KR101523682B1 - 전기자동차용 공조장치 - Google Patents

전기자동차용 공조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차용 공조장치에 관한 것으로서, PTC 히터제어기 내부로의 수분유입현상을 방지하여, 수분유입으로 인한 히터제어기의 손상과 고장을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 공조케이스의 내부통로를 따라 송풍되는 공기를 가열하는 PTC 히터와, PTC 히터의 발열량을 제어하는 히터제어기와, 공조케이스의 내부공기 일부를 히터제어기의 내부로 공급하여 히터제어기를 냉각시키는 냉각장치 및, 히터제어기의 내부로 공급된 공기가 배출될 수 있도록 히터제어기에 형성되는 공기배출구를 포함하는 전기자동차용 공조장치에 있어서, 공기배출구를 통해 히터제어기의 내부로 침투하는 수분을 차단할 수 있도록, 공기배출구에 설치되는 수분침투 방지장치를 구비한다.

Description

전기자동차용 공조장치{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차용 공조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, PTC 히터제어기 내부로의 수분유입현상을 방지하여, 수분유입으로 인한 히터제어기의 손상과 고장을 방지할 수 있는 전기자동차용 공조장치에 관한 것이다.
하이브리드(Hybrid) 차량이나 전기차량은, 엔진의 사용이 제한적이거나 엔진을 사용하지 않으므로 난방에 필요한 엔진 냉각수가 부족하거나 엔진 냉각수를 얻을 수 없다.
따라서, 하이브리드 차량이나 전기차량(이하, "차량"이라 통칭함)의 공조장치는, 엔진 냉각수 없이도 차실내를 난방할 수 있는 난방장치를 채용하고 있다. 그 일례로서, PTC 히터(Positive Temperature Coefficient Heater) 장치가 있다.
PTC 히터 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공조케이스(10)의 내부통로(12)상에 설치되는 PTC 히터(20)와, PTC 히터(20)를 제어하는 히터제어기(30)를 포함한다.
PTC 히터(20)는, 고전압 PTC이며, PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티비(Duty Ratio:펄스폭의 넓이) 제어에 의해 발열량이 조절된다.
히터제어기(30)는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 공조케이스(10)의 외면에 설치된다. 특히, 인테이크 유닛(14)의 측면부분에 설치되며, 케이싱(32)과, 케이싱(32)의 내부에 설치되는 PCB 기판(34)과, PCB 기판(34)상에 설치되는 각종 전기부품(36), 예를 들면, 마이콤과 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등을 갖추고 있다. 이러한 히터제어기(30)는, PTC 히터(20)의 "PWM 신호"를 제어한다. 따라서, PTC 히터(20)의 발열량을 조절한다.
그리고 히터제어기(30)는, 고전압의 전류를 제어하므로, 고온의 열이 발생된다. 따라서, 고온의 열을 냉각시키기 위한 냉각장치(40)를 갖추고 있다.
냉각장치(40)는, 공조케이스(10)의 내부공기 일부를 바이패스하여 히터제어기(30)로 공급하는 바이패스 관(42)을 포함한다.
바이패스 관(42)은, 블로어(50)의 하류측 공기를 바이패스한 다음, 바이패스된 공기를 히터제어기(30)의 내부로 공급한다. 따라서, 히터제어기(30)의 내부를 냉각시킨다.
특히, 케이싱(32)의 내부에 설치되는 각종 전기부품(36), 예를 들면, IGBT, 마이콤 등을 냉각시킨다. 이로써, 히터제어기(30)의 과열을 방지한다. 그 결과, 과열로 인한 히터제어기(30)의 오작동과 고장을 방지한다.
한편, 히터제어기(30)의 케이싱(32)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 공기배출구(60)가 형성되어 있다. 공기배출구(60)는, 케이싱(32)의 내부로 공급된 공기를 외부로 배출시킨다.
그런데, 이러한 종래의 공조장치는, 히터제어기(30)에 형성된 공기배출구(60)로 외부의 수분이 침투한다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 히터제어기(30)의 내부로 수분이 유입되어 내부의 전기부품(36)들을 손상시킨다는 문제점이 있다.
특히, 히터제어기(30)의 주변부에는 외부와의 온도 차이로 인해 습기가 차면서 물방울이 맺히게 되는데, 이러한 물방울이 공기배출구(60)를 통해 히터제어기(30)의 내부로 유입된다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 히터제어기(30)의 전기부품(36)들이 손상 및 고장난다는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 히터제어기의 공기배출구로 침투하는 수분을 원천적으로 차단할 수 있는 전기자동차용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 히터제어기의 공기배출구로 침투하는 수분을 원천적으로 차단할 수 있도록 구성함으로써, 히터제어기 내부로의 수분유입을 방지할 수 있는 전기자동차용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 히터제어기 내부로의 수분유입을 방지할 수 있도록 구성함으로써, 수분의 유입으로 인한 히터제어기의 손상과 고장을 방지할 수 있는 전기자동차용 공조장치를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전기자동차용 공조장치는, 공조케이스의 내부통로를 따라 송풍되는 공기를 가열하는 PTC 히터와, 상기 PTC 히터의 발열량을 제어하는 히터제어기와, 상기 공조케이스의 내부공기 일부를 상기 히터제어기의 내부로 공급하여 상기 히터제어기를 냉각시키는 냉각장치 및, 상기 히터제어기의 내부로 공급된 공기가 배출될 수 있도록 상기 히터제어기에 형성되는 공기배출구를 포함하는 전기자동차용 공조장치에 있어서, 상기 공기배출구를 통해 상기 히터제어기의 내부로 침투하는 수분을 차단할 수 있도록, 상기 공기배출구에 설치되는 수분침투 방지장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 수분침투 방지장치는, 상기 히터제어기의 내부공기를 배출시킬 수 있도록, 상기 공기배출구에 설치되는 공기배출관과; 상기 히터제어기의 내부로부터 외부로 배출되는 공기는 통과시키고, 외부로부터 상기 히터제어기의 내부로 침투하는 수분은 차단할 수 있도록 상기 공기배출관의 내경부에 설치되는 통풍방수요소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치에 의하면, 히터제어기의 공기배출구에 수분침투 방지장치를 설치하는 구조이므로, 공기배출구로 침투하는 수분을 원천적으로 차단할 수 있으며, 이를 통해 히터제어기 내부로의 수분유입현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 히터제어기 내부로의 수분유입현상을 방지할 수 있는 구조이므로, 수분의 유입으로 인한 히터제어기의 손상과 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공기배출구에 설치되는 수분침투 방지장치를 통해, 히터제어기로부터 외부로 배출되는 공기의 배출속도를 제한할 수 있다. 따라서, 히터제어기 내부에서의 공기 이동속도를 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 히터제어기 내부에서의 공기 이동속도를 제어할 수 있으므로, 히터제어기 내부에서의 공기 지체시간을 연장시킬 수 있다. 따라서, 히터제어기에 공급된 공기가 상기 히터제어기의 내부에서 충분히 머물면서 내부의 전기부품을 효율좋게 냉각시킬 수 있게 한다. 이로써, 히터제어기의 냉각효율을 현저하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전기자동차용 공조장치를 나타내는 도면,
도 2는 종래의 전기자동차용 공조장치를 나타내는 도면으로서, 도 1을 "A"방향에서 바라본 도면,
도 3은 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치의 주요 특징부를 나타내는 분해사시도,
도 4는 도 3의 결합상태를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치를 살펴보기에 앞서, 도 1과 도 3과 도 4를 참조하여 공조장치의 PTC 히터(20)와, PTC 히터(20)를 제어하는 히터제어기(30)에 대해 간략하게 설명한다.
PTC 히터(20)는, 공조케이스(10)의 내부통로(12)에 설치되며, PWM 신호의 듀티비 제어에 의해 발열량이 조절된다.
히터제어기(30)는, 케이싱(32)과, 케이싱(32)의 내부에 설치되는 PCB 기판(34)과, PCB 기판(34)상에 설치되는 각종 전기부품(36)들을 구비하는 것으로, PTC 히터(20)의 "PWM 신호"를 제어한다. 따라서, PTC 히터(20)의 발열량을 조절한다.
그리고 히터제어기(30)는, 내부의 전기부품(36)들을 냉각시키기 위한 냉각장치(40)를 갖추고 있다.
냉각장치(40)는, 공조케이스(10)의 내부공기 일부를 바이패스하여 히터제어기(30)로 공급하는 바이패스 관(42)을 구비한다.
바이패스 관(42)은, 블로어(50)의 하류측 공기를 바이패스한 다음, 바이패스된 공기를 히터제어기(30)의 내부로 공급한다. 따라서, 히터제어기(30)의 내부 전기부품(36)들을 냉각시킨다.
한편, 히터제어기(30)의 케이싱(32) 밑면에는, 공기배출구(60)가 형성되어 있다. 공기배출구(60)는, 케이싱(32)의 내부로 공급된 공기를 외부로 배출시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치의 특징부를 도 3과 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 공조장치는, 히터제어기(30)의 공기배출구(60)에 설치되는 수분침투 방지장치(70)를 구비한다.
수분침투 방지장치(70)는, 공기배출구(60)에 고정적으로 설치되는 공기배출관(72)을 구비한다.
공기배출관(72)은, 공기배출구(60)에 틈새없이 끼워지며, 이렇게 끼워진 공기배출관(72)은 히터제어기(30)의 내부공기를 외부로 배출시키는 역할을 한다. 특히, 히터제어기(30)의 내부를 냉각시킨 공기를 외부로 배출시킨다.
여기서, 공기배출구(60)에 끼워지는 공기배출관(72)의 선단부분에는 다수의 걸림후크(72a)들이 형성되어 있으며, 반대쪽의 공기배출관(72) 말단부분에는 플랜지(72b)가 형성되어 있다.
다수의 걸림후크(72a)들은, 공기배출구(60)에 끼워진 상태에서 공기배출구(60)의 안쪽면 둘레부분에 걸리도록 구성되며, 이렇게 구성된 걸림후크(72a)들은, 공기배출구(60)로부터 공기배출관(72)이 빠지면서 분리되는 것을 방지한다.
플랜지(72b)는, 공기배출구(60)의 바깥쪽면 둘레부분에 걸리면서 밀착되게 구성되며, 이렇게 구성된 플랜지(72b)는, 공기배출관(72)이 공기배출구(60)에 과도하게 끼워지는 것을 방지한다.
여기서, 공기배출관(72)의 외면둘레에는, 오링(O-Ring)(72c)이 끼워지는데, 이 오링(72c)은, 공기배출관(72)을 공기배출구(60)에 조립할 시에, 공기배출관(72)의 플랜지(72b)와 공기배출구(60) 주변의 케이싱(32)부분 사이에 배치된다.
이렇게 배치된 오링(72c)은, 공기배출구(60)와 공기배출관(72)의 사이를 수밀적으로 밀봉시킨다. 따라서, 공기배출구(60)와 공기배출관(72) 사이로의 수분 침투현상을 방지한다.
다시, 도 3과 도 4를 참조하면, 수분침투 방지장치(70)는, 공기배출관(72)의 내경부(72d)에 설치되는 통풍방수요소(通風防水 element)(74)를 구비한다.
통풍방수요소(74)는, 공기는 통과시키고 수분은 차단하는 섬유, 예를 들면, PTFE(PolyTetra Floro Ethylene)섬유, 고어텍스(Gore-Tex)섬유 등으로 구성되며, 공기배출관(72)의 내경부(72d)를 가로막도록 설치된다.
이러한 통풍방수요소(74)는, 공기배출관(72)의 내경부(72d)로부터 외부로 배출되는 공기는 통과시키고, 외부로부터 공기배출관(72)의 내경부(72d)로 침투하는 수분은 차단한다. 따라서, 히터제어기(30)의 내부로부터 외부로 배출되는 공기는 통과시키고, 외부로부터 히터제어기(30)의 내부로 침투하는 수분은 차단한다.
이로써, 통풍방수요소(74)는, 히터제어기(30) 내부로부터의 공기배출은 허용하되, 히터제어기(30) 내부로의 수분유입은 원천적으로 방지한다. 그 결과, 수분의 유입으로 인한 히터제어기(30)의 손상과 고장을 예방할 수 있다.
이 밖에도, 통풍방수요소(74)는, 공기배출관(72)의 내경부(72d)를 가로막는 구조이므로, 공기배출관(72)을 통해 배출되는 공기의 흐름을 어느 정도 제한하는 역할도 한다.
따라서, 히터제어기(30)의 내부에 공급된 공기가 상기 히터제어기(30)의 내부에서 충분히 지체하면서 내부의 전기부품(36)을 충분히 냉각시킬 수 있게 한다. 이로써, 전기부품(36)의 냉각효율을 향상시키는 역할도 한다.
이러한 통풍방수요소(74)는, 공기배출관(72)의 내경부(72d)에 설치되어 있되, 내경부(72d)의 출구측부분에 설치되는 것이 좋다. 특히, 히터제어기(30)의 외측부분에 대응되는 부분에 설치되는 것이 바람직하다.
이렇게 구성한 이유는, 통풍방수요소(74)가 오염되거나 손상되었을 시에, 히터제어기(30)의 외측부분에서 상기 통풍방수요소(74)를 보다 손쉽게 세척 및 교환작업할 수 있도록 하기 위함이다.
다시, 도 3과 도 4를 참조하면, 수분침투 방지장치(70)는, 공기배출관(72)의 내경부(72d) 외측부분에 간격을 두고 설치되는 보호캡(76)을 더 구비한다.
보호캡(76)은, 공기배출관(72)의 내경부(72d)에 대응되는 원형의 판체로서, 상면의 가장자리에 형성되는 다수의 돌출로드(76a)와, 각 돌출로드(76a)의 끝부분에 형성되는 결합후크(76b)들을 갖추고 있다.
특히, 결합후크(76b)들은, 공기배출관(72)의 플랜지(72b)에 형성된 결합구멍(72e)에 끼워져 결합되며, 이렇게 결합된 결합후크(76b)들은, 상기 보호캡(76)을 공기배출관(72)에 고정적으로 결합시킨다.
여기서, 돌출로드(76a)의 중간부분에는, 단차부(76c)가 형성되어 있다. 단차부(76c)는, 보호캡(76)을 플랜지(72b)에 결합시킬 시에, 상기 플랜지(72b)부분에 걸려서 지지되도록 구성된다.
이렇게, 공기배출관(72)의 플랜지(72b)부분에 지지된 돌출로드(76a)의 단차부(76c)는, 보호캡(76)이 공기배출관(72)에 대해 일정한 간격을 유지하면서 이격될 수 있게 한다.
특히, 보호캡(76)이 공기배출관(72)의 내경부(72d)에 대해 일정한 간격을 유지하면서 이격될 수 있게 한다. 따라서, 공기배출관(72)의 내경부(72d)로부터 공기가 배출될 시에, 공기의 배출작용을 방해하지 않게 한다.
이러한 구성의 보호캡(76)은, 공기배출관(72)의 내경부(72d) 외측부분에 간격을 두고 설치되므로, 내경부(72d)부분에 설치된 통풍방수요소(74)를 덮어서 보호하는 역할을 한다. 특히, 외부 이물질과의 접촉 및 충격으로부터 보호한다. 따라서, 외부 이물질과의 접촉 및 충격으로부터 통풍방수요소(74)가 오염되거나 손상되는 것을 방지한다.
한편, 이러한 보호캡(76)은, 결합후크(76b)들을 공기배출관(72)의 결합구멍(72e)으로부터 결합해제시키면, 상기 공기배출관(72)으로부터 분리가 가능하다.
이렇게 공기배출관(72)으로부터 분리가 가능한 보호캡(76)은, 공기배출관(72)에 설치된 통풍방수요소(74)가 오염 및 손상되었을 시에, 통풍방수요소(74)의 교환 및 세척작업을 용이하게 할 수 있도록 한다.
이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 히터제어기(30)의 공기배출구(60)에 수분침투 방지장치(70)를 설치하는 구조이므로, 공기배출구(60)로 침투하는 수분을 원천적으로 차단할 수 있으며, 이를 통해 히터제어기(30) 내부로의 수분유입현상을 방지할 수 있다.
또한, 히터제어기(30) 내부로의 수분유입현상을 방지할 수 있는 구조이므로, 수분의 유입으로 인한 히터제어기(30)의 손상과 고장을 방지할 수 있다.
또한, 공기배출구(60)에 설치되는 수분침투 방지장치(70)를 통해, 히터제어기(30)로부터 외부로 배출되는 공기의 배출속도를 제한할 수 있다. 따라서, 히터제어기(30) 내부에서의 공기 이동속도를 제어할 수 있게 된다.
또한, 히터제어기(30) 내부에서의 공기 이동속도를 제어할 수 있으므로, 히터제어기(30) 내부에서의 공기 지체시간을 연장시킬 수 있다. 따라서, 히터제어기(30)에 공급된 공기가 상기 히터제어기(30)의 내부에서 충분히 머물면서 내부의 전기부품(36)을 효율좋게 냉각시킬 수 있게 한다. 이로써, 히터제어기(30)의 냉각효율을 현저하게 향상시킨다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 공조케이스 12: 내부통로
20: PTC 히터(Heater) 30: 히터제어기
32: 케이싱(Casing) 34: PCB 기판
36: 전기부품 40: 냉각장치
42: 바이패스 관 50: 블로어(Blower)
60: 공기배출구 70: 수분침투 방지장치
72: 공기배출관 72a: 걸림후크(Hook)
72b: 플랜지(Flange) 72c: 오링(O-Ring)
72d: 내경부 74: 통풍방수요소
76: 보호캡(Cap) 76a: 돌출로드(Rod)
76b: 결합후크(Hook)

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  4. 공조케이스(10)의 내부통로(12)를 따라 송풍되는 공기를 가열하는 PTC 히터(20)와, 상기 PTC 히터(20)의 발열량을 제어하는 히터제어기(30)와, 상기 공조케이스(10)의 내부공기 일부를 상기 히터제어기(30)의 내부로 공급하여 상기 히터제어기(30)를 냉각시키는 냉각장치(40) 및, 상기 히터제어기(30)의 내부로 공급된 공기가 배출될 수 있도록 상기 히터제어기(30)에 형성되는 공기배출구(60)를 포함하는 전기자동차용 공조장치에 있어서,
    상기 공기배출구(60)를 통해 상기 히터제어기(30)의 내부로 침투하는 수분을 차단할 수 있도록, 상기 공기배출구(60)에 설치되는 수분침투 방지장치(70)를 포함하고;
    상기 수분침투 방지장치(70)는,
    상기 히터제어기(30)의 내부공기를 배출시킬 수 있도록, 상기 공기배출구(60)에 설치되는 공기배출관(72)과;
    상기 히터제어기(30)의 내부로부터 외부로 배출되는 공기는 통과시키고, 외부로부터 상기 히터제어기(30)의 내부로 침투하는 수분은 차단할 수 있도록 상기 공기배출관(72)의 내경부(72d)에 설치되는 통풍방수요소(74)를 포함하며;
    상기 공기배출관(72)은,
    상기 공기배출구(60)에 끼워져 조립되는 것으로, 상기 공기배출구(60)에 끼워지는 선단부분에는 상기 공기배출구(60)의 안쪽면 둘레부분에 걸려서 결합되는 다수의 걸림후크(72a)들이 형성되어 있고;
    반대쪽의 말단부분에는 상기 공기배출구(60)의 바깥쪽면 둘레부분에 밀착되는 플랜지(72b)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 공기배출관(72)의 플랜지(72b)와, 이에 대응되는 공기배출구(60) 주변의 히터제어기(30)부분 사이를 수밀적으로 밀봉할 수 있도록, 상기 공기배출관(72)의 외면에 끼워지는 고무재질의 오링(O-Ring)(72c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  6. 공조케이스(10)의 내부통로(12)를 따라 송풍되는 공기를 가열하는 PTC 히터(20)와, 상기 PTC 히터(20)의 발열량을 제어하는 히터제어기(30)와, 상기 공조케이스(10)의 내부공기 일부를 상기 히터제어기(30)의 내부로 공급하여 상기 히터제어기(30)를 냉각시키는 냉각장치(40) 및, 상기 히터제어기(30)의 내부로 공급된 공기가 배출될 수 있도록 상기 히터제어기(30)에 형성되는 공기배출구(60)를 포함하는 전기자동차용 공조장치에 있어서,
    상기 공기배출구(60)를 통해 상기 히터제어기(30)의 내부로 침투하는 수분을 차단할 수 있도록, 상기 공기배출구(60)에 설치되는 수분침투 방지장치(70)를 포함하고;
    상기 수분침투 방지장치(70)는,
    상기 히터제어기(30)의 내부공기를 배출시킬 수 있도록, 상기 공기배출구(60)에 설치되는 공기배출관(72)과;
    상기 히터제어기(30)의 내부로부터 외부로 배출되는 공기는 통과시키고, 외부로부터 상기 히터제어기(30)의 내부로 침투하는 수분은 차단할 수 있도록 상기 공기배출관(72)의 내경부(72d)에 설치되는 통풍방수요소(74)를 포함하며;
    상기 통풍방수요소(74)를 외부 이물질과의 접촉 및 충격으로부터 보호할 수 있도록, 상기 공기배출관(72)의 내경부(72d) 외측부분에 간격을 두고 설치되는 보호캡(76)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 보호캡(76)은,
    상기 공기배출관(72)의 일부분에 결합되는 다수의 결합후크(76b)들을 구비하며,
    상기 결합후크(76b)들은 상기 공기배출관(72)으로부터 결합해제가 가능하여 상기 보호캡(76)을 상기 공기배출관(72)로부터 분리할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
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