KR20080042453A - 차량용 난방장치 및 이를 이용한 작동방법 - Google Patents

차량용 난방장치 및 이를 이용한 작동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 난방장치 및 이를 이용한 작동방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차를 구동시키도록 엔진이 형성되고, 상기 엔진에서 발생되는 고온의 배기가스를 고온고압의 공기로 변형시키도록 터보차져가 형성되고, 상기 터보차져에서 배출된 고온고압의 공기가 엔진에 다시 유입되기 전에 원통형 열교환기와 인터쿨러를 통해 열교환 되어 고온의 공기 온도를 낮추어 엔진으로 유입시킴으로써, 엔진의 과열을 방지하고, 원통형 열교환기에 의해 엔진에 유입되는 공기의 냉각 능력이 향상되는 특징이 있다.
또한, 본 발명은 종래에서 엔진에 별도로 고열장치를 이용하는 것을 터보차져와 인터쿨러 사이에 형성된 원통형 열교환기에서 고열원을 이용함으로써, 엔진룸 배관을 단순화하고, 엔진에 과부하를 방지하는데 또 다른 특징이 있다.
자동차, 엔진, 터보차져, 열교환기, 인터쿨러

Description

차량용 난방장치 및 이를 이용한 작동방법{A Automobile of Heating-apparatus and Functioning Method for the Same}
도 1은 종래에서 자동차의 난방장치를 나타낸 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 난방장치를 나타낸 구성도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히터코어 시스템을 나타낸 구성도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 열교환기를 나타낸 사시도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 난방장치의 작동방법을 나타낸 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진 20 : 터보차져
30 : 인터쿨러 40 : 원통형 열교환기
본 발명은 차량용 난방장치 및 이를 이용한 작동방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차를 구동시키도록 엔진이 형성되고, 상기 엔진에서 발생되는 고온 의 배기가스를 고온고압의 공기로 변형시키도록 터보차져가 형성되고, 상기 터보차져에서 배출된 고온고압의 공기가 엔진에 다시 유입되기 전에 원통형 열교환기와 인터쿨러를 통해 열교환 되어 고온의 공기 온도를 낮추어 엔진으로 유입시킴으로써, 엔진의 과열을 방지하고, 원통형 열교환기에 의해 엔진에 유입되는 공기의 냉각 능력이 향상되고, 종래에서 엔진에 별도로 고열장치를 이용하는 것을 터보차져와 인터쿨러 사이에 형성된 원통형 열교환기에서 고열원을 이용함으로써, 엔진룸 배관을 단순화하고, 엔진에 과부하를 방지하는 차량용 난방장치 및 이를 이용한 작동방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 외부에서 연료(디젤, 천연가스, 가솔린 등)가 엔진에 공급되어 엔진의 작동으로 자동차가 구동되고, 상기 엔진의 구동시, 고온의 배가가스가 발생한다.
이하, 종래의 실시예를 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명한다.
도 1은 종래에서 자동차의 난방장치를 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 자동차의 난방장치 시스템은 외부에서 연료를 공급받아 자동차를 구동시키는 엔진(1)과, 상기 엔진(1)에서 발생하여 배출된 고온의 배기가스가 유입되고, 상기 배기가스를 이용하여 터빈(3)을 작동시켜 터빈(3)에 연결된 컴푸레셔(4)에 의해 고온고압의 공기가 생성되는 터보차져(2)와, 상기 터보차져(TURBO-CHARGER)에서 배출된 고온고압의 공기가 엔진(1)에 유입되기 전에 온도를 낮춰야 하는데 상기 고온고압의 공기를 찬 공기에 의해 열교환 되는 인터쿨러(5)로 구성된다.
여기서, 상기 엔진(1)에는 히터코어(6)가 설치되어 엔진(1)의 열원을 이용하여 히터코어(6)에서 열풍을 발생시켜 운전자에게 공급하도록 되어 있다.
그런데, 상기 엔진(1)은 자동차를 구동시키도록 작동하는데 많은 힘과 부하가 발생하는데, 그 이외에 히터코어(6) 등의 작동부재를 더 구동시키기 위해 더 많은 힘과 부하를 발생시키면 엔진(1)에 과부하가 발생되어 수명 및 고장의 문제점이 발생한다.
또한, 상기 엔진(1)에서 발생한 고온의 배기가스를 터보차져(2)와 인터쿨러(5)를 통해 저온의 공기로 변경하여 다시 엔진(1)으로 리턴되는데, 상기 공기는 높은 온도로 형성되어 인터쿨러(5)에서 한번의 열교환으로는 그 온도를 많이 낮출 수 없어 고온의 공기가 거의 그대로 엔진(1)에 전달되어 파손 등의 문제점을 발생시킨다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
자동차를 구동시키도록 엔진이 형성되고, 상기 엔진에서 발생되는 고온의 배기가스를 고온고압의 공기로 변형시키도록 터보차져가 형성되고, 상기 터보차져에서 배출된 고온고압의 공기가 엔진에 다시 유입되기 전에 원통형 열교환기와 인터쿨러를 통해 열교환 되어 고온의 공기 온도를 낮추어 엔진으로 유입시킴으로써, 엔진의 과열을 방지하고, 원통형 열교환기에 의해 엔진에 유입되는 공기의 냉각 능력 이 향상되는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 종래에서 엔진에 별도로 고열장치를 이용하는 것을 터보차져와 인터쿨러 사이에 형성된 원통형 열교환기에서 고열원을 이용함으로써, 엔진룸 배관을 단순화하고, 엔진에 과부하를 방지하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 자동차의 난방장치에 있어서, 외부에서 연료를 공급받아 자동차를 구동시키는 엔진과; 상기 엔진에서 발생하여 배출된 고온의 배기가스가 유입되고, 상기 배기가스를 이용하여 터빈을 작동시켜 터빈에 연결된 컴푸레셔에 의해 고온고압의 공기가 생성되는 터보차져와; 상기 터보차져(TURBO-CHARGER)에서 배출된 고온고압의 공기가 엔진에 유입되기 전에 온도를 낮춰야 하는데 상기 고온고압의 공기를 찬 공기에 의해 열교환 되는 인터쿨러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 자동차용 난방장치의 작동방법에 있어서, 상기 자동차를 구동시키기 위해 외부에서 연료공급을 받아 엔진이 작동되고, 상기 엔진이 작동하면서 고온의 배기가스가 발생하여 방출되며, 상기 고온의 배기가스는 터보차져에 유입되어 터빈을 작동시키고, 상기 터빈에 연결된 컴푸레셔도 작동되어 고압으로 형성되고, 상기 터보차져의 일단부에 형성되어 외부의 공기가 터보차져에 유입시 이물질을 걸러서 공기를 터보차져에 유입시켜 배기가스와 혼합시키고, 혼합된 공기는 컴푸레셔를 통해 고온고압으로 형성되어 방출되며, 방출된 고온고압의 공기는 다시 엔진으로 유입되기 전에 원통형 열교환기와 인터쿨러를 통해 일정한 온도를 낮추어 엔진으로 유입되되, 상기 원통형 열교환기는 히터코어에서 유출한 저온의 유체가 터보차져에서 방출한 고온의 공기와 접촉되어 고온의 유체로 형성되어 고온의 공기에 온도를 낮춰주고, 상기 고온의 유체는 다시 히터코어에 유입되어 상기 히터코어를 송풍기팬에 의해 온풍을 발생시켜 운전자에게 제공하며, 상기 인터쿨러는 찬공기를 주입시켜 터보차져에서 방출되어 원통형 열교환기를 관통한 고온고압의 공기에 온도를 다시 한번 낮춰서 엔진에 유입시키는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명한다.
도 1은 종래에서 자동차의 난방장치를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 난방장치를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히터코어 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 열교환기를 나타낸 사시도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 차량용 난방장치는 자동차를 구동시키는 엔진(10)과, 상기 엔진(10)에서 배출된 고온의 배기가스가 유입되는 터보차져(20)와, 상기 터보차져(20)에서 배출된 고온고압의 공기에 의해 열교환 되는 원통형 열교환기(40)와, 인터쿨러(30)로 구성된다.
상기 엔진(10)은 외부에서 연료(디젤, 가솔린, 천연가스 등)를 공급받아 실 린더의 피스톤 운동에 의해 흡입, 압착, 폭발, 배기를 반복적으로 작동하면서 자동차를 구동시킨다.
이때, 배기부분에서 연소된 가스가 발생하는데 이것이 배기가스이다. 여기서, 상기 배기가스는 엔진의 폭발에 의해 발생함으로써 고온으로 형성되어 배출되고, 상기 고온의 배기가스는 연통된 터보차져(TURBO-CHARGER : 터보과급기, 20)로 유입된다.
상기 터보차져(터보과급기, 20)는 터빈(21)과 컴푸레셔(COMPRESSON, 22)로 구성되는데 엔진(10)에서 발생하여 배출된 고온의 배기가스를 이용하여 터빈(21)을 작동시켜고, 상기 터빈(21)에 의해 컴푸레셔(22)를 작동시키며, 외부에서 유입된 공기와 혼합시켜 고온의 배가가스를 고온고압의 공기로 변형시켜 배출한다.
여기서, 상기 터보차져(20)에는 유입된 배기가스에 의해 과부하를 방지하기 위해 외부로 일정량을 배출하고, 상기 배기가스의 유독가스를 정화시키며 외부의 공기 유입시, 이물질을 제거하도록 에어필터(23)가 설치된다.
이렇게, 상기 터보차져(20)를 통해 고온고압이 된 공기는 엔진(10)으로 다시 리턴(RETURN)되는데, 이때, 고온으로 형성되어 있어서 엔진(10)에 과열을 증폭시켜 엔진(10)의 파손이나 기능이 저하된다. 이것을 방지하기 위해 고온의 공기에 온도를 낮추기 위해 엔진(10)에 유입되기 전 열교환을 통해서 온도를 낮춘다.
상기 열교환은 종래에 인터쿨러(30)를 통해 고온의 온도를 낮추었는데 본 발명은 터보차져(20)와 인터쿨러(30) 사이에 원통형 열교환기(40)를 설치하여 한번 더 온도를 낮추도록 되어 있다.
상기 원통형 열교환기(40)는 원통형 관(41)이 다수개 형성되어 상기 원통형 관(41)의 내부 중심부로 고온의 공기가 이송되도록 중공되고, 상기 원통형 관(41)의 내주면에서 일정간격 이격되어 길이방향으로 유체막(42)이 형성되어 상기 유체막(42)과 원통형 관(41)의 내주면 사이에 저온유체가 이송되면서 고온의 공기와 열교환 되어 고온유체로 형성된다.
여기서, 상기 원통형 열교환기(40)를 관통하도록 유체관이 형성되고, 상기 유체관의 양끝단부에는 히터코어(43)에 연결되어 있다. 이때, 상기 히터코어(43)에서 유체관을 통해 저온유체를 방출하고, 상기 방출된 저온유체는 유체관을 통해 원통형 열교환기(40)를 통과하면서 고온유체로 변형되며, 변형된 고온유체는 다시 히터코어(43)에 유입되어 상기 히터코어(43)에 설치된 송풍기팬(44)에 의해 온풍이 운전자에게 공급된다.
상기 인터쿨러(INTER COOLER, 30)를 사용하면 압축된 고온의 공기를 냉각하면 공기 밀도가 올라가 실린더의 흡입효율이 높아지고, 엔진의 연소효율이 향상되어 연비가 높아지는 것은 물론, 이산화탄소 배출도 크게 줄어든다.
또한, 상기 인터쿨러(30)는 냉각 방식에 따라서 수랭식과 공랭식이 있으나 공랭식이 더 많이 쓰인다. 이때, 설치 장소에 따라 특성이 다르게 나타나는 공랭식은, 엔진 위쪽에 두면 배관이 짧아져 응답성이 좋아지고, 앞쪽에 두면 냉각 효율이 좋아 출력이 향상된다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량용 난방장치의 작동방법에 대하여 첨부되어 진 도면과 함께 더불어 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 난방장치의 작동방법을 나타낸 구성도이다.
도시한 바와 같이, 상기 자동차를 구동시키기 위해 외부에서 연료공급을 받아 엔진(10)이 작동되고, 상기 엔진(10)이 작동하면서 고온의 배기가스가 발생하여 방출되며, 상기 고온의 배기가스는 터보차져(20)에 유입되어 터빈(21)을 작동시키고, 상기 터빈(21)에 의해 연결된 컴푸레셔(22)가 작동되어 고압으로 형성되고, 상기 터보차져(20)의 일단부에 형성되어 외부의 공기가 터보차져(20)에 유입시 이물질을 걸러서 공기를 터보차져(20)에 유입시켜 배기가스와 혼합시킨다.
여기서, 상기 혼합된 공기는 컴푸레셔(22)를 통해 고온고압으로 형성되어 방출되며, 방출된 고온고압의 공기는 다시 엔진(10)으로 유입되기 전에 원통형 열교환기(40)와 인터쿨러(30)를 통해 일정한 온도를 낮추어 엔진(10)으로 유입된다.
또한, 상기 원통형 열교환기(40)는 히터코어(43)에서 유출한 저온의 유체가 터보차져(20)에서 방출한 고온의 공기와 접촉되어 고온의 유체로 형성되어 고온의 공기에 온도를 낮춰주고, 상기 고온의 유체는 다시 히터코어(43)에 유입되어 상기 히터코어(43)를 송풍기팬(44)에 의해 온풍을 발생시켜 운전자에게 제공한다.
그리고, 상기 인터쿨러(30)는 찬공기를 주입시켜 터보차져(20)에서 방출되어 원통형 열교환기(40)를 관통한 고온고압의 공기에 온도를 다시 한번 낮춰서 엔진에 유입시킨다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 차량용 난방장치 및 이를 이용한 작동방법은 자동차를 구동시키도록 엔진이 형성되고, 상기 엔진에서 발생되는 고온의 배기가스를 고온고압의 공기로 변형시키도록 터보차져가 형성되고, 상기 터보차져에서 배출된 고온고압의 공기가 엔진에 다시 유입되기 전에 원통형 열교환기와 인터쿨러를 통해 열교환 되어 고온의 공기 온도를 낮추어 엔진으로 유입시킴으로써, 엔진의 과열을 방지하고, 원통형 열교환기에 의해 엔진에 유입되는 공기의 냉각 능력이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 종래에서 엔진에 별도로 고열장치를 이용하는 것을 터보차져와 인터쿨러 사이에 형성된 원통형 열교환기에서 고열원을 이용함으로써, 엔진룸 배관을 단순화하고, 엔진에 과부하를 방지하는데 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 자동차의 난방장치에 있어서,
    외부에서 연료를 공급받아 자동차를 구동시키는 엔진(10)과;
    상기 엔진(10)에서 발생하여 배출된 고온의 배기가스가 유입되고, 상기 배기가스를 이용하여 터빈(21)을 작동시켜 터빈(21)에 연결된 컴푸레셔(22)에 의해 고온고압의 공기가 생성되는 터보차져(20)와;
    상기 터보차져(TURBO-CHARGER)에서 배출된 고온고압의 공기가 엔진(10)에 유입되기 전에 온도를 낮춰야 하는데 상기 고온고압의 공기를 찬 공기에 의해 열교환 되는 인터쿨러(30);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 터보차져(20)에는 유입된 배기가스에 의해 과부하를 방지하기 위해 외부로 일정량을 배출하고, 상기 배기가스의 유독가스를 정화시키며 외부의 공기 유입시, 이물질을 제거하도록 에어필터(23)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 터보차져(20)와 인터쿨러(30) 사이에는 터보차져(20)에서 배출된 공기의 고온을 이용하도록 원통형 열교환기(40)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 원통형 열교환기(40)는 원통형 관(41)으로 형성되어 상기 원통형 관(41)의 내부 중심부로 고온의 공기가 이송되도록 형성되고, 상기 원통형 관(41)의 내주면에서 일정간격 이격되어 길이방향으로 유체막(42)이 형성되어 상기 유체막(42)과 원통형 관(41)의 내주면 사이에 저온유체가 이송되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 원통형 열교환기(40)는 히터코어(43)가 설치되어 열교환 된 고온유체가 유입되어 송풍기팬(44)에 의해 상기 히터코어(43)에서 온풍이 발생하여 운전자에게 제공되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 자동차용 난방장치의 작동방법에 있어서,
    상기 자동차를 구동시키기 위해 외부에서 연료공급을 받아 엔진(10)이 작동되고, 상기 엔진(10)이 작동하면서 고온의 배기가스가 발생하여 방출되며, 상기 고온의 배기가스는 터보차져(20)에 유입되어 터빈(21)을 작동시키고, 상기 터빈(21)에 의해 연결된 컴푸레셔(22)가 작동되어 고압으로 형성되고, 상기 터보차져(20)의 일단부에 형성되어 외부의 공기가 터보차져(20)에 유입시 이물질을 걸러서 터보차져(20)에 유입시켜 배기가스와 혼합시키고, 혼합된 공기는 컴푸레셔(22)를 통해 고온고압으로 형성되어 방출되며, 방출된 고온고압의 공기는 다시 엔진(10)으로 유입되기 전에 원통형 열교환기(40)와 인터쿨러(30)를 통해 일정한 온도를 낮추어 엔진(10)으로 유입되되, 상기 원통형 열교환기(40)는 히터코어(43)에서 방출한 저온의 유체가 터보차져(20)에서 방출한 고온의 공기와 접촉되어 고온의 유체로 형성되어 고온의 공기에 온도를 낮춰주고, 상기 고온의 유체는 다시 히터코어(43)에 유입되어 상기 히터코어(43)를 송풍기팬(44)에 의해 온풍을 발생시켜 운전자에게 제공하며, 상기 인터쿨러(30)는 찬공기를 주입시켜 터보차져(20)에서 방출되어 원통형 열교환기(40)를 관통한 고온고압의 공기에 온도를 다시 한번 낮춰서 엔진(10)에 유입시키는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치의 작동방법.
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