KR100297681B1 - 열교환기와이열교환기를이용한자동차의난방방법및그장치 - Google Patents

Abstract

엔진으로부터 히터 코어로 공급되는 냉각수를 가열수단을 이용하여 가열하고, 실내기와 실외기중 적어도 일측의 공기를 상기 히터 코어를 통과시켜 열교환시킨 후, 열교환된 공기를 자동차 실내의 선택된 각 부위에 공급하는 것을 그 특징으로 한다.

Description

열교환기와 이 열교환기를 이용한 자동차의 난방 방법 및 그 장치{Heat exchanger and heating method and a heating apparatus utilizing the heat exchanger}

본 발명은 자동차용 공기조화 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 자동차 실내의 난방을 위한 열교환기 및 이를 이용한 자동차 실내의 난방 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

통상적인 자동차용 공기조화장치는 자동차의 실내를 냉난방 하기 위한 것으로 일예를 도 1에 나타내 보였다.

도시된 바와 같이 자동차의 엔진룸에 설치되어 엔진(11)에 의해 구동되는 압축기(12)와, 압축된 냉매를 액화시키기 위한 응축기(12a)와, 자동차의 인스트루먼트 패널의 내부에 설치되며 자동차의 실내의 각 부위와 덕트(13)에 의해 연결된 케이스(14)와, 상기 케이스(14)의 내부에 설치되어 실내기와 실외기를 케이스(14)의 내부로 송풍하는 송풍기 유니트(15)를 포함한다. 상기 케이스(14)의 내부에는 송풍기 유니트(15)로부터 송풍되는 공기를 냉각시키기 위한 증발기(16)와 공기를 가열하기 위한 히터 코어(17)가 설치된다. 상기 케이스(14)의 내부에 설치되는 증발기(16)는 압축기(12) 및 응축기와 연결되어 냉동사이클을 구성하며, 상기 히터 코어(17)는 엔진의 냉각수가 흐를 수 있도록 엔진 냉각수단과 연결관(19)에 의해 연결된다.

상술한 바와 같이 구성된 공기조화 장치에 있어서, 자동차의 실내의 난방은 엔진을 냉각시키는 냉각수가 히터 코어(17)가 흐르는 상태에서 송풍기 유니트(15)로부터 공급되는 공기가 히터 코어(17)를 통과하면서 열교환이 이루어진 후 자동차의 실내에 공급됨으로써 이루어진다.

상기와 같은 자동차의 난방은 엔진에 의해 냉각수가 충분히 가열된 상태를 전제로 한 것이므로 냉각수가 가열되지 않은 상태에서는 냉풍이 차실내로 공급되어 난방의 효과를 기대할 수 없다. 특히 외기의 온도가 매우 낮은 동절기에는 엔진 (11)과 냉각수가 영하의 온도로 냉각되어 있는 상태이므로 엔진의 구동으로 냉각수의 온도를 난방이 안정화되는 온도까지 높이는데는 긴 시간이 필요하게 된다. 또한 자동차의 엔진(11)이 디젤엔진의 경우에는 가솔린 엔진에 비하여 발열량이 낮으므로 동절기의 실내 초기 난방은 더욱 어렵게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 자동차용 공기조화 장치의 일예를 도 2에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 케이스(14)의 내부에 설치되어 송풍기유니트(15)로부터 송풍되는 공기를 가열하기 위한 전열히터(20)를 구비한다. 그리고 공기조화 장치는 케이스(14)의 내부에 설치된 히터 코어(17)를 통과하여 자동차의 실내로 유입되는 공기의 온도를 감지하여 상기 전열히터(20)를 온,오프시키는 제어수단을 포함한다.

상기와 같이 구성된 공기조화 장치에 의한 시동초기의 난방은 자동차의 실내로 공급되는 공기를 전열히터(20)를 이용하여 가열함으로써 이루어진다. 그러나 상기 전열히터(20)를 케이스(14)의 내부에 설치하기 위해서는 별도의 설치공간이 필요하며, 송풍기 유니트(15)로부터 공급되는 낮은 공기를 가열하기 위해서는 전열히터(20)의 용량이 커지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자동차 엔진의 시동초기 자동차 실내 난방의 안정화 시간을 단축할 수 있는 열교환기 및 이를 이용한 자동차 실내의 난방방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 동절기의 엔진의 워밍업 시간을 단축할 수 있으며 엔진의 열량 부족 조건에서도 급속 난방이 가능한 자동차 실내의 난방방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

도 1은 자동차용 난방장치를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 종래 자동차용 난방장치에 있어서, 공급되는 공기를 가열시키는 장치를 나타내 보인 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 히터 코어를 나타내 보인 분리 사시도,

도 4는 도 3에 도시된 히터 코어를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 자동차용 난방장치의 다른 실시예를 도시한 단면도,

도 6은 냉각수 가열기의 일부절제 사시도.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 자동차의 실내 난방 방법은,

자동차 엔진의 워터 자켓과 히터 코어로 냉각수를 순환시키는 단계와,

상기 히터 코어로 공급되는 냉각수를 가열하는 가열단계와,

실내기와 실외기 중 적어도 일측의 공기를 상기 히터 코어를 통과시켜 열교환시키는 단계와,

상기 열교환된 공기를 자동차 실내의 선택된 각 부위에 공급하는 단계를 포함하여 된 것을 그 특징으로 하다.

상기 냉각수를 가열하는 가열단계에 있어서, 상기 엔진에 의해 냉각수의 온도가 설정된 온도 이상으로 가열되면 히터 코어로 공급되는 냉각수의 가열을 중단하는 단계를 더 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 열교환기는,

상호 소정간격 이격되는 한쌍의 상하부헤더와, 상기 헤더에 양 단부가 연통되는 복수개의 튜브와, 상기 상부 헤더에 결합되어 열교환 매체 통로를 형성하며 냉각수의 유입구와 유출구가 형성된 상부 탱크와, 상기 유입구와 유출구 사이의 상부 탱크 내부에 설치되어 상기 상부헤더와 상부 탱크가 결합되어 형성된 열교환 매체 통로를 구획하는 적어도 하나의 배플과, 하부 헤더와 결합되는 하부 탱크와,

상기 유입구와 연통되는 탱크의 열교환 매체 통로상에 설치되어 냉각수를 가열하는 가열수단을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 자동차의 실내 난방장장치는

자동차 실내와 덕트에 의해 연결된 통로가 형성된 케이스와;

상기 케이스에 설치되어 상기 통로에 실내기 또는 실외기를 공급하는 송풍기와;

상기 케이스의 통로상에 설치되는 것으로 상호 소정간격 이격되는 한쌍의 상하부헤더와, 상기 상하부헤더에 양 단부가 연통되는 복수개의 튜브와, 상기 상부 헤더에 결합되어 열교환 매체 통로를 형성하며 냉각수의 유입구와 유출구가 형성된 상부 탱크와, 상기 유입구와 유출구 사이의 상부 탱크 내부에 설치되어 상기 상부 헤더와 상부 탱크가 결합되어 형성된 열교환 매체 통로를 구획하는 적어도 하나의 배플과, 하부 헤더와 결합되는 하부 탱크를 구비한 히이터 코어와;

상기 유입구와 연통되는 열교환 매체 통로상에 설치되는 냉각수를 가열하는 가열수단;을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 자동차 실내의 난방장치는,

공기의 통로가 형성된 케이스와, 상기 통로에 설치되며 엔진의 냉각수의 유입관 및 유출관이 구비되는 열교환기와, 상기 케이스의 일측에 설치되어 상기 통로를 통하여 실내기와 실외기중 적어도 하나를 자동차의 실내에 송풍하는 송풍기와, 상기 유입관에 설치되며 유입관을 통하여 열교환기로 유입되는 냉각수를 가열하는 가열수단을 포함하여된 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

동절기에 엔진의 워밍업되지 않은 상태에서 냉각수를 가열하여 초기 난방을실시하기 위한 자동차 실내의 난방방법은 자동차 엔진의 워터 자켓과 열교환기인 히터 코어의 유입구와 유출구를 연결하여 자동차의 냉각수를 순환시키는 단계와, 상기 히터 코어의 유입구로 유입되는 냉각수를 가열하는 가열단계를 포함한다. 상기 냉각수를 가열하는 단계에 있어서, 엔진이 충분히 워밍업되어 냉각수의 온도가 설정치 이상 올라가게 되면 냉각수의 가열을 중단하는 단계를 더 포함한다.

그리고 자동차의 실내기와 실외기가 혼합된 공기, 실내기 또는 실외기를 냉각수가 통과하는 히터 코어를 통과시켜 열교환시키는 단계와, 상기와 같이 열교환이 이루어진 공기를 자동차 실내의 각 부위로 공급하여 실내를 난방하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 방법에 의해 동절기 엔진의 시동 초기 냉각수가 충분히 가열되지 않은 상태에서 난방이 가능하다.

상기 방법을 실시하기 위한 본 발명에 따른 자동차의 실내 난방장치의 일 실시예를 도 1 및 도 3에 나타내 보였다.

도시된 바와 같이 공기가 흐르는 통로가 형성된 케이스(14)와, 상기 통로에 설치되며 엔진의 냉각수가 유입관(31) 및 유출관(32)이 구비되는 열교환기인 히터 코어(30)와, 상기 케이스(14)의 일측에 설치되어 상기 통로를 통하여 실내기와 실외기가 혼합된 공기 또는 실내기, 실외기를 자동차의 실내로 송풍하기 위한 송풍기 유니트(15)와, 상기 케이스(14)에 설치되어 공기의 흐름을 가변시키는 복수개의 도어(14a)들과, 상기 냉각수의 유입된 또는 히터 코어에 설치되어 엔진으로부터 유입되는 가열되지 않은 냉각수를 가열하는 가열수단인 냉각수 가열기(40)를 포함한다.

도 3 및 도 4에는 상기 자동차 실내 난방장치에 있어서, 상기 히터 코어(30)에 냉각수 가열기(40)가 설치된 상태를 나타내 보였다.

도시된 바와 같이 상기 히터 코어(30)는 소정의 간격으로 튜브 삽입홀(미도시)이 각각 형성된 상하부 헤더(33)(34)와, 상기 각 헤더의 튜브 삽입홀에 양 단부가 삽입되는 복수개의 튜브(35)들과, 상하부 헤더(33)(34)와 각각 결합되어 열교환 매체 통로(38)를 형성하는 상하부 탱크(36)(37)와, 상기 상부탱크(36)의 내측에 설치되어 열교환 매체 통로를 유입측 통로(38a)와 유출측 통로(38b)로 분할하는 배풀(38c)을 포함한다. 그리고 상기 상부 탱크(36)에는 상기 유입측 통로(38a)와 연통되는 유입관(31)과, 상기 유출측 통로(38b)와 연통되는 유출관(32)이 설치된다. 상기 튜브(35)들의 사이에는 방열표면적을 넓히기 방열휜(39)이 설치된다.

그리고 상부 헤더(33)와 상부 탱크(36)에 의해 형성되는 유입측 통로(38a)에는 냉각수를 가열하기 위한 상기 가열수단인 냉각수 가열기(40)가 설치된다. 상기 냉각수 가열기(40)는 도 5에 도시된 바와 같이 상부 탱크(36)의 일측으로 노출된 커넥터부(41)와 상기 유입측 통로에 설치되며 발열부(42a)를 가지는 본체(42)와, 상기 본체(42)의 표면에 형성되는 절연층(43)을 포함한다. 여기에서 상기 본체(42)는 냉각수가 통과하는 다수의 관통공(42b)이 형성되어 허니콤 형상으로 이루어지며, 상기 절연층(43)은 실리콘 코팅되어 이루어진다. 상기 상부탱크(36)로 노출된 커넥터부(41)는 상부탱크(36)와의 기밀유지를 위하여 상부탱크(36)와 밀착되는 실재가 구비되며 상부탱크와 결합되는 커버부재(44)를 포함한다. 상기 냉각수 가열기는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 유입관(31)을 통하여 유입되는 냉각수를 가열할 수 있는 구조이면 어느것이나 가능하다. 예컨데 다양한 형상의 PTC소자 (positive temperature coefficient device)가 이용될 수 있다.

그리고 자동차용 실내 난방장치에 있어서, 히터 코어로 유입되는 유입관측에 가열수단이 설치된 상태를 도 6에 나타내 보였다.

도시된 바와 같이 가열수단은 히터 코어(30)의 유입관(31)과 접속되는 것으로 냉각수가 통과하는 공간부(51)를 가지는 냉각수 케이스(52)와 상기 냉각수 케이스(52)의 내부에 설치되는 냉각수 가열기(40)를 포함한다. 상기 냉각수 가열기의 구성은 상술한 구성과 동일하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차의 실내 난방장치의 작용과 이 작용을 통한 자동차 실내 난방방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 동절기에 엔진이 워밍업되지 않아 냉각수가 충분히 가열되지 않은 상태에서 자동차 실내의 난방을 위하여 공기조화 장치를 작동시키게 되면 상기 열교환기의 유입측 통로(38a)에 설치된 냉각수 가열기(40)의 컨넥터부를 통하여 전원이 공급된다. 따라서 냉각수 가열기(40)의 본체(42)에 설치된 발열부(42a)가 발열하게 된다. 발열부(42a)의 발열로 상기 열교환기(30)의 유입관(31)을 통하여 유입된 가열되지 않은 냉각수는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 본체(42)의 발열부(42a)에 형성된 다수의 관통공(42b)을 통과하면서 가열되고, 가열된 냉각수는 각 튜브(35)통과하여 하부헤더(34)와 하부 탱크(37)에 의해 형성된 열교환 매체통로와 배출측 통로(35a)와 연통되는 튜브와 유출관(32)을 통하여 배출된다.

상기와 같이 냉각수가 열교환기(30)를 통과하는 동안 캐이스(14)에 설치된 송풍기 유니트(15)로부터 공급된 실내기는 상기 열교환기의 튜브(35)들의 사이를 통과하면서 열교환이 이루어진 후 케이스(14)의 통로와 연결된 덕트(13)를 통하여 자동차의 실내로 공급된다. 상기와 같은 과정에서 상기 케이스(14)에 설치된 도어들을 이용하여 가열된 공기를 플로어, 밴트 또는 창측 중 적어도 일측으로 송풍될 수 있도록 할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이 자동차의 실내를 난방하는 과정에서 자동차 엔진의 냉각수가 충분히 가열되어 설정된 온도에 도달되면 상기 가열기 측으로 공급되는 전원을 차단하여 가열기의 발열을 중지시킨다.

그리고 도 5에 도시된 바와 같이 냉각수 가열기(50)를 열교환기(30)의 유입관(31) 또는 엔진의 워터 자켓과 열교환기를 연결하는 관로상에 설치하여 동일한 작용을 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 열교환기 및 이를 이용한 자동차 실내의 난방방법 및 그 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째; 동절기의 시동초기 엔진에 의해 가열되지 않은 냉각수를 가열할 수 있으므로 엔진의 워밍업에 관계없이 자동차의 실내 난방이 가능하다.

본 발명인의 실험에 의하면 자동차 시동시 냉각수의 온도가 5도시 일때에 가열기를 이용하여 냉각수를 가열하는 경우 +70도시 까지 순간가열할 수 있었다. 이는 자동차 엔지의 시동초기 냉각수가 가열되지 않은 상태에서 충분한 난방이 가능함을 알 수 있다.

둘째; 워밍업되지 않은 엔진의 냉각수를 가열할 수 있으므로 불완전 연소로 인한 배기가스의 배출시간을 단축할 수 있다.

셋째; 동절기 엔진의 구동초기에 창측의 성애를 제거할 수 있어 운전의 안전성을 확보할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조로 하여 설명하였으나 본원 발명은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 본원이 속하는 기술적 범위내에서 당업자에 의해 당양한 형태로 변형 가능함은 물론이다.

Claims (12)

1. 자동차 엔진의 워터 자켓과 히터 코어로 냉각수를 순환시키는 단계와,

   상기 히터 코어로 공급되는 냉각수를 별도의 가열기를 이용하여 가열하는 냉각수 가열단계와,

   상기 냉각수 가열단계로 가열된 냉각수가 흐르는 히터 코어에 실내기와 실외기중 적어도 일측의 공기를 통과시켜 열교환시키는 단계와,

   상기 히터 코어에 의해 가열된 공기를 자동차 실내의 선택된 각 부위에 공급하여 자동차의 실내를 난방 하는 단계를 포함하여 된 것을 특징하는 자동차 실내의 난방방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 냉각수 가열단계는 엔진에 의해 냉각수가 설정된 온도에 도달하면 가열을 중단하는 단계를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 자동차 실내의 난방방법.
3. 상호 소정간격 이격되는 한쌍의 상하부헤더와, 상기 헤더에 양 단부가 연통되는 복수개의 튜브와, 상기 상부 헤더에 결합되어 열교환 매체 통로를 형성하며 냉각수의 유입구와 유출구가 형성된 상부 탱크와, 상기 유입구와 유출구 사이의 상부 탱크 내부에 설치되어 상기 상부헤더와 상부 탱크가 결합되어 형성된 열교환매체 통로를 구획하는 적어도 하나의 배플과, 하부 헤더와 결합되는 하부 탱크와,

   상기 유입구와 연통되는 탱크의 열교환 매체 통로상에 설치되는 냉각수를 가열하는 가열수단을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 공기조화 장치의 열교환기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 가열수단은, 상부탱크의 일측으로 노출되는 케넥터부와, 상기 커넥터부와 연결되며 발열부를 가지는 본체와, 상기 발열부의 표면에 코팅된 절연층을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제4항에 있어서, 상기 발열부는 다수의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제4항에 있어서, 상기 절연층은 세라믹 또는 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.
7. 공기의 통로가 형성된 케이스와, 상기 통로에 설치되며 엔진의 냉각수가 유입관 및 유출관이 구비되는 열교환기와, 상기 케이스의 일측에 설치되어 상기 통로를 통하여 실내기와 실외기중 적어도 하나를 자동차의 실내에 송풍하는 송풍기유니트와, 상기 유입관에 설치되며 유입관을 통하여 열교환기로 유입되는 냉각수를 가가열하는 것으로 상기 유입관과 연결되며 공간부를 가지는 냉각수 케이스와, 상기냉각수 케이스의 공간부에 설치되는 냉각수 가열기를 가진 냉각수 가열수단을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 자동차의 실내 난방장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 냉각수 가열기는 냉각수 케이스의 일측으로 노출되는 케넥터부와, 상기 커넥터부와 연결되며 발열부를 가지는 본체와, 상기 발열부의 표면에 코팅된 절연층을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 자동차 실내의 난방장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 발열부는 다수의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
10. 자동차 실내와 덕트에 의해 연결된 통로가 형성된 케이스와;

    상기 케이스에 설치되어 상기 실내기 또는 적어도 하나와 상기 통로에 송풍하는 송풍기 유니트와;

    상기 케이스의 통로 상에 설치되는 것으로 상호 소정간격 이격되는 한쌍의 상하부헤더와, 상기 상하부헤더에 양 단부가 연통되는 복수개의 튜브와, 상기 상부 헤더에 결합되어 열교환 매체 통로를 형성하며 냉각수의 유입구와 유출구가 형성된 상부 탱크와, 상기 유입구와 유출구 사이의 상부 탱크 내부에 설치되어 상기 상부헤더와 상부 탱크가 결합되어 형성된 열교환 매체 통로를 구획하는 적어도 하나의 배플과, 하부 헤더와 결합되는 하부 탱크를 구비한 히이터 코어와;

    상기 유입구와 연통되는 열교환 매체 통로상에 설치되는 냉각수를 가열하는 냉각수 가열수단;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 자동차의 실내 난방장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 가열수단은, 상부탱크의 일측으로 노출되는 케넥터부와 상기 커넥터부와 연결되며 발열부를 가지는 본체와, 상기 발열부의 표면에 코팅된 절연층을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 자동차 실내의 난방장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 발열부는 다수의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.