KR100505273B1

KR100505273B1 - 자동차의 김서림 방지 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100505273B1
Application number: KR10-2003-0044857A
Authority: KR
Inventors: 이명재
Original assignee: 모딘코리아 유한회사
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2005-08-03
Also published as: KR20050004609A

Abstract

본 발명은, 자동차의 내 ·외부 온도차 또는 자동차 내부의 습도로 인해 차량 의 윈드실드글래스에 발생하는 김서림을 신속히 제거하고, 보다 효율적으로 김서림 현상을 미연에 방지할 수 있는 자동차의 김서림 방지 장치 및 그 방법을 개시한다.

본 발명의 김서림 방지 장치에 대한 구성은, 자동차의 냉 ·난방 및 환기 장치로부터 차창측으로 도입된 덕트에 설치되며, 상기 덕트 내부의 유동 공기가 1차적으로 통과하면서 냉각되도록 하는 저온냉각부와, 상기 유동 공기가 2차적으로 통과하면서 가열되도록 하는 고온가열부가 각각 구비된 열전소자를 포함하여 이루어진 것을 요지로 한다.

Description

자동차의 김서림 방지 장치 및 그 방법{Anti-Fogging Device for Wind-Shield Glass of Automobile and Method Thereof}

본 발명은 차창에 대한 김서림 방지 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자동차의 내 ·외부 온도차나 차내의 높은 습도로 인해 차량의 윈드실드글래스에 김이 서리는 것을 제거하고 미연에 방지하는 자동차의 김서림 방지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

겨울철이나 우천시와 같이 자동차 내 ·외부의 온도차가 크거나 차량 내부의 습도가 높은 경우에는, 차창 특히 차량 전면의 윈드실드글래스에 김서림(fogging)이 발생하게 된다. 이러한 김서림 현상은 운전자나 탑승자의 시야를 방해함으로써, 안전 운전과 쾌적한 운행을 저해하게 되므로, 이를 신속히 제거하고 방지할 필요가 있다.

현재 이용되고 있는 차창의 김서림 제거 및 방지 수단으로는, 에어콘 시스템 즉 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기, 히터 등을 주요 구성 요소로 하는 공기조화장치가 있다. 이에, 윈드실드글래스에 김서림이 발생하면, 차량 내 ·외부의 온도 조건에 따라 쿨러 또는 히터를 가동하여 그 냉기 또는 온기에 의해 윈드실드글래스의 김서림을 제거 및 방지하고 있다.

그런데, 이와 같이 공기조화장치의 쿨러와 히터를 이용한 김서림 제거 및 방지 방식은, 윈드실드글래스에 발생한 김서림을 제거하는 데에 시간이 많이 소요되고, 김서림 발생을 방지하는 효율면에서 만족할만한 성능을 발휘하지 못하는 것으로 지적되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 자동차의 내 ·외부 온도차 또는 자동차 내부의 습도로 인해 차량의 윈드실드글래스에 발생하는 김서림을 신속히 제거하고, 보다 효율적으로 김서림 현상을 미연에 방지할 수 있는 자동차의 김서림 방지 장치 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차의 김서림 방지 장치는, 자동차의 냉 ·난방 및 환기 장치로부터 차창측으로 도입된 덕트에 설치되며, 상기 덕트 내부의 유동 공기가 1차적으로 통과하면서 냉각되도록 하는 저온냉각부와, 상기 유동 공기가 2차적으로 통과하면서 가열되도록 하는 고온가열부가 각각 구비된 열전소자를 포함하여 이루어진 것을 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 열전소자의 저온냉각부는 상기 덕트의 공기 유입측에 설치되는 냉각핀으로 구체화되고, 상기 고온가열부는 상기 덕트 내의 유동 공기와 접촉하지 않도록 설치되는 발열체와 이 발열체로부터 상기 덕트의 공기 출구측으로 연장 형성된 히트 파이프 및 이 히트 파이프의 공기 출구측 단부에 설치되어 상기 저온냉각부를 통과한 공기가 접촉하며 통과하게 되는 방열핀으로 구체화될 수 있다.

특히, 상기 히트 파이프의 상기 방열핀이 설치된 부분이, 상기 열전소자의 저온냉각부를 통과한 유동 공기가 상기 방열핀을 직통으로 지나가도록 벤딩된 구조로 이루어질 수도 있다.

한편, 상기 열전소자의 저온냉각부는 냉각핀으로 이루어져 상기 덕트의 공기 유입측에 설치되고, 상기 고온가열부는 상기 저온냉각부와 일체인 발열체로 이루어져 상기 덕트의 공기 유출측에 설치되는 구성으로 이루어질 수도 있다.

여기서, 상기 열전소자는 복수 개로 구성되어, 일련의 저온냉각부는 상기 덕트의 공기 유입측에 설치되고, 일련의 고온가열부는 상기 덕트의 공기 유출측에 설치되도록 할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 자동차의 김서림 방지 방법은, 덕트 내부의 유동 공기를 저온냉각부와 1차로 접촉시켜 상대습도를 낮추는 과정; 이어서 상기 유동 공기를 고온가열부와 2차로 접촉시켜 상대습도를 더욱 낮추는 과정; 이어서, 상기 유동 공기를 차창측으로 방출되도록 하는 과정을 포함하여 이루어진다.

여기서, 김서림 방지 장치의 가동 여부는, "차창표면온도 ≤이슬점온도"의 조건에 의해 결정되도록 할 수 있다.

또는, 하기 식 1에 의해 얻어진 차창의 이슬점온도에 의거하여, "차창의 이슬점온도 ≤차량 내기 이슬점온도"의 조건에서 김서림 방지 장치의 가동 여부를 결정할 수도 있다. 식 1 : 차창의 이슬점온도 = 차량 외기온도 + F * (차량 내기온도 - 차량 외기온도) 여기서, F = 0.2∼0.5 이다.

이하에서는 첨부도면에 의거하여 본 발명의 김서림 방지 장치와 김서림 방지 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 본 발명의 김서림 방지 장치는, HVAC(Heating, Ventilating & Air Conditioning) 시스템 즉, 「냉 ·난방 및 환기 장치」의 덕트에 설치되는데, 특히 HVAC 시스템으로부터 차창(예컨대, 윈드실드글래스)측으로 도입된 덕트의 내부에 설치됨을 주지할 필요가 있다.

이러한 본 발명의 김서림 방지 장치는 열전소자(thermoelectric element)를 요체로 하고 있는데, 이 열전소자는, 냉각이나 가열을 동시에 수행하여야 하는 경우 그리고 열원을 이용한 발전이 필요한 경우에 사용되는 열과 전기의 교환시스템임은 주지하는 바와 같다. 특히, 본 발명의 김서림 방지 장치에 적용되는 열전소자는, 덕트 내부의 유동 공기가 1차적으로 통과하면서 냉각되도록 하는 저온냉각부와, 상기 유동 공기가 2차적으로 통과하면서 가열되도록 하는 고온가열부로 이루어져 있다.

<제1실시예>

위와 같은 열전소자에 의해 구성되는 김서림 방지 장치가 도 1의 제1실시예에 나타나 있다. 즉, 제1실시예의 김서림 방지 장치는, 열전소자(10)의 저온냉각부가 다수의 냉각핀(11)으로 이루어지고, 고온가열부는 발열체(12)와 히트 파이프(13) 및 방열핀(14)으로 이루어진 구성을 개시하고 있다.

특히, HVAC시스템의 덕트(D) 내부에서 공기 출구쪽을 향해 유동(流動)되는 공기가 열전소자(10)의 냉각핀(11)에만 1차적으로 접촉하면서 통과하도록, 냉각핀(11)이 형성된 부위는 덕트(D) 내부의 넓은 공간을 향해 설치되고, 고온발열부의 발열체(12)는 덕트(D)내의 유동 공기가 직접 접촉하지 않는 덕트(D)의 외부측에 설치된다.

그리고, 상기 히트 파이프(13)는 발열체(12)의 일측으로부터 덕트(D) 내부의 공기 출구측을 향해 연장된 구조로 이루어진다. 이 히트 파이프(13)는, 본 기술분야에서 널리 알려진 바와 같이, 다공성 윅(wick)이 내벽에 구비되어 있어 매우 소량의 액상 작동유체가 윅의 내부에 포화되어 있는 진공밀폐용기이다. 즉, 이 히트 파이프(13)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 증발부와 응축부 및 단열부의 3개 요소로 구성되어 있으며, 그 작동 기제(機制)는 다음과 같다. 먼저, 증발부에 열이 가해지면 액상의 작동 유체가 열을 흡수하면서 기화하고 증기는 응축부로 이송된다. 그리고, 응축부에서 열을 방출하면 증기는 응축되어 윅의 내부로 흡수된다. 이어서, 응축액은 응축부와 증발부 사이의 윅의 기-액 계면에서 생성되는 모세압 차이에 의해 증발부로 귀환하게 되며, 이렇게 작동유체가 상변화 싸이클을 수행함으로써 외부의 동력 없이 열을 증발부에서 응축부로 수송할 수 있게 된다. 이와 같이, 히트 파이프(13)는 무동력 열이송의 능력을 갖추고 있을 뿐만 아니라 동일 크기의 구리막대보다 수백배 이상의 열전도율을 나타내는 것으로서, 본 발명에서는, 열전소자(10)의 발열체(12)에 설치된다.

다음으로, 상기 방열핀(14)은, 열전소자(10)의 저온냉각부 즉 냉각핀(11)을 통과한 공기가 2차적으로 접촉하며 통과하도록 히트 파이프(13)의 공기 출구측 단부에 설치되는데, 냉각핀(11)을 통과한 공기가 히트 파이프(13)를 통해 전달되는 열을 충분히 흡수할 수 있도록 적정한 갯수의 핀(fin)으로 구성된다. 특히, 이 방열핀(14)이 설치되는 히트 파이프(13)의 해당 부분이, 냉각핀(11)을 통과한 유동 공기가 방열핀(14)을 직통으로 지나가도록 도면에서와 같이 적절한 각도로 벤딩된 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

<제2실시예>

도 3은 본 발명에 따른 김서림 방지 장치의 제2실시예를 보여주고 있다. 여기서는 "S"자로 굴곡진 덕트(D)에 열전소자(10,10')가 설치되되, 덕트(D) 내부의 유동공기가 한개 또는 그 이상의 열전소자(10,10')에 각각 구비되어 있는 저온냉각부와 고온가열부를 차례로 통과하는 구조로 되어 있다. 즉, 열전소자(10,10')의 저온냉각부는 덕트(D)의 공기 유입측에 설치되고, 고온가열부는 덕트(D)의 공기 유출측에 설치되는 구조이다. 특히, 열전소자(10,10')의 고온가열부는 상기 제1실시예와는 달리 발열체(12,12')로만 이루어져 있으며, 저온냉각부는 앞서와 마찬가지로 다수의 냉각핀(11,11')으로 이루어져 있다.

한편, 도 3에는 두개의 열전소자(10,10')가 배열된 구조가 나타나 있으나, 한개의 열전소자만으로 구성하거나 세개 이상의 열전소자로 구성할 수도 있다. 다만, 어느 경우에도 열전소자의 배열은, 덕트(D)내의 유동 공기가 항상 열전소자(10,10')의 저온냉각부 즉 냉각핀(11,11')을 1차적으로 먼저 통과한 뒤에 고온가열부 즉 발열체(12,12')를 2차적으로 통과하도록, 냉각핀(11,11')은 공기 유입측에 설치되고 발열체(12,12')는 공기 유출측에 설치되는 구조로 되어야만 한다.

다음으로, 이하에서는, 전술한 제1실시예에 의거하여 본 발명의 작동을 설명한다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, HVAC 시스템의 덕트(D)에 본 발명의 김서림 방지 장치가 설치된 상태에서, 덕트(D)의 내부를 통해 차창측으로 배출되는 공기가 본 발명의 김서림 방지 장치를 경유하게 된다. 이 때, 유동되는 공기는 열전소자(10)를 통과하게 되는데, 특히 열전소자(10)의 저온냉각부 즉 냉각핀(11)과 1차적으로 접촉하며 통과하게 된다. 즉, 덕트(D)내의 유동 공기는 열전소자(10)의 냉각핀(11)과 접촉함으로써, 유동 공기의 온도가 내려감과 아울러 절대습도(공기중의 수분량)도 내려가게 되어 상대습도가 낮아진다. 이를 도 4의 습공기선도를 통해 확인하면, A →B의 과정이 된다. 그리고, 냉각핀(11)을 통과한 유동 공기는 고온가열부의 방열핀(14)과 접촉하게 되는데, 이 방열핀(14)은 발열체(12)로부터 히트 파이프(13)를 통해 전달된 열에 의하여 고온으로 가열된 상태이므로, 방열핀(14)과 접촉하는 유동 공기가 방열핀(14)의 열을 흡수하게 됨으로써 유동 공기중의 상대습도가 가일층 낮아지게 된다. 이를 도 4의 습공기선도에서 확인하면, B →C의 과정이 된다. 이러한 B →C의 과정에서는, 김서림이 발생하는 이슬점온도(습공기선도에서 상대습도가 100%인 라인)와 공기상태점이 점점 멀어지게 됨으로써, 덕트(D)를 통해 차창측으로 방출되는 유동 공기에 의하여 차창의 김서림이 제거되는 것이다. 이와 같이, 덕트(D)내의 유동 공기가 열전소자(10)에 의한 저온측과 고온측을 차례로 통과하여 상대습도가 낮아진 상태로 차창측으로 방출되므로, 차창의 김서림이 신속하게 제거된다.

한편, 차창에 대한 김서림 발생을 미연에 방지하기 위해서는, 차실내 공기의 상태변화를 지속적으로 파악하고 있어야 하며, 김서림 조건이 형성되었을 경우에는 본 발명의 김서림 제거 및 방지 장치를 구동하여 김서림 조건을 없애주어야 한다.

이를 위하여 전술한 본 발명의 김서림 방지 장치를 자동으로 제어하는 방법에 대해 살펴보면 다음과 같다.

첫번째 방법으로, 차실내 공기의 온도와 습도를 측정한 후, 이 때의 이슬점 온도와 차창표면온도를 비교하여, 차창표면온도가 이슬점온도 이하(즉, 차창표면온도 ≤이슬점온도)일 때 김서림이 발생하는 것으로 판단함으로써, 김서림 방지 장치를 가동한다.

두번째 방법으로, 차창표면온도를 측정 및 비교하지 않고 차량 내 ·외부의 온도차 만으로 김서림 발생 조건을 판단하는데, 이는 차량의 내기온도와 외기온도간의 함수 형태로써 김서림이 발생하는 조건(상대습도값)을 실험을 통해 확인할 수 있다. 즉, 도 5를 참조하면, 차창온도 T_w = 외기온도 T_amb + 계수 F * (내기온도 T_in - 외기온도 T_amb)의 관계를 알 수 있는데, 이 때 계수 F값은 내기온도 T_in와 내기상대습도 RH_in의 함수로 표현된다. 다시 말하면, 김서림이 발생하는 차창온도(T_w)는 차창의 이슬점온도(T_d)이므로, T_w = T_d = f(T_in, RH_in)의 관계를 갖는다. 도 6은 내 ·외기 온도차와 내기상태습도의 함수로 김서림 발생 여부를 판단하기 위한 실험 데이터를 보여주고 있는데, 이 그림에서 조정된 라인이 계수 F의 라인이며, 계수 F 라인의 윗쪽은 김서림이 발생한 상태를 보여주고, 계수 F 라인의 아랫쪽은 김서림이 발생하지 않은 상태를 나타내므로, 이 F 라인이 김서림 발생 여부의 경계선이 된다. 따라서, 특정한 F값이 김서림 발생 여부의 경계선으로서, 이 값을 입력하여 계산되는 이슬점온도(T_d)값과 차실 내부 공기에서 얻어지는 이슬점온도값을 비교하여 김서림 여부를 판단할 수 있다. 즉, "산출된 차창의 이슬점온도(T_d) ≤차량 내기의 이슬점온도" 일 때 김서림이 발생하므로(이 때, F값은 0.2∼0.5까지 적용하여 산출된 T_d값을 제어 로직에 사용한다), 이에 의거하여 김서림 방지 장치를 가동하면 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 김서림 방지 장치 및 그 방법은, 자동차의 내 ·외부 온도차 또는 자동차 내부의 습도로 인해 차량의 윈드실드글래스에 발생하는 김서림을 신속히 제거하고, 보다 효율적으로 김서림 현상을 미연에 방지함으로써, 안전운행에 크게 기여하는 효과를 나타낸다.

더욱이, 기존의 에어컨을 구동하는 방식에 비해 김서림을 제거 및 방지하는 데에 우수한 효율을 나타내는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 김서림 방지 장치의 제1실시예를 나타낸 사시도,

도 2는 도 1의 실시예에 적용되는 히트 파이프에 대한 설명도,

도 3은 본 발명에 따른 김서림 방지 장치의 제2실시예를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명을 이용한 김서림 제거 및 방지를 설명하기 위한 습공기선도,

도 5는 본 발명에서 차창의 온도 환경을 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명에서 차실 내 ·외기의 온도차 및 내기상대습도에 대한 실험 데이터를 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 열전소자 11 : 냉각핀

12 : 발열체 13 : 히트 파이프

14 : 방열핀 D : 덕트

Claims

자동차의 냉 ·난방 및 환기 장치로부터 차창측으로 도입된 덕트에 설치되며, 상기 덕트 내부의 유동 공기가 1차적으로 통과하면서 냉각되도록 하는 저온냉각부와, 상기 유동 공기가 2차적으로 통과하면서 가열되도록 하는 고온가열부가 각각 구비된 열전소자를 포함하여 이루어진 자동차의 김서림 방지 장치.
제1항에 있어서,

상기 열전소자의 저온냉각부는 상기 덕트의 공기 유입측에 설치되는 냉각핀으로 이루어지고, 상기 고온가열부는 상기 덕트 내의 유동 공기와 접촉하지 않도록 설치되는 발열체와 이 발열체로부터 상기 덕트의 공기 출구측으로 연장 형성된 히트 파이프 및 이 히트 파이프의 공기 출구측 단부에 설치되어 상기 저온냉각부를 통과한 공기가 접촉하며 통과하게 되는 방열핀으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 김서림 방지 장치.
제2항에 있어서,

상기 히트 파이프의 상기 방열핀이 설치된 부분이, 상기 열전소자의 저온냉각부를 통과한 유동 공기가 상기 방열핀을 직통으로 지나가도록 벤딩된 것을 특징으로 하는 자동차의 김서림 방지 장치.
제1항에 있어서,

상기 열전소자의 저온냉각부는 냉각핀으로 이루어져 상기 덕트의 공기 유입측에 설치되고, 상기 고온가열부는 상기 저온냉각부와 일체인 발열체로 이루어져 상기 덕트의 공기 유출측에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 김서림 방지 장치.
제4항에 있어서,

상기 열전소자는 복수 개로 구성되어, 일련의 저온냉각부는 상기 덕트의 공기 유입측에 설치되고, 일련의 고온가열부는 상기 덕트의 공기 유출측에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 김서림 방지 장치.
제1항에 기재된 김서림 방지 장치를 이용한 자동차의 김서림 방지 방법으로서,

상기 덕트 내부의 유동 공기를 상기 저온냉각부와 1차로 접촉시켜 상기 유동 공기의 상대습도를 낮추는 과정;

이어서 상기 유동 공기를 상기 고온가열부와 2차로 접촉시켜 상기 유동 공기의 상대습도를 더욱 낮추는 과정;

이어서, 상기 유동 공기를 차창측으로 방출되도록 하는 과정을 포함하여 이루어진 자동차의 김서림 방지 방법.
제6항에 있어서,

"차창표면온도 ≤이슬점온도"의 조건에서 상기 김서림 방지 장치를 가동하는 것을 특징으로 하는 자동차의 김서림 방지 방법.
제6항에 있어서,

하기 식 1에 의해 얻어진 차창의 이슬점온도에 의거하여, "차창의 이슬점온도 ≤차량 내기 이슬점온도"의 조건에서 상기 김서림 방지 장치를 가동하는 것을 특징으로 하는 자동차의 김서림 방지 방법.

식 1 : 차창의 이슬점온도 = 차량 외기온도 + F * (차량 내기온도 - 차량 외기온도) 여기서, F = 0.2∼0.5 이다.