KR20100106888A - 전기유도가열 난방장치가 장착된 전기 및 연료전지 자동차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기유도가열 난방장치가 장착된 전기 및 연료전지 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 내에서 자가 발전을 통해 전원을 생산하는 연료전지 시스템 또는 전기 배터리를 통해 전원을 공급하는 공급부와 연결되어 차량 내 전장품에 전원을 공급하는 컨버터 및 보조 배터리와, 공급부의 전원으로 회전을 하는 모터 및 상기 모터의 회전속도를 가감하며 구동축을 회전력을 전달함으로써 차량을 구동시키는 변속기로 이루어지되, 상기 공급부로부터 공급받은 전원을 통해 고주파 전류를 발생시키고 유도 전류를 유도하여 발열되는 전기유도 가열부 및 전기유도 가열부 전, 후단에 설치되는 송풍장치로 이루어진 전기유도가열 난방장치를 차량 내에 구비함으로써, 외기를 흡입하여 온도를 상승시킨 후 차량 실내난방을 할 수 있도록 구성된 전기유도가열 난방장치가 장착된 전기 및 연료전지 자동차에 관한 것이다.

전기 자동차, 연료전지 자동차, 전기유도가열 난방장치

Description

전기유도가열 난방장치가 장착된 전기 및 연료전지 자동차{Fuel Cell Automobile or Electric Automobile using Heating, Ventilation, and Air Conditioning of Dual Pack Heater}

본 발명은 전기유도가열 난방장치를 이용하여 차량 내부를 난방할 수 있도록 한 전기 및 연료전지 자동차에 관한 것이다.

현재, 자동차용 엔진으로 널리 사용하는 가솔린 기관을 비롯한 내연기관은 연료를 실린더 내에서 연소시켜, 이때 발생되는 열에너지를 동력으로 이용하고 있다. 이러한 내연기관에 있어서, 연소 후에 배출되는 배기가스 중에는 연소에 의한 질소산화물과 불완전연소로 인한 일산화탄소 및 탄화수소와 같은 유해한 성분이 함유되어 있어, 대기를 오염시킨다.

이와 같은 환경오염 문제 및 화석연료의 고갈로 인해 세계의 여러 나라에서는 태양열이나 전기와 같은 대체에너지를 이용한 자동차용 엔진에 대한 연구가 더욱 활발하게 진행되고 있다.

이러한 대체에너지를 이용한 자동차용 엔진 중에서 전기에너지를 이용하여 차량을 구동하는 방식의 전기자동차(electric vehicle)는 가장 실용화 가능성이 높 은 편으로, 가솔린기관의 휘발유 대신에, 배터리에서 공급되는 전기에 의해 모터를 회전시킴으로써, 이때 발생되는 모터의 회전력을 감속기에 의해 감속시킨 다음, 차동장치를 통해 좌/우측 구동륜으로 전달하여 차량의 주행을 가능케 하는 구조를 지닌다.

더불어, 우선 가솔린에 열을 가해 기화시킨 다음 수증기와 공기를 혼합해 수소와 일산화탄소를 만든 후, 일산화탄소를 증기의 촉매 작용을 통해 이산화탄소와 수소로 바꾸고, 만들어진 수소가스를 산소와 화학적으로 결합시켜 모터를 움직이는 전기를 만들어 차를 움직이는 연료전지 자동차 또한 대체에너지를 이용한 자동차 중 하나이다.

하지만, 상기와 같은 전기 또는 연료전지(FC, Fuel Cell)를 이용한 자동차의 양산에 있어서 큰 문제로 대두되고 있는 것이 난방장치인데, 기존의 내연기관 자동차에서는 히터코어방식 난방장치를 사용하고 있고, 이러한 히터코어방식은 내연기관의 엔진열을 열원으로 하여 자동차 실내의 난방을 하는 것으로, 내연기관의 엔진을 사용하지 않는 전기 또는 연료전지 자동차에서는 자동차 난방 열원으로써 상기의 히터코어를 더 이상 쓰지 못하기에 새로운 난방방식이 접목된 새로운 전기 또는 연료전지 자동차의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전기 배터리로부터 전원을 공급받거나 또는 연료전지를 통해 자체적으로 전 원을 생산하여 사용하는 전기 및 연료전지 자동차에 있어서, 기존에 내연기관 자동차에서 사용되었던 히터코어의 난방기술을 전기 및 연료전지 자동차에 적용할 수 없기에, 상기 전기 및 연료전지 자동차에서 발생되는 전원을 사용하되 전기유도가열(DPH) 방식의 히팅기술을 사용한 난방장치가 구비되도록 함으로써 전기 또는 연료전지 등 대체 에너지를 사용하는 자동차의 실내난방을 효율적으로 시행할 수 있도록 한 전기 및 연료전지 자동차를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 전기를 이용하는 전기 및 연료전지 자동차에 있어서, 자가 발전을 위한 연료전지 시스템 또는 전기 배터리로 이루어지는 공급부와; 상기 공급부로부터의 고압 전원을 저압으로 변환시킨 후, 차량 내 전장품에 전원이 부가적으로 공급되도록 하는 보조 배터리에 변환된 전원을 공급하는 컨버터와; 상기 공급부로부터 전달된 전원을 제어기에 통과시켜 전달받되, 상기 제어기를 통해 회전수가 제어되며 회전하는 모터와; 상기 모터에 연결되어 구동력을 가감시키는 변속기와; 상기 변속기와 연결되어 회전됨으로써 차량의 구동수단을 회전시키는 구동축과; 차량 내 전면부에 설치되어 차량의 실내를 난방하기 위해, 내부 동공을 가지는 부전도체 재질의 인설트부와, 육각 단면을 가지는 관 형태로 상기 내부 동공에 길이방향으로 다수개가 유입되어 복수의 셀을 형성함으로써, 균일한 공기 유로를 형성하는 다수의 기공층을 형성하여 상기 인설트부 내의 전열면적을 증대시켜 열교환 효율을 높이는 히팅셀과, 상기 공급부로부터 전원을 공급받는 전원부와 전기적으로 연결되어, 공급된 전원에 의해 고주파 전류를 발생시키되, 상기 인설트부의 외주연에 권취됨으로써 상기 발생된 고주파 전류에 의해 인설트부에 2차 유도전류가 유도되도록 하여, 상기 인설트부 내 히팅셀을 고온으로 가열하여 발열시키는 코일 형태의 인덕션부와, 상기 인설트부와 인덕션부의 사이에 도포되어, 상기 인설트부에서 발생되는 고온의 열이 인덕션부에 전도되지 않도록 차단하는 단열부재로 이루어진 전기유도 가열부와; 상기 인설트부의 전단에 설치되어 외기를 유입시키는 송풍장치와, 상기 인설트부의 후단에 연결되며, 상기 송풍장치에 의해 인설트부로 유입되어 열교환 작용에 의해 온도가 상승된 외부공기가 일방향으로 이동되도록 하는 에어 덕트로 이루어지는 송풍부; 로 이루어지는 전기유도가열 난방장치; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히팅셀은 하니콤형 셀을 다수 형성하는 판재 형태로 대체되어, 상기 인설트부의 내부 동공에 외부 공기가 유동되는 방향으로 등 간격 이격되며 다수개가 내설되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 다수의 히팅셀이 내설되는 인설트부와, 유도전류를 발생시켜 상기 히팅셀을 가열하는 인덕션부를 구비하여, 전기유도가열(DPH, Dual Pack Heater)을 이용한 히팅기술에 의해 전기 또는 연료전지 차량의 실내가 난방될 수 있도록 한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 차가운 외부공기의 온도를 상승시키는 인설트부의 내부 히팅셀을 육각관 또는 육각 셀을 다수 형성하는 판재로 사용하여 인설트부에 다수 내설함으로써 전열면적의 증가가 가능하고, 그로 인하여 열교환 효율이 극대화되어 효율적인 난방을 할 수 있는 전기 및 연료전지 자동차가 제작가능한 효과가 있다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 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.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기유도가열 난방장치가 장착된 전기 및 연료전지 자동차를 상세히 설명하도록 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기유도가열 난방장치가 장착된 전기 및 연료전지 자동차는 연료전지 또는 전기를 이용하여 차량이 구동되되, 상기와 같은 대체 에너지를 이용하여 차량 내부를 난방할 수 있도록 한 전기 및 연료전지 자동차에 관한 것이며, 공급부(100), 보조 배터리(110), 컨버터(Cunvertor, 120), 제어기(Controller, 130), 모터(Motor, 140), 변속기(150), 구동축(160), 구동수단(170), 전기유도가열(DPH, Dual Pack Heater) 난방장치(HVAC, (Heating, Ventilation, and Air Conditioning))(200)를 포함한다.

상기 공급부(100)는 본 발명에 따라 대체 에너지를 사용하는 차량으로 인해, 전기가 충전된 배터리 또는 연료전지를 이용한 자가 발전을 통해 전원을 생산하는 연료전지 시스템으로 이루어지며, 상기의 공급부(100)를 통해 차량이 구동될 수 있도록 한다. 물론, 상기 공급부(100)는 상기에서 서술된 전기 배터리 또는 연료전지 시스템 외에 화석연료 및 내연기관의 엔진을 사용하지 않는 다양한 대체 에너지의 공급부(100)로 확대 적용될 수 있음은 당연하다.

상기 컨버터(120)는 공급부(100)와 전기적으로 연결되어, 상기 공급부(100) 로부터 전달된 전원(설명의 편의를 위하여 하기에서부터는 전기로 한정하여 설명하겠다.)인 고압의 전기를 저압의 전기로 변환시켜 후술 될 보조 배터리(110)로 전달하는 역할을 한다. 즉, 차량의 구동을 위한 고압의 전기에 비해, 저압의 전기를 필요로 하는 다양한 차량 내 전장품(電裝品)에 전원을 공급하기 위함이다.

상기 보조 배터리(110)는 컨버터(120)를 통해 저압으로 변환된 전원을 냉각수를 순환시키는 워터펌프, 에어컨을 작동시키는 컴프레셔(Compressor), 파워 스티어링을 작동시키도록 유압을 발생하는 파워펌프, 부스터에 부압을 작동시켜 제동시에 배력을 제공하는 진공펌프 등 전기 및 연료전지 자동차 내 다양한 전장품을 작동하기 위한 모터에 전원을 공급하는 역할을 한다.

상기 제어기(130)는 공급부(100)와 일단이 전기적으로 연결되고, 타단은 모터(140)와 전기적으로 연결되는 것으로, 상기 모터(140)의 회전수를 제어한다.

상기 모터(140)는 제어기(130)를 통해 공급된 공급부(100)의 전원을 통해 회전됨으로써, 궁극적으로는 후술 될 구동수단(170, 예: 구동바퀴)을 구동시켜 차량을 주행시키는 역할을 하는 것으로, 상기 변속기(150)에 회전력을 전달하되, 상기 변속기(150)에서는 회전력을 가감하여 구동축(160)에 전달하고, 상기 구동축(160)은 구동수단(170)을 회전시키게 된다.

상기 전기유도가열 난방장치(200)는 차량 내 전면부에 설치되는 것으로, 크게 전기유도 가열부(1)와, 송풍부(60)로 이루어진다.(물론, 본 발명에서는 상기 전기유도가열 난방장치(200)를 차량 내 전면부에 설치하였지만, 사용자의 실시예에 따라 그 위치는 차량 내에서 다양하게 바뀌어 장착될 수 있음이다.)

먼저, 상기 전기유도 가열부(1)를 설명하면, 인설트부(10), 히팅셀(12), 인덕션부(20), 단열부재(30)로 이루어지는데,

상기 인설트부(10)는 길이방향으로 향해 내부가 비어 있는 내부 동공(11)이 천공형성되고, 양단이 개구된 형태를 가지도록 하며, 전단에는 외부 공기를 유입시키는 별도의 송풍장치(60a)와 연결되어 외기 공기가 상기 내부 동공(11)을 통해 유동되도록 한다. 또한, 상기 인설트부(10)는 세라믹 등과 같은 부전도체 재질을 가지도록 한다.

상기 히팅셀(12)은 인설트부(10)의 내부 동공(11)에 길이방향으로 다수개 내설되어, 상기 히팅셀(12)이 가열될 시, 전열면적을 증가시켜 열교환 효율을 증대되도록 한 것이다.

본 발명에서의 히팅셀(12)은 육각 단면을 가지는 하니콤(Honey comb)형의 다수개의 육각관을 외주면이 상호간 접촉되는 형태로 상기 인설트부(10)의 내부 동공(11)에 길이방향으로 내설하거나, 또는 하니콤형의 다수 셀(C)을 천공하는 판재를 상기 인설트부(10)에 등간격 이격시키며 외부 공기가 유동되는 방향으로 향해 다수개 설치하도록 한다. 이로써, 상기 인설트부 내에는 공기가 균일하게 분배되어 유동되는 유로, 즉 다수의 기공층(R)이 형성되는 것이다.

즉, 상기와 같은 하수의 히팅셀(12)을 통해, 인설트부(10) 내에 셀(S)을 다수개 형성하되, 상기 셀(C)의 개수는 사용자가 원하는 전열면적의 증대에 따라 히팅셀(12)이 선택적으로 사용되어 증가되거나 감소될 수 있을 것이다.

상기 인덕션부(20)는 코일(유도코일)의 형태로 상기 인설트부(10)에 권취되 는 것으로, 후설되는 전원부(40)와 전기적으로 연결되어 상기 전원부(40)로부터 전원을 공급받되, 공급받은 전원을 통해 유도코일로부터 고주파 전류를 발생시킨다.

발생된 상기 고주파 전류는 상기 인설트부(10)에 2차 유도전류를 유도하여 상기 인설트부(10)의 히팅셀(12)을 가열시켜, 상기 히팅셀(12)에서 고열이 발생되도록 한다.

상기 단열부재(30)는 유도전류를 발생시키는 인덕션부(20)와, 상기 인덕션부(20)로 인하여 내설되어 있는 히팅셀(12)이 가열되어 열이 발생되는 인설트부(10)의 사이에 위치되어, 상기 인덕션부(20)의 외주연에 도포되는 것이다.

상기 단열부재(30)는 인설트부(10)에서 발생되는 열이 인덕션부(20)로 전도되어, 상기 열로 인하여 인덕션부(20)를 이루는 유도코일이 타지 않도록 하기 위하여, 인설트부(10)에서 발생되는 열을 인덕션부(20)로 전도되지 않도록 하는 역할을 한다.

상기 전원부(40)는 차량 내 공급부(100) 및 후술 될 인덕션부(20)와 전기적으로 연결되어, 상기 FC 자동차의 경우에는 FC 시스템(미도시)에서 발전된 전기를, 전기 자동차의 경우에는 탑재되어 있는 전기 배터리로부터 공급된 전기를 고전압 전류공진을 일으켜 인덕션부(20)에 공급하는 역할을 한다.

상기 송풍부(60)는 송풍장치(60a)와 에어 덕트(50)로 이루어지는 것으로, 상기 송풍장치(60a)는 차가운 외기를 전기유도가열부(1) 측으로 유입시키기 위한 것이며, 상기 에어 덕트(50)는 상기와 같은 송풍장치(60a)가 연결된 인설트부(10)의 타단에 연통결합되는 것으로, 후설 될 송풍장치(60b)와 함께 주변장치(BOP, Balance of Plant)로 이용된다.

상기 인설트부(10), 단열부재(30), 인덕션부(20)로 이루어지는 전기유도가열부(DPH, 1)으로 유입되는 차가운 외기가 상기 전기유도가열부(1)를 통과하면서 온도가 상승되는데, 이를 차량 내로 유입하기 위해 상기 더운 공기를 사용자가 원하는 방향으로 이송시키는 것이다. (더불어, 상기 송풍장치(60b)는 전단에 전기유도가열부(1)와 연결된 에어 덕트(50)의 타단에 결합되는 것으로, 온도가 상승된 외부공기를 차량의 실내로 공급한다.)

더불어, 장착되는 FC 또는 전기 자동차의 설치공간에 따라, 선술된 전기유도가열부(1)는 도 1과 같이 사각 단면의 형태로 형성되거나, 도 3과 같이 원형 단면의 형태로 제작될 수 있으며, 그 외의 다각형 형태로 형성될 수도 있다.

본 발명에 도 3과 도 4와 같이 전기유도가열부(1)가 원형의 단면 형태로 형성된 경우에는 유도가열이 잘 이루어짐으로써 보통 중, 대형 자동차에 적합하고, 사각의 단면형태를 가지는 경우에는 소형 자동차에 적합하다.

상기에서 설명되지 않은 도번인 70은 하우징을 나타낸다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 및 연료전지 자동차의 개념도.

도 2는 본 발명에 따른 난방장치를 나타낸 일실시예의 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 난방장치를 나타낸 또 다른 실시예의 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 전기유도가열부를 나타낸 일실시예의 사시도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 표시＞

1: 전기유도가열부 10: 인설트부

11: 내부 동공 12: 히팅셀

20: 인덕션부 30: 단열부재

40: 전원부 50: 에어 덕트

60: 송풍부 60a, 60b: 송풍장치

70: 하우징 100: 공급부

110: 보조 배터리 120: 컨버터

130: 제어기 140: 모터

150: 변속기 160: 구동축

170: 구동수단 200: 전기유도가열 난방장치

C: 셀

Claims (2)

1. 전기 및 연료전지 자동차에 있어서,

   자가 발전을 위한 연료전지 시스템 또는 전기 배터리로 이루어지는 공급부(100)와;

   상기 공급부(100)로부터의 고압 전원을 저압으로 변환시킨 후, 차량 내 전장품에 전원이 부가적으로 공급되도록 하는 보조 배터리(110)에 변환된 전원을 공급하는 컨버터(120)와;

   상기 공급부(100)로부터 전달된 전원을 제어기(130)에 통과시켜 전달받되, 상기 제어기(130)를 통해 회전수가 제어되며 회전하는 모터(140)와;

   상기 모터(140)에 연결되어 구동력을 가감시키는 변속기(150)와;

   상기 변속기(150)와 연결되어 회전됨으로써 차량의 구동수단(170)을 회전시키는 구동축(160)과;

   차량 내 전면부에 설치되어 차량의 실내를 난방하기 위해, 내부 동공(11)을 가지는 부전도체 재질의 인설트부(10)와, 육각 단면을 가지는 관 형태로 상기 내부 동공(11)에 길이방향으로 다수개가 유입되어 복수의 셀(C)을 형성함으로써, 균일한 공기 유로를 형성하는 다수의 기공층(R)을 형성하여 상기 인설트부(10) 내의 전열면적을 증대시켜 열교환 효율을 높이는 히팅셀(12)과, 상기 공급부(100)로부터 전원을 공급받는 전원부(40)와 전기적으로 연결되어, 공급된 전원에 의해 고주파 전류를 발생시키되, 상기 인설트부(10)의 외주연에 권취됨으로써 상기 발생된 고주파 전류에 의해 인설트부(10)에 2차 유도전류가 유도되도록 하여, 상기 인설트부(10) 내 히팅셀(12)을 고온으로 가열하여 발열시키는 코일 형태의 인덕션부(20)와, 상기 인설트부(10)와 인덕션부(20)의 사이에 도포되어, 상기 인설트부(10)에서 발생되는 고온의 열이 인덕션부(20)에 전도되지 않도록 차단하는 단열부재(30)로 이루어진 전기유도 가열부(1)와; 상기 인설트부(10)의 전단에 설치되어 외기를 유입시키는 송풍장치(60a)와, 상기 인설트부(10)의 후단에 연결되며, 상기 송풍장치(60a)에 의해 인설트부(10)로 유입되어 열교환 작용에 의해 온도가 상승된 외부공기가 일방향으로 이동되도록 하는 에어 덕트(50)로 이루어지는 송풍부(60);로 이루어지는 전기유도가열 난방장치(200);

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기유도가열 난방장치가 장착된 전기 및 연료전지 자동차.
2. 제 1항에 있어서

   상기 히팅셀(12)은 하니콤형 셀(C)을 다수 형성하는 판재 형태로 대체되어, 상기 인설트부(10)의 내부 동공(11)에 외부 공기가 유동되는 방향으로 등 간격 이격되며 다수개가 내설되는 것을 특징으로 하는 전기유도가열 난방장치가 장착된 전기 및 연료전지 자동차.

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