KR20110135590A

KR20110135590A - 저소음 연소식 히터장치

Info

Publication number: KR20110135590A
Application number: KR1020100055408A
Authority: KR
Inventors: 김영록
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-12-19
Also published as: KR101406369B1

Abstract

일단(111)으로 차실내공기가 유입되어 타단(112)을 통해 차실내로 다시 배출되며 내부에는 수용공간이 형성된 케이스(110); 상기 케이스(110) 일단에 형성되는 것으로 내측으로 갈수록 단면적이 확대되어 유동공기를 안내하는 벨마우스부(120); 상기 케이스(110)의 일단부에 설치되어 케이스(110) 내부로 실내공기를 흡입하며, 상기 벨마우스부(120)의 내측면과 미세간극을 유지하는 블레이드(131)가 형성된 에어팬(130); 상기 에어팬(130)에 회전력을 제공하는 모터부(140); 상기 에어팬(130)과 동축 일체로 회전되는 것으로, 흡기관(152)을 통해 연소에 필요한 외기를 유입하는 연소팬(150); 상기 흡기관(152)을 통해 유입된 외기를 공급받아 연료관(170a)을 통해 공급된 연료와 혼합 연소하고 이때 발생된 열로 상기 유입된 실내공기를 가열하는 버너유닛(170); 상기 버너유닛(170)에서 사용된 연소가스를 케이스(110) 외부로 배출하는 배기관(180);을 포함하는 저소음 연소식 히터장치가 소개된다.

Description

저소음 연소식 히터장치{AUTOMOBILE COMBUSTION TYPE HEATER}

본 발명은 저소음 연소식 히터장치에 관한 것이다.

자동차에 사용되는 난방장치는 차량의 실내 공기의 온도를 상승시켜 탑승자를 따뜻하게 하는 것은 물론, 차량 유리에 발생되는 습기에 의해 운전자의 시계가 흐려지는 것을 방지하는 역할을 한다.

이와 같이 자동차에 사용되는 난방장치의 종류는 기관에서 발생하는 열을 직접 이용하는 방식과, 기관 이외의 별도의 열원을 사용하는 방식이 있는 바, 그 열원의 종류에 따라 온수식과 연소식 등으로 구분된다.

상기한 난방장치의 방식 중 연소식 히터는 기관의 열을 이용하지 않고 독립된 연소기를 사용하여 차량 실내를 난방하는 것으로, 열교환기로 공기를 직접 데워주거나, 공기 대신에 기관의 냉각수를 데워 이 온수를 열원으로 이용하여 공기를 데워주게 된다.

통상적인 연소식 히터는 크게 볼 때 에어팬과, 모터부와, 버너유닛으로 이루어져 있는데, 차실내 공기가 연소식 히터 내부를 지나가는 순서를 따라 에어팬-모터부-버너유닛이 차례대로 배치된다.

상기 에어팬은 차실내 공기를 연소식 히터 내부로 유입시키기 위한 구성으로, 연소식 히터의 케이스 내부 일단에 에어팬이 배치되는 것이 일반적이다.

또한, 상기 모터부는 상기 에어팬을 회전시키기 위한 동력원으로, 상기 모터부는 직류모터로 이루어져 있고 상기 모터부의 회전속도를 검출하여 상기 에어팬의 풍량을 제어하기 위하여 별도의 회전속도감지센서가 필요하다.

상기 회전속도감지센서는 상기 모터부의 회전축 속도를 감지하기 위한 것으로 주변 구조물에 설치되는 것이 일반적으로, 통상 홀센서가 사용된다.

한편, 상기 버너유닛은 공기와 연료를 혼합하여 화염을 발생시키기 위한 구성으로서, 상기 버너유닛에서 발생한 열원을 이용하여 상기 케이스 내부로 들어온 차실내 공기를 가열한 후 다시 차실내로 배출하여 탑승자를 따뜻하게 한다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 연소식 히터는 에어팬이 회전될 때 그 부위에서 공기유동에 의한 소음이 발생하는 문제점이 있는데, 이 소음은 조사 결과 에어팬과 케이스 내부면 사이에 생성되는 틈새로 공기가 유입되면서 발생하는 것으로 밝혀졌다.

또한, 에어팬과 케이스 내부면 사이의 틈새로 공기가 들어감에 따라 에어팬을 통해 송풍되어야 할 공기량이 상대적으로 줄어들어 설정된 풍량을 확보하기 위해 모터부를 고속회전시키거나 대용량의 모터부를 채택해야 하는바, 이에 따라 동일 풍량 대비 모터부의 소비전력이 증대되는 문제점이 있다.

또한, 종래 연소식 히터에서는 모터부가 회전자와 브러시가 접촉되는 타입의 직류모터이므로, 브러시 접촉에 따른 모터부의 소음이 발생하고 브러시가 마모되어 작동성능 및 내구력이 저하되는 심각한 문제점에 노출된다.

또한 브러시의 불완전 접촉에 의해 전기 스파크가 발생해 화재의 우려가 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 에어팬과 케이스 사이로 들어가는 공기를 최소화함으로서 에어팬에서 발생하는 공기의 유동소음을 최소화함과 동시에 에어팬을 통해 송풍되는 송풍량을 상대적으로 증가시켜 모터를 저속 회전시키거나 저용량 모터를 사용해도 충분한 풍량을 확보할 수 있도록 함에 있다.

또한, 자체 회전속도를 검출할 수 있는 브러시리스(Brushless) 타입의 모터를 적용하여 모터의 내구력 증대 및 미세 제어를 구현하며 모터에서의 소모전력을 최소화하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,

일단으로 차실내공기가 유입되어 타단을 통해 차실내로 다시 배출되며 내부에는 수용공간이 형성된 케이스;

상기 케이스 일단에 형성되는 것으로 내측으로 갈수록 단면적이 확대되어 유동공기를 안내하는 벨마우스부;

상기 케이스의 일단부에 설치되어 케이스 내부로 실내공기를 흡입하며, 상기 벨마우스부의 내측면과 미세간극을 유지하는 블레이드가 형성된 에어팬;

상기 에어팬에 회전력을 제공하는 모터부;

상기 에어팬과 동축 일체로 회전되는 것으로, 흡기관을 통해 연소에 필요한 외기를 유입하는 연소팬;

상기 흡기관을 통해 유입된 외기를 공급받아 연료관을 통해 공급된 연료와 혼합 연소하고 이때 발생된 열로 상기 유입된 실내공기를 가열하는 버너유닛;

상기 버너유닛에서 사용된 연소가스를 케이스 외부로 배출하는 배기관;을 포함하는 저소음 연소식 히터장치를 제공한다.

여기서 상기 벨마우스부는 상기 케이스의 일단에 배치되는 수평부와, 상기 수평부와 연결되어 공기유동방향으로 갈수록 공기유로 단면적이 확대되는 경사부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 경사부에 대응되는 상기 블레이드의 외측부는 그 경사부와 미세간극을 유지하면서 경사부를 따라 형성되며 상기 수평부의 일부를 감싸도록 절곡부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 모터부는, 1회전당 일정펄스가 출력되는 홀센서가 구비된 브러시리스(Brushless) 모터인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 버너유닛은, 연료관의 끝단에 형성되어 내부로 연료가 공급되며 외기와의 혼합을 위해 다수개의 에어홀이 형성된 플러그하우징; 상기 플러그하우징에 설치되어 연료를 점화하는 글로우플러그; 상기 플러그하우징이 일측 표면에 설치된 베이스판; 상기 베이스판의 타측에서 상기 케이스의 타단을 향해 일정길이 연장되며 내부에서 화염이 발생되는 화염통; 상기 화염통으로 추가 공기가 공급되도록 하는 2차공기공급부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 에어팬과 케이스 사이로 누출되는 공기량이 최소화됨에 따라 에어팬에서 발생하는 공기 유동소음이 현저히 감소되는 한편 누출공기가 줄어들기 때문에 에어팬을 통해 송풍되는 공기량이 늘어나 모터를 저속 회전시키거나 저용량 모터를 사용해도 종전과 동일한 풍량을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 자체적으로 회전속도를 감지할 수 있는 브러시리스 모터를 사용하여 모터에서의 소음 및 소모전력이 현저히 줄고 미세 튜닝이 가능하여 제어 기능이 향상되며 모터의 내구력이 증대되는 장점이 있다.

또한, 연소팬의 날개가 비균등 간격을 이루기 때문에 공명소음이 현저히 줄어드는 장점이 있다.

도1은 본 발명에 따른 연소식 히터장치의 부분 절개 사시도,
도2는 본 발명에 따른 연소식 히터장치의 벨마우스부와 에어팬 사이의 간극을 최소화한 구조를 나타낸 요부 절개 사시도,
도3은 본 발명에 따른 연소식 히터장치에 사용된 브러시리스 모터의 단면도,
도4 및 도5는 본 발명에 따른 연소식 히터장치에 적용된 버너유닛의 구조를 나타낸 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 저소음 연소식 히터장치(100)는 크게 케이스(110), 벨마우스부(120), 에어팬(130), 모터부(140), 연소팬(150), 버너유닛(170), 배기관(180)을 포함하여 이루어진다.

상기 케이스(110)는 본 발명에 따른 연소식 히터장치(100)의 전체적인 외관을 이루는 구성으로서, 상기 케이스(110)의 일단(111)으로 차실내 공기가 유입되어 타단(112)을 통해 차실내로 다시 배출되며, 상기 케이스(110)의 내부에는 타 구성들이 수용될 수 있도록 소정의 수용공간이 형성된다.

여기서, 상기 케이스(110)의 일단(111)으로 유입된 차실내공기가 상기 케이스(110)의 타단(112)으로 배출될 수 있도록 상기 케이스(110)의 내부에는 상기 차실내공기가 지나가는 실내공기유로(113)가 형성되는데, 상기 실내공기유로(113)는 상기 케이스(110) 내주면을 따라 형성되어 후술할 연소용 외기나 연소가스와 서로 섞이지 않도록 한다.

또한, 상기 벨마우스부(120)는 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 상기 케이스(110)의 일단(111)에 형성되는 것으로, 상기 케이스(110)의 내측으로 갈수록 단면적이 확대되어 상기 케이스(110) 내부로 유입되는 유동공기를 안내하는 역할을 한다.

상기 벨마우스부(120)는 특히 도2에 잘 나타나 있는 바와 같이 상기 케이스(110)의 일단(111)에 배치되는 수평부(121)와, 상기 수평부(121)와 연결되어 공기유동방향으로 갈수록 공기유로 단면적이 확대되는 경사부(122)로 이루어진다.

참고로, 상기 벨마우스부(120)의 선단에는 차실내 공기 중에 포함되어 있는 이물질을 거르기 위한 필터망(123)이 결합되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 에어팬(130)은 상기 케이스(110)의 일단부 내측에 회전 가능하게 설치되어 케이스(110) 내부로 차실내 공기가 유입될 수 있도록 흡입하는 구성으로, 상기 에어팬(130)에는 차실내 공기의 흡입을 용이하게 하는 다수개의 블레이드(131)가 형성되어 있는데, 상기 블레이드(131)는 상기 벨마우스부(120)의 내측면과 미세간극을 유지하도록 형성된다.

즉, 상기 에어팬(130)의 블레이드(131)와 상기 벨마우스부(120)의 내측면 간에 거의 틈이 발생하지 않도록 상기 블레이드(131)는 상기 벨마우스부(120)와 접촉 직전까지 연장되는바, 상기 에어팬(130)이 회전될 때 상기 블레이드(131)와 상기 벨마우스부(120) 사이의 간극으로 공기가 통과되지 않아 종전과 같이 이 간극에 의해 발생하는 공기유동 소음이 최소화된다.

여기서, 상기 블레이드(131)는 상기 벨마우스부(120)의 경사부(122)에 대응되는 부분, 즉 블레이드(131)의 외측부(131a)가 그 경사부(122)와 미세간극을 유지하면서 상기 경사부(122)를 따라 형성되기 때문에 상기 블레이드(131)와 벨마우스부(120) 사이의 간극을 통해 공기가 유입되는 것을 실질적으로 불가능하다.

참고로, 도2에서는 이해를 돕기 위하여 블레이드(131)와 벨마우스부(120) 사이의 간극을 의도적으로 크게 표현하였으나 실제로는 블레이드(131)가 벨마우스부(120)에 닿을 정도로 미세한 간극이 유지된다.

또한, 상기 블레이드(131)에는 도2에 도시된 바와 같이 상기 벨마우스부(120)의 수평부(121) 일부를 감싸도록 절곡부(131b)가 형성되어 상기 수평부(121) 및 경사부(122)간의 경계지점과 상기 블레이드(131) 사이에 생성되는 틈새로 공기가 유입되는 것을 방지한다.

즉, 상기 절곡부(131b)는 상기 블레이드(131)의 외측부(131a)로부터 상기 벨마우스부(120)의 수평부(121) 일부를 감싸는 구조로 절곡되기 때문에 상기 블레이드(131)와 벨마우스부(120) 사이의 틈새로 공기가 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.

이와 같이 상기 블레이드(131)와 벨마우스부(120) 사이의 틈새로 공기가 유입되지 않으면 누설 풍량이 감소되어 상기 에어팬(130)을 통한 공기 흡입이 증가되기 때문에 동일 풍량대비 에어팬(130)의 회전수를 줄일 수 있는바, 이는 결과적으로 후술할 모터부(140)의 회전속도를 감소시키거나 소용량 모터로 대체할 수 있어 모터부(140)의 소비전력을 줄일 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 모터부(140)는 도1 및 도3에 도시된 바와 같이 상기 에어팬(130)에 회전력을 제공하기 위한 구성으로, 특히 도3에 도시된 바와 같이 상기 모터부(140)에는 회전축(141)의 1회전당 일정펄스가 출력되는 홀센서(142)가 내부에 구비되어 있는바, 상기 홀센서(142)에 의하여 상기 회전축(141)의 회전수 또는 회전속도를 알 수 있기 때문에 상기 모터부(140)의 제어를 위한 별도의 회전속도감지센서가 불필요하여 원가가 절감된다.

여기서, 상기 홀센서(142)는 상기 회전축(141)의 1회전당 약 10 ~ 15펄스의 출력신호를 출력하게 되는데, 이 출력신호를 도시되지 않는 별도의 컨트롤러에서 받아서 상기 모터부(140)의 회전속도를 검출할 수 있게 된다.

특히, 상기 모터부(140)는 통상적으로 많이 사용되는 브러시 타입의 직류모터와 구성이 거의 유사하기 때문에 다른 구성에 대한 설명은 생략한다. 다만 차이점이 있다면 종전과 달리 브러시가 사용되지 않는 브러시리스(Brushless) 모터를 적용하여, 내구력이 증대되며 브러시를 사용하지 않기 때문에 브러시 접촉에서 발생하는 소음이 현저히 줄게 되는 장점이 있다. 또한 홀센서를 통해 모터 자체의 회전속도를 감지할 수 있기 때문에 미세 튜닝이 가능하여 정밀한 제어를 할 수 있는 장점이 있다.

또한, 도1에 도시된 바와 같이 상기 연소팬(150)은 상기 에어팬(130)과 동축 일체로 회전되는 것으로, 별도의 흡기관(152)을 통해 연소에 필요한 외기를 유입하여 후술할 버너유닛(170)에 외기를 공급한다.

상기 연소팬(150)은 상기 모터부(140)의 회전축(141) 타단에 결합되어 있는바, 상기 모터부(140)의 회전축(141) 일단에는 상기 에어팬(130)이 결합되어 있다.

따라서, 상기 모터부(140)는 상기 에어팬(130) 및 연소팬(150)을 동시에 회전시키는데, 상기 연소팬(150)은 상기 버너유닛(170)의 연소에 필요한 외기를 흡입하는데 사용된다.

상기 연소팬(150)의 날개는 그 간격이 균등하지 않은 비균등 간격을 갖도록 이루어져 있는바, 상기 연소팬(150)의 날개가 균등하면 연소팬(150)이 회전될 때 공명소음이 발생할 확률이 높지만 상기 연소팬(150)을 본 발명의 실시예와 같이 비균등 간격을 갖는 날개로 형성하면 공명소음이 줄어들어 보다 정숙해지는 장점이 있다.

여기서, 상기 흡기관(152)은 차실내 공기를 흡입하지 않고 차외부의 신선한 공기(이하, "외기"라 함)를 흡입할 수 있도록 차외부로 노출되어 있는바, 상기 연소팬(150)이 회전되면 외기가 상기 흡기관(152)을 통해 연소팬(150) 쪽으로 흡입된다.

또한, 상기 버너유닛(170)은 상기 흡기관(152)을 통해 유입된 외기와 연료를 혼합 연소하여 열을 발생시키고, 그 열로 상기 케이스(110) 내부로 유입된 실내공기를 가열하는 구성이다.

여기서, 상기 버너유닛(170)은 연료관(170a)을 통해 연료를 공급받으며, 이때 상기 흡기관(152)을 통해 유입된 외기를 연료와 혼합하여 연소를 촉진시킨다.

그리고, 상기 버너유닛(170)에서 사용된 연소가스는 배기관(180)을 통해 케이스(110) 외부로 배출된다.

이때, 상기 버너유닛(170)에서 발생된 열로 상기 케이스(110) 내부에 유입된 차실내공기를 가열하기 위해 상기 버너유닛(170)의 외주면과 상기 실내공기유로(113) 사이에는 열전도성이 높은 열교환기(160)가 설치되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 버너유닛(170)은 도4 및 도5에 잘 나타나 있는 바와 같이 플러그하우징(171)과, 글로우플러그(172)와, 베이스판(173)과, 화염통(174) 및 2차공기공급부(175)를 포함하여 이루어진다.

상기 플러그하우징(171)은 연료관(170a)의 끝단에 형성되어 내부로 연료가 공급되며, 상기 흡기관(152)을 통해 유입된 외기와의 혼합을 위해 다수개의 에어홀(171a)이 형성된다.

또한, 상기 글로우플러그(172)는 상기 플러그하우징(171)의 구조를 보다 자세하게 나타내기 위하여 도면에 가상선으로 도시하였지만 상기 플러그하우징(171)에 설치되어 연료를 점화하기 위한 구성으로, 상기 글로우플러그(172)는 외부로부터 전기를 공급받아 자체 발열되면서 주위에 있는 연료를 연소시킨다.

또한, 상기 베이스판(173)의 일측 표면에는 상기 플러그하우징(171)이 설치되며, 상기 베이스판(173)의 타측에서 상기 케이스(110)의 타단을 향해 화염통(174)이 일정길이 연장된다.

상기 화염통(174)의 내부에는 금속망 구조의 메쉬부가 형성되어 있어서 그 메쉬부에 연료가 부착되고, 부착된 연료에 상기 글로우플러그(172)에서 발생한 화염이 전파되면서 연소가 진행된다.

이때, 상기 화염통(174) 내부의 연소가 촉진되도록 상기 화염통(174)으로 추가공기가 공급되는 2차공기공급부(175)가 마련되는데, 상기 2차공기공급부(175)는 상기 베이스판(173)을 관통하여 상기 화염통(174) 내부로 연결된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변형이 가능한바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.

110 : 케이스 120 : 벨마우스부
121 : 수평부 122 : 경사부
130 : 에어팬 131 : 블레이드
140 : 모터부 141 : 회전축
142 : 홀센서 150 : 연소팬
152 : 흡기관 160 : 열교환기
170 : 버너유닛 180 : 배기관

Claims

일단(111)으로 차실내공기가 유입되어 타단(112)을 통해 차실내로 다시 배출되며 내부에는 수용공간이 형성된 케이스(110);
상기 케이스(110) 일단에 형성되는 것으로 내측으로 갈수록 단면적이 확대되어 유동공기를 안내하는 벨마우스부(120);
상기 케이스(110)의 일단부에 설치되어 케이스(110) 내부로 실내공기를 흡입하며, 상기 벨마우스부(120)의 내측면과 미세간극을 유지하는 블레이드(131)가 형성된 에어팬(130);
상기 에어팬(130)에 회전력을 제공하는 모터부(140);
상기 에어팬(130)과 동축 일체로 회전되는 것으로, 흡기관(152)을 통해 연소에 필요한 외기를 유입하는 연소팬(150);
상기 흡기관(152)을 통해 유입된 외기를 공급받아 연료관(170a)을 통해 공급된 연료와 혼합 연소하고 이때 발생된 열로 상기 유입된 실내공기를 가열하는 버너유닛(170);
상기 버너유닛(170)에서 사용된 연소가스를 케이스(110) 외부로 배출하는 배기관(180);을 포함하는 저소음 연소식 히터장치.
청구항 1에 있어서, 상기 벨마우스부(120)는 상기 케이스(110)의 일단에 배치되는 수평부(121)와, 상기 수평부(121)와 연결되어 공기유동방향으로 갈수록 공기유로 단면적이 확대되는 경사부(122)로 이루어진 것을 특징으로 하는 저소음 연소식 히터장치.
청구항 2에 있어서, 상기 경사부(122)에 대응되는 상기 블레이드(131)의 외측부(131a)는 그 경사부(122)와 미세간극을 유지하면서 경사부(122)를 따라 형성되며 상기 수평부(121)의 일부를 감싸도록 절곡부(131b)가 형성된 것을 특징으로 하는 저소음 연소식 히터장치.
청구항 1에 있어서, 상기 모터부(140)는,
1회전당 일정펄스가 출력되는 홀센서(142)가 구비된 브러시리스(Brushless) 모터인 것을 특징으로 하는 저소음 연소식 히터장치.
청구항 1에 있어서, 상기 버너유닛(170)은,
연료관(170a)의 끝단에 형성되어 내부로 연료가 공급되며 외기와의 혼합을 위해 다수개의 에어홀(171a)이 형성된 플러그하우징(171);
상기 플러그하우징(171)에 설치되어 연료를 점화하는 글로우플러그(172);
상기 플러그하우징(171)이 일측 표면에 설치된 베이스판(173);
상기 베이스판(173)의 타측에서 상기 케이스(110)의 타단을 향해 일정길이 연장되며 내부에서 화염이 발생되는 화염통(174);
상기 화염통(174)으로 추가 공기가 공급되도록 하는 2차공기공급부(175);
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저소음 연소식 히터장치.
청구항 1에 있어서, 상기 연소팬(150)은 비균등 간격을 갖는 날개를 구비한 것을 특징으로 하는 저소음 연소식 히터장치.