KR102384420B1 - 연료 전지 유냉각 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지 유냉각 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 연료전지 유냉각 시스템은 연료전지; 상기 연료전지를 내부에 수용하는 유냉각본체; 상기 유냉각본체에 충전되는 냉각유체; 상기 유냉각본체와 연결되어, 상기 냉각유체의 순환경로를 제공하는 냉각유닛; 상기 냉각유닛과 연통하여 기설정된 기준값 이상의 고온 발생시 상기 유냉각본체로 소화액을 제공하는 소화유닛; 및 상기 냉각유닛 및 상기 소화유닛의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 전지 유냉각 시스템 {AN OIL COOLING SYSTEM OF FUEL CELL}
본 발명은 연료 전지 유냉각 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수소연료전지를 유체 유동 가능하게 연결된 냉각유체에 수용하여 냉각유체에 의한 냉각을 통해 연료 전지 시스템의 운전 효율을 향상시키기 위한 연료 전지 유냉각 시스템에 관한 것이다.
화석에너지의 무분별한 사용에 따른 지구온난화 등의 환경문제 및 자원고갈에 대한 대안으로 신재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있다.
연료전지(Fuel cell, Hydrogen Fuel cell)는 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기를 생산하는 일종의 발전 시스템으로, 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산화제 중의 산소를 전기 화학 반응에 의해서 직접 전기에너지로 변환시키는 고효율의 청정발전 기술이다.
또한, 상기 연료전지는 직접 전기를 생산하는 연료전지 스택(Stack)과 스택의 기능 구현을 위한 다양한 주변기기 시스템으로 구성된다.
또한, 상기 연료전지는 전해질 종류에 따라 용융탄산염형(MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물형(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell), 고분자전해질형(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fule Cell), 직접메탄올연료전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell) 등으로 구분된다.
이 때, 고체산화물 연료전지는 600 ℃ 내지 1000 ℃ 정도의 고온에서 작동되는 연료전지로서, 종래 여러 형태의 연료전지들에 비하여 상대적으로 전해질의 위치 제어가 쉽고 전해질의 고갈 우려가 없으며, 소재의 수명이 길다는 장점으로 인해 널리 사용되고 있다.
따라서, 이러한 고체산화물 연료전지는 가정용, 자동차용, 이동용 전원으로 개발되고 있으며 최근 실용화 및 상용화가 빠르게 진척되고 있다.
한편, 고체산화물 연료전지는 고출력의 전기를 얻기 위하여 전기 화학 반응이 일어나는 연료 전지용 셀을 적층한 연료 전지 스택을 사용하고 있으며, 상기 스택은 원하는 전기 출력을 얻기 위해 단위 전지를 수십장, 수백장 쌓아 올려 구성될 수 있다.
따라서, 상기 연료전지 스택은 모듈박스(Module Box) 내부에 복수개 설치될 수 있다.
또한, 연료전지 스택이 복수개 설치된 연료전지 스택 모듈은 복수개의 적층된 연료전지용 셀이 전기 화학 반응을 하는 과정에서 상당한 온도의 열이 발생되므로 내부의 온도가 높아지게 된다.
또한, 고체산화물 연료전지는 전기 화학 반응에서 발생되는 고온으로 인해 연료전지 스택의 내구성이 감소됨으로써, 교체 및 유지보수 작업에 소모되는 비용이 증대되는 문제가 있다.
따라서, 연료전지 스택을 냉각유체 내에 수용하여 전지 사용시 발생되는 열을 빠르게 전도하여 냉각시킬 수 있도록 하고, 온도가 상승된 냉각유체는 유동이 가능한 시스템 내에서 일정 온도 이상시에는 열교환기로 이송하여 냉각유체의 온도를 하강시킨 후 연료전지로 재이송이 가능하도록 구성되어, 연료전지 스택의 내구성이 증대됨으로써, 연료전지의 교체 및 유지보수 작업에 소모되는 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 연료전지 과열 시 별도의 소화액을 투입하도록 제어하여 연료전지 과열로 인한 폭발 및 화재 사고를 예방할 수 있어 안전한 연료전지의 사용이 가능하도록 하는 연료 전지 유냉각 시스템의 개발이 요구되고 있다.
[특허문헌] KR 10-2010-0096814호 (공개일자 2010년 09월 02일)
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상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 연료 전지가 수용된 유냉각본체 내부에 냉각유체를 수용하고, 온도가 상승된 냉각유체를 유동시켜 열교환기로 이송하는 순환 경로를 제공하는 냉각유닛, 상기 냉각유닛과 연동하여 과열된 연료전지의 냉각을 위해 소화액을 제공하는 소화유닛 및 측정된 연료전지 온도값에 기초하여 상기 냉각유닛과 소화유닛의 작동을 제어하는 제어부를 구비함으로써, 연료전지 스택의 내구성을 증대시켜 연료 전지의 교체 및 유지보수 작업에 소모되는 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 소화액 투입에 따른 연료 전지의 폭발 및 화재 사고를 예방할 수 있도록 하는 연료 전지 유냉각 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 유냉각 시스템은 연료전지; 상기 연료전지를 내부에 수용하는 유냉각본체; 상기 유냉각본체에 충전되는 냉각유체; 상기 유냉각본체와 연결되어, 상기 냉각유체의 순환경로를 제공하는 냉각유닛; 상기 냉각유닛과 연통하여 기설정된 기준값 이상의 고온 발생시 상기 유냉각본체로 소화액을 제공하는 소화유닛; 및 상기 냉각유닛 및 상기 소화유닛의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 냉각유닛은 상기 유냉각본체에 연결되고, 상기 냉각유체를 상기 유냉각본체로 공급하는 공급관; 상기 유냉각본체에 연결되고, 상기 냉각유체를 회수하는 회수관; 상기 공급관 및 회수관과 연결되고, 상기 연료전지로부터 고온의 냉각유체가 유입되어 열 교환하는 열교환기; 및 상기 공급관 상에 배치되는 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 소화유닛은 상기 소화액을 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크와 상기 공급관을 연결하는 소화액유로관; 및 상기 소화액유로관과 상기 공급관이 교차되는 지점에 위치하여 상기 소화액유로관을 개폐하는 개폐밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 연료 전지 유냉각 시스템은 상기 연료전지의 온도를 측정하여 측정된 온도 데이터를 상기 제어부로 전송하는 온도센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부는 상기 연료전지의 온도가 상기 냉각유닛의 구동이 필요한 제1온도 이상이고, 상기 소화액 공급이 필요한 제2온도 이하일 때 작동되는 일반냉각모듈; 및 상기 연료전지의 온도가 상기 제2온도 이상일 때 작동되는 소화액공급모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부는 상기 일반냉각모듈 시, 상기 펌프는 개방되고 상기 개폐밸브는 폐쇄되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부는 상기 소화액공급모듈 시, 상기 펌프 및 상기 개폐밸브가 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 상기 냉각유체는 상기 유냉각본체 내부 유동 중 상기 연료전지와 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 연료 전지 유냉각 시스템에 의하면, 연료전지 스택의 내구성을 증대시켜 연료전지의 교체 및 유지보수 작업에 소모되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉각유닛과 연동되어 과열된 연료 전지의 냉각을 위해 유냉각본체에 소화액을 투입하는 소화유닛을 구비함으로써, 연료전지의 폭발 및 화재 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 온도센서에서 측정된 연료전지 온도 데이터 값을 전송받아 일반냉각모듈 및 소화액공급모듈로 분류하여 시스템을 제어하는 제어부를 구비함으로써, 연료전지의 온도에 최적화된 구동이 가능하여 불필요한 작동을 방지하고 연료전지의 냉각 효율성을 증대시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지 유냉각 시스템의 전반적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제어부의 작동 상태를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지 유냉각 시스템의 전반적인 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 연료 전지 유냉각 시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 유냉각본체(200), 냉각유체(300), 냉각유닛(400), 소화유닛(500), 온도센서(700) 및 제어부(600)를 포함할 수 있다.
상기 유냉각본체(200)는 내부에 연료전지(100)가 포함되고, 연료전지(100) 둘레로 냉각유체(300)가 충전되도록 구비된다.
구체적으로, 상기 유냉각본체(200)는 내부에 냉각유체(300)를 충전한 후 충전된 냉각유체(300)에 상기 연료전지(100)를 배치시킴으로써, 상기 연료전지(100)와 상기 냉각유체(300)의 접촉에 의한 열교환으로 가열된 연료전지(100)를 냉각시킬 수 있도록 한다.
또한, 상기 유냉각본체(200)는 일측에 상기 냉각유닛(400)의 공급관(410) 및 회수관(420)과 연결되어, 내부에 충전된 냉각유체(300)가 상기 공급관(410)을 통해 유입되고, 상기 회수관(420)을 통해 유출될 수 있도록 구성된다.
상기 냉각유체(300)는 상기 유냉각본체(200)에 충전되어 연료전지(100)와 열교환이 이루어져 가열된 연료전지(100)를 냉각시키도록 구비된다.
또한, 상기 냉각유체(300)는 절연성 유체로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 냉각유체(300)는 상기 유냉각본체(200) 내부 유동 중 상기 연료전지(100)와 열교환이 이루어질 수 있도록 구비된다.
구체적으로, 상기 냉각유체(300)는 상기 유냉각본체(200) 내부에 충전되고 유동하는 유체로써, 가열된 연료전지(100)와의 직접적인 접촉에 의한 열교환이 이루어져 상기 연료 전기를 효율적으로 냉각시킬 수 있도록 구비된다.
따라서, 상기 냉각유체(300)는 가열된 연료전지(100)와의 접촉에서 안전하게 순환할 수 있도록 절연성 유체를 사용함이 바람직할 수 있다.
이에, 상기 냉각유체(300)는 전기 절연성이며 열을 소산시키고, 절연파괴(break-down)를 견디는 것을 비롯하여, 상기 유체가 만족스럽게 기능할 수 있게 하는 소정의 특성을 갖는다.
또한, 상기 냉각유체(300)는 유용하고 효율적인 전기 절연 유체를 위해 바람직한 특성 중에는 높은 절연 파괴 전압(dielectric breakdown voltage), 낮은 소산 인자(dissipation factor), 높은 비열, 높은 열 전도도, 낮은 팽창 계수, 낮은 점도, 온도에 대한 점도의 낮은 감도, 낮은 유동점(pour point) 온도, 낮은 휘발성, 높은 인화점 및 낮은 습도(low moisture)가 있다.
본 발명에 따른 상기 냉각유체(300)는 이러한 다양한 바람직한 특성을 갖도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 냉각유체(300)는 장기간의 사용 동안 발생하는 일부 물리적 및 화학적 변화에도 불구하고 절연 특성의 관점에서 소정 정도의 안정성을 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 냉각유체(300)는 상기 유냉각본체(200)를 순환하는 유체로써, 유동저항이 작고 절연성의 특성을 갖는 공지의 유체를 사용할 수 있다.
상기 냉각유닛(400)은 상기 유냉각본체(200)와 연결되어, 상기 냉각유닛(400)의 순환경로를 제공하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 냉각유닛(400)은 냉각유체(300)의 유동이 수행될 수 있도록 구성되는 것으로, 상기 냉각유체(300)가 상기 유냉각본체(200) 내부로 공급되거나 배출될 수 있도록 유동력을 제공하고, 연료전지(100)와의 열교환이 완료된 후 유출된 냉각유체(300)를 다시 냉각시켜 반복적인 순환이 가능하도록 구성될 수 있다.
따라서, 상기 냉각유닛(400)은 공급관(410), 회수관(420), 열교환기(430) 및 펌프(440)를 포함할 수 있다.
상기 공급관(410)은 상기 유냉각본체(200)에 연결되고, 상기 냉각유체(300)를 상기 유냉각본체(200)로 공급하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 공급관(410)은 상기 유냉각본체(200)에 상기 열교환기(430)를 통해 냉각된 냉각유체(300)를 공급하도록 구비되는 것으로, 일단이 상기 유냉각본체(300)와 연결되고, 타단이 상기 열교환기(430)와 연결될 수 있다.
또한, 상기 공급관(410)은 일측에 상기 소화유닛(500)과 연통되도록 구성되어, 유냉각본체(200)로 공급되는 냉각유체(300)에 제어부(600)의 제어에 의해 소화액이 제공될 수 있도록 한다.
따라서, 상기 공급관(410)은 후술할 소화액유로관(520)과 연통되는 부분에 상기 소화액유로관(520)의 개폐를 위한 개폐밸브(530)가 배치될 수 있다.
상기 회수관(420)은 상기 유냉각본체(200)에 연결되고, 상기 냉각유체(300)를 회수하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 회수관(420)은 상기 유냉각본체(200)와 연통되어 상기 유냉각본체(200) 내부의 냉각유체(300)를 열교환기(430)로 이송시키기 위한 관 형상으로, 일단이 상기 유냉각본체(200)와 연결되고 타단이 상기 열교환기(430)와 연결될 수 있다.
또한, 상기 회수관(420)은 일측에 상기 냉각유체(300)의 유동을 위한 펌프(440)가 배치될 수 있다.
상기 열교환기(430)는 상기 공급관(410) 및 회수관(420)과 연결되고, 상기 연료전지(100)로부터 고온의 냉각유체(300)가 유입되어 열 교환시킬 수 있도록 한다.
구체적으로, 상기 열교환기(430)는 가열된 냉각유체(300)를 식혀주기 위해 구성되는 것으로, 상기 열교환기(430) 내부를 유동하는 냉각유체(300)가 냉각될 수 있도록 상기 냉각유체(300)와 냉매(미도시)가 접촉될 수 있도록 구비된다.
따라서, 상기 열교환기(430)는 상기 냉매와의 접촉 면적을 넓혀 방열 효과를 높이기 위해 표면적이 넓은 핀(미도시)형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 열교환기(430)는 도시되지는 않았지만 일측에 캡(미도시)을 포함하고, 상기 캡(미도시)은 압력 스프링(미도시)을 구비하여 냉각유체(300)의 압력을 높일 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 열교환기(430)는 도시되지는 않았지만 일측에 쿨링팬(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 쿨링팬(미도시)은 팬을 작동시켜 바람을 생성하는 것으로, 이렇게 생성된 바람을 상기 열교환기(430)에 공급하여 상기 열교환기(430)를 냉각시킬 수 있도록 한다.
상기 펌프(440)는 상기 공급관(410) 상에 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 펌프(440)는 유냉각본체(200) 내부의 냉각유체(300)를 인위적으로 순환시키기 위해 구성되는 것으로, 상기 제어부(600)와 연동하도록 구성되어 상기 냉각유체(300)를 상기 유냉각본체(200)에서 유동시킨다.
또한, 상기 펌프(440)는 공지의 것을 사용할 수 있다.
상기 소화유닛(500)은 상기 유냉각본체(200)로 소화액을 제공하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 소화유닛(500)은 상기 냉각유닛(400)과 연통하여 상기 연료전지(100)의 온도가 기설정된 기준값 이상의 고온으로 측정되는 경우 즉, 연료전지(100)의 폭발이나 화재의 위험이 나타날 수 있는 온도 이상일 경우 상기 공급관(410)으로 공급되는 냉각유체(300)에 소화액을 제공하도록 구비된다.
따라서, 상기 소화유닛(500)은 상기 유냉각본체(200) 내부로 냉각유체(300)를 유입하는 공급관(410)과 연통될 수 있다.
이에, 상기 소화유닛(500)은 소화액을 저장하는 저장탱크(510), 상기 저장탱크(510)와 상기 공급관(410)을 연결하는 소화액유로관(520), 상기 소화액유로관(520)과 상기 공급관(410)이 교차되는 지점에 위치하여 상기 소화액유로관(520)을 개폐하는 개폐밸브(530)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 개폐밸브(530)는 상기 제어부(600)의 후술할 소화액공급모듈(620)의 제어에 의해 상기 공급관(410)으로 소화액을 분사하기 위해 개방될 수 있고, 소화액 공급이 완료되면 폐쇄될 수 있다.
상기 제어부(600)는 상기 냉각유닛(400) 및 상기 소화유닛(500)의 작동을 제어하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 제어부(600)는 연료전지(100)의 냉각을 위해 연료전지(100)의 온도를 센싱하는 온도센서(700) 측정값을 전송받아 가열된 냉각유체(300)를 회수하여 열교환기(430)로 이송시키고, 냉각된 연료전기(100)를 상기 유냉각본체(200)로 공급하며, 상기 연료전지(100)의 가열 온도가 기설정된 고온의 온도로 측정되는 경우, 상기 소화유닛(500)의 개폐밸브(530)를 개방하여 유냉각본체(200)에 공급되는 냉각유체(300)에 소화액이 제공될 수 있도록 한다.
이에, 상기 제어부(600)는 상기 연료전지(100)의 온도에 따라 상기 냉각유닛(400) 및 상기 소화유닛(500)의 작동을 적절하게 제어하여 효율적인 연료전지(100)의 냉각이 구현될 수 있도록 한다.
따라서, 상기 제어부(600)는 일반냉각모듈(610) 및 소화액공급모듈(620)을 포함할 수 있다.
상기 일반냉각모듈(610)은 상기 연료전지(100)의 온도가 상기 냉각유닛(400)의 구동이 필요한 제1온도 이상이고, 상기 소화액 공급이 필요한 제2온도 이하일 때 작동하는 모듈일 수 있다.
따라서, 상기 일반냉각모듈(610)은 상기 펌프(440)를 개방하여 냉각유닛(400)이 작동될 수 있도록 하며, 상기 개폐밸브(530)는 폐쇄되도록 제어하여 상기 소화유닛(500)은 작동되지 않도록 한다.
이는, 상기 일반냉각모듈(610)이 온도센서(700)에서 측정된 연료전지(100)의 온도가 제1온도 이상 제2온도 이하일 때 작동되는 모듈이며, 상기 연료전지(100)가 냉각유체(300)에 의한 냉각이 필요하나, 소화액의 공급은 필요하지 않은 상태일 때 작동되는 모듈일 수 있다.
상기 소화액공급모듈(620)은 상기 연료전지(100)의 온도가 상기 제2온도 이상일 때 작동되는 모듈일 수 있다.
따라서, 상기 소화액공급모듈(620)은 상기 펌프(440) 및 상기 개폐밸브(530)가 모두 개방되도록 제어하여, 상기 냉각유닛(400) 및 상기 소화유닛(500)이 모두 작동되도록 제어한다.
이는, 상기 소화액공급모듈(620)이 온도센서(700)에서 측정된 연료전지(100)의 온도가 제2온도 이상일 때 작동되는 모듈로써, 상기 연료전지(100)가 소화액의 공급이 필요한 고온일 때 작동되는 모듈일 수 있다.
따라서, 상기 소화액공급모듈(620)은 연료전지(100)의 폭발 및 화재 사고가 발생 가능한 상태를 감지하여 연료전지(100)의 폭발 및 화재사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
상기 온도센서(700)는 상기 연료전지(100)의 온도를 측정하여 측정된 온도 데이터를 상기 제어부(600)로 전송하도록 구비된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 연료 전지 유냉각 시스템에 의하면, 연료전지 스택의 내구성을 증대시켜 연료전지의 교체 및 유지보수 작업에 소모되는 비용을 절감할 수 있도록 한다.
또한, 냉각유닛과 연동되어 과열된 연료전지의 냉각을 위해 유냉각본체에 소화액을 투입하는 소화유닛을 구비함으로써, 연료전지의 폭발 및 화재 사고를 예방할 수 있다.
아울러, 온도센서에서 측정된 연료전지 온도 데이터 값을 전송받아 일반냉각모듈 및 소화액공급모듈로 분류하여 시스템을 제어하는 제어부를 구비함으로써, 연료전지의 온도에 최적화된 구동이 가능하여 불필요한 작동을 방지하고 연료전지의 냉각 효율성을 증대시킬 수 있도록 한다.
이에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
1 : 연료 전지 유냉각 시스템
100 : 연료전지 200 : 유냉각본체
300 : 냉각유체 400 : 냉각유닛
410 : 공급관 420 : 회수관
430 : 열교환기 440 : 펌프
500 : 소화유닛 510 : 저장탱크
520 : 소화액유로관 530 : 개폐밸브
600 : 제어부 610 : 일반냉각모듈
620 : 소화액공급모듈 700 : 온도센서

Claims (8)

  1. 연료전지;
    상기 연료전지를 내부에 수용하는 유냉각본체;
    상기 유냉각본체에 충전되는 냉각유체;
    상기 유냉각본체와 연결되어, 상기 냉각유체의 순환경로를 제공하는 냉각유닛;
    상기 냉각유닛과 연통하여 기설정된 기준값 이상의 고온 발생시 상기 유냉각본체로 소화액을 제공하는 소화유닛; 및
    상기 냉각유닛 및 상기 소화유닛의 작동을 제어하는 제어부;
    상기 냉각유닛은,
    상기 유냉각본체에 연결되고, 상기 냉각유체를 상기 유냉각본체로 공급하는 공급관;
    상기 유냉각본체에 연결되고, 상기 냉각유체를 회수하는 회수관;
    상기 공급관 및 회수관과 연결되고, 상기 연료전지로부터 고온의 냉각유체가 유입되어 열 교환하는 열교환기; 및
    상기 공급관 상에 배치되는 펌프;
    상기 소화유닛은,
    상기 소화액을 저장하는 저장탱크;
    상기 저장탱크와 상기 공급관을 연결하는 소화액유로관; 및
    상기 소화액유로관과 상기 공급관이 교차되는 지점에 위치하여 상기 소화액유로관을 개폐하는 개폐밸브;
    상기 개폐밸브는 1개의 입구 1개의 출구와 소화액를 공급하기 위한 측면의 공급부 입구1개로 구성되는 삼방향 밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 유냉각 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지의 온도를 측정하여 측정된 온도 데이터를 상기 제어부로 전송하는 온도센서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 유냉각 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연료전지의 온도가 상기 냉각유닛의 구동이 필요한 제1온도 이상이고, 상기 소화액 공급이 필요한 제2온도 이하일 때 작동되는 일반냉각모듈; 및
    상기 연료전지의 온도가 상기 제2온도 이상일 때 작동되는 소화액공급모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 유냉각 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 일반냉각모듈 작동 시, 상기 펌프는 개방되고 상기 개폐밸브는 폐쇄되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 유냉각 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 소화액공급모듈 작동 시, 상기 펌프 및 상기 개폐밸브가 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 유냉각 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각유체는,
    상기 유냉각본체 내부 유동 중 상기 연료전지와 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 유냉각 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100641126B1 (ko) * 2005-08-22 2006-11-02 엘지전자 주식회사 연료전지의 소화 장치
KR20100096814A (ko) 2009-02-25 2010-09-02 삼성전자주식회사 연료전지 냉각 시스템
WO2017017867A1 (ja) * 2015-07-30 2017-02-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 冷却装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100641126B1 (ko) * 2005-08-22 2006-11-02 엘지전자 주식회사 연료전지의 소화 장치
KR20100096814A (ko) 2009-02-25 2010-09-02 삼성전자주식회사 연료전지 냉각 시스템
WO2017017867A1 (ja) * 2015-07-30 2017-02-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 冷却装置

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