KR20030088982A - Auxiliary Heater For An Automoile Heating System - Google Patents

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KR20030088982A
KR20030088982A KR1020020026833A KR20020026833A KR20030088982A KR 20030088982 A KR20030088982 A KR 20030088982A KR 1020020026833 A KR1020020026833 A KR 1020020026833A KR 20020026833 A KR20020026833 A KR 20020026833A KR 20030088982 A KR20030088982 A KR 20030088982A
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이승주
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기아자동차주식회사
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Abstract

PURPOSE: An auxiliary heater of a heating system for an automobile is provided to heat a room of the automobile until temperature of coolant increases enough on cold starting of the automobile without excessive consumption of current or power. CONSTITUTION: An auxiliary heater includes a bypass tube(12) connecting one side of a hot water tube(5) connected between a heater core(3) and a water jacket of an engine and one side of the hot water tube connected between the water jacket and a water pump(2); a pair of three-way valves(13,14) installed on locations on which the bypass tube and the hot water tube meet, respectively, to control flow of coolant; an agitator(15) installed on a middle of the bypass tube to heat coolant passing the bypass tube with frictional heat; and a control part controlling the three-way valves to allow coolant discharged from the heater core to be bypassed to the water pump through the bypass tube without passing the engine if temperature of coolant detected by a coolant temperature sensor is under reference value, and driving the agitator to heat coolant bypassed through the bypass tube.

Description

자동차용 난방 시스템의 보조 히터{Auxiliary Heater For An Automoile Heating System}Auxiliary Heater For An Automoile Heating System

본 발명은 자동차의 실내를 난방하기 위한 시스템에 관한 것이며, 구체적으로는 엔진의 냉각수를 열원으로 사용하는 온수식 난방 시스템에 있어서 엔진이 충분히 가열될 때까지 냉각수를 가열하는 보조 히터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system for heating the interior of an automobile, and more particularly to an auxiliary heater for heating a cooling water until the engine is sufficiently heated in a hot water heating system using the cooling water of the engine as a heat source.

일반적으로 자동차용 난방 시스템은 그 열원에 따라 온수식, 배기식, 연소식 및 전기식으로 구분될 수 있다. 온수식은 대부분의 자동차에서 사용되는 방식으로엔진의 냉각수를 열원으로 사용한다. 배기식은 엔진의 배기열을 열원으로 한다. 연소식은 별도의 연소기를 가지고 있으며, 연속기의 연소열을 이용하여 난방한다. 전기식은 전기 저항에 의한 발열을 이용하며 주로 국부적인 난방에 사용된다.In general, automotive heating systems can be divided into hot water, exhaust type, combustion type and electric type according to their heat source. Hot water is used in most automobiles and uses the engine's cooling water as its heat source. The exhaust type uses the exhaust heat of the engine as a heat source. The combustion type has a separate combustor and heats it using the heat of combustion of the continuum. Electric uses heat generated by electric resistance and is mainly used for local heating.

도 1은 엔진의 냉각수를 열원으로 이용하는 온수식 난방 시스템의 구성을 도시한다.1 illustrates a configuration of a hot water heating system using cooling water of an engine as a heat source.

도시된 바와 같이, 온수식 난방 시스템은 엔진(1)을 둘러싸고 있는 워터재킷(미도시, water jacket), 순환 펌프(2), 히터 코어(3, heat core), 및 송풍팬(4)을 포함하고 있으며, 이 것들은 도면에서와 같이 온수관(5)을 통해 서로 연결되어 있다. 워터재킷 내에는 온수가 순환할 수 있으며 온수관(5)과 소통하는 온수 통로가 형성되어 있다.As shown, the hot water heating system includes a water jacket (not shown) surrounding the engine 1, a circulation pump 2, a heater core 3, and a blower fan 4. These are connected to each other through the hot water pipe (5) as shown in the figure. In the water jacket, hot water can circulate and a hot water passage communicating with the hot water pipe 5 is formed.

한편, 도시되지는 않았으나, 엔진 냉각 장치의 라디에이터는 그 입구가 냉각수관을 통해 워터재킷의 출구와 연결된 온수관(5)과 연결되어 있고 그 출구는 다른 냉각수관을 통해 순환펌프(2)와 연결되어 있다. 즉, 실질적으로 워터재킷과 순환펌프(2)는 난방 시스템을 구성하는 동시에 엔진 냉각장치를 구성하고 있다. 한편, 순환 펌프(2)는 엔진에 의해 구동된다.On the other hand, although not shown, the radiator of the engine cooling device is connected to the hot water pipe (5) connected to the outlet of the water jacket through the inlet is connected to the circulation pump (2) through the other coolant pipe It is. That is, the water jacket and the circulation pump 2 substantially constitute the heating system and at the same time constitute the engine cooling apparatus. On the other hand, the circulation pump 2 is driven by the engine.

냉각수는 워터재킷과 히터코어(3) 및 순환 펌프(2)를 차례로 순환하며, 워터재킷에서 엔진(1)의 열에 의해 데워지고 히터코어(3)에서 실내 공기와 열교환되어 냉각된다.Cooling water circulates through the water jacket, the heater core 3 and the circulation pump 2 in turn, is warmed by the heat of the engine 1 in the water jacket, and is cooled by heat exchange with the room air in the heater core 3.

그러나, 자동차가 냉시동(cold start)한 상태에서는 엔진의 냉각수 온도가낮다. 따라서, 상기와 같은 온수식 열교환기는 엔진의 냉각수가 충분히 데워지기 전까지는 난방 시스템을 작동시켜도 찬바람만 나오는 불편함이 있다. 이를 해결하기 위해 여러 가지 방법이 창안되었는데, 그 일례로 대한민국 실용신안공개 1999-22804가 있다. 이 공개특허는 히터코어와 열교환된 공기가 배출되는 에어 덕트 내에 전기에 의해 발열하는 전열선을 설치한 것이다. 이에 따라, 엔진의 충분히 가열되어 냉각수가 충분히 데워지기 전까지 이 전열선에서 발생되는 열을 이용하여 실내 공기를 가열하는 것이다.However, the coolant temperature of the engine is low when the vehicle is cold started. Therefore, the hot water heat exchanger as described above has an inconvenience in that only a cold wind is operated even when the heating system is operated until the coolant of the engine is sufficiently heated. Various methods have been devised to solve this problem, for example, the Korean Utility Model Publication 1999-22804. This patent discloses a heating wire that generates heat by electricity in an air duct through which air heat exchanged with a heater core is discharged. Accordingly, the indoor air is heated by using the heat generated in the heating wire until the engine is sufficiently heated and the cooling water is sufficiently heated.

그렇지만, 일반적인 승용차에서 소요되는 최대 난방 능력은 대?? 4000kcal/hr이며 이를 전력으로 환산하면 대략 4.65Kw이고, 이는 대략 388A/12V인데, 통상의 승용차에 설치된 발전기의 용량은 대략 50A 내외에 불과하다. 따라서, 4000kcal/h의 난방 능력을 위해서는 388A의 전류가 소비되어 축전지가 급격하게 방전됨으로써 실제 적용이 불가능한 단점이 있다.However, what is the maximum heating capacity of a typical passenger car? It is 4000kcal / hr, which is about 4.65Kw in terms of electric power, which is about 388A / 12V. The capacity of a generator installed in a typical passenger car is only about 50A. Therefore, a heating capacity of 4000 kcal / h consumes 388A and the battery is rapidly discharged.

이 밖에도 별도의 보일러를 가지는 예열 장치 또는 히트 펌프 등이 냉시동시 냉각수의 온도가 충분히 상승되기 전까지 자동차의 실내를 난방하기 위한 목적으로 사용되기도 했으나, 모두 구조가 복잡하고 전류를 과다하게 소비하는 등의 문제점이 있다.In addition, preheating devices or heat pumps with separate boilers have been used for heating the interior of a car until the temperature of the coolant is sufficiently increased during cold start. However, all of them are complicated in structure and consume excessive current. There is a problem.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 과다한 전류 또는 동력을 소모하지 않고도 자동차의 냉시동시 냉각수의 온도가 충분히 상승되기 전까지 자동차의 실내를 난방할 수 있는 보조 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an auxiliary device capable of heating an interior of a vehicle until the temperature of the coolant is sufficiently increased during cold start of the vehicle without consuming excessive current or power. .

도 1은 일반적인 온수식 난방시스템을 개략적으로 도시한 블록도.1 is a block diagram schematically showing a typical hot water heating system.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 히터가 채택된 자동차용 난방시스템을 도시한 구성도.Figure 2 is a block diagram showing a heating system for automobiles in which the auxiliary heater according to an embodiment of the present invention is adopted.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

3 : 워터 재킷5 : 온수관3: water jacket 5: hot water pipe

12 : 바이패스관13, 14 : 3방향 밸브12: Bypass pipe 13, 14: 3-way valve

15 : 교반기18 : 벨트 풀리15 agitator 18 belt pulley

상기와 같은 목적은 엔진을 냉각하기 위한 냉각수를 이용하여 실내를 난방하는 자동차용 난방 시스템에 있어서 냉각수의 온도가 낮을 때 냉각수를 가열하기 위한 것으로서, 히터코어로부터 엔진의 워터 재킷으로 이어지는 냉각수관의 일측과 워터 재킷으로부터 나온 워터 펌프로 이어지는 냉각수관의 일측을 연결하는 바이패스 관; 바이패스관과 냉각수관들이 만나는 부분에 각각 설치되어 냉각수의 흐름을 제어하는 한 쌍의 3방향 밸브; 바이패스관의 중간 일측에 설치되어 바이패스관을 통과하는 냉각수를 마찰열에 의해 가열하는 교반기; 및 냉각수온 센서로부터 검출된 냉각수의 온도가 기준치 이하일 때 히터코어로부터 나온 냉각수가 엔진을 거치지 않고 바이패스관을 통해 워터 펌프로 바이패스되도록 한 쌍의 3방향 밸브를 제어하는 동시에 바이패스관을 통해 바이패스되는 냉각수가 가열되도록 교반기를 구동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 자동차용 난방 시스템의 보조 히터에 의해 달성된다.The purpose of the above is to heat the cooling water when the temperature of the cooling water is low in the automotive heating system for heating the room using the cooling water for cooling the engine, one side of the cooling water pipe from the heater core to the engine water jacket And a bypass pipe connecting one side of the coolant pipe to the water pump from the water jacket; A pair of three-way valves installed at portions where the bypass pipe and the coolant pipe meet to control the flow of the coolant; An agitator installed at one middle side of the bypass pipe to heat the cooling water passing through the bypass pipe by frictional heat; And control the pair of three-way valves such that the coolant from the heater core is bypassed to the water pump through the bypass pipe without passing through the engine when the temperature of the coolant detected from the coolant temperature sensor is lower than the reference value. It is achieved by an auxiliary heater of an automotive heating system according to the invention, characterized in that it comprises a control unit for driving the stirrer so that the cooling water bypassed is heated.

바람직하게는, 교반기는 벨트 풀리에 의해 엔진의 회전축과 연결되어 엔진의 회전축으로부터 구동력을 받으며, 엔진으로부터 벨트 풀리를 통해 교반기로 전달되는 동력을 단속하기 위한 전자석 클러치가 벨트 풀리의 일측에 설치된다Preferably, the stirrer is connected to the rotating shaft of the engine by a belt pulley to receive a driving force from the rotating shaft of the engine, and an electromagnetic clutch for controlling the power transmitted from the engine to the stirrer through the belt pulley is installed on one side of the belt pulley.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 여기서, 설명의 명료함을 위하여 종래와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하며 중복 설명하지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. Here, for the sake of clarity, the same reference numerals are given to the same parts as in the related art, and the description thereof will not be repeated.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 히터를 채용한 자동차용 난방 시스템의 구성도다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 히터는 바이패스 관(12)과, 한 쌍의 3방향 밸브(13, 14)와, 교반기(15)와, 제어부(미도시)를 포함한다.2 is a block diagram of a heating system for a vehicle employing an auxiliary heater according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the auxiliary heater according to an embodiment of the present invention includes a bypass tube 12, a pair of three-way valves 13 and 14, an agitator 15, and a controller (not shown). ).

바이패스 관(12)은 난방 시스템의 히터 코어(3)로부터 엔진(1)의 워터 재킷으로 이어지는 온수관(5)의 중간 일측과 워터재킷으로부터 워터 펌프(2)로 이어지는 온수관(5)의 중간 일측을 연결하고 있다. 그리고, 바이패스관(12)의 양단이 온수관(5)과 만나는 부분에 3방향 밸브(13, 14)가 각각 설치되어 있다. 이 3방향 밸브들(13, 14)은 제어부로부터의 신호에 따라 작동되며, 이 3방향 밸브들(13, 14)의 작동에 따라 히터 코어(3)로부터 나온 냉각수가 엔진(1)의 워터 재킷과 워터 펌프(2)를 거쳐서 다시 히터 코어(3)로 들어오는 정상적인 순환과, 히터 코어(3)로부터 나온 냉각수가 엔진(1)의 워터 재킷을 통과하지 않고 바이패스관(12) 및 워터 펌프(2)를 거쳐 히터 코어(3)로 유입되는 바이패스 순환이 선택적으로 이루어진다.The bypass tube 12 is the middle one side of the hot water pipe 5 leading from the heater core 3 of the heating system to the water jacket of the engine 1 and the hot water pipe 5 leading from the water jacket to the water pump 2. The middle one is connected. Then, three-way valves 13 and 14 are provided at portions where both ends of the bypass pipe 12 meet the hot water pipe 5. These three-way valves 13, 14 are actuated in response to a signal from the control section, and the coolant from the heater core 3 in accordance with the operation of these three-way valves 13, 14 is the water jacket of the engine 1. And normal circulation entering the heater core 3 again through the water pump 2 and the cooling water from the heater core 3 without passing through the water jacket of the engine 1 and the bypass pipe 12 and the water pump ( The bypass circulation flowing into the heater core 3 via 2) is optionally made.

교반기(15)는 바이패스관(12)의 중간 일측에 설치되어 있으며, 교반 부재(17)의 회전에 의한 마찰열로 하우징(16) 내부로 유입되었다가 다시 유출되는 냉각수를 가열한다. 교반 부재(17)는 벨트 풀리(18)에 의해 엔진(1)과 연결되어 있어, 엔진(1)으로부터 구동력을 제공받는다. 그리고, 교반기(15)의 회전축과 교반기(15)의 회전축에 설치된 풀리 사이에는 전자석 클러치(미도시)가 설치되어 있다. 이 전자석 클러치는 제어부로부터의 제어 신호에 따라 엔진(1)으로부터 벨트 풀리18를 통해 교반기(15)로 전달되는 동력을 단속한다.The stirrer 15 is installed at the middle one side of the bypass pipe 12, and heats the cooling water introduced into the housing 16 by frictional heat caused by the rotation of the stirring member 17 and then flowed out again. The stirring member 17 is connected with the engine 1 by the belt pulley 18, and receives the driving force from the engine 1. An electromagnet clutch (not shown) is provided between the rotating shaft of the stirrer 15 and the pulley provided on the rotating shaft of the stirrer 15. This electromagnet clutch interrupts the power transmitted from the engine 1 to the stirrer 15 via the belt pulley 18 in accordance with a control signal from the controller.

냉각수온 센서(미도시)에 의해 검출되는 냉각수온이 기준치보다 낮을 경우,제어부는 냉각수가 바이패스 순환을 하도록 한 쌍의 3방향 밸브(13, 14)를 작동시키는 동시에 전자석 클러치가 엔진(1)의 구동력을 교반기(15)로 전달하도록 신호를 인가한다. 이에 따라, 냉각수는 바이패스관(12)을 통해 바이패스 순환하며 이때 교반기(15)의 교반 부재(17)가 엔진(1)의 동력에 의해 회전되면서 줄의 법칙(principle of Joule)에 의한 마찰열로써 냉각수를 가열한다. 가열된 냉각수는 히터 코어(3)에서 자동차의 실내 공기와 열교환되어 실내를 난방하게 된다.When the coolant temperature detected by the coolant temperature sensor (not shown) is lower than the reference value, the control unit operates a pair of three-way valves 13 and 14 to allow the coolant to bypass circulation, while simultaneously the electromagnet clutch is driven by the engine 1. Apply a signal to transmit the driving force of the stirrer (15). Accordingly, the coolant is circulated by bypass through the bypass pipe 12, wherein the frictional heat due to the principle of Joule while the stirring member 17 of the stirrer 15 is rotated by the power of the engine 1. Thereby cooling water. The heated coolant is heated in the heater core 3 with the indoor air of the vehicle to heat the room.

엔진(1)이 충분히 가열되어 냉각수온 센서로부터 검출되는 냉각수온이 기준치 이상으로 올라가면, 제어부는 냉각수가 엔진(1)의 워터 재킷을 거쳐 히터 코어(3)로 유입되는 정상적인 순환을 하도록 한 쌍의 3방향 밸브(13, 14)를 작동시키는 동시에 엔진(1)으로부터 교반기(15)로 전달되는 동력이 차단되도록 전자석 클러치를 작동시킨다. 이에 따라, 교반기(15)의 작동은 중단되고 엔진(1)의 워터 재킷을 통과하면서 엔진 열에 의해 가열된 냉각수가 히터 코어(3)로 유입되어 실내 공기와 열교환된다.When the engine 1 is sufficiently heated and the coolant temperature detected by the coolant temperature sensor rises above the reference value, the control unit performs a pair of normal circulation so that the coolant flows into the heater core 3 through the water jacket of the engine 1. The electromagnet clutch is operated such that the three-way valves 13 and 14 are actuated while the power transmitted from the engine 1 to the agitator 15 is interrupted. Accordingly, the operation of the stirrer 15 is stopped and the coolant heated by the engine heat is introduced into the heater core 3 while passing through the water jacket of the engine 1 to exchange heat with the indoor air.

상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 보조 히터는 엔진의 냉시동시 엔진을 대신하여 냉각수를 가열함으로써 엔진이 충분히 가열되지 않은 상태에서도 자동차의 실내를 난방할 수 있게 한다. 더욱이, 상술한 바와 같이 자동차의 실내를 최대로 난방하는데 약 4000kcal/h가 소요된다고 볼 때, 엔진으로부터 동력을 전달받는 본 발명의 보조 히터는 그 효율을 0.8로 가정하면 대략 6.9마력의 동력을 소비한다. 따라서, 일반적인 승용차의 엔진의 최대 출력이 대략 100마력 내외임을 감안할 때자동차의 운전 성능에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다. 참고로, 승용차의 에어컨이 가동될 때 소비되는 동력은 대략 5마력이다. 이와 같이, 본 발명에 따른 보조 히터는 과다한 전류 또는 동력을 소모하지 않고도 자동차의 냉시동시 냉각수의 온도가 충분히 상승되기 전까지 자동차의 실내를 난방할 수 있는 장점이 있다.As described above, the auxiliary heater according to the present invention heats the coolant in place of the engine during cold start of the engine, so that the interior of the vehicle can be heated even when the engine is not sufficiently heated. Furthermore, as described above, it takes about 4000 kcal / h to maximize the heating of the interior of the car, and the auxiliary heater of the present invention, which receives power from the engine, consumes approximately 6.9 horsepower assuming an efficiency of 0.8. do. Therefore, considering that the maximum output of the engine of a general passenger car is about 100 horsepower, it is determined that the driving performance of the vehicle will not be significantly affected. For reference, the power consumed when the air conditioner of the passenger car is operated is approximately 5 horsepower. As such, the auxiliary heater according to the present invention has the advantage of heating the interior of the vehicle until the temperature of the coolant is sufficiently increased during cold start of the vehicle without consuming excessive current or power.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited only to the above-described embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains may vary without departing from the spirit of the technical idea of the present invention described in the claims below. It may be changed.

Claims (2)

엔진을 냉각하기 위한 냉각수를 이용하여 실내를 난방하는 자동차용 난방 시스템에 있어서 냉각수의 온도가 낮을 때 냉각수를 가열하기 위한 것으로서,In a vehicle heating system for heating a room using a coolant for cooling an engine, the coolant is heated when the coolant temperature is low. 히터코어로부터 엔진의 워터 재킷으로 이어지는 냉각수관의 일측과 워터 재킷으로부터 나온 워터 펌프로 이어지는 냉각수관의 일측을 연결하는 바이패스 관;A bypass pipe connecting one side of the coolant pipe leading from the heater core to the water jacket of the engine and one side of the coolant pipe leading to the water pump from the water jacket; 상기 바이패스관과 냉각수관들이 만나는 부분에 각각 설치되어 냉각수의 흐름을 제어하는 한 쌍의 3방향 밸브;A pair of three-way valves installed at portions where the bypass pipe and the coolant pipe meet to control the flow of the coolant; 상기 바이패스관의 중간 일측에 설치되어 바이패스관을 통과하는 냉각수를 마찰열에 의해 가열하는 교반기; 및An agitator installed at one middle side of the bypass pipe to heat the cooling water passing through the bypass pipe by frictional heat; And 냉각수온 센서로부터 검출된 냉각수의 온도가 기준치 이하일 때 히터코어로부터 나온 냉각수가 엔진을 거치지 않고 바이패스관을 통해 워터 펌프로 바이패스되도록 상기 한 쌍의 3방향 밸브를 제어하는 동시에 상기 바이패스관을 통해 바이패스되는 냉각수가 가열되도록 상기 교반기를 구동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 난방 시스템의 보조 히터.When the temperature of the coolant detected from the coolant temperature sensor is lower than the reference value, the pair of three-way valves are controlled so that the coolant from the heater core is bypassed to the water pump through the bypass pipe without passing through the engine. And a control unit for driving the stirrer to heat the cooling water bypassed through the auxiliary heater. 제 1 항에 있어서, 상기 교반기는 벨트 풀리에 의해 엔진의 회전축과 연결되어 엔진의 회전축으로부터 구동력을 받으며, 엔진으로부터 벨트 풀리를 통해 상기 교반기로 전달되는 동력을 단속하기 위한 전자석 클러치가 상기 벨트 풀리의 일측에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 난방 시스템의 보조 히터.According to claim 1, wherein the stirrer is connected to the rotating shaft of the engine by a belt pulley receives a driving force from the rotating shaft of the engine, the electromagnet clutch for intermittent the power transmitted from the engine to the stirrer through the belt pulley of the belt pulley An auxiliary heater of a heating system for cars, characterized in that installed on one side.
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