WO2017030382A1 - 차량용 난방장치 및 이에 구비되는 냉각수 순환펌프 - Google Patents

차량용 난방장치 및 이에 구비되는 냉각수 순환펌프 Download PDF

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WO2017030382A1
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cooling water
case
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water flow
vehicle
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임차유
김재훈
예동희
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한온시스템 주식회사
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Definitions

  • the present invention is provided with a heating device in the cooling water circulation line for supplying the cooling water to the heater core to increase the heating performance of the cooling water supplied to the heater core during the initial cold start of the vehicle, and the vehicle heating device is provided It relates to a cooling water circulation pump.
  • the vehicle is equipped with an air conditioning system.
  • the air conditioning system includes a heating system for heating a vehicle interior, a cooling system for cooling the vehicle interior, and an air conditioning system (HVAC: Heating, Ventilation and Air Conditioning) that controls the temperature / strength / direction of air flowing into the vehicle interior. It includes.
  • HVAC Heating, Ventilation and Air Conditioning
  • engine coolant In a vehicle driven by fossil energy, engine coolant is directly used as a heat source for heating a vehicle interior.
  • the coolant deprived of heat from the engine enters the engine again via the heater core in the HVAC, and in this process, the coolant transmits heat to the air passing through the heater core.
  • the air passing through the heater core is introduced into the vehicle interior to heat the vehicle interior.
  • a conventional vehicle heating apparatus 10 includes a heater core 1, an engine 2, a water pump 3, a thermostat 5, and a radiator 6 mounted inside an air conditioner. Coolant is circulated through the engine 2, the heated coolant is supplied to the heater core (1), and heats the interior of the vehicle by heat exchange occurring in the heater core (1).
  • the good engine efficiency means that the engine can be operated with the minimum driving force. Therefore, it takes a relatively long time before the coolant circulating the engine is heated. Accordingly, it takes a long time to heat the vehicle with the coolant absorbing heat generated from the engine, and in particular, the initial indoor heating immediately after the cold start in winter is inevitably weakened.
  • the heating performance is deteriorated due to the lack of a heat source during the low temperature startup in winter, and the cooling water for circulating the cooling water.
  • the circulation pump is linked to the rotational speed of the engine. As the speed of the transmission increases, the circulation efficiency of the cooling water circulation pump decreases as the engine speed decreases for each vehicle speed, and the flow rate of the cooling water is insufficient.
  • an auxiliary heater using electricity at the initial low temperature startup may be mounted on the heating part side of the heater core 1.
  • an auxiliary heater using electricity at the initial low temperature startup may be mounted on the heating part side of the heater core 1.
  • an object of the present invention is to provide a heating means on the cooling water supply line for supplying the cooling water to the heater core of the cooling water supplied to the heater core during the initial cold start of the vehicle
  • An object of the present invention is to provide a heating device for a vehicle capable of improving heat generation performance.
  • the present invention provides a vehicle engine cooling unit for cooling the engine by connecting the engine, water pump and radiator on the first cooling water circulation line, and the engine, water on the second cooling water circulation line
  • An on-vehicle heating apparatus including an on-vehicle heating unit for heating a vehicle by connecting a pump and a heater core, the vehicle heating apparatus comprising: heating means mounted on the second cooling water circulation line and heating the coolant supplied to the heater core; do.
  • the heating device for a vehicle further includes a circulation pump mounted on the second cooling water circulation line and supplying cooling water to the heater core, wherein the heating means and the circulation pump may be integrally formed. have.
  • the circulation pump the motor; A rotating body rotating by the driving force of the motor to flow the cooling water of the second cooling water circulation line; An empty space formed therein to accommodate the motor; And a cooling water flow path formed inside the case, wherein the heating means may be provided in the case to heat the cooling water flowing through the cooling water flow path.
  • the circulation pump is in communication with the cooling water flow path, the inlet for the cooling water flowing through the second cooling water circulation line inlet; And an outlet port communicating with the cooling water flow passage and configured to discharge the cooling water flowing through the cooling water flow passage to the second cooling water circulation line.
  • the case may be formed to surround the outer periphery of the motor spaced apart from the outside of the motor by a predetermined distance, the cooling water flow path may be formed between the motor and the case.
  • the heating means may be in the form of a film attached to the inner surface or the outer surface of the case, it may be a heating element that generates heat when the power is supplied.
  • the inlet and the outlet may be arranged in a straight line.
  • the circulation pump the cooling water flow path is formed long in the height direction of the case, the inlet is formed long in the longitudinal direction of the case is in communication with one end of the cooling water flow path, the outlet port in the upper side of the case It may be in communication with the other end of the cooling water flow path.
  • the case may be formed with an insertion portion in which the heating means is inserted adjacent to the cooling water flow path.
  • the insertion portion may have a planar shape adjacent to the cooling water flow path, and an opposite side thereof may have a curved arch shape in the cooling water flow path direction.
  • the insertion part may be formed in plural along the circumference of the cooling water flow path, and the heating means may be provided in plural numbers corresponding to the insertion part.
  • the case may further include a cover to close the open one end of the insert.
  • the case may include a first tube forming the cooling water flow path, and a second tube surrounding the first tube.
  • the heating means may be in the form of a film attached to the outer circumferential surface of the first tube, and may be a heating element that generates heat as power is supplied.
  • the case may include a first case in which the cooling water flow path, the inlet port and the outlet port are formed, and a second case in which the motor and the rotating body are built in a space therebetween when the case is coupled with the first case.
  • the circulation pump may operate when the rotation speed of the engine is less than a predetermined rotation speed, and the heating means may operate when the temperature of the coolant flowing into the circulation pump is less than a predetermined temperature.
  • the circulation pump and the heating means may operate when the temperature of the outside air is less than the reference temperature, and may not operate when the temperature of the outside air is above the reference temperature.
  • the cooling water circulation pump according to the present invention, a motor, a rotating body to rotate by the driving force of the motor to flow the cooling water, a case having an empty space formed therein to accommodate the motor, and formed inside the case
  • a circulation pump including a cooling water flow path; And heating means provided in the case to heat the cooling water flowing through the cooling water flow path.
  • the case may be spaced apart from the outside of the motor by a predetermined distance to surround the outer periphery of the motor, the cooling water flow path may be formed between the motor and the case.
  • the circulation pump is in communication with the cooling water flow path, the inlet through which the cooling water flows; And an outlet port communicating with the cooling water flow passage and configured to discharge the cooling water flowing through the cooling water flow passage.
  • the inlet and the outlet may be arranged in a straight line.
  • the circulation pump has the cooling water flow path formed in the height direction of the case, the inlet is formed in the longitudinal direction of the case communicates with one end of the cooling water flow path, the outlet is the cooling water from the upper side of the case It may be in communication with the other end of the flow path.
  • the case may be formed with an insertion portion in which the heating means is inserted adjacent to the cooling water flow path.
  • the vehicle heating apparatus may improve the heat generation performance of the cooling water supplied to the heater core during the initial cold start of the vehicle, and in particular, may increase the indoor heating efficiency of the vehicle in winter.
  • the heating means is integrally formed with the circulation pump on the cooling water circulation line, the mounting space of the heating means is minimized, and the indoor heating efficiency of the vehicle can be increased without affecting the discharge air volume of the heater core.
  • the heat generated by the motor provided in the circulation pump can be used to heat the cooling water, the heat generating performance of the cooling water can be further increased.
  • the heating means and the circulation pump constituting the heating device for a vehicle according to the present invention can be operated efficiently only when necessary by automatically controlled according to a predetermined condition, thereby providing a comfortable heating feeling to the driver.
  • fuel efficiency can be minimized.
  • cooling water circulation pump of the present invention can further enhance the temperature comfort of the passenger as the vehicle heating to assist the heater core.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a conventional vehicle heating apparatus.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a vehicle heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an overall perspective view of the cooling water circulation pump according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an exploded perspective view of the cooling water circulation pump according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the cooling water circulation pump according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of a vehicle heating apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an overall perspective view of a cooling water circulation pump according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a cooling water circulation pump according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of the upper side of the cooling water circulation pump according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 10 is another longitudinal cross-sectional view of the cooling water circulation pump according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is another cross-sectional view of the cooling water circulation pump according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing the operating conditions of the heating means and the circulation pump according to the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a vehicle heating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the vehicle heating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is an engine cooling unit C for a vehicle. And a vehicle indoor heating unit (H).
  • the vehicle engine cooling unit C may include a first cooling water circulation line L1 forming a closed circuit, an engine 120, a water pump 130, a thermostat 150, and the like provided on the first cooling water circulation line L1. Radiator 160 is included.
  • the water pump 130 circulates the coolant contained in the first coolant circulation line L1.
  • the high temperature coolant via the engine 120 is delivered to the radiator 160 through the water pump 130, and the coolant cooled via the radiator 160 is supplied to the engine 120 again to supply the engine 120. Cooled.
  • the thermostat 150 senses the temperature of the coolant and selectively supplies the coolant via the thermostat 150 to the heater core 110 or the radiator 160.
  • the vehicle indoor heating unit H is configured to supply high temperature cooling water via the engine 120 to the heater core 110 and to heat the air supplied to the vehicle interior through the high temperature cooling water to heat the vehicle interior. do.
  • the indoor heating unit H for the vehicle includes the heater core 110, the engine 120, the water pump 130, and the thermostat provided on the second cooling water circulation line L2, the second cooling water circulation line L2 forming a closed circuit. It includes a stat 150.
  • the water pump 130 circulates the cooling water contained in the second cooling water circulation line L2.
  • the high temperature coolant via the engine 120 is delivered to the heater core 110 through the water pump 130, and the air introduced into the room is heated by heat exchange in the heater core 110, thereby heating the vehicle interior. Air can be introduced.
  • the coolant of the low temperature is inevitably supplied to the heater core 110, this In this case, the air passing through the heater core 110 is not sufficiently heated so that cold air flows into the vehicle interior.
  • the vehicle indoor heating unit H constituting the vehicle heating apparatus 100 sufficiently increases the temperature of the cooling water supplied to the heater core 110 when the temperature of the engine 120 is lower than or equal to a predetermined temperature.
  • a predetermined temperature In order to have the following configuration.
  • the vehicle indoor heating unit H may be configured to include a heating means 200.
  • the heating means 200 is mounted at the front end of the heater core 110 on the second cooling water circulation line L2 to heat the cooling water supplied to the heater core 110 under a predetermined condition.
  • the heating means 200 since the coolant supplied to the heater core 110 for heating the vehicle during the initial cold start in winter can be heated, it is possible to increase the heat generation performance of the coolant.
  • the heating means 200 may be used without limitation as long as it is a device capable of heating the cooling water of the second cooling water circulation line (L2).
  • the heating means 200 may be a planar heater or hot wire surrounding a predetermined area of the second cooling water circulation line L2, and may be attached to the inside or outside of the second cooling water circulation line L2 to generate heat.
  • Positive Temperature Coefficient
  • the vehicle indoor heating unit H may further include a circulation pump 300 mounted on the second cooling water circulation line L2 for circulation of the cooling water and operating under a predetermined condition.
  • the heating means 200 and the circulation pump 300 are preferably integrally formed.
  • FIG 3 is an overall perspective view of the cooling water circulation pump according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is an exploded perspective view of the cooling water circulation pump according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a cross-sectional view of the cooling water circulation pump according to an embodiment of the present invention.
  • Cooling water circulation pump may be composed of a heating means 200 and the circulation pump (300).
  • the circulation pump 300 is coupled to the motor 310, the drive shaft of the motor 310 is rotated by the driving force of the motor 310, according to the rotating body for flowing the cooling water of the second cooling water circulation line (L2) 320, an empty space formed therein may include a case 330 accommodating the motor 310, and a cooling water flow path 340 formed inside the case 330, wherein the heating means 200 is provided.
  • the case 330 is provided to heat the cooling water flowing in the cooling water flow path 340.
  • the motor 310 may be cylindrical
  • the rotating body 320 may be an impeller
  • one side of the rotating body 320 is inserted into the drive shaft of the motor 310 so that the rotating body 320 can be rotated
  • Magnetic 321 may be combined.
  • the case 330 may be cylindrical, and may be located between an inlet cover 301 for cooling water inflow and an outlet cover 302 for cooling water outflow.
  • the inlet 301a is formed on the inlet cover 301 for inflow of cooling water.
  • the inlet 301a communicates with the cooling water flow path 340, and the cooling water flowing through the second cooling water circulation line L2 flows in.
  • On the outlet cover 302, an outlet 302a for cooling water outflow is formed.
  • the outlet 302a communicates with the cooling water flow path 340 and flows out the cooling water flowing through the cooling water flow path 340 to the second cooling water circulation line L2.
  • the case 330 may be formed in a shape surrounding the outer circumference of the motor 310 by being spaced apart from the outside of the motor 310 by a predetermined distance. That is, the diameter of the case 330 is formed larger than the diameter of the motor 310, the cooling water flow path 340 is formed between the motor 310 and the case 330 flows. Therefore, when the coolant flows through the inlet 301a as shown by the arrow shown in FIG. 4, the introduced coolant passes through the coolant flow path 340 between the motor 310 and the case 330 and passes through the outlet 302a. Will leak.
  • the heating means 200 may be provided inside or outside the case 330 to heat the cooling water flowing in the cooling water flow path 340.
  • the heating means 200 may be attached to the inner surface or the outer surface of the case 330 in the form of a film, it may also be a heating element that generates heat when the power is supplied. For example, as shown in FIG. 5, it is most efficient to directly heat the cooling water that is attached to the inner surface of the case 330 and passes through the cooling water channel 340.
  • the cooling water circulation pump is preferably formed in an inline type in which the inlet 301a and the outlet 302a are arranged in a straight line, as shown in FIG. 4, and this structure makes the cooling water more smoothly in the cooling water circulation pump. By making it possible to move it is possible to improve the circulation performance of the cooling water.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of a vehicle heating apparatus 1000 according to another embodiment of the present invention. Since the vehicle heating apparatus 1000 according to another embodiment of the present invention differs in part from the configuration of the cooling water circulation pump in comparison with the vehicle heating apparatus 100 according to the embodiment, the following description will be made according to the embodiment. The same configuration as the vehicle heating apparatus 100 is denoted by the same reference numerals and the description thereof will be simplified or omitted.
  • the vehicle engine cooling unit C includes an engine 120, a water pump 130, and a thermostat provided on the first cooling water circulation line L1 and the first cooling water circulation line L1 forming a closed circuit.
  • Stat 150 and radiator 160 the vehicle indoor heating unit H supplies the high temperature coolant via the engine 120 to the heater core 110, and heats the air supplied to the vehicle interior through the high temperature coolant to heat the vehicle interior. It is composed.
  • the vehicle indoor heating unit (H) may be configured to include a heating means (2000).
  • the heating means 2000 is mounted at the front end of the heater core 110 on the second cooling water circulation line L2 to heat the cooling water supplied to the heater core 110 under a predetermined condition.
  • the heating means 2000 since the coolant supplied to the heater core 110 for heating the vehicle during the initial cold start in winter can be heated, it is possible to increase the heat generation performance of the coolant.
  • the heating means 2000 may be used without limitation as long as it is a device capable of heating the cooling water of the second cooling water circulation line L2.
  • the heating means 2000 may be a planar heater or a hot wire surrounding a predetermined area of the second cooling water circulation line L2, and a PTC heater attached to the inside or the outside of the second cooling water circulation line L2 to generate heat. It may be.
  • the vehicle indoor heating unit H may further include a circulation pump 3000 mounted on the second cooling water circulation line L2 for circulation of the cooling water and operating under a predetermined condition.
  • the heating means 2000 and the circulation pump 3000 are preferably integrally formed.
  • FIG. 7 is a perspective view of an entire cooling water circulation pump according to another embodiment of the present invention
  • Figure 8 is a cross-sectional view of the cooling water circulation pump according to another embodiment of the present invention
  • 9 is a top plan view of the cooling water circulation pump according to another embodiment of the present invention.
  • Cooling water circulation pump may be made of a heating means 2000 and the circulation pump 3000, similar to the cooling water circulation pump according to the embodiment.
  • the circulation pump 3000 is rotated by the driving force of the motor 3100, the motor 3100, and thus the rotor 3200 for flowing the cooling water of the second cooling water circulation line L2, and an empty space therein.
  • It may be formed to include a case 3300 for accommodating the motor 3100, and a cooling water flow path 3400 formed in the case 3300
  • the heating means 2000 is a cooling water flowing through the cooling water flow path (3400) It is provided in the case 3300 to heat.
  • the motor 3100 has a driving shaft coupled to the rotating body 3200 to rotate the rotating body 3200, where the rotating body 3200 may be an impeller.
  • the case 3300 is a basic body constituting the cooling water circulation pump, and the cooling water flow path 3400, the inlet port 3010a, and the outlet port 3020a are formed.
  • the cooling water flow path 3400 forms a space in which the cooling water flows.
  • the inlet port 3010a communicates with the cooling water flow path 3400, and the cooling water flowing through the second cooling water circulation line L2 is introduced.
  • the outlet 3020a communicates with the cooling water flow path 3400, and allows the cooling water flowing through the cooling water flow path 3400 to flow out to the second cooling water circulation line L2. Therefore, when the coolant is introduced through the inlet 3010a, the introduced coolant passes through the coolant flow path 3400 and flows out through the outlet 3020a.
  • the cooling water flow path 3400 is formed to be long in the height direction of the case 3300 (the height direction in FIG. 7), and the inlet port 3010a is the longitudinal direction of the case 3300. It is formed long (in the longitudinal direction in Figure 7) is in communication with one end of the cooling water flow path 3400, the outlet port 3020a is formed in the form to communicate with the other end of the cooling water flow path 3400 on the upper side of the case (3300).
  • the cooling water circulation pump having such a structure makes it easy to raise the cooling water to an appropriate pressure.
  • the case 3300 may include a first case 3310 and a second case 3320.
  • the first case 3310 is provided with a heating means 2000, and together with the cooling water flow path 3400, an inlet 3010a and an outlet 3020a.
  • the second case 3320 is coupled to the first case 3310 at the lower side of the first case 3310 to form a predetermined space inside the case 3300. That is, when the second case 3320 is coupled to the first case 3310, the motor 3100 and the rotor 3200 may be embedded in a space between the first case 3310 and the second case 3320. Make sure The first case 3310 and the second case 3320 having such a structure facilitate the mounting of the motor 3100 and the rotating body 3200 in the circulation pump 3000.
  • the heating means 2000 is provided in the case 3300 and serves to heat the cooling water flowing in the cooling water flow path 3400.
  • the heating means 2000 may be formed in various forms, and as an example, the forms shown in FIGS. 8 and 9 will be described.
  • the heating means 2000 may have a plate shape having a predetermined thickness and include a PTC element 2000a that generates heat as power is supplied.
  • an insertion part 3500 is formed adjacent to the cooling water flow path 3400 into which a heating means 2000 such as the PTC element 2000a is inserted.
  • the insertion portion 3500 is a portion in which a predetermined region of the case 3300 is hollow so that the plate-shaped PTC element 2000a is inserted.
  • the upper portion of the case 3300 is opened and adjacent to the cooling water flow path 3400. It may be formed long in the height direction of the case (3300).
  • the insertion part 3500 may be formed in plural in the circumferential direction of the first case 3310 along the circumference of the cooling water flow path 3400. Accordingly, the heating means 2000 corresponds to the number of the insertion parts 3500. It may be provided with a plurality. In FIG. 9, the inserting unit 3500 and the heating unit 2000 are illustrated as four, respectively, but the number of the inserting unit 3500 and the heating unit 2000 is varied in consideration of the size and the calorific value of the heating unit 2000. Can be adjusted.
  • Each of the plurality of insertion parts 3500 may have a planar side adjacent to the cooling water flow path 3400, and an opposite side thereof may have a curved arch shape in the cooling water flow path 3400.
  • the heating surface of the heating means 2000 may be inserted into a shape in contact with the insertion portion 3500 of the planar shape, in this case, since the heating surface of the heating means 2000 is provided adjacent to the cooling water flow path 3400, The cooling water flowing through the cooling water flow path 3400 may be efficiently heated.
  • the case 3300 may further include a cover 3330 for closing the upper end of the case 3300 after inserting the heating means 2000 into the insertion part 3500. have.
  • a case 3300 includes a first tube 3310a and a second tube 3310b.
  • the first tube 3310a is in the form of a pipe forming the cooling water flow path 3400
  • the second tube 3310b is in the form of a pipe surrounding the first tube 3310a, and thus the case 3300 (more specifically, One case 3310 is formed in a double tube shape as a whole.
  • the heating means 2000 may be a film heater 2000b attached to the outer circumferential surface of the first tube 3310a in the form of a film, where the film heater 2000b means a hot wire film, a printed paste, or the like.
  • the vehicle heating apparatuses 100 and 1000 since the heating means (200, 2000) is integrally formed in the circulation pump (300, 3000) mounted on the second cooling water circulation line (L2).
  • the space in which the heating means 200 and 2000 are mounted may be minimized, and the indoor heating efficiency of the vehicle may be increased without affecting the discharge air volume of the heater core 110.
  • the heat generated by the driving of the motors 310 and 3100 constituting the circulation pumps 300 and 3000 can be additionally used for heating the cooling water, the temperature of the cooling water can be increased more quickly.
  • the heating means (200, 2000) and the circulation pump (300, 3000) according to the present invention is preferably operated under a certain condition. That is, the circulation pumps 300 and 3000 are controlled to operate only when the rotation speed of the engine 120 is less than a predetermined rotation speed, and the heating means 200 and 2000 operate at temperatures of the coolant flowing into the circulation pumps 300 and 3000. It can be controlled to operate only when is less than a certain temperature. Operation control of the circulation pumps 300 and 3000 and the heating means 200 and 2000 may be performed through control means (for example, a microprocessor) equipped with a program related to such operation control.
  • control means for example, a microprocessor
  • FIG 12 shows the operating conditions of the heating means (200, 2000) and the circulation pump (300, 3000) according to the present invention.
  • the heating means 200 and 2000 and the circulation pump 300, 3000 all work.
  • the rotation speed of the engine 120 does not reach a certain level, the cooling water is not sufficiently heated, the driver feels cold.
  • the heating means 200 and 2000 operate, the cooling water is heated to be supplied to the heater core 110, and at the same time, the circulation pumps 300 and 3000 also operate to operate the second cooling water circulation line via the engine 120. Coolant on (L2) to be supplied to the heater core 110 at a sufficient flow rate. Therefore, there is an effect of allowing the driver to feel relatively fast heating when the initial start-up in winter.
  • the circulation pumps 300 and 3000 may not operate and only the heating means 200 and 2000 operate. . This is because the number of revolutions of the engine 120 has reached a certain level after cold start, but since the coolant is not sufficiently heated because the temperature of the outside air is very low, the interior of the vehicle is not yet comfortably heated. Therefore, it is preferable that the heating means 200 and 2000 continue to operate to heat the coolant supplied to the heater core 110. On the other hand, since the rotation speed of the engine 120 is greater than a predetermined rotation speed, the circulation pumps 300 and 3000 do not operate because the flow rate of the cooling water supplied to the heater core 110 is sufficient.
  • the circulation pumps 300 and 3000 without operating the heating means 200 and 2000. This is a situation where the vehicle is stopped for a while, since the temperature of the coolant is above a certain temperature, it is not necessary to heat the coolant, but since the rotation speed of the engine 120 is less than the predetermined rotation speed, the heater core (through the circulation pumps 300 and 3000) 110) to supply a sufficient flow rate of cooling water.
  • the temperature of the cooling water is above a certain temperature and the rotation speed of the engine 120 is above the predetermined rotation speed, it is preferable to stop both the heating means 200 and 2000 and the circulation pumps 300 and 3000. This is because when the vehicle is running for a predetermined time after the start-up, the cooling water is higher than a predetermined temperature and the flow rate of the cooling water supplied to the heater core 110 is sufficient as the heat of the engine 120 is recovered.
  • the coolant temperature for determining whether the heating means 200 and 2000 are operated may be 60 ° C.
  • the rotation speed of the engine 120 for determining whether the circulation pumps 300 and 3000 are operated may be 1000 rpm.
  • the above values may be changed somewhat depending on the temperature of the outside air or the user's request.
  • the heating means (200, 2000) and the circulation pump (300, 3000) operates in accordance with the above-described conditions when the temperature of the outside air is less than the reference temperature, it may not operate when the reference temperature or more. have.
  • the use of electricity in a vehicle reduces fuel efficiency, so it is efficient to operate only when fast indoor heating is required, such as winter when the temperature of the outside air is lower than the reference temperature.
  • the reference temperature of the outside air may be 10 ° C, but the present invention is not limited thereto, and may be changed according to other conditions such as the performance of the engine 120.
  • the heating means and the circulation pump (that is, the cooling water circulation pump) according to the present invention can be operated efficiently only when necessary by being automatically controlled according to a predetermined condition as described above, thereby providing a comfortable heating feeling to the driver. In addition to reducing fuel efficiency, there is an effect that can be minimized.
  • L1 first cooling water circulation line
  • L2 second cooling water circulation line

Abstract

본 발명은 제1 냉각수 순환라인 상에 엔진, 워터펌프 및 라디에이터를 연결하여 엔진의 냉각을 수행하는 차량용 엔진 냉각부, 및 제2 냉각수 순환라인 상에 엔진, 워터펌프 및 히터코어를 연결하여 차량 실내 난방을 수행하는 차량용 실내 난방부를 포함하는 차량용 난방장치에 있어서, 상기 제2 냉각수 순환라인 상에 장착되며, 상기 히터코어로 공급되는 냉각수를 가열하는 가열수단을 포함하여 이루어진다. 본 발명에 의하면, 차량의 초기 냉간 시동 시 히터코어에 공급되는 냉각수의 발열 성능을 향상시켜, 특히 동절기에 차량의 실내 난방 효율을 증대시킬 수 있다.

Description

차량용 난방장치 및 이에 구비되는 냉각수 순환펌프
본 발명은 히터코어로 냉각수를 공급하는 냉각수 순환라인에 가열수단을 구비하여 차량의 초기 냉간 시동 시 히터코어에 공급되는 냉각수의 발열 성능을 높일 수 있는 차량용 난방장치와, 상기 차량용 난방장치에 구비되는 냉각수 순환펌프에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 공조시스템이 설치된다. 그리고 공조시스템은 차량 실내의 난방을 위한 난방시스템, 차량 실내의 냉방을 위한 냉방시스템, 차량 실내로 유입되는 공기의 온도/세기/방향을 조절하는 공조장치(HVAC : Heating, Ventilation and Air Conditioning) 등을 포함한다.
화석에너지로 구동하는 차량에서는 차량 실내 난방을 위한 열원으로 엔진 냉각수가 직접 사용된다. 즉, 엔진으로부터 열을 빼앗은 냉각수는 공조장치(HVAC) 내의 히터코어를 경유한 후 다시 엔진으로 유입되고, 이 과정에서 냉각수는 히터코어를 통과하는 공기에 열을 전달한다. 그리고 히터코어를 경유한 공기는 차량 실내로 유입되어 차량 실내를 난방한다.
도 1은 종래의 차량용 난방장치(10)의 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 난방장치(10)는 공조장치의 내부에 장착되는 히터코어(1), 엔진(2), 워터펌프(3), 서모스탯(5) 및 라디에이터(6)를 냉각수가 순환하도록 구성되어 있으며, 엔진(2)을 경유함에 따라 가열된 냉각수는 히터코어(1)에 공급되며, 상기 히터코어(1)에서 일어나는 열교환에 의해 차량의 실내를 난방한다.
이와 같은 종래의 차량용 난방장치가 구비된 자동차를 특히 동절기에 운행하는 경우에는, 운전자가 추위로 인한 곤란함을 겪게 된다. 즉, 히터코어(1)에 공급되는 냉각수가 엔진(2)을 통해 충분히 가열되기까지는 많은 시간이 소요되므로, 차량 내부의 저온상태는 일정 시간동안 지속될 수밖에 없다는 문제가 있다.
특히, 최근 개발되고 있는 디젤 엔진은 효율이 매우 뛰어나기 때문에 냉각수의 온도 상승이 지연된다. 즉, 엔진 효율이 좋다는 것은 그만큼 엔진이 최소한의 구동력으로도 동작 가능하다는 것이므로, 엔진을 순환하는 냉각수가 가열되기까지는 비교적 오랜 시간이 걸리게 된다. 이에 따라 엔진에서 발생한 열을 흡수한 냉각수로 차량을 난방하기까지는 오랜 시간이 걸리게 되며, 특히 동절기 저온 시동 직후 이루어지는 초기 실내 난방은 더욱 취약해질 수밖에 없다.
더 나아가, 최근 연비 규제에 따라 오토미션 오일 가열 성능 및 엔진 오일 가열 성능 증대를 위해 열원이 필요하게 됨에 따라 동절기 저온 시동 시 열원이 부족하여 난방 성능이 저하되는 문제가 있으며, 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 순환펌프는 엔진의 회전수에 연동되는데, 변속기의 다단화에 따라 차속별 엔진 회전수 감소에 따라 냉각수 순환펌프의 순환 효율이 떨어지게 되고, 냉각수의 유량이 부족하여 난방 성능이 취약해지는 문제도 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 초기 저온 시동 시 전기를 이용한 보조 히터를 히터코어(1)의 발열부 측에 장착하는 경우가 있다. 그러나 이는 히터코어(1)의 토출 풍량을 감소시키는 문제가 있어 여전히 동절기에 초기 실내 난방의 효율이 낮은 문제가 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
KR 2014-0106788 A (2014.09.04.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 히터코어로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급라인 상에 가열수단을 구비하여 차량의 초기 냉간 시동 시 히터코어로 공급되는 냉각수의 발열 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 난방장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 순환펌프에 가열수단을 포함하여 차량 난방 성능을 향상시킬 수 있는 냉각수 순환펌프 및 이를 포함하는 차량용 난방장치를 제공함에 있다.
특히, 본 발명의 목적은 가열수단의 장착성을 높이고, 히터코어의 토출 풍량에 영향을 미치지 않도록 하여 차량 난방 성능을 높일 수 있는 냉각수 순환펌프 및 이를 포함하는 차량용 난방장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 냉각수 순환라인 상에 엔진, 워터펌프 및 라디에이터를 연결하여 엔진의 냉각을 수행하는 차량용 엔진 냉각부, 및 제2 냉각수 순환라인 상에 엔진, 워터펌프 및 히터코어를 연결하여 차량 실내 난방을 수행하는 차량용 실내 난방부를 포함하는 차량용 난방장치에 있어서, 상기 제2 냉각수 순환라인 상에 장착되며, 상기 히터코어로 공급되는 냉각수를 가열하는 가열수단을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 차량용 난방장치는, 상기 제2 냉각수 순환라인 상에 장착되며, 상기 히터코어로 냉각수를 공급시키는 순환펌프를 더 포함하며, 상기 가열수단과 상기 순환펌프는 일체로 형성될 수 있다.
상기 순환펌프는, 모터; 상기 모터의 구동력에 의해 회전하여, 상기 제2 냉각수 순환라인의 냉각수를 유동시키는 회전체; 내부에 빈 공간이 형성되어 상기 모터를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스 내부에 형성된 냉각수 유로;를 포함하며, 상기 가열수단은 상기 냉각수 유로를 유동하는 냉각수를 가열하도록 상기 케이스에 구비될 수 있다.
상기 순환펌프는, 상기 냉각수 유로와 연통되며, 상기 제2 냉각수 순환라인을 유동하는 냉각수가 유입되는 유입구; 및 상기 냉각수 유로와 연통되며, 상기 냉각수 유로를 유동하는 냉각수를 상기 제2 냉각수 순환라인으로 유출시키는 유출구;를 더 포함할 수 있다.
상기 케이스는 상기 모터의 외측으로부터 일정거리 이격되어 상기 모터의 외주연을 둘러싸는 형태로 형성되고, 상기 냉각수 유로는 상기 모터와 상기 케이스 사이에 형성된 것일 수 있다.
상기 가열수단은 상기 케이스의 내측면 또는 외측면에 부착되는 필름 형태이며, 전원이 공급됨에 따라 발열되는 발열체일 수 있다.
상기 유입구와 상기 유출구는 일직선상에 배치될 수 있다.
한편, 상기 순환펌프는, 상기 냉각수 유로가 상기 케이스의 높이방향으로 길게 형성되고, 상기 유입구가 상기 케이스의 길이방향으로 길게 형성되어 상기 냉각수 유로의 일단과 연통되며, 상기 유출구가 상기 케이스의 상측에서 상기 냉각수 유로의 타단과 연통되는 것일 수 있다.
상기 케이스에는 상기 냉각수 유로에 인접하여 상기 가열수단이 삽입되는 삽입부가 형성될 수 있다.
상기 삽입부는 상기 냉각수 유로에 인접한 측이 평면형태이고, 그 반대측이 상기 냉각수 유로 방향으로 곡면진 아치형태일 수 있다.
상기 삽입부는 상기 냉각수 유로의 둘레를 따라 복수개 형성되고, 상기 가열수단은 상기 삽입부에 대응되게 복수개 구비될 수 있다.
상기 케이스는 상기 삽입부의 개방된 일측 단부를 폐쇄하는 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 케이스는 상기 냉각수 유로를 형성하는 제1관과, 상기 제1관을 감싸는 제2관을 포함할 수 있다.
상기 가열수단은 상기 제1관의 외주면에 부착되는 필름 형태이며, 전원이 공급됨에 따라 발열되는 발열체일 수 있다.
상기 케이스는 상기 냉각수 유로, 상기 유입구 및 상기 유출구가 형성된 제1케이스와, 상기 제1케이스와 결합될 때 그 사이 공간에 상기 모터 및 상기 회전체가 내장되는 제2케이스로 구성될 수 있다.
또한, 상기 순환펌프는 상기 엔진의 회전수가 일정 회전수 미만인 경우 동작하고, 상기 가열수단은 상기 순환펌프로 유입되는 냉각수의 온도가 일정 온도 미만인 경우 동작할 수 있다.
여기서, 상기 순환펌프 및 상기 가열수단은, 외기의 온도가 기준 온도 미만인 경우 동작하고, 외기의 온도가 기준 온도 이상인 경우에는 동작하지 않을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 냉각수 순환펌프는, 모터와, 상기 모터의 구동력에 의해 회전하여 냉각수를 유동시키는 회전체와, 내부에 빈 공간이 형성되어 상기 모터를 수용하는 케이스와, 상기 케이스 내부에 형성된 냉각수 유로를 포함하는 순환펌프; 및 상기 냉각수 유로를 유동하는 냉각수를 가열하도록 상기 케이스에 구비되는 가열수단을 포함한다.
상기 케이스는 상기 모터의 외측으로부터 일정거리 이격되어 상기 모터의 외주연을 둘러싸는 형태로 구비되고, 상기 냉각수 유로는 상기 모터와 상기 케이스 사이에 형성된 것일 수 있다.
상기 순환펌프는, 상기 냉각수 유로와 연통되며, 냉각수가 유입되는 유입구; 및 상기 냉각수 유로와 연통되며, 상기 냉각수 유로를 유동하는 냉각수를 유출시키는 유출구;를 더 포함할 수 있다.
상기 유입구와 상기 유출구는 일직선상에 배치될 수 있다.
상기 순환펌프는, 상기 냉각수 유로가 상기 케이스의 높이방향으로 길게 형성되고, 상기 유입구가 상기 케이스의 길이방향으로 길게 형성되어 상기 냉각수 유로의 일단과 연통되며, 상기 유출구가 상기 케이스의 상측에서 상기 냉각수 유로의 타단과 연통되는 것일 수 있다.
상기 케이스에는 상기 냉각수 유로에 인접하여 상기 가열수단이 삽입되는 삽입부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 난방장치는 차량의 초기 냉간 시동 시 히터코어에 공급되는 냉각수의 발열 성능을 향상시켜, 특히 동절기에 차량의 실내 난방 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 냉각수 순환라인 상에서 가열수단이 순환펌프와 일체로 형성되기 때문에, 가열수단의 장착 공간이 최소화되고, 히터코어의 토출 풍량에 영향을 미치지 않아 차량의 실내 난방 효율이 증대될 수 있다.
또한, 순환펌프에 구비되는 모터의 발열을 냉각수를 가열하는데 이용할 수 있기 때문에 냉각수의 발열 성능이 더욱 증대될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 차량용 난방장치를 구성하는 가열수단 및 순환펌프는 일정 조건에 따라 자동 제어되도록 함으로써 꼭 필요한 경우에 한하여 효율적으로 작동될 수 있으며, 이에 따라 운전자에게 쾌적한 난방감을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 연비 효율 저하도 최소화할 수 있다.
그리고 본 발명의 냉각수 순환 펌프는 히터코어를 보조하여 차량 난방을 수행함에 따라 탑승객의 온도 쾌적성을 보다 높일 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 난방장치의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 난방장치의 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 전체 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 난방장치의 개념도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 전체 사시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 단면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 상측 평면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 다른 세로방향 단면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 다른 가로방향 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 가열수단 및 순환펌프의 동작 조건을 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 차량용 난방장치 및 이에 구비되는 냉각수 순환펌프를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 난방장치(100)의 개념도로서, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 난방장치(100)는 차량용 엔진 냉각부(C) 및 차량용 실내 난방부(H)를 포함하여 구성된다.
차량용 엔진 냉각부(C)는 폐회로를 이루는 제1 냉각수 순환라인(L1)과, 제1 냉각수 순환라인(L1) 상에 구비되는 엔진(120), 워터펌프(130), 서모스탯(150) 및 라디에이터(160)를 포함한다.
워터펌프(130)는 제1 냉각수 순환라인(L1) 내부에 수용된 냉각수를 순환시킨다. 엔진(120)을 경유한 고온의 냉각수는 워터펌프(130)를 통해 라디에이터(160)로 전달되며, 라디에이터(160)를 경유하여 냉각된 냉각수는 다시 엔진(120)으로 공급되어 엔진(120)을 냉각시키게 된다.
서모스탯(150)은 냉각수의 온도를 감지하여 서모스탯(150)을 경유한 냉각수를 히터코어(110) 또는 라디에이터(160)로 선택적으로 공급한다.
차량용 실내 난방부(H)는 엔진(120)을 경유한 고온의 냉각수를 히터코어(110)에 공급하고, 차량 실내로 공급되는 공기를 상기 고온의 냉각수를 통해 가열하여 차량 실내를 난방하기 위해 구성된다.
차량용 실내 난방부(H)는 폐회로를 이루는 제2 냉각수 순환라인(L2), 제2 냉각수 순환라인(L2) 상에 구비되는 히터코어(110), 엔진(120), 워터펌프(130) 및 서모스탯(150)을 포함한다.
워터펌프(130)는 제2 냉각수 순환라인(L2) 내부에 수용된 냉각수를 순환시킨다. 엔진(120)을 경유한 고온의 냉각수는 워터펌프(130)를 통해 히터코어(110)로 전달되며, 실내로 유입되는 공기는 히터코어(110)에서의 열교환을 통해 가열이 이루어져 차량 실내에는 가열된 공기가 유입될 수 있게 된다.
하지만 엔진(120)의 온도가 일정 수준까지 가열되지 않은 초기 차량 시동 시에는, 엔진(120)을 경유한 냉각수의 온도가 낮기 때문에 낮은 온도의 냉각수가 히터코어(110)에 공급될 수밖에 없으며, 이 경우 히터코어(110)를 경유하는 공기는 충분한 가열이 이루어지지 않아 차량 실내로 찬 공기가 유입되게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 차량용 난방장치(100)를 구성하는 차량용 실내 난방부(H)는 엔진(120)의 온도가 일정 온도 이하일 경우, 히터코어(110)로 공급되는 냉각수의 온도를 충분히 상승시키기 위하여 다음과 같은 구성을 갖는다.
구체적으로, 차량용 실내 난방부(H)는 가열수단(200)을 포함하여 구성될 수 있다. 가열수단(200)은 제2 냉각수 순환라인(L2) 상의 히터코어(110) 전단에 장착되어, 일정 조건에서 히터코어(110)로 공급되는 냉각수를 가열시키는 구성이다. 이러한 가열수단(200)에 의해, 동절기에 초기 냉간 시동 시 차량의 실내 난방을 위해 히터코어(110)로 공급되는 냉각수가 가열될 수 있으므로 냉각수의 발열 성능을 높일 수 있게 된다.
여기서, 가열수단(200)은 제2 냉각수 순환라인(L2)의 냉각수를 가열할 수 있는 장치이면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 가열수단(200)은 제2 냉각수 순환라인(L2)의 일정 영역을 감싸는 면상 히터 또는 열선일 수 있으며, 제2 냉각수 순환라인(L2)의 내부 또는 외부에 부착되어 발열하는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 실내 난방부(H)는, 냉각수의 순환을 위해 제2 냉각수 순환라인(L2) 상에 장착되어 일정 조건에서 동작하는 순환펌프(300)를 더 포함할 수 있으며, 이때 가열수단(200)과 순환펌프(300)는 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 가열수단(200)과 일체로 형성된 순환펌프(300)의 세부 구성을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 전체 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 분해 사시도가 도시되어 있다. 그리고 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 단면도가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 순환펌프는 가열수단(200)과 순환펌프(300)로 이루어질 수 있다. 여기서, 순환펌프(300)는 모터(310), 모터(310)의 구동축에 결합되어 모터(310)의 구동력에 의해 회전하며, 이에 따라 제2 냉각수 순환라인(L2)의 냉각수를 유동시키는 회전체(320), 내부에 빈 공간이 형성되어 모터(310)를 수용하는 케이스(330), 및 케이스(330) 내부에 형성된 냉각수 유로(340)를 포함하여 이루어질 수 있고, 이때 가열수단(200)은 냉각수 유로(340)를 유동하는 냉각수를 가열하도록 케이스(330)에 구비된다.
여기서, 모터(310)는 원통형일 수 있고, 회전체(320)는 임펠러일 수 있으며, 회전체(320)의 일측에는 모터(310)의 구동축에 삽입되어 회전체(320)가 회전될 수 있도록 하는 마그네틱(321)이 결합될 수 있다.
케이스(330)는 원통형일 수 있으며, 냉각수 유입을 위한 유입커버(301)와 냉각수 유출을 위한 유출커버(302) 사이에 위치할 수 있다. 유입커버(301) 상에는 냉각수 유입을 위한 유입구(301a)가 형성되어 있다. 유입구(301a)는 냉각수 유로(340)와 연통되며, 제2 냉각수 순환라인(L2)을 유동하는 냉각수가 유입된다. 그리고 유출커버(302) 상에는 냉각수 유출을 위한 유출구(302a)가 형성되어 있다. 유출구(302a)는 냉각수 유로(340)와 연통되며, 냉각수 유로(340)를 유동하는 냉각수를 제2 냉각수 순환라인(L2)으로 유출시킨다.
또한, 케이스(330)는 모터(310)의 외측으로부터 일정거리 이격되어 모터(310)의 외주연을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 케이스(330)의 직경은 모터(310)의 직경보다 크게 형성되며, 모터(310)와 케이스(330) 사이에 냉각수가 유동하는 냉각수 유로(340)가 형성된다. 따라서, 도 4에 도시된 화살표와 같이 유입구(301a)를 통해 냉각수가 유입되면, 유입된 냉각수는 모터(310)와 케이스(330) 사이의 냉각수 유로(340)를 통과하여 유출구(302a)를 통해 유출되게 된다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 가열수단(200)은 냉각수 유로(340)를 유동하는 냉각수를 가열하도록 케이스(330)의 내측 또는 외측에 구비될 수 있다. 구체적으로, 가열수단(200)은 케이스(330)의 내측면 또는 외측면에 필름 형태로 부착되는 것일 수 있으며, 또한 전원이 공급됨에 따라 발열되는 발열체일 수 있다. 일 예로, 가열수단(200)은 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(330)의 내측면에 부착되어 냉각수 유로(340)를 통과하는 냉각수를 직접적으로 가열하는 것이 가장 효율적이다.
또한, 냉각수 순환펌프는 도 4에 도시된 바와 같이, 유입구(301a)와 유출구(302a)가 일직선상에 배치되는 인라인 타입으로 형성하는 것이 바람직한데, 이러한 구조는 냉각수 순환펌프 내에서 냉각수가 보다 원활하게 이동할 수 있도록 함으로써 냉각수의 순환 성능을 향상시키는 효과가 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 난방장치(1000)의 개념도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 난방장치(1000)는 상기 일 실시예에 따른 차량용 난방장치(100)와 비교하여 냉각수 순환 펌프의 구성만 일부 다르므로, 이하의 설명에서는 상기 일 실시예에 따른 차량용 난방장치(100)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 간략히 하거나 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 차량용 엔진 냉각부(C)는 폐회로를 이루는 제1 냉각수 순환라인(L1)과, 제1 냉각수 순환라인(L1) 상에 구비되는 엔진(120), 워터펌프(130), 서모스탯(150) 및 라디에이터(160)를 포함한다. 그리고 차량용 실내 난방부(H)는 엔진(120)을 경유한 고온의 냉각수를 히터코어(110)에 공급하고, 차량 실내로 공급되는 공기를 상기 고온의 냉각수를 통해 가열하여 차량 실내를 난방하기 위해 구성된다.
이때, 차량용 실내 난방부(H)는 가열수단(2000)을 포함하여 구성될 수 있다. 가열수단(2000)은 제2 냉각수 순환라인(L2) 상의 히터코어(110) 전단에 장착되어, 일정 조건에서 히터코어(110)로 공급되는 냉각수를 가열시키는 구성이다. 이러한 가열수단(2000)에 의해, 동절기에 초기 냉간 시동 시 차량의 실내 난방을 위해 히터코어(110)로 공급되는 냉각수가 가열될 수 있으므로 냉각수의 발열 성능을 높일 수 있게 된다.
여기서, 가열수단(2000)은 제2 냉각수 순환라인(L2)의 냉각수를 가열할 수 있는 장치이면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 가열수단(2000)은 제2 냉각수 순환라인(L2)의 일정 영역을 감싸는 면상 히터 또는 열선일 수 있으며, 제2 냉각수 순환라인(L2)의 내부 또는 외부에 부착되어 발열하는 PTC 히터일 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 실내 난방부(H)는, 냉각수의 순환을 위해 제2 냉각수 순환라인(L2) 상에 장착되어 일정 조건에서 동작하는 순환펌프(3000)를 더 포함할 수 있으며, 이때 가열수단(2000)과 순환펌프(3000)는 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 가열수단(2000)과 일체로 형성된 순환펌프(3000)의 세부 구성을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 7에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 전체 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 단면도가 도시되어 있다. 그리고 도 9에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 순환펌프의 상측 평면도가 도시되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 순환펌프는 상기 일 실시예에 따른 냉각수 순환펌프와 마찬가지로 가열수단(2000)과 순환펌프(3000)로 이루어질 수 있다. 여기서, 순환펌프(3000)는 모터(3100), 모터(3100)의 구동력에 의해 회전하며, 이에 따라 제2 냉각수 순환라인(L2)의 냉각수를 유동시키는 회전체(3200), 내부에 빈 공간이 형성되어 모터(3100)를 수용하는 케이스(3300), 및 케이스(3300) 내부에 형성된 냉각수 유로(3400)를 포함하여 이루어질 수 있고, 가열수단(2000)은 냉각수 유로(3400)를 유동하는 냉각수를 가열하도록 케이스(3300)에 구비된다.
모터(3100)는 그 구동축이 회전체(3200)에 결합되어 회전체(3200)를 회전시키며, 여기서 회전체(3200)는 임펠러일 수 있다.
케이스(3300)는 냉각수 순환 펌프를 구성하는 기본 몸체로서, 냉각수 유로(3400), 유입구(3010a) 및 유출구(3020a)가 형성되어 있다. 냉각수 유로(3400)는 그 내부에 냉각수가 유동되는 공간을 형성한다. 유입구(3010a)는 냉각수 유로(3400)와 연통되며, 제2 냉각수 순환라인(L2)을 유동하는 냉각수가 유입된다. 그리고 유출구(3020a)는 냉각수 유로(3400)와 연통되며, 냉각수 유로(3400)를 유동하는 냉각수를 제2 냉각수 순환라인(L2)으로 유출시킨다. 따라서, 유입구(3010a)를 통해 냉각수가 유입되면, 유입된 냉각수는 냉각수 유로(3400)를 통과하여 유출구(3020a)를 통해 유출되게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 순환 펌프는, 냉각수 유로(3400)가 케이스(3300)의 높이방향으로 길게(도 7에서 높이방향) 형성되고, 유입구(3010a)는 케이스(3300)의 길이방향으로 길게(도 7에서 길이방향) 형성되어 냉각수 유로(3400)의 일단과 연통되며, 유출구(3020a)는 케이스(3300)의 상측에서 냉각수 유로(3400)의 타단과 연통되는 형태로 형성된다. 이러한 구조를 갖는 냉각수 순환 펌프는 냉각수를 적정 압력으로 상승시키는 것이 용이하다.
또한, 케이스(3300)는 제1케이스(3310) 및 제2케이스(3320)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1케이스(3310)에는 가열수단(2000)이 구비되며, 이와 함께 냉각수 유로(3400), 유입구(3010a) 및 유출구(3020a)가 형성되어 있다. 그리고 제2케이스(3320)는 제1케이스(3310)의 하측에서 제1케이스(3310)와 결합되어, 케이스(3300) 내부에 일정한 공간을 형성한다. 즉, 제2케이스(3320)는 제1 케이스(3310)와 결합될 때 제1케이스(3310)와 제2케이스(3320) 사이의 공간에 모터(3100) 및 회전체(3200)가 내장될 수 있도록 한다. 이와 같은 구조를 갖는 제1케이스(3310) 및 제2케이스(3320)에 의해, 순환펌프(3000) 내에 모터(3100) 및 회전체(3200)를 장착하는 것이 용이해진다.
가열수단(2000)은 케이스(3300)에 구비되어 냉각수 유로(3400)의 내부를 유동하는 냉각수를 가열하는 역할을 한다. 가열수단(2000)은 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 일 예로 도 8 및 도 9에 도시한 형태에 대해 설명한다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 가열수단(2000)은 일정 두께를 갖는 판 형태이자, 전원이 공급됨에 따라 발열이 되는 PTC소자(2000a), 또는 이를 포함하여 이루어질 수 있다.
케이스(3300)에는 냉각수 유로(3400)에 인접하여 상기 PTC소자(2000a)와 같은 가열수단(2000)이 삽입되는 삽입부(3500)가 형성되어 있다. 삽입부(3500)는 판 형태의 PTC소자(2000a)가 삽입되도록 케이스(3300)의 일정 영역이 중공인 부분으로서, 예를 들어 케이스(3300)의 상측이 개방되고, 냉각수 유로(3400)에 인접하여 케이스(3300)의 높이방향으로 길게 형성된 것일 수 있다.
또한, 삽입부(3500)는 냉각수 유로(3400)의 둘레를 따라 제1 케이스(3310)의 원주방향으로 복수개 형성될 수 있고, 이에 따라 가열수단(2000)은 삽입부(3500)의 개수에 대응되게 복수개 구비될 수 있다. 도 9에서, 삽입부(3500) 및 가열수단(2000)은 각각 4개인 것으로 도시하였으나, 삽입부(3500) 및 가열수단(2000)의 개수는 가열수단(2000)의 크기 및 발열량을 고려하여 다양하게 조절될 수 있다.
다수개의 삽입부(3500) 각각은 냉각수 유로(3400)에 인접한 측이 평면형태이고, 그 반대측이 냉각수 유로(3400) 방향으로 곡면진 아치형태인 것이 바람직하다. 가열수단(2000)의 발열면은 평면형태의 삽입부(3500)에 맞닿는 형태로 삽입될 수 있으며, 이 경우 가열수단(2000)의 발열면이 냉각수 유로(3400)에 인접하여 넓게 구비되기 때문에, 냉각수 유로(3400)를 유동하는 냉각수를 효율적으로 가열할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 냉각수 순환 펌프에서, 케이스(3300)는 가열수단(2000)을 삽입부(3500)에 삽입한 뒤 케이스(3300)의 상측 단부를 폐쇄하는 커버(3330)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 10 및 도 11은 케이스(3300)가 제1관(3310a)과 제2관(3310b)을 포함하여 형성된 냉각수 순환 펌프를 도시한 도면이다. 제1관(3310a)은 냉각수 유로(3400)를 형성하는 파이프 형태이고, 제2관(3310b)은 제1관(3310a)을 감싸는 파이프 형태이며, 따라서 케이스(3300)(보다 구체적으로는, 제1케이스(3310))는 전체적으로 2중의 관 형태로 형성된다.
이때, 가열수단(2000)은 제1관(3310a)의 외주면에 필름 형태로 부착되는 필름 히터(2000b)일 수 있으며, 여기서 필름 히터(2000b)는 열선 필름, 프린팅된 페이스트 등을 의미한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 차량용 난방장치(100, 1000)는, 가열수단(200, 2000)이 제2 냉각수 순환라인(L2) 상에 장착되는 순환펌프(300, 3000)에 일체로 형성되기 때문에, 가열수단(200, 2000)이 장착되는 공간이 최소화될 수 있으며, 히터코어(110)의 토출 풍량에 영향을 미치지 않아 차량의 실내 난방 효율을 증대시킬 수 있다. 게다가, 순환펌프(300, 3000)를 구성하는 모터(310, 3100)의 구동에 따른 발열을 냉각수 가열에 추가적으로 이용할 수 있으므로 냉각수의 온도를 보다 신속하게 상승시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 가열수단(200, 2000) 및 순환펌프(300, 3000)는 일정 조건에서 동작하는 것이 바람직하다. 즉, 순환펌프(300, 3000)는 엔진(120)의 회전수가 일정 회전수 미만인 경우에 한하여 동작하도록 제어되고, 가열수단(200, 2000)은 순환펌프(300, 3000)로 유입되는 냉각수의 온도가 일정 온도 미만인 경우에 한하여 동작하도록 제어될 수 있다. 이러한 순환펌프(300, 3000) 및 가열수단(200, 2000)의 동작 제어는, 이러한 동작 제어에 관한 프로그램이 구비된 제어수단(예를 들어, 마이크로 프로세서)을 통해 수행될 수 있다.
도 12에 본 발명에 따른 가열수단(200, 2000) 및 순환펌프(300, 3000)의 동작 조건을 도시하였다.
도 12에 도시된 바와 같이, 엔진(120)의 회전수(rpm)가 일정 회전수 미만이고, 냉각수의 온도(℃)가 일정 온도 미만인 경우, 가열수단(200, 2000) 및 순환펌프(300, 3000)가 모두 동작하도록 한다. 이는 동절기에 운전자가 시동을 켜는 냉간 시동에 해당되는 경우로, 엔진(120)의 회전수가 일정 수준에 도달하지 못하여 냉각수가 충분히 가열되지 않아 운전자가 추위를 느끼는 상황이다. 따라서, 가열수단(200, 2000)이 동작함에 따라 냉각수가 가열되어 히터코어(110)로 공급되도록 하며, 동시에 순환펌프(300, 3000)도 동작하여 엔진(120)을 경유한 제2 냉각수 순환라인(L2) 상의 냉각수를 충분한 유량으로 히터코어(110)로 공급될 수 있도록 한다. 따라서, 동절기에 운전자가 초기 시동을 켰을 때 비교적 빠른 난방감을 느낄 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 엔진(120)의 회전수는 일정 회전수 이상이지만, 냉각수 온도는 아직 일정 온도 미만인 경우에, 순환펌프(300, 3000)는 동작하지 않고 가열수단(200, 2000)만 동작하도록 할 수 있다. 이는 냉간 시동 후 엔진(120)의 회전수는 일정 수준에 도달하였지만 외기의 온도가 매우 낮아 냉각수가 아직 충분히 가열되지 못한 상태이므로, 아직 차량의 실내는 쾌적하게 난방되고 있지 못하다. 따라서 가열수단(200, 2000)은 계속 동작하도록 하여 히터코어(110)로 공급되는 냉각수를 가열시키는 것이 바람직하다. 반면, 엔진(120)의 회전수는 일정 회전수 이상이므로, 히터코어(110)로 공급되는 냉각수의 유량은 충분하기 때문에 순환펌프(300, 3000)는 동작시키지 않는다.
또한, 냉각수의 온도는 일정 온도 이상이지만 엔진(120)의 회전수가 일정 회전수 미만인 경우에는, 가열수단(200, 2000)은 동작하지 않고 순환펌프(300, 3000)만 동작시키는 것이 바람직하다. 이는 차량이 잠시 정차하고 있는 상황으로서, 냉각수의 온도가 일정 온도 이상이므로 냉각수를 가열할 필요는 없으나 엔진(120)의 회전수가 일정 회전수 미만이기 때문에 순환펌프(300, 3000)를 통해 히터코어(110)로 충분한 유량의 냉각수가 공급되도록 하는 것이다.
마지막으로, 냉각수의 온도가 일정 온도 이상이며 엔진(120)의 회전수가 일정 회전수 이상인 경우에는 가열수단(200, 2000) 및 순환펌프(300, 3000) 모두 정지시키는 것이 바람직하다. 이는 시동을 켠 후 일정 시간 이상 차량이 주행 중인 경우로, 엔진(120)의 열을 회수함에 따라 냉각수가 일정 온도 이상이고 히터코어(110)로 공급되는 냉각수의 유량도 충분하기 때문이다.
도시된 바와 같이 가열수단(200, 2000)의 동작 여부를 결정하는 냉각수 온도는 60℃일 수 있으며, 순환펌프(300, 3000)의 동작 여부를 결정하는 엔진(120) 회전수는 1000rpm일 수 있다. 그러나 상기한 수치는 외기의 온도나 사용자의 요구에 따라 다소 변경될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명에 따른 가열수단(200, 2000) 및 순환펌프(300, 3000)는 외기의 온도가 기준 온도 미만인 경우에는 상술한 바와 같은 조건에 따라 동작하며, 기준 온도 이상인 경우에는 동작하지 않을 수 있다. 차량에서 전기를 사용할 경우 연비 효율이 저하되기 때문에, 외기의 온도가 기준 온도보다 낮은 동절기와 같이 빠른 실내 난방이 필요로 되는 경우에만 동작하도록 하는 것이 효율적이기 때문이다.
이때, 외기의 기준 온도는 10℃일 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 엔진(120)의 성능 등 다른 조건에 따라 변경될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 가열수단 및 순환펌프(즉, 냉각수 순환펌프)는 상술한 바와 같이 일정 조건에 따라 자동 제어되도록 함으로써 꼭 필요한 경우에 한하여 효율적으로 작동될 수 있으며, 이에 따라 운전자에게 쾌적한 난방감을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 연비 효율 저하도 최소화할 수 있는 효과가 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.
[부호의 설명]
L1: 제1 냉각수 순환라인 L2: 제2 냉각수 순환라인
C: 차량용 엔진 냉각부 H: 차량용 실내 난방부
100, 1000: 차량용 난방장치
110: 히터코어 120: 엔진
130: 워터펌프 150: 서모스탯
160: 라디에이터
200, 2000: 가열수단 300, 3000: 순환펌프
301a, 3010a: 유입구 302a, 3020a: 유출구
310, 3100: 모터 320, 3200: 회전체
330, 3300: 케이스 340, 3400: 냉각수 유로
3500: 삽입부

Claims (23)

  1. 제1 냉각수 순환라인 상에 엔진, 워터펌프 및 라디에이터를 연결하여 엔진의 냉각을 수행하는 차량용 엔진 냉각부, 및 제2 냉각수 순환라인 상에 엔진, 워터펌프 및 히터코어를 연결하여 차량 실내 난방을 수행하는 차량용 실내 난방부를 포함하는 차량용 난방장치에 있어서,
    상기 제2 냉각수 순환라인 상에 장착되며, 상기 히터코어로 공급되는 냉각수를 가열하는 가열수단을 포함하는 차량용 난방장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 냉각수 순환라인 상에 장착되고, 상기 히터코어로 냉각수를 공급시키는 순환펌프를 더 포함하며,
    상기 가열수단과 상기 순환펌프는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 순환펌프는,
    모터;
    상기 모터의 구동력에 의해 회전하여, 상기 제2 냉각수 순환라인의 냉각수를 유동시키는 회전체;
    내부에 빈 공간이 형성되어 상기 모터를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스 내부에 형성된 냉각수 유로;를 포함하며,
    상기 가열수단은 상기 냉각수 유로를 유동하는 냉각수를 가열하도록 상기 케이스에 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 순환펌프는,
    상기 냉각수 유로와 연통되며, 상기 제2 냉각수 순환라인을 유동하는 냉각수가 유입되는 유입구; 및
    상기 냉각수 유로와 연통되며, 상기 냉각수 유로를 유동하는 냉각수를 상기 제2 냉각수 순환라인으로 유출시키는 유출구;를 더 포함하는 차량용 난방장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 모터의 외측으로부터 일정거리 이격되어 상기 모터의 외주연을 둘러싸는 형태로 형성되고,
    상기 냉각수 유로는 상기 모터와 상기 케이스 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가열수단은 상기 케이스의 내측면 또는 외측면에 부착되는 필름 형태이며, 전원이 공급됨에 따라 발열되는 발열체인 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 유입구와 상기 유출구는 일직선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 순환펌프는,
    상기 냉각수 유로가 상기 케이스의 높이방향으로 길게 형성되며, 상기 유입구가 상기 케이스의 길이방향으로 길게 형성되어 상기 냉각수 유로의 일단과 연통되고, 상기 유출구가 상기 케이스의 상측에서 상기 냉각수 유로의 타단과 연통되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 케이스에는 상기 냉각수 유로에 인접하여 상기 가열수단이 삽입되는 삽입부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 삽입부는 상기 냉각수 유로에 인접한 측이 평면형태이고, 그 반대측이 상기 냉각수 유로 방향으로 곡면진 아치형태인 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 삽입부는 상기 냉각수 유로의 둘레를 따라 복수개 형성되고, 상기 가열수단은 상기 삽입부에 대응되게 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 삽입부의 개방된 일측 단부를 폐쇄하는 커버를 더 포함하는 차량용 난방장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 냉각수 유로를 형성하는 제1관과, 상기 제1관을 감싸는 제2관을 포함하는 차량용 난방장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가열수단은 상기 제1관의 외주면에 부착되는 필름 형태이며, 전원이 공급됨에 따라 발열되는 발열체인 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 냉각수 유로, 상기 유입구 및 상기 유출구가 형성된 제1케이스와, 상기 제1케이스와 결합될 때 그 사이 공간에 상기 모터 및 상기 회전체가 내장되는 제2케이스로 구성되는 차량용 난방장치.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 순환펌프는 상기 엔진의 회전수가 일정 회전수 미만인 경우 동작하고,
    상기 가열수단은 상기 순환펌프로 유입되는 냉각수의 온도가 일정 온도 미만인 경우 동작하는 것으로 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 순환펌프 및 상기 가열수단은,
    외기의 온도가 기준 온도 미만인 경우 동작하고, 외기의 온도가 기준 온도 이상인 경우에는 동작하지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  18. 모터와, 상기 모터의 구동력에 의해 회전하여 냉각수를 유동시키는 회전체와, 내부에 빈 공간이 형성되어 상기 모터를 수용하는 케이스와, 상기 케이스 내부에 형성된 냉각수 유로를 포함하는 순환펌프; 및
    상기 냉각수 유로를 유동하는 냉각수를 가열하도록 상기 케이스에 구비되는 가열수단;을 포함하는 냉각수 순환펌프.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 모터의 외측으로부터 일정거리 이격되어 상기 모터의 외주연을 둘러싸는 형태로 구비되고,
    상기 냉각수 유로는 상기 모터와 상기 케이스 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각수 순환펌프.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 순환펌프는,
    상기 냉각수 유로와 연통되며, 냉각수가 유입되는 유입구; 및
    상기 냉각수 유로와 연통되며, 상기 냉각수 유로를 유동하는 냉각수를 유출시키는 유출구;를 더 포함하는 냉각수 순환펌프.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 유입구와 상기 유출구는 일직선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 순환펌프.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 순환펌프는,
    상기 냉각수 유로가 상기 케이스의 높이방향으로 길게 형성되고, 상기 유입구가 상기 케이스의 길이방향으로 길게 형성되어 상기 냉각수 유로의 일단과 연통되며, 상기 유출구가 상기 케이스의 상측에서 상기 냉각수 유로의 타단과 연통되는 것을 특징으로 하는 냉각수 순환펌프.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 케이스에는 상기 냉각수 유로에 인접하여 상기 가열수단이 삽입되는 삽입부가 형성된 것을 특징으로 하는 냉각수 순환펌프.
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