KR20080016045A - 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저에 관한 것으로서, 연료전지 스택으로 유입된 후 화학반응하지 않고 남은 수소가스를 안전하게 팬작동부를 통해 배출시키는 디퓨저의 구성 중, 단일 방향으로만 회전하는 기존의 팬작동부의 제어 구성을 배제하고, 바람의 영향으로 인한 역부하 발생으로 인해 팬작동부의 전원이 증가될 경우 역방향으로도 회전 가능토록 하여 수소가스의 배출을 용이하도록 하되, 상기 디퓨저의 케이스부 측면 전체에 홀을 가공하여 역류된 수소가스가 후방은 물론, 양쪽 측면을 통해 배출될 수 있도록 유도함으로써, 높은 수소농도에 의한 폭발의 위험성을 제거하여 장치에 대한 상품성을 향상시킬 수 있으며, 궁극적으로는 차량의 품질을 한단계 높일 수 있는 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저에 관한 것이다.

연료전지, 차량, 수소가스, 디퓨저

Description

연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저{Diffuser for discharging hydrogen in fuel cell vehicle}

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 팬작동부 및 제어부를 나타내는 회로 구성도,

도 3은 일반적인 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저에 있어서, 풍향 상태를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 디퓨저 11 : 케이스부

11a : 공기 유입구 11b : 홀(hole)

12 : 호스부 13 : 센서부

14 : 팬작동부 14a : 팬

20 : 제어부

본 발명은 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 차량에서 사용되는 수소가스를 안전하게 배출시킬 수 있는 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 산업에 요구되는 장래기술의 하나로서, 지구 온난화, 석유자원 고갈 및 도심대기 환경악화 등에 대처함은 물론 석유대체 에너지의 이용이나 에너지절약의 강화, 즉 고효율화 및 저공해화를 실현 할 수 있는 차량의 개발이 절실히 요구되고 있다.

이러한 요구에 따라 차량의 연비를 기존 차량에 비해 크게 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량에 대한 개발이 상당한 진척을 가져오고 있는데, 이러한 하이브리드 차량은 엔진과 전기모터의 2개의 동력원을 갖고서 목적에 따라 각각을 가장 효율적으로 사용하여 에너지 절약과 저공해를 달성하도록 되어 있다.

이러한 하이브리드 차량 중, 연료전지를 이용하는 연료전지 차량은 순수수소(통상,99%이상)를 연료로 사용하는 연료전지 시스템을 이용하는데, 이 연료전지 시스템은 수소의 공급 유량을 제어할 필요없이 공급압력을 제어하면 연료전지 스택에서 소모된 양만큼의 수소가 자동으로 공급되도록 이루어진다.

그러나, 이와 같이 연료전지 스택에서 전해질막을 통해 확산되는 연료극쪽 가스와, 전해질막에서 증발한 물 및 수소를 미리 가습하여 보낼 때에 포함된 물 또는 수소내에 포함된 불순물 등으로 인해 연료극 내의 수소 농도가 점점 묽어지는 현상이 발생된다.

따라서, 이와 같은 현상을 피하기 위해 연료전지 시스템의 작동 중에 주기적으로 연료극에서 화학반응 후 발생된 수소가스를 운전조건에 맞추어 일정량을 내보는 수소가스 배출시스템을 구비하는바, 이와 같은 연료전지 차량에서 연료전지 스택으로 유입되어 사용되는 수소가스 중, 화학반응하지 않고 잔존하는 수소가스를 차량의 루프(roof)에 장착된 디퓨저로 보내는바, 그 디퓨저에 장착되어 회전 작동하는 팬을 통해 외부로 확산 가능하도록 되어 있다.

이는 대기 중에 잔존하는 수소가스에 있어서 그 농도가 4%를 초과하게 될 경우, 작은 불꽃에서도 화염을 일으켜 폭발할 가능성이 있기 때문에 상기와 같이 잔존하는 수소가스를 항상 배출하여 주는 디퓨저의 구성이 필수적이다.

상기 디퓨저의 구성은 케이스부와, 수소가스를 연료전지 스택 및 가스탱크로부터 디퓨저까지 전달시키는 호스부와, 디퓨저 내의 수소가스의 농도를 측정하는 센서부와, 팬을 통해 디퓨저 내의 수소를 배출시키는 팬작동부를 포함하여 구성되어 있으며, 차량의 제어부에서는 상기 센서부에서 감지된 수소가스의 농도를 파악하여 수소가스를 배출되도록 제어하거나, 그 수소가스의 농도가 위험 수준일 경우에 디퓨저의 작동을 정지시키게 된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 디퓨저는 차량의 주행상태에서 공기의 흐름 방향이 전방에서 후방으로 흐르게 되는데, 이때 상기 디퓨저의 팬작동부 역시 후방으로 수소가스를 정상적으로 배출하도록 되어 있다.

그런데, 도 3에 도시된 바와 같이, 차량의 정차상태에서 풍향이 차량 후방에서 불어올 경우, 배출되는 수소가스가 팬작동부의 회전방향에 순응하여 배출되지 못하고 역류 현상이 발생하여 상기 디퓨저 내의 수소가스의 농도가 높아지게 되는 한편, 상기 팬작동부 전류의 역부하가 발생하여 전원이 증가되는 현상이 발생하게 된다.

이로 인하여 상기 제어부는 상기한 수소가스 배출시스템인 디퓨저를 정지시키는바, 종래의 연료전지 차량의 경우 정차상태에서 풍향이 차량 후방에서 불어오는 경우, 상기 디퓨저를 강제로 정지시키는 상황이 자주 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 발명한 것으로서, 연료전지 스택으로 유입된 후 화학반응하지 않고 남은 수소가스를 안전하게 팬작동부를 통해 배출시키는 디퓨저의 구성 중, 단일 방향으로만 회전하는 기존의 팬작동부의 제어 구성을 배제하고, 바람의 영향으로 인해 팬작동부의 전원이 증가될 경우 역방향으로도 회전 가능토록 하여 수소가스의 배출을 용이하도록 하되, 상기 디퓨저의 케이스부 측면 전체에 홀을 가공하여 역류된 수소가스가 후방은 물론, 양쪽 측면을 통해 배출될 수 있도록 유도하는 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 케이스부와, 수소가스를 연 료전지 스택 및 가스탱크로부터 디퓨저까지 전달시키는 호스부와, 디퓨저 내의 수소가스의 농도를 측정하는 센서부와, 팬을 통해 디퓨저 내의 수소를 배출시키는 팬작동부를 포함하여 구성된 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저에 있어서,

상기 팬은 팬작동부의 전원 증가량을 감지하는 전류센서의 감지신호를 전송받아 그 팬작동부의 회전 방향을 조절하는 제어부의 제어를 통해 역방향으로도 회전 가능한 양방향 회전 구동형인 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 케이스부는 그 측면 전체에 홀이 가공된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 팬작동부 및 제어부를 나타내는 회로 구성도이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저는 상기한 종래의 구성과 마찬가지로, 케이스부(11)와, 수소가스를 연료전지 스택 및 가스탱크로부터 디퓨저(10)까지 전달시키는 호스부(12)와, 디퓨저(10) 내의 수소가스의 농도를 측정하는 센서부(13)와, 팬(14a)을 통해 디퓨저(10) 내의 수소를 배출시키는 팬작동부(14)를 포함하는 박스 형상의 구조로 이루어져 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 구현예인 디퓨저(10)는 도 1b에 도시된 바와 같이, 연료전지 차량, 즉 첨부도면에서와 같이 연료전지 버스의 후방 루프에 장착되어 있으며, 차량의 주행하는 방향의 전면에 공기 유입구(11a)가 구비되고, 그 반대면에 상기 팬(14a)을 포함하는 팬작동부(14)가 구비되어 있다.

상기 팬작동부(14)는 연료전지 차량에서 연료전지 스택으로 유입된 후 화학반응하지 않고 남은 수소가스를 팬(14a)의 회전 작동을 통해 차량의 후방으로 배출하도록 되어 있다.

이때, 상기 팬작동부(14)에 구비된 팬(14a)의 회전 작동은 상기 공기 유입구(11a)를 통해 전방에서 불어오는 바람에 대하여 순응하는 방향으로 작동하도록 구성되어 디퓨저(10) 내의 수소가스를 연료전지 차량의 후방으로 배출하도록 되어 있다.

즉, 상기 팬(14a)의 전방에서 불어오는 바람을 이용하여 상기 디퓨저(10)의 케이스부(11) 내에 유입되는 수소가스를 원활하게 외부로 배출 가능토록 하는 회전 방향으로 팬(14a)을 회전시키게 되는 것이다.

여기서, 디퓨저(10)의 제어를 수행하는 연료전지 차량의 제어부(20)는 상기 디퓨저(10)에 구비된 센서부(13)에서 감지된 수소가스의 농도에 따라 배출 여부를 판단하게 된다.

즉, 수소가스의 농도가 일정량 이하일 경우에는 연속적인 배출 작동을 구현할 수 있도록 하고, 일정량 이상일 경우, 다시 말해 수소가스의 농도가 폭발에 준하는 위험 수준일 경우에 디퓨저(10)의 작동을 강제로 정지시키도록 제어하게 되는바, 본 발명에 따른 바람직한 구현예는 상기와 같은 수소가스 농도의 충만에 의한 강제 정지 상태를 미연에 방지할 수 있도록 하고자 하는 기술로서, 연료전지 차량의 주행상태 뿐만 아니라, 정차상태에서 바람이 차량 후방에서 불어오는 경우, 디 퓨저(10)의 케이스부(11) 내에 유입되는 수소가스를 원활하게 배출시킬 수 있도록 상기한 조건에서 상기 팬작동부(14)의 팬(14a)을 역방향으로 회전 가능하도록 제어하게 된다.

다시 말해서, 연료전지 차량의 정차상태에서 바람이 차량 후방에서 불어오는 경우, 수소가스는 상기 디퓨저(10)의 케이스부(11) 내에서 배출되지 못하고 역류하며, 이러한 바람의 영향으로 인하여 팬(14a)에 인가되는 전원에 역부하가 발생하게 되고, 이로 인하여 팬작동부(14)의 전원이 증가할 경우, 디퓨저(10) 라인 상의 소정 위치에 장착된 전류센서(미도시)가 이를 감지하고, 이러한 전류 감지신호를 제어부(20)에 전송하게 되는바, 상기 제어부(20)에서 이러한 전원의 증가량을 판단하여 제한 수치량보다 증가할 경우, 팬(14a)의 회전 방향을 역으로 회전 가능토록 하여 수소가스를 디퓨저(10)의 후방을 제외한 전방 및 양측 방향으로 배출되도록 하게 된다.

이때, 상기 디퓨저(10)의 케이스부(11) 측면 전체에 홀(hole)(11b)을 가공하여 역류된 수소가스가 전방의 공기 유입구(11a)는 물론, 양쪽 측면을 통해 배출될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기와 같은 구성으로 이루어진 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저는, 바람이 차량의 전방에서 불어오는 통상적인 주행상태 뿐만 아니라, 정차상태에서 바람이 차량 후방에서 불어오는 특정상태인 경우에도 디퓨저(10)의 케이스부(11) 내에 유입되는 수소가스를 원활하게 배출시킬 수 있도록 하는 발명인 것이다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저에 의하면, 팬작동부에 작용하는 바람이 순방향이 아닌, 역방향에서 불어오게 되는 경우, 상기 팬작동부의 회전방향을 역방향으로도 회전 가능토록 제어하여 수소가스의 배출을 용이하도록 하되, 상기 디퓨저의 케이스부 측면 전체에 홀을 가공하여 역류된 수소가스가 양쪽 측면을 통해 배출될 수 있도록 유도함에 따라 높은 수소농도에 의한 폭발의 위험성을 제거하여 장치에 대한 상품성을 향상시킬 수 있으며, 궁극적으로는 차량의 품질을 한단계 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 케이스부와, 수소가스를 연료전지 스택 및 가스탱크로부터 디퓨저까지 전달시키는 호스부와, 디퓨저 내의 수소가스의 농도를 측정하는 센서부와, 팬을 통해 디퓨저 내의 수소를 배출시키는 팬작동부를 포함하여 구성된 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저에 있어서,

   상기 팬은 팬작동부의 전원 증가량을 감지하는 전류센서의 감지신호를 전송받아 그 팬작동부의 회전 방향을 조절하는 제어부의 제어를 통해 역방향으로도 회전 가능한 양방향 회전 구동형인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 케이스부는 그 측면 전체에 홀이 가공된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소배출용 디퓨저.

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