KR20200065831A - 이동가능한 라디에이터를 구비한 차량용 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

발열량 또는 주행조건에 따라 효율적인 열관리가 가능한 차량용 냉각 시스템이 제공된다. 이 차량용 냉각 시스템은, 송풍구를 통해 냉각 공기를 공급하는 냉각팬을 구비한 팬 슈라우드; 팬 슈라우드의 전면에 설치되고 팬 슈라우드에 대향하는 부분이 제1 면적을 가지는 제1 라디에이터; 및 제1 라디에이터의 전면에 설치되고 팬 슈라우드에 대향하는 부분이 제2 면적을 가지는 제2 라디에이터를 포함한다. 여기서, 제1 면적은 제2 면적보다 작고, 제1 라디에이터의 발열량에 따라 냉각팬에 대해 제1 라디에이터가 상대적으로 움직일 수 있다.

Description

이동가능한 라디에이터를 구비한 차량용 냉각 시스템{Vehicle cooling system having movable radiator}

본 발명은 차량용 냉각 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이동가능한 라디에이터를 구비한 차량용 냉각 시스템에 관한 것이다.

전통적인 내연기관 차량의 경우, 운행 중에 엔진 등에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 구비하고 있다. 내연기관이 없는 친환경 자동차도 다양한 이유로 냉각 시스템을 구비하고 있다.

연료전지차량, 예를 들어 수소연료전지차(이를 줄여서 '수소자동차'라 함)은, 연료전지를 이용하여 구동 모터를 구동한다. 여기서 연료전지는 수소와 산소를 접속시키는 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 전기화학반응으로 생성된 전기에너지를 이용하는 방식이다. 연료전지를 다단으로 적층한 구조를 연료전지 스택이라 하며, 연료전지차량에 장착되어 차량구동에 필요한 전기에너지를 공급한다. 연료전지 스택은 작동상 필연적으로 많은 열을 발생시키므로 온도 제어가 매우 중요하며 따라서 연료전지 스택을 냉각시키기 위한 냉각 시스템은 연료전지차량에 필수적으로 갖춰야 할 요소이다.

이러한 연료전지차량의 경우, 많은 열이 발생하는 연료전지 스택을 기본적으로 냉각해야 하지만, 주행조건에 따라서는 구동모터에서 많은 열이 발생하는 경우도 있기 때문에 연료전지 스택과 구동모터 간의 효율적인 열관리가 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 발열량 또는 주행조건에 따라 효율적인 열관리가 가능한 차량용 냉각 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 냉각 시스템은, 송풍구를 통해 냉각 공기를 공급하는 냉각팬을 구비한 팬 슈라우드; 상기 팬 슈라우드의 전면에 설치되고 상기 팬 슈라우드에 대향하는 부분이 제1 면적을 가지는 제1 라디에이터; 및 상기 제1 라디에이터의 전면에 설치되고 상기 팬 슈라우드에 대향하는 부분이 제2 면적을 가지는 제2 라디에이터를 포함한다. 여기서, 상기 제1 면적은 상기 제2 면적보다 작고, 상기 제1 라디에이터의 발열량에 따라 상기 냉각팬에 대해 상기 제1 라디에이터가 상대적으로 움직일 수 있다.

상기 제1 라디에이터는 구동모터에서 배출된 냉각수를 냉각시키는 장치이고, 상기 제2 라디에이터는 연료전지 스택에서 배출된 냉각수를 냉각시키는 장치일 수 있다.

상기 제1 라디에이터는 이송레일 상에 설치되어 병진이동할 수 있다.

차량이 상대적으로 고속운행을 할 때 상기 제1 라디에이터는 상기 팬 슈라우드에서 냉각 공기의 속도가 가장 높은 부분과 중첩되도록 배치되고, 차량이 상대적으로 저속운행을 할 때 상기 제1 라디에이터는 상기 팬 슈라우드의 일단 또는 타단으로 이동할 수 있다.

차량이 상대적으로 고속운행을 할 때 상기 제1 라디에이터는 상기 송풍구와의 중첩면적이 증가하는 방향으로 이동하고, 차량이 상대적으로 저속운행을 할 때 상기 제1 라디에이터는 상기 송풍구와의 중첩면적이 줄어드는 방향으로 이동할 수 있다.

상기 차량용 냉각 시스템은 연료전지차량에 설치될 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 구체적인 내용 및 도면들에 포함되어 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 냉각 시스템에 의하면, 연료전지차량에서 구동모터를 냉각시키기 위한 제1 라디에이터와 연료전지 스택을 냉각시키기 위한 제2 라디에이터가 개별적으로 구비되어 팬 슈라우드 전면에 순차적으로 배치된다. 즉, 기본적으로 발열량이 많은 제2 라디에이터는 큰 면적으로 형성하여 팬 슈라우드의 전면에 배치하고 주행상태에 따라 발열량이 변하는 제1 라디에이터는 상대적으로 작은 면적으로 형성하여 팬 슈라우드와 제2 라디에이터 사이에 배치함으로써, 하나의 팬 슈라우드를 이용하더라도 제1 및 제2 라디에이터를 동시에 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

제1 라디에이터가 상대적으로 작은 면적을 가지더라도 제2 라디에이터와 팬 슈라우드 사이에 배치되어 있기 때문에 제1 라디에이터에 의해 냉각 공기의 흐름이 방해되어 냉각 공기가 제2 라디에이터로 제대로 공급되기 어려울 수 있다. 이를 해결하고자, 본 발명은 주행상태에 따라 또는 제1 라디에이터의 발열량에 따라 팬 슈라우드의 냉각팬에 대해 제1 라이에이터가 상대적으로 움직인다. 예를 들어, 제1 라디에이터의 발열량이 많은 상태 또는 고속 주행 시에는 제1 라디에이터가 팬 슈라우드의 송풍구에서 냉각 공기의 속도가 가장 높은 부분과 중첩하도록 이동하여 제1 라디에이터의 냉각 속도를 높일 수 있다. 만일 제1 라디에이터의 발열량이 적은 상태 또는 저속 주행 시에는 제1 라디에이터가 팬 슈라우드의 일단 또는 타단으로 이동함으로써 제1 라디에이터에 의한 냉각 공기의 흐름 방해를 최소화함으로써 제2 라디에이터의 냉각 속도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 팬 슈라우드에 의해 공급되는 냉각 공기의 속도 분포를 측정한 것이다.
도 3은 차량이 상대적으로 저속운행을 할 때 도 1의 제1 라디에이터의 움직임을 나타낸 도면이다.
도 4는 차량이 상대적으로 고속운행을 할 때 도 1의 제1 라디에이터의 움직임을 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 차량용 냉각 시스템은 팬 슈라우드 전면에 순차적으로 배열된 복수의 라디에이터를 구비한 차량에 적용될 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 차량용 냉각 시스템은 전기자동차 또는 연료전지차량에 적용될 수 있다. 더욱 바람직하게는 본 발명의 차량용 냉각 시스템은 수소연료전지차 또는 수소자동차에 적용될 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 팬 슈라우드에 의해 공급되는 냉각 공기의 속도 분포를 측정한 것이다.

본 발명의 차량용 냉각 시스템(1)은 팬 슈라우드(30)와, 팬 슈라우드(30)의 전면에 설치된 제1 라디에이터(20)와, 제1 라디에이터(20)의 전면에 설치된 제2 라디에이터(10)를 포함한다. 도시되지는 않았으나 제2 라디에이터(10)의 전면에는 에이컨 콘덴서가 더 설치될 수 있다.

팬 슈라우드(30)는 외부로부터 냉각 공기를 시스템 내에 공급하는 장치로서, 전체적으로 사각형 형상을 이루며 중심부에 송풍구(34)가 형성된 프레임(32)과, 송풍구(34) 내에 설치된 냉각팬(36, 38)을 포함한다. 냉각팬(36, 38)은 구동모터(미도시)에 연결된 팬허브(36)와, 팬허브(36)의 가장자리에 형성된 복수의 팬날개(38)를 포함한다. 냉각팬(36, 38)이 회전하면 송풍구(34)를 통해 냉각 공기가 제1 라디에이터(20) 및 제2 라디에이터(10)로 공급된다. 도 2를 참조하여 팬 슈라우드(30)에 의해 공급되는 냉각 공기의 속도 분포를 살펴보면, 속도가 가장 높은 부분(B)은 송풍구(34)에 대응하는 위치, 더욱 상세하게는 송풍구(34)의 가장자리와 팬허브(36) 사이의 공간 또는 팬날개(38)에 대응하는 위치이다(도 2의 녹색 부분). 팬허브(36)에 대응하는 부분(A)은 상대적으로 속도가 떨어지며, 팬 슈라우드(30)의 일단 또는 타단에 대응하는 부분(C)는 가장 속도가 떨어지는 것을 알 수 있다. 냉각 공기의 속도에 따라 대상체의 냉각 속도가 달라지기 때문에 냉각 공기의 속도 분포를 파악하는 것은 중요하다. 본 발명에서는 시스템 내에 별도의 센서를 구비하여 속도 분포를 실시간으로 파악할 수도 있고 사전에 팬 슈라우드(30)에 의해 공급되는 공기의 속도를 측정하여 속도 분포 데이터로 활용할 수도 있다.

제1 라디에이터(20)는 팬 슈라우드(30)의 전면에 설치되며, 제1 라디에이터(20) 중 팬 슈라우드(30)에 대향하는 부분이 제1 면적을 가진다. 제1 라디에이터(20)는 팬 슈라우드(30)의 일부만 중첩하도록 제1 면적이 조절될 수 있다. 제1 라디에이터(20)는 구동모터(21)에서 배출된 냉각수를 냉각시키는 장치일 수 있다. 제1 라디에이터(20)는 전체적으로 일방향으로 길쭉한 사각형 형상으로 이루어질 수 있고, 길이가 상대적으로 짧은 부분은 이송레일(22) 상에 설치되어 구동부(24)에 의해 병진이동을 할 수 있다. 제1 라디에이터(20)는 자체 발열량의 크기, 차량의 운행상태 또는 운행속도에 따라 이송레일(22) 상에서 움직이며 냉각팬(36, 38)에 대한 제1 라디에이터(20)의 상대적 위치가 변할 수 있다. 본 실시예에서는 이송레일(22)이 수평방향으로 배치되어 제1 라디에이터(20)가 수평방향으로 병진운동을 하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 이송레일(22)이 수직방향으로 배치되어 있는 경우 제1 라디에이터(20)는 수직방향으로 병진운동을 할 수도 있다.

제2 라디에이터(10)는 제1 라디에이터(20)의 전면에 설치되며, 제2 라디에이터(10) 중 팬 슈라우드(30)에 대향하는 부분이 제2 면적을 가진다. 제1 라디에이터(20)의 제1 면적이 제2 라디에이터(10)의 제2 면적보다 작도록 설계함으로써, 제1 라디에이터(20)에 의해 냉각 공기의 흐름이 일부 방해되더라도 냉각 공기가 제2 라디에이터(10)로 유입될 수 있도록 한다. 제2 라디에이터(10)는 연료전지 스택(11)에서 배출된 냉각수를 냉각시키는 장치일 수 있다. 제2 라디에이터(10)는 전체적으로 사각형 형상으로 이루어질 수 있고, 차체 또는 다른 구조물에 고정되어 설치될 수 있다.

본 실시예에서 제1 라디에이터(20)는 구동모터(21)를 냉각시키기 위해 사용되고 제2 라디에이터(10)는 연료전지 스택(11)을 냉각시키기 위해 사용되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 제1 라디에이터(20) 및 제2 라디에이터(10)는 차량의 종류에 따라 다양한 구성부품을 냉각시키기 위한 용도로 사용될 수도 있다.

이하 도 3 및 도 4를 참조하여 주행상태에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 냉각 시스템의 구동방식에 대해 자세히 설명한다.

도 3은 차량이 상대적으로 저속운행을 할 때 도 1의 제1 라디에이터의 움직임을 나타낸 도면이다. 차량이 상대적으로 저속운행을 하는 경우 제1 라디에이터(20)의 발열량이 상대적으로 적기 때문에, 기본적으로 발열량이 많은 제2 라디에이터(10)를 우선적으로 냉각시킬 필요가 있다. 제1 라디에이터(20)가 팬 슈라우드(30)의 일단 또는 타단(도 2에서 C 위치에 대응)으로 이동하거나 제1 라디에이터(20)가 송풍구(34)와의 중첩면적이 줄어드는 방향으로 이동함으로써 냉각 공기의 흐름 방해를 최소화하여 제2 라디에이터(10)의 냉각 효율을 높일 수 있다.

도 4는 차량이 상대적으로 고속운행을 할 때 도 1의 제1 라디에이터의 움직임을 나타낸 도면이다. 차량이 상대적으로 고속운행을 하는 경우 제1 라디에이터(20)의 발열량이 급격히 많아지기 때문에, 제1 라디에이터(20)를 우선적으로 냉각시킬 필요가 있다. 제1 라디에이터(20)가 팬 슈라우드(30)에서 냉각 공기의 속도가 가장 높은 부분(도 2의 B)으로 이동하거나 제1 라디에이터(20)가 송풍구(34)와의 중첩면적이 증가하는 방향으로 이동함으로써 냉각 공기와의 접촉면적을 최대화하여 제1 라디에이터(20)의 냉각 효율을 높일 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 차량용 냉각 시스템
10: 제2 라디에이터
11: 연료전지 스택
20: 제1 라디에이터
21: 구동모터
22: 이송레일
24: 구동부
30: 팬 슈라우드
32: 프레임
34: 송풍구
36: 팬허브
38: 팬날개

Claims (6)

1. 송풍구를 통해 냉각 공기를 공급하는 냉각팬을 구비한 팬 슈라우드;
   상기 팬 슈라우드의 전면에 설치되고 상기 팬 슈라우드에 대향하는 부분이 제1 면적을 가지는 제1 라디에이터; 및
   상기 제1 라디에이터의 전면에 설치되고 상기 팬 슈라우드에 대향하는 부분이 제2 면적을 가지는 제2 라디에이터를 포함하되,
   상기 제1 면적은 상기 제2 면적보다 작고,
   상기 제1 라디에이터의 발열량에 따라 상기 냉각팬에 대해 상기 제1 라디에이터가 상대적으로 움직이는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 라디에이터는 구동모터에서 배출된 냉각수를 냉각시키는 장치이고, 상기 제2 라디에이터는 연료전지 스택에서 배출된 냉각수를 냉각시키는 장치인 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 라디에이터는 이송레일 상에 설치되어 병진이동하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   차량이 상대적으로 고속운행을 할 때 상기 제1 라디에이터는 상기 팬 슈라우드에서 냉각 공기의 속도가 가장 높은 부분과 중첩되도록 배치되고, 차량이 상대적으로 저속운행을 할 때 상기 제1 라디에이터는 상기 팬 슈라우드의 일단 또는 타단으로 이동하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   차량이 상대적으로 고속운행을 할 때 상기 제1 라디에이터는 상기 송풍구와의 중첩면적이 증가하는 방향으로 이동하고, 차량이 상대적으로 저속운행을 할 때 상기 제1 라디에이터는 상기 송풍구와의 중첩면적이 줄어드는 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 차량용 냉각 시스템은 연료전지차량에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 시스템.

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