KR20160060464A - 차량의 흡입공기 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

터보차저의 인터쿨러; 상기 인터쿨러에서 압축된 공기가 공급되는 흡기라인; 및 일측은 상기 인터쿨러와 연결되고, 타측은 상기 흡기라인과 연결되되, 펠티어소자에 의해 내부의 공기가 냉각되도록 마련된 유체이동부;를 포함하는 차량의 흡입공기 냉각장치가 소개된다.

Description

차량의 흡입공기 냉각장치 {INTAKE AIR COOLING APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 터보차저를 사용하는 차량에 있어서, 특히 전동식 터보차저를 사용하여 인터쿨러에서 압축된 공기를 흡기라인에 공급할 때, 흡입공기의 온도를 낮추어 공급하도록 하는 차량의 흡입공기 냉각장치에 관한 것이다.
종래의 터보차저 시스템은 압축된 뜨거운 공기가 인터쿨러를 통해 냉각이 된다. 인터쿨러에서 나온 압축공기는 흡기라인을 통해 그대로 엔진으로 공급된다. 상기와 같은 터보차더 시스템은 외기온도가 높거나 차량의 정차 후 출발 시 인터쿨러의 효율이 떨어지게 되어 흡입공기의 온도가 높아지는 단점을 가진다.
또한, 흡입공기의 온도가 높은 상태에서 터보차저 차량은 발진시 터보 랙(Turbo lag) 현상이 심해질 뿐만 아니라 전반적인 엔진 성능과 연비가 떨어지게 된다.
따라서, 종래의 터보차저가 장착된 차량은 외기온에 따라 발진 성능이 바뀌어 운전자에게 위화감을 주고 여름과 같이 외기온이 높은 상황에서는 연비가 떨어지는 단점을 갖는다.
그러므로, 터보차저가 장착된 차량에서도 터보차저에서 흡기라인으로 공급되는 흡입공기의 온도를 낮춰줌으로써, 차량의 발진성능을 상승시키고, 연비를 개선할 수 있는 차량의 흡입공기 냉각장치가 필요한 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2005-0071093 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 터보차저가 장착된 차량에서도 터보차저에서 흡기라인으로 공급되는 흡입공기의 온도를 낮춰줌으로써, 차량의 발진성능을 상승시키고, 연비를 개선할 수 있는 차량의 흡입공기 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 흡입공기 냉각장치는 터보차저의 인터쿨러; 상기 인터쿨러에서 압축된 공기가 공급되는 흡기라인; 및 일측은 상기 인터쿨러와 연결되고, 타측은 상기 흡기라인과 연결되되, 펠티어소자에 의해 내부의 공기가 냉각되도록 마련된 유체이동부;를 포함한다.
상기 유체이동부는 펠티어소자와 히트파이프로 구성될 수 있다.
상기 유체이동부에는 펠티어소자와 히트파이프 사이에 냉각부가 마련되고, 냉각부에는 펠티어소자의 흡열부가 위치하여, 펠티어소자에 의해 히트파이프가 동작하여 공기가 냉각될 수 있다.
상기 유체이동부에는 펠티어소자와 히트파이프 사이에 냉각부가 마련되고, 냉각부에는 펠티어소자의 흡열부가 위치하며, 히트파이프 내에는 유체가 이동할 수 있는 덕트가 삽입되어, 펠티어소자에 의해 히트파이프가 동작하여 덕트 내의 공기가 냉각될 수 있다.
상기 유체이동부의 최외측에는 단열부가 마련되어, 유체이동부의 내부와 외부와의 열교환이 일어나지 않도록 할 수 있다.
상기 터보차저는 전동식 터보차저이고, 터보차저가 구동되지 않을 때는 배기가스에 의해 모터를 역으로 구동하여 배터리를 충전시키는 발전구동을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 흡입공기 냉각장치에 따르면 전동식 터보차저를 이용하므로써, 종래에 펠티어소자에 전원을 공급하기 위해 별도의 전원을 사용하여 미치던 것을 개선하였다. 또한, 전동식 터보차저를 이용하므로써, 발전구동 시 발생하는 전기에너지로 배터리를 충전시키고, 배터리의 전원을 이용해 펠티어소자를 동작시킴으로써, 기존의 시스템에 영향을 주지 않으면서도 활용이 가능한 장점이 있게 된다.
또한, 히트파이프의 빠른 열전도 성능과 펠티어소자의 빠른 냉각 성능을 이용하여 흡기라인에 공급되는 흡입공기의 온도를 낮추는데 효율적이며, 이러한 방식은 외기의 온도 및 차량의 상태와 관계없이 흡입공기를 냉각시켜 엔진에 공급할 수 있기 때문에 차량의 발진성능을 상승시키고, 엔진이 일정한 성능으로 구동시켜 엔진 구동의 신뢰성이 보장되며, 성능 및 연비를 개선시키는 장점이 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 흡입공기 냉각장치의 블록도.
도 2는 터보차저와 모터의 상세도.
더 3은 본 발명의 유체이동부를 중심으로 도시한 도면.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 A-A선 단면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 흡입공기 냉각장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 흡입공기 냉각장치의 블록도이고, 도 2는 터보차저(100)와 모터(500)의 상세도이며, 더 3은 본 발명의 유체이동부(700)를 중심으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량의 흡입공기 냉각장치는 터보차저(100)의 인터쿨러(200); 상기 인터쿨러(200)에서 압축된 공기가 공급되는 흡기라인(300); 및 일측은 상기 인터쿨러(200)와 연결되고, 타측은 상기 흡기라인(300)과 연결되되, 펠티어소자(710)에 의해 내부의 공기가 냉각되도록 마련된 유체이동부(700);를 포함한다.
도 2에 도시한 것처럼, 차량의 엔진(400)이 구동하는 동안, 배기가스는 항상 배출되며, 터보차저(100)가 달린 차량은 배기가스가 터보차저(100)의 터빈(110)을 항상 지나서 배출되게 된다. 따라서, 엔진(400)에서 배출되는 배기가스의 에너지는 터보차저(100)를 동작시키는데 사용되지만 흡입공기를 압축하기 위해 실질적으로 터보차저(100)가 동작하는 조건인 가속/정속 조건이 아니면 사실상 버려진다고 볼 수 있다.
도 1 내지 도 2에 도시한 것처럼, 전동식 터보차저(100)는 불필요하게 버려지는 배기가스(감속 또는 정속 조건)로 회전되는 모터(500)에 역방향 토크를 주어 발전구동을 하게 된다. 따라서, 배기가스의 열에너지가 터보차저(100)의 운동에너지로 전환되고, 터보차저(100)의 운동에너지가 모터(500)를 발전시키는 전기에너지로 전환되며, 모터(500)의 발전구동에 의해 배터리(600)가 충전되고, 충전된 배터리(600)의 에너지는 펠티어소자(710)를 동작시키는데 사용되는 것이다.
도 3에 도시한 것처럼, 상기 터보차저(100)의 구동 시에는 인터쿨러(200)에서 압축된 공기가 흡기라인(300)으로 공급되게 된다. 상기 흡기라인(300)에 공급되는 공기의 온도가 낮을수록 성능가 연비가 향상되나, 종래에는 상기 인터쿨러(200)에서 흡기라인(300)에 공급되는 압축된 공기의 온도가 높은 상태이므로, 상기 터보차저(100)의 구동 시 터보랙이 악화되었었다.
따라서, 본 발명에서는 상기 인터쿨러(200)에서 흡기라인(300) 사이에 펠티어소자(710)와 히트파이프(730)를 포함하는 유체이동부(700)를 마련하고, 상기 유체이동부(700)는 펠티어소자(710)와 히트파이프(730)를 이용하여 흡기라인(300)으로 공급되는 공기를 냉각시킬 수 있도록 하는 것이다.
상세하게 살펴보면, 도 4에 도시한 것처럼, 상기 유체이동부(700)는 펠티어소자(710)와 히트파이프(730)로 구성된다. 상기 펠티어소자(710)와 히트파이프(730) 사이에는 냉각부(750)가 마련되어 냉각부(750)에 펠티어소자(710)의 흡열부(711)가 위치하게 된다. 상기 히트파이프(730) 내에는 유체가 이동할 수 있는 덕트(770)가 삽입되어, 펠티어소자(710)에 의해 히트파이프(730)가 동작하여 덕트(770) 내의 공기가 냉각되어 냉각된 공기가 상기 흡기라인(300)에 공급되게 되는 것이다.
또한, 도 5는 또 다른 실시예에 따른 A-A선 단면도로서, 도 5에서처럼, 상기 유체이동부(700)는 덕트(770)를 제외하고 펠티어소자(710)와 히트파이프(730)로 구성되되, 펠티어소자(710)와 히트파이프(730) 사이에 냉각부(750)가 마련되고, 냉각부(750)에는 펠티어소자(710)의 흡열부(711)가 위치하여, 펠티어소자(710)에 의해 히트파이프(730)가 동작하여 공기가 냉각되게 구성될 수도 있다.
더불어, 상기 유체이동부(700)의 최외측에는 단열부(790)가 마련되어, 유체이동부(700)의 내부와 외부와의 열교환이 일어나지 않도록 하여 상기 펠티어소자(710)와 히트파이프(730)에 의해 냉각된 공기가 유체이동부(700)를 통과하는 동안 온도가 상승되지 않도록 보호하는 역할을 하는 것이다.
즉, 상기 전동식 터보차저(100)의 인터쿨러(200)를 통해 냉각된 압축공기는 흡기라인(300)으로 들어가기 전 덕트(770)를 거치게 된다. 본 발명에서는 덕트(770)에 펠티어소자(710)를 이용하는 냉각구조를 마련하고, 펠티어소자(710)에 의해 냉각이 일어나도록 하는 히트파이프(730)로 덕트(770)를 감싸 덕트(770) 내로 펠티어소자(710)의 동작으로 히트파이프(730)에 의해 냉각된 공기가 이동하도록 하는 유체이동부(700)를 형성하는 것이다. 또한, 상기 덕트(770)를 삭제하고 히트파이프(730) 내부로 바로 압축공기가 통과하도록 할 수 있다.
또한, 상기 펠티어소자(710)는 배터리(600)의 전원으로 동작하며, 펠티어소자(710)의 동작으로 인해 흡열부(711)가 동작하여 냉각부(750)를 통해 히트파이프(730) 내의 공기를 냉각시키게 된다. 상기 인터쿨러(200)에서 냉각된 압축공기는 흡기라인(300)에 공급되기에는 여전히 상대적으로 높은 온도이므로, 펠티어소자(710)의 흡열부(711)와 히트파이프(730) 사이에서 열전달을 순식간에 발생시켜 압축공기를 더욱 냉각시키게 된다.
상기 펠티어소자(710)는 흡열하는 흡열부(711)와 발열하는 방열부(713)로 구성되며, 펠티어소자(710)와 히트파이프(730) 사이에 마련된 냉각부(750)에 흡열부(711)를 결합함으로써, 흡열부(711)에 의해 히트파이프(730)는 냉각되도록 하며, 방열부(713)는 냉각핀을 통해 공기 중으로 발생된 열을 방출하게 된다. 상기 펠티어소자(710)는 냉각부(750)에 복수개 마련될 수 있으며, 모두 냉각부(750)에 흡열부(711)가 결합되게 된다.
통상적으로는 인터쿨러(200)를 지나 냉각된 압축공기도 40℃ 이상인 경우가 많으므로, 본 발명을 통해 흡입공기를 25℃ 이하의 온도로 흡기라인(300)에 공급할 수 있으므로써, 엔진(400)의 출력과 연비를 더 높일 수 있게 되는 것이다.
따라서, 상기와 같은 차량의 흡입공기 냉각장치에 따르면, 전동식 터보차저를 이용하므로써, 종래에 펠티어소자에 전원을 공급하기 위해 별도의 전원을 사용하여 미치던 것을 개선하였다. 또한, 전동식 터보차저를 이용하므로써, 발전구동 시 발생하는 전기에너지로 배터리를 충전시키고, 배터리의 전원을 이용해 펠티어소자를 동작시킴으로써, 기존의 시스템에 영향을 주지 않으면서도 활용이 가능한 장점이 있게 된다.
또한, 히트파이프의 빠른 열전도 성능과 펠티어소자의 빠른 냉각 성능을 이용하여 흡기라인에 공급되는 흡입공기의 온도를 낮추는데 효율적이며, 이러한 방식은 외기의 온도 및 차량의 상태와 관계없이 흡입공기를 냉각시켜 엔진에 공급할 수 있기 때문에 차량의 발진성능을 상승시키고, 엔진이 일정한 성능으로 구동시켜 엔진 구동의 신뢰성이 보장되며, 성능 및 연비를 개선시키는 장점이 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 터보차저 110 : 터빈
200 : 인터쿨러 300 : 흡기라인
400 : 엔진 500 : 모터
600 : 배터리 700 : 유체이동부
710 : 펠티어소자 711 : 흡열부
713 : 방열부 730 : 히트파이프
750 : 냉각부 770 : 덕트
790 : 단열부

Claims (6)

  1. 터보차저의 인터쿨러;
    상기 인터쿨러에서 압축된 공기가 공급되는 흡기라인; 및
    일측은 상기 인터쿨러와 연결되고, 타측은 상기 흡기라인과 연결되되, 펠티어소자에 의해 내부의 공기가 냉각되도록 마련된 유체이동부;를 포함하는 차량의 흡입공기 냉각장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체이동부는 펠티어소자와 히트파이프로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 흡입공기 냉각장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유체이동부에는 펠티어소자와 히트파이프 사이에 냉각부가 마련되고, 냉각부에는 펠티어소자의 흡열부가 위치하여, 펠티어소자에 의해 히트파이프가 동작하여 공기가 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량의 흡입공기 냉각장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 유체이동부에는 펠티어소자와 히트파이프 사이에 냉각부가 마련되고, 냉각부에는 펠티어소자의 흡열부가 위치하며, 히트파이프 내에는 유체가 이동할 수 있는 덕트가 삽입되어, 펠티어소자에 의해 히트파이프가 동작하여 덕트 내의 공기가 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량의 흡입공기 냉각장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체이동부의 최외측에는 단열부가 마련되어, 유체이동부의 내부와 외부와의 열교환이 일어나지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 흡입공기 냉각장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 터보차저는 전동식 터보차저이고, 터보차저가 구동되지 않을 때는 배기가스에 의해 모터를 역으로 구동하여 배터리를 충전시키는 발전구동을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 흡입공기 냉각장치.
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