KR102335981B1 - Radiator and thermal management system for fuel cell vehicle having the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 라디에이터에 관한 것으로서, 냉각수가 유입되는 유입구를 구비하는 제1 탱크; 상기 냉각수가 배출되는 제1 배출구를 구비하며, 상기 제1 탱크와 미리 정해진 간격만큼 이격되어 배치되는 제2 탱크; 상기 냉각수가 배출되는 제2 배출구를 구비하며, 상기 제1 탱크와 상기 제2 탱크 사이에 배치되는 제3 탱크; 상기 제1 탱크에 수용된 냉각수를 상기 제3 탱크에 전달 가능하도록 상기 제1 탱크와 상기 제3 탱크를 연결하는 복수의 제1 튜브들을 구비하는 제1 열교환 유닛; 상기 제3 탱크에 수용된 냉각수를 상기 제2 탱크에 전달 가능하도록 상기 제3 탱크와 상기 제2 탱크를 연결하는 복수의 제2 튜브들을 구비하는 제2 열교환 유닛; 및 상기 제2 튜브들이 내부 공간에 수용되도록 마련되는 케이스와, 상기 제2 튜브들의 적어도 일부분을 감싸도록 상기 내부 공간에 충전되는 상변화 물질을 구비하는 흡열 유닛을 포함한다.The present invention relates to a radiator, comprising: a first tank having an inlet through which coolant is introduced; a second tank having a first outlet through which the cooling water is discharged, the second tank being spaced apart from the first tank by a predetermined interval; a third tank having a second outlet through which the coolant is discharged and disposed between the first tank and the second tank; a first heat exchange unit including a plurality of first tubes connecting the first tank and the third tank to transmit the coolant contained in the first tank to the third tank; a second heat exchange unit including a plurality of second tubes connecting the third tank and the second tank to transmit the coolant contained in the third tank to the second tank; and a heat absorbing unit including a case in which the second tubes are accommodated in the inner space, and a phase change material filled in the inner space to surround at least a portion of the second tubes.

Description

라디에이터 및 이를 포함하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템{Radiator and thermal management system for fuel cell vehicle having the same}Radiator and thermal management system for fuel cell vehicle including same

본 발명은 라디에이터 및 이를 포함하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a radiator and a thermal management system for a fuel cell vehicle including the same.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택(이하, '스택'이라고 함) 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.A fuel cell is a kind of power generation device that converts chemical energy of fuel into electrical energy by electrochemically reacting it within a fuel cell stack (hereinafter referred to as 'stack') without converting it into heat by combustion. It can be applied not only to supply power for driving, but also to power supply of small electric/electronic products, especially portable devices.

연료전지의 예로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.As an example of a fuel cell, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell), which is being researched the most as a power supply source for driving a vehicle, is based on an electrolyte membrane in which hydrogen ions move Membrane Electrode Assembly (MEA) with a catalyst electrode layer attached to the electrochemical reaction, the gas diffusion layer (GDL: Gas Diffusion Layer), which evenly distributes reactive gases and transfers the generated electrical energy, reaction Gaskets and fasteners for maintaining airtightness and proper clamping pressure of gases and cooling water, and a bipolar plate for moving reactive gases and cooling water are included.

상기한 연료전지에서 연료인 수소와 산화제인 산소(공기)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드('연료극' 혹은 '수소극', '산화극'이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드('공기극' 혹은 '산소극', '환원극'이라고도 함)로 공급된다.In the above-described fuel cell, hydrogen as a fuel and oxygen (air) as an oxidizing agent are respectively supplied to the anode and cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, and hydrogen is Oxygen (air) is supplied to the cathode (also referred to as 'air electrode' or 'oxygen electrode' or 'reduction electrode'), and oxygen (air) is supplied to the cathode.

애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.Hydrogen supplied to the anode is decomposed into hydrogen ions (proton, H+) and electrons (electron, e-) by the catalysts of the electrode layers on both sides of the electrolyte membrane, and only hydrogen ions of these selectively pass through the electrolyte membrane, which is a cation exchange membrane, The electrons are transferred to the cathode, and at the same time, electrons are transferred to the cathode through the gas diffusion layer and the separator, which are conductors.

상기 캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.In the cathode, hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and electrons transferred through the separator meet with oxygen in the air supplied to the cathode by an air supply device to generate water. At this time, due to the movement of hydrogen ions, the flow of electrons through the external conductor occurs, and a current is generated by the flow of these electrons.

한편, 차량에 탑재되는 연료전지 시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 스택, 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기공급장치, 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 스택의 운전온도를 제어하는 열 관리 시스템(TMS:Thermal Management System)으로 구성된다.On the other hand, a fuel cell system mounted on a vehicle largely includes a stack that generates electrical energy, a fuel supply device that supplies fuel (hydrogen) to the stack, an air supply device that supplies oxygen in the air, which is an oxidizer required for electrochemical reaction, to the stack, It consists of a Thermal Management System (TMS) that removes the reaction heat of the stack to the outside of the system and controls the operating temperature of the stack.

주지된 바와 같이 열 관리 시스템은, 스택을 냉각 가능한 냉각수가 순환하는 TMS 라인과, TMS 라인 상에 설치되어 냉각수의 열을 외부로 방출하는 라디에이터 등을 구비할 수 있다. 그런데, 연료전지 시스템의 반응열은 내연기관 시스템의 발열량에 비해 상대적으로 크므로, 연료전지 시스템의 라디에이터는 내연기관 시스템의 라디에이터에 비해 상대적으로 큰 방열 성능이 요구된다.As is well known, the thermal management system may include a TMS line through which the cooling water capable of cooling the stack circulates, and a radiator installed on the TMS line to discharge the heat of the cooling water to the outside. However, since the heat of reaction of the fuel cell system is relatively large compared to the calorific value of the internal combustion engine system, the radiator of the fuel cell system requires relatively large heat dissipation performance compared to the radiator of the internal combustion engine system.

일반적으로 라디에이터의 방열 성능은 방열 면적에 비례한다. 하지만, 종래의 연료전지 시스템은 설치 공간 기타 설치 환경 상 제약으로 인해 라디에이터의 방열 면적이 충분히 확보되기 어려워, 라디에이터의 방열 성능이 떨어진다는 문제점이 있다.In general, the heat dissipation performance of a radiator is proportional to the heat dissipation area. However, the conventional fuel cell system has a problem in that it is difficult to sufficiently secure a heat dissipation area of the radiator due to restrictions on installation space and other installation environments, and thus the heat dissipation performance of the radiator is deteriorated.

본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방열 성능이 향상되도록 구조를 개선한 라디에이터 및 이를 포함하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a radiator having an improved structure to improve heat dissipation performance and a thermal management system for a fuel cell vehicle including the same in order to solve the problems of the prior art.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 라디에이터는, 냉각수가 유입되는 유입구를 구비하는 제1 탱크; 상기 냉각수가 배출되는 제1 배출구를 구비하며, 상기 제1 탱크와 미리 정해진 간격만큼 이격되어 배치되는 제2 탱크; 상기 냉각수가 배출되는 제2 배출구를 구비하며, 상기 제1 탱크와 상기 제2 탱크 사이에 배치되는 제3 탱크; 상기 제1 탱크에 수용된 냉각수를 상기 제3 탱크에 전달 가능하도록 상기 제1 탱크와 상기 제3 탱크를 연결하는 복수의 제1 튜브들을 구비하는 제1 열교환 유닛; 상기 제3 탱크에 수용된 냉각수를 상기 제2 탱크에 전달 가능하도록 상기 제3 탱크와 상기 제2 탱크를 연결하는 복수의 제2 튜브들을 구비하는 제2 열교환 유닛; 및 상기 제2 튜브들이 내부 공간에 수용되도록 마련되는 케이스와, 상기 제2 튜브들의 적어도 일부분을 감싸도록 상기 내부 공간에 충전되는 상변화 물질을 구비하는 흡열 유닛을 포함한다.A radiator according to an aspect of the present invention for solving the above-described problems, a first tank having an inlet through which coolant is introduced; a second tank having a first outlet through which the cooling water is discharged, the second tank being spaced apart from the first tank by a predetermined interval; a third tank having a second outlet through which the coolant is discharged and disposed between the first tank and the second tank; a first heat exchange unit including a plurality of first tubes connecting the first tank and the third tank to transmit the coolant contained in the first tank to the third tank; a second heat exchange unit including a plurality of second tubes connecting the third tank and the second tank to transmit the coolant contained in the third tank to the second tank; and a heat absorbing unit including a case in which the second tubes are accommodated in the inner space, and a phase change material filled in the inner space to surround at least a portion of the second tubes.

바람직하게, 상기 제1 열교환 유닛은, 상기 제1 튜브들로부터 각각 연장 형성되는 복수의 제1 방열핀들을 더 구비하다.Preferably, the first heat exchange unit further includes a plurality of first heat dissipation fins respectively extending from the first tubes.

바람직하게, 상기 제2 열교환 유닛은, 적어도 일부분이 상기 상변화 물질에 의해 감싸지도록 상기 제2 튜브들로부터 각각 연장 형성되는 복수의 제2 방열핀들을 더 구비한다.Preferably, the second heat exchange unit further includes a plurality of second heat dissipation fins each extending from the second tubes so that at least a portion thereof is surrounded by the phase change material.

바람직하게, 상기 상변화 물질은, 녹는 점이 상기 냉각수의 녹는 점에 비해 높고 상기 냉각수의 끓는 점에 비해 낮은 적어도 하나의 소재로 구성된다.Preferably, the phase change material is composed of at least one material having a melting point higher than the melting point of the cooling water and lower than the boiling point of the cooling water.

바람직하게, 상기 상변화 물질은, 단위 무게당 축열량이 상기 냉각수의 비열에 비해 높은 적어도 하나의 소재로 구성된다.Preferably, the phase change material is composed of at least one material having a high heat storage amount per unit weight compared to the specific heat of the cooling water.

바람직하게, 상기 제1 열교환 유닛은, 공기가 통과되는 공기 유동 경로 상에 배치되고, 상기 제2 열교환 유닛은, 상기 공기 유동 경로로부터 이격되어 배치된다.Preferably, the first heat exchange unit is disposed on an air flow path through which air passes, and the second heat exchange unit is disposed spaced apart from the air flow path.

바람직하게, 상기 제1 열교환 유닛은, 차체의 프론트 엔드 모듈에 상기 공기가 통과될 수 있도록 형성된 개구부에 배치되고, 상기 제2 열교환 유닛은, 상기 개구부로부터 이격되도록 상기 개구부의 주변부에 배치된다.Preferably, the first heat exchange unit is disposed in an opening formed to allow the air to pass through the front end module of the vehicle body, and the second heat exchange unit is disposed in a periphery of the opening to be spaced apart from the opening.

바람직하게, 상기 케이스는 상기 주변부에 고정된다.Preferably, the case is secured to the periphery.

바람직하게, 상기 제1 배출구와 상기 제2 배출구를 각각 선택적으로 개폐 가능한 적어도 하나의 개폐 밸브를 더 포함한다.Preferably, it further includes at least one on-off valve capable of selectively opening and closing the first outlet and the second outlet, respectively.

바람직하게, 상기 제1 튜브들과 상기 제2 튜브들은, 서로 엇갈리게 배치된다.Preferably, the first tubes and the second tubes are alternately arranged.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 양상에 따른 연료전지 차량용 열 관리 시스템은, 연료전지 스택을 통과한 냉각수를 상술한 본 발명의 일 양상에 따른 라디에이터를 이용해 냉각하기 위한 연료전지 차량용 열 관리 시스템에 있어서, 상기 냉각수가 통과될 수 있도록 상기 스택이 배치되고, 일단은 상기 유입구와 연결되며, 타단은 상기 제1 배출구와 연결되는 메인 라인; 일단은 상기 제2 배출구와 연결되고, 타단은 상기 제1 배출구와 상기 스택 사이에 위치하는 상기 메인 라인의 제1 지점과 연결되는 제1 바이패스 라인; 및 상기 제1 배출구와 상기 제2 배출구를 각각 선택적으로 개폐 가능한 개폐 유닛을 포함한다.A thermal management system for a fuel cell vehicle according to another aspect of the present invention for solving the above-described problems is a heat management system for a fuel cell vehicle for cooling coolant that has passed through a fuel cell stack using the radiator according to the above-described aspect of the present invention. A management system, comprising: a main line in which the stack is disposed so that the coolant passes through, one end connected to the inlet and the other end connected to the first outlet; a first bypass line having one end connected to the second outlet and the other end connected to a first point of the main line positioned between the first outlet and the stack; and an opening/closing unit capable of selectively opening and closing the first outlet and the second outlet, respectively.

바람직하게, 상기 개폐 유닛은, 상기 제1 지점에 설치되며 상기 제1 배출구와 상기 제2 배출구를 각각 선택적으로 개폐 가능한 제1 개폐 밸브를 구비한다.Preferably, the opening/closing unit includes a first opening/closing valve installed at the first point and capable of selectively opening and closing the first outlet and the second outlet, respectively.

바람직하게, 상기 제1 개폐 밸브는, 상기 제1 배출구에서 배출된 냉각수가 선택적으로 유입되도록 상기 메인 라인과 연결되는 제1 포트와, 상기 제2 배출구에서 배출된 냉각수가 선택적으로 유입되도록 상기 제1 바이패스 라인과 연결되는 제2 포트와, 상기 제1 포트와 상기 제2 포트를 통해 유입된 냉각수가 배출되도록 상기 메인 라인과 연결되는 제3 포트를 구비한다.Preferably, the first opening/closing valve includes a first port connected to the main line so that the coolant discharged from the first outlet selectively flows in, and the first port connected to the main line so that the coolant discharged from the second outlet selectively flows in. a second port connected to a bypass line; and a third port connected to the main line so that the coolant introduced through the first port and the second port is discharged.

바람직하게, 일단은 상기 스택과 상기 유입구 사이에 위치하는 상기 메인 라인의 제2 지점과 연결되고, 타단은 상기 제1 지점과 상기 스택 사이에 위치하는 상기 메인 라인의 제3 지점과 연결되는 제2 바이패스 라인을 더 포함하며, 상기 개폐 유닛은, 상기 제2 바이패스 라인을 선택적으로 개폐 가능한 제2 개폐 밸브를 더 구비한다.Preferably, one end is connected to a second point of the main line positioned between the stack and the inlet, and the other end is connected to a third point of the main line positioned between the first point and the stack. The device further includes a bypass line, wherein the opening/closing unit further includes a second opening/closing valve capable of selectively opening and closing the second bypass line.

바람직하게, 상기 제2 개폐 밸브는, 상기 라디에이터에서 배출된 냉각수가 유입되도록 상기 메인 라인과 연결되는 제1 포트와, 상기 라디에이터 자체를 우회한 냉각수가 유입되도록 상기 제2 바이패스 라인과 연결되는 제2 포트와, 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 중 적어도 하나를 통해 유입된 냉각수가 배출되도록 상기 메인 라인과 연결되는 제3 포트를 구비한다.Preferably, the second opening/closing valve includes a first port connected to the main line so that the coolant discharged from the radiator flows in, and a second bypass line connected to the second bypass line so that the coolant bypassing the radiator itself flows in. and a second port and a third port connected to the main line so that the coolant introduced through at least one of the first port and the second port is discharged.

바람직하게, 상기 개폐 유닛은, 상기 제1 배출구와 상기 제1 지점 사이에 위치하도록 상기 메인 라인에 설치되며 상기 제1 배출구를 선택적으로 개폐 가능한 제3 개폐 밸브와, 상기 제2 배출구와 상기 제1 지점 사이에 위치하도록 상기 제1 바이패스 라인에 설치되며 상기 제2 배출구를 선택적으로 개폐 가능한 제4 개폐 밸브를 더 구비한다Preferably, the opening/closing unit includes a third opening/closing valve installed in the main line to be positioned between the first outlet and the first point and selectively opening and closing the first outlet, the second outlet and the first and a fourth opening/closing valve installed on the first bypass line to be located between the points and capable of selectively opening and closing the second outlet.

바람직하게, 상기 개폐 유닛은, 상기 스택에 미리 정해진 온도의 냉각수를 공급할 수 있도록 상기 제1 배출구의 개도와 상기 제2 배출구의 개도를 각각 선택적으로 조절하다.Preferably, the opening/closing unit selectively adjusts the opening degree of the first outlet and the opening degree of the second outlet so as to supply cooling water of a predetermined temperature to the stack.

바람직하게, 상기 제1 지점과 상기 스택 사이에 위치하도록 상기 메인 라인에 설치되며, 상기 냉각수의 온도를 측정 가능한 온도 센서를 더 포함하고, 상기 개폐 유닛은, 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도를 기준으로 상기 제1 배출구의 개도와 상기 제2 배출구의 개도를 각각 선택적으로 조절한다.Preferably, it is installed on the main line so as to be located between the first point and the stack, and further comprises a temperature sensor capable of measuring a temperature of the cooling water, wherein the opening/closing unit is based on the temperature measured by the temperature sensor. to selectively adjust the opening degree of the first outlet and the opening degree of the second outlet.

본 발명에 따른 라디에이터 및 이를 포함하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템은, 차체의 데드 스페이스를 상변화 물질을 흡열재로서 이용해 냉각수를 2차적으로 냉각하기 위한 공간으로 활용 가능하므로, 차체의 데드 스페이스를 줄이고 라디에이터의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.The radiator and the thermal management system for a fuel cell vehicle including the same according to the present invention can utilize the dead space of the vehicle body as a space for secondary cooling of the coolant by using a phase change material as a heat absorbing material, thereby reducing the dead space of the vehicle body It can improve the heat dissipation performance of the radiator.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 차량용 열 관리 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 라디에이터의 정면도.
도 3은 도 2에 도시된 라디에이터가 차체의 프론트 엔드 모듈에 장착된 상태를 나타내는 도면.
도 4는 도 3에 도시된 프론트 엔드 모듈의 정면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 차량용 열 관리 시스템의 라디에이터의 정면도.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지 차량용 열 관리 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
1 is a view showing a schematic configuration of a thermal management system for a fuel cell vehicle according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a front view of the radiator shown in Fig. 1;
3 is a view illustrating a state in which the radiator shown in FIG. 2 is mounted on a front end module of a vehicle body;
Fig. 4 is a front view of the front end module shown in Fig. 3;
5 is a front view of a radiator of a thermal management system for a fuel cell vehicle according to a second embodiment of the present invention;
6 is a view showing a schematic configuration of a thermal management system for a fuel cell vehicle according to a third embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 차량용 열 관리 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a schematic configuration of a thermal management system for a fuel cell vehicle according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)은, 냉각수(C)가 순환되는 냉각수 라인(10)과, 냉각수 라인(10)을 따라 순환되는 냉각수(C)의 유동 경로를 절환하는 개폐 유닛(20)과, 연료전지 차량용 열 관리 시스템(1)의 전반적인 구동을 제어하기 위한 제어 유닛(30) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , in a fuel cell system 1 according to a first embodiment of the present invention, a coolant line 10 through which coolant C is circulated, and coolant C circulated along the coolant line 10 . It may include an opening/closing unit 20 for switching the flow path of , and a control unit 30 for controlling the overall operation of the thermal management system 1 for a fuel cell vehicle.

먼저, 냉각수 라인(10)은, 냉각수(C)가 순환되는 메인 라인(12)과, 냉각수(C)가 후술할 라디에이터(60)의 일부 구간을 우회할 수 있도록 마련되는 제1 바이패스 라인(14)과, 냉각수(C)가 라디에이터(60) 자체를 우회할 수 있도록 마련되는 제2 바이패스 라인(16)을 구비할 수 있다.First, the coolant line 10 includes a main line 12 through which the coolant C is circulated, and a first bypass line ( 14) and a second bypass line 16 provided so that the coolant C can bypass the radiator 60 itself.

메인 라인(12)은 냉각수(C)가 순환되는 폐루프를 구성하도록 마련된다. 이러한 메인 라인(12)에는 냉각수(C)를 펌핑하는 냉각수 펌프(40)와, 수소와 산소의 산환 환원 반응을 이용해 발전을 실시하는 연료전지 스택(이하, '스택(50)'이라고 함)과, 냉각수(C)를 냉각하는 라디에이터(60) 등이 배치될 수 있다.The main line 12 is provided to constitute a closed loop in which the cooling water C is circulated. The main line 12 includes a coolant pump 40 for pumping coolant C, a fuel cell stack that generates power using a redox reaction of hydrogen and oxygen (hereinafter referred to as a 'stack 50') and , a radiator 60 for cooling the coolant (C), etc. may be disposed.

냉각수 펌프(40)는 메인 라인(12)을 순환하는 냉각수(C)를 스택(50)을 향해 펌핑하도록 마련된다. 스택(50)은 냉각수 펌프(40)에 의해 펌핑된 냉각수(C)에 의해 냉각되도록 마련되며, 냉각수(C)는 이러한 스택(50)으로부터 방출된 열에 의해 가열된다.The cooling water pump 40 is provided to pump the cooling water C circulating in the main line 12 toward the stack 50 . The stack 50 is provided to be cooled by the coolant C pumped by the coolant pump 40 , and the coolant C is heated by the heat emitted from the stack 50 .

라디에이터(60)는 냉각 팬(70)에 의해 차량의 외부로부터 공급된 공기(A)와 냉각수(C)의 열 교환을 통해 냉각수(C)를 냉각 가능하도록 마련된다. 이를 위하여, 메인 라인(12)의 일단은 후술할 라디에이터(60)의 유입구(61a)와 연결되고, 메인 라인(12)의 타단은 후술할 라디에이터(60)의 제1 배출구(62a)와 연결될 수 있다. 그러면, 스택(50)에서 배출된 냉각수(C)는 메인 라인(12)을 따라 유동하다가 유입구(61a)를 통해 라디에이터(60)에 유입될 수 있고, 라디에이터(60)에서 냉각된 냉각수(C)는 제1 배출구(62a)를 통해 라디에이터(60)로부터 배출된 후 메인 라인(12)에 의해 냉각수 펌프(40)에 전달될 수 있다.The radiator 60 is provided to cool the coolant C through heat exchange between the air A and the coolant C supplied from the outside of the vehicle by the cooling fan 70 . To this end, one end of the main line 12 is connected to the inlet 61a of the radiator 60 to be described later, and the other end of the main line 12 is connected to the first outlet 62a of the radiator 60 to be described later. have. Then, the cooling water (C) discharged from the stack (50) flows along the main line (12) and can be introduced into the radiator (60) through the inlet (61a), and the cooling water (C) cooled in the radiator (60) may be discharged from the radiator 60 through the first outlet 62a and then delivered to the coolant pump 40 by the main line 12 .

제1 바이패스 라인(14)은 라디에이터(60)로 유입된 냉각수(C)가 제1 배출구(62a) 대신 후술할 제2 배출구(63a)를 통해 배출될 수 있도록 마련된다. 이를 위하여, 제1 바이패스 라인(14)의 일단은 제2 배출구(63a)와 연결될 수 있고, 제1 바이패스 라인(14)의 타단은 제1 배출구(62a)와 스택(50) 사이에 위치하는 메인 라인(12)의 제1 지점(12a)과 연결될 수 있다. 그러면, 라디에이터(60)로 유입된 냉각수(C)는, 라디에이터(60)의 전체 구간 중 유입구(61a)와 제2 배출구(63a) 사이 구간만 통과하여 제한적으로 냉각된 후 제2 배출구(63a)를 통해 라디에이터(60)로부터 배출될 수 있다. 제2 배출구(63a)를 통해 라디에이터(60)로부터 배출된 냉각수(C)는, 제1 바이패스 라인(14)을 따라 유동하다가 메인 라인(12)을 순환 중인 냉각수(C)와 합류될 수 있다. 한편, 메인 라인(12)의 제1 지점(12a)과 스택(50) 사이에는 메인 라인(12)을 통과하는 냉각수(C)의 온도를 측정하는 온도 센서(80)가 배치될 수 있다. 이러한 온도 센서(80)는 스택(50)으로 공급되는 냉각수(C)의 온도를 측정하여 제어 유닛(30)에 전달할 수 있다.The first bypass line 14 is provided so that the coolant C introduced into the radiator 60 can be discharged through a second outlet 63a to be described later instead of the first outlet 62a. To this end, one end of the first bypass line 14 may be connected to the second outlet 63a , and the other end of the first bypass line 14 is located between the first outlet 62a and the stack 50 . may be connected to the first point 12a of the main line 12 . Then, the cooling water C introduced into the radiator 60 passes only the section between the inlet 61a and the second outlet 63a among the entire section of the radiator 60 and is cooled limitedly and then the second outlet 63a It may be discharged from the radiator 60 through. The coolant C discharged from the radiator 60 through the second outlet 63a may be merged with the coolant C circulating in the main line 12 while flowing along the first bypass line 14 . . Meanwhile, a temperature sensor 80 for measuring the temperature of the coolant C passing through the main line 12 may be disposed between the first point 12a of the main line 12 and the stack 50 . The temperature sensor 80 may measure the temperature of the coolant C supplied to the stack 50 and transmit it to the control unit 30 .

제2 바이패스 라인(16)은 메인 라인(12)을 따라 순환 중인 냉각수(C)가 라디에이터(60) 자체를 우회할 수 있도록 마련된다. 이를 위하여, 제2 바이패스 라인(16)의 일단은 스택(50)과 유입구(61a) 사이에 위치하는 메인 라인(12)의 제2 지점(12b)과 연결될 수 있고, 제2 바이패스 라인(16)의 타단은 제1 지점(12a)과 냉각수 펌프(40) 사이에 위치하는 메인 라인(12)의 제3 지점(12c)과 연결될 수 있다. 그러면, 스택(50)에서 배출된 냉각수(C)는 제2 바이패스 라인(16)을 통해 라디에이터(60) 자체를 우회한 후 냉각수 펌프(40)에 전달될 수 있다.The second bypass line 16 is provided so that the coolant C circulating along the main line 12 can bypass the radiator 60 itself. To this end, one end of the second bypass line 16 may be connected to a second point 12b of the main line 12 positioned between the stack 50 and the inlet 61a, and the second bypass line ( The other end of 16 ) may be connected to a third point 12c of the main line 12 positioned between the first point 12a and the coolant pump 40 . Then, the coolant C discharged from the stack 50 may be delivered to the coolant pump 40 after bypassing the radiator 60 itself through the second bypass line 16 .

다음으로, 개폐 유닛(20)은, 라디에이터(60)의 제1 배출구(62a)와 제2 배출구(63a)를 선택적으로 개폐 가능한 제1 개폐 밸브(22)와, 제2 바이패스 라인(16)을 선택적으로 개폐 가능한 제2 개폐 밸브(24)를 구비할 수 있다.Next, the opening/closing unit 20 includes a first opening/closing valve 22 capable of selectively opening and closing the first outlet 62a and the second outlet 63a of the radiator 60 , and a second bypass line 16 . A second opening/closing valve 24 capable of selectively opening and closing may be provided.

제1 개폐 밸브(22)는 메인 라인(12)의 제1 지점(12a)에 설치될 수 있다. 제1 개폐 밸브(22)는 3개의 포트들을 구비하는 3방 밸브로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 개폐 밸브(22)는, 제1 배출구(62a)에서 배출된 냉각수(C)가 선택적으로 유입되도록 메인 라인(12)과 연결되는 제1 포트(22a)와, 제2 배출구(63a)에서 배출된 냉각수(C)가 선택적으로 유입되도록 제1 바이패스 라인(14)과 연결되는 제2 포트(22b)와, 제1 포트(22a)와 제2 포트(22b) 중 적어도 하나를 통해 유입된 냉각수(C)가 배출되도록 메인 라인(12)과 연결되는 제3 포트(22c)를 구비할 수 있다.The first opening/closing valve 22 may be installed at the first point 12a of the main line 12 . The first on-off valve 22 may be configured as a three-way valve having three ports. For example, the first opening/closing valve 22 includes a first port 22a connected to the main line 12 so that the coolant C discharged from the first outlet 62a is selectively introduced, and a second outlet port At least one of the second port 22b connected to the first bypass line 14 and the first port 22a and the second port 22b so that the coolant C discharged from the 63a is selectively introduced. A third port 22c connected to the main line 12 may be provided to discharge the coolant C introduced through the .

이러한 제1 개폐 밸브(22)는 제1 포트(22a) 내지 제3 포트(22c)의 개도를 선택적으로 조절 가능한 전자식 3방 밸브로 구성되는 것이 바람직하다. 그러면, 제어 유닛(30)은, 이러한 제1 포트(22a) 내지 제3 포트(22c)를 개폐하거나 제1 포트(22a) 내지 제3 포트(22c)의 개도를 조절하여, 제1 배출구(62a)에서 배출되는 냉각수(C)의 유량과 제2 배출구(63a)에서 배출되는 냉각수(C)의 유량을 선택적으로 조절할 수 있다. 달리 말하면, 제어 유닛(30)은, 라디에이터(60)로 유입된 냉각수(C) 중 제1 배출구(62a)를 통해 배출되는 냉각수(C)의 비율과 제2 배출구(63a)를 통해 배출되는 냉각수(C)의 비율을 선택적으로 조절할 수 있다. 따라서, 제어 유닛(30)은, 온도 센서(80)에 의해 측정된 냉각수(C)의 온도를 기준으로 제1 배출구(62a)와 제2 배출구(63a)의 개폐 여부나 개도를 제어하여 스택(50)으로 공급되는 냉각수(C)의 온도를 조절할 수 있다. 이러한 냉각수(C)의 온도 조절에 대한 더욱 구체적인 내용은 후술하기로 한다.The first opening/closing valve 22 is preferably composed of an electromagnetic three-way valve capable of selectively adjusting the opening degree of the first port 22a to the third port 22c. Then, the control unit 30 opens and closes the first port 22a to the third port 22c or by adjusting the opening degree of the first port 22a to the third port 22c, the first outlet 62a ) and the flow rate of the cooling water (C) discharged from the second outlet (63a) can be selectively adjusted. In other words, the control unit 30 controls the ratio of the coolant C discharged through the first outlet 62a among the coolant C introduced into the radiator 60 and the coolant discharged through the second outlet 63a. The ratio of (C) can be selectively adjusted. Accordingly, the control unit 30 controls whether the first outlet 62a and the second outlet 63a are opened or closed based on the temperature of the coolant C measured by the temperature sensor 80 or the degree of opening of the stack ( 50), it is possible to adjust the temperature of the cooling water (C) supplied. A more detailed description of the temperature control of the cooling water C will be described later.

한편, 제1 개폐 밸브(22)는 전자식 3방 밸브로 구성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 개폐 밸브(22)는 냉각수(C)의 온도에 따라 제1 포트(22a) 내지 제3 포트(22c)가 미리 정해진 특정 온도에서만 개폐되는 thermostat식 3방 밸브로 구성될 수도 있다.On the other hand, although it has been described that the first on-off valve 22 is configured as an electromagnetic three-way valve, it is not limited thereto. That is, the first opening/closing valve 22 may be configured as a thermostat-type three-way valve in which the first port 22a to the third port 22c are opened and closed only at a predetermined specific temperature according to the temperature of the coolant C.

제2 개폐 밸브(24)는 메인 라인(12)의 제3 지점(12c)에 위치하도록 설치될 수 있다. 제2 개폐 밸브(24)는 3개의 포트들을 구비하는 3방 밸브로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 개폐 밸브(24)는, 라디에이터(60)의 배출구들(62a, 63a) 중 적어도 하나를 통해 배출된 후 제1 개폐 밸브(22)를 통과한 냉각수(C)가 유입되도록 메인 라인(12)과 연결되는 제1 포트(24a)와, 라디에이터(60) 자체를 우회한 냉각수(C)가 유입되도록 제2 바이패스 라인(16)과 연결되는 제2 포트(24b)와, 제1 포트(24a)와 제2 포트(24b) 중 적어도 하나로 유입된 냉각수(C)가 배출되도록 메인 라인(12)과 연결되는 제3 포트(24c)를 구비할 수 있다.The second on-off valve 24 may be installed to be located at the third point 12c of the main line 12 . The second on-off valve 24 may be configured as a three-way valve having three ports. For example, the second on-off valve 24 is discharged through at least one of the outlets 62a and 63a of the radiator 60 and then the coolant C that has passed through the first on-off valve 22 is introduced. A first port 24a connected to the main line 12 and a second port 24b connected to the second bypass line 16 so that the coolant C bypassing the radiator 60 itself flows in; A third port 24c connected to the main line 12 may be provided so that the coolant C introduced into at least one of the first port 24a and the second port 24b is discharged.

이러한 제2 개폐 밸브(24)는 제1 포트(24a) 내지 제3 포트(24c)의 개도를 선택적으로 조절 가능한 전자식 3방 밸브로 구성되는 것이 바람직하다. 그러면, 제어 유닛(30)은, 이러한 제1 포트(24a) 내지 제3 포트(24c)를 개폐하거나 제1 포트(24a) 내지 제3 포트(24c)의 개도를 조절하여, 스택(50)에서 배출된 냉각수(C) 중 라디에이터(60)를 통과하는 냉각수(C)의 비율과 라디에이터(60)를 통과하지 않고 우회하는 냉각수(C)의 비율을 선택적으로 조절할 수 있다.The second opening/closing valve 24 is preferably composed of an electromagnetic three-way valve capable of selectively adjusting the opening degree of the first port 24a to the third port 24c. Then, the control unit 30 opens and closes the first port 24a to the third port 24c or adjusts the opening degree of the first port 24a to the third port 24c in the stack 50 . Among the discharged coolant (C), the ratio of the coolant (C) passing through the radiator (60) and the ratio of the coolant (C) bypassing the radiator (60) can be selectively adjusted.

한편, 제2 개폐 밸브(24)는 전자식 3방 밸브로 구성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제2 개폐 밸브(24)는 냉각수(C)의 온도에 따라 제1 포트(24a) 내지 제3 포트(24c)가 미리 정해진 특정 온도에서만 개폐되는 thermostat 식의 3방 밸브로 구성될 수도 있다.On the other hand, although it has been described that the second on-off valve 24 is configured as an electromagnetic three-way valve, it is not limited thereto. That is, the second opening/closing valve 24 may be configured as a thermostat-type three-way valve in which the first port 24a to the third port 24c are opened and closed only at a predetermined specific temperature according to the temperature of the cooling water C. .

도 2는 도 1에 도시된 라디에이터의 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 라디에이터가 차체의 프론트 엔드 모듈에 장착된 상태를 나타내는 도면이며, 도 4는 도 3에 도시된 프론트 엔드 모듈의 정면도이다.Fig. 2 is a front view of the radiator shown in Fig. 1, Fig. 3 is a view showing a state in which the radiator shown in Fig. 2 is mounted on the front end module of the vehicle body, and Fig. 4 is a front view of the front end module shown in Fig. 3 am.

전술한 라디에이터(60)는 냉각수(C)의 온도 등의 환경 조건에 따라 방열 성능을 선택적으로 조절 가능하도록 마련된다. 이를 위하여, 라디에이터(60)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 탱크(61)와, 제2 탱크(62)와, 제3 탱크(63)와, 제1 열교환 유닛(64)과, 제2 열교환 유닛(65)과, 흡열 유닛(66) 등을 구비할 수 있다.The above-described radiator 60 is provided to selectively adjust the heat dissipation performance according to environmental conditions such as the temperature of the cooling water (C). To this end, the radiator 60, as shown in FIG. 2, a first tank 61, a second tank 62, a third tank 63, a first heat exchange unit 64, A second heat exchange unit 65 and a heat absorbing unit 66 may be provided.

제1 탱크(61)는, 스택(50)에서 배출된 냉각수(C)가 유입되도록 메인 라인(12)과 연결되는 유입구(61a)를 구비할 수 있다. 이러한 제1 탱크(61)의 내부 공간에는 유입구(61a)를 통해 유입된 냉각수(C)가 수용될 수 있다.The first tank 61 may include an inlet 61a connected to the main line 12 so that the coolant C discharged from the stack 50 flows. The cooling water C introduced through the inlet 61a may be accommodated in the inner space of the first tank 61 .

제2 탱크(62)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 탱크(61)로부터 미리 정해진 간격만큼 이격되어 배치된다. 제2 탱크(62)의 내부 공간에는 후술할 제2 튜브들(65a)을 통해 제3 탱크(63)로부터 전달 받은 냉각수(C)가 수용될 수 있다. 이러한 제2 탱크(62)는, 내부 공간에 수용된 냉각수(C)가 배출되도록 메인 라인(12)과 연결되는 제1 배출구(62a)를 구비할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the second tank 62 is disposed to be spaced apart from the first tank 61 by a predetermined interval. The coolant C delivered from the third tank 63 through second tubes 65a to be described later may be accommodated in the inner space of the second tank 62 . The second tank 62 may include a first outlet 62a connected to the main line 12 so that the coolant C accommodated in the internal space is discharged.

제3 탱크(63)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 탱크(61)와 제2 탱크(62) 사이에 배치된다. 제3 탱크(63)는 제1 탱크(61)에 비해 제2 탱크(62)와 더 가깝도록 배치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 제3 탱크(63)의 내부 공간에는 후술할 제1 튜브들(64a)을 통해 제1 탱크(61)로부터 전달 받은 냉각수(C)가 수용될 수 있다. 이러한 제3 탱크(63)는, 내부 공간에 수용된 냉각수(C)가 배출되도록 제1 바이패스 라인(14)과 연결되는 제2 배출구(63a)를 구비할 수 있다.The third tank 63 is disposed between the first tank 61 and the second tank 62 , as shown in FIG. 2 . The third tank 63 is preferably disposed to be closer to the second tank 62 than the first tank 61, but is not limited thereto. The coolant C delivered from the first tank 61 through first tubes 64a to be described later may be accommodated in the inner space of the third tank 63 . The third tank 63 may include a second discharge port 63a connected to the first bypass line 14 so that the cooling water C accommodated in the internal space is discharged.

제1 열교환 유닛(64)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 탱크(61)의 내부 공간에 수용된 냉각수(C)를 제3 탱크(63)의 내부 공간으로 전달 가능하도록 제1 탱크(61)와 제3 탱크(63)를 연결하는 복수의 제1 튜브들(64a)과, 제1 튜브들(64a)로부터 각각 연장 형성되는 복수의 제1 방열핀들(64b)을 구비할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the first heat exchange unit 64 includes a first tank ( 61 ) and a plurality of first tubes 64a connecting the third tank 63 , and a plurality of first heat dissipation fins 64b respectively extending from the first tubes 64a may be provided.

제1 튜브들(64a)은 미리 정해진 일정 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 방열핀들(64b)은 각각의 제1 튜브(64a)의 외주면으로부터 연장 형성된다. 이러한 제1 튜브들(64a)과 제1 방열핀들(64b)의 구조는 통상적인 라디에이터에 구비되는 튜브 및 방열핀의 구조와 동일하므로 이에 대한 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.The first tubes 64a are preferably disposed at predetermined intervals, but are not limited thereto. The first heat dissipation fins 64b are formed to extend from the outer circumferential surface of each of the first tubes 64a. The structures of the first tubes 64a and the first heat dissipation fins 64b are the same as those of a tube and a heat dissipation fin provided in a conventional radiator, and thus a more detailed description thereof will be omitted.

제2 열교환 유닛(65)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 탱크(63)의 내부 공간에 수용된 냉각수(C)를 제2 탱크(62)의 내부 공간으로 전달 가능하도록 제3 탱크(63)와 제2 탱크(62)를 연결하는 복수의 제2 튜브들(65a)과, 제2 튜브들(65a)로부터 각각 연장 형성되는 복수의 제2 방열핀들(65b)을 구비할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the second heat exchange unit 65 is a third tank ( 63 ) and a plurality of second tubes 65a connecting the second tank 62 , and a plurality of second heat dissipation fins 65b respectively extending from the second tubes 65a may be provided.

제2 튜브들(65a)은 미리 정해진 일정 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 튜브들(65a)의 설치 개수는 제1 튜브들(64a)의 설치 개수와 동일하거나 제1 튜브들(64a)의 설치 개수에 비해 더 많은 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 탱크(63)가 제1 탱크(61)에 비해 제2 탱크(62)와 더 가깝도록 배치되는 경우에, 제2 튜브들(65a)은 제1 튜브들(64a)에 비해 짧은 길이를 가질 수 있다. 제2 방열핀들(65b)은 각각의 제2 튜브(65a)의 외주면으로부터 연장 형성된다. 이러한 제2 튜브들(65a)과 제2 방열핀들(65b)의 구조는 통상적인 라디에이터에 구비되는 튜브 및 방열핀의 구조와 동일하므로 이에 대한 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.The second tubes 65a are preferably disposed at predetermined intervals, but are not limited thereto. The number of installations of the second tubes 65a is preferably the same as the number of installations of the first tubes 64a or more than the number of installations of the first tubes 64a, but is not limited thereto. As shown in FIG. 2 , when the third tank 63 is disposed to be closer to the second tank 62 than the first tank 61 , the second tubes 65a are connected to the first tubes. It may have a shorter length compared to (64a). The second heat dissipation fins 65b are formed to extend from the outer circumferential surface of each of the second tubes 65a. The structures of the second tubes 65a and the second heat dissipation fins 65b are the same as those of a tube and a heat dissipation fin provided in a conventional radiator, and thus a more detailed description thereof will be omitted.

흡열 유닛(66)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 튜브들(65a)과 제2 방열핀들(65b)이 내부 공간에 수용되도록 마련되는 케이스(66a)와, 제2 튜브들(65a)과 제2 방열핀들(65b)의 적어도 일부분을 감싸도록 케이스(66a)의 내부 공간에 충전되는 상변화 물질(66b)(PCM, Phase Change Materials)을 구비할 수 있다.As shown in FIG. 2, the heat absorbing unit 66 includes a case 66a in which the second tubes 65a and the second heat dissipation fins 65b are accommodated in the inner space, and the second tubes 65a. ) and a phase change material (PCM) filled in the inner space of the case 66a to surround at least a portion of the second heat dissipation fins 65b may be provided.

케이스(66a)는, 제2 튜브들(65a)과, 제2 방열핀들(65b)과, 상변화 물질(66b)이 내부 공간에 수용될 수 있도록 미리 정해진 용적을 가질 수 있다. 이러한 케이스(66a)는 내부 공간이 외부로부터 격리되도록 상부는 제3 탱크(63)와 결합되고 하부는 제2 탱크(62)와 결합되는 것이 바람직하다.The case 66a may have a predetermined volume so that the second tubes 65a, the second heat dissipation fins 65b, and the phase change material 66b can be accommodated in the internal space. It is preferable that the upper part of the case 66a is coupled to the third tank 63 and the lower part is coupled to the second tank 62 so that the inner space is isolated from the outside.

상변화 물질(66b)로서 사용 가능한 소재는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상변화 물질(66b)은, 녹는 점(℃)이 냉각수(C)의 녹는 점(℃)에 비해 높고 냉각수(C)의 끓는 점(℃)에 비해 낮음과 동시에 상변화 시의 단위 무게당 축열량(kJ/kg)이 냉각수(C)의 비열(약 4.2 kJ/kg)에 비해 높은 적어도 하나의 소재로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 상변화 물질(66b)로서 사용 가능한 구체적인 소재의 예는 아래의 표 1과 같다.A material usable as the phase change material 66b is not particularly limited. For example, the phase change material 66b has a melting point (°C) higher than the melting point (°C) of the cooling water (C) and lower than the boiling point (°C) of the cooling water (C) at the same time as the phase change. It is preferable that the amount of heat storage per unit weight (kJ/kg) is made of at least one material having a higher specific heat (about 4.2 kJ/kg) of the coolant (C). Examples of specific materials that can be used as the phase change material 66b are shown in Table 1 below.

상변화 물질(66b)Phase change material (66b) 계열line 단위 무게 당
축열량(kJ/kg)
per unit weight
Heat storage (kJ/kg)
녹는 점(℃)Melting point (℃)
옥타데칸올Octadecanol 알코올Alcohol 277.5277.5 59.259.2 도코산올docosanol 알코올Alcohol 281.7281.7 71.571.5 RT-80RT-80 파라핀paraffin 237.1237.1 80.480.4 RT-82RT-82 지방산fatty acid 207.5207.5 83.783.7 카나우바왁스carnauba wax 왁스류waxes 225.5225.5 82.582.5

이러한 라디에이터(60)는 제1 열교환 유닛(64)은 공기(A)의 유동 경로 상에 배치되고 제2 열교환 유닛(65)은 이러한 공기(A)의 유동 경로로부터 이격되어 배치되도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 라디에이터(60)는 차량의 주행 시 주행풍을 용이하게 공급받을 수 있도록 차체의 최선단에 위치하는 프론트 엔드 모듈(90)에 설치될 수 있다. 여기서, 프론트 엔드 모듈(90)은, 헤드 램프(미도시), 후드 래치(미도시), 범퍼 백빔(미도시), 경음기(미도시), 라디에이터(60) 등을 설치하기 위해 차체의 프론트 사이드 멤버(미도시)에 결합되는 지지 부재를 말한다. 라디에이터(60)는 볼트 기타 고정 부재(미도시)에 의해 이러한 프론트 엔드 모듈(90)에 고정 설치되는 것이 바람직하다.The radiator 60 may be installed such that the first heat exchange unit 64 is disposed on the flow path of the air A, and the second heat exchange unit 65 is spaced apart from the flow path of the air A. . For example, as shown in FIG. 3 , the radiator 60 may be installed in the front end module 90 positioned at the most distal end of the vehicle body so that the driving wind can be easily supplied while the vehicle is driving. Here, the front end module 90 is a front side of the vehicle body to install a head lamp (not shown), a hood latch (not shown), a bumper back beam (not shown), a horn (not shown), a radiator 60, and the like. Refers to a support member coupled to a member (not shown). The radiator 60 is preferably fixed to the front end module 90 by a bolt or other fixing member (not shown).

프론트 엔드 모듈(90)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 차량의 외부로부터 공급된 공기(A)가 통과될 수 있도록 관통 형성된 개구부(92)를 구비할 수 있다. 이를 고려하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 열교환 유닛(64)은 차량의 외부로부터 공급된 공기(A)가 제1 튜브들(64a) 사이 공간을 통과할 수 있도록 개구부(92)에 배치될 수 있고, 제2 열교환 유닛(65) 및 흡열 유닛(66)은 개구부(92)로부터 이격되도록 개구부(92)의 주변부(94)에 배치될 수 있다. 그러면, 제1 열교환 유닛(64)은 개구부(92)에 형성된 공기(A)의 유동 경로 상에 위치하게 되고, 제2 열교환 유닛(65)과 흡열 유닛(66)은 개구부(92)에 형성된 공기(A)의 유동 경로로부터 이격되어 위치하게 된다.The front end module 90, as shown in FIG. 4, may include an opening 92 formed through the air (A) supplied from the outside of the vehicle to pass therethrough. In consideration of this, as shown in FIG. 3 , the first heat exchange unit 64 is installed in the opening 92 so that air A supplied from the outside of the vehicle can pass through the space between the first tubes 64a. may be disposed, and the second heat exchange unit 65 and the heat absorbing unit 66 may be disposed at the peripheral portion 94 of the opening 92 to be spaced apart from the opening 92 . Then, the first heat exchange unit 64 is positioned on the flow path of the air A formed in the opening 92 , and the second heat exchange unit 65 and the heat absorbing unit 66 are connected to the air formed in the opening 92 . (A) is spaced apart from the flow path.

이와 같이 라디에이터(60)가 마련됨에 따라, 팬(70)에 의해 차량의 외부로부터 공급된 공기(A)는 제1 튜브들(64a) 사이 공간을 통과하면서 제1 튜브들(64a)과 제1 방열핀들(64b)을 통해 제1 튜브들(64a)을 통과하는 냉각수(C)와 열교환됨으로써, 제1 튜브들(64a)을 통과하는 냉각수(C)를 냉각시킬 수 있다. 이처럼 공기(A)에 의해 냉각된 냉각수(C)는 제3 탱크(63)들의 내부 공간으로 유입되어 수용된다.As the radiator 60 is provided as described above, the air A supplied from the outside of the vehicle by the fan 70 passes through the space between the first tubes 64a and the first tubes 64a and the first By heat-exchanging with the coolant C passing through the first tubes 64a through the heat dissipation fins 64b, the coolant C passing through the first tubes 64a may be cooled. As such, the cooling water C cooled by the air A is introduced into the inner space of the third tanks 63 and accommodated.

그런데, 제3 탱크(63)의 내부 공간에 수용된 냉각수(C)의 유동 경로는, 제1 배출구(62a)와 제2 배출구(63a)의 개폐 여부 내지는 개도에 따라 절환될 수 있다.However, the flow path of the coolant C accommodated in the inner space of the third tank 63 may be switched depending on whether the first outlet 62a and the second outlet 63a are opened or closed or opened.

예를 들어, 제1 개폐 밸브(22)에 의해 제2 배출구(63a)는 개방되고 제1 배출구(62a)는 폐쇄된 경우에, 제3 탱크(63)들의 내부 공간에 수용된 냉각수(C)는, 공기(A)에 의해서만 1차적으로 냉각된 상태로 제2 배출구(63a)를 통해 전량 배출되고, 제2 탱크(62)로는 전달되지 않는다.For example, when the second outlet 63a is opened and the first outlet 62a is closed by the first on/off valve 22, the coolant C accommodated in the internal space of the third tanks 63 is , the entire amount is discharged through the second outlet (63a) in a state primarily cooled by the air (A), and is not transferred to the second tank (62).

예를 들어, 제1 개폐 밸브(22)에 의해 제1 배출구(62a)의 적어도 일부분이 개방된 경우에는, 제3 탱크(63)의 내부 공간에 수용된 냉각수(C)의 적어도 일부는 제2 튜브들(65a)을 통해 제2 탱크(62)의 내부 공간으로 전달되고, 제3 탱크(63)의 내부 공간에 수용된 냉각수(C)의 나머지 일부분은 공기(A)에 의해서만 1차적으로 냉각된 상태로 제2 배출구(63a)를 통해 배출된다.For example, when at least a portion of the first outlet 62a is opened by the first on/off valve 22 , at least a portion of the coolant C accommodated in the internal space of the third tank 63 is transferred to the second tube The remaining part of the coolant C is transferred to the inner space of the second tank 62 through the 65a, and the remaining portion of the coolant C accommodated in the inner space of the third tank 63 is primarily cooled only by the air A The furnace is discharged through the second outlet (63a).

그런데, 전술한 바와 같이 케이스(66a)의 내부 공간에는 상변화 물질(66b)이 제2 튜브들(65a)과 제2 방열핀들(65b)의 적어도 일부분을 감싸도록 배치된다. 따라서, 상변화 물질(66b)은 제2 튜브들(65a)과 제2 방열핀들(65b)을 통해 제2 튜브들(65a)을 통과하는 냉각수(C)와 열교환됨으로써, 제2 튜브들(65a)을 통과하는 냉각수(C)를 2차적으로 냉각시킬 수 있다. 즉, 상변화 시의 단위 무게 당 축열량이 상대적으로 높은 상변화 물질(66b)을 흡열재로서 이용하여 제2 튜브들(65a)을 통과하는 냉각수(C)를 냉각하는 것이다. 이처럼 상변화 물질(66b)에 의해 2차적으로 냉각된 냉각수(C)는, 제1 배출구(62a)를 통해 배출될 수 있다.However, as described above, the phase change material 66b is disposed in the inner space of the case 66a to surround at least a portion of the second tubes 65a and the second heat dissipation fins 65b. Accordingly, the phase change material 66b exchanges heat with the coolant C passing through the second tubes 65a through the second tubes 65a and the second heat dissipation fins 65b, so that the second tubes 65a ), the cooling water (C) passing through can be cooled secondary. That is, the cooling water C passing through the second tubes 65a is cooled by using the phase change material 66b having a relatively high amount of heat storage per unit weight during phase change as a heat absorbing material. As such, the cooling water C secondarily cooled by the phase change material 66b may be discharged through the first outlet 62a.

종래의 라디에이터는, 튜브들과 방열핀들이 프론트 엔드 모듈의 개구부에만 제한적으로 배치됨으로써, 튜브들을 통과하는 냉각수가 공기에 의해서만 1차적으로 냉각된다. 이러한 종래의 라디에이터에 의하면, 프로트 엔드 모듈의 개구부의 주변부에는 냉각수의 냉각에 기여하지 못하는 데드 스페이스가 형성된다.In the conventional radiator, the tubes and heat dissipation fins are limitedly disposed only in the opening of the front end module, so that the coolant passing through the tubes is primarily cooled by air only. According to such a conventional radiator, a dead space that does not contribute to cooling of the coolant is formed in the periphery of the opening of the front end module.

그런데, 라디에이터(60)는, 공기(A) 대신 상변화 물질(66b)을 이용해 냉각수(C)를 2차적으로 냉각 가능하도록 마련된 제2 열교환 유닛(65) 및 흡열 유닛(66) 등을 구비하고, 이러한 제2 열교환 유닛(65) 및 흡열 유닛(66) 등이 개구부(92)의 주변부(94)에 배치되도록 설치된다. 이러한 라디에이터(60)에 의하면, 개구부(92)의 주변부(94)를 상변화 물질(66b)을 이용해 냉각수(C)를 2차적으로 냉각하기 위한 공간으로 활용 가능하므로, 프론트 엔드 모듈(90)의 데드 스페이스를 줄이고 라디에이터(60)의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.By the way, the radiator 60 includes a second heat exchange unit 65 and a heat absorbing unit 66, etc., which are provided to enable secondary cooling of the coolant C using the phase change material 66b instead of the air A , the second heat exchange unit 65 and the heat absorbing unit 66 are installed to be disposed in the peripheral portion 94 of the opening 92 . According to this radiator 60, the peripheral portion 94 of the opening 92 can be utilized as a space for secondary cooling of the coolant C using the phase change material 66b, It is possible to reduce the dead space and improve the heat dissipation performance of the radiator 60 .

이하에서는, 도 1을 참조하여, 연료전지 차량용 열 관리 시스템(1)을 이용해 스택(50)으로 공급되는 냉각수(C)의 온도를 조절하는 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of controlling the temperature of the coolant C supplied to the stack 50 using the thermal management system 1 for a fuel cell vehicle will be described with reference to FIG. 1 .

제어 유닛(30)은, 온도 센서(80)에 의해 측정된 냉각수(C)의 온도가 미리 정해진 방열 온도 이상인지 여부를 판단한다. 방열 온도란, 냉각수(C)의 냉각이 필요한지 여부를 판단하기 위한 기준 온도를 말한다.The control unit 30 determines whether the temperature of the cooling water C measured by the temperature sensor 80 is equal to or greater than a predetermined heat dissipation temperature. The heat radiation temperature refers to a reference temperature for determining whether cooling of the cooling water C is necessary.

또한, 제어 유닛(30)은, 냉각수(C)의 온도가 방열 온도 미만인 경우에, 제2 개폐 밸브의 제1 포트(24a)를 폐쇄하고 제2 포트(24b)를 개방한다. 그러면, 스택(50)에서 배출된 냉각수(C)는 제2 바이패스 라인(16)으로 유입됨으로써 라디에이터(60) 자체를 우회하게 된다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제어 유닛(30)은 냉각수(C)의 온도가 방열 온도 미만인 경우에 일부의 냉각수(C)가 라디에이터(60)로 공급될 수 있도록 제2 개폐 밸브(24)의 제1 포트(24a) 및 제2 포트(24b)의 개도를 조절할 수도 있다.Further, the control unit 30 closes the first port 24a of the second on-off valve and opens the second port 24b when the temperature of the cooling water C is less than the heat dissipation temperature. Then, the coolant C discharged from the stack 50 flows into the second bypass line 16 to bypass the radiator 60 itself. However, the present invention is not limited thereto, and the control unit 30 controls the second opening/closing valve 24 so that some of the cooling water C can be supplied to the radiator 60 when the temperature of the cooling water C is less than the heat dissipation temperature. The opening degree of the first port 24a and the second port 24b may be adjusted.

또한, 제어 유닛(30)은, 냉각수(C)의 온도가 방열 온도 이상인 경우에는, 제2 개폐 밸브의 제1 포트(24a)를 개방하고 제2 포트(24b)를 폐쇄함과 함께, 냉각수(C)의 온도에 따라 제1 개폐 밸브(22)의 제1 포트(22a)와 제2 포트(22b)의 개도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(30)은, 냉각수(C)의 온도가 높을수록 제1 포트(22a)의 개도를 높임과 동시에 제2 포트(22b)의 개도를 줄일 수 있다. 즉, 제어 유닛(30)은, 냉각수(C)의 온도가 높을수록 상변화 물질(66b)에 의해 2차적으로 냉각되는 냉각수(C)의 비율을 증가시키고, 냉각수(C)의 온도가 낮을수록 공기(A)에 의해 1차적으로만 냉각되는 냉각수(C)의 비율을 증가시키는 것이다. 이를 통해, 제어 유닛(30)은 스택(50)에 공급되는 냉각수(C)의 온도를 스택(50)의 현재 상태에 적합한 온도로 용이하게 조절할 수 있다.In addition, when the temperature of the cooling water C is equal to or higher than the heat dissipation temperature, the control unit 30 opens the first port 24a of the second on-off valve and closes the second port 24b, and the cooling water ( The opening degree of the first port 22a and the second port 22b of the first on-off valve 22 may be adjusted according to the temperature of C). For example, the control unit 30 may increase the opening degree of the first port 22a and decrease the opening degree of the second port 22b as the temperature of the cooling water C increases. That is, the control unit 30 increases the ratio of the cooling water C that is secondarily cooled by the phase change material 66b as the temperature of the cooling water C increases, and as the temperature of the cooling water C decreases, It is to increase the proportion of the cooling water (C) that is primarily cooled by the air (A). Through this, the control unit 30 can easily adjust the temperature of the cooling water C supplied to the stack 50 to a temperature suitable for the current state of the stack 50 .

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 차량용 열 관리 시스템의 라디에이터의 정면도이다.5 is a front view of a radiator of a thermal management system for a fuel cell vehicle according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 차량용 열 관리 시스템(2)은 라디에이터(60')의 구조가 일부 변경되었다는 점에서 전술한 연료전지 차량용 열 관리 시스템(1)과 차이점을 갖는다. 연료전지 차량용 열 관리 시스템들(1, 2)이 서로 동일하게 포함하는 구성들에 대해서는, 연료전지 차량용 열 관리 시스템(1)의 설명 시 사용했던 도면 부호를 그대로 사용하기로 한다.The thermal management system 2 for a fuel cell vehicle according to the second embodiment of the present invention is different from the aforementioned thermal management system 1 for a fuel cell vehicle in that the structure of the radiator 60' is partially changed. For components in which the thermal management systems 1 and 2 for a fuel cell vehicle are identically included, reference numerals used to describe the thermal management system 1 for a fuel cell vehicle will be used as they are.

도 5을 참조하면, 라디에이터(60')는 제2 열교환 유닛(65')의 제2 튜브들(65a')과 제1 열교환 유닛(64)의 제1 튜브들(64a)이 서로 엇갈리게 배치되었다는 점에서 제2 튜브들(65a)과 제1 튜브들(64a)이 일직선 상에 배치되는 전술한 라디에이터(60)와 차이점을 갖는다. 이러한 라디에이터(60')에 의하면, 냉각수(C)가 라디에이터(60')에 체류하는 시간을 증가시킬 수 있으므로, 라디에이터(60')의 방열 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 5 , the radiator 60 ′ indicates that the second tubes 65a ′ of the second heat exchange unit 65 ′ and the first tubes 64a of the first heat exchange unit 64 are interlaced with each other. It differs from the radiator 60 described above in that the second tubes 65a and the first tubes 64a are arranged on a straight line. According to such a radiator 60', since the time for the cooling water C to stay in the radiator 60' can be increased, the heat dissipation performance of the radiator 60' can be further improved.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지 차량용 열 관리 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a thermal management system for a fuel cell vehicle according to a third embodiment of the present invention.

본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지 차량용 열 관리 시스템(3)은 개폐 유닛(20')의 구조가 일부 변경되었다는 점에서 전술한 연료전지 차량용 열 관리 시스템(1)과 차이점을 갖는다. 연료전지 차량용 열 관리 시스템들(1, 3)이 서로 동일하게 포함하는 구성들에 대해서는, 연료전지 차량용 열 관리 시스템(1)의 설명 시 사용했던 도면 부호를 그대로 사용하기로 한다.The thermal management system 3 for a fuel cell vehicle according to the third embodiment of the present invention is different from the aforementioned thermal management system 1 for a fuel cell vehicle in that the structure of the opening/closing unit 20' is partially changed. For components in which the thermal management systems 1 and 3 for a fuel cell vehicle are identically included, reference numerals used to describe the thermal management system 1 for a fuel cell vehicle will be used as they are.

도 6을 참조하면, 개폐 유닛(20')은, 제1 배출구(62a)와 제1 지점(12a) 사이에 위치하도록 메인 라인(12)에 설치되며 제1 배출구(62a)를 선택적으로 개폐 가능 제3 개폐 밸브(26)와, 제2 배출구(63a)와 제1 지점(12a) 사이에 위치하도록 제1 바이패스 라인(14)에 설치되며 제2 배출구(63a)를 선택적으로 개폐 가능한 제4 개폐 밸브(28)를 구비할 수 있다. 제3 개폐 밸브(26)와 제4 개폐 밸브(28)는, 플랩 밸브로 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 개폐 유닛(20')은, 제3 개폐 밸브(26)와 제4 개폐 밸브(28)를 각각 이용해 제1 배출구(62a)와 제2 배출구(63a)의 개도를 조절 가능하다는 점에서, 제1 개폐 밸브(22)만을 이용해 제1 배출구(62a)와 제2 배출구(63a)의 개도를 조절 가능한 전술한 개폐 유닛(20)과 차이점을 갖는다.Referring to FIG. 6 , the opening/closing unit 20 ′ is installed on the main line 12 to be positioned between the first outlet 62a and the first point 12a, and the first outlet 62a can be selectively opened and closed. The third on-off valve 26 and a fourth installed in the first bypass line 14 to be located between the second outlet 63a and the first point 12a and capable of selectively opening and closing the second outlet 63a An on/off valve 28 may be provided. The third on-off valve 26 and the fourth on-off valve 28 are preferably configured as flap valves, but are not limited thereto. The opening/closing unit 20 ′ can adjust the opening degrees of the first outlet 62a and the second outlet 63a using the third on-off valve 26 and the fourth on-off valve 28, respectively, in that the second It has a difference from the above-described opening/closing unit 20 in which the opening degree of the first outlet 62a and the second outlet 63a can be adjusted using only one opening/closing valve 22 .

한편, 제3 개폐 밸브(26)는 메인 라인(12)에 설치되고, 제4 개폐 밸브(28)는 제1 바이패스 라인에 설치되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제3 개폐 밸브(26)는 라디에이터(60)와 일체를 이루도록 제1 배출구(62a)에 직접 설치될 수도 있고, 제4 개폐 밸브(28)는 라디에이터(60)와 일체를 이루도록 제2 배출구(63a)에 직접 설치될 수도 있다.Meanwhile, although it has been described that the third on-off valve 26 is installed on the main line 12 and the fourth on-off valve 28 is installed on the first bypass line, the present invention is not limited thereto. That is, the third on-off valve 26 may be directly installed on the first outlet 62a so as to be integrated with the radiator 60 , and the fourth on-off valve 28 may be integrated with the radiator 60 so as to be integrated with the second outlet. It may also be installed directly in (63a).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

1, 2, 3 : 연료전지 차량용 열 관리 시스템
10 : 냉각수 라인
12 : 메인 라인
14 : 제1 바이패스 라인
16 : 제2 바이패스 라인
20, 20' : 개폐 유닛
22 : 제1 개폐 밸브
24 : 제2 개폐 밸브
26 : 제3 개폐 밸브
28 : 제4 개폐 밸브
30 : 제어 유닛
40 : 냉각수 펌프
50 : 연료전지 스택
60, 60' : 라디에이터
61 : 제1 탱크
61a : 유입구
62 : 제2 탱크
62a : 제1 배출구
63 : 제3 탱크
63a : 제2 배출구
64 : 제1 열교환 유닛
64a : 제1 튜브
64b : 제1 방열핀
65, 65' : 제2 열교환 유닛
65a, 65a' : 제2 튜브
65b : 제2 방열핀
66 : 흡열 유닛
66a : 케이스
66b : 상변화 물질
70 : 팬
80 : 온도 센서
90 : 프론트 엔드 모듈
92 : 개구부
94 : 주변부
C : 냉각수
A : 공기
1, 2, 3: Thermal management system for fuel cell vehicles
10: coolant line
12: main line
14: first bypass line
16: second bypass line
20, 20' : opening/closing unit
22: first on-off valve
24: second on-off valve
26: third on-off valve
28: fourth on-off valve
30: control unit
40: coolant pump
50: fuel cell stack
60, 60' : Radiator
61: first tank
61a: inlet
62: second tank
62a: first outlet
63: third tank
63a: second outlet
64: first heat exchange unit
64a: first tube
64b: first heat dissipation fin
65, 65': second heat exchange unit
65a, 65a': second tube
65b: second heat dissipation fin
66: heat absorbing unit
66a: case
66b: phase change material
70: fan
80: temperature sensor
90: front-end module
92: opening
94: periphery
C: coolant
A: Air

Claims (18)

냉각수가 유입되는 유입구를 구비하는 제1 탱크;
상기 냉각수가 배출되는 제1 배출구를 구비하며, 상기 제1 탱크와 미리 정해진 간격만큼 이격되어 배치되는 제2 탱크;
상기 냉각수가 배출되는 제2 배출구를 구비하며, 상기 제1 탱크와 상기 제2 탱크 사이에 배치되는 제3 탱크;
상기 제1 탱크에 수용된 냉각수를 상기 제3 탱크에 전달 가능하도록 상기 제1 탱크와 상기 제3 탱크를 연결하는 복수의 제1 튜브들을 구비하는 제1 열교환 유닛;
상기 제3 탱크에 수용된 냉각수를 상기 제2 탱크에 전달 가능하도록 상기 제3 탱크와 상기 제2 탱크를 연결하는 복수의 제2 튜브들을 구비하는 제2 열교환 유닛; 및
상기 제2 튜브들이 내부 공간에 수용되도록 마련되는 케이스와, 상기 제2 튜브들의 적어도 일부분을 감싸도록 상기 내부 공간에 충전되는 상변화 물질을 구비하는 흡열 유닛을 포함하고,
상기 제1 열교환 유닛은, 공기가 통과되는 공기 유동 경로 상에 배치되고,
상기 제2 열교환 유닛은, 상기 공기 유동 경로로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
a first tank having an inlet through which coolant is introduced;
a second tank having a first outlet through which the cooling water is discharged, the second tank being spaced apart from the first tank by a predetermined interval;
a third tank having a second outlet through which the coolant is discharged and disposed between the first tank and the second tank;
a first heat exchange unit including a plurality of first tubes connecting the first tank and the third tank to transmit the coolant contained in the first tank to the third tank;
a second heat exchange unit including a plurality of second tubes connecting the third tank and the second tank to transmit the coolant contained in the third tank to the second tank; and
A case provided so that the second tubes are accommodated in the inner space, and a heat absorbing unit including a phase change material filled in the inner space to surround at least a portion of the second tubes,
The first heat exchange unit is disposed on an air flow path through which air passes,
The second heat exchange unit is a radiator, characterized in that disposed spaced apart from the air flow path.
제1항에 있어서,
상기 제1 열교환 유닛은, 상기 제1 튜브들로부터 각각 연장 형성되는 복수의 제1 방열핀들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
According to claim 1,
The first heat exchange unit may further include a plurality of first heat dissipation fins respectively extending from the first tubes.
제1항에 있어서,
상기 제2 열교환 유닛은, 적어도 일부분이 상기 상변화 물질에 의해 감싸지도록 상기 제2 튜브들로부터 각각 연장 형성되는 복수의 제2 방열핀들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
According to claim 1,
The second heat exchange unit may further include a plurality of second heat dissipation fins each extending from the second tubes so that at least a part thereof is surrounded by the phase change material.
제1항에 있어서,
상기 상변화 물질은, 녹는 점이 상기 냉각수의 녹는 점에 비해 높고 상기 냉각수의 끓는 점에 비해 낮은 적어도 하나의 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
According to claim 1,
The phase change material comprises at least one material having a melting point higher than the melting point of the coolant and lower than the boiling point of the coolant.
제4항에 있어서,
상기 상변화 물질은, 상변화 시의 단위 무게당 축열량이 상기 냉각수의 비열에 비해 높은 적어도 하나의 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
5. The method of claim 4,
The phase change material comprises at least one material having a higher amount of heat storage per unit weight than the specific heat of the cooling water at the time of phase change.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 열교환 유닛은, 차체의 프론트 엔드 모듈에 상기 공기가 통과될 수 있도록 형성된 개구부에 배치되고,
상기 제2 열교환 유닛은, 상기 개구부로부터 이격되도록 상기 개구부의 주변부에 배치되는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
According to claim 1,
The first heat exchange unit is disposed in an opening formed to allow the air to pass through the front end module of the vehicle body;
The second heat exchange unit is a radiator, characterized in that it is disposed on the periphery of the opening so as to be spaced apart from the opening.
제7항에 있어서,
상기 케이스는 상기 주변부에 고정되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 라디에이터.
8. The method of claim 7,
The radiator, characterized in that the case is fixed to the periphery.
제1항에 있어서,
상기 제1 배출구와 상기 제2 배출구를 각각 선택적으로 개폐 가능한 적어도 하나의 개폐 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
According to claim 1,
The radiator further comprising at least one on-off valve capable of selectively opening and closing the first outlet and the second outlet, respectively.
제1항에 있어서,
상기 제1 튜브들과 상기 제2 튜브들은, 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
According to claim 1,
The first tube and the second tube, the radiator, characterized in that arranged to be alternated with each other.
연료전지 스택을 통과한 냉각수를 상기 제1항의 라디에이터를 이용해 냉각하기 위한 연료전지 차량용 열 관리 시스템에 있어서,
상기 냉각수가 통과될 수 있도록 상기 스택이 배치되고, 일단은 상기 유입구와 연결되며, 타단은 상기 제1 배출구와 연결되는 메인 라인;
일단은 상기 제2 배출구와 연결되고, 타단은 상기 제1 배출구와 상기 스택 사이에 위치하는 상기 메인 라인의 제1 지점과 연결되는 제1 바이패스 라인; 및
상기 제1 배출구와 상기 제2 배출구를 각각 선택적으로 개폐 가능한 개폐 유닛을 포함하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템.
In the thermal management system for a fuel cell vehicle for cooling the coolant that has passed through the fuel cell stack using the radiator of claim 1,
a main line in which the stack is disposed to allow the coolant to pass therethrough, one end connected to the inlet and the other end connected to the first outlet;
a first bypass line having one end connected to the second outlet and the other end connected to a first point of the main line positioned between the first outlet and the stack; and
and an opening/closing unit capable of selectively opening and closing the first outlet and the second outlet, respectively.
제11항에 있어서,
상기 개폐 유닛은, 상기 제1 지점에 설치되며 상기 제1 배출구와 상기 제2 배출구를 각각 선택적으로 개폐 가능한 제1 개폐 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템.
12. The method of claim 11,
wherein the opening/closing unit includes a first opening/closing valve installed at the first point and capable of selectively opening and closing the first outlet and the second outlet, respectively.
제12항에 있어서,
상기 제1 개폐 밸브는, 상기 제1 배출구에서 배출된 냉각수가 선택적으로 유입되도록 상기 메인 라인과 연결되는 제1 포트와, 상기 제2 배출구에서 배출된 냉각수가 선택적으로 유입되도록 상기 제1 바이패스 라인과 연결되는 제2 포트와, 상기 제1 포트와 상기 제2 포트를 통해 유입된 냉각수가 배출되도록 상기 메인 라인과 연결되는 제3 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템.
13. The method of claim 12,
The first opening/closing valve includes a first port connected to the main line so that the coolant discharged from the first outlet selectively flows in, and the first bypass line so that the coolant discharged from the second outlet selectively flows in. A thermal management system for a fuel cell vehicle, characterized in that it comprises a second port connected to and a third port connected to the main line so that the coolant introduced through the first port and the second port is discharged.
제11항에 있어서,
일단은 상기 스택과 상기 유입구 사이에 위치하는 상기 메인 라인의 제2 지점과 연결되고, 타단은 상기 제1 지점과 상기 스택 사이에 위치하는 상기 메인 라인의 제3 지점과 연결되는 제2 바이패스 라인을 더 포함하며,
상기 개폐 유닛은, 상기 제2 바이패스 라인을 선택적으로 개폐 가능한 제2 개폐 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템.
12. The method of claim 11,
A second bypass line having one end connected to a second point of the main line positioned between the stack and the inlet, and the other end being connected to a third point of the main line positioned between the first point and the stack. further comprising,
The opening/closing unit may further include a second opening/closing valve capable of selectively opening and closing the second bypass line.
제14항에 있어서,
상기 제2 개폐 밸브는, 상기 라디에이터에서 배출된 냉각수가 유입되도록 상기 메인 라인과 연결되는 제1 포트와, 상기 라디에이터 자체를 우회한 냉각수가 유입되도록 상기 제2 바이패스 라인과 연결되는 제2 포트와, 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 중 적어도 하나를 통해 유입된 냉각수가 배출되도록 상기 메인 라인과 연결되는 제3 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템.
15. The method of claim 14,
The second opening/closing valve includes a first port connected to the main line so that the coolant discharged from the radiator flows in, and a second port connected to the second bypass line so that the coolant bypassing the radiator itself flows in; and a third port connected to the main line so that the coolant introduced through at least one of the first port and the second port is discharged.
제11항에 있어서,
상기 개폐 유닛은, 상기 제1 배출구와 상기 제1 지점 사이에 위치하도록 상기 메인 라인에 설치되며 상기 제1 배출구를 선택적으로 개폐 가능한 제3 개폐 밸브와, 상기 제2 배출구와 상기 제1 지점 사이에 위치하도록 상기 제1 바이패스 라인에 설치되며 상기 제2 배출구를 선택적으로 개폐 가능한 제4 개폐 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템.
12. The method of claim 11,
The opening/closing unit includes a third opening/closing valve installed on the main line so as to be positioned between the first outlet and the first point and capable of selectively opening and closing the first outlet, and between the second outlet and the first point. The thermal management system for a fuel cell vehicle, characterized in that it further comprises a fourth on-off valve installed on the first bypass line so as to be positioned and capable of selectively opening and closing the second outlet.
제11항에 있어서,
상기 개폐 유닛은, 상기 스택에 미리 정해진 온도의 냉각수를 공급할 수 있도록 상기 제1 배출구의 개도와 상기 제2 배출구의 개도를 각각 선택적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템.
12. The method of claim 11,
The opening/closing unit selectively adjusts an opening degree of the first outlet and an opening degree of the second outlet so as to supply cooling water of a predetermined temperature to the stack.
제17항에 있어서,
상기 제1 지점과 상기 스택 사이에 위치하도록 상기 메인 라인에 설치되며, 상기 냉각수의 온도를 측정 가능한 온도 센서를 더 포함하고,
상기 개폐 유닛은, 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도를 기준으로 상기 제1 배출구의 개도와 상기 제2 배출구의 개도를 각각 선택적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 열 관리 시스템
18. The method of claim 17,
and a temperature sensor installed on the main line to be positioned between the first point and the stack, and capable of measuring the temperature of the cooling water;
wherein the opening/closing unit selectively adjusts the opening degree of the first outlet and the opening degree of the second outlet based on the temperature measured by the temperature sensor, respectively.
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