KR101398877B1

KR101398877B1 - 하이브리드 방식 화물차용 전기식 냉매 사이클 장치

Info

Publication number: KR101398877B1
Application number: KR1020130068220A
Authority: KR
Inventors: 박원일
Original assignee: 박원일
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-06-27

Abstract

본 발명은 하이브리드 방식의 냉동 탑차의 냉동 장치에 관한 것이고, 구체적으로 발전기와 모터, 냉매 입축기를 결합시켜 자동차의 엔진속도에 영향 받지 않고 냉동 기능이 수행될 수 있도록 하는 냉동 탑차의 류를 직류로 바꾸는 정류장치, 발전량을 조절하는 계자제어장치, 속도조절이 가능한 모터, 모터축에 직결된 냉동 장치에 관한 것이다. 냉동 탑차의 냉동 장치는 제어 모듈(C); 엔진(E)의 동력으로부터 기전력을 발생시키는 발전 모듈(11a, 11b); 발전 모듈(11a, 11b)의 기전력을 저장하는 배터리 모듈(12, 13); 배터리 모듈(12, 13)에 의하여 작동되는 구동 모터(15); 배터리 모듈(12, 13)과 구동 모터(15)의 연결을 제어하는 사이클 제어 유닛(14); 구동 모터(15)에 의하여 작동 되는 냉각 모듈(P, S); 냉각 모듈(P,S)에 의하여 냉동이 되는 컨테이너(T); 및 구동 모터(15)와 컨테이너(T)의 상태를 감지하는 센서(16a, 16b)를 포함한다.

Description

하이브리드 방식 화물차용 전기식 냉매 사이클 장치{Hybrid Electric Type of Apparatus for Cycling Refrigerants Employed in Truck or Van}

본 발명은 하이브리드 방식의 화물차용 전기식 냉매 사이클 장치에 관한 것이고, 구체적으로 발전기와 모터, 냉매 압축기를 결합시켜 자동차의 엔진 회전수 변화에 영향을 받지 않으며, 정지된 상태에서도 냉동 기능이 수행될 수 있도록 하는 화물차용 전기식 냉매 사이클 장치에 관한 것이다.

냉동 탑차는 특정 온도에서 부패하기 쉬운 화물을 운송하기 위하여 설계된 밴(Van) 또는 트럭을 말한다. 이러한 냉동 탑차는 디젤 엔진에 의하여 구동되면서 냉매로 이산화탄소와 같은 것이 사용되는 냉동 시스템을 가진다.

냉동 탑차와 관련된 선행기술로 특허등록번호 제10-0816642호 ‘냉동탑차용 냉동장치’가 있다. 상기 선행기술은 엔진과 압축기를 직결시키지 않고 엔진의 동력에 의해 발전하는 발전기를 이용하여 배터리를 충전하고 이 배터리에 충전된 에너지를 이용하여 압축기를 구동하도록 한 냉동탑차용 냉동 장치를 제공하는 것을 목적을 한다. 이러한 목적을 위하여 선행기술은 자동차용 엔진 및 상기 엔진에 의해 구동되는 발전기; 상기 발전기에 의해 생산되는 전력을 저장하는 냉동기 배터리; 상기 냉동기 배터리의 전력을 이용하여 구동되는 DC 모터; 상기 DC 모터를 통해 구동되는 압축기를 포함하는 냉동 사이클을 포함하며, 운전실에는 운전자가 조작할 수 있는 전원 스위치가 설치되고, 전기 입력 값에 따라 상기 DC 모터와 상기 압축기를 기계적으로 연결 또는 해제하는 클러치를 포함하며, 상기 냉동기 배터리에서는 상기 전원 스위치를 통해 상기 클러치에 상기 전기 입력을 가하는 노선과, 릴레이를 통해 상기 DC 모터를 구동시키는 노선을 통하여 전력이 공급되며, 상기 클러치와 상기 릴레이는 전기적으로 연결되어 상기 클러치에 전기 입력이 가해지면 상기 DC 모터와 상기 압축기가 기계적으로 연결되는 동시에, 상기 릴레이가 상기 냉동기 배터리와 상기 DC 모터를 전기적으로 연결시켜 상기 DC 모터에 의해 상기 압축기가 구동되도록 하는 냉동 탑차용 냉동 장치에 대하여 개시한다.

냉동 탑차와 관련된 다른 선행기술로 특허공개번호 제2012-0048305호 ‘냉동탑차용 하이브리드 냉각시스템’이 있다. 상기 선행기술은 냉동 탑차의 엔진 정지시에소 적재고의 온도를 저온으로 유지할 수 있으면서 축냉판의 축냉 시간을 감소시킬 수 있는 냉각 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 위하여 선행기술은 차량의 엔진 및 외부 전원으로 이루어지는 전원 공급 장치; 상기 전원 공급 장치로부터 구동력을 얻어 흡입한 냉매를 고온 또는 고압의 냉매로 만드는 압축기; 상기 압축기에서 배출된 고온 고압 냉매를 전달받아 저온 고압의 냉매로 만드는 응축기; 상기 저온 고압의 냉매를 압력 변화에 의해 저온 저압의 냉매로 변환시키는 팽창기; 상기 저온 저압의 냉매를 증발시켜 주위의 열을 흡수함으로써 적재고 내부의 온도를 저하시키며 냉기를 저장하여 저장한 냉기를 발산하는 축냉 겸용 증발기를 포함하는 냉동 탑차용 하이브리드 냉각 시스템에 대하여 개시한다.

상기 선행기술 또는 공지된 기술은 엔진이 정지된 상태에서 냉동 장치가 작동되지 않거나 작동된다고 할지라도 제한된 범위에서 작동되는 구조를 가지고 있다. 추가로 냉동 장치가 가진 다른 문제점은 차량의 주행 속도와 관계없이 냉동 장치가 일정한 온도로 유지되도록 작동이 되어야 한다는 점이다. 선행기술은 이와 같은 문제점에 대한 해결 방법을 제시하지 않는다.

본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 주행 과정에서 발전기의 구동으로 인하여 생성된 전기 에너지를 배터리 관리 모듈에 저장하여 차량의 주행 속도와 관계없이 요구되는 수준으로 가동될 수 있도록 하는 하이브리드 방식의 화물차용 전기식 냉매 사이클 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 화물차용 전기식 냉매 사이클 장치는 전력 전달 브러시(brush)를 가진 회전자, 3상 또는 6상으로 권선이 된 고정자, 교류를 직류로 변환시키기 위한 적어도 6개의 정류 소자, 정류소자의 방열을 위한 방열 수단 및 출력 전압 또는 전류의 조절을 위한 회전자 계장 제어 장치를 가진 발전기; 발전기의 기전력에 의하여 충전되는 배터리 모듈; 3상 코일로 권선된 고정자, 전력 전달을 위한 브러시가 없는 회전자 및 고정자 계자 제어 장치로 이루어지고 그리고 회전수 조절이 가능하고 배터리 모듈에 의하여 구동되는 모터; 상기 모터에 미리 결정된 범위의 전압과 전류를 공급하는 전압 안정화 장치; 및 상기 모터에 의하여 구동되는 스크롤 방식의 냉매 압축기를 포함하고, 상기 모터의 회전수는 컨테이너의 내부 온도 및 엔진 속도에 따라 자동으로 조절이 된다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 배터리 모듈은 직렬 또는 병렬로 연결이 되고 충전이 가능한 적어도 4개의 단위 셀을 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 차량이 정지된 상태에서 외부 교류 전원에 연결이 되도록 하는 외부 연결 어댑터를 더 포함하고, 상기 외부 연결 어댑터는 외부 교류 전원을 직류로 변환하는 인버터, 과전압 차단 장치 및 과전류 차단 장치를 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 화물차용 전기식 냉매 사이클 장치는 제어 모듈; 엔진의 동력으로부터 기전력을 발생시키는 발전 모듈; 발전 모듈의 기전력을 저장하는 배터리 모듈; 배터리 모듈에 의하여 작동되는 구동 모터; 배터리 모듈과 구동 모터(15)의 연결을 제어하는 사이클 제어 유닛; 구동 모터에 의하여 작동 되는 냉각 모듈; 냉각 모듈에 의하여 냉동이 되는 컨테이너; 및 구동 모터와 컨테이너의 상태를 감지하는 센서를 포함하고, 상기 제어 모듈은 엔진 및 배터리 모듈에 고유한 작동 결정 데이터를 가지고 그리고 엔진의 작동 상태에 따라 하나의 작동 데이터가 선택이 된다.

본 발명에 따른 냉동 장치는 차량의 운행 상태와 관계없이 독립적으로 작동되는 것에 의하여 냉동 컨테이너의 냉동 상태가 요구되는 일정 수준으로 유지될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치는 차량의 공회전으로 인한 에너지의 낭비가 방지되도록 하면서 온실 가스 배출이 저감될 수 있도록 한다는 장점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치는 다양한 형태의 자동차에 적용될 수 있도록 모듈화가 가능하도록 한다는 이점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치는 엔진 크랭크축에 벨트로 연결되어 구동하는 냉매 압축기 대신에 발전기에 의해 전력이 생산되고 그 전력으로 모터 속도를 제어하여 냉매 압축기를 구동하는 구조를 적용하는 것에 의하여 냉매 압축기의 회전 속도가 엔진 속도에 영향을 받지 않으면서 환경 친화적이라는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 냉동 장치의 구성 요소의 작동 관계에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 냉동 장치에서 제어 모듈에 의하여 축전지가 충전 또는 방전이 되고 그리고 구동 모터의 작동이 제어되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 냉동 장치의 작동 방법에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

아래의 설명에서 화물차는 트럭 또는 밴과 같은 차량을 포함하지만 이에 제한되지 않고 화물 운송이 가능한 임의의 차량을 포함한다. 그리고 냉매 사이클 장치는 냉장 또는 냉동을 목적으로 냉매를 순환시켜 화물이 보관된 컨테이너 또는 저장 공간을 요구되는 온도로 낮추거나 유지시키기 위한 장치를 의미한다. 냉장 또는 냉동 방식 또는 컨테이너의 구조는 다양한 형태가 될 수 있고 본 발명은 냉장 또는 냉동 방식 또는 컨테이너의 구조에 의하여 제한되지 않는다. 추가로 본 명세서에서 냉매 사이클 장치는 냉동 장치와 동일 또는 유사한 장치를 의미한다.

본 발명에 따른 냉매 사이클 장치는 전력 전달 브러시(brush)를 가진 회전자, 3상 또는 6상으로 권선이 된 고정자, 교류를 직류로 변환시키기 위한 적어도 6개의 정류소자, 정류소자의 방열을 위한 방열 수단 및 출력 전압 또는 전류의 조절을 위한 회전자 계장 제어 장치를 가진 발전기; 발전기의 기전력에 의하여 충전되는 배터리 모듈; 3상 코일로 권선된 고정자, 전력 전달을 위한 브러시가 없는 회전자 및 고정자 계자 제어 장치로 이루어지고 그리고 회전수 조절이 가능한 모터; 상기 모터에 미리 결정된 범위의 전압과 전류를 공급하는 전압 안정화 장치; 및 상기 모터에 의하여 구동되는 스크롤 방식의 냉매 압축기를 포함하고, 상기 모터의 회전수는 컨테이너의 내부 온도 및 엔진 속도에 따라 자동으로 조절이 되는 것을 특징으로 한다.

아래에서 구체적으로 설명이 된다.

도 1은 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치의 구성 요소의 작동 관계에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 하이브리드 방식의 화물차용 전기식 냉매 사이클 장치는 제어 모듈(C); 엔진(E)의 동력으로부터 기전력을 발생시키는 발전 모듈(11a, 11b); 발전 모듈(11a, 11b)의 기전력을 저장하는 배터리 모듈(12, 13); 배터리 모듈(12, 13)에 의하여 작동되는 구동 모터(15); 배터리 모듈(12, 13)과 구동 모터(15)의 연결을 제어하는 사이클 제어 유닛(14); 구동 모터(15)에 의하여 작동 되는 냉각 모듈(P, S); 냉각 모듈(P,S)에 의하여 냉동이 되는 컨테이너(T); 및 구동 모터(15)와 컨테이너(T)의 상태를 감지하는 센서(16a, 16b)를 포함한다.

본 발명에 따른 냉매 사이클 장치는 밴(van) 또는 트럭(truck)과 같은 구조를 가지는 냉동 컨테이너를 가지는 탑차에 적용될 수 있지만 이에 제한되지 않고 차량의 주행으로부터 발생되는 에너지를 변환하여 저장하고 그리고 그로부터 냉장을 위한 에너지를 발생시켜 일정한 저장 공간을 냉동시키는 임의의 차량에 적용될 수 있다.

엔진(E)은 주로 디젤 엔진이 될 수 있지만 이에 제한되지 않고 차량에 적용되는 임의의 엔진이 될 수 있다. 예를 들어 엔진(E)은 하이브리드 엔진이 될 수 있고 발전기는 하이브리드 차량의 발전기와 동일 또는 유사한 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 본 명세서에서 엔진(E)은 포괄적인 의미로 사용될 수 있다. 엔진(E)은 주로 피스톤의 왕복 운동에 의하여 동력을 발생시키는 장치를 의미하지만 본 명세서에서 엔진(E)은 동력 발생 또는 동력 전달과 관련된 모든 장치를 포함할 수 있고 그리고 동력 발생 과정에서 에너지의 변환을 위한 추가적인 장치를 포함할 수 있다. 엔진(E)은 가솔린, 디젤 또는 전기 에너지를 운동 에너지를 변환시키는 기능을 가진다.

발전 모듈(11a, 11b)은 변환된 에너지의 일부를 다시 전기 에너지를 변환시키는 기능을 가질 수 있다. 발전 모듈(11a, 11b)은 예를 들어 크랭크축에 연결되어 전기를 발생시킬 수 있다. 일반적으로 차량에 발전기가 설치되어 있으므로 본 발명에 따른 발전 모듈(11a, 11b)은 차량의 발전기를 포함하거나 또는 별도로 설치된 발전기를 포함할 수 있다. 별도의 발전기의 설치 여부는 기존의 발전기의 용량, 구조 또는 설치 공간의 크기에 따라 결정될 수 있다. 만약 차량의 발전기의 용량의 충분하지 않다면 차량의 발전기를 제거하고 새로운 발전기로 대체할 수도 있다. 발전 모듈(11a, 11b)은 이와 같이 별도의 설치되거나 대체된 발전기(11a) 및 인버터(11b)를 포함할 수 있다. 발전기(11a)는 로터 코일이 회전하여 안정적인 교류를 발생시키는 3상 교류 발전기가 될 수 있고 차량의 주행 속도에 관계없이 일정 수준의 전압을 유지할 수 있도록 설계될 수 있다.

발전 모듈(11a, 11b)은 발전기(11a) 및 인버터(11b)를 포함할 수 있고, 발전기(11a)는 예를 들어 전달 브러시(brush)를 가진 회전자(rotor) 및 3상 또는 6상으로 권선이 된 고정자(stator)를 포함하고 그리고 인버터(11b)는 교류를 직류로 변환하기 위한 정류소자, 정류소자의 방열을 위한 방열 수단을 포함할 수 있다. 추가로 발전 모듈(11a, 11b)은 회전자의 계장 제어를 위한 계장 제어 장치를 포함할 수 있다. 회전자 또는 고정자는 이 분야에서 공지된 임의의 형태가 될 수 있지만 계장 제어 장치에 의하여 출력 전압 또는 출력 전류가 조절될 수 있고 예를 들어 회전자의 계장 제어를 통하여 출력이 제어될 수 있다. 계장 제어는 발전기(alternator)의 회전자의 회전 속도 또는 자속을 조절하는 방식으로 이루어지거나 고정자 또는 인버터를 제어하는 방법으로 이루어질 수 있다. 계장 제어는 발전기(alternator)의 출력이 엔진의 주행 속도에 관계없이 예를 들어 14 내지 28V와 같이 미리 정해진 수준으로 발전기의 출력이 제어되도록 하기 위한 것이다. 아날로그 분산 방식, 디지털 집중 방식과 같이 다양한 방법으로 계장 제어가 이루어질 수 있고 본 발명은 계장 제어의 방식에 의하여 제한되지 않는다. 방열 수단은 예를 들어 알루미늄과 같이 열전도율이 높은 금속 방열 수단이 될 수 있고 발전기 모듈(11a, 11b)의 내부에 배치될 수 있다. 핀 또는 플레이트와 같은 다양한 방열 수단이 본 발명에 따른 방열 수단이 될 수 있다.

발전 모듈(11a, 11b)에 의하여 발생된 기전력을 이용하여 배터리 모듈(12, 13)이 충전될 수 있다. 배터리 모듈(12, 13)은 배터리 관리 유닛(12) 및 축전지(13)로 이루어질 수 있다. 배터리 관리 유닛(12)은 축전지(13)의 충전 및 방전을 제어하고 그리고 축전지(13)는 적어도 하나가 될 수 있고 바람직하게 적어도 4개의 셀로 이루어질 수 있다. 다수 개의 셀은 직렬, 병렬 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있고 바람직하게 직렬로 연결이 될 수 있다. 축전지(13)는 예를 들어 리튬 계열 축전기가 될 수 있고 배터리 관리 유닛(12)은 정전압 또는 정전류 회로를 포함할 수 있다. 배터리 관리 유닛(12)은 인버터(11b)에서 유입되는 전류 또는 전압을 제어하는 한편 축전지(13)로부터 사이클 제어 유닛(14)으로 전송되는 전류 또는 전압을 제어할 수 있다. 다른 한편으로 축전지(13)가 예를 들어 적어도 4개의 셀과 같이 다수 개의 셀로 이루어지는 경우 각각의 셀의 충전 또는 방전이 제어될 수 있다. 예를 들어 배터리 관리 유닛(12)은 다수 개의 셀에서 충전 순위를 정하고, 충전 수준을 결정하는 한편 방전 순위 또는 방전 수준을 결정할 수 있다. 구체적으로 각각의 셀의 충전 수준을 전체 충전 수준의 95 %로 결정하거나 또는 방전 수준은 전체 방전 수준의 5 %로 정하여 각각의 셀의 충전 및 방전 순위를 결정할 수 있다. 다른 한편으로 배터리 관리 유닛(12)은 축전지의 오작동 여부를 탐지하고 위에서 설명을 한 것처럼, 축전지(13)가 다수 개의 셀로 이루어진 경우 각각의 셀의 동작 상태를 감지하여 제어 모듈(C)로 전달할 수 있다. 제어 모듈(C)은 이에 따라 축전지(13)의 상태를 확인하여 축전지((13)의 충전 및 방전 제어 방식 또는 수리 여부와 같은 것을 결정할 수 있다. 예를 들어 셀은 2 내지 8개가 될 수 있고 각각의 셀은 직렬 또는 병렬로 연결이 될 수 있다. 충전 과정에서 각각의 셀의 충전 과정은 정해진 수준으로 제한이 되면서 균일하게 충전이 이루어지도록 한다. 또한 방전 과정에서 각각의 셀이 방전 수준이 일정한 수준으로 제한이 되면서 균일하게 방전이 이루어지도록 한다. 이와 같은 균일 수준의 충전 또는 방전은 셀의 수명을 증가시키면서 충전 또는 방전이 안정적으로 이루어질 수 있도록 한다. 예를 들어 충전 수준은 제1 단계로 50 %, 제2 단계로 70 % 그리고 제3 단계로 90 %로 정해질 수 있고 그리고 방전 단계는 제1 단계로 50 %, 제2 단계로 30 % 그리고 제3 단계로 10 %로 각 셀에 대하여 균일하게 이루어지도록 할 수 있다.

사이클 제어 유닛(14)은 구동 모터(15)의 회전 수 또는 듀티비(duty cycle)를 제어할 수 있다. 추가로 사이클 제어 유닛(14)은 전압 안정화 회로 또는 전류 안정화 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어 사이클 제어 유닛(14)은 구동 모터(15)에 전달되는 전압이 DC 14 내지 28V 그리고 전류가 50 내지 150 A가 되도록 제어할 수 있다. 이를 위하여 사이클 제어 유닛(14)은 정전압 회로 또는 정전류 회로를 가질 수 있다.

전압 또는 전류 안정화 회로는 구동 모터에 전달되는 직류 전류가 정해진 범위 구동 모터(15)가 동기식 유도 모터와 같은 것이 되는 경우 압축기(P)에서 요구되는 압력에 따라 서로 다른 고정자 유도 주파수가 설정될 수 있도록 한다. 사이클 제어 유닛(14)은 구동 모터(15)의 적절한 제어를 위하여 압축기(P)에 가하여지는 압력, 모터 회전 수에 대한 미리 결정된 데이터를 가질 수 있다. 예를 들어 컨테이너(T)의 현재 온도, 목표 온도 및 목표 온도에 도달하기 위한 시간 및 축전지(13)의 충전 수준에 따른 최적의 듀티비 데이터를 가질 수 있다. 다른 한편으로 사이클 제어 유닛(14)은 배터리 관리 유닛(12)으로부터 허용되는 가동 시간에 기초하여 듀티비를 결정할 수 있다. 허용되는 가동 시간은 통계적인 차량의 운행 및 정지 시간을 고려하여 충전지가 가져야 할 기본적인 충전 수준을 제외하고 냉장을 위하여 일정 시간 동안 사용될 수 있는 전력량을 의미한다.

다양한 매개변수에 기초하여 데이터가 준비되고 그리고 관련 데이터는 갱신이 될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

구동 모터(15)는 3상 코일로 권선이 된 고정자 및 전력 전달을 위한 브러시가 없는 회전자로 이루어질 수 있다. 추가로 구동 모터(15)는 회전 수의 조절이 가능하고 그리고 계장 제어 장치를 가질 수 있다. 계장 제어 장치는 구동 모터(15)의 고정자에 회전자계를 형성하며 회전자는 회전자계의 유도를 받는다. 구체적으로 구동 모터(15)는 동기식 유도 모터가 될 수 있다 예를 들어 BLAC 모터가 될 수 있다. 구동 모터(15)는 압축기(P)와 연결되어 냉매를 고온 및 고압 상태로 만들기 위하여 압축시키게 된다. 압축기(P)는 왕복동식 압축기가 차량에 일반적이지만 바람직하게 스크롤식 압축기가 될 수 있다. 스크롤식 압축기는 피스톤 및 밸브 구조를 가지지 않으므로 손실을 줄이고 효율을 높일 수 있다는 이점을 가진다. 구동 모터(15)에 의하여 압축된 냉매는 응축기(S) 및 증발기를 거치면서 컨테이너(T)의 온도는 낮추게 된다. 이와 같은 냉장 또는 냉동 과정은 이 분야에서 공지된 임의의 방법에 따라 이루어질 수 있고 냉매는 예를 들어 CFC, HCFC 또는 HFC계열이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 따르면, 발전기(11a), 축전지((13) 및 구동 모터(15)에 의하여 냉동이 이루어지고 발전기(11a)는 차량의 엔진(E)으로부터 기전력을 발생시키게 된다. 다른 한편으로 차량의 정지 상태에서 컨테이너(T)의 온도가 일정 수준으로 유지될 필요가 있고 이를 위하여 구동 모터(15)가 작동될 필요가 있다. 그러므로 엔진(E)의 작동 상태, 컨테이너(T)의 온도 및 모터(15)의 작동 상태가 실시간으로 일정 주기로 감지될 필요가 있다.

차량이 일정 속도 이하로 운행이 되는 경우 발전기의 기전력이 부족하여 모터를 구동할 수 없는 경우가 발생 할 수 있으나, 본 발명에 따르면, 압축기에 연결된 모터의 속도를 조절하여 모터가 정지 되지 않도록 제어 하므로 컨테이너의 온도가 유지될 수 있도록 한다. 엔진(E)의 상태를 감지하기 위한 센서(D)가 설치될 수 있고 필요한 신호 값이 제어 모듈(C)로 전달이 될 수 있다. 센서(D)는 직접 엔진(E)에 연결되거나 또는 ECU(Electronic control unit)에 연결될 수 있다. 컨테이너(T)의 온도를 탐지하기 위한 온도 센서(16a)가 설치될 수 있고 그리고 구동 모터(15)의 작동 상태를 탐지하기 위한 동작 센서(16b)가 구동 모터(15)에 설치될 수 있다.

제어 모듈(C)은 각각의 센서(D, 16a, 16b)로부터 전달된 신호에 기초하여 축전지(13)의 충전 또는 방전 또는 구동 모터(15)의 작동을 제어할 수 있다. 제어 모듈(C)에 의하여 축전지(13)에 대한 충전 또는 방전이 이루어지면서 구동 모터(15)가 제어되는 과정이 아래에서 설명이 된다.

도 2는 본 발명에 따른 냉동 장치에서 제어 모듈에 의하여 축전지가 충전 또는 방전이 되고 그리고 구동 모터의 작동이 제어되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 제어 모듈(21)은 온도 센서, 위치 센서 또는 엔진 탐지 센서와 같은 탐지 센서(26a, 26b, 26c)로부터 전달된 각각의 신호로부터 엔진, 컨테이너, 축전지 또는 구동 모터의 상태를 탐지할 수 있다. 축전지의 상태는 예를 들어 배터리 관리 유닛으로부터 전달될 수 있다.

제어 모듈(21)은 미리 결정된 작동 결정 데이터를 가질 수 있고 센서(26a, 26b, 26c)로부터 전달된 신호에 기초하여 작동 결정 데이터로부터 가장 적합한 작동 데이터를 결정할 수 있다. 구체적으로 작동 결정 데이터는 예를 들어 엔진 속도, 축전지의 충전 상태 및 컨테이너의 온도에 기초하여 만들어진 작동 결정 데이터를 가질 수 있다. 작동 결정 데이터는 발전기 및 구동 모터의 종류에 따라 서로 다르게 결정될 수 있고 각각의 냉동 탑차에 고유하게 결정될 수 있다. 제어 모듈(21)은 자동 결정 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛(22)을 가질 수 있고 그리고 센서(26a, 26b, 26c)로부터 전송된 탐지 신호를 데이터 저장 유닛(22)의 데이터와 비교하기 위한 결정 유닛(23)을 가질 수 있다. 데이터 저장 유닛(22)의 데이터는 갱신이 될 수 있고 결정 유닛(23)에 의하여 현재의 조건에서 최적의 작동 데이터가 선택될 수 있다.

결정 유닛(23)에 의하여 최적의 작동 데이터가 선택이 되면 작동 제어 유닛(24)에 의하여 컨테이너의 냉동을 위한 각각의 장치가 작동될 수 있고 그리고 작동 유닛(25)이 작동될 수 있다. 데이터 저장 유닛(22), 결정 유닛(23) 및 작동 제어 유닛(24)은 실질적으로 제어 유닛(21)의 일부가 될 수 있고 그리고 작동 유닛(25)은 예를 들어 발전기, 축전지, 구동 모터 또는 압축기와 같은 것이 될 수 있다. 작동 유닛(25)의 작동 상태는 일정 주기로 탐지 센서(26a, 26b, 26c)에 의하여 탐지가 될 수 있고 그리고 다시 위에서 설명한 것과 같은 과정이 일정한 주기로 반복이 될 수 있다.

결정 유닛(23)에 의하여 선택된 작동 데이터가 최적의 데이터가 된다는 것이 검증될 필요가 있다. 최적의 작동 데이터가 되는지 여부는 주어진 조건에서 하나 또는 2개의 매개변수를 선택하고 선택된 매개변수의 변화를 탐지하는 것에 의하여 결정될 수 있다. 본 발명에 따른 냉장 장치에서 이와 같은 표준 매개변수는 축전지의 방전 속도가 될 수 있다. 예를 들어 결정 유닛(23)에 의하여 결정된 작동 데이터에 대하여 허용되는 축전지 방전 속도가 결정될 수 있다. 그리고 결정 유닛(23)에 의하여 결정된 작동 데이터에 따라 작동 유닛(25)이 작동이 되는 과정에서 예를 들어 축전지와 같은 작동 유닛(25)의 방전 속도가 측정될 수 있다. 그리고 방전 속도가 정해진 허용 범위 내에 있는지 여부가 표준 유닛(28)에 의하여 결정될 수 있고 결과가 결정 유닛(23)에 전달될 수 있다. 그리고 결정 유닛(23)은 표준 유닛(28)에 의하여 전달된 결과에 따라 다시 최적의 작동 데이터를 결정할 수 있고 이에 따라 작동 제어 유닛(24)은 작동 유닛(25)을 작동시키고 그리고 결과를 센서(26a, 26b, 26c)를 경유하여 제어 모듈(C)로 되먹임하게 된다. 그리고 이에 따라 최적의 작동 데이터가 유지되거나 다시 선택이 될 수 있다.

다른 한편으로 본 발명에 따른 냉동 장치에서 축전지의 작동 및 구동 모터의의 작동은 전체 작동에서 주요한 기능을 한다. 그러므로 축전지의 작동의 일정한 주기로 정밀하게 감시될 필요가 있다. 축전지의 작동은 온도 및 압력에 의하여 영향을 받을 수 있으므로 축전지의 적절한 작동을 위하여 온도 및 압력이 일정한 주기로 측정이 되고 그리고 그에 따라 축전지의 방전 및 충전이 제어될 필요가 있다. 추가로 주행이 이루어지는 경우라고 할지라도 엔진으로부터 발전이 어려운 상황이 발생될 수 있다. 이와 같은 상황을 감지하기 위한 리셋 작동 센서(29)가 별도로 설치될 수 있다. 리셋 작동 센서(29)는 축전지의 온도, 압력 또는 엔진의 비상 상태를 탐지하기 위한 것으로 예를 들어 허용된 온도 범위, 압력 범위 또는 엔진의 비상 상태가 발생되는 경우 축전지의 충전 또는 방전을 중단시킬 수 있다. 특별히 리셋 작동 센서(29)에서 측정된 압력 값에 의하여 축전지의 충전 또는 방전 조건이 결정될 수 있다. 축전지의 충전 또는 방전은 외부 압력에 영향을 받을 수 있고 그에 따라 구동 모터의 작동 상태가 달라질 수 있다. 그러므로 리셋 작동 센서(29)는 축전지의 작동과 관련된 적정 압력에 대한 데이터를 가질 수 있고 압력 변화가 만약 변화가 요구되는 수준이 되는 경우 이를 제어 모듈(C)로 전송할 수 있다. 제어 모듈(C)은 압력 변화에 따른 적정 수준의 방전 또는 충전 조건에 대한 데이터를 가질 수 있고 이에 따라 축전지의 충전 또는 방전 조건을 다시 설정할 수 있다.

다른 한편으로 본 발명에 따른 냉각 장치 또는 축전지에 외부 전원에 연결되도록 하기 위한 외부 연결 어댑터(EO)가 설치될 수 있다. 구체적으로 외부 전원은 예를 들어 축전지로 직접 연결이 될 수 있고 차량 정지 중에 연결될 수 있다. 배터리 관리 유닛은 외부 전원의 연결을 위한 스위칭 유닛을 가질 수 있고 외부 전원의 연결에 따른 외부 교류 전원을 직류로 변환하는 변환 장치, 과전압 차단 장치 또는 과전류 차단 장치가 배치될 수 있다. 외부 전원(EO)이 연결되면 배터리 관리 모듈은 이를 제어 모듈(C)로 연결 신호를 전송할 수 있다. 실질적으로 외부 전원의 의한 충전 과정은 배터리 관리 모듈에 의하여 이루어질 수 있고 제어 모듈(C)은 발전기와 배터리 모듈의 연결 상태를 제어하게 된다. 필요에 따라 외부 연결 어댑터(EO)는 자체적으로 외부 교류 전원을 직류로 변환하는 인버터, 과전압 차단 장치 또는 과전류 차단 장치를 포함할 수 있다.

다양한 방법으로 제어 모듈(C)에 의하여 냉동 장치가 작동될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

아래에서 본 발명에 따른 냉동 장치의 작동 과정에 대하여 설명된다.

도 3은 본 발명에 따른 냉동 장치의 작동 방법에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 엔진 또는 크랭크축에 연결된 발전기에 의하여 기전력 발생되어 인버터에 의하여 변환이 될 수 있다(S31). 발전기는 예를 들어 계자 코일이 감겨진 스테이터(stator)와 로터로 이루어질 수 있고 발전기에서 발생된 기전력은 엔진의 회전 속도(RPM)에 관계없이 일정 수준으로 유지되도록 제어될 수 있다. 일정 수준의 전압을 예를 들어 축전지의 충전에서 요구되는 적절한 전압을 의미한다. 발전기에서 발생되는 기전력을 일정 수준으로 유지하기 위하여 예를 들어 계장 제어 유닛과 같은 것이 설치될 수 있고 계장 제어 유닛은 엔진의 회전 속도에 따라 발생되는 전압을 미리 결정된 범위로 조절하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 미리 결정된 범위는 DC 20 내지 30 V가 될 수 있고 그리고 엔진의 회전 속도에 관계없이 유지되도록 조절될 수 있다.

전압 제어가 된 기전력에 의하여 배터리가 충전이 될 수 있다(S32). 배터리의 충전 과정은 예를 들어 배터리 관리 유닛에 의하여 제어될 수 있고 만약 배터리가 다수 개의 셀로 이루어진 리튬-이온 배터리가 된다면 각각의 셀은 충전이 방전 상태에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 배터리의 충전 과정에서 구동 모터의 작동 조건이 탐지될 수 있다(S33). 작동 조건은 컨테이너의 상태, 배터리의 충전 상태 또는 엔진의 구동 상태에 따라 결정될 수 있다.

작동 조건이 선택이 되면(S33), 제어 모듈에 의하여 미리 결정된 조건에 따라 적절한 작동 데이터가 선택될 수 있다(S34). 작동 데이터는 미리 결정된 작동 결정 데이터로부터 선택이 될 수 있다. 작동 선택이 되면 그에 따라 구동 모터가 작동이 될 수 있고 그리고 주기적으로 작동이 탐지될 수 있다(S35).

주기적으로 작동 탐지가 되면서 제어 모듈에 의하여 작동 조건이 허용 범위 내에 있는지 여부가 탐지될 수 있다(S36). 구동 모터의 작동에 의하여 컨테이너의 상태가 변화될 수 있고 그리고 배터리의 충전 정도에 따라 방전 조건이 달라질 수 있다. 그에 따라 동기식 유도 모터 모터와 같은 구동 모터의 회전수가 적절하게 작동 데이터에 따라 조절이 될 수 있다.

만약 허용 범위 내에 있지 않다면(NO) 다시 작동 선택이 될 수 있고(S34), 이에 비하여 허용 범위 내에 있다면, 주기적으로 배터리의 압력 또는 온도가 탐지될 수 있다. 배터리의 압력 또는 온도는 수준에 따라 배터리의 작동에 영향을 미칠 수 있다. 위에서 설명된 리셋 작동 센서는 작동 조건이 변경이 되어야 할 압력 변화 범위 또는 온도 변화 범위를 가질 수 있다. 그리고 주기적으로 압력 변화 범위 또는 온도 변화 범위에 해당되는지 여부가 탐지될 수 있다(S38). 예를 들어 압력 변화 범위는 5 mbar 내지 10 mbar가 될 수 있고 그리고 온도 변화 범위는 5 내지 10 ℃가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

만약 작동 변경 수준이 되지 않는다면(NO), 작동 과정에서 발생된 다양한 데이터가 저장이 될 수 있다(S39). 이에 비하여 정해진 변화 범위에 해당된다면(YES) 리셋 작동 센서는 이를 제어 모듈에 전달할 수 있다.

리셋 제어 센서로부터 전달된 값에 따라 제어 모듈은 다시 작동 선택을 할 수 있고(S34) 그리고 그에 따라 구동 모터가 작동이 될 수 있다. 작동 과정에서 발생되는 다양한 데이터는 예를 들어 미리 결정된 작동 결정 데이터에서 발생되는 오차와 같은 것을 의미하고 차후 작동 결정 데이터의 갱신을 위하여 사용될 수 있다. 작동과 관련된 다양한 데이터가 저장될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 냉동 장치는 차량의 운행 상태와 관계없이 독립적으로 작동되는 것에 의하여 냉동 컨테이너의 냉동 상태가 요구되는 일정 수준으로 유지될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치는 차량의 공회전으로 인한 에너지의 낭비가 방지되도록 하면서 온실 가스 배출이 저감될 수 있도록 한다는 장점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치는 다양한 형태의 자동차에 적용될 수 있도록 모듈화가 가능하도록 한다는 이점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치는 엔진 크랭크축에 벨트로 연결되어 구동하는 냉매 압축기 대신에 발전기에 의해 전력이 생산되고 그 전력으로 모터 속도를 제어하여 냉매 압축기를 구동하는 구조를 적용하는 것에 의하여 냉매 압축기의 회전 속도가 엔진 속도에 영향을 받지 않기 때문에 고속 운행시 과도하게 연료가 소모되는 것을 방지 하므로 환경 친화적이라는 장점을 가진다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

11a: 발전기 11b: 인버터
12: 배터리 관리 유닛 14: 사이클 제어 유닛
13: 축전지 15: 구동 모터
15a: 센서 16a, 16b: 센서
21: 제어 모듈 22: 데이터 저장 유닛
23: 결정 유닛 25: 작동 유닛
26a, 26b, 26c:센서

Claims

회전자(rotor)에 전력을 전달하기위한 브러시(brush), 3상 또는 6상 코일로 권선된 고정자(stator)를 구비한 교류 발전기;
교류를 직류로 변환시키기 위한 적어도 6개의 반도체 정류 소자, 정류 소자의 방열을 위한 방열 수단, 직류 전원 평활 소자, 브러시로 공급되는 전류를 제어하여 직류 전압을 유지해 주는 회전자 계장(magnetic field)제어 장치;
3상 코일로 권선된 고정자, 고정자의 자계에 의해 유도되는 회전자, 고정자 코일의 전류 위상을 제어하여 회전수가 조절되는 모터;
상기 모터 축에 연결된 스크롤 방식의 냉매 압축기;
구동부 전압과 전류를 수시로 조절하는 전원 장치;
및 컨테이너의 내부 온도를 유지하면서 연료를 절감하도록 냉매 압축기의 토출량이 수시로 조절되는 구조를 특징으로 하는 화물차용 전기식 냉매 사이클 장치.
청구항 1에 있어서, 발전기의 기전력에 의하여 충전되며, 전원장치에 전력을 공급하여 차량 정지시에도 냉매 싸이클을 구동시키는 배터리 모듈;
상기 배터리 모듈은 직렬 또는 병렬로 연결 되고 충전이 가능한 적어도 4개의 단위 셀을 포함하는 화물차용 전기식 냉매 사이클 장치.
청구항 1에 있어서, 차량이 정지된 상태에서 외부 교류 전원에 연결이 되도록 하는 외부 연결 어댑터를 더 포함하고, 상기 외부 연결 어댑터는 과전압 차단 장치 및 과전류 차단 장치, 외부 교류 전원을 직류로 변환하는 정류 장치, 외부 교류 전원 인가시 자동으로 차량 내부 전원을 차단하는 전원 전환장치를 포함하는 화물차용 전기식 냉매 사이클 장치.