KR20130039961A - 전기 차량용 난방 장치 - Google Patents

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박만호
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Abstract

본 발명은 전기 차량용 난방 장치에 관한 것으로, 다공성 메탈 폼을 전기적 발열체로 이용하여 차량용 난방을 실행한다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 난방 장치에 의하면, 전기를 이용하면서도 물리적 안정성과 전기적 안정성을 갖고 가공이 용이하다.
또한, 다공성 메탈 폼을 열원으로 사용하기 때문에 온도 상승 효율을 높이고, 에너지 효율도 높일 수 있다.

Description

전기 차량용 난방 장치{HEATING APPARATUS FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 난방장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 차량용 난방 장치에 관한 것이다.
일반적인 내연기관을 동력원으로 하는 차량의 난방은 엔진이 작동되면서 발생하는 열을 이용하여 차량의 내부에 유입되는 공기를 가열하는 방식을 사용한다.
그러나, 차량의 동력원이 내연기관이 아닌 경우에는 차량용 난방을 위한 열원이 없어 난방용 장치를 별도로 장착하여야 한다.
즉, 환경 문제와 에너지 문제가 대두되어 현재 또는 미래의 차량 동력원으로 연구 대상이 되고 있는 전기 차량, 연료 전지 차량 등의 경우에는 전기를 동력원으로 사용하기 때문에, 차량 내부의 난방을 위해서는 전기를 이용한 별도의 난방 장치가 장착되어야 한다.
그런데, 전기를 이용한 난방용 열원의 경우, 물리적 안정성과 전기적 안정성을 요구하며, 가공이 용이하여야 한다.
본 발명의 목적은 전기를 이용한 열원으로 물리적 안정성과 전기적 안정성을 갖고 가공이 용이한 전기 차량용 난방 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 난방 장치는 다공성 메탈 폼을 전기적 발열체로 이용하여 차량용 난방을 실행할 수 있다.
상기 다공성 메탈 폼은 차량에 유입되는 덕트 내에 구비될 수 있다.
상기 다공성 메탈 폼은 상기 덕트 내부로 유입되는 공기 흐름 방향에 수직하게 구비될 수 있다.
상기 다공성 메탈 폼은 설정된 두께를 갖고, 평면상에서 지그재그 형상으로 구비될 수 있다.
상기 다공성 메탈 폼은 설정된 두께를 갖고, 평면상에서 소용돌이(vortex) 형상으로 구비될 수 있다.
상기 다공성 메탈 폼은 상기 덕트 내부로 유입되는 공기 흐름 방향을 따라 구비될 수 있다.
상기 다공성 메탈 폼은 상기 덕트 내부로 유입되는 공기 흐름 방향을 따라 원기둥을 형성하도록 구비될 수 있다.
상기 다공성 메탈 폼은 상기 덕트 내부로 유입되는 공기 흐름 방향을 따라 소용돌이 형상으로 구비될 수 있다.
상기 다공성 메탈 폼은 Fecral (Fe-Cr-Al)재질로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 난방 장치에 의하면, 전기를 이용하면서도 물리적 안정성과 전기적 안정성을 갖고 가공이 용이하다.
다공성 메탈 폼을 열원으로 사용하기 때문에 온도 상승 효율을 높이고, 에너지 효율도 높일 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치를 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치를 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 제4 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치를 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치에 사용되는 다공성 메탈 폼의 전압 변화에 따른 온도와 전류 특성을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치를 도시한 도면이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 난방 장치는 다공성 메탈 폼(10)을 전기적 발열체로 이용하여 차량용 난방을 실행할 수 있다.
일반적인 내연기관만을 동력원으로 하는 차량의 난방은 엔진이 작동되면서 발생하는 열을 이용하여 차량의 내부에 유입되는 공기를 가열하는 방식을 사용한다.
그러나, 차량의 동력원이 내연기관이 아닌 경우에는 차량용 난방을 위한 열원이 없어 난방용 장치를 별도로 장착하여야 한다.
차량의 동력원이 내연기관이 아닌 경우, 본 발명의 실시예는 전기 차량에 적용되는 것으로 여기서, 상기 전기 차량은 차량의 운행에 필요한 에너지가 전기인 모든 차량을 포함한다. 예를 들어 배터리를 이용하는 전기 차량, 연료 전지를 이용하는 연료 전지 차량을 포함하며, 내연 기관과 모터를 이용하는 하이브리드 차량도 포함한다.
하이브리드 차량의 경우, 예를 들어 EV 모드(Electric Vehicle mode)로 운전하는 경우에는 내연기관의 열을 이용할 수 없으므로, 별도의 난방 장치를 구비하여 필요시 가동하게 된다.
도5는 본 발명의 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치에 사용되는 다공성 메탈 폼의 전압 변화에 따른 온도와 전류 특성을 도시한 그래프이다.
도5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치에 사용되는 다공성 메탈 폼은 전압 승하강에 따른 온도 변화 및 전류 특성이 안정적으로 변하여, 본 발명의 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치에 적용 가능하다.
상기 다공성 메탈 폼(10)은 Fecral (Fe-Cr-Al)재질로 형성될 수 있다.
실험에 의하면, 상기 다공성 메탈 폼(10)은 밀도가 낮아 히팅 시간 및 냉각 시간이 상대적으로 빠르고, 높은 내열 온도(실험에 의하면 대략 1150℃)와 높은 산화 온도(대략 950℃)를 갖기 때문에 내구성이 기대된다.
히터 등에 사용되는 일반적인 열선(heat wire)은 진동이나 충격에 약해 파손될 가능성이 높다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의한 난방 장치에 사용되는 메탈 폼은 그 구조상 일종의 충격 흡수가 가능하여 파손 가능성이 상대적으로 낮다.
또한, 일반적인 열선은 그 일부가 단락 되면 열선 전부를 교체하여야 한다. 그러나 메탈 폼의 경우에는 수많은 스트럿(strut)으로 메탈 폼이 연결되어 있어 단락될 가능성이 상당히 낮다.
또한, 일반적인 열선은 가공시 작은 오차라도 반복적인 전기 공급/중단에 의한 열충격에 의해 파손될 가능성이 높으나, 메탈 폼은 수많은 스트럿에 의해 전기적/열적 충격 흡수가 가능하다.
상기 다공성 메탈 폼(10)은 차량에 유입되는 덕트(12) 내에 구비된다.
즉, 상기 다공성 메탈 폼(10)의 일단은 각각 전기 커넥터(14, 16)로 전원(electric source; 미도시)과 연결되어 있다.
상기 다공성 메탈 폼(10)은 상기 덕트(12) 내부로 유입되는 공기 흐름 방향에 수직하게 구비될 수 있다.
즉, 상기 다공성 메탈 폼(10)은 수많은 기공(pore)을 갖고, 흐르는 공기 일부는 기공을 통해 흐르게 되며, 일반적인 열선에 비해 상대적인 공기와 접촉 면적이 넓다. 즉, 일반적인 열선은 선(線)발열 방식이나, 본 발명의 실시예에 적용되는 다공성 메탈 폼은 면(面)발열 방식으로 구별될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 적용되는 메탈 폼(10)은 상기 덕트(12) 내부로 유입되는 공기 흐름 방향에 수직하게 구비되어 덕트의 전체 부피를 줄이면서도 열교환 효율은 높일 수 있다.
상기 다공성 메탈 폼(10)은 설정된 두께를 갖고, 평면상에서 지그재그 형상으로 구비될 수 있다.
즉, 도1에 도시된 바와 같이, 상기 다공성 메탈 폼(10)을 지그재그 형상으로 구비하여 흐르는 공기와 접촉하는 면적을 상대적으로 넓힐 수 있고, 열접촉 효율을 높일 수 있다.
도2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치를 도시한 도면이다.
또한, 상기 다공성 메탈 폼(10)의 가공이 용이하므로 다양한 형상으로 가공하는 것이 가능하다.
즉, 도2에 도시된 바와 같이, 다공성 메탈 폼(20)은 설정된 두께를 갖고, 평면상에서 소용돌이(vortex) 형상으로 구비될 수 있다.
여기서도, 상기 다공성 메탈 폼(20)은 차량에 유입되는 덕트(22) 내에 구비되며, 상기 다공성 메탈 폼(20)의 일단은 각각 전기 커넥터(24, 26)로 전원(electric source; 미도시)과 연결되어 있다.
도1 및 도2에서, 상기 다공성 메탈 폼(10, 20)은 설정된 두께를 가지며, 상기 설정된 두께는 기공의 크기 및 사용 전압, 메탈 폼의 열효율, 메탈 폼의 강도 등으로 고려하여 결정될 수 있다.
도3 및 도4는 각각 본 발명의 제3, 4 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치를 도시한 도면이다.
본 발명의 제3, 4 실시예에서, 다공성 메탈 폼(30, 40)은 덕트(32, 42) 내부로 유입되는 공기 흐름 방향을 따라 구비될 수 있다.
본 발명의 제1, 2 실시예와 마찬가지로, 상기 다공성 메탈 폼(30, 40)의 일단은 각각 전기 커넥터(34, 36, 44, 46)로 전원(electric source; 미도시)과 연결되어 있다.
상기 다공성 메탈 폼(30)은 상기 덕트(32) 내부로 유입되는 공기 흐름 방향을 따라 원기둥을 형성하도록 구비될 수도 있다.
본 발명의 제3 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치는 본 발명의 제1, 2 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치에 비해 공기와 접촉하는 단면적을 보다 넓힐 수 있어 난방 효율을 높일 수 있다.
상기 다공성 메탈 폼(40)은 상기 덕트 내부(42)로 유입되는 공기 흐름 방향을 따라 소용돌이 형상으로 구비될 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치는 본 발명의 제1, 2 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치에 비해 공기와 접촉하는 단면적을 보다 넓힐 수 있어 난방 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 제3, 4 실시예에 의한 전기 차량용 난방 장치는 상기 덕트(32, 42) 내의 공기 흐름을 회전 시키는 것도 가능하여 공기의 온도를 보다 상승시키는 기능도 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10, 20,30, 40: 다공성 메탈 폼
12, 22, 32, 42: 덕트
14, 16, 24, 26, 34, 36, 44, 46: 전기 커넥터

Claims (9)

  1. 전기 차량용 난방 장치에 있어서,
    다공성 메탈 폼을 전기적 발열체로 이용하여 차량용 난방을 실행하는 전기 차량용 난방 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 다공성 메탈 폼은
    차량에 유입되는 덕트 내에 구비된 것을 특징으로 하는 전기 차량용 난방 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 다공성 메탈 폼은
    상기 덕트 내부로 유입되는 공기 흐름 방향에 수직하게 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 난방 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 다공성 메탈 폼은
    설정된 두께를 갖고, 평면상에서 지그재그 형상으로 구비된 것을 특징으로 하는 전기 차량용 난방 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 다공성 메탈 폼은
    설정된 두께를 갖고, 평면상에서 소용돌이(vortex) 형상으로 구비된 것을 특징으로 하는 전기 차량용 난방 장치.
  6. 제2항에서,
    상기 다공성 메탈 폼은
    상기 덕트 내부로 유입되는 공기 흐름 방향을 따라 구비된 것을 특징으로 하는 전기 차량용 난방 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 다공성 메탈 폼은
    상기 덕트 내부로 유입되는 공기 흐름 방향을 따라 원기둥을 형성하도록 구비된 것을 특징으로 하는 전기 차량용 난방 장치.
  8. 제6항에서,
    상기 다공성 메탈 폼은
    상기 덕트 내부로 유입되는 공기 흐름 방향을 따라 소용돌이 형상으로 구비된 것을 특징으로 하는 전기 차량용 난방 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에서,
    상기 다공성 메탈 폼은 Fecral (Fe-Cr-Al)재질로 형성된 것을 특징으로 하는 전기 차량용 난방 장치.
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