KR101509786B1 - 센서 포트 삽입형 실리콘 호스 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 차량의 냉각수 배관에 사용되는 실리콘 호스에 관한 것으로서, 금속 매니폴드 등 고가의 센서 장착용 배관 부품이 사용되지 않도록 이온 용출성에 대한 우수한 내구성을 가지면서 가격이 저렴하고 경량이면서 자체 센서 포트를 구비하여 센서 장착이 가능한 실리콘 호스를 제공하고자 함에 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위하여, 센서가 결합되는 센서결합부와 이에 일체로 형성된 매립부로 구성된 센서 포트에서 상기 매립부가 호스를 형성하는 실리콘층 내부로 매립됨으로써 호스 외주 상에 센서 포트가 일체로 고정되어진 것을 특징으로 하는 센서 포트 삽입형 실리콘 호스가 개시된다. 이러한 본 발명에 의하면, 고가의 배관 부품을 대체함에 따라 냉각수 루프를 구성하는 배관의 소요 비용을 줄일 수 있고, 연료전지 차량의 상용화 및 양산을 위한 원가절감 및 경량화, 연비개선에 기여할 수 있는 효과가 있게 된다.

연료전지, 스택, 냉각수, 실리콘 호스, 배관, 센서 포트, 매립

Description

센서 포트 삽입형 실리콘 호스 및 그 제조방법{Sensor port inserted silicon hose and method for manufacturing the same}

본 발명은 실리콘 호스 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지의 냉각수 루프에 사용되는 실리콘 호스 및 그 제조방법에 관한 것이다.

환경친화적인 미래형 자동차의 하나인 수소 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템은, 반응가스의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 전기화학 반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지 스택의 운전온도를 최적으로 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템, 연료전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 연료전지 시스템 제어기를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성에서 연료전지 스택은 반응가스인 수소와 산소의 전기화학 반 응으로부터 전기에너지를 발생시키고, 그 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다. 이에 연료전지 시스템에는 스택의 온도 상승을 방지하기 위해 스택을 냉각시키는 장치가 필수적이다.

통상 차량용 연료전지 시스템에서 연료전지 스택을 최적 온도로 유지하기 위한 냉각시스템에는 연료전지 스택 내 냉각수 채널을 통해 물을 순환시켜 냉각시키는 수냉식이 이용되고 있다.

이러한 연료전지 차량의 냉각시스템을 첨부한 도 1에 도시하였다. 도시된 바와 같이, 기본 구성으로는 냉각수가 순환될 수 있도록 연료전지 스택(1)과 라디에이터(2) 사이에 구성되는 냉각수 라인(3), 냉각수를 라디에이터(2)를 통과하지 않도록 바이패스시키기 위한 바이패스라인(4) 및 밸브(5), 냉각수 라인(3)에서 냉각수를 압송하기 위한 물펌프(6)를 포함하여 구성된다.

한편, 연료전지 차량(시스템)의 냉각수 루프를 형성하는 배관은 이온 용출성의 문제로 인하여 적용 가능한 재질이 반 이온 용출성을 가지는 SUS 316L, 테플론(Teflon), Al 3003, 푸드 그레이드(Food-Grade)의 실리콘 등으로 매우 제한적이다. SUS 304의 경우 이온 용출의 문제로 사용이 불가하다.

일반 저가의 재료를 사용하는 경우 냉각수가 닿는 부분에서 불순물 및 이온이 냉각수로 용출되는 문제가 발생하는데, 이 이온으로 인하여 스택에서 발생하는 전기가 냉각수를 통해 흐르는 심각한 문제가 발생할 수 있다.

더욱이 운전자와 승객이 탑승한 상태로 전기를 발생시키면서 운행을 하는 연료전지 차량에서 부품 재질의 문제로 인하여 냉각수의 이온전도도가 상승하는 경우 냉각수 루프가 통전되어 운전자와 승객에게 큰 위험을 줄 수 있다.

이러한 문제로 연료전지 차량에서는 냉각수의 전기전도도를 항시 센싱하고 있으며, 특정 수치 이상으로 높아질 경우 시스템을 셧다운시키는 제어로직을 반영하고 있다.

또한 냉각수 이온전도도를 일정 수준 이하로 유지하기 위하여 냉각수 루프 내에 이온 필터(De-Ionizer)(7)를 장착하여 냉각수의 이온전도도를 일정수준 이하로 유지하고 있다.

이와 같이 연료전지 스택에서 발생하는 열을 배출하기 위한 냉각수 루프에 적용되는 모든 재질은 이온 용출이 안되거나, 혹은 되더라도 그 양이 미미하여 이온 필터(7)에 의해 걸러지는 수준의 재질만 적용할 수 있는 실정이다.

첨부한 도 2는 연료전지 차량에 적용되는 냉각수 배관의 구성을 예시한 도면으로서, 이온 용출의 문제점을 해결한 실리콘 호스(11)가 사용된 예를 나타낸 것이다.

연료전지 스택의 냉각을 위한 냉각수 배관을 실리콘 호스로 구성하게 되면, SUS 316L 등 고가의 금속 재질을 사용하는 경우에 비해 비용을 크게 줄일 수 있고, 특히 경량화의 큰 이점을 제공한다.

하지만, 냉각수 배관 전체를 실리콘 호스로 구성하면 냉각수의 온도, 압력, 이온전도도 등을 측정하기 위한 센서의 장착이 불가능하며, 따라서 도 2에 나타낸 바와 같이 센서가 장착되는 부분에 대해서는 SUS 316L 등 냉각수 사용이 가능한 금속 재질의 부품(12)을 적용할 수밖에 없다.

도 2를 참조하면, 통상의 연료전지용 냉각시스템에서 냉각수를 흐르게 하는 배관의 대부분을 실리콘 호스(11)로 사용하여 구성하고 있으나, 센서가 장착되는 매니폴드(12) 및 일부 배관에 대해서는 불가피하게 SUS 316L과 같은 고가의 금속 재질을 사용하고 있다.

센서를 장착하기 위해서는 센서 포트(20)를 SUS 316L 재질의 매니폴드(12)나 배관의 정해진 위치에 용접하여 고정한 뒤 고정된 센서 포트(20)에 센서를 삽입하여 장착하게 되며, 센서 포트(20)에 삽입된 센서를 통해 필요한 데이터를 측정하게 된다.

그러나, SUS 316L 등 금속으로 제작되는 센서 장착용 매니폴드(12)는 제작 자체가 어려운 것은 물론이고 중량이 매우 크며 가격도 고가인 배관 부품이다.

이는 연료전지 차량의 상용화 및 양산을 위한 원가절감 및 연비개선에 큰 장애로 작용하고 있기 때문에 개선이 절실한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 냉각수 루프를 구성하는 배관의 소요 비용을 줄이고 연료전지 차량의 상용화 및 양산을 위한 원가절감 및 경량화, 연비개선에 기여할 수 있는 방안을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 이온 용출성에 대한 우수한 내구성을 가지면서 가격이 저렴하고 경량이면서 자체 센서 포트를 구비하여 센서 장착이 가능한 실리콘 호스를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 센서가 결합되는 센서결합부와 이에 일체로 형성된 매립부로 구성된 센서 포트에서 상기 매립부가 호스를 형성하는 실리콘층 내부로 매립됨으로써 센서 포트가 호스 외주 상에 일체로 고정되어진 것을 특징으로 하는 센서 포트 삽입형 실리콘 호스를 제공한다.

여기서, 상기 금속으로 이루어진 센서 포트의 표면과 호스를 형성하는 실리콘 사이에는 접착성 향상을 위한 도포제층이 개재될 수 있고, 상기 도포제층은 센서 포트의 표면에 인산염을 도포하여 형성된 것이 바람직하다.

또한 상기 호스에서 센서가 삽입되는 개구부의 내주면에는 실리콘 방수층이 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은, 실리콘을 사용하여 내면층이 되는 1차 실리콘 호스를 성형하는 단계와; 상기 1차 실리콘 호스의 외면에 센서 포트의 매립부를 안착시킨 뒤, 실리콘 시트재를 1차 실리콘 호스 및 센서 포트의 매립부 위에 포권하여 외피층을 형성하는 단계와; 실리콘 경화 공정을 통해 상기 매립부가 실리콘 재질에 매립된 상태로 접착, 고정되도록 함으로써 센서 포트가 외주 상에 일체로 고정되어진 실리콘 호스를 완성하는 단계를 포함하는 실리콘 호스의 제조방법을 제공한다.

여기서, 금속으로 제조된 센서 포트를 사용하는 경우, 실리콘이 접착되는 센서 포트의 표면 부위에 표면적을 넓히기 위한 거칠기 가공을 한 뒤, 거칠기 가공된 표면 부위에 접착성 향상을 위한 도포제를 도포하여 사용할 수 있고, 상기 거칠기 가공으로는 센서 포트의 표면 부위에 대해서 쇼팅 처리를 해줄 수 있다.

또한 상기 도포제로서 인산염을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 1차 실리콘 호스에서 센서가 삽입되는 개구부의 내주면에는 실리콘 방수제를 도포하여 실리콘 경화 공정 후 실리콘 방수층이 형성되도록 한다.

이에 따라, 본 발명의 실리콘 호스 및 그 제조방법에 의하면, 이온 용출성에 대한 우수한 내구성을 가지면서 가격이 저렴하고 경량이면서 자체 센서 포트를 구비하여 센서 장착이 가능한 실리콘 호스를 제공하게 됨으로써, 금속 매니폴드 등 센서 장착을 위한 고가의 배관 부품을 사용하지 않고도 냉각수 루프의 전체 배관을 실리콘 호스로 대체할 수 있게 된다.

결국, 냉각수 루프를 구성하는 배관의 소요 비용을 줄일 수 있고, 연료전지 차량의 상용화 및 양산을 위한 원가절감 및 경량화, 연비개선에 기여할 수 있는 효과가 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 연료전지 차량의 냉각수 루프를 구성하는 배관에 센서 장착을 위해 사용되었던 SUS 316L 등 고가의 금속 배관 부품을 대체할 수 있는 센서 포트 삽입형 실리콘 호스 및 그 제조방법에 관한 것이다.

연료전지 차량의 냉각수 배관으로 이온 용출의 문제점이 없고 경량이면서 가격이 저렴한 실리콘 호스를 사용함에 있어서, 종래에는 실리콘 호스에 센서 포트의 장착(용접)이 불가능하여 SUS 316L 매니폴드 등 고가의 금속 배관 부품을 사용하였는 바, 본 발명에서는 센서 포트가 일체로 구성된 실리콘 호스 및 그 제조방법을 제공하고, 이로써 금속 배관 부품의 사용 없이 실리콘 재질로 배관 부품을 대체할 수 있도록 한다.

첨부한 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서 포트 삽입형 실리콘 호스를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 실리콘 호스의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4에서는 1차로 성형된 실리콘 호스(110)의 외면에 센서 포트(120)를 안착시킨 뒤 외피층을 형성하게 되는 실리콘 시트재(113)를 추가로 포권하여 경화시킴으로써, 센서 포트(120)가 일체로 장착된 실리콘 호스(100)가 제조되는 과정을 예시하고 있다.

첨부한 도 5는 도 4의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도로서, 센서 포트(120)가 장착된 단면 구조를 보여주고 있다.

도시된 바와 같이, 미리 정해진 센서 장착위치에 센서 포트(120)의 일부(포트 플레이트)가 매립되는 형태로 센서 포트가 일체화된 실리콘 호스(100)가 개시된다. 센서 포트(120)는 연료전지 차량의 냉각수 배관에 장착되고 있는 다양한 종류의 센서를 실리콘 호스(100)에 고정하기 위한 부품으로, 예컨대 온도센서, 압력센서, 이온전도도 측정 센서 등을 장착하는데 사용될 수 있다.

본 발명에서 상기한 센서 포트(120)는 기본적으로 센서가 결합되는 센서결합부(121)와, 실리콘 호스를 형성하는 관 벽, 즉 실리콘층 내부로 매립되는 매립부(122)를 포함하여 구성된다.

상기 센서결합부(121)와 매립부(122)는 일체로 형성되어 센서 포트(120)를 형성하는데, 도시된 바와 같이, 상기 센서결합부(121)로서 센서가 삽입되어 결합되는 센서홀(121a)이 형성된 포트 본체와, 상기 매립부(122)로서 포트 본체에 일체로 형성되어 실리콘 호스(100)의 관 벽 내부로 매립되는 포트 플레이트로 구성된다. 즉, 상기 매립부(122)가 플레이트 형상으로 형성되는 것이다.

상기 포트 본체(121)는 실리콘 호스(100)의 내부로 삽입되어 장착될 센서의 몸체가 삽입되는 통로를 가지면서 센서의 몸체와 일체로 결합되기 위한 체결수단을 구비해야 하는 바, 상기 센서홀(121a)이 센서 몸체가 삽입되는 통로가 되며, 이 센서홀(121a)을 통해 삽입되어 결합된 센서는 실리콘 호스(100)의 내부를 통과하여 흐르는 냉각수에 대한 온도, 압력, 이온전도도 등의 상태를 검출할 수 있게 고정된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 센서홀(121a)의 내주면에는 상기 체결수단으로서 나사산이 형성되는데, 이 나사산에 의해 센서 몸체가 센서홀에 나사 결합되어 고정될 수 있게 된다. 즉, 센서홀(121a)의 내주면에 나사산이 형성되어 암나사의 역할을 하도록 하고, 센서 몸체의 외주면에 나사산이 형성되어 수나사의 역할을 하도록 함으로써, 센서 몸체가 센서홀에 나사 체결되면서 센서가 센서 포트(120)에 결합되도록 하는 것이다.

상기 포트 플레이트(122)는 포트 본체(121)의 하단부에 형성되는 판상의 구조물로서, 실리콘 호스(120)의 관 벽 내부에 매립됨으로써 포트 본체(121)를 포함한 센서 포트(120) 전체가 실리콘 호스(100)의 외주 상에 일체로 고정될 수 있게 해준다. 이러한 포트 플레이트(122)는 실리콘 호스(100)에 매립되는 구성이므로, 바람직하게는 실리콘 호스와 동일 곡률의 곡면판 형상으로 형성될 수 있다.

위와 같이 포트 본체(121)와 포트 플레이트(122)가 일체로 형성되어 구성되는 센서 포트(120)는 반 이온 용출성이 검증된 금속 또는 고분자 수지를 성형하여 제작될 수 있으며, 센서 포트 제조용 금속 소재로는 반 이온 용출성 검증 재질인 스테인리스강 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.

예컨대, 스테인리스강으로는 SUS 316L이 사용될 수 있고, 알루미늄 합금으로는 망간(Mn)을 합금원소로 함유한 알루미늄-망간 합금인 Al 3003이 사용될 수 있다. 스테인리스강으로서 SUS 304는 이온 용출의 문제로 사용하지 않는다. Al 3003은 성형성과 내식성이 순수 알루미늄과 동등하지만 강도가 순수 알루미늄보다 높고 용접성이 양호한 금속으로 알려져 있다. 또한 고분자 수지로는 폴리프로필렌(polypropylene, PP)의 사용이 가능하다.

상술한 바와 같이 센서 장착을 위한 센서 포트(120)를 제조하고 나면, 이를 사용하여 실리콘 호스(100)를 제조하되, 실리콘 호스의 제조 과정에서 반 이온 용출성이 검증된 실리콘 재질에 포트 플레이트(122)를 매립시키는 방식으로 센서 포트(120)가 일체화된 실리콘 호스(100)를 제조하게 된다.

본 발명에서 실리콘 호스의 제조 과정은 호스 자체에 대해서는 종래의 제조 과정을 적용할 수 있다. 다만, 실리콘 호스의 관 벽 내부에 센서 포트의 포트 플레이트를 매립시키기 위한 공정이 필요하다.

이때, 센서 포트(120)의 포트 플레이트(122)를 실리콘 호스(100)의 관 벽 내부에 매립시키기 위하여, 도 4에 나타낸 바와 같이, 내면층을 형성하게 되는 1차 성형된 실리콘 호스(110)(이하, 1차 실리콘 호스라 칭함)의 외면에 포트 플레이트(122)를 면 접합되도록 안착시킨 뒤, 포트 플레이트(120)와 1차 실리콘 호스(110)의 외면을 동일 재질의 실리콘 시트재(113)로 포권하여 경화시킴으로써, 1차 실리콘 호스(110)가 형성하는 내면층과, 포트 플레이트(122)가 매립됨으로써 고정되는 센서 포트(120)와, 상기 내면층과 센서 포트의 포트 플레이트 외면을 실리 콘 시트재(113)로 포권하여 형성한 외피층이 모두 일체가 되면서 하나의 냉각수 배관용 실리콘 호스(100)를 구성하게 된다.

결국, 포트 플레이트가 1차 실리콘 호스가 형성하는 내면층과 외피층 사이에 매립됨과 동시에 포트 플레이트의 양면이 내면층과 외피층에 면 접합됨으로써, 포트 플레이트 및 센서 포트 전체가 호스를 구성하는 실리콘 재질과 일체화되어 고정되게 된다.

상기와 같이 외피층을 포권하는 과정에서, 포트 본체(121)를 제외한 포트 플레이트(122)와 1차 실리콘 호스(110)의 전 면적을 실리콘 시트재(113)로 포권하게 되며, 결국 실리콘 호스(100)의 표면이 상기 실리콘 시트재(113)를 적층하여 형성한 외피층으로 마감되게 된다.

센서 포트(120)가 결합되는 1차 실리콘 호스(110)는 종래의 과정을 적용하여 성형되는 실리콘 호스가 되며, 본 발명에서는 1차 실리콘 호스의 실리콘 경화 이전에 센서 포트(120)를 1차 실리콘 호스(110)의 외면에 안착하고 이어 실리콘 시트재(113)로 포권한 뒤 내면층과 외피층의 실리콘 재질을 동시에 경화시킴으로써, 센서 포트, 특히 포트 플레이트(122)를 호스의 내면층과 외피층의 실리콘 재질에 접합 및 일체화시키게 된다.

상기 1차 실리콘 호스의 제조 과정에 대해서는 종래의 과정, 예컨대 압출 또는 포권, 또는 이들의 혼합된 공정을 통해 제조할 수 있는데, 이때 실리콘을 안팎으로 여러 층 적층한 구조로 호스를 성형하되, 각 실리콘층(112) 사이에 모직사 또는 와이어 등 보강부재(보강층(111)을 형성함)를 개재한 구조로 제조될 수 있다.

예컨대, 실리콘 원료를 사용하여 압출 공정을 통해 내면 압출층을 성형하고, 그 외면에 모직사를 감아준 다음, 그 위에 다시 실리콘 시트재로 포권하여 외면 포권층을 권취시킨다. 이때, 실리콘 호스가 열 및 물 관리 시스템에서 펌프의 토출압에도 찌그러짐이 발생하지 않아야 하므로, 이러한 찌그러짐 현상 등을 방지하기 위해 실리콘 호스의 두께를 최소 기준치 이상으로 제조해야 하는 바, 모직사와 실리콘 시트재를 여러 겹(5겹 등)으로 적층하는 형태로 포권하여 여러 겹의 외면 포권층을 형성함으로써 실리콘 호스를 제조할 수 있다.

또한 상기한 압출 공정 없이 금형을 이용하여 내면층부터 외면층까지 실리콘, 모직사, 실리콘의 순으로 반복 적층되도록 실리콘 시트재와 모직사를 여러 겹으로 권취하여 실리콘 호스를 제조할 수도 있다.

또한 공개특허 제2008-41508호에 기재된 방법을 적용할 수도 있는데, 이는 금형을 이용하여 압출 공정을 통해 성형한 내면 압출층의 표면에 금속 와이어를 촘촘히 감은 다음, 그 위에 실리콘 시트재로 외면 포권 작업을 실시하여 외면 포권층을 형성하는 방법이다. 여기서, 와이어의 소재는 반 이온 용출성이 검증되고 실리콘 호스의 압축 강도를 제공할 수 있는 SUS 재질로 이루어진 것을 사용한다.

결국, 상기와 같이 1차 실리콘 호스(110)를 성형한 뒤 그 외면의 센서 장착위치에 센서 포트(120)를 안착시고, 이어 1차 실리콘 호스(110)의 외면 및 포트 플레이트(122)의 윗면을 둘러싸도록 실리콘 시트재(113)를 추가로 권취하는 포권 작업을 실시함으로써, 본 발명의 실리콘 호스(100)를 제조할 수 있게 된다.

실리콘 경화 공정이 실시되고 나면 센서 포트의 포트 플레이트와 실리콘 재 질은 실리콘 경화 과정에서 완전히 접착되어 상호 고정되며, 최종적으로 센서 포트가 고정된 상태에서 포트 본체(121)의 센서홀(121a)을 통해 실리콘 호스에 구멍을 뚫어 개구부(114)를 형성하여 센서 포트가 일체로 된 실리콘 호스를 완성한다.

바람직한 실시예에서, SUS 316L이나 Al 3003과 같은 금속 재질로 이루어진 센서 포트를 사용하는 경우, 금속과 고분자 물질인 실리콘 사이의 완벽한 접착을 위해, 포트 플레이트를 포함한 실리콘과 접착되는 센서 포트의 표면 부위에 대해서 접착성 향상을 위한 소정의 표면 처리 공정을 실시하는 것이 가능하다.

상기한 표면 처리 공정으로서, 센서 포트의 표면 부위에 대해 표면적을 넓히기 위한 거칠기 가공을 실시한 뒤 거칠기 가공된 표면에 접착성 향상을 위한 도포제를 도포해주는 것이 가능하다. 이때, 거칠기 가공으로서 쇼팅(금속 표면에 작은 쇠구슬을 쏘아서 표면적을 넓히는 작업) 가공을 실시할 수 있으며, 쇼팅 가공된 표면 부위에 접착성 향상 도포제로서 인산염을 도포하는 것이 바람직하다(도 4 참조).

상기 인산염은 실리콘 호스와 화학적으로 결합하는 특성을 가지는데, 실리콘 호스와 센서 포트의 접착성능을 향상시켜 실리콘 호스와 센서 포트가 완벽히 접착될 수 있도록 해주며, 특히 금속과 수지의 완벽한 접착을 통하여 센서 포트 삽입부 주변에서 발생할 수 있는 실리콘 호스 파열 및 그로 인한 누수 등의 문제를 방지시켜준다.

상기와 같은 쇼팅 가공 및 인산염 도포 처리는 PP와 같은 고분자 수지의 센서 포트가 사용되는 경우에는 생략될 수 있으며, 고분자 수지의 센서 포트는 표면 처리 공정의 생략과 더불어 금속 센서 포트를 사용하는 경우에 비해 경량화가 가능하다는 장점을 제공한다.

또한 바람직한 실시예에서, 포트 본체(121)의 센서홀(121a)과 연통되는 실리콘 호스(100)의 개구부(114) 내주면에는 실리콘 방수제를 도포하여 방수층(115)을 형성할 수 있는 바, 개구부 내주면의 방수층(115)은 실리콘 호스를 구성하는 실리콘층 사이를 통해 누수가 발생하는 것을 방지하게 된다. 실리콘 방수제는 도포 후 실리콘 호스의 실리콘 시트가 경화되는 과정에서 함께 경화되도록 한다.

결국, 상기의 과정으로 제조되는 본 발명의 실리콘 호스에 대해서 도 5를 참조하여 설명하면, 도 5는 센서 포트(120)가 설치된 위치에서 종방향으로 단면한 실리콘 호스(100)의 단면도로서, 포트 플레이트(122)가 호스의 실리콘층 내부에 매립되어 센서 포트(120)와 실리콘 호스(100)가 일체화된 구조를 보여주고 있다.

도시된 바와 같이, 실리콘층(112)와 보강층(모직사층 또는 와이어층)(111)을 교대로 적층시켜 형성한 내면층(1차 실리콘 호스)(110)의 외면과 실리콘 시트재(113)로 최종 포권하여 형성한 외피층 사이에 포트 플레이트(122)가 매립되어 고정되고, 이때 포트 플레이트(122)의 표면을 포함하여 실리콘이 접착되는 센서 포트(120)의 표면 부위에는 표면 처리(쇼팅 가공) 후 도포된 인산염층(123)이 형성되어 있다. 또한 실리콘 호스(100)에 형성한 개구부(114)의 내주면에는 실리콘 방수제로 형성한 방수층(115)이 구비됨을 볼 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 연료전지 차량(시스템)의 냉각수 루프용 배관인 실리콘 호스를 제작함에 있어서 기존의 금속 매니폴드에 장착되었던 센서들을 실리콘 호스에 직접 장착할 수 있도록 실리콘 호스 자체에 센서 장착을 위한 센서 포트를 삽입시켜 제작함에 주된 특징이 있다.

이에 따라, 연료전지의 냉각수 배관으로서 이온 용출의 문제점이 없는 것은 물론 경량이면서 가격이 저렴한 본 발명의 센서 포트 삽입형 실리콘 호스를 사용하는 경우, 매니폴드와 같은 고가의 금속 배관 부품을 사용하지 않고도 냉각수 루프를 구성할 수 있고, 특히 용접 작업 없이 센서를 쉽게 배관에 장착할 수 있는 장점(즉, 실리콘 호스의 센서 포트를 통한 나사체결방식의 장착 용이성)이 있게 된다.

결국, 냉각수 루프를 구성하는 배관의 전체적인 소요 비용을 줄일 수 있고, 전체 배관의 경량화가 가능해짐으로써, 연료전지 차량의 상용화 및 양산을 위한 원가절감과 경량화, 연비개선에 크게 기여할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 연료전지 차량의 냉각시스템을 도시한 구성도이다.

도 2는 연료전지 차량에 적용되는 냉각수 배관의 구성을 예시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서 포트 삽입형 실리콘 호스를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 실리콘 호스의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 도 4의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 실리콘 호스 110 : 1차 실리콘 호스

111 : 보강층 112 : 실리콘층

113 : 실리콘 시트재(실리콘층) 114 : 개구부

115 : 실리콘 방수층 120 : 센서 포트

121 : 포트 본체(센서결합부) 122 : 포트 플레이트(매립부)

Claims (14)

1. 센서가 결합되는 센서결합부(121)와 이에 일체로 형성된 매립부(122)로 구성된 센서 포트(120)에서 상기 매립부(122)가 호스(100)를 형성하는 실리콘층 내부로 매립됨으로써 센서 포트(120)가 호스(100) 외주 상에 일체로 고정되어진 것을 특징으로 하는 센서 포트 삽입형 실리콘 호스.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 매립부(122)는 실리콘층과 면 접합되는 플레이트 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 센서 포트 삽입형 실리콘 호스.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 센서 포트(120)는 반 이온 용출성을 갖는 금속 또는 고분자 수지로 제조된 것을 특징으로 하는 센서 포트 삽입형 실리콘 호스.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 금속으로 이루어진 센서 포트(120)의 표면과 호스(100)를 형성하는 실 리콘 사이에 접착성 향상을 위한 도포제층(123)이 개재되는 것을 특징으로 하는 센서 포트 삽입형 실리콘 호스.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 도포제층(123)은 센서 포트(120)의 표면에 인산염을 도포하여 형성된 것을 특징으로 하는 센서 포트 삽입형 실리콘 호스.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 호스(100)는 실리콘층(112)과 보강층(111)이 적층된 구조로 형성되고, 상기 보강층(111) 위에 적층 형성된 실리콘층(112)과 외피층을 형성하는 실리콘층(113) 사이에 상기 매립부(122)가 개재되어 고정된 것을 특징으로 하는 센서 포트 삽입형 실리콘 호스.
7. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,

   상기 호스(100)에서 센서가 삽입되는 개구부(114)의 내주면에는 실리콘 방수층(115)이 형성된 것을 특징으로 하는 센서 포트 삽입형 실리콘 호스.
8. 실리콘을 사용하여 내면층이 되는 1차 실리콘 호스를 성형하는 단계와;

   상기 1차 실리콘 호스의 외면에 센서 포트의 매립부를 안착시킨 뒤, 실리콘 시트재를 1차 실리콘 호스 및 센서 포트의 매립부 위에 포권하여 외피층을 형성하는 단계와;

   실리콘 경화 공정을 통해 상기 매립부가 실리콘 재질에 매립된 상태로 접착, 고정되도록 함으로써 센서 포트가 외주 상에 일체로 고정되어진 실리콘 호스를 완성하는 단계;

   를 포함하는 실리콘 호스의 제조방법.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 센서 포트의 매립부는 상기 1차 실리콘 호스의 외면 및 상기 외피층의 실리콘 시트재에 면 접합될 수 있는 플레이트 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 호스의 제조방법.
10. 청구항 8에 있어서,

    상기 센서 포트는 반 이온 용출성을 갖는 금속 또는 고분자 수지로 제조된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 호스의 제조방법.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 금속으로 제조된 센서 포트를 사용하는 경우, 실리콘이 접착되는 센서 포트의 표면 부위에 표면적을 넓히기 위한 거칠기 가공을 한 뒤, 거칠기 가공된 표면 부위에 접착성 향상을 위한 도포제를 도포하여 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 호스의 제조방법.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 거칠기 가공으로 센서 포트의 표면 부위에 대해서 쇼팅 처리를 해주는 것을 특징으로 하는 실리콘 호스의 제조방법.
13. 청구항 11에 있어서,

    상기 도포제로서 인산염을 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 호스의 제조방법.
14. 청구항 8에 있어서,

    상기 1차 실리콘 호스에서 센서가 삽입되는 개구부의 내주면에는 실리콘 방수제를 도포하여 실리콘 경화 공정 후 실리콘 방수층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 호스의 제조방법.

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