KR101715727B1 - 열전소자 모듈을 구비한 차량용 공조장치 - Google Patents

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Abstract

공기의 유동 저항을 감소시키면서 열전소자모듈의 개수를 늘려 열효율을 향상시킴과 아울러 덕트의 폭을 증가시키지 않으면서 효율적으로 방열을 수행하는 개선된 구조의 열전소자모듈을 구비한 차량용 공조장치가 개시된다. 열전소자모듈을 구비한 차량용 공조장치는 내부에 가열수단 및 냉각수단을 구비하여 차량 실내로 냉기 또는 온기를 선택적으로 송풍시키는 전석측 공조장치와, 상기 전석측 공조장치로부터 연장되어 공조 공기를 차량 후석 측으로 안내하는 덕트와, 전원 인가에 따라 일측면이 냉각되고 타측면이 가열되는 열전소자와, 상기 열전소자의 일측면에 접촉되어 상기 덕트 내부를 유동하는 공기와 열교환되는 방열 핀을 포함하며, 상기 열전소자 및 방열 핀은 상기 덕트 내부의 공기 유동 방향에 대해 수직 방향으로 병렬로 다수 열을 이루도록 배치된다. 따라서, 공기의 유동 저항을 감소시키면서 열전소자모듈의 개수를 늘려 열효율을 향상시키고, 블로워의 정압을 상승시키지 않으며, 덕트의 폭을 증가시키지 않으면서 효율적으로 방열을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

열전소자 모듈을 구비한 차량용 공조장치{AIR CONDITIONER FOR VEHICLE WITH THERMOELEMENT MODULE}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에 탑재되어 실내의 온도, 습도, 기류 및 청정도 등의 조건을 사용 목적에 적합한 상태로 유지하는 열전소자 모듈을 차량용 공조 장치에 관한 것이다.
차량용 공조장치는 차량 외부의 공기를 차량 실내로 도입하거나 차량 실내의 공기를 순환시키는 과정에서 가열 또는 냉각시켜 차량 실내를 냉방 또는 난방하기 위한 장치로서, 공조케이스의 내부에는 냉각작용을 위한 증발기와, 가열작용을 위한 히터코어 및 증발기나 히터코어에 의해 냉각 또는 가열된 공기를 송풍 모드 전환용 도어를 사용하여 차량 실내의 각 부분으로 선택적으로 송풍하도록 이루어진다.
일반적으로, 이러한 차량용 공조장치는 차량의 운전석 전방에 설치되어 공조 공기를 토출하도록 이루어지며, 콘솔과 같은 차량 후석까지 덕트를 연장 설치하여 차량 실내 전체에 걸쳐 공조 공기를 공급하고 있다. 최근에는, 차량 실내에 음료나 음식물을 보관하기 위한 소형 냉온장고가 글로브 박스나 콘솔 박스 암레스트 등의 내부 공간에 설치되고 있으며, 냉온장고의 냉온장은 차량 전방에 설치된 공조장치로부터 연장된 덕트를 통해 공급되는 공조 공기에 의해 수행되기도 한다.
선 출원된 대한민국 공개특허공보 제2010-0061172호(2010.06.07)에는 차량 후석용 쿨박스가 개시된바 있다. 도 1은 종래의 차량 후석용 쿨박스를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량 후석용 쿨박스는 암레스트(20)에 장착되는 타입으로서, 내부에 공간을 갖고 덮개(120)를 구비하는 저장박스(100)와, 저장박스(100)의 바닥면에 결합되어 저장박스(100)의 내부로 냉기를 공급하는 열전소자(110)와, 열전소자(110)에서 발생되는 열을 배출하도록 내부에 공기가 흐르는 덕트(200)를 포함한다. 암레스트(20)는 시트쿠션(12)과 시트백(14)을 향해 회동 가능하게 구성되며 덕트(200)의 일부는 연성관(210)으로 구성된다. 덕트(220)의 내부에는 열전소자(110)의 냉각을 위해 핀 형태의 방열판(220)이 구비되며, 일 측에 공기를 유동시키기 위한 블로워 모터(300)가 구비된다. 미설명된 부호 30은 트렁크이다.
또한, 선 출원된 대한민국 공개특허공보 제2012-0084486호(2012.07.30)에는 열전소자모듈을 이용한 차량용 냉온장고가 개시된바 있다. 도 2는 종래의 열전소자모듈을 이용한 차량용 냉온장고를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 열전소자모듈을 이용한 차량용 냉온장고(100)는 저장실(111)이 형성된 본체(110)와, 본체(110)의 일측면에 장착되어 저장실(111)에 흡열 또는 방열하는 열전소자모듈을 포함한다. 열전소자모듈은 냉/온장 운전용 열전소자모듈(120) 및 운전 전환용 열전소자모듈(130)로 구성된다. 본체(110)의 외면을 따라 공기 유동이 이루어지도록 실내 공기가 유입되는 유입부(151)와, 유입된 실내 공기를 토출하는 토출부(152)가 형성되며, 본체(110)의 외면에 설치되어 유입된 실내 공기를 열전소자모듈과 열교환되도록 하는 덕트(150)와, 배기팬(160)을 구비한다. 제어부(140)는 열전소자모듈의 작동을 제어한다.
하지만, 종래의 덕트 내에서 방열 핀에 의해 열교환되는 열전소자모듈의 구조는 덕트 내를 유동하는 공기가 방열 핀 또는 열전소자모듈에 의해 저항체로 작용하여 풍량이 저하되는 문제점이 있었다. 즉, 열전소자모듈의 효율을 향상시키기 위해서는 덕트 내의 공기와 방열 핀 간의 열교환 면적을 증대시켜야 하는데, 이러한 열교환 면적의 증대는 방열 핀의 전체 길이를 증가시켜 유동 저항이 커지고, 공기를 강제 순환하기 위한 블로워의 정압이 상승되는 문제점이 있다. 또한, 열교환 면적을 증가시키기 위해 방열핀을 공기 유동 방향에 대해 직각 방향으로 길게 형성하게 되면 덕트의 폭이 증가되어 패키지 사이즈를 만족할 수 없는 문제점이 있다.
특허문헌 1: 대한민국 공개특허공보 제2010-0061172호(2010.06.07) 특허문헌 2: 대한민국 공개특허공보 제2012-0084486호(2012.07.30)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 공기의 유동 저항을 감소시키면서 열전소자모듈의 개수를 늘려 열효율을 향상시킴과 아울러 덕트의 폭을 증가시키지 않으면서 효율적으로 방열을 수행하는 개선된 구조의 열전소자모듈을 구비한 차량용 공조장치를 제공한다.
본 발명에 따른 열전소자모듈을 구비한 차량용 공조장치는 내부에 가열수단 및 냉각수단을 구비하여 차량 실내로 냉기 또는 온기를 선택적으로 송풍시키는 전석측 공조장치와, 상기 전석측 공조장치로부터 연장되어 공조 공기를 차량 후석 측으로 안내하는 덕트와, 전원 인가에 따라 일측면이 냉각되고 타측면이 가열되는 열전소자와, 상기 열전소자의 일측면에 접촉되어 상기 덕트 내부를 유동하는 공기와 열교환되는 방열 핀을 포함하며, 상기 열전소자 및 방열 핀은 상기 덕트 내부의 공기 유동 방향에 대해 수직 방향으로 병렬로 다수 열을 이루도록 배치된다.
본 발명에 따른 열전소자모듈을 구비한 차량용 공조장치는 공기의 유동 저항을 감소시키면서 열전소자모듈의 개수를 늘려 열효율을 향상시키고, 블로워의 정압을 상승시키지 않으며, 덕트의 폭을 증가시키지 않으면서 효율적으로 방열을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량 후석용 쿨박스를 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 열전소자모듈을 이용한 차량용 냉온장고를 도시한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전소자모듈을 구비한 차량용 공조장치를 개략적으로 도시한 구성도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전소자모듈의 설치 구조를 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전소자모듈의 수냉 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이고,
도 6은 도 4의 변형 예에 따른 열전소자모듈의 설치 구조를 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 열전소자모듈을 구비한 차량용 공조장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전소자모듈을 구비한 차량용 공조장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전소자모듈의 설치 구조를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전소자모듈의 수냉 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전소자모듈(600)을 구비한 차량용 공조장치는 전석측 공조장치(510)와, 덕트(530)와, 콘솔 벤트(520)와, 열전소자와, 방열 핀과, 블로워(521) 및 열교환기를 포함한다.
전석측 공조장치(510)는 내부에 가열수단 및 냉각수단을 구비하여 차량 실내로 냉기 또는 온기를 선택적으로 송풍시키는 것으로서, 입구측에 공기유입구가 형성되고 출구측에는 공기토출구가 형성된 공조케이스와, 상기 공기유입구에 연결되어 내기 또는 외기를 송풍하는 송풍기와, 상기 공조케이스의 내부에 설치되는 증발기 및 히터코어와, 상기 증발기와 히터코어의 사이에 설치되어 히터코어 측으로의 공기 유동을 선택적으로 개폐하는 템프도어를 포함한다. 전석측 공조장치에 대한 상세한 구성은 주지 기술이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
덕트(530)는 상기 전석측 공조장치(510)로부터 연장되어, 전석측 공조장치(510)로부터 토출되는 공조 공기를 차량 후석 측으로 안내하는 작용을 한다. 이 경우, 차량 후석 측이란 글로브 박스, 콘솔 박스, 암레스트 등을 포함할 수 있으며, 본 일 실시 예에서는 덕트(530)가 전석측 공조장치(510)와 콘솔 벤트(520)를 연결한 구성을 설명하기로 한다.
열전소자는 전원 인가에 따라 일측면이 냉각되고 타측면이 가열되는 장치로서, 차량 실내의 주냉난방 또는 보조냉난방을 수행할 수 있는 수단으로 작용한다. 방열 핀은 상기 열전소자의 일측면에 접촉되어, 덕트(530) 내부를 유동하는 공기와 열교환된다. 블로워(521)는 덕트(530) 내부를 유동하는 공기가 방열 핀에 의해 손실된 압력을 극복할 수 있도록 공기 정압을 상승시키는 작용을 한다. 상기 블로워(521)는 공기 유동 방향으로 열전소자의 상류 측 또는 하류 측에 자유로이 설치될 수 있다.
특히, 상기 열전소자 및 방열 핀은 덕트(530) 내부의 공기 유동 방향에 대해 수직 방향으로 병렬로 다수 열을 이루도록 배치된다. 이와 같이, 열전소자 및 방열 핀을 n열로 배열하게 되면 동일한 개수의 열전소자를 1열로 배열한 구조와 비교하여, 공기의 유동 방향으로 방열 핀의 길이가 1/n배로 줄어들게 되어 공기의 유동 저항이 감소하게 된다. 아울러, 각 방열 핀당 공기 유량이 1/n배 줄어들게 되어 유속 감속로 인해 유동 저항이 감소하게 된다.
열교환기는 다수개로 구비될 수 있으며, 본 실시 예에서는 단일의 제1 열교환기(650)를 구비한 구조를 설명하기로 한다. 상기 제1 열교환기(650)는 열전소자의 양면 중 방열 핀의 반대측에 접촉되어, 방열 핀이 냉각된 경우 제1 열교환기(650)는 방열 작용하고 방열 핀이 가열된 경우 제1 열교환기(650)는 흡열 작용하게 된다.
본 실시 예에서 열전소자는 제1 열전소자(630) 및 제2 열전소자(640)로 구성되며, 방열 핀은 제1 방열 핀(610)과 제2 방열 핀(620)으로 구성된다. 상기 제1 열교환기(650)의 양면에는 제1 열전소자(630) 및 제2 열전소자(640)가 구비된다. 아울러, 제1 열전소자(630)에는 제1 방열 핀(610)이 접촉되고, 제2 열전소자(640)에 제2 방열 핀(620)이 접촉되어 있다. 이와 같이, 제한된 덕트(530)의 폭 내에서 다수의 열전소자와 방열 핀이 집약적으로 설치되어 공기 저항을 증가시키지 않으면서 효율적인 열교환을 수행할 수 있다.
상기 덕트(530)의 내부 유로는 공기 유동 방향으로 방열 핀의 상류 측에서 분기되고 방열 핀의 하류 측에서 합류되도록 구성된다. 즉, 상기 덕트(530)의 내부에는 공기의 유동 방향에 대해 수직 방향으로 다수개의 유로가 병렬로 구획 형성되어, 도 4에 도시된 것처럼 제1 유로(531)와 제2 유로(532)를 형성한다. 이 경우, 상기 다수의 방열 핀은 각각 상기 구획된 유로에 배치된다. 더욱 상세하게는, 제1 방열 핀(610)은 제1 유로(531) 내에 배치되고, 제2 방열 핀(620)은 제2 유로(532) 내에 배치된다.
이러한 구성을 통해, 전석측 공조장치(510)로부터 토출되어 덕트(530)를 통해 공급되는 공기는 열전소자모듈(600)의 전단에서 분기되어 제1 방열 핀(610)과 제2 방열 핀(620)으로 동일 유량으로 고르게 공급되고, 열전소자모듈의 후단에서 다시 덕트(530)에 합류되어 콘솔 벤트(520) 측으로 토출된다.
또한, 상기 덕트(530)에는 구획된 각각의 유로들(531)(532) 사이에 공간부(535)가 형성되며, 상기 열전소자(630)(640) 및 제1 열교환기(650)는 공간부(535)에 배치된다. 이러한 구성을 통해, 방열 핀(610)(620)만이 덕트(530)의 내부 공기 유로 상에 배치되고, 열전소자(630)(640) 및 제1 열교환기(650)가 덕트(530)의 내부 유로와 열차단 되도록 구획되어 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 그리고, 이러한 공간부(535), 구획 유로(531)(532) 및 열전소자모듈의 병렬 배치 구조의 협응 구성으로 인해, 공기 저항을 상승시키지 않음과 동시에 덕트 사이즈를 증가시키지 않고도 효율적으로 열전소자모듈을 이용한 냉,난방을 수행할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 열교환기(650)는 수냉식 열교환기 타입으로 구성되고, 상기 제1 열교환기(650)는 냉각 파이프(651)의 순환 회로 상에 설치된다. 아울러, 상기 냉각 파이프(651) 상에 냉각수를 순환시키는 펌프(652) 및 상기 열교환기에서 흡열된 열을 외부로 방열하기 위한 방열용 열교환기(653)가 구비된다. 따라서, 덕트(530) 내부에서 발생된 열을 효율적으로 방열 또는 흡열하여 공조 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 6은 도 4의 변형 예에 따른 열전소자모듈의 설치 구조를 도시한 단면도이다. 도 6에 도시된 실시 예는 전술한 실시 예와 비교하여 열전소자모듈을 3열로 구성한 것으로서, 중복되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하며, 이러한 변형 예를 통해 열전소자모듈이 n열로 다수 쌍이 배치될 수 있음을 예시적으로 설명한 것이다.
도 6을 참조하면, 제2 방열 핀(620)의 양면 중 제2 열전소자(640)의 반대측에 제3 열전소자(670), 제2 열교환기(690), 제4 열전소자(680) 및 제3 방열 핀(660)이 순차적으로 접촉 배열된다. 이 경우, 덕트(530)의 내부 유로는 제1 유로(531), 제2 유로(532) 및 제3 유로(533)로 구획되고, 각 유로들 사이에 공간부(535)가 형성된다. 제3 유로(533)에는 제3 방열 핀(660)이 배치된다. 이러한 구성을 통해, 열전소자모듈이 다수개의 열로 구성되어도 덕트(530)의 폭을 증가시키지 않고 효율적으로 열전소자모듈을 배열할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 열전소자모듈을 구비한 차량용 공조장치는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
510 : 전석측 공조장치 520 : 콘솔 벤트
521 : 블로워 530 : 덕트
600 : 열전소자모듈 610 : 제1 방열 핀
620 : 제2 방열 핀 660 : 제3 방열 핀
630 : 제1 열전소자 640 : 제2 열전소자
670 : 제3 열전소자 680 : 제4 열전소자
650 : 제1 열교환기 690 : 제2 열교환기
531 : 제1 유로 532 : 제2 유로
533 : 제3 유로 535 : 공간부
651 : 냉각 파이프 652 : 펌프
653 : 방열용 열교환기

Claims (6)

  1. 내부에 가열수단 및 냉각수단을 구비하여 차량 실내로 냉기 또는 온기를 선택적으로 송풍시키는 전석측 공조장치(510)와, 상기 전석측 공조장치(510)로부터 연장되어 공조 공기를 차량 후석 측으로 안내하는 덕트(530)와, 전원 인가에 따라 일측면이 냉각되고 타측면이 가열되는 열전소자와, 상기 열전소자의 일측면에 접촉되어 상기 덕트(530) 내부를 유동하는 공기와 열교환되는 방열 핀을 포함하는 열전소자 모듈을 구비한 차량용 공조장치에 있어서,
    상기 열전소자 및 방열 핀은 상기 덕트(530) 내부의 공기 유동 방향에 대해 수직 방향으로 병렬로 다수 열을 이루도록 배치되고,
    상기 덕트(530)의 내부 유로는 공기 유동 방향으로 방열 핀의 상류 측에서 분기되고 방열 핀의 하류 측에서 합류되어, 상기 덕트(530)의 내부에 공기의 유동 방향에 대해 수직 방향으로 다수개의 유로가 병렬로 구획 형성되고, 상기 다수의 방열 핀은 각각 상기 구획된 유로에 배치되며,
    상기 덕트(530)에는 상기 구획된 각각의 유로들 사이에 공간부(535)가 형성되고, 상기 다수의 열전소자들 사이에 열교환기를 구비하며,
    상기 열전소자 및 열교환기는 상기 공간부(535)에 배치되고, 상기 공간부(535)는 덕트(530) 내의 공기 유로와 구획 형성되며, 상기 방열 핀만이 덕트(530)의 내부 공기 유로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 구비한 차량용 공조장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열전소자의 양면 중 방열 핀의 반대측에 접촉되는 제1 열교환기(650)를 구비하고, 상기 제1 열교환기(650)의 양면에 제1 열전소자(630) 및 제2 열전소자(640)가 구비되며, 상기 제1 열전소자(630)에 제1 방열 핀(610)이 접촉되고 상기 제2 열전소자(640)에 제2 방열 핀(620)이 접촉되는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 구비한 차량용 공조장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 방열 핀(620)의 양면 중 제2 열전소자(640)의 반대측에 제3 열전소자(670), 제2 열교환기(690), 제4 열전소자(680) 및 제3 방열 핀(660)이 순차적으로 접촉 배열되는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 구비한 차량용 공조장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 다수의 열전소자들 사이에 수냉식으로 냉각되는 열교환기를 구비하며, 상기 열교환기는 냉각 파이프(651)의 순환 회로 상에 설치되고, 상기 냉각 파이프(651) 상에 냉각수를 순환시키는 펌프(652) 및 상기 열교환기에서 흡열된 열을 외부로 방열하기 위한 방열용 열교환기(653)가 구비되는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 구비한 차량용 공조장치.
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