KR20160026212A - Cooling system and method for fuel cell vehicle - Google Patents

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김재훈
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한온시스템 주식회사
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Abstract

The present invention relates to an air conditioner for electric motors which includes a fuel cell unit (100), a gas discharge line (200), a cooling module (300), a storage (410), a supply line (420), a nozzle (440) and a controller (500). More specifically, an air conditioner of the present invention includes: a fuel cell unit (100) including an anode (110) and a cathode (120); a gas discharge line (200) for discharging air containing water which is a by-product generated by the fuel cell unit (100); a cooling module (300) which includes a condenser (310), a radiator (320) for heat-exchanging a coolant for cooling heat generated by the fuel cell unit (100) with outside air and a fan shroud assembly (330) which are sequentially assembled in an outer air flow direction; a storage (410) provided on the gas discharge line (200) to collect and store water; a supply line (420) connected to the storage (410) to transfer water; a pump (430) provided on the supply line (420); a nozzle (440) disposed adjacent to the cooling module (300) to spray fine water by operation of the pump (430); and a controller (500) to control the operation of the pump (430). A cooling system (1000) for fuel cell vehicles sprays fine water with a size of 10 to 100 μm, thereby smoothly cooling a coolant, realizing small-size of the radiator (320) and reducing a fan capacity.

Description

연료전지 차량용 냉각 시스템 및 방법{COOLING SYSTEM AND METHOD FOR FUEL CELL VEHICLE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cooling system for a fuel cell vehicle,

본 발명은 전기 자동차용 공조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 연료전지의 부산물인 물을 노즐을 통해 10~100μm 크기의 미세 수분 형태로 분사함으로써 냉각수를 효과적으로 냉각할 수 있는 연료전지 차량용 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an air conditioning system for an electric vehicle, and more particularly, to a cooling system and method for a fuel cell vehicle that can effectively cool cooling water by spraying water, which is a by-product of the fuel cell, .

최근 저공해 고연비 대책으로 하이브리드 자동차가 점차 각광받고 있는 추세에 있다. 종래에는 휘발유, 경우 등과 같은 화석 연료를 사용하는 엔진을 구비하는 자동차가 일반적으로 사용되어 왔으나, 화석 연료의 매장량 감소 및 환경 오염 문제 등으로 화석 연료를 대체할 자동차용 에너지원에 대한 연구가 있어 왔다. 그 중 현재 가장 활발히 연구되고 있는 에너지원은 연료 전지이며, 현재, 화석 연료와 연료 전지(즉 전기)를 모두 사용하는 하이브리드 자동차가 활발하게 이용되고 있다. 이러한 연료 전지 자동차 또는 하이브리드 자동차에는 구동원으로서 전기를 사용하는 구동 모터가 구비되며, 화석 연료를 사용하는 엔진을 대체하거나 또는 보조하는 역할을 한다. 그러나 점차로 자동차의 구동계에 있어서, 내연 기관을 완전히 (전기 모터를 포함하는) 전장 부품으로 전환하고자 하는 연구 및 개발이 꾸준히 이루어지고 있다.In recent years, hybrid vehicles are becoming more and more popular due to low pollution and high fuel cost measures. Conventionally, automobiles having an engine using fossil fuels such as gasoline and case have been generally used, but there have been researches on energy sources for automobiles to replace fossil fuels due to reduction of fossil fuel reserves and environmental pollution problems . Currently, the most active energy source is fuel cells. Currently, hybrid vehicles using both fossil fuel and fuel cell (ie electricity) are actively being used. Such a fuel cell automobile or hybrid automobile is provided with a driving motor that uses electricity as a driving source, and plays a role of replacing or assisting an engine using fossil fuel. Increasingly, however, research and development has been steadily carried out to convert an internal combustion engine into an electric component (including an electric motor) in a drive system of an automobile.

상술한 바와 같은 연료 전지를 이용하는 자동차의 경우, 연료전지 스택에서 발생하는 열을 냉각하기 위하여 종래 화석 연료를 사용하는 자동차와 같이, 라디에이터를 이용하여 연료전지 스택의 열을 흡수한 냉각수와 외기가 열교환됨으로써 연료전지 스택을 냉각한다. In the case of an automobile using the fuel cell as described above, cooling water that absorbs the heat of the fuel cell stack using the radiator, such as an automobile using conventional fossil fuel, for cooling the heat generated in the fuel cell stack, Thereby cooling the fuel cell stack.

한편, 연료전지를 이용한 자동차는 라디에이터를 통해 방출되는 열의 양이 많으며, 내부 냉각수와 외부 온도의 차이가 5~60℃인 화석 연료를 사용하는 공조장치의 라디에이터에 비해, 라디에이터 내부 냉각수와 외부 온도의 차이가 2~30℃에 불과하여 연료전지 스택에서 발생되는 열을 충분히 냉각하기에는 어려운 문제점이 있다. 이에 따라, 라디에이터의 부하를 줄이기 위하여 종래 화석 연료를 사용하는 공조장치용 라디에이터보다 큰 크기로 제작하거나, 쿨링팬의 용량을 증대하는 방안이 제안된 바 있다. 그러나, 이와 같은 방안은 차량의 소형화를 방해할 뿐만 아니라, 무게 증가의 원인이 되며, 쿨링팬의 구동을 위한 전력 소모량이 증대될 수밖에 없는 문제점이 있다.
On the other hand, compared to a radiator of an air conditioner using a fossil fuel, in which the amount of heat radiated from the radiator is large and the difference between the internal cooling water and the external temperature is 5 to 60 ° C, There is a problem that it is difficult to sufficiently cool the heat generated in the fuel cell stack because the difference is only 2 to 30 占 폚. Accordingly, in order to reduce the load of the radiator, it has been proposed to increase the size of the radiator for the air conditioner using the conventional fossil fuel or to increase the capacity of the cooling fan. However, such a measure not only hinders the downsizing of the vehicle, but also causes a weight increase, and the power consumption for driving the cooling fan is inevitably increased.

대한민국공개특허 제2012-0056969호 (발명의 명칭 : 연료전지 차량용 쿨링 모듈 및 시스템, 공개일자 : 2012.06.05)Korean Unexamined Patent Publication No. 2012-0056969 (Title of Invention: Cooling Module and System for Fuel Cell Vehicle, Published on June 25, 2012)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 10~100μm 크기의 미세 수분을 분사할 수 있어 냉각수를 원활하게 냉각할 수 있는 연료전지 차량용 냉각 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 라디에이터를 소형화함으로써 엔진룸 내부의 공간효율성을 높일 수 있으며, 무게를 절감할 수 있고, 팬 용량을 소형화함으로써 팬 구동에 소비되는 전력을 줄일 수 있는 연료전지 차량용 냉각 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a cooling system and method for a fuel cell vehicle which can smoothly cool cooling water, . In particular, it is an object of the present invention to provide a cooling system and a method for a fuel cell vehicle which can reduce the radiator in size, reduce the internal space of the engine room, reduce the weight, .

본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템은 연료극과, 공기극을 포함하는 연료전지부; 상기 연료전지부로부터 발생되는 부산물인 물을 포함하는 공기가 배기되는 배기라인; 외기 흐름 방향으로 응축기와, 상기 연료전지부로부터 발생되는 열을 냉각하는 냉각수가 외기와 열교환되는 라디에이터와, 팬 및 쉬라우드 조립체가 순차적으로 조립되는 쿨링모듈; 상기 배기라인 상에 구비되어 물을 포집 및 저장하는 저장부; 상기 저장부와 연결되어 물이 이송되는 공급라인; 상기 공급라인 상에 구비되는 펌프; 상기 쿨링모듈에 인접하게 위치되며 상기 펌프 작동에 의해 10~100μm 크기의 미세 수분을 분사하는 노즐; 및 상기 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템은 10~100μm 크기의 미세 수분을 분사할 수 있어 냉각수를 원활하게 냉각함으로써 라디에이터를 소형화할 수 있고, 팬 용량을 소형화할 수 있다. 이 때, 상기 노즐을 통해 분사되는 미세 수분은 10~100μm의 크기를 갖는 것으로, 노즐을 통해 분사된 직후 증발되어 주변을 효과적으로 냉각할 수 있다. 이를 통해, 라디에이터를 소형화함으로써 엔진룸 내부의 공간효율성을 높일 수 있으며, 무게를 절감할 수 있고, 팬 용량을 소형화함으로써 팬 구동에 소비되는 전력을 줄일 수 있는 장점이 있다. A cooling system for a fuel cell vehicle according to the present invention comprises a fuel electrode and a fuel electrode including an air electrode; An exhaust line through which air containing water as a by-product generated from the fuel cell unit is exhausted; A cooling module for sequentially assembling a fan and a shroud assembly, a radiator in which cooling water for cooling heat generated from the fuel cell unit is heat-exchanged with the outside air, and a fan and a shroud assembly are sequentially assembled; A storage unit provided on the exhaust line for collecting and storing water; A supply line connected to the storage unit to transport water; A pump provided on the supply line; A nozzle positioned adjacent to the cooling module and spraying fine moisture having a size of 10 to 100 mu m by the pump operation; And a control unit for controlling the operation of the pump. At this time, the cooling system for a fuel cell vehicle according to the present invention can spray fine moisture particles having a size of 10 to 100 mu m so that the radiator can be downsized by smoothly cooling the cooling water, and the fan capacity can be reduced. At this time, the fine moisture sprayed through the nozzle has a size of 10 to 100 mu m, and can be evaporated immediately after being sprayed through the nozzle, thereby effectively cooling the periphery. As a result, the radiator can be miniaturized to increase the space efficiency inside the engine room, to reduce the weight, and to reduce the power consumption of the fan by miniaturizing the fan capacity.

또한, 상기 노즐은 외기 흐름 방향으로 상기 라디에이터 전측에 위치될 수 있고, 외기 흐름 방향으로 상기 응축기 전측에 위치될 수도 있다.Further, the nozzle may be located in front of the radiator in the outside air flow direction, and may be located in front of the condenser in the outside air flow direction.

또, 상기 노즐은 상기 라디에이터의 중앙을 향해 미세 수분을 분사하도록 하나 이상이 구비됨으로써 라디에이터 전체 영역에 효과적으로 미세 수분을 분사할 수 있다. In addition, since at least one nozzle is provided to spray fine moisture toward the center of the radiator, fine moisture can be effectively sprayed to the entire area of the radiator.

한편, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 방법은 상술한 바와 같은 연료전지 차량용 냉각 시스템을 이용하되, 상기 팬이 작동되는지를 확인하는 팬 작동 판단 단계; 상기 팬 작동 판단 단계에서 팬의 작동이 판단되면, 미세 수분 분사가 필요한지 판단하는 분사 판단 단계; 및 상기 분사 판단 단계에서 미세 수분 분사가 필요하다고 판단되면, 상기 제어부가 펌프를 작동하여 노즐을 통해 미세 수분을 분사하는 미세 수분 분사 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 방법은 1차로 팬을 작동하여 라디에이터를 통과하는 외기의 양을 증대하고, 2차로 미세 수분을 분사함으로써 미세 수분의 분사가 필요할 때만 펌프가 작동한다. 이를 통해, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 방법은 냉각수의 냉각 정도를 조절할 수 있는 장점이 있다. Meanwhile, the cooling method for a fuel cell vehicle according to the present invention includes a fan operation determination step of using the cooling system for a fuel cell vehicle as described above, to confirm whether the fan is operated; Determining whether operation of the fan is required in the fan operation determination step, and determining whether fine water spray is required; And a fine moisture spraying step of spraying fine moisture through the nozzle by operating the pump when it is determined that fine water spraying is necessary in the spraying step. That is, the cooling method for a fuel cell vehicle according to the present invention increases the amount of outside air passing through the radiator by first operating the fan, and operates the pump only when minute water content needs to be injected by injecting fine moisture. Accordingly, the cooling method for a fuel cell vehicle of the present invention has an advantage that the degree of cooling of the cooling water can be controlled.

이 때, 상기 분사 판단 단계는 상기 라디에이터 출구측 냉각수 온도가 제1온도 이상, 상기 외기 온도가 제2온도 이상 및 상기 연료전지부의 출력이 기준값 이상 중 하나가 만족되면, 미세 수분 분사가 필요하다고 판단할 수 있다.At this time, if the cooling water temperature on the radiator outlet side is higher than the first temperature, the outdoor air temperature is higher than the second temperature, and the output of the fuel cell unit is equal to or higher than the reference value, It can be judged.

특히, 상기 제1온도는 상기 라디에이터의 냉각 목표 온도이고, 상기 제2온도는 35℃이며, 상기 기준값은 50%이다.
In particular, the first temperature is the cooling target temperature of the radiator, the second temperature is 35 ° C, and the reference value is 50%.

이에 따라, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템 및 방법은 10~100μm 크기의 미세 수분을 분사할 수 있어 냉각수를 원활하게 냉각할 수 있는 장점이 있다. 특히, 라디에이터를 소형화함으로써 엔진룸 내부의 공간효율성을 높일 수 있으며, 무게를 절감할 수 있고, 팬 용량을 소형화함으로써 팬 구동에 소비되는 전력을 줄일 수 있는 장점이 있다. Accordingly, the cooling system and method for a fuel cell vehicle of the present invention can spray fine water particles having a size of 10 to 100 mu m, thereby cooling the cooling water smoothly. Particularly, the miniaturization of the radiator can improve the space efficiency in the engine room, reduce the weight, and reduce the power consumption of the fan by miniaturizing the fan capacity.

또한, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템 및 방법은 상기 노즐이 상기 라디에이터의 중앙을 향해 미세 수분을 분사하도록 하나 이상이 구비됨으로써 라디에이터 전체 영역에 효과적으로 미세 수분을 분사할 수 있는 장점이 있다.In the cooling system and method for a fuel cell vehicle of the present invention, one or more nozzles are provided to spray fine moisture toward the center of the radiator, so that fine moisture can be effectively sprayed to the entire area of the radiator.

또, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 방법은 1차로 팬을 작동하여 라디에이터를 통과하는 외기의 양을 증대하고, 2차로 미세 수분을 분사함으로써 미세 수분의 분사가 필요할 때만 펌프가 작동함으로써, 냉각수의 냉각 정도를 조절할 수 있는 장점이 있다.
In the cooling method for a fuel cell vehicle of the present invention, the amount of outside air passing through the radiator is increased by operating the fan in the first stage, and the pump is operated only when minute water content is required by injecting fine moisture secondarily, It is possible to control the degree of the effect.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템의 개략도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템의 일예를 나타낸 개략도 및 쿨링모듈의 측면 개략도.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템의 노즐 위치를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템의 다른 예를 나타낸 쿨링모듈의 측면 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 방법의 흐름도.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 방법의 분사 판단 단계를 설명한 도면.1 is a schematic view of a cooling system for a fuel cell vehicle according to the present invention;
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a cooling system for a fuel cell vehicle according to the present invention, and FIG. 3 is a side schematic view of a cooling module. FIG.
4 and 5 are views showing nozzle positions of a cooling system for a fuel cell vehicle according to the present invention, respectively.
6 is a side schematic view of a cooling module showing another example of a cooling system for a fuel cell vehicle according to the present invention.
7 is a flowchart of a cooling method for a fuel cell vehicle according to the present invention.
FIG. 8 and FIG. 9 are diagrams for explaining the injection determination step of the cooling method for a fuel cell vehicle according to the present invention. FIG.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000) 및 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the cooling system 1000 and method for a fuel cell vehicle of the present invention having the above-described characteristics will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000)의 개략도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000)의 일예를 나타낸 개략도 및 쿨링모듈(300)의 측면 개략도이며, 도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000)의 노즐(440) 위치를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000)의 다른 예를 나타낸 쿨링모듈(300)의 측면 개략도이며, 도 7은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 방법의 흐름도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 냉각 방법의 분사 판단 단계(S20)를 설명한 도면이다. FIG. 1 is a schematic view of a cooling system 1000 for a fuel cell vehicle according to the present invention. FIGS. 2 and 3 are a schematic view showing an example of a cooling system 1000 for a fuel cell vehicle according to the present invention, 4 and 5 are views respectively showing the positions of the nozzles 440 of the cooling system 1000 for a fuel cell vehicle according to the present invention and FIG. 7 is a flowchart of a cooling method for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention. FIGS. 8 and 9 are flowcharts illustrating steps of determining the injection of the cooling method for a fuel cell vehicle according to the present invention Fig.

본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000)은 연료전지부(100), 배기라인(200), 쿨링모듈(300), 저장부(410), 공급라인(420), 펌프(430), 노즐(440) 및 제어부(500)를 포함한다. (도 1 및 도 2 참조)The cooling system 1000 for a fuel cell vehicle of the present invention includes a fuel cell 100, an exhaust line 200, a cooling module 300, a storage unit 410, a supply line 420, a pump 430, 440 and a control unit 500. [ (See Figs. 1 and 2)

상기 연료전지부(100)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 연료전지(Fuel Cell)를 이용하여, 수소, 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 수단으로서, 연료극(110)(Anode) 및 공기극(120)(Cathode)을 포함하여 형성된다. 이 때, 상기 연료전지부(100)의 연료극(110)에 연료(수소)가 공급되고, 상기 공기극(120)에 공기(산소)가 공급되어 물의 전기분해 역반응 형태로 전기화학반응이 진행된다. 이에 따라 상기 연료전지부(100)는 전기, 열 및 물이 발생되며, 차량 구동을 위한 전기에너지와 함께 열 및 물을 포함하는 부산물만 생성함에 따라 종래의 화석연료를 이용한 차량과는 달리 공해를 유발하지 않는 새로운 친환경적인 에너지원이다. The fuel cell unit 100 uses a fuel cell that converts chemical energy generated by oxidation directly into electric energy and uses fuel cells that generate electrical energy from a substance abundant on the earth such as hydrogen and oxygen And includes a fuel electrode 110 (anode) and an air electrode 120 (cathode). At this time, fuel (hydrogen) is supplied to the fuel electrode 110 of the fuel cell unit 100 and air (oxygen) is supplied to the air electrode 120 so that the electrochemical reaction proceeds in the reverse order of electrolysis of water. As a result, electricity, heat and water are generated in the fuel cell unit 100, and by-products including heat and water are generated together with electric energy for driving the vehicle. Therefore, unlike a conventional vehicle using fossil fuel, It is a new environmentally friendly energy source that does not induce.

도면에 도시하지는 않았으나, 상기 연료전지부(100)의 연료극(110)에 연료를 공급하기 위한 저장 공간, 연료가 이동되는 라인, 및 공급 펌프(430) 등이 포함되며, 상기 공기극(120)에 공기를 공급하기 위한 터보 블로어 등의 외부 공기를 공급하는 수단 및 이동되는 라인 이 포함된다. Although not shown in the drawing, a storage space for supplying fuel to the fuel electrode 110 of the fuel cell unit 100, a line through which the fuel is moved, and a supply pump 430 are included, A means for supplying outside air such as a turbo blower for supplying air, and a line to be moved.

상기 배기라인(200)은 상기 연료전지부(100)로부터 발생되는 부산물이 이동되어 배기되는 라인으로서, 상기 부산물은 물을 포함하는 공기이다. 대략, 상기 부산물은 55 ~ 75 ℃ 및 50~60 % RH(상대습도) 범위를 만족할 만큼 외부로부터 공급되는 공기에 비해 높은 온도와 높은 습도를 갖는 고온 다습한 공기이다. The exhaust line 200 is a line through which the by-product generated from the fuel cell unit 100 is moved and exhausted, and the by-product is air containing water. Approximately, the by-product is hot and humid air having a high temperature and a high humidity as compared with the air supplied from the outside to satisfy the range of 55 to 75 ° C and 50 to 60% RH (relative humidity).

한편, 쿨링모듈(300)은 차량 전측에 구비되는 구성으로서, 외기 흐름 방향으로, 응축기(310), 라디에이터(320), 팬 및 쉬라우드 조립체(330)가 순차적으로 구비된다. 일반적으로 상기 쿨링모듈(300)은 차량 전측 차체를 형성하는 캐리어에 구비된다.The cooling module 300 is installed on the front side of the vehicle and includes a condenser 310, a radiator 320, a fan, and a shroud assembly 330 sequentially in the direction of the outside air flow. Generally, the cooling module 300 is provided in the carrier forming the front vehicle body.

더욱 상세하게, 상기 응축기(310)는 압축기에서 토출된 고온 고압의 기상 냉매를 외기와 열교환시켜 고온 고압의 액체로 응축하여 팽창밸브로 토출하는 구성으로서, 압축기, 팽창밸브, 및 증발기와 함께 차량 냉방을 위한 냉동사이클을 구성한다. In more detail, the condenser 310 is configured to heat-exchange the gaseous refrigerant at high temperature and high pressure discharged from the compressor with the outside air, condense the refrigerant into a high-temperature high-pressure liquid and discharge it to the expansion valve. The compressor, the expansion valve, Thereby constituting a refrigeration cycle.

상기 라디에이터(320)는 상기 연료전지부(100)의 온도가 일정온도 이상으로 상승되는 것을 방지하기 위한 구성으로, 상기 연료전지부(100)로부터 발생되는 열을 흡수한 고온의 냉각수가 냉각수라인(332)을 통해 공급되어 상기 라디에이터(320)를 통과하면서 외부에 열을 방출하여 연료전지부(100)의 과열을 방지하며 최적의 운전상태가 유지되도록 하는 열교환기이다. 이 때, 상기 냉각수라인(332)에 냉각수조절밸브(331)가 구비되고, 일부 냉각수가 히터코어(H)를 유동하면서 실내 난방이 수행될 수 있다.The radiator 320 is configured to prevent the temperature of the fuel cell unit 100 from rising to a predetermined temperature or higher. The high temperature cooling water that absorbs the heat generated from the fuel cell unit 100 is supplied to the cooling water line 332 to radiate heat to the outside while passing through the radiator 320 to prevent overheat of the fuel cell unit 100 and to maintain an optimal operating state. At this time, a cooling water control valve 331 is provided in the cooling water line 332, and room cooling can be performed while some cooling water flows through the heater core H.

상기 팬 및 쉬라우드 조립체(330)는 외기를 송풍하는 구성으로서, 냉각팬, 상기 냉각팬을 구동하기 위한 모터, 및 상기 냉각팬과 모터가 안착 고정되는 쉬라우드를 포함한다. 상기 팬 및 쉬라우드 조립체(330)는 상기 라디에이터(320)에 일체화되어 조립된다.The fan and shroud assembly 330 includes a cooling fan, a motor for driving the cooling fan, and a shroud in which the cooling fan and the motor are seated and fixed. The fan and shroud assembly 330 are assembled and assembled into the radiator 320.

즉, 상기 쿨링모듈(300)은 차량 냉방 및 상기 연료전지부(100)의 냉각을 위한 구성이다. That is, the cooling module 300 is configured for cooling the vehicle and cooling the fuel cell unit 100.

이 때, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000)은 상기 배기라인(200)을 통해 배기되는 공기에 포함된 물을 이용하여 상기 연료전지부(100)의 냉각 성능을 보다 높일 수 있는 것으로, 이를 위하여 저장부(410), 공급라인(420), 펌프(430), 노즐(440) 및 제어부(500)가 구비된다. At this time, the cooling system 1000 for a fuel cell vehicle according to the present invention can increase the cooling performance of the fuel cell unit 100 by using water contained in the air exhausted through the exhaust line 200, For this, a storage unit 410, a supply line 420, a pump 430, a nozzle 440, and a control unit 500 are provided.

상기 저장부(410)는 상기 배기라인(200) 상에 구비되어 상기 배기라인(200)을 통해 배기되는 부산물 내부의 물을 포집 및 저장한다. The storage unit 410 is disposed on the exhaust line 200 and collects and stores water in the by-product exhausted through the exhaust line 200.

상기 공급라인(420)은 상기 저장부(410)와 연결되어 물이 이송되는 구성이다.The supply line 420 is connected to the storage unit 410 to transfer water.

상기 펌프(430)는 상기 공급라인(420) 상에 구비되어 물을 이송하며, 상기 노즐(440)은 상기 쿨링모듈(300)에 인접하게 위치되며 상기 펌프(430) 작동에 의해 미세 수분을 분사한다. The pump 430 is disposed on the supply line 420 to transfer water and the nozzle 440 is located adjacent to the cooling module 300 and injects fine moisture by the operation of the pump 430. [ do.

본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000)에서, 미세 수분이란, 안개와 유사한 형태를 가지며 상기 노즐(440)을 통해 분사된 직후 증발되어 주변을 냉각할 수 있다. 더욱 상세하게, 상기 미세 수분은 공기 중에 분사됨과 동시에 외기의 열을 흡열하고, 이에 따라 액상의 입자가 기상으로 변하는 증발잠열을 통해 외기 온도를 효과적으로 낮추며, 특히, 상기 미세 수분이 10~100μm 크기인 것이 바람직하다. In the cooling system 1000 for a fuel cell vehicle according to the present invention, fine moisture has a shape similar to a mist and can be evaporated immediately after being injected through the nozzle 440 to cool the periphery. More specifically, the fine moisture content is injected into the air and the heat of the outside air is absorbed, thereby effectively lowering the outside air temperature through the latent heat of evaporation in which the liquid particles are changed into the vapor phase. Particularly, .

상기 미세 수분이 10μm 미만인 경우, 상기 노즐(440)을 통해 구현이 어려우며, 100μm를 초과하는 경우, 위에서 설명한 바와 같은 효과(분사와 동시에 빠르게 증발하는 증발잠열을 이용하여 외기 온도를 낮추는 것)를 기재하기 어려운 문제점이 있으므로, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000)은 상기 미세 수분이 10~100μm 크기인 것이 바람직하다. When the fine moisture content is less than 10 mu m, it is difficult to realize through the nozzle 440. When the fine moisture content is more than 100 mu m, the effect as described above (lowering the outside air temperature by using the latent heat of evaporation, It is preferable that the fine moisture content of the cooling system 1000 for a fuel cell vehicle according to the present invention is 10 to 100 mu m.

상기 제어부(500)는 상기 노즐(440)을 통해 미세 수분이 분사되도록 상기 펌프(430)의 작동을 제어하는 수단이다. 상기 제어부(500)는 차량을 제어하는 전자제어장치(ECU , electronic control unit)와 연결되거나, 상기 전자제어장치에 포함될 수 있다.(도 9 참조)
The control unit 500 controls the operation of the pump 430 so that fine moisture is sprayed through the nozzle 440. The control unit 500 may be connected to an electronic control unit (ECU) for controlling the vehicle, or may be included in the electronic control unit (see FIG. 9).

이를 통해, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000)은 미세 수분을 쿨링모듈(300) 측으로 분사할 수 있어 냉각수를 원활하게 냉각할 수 있는 장점이 있다. 특히, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000)은 라디에이터(320)의 열교환효율을 높일 수 있어 라디에이터(320)를 소형화함으로써 엔진룸 내부의 공간효율성을 높일 수 있으며, 무게를 절감할 수 있고, 팬 용량을 소형화함으로써 팬 구동에 소비되는 전력을 줄일 수 있는 장점이 있다. Accordingly, the cooling system 1000 for a fuel cell vehicle of the present invention is capable of spraying fine moisture to the cooling module 300 side, thereby cooling the cooling water smoothly. In particular, the cooling system 1000 for a fuel cell vehicle according to the present invention can increase the heat exchange efficiency of the radiator 320, thereby reducing the size of the radiator 320, thereby improving the space efficiency in the engine room, The miniaturization of the fan capacity has the advantage of reducing the power consumed in driving the fan.

한편, 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 노즐(440)은 외기 흐름 방향으로 상기 라디에이터(320) 전측에 위치할 수도 있고, 상기 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 노즐(440)은 외기 흐름 방향으로 상기 응축기(310) 전측에 위치할 수 있다. 상기 도 3 및 도 6에서 외기 흐름 방향을 화살표로 나타내었다. 2 to 5, the nozzle 440 may be positioned in front of the radiator 320 in the direction of the outside air flow. As shown in FIG. 5, And may be located in front of the condenser 310 in the outside air flow direction. In FIGS. 3 and 6, the direction of the outside air flow is indicated by an arrow.

상기 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이 상기 노즐(440)이 상기 라디에이터(320) 전측에 위치할 경우, 상기 라디에이터(320)로 직접 미세 수분을 분사하여 냉각수를 효과적으로 냉각할 수 있다. 또한, 상기 도 6에 도시한 바와 같이 상기 노즐(440)이 상기 응축기(310) 전측에 위치할 경우, 상기 응축기(310) 내부를 유동하는 냉매를 용이하게 냉각할 수 있으며, 상기 라디에이터(320)와 열교환되는 외기의 온도를 낮추어 냉각수를 효과적으로 냉각할 수 있다.2 to 5, when the nozzle 440 is located on the front side of the radiator 320, fine water is directly sprayed to the radiator 320 to effectively cool the cooling water. 6, when the nozzle 440 is located on the front side of the condenser 310, it is possible to easily cool the refrigerant flowing in the condenser 310, The cooling water can be effectively cooled by lowering the temperature of the outside air to be heat-exchanged.

또한, 상기 노즐(440)은 상기 쿨링모듈(300)의 중앙을 향해 미세 수분을 분사하도록 하나 이상이 구비될 수 있다. 상기 도 4에 도시한 형태는 상기 라디에이터(320)의 상측의 길이방향 양측에 노즐(440)이 각각 구비되되, 상기 라디에이터(320)의 중앙을 향해 미세 수분을 분사하는 예를 나타내었다. 상기 도 5에 도시한 형태는 상기 라디에이터(320)의 높이방향으로 3개씩 길이방향으로 양측에 각각 노즐(440)이 구비되어 총 6개의 노즐(440)이 구비되는 예를 나타내었다. 상기 도 5에 도시한 바와 같이, 복수개의 노즐(440)이 구비된 경우에도 상기 노즐(440)이 상기 라디에이터(320)의 중앙 부분을 향해 미세 수분을 분사하도록 구비됨으로써 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 시스템(1000)은 미세 수분 분사에 의한 냉각 효과를 극대화할 수 있다.
In addition, the nozzle 440 may include one or more nozzles for spraying fine moisture toward the center of the cooling module 300. 4, nozzles 440 are provided on both sides of the radiator 320 in the longitudinal direction of the radiator 320, and fine moisture is sprayed toward the center of the radiator 320. In the embodiment shown in FIG. 5, three nozzles 440 are provided on both sides in the longitudinal direction of the radiator 320, and six nozzles 440 are provided in total. 5, even when the plurality of nozzles 440 are provided, the nozzles 440 are configured to inject fine moisture toward the central portion of the radiator 320, The system 1000 can maximize the cooling effect by fine water spray.

한편, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 방법은 팬 작동 판단 단계(S10), 분사 판단 단계(S20), 및 미세 수분 분사 단계(S30)를 포함한다. (도 7 참조)Meanwhile, the cooling method for a fuel cell vehicle of the present invention includes a fan operation determination step (S10), an injection determination step (S20), and a fine water dispersion step (S30). (See Fig. 7)

상기 팬 작동 판단 단계(S10)는 상기 팬이 작동되는지를 확인하는 단계로서, 상기 팬을 구동하는 모터에 전원이 인가되었는지를 확인하여 수행될 수 있다. The fan operation determination step (S10) may be performed by confirming whether the fan is operated or not by checking whether power is applied to the motor that drives the fan.

상기 분사 판단 단계(S20)는 상기 팬 작동 판단 단계(S10)에서 팬의 작동이 판단되면, 미세 수분 분사가 필요한지 판단하는 단계로서, 상기 분사 판단 단계(S20)에서 미세 수분 분사가 필요하다고 판단되면, 상기 제어부(500)가 펌프(430)를 작동하여 노즐(440)을 통해 미세 수분을 분사하는 미세 수분 분사 단계(S30)가 수행된다. If it is determined in step S20 that fine water spray is necessary, the spray determination step S20 may be a step of determining whether fine water spray is required if the operation of the fan is determined in the fan operation determination step S10 , The controller 500 operates the pump 430 to perform a fine moisture spraying step S30 for spraying fine moisture through the nozzle 440. [

상술한 바와 같이, 본 발명의 연료전지 차량용 냉각 방법은 1차로 팬을 작동하여 라디에이터(320)를 통과하는 외기의 양을 증대하고, 2차로 미세 수분을 분사함으로써 미세 수분의 분사가 필요할 때만 펌프(430)가 작동함으로써, 냉각수의 냉각 정도를 조절할 수 있는 장점이 있다. As described above, the cooling method for a fuel cell vehicle according to the present invention increases the amount of outside air passing through the radiator 320 by first operating the fan, and only when fine water content is required to be sprayed by the second order, 430) is operated to control the degree of cooling of the cooling water.

더욱 상세하게, 상기 분사 판단 단계(S20)는 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 라디에이터(320) 출구측 냉각수 온도가 제1온도 이상(S21), 상기 외기 온도가 제2온도 이상(S22) 및 상기 연료전지부(100)의 출력이 기준값 이상(S23) 중 하나가 만족되면, 미세 수분 분사가 필요하다고 판단한다. 특히, 상기 제1온도는 상기 라디에이터(320)의 냉각 목표 온도이고, 상기 제2온도는 35℃이며, 상기 기준값은 50%일 수 있다. 상기 라디에이터(320)의 냉각 목표 온도 란, 라디에이터(320) 내부의 냉각수가 외기와 열교환하여 냉각되어야 하는 온도로서, 연료전지부(100)를 안정적으로 냉각할 수 있는 정도의 목표 온도이다. 8, the cooling water temperature at the outlet side of the radiator 320 is equal to or higher than the first temperature S21, the outdoor air temperature is equal to or higher than the second temperature S22, If the output of the fuel cell unit 100 satisfies at least one of the reference value (S23), it is determined that fine water spray is necessary. In particular, the first temperature may be a cooling target temperature of the radiator 320, the second temperature may be 35 ° C, and the reference value may be 50%. The cooling target temperature of the radiator 320 is a temperature at which the cooling water inside the radiator 320 is to be cooled by heat exchange with the outside air and is a target temperature at which the fuel cell unit 100 can be stably cooled.

이 때, 상기 라디에이터(320) 출구측 냉각수 온도는 상기 라디에이터(320) 출구측에 구비되는 제1센서(321)를 이용하여 센싱될 수 있고, 상기 외기 온도는 차량 전방에 구비되는 제2센서(322)를 이용하여 센싱될 수 있으며, 상기 제어부(500)가 상기 제1센서(321), 제2센서(322) 및 연료전지부(100)와 연결되어 판단 및 펌프(430)의 구동을 제어할 수 있다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 제어부(500)가 차량의 전자제어장치와 연결되어 차량 전체를 제어하기 위하여 수집되는 정보를 전달받아 판단할 수도 있다. At this time, the cooling water temperature on the outlet side of the radiator 320 can be sensed using the first sensor 321 provided on the outlet side of the radiator 320, and the outside air temperature can be sensed by the second sensor 322 and the control unit 500 may be connected to the first sensor 321, the second sensor 322 and the fuel cell unit 100 to control the operation of the determination and the pump 430 can do. As shown in FIG. 9, the controller 500 may be connected to an electronic control unit of the vehicle to determine whether the information is collected to control the entire vehicle.

또, 상기 미세 수분 분사 단계(S30)의 수행 중에도, 상기 팬 작동 판단 단계(S10) 및 상기 분사 판단 단계(S20)는 주기적으로 수행되어 팬 작동이 감지되지 않거나, 미세 수분의 분사가 필요치 않다고 판단되면 미세 수분 분사를 중지한다.
Also, during the execution of the fine moisture spraying step S30, the fan operation determining step S10 and the injection determining step S20 are performed periodically to determine that no fan operation is sensed or fine water spraying is required The fine moisture spraying is stopped.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1000 : 전기 자동차용 냉각 시스템
100 : 연료전지부
110 : 연료극 120 : 공기극
200 : 배기라인
300 : 쿨링모듈
310 : 응축기 320 : 라디에이터
330 : 팬 및 쉬라우드 조립체
321 : 제1센서
322 : 제2센서
331 : 냉각수조절밸브 332 : 냉각수라인
H : 히터코어
410 : 저장부
420 : 공급라인
430 : 펌프
440 : 노즐
500 : 제어부1000: Cooling system for electric vehicles
100: fuel cell unit
110: anode electrode 120: cathode electrode
200: Exhaust line
300: Cooling module
310: condenser 320: radiator
330: Fan and shroud assembly
321: First sensor
322: second sensor
331: Cooling water control valve 332: Cooling water line
H: heater core
410:
420: Supply line
430: pump
440: Nozzle
500:

Claims (8)

연료극과, 공기극을 포함하는 연료전지부;
상기 연료전지부로부터 발생되는 부산물인 물을 포함하는 공기가 배기되는 배기라인;
외기 흐름 방향으로 응축기와, 상기 연료전지부로부터 발생되는 열을 냉각하는 냉각수가 외기와 열교환되는 라디에이터와, 팬 및 쉬라우드 조립체가 순차적으로 조립되는 쿨링모듈;
상기 배기라인 상에 구비되어 물을 포집 및 저장하는 저장부;
상기 저장부와 연결되어 물이 이송되는 공급라인;
상기 공급라인 상에 구비되는 펌프;
상기 쿨링모듈에 인접하게 위치되며 상기 펌프 작동에 의해 미세 수분을 분사하는 노즐; 및
상기 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 시스템.
A fuel electrode comprising a fuel electrode and an air electrode;
An exhaust line through which air containing water as a by-product generated from the fuel cell unit is exhausted;
A cooling module for sequentially assembling a fan and a shroud assembly, a radiator in which cooling water for cooling heat generated from the fuel cell unit is heat-exchanged with the outside air, and a fan and a shroud assembly are sequentially assembled;
A storage unit provided on the exhaust line for collecting and storing water;
A supply line connected to the storage unit to transport water;
A pump provided on the supply line;
A nozzle positioned adjacent to the cooling module and spraying fine moisture by the pump operation; And
And a control unit for controlling the operation of the pump.
제1항에 있어서,
상기 미세 수분은 10~100μm 크기인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 시스템
The method according to claim 1,
Wherein the fine moisture content is in the range of 10 to 100 mu m.
제2항에 있어서,
상기 노즐은 외기 흐름 방향으로 상기 라디에이터 전측에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the nozzle is located in front of the radiator in a direction of an outside air flow.
제3항에 있어서,
상기 노즐은 외기 흐름 방향으로 상기 응축기 전측에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the nozzle is located in front of the condenser in the outdoor air flow direction.
제2항에 있어서,
상기 노즐은 상기 쿨링모듈의 중앙을 향해 미세 수분을 분사하도록 하나 이상이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein at least one of the nozzles is provided to inject fine moisture toward the center of the cooling module.
제1항 내지 제5항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 팬이 작동되는지를 확인하는 팬 작동 판단 단계;
상기 팬 작동 판단 단계에서 팬의 작동이 판단되면, 미세 수분 분사가 필요한지 판단하는 분사 판단 단계;
상기 분사 판단 단계에서 미세 수분 분사가 필요하다고 판단되면, 상기 제어부가 펌프를 작동하여 노즐을 통해 미세 수분을 분사하는 미세 수분 분사 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 방법.
The method according to any one of claims 1 to 5,
A fan operation determining step of determining whether the fan is operated;
Determining whether operation of the fan is required in the fan operation determination step, and determining whether fine water spray is required;
And a fine moisture spraying step of spraying fine moisture through the nozzle by operating the pump when it is determined that fine water spray is required in the spray determination step.
제6항에 있어서,
상기 분사 판단 단계는 상기 라디에이터 출구측 냉각수 온도가 제1온도 이상, 상기 외기 온도가 제2온도 이상 및 상기 연료전지부의 출력이 기준값 이상 중 하나가 만족되면, 미세 수분 분사가 필요하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the injection determination step determines that fine water spray is necessary when one of cooling water temperature at the radiator outlet side at the radiator outlet temperature is not less than the first temperature, the outside air temperature is at the second temperature and the output of the fuel cell unit is at least the reference value And cooling the fuel cell vehicle.
제7항에 있어서,
상기 제1온도는 상기 라디에이터의 냉각 목표 온도이고, 상기 제2온도는 35℃이며, 상기 기준값은 50%인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 냉각 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the first temperature is a cooling target temperature of the radiator, the second temperature is 35 ° C, and the reference value is 50%.
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