KR20120035010A - 전기자동차의 냉난방장치 - Google Patents

전기자동차의 냉난방장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차에 설치가 가능하고 냉난방효율이 향상된 전기자동차의 냉난방장치를 개시한다.
본 발명은 흡입된 공기를 강제 송풍할 수 있도록 내부에 송풍기가 설치된 블로워유닛과, 상기 블로워유닛에 연결되어 송풍된 공기를 전달받고 차량의 각 부위로 냉방이나 난방된 공기를 토출할 수 있도록 내부에 열전소자가 구비된 열교환코어가 장착된 온도조절유닛과, 일측은 상기 열전소자의 일측면에 접촉되고, 타측에는 방열핀이 형성되며, 열을 전도하는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프의 방열핀을 내부에 수용하며 상기 방열핀과 열교환이 이루어지도록 냉매유체가 내부에 흐르는 냉각유로로 구성됨으로써, 전기자동차에 설치가 가능함과 동시에 냉난방효율이 향상되도록 한 것이다.

Description

전기자동차의 냉난방장치{A COOLING AND HEATING DEVICE OF ELECTRIC-VEHICLE}
본 발명은 전기자동차의 냉난방장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차에 열전소자로 이루어진 열교환 코어를 설치하여 냉난방을 실시하는 전기자동차의 냉난방장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 HVAC(Heater-Vent-Air conditioning)라고 하는 냉난방장치가 장착되어 있어서, 운전자의 조작에 의하여 자동차 내부의 환기나 냉, 난방 등 각종 공기조화기능을 수행하여 자동차의 운전자나 탑승자에게 쾌적한 환경을 제공한다. 이러한 HVAC는 운전자 및 실내 동승자가 핸들 우측 하단에 구비되는 조작스위치를 작동함으로써 조작가능하고, 자동 온도 조절유닛을 구동하여 공기의 통풍경로를 조절하거나 에어컨 압축기를 가동시킴으로써 동작시킨다.
도 1은 종래 구조로 이루어진 자동차의 냉난방장치를 개략적으로 도시한 상태도로서, 도시된 바와 같이 종래 구조로 이루어진 자동차의 냉난방장치는 에어컨 증발기를 통과하는 공기의 통풍경로를 살펴보면, 송풍할 공기의 근원을 차량의 내부공기로 할 것인지, 외부의 공기로 할 것인지를 결정하는 에어 인렛 도어(100)와, 에어 인렛 도어(100)를 통하여 차량의 실내로 공기를 압송시키도록 이루어지는 블로워(101)와 블로워(101)로부터 유입되는 공기가 통과하도록 설치되는 에어컨 증발기(106)와, 히터코어(102)로 향하는 양을 조절하도록 이루어지는 에어 믹스도어(103)와, 에어컨 증발기(106) 및 히터 코어(102)를 경유한 공기를 차량의 각 부위로 공급하도록 이루어지는 에어 덕트(104) 및 에어벤트(105)로 이루어진다.
상기와 같이 자동차 내의 공기가 통풍경로를 통하여 차량의 실내로 공급되도록 이루어지는 공기의 흐름을 보다 상세히 설명하면, 먼저 에어 인렛 도어(100)에서 선택된 공기 공급원으로부터 블로워(101)가 공기를 흡입하여 압송하면 압송된 공기가 에어컨의 증발기(106)를 통과하면서 공기가 냉각되어 차량의 실내로 유입된다.
에어컨 증발기(106)를 통과한 공기는 에어 믹스 도어(103)의 상태에 따라서 히터 코어(102)를 경유한 후 에어 덕트(104) 및 에어 벤트(105)를 통하여 차량의 실내로 유입되며, 히터 코어(102)를 경유한 공기와 히터 코어(102)를 경유하지 않은 공기가 믹스존(107)에서 혼합되어 소정의 온도로 변환된 후 에어 덕트(104) 및 에어 벤트(105)를 통하여 차량의 실내로 유입된다.
따라서 히터 코어(102)를 경유하는 공기의 양이 많아지면 그 만큼 차량의 실내로 공급되는 공기의 온도는 상승된다. 이와 같이 에어 믹스 도어(103)는 실질적으로 차량의 실내로 유입되는 공기의 온도를 조절하는 역할을 하게 된다.
물론, 상기와 같이 기본적인 공기의 통로 경로를 조절함과 더불어 각 에어벤트(105)의 개폐 상태와 에어컨 압축기의 가동 정도 등이 종합적으로 제어됨으로써 차량의 실내에 소정의 온도를 갖는 공기를 공급하거나 조절할 수도 있다. 보통 에어벤트(105)는 운전자나 실내 동승자의 발 쪽, 가슴 쪽, 머리 쪽 이렇게 세 방향으로 분사하는 구조로 이루어진다.
한편, 이렇게 차량 내부의 실내 온도를 조절할 수 있도록 이루어지는 종래의 자동차 냉난방장치는 핸들 우측 하단의 대쉬보드 상에 설치되는 온도조절용 조작스위치를 작동시킴으로써 자동차 실내의 냉, 난방을 위한 에어컨 및 히터를 구동한다.
이러한 자동차의 혼합용 냉난방장치는 차량용 난방장치 인 엔진 냉각수가 가열되고, 블로워(101)에 의하여 흡입되는 공기가 냉각수 순환로에 설치된 히터 코어(102)를 통과하면서 공기가 난방에 필요한 열을 얻는 구조로 이루어진다.
그러나 상기와 같이 구성된 종래 구조의 자동차 냉난방장치는 엔진 냉각수가 필요하지 않는 전기자동차에 적용하고자 하는 경우에는 기존의 HVAC구조로는 난방에 어려움이 있다. 그리고 히터 코어(102)의 설치가 어려운 문제점이 있다. 또한, 열전소자만을 이용하는 경우 냉방효율을 높이는데 한계가 발생되는 문제점이 있다.
상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 전기자동차에 적용이 가능하고 냉각효율을 향상시킬 수 있는 전기자동차의 냉난방장치를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 히팅 파이프를 이용하여 냉난방 효율을 증가시키는 전기자동차의 냉난방장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전기자동차의 냉난방장치는 흡입된 공기를 강제 송풍할 수 있도록 내부에 송풍기가 설치된 블로워유닛; 상기 블로워유닛에 연결되어 송풍된 공기를 전달받고 차량의 각 부위로 냉방이나 난방된 공기를 토출할 수 있도록 내부에 열전소자가 구비된 열교환코어가 장착된 온도조절유닛; 일측은 상기 열전소자의 일측면에 접촉되고, 타측에는 방열핀이 형성되며, 열을 전도하는 히트 파이프; 및 상기 히트 파이프의 방열핀을 내부에 수용하며 상기 방열핀과 열교환이 이루어지도록 냉매유체가 내부에 흐르는 냉각유로;를 포함한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 히트파이프는 다수개가 장착된다.
또한, 보다 바람직하게는, 각각의 상기 히트파이프 일측 끝단에 장착되는 열교환코어는 히트파이프의 외주면에 일측면이 접촉되는 다수개의 상기 열전소자; 상기 열전소자의 타측면에 접촉되는 열교환핀; 및 상기 히트 파이프와 상기 열교환핀 사이에 장착되어 상기 열전소자를 감싸는 단열재;를 포함한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 냉각유로에는 냉매유체를 순환시키는 순환펌프; 및 순환되는 냉매유체에 외부 공기를 송풍시키는 수냉식 송풍팬;을 포함한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 방열핀은 상기 순환펌프와 상기 수냉식 송풍팬 중간 부위에 형성된 열교환실에 설치된다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 방열핀은 상기 수냉식 송풍팬이 장착되는 수냉식 열교환기의 하부 헤더 내부에 설치된다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 방열핀은 상기 열교환 코어 보다 높게 위치한다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 온도조절유닛에는 상기 열교환 코어에서 생성되는 수분을 차량 외부로 제거하는 드레인라인이 더 포함된다.
이와 같이 본 발명에 의한 전기자동차의 냉난방장치는 열전소자로 이루어진 열교환코어를 사용함으로써 전기자동차의 냉방 및 난방을 선택적으로 실시하는 것이 가능하다.
또한 열전소자에 히트 파이프가 연결된 구조로 이루어져 냉방을 하는 경우에는 높은 온도를 온도조절유닛 외부로 신속하게 배출시키고, 난방을 하는 경우에는 낮은 온도를 온도조절유닛 외부로 신속하게 배출시켜 냉난방 효율이 향상되는 효과가 있다.
또한 냉매유체가 흐르는 냉각유로를 이용하여 히트 파이프에 설치되는 방열핀의 열교환이 활발하게 이루어지도록 함으로써 냉난방 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래 구조로 이루어진 자동차의 냉난방장치를 개략적으로 도시한 상태도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 전기자동차의 냉난방장치를 도시한 상태도,
도 3은 도 2에 도시된 열교환 코어를 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 제2 실시예인 전기자동차의 냉난방장치를 도시한 상태도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예인 전기자동차의 냉난방장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 전기자동차의 냉난방장치를 도시한 상태도이고, 도 3은 도 2에 도시된 열교환 코어를 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 전기자동차의 냉난방장치는 내부에 송풍기(11)가 설치된 블로워 유닛(10)과, 블로워 유닛(10)과 연통되고 내부에 열교환 코어(30)가 설치되는 온도조절유닛(20)과, 일측은 열교환 코어(30)에 접촉되고 타측에는 방열핀(41)이 형성된 히트 파이프(40)와, 히트 파이프(40)에 형성된 방열핀(41)을 내부에 수용하며 냉매유체가 흐르는 냉각유로(50)으로 이루어진다.
블로워 유닛(10)은 송풍할 공기의 근원을 차량의 내부 공기로 할 것인지, 외부의 공기로 할 것인지를 결정하는 에어 인렛 도어(12)와 에어 인렛 도어(12)를 통하여 유입된 공기를 강제 송풍하는 송풍기(11)로 이루어진다.
온도조절유닛(20)은 블로워 유닛(10)에서 강제 송풍된 공기를 전달받도록 일측이 연통되고, 내부에 열교환 코어(30)가 설치되고, 열교환 코어(30)를 경유한 공기를 차량의 각 부위로 공급하도록 에어 덕트(21)나 에어벤트(22)와 연결된다. 그리고 온도조절유닛(20)의 하부 측에는 열교환 코어(30)에서 발생되는 수분을 자동차의 외부로 방출하는 드레인라인(23)이 형성된다.
열교환 코어(30)는 히트 파이프(40)의 일측 외주면에 제1측면(31a)이 접촉되도록 부착되는 열전소자(31)와, 제1측면(31a)의 타측면인 열전소자(31)의 제2측면(31b)에 접촉되는 열교환핀(32)과, 히트 파이프(40)와 열교환핀(32) 사이에 장착되어 열전소자(31)를 감싸는 단열재(33)로 이루어진다.
히트 파이프(40)는 열전달에 주로 사용되는 전도체로서, 다수개가 짝을 이루어 배열되는 것이 바람직하다. 주로 원형 단면을 갖는 관 형상으로 이루어진다.
냉각유로(50)는 내부에 냉매유체가 순환되는 구조로 이루어지고, 냉매유체를 순환시키는 순환펌프(51)와 순환되는 냉매유체에 외부 공기를 송풍시키는 수냉식 송풍팬(52)이 장착된 부위에 설치되는 열교환기(53)와, 순환펌프(51)와 열교환기(53) 사이에 형성되고 내부에 방열핀(41)이 장착된 히트 파이프(40)의 타측 끝단이 수용되는 열교환실(54)로 이루어진다. 방열핀(41)은 열교환 코어(30) 보다 높은 위치에 설치되어 열의 전달이 활발하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 열교환기(53)는 상부헤더(53a)와 하부헤더(53b) 사이를 연결하여 냉매유체가 흐르도록 하는 다수개의 방열핀(53c)이 구비되는 일반적인 구조로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 전기자동차의 냉난방장치는 자동차 내부를 냉방하고자 하는 경우에는 열전소자(31)에 흐르는 전류의 방향을 제어하여 제2측면(31b)은 저온상태가 되고, 제1측면(31a)은 고온 상태가 되도록 한다. 제2측면(31b)의 저온은 열교환핀(32)에 전달되어 온도조절 유닛(20) 내부를 저온상태로 유지시킨다. 그리고 제1측면(31a)에서 발생되는 고온의 열은 히트 파이프(40)에 전달된다. 히트 파이프(40)의 일측에 전달된 열은 히트 파이프(40)의 타측에 형성된 방열핀(41) 까지 전달되고, 냉각유로(50) 내부를 순환하는 냉매유체와 열교환이 실시된다. 냉각유로(50)는 순환하는 냉매유체는 순환펌프(51)에 의해 냉매유로(50) 내부를 순환하게 되며, 방열핀(41)으로부터 전달받은 열은 냉매유체가 열교환기(53)를 거치면서 수냉식 송풍팬(52)에 의해 강제 송풍되는 외부 공기를 통해 외부로 발산된다. 상기와 같이 과정을 반복하면서 다수개의 히트 파이프(40)에 설치된 방열핀(41)의 열을 방출하는 구조로 구성됨으로써, 온도조절유닛(20)의 내부에 설치된 열교환 코어(30)의 냉방성능이 향상된다.
그 상태에서 송풍팬(10)이 작동되어 강제 송풍된 공기가 열교환 코어(30)를 경유하면서 냉각되고, 냉각된 공기는 에어덕트(21)나 에어벤트(22)를 통해 차량 내부 곳곳으로 방출되는 것이다.
또한, 상기와 같이 구성된 전기자동차의 냉난방장치로 자동차 내부를 난방하고자 하는 경우에는 냉방시 열전소자(31)에 흐르는 전류의 방향과 반대 방향으로 전류의 흐름을 제어하여, 제2측면(31b)은 고온상태가 되고, 제1측면(31a)은 저온 상태가 되도록 한다. 제2측면(31b)의 고온은 열교환핀(32)에 전달되어 온도조절 유닛(20) 내부를 고온상태로 유지시킨다. 그리고 제1측면(31a)에서 발생되는 저온의 냉기는 히트 파이프(40)에 전달된다. 히트 파이프(40)의 일측에 전달된 냉기는 히트 파이프(40)의 타측에 형성된 방열핀(41) 까지 전달되고, 냉각유로(50) 내부를 순환하는 냉매유체와 열교환이 실시된다. 냉각유로(50)는 순환하는 냉매유체는 순환펌프(51)에 의해 냉매유로(50) 내부를 순환하면서 방열핀(41)과 열교환이 실시되는 것이다.
상기와 같이 과정을 반복하면서 다수개의 히트 파이프(40)에 설치된 방열핀(41)의 냉기를 방출하는 구조로 구성됨으로써, 온도조절유닛(20)의 내부에 설치된 열교환 코어(30)의 난방성능이 향상된다.
그 상태에서 송풍팬(10)이 작동되어 강제 송풍된 공기가 열교환 코어(30)를 경유하면서 난방되고, 난방된 공기는 에어덕트(21)나 에어벤트(22)를 통해 차량 내부 곳곳으로 방출되는 것이다.
마찬가지로 본 발명의 바람직한 제2 실시예인 전기자동차의 냉난방장치는 도 4에 도시된 바와 같이 방열핀(41)이 형성된 히트 파이프(40)의 타측 끝단부가 열교환기(53)의 하부 헤더(53b) 내부에 장착된 구조로 이루어진다. 히트 파이프(40)의 타측 끝단부가 열교환실(54)에 형성되지 않고, 하부 헤더(53b)에 형성되는 구조 이외의 구성 및 동작은 본 발명의 바람직한 제1 실시예와 동일하다. 이때 열교환실(54)은 생략된다.
이와 같이 본 발명에 의한 전기자동차의 냉난방장치는 특히, 히트 파이프(40)에 형성된 방열핀(41)을 통해 열의 방출이 활발하게 이루어지는 구조로 이루어져 열교환 코어(30)에 의해 냉방 효율이 향상되는 것을 특징으로 한다.
또한, 방열핀(41)이 열교환 코어(30) 보다 높게 위치하므로 고온의 열이 방열핀(41) 측으로 쉽게 전도되고 방출되는 특징을 갖는다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
10 : 블로워 유닛
11 : 송풍기
20 : 온도조절 유닛
30 : 열교환 코어
31 : 열전소자
40 : 히트 파이프
41 : 방열핀
50 : 냉각유로

Claims (8)

  1. 흡입된 공기를 강제 송풍할 수 있도록 내부에 송풍기가 설치된 블로워유닛;
    상기 블로워유닛에 연결되어 송풍된 공기를 전달받고 차량의 각 부위로 냉방이나 난방된 공기를 토출할 수 있도록 내부에 열전소자가 구비된 열교환코어가 장착된 온도조절유닛;
    일측은 상기 열전소자의 일측면에 접촉되고, 타측에는 방열핀이 형성되며, 열을 전도하는 히트 파이프; 및
    상기 히트 파이프의 방열핀을 내부에 수용하며 상기 방열핀과 열교환이 이루어지도록 냉매유체가 내부에 흐르는 냉각유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉난방장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 히트파이프는 다수개가 장착되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉난방장치.
  3. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 히트파이프 일측 끝단에 장착되는 상기 열교환코어는
    상기 히트파이프의 외주면에 일측면이 접촉되는 다수개의 상기 열전소자;
    상기 열전소자의 타측면에 접촉되는 열교환핀; 및
    상기 히트 파이프와 상기 방열핀 사이에 장착되어 상기 열전소자를 감싸는 단열재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉난방장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 냉각유로에는
    냉매유체를 순환시키는 순환펌프; 및
    순환되는 냉매유체에 외부 공기를 송풍시키는 수냉식 송풍팬;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉난방장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 방열핀은
    상기 순환펌프와 상기 수냉식 송풍팬 중간 부위에 형성된 열교환실에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉난방장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 방열핀은
    상기 수냉식 송풍팬이 장착되는 수냉식 열교환기의 하부 헤더 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉난방장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열핀은 상기 열교환 코어 보다 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉난방장치.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도조절유닛에는 상기 열교환 코어에서 생성되는 수분을 차량 외부로 제거하는 드레인라인이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉난방장치.
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