KR20140065775A

KR20140065775A - 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치

Info

Publication number: KR20140065775A
Application number: KR20120132515A
Authority: KR
Inventors: 노용규; 이민규; 정세권
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-05-30
Also published as: US9859574B2; CN103840181B; JP6243669B2; US20140138060A1; CN103840181A; KR101427924B1; DE102013221549A1; JP2014103099A

Abstract

연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치가 개시된다. 개시된 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치는 ⅰ)공기 압축기에 의해 압축된 고온의 압축 공기를 연료 전지 스택으로 공급하는 공기 공급 계통의 고온 파트에 설치되는 흡열부와, ⅱ)연료 전지 스택으로 순환하는 냉각수를 냉각시키는 스택 냉각 계통의 저온 파트에 설치되는 방열부와, ⅲ)흡열부와 방열부를 연결하며 내부에 냉매가 충진되어 있는 히트 파이프와, ⅳ)방열부에 연결되며 냉매를 저장하는 냉매 리저버와, ⅴ)냉매 리저버와 흡열부를 실질적으로 연결하며, 흡열부로 냉매 리저버의 냉매를 선택적으로 공급하는 냉매 공급유닛을 포함할 수 있다.

Description

연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치 {COOLING DEVICE OF PRESSED AIR IN FUEL CELL SYSTEM}

본 발명의 실시예는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기 압축기를 통해 연료 전지 스택으로 공급되는 압축 공기를 냉각시킬 수 있도록 한 압축 공기 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연료 전지 시스템은 연료로 사용되는 수소와 산화제로서의 공기를 연료 전지 스택에 공급하고, 그 연료 전지 스택에서 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기를 생산한다.

연료 전지 시스템은 차량에 탑재되며, 연료 전지 스택에 의해 생산된 전기로 전기 모터를 작동시켜 차량을 구동시킨다.

연료 전지 시스템은 연료 전지 스택으로 연료를 공급하는 연료 공급 계통과, 연료 전지 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급 계통과, 연료 전지 스택에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각 계통을 구비한다.

여기서, 공기 공급 계통은 공기를 압축한 압축 공기를 연료 전지 스택으로 공급하기 위한 공기 압축기와, 공기 압축기와 연료 전지 스택 사이에서 연료 전지 스택에서 발생되는 물로 압축 공기를 가습하는 가습기를 구비한다.

그러나, 연료 전지 스택의 고출력 운전 조건에서 공기 압축기를 통해 압축된 공기는 높은 압축비와 많은 공기량으로 인해 120℃ 정도의 온도로 상승하게 된다.

이러한 온도는 연료 전지 스택의 정상적인 운전 온도인 60~80℃ 보다 높기 때문에, 가습기의 가습 효율 및 연료 전지 스택의 운전 효율에 불리한 조건으로 작용한다. 따라서 연료 전지 시스템은 공기 압축기에 의해서 가습기로 공급되는 고온의 압축 공기를 냉각시킬 필요가 있다.

본 발명의 실시예들은 공기 압축기에서 연료 전지 스택으로 공급되는 고온의 압축 공기를 간단한 구성을 냉각시킬 수 있도록 한 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 연료 전지 스택의 고출력 운전 조건에서 압축 공기의 온도를 능동적으로 제어할 수 있고, 압축 공기의 급격한 온도 상승에 따른 빠른 응답성으로 공기 냉각 성능을 향상시킬 수 있도록 한 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치는, ⅰ)공기 압축기에 의해 압축된 고온의 압축 공기를 연료 전지 스택으로 공급하는 공기 공급 계통의 고온 파트에 설치되는 흡열부와, ⅱ)연료 전지 스택으로 순환하는 냉각수를 냉각시키는 스택 냉각 계통의 저온 파트에 설치되는 방열부와, ⅲ)상기 흡열부와 방열부를 연결하며 내부에 냉매가 충진되어 있는 히트 파이프와, ⅳ)상기 방열부에 연결되며 냉매를 저장하는 냉매 리저버와, ⅴ)상기 냉매 리저버와 상기 흡열부를 실질적으로 연결하며, 상기 흡열부로 상기 냉매 리저버의 냉매를 선택적으로 공급하는 냉매 공급유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 흡열부는 상기 방열부 보다 상대적으로 낮은 위치에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 흡열부는 상기 고온 파트로서 공기 압축기와 가습기를 연결하는 공기 공급 라인에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 흡열부는 상기 가습기의 압축 공기 입구 측에 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 방열부는 상기 저온 파트로서 라디에이터 모듈의 냉각 팬에 근접하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 방열부는 상기 저온 파트로서 라디에이터 모듈의 스택 냉각수 유동 경로에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 냉매 공급유닛은 상기 냉매 리저버와 흡열부를 연결하는 냉매 공급 라인과, 상기 냉매 공급 라인에 설치되는 냉매 압송 기구를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 냉매 공급유닛은 상기 냉매 리저버와 흡열부를 연결하는 냉매 공급 라인과, 상기 냉매 공급 라인에 설치되는 유로 개폐 기구를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 냉매 공급유닛은 상기 냉매 리저버와 상기 히트 파이프를 연결하는 냉매 공급 라인과, 상기 냉매 공급 라인에 설치되는 냉매 압송 기구를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 냉매 공급유닛은 상기 냉매 리저버와 상기 히트 파이프를 연결하는 냉매 공급 라인과, 상기 냉매 공급 라인에 설치되는 유로 개폐 기구를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치는, 상기 흡열부에 설치되며 압축 공기의 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 온도 센서의 감지 신호에 따라 상기 냉매 공급유닛으로 제어 신호를 인가할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치는, ⅰ)공기 압축기에 의해 압축된 고온의 압축 공기를 연료 전지 스택으로 공급하는 공기 공급 계통의 고온 파트에 설치되는 흡열부와, ⅱ)연료 전지 스택으로 순환하는 냉각수를 냉각시키는 스택 냉각 계통의 저온 파트에 설치되는 방열부와, ⅲ)상기 흡열부와 방열부를 연결하며 내부에 냉매가 충진되어 있는 히트 파이프와, ⅳ)상기 고온 파트와 상기 히트 파이프를 연결하며, 상기 히트 파이프 내부의 증발된 냉매 가스에 압력을 인가하는 압력 인가유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 흡열부는 상기 고온 파트로서 공기 압축기와 가습기를 연결하는 공기 공급 라인에 설치되며, 상기 압력 인가유닛은 상기 공기 공급 라인과 상기 히트 파이프에 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 압력 인가유닛은 상기 공기 공급 라인에 연결되는 공기 유로와, 상기 공기 유로에 연결되며 피스톤이 구비된 실린더부재와, 상기 실린더부재의 피스톤에 연결되는 연결 로드와, 상기 연결 로드에 연결되는 벨로우즈 관과, 상기 벨로우즈 관과 상기 히트 파이프를 연결하는 냉매 가스 유로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 벨로우즈 관은 상기 피스톤에 의해 압축되며 상기 냉매 가스 유로를 통해 상기 히트 파이프 내부의 냉매 가스를 가압할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치는, ⅰ)공기 압축기에 의해 압축된 고온의 압축 공기를 연료 전지 스택으로 공급하는 공기 공급 계통의 고온 파트에 설치되는 흡열부와, ⅱ)연료 전지 스택으로 순환하는 냉각수를 냉각시키는 스택 냉각 계통의 저온 파트에 설치되는 방열부와, ⅲ)상기 흡열부와 방열부를 연결하며 내부에 냉매가 충진되어 있는 히트 파이프와, ⅳ)상기 고온 파트, 방열부 및 히트 파이프를 연결하며, 상기 히트 파이프 내부의 액체 냉매에 압력을 인가하는 압력 인가유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 흡열부는 상기 고온 파트로서 공기 압축기와 가습기를 연결하는 공기 공급 라인에 설치되며, 상기 압력 인가유닛은 상기 공기 공급 라인, 방열부 및 히트 파이프에 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 압력 인가유닛은 상기 공기 공급 라인에 연결되는 공기 유로와, 상기 공기 유로에 연결되며, 피스톤이 구비된 실린더부재와, 상기 실린더부재의 피스톤에 연결되는 연결 로드와, 상기 연결 로드에 연결되는 벨로우즈 관과, 상기 벨로우즈 관과 상기 방열부를 연결하는 제1 냉매 액체 유로와, 상기 벨로우즈 관과 상기 히트 파이프를 연결하는 제2 냉매 액체 유로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 벨로우즈 관은 상기 제1 냉매 액체 유로를 통해 상기 방열부의 액체 냉매를 공급받을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 있어서, 상기 벨로우즈 관은 상기 피스톤에 의해 압축되며, 상기 제2 냉매 액체 유로를 통해 상기 히트 파이프 내부로 액체 냉매를 공급할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 흡열부와 방열부를 연결하는 히트 파이프의 간단한 구성으로 공기 압축기에서 연료 전지 스택으로 공급되는 고온의 압축 공기를 냉각시킬 수 있으므로, 압축 공기의 과도한 온도 상승을 억제할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 압축 공기의 열에 의한 연료 전지 스택의 손상을 방지할 수 있고, 연료 전지 스택의 정상적인 운전에 적합한 압축 공기의 온도 조건을 충족시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 고온의 압축 공기가 가습기로 공급되는 것을 억제할 수 있으므로, 가습기의 가습 효율 및 연료 전지 스택의 운전 성능 저하를 방지할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 흡열부와 방열부를 연결하는 히트 파이프의 간단한 구성으로 고온의 압축 공기를 냉각시킬 수 있으므로, 연료 전지 시스템의 패키지를 컴팩트하게 구현할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 온도 센서에 의해 감지된 압축 공기의 온도에 따라 방열부에서 흡열부로 공급되는 냉매의 양을 냉매 공급유닛을 통해 조절함으로써 고온 파트에서의 압축 공기 온도를 컨트롤 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 연료 전지 스택의 고출력 운전 조건에서 압축 공기의 온도를 능동적으로 제어할 수 있고, 압축 공기의 급격한 온도 상승에 따른 빠른 응답성으로 공기 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 압축 공기를 냉각하는 과정에 압력 인가유닛을 통해 히트 파이프 내부의 증발된 냉매 가스에 압축 공기의 압력을 인가하므로, 히트 파이프에서의 냉매 가스 이동을 활성화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 압축 공기를 냉각하는 과정에 그 압축 공기의 압력을 이용하여 압력 인가유닛을 통해 히트 파이프의 내부로 액체 냉매를 공급하며 그 내부의 액체 냉매를 가압함으로써 히트 파이프에서의 액체 냉매 이동을 가속화시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 별도의 전기적인 제어수단 없이 공기 공급 라인을 유동하는 압축 공기의 압력을 이용하여 히트 파이프의 냉매 순환을 활성화시킴으로써 압축 공기의 냉각 성능을 개선할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예가 적용되는 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 적용되는 흡열부의 제1 장착 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 적용되는 흡열부의 제2 장착 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 적용되는 방열부의 제1 장착 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 적용되는 방열부의 제2 장착 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 적용되는 냉매 공급유닛의 제1 장착 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 적용되는 냉매 공급유닛의 제2 장착 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 적용되는 냉매 공급유닛의 제1 장착 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치에 적용되는 냉매 공급유닛의 제2 장착 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예가 적용되는 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압축 공기 냉각 장치(100)는 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 생산하는 연료 전지 시스템(101)에 적용될 수 있다.

예를 들면, 상기 연료 전지 시스템은 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 생산된 전기 에너지로서 전기 모터를 구동시키는 연료 전지 차량에 적용될 수 있다.

연료 전지 시스템(101)은 연료 전지 스택(1)과, 연료 전지 스택(1)으로 연료로서의 수소 가스를 공급하기 위한 연료 공급 계통(3)과, 연료 전지 스택(1)으로 산화제로서의 공기를 공급하기 위한 공기 공급 계통(5)과, 연료 전지 스택(1)에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각 계통(7)을 포함한다.

이 중에서, 공기 공급 계통(5)은 공기를 압축하고 그 압축 공기를 연료 전지 스택(1)으로 공급하기 위한 공기 압축기(11)와, 공기 압축기(11)와 연료 전지 스택(1) 사이에 설치되는 가습기(13)를 포함한다.

공기 압축기(11)는 연료 전지 스택(1)의 고출력 운전 조건에서 비교적 고온(대략 120℃)의 압축 공기를 공기 공급 라인(12)을 통해 가습기(13)로 공급한다. 가습기(13)는 연료 전지 스택(1)에서 발생된 물로서 압축 공기를 가습하고 그 가습 공기를 연료 전지 스택(1)으로 공급한다.

그리고 냉각 계통(7)은 연료 전지 스택(1)을 순환하며 데워진 냉각수를 냉각시키는 라디에이터 모듈(15)을 포함한다. 라디에이터 모듈(15)에는 라디에이터(16)와 냉각 팬(17)이 구비되며, 라디에이터(16)에는 냉각수 유동 경로(18)가 구비된다.

상기와 같이 구성되는 연료 전지 시스템(101)에는 공기 압축기(11)로부터 공기 공급 라인(12)을 통해 가습기(13)로 공급되는 고온의 압축 공기를 냉각시키기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압축 공기 냉각 장치(100)가 구비된다.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치(100)는 공기 압축기(11)에서 가습기(13)를 통해 연료 전지 스택(1)으로 공급되는 고온의 압축 공기를 히트 파이프의 구성을 적용하여 냉각시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시예는 연료 전지 스택(1)의 고출력 운전 조건에서 압축 공기의 온도를 능동적으로 제어할 수 있고, 압축 공기의 급격한 온도 상승에 따른 빠른 응답성으로 공기 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치(100)를 제공한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치(100)는 기본적으로, 흡열부(20)와, 방열부(30)와, 히트 파이프(40)와, 냉매 리저버(50)와, 냉매 공급유닛(60)을 포함한다.

흡열부(20)는 연료 전지 시스템(101)에서 공기 압축기(11)에 의해 압축된 고온의 압축 공기를 연료 전지 스택(1)으로 공급하는 공기 공급 계통(5)의 고온 파트(21)에 설치될 수 있다. 흡열부(20)는 뒤에서 더욱 설명될 히트 파이프(40) 내부의 냉매를 고온 파트(21)의 열로서 증발시키는 기능을 하게 된다.

여기서, 고온 파트(21)라 함은 고온의 압축 공기를 가습기(13)로 공급하는 공기 공급 라인(12)으로 정의할 수 있다.

즉, 흡열부(20)는 도 3에서와 같이 공기 압축기(11)와 가습기(13)를 연결하는 공기 공급 라인(12)에 설치될 수 있다. 이 경우 흡열부(20)는 도 4에서와 같이 가습기(13)의 압축 공기 입구(14) 측에 구비되며, 그 가습기(13)와 흡열부(20)는 하나의 모듈로서 형성될 수 있다.

한편, 흡열부(20)에는 압축 공기의 온도를 감지하고, 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력하는 온도 센서(25)가 설치된다. 이러한 온도 센서(25)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

방열부(30)는 연료 전지 시스템(101)에서 연료 전지 스택(1)으로 순환하는 냉각수를 냉각시키는 냉각 계통(7)의 저온 파트(31)에 설치될 수 있다. 방열부(30)는 흡열부(20)에서 증발된 냉매 가스를 응축시키면서 잠열을 방출하고, 액체로 응축된 냉매를 수용하는 기능을 하게 된다.

여기서, 저온 파트(31)라 함은 연료 전지 시스템(101)에서 연료 전지 스택(1)을 순환하며 데워진 냉각수를 냉각시키는 라디에이터 모듈(15) 부위로 정의할 수 있다.

방열부(30)는 도 5에서와 같이 라디에이터 모듈(15)의 라디에이터(16)와 냉각 팬(17) 사이에서 그 냉각 팬(17)에 근접하게 설치될 수 있다. 대안으로서, 방열부(30)는 도 6에서와 같이 라디에이터(16)의 냉각수 유동 경로(18)에 설치될 수도 있다.

상기에서와 같은 흡열부(20)와 방열부(30)에 있어 흡열부(20)는 방열부(30) 보다 상대적으로 낮은 위치에 배치될 수 있다. 이는 방열부(30)에 수용된 액체 냉매를 중력으로서 후술될 히트 파이프(40)를 통해 흡열부(20)로 이동시키기 위함이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 히트 파이프(40)는 흡열부(20)와 방열부(30)를 연결하는 파이프로서, 작동유체로서의 냉매를 내부에 충진하고 있다.

히트 파이프(40)는 고온 파트(21)의 흡열부(20)에서 증발되고 저온 파트(31)의 방열부(30)에서 응축되는 냉매의 상 변화 시에 발생하는 잠열을 이용하여 발열 밀도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 열을 전달하는 열전달장치이다.

히트 파이프(40)는 열전도성을 지닌 파이프 형태의 밀폐 용기와, 그 밀폐 용기 내에 형성된 윅(wick)(도면에 도시되지 않음)과, 밀폐 용기의 내부에 충전된 냉매로서 구성된다.

따라서, 흡열부(20)와 방열부(30)를 히트 파이프(40)로서 연결하므로, 냉매 는 높은 위치에 있는 방열부(30)에서 히트 파이프(40)를 통해 낮은 위치에 있는 흡열부(20)로 이동한다.

이에, 흡열부(20)에서는 고온 파트(21)의 열로서 냉매를 증발시키고, 그 증발된 냉매 가스는 히트 파이프(40)를 통해 저온 파트(31)의 방열부(30)로 이동되며, 그 방열부(30)에서는 냉매 가스를 액체로 응축시키면서 잠열을 방출하고, 그 방열부(30)에서 응축된 액체 냉매는 다시 히트 파이프(40)를 통해 흡열부(20)로 이동된다.

이러한 원리로 고온 파트(21)에서 발생하는 열을 저온 파트(31)로 전달하여 외부로 방출시킴으로써 본 발명의 실시예에서는 고온 파트(21)에서의 고온 압축 공기를 일정한 온도로 냉각시킬 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 냉매 리저버(50)는 방열부(30)와 연결되며, 그 방열부(30)에서 응축된 냉매를 일시적으로 저장한다. 냉매 리저버(50)는 방열부(30)에 직접적으로 연결될 수 있으며, 별도의 라인을 통해 연결될 수도 있다.

냉매 공급유닛(60)은 방열부(30)에서 흡열부(20)로 공급되는 냉매의 양을 조절하여 고온 파트(21)에서의 압축 공기 온도를 컨트롤하기 위한 것이다. 냉매 공급유닛(60)은 냉매 리저버(50)와 흡열부(20)를 실질적으로 연결하며, 그 흡열부(20)로 냉매 리저버(50)의 냉매를 선택적으로 공급할 수 있다.

냉매 공급유닛(60)은 냉매 리저버(50)와 흡열부(20)를 연결하는 냉매 공급 라인(61)과, 냉매 공급 라인(61)에 설치되는 가동수단(70)을 포함한다.

여기서 가동수단(70)은 냉매 리저버(50)에 저장된 냉매를 흡열부(20)로 압송하거나 냉매 공급 라인(61)의 유로를 개방하여 냉매 리저버(50)에 저장된 냉매를 중력으로서 냉매 공급 라인(61)을 통해 흡열부(20)로 공급하기 위한 것이다.

가동수단(70)은 도 7에서와 같이, 냉매 공급 라인(61)에 설치되며, 냉매 리저버(50)에 저장된 냉매를 흡열부(20)로 압송하는 냉매 압송 기구(71)를 포함할 수 있다. 냉매 압송 기구(71)는 펌프를 예로 들 수 있다.

그리고, 가동수단(70)은 도 8에서와 같이, 냉매 공급 라인(61)의 유로를 선택적으로 개폐하는 유로 개폐 기구(72)를 포함할 수 있다. 유로 개폐 기구(72)는 솔레노이드 밸브를 예로 들 수 있다. 즉, 유로 개폐 기구(72)는 냉매 공급 라인(61)을 개방함으로써 냉매 리저버(50)에 저장된 냉매를 중력으로서 흡열부(20)로 공급할 수 있게 된다.

이와 같은 가동수단(70)은 위에서 언급한 바 있는 온도 센서(25)의 감지 신호에 따라, 즉 온도 센서(25)에 의해 감지된 압축 공기의 온도에 따라 제어기(90)로부터 전기적인 제어 신호를 인가받아 작동한다.

대안으로서, 본 발명의 실시예에서는 가동수단(70)으로서 펌프와 솔레노이드 밸브 외에 엑츄에이터에 의해 구동하는 피스톤 실린더, 일반적인 밸브 등을 포함할 수도 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치(100)의 작용을 도 1 및 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 실시예에서는 연료 전지 시스템(101)의 운전 시, 연료 공급 계통(3)을 통해 연료로서의 수소 가스를 연료 전지 스택(1)으로 공급하고, 공기 공급 계통(5)의 공기 압축기(11)를 통해 산화제로서의 압축 공기를 연료 전지 스택(1)으로 공급한다.

여기서, 공기 압축기(11)에서 발생된 압축 공기는 공기 공급 라인(12)을 통해 가습기(13)로 공급되고, 가습기(13)는 연료 전지 스택(1)에서 발생된 물로서 압축 공기를 가습하고 그 가습 공기를 연료 전지 스택(1)으로 공급한다.

상기에서 연료 전지 스택(1)은 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키며, 그 과정에 부산물로서의 물과 열을 발생시킨다.

이에, 연료 전지 시스템(101)의 냉각 계통(7)에서는 연료 전지 스택(1)으로 냉각수를 순환시키며 그 연료 전지 스택(1)에서 발생하는 열을 냉각시키게 된다.

그리고, 연료 전지 스택(1)을 순환하며 데워진 냉각수는 라디에이터 모듈(15)로 공급되며, 그 라디에이터 모듈(15)에서 냉각된 상태로 다시 연료 전지 스택(1)으로 공급될 수 있다.

한편, 공기 압축기(11)는 연료 전지 스택(1)의 고출력 운전 조건에서 비교적 고온(대략 120℃)의 압축 공기를 공기 공급 라인(12)을 통해 가습기(13)로 공급한다.

상기와 같은 과정을 거치는 동안, 고온의 압축 공기가 지나는 공기 공급 계통(5)의 고온 파트(21) 즉, 공기 공기 공급 라인(12)에 설치된 흡열부(20)에서는 그 고온 파트(21)의 열로서 냉매를 증발시킨다.

그러면, 흡열부(20)에서 증발된 냉매 가스는 히트 파이프(40)를 통해 저온 파트 즉, 냉각 계통(7)의 라디에이터 모듈(15) 측의 방열부(30)로 이동된다. 이에 방열부(30)에서는 냉매 가스를 액체로 응축시키면서 잠열을 방출하고, 그 방열부(30)에서 응축된 액체 냉매는 다시 히트 파이프(40)를 통해 흡열부(20)로 이동한다.

이렇게 방열부(30)의 액체 냉매가 히트 파이프(40)를 통해 흡열부(20)로 이동하는 것은 방열부(30)가 흡열부(20) 보다 높은 위치에 배치되기 때문에 가능하다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 이와 같은 과정을 거치며 고온 파트(21)에서 발생하는 열을 저온 파트(31)로 전달하여 외부로 방출시킴으로써 고온 파트(21)에서의 고온 압축 공기를 일정한 온도, 예컨대 연료 전지 스택(1)의 정상적인 운전 온도인 60~80℃로 냉각시킬 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 공기 압축기(11)에서 연료 전지 스택(1)으로 공급되는 압축 공기의 과도한 온도 상승을 억제하여 연료 전지 스택(1)의 연료 전지들을 보호하고, 연료 전지 스택(1)의 정상적인 운전에 적합한 압축 공기의 온도 조건을 충족시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 고온의 압축 공기가 가습기(13)로 공급되는 것을 억제할 수 있으므로, 가습기(13)의 가습 효율 및 연료 전지 스택(1)의 운전 성능 저하를 방지할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 흡열부(20)와 방열부(30)를 연결하는 히트 파이프(40)의 간단한 구성으로 고온의 압축 공기를 냉각시킬 수 있으므로, 연료 전지 시스템(101)의 패키지를 컴팩트하게 구현할 수 있다.

한편, 상기 과정에서 온도 센서(25)는 압축 공기의 온도를 감지하고, 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다.

그러면 제어기(90)는 온도 센서(25)의 감지 신호에 따라 압축 공기의 온도가 설정된 온도 이상인 것으로 판단되면, 본 발명의 실시예에 의한 냉매 공급유닛(60)의 가동수단(70)으로 전기적인 신호를 인가한다.

이에, 본 발명의 실시예에서는 가동수단(70)으로서의 냉매 압송 기구(71: 도 7 참조) 또는 유로 개폐 기구(72: 도 8 참조)를 작동시켜 냉매 리저버(50)에 저장된 냉매를 흡열부(20)로 압송하거나 냉매 공급 라인(61)의 유로를 개방하여 냉매 리저버(50)에 저장된 냉매를 냉매 공급 라인(61)을 통해 흡열부(20)로 공급할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 온도 센서(25)에 의해 감지된 압축 공기의 온도에 따라 방열부(30)에서 흡열부(20)로 공급되는 냉매의 양을 냉매 공급유닛(60)을 통해 조절함으로써 고온 파트(21)에서의 압축 공기 온도를 컨트롤 할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 연료 전지 스택(1)의 고출력 운전 조건에서 압축 공기의 온도를 능동적으로 제어할 수 있고, 압축 공기의 급격한 온도 상승에 따른 빠른 응답성으로 공기 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치(200)는 전기 실시예에서와 같이 흡열부(120), 방열부(130) 및 히트 파이프(140)를 기본적으로 구비하면서, 냉매 리저버(150)에 저장된 냉매를 히트 파이프(140)에 선택적으로 공급하는 냉매 공급유닛(160)을 구성할 수 있다.

냉매 공급유닛(160)은 냉매 리저버(150)와 히트 파이프(140)를 연결하는 냉매 공급 라인(161)과, 냉매 공급 라인(161)에 설치되는 가동수단(170)을 포함하고 있다.

여기서, 가동수단(170)은 냉매 리저버(150)에 저장된 냉매를 히트 파이프(140)로 압송하거나 냉매 공급 라인(161)의 유로를 개방하여 냉매 리저버(150)에 저장된 냉매를 중력으로서 냉매 공급 라인(161)을 통해 히트 파이프(140)로 공급하기 위한 것이다.

가동수단(170)은 도 10에서와 같이, 냉매 공급 라인(161)에 설치되며, 냉매 리저버(150)에 저장된 냉매를 히트 파이프(140)로 압송하는 냉매 압송 기구(171)를 포함할 수 있다. 냉매 압송 기구(171)는 펌프를 예로 들 수 있다.

그리고, 가동수단(170)은 도 11에서와 같이, 냉매 공급 라인(161)의 유로를 선택적으로 개폐하는 유로 개폐 기구(172)를 포함할 수 있다. 유로 개폐 기구(172)는 솔레노이드 밸브를 예로 들 수 있다. 즉, 유로 개폐 기구(172)는 냉매 공급 라인(161)을 개방함으로써 냉매 리저버(150)에 저장된 냉매를 중력으로서 히트 파이프(140)로 공급할 수 있게 된다.

이와 같은 가동수단(170)은 온도 센서(125)의 감지 신호에 따라, 즉 온도 센서(125)에 의해 감지된 압축 공기의 온도에 따라 제어기(190)로부터 전기적인 제어 신호를 인가받아 작동한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 압축 공기의 온도를 온도 센서(125)를 통해 감지하고, 제어기(190)를 통해 압축 공기의 감지 온도가 기설정된 온도 이상인 것으로 판단되면, 냉매 공급유닛(160)의 가동수단(170)으로 전기적인 신호를 인가한다.

이에, 본 발명의 실시예에서는 가동수단(170)으로서의 냉매 압송 기구(171) 또는 유로 개폐 기구(172)를 작동시켜 냉매 리저버(150)에 저장된 냉매를 히트 파이프(140)로 압송하거나 냉매 공급 라인(161)의 유로를 개방하여 냉매 리저버(150)에 저장된 냉매를 냉매 공급 라인(161)을 통해 히트 파이프(140)로 공급할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치(200)의 나머지 구성 및 작용 효과는 전기 실시예에서와 같으므로, 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치(300)는 전기 실시예들에서와 같이 흡열부(220), 방열부(230) 및 히트 파이프(240)를 기본적으로 구비하면서, 압축 공기를 냉각하는 과정에 히트 파이프(240) 내부의 증발된 냉매 가스에 압력을 인가하는 압력 인가유닛(280)을 구성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 흡열부(220), 방열부(230) 및 히트 파이프(240)는 전기 실시예들의 구성과 동일하므로, 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

압력 인가유닛(280)은 고온 파트(221)로서의 공기 공급 라인(212)와 히트 파이프(240)를 연결한 것으로, 별도의 전기적인 제어수단 없이 공기 공급 라인(212)을 유동하는 압축 공기의 압력을 이용하여 그 압축 공기의 냉각 성능을 개선할 수 있다.

이러한 압력 인가유닛(280)은 공기 공급 라인(212)에 연결되는 공기 유로(281)와, 공기 유로(281)에 연결되며 피스톤(283)이 구비된 실린더부재(284)와, 실린더부재(284)의 피스톤(283)에 연결되는 연결 로드(285)와, 연결 로드(285)에 연결되는 벨로우즈 관(287)과, 벨로우즈 관(287)과 히트 파이프(240)를 연결하는 냉매 가스 유로(289)를 포함한다.

공기 유로(281)는 공기 공급 라인(212)에 연결되며, 압축 공기의 압력을 제공받게 된다. 실린더부재(284)는 공기 유로(281)와 연결되며, 압축 공기의 압력에 의해 피스톤(283)을 이동시킨다. 연결 로드(285)는 피스톤(283)에 연결되며 그 피스톤(283)이 이동함에 따라 함께 이동될 수 있다. 벨로우즈 관(287)은 주름관 형태로 이루어지며, 연결 로드(285)가 이동함에 따라 압축될 수 있다. 냉매 가스 유로(289)는 히트 파이프(240)와 연결되며 그 히트 파이프(240) 내부의 냉매 가스가 유입될 수 있다.

여기서, 벨로우즈 관(287)은 피스톤(283)이 이동함에 따라 연결 로드(285)에 의해 압축되며 냉매 가스 유로(289)를 통해 히트 파이프(240) 내부의 냉매 가스를 가압할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치(300)에 의하면, 흡열부(220), 방열부(230) 및 히트 파이프(240)를 이용하여 공기 공급 라인(212)을 지나는 압축 공기를 냉각시키는 과정에, 그 압축 공기는 압력 인가유닛(280)의 공기 유로(281)로 유입된다.

그러면, 실린더부재(284)의 피스톤(283)은 압축 공기의 압력에 의해 이동하게 되고, 연결 로드(285) 또한 이동하게 된다. 이에 벨로우즈 관(287)은 연결 로드(285)에 의해 압축되며 냉매 가스 유로(289)를 통해 히트 파이프(240) 내부의 냉매 가스를 가압한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 압축 공기를 냉각하는 과정에 압력 인가유닛(280)을 통해 히트 파이프(240) 내부의 증발된 냉매 가스에 압축 공기의 압력을 인가하므로, 히트 파이프(240)에서의 냉매 가스 이동을 활성화시킬 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 흡열부(220)에서 증발된 냉매 가스가 방열부(230)에 보다 빨리 도달하게 되므로, 냉매의 순환이 보다 활성화되면서 압축 공기의 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 별도의 전기적인 제어수단 없이 공기 공급 라인(212)을 유동하는 압축 공기의 압력을 이용하여 히트 파이프(240)의 냉매 순환을 활성화시킴으로써 압축 공기의 냉각 성능을 개선할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치(400)는 전기 실시예들에서와 같이 흡열부(320), 방열부(330) 및 히트 파이프(340)를 기본적으로 구비하면서, 압축 공기를 냉각하는 과정에 히트 파이프(340) 내부의 액체 냉매에 압력을 인가하는 압력 인가유닛(380)을 구성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 흡열부(320), 방열부(330) 및 히트 파이프(340)는 전기 실시예들의 구성과 동일하므로, 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

압력 인가유닛(380)은 고온 파트(321)로서의 공기 공급 라인(312), 방열부(330) 및 히트 파이프(340)를 연결한 것으로, 별도의 전기적인 제어수단 없이 공기 공급 라인(312)을 유동하는 압축 공기의 압력을 이용하여 그 압축 공기의 냉각 성능을 개선할 수 있다.

이러한 압력 인가유닛(380)은 공기 공급 라인(312)에 연결되는 공기 유로(381)와, 공기 유로(381)에 연결되며 피스톤(383)이 구비된 실린더부재(384)와, 실린더부재(384)의 피스톤(383)에 연결되는 연결 로드(385)와, 연결 로드(385)에 연결되는 벨로우즈 관(387)과, 벨로우즈 관(387)과 방열부(330)를 연결하는 제1 냉매 액체 유로(388)와, 벨로우즈 관(387)과 히트 파이프(340)를 연결하는 제2 냉매 액체 유로(389)를 포함한다.

공기 유로(381)는 공기 공급 라인(312)에 연결되며, 압축 공기의 압력을 제공받게 된다. 실린더부재(384)는 공기 유로(381)와 연결되며, 압축 공기의 압력에 의해 피스톤(383)을 이동시킨다. 연결 로드(385)는 피스톤(383)에 연결되며 그 피스톤(383)이 이동함에 따라 함께 이동될 수 있다. 벨로우즈 관(387)은 주름관 형태로 이루어지며, 연결 로드(385)가 이동함에 따라 압축될 수 있다.

그리고 제1 냉매 액체 유로(388)는 벨로우즈 관(387)과 방열부(330)를 연결하며 그 방열부(330)로부터 중력에 의해 제공되는 액체 냉매를 벨로우즈 관(387)으로 공급한다. 제2 냉매 액체 유로(389)는 벨로우즈 관(387)과 히트 파이프(340)를 연결하며 그 벨로우즈 관(387) 내부의 액체 냉매를 히트 파이프(340)의 내부로 공급한다.

즉, 벨로우즈 관(387)은 제1 냉매 액체 유로(388)를 통해 방열부(330)의 액체 냉매를 공급받고, 압축 공기의 압력에 의해 피스톤(383)이 이동함에 따라 연결 로드(385)에 의해 압축되며, 제2 냉매 액체 유로(389)를 통해 히트 파이프(340)의 내부로 액체 냉매를 공급하여 그 내부의 액체 냉매를 가압할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 압축 공기를 냉각하는 과정에 그 압축 공기의 압력을 이용하여 압력 인가유닛(380)을 통해 히트 파이프(340)의 내부로 액체 냉매를 공급하며 그 내부의 액체 냉매를 가압함으로써 히트 파이프(340)에서의 액체 냉매 이동을 가속화시킬 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 방열부(330)에서 응축된 액체 냉매가 흡열부(320)에 보다 빨리 도달하게 되므로, 냉매의 순환이 보다 활성화되면서 압축 공기의 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 별도의 전기적인 제어수단 없이 공기 공급 라인(312)을 유동하는 압축 공기의 압력을 이용하여 히트 파이프(340)의 냉매 순환을 활성화시킴으로써 압축 공기의 냉각 성능을 개선할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 연료 전지 스택 3... 연료 공급 계통
5... 공기 공급 계통 7... 냉각 계통
11... 공기 압축기 12, 212, 312... 공기 공급 라인
13... 가습기 14... 압축 공기 입구
15... 라디에이터 모듈 16... 라디에이터
17... 냉각 팬 18... 냉각수 유동 경로
20, 12, 220, 320... 흡열부 21, 221, 321... 고온 파트
25, 125... 온도 센서 30, 130, 230, 330... 방열부
31... 저온 파트 40, 140, 240, 340... 히트 파이프
50, 150... 냉매 리저버 60, 160... 냉매 공급유닛
61, 161... 냉매 공급 라인 70, 170... 가동수단
71, 171... 냉매 압송 기구 72, 172... 유로 개폐 기구
90, 190... 제어기 101... 연료 전지 시스템
280, 380... 압력 인가유닛 281, 381... 공기 유로
283, 383... 피스톤 284, 384... 실린더부재
285, 385... 연결 로드 287, 387... 벨로우즈 관
289... 냉매 가스 유로 388... 제1 냉매 액체 유로
389... 제2 냉매 액체 유로

Claims

공기 압축기에 의해 압축된 고온의 압축 공기를 연료 전지 스택으로 공급하는 공기 공급 계통의 고온 파트에 설치되는 흡열부;
연료 전지 스택으로 순환하는 냉각수를 냉각시키는 스택 냉각 계통의 저온 파트에 설치되는 방열부;
상기 흡열부와 방열부를 연결하며 내부에 냉매가 충진되어 있는 히트 파이프;
상기 방열부에 연결되며 냉매를 저장하는 냉매 리저버; 및
상기 냉매 리저버와 상기 흡열부를 실질적으로 연결하며, 상기 흡열부로 상기 냉매 리저버의 냉매를 선택적으로 공급하는 냉매 공급유닛
을 포함하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제1 항에 있어서,
상기 흡열부가 상기 방열부 보다 상대적으로 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제1 항에 있어서,
상기 흡열부는,
상기 고온 파트로서 공기 압축기와 가습기를 연결하는 공기 공급 라인에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제3 항에 있어서,
상기 흡열부는,
상기 가습기의 압축 공기 입구 측에 구비되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제1 항에 있어서,
상기 방열부는,
상기 저온 파트로서 라디에이터 모듈의 냉각 팬에 근접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제1 항에 있어서,
상기 방열부는,
상기 저온 파트로서 라디에이터 모듈의 스택 냉각수 유동 경로에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제1 항에 있어서,
상기 냉매 공급유닛은,
상기 냉매 리저버와 흡열부를 연결하는 냉매 공급 라인과,
상기 냉매 공급 라인에 설치되는 냉매 압송 기구
를 포함하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제1 항에 있어서,
상기 냉매 공급유닛은,
상기 냉매 리저버와 흡열부를 연결하는 냉매 공급 라인과,
상기 냉매 공급 라인에 설치되는 유로 개폐 기구
를 포함하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제1 항에 있어서,
상기 냉매 공급유닛은,
상기 냉매 리저버와 상기 히트 파이프를 연결하는 냉매 공급 라인과,
상기 냉매 공급 라인에 설치되는 냉매 압송 기구
를 포함하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제1 항에 있어서,
상기 냉매 공급유닛은,
상기 냉매 리저버와 상기 히트 파이프를 연결하는 냉매 공급 라인과,
상기 냉매 공급 라인에 설치되는 유로 개폐 기구
를 포함하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제1 항에 있어서,
상기 흡열부에 설치되며 압축 공기의 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 온도 센서를 더 포함하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제11 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 온도 센서의 감지 신호에 따라 상기 냉매 공급유닛으로 제어 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
공기 압축기에 의해 압축된 고온의 압축 공기를 연료 전지 스택으로 공급하는 공기 공급 계통의 고온 파트에 설치되는 흡열부;
연료 전지 스택으로 순환하는 냉각수를 냉각시키는 스택 냉각 계통의 저온 파트에 설치되는 방열부;
상기 흡열부와 방열부를 연결하며 내부에 냉매가 충진되어 있는 히트 파이프; 및
상기 고온 파트와 상기 히트 파이프를 연결하며, 상기 히트 파이프 내부의 증발된 냉매 가스에 압력을 인가하는 압력 인가유닛
을 포함하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제13 항에 있어서,
상기 흡열부는 상기 고온 파트로서 공기 압축기와 가습기를 연결하는 공기 공급 라인에 설치되며,
상기 압력 인가유닛은 상기 공기 공급 라인과 상기 히트 파이프에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제14 항에 있어서,
상기 압력 인가유닛은,
상기 공기 공급 라인에 연결되는 공기 유로와,
상기 공기 유로에 연결되며, 피스톤이 구비된 실린더부재와,
상기 실린더부재의 피스톤에 연결되는 연결 로드와,
상기 연결 로드에 연결되는 벨로우즈 관과,
상기 벨로우즈 관과 상기 히트 파이프를 연결하는 냉매 가스 유로
를 포함하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제15 항에 있어서,
상기 벨로우즈 관은 상기 피스톤에 의해 압축되며 상기 냉매 가스 유로를 통해 상기 히트 파이프 내부의 냉매 가스를 가압하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
공기 압축기에 의해 압축된 고온의 압축 공기를 연료 전지 스택으로 공급하는 공기 공급 계통의 고온 파트에 설치되는 흡열부;
연료 전지 스택으로 순환하는 냉각수를 냉각시키는 스택 냉각 계통의 저온 파트에 설치되는 방열부;
상기 흡열부와 방열부를 연결하며 내부에 냉매가 충진되어 있는 히트 파이프; 및
상기 고온 파트, 방열부 및 히트 파이프를 연결하며, 상기 히트 파이프 내부의 액체 냉매에 압력을 인가하는 압력 인가유닛
을 포함하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제17 항에 있어서,
상기 흡열부는 상기 고온 파트로서 공기 압축기와 가습기를 연결하는 공기 공급 라인에 설치되며,
상기 압력 인가유닛은 상기 공기 공급 라인, 방열부 및 히트 파이프에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제18 항에 있어서,
상기 압력 인가유닛은,
상기 공기 공급 라인에 연결되는 공기 유로와,
상기 공기 유로에 연결되며, 피스톤이 구비된 실린더부재와,
상기 실린더부재의 피스톤에 연결되는 연결 로드와,
상기 연결 로드에 연결되는 벨로우즈 관과,
상기 벨로우즈 관과 상기 방열부를 연결하는 제1 냉매 액체 유로와,
상기 벨로우즈 관과 상기 히트 파이프를 연결하는 제2 냉매 액체 유로
를 포함하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.
제19 항에 있어서,
상기 벨로우즈 관은,
상기 제1 냉매 액체 유로를 통해 상기 방열부의 액체 냉매를 공급받고,
상기 피스톤에 의해 압축되며, 상기 제2 냉매 액체 유로를 통해 상기 히트 파이프 내부로 액체 냉매를 공급하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 압축 공기 냉각 장치.