KR20190051270A - Pcm을 활용한 cod 히터와, 그 구동 시스템 및 구동 방법 - Google Patents

Pcm을 활용한 cod 히터와, 그 구동 시스템 및 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 COD 히터와, 그 구동 시스템 및 구동 방법은 COD 히터의 냉각에 PCM을 활용함으로써 냉각수 펌프의 구동을 감소시켜 차량 연비 향상에 기여할 수 있다.

Description

PCM을 활용한 COD 히터와, 그 구동 시스템 및 구동 방법{COD Heater Using PCM, Driving System and Method Thereof}
본 발명은 COD 히터와, 그 구동 시스템 및 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 COD 히터의 냉각에 필요한 에너지를 감소시켜 연비를 향상시키기 위해 PCM(Phase Change Material)을 활용하여 냉각하는 COD 히터, 그 구동 시스템 및 구동 방법에 관한 것이다.
연료전지 차량에서는 시동 및 시동오프, 회생제동, 냉시동 등 스택 내 잔존 전기에너지가 발생하는 운용 모드시, COD 히터를 사용하여 스택 내 잔존 전기에너지를 열에너지로 변환하여 제거하고 있다.
운용 모드에 따라서는 최대 수십분 동안 COD 히터를 구동하게 되는데, 이때 COD 히터의 손상을 방지하기 위한 냉각이 필요하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 COD 히터의 구성을 도시한 도면으로서, 도 1을 참조하면, 종래의 COD 히터(1)는 스택 내 잔존 전기에너지를 제거하기 위해 발열되는 카트리지히터(11)와 제어기(12) 및 냉각수 라인(13)으로 구성된다.
도 2는 종래 기술에 따른 COD 히터 구동 시스템의 구성도로서, 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 COD 히터 구동 시스템은 COD 히터(1)와, 상기 COD 히터(1)에 냉각수를 공급하기 위한 펌프(2) 및, 상기 냉각수를 냉각하기 위한 라이에디터(3)로 구성된다. 냉각수 펌프(2)는 히터(1)가 동작하는 모든 순간에 구동되어 카트리지히터(11)의 주위를 냉각시킴으로써 히터(1)의 소손을 방지한다.
하지만, COD 히터(1)의 냉각에는 냉각을 위한 추가적 에너지 즉, 냉각수 펌프(2)를 구동하기 위한 에너지가 추가로 소요되게 되며, 이는 차량의 연비를 저감시키는 주요 요소가 된다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 COD 히터의 냉각에 PCM을 활용함으로써 냉각수 펌프의 구동을 감소시켜 차량 연비 향상에 기여할 수 있는 COD 히터와, 그 구동 시스템 및 구동 방법을 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 COD 히터는 히터 어셈블리; 상기 히터 어셈블리의 주위를 감싸는 형태로 상기 히터 어셈블리에 고정 형성되는 PCM; 및 상기 PCM의 외부에 설치되는 냉각수 루프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 히터 어셈블리는 발열 코일과 냉각 핀으로 구성될 수 있다.
상기 PCM은 1-옥타데칸올, 1-도코산올, RT-80 HC, RT-82, 카나우바 왁스, 자이리톨, 아세트 아마이드 중 어느 하나의 물질일 수 있다.
바람직하게, 상기 PCM은 1-옥타데칸올 또는 1-도코산올로 이루어지는 물질일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 COD 히터의 구동 시스템은 상기 COD 히터; 냉각수를 순환시키기 위한 펌프; 상기 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터; 상기 냉각수에 의해 가열 또는 냉각되는 연료전지 스택; 및 상기 냉각수가 상기 라디에이터을 경유하지 않도록 하는 바이패스 유로;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 한편, 본 발명에 따른 COD 히터의 구동 방법은 연료전지 차량의 운용 모드 별로 냉각수를 순환시키기 위한 펌프의 작동을 다르게 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 연료전지 차량의 운용 모드가 시동 및 시동오프 모드인 경우, 상기 펌프는 작동되지 않으며, 상기 COD 히터에서 발생되는 열은 상기 PCM이 고체에서 액체로 상변화하면서 모두 흡수할 수 있다.
상기 연료전지 차량의 운용 모드가 회생제동 모드인 경우, 필요에 따라 상기 펌프를 작동시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 PCM이 고체에서 액체로의 상변화가 종료되면 상기 펌프가 작동될 수 있다.
바람직하게, 상기 펌프에 의해 순환하는 냉각수는 상기 라디에이터를 경유하는 냉각루프를 따라 순환함으로써 냉각될 수 있다.
바람직하게, 냉각수의 냉각에 따라 상기 PCM이 액체에서 고체로 다시 상변화가 되면, 상기 펌프의 작동을 중단할 수 있다.
상기 연료전지 차량의 운용 모드가 냉시동 모드인 경우, 상기 COD 히터를 작동시켜 발생된 열에 의해 상기 PCM을 상변화 시킴과 동시에, 상기 펌프를 작동하여 냉각수를 순환시켜 상기 PCM의 열이 냉각수로 전달되도록 하고, 냉각수는 전달된 열을 상기 연료전지 스택에 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 COD 히터, 그 구동 시스템 및 구동 방법에 의하면, COD 히터 사용시 냉각수 펌프의 구동을 감소시켜 차량 연비 향상에 기여할 수 있으며, 펌프 구동 감소에 따라 소음이 감소하게 되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 COD 히터의 구성을 도시한 도면
도 2는 종래 기술에 따른 COD 히터 구동 시스템의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 COD 히터의 조립 부분도(a, b, c) 및 완성 사시도(d)
도 4는 PCM 물질들에 대한 내구성 및 축열량 시험 결과 그래프
도 5는 본 발명에 따른 COD 히터의 구동 시스템 구성도
도 6은 연료전지 차량의 운용 모드 별 본 발명에 따른 COD 히터의 구동 방법을 도시한 순서도
아래에서는 본 발명에 따른 COD 히터와, 그 구동 시스템 및 구동 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 COD 히터의 조립 부분도(a, b, c) 및 완성 사시도(d)이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 COD 히터(10)는 발열 코일(14)과 냉각 핀(15)으로 구성된 히터 어셈블리(16)(a 참조), 상기 히터 어셈블리(16)의 주위를 감싸는 형태로 상기 히터 어셈블리에 고정 형성되는 PCM(17)(b 참조), 및 상기 PCM(17)의 외부에 설치되는 냉각수 루프(18)(c 참조)를 포함하여 구성되며, 상기 히터 어셈블리(16), PCM(17) 및 냉각수 루프(18)가 COD 히터 하우징(19)에 설치됨으로써 완성된다(d 참조).
PCM(17)으로는 1-옥타데칸올, 1-도코산올, RT-80 HC, RT-82, 카나우바 왁스, 자이리톨, 아세트 아마이드 등의 물질이 사용될 수 있으며, 그 주요 물성은 아래 표 1과 같다.
Figure pat00001
도 4는 PCM 물질들에 대한 내구성 및 축열량 시험 결과 그래프로서, 상기 PCM 물질들 중 1-옥타데칸올과 1-도코산올이 내구성 및 축열량에서 가장 좋은 성능을 가지는 것을 확인하였다.
도 5는 본 발명에 따른 COD 히터의 구동 시스템 구성도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 COD 히터의 구동 시스템은 COD 히터(10), 상기 COD 히터(10)를 냉각하는 냉각수를 순환시키기 위한 펌프(20), 상기 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터(30), 상기 냉각수에 의해 가열 또는 냉각되는 연료전지 스택(40), 및 바이패스 유로(50)를 포함하여 구성된다.
상기 바이패스 유로(50)는 냉시동 모드와 같이 냉각수의 냉각이 필요하지 않은 경우 냉각수가 라디에이터(30)를 경유하지 않도록 하는 유로이다.
도 6은 연료전지 차량의 운용 모드 별 본 발명에 따른 COD 히터의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
시동 및 시동오프 모드(100)인 경우, COD 히터(10)를 수초간 작동시켜 연료전지 스택(40) 내 잔존 전기에너지를 제거한다. 이때, COD 히터(10)에서 발생되는 열은 PCM(17)이 고체에서 액체로 상변화하면서 모두 흡수하게 되고, 별도의 냉각수 순환을 위한 펌프(20)의 작동은 필요치 않게 된다. 이 경우, 펌프(20)의 구동이 필요치 않으므로 차량 연비 향상에 기여할 수 있다.
회생제동 모드(200)인 경우에는, 처음 수십초 간은 시동 및 시동오프 모드(100)와 동일하게 COD 히터(10)를 작동시켜 연료전지 스택(40) 내 잔존 전기에너지를 제거하면서, COD 히터(10)에서 발생되는 열은 별도의 냉각수 순환을 위한 펌프(20)의 작동 없이 PCM(17)이 고체에서 액체로 상변화하면서 모두 흡수한다. 이후, PCM(17)의 상변화가 종료하게 되면 펌프(20)를 작동하여 냉각수를 순환시켜 PCM(17)의 열이 냉각수로 전달되도록 하여 PCM(17)의 열소손을 방지한다. 이때, 냉각수는 라디에이터(30)를 경유하는 냉각루프(도 5 참조)를 따라 순환함으로써 냉각되게 된다. 냉각수의 냉각에 따라 PCM(17)이 액체에서 고체로 다시 상변화가 되면, 펌프(20)의 작동을 중단하고 다시 PCM(17)의 상변화만으로 COD 히터(10)에서 발생되는 열을 모두 흡수한다. 회생제동 모드(200)가 수십분간 지속되면 위 과정을 반복하여 진행하게 된다. 이 경우, 펌프(20)의 소모동력을 저감할 수 있으므로 차량 연비 향상에 기여할 수 있다.
외기 온도, 스택 온도, 냉각수 온도 등이 일정 온도 이하인 조건에서 시동하게 되는 냉시동 모드(300)인 경우에는, COD 히터(10)를 작동시켜 발생된 열에 의해 PCM(17)을 상변화 시킴과 동시에, 펌프(20)를 작동하여 냉각수를 순환시켜 PCM(17)의 열이 냉각수로 전달되도록 하고, 냉각수는 전달된 열을 연료전지 스택(40)에 공급하여 차량의 냉시동에 기여하도록 한다. 이때, 냉각수는 바이패스 유로(50)를 따라 순환함으로써 라디에이터(30)에 의해 냉각되지 않는다.
이상 설명한 본 발명에 따른 COD 히터, 그 구동 시스템 및 구동 방법에 의하면, COD 히터 사용시 냉각수 펌프의 구동을 감소시켜 차량 연비 향상에 기여할 수 있으며, 펌프 구동 감소에 따라 소음 감소 효과도 얻게 되는 장점이 있다.
1: COD 히터
2: 펌프
3: 라디에이터
10: COD 히터
11: 카트리지히터
12: 제어기
13: 냉각수 라인
14: 발열 코일
15: 냉각 핀
16: 히터 어셈블리
17: PCM
18: 냉각수 루프
19: 하우징
20: 펌프
30: 라디에이터
40: 연료전지 스택
50: 바이패스 유로
100: 시동 및 시동오프 모드
200: 회생제동 모드
300: 냉시동 모드

Claims (12)

  1. 히터 어셈블리;
    상기 히터 어셈블리의 주위를 감싸는 형태로 상기 히터 어셈블리에 고정 형성되는 PCM; 및
    상기 PCM의 외부에 설치되는 냉각수 루프;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터 어셈블리는 발열 코일과 냉각 핀으로 구성되는 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 PCM은 1-옥타데칸올, 1-도코산올, RT-80 HC, RT-82, 카나우바 왁스, 자이리톨, 아세트 아마이드 중 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 PCM은 1-옥타데칸올 또는 1-도코산올 물질인 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 따른 COD 히터;
    상기 COD 히터를 냉각하는 냉각수를 순환시키기 위한 펌프;
    상기 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터;
    상기 냉각수에 의해 가열 또는 냉각되는 연료전지 스택; 및
    상기 냉각수가 상기 라디에이터을 경유하지 않도록 하는 바이패스 유로;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 COD 히터의 구동 시스템.
  6. 청구항 5에 따른 COD 히터의 구동 시스템에 의해 COD 히터를 구동하는 방법으로서,
    연료전지 차량의 운용 모드 별로 냉각수를 순환시키기 위한 펌프의 작동을 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 COD 히터 구동 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 연료전지 차량의 운용 모드가 시동 및 시동오프 모드인 경우, 상기 펌프는 작동되지 않으며, 상기 COD 히터에서 발생되는 열은 상기 PCM이 고체에서 액체로 상변화하면서 모두 흡수하는 것을 특징으로 하는 COD 히터 구동 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 연료전지 차량의 운용 모드가 회생제동 모드인 경우, 필요시에만 상기 펌프를 작동시키는 것을 특징으로 하는 COD 히터 구동 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 PCM이 고체에서 액체로의 상변화가 종료되면 상기 펌프가 작동되는 것을 특징으로 하는 COD 히터 구동 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 펌프에 의해 순환하는 냉각수는 상기 라디에이터를 경유하는 냉각루프를 따라 순환함으로써 냉각되는 것을 특징으로 하는 COD 히터 구동 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    냉각수의 냉각에 따라 상기 PCM이 액체에서 고체로 다시 상변화가 되면, 상기 펌프의 작동을 중단하는 것을 특징으로 하는 COD 히터 구동 방법.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 연료전지 차량의 운용 모드가 냉시동 모드인 경우, 상기 COD 히터를 작동시켜 발생된 열에 의해 상기 PCM을 상변화 시킴과 동시에, 상기 펌프를 작동하여 냉각수를 순환시켜 상기 PCM의 열이 냉각수로 전달되도록 하고, 냉각수는 전달된 열을 상기 연료전지 스택에 공급하는 것을 특징으로 하는 COD 히터 구동 방법.
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