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KR101013959B1 - 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 및 방법 - Google Patents

연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 및 방법 Download PDF

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KR101013959B1
KR101013959B1 KR1020040111363A KR20040111363A KR101013959B1 KR 101013959 B1 KR101013959 B1 KR 101013959B1 KR 1020040111363 A KR1020040111363 A KR 1020040111363A KR 20040111363 A KR20040111363 A KR 20040111363A KR 101013959 B1 KR101013959 B1 KR 101013959B1
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Abstract

본 발명은 가스 센서의 고장, 가스의 미량 누출, 차량 정지시 수소 누출, 가스 센서 위치에 따른 수소 누출 검지불가 시에도 가스 누출을 감지할 수 있어 가스 누출에 의한 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 및 방법에 관한 것으로, 연료 전지 차량의 수소 탱크의 압력 변화를 검출할 수 있도록 장착되는 제1 압력 센서와; 연료 전지 차량의 수소 탱크의 온도 변화를 검출하는 제1 온도 센서와; 수소 탱크에 장착되어 선택적으로 개폐되도록 하는 제1 솔레노이드 밸브와; 수소 탱크의 수소 누출을 감지할 수 있도록 하는 수소 가스 누출 검지부와; 수소 가스 누출 검지부의 압력 변화를 검출할 수 있도록 장착되는 제2 압력 센서와; 수소 가스 누출 검지부의 온도 변화를 측정할 수 있는 제2 온도 센서와; 수소 가스 누출부에 장착되어 선택적으로 개폐되도록 하는 제2 솔레노이드 밸브와; 수소 탱크와 수소 가스 누출부의 압력 차이값과 설정된 압력 차이값을 비교하여 연료 전지 차량의 전원 및 제1, 제2 솔레노이드 밸브의 개폐상태를 제어하여 차량의 구동조건을 제어할 수 있는 제어부를 포함하여 구성한다.
연료 전지, 차량, 수소, 가스, 누출

Description

연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 및 방법{HYDROGEN GAS LEAKAGE DETECTION DEVICE OF FUEL CELL VEHICLE AND METHOD THEREOF}
도 1은 종래 기술에 따른 연료 전지 차량의 수소 탱크에서 수소 누출을 감지하는 상태를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 방법을 도시한 흐름도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
220 ; 제1 솔레노이드 밸브 222 ; 제2 솔레노이드 밸브
240 ; 제1 압력 센서 242 ; 제2 압력 센서
250 ; 수소 가스 누출 검지부 260 ; 제어부
270 ; 제1 온도 센서 272 ; 제2 온도 센서
본 발명은 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 및 방법에 관한 것이 다.
통상적으로, 연료 전지 차량 내 수소 탱크는 연료 전지에 수소를 공급해 주기 위한 저장 장치이다.
도 1은 종래 기술에 따른 연료 전지 차량의 수소 탱크(1)에서 수소 누출을 감지하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 충전소(5)를 거쳐 고압용기인 수소 탱크(1)에 저장된 연료는 솔레노이드 밸브(2)와 감압장치(8)를 거쳐 배관(3)을 통해 내연 기관 또는 연료 전지(4)로 공급된다.
이때 수소 누출을 감지하기 위해 구비되는 제어기(7)는 가스 센서(6)로부터 입력되는 신호를 분석하여 수소 누출을 감지한다.
이러한 연료 공급 장치 및 솔레노이드 밸브(2)/감압장치(8)는 고압의 가스를 직접 공급하였을 경우 안전상의 문제 및 일정한 압력으로 연료를 공급해 줌으로써 에너지 변환장치인 연료 전지(4)에 안정적인 연료공급을 가능하게 해준다.
만약, 수소 탱크(1)에서 수소 가스가 누출 시 수소 가스 센서(6)에서 누출된 수소 가스를 검출하여 제어기(7)로 신호를 보내 안전조치를 취하게 된다.
종래의 기술은 수소 탱크(1) 내에 수소 가스가 누출 시 제어기(7)는 가스 센서(6)로 누출여부를 판단하여 안전제어를 한다.
그러나, 가스 센서(6) 고장 또는 오작동에 의한 수소 가스 누출을 검지하지 못하거나 미량의 가스가 지속적으로 나올 경우 가스 센서(6)가 검지를 못할 수 있는 문제점이 있다.
수소 가스센서는 일반적으로 차량이 운행이 될 때 차량으로부터 전원을 공급받아 작동하게 된다.
그러므로, 차량이 정지된 상태에서는 고압가스의 누출을 검지할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 가스 센서(6)가 누출된 가스와 멀리 떨어져 있을 경우에는 누출된 가스를 검지를 할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 이와 같은 누출 수소 가스에 의한 화재 등의 사고가 발생 할 수 있다.
상기한 바와 같이 종래 기술에 따른 시스템은 수소 탱크 파손에 의한 수소 가스 누출 시 센서 고장, 미량 가스 누출 시 검지 불가, 차량 정지 시 수소 누출 검지 불가 및 가스 센서 위치에 따른 가스 검지 불가 등의 문제가 있기 때문에 고압 용기내의 수소 누출을 정확히 판단할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 가스 센서의 고장, 가스의 미량 누출, 차량 정지시 수소 누출, 가스 센서 위치에 따른 수소 누출 검지불가 시에도 가스 누출을 감지할 수 있어 가스 누출에 의한 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치에 있어서, 상기 연료 전지 차량의 수소 탱크의 압력 변화를 검출할 수 있도록 장착되는 제1 압력 센서와; 상기 연료 전지 차량의 수소 탱크의 온도 변화를 검출하는 제1 온도 센서와; 상기 수소 탱크에 장착되어 선택적으로 개폐되도록 하는 제1 솔레노이드 밸브와; 상기 수소 탱크의 수소 누출을 감지할 수 있도록 하는 수소 가스 누출 검지부와; 상기 수소 가스 누출 검지부의 압력 변화를 검출할 수 있도록 장착되는 제2 압력 센서와; 상기 수소 가스 누출 검지부의 온도 변화를 측정할 수 있는 제2 온도 센서와; 상기 수소 가스 누출부에 장착되어 선택적으로 개폐되도록 하는 제2 솔레노이드 밸브와; 상기 수소 탱크와 수소 가스 누출부의 압력 차이값과 설정된 압력 차이값을 비교하여 상기 연료 전지 차량의 전원 및 제1, 제2 솔레노이드 밸브의 개폐상태를 제어하여 차량의 구동조건을 제어할 수 있는 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 방법에 있어서, 수소 탱크 내 제1 압력 센서와 제1 온도 센서를 통해 입력되는 신호를 분석하여 수소 탱크 내 압력, 온도를 측정하는 단계와; 수소 누출 검지부 내의 제2 압력 센서와 제2 온도 센서를 통해 입력되는 신호를 분석하여 수소 누출 검지부 내의 압력, 온도를 측정하는 단계와; 수소 탱크 압력과 수소 누출 검지부 압력의 차이값을 계산하는 단계와; 상기 계산된 수소 탱크와 수소 가스 누출부의 압력 차이값과 설정된 압력 차이값을 비교하여 상기 연료 전지 차량의 전원 및 제1, 제2 솔레노이드 밸브의 개폐상태를 제어하여 차량의 구동조건을 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한 다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 제1 압력 센서(240), 제1 온도 센서(270), 제1 솔레노이드 밸브(220), 수소 가스 누출 검지부(250), 제2 압력 센서(242), 제2 온도 센서(272), 제2 솔레노이드 밸브(222), 제어부(260)를 포함하여 구성하며, 연료 전지 차량에 장착되는 수소 고압 용기 파손에 의한 수소 가스 누출 시 수소 가스 검지 센서 고장, 미량 수소 가스 누출 시 검지 불가, 차량 정지 시 수소 누출 검지 불가 및 가스 센서 위치에 따른 수소 가스 검지 불가 등의 문제를 해결할 수 있다.
참고적으로, 참조 번호 (230)는 배관(고압 배관)을 나타낸 것이다.
제1 압력 센서(240)는 연료 전지 차량의 수소 탱크(210)의 압력 변화를 검출할 수 있도록 장착된다.
제1 온도 센서(270)는 연료 전지 차량의 수소 탱크(210)의 온도 변화를 검출한다.
제1 솔레노이드 밸브(220)는 수소 탱크(210)에 장착되어 선택적으로 개폐되도록 한다.
수소 가스 누출 검지부(250)는 수소 탱크(210)의 수소 누출을 감지할 수 있도록 한다.
제2 압력 센서(242)는 수소 가스 누출 검지부(250)의 압력 변화를 검출할 수 있도록 장착된다.
제2 온도 센서(272)는 수소 가스 누출 검지부(250)의 온도 변화를 측정할 수 있다.
제2 솔레노이드 밸브(222)는 수소 가스 누출부에 장착되어 선택적으로 개폐되도록 한다.
제어부(260)는 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지에 관련된 전반적인 제어동작을 수행하는 일종의 마이크로 프로세서로 구성하며, 본 발명의 실시예에서는 수소 탱크(210)와 수소 가스 누출부의 압력이 정해진 압력이하로 하강했을 경우 연료 전지 차량의 전원 및 제1, 제2 솔레노이드 밸브(220, 222)를 제어하여 차량의 구동조건을 제어한다.
상기한 구성을 이용한 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치의 작동 및 검지방법은 다음과 같다.
차량 운행 시 연료인 가스를 공급해 주기 위해 제1, 제2 솔레노이드 밸브(220, 222)를 동시에 열어 준다.
차량 운행 시에는 제1, 제2 솔레노이드 밸브(220, 222)가 동시에 열려있도록 하여 수소 탱크(210)와 수소 누출 검지부(250) 내의 압력이 동일하게 한다.
이와는 달리, 차량 운행 정지 시 제1, 제2 솔레노이드 밸브(220, 222)를 동시에 닫아준다.
따라서, 수소 탱크(210)와 수소 누출 검지부(250)의 압력이 동일한 상태에서 가스의 공급은 중단된다.
차량 운행을 위해 연료 전지에 수소 공급시 수소 탱크(210) 내에 제1 솔레노이드 밸브(220)를 먼저 열고 수소 탱크(210) 내의 압력과 수소 누출 검지부(250)의 압력을 제1, 제2 압력 센서(240, 242)를 통해 읽어 제어부(260)로 보내준다.
이때, 제어부(260)는 수소 탱크(210)와 수소 누출 검지부(250) 내 장착되는 제1, 제2 온도 센서(270, 272)에서 온도 값을 읽어 온도 차이에 의한 압력차이를 보상해 준다.
제어부(260)는 수소 탱크(210) 내의 압력과 수소 누출 검지부(250)의 압력의 차가 없을 경우 수소 가스의 누출이 없는 것으로 판단하여 수소 누출 검지부(250)의 제2 솔레노이드 밸브(272)를 열어준다.
만약, 제어부(260)는 수소 탱크(210) 내의 압력과 수소 누출 검지부(250)의 압력의 차가 미리 설정된 수치 이상으로 차이가 날 경우 수소 탱크(210) 내에 고압 가스가 누출이 되는 것으로 판단하여 안전을 위한 제어동작을 수행한다.(솔레노이드 밸브 차단 외)
연료 전지 차량의 수소 가스 누출부의 수소 누출 검지방법은 도 3에 도시된 바와 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 제어부(260)는 수소 탱크(210) 내 제1 압력 센서(240)와 제1 온도 센서(270)를 통해 입력되는 신호를 분석하여 수소 탱크(210) 내 압력, 온도를 측정한다(S310).
이어서, 수소 누출 검지부(250) 내의 제2 압력 센서(240)와 제2 온도 센서(272)를 통해 입력되는 신호를 분석하여 수소 누출 검지부(250) 내의 압력, 온도를 측정한다(S312).
그리고, 수소 탱크(210) 압력과 수소 누출 검지부(250) 압력의 차이값을 계산한다(S314).
만약, 수소 탱크(210) 압력과 수소 누출 검지부(250) 압력의 차이값이 0~5 bar이면, 제어부(260)는 연료 전지 차량의 운행상태가 정상 운행시, 수소 누출 검지부(250) 내 제2 솔레노이드 밸브(222)를 오픈(Open)하는 제어동작을 수행한다(S316, S318).
그리고, 연료 전지 차량의 정지 시에는 수소 누출 검지부(250) 내 제2 솔레노이드 밸브(222)를 클로즈(Close)하는 제어동작을 수행한다(S320).
이와는 달리, 수소 탱크(210) 압력과 수소 누출 검지부(250) 압력의 차이값이 5~10bar이면, 제어부(260)는 연료 전지 차량의 운행상태가 정상 운행시, 경고 신호를 송출한다(S322, S324).
한편, 수소 탱크(210) 압력과 수소 누출 검지부(250) 압력의 차이값이 10bar 이상이면, 제어부(260)는 차량 운행 불가상태로 판단하고, 차량 긴급 정지에 관련된 제어동작을 수행한다(S326, S328).
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 수소 탱크(210) 내에 수소 가스의 누출을 가스 센서의 고장, 가스의 미량 누출, 차량 정지 시 수소 누출, 가스 센서 위치에 따른 수소 누출 검지불가 시에도 수소 가스 누출을 감지할 수 있어 수소 가스 누출에 의한 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치 및 방법은 수소 탱크 파손시 고압 가스 누출을 가스 센서 고장시에도 검출할 수 있어 가스 누출에 의한 화재나 폭발의 위험으로부터 차량 및 운전자의 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 수소 탱크에서 미량 가스의 누출 시에도 고압 가스 누출에 의한 압력차를 측정하여 가스 누출을 검지할 수 있어 가스 누출에 의한 화재나 폭발의 위험으로부터 차량 및 운전자의 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 차량 정지시에도 수소 가스의 누출을 검지할 수 있어 가스 누출에 의한 화재나 폭발의 위험으로부터 차량 및 운전자의 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 가스 센서의 위치에 따른 누출 수소 검지 불가시에도 수소 가스의 누출을 검지할 수 있어 가스 누출에 의한 화재나 폭발의 위험으로부터 차량 및 운전자의 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치에 있어서,
    상기 연료 전지 차량의 수소 탱크의 압력 변화를 검출할 수 있도록 장착되는 제1 압력 센서와;
    상기 연료 전지 차량의 수소 탱크의 온도 변화를 검출하는 제1 온도 센서와;
    상기 수소 탱크에 장착되어 선택적으로 개폐되도록 하는 제1 솔레노이드 밸브와;
    상기 수소 탱크의 수소 누출을 감지할 수 있도록 하는 수소 가스 누출 검지부와;
    상기 수소 가스 누출 검지부의 압력 변화를 검출할 수 있도록 장착되는 제2 압력 센서와;
    상기 수소 가스 누출 검지부의 온도 변화를 측정할 수 있는 제2 온도 센서와;
    상기 수소 가스 누출부에 장착되어 선택적으로 개폐되도록 하는 제2 솔레노이드 밸브와;
    상기 수소 탱크와 수소 가스 누출부의 압력 차이값과 설정된 압력 차이값을 비교하여 상기 연료 전지 차량의 전원 및 제1, 제2 솔레노이드 밸브의 개폐상태를 제어하여 차량의 구동조건을 제어할 수 있는 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 장치.
  2. 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 방법에 있어서,
    수소 탱크 내 제1 압력 센서와 제1 온도 센서를 통해 입력되는 신호를 분석하여 수소 탱크 내 압력, 온도를 측정하는 단계와;
    수소 누출 검지부 내의 제2 압력 센서와 제2 온도 센서를 통해 입력되는 신호를 분석하여 수소 누출 검지부 내의 압력, 온도를 측정하는 단계와;
    수소 탱크 압력과 수소 누출 검지부 압력의 차이값을 계산하는 단계와;
    상기 계산된 수소 탱크와 수소 가스 누출부의 압력 차이값과 설정된 압력 차이값을 비교하여 상기 연료 전지 차량의 전원 및 제1, 제2 솔레노이드 밸브의 개폐상태를 제어하여 차량의 구동조건을 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    수소 탱크 압력과 수소 누출 검지부 압력의 차이값이 0~5 bar이면, 연료 전지 차량의 운행상태가 정상 운행시, 수소 누출 검지부 내 제2 솔레노이드 밸브를 오픈(Open)하는 제어동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    연료 전지 차량의 정지 시에는 수소 누출 검지부 내 제2 솔레노이드 밸브를 클로즈(Close)하는 제어동작을 수행하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    수소 탱크 압력과 수소 누출 검지부 압력의 차이값이 5~10bar이면, 연료 전지 차량의 운행상태가 정상 운행시, 경고 신호를 송출하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    수소 탱크 압력과 수소 누출 검지부 압력의 차이값이 10bar 이상이면, 차량 운행 불가상태로 판단하고, 차량 긴급 정지에 관련된 제어동작을 수행하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 차량의 수소 가스 누출 검지 방법.
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