KR20120063918A - Device for circulation cooling water to the fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A coolant injection device for fuel cell vehicle is provided to improve driving efficiency and cooling performance by preventing local temperature increase due to bubbles, thereby preventing damage of the fuel cell. CONSTITUTION: A coolant injection device for fuel cell vehicle(100) comprises a coolant tank(10) which stores cooling water, a coolant pump(40) which is installed in a coolant feed line(21) which connects the coolant tank with a stack cooling loop, and an air bubble removal unit(80) which is installed in rear end of the coolant pump and removes bubbles within the fuel cell stack. The bubble removal unit includes an ultrasonic vibrator(81) which excites ultrasonic waves to the stack cooling loop. The coolant pump delivers the cooling water to the stack cooling loop and circulates the cooling water to the coolant tank.

Description

연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치 {Device for circulation cooling water to the fuel cell stack}Cooling water injection device for fuel cell vehicle {Device for circulation cooling water to the fuel cell stack}

본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지 차량의 냉각 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 차량의 물/열관리 시스템인 스택 냉각 루프로 냉각수를 주입하기 위한 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 관한 것이다.An exemplary embodiment of the present invention relates to a cooling system of a fuel cell vehicle, and more particularly, to a cooling water injection apparatus for a fuel cell vehicle for injecting cooling water into a stack cooling loop, which is a water / thermal management system of a fuel cell vehicle.

알려진 바와 같이, 연료전지 시스템이 탑재된 연료 전지 차량에서는 연료로 사용되는 수소를 연료전지 스택에 공급하여 전기를 생산하며, 연료전지 스택에 의해 생산된 전기로 전기모터를 작동시켜 차량을 구동시킨다.As is known, in a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system, hydrogen used as fuel is supplied to a fuel cell stack to generate electricity, and the vehicle is driven by operating an electric motor with electricity produced by the fuel cell stack.

여기서, 연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기 화학적으로 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템이다.Here, the fuel cell system is a kind of power generation system that converts chemical energy of the fuel into electrical energy directly in the fuel cell stack without being converted into heat by combustion.

상기 연료전지 스택은 통상 MEA, 가스켓, 분리판 등으로 구성된 단위의 연료전지를 수십~수백 장 적층하여 원하는 출력을 얻는다. 이 때 연료전지 스택에서는 연료전지 반응과 함께 다량의 열이 발생하므로, 연료 전지 시스템에는 이를 냉각하기 위한 냉각시스템의 구성이 필요하다.The fuel cell stack typically obtains a desired output by stacking tens to hundreds of fuel cells in units consisting of MEA, gaskets, separators and the like. In this case, since a large amount of heat is generated in the fuel cell stack together with the reaction of the fuel cell, the fuel cell system needs a configuration of a cooling system for cooling it.

연료 전지 차량용 냉각 시스템에서도 부동액을 냉각수로 이용하게 되고, 따라서 차량 제작 시 조립 후 냉각수 주입 과정이 수반된다.In a fuel cell vehicle cooling system, the antifreeze is used as the coolant, and thus, the assembly of the coolant is performed after assembly.

일반적으로 차량용 엔진 시스템의 냉각수 주입 시에는 냉각수 라인 전체를 진공 상태로 만든 후, 가압된 냉각수를 주입하는 방식을 이용한다.In general, when cooling water is injected into a vehicle engine system, the entire cooling water line is vacuumed, and then pressurized cooling water is injected.

이와 같이 냉각수 라인 전체에 진공을 형성하는 주된 이유는 냉각 시스템 내부에 기포가 존재하지 않도록 하기 위함이다.The main reason for creating a vacuum throughout the cooling water line is to ensure that no bubbles are present inside the cooling system.

만약 냉각 시스템 내부에 기포(공기)가 존재하는 경우에는, 차량의 운전 시 냉각수가 넘쳐 추후 냉각수 부족 현상이 발생함으로 오버 히팅의 가능성이 증가한다.If bubbles (air) are present in the cooling system, the possibility of overheating increases because the coolant overflows when the vehicle is driven, and a coolant shortage occurs later.

특히, 연료 전지 차량에서 연료전지 스택 내부에 기포가 존재하는 경우에는 국소적인 온도 상승으로 인한 스택 효율 및 냉각 성능 저하, 나아가 연료 전지의 파손이라는 심각한 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 냉각수 주입시 기포의 제거는 필수적인 과정이다. In particular, when bubbles are present in the fuel cell stack in a fuel cell vehicle, the fuel cell vehicle may have a serious adverse effect such as a decrease in stack efficiency and cooling performance due to a local temperature rise, and further, a breakdown of the fuel cell. Therefore, the removal of bubbles during cooling water injection is an essential process.

하지만, 차량용 연료 전지 시스템에서는 수백~수천 장의 요소 부품을 적층하여 스택을 제작하며, 가스켓을 이용하여 각각의 기밀을 형성하는 관계로 상기와 같은 진공 상태에 노출되는 경우 기밀 유지가 난해하며, 심한 경우에는 분리판의 파손도 야기된다.However, in the fuel cell system for vehicles, hundreds to thousands of urea components are stacked to form a stack, and each gasket is formed using a gasket. This also causes breakage of the separator plate.

따라서, 연료 전지 차량에서는 엔진 차량용 냉각수 주입 장치의 사용에 극도의 주의를 요하게 된다.Therefore, in the fuel cell vehicle, extreme care is required for the use of the coolant injection device for the engine vehicle.

이를 개선하고자 냉각 시스템 외부의 냉각수 순환 장치를 이용해 냉각 시스템의 유로 내부로 냉각수를 순환하여 충진하는 가압 순환식 냉각수 주입 장치가 개시된 바 있다.In order to improve this, a pressurized circulation type coolant injection device for circulating and filling a coolant into a flow path of a cooling system using a coolant circulation device outside the cooling system has been disclosed.

그런데, 이 경우는 스택 내부의 기포 제거가 용이하지 않고, 스택 내부의 기포를 충분히 제거하기 위해서는 냉각수를 과도한 속력으로 순환시켜야 하므로, 냉각 시스템 내의 압력이 과도하게 올라가 마찬가지로 스택의 기밀에 악영향을 끼치며 분리판 등의 부품 파손을 야기시킨다.However, in this case, it is not easy to remove bubbles in the stack, and in order to sufficiently remove bubbles in the stack, the cooling water must be circulated at an excessive speed, so that the pressure in the cooling system is excessively increased, which adversely affects the stack air tightness. It causes breakage of parts such as plates.

본 발명의 예시적인 실시예들은 스택 냉각 루프의 냉각수 주입 시, 연료 전지 스택 내의 기포를 제거할 수 있도록 한 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치를 제공한다.Exemplary embodiments of the present invention provide a coolant injection device for a fuel cell vehicle that enables to remove bubbles in a fuel cell stack upon cooling water injection of a stack cooling loop.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치는, 연료 전지 스택을 냉각시키는 스택 냉각 루프에 냉각수를 주입하기 위한 것으로서, ⅰ)냉각수를 저장하는 냉각수 탱크와, ⅱ)상기 냉각수 탱크와 스택 냉각 루프를 연결하는 냉각수 공급라인에 구성되어 상기 냉각수를 스택 냉각 루프로 압송하며 상기 스택 냉각 루프를 거친 냉각수를 상기 냉각수 탱크로 순환시키기 위한 냉각수 펌프와, ⅲ)상기 냉각수 공급라인에서 상기 냉각수 펌프의 후단에 구성되며 상기 연료 전지 스택 내의 기포를 진동으로서 제거하는 기포 제거유닛을 포함하며, 상기 기포 제거유닛은 상기 스택 냉각 루프로 초음파를 가진하는 초음파 가진기로서 이루어질 수 있다.A coolant injection device for a fuel cell vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention is for injecting coolant into a stack cooling loop for cooling a fuel cell stack, i) a coolant tank for storing coolant, and ii) the coolant tank; A cooling water pump configured to be connected to a cooling water supply line connecting a stack cooling loop to pump the cooling water into the stack cooling loop and to circulate the cooling water passing through the stack cooling loop to the cooling water tank; And a bubble removing unit configured to remove bubbles in the fuel cell stack as vibrations, and the bubble removing unit may be formed as an ultrasonic wave exciter having ultrasonic waves in the stack cooling loop.

상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 초음파 가진기는 압전소자 또는 마그네틱 방식으로 구성될 수 있다.In the fuel cell vehicle cooling water injection device, the ultrasonic wave exciter may be configured in a piezoelectric element or a magnetic method.

상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 스택 냉각 루프와 냉각수 탱크는 제1 냉각수 순환라인을 통해 연결될 수 있다.In the fuel cell vehicle coolant injection device, the stack cooling loop and the coolant tank may be connected through a first coolant circulation line.

상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 제1 냉각수 순환라인은 상기 연료 전지 스택에서 제거된 기포를 상기 냉각수 탱크로 공급할 수 있다.In the fuel cell vehicle cooling water injection device, the first cooling water circulation line may supply bubbles removed from the fuel cell stack to the cooling water tank.

상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 냉각수 탱크는 상기 냉각수 공급라인과 연결되는 제1 유출구와, 상기 제1 냉각수 순환라인과 연결되는 제1 유입구와, 상기 기포를 외부로 배출하기 위한 기포 배출구를 형성할 수 있다.In the fuel cell vehicle coolant injection device, the coolant tank has a first outlet connected to the cooling water supply line, a first inlet connected to the first cooling water circulation line, and a bubble outlet for discharging the bubbles to the outside. Can be formed.

상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 냉각수 공급라인에는 상기 냉각수 펌프의 후단에 필터유닛이 설치될 수 있다.In the fuel cell vehicle coolant injection device, a filter unit may be installed at the rear end of the coolant pump in the coolant supply line.

상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 냉각수 탱크에는 제2 유출구와 제2 유입구가 형성될 수 있다.In the fuel cell vehicle coolant injection device, a second outlet and a second inlet may be formed in the coolant tank.

상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 제2 유출구와 제2 유입구는 제2 냉각수 순환라인을 통해 상호 연결될 수 있다.In the fuel cell vehicle coolant injection device, the second outlet and the second inlet may be interconnected through a second coolant circulation line.

상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 제2 냉각수 순환라인에는 필터 펌프와 필터유닛이 설치될 수 있다.In the fuel cell vehicle cooling water injection device, a filter pump and a filter unit may be installed in the second cooling water circulation line.

상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치에 있어서, 상기 필터유닛은 이온교환수지를 충전한 이온 제거기로서 이루어질 수 있다.In the fuel cell vehicle cooling water injection device, the filter unit may be formed as an ion remover filled with an ion exchange resin.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 스택 냉각 루프의 냉각수 주입 시, 연료 전지 스택 내의 기포를 초음파 가진기를 통하여 용이하게 제거할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention as described above, when the coolant is injected into the stack cooling loop, bubbles in the fuel cell stack can be easily removed through the ultrasonic wave exciter.

따라서, 본 실시예에서는 스택 내부에 존재하는 기포를 제거함으로써 기포에 의한 스택의 국소적인 온도 상승을 방지함으로써 스택의 운전 효율 및 냉각 성능을 증대시킬 수 있고, 국소적인 온도 상승으로 인한 연료 전지의 파손을 미연에 방지할 수 있다.Therefore, in this embodiment, by removing the air bubbles present in the stack, it is possible to increase the operating efficiency and cooling performance of the stack by preventing the local temperature rise of the stack due to the air bubbles, and damage to the fuel cell due to the local temperature rise. Can be prevented in advance.

또한, 본 실시예에서는 냉각수를 과도한 압력으로 주입하여 스택 내부의 기포를 제거하는 것과 달리, 냉각수에 압력을 가하지 않고 단순히 초음파의 가진으로서 기포를 제거할 수 있으므로, 과도한 냉각수의 압력으로 인한 스택의 기밀 파괴 및 부품 파손을 방지할 수 있다.In addition, in the present embodiment, unlike the case in which the coolant is injected at an excessive pressure to remove bubbles in the stack, bubbles can be removed simply by ultrasonic excitation without applying pressure to the coolant. Destruction and component damage can be prevented.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.These drawings are for the purpose of describing an exemplary embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a block diagram schematically illustrating a cooling water injection device for a fuel cell vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a coolant injection device for a fuel cell vehicle according to another exemplary embodiment of the present disclosure.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings, and is shown by enlarging the thickness in order to clearly express various parts and regions. It was.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a cooling water injection device for a fuel cell vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(100)는 연료 전지 차량의 발전 모듈인 연료 전지 스택(stack)을 냉각시키는 시스템인 스택 냉각 루프(1)에 냉각수를 주입하기 위한 것이다.Referring to the drawings, the coolant injection device 100 for a fuel cell vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention is a coolant in a stack cooling loop 1 that is a system for cooling a fuel cell stack that is a power generation module of a fuel cell vehicle. To inject.

여기서, 상기 스택 냉각 루프(1)는 연료 전지 스택에서 발생하는 열을 제거하고 스택의 운전 온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열/물 관리 시스템(Thermal Management System: TMS)으로서 구비된다.Here, the stack cooling loop 1 is provided as a thermal management system (TMS) that removes heat generated from the fuel cell stack, controls the operating temperature of the stack, and performs a water management function.

상기 열/물 관리 시스템은 라디에이터, 쿨링 팬, 히터, 제어기, 워터 펌프 등을 구비하여 이루어지는 바, 이러한 열/물 관리 시스템은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.The heat / water management system includes a radiator, a cooling fan, a heater, a controller, a water pump, and the like. Since the heat / water management system is well known in the art, more detailed description of the configuration will be provided herein. Will be omitted.

한편, 상기한 연료 전지 스택은 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 단위의 연료 전지들이 연속적으로 배열된 전기 발생 집합체로서 이루어진다.On the other hand, the fuel cell stack is formed as an electricity generating assembly in which fuel cells of a unit for generating electrical energy by an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant are continuously arranged.

이 경우, 상기 연료 전지 스택는 전기 에너지를 발생시키는 과정에 열이 발생하게 되는데, 언급한 바 있는 냉각수를 유통시킬 수 있는 냉각수 통로를 단위 연료 전지 사이에 구성하고 있다.In this case, the fuel cell stack generates heat in a process of generating electrical energy, and has a cooling water passage between unit fuel cells capable of circulating the cooling water mentioned above.

본 실시예에 의한 상기 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(100)는 스택 냉각 루프(1)로의 냉각수 주입 시, 연료 전지 스택 내의 기포를 용이하게 제거할 수 있는 구조로서 이루어진다.The fuel cell vehicle cooling water injection device 100 according to the present exemplary embodiment has a structure in which bubbles in the fuel cell stack can be easily removed when cooling water is injected into the stack cooling loop 1.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(100)는 냉각수 탱크(10), 냉각수 펌프(40), 및 기포 제거유닛(80)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.To this end, the fuel cell vehicle coolant injection device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a coolant tank 10, a coolant pump 40, and a bubble removing unit 80, which will be described by configuration. Is as follows.

본 실시예에서, 상기 냉각수 탱크(10)는 냉각수를 저장하는 물 탱크로서, 그 냉각수를 스택 냉각 루프(1)로 공급하며, 스택 냉각 루프(1)를 거친 냉각수가 유입될 수 있는 구성으로 이루어진다.In this embodiment, the cooling water tank 10 is a water tank for storing the cooling water, and supplies the cooling water to the stack cooling loop 1, and has a configuration in which the cooling water passing through the stack cooling loop 1 can be introduced. .

이를 위해 상기 냉각수 탱크(10)에는 냉각수를 배출하는 제1 유출구(11)와, 스택 냉각 루프(1)를 거친 냉각수가 유입될 수 있는 제1 유입구(13)를 형성한다.To this end, the coolant tank 10 forms a first outlet 11 for discharging the coolant and a first inlet 13 through which the coolant passing through the stack cooling loop 1 can be introduced.

상기 제1 유출구(11)는 냉각수를 연료 전지 스택 즉, 스택 냉각 루프(1)로 배출하기 위한 것으로서, 냉각수 공급라인(21)을 통해 스택 냉각 루프(1)와 연결될 수 있다.The first outlet 11 is for discharging the coolant to the fuel cell stack, that is, the stack cooling loop 1, and may be connected to the stack cooling loop 1 through the coolant supply line 21.

그리고, 상기 제1 유입구(13)는 스택 냉각 루프(1)를 통과한 냉각수를 냉각수 탱크(10)로 재순환시키기 위한 것으로서, 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 스택 냉각 루프(1)와 연결될 수 있다.In addition, the first inlet 13 is for recycling the cooling water passing through the stack cooling loop 1 to the cooling water tank 10, and is connected to the stack cooling loop 1 through the first cooling water circulation line 23. Can be.

한편, 상기 냉각수 탱크(10)에는 뒤에서 더욱 설명될 기포 제거유닛(80)을 통해 제거된 연료 전지 스택 내부의 냉각수 기포를 배출하기 위한 기포 배출구(17)가 형성되는 바, 이 기포 배출구(17)는 냉각수 탱크(10)의 상단부에 형성될 수 있다.On the other hand, the cooling water tank 10 is formed with a bubble outlet 17 for discharging the cooling water bubbles in the fuel cell stack removed through the bubble removing unit 80 to be described later, the bubble discharge port 17 May be formed at an upper end of the cooling water tank 10.

본 실시예에서, 상기 냉각수 펌프(40)는 냉각수 탱크(10)에 저장된 냉각수를 냉각수 공급라인(21)을 통해 스택 냉각 루프(1)로 압송하며, 스택 냉각 루프(1)를 거친 냉각수를 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 냉각수 탱크(10)로 강제 순환시키기 위한 것이다.In this embodiment, the coolant pump 40 pumps the coolant stored in the coolant tank 10 to the stack cooling loop 1 through the coolant supply line 21, and removes the coolant passing through the stack cooling loop 1. 1 is for forced circulation to the cooling water tank 10 through the cooling water circulation line (23).

이러한 냉각수 펌프(40)는 냉각수 공급라인(21)에 설치되는 것으로, 당 업계에서 냉각 시스템에 주로 채용되는 공지 기술의 물 펌프로서 이루어지므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.The cooling water pump 40 is installed in the cooling water supply line 21, and is made as a water pump of a known technique that is mainly employed in the cooling system in the art, so a detailed description thereof will be omitted.

다른 한편으로, 상기 냉각수 공급라인(21)에는 냉각수 펌프(40)의 후단에 필터유닛(60)이 구성될 수 있다.On the other hand, the coolant supply line 21 may be configured with a filter unit 60 at the rear end of the coolant pump 40.

상기 필터유닛(60)은 이온교환수지를 충전한 이온 제거기로서 구비되는 바, 스택 냉각 루프(1)에 냉각수가 공급되기 전에 그 냉각수 중의 금속 이온을 제거하여 냉각수의 전기 전도도를 연료 전지 차량의 요구 수준 이상으로 만들어주는 기능을 하게 된다.The filter unit 60 is provided as an ion remover filled with an ion exchange resin, and before the cooling water is supplied to the stack cooling loop 1, metal ions in the cooling water are removed to determine the electrical conductivity of the cooling water. It will make you more than level.

본 실시예에서, 상기 기포 제거유닛(80)은 스택 냉각 루프(1)로의 냉각수 주입 시, 연료 전지 스택 내의 기포를 진동으로서 제거하기 위한 것이다.In the present embodiment, the bubble removing unit 80 is for removing bubbles in the fuel cell stack as vibrations when cooling water is injected into the stack cooling loop 1.

이러한 기포 제거유닛(80)은 스택 냉각 루프(1)의 연료 전지 스택으로 공급되는 냉각수를 이용하여 그 스택 냉각 루프(1)로 초음파를 가진하는 초음파 가진기(81)로 이루어질 수 있다.The bubble removing unit 80 may be made of an ultrasonic wave exciter 81 having ultrasonic waves to the stack cooling loop 1 by using the coolant supplied to the fuel cell stack of the stack cooling loop 1.

상기 초음파 가진기(81)는 냉각수 공급라인(21)에서 필터 유닛(60)의 후단에 구성될 수 있다.The ultrasonic exciter 81 may be configured at the rear end of the filter unit 60 in the cooling water supply line 21.

상기 초음파 가진기(81)는 스택 냉각 루프(1)에 대한 냉각수의 주입 시, 초음파를 생성하고 그 초음파를 냉각수에 발진하여 연료 전지 스택의 냉각수 통로에 가진함으로써 연료 전지 스택 내의 기포를 제거할 수 있다.The ultrasonic exciter 81 can remove bubbles in the fuel cell stack by generating ultrasonic waves and oscillating the ultrasonic waves in the cooling water passages of the fuel cell stack when the cooling water is injected into the stack cooling loop 1. have.

상기와 같은 초음파 가진기(81)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 마그네틱 방식 또는 압전 소자 방식으로 구성되므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the ultrasonic vibrator 81 is configured by a magnetic method or a piezoelectric device method of a known technique well known in the art, more detailed description of the configuration will be omitted herein.

여기서, 상기 초음파의 가진으로 인해 연료 전지 스택의 냉각수 통로에서 제거된 기포는 위에서 언급한 바 있는 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 냉각수와 함께 냉각수 탱크(10)로 공급된다.Here, bubbles removed from the coolant passage of the fuel cell stack due to the excitation of the ultrasonic waves are supplied to the coolant tank 10 together with the coolant through the first coolant circulation line 23 mentioned above.

즉, 연료 전지 스택의 냉각수 통로에서 제거된 기포는 냉각수 펌프(40)에 의해 냉각수와 함께 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 냉각수 탱크(10)로 공급되며, 제거된 기포로부터 발생된 공기는 냉각수 탱크(10)의 기포 배출구(17)를 통해 외부로 배출될 수 있다.That is, bubbles removed from the cooling water passage of the fuel cell stack are supplied to the cooling water tank 10 through the first cooling water circulation line 23 together with the cooling water by the cooling water pump 40, and the air generated from the removed bubbles is It may be discharged to the outside through the bubble outlet 17 of the cooling water tank (10).

도면에서, 미설명된 참조 부호 90은 냉각수 공급라인(21) 상에서 필터 유닛(60)과 초음파 가진기(81) 사이에 구성되며 스택 냉각 루프(1)에 대한 냉각수의 공급을 선택적으로 차단하기 위한 공급 밸브를 나타낸다.In the figure, reference numeral 90, which has not been described, is configured between the filter unit 60 and the ultrasonic exciter 81 on the cooling water supply line 21 and for selectively blocking the supply of cooling water to the stack cooling loop 1. Indicates a supply valve.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(100)에 의하면, 냉각수 펌프(40)를 가동함으로서 냉각수 탱크(10)의 냉각수는 제1 유출구(11)를 통해 배출된다.Therefore, according to the fuel cell vehicle cooling water injection device 100 according to the exemplary embodiment of the present invention configured as described above, by operating the cooling water pump 40, the cooling water of the cooling water tank 10 is the first outlet 11. Is discharged through.

그리고, 상기 냉각수는 냉각수 공급라인(21)을 필터유닛(60)을 거치게 되는데, 본 실시예에서는 냉각수 중의 금속 이온이 필터유닛(60)의 이온교환수지를 통해 제거됨으로써 냉각수의 전기 전도도를 연료 전지 차량의 요구 수준 이상으로 유지시킬 수 있게 된다.The coolant passes through the coolant supply line 21 through the filter unit 60. In this embodiment, metal ions in the coolant are removed through the ion exchange resin of the filter unit 60, thereby reducing the electrical conductivity of the coolant to the fuel cell. It can be maintained above the required level of the vehicle.

상기한 과정을 거치며 냉각수가 스택 냉각 루프(1)로 주입되는데, 상기 과정에서 본 실시예에 의한 초음파 가진기(81)는 초음파를 생성하고 그 초음파를 냉각수에 발진하여 연료 전지 스택 내의 기포를 제거할 수 있다.Through the above process, the coolant is injected into the stack cooling loop (1), in which the ultrasonic wave exciter 81 according to the present embodiment generates ultrasonic waves and oscillates the ultrasonic waves to the coolant to remove bubbles in the fuel cell stack. can do.

한편, 본 실시예에서는 스택 냉각 루프(1)를 거친 냉각수를 냉각수 펌프(40)의 펌핑으로서 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 냉각수 탱크(10)로 순환시키게 된다.Meanwhile, in the present embodiment, the cooling water having passed through the stack cooling loop 1 is circulated to the cooling water tank 10 through the first cooling water circulation line 23 as pumping of the cooling water pump 40.

이 과정에서, 상기한 바와 같이 초음파 가진기(81)에 의해 연료 전지 스택 내에서 제거된 기포는 제1 냉각수 순환라인(23)을 통해 냉각수와 함께 냉각수 탱크(10)로 공급된다.In this process, the air bubbles removed in the fuel cell stack by the ultrasonic wave exciter 81 are supplied to the coolant tank 10 together with the coolant through the first coolant circulation line 23.

그리고 나서, 상기 기포로부터 발생된 공기는 냉각수 탱크(10)의 내부에서 기포 배출구(17)를 통해 외부로 배출된다.Then, the air generated from the bubble is discharged to the outside through the bubble outlet 17 in the cooling water tank (10).

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(100)에 의하면, 스택 냉각 루프(1)의 냉각수 주입 시, 연료 전지 스택 내의 기포를 초음파 가진기(81)를 통하여 용이하게 제거할 수 있다.As described above, according to the fuel cell vehicle cooling water injection device 100 according to the exemplary embodiment of the present invention, when the cooling water is injected into the stack cooling loop 1, bubbles in the fuel cell stack may be ultrasonically excited. It can be easily removed through.

따라서, 본 실시예에서는 스택 내부에 존재하는 기포를 제거함으로써 기포에 의한 스택의 국소적인 온도 상승을 방지함으로써 스택의 운전 효율 및 냉각 성능을 증대시킬 수 있고, 국소적인 온도 상승으로 인한 연료 전지의 파손을 미연에 방지할 수 있다.Therefore, in this embodiment, by removing the air bubbles present in the stack, it is possible to increase the operating efficiency and cooling performance of the stack by preventing the local temperature rise of the stack due to the air bubbles, and damage to the fuel cell due to the local temperature rise. Can be prevented in advance.

또한, 본 실시예에서는 냉각수를 과도한 압력으로 주입하여 스택 내부의 기포를 제거하는 것과 달리, 냉각수에 압력을 가하지 않고 단순히 초음파의 가진으로서 기포를 제거할 수 있으므로, 과도한 냉각수의 압력으로 인한 스택의 기밀 파괴 및 부품 파손을 방지할 수 있다.In addition, in the present embodiment, unlike the case in which the coolant is injected at an excessive pressure to remove bubbles in the stack, bubbles can be removed simply by ultrasonic excitation without applying pressure to the coolant. Destruction and component damage can be prevented.

도 2는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a coolant injection device for a fuel cell vehicle according to another exemplary embodiment of the present disclosure.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(200)는 전기 실시예에서와 같이 필터 유닛(160)을 냉각수 공급라인(121)에 장착하지 않고, 냉각수 탱크(110)에 별도의 냉각수 순환 경로를 구성하고 그 냉각수 순환 경로에 필터 유닛(160)을 구성할 수 있다.Referring to the drawings, the fuel cell vehicle coolant injection device 200 according to another exemplary embodiment of the present invention does not mount the filter unit 160 to the coolant supply line 121 as in the electric embodiment, but the coolant tank A separate cooling water circulation path may be configured at 110 and the filter unit 160 may be configured at the cooling water circulation path.

이를 위해 본 실시예에서는 상기 냉각수 탱크(110)에 제1 유출구(111), 제1 유입구(113), 및 기포 배출구(117)와 별개로 제2 유출구(112)와 제2 유입구(114)를 형성한다.To this end, in the present embodiment, the second outlet 112 and the second inlet 114 are separately formed from the first outlet 111, the first inlet 113, and the bubble outlet 117 in the cooling water tank 110. Form.

여기서, 상기 제2 유출구(112)와 제2 유입구(114)는 제2 냉각수 순환라인(124)을 통해 상호 연결된다. 그리고, 상기 제2 냉각수 순환라인(124)에는 위에서 언급한 필터 유닛(160)이 설치된다.Here, the second outlet 112 and the second inlet 114 are interconnected through the second cooling water circulation line 124. In addition, the filter unit 160 mentioned above is installed in the second cooling water circulation line 124.

이 경우, 상기 제2 냉각수 순환라인(124)에서 필터 유닛(160)의 전단에는 필터 펌프(126)가 설치되는데, 이 필터 펌프(126)는 냉각수 탱크(110)에 저장된 냉각수를 필터 유닛(160)으로 압송하며 제2 냉각수 순환라인(124)을 통해 냉각수 탱크(110)로 순환시키기 위한 것이다.In this case, a filter pump 126 is installed at the front end of the filter unit 160 in the second coolant circulation line 124, and the filter pump 126 filters the coolant stored in the coolant tank 110. It is for circulating to the cooling water tank 110 through the second cooling water circulation line 124.

따라서, 상기 냉각수 탱크(110)에 저장된 냉각수는 필터 펌프(126)의 펌핑으로서 그 냉각수 탱크(110)의 제2 유출구(112)를 통해 배출되고, 제2 냉각수 순환라인(124)을 따라 유동되며 제2 유입구(114)를 통해 냉각수 탱크(110)의 내부로 순환된다.Accordingly, the coolant stored in the coolant tank 110 is discharged through the second outlet 112 of the coolant tank 110 as pumping of the filter pump 126 and flows along the second coolant circulation line 124. It is circulated into the coolant tank 110 through the second inlet 114.

이 과정에서 냉각수는 필터유닛(160)을 거치며 이온교환수지에 의해 금속 이온이 제거된 상태로 냉각수 탱크(110)로 재순환된다.In this process, the coolant passes through the filter unit 160 and is recycled to the coolant tank 110 with metal ions removed by the ion exchange resin.

상기에서와 같은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치(200)에 대한 나머지 구성 즉, 기포 제거유닛(180)의 초음파 가진기(181)의 구성, 스택 냉각 루프(1)의 냉각수 주입 구조, 및 냉각수 펌프(140)와 제1 냉각수 순환라인(123) 등을 통한 냉각수 순환 구조 등은 전기 실시예에서와 같으므로, 이하에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.The remaining configuration of the fuel cell vehicle cooling water injection device 200 according to another exemplary embodiment of the present invention as described above, that is, the configuration of the ultrasonic excitation 181 of the bubble removing unit 180, the stack cooling loop (1) Cooling water injection structure, and the cooling water circulation structure through the cooling water pump 140 and the first cooling water circulation line 123 and the like are the same as in the above embodiment, a more detailed description will be omitted below.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

1... 스택 냉각 루프 10, 110... 냉각수 탱크
11, 111... 제1 유출구 13, 113... 제1 유입구
17... 기포 배출구 21, 121... 냉각수 공급라인
23... 제1 냉각수 순환라인 40... 냉각수 펌프
60, 160... 필터 유닛 80... 기포 제거유닛
81... 초음파 가진기 112... 제2 유출구
114... 제2 유입구 124... 제2 냉각수 순환라인
126... 필터 펌프1 ... stack cooling loop 10, 110 ... coolant tank
11, 111 ... First outlet 13, 113 ... First inlet
17 ... Bubble outlet 21, 121 ... Coolant supply line
23 ... 1st coolant circulation line 40 ... coolant pump
60, 160 ... filter unit 80 ... bubble removal unit
81 ... Ultrasonic Exciter 112 ... 2nd Outlet
114 ... 2nd inlet 124 ... 2nd cooling water circulation line
126 ... filter pump

Claims (7)

연료 전지 스택을 냉각시키는 스택 냉각 루프에 냉각수를 주입하기 위한 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치로서,
냉각수를 저장하는 냉각수 탱크;
상기 냉각수 탱크와 스택 냉각 루프를 연결하는 냉각수 공급라인에 구성되어 상기 냉각수를 스택 냉각 루프로 압송하며 상기 스택 냉각 루프를 거친 냉각수를 상기 냉각수 탱크로 순환시키기 위한 냉각수 펌프; 및
상기 냉각수 공급라인에서 상기 냉각수 펌프의 후단에 구성되며 상기 연료 전지 스택 내의 기포를 진동으로서 제거하는 기포 제거유닛
을 포함하며,
상기 기포 제거유닛은 상기 스택 냉각 루프로 초음파를 가진하는 초음파 가진기로서 이루어지는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.A cooling water injection device for a fuel cell vehicle for injecting cooling water into a stack cooling loop for cooling a fuel cell stack,
A coolant tank for storing coolant;
A coolant pump configured in a coolant supply line connecting the coolant tank and the stack cooling loop to pump the coolant into the stack cooling loop and to circulate the coolant passing through the stack cooling loop to the coolant tank; And
A bubble removing unit configured at a rear end of the cooling water pump in the cooling water supply line and removing bubbles in the fuel cell stack as vibrations.
/ RTI >
The bubble removing unit is a coolant injection device for a fuel cell vehicle made of an ultrasonic excitation with an ultrasonic wave to the stack cooling loop. 제1 항에 있어서,
상기 초음파 가진기는 압전소자 또는 마그네틱 방식으로 구성되는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.The method according to claim 1,
The ultrasonic wave excitation device is a fuel cell vehicle cooling water injection device is configured in a piezoelectric element or a magnetic method. 제1 항에 있어서,
상기 스택 냉각 루프와 냉각수 탱크는 제1 냉각수 순환라인을 통해 연결되며,
상기 제1 냉각수 순환라인은 상기 연료 전지 스택에서 제거된 기포를 상기 냉각수 탱크로 공급하는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.The method according to claim 1,
The stack cooling loop and the coolant tank are connected through a first coolant circulation line.
The first cooling water circulation line is a fuel cell vehicle cooling water injection device for supplying bubbles removed from the fuel cell stack to the cooling water tank. 제3 항에 있어서,
상기 냉각수 탱크는,
상기 냉각수 공급라인과 연결되는 제1 유출구와, 상기 제1 냉각수 순환라인과 연결되는 제1 유입구와, 상기 기포를 외부로 배출하기 위한 기포 배출구를 형성하는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.The method of claim 3,
The coolant tank,
And a first inlet connected to the cooling water supply line, a first inlet connected to the first cooling water circulation line, and a bubble outlet for discharging the bubbles to the outside. 제1 항에 있어서,
상기 냉각수 공급라인에는 상기 냉각수 펌프의 후단에 필터유닛이 설치되는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.The method according to claim 1,
Cooling water injection device for a fuel cell vehicle is provided with a filter unit in the cooling water supply line at the rear end of the cooling water pump. 제1 항에 있어서,
상기 냉각수 탱크에는 제2 유출구와 제2 유입구가 형성되며,
상기 제2 유출구와 제2 유입구는 제2 냉각수 순환라인을 통해 상호 연결되고,
상기 제2 냉각수 순환라인에는 필터 펌프와 필터유닛이 설치되는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.The method according to claim 1,
The cooling water tank is formed with a second outlet and a second inlet,
The second outlet and the second inlet are interconnected through a second cooling water circulation line,
Cooling water injection device for a fuel cell vehicle is provided with a filter pump and a filter unit in the second cooling water circulation line. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
상기 필터유닛은 이온교환수지를 충전한 이온 제거기로서 이루어지는 연료 전지 차량용 냉각수 주입 장치.The method according to claim 5 or 6,
The filter unit is a fuel cell vehicle cooling water injection device comprising an ion remover filled with ion exchange resin.
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