KR20110056598A

KR20110056598A - 연료전지 차량용 쿨링모듈

Info

Publication number: KR20110056598A
Application number: KR1020090112990A
Authority: KR
Inventors: 김수환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2011-05-31
Also published as: KR101063228B1

Abstract

본 발명은 연료전지 차량용 쿨링모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘덴서와 전장 라디에이터를 일체로 구성하여, 스택 라디에이터의 성능 저하 방지 및 전장 부품의 냉각 성능을 개선할 수 있도록 한 연료전지 차량용 쿨링모듈에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 콘덴서가 전장 라디에이터내에 일체로 내장된 콘덴서 일체형 라디에이터와; 상기 콘덴서 일체형 라디에이터의 출구측으로부터 연장된 냉각수 공급라인에 장착되는 냉각수 분배펌프와; 상기 냉각수 분배펌프와 콘덴서 일체형 라디에이터에 내장된 콘덴서간에 연결되는 동시에 콘덴서 일체형 라디에이터의 입구와 콘덴서간에 연결되는 냉각수 분기라인; 으로 구성하여, 상기 콘덴서 일체형 라디에이터내로부터 배출되는 냉각수를 분배펌프를 통하여일부는 냉각수 분기라인을 통해 콘덴서로 공급하고, 나머지는 냉각수 공급라인을 통해 전장 부품쪽으로 공급할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링모듈을 제공한다.

연료전지, 차량, 쿨링모듈, 콘덴서, 일체형, 라디에이터, 분배펌프

Description

연료전지 차량용 쿨링모듈{Cooling module for fuel cell vehicle}

연료전지 차량은 내연기관 차량에 비해 발열량이 매우 클 뿐만 아니라, 스택 및 전장 부품들의 내구 성능을 유지하기 위하여 냉각 스펙 또한 매우 높은 수준을 필요로 한다.

이를 위해, 종래의 연료전지 차량용 쿨링모듈은 콘덴서와, 전장 라디에이터와, 스택 라디에이터와, 냉각팬 등으로 구성되어 있는 바, 일반적으로 전장 부품(주행용 모터 등)의 냉각을 담당하는 전장 라디에이터는 콘덴서와 함께 스택 라디에이터의 앞쪽에 위치하게 된다.

상기 쿨링 모듈에 대한 차량내 제한된 설치 공간으로 인하여, 첨부한 도 6에 도시된 바와 같이 콘덴서(14)와 전장 라디에이터(12)를 상하방향으로 1열을 이루는 동일선상에 배치하되, 위쪽에 콘덴서(14)를, 그 하단에 전장 라디에이터(12)를 배치하거나, 또는 상단에 전장 라디에이터(12)를, 그 하단에 콘덴서(14)를 배치한다.

이에, 상기 콘덴서(14)와 전장 라디에이터(12)는 독립적인 냉각 작동을 수행하게 되는 바, 첨부한 도 5에서 보는 바와 같이 콘덴서(14)는 압축기와 증발기와 냉동계를 이루며 연결되어 차량 실내에 대한 냉방 기능을 수행하게 되고, 상기 전장 라디에이터(12)는 차량 주행용 모터와, 정션박스, 각종 배터리 및 제어기(BHDC, LDC, MCU, VSD100 등)로부터 열교환되어 나온 냉각수를 냉각하는 역할을 수행하게 된다.

이러한 기존 쿨링모듈의 구성들에 대한 배치에 있어서 가장 큰 문제점은 전장 부품 냉각을 위한 전장 라디에이터의 크기 및 용량 부족을 고려하여 전장 라디에이터의 두께 증대 등을 도모하려 하여도 그 제한된 설치 공간으로 인해 전장 라디에이터의 크기 및 용량을 증가시키는데 한계가 있다는 점이다.

또한, 상기 전장 라디에이터의 높이를 증대시키는 경우, 상대적으로 콘덴서의 높이를 축소해야 하므로, 오히려 콘덴서의 축소로 인해 차량의 실내 냉방 성능이 불리해질 뿐만 아니라, 콘덴서 구조상 서브쿨 영역 확보를 위해 일정 높이 이상 축소는 불가능한 문제점이 있다.

또한, 콘덴서 및 전장 라디에이터의 두께나 핀 피치 등을 약간씩이라도 증가시키는 조정을 할 경우, 차량의 전방에서 불어오는 외기의 저항 즉, 전체 통기저항을 증대시키는 원인이 되어, 결국 콘덴서 및 전장 라디에이터의 뒤쪽에 배치되는 스택 라디에이터의 냉각 성능이 떨어지는 문제점이 초래된다.

이러한 문제점에도 불구하고, 스택 냉각과 전장 부품 냉각을 동시에 만족시키는 냉각 성능 즉, 연료전지 냉각성능을 만족할만 한 수준으로 유지하는 것은 매우 중요한 사안으로 여겨지고 있고, 그에 따른 연구가 지속적으로 진행중에 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 전장 라디에이터의 크키를 증가시키면서 콘덴서를 전장 라디에이터에 일체로 내장시켜서, 전장 부품 냉각을 위한 전장 라디에이터의 크기 및 용량 부족 현상을 해결할 수 있고, 쿨링모듈에 대한 컴팩트화를 실현할 수 있도록 한 연료전지 차량용 쿨링모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 콘덴서가 전장 라디에이터내에 일체로 내장된 콘덴서 일체형 라디에이터와; 상기 콘덴서 일체형 라디에이터의 출구측으로부터 연장된 냉각수 공급라인에 장착되는 냉각수 분배펌프와; 상기 냉각수 분배펌프와 콘덴서 일체형 라디에이터에 내장된 콘덴서간에 연결되는 동시에 콘덴서 일체형 라디에이터의 입구와 콘덴서간에 연결되는 냉각수 분기라인; 으로 구성하여, 상기 콘덴서 일체형 라디에이터내로부터 배출되는 냉각수를 분배펌프를 통하여 일부는 냉각수 분기라인을 통해 콘덴서로 공급하고, 나머지는 냉각수 공급라인을 통해 전장 부품쪽으로 공급할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링모듈을 제공한다.

바람직한 일 구현예로서, 상기 냉각수 분기라인의 출구측은 전장 부품을 냉각시킨 냉각수가 흐르는 냉각수 복귀라인과 합쳐져서 콘덴서 일체형 라디에이터까지 연장되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 콘덴서 일체형 라디에이터에 일체로 내장되는 콘덴서는 냉각수에 의하여 냉각되는 수냉식 콘덴서로 채택된 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 전장 라디에이터의 크키를 증가시키면서 콘덴서를 전장 라디에이터에 일체로 내장시킨 콘덴서 일체형 라디에이터를 구비함으로써, 전장 부품 냉각을 위한 전장 라디에이터의 크기 및 용량 부족 현상을 해결할 수 있고, 쿨링모듈에 대한 컴팩트화를 실현할 수 있다.

또한, 기존 콘덴서와 전장 라디에이터를 지지하기 위하여 차지했던 코어 지지부 등과 같은 지지구조물 등의 삭제로 인해 전장 라디에이터의 크기를 증대시키는 동시에 충분한 냉각수량 확보를 통해 전장부품의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 쿨링모듈을 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 쿨링모듈의 냉각회로도이다.

본 발명의 연료전지 차량용 쿨링모듈은 전장 라디에이터(12)내에 콘덴서(14)를 일체로 내장시킨 콘덴서 일체형 라디에이터(10)를 제공하고자 한 것으로서, 기존의 콘덴서 및 콘덴서를 지지하는 지지구조물 등을 배제하고, 그 배제된 공간만큼 전장 라디에이터의 크기 또는 두께를 증가시키면서 콘덴서를 전장 라디에이터내에 일체로 내장시키게 된다.

이에, 콘덴서 일체형 라디에이터(10)가 가장 앞쪽에 배열되고, 그 뒤에 스택 라디에이터(16) 및 냉각팬(18)이 순차 배치된 구조를 이루게 된다.

특히, 상기 콘덴서 일체형 라디에이터(10)에 일체로 내장되는 콘덴서(14)는 기존에 많이 사용하던 공랭식 콘덴서 대신 수냉식를 사용하여 증발기에서 발생한 증기 상태의 냉매가 라디에이터내를 흐르는 냉각수와 열교환되어 응축되도록 한다.

보다 상세하게는, 콘덴서 일체형 라디에이터(10)내에 일체로 내장된 수냉식 콘덴서(14)는 냉매의 흐름 가능하게 압축기 및 증발기와 연결되어 냉동계를 이루게 되고, 동시에 도 3에 도시된 바와 같이 냉각수 분기라인(20)과 인접되는 상태가 되어 콘덴서(14)의 냉매가 냉각수 분기라인(20)을 흐르는 냉각수와 열교환되도록 한 다.

이때, 상기 냉각수 분기라인(20)의 출구측은 전장 부품을 냉각시킨 냉각수가 흐르는 냉각수 복귀라인(24)과 합쳐져서 콘덴서 일체형 라디에이터(10)까지 연장되고, 이 콘덴서 일체형 라디에이터(10)의 출구측으로부터 연장된 냉각수 공급라인(22)에는 냉각수 분배펌프(26)가 연결된다.

이에, 상기 콘덴서 일체형 라디에이터(10)내로부터 배출되는 냉각수를 분배펌프(26)가 분배하게 되는 바, 일부는 냉각수 분기라인(20)을 통해 콘덴서(14)로 공급하고, 나머지는 냉각수 공급라인(22)을 통해 전장 부품쪽으로 공급하게 된다.

여기서, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 연료전지 차량용 쿨링모듈에 대한 냉각 동작을 설명하면 다음과 같다.

차량 실내 냉방

콘덴서 일체형 라디에이터(10)내에 일체로 내장된 수냉식 콘덴서(14)의 입출구에 각각 냉매의 흐름 가능하게 압축기 및 증발기와 연결되어 있는 바, 증발기에서 기체 상태로 증발된 냉매가 수냉식 콘덴서(14)로 들어가서 응축된 후, 압축기로 흐르게 되는 통상의 냉동계 냉매 흐름에 의하여 실내 냉방이 이루어진다.

전장 부품 냉각

도 3에 도시된 바와 같이, 콘덴서 일체형 라디에이터(10)의 출구측으로부터 연장된 냉각수 공급라인(22)을 통해 냉각수가 흐르게 되면, 냉각수 분배펌프(26)에서 일부의 냉각수를 전장 부품쪽으로 분배 공급하게 되며, 이에 냉각수 공급펌프(28)의 펌핑력을 한 번 더 받으면서 전장 부품인 차량 주행용 모터, 정션박스, 각종 배터리 및 제어기(BHDC, LDC, MCU, VSD100 등)들 구비된 냉각경로를 따라 냉각수가 순환하며 냉각을 실시하게 된다.

이렇게 냉각을 마친 냉각수는 냉각수 복귀라인(24)을 따라 콘덴서 일체형 라디에이터(10)쪽으로 복귀되고, 이때 콘덴서(14)를 냉각하고 나온 냉각수 분기라인내(20)의 냉각수와 합쳐져서 전장 라디에이터(12)로 들어가게 된다.

콘덴서 냉각

도 3에 도시된 바와 같이, 콘덴서 일체형 라디에이터(10)의 출구측으로부터 연장된 냉각수 공급라인(22)을 통해 냉각수 분기라인(20)으로 냉각수가 흐르게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이 콘덴서 일체형 라디에이터(10)내의 콘덴서(14)가 냉각수 분기라인과 인접된 상태이므로, 이에 콘덴서(14)의 냉매가 냉각수 분기라인(20)을 흐르는 냉각수와 열교환되어 응축되어진다.

이렇게 전장 라디에이터의 크키를 증가시키면서 콘덴서를 전장 라디에이터에 일체로 내장시킴에 따라, 전장 부품 냉각을 위한 전장 라디에이터의 크기 및 용량 부족 현상을 해결할 수 있고, 쿨링모듈에 대한 컴팩트화를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 콘덴서 일체형 라디에이터의 전체 냉각면적이 기존 콘덴서와 전장 라디에이터를 지지하기 위하여 차지했던 코어 지지부 등과 같은 지지구조물 등의 삭제로 인해 크게 증대될 수 있고, 이에 충분한 냉각수량 확보를 통해 기존에 냉각수량 부족에 따른 라디에이터의 단품 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 쿨링모듈을 나타내는 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 쿨링모듈의 냉각회로도,

도 3은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 쿨링모듈의 수냉식 콘덴서를 설명하는 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 쿨링모듈의 냉각수 분배 동작을 설명하는 개략도,

도 5는 종래의 연료전지 차량용 쿨링모듈을 나타내는 개략도,

도 6은 종래의 연료전지 차량용 쿨링모듈의 냉각회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 콘덴서 일체형 라디에이터

12 : 전장 라디에이터

14 : 콘덴서

16 : 스택 라디에이터

18 : 냉각팬

20 : 냉각수 분기라인

22 : 냉각수 공급라인

24 : 냉각수 복귀라인

26 : 냉각수 분배펌프

28 : 냉각수 공급펌프

Claims

콘덴서가 전장 라디에이터내에 일체로 내장된 콘덴서 일체형 라디에이터와;

상기 콘덴서 일체형 라디에이터의 출구측으로부터 연장된 냉각수 공급라인에 장착되는 냉각수 분배펌프와;

상기 냉각수 분배펌프와 콘덴서 일체형 라디에이터에 내장된 콘덴서간에 연결되는 동시에 콘덴서 일체형 라디에이터의 입구와 콘덴서간에 연결되는 냉각수 분기라인; 으로 구성하여,

상기 콘덴서 일체형 라디에이터내로부터 배출되는 냉각수를 분배펌프를 통하여일부는 냉각수 분기라인을 통해 콘덴서로 공급하고, 나머지는 냉각수 공급라인을 통해 전장 부품쪽으로 공급할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링모듈.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각수 분기라인의 출구측은 전장 부품을 냉각시킨 냉각수가 흐르는 냉각수 복귀라인과 합쳐져서 콘덴서 일체형 라디에이터까지 연장되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링모듈.
청구항 1에 있어서,

상기 콘덴서 일체형 라디에이터에 일체로 내장되는 콘덴서는 냉각수에 의하여 냉각되는 수냉식 콘덴서로 채택된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 쿨링모듈.