KR102385464B1 - 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기 - Google Patents

열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기에 관한 것으로서, 열교환기를 이용함으로써 종래의 발전기에 비해 저소음을 실현하면서도 전기차의 배터리를 충전할 수 있는 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기에 관한 것이다. 이를 위해 디젤 엔진, 디젤 엔진의 구동에 의해 교류 전압을 생성하는 제너레이터, 디젤 엔진에서 발생되는 열에 의해 가열된 냉각수를 1차 냉각시키는 라디에이터, 라디에이터에서 공급된 냉각수와 냉매 라인을 통해 순환하는 냉매를 열교환 시키는 증발기를 포함하며, 디젤 엔진 및 제너레이터는 제1 영역에 배치되고, 라디에이터는 제1 영역과 분리 구획되는 제2 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기가 개시된다.

Description

열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기{Low noise diesel generator using heat exchanger}
본 발명은 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열교환기를 이용함으로써 종래의 발전기에 비해 저소음을 실현하면서도 전기차의 배터리를 충전할 수 있는 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 디젤 발전기는 라디에이터(13)와 라디에이터에 부착된 냉각 팬(14)으로만 냉각수를 냉각시키기 때문에 냉각 팬(14)의 용량이 커야 하는 단점이 있다. 또한, 냉각 팬(14)에서 방출되는 뜨거운 바람(15)이 엔진(11)으로 전달되기 때문에 엔진(11)의 효율을 떨어뜨리는 단점이 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 디젤 발전기를 이용하여 전기차 등의 배터리(24)를 충전시키기 위해서는 반드시 DC/DC 컨버터(23)를 이용하여 정전류/정전압 제어를 하여야 한다. 이때, DC/DC 컨버터(23)를 이용하면 주변회로가 복잡하며, 고가의 스위칭 소자를 사용하므로 가격대가 상승하고, 아울러 DC/DC 변환 과정 을 거치면 손실이 발생하므로 되도록 DC/DC 컨버터(23)를 사용하지 않고 발전기 전압조정기(AVR)를 이용하여 발생되는 전압을 조절함으로써 효율 향상과 원가 절감을이루고자 한다.
대한민국 등록특허공보 10-1042073 대한민국 공개특허공보 10-2013-0064215 대한민국 공개특허공보 10-2020-0043233 대한민국 등록실용신안공보 20-0424005
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 열교환기의 냉매를 이용하여 냉각수를 냉각시킴으로써 저소음 디젤 발전기를 실현할 수 있고, 저소음의 발전기에 의해 아파트 등 주택 단지에서 저소음으로 전기차를 충전할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 디젤 엔진, 디젤 엔진의 구동에 의해 교류 전압을 생성하는 제너레이터, 디젤 엔진에서 발생되는 열에 의해 가열된 냉각수를 1차 냉각시키는 라디에이터, 라디에이터에서 공급된 냉각수와 냉매 라인을 통해 순환하는 냉매를 열교환 시키는 증발기를 포함하며, 디젤 엔진 및 제너레이터는 제1 영역에 배치되고, 라디에이터는 제1 영역과 분리 구획되는 제2 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 냉매를 압축하며, 제1 영역의 디젤 엔진에 구비된 압축기, 압축기로부터 압축된 냉매를 응측하는 응축기, 응축기로부터 응축된 냉매의 유량을 조절 공급하는 팽창 밸브를 더 포함하며, 증발기는 팽창 밸브로부터 공급된 냉매와 라디에이터로부터 1차 냉각되어 공급된 냉각수를 열교환 하여 냉각수를 2차 냉각시켜 디젤 엔진측으로 공급한다.
또한, 라디에이터를 흐르는 냉각수를 냉각시키는 라디에이터에 부착된 라디에이터 팬, 제1 영역을 냉각시키기 위한 엔진룸 팬을 포함하며, 냉각수의 1차 및 2차 냉각에 의한 라디에이터 팬의 용량은 라디에이터 팬만으로 냉각수를 냉각시키는 라디에이터 팬의 용량에 비해 상대적으로 적은 용량으로서 저소음이다.
또한, 라디에이터 팬의 바람 방향과 엔진룸 팬의 바람 방향은 서로 동일한 방향이다.
또한, 라디에이터 및 라디에이터 팬이 디젤 엔진과 구분 구획된 제2 영역에 배치되기 때문에 라디에이터 팬의 뜨거운 바람이 제1 영역에 전달되지 않는다.
또한, 디젤 엔진의 성능 또는 부하의 상태를 모니터링 하는 제어부, 제너레이터에서 생산된 전력을 공급받으며, 제어부의 스위칭 제어에 따라 전력을 부하로 전달하는 복수의 스위치를 포함하며, 제어부는 디젤 엔진의 성능이 기 설정된 조건 이하로 저하되면 기 설정된 부하로 전력이 공급되도록 하고 나머지 부하는 전력이 차단되도록 복수의 스위치를 스위칭 제어하도록 한다.
또한, 제너레이터의 발전 전압을 조정하기 위해 여자기의 여자전류를 자동으로 조정하는 자동 전압 조절부, 자동 전압 조절부에 의해 조절되어 제너레이터로부터 생성된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 AC/DC 컨버터, 직류 전압을 공급받아 충전하는 배터리를 포함한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 열교환기의 냉매를 이용하여 냉각수를 냉각시킴으로써 저소음 디젤 발전기를 실현할 수 있고, 저소음의 발전기에 의해 아파트 등 주택 단지에서 저소음으로 전기차를 충전할 수 있는 발명을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 엔진 성능 또는 부하의 상태에 따라 부하에 공급되는 전력을 선택적으로 차단 또는 공급할 수 있어 전력의 공급이 꼭 필요한 부하에 끊임없이 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 디젤 발전기의 내부 구조를 대략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 종래의 디젤 발전기를 이용하여 배터리를 충전하는 구조를 대략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기의 내부 구조를 대략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 또는 부하의 상태에 따라 부하에 공급되는 전력을 선택적으로 차단하거나 공급할 수 있는 것을 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기를 이용하여 전기차의 배터리를 충전할 수 있는 구조를 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기는 제1 영역(41)과 제2 영역(42)으로 구분 구획된다. 제1 영역(41, 엔진룸)은 디젤 엔진(110)과 제너레이터(120)가 배치되며, 제2 영역(42)은 라디에이터(130)와 라디에이터에 부착된 라디에이터 팬(151)이 배치된다. 이렇게 제1 영역과 제2 영역을 구분 구획함으로써 라디에이터 팬(151)에서 나오는 뜨거운 바람이 엔진룸(41)에 전달 안 되는 장점이 있다. 기존에는 도 1과 같이 라디에이터 팬(14)에서 나오는 뜨거운 바람이 엔진(11)으로 전달되기 때문에 엔진의 성능에 좋은 영향을 미치지 못하는 단점이 있었다.
한편, 본 발명의 냉각수 라인(32)은 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수가 엔진(110), 라디에이터(130), 증발기(144)를 순차적으로 순환하는 라인이다. 기존에는 엔진의 열에 의해 뜨거워진 냉각수를 라디에이터가 냉각시켜 다시 엔진 측으로 공급하는 구조를 가지고 있다. 이때, 기존에는 뜨거워진 냉각수를 냉각시키기 위해 라디에이터 팬(14)의 용량을 크게 해야 하기 때문에 팬의 소음이 심한 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에서는 라디에이터(130)와 라디에이터 팬(151)을 이용하여 1차적으로 냉각수를 냉각시키고, 냉매와 1차 냉각된 냉각수를 열 교환시켜 2차적으로 냉각수를 냉각시키기 때문에 라디에이터 팬(151)의 용량을 기존에 비해 상대적으로 적은 용량으로 채택할 수 있고, 이에 따라 저소음 디젤 발전기를 구현할 수 있는 장점이 있다.
여기서, 냉매 라인(31)을 따라 순환하는 냉매는 도 3에 도시된 바와 같이 압축기(141), 응축기(142), 팽창밸프(143), 증발기(144)를 순차적으로 흐르며 기본적인 냉각 사이클의 원리에 따른다. 본 발명에서는 압축기(141), 응축기(142), 팽창밸브(143) 및 증발기(144)를 냉각수를 냉각시키는 열교환 모듈이라 한다. 이때, 압축기(141)는 별도로 추가 배치되는 것이 아니라 기존의 디젤 발전기에 구비된 압축기(141)를 이용하는 것이 본 발명의 장점이다. 즉, 발전기의 동력을 이용하는 것보다는 발전기에 부착된 압축기(141)를 이용하는 것이 에너지 효율 면에서 더 좋은 장점이 있다.
한편, 증발기(144)에는 라디에이터(130)에서 1차적으로 냉각된 냉각수가 흐르며, 또한 팽창밸브(143)에서 공급된 냉매가 흐른다. 따라서 증발기(144)는 냉매를 이용하여 1차적으로 냉각된 냉각수를 2차적으로 냉각시키며, 2차적으로 냉각된 냉각수를 엔진측으로 공급한다.
엔진룸(41)에는 엔진룸 제1,2 팬(152,153)이 배치되어 엔진(110)의 열을 냉각시킬 수 있도록 한다. 엔진룸 제1,2 팬(152,153)의 바람 방향과 라디에이터 팬(1512)의 바람 방향은 서로 동일한 것이 바람직하다. 즉, 도 3을 기준으로 우측에서 좌측방향으로 바람의 방향이 향하도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 엔진룸 제1,2 팬(152,153)의 팬 용량은 소음이 적은 용량의 팬을 사용하여도 충분하다. 왜냐하면, 기존과 달리 라디에이터(130)와 라디에이터 팬(151)이 배치되는 영역은 엔진(110)이 배치된 영역과 구획 벽(43)에 의해 구분 구획되기 때문이다.
도 3에 도시된 바와 같이 라디에이터(130) 및 라디에이터 팬(151)은 제2 영역(42)의 우측면에 배치되는 것이 바람직하고, 엔진룸 제1,2 팬(152,153)은 제1 영역(41)의 우측면에 배치되는 것이 바람직하다. 한편, 응축기(142)와 증발기(144)는 제2 영역(42)에 배치되는 것이 바람직하다. 응축기(142)와 증발기(144)를 제1 영역(41)에 배치하면 제1 영역(41)에 배치되는 엔진(110)의 열로 인해 효율이 좋지 못하기 때문이다.
도 4에 도시된 바와 같이 제너레이터(120)에서 발전된 전력은 스위치(211,212)를 통해 부하(221,222,223)로 공급된다. 이때, 스위치(211,212)는 제어부(200)의 제어신호에 따라 부하로 공급되는 전력을 차단할 수 있는 마그네틱 스위치로 구체화될 수 있다.
제어부(200)는 상술한 열교환 모듈의 고장이나, 엔진의 성능 저하 또는 부하의 상태를 모니터링할 수 있다. 일예로서 열교환 모듈의 고장으로 인해 엔진의 성능이 저하되면 제어부(200)는 이를 모니터링 하여 스위치(211,212)를 제어함으로써 부하에 공급되는 전력을 선택적으로 차단할 수 있다. 좀 더 구체적으로 일예를 들어 설명하면, 제1 부하(221)는 필수적으로 공급해야 하는 부하이고, 제2,3 부하(222,223)는 상황에 따라 전력을 차단할 수 있는 부하로 가정하면, 제1 부하(221)는 제1 마그네틱 스위치(211)와 전기적으로 연결 접속되며, 제2,3 부하(222,223)는 제2 마그네틱 스위치(212)와 전기적으로 연결 접속될 수 있다. 이때, 엔진의 성능 저하를 감지한 제어부(200)는 제2 마그네틱 스위치(212)를 제어하여 제2,3 부하(222,223)로 전력이 공급되지 않도록 하고, 제1 마그네틱 스위치(211)를 제어하여 제1 부하(221)에 전력이 끊이지 않고 계속 공급되도록 할 수 있다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기는 엔진의 성능 조건에 따라 부하에 공급하는 전력을 선택적으로 차단하거나 공급할 수 있는 장점이 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기는 효율이 좋으면서도 저소음으로 전기차의 배터리를 충전할 수 있는 장점이 있다. 즉, 기존의 디젤 발전기는 도 2와 같이 발전기(21)에서 나오는 전력을 AC/DC 컨버터(22)를 이용하여 직류전압으로 변환하고, DC/DC 컨버터(23)를 이용하여 정전류/정전압 제어를 수행하여 배터리(24)를 충전하는 구조이다. 이때, 기존의 디젤 발전기의 구조는 DC/DC 컨버터(23)를 반드시 사용하여야 하기 때문에 주변회로가 복잡하여 가격 상승이 따르며 아울러 효율이 떨어지는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 디젤 발전기는 도 5에 도시된 바와 같이 제너레이터(120)에서 발생된 전력을 AC/DC 컨버터(240)를 통해 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 이용하여 배터리(250)에 충전하는 구조로서 기존과 같이 DC/DC 컨버터를 이용하지 않을 수 있어 에너지 효율적인 장점이 있다.
이때, 본 발명에서는 DC/DC 컨버터가 없기 때문에 자동 전압 조정부(230)를 이용하며, 자동 전압 조정부(230)를 통해 제너레이터(120)의 여자기의 여자전류를 조정함으로써 DC/DC 컨버터의 정전류/정전압 제어를 대신할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기는 전기차의 배터리를 저소음으로 충전할 수 있다. 즉, 아파트 등 도심 주택에서 전기차를 충전하기 위해서는 저소음의 발전기가 필요하며, 본 발명의 일실시예에 따른 저소음 디젤 발전기가 이러한 요구를 만족시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명을 설명함에 있어 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 구성요소는 본 발명의 설명의 편의를 위하여 설명하였을 뿐 여기에서 설명되지 아니한 구성요소가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 추가될 수 있다.
상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
10 : 발전기
11 : 엔진
12 : 제너레이터
13 : 라디에이터
14 : 팬
15 : 팬 바람
21 : 발전기
22 : AC/DC 컨버터
23 : DC/DC 컨버터
24 : 배털
31 : 냉매 라인
32 : 냉각수 라인
41 : 제1 영역
42 : 제2 영역
43 : 구획 벽
100 : 디젤 발전기
110 : 디젤 엔진
120 : 제너레이터
130 : 라디에이터
141 : 압축기
142 : 응축기
143 : 팽창밸브
144 : 증발기
151 : 라디에이터 팬
152 : 엔진룸 제1 팬
153 : 엔진룸 제2 팬
200 : 제어부
211 : 제1 마그네틱 스위치
212 : 제2 마그네틱 스위치
221 : 제1 부하
222 : 제2 부하
223 : 제3 부하
230 : 자동전압조절부
240 : AC/DC 컨버터
250 : 배터리

Claims (7)

  1. 디젤 엔진,
    상기 디젤 엔진의 구동에 의해 교류 전압을 생성하는 제너레이터,
    상기 디젤 엔진에서 발생되는 열에 의해 가열된 냉각수를 1차 냉각시키는 라디에이터,
    상기 라디에이터에서 공급된 냉각수와 냉매 라인을 통해 순환하는 냉매를 열교환 시키는 증발기를 포함하며,
    상기 디젤 엔진 및 제너레이터는 제1 영역에 배치되고, 상기 라디에이터는 상기 제1 영역과 분리 구획되는 제2 영역에 배치되며,
    상기 디젤 엔진을 냉각시키기 위해 상기 디젤 엔진, 라디에이터, 증발기를 통해 순차적으로 냉각수가 순환하는 냉각수 라인,
    냉각 사이클에 따라 냉매가 순환하는 냉매 라인을 포함하며,
    상기 증발기는 상기 냉매 라인을 통해 순환하는 냉매와 상기 라디에이터로부터 1차 냉각되어 공급된 상기 냉각수 라인을 통해 순환하는 냉각수를 열교환 하여 상기 냉각수를 2차 냉각시켜 상기 디젤 엔진측으로 공급하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매를 압축하며, 상기 제1 영역의 디젤 엔진에 구비된 압축기,
    상기 압축기로부터 압축된 냉매를 응측하는 응축기,
    상기 응축기로부터 응축된 냉매의 유량을 조절 공급하는 팽창 밸브를 더 포함하며,
    상기, 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 및 증발기는 상기 냉각수를 냉각시키는 열교환 모듈인 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 라디에이터를 흐르는 냉각수를 냉각시키는 상기 라디에이터에 부착된 라디에이터 팬,
    상기 제1 영역을 냉각시키기 위한 엔진룸 팬을 포함하며,
    상기 냉각수의 1차 및 2차 냉각에 의한 상기 라디에이터 팬의 용량은 라디에이터 팬만으로 냉각수를 냉각시키는 라디에이터 팬의 용량에 비해 상대적으로 적은 용량으로서 저소음인 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 라디에이터 팬의 바람 방향과 상기 엔진룸 팬의 바람 방향은 서로 동일한 방향인 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 라디에이터 및 라디에이터 팬이 상기 디젤 엔진과 구분 구획된 상기 제2 영역에 배치되기 때문에 상기 라디에이터 팬의 뜨거운 바람이 상기 제1 영역에 전달되지 않는 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 디젤 엔진의 성능 또는 부하의 상태를 모니터링 하는 제어부,
    상기 제너레이터에서 생산된 전력을 공급받으며, 상기 제어부의 스위칭 제어에 따라 상기 전력을 부하로 전달하는 복수의 스위치를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 디젤 엔진의 성능이 기 설정된 조건 이하로 저하되면 기 설정된 부하로 전력이 공급되도록 하고 나머지 부하는 전력이 차단되도록 상기 복수의 스위치를 스위칭 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제너레이터의 발전 전압을 조정하기 위해 여자기의 여자전류를 자동으로 조정하는 자동 전압 조절부,
    상기 자동 전압 조절부에 의해 조절되어 제너레이터로부터 생성된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 AC/DC 컨버터,
    상기 직류 전압을 공급받아 충전하는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 저소음 디젤 발전기.
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