KR100644263B1 - Air conditioning unit for electric cars with hydrogen cells - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄화수소계열의 액체연료에서 수소를 추출하고 이 수소와 공기와의 반응으로 전기를 발생시켜 엔진을 구동시키는 전기자동차에 관한 것으로, 특히 개질기에서 기체상태로 상변화되어 물과 반응하여 수소를 발생시키는 탄화수소계열의 액체연료를 개질기에 공급되기 전에 먼저 팽창밸브에서 저압상태로 팽창시킨 후 증발기에서 증발시킴으로서, 상기 증발기를 경유하여 차실내로 공급되는 공기를 증발되는 액체연료와 열교환시켜 온도를 낮춤으로써 차실내를 냉방할 수 있도록 하는 수소전지용 전기자동차의 공조장치에 관한 것으로, 상기 수소전지용 전기자동차의 공조장치는 펌프에 의해 기화기로 공급되는 탄화수소계열의 수소추출용 액체연료의 공급경로상에 상기 액체연료를 팽창시키는 팽창밸브와 상기 팽창밸브의 후방에 상기 액체연료를 증발시키는 증발기를 더 설치하여, 팬에 의해 상기 증발기를 통과하여 차실내로 공급되는 공기가 상기 증발기 내부를 흐르는 액체연료와 열교환을 수행하여 차실내를 냉방시키는 것이 특징이다. The present invention relates to an electric vehicle that extracts hydrogen from a hydrocarbon-based liquid fuel and generates electricity by reaction between the hydrogen and air, and particularly relates to an electric vehicle for driving an engine. Before the hydrocarbon-based liquid fuel generated is expanded to low pressure in the expansion valve and then evaporated in the evaporator, the air supplied into the vehicle via the evaporator is exchanged with the evaporated liquid fuel to lower the temperature. The air conditioner of the electric vehicle for a hydrogen battery to enable the interior of the vehicle to cool the air conditioner, the air conditioner of the electric vehicle for a hydrogen battery is the above on the supply path of the hydrocarbon-based hydrogen extraction liquid fuel supplied to the vaporizer by a pump An expansion valve for expanding liquid fuel and the liquid behind the expansion valve And further provided an evaporator for evaporating the fuel, it is characterized in that the air in by the fan passes through the evaporator to supply cabin air-conditioning the cabin by performing heat exchange with the liquid fuel flowing inside the evaporator.

Description

수소전지용 전기자동차의 공조장치{Air conditioning unit for electric cars with hydrogen cells}Air conditioning unit for electric cars with hydrogen cells

도 1 은 일반적인 자동차의 냉동사이클 개념도,1 is a conceptual diagram of a refrigeration cycle of a typical vehicle;

도 2 는 종래 수소전지용 전기자동차 동력발생 시스템 구성을 보인 개념도,2 is a conceptual diagram showing a configuration of a conventional electric vehicle power generation system for a hydrogen battery;

도 3 은 수소전지용 전기자동차 동력발생 시스템에 설치된 본 발명 냉동사이클 개념도.3 is a conceptual diagram of the present invention refrigeration cycle installed in the electric vehicle power generation system for hydrogen batteries.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

18 : 팽창밸브 19 : 증발기18 expansion valve 19 evaporator

본 발명은 수소전지용 전기자동차의 냉동시스템에 관한 것으로, 특히 탄화수소계열의 액체연료에서 수소를 추출하고 이 수소와 공기와의 반응으로 전기를 발생시켜 엔진을 구동시키는 전기자동차에 있어서, 특히 개질기에서 기체상태로 상변화되어 물과 반응하여 수소를 발생시키는 탄화수소계열의 액체연료를 개질기에 공급되기 전에 먼저 팽창밸브에서 저압상태로 팽창시킨 후 증발기에서 증발시킴으로서, 상기 증발기를 경유하여 차실내로 공급되는 공기를 증발되는 액체연료와 열교환시 켜 온도를 낮춤으로써 압축기를 사용하지 않고 차실내를 냉방할 수 있도록 하는 수소전지용 전기자동차의 공조장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a refrigeration system for an electric vehicle for a hydrogen battery, and more particularly, to an electric vehicle that extracts hydrogen from a hydrocarbon-based liquid fuel and generates electricity by reaction between the hydrogen and air, particularly in a reformer. Before being supplied to the reformer, the hydrocarbon-based liquid fuel that changes into a phase and reacts with water to generate hydrogen is first expanded to a low pressure state in an expansion valve and then evaporated in an evaporator, so that the air is supplied to the vehicle interior via the evaporator. The present invention relates to an air conditioner of an electric vehicle for a hydrogen battery, which cools an interior of a vehicle without using a compressor by lowering a temperature by heat exchange with a liquid fuel that is evaporated.

종래 자동차의 냉동시스템은 R-134a로 대표되는 HFC(Hydrofluorocarbon)계 냉매를 냉동시스템에 순환시켜 기체 또는 액체상태로 상변화시켜 차실내로 공급되는 공기의 온도를 낮추어 차실내를 냉방하였다.The conventional refrigeration system of the vehicle circulates the HFC (Hydrofluorocarbon) -based refrigerant represented by R-134a in the refrigeration system to change the phase to a gas or liquid state to lower the temperature of the air supplied to the cabin to cool the interior.

이와 같이 HFC계 냉매를 이용하는 종래 냉동시스템은 도 1 과 같이 냉매를 압축기(1)에서 고온,고압으로 압축시키고 응축기(2)에서 액체상태로 응축시키고 이 응축된 냉매를 팽창밸브(3)를 통과시켜 기화되기 쉽게 팽창시킨 다음 상기 팽창된 냉매를 증발기(4)에 통과시키고 이때 상기 증발기(4)를 통과하는 냉매와 상기 증발기(4)를 경유하여 차실내로 공급되는 공기를 열교환시켜 공기의 온도를 낮춤으로써 차실내를 냉방하였다.As described above, the conventional refrigeration system using the HFC-based refrigerant compresses the refrigerant at high temperature and high pressure in the compressor (1), condenses it into a liquid state in the condenser (2) and passes the condensed refrigerant through the expansion valve (3) as shown in FIG. The expanded refrigerant is passed through the evaporator 4 and at this time, the refrigerant passing through the evaporator 4 and the air supplied into the vehicle via the evaporator 4 are heat-exchanged. By cooling the interior of the car was cooled.

현재 대부분의 자동차용 냉동시스템에 채용되고 있는 HFC계 냉매는, 오존층 파괴를 유발시키는 기존의 CFC계 냉매를 대체한 것으로, 오존층파괴지수(ODF)가 거의 제로(Zero)에 가까운 대신 지구온난화를 일으키는 물질로 알려져 그 사용이 억제되고 점차적으로 사용이 금지될 것으로 예상되고 있다.HFC-based refrigerants currently employed in most automotive refrigeration systems replace the existing CFC-based refrigerants that cause ozone depletion. The ozone depletion index (ODF) is near zero and causes global warming. Known as substances, their use is expected to be inhibited and gradually banned.

또한, 상기와 같은 냉동시스템은 냉매를 고온고압으로 압축하기 위해서는 반드시 압축기(1)가 필요하게 된다. 따라서 냉매를 압축하는 압축기(1)는 그 구조가 복잡하면서도 정밀하게 제작되므로 가격이 비싸 냉동시스템의 가격을 상승시키고, 엔진의 동력을 전달받아 회전하게 되므로 엔진출력을 소모하여 출력을 약화시키는 문제점이 있었다. In addition, the refrigeration system as described above requires a compressor 1 in order to compress the refrigerant at high temperature and high pressure. Therefore, the compressor (1) for compressing the refrigerant is complicated and precisely manufactured, thus increasing the price of the refrigeration system due to its high price, and rotating the engine by receiving the power of the engine. there was.                         

최근의 자동차는 유류를 사용하지 않아 공해를 발생시키지 않는 무공해 전기자동차가 개발되고 있는데, 이러한 전기자동차는 연료전지에서 동력을 공급받아 구동된다. 이러한 전기자동차도 종래에는 냉방시스템을 구비할 경우 상기와 같이 HFC계 냉매를 압축기(1)로 압축시켜 순환시키는 통상의 냉동시스템을 사용하였기 때문에 종래와 같은 단점을 해결하지 못하였다. 특히, 전기자동차의 경우 연료전지에서 발생되는 전기를 구동원으로 하기 때문에 냉방시스템을 가동하기 위한 압축기가 전기를 사용하게 되면 전체적인 에너지 소비율이 급격히 증가하는 문제점이 있었다.In recent years, pollution-free electric vehicles have been developed that do not use oil because they do not use oil. These electric vehicles are powered by fuel cells. Such an electric vehicle has not conventionally solved the disadvantages of the conventional electric vehicle since it uses a conventional refrigeration system that compresses and circulates the HFC refrigerant by the compressor 1 as described above. In particular, in the case of an electric vehicle, since the electricity generated from the fuel cell is used as a driving source, when the compressor for operating the cooling system uses electricity, the overall energy consumption rate increases sharply.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 탄화수소계열의 액체연료에서 수소를 추출하고 이 수소와 공기와의 반응으로 전기를 발생시켜 엔진을 구동시키는 전기자동차에 관한 것으로, 특히 개질기에서 기체상태로 상변화되어 물과 반응하여 수소를 발생시키는 탄화수소계열의 액체연료를 개질기에 공급되기 전에 먼저 팽창밸브에서 저압상태로 팽창시킨 후 증발기에서 증발시킴으로서, 상기 증발기를 경유하여 차실내로 공급되는 공기를 증발되는 액체연료와 열교환시켜 온도를 낮춤으로써 차실내를 냉방할 수 있도록 하는 수소전지용 전기자동차의 공조장치를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention is to solve the conventional problems as described above, the object of the present invention relates to an electric vehicle for driving the engine by extracting hydrogen from the hydrocarbon-based liquid fuel and generating electricity by reaction of the hydrogen and air In particular, the hydrocarbon-based liquid fuel which is phase-changed from the reformer to gaseous state and reacts with water to generate hydrogen is first expanded in a low pressure state in an expansion valve and then evaporated in an evaporator before being fed to the reformer. The present invention provides an air conditioner for a hydrogen battery electric vehicle that cools an interior of a vehicle by lowering a temperature by exchanging air supplied into a vehicle with a liquid fuel that is evaporated.

이러한 수소전지용 전기자동차의 공조장치는 펌프에 의해 기화기로 공급되는 탄화수소계열의 수소추출용 액체연료의 공급경로상에 상기 액체연료를 팽창시키는 팽창밸브와 상기 팽창밸브의 후방에 상기 액체연료를 증발시키는 증발기를 더 설치하여, 팬에 의해 상기 증발기를 통과하여 차실내로 공급되는 공기가 상기 증발기 내부를 흐르는 액체연료와 열교환을 수행하여 차실내를 냉방시키는 것이 특징이다. An air conditioner of an electric vehicle for a hydrogen battery includes an expansion valve for expanding the liquid fuel on a supply path of a hydrocarbon-based hydrogen extraction liquid fuel supplied to a vaporizer by a pump and evaporating the liquid fuel behind the expansion valve. By further installing an evaporator, the air supplied through the evaporator by the fan to the interior of the vehicle performs heat exchange with the liquid fuel flowing in the interior of the evaporator to cool the interior of the vehicle.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명 일 실시예 구성을 상세히 설명한다. 도 2 는 일반적인 수소전지용 전기자동차 동력발생 시스템 구성을 보인 개념도이다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 2 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a general electric vehicle power generation system for a hydrogen battery.

이 도면에서와 같이 연료전지(5)에서 산소와 수소의 산화와 환원 반응으로 전기가 발생되어 자동차를 구동시키게 되고, 상기 산소와 수소의 반응으로 생성된 물(90℃)이 펌프(6)에 의해 저장탱크(7)를 지나 기화기(8)로 공급되어, 펌프(9)에 의해 연료탱크(10)로부터 공급되는 탄화수소계열의 수소추출용 액체와 혼합된다. As shown in the figure, electricity is generated by the oxidation and reduction reaction of oxygen and hydrogen in the fuel cell 5 to drive an automobile, and water (90 ° C.) generated by the reaction of oxygen and hydrogen is supplied to the pump 6. It is supplied to the vaporizer 8 through the storage tank 7 and mixed with the hydrocarbon-based hydrogen extraction liquid supplied from the fuel tank 10 by the pump 9.

여기서 상기 수소추출용액체는 프로판, 부탄, 에탄 등등 여러 가지가 사용될 수 있을 것이다.Here, the hydrogen extraction solution may be used in a variety of propane, butane, ethane and the like.

상기 탄화수소계열의 액체연료는 고온의 물로부터 열을 전달받아 증발하여 기체상태로 상변화되어 물과 함께 개질기(11)로 공급된다. 상기 개질기(11)는 상기 연료전지(5)에서 반응 후 남은 수소를 연소시켜 고온상태에서 상기 물과 액체연료를 수소와 이산화탄소로 분해시킨다.The hydrocarbon-based liquid fuel is evaporated by receiving heat from hot water and phase-changed into a gaseous state and supplied to the reformer 11 together with water. The reformer 11 burns hydrogen remaining after the reaction in the fuel cell 5 to decompose the water and the liquid fuel into hydrogen and carbon dioxide in a high temperature state.

이때의 반응으로 분해되는 물질은 이산화탄소 외에도 일산화탄소(CO)가 생성되는데, 독성의 일산화탄소를 정화기(12)가 정화시켜 이산화탄소로 산화시키고, 이때 정화에 필요한 공기를 공기펌프(13)가 공급하게 되고, 상기 정화기(12)에서 정화를 거친 순수한 수소가스는 상기 연료전지(5)로 이송되고, 또한 상기 연료전지(5)에는 공기펌프(14)에 의해 공기가 공급되어 수소가스와 공기가 산화/환 원반응하여 엔진구동에 필요한 전기를 발생시키게 된다. In this case, the material decomposed by the reaction generates carbon monoxide (CO) in addition to carbon dioxide. The toxic carbon monoxide is purified by the purifier 12 and oxidized to carbon dioxide, and the air pump 13 supplies the air necessary for purification. The pure hydrogen gas purified by the purifier 12 is transferred to the fuel cell 5, and air is supplied to the fuel cell 5 by an air pump 14 to oxidize / recycle hydrogen gas and air. The reactor reacts to generate electricity for driving the engine.

이 때 발생되는 물은 펌프(6)에 의해 상기 기화기(8)로 다시 공급된다. 그리고 상기와 같이 연료전지(5) 내부에는 수소가스와 공기의 반응으로 열이 발생하게 되는데 이 열은 냉각수펌프(15)와 냉각쿨러(16)가 제거하게 된다.The water generated at this time is supplied back to the vaporizer 8 by the pump 6. As described above, heat is generated in the fuel cell 5 by the reaction of hydrogen gas and air, and the heat is removed by the cooling water pump 15 and the cooling cooler 16.

이와 같이 수소연료전지(5)를 이용한 전기자동차에 있어서, 본 발명은 수소를 추출하는 탄화수소계열의 액체연료가 개질기(11)에 공급되기 전에 열교환시켜 차실내를 냉방시키는 것이다.Thus, in the electric vehicle using the hydrogen fuel cell 5, the present invention is to cool the interior of the vehicle by heat exchange before the hydrocarbon-based liquid fuel extracting hydrogen is supplied to the reformer (11).

이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 수소전지용 전기자동차의 냉동시스템(20)은 도 3 과 같이 상기 연료전지(5)와 개질기(11) 사이의 액체연료 공급경로상, 즉 상기 액체연료 저장탱크(10)와 기화기(8) 사이의 관로(17)상에 액체연료를 팽창시키는 팽창밸브(18)와 상기 팽창된 액체연료를 증발시키는 증발기(19)를 더 설치하여, 상기 팽창밸브(18)에서 팽창된 탄화수소계열의 액체연료를 상기 증발기(19)가 증발시킬 때 팬(20)과 덕트(21)에 의해 상기 증발기(19)를 지나 차실내로 공급되는 공기를 열교환시켜 그 공기의 온도를 낮추어 차실내를 냉방시키는 것이다.In order to achieve the above object, the refrigeration system 20 of the electric vehicle for hydrogen battery of the present invention has a liquid fuel supply path between the fuel cell 5 and the reformer 11, that is, the liquid fuel storage tank as shown in FIG. 3. An expansion valve (18) for expanding liquid fuel and an evaporator (19) for evaporating the expanded liquid fuel are further provided on the conduit (17) between the vaporizer and the vaporizer (8). When the evaporator 19 evaporates the expanded hydrocarbon-based liquid fuel, the air supplied through the evaporator 19 by the fan 20 and the duct 21 is exchanged to lower the temperature of the air. It is to cool the interior of the car.

그리고 상기와 같이 상기 증발기(19)를 지나 기화기(8)에서 완전히 기화된 기체연료는 통상과 같이 개질기(11)로 공급되고, 상기 개질기(11)에서 공기펌프(13)를 통해 공급되는 공기와 반응하여 수소를 추출하게 되고, 상기 추출된 수소는 상기 연료전지(5)에 공급되어 그 곳에서 공기펌프(14)를 통해 공급되는 공기의 산소와 반응하여 자동차 구동에 필요한 전기를 발생시키게 되고, 이 반응으 로 생성된 물을 펌프(6)에 의해 다시 기화기(8)로 공급되어 상기 증발기(19)에서 증발되어 차실내로 공급되는 공기를 열교환 시키고 기화기(8)로 공급되는 기체연료와 반응함을 반복적으로 수행하게 된다.As described above, the gaseous fuel completely vaporized in the vaporizer 8 through the evaporator 19 is supplied to the reformer 11 as usual, and the air supplied through the air pump 13 is supplied from the reformer 11. Reacting to extract hydrogen, the extracted hydrogen is supplied to the fuel cell (5) there and reacts with the oxygen of the air supplied through the air pump 14 therein to generate electricity for driving the vehicle, The water produced by this reaction is supplied to the vaporizer 8 again by the pump 6 to evaporate from the evaporator 19 to heat-exchange the air supplied into the vehicle compartment, and react with the gaseous fuel supplied to the vaporizer 8. Will be repeatedly performed.

본 발명은 탄화수소계열의 액체연료를 이용하여 수소를 추출하여 자동차를 구동시키는 전기자동차에 적용되어, 상기 액체연료가 개질기에서 반응하여 수소를 추출하기 전에 냉매의 역할을 하여 차실내로 공급되는 공기의 온도를 낮추어 자동차를 냉방시키게 된다.The present invention is applied to an electric vehicle that drives a vehicle by extracting hydrogen using a hydrocarbon-based liquid fuel, the liquid fuel reacts in the reformer to act as a refrigerant before the extraction of hydrogen to supply the air to the cabin It cools the car by lowering the temperature.

따라서 연료전지에서 반응으로 생성된 물이 펌프의 동력으로 순환되므로 많은 동력을 많이 필요로 하는 압축기를 사용하지 않아도 되므로 에너지 소비를 절감시키며 냉방시스템의 설치비용을 줄일 수 있는 장점을 가지게 된다.








Therefore, since the water generated by the reaction in the fuel cell is circulated by the power of the pump, there is no need to use a compressor that requires a lot of power, thereby saving energy consumption and reducing the installation cost of the cooling system.








Claims (1)

수소전지 사용으로 생성되는 고온의 물과 별도공급되는 탄화수소 계열의 수소추출용 액체연료를 혼합시켜 상기 수소추출용 액체연료를 증발시켜 기체상태로 상변화시키는 기화기; 상기 증발기에서 상변화된 수소추출용 기체연료와 수소전지에서 반응으로 생성된 물과 반응시켜 수소와 이산화탄소로 분리시키는 개질기; 상기 수소와 이산화탄소의 분리`과정에서 발생되는 독성의 일산화탄소를 공기펌프에 의해 공급되는 공기와 혼합시켜 이들 반응에 의해 일산화탄소를 제거시키는 정화기; 상기 정화기에서 정화되어 연료전지로 이송된 순수 수소가스에 공기를 공급하여 이들을 산화/환원 반응시켜 전기를 발생시킬 수 있도록 연료전지에 공기를 공급하는 공기펌프와; 상기 수소와 공기의 반응으로 발생되는 열을 냉각수를 공급하여 냉각시키는 냉각쿨러 및 냉각수펌프;를 포함하는 수소전지용 전기자동차의 동력발생 시스템에 있어서,A vaporizer for mixing the high temperature water generated by the use of a hydrogen battery and a hydrocarbon-based hydrogen extraction liquid fuel separately supplied to evaporate the hydrogen extraction liquid fuel into a gas phase; A reformer for reacting with the gas produced for phase extraction in the evaporator and the water produced by the reaction in the hydrogen cell to separate hydrogen and carbon dioxide; A purifier for removing carbon monoxide by these reactions by mixing the toxic carbon monoxide generated in the separation process of hydrogen and carbon dioxide with air supplied by an air pump; An air pump for supplying air to the fuel cell so as to generate air by supplying air to the pure hydrogen gas purified by the purifier and transferred to the fuel cell and oxidizing / reducing them; In the power generation system of an electric vehicle for a hydrogen battery comprising a; a cooling cooler and a cooling water pump for supplying cooling water to cool the heat generated by the reaction of hydrogen and air, 상기 펌프에 의해 기화기로 공급되는 수소추출용 액체연료의 공급경로상에 상기 공급된 수소추출용 액체연료를 팽창시키는 팽창밸브와 상기 팽창밸브의 후방에 상기 수소추출용 액체연료를 증발시키는 증발기를 설치하여, 팬에 의해 상기 증발기를 통과하여 차실내로 공급되는 공기가 상기 증발기 내부를 흐르는 수소추출용 액체연료와 열교환을 수행하여 차실내를 냉방시키는 것을 특징으로 하는 수소전지용 전기자동차의 공조장치.An expansion valve for expanding the supplied hydrogen extraction liquid fuel on the supply path of the hydrogen extraction liquid fuel supplied to the vaporizer by the pump and an evaporator for evaporating the hydrogen extraction liquid fuel behind the expansion valve. The air conditioner of the electric vehicle for a hydrogen battery, characterized in that the air supplied through the evaporator by the fan to the interior of the vehicle heat exchange with the hydrogen extraction liquid fuel flowing through the evaporator to cool the interior.
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