KR102413250B1

KR102413250B1 - 수소전기차용 타이어 온도제어시스템

Info

Publication number: KR102413250B1
Application number: KR1020200138409A
Authority: KR
Inventors: 임종욱
Original assignee: 넥센타이어 주식회사
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2022-06-27
Also published as: KR20220053997A

Abstract

수소전기차용 타이어 온도제어시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 수소전기차용 타이어 온도제어시스템은, 공기 중 산소와 수소의 화학반응을 통해 전기를 생성하는 연료전지에 의한 전기모터의 구동으로 주행하는 수소전기차(FCEV)에 적용되도록, 상기 연료전지의 화학반응으로 생성된 물을 외부로 방출하는 배출관과 상기 배출관의 일측에 방출된 물을 저수하는 저장탱크가 구비된 저수라인; 상기 저장탱크와 연결되어 저수된 물을 흡인하고, 분사관을 통해 흡인된 물을 타이어로 분출하는 분사라인; 상기 저수라인과 분사라인에 설치되어 상기 분사라인을 통해 분출되는 물의 온도를 조절하는 온도조절부; 및 타이어의 온도에 따라 상기 분사라인 및 온도조절부의 작동을 제어하여 타이어의 온도를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 종래 배기관을 통해 외부로 배출되던 것과 달리 연료전지 화학반응의 부산물인 물에 대한 효과적 활용이 가능하고, 물 분사를 통한 타이어에 대한 온도제어가 별도로 물을 투입하지 않아도 지속적으로 유지될 수 있으며, 나아가 위와 같은 타이어의 온도제어로 인해 타이어의 안정성과 내구성이 향상될 수 있게 된다.

Description

수소전기차용 타이어 온도제어시스템{TIRE TEMPERATURE CONTROL SYSTEM FOR FUEL CELL ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은, 수소전기차용 타이어 온도제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수소전기차에서 배출되는 부산물인 물을 이용하여 타이어가 최적의 온도 상태를 유지할 수 있도록 작동하는 타이어 온도제어시스템에 관한 것이다.

차량에 장착되는 타이어는 공기가 충진되어 형상을 유지하는 탄성을 가진 튜브를 원형의 형상으로 구성하여 차량의 주행시 회전함으로써 차량의 전후진 가능케 하는 제품이다.

이러한 타이어에 소정의 압력으로 충진되는 공기는 타이어에 가해지는 충격을 완화시키는 완충작용과 타이어의 형상을 유지시키는 기능을 수행함으로써, 타이어의 부피 대비 무게를 감소시키게 된다.

그러나 타이어에 충진되는 공기는, 환경적인 요인, 즉, 외부 온도의 변화에 의하여 팽창 또는 수축하게 되는데, 특히 폭염 등의 이유로 외부 온도가 크게 상승하는 경우, 타이어를 급격히 팽창시켜 주행중 차량의 타이어를 파열시키는 펑크 사고가 유발되거나 주행질감이나 제동 성능이 저하될 수 있다.

위와 같은 사고 위험이나 주행성능 문제는, 차량의 반복제동이 있는 경우, 낡은 타이어를 교체하지 않고 무리하게 사용하는 경우, 공기압이 부족한 상태에서 장시간 운행하는 경우 등에서 더욱 발생될 가능성이 증대되기 때문에 주행 안정성의 향상을 위해 개선의 대상이 될 수밖에 없다.

또한, 타이어가 뜨겁게 달궈진 노면을 주행하며 한껏 팽창되었다가 야간에 기온의 하강과 함께 수축되는 상황에 반복적으로 노출되면, 타이어의 내구성은 물론, 파열 가능성이 더욱 증대된다는 점에서 타이어의 온도관리는 자동차 산업에서 하나의 중요한 이슈가 되고 있다.

상술한 타이어 온도 문제는 일반적인 화석연료 차량은 물론, 공기 입 타이어가 장착된 친환경 자동차 즉, 수소와 산소의 화학반응을 이용한 연료전지를 전기 공급원으로 활용하여 전기모터를 구동하고, 반응부산물로 열과 물을 배출하는 수소전기차에서도 동일하게 발생하게 된다.

여기서 수소전기차를 구동시키는 수소전기차의 연료전지 시스템은, 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 연속 제공하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템(TMS:Thermal Management System)을 필수 요소로 하여 구성될 수 있다.

특히, TMS는, 냉각수 역할을 하는 부동액 또는 증류수(Distilled Water)를 연료전지 스택에 순환시켜 온도(60~70℃)를 일정하게 유지시키는 일종의 냉각 장치로서, 냉각수(coolant)가 저장된 리저버(reservoir)와, 상기 냉각수를 순환시키는 펌프와, 순환되는 냉각수로부터 이온을 제거하는 이온 필터(ion filter)와, 냉각수 온도를 낮추는 라디에이터(radiator)와, 냉각수의 가열을 위해 차량공조장치(HVAC, Heater Ventilated Air Conditioning)의 히터(heater)로 구성될 수 있다.

그러나 친환경에 대한 요구에 따라 그 중요성이 점차 증대되고 있는 수소전기차의 경우, 주요 구성인 연료전지의 안정성 및 효율과 관련된 기술, 고압의 수소탱크와 공급장치에 대한 기술 등을 위주로 활발한 연구개발이 이루어지고 있을 뿐, 연료전지 시스템과 연계되는 타이어의 안전을 위한 온도제어 시스템에 대한 연구 개발은 아직까지 미흡한 실정이다.

대한민국등록특허 제10-1315846호(등록일: 2013년10월01일)

본 발명의 목적은, 기후 온난화의 영향 등으로 그 중요성이 점차 증대되고 있는 수소전기차의 주요 필수구성인 연료전지 시스템과 연계되도록 구성하여 자동차 업계의 이슈인 타이어의 온도를 효과적으로 제어할 수 있는 수소전기차용 타이어 온도제어시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 공기 중 산소와 수소의 화학반응을 통해 전기를 생성하는 연료전지에 의한 전기모터의 구동으로 주행하는 수소전기차(FCEV)에 적용되도록, 상기 연료전지의 화학반응으로 생성된 물을 외부로 방출하는 배출관과 상기 배출관의 일측에 방출된 물을 저수하는 저장탱크가 구비된 저수라인; 상기 저장탱크와 연결되어 저수된 물을 흡인하고, 분사관을 통해 흡인된 물을 타이어로 분출하는 분사라인; 상기 저수라인과 분사라인에 설치되어 상기 분사라인을 통해 분출되는 물의 온도를 조절하는 온도조절부; 및 타이어의 온도에 따라 상기 분사라인 및 온도조절부의 작동을 제어하여 타이어의 온도를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소전기차용 타이어 온도제어시스템에 의해 달성된다.

상기 분사라인은, 상기 저장탱크의 일측에 연결되는 흡인관; 상기 흡인관에서 분기되어 타이어까지 연장형성되는 복수의 상기 분사관; 및 상기 저장탱크에 저수된 물이 흡인되어 상기 분사관으로 가압송출되도록 상기 흡인관의 일측에 설치되고, 상기 제어부에 의해 작동제어되는 펌프를 포함할 수 있다.

상기 분사라인은, 상기 분사관을 통해 가압송출되어 타이어로 분출되는 물의 양이 조절되도록 상기 분사관의 일측에 설치되고, 상기 제어부에 의해 작동제어되는 제어밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 온도조절부는, 상기 저장탱크에 설치되어 저수된 물의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 저장탱크 및 상기 분사라인 중 적어도 어느 하나에 설치되고, 타이어와 저수된 물의 온도에 기초하여 물을 가열하는 가열장치를 포함할 수 있다.

상기 온도조절부는, 상기 저장탱크에 설치되어 저수된 물의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 저장탱크에 저수된 물이 상기 연료전지의 냉각을 위한 냉각수 공급라인과 열교환하며 상기 저장탱크를 순환하도록 설치되어 물을 냉각하는 냉각라인을 포함할 수 있다.

상기 냉각라인은, 상기 저장탱크에 저수된 물이 차량 냉방을 위한 차량공조장치(HVAC)의 증발기와 열교환하며 상기 저장탱크를 순환하도록 설치될 수 있다.

상기 온도조절부는, 상기 저장탱크에 저수된 물이 상기 연료전지에서 온수로 배출되는 냉각수 배출라인과 열교환하며 상기 저장탱크를 순환하도록 설치되어 물을 가열하는 가열라인을 더 포함할 수 있다.

상기 가열라인은, 상기 저장탱크에 저수된 물이 차량 난방을 위한 차량공조장치(HVAC)의 히터와 열교환하며 상기 저장탱크를 순환하도록 설치될 수 있다.

상기 저장탱크는, 내부에 저수된 물의 열저항성을 위해, 상변이물질이 내부에 충진된 이중벽구조의 하우징에 수납될 수 있다.

본 발명에 의하면, 전기모터의 구동으로 주행하는 수소전기차(FCEV)의 연료전지에서 생성되어 배출된 물을 저수하는 저수라인과, 저수된 물을 흡인하여 분사관을 통해 타이어로 분출하는 분사라인과, 저수라 인과 분사라인에 설치되어 분출되는 물의 온도를 조절하는 온도조절부와, 타이어의 온도에 따라 분사라인 및 온도조절부의 작동을 제어하여 타이어의 온도를 조절하는 제어부가 수소전기차의 주요 필수구성인 연료전지 등과 통합된 구조를 이룸에 따라, 종래 배기관을 통해 외부로 배출되던 것과 달리 연료전지 화학반응의 부산물인 물에 대한 효과적 활용이 가능하고, 물 분사를 통한 타이어에 대한 온도제어가 별도로 물을 투입하지 않아도 지속적으로 유지될 수 있으며, 나아가 위와 같은 타이어의 온도제어로 인해 타이어의 안정성과 내구성이 향상될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소전기차용 타이어 온도제어시스템의 전체적인 구성을 개념적으로 보여주는 측면도이다.
도 2는 도 1의 평면도와 부분확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소전기차용 타이어 온도제어시스템의 전체적인 결합관계를 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 2를 기준으로 연료전지의 부산물인 물을 냉각처리하는 작동상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2를 기준으로 연료전지의 부산물인 물을 가열처리하는 작동상태를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소전기차용 타이어 온도제어시스템의 전체적인 구성을 개념적으로 보여주는 측면도이고, 도 2는 도 1의 평면도와 부분확대도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소전기차용 타이어 온도제어시스템의 전체적인 결합관계를 보여주는 블록도이고, 도 4는 도 2를 기준으로 연료전지의 부산물인 물을 냉각처리하는 작동상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 2를 기준으로 연료전지의 부산물인 물을 가열처리하는 작동상태를 나타낸 도면이다.

발명의 설명 및 청구범위 등에서 방향을 지칭하는 상(위쪽), 하(아래쪽), 좌우(옆쪽 또는 측방), 전(정,앞쪽), 후(배,뒤쪽) 등은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 도면 및 구성 간의 상대적 위치를 기준으로 정한 것으로, 3개의 축은 서로 대응되게 회전하여 바뀔 수 있으며, 특별히 다르게 한정하는 경우 외에는 이에 따른다.

본 발명의 실시예에 따른 수소전기차용 타이어 온도제어시스템(100)은, 종래 배기관을 통해 외부 배출되던 수소전기차용 연료전지(10)의 부산물인 물(W)을 타이어(30)의 온도를 제어하는 용도로 활용하기 위해 안출된 발명이다.

여기서 수소전기차(1)는 수소(H)와 산소의 화학반응을 이용한 연료전지(10)를 전기 공급원으로 하여 전기모터(20)를 구동하고, 반응부산물로 오염물질이 아니라 열과 물(W)을 배출하는 친환경 차량을 말한다.

이러한 수소전기차(1)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전기(E)에너지를 발생시키는 연료전지(10), 연료전지(10)에 연료(수소(H))를 공급하는 연료공급장치(12), 연료전지(10)에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기(A,산소)를 연속 제공하는 공기공급장치(14), 연료전지(10)의 반응열을 시스템 외부로 방출하기 위한 냉각수 공급라인(16)과 냉각수 배출라인(18) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

냉각수 공급라인(16)과 냉각수 배출라인(18)은, 냉각수 역할을 하는 부동액 또는 증류수를 연료전지(10)에 순환시켜 연료전지(10)의 온도(60~70℃)를 일정하게 유지시키는 일종의 냉각 장치로서, 도면 등에 구체적으로 도시하지 않았지만, 냉각수가 저장된 리저버(reservoir)와, 냉각수를 순환시키는 펌프(126)와, 순환되는 냉각수로부터 이온을 제거하는 이온 필터(ion filter)와, 냉각수 온도를 낮추는 라디에이터(radiator)와, 냉각수의 가열을 위해 히터(heater) 등과 연결되어 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명만의 기능 내지 작용을 수소전기차(1)의 연료전지(10) 시스템하에서 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 수소전기차용 타이어 온도제어시스템(100)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 저수라인(110), 분사라인(120), 온도조절부(130) 및 제어부(140) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 상술한 본 발명의 각 구성들에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 저수라인(110)은, 연료전지(10)의 용량에 따라 상이하나 대략 50Km 주행시마다 배출되는 1000ml의 물(W)을 타이어(30)의 온도조절을 위한 분사용도로 사용하기 위해 일정량 저장하는 구성요소로서, 배출관(112) 및 저장탱크(114)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 배출관(112)은 연료전지(10) 화학반응의 부산물인 물(W)이 생성되는 쪽과 저장탱크(114) 간을 연결하는 관체형상의 구성요소이다.

그리고 저장탱크(114)는 상술한 배출관(112)과 연통되어 배출관(112)의 일측으로부터 방출된 물(W)을 저수하기 위해 마련된 구성요소로서, 연료전지(10)의 용량에 비례하는 용적을 갖는 밀폐된 용기로 이루어질 수 있다.

여기서 저장탱크(114)는, 연료전지(10) 화학반응의 부산물인 물(W)이 얼거나 과도하게 가온되는 것을 방지하고, 후술하는 바와 같이 온도조절부(130)에 의해 조절된 물(W)의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록, 단열부재에 의해 밀봉되거나 수납될 수 있다.

또한, 저장탱크(114)는 도 2의 확대부분에 도시된 바와 같이, 상변이물질(PM)이 내부에 충진된 이중벽구조의 단열하우징(116)에 수납되는 구조로 이루어질 수 있다.

여기서 상변이물질(PM)은, 미리 설정된 온도범위를 기준으로 고체에서 액체, 액체에서 고체로 상태 변화하며 에너지 소모 없이 온도를 완충 내지 조절하는 물질을 말한다.

이러한 상변이물질(PM)은, 유기물질(파라핀계 왁스 등), 무기물질 또는 자연계에서 얻을 수 있는 식물성 물질 등으로 구분될 수 있는데, 각 물질에 대응하는 특정 온도범위에서 연료전지(10) 화학반응의 부산물인 물(W)로부터 열을 흡수하거나 방출하고, 외기로부터 열을 흡수하거나 방출하여 각각 차폐된 저장탱크(114) 내부와 외부 간의 열적 충격을 완화하는 기능을 수행하게 된다.

위와 같이 상변이물질(PM)이 단열하우징(116) 내측에 충진됨에 따라 저장탱크(114)에 저수된 물(W)은 특정 온도범위에서 급격한 온도 상승이나 하강이 효과적으로 억제될 수 있고, 후술할 온도조절부(130)에 의해 조절된 온도를 일정하게 유지할 수 있는 열저항성을 갖을 수 있게 된다.

한편, 저장탱크(114)에는, 저수된 물(W)의 양을 감지하는 수위감지센서(미도시)가 구비될 수 있다. 이때, 수위감지센서는 후술할 제어부(140)와 연결되어 설정된 수준 이상인 경우 후술할 분사라인(120)을 통해 저수된 물(W)을 배출하도록 구성될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 저수라인(110)에는, 구체적으로 도시하지 않았지만, 연료전지(10)에서 물(W)과 함께 배출되는 가스를 별도로 분리하여 외부로 배기하는 상용화된 기액분리기(미도시)가 설치될 수도 있다.

분사라인(120)은, 상술한 저장탱크(114)에 저수된 물(W)을 타이어(30)로 직접 분출하기 위해 배관결합체로 구성된 구성요소로서, 이러한 물(W)의 분사로 인해 타이어(30)의 온도가 낮아지거나 높아지게 된다.

상술한 바와 같은 작용을 수행하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 분사라인(120)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 흡인관(122), 분사관(124) 및 펌프(126) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

흡인관(122)은, 저장탱크(114)의 일측에 연결되어 저장탱크(114)로부터 저수된 물(W)을 흡인하는 관체형상의 구성요소이다.

분사관(124)은, 흡인관(122)에서 타이어(30)에 대응한 개수로 분기되며 타이어(30)까지 연장형성되는 관체형상의 구성요소로서, 이로 인해 흡인된 물(W)은 각각 타이어(30)에 직접적으로 분출될 수 있게 된다.

이때, 분사관(124)의 물분사 단부는, 차량이나 타이어(30)의 특성에 따라 노면에 접지되는 타이어(30)의 트레드, 사이드월 또는 비드 부분 중 적어도 어느 하나를 가변적으로 지향할 수 있는 플랙서블 관체로 구성될 수 있다.

그리고 분사관(124)의 물분사 단부에는, 물(W)이 고속으로 균일하게 타이어(30)에 분사될 수 있도록 노즐이 장착될 수 있다.

또한, 분사관(124)의 일측에는, 분사관(124)을 통해 가압송출되어 타이어(30)로 분출되는 물(W)의 양을 조절하는 제어밸브(128)가 설치될 수 있고, 제어밸브(128)는 후술할 제어부(140)에 의해 작동제어된다.

펌프(126)는, 저장탱크(114)에 저수된 물(W)을 흡인관(122)을 통해 강제 흡인하여 분사관(124)으로 가압송출하기 위해 마련된 구성요소로서, 흡인관(122)의 일측에 설치되는 상용화된 소형의 양수장치로 이루어져 후술할 제어부(140)에 의해 작동제어될 수 있다.

상술한 바와 같은 제어밸브(128)와 펌프(126)는, 제어부(140)에 의한 제어에 따라 저장탱크(114)로부터 연료전지(10)의 부산물인 물(W)을 강제 흡인하고, 흡인된 물을 분사관(124)을 통해 분사량을 조절하며 과열 또는 과냉각된 타이어(30)에 선택적으로 방출하는 작동을 하게 된다.

온도조절부(130)는, 여름이나 겨울을 불문하고 타이어(30)가 최적의 온도에서 주행할 수 있도록 하기 위해 마련된 구성요소로서, 상술한 저수라인(110)과 분사라인(120)에 설치되어 분사라인(120)을 통해 타이어(30)로 분출되는 물(W)의 온도를 조절하는 기능을 수행하게 된다.

여기서 타이어(30)의 최적 온도는, 차량이나 타이어(30)의 종류 및 용도, 주행환경 등에 따라 다양하게 설정 및 결정될 수 있고, 결정된 최적 온도 정보는 제어부(140)에 입력되어 연결된 상술한 장치들에 대한 작동제어의 기준이 된다.

상술한 바와 같이 타이어(30)로 분출되는 물(W)의 온도를 조절하는 기능의 구현을 위해, 본 발명의 실시예에 따른 온도조절부(130)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 온도센서(132), 가열장치(134), 냉각라인(136) 및 가열라인(138) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

온도센서(132)는 저수된 물(W)의 온도를 측정하기 위해 저장탱크(114) 내측에 설치되는 구성요소로서, 후술할 제어부(140)와 연결되어 측정된 온도 정보를 전송하는 상용화된 센서로 이루어질 수 있다.

가열장치(134)는, 타이어(30)와 저수된 물(W)의 온도에 기초하여 필요한 경우 물(W)을 신속하게 가열하기 위해 마련된 구성요소로서, 저장탱크(114) 및 분사라인(120) 중 적어도 어느 하나에 설치되는 히터봉 또는 열선과 같은 상용화된 제품일 수 있다.

이러한 가열장치(134)는, 후술할 제어부(140)에 의해 제어되어 저장탱크(114) 또는 분사라인(120) 내에 수용된 물(W)의 동결을 방지하도록 작동하거나, 타이어(30)의 최적 온도 유지에 필요한 수온으로 물(W)을 신속하게 가열하는 데에 이용될 수 있다.

나아가 겨울철이나 한랭한 지역에서 별도의 전력 사용 없이 타이어(30)에 대한 최적 온도 유지가 이루어질 수 있도록 하기 위해, 온도조절부(130)는 상술한 가열장치(134) 이외에 냉각수 배출라인(18)과 연계 구성된 가열라인(138)을 더 포함할 수 있다.

여기서 가열라인(138)은 도 1 및 2 등에 도시된 바와 같이, 저장탱크(114)에 저수된 물(W)이 연료전지(10)에서 온수로 배출되는 냉각수 배출라인(18)과 열교환하며 저장탱크(114)를 순환하도록 배관을 구성하여 이루어질 수 있다.

이때, 냉각수 배출라인(18)과의 연속적인 열교환과 저장탱크(114) 내의 물(W) 순환은, 도 5에 도시된 바와 같이 후술할 제어부(140)에 의해 제어되는 제2 순환펌프(139b)의 작동에 의해 이루어질 수 있다.

이러한 제2 순환펌프(139b)의 작동으로 인해, 저장탱크(114) 내의 물(W)은 냉각수 배출라인(18)을 유동하는 온수 수준(대략 60~70℃)으로 점차 가열되어 타이어(30)의 최적 온도 유지를 위해 타이어(30)에 분사될 수 있게 된다.

한편, 가열라인(138)은, 구체적으로 도시하지 않았지만, 위와 같이 냉각수 배출라인(18)과 연계 구성된 배관구조가 아니라 차량 난방을 위해 필수적으로 차량에 구비되는 차량공조장치(40)(HVAC)의 히터와 열교환하도록 연계되는 배관구조로 이루어질 수도 있다.(도 1 참조)

냉각라인(136)은, 타이어(30)의 주행에 따라 상승하는 타이어(30)의 온도를 별도의 전력 사용 없이 억제 내지 냉각하기 위해 마련되는 구성요소로서, 도 1 및 2 등에 도시된 바와 같이, 저장탱크(114)에 저수된 물(W)이 연료전지(10)의 냉각을 위한 냉각수 공급라인(16)과 열교환하며 저장탱크(114)를 순환하도록 배관을 구성하여 이루어질 수 있다.

이때, 냉각수 공급라인(16)과의 연속적인 열교환과 저장탱크(114) 내의 물(W) 순환은, 도 5에 도시된 바와 같이 후술할 제어부(140)에 의해 제어되는 제1 순환펌프(139a)의 작동에 의해 이루어질 수 있다.

이러한 제1 순환펌프(139a)의 작동으로 인해, 저장탱크(114) 내의 물(W)은 냉각수 공급라인(16)을 유동하는 냉수 수준으로 점차 냉각되어 타이어(30)의 최적 온도 유지를 위해 타이어(30)에 분사될 수 있게 된다.

한편, 냉각라인(136)도, 구체적으로 도시하지 않았지만, 위와 같이 냉각수 공급라인(16)과 연계 구성된 배관구조가 아니라 차량 냉방을 위해 필수적으로 차량에 구비되는 차량공조장치(40)(HVAC)의 증발기와 열교환하도록 연계되는 배관구조로 이루어질 수도 있다.(도 1 참조)

제어부(140)는, 타이어(30)의 온도에 따라 분사라인(120) 및 온도조절부(130)의 작동을 제어하여 타이어(30)의 온도를 조절하는 구성요소로서, 차량의 ECU와 일체화되거나 ECU와 독립적으로 제작된 MCU(micro controller unit), 마이컴(microcomputer), 아두이노(Arduino), PLC (Programmable Logic Controller) 등과 같이 정보연산과 시퀀스 제어가 프로그래밍이 될 수 있는 정보처리유닛으로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제어부(140)는, 구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 분사라인(120)의 펌프(126) 및 제어밸브(128)와 전기적으로 연결되고, 상술한 온도조절부(130)의 온도센서(132), 가열장치(134) 및 제1,2 순환펌프(126)와 전기적으로 연결되며, 타이어(30) 주변에 설치된 타이어온도센서(142)와 전기적으로 연결되어 각 장치로부터 소정의 온도 정보를 전송받아 필요한 일련의 시퀀스 제어작동을 수행하게 된다.

상술한 바와 같이 각 장치와 연결된 제어부(140)는, 타이어온도센서(142)로부터 측정된 특정 타이어(30)의 온도가 최적 온도를 상회하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 저장탱크(114)에 저수된 물(W)이 타이어(30) 냉각에 필요한 온도로 감온될 때까지 타이어온도센서(142)와 온도센서(132)를 참조하며 제1 순환펌프(139a)를 가동시키는 제어작동을 수행하게 된다.

이러한 제1 순환펌프(139a)의 작동에 따라 물(W)이 필요한 온도로 감온되면, 제어부(140)는 특정 타이어(30)측에 구비된 제어밸브(128)를 소정의 개도율로 개방하고, 펌프(126)를 가동시키는 제어작동을 연속 또는 동시에 수행함으로써 과열된 타이어(30)의 온도를 최적 온도로 냉각시킬 수 있게 된다.

반대로 제어부(140)는, 타이어온도센서(142)로부터 측정된 특정 타이어(30)의 온도가 최적 온도를 하회하게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 저장탱크(114)에 저수된 물(W)이 타이어(30) 가열에 필요한 온도로 승온될 때까지 타이어온도센서(142)와 온도센서(132)를 참조하며 제2 순환펌프(139b)를 가동시키는 제어작동을 수행하게 된다.

이러한 제2 순환펌프(139b)의 작동에 따라 물(W)이 필요한 온도로 승온되면, 제어부(140)는 특정 타이어(30)측에 구비된 제어밸브(128)를 소정의 개도율로 개방하고, 펌프(126)를 가동시키는 제어작동을 연속 또는 동시에 수행함으로써 과냉된 타이어(30)의 온도를 최적 온도로 가열시킬 수 있게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1: 수소전기차(FCEV)
10: 연료전지
12: 연료공급장치
14: 공기공급장치
16: 냉각수 공급라인
18: 냉각수 배출라인
E: 전기
W: 물
20: 전기모터
30: 타이어
40: 차량공조장치(HVAC)
100: 수소전기차용 타이어 온도제어시스템
110: 저수라인
112: 배출관
114: 저장탱크
116: 단열하우징
PM: 상변이물질
120: 분사라인
122: 흡인관
124: 분사관
126: 펌프
128: 제어밸브
130: 온도조절부
132: 온도센서
134: 가열장치
136: 냉각라인
138: 가열라인
139a,139b: 제1,2 순환펌프
140: 제어부
142: 타이어온도센서

Claims

공기 중 산소와 수소의 화학반응을 통해 전기를 생성하는 연료전지에 의한 전기모터의 구동으로 주행하는 수소전기차(FCEV)에 적용되도록,
상기 연료전지의 화학반응으로 생성된 물을 외부로 방출하는 배출관과 상기 배출관의 일측에 방출된 물을 저수하는 저장탱크가 구비된 저수라인; 상기 저장탱크와 연결되어 저수된 물을 흡인하고, 분사관을 통해 흡인된 물을 타이어로 분출하는 분사라인; 상기 저수라인과 분사라인에 설치되어 상기 분사라인을 통해 분출되는 물의 온도를 조절하는 온도조절부; 및 타이어의 온도에 따라 상기 분사라인 및 온도조절부의 작동을 제어하여 타이어의 온도를 조절하는 제어부를 포함하고,
상기 온도조절부는,
상기 저장탱크에 저수된 물이 차량 냉방을 위한 차량공조장치(HVAC)의 증발기와 열교환하며 상기 저장탱크를 순환하도록 설치되는 냉각라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소전기차용 타이어 온도제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 분사라인은,
상기 저장탱크의 일측에 연결되는 흡인관;
상기 흡인관에서 분기되어 타이어까지 연장형성되는 복수의 상기 분사관; 및
상기 저장탱크에 저수된 물이 흡인되어 상기 분사관으로 가압송출되도록 상기 흡인관의 일측에 설치되고, 상기 제어부에 의해 작동제어되는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소전기차용 타이어 온도제어시스템.
제2항에 있어서,
상기 분사라인은,
상기 분사관을 통해 가압송출되어 타이어로 분출되는 물의 양이 조절되도록 상기 분사관의 일측에 설치되고, 상기 제어부에 의해 작동제어되는 제어밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소전기차용 타이어 온도제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 온도조절부는,
상기 저장탱크에 설치되어 저수된 물의 온도를 측정하는 온도센서; 및
상기 저장탱크 및 상기 분사라인 중 적어도 어느 하나에 설치되고, 타이어와 저수된 물의 온도에 기초하여 물을 가열하는 가열장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소전기차용 타이어 온도제어시스템.
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제1항에 있어서,
상기 온도조절부는,
상기 저장탱크에 저수된 물이 상기 연료전지에서 온수로 배출되는 냉각수 배출라인과 열교환하며 상기 저장탱크를 순환하도록 설치되어 물을 가열하는 가열라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소전기차용 타이어 온도제어시스템.
공기 중 산소와 수소의 화학반응을 통해 전기를 생성하는 연료전지에 의한 전기모터의 구동으로 주행하는 수소전기차(FCEV)에 적용되도록,
상기 연료전지의 화학반응으로 생성된 물을 외부로 방출하는 배출관과 상기 배출관의 일측에 방출된 물을 저수하는 저장탱크가 구비된 저수라인; 상기 저장탱크와 연결되어 저수된 물을 흡인하고, 분사관을 통해 흡인된 물을 타이어로 분출하는 분사라인; 상기 저수라인과 분사라인에 설치되어 상기 분사라인을 통해 분출되는 물의 온도를 조절하는 온도조절부; 및 타이어의 온도에 따라 상기 분사라인 및 온도조절부의 작동을 제어하여 타이어의 온도를 조절하는 제어부를 포함하고,
상기 온도조절부는,
상기 저장탱크에 저수된 물이 차량 난방을 위한 차량공조장치(HVAC)의 히터와 열교환하며 상기 저장탱크를 순환하도록 설치되는 가열라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소전기차용 타이어 온도제어시스템.
제1항 또는 제8항에 있어서,
상기 저장탱크는,
내부에 저수된 물의 열저항성을 위해, 상변이물질이 내부에 충진된 이중벽구조의 하우징에 수납되는 것을 특징으로 하는 수소전기차용 타이어 온도제어시스템.