KR20030006067A

KR20030006067A - 연료 전지 차량의 히팅장치

Info

Publication number: KR20030006067A
Application number: KR1020010041614A
Authority: KR
Inventors: 권혁률
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2003-01-23

Abstract

본 발명은 메탄올 연료 변환기를 탑재한 연료 전지 차량의 메탄올 연료 변환기에서 발생되는 고온의 수소를 차량 난방용 열원으로 이용하도록 열교환할 수 있는 연료 전지 차량의 히팅장치에 관한 것이다. 본 발명은 메탄올을 연료로 사용하는 연료 전지 차량의 히팅장치에 있어서, 상기 차량의 연료탱크에서 공급되는 메탄올이 물과 혼합된 상태로 유입되어 수소와 이산화탄소 가스로 변환된 상태로 배출시키는 메탄올 연료 변환기와; 산소극(+)과, 수소극(-), 전해질로 구성되며, 상기 메탄올 연료 변환기를 통해 수소극에 공급되는 수소는 촉매에 의해 수소이온이 되고, 산소극에서는 수소이온과 산소이온이 반응하여 수증기가 발생하는 과정에서 산소극으로부터 수소극으로 전류가 흘러 상기 차량의 동력원으로 사용되는 전기 에너지를 발생하는 스택과; 상기 메탄올 연료 변환기에서 발생되는 고온의 수소가 유입되는 통로를 가지며, 상기 수소 통로와 격리된 상태의 물 통로로 유입되는 물을 상기 고온의 수소로 가열하여 물의 온도를 상승시키는 히팅 열교환기와; 상기 히팅 열교환기로부터 공급되는 가열된 물의 유입을 통해 상기 차량의 내부로 난방용 열원을 공급하는 히터 코어와; 상기 히터 코어를 통과한 물이 유입되어 냉각되며, 냉각된 물을 상기 히팅 열교환기의 물 통로로 공급하는 방열기를 포함하여 구성한다.

Description

연료 전지 차량의 히팅장치{HEATING DEVICE OF FUEL CELL VEHICLE}

본 발명은 연료 전지 차량에 관한 것으로서, 특히 연료 전지 차량의 히팅장치에 관한 것이다.

통상적으로, 연료 전지 차량은 연료의 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하여 동력을 얻는 전기 차량을 말한다. 연료 전지 차량은 전기 차량에 필적하는 무공해와 정숙성, 하이브리드 차량보다 우수한 연료 효율성으로 차세대 저공해 차량으로 주목받고 있다.

이와 같이 미래형 차량으로 인식되고 있는 연료 전지 차량은 전기 에너지로 차량을 구동하고 고온의 히팅 소스(Heating Source)가 없는 경우에는 보통 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 실내를 난방하고 있다.

일반적인 내연기관 엔진은 냉각수의 온도가 90℃ 내외로 차량의 난방용으로 사용하기 적절하였으나, 연료 전지 차량의 경우 이것이 곤란하게 되었다. 그 이유는 연료 전지 차량의 파워 소스(Power Source)에 해당되는 스택(Stack)에서 발생한 전기 에너지를 열 에너지로 바꾸어 난방용 열원으로 사용하면 부가적인 에너지 손실이 발생하기 때문이다.

즉, 연료 전지 차량의 스택 운전온도는 60℃ 내외이며, 열용량 자체도 충분하지 못하므로 차량의 히팅 소스(Heating Source)로 사용하기에는 곤란하였다.

상기한 바와 같이 종래 기술에 따른 연료 전지 차량은 고순도의 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 난방하여야 함으로써 전체적인 효율 저하의 큰 원인이 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 메탄올 연료 변환기를 탑재한 연료 전지 차량의 메탄올 연료 변환기에서 발생되는 고온의 수소를 차량 난방용 열원으로 이용하도록 열교환할 수 있는 연료 전지 차량의 히팅장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 메탄올을 연료로 사용하는 연료 전지 차량의 히팅장치에 있어서, 상기 차량의 연료탱크에서 공급되는 메탄올이 물과 혼합된 상태로 유입되어 수소와 이산화탄소 가스로 변환된 상태로 배출시키는 메탄올 연료 변환기와; 산소극(+)과, 수소극(-), 전해질로 구성되며, 상기 메탄올 연료 변환기를 통해 수소극에 공급되는 수소는 촉매에 의해 수소이온이 되고, 산소극에서는 수소이온과 산소이온이 반응하여 수증기가 발생하는 과정에서 산소극으로부터 수소극으로 전류가 흘러 상기 차량의 동력원으로 사용되는 전기 에너지를 발생하는 스택과; 상기 메탄올 연료 변환기에서 발생되는 고온의 수소가 유입되는통로를 가지며, 상기 수소 통로와 격리된 상태의 물 통로로 유입되는 물을 상기 고온의 수소로 가열하여 물의 온도를 상승시키는 히팅 열교환기와; 상기 히팅 열교환기로부터 공급되는 가열된 물의 유입을 통해 상기 차량의 내부로 난방용 열원을 공급하는 히터 코어와; 상기 히터 코어를 통과한 물이 유입되어 냉각되며, 냉각된 물을 상기 히팅 열교환기의 물 통로로 공급하는 방열기를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 히팅장치 구성을 도시한 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 히팅장치에 대한 구성을 설명한다.

본 발명의 실시예는 메탄올을 연료로 사용하는 연료 전지 차량의 히팅장치에 있어서, 메탄올 연료 변환기(10), 스택(Stack)(20), 히팅 열교환기(30), 히터 코어(Heater Core)(40), 방열기(Radiator)(50)를 포함하여 구성한다.

메탄올 연료 변환기(10)는 차량의 연료탱크에서 공급되는 메탄올이 물과 혼합된 상태로 유입되어 수소와 이산화탄소 가스로 변환된 상태로 배출시키는 기능을한다. 메탄올 연료 변환기(10)는 증발부, 개질부, CO 저감부로 구성되는 메탄올 개질기이다.

메탄올 연료 변환기(10)에서의 수소 추출과정을 설명하면, 연료탱크에서 나온 메탄올이 메탄올 연료 변환기(10)에서 물과 혼합되어 가열된 증발부를 통과하게 되며, 이때 촉매에 의해 수소와 이산화탄소 가스로 변환되게 된다.

스택(20)은 산소극(+)과, 수소극(-), 전해질로 구성되며, 메탄올 연료 변환기(10)를 통해 수소극에 공급되는 수소는 촉매에 의해 수소이온이 되고, 산소극에서는 수소이온과 산소이온이 반응하여 수증기가 발생하는 과정에서 산소극으로부터 수소극으로 전류가 흘러 상기 차량의 동력원으로 사용되는 전기 에너지를 발생한다.

히팅 열교환기(30)는 메탄올 연료 변환기(10)에서 발생되는 고온(약 300℃)의 수소가 유입되는 통로를 가지며, 수소 통로와 격리된 상태의 물 통로가 별도로 구비된다. 히팅 열교환기(30)는 물 통로로 유입되는 물을 고온의 수소로 가열하여 물의 온도를 상승시키는 열교환기이다.

히터 코어(40)는 히팅 열교환기(30)로부터 공급되는 가열된 물의 유입을 통해 차량의 내부로 난방용 열원을 공급한다.

방열기(50)는 히터 코어(40)를 통과한 물이 유입되어 냉각되며, 냉각된 물을 히팅 열교환기(30)의 물 통로로 공급한다.

본 발명의 실시예는 히팅 열교환기(30)와 스택(20)의 사이에 결합되어 스택(20)으로 유입되는 수소의 온도를 설정된 온도(약 60℃)로 유지하도록 열교환하는 수소 열교환기(60)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 방열기(50)를 통해 배출되는 물을 정수하여 스택(20)으로 유입되도록 열교환하는 정수 열교환기(70)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

한편, 각각의 구성요소들은 각각의 파이프 라인(Pipe Line)으로 연결되며, 각각의 파이프 라인에는 별도의 바이패스 라인(Bypass Line)(80)을 설치하여 해당되는 구성요소로 유입되는 온도를 설정된 온도로 유입되도록 제어할 수 있다.

예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 히팅 열교환기(30)와 히터 코어(40), 그리고 방열기(50)의 물 흐름을 위해 연결되는 파이프 라인에 바이패스 라인(80)을 설치하여 차량의 실내를 적절한 온도로 유지하고, 스택(20) 및 공급 수소의 온도를 설정된 온도로 유지한다.

즉, 정수 열교환기(70)를 통해 정수된 물의 출구와 방열기(50)로 유입되는 물의 입구 사이의 파이프 라인에는 별도의 바이패스 라인(Bypass Line)(80)을 설치하여 정수 열교환기(70)를 통해 정수된 물이 히팅 열교환기(30)로 일부만 유입되도록 조절한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료 전지 차량의 히팅장치는 메탄올 연료 변환기를 탑재한 연료 전지 차량의 난방에 필요한 열원을 확보할 수 있으며, 난방부하가 스택에 걸리지 않으므로 스택의 크기를 줄일 수 있어 차량 측면에서 요구되는 전체적인 시스템의 크기가 작아지므로 레이 아웃(Layout), 중량(Weight), 비용(Cost)과 같은 여러 가지 측면에서 유리한 효과가 있다.

Claims

메탄올을 연료로 사용하는 연료 전지 차량의 히팅장치에 있어서,

상기 차량의 연료탱크에서 공급되는 메탄올이 물과 혼합된 상태로 유입되어 수소와 이산화탄소 가스로 변환된 상태로 배출시키는 메탄올 연료 변환기와;

산소극(+)과, 수소극(-), 전해질로 구성되며, 상기 메탄올 연료 변환기를 통해 수소극에 공급되는 수소는 촉매에 의해 수소이온이 되고, 산소극에서는 수소이온과 산소이온이 반응하여 수증기가 발생하는 과정에서 산소극으로부터 수소극으로 전류가 흘러 상기 차량의 동력원으로 사용되는 전기 에너지를 발생하는 스택과;

상기 메탄올 연료 변환기에서 발생되는 고온의 수소가 유입되는 통로를 가지며, 상기 수소 통로와 격리된 상태의 물 통로로 유입되는 물을 상기 고온의 수소로 가열하여 물의 온도를 상승시키는 히팅 열교환기와;

상기 히팅 열교환기로부터 공급되는 가열된 물의 유입을 통해 상기 차량의 내부로 난방용 열원을 공급하는 히터 코어와;

상기 히터 코어를 통과한 물이 유입되어 냉각되며, 냉각된 물을 상기 히팅 열교환기의 물 통로로 공급하는 방열기를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 히팅장치.
제1항에 있어서, 상기 히팅 열교환기와 스택의 사이에 결합되어 상기 스택으로 유입되는 수소의 온도를 설정된 온도로 유지하도록 열교환하는 수소 열교환기를더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 히팅장치.
제1항에 있어서, 상기 방열기를 통해 배출되는 물을 정수하여 상기 스택으로 유입되도록 열교환하는 정수 열교환기를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 히팅장치.
제1항에 있어서, 상기 각각의 구성요소들은 각각의 파이프 라인(Pipe Line)으로 연결되며, 상기 각각의 파이프 라인에는 별도의 바이패스 라인(Bypass Line)을 설치하여 해당되는 구성요소로 유입되는 유체의 온도를 설정된 온도로 유입되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 히팅장치.
제3항에 있어서, 상기 정수 열교환기를 통해 정수된 물의 출구와 상기 방열기로 유입되는 물의 입구 사이의 파이프 라인에는 별도의 바이패스 라인(Bypass Line)을 설치하여 상기 정수 열교환기를 통해 정수된 물이 상기 히팅 열교환기로 일부만 유입되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 히팅장치.