KR200345256Y1 - 면상발열체를 이용한 자동차용 난방장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차의 난방장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 자동차의 온수식 난방장치에서 냉각수 온도가 낮을 경우 예열시간동안 자동차 실내의 난방이 안돼는 문제점을 해서 하기 위해 통풍구와 연결된 통풍로 내부에 적정간격이 이격된 다수개의 면상발열체가 설치된 발열판을 설치하여 사용자가 원하는 자동차의 실내 온도를 조속히 올려주는 면상발열체를 이용한 자동차용 난방장치에 관한 것이다.

Description

면상발열체를 이용한 자동차용 난방장치{heater for car}

본 고안은 자동차의 난방장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 자동차의 온수식 난방장치에서 냉각수 온도가 낮을 경우 예열시간동안 자동차 실내의 난방이 안되는 문제점을 해서 하기 위해 통풍구와 연결된 통풍로 내부에 적정간격이 이격된 다수개의 면상발열체가 설치된 발열판을 설치하여 사용자가 원하는 자동차의 실내 온도를 조속히 올려주는 면상발열체를 이용한 자동차용 난방장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에 사용되는 난방장치는 사용자가 원할 경우 차의 실내공기를 올리거나 차량 외부의 외부 온도, 습도, 날씨에 따라 전방유리에 습기가 서려 운전주행을 방해하는 것을 방지 하기 위해 디프로스터(Defroster)역할도 하는 것이다.

이러한, 난방장치의 종류는 여러 가지로 나누어질 수 있으나 가장 대표적으로 기관에서 발생하는 열을 이용하는 것과, 기관 이외의 열원을 사용하는 것이 있고, 그 난방을 위한 열원에 따라 온수식, 연소식 및 기타 방식으로 나누는데, 일반적으로 사용되는 차량 중 승용차나 트럭용으로는 기관의 냉각수를 열원으로 사용하는 것이 보편적인 것이다.

또한, 열원을 공급하기 위한 공기의 흡입 방법에 따라 내기순환식과 외기순환식 및 내외기 겸용식으로 나누어질 것이다.

이와 같이 자동차에 사용되어 열원을 제공하는 히터는 온수식 히터가 가장 많이 사용되고, 그 구성을 간략히 설명하면 기관(10)의 냉각수를 히터유닛(20)의 라이에이터(50)로 보내고 공기온도를 상승시킨 다음 고온의 공기를 송풍기를 통해 차실과 디프로스터로 불어내는 구성이다.

이런, 상기 온수식 난방장치 구조는 대략적으로 도 1에 도시된 바와 같이 히터유닛(20), 송풍기(30), 호스라인(40), 공기통로 및 각종 밸브들과 스위치 등으로 구성되어 있으며, 이는 도 2에 도시된 바와 같이 기관(10)의 냉각수 온도를 기관의 구동 조건을 이상적으로 만들어 주기 위한 바이패스라인(60) 회로와 연결시켜 일정한 온수의 흐름 형태를 유지하는 것이다.

이때, 상기 히터유닛(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 기관(1)의 물을 재킷(70)으로부터 수량조절밸브(80)등을 이송시키고, 이송된 냉각수(온수)가 히터유닛(20) 속의 가는 파이프(90)들을 통과하게 함으로서, 각 파이프(90)들의 사이에 방열핀을 부착하여 방열효과를 높이도록 설계되어 있으며, 여기에 붙는 송풍기(10)는 장시간의 고속회전을 위해 특수한 무급유 베어링을 사용한 직류 직권식 전동기가 사용되며, 전동기 축에는 히터유닛(20)의 열을 강제로 방출시켜 목적지로 보내는 팬(110)이 부착되어 있으며, 이러한 송풍기의 종류로는 히터유닛(20)과 별도로 있는 분리식과 일체로 되어 있는 일체식으로 나누어진다.

상기 호스라인(40)에는 물의 양을 조절하거나 흐름을 정지시키기 위한 수량조절밸브(8)가 있고, 덕트는 외부공기도입용, 디프로스터용, 치실공기흡입 및 배출용으로 구분되며 이들을 통과하는 공기량을 조정하거나 변환하는 공기제어밸브가 설치되어 있다.

이러한, 온수식 난방장치는 냉각수 수온과 밀접한 관계를 가진다. 따라서 냉각수 온도가 저온 상태에서는 정상적인 난방이 되지 않고 기관의 적정 구동 온도인 80℃ 안팎에 이를 때까지 특별한 경우를 제외하고 이같은 상태가 지속되는 것이다.

즉, 도 4와 도 5와 같이 기관(10)의 과냉을 막고 정상적인 구동 조건을 조기에 만들어 주기 위하여 냉각수는 기관의 초기 구동으로부터 80℃안팎에 이를 때까지 수온조절기(130)를 통해 냉각수가 라이에이터(50)로 가지 않도록 바이패스라인(60)을 따라 바이패스 시키고, 기관(10)의 열을 받아 냉각수 온도가 대략 80℃에 이르면 수온조절기(130)가 열려 냉각수가 라디에이터(50) 및 물 펌프(140)를 순환하도록 하여 기관(10)의 냉각을 시작한다.

따라서, 기관(10)의 초기 점화로부터 냉각수가 바이패스 되는 시기까지는 정상적인 난방이 이루어지지 않게 되는 것으로, 즉, 사용자가 난방운전 모드를 선택하여도 히터유닛(20)에 고온의 냉각수가 공급되지 않고, 기관(10)이 적정 구동온도에 도달하여 수온조절기(130)가 열려 냉각수 순환이 정상적으로 이루어질 때 자동차의 차실 내에 난방을 시작하게되는 것이나, 이러한 과정을 거쳐 냉각수의 순환이 히터유닛(20)에 미치더라도 정상난방 시점까지는 상당한 시간을 필요로 하는데, 대략 성능에 따라 난방에 걸리는 시간은 저온에서 대략 10~20분 정도로서, 한랭 지역에서 차실 내 공기를 쾌적한 상태로 만드는데 까지는 지나치게 많은 시간이 걸리는 문제점이 있었다.

특히, 한랭지역에서 쾌적한 차실 온도 유지에 필요한 난방운전은 대략 3단계로 진행되며 성능에 따라 차이는 있지만 임의의 시간으로 나타낼 수 있을 것이다.

즉, 1단계는 냉각수 바이패스 종료 시점부터 냉각수가 히터유닛(20)으로 공급되는 난방 대기시간이고, 2단계는 난방운전을 시작하여 원하는 차실 온도 근처까지 온도를 올리는데 필요한 시간이며, 3단계는 차실 온도를 설정 온도 또는 그 이상의 온도로도 전환이 가능한 정상운전 상태로 나눌 수 있으며, 한랭지역에서 차실의 쾌적한 온도는 위 3단계 진행에 소요되는 시간을 합한 시간이다.

1단계 또는 2단계 난방에 소요되는 시간을 줄이기 위한 다양한 방법들이 알려져 있다. 예를 들면 기관 및 배기계통의 열원을 이용하거나 별도의 보조 히팅장치등을 사용하는 방법들이 있는데, 보조 히팅장치를 사용하는 경우, 직 간접적인 열손실이 많고 구조도 복잡하여 실제로 난방에 기여하기 어려웠으며, 기관이나 머플러와 같은 열원을 이용하는 경우는, 기관의 정상적인 구동까지 걸리는 시간이 필요하기 때문에 초기 난방 시간을 줄이기 위한 구조로는 부적합한 문제점이 있었다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 선 등록 실용신안 20-189882호에 의하면, 도 6에 도시된 바와 같이 라디에이터(50)와 기관(10)을 흐르는 냉각수를 히터유닛(20)으로 유입시키는 호스라인(40)과, 상기 호스라인(40)을 통해 유입된 냉각수를 방열 시키는 히터유닛(20)과, 상기 히터유닛(20)에서 방열된 열을 송풍기에 의해 덕트로 방출 시켜 차실 내 온도를 높이는 차실 내 난방장치에, 상기 기관(10)을 거쳐 나오는 냉각수를 히터유닛(20)으로 유입시키는 호스라인(40)상에서 임의의 길이를 가지고 설치되어 냉각수를 가열 시켜 히터유닛(40)으로 유입되는 냉각수의 1차 유입 온도를 상승시키는 코일형 히팅라인(150)과, 상기 히터유닛(20)의 주변부에서 히터유닛(20)에 직접 열을 전달하여 히터유닛(20)의 온도를 재상승 시키는 면상발열체(160)와, 상기 면상발열체(160)에 밧데리(180) 전원을 인가하고 이 인가되는 전원을 AC전원으로 변환하는 AC커넥터(170)와, 상기 히팅라인(150)과 면상발열체(160)로 흐르는 전원을 차실 온도조건과 기관의 구동 조건에 따라 제어하는 제어부(190)로 이루어지고 , 상기 면상발열체(160)의 주변에 면상발열체(160)에서 나오는 열을 히터유닛(20)에 가속시켜 보내주기 위한 축류팬(200)을 설치함으로서, 종래의 난반장치에 비해 빠르게 자동차의 차실 내 온도를 높일 수는 있었으나, 온수형 난방장치에 사용되는 물을 일정한 온도로 높여야 하기 때문에 과도한 전력이 소모되는 문제점과 함께 코일형 히팅라인(150)과 면상발열체(160)에 과열형상이 발생하는 문제점과 함께 차실내의 온도를 높이기 위해 온수식 난방장치에 순환되는 온수의 온도를 높이기 때문에 소모되는 손실온도가 많아 소모되는 전력이 큰 문제점이 있었다.

따라서 본 고안의 목적은 냉각수 온도 의존형 온수식 난방장치에서 나타나는 초기 난방 대기 시간과 그 다음으로 진행되는 난방 시간을 간단화된 장치를 통해 단축시켜 차실 온도를 조기에 쾌적한 온도로 올릴 수 있도록 하는 것이다.

이러한, 목적을 이루기 위한 본 고안에 따른 구체적 구성으로,

상기 통풍구와 연결된 통풍로의 내측에, 사각형상으로 내부에 설치공간이 형성된 고정틀과, 상기 고정틀의 설치공간에 적정거리 이격시켜 다수개의 설치된 면상발열체와, 상기 고정틀 양측단부 상부면에 다수개의 면상발열체에 전원을 공급하는 전원공급선이 설치된 발열판으로 구성되고, 상기 면상발열체는 박판형상의 필림형이나 원형 봉형상의 원통형 중 어느 한가지를 사용하며, 상기 다수개의 면상발열체를 수직으로 연결하는 판체형상의 방열핀이 다수개 설치되어 이루어지는 것이다.

도 1은 종래의 난방장치를 도시한 개략도,

도 2는 종래의 난방장치를 도시한 냉각수 흐름도,

도 3은 종래의 히터유닛을 도시한 단면도,

도 4는 종래의 난방장치의 조절기가 닫혔을 때를 도시한 흐름도,

도 5는 종래의 난방장치의 조절기가 열렸을 때를 도시한 흐름도,

도 6은 종래의 난방장치의 다른 실시예를 도시한 개략도,

도 7은 본 고안에 따른 난방장치를 도시한 분해 사시도,

도 8은 본 고안에 따른 난방장치를 도시한 요부절개 사시도,

도 9는 본 고안에 따른 난방장치를 도시한 측단면도,

도 10은 본 고안에 따른 난방장치를 도시한 작용상태도,

도 11은 본 고안에 따른 발열체의 다른 실시예를 도시한 사시도,

도 12는 본 고안에 따른 발열체의 다른 실시예를 도시한 단면도,

도 13은 본 고안에 따른 발열체의 또 다른 실시예를 도시한 사시도,

도 14는 본 고안에 따른 발열체에 설치된 면상발열체와 방열핀의 온도를 도시한 실험표.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 통풍구 2 : 통풍로

21 : 발열체설치홈 3 : 방열판

31 : 고정틀 311 : 전원공급선

32 : 면상발열체 321 : 방열핀

이에, 첨부도면에 의거하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 고안에 따른 난방장치를 도시한 분해 사시도이고, 도 8은 본 고안에 따른 난방장치를 도시한 요부절개 사시도이고, 도 9는 본 고안에 따른 난방장치를 도시한 측단면도이고, 도 10은 본 고안에 따른 난방장치를 도시한 작용상태도이고, 도 11은 본 고안에 따른 발열체의 다른 실시예를 도시한 사시도이고, 도 12는 본 고안에 따른 발열체의 다른 실시예를 도시한 단면도이고, 도 13은 본 고안에 따른 발열체의 또 다른 실시예를 도시한 사시도이고, 도 14는 본 고안에 따른 발열체에 설치된 면상발열체와 방열핀의 온도를 도시한 실험표이다.

도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 본 고안은 자동차의 온수식 난방장치에서 열원을 공급하는 라디에이터에 연결된 통풍로(2)를 통하여 차실 내로 온풍을 공급하는 통풍구(1)에 설치되는 것으로, 상기 통풍구의 내측 즉, 통풍로(2)의 중앙부에 발열판(3)을 설치하는 발열체설치홈(21)을 형성한 것이다.

또한, 상기 발열판(3)은 사각형상으로 내부에 설치공간이 형성된 고정틀(31)과, 고정틀(31)의 설치공간에 적정거리 이격시켜 다수개의 설치된 면상발열체(32)와, 상기 고정틀(31) 양측단부 상부면에 다수개의 면상발열체(32)에 전원을 공급하는 전원공급선(311)으로 구성된 것이다.

이러한, 상기 정원공급선(311)은 자동차의 밧데리를 이용하는 것으로 밧데리는 DC전원을 공급하기 때문에 면상발열체(32)의 전원으로 유용한 AC전원을 변경하는 제어기가 설치되는 것이 바람직 할 것이나 일반적인 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 알 수 있는 사항임으로 언급을 생략하기로 한다.

도 10에 도시된 바와 같이 자동차의 라디에이터나 순환장치에서 공급되는 공기를 공급하는 통풍로(31)에 설치된 발열판(3)의 작용상태를 나타낸 것으로, 저온의 공기가 통풍로(2)를 통해 차실 내로 공급되어 통풍로(2)에 설치된 발열판(3)의 면상발열체(32)를 통과하면서 상기 면상발열체(32)에서 방열되는 열원에 의해 온풍이 통풍구(31)를 통해 차실 내로 공급되는 것이다.

또한, 상기 통풍로(2)에 설치된 발열판(3) 일측 즉 공기가 공급되는 방향으로 온도센서(5)를 설치하여 라디에이터에 의해 차실 내로 온풍이 공급되는 것을 감지함으로서, 발열판(3)에 전원을 차단하여 제어함으로서 불필요한 전원의 공급을 방지하기 위한 것이다.

도 11에 도시된 바와 같이 상기 발열판(3)에 설치되는 면상발열체(32)의 다른 실시예로 판체형상의 면상발열체(32)를 원형 봉형상의 면상발열체(32)로 형성한 것으로, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 통풍로(2)를 통해 전해지는 외부 또는 내부공기가 보다 원활히 방열된 열을 흡수하여 온풍을 공급할 수 있도록 원형 봉형상의 면상발열체(32)를 설치한 것이다.

이러한, 상기 면상발열체(32)의 사이를 통과하는 공기의 흐름은 원형상의 측단면에서 볼 수 있듯이 병목형상으로 공기가 일부 지체하였다가 빠르게 빠져나가는 구조로 되어 있어 평판형상의 면상발열체(32) 보다 원활이 공기가 방열판(3)의 원형 봉형상의 면상발열체(32)에서 방열한 열을 흡수하여 일정 온도로 통풍구(1)를 통해 차실 내로 공급할 수 있을 것이다.

도 13은 상기 발열판(3)의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 발열판(3)에 설치된 다수개의 원형 봉형상의 면상발열체(32)를 수직으로 연결하는 판체형상의 방열핀(321)을 다수개 적정거리 이격하여 설치한 것으로, 면상발열체(32)에서 방열되는 열원을 보다 원활히 공급하기 위한 것이다.

또한, 상기 방열핀(321)은 원형 봉형상의 면상발열체(32)에만 설치되는 것이 아니라, 판체형상의 면상발열체(32)에서 사용이 가능할 것이다.

도 14는 본 고안에 따른 상기 면상발열체(32)에 전원을 공급하여 열이 발생하는 온도를 외부온도를 20℃를 기준으로 하여 6분을 30초 단위로 시험한 것을 도표로 도시한 것이다.

이러한, 상기 시험표에 의해 알 수 있듯이 온수식 난방장치가 설치된 자동차의 난방이 가능한 시간을 대략 10~20분이 소요된다고 생각한다면 최소 5~6분이면 최고의 온도까지 오르는 면상발열체(32)를 이용한 발열판(3)을 온풍을 공급하는 통풍로(2)에 설치함으로서, 사용자가 원하는 차실내의 온도를 짧은 시간에 올릴 수있음을 알 수 있을 것이다.

이와 같은 본 고안에 의하면, 전원공급을 받아 짧은 시간에 원하는 온도를 발산하는 면상발열체를 자동차나 난방용 난로 등에 이용함으로서, 사용자가 원하는 온도를 빠른 시간에 사용자에게 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 자동차의 통풍구에 사용될 경우 대부분의 자동차가 온수식 난방장치를 이용함으로서, 온수식 난방장치가 적정온도를 제공하기 위한 일정 시간동안 사용자가 원하는 온도를 통풍구에 설치된 발열판에서 바로 원하는 온도를 차실 내로 공급함으로서 차실내부온도를 사용자가 원하는 온도로 짧은 시간 안에 공급할 수 있을뿐만아니라, 사용자가 원하는 온도를 온수식 난방장치가 제공할 경우 센서에 의해 면상발열체가 설치된 방열판을 자동으로 제어하여 차단함으로서, 불필요한 전원의 소비를 감소시켜 전력낭비를 방지하는 효과가 있다.

이러한, 상기 면상발열체가 설치된 발열판은 온수식 난방장치와는 별도로 자동차의 통풍구에 간편하게 설치할 수 있는 종래에 사용되는 자동차라도 손쉽게 장치가 가능한 장점이 있는 것이다.

Claims (3)

1. 열원을 공급하는 라디에니더와 통풍로를 통해 연결되어 차실 내에 설치되는 통풍구가 형성된 자동차 난방장치에 있어서,

   상기 통풍구(1)에 연결되어 통풍로(2)의 내측에 형성된 발열체설치홈(21)에 발열체(3)를 설치하되;

   상기 발열체(3)는 사각형상으로 내부에 설치공간이 형성된 고정틀(31)과,

   상기 고정틀(31)의 설치공간에 적정거리 이격시켜 다수개의 설치된 면상발열체(32)와,

   상기 고정틀(31) 양측단부 상부면에 다수개의 면상발열체(32)에 전원을 공급하는 전원공급선(311)으로 구성된 것을 특징으로 하는 면상발열체를 이용한 자동차용 난방장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 면상발열체(32)는 박판형상의 필림형이나 원형 봉형상의 원통형 중 어느 한가지를 사용하는 것을 특징으로 하는 면상발열체를 이용한 자동차용 난방장치.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 발열체(3)에 설치된 다수개의 면상발열체(32)를 수직으로 연결하는 판체형상의 방열핀(321)을 다수개 설치한 것을 특징으로 하는 면상발열체를 이용한 자동차용 난방장치.