KR20060072707A - 연료전지 차량용 수소누출 감시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소탱크에서 배출되는 수소량과 연료전지에서 발생되는 전류값을 비교하여 수소의 누출량을 정확하게 검출할 수 있는 연료전지 차량용 수소누출 감시장치에 관한 것으로서, 그 특징적인 구성은 수소를 이용하여 전류를 발생시키는 연료전지 스택(14)에 수소를 공급하도록 수소가 저장된 수소 탱크(10)와 연료전지 스택(14)의 사이에 연결된 수소 공급 배관(11)을 이동하는 수소의 누출을 감지하는 감지장치에 있어서, 상기 수소 탱크(10)에서 배출되는 수소의 양을 검출하는 수소유량계(16)와, 상기 연료전지 스택(14)에서 발생되는 전류값을 검출하는 전류측정계(17)와, 상기 수소유량계(16)의 검출값과 전류측정계(17)의 검출값을 입력받아 수소의 공급량과 소비량을 비교하고 그 비교값에 따라서 차량의 운행 가능 여부를 제어하는 제어부(15)를 포함하여서 된 것이다.
수소, 연료전지, 수소유량계, 전류측정계
Description
도 1은 일반적인 연료전지 차량의 수소누출 감시장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 수소누출 감시장치를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 수소누출 감시장치의 작동과정을 설명하기 위한 흐름도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10 : 수소 탱크 11 : 수소 공급 배관
14 : 연료전지 스택 15 : 제어부
16 : 수소유량계 17 : 전류측정계
본 발명은 연료전지 차량용 수소누출 감시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소탱크에서 배출되는 수소량과 연료전지에서 발생되는 전류값을 비교하여 수소의 누출량을 정확하게 검출할 수 있는 연료전지 차량용 수소누출 감시장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 차량은 연료로서 수소를 사용하는 것으로서, 이러한 연료전지 차량에서 수소의 안전성 확보는 연료전지 자동차의 상용화를 위해서 가장 먼저 해결해야하는 기술 중의 하나이다.
수소는 공기와의 부피 혼합 비율이 4%~75% 범위일 때 폭발성을 가지게 되는 것으로서, 연료전지 차량의 수소 누출 감지는 신속하고 정확하게 이루어 져야 한다.
현재 연료전지 차량에서 수소 누출 감지를 위해 가장 널리 사용되는 장치는 도 1에 나타낸 바와 같다.
여기에서 참조되는 바와 같이 수소를 저장하는 수소 탱크(1)가 마련되어 있고, 그 수소 탱크(1)에는 수소를 공급하기 위한 수소 공급 배관(3)의 일단이 연결되어 있으며, 상기 수소 공급 배관(3)의 타단은 수소를 이용하여 전류를 발생시키는 연료전지 스택(5)에 연결되어 있다.
한편, 상기 수소 공급 배관(3) 상에는 수소의 누출을 감지하기 위한 복수개의 수소 센서(4)가 설치되어 있다.
따라서, 수소가 누출시 수소 공급 배관(3)에 설치되어 있는 수소 센서(4)가 일정량 이상(통상 1% H2) 수소를 감지시 안전을 위해 제어기(6)에서는 제어신호가 발생되고 그 제어신호에 의해서 수소탱크(1)에 설치된 밸브(2)가 닫혀지게 되므로 수소 공급을 차단하여 차량을 셧다운(shutdown)시키도록 되어 있다.
그러나 이러한 장치는 수소 센서(4)의 정확도, 신뢰도, 내구성, 장착 위치, 차량 움직임 상태 등에 따라 수소 누출 감지의 신속성 및 정확성에 많은 차이가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
즉, 수소 누출 감지는 어떠한 경우라도 정확하게 이루어져야 하는 것이지만, 수소 센서(4)의 이상 또는 수소 센서 장착 위치에 따라 수소 누출 감지를 하지 못하는 경우가 발생하게 되는 것이다.
또한, 수소 센서(4)에 의한 수소 누출 감지는 연료전지 차량이 실내에 정차시에는 비교적 신뢰성이 있는 반면, 차량의 주행시는 주행풍에 의한 수소의 비산으로 인해 신뢰성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 수소탱크에서 배출되는 수소의 양과 그 수소를 이용하여 전류를 발생시키는 연료전지 스택의 실제 수소 소모량을 비교하여 수소의 누출을 신속하고 정확하게 감지할 수 있는 연료전지 차량용 수소누출 감시장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 연료전지 차량용 수소누출 감시장치는 수소를 이용하여 전류를 발생시키는 연료전지 스택에 수소를 공급하도록 수소가 저장된 수소 탱크와 연료전지 스택의 사이에 연결된 연료 공급 배관을 이동하는 수소의 누출을 감지하는 감지장치에 있어서, 상기 수소 탱크에서 배출되는 수소의 양을 검출하는 수소유량계와, 상기 연료전지 스택에서 발생되는 전류값을 검출하는 전류측정계와, 상기 수소유량계의 검출값과 전류측정계의 검출값을 입력받아 수소의 공급량과 소비량을 비교하고 그 비교값에 따라서 차량의 운행 가능 여부를 제어하는 제어부를 포함하여서 된 것이다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 수소누출 감시장치를 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 수소누출 감시장치의 작동과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
여기에서 참조되는 바와 같이 본 발명은 수소를 저장하는 수소 탱크(10)가 마련되어 있고, 그 수소 탱크(10)에는 수소를 공급하기 위한 수소 공급 배관(11)의 일단이 연결되어 있으며, 상기 수소 공급 배관(11)에는 공급되는 수소의 양을 검출하기 위한 수소유량계(16)가 설치되어 있다.
한편, 상기 수소 공급 배관(11) 상에는 수소의 누출을 감지하기 위한 복수개의 수소 센서(13)가 설치되어 있다.
그리고, 상기 수소 공급 배관(11)의 타단은 수소를 이용하여 전류를 발생시키는 연료전지 스택(14)에 연결되어 있고, 그 연료전지 스택(14)의 출력단에는 연료전지 스택(14)에서 발생되는 전류값을 측정하기 위한 전류측정계(17)가 설치되어 있으며, 상기 수소유량계(16) 및 전류측정계(17)는 제어부(15)와 연결되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 수소 탱크(10)에서 수소 공급 배관(11)을 통하여 배출되는 수소의 배출량과 수소를 이용하여 발생되는 연료전지 스택(14)의 전류값을 비교하여 수소의 공급 및 소모량을 확인하여 수소 누출 여부를 판단하게 되는 것이다.
즉, 수소 탱크(10)에서 배출되는 수소는 수소 공급 배관(11)을 통하여 공급되는 것이며 이때 상기 수소 탱크(10)에서 배출되는 수소의 양은 수소유량계(16)에 의해서 검출되며, 그 검출값은 제어부(15)로 전송된다.
한편, 상기 수소를 공급받아 전류를 발생시키는 연료전지 스택(14)의 출력단에 설치된 전류측정계(17)에서는 연료전지 스택(14)에서 발생되는 전류값을 측정하고 그 측정된 전류값은 제어부(15)로 전송되는 것이며, 상기 제어부(15)에서는 수학식 1을 이용하여 연료전지 스택(14)에서 발생한 전류를 연산하게 되는 것이다.
[수학식 1]
QH2(slpm) = 6.969 x 10-3 x ncell x I x λH2
여기서 QH2는 수소 유량(slpm : standard liter per minute),
ncell은 연료전지 셀 수,
I는 전류(A),
λH2는 수소의 화학적 당량비이다.
따라서, 상기 제어부(15)로 전송된 수소 탱크(10)에서 배출되는 수소의 양과 연료전지 스택(14)에서 소비한 수소량을 비교하여 그 결과값에 의해서 제어신호가 발생되는 것이다.
즉, 수소 탱크(10)에서 공급된 수소의 량이 연료전지 스택(14)에서 소비한 수소의 양보다 크면 수소 탱크(10)와 연료전지 스택(14)의 수소 공급 배관(11)에서 수소 누출이 발생한 것이므로 운전자에게 경고 신호를 보냄과 동시에 수소 공급 밸브(18)를 차단하며 차량을 셧다운 시키게 되는 것이다.
한편, 수소 탱크(10)에서 공급된 수소의 량이 연료전지 스택(14)에서 소비한 수소의 양과 같으면 수소 탱크(10)와 연료전지 스택(14)의 수소 공급 배관(11)에서 수소 누출이 발생하지 않은 것이므로 정상운행을 가능하게 하는 것이다.
이와 같이 본 발명은 수소 탱크에서 배출되는 수소의 양과 수소를 이용하여 전류를 발생시키는 연료전지 스택의 소비량을 비교하여 수소 누출 여부를 판단함으로써 신뢰성, 신속성, 정확성을 확보할 수 있게되는 특유의 효과가 있다.
또한 본 발명은 공급량과 소비량을 비교하여 수소의 누출을 감지하게 되므로 차량이 정지시는 물론 주행시에도 수소의 누출을 정확하게 감지할 수 있게되는 특유의 효과가 있다.
Claims (1)
- 수소를 이용하여 전류를 발생시키는 연료전지 스택(14)에 수소를 공급하도록 수소가 저장된 수소 탱크(10)와 연료전지 스택(14)의 사이에 연결된 수소 공급 배관(11)을 이동하는 수소의 누출을 감지하는 감지장치에 있어서,상기 수소 탱크(10)에서 배출되는 수소의 양을 검출하는 수소유량계(16)와, 상기 연료전지 스택(14)에서 발생되는 전류값을 검출하는 전류측정계(17)와, 상기 수소유량계(16)의 검출값과 전류측정계(17)의 검출값을 입력받아 수소의 공급량과 소비량을 비교하고 그 비교값에 따라서 차량의 운행 가능 여부를 제어하는 제어부(15)를 포함함을 특징으로 하는 연료전지 차량용 수소누출 감시장치.
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