KR101313599B1 - 유리섬유가 포설된 연료셀 및 상기 연료셀의 감시시스템 - Google Patents

유리섬유가 포설된 연료셀 및 상기 연료셀의 감시시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료셀의 파손 여부를 감시할 수 있도록 적층소재 사이에 유리섬유가 포설된 연료셀 및 상기 연료셀의 파손 여부를 실시간으로 감시할 수 있는 연료셀 감시시스템을 개시(introduce)한다. 상기 연료셀 감시시스템은, 연료차폐층, 내부고무스컷, 자기밀폐층 및 외부고무스컷의 순서로 적층되며, 상기 연료차폐층과 상기 외부고무스컷 사이에 포설된 유리섬유 및 상기 유리섬유의 일 단자에 설치된 산란판을 구비하는 연료셀, 상기 유리섬유의 다른 일 단자로 일정한 파장의 빛을 입사하는 광원 및 상기 유리섬유의 다른 일 단자로부터 방출되는 빛을 수신하는 수광장치를 구비한다.

Description

유리섬유가 포설된 연료셀 및 상기 연료셀의 감시시스템 {Fuel-cell including glass fiber and monitoring system of the fuel-cell}
본 발명은 연료셀의 파손여부를 감시하는 연료셀 감시시스템에 관한 것으로, 특히, 연료셀 적층소재 사이에 유리섬유를 포설하여, 연료셀 내부의 연료에 의해서 또는 외력에 의해서 적층소재의 밴딩 또는 파손을 감시할 수 있는 연료셀 감시시스템에 관한 것이다.
연료셀에 포함된 연료는 필요한 연소에만 사용되어야 하는데, 연료셀의 파손에 의한 누설은 연료셀을 사용하는 교통수단에 큰 문제를 발생시킨다. 특히, 항공기에 장착되는 연료셀의 누설은 대형사고를 야기할 수 있으므로, 연료셀의 밴딩(vending) 또는 절단 등을 검사하는 것은 매우 중요하다. 항공기 사고 후 연료셀에서 연료의 누설이 발생할 가능성은 매우 높다고 할 수 있다. 특히, 회전익 항공기에서 발생하는 인명사고의 가장 큰 원인은 연료 누설에 의한 화재사고이다.
현재 연료셀 검사는 항공기 기동 전단계에서만 하고 있으며, 그 검사방법은 연료셀을 기체로부터 떼어 검사장소로 옮긴 후, 연료셀 전체의 외관검사를 실시하고, 문제가 있다고 판단된 부분에 대한 정밀검사를 수행하는 방식으로 검사가 이루어진다. 만일 문제가 있다고 판단되면, 연료셀을 분해해야 하는데, 분해과정에서 발생할 수 있는 과다절개로 인한 정상부분의 손상을 추가로 발생하게 하거나 절개과정에서 문제가 있는 부분의 이상발생원인이 소멸 등의 문제가 발생하였다.
특히, 장시간에 걸친 검사 시간과 인력의 소요 등의 낭비요소가 너무 많다는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 연료셀의 파손 여부를 감시할 수 있도록 적층소재 사이에 유리섬유가 포설된 연료셀을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 적층소재들 사이에 포함된 유리섬유를 이용하여 연료셀의 파손 여부를 실시간으로 감시할 수 있는 연료셀 감시시스템을 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 유리섬유가 포설된 연료셀은, 연료차폐층, 내부고무스컷, 자기밀폐층 및 외부고무스컷의 순서로 적층되며, 상기 연료차폐층과 상기 외부고무스컷 사이에 포설된 유리섬유 및 상기 유리섬유의 일 단자에 설치된 산란판을 더 구비한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료셀 감시시스템은, 연료차폐층, 내부고무스컷, 자기밀폐층 및 외부고무스컷의 순서로 적층되며, 상기 연료차폐층과 상기 외부고무스컷 사이에 포설된 유리섬유 및 상기 유리섬유의 일 단자에 설치된 산란판을 구비하는 연료셀, 상기 유리섬유의 다른 일 단자로 일정한 파장의 빛을 입사하는 광원 및 상기 유리섬유의 다른 일 단자로부터 방출되는 빛을 수신하는 수광장치를 구비한다.
본 발명에 따른 연료셀 및 연료셀 감시시스템은, 검사에 소요되는 시간 및 인력의 낭비요소를 감소시킬 수 있으며, 검사 시에도 연료셀을 손상하지 않고 실시간으로 그리고 단시간 내에 수행할 수 있다는 장점이 있다.
또한 유리섬유를 사용함으로써, 항공기의 기동 중의 항공기의 흔들림에 의한 진동이나 전자장비의 사용으로 인한 전자기파에 의해 방해를 받지 않고 연료셀의 상태를 감시할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료셀 감시시스템의 일 실시 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 연료셀을 구성하는 유리섬유이다.
도 3은 유리섬유의 단면도이다.
도 4는 유리섬유에서의 빛의 진행을 나타낸다.
도 5는 밴딩된 유리섬유에서의 빛의 진행을 나타낸다.
도 6은 파손된 유리섬유에서의 빛의 진행을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 연료셀 감시시스템의 일 실시 예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 연료셀 감시시스템(100)은, 연료셀(1), 광원(2) 및 수광장치(8)를 구비한다.
연료셀(1)은 연료차폐층(12), 내부고무스컷(11), 유리섬유(5), 자기밀폐층(10) 및 외부고무스컷(9)의 순서로 적층된다. 유리섬유(5)의 일 단자에는 산란판(6)이 설치되어 있다. 광원(2)은 유리섬유(5)의 다른 일 단자로 일정한 파장의 빛을 입사한다. 광원(2)에서 생성되는 빛은 펄스 형태가 되는 것이 바람직하다. 수광장치(8)는 유리섬유(5)의 다른 일 단자로부터 방출되는 빛을 수신한다.
유리섬유(5)를 제외한 연료셀(1)의 적층구조는 일반적으로 알려져 있으므로, 이들의 물리적인 특성 및 기능에 대해서는 설명을 생략한다. 다만, 도 1에는 유리섬유(5)가 내부고무스컷(11) 및 자기밀폐층(10) 사이에 포설되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 유리섬유(5)가 연료차폐층(12)과 센서(1) 사이 어느 곳에 포설되는 실시 예도 가능하다.
본 발명에 따른 연료셀(1)의 경우, 연료 자체에 의해 또는 외력에 의해 연료셀(1)의 적층소재가 밴딩 또는 파손될 때, 유리섬유(5)도 동시에 밴딩되고 파손되게 된다.
유리섬유(5)의 내부에 입사된 빛(3)은, 유리섬유(5)의 진동이나 외부의 전자기에 의해 영향을 받지 않으며 유리섬유(5)의 내면을 전반사 하면서 진행한다. 연료셀(1)에 밴딩이나 절단이 없는 경우 유리섬유(5)의 일 단자로 유입된 빛은 다른 일 단자에 설치된 산란판(6)에서 산란되어 반사되어 되돌아 가지 않는다.
그러나, 유리섬유(5)가 밴딩, 꼬임 및 절단되는 경우, 유리섬유(5)를 진행하던 일부의 빛은 밴딩 된 면 및 절단면에 반사되어 진행을 거슬러 되돌아 간다(7). 본 발명에서는 유리섬유(5)의 이러한 특성을 이용하는데, 연료셀(1)의 밴딩 되거나 절단된 면으로부터 반사되는 빛을 모니터하고, 반사시간 등을 측정하여 밴딩되거나 절단된 부위를 즉각적으로 인지할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 연료셀을 구성하는 유리섬유이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 연료셀(1)을 구성하는 유리섬유(5)는 나선형으로 연료셀(1)을 감싸는 형태를 가진다. 일 단자로는 빛이 입사되고 다른 일 단자에는 산란판이 형성된다.
도 3은 유리섬유의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 유리섬유(5)는 실제로 빛이 진행하는 코어(13)를 클래딩(14), 아마리디얀층(15) 및 피복층(16)의 순서로 감싸는 구조를 가지며, 이는 일반적으로 알려져 있으므로 여기서는 자세하게 설명하지 않는다.
도 4는 유리섬유에서의 빛의 진행을 나타낸다.
도 5는 밴딩된 유리섬유에서의 빛의 진행을 나타낸다.
도 6은 파손된 유리섬유에서의 빛의 진행을 나타낸다.
도 4를 참조하면 유리섬유(5)가 파손되지 않은 경우 유리섬유(5)에 입사된 빛은 코어(3)의 내면을 따라 전반사하면서 진행한다. 연료셀(1)의 밴딩 및 절단에 의해 유리섬유(5)가 밴딩되거나(도 5) 유리섬유(5)가 절단된 경우(도 6), 유리섬유(5)를 진행하던 빛의 일부는 밴딩되거나 절단된 부분을 투과(17)하지만, 나머지 빛의 일부(7)는 해당 부분에서 반사되어 되돌아 간다.
현재도 연료셀의 파손 여부를 감시하기 위해서, 연료셀의 전체 표면에 현재 상용화된 센서를 부착하여 연료셀의 이상 유무를 확인할 수는 있다. 그러나 이 경우, 복수의 센서를 부착하여야 하고, 복수의 센서로부터 신호를 획득하여야 하는데, 센서와 연결된 복수의 와이어 및 신호 획득 및 신호처리수단 때문에 감시시스템이 복잡해지고 부피도 상당히 커지게 되는 단점이 있다.
또한 현재 사용 중인 센서류는 연료와 적층소재를 접착하는 접착제의 화학반응 물질과 접촉하게 되면 손상을 입게 되어 성능의 저하는 물론이고 수명도 짧게 되는 문제가 있다.
그러나, 본 발명에 따른 연료셀 및 연료셀 감시시스템의 경우, 자동으로 그리고 실시간으로 연료셀의 이상 여부를 감시할 수 있다. 또한 현재 상용화되고 있는 유리섬유는 아라미드얀 수지가 유리로 구현된 코어를 보호하고 있기 때문에 길이방향의 인장력이 우수하며, 외피는 화학물질에 강한 수지로 형성되어 있기 때문에 연료셀 적층소재 사이에 사용하기에 적합하다. 유리섬유는 심한 밴딩이나 절단 시 접속장비를 이용하여 다시 접속시킬 수 있으므로, 연료셀의 수명이 다할 때까지 사용할 수 있다는 장점도 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
1: 연료셀 2: 광원
3: 입사광 5: 유리섬유
6: 산란판 7: 반사광
8: 수광장치 9: 외부고무스컷
10: 자기밀폐층 11: 내부고무스컷
12: 연료차폐층 13: 코어
14: 클래딩 15: 아라미디얀 수지
16: 피복층 17, 18: 투과광

Claims (5)

  1. 연료차폐층(12), 내부고무스컷(11), 자기밀폐층(10) 및 외부고무스컷(9)의 순서로 적층되며,
    상기 연료차폐층(12)과 상기 외부고무스컷(9) 사이에 포설된 유리섬유(5); 및
    상기 유리섬유(5)의 일 단자에 설치된 산란판(6)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리섬유(5)는,
    상기 내부고무스컷(11) 및 상기 자기밀폐층(10) 사이에 포설되는 것을 특징으로 하는 연료셀.
  3. 연료차폐층(12), 내부고무스컷(11), 자기밀폐층(10) 및 외부고무스컷(9)의 순서로 적층되며, 상기 연료차폐층(12)과 상기 외부고무스컷(9) 사이에 포설된 유리섬유(5) 및 상기 유리섬유(5)의 일 단자에 설치된 산란판(6)을 구비하는 연료셀(1);
    상기 유리섬유(5)의 다른 일 단자로 일정한 파장의 빛을 입사하는 광원(2); 및
    상기 유리섬유(5)의 다른 일 단자로부터 방출되는 빛을 수신하는 수광장치(8)를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료셀 감시시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유리섬유(5)는,
    상기 내부고무스컷(11) 및 상기 자기밀폐층(10) 사이에 포설되는 것을 특징으로 하는 연료셀 감시시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 일정한 파장의 빛은,
    펄스 형태인 것을 특징으로 하는 연료셀 감시시스템.
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