KR20190119409A - 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.

또한, 종래기술에 따르면 PTC 가열요소의 비정상적인 동작에 의해 국부적인 과열이 발생할 경우 PTC 가열요소 주변의 부품이나 하우징 또는 전기회로가 손상되는 경우가 있으나, 이를 정확히 감지할 수 있는 수단이 마련되어 있지 않았다.

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.

또한 본 발명의 목적은, 히터 조립체의 비정상 작동에 의해 국부적 또는 전체적으로 과열이 발생할 경우 이를 감지하여 제어함으로써 히트 플레이트나 하우징 또는 전기회로 등 주변 구조의 파손을 확실히 방지할 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 설치되고, 상기 히트 플레이트에서 유로 케이스의 유로 반대쪽 면에는 온도감지 센서부가 설치되는 것을 특징으로 한다.

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

상기 유로는 직선형 유로, 및 유동방향을 반대로 전환시키는 곡선형 유로가 교대로 형성되는 사행 유로로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 온도감지 센서부는 선형의 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 온도감지 센서부는 적어도 부분적으로 사행유로와 교차되도록 구성되는 사행의 형상을 가지며 끊김 없이 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 온도감지 센서부와 상기 사행유로의 교차 각도는 90도보다 작은 것을 특징으로 한다.

상기 온도감지 센서부는 적어도 부분적으로 사행유로와 평행하게 구성되는 사행의 형상을 가지며 끊김 없이 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 온도감지 센서부는 면상으로 이루어지며, 상기 전열선을 모두 덮도록 상기 히트 플레이트에 도포되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 온도감지 센서부는 측온 저항체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 온도감지 센서부는 측온 저항체 분말을 소성 프린팅하는 방식으로 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, 히트 플레이트에서 유로 케이스의 유로 반대쪽 면에는 온도감지 센서부가 설치되어 있어, 히터 조립체의 비정상 작동에 의해 국부적 또는 전체적으로 과열이 발생할 경우 이를 감지하여 제어함으로써 히트 플레이트나 하우징 또는 전기회로 등 주변 구조의 파손을 확실히 방지할 수 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, 온도감지 센서부가 전열선이 배치된 영역을 크게 벗어나지 않는 범위에서 배치되고, 온도감지 센서부는 비교적 얇은 선형의 패턴으로 이루어지며, 적어도 부분적으로 사행유로와 교차되도록 구성되는 사행의 형상을 가지며 끊김 없이 연속적으로 형성되므로, 히트 플레이트에서 비교적 온도가 낮은 부분을 미리 제외할 수 있고, 이에 따라 온도 감지가 한층 정밀하게 이루어질 수 있으며, 온도 차이로 인한 온도감지 센서부의 부분적인 손상을 방지할 수 있다.

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 6의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체에서 온도감지 센서부의 선형 패턴에 관한 일 실시예를 나타내는 평면도이다.

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.

상기 전열선은 상기 유로의 형상을 따라 대응되게 형성되어 있어, 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.

상기 유로(110)는 직선형 유로(111), 및 유동방향을 반대로 전환시키는 곡선형 유로(112)가 교대로 형성되는 사행 유로로 이루어지는 것이 바람직하다.

이에 따라, 유로 케이스(100)의 평면적에 대하여 유체가 유동하는 유로의 상대적 평면적을 크게 구성할 수 있으며, 유체가 가열되는 거리가 증가하므로 유체를 효율적으로 가열할 수 있다.

한편, 상기 히트 플레이트(200)의 표면에 온도감지 센서부(500)가 설치될 수 있다.

특히, 상기 온도감지 센서부(500)는 히트 플레이트(200)의 온도를 감지하기 위한 것으로 상기 히트 플레이트(200)의 전열선(210)이 배치된 일면(냉각수에 대면하는 면의 반대면 또는 유로 케이스(100)에서 유로(110) 반대쪽 면)에 고르게 분포시킬 수 있다.

그러나, 바람직하게는 상기 온도감지 센서부(500)는 전열선(210)이 배치된 영역을 크게 벗어나지 않는 범위에서 배치되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 히트 플레이트(200)에서 비교적 온도가 낮은 부분을 미리 제외하게 되므로 온도 감지가 한층 정밀하게 이루어질 수 있고, 온도 차이로 인한 온도감지 센서부(500)의 부분적인 손상을 방지할 수 있다.

또한, 상기 온도감지 센서부(500)는 비교적 얇은 선형의 패턴으로 이루어질 수 있다.

도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 온도감지 센서부(500)는 적어도 부분적으로 사행유로와 수직으로 교차되도록 구성되는 사행의 형상을 가지며 끊김 없이 연속적으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 온도감지 센서부(500)와 상기 사행유로(110)의 교차 각도는 90도보다 작게 사선 형상으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 온도감지 센서부(500)는 적어도 부분적으로 사행유로(110)와 평행하게 구성되는 사행의 형상을 가지며 끊김 없이 연속적으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 온도감지 센서부(500)는 면상으로 이루어지며, 상기 전열선(210)을 모두 덮도록 상기 히트 플레이트(200)에 도포되어 형성되어도 무방하다.

상기 온도감지 센서부(500)에 의해 히트 플레이트(200)의 온도가 정상 범위를 벗어난 것으로 판단될 경우, 전기 회로를 차단(cut-off)하여 과열로 인해 히트 플레이트(200) 자체, 또는 하우징이나 회로 등 주변 구성요소가 파손되어 기능이 상실되는 것을 방지할 수 있으며, 온도에 관한 정상 조건을 회복할 경우 재가동이 가능하게 된다.

상기 온도감지 센서부(500)는 PTC 센서나 NTC 센서 등의 측온 저항체(또는, 저항 페이스트(paste))로 이루어질 수 있다.

예컨대, PTC 센서의 경우 기준 저항보다 높은 저항, NTC 센서의 경우 기준 저항보다 낮은 저항일 경우 히트 플레이트(200)에 과열이 발생한 것으로 판단하여 전기 회로를 차단하게 된다.

특히, PTC나 NTC 소자를 분말화시킨 후 소정의 지그(미도시)에서 소성하여 프린팅하는 방식으로 전열선(210)이 배치된 히트 플레이트(200)의 일면에 형성시킴으로써 온도감지 센서부(500)를 설치할 수 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, 온도감지 센서부(500)가 전열선(210)이 형성된 면적 범위를 크게 벗어나지 않도록 하여 온도감지시 에러 발생율을 최소화할 수 있다.

도 6의 (a)와 (b)에는 본 발명에 따른 유체 가열용 히터 조립체(1000)에서 히트 플레이트(200)의 서로 다른 실시예를 예시한다.

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
200... 히트 플레이트
210... 전열선
300... 커버
410... 제1 하우징
420... 제2 하우징
500... 온도감지 센서부
1000... 유체 가열용 히터 조립체
G1, G2... 씰링 부재

Claims (10)

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 설치되고, 상기 히트 플레이트에서 유로 케이스의 유로 반대쪽 면에는 온도감지 센서부가 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 유로는 직선형 유로, 및 유동방향을 반대로 전환시키는 곡선형 유로가 교대로 형성되는 사행 유로로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 온도감지 센서부는 선형의 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 온도감지 센서부는 적어도 부분적으로 사행유로와 교차되도록 구성되는 사행의 형상을 가지며 끊김 없이 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 온도감지 센서부와 상기 사행유로의 교차 각도는 90도보다 작은 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 온도감지 센서부는 적어도 부분적으로 사행유로와 평행하게 구성되는 사행의 형상을 가지며 끊김 없이 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
8. 제3항에 있어서,
   상기 온도감지 센서부는 면상으로 이루어지며, 상기 전열선을 모두 덮도록 상기 히트 플레이트에 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
9. 제1항 내지 제8항에 있어서,
   상기 온도감지 센서부는 측온 저항체로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 온도감지 센서부는 측온 저항체 분말을 소성 프린팅하는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 히터 조립체.

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