KR20210099378A - 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조 - Google Patents

차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일측단은 개구되고 타측단 및 둘레면은 밀폐되며, 밀폐된 둘레면에는 대응되게 냉각수 입구와 냉각수 출구가 형성된 냉각수 하우징과, 상기 냉각수 하우징의 개구된 일측단을 차단하도록 구비되는 히터 본체와, 상기 히터 본체의 돌출 설치되어 상기 냉각수 하우징의 내부에 위치하는 발열체를 포함하는 차량용 냉각수 히터의 냉각수 하우징 내부 공기를 냉각수 하우징의 외부로 배출시키기 위한 구조에 관한 것으로, 상기 냉각수 하우징 내부의 상부면에 형성되며, 상기 발열체에 의해 상기 냉각수 하우징의 내로 유입된 냉각수가 비등 시 상기 냉각수 하우징 내의 고압의 공기가 포집되는 에어포켓과, 상기 냉각수 출구와 상기 에어포켓을 연결하는 연결부재를 포함하며, 고압의 상기 에어포켓과 저압의 냉각수 출구의 압력차에 의해 상기 에어포켓에 포집된 공기가 상기 연결부재를 통해 상기 냉각수 출구를 통해 상기 냉각수 하우징의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조를 제공한다.
따라서, 발열체에 의해 냉각수 하우징 내의 냉각수가 가열되어 냉각수 하우징 내부의 압력이 상승 시 냉각수 하우징 내의 에어포켓과 냉각수 출구를 연결하는 연결부재를 통해 냉각수 하우징 내의 과열 공기를 간편하게 냉각수 하우징의 외부로 배출하여 냉각수 히터가 과열되는 것을 방지할 수 있다.

Description

차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조{Internal air exhaust structure of vehicle coolant heater}
본 발명은 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량용 냉각수 히터의 냉각수 하우징의 내부에서 외부로 고압의 공기를 배출할 수 있도록 하는 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조에 관한 것이다.
휘발유, 경우 등을 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량이 현재 가장 일반적인 차량의 형태이나, 이러한 차량용 에너지원은 환경오염 문제 뿐 아니라 석유 매장량의 감소 등과 같은 다양한 원인으로 인해 새로운 에너지원의 필요성이 점점 대두되고 있는 바, 현재 전기자동차, 하이브리드카 및 연료전지 차량 등이 실용화되거나 개발중에 있다.
그런데 전기자동차, 하이브리드카 및 연료전지 차량에서는 종래의 석유를 에너지원으로 하는 엔진을 사용하는 차량과는 달리 냉각수를 이용한 히팅 시스템을 적용할 수 없거나 적용하기 어렵다. 즉, 종래의 석유를 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량의 경우 엔진에서 매우 많은 열이 발생하게 되고, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수 순환 시스템이 구비되며, 냉각수가 엔진으로부터 흡수한 열을 실내 난방에 이용하도록 하고 있다. 그러나 엔진에서 발생하는 것과 같은 많은 열이 전기자동차, 하이브리드카 및 연료전지 차량의 구동원에서는 발생하지 않기 때문에, 이러한 종래의 난방 방식을 사용하기에는 한계가 있다.
이에 따라 전기자동차, 하이브리드카 및 연료전지 차량 등에는 공조 시스템에 히트펌프(heat pump)를 추가하여 이를 열원으로 사용할 수 있게 하거나, 전기 히터와 같은 별도의 열원을 구비하는 등 여러 연구가 이루어지고 있다. 이 중 전기 히터는 공조 시스템에 크기 영향을 주지 않고 보다 용이하게 냉각수를 가열할 수 있어 현재 광범위하게 사용이 이루어지고 있다. 여기에서 전기 히터는 차량의 실내로 송풍되는 공기를 직접 가열하는 형태의 공기 가열식 히터와, 냉각수를 가열하는 형태의 냉가수 가열식 히터(또는 냉각수 히터)가 있다.
이와 같은 냉각수 히터와 관련된 종래 기술로는 한국 공개특허 제2019-0111494호(2019.10.02. 공개)가 있다.
종래의 냉각수 히터는 히터가 과열되었을 때 냉각수의 비등이 발생하게 되어 히터 내부의 압력이 상승하게 되므로, 내부의 공기를 배출하는 구조가 제대로 구비되어 있지 않을 경우 냉각수 히터의 손상을 야기할 수 있고, 심할 경우 폭발이나 화재가 발생하는 문제점이 있었다.
이를 방지하기 위해 냉각수 히터가 사전에 과열되지 않도록 온도센서, 바이메탈, 써멀퓨즈 등의 안전장치를 설치하였으나, 안전장치가 제대로 작동하지 않거나 냉각수 히터 내부 특정 부분의 압력이 상승할 경우에는 냉각수 히터의 안전성을 보장할 수 없는 문제점이 발생하며, 냉각수가 과열되어 냉각수 히터 내부의 압력이 상승할 경우 물리적으로 압력을 해소할 수 있는 구조가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기의 필요성에 부합하기 위해 창출된 것으로서, 냉각수 히터의 발열체에 의해 냉각수 하우징 내부의 압력이 상승할 경우 냉각수 하우징 내부의 압력과 냉각수 출구와의 압력차를 이용하여 냉각수 하우징 내의 과열 공기를 간편하게 냉각수 하우징의 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일측단은 개구되고 타측단 및 둘레면은 밀폐되며, 밀폐된 둘레면에는 대응되게 냉각수 입구와 냉각수 출구가 형성된 냉각수 하우징과, 상기 냉각수 하우징의 개구된 일측단을 차단하도록 구비되는 히터 본체와, 상기 히터 본체의 돌출 설치되어 상기 냉각수 하우징의 내부에 위치하는 발열체를 포함하는 차량용 냉각수 히터의 냉각수 하우징 내부 공기를 냉각수 하우징의 외부로 배출시키기 위한 구조에 관한 것으로, 상기 냉각수 하우징 내부의 상부면에 형성되며, 상기 발열체에 의해 상기 냉각수 하우징의 내로 유입된 냉각수가 비등 시 상기 냉각수 하우징 내의 고압의 공기가 포집되는 에어포켓과, 상기 냉각수 출구와 상기 에어포켓을 연결하는 연결부재를 포함하며, 고압의 상기 에어포켓과 저압의 냉각수 출구의 압력차에 의해 상기 에어포켓에 포집된 공기가 상기 연결부재를 통해 상기 냉각수 출구를 통해 상기 냉각수 하우징의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조를 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조에 있어서, 상기 냉각수 하우징의 상부면에는 상기 냉각수 하우징의 내부와 연통되는 연통홀이 형성된 연통단부가 돌출되게 구비될 수 있으며, 상기 연결부재의 일단은 상기 연통단부에 연결될 수 있고, 타단은 상기 냉각수 출구와 연결될 수 있다.
상기 연결부재의 일단과 상기 연통단부는 고정클립에 의해 고정될 수 있으며, 상기 냉각수 출구는 상기 냉각수 하우징의 상부단측에 구비될 수 있다.
상기 냉각수 하우징의 개구된 일측단 둘레면에는 제1플랜지가 외측으로 돌출되게 형성될 수 있고, 상기 냉각수 하우징의 일측단에 구비되는 상기 히터 본체의 일측 둘레면에는 상기 제1플랜지와 동일한 형상과 크기를 가지는 제2플랜지가 외측으로 돌출되게 형성될 수 있으며, 상기 제1플랜지와 상기 제2플랜지 사이에는 개스킷이 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 발열체에 의해 냉각수 하우징 내의 냉각수가 가열되어 냉각수 하우징 내부의 압력이 상승 시 냉각수 하우징 내의 에어포켓과 냉각수 출구를 연결하는 연결부재를 통해 냉각수 하우징 내의 과열 공기를 간편하게 냉각수 하우징의 외부로 배출하여 냉각수 히터가 과열되는 것을 방지할 수 있다.
둘째, 차량용 냉각수 히터의 과열을 방지하기 위해 구비되는 온도센서, 바이메탈, 써멀퓨즈 등의 안전장치를 이용하지 않고 냉각수 히터가 과열되는 것을 방지할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 냉각수 하우징의 내부 상태를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조(100)는 차량용 냉각수 히터의 냉각수 하우징(110) 내부의 과열 공기를 냉각수 하우징(110)의 외부로 배출하기 위한 것이며, 냉각수 하우징(110)과, 히터 본체(120)와, 발열체(130)와, 에어포켓(140)와, 연결부재(150)를 포함한다.
상기 차량용 냉각수 히터는 냉각수가 채워지는 공간을 형성하고 양측에 각각 냉각수 입구(112)와 냉각수 출구(114)가 대응되게 형성되는 냉각수 하우징(110)와, 상기 냉각수 하우징(110)의 일측단에 장착되는 히터 본체(120)와, 상기 히터 본체(120)에 돌출되게 설치되어 상기 냉각수 하우징(110)의 내부에 위치하는 발열체(130)를 포함한다.
상기 냉각수 하우징(110)은 일측단은 개구되고 타측단 및 둘레면은 밀폐된 원통형상을 가지나, 이에 한정되는 것은 아니며 직육면체 박스 형상을 가질 수 있다. 상기 냉각수 하우징(110)의 둘레면에는 냉각수가 유입되고 배출되는 원통형의 냉각수 입구(112)와 냉각수 출구(114)가 대응되게 형성되며, 상기 냉각수 입구(112)와 냉각수 출구(114)에는 TMS(Thermal Management System)라인을 구성하는 호스(또는 튜브, 미도시)가 연결된다.
상기 냉각수 입구(112)와 상기 냉각수 출구(114)는 상기 냉각수 하우징(110)의 둘레면에 대응되게 형성되며, 상기 냉각수 출구(114)는 상기 냉각수 하우징(110) 내에서 가열된 냉각수가 배출되기 용이하도록 상기 냉각수 하우징(110)의 둘레면의 상단부측에 구비되는 것이 바람직하다.
상기 냉각수 하우징(110)의 일측단에는 히터 본체(120)가 구비되며 상기 히터 본체(120)는 스택 또는 배터리로부터 고전압 전원을 인가받는 부분으로서 그 측면에는 도시하지 않았으나 고전압 전원 연결을 위한 커넥터가 장착되는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 히터 본체(120)의 일측으로는 다수의 봉 형상 발열체(130)가 설치되며, 차량용 냉각수 히터의 조립 상태에서 상기 발열체(130)들은 상기 냉각수 하우징(110)의 내부에 위치되어 냉각수에 잠겨 있게 된다. 상기 발열체(130)는 상기 히터 본체(120)로부터 고전압 전류를 공급받아 전기 저항에 의해 발열하고, 이 열을 상기 발열체(130) 주위를 흐르는 냉각수가 흡수함으로써 냉각수의 가열이 이루어진다. 또한, 히터 본체(120)로 공급된 전기에너지가 열에너지로 전환되는 것에 의해 스택 및 배터리의 잉여 전력을 소모할 수 있다.
상기 냉각수 하우징(110)의 개구된 일측단 테두리에는 수평의 제1플랜지(118)가 형성되고, 이에 대응하여 상기 냉각수 하우징(110)에 밀착되는 상기 히터 본체(120)의 일측에도 동일한 형상과 크기의 제2플랜지(122)가 형성된다. 상기 제1플랜지(118)과 상기 제2플랜지(122)가 볼트 등의 체결수단에 의해 체결됨으로써 상기 히터 본체(120)가 상기 냉각수 하우징(110)의 일측에 장착되게 된다.
상기 냉각수 하우징(110)의 제1플랜지(118)와 상기 히터 본체(120)의 제2플랜지(122) 사이에는 양자의 사이를 밀봉하기 위한 개스킷(G)이 설치된다. 상기 개스킷(G)은 상기 제1플랜지(118)와 제2플랜지(122)의 전체 둘레에 걸쳐 설치되고, 상기 개스킷(G)을 설치하기 위한 개스킷홈(118a,122a)은 제1플랜지(118)와 제2플랜지(122) 중 어느 한 곳에 형성되어도 무방하며, 상기 개스킷(G)의 압축량이 충분히 확보되는 경우라면 도시된 바와 같이 제1플랜지(118)와 제2플랜지(122) 모두에 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 냉각수 하우징(110)의 내부 상부면에는 에어포켓(140)이 형성되며, 상기 에어포켓(140)으로는 상기 발열체(130)에 의해 상기 냉각수 하우징(110)의 내로 유입된 냉각수가 가열되어 비등 시 가열된 고압의 공기가 포집된다.
상기 냉각수 하우징(110)의 둘레면, 바람직하게는 둘레면의 상부면에는 상기 냉각수 하우징(110)의 내부와 연통하는 연통홀(미도시)이 형성되는 연통단부(116)가 상기 냉각수 하우징(110)의 외측으로 돌출되게 구비된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 연통단부(116)에는 연결부재(150)의 일단이 연결되고, 상기 연결부재(150)의 타단은 상기 냉각수 출구(114)와 연결된다. 상기 연결부재(150)는 일반적인 호스가 사용되는 것이 바람직하며, 상기 연결부재(150)에 의해 상기 연통단부(116)와 상기 냉각수 출구(114)가 연결됨으로써 상기 에어포켓(140)으로 포집된 가열된 고압의 공기가 압력차에 의해 저압의 냉각수 출구(114)로 이동됨으로써 상기 냉각수 하우징(110)의 외부로 배출되게 된다.
상기 냉각수 출구(114)에도 외측으로 단부(114a)가 돌출되게 형성되며, 상기 연결부재(150)의 일단과 타단이 각각 연통단부(116)와 상기 단부(114a)에 고정클립(C)에 의해 고정됨으로써 상기 에어포켓(140)으로 포집된 가열된 고압의 공기가 상기 냉각수 출구(114)로 이동되어 배출됨으로써 상기 냉각수 하우징(110) 내의 압력을 저감시키게 된다.
따라서, 발열체(130)에 의해 냉각수 하우징(110) 내의 냉각수가 가열되어 냉각수 하우징(110) 내부의 압력이 상승 시 냉각수 하우징(110) 내의 에어포켓(140)과 냉각수 출구(114)를 연결하는 연결부재(150)를 통해 냉각수 하우징(110) 내의 과열 공기를 간편하게 냉각수 하우징(110)의 외부로 배출하여 냉각수 히터가 과열되는 것을 방지할 수 있으며, 차량용 냉각수 히터의 과열을 방지하기 위해 구비되는 온도센서, 바이메탈, 써멀퓨즈 등의 안전장치를 이용하지 않고 냉각수 히터가 과열되는 것을 방지할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조
110 : 냉각수 하우징 112 : 냉각수 입구
114 : 냉각수 출구 116 : 연통단부
120 : 히터 본체 130 : 발열체
140 : 에어포켓 150 : 연결부재

Claims (5)

  1. 일측단은 개구되고 타측단 및 둘레면은 밀폐되며, 밀폐된 둘레면에는 대응되게 냉각수 입구와 냉각수 출구가 형성된 냉각수 하우징과, 상기 냉각수 하우징의 개구된 일측단을 차단하도록 구비되는 히터 본체와, 상기 히터 본체의 돌출 설치되어 상기 냉각수 하우징의 내부에 위치하는 발열체를 포함하는 차량용 냉각수 히터의 냉각수 하우징 내부 공기를 냉각수 하우징의 외부로 배출시키기 위한 구조에 관한 것으로,
    상기 냉각수 하우징 내부의 상부면에 형성되며, 상기 발열체에 의해 상기 냉각수 하우징의 내로 유입된 냉각수가 비등 시 상기 냉각수 하우징 내의 고압의 공기가 포집되는 에어포켓과,
    상기 냉각수 출구와 상기 에어포켓을 연결하는 연결부재를 포함하며,
    고압인 상기 냉각수 하우징 내의 압력과 저압의 냉각수 출구의 압력차에 의해 상기 에어포켓에 포집된 공기가 상기 연결부재를 통해 상기 냉각수 출구를 통해 상기 냉각수 하우징의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수 하우징의 상부면에는 상기 냉각수 하우징의 내부와 연통되는 연통홀이 형성된 연통단부가 돌출되게 구비되며,
    상기 연결부재의 일단은 상기 연통단부에 연결되고, 타단은 상기 냉각수 출구와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 연결부재의 일단과 상기 연통단부는 고정클립에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수 출구는 상기 냉각수 하우징의 상부단측에 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수 하우징의 개구된 일측단 둘레면에는 제1플랜지가 외측으로 돌출되게 형성되고, 상기 냉각수 하우징의 일측단에 구비되는 상기 히터 본체의 일측 둘레면에는 상기 제1플랜지와 동일한 형상과 크기를 가지는 제2플랜지가 외측으로 돌출되게 형성되며,
    상기 제1플랜지와 상기 제2플랜지 사이에는 개스킷이 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각수 히터의 내부 공기 배출 구조.
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