KR101209746B1 - 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치 - Google Patents

연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101209746B1
KR101209746B1 KR1020100125096A KR20100125096A KR101209746B1 KR 101209746 B1 KR101209746 B1 KR 101209746B1 KR 1020100125096 A KR1020100125096 A KR 1020100125096A KR 20100125096 A KR20100125096 A KR 20100125096A KR 101209746 B1 KR101209746 B1 KR 101209746B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling water
coolant
fuel cell
stack
cooling
Prior art date
Application number
KR1020100125096A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120063918A (ko
Inventor
김치명
고행진
김성균
이승용
남기영
김윤석
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020100125096A priority Critical patent/KR101209746B1/ko
Priority to US13/189,686 priority patent/US20120145280A1/en
Publication of KR20120063918A publication Critical patent/KR20120063918A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101209746B1 publication Critical patent/KR101209746B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04044—Purification of heat exchange media
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치가 개시된다. 개시된 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치는, 연료 전지 스택을 냉각시키는 스택 냉각 루프에 냉각수를 주입하기 위한 것으로서, ⅰ)냉각수를 저장하는 냉각수 탱크와, ⅱ)냉각수 탱크와 스택 냉각 루프를 연결하는 냉각수 공급라인에 구성되어 냉각수를 스택 냉각 루프로 압송하며 스택 냉각 루프를 거친 냉각수를 냉각수 탱크로 순환시키기 위한 냉각수 펌프와, ⅲ)냉각수 공급라인에서 냉각수 펌프의 후단에 구성되며 연료 전지 스택 내의 기포를 진동으로서 제거하는 기포 제거유닛을 포함하며, 기포 제거유닛은 스택 냉각 루프로 초음파를 가진하는 초음파 가진기로서 이루어진다.

Description

연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치 {Device for circulation cooling water to the fuel cell stack}
본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지 차량의 냉각 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 차량의 물/열관리 시스템인 스택 냉각 루프로 냉각수를 주입하기 위한 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료전지 시스템이 탑재된 연료 전지 차량에서는 연료로 사용되는 수소를 연료전지 스택에 공급하여 전기를 생산하며, 연료전지 스택에 의해 생산된 전기로 전기모터를 작동시켜 차량을 구동시킨다.
여기서, 연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기 화학적으로 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템이다.
상기 연료전지 스택은 통상 MEA, 가스켓, 분리판 등으로 구성된 단위의 연료전지를 수십~수백 장 적층하여 원하는 출력을 얻는다. 이 때 연료전지 스택에서는 연료전지 반응과 함께 다량의 열이 발생하므로, 연료 전지 시스템에는 이를 냉각하기 위한 냉각시스템의 구성이 필요하다.
연료 전지 차량용 냉각 시스템에서도 부동액을 냉각수로 이용하게 되고, 따라서 차량 제작 시 조립 후 냉각수 주입 과정이 수반된다.
일반적으로 차량용 엔진 시스템의 냉각수 주입 시에는 냉각수 라인 전체를 진공 상태로 만든 후, 가압된 냉각수를 주입하는 방식을 이용한다.
이와 같이 냉각수 라인 전체에 진공을 형성하는 주된 이유는 냉각 시스템 내부에 기포가 존재하지 않도록 하기 위함이다.
만약 냉각 시스템 내부에 기포(공기)가 존재하는 경우에는, 차량의 운전 시 냉각수가 넘쳐 추후 냉각수 부족 현상이 발생함으로 오버 히팅의 가능성이 증가한다.
특히, 연료 전지 차량에서 연료전지 스택 내부에 기포가 존재하는 경우에는 국소적인 온도 상승으로 인한 스택 효율 및 냉각 성능 저하, 나아가 연료 전지의 파손이라는 심각한 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 냉각수 주입시 기포의 제거는 필수적인 과정이다.
하지만, 차량용 연료 전지 시스템에서는 수백~수천 장의 요소 부품을 적층하여 스택을 제작하며, 가스켓을 이용하여 각각의 기밀을 형성하는 관계로 상기와 같은 진공 상태에 노출되는 경우 기밀 유지가 난해하며, 심한 경우에는 분리판의 파손도 야기된다.
따라서, 연료 전지 차량에서는 엔진 차량용 냉각수 주입 장치의 사용에 극도의 주의를 요하게 된다.
이를 개선하고자 냉각 시스템 외부의 냉각수 순환 장치를 이용해 냉각 시스템의 유로 내부로 냉각수를 순환하여 충진하는 가압 순환식 냉각수 주입 장치가 개시된 바 있다.
그런데, 이 경우는 스택 내부의 기포 제거가 용이하지 않고, 스택 내부의 기포를 충분히 제거하기 위해서는 냉각수를 과도한 속력으로 순환시켜야 하므로, 냉각 시스템 내의 압력이 과도하게 올라가 마찬가지로 스택의 기밀에 악영향을 끼치며 분리판 등의 부품 파손을 야기시킨다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 스택 냉각 루프의 냉각수 주입 시, 연료 전지 스택 내의 기포를 제거할 수 있도록 한 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치를 제공한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치는, 연료 전지 스택을 냉각시키는 스택 냉각 루프에 냉각수를 주입하기 위한 것으로서, ⅰ)냉각수를 저장하는 냉각수 탱크와, ⅱ)상기 냉각수 탱크와 스택 냉각 루프를 연결하는 냉각수 공급라인에 구성되어 상기 냉각수를 스택 냉각 루프로 압송하며 상기 스택 냉각 루프를 거친 냉각수를 상기 냉각수 탱크로 순환시키기 위한 냉각수 펌프와, ⅲ)상기 냉각수 공급라인에서 상기 냉각수 펌프의 후단에 구성되며 상기 연료 전지 스택 내의 기포를 진동으로서 제거하는 기포 제거유닛을 포함하며, 상기 기포 제거유닛은 상기 스택 냉각 루프로 초음파를 가진하는 초음파 가진기로서 이루어질 수 있다.
상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 초음파 가진기는 압전소자 또는 마그네틱 방식으로 구성될 수 있다.
상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 스택 냉각 루프와 냉각수 탱크는 제1 냉각수 순환라인을 통해 연결될 수 있다.
상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 제1 냉각수 순환라인은 상기 연료 전지 스택에서 제거된 기포를 상기 냉각수 탱크로 공급할 수 있다.
상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 냉각수 탱크는 상기 냉각수 공급라인과 연결되는 제1 유출구와, 상기 제1 냉각수 순환라인과 연결되는 제1 유입구와, 상기 기포를 외부로 배출하기 위한 기포 배출구를 형성할 수 있다.
상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 냉각수 공급라인에는 상기 냉각수 펌프의 후단에 필터유닛이 설치될 수 있다.
상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 냉각수 탱크에는 제2 유출구와 제2 유입구가 형성될 수 있다.
상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 제2 유출구와 제2 유입구는 제2 냉각수 순환라인을 통해 상호 연결될 수 있다.
상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 제2 냉각수 순환라인에는 필터 펌프와 필터유닛이 설치될 수 있다.
상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 필터유닛은 이온교환수지를 충전한 이온 제거기로서 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 스택 냉각 루프의 냉각수 주입 시, 연료 전지 스택 내의 기포를 초음파 가진기를 통하여 용이하게 제거할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 스택 내부에 존재하는 기포를 제거함으로써 기포에 의한 스택의 국소적인 온도 상승을 방지함으로써 스택의 운전 효율 및 냉각 성능을 증대시킬 수 있고, 국소적인 온도 상승으로 인한 연료 전지의 파손을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 냉각수를 과도한 압력으로 주입하여 스택 내부의 기포를 제거하는 것과 달리, 냉각수에 압력을 가하지 않고 단순히 초음파의 가진으로서 기포를 제거할 수 있으므로, 과도한 냉각수의 압력으로 인한 스택의 기밀 파괴 및 부품 파손을 방지할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(100)는 연료 전지 차량의 발전 모듈인 연료 전지 스택(stack)을 냉각시키는 시스템인 스택 냉각 루프(1)에 냉각수를 주입하기 위한 것이다.
여기서, 상기 스택 냉각 루프(1)는 연료 전지 스택에서 발생하는 열을 제거하고 스택의 운전 온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열/물 관리 시스템(Thermal Management System: TMS)으로서 구비된다.
상기 열/물 관리 시스템은 라디에이터, 쿨링 팬, 히터, 제어기, 워터 펌프 등을 구비하여 이루어지는 바, 이러한 열/물 관리 시스템은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기한 연료 전지 스택은 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 단위의 연료 전지들이 연속적으로 배열된 전기 발생 집합체로서 이루어진다.
이 경우, 상기 연료 전지 스택는 전기 에너지를 발생시키는 과정에 열이 발생하게 되는데, 언급한 바 있는 냉각수를 유통시킬 수 있는 냉각수 통로를 단위 연료 전지 사이에 구성하고 있다.
본 실시예에 의한 상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(100)는 스택 냉각 루프(1)로의 냉각수 주입 시, 연료 전지 스택 내의 기포를 용이하게 제거할 수 있는 구조로서 이루어진다.
이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(100)는 냉각수 탱크(10), 냉각수 펌프(40), 및 기포 제거유닛(80)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에서, 상기 냉각수 탱크(10)는 냉각수를 저장하는 물 탱크로서, 그 냉각수를 스택 냉각 루프(1)로 공급하며, 스택 냉각 루프(1)를 거친 냉각수가 유입될 수 있는 구성으로 이루어진다.
이를 위해 상기 냉각수 탱크(10)에는 냉각수를 배출하는 제1 유출구(11)와, 스택 냉각 루프(1)를 거친 냉각수가 유입될 수 있는 제1 유입구(13)를 형성한다.
상기 제1 유출구(11)는 냉각수를 연료 전지 스택 즉, 스택 냉각 루프(1)로 배출하기 위한 것으로서, 냉각수 공급라인(21)을 통해 스택 냉각 루프(1)와 연결될 수 있다.
그리고, 상기 제1 유입구(13)는 스택 냉각 루프(1)를 통과한 냉각수를 냉각수 탱크(10)로 재순환시키기 위한 것으로서, 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 스택 냉각 루프(1)와 연결될 수 있다.
한편, 상기 냉각수 탱크(10)에는 뒤에서 더욱 설명될 기포 제거유닛(80)을 통해 제거된 연료 전지 스택 내부의 냉각수 기포를 배출하기 위한 기포 배출구(17)가 형성되는 바, 이 기포 배출구(17)는 냉각수 탱크(10)의 상단부에 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 냉각수 펌프(40)는 냉각수 탱크(10)에 저장된 냉각수를 냉각수 공급라인(21)을 통해 스택 냉각 루프(1)로 압송하며, 스택 냉각 루프(1)를 거친 냉각수를 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 냉각수 탱크(10)로 강제 순환시키기 위한 것이다.
이러한 냉각수 펌프(40)는 냉각수 공급라인(21)에 설치되는 것으로, 당 업계에서 냉각 시스템에 주로 채용되는 공지 기술의 물 펌프로서 이루어지므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
다른 한편으로, 상기 냉각수 공급라인(21)에는 냉각수 펌프(40)의 후단에 필터유닛(60)이 구성될 수 있다.
상기 필터유닛(60)은 이온교환수지를 충전한 이온 제거기로서 구비되는 바, 스택 냉각 루프(1)에 냉각수가 공급되기 전에 그 냉각수 중의 금속 이온을 제거하여 냉각수의 전기 전도도를 연료 전지 차량의 요구 수준 이상으로 만들어주는 기능을 하게 된다.
본 실시예에서, 상기 기포 제거유닛(80)은 스택 냉각 루프(1)로의 냉각수 주입 시, 연료 전지 스택 내의 기포를 진동으로서 제거하기 위한 것이다.
이러한 기포 제거유닛(80)은 스택 냉각 루프(1)의 연료 전지 스택으로 공급되는 냉각수를 이용하여 그 스택 냉각 루프(1)로 초음파를 가진하는 초음파 가진기(81)로 이루어질 수 있다.
상기 초음파 가진기(81)는 냉각수 공급라인(21)에서 필터 유닛(60)의 후단에 구성될 수 있다.
상기 초음파 가진기(81)는 스택 냉각 루프(1)에 대한 냉각수의 주입 시, 초음파를 생성하고 그 초음파를 냉각수에 발진하여 연료 전지 스택의 냉각수 통로에 가진함으로써 연료 전지 스택 내의 기포를 제거할 수 있다.
상기와 같은 초음파 가진기(81)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 마그네틱 방식 또는 압전 소자 방식으로 구성되므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 상기 초음파의 가진으로 인해 연료 전지 스택의 냉각수 통로에서 제거된 기포는 위에서 언급한 바 있는 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 냉각수와 함께 냉각수 탱크(10)로 공급된다.
즉, 연료 전지 스택의 냉각수 통로에서 제거된 기포는 냉각수 펌프(40)에 의해 냉각수와 함께 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 냉각수 탱크(10)로 공급되며, 제거된 기포로부터 발생된 공기는 냉각수 탱크(10)의 기포 배출구(17)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
도면에서, 미설명된 참조 부호 90은 냉각수 공급라인(21) 상에서 필터 유닛(60)과 초음파 가진기(81) 사이에 구성되며 스택 냉각 루프(1)에 대한 냉각수의 공급을 선택적으로 차단하기 위한 공급 밸브를 나타낸다.
따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(100)에 의하면, 냉각수 펌프(40)를 가동함으로서 냉각수 탱크(10)의 냉각수는 제1 유출구(11)를 통해 배출된다.
그리고, 상기 냉각수는 냉각수 공급라인(21)을 필터유닛(60)을 거치게 되는데, 본 실시예에서는 냉각수 중의 금속 이온이 필터유닛(60)의 이온교환수지를 통해 제거됨으로써 냉각수의 전기 전도도를 연료 전지 차량의 요구 수준 이상으로 유지시킬 수 있게 된다.
상기한 과정을 거치며 냉각수가 스택 냉각 루프(1)로 주입되는데, 상기 과정에서 본 실시예에 의한 초음파 가진기(81)는 초음파를 생성하고 그 초음파를 냉각수에 발진하여 연료 전지 스택 내의 기포를 제거할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 스택 냉각 루프(1)를 거친 냉각수를 냉각수 펌프(40)의 펌핑으로서 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 냉각수 탱크(10)로 순환시키게 된다.
이 과정에서, 상기한 바와 같이 초음파 가진기(81)에 의해 연료 전지 스택 내에서 제거된 기포는 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 냉각수와 함께 냉각수 탱크(10)로 공급된다.
그리고 나서, 상기 기포로부터 발생된 공기는 냉각수 탱크(10)의 내부에서 기포 배출구(17)를 통해 외부로 배출된다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(100)에 의하면, 스택 냉각 루프(1)의 냉각수 주입 시, 연료 전지 스택 내의 기포를 초음파 가진기(81)를 통하여 용이하게 제거할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 스택 내부에 존재하는 기포를 제거함으로써 기포에 의한 스택의 국소적인 온도 상승을 방지함으로써 스택의 운전 효율 및 냉각 성능을 증대시킬 수 있고, 국소적인 온도 상승으로 인한 연료 전지의 파손을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 냉각수를 과도한 압력으로 주입하여 스택 내부의 기포를 제거하는 것과 달리, 냉각수에 압력을 가하지 않고 단순히 초음파의 가진으로서 기포를 제거할 수 있으므로, 과도한 냉각수의 압력으로 인한 스택의 기밀 파괴 및 부품 파손을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(200)는 전기 실시예에서와 같이 필터 유닛(160)을 냉각수 공급라인(121)에 장착하지 않고, 냉각수 탱크(110)에 별도의 냉각수 순환 경로를 구성하고 그 냉각수 순환 경로에 필터 유닛(160)을 구성할 수 있다.
이를 위해 본 실시예에서는 상기 냉각수 탱크(110)에 제1 유출구(111), 제1 유입구(113), 및 기포 배출구(117)와 별개로 제2 유출구(112)와 제2 유입구(114)를 형성한다.
여기서, 상기 제2 유출구(112)와 제2 유입구(114)는 제2 냉각수 순환라인(124)을 통해 상호 연결된다. 그리고, 상기 제2 냉각수 순환라인(124)에는 위에서 언급한 필터 유닛(160)이 설치된다.
이 경우, 상기 제2 냉각수 순환라인(124)에서 필터 유닛(160)의 전단에는 필터 펌프(126)가 설치되는데, 이 필터 펌프(126)는 냉각수 탱크(110)에 저장된 냉각수를 필터 유닛(160)으로 압송하며 제2 냉각수 순환라인(124)을 통해 냉각수 탱크(110)로 순환시키기 위한 것이다.
따라서, 상기 냉각수 탱크(110)에 저장된 냉각수는 필터 펌프(126)의 펌핑으로서 그 냉각수 탱크(110)의 제2 유출구(112)를 통해 배출되고, 제2 냉각수 순환라인(124)을 따라 유동되며 제2 유입구(114)를 통해 냉각수 탱크(110)의 내부로 순환된다.
이 과정에서 냉각수는 필터유닛(160)을 거치며 이온교환수지에 의해 금속 이온이 제거된 상태로 냉각수 탱크(110)로 재순환된다.
상기에서와 같은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(200)에 대한 나머지 구성 즉, 기포 제거유닛(180)의 초음파 가진기(181)의 구성, 스택 냉각 루프(1)의 냉각수 주입 구조, 및 냉각수 펌프(140)와 제1 냉각수 순환라인(123) 등을 통한 냉각수 순환 구조 등은 전기 실시예에서와 같으므로, 이하에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1... 스택 냉각 루프 10, 110... 냉각수 탱크
11, 111... 제1 유출구 13, 113... 제1 유입구
17... 기포 배출구 21, 121... 냉각수 공급라인
23... 제1 냉각수 순환라인 40... 냉각수 펌프
60, 160... 필터 유닛 80... 기포 제거유닛
81... 초음파 가진기 112... 제2 유출구
114... 제2 유입구 124... 제2 냉각수 순환라인
126... 필터 펌프

Claims (7)

  1. 연료 전지 스택을 냉각시키는 스택 냉각 루프에 냉각수를 주입하기 위한 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치로서,
    냉각수를 저장하는 냉각수 탱크;
    상기 냉각수 탱크와 스택 냉각 루프를 연결하는 냉각수 공급라인에 구성되어 상기 냉각수를 스택 냉각 루프로 압송하며 상기 스택 냉각 루프를 거친 냉각수를 상기 냉각수 탱크로 순환시키기 위한 냉각수 펌프; 및
    상기 냉각수 공급라인에서 상기 냉각수 펌프의 후단에 구성되며 상기 연료 전지 스택 내의 기포를 진동으로서 제거하는 기포 제거유닛
    을 포함하며,
    상기 기포 제거유닛은 상기 스택 냉각 루프로 초음파를 가진하는 초음파 가진기로서 이루어지는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 초음파 가진기는 압전소자 또는 마그네틱 방식으로 구성되는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스택 냉각 루프와 냉각수 탱크는 제1 냉각수 순환라인을 통해 연결되며,
    상기 제1 냉각수 순환라인은 상기 연료 전지 스택에서 제거된 기포를 상기 냉각수 탱크로 공급하는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 냉각수 탱크는,
    상기 냉각수 공급라인과 연결되는 제1 유출구와, 상기 제1 냉각수 순환라인과 연결되는 제1 유입구와, 상기 기포를 외부로 배출하기 위한 기포 배출구를 형성하는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각수 공급라인에는 상기 냉각수 펌프의 후단에 필터유닛이 설치되는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각수 탱크에는 제2 유출구와 제2 유입구가 형성되며,
    상기 제2 유출구와 제2 유입구는 제2 냉각수 순환라인을 통해 상호 연결되고,
    상기 제2 냉각수 순환라인에는 필터 펌프와 필터유닛이 설치되는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.
  7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 필터유닛은 이온교환수지를 충전한 이온 제거기로서 이루어지는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.
KR1020100125096A 2010-12-08 2010-12-08 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치 KR101209746B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100125096A KR101209746B1 (ko) 2010-12-08 2010-12-08 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치
US13/189,686 US20120145280A1 (en) 2010-12-08 2011-07-25 Apparatus for injecting coolant for fuel cell vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100125096A KR101209746B1 (ko) 2010-12-08 2010-12-08 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120063918A KR20120063918A (ko) 2012-06-18
KR101209746B1 true KR101209746B1 (ko) 2012-12-07

Family

ID=46198111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100125096A KR101209746B1 (ko) 2010-12-08 2010-12-08 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20120145280A1 (ko)
KR (1) KR101209746B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101394795B1 (ko) * 2012-11-01 2014-05-15 기아자동차주식회사 연료전지 시스템용 이온필터의 기포제거장치
KR101575431B1 (ko) 2013-12-19 2015-12-21 현대자동차주식회사 냉각수 기포 제거 장치 및 방법
CN104389673A (zh) * 2014-10-24 2015-03-04 无锡市汇源机械科技有限公司 一种汽车水箱
KR20230023909A (ko) * 2021-08-11 2023-02-20 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 통합 냉각 모듈 및 통합 냉각 모듈을 포함하는 열관리 시스템
US11901537B2 (en) 2021-12-21 2024-02-13 Caterpillar Inc. Systems and methods for purging air from battery cooling systems

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11309301A (ja) 1998-04-30 1999-11-09 Honda Electronic Co Ltd 金属加工装置の冷却液の超音波脱泡装置
KR100756630B1 (ko) 2005-09-30 2007-09-07 현대자동차주식회사 연료전지용 냉각수 탱크 및 이를 포함하는 연료전지시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003279695A1 (en) * 2002-04-17 2004-02-25 Aerovironment, Inc. Closed loop energy storage system
KR100821772B1 (ko) * 2006-10-20 2008-04-14 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 기포 방지 버퍼탱크
US20090137941A1 (en) * 2007-06-06 2009-05-28 Luna Innovations Incorporation Method and apparatus for acoustically enhanced removal of bubbles from a fluid

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11309301A (ja) 1998-04-30 1999-11-09 Honda Electronic Co Ltd 金属加工装置の冷却液の超音波脱泡装置
KR100756630B1 (ko) 2005-09-30 2007-09-07 현대자동차주식회사 연료전지용 냉각수 탱크 및 이를 포함하는 연료전지시스템

Also Published As

Publication number Publication date
US20120145280A1 (en) 2012-06-14
KR20120063918A (ko) 2012-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101209746B1 (ko) 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치
KR101601050B1 (ko) 차량용 냉각장치
CA2909840C (en) Fuel cell system, fuel cell-mounted vehicle and method of controlling fuel system
KR101353413B1 (ko) 차량용 쿨링모듈
US20150183338A1 (en) Thermal management system for fuel cell vehicles
KR101592667B1 (ko) 연료전지 차량의 열 관리 시스템
KR101181045B1 (ko) 하이브리드 차량용 냉각수 리저버 탱크
KR20110051829A (ko) 연료전지 차량용 냉각 장치
US9105886B2 (en) Large-area demineralizer for fuel cell
KR101362055B1 (ko) 연료 전지용 냉각장치
CN109560304A (zh) 一种质子交换膜燃料电池的热管理方法
CN116387561B (zh) 一种解决燃料电池氢系统中混合液态水的装置及方法
CN112058796A (zh) 一种石墨舟清洗预处理装置
KR101129196B1 (ko) 연료전지의 수소 재순환 시스템
CN110588381B (zh) 燃料电池车辆
US20150079486A1 (en) Fuel cell system
KR101601438B1 (ko) 연료전지 차량용 열관리 시스템
KR101575431B1 (ko) 냉각수 기포 제거 장치 및 방법
KR20130036646A (ko) 연료전지 차량용 유체 유동 부품의 유동 가이드 장치
CN215578708U (zh) 一种电池结构及电动汽车
CN210839235U (zh) 一种汽轮发电机的水冷结构
KR101382317B1 (ko) 연료전지 시스템 및 그 퍼지방법
KR101601377B1 (ko) 연료전지 공기극 공급 공기의 열교환기 장치 및 열 교환 방법
KR101858728B1 (ko) 순환식 연료전지 차량용 냉각수 주입기
CN215578641U (zh) 燃料电池模块及燃料电池汽车

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee