WO2021090988A1

WO2021090988A1 - 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차

Info

Publication number: WO2021090988A1
Application number: PCT/KR2019/015173
Authority: WO
Inventors: 김영원; 심정보; 손진영
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2021-05-14
Also published as: US11845361B2; KR20210056471A; US20220314815A1; KR102303947B1

Abstract

본 발명에 따른 유량분배기가 구비된 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차는, 작동유체의 순환계가 형성되는 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차에 있어서, 상기 랭킨사이클은, 상기 순환계를 따라 상기 작동유체를 유동시키는 펌프, 상기 펌프에 의해 유동되는 상기 작동유체에 열에너지를 전달하는 배터리유닛, 모터유닛 및 태양광패널유닛 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열원, 상기 순환계의 경로 상에 구비되어, 상기 열원을 통과한 작동유체의 열에너지를 통해 전기에너지를 발생시키는 발전유닛 및 상기 발전유닛을 통과한 작동유체와 외기를 서로 열교환시키는 라디에이터를 포함하며, 상기 랭킨사이클은, 상기 펌프에 의해 유동되는 상기 작동유체를 상기 배터리유닛, 상기 모터유닛 및 상기 태양광패널유닛 중 적어도 어느 일측으로 분배하는 유량분배기를 더 포함한다.

Description

랭킨사이클을 포함하는 전기자동차

본 발명은 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리유닛, 모터유닛 및 태양광패널유닛 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 열원에서 유량분배기를 통해 작동유체의 분배유량을 결정하고, 발생하는 폐열을 통해 랭킨사이클을 순환시켜 추가적인 에너지를 얻을 수 있도록 하는 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차에 관한 것이다.

전기자동차는(electric vehicle)은 전동기로 바퀴를 굴려 움직이는 자동차로서, 휘발유, 경유, 천연가스 등의 화석연료와 공기의 혼합물을 내연기관 내에서 폭발시켜 피스톤을 움직임으로써 움직이는 보통의 자동차와 구별된다.

전기자동차는 고속도로에서 장거리를 고속으로 주행할 수 있는 전기 자동차(electric car)와 주로 시내에서 저속으로 주행하는 전기 자동차(neighborhood electric vehicle)로 구분하기도 한다. 전동기의 동력원인 전기는 태양전지(solar cell)로부터 얻거나 충전된 축전지(storage battery)로부터 얻는 형태가 있다.

일반적으로 이와 같은 전기자동차의 경우 운행 중 배터리, 모터 등에서 열이 발생하게 되나, 이와 같은 열에너지는 폐열로서 사라지는 경우가 많다. 결과적으로 종래의 경우 전기자동차의 각부를 구동시키기 위한 에너지는 전면적으로 배터리에서 발생되는 전기에너지에 의해 공급되며, 이는 배터리의 소비전력이 커질 뿐만 아니라 배터리의 수명을 크게 낮추게 되는 원인이 된다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 전기자동차에 구비되는 열원을 이용하여 랭킨사이클을 구성함에 따라, 열원에서 발생하는 폐열을 활용하여 에너지를 추가적으로 생산할 수 있도록 하는 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차를 제공하기 위한 목적을 가진다.

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

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차는, 작동유체의 순환계가 형성되는 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차에 있어서, 상기 랭킨사이클은, 상기 순환계를 따라 상기 작동유체를 유동시키는 펌프, 상기 펌프에 의해 유동되는 상기 작동유체에 열에너지를 전달하는 배터리유닛, 모터유닛 및 태양광패널유닛 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열원, 상기 순환계의 경로 상에 구비되어, 상기 열원을 통과한 작동유체의 열에너지를 통해 전기에너지를 발생시키는 발전유닛 및 상기 발전유닛을 통과한 작동유체와 외기를 서로 열교환시키는 라디에이터를 포함하며, 상기 랭킨사이클은, 상기 펌프에 의해 유동되는 상기 작동유체를 상기 배터리유닛, 상기 모터유닛 및 상기 태양광패널유닛 중 적어도 어느 일측으로 분배하는 유량분배기를 더 포함한다.

이때 상기 열원은 상기 순환계의 경로 상에 구비되어, 상기 작동유체와 직접 열교환을 수행하도록 형성될 수 있다.

또한 본 발명은 상기 순환계의 경로 상에 상기 열원으로부터 이격되어 구비되며, 상기 열원으로부터 발생하는 열과 상기 작동유체 간을 서로 간접 열교환시키는 열교환유닛을 더 포함할 수 있다.

그리고 본 발명은 상기 랭킨사이클의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

이때 본 발명은 차량의 속도를 센싱하는 가속도센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 가속도센서에 의해 판단된 차량의 속도에 대응되도록 상기 작동유체의 순환유량을 제어할 수 있다.

여기서 본 발명은 상기 가속도센서에 의해 차량의 속도가 기준속도 미만으로 판단된 경우, 상기 라디에이터에 소정 속도를 가지는 바람을 생성하여 공급하는 냉각팬을 더 포함할 수 있다.

더불어 본 발명은 상기 태양광패널유닛으로부터 전달되는 열의 온도를 센싱하는 온도센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 온도센서에 의해 판단된 태양광패널유닛으로부터 전달되는 열의 온도에 대응되도록 상기 작동유체의 순환유량을 제어할 수 있다.

그리고 상기 배터리유닛은, 배터리 본체, 상기 배터리 본체를 감싸도록 구비되는 내부 하우징 및 상기 내부 하우징을 감싸도록 구비되되, 일측에 작동유체가 유입되는 제1유입구가 형성되고, 타측에 작동유체가 배출되는 제1배출구가 형성되며, 상기 내부 하우징과의 사이에 작동유체가 유동되는 제1열교환유로를 형성하는 외부 하우징을 포함할 수 있다.

이때 상기 배터리유닛은, 상기 제1열교환유로에 노출되는 방열핀을 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 모터유닛은, 로터와 스테이터 및 상기 로터와 스테이터를 감싸도록 형성되되, 일측에 작동유체가 유입되는 제2유입구가 형성되고, 타측에 작동유체가 배출되는 제2배출구가 형성되며, 상기 제2유입구 및 상기 제2배출구를 서로 연통시키는 제2열교환유로를 포함하는 케이스를 포함할 수 있다.

또한 상기 태양광패널유닛은, 태양광을 수집하는 태양광패널 및 작동유체가 유입되는 제3유입구와, 작동유체가 배출되는 제3배출구와, 상기 제3유입구 및 상기 제3배출구를 서로 연통시키도록 구비되어 작동유체가 유동되는 제3열교환유로를 포함하며, 상기 태양광패널의 일면에 접촉되도록 구비되는 열교환플레이트를 포함하는 냉각모듈을 포함할 수 있다.

그리고 상기 작동유체는 상기 열원을 통과하는 과정에서 액체에서 기체로 상 변화되도록 형성될 수 있다.

한편 상기 발전유닛은, 기체 상태로 상 변화된 작동유체의 유동에 의해 회전되는 터빈, 상기 터빈에 연결되어 상기 터빈의 회전에 의해 회전되는 회전축, 상기 회전축의 일부를 감싸도록 형성되며, 상기 회전축의 회전과 함께 회전되는 내륜과, 상기 내륜의 둘레를 감싸도록 형성되는 외륜을 포함하는 가스베어링, 상기 가스베어링을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링과 선택적으로 이격되거나 접촉되는 커버모듈 및 상기 내륜 및 상기 외륜 사이에 구비되며, 상기 커버모듈이 상기 회전축에 접촉되기 전에 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 구름베어링을 포함할 수 있다.

이때 상기 커버모듈은, 작동유체가 기 설정된 압력 이상으로 공급됨에 따라 상기 가스베어링과 일정 간격 이격되도록 형성되어 상기 가스베어링의 회전으로부터 독립된 상태를 유지하도록 형성될 수 있다.

또한 상기 구름베어링은, 작동유체가 기 설정된 압력 미만으로 공급됨에 따라 상기 커버모듈이 상기 가스베어링에 접촉될 경우, 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키도록 형성될 수 있다.

그리고 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따른 유량분배기가 구비된 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차는, 작동유체의 순환계가 형성되는 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차에 있어서, 상기 랭킨사이클은, 상기 순환계를 따라 상기 작동유체를 유동시키는 펌프, 상기 펌프에 의해 유동되는 상기 작동유체에 열에너지를 전달하는 배터리유닛, 모터유닛 및 태양광패널유닛 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열원, 상기 순환계의 경로 상에 구비되어, 상기 열원을 통과한 작동유체의 열에너지를 통해 전기에너지를 발생시키는 발전유닛 및 상기 발전유닛을 통과한 작동유체와 외기를 서로 열교환시키는 응축기를 포함하며, 상기 랭킨사이클은, 상기 펌프에 의해 유동되는 상기 작동유체를 상기 배터리유닛, 상기 모터유닛 및 상기 태양광패널유닛 중 적어도 어느 일측으로 분배하는 유량분배기를 더 포함한다.

그리고 상기 순환계의 경로 상에 상기 열원으로부터 이격되어 구비되며, 상기 열원으로부터 발생하는 열과 상기 작동유체 간을 서로 간접 열교환시키는 열교환유닛을 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 랭킨사이클의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차는 열원, 즉 배터리유닛, 모터유닛 및 태양광패널유닛 중 적어도 어느 하나로부터 발생하는 폐열을 이용하여 랭킨사이클을 순환시켜 추가적인 에너지를 얻을 수 있으므로, 이와 같은 추가적인 에너지를 전기자동차의 다양한 부분에 공급함에 따라 배터리 자체의 사용시간을 증가시킬 수 있으며, 배터리의 수명 역시 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 구조를 개략적으로 나타낸 도면;

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차의 구조를 개략적으로 나타낸 도면;

도 3은 본 발명의 각 실시예에 따른 전기자동차에 적용되는 배터리유닛의 모습을 나타낸 도면;

도 4은 본 발명의 각 실시예에 따른 전기자동차에 적용되는 모터유닛의 모습을 나타낸 도면;

도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 전기자동차에 적용되는 발전유닛의 모습을 나타낸 도면;

도 6은 본 발명의 각 실시예에 따른 전기자동차에 적용되는 태양광패널유닛의 모습을 나타낸 도면; 및

도 7 및 도 8은 본 발명의 각 실시예에 따른 전기자동차에 적용되는 발전유닛의 동작을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차(V)의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차(V)는 작동유체의 순환계가 형성되는 랭킨사이클을 포함한다. 이에 따라, 본 발명은 전기자동차(V)의 열원으로부터 발생하는 폐열을 이용하여 랭킨사이클을 순환시켜 추가적인 에너지를 얻을 수 있으며, 이와 같은 추가적인 에너지를 전기자동차의 다양한 부분에 공급할 수 있다.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에서 상기 랭킨사이클은, 펌프(600)와, 배터리유닛(200), 모터유닛(300) 및 태양광패널유닛(50) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열원(W)과, 발전유닛(100)과, 라디에이터(500)를 포함한다.

상기 펌프(600)는 랭킨사이클의 순환계를 따라 작동유체를 유동시키는 구성요소로서, 제1순환라인(f1)을 통해 작동유체를 열원(W) 측으로 유동시키게 된다.

그리고 열원(W)은 상기 펌프(600)에 의해 유동되는 상기 작동유체에 열에너지를 전달하는 배터리유닛(200), 모터유닛(300) 및 태양광패널유닛(50) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 여기서 모터유닛(300)은 전기자동차(V)의 구동휠을 회전시키는 역할을 수행하며, 배터리유닛(200)의 경우 상기 모터유닛(300) 및 전기자동차(V)의 각부에 전기에너지를 공급하는 역할을 수행한다. 그리고 상기 태양광패널유닛(50)은 전기자동차(V)의 외부에 노출되도록 구비되는 하나 이상의 태양광패널을 포함할 수 있으며, 상기 태양광패널은 태양광을 통해 전기에너지를 생성하게 된다. 한편, 이와 같은 태양광패널은 태양열에 의해 가열되므로, 본원발명은 이를 열원(W)으로서 사용할 수 있게 된다.

본 실시예에서 열원(W)은 배터리유닛(200), 모터유닛(300) 및 태양광패널유닛(50)을 모두 포함하는 것으로 하였으며, 이와 같은 경우 상기 랭킨사이클은 상기 펌프(600)에 의해 유동되는 상기 작동유체를 상기 배터리유닛(200), 상기 모터유닛(300) 및 태양광패널유닛(50) 중 적어도 어느 일측으로 분배하는 유량분배기(400)를 더 포함할 수 있다.

즉 제1순환라인(f1)을 통해 유동된 작동유체는 유량분배기(400)에 의해 제1분지라인(f5-1), 제2분지라인(f5-2) 및 제3분지라인(f5-3) 중 적어도 어느 일측으로 분배되어 소정 유량이 유동될 수 있으며, 이는 배터리유닛(200), 모터유닛(300) 및 태양광패널유닛(50)에서 발생하는 열의 온도에 비례하여 정해질 수 있을 것이다.

특히 본 실시예에서, 상기 열원(W)은 상기 순환계의 경로 상에 구비되어, 상기 작동유체와 직접 열교환을 수행하도록 형성된다. 이에 따라 작동유체는 열원(W)을 통과하는 과정에서 온도가 증가하게 되며, 배터리유닛(200) 및 모터유닛(300)은 냉각될 수 있다.

또한 본 실시예에서는 상기 작동유체가 상기 열원을 통과하는 과정에서 액체에서 기체로 상 변화되도록 온도 및 압력을 제어할 수 있다. 이는 기체 형태의 작동유체를 통해 이후 전기에너지 생성 과정을 용이하게 수행할 수 있도록 하기 위한 것이다.

그리고 열원(W)을 통과한 작동유체는 제2순환라인(f2)을 통해 발전유닛(100) 측으로 유동된다.

상기 발전유닛(100)은 상기 순환계의 경로 상에 구비되어, 상기 열원(W)을 통과한 작동유체의 열에너지를 통해 전기에너지를 발생시키는 역할을 수행한다.

이와 같이 발전유닛(100)에 의해 생성된 추가적인 에너지는 전기자동차의 다양한 부분에 공급될 수 있으며, 따라서 본 발명의 전기자동차(V)는 배터리 자체의 사용시간을 증가시킬 수 있으며, 배터리의 수명 역시 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 그리고 상기 발전유닛(100)의 보다 자세한 구조에 대해서는 후술하도록 한다.

그리고 상기 발전유닛(100)에 의해 생성된 전기에너지는 차량에 구비되는 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Sporage System)에 축전될 수 있으며, 이는 이후 전기에너지를 필요로 하는 차량의 각부에 공급될 수 있다.

상기 발전유닛(100)을 경유한 작동유체는 이후 제3순환라인(f3)을 통해 라디에이터(500)를 통과하게 되며, 상기 라디에이터(500)는 상기 발전유닛(100)을 통과한 작동유체와 외기를 서로 열교환시키게 되고, 열교환이 이루어진 상태의 작동유체는 제4순환라인(f4)을 통해 다시 펌프(600) 측으로 유동되어 1사이클을 형성하게 된다.

이때 본 발명의 전기자동차(V)는 상기 라디에이터(500)를 통한 작동유체와 외기 간의 열교환을 위해, 일반적인 전기자동차(V)에서 구비하지 않는 그릴이 형성될 수도 있다.

한편 본 실시예의 전기자동차(V)는 상기 랭킨사이클의 구동을 제어하는 제어부(700)와, 차량의 속도를 센싱하는 가속도센서(710)와, 상기 태양광패널유닛(50)으로부터 전달되는 열의 온도를 센싱하는 온도센서(720)를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 상기 제어부(700)는 상기 가속도센서(710)에 의해 판단된 차량의 속도에 대응되도록 상기 작동유체의 순환유량을 제어하도록 할 수 있다. 즉 본 실시예는 차량의 속도에 따른 상기 라디에이터(500)에서의 작동유체 및 외기 간의 열교환량을 고려하여 작동유체의 순환량을 제어하도록 한다.

예컨대, 상기 제어부(700)는 차량의 속도가 기준속도 미만으로 판단된 경우에는 작동유체의 순환이 이루어지지 않도록 하고, 차량의 속도가 기준속도 이상인 것으로 판단된 경우에는 작동유체의 순환이 이루어지도록 제어할 수 있다.

또한 이와 달리 차량의 속도가 기준속도 미만으로 판단된 경우에도 작동유체를 순환시켜 랭킨사이클을 운용할 수 있도록, 본 실시예는 상기 라디에이터(500)에 소정 속도를 가지는 바람을 생성하여 공급하는 냉각팬(미도시)을 더 포함할 수도 있다.

또한 상기 제어부(700)는 상기 온도센서(720)에 의해 판단된 태양광패널유닛(50)으로부터 전달되는 열의 온도에 대응되도록 상기 작동유체의 순환유량을 제어하도록 할 수도 있다. 즉 본 실시예는 태양광패널유닛(50)의 온도에 따른 상기 라디에이터(500)에서의 작동유체 및 외기 간의 열교환량을 고려하여 작동유체의 순환량을 제어하도록 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차(V)의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예 역시, 전술한 일 실시예와 전체적으로 동일한 구성요소들을 포함하며, 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하도록 한다.

다만, 본 실시예는 상기 순환계의 경로 상에 상기 열원(W)으로부터 이격되어 구비되며, 상기 열원(W)으로부터 발생하는 열과 상기 작동유체 간을 서로 간접 열교환시키는 열교환유닛(800)을 더 포함하는 형태를 가진다.

즉 본 실시예는 열원(W) 자체가 순환계의 경로에 위치되지 않도록 형성되며, 대신 열교환유닛(800)이 순환계의 경로 상에 구비되어, 열원(W)과 작동유체 간을 간접적으로 열교환할 수 있도록 한다.

이때 상기 열원(W)은 배터리유닛(200), 모터유닛(300) 및 태양광패널유닛(50), 그리고 열교환유닛(800) 사이에서 작동유체의 순환경로를 형성하는 열교환라인(f6)을 독립적으로 가질 수 있으며, 이에 따라 상기 열교환유닛(800)은 메인 순환계와 열교환라인(f6) 사이에서 열교환을 수행하게 된다.

그리고 도시되지는 않았으나, 상기 열교환라인(f6)의 경로 상에는 작동유체를 순환시키기 위한 별도의 보조펌프와, 배터리유닛(200), 모터유닛(300) 및 태양광패널유닛(50)으로 순환되는 작동유체의 유량을 결정하여 분배하는 보조유량분배기가 더 구비될 수도 있다.

한편 도 1 및 도 2에 도시된 각 실시예에서 상기 라디에이터(500)는 응축기(미도시)로 대체될 수 있다. 즉 본 발명의 전기자동차(V)는 라디에이터(500) 외에 응축기를 선택적으로 더 포함할 수 있으며, 상기 응축기는 라디에이터(500)와 마찬가지로 상기 발전유닛(100)을 통과한 작동유체와 외기를 서로 열교환할 수 있다.

도 3은 본 발명의 각 실시예에 따른 전기자동차(V)에 적용되는 배터리유닛(200)의 모습을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 각 실시에에 적용되는 배터리유닛(200)은, 배터리 본체(210)와, 상기 배터리 본체(210)를 감싸도록 구비되는 내부 하우징(220)과, 상기 내부 하우징(220)을 감싸도록 구비되되, 일측에 작동유체가 유입되는 제1유입구(232)가 형성되고, 타측에 작동유체가 배출되는 제1배출구(234)가 형성되며, 상기 내부 하우징(220)과의 사이에 작동유체가 유동되는 제1열교환유로(236)를 형성하는 외부 하우징(230)을 포함하는 형태를 가질 수 있다.

또한 상기 배터리유닛(200)은, 상기 제1열교환유로(236)에 노출되는 방열핀(240)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서 상기 방열핀(240)은 내부 하우징(220)의 각 둘레면마다 복수 개가 구비되는 것으로 하였으나, 상기 방열핀(240)의 장착 위치 및 개수 등은 본 실시예에 제한되지 않고 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.

그리고 상기 내부 하우징(220) 및 상기 방열핀(240)은 상기 배터리 본체(210)에서 발생하는 열을 효과적으로 전도시킬 수 있도록, 열 전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있을 것이다.

이와 같이 작동유체는 상기 제1열교환유로(236)에서 배터리 본체(210)와 효과적인 열교환을 수행할 수 있다.

도 4은 본 발명의 각 실시예에 따른 전기자동차(V)에 적용되는 모터유닛(300)의 모습을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전술한 각 실시예에 적용되는 모터유닛(300)은, 기본적으로 로터와 스테이터(미도시)를 포함한다. 이는 당업자에게 자명한 사항이므로 추가적인 설명은 생략하도록 한다.

그리고 상기 모터유닛(300)은, 상기 로터와 스테이터를 감싸도록 형성되되, 일측에 작동유체가 유입되는 제2유입구(322)가 형성되고, 타측에 작동유체가 배출되는 제2배출구(324)가 형성되며, 상기 제2유입구(322) 및 상기 제2배출구(324)를 서로 연통시키는 제2열교환유로(326)를 포함하는 케이스(320)를 포함한다.

상기 케이스(320)는 로터와 연결된 모터회전축(310)이 관통하는 형태를 가지며, 상기 제2열교환유로(326)는 상기 케이스(320) 내부에 다양한 형태의 경로를 가지도록 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2열교환유로(326)는 상기 케이스(320)의 둘레를 n회 감싸는 나선 형태일 수 있는 등 효과적인 열교환을 위한 형태를 가질 수 있을 것이다.

이와 같이 작동유체는 상기 제2열교환유로(236)에서 로터 및 스테이터 사이에서 발생하는 열과 효과적인 열교환을 수행할 수 있다.

도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 전기자동차(V)에 적용되는 태양광패널유닛(50)의 모습을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전술한 각 실시에에 적용되는 태양광패널유닛(50)은 태양광패널(52)에 구비되며, 내부에 상기 작동유체가 유동됨에 따라 상기 태양광패널(52)의 열을 상기 작동유체에 전달하는 냉각모듈을 포함하는 형태를 가진다.

구체적으로 상기 냉각모듈은, 작동유체가 유입되는 제3유입구(55)와, 작동유체가 배출되는 제3배출구(56)와, 상기 제3유입구(55) 및 상기 제3배출구(56)를 서로 연통시키도록 구비되어 작동유체가 유동되는 제3열교환유로(57)를 포함하며, 상기 태양광패널(52)의 일면에 접촉되도록 구비되는 열교환플레이트(54)를 포함하여 구성된다.

이때 상기 열교환플레이트(54)는 상기 태양광패널(52)에서 발생하는 열을 효과적으로 전도시킬 수 있도록, 열 전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있을 것이다.

또한 상기 제3열교환유로(57)는 상기 열교환플레이트(54) 내부에 다양한 형태의 경로를 가지도록 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제3열교환유로(57)는 상기 열교환플레이트(54)의 내부에서 코일 형태로 n회의 왕복 경로를 형성하는 형태 등 효과적인 열교환을 위한 형태를 가질 수 있을 것이다.

이와 같이 작동유체는 상기 태양광패널유닛(50)에서 태양광패널(52)과 효과적인 열교환을 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 각 실시예에 따른 전기자동차에 적용되는 발전유닛(100)의 모습을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 각 실시예에 적용되는 발전유닛(100)은 기체 상태로 상 변화된 작동유체의 유동에 의해 회전되는 터빈(120)과, 상기 터빈(120)에 연결되어 상기 터빈(120)의 회전에 의해 회전되는 회전축(110)을 포함하며, 추가적으로 가스베어링(150), 커버모듈(130) 및 구름베어링(180)을 포함한다.

구체적으로 상기 가스베어링(150)은 상기 회전축(110)의 일부를 감싸도록 형성되며, 상기 회전축(110)의 회전과 함께 회전되는 내륜(160)과, 상기 내륜(160)의 둘레를 감싸도록 형성되는 외륜(170)을 포함한다.

그리고 상기 커버모듈(130)은 상기 가스베어링(150)을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링(150)과 선택적으로 이격되거나 접촉될 수 있도록 형성된다.

특히 상기 커버모듈(130)은, 가스가 기 설정된 압력 이상으로 공급될 경우 도 7과 같이 가스의 압력에 의해 상기 가스베어링(150)과 일정 간격 이격되도록 형성되어 상기 가스베어링(150)의 회전으로부터 독립된 상태를 유지하게 되어 상기 회전축(110)의 회전 마찰력을 저감시키게 된다.

그리고 상기 구름베어링(180)은 상기 내륜(160) 및 상기 외륜(170) 사이에 구비되며, 상기 커버모듈(130)이 상기 회전축(110)에 접촉되기 전에 상기 내륜(160)과 상기 외륜(170) 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 역할을 수행한다.

예컨대, 가스 공급이 기 설정된 압력 미만으로 공급되거나 정상적으로 이루어지지 않을 경우 등과 같은 돌발 상황 시 도 8에 도시된 바와 같이 상기 커버모듈(130)이 자중에 의해 하강하여 상기 가스베어링(150)에 접촉되며, 이와 같은 상황에서 상기 구름베어링(180)은 상기 내륜(160)과 상기 외륜(170) 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 역할을 수행할 수 있다.

즉 상기 구름베어링(180)은 상기 가스베어링(150)의 구동에 문제가 발생할 경우, 상기 가스베어링(150)을 대체하여 구동됨에 따라 상기 회전축(110)의 회전 마찰력을 저감시키게 된다.

그리고 상기 구름베어링(180)은, 상기 외륜(170) 및 상기 내륜(160) 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 베어링 형태라면 모두 적용될 수 있으며, 그 형태에는 제한이 없다. 예컨대, 상기 구름베어링(180)으로는 볼베어링 등이 적용될 수 있으나, 이외에도 다양한 베어링이 적용될 수 있을 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims

작동유체의 순환계가 형성되는 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차에 있어서,

상기 랭킨사이클은,

상기 순환계를 따라 상기 작동유체를 유동시키는 펌프;

상기 펌프에 의해 유동되는 상기 작동유체에 열에너지를 전달하는 배터리유닛, 모터유닛 및 태양광패널유닛을 포함하는 열원;

상기 순환계의 경로 상에 구비되어, 상기 열원을 통과한 작동유체의 열에너지를 통해 전기에너지를 발생시키는 발전유닛; 및

상기 발전유닛을 통과한 작동유체와 외기를 서로 열교환시키는 라디에이터;

를 포함하며,

상기 랭킨사이클은,

상기 펌프에 의해 유동되는 상기 작동유체를 상기 배터리유닛, 상기 모터유닛 및 상기 태양광패널유닛 중 적어도 어느 일측으로 분배하는 유량분배기를 더 포함하는 전기자동차.
제1항에 있어서,

상기 열원은 상기 순환계의 경로 상에 구비되어, 상기 작동유체와 직접 열교환을 수행하도록 형성되는 전기자동차.
제1항에 있어서,

상기 순환계의 경로 상에 상기 열원으로부터 이격되어 구비되며, 상기 열원으로부터 발생하는 열과 상기 작동유체 간을 서로 간접 열교환시키는 열교환유닛을 더 포함하는 전기자동차.
제1항에 있어서,

상기 랭킨사이클의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 전기자동차.
제4항에 있어서,

차량의 속도를 센싱하는 가속도센서를 더 포함하며,

상기 제어부는 상기 가속도센서에 의해 판단된 차량의 속도에 대응되도록 상기 작동유체의 순환유량을 제어하는 전기자동차.
제5항에 있어서,

상기 가속도센서에 의해 차량의 속도가 기준속도 미만으로 판단된 경우, 상기 라디에이터에 소정 속도를 가지는 바람을 생성하여 공급하는 냉각팬을 더 포함하는 전기자동차.
제4항에 있어서,

상기 태양광패널유닛으로부터 전달되는 열의 온도를 센싱하는 온도센서를 더 포함하며,

상기 제어부는 상기 온도센서에 의해 판단된 태양광패널유닛으로부터 전달되는 열의 온도에 대응되도록 상기 작동유체의 순환유량을 제어하는 전기자동차.
제1항에 있어서,

상기 배터리유닛은,

배터리 본체;

상기 배터리 본체를 감싸도록 구비되는 내부 하우징; 및

상기 내부 하우징을 감싸도록 구비되되, 일측에 작동유체가 유입되는 제1유입구가 형성되고, 타측에 작동유체가 배출되는 제1배출구가 형성되며, 상기 내부 하우징과의 사이에 작동유체가 유동되는 제1열교환유로를 형성하는 외부 하우징;

을 포함하는 전기자동차.
제8항에 있어서,

상기 배터리유닛은,

상기 제1열교환유로에 노출되는 방열핀을 더 포함하는 전기자동차.
제1항에 있어서,

상기 모터유닛은,

로터와 스테이터; 및

상기 로터와 스테이터를 감싸도록 형성되되, 일측에 작동유체가 유입되는 제2유입구가 형성되고, 타측에 작동유체가 배출되는 제2배출구가 형성되며, 상기 제2유입구 및 상기 제2배출구를 서로 연통시키는 제2열교환유로를 포함하는 케이스;

를 포함하는 전기자동차.
제1항에 있어서,

상기 태양광패널유닛은,

태양광을 수집하는 태양광패널; 및

작동유체가 유입되는 제3유입구와, 작동유체가 배출되는 제3배출구와, 상기 제3유입구 및 상기 제3배출구를 서로 연통시키도록 구비되어 작동유체가 유동되는 제3열교환유로를 포함하며, 상기 태양광패널의 일면에 접촉되도록 구비되는 열교환플레이트를 포함하는 냉각모듈;

을 포함하는 전기자동차.
제1항에 있어서,

상기 작동유체는 상기 열원을 통과하는 과정에서 액체에서 기체로 상 변화되도록 형성되는 전기자동차.
제12항에 있어서,

상기 발전유닛은,

기체 상태로 상 변화된 작동유체의 유동에 의해 회전되는 터빈;

상기 터빈에 연결되어 상기 터빈의 회전에 의해 회전되는 회전축;

상기 회전축의 일부를 감싸도록 형성되며, 상기 회전축의 회전과 함께 회전되는 내륜과, 상기 내륜의 둘레를 감싸도록 형성되는 외륜을 포함하는 가스베어링;

상기 가스베어링을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링과 선택적으로 이격되거나 접촉되는 커버모듈; 및

상기 내륜 및 상기 외륜 사이에 구비되며, 상기 커버모듈이 상기 회전축에 접촉되기 전에 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 구름베어링;

을 포함하는 전기자동차.
제13항에 있어서,

상기 커버모듈은,

작동유체가 기 설정된 압력 이상으로 공급됨에 따라 상기 가스베어링과 일정 간격 이격되도록 형성되어 상기 가스베어링의 회전으로부터 독립된 상태를 유지하도록 형성되는 전기자동차.
제14항에 있어서,

상기 구름베어링은,

작동유체가 기 설정된 압력 미만으로 공급됨에 따라 상기 커버모듈이 상기 가스베어링에 접촉될 경우, 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키도록 형성되는 전기자동차.
작동유체의 순환계가 형성되는 랭킨사이클을 포함하는 전기자동차에 있어서,

상기 랭킨사이클은,

상기 순환계를 따라 상기 작동유체를 유동시키는 펌프;

상기 펌프에 의해 유동되는 상기 작동유체에 열에너지를 전달하는 배터리유닛, 모터유닛 및 태양광패널유닛을 포함하는 열원;

상기 순환계의 경로 상에 구비되어, 상기 열원을 통과한 작동유체의 열에너지를 통해 전기에너지를 발생시키는 발전유닛; 및

상기 발전유닛을 통과한 작동유체와 외기를 서로 열교환시키는 응축기;

를 포함하며,

상기 랭킨사이클은,

상기 펌프에 의해 유동되는 상기 작동유체를 상기 배터리유닛, 상기 모터유닛 및 상기 태양광패널유닛 중 적어도 어느 일측으로 분배하는 유량분배기를 더 포함하는 전기자동차.
제16항에 있어서,

상기 열원은 상기 순환계의 경로 상에 구비되어, 상기 작동유체와 직접 열교환을 수행하도록 형성되는 전기자동차.
제16항에 있어서,

상기 순환계의 경로 상에 상기 열원으로부터 이격되어 구비되며, 상기 열원으로부터 발생하는 열과 상기 작동유체 간을 서로 간접 열교환시키는 열교환유닛을 더 포함하는 전기자동차.
제16항에 있어서,

상기 랭킨사이클의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 전기자동차.
제16항에 있어서,

상기 작동유체는 상기 열원을 통과하는 과정에서 액체에서 기체로 상 변화되도록 형성되는 전기자동차.