KR100534767B1 - 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치 및 방법에 관한 것으로서, 연료전지 차량의 수소의 과충전시 수소를 배출하는 배출라인이 장착된 수소탱크의 수소가스 안전 배출장치에 있어서, 수소탱크의 온도상승을 측정할 수 있도록 상기 배출라인에 장착되는 온도센서와, 수소탱크 내부의 압력변화를 측정할 수 있도록 장착되는 압력센서와, 배출라인에 장착되어 상기 배출라인을 따라 배출되는 수소가스의 배출 주기를 조절하도록 장착되는 솔레노이드밸브와, 온도센서 및 상기 압력센서의 센싱신호를 전달받아, 상기 수소탱크 내의 압력 및 온도가 설정치에 도달되면 상기 솔레노이드밸브를 제어하여 상기 수소가스가 배출되도록 하고, 상기 수소탱크 내의 압력이 계속적으로 하강하여 최종 설정치에 도달되면 상기 솔레노이드밸브를 제어하여 수소의 배출을 중단하도록 제어하는 제어부를 구비한다.
Description
본 발명은 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소저장 탱크 내의 수소가스를 일정 온도 및 압력에 따라 안정적으로 배출하도록 하여 인명 및 재산상의 손괴됨을 방지할 수 있도록 하는 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 차량내 프레셔 릴리프 밸브의 역할은 스택으로의 수소공급을 하는 수소탱크의 화재발생시에 온도상승에 의한 고압 수소탱크내의 수소를 폭발전에 안전하게 외부로 방출시키는 장치를 말한다.
이러한 종래 프레셔 릴리프 밸브는 외부화재에 의한 수소탱크내 온도 상승에 의한 수소가스 압력 상승시 폭발을 방지하기 위해 강제배기를 한다.
그러나, 상기 수소가스가 한 방향으로 고압(대략 350Bar)으로 배출되어 주변에 사람이 있을 경우 고압가스에 의한 상해를 입을 수 있다. 또한 계속적인 수소가스의 배출로 인해 배출된 가스에 의한 2차발화시 인명, 또는 재산상의 손괴를 입을 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 수소저장 탱크 내의 수소가스를 일정 온도 및 압력에 따라 안정적으로 배출하도록 하여 인명 및 재산상의 손괴됨을 방지할 수 있도록 하는 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치는, 연료전지 차량의 수소의 과충전시 수소를 배출하는 배출라인이 장착된 수소탱크의 수소가스 안전 배출장치에 있어서, 상기 수소탱크의 온도상승을 측정할 수 있도록 상기 배출라인에 장착되는 온도센서; 상기 수소탱크 내부의 압력변화를 측정할 수 있도록 장착되는 압력센서; 상기 배출라인에 장착되어 상기 배출라인을 따라 배출되는 수소의 배출 주기를 조절하도록 장착되는 솔레노이드밸브; 및 상기 온도센서 및 상기 압력센서의 센싱신호를 전달받아, 상기 수소탱크 내의 압력 및 온도가 설정치에 도달되면 상기 솔레노이드밸브를 제어하여 상기 수소가 배출되도록 하고, 상기 수소탱크 내의 압력이 계속적으로 하강하여 최종 설정치에 도달되면 상기 솔레노이드밸브를 제어하여 수소의 배출을 중단하도록 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 수소가스의 배출기간에 상기 솔레노이드밸브의 개폐를 일정간격으로 연속적으로 개폐를 반복하도록 하면서 상기 수소가스를 배출하도록 하여 상기 수소가스의 연속적인 누출에 의한 화염발생 가스를 차단하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 배출라인의 선단는 플레임어레스트(FLAME ARREST)가 장착되어 상기 배출라인 외부로 배출된 수소가스의 역류됨을 방지하도록 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 PID 콘트롤러로 구비되어 상기 솔레노이드밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부와 상기 솔레노이드밸브 간에는 전원공급장치가 마련되어, 상기 제어부의 전기적신호가 상기 전원공급장치에 전달되어 상기 솔레노이드밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출방법은, (a) 연료전지차량의 화재발생 또는 수소 재충전시 수소탱크내에 장착된 온도센서 및 압력센서를 통해 상기 수소탱크의 온도 및 압력을 측정하는 단계; (b) 상기 단계의 온도센서 및 압력센서를 통하여 센싱된 상기 수소탱크 내의 압력이 최대 임계 압력 및 최대 임계 온도에 도달하면 상기 수소탱크의 수소가스를 배출하도록 장착된 솔레노이드밸브 제어를 통하여 수소를 배출하는 단계; (c) 상기 단계(b)의 제어를 통한 수소가스 배출후 일정시간 후 상기 솔레노이드밸브의 개폐를 반복하여 상기 수소가스의 연속적인 배출을 차단하는 단계; 및 (d) 상기 단계(b)(c)를 통한 상기 수소탱크내 압력이 상기 단계(c) 보다 계속적으로 하강하여 최저 임계 압력에 도달하면 상기 솔레노이드밸브를 제어하여 수소가스의 배출을 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계에서, 상기 온도센서 및 상기 압력센서를 통하여 센싱된 센싱값은 PID 컨트롤러에 전송되며, 상기 PID 컨트롤러에 입력된 일정 온도 또는 일정 압력에 도달되면 상기 솔레노이드밸브를 개방하여 수소가스를 배출하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치(100)는, 연료전지 차량의 수소의 과충전시 수소를 배출하는 배출라인(11)이 장착된 수소탱크(13)의 수소가스 안전 배출장치에 관한 것으로서, 수소탱크(13)의 온도상승을 측정할 수 있도록 상기 배출라인(11)에 장착되는 온도센서(10)와, 수소탱크(13) 내부의 압력변화를 측정할 수 있도록 장착되는 압력센서(20)와, 배출라인(11)에 장착되어 배출라인(11)을 따라 배출되는 수소의 배출 주기를 조절하도록 장착되는 솔레노이드밸브(30)와, 온도센서(10) 및 압력센서(20)의 센싱신호를 전달받아 수소탱크(13) 내의 압력 및 온도가 설정치에 도달되면 솔레노이드밸브(30)를 제어하여 수소가 배출되도록 하고 수소탱크(13) 내의 압력이 계속적으로 하강하여 최종 설정치에 도달되면 솔레노이드밸브(30)를 제어하여 수소의 배출을 중단하도록 제어하는 제어부(40)를 구비한다.
상기 제어부(40)는 수소가스의 배출기간에 솔레노이드밸브(30)의 개폐를 일정간격으로 연속적으로 개폐를 반복하도록 하면서 수소가스를 배출하도록 하여 수소가스의 연속적인 누출에 의한 화염발생 가스를 차단하도록 한다. 상기 제어부(40)는 PID 콘트롤러로 구비되어 솔레노이드밸브(30)를 제어하는 것이 바람직하다. 상기 제어부(40)와 솔레노이드밸브(30) 간에는 전원 공급장치(31)가 마련된다. 이에 따라, 제어부(40)는 전원공급장치(31)에 전기적 신호를 보내 솔레노이드밸브(30)의 개폐를 제어하도록 한다.
도 2는 본 발명의 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출방법을 개략적으로 도시한 흐름도로서, 도 2를 참조하여 본원의 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출방법을 설명한다.
먼저, 연료전지차량의 화재발생 또는 수소 재충전시 수소탱크(13) 내에 장착된 온도센서(10) 및 압력센서(20)를 통해 상기 수소탱크의 온도 및 압력을 측정한다.(S11)
다음, 상기 단계(S11)의 온도센서(10) 및 압력센서(20)를 통하여 센싱된 수소탱크(13) 내의 압력이 최대 임계 압력 및 최대 임계 온도에 도달하면 수소탱크(13)의 수소를 배출하도록 장착된 솔레노이드밸브(30) 제어를 통하여 수소를 배출한다.(S12) 이러한 최대 임계압력은 400Bar이며, 최대 임계온도는 섭씨 120℃로 설정될 수 있으며, 이러한 최대 입계압력 및 최대 임계온도는 실험적으로 설정된 값으로 변경가능함은 물론이다. 상기 온도센서(10) 및 압력센서(20)를 통하여 센싱된 센싱값은 PID 컨트롤러로 구성된 제어부(40)에 전송되며, PID 컨트롤러에 입력된 일정 온도 또는 일정 압력에 도달되면 솔레노이드밸브(30)를 개방하여 수소가스를 배출하도록 하도록 한다.
이어서, 상기 단계(S12)의 제어를 통한 수소가스 배출후 일정시간 후 상기 솔레노이드밸브의 개폐를 반복하여 상기 수소가스의 연속적인 배출을 차단한다.(S13) 이러한 수소가스의 연속적인 배출의 차단은 화염발생 가스를 차단하기 위함이다.
다음, 상기 단계(S12)(S13)를 통한 수소탱크(13)내 압력이 상기 단계(S11) 보다 계속적으로 하강하여 최저 임계 압력에 도달하면 솔레노이드밸브(30)를 제어하여 수소가스의 배출을 차단하도록 한다. 상기 최저 임계압력은 150psi로 설정될 수 있으며, 이러한 설정 압력은 실험적인 값으로 상기 최저 임계압력은 변경 가능함은 물론이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
수소가스의 배출을 수소 저장탱크의 온도 및 압력을 센싱하고, 일정 온도 및 압력에서 수소가스를 안정적으로 배출하도록 함으로써, 인명상해를 방지할 수 있도록 한다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
Claims (7)
- 연료전지 차량의 수소가스의 과충전시 수소가스를 배출하는 배출라인이 장착된 수소탱크의 수소가스 안전 배출장치에 있어서,상기 수소탱크의 온도상승을 측정할 수 있도록 상기 배출라인에 장착되는 온도센서;상기 수소탱크 내부의 압력변화를 측정할 수 있도록 장착되는 압력센서;상기 배출라인에 장착되어 상기 배출라인을 따라 배출되는 수소가스의 배출 주기를 조절하도록 장착되는 솔레노이드밸브; 및상기 온도센서 및 상기 압력센서의 센싱신호를 전달받아, 상기 수소탱크 내의 압력 및 온도가 설정치에 도달되면 상기 솔레노이드밸브를 제어하여 상기 수소가스가 배출되도록 하고, 상기 수소탱크 내의 압력이 계속적으로 하강하여 최종 설정치에 도달되면 상기 솔레노이드밸브를 제어하여 수소의 배출을 중단하도록 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치.
- 제1항에 있어서,상기 제어부는,상기 수소가스의 배출기간에 상기 솔레노이드밸브의 개폐를 일정간격으로 연속적으로 개폐를 반복하도록 하면서 상기 수소가스를 배출하도록 하여 상기 수소가스의 연속적인 누출에 의한 화염발생 가스를 차단하도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치.
- 제1항에 있어서,상기 배출라인의 선단는 플레임어레스트(FLAME ARREST)가 장착되어 상기 배출라인 외부로 배출된 수소가스의 역류됨을 방지하도록 하는 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치.
- 제1항 및 제2항에 있어서,상기 제어부는 PID 콘트롤러로 구비되어 상기 솔레노이드밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치.
- 제1항에 있어서,상기 제어부와 상기 솔레노이드밸브 간에는 전원공급장치가 마련되어, 상기 제어부의 전기적신호가 상기 전원공급장치에 전달되어 상기 솔레노이드밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출장치.
- (a) 연료전지차량의 화재발생 또는 수소 재충전시 수소탱크내에 장착된 온도센서 및 압력센서를 통해 상기 수소탱크의 온도 및 압력을 측정하는 단계;(b) 상기 단계의 온도센서 및 압력센서를 통하여 센싱된 상기 수소탱크 내의 압력이 최대 임계 압력 및 최대 임계 온도에 도달하면 상기 수소탱크의 수소가스를 배출하도록 장착된 솔레노이드밸브 제어를 통하여 수소를 배출하는 단계;(c) 상기 단계(b)의 제어를 통한 수소가스 배출후 일정시간 후 상기 솔레노이드밸브의 개폐를 반복하여 상기 수소가스의 연속적인 배출을 차단하는 단계; 및(d) 상기 단계(b)(c)를 통한 상기 수소탱크내 압력이 상기 단계(c) 보다 계속적으로 하강하여 최저 임계 압력에 도달하면 상기 솔레노이드밸브를 제어하여 수소가스의 배출을 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출방법.
- 제6항에 있어서,상기 (b) 단계에서,상기 온도센서 및 상기 압력센서를 통하여 센싱된 센싱값은 PID 컨트롤러에 전송되며, 상기 PID 컨트롤러에 입력된 일정 온도 또는 일정 압력에 도달되면 상기 솔레노이드밸브를 개방하여 수소가스를 배출하도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소가스 안전 배출방법.
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