KR20230018093A - 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공기공급부의 공기압축기로부터 배출되는 압축공기를 냉각하여 연료전지 스택으로 공급하도록 이루어지는 연료전지의 공기 냉각 시스템에 있어서, 도입되는 공기를 냉기 및 온기로 분리하여 배출하는 대구경호스와 공기압축기로부터 공급되는 압축공기를, 상기 대구경호스로부터 공급되는 냉기와 열교환하여, 연료전지 스택으로 공급하는 공기 냉각용 열교환기를 포함하고, 상기 대구경호스는 EPDM 고무 100 중량부에 대하여, 보강제 110 내지 140 중량부, 가소제 30 내지 60 중량부, 가교활성제 3 내지 10 중량부, 가교제 0.1 내지 0.5 중량부 및 다이큐밀 과산화물 5 내지 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지의 공기 냉각 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템에 관한 것이다.
내연기관 중심의 자동차 산업이 친환경차 산업으로 급격히 전환될 것으로 전망됨에 따라 이에 대한 대비 필요하다. 에너지 수급 불안 및 자원고갈 문제 해결 방안으로 수소에너지에 대한 관심이 증가하고 있다.
세계 각국은 친환경 사회구현을 위한 탄소규제와 온실가스 감축을 위해 수소에너지의 활용방안을 다각도로 모색하고 있으며 이에 따라 글로벌 연료전지 시장은 최근 5년간 연평균 22%의 급성장을 보이고 있다.
연료전지 및 2차전지를 자동차의 동력원으로 사용하기 위해서는 셀을 대면적화하여 전류를 증가시키고, 적층하여 전압을 증가시켜야 하며 이에 따라 스택 및 시스템의 온도가 증가하게 되고 이를 관리하기 위해서는 열 및 물 관리가 필수적이다.
열 및 물 관리 시스템에는 물탱크, 물펌프, 라디에이터, 가습기, 워터펌프 등 많은 장치들이 사용되고 있으며 각 부분을 연결할 수 있는 배관이 필요하다. 그러나 연결 배관에서 나온 용출물은 스택의 구성부품인 전극과 고분자 전해질에 침착되어 성능을 저하시킬 수 있으며, 부식으로 인해 누수가 발생하여 시스템에 악영향을 미칠 수 있다.
스택을 냉각하는 시스템의 부식이나 용출 등에 의해서 냉각수의 전기전도도를 상승시키게 되면, 냉각수로 전기가 통하게 되고 스택은 단락되거나 시스템 외부로 인가되어 사용자의 안전상에 큰 문제를 야기시킬 수 있으며 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 저 용출성의 경량 플라스틱 배관의 개발이 필요하다.
현재 연료전지자동차 시스템의 배관은 실리콘 고무가 적용하고 있으나 무게가 무겁고 가공성이 떨어져 설계자유도가 제한적이다. 저용출성 경량 고무호스의 경우 공정상의 간소화로 인하여 경제성을 확보할 수 있으며, 배관 연결 장치의 동시 개발을 통하여 연료전지 시스템의 제작을 간소화하여 대량생산이 가능하다.
본 발명의 목적은 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 양태는 공기공급부의 공기압축기로부터 배출되는 압축공기를 냉각하여 연료전지 스택으로 공급하도록 이루어지는 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템에 있어서, 도입되는 공기를 냉기 및 온기로 분리하여 배출하는 대구경호스와 공기압축기로부터 공급되는 압축공기를, 상기 대구경호스로부터 공급되는 냉기와 열교환하여, 연료전지 스택으로 공급하는 공기 냉각용 열교환기를 포함하고, 상기 대구경호스는 EPDM 고무 100 중량부에 대하여, 보강제 110 내지 140 중량부, 가소제 30 내지 60 중량부, 가교활성제 3 내지 10 중량부, 가교제 0.1 내지 0.5 중량부 및 다이큐밀 과산화물 5 내지 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템을 제공한다.
본 발명의 고무 조성물은 기존 연료전지자동차의 냉각시스템에서 사용하는 실리콘 호스와 비교하여, EPDM 고무를 사용하여 원가가 저렴하고 가벼우며, 이온용출성이 낮은 장점을 갖는다.
이하, 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 양태는 공기공급부의 공기압축기로부터 배출되는 압축공기를 냉각하여 연료전지 스택으로 공급하도록 이루어지는 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템에 있어서, 도입되는 공기를 냉기 및 온기로 분리하여 배출하는 대구경호스와 공기압축기로부터 공급되는 압축공기를, 상기 대구경호스로부터 공급되는 냉기와 열교환하여, 연료전지 스택으로 공급하는 공기 냉각용 열교환기를 포함하고, 상기 대구경호스는 EPDM 고무 100 중량부에 대하여, 보강제 110 내지 140 중량부, 가소제 30 내지 60 중량부, 가교활성제 3 내지 10 중량부, 가교제 0.1 내지 0.5 중량부 및 다이큐밀 과산화물 5 내지 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템을 제공한다.
본 발명의 일구현예에 있어서, EPDM 고무 100 중량부에 대하여,
보강제 120 내지 130 중량부, 가소제 40 내지 50 중량부, 가교활성제 5 내지 7 중량부, 가교제 0.2 내지 0.4 중량부 및 다이큐밀 과산화물 6 내지 8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 보강제는 카본블랙 N990, 카본블랙 N774, 및 카본블랙 N550을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 구현예에 있어서, 상기 가소제는 파라핀계 오일인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 구현예에 있어서, 상기 가교활성제는 산화아연인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 구현예에 있어서, 상기 가교제는 황(S)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 고무 조성물이 압출되어 제조된 고무 성형품을 제공한다.
[실시예]
<고무 조성>
본 발명에서는 하기 표 1의 조성에 따라, 고무 호스를 준비하였다. 상기 고무 100 중량부에 대한 상대 중량비로 표현한 것이다.
| 성분 | 종류 | 중량부 |
| KEP282 | EPDM 고무 |
80 |
| KEP510 | 20 | |
| MT | 보강제(물성상승) | 50 |
| SRF | 35 | |
| FEF | 40 | |
| P-OIL | 가소제(압출흐름성) | 45 |
| ZNO | 가교활성제 | 6 |
| S | 가교제 | 0.3 |
| DCP 40% | 7 |
MT : 카본블랙 N990
SRF : 카본블랙 N774
FEF : 카본블랙 N550
<성형 방법>
상기 조성물을 이용하여, 압출 방식으로 내경 및 두께 공차를 내경 : ±0.5, 두께 : ±0.5로 하여 압출하여 EPDM 호스를 성형하였다. 먼저 원재료를 용융시킨 후 자동압출기를 통해 압출하고, 금형에 넣어 성형한 후 이를 금형에서 분리하여 호스를 완성하였다. 작업 조건은 하기와 같다.
<물성 평가>
상기 제조된 호스의 물성을 확인한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
<이온용출성 평가>
상기 호스의 이온용출성을 확인하기 위하여 하기 조건으로 이온 용출성을 확인하였다.
1) 조건 온도 : 60℃, 90℃
2) 부동액 시료 : EG, EG + PG 등 2 개 (동결 온도 : -40℃)
3) 호스 내부에 부동액을 완전히 채운 후 테프론 마개로 양 옆 출구를 잠근 후 클램프로 완전히 밀봉시켰다.
4) 밀봉 후 고온 방치 (672 hr)하였다.
5) 1 주 (168hr) 마다 클램프를 열어 전기전도도를 확인해주었다.
결과는 표 4에 나타내었다.
이와 같이 본 발명의 EPDM 대구경호스는 이온 용출성 관련 성능이 우수하다는 것을 확인하였다.
<내압성 확인>
제조된 호스의 내압성(규정압력에서의 누수여부, 호스의 외경변화율, 파열압력, 부압성능)을 확인하였다. 시편을 3가지 제조하여 내압성을 확인하였다.
1) 수압시험
- 가압속도는 매분 15土5kgf/cm2, 가압유지시간 5분, 시험압력은 5 kgf/cm2 으로 시험하였다.
- 시험전 100mm 의 표선을 그린후 가압전 / 가압후의 외경측정후 외경변화율을 확인하였다.
※
외경변화율 = (D2-D1) x 100
D : 외경변화율 (%)
D1 : 가압전 외경 (mm)
D2 : 가압시 또는 압력제거후의 외경 (mm)
2) 정압시험
- 가압속도는 매분 15±5kgf/cm2, 가압유지시간 5분, 시험압력은 2.5 kgf/cm2로 시험하였다. 시험 후 공기노출, 국부적 팽윤등의 이상유무 및 외경 변화율을 확인하였다.
3) 파열시험
- 수압시험 후 가압속도 매분 30kgf/cm2로 제품이 파열되었을때 압력을 측정하였다.
4) 내부압성(외경변화율%） 시험
- 감압력은 100 mmHg, 시간은 5분, 감압속도는 매초 10-30 mmHg로 하였다.
요구사항은 하기 표 5와 같으며, 결과를 표 6에 나타내었다.
| 항목 | |||
| 내압성 | 수압 | 외경 변화율(%) | 10% MAX |
| 정압 | 외경 변화율(%) | 5% MAX | |
| 파열 | 파열강도(kgf/cm2) | 6 bar MIN. | |
| 내부압성 | 부압 | 외경변화율(%) | 10% MAX. |
| 항목 | Sample 1 | Sample 2 | Sample 3 | 판정 | ||
| 내압성 | 수압 | 외경 변화율(%) | 2.81% | 2.77% | 2.72% | 합격 |
| 정압 | 외경 변화율(%) | 0.85% | 0.97% | 0.89% | 합격 | |
| 파열 | 파열강도(kgf/cm2) | 14.8(파열) | 14.5(파열) | 14.2(파열) | 합격 | |
| 내부압성 | 부압 | 외경변화율(%) | 0.75% | 0.74% | 0.71% | 합격 |
이와 같이 본 발명의 EPDM 대구경호스는 내압 성능이 우수하다는 것을 확인하였다.
중복되는 내용은 본 명세서의 복잡성을 고려하여 생락하며, 본 명세서에서 달리 정의되지 않은 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는 것이다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (6)
- 공기공급부의 공기압축기로부터 배출되는 압축공기를 냉각하여 연료전지 스택으로 공급하도록 이루어지는 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템에 있어서,
도입되는 공기를 냉기 및 온기로 분리하여 배출하는 대구경호스와 공기압축기로부터 공급되는 압축공기를, 상기 대구경호스로부터 공급되는 냉기와 열교환하여, 연료전지 스택으로 공급하는 공기 냉각용 열교환기를 포함하고,
상기 대구경호스는 EPDM 고무 100 중량부에 대하여, 보강제 110 내지 140 중량부, 가소제 30 내지 60 중량부, 가교활성제 3 내지 10 중량부, 가교제 0.1 내지 0.5 중량부 및 다이큐밀 과산화물 5 내지 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템. - 제1항에 있어서,
EPDM 고무 100 중량부에 대하여,
보강제 120 내지 130 중량부, 가소제 40 내지 50 중량부, 가교활성제 5 내지 7 중량부, 가교제 0.2 내지 0.4 중량부 및 다이큐밀 과산화물 6 내지 8 중량부를 포함하는, 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 보강제는 카본블랙 N990, 카본블랙 N774, 및 카본블랙 N550을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 가소제는 파라핀계 오일인 것을 특징으로 하는, 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 가교활성제는 산화아연인 것을 특징으로 하는, 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 가교제는 황(S)인 것을 특징으로 하는, 연료전지자동차용 공기 냉각 시스템.
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|---|---|---|---|
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20060068172A (ko) * | 2004-12-16 | 2006-06-21 | 한라공조주식회사 | 연료전지의 공기 냉각 시스템 |
| KR20100008518U (ko) | 2009-02-19 | 2010-08-27 | 주식회사 세명기업 | 보강부재가 형성된 차량용 연결 호스 |
| KR101430430B1 (ko) * | 2014-04-30 | 2014-08-22 | (주) 세흥 | 자동차 냉각호스용 epdm 조성물 및 그 조성물을 이용한 자동차 냉각호스 non-purge 제조방법 |
-
2021
- 2021-07-29 KR KR1020210099846A patent/KR102597783B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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| KR20060068172A (ko) * | 2004-12-16 | 2006-06-21 | 한라공조주식회사 | 연료전지의 공기 냉각 시스템 |
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