KR101575293B1 - 냉각수 펌프 및 이를 포함하는 연료전지 차량용 냉각 시스템 - Google Patents

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Abstract

연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프가 개시된다. 개시된 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프는, 연료전지 차량의 연료전지 스택 및 전장 부품들을 냉각하기 위한 것으로서, 고정자와 회전자를 포함하는 모터부와, 모터부를 사이에 두고 이의 양측에 각각 연결 설치되는 펌프부를 포함할 수 있다.

Description

냉각수 펌프 및 이를 포함하는 연료전지 차량용 냉각 시스템 {COOLING WATER PIMP AND COOLING SYSTEM FOR FUEL CELL VEHICLE HAVING THE SAME}
본 발명의 실시예는 연료전지 차량용 냉각 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각수로서 연료전지 스택 및 전장 부품들의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 냉각수 펌프 및 이를 포함하는 연료전지 차량용 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지 시스템은 연료전지로 공기와 수소를 공급하여 그 연료 전지에 의한 수소와 산소의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템으로 이루어진다.
예를 들면, 연료전지 시스템은 연료전지 차량에 채용되어 연료전지를 통해 전기 에너지를 생산하고 그 전기 에너지로서 구동 모터를 작동시키며 차량을 구동시킬 수 있다.
연료전지 시스템은 연료전지들이 적층된 스택, 스택으로 수소를 공급하는 수소 공급장치, 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급장치 그리고 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하며 스택의 운전 온도를 제어하는 스택 냉각장치를 구비하고 있다.
한편, 이와 같은 연료전지 차량에는 연료전지 스택의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위한 스택 냉각장치 외에, 구동 모터, 정션 박스 및 각종 모터 제어기(인버터, BHDC, LDC) 등과 같은 전장 부품들을 냉각하기 위한 전장 냉각장치를 구비하고 있다.
이러한 스택 냉각장치와 전장 냉각장치는 각기 다른 냉각수를 사용하고 있으며, 별도의 냉각수 펌프를 각각 사용하여 해당 부품들이 일정한 온도를 유지하도록 제어하고 있다.
그러나, 연료전지 스택에서 생산되는 전기 에너지는 차량을 구동하는 구동 모터와 전장 부품들에서 거의 모두 소진되기 때문에, 서로 다른 냉각장치에서 별도로 각각 제어되고 있는 냉각수 펌프이지만 결국 두 냉각수 펌프의 회전수 변화 추이는 유사하다.
부연 설명하면, 도 1에서와 같이 스택 냉각장치(1)의 냉각 계통은 스택 냉각수 펌프(3)를 통해 냉각수를 연료전지 스택(4)으로 공급하며 그 연료전지 스택(4)의 온도를 일정하게 유지시키고, 연료전지 스택(4)에서 데워진 냉각수를 라디에이터(5)로 공급하여 냉각시키는 냉각수 순환루프(폐루프)를 형성하고 있다.
그리고, 전장 냉각장치(2)의 냉각 계통은 전장 냉각수 펌프(6)를 통해 냉각수를 전장 부품들(7)로 공급하며 그 전장 부품들(7)의 온도를 일정하게 유지시키고, 전장 부품들(7)에서 데워진 냉각수를 상기한 라디에이터(5)로 공급하여 냉각시키는 냉각수 순환루프(폐루프)를 형성하고 있다.
이와 같은 스택 냉각장치(1) 및 전장 냉각장치(2)의 냉각 계통은 해당 부품들의 요구 운전 온도 유지를 위해 점도 및 비열이 다른 이종 냉각수를 사용하므로 각각의 냉각수 순환루프를 형성하고 있으며, 서로 다른 각각의 냉각수 펌프(3, 6)로 제어되고 있다.
특히, 상기 스택 냉각장치(1)의 냉각 계통에는 3-웨이 밸브(8)를 구비하고 있어 냉각수 순환유로의 조정을 통해 스택 냉각수 펌프(3)의 회전수와 함께 냉각수의 온도를 제어하고 있다. 또한, 상기 전장 냉각장치(2)의 냉각 계통에는 전장 냉각수 펌프(6) 만으로 냉각수의 온도를 제어하고 있다.
따라서, 각각의 스택 냉각장치(1) 및 전장 냉각장치(2)는 서로 다른 냉각수 펌프(3, 6)와 제어 방식으로 냉각수의 온도를 조절하고 있으나, 실제 차량 출력에 따른 각 냉각수 펌프(3, 6)의 회전수 변화 추이를 평가해 본 경과 각 냉각수 펌프(3, 6)의 회전수 변화 추이는 크게 차이가 없음을 알 수 있었다.
그런데, 종래 기술은 실제 차량 출력에 따른 각 냉각수 펌프(3, 6)의 회전수 변화 추이가 유사함에도 불구하고, 스택 냉각장치(1) 및 전장 냉각장치(2)에 대하여 서로 다른 각각의 냉각수 펌프(3, 6)와 제어 방식으로 냉각수의 온도를 조절하고 있으므로, 연료전지 차량 전체 냉각 시스템의 구성이 복잡해질 수밖에 없다.
또한, 종래 기술은 스택 냉각장치(1) 및 전장 냉각장치(2)에 대하여 각각의 냉각수 펌프(3, 6)를 사용하므로, 원가가 상승하며, 정비성이 떨어지고, 차량의 레이아웃 배치에 불리하며, 각각의 냉각수 펌프(3, 6)를 구동시키기 위한 소비전력이 증가하고, 연비가 저하되면서 연료전지 차량의 경쟁력이 떨어질 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 스택 냉각수 펌프와 전장 냉각수 펌프를 통합하여 연료전지 스택 및 전장 부품들의 냉각을 공용화 할 수 있도록 한 냉각수 펌프 및 이를 포함하는 연료전지 차량용 냉각 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프는, 연료전지 차량의 연료전지 스택 및 전장 부품들을 냉각하기 위한 것으로서, 고정자와 회전자를 포함하는 모터부와, 상기 모터부를 사이에 두고 이의 양측에 각각 연결 설치되는 펌프부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프에 있어서, 상기 모터부의 일측에 설치되는 제1 펌프부는 상기 연료전지 스택을 냉각하기 위한 스택 냉각루프와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프에 있어서, 상기 모터부의 다른 일측에 설치되는 제2 펌프부는 상기 전장 부품들을 냉각하기 위한 전장 냉각루프와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프에 있어서, 상기 모터부의 일측에 설치되는 제1 펌프부는 제1 펌프실을 형성하는 제1 볼류트 하우징과, 상기 모터부의 회전 샤프트 일단에 설치되며 상기 제1 펌프실에 배치되는 제1 임펠러를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프에 있어서, 상기 모터부의 다른 일측에 설치되는 제2 펌프부는 제2 펌프실을 형성하는 제2 볼류트 하우징과, 상기 모터부의 회전 샤프트 타단에 설치되며 상기 제2 펌프실에 배치되는 제2 임펠러를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프에 있어서, 상기 제1 볼류트 하우징에는 스택 냉각루프를 순환하는 냉각수가 흡입되는 제1 흡입구 및 상기 냉각수가 토출되는 제1 토출구를 수직 방향으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프에 있어서, 상기 제2 볼류트 하우징에는 전장 냉각루프를 순환하는 냉각수가 흡입되는 제2 흡입구 및 상기 냉각수가 토출되는 제2 토출구를 수직 방향으로 형성할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템은, 연료전지 차량에서 연료전지 스택을 냉각하기 위한 스택 냉각루프 및 전장 부품들을 냉각하기 위한 전장 냉각루프를 형성하는 것으로서, 상기 스택 냉각루프 및 전장 루프와 연결되며, 상기 연료전지 스택 및 전장 부품들로 냉각수를 각각 순환시키는 냉각수 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템은, 상기 연료전지 스택 및 전장 부품들을 각각 냉각한 냉각수를 공기로서 냉각하기 위한 라디에이터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템에 있어서, 상기 라디에이터는 상기 스택 냉각루프 및 전장 냉각루프에 각각 연결되며, 상기 스택 냉각루프 및 전장 냉각 루프를 통해 상기 냉각수 펌프와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각수 펌프는 고정자와 회전자를 포함하는 모터부와, 상기 모터부를 사이에 두고 이의 양측에 각각 연결 설치되는 제1 및 제2 펌프부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템에 있어서, 상기 제1 펌프부는 상기 스택 냉각루프와 연결되며, 상기 제2 펌프부는 상기 전장 냉각루프와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템에 있어서, 상기 제1 펌프부는 제1 펌프실을 형성하는 제1 볼류트 하우징과, 상기 모터부의 회전 샤프트 일단에 설치되며 상기 제1 펌프실에 배치되는 제1 임펠러를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템에 있어서, 상기 제2 펌프부는 제2 펌프실을 형성하는 제2 볼류트 하우징과, 상기 모터부의 회전 샤프트 타단에 설치되며 상기 제2 펌프실에 배치되는 제2 임펠러를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템에 있어서, 상기 제1 펌프부에는 상기 스택 냉각루프를 순환하는 냉각수가 흡입되는 제1 흡입구 및 상기 냉각수가 토출되는 제1 토출구를 수직 방향으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템에 있어서, 상기 제2 펌프부에는 상기 전장 냉각루프를 순환하는 냉각수가 흡입되는 제2 흡입구 및 상기 냉각수가 토출되는 제2 토출구를 수직 방향으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템에 있어서, 상기 제1 흡입구는 상기 라디에이터와 연결되며, 상기 제1 토출구는 상기 연료전지 스택과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템에 있어서, 상기 제2 흡입구는 상기 라디에이터와 연결되며, 상기 제2 토출구는 상기 전장 부품들과 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예는 종래 기술의 스택 냉각용 펌프와 전장 냉각용 펌프를 하나의 냉각수 펌프로 통합하여 이종의 냉각수를 스택 냉각루프 및 전장 냉각루프로 순환시키며 연료전지 스택 및 전장 부품들에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 차량의 전체 냉각 시스템 구성을 단순화시킬 수 있으므로, 종래 기술과 달리 원가를 절감할 수 있고, 정비성 향상 효과가 크며, 공간 확보에 의한 차량의 레이아웃 배치가 용이하고, 소비 전력을 줄여 연비를 개선할 수 있으며, 결과적으로는 연료전지 차량의 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 일반적인 연료전지 차량용 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템에 적용되는 냉각수 펌프를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템(100)은 연료 전지에 의한 수소와 산소의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키고, 그 전기 에너지로서 구동용 모터를 작동시키는 연료전지 차량에 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템(100)은 연료전지 스택(11)으로 냉각수를 순환시키며 그 연료전지 스택(11)의 온도를 일정하게 유지시켜 주는 스택 냉각루프(10)와, 전장 부품들(21)로 냉각수를 순환시키며 그 전장 부품들(21)의 온도를 일정하게 유지시켜 주는 전장 냉각루프(20)를 포함할 수 있다.
여기서, 연료전지 스택(11)은 냉각수를 유통시키는 유로를 형성하고 있으며, 전장 부품들(21)은 모터, 정션 박스 및 각종 모터 제어기(인버터, BHDC, LDC) 등과 같이 전력을 소비하는 부품들을 포함할 수 있다. 마찬가지로 이와 같은 전장 부품들(21)은 냉각수를 유통시키는 유로를 형성하고 있다.
또한, 상기 연료전지 차량용 냉각 시스템(100)은 연료전지 스택(11) 및 전장 부품들(21)을 각각 냉각한 냉각수를 공기로서 냉각하기 위한 라디에이터(31)를 포함하고 있다.
상기한 라디에이터(31)는 스택 냉각루프(10) 및 전장 냉각루프(20)에 각각 연결되고, 연료전지 스택(11)을 통과한 냉각수를 유출입시키며, 전장 부품들(21)을 통과한 냉각수를 유출입시킬 수 있다.
도면에서 미설명된 참조 부호 41은 스택 냉각루프(10)의 냉각수 순환유로를 조정하기 위한 종래 기술의 3-웨이 밸브를 나타낸다. 이러한 3-웨이 밸브(41)의 구성은 공지 기술이므로 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은 연료전지 차량용 냉각 시스템(100)은 이종의 냉각수를 스택 냉각루프(10) 및 전장 냉각루프(20)로 순환시키기 위한 수단으로 냉각수 펌프(50)를 포함하고 있다. 즉, 상기 냉각수 펌프(50)는 스택 냉각루프(10) 및 전장 냉각루프(20)와 연결되며, 연료전지 스택(11) 및 전장 부품들(21)로 냉각수를 각각 순환시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템(100)은 기존의 스택 냉각수 펌프와 전장 냉각수 펌프를 통합하여 하나의 펌프로서 연료전지 스택(11) 및 전장 부품들(21)의 냉각을 공용화 할 수 있는 구조로 이루어진다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템에 적용되는 냉각수 펌프를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프(50)는 기본적으로 모터부(61)와, 모터부(61)의 양측에 설치되는 펌프부(71, 81)를 포함하고 있다.
이러한 냉각수 펌프(50)는 하나의 펌프장치로서 모터부(61)의 양측에 펌프부(71, 81)를 일체로 형성하고 있다. 이하에서는 상기 모터부(61)의 일측에 배치되는 펌프부(71)를 제1 펌프부(71)라고 하며, 모터부(61)의 다른 일측에 배치되는 펌프부(81)를 제2 펌프부(81)라고 한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 모터부(61)는 모터 바디(63)의 내부에 모터실을 형성하고, 그 모터실에는 회전자(65)와 고정자(67)로 이루어진 모터모듈이 설치되어 있다.
여기서, 상기 회전자(65)에는 회전 샤프트(68)가 설치되어 있으며, 그 회전 샤프트(68)는 모터 바디(63)의 양측을 관통하며, 베어링(69)을 통해 그 모터 바디(63)에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 및 제2 펌프부(71, 81)는 모터부(61)를 사이에 두고 이의 양측에 각각 연결 설치된다.
상기 제1 펌프부(71)는 냉각수를 연료전지 스택(11)으로 순환시키기 위한 것으로, 위에서 언급한 바 있는 연료전지 스택(11)을 냉각하기 위한 스택 냉각루프(10)와 연결된다.
이러한 제1 펌프부(71)는 제1 펌프실(72)을 형성하는 펌프 바디로서의 제1 볼류트 하우징(73)을 포함한다. 상기 제1 펌프실(72)에는 모터부(61)의 회전 샤프트(68)를 통해 제1 임펠러(74)가 설치된다. 제1 임펠러(74)는 회전 샤프트(68)의 일측 단부에 고정되며 제1 펌프실(72)의 내부에 배치된다.
그리고, 상기 제1 볼류트 하우징(73)에는 스택 냉각루프(10)를 순환하는 냉각수를 제1 펌프실(72)의 내부로 흡입하기 위한 제1 흡입구(75)와, 제1 펌프실(72)의 내부로 흡입된 냉각수를 가압하며 외부로 토출하기 위한 제1 토출구(76)가 형성되어 있다. 이 때 상기 제1 흡입구(75) 및 제1 토출구(76)는 2차원적으로 수직인 형태를 이루고 있다.
여기서, 상기 제1 흡입구(75)는 스택 냉각루프(10)를 통해 연료전지 스택(11)을 통과한 냉각수를 공기로서 냉각하며 배출하는 라디에이터(31)의 일측 냉각수 배출 부위와 연결된다. 그리고 상기 제1 토출구(76)는 스택 냉각루프(10)를 통해 연료전지 스택(11)의 냉각수 유입 측과 연결된다.
상기 제2 펌프부(81)는 냉각수를 전장 부품들(21)로 순환시키기 위한 것으로, 위에서 언급한 바 있는 전장 부품들(21)을 냉각하기 위한 전장 냉각루프(20)와 연결된다.
이러한 제2 펌프부(81)는 제2 펌프실(82)을 형성하는 펌프 바디로서의 제2 볼류트 하우징(83)을 포함한다. 상기 제2 펌프실(82)에는 모터부(61)의 회전 샤프트(68)를 통해 제2 임펠러(84)가 설치된다. 제2 임펠러(84)는 회전 샤프트(68)의 다른 일측 단부에 고정되며 제2 펌프실(82)의 내부에 배치된다.
그리고, 상기 제2 볼류트 하우징(83)에는 전장 냉각루프(20)를 순환하는 냉각수를 제2 펌프실(82)의 내부로 흡입하기 위한 제2 흡입구(85)와, 제2 펌프실(82)의 내부로 흡입된 냉각수를 가압하며 외부로 토출하기 위한 제2 토출구(86)가 형성되어 있다. 이 때 상기 제2 흡입구(85) 및 제2 토출구(86)는 2차원적으로 수직인 형태를 이루고 있다.
여기서, 상기 제2 흡입구(85)는 전장 냉각루프(20)를 통해 전장 부품들(21)을 통과한 냉각수를 공기로서 냉각하며 배출하는 라디에이터(31)의 다른 일측 냉각수 배출 부위와 연결된다. 그리고 상기 제2 토출구(86)는 전장 냉각루프(20)를 통해 전장 부품들(21)의 냉각수 유입 측과 연결된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 연료전지 차량용 냉각 시스템(100)의 작용을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
우선, 연료전지 차량의 구동 시, 연료전지 스택(11)에서는 연료전지에 의한 수소와 공기의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키며, 이러한 전기 화학적인 반응에 의해 열을 발생시킨다.
또한, 차량을 구동시키기 위한 각종 전장 부품들(21) 예컨대, 모터, 정션 박스 및 각종 모터 제어기(인버터, BHDC, LDC) 등에서도 전력을 소비하며 열을 발생시키게 된다.
이와 같은 열이 발생하는 연료전지 스택(11) 및 전장 부품들(21)의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위해 본 발명의 실시예에서는 ECU의 제어 신호에 따라 냉각수 펌프(50)를 작동시키며 그 냉각수 펌프(50)를 통해 이종의 냉각수를 스택 냉각루프(10) 및 전장 냉각루프(20)로 각각 순환시키게 된다.
부연 설명하면, ECU의 제어 신호에 따라 냉각수 펌프(50)의 모터부(61)에 전원을 인가하게 되면, 그 모터부(61)의 회전 샤프트(68)가 회전하게 되고, 이에 따라 제1 펌프부(71)의 제1 임펠러(74)가 회전하면서 스택 냉각용 냉각수를 제1 흡입구(75)를 통해 제1 펌프실(72)의 내부로 흡입하며 그 냉각수를 압축한 상태로 제1 토출구(76)를 통해 토출한다.
그러면, 스택 냉각용 냉각수는 스택 냉각루프(10)를 통해 연료전지 스택(11)으로 공급되며 그 연료전지 스택(11)에서 발생하는 열을 냉각시키고, 연료전지 스택(11)을 통과하며 데워진 냉각수는 스택 냉각루프(10)를 통해 라디에이터(31)로 유입되면서 냉각될 수 있다. 이렇게 라디에이터(31)에서 냉각된 냉각수는 다시 제1 펌프부(71)의 제1 흡입구(75)를 통해 제1 펌프실(72)의 내부로 유입된다.
이러는 과정을 거치는 동안, 본 발명의 실시예에서는 모터부(61)의 회전 샤프트(68)가 회전함에 따라 제2 펌프부(81)의 제2 임펠러(84)가 회전하면서 전장 냉각용 냉각수를 제2 흡입구(85)를 통해 제2 펌프실(82)의 내부로 흡입하며 그 냉각수를 압축한 상태로 제2 토출구(86)를 통해 토출한다.
그러면, 전장 냉각용 냉각수는 전장 냉각루프(20)를 통해 전장 부품들(21)로 공급되며 그 전장 부품들(21)에서 발생하는 열을 냉각시키고, 전장 부품들(21)을 통과하며 데워진 냉각수는 전장 냉각루프(20)를 통해 라디에이터(31)로 유입되면서 냉각될 수 있다. 이렇게 라디에이터(31)에서 냉각된 냉각수는 다시 제2 펌프부(81)의 제2 흡입구(85)를 통해 제2 펌프실(82)의 내부로 유입된다.
여기서, 운전 상황에 따른 연료전지 스택(11) 및 전장 부품들(21)의 냉각 유량 요구치는 차량 시험을 통해 알 수 있기 때문에, 초기 냉각수 펌프(50)의 유입구 면적 및 크기를 결정할 수 있다.
연료전지 스택(11)의 경우, 작동 온도에 따른 전체 시스템의 효율 및 스택 내구 성능에 영향이 크지만 전장 부품들(21)은 온도에 따른 단품 효율이나 내구에 거의 영향이 없기 때문에 냉각수 펌프(50)의 회전수는 스택 냉각루프(10)를 기준으로 제어를 하면 되고, 전장 냉각용 냉각수의 유량은 최소 기본 요구 유량보다 약간 크게 하여 전장 냉각용 냉각수의 온도가 항상 전장 부품들(21)의 한계 온도 조건보다 낮아지도록 설정한다.
실제 전장 부품들(211)의 경우, 전장 부품의 온도에 따른 냉각수 펌프(50)의 회전수 제어보다는 단지 일정 한계치만 넘지 않도록 제어하고 있으며, 이것은 연료전지 스택(11)과 달리 전장 부품들(21)에 대해 정밀한 온도 제어가 불필요함을 의미한다
예를 들어, 요구되는 전장 부품들(21)의 온도 한계 치가 50℃ 라고 하면 냉각 수온이 45℃ 또는 30℃ 이든 상관없이 50℃ 이하로 설정을 하면 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택(11)의 온도를 중심으로 냉각수 펌프(50)의 회전수를 제어하면 되고, 전장 냉각용 냉각수의 입구 면적은 차량 시험을 통해 어떠한 운전 상황에도 한계치만 넘지 않도록 최적화하면 연료전지 차량의 냉각 시스템을 단순화시킬 수 있다
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템(100)에 의하면, 하나의 냉각수 펌프(50)를 통해 이종의 냉각수를 스택 냉각루프(10) 및 전장 냉각루프(20)로 순환시키며 연료전지 스택(11) 및 전장 부품들(21)에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 차량의 전체 냉각 시스템 구성을 단순화시킬 수 있으므로, 연료전지 스택 및 전장 부품들을 냉각하기 위한 각각의 펌프를 사용하는 종래 기술과 달리, 원가를 절감할 수 있고, 정비성 향상 효과가 크며, 공간 확보에 의한 차량의 레이아웃 배치가 용이하고, 소비 전력을 줄여 연비를 개선할 수 있으며, 결과적으로는 연료전지 차량의 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10... 스택 냉각루프 11... 연료전지 스택
20... 전장 냉각루프 21... 전장 부품
31... 라디에이터 41... 3-웨이 밸브
50... 냉각수 펌프 61... 모터부
63... 모터 바디 65... 회전자
67... 고정자 68... 회전 샤프트
69... 베어링 71... 제1 펌프부
72... 제1 펌프실 73... 제1 볼류트 하우징
74... 제1 임펠러 75... 제1 흡입구
76... 제1 토출구 81... 제2 펌프부
82... 제2 펌프실 83... 제2 볼류트 하우징
84... 제2 임펠러 85... 제2 흡입구
86... 제2 토출구

Claims (10)

  1. 연료전지 차량의 연료전지 스택 및 전장 부품들을 냉각하기 위한 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프로서,
    고정자와 회전자를 포함하는 모터부와, 상기 모터부를 사이에 두고 이의 양측에 각각 연결 설치되는 제1 및 제2 펌프부를 포함하며,
    상기 제1 펌프부는 연료전지 스택을 냉각하기 위한 스택 냉각루프와 연결되되, 제1 펌프실을 형성하는 제1 볼류트 하우징과, 상기 모터부의 회전 샤프트 일단에 설치되며 상기 제1 펌프실에 배치되는 제1 임펠러를 포함하고,
    상기 제2 펌프부는 전장 부품들을 냉각하기 위한 전장 냉각루프와 연결되되, 제2 펌프실을 형성하는 제2 볼류트 하우징과, 상기 모터부의 회전 샤프트 타단에 설치되며 상기 제2 펌프실에 배치되는 제2 임펠러를 포함하며,
    상기 제1 볼류트 하우징은 스택 냉각루프를 순환하는 냉각수가 흡입되는 제1 흡입구 및 상기 냉각수가 토출되는 제1 토출구를 형성하고, 상기 제2 볼류트 하우징은 전장 냉각루프를 순환하는 냉각수가 흡입되는 제2 흡입구 및 상기 냉각수가 토출되는 제2 토출구를 형성하며,
    상기 제1 흡입구는 연료전지 스택 및 전장 부품들을 각각 냉각한 냉각수를 공기로서 냉각하기 위한 라디에이터와 연결되며, 상기 제1 토출구는 연료전지 스택과 연결되고, 상기 제2 흡입구는 라디에이터와 연결되며, 상기 제2 토출구는 전장 부품들과 연결되는 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 볼류트 하우징은 상기 제1 흡입구와 제1 토출구를 수직 방향으로 형성하고,
    상기 제2 볼류트 하우징은 상기 제2 흡입구와 제2 토출구를 수직 방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 시스템의 냉각수 펌프.
  5. 연료전지 스택을 냉각하기 위한 스택 냉각루프와, 전장 부품들을 냉각하기 위한 전장 냉각루프를 포함하는 연료전지 차량용 냉각 시스템으로서,
    상기 스택 냉각루프 및 전장 루프와 연결되며, 연료전지 스택 및 전장 부품들로 냉각수를 각각 순환시키는 냉각수 펌프; 및
    상기 스택 냉각루프 및 전장 냉각루프와 연결되고, 상기 스택 냉각루프 및 전장 냉각 루프를 통해 상기 냉각수 펌프와 연결되며, 연료전지 스택 및 전장 부품들을 각각 냉각한 냉각수를 공기로서 냉각하기 위한 라디에이터;를 포함하며,
    상기 냉각수 펌프는 고정자와 회전자를 포함하는 모터부와, 상기 모터부를 사이에 두고 이의 양측에 각각 연결 설치되는 제1 및 제2 펌프부를 포함하고,
    상기 제1 펌프부는 스택 냉각루프를 순환하는 냉각수가 흡입되는 제1 흡입구 및 상기 냉각수가 토출되는 제1 토출구를 형성하며, 상기 제2 펌프부는 전장 냉각루프를 순환하는 냉각수가 흡입되는 제2 흡입구 및 상기 냉각수가 토출되는 제2 토출구를 형성하고,
    상기 제1 흡입구는 라디에이터와 연결되며, 상기 제1 토출구는 연료전지 스택과 연결되고, 상기 제2 흡입구는 라디에이터와 연결되며, 상기 제2 토출구는 전장 부품들과 연결되는 연료전지 차량용 냉각 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 펌프부는 상기 스택 냉각루프와 연결되며, 상기 제2 펌프부는 상기 전장 냉각루프와 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 시스템.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 펌프부는 제1 펌프실을 형성하는 제1 볼류트 하우징과, 상기 모터부의 회전 샤프트 일단에 설치되며 상기 제1 펌프실에 배치되는 제1 임펠러를 포함하고,
    상기 제2 펌프부는 제2 펌프실을 형성하는 제2 볼류트 하우징과, 상기 모터부의 회전 샤프트 타단에 설치되며 상기 제2 펌프실에 배치되는 제2 임펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 시스템.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 펌프부는 상기 제1 흡입구 및 상기 제1 토출구를 수직 방향으로 형성하고,
    상기 제2 펌프부는 상기 제2 흡입구 및 상기 제2 토출구를 수직 방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 시스템.
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