KR20230171807A - Thermal management system for fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 차량용 열관리 시스템에 관한 것으로, 차량의 연료전지 스택으로부터 배출되는 응축수를 안내하는 배출라인, 차량에 유입되는 유입공기의 온도를 조절하는 히팅유닛을 경유하며 열매(heat medium)가 순환하는 순환라인, 및 응축수와 상기 열매를 상호 열교환시키는 열교환기를 포함하는 것에 의하여, 열관리 효율 및 에너지 차량의 냉난방 효율 및 열관리 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to a thermal management system for a fuel cell vehicle, in which heat medium circulates through a discharge line that guides condensate discharged from the fuel cell stack of the vehicle and a heating unit that controls the temperature of the incoming air flowing into the vehicle. By including a circulation line that exchanges heat with the condensate and the heat exchanger, it is possible to obtain the advantageous effect of improving the heat management efficiency and the cooling and heating efficiency of the energy vehicle.
Description
본 발명은 연료전지 차량용 열관리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 차량의 열관리 효율 및 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 차량용 열관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal management system for fuel cell vehicles, and more specifically, to a thermal management system for fuel cell vehicles that can improve the thermal management efficiency and energy efficiency of vehicles.
연료전지 차량(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)은 연료전지 스택에서 산소와 수소의 전기 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하여 동력원으로 사용한다.A fuel cell electric vehicle (FCEV) produces electrical energy through an electrochemical reaction between oxygen and hydrogen in a fuel cell stack and uses it as a power source.
연료전지 차량은 연료와 공기를 외부에서 공급하여 전지의 용량에 관계없이 계속 발전할 수 있어, 효율이 높고 오염물질이 거의 배출되지 않는 이점으로 인해, 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.Fuel cell vehicles can continuously generate power regardless of the capacity of the battery by supplying fuel and air from outside, which has the advantage of being highly efficient and emitting almost no pollutants, leading to continuous research and development.
한편, 연료전지 차량에는 외부의 온도변화에 관계없이 자동차 실내의 온도를 적당한 온도로 유지(냉난방)하기 위한 공조 시스템이 마련된다. 일 예로, 공조 시스템은 차량의 내부로 유입되는 유입공기를 히트 펌프 및 히터 등을 이용하여 가열하도록 구성된다.Meanwhile, fuel cell vehicles are equipped with an air conditioning system to maintain the temperature inside the vehicle at an appropriate temperature (cooling and heating) regardless of external temperature changes. For example, the air conditioning system is configured to heat incoming air flowing into the vehicle using a heat pump and heater.
그러나, 기존에는 차량의 내부로 유입되는 유입공기가 오로지 히트 펌프 및 히터에 의해 가열되도록 구성됨에 따라, 유입공기를 신속하게 가열하기 어렵고 히트 펌프 및 히터의 작동에 의한 전력 소모가 증가함에 따라 에너지 효율을 저하되는 문제점이 있다.However, as the incoming air flowing into the vehicle is configured to be heated only by the heat pump and heater, it is difficult to quickly heat the incoming air and the power consumption due to the operation of the heat pump and heater increases, which increases energy efficiency. There is a problem that deteriorates.
특히, 기존에는 연료전지 스택의 시동(냉시동) 직후, 차량으로 유입되는 유입공기를 신속하게 가열하기 어렵고, 유입공기를 가열하기 위해 필연적으로 히트 펌프 및 히터를 작동시켜야 함에 따라 공조 소모 전력을 최소화하기 어려운 문제점이 있다.In particular, in the past, it was difficult to quickly heat the incoming air flowing into the vehicle immediately after starting (cold starting) the fuel cell stack, and the heat pump and heater inevitably had to be operated to heat the incoming air, thereby minimizing air conditioning power consumption. There is a problem that makes it difficult to do.
이에 따라, 최근에는 공조 소모 전력을 최소화하고 에너지 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.Accordingly, various studies have been conducted recently to minimize air conditioning power consumption and improve energy efficiency, but this is still insufficient and development is required.
본 발명의 실시예는 차량의 열관리 효율 및 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 차량용 열관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of an embodiment of the present invention is to provide a thermal management system for a fuel cell vehicle that can improve the thermal management efficiency and energy efficiency of the vehicle.
특히, 본 발명의 실시예는 차량으로 유입되는 유입공기를 신속하게 가열할 수 있으며, 공조 소모 전력을 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In particular, the purpose of an embodiment of the present invention is to quickly heat inlet air flowing into a vehicle and minimize air conditioning power consumption.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택으로 배출되는 응축수의 폐열(waste heat)을 이용하여 유입공기를 곧바로 가열할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Above all, the purpose of the embodiment of the present invention is to immediately heat the incoming air using the waste heat of condensate discharged from the fuel cell stack.
또한, 본 발명의 실시예는 차량으로 유입되는 유입공기를 가열하기 위한 히트 펌프 및 히터의 작동을 최소화할 수 있으며, 히트 펌프 및 히터의 작동에 따른 전력 소모를 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, the embodiment of the present invention aims to minimize the operation of the heat pump and heater for heating the inlet air flowing into the vehicle, and to minimize power consumption due to the operation of the heat pump and heater. .
또한, 본 발명의 실시예는 구조를 간소화하고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Additionally, the embodiment of the present invention aims to simplify the structure and improve design freedom and space utilization.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.The problem to be solved in the embodiment is not limited to this, and also includes purposes and effects that can be understood from the means of solving the problem or the embodiment described below.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 차량의 연료전지 스택으로부터 배출되는 응축수를 안내하는 배출라인, 차량에 유입되는 유입공기의 온도를 조절하는 히팅유닛을 경유하며 열매(heat medium)가 순환하는 순환라인, 및 응축수와 상기 열매를 상호 열교환시키는 열교환기를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above-described purposes of the present invention, a thermal management system for a fuel cell vehicle includes a discharge line that guides condensate discharged from the fuel cell stack of the vehicle, and a temperature of inlet air flowing into the vehicle. It includes a circulation line through which heat medium circulates through a heating unit that regulates the heat medium, and a heat exchanger that exchanges heat between condensate and the heat medium.
이는, 차량의 열관리 효율 및 에너지 효율을 향상시키기 위함이다.This is to improve the thermal management efficiency and energy efficiency of the vehicle.
즉, 기존에는 차량의 내부로 유입되는 유입공기가 오로지 차량의 공조 시스템을 구성하는 히트 펌프 및 히터에 의해 가열되어야 하므로, 유입공기를 신속하게 가열하기 어렵고, 히트 펌프 및 히터의 작동에 의한 전력 소모가 증가함에 따라 에너지 효율을 저하되는 문제점이 있다. 특히, 기존에는 연료전지 스택의 시동(냉시동) 직후, 차량으로 유입되는 유입공기를 신속하게 가열하기 어렵고, 유입공기를 가열하기 위해 필연적으로 히트 펌프 및 히터를 작동시켜야 함에 따라 공조 소모 전력을 최소화하기 어려운 문제점이 있다.In other words, conventionally, the incoming air flowing into the vehicle must be heated solely by the heat pump and heater that make up the vehicle's air conditioning system, making it difficult to quickly heat the incoming air, and power consumption due to the operation of the heat pump and heater. There is a problem that energy efficiency decreases as . In particular, in the past, it was difficult to quickly heat the incoming air flowing into the vehicle immediately after starting (cold starting) the fuel cell stack, and the heat pump and heater inevitably had to be operated to heat the incoming air, thereby minimizing air conditioning power consumption. There is a problem that makes it difficult to do.
하지만, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택으로부터 배출되는 응축수와, 히팅유닛(차량에 유입되는 유입공기의 온도를 조절하는 히팅유닛)을 경유하는 순환라인의 열매(heat medium)가 상호 열교환되도록 하는 것에 의하여, 유입공기를 가열하기 위한 공조 소모 전력을 최소화하고, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.However, the embodiment of the present invention allows heat exchange between the condensate discharged from the fuel cell stack and the heat medium of the circulation line passing through the heating unit (a heating unit that controls the temperature of the incoming air flowing into the vehicle). By doing this, the advantageous effect of minimizing air conditioning power consumption for heating the incoming air and improving energy efficiency can be obtained.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 응축수의 폐열(waste heat)을 이용하여 열매(유입공기를 가열하는 열매)를 가열할 수 있으므로, 히트 펌프 및 히터의 작동을 최소화할 수 있으며, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.Above all, embodiments of the present invention can heat heat (heating heat of incoming air) using waste heat of condensate, thereby minimizing the operation of heat pumps and heaters and improving energy efficiency. You can get beneficial effects by doing so.
더욱이, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택의 시동 직후 곧바로 배출되는 고온(예를 들어, 50℃ 이상)의 응축수를 이용하여 열매를 가열할 수 있으므로, 히트 펌프 및 히터를 작동시키지 않고도, 연료전지 스택의 시동 직후 열매를 가열(유입공기를 가열)하는 것이 가능하며, 차량의 에너지 효율 및 난방 성능을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.Moreover, since the embodiment of the present invention can heat the heat source using high temperature (e.g., 50°C or higher) condensate discharged immediately after starting the fuel cell stack, the fuel cell can be heated without operating the heat pump and heater. It is possible to heat the heat source (heat the incoming air) immediately after starting the stack, and the beneficial effect of improving the energy efficiency and heating performance of the vehicle can be obtained.
히팅유닛은 차량으로 유입되는 유입공기를 승온시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.Heating units can be provided in various structures that can raise the temperature of incoming air flowing into a vehicle.
본 발명의 바람직한 실시예에 다르면, 히팅유닛은, 차량에 마련되며 유입공기가 유입되는 공조덕트, 공조덕트의 내부에 마련되는 히팅부재, 및 공조덕트의 내부에 마련되는 송풍팬을 포함할 수 있고, 히팅부재는 히팅부재를 경유하는 순환라인에 의해 가열될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the heating unit is provided in the vehicle and may include an air conditioning duct through which incoming air flows, a heating member provided inside the air conditioning duct, and a blowing fan provided inside the air conditioning duct. , the heating member can be heated by a circulation line passing through the heating member.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 순환라인을 따라 순환하는 열매를 가열하도록 순환라인에 마련되는 히터를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, a heat management system for a fuel cell vehicle may include a heater provided in the circulation line to heat the fruit circulating along the circulation line.
열교환기는 배출라인의 응축수와 순환라인의 열매를 상호 열교환 시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.The heat exchanger can be provided in various structures that can exchange heat between the condensate in the discharge line and the heat in the circulation line.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열교환기는, 차량에 마련되는 열교환기 하우징, 열교환기 하우징의 내부에 마련되며 배출라인이 연결되는 제1열교환배관, 및 제1열교환배관과 상호 열교환 가능하게 열교환기 하우징의 내부에 마련되며 순환라인이 연결되는 제2열교환배관을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the heat exchanger includes a heat exchanger housing provided in a vehicle, a first heat exchange pipe provided inside the heat exchanger housing and to which the discharge line is connected, and a heat exchanger capable of exchanging heat with the first heat exchange pipe. It is provided inside the housing and may include a second heat exchange pipe to which a circulation line is connected.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 열교환기의 상류(up-stream)에 위치하도록 배출라인에 마련되며, 응축수에서 기체를 분리하는 기액분리기를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the thermal management system for a fuel cell vehicle is provided in the discharge line so as to be located upstream of the heat exchanger, and may include a gas-liquid separator that separates gas from condensate.
이와 같이, 배출라인에 기액분리기를 마련하고, 기액분리기를 통과한 응축수(수증기가 분리된 응축수)가 열교환기로 공급되도록 하는 것에 의하여, 응축수에 의해 열교환 효율 및 성능을 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by providing a gas-liquid separator in the discharge line and allowing the condensate (condensate from which water vapor is separated) that has passed through the gas-liquid separator to be supplied to the heat exchanger, the advantageous effect of further improving heat exchange efficiency and performance by condensate can be obtained. there is.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 열교환기의 하류(down-stream)에 위치하도록 배출라인에 연결되며 열교환기를 통과한 응축수를 저장하는 저장용기를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the heat management system for a fuel cell vehicle may be connected to a discharge line so as to be located downstream of the heat exchanger and may include a storage container that stores condensate that has passed through the heat exchanger.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 열교환기를 통과한 응축수가 곧바로 외부에 배출되지 않고 저장용기에 저장되도록 하는 것에 의하여, 응축수의 배출에 의한 오염 및 사고(예를 들어, 도로에 배출된 응축수의 결빙으로 인한 미끄러짐 사고) 발생 위험성을 낮추는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, the embodiment of the present invention allows condensate that has passed through the heat exchanger to be stored in a storage container rather than being immediately discharged to the outside, thereby causing pollution and accidents due to discharge of condensate (for example, freezing of condensate discharged on the road). This can have the beneficial effect of lowering the risk of slipping accidents due to accidents.
저장용기는 응축수를 저장 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다.Storage containers can be provided in various structures capable of storing condensate.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 저장용기는 내부에 저장공간을 갖는 용기본체, 및 용기본체의 벽면을 덮도록 마련되는 단열층을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the storage container may include a container body having a storage space therein, and an insulating layer provided to cover the wall of the container body.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 용기본체의 벽면을 덮도록 단열층을 마련하는 것에 의하여, 용기본체의 내부에 저장되는 응축수의 온도 하강 및 결빙을 최대한 늦추는 것이 가능하다.As such, in the embodiment of the present invention, it is possible to delay the temperature drop and freezing of condensate stored inside the container body as much as possible by providing an insulating layer to cover the wall surface of the container body.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템은, 저장용기에 연결되는 연결라인, 및 연결라인을 선택적으로 개폐하는 배출밸브를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, a thermal management system for a fuel cell vehicle may include a connection line connected to a storage container, and a discharge valve that selectively opens and closes the connection line.
한편, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 별도의 히팅부재를 배제하고 열교환기 자체가 히팅부재의 역할을 수행하도록 구성하는 것도 가능하다.Meanwhile, according to another preferred embodiment of the present invention, it is possible to exclude a separate heating member and configure the heat exchanger itself to function as a heating member.
일 예로, 열교환기는, 응축수가 공급되는 제1열교환배관, 및 제1열교환배관에 인접하게 마련되며 열매가 공급되는 제2열교환배관을 포함할 수 있고, 히팅유닛은, 제1열교환배관 및 제2열교환배관의 둘레를 감싸도록 차량에 마련되며 유입공기가 유입되는 공조덕트, 및 공조덕트의 내부에 마련되는 송풍팬을 포함할 수 있다.As an example, the heat exchanger may include a first heat exchange pipe through which condensate is supplied, and a second heat exchange pipe provided adjacent to the first heat exchange pipe and through which heat is supplied, and the heating unit may include the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe. It is provided in the vehicle to surround the circumference of the heat exchange pipe and may include an air conditioning duct through which incoming air flows, and a blowing fan provided inside the air conditioning duct.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 제1열교환배관 및 제2열교환배관 자체가 히팅부재의 역할을 수행하도록 하는 것에 의하여, 히팅유닛에 별도의 히팅부재를 마련하지 않아도 되므로, 구조를 간소화하고 원가를 절감할 수 있으며, 공간활용성 및 설계자유도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, the embodiment of the present invention allows the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe themselves to perform the role of a heating member, thereby eliminating the need to provide a separate heating member in the heating unit, thereby simplifying the structure and reducing costs. Savings can be achieved, and the advantageous effect of improving space utilization and design freedom can be obtained.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 차량의 열관리 효율 및 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the advantageous effect of improving the thermal management efficiency and energy efficiency of a vehicle can be obtained.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면 차량으로 유입되는 유입공기를 신속하게 가열할 수 있으며, 공조 소모 전력을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In particular, according to an embodiment of the present invention, the incoming air flowing into the vehicle can be quickly heated and the advantageous effect of minimizing air conditioning power consumption can be obtained.
무엇보다도, 본 발명의 실시예에 따르면 연료전지 스택으로 배출되는 응축수의 폐열(waste heat)을 이용하여 차량으로 유입되는 유입공기를 곧바로 가열할 수 있다.Above all, according to an embodiment of the present invention, the incoming air flowing into the vehicle can be immediately heated using the waste heat of the condensate discharged from the fuel cell stack.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 차량으로 유입되는 유입공기를 가열하기 위한 히트 펌프 및 히터의 작동을 최소화할 수 있으며, 히트 펌프 및 히터의 작동에 따른 전력 소모를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the operation of the heat pump and heater for heating the inlet air flowing into the vehicle can be minimized, and the advantageous effect of minimizing power consumption due to the operation of the heat pump and heater can be obtained. .
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 구조를 간소화하고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the advantageous effects of simplifying the structure and improving design freedom and space utilization can be obtained.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템으로서, 차단부재를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a thermal management system for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram for explaining a thermal management system for a fuel cell vehicle according to another embodiment of the present invention.
3 and 4 are diagrams for explaining a blocking member as a thermal management system for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical idea of the present invention is not limited to some of the described embodiments, but may be implemented in various different forms, and as long as it is within the scope of the technical idea of the present invention, one or more of the components may be optionally used between the embodiments. It can be used by combining and replacing.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention, unless explicitly specifically defined and described, are generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. It can be interpreted as meaning, and the meaning of commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, can be interpreted by considering the contextual meaning of the related technology.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Additionally, the terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the singular may also include the plural unless specifically stated in the phrase, and when described as "at least one (or more than one) of A and B and C", it is combined with A, B, and C. It can contain one or more of all possible combinations.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.Additionally, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used.
이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only used to distinguish the component from other components, and are not limited to the essence, sequence, or order of the component.
그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.And, when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also is connected to the other component. It may also include cases where other components are 'connected', 'combined', or 'connected' due to another component between them.
또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.Additionally, when described as being formed or disposed "on top or bottom" of each component, top or bottom refers not only to cases where two components are in direct contact with each other, but also to one component. This also includes cases where another component described above is formed or disposed between two components. In addition, when expressed as "top (above) or bottom (bottom)", it may include not only the upward direction but also the downward direction based on one component.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 차량의 연료전지 스택(100)으로부터 배출되는 응축수를 안내하는 배출라인(110), 차량에 유입되는 유입공기의 온도를 조절하는 히팅유닛(200)을 경유하며 열매(heat medium)가 순환하는 순환라인(210), 및 응축수와 상기 열매를 상호 열교환시키는 열교환기(300)를 포함한다.Referring to FIGS. 1 and 2, the
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은 차량, 선박, 항공 등과 같은 다양한 모빌리티(mobility)에 적용될 수 있으며, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)이 적용되는 피대상체(모빌리티)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것을 아니다.For reference, the
연료전지 스택(100)은, 연료(예를 들어, 수소)의 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하는 일종의 발전 장치로서, 수십 또는 수백 개의 연료전지 셀(단위 셀)을 직렬로 적층하여 구성될 수 있다.The
연료전지 셀은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.Fuel cell cells can be formed in various structures that can produce electricity through a redox reaction between a fuel (eg, hydrogen) and an oxidizing agent (eg, air).
일 예로, 연료전지 셀은, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(미도시), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구(미도시), 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)(미도시)을 포함할 수 있다.For example, a fuel cell is a membrane electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly) (not shown) in which catalyst electrode layers where electrochemical reactions occur are attached to both sides of the electrolyte membrane through which hydrogen ions move, and reactant gases are evenly distributed. A gas diffusion layer (GDL: Gas Diffusion Layer) (not shown) that plays a role in transmitting the generated electrical energy, a gasket and fastening mechanism (not shown) to maintain airtightness and appropriate fastening pressure of the reactive gases and coolant, It may also include a bipolar plate (not shown) that moves the reaction gases and cooling water.
보다 구체적으로, 연료전지 셀에서 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급된다.More specifically, in a fuel cell, hydrogen as a fuel and air (oxygen) as an oxidizing agent are supplied to the anode and cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, respectively. Hydrogen is supplied to the anode, Air is supplied to the cathode.
애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.The hydrogen supplied to the anode is decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons (electrons) by the catalyst in the electrode layer formed on both sides of the electrolyte membrane, and only hydrogen ions are selectively passed through the electrolyte membrane, which is a cation exchange membrane, and transferred to the cathode. At the same time, electrons are transferred to the cathode through the conductive gas diffusion layer and separator plate.
캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.At the cathode, hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and electrons transferred through the separator meet oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device, causing a reaction to generate water. Due to the movement of hydrogen ions that occurs at this time, a flow of electrons occurs through the external conductor, and current is generated through this flow of electrons.
배출라인(110)은 연료전지 스택(100)으로부터 배출되는 고온의 응축수를 안내하도록 마련된다.The
예를 들어, 연료전지 스택(100)으로부터 배출되는 대략 50℃ 이상의 온도를 가질 수 있다.For example, the temperature discharged from the
본 발명의 실시예에서, 연료전지 스택(100)으로부터 배출되는 응축수라 함은, 연료전지 스택(100)의 캐소드에서 배출되는 응축수 및 애노드에서 배출되는 응축수를 모두 포함하는 것으로 정의된다.In an embodiment of the present invention, condensate discharged from the
배출라인(110)은 고온의 응축수를 연료전지 스택(100)의 외부로 안내할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 배출라인(110)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The
참고로, 연료전지 스택(100)으로부터 배출된 응축수는 배출라인(110)을 따라 곧바로 배출되거나, 가습기(연료전지 스택으로 공급되는 공기를 가습하는 가습기)(미도시)를 경유한 후 배출될 수 있으며, 응축수의 배출 경로에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.For reference, the condensate discharged from the
순환라인(210)은 차량에 유입되는 유입공기의 온도를 조절하는 히팅유닛(200)을 경유하도록 제공되며, 순환라인(210)을 따라서는 열매(heat medium)가 순환할 수 있다.The
순환라인(210)은 차량 실내의 온도를 적당한 온도로 유지(예를 들어, 난방)하기 위한 공조 시스템의 히팅유닛(200)을 경유하도록 구성되며, 순환라인(210)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The
보다 구체적으로, 순환라인(210)은 히팅유닛(200)을 경유하는 열매를 가열(승온)하는 승온 루프를 형성하도록 구성될 수 있으며, 차량의 난방 모드시 차량의 실내 온도를 높이기 위한 가열 루프를 형성할 수 있다.More specifically, the
참고로, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 순환라인(210)이 히팅유닛(200)만을 단독적으로 경유하는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 순환라인이 승온이 필요한 다른 부품(예를 들어, 전장 부품)을 경유하도록 구성하는 것이 가능하다.For reference, in the above-described and illustrated embodiment of the present invention, the
순환라인(210)을 따라서 순환하는 열매로서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 매체가 사용될 수 있으며, 열매의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 열매로서는 통상의 히팅수(또는 냉매)가 사용될 수 있다.As the fruit circulating along the
또한, 순환라인(210) 상에는 열매를 강제적으로 유동(순환)시키는 펌프 및 각종 부가장치가 마련될 수 있다.In addition, a pump and various additional devices that forcibly flow (circulate) the fruit may be provided on the
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 순환라인(210)을 따라 순환하는 열매를 가열하도록 순환라인(210)에 마련되는 히터(212)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the
히터(212)는 열교환(응축수와의 열교환)에 의한 열매의 가열과 별도로 순환라인(210)을 따라 순환하는 열매를 가열하도록 제공된다.The
순환라인(210)에 히터(212)를 마련하는 것에 의하여, 순환라인(210)을 따라 순환하는 열매는 응축수와의 열교환에 의해 가열되거나, 히터(212)에 의해 가열될 수 있다. 히터(212)에 의한 열매의 가열은 열매와 응축수가 열교환되는 동시에 행해지거나 개별적으로 행해질 수 있다.By providing the
히터(212)로서는 순환라인(210)을 따라 순환하는 열매를 가열할 수 있는 다양한 가열 수단이 사용될 수 있으며, 히터(212)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.As the
일 예로, 히터(212)로서는 전원 공급에 의해 가열될 수 있는 통상의 히터(212)가 사용될 수 있으며, 열매는 히터(212)를 통과하는 중에 히터(212)에서 발생된 열에 의해 가열될 수 있다.As an example, a
히팅유닛(200)은 차량으로 유입되는 유입공기를 승온시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 히팅유닛(200)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The
본 발명의 바람직한 실시예에 다르면, 히팅유닛(200)은, 차량에 마련되며 유입공기가 유입되는 공조덕트(202), 공조덕트(202)의 내부에 마련되는 히팅부재(204), 및 공조덕트(202)의 내부에 마련되는 송풍팬(206)을 포함할 수 있고, 히팅부재(204)는 히팅부재(204)를 경유하는 순환라인(210)에 의해 가열(열매에 의해 가열)될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the
공조덕트(202)는 유입공기가 유입 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 공조덕트(202)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The
히팅부재(204)는 순환라인(210)을 따라 순환하는 열매에 의해 가열 가능한 다양한 구조(예를 들어, 열전도성 블럭)로 제공될 수 있으며, 히팅부재(204)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 히팅부재(204)는 대략 사각 블럭 형태로 제공될 수 있고, 순환라인(210)은 히팅부재(204)를 길이 방향(도 1을 기준으로 상하 방향)으로 관통하도록 제공될 수 있다.The
송풍팬(206)으로서는 공조덕트(202)에 유입되는 유입공기를 차량의 내부로 강제적으로 유동시킬 수 있는 다양한 팬(예를 들어, 원심팬 또는 축류팬)이 사용될 수 있으며, 송풍팬(206)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.As the blowing
이와 같은 구조에 의해, 공조덕트(202)의 유입포트(미도시)를 통해 유입된 유입공기는 송풍팬(206)의 송풍력에 의해 히팅부재(204)(순환라인을 따라 순환하는 열매에 의해 가열된 히팅부재)를 거쳐 차량의 내부로 공급될 수 있으며, 유입공기는 히팅부재(204)를 통과하는 중에 히팅부재(204)에 의해 가열될 수 있다.With this structure, the incoming air flowing in through the inlet port (not shown) of the
열교환기(300)는, 순환라인(210)을 따라 순환하는 열매와 배출라인(110)을 따라 이동하는 응축수를 상호 열교환시키기 위해 마련된다.The
이는, 연료전지 스택(100)으로부터 배출되는 응축수가 연료전지 스택(100)의 시동 직후 곧바로 고온(예를 들어, 50도 이상) 상태를 가진다는 것에 기인한 것으로, 열교환기(300)를 매개로 응축수와 열매가 상호 열교환되도록 하는 것에 의하여, 유입공기를 가열하기 위한 공조 소모 전력을 최소화(예를 들어, 히터(212)의 작동을 최소화)하고, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.This is due to the fact that the condensate discharged from the
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 응축수의 폐열(waste heat)을 이용하여 열매(유입공기를 가열하는 열매)를 가열할 수 있으므로, 히트 펌프(미도시) 및 히터(212)의 작동을 최소화할 수 있으며, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.Above all, the embodiment of the present invention can heat heat (heating heat of incoming air) using waste heat of condensate, thereby minimizing the operation of the heat pump (not shown) and
특히, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택(100)의 시동 직후 곧바로 배출되는 고온(예를 들어, 50℃ 이상)의 응축수를 이용하여 순환라인(210)의 열매를 가열할 수 있으므로, 히트 펌프 및 히터(212)를 작동시키지 않고도, 열매를 가열하는 것이 가능하며, 차량의 에너지 효율 및 난방 성능을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 최대 난방 성능이 요구되지 않는 온도(예를 들어, 간절기)에서는 히터(212)를 별도로 작동시키지 않고도, 응축수의 폐열만으로(응축수와 열매의 열교환 만으로) 차량에 유입되는 유입공기를 가열시키는 것이 가능하다.In particular, the embodiment of the present invention can heat the heat in the
열교환기(300)는 배출라인(110)의 응축수와 순환라인(210)의 열매를 상호 열교환 시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 열교환기(300)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열교환기(300)는, 차량에 마련되는 열교환기 하우징(310), 열교환기 하우징(310)의 내부에 마련되며 배출라인(110)이 연결되는 제1열교환배관(320), 및 제1열교환배관(320)과 상호 열교환 가능하게 열교환기 하우징(310)의 내부에 마련되며 순환라인(210)이 연결되는 제2열교환배관(330)을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the
여기서, 제1열교환배관(320)과 제2열교환배관(330)이 상호 열교환 가능하게 마련된다 함은, 제1열교환배관(320)과 제2열교환배관(330)이 대류 또는 전도에 의해 열교환되는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다.Here, the fact that the first
열교환기 하우징(310)은 내부에 수용 공간을 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 열교환기 하우징(310)은 대략 사각 박스 형태를 갖도록 제공될 수 있다.The
제1열교환배관(320)은 배출라인(110)에 연결될 수 있고, 배출라인(110)을 따라 안내되는 응축수는 제1열교환배관(320)을 거쳐 배출될 수 있다.The first
제2열교환배관(330)은 순환라인(210)에 연결될 수 있고, 순환라인(210)을 따라 순환되는 열매는 제2열교환배관(330)을 통과할 수 있다. 열매는 제2열교환배관(330)을 통과하는 중에 제1열교환배관(320)을 따라 이동하는 응축수와의 열교환에 의해 가열될 수 있다.The second
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 응축수와 열매 간의 열교환 효율을 보다 향상(열교환 면적 확장)시키기 위해, 제1열교환배관(320) 및 제2열교환배관(330)의 둘레에 복수개의 열교환부재(예를 들어, 열교환핀)(미도시)을 마련하는 것도 가능하다.According to another embodiment of the present invention, in order to further improve the heat exchange efficiency between condensate and the heat exchanger (expand the heat exchange area), a plurality of heat exchange members (e.g., heat exchange members) are formed around the first
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 열교환기(300)의 상류(up-stream)에 위치하도록 배출라인(110)에 마련되며, 응축수에서 기체를 분리하는 기액분리기(120)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the
기액분리기(120)로서는 응축수에 포함된 기체(예를 들어, 수증기)를 응축수로부터 분리할 수 있는 다양한 분리장치가 사용될 수 있으며, 기액분리기(120)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기액분리기(120)로서는 사이클론 분리 방식의 기액분리기(120)가 사용될 수 있다.As the gas-
이와 같이, 배출라인(110)에 기액분리기(120)를 마련하고, 기액분리기(120)를 통과한 응축수(수증기가 분리된 응축수)가 열교환기(300)로 공급되도록 하는 것에 의하여, 응축수에 의해 열교환 효율 및 성능을 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by providing a gas-
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 열교환기(300)의 하류(down-stream)에 위치하도록 배출라인(110)에 연결되며 열교환기(300)를 통과한 응축수를 저장하는 저장용기(400)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the
이와 같이, 본 발명의 실시예는 열교환기(300)를 통과한 응축수가 곧바로 외부에 배출되지 않고 저장용기(400)에 저장되도록 하는 것에 의하여, 응축수의 배출에 의한 오염 및 사고(예를 들어, 도로에 배출된 응축수의 결빙으로 인한 미끄러짐 사고) 발생 위험성을 낮추는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, the embodiment of the present invention ensures that the condensate that has passed through the
저장용기(400)는 응축수를 저장 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 저장용기(400)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 저장용기(400)는 내부에 저장공간을 갖는 용기본체(410), 및 용기본체(410)의 벽면을 덮도록 마련되는 단열층(420)을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the
단열층(420)(예를 들어, 박막단열층)의 재질 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 단열층(420)의 재질 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 다르게는, 단열층을 진공층으로 형성하는 것도 가능하다.The material and characteristics of the insulation layer 420 (e.g., thin film insulation layer) may vary depending on required conditions and design specifications, and the present invention is not limited or limited by the material and characteristics of the
이와 같이, 본 발명의 실시예는 용기본체(410)의 벽면을 덮도록 단열층(420)을 마련하는 것에 의하여, 용기본체(410)의 내부에 저장되는 응축수의 온도 하강 및 결빙을 최대한 늦추는 것이 가능하다.As such, in the embodiment of the present invention, it is possible to delay the temperature drop and freezing of condensate stored inside the
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 저장용기(400)에 연결되는 연결라인(430), 및 연결라인(430)을 선택적으로 개폐하는 밸브(432)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the
연결라인(430)은 저장용기(400)에 저장된 응축수를 배출할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 연결라인(430)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 연결라인(430)은 유연하게 구부러질 수 있는 플렉시블 배관으로 형성될 수 있다.The
밸브(432)로서는 연결라인(430)을 선택적으로 개폐할 수 있는 다양한 밸브수단이 사용될 수 있으며, 밸브(432)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 밸브(432)로서는 통상의 솔레노이드 밸브 또는 버터플라이 밸브 등이 사용될 수 있다.As the
이와 같은 구성에 의해, 밸브(432)가 연결라인(430)을 차단한 상태에서는, 응축수는 저장용기(400)에 저장된 상태를 유지할 수 있다. 반면, 밸브(432)가 연결라인(430)을 개방한 상태에서는, 저장용기(400)의 응축수가 연결라인(430)을 따라 외부로 배출될 수 있다. 예를 들어, 연결라인(430)을 따라 배출된 응축수는 차량의 세차 등에 사용될 수 있다.With this configuration, when the
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 제1열교환배관(320)과 제2열교환배관(330)의 사이를 차단하는 제1위치에서 제1열교환배관(320)과 제2열교환배관(330)의 사이를 개방하는 제2위치로 이동 가능하게 열교환기 하우징(310)에 마련되는 차단부재(350)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, according to a preferred embodiment of the present invention, the
이는, 차량의 실내난방이 불필요한 상황(예를 들어, 하절기)에서는 제1열교환배관(320)과 제2열교환배관(330)간의 상호 열교환을 억제함으로써, 차량의 실내 온도를 보다 효과적으로 조절하기 위함이다.This is to control the indoor temperature of the vehicle more effectively by suppressing mutual heat exchange between the first
즉, 공조덕트(202)로 유입되는 유입공기의 온도가 높은 하절기에 객실의 온도를 빠르게 낮추기 위해서는 순환라인(210)을 따라 순환하는 열매의 온도가 가급적 낮게 유지될 수 있어야 하는데, 연료전지 스택(100)의 작동에 따라 지속적으로 배출되는 고온의 응축수와의 열교환에 의해 열매가 가열되면, 차량의 객실 온도를 신속하게 낮추기 어려운 문제점이 있다.In other words, in order to quickly lower the temperature of the room in the summer when the temperature of the inlet air flowing into the
하지만, 본 발명의 실시예는 제1열교환배관(320)과 제2열교환배관(330)의 사이에 차단부재(350)를 마련하고, 차량의 실내난방이 불필요한 상황에서는 제1열교환배관(320)과 제2열교환배관(330)의 사이가 차단부재(350)에 의해 차단되도록 하는 것에 의하여, 고온의 응축수와 열매의 불필요한 열교환(열매의 가열)을 억제할 수 있으므로, 차량의 실내 온도를 보다 빠르고 효과적으로 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.However, in the embodiment of the present invention, a blocking
차단부재(350)는 제1위치에서 제2위치로 이동 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 차단부재(350)의 구조 및 이동 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The blocking
참고로, 본 발명의 실시예에서 차단부재(350)가 제1위치에서 제2위치로 이동한다 함은, 차단부재가 제1위치에서 제2위치로 직선 이동하거나 곡선 이동(또는 회전 이동)하는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다.For reference, in the embodiment of the present invention, the blocking
일 예로, 차단부재(350)는 상하 방향(도 3 기준)을 따라 제1위치에서 제2위치(또는 제2위치에서 제1위치)로 직선 이동하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차단부재가 제1위치에서 제2위치로 곡선 이동(예를 들어, 원호형 경로를 따른 곡선 이동)하도록 구성하는 것도 가능하다.As an example, the blocking
예를 들어, 차단부재(350)는 모터(미도시)에 의해 회전하는 리드스크류(미도시)에 의해 제1위치에서 제2위치로 승강하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 차단부재가 리니어모터, 솔레노이드 또는 여타 다른 동력전달부재를 매개로 승강(이동)하도록 구성하는 것도 가능하다.For example, the blocking
바람직하게, 차단부재(350)는 열차단소재로 형성될 수 있다.Preferably, the blocking
예를 들어, 차단부재(350)는 열차단 특성을 갖는 통상의 합성수지, 금속, 목재 등으로 형성될 수 있으며, 열차단소재의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되건 한정되는 것은 아니다.For example, the blocking
이와 같이, 본 발명의 실시예는, 차단부재(350)를 열차단소재로 형성하는 것에 의하여, 차단부재(350)에 의한 열차단 성능(제1열교환배관과 제2열교환배관의 상호 열교환을 차단하는 성능)를 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, in the embodiment of the present invention, by forming the blocking
한편, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 열교환기(300)를 통해 가열된 열매가 별도의 히팅부재(204)를 매개로 차량으로 유입되는 유입공기를 가열하는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 별도의 히팅부재를 배제하고 열교환기 자체가 히팅부재의 역할을 수행하도록 구성하는 것도 가능하다.Meanwhile, in the above-described and illustrated embodiment of the present invention, the
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 차량에 유입되는 유입공기의 온도를 조절하는 히팅유닛(200')을 경유하며 열매(heat medium)가 순환하는 순환라인(210), 및 응축수와 상기 열매를 상호 열교환시키는 열교환기(300')를 포함하되, 열교환기(300')는, 응축수가 공급되는 제1열교환배관(320'), 및 제1열교환배관(320')에 인접하게 마련되며 열매가 공급되는 제2열교환배관(330')을 포함할 수 있고, 히팅유닛(200')은, 제1열교환배관(320') 및 제2열교환배관(330')의 둘레를 감싸도록 차량에 마련되며 유입공기가 유입되는 공조덕트(202'), 및 공조덕트(202')의 내부에 마련되는 송풍팬(206')을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, according to another preferred embodiment of the present invention, the
제1열교환배관(320')은 배출라인(110)에 연결될 수 있고, 배출라인(110)을 따라 안내되는 응축수는 제1열교환배관(320')을 거쳐 배출될 수 있다.The first heat exchange pipe 320' may be connected to the
제2열교환배관(330')은 순환라인(210)에 연결될 수 있고, 순환라인(210)을 따라 순환되는 열매는 제2열교환배관(330')을 통과할 수 있다. 열매는 제2열교환배관(330')을 통과하는 중에 제1열교환배관(320')을 따라 이동하는 응축수와의 상호 열교환에 의해 가열될 수 있다.The second heat exchange pipe 330' may be connected to the
공조덕트(202')는 유입공기가 유입되는 유입포트(미도시)를 가지며, 제1열교환배관(320') 및 제2열교환배관(330')의 둘레를 감쌀 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 공조덕트(202')의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The air conditioning duct 202' has an inlet port (not shown) through which incoming air flows, and can be provided in various structures that can surround the first heat exchange pipe 320' and the second heat exchange pipe 330'. The present invention is not limited or limited by the structure and shape of the air conditioning duct 202'.
송풍팬(206')으로서는 공조덕트(202')에 유입되는 유입공기를 차량의 내부로 강제적으로 유동시키도록 공조덕트(202')의 내부에 마련된다. 송풍팬(206')으로서는 통상의 원심팬 또는 축류팬 등이 사용될 수 있으며, 송풍팬(206')의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The blowing fan 206' is provided inside the air conditioning duct 202' to force the incoming air flowing into the air conditioning duct 202' to flow into the interior of the vehicle. As the blowing fan 206', a typical centrifugal fan or axial fan can be used, and the present invention is not limited or limited by the type and structure of the blowing fan 206'.
참고로, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 제1열교환배관(320) 및 제2열교환배관(330)이 공조덕트(202)의 내부에 그대로 노출되는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 공조덕트의 내부에 제1열교환배관 및 제2열교환배관의 둘레를 감싸는 별도의 하우징을 마련하는 것도 가능하다.For reference, in the above-described and illustrated embodiment of the present invention, the first
이와 같은 구조에 의해, 공조덕트(202)의 유입포트(미도시)를 통해 유입된 유입공기는 송풍팬(206')의 송풍력에 의해 차량의 내부로 공급될 수 있으며, 유입공기는 공조덕트(202')의 내부를 통과하는 중에 상호 열교환된 제1열교환배관(320') 및 제2열교환배관(330')에 의해 가열될 수 있다.With this structure, the incoming air flowing in through the inlet port (not shown) of the
이와 같이, 본 발명의 실시예는 제1열교환배관(320') 및 제2열교환배관(330') 자체가 일종의 히팅부재(도 1의 204 참조)의 역할을 수행하도록 하는 것에 의하여, 히팅유닛(200')에 별도의 히팅부재를 마련하지 않아도 되므로, 구조를 간소화하고 원가를 절감할 수 있으며, 공간활용성 및 설계자유도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, the embodiment of the present invention allows the first heat exchange pipe 320' and the second heat exchange pipe 330' themselves to function as a kind of heating member (see 204 in FIG. 1), thereby forming a heating unit ( 200'), there is no need to provide a separate heating member, so the structure can be simplified, costs can be reduced, and space utilization and design freedom can be improved.
또한, 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 열관리 시스템(10)은, 제1열교환배관(320')과 제2열교환배관(330')의 사이를 차단하는 제1위치에서 제1열교환배관(320')과 제2열교환배관(330')의 사이를 개방하는 제2위치로 이동 가능하게 공조덕트(202')에 마련되는 차단부재(350')를 포함할 수 있다.Additionally, referring to FIG. 4, according to a preferred embodiment of the present invention, the
이는, 차량의 실내난방이 불필요한 상황(예를 들어, 하절기)에서는 제1열교환배관(320')과 제2열교환배관(330')간의 상호 열교환을 억제함으로써, 차량의 실내 온도를 보다 효과적으로 조절하기 위함이다.This is to control the indoor temperature of the vehicle more effectively by suppressing mutual heat exchange between the first heat exchange pipe 320' and the second heat exchange pipe 330' in situations where interior heating of the vehicle is unnecessary (for example, summer). It is for this purpose.
즉, 공조덕트(202')로 유입되는 유입공기의 온도가 높은 하절기에 객실의 온도를 빠르게 낮추기 위해서는 순환라인(210)을 따라 순환하는 열매의 온도가 가급적 낮게 유지될 수 있어야 하는데, 연료전지 스택(100)의 작동에 따라 지속적으로 배출되는 고온의 응축수와의 열교환에 의해 열매가 가열되면, 차량의 객실 온도를 신속하게 낮추기 어려운 문제점이 있다.In other words, in order to quickly lower the temperature of the guest room in the summer when the temperature of the inlet air flowing into the air conditioning duct 202' is high, the temperature of the fruit circulating along the
하지만, 본 발명의 실시예는 제1열교환배관(320')과 제2열교환배관(330')의 사이에 차단부재(350')를 마련하고, 차량의 실내난방이 불필요한 상황에서는 제1열교환배관(320')과 제2열교환배관(330')의 사이가 차단부재(350')에 의해 차단되도록 하는 것에 의하여, 고온의 응축수와 열매의 불필요한 열교환(열매의 가열)을 억제할 수 있으므로, 차량의 실내 온도를 보다 빠르고 효과적으로 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.However, in the embodiment of the present invention, a blocking member 350' is provided between the first heat exchange pipe 320' and the second heat exchange pipe 330', and in a situation where interior heating of the vehicle is not necessary, the first heat exchange pipe is By ensuring that the space between (320') and the second heat exchange pipe (330') is blocked by the blocking member (350'), unnecessary heat exchange (heating of the fruit) between high-temperature condensate and the fruit can be suppressed, The advantageous effect of controlling the indoor temperature more quickly and effectively can be achieved.
차단부재(350')는 제1위치에서 제2위치로 이동 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 차단부재(350')의 구조 및 이동 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The blocking member 350' may be provided in various structures capable of moving from the first position to the second position, and the present invention is not limited or restricted by the structure and movement method of the blocking member 350'.
참고로, 본 발명의 실시예에서 차단부재(350')가 제1위치에서 제2위치로 이동한다 함은, 차단부재가 제1위치에서 제2위치로 직선 이동하거나 곡선 이동(또는 회전 이동)하는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다.For reference, in the embodiment of the present invention, moving the blocking member 350' from the first position to the second position means that the blocking member moves straight or curved (or rotates) from the first position to the second position. It is defined as including everything that does.
일 예로, 차단부재(350')는 상하 방향(도 4 기준)을 따라 제1위치에서 제2위치(또는 제2위치에서 제1위치)로 직선 이동하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차단부재가 제1위치에서 제2위치로 곡선 이동(예를 들어, 원호형 경로를 따른 곡선 이동)하도록 구성하는 것도 가능하다.As an example, the blocking member 350' may be configured to move straight from the first position to the second position (or from the second position to the first position) along the vertical direction (based on FIG. 4). According to another embodiment of the present invention, it is also possible to configure the blocking member to move curvedly from the first position to the second position (for example, curved movement along an arc-shaped path).
예를 들어, 차단부재(350')는 모터(미도시)에 의해 회전하는 리드스크류(미도시)에 의해 제1위치에서 제2위치로 승강하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 차단부재가 리니어모터, 솔레노이드 또는 여타 다른 동력전달부재를 매개로 승강(이동)하도록 구성하는 것도 가능하다.For example, the blocking member 350' may be configured to be lifted from the first position to the second position by a lead screw (not shown) rotated by a motor (not shown). According to another embodiment of the present invention, it is also possible to configure the blocking member to be raised (moved) via a linear motor, solenoid, or other power transmission member.
바람직하게, 차단부재(350')는 열차단소재로 형성될 수 있다.Preferably, the blocking member 350' may be formed of a heat-blocking material.
예를 들어, 차단부재(350')는 열차단 특성을 갖는 통상의 합성수지, 금속, 목재 등으로 형성될 수 있으며, 열차단소재의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되건 한정되는 것은 아니다.For example, the blocking member 350' may be formed of conventional synthetic resin, metal, wood, etc., which have heat-blocking properties, and the present invention is not limited or limited by the type and characteristics of the heat-blocking material.
이와 같이, 본 발명의 실시예는, 차단부재(350')를 열차단소재로 형성하는 것에 의하여, 차단부재(350')에 의한 열차단 성능(제1열교환배관과 제2열교환배관의 상호 열교환을 차단하는 성능)를 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, in the embodiment of the present invention, by forming the blocking member 350' with a heat insulating material, the heat blocking performance (mutual heat exchange between the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe) by the blocking member 350' is achieved. The advantageous effect of further improving the blocking performance can be obtained.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above description focuses on the examples, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art will be able to You will see that various variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the examples can be modified and implemented. And these variations and differences in application should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.
10 : 연료전지 차량용 열관리 시스템
100 : 연료전지 스택
110: 배출라인
120 : 기액분리기
200,200' : 히팅유닛
202,202' : 공조덕트
204 : 히팅부재
206,206' : 송풍팬
210 : 순환라인
212 : 히터
300,300' : 열교환기
310 : 열교환기 하우징
320,320' : 제1열교환배관
330,330' : 제2열교환배관
350,350' : 차단부재
400 : 저장용기
410 : 용기본체
420 : 단열층
430 : 연결라인
432 : 밸브10: Thermal management system for fuel cell vehicles
100: Fuel cell stack
110: discharge line
120: Gas-liquid separator
200,200': Heating unit
202,202': Air conditioning duct
204: Heating member
206,206': blowing fan
210: circulation line
212: heater
300,300': heat exchanger
310: heat exchanger housing
320,320': 1st heat exchange pipe
330,330': 2nd heat exchange pipe
350,350': Blocking member
400: storage container
410: container body
420: insulation layer
430: connection line
432: valve
Claims (13)
상기 차량에 유입되는 유입공기의 온도를 조절하는 히팅유닛을 경유하며, 열매(heat medium)가 순환하는 순환라인; 및
상기 응축수와 상기 열매를 상호 열교환시키는 열교환기;
를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
A discharge line that guides condensate discharged from the vehicle's fuel cell stack;
A circulation line through which a heat medium circulates, passing through a heating unit that regulates the temperature of the incoming air flowing into the vehicle; and
A heat exchanger that exchanges heat between the condensate and the fruit;
A thermal management system for fuel cell vehicles including.
상기 열교환기는,
상기 차량에 마련되는 열교환기 하우징;
상기 열교환기 하우징의 내부에 마련되며, 상기 배출라인이 연결되는 제1열교환배관; 및
상기 제1열교환배관과 상호 열교환 가능하게 상기 열교환기 하우징의 내부에 마련되며, 상기 순환라인이 연결되는 제2열교환배관;
을 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
According to paragraph 1,
The heat exchanger,
A heat exchanger housing provided in the vehicle;
a first heat exchange pipe provided inside the heat exchanger housing and to which the discharge line is connected; and
a second heat exchange pipe provided inside the heat exchanger housing to exchange heat with the first heat exchange pipe and to which the circulation line is connected;
A thermal management system for fuel cell vehicles including.
상기 제1열교환배관과 상기 제2열교환배관의 사이를 차단하는 제1위치에서 상기 제1열교환배관과 상기 제2열교환배관의 사이를 개방하는 제2위치로 이동 가능하게 상기 열교환기 하우징에 마련되는 차단부재를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
According to paragraph 2,
Provided in the heat exchanger housing to be able to move from a first position blocking the space between the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe to a second position opening the space between the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe. A thermal management system for a fuel cell vehicle including a blocking member.
상기 차단부재는 열차단소재로 형성되는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
According to paragraph 3,
A thermal management system for a fuel cell vehicle in which the blocking member is formed of a heat insulating material.
상기 히팅유닛은,
상기 차량에 마련되며, 상기 유입공기가 유입되는 공조덕트;
상기 공조덕트의 내부에 마련되는 히팅부재; 및
상기 공조덕트의 내부에 마련되는 송풍팬;을 포함하고,
상기 히팅부재는 상기 히팅부재를 경유하는 상기 순환라인에 의해 가열되는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
According to paragraph 1,
The heating unit is,
an air conditioning duct provided in the vehicle and through which the incoming air flows;
A heating member provided inside the air conditioning duct; and
It includes a blowing fan provided inside the air conditioning duct,
A thermal management system for a fuel cell vehicle in which the heating member is heated by the circulation line passing through the heating member.
상기 순환라인에 마련되며, 상기 열매를 가열하는 히터를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
According to paragraph 1,
A thermal management system for a fuel cell vehicle that is provided in the circulation line and includes a heater that heats the fruit.
상기 열교환기는,
상기 응축수가 공급되는 제1열교환배관, 및 상기 제1열교환배관에 인접하게 마련되며 상기 열매가 공급되는 제2열교환배관을 포함하고,
상기 히팅유닛은,
상기 제1열교환배관 및 상기 제2열교환배관의 둘레를 감싸도록 상기 차량에 마련되며 상기 유입공기가 유입되는 공조덕트, 및 상기 공조덕트의 내부에 마련되는 송풍팬을 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
According to paragraph 1,
The heat exchanger,
It includes a first heat exchange pipe through which the condensate is supplied, and a second heat exchange pipe provided adjacent to the first heat exchange pipe through which the fruit is supplied,
The heating unit is,
A thermal management system for a fuel cell vehicle, comprising an air conditioning duct provided in the vehicle to surround the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe and through which the incoming air flows, and a blower fan provided inside the air conditioning duct.
상기 제1열교환배관과 상기 제2열교환배관의 사이를 차단하는 제1위치에서 상기 제1열교환배관과 상기 제2열교환배관의 사이를 개방하는 제2위치로 이동 가능하게 상기 공조덕트에 마련되는 차단부재를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
In clause 7,
A blocker provided in the air conditioning duct that can be moved from a first position that blocks the space between the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe to a second position that opens the space between the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe. A thermal management system for a fuel cell vehicle including members.
상기 차단부재는 열차단소재로 형성되는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
According to clause 8,
A thermal management system for a fuel cell vehicle in which the blocking member is formed of a heat insulating material.
상기 열교환기의 상류(up-stream)에 위치하도록 상기 배출라인에 마련되며, 상기 응축수에서 기체를 분리하는 기액분리기를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
According to paragraph 1,
A thermal management system for a fuel cell vehicle that is provided in the discharge line to be located upstream of the heat exchanger and includes a gas-liquid separator that separates gas from the condensate.
상기 열교환기의 하류(down-stream)에 위치하도록 상기 배출라인에 연결되며, 상기 열교환기를 통과한 상기 응축수를 저장하는 저장용기를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
According to paragraph 1,
A thermal management system for a fuel cell vehicle that is connected to the discharge line to be located downstream of the heat exchanger and includes a storage container that stores the condensate that has passed through the heat exchanger.
상기 저장용기는,
내부에 저장공간을 갖는 용기본체; 및
상기 용기본체의 벽면을 덮도록 마련되는 단열층;
을 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
According to clause 11,
The storage container is,
A container body having a storage space therein; and
an insulating layer provided to cover the wall of the container body;
A thermal management system for fuel cell vehicles including.
상기 저장용기에 연결되는 연결라인; 및
상기 연결라인을 선택적으로 개폐하는 밸브;
를 포함하는 연료전지 차량용 열관리 시스템.
According to clause 12,
A connection line connected to the storage container; and
A valve that selectively opens and closes the connection line;
A thermal management system for fuel cell vehicles including.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220072411A KR20230171807A (en) | 2022-06-14 | 2022-06-14 | Thermal management system for fuel cell vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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KR20230171807A true KR20230171807A (en) | 2023-12-21 |
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ID=89320715
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020220072411A KR20230171807A (en) | 2022-06-14 | 2022-06-14 | Thermal management system for fuel cell vehicle |
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-
2022
- 2022-06-14 KR KR1020220072411A patent/KR20230171807A/en unknown
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