KR20200082561A - 이중 히팅구조의 전기차용 히터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중 히팅구조의 히터에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복사 및 대류시키는 방식으로 외부로 효율적으로 열을 전달할 수 있는 이중 열전달 방식 히팅구조의 전기차용 히터에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이중 히팅구조의 히터에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복사 및 대류시키는 방식으로 외부로 효율적으로 열을 전달할 수 있는 이중 열전달 방식 히팅구조의 전기차용 히터에 관한 것이다.
PTC(Positive Temperature Coefficient Heater) 히터란 자동차 냉각수의 온도가 일정온도에 도달하기 전에 전기발열을 통해 난방을 작동하는 시스템을 말한다. 최근 보급이 확대되고 있는 전기차는 엔진룸이 없기 때문에, PTC히터를 보조난방이 아닌 주난방으로 사용하고 있는데, 실외온도가 영하인 상태에서 전기차에 PTC 히터를 작동하면 배터리의 최대 40%가 난방에 사용되기 때문에 에너지 효율이 좋지 않았다.
IR히터의 경우 일반 면발열체 열원에서 사용자까지 복사 및 대류하는 방식으로 열에너지를 전달하게 되는데, 종래의 IR히터는 복사에 최적화되었으나 대류에는 불리한 구조를 가지고 있다는 단점이 있다. 즉, IR히터의 경우 자연대류에 의한 열전달이 이루어지기 때문에 히터의 열효율이 떨어진다는 문제가 있다.
상기와 같이 PTC히터 및 IR히터를 전기차에 적용할 경우 에너지 효율 및 열 효율이 떨어진다는 문제가 있었다.
한국공개특허 제10-2014-0105640호는 원적외선 방사층, 금속층, 금속 와이어를 포함하는 탄소나노튜브 발열층의 적층구조를 포함하는 자동차용 면상발열체에 관한 것으로, IR 방사를 활용하여 열 효율을 높이는 문제를 해결하려 하고 있으나, 이 또한 복사 외 상당 부분을 차지하는 대류에 의한 열전달에 대해서는 자연대류를 기본적인 발열방식으로 택하고 있기 때문에 실질적으로 외부환경으로 열에너지를 효율적으로 전달하지 못해 개선의 여지가 있다.
본 발명은 열 전달효율 및 에너지효율을 높임으로써 난방 에너지를 절감하고 전비 및 주행거리를 향상시킬 난방장치를 제공할 목적이 있다.
본 발명은 강제대류에 의한 공조 난방 방식으로 인해 발생할 수 있는 호흡곤란 및 피부 건조함을 최대한 억제할 난방장치를 제공할 목적이 있다.
본 발명은 불필요한 전체 캐빈이 아닌 승객만을 타겟팅하여 빠른시간안에 열감을 전달할 수 있는 난방장치를 제공할 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명에 따르면, 본체; 상기 본체의 상측에 연결되어 송풍팬으로부터 유입되는 공기를 본체 내부의 열교환 영역으로 토출시키는 다수의 송풍통로; 상기 본체의 하측에 설치되어 상기 열교환 영역으로 토출된 공기를 표면을 통해 가열시키는 면상발열체; 및 상기 면상발열체의 하측에 접합되어 상기 본체의 외골격을 형성하는 표면재;를 포함하고, 상기 면상발열체 및 상기 표면재는 상기 열교환 영역의 공기를 외부로 토출시킬 수 있는 다수의 통기홀을 포함하고, 상기 면상발열체는 상기 열교환 영역을 대면하여 상기 열교환 영역의 공기를 가열시키는 제1 표면 및 상기 표면재에 맞 닿은 제2 표면을 포함하고, 상기 면상발열체의 제2 표면을 통해 외부로 복사열을 전달하는 것을 특징으로 하는 이중 히팅구조의 전기차용 히터를 제공한다.
상기 통기홀은 상기 접합된 면상발열체 및 표면재를 관통하고, 상기 통기홀은 면상발열체 및 표면재가 맞 닿은 부분에서 동일한 위치에 형성되고, 상기 면상발열체가 상기 표면재와 맞닿는 지점에서 면상발열체의 통기홀 단면적과 표면재의 통기홀 단면적은 일치하고, 상기 통기홀은 상기 면상발열체 및 상기 표면재를 거처 외부까지 막힘없이 연속적으로 형성될 수 있다.
상기 본체와 만나는 상기 송풍통로 끝단의 단면적 합은 상기 표면재의 외측에 형성된 통기홀의 단면적 합 보다 작을 수 있다.
상기 통기홀은 사선 형태, 깔대기 형태 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 형태를 포함할 수 있다.
상기 면상발열체 상에는 전극을 구비하고, 상기 전극은 면상발열체의 제1 표면, 제2 표면, 내부 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 위치에 구비될 수 있다.
상기 전극은 상기 면상발열체에서 통기홀이 존재하지 않는 부위에 형성될 수 있다.
상기 표면재는 에폭시계, 폴리카보네이트계, 아크릴계, 폴리에틸렌계, 폴리염화비닐계, 섬유계, 유리계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
상기 면상발열체는 카본계, 세라믹계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
상기 면상발열체의 상측면에는 나선형의 패턴을 갖는 다수의 나선홀을 포함하는 열교환판이 부착될 수 있다.
상기 열교환판은 알루미늄, 알루미늄 합금, 타이타늄, 타이타늄 합금, 강철, 강철 합금 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
상기 면상발열체의 상측면에는 나선형의 패턴을 갖는 다수의 열교환핀이 부착될 수 있다.
상기 열교환핀은 알루미늄, 알루미늄 합금, 타이타늄, 타이타늄 합금, 강철, 강철 합금 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
상기 면상발열체의 제1 표면 통기홀의 면적은 제2 표면 통기홀의 면적과 동일하거나, 또는 더 클 수 있다.
상기 면상발열체에서 제1 표면 전체의 면적 대비 상기 통기홀의 면적비율은 20% 내지 80%일 수 있다.
본 발명에 의하면 열효율 및 에너지효율을 높임으로써 난방 에너지를 절감하고 연비를 향상시킨다는 효과가 있다.
본 발명에 의하면 탑승객의 말초신경까지 직접 열을 전달할 수단을 제공한다.
본 발명에 의하면 적외선 복사에 의한 열 전달로 데워진 공기에서 오는 호흡곤란 및 피부 건조함 발생을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면 복사를 통해 넓은 면적에 열을 전달하면서 대류를 통해 빠른시간안에 난방효과를 볼 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 이중 히팅구조의 히터 본체 구성을 간략히 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 송풍통로 및 통기홀의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 면상발열체에 형성된 통기홀의 형상을 나타낸 것이다.
도 4는 면상발열체에 형성된 전극의 구성을 간략히 나타낸 것이다.
도 5는 열교환판에서 나선홀의 패턴을 나타낸 도면이다.
도 6은 열교환판 및 나선홀의 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 다수의 나선홀을 포함하는 열교환판이 적용된 면상발열체의 적층 구조를 나타낸 것이다.
도 8은 열교환핀의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 송풍통로 및 통기홀의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 면상발열체에 형성된 통기홀의 형상을 나타낸 것이다.
도 4는 면상발열체에 형성된 전극의 구성을 간략히 나타낸 것이다.
도 5는 열교환판에서 나선홀의 패턴을 나타낸 도면이다.
도 6은 열교환판 및 나선홀의 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 다수의 나선홀을 포함하는 열교환판이 적용된 면상발열체의 적층 구조를 나타낸 것이다.
도 8은 열교환핀의 구조를 나타낸 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "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, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명에 따르면, 본체; 상기 본체의 상측에 연결되어 송풍팬으로부터 유입되는 공기를 본체 내부의 열교환 영역으로 토출시키는 다수의 송풍통로; 상기 본체의 하측에 설치되어 상기 열교환 영역으로 토출된 공기를 본체의 외부로 토출시키는 면상발열체; 및 상기 면상발열체의 하측에 접합되어 상기 본체의 외골격을 형성하는 표면재;를 포함하고, 상기 면상발열체 및 상기 표면재는 상기 열교환 영역의 공기를 외부로 토출시킬 수 있는 다수의 통기홀을 포함하고, 상기 면상발열체는 상기 열교환 영역을 대면하여 상기 열교환 영역의 공기를 가열시키는 제1 표면 및 상기 표면재에 맞 닿은 제2 표면을 포함하고, 상기 면상발열체의 제2 표면을 통해 외부로 복사열을 전달하는 것을 특징으로 하는 이중 히팅구조의 전기차용 히터를 제공한다.
도 1은 본 발명의 이중 히팅구조의 히터에 포함되는 본체(1)의 구성을 간략히 나타낸 것으로 이를 참고하여 각 구성을 설명하겠다.
본 발명의 본체(1)는 송풍통로(10), 열교환 영역(20), 통기홀(30), 표면재(41), 면상발열체(42) 및 열교환 구조물(60)을 포함한다.
본 발명의 이중 히팅구조의 히터에 포함되는 본체의 각 구성에 대해서 설명하겠다.
본 발명의 송풍통로(10)는 송풍팬(도면 생략)의 회전운동으로 공급되는 공기를 열교환 영역(20)으로 유입시키는 역할을 하는 통로이다. 이때 상기 송풍통로(10)는 하나 또는 하나 이상의 다수 일 수 있다.
상기 유입되는 공기는 가열된 뜨거운 공기이거나, 또는 가열되지 않은 찬 공기일 수 있다.
본 발명의 열교환 영역(20)은 송풍통로(10)로부터 유입된 공기를 가열시키는 공간이다. 상기 유입되는 공기는 가열된 공기이거나 가열되지 않은 공기일 수 있다. 상기 열교환 영역(20)은 면상발열체(42)로부터 복사되는 복사열을 상기 유입되는 공기에 충분히 전달할 수 있도록 적절한 공간 크기를 갖는다.
본 발명의 면상발열체(42)의 하부에는 상기 면상발열체(42)가 외부에 직접적으로 접촉되지 않도록 보호하는 역할을 하는 표면재(41)가 접합되어 있다.
상기 면상발열체(42) 및 표면재는 상기 열교환 영역(20)의 공기를 외부로 토출시키는 통로 역할을 하는 통기홀(30)을 포함한다. 구체적으로 상기 통기홀(30)은 상기 면상발열체(42) 및 표면재(41)를 관통하는 형식으로 형성되는 데, 이때 통기홀(30)은 상기 면상발열체(42) 및 표면재(41)가 맞닿는 부분에서 동일한 위치에 형성된다.
상기 통기홀(30)이 면상발열체(42) 및 표면재(41)가 맞닿는 부분에서 동일한 위치에 형성된다는 것은 상기 면상발열체(42)와 상기 표면재(41)가 만나는 지점에서 면상발열체(42)의 통긴홀(30) 단면적과 표면재(41)의 통기홀(30) 단면적이 일치하고, 상기 통기홀(30)이 상기 면상발열체(42) 및 상기 표면재(41)를 거처 외부까지 막힘없이 연속적으로 형성된다는 걸 의미한다.
상기 통기홀(30)은 다수로 형성되게 되는데, 도 2는 상기 송풍통로(10) 및 통기홀(30)의 관계를 나타낸 것이다. 이를 참고하면 상기 전체 송풍통로(10) 끝단의 단면적(A) 합은 상기 표면재(41)의 외측의 전체 통기홀(30) 단면적(a)의 합 보다 같거나 작은 것을 특징으로 한다. 이때 상기 송풍통로(10) 단면적(A)의 합이 상기 표면재(41) 외측의 통기홀(30) 단면적(a)의 합보다 작을 경우 열교환 영역(20)으로 유입된 공기가 통기홀(30)을 통해 온전히 외부로 토출되지 않을 수 있다.
상기 통기홀(30)은 기본적으로 상기 본체(1)의 외부 표면을 형성하는 표면재(41)의 표면에 수직하는 방향으로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 통기홀(30)의 단면적 또한 모든 위치에서 동일하게 형성되는 것으로 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여 도 3에는 면상발열체(42) 및 표면재(41)를 관통하여 형성된 통기홀(30)의 모양에 대한 예시가 나타나 있다. 도 3을 참고하면, 상기 통기홀(30)은 동일한 방향의 사선으로 일정하게 기울어져 형성될 수 있고(A), 각기 다른 방향의 사선으로 기울어져 형성(B)될 수 있다. 또한 상기 통기홀(30)은 깔대기 모양을 형성하며 면상발열체(42)로부터 표면재(41)를 거처 외부로 갈수록 그 단면적이 좁아지는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 깔대기 모양의 통기홀이 구성될 경우 면상발열체(42)의 제1 표면 통기홀의 면적은 제2 표면 통기홀의 면적 보다 클 수 있고, 상기 면상발열체(42)의 제1 표면 통기홀의 면적은 표면재의 외측에 형성된 통기홀의 단면 보다 클 수 있다.
상기 면상발열체(42) 상에는 외부 전기에너지를 상기 면상발열체(42)으로 전달하는 역할을 하는 전극(50)을 포함한다. 도 4에는 상기 면상발열체(42)에 부착된 전극(50)의 구성을 간략히 나타 있다. 이를 참고하면, 상기 전극(50)은 면상발열체(42)의 제1 표면, 제2 표면, 내부 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 위치에 구비되어 형성된다. 상기 전극(50)은 상기 면상발열체(42)에 형성된 통기홀(30)과 겹치지 않는 위치에 상기 통기홀(30)과 번갈아 가며 위치할 수 있다. 상기 전극(50)은 외부 전기에너지를 면상발열체(42)로 전달할 목적으로 형성되며, 상기 전극(50) 소재의 종류는 은(Ag), 구리(Cu) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
본 발명의 면상발열체(42)은 인가되는 전원에 의해 양 표면을 발열하는 구조를 갖는다. 상기 면상발열체(42)은 상기 열교환 영역(20)을 대면하는 제1 표면 및 상기 표면재(41)와 맞닿는 제2 표면을 포함한다. 상기 제1 표면 및 제2 표면은 동일한 열을 복사하는 형태로 방출한다. 이때 상기 면상발열체(42)의 제1 표면으로 방출된 복사열은 상기 열교환 영역(20)으로 유입된 공기에 열을 전달하는 역할을 하며, 상기 면상발열체(42)의 제2 표면으로 방출된 복사열은 상기 표면재(41)를 거처 외부로 방출되어 외부 공기로 열을 전달하는 역할을 한다.
상기 면상발열체(42)는 제1 표면을 통해 열을 전도하는 방식으로도 공기에 열을 전달할 수 있는 것이 특징이다. 즉, 상기 면상발열체(42)는 복사하는 방식으로 탑승객에 열감을 직접 전달할 수 있고, 동시에 본체(1) 내부의 공기를 열전도 및 대류 방식으로 가열할 수 있는 것이 특징이다. 이와 관련하여 후에 열교환 구조물에서 다시 설명하겠다.
상기 면상발열체(42)에서 제1 표면에서의 통기홀의 면적은 제2 표면에서의 통기홀 전체의 면적과 동일하거나, 또는 더 클 수 있다. 상기 제1 표면 전체의 면적 대비 상기 제1 표면에 형성된 통기홀의 면적비율은 20% 내지 80%인 것이 특징이다.
상기 면상발열체(42)은 카본계, 세라믹계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나이다.
본 발명의 표면재(41)는 상기 면상발열체(42)가 외부에 직접 노출되지 않도록 상기 면상발열체(42)의 하부에 접합되어 있다. 이때 상기 표면재(41)는 상기 면상발열체(42)로부터 발생된 열에 의해 변형이 되지 않고, 상기 열을 외부로 최소화의 손실로 전달할 수 있는 소재를 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어 상기 표면재(41)는 에폭시계, 폴리카보네이트계, 아크릴계, 폴리에틸렌계, 폴리염화비닐계, 섬유계, 유리계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 소재로 한다. 상기 표면재(41)의 내면은 상기 면상발열체(42)의 제2 표면에 접하고, 표면재(41)의 외면은 외부로 노출된 것이 특징이다.
본 발명의 본체(1)는 상기 열교환 영역(20)에 열교환 구조물을 더 포함하는 것이 특징이다.
상기 열교환 구조물은 판상 형태의 열교환판(60), 핀 형태의 열교환핀(70) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나이다.
상기 열교환 구조물은 상기 면상발열체(42)의 상부에 형성되어 상기 열교환 영역(20)으로 유입된 공기에 와류를 발생시켜 상기 공기의 체류시간을 증가시키고 상기 면상발열체(42)로부터 발생된 열을 열교환 구조물로 전도하거나 대류를 통해 상기 유입된 공기에 열을 더 잘 전달되도록 하는 역할을 한다. 또한 상기 열교환 구조물은 상기 면상발열체(42)로부터 방사되는 적외선(IR)을 본체(1) 내부가 아닌 외부로 일부 반사시키는 역할을 수행한다.
상기 열교환 구조물의 소재는 열전도가 높고 복사열을 반사하는 소재를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어 알루미늄, 알루미늄 합금, 타이타늄, 타이타늄 합금, 강철, 강철 합금 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
상기 열교환판(60)은 나선형의 패턴을 갖는 다수의 나선홀(61)을 포함하며, 상기 면상발열체(42)의 상부에 구비되는 것이 특징이다. 도 5에는 상기 나선홀(61)의 나선형 패턴을 상부에서 관찰했을 때의 무늬가 나타나 있다. 상기 도 5에서 나선형 패턴의 검은 부위는 열교환판의 표면이고, 흰 부위는 공기가 이동할 수 있도록 뚫려있는 구멍 부분이다.
열교환 영역(20)의 공기는 상기 열교환판(60)에 형성된 나선홀(61)의 표면을 따라 이동하다가 나선홀(61)의 구멍을 통해 배출되게 되는데, 이때 상기 공기는 열교환판(60)의 표면 및 나선홀(61)의 표면으로부터 전도되거나 면상발열체(42)로부터 대류된 열을 통해 가열될 수 있다.
이와 같은 나선형 패턴을 가지는 나선홀(61)의 구성으로 열교환 영역(20)의 공기가 상기 나선홀(61)의 구멍을 통해 빠져나갈 때 부분적으로 와류가 생성되게 되고, 이는 공기의 흐름을 면상발열체(42) 부근에서 일시적으로 정체되도록 하고 상기 정체된 공기로 면상발열체(42)로부터 발생된 열이 전도 및 대류를 통해 더 잘 전달될 수 있다.
상기 열교환판(60)의 후면은 면상발열체(42)의 제1 표면에 부착되고, 상기 열교환판(60)에 형성된 나선홀(61)은 상기 면상발열체(42)의 통기홀(30)에 삽입되게 된다. 이때 상기 열교환판(60)에서 나선홀(61)이 형성되지 않는 구역은 상기 면상발열체(42)에서 통기홀(30)이 형성되지 않은 부위와 동일하게 평면으로 이루어져 있고, 이 구역은 상기 면상발열체(42)의 제1 표면에서 발생된 적외선(IR)을 본체(1)의 외부로 반사시키는 역할을 수행할 수 도 있다.
도 7에는 본 발명의 열교환판(60)이 적용된 면상발열체(40) 구성이 나타나 있다. 이를 참고하면 상기 열교환판(60)은 면상발열체(42)의 상부인 제1 표면 상에 구비되고, 다수의 나선홀(61)이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.
상기 열교환핀(70)은 나선축(71) 및 상기 나선축을 중심으로 나선형의 패턴을 갖는 나선날개(72)을 포함하며, 상기 면상발열체(42)의 상부에 하나 이상이 구비되는 것이 특징이다.
도 8에는 본 발명의 열교환핀(70)의 구조가 나타나 있다. 구체적으로 보면, 나선축(71)의 외주면의 일단에서부터 타단까지 축방향을 따라 나선형으로 비틀어지면서 나선날개(72)가 형성되어 있다. 상기 나선날개(72)의 비틀림은 상기 나선축(71)을 따라 한 번 이상 형성될 수 있고, 상기 나선축(71)은 목적에 따라 회전할 수 있는 것이 특징이다.
상기 열교환핀(70)는 구체적으로 면상발열체(42)의 제1 표면에 부착되어 있고, 상기 면상발열체(42) 상으로부터 전달되는 열을 나선축(71) 및 나선날개(72)를 통해 전도하게 된다.
열교환 영역(20)의 공기는 상기 열교환핀(70)의 나선날개(72)를 따라 이동하다가 면상발열체(42) 상에 형성된 통기홀(30)을 통해 외부로 배출되게 된다. 이때 상기 공기는 열교환핀(70)으로부터 전도되거나 면상발열체로부터 대류방식으로 전달된 열을 통해 가열되는 것이 특징이다.
상기 열교환핀(70)에 포함된 나선날개(72)의 표면중 면상발열체(42)를 대면하고 있는 표면은 상기 면상발열체(42)의 제1 표면에서 방사되는 적외선(IR)을 본체(1)의 외부로 반사시키는 역할을 수행할 수도 있다.
목적에 따라 상기 열교환핀(70)은 상기 열교환판(60)과 복합형태로 사용될 수 있고, 이 경우 상기 열교환핀(70)은 상기 열교환판(60) 상에 구비되게 된다.
본 발명의 이중 열전달 방식 히팅 구조의 히터는 면상발열체(42)를 통해 적외선열을 본체(1)의 외부에 복사하여 전달할 수 있고, 또는 본체(1)의 내부에 가열된 공기를 통기홀(30)을 통해 외부로 대류시켜 전달할 수 있는 것이 특징이다. 이 경우, 본체(1) 내부의 공기는 면상발열체(42)로부터 복사열(적외선열), 대류열 및 전도열을 공급 받아 가열된다.
상기와 같은 구조를 통해 외부에서 공급된 에너지를 효율적으로 운용하여 효과적으로 외부로 열을 전달 할 수 있게 된다. 즉, 적은 에너지만으로도 효과적으로 차량내의 승객에게 열을 전달 할 수 있고 결과적으로 차량의 전비 및 주행거리를 향상시키는데 도움을 줄 수 있게된다.
1: 본체
10: 송퐁통로
20: 열교환 영역
30: 통기홀
41: 표면재
42: 면상발열체
50: 전극
60: 열교환판
61: 나선홀
70: 열교환핀
71: 나선축
72: 나선날개
A: 송풍통로 단면적
a: 통기홀 단면적
10: 송퐁통로
20: 열교환 영역
30: 통기홀
41: 표면재
42: 면상발열체
50: 전극
60: 열교환판
61: 나선홀
70: 열교환핀
71: 나선축
72: 나선날개
A: 송풍통로 단면적
a: 통기홀 단면적
Claims (13)
- 본체;
상기 본체의 상측에 연결되어 송풍팬으로부터 유입되는 공기를 본체 내부의 열교환 영역으로 토출시키는 다수의 송풍통로;
상기 본체의 하측에 설치되어 상기 열교환 영역으로 토출된 공기를 표면을 통해 가열시키는 면상발열체; 및
상기 면상발열체의 하측에 접합되어 상기 본체의 외골격을 형성하는 표면재;를 포함하고,
상기 면상발열체 및 상기 표면재는 상기 열교환 영역의 공기를 외부로 토출시킬 수 있는 다수의 통기홀을 포함하고,
상기 면상발열체는 상기 열교환 영역을 대면하여 상기 열교환 영역의 공기를 가열시키는 제1 표면 및 상기 표면재에 맞 닿은 제2 표면을 포함하고,
상기 면상발열체의 제2 표면을 통해 외부로 복사열을 전달하는 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅구조의 전기차용 히터. - 제1항에 있어서,
상기 통기홀은 상기 접합된 면상발열체 및 표면재를 관통하고,
상기 통기홀은 면상발열체 및 표면재가 맞 닿은 부분에서 동일한 위치에 형성되고,
상기 면상발열체가 상기 표면재와 맞닿는 지점에서 면상발열체의 통기홀 단면적과 표면재의 통기홀 단면적은 일치하고,
상기 통기홀은 상기 면상발열체 및 상기 표면재를 거처 외부까지 막힘없이 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅구조의 전기차용 히터. - 제1항에 있어서,
상기 본체와 만나는 상기 송풍통로 끝단의 단면적 합은 상기 표면재의 외측에 형성된 통기홀의 단면적 합 보다 작은 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅구조의 전기차용 히터. - 제1항에 있어서,
상기 통기홀은 사선 형태, 깔대기 형태 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅구조의 전기차용 히터. - 제1항에 있어서,
상기 면상발열체 상에는 전극을 구비하고,
상기 전극은 면상발열체의 제1 표면, 제2 표면, 내부 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 위치에 구비된 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅 구조의 전기차용 히터. - 제5항에 있어서,
상기 전극은 상기 면상발열체에서 통기홀이 존재하지 않는 부위에 형성된 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅 구조의 전기차용 히터. - 제1항에 있어서,
상기 표면재는 에폭시계, 폴리카보네이트계, 아크릴계, 폴리에틸렌계, 폴리염화비닐계, 섬유계, 유리계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅 구조의 전기차용 히터. - 제1항에 있어서,
상기 면상발열체는 카본계, 세라믹계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅 구조의 전기차용 히터. - 제1항에 있어서,
상기 면상발열체의 상측면에는 열교환 구조물이 부착되는 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅 구조의 전기차용 히터. - 제9항에 있어서,
상기 열교환 구조물은 나선형의 패턴을 갖는 다수의 나선홀을 포함하는 열교환판; 또는 나선형의 패턴을 갖는 다수의 열교환핀인 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅 구조의 전기차용 히터. - 제9항에 있어서,
상기 열교환 구조물은 알루미늄, 알루미늄 합금, 타이타늄, 타이타늄 합금, 강철, 강철 합금 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅 구조의 전기차용 히터. - 제1항에 있어서,
상기 면상발열체의 제1 표면 통기홀의 면적은 제2 표면 통기홀의 면적과 동일하거나, 또는 더 큰 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅 구조의 전기차용 히터. - 제1항에 있어서,
상기 면상발열체에서 제1 표면 전체의 면적 대비 상기 통기홀의 면적비율은 20% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 이중 열전달 방식 히팅 구조의 전기차용 히터.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180173256A KR102602434B1 (ko) | 2018-12-31 | 2018-12-31 | 이중 히팅구조의 전기차용 히터 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180173256A KR102602434B1 (ko) | 2018-12-31 | 2018-12-31 | 이중 히팅구조의 전기차용 히터 |
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| KR20200082561A true KR20200082561A (ko) | 2020-07-08 |
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| KR1020180173256A KR102602434B1 (ko) | 2018-12-31 | 2018-12-31 | 이중 히팅구조의 전기차용 히터 |
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| KR (1) | KR102602434B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022245145A1 (ko) * | 2021-05-21 | 2022-11-24 | 한온시스템 주식회사 | 차량용 난방장치 |
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2018
- 2018-12-31 KR KR1020180173256A patent/KR102602434B1/ko active IP Right Grant
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