출될 수 있다.
흡입유로(1010)로 흡입된 공기는 필터어셈블리(10)의 여과유로(1020)를 통과할 수 있다. 그리고 여과유로(1020)를 통과한 공기는 송풍유닛(20)을 통해 연결유로(1030)로 유동되며, 여과유로(1020)를 통과한 공기는 송풍팬(미도시됨)에 의해 가압된 후 연결유로(1030)로 유동될 수 있다.
이 때, 연결유로(1030)는 클린모듈(1000)에 형성된 클린연결유로(1040) 및 가습모듈(2000)에 형성된 가습연결유로(1050)로 구성될 수 있다.
즉, 클린연결유로(1040)는 거치바디(1200)에 형성되고, 가습연결유로(1050)는 가습모듈(2000)에 형성될 수 있다.
클린연결유로(1040) 및 가습연결유로(1050)는 덕트형태로 형성되어 명확한 유로를 형성할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 연결유로(1030)를 통과한 공기는 가습유로(1060)로 유동될 수 있다.. 가습유로(1060)는 수분이 공급되는 구간이다. 그리고 연결유로(1030)에서 증발된 수분이 공기에 제공될 수 있다.
이 때, 실시예에 따른 디바이스(1)는 유로 상에 배치되는 발열 모듈(200)을 포함할 수 있다. 발열 모듈(200)은 공기의 유로 상에 예컨대, 연결유로(1030), 여과유로(1020), 가습유로(1060)에 배치될 수 있다. 이로써, 공기에 열을 전달할 수 있다.
그리고 발열 모듈(200)은 디바이스(1) 내 흡입유로(1010) 또는 토출유로(1070) 에 인접하게 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여 공기의 흐름이 단절되지 않게 할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 제1 면과 제2 면을 포함하는 기판;
    상기 제1 면 상에 배치되는 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 상에 배치되는 발열체; 및
    상기 발열체 및 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 절연층;을 포함하고,
    상기 기판은,
    제1 측면과 제2 측면; 및
    제3 측면과 제4 측면;을 포함하고,
    상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 길이는 상기 제3 측면과 상기 제4 측면의 길이보다 길며,
    상기 제1 측면 또는 상기 제2 측면 중 적어도 하나에 형성된 보강부;를 더 포함하는 히터 코어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강부는 상기 기판과 일체로 형성되는　히터 코어.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보강부는 상기 기판과 별도의 부재로 형성되는 히터 코어
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 면과 제2 면은 평면이고,
    상기 제1 측면과 상기 제2 측면은 곡면을 갖는 히터 코어.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 측면의 길이와 상기 제2 측면의 길이의 길이 비는 1:0.7 내지 1:1.3인 히터 코어.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 측면의 곡률 반경은 상기 제2 측면의 곡률 반경보다 작은 히터 코어.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판, 상기 제1 절연층, 상기 제2 절연층을 관통하는 관통홀;을 더 포함하고,
    상기 관통홀은 상기 발열체 및 상기 보강부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩되지 않는 히터 코어.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판, 상기 제1 절연층, 상기 제2 절연층을 관통하는 관통홀을 더 포함하고,
    상기 관통홀은 상기 발열체와 상기 보강부 사이에 위치하는 히터 코어.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 발열체는 이격 배치된 복수 개의 발열 패턴을 포함하고,
    상기 제1 측면의 길이가 상기 제2 측면의 길이보다 작고,
    상기 복수 개의 발열 패턴의 이격 거리 또는 상기 복수 개의 발열 패턴의 폭은 상기 제1 측면에 인접할수록 작아지는 히터 코어.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 절연층 상에 배치되는 커버층을 더 포함하는 히터 코어.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 커버층은 돌출된 패턴을 포함하고,
    상기 돌출된 패턴은 상기 발열체와 두께 방향으로 중첩되는 히터 코어.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발열체의 일단과 전기적으로 연결된 제1 전극단자; 및
    상기 발열체의 타단과 전기적으로 연결된 제2 전극단자;를 더 포함하는 히터 코어.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 보강부의 두께와 상기 기판의 폭의 길이 비는 1:10 내지 1:60인 히터 코어.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 두께는 상기 보강부의 높이와 길이 비가 1:1 내지 1:8인 히터 코어.
  15. 복수 개의 히터 코어; 및
    상기 복수 개의 히터 코어를 체결하는 체결부재를 포함하고,
    상기 히터 코어는,
    제1 면과 제2 면을 포함하는 기판;
    상기 제1 면 상에 배치되는 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 상에 배치되는 발열체; 및
    상기 발열체 및 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 절연층;을 포함하고,
    상기 기판은,
    제1 측면과 제2 측면; 및
    제3 측면과 제4 측면;을 포함하고,
    상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 길이는 상기 제3 측면과 상기 제4 측면의 길이보다 길며,
    상기 제1 측면 또는 상기 제2 측면 중 적어도 하나에 형성된 보강부;를 더 포함하는 발열 모듈.
  16. 공기가 이동하는 유로;
    공기를 유입하는 급기부;
    이동수단의 실내로 공기를 배출하는 배기부; 및
    상기 유로 상에 배치되는 발열 모듈;을 포함하고,
    상기 발열 모듈은,
    복수 개의 히터 코어; 및
    상기 복수 개의 히터 코어를 체결하는 체결부재를 포함하고,
    상기 히터 코어는,
    제1 면과 제2 면을 포함하는 기판;
    상기 제1 면 상에 배치되는 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 상에 배치되는 발열체; 및
    상기 발열체 및 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 절연층;을 포함하고,
    상기 기판은,
    제1 측면과 제2 측면; 및
    제3 측면과 제4 측면;을 포함하고,
    상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 길이는 상기 제3 측면과 상기 제4 측면의 길이보다 길며,
    상기 제1 측면 또는 상기 제2 측면 중 적어도 하나에 형성된 보강부;를 더 포함하는 디바이스.
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