KR101619586B1 - 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 차량의 정비작업 과정에서 연료전지 시스템 내의 잔존 수소로 인해 발생할 수 있는 화재 및 폭발사고 등을 방지하기 위해 연료전지 시스템 내부의 잔존 수소가스를 흡입하여 용이하게 제거할 수 있도록 한 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 노즐과 벤츄리와 디퓨져가 차례로 조합되거나, 노즐과 벤츄리가 조합되는 등 단순한 이젝터 구조로 제작하여, 정비소 내에서 쉽게 활용할 수 있는 압축공기를 구동유체(Primary Flow)로 하고, 연료전지 시스템의 내부 가스를 흡입유체(secondary flow)로 하며 잔존수소를 용이하게 제거할 수 있도록 한 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치{Device for removing residual gas in the fuel cell}
본 발명은 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 차량의 정비작업 과정에서 연료전지 시스템 내의 잔존 수소로 인해 발생할 수 있는 화재 및 폭발사고 등을 방지하기 위해 연료전지 시스템 내부의 잔존 수소가스를 흡입하여 용이하게 제거할 수 있도록 한 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지 차량에 탑재되는 연료전지 시스템은 연료전지 스택에 수소(연료)를 공급하는 수소공급시스템과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급시스템과, 수소 및 산소의 전기화학적 반응에 의거 전기를 생성하도록 다수의 단위 셀이 적층 결합된 연료전지 스택(이하, 스택이라 칭함)과, 연료전지 스택의 전기화학적 반응열을 제거하는 동시에 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등을 포함하여 구성되어 있다.
이러한 연료전지 시스템은 연료로 수소 및 공기(공기내에 포함된 산소)를 사용하여 전기를 생성하는 운전을 하게 되는데, 이러한 운전 과정에서 스택의 연료극 내부의 불순물 제거를 위한 수소 퍼징 및 스택의 전극막 어셈블리를 통한 확산으로 인하여, 연료전지 시스템의 내부에 가스 상태의 수소가 잔존하게 된다.
통상적인 운전 과정에서 수소는 희석되어 외부로 배출되나, 연료전지 시스템 내부에는 국부적으로 높은 농도의 수소가 존재할 수 있다.
좀 더 상세하게는, 상기 연료전지 시스템의 운전 정지 후에 스택의 연료극을 비롯하여 수소 퍼지 배관 및 희석장치(도 8의 굵은 실선 표시부) 등에 수소가 남아 있게 되고, 또한 수소 퍼지 과정 또는 확산 현상(도 8의 점선 표시부)에 의하여 스택의 연료극 내부의 수소가 공기극으로 이동하여, 스택의 공기극 및 공기 흡입 배관(도 8의 가는 실선 표시부) 등에도 수소가 존재할 수 있다.
이렇게 연료전지 시스템내에 잔존하는 수소는 연료전지시스템의 운전 및 정지 조건에서는 문제가 되지 않으나, 정비를 위한 시스템 분해 과정에서 정전기 또는 불꽃 등이 발생하는 경우 화재를 일으킬 수 있다.
이에, 연료전지 시스템내에 잔존수소가 존재하는 상태에서 연료전지 차량의 정비 작업을 수행하면, 정비 작업 중에 발생할 수 있는 정전기 등에 의한 스파크 또는 불꽃 등으로 인해 수소가 연소 및 폭발할 수 있으며, 이로 인한 차량의 손상 및 정비 작업자의 상해가 발생할 우려가 있다.
따라서, 연료전지 시스템내의 잔존수소를 제거한 후 정비작업을 수행하는 것이 안전상 바람직하다.
대개, 수소의 연소는 공기중 수소 농도가 4~75% 범위 내에서 발생하므로, 스택 내부의 잔존수소 가스를 외부로 배출시키는 동시에 공기를 스택 내부로 흡입시켜서 연료전지 시스템 내부의 수소 농도를 4% 미만으로 낮추어 주면, 연료전지 시스템의 정비 과정에서 화재 또는 폭발을 방지할 수 있다.
여기서, 종래의 연료전지 시스템내의 잔존 수소를 제거하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 연료전지 시스템 내부의 수소가 외부로 확산되어, 수소가스 농도가 연소 조건(4%~75%) 이하로 낮아지기를 기다리는 기체 확산법이 있으나, 조건에 따라 시간이 매우 오래 소요되어, 정비를 위한 방법으로는 부적합한 단점이 있다.
둘째, 공기를 연료전지 시스템 및 스택 내부로 주입하여 수소 퍼징을 실시하는 방법이 사용될 수 있으나, 고압 공기 내부에 포함된 오일(공기압축기(컴프레서)의 윤활유 등)이 스택 내에 유입되어 스택 성능의 저하를 야기하게 되므로, 차량 정비소 또는 연료전지 시스템 정비소 내에 고가의 공기필터를 설치해야 하고, 또한 주기적으로 공기필터를 교환해야 하는 등 시설 구축 비용이 많이 드는 단점이 있다.
셋째, 외부에서 공기 또는 질소 및 비활성 기체를 연료전지 시스템 및 스택 내부로 주입하여 수소 퍼징을 실시하는 방법이 있으나, 고가의 가스설비(가스봄베 및 레귤레이터)를 별도로 구비해야 하고, 이 과정에서 사용자가 가스 인가 취급 및 가스 사용 인증 등을 추가로 획득해야 하는 수고가 발생하며, 또한 주기적인 가스봄베 교체 비용이 발생함과 더불어 가스가 부족한 경우 정비 작업을 실시하지 못하는 단점이 있다.
넷째, 진공펌프를 이용하여 연료전지 시스템 및 스택 내부의 가스를 흡입(suction)하는 방법을 사용하여 잔존수소를 제거할 수 있으나, 고가의 진공펌프를 구비해야 하는 비용이 발생하고, 특히 진공펌프는 전기를 사용하여 구동하므로, 잔존 수소가 포함된 가스 흡입과정에서 화재 또는 폭발이 발생할 위험이 있으며, 또한 방폭 기능이 있는 진공펌프의 가격은 매우 고가이므로, 정비소에 보급 배치하는데 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 노즐과 벤츄리와 디퓨져가 차례로 조합되거나, 노즐과 벤츄리가 조합되는 등 단순한 이젝터 구조로 제작하여, 정비소 내에서 쉽게 활용할 수 있는 압축공기를 구동유체(Primary Flow)로 하고, 연료전지 시스템의 내부 가스를 흡입유체(secondary flow)로 하며 잔존수소를 용이하게 제거할 수 있도록 한 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 구동유체 공급원으로부터 공급되는 구동유체의 속도를 증가시키는 동시에 압력을 감소시키는 구동관과; 상기 구동관의 입구쪽에 일체로 연결되어, 구동유체의 속도 증가 및 압력 감소시 연료전지 시스템 내의 잔존수소를 포함하는 흡입유체를 구동관쪽으로 흡입 안내하는 흡입관; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 구동관의 내경부는 직경이 점차 좁아진 후 일정한 직경을 이루는 벤츄리로 형성된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 구동관의 내경부는 직경이 점차 좁아진 후 일정한 직경을 이루는 벤츄리와, 직경이 점차 커지는 디퓨저가 나란히 배치된 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 구동관의 입구에는 구동유체 공급원으로부터의 구동유체를 구동관의 내부로 분사시키기 위한 노즐이 연결되고, 이 노즐의 입구에는 에어건 팁이 기밀 유지 가능하게 삽입되는 링 타입의 탄성부재가 압입된 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 구동관의 입구에는 에어건 팁이 직접 삽입되는 구동유체 공급홀이 형성되고, 구동유체 공급홀의 내경부에는 에어건 팁이 기밀 유지 가능하게 삽입되는 링 타입의 탄성부재가 압입된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡입관의 말단부에는 연료전지 시스템과 연결되는 플렉시블 배관이 일체로 더 연결되고, 이 플렉시블 배관의 말단부에는 연료전지 시스템의 각 가스 흡입 위치에 맞게 체결되는 어댑터가 더 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동관의 입구에는 구동유체 공급원과의 연결을 위한 퀵 커넥터를 갖는 공압라인이 연결되며, 퀵 커넥터와 구동관의 입구 사이의 공압라인에는 구동유체의 흐름 허용 및 차단을 위한 온/오프 밸브가 더 장착되고, 상기 온/오프 밸브와 구동관의 입구 사이의 공압라인에는 구동유체의 흐름 압력을 체크하기 위한 레귤레이터 또는 압력게이지가 더 장착된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 구동관의 배출측에는 흡입관으로부터의 잔존수소를 포함하는 흡입유체의 배출시 소음을 줄이기 위한 소음기가 더 장착되고, 상기 구동관 및 흡입관을 비롯하여 소음기의 몸체부가 케이스에 의하여 밀봉되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 노즐과 벤츄리와 디퓨져가 차례로 조합되거나, 노즐과 벤츄리가 조합되는 단순한 이젝터 구조를 이용하여 연료전지 시스템내의 잔존수소를 용이하게 제거할 수 있다.
둘째, 제작비용이 저렴하고 구조가 단순하여 정비사가 고장없이 편리하게 사용할 수 있다.
셋째, 크기가 작아 휴대가 간편하여 정비사가 수소 제거 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
넷째, 수소 제거를 위한 정비 과정에서 전기를 사용하지 않아 화재 위험이 없어 정비작업의 안전성을 보장할 수 있다.
다섯째, 수소 제거를 위한 구동유체를 일반적인 정비소에서 보유한 가압공기를 또는 가압/고압가스를 사용하므로, 별도의 구동유체 공급 설비를 갖추지 않아도 되는 장점이 있다.
여섯째, 수소 제거를 위한 정비 과정에서 연료전지 시스템 내로 이물질이 전혀 유입되지 않아, 이물질에 의한 스택의 성능 저하 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제7실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도,
도 8은 연료전지 시스템의 구성을 나타낸 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 연료전지 차량에 탑재된 연료전지 시스템에 대한 정비시, 정비사가 편리하게 휴대하면서 연료전지 시스템에 잔존하는 수소 등을 손쉽게 흡입하여 제거할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
제1실시예
첨부한 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1에서 보듯이, 본 발명의 잔존수소 제거 장치는 구동관(12)과 흡입관(14)이 직각을 이루며 일체로 연결된 이젝터(10) 구조로 구비된다.
상기 구동관(12)의 입구부는 구동유체 공급원(예를 들어, 정비소의 에어건이 연결되는 압축공기 공급원)과 연결되고, 출구부는 외기와 연통되는 부분이 되어, 구동유체 공급원으로부터 공급되는 가압공기 또는 가압가스인 구동유체(1차 유체, Primary Flow)의 흐름 속도를 증가시키는 동시에 압력을 감소시키는 역할을 한다.
이를 위해, 상기 구동관(12)의 내경부에는 구동유체가 유입되어 배출되는 방향을 따라 벤츄리(16)와 디퓨저(18)가 나란히 형성된다.
즉, 상기 구동관(12)의 내경부에는 직경이 점차 좁아진 후 일정한 직경을 이루는 벤츄리(16)와, 벤츄리(16)의 종료 지점에서 직경이 다시 점차 커지는 디퓨저(18)가 나란히 형성된다.
상기 흡입관(14)은 구동관(12)의 일단부에 수직을 이루며 연통 가능하게 일체로 성형된 것으로서, 그 하단부는 연료전지 시스템의 수소 배출이 가능한 위치에 결합된다.
보다 상세하게는, 상기 흡입관(14)은 구동관(12)의 벤츄리(16)의 입구쪽과 연통 가능하게 일체로 성형되며, 그 하단부는 피팅부재, 어댑터 등을 이용하여 연료전지 시스템의 수소 배출이 가능한 위치에 결합된다.
이때, 상기 연료전지 시스템의 수소 배출이 가능한 위치는 스택의 공기 흡입구 및 공기 배기구(연료전지 차량의 경우 테일 파이프), 테이 파이프 내의 물 배출용 홀, 연료전지시스템의 서비스 포트, 스택의 연료극 퍼지 배관 또는 연료극의 드레인 배관, 연료극의 수소 연결 배관, 수소 저장 장치(또는 수소탱크)의 연결 배관 또는 서비스 포트 등이 있다.
한편, 상기 구동관(12)의 입구에는 일정한 직경을 유지하다가 점차 좁아지는 직경을 갖는 노즐(20)이 분리 가능하게 결합되거나 또는 일체로 성형되며, 이 노즐(20)의 첨단은 구동관(12)내의 벤츄리(16) 입구에 놓이게 된다.
따라서, 상기 노즐(20)의 입구가 구동유체 공급원과 연결되고, 흡입관(14)의 하단부가 연료전지 시스템의 수소 배출이 가능한 위치에 결합된 상태에서, 상기 구동유체 공급원으로부터 공급되는 가압공기 또는 가압가스인 구동유체가 구동관(12)으로 공급되면, 구동유체가 구동관(12)의 입구를 통하여 내부로 유입된 후, 벤츄리(16)를 통과하는 순간, 흐름 속도는 증가하는 동시에 압력은 감소하게 되고, 연이어 벤츄리를 통과한 구동유체는 디퓨저(18)를 통하여 확산되면서 외기로 용이하게 배출된다.
이와 동시에, 상기 구동유체가 벤츄리(16)를 통과할 때의 압력이 낮아짐에 따라, 흡입관(14)에 연결된 연료전지 시스템내의 잔존수소가 압력이 낮아진 벤츄리(16)쪽으로 순간 흡입됨으로써, 잔존수소인 흡입유체가 흡입관(14)을 통하여 흡입되는 동시에 벤츄리(16)로 들어가서 구동유체와 함께 디퓨저(18)를 통해 외기로 용이하게 배출된다.
이와 같은 본 발명의 제1실시예에 따르면, 노즐(20)/벤츄리(16)/디퓨져(18)를 포함하는 구동관(12)과, 구동관(12)과 연통 가능하게 형성되어 연료전지 시스템에 연결되는 흡입관(14)으로 구성된 이젝터(10)를 이용하여, 정비사가 스택을 포함하는 연료전지 시스템 내부의 잔존수소 가스를 외부로 손쉽게 배출시킬 수 있도록 함으로써, 연료전지 시스템의 정비 과정에 발생할 수 있는 수소 연소에 따른 화재 또는 폭발을 용이하게 방지할 수 있다.
제2실시예
첨부한 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 잔존수소 제거 장치는 상기한 제1실시예의 구성과 동일하게 구성되고, 단지 노즐(20)에 구동유체 공급시 기밀을 유지할 수 있는 수단이 더 채택된 점에 특징이 있다.
즉, 상기 구동관(12)의 입구에 구동유체 공급원으로부터의 구동유체를 구동관(12)의 내부로 분사시키기 위한 노즐(20)이 분리 가능하게 체결되거나 또는 일체로 형성된 상태에서, 이 노즐(20)의 입구에는 기밀 유지를 위한 링 타입의 탄성부재(22)가 압입 체결된다.
이때, 상기 탄성부재(22)의 내경부에는 구동유체 공급원과 연결된 에어건 팁(24)이 기밀 유지 가능하게 삽입된다.
따라서, 상기 노즐(20)내에 압입된 탄성부재(22)의 내경부에 구동유체 공급원과 연결된 에어건 팁(24)이 압입되고, 흡입관(14)의 하단부가 연료전지 시스템의 수소 배출이 가능한 위치에 결합된 상태에서, 상기 구동유체 공급원으로부터 공급되는 가압공기 또는 가압가스인 구동유체가 에어건 팁(24)을 통하여 노즐(20)내로 공급되면, 탄성부재(22)가 기밀 유지 기능을 발휘하게 된다.
이에 따라, 구동유체가 탄성부재(22)의 기밀 유지 기능에 의하여 외부로 전혀 새지 않고, 노즐(20)을 통하여 구동관(12)내의 벤츄리(16)로 용이하게 흐를 수 있게 되므로, 구동유체가 벤츄리(16)를 통과하는 순간, 흐름 속도가 원활하게 증가하는 동시에 압력이 원활하게 감소하게 되며, 결국 흡입관(14)을 통하여 연료전지 시스템내의 잔존수소 가스가 보다 원활하게 흡입될 수 있다.
제3실시예
첨부한 도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3에서 보듯이, 본 발명의 제3실시예에 따른 잔존수소 제거 장치는 구동관(12)과 흡입관(14)이 직각을 이루며 일체로 연결된 이젝터(10) 구조로 구비되는 점에서 상기한 제1실시예와 동일하게 구성된다.
단지, 본 발명의 제3실시예에 따른 잔존수소 제거 장치는 보다 간단한 구조로 제작된 점에 특징이 있다.
마찬가지로, 상기 구동관(12)의 입구부는 구동유체 공급원(예를 들어, 정비소의 에어건이 연결되는 압축공기 공급원)과 연결되고, 출구부는 외기와 연통되는 부분이 되어, 구동유체 공급원으로부터 공급되는 가압공기 또는 가압가스인 구동유체(1차 유체, Primary Flow)의 흐름 속도를 증가시키는 동시에 압력을 감소시키는 역할을 한다.
이를 위해, 본 발명의 제3실시예에 따른 구동관(12)의 내경부에는 직경이 점차 좁아진 후 일정한 직경을 이루는 벤츄리(16)만이 형성된다.
즉, 상기한 제1실시예의 노즐과 디퓨저가 배제된 채, 구동관(12)의 내경부에 직경이 점차 좁아진 후 일정한 직경을 이루는 벤츄리(16)만이 형성된다.
이때, 상기 구동관(12)의 입구에는 에어건 팁(24)이 직접 삽입되는 구동유체 공급홀(26)이 형성되고, 구동유체 공급홀(26)의 내경부에는 에어건 팁(24)이 기밀 유지 가능하게 삽입되는 링 타입의 탄성부재(22)가 압입된다.
상기 흡입관(14)은 제1실시예와 마찬가지로 구동관(12)내의 벤츄리(16) 입구와 연통 가능하게 일체로 성형된 것으로서, 그 하단부는 연료전지 시스템의 수소 배출이 가능한 위치에 결합된다.
따라서, 상기 탄성부재(22)의 내경부에 구동유체 공급원과 연결된 에어건 팁(24)이 압입되고, 흡입관(14)의 하단부가 연료전지 시스템의 수소 배출이 가능한 위치에 결합된 상태에서, 상기 구동유체 공급원으로부터 공급되는 가압공기 또는 가압가스인 구동유체가 에어건 팁(24)을 통하여 구동관(12)의 벤츄리(16)내로 공급될 때, 탄성부재(22)가 기밀 유지 기능을 발휘하게 된다.
연이어, 구동유체가 구동관(12)의 벤츄리(16)를 통과하는 순간, 흐름 속도는 증가하는 동시에 압력은 감소하게 되고, 연이어 벤츄리를 통과한 구동유체는 외기로 용이하게 배출된다.
이와 동시에, 상기 구동유체가 벤츄리(16)를 통과할 때의 압력이 낮아짐에 따라, 흡입관(14)에 연결된 연료전지 시스템내의 잔존수소가 압력이 낮아진 벤츄리(16)쪽으로 순간 흡입됨으로써, 잔존수소인 흡입유체가 흡입관(14)을 통하여 흡입되는 동시에 벤츄리(16)로 들어가서 구동유체와 함께 외기로 용이하게 배출된다.
이와 같은 본 발명의 제3실시예에 따르면, 벤츄리(16)를 포함하는 구동관(12)과, 구동관(12)과 연통 가능하게 형성되어 연료전지 시스템에 연결되는 흡입관(18)으로 구성된 보다 간단한 이젝터(10)를 이용하여, 정비사가 스택을 포함하는 연료전지 시스템 내부의 잔존수소 가스를 외부로 손쉽게 배출시킬 수 있도록 함으로써, 연료전지 시스템의 정비 과정에 발생할 수 있는 수소 연소에 따른 화재 또는 폭발을 용이하게 방지할 수 있다.
제4실시예
첨부한 도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제4실시예는 상기한 제1 내지 제3실시예의 이젝터와 동일하게 구성되고, 단지 흡입관(14)의 하단부에 연료전지 시스템의 잔존수소 배출 위치와의 연결을 위한 수단이 더 부착된 점에 특징이 있다.
상기와 같이, 연료전지 시스템의 수소 배출이 가능한 위치는 스택의 공기 흡입구 및 공기 배기구(연료전지 차량의 경우 테일 파이프), 테이 파이프 내의 물 배출용 홀, 연료전지시스템의 서비스 포트, 스택의 연료극 퍼지 배관 또는 연료극의 드레인 배관, 연료극의 수소 연결 배관, 수소 저장 장치(또는 수소탱크)의 연결 배관 또는 서비스 포트 등이 있다.
이러한 수소 배출이 가능한 위치에 흡입관(14)을 직접 연결하기에는 거리가 멀거나 및 주변 부품과의 간섭 등이 존재하게 되므로, 연료전지 시스템의 잔존수소 배출 위치와의 용이하게 연결을 위한 수단이 흡입관(14)의 하단부에 더 부착된다.
이를 위해, 상기 흡입관(14)의 하단부에는 연료전지 시스템과 연결되는 플렉시블 배관(28)이 일체로 커넥터 등을 매개로 연결되고, 이 플렉시블 배관(28)의 말단부에는 연료전지 시스템의 각 가스 흡입 위치에 맞게 체결되는 피팅부재 또는 어댑터(30)가 연결된다.
따라서, 정비사가 흡입관(14)의 하단부에 연결된 플렉시블 배관(28)을 늘리면서 연료전지 시스템의 잔존수소 배출 위치쪽으로 연장시키는 동시에 어댑터(30)를 연료전지 시스템의 잔존수소 배출 위치에 체결시킴으로써, 어떠한 잔존수소 배출 위치에도 흡입관(14)을 용이하게 연결할 수 있고, 이후 상기한 잔존수소 제거 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
제5실시예 및 제6실시예
첨부한 도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 제5실시예 및 6실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제5실시예는 상기한 제1실시예와 동일하게 구성되고, 상기 구동관(12)의 입구에는 공압라인(32)의 일단부가 연결되고, 공압라인(32)의 타단부에는 구동유체 공급원과의 연결을 위한 퀵 커넥터(34)가 체결된 상태에서, 퀵 커넥터(34)와 구동관(12)의 입구 사이의 공압라인(32)에 구동유체의 흐름 허용 및 차단을 위한 온/오프 밸브(36)가 더 장착된 점에 특징이 있다.
상기 온/오프 밸브(36)는 볼밸브, 니들밸브, 체크밸브, 솔레노이드 밸브 등 유체의 흐름을 허용 또는 차단하는 어떠한 밸브도 채택 가능하다.
따라서, 구동유체 공급원에서 구동관(12)의 입구로 구동유체가 계속 공급되는 상태에서 사용자가 잔존수소 제거 작업을 일시 중지할 경우 온/오프 밸브(36)를 닫아주는 간단한 동작으로 작업을 중지할 수 있고, 작업을 시작하는 경우 온/오프 밸브(36)를 다시 열어주는 간단한 동작으로 작업을 시작할 수 있다.
본 발명의 제6실시예에 따르면, 상기 온/오프 밸브(36)와 구동관(12)의 입구 사이의 공압라인(32)에 구동유체의 흐름 압력을 체크하기 위한 레귤레이터 또는 압력게이지(38)가 더 장착된 점에 특징이 있다.
따라서, 각 지역의 정비소마다 구동유체 공급원의 공압 범위가 다른 곳이 많은 점을 감안하여, 본 발명의 이젝터(10)를 사용할 때 실제 구동유체의 공급압력을 레귤레이터 또는 압력게이지(38)를 통하여 체크 가능하도록 함으로써, 정비소의 구동유체 공급원의 구동유체 공급압력이 너무 낮아 잔존수소 제거를 위한 충분한 흡입(suction)이 되지 않는 것을 사전에 방지할 수 있다.
제7실시예
첨부한 도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 제7실시예에 따른 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
본 발명의 제7실시예는 잔존수소 제거시 구동관(12)의 출구를 통하여 배출되는 가스(구동유체+잔존수소)의 배출 소음이 작업장내의 작업자들에서 귀에 거슬릴 정도로 들려 작업성이 저하되는 것을 방지하고자, 구동관(12)의 출구에 배출 소음을 감소시키는 소음기(40)를 더 장착한 점에 특징이 있다.
즉, 상기 구동관(12)의 배출측에는 도 7b에서 보듯이 흡입관(14)으로부터의 잔존수소를 포함하는 흡입유체와 구동유체의 혼합 배출시 소음을 줄이기 위한 별도의 소음기(40)가 장착된다.
바람직하게는, 상기 구동관(12) 및 흡입관(14)을 비롯하여 소음기(40)의 몸체부가 별도의 소음 차단용 케이스(42)에 의하여 감싸여져, 구동관(12) 및 흡입관(14)을 비롯하여 소음기(40)의 몸체부가 케이스(42)내에 내재되는 상태가 되도록 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 구동관(12) 및 흡입관(14)을 비롯하여 소음기(40)의 몸체부가 흡읍재로 감싸여진 후, 다공을 통하여 외부로 개방된 케이스 내에 삽입 배치되도록 한다.
따라서, 잔존수소 제거시 구동관(12)의 출구를 통하여 배출되는 가스(구동유체+잔존수소)의 배출 소음이 소음기(40)에서 감쇠되고, 동시에 소음 차단용 케이스(42)에 의하여 차단되는 상태가 되므로, 작업장내의 작업자들에 대한 작업성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기한 제1 내지 제7실시예에서, 연료전지 시스템내의 잔존수소 제거를 위한 구동유체 공급 성능과 흡입유체 흡입 성능은 수소 농도를 평균 4% 이하, 최대 8% 이하로 유지하는 조건에서 조절될 수 있고, 이는 노즐 직경을 크게 하여 구동유체 량을 늘리거나, 또는 흡입 유체량을 줄이는 등 구동유체와 흡입유체의 비율을 조절하는 방법으로 달성할 수 있다.
상기 구동유체와 흡입유체 간의 비율은 연료전지 차량의 시동 정지시 잔존수소 농도 및 연료전지 시스템 별로 상이할 수 있고, 해당 비율을 만족하는 경우, 잔존수소를 포함하는 배출 가스를 정비 작업장소 내로 직접 배출할 수 있어 작업의 편의성을 크게 증가시킬 수 있다.
반면, 수소농도가 평균 4% 또는 최대 8%를 초과하는 경우, 정비 작업장소로 직접 배출시키기 않고, 구동관의 출구 또는 출구에 연결된 플렉시블 튜브를 정비 작업장소에 구비된 환기시스템에 연결하여 외기로 배출시키는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 잔존수소 제거 장치를 사용하는 경우, 연료전지 시스템 내의 다른 한편(예를 들어, 스택의 공기극)에 공기(가스)를 유입할 수 있는 통로를 열어서 외부 공기(가스)가 유입되게 하면, 연료전지 시스템내의 수소 농도를 보다 빠르게 낮출 수 있다.
또한, 연료전지 시스템내에 별도의 공기를 유입시키기 어려운 경우에는 구동유체 주입을 잠시 멈추었다가, 구동관 및 흡입관의 내부와 연통되는 외기의 역류를 통해 연료전지 시스템 내로 외부공기가 유입되도록 한 다음, 다시 구동유체 주입을 반복하는 방법을 적용하여 연료전지 시스템내의 수소 농도를 보다 낮출 수 있다.
10 : 이젝터
12 : 구동관
14 : 흡입관
16 : 벤츄리
18 : 디퓨저
20 : 노즐
22 : 탄성부재
24 : 에어건 팁
26 : 구동유체 공급홀
28 : 플렉시블 배관
30 : 어댑터
32 : 공압라인
34 : 퀵 커넥터
36 : 온/오프 밸브
38 : 레귤레이터 또는 압력게이지
40 : 소음기
42 : 케이스

Claims (15)

  1. 구동유체 공급원으로부터 공급되는 구동유체의 속도를 증가시키는 동시에 압력을 감소시키는 구동관과;
    상기 구동관의 입구쪽에 일체로 연결되어, 구동유체의 속도 증가 및 압력 감소시 연료전지 시스템 내의 잔존수소를 포함하는 흡입유체를 구동관쪽으로 흡입 안내하는 흡입관;을 포함하고,
    상기 구동관의 내경부는 직경이 점차 좁아진 후 일정한 직경을 이루는 벤츄리로 형성되고,
    상기 구동관의 입구에는 구동유체 공급원으로부터의 구동유체를 구동관의 내부로 분사시키기 위한 노즐이 분리가능하게 결합되며,
    상기 노즐의 결합시 상기 노즐의 입구에는 에어건 팁이 기밀 유지 가능하게 삽입될 수 있도록 링 타입의 탄성부재가 압입된 것을 특징으로 하는 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동관의 내경부는 직경이 점차 좁아진 후 일정한 직경을 이루는 벤츄리와, 직경이 점차 커지는 디퓨저가 나란히 배치된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡입관의 말단부에는 연료전지 시스템과 연결되는 플렉시블 배관이 일체로 더 연결된 것을 특징으로 하는 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 플렉시블 배관의 말단부에는 연료전지 시스템의 각 가스 흡입 위치에 맞게 체결되는 어댑터가 더 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동관의 입구에는 구동유체 공급원과의 연결을 위한 퀵 커넥터를 갖는 공압라인이 연결되며, 퀵 커넥터와 구동관의 입구 사이의 공압라인에는 구동유체의 흐름 허용 및 차단을 위한 온/오프 밸브가 더 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 온/오프 밸브와 구동관의 입구 사이의 공압라인에는 구동유체의 흐름 압력을 체크하기 위한 레귤레이터 또는 압력게이지가 더 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동관의 배출측에는 흡입관으로부터의 잔존수소를 포함하는 흡입유체의 배출시 소음을 줄이기 위한 소음기가 더 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 구동관 및 흡입관을 비롯하여 소음기의 몸체부가 케이스내에 존재하도록 케이스에 의하여 감싸여진 것을 특징으로 하는 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 구동관 및 흡입관을 비롯하여 소음기의 몸체부가 흡음재로 감싸여진 후, 케이스내에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지 시스템 내의 잔존수소를 포함하는 흡입유체가 구동유체와 함께 흡입관을 통과하여 배출될 때, 수소 농도가 평균 4%, 최대 8% 이하가 되도록 조절하되, 평균 4%, 최대 8%를 초과하는 경우 흡입관의 출구를 작업장의 환기구에 직접 연결되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 정비용 잔존수소 제거 장치.
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