KR101134386B1 - 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템에 관한 것으로서, 수소충전소에서 연료전지 자동차의 수소 충전 이전에 저장용기 내 수소가 불순물이 혼합된 오염된 수소임을 감지할 경우 연료전지 자동차로의 수소 공급을 자동 차단하고, 이를 통해 연료전지 자동차의 연료전지 스택 등 시스템 성능 저하와 손상, 차량 성능 저하 등을 방지하는 오염 수소 충전 방지 시스템을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 수소충전소에서 공급되는 수소를 연료로 사용하는 분석용 연료전지, 및 상기 분석용 연료전지를 운전하기 위한 운전장치를 포함하여 구성되는 연료전지 시스템과; 상기 분석용 연료전지의 출력을 검출하기 위한 출력검출부와; 상기 출력검출부에 의해 검출되는 분석용 연료전지의 운전 출력에 기초하여 수소충전소에서 공급되는 수소의 불순물 혼합 여부를 실시간으로 판정하는 충전소측 제어기와; 수소충전소에서 연료전지 자동차로 수소가 공급되는 수소공급경로에 설치되어 연료전지 자동차로의 수소 공급을 선택적으로 차단하는 최종공급밸브;를 포함하고, 상기 충전소측 제어기는 불순물이 혼합된 오염 수소가 공급됨을 판정한 경우 연료전지 자동차로의 수소 공급을 차단하기 위해 상기 최종공급밸브를 닫아주도록 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템이 개시된다.

Description

연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템{System for preventing contaminated hydrogen filling of fuel cell vehicle}
본 발명은 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소충전소에서 오염된 수소가 연료전지 자동차에 충전되는 것을 방지하기 위한 시스템에 관한 것이다.
환경친화적인 미래형 자동차의 하나인 수소 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템은, 반응가스의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 및 연료전지 스택의 전기화학 반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지 스택의 운전온도를 최적으로 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템을 포함하여 구성된다.
이러한 구성에서 연료전지 스택은 반응가스인 수소와 공기 중 산소의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키고, 또한 그 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.
아울러, 통상의 연료전지 자동차에서는 연료인 수소를 수소탱크에 고압으로 저장한 뒤 배관을 통해 연료전지 스택에 공급하고, 연료전지 스택에서 발생된 전기에너지로 구동모터를 구동시켜 차량을 주행시키게 된다.
따라서, 연료전지 자동차의 지속적인 운행을 위해서는 연료인 수소가 부족할 경우 수소충전소에서 수소를 충전하는 과정이 필요한데, 충전되는 수소의 순도는 연료전지 자동차의 성능에 있어서 매우 중요한 요소이다.
만약, 수소 충전시 수소 제조 및 정제 공정에서 완벽하게 제거되지 않은 오염된 수소가 차량에 공급될 경우 차량에 탑재된 연료전지 스택을 비롯한 시스템 전체에 악영향을 주게 되고, 결국 운전자가 요구하는 차량 성능을 발휘할 수 없게 된다.
이는 향후 연료전지 자동차 양산 및 수소 인프라 확대시 심각한 문제점으로 부각될 수 있다.
도 1은 충전소에 수소가 공급된 뒤 연료전지 자동차에 수소를 충전하는 일련의 과정을 예시한 개략도로서, 수소 공급, 압축, 충전으로 이어지는 일련의 절차를 보여주고 있다.
도시된 바와 같이, 일례로서, 수소충전소(1)에서는 트레일러(2)로 운송된 수소 튜브(3)로부터 수소를 공급받아 압축기(4)를 통해 압축한 뒤 고압의 저장용기(5)에 저장하고, 저장용기(5)에 저장된 수소를 충전기(6)를 통해 차량(100)에 공급하게 된다.
그러나, 불순물이 포함된 오염된 수소가 트레일러로 운송될 경우 여과 없이 차량에 공급되어 연료전지 시스템 및 차량의 성능 저하가 발생하게 된다.
수소에 포함되는 주요 불순물로는 CO, NH3, N2, TSC, THS 등이 있으며, 연료전지 스택의 성능 저하시 새로운 수소를 공급할 경우 불순물의 종류에 따라 연료전지 스택의 성능을 어느 정도 회복할 수는 있다.
통상적으로 수소충전소 관리자 및 연료전지 자동차 운전자는 수소공급업체로부터 수소 성적서만을 받게 되어 별도의 불순물 확인 없이 수소를 받게 되고, 이럴 경우 오염된 수소가 차량에 공급될 수 있는 바, 오염된 수소 충전시에 연료전지의 성능은 크게 저하된다.
특히, 연료전지 스택의 백금 촉매 불활성화에 의해 전기를 생산하는 능력이 저하되고, 결국 차량 성능이 저하되면서 운전자의 요구 성능을 만족시킬 수 없다.
전술한 바와 같이 불순물을 포함하지 않은 수소를 재공급할 경우 가역적으로 불순물이 제거되어 스택 성능이 어느 정도 활성화될 수는 있으나, 백금 촉매에 불순물이 지속적으로 흡착된 상태일 경우 전기화학 반응을 억제하게 되므로 성능 회복이 불가할 수 있다.
이 경우 고가의 연료전지 스택에서 막전극접합체(MEA) 등을 신규로 교체해야한다.
또한 수소탱크 내부의 불순물을 제거하는 것이 필요한데, 이를 위해 새로운 수소를 공급, 제거하는 과정을 반복해야만 불순물이 서서히 제거되며, 이 과정을 통해서도 불순물이 완전히 제거되지 않을 경우 동일한 성능 문제가 발생하므로 수소탱크를 교체해야 한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 수소충전소에서 연료전지 자동차의 수소 충전 이전에 저장용기 내 수소가 불순물이 혼합된 오염된 수소임을 감지할 경우 연료전지 자동차로의 수소 공급을 자동 차단하고, 이를 통해 연료전지 자동차의 연료전지 스택 등 시스템의 성능 저하와 손상, 차량의 성능 저하 등을 방지하는 오염 수소 충전 방지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 수소충전소에서 공급되는 수소를 연료로 사용하는 분석용 연료전지, 및 상기 분석용 연료전지를 운전하기 위한 운전장치를 포함하여 구성되는 분석용 연료전지 시스템과; 상기 분석용 연료전지의 출력을 검출하기 위한 출력검출부와; 상기 출력검출부에 의해 검출되는 분석용 연료전지의 운전 출력에 기초하여 수소충전소에서 공급되는 수소의 불순물 혼합 여부를 실시간으로 판정하는 충전소측 제어기와; 수소충전소에서 연료전지 자동차로 수소가 공급되는 수소공급경로에 설치되어 연료전지 자동차로의 수소 공급을 선택적으로 차단하는 최종공급밸브;를 포함하고, 상기 충전소측 제어기는 불순물이 혼합된 오염 수소가 공급됨을 판정한 경우 연료전지 자동차로의 수소 공급을 차단하기 위해 상기 최종공급밸브를 닫아주도록 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템을 제공한다.
바람직한 실시에에서, 상기 분석용 연료전지는 저장용기의 수소를 연료전지 자동차로 공급하게 되는 수소공급배관에서 분기된 분기배관에 설치되어, 상기 분기배관을 통해 공급되는 수소를 연료로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 분기배관에서 분석용 연료전지의 전단 위치에는 저장용기의 수소가 분석용 연료전지로 선택적으로 공급될 수 있도록 하는 수소공급밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 출력검출부가 운전 중인 분석용 연료전지의 출력 전압을 검출하기 위한 전압검출부이고, 상기 충전소측 제어기는 전압검출부에 의해 검출된 분석용 연료전지의 운전 중 출력 전압이 기준치 미만인 경우 수소충전소에서 공급되는 수소에 불순물이 혼합된 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한 연료전지 자동차에서 상기 충전소측 제어기와 통신 가능하게 구비되는 차량측 제어기와; 연료전지 자동차에서 수소충전소로부터 공급된 수소가 수소탱크에 충전되는 것을 선택적으로 차단하기 위한 차량측 밸브;를 더 포함하고, 상기 차량측 제어기는 불순물이 혼합된 오염 수소가 공급됨을 판정한 충전소측 제어기로부터 수소 차단을 위한 신호를 수신하는 경우 수소탱크에 수소가 충전되지 않도록 상기 차량측 밸브를 닫아주도록 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 충전소측 제어기와 차량측 제어기는 상호 간 무선통신을 위해 무선통신모듈을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한 상기 분석용 연료전지는 수소충전소의 저장용기에서 공급되는 수소를 연료전지 자동차에 공급하기 위한 충전기의 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 오염 수소 충전 방지 시스템에서는 수소충전소에서 연료전지 자동차의 수소 충전 이전에 저장용기 내 수소가 불순물이 혼합된 오염된 수소임을 감지할 경우 연료전지 자동차로의 수소 공급을 자동 차단하고, 이를 통해 연료전지 자동차의 연료전지 스택 등 시스템의 성능 저하와 손상, 차량의 성능 저하 등을 방지할 수 있게 된다.
또한 연료전지 자동차의 수소탱크에 오염된 수소가 충전되지 않으므로 종래와 같은 수소탱크의 퍼징 또는 교체가 불필요하다.
또한 충전기 내부에 설치된 소형 연료전지를 통해 생성된 전기를 충전소에서 활용할 수 있는 이점이 있고, 향후 연료전지 자동차 및 수소충전소의 보급 확대시 자동차 업체와 에너지 업체 간의 문제점 발생 주체를 명확히 구분할 수 있게 된다.
도 1은 충전소에 수소가 공급된 뒤 연료전지 자동차에 수소를 충전하는 일련의 과정을 예시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오염 수소 충전 방지 시스템을 도시한 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은, 수소충전소에서 연료전지 자동차의 수소 충전시 불순물이 혼합된 오염된 수소가 공급될 경우 연료전지 자동차에 탑재된 연료전지 스택 등 시스템의 성능 저하 및 손상과 더불어 차량 성능의 저하 등 문제가 발생하므로, 수소충전소에서 오염된 수소가 연료전지 자동차에 충전되는 것을 미연에 방지하기 위한 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 수소충전소의 충전기에 차량측에 공급되는 수소의 불순물 혼합 여부를 검증할 수 있는 장치를 구비해야 하는데, 수소충전소에 충전되는 수소의 성분을 실시간으로 분석할 수 있는 고가의 분석장치를 단순 설치할 경우, 비용 및 검증의 신뢰도 측면에서 문제가 발생할 수 있다.
즉, 수소충전소측에서 가스 성분을 분석하기 위해 고가의 분석장치를 구매해야 하고, 분석장치의 설치를 위해 넓은 공간을 필요로 하게 된다.
또한 분석결과를 수소충전소측에서는 정확히 알 수 있으나, 이 분석결과를 수소충전소에서 관리하게 되므로 차량 운전자의 경우 정확한 결과를 통지받지 못할 수 있고, 충전소와 운전자 간의 신뢰도 측면에서 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 수소충전소에 연료전지 및 운전장치를 포함하는 소형의 분석용 연료전지 시스템을 구성하고, 수소를 연료전지 자동차에 공급하기 전에 충전기 내부의 연료전지 시스템으로 실시간으로 불순물 유입을 확인할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오염 수소 충전 방지 시스템을 도시한 구성도로서, 도시된 바와 같이, 수소충전소(1), 바람직하게는 수소충전소(1)의 저장용기(5)로부터 공급되는 수소를 차량(100)에 충전하기 위한 충전기(6)의 내부에 소형의 연료전지 시스템(20)이 구성된다.
충전기(6)의 내부에 구비되는 연료전지 시스템(20)은 수소충전소(1)의 저장용기(5)로부터 공급되는 수소를 연료로 사용하는 소형의 분석용 연료전지(21)(예, 1kW 급)와, 상기 분석용 연료전지(21)가 운전될 수 있도록 하는 운전장치를 포함하여 구성된다.
여기서, 분석용 연료전지(21)로는 통상의 차량용 연료전지 스택과 동일한 구성을 갖는 것이 사용될 수 있으나, 큰 출력이 필요 없으므로 단 셀 또는 복수 셀로 이루어진 소형 출력의 연료전지가 사용될 수 있다.
상기 분석용 연료전지(21)는 수소 충전시 저장용기(5)의 수소를 차량측으로 공급하는 충전기(6)의 수소공급배관(7)에서 분기된 별도 배관(8)(이하, 분기배관이라 칭함)에 설치된다.
이 경우, 분기배관(8)을 통해 공급되는 수소를 연료로 사용하는 분석용 연료전지(21)에 의해 수소의 불순물 혼합 여부를 확인할 수 있음은 물론, 혼합 여부 확인 후 수소충전소(1)의 저장용기(5)에 저장된 고압 수소를 충전기(6)의 수소공급배관(7)을 통해 차량측에 정상적으로 공급할 수 있다.
또한 운전장치로는 저장용기(5)의 수소가 분석용 연료전지(21)로 선택적으로 공급될 수 있도록 하는 수소공급밸브(9)와, 저장용기(5)에서 분석용 연료전지(21)로 공급되는 수소의 압력을 조절해주는 압력조절장치(23)와, 분석용 연료전지(21)에 공기를 공급하기 위한 공기공급장치(24)와, 분석용 연료전지(21)의 운전온도를 적정 온도로 유지하기 위한 냉각장치(25)를 포함한다.
여기서, 수소공급밸브(9)는 저장용기(5)의 출구에 설치된 밸브가 될 수 있으나, 분석용 연료전지(21)의 전단에 설치되는 별도의 밸브가 될 수도 있으며, 이 경우 분석용 연료전지(21) 전단의 수소공급배관(7)이나 분기배관(8)에 설치될 수 있다.
상기 수소공급밸브(9)로는 후술하는 충전소측 제어기(30)에서 인가되는 제어신호에 따라 개폐 구동이 제어되는 전자식 밸브가 사용될 수 있으며, 충전소측 제어기(30)가 불순물 혼합 여부를 확인하기 위해 수소공급밸브(9)를 개방하게 되면 분석용 연료전지(21)로 수소가 공급될 수 있게 된다.
상기 수소공급밸브(9)를 분석용 연료전지(21)의 전단 위치의 분기배관(8)에 설치하는 경우 차량측으로 수소공급배관(7)을 통해 정상적으로 수소가 공급될 때(차량의 정상 수소 충전시) 분석용 연료전지(21)로는 수소 공급을 차단할 수 있는 바, 차량(100)으로의 정상 수소 충전시 분석용 연료전지(21)에 의해 수소가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
상기 압력조절장치(23)는 수소충전소(1)의 저장용기(5)에서 분석용 연료전지(21)로 공급되는 고압 수소의 압력을 감압하여 분석용 연료전지(21)에서 필요로 하는 적정 압력으로 조절해주는 구성부로, 이는 차량용 연료전지 시스템에 사용되는 것과 동일한 압력레귤레이터를 포함하는 구성이 될 수 있다.
상기 공기공급장치(24)는 분석용 연료전지(21)에 반응가스인 공기를 공급하기 위한 것으로, 공기를 공급하기 위한 공기블로워와, 이 공기블로워에 의해 공급되는 공기를 가습하기 위한 가습장치를 포함하는 구성이 될 수 있다.
또한 상기 냉각장치(25)는 분석용 연료전지(21) 내 분리판 채널을 통해 물을 순환시켜 냉각하는 수냉식 냉각장치가 적용 가능하며, 냉각수가 분석용 연료전지(21)를 통과하도록 분석용 연료전지(21)의 냉각수 입, 출구에 연결되는 냉각수 라인(26)과, 냉각수가 냉각수 라인(26)을 통해 공급되어 분석용 연료전지(21) 내 냉각수 채널을 통과할 수 있도록 냉각수를 압송하는 냉각수 펌프(27)를 포함하는 구성이 될 수 있다.
도시된 실시예는 냉각수 펌프(27)에 의해 압송되는 냉각수가 냉각수 라인(26)을 통해 분석용 연료전지(21)를 통과한 뒤 배출되는 냉각 루프, 즉 개(開)루프의 냉각 루프 구성을 채용한 것으로, 만약 냉각 루프가 냉각수 순환이 이루어지는 폐(閉)루프 구성인 경우 방열기(예, 라디에이터+팬)가 추가로 구비된다.
이와 더불어, 본 발명의 오염 수소 충전 방지 시스템은 충전기(6) 내 분석용 연료전지(21)의 출력을 검출하기 위한 출력검출부(28)와, 충전기(6)에서 차량(100)측으로의 수소 공급을 차단하기 위한 최종공급밸브(11)와, 상기 출력검출부(28)에 의해 검출되는 연료전지 출력에 기초하여 저장용기(5)에서 공급되는 수소의 불순물 혼합 여부를 실시간으로 판정하는 충전소측 제어기(30)를 포함한다.
여기서, 출력검출부(28)는 연료전지(21)의 출력 전압을 검출하기 위한 전압검출부가 될 수 있으며, 전압검출부로는 통상의 차량용 연료전지 시스템에서 스택 전압을 모니터링하기 위한 스택 전압 모니터링(SVM:Stack Voltage Monitoring) 시스템이 사용될 수 있다.
본 발명에서 최종공급밸브(11)는 충전기(6)에서 충전호스(12)를 통해 차량(100)측으로 공급되는 수소를 선택적으로 차단하는데 사용되는 밸브로서, 수소충전소(1)에서 차량(100)측으로 수소가 공급되는 수소공급경로, 예컨대 충전기(6) 내부의 수소공급배관(7)이나 이 수소공급배관(7)의 종단에 연결된 충전호스(12), 또는 이 충전호스(12)의 종단에 연결된 노즐(13) 등에 설치될 수 있다.
특히, 최종공급밸브(11)로는 충전소측 제어기(30)에서 인가되는 제어신호에 개폐 구동이 제어될 수 있는 전자식 밸브가 사용된다.
또한 충전소측 제어기(30)는 분석용 연료전지(21)의 운전 중 출력검출부(28)에 의해 검출되는 출력검출신호, 즉 전압검출신호를 입력받아 이를 기초로 저장용기(5)에서 공급되는 수소의 오염 여부(불순물 혼합 여부)를 판정하게 되는데, 분석용 연료전지(21)의 출력 전압이 기준치 미만인 경우 오염된 수소가 공급되는 것으로 판정하게 된다.
분석용 연료전지(21)가 저장용기(5)로부터 수소공급배관(7)을 통해 수소를 공급받아 운전될 때 수소에 불순물이 혼합된 상태라면 전압이 기준치 미만으로 떨어지게 되므로 이 경우 충전소측 제어기(30)가 오염된 수소가 공급되는 경우로 판정하게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 오염 수소 충전 방지 시스템은 연료전지 자동차(100)에서 충전소측 제어기(30)와 통신 가능하게 구비되는 차량측 제어기(110)와, 충전기(6)로부터 공급된 수소가 연료전지 자동차(100)의 수소탱크(103)로 충전되는 것을 선택적으로 차단하기 위한 차량측 밸브(111)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 차량측 밸브(111)는 연료전지 자동차(100)에서 차량측 제어기(110)에서 인가되는 제어신호에 의해 개폐 구동이 제어되는 전자식 밸브로서, 리셉터클(101)에서 수소탱크(103)로 연결된 차량측 수소공급배관(102) 또는 수소탱크(103)의 수소주입구에 구비될 수 있다.
상기 차량측 제어기(110)와 차량측 밸브(111)는 충전기(6)에서 오염된 수소의 공급이 감지될 경우 충전소측 제어기(30)와 연동하여 오염된 수소가 차량(100)의 수소탱크(103)로 공급되는 것을 차단하는 구성부이다.
특히, 충전기측 충전호스(12)의 노즐(13)이 차량(100)의 리셉터클(101)에 연결된 상태에서 최종공급밸브(11)가 차단된 상태라 하더라도 최종공급밸브(11)에서 충전호스(12) 내에 오염된 수소가 존재할 경우 이 오염된 수소가 차량(100)의 수소탱크(103)에 공급될 수 있으므로, 차량측 제어기(110)와 차량측 밸브(111)는 상기 충전호스(12) 내의 오염된 수소가 차량측에 공급되는 것을 방지하게 된다.
통상 수소탱크(103)의 수소주입구에는 체크밸브가 구비되어 있으나, 수소 공급압력이 탱크 내부압력보다 높을 경우 수소주입구를 통해 수소탱크(103)로 수소가 주입될 수 있는 구조이므로, 만약 최종공급밸브(11)에서 충전호스(12) 내에 오염된 고압 수소가 존재한 상태로 충전호스(12)가 차량(100)의 리셉터클(101)에 연결되면 오염 수소가 수소탱크(103) 내에 주입될 수 있다.
따라서, 체크밸브 대신 상기 차량측 밸브(111)로서 차량측 제어기(110)에 의해 구동이 개폐되는 전자식 밸브(예, 솔레노이드 밸브)가 수소탱크(103)의 수소주입구에 설치될 수 있으며, 상기 차량측 밸브(111)가 수소탱크(103)의 수소주입구에 설치되는 탱크 밸브인 경우 기존의 체크밸브가 삭제될 수 있다.
상기한 구성에서 충전소측 제어기(30)가 오염된 수소가 공급되는 경우로 판정하게 되면, 충전소측 제어기(30)가 차량측 제어기(110)에 수소 차단을 위한 신호를 전송하게 되고, 이에 차량측 제어기(110)가 차량측 밸브(111)를 닫아주어 수소탱크(103)로의 수소 공급을 차단하게 된다.
상기 충전소측 제어기(30)와 차량측 제어기(110) 간의 통신은 무선 또는 유선 통신방식이 적용될 수 있으며, 무선인 경우 양측의 제어기가 상호 간 무선통신을 위해 무선통신모듈, 예컨대 블루투스 모듈을 구비하여 구성될 수 있고, 유선인 경우 수소 충전시 차량과 충전기 간에 연결되는 통신케이블이 사용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 오염 수소 충전 방지 시스템은 도면상 예시하지는 않았으나 충전소측 제어기(30)와 차량측 제어기(110) 중 어느 하나 또는 각각에 연결된 디스플레이를 더 포함할 수 있으며, 충전기측 디스플레이는 충전소측 제어기(30)로부터 제공되는 정보, 즉 전압검출부(28)에 의해 검출된 분석용 연료전지(21)의 전압 등 데이터와 오염 수소 공급 여부를 표시해주게 되고, 차량측 디스플레이는 충전소측 제어기(30)로부터 오염 수소 공급 여부 및 수소가 충전되는 상태를 표시해주게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 오염 수소 충전 방지 시스템의 구성에 대해 설명하였는 바, 오염 수소 충전이 방지되는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 수소 충전시 본 발명의 오염 수소 충전 방지 시스템에서는 연료전지 자동차(100)에 수소를 공급하기 전 충전소측 제어기(30)의 제어하에 분석용 연료전지(21)를 운전하여 성능을 분석하게 된다.
이때, 수소공급밸브(9)를 열어 분석용 연료전지(21)에 수소충전소(1)의 저장용기(5)로부터 수소가 공급되도록 함과 동시에 공기공급장치(24)에 의해 공기가 공급되도록 한 상태에서, 전압검출부(28)에 의해 검출된 분석용 연료전지(21)의 전압을 기초로 충전소측 제어기(30)가 저장용기(5)로부터 공급되는 수소의 오염 여부를 판정하게 되며, 분석용 연료전지(21)의 전압이 기준치 미만인 경우 오염된 수소로 판정하게 된다.
오염된 수소로 판정한 경우, 충전소측 제어기(30)가 수소 차단을 위한 신호를 차량측 제어기(110)에 전송하는 동시에 최종공급밸브(11)를 닫은 상태에서 차량(100)측에 수소가 공급되지 않도록 한다.
그리고, 최종공급밸브(11)가 닫힌 상태에서도 충전호스(12)가 차량(100)의 리셉터클(101)에 연결되면, 최종공급밸브(11)에서 충전호스(12) 내에 존재하는 수소가 차량측 수소공급배관(102)을 통해 수소탱크(103)로 공급될 수 있다.
이를 방지하기 위해 차량측 제어기(110)는 충전소측 제어기(30)로부터 수소 차단을 위한 신호를 수신하는 경우 차량측 밸브(111)를 신속히 닫아주어 충전기(6)에서 차량(100)측으로 오염된 수소가 공급되는 것을 차단하고, 특히 수소탱크(103) 내에 오염된 수소가 주입되는 것을 방지한다.
상기와 같이 최종공급밸브(11)와 차량측 밸브(111)가 닫히게 될 경우 충전호스(12) 및 차량측 수소공급배관(102)에는 오염된 수소가 잔존할 수 있으나, 이 오염된 수소는 충전호스(12)의 노즐(13)을 차량(100)의 리셉터클(101)에서 탈거할 때 노즐(13)에 설치된 벤트관을 통해 자동 배출되므로 완벽히 제거할 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 수소충전소 2 : 트레일러
3 : 수소 튜브 4 : 압축기
5 : 저장용기 6 : 충전기
7 : 수소공급배관 8 : 분기배관
9 : 수소공급밸브 11 : 최종공급밸브
12 : 충전호스 20 : 연료전지 시스템(분석용)
21 : 분석용 연료전지 22 : 운전장치
23 : 압력조절장치 24 : 공기공급장치
25 : 냉각장치 26 : 냉각수 라인
27 : 냉각수 펌프 28 : 출력검출부(전압검출부)
30 : 충전소측 제어기 100 : 연료전지 자동차(차량)
101 : 리셉터클 102 : 수소공급배관
103 : 수소탱크 110 : 차량측 제어기
111 : 차량측 밸브

Claims (7)

  1. 수소충전소에서 공급되는 수소를 연료로 사용하는 분석용 연료전지, 및 상기 분석용 연료전지를 운전하기 위한 운전장치를 포함하여 구성되는 분석용 연료전지 시스템과;
    상기 분석용 연료전지의 출력을 검출하기 위한 출력검출부와;
    상기 출력검출부에 의해 검출되는 분석용 연료전지의 운전 출력에 기초하여 수소충전소에서 공급되는 수소의 불순물 혼합 여부를 실시간으로 판정하는 충전소측 제어기와;
    수소충전소에서 연료전지 자동차로 수소가 공급되는 수소공급경로에 설치되어 연료전지 자동차로의 수소 공급을 선택적으로 차단하는 최종공급밸브;
    를 포함하고, 상기 충전소측 제어기는 불순물이 혼합된 오염 수소가 공급됨을 판정한 경우 연료전지 자동차로의 수소 공급을 차단하기 위해 상기 최종공급밸브를 닫아주도록 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분석용 연료전지는 저장용기의 수소를 연료전지 자동차로 공급하게 되는 수소공급배관에서 분기된 분기배관에 설치되어, 상기 분기배관을 통해 공급되는 수소를 연료로 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분기배관에서 분석용 연료전지의 전단 위치에는 저장용기의 수소가 분석용 연료전지로 선택적으로 공급될 수 있도록 하는 수소공급밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력검출부가 운전 중인 분석용 연료전지의 출력 전압을 검출하기 위한 전압검출부이고, 상기 충전소측 제어기는 전압검출부에 의해 검출된 분석용 연료전지의 운전 중 출력 전압이 기준치 미만인 경우 수소충전소에서 공급되는 수소에 불순물이 혼합된 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    연료전지 자동차에서 상기 충전소측 제어기와 통신 가능하게 구비되는 차량측 제어기와;
    연료전지 자동차에서 수소충전소로부터 공급된 수소가 수소탱크에 충전되는 것을 선택적으로 차단하기 위한 차량측 밸브;
    를 더 포함하고, 상기 차량측 제어기는 불순물이 혼합된 오염 수소가 공급됨을 판정한 충전소측 제어기로부터 수소 차단을 위한 신호를 수신하는 경우 수소탱크에 수소가 충전되지 않도록 상기 차량측 밸브를 닫아주도록 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 충전소측 제어기와 차량측 제어기는 상호 간 무선통신을 위해 무선통신모듈을 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분석용 연료전지는 수소충전소의 저장용기에서 공급되는 수소를 연료전지 자동차에 공급하기 위한 충전기의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차를 위한 오염 수소 충전 방지 시스템.
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