냉각팬

자동차 냉각시스템

자동차 냉각시스템 구조

냉각팬(Cooling Fan)은 엔진 과열을 방지하는 목적으로 열교환기에 공기 흐름을 만들어 주는 장치이다.

개요

냉각팬은 라디에이터 표면에 강제 공기 주입을 형성한다는 차원에서 자동차에 설치된다. 라디에이터는 엔진 과열 방지를 목적으로 외부 공기를 이용하여 워터 재킷(Water Jacket)을 통해 순환하는 냉각수를 냉각시켜 엔진이 적정한 온도에서 작동될 수 있도록 도와준다. 냉각 효율은 주변 온도에 따라 틀리지만 주행중의 냉각 효과는 엔진 냉각수보다 훨씬 좋다. 자동차가 정지해 있는 경우에 엔진이 작동하게 되면 공기 흐름이 거의 없어 라디에이터의 열교환 성능이 현저하게 떨어지며 이 때 냉각팬이 작동하여 강제적인 공기흐름을 만든다.

냉각팬은 직류전원을 이용하여 팬 날개를 회전시키는 모터와 날개, 발생시킨 공기 이동을 원활하게 해주는 덮개, 풍량제어장치로 구성되며 드라이브 방식에 따라 기계식, 유압식, 전동식 3개 종류로 나뉜다.

냉각팬은 날개의 위치에 따라 공기를 이동시키는 방식이 틀리며 날개가 전방에서 외부 공기를 자동차 내부로 밀어 넣는 방식을 푸시 타입이라 하고 날개가 자동차내부에 위치하면서 외부 공기를 빨아드리는 방식을 풀 타입이라고 한다. 자동차에 한 개 냉각팬이나 두 개 냉각팬을 설치하는 경우도 있으며 최근에는 최근에는 대형 팬을 이용하여 외부 공기를 흡인하는 방식으로 냉각을 추진하는 '싱글 풀 타입 팬'이 많이 적용되고 모터와 팬이 작동하면서 발생하는 진동과 소음을 획기적으로 줄인 고성능 냉각팬도 등장하고 있다.

현재의 자동차들에는 여러 편의 장치가 추가되면서 부가적으로 냉매를 사용하는 여러 열 교환기가 장착되며 이로 인해 냉각팬의 역할이 커지고 중요성도 더욱 부가되고 있다.

냉각팬의 종류

드라이브 방식에 따른 3개 종류

• 기계식 - 모터의 특성에 따라 풀리 또는 타이밍 벨트를 통해 크랭크 샤프트에 연결되며 모터의 가동과 더불어 임펠러가 작동하고 열 교환기와 전원 장치가 작동한다. 단점은 필요치 않은 경우에도 라디에이터를 냉각한다는 점이다. 예를 들면 추운 겨울에 차가운 엔진을 예열할 때 장치가 작동 온도에 도달하는 것이 중요한데 팬이 작동하면서 라디에이터를 냉각시켜 예열 시간이 늘어나고 이러한 메커니즘의 오작동은 토크의 일부가 팬의 회전 요소에도 사용되기 때문에 전원 장치의 작동에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 이 외에도 이러한 방식은 모터 작동과 별도로 블레이드의 회전 속도를 증가시키는 것을 허용하지 않는다. 언급되는 이유로 이러한 장치는 현대 차량에 별로 적용 안 된다.

• 유체 역학식 - 점성 유체를 통해 토크를 전달하거나 안정화하는 점성 커플 링을 이용하여 점성 또는 유압에 따라 작동이 가능한 특수 클러치를 작동시켜 팬을 작동/중단시킨다. 이러한 메커니즘은 복잡한 디자인으로 현대 차량에 별로 적용 안 된다.

• 전동식 - 전기모터의 전기자(Armature)에 연결되어 회전할 수 있는 허브에 판스프링을 통해 전자석을 연결하여 온도 센서의 제어에 따라 전자석의 작동을 추진하고 팬을 작동/중지시키는 방식이다. 전자 장치를 사용하면 냉각수의 온도와 크랭크 샤프트의 속도에 따라 장치의 여러 작동 모드를 제공할 수 있기에 현재의 자동차에 많이 사용된다. 그러나 디자인의 복잡성으로 660cc 이하의 배기량를 가진 경 차량에는 별로 사용되지 않는다.

전동식 냉각팬의 작동원리

팬 모터에 냉각수 온도 센서와 팬 릴레이를 포함한 제어 회로를 연결시킨다. 라디에이터 입구에 설치된 온도 센서는 냉각수 온도를 기록하며 냉각수의 온도가 올라가 설정된 온도에 도달 시 릴레이에 전기 신호를 보내 전자기 접촉을 작동시키고 따라서 전기 모터를 작동시킨다. 냉각수 온도가 떨어지면 센서의 신호가 멈춰지며 릴레이 접점이 열려 모터 작동이 중지된다.

고급 시스템에는 라디에이터의 입구와 출구에 각각 온도 센서가 설치되어 있다. 라디에이터 입구부 냉각수 온도와 출구부 냉각수 온도를 측정하여 입구부와 출구부의 냉각수 온도 차이가 소정의 기준온도차 이상 여부를 판단하고 판단 결과에 따라 팬의 작동여부를 정한다.

일부 차량에는 냉각 시스템의 성능을 향상시키기 위해 두 개의 팬을 사용하는 경우도 있다. 열교환기 냉각 속도의 필요에 따라 제어 회로를 통해 팬 중의 하나 또는 두 개를 가동한다.

참고자료

• 〈냉각 팬의 작동 목적 및 원리〉, 《AvtoTachki》
• 양종석 기자, 〈자동차 열 교환기와 냉각팬〉, 《전자신문》, 2015-07-09

같이 보기

• 냉각수
• 냉각

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