KR20090024839A - 연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치 - Google Patents

연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열관리 시스템에 양압밸브부를 추가 장착하는 것만으로 진공블로워의 작동방향을 바꾸어 열관리 시스템의 리키지 테스트시 열관리 시스템 라인을 양압으로 형성시킴으로써, 가스누출 검출액을 사용하여 보다 효율적이고 안전한 방법으로 리키지 여부를 테스트하는 연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 스택과, 라인의 압력을 측정하는 압력센서와, 라인을 진공상태로 만드는 진공블로워로 이루어지고, 급속해동 저장부 라인 및 상기 열관리 시스템 라인에 연결되어 상기 진공블로워의 흡입부 및 토출부 공기의 방향을 조절하도록 복수의 유로 및 밸브로 이루어지는 양압밸브부를 더 포함하여 구성되는 연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치를 제공한다.
연료전지, 스택, 진공블로워, 밸브, RTA, 리키지 테스트

Description

연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치{Leakage test apparatus of thermal management system for fuel cell vehicle}
본 발명은 연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열관리 시스템에 양압밸브부를 추가 장착하는 것만으로 진공블로워의 작동방향을 바꾸어 열관리 시스템의 리키지 테스트시 열관리 시스템 라인을 양압으로 형성시킴으로써, 가스누출 검출액을 사용하여 보다 효율적이고 안전한 방법으로 리키지 여부를 테스트하는 연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지 시스템, 특히 고분자 전해질 연료전지(PEMFC : Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)에서는 가습이 중요한 요소가 된다.
이렇게 연료전지 스택의 공급 유체에 가습을 하여 주는 이유는 고분자 전해질 교환막을 포함한 멤브레인 어셈블리(MEA, Membrane Electrode Assembly)에서 물 분자(H2O)를 필수적으로 결합하여 전달하는 구조를 갖고 있기 때문이다.
따라서, 고분자 전해질막에 가습이 되어 있지 않으면, 전기전도도가 급격히 저하되어 스택의 성능에도 영향을 줄 뿐만 아니라, 시동이 불가능한 셧다운상태가 되기도 한다.
이러한 고분자 전해질 연료전지는 크게 외부 가습방식과 내부 가습방식으로 나눌 수 있는데, 상기 내부 가습방식을 첨부 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 내부 가습방식 연료전지 시스템의 개시도이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 내부가습 연료전지시스템에는 초순수 냉각수(DI water)를 해동하는 급속해동저장장치(100)(RTA, Rapid Thaw Accumulator, 이하 'RTA'라 칭한다.)가 설치되고, 상기 RTA(100)는 초순수 냉각수의 보조탱크 역할 및 연료전지가 영하에서도 운전 가능하도록 그 내부에 얼어있는 증류수를 해동하는 역할을 한다.
연료전지차량을 시동하게 되면 펌프(110)가 작동하여 열관리 시스템(TMS ,Thermal Management System) 라인를 진공상태로 만들게 되고, 그와 동시에 열관리 시스템(120)의 대기와 연결된 모든 밸브들은 닫히고, RTA(100)에 연결되어 있는 밸브가 열림으로써, RTA(100)안에 저장되어 있던 초순수 냉각수가 연료전지 스택(130)과 열관리 시스템(120) 내부로 끌어져 올라가고, 연료전지 시스템은 정상 작동하게 된다.
여기서, 상기 초순수 냉각수는 고분자 전해질막의 가습 역할뿐만 아니라, 스택(130) 반응시 발생하는 반응열의 냉각 역할을 제공한다.
따라서, 시동이 걸리기 위해서는 RTA(100)에 저장되어 있는 초순수 냉각수가 열관리 시스템(120) 및 스택(130)까지 충분히 끌어 올려져야 하는바, 이를 위해 열관리 시스템 라인은 완벽한 기밀이 유지되어야 한다.
그러나, 상기 열관리 시스템 라인은 9개의 콘트롤 밸브를 포함한 다수의 부품[이온제거기, 열교환기, 전도도센서, 안전밸브 등]들이 복수의 호스 및 클램프로 연결되어 있어, 이는 조립 불량, 단품자체 불량, 외부 충격, 단품 내구성 문제 등의 여러 가지 이유로 리키지(Leakage)가 종종 발생할 수 있다.
실제로, 차량시스템의 여러 부위에서 리키지는 계속 발생하고 있으며, 그 부위를 찾는 트러블 슈팅(Trouble shooting)은 적지 않은 시간과 노력을 수반하는 문제점이 있다.
특히, 미세한 리키지의 경우에는 그 위치를 찾기가 더욱 어려우며, 단품들을 하나씩 제거 후 리키지 테스트를 반복적으로 실시하면서 리키지 부위를 추정해 나가는 방법을 사용함으로써, 리키지 테스트에 소요되는 시간과 노력이 더 많이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 수소공급시스템(140)(FPS :Fuel Processing System) 리키지 검출에 사용되는 가스누출 점검액(Snoop Liquid)을 사용하면 리키지 검출이 보다 용이해질 수 있으나, 열관리 시스템 리키지 테스트시 열관리 시스템 라인은 진공 상태의 음압이므로 리키지 검출이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 리키지부위를 통해 가스누출 점검액이 열관리 시스템으로 유입될 경우 스택에 좋지 않은 영향을 줄 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 스택과, 라인의 압력을 측정하는 압력센서와, 라인을 진공상태로 만드는 진공블로워로 이루어지고, 급속해동 저장부 라인 및 상기 열관리 시스템 라인에 연결되어 상기 진공블로워의 흡입부 및 토출부 공기의 방향을 조절하도록 복수의 유로 및 밸브로 이루어지는 양압밸브부를 더 포함하여 구성됨으로써, 열관리 시스템에 양압밸브부를 추가 장착하는 것만으로 진공블로워의 작동방향을 바꾸어 열관리 시스템의 리키지 테스트시 열관리 시스템 라인을 양압으로 형성시킴으로써, 가스누출 검출액을 사용하여 보다 효율적이고 안전한 방법으로 리키지 여부를 테스트하는 연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은
스택과, 라인의 압력을 측정하는 압력센서와, 라인을 진공상태로 만드는 진공블로워로 구성되는 연료전지차량용 열관리 시스템에 있어서,
급속해동 저장부 라인 및 상기 열관리 시스템 라인에 연결되어 상기 진공블 로워의 흡입부 및 토출부에서 각각 흡입 및 배출되는 공기의 이동경로를 조절하도록 복수의 유로 및 밸브로 이루어지는 양압밸브부;
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양압밸브부는 상기 진공블로워의 흡입부 및 토출부 외측방향에 일체로 형성되어 급속해동 저장부(RTA) 라인에 연결되는 1차유로와;
상기 진공블로워의 흡입부 및 토출부 내측방향에 일체로 형성되어 상기 열관리 시스템 라인에 연결되는 2차유로와;
상기 1차유로 상부 입구에 설치되어 상기 진공블로워의 흡입부가 급속해동 저장부 라인으로부터 흡입하는 공기를 제어하는 제1밸브와;
상기 2차유로 상부 입구에 설치되어 상기 진공블로워의 흡입부가 열관리 시스템 라인으로부터 흡입하는 공기를 제어하는 제2밸브와;
상기 2차유로 하부 입구에 설치되어 상기 진공블로워의 토출부가 열관리 시스템 라인에 배출하는 공기를 제어하는 제3밸브와;
상기 1차유로 하부 입구에 설치되어 상기 진공블로워의 토출부가 급속해동 저장부 라인에 배출하는 공기를 제어하는 제4밸브;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1밸브 내지 제4밸브는 내부에 스프링이 장착된 실린더의 피스톤에 연결되어 개폐되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 본 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.
우선, 열관리 시스템에 양압밸브부를 추가 장착하는 것만으로도 진공블로워의 작동방향을 바꾸어 열관리 시스템의 리키지 테스트시 열관리 시스템 라인을 양압으로 형성시키고,
이에 따라, 가스누출 검출액을 사용하여 보다 효율적이고 안전한 방법으로 리키지 여부를 테스트하며,
또한, 종래 리키지 테스트에서 트러블슈팅의 사용으로 소요되는 시간과 노력을 절감하고, 열관리 시스템으로 외부 유해물질이 유입되는 것을 차단하는 효과가 있다.
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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지차량용 열관리 시스템의 정상작동 개시도이고, 도 2b는 도 2a의 양압밸브부 확대도이고, 도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지차량용 열관리 시스템의 테스트 개시도이고, 도 3b는 도 3a의 양압밸브부 확대도이다.
도 2a 내지 도 3b에서 도시한 바와 같이, 열관리 시스템의 정상시동시 진공블로워(200)의 흡입부(280)가 열관리 시스템 라인(300)으로부터 공기를 흡입하여 열관리 시스템 라인(300)을 진공으로 만들어 줌으로써, 급속해동 저장부(100)(RTA, 이하 "RTA"라 칭함)에 저장된 물을 열관리 시스템으로 끌어 올리게 된다.
또한, 열관리 시스템의 리크 테스트시에는 제1밸브(240) 내지 제4밸브(270)가 실린더(350)에 의해 이동하여 진공블로워(200)의 토출부(290)가 열관리 시스템 라인(300)에 공기를 공급함으로써, 상기 열관리 시스템 라인(300)을 양압상태로 형성시키게 된다.
상기 열관리 시스템 및 RTA(100)의 구조 및 정상작동시 작동관계를 살펴보면, 도 2a에서 도시한 바와 같이, 연료전지차량의 시동시 RTA(100)에 있는 물을 끌어올리기 위해 밸브A(150) 및 밸브B(160)를 제외한 모든 밸브는 닫히고, 진공블로워(200)가 작동한다.
도 2a에서 실선으로 표시된 부분이 실제 진공이 형성되는 부분으로 그 중 어느 한곳이라도 리키지(leakage)가 있다면 진공은 제대로 형성되지 못할 것이며, 물이 열관리 시스템 및 스택(130)에 충분히 공급되지 못하여 시동은 불가능하게 된다.
여기서, 열관리 시스템 라인(300)은 밸브 및 부품들이 호스 및 클램프에 의해 연결되어 리키지 발생가능성이 크고, 특히 이온제거기(170)는 경량화를 이유로 플라스틱으로 제작되어 외부충격에 의해 쉽게 크랙이 발생한다.
이러한 리키지 검출을 위해 설치된 양압밸브부(210)의 구성을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2b 및 도 3b에서 도시한 바와 같이, 1차유로(220)가 진공블로워(200)의 흡입부(280) 및 토출부(290)의 외측방향으로 연결되어 제1밸브(240) 및 제4밸브(270)의 개폐에 의해 RTA 라인(300)에 공기를 공급 또는 흡입하고, 2차유로가 진공블로워(200)의 흡입부(280) 및 토출부(290)의 내측방향으로 연결되어 제2밸브(250) 및 제3밸브(260)의 개폐에 의해 열관리 시스템 라인(300)에 공기를 공급 또는 흡입한다.
상기 제1밸브(240)는 상기 진공블로워(200)의 흡입부(280)가 RTA 라인(300)으로부터 흡입하는 공기를 조절하도록 상기 1차유로(220)의 상부에 설치되고, 상기 제4밸브(270)는 상기 진공블로워(200)의 토출부(290)가 RTA 라인(300)에 공급하는 공기를 조절하도록 상기 1차유로(220)의 하부에 설치된다.
또한, 제2밸브(250)는 상기 진공블로워(200)의 흡입부(280)가 열관리 시스템 라인(300)으로부터 흡입하는 공기를 조절하도록 상기 2차유로의 상부에 설치되고, 제3밸브(260)는 상기 진공블로워(200)의 토출부(290)가 열관리 시스템 라인(300)에 공급하는 공기를 조절하도록 상기 2차유로의 하부에 설치된다.
덧붙여, 상기 제1밸브(240) 내지 제4밸브(270)는 열관리 시스템의 리크 테스 트시 개폐되도록 내부에 스프링(370)이 장착된 실린더(350)에 장착되어 상기 실린더(350)의 작동에 의해 상하로 이동한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 열관리 시스템의 조건에 따른 양압밸브부(210)의 작동상태를 설명하기로 한다.
연료전지차량의 정상시동시 도 2b에서 도시한 바와 같이, 상기 제2밸브(250)는 개방되고, 제3밸브(260)는 폐쇄되어, 진공블로워(200)의 흡입부(280)가 열관리 시스템 라인(300)으로부터 공기를 흡입함으로써, 상기 열관리 시스템 라인(300)을 진공상태로 형성시킨다.
또한, 상기 제1밸브(240)는 폐쇄되고, 제4밸브(270)는 개방되어, 진공블로워(200)의 토출부(290)가 상기 진공블로워(200)의 흡입부(280)에서 흡입한 공기를 RTA 라인(300)으로 공급하게 된다.
이에 따라, 도 2a에서 실선으로 나타낸 상기 열관리 시스템 라인(300)이 진공상태가 형성되어, RTA와의 압력차이에 의해 RTA에 저장된 물이 열관리 시스템 및 스택(130)에 공급된다.
열관리 시스템의 리크 테스트시에는 도 3b에서 도시한 바와 같이, 실린더(350)에 장착된 피스톤(360)의 상승으로 제1밸브(240)는 개방되고, 제4밸브(270)는 폐쇄되어, 상기 진공블로워(200)의 흡입부(280)가 RTA 라인(300)으로부터 공기를 흡입한다.
덧붙여, 상기 피스톤(360)의 상승으로 상기 제2밸브(250)는 폐쇄되고, 제3밸브(260)는 개방되어, 진공블로워(200)의 토출부(290)가 상기 흡입부(280)에서 흡입 된 공기를 열시스템 라인으로 공급함으로써, 도 3a에서 점선으로 나타낸 상기 열관리 시스템 라인(300)에 양압을 형성시킨다.
여기서, 상기 피스톤(360)이 장착된 실린더(350) 내부에는 스프링(370)이 설치되어 밸브의 개방에 의한 공기 공급량을 일정치 이하로 제한함으로써, 열관리 시스템 라인(300)에 일정압 이상의 과압이 걸리지 않도록 한다.
이후, 상기 양압밸브부(210)의 작동에 의해 열관리 시스템 라인(300)에 양압이 형성되는 경우 가스누출 점검액(Snoop Liquid)을 열관리 시스템 라인(300)에 사용함으로써, 열관리 시스템의 리키지 여부를 용이하게 검출할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 내부 가습방식 연료전지 시스템의 개시도,
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지차량용 열관리 시스템의 정상작동 개시도,
도 2b는 도 2a의 양압밸브부 확대도,
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지차량용 열관리 시스템의 테스트 개시도,
도 3b는 도 3a의 양압밸브부 확대도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 급속해동 저장부, RTA 200 : 진공블로워
210 : 양압밸브부 220 : 1차유로
230 : 2차유로 240 : 제1밸브
280 : 흡입부 290 : 토출부

Claims (3)

  1. 스택과, 라인의 압력을 측정하는 압력센서와, 라인을 진공상태로 만드는 진공블로워로 구성되는 연료전지차량용 열관리 시스템에 있어서,
    급속해동 저장부 라인 및 상기 열관리 시스템 라인에 연결되어 상기 진공블로워의 흡입부 및 토출부에서 각각 흡입 및 배출되는 공기의 이동경로를 조절하도록 복수의 유로 및 밸브로 이루어지는 양압밸브부;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 양압밸브부는 상기 진공블로워의 흡입부 및 토출부 외측방향에 일체로 형성되어 급속해동 저장부(RTA) 라인에 연결되는 1차유로와;
    상기 진공블로워의 흡입부 및 토출부 내측방향에 일체로 형성되어 상기 열관리 시스템 라인에 연결되는 2차유로와;
    상기 1차유로 상부 입구에 설치되어 상기 진공블로워의 흡입부가 급속해동 저장부 라인으로부터 흡입하는 공기를 제어하는 제1밸브와;
    상기 2차유로 상부 입구에 설치되어 상기 진공블로워의 흡입부가 열관리 시스템 라인으로부터 흡입하는 공기를 제어하는 제2밸브와;
    상기 2차유로 하부 입구에 설치되어 상기 진공블로워의 토출부가 열관리 시 스템 라인에 배출하는 공기를 제어하는 제3밸브와;
    상기 1차유로 하부 입구에 설치되어 상기 진공블로워의 토출부가 급속해동 저장부 라인에 배출하는 공기를 제어하는 제4밸브;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제1밸브 내지 제4밸브는 내부에 스프링이 장착된 실린더에 연결되어 개폐되는 것을 특징으로 하는 연료전지차량용 열관리 시스템의 리키지 테스트 장치.
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