KR20230083672A - 차량용 난방장치 - Google Patents

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KR20230083672A
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오동훈
권대복
이정만
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한온시스템 주식회사
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Abstract

열전달 효율이 대폭 상승되고 속효성이 우수하며 무게 및 패키지를 감소시킬 수 있는 차량용 난방장치가 개시된다. 차량용 난방장치는 발열체와, 두께 방향으로 상기 발열체 양측을 덮는 필름으로 구성된 필름 발열유닛; 및 두께 방향으로 이격된 한 쌍의 플레이트와, 상기 한 쌍의 플레이트 사이에 개재되는 방열핀으로 구성된 방열유닛을 포함하고, 상기 플레이트가 필름에 부착되어 필름 발열유닛과 방열유닛이 차례로 적층되어 이루어진다.

Description

차량용 난방장치{HEATING DEVICE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 난방장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량용 공조장치의 공기유로에 설치되어 이를 통과하는 공기와 열교환함으로써 공기를 가열하는 차량용 난방장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는 공기를 가열 또는 냉각시켜 차량 실내를 냉방 또는 난방하기 위한 장치이다. 차량용 공조장치는 공조케이스의 내부에 냉방장치인 증발기 및 난방장치인 히터코어가 구비되며, 증발기나 히터코어에 의해 냉각 또는 가열된 공기를 도어의 조작에 의해 차량 실내의 각 부분으로 선택적으로 송풍한다.
이러한 차량용 난방장치는 냉각수를 열원으로 이용하는 히터코어, 냉매를 열원으로 이용하는 실내열교환기 등이 사용되며, 보조 난방장치로서 전원의 인가에 의해 발열하는 PTC히터 등이 사용된다. 특히, 엔진이 없는 전기 자동차의 경우에는 PTC히터를 주 난방장치로 사용한다. 선 출원된 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0089792호에는 차량용 공조장치에 설치되는 고전압 PTC히터가 개시된바 있다.
종래의 고전압 PTC히터는 히트로드와, 방열 구조체와, 샤시 프레임과, 샤시 하우징을 포함한다. 히트로드는 PTC소자를 구비하며 일방향으로 연장되고 측방향으로 복수개가 이격 배치된다. 아울러, 방열 구조체는 이웃하는 히트로드 사이에 개재된다. 샤시 프레임은 히트로드와 방열 구조체의 조립체를 양측 및 일단에서 결합 고정한다.
샤시 하우징은 히트로드와 방열 구조체의 조립체 타단에 결합되며 접지 와이어가 통과한다. 또한, 샤사 하우징은 접지 와이어가 연결되는 도전성의 히트싱크를 구비한다. 히트싱크와 히트로드 사이에는 히트싱크와 히트로드에 탄성 누름식으로 접촉 조립되는 도전성의 로드 샤시가 개재된다.
종래의 고전압 PTC히터는 PTC소자와 방열 구조체 사이를 실리콘 본딩으로 부착함에 따라, 열저항이 현저하게 증가되고 효율 및 속효성이 낮으며 실리콘 본딩으로 무게가 무겁고 패키지가 커지는 문제점이 있다. 한편, PTC히터가 아닌 다른 발열체를 이용한 차량용 난방장치가 사용되기도 하지만, 이러한 난방장치는 저전압용으로 사용될 뿐이며 고전압용으로 사용될 수 없다.
특허문헌 : 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0089792호
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 열전달 효율이 대폭 상승되고 속효성이 우수하며 무게 및 패키지를 감소시킬 수 있는 차량용 난방장치를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 고전압용으로 제작이 가능하고 발열 면적 전체에 걸쳐 온도 균일성이 우수하고 안정성이 높을 뿐 아니라 조립성과 내구성이 우수한 차량용 난방장치를 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 난방장치는 발열체와, 두께 방향으로 상기 발열체 양측을 덮는 필름으로 구성된 필름 발열유닛; 및 두께 방향으로 이격된 한 쌍의 플레이트와, 상기 한 쌍의 플레이트 사이에 개재되는 방열핀으로 구성된 방열유닛을 포함하고, 상기 플레이트가 필름에 부착되어 필름 발열유닛과 방열유닛이 차례로 적층되어 이루어진다.
상기 발열체는 전도체로서 +전극 및 -전극에 연결되고, 상기 필름은 절연체로 구성되어, 발열체와 방열유닛 간이 절연된다.
상기 방열유닛은 플레이트와 방열핀을 브레이징하여 만든 후, 박형의 필름 발열유닛에 본딩되어 결합된다.
상기 플레이트와 필름 사이에 간격유지수단이 구비된다.
상기 필름과 마주하는 플레이트의 일면에 엠보싱 형상의 돌기가 형성된다.
상기 필름과 마주하는 플레이트의 일면에 격자 형상의 패턴이 형성된다.
플레이트의 단부에 절곡부가 형성되고, 상기 절곡부가 필름 발열유닛의 측면을 커버하여 지지한다.
상기 절곡부는 하나의 방열유닛의 마주하는 한 쌍의 플레이트 중 하나에만 형성되고, 하나의 방열유닛의 절곡부가 형성된 플레이트와 이웃하는 다른 하나의 방열유닛의 절곡부가 없는 플레이트 사이에 필름 발열유닛이 삽입되어, 절곡부가 없는 플레이트가 마주하는 플레이트의 절곡부에 압착 지지되어 클램핑된다.
필름 발열유닛과 방열유닛 간의 본딩층은 실리콘 본딩으로 구성된다.
복수로 적층된 필름 발열유닛과 방열유닛들은 각각 서로 절연되며, 각각의 필름 발열유닛의 발열체에 연결된 전극에 개별적으로 전원이 공급되도록 단자가 구성된다.
본 발명에 따른 차량용 난방장치는 열전달 효율이 대폭 상승되고 속효성이 우수하며 무게 및 패키지를 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 고전압용으로 제작이 가능하고 발열 면적 전체에 걸쳐 온도 균일성이 우수하며 안정성이 높을 뿐 아니라 조립성과 내구성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 필름 발열유닛 및 방열유닛을 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 필름 발열유닛 및 방열유닛을 도시한 분리 사시도이며,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 필름 발열유닛을 도시한 분리 사시도이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 난방장치를 도시한 사시도이며,
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 난방장치를 도시한 정면도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 방열유닛을 도시한 사시도이며,
도 7은 도 6의 A-A선을 따른 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 방열유닛에 필름 발열유닛이 부착된 상태를 도시한 단면도이며,
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 필름 발열유닛 및 방열유닛을 도시한 분리 사시도이고,
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 필름 발열유닛 및 방열유닛의 분리 상태를 도시한 단면도이며,
도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 필름 발열유닛 및 방열유닛의 결합 상태를 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 난방장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 난방장치는 공조장치의 공조케이스 내부 공기유로에 설치되어, 이를 통과하는 공기와 열교환함으로써 공기를 가열시킨다. 차량용 난방장치는 필름 발열유닛(100) 및 방열유닛(200)을 포함하고, 필름 발열유닛(100)과 방열유닛(200)이 차례로 적층되어 이루어진다.
필름 발열유닛(100)은 발열체(120)와, 필름(110)으로 구성된다. 발열체(120)는 전도체로 이루어지며, 일측에 +전극(121) 및 -전극(122)이 연결된다. 발열체(120)는 일정 형상의 패턴을 형성하며, 전원이 인가되면 전기저항에 의해 발열한다. 발열체(120)의 일측 단부는 +전극(121)에 연결되며 타측 단부는 -전극(122)에 연결된다. 아울러, 필름(110)은 두께가 얇은 박형으로 이루어지고, 절연체로 구성된다.
필름(110)은 한 쌍이 구비되어, 두께 방향으로 발열체(120) 양측을 덮는다. 또한, 필름(110)은 열을 잘 전달하는 재질로 이루어진다. 즉, 한 쌍의 필름(110) 사이에 발열체(120)가 위치하며, 발열체(120)에 통하는 전기는 필름(110)에 의해 절연되면서 발열체(120)에서 발생하는 열은 필름(110)을 통해 방열유닛(200)으로 원활히 전달된다.
방열유닛(200)은 한 쌍의 플레이트(210)와, 방열핀(220)으로 구성된다. 한 쌍의 플레이트(210)는 두께 방향으로 이격되며, 방열핀(220)은 한 쌍의 플레이트(210) 사이에 개재된다. 방열핀(220)은 복수의 주름진 형상을 통해 공기와의 열교환 접촉면적을 늘려 공기의 원활한 가열이 이루어지도록 구성된다. 플레이트(210) 및 방열핀(220)은 모두 열전도성이 매우 우수한 재질로 이루어지며, 일례로 알루미늄(Al) 등으로 이루어질 수 있다.
방열유닛(200)은 플레이트(210)와 방열핀(220)을 브레이징하여 만든 후, 박형의 필름 발열유닛(100)에 본딩되어 결합된다. 브레이징 공법의 특성상 고온열에 의해 방열유닛(200)과 필름 발열유닛(100)은 함께 브레이징 결합할 수 없다. 따라서, 플레이트(210)와 방열핀(220)을 브레이징하여 별도 제작한 후에, 일체로 결합된 플레이트 및 방열핀 모듈(방열유닛:200)을 필름 발열유닛(100)에 본딩에 의해 결합시킨다.
도 8을 더 참조하면, 필름 발열유닛(100)과 방열유닛(200) 간의 본딩층(300)은 실리콘 본딩으로 구성되는 것이 바람직하다. 본딩층(300)은 열전도성이 우수한 재질로 구성되며, 필름(110)이 절연체 기능을 하므로 본딩층(300)은 전기를 통하는 재질 또는 통하지 않는 재질 중에서 자유롭게 선택할 수 있다. 실리콘 본딩층(300)은 필름 발열유닛(100)에서 발생한 열을 방열유닛(200)에 원활히 전달함과 아울러, 절연성이 우수하여 필름 발열유닛(100)과 방열유닛(200) 간을 절연시킨다.
이와 같이, 복수로 적층된 필름 발열유닛(100)과 방열유닛(200)들은 각각 서로 절연된다. 또한, 각각의 필름 발열유닛(100)의 발열체(120)에 연결된 전극(121,122)에 개별적으로 전원이 공급되도록 단자가 구성된다. 방열유닛(200)의 플레이트(210)는 필름 발열유닛(100)의 필름(110)에 본딩으로 부착되며, 필름(110)의 절연 특성으로 인해 발열체(120)와 방열유닛(200) 간이 절연된다.
이러한 구성을 통해, 본원발명의 차량용 난방장치는 고전압용으로 구현이 가능하다. 이러한 본원의 절연 구조는 각 방열유닛들과 발열유닛 들을 전도체를 통해 연결하여 난방장치 전체에 전기를 통하게 구성한 저전압용 히터 구조와 구별된다. 즉, 본원발명의 차량용 난방장치는 필름 발열유닛(100)과 방열유닛(200) 간의 절연 구조 및 열전달 구조를 통해 차량의 고전압용 히터로 적용이 가능하다.
한편, 도 6 내지 도 8을 더 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 난방장치는 간격유지수단을 더 구비한다. 간격유지수단은 방열유닛(200)의 플레이트(210)와 필름 발열유닛(100)의 필름(110) 사이에 구비되며, 엠보싱 형상의 돌기(230)로 구성되거나 격자 형상의 패턴으로 구성될 수 있다. 본 실시 예에서 간격유지수단은 돌기(230) 구조를 일례로 설명한다.
엠보싱 형상의 돌기(230)는 필름 발열유닛(100)의 필름(110)과 마주하는 플레이트(210)의 일면에 전체에 걸쳐 고르게 형성된다. 돌기(230)는 필름(110)과 플레이트(210) 간의 접착시 필름(110)에 밀착 지지됨에 따라, 필름(110)과 플레이트(210) 간의 간격을 일정하게 유지한다. 돌기(230) 또는 패턴은 일정 두께로 대략 50㎛ 내지 100㎛ 정도로 매우 얇게 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 돌기(230) 또는 패턴으로 구성된 간격유지수단을 구비함에 따라, 실리콘 접착제(본딩층:300)의 도포 두께를 조절하여 담지할 수 있으며, 필름 발열유닛(100)과 플레이트(210) 사이의 본딩층(300) 두께를 일정하게 유지하여 작동시 온도 균일성 및 안정성을 확보할 수 있다.
한편, 도 9 내지 도 11을 더 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 난방장치는 절곡부(250)를 더 구비한다. 절곡부(250)는 방열유닛(200)의 플레이트(210)의 단부에 90°굴곡 형성되어 단차를 이룬다. 절곡부(250)는 플레이트(210)의 횡방향 양측에 형성되거나 종방향 양측에 형성되거나 횡방향 및 종방향 전체에 걸쳐 둘레를 따라 형성될 수 있다.
또한, 절곡부(250)는 하나의 방열유닛(200)의 마주하는 한 쌍의 플레이트(210) 중 하나에만 형성된다. 즉, 적층 방향으로 상부에 위치한 플레이트(210)에는 절곡부(250)가 형성되고 하부에 위치한 플레이트(210)에는 절곡부가 형성되지 않는다.
하나의 방열유닛(200)의 절곡부가 형성된 플레이트(210)와 이웃하는 다른 하나의 방열유닛(200)의 절곡부가 없는 플레이트(210) 사이에 필름 발열유닛(100)이 삽입된다. 아울러, 절곡부가 없는 플레이트(210)가 마주하는 플레이트(210)의 절곡부(250)에 압착 지지되어 클램핑된다. 이러한 구조를 통해 방열유닛(200)과 필름 발열유닛(100) 간의 견고한 고정이 이루어지고 별도의 외부 프레임을 구비하지 않고도 방열유닛(200) 및 필름 발열유닛(100) 적층 모듈의 완성이 가능하다.
즉, 하나의 방열유닛(200)의 상부의 플레이트(210)에는 절곡부(250)가 형성되고, 하부의 플레이트(210)에는 절곡부가 형성되지 않는다. 상부의 플레이트(210)에 형성된 절곡부(250)에 필름 발열유닛(100)이 안착되며, 하나의 방열유닛(200)의 상부에 마주하는 다른 하나의 방열유닛(200)의 하부의 플레이트(210)가 절곡부(250)에 압착 지지되어 클램핑된다.
더욱 상세하게는, 절곡부(250)는 플레이트(210)의 단부에서 수직으로 연장 형성되다 다시 수평으로 연장된 구조를 갖는다. 이러한 구성을 통해, 절곡부(250)는 필름 발열유닛(100)의 측면을 커버하여 지지게 된다. 절곡부(250)는 필름 발열유닛(100)의 정렬을 용이하게 하고, 실리콘 본딩층(300)이 플레이트(210) 외부로 넘쳐 누출되는 것을 방지한다.
지금까지 본 발명에 따른 차량용 난방장치는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 필름 발열유닛
110: 필름 120: 발열체
121: +전극 122: -전극
200: 방열유닛 210: 플레이트
220: 방열핀 230: 돌기
250: 절곡부 300: 본딩층

Claims (10)

  1. 발열체와, 두께 방향으로 상기 발열체 양측을 덮는 필름으로 구성된 필름 발열유닛; 및
    두께 방향으로 이격된 한 쌍의 플레이트와, 상기 한 쌍의 플레이트 사이에 개재되는 방열핀으로 구성된 방열유닛을 포함하고,
    상기 플레이트가 필름에 부착되어 필름 발열유닛과 방열유닛이 차례로 적층되어 이루어진 차량용 난방장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발열체는 전도체로서 +전극 및 -전극에 연결되고, 상기 필름은 절연체로 구성되어,
    발열체와 방열유닛 간이 절연되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 방열유닛은 플레이트와 방열핀을 브레이징하여 만든 후, 박형의 필름 발열유닛에 본딩되어 결합되는 차량용 난방장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트와 필름 사이에 간격유지수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 필름과 마주하는 플레이트의 일면에 엠보싱 형상의 돌기가 형성되는 차량용 난방장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 필름과 마주하는 플레이트의 일면에 격자 형상의 패턴이 형성되는 차량용 난방장치.
  7. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    플레이트의 단부에 절곡부가 형성되고, 상기 절곡부가 필름 발열유닛의 측면을 커버하여 지지하는 차량용 난방장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 절곡부는 하나의 방열유닛의 마주하는 한 쌍의 플레이트 중 하나에만 형성되고,
    하나의 방열유닛의 절곡부가 형성된 플레이트와 이웃하는 다른 하나의 방열유닛의 절곡부가 없는 플레이트 사이에 필름 발열유닛이 삽입되어, 절곡부가 없는 플레이트가 마주하는 플레이트의 절곡부에 압착 지지되어 클램핑되는 차량용 난방장치.
  9. 제3 항에 있어서,
    필름 발열유닛과 방열유닛 간의 본딩층은 실리콘 본딩으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  10. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수로 적층된 필름 발열유닛과 방열유닛들은 각각 서로 절연되며,
    각각의 필름 발열유닛의 발열체에 연결된 전극에 개별적으로 전원이 공급되도록 단자가 구성된 차량용 난방장치.
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