WO2018117484A1 - 히팅 로드, 이를 포함하는 발열 모듈 및 이를 포함하는 히팅 장치 - Google Patents

히팅 로드, 이를 포함하는 발열 모듈 및 이를 포함하는 히팅 장치 Download PDF

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WO2018117484A1
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heating
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layer
thermal diffusion
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김원진
이동화
이인재
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엘지이노텍 주식회사
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    • H05B2203/023—Heaters of the type used for electrically heating the air blown in a vehicle compartment by the vehicle heating system

Definitions

  • the present invention relates to a heating device, and more particularly, to a heating rod and a heating module included in a vehicle heating device.
  • An automobile includes an air conditioner for providing thermal comfort of a room, for example, a heating device for heating through a heater and a cooling device for cooling through a refrigerant circulation.
  • An object of the present invention is to provide a heating rod and a vehicle heating apparatus including the same.
  • the present invention provides a heater that is structurally stable and has improved reliability.
  • the heating rod includes a first thermal diffusion plate, a ceramic substrate disposed on the first thermal diffusion plate, a heating element disposed therein, and a second thermal diffusion plate disposed on the ceramic substrate,
  • the first thermal diffusion plate and the second thermal diffusion plate are stacked in a plurality of layers, respectively.
  • the interface between the two layers can be distinguished by voids.
  • the porosity of the interface between the two layers may be smaller than the porosity in each layer.
  • the plurality of layers includes a first layer, a second layer disposed on one side of the second layer, and a third layer disposed on one side of the second layer, wherein the first layer and the second layer A portion of the inter voids may be filled with particles comprising the material of the second layer, and a portion of the voids between the second layer and the third layer may be filled with particles comprising the material of the third layer.
  • the plurality of layers may each include copper.
  • Some of the plurality of layers include copper, and others include one or more selected from Mo, Ag, Ti, and Al, and one or more layers selected from the layer containing copper and Mo, Ag, Ti, and Al. Including layers may be alternately arranged.
  • each layer may be 1 to 300 ⁇ m, preferably 5 to 100 ⁇ m, more preferably 10 to 30 ⁇ m.
  • the plurality of layers may be formed by screen printing.
  • the ceramic substrate is disposed on one surface of a first ceramic layer, a heating element disposed on the first ceramic layer, a second ceramic layer disposed on the heating element, the first ceramic layer or the second ceramic layer, A first electrode terminal electrically connected to one end of the heating element, and a second electrode terminal disposed on one surface of the first ceramic layer or the second ceramic layer and electrically connected to the other end of the heating element, At least one of the first electrode terminal and the second electrode terminal may be stacked in a plurality of layers. Here, at least one of the first electrode terminal and the second electrode terminal may be formed between the first ceramic layer and the second ceramic layer.
  • a heating rod may include a first ceramic layer, a heating element disposed on the first ceramic layer, a second ceramic layer disposed on the heating element, the first ceramic layer, or the second ceramic layer.
  • a first electrode terminal disposed on one surface and electrically connected to one end of the heating element, and a second electrode disposed on one surface of the first ceramic layer or the second ceramic layer and electrically connected to the other end of the heating element;
  • An electrode terminal is included, and at least one of the first electrode terminal and the second electrode terminal is stacked in a plurality of layers.
  • at least one of the first electrode terminal and the second electrode terminal may be formed between the first ceramic layer and the second ceramic layer.
  • the heating apparatus includes a power module and a heating module disposed on the power module and generating heat using power supplied from the power module, wherein the heating module is alternately provided.
  • Heating module according to an embodiment of the present invention comprises a plurality of heating rod; And a plurality of heat dissipation fins disposed between the plurality of heating rods and porous.
  • the porosity of the heat dissipation fin may be 10 ppi (pre per inch) to 100 ppi.
  • the porosity of the heat dissipation fin may be 50 ppi.
  • the heating rod may include at least one of Al 2 O 3, Si 3 N 4, Al 2 O 3, and ZrO 2.
  • the heating rod may further include a heating element.
  • the heating element may include at least one of CNT and Ag.
  • the heat dissipation fins may include at least one of Al, Cu, Ni, and Ag.
  • a coupling member disposed at one end of the heat dissipation fin and the heating rod to connect the heat dissipation fin and the heating rod.
  • Heater is a power module; And a heating module electrically connected to the power module, wherein the heating module comprises: a plurality of heating rods; And a plurality of heat dissipation fins disposed between the plurality of heating rods and porous.
  • Another heating system includes a flow path for air movement; An air supply unit for introducing air; An exhaust unit for discharging air into the interior of the vehicle; And a heater disposed between the air supply unit and the exhaust unit in the flow path to heat air, wherein the heater comprises: a power module; A heating module electrically connected to the power module, wherein the heating module comprises: a plurality of heating rods; And a plurality of heat dissipation fins disposed between the plurality of heating rods and porous.
  • Heater is a case; A heating module disposed inside the case; And a power module module electrically connected to the heat generating module, wherein the heat generating module comprises: a plurality of heating rods; A plurality of heat dissipation fins disposed between adjacent heating rods; And a gasket disposed on one side and the other side in the case.
  • It may further include a support disposed between the plurality of heat radiation fins.
  • the support may be at least one disposed between the adjacent heating rod.
  • the support may include aluminum.
  • the sensor may be a temperature sensor.
  • the temperature sensor may include at least one of a thermostat and a thermocouple.
  • the sensor is disposed in the support.
  • the heating rod the first thermal diffusion plate; A second thermal diffusion plate; And a ceramic substrate disposed between the first thermal diffusion plate and the second thermal diffusion plate and having a heating element disposed therein.
  • the first thermal diffusion plate and the second thermal diffusion plate may be stacked in a plurality of layers, respectively.
  • the heating element may include at least one of tungsten and molybdenum.
  • the heating element may include a thermistor.
  • a measuring unit detecting a resistance of the thermistor; And a calculator configured to calculate a temperature from the sensed resistance.
  • the first heat diffusion plate and the second heat diffusion plate may be the same material.
  • the first heat diffusion plate and the second heat diffusion plate may include at least one of copper and aluminum.
  • Heating system the air flow path; An air supply unit for introducing air; An exhaust unit for discharging air into the interior of the vehicle; And a heater disposed between the air supply unit and the exhaust unit in the flow path to heat air, wherein the heater comprises: a case; A heating module disposed inside the case; And a power module module electrically connected to the heat generating module, wherein the heat generating module comprises: a plurality of heating rods; A plurality of heat dissipation fins disposed between adjacent heating rods; And a gasket disposed on one side and the other side in the case.
  • the embodiment of the present invention it is possible to obtain a heating rod having excellent thermal diffusion performance and high sheet resistance.
  • the bonding between the ceramic substrate and the thermal diffusion plate and the bonding between the ceramic layer and the electrode terminal are easy.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heater device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of a heating module included in a heater device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a heating rod according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a thermal diffusion plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 to 6 are cross-sectional views of a thermal diffusion plate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a manufacturing method of a heating rod according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded view of a ceramic substrate according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view of a heating module according to an embodiment
  • FIG. 15 is an enlarged view of a portion A of FIG. 12;
  • FIG. 16 and 17 are views showing various structures of the heating module
  • FIG. 18 is a plan view of a heating module according to an embodiment
  • FIG. 19 is a side perspective view at AA ′ of the heating module according to the embodiment in FIG. 18,
  • FIG. 20 is a side perspective view of a heating module according to a modification of FIG. 19,
  • 21 is an exploded perspective view of a heating rod according to the embodiment.
  • FIG. 22 is a plan view of a heating rod according to the embodiment.
  • FIG. 23 is a side perspective view showing a support and a heating module according to the embodiment.
  • 25 is a conceptual diagram illustrating a heating system according to an embodiment.
  • ordinal numbers such as second and first
  • first and second components may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
  • each layer, region, pattern, or structure may be “under” or “under” a substrate, each layer (film), region, pad, or pattern.
  • the substrate to be formed in includes all formed directly or through another layer. Criteria for the top / bottom or bottom / bottom of each layer are described with reference to the drawings.
  • the thickness or size of each layer (film), region, pattern or structure in the drawings may be modified for clarity and convenience of description, and thus do not necessarily reflect the actual size.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heater device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a plan view of a heating module included in the heater device according to an embodiment of the present invention.
  • the heater device 10 includes a case 100, a heating module 200, and a power module 300.
  • the case 100 may be an exterior member of the heat generating module 200.
  • the case 100 receives the heating module 200 therein, and the case 100 and the heating module 200 may be disposed on the power module 300.
  • the case 100 may have a cage shape, and the air introduced from one surface 110 of the case 100 is heated by the heating module 200 inside the case 100, and then the case 100. Through the other side of the
  • the case 100 may have a hollow block shape.
  • the case 100 may include a first surface and a second surface.
  • the plurality of inlets may be disposed on the first surface. Accordingly, fluid may flow into the first surface.
  • the fluid here is a medium for transferring heat, for example air. However, it is not limited to this kind.
  • the plurality of inlets may be arranged in a predetermined row on the first surface.
  • the length of the inlet in the first direction may vary, but is not limited to this shape.
  • the plurality of outlets may be arranged on the second side.
  • the fluid introduced through the first surface may be heated from the heat generating module 200 inside the case 100 and may move through the outlet of the second surface.
  • the outlet may also be arranged in a predetermined row on the second surface. In addition, it may be arranged to correspond to the plurality of inlets.
  • the fluid introduced through the inlet can be smoothly discharged through the outlet.
  • the fluid (b-2) discharged through the outlet may have a higher temperature than the fluid (b1) flowing into the inlet.
  • the length of the first direction (X-axis direction) of the plurality of outlets may vary, but is not limited to this shape.
  • the case 100 may be disposed outside the heater 1000.
  • the case 100 may be a form surrounding the heat generating module 200 accommodated in the case 100 as an exterior member of the heater 1000.
  • the power module 300 may be disposed at one side of the case 100.
  • the case 100 may be combined with the power module 300.
  • the lower portion of the case 100 may include a receiving portion coupled to the power module 300.
  • the case 100 and the power module 300 may be coupled to each other through a pinch coupling.
  • the heat generating module 200 may be disposed in the case 100 and may be electrically connected to the power module 300.
  • the heating module 200 may be electrically connected to the power module 300 disposed at one side of the case 100.
  • the heat generating module 200 may provide heat using the power provided from the power module 300.
  • the heat generating module 200 may include a heat radiating fin 220, a heating rod 210, a first gasket 240, and a first heat generating fin. Two gaskets 250.
  • the plurality of heat dissipation fins 220 and the plurality of heating rods 210 are alternately arranged, and the upper portion of the plurality of heating rods 210 is supported by the first gasket 240 and the plurality of heating rods 210 The lower part may be supported by the second gasket 250. Lower portions of each of the heating rods 210 may be electrically connected to the power module 300 through the second gasket 250.
  • the plurality of heat dissipation fins 220 and the plurality of heating rods 210 may be alternately bonded to each other, and in this case, may be bonded by silver paste or thermally conductive silicon. Accordingly, heat generated from the heating rod 210 may be transferred to the heat dissipation fin 220.
  • the heat dissipation fin 220 may be, for example, a louver fin, but is not limited thereto.
  • the heat dissipation fin 220 may be embodied in various forms to increase the surface area.
  • the heating device 10 may be a heating device by a cooling water heating method as well as a heating device by an air heating method.
  • the power module 300 may be disposed on one side of the case 100.
  • the power module 300 may be disposed under the case 100 to support the case 100 and the heat generating module 200.
  • the power module 300 may be combined with the case 100.
  • the power module 300 may be electrically connected to the heat generating module 200 to provide power to the heat generating module 200.
  • One side of the power module 300 may be connected to an external power supply device.
  • the mass air flow (MAF) of the heater 1000 according to the embodiment may be 300 kg / h.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a heating rod according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view of a heat diffusion plate according to an embodiment of the present invention.
  • the heating rod 210 includes a first heat diffusion plate 213, a ceramic substrate 211, and a second heat diffusion plate 214.
  • the ceramic substrate 211 may be disposed between the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214.
  • the first heat diffusion plate 213 and the second heat diffusion plate 214 may diffuse heat generated from the ceramic substrate 211.
  • the thermal expansion coefficients of the first thermal diffusion plate 213, the ceramic substrate 211, and the second thermal diffusion plate 214 may be the same or similar.
  • the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 211 is 7ppm / °C
  • the thermal expansion coefficient of the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214 may also be 7ppm / °C, respectively.
  • the thermal expansion coefficients of the first and second heat diffusion plates 213 and 214 are 0.6 to 1.3 times, preferably 0.8 to 1.2 times, more preferably 0.9 relative to the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 211. To 1.1 times.
  • the thermal expansion coefficients of the first thermal diffusion plate 213, the ceramic substrate 211, and the second thermal diffusion plate 214 are the same or similar, the ceramic substrate 211 may be prevented from being damaged due to thermal expansion.
  • the first thermal diffusion plate 213 and the ceramic substrate 211, and the ceramic substrate 211 and the second thermal diffusion plate 214 may be joined by a bonding layer.
  • the bonding layer may include an active metal alloy including titanium (Ti), zirconium (Zr), or a metal oxide including copper oxide (CuO or Cu 2 O).
  • the bonding layer may include at least one of aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride, and silicon carbide. According to this, since the bonding layer reacts with the ceramic substrate 211 by heating and pressing, the first thermal diffusion plate 213 and the ceramic substrate 211, and the ceramic substrate 211 and the second thermal diffusion plate 214 are adhered to each other. can do.
  • one ceramic substrate 211 is illustrated as being disposed between the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214, the present invention is not limited thereto.
  • a plurality of ceramic substrates 211 may be stacked and disposed between the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214.
  • the ceramic substrate 211 is a ceramic substrate incorporating a heating element, and is lighter than a PTC thermistor, free from heavy metals such as lead (Pb), emits far infrared rays, and may have high thermal conductivity.
  • the first and second thermal diffusion plates 213 and 214 may be stacked in a plurality of layers L1, L2, L3,..., Ln, respectively.
  • the thickness d of each layer may be 1 to 300 ⁇ m, preferably 5 to 100 ⁇ m, more preferably 10 to 30 ⁇ m, and each of the first and second thermal diffusion plates 213 and 214 may have a thickness d.
  • the overall thickness D may be 20 to 500 ⁇ m, preferably 40 to 300 ⁇ m, more preferably 100 to 300 ⁇ m.
  • the interface between the two layers can be separated by a gap. That is, the porosity of the interface between the two layers may be smaller than the porosity in each layer.
  • a part of the gap between the first layer L1 and the second layer L2 disposed on one side of the first layer L1 is filled with particles including the material of the second layer L2
  • a portion of the gap between the second layer L2 and the third layer L3 disposed on one side of the second layer L2 may be filled with particles including the material of the third layer L3.
  • the voids formed in the first and second thermal diffusion plates 213 and 214 can be reduced, thereby improving the thermal conductivity performance and increasing the strength.
  • the bonding strength at the interface between the two layers can be increased.
  • the plurality of layers L1, L2, L3,..., Ln may include the same material, for example, copper (Cu).
  • some of the plurality of layers L1, L2, L3,..., Ln include copper, and others include one or more selected from Mo, Ag, Ti, and Al.
  • the layer including copper and the layer including at least one selected from Mo, Ag, Ti, and Al may be alternately disposed.
  • Such a heat diffusion plate may be formed by screen printing.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a manufacturing method of a heating rod according to an embodiment of the present invention.
  • the metal paste may include metal particles, a resin, a dispersant, a glass frit, and a solvent, the metal particles may be included in the metal paste at 50 to 80 wt%, and the glass frit is 0.05 in the metal paste. To 3wt%.
  • the metal particles may include at least one selected from Cu, Mo, Ag, Ti, and Al.
  • the glass frit may include any one selected from calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), sodium oxide (Na 2 O), silicon oxide (SiO 2) and titanium oxide (TiO 2), or a mixture thereof.
  • the drying process may be carried out, for example, under an atmospheric atmosphere of about 600 to 800 ° C. after the temperature is raised to 10 ° C./min.
  • a low temperature eg, 600 to 800 ° C.
  • the possibility of distortion of the layer may be reduced.
  • pores may occur in the inside and the surface of the layer.
  • step S710 and step S720 are repeated several times. Accordingly, the pores formed on the surface of the dry metal layer after screen printing may then be filled by the screen printed metal layer.
  • the metal paste may be the same or different for each layer. For example, only a metal paste containing Cu may be used, or a metal paste including Cu and a metal paste including one or more selected from Mo, Ag, Ti, and Al may be used alternately.
  • a heating rod is manufactured by performing a sintering process (S730).
  • the sintering process may be performed under 900 °C, nitrogen atmosphere.
  • the glass frit in the metal paste can serve as a bonding between the ceramic substrate and the layer and between layers.
  • the high temperature (eg, 900 ° C. or higher) process is performed in the process of stacking the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214 on the ceramic substrate 211 using a DBC technique.
  • the first heat diffusion plate 213 and the second heat diffusion plate 214 are twisted to prevent a problem that a defect occurs.
  • the ceramic substrate 211 contains a nitride such as silicon nitride having low bonding performance with a metal, it is possible to laminate a thermal diffusion plate by a low temperature process.
  • FIG. 8 is a cross-sectional image of a thermal diffusion plate manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • screen printing was performed once using Cu paste and dried, and then screen printing was performed once using Cu paste and dried. It can be seen that at least a portion of the voids at the interface between the layers are filled with Cu particles. Accordingly, it can be seen that the porosity of the entire thermal diffusion plate can be lowered, and the bonding strength between the layers forming the thermal diffusion plate can be increased.
  • the structure of the thermal diffusion plate may be similarly applied to the electrode terminal in the ceramic substrate.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is an exploded view of a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is disposed on a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
  • various heating elements are possible.
  • the ceramic substrate 211 may include a first ceramic layer 211a, a heat generator 212 disposed on the first ceramic layer 211a, and a second ceramic disposed on the heat generator 212.
  • Layer 211b may include a first ceramic layer 211a, a heat generator 212 disposed on the first ceramic layer 211a, and a second ceramic disposed on the heat generator 212.
  • the first ceramic layer 211a and the second ceramic layer 211b may include alumina or silicon nitride.
  • the first ceramic layer 211a and the second ceramic layer 211b may be any one selected from calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), sodium oxide (Na 2 O), silicon oxide (SiO 2), and titanium oxide (TiO 2). It may further comprise one or a mixture thereof.
  • the first ceramic layer 211a and the second ceramic layer 211b may further include at least one of aluminum nitride (AlN) and boron nitride (BN).
  • AlN aluminum nitride
  • BN boron nitride
  • the thickness of the first ceramic layer 211a and the second ceramic layer 211b may be 0.5 to 2 mm, respectively.
  • the heating element 212 is disposed on the first ceramic layer 211a and generates heat when electricity flows.
  • the heating element 212 is any one selected from tungsten (W), molybdenum (Mo), nickel (Ni), chromium (Cr), copper (Cu), silver (Ag), indium tin oxide (ITO), and barium titanate (BaTiO). It may comprise one or a mixture thereof.
  • the heating element 212 may be printed, patterned, coated, or deposited on the first ceramic layer 211a in various shapes as shown in FIG. 11. For example, the heating element 212 may be formed to repeat the pattern extending in the first direction and then turned up to extend in the second direction opposite to the first direction, as shown in FIG.
  • the heating elements 212 may be connected in a predetermined pattern and may include a plurality of heating patterns 212-1 and 212-2 spaced apart from each other. The larger the printed area of the heating element 212 is, the greater the amount of heat generated by the ceramic substrate 211. In the present specification, the heating element 212 may be mixed with a resistor, a heating pattern, and the like.
  • first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 are illustrated as being disposed on the second ceramic layer 211b, the present invention is not limited thereto, and the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal ( 262 may be disposed on the first ceramic layer 212, one of the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 is disposed on the first ceramic layer 212, and the other is the second. It may be disposed on the ceramic layer 211b. Alternatively, the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 may be disposed between the first ceramic layer 212 and the second ceramic layer 211b.
  • first electrode terminal 261 or the second electrode terminal 262 When the first electrode terminal 261 or the second electrode terminal 262 is disposed on the outer surface of the first ceramic layer 211a or the second ceramic layer 211b, one end T1 of the heating element 212 and the second electrode terminal 262 are formed. The other end of the first electrode terminal 261 or the heating element 212 and the second electrode terminal 262 may be connected through a through hole formed in the first ceramic layer 212 or the second ceramic layer 211b. As such, one end T1 and the other end T2 of the heating element 212 may be electrically connected to the power module 300 through the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262, and the heating element 212. The electricity may flow in the).
  • the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 may be stacked in a plurality of layers L1, L2,..., Ln, respectively.
  • the thickness of each layer may be 10 to 30 ⁇ m, and the total thickness of each of the first electrode terminal 262 and the second electrode terminal 450 may be 100 to 300 ⁇ m.
  • the interface between the two layers can be separated by a gap. That is, the porosity of the interface between the two layers may be smaller than the porosity in each layer.
  • a part of the gap between the first layer L1 and the second layer L2 disposed on one side of the first layer L1 is filled with particles including the material of the second layer L2
  • a portion of the gap between the second layer L2 and the third layer L3 disposed on one side of the second layer L2 may be filled with particles including the material of the third layer L3.
  • the voids formed in the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 can be reduced, thereby improving sheet resistance performance and electric conduction performance and increasing strength.
  • the bonding strength at the interface between the two layers can be increased.
  • the plurality of layers L1, L2,..., Ln may include the same material, for example, copper (Cu).
  • some of the plurality of layers L1, L2,..., Ln may include copper, and others may include one or more selected from Mo, Ag, Ti, and Al.
  • such an electrode terminal may be formed by screen printing.
  • the heating module 200 includes a plurality of heating rods 210, heat dissipation fins 220, a coupling member 231, a first gasket 240, and a second gasket 250. can do.
  • the heating rod 210 may be disposed inside the case 100 as a heat generating portion.
  • the heating rod 210 may include an electrode terminal.
  • the electrode terminal (not shown) may be disposed at one end of the heating rod 210.
  • the heating rod 210 may receive power from the power module 300 through an electrode terminal (not shown) to generate heat.
  • the heating rod 210 may be a plurality, but is not limited to this number.
  • the plurality of heating rods 210 may be spaced apart by a predetermined distance.
  • a plurality of heat dissipation fins 220 may be disposed between the plurality of heating rods 210.
  • the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 may be connected, and heat generated from the heating rod 210 may be provided to the heat dissipation fin 220. As a result, the fluid passing through the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 may receive heat to increase the temperature.
  • a thermally conductive member (not shown) may be disposed between the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220.
  • the thermally conductive member may include conductive silicon, but is not limited to such a material.
  • the heating rod 210 may include a ceramic substrate 214 and heat diffusion plates 212 and 216.
  • the ceramic substrate 214 may be disposed between the plurality of heat diffusion plates 212 and 216.
  • the heat diffusion plates 212 and 216 may diffuse heat generated from the ceramic substrate 214.
  • the thermal expansion coefficients of the heat diffusion plates 212 and 216 and the ceramic substrate 214 may be the same or similar.
  • the thermal expansion coefficients of the heat diffusion plates 212 and 216 may be 7 ppm / ° C, respectively.
  • the thermal expansion coefficients of the heat diffusion plates 212 and 216 may be 0.8 ppm / ° C to 1.2 ppm / ° C with respect to the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 214.
  • the ceramic substrate 214 may be prevented from being damaged due to thermal expansion.
  • the configuration is not limited thereto, and the heating rod 210 may be formed of the ceramic substrate 214 without the heat diffusion plates 212 and 216.
  • the heat diffusion plates 212 and 216 and the ceramic substrate 214, and the ceramic substrates 214 and the heat diffusion plates 212 and 216 may be joined by a bonding layer (not shown).
  • the bonding layer may include an active metal alloy including titanium (Ti), zirconium (Zr), or a metal oxide including copper oxide (CuO or Cu 2 O).
  • the bonding layer may include at least one of aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride, and silicon carbide.
  • the bonding layer (not shown) reacts with the ceramic substrate 214 by heating and pressurization, the heat diffusion plates 212 and 216 and the ceramic substrate 214, and the ceramic substrate 214 and the heat diffusion plate, respectively. (212, 216) can be bonded.
  • the ceramic substrate 214 may include a heating element therein.
  • the heating element may include at least one of CNT and Ag.
  • the heating element may be electrically connected to the electric terminal.
  • the heating element may generate heat by receiving power from the outside through the electric terminal.
  • One ceramic substrate 214 is illustrated as being disposed between the plurality of heat diffusion plates 212 and 216, but is not limited thereto.
  • a plurality of ceramic substrates 214 may be stacked and disposed between the plurality of heat diffusion plates 212 and 216.
  • the ceramic substrate 214 is a substrate made of a ceramic material containing a heating element, and may include at least one of Al 2 O 3, Si 3 N 4, Al 2 O 3, and ZrO 2.
  • the ceramic substrate 214 is lighter than the PTC thermistor, free from heavy metals such as lead (Pb), far-infrared rays, and may have high thermal conductivity.
  • the heat dissipation fin 220 may be disposed between the plurality of heating rods 210.
  • the heat dissipation fin 220 may be porous.
  • the heat dissipation fin 220 may include a plurality of pores P, including a porous material.
  • the air gap P of the heat dissipation fin 220 may be controlled in various ways by the manufacturing method.
  • the heat dissipation fin 220 may include at least one of Al, Cu, Ni, and Ag, and may include an alloy or a metal compound.
  • the voids P may be in the form of spheres or cylinders, but are not limited to these shapes. In addition, the voids P may be sized in the range of several nanometers to several millimeters.
  • the heat dissipation fin 220 may be formed through a fine casting technique, including an electrolytic plating method, an electroless plating, and a metal deposition technique.
  • the heat dissipation fin 220 may form a chemical solution including at least one of Al, Cu, Ni, and Ag through a precipitation or deposition process.
  • the heat dissipation fin 220 may be further subjected to a heat treatment process or an annealing process to densify the gold tissue, but is not limited thereto.
  • the heat dissipation fin 220 may be formed through chemical dissolution or etching, or a sacrificial layer etching process may be applied.
  • the heat dissipation fin 220 may have a variety of porosity (porosity).
  • porosity may be a ratio of the volume occupied by the pore P in the total volume of the heat dissipation fin 220.
  • the heat dissipation fin 220 may have a porosity of 10 ppi (pre per inch) to 100 ppi. Preferably, the porosity of the heat dissipation fin 220 may be 50 ppi.
  • Table 1 below shows the heater temperature and pressure drop according to the porosity of the heat dissipation fin 220.
  • the heater temperature according to the heat dissipation fin 220 may be 10 ° C.
  • the heater temperature means the temperature of the fluid in which the heater is transferred through the heat dissipation fin 220.
  • the temperature of the heat released through the heat dissipation fin 220 may be low, so that the temperature increase rate for the fluid introduced therein may be low.
  • the pressure drop may be 90%.
  • the pressure drop refers to the ratio of the amount of the hourly intake of the fluid at the time of inlet and the amount of the timely discharge of the fluid at the time of intake after the drawn fluid has undergone heat exchange at the heat dissipation fin 220. That is, the closer the pressure drop is to 100%, the more the amount of hourly pulled and the amount of discharge can be the same.
  • the amount of fluid discharged is similar to the amount of introduced fluid, but the heater temperature is low, and the fluid may not receive enough heat.
  • the heater temperature may be 43 ° C. or higher, and the pressure drop may be 12% to 78%.
  • FIG. 13 and 14 are enlarged photographs of the surface of the heat dissipation fin 220 including copper and aluminum when porosity is different.
  • FIG. 13 is an enlarged photograph of the surface of the heat dissipation fin 220 including copper
  • FIG. 14 is an enlarged photograph of the surface of the heat dissipation fin 220 including aluminum.
  • the porosity of the heat dissipation fin 220 is 50 ppi, and in FIGS. 13B and 14B, the heat dissipation fin 220 is formed.
  • the porosity is 100 ppi. If the porosity of the heat dissipation fin 220 is large, the amount of fluid passing through the heat dissipation fin 220 may increase, resulting in a large pressure drop.
  • the heater temperature is affected by the heat exchange between the heat dissipation fin 220 and the fluid, if the porosity is high, heat may be transferred to only a part of the fluid, and thus, sufficient heat transfer may not be achieved throughout the fluid.
  • the porosity is small, the fluid may move faster per unit time, and thus heat transfer may not be properly transferred from the heat dissipation fin 220 to the fluid.
  • the heater temperature may be 43 ° C. or higher. That is, the heater according to the embodiment may provide a fluid of room temperature or more. That is, heat transfer to the fluid can be made properly.
  • the heater temperature may be the highest as 62 °C.
  • the heater of the embodiment may provide the highest heating rate (° C./min).
  • the heat transfer to the fluid passing through the heat dissipation fin 220 may be made in the largest ratio.
  • the pressure drop may be 12% to 78%. In this way, the movement of the fluid per unit time can be carried out heat transfer.
  • the heat dissipation fin 220 according to the embodiment may be simple in weight and porous in manufacturing as compared to a louver fin having a complicated manufacturing and assembly process.
  • FIG. 15 is an enlarged view of a portion A of FIG. 12.
  • the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 may be disposed to contact each other.
  • the heating rod 210 in contact with one surface of the heat dissipation fin 220 may be a plurality, but is not limited to this number.
  • the heat dissipation fin 220 may include holes H at both ends.
  • the coupling member 231 may be disposed at one end of the heat dissipation fin 220 and the heating rod 210 to connect the heat dissipation fin 220 and the heating rod 210.
  • the coupling member 231 may be disposed at both ends of the heat dissipation fin 220 and the heating rod 210 to partially cover the heat dissipation fin 220 and the heating rod 210.
  • the coupling member 231 of the embodiment may be a plurality.
  • the coupling member 231 may be disposed to surround a portion of the hole H, and the adjacent coupling member 231 may be disposed to surround the remaining portion of the hole H.
  • the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 may be fixedly coupled.
  • the structure is not limited thereto, and the coupling member 231 may be manufactured in one piece.
  • the coupling member 231 may be made of a heat conductive material.
  • the coupling member 231 may include aluminum (Al), but is not limited thereto.
  • a fixing pin F may be further disposed on the heater. There may be a plurality of fixing pins (F), but the number is not limited.
  • the fixing pin F may be disposed to surround the heater in the first direction (X-axis direction).
  • the fixing pin F allows the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 to be in contact with each other. By such a configuration, heat generated from the heating rod 210 may be transferred to the heat dissipation fin 220.
  • the fixing pin (F) can improve the structural stability of the heater.
  • a coupling member 230 ′ covering one end of the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 may be disposed in a second direction (Z-axis direction).
  • the coupling member 230 ′ may have a cap shape, but is not limited thereto.
  • the coupling member 231 allows the heat dissipation fin 220 and the heating rod 210 to be completely coupled.
  • the coupling member 230 ′ may be disposed between the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 and the first gasket 240.
  • the coupling member 230 ′ may be disposed between the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 and the second gasket 250.
  • the first gasket 240 may be located at one side inside the case 100.
  • the second gasket 250 may be located below the case 100.
  • the first gasket 240 and the second gasket 250 may be coupled to the case 100 by pinching, bonding, or the like.
  • first accommodating parts 241 and second accommodating parts 251 spaced apart in the first direction (X-axis direction) may be disposed.
  • the first gasket 240 may include a plurality of protruding first receivers 241.
  • the second gasket 250 may include a plurality of protruding second receivers 251.
  • the plurality of first accommodating parts 241 and the second accommodating part 251 may be disposed to correspond one-to-one with the plurality of heating rods 210.
  • one side of the heating rod 210 may be inserted into the first receiving portion 241.
  • the other side of the heating rod 210 may be inserted into the second receiving portion 251.
  • the electrode terminal of the heating rod 210 may extend downward through the second receiving portion 251 downward. Therefore, the electrode terminal may be exposed downward and electrically connected to the power module 300.
  • the present invention is not limited thereto and may be connected to the power supply by various methods.
  • the heating module 200 may include a plurality of heating rods 210, heat dissipation fins 220, support parts 232, first gaskets 240, and second gaskets 250. Can be.
  • the heating rod 210 may be disposed inside the case 100 as a heat generating portion.
  • the heating rod 210 may receive power from the power module 300 to generate heat.
  • the heating rod 210 may be a plurality, but is not limited to this number.
  • the plurality of heating rods 210 may be spaced apart by a predetermined distance.
  • a plurality of heat dissipation fins 220 may be disposed between the plurality of heating rods 210.
  • the support part 232 may be disposed between the plurality of heat dissipation fins 220.
  • the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 may be connected, and heat generated from the heating rod 210 may be provided to the heat dissipation fin 220. As a result, the fluid passing through the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 may receive heat to increase the temperature.
  • a thermally conductive member (not shown) may be disposed between the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220.
  • the thermally conductive member may include conductive silicon, but is not limited to such a material.
  • the heating rod 210 may have a shape in which the heating rod 210 extends from the lower side to the upper side.
  • the heating rod 210 includes a ceramic substrate 211, a heat generating element 212, a first heat diffusion plate 213, a second heat diffusion plate 214, a first electrode terminal 261, and a second electrode terminal 262. It may include a cover portion 217.
  • the ceramic substrate 211 is disposed inside the heating rod 210 and may receive a heat dissipation element.
  • the ceramic substrate 211 may be formed of a ceramic material.
  • the heating rod 210 of the present embodiment may be lighter than the PTC thermistor by the ceramic covering the heat generating element 212, free from heavy metals such as lead (Pb), far-infrared rays, and the like, and may have high thermal conductivity.
  • the first thermal diffusion plate 213 may be disposed on one side of the ceramic substrate 211.
  • the second thermal diffusion plate 214 may be disposed on the other side of the ceramic substrate 211.
  • the ceramic substrate 211 may be accommodated in the cover 217 together with the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214.
  • the ceramic substrate 211 may include a first ceramic substrate 211a and a second ceramic substrate 211b.
  • the first ceramic substrate 211a may be disposed on one side, and the second ceramic substrate 211b may be disposed on the other side.
  • the heating element 212 may be disposed on one surface of the first ceramic substrate 211a by printing, patterning, or deposition. After the heating element 212 is disposed on the first ceramic substrate 211a, the first ceramic substrate 211a and the second ceramic substrate 211b are sintered (1500 ° C.) to integrally form the ceramic substrate portion 211. can do. By such a configuration, one surface of the first ceramic substrate 211a and one surface of the second ceramic substrate 211b in contact with one surface of the first ceramic substrate 211a may be aligned (sorted) and sintered.
  • the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 may be disposed between the first ceramic substrate 211a and the second ceramic substrate 211b.
  • the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 may be combined with the first ceramic substrate 211a and the second ceramic substrate 211b.
  • first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 may be electrically connected to the heating element 212.
  • the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 may be disposed outside the first ceramic substrate 211a and the second ceramic substrate 211b. In this case, a separate lead wire (not shown) for electrically connecting the first electrode terminal 261, the second electrode terminal 262, and the heating element 212 may be disposed.
  • the heat generating element 212 may be disposed in the ceramic substrate 211.
  • the heating element 212 may be disposed on the first ceramic substrate 211a by printing, patterning, or deposition.
  • the heat generating element 212 may be disposed on a surface of the first ceramic substrate 211a that is in contact with the first ceramic substrate 211a and the second ceramic substrate 211b.
  • the heating element 212 may be a resistor line.
  • the heat generating element 212 may be a resistor such as tungsten (w) and molybdenum (Mo). Therefore, the heating element 212 may generate heat when electricity flows.
  • the heat generating element 212 may extend from one side of the first ceramic substrate 211a to the other side, and may be turned up (bent or bent) at the other side of the first ceramic substrate 211a.
  • the heating element 212 may extend from one side of the first ceramic substrate 211a to one side.
  • the heating element 212 may be arranged to be stacked in a second direction (Y-axis direction) through which the fluid passes by repeating the extension.
  • the fluid may pass through a portion in which heat is generated in the heating rod 210 while passing through the heating module 200, and may receive heat. That is, the area in which the heat generated from the fluid and the heating rod 210 contacts by the arrangement of the heat generating elements 212 may be increased.
  • Both ends of the heat generating element 212 may be electrically connected to any one of the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262.
  • the heat generating element 212 may receive power from the power module 300 through the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262. Therefore, a current flows through the heating element 212, and heat generation may occur. Power supplied to the heat generating element 212 may be controlled by the power module 300.
  • Each of the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214 may be disposed on both side surfaces of the ceramic substrate portion 211.
  • the ceramic substrate 211 may be disposed between the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214.
  • the first thermal diffusion plate 213 may be coupled to the side surface of the first ceramic substrate 211a
  • the second thermal diffusion plate 214 may be coupled to the side surface of the second ceramic substrate 211b.
  • the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214 may be coupled to the first ceramic substrate 211a and the second ceramic substrate 211b by an active metal layer.
  • the active metal layer may be an active metal alloy of titanium group.
  • the active metal layer may be disposed between the first ceramic substrate 211a and the first thermal diffusion plate 213.
  • the active metal layer may be disposed between the second ceramic substrate 211b and the second thermal diffusion plate 214.
  • the active metal layer may react with the ceramics of the first ceramic substrate 211a and the second ceramic substrate 211b to form an oxide or a nitride.
  • the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214 may be coupled to the first ceramic substrate 211a and the second ceramic substrate in contact with each other.
  • the first thermal diffusion plate 213 may have a form in which a plurality of diffusion layers are stacked.
  • the plurality of diffusion layers may be formed by hot pressing.
  • the second thermal diffusion plate 214 may have a form in which a plurality of diffusion layers are stacked, and the plurality of diffusion layers may be formed by hot pressing.
  • the plurality of diffusion layers may include copper (Cu) or aluminum (Al).
  • the thermal expansion coefficients of the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214 may be determined according to a predetermined condition reflecting the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 211. That is, the thermal expansion coefficients of the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214 may have a value similar to the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate portion 211.
  • the thermal expansion coefficients of the first thermal diffusion plate 213 and the second thermal diffusion plate 214 may have the same value as the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate portion 211. As a result, it is possible to reinforce the ceramic substrate portion 211 having good thermal conductivity but brittle and easily damaged by thermal shock.
  • the difference between the coefficient of thermal expansion of the ceramic substrate portion 211 and the coefficient of thermal expansion of the first and second thermal diffusion plates 214 may be the same, including 0, or may range from 0.1 to 0.9.
  • the difference between the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate portion 211 and the thermal expansion coefficient of the first thermal diffusion plate and the second thermal diffusion plate 214 may be in the range of 0.1 to 0.5.
  • the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic substrate portion 211, the first diffusion plate, and the second diffusion plate exceeds 0.9, the ceramic substrate portion 211 may be broken.
  • first heat diffusion plate 213 and the second heat diffusion plate 214 may be an additional configuration that can be changed by a design request.
  • any one of the first heat spreader 213 and the second heat spreader 214 may be omitted.
  • both the first and second thermal diffusion plates 213 and 214 may be omitted from the heating rod 210.
  • the electrode unit 260 may be disposed at one end of the heating rod 210 and may be electrically connected to the heating rod 210.
  • the electrode unit 260 may include a first electrode terminal 261 and a second electrode terminal 262.
  • the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 may be electrically connected to the heat generating element 212 in the ceramic substrate 211.
  • first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 may be electrically connected to the power module 300.
  • power of the power module 300 may be provided to the heat generating module 200.
  • the material of the cover part 217 may include aluminum (Al).
  • the cover part 217 may be a hollow bar or rod form as an exterior member of the heating rod 210, but is not limited thereto.
  • the cover part 217 may accommodate the ceramic substrate part 211, the heat generating element 212, the first heat diffusion plate 213, and the second heat diffusion plate 214 therein.
  • the inner surface 217a of the cover portion 217 may be in contact with the ceramic substrate portion 211, the first thermal diffusion plate 213, and the second thermal diffusion plate 214.
  • Thermally conductive silicon may be disposed between the cover part 217 and the ceramic substrate part 211, the first thermal diffusion plate 213, and the second thermal diffusion plate 214.
  • the cover part 217 may be bonded to the ceramic substrate part 211, the first thermal diffusion plate 213, and the second thermal diffusion plate 214 by thermally conductive silicon.
  • the cover portion 217 surrounds the ceramic substrate portion 211, the first thermal diffusion plate 213, and the second thermal diffusion plate 214, and the ceramic substrate portion 211, the first thermal diffusion plate 213, and the second thermal diffusion. Plate 214 may be protected.
  • the cover 217 may have high thermal conductivity and may conduct heat generated by the heat generating element 212 of the ceramic substrate 211 to the heat dissipation fin 220 in contact with the heating rod 210.
  • cover part 217 may be inserted into the first gasket 240 and the second gasket 250.
  • the cover part 217 may be inserted into the first gasket 240 and the second gasket 250 to support the heating module 200 of the embodiment.
  • the cover 217 may be changed by a design request, and thus is not limited thereto.
  • the heat dissipation fin 220 may be disposed in the case 100.
  • the heat dissipation fin 220 may be disposed between the plurality of heating rods 210, and may be a plurality of heat dissipation fins 220.
  • the plurality of heat dissipation fins 220 may be spaced apart in a first direction (X-axis direction).
  • the support part 232 may be disposed between the plurality of heat dissipation fins 220.
  • the heat dissipation fin 220 may be extended in a third direction (Z-axis direction) like the heating rod 210.
  • the heat dissipation fin 220 may be a louver fin, but is not limited thereto.
  • the heat dissipation fin 220 may have a shape in which the inclined plates are stacked in a third direction (Z-axis direction). Accordingly, the heat dissipation fin 220 may include a plurality of gaps through which the fluid can pass. The fluid can receive heat as it passes through the gap. By the heat dissipation fin 220, a heat transfer area through which heat generated from the heating rod 210 is transferred to the fluid is increased, thereby improving heat transfer efficiency.
  • the length L of the heat dissipation fin 220 in the first direction (X-axis direction) may be 8 mm to 16 mm.
  • the length L of the heat dissipation fin 220 in the first direction (X-axis direction) is smaller than 8 mm, there is a problem of reducing the mass air flow (MAF) of the heater 1000, and the first of the heat dissipation fin 220 is reduced.
  • the length L in the direction (X-axis direction) is larger than 16 mm, heat transfer is not properly performed to the fluid passing therethrough, which limits the rate of temperature rise of the fluid.
  • the length W1 in the third direction (Z-axis direction) of the heat dissipation fin 220 may be 180 mm to 220 mm.
  • the length W2 in the first direction (X-axis direction) of the heating module 200 may be 160 mm to 200 mm.
  • the support part 232 may be disposed between the plurality of heat dissipation fins 220. At least one support 232 may be disposed between adjacent heating rods 210.
  • the support part 232 may support the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 to prevent the heating rod 210 and the heat dissipation fin 220 from being bent from an external force.
  • the length of the first direction (X-axis direction) of the support part 232 may be 0.4 mm to 0.6 mm.
  • the length of the first direction (X-axis direction) of the support part 232 is smaller than 0.4 mm, there is a limit that the amount of fluid discharged through the heater 1000 is small.
  • the length of the support part 232 in the first direction (X-axis direction) is larger than 0.6 mm, a gap of the heat dissipation fin 220 is reduced, thereby reducing the heat transferred to the fluid.
  • the support part 232 may be disposed at the center of the heating rod 210 adjacent between the heating rods 210.
  • the first gasket 240 may be located at one side inside the case 100.
  • the second gasket 250 may be located below the case 100.
  • the first gasket 240 and the second gasket 250 may be coupled to the case 100 by pinching, bonding, or the like.
  • first accommodating parts 241 and second accommodating parts 251 spaced apart in the first direction (X-axis direction) may be disposed.
  • the first gasket 240 may include a plurality of protruding first receivers 241.
  • the second gasket 250 may include a plurality of protruding second receivers 251.
  • the plurality of first accommodating parts 241 and the second accommodating part 251 may be disposed to correspond one-to-one with the plurality of heating rods 210.
  • one side of the heating rod 210 may be inserted into the first receiving portion 241.
  • the other side of the heating rod 210 may be inserted into the second receiving portion 251.
  • the electrode part 260 of the heating rod 210 may extend downward through the second receiving part 251. Accordingly, the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 may be exposed downward and electrically connected to the power module 300.
  • FIG. 19 is a side perspective view of AA ′ of the heating module according to the embodiment of FIG. 18.
  • the support part 232 may prevent the heat dissipation fin 220 and the heating rod 210 from bending even when an external force F is applied to the heat dissipation fin 220 and the heating rod 210. have.
  • FIG. 20 is a side perspective view of a heating module according to a modification of FIG. 19,
  • FIG. 21 is a plan view of the heating rod according to the embodiment, and
  • FIG. 22 is a plan view of the heating rod according to the embodiment.
  • a plurality of supports 232 may be disposed between the heating rods 210.
  • the support part 232 is two, but it is not limited to this number.
  • the plurality of supports 232 are disposed between the heating rods 210, and thus the mechanical reliability of the heater 1000 may be greatly improved.
  • the heating element 212 disposed in the ceramic substrate 211 of the heating rod 210 may be a thermistor. As described above, the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262 may be connected to both ends of the heat generating element 212, respectively.
  • the measuring unit 270 may be connected to the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262.
  • the measurement unit 270 may measure the resistance of the thermistor from the voltage / current at both ends of the first electrode terminal 261 and the second electrode terminal 262.
  • the calculator 280 may calculate the temperature of the thermistor from the resistance of the thermistor which is the heat generating element 212.
  • the calculator 280 may calculate the temperature of the thermistor from relation data or equations between pre-stored resistance and temperature. The calculated temperature may be transmitted to the outside through a communication unit (not shown).
  • the heating rod 210 may prevent deterioration and deformation of the adjacent plastic. For this reason, a fire etc. can be prevented.
  • FIG. 23 is a side perspective view of the support and the heating module according to the embodiment.
  • a sensor 290 may be disposed on the support 232.
  • Sensor 290 may include a temperature sensor.
  • the sensor 290 may be disposed on one side of the support 232.
  • the sensor 290 may be disposed on the side where the fluid is discharged.
  • the temperature sensor may include at least one of a thermostat and a thermocouple. However, it is not limited to this kind.
  • the sensor 290 may sense the temperature of the region where the fluid is discharged. As a result, by accurately measuring the temperature of the fluid discharged through the outlet, the user may be able to control the heater 1000 more immediately.
  • FIG. 24 is a variation of FIG. 23.
  • the sensor may be disposed in the support. As a result, the sensor can be protected from external shock.
  • 25 is a conceptual diagram illustrating a heating system according to an embodiment.
  • the heating system 2000 of the present embodiment may be used for various moving means.
  • the means of transportation is not limited to vehicles that run on land such as automobiles, and may include ships and airplanes.
  • the case where the heating system 2000 of this embodiment is used for a motor vehicle is demonstrated as an example.
  • the heating system 2000 may be accommodated in an engine room of a vehicle.
  • the heating system 2000 may include an air supply unit 400, a flow path 500, an exhaust unit 600, and a heater 1000.
  • the air supply unit 400 various air supply apparatuses such as a blowing fan and a pump may be used.
  • the air supply unit 400 may move the fluid outside the heating system 2000 to the inside of the flow path 500 to be described later and move the fluid along the flow path 500.
  • the flow path 500 may be a passage through which the fluid flows.
  • the air supply unit 400 may be disposed at one side of the oil passage 500, and the exhaust unit 600 may be disposed at the other side of the oil passage 500.
  • the flow path 500 may cooperatively connect the engine room and the interior of the vehicle.
  • the exhaust part 600 As the exhaust part 600, a blade which can be opened and closed may be used.
  • the exhaust part 600 may be disposed on the other side of the flow path 500.
  • the exhaust part 600 may communicate with the interior of the vehicle. Therefore, the fluid moved along the flow path 500 may flow into the vehicle interior through the exhaust part 600.
  • the heater 1000 may be disposed in the form of a partition wall in the middle of the flow path 500.
  • the front and rear of the heater 1000 may be the same or similar to the front and rear of the vehicle.
  • the cool fluid of the engine room supplied to the flow path 500 through the air supply unit 400 is heated while passing through the heater 1000 from the front to the rear, and then flows along the flow path 500 again through the exhaust part 600. It can be supplied indoors.
  • the heater 1000 of the present embodiment may generate heat transfer by the heating element covered by the ceramic substrate.
  • the thermal efficiency can be improved by using a high heat generation amount of the heat generating element.
  • the heater 1000 of the present embodiment may be free from heavy metal materials such as lead (Pb), and may be lightweight.
  • Pb lead

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 히팅 로드는 제1 열확산판, 상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판, 상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하고, 상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층된다. 상기 복수의 레이어로 적층된 상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판으로 인해, 열효율이 높고, 빠른 가열이 가능한 히팅 로드 및 이를 포함하는 차량용 히팅 장치를 얻을 수 있다.

Description

히팅 로드, 이를 포함하는 발열 모듈 및 이를 포함하는 히팅 장치
본 발명은 히팅 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 히팅 장치에 포함되는 히팅 로드와 발열 모듈에 관한 것이다.
자동차는 실내의 열적 쾌적성을 제공하기 위한 공조장치, 예를 들어 히터를 통해 난방을 수행하는 난방 장치 및 냉매 순환을 통해 냉방을 수행하는 냉방 장치를 포함한다.
일반적인 내연 기관 자동차의 경우, 엔진으로부터 다량의 폐열이 발생하므로, 이로부터 난방에 필요한 열을 확보하기 용이하다. 이에 반해, 전기 자동차의 경우, 내연 기관 자동차에 비해 발생하는 열이 적으며, 배터리를 위한 히팅도 필요한 문제가 있다.
이에 따라, 전기 자동차는 별도의 히팅 장치가 필요하며, 그 히팅 장치의 에너지 효율을 높이는 것이 중요하다.
또한, 전기자동차의 경우, 내연기관 자동차에 비해 발생하는 열이 적기 때문에(예를 들면, 엔지의 폐열) 손실되는 열을 줄이고 에너지 효율을 높이는 것이 특히 중요하다.
또한, 스마트한 자동차의 출현으로 인해, 자동차의 대시보드에 다양한 기능을 가진 스마트 기기 및 디스플레이가 장착되고 있다. 그 결과, 자동차의 대시 보드의 면적에서 공조시스템의 송풍면적이 차지하는 비율은 줄어들고 있다. 즉, 설계적 요청에 의해 점차 작아지는 공조시스템의 송풍면적에 대응하여 히터의 에너지 효율을 높여야 하는 실정이다.
아울러 일반적인 차량용 히터의 경우, 내구성이 약하여 주행에 의한 차체의 흔들림 또는 외력에 의해 구조적 손상이 발생하는 문제점이 있었다. 이러한 손상은 히팅 시스템의 오작동을 유발하므로 이에 대한 해결책도 필요한 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 히팅 로드 및 이를 포함하는 차량용 히팅 장치를 제공하는데 있다.
또한, 구조적으로 안정되고 신뢰성이 향상된 히터를 제공한다.
또한, 작용이 상이한 온도 감지를 통해 안정성이 향상된 히터를 제공한다.
또한, 경량이고 환경친화적인 히터를 제공한다.
또한, 적절한 압력 강하를 제공하는 발열 모듈 및 히터를 제공한다.
또한, 가볍고 환경오염을 방지하는 발열 모듈 및 히터를 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 히팅 로드는 제1 열확산판, 상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판, 상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하고, 상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층된다.
2 레이어 간 계면은 공극에 의하여 구분될 수 있다.
상기 2 레이어 간 계면의 공극률은 각 레이어 내 공극률보다 작을 수 있다.
상기 복수의 레이어는 제1 레이어, 상기 제2 레이어의 한 면에 배치되는 제2 레이어, 그리고 상기 제2 레이어의 한 면에 배치되는 제3 레이어를 포함하며, 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어 간 공극의 일부는 상기 제2 레이어의 재료를 포함하는 입자로 채워지고, 상기 제2 레이어 및 상기 제3 레이어 간 공극의 일부는 상기 제3 레이어의 재료를 포함하는 입자로 채워질 수 있다.
상기 복수의 레이어는 각각 구리를 포함할 수 있다.
상기 복수의 레이어 중 일부는 구리를 포함하며, 나머지 일부는 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 구리를 포함하는 레이어와 상기 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 레이어는 교번 배치될 수 있다.
각 레이어의 두께는 1 내지 300㎛, 바람직하게는 5 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 30㎛일 수 있다.
상기 복수의 레이어는 스크린 프린팅에 의하여 형성될 수 있다.
상기 세라믹 기판은, 제1 세라믹층, 상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체, 상기 발열체 상에 배치되는 제2 세라믹층, 상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 전극단자, 그리고 상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 전극단자를 포함하며, 상기 제1 전극단자 및 상기 제2 전극단자 중 적어도 하나는 복수의 레이어로 적층될 수 있다. 여기서, 제1 전극단자 및 제2 전극단자 중 적어도 하나는 제1 세라믹층 및 제2 세라믹층 사이에 형성될 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 히팅 로드는 제1 세라믹층, 상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체, 상기 발열체 상에 배치되는 제2 세라믹층, 상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 전극단자, 그리고 상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 전극단자를 포함하며, 상기 제1 전극단자 및 상기 제2 전극단자 중 적어도 하나는 복수의 레이어로 적층된다. 여기서, 제1 전극단자 및 제2 전극단자 중 적어도 하나는 제1 세라믹층 및 제2 세라믹층 사이에 형성될 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 히팅 장치는 파워 모듈, 그리고 상기 파워 모듈 상에 배치되고, 상기 파워 모듈로부터 공급 받은 전력을 이용하여 열을 발생시키는 발열 모듈을 포함하며, 상기 발열 모듈은, 교번하여 배치되는 복수의 방열핀 및 복수의 히팅 로드를 포함하며, 각 히팅 로드는, 제1 열확산판, 상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판, 상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하고, 상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층된다.
본 발명의 실시예에 따른 발열 모듈은 복수 개의 히팅 로드; 및 상기 복수 개의 히팅 로드 사이에 배치되고 다공성인 복수 개의 방열핀;을 포함한다.
상기 방열핀의 공극률은 10ppi(pre per inch) 내지 100ppi일 수 있다.
상기 방열핀의 공극률은 50ppi일 수 있다.
상기 히팅 로드는 Al2O3, Si3N4, Al2O3 및 ZrO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 히팅 로드는 발열체를 더 포함할 수 있다.
상기 발열체는 CNT 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 잇다.
상기 방열핀은 Al, Cu, Ni 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 방열핀과 상기 히팅 로드의 일단에 배치되어 상기 방열핀과 상기 히팅 로드를 연결하는 결합부재;를 더 포함할 수 잇다.
본 발명의 실시예에 따른 히터는 파워 모듈; 및 상기 파워 모듈과 전기적으로 연결되는 발열 모듈;을 포함하고, 상기 발열 모듈은, 복수 개의 히팅 로드; 및 상기 복수 개의 히팅 로드 사이에 배치되고 다공성인 복수 개의 방열핀;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 다른 히팅 시스템은 공기가 이동하는 유로; 공기를 유입하는 급기부; 이동수단의 실내로 공기를 배출하는 배기부; 및 상기 유로에서 상기 급기부와 상기 배기부의 사이에 배치되어 공기를 가열하는 히터를 포함하고, 상기 히터는, 파워 모듈; 상기 파워 모듈과 전기적으로 연결되는 발열 모듈을 포함하고, 상기 발열 모듈은, 복수 개의 히팅 로드; 및 상기 복수 개의 히팅 로드 사이에 배치되고 다공성인 복수 개의 방열핀;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 히터는 케이스; 상기 케이스 내부에 배치되는 발열 모듈; 및 상기 발열 모듈과 전기적으로 연결되는 파워 모듈 모듈;을 포함하고, 상기 발열 모듈은, 복수 개의 히팅 로드; 인접한 히팅 로드 사이에 배치되는 복수 개의 방열핀; 및 상기 케이스 내부에서 일측과 타측에 각각 배치되는 가스켓을 포함한다.
상기 복수 개의 방열핀 사이에 배치되는 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 지지부는 상기 인접한 히팅 로드 사이에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.
상기 지지부는 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 지지부와 접촉하는 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 센서는 온도 센서일 수 있다.
상기 온도 센서는 써모스탯 및 써모커플 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 센서는 상기 지지부 내에 배치되는 히터.
상기 히팅 로드는, 제1 열확산판; 제2 열확산판; 및 상기 제1 열확산판과 상기 제2 열확산판 사이에 배치되며, 내부에 발열소자가 배치되는 세라믹 기판;을 포함할 수 있다.
상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층될 수 있다.
상기 발열소자는 텅스텐 및 몰리브덴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발열소자는 서미스터를 포함할 수 있다.
상기 서미스터의 저항을 감지하는 측정부; 및 상기 감지된 저항으로부터 온도를 산출하는 산출부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 동일 물질일 수 있다..
상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 구리 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 히팅 시스템은 공기가 이동하는 유로; 공기를 유입하는 급기부; 이동수단의 실내로 공기를 배출하는 배기부; 및 상기 유로에서 상기 급기부와 상기 배기부의 사이에 배치되어 공기를 가열하는 히터를 포함하고, 상기 히터는, 케이스; 상기 케이스 내부에 배치되는 발열 모듈; 및 상기 발열 모듈과 전기적으로 연결되는 파워 모듈 모듈;을 포함하고, 상기 발열 모듈은, 복수 개의 히팅 로드; 인접한 히팅 로드 사이에 배치되는 복수 개의 방열핀; 및 상기 케이스 내부에서 일측과 타측에 각각 배치되는 가스켓;을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열효율이 높고, 빠른 가열이 가능한 히팅 로드 및 이를 포함하는 차량용 히팅 장치를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 열확산 성능이 우수하며, 면저항이 높은 히팅 로드를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 세라믹 기판과 열확산판 간의 접합 및 세라믹층과 전극단자 간의 접합이 용이하다.
또한, 적절한 압력 강하를 제공하는 발열 모듈 및 히터를 제작할 수 있다.
또한, 가볍고 환경오염을 방지하는 발열 모듈 및 히터를 제작할 수 있다.
또한, 구조적으로 안정되고 신뢰성이 향상된 히터를 제작할 수 있다.
또한, 상이한 방식의 온도 감지를 통해 안정성이 향상된 히터를 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 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 장치의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 장치에 포함되는 발열 모듈의 평면도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 히팅 로드의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열확산판의 단면도이고,
도 5 내지 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열확산판의 단면도이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 히팅 로드의 제조 방법을 설명하는 순서도이고,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 열확산판의 단면 이미지이고,
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 단면도이고,
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 분해도이고,
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판 상에 배치된 발열체의 다양한 형상이고,
도 12는 실시예에 따른 발열 모듈의 평면도이고,
도 13 및 도 14는 기공율이 상이한 경우 구리 및 알루미늄을 포함하는 방열핀의 표면을 확대한 사진이고,
도 15는 도 12의 A부분을 확대한 도면이고,
도 16 및 도 17은 발열 모듈의 다양한 구조를 나타낸 도면이고,
도 18는 실시예에 따른 발열모듈의 평면도이고,
도 19은 도 18에서 실시예에 따른 발열 모듈의 AA'에서 측면 사시도이고,
도 20는 도 19의 변형예에 따른 발열 모듈의 측면 사시도이고,
도 21는 실시예에 따른 히팅 로드의 분해사시도이고,
도 22은 실시예에 따른 히팅 로드의 평면도이고,
도 23은 실시예에 따른 지지부 및 발열 모듈을 도시한 측면 사시도이고
도 24은 도 23의 변형예이고,
도 25는 실시예에 따른 히팅 시스템을 나타낸 개념도이다.
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.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조들이 기판, 각층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
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 명세서 상에 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 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 장치에 포함되는 발열 모듈의 평면도이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 히터 장치(10)는 케이스(100), 발열모듈(200) 및 파워모듈(300)을 포함한다.
케이스(100)는 발열 모듈(200)의 외장부재일 수 있다. 케이스(100)는 내부에 발열모듈(200)을 수용하며, 케이스(100) 및 발열모듈(200)은 파워모듈(300) 상에 배치될 수 있다.
케이스(100)는 케이지(cage) 형상일 수 있으며, 케이스(100)의 한 면(110)으로부터 유입된 공기는 케이스(100) 내부의 발열모듈(200)에 의하여 가열된 후, 케이스(100)의 다른 면을 통하여 배출될 수 있다.
구체적으로, 케이스(100)는 중공의 블록형태를 가질 수 있다. 케이스(100)는 제1 면과 제2 면을 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 유입구는 제1 면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 면으로 유체가 유입될 수 있다. 여기서 유체는 열을 전달하는 매체로, 예를 들어 공기일 수 있다. 다만, 이러한 종류에 한정되는 것은 아니다.
또한, 복수의 유입구는 제1 면에서 소정의 열을 맞춰 배치될 수 있다. 제1 방향(X축 방향)으로 유입구의 길이는 다양할 수 있으나, 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다.
복수의 배출구는 제2 면에 배치될 수 있다. 제1 면을 통해 유입된 유체는 케이스(100) 내부의 발열 모듈(200)로부터 가열되고, 제2 면의 배출구를 통해 이동할 수 있다. 배출구도 제2면에서 소정의 열을 맞춰 배치될 수 있다. 또한, 복수의 유입구와 대응되도록 배치될 수 있다.
이로써, 유입구를 통해 유입된 유체는 원활히 배출구를 통해 배출될 수 있다. 그리고 배출구를 통해 배출되는 유체(b-2)는 유입구로 유입되는 유체(b1)보다 온도가 높을 수 있다.
또한, 복수의 배출구의 제1 방향(X축 방향) 길이는 다양할 수 있으며, 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다.
또한, 케이스(100)는 히터(1000)의 외부에 배치될 수 있다. 케이스(100)는 히터(1000)의 외장부재로 케이스(100) 내부에 수용된 발열 모듈(200)을 감싸는 형태일 수 있다. 케이스(100)의 일측에는 파워모듈(300)이 배치될 수 있다. 케이스(100)는 파워모듈(300)과 결합할 수 있다.
케이스(100)의 하부에는 파워모듈(300)과 결합하는 수용부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 케이스(100)와 파워모듈(300)은 끼임 결합을 통해 서로 결합될 수 있다. 다만, 이러한 방법에 한정되는 것은 아니다.발열 모듈(200)은 케이스(100)의 내부에 배치되며, 파워 모듈(300)과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 발열 모듈(200)은 케이스(100) 일측에 배치된 파워모듈(300)과 전기적으로 연결될 수 있다. 발열 모듈(200)은 파워모듈(300)로부터 제공받은 전력을 이용하여 발열을 제공할 수 있다.발열 모듈(200)은 방열핀(220), 히팅 로드(210), 제1 가스켓(240) 및 제2 가스켓(250)을 포함한다. 복수 개의 방열핀(220)과 복수 개의 히팅 로드(210)는 서로 교번하여 배치되며, 복수 개의 히팅 로드(210)의 상부는 제1 가스켓(240)에 의하여 지지되고, 복수 개의 히팅 로드(210)의 하부는 제2 가스켓(250)에 의하여 지지될 수 있다. 복수 개의 히팅 로드(210) 각각의 하부는 제2 가스켓(250)을 통하여 파워 모듈(300)과 전기적으로 연결될 수 있다.
복수 개의 방열핀(220)과 복수 개의 히팅 로드(210)는 서로 교번하여 접합될 수 있으며, 이때, 실버 페이스트 또는 열전도성 실리콘에 의하여 접합될 수 있다. 이에 따라, 히팅 로드(210)에서 발생한 열은 방열핀(220)으로 전달될 수 있다. 방열핀(220)은, 예를 들어 루버핀일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 표면적을 넓힐 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 히팅 장치(10)는 공기 가열 방식에 의한 히팅 장치뿐만 아니라 냉각수 가열 방식에 의한 히팅 장치일 수도 있다.
파워모듈(300)은 케이스(100)의 일측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 파워모듈(300)은 케이스(100)의 하부에 배치되어 케이스(100) 및 발열 모듈(200)을 지지할 수 있다. 또한, 파워모듈(300)은 케이스(100)와 결합할 수 있다.
파워모듈(300)은 발열 모듈(200)과 전기적으로 연결되어, 발열 모듈(200)로 전원을 제공할 수 있다. 파워모듈(300)의 일측에는 외부 전원 공급 장치와 연결될 수 있다. 실시예에 따른 히터(1000)의 MAF(mass air flow)는 300kg/h일 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 히팅 로드의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열확산판의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 히팅 로드(210)는 제1 열확산판(213), 세라믹 기판(211) 및 제2 열확산판(214)을 포함한다.
세라믹 기판(211)은 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214) 사이에 배치될 수 있다. 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)은 세라믹 기판(211)으로부터 발생한 열을 확산시킬 수 있다.
이때, 제1 열확산판(213), 세라믹 기판(211) 및 제2 열확산판(214)의 열팽창 계수는 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 세라믹 기판(211)의 열팽창 계수가 7ppm/℃인 경우, 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)의 열팽창 계수도 각각 7ppm/℃일 수 있다. 또는, 세라믹 기판(211)의 열팽창 계수에 대하여 제1 열확산판(213) 및 제2 열 확산판(214)의 열팽창 계수는 0.6 내지 1.3배, 바람직하게는 0.8 내지 1.2배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.1배 일 수 있다. 이와 같이, 제1 열확산판(213), 세라믹 기판(211) 및 제2 열확산판(214)의 열팽창 계수가 동일하거나 유사하면, 세라믹 기판(211)이 열팽창으로 인하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1 열확산판(213)과 세라믹 기판(211), 그리고 세라믹 기판(211)과 제2 열확산판(214)은 접합층에 의하여 접합될 수 있다. 이때, 접합층은 티탄(Ti), 지르코늄(Zr) 등을 포함하는 활성 금속 합금 또는 산화구리(CuO 또는 Cu2O)를 포함하는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또는, 접합층은 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화규소 및 탄화규소 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 이에 따르면, 접합층은 가열 및 가압에 의하여 세라믹 기판(211)과 반응하므로, 제1 열확산판(213)과 세라믹 기판(211), 그리고 세라믹 기판(211)과 제2 열확산판(214)을 접착할 수 있다.
제1 열확산판(213)과 제2 열확산판(214) 사이에 하나의 세라믹 기판(211)이 배치된 것으로 예시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 제1 열확산판(213)과 제2 열확산판(214) 사이에는 복수의 세라믹 기판(211)이 적층되어 배치될 수도 있다.
세라믹 기판(211)은 발열 소자를 내장하는 세라믹 재질의 기판으로, PTC 서미스터에 비하여 경량이며, 납(Pb) 성분 등 중금속으로부터 자유롭고, 원적외선이 발산되며, 높은 열전도율을 가질 수 있다.
도 3 내지 4를 참조하면, 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)은 각각 복수의 레이어(L1, L2, L3, ..., Ln)로 적층될 수 있다. 각 레이어의 두께(d)는 1 내지 300㎛, 바람직하게는 5 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 30㎛일 수 있으며, 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214) 각각의 전체 두께(D)는 20 내지 500㎛, 바람직하게는 40 내지 300㎛, 더욱 바람직하게는 100 내지 300㎛일 수 있다.
이때, 2 레이어 간의 계면은 공극에 의하여 구분될 수 있다. 즉, 2레이어 간 계면의 공극률은 각 레이어 내 공극률보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 레이어(L1) 및 제1 레이어(L1)의 한 면에 배치되는 제2 레이어(L2) 간 공극의 일부는 제2 레이어(L2)의 재료를 포함하는 입자로 채워지고, 제2 레이어(L2) 및 제2 레이어(L2)의 한 면에 배치되는 제3 레이어(L3) 간 공극의 일부는 제3 레이어(L3)의 재료를 포함하는 입자로 채워질 수 있다.
이에 따라, 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)에 형성되는 공극을 줄일 수 있으므로, 열전도 성능을 개선하고, 강도를 높일 수 있다. 특히, 2 레이어 간 계면에서의 접합 강도를 높일 수 있다.
이때, 도 5에서 도시된 바와 같이, 복수의 레이어(L1, L2, L3, ..., Ln)는 동일한 소재, 예를 들어 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 또는, 도 6에서 도시된 바와 같이, 복수의 레이어(L1, L2, L3, ..., Ln) 중 일부는 구리를 포함하고, 나머지 일부는 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 구리를 포함하는 레이어와 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 레이어는 교번하여 배치될 수도 있다.
이와 같은 열 확산판은 스크린 프린팅(screen printing)에 의하여 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 히팅 로드의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 세라믹 기판을 마련한 후(S700), 금속 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅(screen printing)으로 인쇄한 후(S710), 건조시킨다(S720).
이때, 금속 페이스트는 금속 입자, 수지, 분산제, 글래스 프리트(glass frit) 및 용매를 포함할 수 있으며, 금속 입자는 금속 페이스트 내에서 50 내지 80wt%로 포함될 수 있고, 글래스 프리트는 금속 페이스트 내에서 0.05 내지 3wt%로로 포함될 수 있다. 여기서, 금속 입자는 Cu, Mo, Ag, Ti 및 Al으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 글래스 프리트는 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화나트륨(Na2O), 산화규소(SiO2) 및 산화티탄(TiO2)으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
건조 과정은, 예를 들어 10℃/min으로 승온한 후 약 600 내지 800℃의 대기 분위기 하에서 수행될 수 있다. 이와 같이, 금속 페이스트를 스크린 프린팅한 후, 저온(예, 600 내지 800℃)에서 처리하면, 레이어의 뒤틀림이 발생할 가능성을 줄일 수 있다. 다만, 금속 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅을 수행한 후, 건조시키면, 레이어의 내부 및 표면에 기공이 발생할 수 있다.
다음으로, 단계 S710 및 단계 S720을 수회 반복한다. 이에 따라, 스크린 프린팅 후 건조한 금속 레이어의 표면에 형성된 기공은 다음으로 스크린 프린팅된 금속 레이어에 의하여 채워질 수 있다. 이때, 각 레이어마다 금속 페이스트는 모두 동일하거나, 상이할 수 있다. 예를 들어, Cu를 포함하는 금속 페이스트만이 사용되거나, Cu를 포함하는 금속 페이스트와 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 금속 페이스트는 교번하여 사용될 수 있다.
다음으로, 소결 공정을 수행하여 히팅 로드를 제작한다(S730). 이때, 소결 공정은 900℃, 질소 분위기 하에서 수행될 수 있다. 소결 공정동안, 금속 페이스트 내의 글래스 프리트는 세라믹 기판과 레이어 사이, 그리고 레이어와 레이어 사이의 본딩 역할을 할 수 있다.
이와 같이, 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)이 스크린 프린팅을 이용하여 복수 회 인쇄되면, 저온(예, 600 내지 800℃) 공정이 가능하다. 이에 따라, 세라믹 기판(211) 상에 DBC 기법 등을 이용하여 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)을 적층하는 과정에서 고온(예, 900℃ 이상) 공정을 거침에 따라 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)이 틀어져 불량이 생기는 문제를 방지할 수 있다. 특히, 세라믹 기판(211)이 금속과의 접합 성능이 낮은 질화규소 등의 질화물을 포함하는 경우에도, 저온 공정으로 열확산판을 적층하는 것이 가능하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 열확산판의 단면 이미지이다.
도 8을 참조하면, Cu 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅을 1회 수행하고 건조시킨 후, 다시 Cu 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅을 1회 수행하고 건조시켰다. 레이어 간 계면의 공극의 적어도 일부는 Cu 입자로 채워짐을 알 수 있다. 이에 따라, 열확산판 전체의 공극율을 낮출 수 있으며, 열확산판을 이루는 레이어 간의 접합 강도를 높일 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이와 같은 열확산판의 구조는 세라믹 기판 내 전극단자에도 유사하게 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 단면도이고, 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 분해도이며, 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판 상에 배치된 발열체의 다양한 형상이다.
도 9 내지 10을 참조하면, 세라믹 기판(211)은 제1 세라믹층(211a), 제1 세라믹층(211a) 상에 배치되는 발열체(212), 그리고 발열체(212) 상에 배치되는 제2 세라믹층(211b)을 포함한다.
제1 세라믹층(211a) 및 제2 세라믹층(211b)은 알루미나 또는 질화규소를 포함할 수 있다. 또는, 제1 세라믹층(211a) 및 제2 세라믹층(211b)은 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화나트륨(Na2O), 산화규소(SiO2) 및 산화티탄(TiO2)으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 또는, 제1 세라믹층(211a) 및 제2 세라믹층(211b)은 질화알루미늄(AlN) 및 질화붕소(BN) 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. 제1 세라믹층(211a) 및 제2 세라믹층(211b)의 두께는 각각 0.5 내지 2mm일 수 있다.
발열체(212)는 제1 세라믹층(211a) 상에 배치되며, 전기가 흐르면 열을 발생시킨다. 발열체(212)는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu), 은(Ag), ITO(Indium Tin Oxide) 및 티탄산바륨(BaTiO)으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 발열체(212)는 도 11에서 도시된 바와 같이 다양한 형상으로 제1 세라믹층(211a) 상에 인쇄, 패터닝, 코팅 또는 증착될 수 있다. 예를 들어, 발열체(212)는 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 제1 방향으로 연장된 후, 턴업되어 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 연장되는 패턴을 반복하도록 형성되거나, 도 6(b)와 같이 지그재그 형상으로 형성되거나, 도 6(c)와 같이 나선 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 발열체(212)는 소정 패턴으로 연결되며, 서로 이격되어 배치되는 복수의 발열 패턴(212-1, 212-2)을 포함할 수 있다. 발열체(212)가 인쇄된 면적이 넓을수록 세라믹 기판(211)의 발열량이 많아질 수 있다. 본 명세서에서, 발열체(212)는 저항체, 발열 패턴 등과 혼용될 수 있다.
한편, 발열체(212)의 일단(T1)은 제1 전극단자(261)와 연결될 수 있으며, 발열체(212)의 타단(T2)은 제2 전극단자(262)와 연결될 수 있다. 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)가 제2 세라믹층(211b)에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)가 제1 세라믹층(212)에 배치될 수도 있으며, 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262) 중 하나는 제1 세라믹층(212)에 배치되고, 나머지 하나는 제2 세라믹층(211b)에 배치될 수도 있다. 또는, 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)는 제1 세라믹층(212) 및 제2 세라믹층(211b) 사이에 배치될 수도 있다. 제1 전극단자(261) 또는 제2 전극단자(262)가 제1 세라믹층(211a) 또는 제2 세라믹층(211b)의 바깥 표면에 배치되는 경우, 발열체(212)의 일단(T1)과 제1 전극단자(261) 또는 발열체(212)의 타단과 제2 전극단자(262)는 제1 세라믹층(212) 또는 제2 세라믹층(211b)에 형성된 관통홀을 통하여 연결될 수 있다. 이와 같이, 발열체(212)의 일단(T1) 및 타단(T2)은 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)를 통하여 파워 모듈(300)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 발열체(212) 내에는 전기가 흐를 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)는 각각 복수의 레이어(L1, L2, ..., Ln)로 적층될 수 있다. 각 레이어의 두께는 10 내지 30㎛일 수 있으며, 제1 전극단자(262) 및 제2 전극단자(450) 각각의 전체 두께는 100 내지 300㎛일 수 있다.
이때, 2 레이어 간의 계면은 공극에 의하여 구분될 수 있다. 즉, 2레이어 간 계면의 공극률은 각 레이어 내 공극률보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 레이어(L1) 및 제1 레이어(L1)의 한 면에 배치되는 제2 레이어(L2) 간 공극의 일부는 제2 레이어(L2)의 재료를 포함하는 입자로 채워지고, 제2 레이어(L2) 및 제2 레이어(L2)의 한 면에 배치되는 제3 레이어(L3) 간 공극의 일부는 제3 레이어(L3)의 재료를 포함하는 입자로 채워질 수 있다.
이에 따라, 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)에 형성되는 공극을 줄일 수 있으므로, 면저항 성능 및 전기전도 성능을 개선하고, 강도를 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 2 레이어 간 계면에서의 접합 강도를 높일 수 있다.
이때, 복수의 레이어(L1, L2, ..., Ln)는 동일한 소재, 예를 들어 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 또는, 복수의 레이어(L1, L2, ..., Ln) 중 일부는 구리를 포함하고, 나머지 일부는 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이와 같은 전극단자는 스크린 프린팅(screen printing)에 의하여 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 실시예에 따른 발열 모듈(200)은 복수 개의 히팅 로드(210), 방열핀(220), 결합부재(231), 제1 가스켓(240), 제2 가스켓(250)을 포함할 수 있다.
히팅 로드(210)는 발열부분으로 케이스(100)의 내부에 배치될 수 있다. 히팅 로드(210)는 전극단자를 포함할 수 있다. 전극단자(미도시됨)는 히팅 로드(210)의 일단에 배치될 수 있다. 히팅 로드(210)는 전극단자(미도시됨)를 통해 파워모듈(300)로부터 전원을 공급받아 발열을 수행할 수 있다. 히팅 로드(210)는 복수 개일 수 있으나, 이러한 개수에 한정되는 것은 아니다.
복수 개의 히팅 로드(210)는 소정의 거리만큼 이격 배치될 수 있다. 복수 개의 히팅 로드(210) 사이에는 복수 개의 방열핀(220)이 배치될 수 있다.
히팅 로드(210)와 방열핀(220)은 연결되어, 히팅 로드(210)에서 발생한 열이 방열핀(220)으로 제공될 수 있다. 이로써, 히팅 로드(210) 및 방열핀(220)을 통과하는 유체는 열을 제공받아 온도가 상승할 수 있다. 열이동을 위해, 히팅 로드(210)와 방열핀(220) 사이에 열전도성 부재(미도시됨)가 배치될 수 있다. 열전도성 부재(미도시됨)는 전도성 실리콘을 포함할 수 있으나, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다.
히팅 로드(210)는 세라믹 기판(214) 및 열 확산판(212, 216)을 포함할 수 있다.
세라믹기판(214)은 복수의 열 확산판(212, 216) 사이에 배치될 수 있다. 열 확산판(212, 216)은 세라믹기판(214)으로부터 발생한 열을 확산시킬 수 있다.
이때, 열 확산판(212, 216)과 세라믹기판(214)의 열팽창 계수는 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 세라믹기판(214)의 열팽창 계수가 7ppm/℃인 경우, 열 확산판(212, 216)의 열팽창 계수도 각각 7ppm/℃일 수 있다. 또는, 세라믹기판(214)의 열팽창 계수에 대하여 열 확산판(212, 216)의 열팽창 계수는 0.8 ppm/℃ 내지 1.2 ppm/℃일 수 있다. 이와 같이, 열 확산판(212, 216), 세라믹기판(214) 및 열 확산판(212, 216)의 열팽창 계수가 동일하거나 유사하면, 세라믹기판(214)이 열팽창으로 인하여 손상되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 히팅 로드(210)는 열 확산판(212, 216) 없이 세라믹기판(214)으로 이루어질 수 있다.
또한, 도시되지 않았으나 열 확산판(212, 216)과 세라믹기판(214), 그리고 세라믹기판(214)과 열 확산판(212, 216)은 접합층(미도시됨)에 의하여 접합될 수 있다. 이때, 접합층(미도시됨)은 티탄(Ti), 지르코늄(Zr) 등을 포함하는 활성 금속 합금 또는 산화구리(CuO 또는 Cu2O)를 포함하는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또는, 접합층(미도시됨)은 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화규소 및 탄화규소 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 이에 따르면, 접합층(미도시됨)은 가열 및 가압에 의하여 세라믹기판(214)과 반응하므로, 열 확산판(212, 216)과 세라믹기판(214), 그리고 세라믹기판(214)과 열 확산판(212, 216)을 접착할 수 있다.
또한, 세라믹기판(214)은 내부에 발열체를 포함할 수 있다. 발열체는 발열체는 CNT 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발열체는 전기단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 발열체는 전기단자를 통해 외부로부터 전원을 공급받아 발열할 수 있다.
복수의 열 확산판(212, 216) 사이에 하나의 세라믹기판(214)이 배치된 것으로 예시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 복수의 열 확산판(212, 216) 사이에는 복수의 세라믹기판(214)이 적층되어 배치될 수 있다.
세라믹기판(214)은 발열체를 내장하는 세라믹 재질의 기판으로, Al2O3, Si3N4, Al2O3 및 ZrO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
세라믹기판(214)은 PTC 서미스터에 비하여 경량이며, 납(Pb) 성분 등 중금속으로부터 자유롭고, 원적외선이 발산되며, 높은 열전도율을 가질 수 있다.
방열핀(220)은 복수 개의 히팅 로드(210) 사이에 배치될 수 있다. 방열핀(220)은 다공성일 수 있다. 방열핀(220)은 다공성 물질을 포함하여, 다수의 공극(P)을 포함할 수 있다.
방열핀(220)의 공극(P)은 제조방법에 의해 다양하게 제어될 수 있다.
방열핀(220)은 Al, Cu, Ni 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 합금 또는 금속화합물을 포함할 수 있다.
공극(P)은 구 형태, 원기둥 형태일 수 있으며, 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다. 또한, 공극(P)은 수 나노미터에서 수밀리미터 사이의 범위에서 크기를 이룰 수 있다.
방열핀(220)은 전해 도금 방식, 무전해 도금, 금속 침적 기술 등을 포함하여 미세 주조 기술을 통해 형성될 수 있다.
예컨대, 방열핀(220)은 Al, Cu, Ni 및 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 화학 용액을 석출(precipitation) 또는 침적 과정을 통해 형성할 수 있다.
방열핀(220)은 금소조직을 치밀화(densification)하도록 열처리 공정 또는 어닐링(annealing) 공정이 더 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 방열핀(220)은 화학적 용해(dissolve) 또는 식각(etching)을 통해 형성될 수 도 있으며, 희생층 식각 공정이 적용될 수도 있다.
이러한 제조 방법에 따라, 방열핀(220)은 다양한 공극률(porosity)을 가질 수 있다. 여기서, 공극률은 방열핀(220)의 전체 부피에서 공극(P)이 차지하는 부피의 비율일 수 있다.
방열핀(220)은 공극률이 10ppi(pre per inch) 내지 100ppi일 수 있다. 바람직하게, 방열핀(220)의 공극률은 50ppi일 수 있다.
아래의 표 1는 방열핀(220)의 공극률에 따른 히터온도, 압력강하를 나타낸다.
공극률(ppi) 히터온도(℃) 압력강하(%)
비교예1 0~10미만 10 4
실시예1 10 30 12
실시예2 30 45 32
실시예3 50 62 48
실시예4 80 50 67
실시예5 100 43 78
비교예2 100초과 10 90
표 1을 참조하면, 공극률이 0 내지 10ppi 미만(비교예 1)이거나, 공극률이 100ppi를 초과(비교예 2)하는 경우에 방열핀(220)에 따른 히터 온도는 10℃일 수 있다. 여기서, 히터 온도는 히터가 방열핀(220)을 통해 전달된 유체의 온도를 의미한다.
이와 같이, 공극률이 0 내지 10ppi 미만이거나, 100ppi를 초과하는 경우에 상온 이상의 열을 제공하기 어려운 문제점이 존재한다. 또한, 방열핀(220)을 통해 방출하는 열의 온도가 낮아 인입된 유체에 대한 승온 속도도 낮을 수 있다.
공극률이 100ppi를 초과하는 경우, 압력강하는 90%일 수 있다. 여기서, 압력 강하는 인입된 유체가 방열핀(220)에서 열교환이 일어난 후, 인입 시 유체의 시간당 인입양과 배출시 유체의 시간당 배출양의 비율를 의미한다. 즉, 압력강하가 100%에 가까울수록 시간당 인입량과 배출량은 동일해질 수 있다.
이에 따라, 공극률이 100ppi를 초과하면, 배출되는 유체량은 인입된 유체량과 유사하나 히터온도가 낮아 유체가 열을 충분히 제공 받지 않을 수 있다.
공극률이 10ppi 내지 100ppi인 경우(실시예 1 내지 실시예 5)에 히터 온도는 43℃ 이상이며, 압력강하는 12% 내지 78%일 수 있다.
도 13 및 도 14는 기공율이 상이한 경우 구리 및 알루미늄을 포함하는 방열핀(220)의 표면을 확대한 사진이다. 도 13은 구리를 포함하는 방열핀(220)의 표면을 확대한 사진이고, 도 14는 알루미늄을 포함하는 방열핀(220)의 표면을 확대한 사진이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 도 13(a)와 도 14(a)의 경우 방열핀(220)의 공극률은 50ppi이고, 도 13(b)와 도 14(b)의 경우 방열핀(220)의 공극률은 100ppi이다. 방열핀(220)의 공극률이 크면 방열핀(220)을 통과하는 유체의 양은 많아져 압력 강하 커질 수 있다.
하지만, 히터 온도는 방열핀(220)과 유체 간에 열교환에 의해 영향을 받으므로, 기공률이 높으면 유체의 일부에만 열전달이 이루어져 유체 전체에 충분한 열전달이 이루어지지 않을 수 있다. 또한, 기공률이 작으면 단위 시간당 유체의 이동이 빨라 방열핀(220)으로부터 유체에 열전달이 제대로 전달되지 않을 수 있다.
다시 표 1을 참조하면, 방열핀(220)의 공극률이 10ppi 내지 100ppi인 경우에 히터 온도는 43℃ 이상일 수 있다. 즉, 실시예에 따른 히터는 상온 이상의 유체를 제공할 수 있다. 즉, 유체에 열전달이 적절히 이루어질 수 있다.
또한, 방열핀(220)의 공극률이 50ppi인 경우, 히터 온도는 62℃로 가장 높을 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 방열핀(220)의 공극률이 50ppi인 경우에 실시예의 히터는 가장 높은 승온 속도(℃/min)를 제공할 수 있다. 이로서, 방열핀(220)을 통과하는 유체에 열전달이 가장 큰 비율로 이루어질 수 있다.
또한, 압력 강하는 12% 내지 78%일 수 있다. 이로써, 단위 시간당 유체의 이동이 열전달을 수행될 수 있다.
실시예의 방열핀(220)은 제조 및 조립공정이 복잡한 루버핀에 비해 제조 공정이 단순하며 다공성으로 경량일 수 있다.
도 15는 도 12의 A부분을 확대한 도면이다. 도 15를 참조하면, 히팅 로드(210)와 방열핀(220)은 서로 접하도록 배치될 수 있다. 방열핀(220)의 일면에 접촉하는 히팅 로드(210)는 복수 개일 수 있으나, 이러한 개수에 한정되는 것은 아니다. 방열핀(220)은 양단에 홀(H)을 포함할 수 있다.
결합부재(231)는 방열핀(220)과 히팅 로드(210)의 일단 배치되어 방열핀(220)과 상기 히팅 로드(210)를 연결할 수 있다. 결합부재(231)는 방열핀(220)과 히팅 로드(210)의 양단에 배치되어 방열핀(220)과 히팅 로드(210)를 일부 덮을 수 있다. 또한, 실시예의 결합부재(231)는 복수 개일 수 있다.
또한, 결합부재(231)는 홀(H)의 일 부분을 감싸도록 배치되며, 인접한 결합부재(231)가 홀(H)의 나머지 부분을 감싸도록 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 히팅 로드(210)와 방열핀(220)은 고정 결합될 수 있다. 하지만, 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 결합부재(231)는 일체형으로 제작될 수도 있다.
또한, 결합부재(231)는 전열성 소재로 이루어질 수 있다. 예컨대, 결합부재(231)는 알루미늄(Al)을 포함할 수 있으나, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다.
도 16 및 도 17은 발열 모듈(200)의 다양한 구조를 나타낸 도면이다. 도 16을 참조하면, 히터에 고정핀(F)이 더 배치될 수 있다. 고정핀(F)은 복수 개일 수 있으나, 개수에 한정되지 않는다.
도 16을 참조하면, 고정핀(F)은 제1 방향(X축 방향)으로 히터를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 고정핀(F)은 히팅 로드(210)와 방열핀(220)이 온전히 접촉하게 한다. 이러한 구성에 의하여, 히팅 로드(210)에서 발생한 열이 방열핀(220)으로 전열될 수 있다. 또한, 고정핀(F)은 히터의 구조적 안정감을 향상시킬 수 있다.
도 17을 참조하면, 제2 방향(Z축 방향)으로 히팅 로드(210)와 방열핀(220)의 일단을 덮는 결합부재(230')가 배치될 수 있다. 결합부재(230')는 캡(cap) 형상일 수 있으나, 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다.
결합부재(231)는 방열핀(220)과 히팅 로드(210)를 온전히 결합하게 한다. 또한, 결합부재(230')는 히팅 로드(210) 및 방열핀(220)과 제1 가스켓(240) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 결합부재(230')는 히팅 로드(210) 및 방열핀(220)과 제2 가스켓(250) 사이에 배치될 수 있다.
제1 가스켓(240)은 케이스(100) 내부 일측에 위치할 수 있다. 제2 가스켓(250)은 케이스(100) 내부의 하측에 위치할 수 있다. 제1 가스켓(240)과 제2 가스켓(250)은 끼임, 접착 등에 의하여 케이스(100)와 결합할 수 있다.
제1 가스켓(240) 및 제2 가스켓(250)에는 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치된 복수 개의 제1 수용부(241) 및 제2 수용부(251)이 배치될 수 있다. 제1 가스켓(240)은 돌출된 복수 개의 제1 수용부(241)를 포함할 수 있다. 제2 가스켓(250)은 돌출된 복수 개의 제2 수용부(251)를 포함할 수 있다.
복수 개의 제1 수용부(241) 및 제2 수용부(251)는 복수 개의 히팅 로드(210)와 일대일 대응되도록 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 히팅 로드(210)의 일측은 제1 수용부(241)에 삽입될 수 있다. 또한, 히팅 로드(210)의 타측은 제2 수용부(251)에 삽입될 수 있다.
다만, 히팅 로드(210)의 전극단자는 제2 수용부(251)를 하측으로 관통하여 아래로 연장될 수 있다. 따라서 전극단자는 하측으로 노출되고, 파워모듈(300)과 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 이러한 형상에 한정되는 것은 아니고 다양한 방법에 의해 전원공급과 연결될 수 있다.
도 18를 참조하면, 실시예에 따른 발열모듈(200)은 복수 개의 히팅 로드(210), 방열핀(220), 지지부(232), 제1 가스켓(240), 제2 가스켓(250)을 포함할 수 있다.
히팅 로드(210)는 발열부분으로 케이스(100)의 내부에 배치될 수 있다. 히팅 로드(210)는 파워모듈(300)로부터 전원을 공급받아 발열을 수행할 수 있다. 히팅 로드(210)는 복수 개일 수 있으나, 이러한 개수에 한정되는 것은 아니다.
복수 개의 히팅 로드(210)는 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 복수 개의 히팅 로드(210) 사이에는 복수 개의 방열핀(220)이 배치될 수 있다. 그리고 복수 개의 방열핀(220) 사이에는 지지부(232)가 배치될 수 있다.
히팅 로드(210)와 방열핀(220)은 연결되어, 히팅 로드(210)에서 발생한 열이 방열핀(220)으로 제공될 수 있다. 이로써, 히팅 로드(210) 및 방열핀(220)을 통과하는 유체는 열을 제공받아 온도가 상승할 수 있다. 열이동을 위해, 히팅 로드(210)와 방열핀(220) 사이에 열전도성 부재(미도시됨)가 배치될 수 있다. 열전도성 부재(미도시됨)는 전도성 실리콘을 포함할 수 있으나, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다.
도 19을 참조하면, 히팅 로드(210)는 히팅 로드(210)는 하측에서 상측으로 연장된 형태일 수 있다. 히팅 로드(210)는 세라믹기판부(211), 발열소자(212), 제1 열확산판(213), 제2 열확산판(214), 제1 전극단자(261), 제2 전극단자(262), 커버부(217)를 포함할 수 있다.
세라믹기판부(211)는 히팅 로드(210) 내부에 배치되며, 방열소자를 수용할 수 있다. 세라믹기판부(211)는 세라믹 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예의 히팅 로드(210)는 발열소자(212)를 커버하는 세라믹에 의해, PTC Thermistor보다 경량이고, 납성분(Pb) 등 중금속으로부터 자유롭고, 원적외선 등이 발산되고, 높은 열전도율을 가질 수 있다.
세라믹기판부(211)의 일측면에는 제1 열확산판(213)이 배치될 수 있다. 세라믹기판부(211)의 타측면에는 제2 열확산판(214)이 배치될 수 있다. 세라믹기판부(211)는 제1 열확산판(213)과 제2 열확산판(214)과 함께 커버부(217)에 수용될 수 있다. 세라믹기판부(211)는 제1 세라믹기판(211a)과 제2 세라믹기판(211b)을 포함할 수 있다.
제1 세라믹기판(211a)은 일측에 배치되고, 제2 세라믹기판(211b)은 타측에 배치될 수 있다. 제1 세라믹기판(211a)의 일면에 발열소자(212)가 인쇄(printing), 패터닝(patterning), 증착 등의 방법으로 배치될 수 있다. 제1 세라믹기판(211a)에 발열소자(212)가 배치된 후, 제1 세라믹기판(211a)과 제2 세라믹기판(211b)은 소결(1500℃)되어 일체로 세라믹기판부(211)를 형성할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 세라믹기판(211a)의 일면과 제1 세라믹기판(211a)의 일면과 접하는 제2 세라믹기판(211b)의 일면이 얼라인(정렬)되어 소결될 수 있다.
제1 세라믹기판(211a)과 제2 세라믹기판(211b)의 사이에 제1 전극단자(261)와 제2 전극단자(262)가 배치될 수 있다. 제1 전극단자(261)와 제2 전극단자(262)는 제1 세라믹기판(211a)과 제2 세라믹기판(211b)과 결합할 수 있다.
또한, 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)는 발열소자(212)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)는 제1 세라믹기판(211a)과 제2 세라믹기판(211b)의 외측에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)와 발열소자(212)를 전기적으로 연결을 위한 별도의 인출선(미도시됨)이 배치될 수 있다.
발열소자(212)는 세라믹기판부(211)의 내부에 배치될 수 있다. 발열소자(212)는 제1 세라믹기판(211a)에 인쇄, 패터닝, 증착 등의 방법으로 배치될 수 있다. 발열소자(212)는 제1 세라믹기판(211a)에서 제1 세라믹기판(211a)과 제2 세라믹기판(211b)이 접하는 면에 배치될 수 있다.
발열소자(212)는 저항체 라인(line)일 수 있다. 발열소자(212)는 텅스텐(w), 몰리브덴(Mo) 등의 저항체일 수 있다. 따라서 발열소자(212)는 전기가 흐르면 발열할 수 있다. 발열소자(212)는 제1 세라믹기판(211a)의 일측에서 타측으로 연장되고, 제1 세라믹기판(211a)의 타측에서 턴업(만곡 또는 절곡)될 수 있다. 그리고 발열소자(212)는 제1 세라믹기판(211a)의 타측에서 일측으로 연장될 수 있다. 발열소자(212)는 이러한 연장을 반복하여 유체가 통과하는 제2 방향(Y축 방향)으로 적층되도록 배치될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 유체는 발열모듈(200)을 통과하는 동안 히팅 로드(210)에서 발열이 발생하는 부분을 순차로 지나가며 열을 제공받을 수 있다. 즉, 발열소자(212)의 배열 형태에 의해 유체와 히팅 로드(210)에서 발생되는 열이 접촉하는 면적이 커질 수 있다.
발열소자(212)의 양 단부 각각은 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262) 중 어느 하나와 전기적으로 연결될 수 있다.
발열소자(212)는 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)를 통해 파워모듈(300)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 따라서 발열소자(212)에는 전류가 흐르고, 발열이 발생할 수 있다. 발열소자(212)에 공급되는 전원은 파워모듈(300)에 의해 제어될 수 있다.
제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214) 각각은 세라믹기판부(211)의 양측면에 배치될 수 있다. 이로써, 제1 열확산판(213)과 제2 열확산판(214) 사이에 세라믹기판부(211)가 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 열확산판(213)은 제1 세라믹기판(211a)의 측면과 결합할 수 있고, 제2 열확산판(214)은 제2 세라믹기판(211b)의 측면과 결합할 수 있다.
제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)은 액티브 메탈 레이어(Active metal layer)에 의해 제1 세라믹기판(211a) 및 제2 세라믹기판(211b)와 결합될 수 있다. 여기서, 액티브 메탈레이어는 티탄족의 활성금속 합금일 수 있다. 액티브 메탈 레이어는 제1 세라믹기판(211a)과 제1 열확산판(213) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 액티브 메탈 레이어는 제2 세라믹기판(211b)과 제2 열확산판(214) 사이에 배치될 수 있다.
액테브 메탈 레이어는 제1 세라믹기판(211a) 및 제2 세라믹기판(211b)의 세라믹과 반응하여 산화물이나 질화물을 형성할 수 있다. 이로써 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)은 제1 세라믹기판(211a) 및 2세라믹기판과 접하여 결합할 수 있다.
제1 열확산판(213)은 복수 개의 확산층이 적층된 형태일 수 있다. 여기서, 복수 개의 확산층은 가압 가열(hot pressing)에 의해 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제2 열확산판(214)은 복수 개의 확산층이 적층된 형태일 수 있으며, 복수 개의 확산층은 가압 가열(hot pressing)에 의해 이루어질 수 있다. 복수 개의 확산층은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)의 열팽창계수는 세라믹기판부(211)의 열팽창계수를 반영하여 기설정된 조건에 따라 정해질 수 있다. 즉, 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)의 열팽창계수는 세라믹기판부(211)의 열팽창계수와 유사한 값을 가질 수 있다.
또한, 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)의 열팽창계수는 세라믹기판부(211)의 열팽창계수와 동일한 값을 가질 수 있다. 그 결과, 열전도율은 좋으나 취성을 가져 열충격에 의해 손상되기 쉬운 세라믹기판부(211)를 보강할 수 있다.
세라믹기판부(211)의 열팽창 계수와 제 1 열확산판 및 제2 열확산판(214)의 열팽창계수의 차이는 0을 포함하여 동일하거나, 0.1 내지 0.9의 범위를 가질 수 있다. 바람직하게 세라믹기판부(211)의 열팽창 계수와 제 1 열확산판 및 제2 열확산판(214)의 열팽창계수의 차이는 0.1내지 0.5의 범위를 가질 수 있다. 세라믹기판부(211)와 제 1 확산판 및 제 2 확산판의 열팽창계수의 차이가 0.9를 초과하면, 세라믹기판부(211)가 깨질 수 있다.
다만, 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)은 설계적 요청에 의해 변경될 수 있는 부가적인 구성일 수 있다. 히팅 로드(210)에서 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214) 중 어느 하나는 생략될 수 있다. 또한, 히팅 로드(210)에서 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214) 모두 생략될 수 있다.
전극부(260)는 히팅 로드(210)의 일단에 배치되고, 히팅 로드(210)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전극부(260)는 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)를 포함할 수 있다. 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)는 세라믹기판부(211) 내 발열소자(212)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)는 파워모듈(300)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이로써, 파워모듈(300)의 전원을 발열모듈(200)로 제공할 수 있다.
커버부(217)의 재질은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 커버부(217)는 히팅 로드(210)의 외장부재로 중공의 바(bar) 또는 로드형태일 수 있으나, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.
커버부(217)는 세라믹기판부(211), 발열소자(212), 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)을 내부에 수용할 수 있다. 이 경우, 커버부(217)의 내측면(217a)은 세라믹기판부(211), 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)과 접할 수 있다.
커버부(217)와 세라믹기판부(211), 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214) 사이에 열전도성 실리콘이 배치될 수 있다. 커버부(217)는 열전도성 실리콘에 의해 세라믹기판부(211), 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)과 접합할 수 있다.
커버부(217)는 세라믹기판부(211), 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)를 둘러싸며, 세라믹기판부(211), 제1 열확산판(213) 및 제2 열확산판(214)을 보호할 수 있다.
또한, 커버부(217)는 열전도성이 높아 세라믹기판부(211)의 발열소자(212)에서 발생한 열을 히팅 로드(210)에 접한 방열핀(220)으로 전도할 수 있다.
또한, 커버부(217)는 제1 가스켓(240) 및 제2 가스켓(250)에 삽입될 수 있다. 커버부(217)는 제1 가스켓(240) 및 제2 가스켓(250)에 삽입되어 실시예의 발열모듈(200)을 지지할 수 있다.
다만, 커버부(217)는 설계적 요청에 의해 변경될 수 있으므로, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.
다시 도 18를 참조하면, 방열핀(220)은 케이스(100)의 내부에 배치될 수 있다. 방열핀(220)은 복수 개의 히팅 로드(210) 사이에 배치될 수 있으며, 복수 개일 수 있다. 복수 개의 방열핀(220)은 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치될 수 있다. 복수 개의 방열핀(220) 사이에는 지지부(232)가 배치될 수 있다.
방열핀(220)은 히팅 로드(210)와 같이 제3 방향(Z축 방향)으로 연장된 형태일 수 있다. 방열핀(220)은 루버 핀(Louver fin)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 방열핀(220)은 경사진 플레이트가 제3 방향(Z축 방향)으로 적층된 형태일 수 있다. 이에 따라 방열핀(220)은 유체가 통과할 수 있는 복수 개의 간극을 포함할 수 있다. 유체는 간극을 통과하면서 열을 제공받을 수 있다. 이러한 방열핀(220)에 의해, 히팅 로드(210)에서 발생한 열이 유체로 전달되는 전열면적이 커져 열전달 효율이 향상될 수 있다.
방열핀(220)의 제1 방향(X축 방향)의 길이(L)는 8㎜ 내지 16㎜일 수 있다. 방열핀(220)의 제1 방향(X축 방향)의 길이(L)가 8㎜보다 작은 경우 히터(1000)의 MAF(mass air flow)를 감소시키는 문제가 존재하며, 방열핀(220)의 제1 방향(X축 방향)의 길이(L)가 16㎜보다 큰 경우 통과하는 유체에 열전달이 제대로 이루어지지 않아 유체의 온도 상승률을 저하시키는 한계가 존재한다.
또한, 방열핀(220)의 제3 방향(Z축 방향)으로 길이(W1)은 180㎜ 내지 220㎜일 수 있다. 발열모듈(200)의 제1 방향(X축 방향)으로 길이(W2)는 160㎜ 내지 200㎜일 수 있다.
지지부(232)는 복수 개의 방열핀(220) 사이에 배치될 수 있다. 지지부(232)는 인접한 히팅 로드(210) 사이에 적어도 하나 이상이 배치될 수 있다.
지지부(232)는 히팅 로드(210)와 방열핀(220)을 지지하여, 외력으로부터 히팅 로드(210) 및 방열핀(220)이 휘어지는 것을 방지할 수 있다. 지지부(232)의 제1 방향(X축 방향)의 길이는 0.4㎜ 내지 0.6㎜일 수 있다. 지지부(232)의 제1 방향(X축 방향)의 길이가 0.4㎜보다 작은 경우 히터(1000)를 통해 배출되는 유체의 양이 적어지는 한계가 존재한다. 지지부(232)의 제1 방향(X축 방향)의 길이가 0.6㎜보다 큰 경우에 방열핀(220)의 공극이 감소하여 유체로 전달되는 열이 감소하는 문제가 존재한다.
지지부(232)는 히팅 로드(210) 사이에서 인접한 히팅 로드(210)의 중앙에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 외력으로부터 힘을 균형있게 분산하여 히터(1000)의 손상을 최소화할 수 있다.
제1 가스켓(240)은 케이스(100) 내부 일측에 위치할 수 있다. 제2 가스켓(250)은 케이스(100) 내부의 하측에 위치할 수 있다. 제1 가스켓(240)과 제2 가스켓(250)은 끼임, 접착 등에 의하여 케이스(100)와 결합할 수 있다.
제1 가스켓(240) 및 제2 가스켓(250)에는 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치된 복수 개의 제1 수용부(241) 및 제2 수용부(251)이 배치될 수 있다. 제1 가스켓(240)은 돌출된 복수 개의 제1 수용부(241)를 포함할 수 있다. 제2 가스켓(250)은 돌출된 복수 개의 제2 수용부(251)를 포함할 수 있다.
복수 개의 제1 수용부(241) 및 제2 수용부(251)는 복수 개의 히팅 로드(210)와 일대일 대응되도록 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 히팅 로드(210)의 일측은 제1 수용부(241)에 삽입될 수 있다. 또한, 히팅 로드(210)의 타측은 제2 수용부(251)에 삽입될 수 있다.
다만, 히팅 로드(210)의 전극부(260)는 제2 수용부(251)를 하측으로 관통하여 아래로 연장될 수 있다. 따라서 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)는 하측으로 노출되고, 파워모듈(300)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 19는 도 18에서 실시예에 따른 발열모듈의 AA'에서 측면 사시도이다.
도 19를 참조하면, 실시예에 따른 지지부(232)는 외력(F)가 방열핀(220), 히팅 로드(210)에 가해지더라도, 방열핀(220)과 히팅 로드(210)가 휘어지는 것을 방지할 수 있다.
이로써, 방열핀(220)의 휘어짐으로 인한 히터(1000)의 MAF(mass air flow) 감소를 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 유체가 방열핀(220)을 통과하면서 일어나는 열교환 효율의 저하도 예방할 수 있다. 또한, 방열핀(220)의 파손을 방지하여 기계적 결함에 따른 히터(1000)의 신뢰성도 향상할 수 있다.
도 20는 도 19의 변형예에 따른 발열모듈의 측면 사시도이고, 도 21은 실시예에 따른 히팅 로드의 평면도이고, 도 22은 실시예에 따른 히팅 로드의 평면도이다.
도 20 내지 도 22를 참조하면, 히팅 로드(210) 사이에 복수 개의 지지부(232)가 배치될 수 있다. 도 21에서는 지지부(232)가 2개이나, 이러한 개수에 한정되는 것은 아니다. 복수 개의 지지부(232)가 히팅 로드(210) 사이에 배치되고, 이로 인해 히터(1000)의 기계적 신뢰성은 크게 향상될 수 있다.
히팅 로드(210)의 세라믹기판부(211) 내에 배치된 발열소자(212)는 서미스터(thermistor)일 수 있다. 그리고 앞서 설명한 바와 같이, 발열소자(212)의 양단에는 제1 전극단자(261)와 제2 전극단자(262)가 각각 연결될 수 있다.
여기서, 측정부(270)는 제1 전극단자(261) 및 제2 전극단자(262)와 연결될 수 있다. 측정부(270)는 제1 전극단자(261)와 제2 전극단자(262)의 양단 전압/전류로부터 서미스터의 저항을 측정할 수 있다.
산출부(280)는 발열소자(212)인 서미스터의 저항으로부터 서미스터의 온도를 산출할 수 있다. 산출부(280)는 기 저장된 저항과 온도와의 관계 데이터 또는 식으로부터 서미스터의 온도를 산출할 수 있다. 산출된 온도는 통신부(미도시됨)를 통해 외부로 송신될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 히팅 로드(210)의 온도를 감지하여, 실시예에 따른 히터(1000)가 차량 등에 설치되는 경우 히팅 로드(210)가 인접한 플라스틱을 열화 및 변형시키는 것을 예방할 수 있다. 이로 인해, 화재 등이 방지될 수 있다.
도 23은 실시예에 따른 지지부 및 발열모듈을 도시한 측면 사시도이다.
도 23을 참조하면, 지지부(232) 상에 센서(290)가 배치될 수 있다. 센서(290)는 온도 센서를 포함할 수 있다. 센서(290)는 지지부(232)의 일측에 배치될 수 있다. 예컨대, 정확한 지지부(232)의 온도 측정을 위하여, 센서(290)는 유체가 배출되는 면에 배치될 수 있다. 또한, 온도 센서는 써모스탯 및 써모커플 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 종류에 한정되는 것은 아니다.
이러한 구성에 의하여, 센서(290)는 유체가 배출되는 영역의 온도를 감지할 수 있다. 이로 인해 배출구를 통해 배출되는 유체의 온도를 정확하게 측정하여, 사용자는 보다 즉각적인 히터(1000)제어가 가능할 수 있다.
도 24은 도 23의 변형예로, 도 24을 참조하면, 센서는 지지부 내에 배치될 수 있다. 이로 인해, 외부의 충격으로부터 센서를 보호할 수 있다.
도 25는 실시예에 따른 히팅 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 25를 참조하면, 본 실시예의 히팅 시스템(2000)은 다양한 이동수단에 사용될 수 있다. 여기서 이동수단은 자동차 등 육지를 운행하는 차량에 한정되지 않으며, 배, 비행기 등도 포함될 수 있다. 다만, 이하에서는, 본 실시예의 히팅 시스템(2000)이 자동차에 사용되는 경우를 일례로 설명한다.
히팅 시스템(2000)은 자동차의 엔진룸에 수용될 수 있다. 히팅 시스템(2000)은 급기부(400), 유로(500), 배기부(600) 및 히터(1000)를 포함할 수 있다.
급기부(400)로는 송풍팬, 펌프 등 다양한 급기장치가 사용될 수 있다. 급기부(400)는 히팅 시스템(2000)의 외부의 유체를 후술하는 유로(500)의 내부로 이동시키며, 유로(500)를 따라 이동하게 할 수 있다.
유로(500)는 유체가 흐르는 통로일 수 있다. 유로(500)의 일측에는 급기부(400)가 배치될 수 있고, 유로(500)의 타측에는 배기부(600)가 배치될 수 있다. 유로(500)는 자동차의 엔진룸과 실내를 공조적으로 연결할 수 있다.
배기부(600)로는 개폐가 가능한 블레이드 등이 사용될 수 있다. 배기부(600)는 유로(500)의 타측에 배치될 수 있다. 배기부(600)는 자동차의 실내와 연통될 수 있다. 따라서 유로(500)를 따라 이동한 유체는 배기부(600)를 통하여 자동차의 실내로 유입될 수 있다.
히팅 시스템(2000)의 히터(1000)로는 상술한 본 실시예의 히터(1000)가 사용될 수 있다. 이하, 동일한 기술적 사상에 대한 설명은 생략한다. 히터(1000)는 유로(500)의 중간에 격벽 형태로 배치될 수 있다. 이 경우, 히터(1000)의 전후방은 자동차의 전후방과 동일하거나 유사한 방향일 수 있다. 급기부(400)를 통해 유로(500)로 급기된 엔진룸의 차가운 유체는 히터(1000)를 전방에서 후방으로 투과하면서 가열된 후, 다시 유로(500)를 따라 흘러 배기부(600)를 통해 실내로 공급될 수 있다.
추가적으로, 본 실시예의 히터(1000)는 기존의 PCT 서미스터와 달리 세라믹기판부에 의해 커버된 발열소자에 의해 열전달이 일어날 수 있다. 발열소자의 높은 발열량을 이용하여 열효율을 높일 수 있다. 또한, 발열소자의 높은 발열량을 열전달율이 높은 세라믹으로 커버하여 열적 안정을 이루는 동시에 열효율을 유지할 수 있다.
나아가 본 실시예의 히터(1000)는 납(Pb)과 같은 중금속재질로부터 자유로울 수 있으며, 경량일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 열확산판,
    상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판,
    상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하고,
    상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층되는 히팅 로드.
  2. 제1항에 있어서,
    2 레이어 간 계면은 공극에 의하여 구분되고,
    상기 2 레이어 간 계면의 공극률은 각 레이어 내 공극률보다 작으며,
    상기 복수의 레이어는 제1 레이어, 상기 제2 레이어의 한 면에 배치되는 제2 레이어, 그리고 상기 제2 레이어의 한 면에 배치되는 제3 레이어를 포함하며,
    상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어 간 공극의 일부는 상기 제2 레이어의 재료를 포함하는 입자로 채워지고,
    상기 제2 레이어 및 상기 제3 레이어 간 공극의 일부는 상기 제3 레이어의 재료를 포함하는 입자로 채워지는 히팅 로드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이어 중 일부는 구리를 포함하며, 나머지 일부는 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하고,
    상기 구리를 포함하는 레이어와 상기 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 레이어는 교번 배치되며,
    각 레이어의 두께는 1 내지 300㎛이고,
    상기 복수의 레이어는 스크린 프린팅에 의하여 형성되는 히팅 로드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 기판은,
    제1 세라믹층,
    상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체,
    상기 발열체 상에 배치되는 제2 세라믹층,
    상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 전극단자, 그리고
    상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 전극단자를 포함하며,
    상기 제1 전극단자 및 상기 제2 전극단자 중 적어도 하나는 복수의 레이어로 적층되는 히팅 로드.
  5. 복수 개의 히팅 로드; 및
    인접하는 2개의 히팅 로드 사이에 배치되는 복수 개의 방열핀;을 포함하고,
    상기 히팅 로드는,
    제1 열확산판,
    상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판,
    상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하고,
    상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층되는 발열 모듈.
  6. 제5항에 있어서
    상기 복수 개의 방열핀은 다공성이고,
    상기 방열핀의 공극률은 10ppi(pre per inch) 내지 100ppi인 발열 모듈.
  7. 케이스;
    상기 케이스 내부에 배치되는 발열 모듈; 및
    상기 발열 모듈과 전기적으로 연결되는 파워 모듈;을 포함하고,
    상기 발열 모듈은,
    복수 개의 히팅 로드; 및
    인접하는 두개의 히팅 로드 사이에 배치되는 복수 개의 방열핀;을 포함하고,
    상기 복수 개의 방열핀 사이에 배치되는 지지부를 더 포함하고,
    상기 지지부는 상기 인접한 히팅 로드 사이에 적어도 하나 이상 배치되고,
    상기 히팅 로드는,
    제1 열확산판,
    상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판,
    상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하는 히터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수 개의 방열핀은 다공성이고,
    상기 방열핀의 공극률은 10ppi(pre per inch) 내지 100ppi인 히터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층되는 히터.
  10. 공기가 이동하는 유로;
    공기를 유입하는 급기부;
    이동수단의 실내로 공기를 배출하는 배기부; 및
    상기 유로에서 상기 급기부와 상기 배기부의 사이에 배치되어 공기를 가열하는 히터를 포함하고,
    상기 히터는,
    케이스;
    상기 케이스 내부에 배치되는 발열 모듈; 및
    상기 발열 모듈과 전기적으로 연결되는 파워 모듈;을 포함하고,
    상기 발열 모듈은,
    복수 개의 히팅 로드; 및
    인접하는 두개의 히팅 로드 사이에 배치되는 복수 개의 방열핀;을 포함하고,
    상기 히팅 로드는,
    제1 열확산판,
    상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판,
    상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하고,
    상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층되는 히팅 시스템.
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