KR102261274B1 - 차량의 냉각 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 냉각 장치 및 방법에 관한 기술이다. 본 발명은 엔진을 통해 흐르는 냉각수의 유로를 개폐하는 써모스텟, 냉각수의 유로에 배치된 발전기, 및 엔진 및 발전기의 구동 여부를 감지하고, 냉각수의 온도에 따라 써모스텟의 개폐를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

차량의 냉각 장치 및 방법{COOLING APPARATUS AND METHOD OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 냉각 장치 및 방법에 관한 기술이다.

일반적으로 차량의 엔진은 연료의 연소에 의한 열 발생과 각 운동 부위의 마찰에 의한 열 발생으로 고온 상태로 구동된다. 이에 차량에는 냉각수 유로를 형성하여 엔진의 열을 흡수하고 외부로 방출시키는 냉각 시스템이 구성된다.

도 1은 일반적인 차량의 냉각 시스템을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 차량의 냉각 시스템(1)은 엔진(10), 라디에이터(12), 히터 코어(14), 냉각수 유로(16), 냉각수 펌프(18), 써모스텟(20), 온도 센서(22), 제어부(24) 및 배터리(26)를 포함한다.

엔진(10)은 연료의 연소를 통해 차량에 구동력을 제공하며, 엔진(10)의 열에 의해 냉각수가 가열된다. 라디에이터(12)는 엔진(10)을 통과한 냉각수와 외기 간의 열 교환을 통해 엔진(10)의 열을 방출시킨다. 라디에이터(12)는 냉각팬(12a)을 포함하고, 냉각팬(12a)에 의해 냉각수와 외기 간의 열 교환량이 조절된다.

히터 코어(14)는 엔진(10)을 통과한 냉각수와 차량의 실내에 토출되는 공기 간의 열 교환을 통해 차량 실내에 난방용 열을 제공한다. 냉각수 유로(16)는 엔진(10), 라디에이터(12) 및 히터 코어(14) 사이를 냉각수가 순환하도록 연결된다.

냉각수 펌프(18)는 냉각수 유로(16)에서 냉각수를 펌핑하여 순환시키고, 써모스텟(20)은 냉각수의 온도에 따라 개폐되는 밸브로서, 냉각수의 흐름을 제어한다.

써모스텟(20)은 엔진(10)의 온도가 적정한 온도가 될 때까지 닫혀 라디에이터(12)로 냉각수가 흐르지 못하도록 함으로써 엔진(10)을 빠르게 웜업(warm-up)시키고, 엔진(10)의 온도가 일정 온도 이상이 되면 열려 냉각수가 라디에이터(12)를 통해 순환되도록 함으로써 엔진(10)의 과열을 방지한다.

온도 센서(22)는 냉각수의 온도를 감지하고, 제어부(24)는 온도 센서(22)를 통해 감지된 냉각수의 온도에 따라 라디에이터(12) 및 냉각팬(12a)을 제어한다.

이러한 구성을 갖는 차량의 냉각 시스템(1)은 냉각팬(12a) 작동에 의한 소음이 발생하고, 라디에이터(12) 및 냉각팬(12a)이 배터리(26)의 전력을 소비하여 차량의 연비가 증가한다.

본 발명의 실시 예는 냉각수가 엔진에 의해 가열되어 발생하는 수증기로 발전하는 발전기를 이용하여 엔진을 냉각시킴으로써 라디에이터 및 냉각팬을 설치할 필요가 없어 비용 및 중량이 감소하고, 냉각팬에 의한 소음 발생을 방지할 수 있는 차량의 냉각 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시 예는 발전기를 통해 전력을 생성하여 배터리에 저장함으로써 연비를 향상시킬 수 있는 차량의 냉각 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량의 냉각 장치는 엔진을 통해 흐르는 냉각수의 유로를 개폐하는 써모스텟; 상기 냉각수의 유로에 배치된 발전기; 및 상기 엔진 및 상기 발전기의 구동 여부를 감지하고, 상기 냉각수의 온도에 따라 상기 써모스텟의 개폐를 제어하는 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 발전기는 상기 엔진에 의해 상기 냉각수가 가열되어 발생하는 수증기로 발전하고, 상기 수증기를 상기 냉각수로 환원하여 상기 냉각수를 냉각시킨다.

또한, 상기 제어부는 상기 엔진의 시동 온 시 상기 발전기로부터 생성되는 전력량을 측정하여 상기 발전기의 구동이 시작되었는지 여부를 판단하고, 상기 발전기의 구동이 시작된 경우 상기 냉각수의 온도와 미리 설정된 맵핑 온도 간의 비교 결과에 따라 상기 써모스텟의 개폐를 제어한다.

그리고, 상기 제어부는 상기 냉각수의 온도가 상기 맵핑 온도보다 낮은 경우 상기 써모스텟을 열린 상태로 제어하고, 상기 냉각수의 온도가 상기 맵핑 온도보다 높은 경우 상기 써모스텟을 닫힌 상태로 제어한다. 또한, 차량의 냉각 장치는 상기 발전기로부터 생성된 전력을 저장하는 배터리를 더 포함한다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 엔진을 통해 흐르는 냉각수의 유로를 개폐하는 써모스텟을 포함하는 차량의 냉각 방법은 상기 엔진에 의해 상기 냉각수가 가열되어 발생하는 수증기로 발전하여 전력이 생성되는 단계; 상기 엔진의 시동 여부 및 상기 수증기로 발전하는 전력량에 따라 상기 냉각수의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 냉각수의 온도에 따라 상기 써모스텟의 개폐를 제어하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 냉각수의 온도를 측정하는 단계는 상기 엔진의 시동 온 여부를 판단하는 단계; 상기 엔진의 시동 온 시 상기 전력량을 측정하여 상기 수증기로 발전이 시작되었는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 수증기로 발전이 시작된 경우 상기 냉각수의 온도와 미리 설정된 맵핑 온도를 비교하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 써모스텟의 개폐를 제어하는 단계는 상기 냉각수의 온도가 상기 맵핑 온도보다 낮은 경우 상기 써모스텟을 열린 상태로 제어하고, 상기 냉각수의 온도가 상기 맵핑 온도보다 높은 경우 상기 써모스텟을 닫힌 상태로 제어하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 수증기로 발전하여 생성된 전력을 배터리에 저장하는 단계를 더 포함한다.

본 발명은 냉각수가 엔진에 의해 가열되어 발생하는 수증기로 발전하는 발전기를 이용하여 엔진을 냉각시킴으로써 라디에이터 및 냉각팬을 설치할 필요가 없어 비용 및 중량이 감소하고, 냉각팬에 의한 소음 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는 발전기를 통해 전력을 생성하여 배터리에 저장함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 차량의 냉각 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 냉각 장치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 냉각 방법을 도시한 순서도.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 냉각 장치를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 냉각 장치(2)는 엔진(100), 히터 코어(102), 발전기(104), 냉각수 유로(106), 냉각수 펌프(108), 써모스텟(110), 온도 센서(112), 제어부(114) 및 배터리(116)를 포함한다. 엔진(100)은 연료의 연소를 통해 차량에 구동력을 제공하고, 연소열에 의해 냉각수를 가열시킨다.

히터 코어(102)는 엔진(100)을 통과한 냉각수와 차량의 실내에 토출되는 공기 간의 열 교환을 통해 차량 실내에 난방용 열을 제공한다. 발전기(104)는 냉각수 유로(106)에서 엔진(100)에 의해 냉각수가 가열되어 발생하는 수증기로 발전하여 전력을 생성하고, 수증기를 냉각수로 환원하여 냉각수를 냉각시킨다.

이를 위해, 발전기(104)는 수증기 터빈 발전기를 포함하며, 수증기 터빈 발전기는 냉각수가 수증기로 상 변화하여 생성된 팽창 에너지를 회전력으로 이용하여 전력을 생성한다. 발전기(104)로부터 생성된 전력은 배터리(116)에 저장되고, 배터리(116)의 전력은 차량 내부의 전기 시스템(미도시)의 전원으로 사용된다.

구체적으로, 냉각수는 엔진(100)의 연소 열에 의해 가열되고, 일정 온도 이상이 되면 수증기로 상 변화한다. 냉각수가 수증기로 상 변화될 때 생성된 팽창 에너지는 수증기 터빈 발전기를 구동시키고, 수증기 터빈 발전기를 구동시킨 수증기는 팽창 에너지를 잃고 냉각수로 환원된다. 즉, 수증기 터빈 발전기의 구동에 의해 냉각수의 온도가 저하된다.

냉각수 유로(106)는 엔진(100), 히터 코어(102) 및 발전기(104) 사이를 냉각수가 순환하도록 연결된다. 냉각수 펌프(108)는 냉각수 유로(106)에서 냉각수를 펌핑하여 순환시키고, 써모스텟(110)은 냉각수 유로(106)에서 제어부(114)에 의해 선택적으로 개폐되어 냉각수의 흐름을 제어한다.

온도 센서(112)는 냉각수 유로(106)에서 냉각수의 온도를 감지한다. 제어부(114)는 엔진(100) 및 발전기(104)의 구동을 감지하고, 감지된 결과에 따라 온도 센서(112)를 통해 냉각수의 온도를 측정한다. 제어부(114)는 냉각수의 온도에 따라 써모스텟(110)의 개폐를 제어한다.

구체적으로, 제어부(114)는 엔진(100)이 시동 온(on) 시 발전기(104)로부터 생성되는 전력량을 측정하여 발전기(104)의 구동 시작 여부를 판단한다. 예컨대, 발전기(104)로부터 생성되는 전력량이 미리 설정된 기준 전력량보다 큰 경우 발전기(104)의 구동이 시작된 것으로 판단할 수 있다.

제어부(114)는 발전기(104)의 구동이 시작된 경우 냉각수의 온도와 미리 설정된 맵핑 온도를 비교한다. 비교 결과, 냉각수의 온도가 맵핑 온도보다 낮은 경우 써모스텟(110)을 열린 상태로 제어하고, 냉각수의 온도가 맵핑 온도보다 높은 경우 써모스텟(110)을 닫힌 상태로 제어한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 냉각 방법을 도시한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 먼저, 엔진(100)의 시동 온(on) 시 엔진(100)이 연소되어 냉각수가 가열된다. 이때, 냉각수가 일정 온도 이상으로 가열되면 냉각수는 수증기로 상 변화된다. 발전기(104)는 수증기로 상 변화된 냉각수에 의해 구동을 시작하여 전력이 생성된다.

발전기(104)로부터 생성된 전력은 배터리(116)를 충전시키고, 배터리(116)에 충전된 전력은 전기 시스템의 전원으로 이용된다. 이때, 발전기(104)를 구동시킨 수증기는 팽창 에너지를 잃고 냉각수로 환원된다. 환원된 냉각수는 엔진(100)의 열을 식혀준다.

이와 동시에, 제어부(114)는 엔진(100)의 시동 여부를 판단한다(S1 단계). 판단 결과, 엔진(100)이 시동 온(on) 상태인 경우 제어부(114)는 발전기(104)를 통해 생성되는 전력량을 측정한다(S2 단계).

제어부(114)는 측정된 전력량에 따라 발전기(104)의 구동이 시작되었는지 여부를 판단한다(S3 단계). 예컨대, 제어부(114)는 발전기(104)로부터 생성된 전력량과 미리 설정된 기준 전력량을 비교하고, 발전기(104)로부터 생성된 전력량이 기준 전력량 이상인 경우 발전기(104)의 구동이 시작된 것으로 판단할 수 있다.

판단 결과, 발전기(104)의 구동이 시작된 경우 제어부(114)는 온도 센서(112)를 통해 냉각수의 온도를 측정한다(S4 단계). 그 다음, 제어부(114)는 냉각수의 온도가 미리 설정된 맵핑 온도보다 낮은지 여부를 판단한다(S5 단계).

판단 결과, 제어부(114)는 냉각수의 온도가 맵핑 온도보다 낮은 경우 써모스텟(110)을 열린 상태로 제어한다(S6 단계). 써모스텟(110)이 열린 상태인 경우 엔진(100)에 냉각수가 흘러 엔진(100)의 열을 냉각시키고, 상대적으로 냉각수가 수증기로 상 변화되는 양이 줄어 발전기(104)로부터 생성되는 전력량이 감소된다. 즉, 제어부(114)는 냉각수의 온도가 맵핑 온도보다 낮은 경우 발전기(104)에 의한 냉각수의 팽창 에너지의 소비량을 감소시켜 냉각을 비활성화시킨다.

반면, 판단 결과, 제어부(114)는 냉각수의 온도가 맵핑 온도보다 높은 경우 써모스텟(110)을 닫힌 상태로 전환한다(S7 단계). 써모스텟(110)이 닫힌 상태인 경우 엔진(100)에 의해 냉각수의 온도가 빠르게 상승하고, 냉각수가 수증기로 상 변화되는 양이 늘어 발전기(104)로부터 생성되는 전력량이 증가한다. 즉, 제어부(114)는 냉각수의 온도가 맵핑 온도보다 높은 경우 발전기(104)에 의한 냉각수의 팽창 에너지의 소비량을 증가시켜 냉각을 활성화시킨다.

그 다음, 제어부(114)는 엔진(100)이 정지되었는지 여부를 판단하고(S8 단계), 엔진(100)이 정지될 때까지 S2 단계부터 반복한다. 즉, 본 발명의 실시 예는 발전기(104)를 통해 엔진(100)이 연소되어 발생하는 폐열로 전력을 생성하여 연비를 향상시키고, 라디에이터 및 냉각팬을 사용할 필요가 없어 비용 및 중량을 절감시키고, 소음 발생을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 엔진
102: 히터 코어
104: 발전기
106: 냉각수 유로
108: 냉각수 펌프
110: 써모스텟
112: 온도 센서
114: 제어부
116: 배터리

Claims (9)

1. 엔진을 통해 흐르는 냉각수의 유로를 개폐하는 써모스텟;
   상기 냉각수의 유로에 배치된 발전기; 및
   상기 엔진 및 상기 발전기의 구동 여부를 감지하고, 상기 냉각수의 온도에 따라 상기 써모스텟의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 엔진의 시동 온 시 상기 발전기로부터 생성되는 전력량을 측정하여 상기 발전기의 구동이 시작되었는지 여부를 판단하고, 상기 발전기의 구동이 시작된 경우 상기 냉각수의 온도와 미리 설정된 맵핑 온도 간의 비교 결과에 따라 상기 써모스텟의 개폐를 제어하며, 상기 냉각수의 온도가 상기 맵핑 온도보다 낮은 경우 상기 써모스텟을 열린 상태로 제어하고, 상기 냉각수의 온도가 상기 맵핑 온도보다 높은 경우 상기 써모스텟을 닫힌 상태로 제어하는, 차량의 냉각 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 발전기는
   상기 엔진에 의해 상기 냉각수가 가열되어 발생하는 수증기로 발전하고, 상기 수증기를 상기 냉각수로 환원하여 상기 냉각수를 냉각시키는 차량의 냉각 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 발전기로부터 생성된 전력을 저장하는 배터리를 더 포함하는 차량의 냉각 장치.
6. 엔진을 통해 흐르는 냉각수의 유로를 개폐하는 써모스텟을 포함하는 차량의 냉각 방법에 있어서,
   상기 엔진에 의해 상기 냉각수가 가열되어 발생하는 수증기로 발전하여 전력이 생성되는 단계;
   상기 엔진의 시동 여부 및 상기 수증기로 발전하는 전력량에 따라 상기 냉각수의 온도를 측정하는 단계; 및
   상기 냉각수의 온도에 따라 상기 써모스텟의 개폐를 제어하는 단계를 포함하고,
   상기 냉각수의 온도를 측정하는 단계는,
   상기 엔진의 시동 온 여부를 판단하는 단계;
   상기 엔진의 시동 온 시 상기 전력량을 측정하여 상기 수증기로 발전이 시작되었는지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 수증기로 발전이 시작된 경우 상기 냉각수의 온도와 미리 설정된 맵핑 온도를 비교하는 단계를 포함하고,
   상기 써모스텟의 개폐를 제어하는 단계는,
   상기 냉각수의 온도가 상기 맵핑 온도보다 낮은 경우 상기 써모스텟을 열린 상태로 제어하고, 상기 냉각수의 온도가 상기 맵핑 온도보다 높은 경우 상기 써모스텟을 닫힌 상태로 제어하는 단계를 포함하는 차량의 냉각 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제6 항에 있어서,
   상기 수증기로 발전하여 생성된 전력을 배터리에 저장하는 단계를 더 포함하는 차량의 냉각 방법.

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