KR20150078139A - 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 시스템에 사용되는 각종 배관, 특히 곡선 배관(Multi bending pipe)의 표면을 전해 연마하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 연료전지 시스템에 사용되는 배관, 특히 곡선 배관의 표면 전해 연마 처리 시 전기가 통하지 않는 플라스틱 재질의 메쉬망 소재와 플렉시블 전극을 조합하여 곡선 배관의 내면을 전해 연마 처리할 수 있는 새로운 형태의 표면처리 방식을 구현함으로써, 곡선 배관의 외면 뿐만 아니라 내면 모두 전해 연마 표면처리를 실시할 수 있는 등 내부식성 향상 및 이온 용출도를 낮춰 차량 전기 안전성을 높일 수 있는 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법을 제공한다.

Description

연료전지 시스템용 배관 표면처리방법{Treatment method of surface of pipe for fuel cell system}

본 발명은 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 시스템에 사용되는 각종 배관, 특히 곡선 배관(Multi bending pipe)의 표면을 전해 연마하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지 시스템에 사용되는 배관은 전극측으로 유체를 이송시키는 배관, 냉각수를 공급하기 위한 배관 등 다양한 용도의 배관이 사용된다.

이러한 배관은 대부분 내구성 등을 고려하여 금속 재질, 특히 물적 기계적 특성이 우수한 스테인레스강, 예를 들면 스테인레스강 중에서 기계적 물성이 가장 우수한 사양인 SUS316L 등을 주로 사용하고 있다.

이와 같은 배관은 각종 부산물이 점착성 또는 표면반응에 의해 스테인레스강 등과 같은 금속 재질로 이루어진 배관의 내부 표면에 증착됨으로써, 상기 부산물과 급격한 반응을 일으켜 배관을 빠르게 손상시키게 된다.

따라서, 배관의 손상을 방지하기 위해 배관의 외부 및 내부 표면을 연마 처리하여 사용하고 있다.

보통 연료전지 시스템에 사용되는 배관은 파이프 절단, 필요 형상으로 밴딩, 최종 절개, 끝단 포밍, 파이프 전해 연마(외면), 완성의 공정을 통해 제작된다.

여기서, 파이프 표면 전해 연마 공정은 파이프의 내부식성 및 내이온 용출성을 강화시키기 위한 공정이다.

예를 들면, 파이프 표면 전해 연마 공정은, 도 4에 도시한 바와 같이, 전해 연마 대상이 되는 파이프(100)를 전해액 속에 넣고 양편에 전극(110)을 배치한 후에 파이프(100)에 양극의 전류를, 전극(110)에 음극의 전극을 각각 인가하여 표면을 연마하는 공정이다.

그러나, 이러한 표면 전해 연마 방법은 전해 연마용 전극 및 전류의 전기적 특성상, 배관 외면만 전해 연마하는 방법으로서, 실제 냉각수 접촉부인 배관 내면과는 무관한 표면처리방법이다.

차량에 적용되는 곡선 배관(Multi bending pipe)의 경우, 현재 외부 전해 연마 상태로 공급되는데, 그 이유는 전류 특성(Skin effect : 전류는 도체의 표면으로 흐름)상 일반적으로 배관 표면만 전해 연마가 가능하기 때문이다.

이러한 곡선 배관의 내면 전해 연마를 위해 전극을 별도로 제작하더라도, 밴딩부에 전극이 닿으면 전해 연마가 불가능하다.

따라서, 곡선 배관의 내면 연마를 위해서는 배관 내면에 닿지 않고 변곡부 통과가 자유로운 전극의 개발이 요구된다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 일본공개특허 1995-285027호, 미국등록특허 4,645,581호에 개시되어 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지 시스템에 사용되는 배관, 특히 곡선 배관의 표면 전해 연마 처리 시 전기가 통하지 않는 플라스틱 재질의 메쉬망 소재와 플렉시블 전극을 조합하여 곡선 배관의 내면을 전해 연마 처리할 수 있는 새로운 형태의 표면처리 방식을 구현함으로써, 곡선 배관의 외면 뿐만 아니라 내면 모두 전해 연마 표면처리를 실시할 수 있는 등 내부식성 향상 및 이온 용출도를 낮춰 차량 전기 안전성을 높일 수 있는 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법은 다음과 같은 특징이 있다.

상기 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법은 전해액 내에서 양극과 음극에 전류를 흘려서 곡선 배관의 내면과 외면에 대한 전해 연마 처리를 하는 방법으로서, 연료전지 시스템에 사용되는 곡선 배관의 내부 형상에 상응하는 형상을 가지는 절연소재로 이루어진 메쉬망과 상기 메쉬망의 내부에 배치되는 내부 전극을 곡선 배관의 내부에 배치함과 더불어 곡선 배관의 외부에 외부 전극을 배치하고, 상기 내부 전극 및 외부 전극에는 "-"극을 인가하는 동시에 상기 곡선 배관에는 "+"극을 인가하여, 곡선 배관의 내면과 외면을 전해 연마 처리하는 것이 특징이다.

여기서, 상기 메쉬망은 절연성 소재, 예를 들면 플라스틱 소재로 이루어진 원형의 메쉬망을 사용하는 것이 바람직하고, 또 상기 외부 전극은 곡선 배관의 외부 형상에 상응하는 형상을 가지면서 곡선 배관의 외면을 따라 나란하게 배치되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전해액은 황산+인산+증류수+백금첨가제를 혼합하여 만든 액을 사용할 수 있다.

특히, 상기 메쉬망은 곡선 배관의 곡관부 구간에 삽입 이동이 가능한 유연성을 지닌 flexible meshed electrode(동선)으로 이루어질 수 있다.

본 발명에서 제공하는 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법은 다음과 같은 장점이 있다.

연료전지 시스템에 사용되는 스테인레스강(SUS 304) 배관의 내면 및 외면 전해 연마 처리가 가능함으로써, 내부식성 향상 및 이온 용출도 저하 등으로 차량 전기 안전성을 향상시킬 수 있고, 또 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.

즉, 기존 제품의 경우 이온 용출도가 3.1uS/cm이지만, 본 발명의 제품의 경우 2.4uS/cm 이므로 기존 제품에 비해 이온 용출도가 낮다.

또, 현재 양산에 적용되는 SUS 316L 외면 전해 연마 처리한 제품의 경우 Ø19 기준 m당 23,000원 이지만, 본 발명을 적용한 SUS 304 내외면 전해 연마 처리한 제품의 경우 Ø19 기준 m당 3,800원이므로, 약 84% 정도의 원가절감 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법에 사용되는 전극 및 절연체를 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법을 나타내는 개략도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법에 사용되는 전극 및 절연체, 그리고 내면 전해 연마 시제품을 보여주는 사진
도 4는 종래의 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법을 나타내는 개략도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법에 사용되는 전극 및 절연체를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법을 나타내는 개략도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 배관 표면처리방법은 곡선 배관의 외부 표면은 물론 내부 표면까지도 효과적으로 전해 연마 처리하는 방법으로서, 전해질 내에서 양극과 음극에 전류를 흘려서 곡선 배관(10)의 내면과 외면에 대한 전해 연마 처리를 동시에 실시하는 방법이다.

이를 위하여, 연료전지 시스템에 사용되는 곡선 배관(10), 예를 들면 2곳 정도의 밴딩부를 가지는 곡선 배관(10)의 내부 형상에 상응하는 형상을 가지는 관 형태의 메쉬망(11)과 역시 동일한 형상을 가지면서 메쉬망(11)의 내부에 배치되는 내부 전극(12)이 마련된다.

이때의 메쉬망(11)은 전기가 통하지 않는 절연체로서, 플라스틱 소재의 메쉬망을 사출식으로 제작한 것을 사용할 수 있다.

그리고, 상기 내부 전극(12)의 경우 플렉시블한 소재, 즉 곡선 배관(10)의 내부 곡선 구간에 삽입 및 이동이 가능한 유연성을 지닌 동선을 사용할 수 있다.

여기서, 상기 내부 전극(12)의 경우 메쉬망(11)의 길이보다 좀더 연장된 길이를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 메쉬망(11)의 경우, 곡선 배관(10)의 내부에 삽입되는 정도의 직경을 가지면 되지만, 곡선 배관(10)의 내면에 밀착시켜서 유동되지 않을 정도의 직경을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

이때의 내부 전극(12)도 메쉬망(11)의 내경면에 밀착되는 정도의 직경을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 내부 전극(12)의 표면을 메쉬망(11)이 감싸고 있는 형태로 이루어진 것을 적용할 수 있다.

또한, 곡선 배관(10)의 외부 표면을 전해 연마하기 위한 전극으로서, 외부 전극(13)이 마련된다.

상기 외부 전극(13)은 곡선 배관(10)의 외부 형상에 상응하는 형상을 가지면서 곡선 배관(10)의 외면을 따라 나란하게 배치될 수 있으며, 이때의 외부 전극(13) 또한 플렉시블한 동선을 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법을 나타내는 개략도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 여기서는 황산+인산+증류수+백금첨가제를 혼합하여 만든 전해액이 채워져 있는 전해액 용기(14)의 내부에 곡선 배관(10)을 배치하여 전해 연마 표면 처리를 실시하는 방법을 보여준다.

먼저, 곡선 배관(10)의 내부 형상을 따라 내부 전극(12) 및 메쉬망(11)을 삽입한다.

이때의 내부 전극(12)은 메쉬망(11)에 의해 곡선 배관(10)과 접촉되지 않아 절연된 상태가 된다.

그리고, 곡선 배관(10)의 외부에도 외면 형상을 따라 나란하게 일정간격을 두고 외부 전극(13)을 배치한다.

이렇게 곡선 배관(10)의 내측과 외측에 내부 전극(12) 및 메쉬망(11), 그리고 외부 전극(13)이 배치된 상태 그대로 전해액이 들어 있는 전해액 용기(14)에 집어 넣고, 정류기(15)의 "+"극과 곡선 배관(10)을 연결함과 더불어 정류기(15)의 "-"극과 내부 전극(12) 및 외부 전극(13)을 연결한 후에 전류를 인가하여 전해 연마를 실시한다.

그 결과, 연마하려는 곡선 배관(10)의 내면과 외면은 전해액 속에 녹아들고, 이때의 내부 표면과 외부 표면의 돌출부분은 전류 밀도가 높아져서 다른 부분보다 많이 용해되면서 평활한 표면이 얻어지게 된다.

따라서, 도 3에서 볼 수 있듯이, 곡선 배관의 내면과 외면의 표면은 균일하고 깨끗한 면으로 처리될 수 있게 된다.

특히, 연료전지 시스템용으로 사용하기 위한 스테인레스강 SUS 304의 경우, 단가는 낮으나 SUS 316L 대비 내부식성이 현저히 낮고 종래의 외면 전해 연마를 적용하는 상태에서는 이온 용출도가 불량하여 차량 적용이 어려웠으나, 본 발명의 내면 및 외면 전해 연마 처리를 적용하는 경우, 원가 절감의 이점을 그대로 살리면서 낮은 이온 용출 및 내부식성을 갖춤에 따라 경제적일 뿐만 아니라, 차량 전기 안전성을 높일 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 연료전지 시스템용 저가형 배관 개발을 위한 양면 전해 연마 기술을 구현함으로써, 원가 절감/낮은 이온 용출/내부식성을 갖춘 연료전지 시스템에 적합한 최적의 전용 배관을 얻을 수 있다.

10 : 곡선 배관
11 : 메쉬망
12 : 내부 전극
13 : 외부 전극
14 : 전해액 용기
15 : 정류기

Claims (5)

1. 전해액 내에서 양극과 음극에 전류를 흘려서 곡선 배관(10)의 내면과 외면에 대한 전해 연마 처리를 하는 방법으로서,
   곡선 배관(10)의 내부 형상에 상응하는 형상을 가지는 절연소재로 이루어진 메쉬망(11)과 상기 메쉬망(11)의 내부에 배치되는 내부 전극(12)을 곡선 배관(10)의 내부에 배치함과 더불어 곡선 배관(10)의 외부에 외부 전극(13)을 배치하고, 상기 내부 전극(12) 및 외부 전극(13)에는 "-"극을 인가하는 동시에 상기 곡선 배관(10)에는 "+"극을 인가하여, 곡선 배관(10)의 내면과 외면을 전해 연마 처리하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 메쉬망(11)은 절연성 소재로 이루어진 원형의 메쉬망을 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부 전극(13)은 곡선 배관(10)의 외부 형상에 상응하는 형상을 가지면서 곡선 배관(10)의 외면을 따라 나란하게 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 전해액은 황산+인산+증류수+백금첨가제를 혼합하여 만든 액인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법.
   
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 메쉬망(11)은 곡선 배관(10)의 곡관부 구간에 삽입 이동이 가능한 유연성을 지닌 flexible meshed electrode(동선)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 배관 표면처리방법.

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