KR102496705B1 - 가변형 열교환기 모듈 및 이의 작동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 전방에 나란하게 위치하는 전장 라디에이터와 콘덴서, 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서의 후방에 위치하는 스택 라디에이터, 상기 스택 라디에이터의 온도에 따라 길이가 변경되는 길이가변장치를 포함하며, 상기 스택 라디에이터의 온도가 목표온도 이상이면 상기 길이가변장치가 연장되어 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서를 상기 차량 전방으로 벌려 이격시킴으로써 외부로부터 상기 스택 라디에이터로 유입되는 냉각기체의 유로를 확장하는 것을 특징으로 하는 가변형 열교환기 모듈과, 이의 작동방법에 관한 것이다.

Description

가변형 열교환기 모듈 및 이의 작동방법{TRANSFORMABLE HEAT EXCHANGER MODULE AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 가변형 열교환기 모듈 및 이의 작동방법에 관한 것으로, 상세하게는 제1열교환기(스택 라디에이터)의 측정온도가 목표온도 이상으로 상승하면 길이가변장치에 의해 제1열교환기(스택 라디에이터)로 유입되는 냉각기체의 유로를 확장함으로써 제2열교환기(전장 라디에이터)와 제3열교환기(콘덴서)를 거치지 않고 냉각기체가 바로 제1열교환기(스택 라디에이터)로 유입되도록 함으로써 제1열교환기(스택 라디에이터)의 냉각기능을 향상시키는 가변형 열교환기 모듈 및 이의 작동방법에 관한 발명이다.

FE(수소연료전지차량) 냉각시스템은 공기가 들어오는 차량 전방으로부터 전장 라디에이터와 콘덴서, 스택 라디에이터 등의 공기를 냉각하는 열교환기와, 공기를 흡입하는 냉각팬으로 구성되어 있다.

열교환기는 외기온도와 냉각기준온도 차이가 클수록 효율이 높아지는 특성을 가지는데, 스택냉각은 42℃(냉각기준온도 87℃ - 외기온도 45℃)로 내연기관 냉각 65℃(120℃ - 45℃)보다 효율이 낮다. 이를 보완하기 위해 1.2kW급 냉각팬 2개를 사용하여 공기유량을 높여주고 있으나, 부피나 무게는 물론 가격이 고가인 단점을 갖는다.

또한, 냉각팬으로 흡입된 공기는 전장 라디에이터와 콘덴서를 통과한 후 스택 라디에이터를 추가로 냉각시키는데, 이는 스택 라디에이터로 통과하는 공기 온도를 높일 뿐 아니라 유입량까지 줄여, 스택 라디에이터 성능을 저하는 요인으로 작용한다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 발명된 것으로서, 제1열교환기(스택 라디에이터)로 유입되는 공기를 by-pass 시킴으로써 제1열교환기 성능을 높일 수 있으며, 스택냉각 성능을 추가로 확보할 수 있는 가변형 열교환기 모듈 및 이의 작동방법을 제공하는 것이다.

차량 전방에 나란하게 위치하는 전장 라디에이터와 콘덴서, 전장 라디에이터와 콘덴서의 후방에 위치하는 스택 라디에이터, 스택 라디에이터의 온도에 따라 길이가 변경되는 길이가변장치를 포함하며, 스택 라디에이터의 온도가 스택 라디에이터의 목표온도 이상이면 길이가변장치가 연장되어 전장 라디에이터와 콘덴서를 차량 전방으로 밀어(벌려) 이격시킴으로써 외부로부터 스택 라디에이터로 유입되는 냉각기체의 유로를 확장하는 것을 특징으로 하는 가변형 열교환기 모듈이다.

차량 전방에 나란하게 위치하는 제2열교환기와 제3열교환기, 상기 제2열교환기와 상기 제3열교환기의 후방에 위치하는 제1열교환기, 제1열교환기의 온도에 따라 길이가 변경되는 길이가변장치를 포함하는 가변형 열교환 모듈의 작동방법에 있어서, 길이가변장치로 제1열교환기의 온도를 측정하는 온도측정단계, 제1열교환기의 온도와 제1열교환기의 목표온도를 비교하는 비교단계, 비교단계의 결과에 따라 길이가변장치를 작동시키는 길이가변장치 작동단계를 포함하며, 비교단계에서 제1열교환기의 온도가 목표온도 이상이면 길이가변장치 작동단계에서 길이가변장치의 길이를 연장하여 제2열교환기와 제3열교환기를 차량 전방으로 벌려 이격시킴으로써 외부로부터 제1열교환기로 유입되는 냉각기체의 유로를 확장시키는 것을 특징으로 하는 가변형 열교환 모듈의 작동방법이다.

본 발명에 따른 가변형 열교환기 모듈은 제1열교환기(스택 라디에이터)로 유입되는 냉각공기를 by-pass 시킴으로써 제1열교환기의 성능을 높여줄 수 있으며, 스택냉각 성능을 추가로 확보할 수 있다.

FE연료전지차량의 경우 고속주행 시 제1열교환기 성능미달로 제한되었던 최고 속도를 높일 수 있으며, 스택냉각 성능의 향상으로 보조라디에이터를 삭제할 수 있다.

에어가이드를 추가로 장착하여 제1열교환기로 유입되는 냉각공기의 양을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변형 열교환기 모듈(실시예 1)의 사시도 및 부분 확대도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가변형 열교환기 모듈(실시예 2)의 작동상태(길이가변장치 작동(우), 길이가변장치 정지(좌))를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 가변형 열교환기 모듈(실시예 1)의 작동방법의 순서도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명은 차량 전방에 나란하게 위치하는 전장 라디에이터(제2열교환기,200)와 콘덴서(제3열교환기,300), 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서의 후방에 위치하는 스택 라디에이터(제1열교환기,100), 상기 스택 라디에이터의 온도에 따라 길이가 변경되는 길이가변장치(400)를 포함하며, 상기 스택 라디에이터의 온도가 목표온도 이상이면 상기 길이가변장치가 차량 전방으로 연장되어 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서를 차량 전방으로 밀어(벌려) 이격시킴으로써 외부로부터 상기 스택 라디에이터로 유입되는 냉각기체의 유로를 확장하여 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서를 거치지 않고 상기 냉각기체가 바로 상기 스택 라디에이터로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 가변형 열교환기 모듈과, 이의 작동방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 가변형 열교환기 모듈(실시예 1)의 사시도 및 부분 확대도이고, 도 2는 본 발명에 따른 가변형 열교환기 모듈(실시예 2)의 작동상태(길이가변장치 작동(우), 길이가변장치 정지(좌))를 나타내는 도면이다.

도 1과 도 2를 참조하여 좀더 상세하게 설명하면, 상기 가변형 열교환기 모듈은 상기 전장 라디에이터(200)와 상기 콘덴서(300)를 상기 스택 라디에이터(100)와 연결하는 연결유닛(500)을 더 포함하고, 상기 연결유닛은 상기 전장 라디에이터의 회전축과 상기 콘덴서의 회전축을 포함하는 힌지유닛(510)을 포함하며, 상기 힌지유닛은 상기 전장 라디에이터와 상기 스택 라디에이터를 연결하는 제1힌지 유닛(510a)과 상기 콘덴서와 상기 스택 라디에이터를 연결하는 제2힌지 유닛(510b)을 포함한다. 도 1과 같이 상기 제1힌지 유닛은 상/하에 총 2개가 설치될 수 있으며, 상기 제2힌지 유닛도 이와 동일하게 설치될 수 있다.

또한, 연결유닛(500)은 상기 제1힌지 유닛(510a)의 반대편에 위치하는 상기 전장 라디에이터(200)의 일측과, 상기 제2힌지 유닛(510b)의 반대편에 위치하는 상기 콘덴서(300)의 일측을, 상기 길이가변장치(400)와 연결하여 상기 길이가변장치의 길이에 따라 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서를 전개 또는 수납시키는 제3힌지부재(520)를 더 포함하고, 상기 제3회전부재는 가로 방향으로 형성된 슬롯에 의해 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서의 전개 최대치를 한정한다.

또한, 상기 연결유닛(500)은 상기 전장 라디에이터(200)의 회전 궤적과 상기 콘덴서(300)의 회전 궤적을 한정하는 가이드부재(530)를 더 포함할 수 있으며, 상기 가이드부재는 상기 스택 라디에이터(300)의 높이방향을 기준으로 상기 제3힌지부재(520)의 반대편에 위치하며 상기 제3힌지부재와 더불어 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서의 전개 최대치를 한정하며, 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서가 회전 궤적 형상의 슬롯을 지나며 안정적인 회전운동을 하도록 돕는다.

상기 가변형 열교환기 모듈은 상기 전장 라디에이터(200)의 일측과 상기 콘덴서(300)의 일측에 상기 차량 전방으로 수직하게 돌출되도록 장착되는 에어가이드(600)를 더 포함할 수 있으며, 상기 에어가이드는 판형으로 형성되어 돌출량이나 형상 변경을 통해 상기 냉각기체의 유입량을 조절할 수 있다. 상기 길이가변장치(400)가 연장되면 상기 전장 라디에이터(200)와 상기 콘덴서(300)가 차량 전방으로 전개됨과 동시에 평행상태로 이격되어 있던 상기 에어가이드가 기울기를 가지고 벌어짐으로 인해 유입구가 확장되어 냉각기체의 유입량을 증가시킨다.

도 1과 도 2에서 나타내는 가변형 열교환기 모듈은 상기 길이가변장치(400)로써 단독의 솔레노이드 밸브(실시예 1)를 적용하고 있으나 이것은 일 실시예에 불과하며, 상기 전장라디에이터의 일측과 상기 콘덴서의 일측에 각각 솔레노이드 밸브를 설치하여 각각 목표온도를 설정하고 조절하는 방식(실시예 2)이나, 상기 길이가변장치로써 서모스탯의 매커니즘(실시예 3)을 적용할 수도 있다.

다음은 차량 전방에 나란하게 위치하는 제2열교환기(200)와 제3열교환기(300), 상기 제2열교환기와 상기 제3열교환기의 후방에 위치하는 제1열교환기(100), 상기 제1열교환기의 온도에 따라 길이가 변경되는 길이가변장치(400)를 포함하는 가변형 열교환기 모듈의 작동방법에 있어서, 상기 길이가변장치로 상기 제1열교환기의 온도를 측정하는 온도측정단계(S20), 상기 제1열교환기의 온도와 상기 제1열교환기의 목표온도를 비교하는 비교단계(S30), 상기 비교단계의 결과에 따라 상기 길이가변장치를 작동시키는 길이가변장치 작동단계(S40)를 포함하며, 상기 비교단계에서 상기 제1열교환기의 온도가 상기 목표온도 이상이면 상기 길이가변장치 작동단계에서 상기 길이가변장치의 길이를 연장하여 상기 제2열교환기와 상기 제3열교환기를 상기 차량 전방으로 밀어(벌려) 이격시킴으로써 외부로부터 상기 제1열교환기로 유입되는 냉각기체의 유로를 확장하여 상기 제2열교환기와 상기 제3열교환기를 거치지 않고 상기 냉각기체가 바로 상기 제1열교환기로 유입되도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 가변형 열교환기 모듈(실시예 1)의 작동방법의 순서도이다.

상기 길이가변장치 작동단계(S40)는 상기 비교단계(S30)에서 상기 제1열교환기의 온도가 상기 목표온도 이상이면 상기 길이가변장치가 구동하여 길이가 연장되는 연장단계(S41)와 상기 비교단계에서 상기 제1열교환기의 온도가 상기 목표온도 미만이면 상기 길이가변장치가 정지하여 구동 전 상태의 길이를 유지하는 복귀 및 유지단계(S42)를 포함하며, 상기 연장단계가 진행된 후에 진행되는 상기 복귀 및 유지단계에서는 상기 길이가변장치의 길이가 수축되어 원래의 길이로 복귀되고, 상기 연장단계의 진행 없이 바로 진행되는 상기 복귀 및 유지단계에서는 상기 길이가변장치가 구동하지 않고 원상태를 유지한다.

상기 온도측정단계(S20) 이전에 상기 목표온도를 설정하는 세팅단계(S10)가 진행되며, 상기 온도측정단계는 상기 길이가변장치 작동단계(S40) 이후에도 실시간으로 진행된다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100 : 스택 라디에이터(제1열교환기)
200 : 전장 라디에이터(제2열교환기)
300 : 콘덴서(제3열교환기)
400 : 길이가변장치
500 : 연결유닛
600 : 에어가이드
510 : 힌지유닛
510a : 제1힌지 유닛
510b : 제2힌지 유닛
520 : 제3힌지부재
530 : 가이드부재

Claims (10)

1. 차량 전방에 나란하게 위치하는 전장 라디에이터; 와 콘덴서;
   상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서의 후방에 위치하는 스택 라디에이터;
   상기 스택 라디에이터의 온도에 따라 길이가 변경되는 길이가변장치; 를 포함하며
   상기 스택 라디에이터의 온도가 목표온도 이상이면 상기 길이가변장치가 연장되어 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서를 상기 차량 전방으로 벌려 이격시킴으로써 외부로부터 상기 스택 라디에이터로 유입되는 냉각기체의 유로를 확장하고,
   상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서를 상기 스택 라디에이터와 연결하는 연결유닛;을 더 포함하고,
   상기 연결유닛은, 상기 전장 라디에이터의 회전축과 상기 콘덴서의 회전축을 포함하는 힌지유닛;을 포함하며,
   상기 힌지유닛은, 상기 전장 라디에이터와 상기 스택 라디에이터를 연결하는 제1힌지 유닛; 및
   상기 콘덴서와 상기 스택 라디에이터를 연결하는 제2힌지 유닛;을 포함하며,
   상기 연결유닛은,
   상기 제1힌지 유닛의 반대편에 위치하는 상기 전장 라디에이터의 일측과, 상기 제2힌지 유닛의 반대편에 위치하는 상기 콘덴서의 일측을, 상기 길이가변장치와 연결하여 상기 길이가변장치의 길이에 따라 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서를 전개 또는 수납시키는 제3힌지부재;를 포함하고
   상기 제3힌지부재는 상기 전장 라디에이터와 상기 콘덴서의 전개 최대값을 한정하는 것을 특징으로 하는 가변형 열교환기 모듈.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 연결유닛은
   상기 전장 라디에이터의 회전 궤적과 상기 콘덴서의 회전 궤적을 한정하는 가이드부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 열교환기 모듈.
6. 제1항에 있어서,
   상기 전장 라디에이터의 일측과 상기 콘덴서의 일측에 상기 차량 전방으로 돌출되도록 장착되는 에어가이드; 를 포함하고
   상기 길이가변장치가 연장되면 상기 에어가이드의 유입구가 확장되어 냉각기체의 유입량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 가변형 열교환기 모듈.
7. 제1항에 있어서,
   상기 길이가변장치는 솔레노이드 밸브 또는 서모스탯인 것을 특징으로 하는 가변형 열교환기 모듈.
8. 차량 전방에 나란하게 위치하는 제2열교환기와 제3열교환기, 상기 제2열교환기와 상기 제3열교환기의 후방에 위치하는 제1열교환기, 상기 제1열교환기의 온도에 따라 길이가 변경되는 길이가변장치를 포함하는 가변형 열교환기 모듈의 작동방법에 있어서,
   상기 길이가변장치로 상기 제1열교환기의 온도를 측정하는 온도측정단계;
   상기 제1열교환기의 온도와 상기 제1열교환기의 목표온도를 비교하는 비교단계;
   상기 비교단계의 결과에 따라 상기 길이가변장치를 작동시키는 길이가변장치 작동단계; 를 포함하며
   상기 비교단계에서 상기 제1열교환기의 온도가 상기 목표온도 이상이면 상기 길이가변장치 작동단계에서 상기 제2열교환기와 상기 제3열교환기를 상기 제1열교환기와 연결하는 연결유닛에 포함된 힌지부재로 상기 제2열교환기와 상기 제3열교환기의 전개 최대값을 한정하면서 상기 길이가변장치의 길이를 연장하여 상기 제2열교환기와 상기 제3열교환기를 상기 차량 전방으로 벌려 이격시킴으로써 외부로부터 상기 제1열교환기로 유입되는 냉각기체의 유로를 확장시키는 것을 특징으로 하는 가변형 열교환기 모듈의 작동방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 길이가변장치 작동단계는
   상기 비교단계에서 상기 제1열교환기의 온도가 상기 목표온도 이상이면 상기 길이가변장치가 구동하여 길이가 연장되는 연장단계;
   상기 비교단계에서 상기 제1열교환기의 온도가 상기 목표온도 미만이면 상기 길이가변장치가 정지하여 구동 전 상태의 길이를 유지하는 복귀 및 유지단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 열교환기 모듈의 작동방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 온도측정단계 이전에
    상기 목표온도를 설정하는 세팅단계; 를 진행하는 것을 특징으로 하는 가변형 열교환기 모듈의 작동방법.

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