KR20180091290A - 차량 실내 난방 장치 - Google Patents

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KR20180091290A
KR20180091290A KR1020170016254A KR20170016254A KR20180091290A KR 20180091290 A KR20180091290 A KR 20180091290A KR 1020170016254 A KR1020170016254 A KR 1020170016254A KR 20170016254 A KR20170016254 A KR 20170016254A KR 20180091290 A KR20180091290 A KR 20180091290A
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heat exchanger
vehicle
heat
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exhaust pipe
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한정완
이상용
전영하
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량 실내 난방 장치에 관한 것으로, 차량의 배기관에 장착되어 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스와 열교환하는 제1열교환기; 차량의 실내에 구비된 제2열교환기; 상기 제1열교환기와 제2열교환기를 연결하며, 내부에 채워진 열전달매체가 제1열교환기 및 제2열교환기 내부를 차례로 순환할 수 있도록 형성된 연결 덕트; 상기 연결 덕트의 내부에 배치되어 상기 열전달매체를 순환시키는 제1송풍팬; 및 차량의 실내 공기가 상기 제2열교환기의 외부를 통과하도록 유동시키는 제2송풍팬; 을 포함하여 이루어져, 엔진의 배기 폐열을 이용해 차량의 실내를 난방할 수 있어 차량의 시동 초기 난방 시간을 단축시킬 수 있으며 충분한 난방 성능을 얻을 수 있는 차량 실내 난방 장치에 관한 것이다.

Description

차량 실내 난방 장치 {Indoor heating apparatus for vehicle}
본 발명은 차량 실내 난방 장치에 관한 것으로, 차량의 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스의 배기 폐열을 이용해 차량의 실내를 난방할 수 있는 차량 실내 난방 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 실내 난방은 엔진을 냉각시키면서 가열된 냉각수를 차량 실내의 공조장치에 구비된 히터코어로 보내 송풍기를 이용해 공기가 히터코어를 통과하여 열교환된 후 차량의 실내로 공급되도록 하여 차량 실내의 난방이 이루어진다.
그러나 엔진의 냉각수를 이용한 차량 실내의 난방은 냉각수를 열원으로 하기 때문에 엔진의 냉각수가 가열되기 전에는 열 공급이 충분하지 않아 차량의 시동 초기 실내 난방 성능이 낮다. 특히, 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 냉각수가 가열되기까지 시간이 오래 소요되어 초기 난방 성능이 더욱 저하되는 단점이 있다.
이를 해결하기 위해 종래에는 도 1과 같이 히터코어(3) 이외에 추가로 피티씨 소자를 이용한 피티씨 히터(5)를 보조 난방 수단으로 이용하고 있다. 여기에서 피티씨(PTC; Positive Temperature Coefficient) 히터는 피티씨 소자로 이루어지는 히터이며, 피티씨 소자는 차량용 보조 히터를 구성하는 발열체로서 널리 사용되는 전기 소자 중 하나이다. 즉, 피티씨 히터가 차량의 실내 난방을 위한 보조 히터로 사용되는 경우에는 동절기 및 시동 초기에 냉각수가 가열되지 않아 차량의 히터가 발열되지 않는 동안 잠시 실내 난방을 하기 위해 송풍기를 이용해 공기가 피티씨 히터를 통과하며 가열된 후 차량의 실내로 유입되도록 하고 있다.
그런데 이와 같은 종래의 피티씨 히터는 차량의 시동 초기 실내의 난방을 보조할 수는 있으나 열용량이 크지 않아 충분한 난방 성능을 얻기 어렵고, 차량의 전력을 사용해 히터가 작동되므로 차량의 연비를 저하시킬 수 있다.
이에 따라 차량의 시동 초기 난방 시간을 단축시킬 수 있으며, 충분한 난방 성능을 얻을 수 있는 차량 실내 난방 장치가 필요하다.
KR 10-1492154 B1 (2015.02.04)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스의 배기 폐열을 이용해 차량의 실내를 난방하여 엔진의 시동 후 초기 난방 시간을 단축시킬 수 있는 차량 실내 난방 장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 실내 난방 장치(1000)는, 차량의 배기관(30)에 장착되어 엔진(10)에서 연소 후 배출되는 배기가스와 열교환하는 제1열교환기(100); 차량의 실내에 구비된 제2열교환기(200); 상기 제1열교환기(100)와 제2열교환기(200)를 연결하며, 내부에 채워진 열전달매체가 제1열교환기(100) 및 제2열교환기(200)의 내부를 차례로 순환할 수 있도록 형성된 연결 덕트(300); 상기 연결 덕트(300)의 내부에 배치되어 상기 열전달매체를 순환시키는 제1송풍팬(400); 및 차량의 실내 공기가 상기 제2열교환기(200)의 외부를 통과하도록 유동시키는 제2송풍팬(500); 을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1열교환기(100)는 배기가스의 유동 방향으로 엔진(10)에서 배출된 배기가스를 정화시키는 촉매장치(20)의 후단에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1열교환기(100)는 배기관(30)을 감싸는 형태로 형성되어 배기관(30)에 접촉되어 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1열교환기(100)는 반경방향으로 일측이 절개된 형태로 형성되고, 절개된 양단에 반경방향 외측으로 돌출된 돌기부(150)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1열교환기(100)는, 반경방향으로 내측에 배치되어 배기관(30)에 접촉된 내부관(110); 상기 내부관(110)과 이격되어 반경방향으로 외측에 배치되며 열전달매체 입구(121) 및 출구(122)가 형성된 외부관(120); 및 길이방향 양단의 상기 내부관(110)과 외부관(120)의 사이를 막도록 형성된 한 쌍의 측판(130); 을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1열교환기(100)는, 상기 내부관(110)과 외부관(120)에 양단이 연결되며 길이방향을 따라 형성된 핀(140)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제2열교환기(200)는 열전달매체가 유입 및 배출될 수 있도록 입구 파이프(211) 및 출구 파이프(212)가 형성되며, 상기 제1송풍팬(400) 및 제2송풍팬(500)이 제2열교환기(200)에 장착되어 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 열전달매체는 공기일 수 있다.
본 발명의 차량 실내 난방 장치는 엔진의 배기 폐열을 이용해 차량의 실내를 난방할 수 있어 차량의 시동 초기 난방 시간을 단축시킬 수 있으며 충분한 난방 성능을 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스가 차량의 실내로 유입될 가능성이 매우 적은 장점이 있다.
또한, 차량의 배기관에서 대기 중으로 배출되는 배기가스 중의 유해가스가 증가하지 않으며, 대기 중으로 배출되는 배기가스의 온도를 낮출 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 차량 실내 난방을 위한 공조 장치를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 차량 실내 난방 장치를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 다른 배기관에 장착된 제1열교환기를 나타낸 단면도.
도 4는 도 3의 AA'방향 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 제1열교환기의 일 실시예를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 제1열교환기의 실시예들을 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 제1송풍팬 및 제2송풍팬이 제2열교환기에 일체로 형성된 실시예를 나타낸 사시도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 차량 실내 난방 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 차량 실내 난방 장치를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명에 다른 배기관에 장착된 제1열교환기를 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 3의 AA'방향 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 제1송풍팬 및 제2송풍팬이 제2열교환기에 일체로 형성된 실시예를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 실내 난방 장치(1000)는, 차량의 배기관(30)에 장착되어 엔진(10)에서 연소 후 배출되는 배기가스와 열교환하는 제1열교환기(100); 차량의 실내에 구비된 제2열교환기(200); 상기 제1열교환기(100)와 제2열교환기(200)를 연결하며, 내부에 채워진 열전달매체가 제1열교환기(100) 및 제2열교환기(200)를 차례로 순환할 수 있도록 형성된 연결 덕트(300); 상기 연결 덕트(300)의 내부에 배치되어 상기 열전달매체를 순환시키는 제1송풍팬(400); 및 차량의 실내 공기가 상기 제2열교환기(200)를 통과하도록 유동시키는 제2송풍팬(500); 을 포함하여 이루어질 수 있다.
우선, 제1열교환기(100)는 차량의 배기관(30)에 장착되며, 엔진(10)에서 연소 후 배출되는 배기가스와 열교환할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 제1열교환기(100)는 배기가스에 의해 가열된 배기관(30)과의 열교환이 원활하게 일어날 수 있는 형태로 다양하게 형성될 수 있다.
제2열교환기(200)는 차량의 실내에 구비되며, 차량 실내의 공기를 가열하여 난방을 할 수 있도록 다양한 형태로 구성될 수 있다. 일례로 제2열교환기(200)는 일정거리 이격되어 형성된 한 쌍의 헤더탱크(210), 상기 헤더탱크(210)들에 양단이 연결된 복수개의 튜브, 상기 튜브들 사이에 개재된 방열핀으로 구성될 수 있으며, 일측 헤더탱크(210)에는 열전달매체가 유입되는 입구 파이프(211)가 형성되고 타측 헤더탱크(210)에는 열전달매체가 배출되는 출구 파이프(212)가 형성될 수 있다.
연결 덕트(300)는 제1열교환기(100)와 제2열교환기(200)가 연결되도록 형성될 수 있으며, 제1열교환기(100)의 출구측과 제2열교환기(200)의 입구측을 연결하도록 형성된 하나의 연결 덕트(300)와 제2열교환기(200)의 출구측과 제1열교환기(100)의 입구측을 연결하도록 형성된 다른 하나의 연결 덕트(300)로 구성될 수 있다. 그리하여 제1열교환기(100)를 거치며 배기가스와 열교환된 열교환매체가 연결덕트(300)를 통해 제2열교환기(200)를 거치며 차량의 실내 공기와 열교환되며 연결덕트(300)를 통해 제1열교환기(100)로 유입되도록 구성되어, 열교환매체가 제1열교환기(100), 연결 덕트(300), 제2열교환기(200) 및 연결 덕트(300)를 차례로 거치며 순환되도록 형성될 수 있다.
제1송풍팬(400)은 연결 덕트(300)의 내부에 배치될 수 있으며, 연결 덕트(300)의 내부에 채워진 열전달매체를 순환시키는 역할을 할 수 있다. 이때, 제1송풍팬(400)은 연결 덕트(300)의 내부에 다양한 위치에 설치될 수 있으며, 일례로 도시된 바와 같이 제2열교환기(200)의 열교환매체 배출측에 배치될 수 있다.
제2송풍팬(500)은 차량의 실내에 구비될 수 있으며, 제1열교환기(100)를 거치며 배기 폐열에 의해 가열된 열전달매체가 제2열교환기(200)의 내부를 통과하는 동안 제2송풍팬(500)에 의해 유동된 차량 실내의 공기가 제2열교환기(200)의 튜브들 사이를 통과하면서 가열되어 차량의 실내를 난방할 수 있다. 이때, 제2송풍팬(500)은 다양한 위치에 배치될 수 있으며, 일례로 도시된 바와 같이 제2열교환기(200)의 차량 실내공기 배출측에 배치될 수 있다.
그리하여 본 발명의 차량 실내 난방 장치는 엔진의 배기 폐열을 이용해 차량의 실내를 난방할 수 있어 차량의 시동 초기 난방 시간을 단축시킬 수 있으며 충분한 난방 성능을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그리고 두 개의 열교환기와 이 열교환기들을 열교환매체가 순환하도록 밀폐된 연결 덕트에 의해 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스가 차량의 실내로 유입될 가능성이 없는 장점이 있다. 또한, 차량의 배기관에서 대기 중으로 배출되는 배기가스 중의 유해가스가 증가하지 않으며 대기 중으로 배출되는 배기가스의 온도를 낮출 수 있어 대기 오염을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 제1열교환기(100)는 배기가스의 유동 방향으로 엔진(10)에서 배출된 배기가스를 정화시키는 촉매장치(20)의 후단에 배치될 수 있다.
즉, 차량의 배기관(30)에는 배기가스 중에 포함된 유해가스 성분을 저감시킬 수 있도록 촉매장치(20)가 설치되어 있으며, 촉매장치(20)에서 유해가스 저감을 위한 촉매 반응이 정상적으로 일어나기 위해서는 배기가스의 온도가 특정한 온도 이상으로 유지되어야 하기 때문에, 촉매장치(20)의 후단에 제1열교환기(100)가 설치되어 촉매장치(20)에서의 유해가스 저감 기능이 원활하게 일어나도록 할 수 있다. 이때, 제1열교환기(100)는 촉매장치(20)와 머플러(40) 사이의 다양한 위치에 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1열교환기(100)는 배기관(30)을 감싸는 형태로 형성되어 배기관(30)에 접촉되어 결합될 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 제1열교환기(100)는 배기관(30)을 감싸 배기관(30)에 접촉되어 결합될 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 일례로 도시된 바와 같이 원통형으로 형성될 수 있다. 그리하여 배기관(30)과 제1열교환기(100)의 열교환 면적을 넓게 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1열교환기(100)는 반경방향으로 일측이 절개된 형태로 형성되고, 절개된 양단에 반경방향 외측으로 돌출된 돌기부(150)가 형성될 수 있다.
즉, 배기관(30)의 외주면을 감싸는 제1열교환기(100)가 배기관(30)에 밀착되도록 결합하기 위해, 도 5와 같이 제1열교환기(100)의 일측이 반경방향으로 절개되고 절개된 원주방향 양단이 약간 이격되도록 형성되며, 원주방향 양단에서 반경방향 외측으로 돌출 형성된 한 쌍의 돌기부(150)를 서로 마주보는 방향으로 눌러 클램프, 체결수단 또는 용접 등으로 한 쌍의 돌기부(150)가 결합되도록 할 수 있다. 그리하여 제1열교환기(100)가 배기관(30)에 견고하게 고정될 수 있으며, 동시에 제1열교환기(100)가 배기관(30)에 밀착되어 접촉될 수 있다.
또한, 일례로 도 6과 같이 제1열교환기(100)는 2개 이상의 부분으로 분할된 형태로 형성되어, 차량의 배기관(30)은 그대로 둔 상태에서 배기관(30)의 외측에 제1열교환기(100)를 조립하여 결합할 수 있도록 함으로써, 배기관(30)에 제1열교환기(100)를 용이하게 설치할 수 있으며 유지보수도 용이하도록 할 수 있다. 이때, 복수의 부분으로 분할 형성된 제1열교환기(100) 조각들을 배기관(30)에 접촉되도록 배치한 후 그 외측에 클램프 또는 고정용 금속 밴드 등을 이용해 결합할 수 있으며, 제1열교환기(100) 조각들의 원주방향 단부에 반경방향 외측으로 돌출된 플랜지 형태의 돌출부(150)를 형성하여 볼트 등이 체결수단을 이용해 결합되도록 할 수도 있다.
또한, 상기 제1열교환기(100)는, 반경방향으로 내측에 배치되어 배기관(30)에 접촉된 내부관(110); 상기 내부관(110)과 이격되어 반경방향으로 외측에 배치되며 열전달매체 입구(121) 및 출구(122)가 형성된 외부관(120); 및 길이방향 양단의 상기 내부관(110)과 외부관(120)의 사이를 막도록 형성된 한 쌍의 측판(130); 을 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 제1열교환기(100)는 내부관(110), 외부관(120) 및 한 쌍의 측판(130)으로 구성될 수 있다. 내부관(110)은 배기관(30)에 접촉되도록 상대적으로 반경방향 내측에 배치되며, 외부관(120)은 열전달매체가 유입 및 배출될 수 있도록 길이방향 일측에 입구(121)가 형성되고 길이방향 타측에 출구(122)가 형성될 수 있으며, 상대적으로 반경방향 외측에 배치되어 내부관(110)과 이격될 수 있다. 그리고 내부관(110)과 외부관(120)의 간격을 유지하고 양단을 막아 폐쇄할 수 있도록 길이방향 양단에 한 쌍의 측판(130)이 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1열교환기(100)는, 상기 내부관(110)과 외부관(120)에 양단이 연결되며 길이방향을 따라 형성된 핀(140)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 핀(140)은 반경방향 내측이 내부관(110)에 결합되어 접촉되어 있고 반경방향 외측이 외부관(120)에 결합되어 접촉되어 있다. 그리고 핀(140)은 길이방향을 따라 길게 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 입구(121)와 출구(122)의 사이에 형성될 수 있다. 또한, 핀(140)은 원주방향으로 이격되어 복수개가 형성될 수 있으며, 열전달매체와 배기가스 간의 열교환면적을 넓힐 수 있도록 다양한 형태로 핀(140)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2열교환기(200)는 열전달매체가 유입 및 배출될 수 있도록 입구 파이프(211) 및 출구 파이프(212)가 형성되며, 상기 제1송풍팬(400) 및 제2송풍팬(500)이 제2열교환기(200)에 장착되어 일체로 형성될 수 있다.
즉, 제2열교환기(200)에 제1송풍팬(400) 및 제2송풍팬(500)이 작착되어 일체로 형성될 수 있다. 이때, 일례로 제1송풍팬(400)은 제2열교환기(200)의 헤더탱크(210)에 형성된 출구 파이프(212)쪽에 장착될 수 있으며, 제2송풍팬(500)은 제2열교환기(200) 튜브(220)들 및 방열핀(230)들과 마주보도록 차량 실내 공기의 출구측에 배치되어 제2열교환기(200)에 장착될 수 있다. 그리하여 제2열교환기(200)에 제1송풍팬(400) 및 제2송풍팬(200)를 모듈화 하여 형성하고, 배기관(30)에 설치된 제1열교환기(100)와 연결 덕트(300)로 연결하여 간단하게 난방 장치를 구성할 수 있다.
또한, 상기 열전달매체는 공기일 수 있다. 즉, 제1열교환기(100)와 제2열교환기(200)를 순환하는 열교환매체를 공기로 형성하여, 차량 실내 난방 장치의 전체적인 무게를 줄일 수 있으며, 열교환매체의 리크가 발생하더라도 큰 문제가 발생하지 않을 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 차량 실내 난방 장치
10 : 엔진 20 : 촉매장치
30 : 배기관 40 : 머플러
100 : 제1열교환기
110 : 내부관 120 : 외부관
121 : 입구 122 : 출구
130 : 측판 140 : 핀
150 : 돌기부
200 : 제2열교환기
210 : 헤더탱크 211 : 입구 파이프
212 : 출구 파이프
300 : 연결 덕트
400 : 제1송풍팬
500 : 제2송풍팬

Claims (8)

  1. 차량의 배기관(30)에 장착되어 엔진(10)에서 연소 후 배출되는 배기가스와 열교환하는 제1열교환기(100);
    차량의 실내에 구비된 제2열교환기(200);
    상기 제1열교환기(100)와 제2열교환기(200)를 연결하며, 내부에 채워진 열전달매체가 제1열교환기(100) 및 제2열교환기(200) 내부를 차례로 순환할 수 있도록 형성된 연결 덕트(300);
    상기 연결 덕트(300)의 내부에 배치되어 상기 열전달매체를 순환시키는 제1송풍팬(400); 및
    차량의 실내 공기가 상기 제2열교환기(200)의 외부를 통과하도록 유동시키는 제2송풍팬(500);
    을 포함하여 이루어지는 차량 실내 난방 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환기(100)는 배기가스의 유동 방향으로 엔진(10)에서 배출된 배기가스를 정화시키는 촉매장치(20)의 후단에 배치된 것을 특징으로 하는 차량 실내 난방 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환기(100)는 배기관(30)을 감싸는 형태로 형성되어 배기관(30)에 접촉되어 결합된 것을 특징으로 하는 차량 실내 난방 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1열교환기(100)는 반경방향으로 일측이 절개된 형태로 형성되고, 절개된 양단에 반경방향 외측으로 돌출된 돌기부(150)가 형성된 것을 특징으로 하는 차량 실내 난방 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1열교환기(100)는,
    반경방향으로 내측에 배치되어 배기관(30)에 접촉된 내부관(110); 상기 내부관(110)과 이격되어 반경방향으로 외측에 배치되며 열전달매체 입구(121) 및 출구(122)가 형성된 외부관(120); 및 길이방향 양단의 상기 내부관(110)과 외부관(120)의 사이를 막도록 형성된 한 쌍의 측판(130); 을 포함하여 이루어지는 차량 실내 난방 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1열교환기(100)는,
    상기 내부관(110)과 외부관(120)에 양단이 연결되며 길이방향을 따라 형성된 핀(140)을 더 포함하여 이루어지는 차량 실내 난방 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2열교환기(200)는 열전달매체가 유입 및 배출될 수 있도록 입구 파이프(211) 및 출구 파이프(212)가 형성되며, 상기 제1송풍팬(400) 및 제2송풍팬(500)이 제2열교환기(200)에 장착되어 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 차량 실내 난방 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열전달매체는 공기인 것을 특징으로 하는 차량 실내 난방 장치.
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