KR20090049277A - 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치에 관한 것으로서, 최소한의 전류와 차량의 자체 구동력을 이용하여 연료전지 차량을 냉각시키되, 자성체를 회전시켜 전류를 일측으로만 흘려 흡열 및 발열 반응이 지속적으로 발생할 수 있도록 함으로써, 전체적인 냉각장치의 부피와 무게를 줄여 동력 성능 및 연비 향상을 도모할 수 있으며, 자기 냉각부에 공급되는 수소의 온도를 열교환을 통해 최적의 온도로 적절히 조절 가능함으로써, 최적의 냉각 성능을 확보할 수 있는 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치에 관한 것이다.
자기 냉각, 연료전지 차량, 냉각장치, 발열 반응, 흡열 반응
Description
본 발명은 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치에 관한 것으로서, 자기 냉각장치를 적용하여 연료전지 시스템을 냉각하고, 더불어 공급되는 수소를 가열하여 최적의 수소가스를 연료전지 스택에 공급할 수 있도록 하는 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지 차량은 연료전지 스택의 연료극(anode)으로 공급되는 수소와 공기극(cathode)으로 공급되는 공기를 이용하여 전기에너지를 생성하고, 상기 전기에너지를 이용하여 모터를 구동하여 차량을 주행하게 된다.
즉, 연료극으로 공급된 수소가 수소이온(H+)과 전자(e-)로 분해되고, 수소이온이 선택적으로 고분자 전해질막을 통과하여, 공기극으로 전달된다.
이때, 상기 연료극과 공기극을 연결하는 도선에는 전류가 생성되고, 공기극으로 이동한 전자는 공기극에 공급된 공기와 반응하여 물 및 열이 생성된 후, 미반 응 수소와 공기가 배출된다.
도 4에는 종래 기술에 따른 연료전지 차량의 냉각장치가 도시되어 있는 바, 첨부도면에 도시된 바와 같이 연료전지 차량의 냉각장치는 냉각수 순환계로서, 상기 냉각수 순환계는 라디에이터(120)와 연료전지 스택(100)을 통과하도록 구성된다.
즉, 상기 연료전지 스택(100)을 통과하는 냉각수는 공기와 수소의 반응에 의해 발생하는 반응열을 흡수하고, 반응열을 흡수한 냉각수는 라디에이터(120)에서 냉각된 후 펌프(130)를 통해 다시 연료전지 스택(100)으로 공급된다.
상기한 바와 같이, 종래기술에 따른 연료전지 차량의 냉각장치는 충분한 냉각성능을 확보하기 위한 냉각수 순환계는 라디에이터(120)와 펌프(130)를 구비하도록 되어 있는 바, 이는 냉각장치의 사이즈가 커져 차량의 동력 성능 및 냉각장치의 구성이 복잡해질 뿐만 아니라, 상기 라디에이터(120)를 장착하기 위한 공간 확보, 즉 레이 아웃의 최적화에 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 최소한의 전류와 차량의 자체 구동력을 이용하여 연료전지 차량을 냉각시키되, 자성체를 회전시켜 전류를 일측으로만 흘려 흡열 및 발열 반응이 지속적으로 발생할 수 있도록 함으로써, 전체적인 냉각장치의 부피와 무게를 줄여 동력 성능 및 연비 향상을 도모할 수 있으며, 자기 냉각부에 공급되는 수소의 온도를 열교환을 통해 최적의 온도로 적절히 조절 가능함으로써, 최적의 냉각 성능을 확보할 수 있는 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치는, 구동모터(11)에 의해 회전축(12)을 중심으로 회전하는 실린더 형상의 도체부(13a)와, 일정 두께를 갖는 플레이트 형상으로서 상기 도체부(13a)의 중심부에서 외측방향으로 직립한 상태로 상기 도체부(13a)에 일체 형성된 부도체부(13b)와, 상기 도체부(13a)와 부도체부(13b)로 이루어져 회전하는 회전체(13)의 일측 하단부에 고정된 상태로 인가되어 상기 회전체(13)를 통과하여 흐르는 전류(14)로 이루어진 자기 냉각부(10)는 상기 전류(14)의 인가 여부에 따라 발열 및 흡열 반응을 발생시키되, 흡열 반응을 통해 발생하는 차가운 공기를 연료전지 스택(100)으로 유도하여 냉각시키는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 발열 반응을 통해 발생하는 뜨거운 공기는 공기이송관(16a)을 통해 가습기로 공급되는 수소가스의 수소이송관(16b)이 상기 공기이송관(16a)에 삽입된 형태의 이중관(16)으로 유도되는 동시에 열교환을 통해 상기 수소가스의 온도를 일정한 온도로 유지될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡열 반응을 통해 발생하는 차가운 공기를 연료전지 스택(100)으로 유도하는 동시에, 발열 반응을 통해 발생하는 뜨거운 공기를 이중관(16)으로 각각 유도하는 회전팬(15)이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 수소이송관(16b)에 장착되어 수소가스의 온도를 감지하는 온도센서(17)와, 상기 온도센서(17)에 감지된 수소가스의 온도에 따라 공기이송관(16a)의 유로를 개방하거나 차단하여 수소가스의 온도를 일정하게 유지시키는 밸브장치(18)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치에 의하면, 전체적인 냉각장치의 부피와 무게를 줄여 동력 성능 및 연비 향상을 도모할 수 있는 동시에, 최적의 냉각 성능을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음 과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치를 나타내는 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자기 냉각부를 나타내는 상세도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치에서, 수소가스의 가열을 위한 열교환장치를 나타내는 도면이다.
본 발명은 자기 냉각의 원리를 이용한 냉각장치를 통해 연료전지 시스템을 냉각하기 위한 것으로서, 상기 자기 냉각을 구현할 수 있도록 이루어진 자기 냉각부(10)는 구동모터(11)에 의해 회전축(12)을 중심으로 회전하는 실린더 형상의 도체부(13a)와, 일정 두께를 갖는 플레이트 형상으로서 상기 도체부(13a)의 중심부에서 외측방향으로 직립한 상태로 상기 도체부(13a)에 일체 형성된 부도체부(13b)와, 상기 도체부(13a)와 부도체부(13b)로 이루어져 회전하는 회전체(13)의 일측 하단부에 고정된 상태로 인가되어 상기 회전체(13)를 통과하여 흐르는 전류(14)로 이루어진 구성이다.
즉, 상기한 자기 냉각의 원리는 회전하는 회전체(13)의 도체부(13a)를 통과하는 전류(14)의 흐름에 따라 분자 배열이 일정해질 경우, 에너지 준위가 낮아지게 되면서 에너지를 방출하게 되는 발열 반응이 발생하게 되고, 전류(14)의 흐름을 차단하는 부도체부(13b)로 인하여 전류(14)가 차단됨에 따라 분자 배열이 흐트러지면서 에너지 준위가 높아지는 동시에 에너지를 흡수하는 흡열 반응이 발생하게 되는 원리이다.
다시 말해서, 상기 회전체(13)가 회전하게 될 경우, 도체부(13a)와 부도체 부(13b)에 의해 전류(14)가 반복적으로 인가되거나 차단되는 바, 전류(14)가 인가될 경우 상기 도체부(13a)는 그 배열이 정렬되면서 에너지를 방출하게 되므로 발열 반응이 일어나게 되며, 반면 상기 부도체부(13b)에 의해 전류(14)가 차단될 경우, 상기 도체부(13a)의 배열이 안정된 상태를 유지하기 위하여 불규칙한 배열을 이루면서 에너지를 흡수하는 흡열 반응이 일어나게 되는 것이다.
이러한 자기의 성질을 이용한 자기 냉각부(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 회전팬(15)을 이용하여 상기 발열 반응이 일어나는 방향의 뜨거운 공기의 흐름을, 가습기(110)로 공급되는 수소가스의 수소이송관(16b) 측으로 공급될 수 있도록 하는 동시에, 상기 흡열 반응이 일어나는 방향의 차가운 공기의 흐름을 연료전지 스택(100)으로 유도되도록 하여 상기 연료전지 스택(100)을 냉각시키도록 되어 있다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 뜨거운 공기가 이송되는 공기이송관(16a)에 상기 수소가스의 수소이송관(16b)이 삽입된 형태의 이중관(16)으로 이루어지되, 여기서 상호 열교환이 발생되므로 가습기(110)로 흐르는 수소가스의 온도가 지속적으로 일정한 온도로 유지되도록 가열된다.
여기서, 상기 수소가스가 이송되는 수소이송관(16b)에는 온도센서(17)가 장착되어 있어 상기 수소가스의 온도가 설정된 기준 온도 미만으로 하강할 경우, 상기 공기이송관(16a)에 설치되어 있는 밸브장치(18)가 유로를 개방하여 자기 냉각부(10)에서 발열 반응을 통해 발생하는 뜨거운 공기를 이중관(16)으로 이송되도록 하여 수소가스가 설정된 기준 온도로 상승될 수 있도록 하며, 반대로 상기 수소가스의 온도가 설정된 기준 온도를 초과하여 상승할 경우, 상기 밸브장치(18)가 유로 를 폐쇄하여 수소가스의 온도가 하강될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 자기 냉각 원리를 이용한 회전 상태의 자기 냉각부(10)에서 반복적인 전류(14)의 공급 및 차단이 발생되도록 하여 전류(14)가 공급되는 부분은 발열반응을 하고, 차단되는 부분은 흡열반응을 하도록 하되, 발열되어 뜨거운 공기는 수소가스의 온도를 일정한 온도로 상승되도록 하고, 흡열되어 차가운 공기는 연료전지 스택(100)을 냉각하도록 함으로써, 최소한의 전류(14)와 차량의 자체 구동력을 이용하여 연료전지 시스템을 냉각할 수 있으며, 더불어 공급되는 수소가스의 온도도 적절하게 조절할 수 있어 그 효과가 우수할 뿐만 아니라, 전체적인 연료전지 시스템의 중량도 작아져 동력 성능 및 연비 향상을 도모할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치를 나타내는 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 자기 냉각부를 나타내는 상세도,
도 3은 본 발명에 따른 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치에서, 수소가스의 가열을 위한 열교환장치를 나타내는 도면,
도 4는 종래의 연료전지 차량의 냉각장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 자기 냉각부 11 : 구동모터
12 : 회전축 13 : 회전체
13a : 도체부 13b : 부도체부
14 : 전류 15 : 회전팬
16 : 이중관 16a : 공기이송관
16b : 수소이송관 17 : 온도센서
18 : 밸브장치
Claims (4)
- 구동모터(11)에 의해 회전축(12)을 중심으로 회전하는 실린더 형상의 도체부(13a)와, 일정 두께를 갖는 플레이트 형상으로서 상기 도체부(13a)의 중심부에서 외측방향으로 직립한 상태로 상기 도체부(13a)에 일체 형성된 부도체부(13b)와, 상기 도체부(13a)와 부도체부(13b)로 이루어져 회전하는 회전체(13)의 일측 하단부에 고정된 상태로 인가되어 상기 회전체(13)를 통과하여 흐르는 전류(14)로 이루어진 자기 냉각부(10)는 상기 전류(14)의 인가 여부에 따라 발열 및 흡열 반응을 발생시키되, 흡열 반응을 통해 발생하는 차가운 공기를 연료전지 스택(100)으로 유도하여 냉각시키는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치.
- 제1항에 있어서,상기 발열 반응을 통해 발생하는 뜨거운 공기는 공기이송관(16a)을 통해 가습기로 공급되는 수소가스의 수소이송관(16b)이 상기 공기이송관(16a)에 삽입된 형태의 이중관(16)으로 유도되는 동시에 열교환을 통해 상기 수소가스의 온도를 일정한 온도로 유지될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치.
- 제1항에 있어서,상기 흡열 반응을 통해 발생하는 차가운 공기를 연료전지 스택(100)으로 유도하는 동시에, 발열 반응을 통해 발생하는 뜨거운 공기를 이중관(16)으로 각각 유도하는 회전팬(15)이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치.
- 제2항에 있어서,상기 수소이송관(16b)에 장착되어 수소가스의 온도를 감지하는 온도센서(17)와, 상기 온도센서(17)에 감지된 수소가스의 온도에 따라 공기이송관(16a)의 유로를 개방하거나 차단하여 수소가스의 온도를 일정하게 유지시키는 밸브장치(18)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자기 냉각을 이용한 연료전지 차량의 냉각장치.
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2007
- 2007-11-13 KR KR1020070115476A patent/KR20090049277A/ko not_active Application Discontinuation
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