KR102119910B1 - Conveying fluid distribution apparatus for fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체가 흘러 통과하게 되는 연료전지 차량용 유체 유동 장치를 제공하는바, 내부의 중공을 포함하는 하우징과, 상기 하우징 내부에 원기둥 형상으로 하나 이상의 히터봉, 상기 하우징 내부로 냉각수가 유입되기 위해 상기 하우징에 연결되어 있는 냉각수 유입관, 상기 하우징 내부에 상기 히터봉과 일정한 간극을 가지고 감싸고 있으며, 상기 하우징 내부면에 고정되어 있는 유동분배구조부 및 상기 하우징에 연결되어 있는 냉각수 배출관을 포함하는 유체 유동 장치가 제공된다.The present invention provides a fluid flow device for a fuel cell vehicle through which a fluid flows, a housing including a hollow inside, one or more heater rods in a cylindrical shape inside the housing, and cooling water to flow into the housing A fluid flow device including a cooling water inlet pipe connected to the housing, a flow distribution structure portion enclosed with the heater rod and a certain gap inside the housing, and fixed to the inner surface of the housing, and a cooling water outlet pipe connected to the housing Is provided.

Description

연료전지 차량용 유체 유동 분배 장치{Conveying fluid distribution apparatus for fuel cell vehicle}Conveying fluid distribution apparatus for fuel cell vehicle

본 발명은 연료전지 차량용 유체 유동 분배 장치에 관한 것으로, 더 상세하게, COD(Cathode Oxygen Depletion)히터와 연결되어 있는 하우징 내부로 냉각수를 순환시키는 경우, 유동 분배 성능을 향상시키기 위한 유체 유동 분배 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a fluid flow distribution device for a fuel cell vehicle, and more particularly, to circulate the coolant inside a housing connected to a COD (Cathode Oxygen Depletion) heater, to a fluid flow distribution device for improving flow distribution performance It is about.

연료전지 자동차에서는 수소와 산소의 화학적 반응을 통해 얻어진 전기에너지로 모터를 구동시켜 연료전지 차량을 구동하게 된다. 상기와 같은 화학적 반응에서, 수소와 산소를 반응시키면 전기에너지와 함께 부수적으로 물이 생성되는데, 이는 저온 환경에서 결빙을 하게 되어 냉시동시 장애요인으로 작용하게 된다.In a fuel cell vehicle, a fuel cell vehicle is driven by driving a motor with electric energy obtained through a chemical reaction between hydrogen and oxygen. In the chemical reaction as described above, when hydrogen and oxygen are reacted, water is incidentally generated along with electrical energy, which freezes in a low temperature environment and acts as an obstacle during cold start.

또한, 연료전지 스택이 일정 온도 이하에서 장시간 작동하게 되면 스택의 내구성이 떨어지게 되며 냉시동시 유로 결빙 현상이 발생하게 된다.In addition, if the fuel cell stack is operated for a long time at a temperature below a certain temperature, the durability of the stack is deteriorated, and a freezing path occurs during cold start.

이러한 이유로 인해 열관리 시스템(Thermal Management System:TMS) 내에 COD 히터를 장착하여 냉각수 승온, 차량 시동정지시(Shut down) 스택 내 잔류 수소 및 산소를 제거하는 기능을 한다. For this reason, the COD heater is installed in the Thermal Management System (TMS) to remove residual hydrogen and oxygen in the stack when the coolant is heated and the vehicle is shut down.

하지만, COD 히터와 연결된 냉각수 온도를 상승하고자 하는 경우, 냉각수가 유입되는 위치에 배플을 구성하여 유량 분배를 조정하는바, 각 차량에 따라 배플의 각도를 별도로 설치해 주어야 하는 문제가 있다. 또한, 냉각수의 담수량이 많고, 냉각수 정체 구간이 많아져 히터 과열시 냉각에도 문제가 있다.However, when the temperature of the coolant connected to the COD heater is to be increased, the flow distribution is adjusted by configuring the baffle at the position where the coolant flows, and thus, there is a problem in that the angle of the baffle must be separately installed for each vehicle. In addition, there is a problem in cooling when the heater is overheated due to the large amount of fresh water in the coolant and the stagnation of the coolant.

대한민국 공개특허 제10-2014-0025975호(문헌 1)에서는, 연료전지스택의 시동, 셧다운 및 냉시동시 냉각수의 가열을 위한 COD 히터에 있어서, 냉각수가 유동되는 COD 히터 하우징의 일측에 형성되는 두 개의 냉각수 덕트 사이에 브릿지를 형성함으로써, 하우징 및 냉각수 덕트의 사출성형시 사출소재의 흐름성을 개선하고 사출성형 후 냉각수 덕트의 뒤틀림 및 변형을 방지할 수 있는 기술이다.In the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0025975 (document 1), in the COD heater for heating the cooling water during start-up, shutdown and cold start of the fuel cell stack, the cooling water flow is formed on one side of the COD heater housing two By forming a bridge between the cooling water ducts, it is a technology that can improve the flowability of the injection material during injection molding of the housing and the cooling water ducts and prevent distortion and deformation of the cooling water ducts after injection molding.

다만, 상기 문헌 1에서 역시, 냉각수의 유량 분배를 조정하는 수단을 제시하지 못하고 있으며, 냉각수의 담수량이 과하다는 문제가 존재한다. 또한, 냉각수의 과 담수에 따른 냉각수의 정체 구간이 발생하고, 히터 과열시 냉각에도 어려움이 발생한다.
However, in the above document 1, too, a means for adjusting the flow rate distribution of the cooling water has not been proposed, and there is a problem that the fresh water amount of the cooling water is excessive. In addition, a stagnant section of the cooling water according to the excess water of the cooling water occurs, and difficulty occurs in cooling when the heater is overheated.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉각수가 유입되는 위치에 배플을 제거하고, 일정한 간극을 이용한 유량분배구조부를 구성하여, 히터를 지나는 냉각수의 유속을 빠르게 하여 급속 승온이 가능하며, 빠른 유속에 의해 냉각수 압력의 과다한 상승을 방지하는 플랙시블한 재질로 이루어진 유량분배구조부를 구성하고, 유량분배구조부를 통해 하우징 내부에 요구되는 냉각수의 담수량을 최소화할 수 있는 유동 분배 장치를 제공하는 것이다.
The present invention has been devised to solve the above problems, and the baffle is removed at a location where the coolant flows, and a flow rate distribution structure using a constant gap is formed to speed up the flow rate of the coolant passing through the heater, allowing rapid temperature increase. In addition, the flow distribution structure is made of a flexible material that prevents excessive rise of the cooling water pressure by a fast flow rate, and provides a flow distribution device that can minimize the amount of coolant required in the housing through the flow distribution structure. Is to do.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 유체가 흘러 통과하게 되는 유체가 흘러 통과하게 되는 연료전지 차량용 유체 유동 장치에서, 내부의 중공을 포함하고 있는 하우징과, 상기 하우징 내부로 삽입되고, 상기 하우징의 개방된 일면에 결합하는 하우징 커버에 부착된 하나 이상의 히터봉, 상기 하우징 내부로 냉각수가 유입되도록 상기 하우징에 연결되어 있는 냉각수 유입관으로 구성되고, 상기 하우징 내부에 상기 히터봉을 감싸고 있으며, 상기 히터봉과 유동분배구조부의 관통공 사이에 간극을 포함하고, 상기 하우징 내부면에 고정되어 있는 유동분배구조부 및 상기 하우징에 연결되어 있는 냉각수 배출관을 포함하는 연료전지 차량용 유체 유동 분배 장치를 제공한다.The present invention, in order to achieve the above object, in a fluid flow device for a fuel cell vehicle through which the fluid flows and flows, the housing containing the hollow inside, and inserted into the housing, the It consists of one or more heater rods attached to a housing cover coupled to an open one side of the housing, and a cooling water inlet pipe connected to the housing so that coolant flows into the housing, and surrounds the heater rod inside the housing, It provides a fluid flow distribution device for a fuel cell vehicle including a gap between the heater rod and the through hole of the flow distribution structure, and a flow distribution structure fixed to the inner surface of the housing and a cooling water discharge pipe connected to the housing.

또한, 상기 유동분배구조는 하우징 내부에 유입된 냉각수에 의한 압력을 완충하는바, 플랙시블한 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the flow distribution structure is characterized in that it is composed of a flexible material, as the pressure is absorbed by the coolant introduced into the housing.

또한, 상기 유동분배구조는 COD 히터봉과 일정한 간극을 갖고 COD 히터봉을 감싸는 구조로 구성되는바, 불연성 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the flow distribution structure has a constant gap with the COD heater rod and is composed of a structure surrounding the COD heater rod, characterized in that it is composed of a non-combustible material.

본 발명은 히터 입구의 유동 가이드 배플이 필요없는 구조를 제공하는바, 유동분배구조부를 통해 히터를 통과하는 냉각수의 속도를 상승시켜 효율적인 열전달이 일어날 수 있는 구조를 제공하고 있다. 따라서, 냉각수의 급속 승온에 유리하다.The present invention provides a structure that does not require a flow guide baffle at the heater inlet, and provides a structure in which efficient heat transfer can occur by increasing the speed of cooling water passing through the heater through the flow distribution structure. Therefore, it is advantageous for rapid temperature increase of the cooling water.

더욱이, 냉각수의 유동 속도가 높아지는바, 유속이 느려 발생하는 유동 정체 구간을 줄일 수 있고, 이에 따라 히터가 냉각되지 못하고 과열되는 문제점을 해결하였다.Moreover, since the flow rate of the cooling water is increased, the flow stagnation section caused by the slow flow rate can be reduced, thereby solving the problem of overheating without cooling the heater.

또한, 유동분배구조부는 플랙시블한 재질로 구성되어 있는바, 냉각수에 따른 하우징 내의 압력이 상승하는 경우에도, 하우징의 크랙 및 상기 크랙으로 인한 냉각수의 누수를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the flow distribution structure is made of a flexible material, even when the pressure in the housing increases according to the cooling water, there is an effect of preventing the housing from cracking and the cooling water from leaking due to the crack.

마지막으로, 유동분배구조부를 구성하여 하우징 입구부에 유동 가이드 배플이 별도로 설치하지 않을 수 있다. 즉, 개별적으로 배플의 각도를 설정하지 않고 유동 분배가 이루어지는바, 다양한 종류의 차량에 호환이 가능하여 경제적 측면에서 효과적이다.
Finally, a flow guide baffle may not be separately installed in the housing inlet by configuring the flow distribution structure. That is, since the flow distribution is performed without individually setting the angle of the baffle, it is compatible with various types of vehicles and is effective in economic terms.

도 1은 연료전지 차량용 유체 유동 장치의 횡 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 실제 테스트 차량에 적용된 유체 유동 장치를 도시한 것이다.
도 3은 유동분배구조부에 구성되는 곡선부의 단면을 도시한 것이다.
도 4은 실제 테스트 차량에 적용된 결과로서, 냉각수의 유동해석을 통해 간극을 통과하는 냉각수의 유동 속도를 도시하고 있다.
도 5는 도 3의 A부분의 단면도로서 간극의 유동 해석을 통해 냉각수의 유동 속도를 도시하고 있다.
도 6는 실제 테스트 차량에 적용된 결과로서, 냉각수의 유동에 따른 냉각단계에서 하우징 내부의 온도를 도시하고 있다.1 is a cross-sectional view of a fluid flow device for a fuel cell vehicle.
2 shows a fluid flow device applied to an actual test vehicle.
Figure 3 shows a cross-section of the curved portion configured in the flow distribution structure.
FIG. 4 shows the flow rate of the coolant passing through the gap through the flow analysis of the coolant as a result applied to the actual test vehicle.
FIG. 5 is a sectional view of part A of FIG. 3 and shows the flow rate of the coolant through the flow analysis of the gap.
6 is a result applied to an actual test vehicle, and shows the temperature inside the housing in a cooling step according to the flow of cooling water.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

연료전지 차량의 냉시동시 연료전지 스택으로 공급되는 냉각수는 냉각수 히터를 거쳐 스택으로 유입되며, 이때 냉각수 히터의 하우징으로 유입된 냉각수는 하우징의 내부공간으로 균등하게 유동 분배되어 히터의 국부적 과열을 방지하고 열전달 효율을 향상시키게 된다.Cooling water supplied to the fuel cell stack during cold start of the fuel cell vehicle flows into the stack through the coolant heater, and at this time, the coolant flowing into the housing of the coolant heater is evenly distributed to the inner space of the housing to prevent local overheating of the heater. It will improve the heat transfer efficiency.

상기 냉각수 히터는 냉각수가 그 내부를 통과하여 흐르게 되는 유체 유동 장치로서, 내부에 냉각수(유체)가 흐름을 감안하여 유체 유동의 최적화를 위한 구조를 적용함이 바람직하다.The coolant heater is a fluid flow device in which coolant flows through the inside, and it is preferable to apply a structure for optimizing fluid flow in consideration of the flow of coolant (fluid) therein.

이에 본 발명은 유체 유동 장치에서 하우징을 통과하는 유체의 유동 분배 성능을 개선하기 위하여 유동분배구조부를 구성하고, 또한 고압의 유체가 유동시 상기 하우징의 크랙 및 팽창을 방지하기 위하여 유동분배구조부의 재질을 구성하도록 한다.Accordingly, the present invention constitutes a flow distribution structure to improve the flow distribution performance of the fluid passing through the housing in the fluid flow device, and furthermore, the material of the flow distribution structure to prevent cracking and expansion of the housing when high pressure fluid flows. To configure.

이하 본 발명에 따른 연료전지 차량용 유체 유동 장치의 유동분배구조부는, 연료전지 차량의 유체 유동 장치로서 스택 냉각수의 가열을 위한 냉각수 히터에 적용된 경우를 실시예로 하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a flow distribution structure unit of the fluid flow device for a fuel cell vehicle according to the present invention will be described as an example when applied to a coolant heater for heating stack coolant as a fluid flow device of a fuel cell vehicle.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 유체 유동 장치는 냉각수가 유입되는 냉각수 유입관(3) 및 냉각수 배출관(5)이 연결되어 있는 하우징(4)과 이 하우징(4)에 삽입되어 설치되는 하나 이상의 히터봉(1)을 포함하여 구성되며, 상기 하우징(4)내부에 유동분배구조부(2)가 구성된다. 1 to 2, the fluid flow device includes a housing 4 to which a cooling water inlet pipe 3 and a cooling water outlet pipe 5 to which cooling water flows are connected, and one or more of them installed and installed in the housing 4 It comprises a heater rod (1), the flow distribution structure (2) is configured in the housing (4).

냉각수 유입관(3)과 냉각수 배출관(5)은 하우징(4)과 연결되며, 하우징과 연결되는 부분에 오링부재로 구성될 수 있다. 더 바람직하게, 오링부재는 내식성이 우수한 소재로 제작된 것을 사용한다.The cooling water inlet pipe 3 and the cooling water outlet pipe 5 are connected to the housing 4 and may be configured as an O-ring member in a portion connected to the housing. More preferably, the O-ring member is made of a material having excellent corrosion resistance.

상기 냉각효과를 극대화하기 위하여, 바람직하게, 냉각수는 냉각수 유입관(3)을 따라 하우징의 하부에서 유입되어 냉각수 배출관(5)을 따라 하우징의 상부로 배출되는 구조를 가질 수 있다. 상기와 같은 구조는 하우징의 중공내에 냉각수를 유지하여 냉각성능을 증대하기 위해서이다.In order to maximize the cooling effect, preferably, the cooling water may have a structure that is introduced from the lower portion of the housing along the cooling water inlet pipe 3 and discharged to the upper portion of the housing along the cooling water outlet pipe 5. The above structure is to increase cooling performance by maintaining cooling water in the hollow of the housing.

히터봉(1)은 하우징 커버(9)에 고정이 되며, 상기 하우징 커버(9)는 상기 하우징(4)과 용접을 통해 고정된다. 더 바람직하게, 상기 하우징 커버(9)는 상기 하우징과 관통공을 형성하여 체결수단을 이용하여 밀착되어 냉각수의 누수를 방지한다.The heater rod 1 is fixed to the housing cover 9, and the housing cover 9 is fixed to the housing 4 by welding. More preferably, the housing cover 9 forms a through hole with the housing to be in close contact with a fastening means to prevent leakage of cooling water.

또한, 상기 히터봉은 지그재그 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 히터봉의 형태는 본 발명의 일 실시예에 따라 2 열의 형태로 구성되어 있으며, 상기와 같은 2열의 형태는 냉각수 유입관을 따라 구성된다. 또한, 냉각수 유입관에 가까운 두 개의 선 히터봉은 각각 냉각수 유입관과의 거리가 다르게 배열이 되어 있으며, 상기 두 개의 선 히터봉을 따라 일열로 위치하고 있는 히터봉은 동일한 거리에 가지고 하우징내에 삽입되어 위치하는 형태를 포함하고 있다.In addition, the heater rod may be configured in a zigzag form. Accordingly, the shape of the heater rod as described above is configured in the form of two rows according to an embodiment of the present invention, and the shape of the two rows as described above is configured along the cooling water inlet pipe. In addition, the two wire heater rods close to the cooling water inlet pipe are arranged to have different distances from each of the cooling water inlet pipes, and the heater rods positioned in a row along the two wire heater rods are inserted into the housing with the same distance and positioned. Form.

더욱이, 히터봉은 1열 이상의 구조를 가질 수 있고, 다만 2열 이상을 갖는 히터봉의 경우, 2열 이상의 각각의 열에서 냉각수 유입관에 가장 가까운 선 히터봉들은 냉각수 유입관과 각각 상이한 거리를 가지고 위치하며, 상기 2열 이상의 선 히터봉들의 열에 따라 동일한 거리를 가지는 다수의 히터봉이 위치하는 구조를 구성할 수 있다.Moreover, the heater rod may have a structure of one or more rows, but in the case of a heater rod having two or more rows, the line heater rods closest to the coolant inlet pipe in each row of two or more rows are located at different distances from the coolant inlet pipe, respectively. In addition, it is possible to configure a structure in which a plurality of heater rods having the same distance are located according to the row of the two or more rows of wire heater rods.

이는 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구측의 히터봉과 상기 냉각수 유입구측에 가려지는 히터봉간의 냉각 성능의 차이를 개선하기 위한 구조이다. 이와 같은 구성을 통해, 상기 냉각수 유입구측에 위치하는 다른 히터봉에 의해 냉각수 유입구의 반대측에 설치되어 있는 히터봉에 도달하는 냉각수의 흐름이 방해되지 않을 수 있다.This is a structure for improving a difference in cooling performance between a heater rod on the cooling water inlet side where cooling water flows in and a heater rod hidden on the cooling water inlet side. Through such a configuration, the flow of cooling water reaching the heater rod installed on the opposite side of the cooling water inlet may not be disturbed by another heater rod located on the cooling water inlet side.

하우징(4) 내부에 위치하는 히터봉(1)은 하우징 내부를 관통하거나, 삽입되는 형태로 구성된다. 더 바람직하게, 상기 히터봉의 높이는 상기 하우징 내부의 냉각수 유입관(3)이 위치하는 높이 이하로 구성된다. 이는 냉각수 유입관을 통해 유입되는 냉각수가, 하우징과 히터봉(1)사이의 중공에서 입구 유동을 형성할 수 있고, 상기와 같은 입구 유동을 형성하게 되는 경우, 상기 히터봉의 냉각효과가 증대될 수 있다.The heater rod 1 located inside the housing 4 is configured to penetrate the interior of the housing or be inserted. More preferably, the height of the heater rod is configured to be less than or equal to the height of the coolant inlet pipe 3 inside the housing. This can form the inlet flow in the hollow between the housing and the heater rod (1), the cooling water flowing through the cooling water inlet pipe, and when forming the inlet flow as described above, the cooling effect of the heater rod can be increased have.

본 발명에 따른 연료전지 차량 유체 유동 장치의 유동분배구조부(2)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(4)내부로 냉각수가 흘러 통과하게 되는 유체 유동 장치의 유동분배구조부(2)는 히터봉(1)을 감싸는 구조로서, 바람직하게, 히터봉의 일부분을 포함하는 구조일 수 있다. 더욱 바람직하게, 유동분배구조부(2)는 슬릿 형태로 히터봉에 삽입되는 구조를 포함한다.The flow distribution structure 2 of the fuel cell vehicle fluid flow device according to the present invention, as shown in FIG. 1, the flow distribution structure 2 of the fluid flow device through which cooling water flows through the housing 4 is As a structure surrounding the heater rod 1, preferably, it may be a structure including a portion of the heater rod. More preferably, the flow distribution structure 2 includes a structure that is inserted into the heater rod in the form of a slit.

유동분배구조부(2)는 하우징 내부에 용접되어 고정되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 유동분배구조부(2)는 하우징과 관통공을 형성하여 체결수단을 이용하여 밀착될 수 있으며, 오링 및 실리콘처리 등을 통해 냉각수의 누수를 방지할 수 있다.The flow distribution structure 2 may be configured to be welded and fixed inside the housing. In addition, the flow distribution structure part 2 can be in close contact with the housing by forming a through-hole using a fastening means, and can prevent leakage of cooling water through O-ring and silicon treatment.

더욱이, 유동분배구조부(2)와 히터봉(1)과 간극을 유지하는 구조로 구성이 되며, 상기 간극은 다양한 구조로 구성될 수 있다. 바람직하게 상기 간극은 환영형태로 구성되며, 더 바람직하게 유동분배구조부의 관통공(8)의 일 끝단 또는 양 끝단은 곡선부(7)를 포함한다.Moreover, the flow distribution structure 2 and the heater rod 1 are configured to maintain a gap, and the gap may be configured in various structures. Preferably, the gap is configured in a phantom shape, and more preferably, one end or both ends of the through hole 8 of the flow distribution structure includes a curved portion 7.

상기 곡선부(7) 구조는 냉각수가 하우징(4)내부로 유입되었을 때, 간극을 따라 흐르는 냉각수의 유동성능을 개선하기 위한 구성이다. 따라서, 냉각수 유입구(4)를 통해 냉각수가 인입되고, 인입된 냉각수는 상기 곡선부를 따라서 유동분배구조부(2)와 히터봉(1)사이의 간극으로 인입되는바, 상기 개시된 곡선부(7)는 유동성능개선 효과가 있다.The structure of the curved portion 7 is configured to improve the flow performance of the cooling water flowing along the gap when the cooling water flows into the housing 4. Therefore, the coolant is drawn through the coolant inlet 4, and the drawn coolant is drawn into the gap between the flow distribution structure 2 and the heater rod 1 along the curved part. It has the effect of improving flow performance.

또한, 상기 곡선부(7)는 도 3에 도시된 바와 같이, 곡선부(7)의 입구단의 w1의 폭과 곡선부(7)의 끝부분의 w2를 구성하고 있다. 따라서, 상기 곡선부(7)의 a-a'지점의 w1의 폭은 곡선부의 b-b'지점의 w2의 비교하여 그 폭이 넓으며, 상기 곡선부(7)는 유동분배구조부(2)의 관통공(8)의 일면, 또는 양측면에 구성될 수 있다. 바람직하게, 상기 곡선부(7)는 테이퍼 형태로 구성되며, 더 바람직하게 상기 곡선부(7)는 곡률 반경을 갖는 형상으로 구성된다.Also, as shown in FIG. 3, the curved portion 7 constitutes the width of w1 at the inlet end of the curved portion 7 and w2 at the end of the curved portion 7. Therefore, the width of w1 at the point a-a' of the curved portion 7 is wider compared to that of w2 at the point b-b' of the curved portion, and the curved portion 7 has a flow distribution structure portion 2 It may be configured on one side, or both sides of the through hole (8). Preferably, the curved portion 7 is formed in a tapered shape, and more preferably, the curved portion 7 is formed in a shape having a radius of curvature.

하나의 일실시예로서, 환형 간극을 갖는 구조에서 상기 곡선부(7)는 일정한 곡률 반경을 갖는 형상으로 구성되어 있으며, 냉각수가 처음으로 유입되는 관통공(8)의 시작점의 곡선부(7) 지름 w1은 유동분배구조부(2)의 관통공(8) 내측면 지름 w2에 비하여 넓게 구성될 수 있다.In one embodiment, in a structure having an annular gap, the curved portion 7 is formed in a shape having a constant radius of curvature, and the curved portion 7 of the starting point of the through-hole 8 through which the cooling water flows for the first time The diameter w1 may be configured wider than the diameter w2 of the inner surface of the through hole 8 of the flow distribution structure 2.

따라서, 상기와 같이 곡선부(7)를 포함하고, 더욱이 일정한 곡률을 구성한 곡선부로 유동분배구조부의 관통공(8)을 구성함으로써, 최적화된 곡률을 설정하여 간극내로 지나가는 냉각수의 양을 증가시킬 수 있다. 따라서, 곡률을 구성한 곡선부(7)는 냉각수 유동 단계에서 유동성능 개선 역할을 수행한다. 더욱이, 상기 곡선부(7)의 구성에 따라서 스웰유동(swirl flow)을 발생할 수 있는바, 상기 스웰유동(swirl flow)에 의해 냉각수량이 적은 경우에도 고 효율의 냉각 성능을 수행할 수 있다.Therefore, by including the curved portion 7 as described above, and further configuring the through hole 8 of the flow distribution structure portion with a curved portion having a constant curvature, an optimized curvature can be set to increase the amount of cooling water passing into the gap. have. Therefore, the curved portion 7 constituting the curvature serves to improve the flow performance in the cooling water flow stage. Moreover, depending on the configuration of the curved portion 7, a swell flow may occur, and even when the amount of cooling water is small due to the swell flow, high efficiency cooling performance can be performed.

도 4 내지 도 6은 박막흐름전지(Thin Layer Flow Cell:TLFC)의 테스트 차량에 적용된 예로서, 본 발명의 유체 유동 장치는 히터봉(1)의 중단에 위치하여 구성되며, 유동 해석과 온도 해석의 결과를 도시하고 있다.4 to 6 is an example applied to a test vehicle of a thin layer flow cell (Thin Layer Flow Cell: TLFC), the fluid flow device of the present invention is configured to be located at the middle of the heater rod 1, flow analysis and temperature analysis The results are shown.

상기와 같이 연료전지 차량 유체 유동 장치의 유동분배구조부(2)는 하우징 내부에 위치하는 히터봉(1)을 감싸는 구조로서, 일정한 간극이 발생할 수 있는 구성을 포함한다.As described above, the flow distribution structure 2 of the fuel cell vehicle fluid flow device is a structure surrounding the heater rod 1 located inside the housing, and includes a configuration in which a certain gap can occur.

유동분배구조부(2)는 유동가이드의 역할을 수행하는바, 히터봉(1)이 삽입되도록 하나 이상의 관통공(9)을 포함하고, 상기 관통공(9)에 히터봉(1)이 삽입될 경우 유동분배구조부(2)와 간극(6)을 유지하여 구성된다. 위와 같이 구성된 유동분배구조부(2)와 히터봉(1)사이의 간극(6)을 통과하는 냉각수는 유속이 증가하는바, 히터봉(1)의 효율적인 냉각이 가능하다. 더욱이, 증가된 냉각수 유속을 통해 냉각수의 정체구간을 감소시킬 수 있고, 최소의 담수량으로 충분한 냉각효과를 얻을 수 있다.The flow distribution structure 2 serves as a flow guide, and includes at least one through hole 9 so that the heater rod 1 is inserted, and the heater rod 1 is inserted into the through hole 9 In this case, it is configured by maintaining the flow distribution structure 2 and the gap 6. As the flow rate of the cooling water passing through the gap 6 between the flow distribution structure 2 configured as above and the heater rod 1 is increased, efficient cooling of the heater rod 1 is possible. Moreover, it is possible to reduce the stagnation section of the cooling water through an increased cooling water flow rate, and to obtain a sufficient cooling effect with a minimum amount of fresh water.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예를 통해서, 냉각수의 유동 해석을 통해 위치에 따른 유속을 도시하고 있다. 여기서, 간극(6)을 통과한 냉각수는 히터 주변부에서 유속이 증가함을 볼 수 있다. 따라서, 도 4 및 도 5를 통해, 유속이 빠른 구간은 빨간색 계열이 나타나고, 유속이 느린 구간은 파란색 계열이 나타난다. 따라서, 냉각수가 유입되고, 유동분배구조부의 곡선부와 인접하는 부분에서 유속이 대략 4.7m/s를 갖는바 노란색 계열이 나타나고, 냉각수가 간극을 통과하는 동안, 약 2.0 내지 3.1m/s의 유속을 보인다. 도 5에서 보이는 바와 같이, 히터봉 주변부는 유동 정체구간이 보이지 않는바, 0m/s의 유속을 갖는 파란색 계열의 유동이 보이지 않는다.4 and 5 show the flow rate according to the position through the flow analysis of the cooling water through an embodiment of the present invention. Here, it can be seen that the cooling water passing through the gap 6 increases in the flow rate in the periphery of the heater. Accordingly, through FIG. 4 and FIG. 5, a red series appears in a section with a fast flow rate, and a blue series appears in a section with a slow flow rate. Therefore, the coolant flows in, and the flow rate is approximately 4.7 m/s at the portion adjacent to the curved portion of the flow distribution structure. A yellow series appears, and while the cooling water passes through the gap, a flow rate of about 2.0 to 3.1 m/s Looks like As shown in FIG. 5, since the stagnation section of the heater rod is not visible, the blue-based flow having a flow rate of 0 m/s is not visible.

냉각수가 유입되는 위치에 유동분배구조부(2)는 일정한 곡선부(7)를 포함하여 구성되어 있다. 상기 곡선부(7)는 유입되는 냉각수가 간극을 통과하는 단계에서, 유속을 증가시켜주는 역할을 수행할 수 있다. The flow distribution structure 2 at a location where the cooling water flows is configured to include a constant curved portion 7. The curved portion 7 may serve to increase the flow rate in the step of passing the cooling water flowing through the gap.

이와 같이, 히터 주변부에서 유속이 증가함에 따라 효율적 히터 냉각이 가능하고, 유동 정체 구간이 감소한다.As such, as the flow rate increases in the periphery of the heater, efficient heater cooling is possible, and the flow stagnation section decreases.

또한, 히터봉(1)의 냉각의 측면에서, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 간극(6) 및 곡선부(7)를 통해 히터 주변부의 냉각수 유속이 증대되는바 히터 표면의 과열 구간이 없이 전체적으로 낮은 온도가 유지됨을 보이고 있다.In addition, in terms of cooling of the heater rod 1, as shown in FIG. 6, the cooling water flow rate of the heater periphery is increased through the gap 6 and the curved portion 7, so that there is no overheating section of the heater surface. It has been shown that low temperatures are maintained.

상기 실시예에 따른 구성을 분석툴로 온도해석을 수행한 결과로, 도 6에 도시된 바와 같이, 유동내의 온도를 구분하기 위하여 온도에 따라 색상을 매칭하여 나타내고 있다.As a result of performing temperature analysis on the configuration according to the above embodiment with an analysis tool, as shown in FIG. 6, colors are matched according to temperature to distinguish the temperature in the flow.

상기 도 6에 나타난 온도 분석의 경우, 130℃이상의 경우 빨간색 계열로, 130℃이하 80℃까지 각각 노란색, 초록색, 파란색 계열로 온도를 도시하는바, 냉각수는 대략 80℃온도로 파란색 계열이 나타난다. 또한, 히터봉 주변부 또한, 110℃ 내지 124℃의 온도를 유지하여 초록색과 노란색 계열이 분포되는바, 히터봉 표면은 낮은 온도가 유지됨을 확인할 수 있다.In the case of the temperature analysis shown in FIG. 6, in case of 130°C or higher, the temperature is shown in red, and in the yellow, green, and blue series, respectively, up to 80°C below 130°C, the blue color appears in the cooling water at approximately 80°C. In addition, since the periphery of the heater rod is also maintained at a temperature of 110°C to 124°C, green and yellow series are distributed, so it can be seen that the surface of the heater bar maintains a low temperature.

상기 유동분배구조부(2)는 앞서 언급한 바와 같이, 하우징(4) 내부로 유입된 고압의 냉각수에 의해 금속 하우징(4)의 크랙 및 프라스틱 재질의 하우징(4)의 부품 방지를 위해서 플랙시블한 재질로 구성된다. 더 바람직하게, 하우징(4) 내부에 위치하는 유동분배구조부(2)는 실리콘 재질 또는 고무 재질로 형성된다. As described above, the flow distribution structure 2 is flexible to prevent cracks in the metal housing 4 and parts of the plastic housing 4 by high-pressure cooling water flowing into the housing 4. It is made of material. More preferably, the flow distribution structure 2 located inside the housing 4 is formed of a silicone material or a rubber material.

다시 말해, 냉각수가 하우징(4) 내로 유입되면서 발생하는 높은 압력을 유동분배구조부가 완충하는 역할을 겸할 수 있다. 따라서, 고압의 냉각수가 유입되는 하우징(4)의 피로도를 줄여주는 역할을 한다.In other words, the flow distribution structure may cushion the high pressure generated when the coolant flows into the housing 4. Therefore, it serves to reduce the fatigue of the housing 4 through which high-pressure cooling water flows.

더욱이, 히터봉(1)은 도 5에서 도시된 바와 같이, 100℃이상의 고온상태를 보이는바, 히터봉(1)과 일정한 간극을 유지하고 구성되어 있는 유동분배구조부(2)는 절연성의 플랙시블한 재질로 구성됨이 바람직하다.Moreover, as shown in FIG. 5, the heater rod 1 shows a high temperature of 100° C. or higher, and the flow distribution structure 2 configured to maintain a certain gap with the heater rod 1 has an insulating flexible structure. It is preferred to be made of one material.

냉각수의 유동단계에서 유체의 유입에 의한 냉각수 유동 모멘텀이 발생할 수 있다. 따라서, 하우징(4)으로 유입되는 냉각수의 유동 모멘텀은 하우징(4) 입구의 위치 및 크기 등에 따라 가변 될 수 있으며, 물론 하우징(4)으로 유입되는 냉각수의 유동 모멘텀을 제거하기 위하여 유동분배구조부(2) 및 하우징 체결부의 형상은 다양하게 변경 실시될 수 있다.In the cooling water flow step, cooling water flow momentum may occur due to the inflow of the fluid. Therefore, the flow momentum of the cooling water flowing into the housing 4 may be varied depending on the location and size of the inlet of the housing 4, and of course, to remove the flow momentum of the cooling water flowing into the housing 4, the flow distribution structure ( 2) And the shape of the housing fastening portion can be implemented in various ways.

본 발명의 실시예로서, 연료전지 차량용 유체 유동 장치의 실시예를 기재하고 있으나, 본 발명에 개시된 실시예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니며, 연료전지 차량용 유체 유동 장치를 구성하는 기술 사상을 갖는 동일범위 및 균등범위에 대하여 보호범위가 미치는 것으로 해석되어야 할 것이다.
As an embodiment of the present invention, although an embodiment of a fluid flow device for a fuel cell vehicle is described, the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by the embodiments disclosed in the present invention, and a fluid flow device for a fuel cell vehicle is used. It should be interpreted that the protection scope is applied to the same scope and the equal scope having the technical idea to construct.

1: 히터봉
2: 유동분배구조부
3: 냉각수 유입관
4: 하우징
5: 냉각수 배출파이프
6: 간극
7: 곡선부
8: 관통공
9: 하우징 커버
10: 연료전지 차량1: Heater rod
2: flow distribution structure
3: Cooling water inlet pipe
4: housing
5: Cooling water discharge pipe
6: Clearance
7: Curved part
8: through hole
9: housing cover
10: fuel cell vehicle

Claims (12)

유체가 흘러 통과하게 되는 연료전지 차량용 유체 유동 장치에서,
내부의 중공을 포함하고 있는 하우징;
상기 하우징 내부로 삽입되고, 상기 하우징의 개방된 일면에 결합하는 하우징 커버에 부착된 하나 이상의 히터봉;
상기 하우징 내부로 냉각수가 유입되도록 상기 하우징에 연결되어 있는 냉각수 유입관;
상기 하우징 내부에 구성되어 있으며, 관통공을 포함하여 상기 히터봉을 감싸고 있으며, 상기 히터봉의 외측면과 유동분배구조부의 내측면 사이에 간극을 포함하고, 상기 하우징 내부면에 고정되어 있는 유동분배구조부; 및
상기 하우징에 연결되어 있는 냉각수 배출관을 포함하는 연료전지 차량용 유체 유동 분배 장치.
In the fluid flow device for a fuel cell vehicle through which the fluid flows,
A housing containing an inner hollow;
One or more heater rods inserted into the housing and attached to a housing cover coupled to an open side of the housing;
A cooling water inflow pipe connected to the housing so that cooling water flows into the housing;
It is configured inside the housing, and includes a through hole to surround the heater rod, and includes a gap between the outer surface of the heater rod and the inner surface of the flow distribution structure, and a flow distribution structure fixed to the housing inner surface. ; And
A fluid flow distribution device for a fuel cell vehicle, comprising a cooling water discharge pipe connected to the housing.
제 1항에 있어서,
상기 유동분배구조부의 관통공 하나 끝단 또는 양 끝단에 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 유체 유동 분배 장치.
According to claim 1,
A fluid flow distribution device for a fuel cell vehicle comprising a curved portion at one end or both ends of the through hole of the flow distribution structure.
제 1항에 있어서,
상기 유동분배구조부와 히터봉 사이의 간극은 환형으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 유체 유동 분배 장치.
According to claim 1,
The fluid flow distribution device for a fuel cell vehicle, characterized in that the gap between the flow distribution structure portion and the heater rod is configured in an annular shape.
제1항에 있어서,
상기 유동분배구조부는 냉각수 압력을 완충할 수 있는 플랙시블한 재질로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 유체 유동 분배 장치.
According to claim 1,
The fluid distribution structure is a fluid flow distribution device for a fuel cell vehicle, characterized in that it is made of a flexible material capable of buffering the cooling water pressure.
제1항 내지 제2항 중 어느 한항에 있어서,
상기 유동분배구조부는 불연성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 유체 유동 분배 장치.
The method according to any one of claims 1 to 2,
The fluid distribution structure is a fluid flow distribution device for a fuel cell vehicle, characterized in that made of a non-combustible material.
제 1항에 있어서,
상기 히터봉은 2열 이상으로 구성되고, 상기 히터봉들은 지그재그형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 유체 유동 분배 장치.
According to claim 1,
The heater rod is composed of two or more rows, the heater rod is a fluid flow distribution device for a fuel cell vehicle, characterized in that configured in a zigzag form.
연료전지 차량의 열 및 물관리 시스템에 있어서,
상기 연료전지 차량은 유체 유동 장치를 포함하고,
상기 유체 유동 장치는,
내부의 중공을 포함하고 있는 하우징;
상기 하우징 내부로 삽입되고, 상기 하우징의 개방된 일면에 결합하는 하우징 커버에 부착된 하나 이상의 히터봉;
상기 하우징 내부로 냉각수가 유입되도록 상기 하우징에 연결되어 있는 냉각수 유입관;
상기 하우징 내부에 구성되어 있으며, 관통공을 포함하여 상기 히터봉을 감싸고 있으며, 상기 히터봉의 측면과 유동분배구조부의 내측면 사이에 간극을 포함하고, 상기 하우징 내부면에 고정되어 있는 유동분배구조부; 및
상기 하우징에 연결되어 있는 냉각수 배출관을 포함하는 연료전지 차량의 열 및 물 관리시스템.
In the heat and water management system of a fuel cell vehicle,
The fuel cell vehicle includes a fluid flow device,
The fluid flow device,
A housing containing an inner hollow;
One or more heater rods inserted into the housing and attached to a housing cover coupled to an open one side of the housing;
A cooling water inflow pipe connected to the housing so that cooling water flows into the housing;
A flow distribution structure configured inside the housing, surrounding the heater rod including a through hole, including a gap between a side surface of the heater rod and an inner surface of the flow distribution structure portion, and fixed to the inner surface of the housing; And
A heat and water management system for a fuel cell vehicle including a cooling water discharge pipe connected to the housing.
제 7항에 있어서,
상기 유동분배구조부의 관통공 일 끝단 또는 양끝단에 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열 및 물 관리시스템.
The method of claim 7,
Heat and water management system of a fuel cell vehicle comprising a curved portion at one end or both ends of the through hole of the flow distribution structure.
제 7항에 있어서,
상기 유동분배구조부와 히터봉 사이의 간극은 환형으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열 및 물 관리시스템.
The method of claim 7,
The heat and water management system of the fuel cell vehicle, characterized in that the gap between the flow distribution structure and the heater rod is composed of an annular shape.
제 7항에 있어서,
상기 유동분배구조부는 냉각수 압력을 완충할 수 있는 플랙시블한 재질로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열 및 물 관리시스템.
The method of claim 7,
The flow distribution structure is a heat and water management system of a fuel cell vehicle, characterized in that it is made of a flexible material capable of buffering the cooling water pressure.
제 7항 내지 제 8항 중 어느 한항에 있어서,
상기 유동분배구조부는 불연성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열 및 물 관리시스템.
The method according to any one of claims 7 to 8,
The flow distribution structure portion heat and water management system of a fuel cell vehicle, characterized in that made of a non-combustible material.
제 7항에 있어서,
상기 히터봉은 2열 이상으로 구성되고, 상기 히터봉들은 지그재그형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열 및 물 관리시스템.
The method of claim 7,
The heater rod is composed of two or more rows, the heater rod is a heat and water management system of a fuel cell vehicle, characterized in that configured in a zigzag form.
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