KR20100136872A - Water trap system for fuel cell vehicle - Google Patents

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KR20100136872A
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Abstract

PURPOSE: A water trap system for a fuel cell vehicle is provided to remove risks of leakage and to shorten assembly work by easily fixing it at the outside of a water trap using a fastening unit such as a bolt. CONSTITUTION: A water trap system(100) for a fuel cell vehicle comprises a water trap(110) for storing water generated from a fuel cell stack, water level sensors(120a,120b) for sensing water level inside the water trap, and a discharge valve(130) which is opened in order to discharge the water saved in the water trap. A non-contact type sensor is installed at the outside of the water trap.

Description

연료전지 차량용 워터트랩 장치{Water trap system for fuel cell vehicle}Water trap system for fuel cell vehicle

본 발명은 연료전지 차량용 워터트랩 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택에서 생성된 물을 저장하는 워터트랩과, 상기 워터트랩 내 수위 감지를 위한 수위센서와, 상기 워터트랩에 저장된 물을 배출하기 위해 개방되는 배출밸브를 포함하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a water trap device for a fuel cell vehicle, and more particularly, a water trap for storing water generated in a fuel cell stack, a water level sensor for detecting a water level in the water trap, and water stored in the water trap. The present invention relates to a water trap device for a fuel cell vehicle including a discharge valve open to discharge.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다. A fuel cell is a kind of power generation device that converts chemical energy of fuel into electric energy by electrochemical reaction in the fuel cell stack without converting it into heat by combustion. It can also be applied to the power supply of electrical / electronic products, especially portable devices.

이러한 연료전지의 예로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합 체(MEA:Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.As an example of such a fuel cell, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), which is most frequently researched as a power supply for driving a vehicle, has a membrane centered around an electrolyte membrane through which hydrogen ions move. Membrane Electrode Assembly (MEA) with a catalytic electrode layer on both sides, and a Gas Diffusion Layer (GDL) that distributes the reactants evenly and delivers the generated electrical energy. And a gasket and fastening mechanism for maintaining the airtightness and proper clamping pressure of the reactor bodies and the coolant, and a bipolar plate for moving the reactor bodies and the coolant.

상기한 연료전지에서 연료인 수소와 산화제인 산소(공기)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드('연료극' 혹은 '수소극', '산화극'이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드('공기극' 혹은 '산소극', '환원극'이라고도 함)로 공급된다. In the fuel cell, hydrogen as the fuel and oxygen (air) as the oxidant are respectively supplied to the anode and the cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, and the hydrogen is the anode ('fuel electrode' or 'water'). And the oxygen (air) are supplied to the cathode ('air' or 'oxygen', also known as 'reduction electrode').

애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다. Supplied to the anode hydrogen is a hydrogen ion (proton, H +) and electrons by the electrode catalyst constructed on both sides of the electrolyte membrane (electron, e -) are decomposed into, passed through only the hydrogen ion in the optional electrolyte membrane cation exchange membrane The electrons are transferred to the cathode through the gas diffusion layer and the separation plate which is a conductor.

상기 캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다. In the cathode, the hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and the electrons transferred through the separator meet with oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device to generate a reaction. At this time, due to the movement of hydrogen ions, a flow of electrons occurs through an external conductor, and the flow of electrons generates current.

한편, 연료전지 반응에 의해 생성된 물은 산소와 수소의 흐름을 방해하므로 스택으로부터 제거가 필요하며, 이에 스택에서 생성된 물을 워터트랩(Water Trap) 에 모아 배출하도록 되어 있다.On the other hand, the water generated by the fuel cell reaction is required to remove from the stack because it interferes with the flow of oxygen and hydrogen, this is to collect the water generated in the stack in the water trap (Water Trap) to discharge.

첨부한 도 1은 종래의 워터트랩 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 워터트랩 장치의 개략도로서, 수위센서 의존형 제어 방식의 배출 시스템을 도시한 것이다.1 is a perspective view showing a conventional water trap device, Figure 2 is a schematic view of the water trap device, showing a water level sensor dependent control system discharge system.

도시된 바와 같이, 워터트랩 장치는 물이 저장되는 워터트랩(30), 워터트랩(30) 내 수위 감지를 위한 광학식 수위센서(31a,31b), 워터트랩(30)에 저장된 물을 배출하기 위해 개방되는 배출밸브(32)를 주된 구성으로 한다.As shown, the water trap device is for discharging the water stored in the water trap 30, the optical level sensor 31a, 31b for detecting the water level in the water trap 30, the water trap 30 is stored water The discharge valve 32 to be opened has a main configuration.

연료전지 스택의 캐소드에서 수소 이온과 산소가 만나 물이 발생하는 것으로 알려져 있으나, 전해질로 사용되는 멤브레인의 두께가 감소하면서 물의 농도 차이에 의해 발생하는 역확산(back diffusuion)으로 인해 상당량의 물이 애노드를 통해 배출된다.Hydrogen ions and oxygen meet at the cathode of the fuel cell stack to generate water, but as the thickness of the membrane used as the electrolyte decreases, a significant amount of water is caused by the back diffusuion caused by the difference in water concentration. Is discharged through.

이와 같이 스택이 운전되면 캐소드 쪽에 많은 물이 생성되어 대부분의 물이 공기블로워의 영향으로 캐소드 출구 쪽으로 배출되지만 애노드 쪽으로도 일부가 넘어온다. 애노드 쪽은 순수 수소가 공급되고 또한 불순물 제거를 위한 주기적인 퍼징(purging)과 수소 순환을 위한 수소 재순환 블로워가 동작하지만 캐소드에서 넘어온 물이 상당부분 제거되지 않고 계속 쌓이게 된다. When the stack is operated in this way, a large amount of water is generated on the cathode side, and most of the water is discharged toward the cathode outlet under the influence of an air blower, but part is also passed to the anode side. On the anode side, pure hydrogen is supplied, and a periodic purging to remove impurities and a hydrogen recycling blower for hydrogen circulation are operated, but the water from the cathode continues to accumulate without being removed.

이에 애노드의 물을 배출하기 위해 스택(10) 하부에 워터트랩(30)을 설치하여 주기적으로 물을 배출해주는데, 애노드에서 발생한 물을 워터트랩(30)에 저장한 뒤 일정량 이상의 물이 채워지면 외부로 배출하고 있다. In order to discharge the water of the anode, the water trap 30 is installed at the bottom of the stack 10 to periodically discharge the water. The water generated in the anode is stored in the water trap 30 and then filled with a predetermined amount of water outside To discharge.

이때, 워터트랩(30)에는 애노드에서 나온 혼합가스(H2 포함)로부터 물이 분 리되어 모이게 되며, 액적이 제거된 혼합가스는 수소 재순환 블로워(20)에 의해 재순환되어 수소탱크로부터 공급된 수소와 섞인 뒤 스택(10)에 재투입된다. At this time, water is separated from the mixed gas (including H 2 ) from the anode and collected in the water trap 30, and the mixed gas from which the droplets are removed is recycled by the hydrogen recycle blower 20 to supply hydrogen from the hydrogen tank. Mixed with and reloaded into stack (10).

워터트랩(30)에 일정량 이상의 물이 저장되면 워터트랩 바닥 쪽의 배출밸브(32)가 열리면서 물의 배출이 이루어진다. 워터트랩(30) 상, 하 위치에 수위센서(31a,31b)가 장착되어, 상위 수위센서(31a)가 동작(물 감지)하면 워터트랩(30)에 물이 찬 것으로 판단하여 배출밸브(32)를 개방한다. 이후 수위가 내려가서 하위 수위센서(32b)가 동작(드라이 상태 감지)하면 수위가 안전한 레벨까지 내려간 것으로 판단하여 배출밸브(32)를 닫는다. 이러한 배출밸브(32)의 제어시에 중요한 전제 조건은 수소는 최대한 배출하지 않으면서 물만 배출하는 것이다. When a predetermined amount or more of water is stored in the water trap 30, the discharge valve 32 at the bottom of the water trap is opened to discharge water. Water level sensors 31a and 31b are mounted on the upper and lower positions of the water trap 30, and when the upper level sensor 31a is operated (water detection), it is determined that the water trap 30 is filled with water and discharge valve 32 Open). Then, when the water level is lowered and the lower water level sensor 32b operates (dry state detection), it is determined that the water level is lowered to a safe level and closes the discharge valve 32. An important prerequisite for the control of the discharge valve 32 is to discharge only water without discharging hydrogen as much as possible.

하지만 종래의 워터트랩 장치에서는 수위센서로 광학식 수위센서가 사용됨에 따라 다음과 같은 문제점이 있다.However, in the conventional water trap apparatus, the optical water level sensor is used as the water level sensor, and thus has the following problems.

우선, 애노드 워터트랩은 수소 가스가 지나가는 통로이기 때문에 기밀이 매우 중요하다. 특히, 광학식 수위센서의 경우 접촉식 타입이므로 항상 누설의 가능성이 존재하여 조립시 유의해야 한다. 즉, 발광부와 수광부가 워터트랩 내부로 삽입되어 물과 직접 접촉되어야 하므로 수위센서가 삽입된 워터트랩 부위에서 누설의 가능성이 있는 것이다. 통상 테플론 테이프로 수회 감은 후 워터트랩 측방에 가공된 홀에 삽입하여 기밀을 유지하게 된다.First of all, airtightness is very important because anode water trap is a passage through which hydrogen gas passes. In particular, the optical level sensor is a contact type, so there is always a possibility of leakage, so care must be taken when assembling. That is, since the light emitting part and the light receiving part must be inserted into the water trap to be in direct contact with the water, there is a possibility of leakage at the water trap area where the water level sensor is inserted. Usually, it is wound several times with Teflon tape and inserted into a hole machined on the side of the water trap to maintain airtightness.

오인식의 문제로서, 첨부한 도 3은 광학식 수위센서의 동작원리를 설명하기 위한 도면으로, 광학식 수위센서는 빛의 굴절원리를 이용하여 동작하는 방식이다. 센싱부는 빛을 발산하는 발광부와 그 빛을 수신하는 수광부를 가지며, 발광부에서 수광부로 빛이 굴절될 수 있도록 프리즘 구조로 되어 있고, 물이 있을 때와 없을 때의 광도 차이를 구분하여 워터트랩 내 물의 존재 유무를 판단하게 된다.As a problem of misunderstanding, the accompanying FIG. 3 is a view for explaining the operation principle of the optical level sensor, the optical level sensor is a method of operating using the principle of refraction of light. The sensing unit has a light emitting unit that emits light and a light receiving unit that receives the light, and has a prism structure so that the light can be refracted from the light emitting unit to the light receiving unit. I will judge the presence of my water.

즉, 센싱부에 물이 없는 경우 발광부를 통해 발산된 빛의 대부분이 수광부로 들어오지만, 물이 있을 경우 산란되어 나가는 빛에 의해 수광부에 수신되는 빛의 양이 줄어들게 된다. 이러한 원리를 이용하여 물의 존재 유무를 판단하게 된다. 그 결과 다음과 같은 오인식 가능성이 존재한다.That is, when there is no water in the sensing unit, most of the light emitted through the light emitting unit enters the light receiving unit, but when there is water, the amount of light received by the light receiving unit is reduced by the light that is scattered. This principle is used to determine the presence of water. As a result, the following false recognition possibilities exist.

1) 액적에 의한 오인식 : 워터트랩은 연료전지에서 발생하는 물과 재순환되는 수소 가스, 수증기가 지나가는 통로이다. 그렇기 때문에 액적들이 워터트랩 내 벽면을 타고 수위센서 측으로 흘러내릴 가능성이 매우 높으며, 첨부한 도 4에 나타낸 바와 같이 액적이 센싱부(발광부 및 수광부)에 맺히거나 벽면에서 흘러내릴 경우 물이 있는 것으로 오인식할 수 있다. 실제 차량 운행시에 하위 수위센서에서 물을 감지하지 않고 있는데도 상위 수위센서에서 액적에 의해 물을 감지하는 사례가 종종 발생하고 있다. 첨부한 도 5는 물이 없음을 나타내는 신호가 출력되어야 하나(5V) 액적에 의해 물이 있음을 오인식(0V)하게 되는 예를 보여주고 있다. 1) Misunderstanding by droplets: A water trap is a passage through which water from a fuel cell, recycled hydrogen gas, and water vapor pass. Therefore, the droplets are very likely to flow down the water trap to the water level sensor, and as shown in FIG. 4, when the droplets form on the sensing unit (light emitting unit and the light receiving unit) or flow down from the wall, there is water. It can be mistaken. Even though the lower level sensor does not detect water when driving a vehicle, the upper level sensor often detects water by droplets. FIG. 5 shows an example in which a signal indicating that there is no water should be output (5V) but misrecognition (0V) of the presence of water by the droplet.

이렇게 광학식 수위센서의 경우 센싱부에 형성된 습기만으로 물을 감지하는 오동작이 문제가 되고 있다. 물에 잠기지는 않았지만 센싱부에 습기가 존재하면 물에 잠긴 것으로 오동작하는 것이다. 광학식 수위센서는 드라이(Dry) 상태(물이 없는 상태)에 대해서는 정확히 감지하는 특성이 있으나, 물을 감지한 상태(Wet 상태)가 실제 물속에 잠겨 있는 것인지 아니면 단순히 수분이 묻어 있는 것인지 알 수 없다. In the case of the optical water level sensor, a malfunction of detecting water by moisture formed in the sensing unit becomes a problem. If it is not submerged in water but there is moisture in the sensing part, it is submerged. Although the optical level sensor detects the dry state (no water) accurately, it does not know whether the water state (Wet state) is actually submerged in water or simply wet. .

2) 진동에 의한 오인식 : 광학식 수위센서의 경우 진동에 의한 워터트랩 내 응축수의 출렁임에 의해 수위가 검출수위 근방에서 지속적으로 움직이며, 진동으로 인해 응축수가 센싱부에 일시적으로 접촉됨으로써 오인식할 가능성이 있다. 즉, '현 수위 < 검출수위'임에도 출렁임에 의한 오인식이 발생하며, 이때 물이 없다 라고 출력신호를 내보내야 하나 물이 있다고 내보내는 경우가 발생한다. 또한 '현 수위 ≥ 검출수위'임에도 출렁임에 의한 오인식이 발생하며, 이때 물이 있다 라고 출력신호를 내보내야 하나 물이 없다고 내보내는 경우가 발생한다. 첨부한 도 6과 도 7은 진동에 의한 광학식 수위센서의 오인식을 설명하기 위한 도면으로, 도 6의 경우 현 수위가 검출수위 이상(현 수위 ≥ 검출수위)임에도 진동시 출렁임에 의해 수위센서에 물이 접촉하지 않음을 보여주고 있다. 이렇게 물이 검출수위 이상임에도 수위센서가 물이 없다고 인식할 수 있으며, 도 7은 물이 있음을 나타내어야 하나(0V) 출렁임에 의해 주기적으로 물이 없음을 나타내는 신호(5V)가 출력됨을 보여주고 있다. 2) Misunderstanding due to vibration: In the case of the optical level sensor, the water level continuously moves near the detection level due to the oscillation of the condensate in the water trap due to the vibration. have. In other words, even if the current level <detection level, the misunderstanding caused by the rung occurs, and when there is no water, the output signal should be sent, but there is a case that there is water. In addition, even though 'current level ≥ detection level', misrecognition due to slumping occurs, and when there is water, an output signal should be sent but there is no water. 6 and 7 are diagrams for explaining the misunderstanding of the optical water level sensor due to vibration. In the case of FIG. 6, even if the current level is greater than or equal to the detection level (current level ≥ detection level), the water level sensor vibrates during vibration. It is showing that it is not in contact. Even though the water is above the detection level, the water level sensor can recognize that there is no water, and FIG. 7 should indicate that there is water (0V), but it shows that a signal (5V) indicating the absence of water is periodically output by oscillation. have.

3) 저온 방치시 오인식 : 차량이 저온에서 방치된 후 운전 초기에 센서 발광부 혹은 수광부에 맺혀 있는 아이스 상태의 물에 의해 실제 물이 없는데도 물이 있다 라고 오인식할 가능성이 있다. 그리고, 운전 초기시 내부 표면에 아이스 상태의 물이 해빙되면서 흘러내릴 경우 액적들에 의해 센서가 오인식할 가능성이 있다.3) Misrecognition when left at low temperature: There is a possibility of misunderstanding that there is water even though there is no actual water by iced water in the sensor light emitting part or light receiving part at the beginning of driving after the vehicle is left at low temperature. In addition, when the ice water flows down on the inner surface during initial operation, the sensor may be misidentified by the droplets.

수위센서의 오동작시 문제점으로서, 물이 워터트랩에 일정 수준 채워지지 않은 상태에서 배출밸브가 오동작하면 응축수보다 수소를 배출하는 경우가 많아지게 된다. 워터트랩에서 수소 배출에 따른 문제점은 수소 이용률의 저하를 들 수 있 으며, 연료인 수소를 불필요하게 배출하면 주행거리 및 연비에 악영향을 주게 된다. 또한 수소 배출시 수소 센서의 작동에 따라 시스템이 강제로 셧다운될 수 있다. As a problem in the malfunction of the water level sensor, if the discharge valve malfunctions in a state where water is not filled to a certain level in the water trap, hydrogen is discharged more than condensate. The problem associated with the discharge of hydrogen in the water trap is a decrease in the utilization of hydrogen, and the unnecessary discharge of hydrogen, a fuel, adversely affects the mileage and fuel economy. In addition, the system may be forced to shut down depending on the operation of the hydrogen sensor during hydrogen discharge.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 센서 장착부위의 기밀 불량으로 인한 워터트랩 누설의 위험을 해소하면서 워터트랩의 액적 및 진동 등에 의해 발생하던 수위센서의 오인식을 방지할 수 있는 연료전지 차량용 워터트랩 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, while avoiding the risk of water trap leakage due to poor airtightness of the sensor mounting portion while preventing the misunderstanding of the water level sensor caused by droplets and vibration of the water trap. It is an object of the present invention to provide a water trap device for a fuel cell vehicle.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 연료전지 스택에서 생성된 물을 저장하는 워터트랩과, 상기 워터트랩 내 수위 감지를 위한 수위센서와, 상기 워터트랩에 저장된 물을 배출하기 위해 개방되는 배출밸브를 포함하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치에 있어서, 상기 수위센서로서 물과 공기의 비유전율 차이를 이용하여 워터트랩 내 물을 감지하는 비접촉식의 정전용량형 수위센서가 워터트랩의 외부에 장착되어 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, the water trap for storing the water generated in the fuel cell stack, the water level sensor for detecting the water level in the water trap, and is opened to discharge the water stored in the water trap In the water trap device for a fuel cell vehicle including a discharge valve, a non-contact capacitive water level sensor for detecting water in the water trap by using the difference between the relative dielectric constant of water and air as the water level sensor is mounted on the outside of the water trap Characterized in that configured.

여기서, 상기 워터트랩은 플라스틱을 재질로 하여 제작되는 것을 특징으로 한다.Here, the water trap is characterized in that it is made of a plastic material.

이에 따라, 상기한 과제 해결 수단을 통해 다음과 같은 효과가 있게 된다.Accordingly, the following effects can be obtained through the above-described problem solving means.

1) 워터트랩의 외부에 장착되는 비접촉식 타입의 센서를 사용함으로써 누설 의 위험성이 제거될 수 있다. 센서를 볼트 등의 체결수단을 이용해 워터트랩의 외부에 쉽게 고정할 수 있으므로 조립작업의 시간 단축이 가능함은 물론 작업성이 향상될 수 있다. 1) The risk of leakage can be eliminated by using a non-contact type sensor mounted outside the water trap. Since the sensor can be easily fixed to the outside of the water trap using a fastening means such as a bolt, it is possible to shorten the time of assembly work and also improve workability.

2) 액적에 의한 오인식 방지 : 센서가 워터트랩 외부에 장착되기 때문에 워터트랩 내부 벽면을 따라 흐르는 액적이나 응축수에 의해서는 오인식을 하지 않는다. 2) Preventing misidentification by droplets: Because sensors are mounted outside the water trap, no misunderstanding is recognized by droplets or condensate flowing along the water trap inner wall.

3) 진동에 의한 오인식 최소화 : 정전용량형 센서의 경우, 진동에 의한 응축수의 출렁임에 의해 현 수위가 검출수위 미만일 경우에는 간헐적으로 오인식을 할 수 있지만, 검출수위 이상에서는 오인식을 하지 않는 특성을 가진다. 즉, 진동에 의한 출렁임으로 순간적인 '현 수위 ≥ 검출수위'인 경우에는 물이 있다 라고 오인식하지 않고 물이 없다 라는 정상적인 신호를 지속적으로 출력하게 된다.3) Minimization of false recognition by vibration: In the case of capacitive sensor, when the current level is lower than the detection level due to the oscillation of condensed water due to vibration, misrecognition can be recognized intermittently, but the error detection is not recognized above the detection level. . That is, when the instantaneous 'current level ≥ detection level' is caused by the oscillation caused by vibration, the normal signal that there is no water is continuously output without misrecognizing that there is water.

4) 저온 방치시 오인식 방지 : 비접촉식 센서가 적용되기 때문에 센서 표면에 아이스 결빙이 일어날 수 없으므로 그로 인한 오인식 가능성이 없고, 워터트랩 내부 표면에 결빙되어 있는 소량의 물에 의해 센서가 동작하지 않으므로 차량이 저온에서 방치된 후 운전하는 경우에서 아이스 상태의 물에 의해 오인식할 가능성이 없다.4) Prevention of misperception when left at low temperature: Since non-contact sensor is applied, ice freezing cannot occur on the surface of the sensor, so there is no possibility of misunderstanding.Therefore, the vehicle does not operate due to the small amount of water frozen on the inner surface of the water trap. There is no possibility of misrecognition by iced water when operating after being left at low temperatures.

5) 워터트랩을 플라스틱으로 제작하고, 정전용량형 수위센서를 사용하므로, 경량화 및 원가 절감의 효과를 얻을 수 있다.5) Since the water trap is made of plastic and the capacitive water level sensor is used, the weight and cost can be reduced.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 연료전지 시스템에서 생성되는 응축수를 제거하기 위해 장착되는 워터트랩 장치에 관한 것으로서, 종래의 금속재 워터트랩 대신 플라스틱 재질의 워터트랩을 사용하고, 특히 정확한 수위 감지 및 배출 제어를 위해, 수위센서를 물에 직접적으로 접촉시키는 종래의 접촉식 수위센서(광학식 수위센서) 대신, 워터트랩의 외부에 장착되는 비접촉식 수위센서를 사용하여, 수위센서 장착부위의 기밀 불량 및 그로 인한 워터트랩 누설의 위험을 방지하고, 진동 및 액적에 의한 오인식을 최소화할 수 있도록 구성한 것에 특징이 있는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water trap device mounted to remove condensate generated in a fuel cell system. Instead of a conventional metal water trap, a plastic water trap is used, and in particular, a water level sensor for accurate water level detection and discharge control. Instead of the conventional contact level sensor (optical level sensor) that contacts the water directly, the non-contact level sensor mounted on the outside of the water trap is used to reduce the risk of leaking of the water level sensor and the resulting water trap leakage. It is characterized in that it is configured to prevent, and to minimize the misunderstanding by the vibration and droplets.

본 발명에서 비접촉식 수위센서로는 근접센서인 정전용량형 센서가 사용되며, 정정용량형 센서를 사용하게 되면 액적 및 진동에 의한 오인식, 특히 실제 수위가 검출수위 이상일 때의 오인식이 방지될 수 있는 장점이 있다.In the present invention, the non-contact water level sensor is a capacitive sensor, which is a proximity sensor, and using a capacitive sensor can prevent misperception of droplets and vibrations, especially when the actual water level is above the detection level. There is this.

첨부한 도 8과 도 9는 본 발명에 따른 워터트랩 장치를 도시한 사시도로서, 도 8은 수위센서가 장착된 부분을, 도 9는 배출밸브가 장착된 부분을 보여주는 사시도이다.8 and 9 are perspective views illustrating the water trap apparatus according to the present invention, and FIG. 8 is a perspective view showing a portion in which a water level sensor is mounted, and FIG. 9 is a portion in which a discharge valve is mounted.

또한 첨부한 도 10은 본 발명에 따른 워터트랩 장치에서 정전용량형 수위센서의 작동원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 워터트랩 장치에서 배출밸브의 장착구조를 도시한 분리 사시도이다. In addition, Figure 10 is a view for explaining the operation principle of the capacitive water level sensor in the water trap apparatus according to the present invention, Figure 11 is an exploded perspective view showing the mounting structure of the discharge valve in the water trap apparatus according to the present invention to be.

또한 첨부한 도 12는 본 발명에 따른 워터트랩 장치에서 배출밸브의 장착구조를 도시한 단면도이고, 도 13과 도 14는 본 발명에 따른 워터트랩 장치에서 액적 과 진동에 의한 오인식이 방지될 수 있음을 설명하기 위한 단면도이다.In addition, Figure 12 is a cross-sectional view showing a mounting structure of the discharge valve in the water trap apparatus according to the present invention, Figures 13 and 14 can be prevented from misunderstanding due to droplets and vibration in the water trap apparatus according to the present invention. This is a cross-sectional view for explaining.

우선, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 워터트랩 장치(100)에서는 워터트랩(110) 내 수위 감지 및 배출 제어를 위한 수위센서로서 워터트랩(110)의 측방 외부에 정전용량형 센서(120a,120b)가 장착된다.First, as shown in Figure 8, in the water trap apparatus 100 according to the present invention as a water level sensor for detecting the water level in the water trap 110 and discharge control capacitive sensor outside the side of the water trap 110 120a and 120b are mounted.

상기 정전용량형 센서(120a,120b)는 종래의 광학식 수위센서를 대체하는 것으로서, 배출 제어를 위한 제어 알고리즘, 즉 배출밸브(솔레노이드 밸브)(130)의 개폐 작동을 제어하기 위한 알고리즘(수위센서 의존형 방식 또는 전류적산 제어 방식)은 동일하게 적용될 수 있다. 또한 도시한 실시예에서는 상위 수위센서와 하위 수위센서로서 상, 하 위치에 각각 1개씩 총 2개의 정전용량형 센서(120a,120b)가 장착됨을 보이고 있으나, 1개의 광학식 수위센서가 장착된 종래의 워터트랩 장치와 마찬가지로 정전용량형 센서 1개만을 장착하여 워터트랩 장치를 구성할 수도 있다.The capacitive sensors 120a and 120b replace conventional optical level sensors, and a control algorithm for discharge control, that is, an algorithm for controlling the opening and closing operation of the discharge valve (solenoid valve) 130 (level sensor dependent type) Method or current integration control method) may be equally applied. In addition, although the illustrated embodiment shows that two capacitive sensors 120a and 120b are installed, one at each of the upper and lower positions, respectively, as an upper level sensor and a lower level sensor. Like the water trap device, only one capacitive sensor may be mounted to configure the water trap device.

상기 정전용량형 수위센서(120a,120b)는, 워터트랩 내에 삽입되는 접촉식의 광학식 수위센서와는 달리, 워터트랩(110)의 외부에 장착되는 근접센서로서, 워터트랩(110) 내에 존재하는 물을 비접촉식으로 감지하며, 워터트랩 내 검출높이에 존재하는 다량의 물에 대해서는 물이 있는 것으로 감지하나, 검출위치에 존재하는 종래와 같은 액적(습기)이나 진동시 출렁임에 의해 검출높이에 일시적으로 도달한 물에 대해서는 물이 있는 것으로 감지하지 않는다.The capacitive water level sensors 120a and 120b, unlike the contact type optical water level sensors inserted into the water trap, are proximity sensors mounted to the outside of the water trap 110 and are present in the water trap 110. It detects water in a non-contact manner and detects that there is water for a large amount of water present at the detection height in the water trap, but temporarily detects the detection height due to the existing droplets (humidity) or vibration in the detection position. Reached water is not detected as having water.

본 발명의 워터트랩 장치(100)에서 정전용량형 수위센서(120a,120b)는 물의 비유전율과 공기의 비유전율 차이를 이용해 물의 존재 유무를 확인하게 되며, 정전 용량형 수위센서의 적용을 위해 워터트랩(110)의 재질로 종래의 금속 소재(SUS 등) 대신 플라스틱 소재가 사용된다. 플라스틱으로 제작된 워터트랩(110)이 사용되고, 이 플라스틱 워터트랩(110)에 정전용량형 수위센서(120a,120b)가 장착되는 것이다. 워터트랩(110)을 플라스틱으로 제작하고 정전용량형 수위센서(120a,120b)를 사용하는 경우, 경량화 및 원가 절감의 효과를 얻을 수 있다.In the water trap apparatus 100 of the present invention, the capacitive water level sensors 120a and 120b check the existence of water using the difference between the relative dielectric constant of the water and the relative dielectric constant of the air, and the water for the application of the capacitive water level sensor. As a material of the trap 110, a plastic material is used instead of a conventional metal material (SUS, etc.). The water trap 110 made of plastic is used, and the capacitive water level sensors 120a and 120b are mounted on the plastic water trap 110. When the water trap 110 is made of plastic and the capacitive water level sensors 120a and 120b are used, weight reduction and cost reduction can be obtained.

정전용량형 수위센서는 워터트랩이 종래와 같은 금속 재질이라면 적용하기에 어려움이 있으며, 금속 재질에 적용은 가능하나 센서로부터의 이격거리 등 사용을 위해 고려해야 할 부분이 상당히 많아진다. Capacitive water level sensor is difficult to apply if the water trap is made of a metal as in the prior art, it is possible to apply to a metal material, but there are many parts to consider for use, such as the separation distance from the sensor.

본 발명에서 정전용량형 수위센서(120a,120b)는 워터트랩(110)의 두께를 고려하여 센싱감도 및 커패시턴스의 값이 설정되어야 하는데, 예컨대, 워터트랩의 두께를 2.0 ~ 3.5 mm의 두께로 제작한 뒤, 2.0 ~ 3.5 mm 두께의 플라스틱 재질은 미감지하고 그 내부의 물만 감지하도록 정전용량형 수위센서의 센싱감도 및 커패시턴스 값을 설정할 수 있다. In the present invention, the capacitive water level sensor (120a, 120b) should be set to the value of the sensing sensitivity and capacitance in consideration of the thickness of the water trap 110, for example, the thickness of the water trap is made to a thickness of 2.0 ~ 3.5 mm Then, the sensing sensitivity and capacitance values of the capacitive water level sensor can be set so that the plastic material of 2.0 to 3.5 mm thickness is not detected and only the water inside is detected.

도 10을 참조하여 정전용량형 수위센서의 작동원리에 대해 상술하기로 한다.The operation principle of the capacitive water level sensor will be described in detail with reference to FIG. 10.

정전용량형 센서는 정전유도현상을 이용하는 것으로, 극판에 (+) 전압을 인가하면, 극판 면에는 (+) 전하가, 대지쪽에는 (-) 전하가 발생하면서 극판과 대지 사이에 전계가 형성된다.The capacitive sensor uses an electrostatic induction phenomenon. When a positive voltage is applied to the pole plate, a positive charge is generated on the surface of the pole plate and a negative charge is generated on the earth side, and an electric field is formed between the pole plate and the earth. .

이때, 물체가 극판쪽으로 접근하면 정전유도를 일으켜, 물체 내부에 있는 전하들이 극판쪽으로는 (-) 전하가, 반대쪽으로는 (+) 전하가 이동하게 된다. 이러한 현상을 분극현상이라 한다. At this time, when the object approaches the plate, the electrostatic induction causes the charges inside the object to move the negative charge toward the pole plate and the positive charge to the opposite side. This phenomenon is called polarization.

물체가 극판에서 멀어지면 분극현상이 약해져서 정전용량이 적어지고(도 10의 (a)), 반대로 극판쪽으로 접근하면 분극현상이 커지면서 극판 면의 (+) 전하가 증가하여 정전용량이 커지는데(도 10의 (b)), 이 변화량을 검출하여 물체의 유무를 판단하게 된다.When the object moves away from the pole plate, the polarization phenomenon becomes weaker, resulting in less capacitance (Fig. 10 (a)). On the contrary, when the object is approached toward the pole plate, the polarization phenomenon becomes larger, and the positive charge on the side of the plate increases, which increases the capacitance. 10 (b)), the amount of change is detected to determine the presence or absence of an object.

정전용량은 비유전율과 극판의 면적에 비례하고 극판의 간격에 반비례하는 특성을 지니므로, 이러한 원리를 이용하면 워터트랩(110) 내 수위를 감지할 수 있다.Since the capacitance is in proportion to the relative dielectric constant and the area of the pole plate and inversely proportional to the gap of the pole plate, using this principle, the water level in the water trap 110 can be detected.

본 발명의 워터트랩 장치(100)에서 플라스틱으로 제작된 워터트랩(110)에 정전용량형 수위센서(120a,120b)를 장착하고 전원을 인가하면, 상기 정전용량형 수위센서(120a,120b)는 비유전율이 낮은 플라스틱은 검출하지 않는다. 하지만, 워터트랩(110) 내에서 비유전율이 큰 응축수가 센서의 검출위치까지 축적되어 올라오면, 정전용량형 수위센서(120a,120b)는 물이 있다는 신호를 출력하게 된다.In the water trap apparatus 100 of the present invention, when the capacitive water level sensor 120a, 120b is mounted on the water trap 110 made of plastic and power is applied, the capacitive water level sensor 120a, 120b is Plastics with low relative dielectric constants are not detected. However, when the condensate having a large relative dielectric constant accumulates up to the detection position of the sensor in the water trap 110, the capacitive water level sensors 120a and 120b output a signal that there is water.

본 발명의 워터트랩 장치(100)에서 상기 정전용량형 수위센서(120a,120b)는 비유전율을 기준으로 플라스틱과 공기는 검출하지 않고 순수한 물만을 검출할 정도의 비유전율 센싱 범위를 가지도록 설계되어 장착된다. 비유전율은 물질의 유전율과 공기의 유전율의 비(比)로서, 공기는 1, 플라스틱은 2 ~ 3, 물은 80 정도인 것으로 알려져 있다.In the water trap apparatus 100 of the present invention, the capacitive water level sensors 120a and 120b are designed to have a relative dielectric constant sensing range that detects only pure water without detecting plastic and air based on the relative dielectric constant. Is mounted. The relative dielectric constant is a ratio of the dielectric constant of the material and the dielectric constant of the air, and is known to be 1 for air, 2 to 3 for plastic, and about 80 for water.

본 발명의 워터트랩 장치는 상기한 정전용량형 수위센서를 사용함으로써 다음과 같은 장점이 있게 된다.The water trap apparatus of the present invention has the following advantages by using the above-mentioned capacitive water level sensor.

1) 워터트랩(110)의 외부에 장착되는 비접촉식 타입의 센서를 사용함으로써 누설의 위험성이 제거될 수 있다. 센서를 볼트 등의 체결수단을 이용해 워터트랩의 외부에 쉽게 고정할 수 있으므로 조립작업의 시간 단축이 가능함은 물론 작업성이 향상될 수 있다. 종래의 광학식 수위센서는 워터트랩 내부로 수평하게 삽입하여 장착하였기 때문에 누설의 위험성이 상존하였다.1) The risk of leakage can be eliminated by using a non-contact type sensor mounted on the outside of the water trap 110. Since the sensor can be easily fixed to the outside of the water trap using a fastening means such as a bolt, it is possible to shorten the time of assembly work and also improve workability. Conventional optical water level sensors have a risk of leakage because they are inserted horizontally into the water trap.

2) 액적에 의한 오인식 방지 : 센서가 워터트랩(110) 외부에 장착되기 때문에 워터트랩 내부 벽면을 따라 흐르는 액적이나 응축수에 의해서는 오인식을 하지 않는다(도 5 및 도 13 참조). 정전용량형 센서(120a,120b)가 작동하기 위해서는 센서로부터 특정 거리 이내에 일정량 이상의 물이 존재해야 하기 때문이다. 종래의 광학식 수위센서는 워터트랩 입구에서 흘러내리는 응축수에 의한 오인식의 가능성이 있다. 2) Prevention of misidentification by droplets: Since the sensor is mounted outside the water trap 110, misunderstanding is not performed by droplets or condensate flowing along the water trap inner wall (see FIGS. 5 and 13). This is because the capacitive sensors 120a and 120b must have a certain amount of water within a certain distance from the sensor in order to operate. Conventional optical water level sensors have the potential for misrecognition due to condensate flowing down the water trap inlet.

3) 진동에 의한 오인식 최소화 : 정전용량형 센서(120a,120b)의 경우, 진동에 의한 응축수의 출렁임에 의해 현 수위가 검출수위 미만일 경우에는 간헐적으로 오인식을 할 수 있지만, 검출수위 이상에서는 오인식을 하지 않는 특성을 가진다. 즉, '현 수위 < 검출수위'일 때는 정전용량형 센서의 경우도 오인식을 할 수 있으며, 물이 없다 라고 출력신호를 내보내야 하나 물이 있다 라고 출력신호를 내보내는 경우가 발생한다. 반면, 진동에 의한 출렁임으로 순간적인 '현 수위 ≥ 검출수위'인 경우에는 물이 있다 라고 오인식하지 않고 물이 없다 라는 정상적인 신호를 지속적으로 출력한다(도 6 및 도 14 참조). 진동시 현 수위가 일시적으로 검출수위 이상이 되었을 경우에 오인식이 절대 발생하지 않으므로, 이러한 특성을 이용하여 수위 제어로직을 구성하게 되면 오인식 가능성을 제거할 수 있다.3) Minimization of false recognition by vibration: In the case of capacitive sensors 120a and 120b, when the current level is below the detection level due to the oscillation of condensate due to vibration, misrecognition may be intermittently. It does not have the property. That is, when the current level <detection level, a capacitive sensor can be misidentified, and an output signal is output when there is no water, but an output signal is output when there is water. On the other hand, in the case of instantaneous 'current level ≥ detection level' due to oscillation caused by vibration, the normal signal that there is no water without erroneously recognizing that there is water is continuously output (see FIGS. 6 and 14). When the current level is temporarily above the detection level during vibration, no misrecognition occurs. Therefore, if the water level control logic is configured using this characteristic, the possibility of misrecognition can be eliminated.

4) 저온 방치시 오인식 방지 : 비접촉식 센서가 적용되기 때문에 센서 표면에 아이스 결빙이 일어날 수 없으므로 그로 인한 오인식 가능성이 없고, 워터트랩(110) 내부 표면에 결빙되어 있는 소량의 물에 의해 센서가 동작하지 않으므로 차량이 저온에서 방치된 후 운전하는 경우에서 아이스 상태의 물에 의해 오인식할 가능성이 없다.4) Prevention of erroneous recognition when left at low temperature: Since a non-contact sensor is applied, ice freezing cannot occur on the sensor surface, so there is no possibility of erroneous recognition due to it. Therefore, there is no possibility of misrecognition by iced water when driving after leaving the vehicle at low temperature.

한편, 본 발명에서는 누설의 위험성 및 액적에 의한 오인식 가능성을 제거하기 위해 정전용량형 수위센서(120a,120b)가 사용되므로, 플라스틱 소재로 성형하여 제작된 워터트랩(110)이 사용되고, 워터트랩(110) 외부에 정전용량형 수위센서(120a,120b)와 배출밸브(솔레노이드 밸브)(130)를 장착하기 위한 구조가 구비된다.On the other hand, in the present invention, the capacitive water level sensor (120a, 120b) is used to eliminate the risk of leakage and the possibility of misunderstanding by the droplets, the water trap 110 made of a plastic material is used, the water trap ( 110 is provided with a structure for mounting the capacitive water level sensor (120a, 120b) and the discharge valve (solenoid valve) 130 to the outside.

플라스틱으로 제작되는 워터트랩(110)은 성형이 용이하므로 정전용량형 수위센서(120a,120b)와 배출밸브(130)가 장착되는 부위를 센서와 밸브의 형상에 맞추어 최적의 형상으로 성형할 수 있다. Since the water trap 110 made of plastic is easy to mold, a portion where the capacitive water level sensors 120a and 120b and the discharge valve 130 are mounted may be molded into an optimal shape according to the shape of the sensor and the valve. .

우선, 도 9에서 도면부호 111과 112는 체결부로서, 워터트랩(110) 상단 입구의 체결부(111)를 스택 매니폴드 또는 공용분배기의 하측에 볼트로 체결하며, 측방의 체결부(112)를 스택 인클로져 하측 측단에 볼트로 체결하여, 워터트랩 장치(100)를 고정한다.First, in FIG. 9, reference numerals 111 and 112 are fastening portions, and fastening the fastening portions 111 of the upper entrance of the water trap 110 with bolts under the stack manifold or the common distributor with bolts, and the fastening portions 112 on the side. To the lower side of the stack enclosure with bolts to fix the water trap apparatus 100.

또한 플라스틱 소재 적용에 따른 강성 보강을 위해, 워터트랩(110)에서 차량 또는 스택(스택 매니폴드 또는 공용분배기)측과 연결되는 부위의 외부 표면에 리브(113)를 돌출 형성시킨다. 또한 워터트랩(110)에서 진동용착 공정이 적용되는 부위에도 리브를 돌출 형성시킬 수 있다.In addition, in order to reinforce rigidity according to the application of the plastic material, the rib 113 is protruded to the outer surface of the portion connected to the vehicle or the stack (stack manifold or shared distributor) side in the water trap 110. In addition, the ribs may be protruded from a portion of the water trap 110 to which the vibration welding process is applied.

그리고, 워터트랩(110)에 배출밸브(130)를 장착하기 위해, 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 물이 배출되는 워터트랩(110) 하단의 출구부(114)에 물 배출통로(140a)가 형성된 플러그(140)를 매개로 배출밸브(솔레노이드 밸브)(130)의 밸브 바디(131)를 고정하는데, 플러그(140)는 워터트랩 출구부(114)의 장착단(115)에 체결되는 판상의 체결부(141)와, 배출밸브(130)의 밸브 바디(131) 입구에 삽입되어 연결되는 관상(管狀)의 밸브 연결부(142)가 일체로 된 구조를 가진다.And, in order to mount the discharge valve 130 in the water trap 110, as shown in Figure 11 and 12, the water discharge passage 140a to the outlet portion 114 of the lower end of the water trap 110 is discharged water ) Is fixed to the valve body 131 of the discharge valve (solenoid valve) 130 via the plug 140 is formed, the plug 140 is fastened to the mounting end 115 of the water trap outlet 114 The plate-shaped fastening part 141 and the tubular valve connection part 142 which are inserted and connected to the inlet of the valve body 131 of the discharge valve 130 are integrated.

상기 플러그(140)의 체결부(141)에는 체결홀(141a)이 형성되어, 이 체결홀(141a)과 워터트랩 출구부(114)의 장착단(115)에 형성된 체결홀(115a)에 볼트(또는 나사, 스크류)를 체결함으로써, 플러그(140)가 워터트랩(110)에 고정된다. 상기 플러그(140)의 체결부(141)와 워터트랩(110)의 출구부(114) 사이에는 O-링(143)을 개재하여 기밀을 유지한다.A fastening hole 141a is formed in the fastening part 141 of the plug 140, and bolts are fastened to the fastening hole 115a formed at the mounting end 115 of the fastening hole 141a and the water trap outlet part 114. (Or a screw or a screw), the plug 140 is fixed to the water trap 110. The airtightness is maintained between the fastening part 141 of the plug 140 and the outlet part 114 of the water trap 110 through an O-ring 143.

또한 플러그(140)의 밸브 연결부(142)는 밸브 바디(131) 입구 내측으로 끼워져 연결되는 부분으로, 플러그(140)의 밸브 연결부(142)와 밸브 바디(131) 입구단 사이에도 O-링(144)을 개재하여 기밀을 유지한다.In addition, the valve connecting portion 142 of the plug 140 is inserted into and connected to the inlet of the valve body 131, and an O-ring may be formed between the valve connecting portion 142 of the plug 140 and the inlet end of the valve body 131. Confidentiality is maintained through 144).

또한 배출밸브(130) 상측의 솔레노이드부(132)는 지지브라켓(133)을 이용해 워터트랩(110) 외부에 고정되는데, 워터트랩(110) 외부 대응부위에 도 11에 나타낸 바와 같이 지지부(116)가 돌출 형성되고, 상기 지지부(116)에 솔레노이드부(132)를 안착시킨 상태에서, 도 9에 나타낸 바와 같이 솔레노이드부(132)를 둘러싸도록 조립되는 지지브라켓(133)을 상기 지지부(116)에 볼트(134)(또는 나사, 스크류)로 체 결함으로써, 배출밸브(130)의 솔레노이드부(132)가 워터트랩(110) 외부에 고정된다.In addition, the solenoid portion 132 on the upper side of the discharge valve 130 is fixed to the outside of the water trap 110 by using the support bracket 133, the support portion 116 as shown in FIG. Is formed to protrude, and the solenoid portion 132 is seated on the support portion 116, the support bracket 133 assembled to surround the solenoid portion 132 as shown in FIG. 9 to the support portion 116. By fastening with bolts 134 (or screws, screws), the solenoid portion 132 of the discharge valve 130 is fixed to the outside of the water trap 110.

도 1은 종래의 워터트랩 장치를 도시한 사시도, 1 is a perspective view showing a conventional water trap device,

도 2는 종래의 워터트랩 장치의 개략도,2 is a schematic view of a conventional water trap apparatus;

도 3은 광학식 수위센서의 동작원리를 설명하기 위한 도면,3 is a view for explaining the operation principle of the optical water level sensor;

도 4는 종래의 워터트랩 장치에서 액적으로 인한 문제점을 설명하기 위한 도면,4 is a view for explaining a problem caused by droplets in the conventional water trap apparatus,

도 5는 종래의 워터트랩 장치에서 액적에 의해 오인식이 발생하는 예를 나타낸 도면,5 is a view showing an example in which misrecognition occurs by the droplet in the conventional water trap device,

도 6과 도 7은 진동에 의한 광학식 수위센서의 오인식을 설명하기 위한 도면,6 and 7 are views for explaining the misunderstanding of the optical water level sensor by vibration,

도 8과 도 9는 본 발명에 따른 워터트랩 장치를 도시한 사시도,8 and 9 are a perspective view showing a water trap apparatus according to the present invention,

도 10은 본 발명에 따른 워터트랩 장치에서 정전용량형 수위센서의 작동원리를 설명하기 위한 도면, 10 is a view for explaining the operation principle of the capacitive water level sensor in the water trap apparatus according to the present invention,

도 11은 본 발명에 따른 워터트랩 장치에서 배출밸브의 장착구조를 보여주는 분리 사시도, 11 is an exploded perspective view showing the mounting structure of the discharge valve in the water trap apparatus according to the present invention,

도 12는 본 발명에 따른 워터트랩 장치에서 배출밸브의 장착구조를 도시한 단면도, 12 is a cross-sectional view showing a mounting structure of the discharge valve in the water trap apparatus according to the present invention,

도 13과 도 14는 본 발명에 따른 워터트랩 장치에서 액적과 진동에 의한 오인식이 방지될 수 있음을 설명하기 위한 단면도.13 and 14 are cross-sectional views for explaining that in the water trap apparatus according to the present invention, misrecognition due to droplets and vibration can be prevented.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 워터트랩 장치 110 : 워터트랩100: water trap device 110: water trap

111, 112 : 체결부 113 : 리브111, 112: fastening portion 113: rib

114 : 출구부 115 : 장착단114: outlet 115: mounting end

116 : 지지부 120a, 120b : 정전용량형 수위센서116: support portion 120a, 120b: capacitive water level sensor

130 : 배출밸브 131 : 밸브 바디130: discharge valve 131: valve body

132 : 솔레노이드부 133 : 지지브라켓132: solenoid portion 133: support bracket

140 : 플러그 141 : 체결부140: plug 141: fastening portion

142 : 밸브 연결부 143, 144 : O-링142: valve connection 143, 144: O-ring

Claims (9)

연료전지 스택에서 생성된 물을 저장하는 워터트랩(110)과, 상기 워터트랩(110) 내 수위 감지를 위한 수위센서(120a,120b)와, 상기 워터트랩(110)에 저장된 물을 배출하기 위해 개방되는 배출밸브(130)를 포함하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치(100)에 있어서,In order to discharge the water stored in the water trap 110, the water level sensor (120a, 120b) for detecting the water level in the water trap 110, and the water trap 110 for storing the water generated in the fuel cell stack In the fuel cell vehicle water trap apparatus 100 comprising a discharge valve 130 is opened, 상기 수위센서(120a,120b)로서 물과 공기의 비유전율 차이를 이용하여 워터트랩(110) 내 물을 감지하는 비접촉식의 정전용량형 수위센서가 워터트랩(110)의 외부에 장착되어 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.As the water level sensors 120a and 120b, a non-contact capacitive water level sensor for detecting water in the water trap 110 using a difference in relative permittivity between water and air is mounted to the outside of the water trap 110. Water trap device for a fuel cell vehicle. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 워터트랩(110)은 플라스틱을 재질로 하여 제작되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.The water trap 110 is a water trap device for a fuel cell vehicle, characterized in that made of plastic material. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 워터트랩(110)에서 차량 또는 스택측과 연결되는 부위의 외부 표면에 보강을 위한 리브(113)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.The water trap device for a fuel cell vehicle, characterized in that the rib 113 for reinforcement protrudes on the outer surface of the portion connected to the vehicle or the stack side in the water trap (110). 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 배출밸브(130)는 그 밸브 바디(131)가 물 배출통로(140a)가 형성된 플러그(140)를 매개로 하여 워터트랩(110)의 출구부(114)에 고정되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.The discharge valve 130 is a fuel cell, characterized in that the valve body 131 is fixed to the outlet 114 of the water trap 110 via the plug 140, the water discharge passage 140a is formed. Vehicle water trap device. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 플러그(140)는 워터트랩(110)의 출구부 장착단(115)에 체결되는 판상의 체결부(141)와, 상기 배출밸브(130)의 밸브 바디(131) 입구에 삽입되어 연결되는 관상의 밸브 연결부(142)가 일체로 된 구조인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.The plug 140 is a plate-shaped fastening portion 141 which is fastened to the outlet mounting end 115 of the water trap 110 and a tubular shape that is inserted into and connected to the inlet of the valve body 131 of the discharge valve 130. Water trap device for a fuel cell vehicle, characterized in that the valve connection portion 142 of a unitary structure. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 플러그(140)의 체결부(141)와 워터트랩(110)의 출구부(114) 사이에는 O-링(143)이 개재되어 기밀이 유지되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.Water trap device for a fuel cell vehicle, characterized in that the airtightness is maintained between the fastening portion 141 of the plug 140 and the outlet portion 114 of the water trap 110 is interposed. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 플러그(140)의 밸브 연결부(142)와 밸브 바디(131) 입구단 사이에 O-링(144)이 개재되어 기밀이 유지되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.The water trap device for a fuel cell vehicle, characterized in that airtightness is maintained between the valve connecting portion (142) of the plug (140) and the valve body (131) inlet end. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,The method according to claim 1 or 4, 상기 배출밸브(130)는 솔레노이드부(132)가 지지브라켓(133)에 의해 워터트랩(110)의 외부에 고정되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.The discharge valve 130 is a fuel cell vehicle water trap device, characterized in that the solenoid portion 132 is fixed to the outside of the water trap 110 by a support bracket (133). 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8, 상기 솔레노이드부(132)는 상기 워터트랩(110)의 외부에 돌출 형성된 지지부(116)에 안착된 상태에서 솔레노이드부(132)를 둘러싸도록 조립되는 지지브라켓(133)이 상기 지지부(116)에 체결됨으로써 워터트랩(110)의 외부에 고정되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.The solenoid part 132 is fastened to the support part 116 by a support bracket 133 assembled to surround the solenoid part 132 in a state in which the solenoid part 132 is seated on the support part 116 protruding from the outside of the water trap 110. The water trap device for a fuel cell vehicle, characterized in that being fixed to the outside of the water trap (110).
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