KR101405645B1 - Rapid Thaw Accumulation Having The Moving Heater And Controlling Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 급속 해동 축적기에 저장된 냉각수를 빠르게 해동시켜 시동시간을 단축할 수 있는 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rapid thaw accumulator equipped with a moving heater capable of shortening the startup time by rapidly thawing the cooling water stored in the rapid thaw accumulator and a control method thereof.
본 발명의 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기는 급속 해동 축적기 내부에 얼음으로 존재하는 냉각수에 열을 공급하는 히터들과; 상기 히터들 각각이 이동할 수 있는 경로를 제공하는 고리형 원통들과; 상기 히터들을 상기 고리형 원통이 제공하는 경로에서 이동시키는 모터 모듈을 구비한다.The rapid thaw accumulator equipped with the moving heater of the present invention includes heaters for supplying heat to the cooling water existing as ice inside the rapid thaw accumulator; An annular cylinder for providing a path through which each of the heaters can move; And a motor module for moving the heaters in a path provided by the annular cylinder.
연료전지, 스택, 냉각수, 급속, 해동, 히터, 모터, 회전 Fuel cell, stack, coolant, rapid, defrost, heater, motor, rotation
Description
본 발명은 급속 해동 축적기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 급속 해동 축적기에 저장된 냉각수를 빠르게 해동시켜 시동시간을 단축할 수 있는 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기 및 그 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
연료전지의 스택은 공급되는 수소와 산소를 이용한 화학 반응으로 전기를 발생시킨다. 그리고, 연료전지의 스택은 부산물로 열과 물을 발생시킨다. 따라서, 연료전지의 스택의 냉각수 라인으로는 열을 냉각시키기 위한 냉각수가 공급된다.The stack of fuel cells generates electricity by chemical reaction using supplied hydrogen and oxygen. And, the fuel cell stack generates by-products heat and water. Therefore, cooling water for cooling the heat is supplied to the cooling water line of the stack of fuel cells.
한편, 냉각수는 외기가 영하로 떨어지게 되면 얼어 부피가 증가함으로써 연료전지의 스택의 냉각수 라인을 파괴할 수 있다. 그러므로, 연료전지 차량은 급속 해동 축적기(Rapid Thaw Accumulation)를 구비하고, 외기가 일정온도 이하일 때 시동이 오프되면 냉각수 라인으로 공급된 냉각수를 급속 해동 축적기에 저장한다.On the other hand, the cooling water can break the cooling water line of the fuel cell stack by increasing the freezing volume when the outside air falls below freezing. Therefore, the fuel cell vehicle has a rapid thaw accumulator and stores the cooling water supplied to the cooling water line in the rapid thaw accumulator when the startup is off when the outside air is below a predetermined temperature.
급속 해동 축적기에 저장된 냉각수는 영상의 온도에서는 액체로 존재하고, 영하의 온도에서는 얼음으로 존재한다. 그리고, 급속 해동 축적기는 내부에 히 터(Heater)를 구비하는데, 시동이 온되면 내부에 구비된 히터로 얼음으로 존재하는 냉각수의 온도 빨리 녹임으로써 연료전지 차량의 시동시간을 줄이고 있다. 그런데, 종래의 급속 해동 축적기의 내부에 구비된 히터는 급속 해동 축적기의 내부에 고정되어 있음으로써, 급속 해동 축적기에 저장된 얼음으로 존재하는 냉각수 중 고정된 히터 주변의 얼음으로 존재하는 냉각수만이 빠르게 해동하여 시동시간을 줄이는데 한계를 가진다. 급속 해동 축적기에 저장된 얼음으로 존재하는 냉각수를 해동하는데 많은 시간이 걸리면 히터 사용에 전기가 많이 소비되어 연비를 저하시키는 단점도 있다.The cooling water stored in the rapid thaw accumulator exists as a liquid at the temperature of the image and as ice at a temperature below zero. The rapid thaw accumulator has a heater therein. When the starter is turned on, the temperature of the cooling water, which is present in the form of ice, is quickly melted by the heater installed therein, thereby reducing the startup time of the fuel cell vehicle. However, since the heater provided inside the conventional rapid thaw accumulator is fixed inside the rapid thaw accumulator, only the cooling water present as ice around the fixed heater among the cooling water existing as ice stored in the rapid thaw accumulator It has a limitation in reducing the startup time by thawing quickly. If it takes a long time to thaw the cooling water present in the ice stored in the rapid thaw accumulator, there is a disadvantage that the electricity is consumed much in the use of the heater and the fuel consumption is lowered.
따라서, 본 발명의 목적은 급속 해동 축적기에 저장된 냉각수를 빠르게 해동시켜 시동시간을 단축할 수 있는 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rapid thaw accumulator having a moving heater capable of shortening the startup time by rapidly thawing the cooling water stored in the rapid thaw accumulator, and a control method thereof.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기는 급속 해동 축적기 내부에 얼음으로 존재하는 냉각수에 열을 공급하는 히터들과; 상기 히터들 각각이 이동할 수 있는 경로를 제공하는 고리형 원통들과; 상기 히터들을 상기 고리형 원통이 제공하는 경로에서 이동시키는 모터 모듈을 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a rapid thaw accumulator including a moving heater, including: heaters for supplying heat to cooling water existing in ice in a rapid thaw accumulator; An annular cylinder for providing a path through which each of the heaters can move; And a motor module for moving the heaters in a path provided by the annular cylinder.
상기 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기는 상기 히터들과 상기 모터 모듈을 일체로 연결하는 연결대를 더 구비한다.The rapid thaw accumulator including the moving heater further includes a connecting rod integrally connecting the heaters and the motor module.
상기 모터 모듈은, 하나의 모터와; 상기 하나의 모터의 동력으로 회전하는 회전체를 구비하며, 상기 회전체는 상기 고리형 원통들의 반경과 동일하게 반경을 가지도록 형성된다.The motor module includes: a motor; And a rotating body rotated by the power of the one motor, wherein the rotating body is formed to have a radius equal to the radius of the annular cylinders.
상기 연결대는 상기 회전체와 연결된다.The connecting rod is connected to the rotating body.
상기 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기는 상기 히터들 주변에 형성되어 상기 히터들의 온도 및 냉각수의 온도를 감지하는 온도 센서들을 더 구비한 다.The rapid thaw accumulator including the moving heater further includes temperature sensors formed around the heaters to sense the temperature of the heaters and the temperature of the cooling water.
상기 냉각수에 의해 상기 고리형 원통들이 부식되는 것을 방지하기 위해 상기 고리형 원통을 방수처리한다.The annular cylinder is waterproofed to prevent the annular cylinders from being corroded by the cooling water.
본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기의 제어방법은 시동이 온되면 히터들을 작동시키고 모터에 전원을 인가하여 모터를 작동시키는 단계와; 상기 모터를 작동시키는 동안 모터 토크가 제한 모터 토크를 초과하는가를 판단하는 단계와; 상기 모터 토크가 모터 제한 토크를 초과하면 상기 모터 동작을 일정시간 동안 정지시키는 단계와; 상기 일정시간 경과 후에 상기 모터에 전원을 재인가하여 상기 모터를 작동시키는 단계와; 상기 히터들을 작동시키는 동안 온도 센서가 감지하는 냉각수의 온도가 제한 온도를 초과하는가를 판단하는 단계와; 상기 온도 센서가 감지하는 상기 냉각수의 온도가 제한 온도를 초과하면 상기 히터들의 동작을 정지시키는 단계를 포함한다.A method of controlling a rapid thaw accumulator having a moving heater according to an embodiment of the present invention includes the steps of activating the heaters when the start-up is on and operating the motor by applying power to the motor; Determining whether the motor torque exceeds the limit motor torque during operation of the motor; Stopping the motor operation for a predetermined time when the motor torque exceeds a motor limit torque; Operating the motor by applying power to the motor after the lapse of the predetermined time; Determining whether the temperature of the cooling water sensed by the temperature sensor exceeds the limit temperature during operation of the heaters; And stopping the operation of the heaters when the temperature of the cooling water detected by the temperature sensor exceeds the limit temperature.
상기 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기의 제어방법은 상기 온도 센서가 감지하는 상기 냉각수의 온도가 제한 온도를 초과하면 상기 모터를 정지시키는 단계를 더 포함한다.The control method of the rapid thaw accumulator including the moving heater further includes stopping the motor when the temperature of the cooling water sensed by the temperature sensor exceeds the limit temperature.
상기 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기의 제어방법은 상기 온도 센서가 감지하는 상기 히터들의 온도가 제한 온도를 초과하는가를 함께 판단하는 단계와; 상기 온도 센서가 감지하는 상기 히터들의 온도가 상기 제한 온도를 초과하면 상기 히터들의 동작을 정지시키는 단계를 더 포함한다.The method of controlling a rapid thawing accumulator including the moving heater may further include determining whether a temperature of the heaters sensed by the temperature sensor exceeds a limit temperature; And stopping the operation of the heaters when the temperature of the heaters sensed by the temperature sensor exceeds the limit temperature.
본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기 및 그 제어방법은 히터들이 급속 해동 축적기 내부에서 이동함으로써 급속 해동 축적기 내부에 얼음으로 존재하는 냉각수에 골고루 열을 전달할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기 및 그 제어방법은 급속 해동 축적기 내부에 얼음으로 존재하는 냉각수를 빠르게 해동시켜 시동시간을 단축할 수 있다. 또한, 급속 해동 축적기 내부에 얼음으로 존재하는 냉각수를 빠르게 해동시킴으로써 히터 사용에 많은 전기를 소비하지 않음으로써 연비를 향상시킬 수 있다.The rapid thaw accumulator having the moving heater according to the embodiment of the present invention and the control method thereof can transfer heat evenly to the cooling water existing as ice inside the rapid thaw accumulator by moving the heaters inside the rapid thaw accumulator . Therefore, the rapid thaw accumulator with moving heater according to the embodiment of the present invention and its control method can quickly thaw the cooling water present as ice in the rapid thaw accumulator, thereby shortening the startup time. In addition, since the cooling water present as ice in the rapid thaw accumulator is rapidly thawed, fuel consumption can be improved by not consuming much electricity for the use of the heater.
이하, 도 1a 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 4. FIG.
도 1a은 본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기를 나타내는 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기를 나타내는 단면도이다.FIG. 1A is a perspective view showing a rapid thawing accumulator having a moving heater according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view showing a rapid thawing accumulator having a moving heater according to an embodiment of the present invention.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기(1)는 히터(12)들과, 각각의 히터(12)들이 이동할 수 있는 경로를 제공하는 고리형 원통(14)들과, 히터(12)들을 고리형 원통(14)들 내부에서 이동시키는 모터(16)를 구비한다. Referring to FIGS. 1A and 1B, a
히터(12)들은 시동이 온되면 급속 해동 축적기(1) 내부에 얼음으로 존재하는 냉각수에 열을 공급한다.The heaters (12) supply heat to the cooling water existing as ice inside the rapid thaw accumulator (1) when the starting is on.
고리형 원통(14)들은 해당 히터(12)들이 이동할 수 있는 경로를 제공한다.The
모터(16)는 동력으로 고리형 원통(14)들이 제공하는 경로에서 해당 히터(12)들을 이동시킨다. 모터(16)는 히터(12)들의 이동 경로를 제공하는 고리형 원통(14)들의 반경과 동일하게 반경으로 회전한다.The
상기와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기(1)는 히터(12)들이 급속 해동 축적기(1) 내부에서 이동함으로써 급속 해동 축적기(1) 내부에 얼음으로 존재하는 냉각수에 골고루 열을 전달할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기(1)는 급속 해동 축적기(1) 내부에 얼음으로 존재하는 냉각수를 빠르게 해동시켜 시동시간을 단축할 수 있다. 또한, 급속 해동 축적기(1) 내부에 얼음으로 존재하는 냉각수를 빠르게 해동시킴으로써 히터(12) 사용에 많은 전기를 소비하지 않음으로써 연비를 향상시킬 수 있다.As described above, the
한편, 본 발명의 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기(1)는 고리형 원통(14)들이 냉각수에 의해서 부식되는 것을 방지하기 위해 고리형 원통(14)을 방수처리한다.On the other hand, the
그리고, 본 발명의 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기(1)는 해당 히터(12) 주변에 형성되어 해당 히터(12) 온도 및 냉각수의 온도를 감지하는 온도 센서(18)들을 더 구비한다. 본 발명의 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적 기(1)는 온도 센서(18)들이 감지한 해당 히터(12)의 온도가 제한 온도를 초과하면 제한 온도를 초과하는 해당 히터(12)에 전기 공급을 차단함으로써 히터(12)들의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있다.The
본 발명의 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기(1)는 히터(12)들과 모터(16)를 일체로 연결하는 연결대(24)를 구비한다. 연결대(24)는 도 2에 도시된 바와 같이 히터(12)들 각각과 모터(16)를 일체로 연결한다. 도 2에 도시된 연결대(24)는 히터(12)들 각각과 모터(16)를 일체로 연결하는 일례를 나타내는 것일 뿐 연결대(24)의 구조는 도 2에 도시된 바에 한정되지 않고, 히터(12)들 각각과 모터(16)를 일체로 연결할 수 있는 구조이면 모두 가능하다.The
그리고, 본 발명의 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기(1)는 히터(12)들을 하나의 모터(16)로 이동시키기 위한 도 3과 같은 모터 모듈(20)을 구비한다. 모터 모듈(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 모터(16)와 하나의 모터(16)의 동력으로 회전하는 회전체(22)로 구성되는데, 회전체(22)는 히터(12)들의 이동 경로를 제공하는 고리형 원통(14)들의 반경과 동일하게 반경을 가지도록 형성된다. 그러므로, 히터(12)들 각각과 모터(16)를 일체로 연결하는 연결대(24)는 모터 모듈(20)의 회전체(22)와 연결된다.The
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기의 제어방법을 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart showing a control method of a rapid thaw accumulator equipped with a moving heater according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기의 제어방법은 시동이 온되면(S10), 히터(12)들을 작동시키고(S12), 모 터(16)에 전원을 인가하여 모터(16)를 작동시킨다(S14). 모터(16)가 작동하면 히터(12)들은 고리형 원통(14)들이 제공하는 경로를 따라 이동한다.Referring to FIG. 4, a method of controlling a rapid thawing accumulator having a moving heater according to an embodiment of the present invention includes activating the heaters 12 (S12) To operate the motor 16 (S14). When the
본 발명의 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기의 제어방법은 모터(16)를 작동시키는 동안 모터 토크가 제한 모터 토크를 초과하는가를 판단하고(S16), 모터 토크가 모터 제한 토크를 초과하면 모터 동작을 정지시키고(S18), 일정시간 경과 후(S20)에 모터(16)에 전원을 재인가하여 모터(16)를 작동시킨다(S14).The control method of the rapid thaw accumulator including the moving heater of the present invention determines whether the motor torque exceeds the limit motor torque during operation of the motor 16 (S16), and if the motor torque exceeds the motor limit torque The motor operation is stopped (S18), and after a predetermined time has elapsed (S20), the
그리고, 본 발명의 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기의 제어방법은 히터(12)들을 작동시키는 동안 온도 센서(18)가 감지하는 냉각수의 온도가 제한 온도를 초과하는가를 판단하고(S22), 온도 센서(18)가 감지하는 냉각수의 온도가 제한 온도를 초과하면 히터(12)들의 동작을 정지시키고(S24), 모터(16)도 정지시킨다.In the control method of the rapid thawing accumulator including the moving heater according to the present invention, it is determined whether the temperature of the cooling water sensed by the
또한, 본 발명의 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기의 제어방법은 상기 S22 단계에서 온도 센서(18)가 감지하는 히터(12)들의 온도가 제한 온도를 초과하는가를 함께 판단하고, 온도 센서(18)가 감지하는 히터(12)들의 온도가 제한 온도를 초과하면 히터(12)들이 과열되는 것을 방지하기 위하여 히터(12)들의 동작을 정지시킬 수도 있다. 이때, 히터(12)들의 동작만을 정지시킬 뿐 모터(16)는 정지시킬 필요는 없다.In the control method of the rapid thawing accumulator having the moving heater according to the present invention, it is determined whether or not the temperature of the
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기를 나타내는 도면들,FIGS. 1A and 1B are views showing a rapid thaw accumulator having a moving heater according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 연결대의 구조의 일례를 나타내는 도면,2 is a view showing an example of the structure of a linkage of the present invention,
도 3은 도 2에 도시된 모터 모듈을 자세히 나타내는 도면,FIG. 3 is a detailed view of the motor module shown in FIG. 2,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이동하는 히터를 구비하는 급속 해동 축적기의 제어방법을 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart showing a control method of a rapid thaw accumulator equipped with a moving heater according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art
1 : 급속 해동 축적기 12 : 히터1: Rapid thaw accumulator 12: Heater
14 : 고리형 원통 16 : 모터14: annular cylinder 16: motor
18 : 온도 센서 20 : 모터 모듈18: Temperature sensor 20: Motor module
22 : 회전체 24 : 연결대22: Rotor 24: Connections
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