KR101106901B1 - 보조 동력 장치 냉각 시스템 - Google Patents

보조 동력 장치 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

주 동력 장치(100)와 보조 동력 장치(200)를 포함하는 차량의 보조 동력 장치(APU) 냉각 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 보조 동력 장치 냉각 시스템은 상기 주 동력 장치(100)에 의해 구동되는 제1 냉각 장치(300); 상기 주 동력 장치(100)로부터 상기 제1 냉각 장치(300)를 경유하여 상기 주 동력 장치(100)로 복귀하는 폐회로를 구성하는 제1 냉각수 라인(L1); 상기 보조 동력 장치(200)에 의해 구동되는 제2 냉각 장치(400); 상기 보조 동력 장치(200)로부터 상기 제2 냉각 장치(400) 및 상기 제1 냉각 장치(300)를 경유하여 상기 보조 동력 장치(200)로 복귀하는 폐회로를 구성하는 제2 냉각수 라인(L2); 및 상기 주 동력 장치(100) 및 상기 제1 냉각 장치(300)가 작동하지 않는 경우에만 상기 제2 냉각 장치(400)를 작동시키는 제어 장치(800)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
보조 동력 장치, APU, 냉각, 탠덤

Description

보조 동력 장치 냉각 시스템{COOLING SYSTEM OF AUXILIARY POWER UNIT}
본 발명은 차량용 동력 장치 냉각 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 차량의 보조 동력 장치의 냉각 시스템에 관한 것이다.
차량, 특히 군용이나 운수용과 같은 특수 차량의 경우에는 엔진에 의해 구동되는 주 동력 장치와 함께 보조 동력 장치(Auxiliary Power Unit, APU)가 마련된다. 보조 동력 장치는 엔진의 시동이 꺼져서 주 동력 장치가 작동되지 않는 경우에 부속 전기 장치들에 전원을 공급해 주는 역할을 수행한다. 또한, 차량의 주 동력 장치에는 저온 시동시 엔진의 예열을 위해서 예열 장치가 별도로 마련된다.
도 1a는 종래의 차량에서의 주 동력 장치와 보조 동력 장치 냉각 시스템의 모습을 보여준다. 도시된 것과 같이 차량에는 주 동력 장치(100)와 보조 동력 장치(200)가 마련되고, 주 동력 장치(100)에는 저온 시동시의 예열을 위한 예열 장치(500)가 연결된다.
한편, 주 동력 장치(100)와 보조 동력 장치(200) 냉각을 위해 제1 냉각 장치(300)와 제2 냉각 장치(400)가 각각 마련된다. 도 1b 및 도 1c에 도시된 것과 같이 제1 냉각 장치(300)는 제1 라디에이터(310)와 제1 냉각팬(320)로 구성되고 유 입구(E) 및 유출구(F)가 마련되며, 제2 냉각 장치(400)는 제2 라디에이터(410)와 제2 냉각팬(420)으로 구성되고 유입구(G) 및 유출구(H)가 마련된다.
그러나, 종래의 차량에서는 주 동력 장치(100)와 보조 동력 장치(200)의 냉각 장치가 독립적으로 구동되었다. 즉, 주 동력 장치(100)의 냉각은 주 동력 장치(100)의 유출구(A), 제1 냉각 장치의 유입구(E) 및 유출구(F)를 경유하여 주 동력 장치(100)의 유입구(B)로 연결되는 주 냉각수 라인 또는 제1 냉각수 라인(L1)에 의해 이루어지고, 이와 유사하게 보조 동력 장치(200)의 냉각은 보조 동력 장치(200)의 유출구(C), 제2 냉각 장치(400)의 유입구(G) 및 유출구(H)를 경유하여 보조 동력 장치(200)의 유입구(D)로 연결되는 보조 냉각수 라인 또는 제2 냉각수 라인(L2)에 의해 이루어진다.
또한, 주 동력 장치(100)의 예열을 위한 예열 장치(500)가 별도로 마련되었다.
즉, 종래의 차량에서는 제1 냉각수 라인(L1)과 제2 냉각수 라인(L2)이 독립적으로 작동되고, 예열 장치(500)가 별도로 마련되어야 했기 때문에, 종래의 차량에서는 레이 아웃 상 공간 마련과 각 장치와 주변 장치와의 연결을 위한 설계상에 있어서 제약이 많이 존재하였다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 도출된 것으로서, 주 동력 장치의 냉각 장치를 보조 동력 장치의 냉각에 활용함과 동시에 별도의 예열 장치를 마련하지 않고, 보조 동력 장치를 이용하여 주 동력 장치의 예열 기능을 확보하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 보조 동력 장치 냉각 시스템에서는 보조 동력 장치(200)의 냉각을 위한 제2 냉각수 라인(L2)이 제1 냉각 장치(300)를 통과한다. 즉, 제2 냉각수 라인(L2)에는 주동력 장치(100)에 의해 구동되는 제1 냉각 장치(300)와 보조 동력 장치(200)에 의해 구동되는 제2 냉각 장치(400)가 직렬로(tandem) 연결된다.
구체적으로, 본 발명은 주 동력 장치(100)와 보조 동력 장치(200)를 포함하는 차량의 보조 동력 장치 냉각 시스템으로서, 상기 주 동력 장치(100)에 의해 구동되는 제1 냉각 장치(300); 상기 주 동력 장치(100)로부터 상기 제1 냉각 장치(300)를 경유하여 상기 주 동력 장치(100)로 복귀하는 폐회로를 구성하는 제1 냉각수 라인(L1); 상기 보조 동력 장치(200)에 의해 구동되는 제2 냉각 장치(400); 상기 보조 동력 장치(200)로부터 상기 제2 냉각 장치(400) 및 상기 제1 냉각 장치(300)를 경유하여 상기 보조 동력 장치(200)로 복귀하는 폐회로를 구성하는 제2 냉각수 라인(L2); 및 상기 주 동력 장치(100) 및 상기 제1 냉각 장치(300)가 작동 하지 않는 경우에만 상기 제2 냉각 장치(400)를 작동시키는 제어 장치(800)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제2 냉각수 라인(L2)은 상기 보조 동력 장치(200)의 유출구(C)로부터 상기 제2 냉각 장치(400)의 유입구(G) 및 유출구(H)와, 상기 제1 냉각 장치(300)의 유입구(E) 및 유출구(F)를 경유한 후 상기 보조 동력 장치(200)의 유입구(D)로 복귀하는 것을 특징으로 한다.
한편, 바람직한 실시예에 따르면, 상기 보조 동력 장치(200)의 유출구(C)로부터 상기 주 동력 장치(100)의 유입구(A) 및 유출구(B)를 경유한 후 상기 보조 동력 장치(200)의 유입구(D)로 복귀하는 제3 냉각수 라인(L3)을 더 포함하고, 상기 제어 장치(800)는 상기 제2 냉각수 라인(L2) 과 상기 제3 냉각수 라인(L3) 중 어느 하나만이 작동되도록 할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 보조 동력 장치 냉각 시스템은 상기 보조 동력 장치(200)의 유출구(C)에서 유출된 냉각수를 상기 제2 냉각 장치(400)의 유입구(G) 또는 상기 주 동력 장치(100)의 유입구(A) 중 어느 하나만이 선택되도록 유로를 선택하는 제1 밸브(600); 상기 제1 냉각 장치(300)의 유출구(F)에서 유출된 냉각수를 상기 주 동력 장치(100)의 유출구(B) 또는 상기 보조 동력 장치(200)의 유입구(D) 중 어느 하나만이 선택하는 제2 밸브(700)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 보조 동력 장치(200)의 냉각을 위한 제2 냉각수 라인(L2)에서는, 주 동력 장치(100)에 의해 구동되는 제1 냉각 장치(300)가 제2 냉각 장치(400)에 직렬로(tandem)로 연결된다. 즉, 주 동력 장치(100)가 구동되는 경우에는 제2 냉각 장치(400)를 오프(OFF)시키고, 제1 냉각 장치(300)만을 구동(ON)시키더라도 보조 동력 장치(200)의 냉각 기능을 달성할 수 있다. 이러한 구성에 의해 보조 동력 장치(200)용 제2 냉각 장치(400)에 소요되는 전력을 절약할 수 있다.
(2) 보조 동력 장치(200)와 주 동력 장치(100)를 연결하는 제3 냉각수 라인(L3)을 마련함으로써, 보조 동력 장치(200)에 의해 가열된 냉각수로 주 동력 장치(100)를 예열할 수 있게 된다. 이러한 구성에 의해 주 동력 장치(100)용 예열 장치를 별도로 마련할 필요가 없고, 차량 내부의 레이아웃 및 설계의 제한을 현저히 개선하였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 냉각 시스템의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2에서는 도 1에서와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였으며, 이하에서는 종래 기술과 본 발명과 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 양 발명의 차이점을 중심으로 상술한다.
본 발명에 따른 냉각 시스템과 종래의 냉각 시스템 사이의 차이점은 보조 동력 장치(200)의 제2 냉각수 라인(L2)이 주 동력 장치(100)의 제1 냉각 장치(300)를 통과한다는 점이다. 즉, 보조 동력 장치(200)의 제2 냉각수 라인(L2)에는 제2 냉각 장치(400)와 제1 냉각 장치(300)가 직렬로(tandem) 연결된다. 이러한 구성에 의해 주 동력 장치(300)가 작동 중일 때는 제1 냉각 장치(300)만으로 보조 동력 장치(200)의 냉각이 가능하다.
구체적으로 도 2를 참조하여 살펴보면, 보조 동력 장치(200)를 위한 제2 냉각수 라인(L2)은 보조 동력 장치(200)의 유출구(C)에서 제2 냉각 장치(400)의 유입구(G) 및 유출구(H)를 통과한 후, 바로 보조 동력 장치(200)의 유입구(D)로 복귀하지 않는다. 그 대신 제2 냉각 장치(400)의 유출구(H)를 통과한 후, 제1 냉각 장치(300)의 유입구(E) 및 유출구(F)를 통과한 다음에 비로소 보조 냉각 장치(200)의 유입구(D)로 유입된다.
즉, 보조 냉각 장치(200)의 냉각을 위한 제2 냉각 라인(L2)에는 제2 냉각 장치(400)뿐만 아니라 제1 냉각 장치(300)도 포함되는 것이다. 이러한 구성에 의해 주 동력 장치(100)가 작동하는 경우에는 제2 냉각 장치(400)를 작동할 필요 없이, 제1 냉각 장치(300)를 이용하여 보조 동력 장치(20)를 냉각할 수 있다.
한편, 바람직한 실시예에 따르면 보조 동력 장치(200)의 유출구(C)로부터 제1 동력 장치(100)의 유입구(A) 및 유출구(B)를 통과한 후 보조 동력 장치(200)의 유입구(D)로 복귀하는 제3 냉각수 라인(L3)이 별도로 마련될 수도 있다. 이러한 구성에 의해 보조 동력 장치(200)에 의해 예열된 냉각수를 주 동력 장치(100)에 공급함으로써, 종래의 주 동력 장치용 예열 장치를 대체할 수 있게 된다.
한편, 제3 냉각수 라인(L3)이 마련되는 경우, 보조 동력 장치(200)의 유출 구(C)와 제2 냉각 장치(400)의 유입구(G) 사이에는 제2 냉각수 라인(L2)과 제3 냉각수 라인(L3)의 분기점인 제1 분기점(X)이 발생하고, 보조 동력 장치(200)의 유입구(D)와 제1 냉각 장치(300)의 유출구(F) 사이에도 제2 분기점(Y)이 발생한다. 따라서, 이들 분기점에서의 유로를 조절하기 위한 제1 및 제2 밸브(600, 700)가 마련되는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 밸브(600, 700)의 조절에 의해 제2 냉각수 라인(L2) 또는 제3 냉각수 라인(L3) 중 어느 하나를 선택할 수 있게 된다. 또한, 제2 냉각 장치(400)의 작동과, 제1 및 제2 밸브(600, 700)의 개폐를 제어하기 위한 제어 장치(800)가 마련된다.
이러한 구성에 의해 본 발명에 따른 보조 동력 장치 냉각 시스템이 작동하는 원리를 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 구체적으로 설명한다.
실시예 1 - 보조 동력 장치(200)와 주 동력 장치(100)가 함께 작동하는 경우
도 3a는 보조 동력 장치(200)의 작동 중, 주 동력 장치(100)가 함께 작동하는 경우의 실시예를 도시한다. 이 경우는 일반적인 차량의 주행 상태에 해당된다.
도시된 것과 같이, 주 동력 장치(100)가 작동(ON)하면, 제1 냉각 장치(300)도 작동(ON)하게 된다. 이 때, 제2 냉각 장치(400)는 오프(OFF)되며, 이러한 제어 작용은 제어 장치(800, 도 2)에 의해 이루어진다.
전술한 것과 같이 보조 동력 장치(200)의 냉각을 위한 제2 냉각수 라인(L2)은 제2 냉각 장치(400)를 지나 제1 냉각 장치(300)를 경유한 후 보조 동력 장 치(200)로 복귀한다. 따라서, 제2 냉각 장치(400)가 오프(OFF)되더라도 제1 냉각 장치(300)가 온(ON) 상태이므로, 제1 냉각 장치(300)에 의해 제2 냉각수 라인(L2) 및 보조 동력 장치(200)의 냉각이 가능하게 된다.
보조 동력 장치(200)와 주 동력 장치(100)를 직접 연결하는 제3 냉각수 라인(L3)이 마련되는 실시예에서는 제어 장치(800)는 제1 및 제2 밸브(600, 700)를 제2 냉각수 라인(L2) 쪽으로 이동시킨다. 그에 따라, 보조 동력 장치(200)의 유출구(C)로부터 나온 냉각수가 제2 냉각수 라인(L2)으로 흐르고, 제3 냉각수 라인(L3)으로는 흐르지 못하게 한다.
실시예 2 - 보조 동력 장치(200)만 작동하는 경우
도 3b는 주 동력 장치(100)는 작동하지 않고, 보조 동력 장치(200)만 작동하는 경우의 실시예를 도시한다. 이 경우는 차량의 엔진을 멈추고, 차량 내 전기 장치만을 구동하고 있는 상태에 해당한다.
도시된 것과 같이, 주 동력 장치(100)가 오프(OFF)이므로, 그에 연결된 제1 냉각 장치(300) 또한 오프(OFF)가 되며, 이 경우에는 제어 장치(800, 도 2)에 의해 제2 냉각 장치(400)가 온(ON)된다. 따라서, 제2 냉각 장치(400)에 의해 제2 냉각수 라인(L2) 및 보조 동력 장치(200)를 냉각시키게 된다.
한편, 보조 동력 장치(200)와 주 동력 장치(100)를 직접 연결하는 제3 냉각수 라인(L3)이 마련되는 실시예에서는 제어 장치(800)에 의해 제1 및 제2 밸브(600, 700)를 제2 냉각수 라인(L2) 쪽으로 이동한다. 그에 따라, 보조 동력 장 치(200)의 유출구(C)로부터 나온 냉각수가 제2 냉각수 라인(L2)으로 흐르고, 제3 냉각수 라인(L3)으로는 흐르지 못하게 한다.
실시예 3 - 예열 모드
도 3c는 보조 동력 장치(200)를 이용하여 주 동력 장치(100)를 예열할 수 있는 실시예를 도시한다. 전술한 것과 같이, 예열 기능을 위해서 보조 동력 장치(200)의 유출구(C)에서 직접 주 동력 장치(100)의 유입구(A) 및 유출구(B)를 통과한 후 보조 동력 장치(200)의 유입구(D)로 복귀하는 제3 냉각수 라인(L3)이 마련된다.
예열 모드는 주 동력 장치(100)를 작동시키기 전에 시동을 원활히 하기 위해 주 동력 장치(100)를 미리 가열시키는 것이다. 도시된 것과 같이, 예열을 위해서는 제1 및 제2 밸브(600, 700)는 제3 냉각수 라인(L3)쪽으로 유로가 설정되며, 이는 제어 장치(800, 도 2)에 의해 수행된다.
이 상태에서 보조 동력 장치(200)를 온(ON)시키고 제3 냉각수 라인(L3)을 따라 냉각수가 보조 동력 장치(200)를 통과한 후, 주 동력 장치(100)를 통과하게 된다. 따라서, 보조 동력 장치(200)에 의해 가열된 냉각수에 의해 주 동력 장치(100)를 예열할 수 있게 된다.
이하의 표 1은 전술한 실시예에 따른 구성 요소의 작동을 요약한 것이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
주 동력 장치(100) ON OFF OFF
제1 냉각 장치(300) ON OFF OFF
보조 동력 장치(200) ON ON ON
제2 냉각 장치(400) OFF ON OFF
냉각수 라인 제2 냉각수 라인(L2) 제2 냉각수 라인(L2) 제3 냉각수 라인(L3)
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1a는 종래 기술에 따른 냉각 시스템의 구성도.
도 1b는 종래 기술에 따른 제1 냉각 장치의 단면도.
도 1c는 종래 기술에 따른 제2 냉각 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 냉각 시스템의 구성도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 작동 원리를 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>
100: 주 동력 장치 200: 보조 동력 장치
300: 제1 냉각 장치 310: 제1 라디에이터
320: 제1 냉각팬 400: 제2 냉각 장치
410: 제2 라디에이터 420: 제2 냉각팬
500: 예열 장치 600: 제1 밸브
700: 제2 밸브 800: 제어 장치

Claims (4)

  1. 주 동력 장치(100)와 보조 동력 장치(200)를 포함하는 차량의 보조 동력 장치 냉각 시스템으로서,
    상기 주 동력 장치(100)에 의해 구동되는 제1 냉각 장치(300);
    상기 주 동력 장치(100)로부터 상기 제1 냉각 장치(300)를 경유하여 상기 주 동력 장치(100)로 복귀하는 폐회로를 구성하는 제1 냉각수 라인(L1);
    상기 보조 동력 장치(200)에 의해 구동되는 제2 냉각 장치(400);
    상기 보조 동력 장치(200)로부터 상기 제2 냉각 장치(400) 및 상기 제1 냉각 장치(300)를 경유하여 상기 보조 동력 장치(200)로 복귀하는 폐회로를 구성하는 제2 냉각수 라인(L2); 및
    상기 주 동력 장치(100) 및 상기 제1 냉각 장치(300)가 작동하지 않는 경우에만 상기 제2 냉각 장치(400)를 작동시키는 제어 장치(800)를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 동력 장치 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 냉각수 라인(L2)은 상기 보조 동력 장치(200)의 유출구(C)로부터 상기 제2 냉각 장치(400)의 유입구(G) 및 유출구(H)와, 상기 제1 냉각 장치(300)의 유입구(E) 및 유출구(F)를 경유한 후 상기 보조 동력 장치(200)의 유입구(D)로 복귀하는 것을 특징으로 하는 보조 동력 장치 냉각 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보조 동력 장치(200)의 유출구(C)로부터 상기 주 동력 장치(100)의 유입구(A) 및 유출구(B)를 경유한 후 상기 보조 동력 장치(200)의 유입구(D)로 복귀하는 제3 냉각수 라인(L3)을 더 포함하고,
    상기 제어 장치(800)는 상기 제2 냉각수 라인(L2) 과 상기 제3 냉각수 라인(L3) 중 어느 하나만이 작동되도록 하는 것을 특징으로 하는 보조 동력 장치 냉각 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보조 동력 장치(200)의 유출구(C)에서 유출된 냉각수를 상기 제2 냉각 장치(400)의 유입구(G) 또는 상기 주 동력 장치(100)의 유입구(A) 중 어느 하나만이 선택되도록 유로를 선택하는 제1 밸브(600);
    상기 제1 냉각 장치(300)의 유출구(F)에서 유출된 냉각수를 상기 주 동력 장치(100)의 유출구(B) 또는 상기 보조 동력 장치(200)의 유입구(D) 중 어느 하나만이 선택되도록 하는 제2 밸브(700);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 동력 장치 냉각 시스템.
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