KR102657368B1 - 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치 - Google Patents
수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따른 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치는, 연료전지에서 배출되는 물을 저장하는 물저장 공간; 및 연료전지에서 배출되는 열을 저장하는 축열재 공간;를 포함하며, 상기 물저장 공간은 제1 배관에 의해 상기 연료전지와 연결되고, 제2 배관에 의해 상기 축열재 공간과 연결되며, 제3 배관에 의해 물배출구와 연결되고; 상기 축열재 공간은 제1 히트파이프에 의해 상기 연료전지와 연결되고, 제2 히트파이프에 의해 충전구와 연결되며, 제4 배관에 의해 상기 물배출구와 연결되는; 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치는 연료전지의 폐열 및 폐수를 활용하여 충전노즐 및 물배출구의 결빙을 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치는 연료전지의 폐열 및 폐수를 활용하여 충전노즐 및 물배출구의 결빙을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 수소전기차 기술에 속하는 것으로, 보다 상세하게는 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구의 결빙을 방지하는 기술에 관한 것이다.
수소전기차의 보급이 증가하면서 수소 충전시 발생하는 문제들이 드러나고 있다. 내연기관 자동차들의 연료인 휘발유나 경유처럼, 사람들은 수소전기차를 이용할 때에도 수소의 충전이 빠르게 되기를 원한다. 일례로, ‘넥쏘’의 경우 조건이 잘 맞아떨어지면 수소를 충전하는데 5~7분 정도가 소요되는데, 이런 조건을 충족시키기에는 많은 변수들이 있고, 5~7분 조차도 이용자들에게는 느리다고 느껴질 수 밖에 없다.
뿐만 아니라, 수소를 급속으로 충전할 때 안전을 위해 충전 온도를 -40℃ ~ -33℃까지 낮춰 충전하는데, 이것 때문에 대기 중의 수분이 충전노즐에 달라붙어 얼어버리는 결빙 현상이 발생하고, 충전노즐을 수소자동차의 충전구로부터 빼기 위해 결빙된 수분을 녹이는 데에만 5~10분이 더 소요된다.
현재, 충전노즐의 결빙 문제를 해결하기 위해 충전노즐에 커버를 씌우고 그 안에 질소를 불어넣어 수분이 달라붙는 것을 차단하는 방식이 주로 사용되고 있으나, 질소 충전 장치의 초기 설치비용이 비싸다는 점과 질소 충전기에서 소음이 발생한다는 문제점이 있어, 충전노즐의 결빙 문제를 다른 방법으로 해결할 필요성이 있다.
한편, 수소전기차는 연료전지의 전기 화학반응 부산물로 물이 배출되게 되는데, 겨울철에는 배출되는 물이 얼어 차량 하부에 고드름이 생기게 된다. 이를 해결하기 위해 현재는 물을 저장해 두었다가 버튼을 눌러 한 번에 방출하는 방식을 채택하고 있지만, 예를 들어 ‘넥쏘’의 경우 물 배출량은 48km당 1L이며, 저장된 물의 하중은 결국 연료 낭비로 이어질 수 있다.
또한, 연료전지는 전기화학 반응을 통해 물이 생성되면서 발열반응에 의해 열이 발생하게 되는데, 이러한 물과 열이 대부분 활용되지 못하고 폐수와 폐열로 버려지는 문제점이 있었다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 수소전기차의 연료전지에서 발생하는 물과 열을 활용하여 충전노즐 및 물배출구의 결빙을 방지하는 장치를 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치는, 연료전지에서 배출되는 물을 저장하는 물저장 공간; 및 연료전지에서 배출되는 열을 저장하는 축열재 공간;를 포함하며, 상기 물저장 공간은 제1 배관에 의해 상기 연료전지와 연결되고, 제2 배관에 의해 상기 축열재 공간과 연결되며, 제3 배관에 의해 물배출구와 연결되고; 상기 축열재 공간은 제1 히트파이프에 의해 상기 연료전지와 연결되고, 제2 히트파이프에 의해 충전구와 연결되며, 제4 배관에 의해 상기 물배출구와 연결되는; 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제4 배관은 상기 축열재 공간에서 발생하는 수증기 및 열을 상기 물배출구로 전달한다.
또한, 상기 제2 배관에는 충전구 개폐 버튼과 연동하여 작동되는 수동조절밸브가 설치된다.
또한, 상기 제1 히트파이프에는 상기 제1 히트파이프를 통한 열전달을 선택적으로 차단하는 자동온도조절밸브가 설치된다.
바람직하게, 상기 축열재 공간의 일측에는 축열재의 발열 온도에 따라 사용자에게 축열재 교체 알림을 주기 위한 온도센서가 구비된다.
바람직하게, 상기 축열재 공간에 저장된 축열재는 염화칼슘 펄라이트이다.
본 발명에 따른 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치는 연료전지의 폐열 및 폐수를 활용하여 충전노즐 및 물배출구의 결빙을 방지할 수 있다.
이에 따라, 충전노즐이 탈거되지 않아 녹이는 불필요한 과정을 생략할 수 있으므로 충전시간을 단축할 수 있고, 물배출구에 생기는 고드름에 의한 안전사고 위험을 줄일 수 있다.
아울러, 축열재를 사용함으로써 열을 필요할 때 사용할 수 있고 열 낭비를 막을 수 있으며, 연료전지를 냉각시키는 추가적인 효과도 얻을 수 있어 연료전지 발열로 인한 성능 저하를 방지할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치의 전체적인 구성을 블록화하여 단순하게 도시한 개념도이다.
도 2는 축열재 저장 공간을 도시한 사시도이다.
도 2는 축열재 저장 공간을 도시한 사시도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치의 전체적인 구성을 블록화하여 단순하게 도시한 개념도이고, 도 2는 축열재 저장 공간을 도시한 사시도이다.
도 1에 의해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치가 설치되는 수소전기차는 종래 통상의 수조전기차와 동일하게 차대(1), 바퀴(2), 동력전달축(3), 모터(4), 연료전지(5), 수소탱크(6), 충전구(7), 물배출구(8) 등의 기본 구성을 포함한다.
수소탱크(6)는 충전구(7)와 연료충전관(13)으로 연결되어 충전구(7)로 주입되는 수소를 저장한다.
연료전지(5)는 전기를 생성하기 위해 연료관(12)을 통해 수소탱크(6)로부터 수소를 공급받으며, 생산된 전기를 전선(11)을 통해 모터(4)로 공급한다.
주지된 바와 같이, 연료전지(5)는 수소를 연료로 사용하여 대기 중의 산소와 전기화학 반응을 통해 직접 변환 발전하는 장치로서, 전기와 함께 물과 열이 생성된다.
본 발명에 따른 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치는 연료전지(5)에서 발생하는 물과 열을 활용하여 충전노즐 및 물배출구(8)의 결빙을 방지하는 것을 특징으로 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치가 설치되는 수소전기차는 연료전지(5)에서 배출되는 물을 저장하는 물저장 공간(9)과 연료전지(5)에서 배출되는 열을 저장하는 축열재 공간(10)을 더 포함한다.
물저장 공간(9)은 제1 배관(14)에 의해 연료전지(5)와 연결되고, 제2 배관(16)에 의해 축열재 공간(10)과 연결된다.
제1 배관(14) 및 제2 배관(16)은 물이 이동하는 통로로서, 제1 배관(14)을 통해 연료전지(5)에서 생성된 물이 물저장 공간(9)으로 이동하며, 제2 배관(16)을 통해 물저장 공간(9)에 저장된 물이 축열재 공간(10)으로 이동되도록 한다.
여기서, 제2 배관(16)에는 충전구 개폐 버튼(미도시)과 연동하여 작동되는 수동조절밸브(20)가 설치되며, 이에 따라 사용자가 충전구 개폐 버튼을 눌러 충전구(7)를 오픈한 경우에만 수동조절밸브(20)가 열려 제2 배관(16)을 통해 물저장 공간(9)에 저장된 물이 축열재 공간(10)으로 공급되도록 한다.
또한, 물저장 공간(9)은 제3 배관(23)에 의해 물배출구(8)와 연결되며, 연료전지(5)에서 배출되는 물은 물저장 공간(9)의 수위가 일정 수준 이상인 경우 제3 배관(23)을 통해 물배출구(8)로 배출될 수 있다.
한편, 축열재 공간(10)은 제1 히트파이프(15)에 의해 연료전지(5)와 연결되고, 제2 히트파이프(17)에 의해 충전구(7)와 연결된다.
제1 히트파이프(15) 및 제2 히트파이프(17)는 열이 전달되는 통로로서, 제1 히트파이프(15)를 통해 연료전지(5)에서 생성된 열이 축열재 공간(10)으로 이동하여 축열재 공간(10)에 축열되도록 하고, 제2 히트파이프(17)를 통해 축열재 공간(10)에 저장된 열이 충전구(7)로 전달되어 충전구(7)를 가열하도록 한다.
여기서, 제1 히트파이프(15)에는 자동온도조절밸브(19)가 설치되어, 축열재 공간(10)의 온도가 일정 온도 이하인 경우에만 제1 히트파이프(15)를 통해 연료전지(5)에서 생성된 열이 축열재 공간(10)으로 전달되도록 한다.
또한, 축열재 공간(10)은 제4 배관(18)에 의해 물배출구(8)와 연결되며, 축열재 공간(10)에서 발생하는 수증기 및 열을 제4 배관(18)을 통해 물배출구(8)로 전달하여 물배출구(8)가 얼지 않도록 한다.
도 2를 참조하면, 축열재 공간(10)은 긴 직육면체 형상을 가진 케이스로 형성되는 것이 바람직하며, 내부에는 축열재(21)가 넓고 고르게 저장된다.
또한, 물저장 공간(9)과 연결되는 제2 배관(16)의 단부에는 T자 형상으로 물분사관(24)이 형성되고, 물분사관(24)에는 다수의 물분사구가 형성되어 축열재 공간(10)의 내부에 균일하게 물이 분사될 수 있도록 하고, 이에 따라 축열재(21) 전체가 빠르게 물과 반응하도록 한다.
축열재 공간(10)은 충전구(7) 옆에 배치해 탈착이 가능하도록 하는 것이 바람직하며, 축열재 공간(1)의 재질은 축열재(21)의 변형을 방지할 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
축열재 공간(10)의 일측에는 온도센서(22)가 구비될 수 있으며, 수소 충전 중 축열재(21)의 온도가 일정 온도 이하로 떨어지면 사용자에게 축열재 교체 알림을 줄 수 있도록 할 수 있다. 축열재는 반복적인 축열 및 방열에 따라 성능이 저하될 수 있으며, 이에 따라 사용자가 축열재의 교체 시기를 쉽게 알 수 있도록 하는 것이 바람직하기 때문이다.
본 발명에서 축열재(21)는 염화칼슘 펄라이트인 것이 바람직하며, 축열재 교체 기준은 24℃로 설정될 수 있다. 축열재로 주로 사용되는 순수한 염수화물계는 반응 후 시료가 딱딱하게 굳어버리는 과수화 현상이 나타날 수 있어 바람직하지 않다.
펄라이트는 다공성 물질이며, 다른 다공성 물질들에 비해 열적 화학적으로 매우 안정적이다. 또한, 저렴하고 다른 다공성 물질에 비해 물을 많이 흡수할 수 있다는 특징을 가지고 있다. 염화칼슘이 함침된 펄라이트는 ① 펄라이트에 있는 물을 건조하여 제거하고, ② 염화칼슘을 수용액 상태로 만들고, ③ 수용액을 펄라이트와 혼합한 후 침투된 펄라이트만 분리하여 건조시킴으로써 제조될 수 있다.
염화칼슘 펄라이트는 열을 축열할 수 있는 물질이며, 물과 만나면 발열하고 열에 의해 건조된다. 염화칼슘 펄라이트가 건조할 때 발생하는 수증기는 제4 배관(18)을 통해 물배출구(8)로 나가게 된다.
이하에서는, 상기와 같이 형성된 본 발명에 따른 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치의 작동관계를 설명한다.
먼저, 축열재 공간(10)에 염화칼슘 펄라이트를 충전한다.
수소전기차 운전 중, 연료전지(5)에서 나오는 열은 제1 히트파이프(15)를 통해 축열재 공간(10)으로 이동하며, 축열재(21)를 건조시킬 때 발생하는 수증기 및 열은 제4 배관(18)을 통해 이동해 물배출구(8)가 얼지 않도록 한다.
수소 충전시에는 시동을 끄기 때문에 연료전지(5)가 작동하지 않아 물이 발생하지 않는다. 따라서, 연료전지(5)가 작동할 때 축열재(21)의 발열에 필요한 최소한의 물을 물저장 공간(9)에 미리 저장해 두고 나머지는 물배출구(8)를 통해 배출한다.
수동조절밸브(20)는 충전구 개폐 버튼과 기계적 또는 전기적으로 연동하여 작동되며, 수소 충전이 필요할 때, 사용자가 충전구 개폐 버튼을 눌러 수동조절밸브(20)가 열리면 제2 배관(16)을 통해 물이 축열재 공간(10)으로 들어와 축열재(21)가 발열한다. 염화칼슘 펄라이트와 물의 반응을 통해 발생한 열은 제2 히트파이프(17)를 통해 충전구(7)를 가열하는데 이용한다.
수소 충전이 완료되어 사용자가 충전구(7)를 닫으면 수동조절밸브(20)도 연동되어 닫히며, 축열재(21)의 반응이 다 되어 축열재 공간(10)의 온도가 떨어지면 자동온도조절밸브(19)가 열려 연료전지(5)의 열이 제1 히트파이프(15)를 통해 이동하여 축열재(21)를 건조시킨다.
한편, 축열재 공간(10)에 구비된 온도센서(22)로부터 수소 충전 중 축열재(21)의 온도가 24℃ 이하로 떨어지는 것이 감지되면, 사용자에게 교체 알림을 주어 축열재 공간(10)에 있는 염화칼슘 펄라이트를 교체하도록 한다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치는 연료전지의 폐열 및 폐수를 활용하여 충전노즐 및 물배출구의 결빙을 방지할 수 있도록 한다.
1: 차대 2: 바퀴
3: 동력전달축 4: 모터
5: 연료전지 6: 수소탱크
7: 충전구 8: 물배출구
9: 물저장 공간 10: 축열재 공간
11: 전선 12: 연료관
13: 연료충전관 14: 제1 배관
15: 제1 히트파이프 16: 제2 배관
17: 제2 히트파이프 18: 제4 배관
19: 자동온도조절밸브 20: 수동조절밸브
21: 축열재 22: 온도센서
23: 제3 배관 24: 물분사관
3: 동력전달축 4: 모터
5: 연료전지 6: 수소탱크
7: 충전구 8: 물배출구
9: 물저장 공간 10: 축열재 공간
11: 전선 12: 연료관
13: 연료충전관 14: 제1 배관
15: 제1 히트파이프 16: 제2 배관
17: 제2 히트파이프 18: 제4 배관
19: 자동온도조절밸브 20: 수동조절밸브
21: 축열재 22: 온도센서
23: 제3 배관 24: 물분사관
Claims (6)
- 외부에서 충전노즐이 삽입되어 -40℃ 내지 -33℃의 수소가 주입되는 충전구를 갖는 수소전기차에 있어서,
연료전지에서 배출되는 물을 저장하는 물저장 공간; 및
연료전지에서 배출되는 열을 저장하는 축열재 공간;를 포함하며,
상기 물저장 공간은 제1 배관에 의해 상기 연료전지와 연결되고, 제2 배관에 의해 상기 축열재 공간과 연결되며, 제3 배관에 의해 물배출구와 연결되고;
상기 축열재 공간은 제1 히트파이프에 의해 상기 연료전지와 연결되고, 제2 히트파이프에 의해 상기 충전구와 연결되며, 제4 배관에 의해 상기 물배출구와 연결되는;
것을 특징으로 하는 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제4 배관은 상기 축열재 공간에서 발생하는 수증기 및 열을 상기 물배출구로 전달하는 것을 특징으로 하는 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 배관에는 충전구 개폐 버튼과 연동하여 작동되는 수동조절밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 히트파이프에는 상기 제1 히트파이프를 통한 열전달을 선택적으로 차단하는 자동온도조절밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 축열재 공간의 일측에는 축열재의 발열 온도에 따라 사용자에게 축열재 교체 알림을 주기 위한 온도센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 축열재 공간에 저장된 축열재는 염화칼슘 펄라이트인 것을 특징으로 하는 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치.
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| KR1020220024824A KR102657368B1 (ko) | 2022-02-25 | 2022-02-25 | 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220024824A KR102657368B1 (ko) | 2022-02-25 | 2022-02-25 | 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005093117A (ja) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2021111480A (ja) * | 2020-01-08 | 2021-08-02 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
Family Cites Families (2)
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| US20210305594A1 (en) | 2020-03-30 | 2021-09-30 | Hyundai Motor Company | Fluid charging system and nozzle device |
-
2022
- 2022-02-25 KR KR1020220024824A patent/KR102657368B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005093117A (ja) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2021111480A (ja) * | 2020-01-08 | 2021-08-02 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
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