KR101878728B1

KR101878728B1 - 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템 및 그의 제어방법

Info

Publication number: KR101878728B1
Application number: KR1020160184158A
Authority: KR
Inventors: 임태우; 김종수
Original assignee: 한국해양대학교 산학협력단
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-07-16
Also published as: KR20180078898A

Abstract

냉매의 온도가 유지되도록 제어하고 시스템의 크기를 컴팩트화하여 에너지 효율 및 구동신뢰성이 개선되도록, 본 발명은 순환라인을 따라 순환되는 냉매가 저장되며, 상기 냉매를 선택적으로 예열하는 냉매예열부를 포함하는 저장탱크; 상기 저장탱크에 저장된 냉매를 순환시키는 순환펌프; 상기 순환펌프로부터 공급된 냉매가 냉각대상장치의 발열부와 열교환되어 상변화되는 증발열교환기; 상기 증발열교환기로부터 토출된 냉매를 외부냉각수와의 열교환에 의해 응축시켜 상기 저장탱크로 공급하는 응축열교환기; 상기 응축열교환기의 토출단측에 구비되어 상기 응축열교환기로부터 응축된 냉매의 온도를 검출하는 제1온도센서; 및 상기 제1온도센서에 의해 검출된 제1온도 검출치에 따라 상기 냉매예열부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템을 제공한다.

Description

전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템 및 그의 제어방법{cooling system for converter unit of a electric propulsion ship and control method for thereof}

본 발명은 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매의 온도가 유지되도록 제어하고 시스템의 크기를 컴팩트화하여 에너지 효율 및 구동신뢰성이 개선된 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기추진선박의 주요 열 발생 장치들은 전력변환장치를 구성하는 정류기(rectifier), 인버터(inverter) 그리고 직류 링크단의 캐패시터(DC link capacitors) 등이라 할 수 있다.

여기서, 상기 주요 열 발생 장치들을 컨버터 유닛(converter unit)이라 칭할 수 있으며, 전기추진선박에는 상기 컨버터 유닛과 같은 냉각대상장치를 냉각하기 위한 냉각시스템이 구비된다. 이때, 종래의 냉각시스템은 폐루프로 구성하여 상기 발열장치를 냉각하며 열교환기를 통해 해수로 냉각수를 냉각하는 2차 냉각한다.

도 1은 종래의 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(10)은 펌프(1), 열교환부(2), 냉매관리부(3)를 포함하여 구비된다.

여기서, 상기 펌프(1)는 냉각이 필요한 상기 컨버터 유닛 등의 냉각대상장치(F)의 발열부에 냉각수가 순환되도록 순환력을 제공한다. 이때, 상기 냉각수는 전기전도도를 기준치 이내로 유지하도록 순수(증류수)로 구비되되, 저온에서의 빙결 및 서리방지를 위해 클리콜(glycol)이 함유된다.

또한, 상기 열교환부(2)는 상기 냉각대상장치(F)의 발열부를 냉각 후 온도가 상승된 냉각수와의 열교환을 통해 냉매의 온도를 하강시키며, 청수나 해수 등을 이용하여 상기 냉각수를 냉각시킬 수 있다.

그리고, 상기 냉각수는 기설정된 조건에 대응하여 상기 펌프(1)의 토출단으로부터 분기되는 냉매관리부(3)로 유입된다. 여기서, 상기 냉각수는 기설정된 조건을 충족하는 경우 상기 펌프(1)로부터 상기 열교환부(2)로 유입되되, 기설정된 조건에 충족하지 못하는 경우 상기 냉매관리부(3)로 유입된다. 즉, 상기 냉각수가 기설정된 조건에 충족하지 못하면 상기 열교환부(2) 유입단측에 구비된 차단밸브(2a)가 폐쇄됨에 따라 상기 냉각수는 상기 냉매관리부(3) 방향으로 유입될 수 있다.

한편, 상기 냉매관리부(3)는 이온필터(3a), 팽창탱크(3b), 공기제거탱크(3c)를 포함하여 구비된다.

먼저, 상기 냉각수는 상기 이온필터(3a)로 유입되며, 상기 이온필터(3a)는 측정된 냉각수의 전기전도도가 기준치를 초과할 경우 상기 냉각수의 전기전도도를 감소시켜 시스템 내의 부식이 방지되도록 상기 냉각수와 이온을 교환한다.

그리고, 상기 이온필터(3a)로부터 토출된 냉각수는 상기 팽창탱크(3b)로 유입되며, 상기 팽창탱크(3b)에는 온도상승에 따라 팽창된 냉각수가 모두 수용되어 공기의 침입이 방지될 수 있다. 또한, 상기 공기제거탱크(3c)를 통해 상기 팽창탱크(3b)로부터 유입된 냉각수의 공기가 외부로 배출될 수 있으며, 공기가 배출된 냉각수가 상기 펌프(1)로 유입되어 시스템상에 순환됨으로써 상기 냉각대상장치(F)가 지속적으로 냉각될 수 있다.

그러나, 종래의 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(10)은 단상 냉각시스템으로 많은 용량의 상기 냉각수가 필요하여 상기 냉각수의 순환을 위한 전력 소모가 많이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 냉각수의 전기전도도 및 압력이 기준치에 대응하여 유지되도록 설치되는 구성 부품이 증가함에 따라 넓은 설치공간을 필요로 하므로 설치공간의 활용성이 저하되는 문제점이 있었다. 더욱이, 상기 이온필터(3a)는 주기적인 교환이 요구되므로 폐기 처리비용과 교체비용이 증가함에 따라 경제성이 저하되는 문제점이 있었다.

그리고, 상기 냉각수는 선박의 운항환경 또는 상기 냉각대상장치(F)에 따라 상기 글리콜의 함유량을 상이하게 설정해야 하므로 유지보수 및 관리의 불편한 문제점이 있었다.

한국 공개특허 제10-2016-0006296호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 냉매의 온도가 유지되도록 제어하고 시스템의 크기를 컴팩트화하여 에너지 효율 및 구동신뢰성이 개선된 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 순환라인을 따라 순환되는 냉매가 저장되며, 상기 냉매를 선택적으로 예열하는 냉매예열부를 포함하는 저장탱크; 상기 저장탱크에 저장된 냉매를 순환시키는 순환펌프; 상기 순환펌프로부터 공급된 냉매가 냉각대상장치의 발열부와 열교환되어 상변화되는 증발열교환기; 상기 증발열교환기로부터 토출된 냉매를 외부냉각수와의 열교환에 의해 응축시켜 상기 저장탱크로 공급하는 응축열교환기; 상기 응축열교환기의 토출단측에 구비되어 상기 응축열교환기로부터 응축된 냉매의 온도를 검출하는 제1온도센서; 및 상기 제1온도센서에 의해 검출된 제1온도 검출치에 따라 상기 냉매예열부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템을 제공한다.

한편, 본 발명은 내부에 냉매예열부가 구비된 저장탱크, 순환펌프, 냉각대상장치와 열교환을 이루는 증발열교환기, 그리고 응축열교환기로 냉매를 순환시키는 순환라인을 포함하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 제어방법에 있어서, 상기 응축열교환기의 토출단에 구비된 제1온도센서에 의해 냉매의 온도를 검출하는 제1단계; 및 제1온도센서에 의해 검출된 제1온도 검출치가 기설정된 온도범위의 하한값 미만이면 상기 냉매예열부를 구동하여 상기 냉매를 비등온도 부근의 기설정된 예열온도로 예열하는 제2단계를 포함하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 제어방법을 제공한다.

본 발명은 상기의 해결 수단을 통하여 본 발명에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템 및 그의 제어방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 제어부는 냉매의 온도가 기설정된 온도범위의 하한값 미만인 경우, 상기 냉매예열부를 구동하여 과냉각된 냉매가 이상유동될 수 있는 예열온도에 도달할 때까지 예열되도록 정밀하게 제어하므로 냉각대상장치에 대한 냉각효율이 현저히 향상될 수 있다.

둘째, 상기 제어부는 냉매의 온도가 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하는 경우 상기 응축열교환기에 냉매가 순환되도록 연결된 바이패스라인을 개방하여 불응축된 냉매가 예열온도에 도달할 때까지 냉각되도록 제어하므로 냉각효율이 극대화될 뿐만 아니라 시스템의 구동신뢰성이 현저히 향상될 수 있다.

셋째, 상기 냉각대상장치의 발열부는 상기 증발열교환기를 통해 열교환되어 기체로 상변화된 냉매의 증발 잠열에 의해 열이 흡수됨에 따라 냉각되므로 냉매의 압축을 위한 압축기의 설치가 요구되지 않아 소비되는 전력을 절감하여 에너지 효율이 현저히 개선될 수 있다.

넷째, 상기 냉매에는 불소계 화합물이 포함되어 증류수에 비해 전기전도도가 낮아 전기전도도의 유지를 위한 이온필터가 요구되지 않아 교체에 따른 폐기 처리비용과 교체비용이 절감되어 경제성이 현저히 개선될 뿐만 아니라 시스템의 크기가 컴팩트화되어 설치비용과 공간이 절약되고 유지보수성이 더욱 개선될 수 있다.

다섯째, 상기 제어부는 상기 냉각대상장치의 발열 상태에 대응하여 상기 증발열교환기에 공급되는 냉매의 유량이 조절되도록 상기 순환펌프의 펌핑력을 제어하므로 상기 냉각대상장치의 온도가 정밀하게 제어되어 작동 효율이 더욱 개선될 수 있다.

도 1은 종래의 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 제어방법을 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 냉매를 기설정된 예열온도로 예열하는 과정을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 바이패스라인이 선택적으로 개폐되는 과정을 나타낸 흐름도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 변형예를 나타낸 블록도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템을 나타낸 블록도이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(200)은 저장탱크(110), 순환펌프(120), 증발열교환기(130), 응축열교환기(140), 제1온도센서(150) 그리고 제어부(160)를 포함하여 구비된다.

여기서, 상기 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(200)은 냉매를 이용하여 전기추진선박내 냉각대상장치(F)의 발열부를 냉각시키는 폐루프(closed-loop) 냉각시스템으로 이해함이 바람직하다.

이때, 상기 냉각대상장치(F)이라 함은 전기추진선박의 전력변환장치를 구성하는 정류기(rectifier), 인버터(inverter) 그리고 직류 링크단의 캐패시터(DC link capacitors) 등을 포함하는 컨버터 유닛(converter unit)으로 이해함이 바람직하다.

이러한, 상기 냉각대상장치(F)는 전력변환 과정에서 많은 열이 발생하므로 구성 부품의 내구성과 작동 효율이 향상되도록 냉각을 위하여 상기 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(200)이 설치된다.

한편, 상기 저장탱크(110)에는 상기 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(200)의 순환라인을 따라 순환되는 냉매가 저장됨이 바람직하다. 여기서, 상기 저장탱크(110)에는 내부에 저장공간이 형성되며 상기 냉매가 수용되며, 상기 냉각대상장치(F)가 냉각되도록 상기 저장공간으로부터 상기 순환라인이 연결되어 상기 냉매가 공급될 수 있다.

여기서, 상기 순환라인은 내부에 유체가 유동될 수 있는 파이프 또는 배관 등으로 이해함이 바람직하다.

이때, 상기 냉매는 불소계 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나로 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 불소계 화합물은 퍼플루오로헥산(perfluorhexan), 퍼플루오로-N-메틸모르폴린(perfluor-N-methylmorpholine), 퍼플루오로헵탄(perfluorheptane), 퍼플루오로-N-알킬모르폴린(perfluor-N-alkylmorpholine)으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나로 구비될 수 있다.

예컨대, 상기 냉매는 3M 사의 플루오리너트(fluorinert)인 FC-72를 주요 작동 냉매로 사용될 수 있으나, 경우에 따라 시스템의 작동 압력, 비등온도 등을 고려하여 FC-3284, FC-84, FC-770 등의 냉매로 사용될 수도 있다.

여기서, 상기 냉매가 비등온도 부근의 온도로 예열된 상태에서 상기 순환라인을 따라 이상 유동되는 경우, 상기 냉매는 상기 냉각대상장치(F)의 발열부와 열교환되어 비등온도에 도달하며 기체로 상변화된다. 이때, 상기 냉매가 기체로 상변화됨에 따라 발생하는 증발 잠열에 의해 상기 냉각대상장치(F)의 발열부에서 발생되는 열이 흡수된다. 이때, 상기 냉매는 증류수와 동일한 유량으로 구비되는 경우 증류수보다 비등온도가 낮으므로 증류수보다 더 많은 열량을 흡수할 수 있다.

이에 따라, 상기 냉매는 종래의 증류수보다 적은 유량으로도 증류수와 동일한 열량교환이 가능하므로 상기 냉매의 순환을 위한 에너지 소모가 절감되므로 에너지 효율이 현저히 개선될 수 있다.

또한, 상기 냉매는 불소계 화합물을 포함하여 구비됨에 따라 증류수보다 전기전도도가 낮으므로 전기전도도의 유지를 위한 이온필터가 없이도 시스템 내의 부식이 방지될 수 있다. 그리고, 상기 이온필터의 교체에 의한 폐기 처리비용과 교체비용이 요구되지 않아 경제성이 현저히 개선될 수 있다.

더욱이, 별도의 압력 조절을 위한 팽창탱크가 요구되지 않아 상기 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(200)의 크기가 컴팩트화 되므로 설치비용과 공간이 절약되고 유지보수성이 더욱 개선될 수 있다.

그리고, 상기 저장탱크(110)의 내부에는 상기 냉매를 선택적으로 예열하는 냉매예열부(111)가 구비됨이 바람직하다. 여기서, 상기 냉매예열부(111)에는 가열원이 구비되며 상기 제어부(160)의 제어에 대응하여 상기 냉매를 선택적으로 예열할 수 있다.

이때, 상기 냉매는 비등온도 부근의 온도로 예열되는 경우 상기 순환라인을 통해 이상유동(two phase flow)이 가능하여 냉각 효율이 향상될 수 있으며 증류수보다 적은 유량으로도 증류수와 대응되는 열교환이 가능하다.

한편, 상기 저장탱크(110)의 토출단에는 상기 순환펌프(120)가 구비됨이 바람직하다. 상세히, 상기 순환펌프(120)는 상기 저장탱크(110)에 저장된 냉매가 순환라인을 따라 순환되도록 펌핑력을 제공하며, 상기 제어부(160)의 제어에 대응하여 구동된다.

또한, 상기 순환펌프(120)의 유입단 및 토출단 측에는 상기 냉매의 역류가 방지되도록 역류방지밸브(121,122)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 역류방지밸브(121,122)는 체크밸브 등으로 구비될 수 있으며, 상기 체크밸브는 펌프의 구동 후 정지 시 중력 또는 스프링 장력에 의해 상기 체크밸브의 내부에 구비된 디스크가 자연적으로 폐쇄될 수 있다.

그리고, 상기 저장탱크(110)의 상단부에는 공기제거탱크가 구비됨이 바람직하다. 이때, 시스템 내 구성 부품의 부식이 방지되도록 상기 공기제거탱크에는 상기 냉매의 순환과정에서 발생된 공기가 유입될 수 있으며, 상기 공기제거탱크에 유입된 공기는 외부로 배출된다.

그리고, 상기 저장탱크(110)의 유입단과 상기 순환펌프(120)와 토출단 사이에는 이물질제거필터(113)가 더 구비될 수도 있다. 이때, 상기 냉매에는 상기 순환라인을 따라 순환되는 과정에서 이물질이 혼합될 수 있으며, 상기 이물질제거필터(113)에 의해 상기 이물질이 제거될 수 있다. 이를 통해, 상기 냉매의 냉각효율이 개선될 수 있으며, 구성 부품의 내구성이 향상될 수 있다.

한편, 상기 순환펌프(120)의 토출단에는 상기 증발열교환기(130)가 구비됨이 바람직하다. 상세히, 상기 증발열교환기(130)는 상기 순환펌프(120)의 토출단으로부터 공급되는 냉매가 상기 냉각대상장치(F)의 발열부와 열교환되도록 배치될 수 있다. 여기서, 상기 냉각대상장치(F)의 발열부라 함은 상기 냉각대상장치(F)로부터 실질적으로 발열이 발생되어 냉각이 필요한 부분으로 이해함이 바람직하다.

이때, 상기 순환펌프(120)의 토출단으로부터 공급된 냉매는 상기 냉각대상장치(F)의 발열부와 열교환되어 상변화된다. 즉, 상기 냉매가 기체로 상변화됨에 따라 증발 잠열에 의해 상기 냉각대상장치(F)의 발열부가 냉각될 수 있다.

한편, 상기 증발열교환기(130)의 토출단에는 상기 응축열교환기(140)가 구비됨이 바람직하다. 상세히, 상기 응축열교환기(140)는 상기 증발열교환기(130)의 토출단에 연결되어 상기 증발열교환기(130)로부터 상변화된 냉매가 유입된다. 또한, 상기 응축열교환기(140)에는 외부냉각수가 유동되는 냉각수공급라인(W)이 구비되어 상기 증발열교환기(130)로부터 토출되는 냉매가 공급되는 순환라인으로부터 열교환되도록 배치될 수 있다.

여기서, 상기 외부냉각수라 함은 청수 또는 해수 등으로 이해함이 바람직하다. 이때, 상기 외부냉각수가 유동되도록 상기 냉각수공급라인(W)에는 공급펌프가 구비될 수 있으며, 상기 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(200) 측에 청수 또는 해수가 공급 및 순환되도록 별도의 공급장치가 더 구비될 수도 있다.

이때, 상기 증발열교환기(130)로부터 상변화된 냉매는 상기 응축열교환기(140)에서 상기 외부냉각수와 열교환되어 냉각됨에 따라 응축될 수 있다.

또한, 상기 증발열교환기(130)의 토출단은 상기 저장탱크(110)의 유입단과 연결되며 상기 증발열교환기(130)로부터 응축된 냉매가 상기 저장탱크(110)에 공급될 수 있으며, 상기 저장탱크(110)에 저장된 냉매는 각 구성부품이 연결된 순환라인을 따라 순환될 수 있다.

이를 통해, 상기 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(200)은 별도의 압축기가 설치되지 않더라도 상기 냉각대상장치(F)를 냉각시킬 수 있다. 이에 따라, 별도의 압축기가 설치가 요구되지 않아 소비되는 전력을 절감하여 에너지 효율이 현저히 개선될 뿐만 아니라 시스템이 컴팩트화되므로 설치효율성이 향상될 수 있다.

한편, 상기 응축열교환기(140)의 토출단 및 상기 저장탱크(110)의 유입단 사이에는 제1온도를 검출하는 상기 제1온도센서(150)가 구비됨이 바람직하다. 여기서, 상기 제1온도라 함은 상기 응축열교환기(140)의 토출단으로부터 토출되는 응축된 냉매의 온도로 이해함이 바람직하다.

여기서, 상기 제1온도센서(150)로부터 검출된 제1온도 검출치는 상기 제어부(160)에 입력되며, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도 검출치에 따라 상기 냉매예열부(111)의 구동을 제어한다.

이때, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도 검출치가 기설정된 온도범위의 하한값 미만인 경우 상기 냉매가 예열되도록 상기 냉매예열부(111)를 제어함이 바람직하다.

상세히, 상기 증발열교환기(130)로부터 상변화된 냉매는 상기 응축열교환기(140)로 유입됨에 따라 상기 외부냉각수와의 열교환을 통해 온도가 하강한다. 이때, 상기 냉각대상장치(F)의 발열상태, 상기 외부냉각수의 온도 및 상기 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(200)이 설치된 환경 등에 따라 상기 응축열교환기(140)로부터 응축된 냉매의 온도가 상이하게 하강될 수 있다.

여기서, 상기 응축열교환기(140)로부터 응축된 냉매의 온도가 기설정된 온도범위의 하한값 미만인 경우 상기 냉각대상장치(F) 발열부가 상기 냉매의 증발 잠열에 의해 원활하게 냉각되지 않아 냉각효율이 저하될 수 있다.

따라서, 상기 제1온도센서(150)는 상기 응축열교환기(140)로부터 응축된 냉매의 온도를 실시간으로 검출하며, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도센서(150)로부터 검출된 제1온도 검출치를 입력받아 기설정된 온도범위의 하한값과 비교한다. 또한, 상기 제1온도 검출치가 기설정된 온도범위의 하한값 미만인 경우 상기 제어부(160)는 상기 저장탱크(110) 내부에 구비된 상기 냉매예열부(111)를 구동시켜 상기 저장탱크(110) 내부로 유입되거나 저장된 냉매를 예열하도록 제어한다.

여기서, 상기 기설정된 온도범위는 상기 냉매 비등온도의 89~99% 범위로 설정됨이 바람직하다.

예컨대, 상기 냉매의 비등온도가 56℃인 경우 상기 기설정된 온도범위는 50~55℃ 범위로 설정될 수 있다. 즉, 상기 기설정된 온도범위의 하한값은 50℃로 설정되며 상기 제1온도 검출치가 50℃ 미만인 경우 상기 제어부(160)에 의해 상기 냉매예열부(111)의 구동되어 상기 냉매가 예열될 수 있다.

여기서, 상기 냉매의 온도가 비등온도의 89% 미만인 경우, 상기 응축열교환기(140)로부터 응축된 냉매가 과냉각된 상태로 상기 냉각대상장치(F)의 발열부와 열교환됨에 따라 비등온도에 도달하는 시간이 증가되어 냉각효율이 감소될 수 있다. 더욱이, 냉각시간이 증가됨에 따라 상기 냉각대상장치(F)의 온도제어시 응답속도가 저하될 수 있다.

또한, 상기 냉매의 온도가 비등온도의 99% 초과인 경우, 상기 응축열교환기(140)로부터 응축된 냉매가 불응축된 상태로 상기 냉매가 실질적으로 기체상태로 상변화되어 상기 순환라인을 따라 순환됨에 따라 상기 순환펌프(120)에 공동현상(cavitation)이 발생하여 상기 순환펌프(120)의 구동 효율이 감소될 수 있다.

따라서, 상기 냉매의 온도가 비등온도의 89~99% 범위로 설정되면 상기 냉각대상장치(F)의 발열부와 열교환시 상기 냉매의 온도가 비등온도 부근에 도달해 있으므로 상기 냉매의 온도가 비등온도로 상승하는 시간이 최소화될 수 있다.

이를 통해, 상기 냉매는 상기 냉각대상장치(F)의 발열부와 열교환을 통해 비등온도에 도달하면서 상기 냉각대상장치(F)의 발열부가 즉각적으로 냉각될 수 있으므로 상기 냉각대상장치(F)의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.

물론, 경우에 따라 상기 기설정된 온도범위는 기설정된 특정 온도로 설정될 수도 있으며, 상기 기설정된 특정 온도는 상기 냉매 비등온도의 89~99% 범위 이내에 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 냉매의 비등온도가 56℃인 경우 상기 기설정된 특정 온도는 54℃로 설정될 수 있다.

한편, 상기 저장탱크(110)에는 제2온도를 검출하는 제2온도센서(180)가 구비됨이 바람직하다. 여기서, 상기 제2온도라 함은 상기 냉매예열부(111)에 의해 예열된 냉매의 온도로 이해함이 바람직하다.

상세히, 상기 저장탱크(110) 내부에는 상기 저장탱크(110)에 유입된 상기 응축열교환기(140)로부터 응축된 냉매와 상기 저장탱크(110)에 잔존하는 냉매가 혼합되어 저장된다.

여기서, 상기 제어부(160)에 의해 상기 냉매예열부(111)가 구동되어 상기 저장탱크(110)에 저장된 냉매가 예열되는 경우, 상기 저장탱크(110)에 저장된 냉매 온도를 실시간으로 확인하도록 상기 제2온도센서(180)가 상기 저장탱크(110)에 구비된다. 또한, 상기 제2온도센서(180)는 상기 냉매예열부(111)에 의해 예열된 냉매의 온도를 실시간으로 검출하며, 상기 제어부(160)는 상기 제2온도센서(180)로부터 검출된 제2온도 검출치를 입력받는다.

이때, 상기 제어부(160)는 상기 제2온도센서(180)에 의해 검출된 제2온도 검출치가 기설정된 예열온도에 도달한 경우 상기 냉매예열부(111)의 구동이 정지되도록 제어함이 바람직하다.

여기서, 상기 기설정된 예열온도는 상기 냉매의 냉각효율이 최대화되도록 상기 기설정된 온도범위 이내에 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 기설정된 예열온도는 상기 기설정된 온도범위의 하한값으로 설정될 수 있다.

상세히, 상기 제어부(160)는 상기 제2온도센서(180)로부터 상기 제2온도 검출치를 입력받아 상기 기설정된 예열온도와 실시간으로 비교한다. 이때, 상기 제2온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달하는 경우 상기 제어부(160)는 상기 냉매예열부(111)의 구동이 정지되도록 제어하여 상기 저장탱크(110) 내부에 저장된 냉매의 예열이 중단될 수 있다.

여기서, 상기 냉매예열부(111)의 구동이 정지된다 함은 상기 가열원의 발열이 단번에 중단되거나, 상기 가열원이 단계적으로 서서히 발열량이 감소하여 발열이 중단되는 것을 포괄하는 개념으로 이해함이 바람직하다.

따라서, 상기 냉매예열부(111)는 상기 제어부(160)에 의해 선택적으로 구동 또는 정지되어 상기 저장탱크(110)에 저장된 냉매를 선택적으로 예열하므로 상기 냉매는 지속적으로 기설정된 예열온도에 대응하여 온도가 유지될 수 있다. 이에 따라, 상기 냉매는 이상유동될 수 있도록 비등온도 부근의 최적의 온도로 유지되므로 상기 냉각대상장치(F)에 대한 냉각효율이 현저히 향상될 수 있다.

한편, 상기 저장탱크(110)의 토출단 측에는 토출제어밸브(112)가 더 구비될 수도 있다. 상세히, 상기 토출제어밸브(112)는 상기 제어부(160)의 제어에 대응하여 선택적으로 개폐될 수 있다.

이때, 상기 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(200)의 운용에 있어서 초기상태에는 상기 냉매가 예열되지 않은 상태이므로 상기 냉매를 예열한 후 순환되도록 상기 토출제어밸브(112)가 상기 제어부(160)에 의해 제어될 수도 있다.

상세히, 상기 제어부(160)는 상기 토출제어밸브(112)가 폐쇄되도록 제어하고 상기 제2온도 검출치가 기설정된 예열온도에 도달될 때까지 상기 냉매예열부(111)가 구동되도록 연동 제어할 수도 있다. 또한, 상기 제어부(160)에 의해 상기 토출제어밸브(112)가 폐쇄되면 상기 제어부(160)는 상기 순환펌프(120) 및 상기 응축열교환기(140)의 구동이 중지되도록 연동 제어할 수도 있다. 즉, 상기 토출제어밸브(112)가 폐쇄되면 상기 저장탱크(110)의 토출단이 폐쇄되므로 상기 냉매가 상기 저장탱크(110) 내부에 저장된 상태로 유지되므로 다른 구성부품에 사용되는 불필요한 전력 소모가 방지될 수 있다.

이때, 상기 토출제어밸브(112)가 폐쇄된 상태로 상기 제2온도 검출치가 기설정된 예열온도에 도달하는 경우, 상기 제어부(160)는 상기 토출제어밸브(112)를 개방하고 상기 순환펌프(120) 및 상기 응축열교환기(140)가 구동되도록 연동 제어할 수도 있다. 이를 통해, 상기 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(200)의 운용시 초기 상태에 발생할 수 있는 불필요한 전력소모가 방지되어 경제성이 향상될 수 있다.

한편, 상기 응축열교환기(140)의 토출단 측에는 바이패스라인(P)이 구비됨이 바람직하다.

상세히, 상기 바이패스라인(P)은 상기 응축열교환기(140)의 토출단과 연결된 순환라인으로부터 분기되어 상기 응축열교환기(140)의 유입단에 연결된 순환라인과 연결되며, 상기 바이패스라인(P)의 내부에는 상기 냉매가 유동된다. 즉, 상기 바이패스라인(P)은 상기 응축열교환기(140)의 토출단으로부터 상기 응축열교환기(140)의 유입단까지 연결되며, 상기 바이패스라인(P)을 통해 상기 냉매가 상기 응축열교환기(140)를 향해 순환될 수 있다.

이때, 상기 바이패스라인(P)이 분기된 지점에는 삼방밸브(170)가 구비됨이 바람직하다. 여기서, 상기 삼방밸브(170)는 상기 응축열교환기(140)의 토출단측에 연결된 순환라인과 연결되어 상기 바이패스라인(P)의 유입단과 상기 저장탱크(110)의 유입단이 각각 연결될 수 있다.

또한, 상기 삼방밸브(170)는 상기 제어부(160)의 제어에 대응하여 상기 바이패스라인(P)의 유입단 입구 및 상기 저장탱크(110)의 유입단 입구를 선택적으로 개폐할 수 있다. 이를 통해, 상기 응축열교환기(140)로부터 응축된 냉매는 상기 삼방밸브(170)의 개폐상태에 따라 유동방향이 상이하게 설정될 수 있다.

한편, 상기 응축열교환기(140)로부터 응축된 냉매는 상기 냉각대상장치(F)의 발열부의 발열상태 및 상기 외부냉각수의 온도에 따라 원활하게 응축되지 않아 온도가 하강하지 않은 상태로 상기 저장탱크(110)에 공급될 수 있다.

따라서, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하는 경우 상기 응축열교환기(140)로부터 상기 삼방밸브(170)에 유입된 냉매가 상기 바이패스라인(P)에 공급되도록 제어함이 바람직하다.

상세히, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도 검출치와 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 실시간으로 비교하여 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하는 경우 상기 삼방밸브(170)의 상기 바이패스라인(P) 유입단 입구가 개방되도록 상기 삼방밸브(170)를 제어한다.

이때, 상기 제어부(160)는 상기 삼방밸브(170)의 상기 바이패스라인(P) 유입단 입구가 개방되도록 제어함에 따라 상기 응축열교환기(140)의 토출단으로부터 상기 삼방밸브(170)에 유입되는 냉매가 상기 바이패스라인(P)의 유입단으로 공급될 수 있다.

여기서, 상기 삼방밸브(170)는 상기 바이패스라인(P)의 유입단 입구가 개방된 상태에서도 상기 저장탱크(110)의 유입단 입구가 개방된 상태로 유지되어 상기 저장탱크(110)에 상기 응축열교환기(140)의 토출단으로부터 유입된 냉매가 공급될 수 있다. 이때, 상기 제어부(160)에 의해 상기 저장탱크(110)에 공급되는 냉매의 유량이 조절되도록 상기 삼방밸브(170)의 상기 저장탱크(110) 유입단 입구의 개도가 조절될 수도 있다.

즉, 상기 삼방밸브(170)에 유입된 냉매의 일부는 상기 바이패스라인(P)으로 공급되어 상기 응축열교환기(140)에 순환되며, 나머지는 상기 저장탱크(110)에 공급되되 상기 저장탱크(110)에 공급되는 상기 냉매의 유량이 조절될 수도 있다.

물론, 경우에 따라 상기 제어부(160)는 상기 삼방밸브(170)의 상기 저장탱크(110) 유입단 입구가 폐쇄되고 상기 삼방밸브(170)의 상기 바이패스라인(P) 유입단 입구가 개방되도록 제어하여, 상기 삼방밸브(170)에 유입된 냉매의 전량이 상기 응축열교환기(140)에 순환될 수도 있다.

따라서, 상기 응축열교환기(140)로부터 응축되는 냉매의 일부가 상기 바이패스라인(P)을 통해 다시 상기 응축열교환기(140)에 공급되어 순환됨에 따라 반복적으로 냉각될 수 있으므로 상기 냉매의 온도가 점차적으로 하강될 수 있다.

이에 따라, 상기 냉매의 온도는 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하는 경우가 방지되어 상기 냉각대상장치(F)의 발열부에 대한 냉각효율과 상기 순환펌프(120)의 구동효율 감소가 방지되므로 구성부품의 효율성 및 내구성이 현저히 개선될 수 있다.

한편, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하는 경우 상기 냉매예열부(111)의 구동이 정지되도록 제어함이 바람직하다.

상세히, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하는 경우 상기 삼방밸브(170)를 제어하여 상기 바이패스라인(P)을 개방함에 따라 상기 응축열교환기(140)로부터 공급된 냉매가 상기 바이패스라인(P)에 공급된다.

이때, 상기 저장탱크(110)에 저장된 냉매가 상기 순환라인을 따라 순환되므로 상기 바이패스라인(P)으로부터 순환되는 상기 냉매의 일부와 상기 냉매예열부(111)로부터 예열된 냉매가 혼합되어 상기 응축열교환기(140)에 유입된다.

여기서, 상기 냉매예열부(111)가 구동되는 상태라면, 상기 냉매의 온도가 하강되도록 상기 바이패스라인(P)을 개방하여 상기 냉매의 일부가 상기 응축열교환기(140)에 순환되는 상태에서 상기 냉매예열부(111)가 상기 냉매의 나머지를 예열하게 되므로 상기 냉매의 온도 하강이 지연될 수 있다.

따라서, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하는 경우 상기 바이패스라인(P)이 개방되도록 상기 삼방밸브(170)를 제어한 후, 상기 냉매예열부(111)의 구동이 정지되도록 제어할 수 있다. 물론, 경우에 따라 상기 제어부(160)는 상기 바이패스라인(P)이 개방되도록 상기 삼방밸브(170)를 제어함과 동시에 상기 냉매예열부(111)의 구동이 정지되도록 제어할 수도 있다.

이를 통해, 상기 바이패스라인(P)을 통해 상기 응축열교환기(140)로부터 응축된 냉매가 순환됨에 따라 냉각되는 과정에서 상기 냉매예열부(111)의 구동이 정지되므로 불필요한 전력낭비가 방지되어 에너지 효율이 현저히 개선될 수 있다.

한편, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달된 경우 상기 바이패스라인(P)에 상기 냉매의 공급이 중단되도록 상기 삼방밸브(170)를 제어함이 바람직하다.

상세히, 상기 바이패스라인(P)이 개방되도록 상기 삼방밸브(170)가 제어되면 상기 바이패스라인(P)을 통해 순환되는 냉매는 상기 응축열교환기(140)로부터 응축됨에 따라 냉각된다. 이때, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도센서(150)로부터 검출되는 상기 제1온도 검출치와 상기 기설정된 예열온도를 실시간으로 비교한다.

여기서, 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달하면 상기 제어부(160)는 상기 삼방밸브(170)의 상기 바이패스라인(P) 유입단 입구가 폐쇄되도록 제어하여 상기 바이패스라인(P)에 상기 응축열교환기(140)로부터 응축된 냉매의 공급이 중단될 수 있다.

이를 통해, 상기 냉매의 온도는 상기 기설정된 온도범위 미만이거나 초과인 경우에도 상기 기설정된 예열온도에 대응하도록 상기 제어부(160)에 의해 조절되므로 상기 냉매의 방열량이 현저히 증가하여 냉각효율이 극대화될 뿐만 아니라 시스템의 구동신뢰성이 현저히 향상될 수 있다.

한편, 상기 바이패스라인(P) 상에는 바이패스밸브(171)가 더 구비됨이 바람직하다.

상세히, 상기 바이패스밸브(171)는 상기 제어부(160)의 제어에 의해 선택적으로 개폐될 수 있으며, 상기 바이패스밸브(171)가 개방됨에 따라 상기 바이패스라인(P)에 유입되는 냉매가 상기 응축열교환기(140)의 유입단 측으로 공급될 수 있다.

이때, 상기 제어부(160)는 상기 삼방밸브(170)에 의한 상기 바이패스라인(P)의 개폐상태에 대응하여 상기 바이패스밸브(171)가 개폐되도록 제어함이 바람직하다. 즉, 상기 제어부(160)는 상기 삼방밸브(170)의 상기 바이패스라인(P) 유입단 입구를 개방하여 상기 바이패스라인(P)이 개방되는 경우 상기 바이패스밸브(171)이 개방되도록 연동 제어할 수 있다.

또한, 상기 바이패스밸브(171)는 상기 바이패스라인(P)에 공급되는 냉매의 유량이 조절되도록 상기 제어부(160)에 의해 개도가 제어될 수도 있다. 이때, 상기 제어부(160)는 상기 바이패스라인(P)에 공급되는 냉매의 유량을 제어할 수 있다.

이를 통해, 상기 바이패스라인(P)에 공급되는 냉매의 유량이 상기 바이패스밸브(171)의 개도에 대응하여 제어됨에 따라 상기 냉매의 온도를 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 제어방법을 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(200)의 운용 시 상기 제1온도센서(150)로부터 제1온도를 검출한다(s10). 여기서, 상기 제1온도라 함은 상기 응축열교환기(140)의 토출단측에 구비된 상기 제1온도센서(150)로부터 검출된 온도로 이해함이 바람직하다. 즉, 상기 제1온도센서(150)는 상기 응축열교환기(140)로부터 토출된 냉매의 제1온도를 검출한다.

또한, 상기 제1온도센서(150)로부터 제1온도 검출치가 검출되면, 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 하한값 미만인지 비교하는 단계(s20)를 수행한다.

이때, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도센서(150)로부터 상기 제1온도 검출치를 입력받아 상기 기설정된 온도범위의 하한값과 비교하며, 상기 응축열교환기(140)로부터 토출된 냉매가 예열이 필요한지 여부를 판단할 수 있다.

여기서, 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 하한값 미만이면(s20), 상기 냉매예열부(111)가 상기 저장탱크(110) 내부에 저장된 냉매를 예열한다(s21). 이때, 상기 냉매예열부(111)는 상기 제어부(160)의 제어에 의해 구동될 수 있으며, 상기 저장탱크(110) 내부에 구비되어 상기 응축열교환기(140)로부터 토출된 후 상기 저장탱크(110) 내부에 저장되는 냉매를 비등온도 부근의 기설정된 예열온도로 예열한다.

또한, 상기 냉매예열부(111)가 상기 저장탱크(110) 내부에 저장된 냉매를 예열하면(s21), 상기 응축열교환기(140)로부터 토출된 냉매의 제1온도를 검출하는 단계(s10)로 회귀한다.

여기서, 상기 냉매예열부(111)가 상기 저장탱크(110) 내부에 저장된 냉매를 예열하는 도중에도 상기 응축열교환기(140)로부터 토출된 냉매는 상기 저장탱크(110)에 저장 및 순환된다. 이때, 상기 응축열교환기(140)로부터 토출된 냉매의 제1온도를 검출하는 단계(s10)를 반복하면 상기 냉매가 순환라인을 따라 순환하는 도중에도 실시간으로 상기 응축열교환기(140)로부터 토출되는 냉매의 제1온도를 검출할 수 있다.

한편, 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 하한값 이상이면(s20), 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하는지 비교하는 단계(s30)를 수행한다.

여기서, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도센서(150)로부터 입력받은 상기 제1온도 검출치를 상기 기설정된 온도범위의 상한값과 비교하며, 상기 응축열교환기(140)로부터 토출된 냉매가 상기 바이패스라인(P)으로 순환하여 추가적인 냉각이 필요한지 여부를 판단할 수 있다.

이때, 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하는 경우(s30), 상기 바이패스라인(P)을 개방한다(s31).

여기서, 상기 바이패스라인(P)의 유입단은 상기 응축열교환기(140)의 토출단에 구비된 상기 삼방밸브(170)와 연결되며, 상기 삼방밸브(170)는 상기 제어부(160)의 제어에 대응하여 상기 바이패스라인(P)의 유입단 입구를 선택적으로 개폐한다.

이때, 상기 제어부(160)가 상기 삼방밸브(170)의 상기 바이패스라인(P) 유입단 입구를 개방하도록 제어함에 따라 상기 바이패스라인(P)이 개방된다. 따라서, 상기 응축열교환기(140)로부터 토출되는 냉매의 일부는 상기 바이패스라인(P)을 통해 상기 응축열교환기(140)로 순환할 수 있다.

또한, 상기 바이패스라인(P)이 개방되면(s31), 상기 응축열교환기(140)로부터 토출된 냉매의 제1온도를 검출하는 단계(s10)로 회귀한다.

즉, 상기 바이패스라인(P)이 개방되어 상기 응축열교환기(140)로부터 토출되는 냉매의 일부가 상기 응축열교환기(140)에 순환되고, 나머지 냉매가 순환라인을 따라 순환하는 도중에도 실시간으로 상기 응축열교환기(140)로부터 토출되는 냉매의 제1온도를 검출할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 냉매를 기설정된 예열온도로 예열하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 4에서 보는 바와 같이, 상기 냉매예열부(111)가 상기 저장탱크(110) 내부에 저장된 냉매를 예열하면, 예열된 냉매의 제2온도를 검출한다(s22). 즉, 상기 제2온도센서(180)는 상기 저장탱크(110)에 저장되되 상기 냉매예열부(111)에 의해 예열되는 냉매의 제2온도를 검출한다.

이때, 상기 제2온도센서(180)로부터 제2온도 검출치가 검출되면(s22), 상기 제2온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달하였는지 비교하는 단계(s23)를 수행한다.

여기서, 상기 제어부(160)는 상기 제2온도 검출치를 입력받아 상기 기설정된 예열온도와 비교한다. 이때, 상기 제2온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달하면(s23), 상기 냉매예열부(111)의 구동을 정지한다(s24).

또한, 상기 제2온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달할 때까지(s23) 상기 냉매예열부(111)가 상기 저장탱크(110) 내부에 저장된 냉매를 예열하는 단계(s21)로 회귀하여 예열상태를 지속적으로 유지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 바이패스라인이 선택적으로 개폐되는 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 5에서 보는 바와 같이, 상기 바이패스라인(P)을 개방하면, 상기 냉매예열부(111)의 구동을 정지한다(s32). 여기서, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도 검출치를 상기 기설정된 온도범위의 상한값과 비교하여 초과하는 경우 상기 냉매예열부(111)의 구동이 정지되도록 연동 제어한다.

한편, 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달하면(s33), 상기 제어부(160)는 상기 바이패스라인(P)이 폐쇄되도록 제어한다(s34). 이때, 상기 제어부(160)는 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달하면 상기 바이패스라인(P)이 폐쇄되도록 상기 삼방밸브(170)의 상기 바이패스라인(P) 유입단 입구가 폐쇄되도록 제어한다. 따라서, 상기 바이패스라인(P)이 폐쇄됨에 따라 상기 응축열교환기(140)로부터 토출되는 냉매의 공급이 중단된다.

또한, 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달할 때까지(s33) 상기 바이패스라인(P)을 개방하는 단계(s31)로 회귀하여 상기 바이패스라인(P)이 개방된 상태를 지속적으로 유지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 변형예를 나타낸 블록도이다. 본 변형예에서는 제어부, 순환펌프 및 제3온도센서를 제외한 기본적인 구성은 상술한 일실시예와 동일하므로 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 6을 참조하면, 상기 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템(300)에는 순환펌프(220a,220b)가 복수개로 구비될 수 있다.

상세히, 상기 복수개의 순환펌프(220a,220b)는 각각 제어부(260)의 제어에 의해 제어될 수 있으며, 상호 병렬 구조로 연결될 수 있다.

이때, 상기 복수개의 순환펌프(220a,220b)는 상기 저장탱크(110)의 토출단측에 연결된 순환라인으로부터 상기 복수개의 순환펌프(220a,220b)의 수량에 대응하여 분기되는 순환라인에 각각 연결될 수 있다. 또한, 각 순환펌프(220a,220b)의 토출단은 각각 상기 증발열교환기(130)의 유입단측에 연결되어 상기 증발열교환기(130)에 냉매가 공급될 수 있다. 그리고, 상기 각 순환펌프(220a,220b)의 유입단 및 토출단 측에는 상기 복수개의 순환펌프(220a,220b)의 수량에 대응하여 상기 냉매의 역류가 방지되도록 역류방지밸브(121a,121b,122a,122b)가 구비될 수 있다.

이때, 상기 복수개의 순환펌프(220a,220b)가 병렬 구조로 연결됨에 따라 순환되는 냉매의 유량조절이 용이해질 수 있다. 예컨대, 일측 순환펌프(220a)가 구동되고 타측 순환펌프(220b)가 정지된 상태라면, 상기 복수개의 순환펌프(220a,220b)가 모두 구동되는 상태보다 순환되는 냉매의 유량이 감소될 수 있다.

한편, 상기 냉각대상장치(F)에는 상기 발열부의 온도를 검출하는 제3온도센서(290)가 더 구비될 수 있다. 상세히, 상기 제3온도센서(290)는 상기 냉각대상장치(F)의 발열부와 연결되어 상기 냉각대상장치(F)가 냉각되는 상태의 온도를 실시간으로 검출하며, 상기 제어부(260)는 상기 제3온도센서(290)로부터 검출된 제3온도 검출치를 입력받는다.

이때, 상기 제어부(260)는 상기 제3온도 검출치가 기설정된 냉각최적온도를 초과하는 경우 상기 복수개 순환펌프(220a,220b)의 구동 상태를 제어할 수 있다.

여기서, 상기 기설정된 냉각최적온도라 함은 상기 냉각대상장치(F)의 작동효율이 최대화되도록 유지되는 온도로 이해함이 바람직하다.

이때, 상기 제3온도 검출치가 기설정된 냉각최적온도를 초과하는 경우 상기 제어부(260)는 상기 증발열교환기(130)에 공급되는 냉매의 유량이 증가되도록 상기 복수개 순환펌프(220a,220b)의 구동상태를 제어할 수 있다.

예컨대, 상기 제어부(260)는 상기 일측 순환펌프(220a)만 구동되는 상태라면 상기 증발열교환기(130)에 공급되는 냉매의 유량이 증가되도록 상기 복수개 순환펌프(220a,220b)가 모두 구동되도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(260)는 상기 복수개 순환펌프(220a,220b)가 모두 구동되는 상태라면 각각의 펌핑력을 조절하여 상기 증발열교환기(130)에 공급되는 냉매의 유량이 증가되도록 제어할 수도 있다.

이를 통해, 상기 증발열교환기(130)에 공급되는 냉매의 유량이 증가됨에 따라 상기 증발열교환기(130) 내부에 유동되는 냉매의 속도가 증가하므로 상기 냉각대상장치(F)에 대한 냉각 속도가 증가될 수 있다.

또한, 상기 제어부(260)는 상기 제3온도 검출치가 상기 기설정된 냉각최적온도 미만인 경우 상기 증발열교환기(130)에 공급되는 냉매의 유량이 감소되도록 상기 복수개 순환펌프(220a,220b)의 펌핑력을 제어할 수도 있다.

이에 따라, 상기 냉각대상장치(F)의 발열 상태에 대응하여 상기 증발열교환기(130)에 공급되는 냉매의 유량이 조절되므로 상기 냉각대상장치(F)의 온도를 정밀하게 제어하여 상기 냉각대상장치(F)의 작동 효율이 더욱 향상될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형예는 본 발명의 범위에 속한다.

110 : 저장탱크 120 : 순환펌프
130 : 증발열교환기 140 : 응축열교환기
150 : 제1온도센서 160,260 : 제어부
170 : 삼방밸브 171 : 바이패스밸브
180 : 제2온도센서 290 : 제3온도센서
F : 냉각대상장치 P : 바이패스라인
200,300 : 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템

Claims

순환라인을 따라 순환되는 냉매가 저장되며, 상기 냉매를 선택적으로 예열하는 냉매예열부를 포함하는 저장탱크;
상기 저장탱크에 저장된 냉매를 순환시키는 순환펌프;
상기 순환펌프로부터 공급된 냉매가 냉각대상장치의 발열부와 열교환되어 상변화되는 증발열교환기;
상기 증발열교환기로부터 토출된 냉매를 외부냉각수와의 열교환에 의해 응축시켜 상기 저장탱크로 공급하는 응축열교환기;
상기 응축열교환기의 토출단측에 구비되어 상기 응축열교환기로부터 응축된 냉매의 온도를 검출하는 제1온도센서; 및
상기 제1온도센서에 의해 검출된 제1온도 검출치에 따라 상기 냉매예열부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1온도 검출치가 기설정된 온도범위의 하한값 미만인 경우 상기 냉매가 예열되도록 상기 냉매예열부를 제어함을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 저장탱크에는 상기 냉매예열부에 의해 예열된 냉매의 온도를 검출하는 제2온도센서가 구비되되,
상기 제어부는 상기 제2온도센서에 의해 검출된 제2온도 검출치가 기설정된 예열온도에 도달된 경우 상기 냉매예열부의 구동이 정지되도록 제어함을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 응축열교환기의 토출단으로부터 분기되되, 상기 냉매가 상기 응축열교환기에 순환되도록 상기 응축열교환기의 유입단과 연결되는 바이패스라인과,
상기 바이패스라인이 분기된 지점에 구비되며 상기 바이패스라인을 선택적으로 개폐하는 삼방밸브를 더 포함하되,
상기 제어부는 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하는 경우 상기 응축열교환기로부터 상기 삼방밸브에 유입된 냉매가 상기 바이패스라인에 공급되도록 제어함을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하는 경우 상기 냉매예열부의 구동이 정지되도록 제어함을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 바이패스라인 상에 구비되는 바이패스밸브를 더 포함하되,
상기 제어부는 상기 삼방밸브에 의한 상기 바이패스라인의 개폐상태에 대응하여 상기 바이패스밸브가 개폐되도록 제어함을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달된 경우 상기 바이패스라인에 상기 냉매의 공급이 중단되도록 상기 삼방밸브를 제어함을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 기설정된 온도범위는 상기 냉매의 비등온도의 89~99% 범위로 설정됨을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 냉매는 퍼플루오로헥산, 퍼플루오로-N-메틸모르폴린, 퍼플루오로헵탄, 퍼플루오로-N-알킬모르폴린으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나로 구비됨을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 순환펌프는 복수개로 구비되되 상기 저장탱크의 토출단측에 상호 병렬로 연결되며,
상기 증발열교환기에 구비되되 상기 발열부의 온도를 검출하는 제3온도센서를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 제3온도센서에 의해 검출된 제3온도 검출치가 기설정된 냉각최적온도를 초과하는 경우 상기 증발열교환기에 공급되는 냉매의 유량이 증가되도록 상기 복수개 순환펌프의 구동 상태를 제어함을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템.
내부에 냉매예열부가 구비된 저장탱크, 순환펌프, 냉각대상장치와 열교환을 이루는 증발열교환기, 그리고 응축열교환기로 냉매를 순환시키는 순환라인을 포함하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 제어방법에 있어서,
상기 응축열교환기의 토출단에 구비된 제1온도센서에 의해 냉매의 온도를 검출하는 제1단계; 및
제1온도센서에 의해 검출된 제1온도 검출치가 기설정된 온도범위의 하한값 미만이면 상기 냉매예열부를 구동하여 상기 냉매를 비등온도 부근의 기설정된 예열온도로 예열하는 제2단계를 포함하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 제어방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제2단계에서, 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과한 경우에는 상기 냉매가 바이패스라인으로 순환되도록 삼방밸브를 개방하는 제3단계를 포함함을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 제어방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제3단계는 상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 온도범위의 상한값을 초과하면 상기 냉매예열부의 구동을 정지하는 단계와,
상기 제1온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달한 경우 상기 바이패스라인에 상기 냉매의 공급이 중단되도록 상기 삼방밸브를 폐쇄하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 제어방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제2단계는 상기 저장탱크에 구비된 제2온도센서가 상기 냉매예열부에 의해 예열된 냉매의 온도를 검출하는 단계와,
상기 제2온도센서에 의해 검출된 제2온도 검출치가 상기 기설정된 예열온도에 도달한 경우 상기 냉매예열부의 구동을 중지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전기추진선박의 전력변환장치용 냉각시스템의 제어방법.