KR20030046821A - 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템에 관한 것으로서, 고온의 냉각수를 보온저장기에 저장하였다가 이것을 시동시 별도의 구동원없이 워터펌프의 냉각수 압송력을 이용하여 히터코어로 공급할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 자동차용 난방시스템은, 워터펌프(14)에 의하여 엔진(10)으로부터 배출되는 냉각수를 엔진으로 복귀시키는 제1유로(12)와; 상기 제1유로와 히터코어(30)를 연결하는 냉각수 인입유로(32) 및 상기 제1유로와 히터코어를 연결하는 냉각수 배출유로(34)를 가지는 제2유로(31)와; 상기 제1유로와 연결됨과 아울러 연결유로들에 의하여 제2유로와 연결되어 제1유로를 유동하는 냉각수의 유입압력에 의하여 제2유로(31)의 냉각수를 순환시키는 동력전달수단(50)과; 상기 냉각수 인입유로에 설치되는 냉각수 보온저장기(40)와; 그리고, 상기 제2유로의 제1유로와 연결되는 부분에 차례로 설치되어 소정의 설정조건에서 유로를 개방 또는 폐쇄하는 두 개의 단속밸브(60,62)를 포함하여 이루어진다.

Description

초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템{HEATING SYSTEM FOR ENHANCING INITIAL WARMING PERFORMANCE OF VEHICLES}
본 발명은 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템에 관한 것으로서, 특히 시동 초기에 별도의 구동원없이 기존 워터펌프의 냉각수 압송력을 이용하여 냉각수 보온저장기에 저장된 고온의 냉각수를 히터코어에 공급함으로써 시동 초기의 난방성능을 높일 수 있는 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템에 관한 것이다.
자동차용 난방시스템은 엔진 냉각수가 히터코어를 거치는 과정에서 공기조화장치를 구성하는 송풍기에 의하여 송풍되는 공기와 열교환되어 온기 상태로 자동차 실내로 유입됨으로써 자동차 실내를 난방하는 장치이다. 그러나, 동절기에 장기간 차량을 정차시킨 상태에서 운전자가 탑승하여 시동을 걸고 난방시스템을 가동할 경우 시동 초기에는 냉각수의 온도가 낮아 외기 또는 내기가 열교환이 거의 되지 않은 채 자동차 실내로 토출된다. 또한, 자동온도조절장치가 구비된 경우에도 다만 송풍기 모터를 최저단으로 구동시킴과 아울러 공기토출모드를 디프로스트 모드로 설정하여 히터코어로 공급되는 냉각수의 온도가 일정 온도 이상 오를 때까지 찬바람이 운전자나 탑승객 쪽으로 토출되지 않도록 제어하고 있다. 이는 결국 저온의 공기토출에 대한 회피 제어일 뿐 저온 토출의 원인이 되는 시동 초기 낮은 냉각수 온도를 어떻게 해야 할 것인가에 대한 근본적인 해결방안은 되지 못한다.
이러한 점을 고려하여 종래 미합중국 특허 제5,765,511호 공보에 개시된 기술이 제안되었다. 이 선행기술에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 히터코어(110)측 인입유로(120)측에 삼방향밸브(130)가 설치되고, 이 삼방향밸브(130)와 인입유로(120) 사이에 열저장기구(140)가 병렬연결되며, 삼방향밸브(130)의 상류 및 열저장기구(140)의 하류에 제1온도센서(150) 및 제2온도센서(160)가 차례로 설치되고, 두 온도센서(150,160)의 값이 비교회로(170)로 비교되어 삼방향밸브(130)가 절환작동된다. 참조부호 180은 워터펌프이다. 따라서, 제1온도센서(150)의 값이 제2온도센서(160)의 값보다 높으면 삼방향밸브(130)는 열저장기구(140)쪽 유로를 폐쇄하도록 작동함으로써 엔진(100)측으로부터 배출되는 냉각수는 삼방향밸브(130)를 거쳐 곧바로 히터코어(110)로 공급된다. 또 시동 초기에 제1온도센서(150)의 값이 제2온도센서(160)의 값보다 낮으면 삼방향밸브(130)는 히터코어(110)쪽 유로를 폐쇄하도록 작동함으로써 엔진(100)측으로부터 배출되는 냉각수는 삼방향밸브(130) 및 열저장기구(140)를 거쳐 히터코어(110)로 공급된다. 따라서, 히터코어(110)에는 저온의 냉각수와 열저장기구(140)에 저장된 고온의 냉각수가 혼합된 상태로 함께히터코어(110)로 공급되기 때문에 종래보다 시동 초기 난방효율은 다소 높지만 열효율이 낮아 시동 초기의 급속난방은 힘든 문제점이 있다.
한편, 상기 공보에 개시된 또 다른 선행기술로서 도 7에 도시된 것이 제안되었는데, 여기에서는 시동 초기 냉각수 유량을 높여 난방효율을 높일 수 있도록 히터코어(110)측 인입유로(120)에 워터펌프(180)를 하나 더 설치한 것이 나타나 있다. 그러나, 엔진(100)으로부터 배출되는 냉각수가 열저장기구(140)에 저장된 냉각수의 온도보다 높은 상태에서는 유량의 증가에 의하여 난방효율이 높아지지만 전자의 냉각수가 후자의 냉각수보다 온도가 낮은 상태에서는 오히려 혼합 냉각수의 온도가 저하되고, 이 혼합 냉각수가 히터코어(110)에 공급되므로 난방효율 증가를 도모할 수 없다.
본 발명은 특히 고온의 냉각수를 보온저장기에 저장하였다가 시동시 저장된 고온의 냉각수를 별도의 구동원없이 워터펌프의 냉각수 압송력을 이용하여 히터코어로 공급함으로써 시동초기의 난방성능을 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 난방시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 난방시스템을 구성하는 동력전달수단의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 난방시스템을 구성하는 단속밸브의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 난방시스템에 있어서 초기 난방시의 냉각수 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동차용 난방시스템에 있어서 초기 난방후의 냉각수 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은 종래 자동차용 난방시스템의 예를 나타내는 구성도이다.
도 7은 종래 자동차용 난방시스템의 다른 예를 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진, 12 : 제1유로,
14 : 워터펌프, 30 : 히터코어,
32 : 냉각수 인입유로, 34 : 냉각수 배출유로,
36, 38 : 연결유로, 31 : 제2유로,
40 : 냉각수 보온저장기, 50 : 동력전달수단,
52 : 구동부, 52a : 구동실,
52b : 구동회전차, 52c, 54c : 입구,
52d, 54d : 출구, 54 : 종동부,
54a : 종동실, 54b : 종동회전차,
56 : 축, 60, 62 : 단속밸브
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템은, 워터펌프에 의하여 엔진으로부터 배출되는 냉각수를 엔진으로 복귀시키는 제1유로와; 상기 제1유로와 히터코어를 연결하여 히터코어에 냉각수를 공급하는 냉각수 인입유로 및 상기 제1유로와 히터코어를 연결하여 히터코어로부터배출되는 냉각수를 엔진측으로 보내는 냉각수 배출유로를 가진 제2유로와; 상기 제1유로와 연결됨과 아울러 제1연결유로 및 제2연결유로에 의하여 제2유로와 연결되어 제1유로를 유동하는 냉각수의 유입압력에 의하여 제2유로의 냉각수를 순환시키는 동력전달수단과; 상기 냉각수 인입유로에 설치되어 냉각수를 보온 저장하여 배출하는 냉각수 보온저장기와; 그리고, 상기 제2유로의 제1유로와 연결되는 부분에 차례로 설치되어 소정의 설정조건에서 유로를 개방 또는 폐쇄하는 두 개의 단속밸브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 동력전달수단은, 입구 및 출구가 제1유로와 연결되는 구동실 및 상기 구동실에 축에 의하여 회전가능하게 내장되어 유입 및 배출되는 냉각수에 의하여 회전하는 구동회전차를 가진 구동부와, 입구가 제1연결유로에 의하여 냉각수 배출유로와 연결되고 출구는 제2연결유로에 의하여 냉각수 인입유로와 연결되는 종동실 및 상기 종동실에 상기 축에 의하여 회전가능하게 내장된 종동회전차를 가져 히터코어측 냉각수유로의 냉각수를 순환시키는 종동부로 이루어질 수 있다.
단속밸브들을 제어하는 예로서, 상기 제1유로의 냉각수 온도가 제2유로를 유동하는 냉각수 온도보다 높을 때 단속밸브들이 각각 개방작동하도록 할 수 있다. 이와는 달리 상기 단속밸브들은 각각 폐쇄작동상태에서 엔진 시동후 일정시간후 개방작동하도록 제어될 수 있다. 또한, 상기 단속밸브들은 제1유로를 유동하는 냉각수의 온도가 소정의 온도 이상일 때 개방작동하도록 제어될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템의 구성도가 도시되어 있다.
참조부호 12는 본 발명에 따른 난방시스템을 구성하는 제1유로로서, 워터펌프(14)에 의하여 엔진(10)으로부터 냉각수를 배출하여 엔진(10)으로 복귀시키도록 되어 있다. 참조부호 20은 상기 워터펌프(14)에 의하여 엔진(10)으로부터 배출되는 냉각수를 라디에이터(22)로 보내어 방열시킨 후 엔진(10)으로 복귀시키는 냉각 시스템을 나타내며, 제1유로(12)와 연결되어 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제1유로(12)는 히터코어(30)와 연결되는 제2유로(31)와 연결되어 있다. 즉, 상기 제1유로(12)를 유동하는 냉각수를 히터코어(30)에 공급하고 히터코어(30)에 공급된 냉각수를 다시 엔진(10)으로 복귀할 수 있도록 하기 위하여, 제1유로(12)의 배출측과 히터코어(30)의 입구는 제2유로(31)의 냉각수 인입유로(32)에 의하여 연결되고, 제1유로(12)의 복귀측과 히터코어(30)의 출구는 제2유로(31)의 냉각수 배출유로(34)에 의하여 연결된다.
따라서, 제1유로(12)를 유동하는 냉각수의 일부는 제1유로(12)를 거쳐 엔진(10)으로 복귀하고, 나머지 냉각수는 냉각수 인입유로(32), 히터코어(30), 냉각수 배출유로(34) 및 제1유로(12)를 거쳐 엔진(10)으로 복귀될 수 있다.
본 발명에 따르면, 엔진 시동 초기에 난방성능을 높이기 위하여 냉각수를 고온으로 저장하여 배출할 수 있는 냉각수 보온저장기(40)가 상기 냉각수 인입유로(32)에 설치된다. 이 냉각수 보온저장기(40)는 전기에 의하여 냉각수를 가열할 수 있는 형태의 것이 채용될 수 있다.
그리고, 상기 냉각수 보온저장기(40)에 저장된 온도가 높은 냉각수가 엔진 시동 초기에 제1유로(12)로는 유동하지 않고 제2유로(31)를 순환하도록 하기 위하여, 상기 제1유로(12)중 제2유로(31)와 연결된 사이의 부분에 동력전달수단(50)이 연결되며, 이 동력전달수단(50)은 제1연결유로(36) 및 제2연결유로(38)에 의하여 냉각수 배출유로(34)와 냉각수 인입유로(32)와도 연결되어 있다.
구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 동력전달수단(50)은 구동부(52)와 종동부(54)를 포함하여 이루어진다. 구동부(52)는 그 입구(52c) 및 출구(52d)가 제1유로(12)와 연결되는 구동실(52a) 및 상기 구동실(52a)에 축(56)에 의하여 회전가능하게 내장되어 유입 및 배출되는 냉각수에 의하여 회전하는 구동회전차(52b)를 가진다. 종동부(54)는 그 입구(54c)가 제1연결유로(36)에 의하여 냉각수 배출유로(34)와 연결되고 그 출구(54d)가 제2연결유로(38)에 의하여 냉각수 인입유로(32)와 연결되는 종동실(54a) 및 상기 종동실(54a)에 상기 축(56)에 의하여 회전가능하게 내장되는 종동회전차(54b)를 가진다.
따라서, 제1유로(12)를 통하여 유동하는 냉각수가 구동실(52a)의 입구(52c)를 통하여 구동실(52a) 내부로 유입되면 그 유입압력에 의하여 구동회전차(52b)가 회전함에 따라 축(56)도 함께 회전하고 이 축(56)의 회전에 따라 종동회전차(54b)도 회전한다. 이 종동회전차(54b)의 회전에 의한 흡입력에 의하여 히터코어(30)로부터 배출되어 냉각수 배출유로(34)를 유동하는 냉각수가 제1연결유로(36) 및 종동실(54a)의 입구(54c)를 통하여 종동실(54a) 내부로 유입된 다음 회전하는 종동회전차(54b)의 펌핑작용에 의하여 종동실(54a)의 출구(54d)를 통하여 배출되어 제2연결유로(38), 냉각수 보온저장기(40) 및 냉각수 인입유로(32)를 거쳐 히터코어(30)로 복귀할 수 있다. 즉, 제1유로(12)를 흐르는 냉각수의 유동압력에 의하여 제2유로(31)를 흐르는 냉각수가 순환하게 된다. 또한, 구동실(52a)에 유입된 냉각수는 구동회전차(52b)의 회전에 의하여 구동실(52a)의 출구(52d)를 통하여 배출되어 제1유로(12)를 따라 엔진(10)으로 복귀할 수 있다.
상기한 바와 같은 냉각수의 흐름에 있어서, 본 발명에서는 엔진 시동 초기에는 제1유로(12)를 흐르는 저온의 냉각수가 제2유로(31) 쪽으로 흐르지 않고, 제2유로(31)를 냉각수 보온저장기(40)에 저장된 고온의 냉각수가 순환하도록 함으로써 엔진 시동 초기의 난방효율을 높이도록 되어 있다.
즉, 제2유로(31)의 제1유로(12)와 연결되는 부분(구체적으로, 상기 제1유로(12)와 연결유로들(36,38) 사이의 냉각수 인입유로(32) 및 냉각수 배출유로(34) 부분)에 제1단속밸브(60) 및 제2단속밸브(62)가 차례로 설치된다. 상기 단속밸브들(60,62)은 도 3에 도시된 바와 같이 전자석(64)을 가진 것으로서, 소정의 설정조건에서 전자제어유니트(미도시)로부터 신호를 받아 그 전자석(64)의 구동에 의하여 유로를 개방 또는 폐쇄하는 형태의 것이 채용될 수 있다.
예컨대, 제1유로(12)를 유동하는 냉각수의 온도(예컨대 냉각시스템을 구성하는 수온센서에 의하여 감지될 수 있음)가 제2유로(31)의 냉각수 온도보다 보다 높거나, 제1유로(12)를 흐르는 냉각수의 온도가 소정의 설정온도 이상일 때 단속밸브들(60,62)이 개방작동하도록 제어될 수 있다. 이와는 달리 제1유로(12)를 유동하는 냉각수의 온도가 설정조건 이하일 때 단속밸브들(60,62)이 폐쇄작동하도록 제어될 수 있다. 대안으로서, 시동후 일정시간동안 단속밸브들(60,62)이 폐쇄작동하였다가 개방작동하도록 제어될 수 있다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템의 작용에 대하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시동 초기에 예컨대 제1유로(12)를 흐르는 냉각수 온도가 제2유로(31)의 냉각수 온도보다 낮은 경우 단속밸브들(60,62)은 폐쇄작동하면 제1유로(12)를 흐르는 냉각수는 제2유로(31)로 흐르지 않는다. 이 상태에서 제1유로(12)를 흐르는 냉각수가 구동실(52a)의 입구(52c)로 유입되면 그 유입압력에 의하여 구동회전차(52b)가 회전하고 이 구동회전차(52b)의 회전과 함께 축(56)도 회전한다. 구동회전차(52b)의 회전에 의하여 구동실(52a)에 유입된 냉각수는 구동실(52a)의 출구(52d)를 통하여 배출되어 제1유로(12)를 거쳐 엔진(10)으로 복귀한다.
한편, 제1유로(12)를 흐르는 냉각수의 유동압력에 의하여 동력전달수단(50)의 축(56)이 회전하면 이 축(56)에 축착된 종동부(54)의 종동회전차(54b)가 회전하고, 이 종동회전차(54b)의 회전에 의하여 흡입력이 발생한다. 이 흡입력에 의하여 히터코어(30)로부터 배출되는 냉각수가 냉각수 배출유로(34) 및 제1연결유로(36)를거쳐 종동실(54a)의 입구(54c)를 통하여 종동실(54a)에 유입되고 축(56)에 따라 회전하는 종동회전차(54b)의 펌핑작용에 의하여 종동실(54a)의 출구(54d)를 통하여 배출되어 냉각수 보온저장기(40) 및 냉각수 인입유로(32)를 거쳐 히터코어(30)로 복귀한다. 따라서, 제2유로(31)에는 고온의 냉각수가 순환하게 된다. 이 고온의 냉각수가 히터코어(30)에서 송풍공기가 열교환됨으로써 송풍공기가 온기로 바뀌고, 이 온기가 자동차 실내로 유입되어 시동 초기의 난방효과가 향상될 수 있다.
상기한 바와 같은 시동 초기 난방중에 예컨대 엔진(10)의 온도가 점차 상승하여 제1유로(12)를 흐르는 냉각수의 온도가 제2유로(31)의 냉각수 온도보다 높아지면 단속밸브들(60,62)은 개방작동한다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 엔진(10)으로부터 배출된 고온의 냉각수는 제1유로(12)를 따라 흐르다가 제1단속밸브(60) 및 냉각수 인입유로(32)에 설치된 냉각수 보온저장기(40)를 거쳐 히터코어(30)로 유입되어 송풍공기와 열교환될 수 있다. 히터코어(30)를 거치면서 열교환된 냉각수는 냉각수 배출유로(34)로 배출되어 제2단속밸브(62)를 거쳐 제1유로(12)를 따라 엔진(10)으로 복귀한다. 이 냉각수 복귀과정에서 엔진(10)으로부터 배출되어 제1유로(12)를 따라 흐르는 냉각수의 일부가 구동부(52)쪽으로 흐른다고 고려할 수 있지만, 이 냉각수는 제1단속밸브(60)가 개방됨에 따른 구동회전차(52b)의 유로저항으로 인하여 구동부(52)를 거치지 못하고 모두 제1단속밸브(60)를 거쳐 제2유로(31)로 유동하게 된다. 따라서, 동력전달수단(50)이 구동되지 않으므로 제2유로(31)를 거치는 냉각수도 종동부(54)를 거치지 않고 모두 제2단속밸브(62)를 거쳐 제1유로(12)를 따라 엔진(10)으로 복귀될 수 있는 것이다. 즉, 본 발명에서는엔진시동초기의 난방후에 단속밸브들(60, 62)이 개방되면 평상시의 냉각수 순환경로를 따라 냉각수가 순환되므로 난방에 아무런 문제가 없다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템에 있어서는, 시동 초기에 엔진(10)으로부터 배출되는 낮은 온도의 냉각수가 제2유로(31)로 흐르지 않도록 차단함과 아울러 냉각수 보온저장기(40)에 저장된 고온의 냉각수가 제2유로(31)를 순환하도록 함으로써, 시동 초기의 급속 난방효율을 효과적으로 높일 수 있다.
또한, 별도의 워터펌프를 더 채용하지 않고 기존 워터펌프의 압송력에 의하여 구동되는 단순하고 기계적인 구조의 동력전달수단(50)을 채용함으로써 동력전달수단(50)을 구동하기 위한 동력이 별도로 요구되지 않음과 아울러 설치비용을 줄일 수 있다.

Claims (5)

  1. 워터펌프에 의하여 엔진으로부터 배출되는 냉각수를 엔진으로 복귀시키는 제1유로와;
    상기 제1유로와 히터코어를 연결하여 히터코어에 냉각수를 공급하는 냉각수 인입유로 및 상기 제1유로와 히터코어를 연결하여 히터코어로부터 배출되는 냉각수를 엔진측으로 보내는 냉각수 배출유로를 가진 제2유로와;
    상기 제1유로와 연결됨과 아울러 제1연결유로 및 제2연결유로에 의하여 제2유로와 연결되어 제1유로를 유동하는 냉각수의 유입압력에 의하여 제2유로의 냉각수를 순환시키는 동력전달수단과;
    상기 냉각수 인입유로에 설치되어 냉각수를 보온 저장하여 배출하는 냉각수 보온저장기와; 그리고,
    상기 제2유로의 제1유로와 연결되는 부분에 차례로 설치되어 소정의 설정조건에서 유로를 개방 또는 폐쇄하는 두 개의 단속밸브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동력전달수단은,
    입구 및 출구가 제1유로와 연결되는 구동실 및 상기 구동실에 축에 의하여 회전가능하게 내장되어 유입 및 배출되는 냉각수에 의하여 회전하는 구동회전차를가진 구동부와,
    입구가 제1연결유로에 의하여 냉각수 배출유로와 연결되고 출구는 제2연결유로에 의하여 냉각수 인입유로와 연결되는 종동실 및 상기 종동실에 상기 축에 의하여 회전가능하게 내장된 종동회전차를 가져, 제2유로의 냉각수를 순환시키는 종동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단속밸브들은 폐쇄작동상태에서 상기 제1유로의 냉각수 온도가 제2유로의 냉각수 온도보다 높을 때 각각 개방작동상태로 제어되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단속밸브들은 각각 폐쇄작동상태에서 엔진 시동후 일정시간후 개방작동상태로 제어되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단속밸브들은 폐쇄작동상태에서 제1유로의 냉각수의 온도가 소정의 온도 이상일 때 개방작동상태로 제어되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 초기 난방성능을 높인 자동차용 난방시스템.
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