KR101905912B1 - Ｃｏｄ 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 COD 히터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 차량에 사용되는 연료전지스택의 냉각수 라인에 설치되어 연료전지스택의 시동, 셧다운 및 냉시동시 냉각수의 가열을 위한 COD 히터에 있어서, 냉각수가 유동되는 COD 히터 하우징의 일측에 형성되는 두 개의 냉각수 덕트 사이에 브릿지를 형성함으로써, 하우징 및 냉각수 덕트의 사출성형시 사출소재의 흐름성을 개선하고 사출성형 후 냉각수 덕트의 뒤틀림 및 변형을 방지할 수 있어 제품의 성형성 및 연료전지스택과의 조립성을 향상시킬 수 있는 COD 히터에 관한 것이다.

Description

ＣＯＤ 히터 {COD heater}
본 발명은 COD 히터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 차량에 사용되는 연료전지스택의 냉각수 라인에 설치되어 연료전지스택의 시동, 셧다운 및 냉시동시 냉각수의 가열을 위한 COD 히터에 있어서, 냉각수가 유동되는 COD 히터 하우징의 일측에 형성되는 두 개의 냉각수 덕트 사이에 브릿지를 형성함으로써, 하우징 및 냉각수 덕트의 사출 성형시 사출소재의 흐름성을 개선하고 사출 성형 후 냉각수 덕트의 뒤틀림 및 변형을 방지할 수 있어 제품의 성형성 및 연료전지스택과의 조립성을 향상시킬 수 있는 COD 히터에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지차량은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지스택과, 연료전지스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치와, 연료전지스택의 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기공급장치와, 연료전지스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물 관리시스템인 TMS(Thermal Management System)로 구성된다. 그리고 TMS의 냉각수라인을 흐르는 냉각수는 스택을 냉각시킴과 더불어 냉시동시에는 히터에 의해 급속 가열되어진 열매로서 스택을 급속 가열(해빙)시켜주는 역할을 하며, TMS에는 냉각수를 급속 가열시켜주는 COD(Cathode Oxygen Depletion) 히터가 필수적으로 구비되어진다.
그리고 COD 히터(6)는 도 1과 같이 연료전지스택(1)에 연결되어 연료전지스택의 시동(start up) 및 셧다운(shut down)시 생성되는 전력을 열에너지로 소비해 촉매 담지 카본의 부식에 의한 스택 내구성 저하를 방지하며, 냉시동시 냉각수를 가열하여 연료전지스택(1)으로 가열된 냉각수를 공급할 수 있도록 구성된다.
이때, COD 히터(6)는 히터(20)가 결합된 하우징(10)에 냉각수를 연료전지스택(1)에 공급하는 냉각수덕트(30)를 서로 일체화시켜 줌으로써, 상기 하우징(10)과 히터(20) 및 냉각수덕트(30)가 모듈화된 형태로 구성된다. 또한, 냉각수덕트(30)는 하우징(10)에 일체로 형성되고 연료전지스택(1)의 냉각수입구에 연결되도록 상부스택연결덕트(40) 및 하부스택연결덕트(50)로 구성되며, 상하로 분리되어 연료전지스택(1)의 냉각수입구에 직접 결합되어 기밀을 형성할 수 있는 구조로 이루어진다.
이때, COD 히터는 고전압을 사용하는 특성상 냉각수로의 이온 용출이 없어야 하며, 이를 위해 하우징(10) 및 냉각수덕트(30)는 이온 불용출이 검증된 PPA-G35(상품명 : HNT, Dupont사)를 사용해야 하는데, 이는 고온의 사출온도가 요구되며 사출이 난해하여 사출 불량이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 사출시 냉각시 냉각수덕트의 후 변형으로 인한 구조적인 튀들림이 발생하여, 연료전지스택에 COD 히터의 냉각수덕트를 결합하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 상부스택연결덕트(40) 및 하부스택연결덕트(50)가 하우징(10)의 일측에 외팔보 형상으로 연장 형성되므로, 사출 성형 후 냉각시 수축에 의한 변형으로 인해 연료전지스택(1)에 형성된 냉각수입구와의 결합위치가 달라져 조립에 어려움이 발생된다.
이와 관련된 종래 기술로는 한국공개특허(2012-0022001)인 "연료전지차량의 열 및 물 관리시스템"이 개시되어 있다.
KR 2012-0022001 A (2012.03.09)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 냉각수가 유동되는 COD 히터 하우징의 일측에 형성되는 두 개의 냉각수 덕트 사이에 브릿지를 형성함으로써, 하우징 및 냉각수 덕트의 사출 성형시 사출소재의 흐름성을 개선하고 사출 성형 후 냉각수 덕트의 뒤틀림 및 변형을 방지할 수 있는 COD 히터를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 COD 히터는, 내부가 중공되게 형성되며, 일측에 냉각수 유입관(110)이 형성되는 하우징(100); 상기 하우징(100)의 타측에 연장 형성되어 냉각수가 배출되며, 서로 일정거리 이격되게 형성되는 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)를 포함하는 냉각수 덕트(200); 및 상기 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)를 연결하는 브릿지(300); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 브릿지(300)는 사출 성형에 의해 일체형으로 형성되되, 상기 하우징(100), 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)는 일면이 개방되도록 형성되고, 상기 하우징(100), 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)의 개방된 일면에 결합되는 커버(500)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커버(500)는 상기 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 브릿지(300)에 대응되는 형상으로 사출 성형되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 브릿지(300)는 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)를 연결하는 바 또는 평판 형태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 브릿지(300)는 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)의 단부에 양단이 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 COD 히터는, 냉각수가 유동되는 COD 히터 하우징의 일측에 형성되는 두 개의 냉각수덕트 사이에 브릿지를 형성함으로써, 하우징 및 냉각수 덕트의 사출 성형시 사출소재의 흐름성을 개선하고 사출 성형 후 냉각수 덕트의 뒤틀림 및 변형을 방지할 수 있어, 제품의 성형성 및 연료전지스택과의 조립성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 연료전지 차량의 열 및 물 관리시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 종래의 COD 히터를 나타낸 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 COD 히터를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 COD 히터를 나타낸 분해사시도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 COD 히터를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 COD 히터를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 COD 히터(1000)는, 내부가 중공되게 형성되며, 일측에 냉각수 유입관(110)이 형성되는 하우징(100); 상기 하우징(100)의 타측에 연장 형성되어 냉각수가 배출되며, 서로 일정거리 이격되게 형성되는 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)를 포함하는 냉각수 덕트(200); 및 상기 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)를 연결하는 브릿지(300); 를 포함하여 이루어진다.
우선, 상기 하우징(100)은 냉각수가 유동되며 열교환을 일으키는 부분으로, 열교환매체인 냉각수가 유동될 수 있도록 내부가 중공되게 형성되며, 일측에 냉각수 유입관(110)이 형성된다. 그리고 하우징(100)은 상측에 히터(400)가 결합될 수 있도록 히터 안치부(120)가 형성되며, 히터 안치부(120)는 다수개의 관통공이 형성되어 히터의 일부가 하우징(100) 내부로 삽입될 수 있도록 형성된다. 즉, 히터(400)의 발열부가 하우징(100)의 내부에 위치하도록 결합되어, 하우징(100) 내부를 유동하는 냉각수와 열교환을 일으킬 수 있도록 구성된다.
상기 냉각수 덕트(200)는 하우징(100)의 타측에 연장 형성되며, 하우징(100) 내부를 통과한 냉각수가 배출되는 유로이다. 이때, 냉각수 덕트(200)는 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)로 구성되어 서로 일정거리 이격되게 형성된다. 이는 연료전지스택의 냉각수 입구에 직접 연결될 수 있도록 두 개의 덕트로 형성되는 것이며, 냉각수 덕트(200)의 단부에는 플랜지가 형성되어 연료전지스택에 볼트 등으로 체결될 수 있도록 구성될 수 있다.
여기에서 상기 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)를 연결하는 브릿지(300)가 형성된다. 즉, 브릿지(300)는 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)에 양단이 연결되도록 결합되어, 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220) 사이를 지지하는 역할을 한다.
즉, 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 브릿지(300)가 사출 성형에 의해 형성될 때, 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)를 연결하도록 브릿지(300)를 형성하여 사출 후 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220) 사이의 거리가 고정되도록 하고 변형을 방지할 수 있다.
그리하여 하우징(100)과 냉각수 덕트(200)를 사출 성형할 때, 상기 브릿지(300)로 형성되는 부분이 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)를 연결하는 통로 역할을 하여 사출 소재의 흐름이 용이해져 사출성이 개선되므로 냉각수 덕트(200) 부분의 사출 불량을 감소시킬 수 있다. 그리고 사출 성형 후 냉각 시 브릿지(300)에 의해 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)가 고정되므로, 수축에 따른 냉각수 덕트(200)의 뒤틀림 및 변형을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 COD 히터는, 냉각수가 유동되는 COD 히터 하우징의 일측에 형성되는 두 개의 냉각수 덕트 사이에 브릿지를 형성함으로써, 하우징 및 냉각수 덕트의 사출 성형시 사출 소재의 흐름성을 개선하고 사출 성형 후 냉각수 덕트의 뒤틀림 및 변형을 방지할 수 있어, 제품의 성형성 및 연료전지스택과의 조립성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 냉각수 덕트 사이에 연결되도록 형성된 브릿지 부분을 손잡이로도 사용할 수 있어, 제품의 운반 및 취급이 용이한 장점이 있다.
그리고 본 발명의 COD 히터(1000)의 일 실시예로, 상기 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 브릿지(300)는 사출 성형에 의해 일체형으로 형성되되, 상기 하우징(100), 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)는 일면이 개방되도록 형성되고, 상기 하우징(100), 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)의 개방된 일면에 결합되는 커버(500)를 더 포함하여 이루어지도록 구성될 수 있다.
즉, 도 5와 같이 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 브릿지(300)가 사출 성형을 통해 일체형으로 제작되며, 이때 하우징(100), 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)의 내부가 중공되게 형성되어야 하므로 사출 금형의 특성상 각각의 일면이 개방되도록 형성되는 것이다. 그리고 상기 일체형으로 형성되는 하우징(100)과 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)의 개방된 일면에 밀착 결합되어 냉각수 유로를 형성하도록 커버(500)가 결합된다. 이때, 커버(500)는 하우징(100)과 냉각수 덕트(200)에 대응되는 형상으로 형성되며, 커버(500)의 일측인 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)에 결합되는 부분에는 각각 냉각수 배출구(510,520)가 형성될 수 있다. 또한, 하우징(100)의 일측에는 냉각수 유입관(110)이 형성될 수 있고, 하우징(100)의 상측에는 히터(400)가 결합될 수 있도록 히터 안치부(120)가 형성될 수 있다.
이때, 상기 커버(500)는 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 브릿지(300)에 대응되는 형상으로 사출 성형을 통해 제작될 수 있다. 이는 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 브릿지(300)가 사출 성형을 통해 일체형으로 제작되고, 이에 대응되는 형상으로 커버(500)가 형성되되 사출 성형을 통해 커버(500)의 냉각수 배출구(510,520)가 형성된 부분이 연결되도록 커버 브릿지(530)가 일체형으로 형성될 수 있다.
그리하여 하우징(100)과 일체형으로 제작되는 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)가 브릿지(300)에 의해 사출 성형시 성형성이 개선되고 성형 후 뒤틀림 및 변형을 방지할 수 있는 구조로 형성된다. 마찬가지로 커버(500)도 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)에 대응되어 결합되는 부분에 커버 브릿지(530)가 형성되므로 사출 성형시 성형성이 개선되고 성형 후 뒤틀림 및 변형을 방지할 수 있다. 또한, 브릿지(300)와 커버 브릿지(530) 부분이 대응되게 형성되므로 서로 관통공을 형성하여 체결수단을 이용하여 밀착 결합될 수 있으므로, 커버(500)의 냉각수 배출구(510,520) 부분이 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)에 밀착되어 냉각수의 누수를 방지할 수 있다. 그리고 하우징(100), 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)가 브릿지(300)가 하나의 부품으로 제작되고, 다른 하나의 부품인 커버(500)에 의해 결합되도록 할 수 있으므로, 두 개의 부품으로 제작되어 부품 수를 줄일 수 있어 관리가 용이할 수 있다. 또한, 브릿지(300)와 커버 브릿지(530)가 손잡이 역할을 할 수 있으므로, 두 개의 부품 각각의 취급, 운반 및 조립이 용이해질 수 있다.
그리고 브릿지(300)는 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)를 연결하는 바 또는 평판 형태로 형성될 수 있다. 즉. 브릿지(300)를 넓게 형성하여 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220) 사이 전체를 연결하도록 제작할 수도 있으나, 브릿지(300)를 바 형태로 형성하면 사출 성형시 성형성을 향상시키고 냉각수 덕트(200)의 변형을 방지할 수 있으면서도, 사출 소재를 절감할 수 있고 브릿지(300)를 손잡이로 사용할 수도 있으며, 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 브릿지(300)의 사이에공간이 형성되므로 이 공간을 이용하여 다른 배관이나 호스 등을 연결하는 통로로 이용할 수도 있다. 이때, 브릿지(300)가 바 형태로 형성되는 경우 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)를 연결하도도록 다수개의 브릿지(300)가 형성될 수도 있으며, 다수개의 브릿지(300)는 서로 일정거리 이격되도록 형성되어 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220) 뒤틀림 및 변형을 최소화 할 수 있고 사출 소재의 흐름성을 향상시킬 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 브릿지(300)는 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)의 단부에 양단이 연결되도록 형성될 수 있다. 즉, 하우징(100)에 외팔보 형태로 연장 형성되는 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)의 자유단인 냉각수 배출구(211,221)가 되는 부분에 브릿지(300)가 연결되도록 형성되어, 사출 성형시 사출 소재의 흐름을 더욱 원활하게 할 수 있으며, 사출 후 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)의 튀들림 및 변형을 최소화 할 수 있다.
도 2 내지 도 4에서 알 수 있듯이, 상기 브릿지(300)가 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220) 사이를 연결하도록 두 덕트(210,220)에 일체로 형성되되, 상부 덕트(210)의 단부와 하부 덕트(220)의 단부에 브릿지(300)의 양단이 연결되고, 특히 이때 상부 덕트(210)의 자유단과 하부 덕트(220)의 자유단에 브릿지(300)의 양단이 연결됨으로써, 상기 브릿지(300)는 하우징(100)과 이격된 구조가 된다.
아울러, 하우징(100), 냉각수 덕트(200), 브릿지(300) 및 커버(500)는 고전압을 사용하는 히터(400)의 특성상 냉각수로 이온이 용출되지 않는 재질로 형성될 수 있다. 그리고 사출 소재의 재질로는 엔지니어링 플라스틱이 사용될 수 있으며, 히터(400)에 의한 고열 및 냉각수의 압력에 견딜 수 있고 기계적 강성이 우수한 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 사출 소재의 일례로 엔지니어링 플라스틱의 한 종류이며 고내열성수지인 PPA(polyphtalamide)계열이 사용될 수 있다.
또한, 상기 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 브릿지(300)가 일체형으로 형성되어 상기 하우징(100), 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)의 일면이 개방되도록 형성되고, 상기 하우징(100), 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)의 개방된 일면에 커버(500)가 결합되도록 할 때, 결합되는 면에 냉각수 유로의 밀폐를 위해 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220)의 바깥쪽에 테두리부를 형성하고 이에 대응되도록 커버(500)를 형성하여 체결수단으로 서로를 결합할 수 있다. 이때, 하우징(100), 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)의 바깥쪽에 형성되는 테두리부 및 커버(500)가 밀착되는 면에는 홈을 형성하고 실링부재를 삽입한 후 체결수단으로 결합하여, 냉각수 유로가 밀폐되도록 하여 냉각수의 누수를 방지할 수 있다.
또한, 커버(500)의 냉각수 배출구(510,520)에는 연료전지스택의 냉각수 입구에 결합되는 면에 누수를 방지할 수 있도록 홈을 형성하고 실링부재가 삽입될 수 있다.
또한, 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 커버(500)의 외면은 냉각수의 압력에 견디고 구조적인 강성을 유지할 수 있도록 격자형태의 보강 리브가 형성될 수 있으며, 본 발명의 COD 히터는 차량에 장착되어 사용되므로 고온, 저온 및 진동 등에 대한 내구성이 우수한 재질 및 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : COD 히터
100 : 하우징
110 : 냉각수 유입관 120 : 히터 안치부
200 : 냉각수 덕트
210 : 상부 덕트 211 : 냉각수 배출구
220 : 하부 덕트 221 : 냉각수 배출구
300 : 브릿지
400 : 히터
500 : 커버
510, 520 : 냉각수 배출구 530 : 커버 브릿지

Claims (5)

  1. 내부가 중공되게 형성되며, 일측에 냉각수 유입관(110)이 형성되는 하우징(100);
    상기 하우징(100)의 타측에 연장 형성되어 냉각수가 배출되며, 서로 일정거리 이격되게 형성되는 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)를 포함하는 냉각수 덕트(200); 및
    상기 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)를 연결하는 브릿지(300);를 포함하여 이루어지고,
    상기 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 브릿지(300)는 사출 성형에 의해 일체형으로 형성되며,
    상기 브릿지(300)는 상부 덕트(210)의 단부와 하부 덕트(220)의 단부에 양단이 연결되어 하우징(100)과 이격되도록 형성된 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(100), 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)는 일면이 개방되도록 형성되고,
    상기 하우징(100), 상부 덕트(210) 및 하부 덕트(220)의 개방된 일면에 결합되는 커버(500)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커버(500)는 상기 하우징(100), 상부 덕트(210), 하부 덕트(220) 및 브릿지(300)에 대응되는 형상으로 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 브릿지(300)는 상부 덕트(210)와 하부 덕트(220)를 연결하는 바 또는 평판 형태인 것을 특징으로 하는 COD 히터.
  5. 삭제
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