KR20120032303A - Ｐｔｃ히터를 이용한 차량용 난방장치 및 그 방법 - Google Patents

Ｐｔｃ히터를 이용한 차량용 난방장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PTC 히터를 이용한 차량용 난방장치로서, 운전석과 보조석의 설정온도를 각각 입력받는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력받은 설정온도를 바탕으로 PTC 히터에 형성된 좌측 열원부와 우측 열원부의 출력을 각각 제어하도록 PWM 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터의 출력된 PWM 제어신호에 따라 상기 좌측 열원부와 우측 열원부에 각각 전원을 공급하는 전원공급부를 포함한다.

Description

ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방장치 및 그 방법{Car heating system using PTC heater and method thereof}
본 발명은 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 전기자동차의 공조장치에 포함된 전기 가열장치(PTC 히터)에 좌우 독립 기능을 적용함으로써 좌측(운전석 측) 및 우측(보조석 측)의 온도를 조절하는 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 공조장치는 내부에 증발기 및 히터 등이 설치된 본체와, 상기 본체 내부에 블로어가 설치되고, 상기 본체의 내부로 공기를 송풍하는 블로어케이스를 구비한다.
상기 본체(1)는 도 1에 도시한 바와 같이, 상부 일측에는 차량 내부의 냉난방을 위한 벤틸레이션 배출유로(2)가 형성되며, 상부 타측에는 창문에 발생하는 성애를 제거하기 위한 디프로스트 배출유로(4)가 형성되고, 앞쪽에는 발 방향으로 공기를 배출시키기 위한 푸트 배출유로(6)가 형성된다.
그리고 본체(1)의 내부에는 공기 흡입구(12)로부터 유입된 공기를 냉각시키는 증발기(14)와, 공기를 가열하는 온수 히터 코어(15), 및 온수 히터 코어(15)의 가열 전에 사용되는 PTC 히터(16)가 구비되며, 증발기(14)와 온수 히터 코어(15) 사이에는 송풍되는 공기의 온도를 조절하는 믹스도어(18)가 설치된다.
상기 믹스도어(18)는 찬공기와, 온수히터코어(5)를 지나 PTC히터(8)를 통과하는 더운 공기의 혼합비율을 조절하여 차실내의 온도를 조절하는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 운전석 측 온도를 조절하는 제1 믹스도어(18a)와 보조석 측 온도를 조절하는 제2 믹스도어(18b)를 포함하며, 상기 제1 및 제2 믹스도어(18a)(18b)는 모터에 의해 개별 구동하여 좌우 독립제어한다.
그러나 종래기술인 차량의 공조장치는 엔진 냉각수에 의한 온수 히터 코어(15)가 향후 전기자동차에는 적용되지 않으므로, 대체할 수 있는 열원이 필요한 실정이다.
더욱이 종래기술인 차량의 공조장치는 운전석 측 및 보조석 측 온도를 조절하기 위해 별도로 상기 제1 및 제2 믹스도어(18a)(18b)와 모터를 구비해야 하며, 그에 따라 제작 비용이 증가하고, 본체(1)의 크기가 증가하는 문제점이 있었다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, PTC 히터의 구조 및 제어방법을 개선하여 PTC 히터를 주난방 열원으로 사용함으로써 전기자동차에도 적용 가능하고, 더불어 별도의 믹스도어 없이도 운전석 및 보조석의 개별 온도조절이 가능한 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방장치를 제공하는데 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명인 PTC 히터를 이용한 차량용 난방장치는 운전석과 보조석의 설정온도를 각각 입력받는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력받은 설정온도를 바탕으로 PTC 히터에 형성된 좌측 열원부와 우측 열원부의 출력을 각각 제어하도록 PWM 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터의 출력된 PWM 제어신호에 따라 상기 좌측 열원부와 우측 열원부에 각각 전원을 공급하는 전원공급부를 포함한다.
상기 PTC 히터는 좌측 열원부와 우측 열원부를 각각 거쳐 토출되는 공기의 온도를 측정하는 좌측 및 우측 온도 감지부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 좌측 및 우측 온도 감지부를 통해 측정된 온도와, 입력부를 통해 입력받은 설정온도 간의 온도 차를 비교하여, 좌측 열원부와 우측 열원부의 출력을 각각 제어하는 PWM 제어신호를 각각 출력한다.
상기 좌측 및 우측 온도 감지부는 좌측 열원부와 우측 열원부의 공기 토출면으로부터 이격되게 설치된다.
상기 좌측 열원부 또는 우측 열원부에는 다수의 PTC 소자가 구비되며, 상기 PTC 소자는 좌측 열원부 또는 우측 열원부의 상에서 하로 갈수록 많이 배치된다.
한편, 본 발명인 PTC 히터를 이용한 차량용 난방방법은 A)운전석 및 보조석의 설정온도를 입력받는 단계; B)상기 A)단계에서 입력된 운전석 및 보조석의 설정온도와, PTC 히터의 좌측 및 우측 열원부를 거쳐 토출되는 측정온도를 비교하는 단계; C)상기 A)단계에서 입력된 운전석 및 보조석의 설정온도와, 좌측 및 우측 열원부를 각각 통과하는 측정온도를 비교하여, 좌측 및 우측 열원부의 출력을 각각 제어하기 위한 PWM 제어신호를 각각 출력하는 단계를 포함한다.
상기 C)단계는 좌측 열원부 또는 우측 열원부가 운전석 또는 보조석 설정온도보다 낮은 경우에는 좌측 열원부 또는 우측 열원부에 입력되는 전압을 증가시키기 위한 PWM 제어신호를 출력하고, 좌측 열원부 또는 우측 열원부의 온도를 증가시킨다.
상기 C)단계는 좌측 열원부 또는 우측 열원부가 운전석 또는 보조석 설정온도보다 높은 경우에는 좌측 열원부 또는 우측 열원부에 입력되는 전압을 감소시키기 위한 PWM 제어신호를 출력하고, 좌측 열원부 또는 우측 열원부의 온도를 하강시킨다.
상기 C)단계는 좌측 열원부 또는 우측 열원부와 운전석 또는 보조석 설정온도가 같은 경우에는 좌측 열원부 또는 우측 열원부에 입력되는 전압을 유지시키기 위한 PWM 제어신호를 출력하고, 좌측 열원부 또는 우측 열원부의 온도를 유지시킨다.
본 발명에 따르면, PTC 히터의 구조 및 제어방법을 개선하여 PTC 히터를 주난방 열원으로 사용함으로써 전기자동차에도 적용 가능하고, 더불어 별도의 믹스도어 없이도 운전석 및 보조석의 개별 온도조절이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래기술인 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방장치를 대략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래기술인 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방장치를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명인 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방장치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명인 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방장치의 PTC 히터를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명인 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방장치의 PTC 히터의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명인 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방방법을 도시한 블록도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명인 ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)히터를 이용한 차량용 난방장치 및 그 방법는 PTC히터의 좌측 및 우측 열원부를 개별적으로 출력시켜 PTC 히터의 좌측 및 우측 온도를 달리 적용함으로써 운전석 및 보조석으로 토출되는 공기온도를 조절할 수 있고, 그에 따라 히터유닛의 크기를 축소하며, 부품수를 감소시켜 제작의 용이성 및 중량을 감소시킬 수 있는 기술이다.
이와 같은 본 발명인 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방장치는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본체(100), 상기 본체(100)에 내장되는 증발기(200), PTC 히터(300), 운전석과 보조석의 설정온도를 각각 입력받는 입력부(400), PTC 히터(300)의 좌측 및 우측을 통과하는 공기 온도를 감지하는 좌측 및 우측 온도감지센서(500)(600), 상기 입력부(400)로부터 입력된 설정온도와 상기 좌측 및 우측 온도감지센서(500)(600)로부터 각각 측정된 측정온도를 바탕으로 PTC 히터(300)를 제어하는 PWM 제어신호를 출력하는 제어부(700), 및 상기 제어부(700)의 출력된 PWM 제어신호에 따라 PTC 히터(300)에 공급되는 전원을 조절하는 전원공급부(800)를 포함한다.
본체(100)는 상부 일측에 차량 내부의 냉난방을 위한 벤틸레이션 배출유로(110)가 형성되며, 상부 타측에 창문에 발생하는 성애를 제거하기 위한 디프로스트 배출유로(120)가 형성되고, 뒤쪽에 발 방향으로 공기를 배출시키기 위한 푸트 배출유로(130)가 형성되며, 앞쪽에 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(140)가 형성된다.
그리고 본체(100)는 외부공기가 유입되는 공기 유입구(140)에는 증발기(200)와 후술되는 PTC 히터(300)가 설치되며, 상기 공기 유입구(140)를 통과한 공기는 상기 PTC 히터(300)를 통과하면서 가열된 후 벤틸레이션 배출유로(110), 디프로스트 배출유로(120) 및 푸트 배출유로(130) 중 어느 하나 이상으로 토출된다.
증발기(200)는 외부로부터 유입된 공기를 냉각하는 구성이며, 상기 본체(100)의 외부 공기 유입구(140) 상에 설치된다.
PTC 히터(300)는 증발기(200)를 통과한 공기를 가열하기 위한 구성이고, 전기식으로 동작하며, 상기 본체(100)의 내부에 설치되어 전원공급부(800)로부터 인가되는 전류량에 따라 상이한 온도의 온풍을 발생시킨다.
즉, PTC 히터(300)는 많은 전류를 인가할수록 가열장치의 온도가 높아져 높은 온도의 온풍을 발생시키고 적은 전류를 인가하면 상대적으로 온도가 낮아져 낮은 온도의 온풍을 발생시킨다.
이와 같은 PTC 히터(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 본체(310), 상기 본체(310)의 좌측 및 우측에 각각 구비되고, 상에서 하로 다수의 다수의 PTC 소자(320)가 배열되는 좌측 및 우측 열원부(330)(340)로 이루어지며, 상기 좌측 및 우측 열원부(330)(340) 사이에는 열을 방열하기 위한 방열핀(350)이 구비된다.
즉, 상기 PTC 히터(300)는 좌측 열원부(330) 및 우측 열원부(340)에 각각 다른 전류를 인가하면 좌측 열원부(330)와 우측 열원부(340)는 상이한 온도의 온풍을 발생시키며, 이를 통해 운전석과 보조석으로 공급되는 온풍의 조절할 수 있다.
여기서, 상기 좌측 및 우측 열원부(330)(340)에 구비된 PTC 소자(320)는 상부에서 하부로 갈수록 많이 배열된다. 즉, PTC 소자(320)는 좌측 및 우측 열원부(330)(340)의 하부에 많이 배치함으로써 운전석 및 보조석 발로 공급되는 온풍의 온도를 증대시킬 수 있다.
한편, 상기 PTC 히터(300)에 형성된 좌측 및 우측 열원부(330)는 도 5에 도시된 (a)와 같이 좌우로 배열할 수도 있고, (b)와 같이 상하로 배열할 수도 있으며, (c)와 같이 상하 좌우로 4분할 할 수도 있고, (d)와 같이 열수로 분할 할 수도 있다.
입력부(400)는 PTC 히터(300)에 형성된 좌측 및 우측 열원부(330)(340)의 온도를 설정하기 위한 설정온도를 사용자로부터 입력받는다. 즉, 입력부(400)는 운전석과 보조석의 설정온도를 각각 입력받는다.
제어부(700)는 사용자로부터 입력부(400)를 통해 입력된 설정온도에 따라, 이에 상응하는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 생성하고, 이를 전원공급부(800)에 출력하여 PTC 히터(300)의 좌측 및 우측 열원부(330)(340)의 구동을 위한 전압을 제어한다.
즉, 제어부(700)는 입력부(400)의 설정온도에 따라 좌측 열원부(330)와 우측 열원부(340)에 각각 공급되는 전압을 제어하여 좌측 열원부(330)와 우측 열원부(340)를 독립적으로 제어한다.
한편, PWM(Pulse Width Modulation)은 펄스 변조 방식의 하나로, 변조 신호의 크기에 따라서 펄스의 폭을 변화시켜 변조하는 방식이며, 제어신호의 진폭이 클 때는 펄스의 폭이 넓어지고, 진폭이 작을 때는 펄스의 폭이 좁아지나, 펄스의 위치나 진폭은 변하지 않으므로 PTC 히터(300)에 인가되는 전류의 양을 조절할 수 있다. 그래서, 전압 제어 방식에 비하여 상대적으로 높은 에너지 효율을 얻을 수 있는 것은 물론, 전원공급부(800)에 PWM 제어신호를 출력하여 PTC 히터(300)의 온도를 가변시킬 수 있다.
여기서 상기 PTC 히터(300)는 좌측 열원부(330)와 우측 열원부(340)으로부터 토출되는 공기의 온도를 각각 측정하는 좌측 및 우측 온도 감지부(500)(600)를 구비한다.
상기 좌측 및 우측 온도 감지부(500)(600)는 좌측 열원부(330)와 우측 열원부(340)의 공기 토출면으로부터 소정거리 이격된 상태로 본체(100) 내부에 설치된다.
따라서 상기 제어부(700)는 상기 좌측 및 우측 온도 감지부500)(600)를 통해 측정된 측정온도와, 입력부(400)를 통해 입력받은 설정온도 간의 온도 차를 비교하여, 좌측 열원부(330)와 우측 열원부(340)의 출력을 각각 제어한다.
전원 공급부(800)는 제어부(700)로부터 PWM 제어신호가 입력되면 좌측 및 우측 열원부(330)(340)에 전원을 각각 인가한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명인 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방방법을 첨부된 도 6을 참조하여 설명한다.
먼저, 자동차의 전원을 연결하여 각센서 및 설정온도를 센싱한다(S10). 그리고 사용자는 운전석 및 보조석의 온도를 설정하기 위한 설정온도를 입력한다(S20). 그리고 PTC 히터(300)의 좌측 및 우측 열원부(330)(340)를 통해 토출되는 공기의 온도를 좌측 및 우측 온도 감지부(500)(600)를 통해 측정한다(S30).
그러면 입력부(400)는 사용자에 의해 입력된 설정온도와 좌측 및 우측 온도 감지부(500)(600)로부터 측정된 측정온도를 비교하여, PTC 히터(300)의 좌측 및 우측 열원부(330)(340)를 제어하기 위한 PWM 제어신호를 전원공급부(800)에 출력한다.
[좌측 열원부 제어]
즉, 좌측 열원부(330)에 위치하는 좌측 온도감지부(500)로부터 측정된 측정온도가 운전석의 설정온도 보다 낮은 경우(S40)에는 측정온도와 설정온도 차에 비례해서 PTC 히터(300)의 좌측 열원부(330)에 입력되는 입력 전압을 증가시키기 위한 PWM 제어신호를 전원공급부(800)에 출력한다(S50). 이에 전원공급부(800)는 좌측 열원부(330)의 토출 온도를 증가시킨다(S60).
여기서 좌측 온도감지부(500)로부터 측정된 측정온도와 운전석의 설정온도가 같을 경우(S80)에는 현재의 PWM 제어값을 유지하며(S90), 이에 PTC 히터(300)의 좌측 열원부(330)의 온도는 변화없이 유지된다(S100).
한편, 좌측 열원부(330)에 위치하는 좌측 온도감지부(500)로부터 측정된 측정온도가 운전석의 설정온도 보다 높은 경우에는 측정온도와 설정온도 차에 비례해서 PTC 히터(300)의 좌측 열원부(330)에 입력되는 입력 전압을 감소시키기 위한 PWM 제어신호를 전원공급부(800)에 출력한다(S110). 이에 전원공급부(800)는 좌측 열원부(330)의 토출 온도를 감소시킨다(S120).
[우측 열원부 제어]
한편, 우측 열원부(340)에 위치하는 좌측 온도감지부(600)로부터 측정된 측정온도와 보조석의 설정온도를 비교하여(S130) 측정온도가 설정온도보다 낮은 경우에는 측정온도와 설정온도 차에 비례해서 PTC 히터(300)의 우측 열원부(340)에 입력되는 입력 전압을 증가시키기 위한 PWM 제어신호를 전원공급부(800)에 출력한다(S50). 이에 전원공급부(800)는 우측 열원부(340)의 토출 온도를 증가시킨다(S60).
그리고, 우측 열원부(340)에 위치하는 우측 온도감지부(600)로부터 측정된 측정온도가 보조석의 설정온도보다 높은 경우에는 측정온도와 설정온도 차에 비례해서 PTC 히터(300)의 우측 열원부(340)에 입력되는 입력 전압을 감소시키기 위한 PWM 제어신호를 전원공급부(800)에 출력한다(S110). 이에 전원공급부(800)는 우측 열원부(340)의 토출 온도를 감소시킨다(S120).
여기서 우측 온도감지부(600)로부터 측정된 측정온도와 운전석의 설정온도가 같을 경우(S80)에는 현재의 PWM 제어값을 유지하며(S90), 이에 PTC 히터(300)의 우측 열원부(340)의 온도는 변화없이 유지된다(S100).
[PTC 히터 오프시]
다음으로 PTC 히터(300)를 오프 신호가 입력되는지 판단하여(S70), 입력되지 않으면 S10 단계로 돌아가는 과정을 반복하여 PTC 히터(300)의 좌측 및 우측 열원부(330)(340) 온도를 제어하는 한편, 오프 신호가 입력되면 PTC 히터(300)의 작동을 정지시킨다.
따라서 본 발명인 ＰＴＣ히터를 이용한 차량용 난방방법은 PTC 히터(300)의 좌측 및 우측 열원부(330)(340)를 각각 구동되도록 제어함으로써 운전석과 보조석으로 공급되는 온풍을 조절할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 본체 200: 증발기
300: PTC 히터 330: 좌측 열원부
340: 우측 열원부 400: 입력부
500: 좌측 온도감지부 600: 우측 온도감지부
700: 제어부 800: 전원공급부

Claims (8)

  1. PTC 히터를 이용한 차량용 난방장치로서,
    운전석과 보조석의 설정온도를 각각 입력받는 입력부;
    상기 입력부를 통해 입력받은 설정온도를 바탕으로 PTC 히터에 형성된 좌측 열원부와 우측 열원부의 출력을 각각 제어하도록 PWM 제어신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터의 출력된 PWM 제어신호에 따라 상기 좌측 열원부와 우측 열원부에 각각 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 PTC 히터를 이용한 차량용 난방장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 PTC 히터는 좌측 열원부와 우측 열원부를 각각 거쳐 토출되는 공기의 온도를 측정하는 좌측 및 우측 온도 감지부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 좌측 및 우측 온도 감지부를 통해 측정된 온도와, 입력부를 통해 입력받은 설정온도 간의 온도 차를 비교하여, 좌측 열원부와 우측 열원부의 출력을 각각 제어하는 PWM 제어신호를 각각 출력하는 PTC 히터를 이용한 차량용 난방장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 좌측 및 우측 온도 감지부는 좌측 열원부와 우측 열원부의 공기 토출면으로부터 이격되게 설치되는 PTC 히터를 이용한 차량용 난방장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 좌측 열원부 또는 우측 열원부에는 다수의 PTC 소자가 구비되며,
    상기 PTC 소자는 좌측 열원부 또는 우측 열원부의 상에서 하로 갈수록 많이 배치되는 PTC 히터를 이용한 차량용 난방장치.
  5. PTC 히터를 이용한 차량용 난방방법으로서,
    A)운전석 및 보조석의 설정온도를 입력받는 단계;
    B)상기 A)단계에서 입력된 운전석 및 보조석의 설정온도와, PTC 히터의 좌측 및 우측 열원부를 거쳐 토출되는 측정온도를 비교하는 단계;
    C)상기 A)단계에서 입력된 운전석 및 보조석의 설정온도와, 좌측 및 우측 열원부를 각각 통과하는 측정온도를 비교하여, 좌측 및 우측 열원부의 출력을 각각 제어하기 위한 PWM 제어신호를 각각 출력하는 단계를 포함하는 PTC 히터를 이용한 차량용 난방방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 C)단계는 좌측 열원부 또는 우측 열원부가 운전석 또는 보조석 설정온도보다 낮은 경우에는 좌측 열원부 또는 우측 열원부에 입력되는 전압을 증가시키기 위한 PWM 제어신호를 출력하고, 좌측 열원부 또는 우측 열원부의 온도를 증가시키는 PTC 히터를 이용한 차량용 난방방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 C)단계는 좌측 열원부 또는 우측 열원부가 운전석 또는 보조석 설정온도보다 높은 경우에는 좌측 열원부 또는 우측 열원부에 입력되는 전압을 감소시키기 위한 PWM 제어신호를 출력하고, 좌측 열원부 또는 우측 열원부의 온도를 하강시키는 PTC 히터를 이용한 차량용 난방방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 C)단계는 좌측 열원부 또는 우측 열원부와 운전석 또는 보조석 설정온도가 같은 경우에는 좌측 열원부 또는 우측 열원부에 입력되는 전압을 유지시키기 위한 PWM 제어신호를 출력하고, 좌측 열원부 또는 우측 열원부의 온도를 유지시키는 PTC 히터를 이용한 차량용 난방방법.
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