KR20150079375A - Thermal management system for fuel cell vehicles - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a heat management system which can be miniaturized and have light weight by integrating heat management components in a fuel cell vehicle. According to the present invention, among heat management system components of a fuel cell vehicle, provided are a housing of a pump fluid part, a 3-way valve fluid part housing, and a new type of TMS-integrated housing which integrates a bypass flow channel. Therefore, the present invention provides the heat management system for fuel cell vehicles which can be miniaturized, can have light weight, and can have enhanced system performance, durability, and quality.

Description

연료전지 차량용 열관리 시스템{Thermal management system for fuel cell vehicles}[0001] The present invention relates to a thermal management system for a fuel cell vehicle,

본 발명은 연료전지 차량용 열관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 차량에서 열관리 부품의 일체화를 통해 소형화 및 경량화를 도모할 수 있는 열관리 시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a thermal management system for a fuel cell vehicle, and more particularly, to a thermal management system capable of reducing size and weight by integrating a thermal management component in a fuel cell vehicle.

일반적으로 연료전지는 연료가 가지고 있는 에너지를 전기적 에너지로 직접 변환시키는 장치로서, 전해질을 사이에 두고 양극과 음극으로 이루어진 한 쌍의 전극을 배치함과 아울러 이온화된 연료가스의 전기화학적 반응을 통해 전기와 열을 함께 얻는 시스템이다.In general, a fuel cell is a device that directly converts the energy of a fuel into electrical energy. A pair of electrodes composed of an anode and a cathode is disposed with an electrolyte therebetween, and an electrochemical reaction of the ionized fuel gas And heat together.

특히, 고분자 전해질 연료전지는 전류밀도가 높고 운전온도가 낮으며 부식 및 전해질 손실이 적을 뿐만 아니라, 출력 밀도가 높고 장치가 간단해서 모듈화가 가능하다는 점을 이용하여 자동차의 동력원으로 응용하기 위한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다. Particularly, a polymer electrolyte fuel cell has a high current density, a low operating temperature, a low corrosion and electrolyte loss, a high output density, and a simple device that can be modularized. Recently, it is actively proceeding.

현재 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템은 반응가스의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 전기화학 반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지 스택의 운전온도를 최적으로 제어하는 열관리 시스템 등을 포함한다. BACKGROUND ART A fuel cell system applied to a fuel cell vehicle currently includes a fuel cell stack for generating electrical energy from an electrochemical reaction of a reactive gas, a hydrogen supply device for supplying hydrogen as fuel to the fuel cell stack, An air supply device for supplying air containing oxygen which is an oxidant, a thermal management system for optimally controlling the operating temperature of the fuel cell stack by discharging heat as a by-product of electrochemical reaction of the fuel cell stack to the outside.

이러한 연료전지 시스템의 경우 연료전지의 효율이 대략 50% 정도로 출력만큼의 에너지가 열로 방출되어 연료전지의 사용 중에 고열이 발생되며, 연료전지의 수명과 성능을 유지하고 가장 안정된 출력상태를 얻기 위해서는 고분자 전해질 연료전지의 경우 그 온도를 대략 25℃(상온)에서 80℃ 이내의 온도범위에서 유지해야 한다.In the case of such a fuel cell system, the efficiency of the fuel cell is about 50%, the energy of the output is discharged as heat, and the high temperature is generated during the use of the fuel cell. In order to maintain the life and performance of the fuel cell, For an electrolyte fuel cell, the temperature must be maintained within a temperature range of approximately 25 ° C (room temperature) to 80 ° C.

예를 들면, 연료전지 시스템에서 연료전지 스택은 반응가스인 수소와 산소의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키고, 이때의 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다. For example, in a fuel cell system, a fuel cell stack generates electrical energy from an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, which are reaction gases, and discharges heat and water as reaction byproducts at this time.

이에 연료전지 시스템에서는 스택의 온도 상승을 방지하기 위하여 스택을 냉각시켜야 하는 등 열관리 시스템이 필수적이다. Therefore, in the fuel cell system, a thermal management system such as a cooling of the stack is necessary to prevent the temperature rise of the stack.

보통 열관리 시스템은 연료전지 스택을 최적 온도로 유지하기 위하여 스택 내 냉각수 채널을 통해 물을 순환시켜 냉각시키는 방식이 주로 이용되고 있다.Usually, a thermal management system is used in which water is circulated through a cooling water channel in a stack to keep the fuel cell stack at an optimal temperature.

이와 같은 열관리 시스템은 냉각수의 순환을 위하여 연료전지 스택과 라디에이터 사이에 연결되는 냉각수 라인, 라디에이터를 통과시키지 않고 냉각수를 바이패스시키기 위한 바이패스라인 및 3-웨이 밸브, 냉각수를 펌핑하여 냉각수 라인을 통해 압송하기 위한 펌프, 냉각수 가열을 위한 히터 등을 포함한다. Such a thermal management system includes a cooling water line connected between the fuel cell stack and the radiator for circulating cooling water, a bypass line and a 3-way valve for bypassing the cooling water without passing the radiator, a cooling water line A pump for pressure feeding, a heater for heating the cooling water, and the like.

이러한 열관리 시스템을 적용하고 있는 연료전지 시스템은 미국 등록특허 US8459389 B2, 미국 등록특허 US8485226 B2, 미국 등록특허 US6997143 B2 등에 다양한 구조가 개시되어 있다. A fuel cell system employing such a heat management system has various structures disclosed in U.S. Patent No. 8,459,389 B2, U.S. Patent No. 8,858,226 B2, U.S. Patent No. 6,997,143 B2, and the like.

그러나, 종래 연료전지 차량용 열관리 시스템의 경우 개별 부품 별로 개발이되다 보니 조립 부품수 증대 및 조립공수가 많고, 또한 사(死) 공간이 많아져 소형과 및 경량화에 많은 어려움이 따를 뿐만 아니라 시스템 성능 및 내구 품질을 확보하는데 어려움이 있다. However, in the case of the heat management system for a fuel cell vehicle in the related art, the number of assembled parts is increased and the number of assembling holes is increased due to the development of individual parts, and the dead space is increased, There is a difficulty in securing quality.

예를 들면, 펌프-배관-3-way 밸브 간의 연결 공간 축소 어려움이 있고, 부품 간 거리발생에 의한 차압 증가, 유량 감소, 냉각성능 감소 등의 불리한 점이 있다.
For example, it is difficult to reduce the connection space between pump-piping and 3-way valves, and there are disadvantages such as an increase in differential pressure due to the occurrence of distance between components, a decrease in flow rate, and a decrease in cooling performance.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지 차량의 열관리계 부품 중에서 펌프 유체부의 하우징과 3-way 밸브 유체부 하우징, 그리고 바이패스 유로를 일체로 구성하는 새로운 형태의 TMS 일체화 하우징을 구현함으로써, 시스템의 소형화 및 경량화는 물론 시스템의 성능 및 내구 품질 수준을 향상시킬 수 있는 연료전지 차량용 열관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a new type of TMS integrated structure that integrally forms a housing of a pump fluid portion, a 3-way valve fluid housing, It is an object of the present invention to provide a thermal management system for a fuel cell vehicle which can reduce the size and weight of the system and improve the performance and durability of the system.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 연료전지 차량용 열관리 시스템은 다음과 같은 특징이 있다. In order to achieve the above object, the present invention provides a thermal management system for a fuel cell vehicle, comprising:

본 발명의 연료전지 차량용 열관리 시스템은 유체의 냉각을 위한 라디에이터와, 상기 라디에이터와 연료전지 스택 사이를 유체가 순환하도록 구성되는 유체 라인과, 유체의 바이패스를 위한 바이패스 유로와, 유체의 순환을 위한 동력을 제공하는 펌프와, 상기 유체 라인과 바이패스 유로 사이에서 유체 유로를 전환시키는 3-way 밸브를 포함하는 한편, 특히 스택 아웃렛측 및 라디에이터 인렛측과 연결되어 있는 유체 입구 및 유체 출구와 연결되는 펌프 하우징부, 라디에이터 아웃렛측 및 스택 인렛측과 연결되어 있는 유체 입구 및 유체 출구와 연결되는 3-way 밸브 하우징부 및 상기 펌프 하우징부와 3-way 밸브 하우징부 사이를 연결하는 바이패스 유로가 형성되어 있는 TMS 일체화 하우징을 더 포함하는 구조로 이루어진다. A heat management system for a fuel cell vehicle of the present invention includes a radiator for cooling a fluid, a fluid line configured to circulate the fluid between the radiator and the fuel cell stack, a bypass flow path for bypassing the fluid, Way valve for switching the fluid flow path between the fluid line and the bypass flow path and in particular to the fluid inlet and fluid outlet connected to the stack outlet side and the radiator inlet side, A 3-way valve housing part connected to the fluid inlet and the fluid outlet connected to the pump inlet, the pump housing part, the radiator outlet side and the stack inlet side, and the bypass channel connecting the pump housing part and the 3-way valve housing part And a TMS integrated housing formed therein.

따라서, 상기 연료전지 차량용 열관리 시스템은 TMS 일체화 하우징 내에 각 부품의 하우징 부분을 일체형으로 구성함으로써, 시스템의 소형화 및 경량화를 구현할 수 있는 특징이 있다. Accordingly, the thermal management system for a fuel cell vehicle has a feature that the housing portion of each component is integrally formed in the TMS integrated housing, thereby realizing the miniaturization and weight reduction of the system.

여기서, 상기 TMS 일체형 하우징 내에서 3-way 밸브 하우징부로 연결되는 바이패스 유로의 배출측에는 히터 하우징부를 연결 형성하여, 바이패스 유로를 빠져나온 유체가 히터 하우징부를 경유한 후에 3-way 밸브 하우징부로 보내질 수 있도록 할 수 있다. Here, the heater housing part is connected to the discharge side of the bypass flow path connected to the 3-way valve housing part in the TMS integral housing so that the fluid that has passed through the bypass flow path passes through the heater housing part and then is sent to the 3-way valve housing part Can be done.

그리고, 상기 TMS 일체형 하우징 내에서 펌프 하우징의 전단에는 기포 분리를 위한 기포분리 저수조를 연결 형성하여, 유체 입구를 통해 유입되는 유체가 기포분리 저수조를 경유한 후에 펌프 하우징으로 보내질 수 있도록 할 수 있다. In the TMS integral housing, a bubble separating reservoir for separating bubbles may be connected to the front end of the pump housing to allow the fluid introduced through the fluid inlet to be sent to the pump housing after passing through the bubble separating reservoir.

이때, 상기 기포분리 저수조에는 유체 팽창 시 기포를 외부로 보냄과 더불어 유체 수축 시 유체를 내부로 도입할 수 있는 밸브를 구비하는 것이 바람직하다.
In this case, it is preferable that the bubble separating and reservoir tank has a valve that can send bubbles to the outside when the fluid expands, and can introduce the fluid into the inside when the fluid is contracted.

본 발명에서 제공하는 연료전지 차량용 열관리 시스템은 다음과 같은 장점이 있다. The heat management system for a fuel cell vehicle provided by the present invention has the following advantages.

첫째, 열관리 부품의 일체화를 통한 호스나 배관류 삭제 및 배관 길이 축소 등 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다. First, it is possible to reduce the size and weight, such as eliminating hoses and piping and reducing piping length through integration of heat-conducting parts.

둘째, 열관리 부품의 일체화를 통해 시스템 성능 및 내구 품질 수준을 확보할 수 있다. Second, system performance and durability level can be ensured through integration of heat control components.

셋째, 열관리 부품의 일체화를 통해 부품수 축소 및 조립 공수를 줄일 수 있다. Third, it is possible to reduce the number of components and assembling airflow by integrating the heat control parts.

따라서, 본 발명은 유로 제거에 의한 차압 감소 및 공간 축소, 벌류트 일체에 의한 공간 축소, 호스 유로 일체에 의한 차압 감소 및 공간 축소, 부품 감소에 의한 비용 감소, 3-way 밸브 하우징 일체에 의한 공간 축소 등의 효과가 있다.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a three-way valve housing which is capable of reducing the differential pressure and reducing the space by eliminating the flow path, reducing the space due to the integration of the volute, reducing the differential pressure due to the hose flow path, Reduction and so on.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템을 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템을 나타내는 개략도
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템을 나타내는 개략도
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템의 일 구현예를 나타내는 사시도1 is a schematic view showing a thermal management system for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention;
2 is a schematic view showing a thermal management system for a fuel cell vehicle according to another embodiment of the present invention;
3 is a schematic view showing a thermal management system for a fuel cell vehicle according to another embodiment of the present invention
4A to 4D are perspective views showing an embodiment of a thermal management system for a fuel cell vehicle according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템을 나타내는 개략도이다. 1 is a schematic view showing a thermal management system for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 열관리 시스템은 하나의 TMS 일체화 하우징의 내부에 펌프의 하우징 부분, 3-way 밸브의 하우징 부분, 바이패스 유로 등을 형성하여, 열관리계 부품의 소형화 및 경량화를 구현할 수 있는 구조로 이루어진다. As shown in FIG. 1, the thermal management system includes a housing portion of a pump, a housing portion of a 3-way valve, a bypass flow passage, and the like in a single TMS integrated housing to realize miniaturization and weight reduction of thermal management system components. .

이를 위하여, 상기 열관리 시스템은 유체의 냉각을 위한 라디에이터(10)와 연료전지 스택(11)을 포함하며, 상기 라디에이터(10)와 연료전지 스택(11)은 유체 라인(12)으로 연결되어 서로 간에 유체, 예를 들면 냉각수가 순환되는 흐름이 이루어질 수 있게 된다. The heat management system includes a radiator 10 for cooling the fluid and a fuel cell stack 11. The radiator 10 and the fuel cell stack 11 are connected to a fluid line 12, A flow can be made in which the fluid, for example the cooling water, circulates.

그리고, 상기 열관리 시스템은 유체의 순환을 위한 동력을 제공하는 수단으로 전동식의 펌프(14), 라디에이터(10)측으로 향하는 유체를 바이패스시키는 수단으로 바이패스 유로(13), 바이패스 유로(13)측 유체와 라디에이터(10)측 유체의 흐름을 선택적으로 전환시켜주는 수단으로 3-way 밸브(15) 등을 포함한다. The heat management system is a means for providing power for circulating the fluid, and includes an electric pump 14, a bypass flow path 13, a bypass flow path 13 as a means for bypassing fluid toward the radiator 10 side, And a 3-way valve 15 as means for selectively switching the flow of the fluid on the side of the radiator 10 and the side fluid.

이에 따라, 열관리계의 유체는 펌프(14)의 가동과 함께 유체 라인(12)을 따라서 라디에이터(10)→3-way 밸브(15)→연료전지 스택(11)→펌프(14)의 경로 또는 바이패스 유로(13)→3-way 밸브(15)→연료전지 스택(11)→펌프(14)의 경로를 순환하면서 연료전지 스택에 대한 냉각작용 등을 수행하게 된다. The fluid in the thermal management system is then transferred to the path of the pump 14 along with the fluid line 12 along with the operation of the pump 14 through the radiator 10, the 3-way valve 15, the fuel cell stack 11, The cooling operation of the fuel cell stack and the like are performed while circulating the path of the bypass path 13 → the 3-way valve 15 → the fuel cell stack 11 → the pump 14.

특히, 하나의 TMS 일체화 하우징(20)이 마련되고, 이때의 TMS 일체화 하우징(20)의 내부에는 펌프(14)에서 유체가 이동하는 통로 부분인 펌프 하우징부(18)와 3-way 밸브(15)에서 유체가 이동하는 통로 부분인 3-way 밸브 하우징부(19), 그리고 바이패스 유로(13)가 일체 형성된다. Particularly, a single TMS integrated housing 20 is provided. Inside the TMS integrated housing 20 at this time, a pump housing part 18, which is a passage part through which the fluid moves in the pump 14, and a 3-way valve 15 Way valve housing portion 19, which is a passage portion through which the fluid moves, and a bypass flow path 13 are integrally formed.

상기 TMS 일체화 하우징(20)의 한쪽 측면에는 연료전지 스택(11)의 아웃렛측에서 연장되는 유체 라인(12)이 연결되는 유체 입구(16a)가 형성되고, 다른 한쪽의 측면에는 라디에이터(10)의 인렛측으로 연장되는 유체 라인(12)이 연결되는 유체 출구(17a)가 형성된다. The fluid inlet 16a to which the fluid line 12 extending from the outlet side of the fuel cell stack 11 is connected is formed on one side surface of the TMS integrated housing 20 and the fluid inlet 16a is formed on the other side surface of the radiator 10 A fluid outlet 17a to which the fluid line 12 extending to the inlet side is connected is formed.

그리고, 상기 TMS 일체화 하우징(20)의 전면 일측에는 라디에이터(10)의 아웃렛측에서 연장되는 유체 라인(12)이 연결되는 유체 입구(16b)가 형성되고, 이와 인접한 저면 일측에는 연료전지 스택(11)의 인렛측으로 연장되는 유체 라인(12)이 연결되는 유체 출구(17b)가 연결된다. A fluid inlet 16b is formed at one side of the front surface of the TMS integrated housing 20 and connected to a fluid line 12 extending from an outlet side of the radiator 10. A fluid inlet 16b, And a fluid outlet 17b to which the fluid line 12 extending to the inlet side of the fluid outlet 17b is connected.

이에 따라, 한쪽 측면의 유체 입구(16a)를 통해 TMS 일체화 하우징(20)의 내부로 들어온 유체는 펌프 하우징부(18) 등을 경유한 후에 다른 한쪽 측면의 유체 출구(17a)로 빠져나가게 되고, 전면의 유체 입구(16b)를 통해 TMS 일체화 하우징(20)의 내부로 들어온 유체는 3-way 밸브 하우징부(19)를 경유한 후에 저면의 유체 출구(17b)로 빠져나가게 되는 기본 흐름이 만들어질 수 있게 된다. Accordingly, the fluid that has entered the inside of the TMS integrated housing 20 through the fluid inlet 16a on one side passes through the pump housing portion 18 and then exits to the fluid outlet 17a on the other side, The fluid that has entered the interior of the TMS integrated housing 20 through the fluid inlet 16b on the front side is made to flow through the 3-way valve housing portion 19 and then to the fluid outlet 17b on the bottom side .

상기 펌프(14)의 펌프 하우징부(18)는 임펠러가 속해 있는 펌프 내부로 유입되는 유체가 이동되는 유로을 포함하며, 하우징부 흡입측은 연료전지 스택(11)의 아웃렛측에서 연장되는 유체 라인(12)을 연결하기 위한 TMS 일체화 하우징(20)의 유체 입구(16a)와 연결되고, 하우징부 배출측은 연결통로부(25)를 거쳐 라디에이터(10)의 인렛측으로 연장되는 유체 라인(12)을 연결하기 위한 TMS 일체화 하우징(20)의 유체 출구(17a)와 연결된다. The pump housing portion 18 of the pump 14 includes a flow path through which the fluid flowing into the pump to which the impeller belongs is moved and the suction side of the housing portion includes a fluid line 12 extending from the outlet side of the fuel cell stack 11 And the outlet of the housing part is connected to the fluid line 12 extending to the inlet side of the radiator 10 via the connection passage part 25. The fluid line 12 is connected to the fluid inlet 12 of the TMS integrated housing 20, Is connected to the fluid outlet (17a) of the TMS integrated housing (20).

이렇게 펌프 하우징부(18)를 TMS 일체화 하우징(20)에 모듈화 시키는 경우, 벌류트는 모듈에, 즉 TMS 일체화 하우징(20)에 음각화하는 형태로 적용할 수 있다. When the pump housing portion 18 is modularized into the TMS integrated housing 20, the volute may be applied to the module, that is, to the TMS integrated housing 20 in the form of intaglioing.

그리고, 상기 펌프(14)의 펌프 하우징부(18)를 제외한 펌프 본체는 도 4a에서 볼 수 있듯이 TMS 일체화 하우징(20)의 후면 한쪽에 지지되는 구조로 설치된다. As shown in FIG. 4A, the pump main body except for the pump housing part 18 of the pump 14 is installed on one side of the rear side of the TMS integrated housing 20.

상기 3-way 밸브(15)의 3-way 밸브 하우징부(19)는 밸브체 및 구동부가 속해 있는 밸브 내부로 유입되는 유체가 이동되는 유로를 포함하며, 하우징부 흡입측은 라디에이터(10)의 아웃렛측에서 연장되는 유체 라인(12)을 연결하기 위한 TMS 일체화 하우징(20)의 유체 입구(16b) 및 후술하는 히터 하우징부(21)와 연결되고, 하우징부 배출측은 연료전지 스택(11)의 인렛측으로 연장되는 유체 라인(12)을 연결하기 위한 TMS 일체화 하우징(20)의 유체 출구(17b)와 연결된다. The 3-way valve housing part 19 of the 3-way valve 15 includes a flow path through which the fluid flowing into the valve body and the valve to which the driving part belongs is moved. The suction part of the housing part is connected to the outlet of the radiator 10 The fluid inlet 16b of the TMS integrated housing 20 and the heater housing portion 21 described below for connecting the fluid line 12 extending from the inlet side of the fuel cell stack 11, Is connected to the fluid outlet (17b) of the TMS integrated housing (20) for connecting the fluid line (12)

그리고, 상기 3-way 밸브(15)의 3-way 밸브 하우징부(19)를 제외한 밸브 본체는 도 4a에서 볼 수 있듯이 TMS 일체화 하우징(20)의 상면 앞쪽에 지지되는 구조로 설치된다. The valve body excluding the 3-way valve housing part 19 of the 3-way valve 15 is installed in such a structure that it is supported in front of the upper surface of the TMS integrated housing 20 as shown in FIG. 4A.

상기 바이패스 유로(13)는 펌프(14)에서 라디에이터(10)로 보내지는 유체를 바이패스시키는 통로로서, TMS 일체화 하우징(20)의 유체 출구(17a)와 인접한 위치의 하우징 내부에서 펌프 하우징부(18)의 배출측에서 연장되는 연결통로부(25)와 3-way 밸브 하우징부(19)의 흡입측, 즉 TMS 일체화 하우징(20)의 유체 입구(16b)가 연결되는 하우징부 흡입측의 반대쪽에 위치되는 또 다른 하우징부 흡입측 사이에 연결되는 구조로 형성된다(히터 하우징부가 적용되지 않는 경우). The bypass flow path 13 is a path for bypassing the fluid sent from the pump 14 to the radiator 10 and is provided in the housing of the pump housing part 20, which is adjacent to the fluid outlet 17a of the TMS integrated housing 20, Way valve housing portion 19 and the fluid inlet 16b of the TMS integrated housing 20 is connected to the connection passage portion 25 extending from the discharge side of the TMS integrated housing 18 and the suction side of the 3-way valve housing portion 19, And is connected between another suction side of the housing part located on the opposite side (when the heater housing part is not applied).

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템을 나타내는 개략도이다. 2 is a schematic view showing a thermal management system for a fuel cell vehicle according to another embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 여기서는 본 발명의 첫번째 실시예에서 보여주고 있는 일체화 모듈에 히터의 하우징 부분이 포함되는 구조를 보여준다. As shown in FIG. 2, a structure in which the housing portion of the heater is included in the integration module shown in the first embodiment of the present invention is shown.

즉, 상기 히터(24)의 히터 하우징부(21)는 히터 코어가 속해 있는 히터 내부로 유입되는 유체가 이동되는 유로를 포함하며, TMS 일체화 하우징(20)의 유체 출구(17a)와 인접한 위치의 하우징 내부에서 바이패스 유로(13)의 후단측과 3-way 밸브 하우징부(19)의 흡입측, 즉 바이패스 유로(13)가 연결되었던 TMS 일체화 하우징(20)의 하우징부 흡입측 사이에 연결되는 구조로 형성된다. That is, the heater housing part 21 of the heater 24 includes a flow path through which the fluid flowing into the heater to which the heater core belongs is moved, and the fluid outlet 17a of the TMS integrated housing 20 A connection is made between the rear end side of the bypass flow path 13 in the housing and the suction side of the 3-way valve housing part 19, that is, the suction side of the housing part of the TMS integrated housing 20 to which the bypass flow path 13 is connected .

그리고, 상기 히터(24)의 히터 하우징부(21)를 제외한 히터 본체는 도 4a에서 볼 수 있듯이 TMS 일체화 하우징(20)의 후면 한쪽, 즉 펌프 본체의 한쪽 옆에서 지지되는 구조로 설치된다. 4A, the heater main body of the heater 24 except for the heater housing part 21 is installed on one side of the rear side of the TMS integrated housing 20, that is, on one side of the pump main body.

이에 따라, 상기 바이패스 유로(13)를 통해 흐르는 유체는 히터 하우징부(21)를 거치면서 가열 된 후에 3-way 밸브 하우징부(19)로 보내질 수 있게 된다. Accordingly, the fluid flowing through the bypass flow path 13 can be sent to the 3-way valve housing part 19 after being heated while passing through the heater housing part 21.

여기서, 상기 히터(24)의 전력부는 섹션을 나누어 히터 표면의 온도 균일도를 높일 수 있게 된다. Here, the electric power of the heater 24 can be divided into sections to increase the temperature uniformity of the surface of the heater.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템을 나타내는 개략도이다. 3 is a schematic diagram showing a thermal management system for a fuel cell vehicle according to another embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 여기서는 본 발명의 두번째 실시예에서 보여주고 있는 일체화 모듈에 기포 분리를 위한 기포분리 저수조가 포함되는 구조를 보여준다. As shown in FIG. 3, the integrated module shown in the second embodiment of the present invention includes a bubble separating reservoir for separating bubbles.

즉, 상기 기포분리 저수조(22)는 TMS 일체화 하우징(20)의 유체 입구(16a)와 인접한 위치의 하우징 내부에 위치되며, 그 전단부와 후단부가 각각 유체 입구(16a)와 펌프 하우징부(18)의 흡입측 사이에 연결되는 구조로 설치된다. That is, the bubble separating water reservoir 22 is located inside the housing adjacent to the fluid inlet 16a of the TMS integrated housing 20, and the front end and the rear end thereof are respectively connected to the fluid inlet 16a and the pump housing portion 18 And the suction side of the compressor.

이에 따라, 상기 TMS 일체화 하우징(20)의 유체 입구(16a)를 통해 하우징 내부로 들어온 유체는 기포분리 저수조(22)를 거쳐 기포가 제거된 후에 펌프 하우징부(18)로 보내질 수 있게 된다. Accordingly, the fluid that has entered the housing through the fluid inlet 16a of the TMS integrated housing 20 can be sent to the pump housing part 18 after bubbles have been removed through the bubble separation water storage tank 22.

이때, 상기 기포분리 저수조(22)에는 밸브(미도시)가 구비되어 있으며, 이때의 밸브는 유체 팽창 시 기포를 외부로 보내는 역할 및 유체 수축 시 유체를 내부로 도입할 수 있는 역할을 하게 된다. At this time, the bubble separation and storage tank 22 is provided with a valve (not shown). The valve serves to send bubbles to the outside when the fluid expands, and to introduce the fluid into the interior when the fluid is contracted.

도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템의 일 구현예를 나타내는 사시도이다. 4A to 4D are perspective views showing an embodiment of a thermal management system for a fuel cell vehicle according to the present invention.

도 4a 내지 4d에 도시한 바와 같이, 연료전지 스택(11)의 아웃렛측과 연결되는 유체 입구(16a), 라디에이터(10)의 인렛측과 연결되는 유체 출구(17a), 라디에이터(10)의 아웃렛측과 연결되는 유체 입구(16b), 연료전지 스택(11)의 인렛측과 연결되는 유체 출구(17b)를 각각 가지고 있는 TMS 일체화 하우징(20)이 마련된다. A fluid inlet 16a connected to an outlet side of the fuel cell stack 11, a fluid outlet 17a connected to an inlet side of the radiator 10, an outlet 17a of the radiator 10, A TMS integrated housing 20 having a fluid inlet 16b connected to the fuel cell stack 11 and a fluid outlet 17b connected to the inlet side of the fuel cell stack 11 is provided.

그리고, 상기 TMS 일체화 하우징(20)의 후면쪽에는 펌프 본체와 히터 본체가 나란하게 설치되고, 상면에는 밸브 본체가 설치된다. A pump main body and a heater main body are disposed side by side on the rear side of the TMS integrated housing 20, and a valve main body is provided on an upper surface.

특히, 상기 TMS 일체화 하우징(20)의 내부에는 유체 입구(16a)에 이어서 기포분리 저수조(22)와 펌프 하우징부(18)가 연이어 배치되고, 계속해서 연결통로부(25)를 거쳐 유체 출구(17a)쪽으로는 바이패스 유로(13)와 히터 하우징부(21)가 연이어 배치된다. Particularly, in the interior of the TMS integrated housing 20, a bubble separating water reservoir 22 and a pump housing portion 18 are arranged successively following the fluid inlet 16a, and then the fluid outlet 17a, the bypass flow path 13 and the heater housing portion 21 are arranged successively.

또한, 유체 입구(16b)와 유체 출구(17b)가 있는 쪽으로는 3-way 밸브 하우징부(19)가 이어서 배치되고, 이렇게 배치되는 3-way 밸브 하우징부(19)측으로는 히터 하우징부(21)가 이어서 배치된다. A 3-way valve housing part 19 is disposed next to the fluid inlet 16b and the fluid outlet 17b and a 3-way valve housing part 19 disposed next to the heater housing part 21 Are arranged next.

이에 따라, 상기 TMS 일체화 하우징(20)의 내부에서의 유체 흐름은 유체 입구(16a)→기포분리 저수조(22)→펌프 하우징부(18)→연결통로부(25)→유체 출구(17a)의 흐름과, 유체 입구(16a)→기포분리 저수조(22)→펌프 하우징부(18)→연결통로부(25)→바이패스 유로(13)→히터 하우징부(21)→3-way 밸브 하우징부(19)→유체 출구(17b)의 흐름을 보일 수 있게 된다. Accordingly, the fluid flow inside the TMS integrated housing 20 is transmitted through the fluid inlet 16a, the bubble separation reservoir 22, the pump housing portion 18, the connection passage portion 25, and the fluid outlet 17a Way valve housing portion 21 and the fluid inlet 16a to the bubble separation reservoir 22 to the pump housing portion 18 to the connecting passage portion 25 to the bypass passage 13 to the heater housing portion 21, (19) > the fluid outlet 17b.

그리고, 열관리계의 전체 유체 흐름은 정상 시 연료전지 스택(11)→유체 입구(16a)→기포분리 저수조(22)→펌프 하우징부(18)→연결통로부(25)→유체 출구(17a)→라디에이터(10)→유체 입구(16a)→3-way 밸브 하우징부(19)→유체 출구(17b)→연료전지 스택(11)의 순환 흐름을 보일 수 있는 한편, 바이패스 시 연료전지 스택(11)→유체 입구(16a)→기포분리 저수조(22)→펌프 하우징부(18)→연결통로부(25)→바이패스 유로(13)→히터 하우징부(21)→3-way 밸브 하우징부(19)→유체 출구(17b)→연료전지 스택(10)의 순환 흐름을 보일 수 있게 된다. The total fluid flow in the thermal management system is then transferred from the normal fuel cell stack 11 to the fluid inlet 16a to the bubble separation reservoir 22 to the pump housing portion 18 to the connection passage portion 25 to the fluid outlet 17a. It is possible to show a circulating flow of the fuel cell stack 11, the radiator 10, the fluid inlet 16a, the 3-way valve housing unit 19, the fluid outlet 17b, and the fuel cell stack 11, 11 → the fluid inlet 16a → the bubble separation reservoir 22 → the pump housing part 18 → the connecting passage part 25 → the bypass passage 13 → the heater housing part → the 3-way valve housing part The fluid outlet 17b, the fuel cell stack 10, and the like.

이와 같이, 본 발명에서는 열관리 부품의 각 하우징 부분을 통합할 수 있는 TMS 일체화 하우징을 구현함으로써, 시스템 소형화 및 경량화는 물론 시스템 성능 및 내구 품질을 확보할 수 있고, 부품수 축소 및 조립 공수 절감을 도모할 수 있다. As described above, according to the present invention, by implementing the TMS integrated housing capable of integrating the respective housing portions of the heat-conducting parts, system performance and durability quality as well as system miniaturization and weight reduction can be ensured, can do.

예를 들면, 기존 펌프 토출부 호스 연결부를 위해 필요로 했던 공간을 호스 유로를 모듈 하우징에 일체화함으로써 해결할 수 있고, 또 토출부+호스 클램프 연결, 부가적 클램프 및 3-way 밸브 호스 연결부를 위해 필요로 했던 공간을 호스 유로 제거에 의해 클램프를 삭제할 수 있으며, 3-way 밸브 하우징부와 펌프 벌류트 설치를 위해 필요로 했던 공간은 하우징 형상을 모듈 하우징에 일체화하고 펌프 벌류트 형상을 모듈 하우징에 일체화함으로써 삭제할 수 있다.
For example, the space required for the existing pump discharge hose connection can be solved by integrating the hose flow into the module housing, and it is also necessary for the discharge part + hose clamp connection, additional clamp and 3-way valve hose connection. The space required for 3-way valve housing and pump volute installation can be removed by integrating the housing shape into the module housing and integrating the pump volute shape into the module housing .

10 : 라디에이터 11 : 연료전지 스택
12 : 유체 라인 13 : 바이패스 유로
14 : 펌프 15 : 3-way 밸브
16a,16b : 유체 입구 17a,17b : 유체 출구
18 : 펌프 하우징부 19 : 3-way 밸브 하우징부
20 : TMS 일체화 하우징 21 : 히터 하우징부
22 : 기포분리 저수조 23 : 밸브(가압캡)
24 : 히터 25 : 연결통로부10: Radiator 11: Fuel cell stack
12: fluid line 13: bypass line
14: Pump 15: 3-way valve
16a, 16b: Fluid inlets 17a, 17b: Fluid outlets
18: Pump housing part 19: 3-way valve housing part
20: TMS integrated housing 21: heater housing part
22: bubble separation water tank 23: valve (pressure cap)
24: heater 25: connection passage portion

Claims (5)

유체의 냉각을 위한 라디에이터(10);
상기 라디에이터(10)와 연료전지 스택(11) 사이를 유체가 순환하도록 구성되는 유체 라인(12);
유체의 바이패스를 위한 바이패스 유로(13);
유체의 순환을 위한 동력을 제공하는 펌프(14);
상기 유체 라인(12)과 바이패스 유로(13) 사이에서 유체 유로를 전환시키는 3-way 밸브(15);
스택 아웃렛측 및 라디에이터 인렛측과 연결되어 있는 유체 입구(16a) 및 유체 출구(17a)와 연결되는 펌프 하우징부(18), 라디에이터 아웃렛측 및 스택 인렛측과 연결되어 있는 유체 입구(16b) 및 유체 출구(17b)와 연결되는 3-way 밸브 하우징부(19) 및 상기 펌프 하우징부(18)와 3-way 밸브 하우징부(19) 사이를 연결하는 바이패스 유로(13)가 형성되어 있는 TMS 일체화 하우징(20);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
A radiator (10) for cooling the fluid;
A fluid line (12) configured to circulate fluid between the radiator (10) and the fuel cell stack (11);
A bypass flow path 13 for bypassing the fluid;
A pump 14 for providing power for circulation of the fluid;
A 3-way valve (15) for switching the fluid flow path between the fluid line (12) and the bypass flow path (13);
A fluid inlet 16a connected to the stack outlet side and the radiator inlet side and a pump housing portion 18 connected to the fluid outlet 17a; a fluid inlet 16b connected to the radiator outlet side and the stack inlet side; Way valve housing part 19 connected to the outlet 17b and a bypass flow path 13 connecting between the pump housing part 18 and the 3-way valve housing part 19, A housing (20);
And a control unit for controlling the fuel cell vehicle.
청구항 1에 있어서,
상기 TMS 일체형 하우징(20) 내에서 3-way 밸브 하우징부(19)로 연결되는 바이패스 유로(13)의 배출측에는 히터 하우징부(21)가 연결 형성되어, 바이패스 유로(13)를 빠져나온 유체가 히터 하우징부(21)를 경유한 후에 3-way 밸브 하우징부(19)로 보내질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
The method according to claim 1,
A heater housing part 21 is connected to a discharge side of the bypass flow path 13 connected to the 3-way valve housing part 19 in the TMS integral housing 20, And the fluid can be sent to the 3-way valve housing part (19) after passing through the heater housing part (21).
청구항 1에 있어서,
상기 TMS 일체형 하우징(20) 내에서 펌프 하우징(18)의 전단에는 기포 분리를 위한 기포분리 저수조(22)가 연결 형성되어, 유체 입구(16a)를 통해 유입되는 유체가 기포분리 저수조(22)를 경유한 후에 펌프 하우징(18)으로 보내질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
The method according to claim 1,
A bubble separation water storage tank 22 for bubble separation is connected to the front end of the pump housing 18 in the TMS integral housing 20 so that the fluid flowing through the fluid inlet 16a flows into the bubble separation water storage tank 22 To the pump housing (18) after passing through the pump housing (18).
청구항 3에 있어서,
상기 기포분리 저수조(22)는 유체 팽창 시 기포를 외부로 보냄과 더불어 유체 수축 시 유체를 내부로 도입할 수 있는 밸브(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the bubble separating and storing tank (22) includes a valve (23) for sending bubbles to the outside when the fluid expands and for introducing the fluid into the inside when the fluid is being shrunk.
청구항 1에 있어서,
상기 펌프 하우징부(18)를 TMS 일체화 하우징(20)에 모듈화 시키는 경우, 벌류트는 TMS 일체화 하우징(20)에 음각화하는 형태로 적용할 수 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 열관리 시스템. The method according to claim 1,
Wherein when the pump housing part (18) is modularized in the TMS integrated housing (20), the volute is applied to the TMS integrated housing (20) in a form of engraving.
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