KR20160040333A - 연료전지 차량용 공조시스템 및 그의 공조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량 공조에 필요한 열원과 냉열원을 연료전지의 운전을 통해 발생하는 폐열과 연료전지의 운전에서 발생된 물을 이용하고, 다량의 외기가 도입되더라도 에너지 절감이 가능하며, 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있는 연료전지 차량용 공조시스템 및 그의 공조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료전지를 구동원으로 하는 차량의 공조시스템에 있어서, 연료전지; 상기 연료전지에서 발생된 물을 저장하는 물 저장탱크; 상기 연료전지에서 발생된 전기를 제공받아 외부에서 도입되는 공기를 냉각시키는 냉각장치; 및 외기가 도입되는 상기 냉각코일의 상류 측 공기 유로에 설치되어 도입되는 공기를 예-제습하기 위한 예-제습 유닛;을 포함하는 연료전지 차량용 공조시스템이 제공되며, 연료전지를 구동원으로 하는 차량의 공조시스템의 공조방법에 있어서, 연료전지에서 발생된 열과 전기를 제공받아 외부에서 도입되는 공기를 예-제습하는 예-제습 단계; 상기 예-제습된 공기를 냉각시키는 냉각 단계; 상기 냉각 단계를 거쳐 나오는 공기를 냉각 및 가습시켜 설정 급기 조건으로 맞춰지도록 하는 급기 설정 단계; 및 상기 급기 설정 단계에서 설정 급기 조건으로 맞춰진 공기를 차량 내부로 급기하는 급기 단계;를 포함하는 연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법이 제공된다.
Description
본 발명은 연료전지 차량용 공조시스템 및 그의 공조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 공조에 필요한 열원과 냉열원을 연료전지의 운전을 통해 발생하는 폐열과 연료전지의 운전에서 발생된 물을 이용하고, 다량의 외기가 도입되더라도 에너지 절감이 가능하며, 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있는 연료전지 차량용 공조시스템 및 그의 공조방법에 관한 것이다.
본 발명은 미래창조과학부 한국연구재단의 지원으로 "이공분야 기초연구사업/중견연구자지원사업/도약연구"의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: NRF-2012R1A2A1A01001927, 과제명: 제습 증발냉각 기술기반 고효율 전외기 공조시스템 개발].
오늘날 화석연료를 사용하는 내연기관 자동차는 배기가스로 인한 환경오염, 이산화탄소로 인한 지구온난화, 오존 생성 등으로 인한 호흡기 질환 유발 등과 같은 많은 문제점을 가지고 있다. 그리고, 지구상에 존재하는 화석연료는 한정되어 있기 때문에 언젠가는 고갈될 위기에 처해 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 구동모터를 구동시켜 주행하는 순수 전기자동차(Electric Vehicle, EV)나, 엔진과 구동모터로 주행하는 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 연료전지에서 생성되는 전력으로 구동모터를 구동시켜 주행하는 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) 등의 전기자동차가 개발되어 왔다.
특히, 연료가스와 산화가스의 전기화학반응에 의해 발전하는 연료전지를 에너지원으로 하는 연료전지시스템이 주목받고 있다. 연료전지시스템은, 연료전지의 애노드에 연료탱크로부터 고압의 연료가스를 공급함과 동시에, 캐소드에 산화가스로서의 공기를 가압 공급하고, 이들 연료가스와 산화가스를 전기화학 반응시켜, 기전력을 발생시키는 것이다.
환경친화적인 미래형 자동차의 하나인 수소 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템은, 반응가스의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급시스템, 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급시스템, 및 연료전지 스택의 전기화학 반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지 스택의 운전온도를 최적으로 제어하고 물관리 기능을 수행하는 열 및 물관리 시스템을 포함하여 구성된다.
도 1은 일반적인 연료전지 차량용 공조시스템의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 통상적인 연료전지 차량용 공조시스템의 냉각시스템의 일 예를 도시한 구성도이다.
종래 연료전지 차량용 공조시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 스택(11)이 냉각장치(40)의 스택용 라디에이터(14)와 냉각 수로로 연결되고, 제1 워터펌프(12)를 통하여 제1 리저버 탱크(13)에 충분하게 저장된 냉각수를 순환시켜 스택(11)에서 발생한 열을 냉각시킨다.
또한, 차량을 구동시키기 위해 동력을 발생하는 구동모터(21)나 직류를 교류를 변환하는 인버터(22)와 같은 전장품을 냉각시키기 위해서, 구동모터(21), 인버터(22) 등의 전장품과 전장용 라디에이터(25)를 냉각수로로 연결하고, 제2 워터펌프(23)로 제2 리저버 탱크(24)에 충분히 저장된 냉각수를 순환시켜 구동모터(21)나 인버터(22)에서 발생한 열을 냉각시킨다.
한편, 에어컨은 콤프레서(미도시), 콘덴서(32), 팽창밸브 및 증발기를 순환하도록 냉매관을 구성하고, 냉매를 순환시켜 차량의 실내를 냉방시킨다. 미설명부호 41은 냉각팬이다.
종래의 연료전지 자동차용 공조시스템은 압축식 냉동기 기반 냉각장치(냉각코일)을 통해 여름철 도입 외기 및 실내 공기를 설정온도까지 냉각시킨다.
그러나 이러한 종래의 연료전지를 이용한 차량의 경우, 주행 중에 소요되는 에너지를 극대화하기 위하여 공조부분에서의 에너지 절감이 절실한 상황이다. 특히, 기존 압축식 냉동사이클을 이용할 경우, 압축기에서의 에너지 소비로 인해 자동차의 에너지 소비량이 증대됨에 따라 공조에너지의 절감이 요구되는 상황이다.
또한, 기존 연료전지 차량의 공조시스템에서 실내의 적정 온도와 습도를 유지하기 위해서 냉각장치(냉각코일)이 급기의 제습과 냉각을 담당하고, 차량 내부의 재실자의 쾌적도 향상을 위해 급기를 히팅장치(재열코일)로 재열하는 방식은 재열코일에 추가적인 전기에너지를 야기시켜 차량 내 에너지 소비를 증가시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 차량 공조에 필요한 열원과 냉열원을 연료전지의 운전을 통해 발생하는 폐열과 연료전지의 운전에서 발생된 물을 이용하고, 다량의 외기가 도입되더라도 에너지 절감이 가능하며, 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있는 연료전지 차량용 공조시스템 및 그의 공조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 차량의 실내 공조와 환기를 위해 도입되는 외기를 액체식 제습시스템과 간접식 증발기 및 직접식 증발냉각기를 이용하여 냉각장치(냉각코일)의 부하를 절감시키고, 제습시스템의 제습제 재생에 필요한 열원은 연료전지의 운전을 통해 발생되는 폐열을 이용하며, 증발냉각기에 필요한 물은 연료전지의 운전시 발생되는 물을 공급함으로써 차량 내 공조 동작에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 연료전지 차량용 공조시스템 및 그의 공조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 연료전지를 구동원으로 하는 차량의 공조시스템에 있어서, 연료전지; 상기 연료전지에서 발생된 물을 저장하는 물 저장탱크; 상기 연료전지에서 발생된 전기를 제공받아 외부에서 도입되는 공기를 냉각시키는 냉각장치; 및 외기가 도입되는 상기 냉각코일의 상류 측 공기 유로에 설치되어 도입되는 공기를 예-제습하기 위한 예-제습 유닛;을 포함하는 연료전지 차량용 공조시스템이 제공된다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 예-제습 유닛은 상기 연료전지로부터 전기를 제공받는 액체식 제습기(liquid desiccant: LD); 및 상기 액체식 제습기에서 사용되는 제습제를 재생하도록 상기 연료전지에서 발생된 폐열을 상기 액체식 제습기로 공급하기 위한 폐열 공급 라인;을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 냉각장치와 예-제습 유닛 사이의 공기 유로 및 상기 냉각장치의 하류 측의 공기 유로 중 적어도 하나에 구비되어 통과하는 공기를 추가 공조시키는 급기 추가공조 모듈을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 냉각장치와 예-제습 유닛 사이의 공기 유로에 설치되는 상류 측 증발냉각 유닛 및 상기 냉각장치의 하류 측의 공기 유로에 설치되는 하류 측 증발냉각 유닛 중 적어도 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 상류 측 증발냉각 유닛은 상기 연료전지에서 발생되는 전기를 제공받으며, 상기 액체식 제습기에서 들어오는 공기를 냉각시키도록 구성되는 간접식 증발냉각기(IEC: indirect evaporative cooler); 및 상기 물 탱크로부터 상기 간접식 증발냉각기로 물을 공급하기 위한 제1 물공급 라인;을 포함하며, 상기 간접식 증발냉각기는 공기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 하류 측 증발냉각 유닛은 상기 연료전지에서 발생되는 전기를 제공받으며, 상기 냉각장치를 거쳐 나오는 공기를 냉각 및 가습하도록 구성되는 직접식 증발냉각기; 및 상기 물 탱크로 상기 직접식 증발냉각기로 물을 공급하기 위한 제2 물공급 라인;을 포함하며, 상기 직접식 증발냉각기는 공기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 차량 내부에서 공조된 공기를 상기 액체식 제습기의 상류 측 공기 유로 및 상기 간접식 증발냉각기 중 적어도 하나로 재순환시키기 위한 재순환 공기 유로를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 연료전지를 구동원으로 하는 차량의 공조시스템의 공조방법에 있어서, 연료전지에서 발생된 열과 전기를 제공받아 외부에서 도입되는 공기를 예-제습하는 예-제습 단계; 상기 예-제습된 공기를 냉각시키는 냉각 단계; 상기 냉각 단계를 거쳐 나오는 공기를 냉각 및 가습시켜 설정 급기 조건으로 맞춰지도록 하는 급기 설정 단계; 및 상기 급기 설정 단계에서 설정 급기 조건으로 맞춰진 공기를 차량 내부로 급기하는 급기 단계;를 포함하는 연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 예-제습 단계와 냉각 단계 사이에는 유입되는 공기를 현열 냉각시키는 현열 냉각 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 예-제습 단계, 냉각 단계, 급기 설정 단계 및 현열 냉각 단계는 필요 전기를 상기 연료전지로부터 제공받으며; 상기 급기 설정 단계 및 현열 냉각 단계는 상기 연료전지에서 발생된 물을 제공받는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 예-제습 단계는 상기 연료전지로부터 전기를 제공받는 액체식 제습기(liquid desiccant: LD), 및 상기 액체식 제습기에서 사용되는 제습제를 재생하도록 상기 연료전지에서 발생된 폐열을 상기 액체식 제습기로 공급하기 위한 폐열 공급 라인을 통해 이루어지고, 상기 급기 설정 단계는 상기 연료전지에서 발생되는 전기를 제공받으며, 상기 냉각장치를 거쳐 나오는 공기를 냉각 및 가습하도록 공기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 구성되는 직접식 증발냉각기, 및 상기 물 탱크로부터 상기 직접식 증발냉각기로 물을 공급하기 위한 제2 물공급 라인을 통해 이루어지며, 상기 현열 냉각 단계는 상기 연료전지에서 발생되는 전기를 제공받으며, 상기 액체식 제습기에서 들어오는 공기를 냉각시키도록 공기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 구성되는 간접식 증발냉각기(IEC: indirect evaporative cooler), 및 상기 물 탱크로부터 상기 간접식 증발냉각기로 물을 공급하기 위한 제1 물공급 라인을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 차량 내부에서 공조된 공기를 상기 예-제습 단계 이전의 공기 도입 측 및 상기 현열 냉각 단계 중 적어도 하나로 재순환시키기 위한 공기 재순환 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템 및 그의 공조방법에 따른 효과는 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 냉각장치(냉각코일)가 담당하는 제습과 냉각을 제습제 및 물의 순환만으로 실행할 수 있도록 하여 냉각장치의 부하를 효과적으로 절감시킬 수 있다.
둘째, 본 발명은 차량의 습도조절과 온도조절을 각각 제습시스템과 증발냉각시스템이 담당함으로써, 기존 공조시스템에서 냉각장치가 제습과 냉각을 동시에 한 후 재열코일을 이용하여 급기를 재열하는 방식에서 벗어나, 실내의 온도조절과 습도조절을 독립적으로 수행하는 디커플드 시스템(decoupled system)의 개념을 효과적으로 실현함으로써 차량 내 쾌적한 환경을 유지할 수 있다.
셋째, 본 발명은 차량의 공조시 다량의 외기가 도입되더라도 에너지 절감이 가능하며, 환기량 부족과 실내공기 재순환에 따른 다양한 공기 질의 문제를 해결할 수 있다.
넷째, 본 발명은 도입 공기가 액체식 제습시스템을 통과하면서 제습제와 접촉을 통해 외기의 부유물질 및 휘발성유기화합물(TVOC: Total Volatile Organic Compounds)을 효과적으로 제거할 수 있어 더욱 쾌적한 실내 공기를 유지할 수 있다.
다섯째, 본 발명은 증발냉각에 필요한 물을 연료전지의 운전에서 생성되는 물을 이용함으로써 버려지는 물을 재사용하여 효과적인 에너지 절감을 도모할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 연료전지 차량용 공조시스템의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 통상적인 연료전지 차량용 공조시스템의 냉각시스템의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템의 구성을 개략적으로도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법을 개략적으로 도시한 플로차트이다.
도 2는 통상적인 연료전지 차량용 공조시스템의 냉각시스템의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템의 구성을 개략적으로도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법을 개략적으로 도시한 플로차트이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지 차량용 공조시스템 및 공조방법에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템에 대하여 도 3을 참조하여 상세하 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템의 구성을 개략적으로도시한 구성도이다.
본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 연료전지를 구동원으로 하는 차량의 공조시스템에 있어서, 연료전지(100); 상기 연료전지(100)에서 발생된 물을 저장하는 물 저장탱크(이하, 간략히 '물 탱크'리 칭함)(200); 상기 연료전지(100)에서 발생된 전기를 제공받아 외부에서 도입되는 외기(급기)를 냉각시키는 냉각장치(냉각코일)(300); 및 외기가 도입되는 상기 냉각코일(300)의 상류 측 공기 유로(310)에 설치되어 도입되는 외기를 예-제습하기 위한 예-제습 유닛(400);을 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 냉각장치(300)와 예-제습 유닛(400) 사이의 공기 유로 및 상기 냉각장치(300)의 하류 측의 공기 유로 중 적어도 하나에 구비되어 통과하는 공기를 추가 공조시키는 급기 추가공조 모듈(500, 600)을 더 포함한다.
상기 연료전지(100)는 연료전지용 차량에 채용되는 연료전지가 이용되며, 상기 물 탱크(200)는 연료전지의 전기분해 과정에서 발생되는 물을 저장하는 것으며, 상기 냉각장치는 냉각코일과 같이 도입되는 외기(급기)의 제습과 냉각을 위한 구성이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 따라서, 이들 구성요소는 통상의 것을 채용할 수 있으므로 발명의 명확화와 설명의 간략화를 위하여 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 예-제습 유닛(400)은 액체식 제습기(liquid desiccant: LD)(410); 및 상기 액체식 제습기(410)에서 사용되는 제습제를 재생하도록 상기 연료전지(100)에서 발생된 열(폐열)을 상기 액체식 제습기(410)로 공급하기 위한 폐열 공급 라인(420)을 포함한다. 여기에서, 상기 액체식 제습기(410)에 필요한 전기는 상기 연료전지(100)로부터 제공받는다.
상기 액체식 제습기(410)는 제습제를 사용하여 도입되는 공기를 제습하는 것으로, 습식방식으로 제습하는 구성이라면 어떠한 구성을 채용할 수 있으며, 이에 대한 세부적인 구성 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 급기 추가공조 모듈(500, 600)은 상기 냉각장치(300)와 예-제습 유닛(400) 사이의 공기 유로에 설치되는 상류 측 증발냉각 유닛(500), 및/또는 상기 냉각장치(300)의 하류 측의 공기 유로(320)에 설치되는 하류 측 증발냉각 유닛(600)을 포함한다.
상기 상류 측 증발냉각 유닛(500)은 상기 연료전지(100)에서 발생되는 전기를 제공받으며, 상기 액체식 제습기(410)에서 들어오는 공기를 냉각(현열 냉각)시키도록 구성되는 간접식 증발냉각기(IEC: indirect evaporative cooler)(510), 및 상기 간접식 증발냉각기(510)에 필요한 물을 제공하기 위하여 상기 물 탱크(200)로부터 간접식 증발냉각기(510)로 물을 공급하기 위한 제1 물공급 라인(520)을 포함한다.
여기에서, 상기 간접식 증발냉각기(510)는 공기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어질 수 있고, 이를 통과하는 외기는 냉각(현열 냉각)된다.
계속해서, 상기 하류 측 증발냉각 유닛(600)은 상기 연료전지(100)에서 발생되는 전기를 제공받으며, 상기 냉각장치(300)를 거쳐 나오는 공기를 냉각 및 가습하도록 구성되는 직접식 증발냉각기(610), 및 상기 직접식 증발냉각기(610)에 필요한 물을 제공하기 위하여 상기 물 탱크(200)로부터 직접식 증발냉각기(610)로 물을 공급하기 위한 제2 물공급 라인(620)을 포함한다.
여기에서, 상기 직접식 증발냉각기(610)는 공기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어질 수 있고, 통과하는 공기가 냉각 및 가습되도록 하여 설정 급기 조건을 맞추도록 구성된다.
또한, 본 발명의 연료전지 차량용 공조시스템은 차량 내부에서 공조된 공기를 상기 액체식 제습기(410)의 상류 측 공기유로 및 상기 간접식 증발냉각기 중 적어도 하나로 재순환시키기 위한 재순환 공기 유로(700)를 더 포함한다.
다음으로, 본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법에 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법을 개략적으로 도시한 플로차트이다.
본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 연료전지를 구동원으로 하는 차량의 공조시스템의 공조방법에 있어서, 연료전지에서 발생된 열(폐열)과 전기를 제공받아 외부에서 도입되는 공기(외기)를 예-제습하는 예-제습 단계(S100); 상기 예-제습된 공기를 냉각장치(냉각코일)을 통해 냉각시키는 냉각 단계(S200); 상기 냉각 단계를 거쳐 나오는 공기가 냉각 및 가습되도록 하여 설정 급기 조건으로 맞춰지도록 하는 급기 설정 단계(S300); 및 상기 급기 설정 단계(S300)에서 설정 급기 조건으로 맞춰진 공기를 차량 내부로 급기하는 급기 단계(S400)를 포함한다.
상기 예-제습 단계(S100)와 냉각 단계(S200) 사이에는 유입되는 공기를 냉각(현열 냉각)시키는 현열 냉각 단계(S500)를 더 포함한다.
상기 각 단계들, 즉 예-제습 단계(S100), 냉각 단계(S200), 급기 설정 단계(S300) 및 현열 냉각 단계(S500)는 필요한 전기를 상기 연료전지로부터 발생되는 전기를 제공받으며, 상기 급기 설정 단계(S300) 및 현열 냉각 단계(S500)에서 필요한 물은 상기 연료전지에서 발생된 물을 제공받아 사용된다.
또한, 본 발명의 연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법은 차량 내부에서 공조된 공기를 상기 예-제습 단계 이전의 공기 도입 측 및 상기 현열 냉각 단계 중 적어도 하나로 재순환시키기 위한 공기 재순환 단계(S600)를 더 포함한다.
상기 각 단계들을 수행하는 구성요소들은 앞서 연료전지 차량용 공조시스템에서 설명한 구성요소들에 의해 수행될 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 연료전지 차량용 공조시스템 및 그의 공조방법은, 냉각장치(냉각코일)가 담당하는 제습과 냉각을 제습제 및 물의 순환만으로 실행할 수 있도록 하여 냉각장치의 부하를 효과적으로 절감시킬 수 있으며, 차량의 습도조절과 온도조절을 각각 제습시스템과 증발냉각시스템이 담당함으로써 기존 공조시스템에서 냉각장치가 제습과 냉각을 동시에 한 후 재열코일을 이용하여 급기를 재열하는 방식에서 벗어나, 실내의 온도조절과 습도조절을 독립적으로 수행하는 디커플드 시스템(decoupled system)의 개념을 효과적으로 실현함으로써 차량 내 쾌적한 환경을 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 차량의 공조시 다량의 외기가 도입되더라도 에너지 절감이 가능하고, 환기량 부족과 실내공기 재순환에 따른 다양한 공기 질의 문제를 해결할 수 있으며, 도입 공기가 액체식 제습시스템을 통과하면서 제습제와 접촉을 통해 외기의 부유물질 및 휘발성유기화합물(TVOC: Total Volatile Organic Compounds)을 효과적으로 제거할 수 있어 더욱 쾌적한 실내 공기를 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 증발냉각에 필요한 물을 연료전지의 운전에서 생성되는 물을 이용함으로써 버려지는 물을 재사용하여 효과적인 에너지 절감을 도모할 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 연료전지
200: 물 저장탱크
300: 냉각장치(냉각코일)
310: 상류 측 공기유로
320: 하류 측 공기유로
400: 예-제습 유닛
410: 액체식 제습기
420: 폐열 공급 라인
500: 상류 측 증발냉각 유닛
510: 간접식 증발냉각기
520: 제1 물공급 라인
600: 하류 측 증발냉각 유닛
610: 직접식 증발냉각기
620: 제2 물공급 라인
700: 재순환 공기 유로
S100: 예-제습 단계
S200: 냉각 단계
S300: 급기 설정 단계
S400: 급기 단계
S500: 현열 냉각 단계
S600: 공기 재순환 단계
200: 물 저장탱크
300: 냉각장치(냉각코일)
310: 상류 측 공기유로
320: 하류 측 공기유로
400: 예-제습 유닛
410: 액체식 제습기
420: 폐열 공급 라인
500: 상류 측 증발냉각 유닛
510: 간접식 증발냉각기
520: 제1 물공급 라인
600: 하류 측 증발냉각 유닛
610: 직접식 증발냉각기
620: 제2 물공급 라인
700: 재순환 공기 유로
S100: 예-제습 단계
S200: 냉각 단계
S300: 급기 설정 단계
S400: 급기 단계
S500: 현열 냉각 단계
S600: 공기 재순환 단계
Claims (12)
- 연료전지를 구동원으로 하는 차량의 공조시스템에 있어서,
연료전지;
상기 연료전지에서 발생된 물을 저장하는 물 저장탱크;
상기 연료전지에서 발생된 전기를 제공받아 외부에서 도입되는 공기를 냉각시키는 냉각장치; 및
외기가 도입되는 상기 냉각코일의 상류 측 공기 유로에 설치되어 도입되는 공기를 예-제습하기 위한 예-제습 유닛;을 포함하는
연료전지 차량용 공조시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 예-제습 유닛은
상기 연료전지로부터 전기를 제공받는 액체식 제습기(liquid desiccant: LD); 및
상기 액체식 제습기에서 사용되는 제습제를 재생하도록 상기 연료전지에서 발생된 폐열을 상기 액체식 제습기로 공급하기 위한 폐열 공급 라인;을 포함하는
연료전지 차량용 공조시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 냉각장치와 예-제습 유닛 사이의 공기 유로 및 상기 냉각장치의 하류 측의 공기 유로 중 적어도 하나에 구비되어 통과하는 공기를 추가 공조시키는 급기 추가공조 모듈을 더 포함하는
연료전지 차량용 공조시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 냉각장치와 예-제습 유닛 사이의 공기 유로에 설치되는 상류 측 증발냉각 유닛 및 상기 냉각장치의 하류 측의 공기 유로에 설치되는 하류 측 증발냉각 유닛 중 적어도 하나를 더 포함하는
연료전지 차량용 공조시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 상류 측 증발냉각 유닛은
상기 연료전지에서 발생되는 전기를 제공받으며, 상기 액체식 제습기에서 들어오는 공기를 냉각시키도록 구성되는 간접식 증발냉각기(IEC: indirect evaporative cooler); 및
상기 물 탱크로부터 상기 간접식 증발냉각기로 물을 공급하기 위한 제1 물공급 라인;을 포함하며,
상기 간접식 증발냉각기는 공기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지는
연료전지 차량용 공조시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 하류 측 증발냉각 유닛은
상기 연료전지에서 발생되는 전기를 제공받으며, 상기 냉각장치를 거쳐 나오는 공기를 냉각 및 가습하도록 구성되는 직접식 증발냉각기; 및
상기 물 탱크로 상기 직접식 증발냉각기로 물을 공급하기 위한 제2 물공급 라인;을 포함하며,
상기 직접식 증발냉각기는 공기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지는
연료전지 차량용 공조시스템.
- 제5항에 있어서,
차량 내부에서 공조된 공기를 상기 액체식 제습기의 상류 측 공기 유로 및 상기 간접식 증발냉각기 중 적어도 하나로 재순환시키기 위한 재순환 공기 유로를 더 포함하는
연료전지 차량용 공조시스템.
- 연료전지를 구동원으로 하는 차량의 공조시스템의 공조방법에 있어서,
연료전지에서 발생된 열과 전기를 제공받아 외부에서 도입되는 공기를 예-제습하는 예-제습 단계;
상기 예-제습된 공기를 냉각시키는 냉각 단계;
상기 냉각 단계를 거쳐 나오는 공기를 냉각 및 가습시켜 설정 급기 조건으로 맞춰지도록 하는 급기 설정 단계; 및
상기 급기 설정 단계에서 설정 급기 조건으로 맞춰진 공기를 차량 내부로 급기하는 급기 단계;를 포함하는
연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 예-제습 단계와 냉각 단계 사이에는 유입되는 공기를 현열 냉각시키는 현열 냉각 단계를 더 포함하는
연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 예-제습 단계, 냉각 단계, 급기 설정 단계 및 현열 냉각 단계는 필요 전기를 상기 연료전지로부터 제공받으며;
상기 급기 설정 단계 및 현열 냉각 단계는 상기 연료전지에서 발생된 물을 제공받는
연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 예-제습 단계는 상기 연료전지로부터 전기를 제공받는 액체식 제습기(liquid desiccant: LD), 및 상기 액체식 제습기에서 사용되는 제습제를 재생하도록 상기 연료전지에서 발생된 폐열을 상기 액체식 제습기로 공급하기 위한 폐열 공급 라인을 통해 이루어지고,
상기 급기 설정 단계는 상기 연료전지에서 발생되는 전기를 제공받으며, 상기 냉각장치를 거쳐 나오는 공기를 냉각 및 가습하도록 공기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 구성되는 직접식 증발냉각기, 및 상기 물 탱크로부터 상기 직접식 증발냉각기로 물을 공급하기 위한 제2 물공급 라인을 통해 이루어지며,
상기 현열 냉각 단계는 상기 연료전지에서 발생되는 전기를 제공받으며, 상기 액체식 제습기에서 들어오는 공기를 냉각시키도록 공기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 구성되는 간접식 증발냉각기(IEC: indirect evaporative cooler), 및 상기 물 탱크로부터 상기 간접식 증발냉각기로 물을 공급하기 위한 제1 물공급 라인을 통해 이루어지는
연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법.
- 제9항에 있어서,
차량 내부에서 공조된 공기를 상기 예-제습 단계 이전의 공기 도입 측 및 상기 현열 냉각 단계 중 적어도 하나로 재순환시키기 위한 공기 재순환 단계를 더 포함하는
연료전지 차량용 공조시스템의 공조방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140130555A KR20160040333A (ko) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | 연료전지 차량용 공조시스템 및 그의 공조방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020140130555A KR20160040333A (ko) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | 연료전지 차량용 공조시스템 및 그의 공조방법 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20160040333A true KR20160040333A (ko) | 2016-04-14 |
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| KR1020140130555A KR20160040333A (ko) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | 연료전지 차량용 공조시스템 및 그의 공조방법 |
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| KR (1) | KR20160040333A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180091980A (ko) * | 2017-02-06 | 2018-08-17 | 한온시스템 주식회사 | 연료전지 차량용 가습장치 |
-
2014
- 2014-09-29 KR KR1020140130555A patent/KR20160040333A/ko active Search and Examination
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180091980A (ko) * | 2017-02-06 | 2018-08-17 | 한온시스템 주식회사 | 연료전지 차량용 가습장치 |
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