KR101610387B1 - 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 하이브리드 굴삭기에서 엔진 냉각수를 이용하여 하이브리드 부품의 과열을 방지하고 하이브리드 부품을 예열할 수 있는 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 엔진 냉각수의 순환 경로를 변경하여, 하이브리드 부품의 예열 시에는 엔진에서 유출된 상대적으로 고온인 엔진 냉각수가 하이브리드 냉각수와 열 교환하도록 하고, 하이브리드 부품의 과열 시에는 엔진 라디에이터를 통과한 상대적으로 저온인 엔진 냉각수가 하이브리드 냉각수와 열 교환하도록 한다. 본 발명은 시스템의 과열 방지 및 예열을 위한 과열방지 장치 또는 히터 등의 추가적인 부품이 필요 없기 때문에 하이브리드 시스템의 부피 공간을 줄이고 제품의 단가 및 전력 소비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

하이브리드, 굴삭기, 냉각, 라디에이터

Description

하이브리드 건설기계의 냉각 시스템{COOLING SYSTEM FOR CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 하이브리드 굴삭기에서 엔진 냉각수를 이용하여 하이브리드 부품의 과열을 방지하고 하이브리드 부품을 예열할 수 있는 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템에 관한 것이다.

굴삭기는 토목, 건축, 건설 현장에서 땅을 파는 굴삭작업, 토사를 운반하는 적재작업, 건물을 해체하는 파쇄작업, 지면을 정리하는 정지작업 등의 작업을 행하는 건설기계로서 장비의 이동 역할을 하는 주행체, 주행체에 탑재되어 360도 회전하는 상부 선회체, 붐·암·버킷으로 이루어진 전부 장치로 구성되어 있다.

일반적인 굴삭기에서는 엔진의 구동력에 의한 유압 펌프의 유량 토출만을 이용하여 선회 및 전부장치의 동작이 수행되었다. 이와 같이 유압 시스템에 의해 동작하는 굴삭기는 선회 및 전부장치의 동작 시 에너지 낭비가 많고 이로 인한 이산화탄소 배출량이 많다.

이와 달리 하이브리는 굴삭기는 선회 및 전부장치의 동작 시 버려지는 에너 지를 전기로 저장했다가 과부하 작업 시 저장해 둔 전기로 부족한 엔진 출력을 보충할 수 있다. 하이브리는 굴삭기는 연료의 과소비를 줄여 에너지 효율을 극대화할 수 있고 배기 가스 발생을 줄일 수 있는 경제성과 친환경에 초점을 맞춘 것이다.

이를 위해 하이브리드 굴삭기는 작업 시 버려지는 에너지를 전기로 변환하는 전력변환장치, 변환된 전기를 저장하는 커패시터 등을 구비한다.

하이브리드 굴삭기는 일반적인 굴삭기와 달리 전력변환 장치, 커패시터 등의 여러 부품이 추가되면서 엔진 냉각계와 별도로 냉각 시스템을 구성하여 부품의 과열을 방지한다.

도 1은 종래 하이브리드 굴삭기의 냉각 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 하이브리드 굴삭기의 냉각 시스템은 크게 냉각수 탱크(22), 펌프(10), 라디에이터(20), 냉각 부하(30) 등으로 구성된다. 냉각 부하(30)는 전력변환 장치(12), 울트라 커패시터(UC)(14), 선회 전동기(16), 엔진 보조 전동기(18) 등을 포함한다.

냉각 부하(30)를 통과한 냉각수는 라디에이터(20)를 통해 방열되어 냉각수 탱크(22)로 유입된 후 펌프(10)를 통해 다시 유출되는 과정을 반복함으로써 순환된다. 라디에이터(20)는 자체 방열 외에 엔진(24)의 회전력에 의해 구동하는 팬을 통해 공랭효과를 얻을 수 있다.

그러나 하이브리드 굴삭기에서 하이브리드 시스템이 동작하는 동안 시스템 과열이 종종 발생하여 냉각수의 온도가 과다 상승함으로써 하이브리드 시스템이 오 동작하는 문제점이 있다.

한편, 혹한지나 작업장의 온도가 영하인 환경에서 실외에 장착된 하이브리드 시스템이 충분히 예열되지 않으면 효율이 저하되거나 정상적인 동작이 수행되기 어려운 상황이 발생할 수 있다. 또한, 수냉식 냉각 방식에서 전력변환 장치나 울트라 커패시터가 동파될 경우 제품의 기능이 상실될 위험성이 있다.

이를 위해 하이브리드 시스템에 히터를 구비하여 냉각수를 가열함으로써 작업 전 예열을 수행하고 하이브리드 부품의 동파를 방지하고 있다. 그러나 별도의 히터를 구비해야 하므로 하이브리드 시스템의 부피 공간이 증가하고 히터 사용에 의한 단가 및 전력 사용이 증가되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 하이브리드 건설기계의 동작 시 하이브리드 시스템의 과열을 방지할 수 있는 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하이브리드 건설기계의 동작 전 히터 등의 추가적인 장치 없이 하이브리드 시스템을 예열할 수 있는 건설기계의 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

이를 위하여, 본 발명에 의한 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템은, 하이브리드 냉각수를 이용하여 하이브리드의 냉각 부하를 냉각시키는 하이브리드 라디에 이터와, 엔진 냉각수를 이용하여 엔진을 냉각시키는 엔진 라디에이터와, 일단은 상기 엔진 라디에이터의 유입 단에 연결되고 타단은 상기 엔진 라디에이터의 유출 단에 연결되어 상기 하이브리드 라디에이터를 통과하는 제1 배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이, 본 발명은 단순히 기존 엔진 냉각수의 순환 경로를 변경하는 것만으로, 하이브리드 시스템의 과열을 방지하고 하이브리드 시스템을 예열할 수 있기 때문에, 이를 위한 과열방지 장치 또는 히터 등의 추가적인 부품이 필요 없고 이에 따라 하이브리드 시스템의 부피 공간을 줄이고 제품의 단가 및 전력 소비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 첨부하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 냉각 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 냉각 시스 템은, 하이브리드 냉각수를 저장하는 냉각수 탱크(22), 냉각수 탱크(22)로부터 하이브리드 냉각수를 토출시키는 펌프(10), 하이브리드 냉각수에 의해 냉각되는 냉각 부하(30), 냉각 부하(30)에 의해 열 상승된 하이브리드 냉각수를 방열하여 냉각시키는 하이브리드 라디에이터(21), 엔진 냉각수를 이용하여 엔진(24)을 냉각시키는 엔진 라디에이터(23), 하이브리드 라디에이터(21)에서 엔진 냉각수와 하이브리드 냉각수 간의 열 교환을 위해 엔진 냉각수의 순환 경로를 변경하는 엔진 냉각수 배관(L1, L2), 엔진 냉각수의 흐름을 조정하기 위한 밸브(25, 27), 엔진 냉각수의 역류를 방지하기 위한 역류방지 밸브(28, 29) 등으로 구성된다.

제1 밸브(25)는 엔진 라디에이터(23)의 유입 단에 설치되어 엔진(24)으로부터 배관(LE2)를 통해 유출된 엔진 냉각수를 엔진 라이데이터(23) 또는 제1 배관(L1)으로 흘려 보내는 역할을 수행한다. 이를 위해 제1 밸브(25)는 3개의 통로를 가진 3-Way 밸브를 사용한다.

제2 밸브(27)는 제2 배관(L2)에 설치되어 엔진 라디에이터(23)를 통과한 엔진 냉각수를 제2 배관(L2)을 통해 제1 배관(L1)으로 흘려 보내는 역할을 수행한다.

제1 배관(L1)은, 그 일단이 제1 밸브(25)에 연결되고 타단이 엔진 라디에이터(23)의 유출 단에 연결되어, 하이브리드 라디에이터(21)를 통과한다.

제2 배관(L2)은, 그 일단이 제1 밸브(25)에 연결되고 타단이 엔진 라디에이터(23)의 유출 단에 연결되어, 제1 배관(L1)과 병렬적으로 연결된다.

제1 역류방지 밸브(28)는 하이브리드 라디에이터(21)를 통과한 제1 배관(L1)의 유출 단에 설치된다. 제1 역류방지 밸브(28)는 엔진 라디에이터(23)를 통과한 엔진 냉각수가 제1 배관(L1)으로 흘러 들어가는 것을 방지하여 엔진 냉각수의 전량이 배관(LE1)을 통해 엔진(24)으로 유입되도록 한다.

제2 역류방지 밸브(29)는 엔진 라디에이터(23)의 유출 단에 설치된다. 제2 역류방지 밸브(29)는 하이브리드 라디에이터(21)를 통과하여 제1 배관(L1)을 통해 흘러 나온 엔진 냉각수가 엔진 라디에이터(23)로 유입되는 것을 방지하여 엔진 냉각수의 전량이 배관(LE1)을 통해 엔진(24)으로 유입되도록 한다.

상기와 같이 구성된 하이브리드 굴삭기의 냉각 시스템에서, 평상 시 하이브리드 라디에이터(21)와 엔진 라디에이터(23)는 독립적으로 동작한다. 하이브리드 냉각수는 냉각 부하(30)를 지나서 하이브리드 라디에이터(21)를 통과하면서 냉각된다. 엔진 냉각수는 밸브(25, 27)가 폐쇄되어 하이브리드 라디에이터(21)로 유입되지 않고 엔진 냉각수의 전량이 엔진 라디에이터(23)로 유입된다.

이하, 냉각 부하(30)의 예열 및 과열 방지 동작을 살펴 본다.

하이브리드 굴삭기의 냉각 부하(30)의 예열을 위해, 먼저 제1 밸브(25)는 통로 개폐 동작에 의해 엔진(24)으로부터 배관(LE2)를 통해 유출된 엔진 냉각수를 제1 배관(L1)을 통해 흘려 보낸다. 제1 배관(L1)을 통해 하이브리드 라디에이터(21)로 유입된 엔진 냉각수는 배관(LH)룰 통해 지나가는 하이브리드 냉각수와 열 교환하여 하이브리드 냉각수의 온도가 증가된다. 온도가 상승된 하이브리드 냉각수는 냉각수로를 지나면서 냉각 부하(30)를 예열시킨다.

하이브리드 굴삭기의 냉각 부하(30)가 과열된 경우, 먼저 제1 밸브(25)는 엔진(24)으로부터 유출된 엔진 냉각수를 엔진 라디에이터(23)로 흘려 보내고, 제2 밸 브(27)는 배관(LE)을 통해 엔진 라디에이터(23)를 통과한 엔진 냉각수를 제2 배관(L2)을 통해 제1 배관(L1)으로 흘려 보낸다. 제1 배관(L1)을 통해 하이브리드 라디에이터(21)로 유입된 엔진 냉각수는 배관(LH)을 통해 지나가는 하이브리드 냉각수와 열 교환하여 하이브리드 냉각수의 온도가 감소된다. 온도가 하강된 하이브리드 냉각수는 냉각수로를 지나면서 냉각 부하(30)를 냉각시킨다.

본 발명은 하이브리드 굴삭기의 냉각 시스템을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각 시스템을 구비한 모든 하이브리드 건설기계에 적용 가능한 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

도 1은 종래 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10: 펌프 20, 21: 하이브리드 라디에이터

22: 냉각수 탱크 23: 엔진 라디에이터

24: 엔진 25: 제1 전자밸브

27: 제2 전자밸브 28: 제1 역류방지 밸브

29: 제2 역류방지 밸브 30: 냉각 부하

Claims (6)

1. 하이브리드 냉각수를 이용하여 하이브리드의 냉각 부하를 냉각시키는 하이브리드 라디에이터와,

   엔진 냉각수를 이용하여 엔진을 냉각시키는 엔진 라디에이터와,

   일단은 상기 엔진 라디에이터의 유입 단에 연결되고 타단은 상기 엔진 라디에이터의 유출 단에 연결되어 상기 하이브리드 라디에이터를 통과하는 제1 배관

   을 포함하고,

   상기 엔진 라디에이터의 유입 단에 설치된 제1 밸브, 일단이 상기 제1 밸브에 연결되고 타단이 상기 엔진 라디에이터의 유출 단에 연결되어 상기 제1 배관에 연결되는 제2 배관, 및 상기 제2 배관에 설치된 제2 밸브를 더 포함하고,

   상기 하이브리드의 냉각 부하가 과열된 경우,

   상기 제1 밸브는 엔진으로부터 유출된 엔진 냉각수를 상기 엔진 라디에이터로 흘려 보내고,

   상기 제2 밸브는 상기 엔진 라디에이터를 통과한 엔진 냉각수를 상기 제2 배관을 통해 상기 제1 배관으로 흘려 보내고,

   상기 제1 배관을 통해 상기 하이브리드 라디에이터로 유입된 엔진 냉각수는 상기 하이브리드 냉각수와 열 교환하여 상기 하이브리드 냉각수의 온도가 감소하는것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 배관의 유출 단에 설치된 제1 역류방지 밸브와,

   상기 엔진 라디에이터의 유출 단에 설치된 제2 역류방지 밸브를 더 포함하여,

   상기 제1 역류방지 밸브는 상기 엔진 라디에이터를 통과한 엔진 냉각수가 상기 제1 배관으로 흘러 들어가는 것을 방지하고,

   상기 제2 역류방지 밸브는 상기 하이브리드 라디에이터를 통과하여 상기 제1 배관을 통해 흘러 나온 엔진 냉각수가 상기 엔진 라디에이터로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 하이브리드의 냉각 부하를 예열하는 경우,

   상기 제1 밸브는 상기 엔진으로부터 유출된 엔진 냉각수를 상기 제1 배관을 통해 흘려 보내고,

   상기 제1 배관을 통해 상기 하이브리드 라디에이터로 유입된 엔진 냉각수는 상기 하이브리드 냉각수와 열 교환하여 상기 하이브리드 냉각수의 온도가 증가하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 냉각 시스템.
6. 삭제

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