KR101274240B1

KR101274240B1 - Fuel cell cooling system

Info

Publication number: KR101274240B1
Application number: KR1020100123614A
Authority: KR
Inventors: 전의식
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2013-06-11
Also published as: KR20120062381A

Abstract

연료 전지 냉각 시스템이 개시된다. 개시된 연료 전지 냉각 시스템은 연료 전지 냉각 시스템은, 연료 전지 스택에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 것으로서, ⅰ)냉각수를 저장하는 냉각수 탱크와, ⅱ)냉각수가 냉각수 공급라인을 통해 연료 전지 스택으로 공급되게 하며, 연료 전지 스택을 거친 냉각수를 라디에이터를 통해 냉각수 탱크로 순환시키는 냉각수 펌프와, ⅲ)냉각수 공급라인과 냉각수 탱크를 바이패스 연결하는 바이패스 라인과, ⅳ)바이패스 라인에 구성되며 냉각수 중의 기포를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 기포 감지유닛을 포함하되, 기포 감지유닛은 일정 면적의 전계 변화량을 측정하며 기포를 감지할 수 있는 정전용량 센서로서 이루어진다.A fuel cell cooling system is disclosed. The disclosed fuel cell cooling system is a fuel cell cooling system for cooling heat generated in a fuel cell stack, comprising: i) a coolant tank for storing coolant, and ii) cooling water supplied to the fuel cell stack via a coolant supply line. A coolant pump for circulating the coolant through the fuel cell stack to the coolant tank, a bypass line for bypassing the coolant supply line and the coolant tank, and a bypass line for air bubbles in the coolant. It includes a bubble detection unit for detecting and outputs the detection signal to the controller, the bubble detection unit is configured as a capacitive sensor that can measure the amount of change in the electric field of a certain area and detect the bubble.

Description

Fuel Cell Cooling System {FUEL CELL COOLING SYSTEM}

본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지 냉각 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 차량에 구성되는 연료 전지 스택이 물/열관리 시스템인 스택 냉각 루프에 관한 것이다.An exemplary embodiment of the present invention relates to a fuel cell cooling system, and more particularly to a stack cooling loop in which a fuel cell stack configured in a fuel cell vehicle is a water / thermal management system.

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.As is known, in a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system, hydrogen used as fuel is supplied to a fuel cell stack to generate electricity, and the vehicle is driven by operating an electric motor with electricity produced by the fuel cell stack.

여기서, 연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기 화학적으로 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템이다.Here, the fuel cell system is a kind of power generation system that converts chemical energy of the fuel into electrical energy directly in the fuel cell stack without being converted into heat by combustion.

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 냉각수로서 연료 전지 스택을 냉각하기 위한 냉각 시스템(당 업계에서는 "스택 냉각 루프" 라고도 한다)의 구성을 필요로 한다.The fuel cell stack typically obtains a desired output by stacking tens to hundreds of fuel cells in units consisting of MEA, gaskets, separators and the like. At this time, since the fuel cell stack generates a large amount of heat along with the fuel cell reaction, the fuel cell system requires a configuration of a cooling system (also referred to as a "stack cooling loop" in the art) to cool the fuel cell stack as coolant. do.

그런데, 냉각수로서 연료 전지 스택을 냉각하는 과정에서 냉각수 중에 기포가 존재하는 경우에는 차량의 운전 시 냉각수가 넘쳐 추후 냉각수 부족 현상이 발생함으로 오버 히팅의 가능성이 증가한다.However, when bubbles are present in the cooling water in the process of cooling the fuel cell stack as the cooling water, the possibility of overheating increases because the cooling water overflows during driving of the vehicle.

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.In particular, when bubbles are present in the fuel cell stack in a fuel cell vehicle, the fuel cell vehicle may have a serious adverse effect such as a decrease in stack efficiency and cooling performance due to a local temperature rise, and further, a breakdown of the fuel cell.

이에, 종래 기술에서는 냉각수 중의 기포를 감지할 수 있는 적외선 센서를 구비하여 그 적외선 센서의 감지 신호에 따라 제어기를 통해 냉각수의 만충 여부를 판단하고 있다.Thus, the prior art is provided with an infrared sensor capable of detecting bubbles in the coolant, and determines whether the coolant is full through the controller according to the detection signal of the infrared sensor.

그러나, 종래 기술에서는 적외선 센서의 경우, 적외선 발광부와 이를 감지하는 수광부 사이로 감지 대상물이 지나가야 하므로 냉각수의 유동 경로 상에 센서를 설치하기가 쉽지 않으며, 기포와 같이 작은 물질을 감지하기 위해서는 다수의 센서를 부착해야 한다.However, in the prior art, since the sensing object must pass between the infrared light emitting unit and the light receiving unit sensing the infrared sensor, it is not easy to install the sensor on the flow path of the coolant, and in order to detect small substances such as bubbles, The sensor must be attached.

또한, 종래 기술에서는 적외선 센서의 표면이 먼지나 물때와 같은 오염원에 의해 오염되었을 경우 쉽게 오작동을 일으키게 되며, 센서의 설치 위치 또한 적외선이 투과할 수 있을 정도의 투명성이 요구된다는 문제점을 내포하고 있다.In addition, the prior art has a problem that if the surface of the infrared sensor is contaminated by a pollution source such as dust or scale easily malfunction, and the installation position of the sensor also requires a transparency enough to transmit infrared light.

본 발명의 예시적인 실시예들은 간단한 구조로서 냉각수 중의 기포를 용이하게 감지할 수 있도록 한 연료 전지 냉각 시스템을 제공한다.Exemplary embodiments of the present invention provide a fuel cell cooling system with a simple structure, which makes it easy to detect bubbles in cooling water.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 냉각 시스템은, 연료 전지 스택에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 것으로서, ⅰ)냉각수를 저장하는 냉각수 탱크와, ⅱ)상기 냉각수가 냉각수 공급라인을 통해 연료 전지 스택으로 공급되게 하며, 상기 연료 전지 스택을 거친 냉각수를 라디에이터를 통해 냉각수 탱크로 순환시키는 냉각수 펌프와, ⅲ)상기 냉각수 공급라인과 상기 냉각수 탱크를 바이패스 연결하는 바이패스 라인과, ⅳ)상기 바이패스 라인에 구성되며 냉각수 중의 기포를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 기포 감지유닛을 포함하되, 상기 기포 감지유닛은 일정 면적의 전계 변화량을 측정하며 기포를 감지할 수 있는 정전용량 센서로서 이루어진다.A fuel cell cooling system according to an exemplary embodiment of the present invention is for cooling heat generated in a fuel cell stack, including: i) a coolant tank for storing coolant, and ii) a fuel cell via a coolant supply line. A coolant pump configured to supply the stack and circulating the coolant that has passed through the fuel cell stack to a coolant tank through a radiator; iii) a bypass line for bypassing the coolant supply line and the coolant tank; A bubble detection unit configured in the pass line and detecting a bubble in the coolant and outputting a detection signal to the controller, wherein the bubble detection unit measures an amount of electric field change in a predetermined area and is formed as a capacitive sensor capable of detecting bubbles. .

상기 연료 전지 냉각 시스템에 있어서, 상기 바이패스 라인 상에는 상기 냉각수 공급라인의 단면적 보다 넓은 단면적을 가지는 납작한 형태의 매니폴드를 구성할 수 있다.In the fuel cell cooling system, a flat manifold having a larger cross-sectional area than that of the cooling water supply line may be configured on the bypass line.

상기 연료 전지 냉각 시스템에 있어서, 상기 정전용량 센서는 상기 매니폴드 상에 구성될 수 있다.In the fuel cell cooling system, the capacitive sensor may be configured on the manifold.

상기 연료 전지 냉각 시스템은, 상기 냉각수가 냉각수 탱크로 공급되며, 상기 냉각수 중의 기포가 대기와 접촉하면서 제거될 수 있다.In the fuel cell cooling system, the cooling water is supplied to the cooling water tank, and bubbles in the cooling water can be removed while contacting the atmosphere.

상기 연료 전지 냉각 시스템에 있어서, 상기 제어기는 상기 정전용량 센서를 통해 감지된 기포의 수를 카운트 하여 냉각수 만충 여부를 판단할 수 있다.In the fuel cell cooling system, the controller may determine whether the coolant is full by counting the number of bubbles detected through the capacitive sensor.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 정전용량 센서를 통해 1점 측정 방식이 아닌 일정 면적의 전계 변화량을 측정함으로써 냉각수 중의 기포를 감지할 수 있는 기포 감지유닛을 구성하므로, 냉각수에 존재하는 기포의 유무를 실시간으로 측정하여 연료 전지 스택의 냉각 효율 및 시스템의 안정성을 확보할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention as described above, by configuring the bubble detection unit that can detect the bubbles in the cooling water by measuring the amount of electric field change of a certain area instead of the one-point measuring method through the capacitance sensor, By measuring the presence of bubbles in real time to ensure the cooling efficiency of the fuel cell stack and the stability of the system.

또한, 본 실시예에서는 냉각수 중의 기포를 감지할 수 있는 시간을 증가시키며, 냉각수 중의 기포 면적을 증대시킬 수 있는 매니폴드를 구성하므로, 정전용량 센서를 통해 냉각수 중의 기포를 더욱 쉽게 감지할 수 있다.In addition, in the present embodiment, since the time for detecting the bubbles in the cooling water is increased and the manifold is configured to increase the bubble area in the cooling water, bubbles in the cooling water can be more easily detected through the capacitive sensor.

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 냉각 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 냉각 시스템에 적용되는 기포 감지유닛 부위를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 냉각 시스템에 적용되는 기포 감지유닛의 작용을 설명하기 위한 도면이다.These drawings are for the purpose of describing an exemplary embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a fuel cell cooling system according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a bubble detection unit part applied to a fuel cell cooling system according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.
3 is a view for explaining the operation of the bubble detection unit applied to the fuel cell cooling system according to an exemplary embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

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.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings, and is shown by enlarging the thickness in order to clearly express various parts and regions. It was.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 냉각 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a fuel cell cooling system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 냉각 시스템(100)은 연료 전지 차량의 발전 모듈인 연료 전지 스택(stack)(1)을 냉각수로서 냉각시키는 시스템인 스택 냉각 루프를 구성한다.Referring to the drawings, the fuel cell cooling system 100 according to an exemplary embodiment of the present invention constitutes a stack cooling loop that is a system for cooling a fuel cell stack 1, which is a power generation module of a fuel cell vehicle, with cooling water. do.

여기서, 상기 스택 냉각 루프는 연료 전지 스택(1)에서 발생하는 열을 제거하고 스택의 운전 온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열/물 관리 시스템(Thermal Management System: TMS)으로서 구비된다.Here, the stack cooling loop is provided as a thermal management system (TMS) that removes heat generated from the fuel cell stack 1, controls the operating temperature of the stack, and performs a water management function.

이 경우, 상기 스택 냉각 루프는 연료 전지 스택(1)에 대하여 냉각수를 유통시킬 수 있는 냉각수 공급라인(3)에 구성될 수 있다.In this case, the stack cooling loop may be configured in a cooling water supply line 3 capable of circulating cooling water with respect to the fuel cell stack 1.

한편, 상기한 연료 전지 스택(1)은 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 단위의 연료 전지들이 연속적으로 배열된 전기 발생 집합체로서 이루어진다.On the other hand, the fuel cell stack 1 is formed as an electricity generating assembly in which fuel cells of a unit for generating electrical energy by an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant are continuously arranged.

이 경우, 상기 연료 전지 스택(1)은 전기 에너지를 발생시키는 과정에 열이 발생하게 되는데, 언급한 바 있는 냉각수를 유통시킬 수 있는 냉각수 통로(도면에 도시되지 않음)를 단위 연료 전지 사이에 구성하고 있다.In this case, the fuel cell stack 1 generates heat in a process of generating electrical energy, and has a cooling water passage (not shown) between the unit fuel cells capable of circulating the cooling water mentioned above. Doing.

본 실시예에 의한 상기 연료 전지 냉각 시스템(100)은 냉각수 중에 존재하는 기포의 유무를 실시간으로 측정하여 연료 전지 스택(1)의 냉각 효율 및 시스템의 안정성을 확보할 수 있는 구조로서 이루어진다.The fuel cell cooling system 100 according to the present exemplary embodiment is configured as a structure capable of securing the cooling efficiency of the fuel cell stack 1 and the stability of the system by measuring the presence or absence of bubbles present in the cooling water in real time.

이를 위한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 냉각 시스템(100)은 기본적으로, 냉각수 탱크(10)와, 냉각수 펌프(30)와, 바이패스 라인(50), 및 기포 감지유닛(70)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.The fuel cell cooling system 100 according to the exemplary embodiment of the present invention basically has a coolant tank 10, a coolant pump 30, a bypass line 50, and a bubble detection unit 70. It is configured to include, and described by the configuration as follows.

본 실시예에서, 상기 냉각수 탱크(10)는 냉각수를 저장하는 물 탱크로서, 그 냉각수를 연료 전지 스택(1)으로 공급하며, 연료 전지 스택(1) 및 라디에이터(5)를 거친 냉각수가 유입될 수 있는 구성으로 이루어진다.In the present embodiment, the cooling water tank 10 is a water tank for storing the cooling water, and supplies the cooling water to the fuel cell stack 1, and the cooling water passing through the fuel cell stack 1 and the radiator 5 is introduced therein. It is made up of possible configurations.

한편, 상기 냉각수 탱크(10)에는 냉각수 공급라인(3)을 통해 유동되는 냉각수 중의 기포를 배출하기 위한 기포 배출구(11)가 형성되는 바, 이 기포 배출구(11)는 냉각수 탱크(10)의 상단부에 형성될 수 있다.On the other hand, the cooling water tank 10 is formed with a bubble discharge port 11 for discharging the bubbles in the cooling water flowing through the cooling water supply line 3, the bubble discharge port 11 is the upper end of the cooling water tank 10 Can be formed on.

본 실시예에서, 상기 냉각수 펌프(30)는 냉각수 탱크(10)에 저장된 냉각수가 냉각수 공급라인(3)을 통해 연료 전지 스택(1)으로 공급되게 하며, 연료 전지 스택(1)을 거친 냉각수를 라디에이터(5)를 통해 냉각수 탱크(10)로 순환시키기 위한 것이다.In the present embodiment, the coolant pump 30 allows the coolant stored in the coolant tank 10 to be supplied to the fuel cell stack 1 through the coolant supply line 3, and coolant passing through the fuel cell stack 1 It is for circulating to the coolant tank 10 through the radiator 5.

이러한 냉각수 펌프(30)는 냉각수 공급라인(3)에 설치되는 것으로, 당 업계에서 냉각 시스템에 주로 채용되는 공지 기술의 물 펌프로서 이루어지므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.The cooling water pump 30 is installed in the cooling water supply line 3, and is made as a water pump of a known technique mainly employed in cooling systems in the art, and thus, further description thereof will be omitted.

다른 한편으로, 상기 냉각수 공급라인(3)에는 냉각수 중의 금속 이온을 제거하여 냉각수의 전기 전도도를 연료 전지 차량의 요구 수준 이상으로 만들어주는 기능을 하는 필터유닛(도면에 도시되지 않음)이 구성될 수 있다.On the other hand, the cooling water supply line 3 may be provided with a filter unit (not shown in the figure) that functions to remove metal ions in the cooling water to make the electrical conductivity of the cooling water higher than the required level of the fuel cell vehicle. have.

여기서, 상기 필터유닛(도면에 도시되지 않음)은 이온교환수지를 충전한 공지 기술의 이온 제거기로서 구비될 수 있다.Here, the filter unit (not shown) may be provided as an ion remover of a known technique filled with an ion exchange resin.

도면에서 미설명된 참조부호 40은 냉각수 공급라인(3)에 설치되는 서모스탯을 나타내는 바, 서모스탯은 냉각수의 온도가 일정 온도 이상이 될 때, 온도 조절밸브를 열어 냉각수의 일부를 라디에이터(5)로 공급하여 냉각시키기 위한 것이다.In the drawings, reference numeral 40, which is not described, indicates a thermostat installed in the coolant supply line 3, and the thermostat opens a temperature control valve to open a part of the coolant when the temperature of the coolant exceeds a certain temperature. ) To supply and cool.

본 실시예에서, 상기 바이패스 라인(50)은 스택 냉각 루프 최상단 측의 냉각수 공급라인(3)과 냉각수 탱크(10)를 바이패스 연결한다.In the present embodiment, the bypass line 50 bypasses the cooling water supply line 3 and the cooling water tank 10 at the uppermost side of the stack cooling loop.

이 경우, 상기 냉각수 공급라인(3)을 따라 흐르는 냉각수는 스택 냉각 루프의 최상단 측에서 바이패스 라인(50)을 통해 냉각수 탱크(10)로 바이패스 될 수 있다.In this case, the cooling water flowing along the cooling water supply line 3 may be bypassed to the cooling water tank 10 through the bypass line 50 at the uppermost side of the stack cooling loop.

본 실시예에서, 상기 기포 감지유닛(70)은 바이패스 라인(50) 상에 구성되는 바, 그 바이패스 라인(50)을 따라 흐르는 냉각수 중의 기포를 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다.In the present embodiment, the bubble detection unit 70 is configured on the bypass line 50, it detects the bubbles in the coolant flowing along the bypass line 50 and sends the detection signal to the controller 90 Output

상기 기포 감지유닛(70)은 도 2에서와 같이, 일정 면적의 전계 변화량을 측정하며 기포를 감지할 수 있는 정전용량 센서(71)로서 이루어지는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2, the bubble detecting unit 70 measures an amount of electric field change in a predetermined area and preferably includes a capacitive sensor 71 capable of detecting bubbles.

이러한 정전용량 센서(71)는 바이패스 라인(50)을 따라 유동하는 냉각수와 기포 사이의 정전 용량 차이를 매개로 냉각수 중의 기포 유무를 감지할 수 있는 센서로서, 당 업계에서 널리 알려진 정전용량 방식의 센서로서 이루어지므로 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.The capacitive sensor 71 is a sensor capable of detecting the presence or absence of bubbles in the coolant based on the capacitance difference between the coolant flowing through the bypass line 50 and the bubbles. Since it is made as a sensor, a more detailed description of the configuration will be omitted herein.

한편, 상기 바이패스 라인(50) 상에는 냉각수 공급라인(3)의 단면적 보다 넓은 단면적을 가지는 납작한 형태의 매니폴드(55)를 구성하고 있다.On the other hand, the bypass line 50 constitutes a flat manifold 55 having a larger cross-sectional area than that of the cooling water supply line 3.

상기 매니폴드(55)는 도 3의 (a)에서와 같이, 바이패스 라인(50) 보다 관로 단면적이 큰 통로로서 이루어지며, 냉각수의 유속을 줄임으로서 정전용량 센서(71)가 냉각수 중의 기포(도면에서 "A"로 표시)를 감지할 수 있는 시간을 증가시키는 기능을 하게 된다.As shown in (a) of FIG. 3, the manifold 55 is formed as a passage having a larger cross-sectional area than the bypass line 50, and by reducing the flow rate of the cooling water, the capacitive sensor 71 makes bubbles in the cooling water ( In the figure, the function of increasing the time for detecting the " A "

즉, 도 3의 (b)에서와 같이 상기 매니폴드(55) 상에 정전용량 센서(71)가 구성되는 바, 본 실시예에서는 바이패스 라인(50)을 따라 흐르는 냉각수가 매니폴드(55)로 유입되면서 그 냉각수 중의 기포(도면에서 "A"로 표시) 면적이 매니폴드(55)에 의해 넓어지게 되면서 정전용량 센서(71)가 기포를 쉽게 감지할 수 있게 된다.That is, the capacitive sensor 71 is configured on the manifold 55 as shown in FIG. 3 (b). In this embodiment, the coolant flowing along the bypass line 50 is the manifold 55. As it flows into the bubble (indicated by "A" in the drawing) area of the cooling water is widened by the manifold 55, the capacitive sensor 71 can easily detect the bubble.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 냉각 시스템(100)에 의하면, 냉각수 탱크(10)에 저장된 냉각수를 냉각수 펌프(30)를 통해 연료 전지 스택(1)으로 공급하여 그 스택(1)에서 발생하는 열을 냉각수로서 냉각시킬 수 있다.Therefore, according to the fuel cell cooling system 100 according to the exemplary embodiment of the present invention configured as described above, the coolant stored in the coolant tank 10 is supplied to the fuel cell stack 1 through the coolant pump 30. The heat generated in the stack 1 can be cooled as cooling water.

그리고, 상기 연료 전지 스택(1)을 거치며 가열된 냉각수는 라디에이터(5)에서 냉각된 상태로 냉각수 펌프(30)에 의해 냉각수 탱크(10)로 순환될 수 있다.In addition, the coolant heated through the fuel cell stack 1 may be circulated to the coolant tank 10 by the coolant pump 30 while being cooled by the radiator 5.

이러는 과정에, 본 실시예에 의한 기포 감지유닛(70)의 정전용량 센서(71)는 바이패스 라인(50)을 따라 유동하는 냉각수와 기포 사이의 정전 용량 차이를 매개로 냉각수 중의 기포 유무를 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다.In this process, the capacitive sensor 71 of the bubble detection unit 70 according to the present embodiment detects the presence or absence of bubbles in the coolant based on the capacitance difference between bubbles and the coolant flowing along the bypass line 50. And the detected signal is output to the controller 90.

여기서, 본 실시예에서는 바이패스 라인(50)을 따라 흐르는 냉각수가 매니폴드(55)를 통과하며 유속이 줄어듦으로서 정전용량 센서(71)가 냉각수 중의 기포를 감지할 수 있는 시간을 증가시킬 수 있게 된다.Here, in the present embodiment, the coolant flowing along the bypass line 50 passes through the manifold 55 and the flow rate decreases so that the capacitive sensor 71 can increase the time for detecting the bubbles in the coolant. do.

그리고, 상기 냉각수 중의 기포는 매니폴드(55)를 지나며 면적이 넓어지게 되는 바, 이로 인해 정전용량 센서(71)는 냉각수 중의 기포를 쉽게 감지할 수 있게 된다.In addition, the bubble in the cooling water passes through the manifold 55 and the area becomes wider, which causes the capacitive sensor 71 to easily detect the bubble in the cooling water.

이로써 본 실시예에서는 정전용량 센서(71)를 통해 냉각수 중의 기포 생성 유무를 판단할 수 있게 되고, 제어기(90)는 정전용량 센서(71)를 통해 감지된 기포의 수를 카운트 하여 냉각수 만충 여부를 판단하게 된다.Thus, in the present embodiment, it is possible to determine whether bubbles are generated in the coolant through the capacitive sensor 71, and the controller 90 counts the number of bubbles detected by the capacitive sensor 71 to determine whether the coolant is full. You will be judged.

한편, 상기 바이패스 라인(50)을 따라 흐르는 냉각수 중의 기포는 정전용량 센서(71)에 의해 감지되면서 냉각수 탱크(10)로 공급되고, 그 냉각수 탱크(10)에서 대기와 접촉하면서 언급한 바 있는 기포 배출구(11)를 통해 배출될 수 있다.Meanwhile, bubbles in the coolant flowing along the bypass line 50 are supplied to the coolant tank 10 while being sensed by the capacitive sensor 71 and contacted with the atmosphere in the coolant tank 10. It may be discharged through the bubble outlet (11).

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 냉각 시스템(100)에 의하면, 정전용량 센서(71)를 통해 1점 측정 방식이 아닌 일정 면적의 전계 변화량을 측정함으로써 냉각수 중의 기포를 감지할 수 있는 기포 감지유닛(70)을 구성하므로, 냉각수에 존재하는 기포의 유무를 실시간으로 측정하여 연료 전지 스택(1)의 냉각 효율 및 시스템의 안정성을 확보할 수 있다.As described above, according to the fuel cell cooling system 100 according to the exemplary embodiment of the present invention, the bubble in the cooling water is measured by measuring the amount of electric field change in a predetermined area instead of the one-point measuring method through the capacitance sensor 71. Since the bubble detection unit 70 can detect the bubble, the presence or absence of bubbles present in the cooling water can be measured in real time to ensure cooling efficiency of the fuel cell stack 1 and stability of the system.

또한, 본 실시예에서는 냉각수 중의 기포를 감지할 수 있는 시간을 증가시키며, 냉각수 중의 기포 면적을 증대시킬 수 있는 매니폴드(55)를 구성하므로, 정전용량 센서(71)를 통해 냉각수 중의 기포를 더욱 쉽게 감지할 수 있다.In addition, in the present embodiment, since the time for detecting the bubbles in the cooling water is increased, and the manifold 55 for increasing the bubble area in the cooling water is configured, the bubbles in the cooling water are further increased through the capacitive sensor 71. It is easy to detect.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

1... 연료 전지 스택 3... 냉각수 공급라인
5... 라디에이터 10... 냉각수 탱크
11... 기포 배출구 30... 냉각수 펌프
50... 바이패스 라인 55... 매니폴드
70... 기포 감지유닛 71... 정전용량 센서
90... 제어기1 ... fuel cell stack 3 ... coolant supply line
5 ... radiator 10 ... coolant tank
11 ... Bubble outlet 30 ... Coolant pump
50 ... Bypass line 55 ... Manifold
70 ... Bubble detection unit 71 ... Capacitive sensor
90 ... controller

Claims

A fuel cell cooling system for cooling heat generated in a fuel cell stack,
A coolant tank for storing coolant;
A coolant pump configured to allow the coolant to be supplied to a fuel cell stack through a coolant supply line and to circulate the coolant passed through the fuel cell stack to a coolant tank through a radiator;
A bypass line for bypassing the cooling water supply line and the cooling water tank; And
Bubble detection unit configured in the bypass line for detecting the bubbles in the coolant and outputs the detection signal to the controller
Including,
The bubble detection unit measures the amount of change in the electric field of a predetermined area and is made as a capacitive sensor that can detect the bubble,
And a flat manifold on the bypass line, the flat manifold having a larger cross-sectional area than that of the cooling water supply line.

delete

The method according to claim 1,
The capacitive sensor is configured on the manifold.

The method according to claim 1,
And the coolant is supplied to a coolant tank, and bubbles in the coolant are removed while contacting the atmosphere.

5. The method of claim 4,
The controller,
And counting the number of bubbles detected by the capacitive sensor to determine whether the coolant is full.