KR101361443B1 - 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각수 운전압력을 능동적으로 조절할 수 있도록 하기 위한 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치에 관한 것으로, 냉각수 리저버와 가스이동 가능하게 연결되는 밀폐형 실린더; 상기 실린더 내측에 선형이동 가능하게 설치되는 가압피스톤; 상기 가압피스톤을 전진 또는 후진 이동시키기 위한 가압피스톤 구동수단;을 포함하여 구성됨으로써 상기 냉각수 리저버 내 가스압력을 증감시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치를 제공한다.

Description

연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치 {Cooling water pressure controlling device of fuel cell system}
본 발명은 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각수 운전압력을 능동적으로 조절할 수 있도록 하기 위한 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 시스템에서는 연료전지의 출력을 향상시키기 위하여 각 유체의 운전압력을 조절하여 가압운전을 시행하고 있다.
보통 연료전지 스택은 복수 개의 연료전지 셀이 적층된 형태로 구성되고, 수백 장의 가스켓을 이용하여 각 셀 별 기밀을 유지한다.
이러한 연료전지 스택은 셀에 공급되는 각 유체의 압력 차이가 일정량 이상으로 발생하게 되면 그 구조상 기밀 문제가 쉽게 발생할 수 있으며, 리크(leak) 발생시 시스템 운전 안전성 및 성능 저하를 유발하게 된다.
종래의 연료전지 시스템에서 공기 및 수소는 컴프레서를 이용하거나 또는 압력조절밸브를 이용하여 그 운전압력이 제어되고 있으며, 냉각수 운전압력은 냉각수 리저버에 장착되는 가압캡 사양에 따라 운전압력이 정해지고 있다.
도 3은 종래기술에 따른 연료전지 냉각시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연료전지 냉각시스템은 연료전지 스택(40)에서 배출되는 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터(60), 냉각수 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(70), 냉각수를 연료전지 스택(40)으로 공급하기 위한 냉각수 공급펌프(50), 냉각수를 저장하는 냉각수 리저버(20), 및 냉각수 운전압력을 제어하기 위한 가압캡(1)으로 구성된다.
여기서 상기 가압캡(1)은 냉각수 리저버(20)에서 냉각수 이동라인(30)으로 배출되는 냉각수 압력을 예컨대 0.1 bar 또는 0.5 bar 등의 고정방식으로 제어하는 역할을 한다.
이와 같이 기존의 연료전지 냉각시스템에서는 가압캡을 이용한 압력 고정방식으로 냉각수 운전압력을 조절하기 때문에 가압캡 사양에 따라 운전압력이 정해지게 되고, 이에 냉각수 운전압력의 능동적인 조절이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 개선하기 위해 고안한 것으로서, 냉각수 리저버에 냉각수 운전압력을 능동적으로 조절하기 위한 가변압밸브를 장착하여 냉각수 운전압력의 조절이 용이하도록 한 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉각수 리저버와 가스이동 가능하게 연결되는 밀폐형 실린더; 상기 실린더 내측에 선형이동 가능하게 설치되는 가압피스톤; 상기 가압피스톤을 전진 또는 후진 이동시키기 위한 가압피스톤 구동수단;을 포함하여 구성됨으로써 상기 냉각수 리저버 내 가스압력을 증감시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 가압피스톤과 실린더 사이에는 리턴스프링이 설치되고, 이 리턴스프링은 가압피스톤의 이동시 생성한 탄성복원력을 이용하여 가압피스톤을 복귀시키는 역할을 한다.
또한 바람직하게, 상기 실린더에는 실린더 내 압력을 일정치 이하로 유지하기 위한 안전밸브가 장착되며, 상기 안전밸브는 실린더 내 압력이 일정치를 초과하는 경우 오픈되어 실린더 내 가스를 방출시킨다.
아울러, 상기 가압피스톤 구동수단은 공급전류를 이용하여 가압피스톤을 전진 또는 후진 이동시킬 수 있는 솔레노이드로 구성될 수 있다.
이에 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치는 가변압밸브를 이용하여 연료전지 냉각수의 운전압력을 능동적으로 조절함으로써 연료전지 시스템에서 냉각수 공급펌프의 동력손실 없이 냉각수의 운전압력 제어가 용이하게 이루어지며, 연료전지 시스템의 냉각수 운전압력 차이에 의한 리크 발생을 차단하여 시스템 운전 안전성 및 효율성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치를 채택한 연료전지 냉각시스템을 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치의 작동방식을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 종래기술에 따른 연료전지 냉각시스템을 나타낸 구성도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.
본 발명은 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치에 관한 것으로, 연료전지 시스템의 냉각수 리저버에 기존의 가압캡 대신 냉각수 운전압력을 능동적으로 조절할 수 있는 가변압밸브를 연결 장착함으로써 냉각수 운전압력을 용이하게 조절할 수 있도록 하고자 한다.
본 발명에 따른 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치는 가변압밸브로서 구성된다.
도 1은 연료전지 시스템 중 연료전지 냉각시스템을 개략적으로 나타낸 도면으로, 냉각수 리저버(20)에 냉각수 운전압력을 능동적으로 조절하기 위한 전동식 가변압밸브(10)가 장착되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 가변압밸브(10)는 중공형의 밀폐형 실린더(11), 상기 실린더(11) 내부를 왕복 이동하게 되는 가압피스톤(12), 상기 가압피스톤(12)을 전진 또는 후진 이동시키기 위한 가압피스톤 구동수단(13), 및 이동한 가압피스톤(12)을 복귀시키기 위한 리턴스프링(14)을 포함하여 구성된다.
상기 실린더(11)에는 냉각수 리저버(20)와 가스 이동이 가능하게 연결되는 가스출입구(15)가 형성되어 있고, 가압피스톤(12)과 리턴스프링(14)이 내부에 설치된다.
상기 가압피스톤(12)은 실린더(11) 내측에 왕복으로 선형이동 가능하게 설치되며, 상기 리턴스프링(14)은 가압피스톤(12)과 실린더(11) 사이에 연결 구성된다.
이에 상기 가압피스톤(12)은 실린더(11) 내부 가스를 압축 또는 팽창시키는 역할을 하며, 실린더 내부 가스의 압축 또는 팽창은 냉각수 리저버(20) 내 가스압력의 증가 또는 감소를 일으킨다.
즉, 실린더(11) 내부 가스가 압축됨에 따라 실린더(11) 내에 고압이 형성되어 가스출입구(15)를 통해 실린더(11) 내 가스가 냉각수 리저버(20)로 이동하게 되고, 실린더(11) 내부 가스가 팽창됨에 따라 실린더(11) 내에 저압이 형성되어 가스출입구(15)를 통해 냉각수 리저버(20) 내 가스가 실린더(11)로 이동하게 됨으로써 냉각수 리저버(20) 내 가스압력의 변화를 발생시킨다.
또한, 상기 리턴스프링(14)은 가압피스톤(12)의 왕복운동시 신장 또는 압축되면서 탄성복원력을 가지게 되며, 가압피스톤 구동수단(13)의 작동 정지시 상기 탄성복원력을 이용하여 가압피스톤(12)을 초기 위치로 이동시키게 된다.
그리고, 가압피스톤 구동수단(13)은 공급전류에 의해 가압피스톤(12)을 전진 또는 후진 이동시키는 것으로, 공급전류를 이용하여 생성한 자기력으로 가압피스톤(12)을 이동시키는 역할을 하며, 따라서 자기력을 이용하여 가압피스톤(12)을 이동시킬 수 있는 위치에 설치된다.
상기 가압피스톤 구동수단(13)은 전류의 흐름방향을 선택적으로 가변시켜 공급받음으로써 가압피스톤(12)에 작용하는 자기력 방향을 변경할 수 있고, 이에 가압피스톤(12)을 전진 및 후진 이동시킬 수 있게 된다.
이러한 가압피스톤 구동수단(13)은 예컨대, 실린더(11)의 일단부를 외측에서 둘러싼 구조로 설치된 솔레노이드로 구성될 수 있다.
아울러, 상기 실린더(11)에는 실린더(11) 내 급격한 압력 상승을 방지하기 위한 안전밸브(혹은 압력 릴리프 밸브)(16)가 장착 구성된다.
상기 안전밸브(16)는 실린더(11) 내부 압력이 일정치 이하인 경우 닫혀 있다가, 실린더(11) 내부 압력이 일정치(일정압력)를 초과하면 열려서 실린더(11) 내부 가스를 방출하여 실린더(11) 내부 압력을 낮추는 역할을 한다.
이와 같이 구성되는 가변압밸브(10)는 냉각수 운전압력 상승이 필요할 때 가압피스톤(12)을 전진시켜서 냉각수 리저버(20) 내 공기압력을 상승시켜 냉각수 폐회로(loop)의 기준압력을 향상시킴으로써 냉각시스템 전체의 냉각수 압력을 향상시킬 수 있다.
반대로, 냉각수 운전압력 감압이 필요할 때에는 가압피스톤(12)을 후진시켜서 냉각수 리저버(20) 내 공기압력을 감압시켜 냉각수 폐회로의 기준압력을 감소시킴으로써 냉각시스템 전체의 냉각수 압력 감소를 유도할 수 있다.
즉, 상기 가변압밸브(10)는 가압피스톤(12)의 전진 또는 후진 이동을 제어함으로써 냉각수 리저버(20) 내 가스압력을 증감시켜 냉각수 리저버(20)에서 냉각수 이동라인(30)으로 공급되는 냉각수 압력을 가변 조절하게 되고, 이에 냉각수 운전압력을 조절할 수 있게 된다.
이와 같이 가변압밸브(10)를 통해 조절되는 냉각수 압력은 연료전지 스택(40)의 유체 입출구를 기준으로 인접한 유체 즉, 연료전지 스택(40)에서 인접하고 있는 유체 입출구를 통해 유입 또는 배출되는 유체 사이의 최고압과 최저압 간 차이를 5kPa 이상으로 유지하도록 제어하게 된다.
예컨대, 상기 가변압밸브(10)를 통한 냉각수 운전압력 조절시, 상호 인접한 수소입구와 냉각수출구 측의 수소압력과 냉각수압력 간 차이는 5kPa 이상으로 제어한다.
참고로, 도면부호 50은 냉각수 이동라인(30)의 냉각수를 연료전지 스택(40)으로 공급하기 위한 냉각수 공급펌프이고, 도면부호 60은 연료전지 스택(40)에서 배출된 냉각수의 냉각을 위한 라디에이터이며, 도면부호 70은 냉각수의 유량 제어를 위한 냉각수 유량조절밸브(예컨대, 3방밸브)이다.
알려진 바와 같이, 연료전지 냉각시스템에서 냉각수 리저버(20)는 냉각수가 이동하게 되는 냉각수 이동라인(30) 특히, 냉각수 유량조절밸브(70)와 냉각수 공급펌프(50) 사이의 냉각수 이동라인에 연결 구성된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 가변압밸브(10)의 작동방식을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 냉각수 운전압력의 상승이 필요한 경우에는, 가압피스톤 구동수단(13)에 가압피스톤(12)의 전진 이동을 위한 전류를 공급하여 자기력을 형성하여서, 도 2의 (a) 도면과 같이 가압피스톤(12)을 전진 이동시켜 실린더(11) 내 가스를 압축한다. 이때 리턴스프링(14)은 신장되면서 탄성복원력을 형성하게 된다.
이에 실린더(11) 내 가스가 냉각수 리저버(20)로 이동하게 되어 냉각수 리저버(20)의 가스압력이 상승하게 되고, 냉각수 리저버(20)에서 냉각수 이동라인(30)으로 공급되는 냉각수 압력이 상승하게 되어 결과적으로 냉각수 운전압력이 상승하게 된다.
그리고, 냉각수 운전압력의 감소가 필요한 경우에는, 가압피스톤 구동수단(13)에 가압피스톤(12)의 후진 이동을 위한 전류를 공급하여 자기력을 형성하여서, 도 2의 (b) 도면과 같이 가압피스톤(12)을 후진 이동시켜 실린더(11) 내 가스를 팽창시킨다. 이때 리턴스프링(14)은 압축되면서 탄성복원력을 형성하게 된다.
이에 냉각수 리저버(20) 내 가스가 실린더(11)로 이동하게 되어 냉각수 리저버(20)의 가스압력이 감소하게 되고, 냉각수 리저버(20)에서 냉각수 이동라인(30)으로 공급되는 냉각수 압력이 감압하게 되어 결과적으로 냉각수 운전압력이 감소하게 된다.
이와 같이 작동하는 가변압밸브(10)는 상기 가압피스톤 구동수단(13)으로 전류공급이 중단되고 자기력이 소멸됨과 동시에 리턴스프링(14)의 탄성복원력이 작용하면서 가압피스톤(12)이 후진 또는 전진 이동하여 초기 위치로 복귀하게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 가변압밸브
11 : 실린더
12 : 가압피스톤
13 : 가압피스톤 구동수단
14 : 리턴스프링
15 : 가스출입구
16 : 안전밸브
20 : 냉각수 리저버
30 : 냉각수 이동라인

Claims (4)

  1. 냉각수 리저버와 가스이동 가능하게 연결되는 밀폐형 실린더;
    상기 실린더 내측에 선형이동 가능하게 설치되는 가압피스톤;
    상기 가압피스톤을 전진 또는 후진 이동시키기 위한 가압피스톤 구동수단;
    을 포함하여 구성됨으로써 상기 냉각수 리저버 내 가스압력을 증감시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압피스톤과 실린더 사이에는 리턴스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더에는 실린더 내 압력을 일정치 이하로 유지하기 위한 안전밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압피스톤 구동수단은 공급전류를 이용하여 가압피스톤을 전진 또는 후진 이동시킬 수 있는 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각수 가변압장치.
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CN114477060A (zh) * 2021-12-01 2022-05-13 东风汽车集团股份有限公司 一种新能源汽车冷却液加注辅助设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020061426A1 (en) 2000-10-13 2002-05-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Cooling system and cooling process of fuel cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020061426A1 (en) 2000-10-13 2002-05-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Cooling system and cooling process of fuel cell

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