KR102396632B1 - 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치 - Google Patents

연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치에 관한 것으로, 연료전지차량으로부터 배출된 미반응수소가스(혼합가스, mixed or off-gas)를 질량분석모듈측으로 정량 투입시켜 분석된 누설률을 제어부의 연산부를 통하여 연산하는 것에 의해 농도로 알림가능하도록 구성함으로써, 미반응수소가스의 가스농도를 용이하게 그리고 신속하게 파악하여 미반응수소가스로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 구성된다.

Description

연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치{Gas concentration measuring device of unreacted hydrogen gas for fuel cell vehicle}
본 발명은 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지차량으로부터 배출된 미반응수소가스(혼합가스, mixed or off-gas)를 질량분석모듈측으로 정량 투입시켜 분석된 누설률을 제어부의 연산부를 통하여 연산하는 것에 의해 농도로 알림가능하도록 구성함으로써, 미반응수소가스의 가스농도를 용이하게 그리고 신속하게 파악하여 미반응수소가스로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템이다.
상기 연료전지시스템은, 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지스택(이하, "스택"이라함), 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템, 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급시스템, 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템으로 구성된다.
이와 같은 구성으로 연료전지시스템에서는 연료인 수소와 공기중의 산소에 의한 전기화학반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.
상기 스택은 연료전지 차량의 주동력공급원으로서, 공기 중의 산소와 연료인 수소를 공급받아서 전기를 생산하는 장치이다.
스택의 구동 시 수소는 수소공급원으로부터 공급되고, 수소공급 솔레노이드밸브 및 배관을 거쳐서 스택의 애노드유로로 공급된다.
이때, 연료인 수소의 이용률을 높이기 위해 미반응된 수소를 수소 재순환 시스템을 통해 재순환시키며, 이 과정은 퍼지밸브를 닫은 상태에서 수소재순환블로워을 가동시키게 되면, 연료전지내에서 미반응된 수소는 배관을 따라 이동하고 수소재순환블로워 및 수소재순환 차단 밸브를 거쳐 연료전지 애노드유로로 들어가게 된다.
상기 수소 재순환 시스템 내의 혼합가스는 미반응된 수소, 공기극에서 확산된 질소, 증기 상태의 수분, 그리고 기타 시스템 내의 침식에 의해 발생한 불순물 등이 포함되어 있다.
그러나, 상기 혼합가스의 배기조절이 없거나 적은 경우에 혼합가스 내의 질소비률은 시간에 따라 서서히 증가하게 되며, 이를 방치할 경우에 스택 내의 연료 분압이 낮아져서 발전 효율 및 성능이 저하된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 정해진 시간에 수소퍼지밸브를 열어 전해질막을 통해 수소극으로 넘어온 질소와 수분을 배출시킨다.
또한, 운전조건에 따라 수소극에서 재순환되는 혼합가스 중 일정량을 배기하는 방법으로 수소농도를 일정 수준이상 유지한다.
한편, 상기 연료전지시스템에서 배출되는 미반응 수소가스(혼합가스)가 대기로 배출되어 공기중에서 수소의 체적비가 4 ~ 75% 인 경우에 폭발할 가능성이 있다.
상기 폭발사고를 예방하기 위해 배출되는 미반응수소가스를 환기팬(ventilation fan)을 사용하여 LFL(Low Flammable Limit;4%) 이하로 유지하도록 외기와 강제로 혼합하여 배출하고 있다.
즉, 연료전지시스템에서 배출되는 미반응수소가스(혼합가스)는 수소배기박스 내로 배출되며, 배출된 가스는 환기팬에 의해 공기와 혼합되면서 수소농도가 낮아져 외부로 배출된다.
이때, 환기팬의 회전속도는 수소배기량에 비례하여 제어된다.
그런데, 상기 수소가스 배기장치의 경우에는 수소가스를 배출시키기 위해 수소배기박스, 환기팬 및 에어필터 등 별도의 복잡한 구성이 필요하므로, 설치가 용이하지 못하고, 제조원가를 상승시키는 요인이 된다.
이러한 점을 감안하여 특허출원번호 10-2007-0108073호에 연료전지차량의 수소배출처리장치가 개시된 바 있다.
살펴보면 종래의 일반적인 연료전지차량의 수소배출처리장치는, 내부에 연료전지시스템에서 배출되는 혼합가스가 흐름가능한 구조로 이루어진 수소배기포트가 라디에이터의 전방이나 후방, 또는 라디에이터 팬의 후방에 설치되고, 상기 수소배기포트에는 내부의 혼합가스가 외부로 배출되도록 다수의 배기홀이 형성되며, 배기홀을 통해 수소배기포트의 혼합가스가 외기와 혼합되어 배출되는 것을 특징으로 하고 있다.
이상과 같이 연료전지차량의 수소배출처리장치에 따르면, 연료전지시스템에서 배출되는 혼합가스의 위치를 라디에이터 전후 또는 라디에이터 쿨링팬의 후방에 배치함으로써, 배출되는 혼합가스 중의 수소가 라디에이터 팬에 의해 공기와 쉽게 혼합되도록 하여 수소의 농도를 낮추어 혼합가스를 안전하게 배출할 수 있다.
그러나, 연료전지차량으로부터 배출된 미반응수소가스에 대한 농도를 측정할 수 있는 측정장치에 대해서는 개발되지 않아 개발이 시급한 실정이다.
특허출원번호 10-2007-0108073호, 출원일; 2007년10월26일
이에, 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 연료전지차량으로부터 배출된 미반응수소가스(혼합가스, mixed or off-gas)를 질량분석모듈측으로 정량 투입시켜 분석된 누설률을 제어부의 연산부를 통하여 연산하는 것에 의해 농도로 알림가능하도록 구성함으로써, 미반응수소가스의 가스농도를 용이하게 그리고 신속하게 파악하여 미반응수소가스로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도측정장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 기술이 진행되면서 명확해질 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치로서, 내부는 격판(111)에 의해 이분할되고, 일면 하부에는 미반응수소가스를 유입시킬 수 있는 유입부(112)가 형성되어 구비되는 하우징(110)과, 상기 하우징(112)에 설치되어 미반응수소가스를 상기 유입부(112)를 통하여 유입시켜 공급가능하도록 구비되는 공급수단(120)과, 상기 하우징(110)의 내측면 하부에 고정 설치되는 것에 의해 상기 공급수단(120)과 호스를 매개로 연결되어 제어부(C)의 제어에 의해 개폐가능하게 구비되는 매니폴드밸브부(130)와, 상기 하우징(110) 내부에 위치되어 제어부(C)의 제어에 대응되게 개폐되는 것에 의해 정량의 미반응수소가스를 유동시켜 배출시키는 것에 의해 미반응수소가스에 포함된 수소가스의 누설률을 측정가능하도록 구비되는 누설률측정수단(140)과, 상기 하우징(110)의 일면에 상기 제어부에 의해 개폐되는 상기 매니폴드밸브부(130)에 각 일단이 연결되어 미반응수소가스의 농도를 측정하기 전에 99.999%의 교정용 질소가스와 1볼륨%(1Vol%)의 교정용 수소가스를 순차적으로 주입함에 따른 공급수단(120)의 구동으로 상기 매니폴드밸브부(130)와, 누설률측정수단(140)을 통과하여 각각 얻어진 누설률에 대한 값을 제어부에 저장될 수 있도록 구비되는 교정용 질소 및 수소가스주입부(150,150')와, 상기 교정용 질소 및 수소가스주입부(150,150')로 순차적으로 주입되어 각각 얻어진 누설률에 대한 값과 상기 누설률측정수단(140)으로부터 송부된 미반응수소가스의 누설률에 대한 값을 연산하여 농도로 디스플레이부에 표시되도록 제어부(C)에 구비되는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기한 공급수단(120)은, 상기 하우징(110)의 격판(111) 일측면에 고정 설치되는 것에 의해 상기 유입부(112)와 호스를 매개로 연결되어 미반응수소가스를 흡입하여 공급가능하도록 구비되는 공급펌프(121)와, 상기 공급펌프(121)의 구동에 의해 흡입되는 미반응수소가스를 열교환시키는 것에 의해 미반응수소가스를 냉각시키면서 수분을 분리시킬 수 있도록 상기 하우징(110)의 격판(111) 일측면에 상기 유입부(112)와 호스를 매개로 연결되어 고정가능하게 구비되는 열교환부(122)와, 상기 하우징(110)의 일면 상부에 고정 설치되는 것에 의해 상기 열교환부(122)와 호스를 매개로 연결되어 미반응수소가스에 포함된 미세 이물질을 제거하여 미세 이물질들로부터 상기 누설률측정수단(140)을 보호가능하도록 구비되는 필터부(123)로 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 누설률측정수단(140)은, 정량의 미반응수소가스를 유동시켜 배출시키는 것에 의해 미반응수소가스에 포함된 수소가스의 누설률을 측정가능하도록 상기 하우징(110) 내부에 위치되어 제어부(C)의 제어에 대응되게 개폐되어 정량의 미반응수소가스를 유동시키고 나머지 미반응수소가스는 배출가능하도록 일면은 상기 매니폴드밸브부(130)와 호스를 매개로 연결되는 유입구가 형성되고, 타면에는 공급구가 형성되며, 다른 면에는 배출구가 형성되어 구비되는 비례제어밸브(141)와, 상기 하우징(110)의 바닥면에 고정되는 것에 의해 상기 비례제어밸브(141)의 공급구와 제1연결구가 연결된 연결관(142a)의 제2연결구와 연결되어 정량의 미반응수소가스를 내부로 유입시켜 미반응수소가스에 포함된 수소가스의 누설률을 측정하고, 측정된 누설률을 상기 제어부로 송부가능하도록 구비되는 질량분석모듈(142)과, 상기 질량분석모듈(142) 일측에 위치하는 것에 의해 상기 하우징(110) 바닥면에 고정되어 측정장치의 구동과 동시에 구동하여 상기 질량분석모듈(142)의 내부를 진공상태로 만들기 위해 구비되는 진공펌프(143)와, 상기 연결관(142a)의 제3연결구와 연결되어 상기 비례제어밸브(141)를 통하여 상기 질량분석모듈(142)측으로 유입되는 미반응수소가스의 압력을 측정한 후 이를 제어부로 인가하는 것에 의해 상기 제어부는 예입력된 압력값을 대비하여 상기 비례제어밸브(141)를 제어가능하도록 구비되는 압력게이지(144)로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치에 따르면, 연료전지차량으로부터 배출된 미반응수소가스를 질량분석모듈측으로 정량 투입시켜 분석된 누설률을 제어부에 연산부를 통하여 예입력된 교정용 질소가스의 누설률 값과 교정용 수소가스의 누설률 값과 함께 연산하는 것에 의해 농도로 알림가능하도록 구성함으로써, 미반응수소가스의 가스농도를 용이하게 그리고 신속하게 파악하여 미반응수소가스로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지차량용 미반응수소가스의 사진도면 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지차량용 미반응수소가스의 사진도면 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지차량용 미반응수소가스의 사진도면 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지차량용 미반응수소가스의 사진도면 배면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지차량용 미반응수소가스의 사진도면 좌측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지차량용 미반응수소가스의 사진도면 우측면도이다.
도 7은 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치의 가스흐름도를 도시한 도면이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치의 일실시 예를 들어 상세하게 설명한다.
우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도시된 바와 같이 본 발명은 전원인가에 따른 제어부(C)의 제어에 대응되게 구동하는 것에 의해 미반응수소가스를 유동시켜 누설률을 측정하고 이를 연산하여 농도로 알림가능하도록 한 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치(100)로서, 내부는 격판(111)에 의해 이분할되고, 일면 하부에는 미반응수소가스를 유입시킬 수 있는 유입부(112)가 형성되어 구비되는 하우징(110)과, 상기 하우징(112)에 설치되어 미반응수소가스를 상기 유입부(112)를 통하여 유입시켜 공급가능하도록 구비되는 공급수단(120)과, 상기 하우징(110)의 내측면 하부에 고정 설치되는 것에 의해 상기 공급수단(120)과 호스를 매개로 연결되어 제어부(C)의 제어에 의해 개폐되는 미반응수소가스용 밸브와 질소가스용 밸브 그리고 한 쌍의 수소가스용 밸브를 갖추어 구비되는 매니폴드밸브부(130)와, 상기 하우징(110) 내부에 위치되어 제어부(C)의 제어에 대응되게 개폐되는 것에 의해 정량의 미반응수소가스를 유동시켜 배출시키는 것에 의해 미반응수소가스에 포함된 수소가스의 누설률을 측정가능하도록 구비되는 누설률측정수단(140)과, 상기 하우징(110)의 일면에 상기 제어부에 의해 개폐되는 상기 매니폴드밸브부(130)에 각 일단이 연결되어 미반응수소가스의 농도를 측정하기 전에 99.999%의 교정용 질소가스와 1볼륨%(1Vol%)의 교정용 수소가스를 순차적으로 주입함에 따른 공급수단(120)의 구동으로 상기 매니폴드밸브부(130)와, 누설률측정수단(140)을 통과하여 각각 얻어진 누설률에 대한 값을 제어부에 저장될 수 있도록 구비되는 교정용 질소 및 수소가스주입부(150,150')와, 상기 교정용 질소 및 수소가스주입부(150,150')로 순차적으로 주입되어 각각 얻어진 누설률에 대한 값과 상기 누설률측정수단(140)으로부터 송부된 미반응수소가스의 누설률에 대한 값을 연산하여 농도로 디스플레이부에 표시되도록 제어부(C)에 구비되는 연산부를 포함하여 구성된다.
이하에서, 상기한 본 발명에 따른 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치를 첨부된 도면 도 1 내지 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기한 본 발명에 따른 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치의 하우징(110)은, 내부에 바닥판을 갖는 사각 형상의 함체로 형성되고, 일면 하부에는 미반응수소가스를 유입시킬 수 있는 유입부(112)가 형성되어 구비된다.
또한, 상기한 하우징(110)의 저면 모서리부에는 이동의 편리성을 위해 바퀴가 부설되고, 내부에는 격판(111)에 의해 이분할되어 구비된다.
상기한 공급수단(120)은 상기 하우징(110)에 설치되어 미반응수소가스를 상기 유입부(112)를 통하여 유입시켜 공급가능하도록 구비된다.
즉, 상기한 공급수단(120)은 상기 하우징(110)의 격판(111) 일측면에 고정 설치되는 것에 의해 상기 유입부(112)와 호스를 매개로 연결되어 미반응수소가스를 흡입하여 공급가능하도록 구비되는 공급펌프(121)와, 상기 공급펌프(121)의 구동에 의해 흡입되는 미반응수소가스를 열교환시키는 것에 의해 미반응수소가스를 1℃~5℃의 온도로 냉각시키면서 수분을 분리시킬 수 있도록 상기 하우징(110)의 격판(111) 일측면에 상기 유입부(112)와 호스를 매개로 연결되어 고정가능하게 구비되는 열교환부(122)와, 상기 하우징(110)의 일면 상부에 고정 설치되는 것에 의해 상기 열교환부(122)와 호스를 매개로 연결되어 미반응수소가스에 포함된 미세 이물질을 제거하여 미세 이물질들로부터 상기 누설률측정수단(140)을 보호가능하도록 구비되는 필터부(123)로 구성된다.
상기한 매니폴드밸브부(130)는, 상기 하우징(110)의 내측면 하부에 고정 설치되는 것에 의해 상기 공급수단(120)의 필터부(123)와 호스를 매개로 하나가 연결되고, 다른 하나는 상기 교정용 질소 가스주입부(150)와 그리고 다른 2개는 상기 교정용 수소가스주입부(150')와 연결되어, 제어부의 제어에 의해 개방 또는 폐쇄되어 미세 이물질이 제거된 미반응수소가스와 교정용 질소 및 수소가스를 공급시킬 수 있도록 구비된다.
상기한 누설률측정수단(140)은, 하우징(110) 내부에 위치되어 제어부(C)의 제어에 대응되게 개폐되는 것에 의해 정량의 미반응수소가스를 유동시켜 배출시키는 것에 의해 미반응수소가스에 포함된 수소가스의 누설률을 측정가능하도록 구비된다.
즉, 상기한 누설률측정수단(140)은 정량의 미반응수소가스를 유동시켜 배출시키는 것에 의해 미반응수소가스에 포함된 수소가스의 누설률을 측정가능하도록 상기 하우징(110) 내부에 위치되어 제어부(C)의 제어에 대응되게 개폐되어 정량의 미반응수소가스를 유동시키고 나머지 미반응수소가스는 배출가능하도록 일면은 상기 매니폴드밸브부(130)와 호스를 매개로 연결되는 유입구(도면부호 생략)가 형성되고, 타면에는 공급구(도면부호 생략)가 형성되며, 다른 면에는 배출구(도면부호 생략)가 형성되어 구비되는 비례제어밸브(141)와, 상기 하우징(110)의 바닥면에 고정되는 것에 의해 상기 비례제어밸브(141)의 공급구와 제1연결구가 연결된 연결관(142a)의 제2연결구와 연결되어 정량의 미반응수소가스를 내부로 유입시켜 미반응수소가스에 포함된 수소가스의 누설률을 측정하고, 측정된 누설률을 상기 제어부로 송부가능하도록 구비되는 질량분석모듈(142)과, 상기 질량분석모듈(142) 일측에 위치하는 것에 의해 상기 하우징(110) 바닥면에 고정되어 측정장치의 구동과 동시에 구동하여 상기 질량분석모듈(142)의 내부를 진공상태로 만들기 위해 구비되는 진공펌프(143)와, 상기 연결관(142a)의 제3연결구와 연결되어 상기 비례제어밸브(141)를 통하여 상기 질량분석모듈(142)측으로 유입되는 미반응수소가스의 압력을 측정한 후 이를 제어부로 인가하는 것에 의해 상기 제어부는 예입력된 압력값을 대비하여 상기 비례제어밸브(141)를 제어가능하도록 구비되는 압력게이지(144)로 구성된다.
여기서, 상기한 비례제어밸브(141)는, 제어부(C)의 제어에 대응되게 개폐되는 것에 의해 상기 매니폴드밸브부(130)를 통하여 공급되는 미반응수소가스를 1분동안 5cc미만으로 상기 질량분석모듈(142)측으로 공급될 수 있도록 구비된다.
한편, 상기한 미반응수소가스가 질량분석모듈(142)측으로 1분동안 5cc 이상 공급되면, 상기 진공펌프(143)에 의해 진공상태를 유지하고 있는 질량분석모듈(142)의 압력유지가 어려워 정확한 누설률을 측정하기 어려워지므로 상기한 비례제어밸브(141)는, 제어부(C)의 제어에 대응되게 개폐되는 것에 의해 미반응수소가스를 1분동안 5cc미만으로 상기 질량분석모듈(142)측으로 공급될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 질량분석모듈(142)은 미반응수소가스에 포함된 수소가스의 누설률을 측정하고, 측정된 누설률에 대한 값을 상기 제어부(C)로 송부가능하도록 구비되는 것으로, 상기한 질량분석모듈(142)은 공지의 것으로, 이하에서 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기한 교정용 질소 및 수소가스주입부(150,150')는, 상기 하우징(110)의 일면에 상기 제어부에 의해 개폐되는 상기 매니폴드밸브부(130)에 각 일단이 연결되어 미반응수소가스의 농도를 측정하기 전에 99.999%의 교정용 질소가스와 1볼륨%(1Vol%)의 교정용 수소가스를 순차적으로 주입함에 따른 공급수단(120)의 구동으로 상기 매니폴드밸브부(130)와, 누설률측정수단(140)을 통과하여 각각 얻어진 누설률에 대한 값을 제어부에 저장될 수 있도록 구비된다.
이상과 같이 이루어진 본 발명에 따른 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치를 이용하여 연료전지차량으로부터 배출된 미반응수소가스의 농도를 측정하고자 할 경우, 먼저 전원을 인가하는 것에 의해 제어부의 제어에 대응되게 공급수단(120)의 공급펌프(121)와 진공펌프(143)가 구동하게 된다.
이때, 제어부의 제어에 의해 매니폴드밸브부(130)의 질소가스용 밸브만 개방되고 나머지 밸브를 폐쇄된 상태이다.
다시 돌아와서, 상기 진공펌프(143)의 구동으로 인해 누설률측정수단(140)의 질량분석모듈(142)은 진공상태를 유지하게 된다.
상기와 같이 상태 즉, 상기 질량분석모듈(142)은 진공상태를 유지하고 있는 상태에서, 교정용 질소주입부(150)측으로 99.999%의 교정용 질소가스 주입하면, 제어부(C)에 의해 제어되는 비례제어밸브(141)를 통하여 5cc/min(분)의 양만 연결관(142a)을 통하여 진공상태의 질량분석모듈(142) 내측으로 유입된다.
상기 질량분석모듈(142)측으로 교정용 질소가스가 유입되면, 상기 질량분석모듈(142)은 교정용 질소가스의 누설률 값 즉, 1.7×10- 7mbar·l/s를 제어부측으로 송부한다.
상기와 같이 교정용 질소가스의 누설률 값이 얻어지면, 교정용 수소가스주입부(150')측으로 1볼륨%(1Vol%)의 교정용 수소가스를 주입한다.
상기 교정용 수소가스주입부(150')측으로 주입된 교정용 수소가스는, 상기한 교정용 질소가스의 누설률 값을 얻는 것과 동일하게 매니폴드밸브부(130)를 통하여 제어부(C)에 의해 제어되는 비례제어밸브(141)측으로 유입되고, 상기 비례제어밸브(140)측으로 유입된 교정용 수소가스는 5cc/분의 양만 연결관(142a)을 통하여 진공상태의 질량분석모듈(142) 내측으로 유입되어 누설률에 대한 값 즉, 2.1×10-5mbar·l/s를 제어부측으로 송부한다.
즉, 미반응수소가스의 농도를 측정하기 전에 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치에 대한 교정값을 설정하여야 미반응수소가스에 대한 농도를 측정할 수 있게 된다.
상기와 같이 교정용 질소가스와 교정용 수소가스에 대한 누설률 값이 얻어지게 되면, 유입부(112)를 통하여 미반응수소가스를 주입시킨다.
이때, 제어부의 제어에 의해 매니폴드밸브부(130)의 미반응수소가스용 밸브만 개방되고 나머지 밸브를 폐쇄된 상태이다.
다시 돌아와서, 상기 유입부(112)로 미반응수소가스를 주입되면, 열교환부(122)를 통하여 2℃의 온도 냉각되면서, 필터부(123)를 지나 필터링 된 후, 매니폴드밸브부(130)를 통하여 제어부(C)에 의해 제어되는 비례제어밸브(141)측으로 유입된다.
상기 비례제어밸브(141)측으로 유입된 미반응수소가스는 5cc/분의 양만 연결관(142a)을 통하여 진공상태의 질량분석모듈(142) 내측으로 유입되어 누설률에 대한 값을 제어부측으로 송부한다.
상기 제어부측으로 미반응수소가스의 누설률에 대한 값이 전송되면 상기 제어부의 연산부는 예입력된 교정용 질소가스의 누설률 값과 교정용 수소가스의 누설률 값을 통하여 아래에 기재된 [수식 1]을 이용하여 미반응수소가스의 농도로 연산한다.
[수식 1]
Figure 112021146657769-pat00001
여기서, Leakrate　: 질량분석모듈을 통해 분석된 누설률 값이고, 1% Span : 1Vol% 수소가스로 교정했을 시 누설률 값이며, Zero : 99.999% 질소가스로 교정했을 시 누설률 값이다.
이상과 같이 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치를 통하여, 미반응수소가스의 수소가스농도를 용이하게 그리고 신속하게 파악하여 미반응수소가스로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
C ; 제어부
100 ; 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치
110 ; 하우징
120 ; 공급수단
130 ; 매니폴드밸브부
140 ; 누설률측정수단
150 ; 교정용 질소가스주입부
150' ; 교정용 수소가스주입부

Claims (5)

  1. 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치로서,
    내부는 격판(111)에 의해 이분할되고, 일면 하부에는 미반응수소가스를 유입시킬 수 있는 유입부(112)가 형성되어 구비되는 하우징(110)과;
    상기 하우징(112)에 설치되어 미반응수소가스를 상기 유입부(112)를 통하여 유입시켜 공급가능하도록 구비되는 공급수단(120)과;
    상기 하우징(110)의 내측면 하부에 고정 설치되는 것에 의해 상기 공급수단(120)과 호스를 매개로 연결되어 제어부(C)의 제어에 의해 개폐가능하게 구비되는 매니폴드밸브부(130)와;
    상기 하우징(110) 내부에 위치되어 제어부(C)의 제어에 대응되게 개폐되는 것에 의해 정량의 미반응수소가스를 유동시켜 배출시키는 것에 의해 미반응수소가스에 포함된 수소가스의 누설률을 측정가능하도록 구비되는 누설률측정수단(140)과;
    상기 하우징(110)의 일면에 상기 제어부에 의해 개폐되는 상기 매니폴드밸브부(130)에 각 일단이 연결되어 미반응수소가스의 농도를 측정하기 전에 99.999%의 교정용 질소가스와 1볼륨%(1Vol%)의 교정용 수소가스를 순차적으로 주입함에 따른 공급수단(120)의 구동으로 상기 매니폴드밸브부(130)와, 누설률측정수단(140)을 통과하여 각각 얻어진 누설률에 대한 값을 제어부에 저장될 수 있도록 구비되는 교정용 질소 및 수소가스주입부(150,150')와;
    상기 교정용 질소 및 수소가스주입부(150,150')로 순차적으로 주입되어 각각 얻어진 누설률에 대한 값과 상기 누설률측정수단(140)으로부터 송부된 미반응수소가스의 누설률에 대한 값을 연산하여 농도로 표시되도록 제어부(C)에 구비되는 연산부를
    포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 미반응수소가스의 가스농도 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급수단(120)은, 상기 하우징(110)의 격판(111) 일측면에 고정 설치되는 것에 의해 상기 유입부(112)와 호스를 매개로 연결되어 미반응수소가스를 흡입하여 공급가능하도록 구비되는 공급펌프(121)와, 상기 공급펌프(121)의 구동에 의해 흡입되는 미반응수소가스를 열교환시키는 것에 의해 미반응수소가스를 냉각시키면서 수분을 분리시킬 수 있도록 상기 하우징(110)의 격판(111) 일측면에 상기 유입부(112)와 호스를 매개로 연결되어 고정가능하게 구비되는 열교환부(122)와, 상기 하우징(110)의 일면 상부에 고정 설치되는 것에 의해 상기 열교환부(122)와 호스를 매개로 연결되어 미반응수소가스에 포함된 미세 이물질을 제거하여 미세 이물질들로부터 상기 누설률측정수단(140)을 보호가능하도록 구비되는 필터부(123)로 구성된 것을 특징으로 하는 미반응수소가스의 가스농도 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 매니폴드밸브부(130)는, 상기 하우징(110)의 내측면 하부에 고정 설치되는 것에 의해 상기 공급수단(120)과 호스를 매개로 하나가 연결되고, 다른 하나는 상기 교정용 질소 가스주입부(150)와 그리고 다른 2개는 상기 교정용 수소가스주입부(150')와 연결되어, 제어부의 제어에 의해 개방 또는 폐쇄되어 미세 이물질이 제거된 미반응수소가스와 교정용 질소 및 수소가스를 공급시킬 수 있도록 구비된 것을 특징으로 하는 미반응수소가스의 가스농도 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 누설률측정수단(140)은, 정량의 미반응수소가스를 유동시켜 배출시키는 것에 의해 미반응수소가스에 포함된 수소가스의 누설률을 측정가능하도록 상기 하우징(110) 내부에 위치되어 제어부(C)의 제어에 대응되게 개폐되어 정량의 미반응수소가스를 유동시키고 나머지 미반응수소가스는 배출가능하도록 일면은 상기 매니폴드밸브부(130)와 호스를 매개로 연결되는 유입구가 형성되고, 타면에는 공급구가 형성되며, 다른 면에는 배출구가 형성되어 구비되는 비례제어밸브(141)와, 상기 하우징(110)의 바닥면에 고정되는 것에 의해 상기 비례제어밸브(141)의 공급구와 제1연결구가 연결된 연결관(142a)의 제2연결구와 연결되어 정량의 미반응수소가스를 내부로 유입시켜 미반응수소가스에 포함된 수소가스의 누설률을 측정하고, 측정된 누설률을 상기 제어부로 송부가능하도록 구비되는 질량분석모듈(142)과, 상기 질량분석모듈(142) 일측에 위치하는 것에 의해 상기 하우징(110) 바닥면에 고정되어 측정장치의 구동과 동시에 구동하여 상기 질량분석모듈(142)의 내부를 진공상태로 만들기 위해 구비되는 진공펌프(143)와, 상기 연결관(142a)의 제3연결구와 연결되어 상기 비례제어밸브(141)를 통하여 상기 질량분석모듈(142)측으로 유입되는 미반응수소가스의 압력을 측정한 후 이를 제어부로 인가하는 것에 의해 상기 제어부는 예입력된 압력값을 대비하여 상기 비례제어밸브(141)를 제어가능하도록 구비되는 압력게이지(144)로 구성된 것을 특징으로 하는 미반응수소가스의 가스농도 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비례제어밸브(141)는, 제어부(C)의 제어에 대응되게 개폐되는 것에 의해 상기 매니폴드밸브부(130)를 통하여 공급되는 미반응수소가스를 1분동안 5cc미만으로 상기 질량분석모듈(142)측으로 공급될 수 있도록 구비된 것을 특징으로 하는 미반응수소가스의 가스농도 측정장치.
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