KR20210029573A

KR20210029573A - 차량용 냉각수 히터

Info

Publication number: KR20210029573A
Application number: KR1020190110980A
Authority: KR
Inventors: 조왕현; 김종철; 배기승
Original assignee: 현대자동차주식회사; 주식회사 두원공조; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2039-09-06
Also published as: CN112455190A; KR102739173B1; DE102020118765A1; US11378000B2; US20210071565A1

Abstract

본 발명은 차량용 냉각수 히터에 관한 것으로, 냉각수가 유입되는 입구부 및 냉각수가 배출되는 출구부가 형성된 하우징 유닛; 하우징 유닛의 내부 공간에 마련되되, 냉각수가 제1방향으로 유동하는 제1유로, 제1유로를 통과한 냉각수가 제1방향과 다른 제2방향으로 유동하는 제2유로를 형성하는 배플 어셈블리(baffle assembly); 제1유로 상에 마련되는 제1히터부; 및 제2유로 상에 마련되는 제2히터부;를 포함하는 것에 의하여, 난방 속효 성능 및 난방 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

차량용 냉각수 히터{COOLANT HEATER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 냉각수 히터에 관한 것으로, 보다 구체적으로 차량의 난방 속효 성능 및 난방 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 냉각수 히터에 관한 것이다.

휘발유, 경유 등을 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량이 현재 가장 일반적인 차량의 형태이나, 이러한 차량용 에너지원 역시 환경오염 문제뿐 아니라 석유 매장량의 감소 등과 같은 다양한 원인으로 인해 새로운 에너지원의 필요성이 점점 대두되고 있다.

현재 가장 실용화 단계에 가까운 기술 중 하나가 연료 전지를 에너지원으로 하여 구동되는 차량이다.

그런데, 연료 전지를 사용하는 차량에서는 엔진을 가지는 차량과는 달리 냉각수를 이용한 히팅 시스템을 사용할 수 없다. 즉, 석유를 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량의 경우, 엔진에서 매우 많은 열이 발생하게 되고, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수 순환 시스템이 구비되며, 냉각수가 엔진으로부터 흡수한 열을 실내 난방에 이용한다.

그러나, 연료 전지를 사용하는 차량에서는 엔진에서 발생하는 것만큼 많은 열이 발생하지 않기 때문에, 엔진을 사용하는 차량의 난방 방식을 연료 전지 차량에 적용하기 어려운 문제점이 있다.

이에 따라, 기존에는 공조 시스템에 히트펌프(heat pump)를 추가하여 히트펌프를 열원으로서 사용하거나, 전기 히터와 같은 별도의 열원을 마련하여 연료 전지 차량을 난방하는 것에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다.

전기 히터는 공조 시스템에 크게 영향을 주지 않고 냉각수를 용이하게 가열할 수 있는 장점으로 인해 광범위하게 사용되고 있다.

전기 히터는 가열 방식에 따라, 실내 측으로 송풍되는 공기를 직접 가열하는 형태의 차량용 공기 가열식 히터와, 냉각수를 가열하는 형태의 냉각수 가열식 히터(또는 냉각수 히터)로 분류될 수 있다.

그러나, 기존 냉각수 히터는, 발열체가 적용된 카트리지 히터가 하우징의 내부에 장착되고, 하우징 내부에 유입된 냉각수가 카트리지 히터에 의해 가열되도록 구성되므로, 하우징 내부에 유입된 냉각수를 가열시키기 위한 유동 경로(카트리지 히터에 의해 가열되는 경로)를 충분하게 형성하기 어렵고, 난방 속효 성능(최대 온도 도달 시간) 및 난방 효율을 일정 이상 향상시키기 어려운 문제점이 있다.

더욱이, 기존에는 냉각수를 목표 온도로 가열하기 위해 카트리지 히터를 단순히 온/오프(ON/OFF) 제어해야 하므로, 난방 부하에 따라 카트리지 히터의 출력을 정확하게 제어하기 어려운 문제점이 있다.

이에 따라, 최근에는 냉각수 히터의 난방 속효 성능 및 난방 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 난방 속효 성능 및 난방 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 냉각수 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 냉각수의 유동 경로를 충분하게 확보할 수 있으며, 냉각수 가열 효율을 향상시키고, 냉각수 가열 시간을 단축할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 난방 부하에 따라 냉각수 히터의 출력을 정확하게 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 냉각수 히터의 과열 현상을 방지하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 냉각수 히터는, 냉각수가 유입되는 입구부 및 냉각수가 배출되는 출구부가 형성된 하우징 유닛; 하우징 유닛의 내부 공간에 마련되되, 냉각수가 제1방향으로 유동하는 제1유로, 제1유로를 통과한 냉각수가 제1방향과 다른 제2방향으로 유동하는 제2유로를 형성하는 배플 어셈블리(baffle assembly); 제1유로 상에 마련되는 제1히터부; 및 제2유로 상에 마련되는 제2히터부;를 포함한다.

이는, 차량(예를 들어, 연료전지 차량)의 난방 속효 성능 및 난방 효율을 향상시키기 위함이다.

즉, 기존에는 발열체가 적용된 카트리지 히터가 하우징의 내부에 장착되고, 하우징 내부에 유입된 냉각수가 카트리지 히터에 의해 가열되도록 구성되므로, 하우징 내부에 유입된 냉각수를 가열시키기 위한 유동 경로(카트리지 히터에 의해 가열되는 경로)를 충분하게 형성하기 어렵고, 난방 속효 성능(최대 온도 도달 시간) 및 난방 효율을 일정 이상 향상시키기 어려운 문제점이 있다.

하지만, 본 발명은 하우징 유닛의 내부에 서로 반대 방향을 향하는 제1유로 및 제2유로를 형성하고, 냉각수가 제1유로 및 제2유로를 순차적으로 거쳐 가열되도록 하는 것에 의하여, 냉각수가 가열되는 유동 경로를 충분하게 확보할 수 있으므로, 난방 속효 성능 및 난방 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은 냉각수가 제1유로 및 제2유로를 거쳐 배플 어셈블리를 중심으로 하여 나선형으로 유동하는 중에 제1시즈히터 및 제2시즈히터에 의해 1차적으로 가열된 후, 다시 제3히터에 의해 2차적으로 가열되도록 하는 것에 의하여, 냉각수로의 열전달 효율을 향상시키고 가열 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

하우징 유닛은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조 및 형태를 갖도록 형성될 수 있으며, 하우징 유닛의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 하우징 유닛은, 배플 어셈블리가 내부에 수용되는 제1하우징, 제1하우징의 일단에 결합되는 제1커버, 제1하우징의 둘레를 감싸도록 배치되는 제2하우징, 제1커버를 덮도록 제2하우징의 일단에 결합되는 제2커버, 제1하우징 및 제2하우징의 다른 일단에 결합되는 헤더 플레이트, 및 헤더 플레이트를 덮도록 결합되는 제어기 커버를 포함한다.

배플 어셈블리는 제1하우징의 내부 공간을 입구부와 연통되는 제1공간과 출구부와 연통되는 제2공간으로 구획하고, 제1공간을 다시 제1방향을 따른 제1유로와 제1방향과 다른 제2방향을 따른 제2유로로 분할하도록 마련된다.

이와 같이, 입구부를 통해 제1하우징의 내부에 유입된 냉각수가 제1공간 상에서 제1유로와 제2유로를 순차적으로 거쳐 유동되도록 하는 것에 의하여, 냉각수의 유동 경로를 충분하게 확보할 수 있으며, 냉각수 가열 효율을 향상시키고, 냉각수 가열 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

배플 어셈블리는 제1하우징의 내부 공간을 제1공간과 제2공간으로 구획하면서, 제1공간을 다시 제1유로와 제2유로로 분할할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.

일 예로, 배플 어셈블리는, 하우징 유닛의 내부 공간을, 입구부와 연통되는 제1공간과 출구부와 연통되는 제2공간으로 구획하는 배플 플레이트(baffle plate); 및 배플 플레이트에 연결되며, 제1공간을 제1유로와 제2유로로 분할하는 배플 쉘(baffle shell);을 포함한다.

보다 구체적으로, 배플 쉘은 중공 단면 형태를 갖도록 형성되어 하우징 유닛의 길이 방향을 따라 배치되며, 배플 쉘의 일단은 배플 플레이트를 통과하고, 배플 쉘의 다른 일단에는 유입홀이 형성되되, 제1유로는 배플 쉘과 하우징 유닛의 사이에 형성되고, 제2유로는 배플 쉘의 내부를 따라 형성될 수 있다.

바람직하게, 배플 쉘은 제1하우징과 동축적으로 제1하우징의 내부 공간에 배치되며, 제1유로는 배플 쉘의 둘레를 따라 형성된다.

이와 같이, 배플 쉘을 제1하우징의 내부에 동축적으로 배치하는 것에 의하여, 배플 쉘의 둘레를 따라 형성되는 제1유로가 균일한 단면적을 가질 수 있으므로, 제1유로를 통과하는 냉각수의 가열 편차를 최소화하고, 가열 성능을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

더욱 바람직하게, 입구부는 배플 쉘의 일단에 인접하게 형성되고, 입구부로 유입된 냉각수는 제1유로를 따라 유동된 후, 배플 쉘의 다른 일단에 형성된 유입홀을 통해 제2유로에 유입된다.

이와 같이, 입구부와 유입홀의 배치 간격을 충분하게 마련하는 것에 의하여, 입구부로 유입된 냉각수가 제1유로를 따라 충분하게 유동된 후 유입홀을 통해 제2유로에 유입될 수 있으므로, 냉각수로의 열전달 효율을 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

제1히터부로서는 냉각수를 가열시킬 수 있는 다양한 히팅수단이 사용될 수 있다.

일 예로, 제1히터부는, 코일 형태로 형성되며 제1유로에 배치되는 제1시즈히터(first sheath heater), 및 코일 형태로 형성되며 제1유로에 배치되는 제2시즈히터(second sheath heater)를 포함한다.

바람직하게, 제1시즈히터와 제2시즈히터는 제1유로의 길이 방향(제1하우징의 길이 방향)을 따라 동축적으로 배치되며, 냉각수는 제1시즈히터와 제2시즈히터를 순차적으로 통과할 수 있다.

이와 같이, 복수개의 시즈히터로 제1히팅부를 구성하는 것에 의하여, 요구되는 조건(예를 들어, 난방 부하)에 따라 복수개의 시즈히터 중 일부만을 작동시키거나 전체를 작동시킬 수 있으므로, 난방 부하에 따라 냉각수 히터의 출력을 정밀하고 신속하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제1시즈히터 및 제2시즈히터를 지지하는 제1지지부를 포함할 수 있다.

일 예로, 제1지지부는 배플 쉘의 외면에 돌출 형성되어 제1시즈히터 및 제2시즈히터의 내면에 밀착될 수 있다.

이와 같이, 제1시즈히터 및 제2시즈히터의 내면이 제1지지부에 의해 지지되도록 하는 것에 의하여, 제1시즈히터 및 제2시즈히터의 배치 상태를 보다 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

제2히터부로서는 냉각수를 가열시킬 수 있는 다양한 히팅수단이 사용될 수 있다.

일 예로, 제2히터부는, 코일 형태로 형성되며 제2유로에 배치되는 제3시즈히터(third sheath heater)를 포함한다.

또한, 배플 어셈블리는 제3시즈히터를 지지하는 제2지지부를 포함할 수 있다.

일 예로, 제2지지부는 배플 쉘의 내면에 돌출 형성되어 제3시즈히터의 외면에 밀착될 수 있다.

이와 같이, 제3시즈히터의 외면이 제2지지부에 의해 지지되도록 하는 것에 의하여, 제3시즈히터의 배치 상태를 보다 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 냉각수 히터는, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터를 개별적으로 제어하는 제어기를 포함한다.

일 예로, 제어기는 하우징 유닛의 일단에 일체로 결합될 수 있다.

바람직하게, 제어기는 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터를 개별적으로 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하도록 구성된다.

이와 같이, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터를 개별적으로 PWM 제어하는 것에 의하여, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터의 출력을 정밀하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

즉, 기존에는 냉각수를 목표 온도로 가열하기 위해 릴레이(relay)를 이용하여 카트리지 히터를 단순히 온/오프(ON/OFF) 제어해야 하므로, 난방 부하에 따라 카트리지 히터의 출력을 정확하게 제어하기 어려운 문제점이 있다.

하지만, 본 발명은 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터를 개별적으로 PWM 제어하는 것에 의하여, 난방 부하에 따라 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터의 출력을 정확하게 제어할 수 있으며, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터에 의한 전력 소모를 최소화하고, 연료전지 차량의 주행거리를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터가 각각 독립적인 전기회로를 구성하도록 하는 것에 의하여, 예를 들어, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터 중 하나의 고장(예를 들어, 회로 단락)이 발생하더라도 나머지 두개의 작동이 가능하므로, 고장 발생에 따른 난방 성능 불만을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터가 과열되면, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터의 작동이 정지되도록 구성될 수 있다.

일 예로, 차량용 냉각수 히터는, 출구부에서 배출되는 냉각수의 출구 온도를 측정하는 냉각수 온도 센서를 포함하고, 제어기는, 냉각수의 출구 온도가 설정 온도보다 높으면, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터의 작동을 정지시키도록 구성된다.

다른 일 예로, 차량용 냉각수 히터는, 하우징 유닛의 외표면 온도를 측정하는 표면 온도 센서를 포함하고, 제어기는, 냉각수가 가열되어 하우징 유닛의 외표면 온도가 설정 온도보다 높으면, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터의 작동을 정지시키도록 구성된다.

또한, 제어기는, 하우징 유닛의 외표면 온도가 냉각수의 출구 온도보다 높으면, 과열이 발생한 것으로 판단하여, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터의 작동을 정지시키도록 구성될 수 있다.

또 다른 일 예로, 차량용 냉각수 히터는, 입구부에 냉각수를 공급하는 워터펌프를 포함하고, 제어기는, 워터펌프의 이상 신호가 감지되면, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터의 작동을 정지시키도록 구성될 수 있다.

다르게는, 하우징 유닛에 써멀휴즈(thermal fuse)를 연결하고, 냉각수가 가열되어 하우징 유닛의 외표면 온도가 써멀휴즈 단락 온도보다 높으면, 써멀휴즈에 의해 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터로의 전원 공급이 물리적으로 차단되도록 구성하는 것도 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1하우징의 외면과 제2하우징의 내면 사이에는 단열층이 형성될 수 있다.

바람직하게, 단열층은 공기층 또는 진공층으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 제1하우징의 외면과 제2하우징의 내면 사이에는 단열층을 형성하는 것에 의하여, 제2하우징 외부로의 열손실을 최소화할 수 있으므로, 냉각수 가열 효율을 향상시키고, 냉각수 가열 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터는 배플 어셈블리 및 제1하우징과 용접 또는 브레이징(brazing)으로 고정된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터는 헤더 플레이트와 용접 또는 브레이징(brazing)으로 고정된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1하우징 및 제2하우징의 다른 일단과 헤더 플레이트의 사이에는 실링부재가 개재될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 난방 속효 성능 및 난방 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면 냉각수의 유동 경로를 충분하게 확보할 수 있으며, 냉각수 가열 효율을 향상시키고, 냉각수 가열 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 난방 부하에 따라 냉각수 히터의 출력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 냉각수 히터의 과열 현상을 방지하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터를 설명하기 위한 분리사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 냉각수의 유동 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 냉각수 온도 센서 및 표면 온도 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 워터펌프를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 냉각수 입구 온도에 따른 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 단열층을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 단열층 유무에 따른 하우징 유닛의 외벽 온도를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 냉각수 히터를 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터를 설명하기 위한 분리사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터를 설명하기 위한 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 냉각수의 유동 경로를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 냉각수 온도 센서 및 표면 온도 센서를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 워터펌프를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 냉각수 입구 온도에 따른 효율을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 단열층을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터로서, 단열층 유무에 따른 하우징 유닛의 외벽 온도를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터(10)는, 냉각수가 유입되는 입구부(132) 및 냉각수가 배출되는 출구부(134)가 형성된 하우징 유닛(100); 하우징 유닛(100)의 내부 공간에 마련되되, 냉각수가 제1방향으로 유동하는 제1유로(102a), 제1유로(102a)를 통과한 냉각수가 제1방향과 다른 제2방향으로 유동하는 제2유로(102b)를 형성하는 배플 어셈블리(baffle assembly)(200); 제1유로(102a) 상에 마련되는 제1히터부(300); 및 제2유로(102b) 상에 마련되는 제2히터부(400);를 포함한다.

참고로, 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터(10)는, 연료전지 차량의 냉각수를 가열하여 난방에 이용하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로, 차량용 냉각수 히터(10)는 연료전지 차량의 공조유닛(HAVC)(도 6의 20)의 히터코어(미도시)에 유입되는 냉각수를 가열하도록 구성된다.

하우징 유닛(100)은 내부에 소정의 수용 공간(내부 공간)을 갖도록 형성되며, 일측에는 냉각수가 유입되는 입구부(132)가 형성되고, 다른 일측에는 냉각수가 배출되는 출구부(134)가 형성된다.

하우징 유닛(100)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조 및 형태를 갖도록 형성될 수 있으며, 하우징 유닛(100)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 하우징 유닛(100)은, 배플 어셈블리(200)가 내부에 수용되는 제1하우징(110), 제1하우징(110)의 일단에 결합되는 제1커버(120), 제1하우징(110)의 둘레를 감싸도록 배치되는 제2하우징(130), 제1커버(120)를 덮도록 제2하우징(130)의 일단에 결합되는 제2커버(140), 제1하우징(110) 및 제2하우징(130)의 다른 일단에 결합되는 헤더 플레이트(150), 및 헤더 플레이트(150)에 결합되어 제어기(500)를 보호하는 제어기 커버(160)를 포함한다.

제1하우징(110)은 양단이 개방된 중공의 원통 형상으로 형성되며, 제1하우징(110)의 일측에는 입구부(132)와 연통되는 입구홀(미도시)이 형성되고, 제1하우징(110)의 다른 일측에는 출구부(134)와 연통되는 출구홀(미도시)이 형성된다.

제1하우징(110)의 내부에는 배플 어셈블리(200)가 마련되고, 배플 어셈블리(200)에 의해 제1하우징(110)의 내부 공간은, 입구부(132)와 연통되는 제1공간(102)과 출구부(134)와 연통되는 제2공간(104)으로 구획될 수 있으며, 제1공간(102)은 다시 제1유로(102a)와 제2유로(102b)로 분할된다.

제1커버(120)는 대략 원형 플레이트 형태로 형성되며, 제1하우징(110)의 일단(도 2 기준으로 좌측단)에 형성된 개구부를 차단하도록 제1하우징(110)에 결합된다.

바람직하게, 제1하우징(110)에는 냉각수가 유입 및 배출되므로, 제1하우징(110)과 제1커버(120)는 냉각수의 누설을 방지할 수 있는 밀폐 구조를 이루도록 결합된다.

일 예로, 제1하우징(110)과 제1커버(120)는 용접 또는 브레이징(brazing)으로 고정된다.

제2하우징(130)은 제1하우징(110)보다 확장된 직경을 가지며 양단이 개방된 중공의 원통 형상으로 형성되며, 제1하우징(110)의 둘레를 감싸도록 배치된다. 제2하우징(130)의 일측에는 냉각수가 유입되는 입구부(132)(예를 들어, 입구파이프)가 형성되고, 다른 일측에는 냉각수가 배출되는 출구부(134)(예를 들어, 출구 파이프)가 형성된다.

제2커버(140)는 대략 원형 플레이트 형태로 형성되며, 제2하우징(130)의 일단(도 2를 기준으로 좌측단)에 형성된 개구부를 차단하도록 제2하우징(130)에 결합된다.

헤더 플레이트(150)는 대략 원형 플레이트 형태로 형성되며, 제1하우징(110) 및 제2하우징(130)의 다른 일단에 형성된 개구부를 차단하도록 결합된다.

바람직하게, 제1하우징(110)에는 냉각수가 유입 및 배출되므로, 제1하우징(110)과 헤더 플레이트(150)는 냉각수의 누설을 방지할 수 있는 밀폐 구조를 이루도록 결합된다.

일 예로, 제1하우징(110)과 헤더 플레이트(150)는 용접 또는 브레이징(brazing)으로 고정된다.

아울러, 제어기 커버(160) 제어기(500)를 덮도록 헤더 플레이트(150)에 결합되어 제어기(500)를 보호한다.

배플 어셈블리(200)는 제1하우징(110)의 내부 공간을 입구부(132)와 연통되는 제1공간(102)과 출구부(134)와 연통되는 제2공간(104)으로 구획하고, 제1공간(102)을 다시 제1방향을 따른 제1유로(102a)와 제1방향과 다른 제2방향을 따른 제2유로(102b)로 분할하도록 마련된다.

이와 같이, 입구부(132)를 통해 제1하우징(110)의 내부에 유입된 냉각수가 제1공간(102) 상에서 제1유로(102a)와 제2유로(102b)를 순차적으로 거쳐 유동되도록 하는 것에 의하여, 냉각수의 유동 경로를 충분하게 확보할 수 있으며, 냉각수 가열 효율을 향상시키고, 냉각수 가열 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

배플 어셈블리(200)는 제1하우징(110)의 내부 공간을 제1공간(102)과 제2공간(104)으로 구획하면서, 제1공간(102)을 다시 제1유로(102a)와 제2유로(102b)로 분할할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.

일 예로, 배플 어셈블리(200)는, 하우징 유닛(100)의 내부 공간을, 입구부(132)와 연통되는 제1공간(102)과 출구부(134)와 연통되는 제2공간(104)으로 구획하는 배플 플레이트(baffle plate)(210); 및 배플 플레이트(210)에 연결되며, 제1공간(102)을 제1유로(102a)와 제2유로(102b)로 분할하는 배플 쉘(baffle shell)(220);을 포함한다.

배플 플레이트(210)는, 제1하우징(110)의 내경에 대응하는 직경을 갖는 원판 형태로 형성되며, 입구부(132)와 출구부(134)의 사이에 배치되도록 제1하우징(110)의 내부 공간에 수직하게 장착된다.

제1하우징(110)의 내부 공간은, 배플 플레이트(210)에 의해 입구부(132)와 연통되는 제1공간(102)(도 3 기준으로 배플 플레이트의 우측 공간)과 출구부(134)와 연통되는 제2공간(104)(도 3 기준으로 배플 플레이트의 좌측 공간)으로 구획될 수 있다.

바람직하게, 제1하우징(110)의 내부에서 냉각수의 가열이 행해지는 제1공간(102)을 최대한 확보할 수 있도록, 입구부(132)와 출구부(134)는 제1하우징(110)의 일단부(도 3을 기준으로 좌측단부)에 인접하게 형성될 수 있다.

배플 쉘(220)은 배플 플레이트(210)에 연결되어, 제1공간(102)을 제1유로(102a)와 제2유로(102b)로 분할할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.

일 예로, 배플 쉘(220)은 중공 단면 형태(예를 들어, 중공의 실린더 형태)를 갖도록 형성되어 하우징 유닛(100)의 길이 방향을 따라 배치되며, 배플 쉘(220)의 일단은 배플 플레이트(210)를 통과하고, 배플 쉘(220)의 다른 일단에는 유입홀(222)이 형성되되, 제1유로(102a)는 배플 쉘(220)과 하우징 유닛(100)의 사이에 형성되고, 제2유로(102b)는 배플 쉘(220)의 내부를 따라 형성될 수 있다.

바람직하게, 배플 쉘(220)은 제1하우징(110)과 동축적으로 제1하우징(110)의 내부 공간에 배치되며, 제1유로(102a)는 배플 쉘(220)의 둘레를 따라 형성된다.

이와 같이, 배플 쉘(220)을 제1하우징(110)의 내부에 동축적으로 배치하는 것에 의하여, 배플 쉘(220)의 둘레를 따라 형성되는 제1유로(102a)가 균일한 단면적을 가질 수 있으므로, 제1유로(102a)를 통과하는 냉각수의 가열 편차를 최소화하고, 가열 성능을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

더욱 바람직하게, 입구부(132)는 배플 쉘(220)의 일단(예를 들어, 좌측단)에 인접하게 형성되고, 입구부(132)로 유입된 냉각수는 제1유로(102a)를 따라 유동된 후, 배플 쉘(220)의 다른 일단(예를 들어, 우측단)에 형성된 유입홀(222)을 통해 제2유로(102b)에 유입된다.

이와 같이, 입구부(132)와 유입홀(222)의 배치 간격을 충분하게 마련하는 것에 의하여, 입구부(132)로 유입된 냉각수가 제1유로(102a)를 따라 충분하게 유동된 후 유입홀(222)을 통해 제2유로(102b)에 유입될 수 있으므로, 냉각수로의 열전달 효율을 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 배플 쉘(220)은 길이 방향을 따라 전체적으로 균일한 단면적으로 갖도록 형성된다. 이와 같이, 배플 쉘(220)이 전체적으로 균일한 단면적으로 갖도록 하는 것에 의하여, 배플 쉘(220)의 내부를 따라 형성되는 제2유로(102b)가 균일한 단면적으로 가질 수 있으므로, 제2유로(102b)를 통과하는 냉각수의 가열 편차 및 국부적인 유속 저하를 최소화하고, 가열 성능을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

제1히터부(300)는 제1유로(102a) 상에 배치되며, 제1유로(102a)를 따라 유동되는 냉각수를 가열하도록 마련된다.

제1히터부(300)로서는 냉각수를 가열시킬 수 있는 다양한 히팅수단이 사용될 수 있으며, 제1히터부(300)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

바람직하게 제1히터부(300)는 시즈히터(sheath heater)를 이용하여 구성될 수 있다.

참고로, 본 발명에서 시즈히터라 함은, 금속 보호관의 내부에 전열선을 코일 모양으로 내장하고 절연 분말인 산화마그네슘을 넣어 함께 충진하여 전열선과 보호관을 절연한 관 모양의 히터를 의미한다. 시즈히터는 외부의 물리적인 충격에 견고하고 전기 열에너지의 효율성을 높일 수 있으며, 요구되는 조건에 따라 다양한 형태로 자유롭게 가공할 수 있는 이점이 있다.

일 예로, 제1히터부(300)는, 코일 형태로 형성되며 제1유로(102a)에 배치되는 제1시즈히터(first sheath heater)(310), 및 코일 형태로 형성되며 제1유로(102a)에 배치되는 제2시즈히터(second sheath heater)(320)를 포함한다.

보다 구체적으로, 제1시즈히터(310)는 배플 쉘(220)의 둘레를 감싸는 코일 형태로 형성되어 배플 쉘(220)과 제1하우징(110)의 사이에 배치된다.

제2시즈히터(320)는 배플 쉘(220)의 둘레를 감싸는 코일 형태로 형성되어 배플 쉘(220)과 제1하우징(110)의 사이에 배치된다.

바람직하게, 제1시즈히터(310)와 제2시즈히터(320)는 제1유로(102a)의 길이 방향(제1하우징(110)의 길이 방향)을 따라 동축적으로 배치되며, 냉각수는 제1시즈히터(310)와 제2시즈히터(320)를 순차적으로 통과할 수 있다.

더욱 바람직하게, 제1시즈히터(310)와 제2시즈히터(320)는 제1하우징(110)과 용접 또는 브레이징으로 고정된다. 이와 같이, 제1시즈히터(310)와 제2시즈히터(320)를 제1하우징(110)에 용접 또는 브레이징으로 고정하는 것에 의하여, 제1시즈히터(310)와 제2시즈히터(320)의 배치 상태를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 배플 어셈블리(200)는 제1시즈히터(310) 및 제2시즈히터(320)를 지지하는 제1지지부(230)를 포함할 수 있다.

일 예로, 제1지지부(230)는 배플 쉘(220)의 외면에 돌출 형성되어 제1시즈히터(310) 및 제2시즈히터(320)의 내면에 밀착될 수 있다.

이와 같이, 제1시즈히터(310) 및 제2시즈히터(320)의 내면이 제1지지부(230)에 의해 지지되도록 하는 것에 의하여, 제1시즈히터(310) 및 제2시즈히터(320)의 배치 상태를 보다 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

더욱 바람직하게, 제1시즈히터(310) 및 제2시즈히터(320)는 제1지지부(230)에 용접 또는 브레이징으로 고정된다.

제2히터부(400)는 제2유로(102b) 상에 배치되며, 제2유로(102b)를 따라 유동되는 냉각수를 가열하도록 마련된다.

제2히터부(400)로서는 냉각수를 가열시킬 수 있는 다양한 히팅수단이 사용될 수 있으며, 제2히터부(400)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 제2히터부(400)는, 코일 형태로 형성되며 제2유로(102b)에 배치되는 제3시즈히터(third sheath heater)(410)를 포함한다.

참고로, 본 발명의 실시예에서는 제2유로(102b)의 내부에 단 하나의 제3시즈히터(410)가 마련된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제2유로의 내부에 복수개의 제3시즈히터를 마련하는 것도 가능하며, 제3시즈히터의 개수 및 배치 간격에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

또한, 배플 어셈블리(200)는 제3시즈히터(410)를 지지하는 제2지지부(240)를 포함할 수 있다.

일 예로, 제2지지부(240)는 배플 쉘(220)의 내면에 돌출 형성되어 제3시즈히터(410)의 외면에 밀착될 수 있다.

이와 같이, 제3시즈히터(410)의 외면이 제2지지부(240)에 의해 지지되도록 하는 것에 의하여, 제3시즈히터(410)의 배치 상태를 보다 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

더욱 바람직하게, 제3시즈히터(410)는 제2지지부(240)에 용접 또는 브레이징으로 고정된다.

이와 같은 구조에 의하여, 입구부(132)로 유입된 냉각수는 제1유로(102a)를 따라 유동(H1)되는 중에 제1시즈히터(310) 및 제2시즈히터(320)에 의해 1차적으로 가열되고, 다시 제2유로(102b)를 따라 유동(H2)되는 중에 제3히터에 의해 2차적으로 가열된 후, 제1하우징(110)의 내부의 제2공간(104)과 배출구를 거쳐 연료전지 차량의 공조유닛(20)의 히터코어로 유입된다.(도 4 참조)

이와 같이, 본 발명은 냉각수가 제1유로(102a) 및 제2유로(102b)를 거쳐 배플 어셈블리(200)를 중심으로 하여 나선형으로 유동하는 중에 제1시즈히터(310) 및 제2시즈히터(320)에 의해 1차적으로 가열된 후, 다시 제3히터에 의해 2차적으로 가열되도록 하는 것에 의하여, 냉각수로의 열전달 효율을 향상시키고 가열 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

즉, 냉각수가 제1유로(102a) 및 제2유로(102b)를 거쳐 지그재그로 유동하는 중에 각각 가열되도록 하는 것에 의하여, 도 7 및 도 8과 같이, 종래보다 냉각수로의 열전달 효율이 증가함을 알 수 있으며, 냉각수의 가열 시간을 단축하여 난방 속효 성능 및 난방 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터(10)는, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)를 개별적으로 제어하는 제어기(500)를 포함한다.

제어기(500)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 위치에 장착될 수 있다. 일 예로, 제어기(500)는 하우징 유닛(100)의 일단에 일체로 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 제어기(500)는 헤더 플레이트(150) 상에 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 제어기(500)가 하우징 유닛(100)의 일단에 일체로 결합된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제어기를 하우징 유닛과 별도로 분리되게 마련하는 것도 가능하다.

더욱 바람직하게, 제어기(500)는 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)를 개별적으로 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하도록 구성된다.

이와 같이, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)를 개별적으로 PWM 제어하는 것에 의하여, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 출력을 정밀하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

하지만, 본 발명은 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)를 개별적으로 PWM 제어하는 것에 의하여, 난방 부하에 따라 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 출력을 정확하게 제어할 수 있으며, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)에 의한 전력 소모를 최소화하고, 연료전지 차량의 주행거리를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)가 각각 독립적인 전기회로를 구성하도록 하는 것에 의하여, 예를 들어, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410) 중 하나의 고장(예를 들어, 회로 단락)이 발생하더라도 나머지 두개의 작동이 가능하므로, 고장 발생에 따른 난방 성능 불만을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

바람직하게, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 냉각수 히터(10)는, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)가 과열되면, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 작동이 정지되도록 구성된다.

과열에 따른 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 작동 정지는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다.

일 예로, 차량용 냉각수 히터(10)는, 출구부(134)에서 배출되는 냉각수의 출구 온도를 측정하는 냉각수 온도 센서(610)를 포함하고, 제어기(500)는, 냉각수의 출구 온도가 설정 온도보다 높으면, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 작동을 정지시키도록 구성된다.

이와 같이, 냉각수의 출구 온도가 설정 온도보다 높으면, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 작동이 정지되도록 하는 것에 의하여, 냉각수 부족 등에 의한 과열을 방지하고, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 손상을 최소화하고 안정성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

다른 일 예로, 차량용 냉각수 히터(10)는, 하우징 유닛(100)의 외표면 온도를 측정하는 표면 온도 센서(620)를 포함하고, 제어기(500)는, 냉각수가 가열되어 하우징 유닛(100)의 외표면 온도가 설정 온도보다 높으면, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 작동을 정지시키도록 구성된다.

이와 같이, 하우징 유닛(100)의 외표면 온도가 설정 온도보다 높으면, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 작동이 정지되도록 하는 것에 의하여, 과열을 방지하고, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 손상을 최소화하고 안정성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제어기(500)는, 하우징 유닛(100)의 외표면 온도가 냉각수의 출구 온도보다 높으면, 과열이 발생한 것으로 판단하여, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 작동을 정지시키도록 구성될 수 있다.

또 다른 일 예로, 차량용 냉각수 히터(10)는, 입구부(132)에 냉각수를 공급하는 워터펌프(630)를 포함하고, 제어기(500)는, 워터펌프(630)의 이상 신호가 감지되면, 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)의 작동을 정지시키도록 구성될 수 있다.

여기서, 워터펌프(630)의 이상 신호라 함은, 워터펌프(630)의 정상 작동시 발생하는 기준 신호 범위를 벗어난 신호로 이해될 수 있다.

다르게는, 하우징 유닛(100)에 써멀휴즈(thermal fuse)(640)를 연결하고, 냉각수가 가열되어 하우징 유닛(100)의 외표면 온도가 써멀휴즈 단락 온도보다 높으면, 써멀휴즈(640)에 의해 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)로의 전원 공급이 물리적으로 차단되도록 구성하는 것도 가능하다.

한편, 도 3 및 도 9를 참조하면, 제1하우징(110)의 외면과 제2하우징(130)의 내면 사이에는 단열층(170)이 형성될 수 있다.

단열층(170)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 종류로 형성될 수 있으며, 단열층(170)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

바람직하게, 단열층(170)은 공기층 또는 진공층으로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 공기층(진공층)을 대신하여 제1하우징(110)의 외면과 제2하우징(130)의 내면 사이에 단열 재질의 단열체를 마련하는 것도 가능하다.

일 예로, 단열층(170)(예를 들어, 공기층)은 제1하우징(110), 제2하우징(130), 제1커버(120), 제2커버(140) 및 헤더 플레이트(150)에 의해 상호 협조적으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 제1하우징(110)의 외면과 제2하우징(130)의 내면 사이에는 단열층(170)을 형성하는 것에 의하여, 제2하우징(130) 외부로의 열손실을 최소화할 수 있으므로, 냉각수 가열 효율을 향상시키고, 냉각수 가열 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도 10을 참조하면, 제1하우징의 외면과 제2하우징의 내면 사이에 단열층이 마련되지 않으면(종래), 제2하우징(130)의 외벽의 온도가 빠르게 상승하여 제2하우징(130) 외부로의 열손실이 증가함을 알 수 있다. 하지만, 본 발명은 제1하우징(110)의 외면과 제2하우징(130)의 내면 사이에 단열층(170)이 마련하는 것에 의하여, 도 10과 같이, 제2하우징(130)의 외벽의 온도 상승 속도를 지연시킬 수 있으므로 제2하우징(130) 외부로의 열손실을 감소시킬 수 있다.

한편, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 냉각수 히터를 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 금속(예를 들어, 스테인리스 스틸 또는 알루미늄) 재질의 제1커버(120) 및 제2커버(140)가 금속 재질의 제1하우징(110) 및 제2하우징(130)과 용접 또는 브레이징으로 고정되고, 금속 재질의 제1시즈히터(310), 제2시즈히터(320), 및 제3시즈히터(410)가 제1하우징(110) 및 제2하우징(130)에 용접 또는 브레이징으로 고정되는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명에 다른 실시예에 따르면 제1커버, 제2커버, 제1하우징 및 제2하우징을 제1시즈히터, 제2시즈히터, 및 제3시즈히터와 다른 재질로 형성하는 것도 가능하다.

일 예로, 도 11을 참조하면, 비금속 재질(예를 들어, 플라스틱 재질)의 제1커버(120) 및 제2커버(140)는 비금속 재질(예를 들어, 플라스틱 재질)의 제1하우징(110) 및 제2하우징(130)과 함께 일체로 사출 성형될 수 있다.

또한, 제1하우징(미도시) 및 제2하우징(130')의 다른 일단과 헤더 플레이트(150)의 사이에는 밀폐 구조를 형성하기 위한 실링부재(101')(예를 들어, 고무 또는 실리콘)가 개재될 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 차량용 냉각수 히터의 사이즈를 작게 형성하기 위하여, 별도의 배플 어셈블리를 제외하고, 하우징 유닛, 제1히터부(또는 제1히터부와 제2히터부)만으로 차량용 냉각수 히터를 구성하는 것이 가능하다. 다르게는 별도의 제1하우징(단열층 포함)을 제외하고 제2하우징만으로 하우징 유닛을 구성하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 차량용 냉각수 히터
100 : 하우징 유닛
102 : 제1공간
102a : 제1유로
102b : 제2유로
104 : 제2공간
110 : 제1하우징
120 : 제1커버
130 : 제2하우징
132 : 입구부
134 : 출구부
140 : 제2커버
150 : 헤더 플레이트
160 : 제어기 커버
170 : 단열층
200 : 배플 어셈블리
210 : 배플 플레이트
220 : 배플 쉘
222 : 유입홀
230 : 제1지지부
240 : 제2지지부
300 : 제1히터부
310 : 제1시즈히터
320 : 제2시즈히터
400 : 제2히터부
410 : 제3시즈히터
500 : 제어기
610 : 냉각수 온도 센서
620 : 표면 온도 센서
630 : 워터펌프
640 : 써멀휴즈

Claims

냉각수가 유입되는 입구부 및 상기 냉각수가 배출되는 출구부가 형성된 하우징 유닛;
상기 하우징 유닛의 내부 공간에 마련되되, 상기 냉각수가 제1방향으로 유동하는 제1유로, 상기 제1유로를 통과한 상기 냉각수가 상기 제1방향과 다른 제2방향으로 유동하는 제2유로를 형성하는 배플 어셈블리(baffle assembly);
상기 제1유로 상에 마련되는 제1히터부; 및
상기 제2유로 상에 마련되는 제2히터부;
를 포함하는 차량용 냉각수 히터.
제1항에 있어서,
상기 배플 어셈블리는,
상기 하우징 유닛의 내부 공간을, 상기 입구부와 연통되는 제1공간과 상기 출구부와 연통되는 제2공간으로 구획하는 배플 플레이트(baffle plate); 및
상기 배플 플레이트에 연결되며, 상기 제1공간을 상기 제1유로와 상기 제2유로로 분할하는 배플 쉘(baffle shell);
을 포함하는 차량용 냉각수 히터.
제2항에 있어서,
상기 배플 쉘은 중공 단면 형태를 갖도록 형성되어 상기 하우징 유닛의 길이 방향을 따라 배치되며, 상기 배플 쉘의 일단은 상기 배플 플레이트를 통과하고, 상기 배플 쉘의 다른 일단에는 유입홀이 형성되되,
상기 제1유로는 상기 배플 쉘과 상기 하우징 유닛의 사이에 형성되고,
상기 제2유로는 상기 배플 쉘의 내부를 따라 형성되는 차량용 냉각수 히터.
제3항에 있어서,
상기 배플 쉘은 상기 하우징 유닛의 내부 공간에 동축적으로 배치되고,
상기 제1유로는 상기 배플 쉘의 둘레를 따라 형성되는 차량용 냉각수 히터.
제3항에 있어서,
상기 입구부는 상기 배플 쉘의 일단에 인접하게 형성되고,
상기 입구부로 유입된 상기 냉각수는 상기 제1유로를 따라 유동된 후, 상기 배플 쉘의 다른 일단에 형성된 상기 유입홀을 통해 상기 제2유로에 유입되는 차량용 냉각수 히터.
제3항에 있어서,
상기 제1히터부는,
코일 형태로 형성되며, 상기 제1유로에 배치되는 제1시즈히터(first sheath heater); 및
코일 형태로 형성되며, 상기 제1유로에 배치되는 제2시즈히터(second sheath heater);
를 포함하는 차량용 냉각수 히터.
제6항에 있어서,
상기 제1시즈히터와 상기 제2시즈히터는 상기 제1유로의 길이 방향을 따라 동축적으로 배치되는 차량용 냉각수 히터.
제6항에 있어서,
상기 배플 쉘의 외면에 형성되며 상기 제1시즈히터 및 상기 제2시즈히터를 지지하는 제1지지부를 포함하는 차량용 냉각수 히터.
제6항에 있어서,
상기 제2히터부는,
코일 형태로 형성되며, 상기 제2유로에 배치되는 제3시즈히터(third sheath heater)를 포함하는 차량용 냉각수 히터.
제9항에 있어서,
상기 배플 쉘의 내면에 형성되며 상기 제3시즈히터를 지지하는 제2지지부를 포함하는 차량용 냉각수 히터.
제9항에 있어서,
상기 제1시즈히터, 상기 제2시즈히터, 및 상기 제3시즈히터를 개별적으로 제어하는 제어기를 포함하는 차량용 냉각수 히터.
제11항에 있어서,
상기 제어기는 상기 하우징 유닛의 일단에 일체로 결합되는 차량용 냉각수 히터.
제11항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1시즈히터, 상기 제2시즈히터, 및 상기 제3시즈히터를 개별적으로 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하는 차량용 냉각수 히터.
제11항에 있어서,
상기 출구부에서 배출되는 상기 냉각수의 출구 온도를 측정하는 냉각수 온도 센서를 포함하고,
상기 제어기는, 상기 냉각수의 출구 온도가 설정 온도보다 높으면, 상기 제1시즈히터, 상기 제2시즈히터, 및 상기 제3시즈히터의 작동을 정지시키는 차량용 냉각수 히터.
제14항에 있어서,
상기 하우징 유닛의 외표면 온도를 측정하는 표면 온도 센서를 포함하고,
상기 제어기는, 상기 하우징 유닛의 외표면 온도가 설정 온도보다 높으면, 상기 제1시즈히터, 상기 제2시즈히터, 및 상기 제3시즈히터의 작동을 정지시키는 차량용 냉각수 히터.
제15항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 하우징 유닛의 외표면 온도가 상기 냉각수의 출구 온도보다 높으면, 상기 제1시즈히터, 상기 제2시즈히터, 및 상기 제3시즈히터의 작동을 정지시키는 차량용 냉각수 히터.
제15항에 있어서,
상기 하우징 유닛에 연결되는 써멀휴즈(thermal fuse)를 포함하고,
상기 하우징 유닛의 외표면 온도가 써멀휴즈 단락 온도보다 높으면, 상기 써멀휴즈에 의해 상기 제1시즈히터, 상기 제2시즈히터, 및 상기 제3시즈히터로의 전원 공급이 차단되는 차량용 냉각수 히터.
제11항에 있어서,
상기 입구부에 상기 냉각수를 공급하는 워터펌프를 포함하고,
상기 제어기는, 상기 워터펌프의 이상 신호가 감지되면, 상기 제1시즈히터, 상기 제2시즈히터, 및 상기 제3시즈히터의 작동을 정지시키는 차량용 냉각수 히터.
제9항에 있어서,
상기 하우징 유닛은,
상기 배플 어셈블리가 내부에 수용되는 제1하우징;
상기 제1하우징의 일단에 결합되는 제1커버;
상기 제1하우징의 둘레를 감싸도록 배치되는 제2하우징;
상기 제1커버를 덮도록 상기 제2하우징의 일단에 결합되는 제2커버;
상기 제1하우징 및 상기 제2하우징의 다른 일단에 결합되는 헤더 플레이트; 및
상기 헤더 플레이트를 덮도록 결합되는 제어기 커버;
를 포함하는 차량용 냉각수 히터.
제19항에 있어서,
상기 제1하우징의 외면과 상기 제2하우징의 내면 사이에는 단열층이 형성되는 차량용 냉각수 히터.
제20항에 있어서,
상기 단열층은 공기층 또는 진공층으로 형성되는 차량용 냉각수 히터.
제19항에 있어서,
상기 제1시즈히터, 상기 제2시즈히터, 및 상기 제3시즈히터는 상기 배플 어셈블리 및 상기 제1하우징과 용접 또는 브레이징(brazing)으로 고정되는 차량용 냉각수 히터.
제22항에 있어서,
상기 제1시즈히터, 상기 제2시즈히터, 및 상기 제3시즈히터는 상기 헤더 플레이트와 용접 또는 브레이징(brazing)으로 고정되는 차량용 냉각수 히터.
제19항에 있어서,
상기 제1하우징 및 상기 제2하우징의 다른 일단과 상기 헤더 플레이트의 사이에 개재되는 실링부재를 포함하는 차량용 냉각수 히터.