JP2018098170A - 燃料電池システム用空気バルブ装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池システム用空気バルブ装置は、燃料電池スタックのカソードに接続され燃料電池スタックへ注入される空気が流動する入口側空気通路11及び燃料電池スタックから排出される空気が流動する出口側空気通路13が形成されたバルブボディー10と、前記入口側空気通路及び前記出口側空気通路を連通させてバイパス空気通路21が形成されたバイパスボディー20と、一面で前記入口側空気通路及び前記出口側空気通路を開閉し、且つ、他面で前記バイパス空気通路を開閉するために前記バルブボディーに回動自在に設置されたバルブフラップ30と、を含む。
【選択図】図6
Description
燃料電池システムには、電気エネルギーを生成する燃料電池スタックが含まれて構成され、前記燃料電池スタックは、空気が供給されるカソード(cathode、空気極、酸素極、還元極)、水素が供給されるアノード(anode、燃料極、水素極、酸化極)、及びカソードとアノードとの間の電解質膜を含む。
従って、燃料電池システムは、運転中であるとき膜加湿器を通過した加湿空気が燃料電池スタックのカソード側へ供給されるべきであり、燃料電池システムの運転が終了するときカソード側への加湿空気の流入が遮断されるべきであるので、このために、燃料電池スタックのカソード側に、空気の流れを制御する空気バルブ装置が装着される。
一方、水素燃料電池車両を運行するために始動をかけると、水素がアノード側に注入され、次いで空気圧縮機が駆動して空気がカソード側へ注入される。この際、燃料電池スタックの内部にパージされた水素が空気と十分に希釈されず、注入圧力によって出口側の空気通路まで流出する現象が発生する。これにより、出口側の空気通路を介して排出される排出ガス中の水素濃度が一時的に上昇して法規を満たさなくなる現象が発生した。
前記バルブボディーに設置されたバルブモーターと、前記バルブボディーに軸回転可能に設置されて前記バルブモーターの作動に連動し、前記バルブフラップが固定されるように結合されたバルブシャフトと、を更に含む。
前記第1シール突起には、前記バイパスボディーの隔壁と接触する領域のうちの一部に少なくとも一つのシール溝が形成されることを特徴とする。
前記バルブボディーは、前記バルブフラップが回転可能に設置され、外形的形状をなすメインボディーと、前記バルブフラップの密閉時にバルブフラップと接触し、燃料電池スタックに面着されるサブボディーとから構成され、前記バイパスボディーは、前記メインボディーに結合されることを特徴とする。
前記サブボディー及び前記バイパスボディーは、バルブフラップによる破損を防止することができるように、メインボディーよりも硬度が高いことを特徴とする。
しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現できる。但し、本実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし且つ通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に教えるために提供されるものである。図面上において、同一の符号は同一の要素を指す。
図1は、本発明の一実施形態に係る空気バルブ装置が適用された燃料電池システムを示す構成図である。
従って、外部空気は、フィルター1、空気圧縮機2及び膜加湿器3を順次通過しながら湿気を含有した加湿空気となり、空気バルブ装置4を介して選択的に燃料電池スタック8のカソード5側へ供給されるか、或いは排気ダクト9へバイパスされて排気される。
一方、水素は、燃料電池スタック8のアノード7側へ供給されその一部が空気バルブ装置4の作動によって、排気ダクト9を介して外部に排気される。
図2は本発明の一実施形態に係る空気バルブ装置を示す斜視図であり、図3は本発明の一実施形態に係る空気バルブ装置を示す平面図であり、図4は図3のA−A線に沿った空気バルブ装置を示す断面図であり、図5は本発明の一実施形態に係るバルブフラップを示す要部斜視図及び断面図であり、図6は本発明の一実施形態に係る空気バルブ装置の要部を示す要部断面図である。また、図7は本発明の一実施形態に係る空気バルブ装置の作動状態を示す作動状態図である。
前記バルブボディー10には、燃料電池スタック8のカソード5側に接続され、燃料電池スタック8へ注入される空気が流動する入口側空気通路11、及び燃料電池スタック8から排出される空気が流動する出口側空気通路13が形成される。前記入口側空気通路11と前記出口側空気通路13とは一つのバルブボディー10に形成されるので、バルブ装置の個数及び全体サイズの縮小を図ることができると共に、コストダウンを図ることができる。
つまり、前記メインボディー10aは、軽量化のためにアルミダイキャストで製作され、前記サブボディー10bは、メインボディー10aよりも高い粗度及び硬度の確保のためにステンレス鋼で製作されるか、或いはアルミニウムハードアノダイジング(anodizing)処理して製作される。
バルブフラップ30と直接接触するサブボディー10bは、バルブフラップ30の密閉時に入口側空気通路11及び出口側空気通路13の気密性能を決定する重要な構成要素であって、前記サブボディー10bをメインボディー10aと同様にアルミダイカストのみで製作すると、入口側空気通路11及び出口側空気通路13の粗度管理が容易でないために、入口側空気通路11及び出口側空気通路13の気密保持性能が低くなるという欠点が発生する。
バルブボディー10におけるバルブフラップ30との直接接触部位(入口側空気通路11及び出口側空気通路13が形成された部位)は、冬季は空気に含有された湿気によって氷結が発生し、氷結が発生すると、バルブフラップ30との接触時に微細な破損が発生するという欠点がある。
前記バイパスボディー20は、サブボディー10bと同様に、メインボディー10aよりも高い粗度及び硬度を有することが好ましい。
即ち、前記複数個のバルブフラップ30は、入口側空気通路11と出口側空気通路13とを同時に開閉させるか、或いは、入口側空気通路11に連通する部分のバイパス空気通路21と出口側空気通路13に連通する部分のバイパス空気通路21とを同時に開閉させるように構成される。
前記バルブフラップ30の一面に該当するプレートカバー32には、バルブボディー10の隔壁と接触して前記入口側空気通路11及び出口側空気通路13を取り囲む第2シール突起32bが一体に形成される。
図7は本発明の一実施形態に係る空気バルブ装置の作動状態を示す作動状態図である。
本発明の一実施形態に係る燃料電池システム用空気バルブ装置の制御方法は、始動停止段階、始動第1段階、始動第2段階及び運転段階に大別される。
比較例は、始動初期に空気のバイパスが適用されていない一般な燃料電池システムの運転モデルであり、実施例は、始動初期に空気のバイパスを適用した本発明に係る燃料電池システムの運転モデルである。以下に、比較例及び実施例の駆動の際に空気圧縮機の駆動程度(回転数 rpm)に応じて排出される水素濃度を測定し、その結果を表1に示す。
これに対し、比較例の場合、空気圧縮機を用いた過給時(回転数40rpm)にのみ水素ピーク濃度が4%以下を満足する。(消耗動力の増加、燃費低下)
10 バルブボディー
11 入口側空気通路
13 出口側空気通路
20 バイパスボディー
21 バイパス空気通路
30 バルブフラップ
40 バルブモーター
50 バルブシャフト
Claims (12)
- 燃料電池スタックのカソードに接続され、燃料電池スタックへ注入される空気が流動する入口側空気通路及び燃料電池スタックから排出される空気が流動する出口側空気通路が形成されたバルブボディーと、
前記入口側空気通路及び前記出口側空気通路を連通させてバイパス空気通路が形成されたバイパスボディーと、
一面で前記入口側空気通路及び前記出口側空気通路を開閉し、且つ他面で前記バイパス空気通路を開閉するために、前記バルブボディーに回動自在に設置されたバルブフラップと、
を含んでなることを特徴とする燃料電池システム用空気バルブ装置。 - 前記バイパスボディーは、前記バルブフラップを基準に、燃料電池スタックへ注入される空気が流入する方向で前記入口側空気通路と前記出口側空気通路に連通することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム用空気バルブ装置。
- 前記バルブボディーに設置されたバルブモーターと、
前記バルブボディーに軸回転可能に設置されて前記バルブモーターの作動に連動し、前記バルブフラップが固定されるように結合されたバルブシャフトと、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム用空気バルブ装置。 - 前記バルブフラップは、
一面で前記入口側空気通路と前記出口側空気通路とをそれぞれ開閉し、
他面で前記バイパス空気通路を開閉することができるように複数個から構成され、
それぞれの前記バルブフラップは、
前記バルブシャフトに結合されたバルブプレートと、前記バルブプレートをカバーリングするゴム材質のプレートカバーと、から構成されることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム用空気バルブ装置。 - 前記バルブフラップの他面に該当するプレートカバーには、前記バイパスボディーの隔壁と接触して前記バイパス空気通路を取り囲む第1シール突起が一体に形成されたことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム用空気バルブ装置。
- 前記第1シール突起には、前記バイパスボディーの隔壁と接触する領域のうちの一部に、少なくとも一つのシール溝が形成されることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム用空気バルブ装置。
- 前記バルブフラップの一面に該当するプレートカバーには、前記バルブボディーの隔壁と接触して前記入口側空気通路と前記出口側空気通路とを取り囲む第2シール突起が一体に形成されることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム用空気バルブ装置。
- 前記バルブボディーは、前記バルブフラップが回転可能に設置され、外形的形状をなすメインボディーと、前記バルブフラップの密閉時にバルブフラップと接触し、燃料電池スタックに面着されるサブボディーと、から構成され、
前記バイパスボディーは、前記メインボディーに結合されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム用空気バルブ装置。 - 前記サブボディー及び前記バイパスボディーは、気密性能の向上のために、前記メインボディーよりも粗度が高いことを特徴とする請求項8に記載の燃料電池システム用空気バルブ装置。
- 前記サブボディー及び前記バイパスボディーは、前記バルブフラップによる破損を防止することができるように、前記メインボディーよりも硬度が高いことを特徴とする請求項8に記載の燃料電池システム用空気バルブ装置。
- 前記バルブボディーは、前記バルブフラップが回転可能に設置され、外形的形状をなすメインボディーと、前記バルブフラップの密閉時にバルブフラップと接触し燃料電池スタックに面着されるサブボディーと、から構成され、
前記バイパスボディーは、前記メインボディーに一体に形成されたことを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池システム用空気バルブ装置。 - 燃料電池システム用空気バルブ装置の制御方法であって、
燃料電池スタックへ供給される空気がカソード側へ注入されるのを遮断し、水素が燃料電池スタックのアノード側へ注入されるのを遮断する始動停止段階と、
燃料電池スタックへ供給される空気をカソード側へ注入せずにバイパスさせて排出させ、水素を燃料電池スタックのアノード側へ注入する始動第1段階と、
燃料電池スタックへ供給される空気の一部をカソード側へ注入しながら、燃料電池スタックへ供給される空気の他の一部をバイパスさせて排出させ、燃料電池スタック内の水素をバイパスされる空気に希釈して排出させる始動第2段階と、
燃料電池スタックへ供給される空気からバイパスされて排出される空気を遮断しながら、空気をカソード側へ注入する運転段階とを含んでなることを特徴とする燃料電池システム用空気バルブ装置の制御方法。
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---|---|---|---|---|
KR101884533B1 (ko) * | 2016-12-15 | 2018-08-01 | 주식회사 현대케피코 | 공기차단밸브 모듈과 그 제어 방법 |
KR102474379B1 (ko) * | 2018-04-18 | 2022-12-05 | 현대자동차 주식회사 | 밸브 장치 |
KR20200056230A (ko) * | 2018-11-14 | 2020-05-22 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 가습기 |
KR102654843B1 (ko) * | 2019-01-02 | 2024-04-05 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 시스템용 공기밸브 장치 |
DE102019116156A1 (de) * | 2019-06-13 | 2020-12-17 | Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh | Ventil, Abgasstrang für einen Verbrennungsmotor sowie Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor |
KR102544833B1 (ko) * | 2021-06-11 | 2023-06-16 | 주식회사 현대케피코 | 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브 |
KR20230022641A (ko) | 2021-08-09 | 2023-02-16 | 현대모비스 주식회사 | 연료전지 시스템 및 배기가스 처리장치 |
DE102022122103A1 (de) * | 2022-09-01 | 2024-03-07 | Purem GmbH | Stellklappenbaugruppe für einen Gasstrom in einem Brennstoffzellensystem |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5385620U (ja) * | 1976-12-14 | 1978-07-14 | ||
DE3501827A1 (de) * | 1984-01-20 | 1985-09-12 | Agroingenjör AB, Skara | Ventilanordnung |
JPH0348169U (ja) * | 1989-09-20 | 1991-05-08 | ||
JPH061945U (ja) * | 1992-06-19 | 1994-01-14 | 積水化学工業株式会社 | ダイヤフラムバルブ |
US6397874B1 (en) * | 1997-12-19 | 2002-06-04 | Airvac, Inc. | Dual backflow check valve |
JP2007184109A (ja) * | 2005-12-29 | 2007-07-19 | Toyota Motor Corp | 酸化ガス流路システム、燃料電池システム |
JP2008047354A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
US20090208795A1 (en) * | 2008-02-14 | 2009-08-20 | Skala Glenn W | Three-way diverter assembly for a fuel cell system |
WO2012007989A1 (ja) * | 2010-07-13 | 2012-01-19 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用配管ユニットおよびそれを備えた燃料電池ユニット、燃料電池システム |
JP2016070484A (ja) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | 株式会社テージーケー | バタフライバルブ |
US20160141661A1 (en) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Hyundai Motor Company | Air processing system of fuel cell vehicle mounted with integrated valve |
JP2016122541A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムの起動方法 |
Family Cites Families (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3861646A (en) | 1972-10-27 | 1975-01-21 | Dresser Ind | Dual sealing element valve for oil well pumps |
JPS50128722U (ja) | 1974-03-22 | 1975-10-22 | ||
JPS5697664A (en) | 1979-12-31 | 1981-08-06 | Kinji Shigeno | Seal |
FR2487034B1 (fr) | 1980-07-18 | 1985-09-27 | Pont A Mousson | Robinet a papillon |
JPH0294979U (ja) | 1989-01-17 | 1990-07-27 | ||
US6135415A (en) | 1998-07-30 | 2000-10-24 | Siemens Canada Limited | Exhaust gas recirculation assembly |
KR20010038708A (ko) * | 1999-10-27 | 2001-05-15 | 김교설 | 금속제 시트를 사용하는 볼밸브 |
US6622986B2 (en) | 2000-06-27 | 2003-09-23 | Siemens Canada Limited | Regulator valve with spacing chamber |
US6648018B2 (en) | 2000-06-27 | 2003-11-18 | Siemens Automotive Inc. | Bypass control valve |
DE10215913C1 (de) | 2002-04-11 | 2003-10-02 | Daimler Chrysler Ag | Brennstoffzellensystem |
JP4351437B2 (ja) | 2002-11-29 | 2009-10-28 | 株式会社ケーヒン | 燃料電池用圧力調整装置 |
US6976359B2 (en) | 2004-02-17 | 2005-12-20 | Turbonetics, Inc. | Wastegate for a turbocharged internal combustion engine |
JP4687540B2 (ja) | 2006-04-12 | 2011-05-25 | 株式会社デンソー | 流体制御弁 |
JP2007317475A (ja) | 2006-05-25 | 2007-12-06 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
JP2008075971A (ja) | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Nidec Sankyo Corp | ダンパー装置 |
JP5023743B2 (ja) | 2007-03-09 | 2012-09-12 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP5217470B2 (ja) | 2008-02-04 | 2013-06-19 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム及びその酸化剤極密閉方法 |
JP5328213B2 (ja) | 2008-04-16 | 2013-10-30 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
DE102008020762A1 (de) * | 2008-04-18 | 2009-10-22 | Heliocentris Energiesysteme Gmbh | Brennstoffzellensystem |
DE102008031280A1 (de) | 2008-07-02 | 2010-02-04 | Pierburg Gmbh | Anordnung eines Brennstoffzellensystems und Verfahren zum Einschalten und Abschalten eines derartigen Anodengaskreislaufs eines Brennstoffzellensystems |
DE102008035990B4 (de) | 2008-08-01 | 2012-01-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Ein Mikroventil und ein Verfahren zur Herstellung desselben |
KR101590539B1 (ko) | 2008-10-01 | 2016-02-01 | 보르그워너 인코퍼레이티드 | 가변 흐름 웨이스트게이트 |
CN101555966B (zh) | 2008-12-31 | 2013-06-12 | 浙江华夏阀门有限公司 | 微观锯齿环密封对接结构 |
KR101134646B1 (ko) | 2010-01-04 | 2012-04-09 | (주)모토닉 | 수소연료전지 차량용 전자제어식 공기차단밸브장치 |
JP2011222356A (ja) | 2010-04-12 | 2011-11-04 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
KR20120019764A (ko) | 2010-08-26 | 2012-03-07 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 시스템용 공기차단밸브 |
JP2012172519A (ja) | 2011-02-17 | 2012-09-10 | Denso Corp | フラップバルブ |
US20120264028A1 (en) | 2011-04-18 | 2012-10-18 | GM Global Technology Operations LLC | Semi-passive backpressure control valve |
JP5783334B2 (ja) * | 2012-08-31 | 2015-09-24 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の制御装置、燃料電池システム、および、燃料電池の制御方法 |
KR101490912B1 (ko) | 2012-12-07 | 2015-02-06 | 현대자동차 주식회사 | 연료전지스택의 공기차단밸브 |
DE102013109891A1 (de) | 2013-09-10 | 2015-03-12 | BorgWarner Esslingen GmbH | Ventilbaugruppe |
DE102013021507A1 (de) | 2013-12-18 | 2015-06-18 | Daimler Ag | Brennstoffzellenanordnung |
DE102014104578B4 (de) * | 2014-04-01 | 2020-02-06 | Pierburg Gmbh | Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine |
KR101534746B1 (ko) | 2014-05-21 | 2015-07-07 | 현대자동차 주식회사 | 차량의 연료전지 복합 밸브 |
-
2016
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-
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Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5385620U (ja) * | 1976-12-14 | 1978-07-14 | ||
DE3501827A1 (de) * | 1984-01-20 | 1985-09-12 | Agroingenjör AB, Skara | Ventilanordnung |
JPH0348169U (ja) * | 1989-09-20 | 1991-05-08 | ||
JPH061945U (ja) * | 1992-06-19 | 1994-01-14 | 積水化学工業株式会社 | ダイヤフラムバルブ |
US6397874B1 (en) * | 1997-12-19 | 2002-06-04 | Airvac, Inc. | Dual backflow check valve |
JP2007184109A (ja) * | 2005-12-29 | 2007-07-19 | Toyota Motor Corp | 酸化ガス流路システム、燃料電池システム |
JP2008047354A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
US20090208795A1 (en) * | 2008-02-14 | 2009-08-20 | Skala Glenn W | Three-way diverter assembly for a fuel cell system |
WO2012007989A1 (ja) * | 2010-07-13 | 2012-01-19 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用配管ユニットおよびそれを備えた燃料電池ユニット、燃料電池システム |
JP2016070484A (ja) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | 株式会社テージーケー | バタフライバルブ |
US20160141661A1 (en) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Hyundai Motor Company | Air processing system of fuel cell vehicle mounted with integrated valve |
JP2016122541A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムの起動方法 |
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