KR20160069720A - 차량의 냉각수 부족 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 냉각계에서 냉각수 부족을 정확하게 진단할 수 있는 압력센서 및 장착부 구조를 개선한 수위 감지장치에 관한 것이다.
본 발명은 센서 하단부에 원형의 판을 설치하는 구조나 센서 장착 하우징부에 하우징 일체형 사출 격벽을 설치하는 구조 등의 개선을 통해 차량이 외란에 의해 흔들릴 경우 유체의 유동이 압력 센싱홀에 영향을 미치지 않도록 함으로써, 냉각수 부족 오진단을 막을 수 있는 차량의 냉각수 부족 감지장치를 제공한다.

Description

차량의 냉각수 부족 감지장치{Apparatus for detecting coolant lack of cooling system for vehicle}

본 발명은 차량의 냉각수 부족 감지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 냉각계에서 냉각수 부족을 정확하게 진단할 수 있는 압력센서 및 장착부 구조를 개선한 수위 감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지 차량에 탑재되는 연료전지 시스템은 연료전지 스택에 수소를 공급하는 수소공급시스템, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급시스템, 수소 및 산소의 전기화학적 반응에 의거 전기를 생성하는 연료전지 스택, 연료전지 스택의 전기화학적 반응열을 제거하는 동시에 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등으로 구성된다.

여기서, 상기 열 및 물관리 시스템은 냉각수를 연료전지 스택으로 순환시키는 펌프, 스택으로부터 냉각을 마치고 배출된 냉각수가 냉각되도록 한 라디에이터, 스택의 냉각수 배출측과 펌프 사이의 연장된 라인과 연결되는 냉각수 보충라인에 설치되는 리저버, 스택의 온도에 따라 냉각루프와 승온루프로 구분되는 냉각수 순환 루프 등을 포함한다.

이러한 열 및 물관리 시스템에서 라디에이터의 상단에는 상압캡이 장착되어 있고, 상기 리저버는 대기 개방식 구조로 구비되고 그 내부에 수위센서가 장착되어 있다.

그리고, 상기 냉각수 순환 루프의 냉각루프 및 승온루프에서 냉각수가 소실될 경우, 펌프의 전단 라인에 음압이 걸려 리저버 내의 냉각수가 냉각수 보충라인을 통하여 펌프의 전단 라인으로 신속하게 내려가 소실된 냉각수를 보충하게 된다.

그러나, 리저버 내의 냉각수가 신속하게 배출될 때, 다량의 기포 발생 및 물의 출렁거림과 같은 반복적인 순환 등으로 인하여, 리저버 내의 냉각수위를 감지하는 수위센서가 오동작을 하는 문제점이 있다.

이러한 점을 감안하여 한국공개특허 10-2013-0124789호에서는 냉각수 상단에 장착된 압력센서의 신호 흔들림 크기와 기울기 빈도를 이용하여 냉각수 부족을 판단하는 방식의 연료전지 자동차 냉각계 수위 감지 방법을 제시하고 있다.

이 방법은 흐르는 냉각수의 부족 상태를 실시간으로 파악하기 위하여 압력센서의 변화 폭, 변화 기울기, 변화 횟수 등을 기반으로 임계값 이상의 조건이 되면 냉각수 부족을 판단하는 방법이다.

그러나, 종래의 방법은 냉각수가 보충되어 흐름에도 불구하고 차량의 진동 시 마치 냉각수 부족의 경우인 것처럼 센서값이 흔들로 오진단을 하는 경우가 있다.

실제로 냉각수가 완충되어 흐르는 경우인데도 실제 FCU(연료전지 제어기)에서는 냉각수가 부족하여 압력센서가 흔들리는지, 혹은 차량 외란/진동에 의한 센서 흔들림인지 구분이 되지 않는 단점이 존재한다.

이러한 기존 냉각수 부족 판단 방법(로직)의 오진단 문제로 인해 현재 연료전치 차량에는 로직의 민감도를 하향시켜 놓은 상태이다.

즉, 압력값의 변화 폭과 기울기 변화 빈도를 가지고 판단하는 로직이기 때문에 오진단을 막고자 압력값의 변화 폭과 변화 빈도값을 크게 상향시켜 냉각수 부족 진단을 둔감하게 설정해 놓은 상태로서, 냉각수 부족을 정확하게 진단하는데 미흡한 점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 센서 하단부에 원형의 판을 설치하는 구조나 센서 장착 하우징부에 하우징 일체형 사출 격벽을 설치하는 구조 등의 개선을 통해 차량이 외란에 의해 흔들릴 경우 유체의 유동이 압력 센싱홀에 영향을 미치지 않도록 함으로써, 냉각수 부족 오진단을 막을 수 있는 차량의 냉각수 부족 감지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 차량의 냉각수 부족 감지장치는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 차량의 냉각수 부족 감지장치는 압력센서부와 온도센서부를 가지면서 하우징에 설치되어 냉각수 부족을 감지하는 압력센서와, 상기 하우징의 내부에서 압력센서부의 일측에 설치되어 냉각수의 중력 방향 상하 진동 시 냉각수 흔들림을 차단하는 냉각수 유동방지판을 포함하는 구조로 이루어진다.

따라서, 상기 차량의 냉각수 부족 감지장치는 차량 험로 주행 시 냉각수가 자중에 의해 흔들리는 유동을 일으키는 경우에도 냉각수 부족 오진단을 막을 수 있는 특징이 있다.

여기서, 상기 냉각수 유동방지판의 일 예로서, 압력센서부의 저면에 지지되면서 압력센서부 저면과 나란하게 수평으로 배치되는 판 형태로 이루어질 수 있다.

예를 들면, 상기 냉각수 유동방지판은 냉각수 출입을 위한 냉각수 유동방향, 예를 들면 측방향으로의 개구부를 가지는 측벽과 바닥판의 조합 형태로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 냉각수 유동방지판의 다른 예로서, 하우징의 벽면에 지지되면서 압력센서부 저면과 나란하게 수평으로 배치되는 판 형태로 이루어질 수 있다.

이때의 냉각수 유동방지판은 하우징 일체형의 사출 격벽 구조로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 차량의 냉각수 부족 감지장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 냉각수 부족 판단 로직의 험로 주행 시 오진단을 방지하고자 센서 하단부에 원형판을 설치하거나, 센서 장착 하우징에 격벽 일체 구조를 형성한 구조를 적용함으로써, 차량의 중력 방향 진동 시 냉각수의 압력센서 홀에 미치는 힘을 센서 홀 바로 아래에서 차단시켜 험로 주행에 의한 냉각수 부족 오진단을 방지할 수 있다.

둘째, 중력 방향의 모멘텀이 상쇄되어 로직의 민감도를 다시 상향 설정 가능하다.

즉, 압력값의 변화 폭과 기울기 변화 빈도값을 작게 설정하여 소량의 냉각수가 부족하여도 바로 냉각수 부족 감지가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치를 나타내는 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치를 나타내는 확대도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치에서 냉각수 유동방향을 나타내는 확대도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치를 나타내는 사시도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치를 나타내는 확대도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치에서 냉각수 유동방향을 나타내는 확대도
도 7은 본 발명에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치를 적용한 경우와 미적용한 경우의 압력 흔들림 감소 사례를 나타내는 그래프

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

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치를 나타내는 사시도와 확대도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치에서 냉각수 유동방향을 나타내는 확대도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 차량의 냉각수 부족 감지장치는 냉각수 부족 오진단 방지를 위해 압력센싱부 하단에 별도의 구조물을 장착하여, 중력 방향의 상하 진동 시 냉각수 흔들림을 차단할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위하여, 차량의 냉각계에 있는 리저버 하우징 등과 같은 하우징(12)에는 압력센서부(10)를 가지는 압력센서(13), 예를 들면, 압력센서부(10)와 온도센서부(11)를 가지는 압력온도센서가 설치되고, 이렇게 설치되는 압력센서(13)의 압력센서부(10)에 있는 저면의 압력센싱홀(16)과 봉 형태의 온도센서부(11)는 하우징(12)의 내부에 위치하여 하우징(12)에 채워져 있는 냉각수에 노출된다.

여기서, 상기 압력센서(13)는 냉각수 부족을 감지하는 수단으로서, 압력감지 및 온도감지를 통해 냉각수 부족에 따른 신호를 제공하는 방식은 종래와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

특히, 상기 하우징(12)의 내부에는 차체 진동 등으로 인해 냉각수에 중력 방향의 상하 진동이 전해지는 경우에 이를 효과적으로 차단할 수 있는 수단으로 유동방지판(14)이 설치된다.

예를 들면, 상기 유동방지판(14)은 하우징(12)의 내부에 노출되는 압력센서부(10)의 저면 일측, 즉 압력센서부(10)의 저면에 있는 압력센싱홀(16)에 인접한 위치에 설치되어, 냉각수에 중력 방향 상하 진동이 가해질 때 이때의 냉각수 흔들림을 차단함으로써, 압력센서부(10)가 냉각수 흔들림에 의한 영향을 받지 않도록 할 수 있게 된다.

이러한 냉각수 유동방지판(14)의 일 예로서, 압력센서부(10)의 저면에 지지되면서 압력센서부(10)의 저면과 나란하게 수평으로 배치되는 판 형태로 이루어질 수 있게 된다.

즉, 상기 압력센서부(10)의 저면에는 냉각수 출입을 위한 냉각수 유동과 동일한 방향으로의 개구부(15)를 가지는 원형의 측벽이 형성됨과 더불어 원형의 측벽 하단부는 원판형의 바닥판으로 마감된다.

이때, 원판형의 바닥판으로는 압력센서(13)의 온도센서부(11)가 관통될 수 있게 되며, 이에 따라 냉각수 유동방지판(14)을 기준으로 윗쪽으로는 압력센서부(10)가, 아래쪽으로는 냉각수 온도 감지를 위한 온도센서부(11)가 각각 위치될 수 있게 된다.

여기서, 상기 냉각수 유동방지판(14)은 압력센서부(10)의 하단에 배치되어 압력센서 면적 전체를 커버할 수 있는 형상과 면적을 가질 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 냉각수 유동판(14)의 개구부(15)를 통해서 냉각수의 출입이 이루어지면서 압력을 센싱하는데에는 전혀 문제가 없으며, 상기 측벽과 바닥판에 의해 냉각수가 중력 방향의 상하 진동 시 냉각수 흔들림을 차단할 수 있게 된다.

즉, 원형의 판이 유동 흐름을 최대한 방해하지 않고 중력 방향의 냉각수 흔들림을 압력센싱홀(16)에 전달되지 않도록 할 수 있게 된다.

따라서, 냉각수 완전 충전 후 험로 주행 시 냉각수가 자중에 의해 흔들리는 패턴이 그대로 압력센서에 전달되는 것을 막을 수 있게 되고, 결국 냉각수 완전 충전 상태에서의 냉각수 부족 오진단을 방지할 수 있게 된다.

도 4와 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치를 나타내는 사시도와 확대도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치에서 냉각수 유동방향을 나타내는 확대도이다.

도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 여기서는 하우징 일체의 사출 격벽구조로 이루어지는 냉각수 유동방지판(14)을 이용하여 냉각수에 중력 방향의 상하 진동이 전해지는 경우에 이를 효과적으로 차단할 수 있는 구조를 보여준다.

이를 위하여, 상기 냉각수 유동방지판(14)은 하우징(12)의 내부에 노출되는 압력센서부(10)의 저면 일측, 즉 압력센서부(10)의 저면에 있는 압력센싱홀(16)에 인접한 위치에 설치되어, 냉각수에 중력 방향 상하 진동이 가해질 때 이때의 냉각수 흔들림을 차단함으로써, 압력센서부(10)가 냉각수 흔들림에 의한 영향을 받지 않도록 할 수 있게 된다.

이러한 냉각수 유동방지판(14)의 다른 예로서, 하우징(12)의 벽면에 1곳 또는 2곳에 지지되면서 압력센서부(10)의 저면과 나란하게 수평으로 배치되는 판 형태로 이루어질 수 있게 된다.

즉, 상기 냉각수 유동방지판(14)은 하우징(12)의 서로 인접한 2곳의 벽면에서부터 수평 연장되는 사각판 형태로 이루어질 수 있게 된다.

여기서, 사각판 형태의 냉각수 유동방지판(14)은 하우징 일체형의 사출 격벽 구조, 다시 말해 하우징 사출 성형 시 일체로 함께 성형되는 구조로 이루어질 수 있게 된다.

이때, 사각판 형태의 냉각수 유동방지판(14)으로는 압력센서(13)의 온도센서부(11)가 관통될 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 냉각수 유동판(14)의 측방향을 통해서 냉각수의 출입이 이루어지면서 압력을 센싱하는데에는 전혀 문제가 없으며, 상기 사각판에 의해 냉각수가 중력 방향의 상하 진동 시 냉각수 흔들림을 차단할 수 있게 된다.

즉, 사각판이 유동 흐름을 최대한 방해하지 않고 중력 방향의 냉각수 흔들림을 압력센싱홀(16)에 전달되지 않도록 할 수 있게 된다.

따라서, 차량 중력 방향 진동의 냉각수 모멘텀이 압력센싱홀에 영향을 미치기 전에 격벽구조에 의해 차단되므로서, 냉각수 완전 충전 후 험로 주행 시 냉각수가 자중에 의해 흔들리는 패턴이 그대로 압력센서에 전달되는 것을 막을 수 있게 되고, 결국 냉각수 완전 충전 상태에서의 냉각수 부족 오진단을 방지할 수 있게 된다.

여기서, 상기 원형의 판 크기나 위치, 하우징 일체형 격벽의 크기나 위치는 센서 장착 조건에 따라 변경될 수 있다.

그리고, 냉각수 압력센서는 냉각수의 정압을 측정해야 하므로, 기포를 포함한 냉각수는 원형판 혹은 격벽 상부를 통과하도록 압력센서부 저면으로부터 약 5mm 정도의 높이 단차가 존재하도록 설계하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명에 따른 차량의 냉각수 부족 감지장치를 적용한 경우와 미적용한 경우의 압력 흔들림 감소 사례를 나타내는 그래프이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 여기서는 본 발명의 냉각수 유동방지판을 적용하여 압력 흔들림을 감소시킨 예를 보여준다.

도면 좌측의 냉각수 유동방지판이 없는 구조에서는 압력 흔들림이 심하게 나타나고 있지만(a), 도면 우측의 냉각수 유동방지판이 있는 구조에서는 압력 흔들림이 많이 감소한 것을 알 수 있다(b).

이와 같이, 본 발명에서는 차량이 외란에 의해 흔들릴 경우 유체의 중력 방향 모멘텀을 원형판 또는 격벽으로 차단할 수 있는 구조를 구현함으로써, 압력센싱홀에 영향을 미치지 않도록 할 수 있으며, 따라서 냉각수 부족 오진단 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.

10 : 압력센서부
11 : 온도센서부
12 : 하우징
13 : 압력센서
14 : 냉각수 유동방지판
15 : 개구부
16 : 압력센싱홀

Claims (9)

1. 압력센서부(10)를 가지면서 하우징(12)에 설치되어 냉각수 부족을 감지하는 압력센서(13);
   상기 하우징(12)의 내부에서 압력센서부(10)의 일측에 설치되어 냉각수의 중력 방향 상하 진동 시 냉각수 흔들림을 차단하는 냉각수 유동방지판(14);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 부족 감지장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각수 유동방지판(14)은 압력센서부(10)의 저면에 지지되면서 압력센서부 저면과 나란하게 수평으로 배치되는 판 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 부족 감지장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 냉각수 유동방지판(14)은 냉각수 출입을 위한 개구부(15)를 가지는 측벽과 바닥판의 조합 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 부족 감지장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 냉각수 유동방지판(14)의 개구부(15)는 냉각수 유동과 동일한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 부족 감지장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각수 유동방지판(14)은 하우징(12)의 벽면에 지지되면서 압력센서부 저면과 나란하게 수평으로 배치되는 판 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 부족 감지장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 냉각수 유동방지판(14)은 하우징 일체형의 사출 격벽 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 부족 감지장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각수 유동방지판(14)을 기준으로 윗쪽으로 압력센서부(10)가 위치되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 부족 감지장치.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각수 유동방지판(14)은 압력센서부(10)의 하단에 배치되어 압력센서 면적 전체를 커버할 수 있는 형상과 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 부족 감지장치.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   냉각수 온도 감지를 위한 온도센서부(11)를 더 포함하며, 상기 온도센서부(11)는 냉각수 유동방지판(14)의 아래쪽으로 위치되는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수 부족 감지장치.

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