KR100575922B1 - 자동차의 전기가열시스템 - Google Patents

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카템 게엠베하 운트 캄파니 카게
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Abstract

본 발명은 유동 매체를 가열하기 위한 PTC 가열 소자들을 구비한 가열시스템에 관한 것이다. 흐름에 장애가 발생하는 경우 PTC 소자들의 불필요한 가열을 방지하기 위해서, 상기 PTC 소자들에 의해서 발생되는 필요 열 출력과 실제 소비된 전력을 비교하여, 소정의 임계값 아래로 강하하는 경우, 상기 설정된 필요 열 출력이 따라서 감소된다.
전기가열시스템, PTC 가열소자, 열 출력, 제어유닛

Description

자동차의 전기가열시스템{A Motor Vehicle Electrical Heating System}
도 1은 가열시스템의 원리를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 온도에 대한 PTC 소자에 인가된 전환 전력의 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 전기가열시스템의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 동작 과정의 흐름도.
도 5는 본 발명이 기반으로 하는 관련 원리를 나타낸 그래프.
도 6은 도 5의 그래프로 나타낸 특허에 따른 교시내용들을 나타낸 도면.
도 7은 도 5에 나타낸 것과는 다른 본 발명의 태양에 따른 교시내용들을 나타낸 도면.
본 발명은 일반적으로 전기가열시스템(electrical heating system) 및 자동차의 가열시스템용 제어유닛(control unit)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 PTC-소자(element)들을 구비하고 자동차의 객실(passenger compartment)을 가열하는데 이용되는 전기가열시스템들에 관한 것이다.
자동차(motor vehicle)들에 적용함에 있어서, 전기가열시스템들은 차량의 객 실과 엔진을 가열하기 위해 사용된다 - 특히 연료 소비량을 최적화한 연소 기관들을 갖는 차량들에 사용된다. 그러한 가열시스템들은 또한 예를 들면 실내 온도 제어, 산업 시스템들 및 가전용품들 및 이와 유사한 분야의 사용에 적합하다.
연료 소비량을 최적화한 연소 기관들의 증가된 효율은 상기 차량들 안에서 발생된 열량의 상당한 감소를 초래한다. 결과적으로, 상기 엔진이 단지 부분적으로 부하되는 여행 시에, 상기 차량 내부의 가열이 상당히 많이 감소된다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서, 보조 전기가열기들(auxiliary electrical heater)이 특히 차량 공기조화시스템(vehicle air conditioning system)들에 이용된다.
상기한 자동차의 가열시스템들은 PTC 가열 소자들로 구성되는 방열기 소자(radiator element)들로 이루어지며, 상기 PTC 가열 소자들은 프레임(frame) 안에 설치되며 스프링 요소(spring element)들에 의해 고정된다. PTC 소자들은 온도의존 반도체 저항(temperature dependent semiconductor resistance)들이며, 온도가 상승함에 따라 전기 저항도 증가한다. 전기 전위가 상기 PTC 소자들 간에 인가되며, 전류가 상기 PTC 소자들을 관통하며, 상기 전류의 양은 PTC 소자들의 저항에 의존한다. 따라서 상기 PTC 소자들은 소정 온도까지 가열된다. 상기 PTC 소자들에 의해 발생되는 열은 기류 또는 수류 흐름에 송출된다. 온도가 특성치(characteristic value) 이상으로 증가하는 경우 PTC 소자들의 전기 저항이 기하급수적으로 증가할 수 있는 고유 특성 때문에, PTC 소자들은 자기 조정 가열 소자(self regulating heating element)들로서 이용될 수 있으며, 따라서 상기 특성 온도에 도달하는 경우 상기 PTC 소자들은 자동, 독립적으로 자신을 본래대로 조 정한다. 상기 PTC 소자들의 이러한 자기 조정 과정에 의해서, 상기 소비 전기 에너지는 상기 송출된 열 에너지와 정확히 대응한다.
그러나 공기 또는 물 유동이 중단되는 경우, 특히 상기 팬이 기류(air flow)를 발생시키지 못하거나 상기 펌프(pump)가 수류를 제공하지 못하는 경우 결함이 발생할 수 있다. 그런 경우에, 상기 PTC 가열 소자의 온도가 최대 PTC 온도까지 상승한다. 그 결과, 전력은 최대 가능 전력의 일부분 값까지만 증가된다.
상기 전기가열시스템의 제어가 입력 기류를 상당히 증가시키거나 또는 발생되는 대응 열량의 감소 없이 상기 입력 기류를 완전히 중단시키는 경우에도 또한 결함이 발생할 수 있다. 자동 가열 제어기 및/또는 상기 가열시스템이 수동으로 조정(오용)되는 경우에 발생할 수 있는 결함 때문에 상기한 상황이 발생할 수 있다.
상기 PTC 소자에 의해 열로 전환되는 전력(electrical power) Pel의 이러한 온도 의존성은 도 2에서 상기 PTC 소자의 온도에 대한 그래프로 나타나 있다. 소정 전압 공급에 대해, 작동점(working point)은 주위 온도, 즉 공기 온도, 및 상기 PTC 소자로부터 가열하고자 하는 매체(medium)로 전도되는 열에 의존하는 상기 PTC 소자 내에서 정해진다. 그러한 작동점 A1은 도 2에서 온도 T1에 대한 그래프로 도시되어 있다.
상기 입력 기류에 결함이 발생하는 경우, 상기 발생된 열이 분산될 수 없기 때문에 상기 PTC 소자는 가열될 것이다. 따라서 상기 PTC 소자의 온도가 상승한다. 도 2에서 온도 T2에 대응하는 새로운 작동점 A2에 의해 나타나 있듯이 작동점은 또 한 상기 도시된 곡선을 따라서 아래로 이동한다.
따라서, 발생된 열량 및 전력의 대응량은 감소된다.
그런 경우에, 잔류 전력 소비량은 최대 정격 전압값(maximum rated power value)의 6% 내지 8%이며, 예를 들면 최대 정격 전압이 1 kW인 전기가열시스템의 경우, 상기 잔류 전압 소비량은 60W 내지 80W 범위내이다.
상기 팬의 고장으로 자동차의 내부가 가열되지 못하는 경우에도 전력은 소비된다. 따라서, 상기 전기가열시스템, 특히 방열기 소자들은 정상 동작 중에 보다 높은 온도까지 가열될 수 있다. 정상 온도보다 상당히 높은 범위 내에 있는 이러한 온도는 예를 들면 플라스틱 파스너(plastic fastener)의 융점 온도 부근에서 구성요소들에 상당한 손상을 줄 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 결함을 검출할 수 있는 PTC 소자들을 이용하여 전기가열시스템을 제공하며 상기한 목적에 적합한 제어유닛(control unit)을 제공함에 있다.
상기한 목적은 전기가열시스템에 대한 청구항 1 및 청구항 3의 특징들 및 상기 전기가열시스템용의 제어유닛에 대한 청구항 9 및 청구항 10의 특징들에 의해 달성된다.
본 발명의 제1 태양에 따라서, 소정의 필요 열 출력(specified required heat output)으로 기류를 가열하는 PTC 가열 소자는 제어된다. 상기 기류는 팬에 의해 발생되며, 상기 공기의 스루풋(throughput)도 또한 조정된다. 상기 팬의 필요 공기 스루풋뿐만 아니라 상기 PTC 소자의 필요 열 출력은 소정 하한(specified lower boundary)들에 의해서 최소값들까지 한정된다. 동시에, 상기 PTC 소자에서 소모된 전력이 측정되며 임계값(threshold value)과 비교된다. 상기 임계값은 미리 선택 가능한 필요 열 출력의 하한보다 작은 값을 갖도록 선택된다. 상기 송출된 열 출력이 상기 소정의 임계값 아래로 강하하는 경우, 상기 기류의 결함이 본 발명에 따라서 검출될 수 있다.
여기서 제시된 본 발명의 제2 태양에 따라서, 상기 임계값은 소정 필요 열 출력값에 의존하여 설정된다. 그 결과, 이러한 임계값은 미리 선택된 필요 열 출력과 직선 관계를 갖는다. 상기 측정된 열 출력값이 상기 전류의 실 임계값(current actual threshold value) 아래로 강하하는 경우, 상기 기류에서 결함이 검출된다.
본 발명의 다른 바람직한 특정 실시예들은 종속항들의 기재내용에 나타나 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 가열시스템의 기본 구성을 나타낸 도면이다.
가열하고자 하는 매체 1은 송출장치(delivery device) 2에 의해 가열장치(heating device) 3으로 안내된다. 상기 가열된 매체 4는 그 후 본 발명에 따라서 이용될 수 있으며, 특히 자동차의 내부를 가열하는데 사용될 수 있다.
자동차용의 보조 전기가열장치는 가열 소자들을 포함하는 가열유닛(heating unit) 3과 조합 제어유닛(associated control unit) 5로 구성된다. 상기한 가열 소자들은 일반적으로 전기 가열 저항들로 이해된다. 상기 가열기 3 및 상기 제어유닛 5는 별개의 기능 유닛들로 구성될 수 있으며, 또는 하나의 통합된 구성품으로 조합될 수 있다.
상기 가열기 자체는 바람직하게는 PTC 가열 소자들이 설치된 방열기 소자들로 구성된다. 상기 방열기 소자들과 상기 PTC 소자들은 모두 스프링 클립형 요소(spring clip type element)들에 의해 프레임 안에 유지된다. 상기 가열시스템에서, 상기 PTC 소자들은 자기 조정 가열 소자(self-regulating heating element)들로 사용되며, 특성 온도에 도달하면 자동적으로 조정되는데 상기 특성 온도는 제조 공정 중의 도핑(doping)에 의해 영향받을 수 있다.
상기 제어유닛 5는 상기 PTC 가열 소자 또는 가열 소자들 간에 전압을 인가하며, 그 값은 달성하고자 하는 소정의 전기 열 출력에 의존한다. 상기 인가된 전압에 따라서, 전류가 상기 각 PTC 가열 소자들을 통과한 후 상기 PTC 가열 소자들은 대응 온도까지 가열된다. 상기 가열시스템의 방열기 소자들은 상기 PTC 가열 소자들로부터 발생되는 열을 상기 물 또는 공기 흐름에 전도한다.
본 발명의 바람직한 특정 일 실시예에 따라서, 상기 PTC 가열 소자 또는 PTC 가열 소자들은 펄스 폭 변조(PWM: pulse width modulation)를 통해서 제어된다. 상기 PWM 제어는 전압 임펄스(voltage impulse)들의 폭을 변화시키며, 그 진폭은 얻고자하는 소정 열 출력에 의존하는 어느 값에서 고정된다.
도 3은 차량의 내부를 가열하는 상기 가열 시스템의 적용례를 나타내는 도면 이다. 상기 실시예에서, 본 발명에 따른 가열시스템은 상기 자동차의 공기조화기(air conditioner)에 일체화된다. 팬 2에 의해서, 주위 공기가 흡입된 후 가열기를 통해서 상기 차량의 내부 5 안으로 송풍된다. 이로써, 공기조화기에 통합되는 경우, 공기는 상기 보조 전기 가열기 3을 통과하기 전에 증발기(evaporator) 6a 및 추가 가열기 6b 위로 안내될 수 있다.
도 4는 본 발명에서 기술된 특징들에 따른 실행 과정을 나타내는 도면이다.
공기 유동량 및 그 온도는 모두 사용자에 의해 조정될 수 있다. 상기 목적을 위해, 필요 열 출력값 및 필요 공기 스루풋값이 결정된다. 선택될 수 있는 상기 필요 열 출력값 및 상기 필요 공기 스루풋값의 범위는 소정 최소 경계값들에 의해 한정된다. 그러나 이러한 경계값들은 상기 가열기의 최적 측면들에 영향을 주지 않을 만큼의 낮은 값이 선택된다.
사용자에 의해 선택된 필요 열 출력으로 인해 상기 전기 가열기 3은 전압 진폭에 의해 바람직하게 제어될 수 있으며, 또는 PWM 제어기의 경우에는 상기 임펄스 비에 의해 바람직하게 제어될 수 있다. 상기 가열기의 PTC 소자들은 상기 인가된 전기 에너지를 열로 전환시키며, 그 후 열은 주위로 전도된다. 상기 소정 작동 전압 또는 선택적으로 상기 소정의 임펄스 폭의 경우, 작동점은 주위 온도, 즉 공기 온도 및 상기 PTC 소자로부터 가열하고자 하는 공기로의 열전도에 의존하는 PTC 소자 내에서 된다. 상기 필요 열 출력이 증가함에 따라서, 상기 PTC 소자에서 발생된 열량이 가열하고자 하는 기류에 의해 전도될 수 없게 되자마자 낮은 열전도도를 갖는 고 저항으로 특징되는 평형 상태가 도달된다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 기초를 이루는 원리들을 설명하고자 한다. 도 5에 나타낸 선도에서, X축은 상기 팬의 공기 스루풋을 나타내며 Y축은 상기 PTC 소자의 열 출력을 나타낸다. 상기 공기 스루풋 체적이 증가함에 따라서, 이러한 공기 시간 유닛에 의해 전도될 수 있는 열량이 증가한다. 이러한 관계는 실선 7에 잘 나타나 있다. 상기 실선은 소정 공기 체적에 대해 추출될 수 있는 최대 가능한 열 출력을 나타낸다.
열 출력과 공기 수루풋 축들에 의해 제한되는 그래프의 영역은 두 영역들로 나누어지는데, 선 7 아래에 있는 영역에서는 PTC에서 발생된 모든 열 출력이 대응 공기 체적에 송출될 수 있으며, 선 7 위 영역은 상기 PTC에서 발생된 열 출력이 대응 공기 체적에 의해 추출될 수 있는 열 출력보다 크다.
작동점이 필요 열 출력값 및 선 7 위에 있는 필요 공기 스루풋값에 대해 선택되는 경우, 상기 PTC 소자 3은 공기에 의해 전도될 수 없는 열 부분까지 가열한다.
상기 PTC의 상기 특성 때문에, 상기 PTC 소자에 의해 방출될 수 있는 열 출력은 상기 PTC 소자가 가열됨에 따라 감소하며, 또한 열평형점에 도달할 때까지 계속 감소한다. 이러한 과정이 도 5의 그래프에 나타나 있으며, 도 5에서 선 7 위에 있는 작동점은 선 7에 도달할 때까지 수직 하향 이동한다. 이러한 지점에서, 상기 PTC 소자에 의해 발생된 모든 열 출력은 기류에 의해 전도될 수 있다.
PTC 소자에서 발생하는 열평형 상태는 다음 식에 기초한다:
Figure 112003010035466-pat00001
상기 식에 의하면 상기 PTC 소자에 의해 소비된 전력은 발생된 열이 주위로 방출될 때 발생하는 냉각과 동일하다. 상기 식에서, Gth는 열전도값을 나타내며, T는 상기 가열 소자의 온도를 Tu는 주위 온도를 나타낸다.
도 5에서, 작동점 A1은 필요 열 출력의 소정 값 P1 및 필요 공기 스루풋의 소정 값 V1에 대해 정의된다. 이러한 작동점은 선 7 아래에 있다. 따라서 상기 발생된 열 출력은 완전히 공기 체적에 전달될 수 있다.
공기 공급의 결함이 발생하자마자, 특히 팬 2가 작동하지 않는 경우, 상기 공기 스루풋은 제로(zero)로 떨어진다. 그 결과, 도 5에 도시된 상기 작동점 A1은 새로운 작동점 A1'까지 가로질러 이동한다. 상기 새로운 작동점은 이전 열 출력 P1에 대응하는 것이지만, 필요 공기 스루풋값 V1은 V2=0인 값까지 감소한다. 새로운 작동점 A1'는 선 7 위쪽에 있다. 상기 PTC 가열 소자에 의해 발생된 열은 더 이상 다른 곳으로 전달될 수 없다. 그 결과, 상기 PTC 소자의 온도는 상승하며, 상기 PTC 특성에 따라서 방출될 수 있는 열 출력은 강하한다.
상술한 바와 같이, 방출될 수 있는 열은 상기 작동점이 선 7에 도달할 때까지 소멸하며, 상기 선 7에 도달하면 상기 PTC 소자에 의해 발생된 열은 완전히 다 른 곳으로 전달될 수 있다. 상기 실제 열 출력의 강하 후 도달된 상태는 도 5에서 새로운 작동점 A2로 나타난다.
본 발명은 가능한 한 적은 노력을 들여 기류의 결함을 검출하고자 하는 것이다. 물론, 기술적으로 추가 센서(sensor)들을 사용하여 팬의 결함 또는 공기 공급의 결함이나 중단을 검출할 수 있다. 그러나 본 발명의 목적은 추가 하드웨어(hardware)를 이용하지 않고 현존하는 공기 송출 및 가열시스템들에 대한 변형 없이 손상을 검출하고자 하는 것이다. 상기한 목적을 위해서, 상기 점 A2까지의 상기 작동점의 강하가 본 발명에 따라 도시된다.
단계 S2에서, 여기서 제시된 본 발명에 따른 제어유닛 5는 상기 가열기 3에 의해 실제로 소비된 전력의 양 및 전도된 양을 검출한다. 추가적으로, 단계 3에서 상기 제어유닛은 상기 PTC 소자 3에 의해 소비된 후 매체에 열로 방출된 전력이 소정의 임계값 아래로 강하하는 가를 검사한다. 상기 임계값을 지나치면, 상기 PTC 소자 3이 충분한 열을 전도하는 상태에 있지 않기 때문에 제어유닛 5에 의해 결함의 존재가 검출될 것이다.
상기 임계값을 지나치면, 대응하는 고 주위 온도에서 고 저항 평형 상태가 달성되었음을 알리는 표시가 있게 된다. 전력이 여전히 열로 전환되는 한, 상기 PTC 소자 및 주위도 가열된다.
결함 또는 선택적으로 예를 들면 열 출력의 감소 없이 유입되는 공기 공급의 중단으로 인한 수동 공기조화기의 오용은 상기한 비교에 의해 인식될 수 있다. 상 기 소비 전력이 상기 임계값 보다 아래에 있는 경우, 상기 제어유닛은 결함의 존재를 검출하여, 에너지의 불필요한 낭비를 방지하기 위해 송출하려고 하는 필요 열 출력을 상당히 감소시키며, 바람직하게는 열 출력의 스위치를 완전히 꺼버린다(단계 S5). 동시에, 고장 메시지(failure message)가 예를 들어 자동차의 내장 컴퓨터(onboard computer)에 의해 사용자에게 보고될 수 있다.
상기 소비 전력과 비교되는 상기 임계값은 결함이 언제나 확실히 검출될 수 있도록 선택된다. 이 때문에, 상기 임계값의 레벨은 오류가 있는 경우와 정상 동작간을 모호하지 않게 항상 구별할 수 있는 정도이다.
도 5의 작동점의 강하를 검출하기 위해서, 임계값 Plim은 본 발명에 따른 상기 PTC 소자에 의해 소비된 전력에 대해 결정된다. 이러한 전력 임계값 Plim은 상기 임계값이 최소 열 출력 Pmin 보다 작고 상기 작동점 A2 위에 있도록 설정된다.
이러한 관계가 도 6에 나타나 있다. 작동점 A2가 사용자 자신에 의해 선택될 수 있는 경우를 방지하도록 최소 필요 열 출력값 Pmin 및 최소 필요 공기 스루풋값 Vmin이 결정된다. 도 6에서 빗금 친 영역들 8 및 9는 여기서 작동점에 대한 무효 위치(invalid position)들을 나타낸다.
상기 작동점 A1에서 상기 작동점 A1'로의 이동은 추가 하드웨어 노력 없이는 결정할 수 없다. 간접적으로, 작동점 A1'에서 작동점 A2로의 자동적인 하향 이동에 의해 이러한 결함이 검출될 수 있다. 이러한 이동은 상기 가열 소자 3의 상기 PTC 특성에 근거한 것이다. 상기 작동점의 상기 무효 영역 9로의 하향 이동은 용이하게 결정될 수 있다. 그 때문에, 상기 실제 측정 열 출력과 비교하기 위한 임계값은 Pmin 보다 아래에 있어야 한다. 도 6의 일 실시예에서, Plim이 Pmin 보다 명확히 아래에 있다. 그러한 소정 임계값을 사용하면, 작동점의 강하가 용이하고 신속하게 검출될 수 있다.
택일적인 특정 실시예에서, 상기 임계값은 소정의 필요 값의 일정 분율이 되도록 그 자신을 조정한다. 상기 임계값은 소정 시간에 상기 설정 필요 값의 소정 분율, 예를 들면 상기 소정의 필요 열 출력의 20%가 된다. 상기 값이 언더컷(undercut)이면, 상기 특정 실시예에 존재하는 결함은 상기 필요 열 출력에 대해 설정 고정된 관계에서 벗어나는 임계값이다.
도 7에 이러한 유형의 접근이 나타나 있다. 상기 전력 임계값 P30%는 상기 소정 필요 열 출력에 따라 설정된다. 그런 방식으로, 상기 공기 흐름이 장애가 높은 필요 열 출력 레벨들에서도 보다 상당히 신속하게 검출될 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 하한들은 상기 작동점 A2가 기류의 장애가 있는 경우에만 도달될 수 있도록 상기 필요 열 출력 및 상기 필요 공기 스루풋에 대해 조절되어야 한다.
상기 특정 실시예를 특별히 개선하는 경우, 상기 임계값의 분율은 이러한 필요값의 크기에 따라서 소정의 필요 값으로부터 변화한다. 낮은 필요 값의 경우, 40% 언더커팅(undercutting)이 발생하면 이미 장애가 검출되는 반면에, 소정의 필요 값이 보다 높은 경우, 임계값의 20% 언더커팅이 발생할 때에만 오류가 검출된다.
상기 임계값은 상기 소정 값들의 10% 내지 50% 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 임계값들은 상기 소정 값의 15% 내지 30% 범위 내에 있도록 선택된다.
본 발명은 요컨대 유동 매체를 가열하는 PTC 가열 소자들을 구비한 가열시스템에 관한 것이다. 상기 유동 매체에 장애가 발생하는 경우 상기 PTC 소자들의 불필요한 가열을 방지하기 위해서, 상기 PTC 소자에 의해 생산되는 상기 필요 열전력이 실제 소비된 전력과 비교되며, 소정 임계값이 언더컷인 경우, 상기 설정 필요 열 출력이 적절히 감소된다.
상기 필요 열 출력 및 상기 실제 소비된 전력(실제 전력 입력)은 모두 상기 PTC 소자들의 접점(contact)들 간의 전압 및 전류값들을 이용하여 측정될 수 있다. 상기 PTC 소자들의 외부 제어의 경우, 연결선들의 전류 및 전압 값들이 이용될 수 있다. 제어유닛과 가열소자들을 일체화시킨 구성의 경우, 상기 값들은 상기 PTC 소자들의 접점들간에 얻어진다. 전압값을 이용하여 PTC 소자들을 제어함으로써, 상기 필요 열 출력이 측정될 수 있는 반면에, 접점들 위를 지나거나 상기 연결선들을 통과하는 전류는 실제 열 출력의 결정에 이용된다. PWM 제어기의 경우, 상기 실제 전압과 전류값들은 펄스형 값들 중 유효값들을 얻어서 실제 특정 또는 소비된 열 출력을 획득하도록 평균 초과시간에 의존해야만 한다.
본 발명에 따른 자동차의 보조 가열기들은 각 가열 단들이 직렬 또는 병렬 구성으로 제어되는 다단 장치(multiple stage device)들로 개발되는 것이 바람직하다. 병렬 제어(parallel control)의 경우, 동일 전압 또는 선택적으로, 동일 임펄 스 비를 갖는 전압이 모든 가열 단들 간에 인가된다. 따라서, 모든 가열 소자들은 동일 작동점에서 작동한다. 기류 장애를 검출하기 위해서, 상기 가열 단들 중 하나의 필요 및 실제 열 출력을 모니터(monitor)하는 것으로 충분하다. 장애가 검출되는 경우, 모든 가열 단들의 열 출력은 균일하게 감소된다.
직렬 제어(serial control)의 경우, 상기 각 가열 단들은 상기 필요 열 출력에 따라서 순차적으로 제어된다. 낮은 열이 필요한 경우, 적당한 필요 열 출력을 갖는 상기 가열 단들 중 단지 하나만이 제어된다. 상기 필요 열이 상기 제1 가열 단에 의해 발생될 수 있는 열을 초과하는 경우, 제2 가열 단이 상기 제1 가열 단에 의해 전환될 수 없는 열 출력의 부분에 따라서 제어된다. 최대 열이 필요한 경우, 모든 가열 단들이 동일 전압 또는 개개의 임펄스 폭으로 제어된다. 상기 제어에서, 바람직하게는 최하 단의 필요 및 실제 열 출력만이 모니터된다. 상기 실제 열 출력이 상기 소정의 임계값 아래로 강하하는 경우, 모든 가열기의 필요 열 출력도 따라서 감소된다.
직렬 제어뿐만 아니라 병력 제어에서, 더 많은 가열 단들 또는 모든 가열 단들이 그들의 필요 및 실제 열 출력값들이 기록되고 모니터될 수 있게 구성될 수 있다. 이런 방식으로, 상기 PTC 온도 보호 메커니즘(mechanism)의 신뢰성이 증가될 수 있다.
본 발명에 따라서 가열기의 모든 가열 단들이 모니터되는 경우, 단지 하나의 가열 단의 장애가 검출되는 상황이 발생할 수 있다. 이는 각 가열 단들에 대한 다른 온도 분포들 또는 다른 유동 특성들에 기인할 수 있으므로, 예를 들면 유입되는 공기 유동의 부분적인 장애에 의해서 상기 가열 단들 중 하나의 단에만 공기 공급이 상당히 감소하게 된다. 유사하게, 본 발명의 특정 일 실시예에 따르면, 단지 상기 PTC 소자만이 스위치가 꺼지게 된다.
본 발명의 다른 특정 실시예에 따라서 하나의 가열 단의 과열 위험이 검출되는 경우, 모든 가열 소자들의 필요 열 출력은 안전상의 이유로 감소된다. 그 결과, 자동차의 전기 회로 로딩(loading)에 상당한 변화가 발생할 수 있으며, 예를 들면 자동차의 조명시스템의 휘도 요동으로 나타날 수 있다.
자동차의 전기 회로 내의 극심한 요동들을 방지하기 위해서, 본 발명의 다른 바람직한 특정 실시예에 따르면, 상기 필요 열 출력이 조금씩 감소된다. 상기 감소는 소정의 시간 간격 내에서 다수의 중간 단들 상에서 발생하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 전기가열시스템에서 PTC 소자에 의해 소비된 전력을 전력 임계값과 비교 판단하여 팬에 의한 공기 공급의 결함을 검출하고, PTC 가열 소자들의 열 출력을 제어함으로써 상기 시스템의 과열과 불필요한 열 출력이 방지되는 이점이 있다.

Claims (10)

  1. 기류를 발생시키는 팬(2)과, 상기 기류를 가열하는 적어도 하나의 PTC 소자(3) 및 상기 팬(2)에서 발생된 유효 공기 스루풋(5a)을 조절하고 상기 PTC 소자들(3) 중 하나로부터 발생된 열 출력(5b)을 조절하기 위한 제어유닛(5)을 구비한 공기 가열용의 전기가열기에 있어서,
    상기 제어유닛(5)은 공기 스루풋(5a)과 열 출력(5b)이 미리 지정된 하한치들(Pmin, Vmin) 보다 아래로 내려가는 것을 차단하도록 구성되고,
    상기 전기가열기의 상기 제어유닛(5)은 추가적으로,
    상기 PTC 소자(3)에 의해 소비된 전력을 측정하는 측정장치와,
    상기 측정장치에 의해 측정된 상기 전력을 상기 조정 가능한 열 출력의 하한치(Pmin) 보다 작은 소정의 전력 임계값(Plim)과 비교하는 비교장치 및
    상기 비교장치가 상기 PTC 소자(3)에 의해 소비된 측정 전력이 상기 전력 임계값(Plim) 아래로 강하한다고 판단했을 때 상기 기류의 중단으로 인한 결함을 인식하는 검출장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기가열기.
  2. 삭제
  3. 기류를 발생시키는 팬(2), 상기 기류를 가열하는 적어도 하나의 PTC 소자(3) 및 상기 팬(2)에서 발생된 유효 공기 스루풋(5a)을 조절하고 상기 PTC 소자들(3) 중 하나로부터 발생된 열 출력(5b)을 조절하는 제어유닛(5)을 구비한 공기 가열용의 전기가열기에 있어서,
    상기 제어유닛(5)은 상기 공기 스루풋(5a)과 열 출력(5b)이 미리 지정된 소정의 하한치들(Pmin, Vmin) 보다 아래로 내려가는 것을 차단하도록 구성되고,
    상기 전기가열기의 상기 제어유닛(5)은 추가적으로,
    상기 PTC 소자(3)에 의해 소비된 전력을 측정하는 측정장치와,
    상기 측정장치에 의해 측정된 전력을 상기 조정 가능한 열 출력(5b)의 소정의 분율에 상응하는 소정의 전력 임계값(P30%)과 비교하는 비교장치, 및
    상기 비교장치가 상기 PTC 소자(3)에 의해 소비된 측정 전력이 상기 전력 임계값(Plim) 아래로 강하한다고 판단했을 때 상기 기류의 중단을 인식하는 검출장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기가열기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 소정 임계값은 상기 설정 열 출력(5b)의 10% 내지 50% 범위 내에 있음을 특징으로 하는 전기가열기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출장치가 기류가 중단되고 있음을 인식한 경우 상기 제어유닛(5)은 상기 열 출력을 조정하여 제로(zero)가 되게 하는 것을 특징으로 하는 전기가열기.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기류가 중단되고 있음이 검출된 경우 상기 검출장치는 음향 및/또는 시각적으로 상기 중단을 표시하는 표시기를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기가열기.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PTC 소자들 중 하나에 의해 발생되는 열 출력의 설정은 상기 소자의 펄스 폭 변조 제어에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기가열기.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 전기가열기를 구비한 자동차 내부 가열기.
  9. 기류를 발생시키는 팬(2)과 상기 기류를 가열하는 적어도 하나의 PTC 소자(3)를 구비하며, 상기 팬(2)에서 발생된 유효 공기 스루풋(5a)의 미리 지정된 소정의 값 및 상기 PTC 소자(3)에 의해 발생되는 열 출력(5b)의 소정값이 제어유닛을 이용하여 조절될 수 있도록 구성된 전기가열기용의 제어유닛에 있어서,
    상기 제어유닛(5)은, 소정의 공기 스루풋(5a) 및 소정의 열 출력(5b)의 조절 시에 미리 정한 소정의 하한치들(Pmin, Vmin) 보다 아래로는 설정될 수 없도록 구성되며, 상기 제어유닛은 상기 PTC 소자에 의해 소비된 전력을 상기 조정 가능한 열 출력의 하한치(Pmin) 보다 작은 소정 전력 임계값(Plim)과 비교하며, 상기 제어유닛은 상기 PTC 소자에 의해 소비된 측정 전력이 상기 전력 임계값(Plim) 아래로 강하하는 것을 판단함으로써 상기 기류의 중단을 검출하도록 구성함을 특징으로 하는 제어유닛.
  10. 기류를 발생시키는 팬(2)과 상기 기류를 가열하는 적어도 하나의 PTC 소자(3)를 구비하며, 상기 팬(2)에 의해 발생되는 공기 스루풋(5a) 값 및 상기 PTC 소자(3)에 의해 발생되는 열 출력(5b)의 소정값이 상기 제어유닛에 의해 조절될 수 있도록 구성된 전기가열기용의 제어유닛에 있어서,
    상기 제어유닛(5)은 소정의 공기 스루풋(5a) 및 소정의 열 출력(5b)의 선택 시에 소정의 하한치들(Pmin, Vmin) 보다 아래로는 설정할 수 없도록 구성되며, 상기 제어유닛은 상기 PTC 소자에 의해 소비된 전력을 상기 조정 가능한 열 출력(5b)의 소정 분율에 상응하는 소정의 전력 임계값(P30%)과 비교하며, 상기 PTC 소자에 의해 소비된 측정 전력이 상기 전력 임계값(P30%) 아래로 강하하는 경우 상기 제어유닛은 상기 기류의 중단을 검출하도록 구성함을 특징으로 하는 제어유닛.
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