KR20230096371A - 차량용 난방장치 및 이를 구비한 차량용 공조장치 - Google Patents

차량용 난방장치 및 이를 구비한 차량용 공조장치 Download PDF

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KR20230096371A
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Abstract

다양한 공기 유로 형상에 대응되어 자유로운 형상으로 구성이 가능하고 공조 공기의 풍량 손실을 최소화하면서 컴펙트한 사이즈로 높은 성능의 가열을 수행할 수 있는 차량용 난방장치 및 이를 구비한 차량용 공조장치가 개시된다. 차량용 난방장치는 차량용 공조장치의 공조케이스에 형성된 공기유로에 구비되는 지지프레임; 및 전원의 인가에 의해 발열하는 면상발열체와, 상기 면상발열체에 결합되어 이를 통과하는 공기와 열교환하는 방열체를 구비하는 유연발열모듈을 포함하며, 상기 유연발열모듈은 지지프레임의 내측에 구비된다.

Description

차량용 난방장치 및 이를 구비한 차량용 공조장치{HEATING DEVICE FOR VEHICLE AND AIR CONDITIONER FOR VEHICLE HAVING THE SAME}
본 발명은 차량용 난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량용 공조장치의 공기유로에 설치되어 이를 통과하는 공기와 열교환함으로써 공기를 가열하는 차량용 난방장치 및 이를 구비한 차량용 공조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는 공기를 가열 또는 냉각시켜 차량 실내를 냉방 또는 난방하기 위한 장치이다. 차량용 공조장치는 공조케이스의 내부에 냉방장치인 증발기 및 난방장치인 히터코어가 구비되며, 증발기나 히터코어에 의해 냉각 또는 가열된 공기를 도어의 조작에 의해 차량 실내의 각 부분으로 선택적으로 송풍한다.
이러한 차량용 난방장치는 냉각수를 열원으로 이용하는 히터코어, 냉매를 열원으로 이용하는 실내열교환기 등이 사용되며, 보조 난방장치로서 전원의 인가에 의해 발열하는 PTC히터 등이 사용된다. 특히, 엔진이 없는 전기 자동차의 경우에는 PTC히터를 주 난방장치로 사용한다. 선 출원된 대한민국 등록특허공보 제10-2002378호에는 PTC히터의 PTC코어 구조가 개시된바 있다.
도 1은 종래의 PTC히터 구조를 도시한 단면도이다. 도 1에서 상하 방향이 두께 방향이다.
도 1을 참조하면, 복수의 PTC소자(1)가 나란하게 배열되고, 두께 방향으로 PTC소자(1)의 양측에 +전극 및 -전극을 갖는 전극부(2)가 구비된다. 전극부(2)를 통해 전원이 인가되면 PTC소자(1)는 발열한다. 각각의 전극부(2)에는 전기적인 절연을 위한 절연층(3)이 결합되며, 절연층(3)에는 열의 원활한 전도를 위한 열전도층(4)이 결합된다. 아울러, 각각의 열전도층(4)에는 방열 표면적을 늘리기 위한 방열핀(5)이 결합된다.
종래의 PTC히터는 발열체가 깨지기 쉬워 작은 조각으로 나누게 되고 각각의 층마다 PTC소자(1), 전극부(2), 절연층(3), 열전도층(4), 방열핀(5)을 따로 구성하여야 하므로, 부품수가 많아지고 각각의 전원부를 따로 구성하여야 하는 문제점이 있었다. 또한, 각각의 전원부를 다시 부스바 등으로 연결해야하므로, 전기적 효율이 저하되며 부품수 증가로 인한 제조 단가가 증가하는 문제가 있다.
아울러, 종래의 PTC히터는 열전달 경로가 길고 발열소자 면적이 작아 승온 속도가 떨어지고 열전달 효율이 저하되고 속효성이 감소하며 발열체의 온도가 높아지는 문제가 있다. 또한, 종래의 PTC히터는 PTC소자(1)와 열전도층(4)이 리지드(Rigid)하여 원형 등 다른 형태로 구성이 불가능하며, 결국 여러 공기 유로 형상에 대응되어 설치될 수 없다.
특허문헌 : 대한민국 등록특허공보 제10-2002378호(2019.07.16)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 다양한 공기 유로 형상에 대응되어 자유로운 형상으로 구성이 가능하고 공조 공기의 풍량 손실을 최소화하면서 컴펙트한 사이즈로 높은 성능의 가열을 수행할 수 있는 차량용 난방장치 및 이를 구비한 차량용 공조장치를 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 난방장치는 차량용 공조장치의 공조케이스에 형성된 공기유로에 구비되는 지지프레임; 및 전원의 인가에 의해 발열하는 면상발열체와, 상기 면상발열체에 결합되어 이를 통과하는 공기와 열교환하는 방열체를 구비하는 유연발열모듈을 포함하며, 상기 유연발열모듈은 지지프레임의 내측에 구비된다.
상기 면상발열체는: 전도체로서 +전극 및 -전극에 연결되는 발열체; 및 두께 방향으로 상기 발열체 양측을 덮는 절연체의 필름으로 구성된다.
상기 지지프레임은 공조케이스의 덕트 형상에 대응되게 이루어져 상기 덕트에 삽입된다.
상기 지지프레임은 리지드(Rigid)하게 구성되고, 상기 유연발열모듈은 플렉시블(Flexible)하게 구성된다.
상기 지지프레임에는 공기가 통과 가능하게 이루어진 삽입공간부가 형성되고, 상기 삽입공간부에 유연발열모듈이 삽입되어 전체 또는 일부를 채운다.
상기 지지프레임은 유연발열모듈이 권취될 수 있도록 원형 단면 형상의 달팽이관 또는 다각형 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어진다.
상기 지지프레임의 횡방향 또는 종방향을 가로질러 강도를 보강하는 적어도 하나의 리브를 더 구비한다.
상기 유연발열모듈은 곡면으로 유연하게 휨이 가능하거나 수직으로 절곡 가능하게 구성된다.
상기 유연발열모듈은 지지프레임 내에 연속적으로 연장 형성되어 하나의 전원부에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 방열체는 면상발열체의 길이 방향을 따라 연장 형성된 방열핀으로 구성되고, 상기 방열핀과 면상발열체 사이에 열전도층이 더 구비되어 면상발열체와 열전도층이 면접촉한다.
상기 지지프레임에는 이를 통과하는 공기 중 일부가 유연발열모듈을 바이패스하도록 하는 바이패스유로가 형성된다.
상기 방열체는 면상발열체를 기준으로 두께 방향으로 양측에 부착된다.
상기 방열체는 면상발열체의 길이 방향을 따라 연장 형성된 방열핀으로 구성되고, 상기 지지프레임은 원형 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어지며, 상기 면상발열체를 기준으로 두께 방향으로 일측의 방열핀과 타측의 방열핀의 밀도가 상이하게 형성된다.
상기 지지프레임은 다각형 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어지고, 상기 지지프레임에는 공기가 통과 가능하게 이루어진 삽입공간부가 형성되며, 상기 삽입공간부는 층간벽에 의해 복수의 층으로 형성되고, 상기 발열체는 필름의 길이 방향으로 일부분에만 형성되어, 상기 발열체가 형성된 부위에만 방열체가 대응되게 구성되고 발열체가 없는 부위에는 방열체가 미구성된다.
상기 발열체 및 방열체가 미구성된 유연발열모듈의 부위는 지지프레임의 측벽의 굴곡 부위에 대응된다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 공조장치는 내부에 공기유로가 형성되어 차량 실내로 공조풍을 토출하도록 구성된 공조케이스를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서, 상기 공조케이스의 내부, 또는 공조케이스와 차량 실내를 연결하는 덕트의 중간, 또는 상기 덕트의 끝부분 중 적어도 하나에 이를 통과하는 공기를 가열하는 난방수단을 구비하고, 상기 난방수단은: 상기 공조케이스의 내부, 또는 공조케이스와 차량 실내를 연결하는 덕트의 중간, 또는 상기 덕트의 끝부분 중 적어도 하나에 구비되는 지지프레임; 전원의 인가에 의해 발열하는 면상발열체와, 상기 면상발열체에 결합되어 이를 통과하는 공기와 열교환하는 방열체를 구비하는 유연발열모듈을 포함하며, 상기 유연발열모듈은 지지프레임의 내측에 구비된다.
본 발명에 따른 차량용 난방장치 및 이를 구비한 차량용 공조장치는 전원부가 하나로 연결 구성되므로 별도의 전기적 결합을 위한 전극부 또는 부스바 등의 부품이 필요하지 않아 전기적 효율이 우수하고 부품수가 적어지는 장점이 있다.
또한, 자유로운 형상으로 공기를 가열하는 난방장치의 구성이 가능하므로, 공조풍의 풍량 손실을 최소화하면서 컴펙트한 사이즈로 고효율의 난방 성능을 발휘할 수 있다. 또한, 발열체가 하나의 부품으로 형성되므로, 부품수, 제조 공정이 감소하여 제조 단가를 낮출 수 있다.
아울러, 발열체로부터 방열핀까지의 열전달 경로가 짧아지고, 넓은 면적에 걸쳐 열이 고르게 전달되므로 면적 사용 효율이 높아지며, 히터 전체의 사이즈를 획기적으로 감소시킬 수 있다. 결국, 난방수단은 작은 사이즈에서 높은 난방 효율을 가진다. 또한, 공조 유로의 형상에 관계없이 공조풍이 새어나가지 않도록하며 유연발열모듈을 견고히 고정할 수 있다.
도 1은 종래의 PTC히터 구조를 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 사시도이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 난방장치를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 4의 A-A선을 따른 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 난방장치를 도시한 분리 단면도이며,
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 난방장치의 유연발열모듈을 도시한 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 난방장치의 유연발열모듈을 도시한 사시도이며,
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 난방장치의 유연발열모듈을 도시한 분리 사시도이고,
도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 난방장치의 면상발열체를 도시한 분리 사시도이며,
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 사시도이고,
도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 난방장치를 도시한 사시도이며,
도 13은 도 12의 B-B선을 따른 단면도이고,
도 14는 도 13의 변형 예에 따른 차량용 난방장치의 단면도이며,
도 15는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 난방장치의 유연발열모듈을 도시한 단면도이고,
도 16은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 난방장치를 도시한 단면도이며,
도 17은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 차량용 난방장치의 유연발열모듈을 도시한 단면도이고,
도 18은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 차량용 난방장치를 도시한 단면도이며,
도 19는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 차량용 난방장치의 유연발열모듈을 도시한 단면도이고,
도 20은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 차량용 난방장치를 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 난방장치 및 이를 구비한 차량용 공조장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 공조장치(100)는 공조케이스(110)와, 송풍모듈과, 냉방용 열교환기 및 난방용 열교환기와, 템프도어(115) 및 모드도어를 포함하여 이루어진다.
공조케이스(110)의 입구측에는 공기유입구(111)가 형성되고, 출구측에는 복수의 공기토출구가 형성된다. 공기토출구는 차량 창쪽으로 공기를 토출하기 위한 디프로스트벤트(112), 탑승자 얼굴 쪽으로 공기를 토출하기 위한 페이스벤트(113), 탑승자 발 쪽으로 공기를 토출하기 위한 플로어벤트(114,115) 및 차량 후석으로 공기를 토출하기 위한 콘솔벤트(116)로 이루어진다.
아울러, 공조케이스(110) 내부에는 공기유로가 형성되어, 차량 실내로 공조풍을 토출하도록 구성된다. 송풍모듈은 공조케이스(110)의 공기유입구(111)에 설치되어 내기 또는 외기를 공조케이스(110)의 내부로 송풍한다. 냉방용 열교환기 및 난방용 열교환기는 공조케이스(110) 내부 공기유로에 공기 유동 방향으로 순차로 구비된다.
냉방용 열교환기는 이를 통과하는 공기와 열교환하여 공기를 냉각시키며 증발기(102)로 구성된다. 난방용 열교환기는 이를 통과하는 공기와 열교환하여 공기를 가열시키며 히터코어(103)로 구성된다. 난방용 열교환기는 냉각수를 열원으로 이용하는 히터코어(103) 대신에 냉매를 열원으로 이용하는 내부열교환기로 구성될 수 있다.
템프도어(115)는 증발기(102)와 히터코어(103) 사이에 설치되어, 히터코어(103)를 통과하는 공기와 히터코어(103)를 바이패스하는 공기의 양을 조절한다. 모드도어는 디프로스트벤트(112)의 개도를 조절하는 디프도어(117)와, 페이스벤트(113)의 개도를 조절하는 벤트도어(118)와, 플로어벤트(114,115)의 개도를 조절하는 플로어도어(119)로 구성된다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 공조장치(100)는 난방수단(200)을 더 구비한다. 차량용 공조장치(100)는 난방용 열교환기(히터코어:103)와 함께 난방수단(200)을 구비하거나 난방용 열교환기를 구비하지 않고 난방수단(200)만을 구비하는 것도 가능하다.
난방수단(200)은 공조케이스(110)의 내부, 또는 공조케이스(110)와 차량 실내를 연결하는 덕트의 중간, 또는 덕트의 끝부분 중 적어도 하나에 구비될 수 있다. 난방수단(200)은 이를 통과하는 공기와 열교환하여 공기를 가열한다. 난방수단(200)은 지지프레임(210) 및 유연발열모듈(300)을 포함한다. 유연발열모듈(300)은 지지프레임(210)의 내측에 구비된다.
지지프레임(210)은 차량용 공조장치(100)의 공조케이스(110)에 형성된 공기유로에 구비된다. 즉, 지지프레임(210)은 공조케이스(110)의 내부, 또는 공조케이스(110)와 차량 실내를 연결하는 덕트의 중간, 또는 덕트의 끝부분 중 적어도 하나에 구비된다.
지지프레임(210)은 공조케이스(110)의 덕트 형상에 대응되게 이루어져, 덕트에 삽입된다. 즉, 지지프레임(210)이 공조케이스(110)의 내부 공기유로에 설치될 경우, 지지프레임(210)은 공기유로의 형상에 대응되게 이루어진다. 아울러, 지지프레임(210)이 공조케이스(110)의 덕트에 설치될 경우, 지지프레임(210)은 덕트 형상에 대응되게 이루어진다.
유연발열모듈(300)은 면상발열체(500) 및 방열체(400)를 구비한다. 면상발열체(500)는 전원의 인가에 의해 발열하는 것으로서, 필름으로 덮여진 단위 발열유닛이다. 방열체(400)는 면상발열체(500)에 결합되어, 이를 통과하는 공기와 열교환한다. 이 경우, 지지프레임(210)은 리지드(Rigid)하게 구성되는 것으로 강질의 소재로 이루어져 변형되지 않으며, 유연발열모듈(300)은 플렉시블(Flexible)하게 구성되는 것으로서 연질의 소재로 이루어져 변형 가능하다.
면상발열체(500)는 발열체(520)와, 필름(510)으로 구성된다. 발열체(520)는 전도체로 이루어지며, 일측에 +전극(521) 및 -전극(522)이 연결된다. 또한, 발열체(520)는 일정 형상의 패턴을 형성하며, 전원이 인가되면 전기저항에 의해 발열한다. 즉, 발열체(520)의 일측 단부는 +전극(521)에 연결되며 타측 단부는 -전극(522)에 연결된다. 아울러, 필름(510)은 두께가 얇은 박형으로 이루어지고, 절연체로 구성된다.
필름(510)은 한 쌍이 구비되어, 두께 방향으로 발열체(520) 양측을 덮는다. 또한, 필름(510)은 열을 잘 전달하는 재질로 이루어진다. 즉, 한 쌍의 필름(510) 사이에 발열체(520)가 위치하며, 발열체(520)에 통하는 전기는 필름(510)에 의해 절연되면서 발열체(520)에서 발생하는 열은 필름(510)을 통해 방열체(400)의 방열핀(420)으로 원활히 전달된다. 아울러, 발열체(520)와 방열체(400)는 필름(510)에 의해 절연된다.
지지프레임(210)은 유연발열모듈(300)이 권취될 수 있도록 원형 단면 형상의 달팽이관 또는 다각형 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어진다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 지지프레임(210)은 원형 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어진다. 이 경우, 공조케이스(110)의 덕트 형상은 대략 원형 단면을 갖는다. 즉, 지지프레임(210)의 단면 형상은 공조케이스(110)의 덕트 형상에 대응되게 형성된다. 또한, 지지프레임(210)의 내측에는 공기가 통과 가능하게 이루어진 삽입공간부(215)가 형성된다.
더욱 상세하게는, 지지프레임(210)은 대략 원통형의 몸체를 구비한다. 공기 유동 방향으로 몸체의 일측(상류)측에 유입구(215)가 형성된 유입관(213)이 연장 형성되며, 타측(하류)측에 배출구(216)가 형성된 배출관(214)이 연장 형성된다. 반경 방향으로 몸체의 내측에는 원주면을 내측으로 좁아지게 권취하여 달팽이관 형상으로 벽을 형성한 가이드벽(220)이 연장 형성된다.
또한, 지지프레임(210)의 외주면에는 복수의 체결부(211)가 형성되며, 체결부(211)에 공조장치에 스크류 체결하기 위한 체결홀(212)이 관통 형성된다. 한편, 지지프레임(210)의 횡방향 또는 종방향을 가로질러 강도를 보강하는 적어도 하나의 리브(230)(240)를 더 구비한다. 횡방향 리브(230)와 종방향 리브(240)는 서로 직교하게 배치되며, 달팽이관 형상으로 이루어진 가이드벽(220)의 부족한 강도를 보완하여 변형을 방지한다.
방열체(400)는 공기와의 열교환 표면적을 증가시키도록 반복된 주름 형태의 방열핀(420)으로 구성된다. 방열핀(420)은 면상발열체(500)의 길이 방향을 따라 연장 형성된다. 방열핀(420)와 면상발열체(500) 사이에는 열전도층(410)이 더 구비되어, 면상발열체(500)와 열전도층(410)이 면접촉한다. 열전도층(410)은 방열핀(420)을 부착시켜 방열핀(420)을 지지하며, 열전도율이 우수하고 휨 또는 절곡이 가능한 재질로 이루어진다.
유연발열모듈(300)은 곡면으로 유연하게 휨이 가능하거나, 수직으로 절곡 가능하게 구성된다. 또한, 유연발열모듈(300)은 지지프레임(210) 내에 연속적으로 연장 형성되어, 하나의 전원부에 의해 전기적으로 연결된다. 아울러, 지지프레임(210)의 삽입공간부(215)에 유연발열모듈(300)이 유연하게 휘어지거나 90°로 절곡되면서 삽입 안내되어, 삽입공간부(215)의 전체 또는 일부를 채우게 된다.
만약, 별도의 지지프레임없이 면상발열체와 방열핀으로 이루어진 전기히터를 임의의 형상으로 권취하게 되면, 임의의 공기 리크(Leak) 영역이 불가피하게 발생한다. 권취된 방열핀으로 이루어진 전기히터의 공기 리크 영역은 주로 외측의 말단부, 내측의 말단부, 굴곡진 영역 등에서 주로 발생한다. 이로 인해, 풍량의 예측이 어려워지고 방열 효율이 저하되는 문제가 있다.
즉, 일정한 품질을 유지하면서 전기히터를 권취하기 위해서는 곡선부에서 일정 이상의 곡률이 필요하게 되지만, 전기히터의 형상에 의해 불가능한 영역이 발생하게 된다. 특히, 전기히터의 내측 중앙으로 갈수록 곡률의 유지가 불가능하게 된다. 만약, 이러한 곡률 유지가 불가능한 영역을 없애기 위해 억지로 전기히터를 찌그러뜨리게 되면, 히터의 품질 관리가 어렵고 히터 망실에 의한 과열이나 고장이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 난방수단(200)은 곡면 또는 접는 형태로 자유롭게 형상 변화가 가능도록 유연성을 가지는 방열핀(420), 열전도층(410) 및 면상발열체(500)로 구성된 유연발열모듈(300)을 구성하여 전술한 문제점들을 해결할 수 있다. 유연발열모듈(300)은 공조풍이 지나가는 유로(또는 덕트)의 형상에 대응되게 형성된 지지프레임(210)의 삽입공간부(215)에 일부 또는 전체 채우도록 말아서 또는 접어서 끼워 넣어진다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 난방수단(200)은 공조풍이 흐르는 덕트 중간, 덕트 끝부분, 공조케이스 내부 등에 삽입하여 설치할 수 있다. 난방수단(200)은 전원부가 하나로 연결 구성되므로 별도의 전기적 결합을 위한 전극부 또는 부스바 등의 부품이 필요하지 않아 전기적 효율이 우수하고 부품수가 적어지는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 난방수단(200)은 자유로운 형상으로 공기를 가열하는 난방장치의 구성이 가능하므로, 공조풍의 풍량 손실을 최소화하면서 컴펙트한 사이즈로 고효율의 난방 성능을 발휘할 수 있다. 또한, 발열체가 하나의 부품으로 형성되므로, 부품수, 제조 공정이 감소하여 제조 단가를 낮출 수 있다.
한편, 발열체로부터 방열핀까지의 열전달 경로가 짧아지고, 넓은 면적에 걸쳐 열이 고르게 전달되므로 면적 사용 효율이 높아지며, 히터 전체의 사이즈를 획기적으로 감소시킬 수 있다. 결국, 난방수단(200)은 작은 사이즈에서 높은 난방 효율을 가진다. 또한, 공조 유로의 형상에 관계없이 공조풍이 새어나가지 않도록하며 유연발열모듈(300)을 견고히 고정할 수 있다.
도 11 내지 도 13을 더 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 공조장치(100)는 난방수단(200)을 구비한다. 난방수단(200)은 다각형(직사각형) 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어진다. 이 경우, 공조케이스(110)의 덕트 형상은 대략 직사각형 단면을 갖는다. 즉, 지지프레임(210)의 단면 형상은 공조케이스(110)의 덕트 형상에 대응되게 형성된다. 또한, 지지프레임(210)의 내측에는 공기가 통과 가능하게 이루어진 삽입공간부(215)가 형성된다.
더욱 상세하게는, 지지프레임(210)은 대략 사각통 형상의 몸체를 구비한다. 공기 유동 방향으로 몸체의 일측(상류)측에 유입구가 형성되며, 타측(하류)측에 배출구가 형성형성된다. 몸체의 내측에는 달팽이관 형상으로 벽을 형성하여 유연발열모듈(300)이 삽입 안내될 수 있도록 삽입공간부(215)를 형성하기 위한 가이드벽(220)이 연장 형성된다. 가이드벽(220)은 각 절곡 부위에서 90°로 꺾이면서 내측으로 연장 형성된다.
한편, 도 14를 더 참조하면, 지지프레임(210)에는 바이패스유로(250)가 더 형성될 수 있다. 바이패스유로(250)는 난방수단(200)을 통과하는 공기 중 일부가 유연발열모듈(300)을 통과하지 않고 바이패스하도록 한다. 바이패스유로(250)는 공기 풍량이 저하될 우려가 있는 환경에서 유연발열모듈(300)에 의해 공기 저항을 줄여 풍량을 증가시키는 기능을 한다.
도 15 및 도 16을 더 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 난방수단(200)은 지지프레임(210) 및 유연발열모듈(300)을 구비한다. 유연발열모듈(300)은 면상발열체(500) 및 방열체(400)로 구성되며, 방열체(400)는 면상발열체(500)의 길이 방향을 따라 연장 형성된 방열핀(420)으로 구성된다. 방열핀(420)은 면상발열체(500)를 기준으로 두께 방향으로 양측에 부착된다.
이와 같이, 방열핀(420)을 면상발열체(500)의 양면에 구성함으로써, 단면에 구성한 것과 비교하여 더 높은 발열밀도로 방열이 가능하며 난방장치의 사이즈를 줄일 수 있다.
지지프레임(210)은 원형 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어진다. 또한, 면상발열체(500)를 기준으로 두께 방향으로 일측의 방열핀(420)과 타측의 방열핀(420')의 밀도가 상이하게 형성된다. 즉, 면상발열체(500)를 기준으로 일측의 방열체(400)의 방열핀(420) 주름 간격과 타측의 방열체(400')의 방열핀(420')의 주름 간격이 다르다.
면상발열체(500)를 기준으로 타측의 방열핀(420') 주름 간격이 일측의 방열핀(420) 주름 간격보다 더 넓게 형성된다. 면상발열체(500)와 일측의 방열핀(420) 사이에는 열전도층(410)이 형성되며, 면상발열체(500)와 타측의 방열핀(420') 사이에는 열전도층(410')이 형성된다.
이와 같이, 방열핀을 면상발열체(500)의 앙면에 구성한 경우, 그 곡률에 맞춰 원형의 바깥과 안쪽에 부착되는 방열핀의 밀도를 서로 다르게 구성함으로써 권취된 후의 방열핀의 간격을 일정하게 만들 수 있다. 즉, 방열핀을 양면으로 구성할 경우 방열핀이 벌어지는 원의 바깥쪽에 위치하는 방열핀과 오무려지는 원의 안쪽에 위치하는 방열핀의 밀도를 서로 달리하거나 이종의 방열핀으로 구성함으로써, 방열핀이 권취되어 말린 후에 양면의 방열핀의 밀도가 비슷하게 유지되도록 하는 것이다.
한편, 도 17 및 도 18을 더 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 난방수단(200)은 지지프레임(210) 및 유연발열모듈(300)을 구비한다. 유연발열모듈(300)은 면상발열체(500) 및 방열체(400)로 구성되며, 방열체(400)는 면상발열체(500)의 길이 방향을 따라 연장 형성된 방열핀(420)으로 구성된다. 방열핀(420)은 면상발열체(500)를 기준으로 두께 방향으로 일측에 부착된다.
지지프레임(210)은 다각형(직사각형) 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어진다. 지지프레임(210)에는 공기가 통과 가능하게 이루어진 삽입공간부(215)가 형성되며, 삽입공간부(215)는 층간벽(280)에 의해 복수의 층으로 형성된다. 면상발열체(500)는 발열체(520)와, 필름(510)으로 구성된다. 발열체(520)는 전도체로 이루어지며, 일측에 +전극(521) 및 -전극(522)이 연결된다. 발열체(520)는 일정 형상의 패턴을 형성하며, 전원이 인가되면 전기저항에 의해 발열한다.
특히, 발열체(520)는 필름(510)의 길이 방향으로 일부분에만 형성되어, 발열체(520)가 형성된 부위에만 방열체(400)가 대응되게 구성되고 발열체(520)가 없는 부위에는 방열체가 미구성된다. 즉, 면상발열체(500)는 발열체(520) 및 미발열체(525)로 이루어진다.
발열체(520)는 발열 저항이 구성되어 전원의 인가에 의해 발열하며, 미발열체(525)는 발열 저항이 미구성되어 전원이 인가되도 발열하지 않는다. 일례로, 미발열체(525)는 알루미늄(Al)같은 금속판 형태로 구현할 수 있다. 방열핀(420)은 미발열체(525)에 대응되는 부위에는 부착되지 않고 발열체(520)에 대응되는 부위에만 부착된다.
발열체(520) 및 방열체(400)가 미구성된 유연발열모듈(300)의 부위는 지지프레임(210)의 측벽의 굴곡 부위에 대응된다. 지지프레임(210)의 층간벽(280)에 의해 구획된 각 층에 면상발열체(500)를 삽입하여 각 층의 절곡 부위에서 면상발열체(500)를 90°꺽어 채워넣는다. 이후에, 지지프레임(210)의 개방부에 커버(290)를 결합하여 하나의 난방수단(200)이 만들어진다.
한편, 도 19 및 도 20을 더 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 난방수단(200)은 지지프레임(210) 및 유연발열모듈(300)을 구비한다. 유연발열모듈(300)은 면상발열체(500) 및 방열체(400)로 구성되며, 방열체(400)는 면상발열체(500)의 길이 방향을 따라 연장 형성된 방열핀(420)으로 구성된다. 방열핀(420)은 면상발열체(500)를 기준으로 두께 방향으로 양측에 부착된다.
지지프레임(210)은 다각형(직사각형) 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어진다. 지지프레임(210)에는 공기가 통과 가능하게 이루어진 삽입공간부(215)가 형성되며, 삽입공간부(215)는 하나의 공간으로 형성된다. 면상발열체(500)는 발열체(520)와, 필름(510)으로 구성된다. 발열체(520)는 전도체로 이루어지며, 일측에 +전극(521) 및 -전극(522)이 연결된다. 발열체(520)는 일정 형상의 패턴을 형성하며, 전원이 인가되면 전기저항에 의해 발열한다.
특히, 발열체(520)는 필름(510)의 길이 방향으로 일부분에만 형성되어, 발열체(520)가 형성된 부위에만 방열체(400)가 대응되게 구성되고 발열체(520)가 없는 부위에는 방열체가 미구성된다. 즉, 면상발열체(500)는 발열체(520) 및 미발열체(525)로 이루어진다.
발열체(520)는 발열 저항이 구성되어 전원의 인가에 의해 발열하며, 미발열체(525)는 발열 저항이 미구성되어 전원이 인가되도 발열하지 않는다. 일례로, 미발열체(525)는 알루미늄(Al)같은 금속판 형태로 구현할 수 있다. 방열핀(420)은 미발열체(525)에 대응되는 부위에는 부착되지 않고 발열체(520)에 대응되는 부위에만 부착된다.
발열체(520) 및 방열체(400)가 미구성된 유연발열모듈(300)의 부위는 지지프레임(210)의 측벽에 대응된다. 지지프레임(210)의 삽입공간부(215)에 면상발열체(500)를 삽입하고 면상발열체(500)를 90°꺽어 채워넣는다. 이후에, 지지프레임(210)의 개방부에 커버(290)를 결합하여 하나의 난방수단(200)이 만들어진다.
지금까지 본 발명에 따른 차량용 난방장치 및 이를 구비한 차량용 공조장치는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 차량용 공조장치 102: 증발기
103: 히터코어
110: 공조케이스 111: 공기유입구
112: 디프로스트벤트 113: 페이스벤트
114,115: 플로어벤트 116: 콘솔벤트
117: 디프도어 118: 벤트도어
119: 플로어도어 120: 템프도어
200: 난방수단 210: 지지프레임
220: 가이드벽 230: 횡방향 리브
240: 종방향 리브 250: 바이패스유로
280: 층간벽 290: 커버
300: 유연발열모듈 400: 발열체
410: 열전도층 420: 방열핀
500: 면상발열체
510: 필름 520: 발열체
521: +전극 522: -전극
525: 미발열체

Claims (16)

  1. 차량용 공조장치의 공조케이스에 형성된 공기유로에 구비되는 지지프레임; 및
    전원의 인가에 의해 발열하는 면상발열체와, 상기 면상발열체에 결합되어 이를 통과하는 공기와 열교환하는 방열체를 구비하는 유연발열모듈을 포함하며,
    상기 유연발열모듈은 지지프레임의 내측에 구비되는 차량용 난방장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 면상발열체는:
    전도체로서 +전극 및 -전극에 연결되는 발열체; 및
    두께 방향으로 상기 발열체 양측을 덮는 절연체의 필름으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 지지프레임은 공조케이스의 덕트 형상에 대응되게 이루어져 상기 덕트에 삽입되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 지지프레임은 리지드(Rigid)하게 구성되고, 상기 유연발열모듈은 플렉시블(Flexible)하게 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지프레임에는 공기가 통과 가능하게 이루어진 삽입공간부가 형성되고, 상기 삽입공간부에 유연발열모듈이 삽입 안내되어 전체 또는 일부를 채우는 차량용 난방장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 지지프레임은 유연발열모듈이 권취될 수 있도록 원형 단면 형상의 달팽이관 또는 다각형 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 지지프레임의 횡방향 또는 종방향을 가로질러 강도를 보강하는 적어도 하나의 리브를 더 구비하는 차량용 난방장치.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 유연발열모듈은 곡면으로 유연하게 휨이 가능하거나 수직으로 절곡 가능하게 구성되는 차량용 난방장치.
  9. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유연발열모듈은 지지프레임 내에 연속적으로 연장 형성되어 하나의 전원부에 의해 전기적으로 연결되는 차량용 난방장치.
  10. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열체는 면상발열체의 길이 방향을 따라 연장 형성된 방열핀으로 구성되고, 상기 방열핀과 면상발열체 사이에 열전도층이 더 구비되어 면상발열체와 열전도층이 면접촉하는 차량용 난방장치.
  11. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지프레임에는 이를 통과하는 공기 중 일부가 유연발열모듈을 바이패스하도록 하는 바이패스유로가 형성되는 차량용 난방장치.
  12. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열체는 면상발열체를 기준으로 두께 방향으로 양측에 부착되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  13. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열체는 면상발열체의 길이 방향을 따라 연장 형성된 방열핀으로 구성되고, 상기 지지프레임은 원형 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어지며,
    상기 면상발열체를 기준으로 두께 방향으로 일측의 방열핀과 타측의 방열핀의 밀도가 상이하게 형성되는 차량용 난방장치.
  14. 제2 항에 있어서,
    상기 지지프레임은 다각형 단면 형상의 달팽이관 구조로 이루어지고,
    상기 지지프레임에는 공기가 통과 가능하게 이루어진 삽입공간부가 형성되며, 상기 삽입공간부는 층간벽에 의해 복수의 층으로 형성되고,
    상기 발열체는 필름의 길이 방향으로 일부분에만 형성되어, 상기 발열체가 형성된 부위에만 방열체가 대응되게 구성되고 발열체가 없는 부위에는 방열체가 미구성되는 차량용 난방장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 발열체 및 방열체가 미구성된 유연발열모듈의 부위는 지지프레임의 측벽의 굴곡 부위에 대응되는 것을 특징으로 하는 차량용 난방장치.
  16. 내부에 공기유로가 형성되어 차량 실내로 공조풍을 토출하도록 구성된 공조케이스를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서,
    상기 공조케이스의 내부, 또는 공조케이스와 차량 실내를 연결하는 덕트의 중간, 또는 상기 덕트의 끝부분 중 적어도 하나에 이를 통과하는 공기를 가열하는 난방수단을 구비하고,
    상기 난방수단은:
    상기 공조케이스의 내부, 또는 공조케이스와 차량 실내를 연결하는 덕트의 중간, 또는 상기 덕트의 끝부분 중 적어도 하나에 구비되는 지지프레임; 및
    전원의 인가에 의해 발열하는 면상발열체와, 상기 면상발열체에 결합되어 이를 통과하는 공기와 열교환하는 방열체를 구비하는 유연발열모듈을 포함하며,
    상기 유연발열모듈은 지지프레임의 내측에 구비되는 차량용 공조장치.
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