KR20150066078A - 카트리지형 습기 제거기, 이를 적용한 습기 제거 장치 및 방법 - Google Patents

카트리지형 습기 제거기, 이를 적용한 습기 제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 카트리지형 습기 제거기는, 고형 제습제를 담지하며 일정 간격으로 관통홀이 형성되는 제습제 케이스, 상기 제습제 케이스의 일단을 포삽하도록 분해 가능하게 조립되는 카트리지 헤드, 상기 카트리지 헤드의 내측홀에 설치되며 상기 고형 제습제의 일단과 접촉되어 수분 함유에 따른 압력을 센싱하는 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

카트리지형 습기 제거기, 이를 적용한 습기 제거 장치 및 방법{Catridge typed dehumidifier, Apparatus and Method for removing humidity using the same}
본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 연료전지 작동 중에 생성된 일부 수분이 외부와 차단된 스택 케이스 내에 방출됨에 따라 주기적으로 교환이 가능한 카트리지 형태의 습기 제거제를 설치하여 습도를 제거함으로써 내부 부품 (케이스, 브라켓, 분리판, 볼트 등)의 부식 및 전기 누설로 인한 전기화재를 방지하는 카트리지형 습기 제거기에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 카트리지형 습기 제거기를 이용하여 연료전지 스택내 습도를 제거하는 습기 제거 장치 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로 연료전지는 수소 등의 활성을 갖는 물질, 예를 들어 LNG(Liquified Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 메탄올 등을 전기화학 반응을 통해 산화시켜 그 과정에서 방출되는 화학 에너지를 전기로 변환시키는 것으로, 주로 천연가스의 개질, 신재생에너지(풍력 / 수력 / 태양열 / 지열등)를 이용한 물의 전기분해로부터 쉽게 생산해 낼 수 있는 수소와 공기중의 산소가 사용된다.
연료전지의 주 에너지원은 연료전지 스택이라 부르는 발전장치로부터 기인하는데, 이 스택의 원리는 공기중의 산소와 외부에서 공급된 수소가 화학적으로 반응하여 에너지를 발생시키는 장치이다.
연료전지 시스템은 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급 시스템, 연료전지 스택에 전기 화학반응에 필요한 환원제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급 시스템, 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등을 포함하여 구성되어 있다.
그런데, 이러한 연료전지의 경우 연료전지 작동중에 생성된 일부 수분이 스택 케이스 내에 방출되고 응축됨에 따라 연료전지의 내부 부품의 부식 및 절연이 파괴될 수 있다는 문제점이 있었다.
1. 한국공개특허번호 제10-2010-0008496호 2. 한국공개특허번호 제10-2013-0081477호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 연료전지 작동 중에 외부와 차단된 스택 케이스 내에 방출되는 일부 수분을 교환 및/또는 교체가 용이한 카트리지형 습기 제거기를 제공하여 습기를 제거하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 자동적으로 제습제의 교환 시기를 알려주는 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 연료전지 작동 중에 외부와 차단된 스택 케이스 내에 방출되는 일부 수분을 제거하고 제습제의 교환 및/또는 교체가 용이한 카트리지형 습기 제거기를 제공한다.
상기 카트리지형 습기 제거기는,
고형 제습제를 담지하며 일정 간격으로 관통홀이 형성되는 제습제 케이스.
상기 제습제 케이스의 일단을 포삽하여 분해 및 조립이 가능한 카트리지 헤드
상기 카트리지 헤드의 내측홀에 설치되며 상기 고형 제습제 의 일단과 접촉되어 상기 고형제의 수분 함유에 따른 팽창으로 압력을 센싱하는 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 제습제 케이스의 외면에 삽입되는 밀봉용 오링을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제습제 케이스의 외면 일부에 나사상이 형성되어 카트리지 헤드와의 결합을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 카트리지 헤드의 일측에는 상기 압력 센서의 외부 연결을 위한 전선을 밀봉하는 실러가 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제습제 케이스는 실린더 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.
한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 위에서 기술된 카트리지형 습기 제거기, 상기 카트리지형 습기 제거기와 착탈식으로 조립되는 조립홀이 일측에 형성되는 스택 케이스를 갖는 연료 전지 스택, 상기 카트리지형 습기 제거기의 압력 센서로부터 센싱 정보를 수신하여 상기 고형 제습제의 교환 시기를 자동적으로 판단하는 제어기 및 상기 제어기의 판단에 의해 교환 시기 알람 정보를 출력하는 클러스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 습기 제거 장치를 제공한다.
이때, 상기 조립홀의 내측 또는 외측에 상기 제습제 케이스와 조립되는 웰딩 너트가 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 교환 시기를 판단하기 위한 미리 설정된 교환 설정 압력값을 가지고 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 교환 설정 압력값은 상기 고형 제습제의 부피 팽창을 고려한 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 교환 시기 알람 정보는 음성, 문자 및 그래픽 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 압력 센서를 이용하여 연료 전지 스택에서 생성된 수분으로 인해 변형되는 고형 제습제의 압력을 센싱하여 센싱 정보를 생성하는 단계, 상기 센싱 정보로부터 상기 고형 제습제의 교환 시기를 판단하는 단계, 및 판단 결과, 교환 시기에 해당하면 교환 시기 알람 정보를 자동적으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 습기 제거 방법을 제공한다.
이때, 상기 교환 시기의 판단은 미리 설정된 교환 설정 압력값과 비교하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스택 케이스 내 발생한 습기를 제거하여 응축을 방지함으로써 내부 부품(케이스, 브라켓, 분리판, 볼트 등)의 부식을 방지하고, 전기 누설로 인한 전기화재를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 교환이 가능한 카트리지 형태의 습기 제거제를 적용함으로써 교환 및/또는 교체가 용이하다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 습기 제거제의 교환 시기를 운전자가 알 수 있도록 음성, 문자 및/또는 그래픽 등으로 자동 출력함으로써 편의성을 증대할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 이를 통하여 내구성 향상 및 신뢰성을 개선할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 습기 제거 장치(100)의 구조를 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 카트리지형 습기 제거기(140)의 구조를 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제습제의 교환 시기를 출력하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 카트리지형 습기 제거기, 이를 적용한 습기 제거 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 습기 제거 장치(100)의 구조를 보여주는 개념도이다. 도 1을 참조하면, 습기 제거 장치(100)는, 카트리지형 습기 제거기(140), 상기 카트리지형 습기 제거기(140)와 착탈식으로 조립되는 조립홀(111)이 일측에 형성되는 스택 케이스(110)를 갖는 연료 전지 스택(101), 상기 카트리지형 습기 제거기(140)로부터 센싱 정보를 수신하여 제습제의 교환 시기를 판단하는 제어기(150), 상기 제어기(150)의 판단에 의해 교환 시기 알람 정보를 자동 출력하는 클러스터(160) 등을 포함하여 구성된다.
물론, 연료 전지 스택(101)에는 스택 케이스(110) 이외에도 스택 케이스(110) 내에 설치되는 연료 전지 모듈(120)이 구성된다.
연료 전지 모듈(120)은 수소와 산소의 화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 연료 전지 모듈(120)은 크게 전기화학 반응을 일으키는 전극막(미도시), 전기화학 반응에 의해 발생된 수소이온을 전달하는 전해질 막의 접합체인 전극 전해질 접합체(MEA; Membrane Electrode Assembly)(미도시), 이를 지지하는 분리판(미도시), 가스 확산층(미도시), 및 체결 기구(미도시) 등으로 구성된다. 이러한 연료 전지 모듈(120)의 구조는 널리 공지되어 있으므로 본 발명의 명확한 이해를 위해 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
이러한 연료 전지 모듈(120)은 스택 케이스(110) 내부에 장착 브라켓(130)에 의해 체결 고정된다.
물론, 본 발명의 일실시예에서는 연료전지 작동 중에 전기화학 반응에 의해 생성된 수분을 제거하기 위해 카트리지형 습기 제거기(140)가 설치된다. 이러한 조립 체결하기 위해 스택 케이스(110)의 상부 일측에 조립홀(111)이 형성된다.
또한, 이러한 카트리지형 습기 제어기(140)를 밀봉하여 고정 조립하도록 조립홀(111)의 내측 및/또는 외측에 웰딩 너트가 설치된다. 이러한 조립 구조의 예를 보여주는 도면이 도 2에 도시된다. 도 2에 대하여는 후술하기로 한다.
제어기(150)는 카트리지형 습기 제어기(140)와 연결되며, 카트리지형 습기 제어기(140)로부터 센싱 정보를 수신하여 카트리지형 습기 제어기(140)에 구성된 제습제의 교환 시기를 판단한다.
클러스터(160)는 차량에 설치되는 디스플레이, 오디오, 경고등 등으로 구성되며, 운전자에게 차량의 운전을 위한 정보 등을 출력하는 기능을 한다.
따라서, 클러스터(160)는 제어기(150)의 판단에 따라 제습제의 교환 시기를 운전자에게 교환 시기 알람 정보는 음성 및/또는 문자 및/또는 그래픽 등으로 자동적으로 알려주게 된다. 또는 경고등을 점등하여 알려주는 방식도 가능하다.
도 2는 도 1에 도시된 카트리지형 습기 제거기(140)의 구조를 보여주는 개념도이다. 도 2를 참조하면, 상기 카트리지형 습기 제거기(140)는, 고형 제습제(209)를 담지하며 일정 간격으로 관통홀(208-1)이 다수 형성되는 제습제 케이스(208), 상기 제습제 케이스(208)의 일단을 포삽하여 분해 및 조립이 가능한 카트리지 헤드 (211), 상기 카트리지 헤드(211)의 내측홀에 설치되며 상기 고형 제습제(209)의 일단과 접촉되어 상기 고형제의 수분 함유에 따른 팽창으로 압력을 센싱하는 압력 센서(207) 등을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제습제 케이스(208)의 외면에 삽입되는 밀봉용 오링(210)이 단차가 형성되는 조립홀(도 1의 111)에 끼워진다. 따라서, 오링(210)은 스택 케이스(110)와 카트리지 헤드(211) 사이에 삽입되어 연료 전지 스택(도 1의 101)의 내부로 외기가 인입되는 것을 방지한다.
또한, 상기 제습제 케이스(208)의 외면 일부에 암나사상이 형성되고, 이러한 암나사상과 조립되도록 웰딩 너트(213)가 스택 케이스(110)의 내측에 조립된다. 이를 보여주는 구조가 부분 확대도로 도시되어 있다. 상기 제습제 케이스(208)는 실린더 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.
고형 제습제(209)는 교환 시기를 알려주기 위해 일정 부피를 가지며, 재료로는 고형 실리카겔, 연화칼슘 등이 사용될 수 있다.
또한, 카트리지 헤드(211)에도 외부의 밀봉을 위해 상기 압력 센서(207)의 외부 연결을 위한 전선을 밀봉하는 실러(212)가 설치된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제습제의 교환 시기를 출력하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 고형 제습제(도 2의 209)가 연료 전지 스택에서 생성된 수분으로 인해 변형되면 압력 센서(도 2의 207)를 이용하여 고형 제습제(209)의 압력을 센싱하여 센싱 정보를 생성한다(단계 S320,S330). 부연하면, 운전자에게 제습제의 교환시기를 알려주기 위해 일정부피를 가지는 고형 제습제의 부피 팽창으로 인한 압력을 센싱하여 전기적 신호로 변환한다.
상기 센싱 정보로부터 현재의 압력이 미리 설정된 교환 설정 압력값보다 큰지를 비교한다(단계 S340). 이러한 미리 설정된 교환 설정 압력값은 운전자에게 교환시기를 알려주기 위해 일정부피를 가지는 고형 제습제의 부피 팽창을 고려하여 설정된다..
비교 결과, 설정 압력값보다 크면 자동적으로 교환 경고등을 점등하여 운전자가 알 수 있도록 한다(단계 S350). 부연하면, 비교 결과, 교환 시기에 해당하면 교환 시기 알람 정보를 출력한다.
상기 교환 시기 알람 정보는 경고등을 점등하는 방식을 포함하여, 음성 및/또는 문자 및/또는 그래픽의 조합으로 구현하는 것도 가능하다.
100: 습기 제거기 101: 연료 전지 스택
110: 스택 케이스 120: 연료 전지 모듈
130: 장착 브라켓 140: 카트리지형 습기 제거기
150: 제어기 160: 클러스터
207: 압력 센서 208: 제습제 케이스
209: 고형 제습제 211: 카트리지 헤드
213: 웰딩 너트 212: 실러
210: 오링

Claims (12)

  1. 고형 제습제를 담지하며 일정 간격으로 관통홀이 형성되는 제습제 케이스,
    상기 제습제 케이스의 일단을 포삽하여 분해 및 조립이 가능한 카트리지 헤드,
    상기 카트리지 헤드의 내측홀에 설치되며 상기 고형제의 수분 함유에 따른 팽창으로 압력을 센싱하는 압력 센서,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지형 습기 제거기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제습제 케이스의 외면에 삽입되는 밀봉용 오링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지형 습기 제거기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제습제 케이스의 외면 일부에 나사상이 형성되는 것을 특징으로 하는 카트리지형 습기 제거기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 카트리지 헤드의 일측에는 상기 압력 센서의 외부 연결을 위한 전선을 밀봉하는 실러가 설치되는 것을 특징으로 하는 카트리지형 습기 제거기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제습제 케이스는 실린더 형상인 것을 특징으로 하는 카트리지형 습기 제거기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 카트리지형 습기 제거기;
    상기 카트리지형 습기 제거기와 착탈식으로 조립되는 조립홀이 일측에 형성되는 스택 케이스를 갖는 연료 전지 스택;
    상기 카트리지형 습기 제거기의 압력 센서로부터 센싱 정보를 수신하여 상기 고형 제습제의 교환 시기를 판단하는 제어기; 및
    상기 제어기의 판단에 의해 교환 시기 알람 정보를 자동적으로 출력하는 클러스터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 습기 제거 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 조립홀의 내측 또는 외측에 상기 제습제 케이스와 조립되는 웰딩 너트가 설치되는 것을 특징으로 하는 습기 제거 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는 교환 시기를 판단하기 위한 미리 설정된 교환 설정 압력값을 가지고 있으며, 상기 교환 설정 압력값은 상기 고형 제습제의 부피 팽창을 고려한 값인 것을 특징으로 하는 습기 제거 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 교환 시기 알람 정보는 음성, 문자 및 그래픽 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 습기 제거 장치.
  10. 압력 센서를 이용하여 연료 전지 스택에서 생성된 수분으로 인해 변형되는 고형 제습제의 압력을 센싱하여 센싱 정보를 생성하는 단계,
    상기 센싱 정보로부터 상기 고형 제습제의 교환 시기를 판단하는 단계, 및
    판단 결과, 교환 시기에 해당하면 교환 시기 알람 정보를 자동으로 출력하는 단계,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 습기 제거 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 교환 시기의 판단은 미리 설정된 교환 설정 압력값과 비교하여 이루어지며, 상기 교환 설정 압력값은 상기 고형 제습제의 부피 팽창을 고려한 값인 것을 특징으로 하는 습기 제거 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 교환 시기 알람 정보는 음성, 문자 및 그래픽 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 습기 제거 방법.
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