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KR20110130810A - 차량용 프리히터장치 - Google Patents

차량용 프리히터장치

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Publication number
KR20110130810A
KR20110130810A KR1020100050317A KR20100050317A KR20110130810A KR 20110130810 A KR20110130810 A KR 20110130810A KR 1020100050317 A KR1020100050317 A KR 1020100050317A KR 20100050317 A KR20100050317 A KR 20100050317A KR 20110130810 A KR20110130810 A KR 20110130810A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
housing
heat sink
duct
heat
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020100050317A
Other languages
English (en)
Inventor
최재식
김학규
민도식
김종업
Original Assignee
현대자동차주식회사
자화전자(주)
한라공조주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 자화전자(주), 한라공조주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020100050317A priority Critical patent/KR20110130810A/ko
Priority to US12/912,356 priority patent/US20110127247A1/en
Priority to DE102010060644A priority patent/DE102010060644A1/de
Priority to CN201010555217.0A priority patent/CN102085789B/zh
Publication of KR20110130810A publication Critical patent/KR20110130810A/ko
Ceased legal-status Critical Current

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Abstract

복수의 방열핀(111)이 적층되게 배치된 히트싱크(110); 히트싱크(110)에 삽입되어 조립된 피티씨 조립체(120); 및 하우징(130);을 포함하는 것으로서, 토출덕트에 인접한 덕트에 설치되어 시동 초기 실내 난방성능과 열효율이 향상된 차량용 프리히터장치가 소개된다.

Description

차량용 프리히터장치 {FREE HEATER APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 프리히터장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피티씨(PTC) 소자를 통한 난방효율이 향상되도록 덕트에 설치되는 차량용 프리히터장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 실내의 난방이나 차량 전면유리의 제습 또는 성에를 제거하기 위해 엔진에서 발생하는 열에 의해 데워진 냉각수의 열에너지를 이용하는 난방장치가 설치되어 있다.
이러한 난방장치는 엔진이 가동된 후 엔진의 주위를 흐르는 냉각수가 난방기에 유입되는 관계로 냉각수가 일단 가열되어 실내가 난방되기까지는 장시간이 소요될 수밖에 없다. 이에 따라 시동 후 일정시간 동안 탑승객이 추운 상태로 있어야 하는 단점이 있다.
이에 최근에는 차량의 전석에 PTC소자를 이용한 프리히터장치가 장착되어 겨울철 차량 시동과 동시에 전기적 에너지를 열에너지로 변환하여 냉각수 온도가 상승하기 이전까지 프리히터장치가 작동함으로써 실내를 따뜻하게 해준다. 여기서, PTC(Positive Temperature Coefficient Thermally Sensitive Resistor)는 BaTi03에 미량의 히토류 원소를 첨가함으로써 전도성이 부여되고 Ba의 일부를 Sr 또는 Pb로 치환하여 큐리온도의 이동이 가능한 n형 산화반도체의 일종으로 어떤 온도에 도달하면 상 전이(Phase Transition)에 의해 온도가 상승함에 따라 급격히 저항값이 증가하는 성질을 갖는 소자이다. 즉 PTC의 특징은 일정한 온도(큐리온도)에서 저항값이 급격히 증가한다는 것이다.
도 10은 PTC소자를 이용한 종래 차량용 프리히터장치를 나타낸 사시도이고, 도11은 종래 차량용 프리히터장치의 분해도이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 종래의 프리히터장치는 전원공급을 위한 단자부와, 단자부로부터 전원을 공급받아 발열되는 PTC소자로 이루어진 열원부(11)와, 열원부(11)와 접촉하면서 열을 효과적으로 방출하기 위한 방열부(12)와, 단자부, 열원부(11), 방열부(12)를 감싸서 보호하는 하우징(20)으로 크게 이루어진다. 여기서, 하우징(20)에는 방열부(12)의 열이 하우징(20) 밖으로 효과적으로 발산될 수 있도록 표면상에 방열공(20a)이 다수개 형성되는바, 공기가 방열공(20a)을 통과하는 과정에서 방열부(12)에 의하여 공기의 온도 상승이 이루어진다. 이 하우징(20)이 분할된 상태에서 상술한 단자부, 열원부(11), 방열부(12)가 내장되고, 분할된 하우징(20)은 통상의 체결수단, 예를 들면 스크류나 후크, 체결핀 등을 통해 상호 결합된다.
그런데 종래 차량용 프리히터장치의 경우, 통상 차량의 히터장치 측에 설치되는데, 이 프리히터장치에서 발생된 열은 난방열량이 작으므로, 덕트를 통해 승객에게 충분하게 전달되지 못했다는 문제가 있었다. 특히, 종래 차량용 프리히터장치에서 공기는 방열부의 폭방향으로 통과되므로, 짧은 통과 시간 동안 PTC소자와의 열교환이 적게 이루어지고, 공조장치 내측에만 장착되는 구조로 인해 패키지 측면에서 프리히터장치의 활용도가 떨어지는 등의 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안될 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 피티씨 소자를 이용하여 난방성능이 극대화되도록 하는 차량용 프리히터장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 프리히터장치는, 복수의 방열핀이 적층되게 배치되고, 상기 복수의 방열핀 사이로 공기유로가 형성된 히트싱크; 전원공급을 위한 단자부와 단자부로부터 전원을 공급받아 열을 발생하는 피티씨 소자를 포함하고, 상기 공기유로 방향에 나란하게 배치되도록 히트싱크에 삽입되어 조립된 피티씨 조립체; 및 상기 히트싱크를 감싸며, 공기유로의 방향으로 일단부와 타단부에 인입구와 배출구가 대향되게 형성되고, 인입구와 배출구에는 덕트와 체결되는 후크부가 형성된 하우징;을 포함한다.
상기 하우징은 공조된 공기가 이동되는 공조덕트와 공조된 공기가 토출되는 토출덕트 사이에 조립되고, 하우징의 후크부는 공조덕트와 토출덕트의 고정홈에 스냅식으로 끼움결합되는 돌기 형상일 수 있다.
상기 하우징은 상기 공조덕트 및 토출덕트보다 고온으로 인한 열변형에 강한 고분자 재질로 구성될 수 있다.
상기 인입구와 배출구의 주변에는 덕트와의 결합시 덕트의 외면에 밀착되는 플렌지 형상의 지지부가 형성될 수 있다.
상기 피티씨 조립체는 히트싱크의 길이방향을 따라 히트싱크에 수직되게 배치될 수 있다.
상기 히트싱크에는 하나 이상의 피티씨 조립체가 나란히 배치될 수 있다.
상기 복수의 피티씨 조립체는 난방 정도의 필요에 따라 하우징의 배출구측 피티씨 조립체부터 가동되도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 피티씨 조립체는 각각 단자부가 구비되며, 각 단자부는 독립적으로 전원이 인가되도록 구성될 수 있다.
상기 하우징에는 복수의 히트싱크가 일련의 연속된 공기유로를 형성하도록 나란히 배치되고, 각각의 히트싱크에는 피티씨 조립체가 상호 동일 평면상에 배치되도록 삽입될 수 있다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 현저한 효과가 발생될 수 있다.
첫째, 본 발명은 공기가 통과하는 방향으로 히트싱크를 배치함으로써, 좁은 공간에서도 히트싱크를 통한 열교환 효율이 증대되도록 할 수 있다.
둘째, 본 발명은 히트싱크의 길이방향으로 이동되는 공기유로를 가짐으로써, 공기와 히트싱크 간의 열교환 시간을 연장하여 난방성능이 향상되도록 할 수 있다는 이점이 있다.
세째, 본 발명은 소형의 컴팩트한 프리히터장치로 구성되므로, 덕트의 좁은 관로내에서도 장착이 용이하게 이루어질 수 있다는 이점이 있다.
넷째, 본 발명은 덕트 내장되는 구조로, 덕트를 통과하는 과정에서 발생될 수 있는 열손실을 최소화할 수 있는데, 특히, 토출덕트에 인접한 덕트에 설치되므로, 시동 초기 실내 난방성능을 향상시킬 수 있고, 난방 성능 향상을 통해 고객 만족도를 증대시킬 수 있다는 이점이 있다.
다섯째, 덕트와 프리히터장치가 후크구조로 체결되어 조립이 용이하며, 복수의 피티씨 조립체를 개별적으로 제어하여 열효율을 최대로 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 프리히터장치의 분해 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 차량용 프리히터장치의 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 차량용 프리히터장치의 또 다른 분해 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 차량용 프리히터장치의 결합 사시도.
도 5는 도 1에 도시된 차량용 프리히터장치의 또 다른 결합 사시도.
도 6은 도 1에 도시된 차량용 프리히터장치의 평면도.
도 7은 도 6에 도시된 차량용 프리히터장치의 A-A 선을 따라 절개한 단면도.
도 8은 도 1에 도시된 차량용 프리히터장치의 작동을 나타낸 도면.
도 9는 도 1에 도시된 차량용 프리히터장치의 작동을 나타낸 또 다른 도면.
도 10은 종래의 차량용 프리히터장치의 사시도.
도 11은 도 10에 도시된 종래의 차량용 프리히터장치의 분해 사시도.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 프리히터장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 프리히터장치의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 차량용 프리히터장치의 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 차량용 프리히터장치의 또 다른 분해 사시도이다. 본 발명의 차량용 프리히터장치는, 복수의 방열핀(111)이 적층되게 배치되고, 상기 복수의 방열핀(111) 사이로 공기유로(112)가 형성된 히트싱크(110); 전원공급을 위한 단자부(121)와 단자부(121)로부터 전원을 공급받아 열을 발생하는 피티씨 소자(122)를 포함하고, 상기 공기유로(112) 방향에 나란하게 배치되도록 히트싱크(110)에 삽입되어 조립된 피티씨 조립체(120); 및 상기 히트싱크(110)를 감싸며, 공기유로(112)의 방향으로 일단부와 타단부에 인입구(131)와 배출구(132)가 대향되게 형성되고, 인입구(131)와 배출구(132)에는 덕트와 체결되는 후크부(135)가 형성된 하우징(130);을 포함하도록 구성된다.
구체적으로, 피티씨 조립체(120)는 전원공급을 위한 단자부(121)와, 단자부(121)로부터 전원을 공급받아 실질적으로 열을 발생하는 피티씨 소자(122)와, 피티씨 소자(122)의 안착을 위한 안착홈(126)이 형성된 가이드부재(123)와, 단자부(121)의 절연을 위한 인슐레이터(124)를 포함하여 구성된다.
여기서, 단자부(121)는 양극단자(121a)와 음극단자(121b)로 구성되어 소켓(125)에 장착되고, 피티씨 소자(122)에서 발생된 열은 피티씨 소자(122)와 접촉되는 히트싱크(110)에 전달되어 방열이 이루어진다. 이 피티씨 조립체(120)에 대한 구체적인 구성은 널리 알려진 사항에 속하므로 이에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.
다만, 피티씨 조립체(120)는 공기의 흐름방향과 나란하게 배치되도록 히트싱크(110)에 수직되게 조립된다. 보다 구체적으로, 피티씨 조립체(120)는 히트싱크(110)의 길이방향을 따라 히트싱크(110)에 수직되게 배치된다.
이로써, 공기는 히트싱크(110)의 길이방향을 따라 이동되면서 피티씨 조립체(120) 및 히트싱크(110)와 열교환이 이루어질 수 있으며, 이와 같이, 본 발명에서 공기는 히트싱크(110)의 길이방향을 따라 장방향으로 이동되는 반면에, 종래 차량용 프리히터장치에서 공기는 히트싱크(110)의 폭방향을 따라 단방향으로 이동되므로, 본 발명은 종래기술과 비교하여 열교환을 위한 시간을 연장하여 난방성능을 향상시킬 수 있다.
히트싱크(110)는 복수의 방열핀(111)이 적층되는 다층의 방열핀(111) 구조로 이루어지며, 이들 복수의 방열핀(111) 사이에는 공기가 유동되는 공기유로(112)가 형성된다.
하우징(130)은 히트싱크(110) 및 피티씨 조립체(120)를 수용하기 위한 케이스로, 히트싱크(110)의 일측부를 감싸는 일측 하우징(130a)과, 히트싱크(110)의 타측부를 감싸는 타측 하우징(130b)으로 구성된다.
이러한 하우징(130)은 히트싱크(110)를 감싸는 구조이므로, 피티씨 소자(122)의 고온을 견딜 수 있는 고분자 재질로 구성된다. 특히, 하우징(130)은 주변의 덕트의 재질보다 고온의 열변형에 강한 고분자 재질로 구성되는 것이 좋다.
하우징(130)에는 공기가 유입되는 인입구(131)와 유입된 공기가 배출되는 배출구(132)가 각각 형성되는데, 인입구(131)는 히트싱크(110)의 길이방향 일단부에 대향되게 형성되고, 배출구(132)는 히트싱크(110)의 길이방향 타단부에 대향되게 형성된다. 따라서, 인입구(131)를 통해 유입되는 공기는 히트싱크(110)의 길이방향을 따라 이동되면서 히트싱크(110)와 열교환이 이루어진 후, 배출구(132)를 통해 배출될 수 있다.
피티씨 조립체(120)는 히트싱크(110)에 삽입되어 하나의 모듈로서 구성될 수 있다. 이 경우 하우징(130)에는 하나의 히트싱크(110)가 설치되고 그 히트싱크(110)에는 복수의 피티씨 조립체(120)가 삽입될 수도 있을 것이나, 하나의 히트싱크(110)와 하나의 피티씨 조립체(120)를 하나의 모듈로 하여, 하우징(130)에 복수의 히트싱크(110)가 일련의 연속된 공기유로를 형성하도록 나란히 배치되고, 각각의 히트싱크(110)에 피티씨 조립체(120)가 상호 동일 평면상에 배치되도록 삽입되도록 할 수도 있다. 이 경우는 피티씨 조립체(120)와 히트싱크(110)가 하나의 모듈로서 교체 및 수리가 가능해지는 이점이 있다.
도 4는 차량용 프리히터장치의 결합 사시도이고, 도 5는 차량용 프리히터장치의 또 다른 결합 사시도이며, 도 6은 차량용 프리히터장치의 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 차량용 프리히터장치의 A-A 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 하우징(130)은 공조된 공기가 이동되는 공조덕트(210)와 공조된 공기가 토출되는 토출덕트(220) 사이에 조립되고, 하우징(130)의 후크부(135)는 공조덕트(210)와 토출덕트(220)의 고정홈(214,224)에 스냅식으로 끼움결합되는 돌기 형상이 될 수 있다. 구체적으로, 하우징(130)의 상면과 저면에는 인입구(131)와 배출구(132) 측으로 각각 후크결합을 위한 돌기(135)가 형성되고, 공조덕트(210)와 토출덕트(220)에는 그에 대응하는 고정홈(214,224)이 형성되어 하우징(130)이 덕트와 스냅식으로 끼워져 결합되는 것이다. 도시된 실시예와 같이, 하우징(130)이 덕트(210,220)의 내측으로 끼워져 결합될 수도 있을 것이나, 반대로 덕트(210,220)가 하우징(130)의 내측으로 끼워져 결합되는 것도 가능할 것이다. 이 경우에는 하우징(130)의 내면측에 돌기를 형성하거나, 덕트(210,220)에 돌기를 형성하고 하우징(130)에 후크부로서 고정홈을 형성해야 할 것이다.
또한, 하우징(130)의 인입구(131)와 배출구(132)의 주변에는 덕트와의 결합시 덕트(210,220)의 외면에 밀착되는 플렌지 형상의 지지부(133)가 형성되도록 하여 차량의 거동시에도 체결된 후트부가 이탈되지 않도록 하우징(130)의 유동을 방지한다.
도 8 및 9는 차량용 프리히터장치의 작동을 나타낸 도면이다. 히트싱크(110)에는 하나 이상의 피티씨 조립체(120)가 나란히 배치되도록 할 수 있으며, 복수의 피티씨 조립체(120)는 난방 정도의 필요에 따라 하우징(130)의 배출구(132)측 피티씨 조립체(120a)부터 가동되도록 구성할 수 있다. 즉, 약한 정도의 난방이 필요할 경우에는 하나의 피티씨 조립체만을 가동하여도 충분할 것이며, 이 경우 가동되는 피티씨 조립체는 하우징의 배출구측 피티씨 조립체를 가동함으로써 난방공기가 히트싱크를 통해 불필요하게 연전달 됨을 방지하고 열효율을 극대화할 수 있는 것이다. 또한, 강한 성능의 난방이 필요할 경우에는 모든 피티씨 조립체를 동시에 가동하여 풀 난방이 되도록 하는 것도 가능하다.
도 8은 약한 정도의 난방의 경우를 나타낸 것으로서 배출구측 피티씨 조립체(120a)를 가동하고 인입구측 피티씨 조립체(120b)는 가동시키지 않는 것이다. 도 9는 강한 정도의 난방이 필요한 경우로서 모든 피티씨 조립체(120a,120b)를 가동하게 되는 것이다. 이와 같이 복수의 피티씨 조립체를 개별적으로 제어하기 위해 피티씨 조립체(120)에는 각각 단자부(121)가 구비되며, 각 단자부(121)는 독립적으로 전원이 인가되도록 구성할 수 있다. 또한 난방의 정도를 판단하는 것은 실내에서 수동으로 조작할 수도 있을 것이며, 에너지 효율을 고려하여 외기 온도에 따라 자동으로 조절되도록 할 수도 있을 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
110 :히트싱크 120 :피티씨 조립체
130 :하우징 210 :공조덕트
220 :토출덕트

Claims (9)

  1. 복수의 방열핀(111)이 적층되게 배치되고, 상기 복수의 방열핀(111) 사이로 공기유로(112)가 형성된 히트싱크(110);
    전원공급을 위한 단자부(121)와 단자부(121)로부터 전원을 공급받아 열을 발생하는 피티씨 소자(122)를 포함하고, 상기 공기유로(112) 방향에 나란하게 배치되도록 히트싱크(110)에 삽입되어 조립된 피티씨 조립체(120); 및
    상기 히트싱크(110)를 감싸며, 공기유로(112)의 방향으로 일단부와 타단부에 인입구(131)와 배출구(132)가 대향되게 형성되고, 인입구(131)와 배출구(132)에는 덕트와 체결되는 후크부(135)가 형성된 하우징(130);을 포함하는 차량용 프리히터장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징(130)은 공조된 공기가 이동되는 공조덕트(210)와 공조된 공기가 토출되는 토출덕트(220) 사이에 조립되고, 하우징(130)의 후크부(135)는 공조덕트(210)와 토출덕트(220)의 고정홈(214,224)에 스냅식으로 끼움결합되는 돌기 형상인 것을 특징으로 하는 차량용 프리히터장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 하우징(130)은 상기 공조덕트(210) 및 토출덕트(220)보다 고온으로 인한 열변형에 강한 고분자 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 프리히터장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징(130)의 인입구(131)와 배출구(132)의 주변에는 덕트와의 결합시 덕트의 외면에 밀착되는 플렌지 형상의 지지부(133)가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 프리히터장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 피티씨 조립체(120)는 상기 히트싱크(110)의 길이방향을 따라 히트싱크(110)에 수직되게 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 프리히터장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 히트싱크(110)에는 하나 이상의 피티씨 조립체(120)가 나란히 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 프리히터장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 피티씨 조립체(120)는 난방 정도의 필요에 따라 하우징(130)의 배출구(132)측 피티씨 조립체(120a)부터 가동되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 프리히터장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 피티씨 조립체(120)는 각각 단자부(121)가 구비되며, 각 단자부(121)는 독립적으로 전원이 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 프리히터장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징(130)에는 복수의 히트싱크(110)가 일련의 연속된 공기유로를 형성하도록 나란히 배치되고, 각각의 히트싱크(110)에는 피티씨 조립체(120)가 상호 동일 평면상에 배치되도록 삽입된 것을 특징으로 하는 차량용 프리히터장치.
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