온도 조절 시스템{Temperature controlling system}

본 발명의 실시예는 온도 조절 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 보조 동력 장치로부터 배출된 배기 가스를 이용하여 온도 조절이 가능한 온도 조절 시스템에 관한 것이다.

보조 동력 장치는 주엔진에 보조적인 동력을 공급하도록 만들어진 장치이다. 이러한 보조 동력 장치는 항공기에 구비될 수 있다. 이때, 항공기의 보조 동력 장치는 항공기가 지상에 있을 때와 이착륙 도중, 즉 주 엔진인 추진 기관이 꺼져 있을 때나 추진 기관에 많은 추력을 발생시킬 것이 요구되는 경우에 사용되는 것이다.

항공기용 추진 기관인 가스 터빈 엔진은 고정익 항공기의 추진기관, 회전익 항공기의 축출력 기관으로 활용되는 구성품이다. 이러한 가스 터빈 엔진의 시동을 위해서는 우선 자체 연료 분사 및 점화 없이 보조 동력 장치를 이용하여 가스 터빈 엔진을 설정 회전수 이상으로 가속시켜줘야 한다. 이렇게 가속된 가스 터빈 엔진은 이후 자체 연료 분사 및 점화를 통해 정상 운용 회전수에 도달하게 된다. 이때까지를 가스 터빈 엔진의 시동 구간이라고 하며, 가스 터빈 엔진의 정지 상태에서 정상 운용 회전수까지 도달하는 시간을 시동 시간이라고 한다.

기존의 가스 터빈 엔진은 상술한 보조 동력 장치로부터 추기된 압축 공기를 이용하여 공기 터빈 시동기(Air Turbine Starter; ATS)를 구동시킴으로써 가스 터빈 엔진이 가속되고, 시동이 되도록 설계된다. 가스 터빈 엔진의 시동 성능이란 주어진 시간 내에 충분한 가속을 시켜주는 성능을 의미한다. 공기 터빈 시동기는 보조 동력 장치로부터 공급되는 압축 공기의 온도 및 압력이 높을수록 큰 가속 성능을 갖는다. 따라서, 가스 터빈 엔진의 시동 성능 향상을 위해서는 공기 터빈 시동기로 공급되는 보조 동력 장치의 압축 공기의 온도 및 압력을 높이는 것이 중요하다.

이러한 보조 동력 장치의 성능을 향상시키기 위해서 한국공개특허 제10-2013-0058849호(발명의 명칭: 보조 동력 장치 및 이를 포함한 보조 시동 장치)는 폐열을 회수하여 공기 터빈 시동기로 공급하는 기술이 개시되어 있다.

한편, 환경 제어 장치(Environment control system)는 캐빈(cabin) 및 항공기 날개에 온도가 조절된 공기를 공급하는 냉난방 모드의 제어가 필요하다. 보조 동력 장치는 이러한 환경 제어 장치(ECS)에 추기된 압축 공기를 공급하게 되는데, 주엔진 시동용 고온 고압의 압축 공기는 환경 제어 장치(ECS)의 냉방 모드로의 제어가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 주 엔진 시동뿐만 아니라 환경 제어 장치(ECS)의 냉난방 모드를 제어할 수 있는 온도 조절 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예는 외기를 압축하여 제1 압축 가스를 생성하고, 외부로 제1 배기 가스를 배출하는 보조동력부와, 상기 보조동력부로부터 공급되는 제1 압축 가스를 사용하여 유입되는 외기를 압축하여 제2 압축 가스를 생성하고, 외부로 토출되는 상기 제2 압축 가스와 상기 제1 압축 가스를 열교환하고, 상기 제2 압축 가스를 외부로 공급하여 외부의 온도를 조절하는 환경제어부와, 상기 보조동력부와 상기 환경제어부를 연결하며, 상기 제1 압축 가스를 상기 보조동력부로부터 상기 환경제어부로 안내하는 제1 유로와, 상기 제1 유로로부터 분지되며, 상기 보조동력부와 상기 환경제어부를 연결하여 상기 제1 압축 가스를 상기 보조동력부로부터 상기 환경제어부로 안내하는 제2 유로 및 상기 제2 유로에 배치되어 상기 제1 배기 가스와 상기 제1 압축 � �스를 열교환하는 제1 열교환부를 포함하는 온도 조절 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 환경제어부는, 상기 보조동력부와 연결되어 상기 제1 압축 가스를 사용하여 동력을 발생시키는 팽창부, 상기 팽창부에 의해 구동되며, 외기를 압축하여 제2 압축 가스를 생성하는 압축부 및 상기 팽창부로부터 배출된 제2 배기 가스와 상기 제2 압축 가스를 열교환시켜 외부로 공급하는 제2 열교환부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유로에 설치되어 상기 제1 유로를 선택적으로 개폐하는 제1 밸브 및 상기 제2 유로에 설치되어 상기 제2 유로를 선택적으로 개폐하는 제2 밸브를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 환경제어부에서 조절하는 상기 외기의 온도를 근거로 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유로로부터 분지되며, 상기 보조동력부와 상기 제2 열교환부를 연결하여 상기 제1 압축 가스를 상기 보조동력부로부터 상기 제2 열교환부로 안내하는 제1 바이패스 유로 및 상기 제2 유로로부터 분지되며, 상기 제2 열교환부와 상기 제1 열교환부를 연결하여 열교환된 상기 제1 압축 가스를 상기 제1 열교환부로부터 상기 제2 열교환부로 안내하는 제2 바이패스 유로를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 바이패스 유로에 설치되며 상기 제1 바이패스 유로를 통해 안내되는 상기 제1 압축 가스의 유량을 조절하는 제3 밸브, 상기 제2 바이패스 유로에 설치되며 상기 제2 바이패스 유로를 통해 안내되는 상기 제1 압축 가스의 유량을 조절하는 제4 밸브 및 상기 제3 밸브가 상기 제1 밸브와 동시에 작동되도록 제어하고, 상기 제4 밸브가 상기 제2 밸브와 동시에 작동되도록 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다..

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 특허청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절 시스템은 고온의 배기 가스를 이용하는 제1 열교환부를 통해 고온 고압의 압축 가스를 주 엔진 장치로 제공함으로써, 효율적으로 주 엔진 시동이 가능하다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절 시스템은 제1 바이패스 유로 및 제2 바이패스 유로를 포함하고, 열교환된 제1 압축 가스 및 열교환되지 않은 제1 압축 가스를 제2 열교환부로 모두 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절 시스템은 주 엔진을 효율적으로 시동시킬 수 있음과 동시에 환경제어부의 냉방 모드 및 난방모드 모두를 효과적으로 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절 시스템의 개략적인 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 제어 관계를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3a는 도 1의 온도 조절 시스템이 냉방 모드로 작동하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3b는 도 1의 온도 조절 시스템이 난방 모드로 작동하는 모습을 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하의 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명의 실시예의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 잇는 것과 유사하게, 본 발명의 실시예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. 매커니즘, 요소, 수단, 구성과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절 시스템(100)의 개략적인 모습을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 온도 조절 시스템(100)은, 보조동력부(110), 환경제어부(120), 제1 유로(R1), 제2 유로(R2) 및 제1 열교환부(130)를 포함한다.

보조동력부(110)는 외기를 압축하여 제1 압축 가스(S1)를 생성하고, 외부로 제1 배기 가스(G1)를 배출할 수 있다. 보조동력부(110)는 적어도 하나의 제1 압축부(112)를 포함할 수 있다.

일 실시예로서, 보조 동력부(110)는 제1 압축부(112)와 연결된 제1 팽창부(114), 연소부(116)를 더 포함할 수 있다. 제1 압축부(112)는 유입되는 외기를 압축하여 제1 압축 가스(S1)를 생성할 수 있다. 제1 압축부(112)로는 터보 압축기, 회전 압축기, 왕복동 압축기 등이 사용될 수 있다. 제1 연소부(116)는 제1 압축부(112)에서 생성된 제1 압축 가스(S1)의 일부와 연료를 연소시켜 제1 연소 가스(M1)를 발생시킬 수 있다. 제1 팽창부(114)는 연소부(116)로부터 생성된 제1 연소 가스(M1)를 공급받아 제1 압축부(112)를 구동시키고, 고온의 제1 배기 가스(G1)를 배출할 수 있다.

일 실시예에 따른 보조동력부(110)의 제1 압축부(112)는 제1 회전축(118)으로부터 동력을 전달받아 공기를 압축시키는 구성을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 본 발명에 따른 제1 압축부(112)는 별개의 모터(미도시)와 연결되어 상기 모터에 의해 동력을 전달받아 구동될 수도 있으며, 그 경우 제어부(150)가 해당 모터를 제어하게 된다. 이때, 제1 팽창부(114)는 구비되지 않을 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 보조동력부(110)가 제1 압축부(112), 제1 팽창부(114) 및 제1 연소부(116)를 포함하는 경우를 중심으로 설명하기로 한다.

환경제어부(120)는 보조동력부(110)와 연결되어 제1 압축 가스(S1)를 사용하여 외기의 온도를 상승시키거나 하강시켜 외부로 공급할 수 있다. 구체적으로, 환경제어부(120)는 보조동력부(110)로부터 공급되는 제1 압축 가스(S1)를 사용하여 유입되는 외기를 압축하여 제2 압축가스를 생성할 수 있다. 또한, 환경제어부(120)는 외부로 토출되는 제2 압축 가스(S2)와 제1 압축 가스(S1)를 열교환하고, 제2 압축 가스(S2)를 외부로 공급하여 외부의 온도를 조절할 수 있다. 환경제어부(120)는 제2 팽창부(124), 제2 압축부(122) 및 제2 열교환부(126)을 포함할 수 있다.

제2 팽창부(124)는 보조동력부(110)와 연결되어 제1 압축 가스(S1)를 사용하여 동력을 발생시킬 수 있다. 제2 팽창부(124)는 제2 압축부(122)와 제2 회전축(128)으로 연결되며, 동력을 발생시켜 제2 압축부(122)를 구동시킬 수 있다. 제2 팽창부(124)는 동력을 발생시키는 과정에서 고온의 제2 배기 가스(G2)를 배출할 수 있다.

제2 압축부(122)는 제2 팽창부(124)에 의해 구동되며, 외기를 압축하여 제2 압축 가스를 생성할 수 있다. 제2 압축부(122)는 제2 회전축(128)에 의해 제2 팽창부(124)와 연결되며, 제2 회전축(128)이 회전되면 외기를 압축하게 된다.

제2 열교환부(126)는 제2 팽창부(124)로부터 배출된 제2 배기 가스(G2)와 제2 압축 가스(S2)를 열교환시켜 외부로 공급할 수 있다. 제2 열교환부(126)는 예를 들어 복수 개의 관을 구비하며 복수개의 관의 외면에 제2 배기 가스(G2)가 접촉하고 복수개의 관 내부에 압축된 제2 압축 가스(S2)를 통과시켜 관벽을 통해 열교환을 발생시킬 수 있다. 고온의 제2 배기 가스(G2)를 이용하는 경우, 제2 압축 가스의 온도는 올라가고, 제2 배기 가스(G2)의 온도는 내려갈 수 있다. 이때, 제2 열교환부(126)는 후술하는 제1 바이패스 유로(B1) 및 제2 바이패스 유로(B2)를 통해 제1 압축 가스를 공급받을 수 있다. 제1 압축가스(S1)은 제1 유로(R1) 및 제1 바이패스 유로(B1)를 거치는 제1-1 압축가스(S1-1)와, 제2 유로(R2) 및 제2 바이패스 유로(B2)를 거치는 제1-2 압축가스(S1-2)를 포함할 수 있다. 제1 바이패스 유로(B1)를 통해 공급되는 제1-1 압축 가스(S1-1)는 제1 열교환부(130)을 통과하지 않아 제1-2 압축가스(S1-2)에 비해 낮은 에너지 준위를 가질 수 있다. 제2 열교환부(126)는 상기한 바와 같이 에너지 준위가 다른 제1-1 압축가스(S1-1)와 제1-2 압축가스(S1-2)를 이용하여 제2 압축 가스의 온도를 조절할 수 있다.

열교환된 제2 압축 가스(S2)는 제1 외부 장치로 제공될 수 있다. 이때, 상기 제1 외부 장치는 상기 제2 압축 가스를 통하여 냉방 또는 난방이 수행될 수 있다. 상기 제1 외부 장치는 캐빈(cabin, 20), 날개(wing) 및 엔진실(nacelle, 30) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 제1 외부 장치가 캐빈(20) 및 엔진실(30)을 포함하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다. 또한, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제2 압축 가스(S2)를 통하여 캐빈(20)은 냉방이 수행되고, 엔진실(30)은 난방이 수행되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

상기와 같은 경우 캐빈(20)에는 주엔진 시동시에도 냉방이 가능하도록 저온의 제2 압축 가스(S2)가 제공되어야 한다. 또한, 엔진실(30)에는 구동 효율을 높이기 위해 난방이 가능하도록 고온의 제2 압축 가스(S2)가 제공되어야 한다.

한편, 보조동력부(110)와 환경제어부(120)는 제1 유로(R1) 및 제2 유로(R2)를 통해 연결될 수 있다.

제1 유로(R1)는 보조동력부(110)와 환경제어부(120)를 연결하며, 제1 압축 가스(S1)를 보조동력부(110)로부터 환경제어부(120)로 안내할 수 있다. 구체적으로, 제1 유로(R1)는 보조동력부(110)의 제1 압축부(112)와 환경제어부(120)의 제2 팽창부(124)를 연결할 수 있다. 제1 유로(R1)에는 제1 유로(R1)를 선택적으로 개폐할 수 있는 제1 밸브(V1)가 설치될 수 있다. 이때, 제1 밸브(V1)는 외부로부터 제어신호 또는 전기 신호 등에 따라 제어되는 솔레노이드 밸브 형태일 수 있다. 제1 유로(R1)을 통해 공급되는 제1 압축가스(S1)는 제1 열교환부(130)를 거치지 않아 에너지 준위가 상대적으로 낮은 제1-1 압축가스(S1-1)일 수 있다.

제2 유로(R2)는 제1 유로(R1)로부터 분지되며, 보조동력부(110)와 환경제어부(120)를 연결하여 제1 압축 가스(S1)를 보조동력부(110)로부터 환경제어부(120)로 안내할 수 있다. 제1 유로(R1)와 마찬가지로, 제2 유로(R2)는 보조동력부(110)의 제1 압축부(112)와 환경제어부(120)의 제2 팽창부(124)를 연결할 수 있다. 제2 유로(R2)에는 제2 유로(R2)를 선택적으로 개폐할 수 있는 제2 밸브(V2)가 설치될 수 있다. 제1 열교환부(130)는 제2 유로(R2)에 배치되어 제1 배기 가스(G1)와 제1 압축 가스(S1)를 열교환할 수 있다. 제1 열교환부(130)에서 열교환하는 방식에는 제한이 없으나, 일 실시예로서, 제1 열교환부(130)는 제2 열교환부(126)와 동일 방식으로 열교환을 발생시킬 수 있다. 다시 말해, 제1 열교환부(130)는 복수 개의 관을 구비하며 관외에 제1 배기 가스가 접촉하고 관내에 압축된 제1 압축 가스를 통과시켜 관벽을 통해 열교환을 발생시킬 수 있다. 이때, 고온의 제1 배기 가스(G2)는 온도가 내려가고, 제1 압축 가스(S1)는 온도가 상승할 수 있다.

상기와 같이 제2 유로(R2)에는 제1 열교환부(130)가 배치되므로, 제2 유로(R2)를 통해 제2 팽창부(124)로 공급된 제1-2 압축 가스(S1-2)는 제1 유로(R1)를 통해 안내된 제1-1 압축 가스(S1-1)에 비해 상대적으로 고온일 수 있다.

한편, 온도 조절 시스템(100)은 제1 바이패스 유로(B1) 및 제2 바이패스 유로(B2)를 더 포함할 수 있다.

제1 바이패스 유로(B1)는 제1 유로(R1)로부터 분지될 수 있다. 제1 바이패스 유로(B1)는 보조동력부(110)와 제2 열교환부(126)를 연결하여 제1 압축 가스를 보조동력부(110)로부터 제2 열교환부(126)로 안내할 수 있다. 제1 바이패스 유로(B1)에는 제3 밸브(V3)가 설치될 수 있다. 제3 밸브(V3)는 제1 바이패스 유로(B1)를 통해 안내되는 제1-1 압축 가스(S1-1)의 유량을 조절하는 조절밸브일 수 있다.

제2 바이패스 유로(B2)는 제2 유로(R2)로부터 분지될 수 있다. 제2 바이패스 유로(B2)는 제2 열교환부(126)와 제1 열교환부(130)를 연결하여 제1 열교환부(130)를 통해 열교환된 제1-2 압축 가스(S1-2)를 제1 열교환부(130)로부터 제2 열교환부(126)로 안내할 수 있다. 제2 바이패스 유로(B2)에는 제4 밸브(V4)가 설치될 수 있다. 제4 밸브(V4)는 제2 바이패스 유로(B2)를 통해 안내되는 제1-2 압축가스(S1-2)의 유량을 조절하는 조절밸브 일 수 있다.

한편, 보조동력부(110)는 생성된 제1 압축 가스(S1)를 제2 외부 장치로 공급하는 기능을 수행한다. 이때, 제2 외부 장치는 주 엔진 장치(10)일 수 있다. 주 엔진 장치(10)는 공기 터빈 시동기(ATS, 11) 및 공기 터빈 시동기(11)와 연결된 주 엔진(12)을 포함할 수 있다. 보조동력부(110)는 제3 유로(R3)를 통해 외부 장치인 주 엔진 장치(10)와 연결될 수 있다.

제3 유로(R3)는 제2 유로(R2)로부터 분지되며, 제1 열교환부(130)와 주 엔진 장치(10)를 연결하여 열교환된 제1-2 압축 가스(S1-2)를 제1 열교환부(130)로부터 주 엔진 장치(10)로 안내할 수 있다. 제3 유로(R3)를 통해 안내된 제1 압축 가스는 제1 열교환부(130)에 의해 열교환된 제1-2 압축 가스(S1-2)로서, 고온의 제1 압축 가스일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절 시스템(100)은 주 엔진 장치(10)로 에너지 준위가 높은 고온 고압의 제1 압축 가스(S1)를 공급할 수 있어, 적은 유량을 통해서도 주 엔진 장치(10)를 효율적으로 구동할 수 있다. 제3 유로(R3)에는 제3 유로(R3)를 개폐할 수 있는 제5 밸브(V5)가 설치될 수 있다.

제1 압축부(112)로부터 주 엔진 장치(10)로 제1 압축 가스(S1)를 공급하는 경우 제1 압축 가스(S1)의 온도가 낮아 주 엔진 장치(10)의 시동 시 시동이 잘 걸리지 않거나 시간이 많이 소요될 수 있다. 또한, 주 엔진 장치(10)로 유입되는 제1 압축 가스(S1)의 에너지 준위가 낮아 주 엔진 장치(10)를 효율적으로 구동하는 것이 어렵다. 그러나 본 발명의 실시예들에서는 제1 압축부(112)에서 토출된 제1 압축 가스(S1)가 제1 열교환부(130)를 통하여 제1 배기 가스(G1)와 열교환함으로써 제1 압축 가스(S1)의 온도를 상승시킬 수 있다. 이러한 경우 주 엔진 장치(10)에는 고온 고압의 제1 압축 가스(S1)가 공급되므로, 적은 양의 제1 압축 가스(S1)를 통해 시동을 걸 수 있고, 시동 시간을 단축시킬 수 있다.

한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(150)의 제어 관계를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 제어부(150)는 전기 회로, 집적회로칩 등을 포함하며, 온도 조절 시스템(100)을 운용하는 프로그램에 따라 연산을 수행하여 피제어부들을 제어하는 기능을 가진다. 제어부(150)는 환경제어부(120)에서 조절하는 외기의 온도를 근거로 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(150)는 캐빈(20) 내의 온도를 측정하는 제1 센서(21) 및 날개 및 주엔진실(30)의 온도를 측정하는 제2 센서(31)로부터 외기의 온도를 입력 받을 수 있다. 제어부(150)는 사용자의 외부 입력을 통해 캐빈(20)과, 날개 및 주 엔진실(30) 중 어느 하나의 온도를 선택적으로 조절할 수 있다. 사용자가 캐빈(20)을 선택하는 경우 제어부(150)는 제1 센서(21)로부터 측정된 캐빈(20)의 온도를 입력 받을 수 있다.

예를 들면, 캐빈(20)의 온도를 조절하는 경우, 제어부(150)는 캐빈(20)의 목표 온도에 대응되는 제2 배기가스(G2) 및 제1 압축가스(S1)의 제1 온도(T1)를 설정할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 온도측정부(140)를 통해 제2 열교환부(126)에 제2 배기가스(G2) 및 제1 압축가스(S1)가 공급되기 직전의 제2 온도(T2)를 입력 받을 수 있다. 이때, 제2 온도(T2)가 제1 온도(T1)와 다른 경우 제어부(150)는 제2 온도(T2)가 제1 온도(T1)와 같아지도록 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 제3 밸브(V3)가 제1 밸브(V1)와 동시에 작동되도록 제어하고, 제4 밸브(V4)가 제2 밸브(V2)와 동시에 작동되도록 제어할 수 있다.

환경제어부(120)는 제4 유로(R4)를 통해 캐빈(20)과 연결될 수 있으며, 제5 유로(R5)를 통해 날개 및 엔진실(30)과 연결될 수 있다. 제4 유로(R4)에는 제6 밸브(V6)가 설치되고, 제5 유로(R5)에는 제7 밸브(V7)가 설치될 수 있다. 제어부(150)는 냉방 모드에서 제6 밸브(V6)를 개방하고, 제7 밸브(V7)를 폐쇄할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 난방 모드에서 제6 밸브(V6)를 폐쇄하고, 제7 밸브(V7)를 개방시킬 수 있다.

이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절 시스템(100)의 제어 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 3a는 도 1의 온도 조절 시스템(100)이 냉방 모드로 작동하는 모습을 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 1의 온도 조절 시스템(100)이 난방 모드로 작동하는 모습을 나타낸 도면이다.

도 3a를 참조하면, 온도 조절 시스템(100)이 제1 외부 장치 중 캐빈(20)을 냉방 모드로 작동하는 경우, 제어부(150)는 캐빈(20)과 연결된 제1 센서(21)로부터 캐빈(20)의 목표 온도를 제공받을 수 있다. 제어부(150)는 캐빈(20)의 목표 온도에 대응되는 제2 배기가스(G2) 및 제1 압축가스(G1)의 제1 온도(T1)을 설정할 수 있다. 제2 배기가스(G2)는 제2 팽창부(124)를 통해 배출되는 고온의 가스로서, 제2 열교환부(126)는 실질적으로 제1 압축가스(S1)의 온도 및 유량을 이용하여 제2 압축가스(S2)의 온도를 제어하여 캐빈(20)으로 공급할 수 있다.

제어부(150)는 제1 밸브(V1) 및 제3 밸브(V3)가 제1 유로(R1) 및 제1 바이패스 유로(B1)를 각각를 개방하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 제2 밸브(V2) 및 제4 밸브(V4)가 제2 유로(R2) 및 제2 바이패스 유로(B2)를 각각 폐쇄되도록 제어할 수 있다. 제1 밸브(V1)가 개방되는 경우, 보조동력부(110)로부터 생성된 제1 압축 공기는 제1 유로(R1)를 통해 제1 열교환부(130)를 거치지 않고 제2 팽창부(124)로 공급될 수 있다. 이때, 제어부(150)는 제3 밸브(V3)를 통해 상대적으로 낮은 에너지 준위를 갖는 제1-1 압축가스(S1-1)가 제2 열교환부(126)로 제공되도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 온도측정부(140)로부터 측정된 제1 압축가스(S1)의 제2 온도(T2)가 설정된 제1 온도(T1)보다 높은 경우, 제어부(150)는 제3 밸브(V3)를 조절하여 제2 열교환부(126)로 제공되는 제1-1 압축가스(S1-1)의 유량을 증가시킬 수 있다. 반대로, 제2 온도(T2)가 설정된 제1 온도(T1)보다 낮은 경우, 제어부(150)는 제3 밸브(V3)를 조절하여 제2 열교환부(126)로 제공되는 제1-1 압축가스(S1-1)의 유량을 감소시킬 수 있다. 여기서, 제3 밸브(V3)는 제1 바이패스 유로(B1)가 개방되는 정도를 조절하여 제1-1 압축가스(S1-1)의 유량을 제어하는 밸브일 수도 있고, 개방 및 폐쇄 주기를 조절하여 제1-1 압축가스(S1-1)의 유량을 제어하는 밸브일 수도 있다.

열교환되지 않은 제1-1 압축 가스(S1-1)는 상대적으로 낮은 온도를 갖기 때문에, 제2 열교환부(126)는 제1-1 압축 가스(S1-1)를 이용하여 제2 압축 가스(S2)의 온도를 하강시킬 수 있고, 냉방용으로 외부로 공급할 수 있다. 한편, 제어부(150)는 제1 밸브(V1) 및 제3 밸브(V3)와 함께 제5 밸브(V5)를 개방하도록 제어할 수 있다. 개방된 제5 밸브(V5)를 통해, 제1 열교환부(130)를 거쳐 열교환된 제1-2 압축 가스(S1-2)는 주 엔진 장치(10)의 공기 터빈 시동기(11)로 공급되어 동력을 생산할 수 있다. 열교환된 제1-2 압축 가스(S1-2)는 고온 고압의 압축 가스로서 적은 유량으로도 공기 터빈 시동기(11)가 동력을 생산할 수 있도록 할 수 있다. 이와 같이, 제어부(150)는 캐빈(20)의 냉방 모드 및 주 엔진 시동을 동시에 수행할 수 있다. 이를 통해, 주 엔진 시동시에도 캐빈(20)에 냉방이 가능해 객실 내 쾌적한 환경을 제공할 수 있다.

도 2b를 참조하면, 온도 조절 시스템(100)이 날개 및 주엔진실(30)을 난방 모드로 작동하는 경우, 제어부(150)는 날개 및 주엔진실(30)과 연결된 제2 센서(31)로부터 날개 및 주 엔진실(30)의 목표 온도를 제공받을 수 있다. 제어부(150)는 날개 및 주 엔진실(30)의 목표 온도에 대응되는 제2 배기가스(G2) 및 제1 압축가스(G1)의 제1 온도(T1)을 설정할 수 있다. 제2 배기가스(G2)는 제2 팽창부(124)를 통해 배출되는 고온의 가스로서, 제2 열교환부(126)는 실질적으로 제1 압축가스(S1)의 온도 및 유량을 이용하여 제2 압축가스(S2)의 온도를 제어하여 캐빈(20)으로 공급할 수 있다.

제어부(150)는 제2 밸브(V2) 및 제4 밸브(V4)가 제2 유로(R2) 및 제2 바이패스 유로(B2)를 각각를 개방하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 제1 밸브(V1) 및 제3 밸브(V3)가 제1 유로(R1) 및 제1 바이패스 유로(B1)를 각각 폐쇄되도록 제어할 수 있다. 제2 밸브(V2)가 개방되는 경우, 보조동력부(110)로부터 생성된 제1 압축 공기는 제2 유로(R2)를 통해 제1 열교환부(130)를 거쳐 제2 팽창부(124)로 공급될 수 있다. 이때, 제어부(150)는 제4 밸브(V4)를 통해 상대적으로 높은 에너지 준위를 갖는 제1-2 압축가스(S1-2)가 제2 열교환부(126)로 제공되도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 온도측정부(140)로부터 측정된 제1 압축가스(S1)의 제2 온도(T2)가 설정된 제1 온도(T1)보다 높은 경우, 제어부(150)는 제4 밸브(V4)를 조절하여 제2 열교환부(126)로 제공되는 제1-2 압축가스(S1-2)의 유량을 감소시킬 수 있다. 반대로, 제2 온도(T2)가 설정된 제1 온도(T1)보다 낮은 경우, 제어부(150)는 제4 밸브(V4)를 조절하여 제2 열교환부(126)로 제공되는 제1-2 압축가스(S1-2)의 유량을 감소시킬 수 있다. 여기서, 제4 밸브(V4)는 제2 바이패스 유로(B2)가 개방되는 정도를 조절하여 제1-2 압축가스(S1-2)의 유량을 제어하는 밸브일 수도 있고, 개방 및 폐쇄 주기를 조절하여 제1-2 압축가스(S1-2)의 유량을 제어하는 밸브일 수도 있다.

열교환된 제1-2 압축 가스(S1-2)는 상대적으로 높은 온도를 갖기 때문에, 제2 열교환부(126)는 제1-2 압축 가스(S1-2)를 이용하여 제2 압축 가스(S2)의 온도를 상승시킬 수 있고, 난방용으로 외부로 공급할 수 있다.

한편, 제어부(150)는 제2 밸브(V2) 및 제4 밸브(V4)와 함께 제5 밸브(V5)를 작동시킬 수 있다. 개방된 제5 밸브(V5)를 통해, 제1 열교환부(130)를 거쳐 열교환된 제1-2 압축 가스(S1-2)는 주 엔진 장치(10)의 공기 터빈 시동기(11)로 공급되어 동력을 생산할 수 있다. 제어부(150)는 캐빈(20)의 냉방 모드 및 주 엔진 시동을 동시에 수행할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절 시스템(100)은 고온의 배기 가스를 이용하는 제1 열교환부(130)를 통해 고온 고압의 압축 가스를 주 엔진 장치(10)로 제공함으로써, 효율적으로 주 엔진 시동이 가능하다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절 시스템(100)은 제1 바이패스 유로(B1) 및 제2 바이패스 유로(B2)를 포함하고, 열교환된 제1 압축 가스 및 열교환되지 않은 제1 압축 가스를 제2 열교환부(126)로 모두 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절 시스템(100)은 주 엔진을 효율적으로 시동시킬 수 있음과 동시에 환경제어부(120)의 냉방 모드 및 난방모드의 전환을 효과적으로 수행할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 온도 조절 시스템
110 : 보조동력부
112 : 제1 압축부
114 : 제1 팽창부
116 : 연소부
118 : 제1 회전축
120 : 환경제어부
122 : 제2 압축부
124 : 제2 팽창부
126 : 제2 열교환부
128 : 제2 회전축
130 : 제1 열교환부