KR20110054599A

KR20110054599A - 바이패스 유로를 구비하는 ｃｏｄ 히터 조립체

Info

Publication number: KR20110054599A
Application number: KR1020090111311A
Authority: KR
Inventors: 이도재
Original assignee: 갑을오토텍(주)
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-05-25
Also published as: KR101057880B1

Abstract

본 발명에 의한 COD히터 조립체는, 유입된 냉각수를 가열시키는 가열부와, 유입된 냉각수를 바이패스시키는 바이패스부를 구비하는 COD히터; 상기 가열부로 냉각수를 공급하는 제1 유로와 상기 바이패스부로 냉각수를 공급하는 제2 유로를 구비하는 탱크; 상기 제1 유로와 제2 유로 중 어느 하나를 선택적으로 폐쇄시키는 개폐수단;을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 COD히터 조립체는, 냉각수를 가열시킬 필요가 없어 COD히터를 동작시키지 아니하는 경우에는 냉각수가 COD히터의 가열부를 지나지 아니하고 바이패스 되도록 함으로써, 냉각수의 통로저항을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다.

COD, 히터, 냉각수, 유로, 바이패스, 개폐

Description

바이패스 유로를 구비하는 ＣＯＤ 히터 조립체{COD heater assembly having bypass passage}

본 발명은 수소 연료전지 자동차의 냉시동성을 개선하기 위하여 냉각수를 가열하는 COD히터 조립체에 관한 것으로, 더 상세하게는 COD히터 미사용시 냉각수가 COD히터를 거치지 아니하고 바이패스됨으로써 냉각수의 통로저항을 감소시킬 수 있도록 구성되는 COD히터 조립체에 관한 것이다.

환경 친화적인 자동차 개발을 위해 최근 자동차 회사들은 수소 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle)에 큰 관심을 갖고 개발하고 있다.

현재 개발되고 있는 수소 연료전지 자동차에는 해결해야 할 문제점들이 많이 남아 있는데, 그 중 가장 시급하고도 어려운 문제가 냉시동성 확보 전략이라 할 수 있다.

기존 연료전지 차량의 냉시동성 확보를 위한 해결책은 RTA(Rapid Thaw Accumulator) 내부의 히터를 이용한 순수의 급속해빙이었다. 그러나 순수를 이용하게 되면 빙점 이하에서는 순수가 결빙을 할 뿐만 아니라, 냉각수 루프가 복잡해지 고 추가적으로 드레인 밸브를 장착해야 하는 등 많은 어려움이 따른다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 한 가지 방안이 스택용 부동액을 냉각수로 사용하며, 빙점 이하의 온도에서 스택의 전력 생성을 원활하게 하기 위해 냉각수 급속 가열을 하는 방법이 있다. 이를 위해 COD(Cathode Oxygen Depletion)히터를 스택 냉각수 라인에 부착하는 방안이 제안되고 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 COD 히터의 장착구조에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 COD히터 조립체의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 COD히터 조립체는, 냉각수가 지날 수 있도록 상호 이격된 다수 개의 가열채널(12)을 구비하는 COD히터(10)와, 상기 COD히터(10)로 냉각수를 전달하기 위한 인렛탱크(20)와, 상기 COD히터(10)를 지난 냉각수를 외부로 유출시키기 위한 아웃렛탱크(30)를 포함하여 구성된다. 따라서 상기 인렛탱크(20)의 유입구(22)를 통해 유입된 냉각수는 COD히터(10)를 지나면서 가열된 후 아웃렛탱크(30)의 유출구(32)를 통해 외부로 배출된다.

그러나 상기와 같이 구성되는 종래의 COD히터 조립체는, COD히터(10)의 작동 여부에 관계없이 즉, 냉각수를 가열할 필요가 없어 COD히터(10)를 작동시키지 아니할 때에도 냉각수가 COD히터(10)를 지나게 되므로, 냉각수의 통로저항이 항상 크게 발생된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 냉각수를 가열시킬 필요가 없는 경우 즉, COD히터를 동작시키지 아니하는 경우에는 냉각수가 COD히터를 지나지 아니하고 바이패스 되도록 함으로써, 냉각수의 통로저항을 최소화시킬 수 있도록 구성되는 COD히터 조립체를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 COD히터 조립체는,

유입된 냉각수를 가열시키는 가열부와, 유입된 냉각수를 바이패스시키는 바이패스부를 구비하는 COD히터;

상기 가열부와 연통되는 제1 유로와 상기 바이패스부와 연통되는 제2 유로를 구비하는 탱크(200);

상기 제1 유로와 제2 유로 중 어느 하나를 선택적으로 폐쇄시키는 개폐수단;

을 포함하여 구성된다.

상기 개폐수단은,

회전 가능한 구조로 상기 탱크에 장착되어 회전 각도에 따라 상기 제1 유로와 제2 유로 중 어느 하나를 선택적으로 폐쇄시키는 회전부와, 상기 회전부재를 회전시키는 구동부를 포함하여 구성된다.

상기 회전부는,

회전축과, 상기 회전축을 곡률 중심으로 하여 만곡된 만곡판과, 상기 회전축과 만곡판을 연결시키는 연결바를 포함하여 구성된다.

상기 제1 유로의 입구와 제2 유로의 입구는, 상기 만곡판의 외측면이 밀착될 수 있도록 상기 회전축을 곡률 중심으로 하여 만곡된 형상으로 형성된다.

상기 제1 유로의 입구와 제2 유로의 입구는 상기 만곡판의 이동방향으로 연이어 형성된다.

차량의 시동이 온 상태가 되었을 때, 냉각수온이 설정온도 미만인 경우에는 상기 제1 유로가 개방되고 상기 제2 유로가 폐쇄되도록 상기 개폐수단의 동작을 제어하고, 냉각수온이 설정온도 이상인 경우에는 상기 제1 유로가 폐쇄되고 상기 제2 유로가 개방되도록 상기 개폐수단의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함한다.

상기 바이패스부의 유로단면적은, 상기 탱크 유입구의 유로단면적 이상으로 설정된다.

상기 바이패스부는, 일측이 상기 탱크 측을 향해 돌출된 파이프 형상으로 형 성된다.

본 발명에 의한 COD히터 조립체는, 냉각수를 가열시킬 필요가 없어 COD히터를 동작시키지 아니하는 경우에는 냉각수가 COD히터의 가열부를 지나지 아니하고 바이패스 되도록 함으로써, 냉각수의 통로저항을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 COD히터 조립체의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 COD히터 조립체의 내부구성을 도시하는 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 COD히터 조립체에 포함되는 개폐수단의 장착구조를 도시하는 절개사시도이다.

본 발명에 의한 COD히터 조립체는, COD히터(100)와, 상기 COD히터(100)로 냉각수를 공급하는 탱크(200)와, COD히터(100)를 지난 냉각수의 인출방향을 가이드하는 아웃렛탱크(300)를 구비한다. 이때 본 발명에 의한 COD히터(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 COD히터(100)가 유입된 냉각수를 가열시키는 가열부(110)와 유입된 냉각수를 바이패스시키는 바이패스부(120)로 구분되고, 상기 탱크(200)가 상기 가열부(110)로 냉각수를 공급하는 제1 유로(220)와 상기 바이패스 부(120)로 냉각수를 공급하는 제2 유로(230)를 구비하며, 상기 제1 유로(220)와 제2 유로(230) 중 어느 하나를 선택적으로 폐쇄시킴으로써 상기 탱크(200)를 통해 유입된 냉각수가 가열부(110)를 지나거나 바이패스부(120)를 지나도록 하는 개폐수단(400)을 추가로 구비한다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

상기 가열부(110)는 냉각수를 보다 효율적으로 가열할 수 있도록 냉각수와의 접촉면적이 증대되는 구조(예를 들어, 냉각수 유로 상에 다수의 열전달핀이 구비되거나 냉각수 유로가 좁고 복잡하게 형성되는 구조)로 구성되고, 상기 바이패스부(120)는 냉각수의 통로저항이 최소화되도록 냉각수 유로 내측면이 매끈한 구조(예를 들어, 직선 파이프 구조)로 이루어진다. 따라서 본 발명에 의한 COD히터 조립체를 이용하는 경우, 상기 냉각수가 상기 가열부(110)를 지날 때에는 종래의 COD히터 조립체와 마찬가지로 통로저항이 크게 발생될 수밖에 없으나, 냉각수 가열이 필요치 아니하여 COD히터(100)를 작동시키지 아니할 때 냉각수를 바이패스부(120)로 안내함으로써, 냉각수의 통로저항을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다.

이와 같이 냉각수가 가열부(110) 또는 바이패스부(120)로 안내되는 조건 및 개폐수단(400)의 동작에 대해서는 이하 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.

또한 상기 개폐수단(400)은 제1 유로(220)와 제2 유로(230)를 각각 독립적으로 개폐시키도록 2개의 밸브로 구성될 수도 있으나, 이와 같이 상기 개폐수단(400)이 2개의 밸브로 구성되면 제조비용이 증가될 뿐만 아니라 2개의 밸브가 모두 닫히 도록 오작동되는 경우 냉각수펌프에 과부하가 걸려 냉각수펌프 및 이에 관련된 부품들이 파손 및 손상될 우려가 있다.

따라서 상기 개폐수단(400)은 제1 유로(220)와 제2 유로(230) 중 어느 하나만을 선택적으로 폐쇄시킬 수 있도록, 회전 가능한 구조로 상기 탱크(200)에 장착되어 회전 각도에 따라 상기 제1 유로(220)와 제2 유로(230) 중 어느 하나를 선택적으로 폐쇄시키는 회전부와, 상기 회전부재(410)를 회전시키는 구동부(420)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.

이때 상기 회전부는 제1 유로(220)와 제2 유로(230)를 보다 안정적으로 개폐시킬 수 있도록, 자전 가능한 구조로 탱크(200)에 장착되는 회전축(412)과, 상기 회전축(412)을 곡률 중심으로 하여 만곡된 만곡판(414)과, 상기 회전축(412)과 만곡판(414)을 연결시키는 연결바(416)를 포함하여 구성된다. 상기 구동부(420)는 회전축(412)에 회전력을 인가함으로써 만곡판(414)이 제1 유로(220)와 제2 유로(230) 중 어느 하나를 선택적으로 폐쇄시킬 수 있도록 구성된다.

이때 상기 제1 유로(220)의 입구와 제2 유로(230)의 입구는, 상기 만곡판(414)의 외측면이 밀착될 수 있도록 상기 회전축(412)을 곡률 중심으로 하여 만곡된 형상으로 형성되고, 상기 회전부의 회전각도를 최소화시킬 수 있도록 상기 만곡판(414)의 이동방향으로 연이어 형성됨이 바람직하다.

한편, 상기 바이패스부(120)가 일측(본 실시예에서는 상측)이 상기 탱크(200) 측을 향해 돌출된 파이프 형상으로 형성되는 경우, 상기 제2 유로(230)는 바이패스부(120)의 상측 입구가 되고, 제1 유로(220)는 바이패스부(120)의 측벽과 탱크(200) 내벽 사이의 공간이 된다. 이와 같이 바이패스부(120)가 파이프 형상으로 제작될 때에는, 상기 만곡판(414)은 구동부(420)의 회전력에 의해 외측면(도 3에서는 저면)이 파이프 형상의 바이패스부(120) 상측 입구를 개폐시키고 바이패스부(120)의 일측벽(도 3에서는 좌측벽)과 탱크(200)의 내벽이 이루는 유로를 개폐시킴으로써, 탱크(200)의 유입구(210)를 통해 유입된 냉각수를 가열부(110) 또는 바이패스부(120)로 안내한다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 COD히터 조립체의 동작을 도시하는 단면도이다.

본 발명에 의한 COD히터 조립체는, 냉각수 가열이 필요할 때 즉, 차량 시동이 온 상태가 되고 냉각수온이 기준치 미만인 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 개폐수단(400)은 제2 유로(230) 즉, 바이패스부(120)의 상측 입구만을 막고 제1 유로(220)는 개방되도록 회전된다. 따라서 탱크(200)를 통해 유입된 냉각수는 제1 유로(220)를 지나 COD히터(100)의 가열부(110)를 거치면서 가열된 후 아웃렛탱크(300)의 유출구(310)을 통해 외부로 유출된다.

반대로 냉각수 가열이 필요치 아니한 경우 즉, 차량의 시동이 오프인 상태 또는 차량의 시동이 온 상태이더라도 냉각수온이 기준치 이상인 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 개폐수단(400)은 제1 유로(220)는 막고 제2 유로(230)는 개방되도록 회전된다. 따라서 탱크(200)를 통해 유입된 냉각수는 COD히터(100)의 바이패스부(120)를 거쳐 아웃렛탱크(300)로 바이패스된다. 이와 같이 냉각수가 바이패스 부(120)를 통해 아웃렛탱크(300)로 바이패스되면 냉각수가 복잡한 유로를 갖는 가열부(110)를 지나지 아니하고 상대적으로 단순한 유로를 갖는 바이패스부(120)를 지나게 되므로, 냉각수의 통로저항이 현저히 감소된다는 장점이 있다.

이와 같이 냉각수의 통로저항이 감소되면, 냉각수를 유동시키기 위한 냉각수펌프 및 이에 관련된 각 부품들에 과부하가 걸리는 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 냉각수펌프 및 이에 관련된 각 부품들의 수명이 증대된다는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이 COD히터(100)의 작동 조건에 따라 상기 개폐수단(400)이 자동으로 동작될 수 있도록, 본 발명에 의한 COD히터 조립체는 상기 개폐수단(400)의 동작을 제어하는 제어부를 추가로 구비할 수 있다. 이때 COD히터(100)는 통상적으로 차량의 시동이 온(ON) 상태가 된다는 조건과 냉각수온이 설정온도 미만이라는 조건이 모두 만족되었을 때 작동된다. 따라서 상기 제어부는, 차량의 시동이 온 상태가 되고 냉각수온이 설정온도 미만인 경우에는 상기 제1 유로(220)가 개방되고 상기 제2 유로(230)가 폐쇄되도록 상기 개폐수단(400)의 동작을 제어하고, 차량의 시동이 온 상태이더라도 냉각수온이 설정온도 이상인 경우에는 상기 제1 유로(220)가 폐쇄되고 상기 제2 유로(230)가 개방되도록 상기 개폐수단(400)의 동작을 제어함이 바람직하다.

이때, 상기 제어부가 개폐수단(400)의 동작을 제어하는 조건 중 냉각수온의 설정온도는 수소 연료전지 자동차의 냉간 시동 시 요구되는 냉각수의 온도에 따라 자유롭게 변경될 수 있다. 즉, 상기 냉각수온의 설정온도는 수소 연료전지 자동차 제작 시 일정한 값으로 고정 설정될 수도 있고, 운전자가 일정한 범위 이내에서 조절 가능하도록 세팅될 수도 있다.

도 6은 본 발명에 의한 COD히터 조립체 제2 실시예에 포함되는 개폐수단의 장착구조를 도시하는 절개사시도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 COD히터 조립체 제2 실시예의 동작을 도시하는 단면도이다.

본 발명에 의한 COD히터 조립체에 포함되는 제1 유로(220) 및 제2 유로(230)는, 도 2에 도시된 바와 같이 탱크(300)의 냉각수 입구측에 마련될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 탱크(300)의 냉각수 출구측에 마련될 수도 있다. 물론 이와 같은 경우 바이패스부(120)와 개폐수단(400) 역시 탱크(300)의 냉각수 출구측에 마련되어야 할 것이다.

도 6에 도시된 상태에서 개폐수단(400)이 동작되어 도 7에 도시된 바와 같이 제1 유로(220)가 폐쇄된 경우, 유입구(210)를 통해 유입된 냉각수가 COD히터(100)가 장착된 공간뿐만 아니라 바이패스부(120) 내부에도 채워지기는 하지만, 제1 유로(220)가 폐쇄되어 있으므로 상기 냉각수는 COD히터(100)를 지나 가열된 후 유출구(310)를 통해 유출된다. 즉, 제1 유로(220)가 폐쇄되었을 때에는 바이패스부(120)가 없는 종래의 COD히터 조립체를 사용할 때와 동일한 결과를 얻게 된다.

그러나 도 8에 도시된 바와 같이 제2 유로(230)가 폐쇄된 경우에는 COD히터(100)가 장착된 공간이 직접 유출구(310)와 연통되지 못하므로, 유입구(210)를 통해 유입된 냉각수는 모두 바이패스부(120)를 통해 유출구(310)로 전달된다.

이때, 도 7에 도시된 바와 같이 냉각수가 COD히터(100)를 지나 유출되는 경우와 도 8에 도시된 바와 같이 냉각수가 바이패스부(120)를 지나 유출되는 경우 얻어지는 효과 및 그 원리는 도 2 내지 도 5에 도시된 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

결과적으로, 바이패스부(120), 제1 유로(220), 제2 유로(230), 개폐수단(400)이 유입구(210)측에 구비되는 경우나 유출구(310)측에 구비되는 경우 모두 동일한 효과를 얻을 수 있는바, 설계자는 본 발명에 의한 COD히터 조립체가 장착되는 공간 및 각 부품들의 특성에 따라 구조를 자유롭게 설계할 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

도 1은 종래의 COD히터 조립체의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 의한 COD히터 조립체의 내부구성을 도시하는 단면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 COD히터 조립체에 포함되는 개폐수단의 장착구조를 도시하는 절개사시도이다.

도 6은 본 발명에 의한 COD히터 조립체 제2 실시예에 포함되는 개폐수단의 장착구조를 도시하는 절개사시도이다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 COD히터 조립체 제2 실시예의 동작을 도시하는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : COD히터 110 : 가열부

120 : 바이패스부 200 : 탱크

210 : 유입구 220 : 제1 유로

230 : 제2 유로 300 : 아웃렛탱크

310 : 유출구 400 : 개폐수단

410 : 회전부 420 : 구동부

Claims

유입된 냉각수를 가열시키는 가열부(110)와, 유입된 냉각수를 바이패스시키는 바이패스부(120)를 구비하는 COD히터(100);

상기 가열부(110)와 연통되는 제1 유로(220)와 상기 바이패스부(120)와 연통되는 제2 유로(230)를 구비하는 탱크(200);

상기 제1 유로(220)와 제2 유로(230) 중 어느 하나를 선택적으로 폐쇄시키는 개폐수단(400);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 COD히터 조립체.
제1항에 있어서,

상기 개폐수단(400)은,

회전 가능한 구조로 상기 탱크(200)에 장착되어 회전 각도에 따라 상기 제1 유로(220)와 제2 유로(230) 중 어느 하나를 선택적으로 폐쇄시키는 회전부와, 상기 회전부재(410)를 회전시키는 구동부(420)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 COD히터 조립체.
제2항에 있어서,

상기 회전부는,

회전축(412)과, 상기 회전축(412)을 곡률 중심으로 하여 만곡된 만곡판(414)과, 상기 회전축(412)과 만곡판(414)을 연결시키는 연결바(416)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 COD히터 조립체.
제3항에 있어서,

상기 제1 유로(220)의 입구와 제2 유로(230)의 입구는, 상기 만곡판(414)의 외측면이 밀착될 수 있도록 상기 회전축(412)을 곡률 중심으로 하여 만곡된 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 COD히터 조립체.
제3항에 있어서,

상기 제1 유로(220)의 입구와 제2 유로(230)의 입구는 상기 만곡판(414)의 이동방향으로 연이어 형성되는 것을 특징으로 하는 COD히터 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

차량의 시동이 온 상태가 되었을 때, 냉각수온이 설정온도 미만인 경우에는 상기 제1 유로(220)가 개방되고 상기 제2 유로(230)가 폐쇄되도록 상기 개폐수 단(400)의 동작을 제어하고, 냉각수온이 설정온도 이상인 경우에는 상기 제1 유로(220)가 폐쇄되고 상기 제2 유로(230)가 개방되도록 상기 개폐수단(400)의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 COD히터 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 바이패스부(120)의 유로단면적은, 상기 탱크(200) 유입구(210)의 유로단면적 이상인 것을 특징으로 하는 COD히터 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 바이패스부(120)는, 일측이 상기 탱크(200) 측을 향해 돌출된 파이프 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 COD히터 조립체.