KR100756630B1 - 연료전지용 냉각수 탱크 및 이를 포함하는 연료전지시스템 - Google Patents

연료전지용 냉각수 탱크 및 이를 포함하는 연료전지시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 의한 냉각수 탱크는 냉각수 저장 공간에 냉각수에 함유된 이온 중 적어도 일부를 제거하는 이온제거기 및 냉각수의 기포를 제거하는 기포 제거 장치를 포함한다.
냉각수, 연료 전지 시스템, 냉각수 탱크, 이온 제거기, 기포 제거기.

Description

연료전지용 냉각수 탱크 및 이를 포함하는 연료전지 시스템{COOLANT TANK FOR FUEL CELL AND FUEL CELL SYSTEM INCLUDING THE SAME}
도1은 본 발명의 실시예에 의한 연료전지 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 냉각수 탱크의 구성을 보여주는 도면이다.
도3은 도2의 A부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도4는 본 발명의 실시예에 의한 이온 제거기를 보여주는 도면이다.
도5는 본 발명의 실시예에 의한 격리판을 보여주는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 냉각수 탱크
101: 이온 제거기
103: 기포 제거 장치
111: 냉각수 유로
105: 라디에이터
107: 연료 전지 스택
109: 펌프
201: 하우징
205: 냉각수 유입구
207: 기포 배출구
213: 기포 수집 부재
209: 제2 냉각수 유입구
400: 격리판
본 발명은 연료전지용 냉각수 탱크 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 냉각수 탱크의 내부에 이온 제거기가 설치된 연료전지용 냉각수 탱크 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 연료전지용 냉각수 탱크는 연료 전지 시스템에 공급되는 냉매를 저장하는 장치이다.
일반적으로, 연료 전지의 스택에서는 많은 열이 발생되는데 이를 방출하기 위하여 연료 전지 스택으로 냉각수를 공급한다.
연료 전지 스택을 순환한 냉각수는 펌프에 의하여 라디에이터로 전달되며, 라디에이터에서 냉각된 냉각수의 일부는 냉각수 탱크로 전달되고 나머지는 이온제거기로 전달된다.
냉각수에 포함된 이온은 연료 전지의 단락과 같은 오류를 발생시키므로 이온 제거기에 의하여 제거된다.
그런데, 종래 기술에 의한 냉각수 탱크 및 연료전지 시스템에서는 이온 제거기와 냉각수 탱크가 병렬로 연결되어 있어서 엔진 룸 내에서 냉각수 탱크와 이온 제거기가 차지하는 공간이 커지는 문제가 있었다.
나아가, 냉각수 탱크와 이온 제거기가 차지하는 공간이 크므로 차량 설계시 설계 자유도가 상대적으로 적어지며, 시스템이 복잡해지고 제조 비용이 커지는 문제가 있었다.
또한, 종래 기술에 의한 냉각수 탱크 및 이를 포함하는 연료전지 시스템은 기포 제거기를 포함하지 아니하므로 냉각수에 포함된 기포에 의하여 냉각 성능이 떨어지는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 설계 자유도가 향상되고 제조 비용이 절감되며 냉각수에 포함된 기포를 제거할 수 있는 냉각수 탱크 및 이를 포함하는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 연료 전지 시스템에 사용되는 냉각수를 저장하는 냉각수 탱크는 하우징 및 이온 제거기를 포함한다.
상기 하우징은 냉각수 유입구와 냉각수 배출구를 포함하며, 냉각수 저장 공간을 형성한다.
상기 이온 제거기는 상기 냉각수 저장 공간에 설치되고, 상기 냉각수의 적어도 일부를 공급받아 배출하며, 공급된 냉각수에 함유된 이온 중 적어도 일부를 제거한다.
상기 냉각수 탱크는 상기 냉각수에 함유된 기포를 제거하는 기포 제거 장치를 더 포함한다.
상기 기포 제거 장치는, 기포 수집 부재 및 기포 배출구를 포함한다.
상기 기포 수집 부재는 상기 냉각수 유입구의 하류측에 설치되며, 상기 냉각수에 함유된 기포가 접착되는 경사면을 형성한다.
상기 기포 배출구는 상기 기포 수집 부재에 의해 수집된 기포를 배출한다.
상기 기포 수집 부재는 콘 형상을 가진다.
상기 기포 배출구는 상기 하우징의 상부에 형성된다.
전체 냉각수 유량의 90%는 상기 냉각수 유입구를 통하여 상기 냉각수 저장 공간으로 유입되고, 전체 냉각수 유량의 나머지는 상기 이온 제거기로 유입된다.
상기 냉각수 유입구 내에는 상기 냉각수의 흐름을 분할하는 격리판이 설치된다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 연료 전지 시스템은 연료 전지 스택, 라디에이터, 냉각수 탱크, 및 냉각수 펌프를 포함한다.
상기 라디에이터를 상기 연료 전지 스택으로부터 배출되는 냉각수를 냉각시킨다.
상기 냉각수 탱크는 상기 라디에이터에서 냉각된 냉각수를 전달받아 일시적 으로 저장한다.
상기 냉각수 탱크는 상기 냉각수를 순환시킨다.
상기 냉각수 탱크는, 냉각수 유입구와 냉각수 배출구를 포함하며, 냉각수 저장 공간을 형성하는 하우징 및 상기 냉각수 저장 공간에 설치되고, 상기 냉각수의 적어도 일부를 공급받아 배출하며, 공급된 냉각수에 함유된 이온 중 적어도 일부를 제거하는 이온 제거기를 포함한다.
상기 기포 제거 장치는, 기포 수집 부재 및 기포 배출구를 포함한다.
상기 기포 수집 부재는 상기 냉각수 유입구의 하류측에 설치되며, 상기 냉각수에 함유된 기포가 접착되는 경사면을 형성한다.
상기 기포 배출구는 상기 기포 수집 부재에 의해 수집된 기포를 배출한다.
상기 기포 수집 부재는 콘 형상을 가진다.
상기 기포 배출구는 상기 하우징의 상부에 형성된다.
전체 냉각수 유량의 90%는 상기 냉각수 유입구를 통하여 상기 냉각수 저장 공간으로 유입되고, 전체 냉각수 유량의 나머지는 상기 이온 제거기로 유입된다.
상기 냉각수 유입구 내에는 상기 냉각수의 흐름을 분할하는 격리판이 설치된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 연료전지 시스템의 구성을 보여주는 도면이고, 도2는 본 발명의 실시예에 의한 냉각수 탱크의 구성을 보여주는 도면이며, 도4는 본 발명의 실시예에 의한 이온 제거기를 보여주는 도면이다.
도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 시스템은, 연료 전지 스택(107), 라디에이터(105), 및 냉각수 탱크(100)를 포함한다.
라디에이터(105)는 연료 전지 스택(107)으로부터 배출되는 냉각수를 냉각시키며, 냉각수 탱크(100)는 라디에이터(105)에서 냉각된 냉각수를 전달받아 일시적으로 저장하고, 냉각수 펌프(109)는 냉각수를 순환시킨다.
본 발명의 실시예에 의한 냉각수 탱크는 하우징(201) 및 이온 제거기(101)를 포함한다.
하우징(201)은 냉각수 유입구(205)와 냉각수 배출구(211)를 포함하며, 냉각수 저장 공간(203)을 형성하며, 이온 제거기(101)는 냉각수 저장 공간(203)에 설치되고, 냉각수의 적어도 일부를 공급받아 배출하며, 공급된 냉각수에 함유된 이온 중 적어도 일부를 제거한다.
냉각수는 연료 전지 스택(107)을 냉각시킨 후, 냉각수 유로(111)를 통하여 냉각수 펌프(109)에 의하여 라디에이터(105)로 공급된다. 라디에이터(105)에서 냉각된 냉각수는 냉각수 탱크(100)로 전달된다.
도1, 도2, 및 도4에 도시된 바와 같이, 냉각수 탱크(100)의 하우징(201) 내부에는 이온 제거기(101)가 위치한다.
라디에이터(105)로부터 냉각수 유로(111)를 통하여 공급된 냉각수는 냉각수 유입구(205)를 통하여 하우징(201)으로 공급된다.
또한, 냉각수 유로(111)에는 제2 냉각수 유입구(209)가 연결되며 제2 냉각수 유입구(209)를 통하여 유입된 냉각수는 다기관(215)을 통하여 이온 제거기(101)로 공급 된다.
이온 제거기(101)를 통과하여 이온이 제거된 냉각수는 하우징(201)내의 냉각수 저장 공간(203)에 일시적으로 저장되었던 냉각수와 함께 냉각수 배출구(211)로 배출된다. 냉각수 배출구(211)로 배출된 냉각수는 다시 연료 전지 스택(107)으로 공급된다.
도3은 도2의 A부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 냉각수 탱크(100)는 냉각수에 함유된 기포를 제거하는 기포 제거 장치(103)를 더 포함한다.
기포 제거 장치(103)는 기포 수집 부재(213) 및 기포 배출구(207)를 포함한다.
기포 수집 부재(213)는 냉각수 유입구(205)의 하류측에 설치되며, 냉각수에 함유된 기포가 접착되는 경사면(301)을 형성한다.
기포 수집 부재(213)는 콘 형상을 가지며, 기포 배출구(207)는 하우징(201)의 상부에 형성된다.
기포 배출구(207)는 기포 수집 부재(213)에 의해 수집된 기포를 배출한다.
냉각수 유입구(205)로 유입된 냉각수는 콘 형상을 가지는 기포 수집 부재(213)의 경사면(301)을 따라 하우징(201)의 냉각수 저장 공간(203)으로 유입된다(도3의 화살표 참조).
콘 형상을 가지는 기포 수집 부재(213)의 경사면(301)을 따라 냉각수가 흐를 때, 냉각수가 경사면(301)냉각수에 포함된 기포는 경사면(301)에 접착된다. 접착된 기포는 경사면(301)으로부터 분리되어 기포 배출구(207)로 배출된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의한 냉각수 탱크(100)에 의하면 냉각수가 포함하는 기포는 외부로 배출되므로 냉각수의 냉각 성능이 향상된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 냉각수의 전기 전도도를 유지하기 위하여 전체 냉각수 유량의 90%는 냉각수 유입구(205)를 통하여 냉각수 저장 공간(203)으로 유입되고, 나머지 10%는 이온 제거기(101)로 유입된다.
이온 제거기(101)로 더 많은 유량의 냉각수가 유입될 경우, 이온 제거기(101)의 수명이 짧아지나 본 발명의 실시예에 의한 냉각수 탱크에 의하면, 이온 제거기(101)로 유입되는 냉각수의 유량은 전체 유량의 10%로 설정되므로 이온 제거기(101)의 내구성이 향상 될 수 있다.
도5는 본 발명의 실시예에 의한 격리판을 보여주는 도면이다.
도5를 참조하면, 냉각수 유입구(205) 내에는 냉각수의 흐름을 분할하는 격리판(400)이 설치된다.
냉각수 유입구(205)로 유입되는 냉각수에는 와류가 발생될 수 있으나, 격리판(400)에 의하여 냉각수에 와류가 발생되지 아니할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 격리판(400)은 두개의 판으로 형성되며 냉각수 유입구(205)의 형상에 따른 각도를 가지며 냉각수 유입구(205)의 내부에 냉각수의 흐름을 분할하도록 배치된다.
격리판(400)에 의하여 냉각수 유입구(205)로 유입되는 냉각수의 와류가 방지되므로 냉각수에 포함된 기포가 일정하게 제거될 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예 에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 이온 제거기는 냉각수 탱크의 내부에 설치되므로 차지하는 공간이 작아질 수 있다.
또한, 냉각수 탱크가 차지하는 공간이 작으므로 설계 자유도가 향상될 수 있으며, 제조 비용이 절감될 수 있고, 연료 전지 시스템이 간단해 질 수 있다.
나아가, 기포 제거기에 의하여 기포가 제거되므로 냉각수의 냉각 성능이 향상될 수 있으며, 격리판에 의하여 냉각수에 포함된 기포가 일정하게 제거될 수 있다.

Claims (14)

  1. 연료 전지 시스템에 사용되는 냉각수를 저장하는 냉각수 탱크에 있어서,
    냉각수 유입구와 냉각수 배출구를 포함하며, 냉각수 저장 공간을 형성하는 하우징;
    상기 냉각수 저장 공간에 설치되고, 상기 냉각수의 적어도 일부를 공급받아배출하며, 공급된 냉각수에 함유된 이온 중 적어도 일부를 제거하는 이온 제거기;
    상기 냉각수에 함유된 기포를 제거하는 기포 제거 장치;
    를 포함하되,
    상기 기포 제거 장치는,
    상기 냉각수 유입구의 하류측에 설치되며, 상기 냉각수에 함유된 기포가 접착되는 경사면을 형성하는 기포 수집 부재; 및
    상기 기포 수집 부재에 의해 수집된 기포를 배출하는 기포 배출구;
    를 포함하는 냉각수 탱크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 기포 수집 부재는 콘 형상을 가지는 냉각수 탱크.
  5. 제1항에서,
    상기 기포 배출구는 상기 하우징의 상부에 형성되는 냉각수 탱크.
  6. 제1항에서,
    전체 냉각수 유량의 90%는 상기 냉각수 유입구를 통하여 상기 냉각수 저장 공간으로 유입되고, 전체 냉각수 유량의 나머지는 상기 이온 제거기로 유입되는 냉각수 탱크.
  7. 제1항에서,
    상기 냉각수 유입구 내에는 상기 냉각수의 흐름을 분할하는 격리판이 설치되는 냉각수 탱크.
  8. 연료 전지 스택;
    상기 연료 전지 스택으로부터 배출되는 냉각수를 냉각시키는 라디에이터;
    상기 라디에이터에서 냉각된 냉각수를 전달받아 일시적으로 저장하는 냉각수 탱크; 및
    상기 냉각수를 순환시키는 냉각수 펌프;
    를 포함하며,
    상기 냉각수 탱크는,
    냉각수 유입구와 냉각수 배출구를 포함하며, 냉각수 저장 공간을 형성하는 하우징;
    상기 냉각수 저장 공간에 설치되고, 상기 냉각수의 적어도 일부를 공급받아 배출하며, 공급된 냉각수에 함유된 이온 중 적어도 일부를 제거하는 이온 제거기;
    상기 냉각수에 함유된 기포를 제거하는 기포 제거 장치;
    를 포함하되
    상기 기포 제거 장치는,
    상기 냉각수 유입구의 하류측에 설치되며, 상기 냉각수에 함유된 기포가 접착되는 경사면을 형성하는 기포 수집 부재; 및
    상기 기포 수집 부재에 의해 수집된 기포를 배출하는 기포 배출구;
    를 포함하는 연료전지 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에서,
    상기 기포 수집 부재는 콘 형상을 가지는 연료전지 시스템.
  12. 제8항에서,
    상기 기포 배출구는 상기 하우징의 상부에 형성되는 연료전지 시스템.
  13. 제8항에서,
    전체 냉각수 유량의 90%는 상기 냉각수 유입구를 통하여 상기 냉각수 저장 공간으로 유입되고, 전체 냉각수 유량의 나머지는 상기 이온 제거기로 유입되는 연료전지 시스템.
  14. 제8항에서,
    상기 냉각수 유입구 내에는 상기 냉각수의 흐름을 분할하는 격리판이 설치되는 연료전지 시스템.
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