KR102624703B1 - 연료전지 차량용 쿨링 모듈 - Google Patents

연료전지 차량용 쿨링 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 차량용 쿨링 모듈에 관한 것으로, 연료전지스택을 냉각시키는 냉각수가 내부를 통과하는 제1스택 라디에이터; 냉각 공기의 유동 방향으로 상기 제1스택 라디에이터의 전방에 배치되되 상기 제1스택 라디에이터로 냉각수가 유입되는 유입구 측에 배치되며, 연료전지스택을 냉각시키는 냉각수가 내부를 통과하는 제2스택 라디에이터; 및 냉각 공기의 유동 방향으로 상기 제1스택 라디에이터의 전방에 배치되되 상기 제1스택 라디에이터에서 냉각수가 배출되는 배출구 측에 배치되며, 전장부품을 냉각시키는 냉각수가 내부를 통과하는 전장 라디에이터; 를 포함하여 이루어져, 연료전지 차량의 연료전지스택의 냉각을 위한 스택 라디에이터들 및 전장부품의 냉각을 위한 전장 라디에이터의 열교환 효율을 향상시킬 수 있으며, 라디에이터들을 포함한 열교환기들의 레이아웃 구성이 용이한 연료전지 차량용 쿨링 모듈에 관한 것이다.

Description

연료전지 차량용 쿨링 모듈 {Cooling module for fuel cell vehicle}
본 발명은 연료전지 차량의 연료전지스택의 냉각을 위한 스택 라디에이터 및 전장부품의 냉각을 위한 전장 라디에이터가 모듈 형태로 구성된 연료전지 차량용 쿨링 모듈에 관한 것이다.
연료전지 차량의 쿨링 모듈은 연료전지스택의 냉각을 위한 스택 라디에이터, 구동모터 및 인버터 등의 전장부품의 냉각을 위한 전장 라디에이터, 냉방 시스템의 냉매 냉각을 위한 콘덴서, 냉각 공기를 유동시키기 위한 냉각팬 등으로 구성된다.
여기에서 스택 라디에이터 및 전장 라디에이터는 냉각수가 흐르는 방향이 가로방향인 크로스 플로우(cross flow), 세로방향인 다운 플로우(down flow) 및 흐름이 180도 전환되는 방향인 유 플로우(U-flow) 중 어느 하나로 구성되어 있다.
이때, 수소 연료전지 차량은 연료전지스택에서 발생하는 열이 상대적으로 많기 때문에 1개의 스택 라디에이터만을 이용해서는 냉각이 어려울 때가 있는데, 이를 해결하기 위해 냉각수 펌프를 고유량 대역에서 작동시키면 스택 라디에이터의 통수 저항이 높을 경우 펌프의 작동부하가 커서 펌프의 내구성에 악영향을 초래한다.
또한, 상용차의 경우 레이아웃 및 열교환 효율상 스택 라디에이터를 세로로 길게 배치하게 되는데, 냉각 공기의 유동 방향으로 스택 라디에이터의 전방에 위치하는 열교환기들의 배치 및 열교환기를 통과하는 작동 유체의 온도를 고려해야 하므로 쿨링 모듈의 구성에 어려움이 있다.
KR 10-1596688 B1 (2016.02.17)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료전지 차량의 연료전지스택의 냉각을 위한 스택 라디에이터 및 전장부품의 냉각을 위한 전장 라디에이터를 포함한 쿨링 모듈을 구성함에 있어서, 작동 유체의 온도를 고려하여 라디에이터들을 배치함으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지 차량용 쿨링 모듈은, 연료전지스택을 냉각시키는 냉각수가 내부를 통과하는 제1스택 라디에이터; 냉각 공기의 유동 방향으로 상기 제1스택 라디에이터의 전방에 배치되되 상기 제1스택 라디에이터로 냉각수가 유입되는 유입구 측에 배치되며, 연료전지스택을 냉각시키는 냉각수가 내부를 통과하는 제2스택 라디에이터; 및 냉각 공기의 유동 방향으로 상기 제1스택 라디에이터의 전방에 배치되되 상기 제1스택 라디에이터에서 냉각수가 배출되는 배출구 측에 배치되며, 전장부품을 냉각시키는 냉각수가 내부를 통과하는 전장 라디에이터; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1스택 라디에이터는 냉각수가 높이방향으로 유동되는 다운 플로우(down flow) 방식으로 형성되며, 상기 제2스택 라디에이터 및 전장 라디에이터는 냉각수가 길이방향으로 유동되는 크로스 플로우(cross flow) 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1스택 라디에이터는 냉각수가 높이방향으로 유동되는 다운 플로우(down flow) 방식으로 형성되며, 상기 제2스택 라디에이터 및 전장 라디에이터는 냉각수가 길이방향으로 유동되되 냉각수의 유입 및 배출이 길이방향 일측에서 이루어지는 U 플로우(U-flow) 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1스택 라디에이터는 냉각수가 길이방향으로 유동되는 크로스 플로우(cross flow) 방식으로 형성되며, 상기 제2스택 라디에이터 및 전장 라디에이터는 냉각수가 높이방향으로 유동되는 다운 플로우(down flow) 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2스택 라디에이터 및 전장 라디에이터는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 제1스택 라디에이터와 중첩되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2스택 라디에이터와 전장 라디에이터는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 서로 중첩되지 않게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1스택 라디에이터의 헤더탱크들은 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 상기 제2스택 라디에이터 및 상기 전장 라디에이터의 바깥쪽에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2스택 라디에이터의 헤더탱크들 및 상기 전장 라디에이터의 헤더탱크들은 전부 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 상기 제1스택 라디에이터의 바깥쪽에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2스택 라디에이터의 헤더탱크들 및 상기 전장 라디에이터의 헤더탱크들은 일부가 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 상기 제1스택 라디에이터의 바깥쪽에 배치될 수 있다.
또한, 공조장치의 냉매가 내부를 통과하는 콘덴서를 더 포함하며, 상기 콘덴서는 냉각 공기의 유동 방향으로 상기 제2스택 라디에이터의 전방에 배치될 수 있다.
또한, 상기 콘덴서는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 제2스택 라디에이터와 중첩되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 콘덴서는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 전장 라디에이터와 중첩되지 않게 배치될 수 있다.
또한, 상기 콘덴서의 헤더탱크들 및 기액분리기는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 상기 제1스택 라디에이터의 바깥쪽에 배치될 수 있다.
본 발명의 연료전지 차량용 쿨링 모듈은 연료전지스택의 냉각을 위한 스택 라디에이터들 및 전장부품의 냉각을 위한 전장 라디에이터의 열교환 효율을 향상시킬 수 있으며, 라디에이터들을 포함한 열교환기들의 레이아웃 구성이 용이한 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 나타낸 사시도, 정면 개략도 및 우측면 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 나타낸 정면 개략도 및 상측면 개략도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 나타낸 사시도 및 우측면 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 나타낸 상측면 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 포함한 냉각 시스템을 나타낸 구성도이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 나타낸 사시도, 정면 개략도 및 우측면 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈은, 크게 제1스택 라디에이터(100), 제2스택 라디에이터(200) 및 전장 라디에이터(300)로 구성될 수 있다.
제1스택 라디에이터(100)는 연료전지 차량의 연료전지스택에 연결되어 연료전지스택을 냉각시키는 냉각수가 제1스택 라디에이터(100)의 내부를 통과하면서 냉각될 수 있다. 그리고 제1스택 라디에이터(100)는 복수개의 튜브와 튜브들 사이에 핀이 개재되어 결합된 코어부(110) 및 튜브들의 양단에 연결된 한 쌍의 헤더탱크(120)로 구성될 수 있으며, 헤더탱크(120)들에는 냉각수가 유입되는 유입구(130) 및 냉각수가 배출되는 배출구(140)가 형성될 수 있다. 여기에서 제1스택 라디에이터(100)는 헤더탱크(120)들이 높이방향 상측과 하측에 위치하도록 배치될 수 있으며, 높이방향 상측에 배치된 헤더탱크(120)에 냉각수가 유입되는 유입구(130)가 형성되고 높이방향 하측에 배치된 헤더탱크(120)에 냉각수가 배출되는 배출구(140)가 형성될 수 있다. 그리하여 유입구(130)를 통해 유입된 냉각수가 상측의 헤더탱크(120)를 통과해 튜브들로 분배되어 튜브들을 통과한 후 하측의 헤더탱크(120)에서 합류되어 배출구(140)를 통해 배출될 수 있다. 즉, 제1스택 라디에이터(100)는 코어부(110)의 튜브들을 통과하는 냉각수가 높이방향으로 유동되는 다운 플로우(down flow) 방식으로 형성될 수 있다.
제2스택 라디에이터(200)는 상기한 제1스택 라디에이터와 같이 연료전지 차량의 연료전지스택에 연결되어 연료전지스택을 냉각시키는 냉각수가 제2스택 라디에이터(200)의 내부를 통과하면서 냉각될 수 있다. 이때, 제2스택 라디에이터(200)는 제1스택 라디에이터(100)와 함께 연료전지스택에 병렬로 연결되어 냉각수가 유동될 수 있다. 그리고 제2스택 라디에이터(200)는 복수개의 튜브와 튜브들 사이에 핀이 개재되어 결합된 코어부(210) 및 튜브들의 양단에 연결된 한 쌍의 헤더탱크(220)로 구성될 수 있으며, 헤더탱크(220)들에는 냉각수가 유입되는 유입구(230) 및 냉각수가 배출되는 배출구(240)가 형성될 수 있다. 여기에서 제2스택 라디에이터(200)는 헤더탱크(220)들이 길이방향 양측에 형성될 수 있으며, 길이방향 일측에 배치된 헤더탱크(220)에 냉각수가 유입되는 유입구(230)가 형성되고 길이방향 타측에 배치된 헤더탱크(220)에 냉각수가 배출되는 배출구(240)가 형성될 수 있다. 그리하여 유입구(230)를 통해 유입된 냉각수가 일측의 헤더탱크(220)를 통과해 튜브들로 분배되어 튜브들을 통과한 후 타측 헤더탱크(220)에서 합류되어 배출구(240)를 통해 배출될 수 있다. 즉, 제2스택 라디에이터(200)는 코어부(210)의 튜브들을 통과하는 냉각수가 길이방향으로 유동되는 크로스 플로우(cross flow) 방식으로 형성될 수 있다. 또는 도시되지 않았으나 제2스택 라디에이터(200)는 코어부(210)의 튜브들을 통과하는 냉각수가 길이방향으로 유동되되 냉각수의 유입 및 배출이 길이방향 일측에서 이루어지는 U 플로우(U-flow) 방식으로 형성될 수도 있다. 또한, 제2스택 라디에이터(200)는 냉각 공기의 유동 방향인 폭방향으로 제1스택 라디에이터(100)의 전방에 배치될 수 있으며, 제2스택 라디에이터(200)는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 제1스택 라디에이터(100)와 중첩되게 배치될 수 있다. 그리하여 냉각 공기가 제2스택 라디에이터(200)를 먼저 통과한 후 그다음에 제1스택 라디에이터(100)를 통과하도록 구성될 수 있다.
전장 라디에이터(300)는 연료전지 차량의 구동모터 및 인버터 등의 전장부품에 연결되어 전장부품을 냉각시키는 냉각수가 전장 라디에이터(300)의 내부를 통과하면서 냉각될 수 있다. 그리고 전장 라디에이터(300)는 복수개의 튜브와 튜브들 사이에 핀이 개재되어 결합된 코어부(310) 및 튜브들의 양단에 연결된 한 쌍의 헤더탱크(320)로 구성될 수 있으며, 헤더탱크(320)들에는 냉각수가 유입되는 유입구(330) 및 냉각수가 배출되는 배출구(340)가 형성될 수 있다. 여기에서 전장 라디에이터(300)는 헤더탱크(320)들이 길이방향 양측에 형성될 수 있으며, 길이방향 일측에 배치된 헤더탱크(320)에 냉각수가 유입되는 유입구(330)가 형성되고 길이방향 타측에 배치된 헤더탱크(320)에 냉각수가 배출되는 배출구(340)가 형성될 수 있다. 그리하여 유입구(330)를 통해 유입된 냉각수가 일측의 헤더탱크(320)를 통과해 튜브들로 분배되어 튜브들을 통과한 후 타측 헤더탱크(320)에서 합류되어 배출구(340)를 통해 배출될 수 있다. 즉, 전장 라디에이터(300)는 제2스택 라디에이터(200)와 같이 코어부(310)의 튜브들을 통과하는 냉각수가 길이방향으로 유동되는 크로스 플로우(cross flow) 방식으로 형성될 수 있다. 또는 도시되지 않았으나 전장 라디에이터(300)는 코어부(310)의 튜브들을 통과하는 냉각수가 길이방향으로 유동되되 냉각수의 유입 및 배출이 길이방향 일측에서 이루어지는 U 플로우(U-flow) 방식으로 형성될 수도 있다. 또한, 전장 라디에이터(300)는 냉각 공기의 유동 방향인 폭방향으로 제1스택 라디에이터(100)의 전방에 배치될 수 있고, 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 제1스택 라디에이터(100)와 중첩되게 배치될 수 있다. 또한, 전장 라디에이터(300)는 높이방향으로는 제2스택 라디에이터(200)의 하측에 배치되어 제2스택 라디에이터(200)와 전장 라디에이터(300)가 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 서로 중첩되지 않게 배치될 수 있다. 그리하여 냉각 공기가 제2스택 라디에이터(200)와는 별개로 전장 라디에이터(300)를 먼저 통과한 후 그다음에 제1스택 라디에이터(100)를 통과하도록 구성될 수 있다.
여기에서 제1스택 라디에이터(100)의 냉각수가 유입되는 측인 높이방향으로 상부쪽 영역에 제2스택 라디에이터(200)가 배치되고, 제1스택 라디에이터(100)의 냉각수가 배출되는 측인 높이방향으로 하부쪽 영역에 전장 라디에이터(300)가 배치된다. 이때, 제1스택 라디에이터(100)와 제2스택 라디에이터(200)로 유입되는 냉각수는 모두 약 섭씨 80도 이며, 전장 라디에이터(300)로 유입되는 냉각수는 약 섭씨 60도 이다. 그러므로 제2스택 라디에이터(200)쪽으로 유입되는 냉각 공기가 제2스택 라디에이터(200)를 냉각시킨 후 제1스택 라디에이터(100)의 상부쪽을 냉각시킬 수 있다. 그리고 전장 라디에이터(300)쪽으로 유입되는 냉각 공기가 전장 라디에이터(300)를 냉각시킨 후 제1스택 라디에이터(100)의 하부쪽을 냉각시킬 수 있다. 즉, 제2스택 라디에이터(200)를 통과하며 온도가 상승된 상대적으로 높은 온도의 냉각 공기에 의해 제1스택 라디에이터(100)의 상부쪽을 통과하며 냉각된 냉각수가, 전장 라디에이터(300)를 통과하며 온도가 상승된 상대적으로 낮은 온도의 냉각 공기에 의해 제1스택 라디에이터(100)의 하부쪽을 통과하며 더 냉각될 수 있어, 스택 라디에이터들의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1스택 라디에이터(100)의 헤더탱크(120)들은 높이방향으로 제2스택 라디에이터(200) 및 전장 라디에이터(300)의 바깥쪽에 배치될 수 있다. 즉, 제1스택 라디에이터(100)의 상부쪽 헤더탱크(120)는 제2스택 라디에이터(200)의 코어부(210) 상단보다 위쪽에 배치되고, 제1스택 라디에이터(100)의 하부쪽 헤더탱크(120)는 전장 라디에이터(300)의 코어부(310) 하단보다 아래쪽에 배치될 수 있다. 그리하여 제1스택 라디에이터(100)의 헤더탱크(120)들이 제2스택 라디에이터(200)의 코어부(210) 및 전장 라디에이터(300)의 코어부(310)를 통과하는 냉각 공기의 흐름을 막지 않아 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
마찬가지로, 제2스택 라디에이터(200)의 헤더탱크(220)들 및 전장 라디에이터(300)의 헤더탱크(320)들은 길이방향으로 제1스택 라디에이터(100)의 바깥쪽에 배치될 수 있다. 즉, 제2스택 라디에이터(200)의 좌측인 길이방향 일측 헤더탱크(220)는 제1스택 라디에이터(100)의 코어부(110) 좌측단보다 더 좌측에 배치되고, 제2스택 라디에이터(200)의 우측인 길이방향 타측 헤더탱크(220)는 제1스택 라디에이터(100)의 코어부(110) 우측단보다 더 우측에 배치될 수 있다. 그리하여 제2스택 라디에이터(200)의 헤더탱크(220)들 및 전장 라디에이터(300)의 헤더탱크(320)들이 제1스택 라디에이터(100)의 코어부(110)를 통과하는 냉각 공기의 흐름을 막지 않아 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 여기에서 제2스택 라디에이터(200)의 헤더탱크(220)들 및 전장 라디에이터(300)의 헤더탱크(320)들이 전부 길이방향으로 제1스택 라디에이터(100)의 바깥쪽에 배치된 것을 나타내었으나, 헤더탱크(220, 320)들 중 일부 또는 일부분만 바깥쪽에 배치될 수도 있다.
<실시예 2>
도 4 및 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 나타낸 정면 개략도 및 상측면 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈은, 상기한 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 폭방향을 중심축으로 하여 90도 만큼 회전시킨 형태가 될 수 있다.
즉, 제1스택 라디에이터(100)는 헤더탱크(120)들이 길이방향으로 양측에 배치되어, 냉각수가 길이방향으로 유동되는 크로스 플로우(cross flow) 방식으로 형성될 수 있다. 그리고 제2스택 라디에이터(200) 및 전장 라디에이터(300)는 각각 헤더탱크들이 높이방향으로 양측에 배치되어 냉각수가 높이방향으로 유동되는 다운 플로우(down flow) 방식으로 형성될 수 있다
여기에서 제2스택 라디에이터(200)와 전장 라디에이터(300)는 각각 높이방향 및 길이방향으로 제1스택 라디에이터(100)와 중첩되게 배치되고, 제2스택 라디에이터(200)와 전장 라디에이터(300)는 서로 길이방향으로 중첩되지 않게 배치되며, 제1스택 라디에이터의 헤더탱크(120)들은 길이방향으로 제2스택 라디에이터(200) 및 전장 라디에이터(300)의 바깥쪽에 배치될 수 있다. 또한, 제1스택 라디에이터(100)는 냉각수가 유입되는 유입구(130)가 길이방향 일측에 배치된 헤더탱크에 형성되고, 냉각수가 배출되는 배출구(140)가 길이방향 타측에 배치된 헤더탱크에 형성될 수 있으며, 제2스택 라디에이터(200)의 헤더탱크(220)들 및 전장 라디에이터(300)의 헤더탱크(320)들은 일부 또는 전부가 높이방향으로 제1스택 라디에이터(100)의 코어부(110) 바깥쪽에 배치될 수 있다. 또한, 제2스택 라디에이터(200) 및 전장 라디에이터(300)는 각각 냉각수가 유입되는 유입구(230, 330)가 높이방향 일측에 배치된 헤더탱크에 형성되며, 냉각수가 배출되는 배출구(240, 340)가 높이방향 타측에 배치된 헤더탱크에 형성될 수 있다.
<실시예 3>
도 6 및 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 나타낸 사시도 및 우측면 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈은, 크게 제1스택 라디에이터(100), 제2스택 라디에이터(200), 전장 라디에이터(300) 및 콘덴서(400)로 구성될 수 있다.
제1스택 라디에이터(100), 제2스택 라디에이터(200), 전장 라디에이터(300)는 제1실시예와 동일하며, 콘덴서(400)가 추가로 구성될 수 있다.
콘덴서(400)는 공조장치에 연결되어 냉매가 콘덴서(400)의 내부를 통과하면서 냉각될 수 있다. 그리고 콘덴서(400)는 복수개의 튜브와 튜브들 사이에 핀이 개재되어 결합된 코어부(410), 튜브들의 양단에 연결된 한 쌍의 헤더탱크(420) 및 헤더탱크에 연결되어 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기(430)로 구성될 수 있다. 헤더탱크(420)에는 냉각수가 유입되는 유입구 및 냉각수가 배출되는 배출구가 형성될 수 있다. 여기에서 콘덴서(400)는 헤더탱크(420)들이 길이방향 양측에 형성될 수 있으며, 길이방향으로 헤더탱크(420) 바깥쪽에 기액분리기(430)가 배치될 수 있다. 그리고 헤더탱크(420)들은 내부 공간을 구획하는 배플 및 입구와 출구의 배치에 따라 냉매의 흐름이 다양하게 형성될 수 있으며, 냉매가 유입되는 입구 및 냉매가 배출되는 출구도 다양한 헤더탱크(420)들의 다양한 위치에 형성될 수 있다.
또한, 콘덴서(400)는 폭방향인 냉각 공기의 유동 방향으로 제2스택 라디에이터(200)의 전방에 배치될 수 있고, 높이방향으로는 전장 라디에이터(300)와 서로 중첩되지 않게 배치될 수 있다. 그리하여 콘덴서(400)는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 제2스택 라디에이터(200)와 중첩되게 배치될 수 있다. 그리하여 냉각 공기가 콘덴서(400)를 먼저 통과한 후 제2스택 라디에이터(200)를 통과한 다음 제1스택 라디에이터(100)를 통과하도록 구성될 수 있다.
이때, 콘덴서(400)로 유입되는 냉매의 온도는 약 섭씨 100도 이며, 콘덴서(400)쪽으로 유입되는 냉각 공기는 콘덴서(400)를 통과하며 온도가 상승된 후 제2스택 라디에이터(200)를 냉각시킨 다음 상대적으로 높은 온도의 냉각 공기가 제1스택 라디에이터(100)의 상부쪽을 냉각시킬 수 있다. 그리고 전장 라디에이터(300)쪽으로 유입되는 냉각 공기는 전장 라디에이터(300)를 냉각시킨 다음 상대적으로 낮은 온도의 냉각 공기가 제1스택 라디에이터(100)의 하부쪽을 통과하며 제1스택 라디에이터(100)를 통과하는 냉각수를 더 냉각 시킬 수 있다. 그리하여 스택 라디에이터들의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 콘덴서(400)의 헤더탱크(420)들 및 기액분리기(430)는 길이방향으로 제1스택 라디에이터(100)의 바깥쪽에 배치될 수 있다. 즉, 콘덴서(400)의 좌측인 길이방향 일측 헤더탱크(420)는 제1스택 라디에이터(100)의 코어부(110) 좌측단보다 더 좌측에 배치되고, 콘덴서(400)의 우측인 길이방향 타측 헤더탱크(420) 및 기액분리기(430)는 제1스택 라디에이터(100)의 코어부(110) 우측단보다 더 우측에 배치될 수 있다. 또한, 콘덴서(400)의 좌측인 길이방향 일측 헤더탱크(420)와 우측인 길이방향 타측 헤더탱크(420) 및 기액분리기(430)는 제2스택 라디에이터(200)의 코어부(210)를 막지 않도록 제2스택 라디에이터(200)의 코어부(210)보다 길이방향 바깥쪽에 배치될 수 있다. 그리하여 콘덴서(400)의 헤더탱크(420)들 및 기액분리기(430)가 제2스택 라디에이터(200)의 코어부(210) 및 제1스택 라디에이터(100)의 코어부(110)를 통과하는 냉각 공기의 흐름을 막지 않아 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
<실시예 4>
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 나타낸 상측면 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈은, 크게 제1스택 라디에이터(100), 제2스택 라디에이터(200), 전장 라디에이터(300) 및 콘덴서(400)로 구성될 수 있다.
제1스택 라디에이터(100), 제2스택 라디에이터(200), 전장 라디에이터(300)는 제2실시예와 동일하며, 콘덴서(400)가 추가로 구성될 수 있다.
콘덴서(400)는 공조장치에 연결되어 냉매가 콘덴서(400)의 내부를 통과하면서 냉각될 수 있다. 그리고 콘덴서(400)는 복수개의 튜브와 튜브들 사이에 핀이 개재되어 결합된 코어부(410), 튜브들의 양단에 연결된 한 쌍의 헤더탱크(420) 및 헤더탱크에 연결되어 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기(430)로 구성될 수 있다. 헤더탱크(420)에는 냉각수가 유입되는 유입구 및 냉각수가 배출되는 배출구가 형성될 수 있다. 여기에서 콘덴서(400)는 헤더탱크(420)들이 높이방향 양측에 형성될 수 있으며, 높이방향으로 헤더탱크(420) 바깥쪽에 기액분리기(430)가 배치될 수 있다. 그리고 헤더탱크(420)들은 내부 공간을 구획하는 배플 및 입구와 출구의 배치에 따라 냉매의 흐름이 다양하게 형성될 수 있으며, 냉매가 유입되는 입구 및 냉매가 배출되는 출구도 다양한 헤더탱크(420)들의 다양한 위치에 형성될 수 있다.
또한, 콘덴서(400)는 폭방향인 냉각 공기의 유동 방향으로 제2스택 라디에이터(200)의 전방에 배치될 수 있고, 길이방향으로는 전장 라디에이터(300)와 서로 중첩되지 않게 배치될 수 있다. 또한, 콘덴서(400)는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 제2스택 라디에이터(200)와 중첩되게 배치될 수 있다. 그리하여 냉각 공기가 콘덴서(400)를 먼저 통과한 후 제2스택 라디에이터(200)를 통과한 다음 제1스택 라디에이터(100)를 통과하도록 구성될 수 있다.
또한, 콘덴서(400)의 헤더탱크(420)들 및 기액분리기(430)는 높이방향으로 제1스택 라디에이터(100)의 바깥쪽에 배치될 수 있다. 즉, 콘덴서(400)의 상측에 배치된 헤더탱크(420) 및 기액분리기(430)는 제1스택 라디에이터(100)의 코어부(110) 상단보다 더 상측에 배치되고, 콘덴서(400)의 하측에 배치된 헤더탱크(420)는 제1스택 라디에이터(100)의 코어부(110) 하단보다 더 하측에 배치될 수 있다. 또한, 콘덴서(400)의 상측에 배치된 헤더탱크(420) 및 기액분리기(430)와 하측에 배치된 헤더탱크(420)는 제2스택 라디에이터(200)의 코어부(210)를 막지 않도록 제2스택 라디에이터(200)의 코어부(210)보다 높이방향 바깥쪽에 배치될 수 있다. 그리하여 콘덴서(400)의 헤더탱크(420)들 및 기액분리기(430)가 제2스택 라디에이터(200)의 코어부(210) 및 제1스택 라디에이터(100)의 코어부(110)를 통과하는 냉각 공기의 흐름을 막지 않아 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈(1000)은 냉각 공기의 송풍을 위해 냉각 공기의 유동방향으로 제1스택 라디에이터(100)의 후방에 배치된 팬 쉬라우드(500)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈을 포함한 냉각 시스템을 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 따른 연료전지 차량용 쿨링 모듈(1000)을 포함한 냉각 시스템은 쿨링 모듈(1000), 냉각수 펌프(2000) 및 연료전지스택(3000)이 차례대로 폐루프로 연결되어 냉각 시스템으로 구성될 수 있다. 이때, 냉각수는 연료전지스택(3000)을 냉각시키면서 온도가 상승된 후 쿨링 모듈(1000)의 제1스택 라디에이터 및 제2스택 라디에이터를 통과하며 냉각될 수 있으며, 냉각된 냉각수는 냉각수 펌프(2000)를 통해 압송되어 다시 연료전지스택(3000)으로 보내져 순환되는 과정을 반복할 수 있다.
이때, 쿨링 모듈(1000)의 제1스택 라디에이터와 제2스택 라디에이터는 연료전지스택(3000)에 병렬로 연결되어 냉각수가 유동될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 제1스택 라디에이터
110 : 코어부 120 : 헤더탱크
130 : 유입구 140 : 배출구
200 : 제2스택 라디에이터
210 : 코어부 220 : 헤더탱크
230 : 유입구 240 : 배출구
300 : 전장 라디에이터
310 : 코어부 320 : 헤더탱크
330 : 유입구 340 : 배출구
400 : 콘덴서
410 : 코어부 420 : 헤더탱크
430 : 기액분리기
500 : 팬 쉬라우드
1000 : 쿨링 모듈
2000 : 냉각수 펌프
3000 : 연료전지스택

Claims (13)

  1. 연료전지스택을 냉각시키는 냉각수가 내부를 통과하고, 냉각수가 높이방향으로 유동되는 다운 플로우 방식으로 형성되며, 높이방향 상측에 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되고 높이방향 하측에 냉각수가 배출되는 배출구가 형성된 제1스택 라디에이터;
    냉각 공기의 유동 방향으로 상기 제1스택 라디에이터의 전방에 배치되되 상기 제1스택 라디에이터로 냉각수가 유입되는 유입구 측에 배치되며, 연료전지스택을 냉각시키는 냉각수가 내부를 통과하는 제2스택 라디에이터; 및
    냉각 공기의 유동 방향으로 상기 제1스택 라디에이터의 전방에 배치되되 상기 제1스택 라디에이터에서 냉각수가 배출되는 배출구 측에 배치되며, 전장부품을 냉각시키는 냉각수가 내부를 통과하는 전장 라디에이터;
    를 포함하여 이루어지는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2스택 라디에이터 및 전장 라디에이터는 냉각수가 길이방향으로 유동되는 크로스 플로우(cross flow) 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2스택 라디에이터 및 전장 라디에이터는 냉각수가 길이방향으로 유동되되 냉각수의 유입 및 배출이 길이방향 일측에서 이루어지는 U 플로우(U-flow) 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2스택 라디에이터 및 전장 라디에이터는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 제1스택 라디에이터와 중첩되게 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2스택 라디에이터와 전장 라디에이터는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 서로 중첩되지 않게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1스택 라디에이터의 헤더탱크들은 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 상기 제2스택 라디에이터 및 상기 전장 라디에이터의 바깥쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2스택 라디에이터의 헤더탱크들 및 상기 전장 라디에이터의 헤더탱크들은 전부 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 상기 제1스택 라디에이터의 바깥쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2스택 라디에이터의 헤더탱크들 및 상기 전장 라디에이터의 헤더탱크들은 일부가 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 상기 제1스택 라디에이터의 바깥쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    공조장치의 냉매가 내부를 통과하는 콘덴서를 더 포함하며,
    상기 콘덴서는 냉각 공기의 유동 방향으로 상기 제2스택 라디에이터의 전방에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 콘덴서는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 제2스택 라디에이터와 중첩되게 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 콘덴서는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 전장 라디에이터와 중첩되지 않게 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 콘덴서의 헤더탱크들 및 기액분리기는 냉각 공기의 유동 방향으로 보았을 때 상기 제1스택 라디에이터의 바깥쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링 모듈.
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