KR100551289B1 - A heat control system of fuel cell - Google Patents
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Abstract
워터펌프를 이용하여 냉각수를 물 보관 탱크로 보내기 위한 방법과 병행하여 배관내에 잔류하는 소량의 냉각수를 중력에 의해 별도의 보조 물 보관 탱크에서 보관할 수 있도록;Parallel to the method for sending the coolant to the water storage tank using a water pump so that a small amount of coolant remaining in the pipe can be stored by gravity in a separate auxiliary water storage tank;
히팅유닛을 포함하는 상부 물 보관 탱크와 연료 전지 스택 및 열교환기를 상호 배관을 통하여 연결하며, 상기 연료 전지 스택과 열교환기를 연결하는 제1배관 상에 워터펌프를 구성하여 스택 케이스 내부에서 상기 연료 전지 스택을 열교환 방식으로 냉각하는 냉각회로로 구성되는 연료 전지용 열관리 시스템에서, 상기 냉각회로의 중력방향에 대하여 최하부에 위치되어 상기 연료 전지 스택과 열교환기를 연결하는 제1배관으로부터 각각 분기되는 분기유입관과 분기유출관이 연결되는 보조 물 보관 탱크; 상기 열교환기와 상부 물 보관 탱크를 연결하는 제2배관 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 상기 제2배관을 개폐 작동시키는 제1차단밸브; 상기 상부 물 보관 탱크와 상기 연료 전지 스택을 연결하는 제3배관 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 상기 제3배관을 개폐 작동시키는 제2차단밸브; 상기 제3배관의 일측으로부터 분기되어 외기를 흡입할 수 있도록 구성되는 분기공기관 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 상기 분기공기관을 개폐 작동시키는 제3차단밸브; 상기 제1배관의 일측으로부터 분기되어 보조 물 보관 탱크로 연결되는 상기 분기유입관 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 상기 분기유입관을 개폐 작동시키는 제4차단밸브; 상기 제1배관의 타측으로부터 분기되어 보조 물 보관 탱크로 연 결되는 상기 분기유출관 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 상기 분기유출관을 개폐 작동시키는 제5차단밸브; 상기 상부 물 보관 탱크에 설치되어 탱크 내부의 수위를 감지하여 그 신호를 제어기로 출력하는 제1수위센서; 및 상기 제1배관 상에서, 상기 워터펌프와 연료 전지 스택 사이의 일측에 설치되어 제1배관 내부의 수위를 감지하여 그 신호를 제어기로 출력하는 제2수위센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 열관리 시스템을 제공한다.An upper water storage tank including a heating unit, a fuel cell stack, and a heat exchanger are connected to each other through a pipe, and a water pump is formed on a first pipe connecting the fuel cell stack and the heat exchanger to stack the fuel cell in the stack case. In the heat management system for a fuel cell consisting of a cooling circuit for cooling the heat by a heat exchange method, the branch inlet pipe and the branch which is located at the lowermost with respect to the gravity direction of the cooling circuit branched from the first pipe connecting the fuel cell stack and the heat exchanger Auxiliary water storage tank to which the outlet pipe is connected; A first shut-off valve mounted on a second pipe connecting the heat exchanger and the upper water storage tank to open and close the second pipe according to a control signal of a controller; A second shut-off valve mounted on a third pipe connecting the upper water storage tank and the fuel cell stack to open and close the third pipe according to a control signal of a controller; A third shut-off valve mounted on a branch air engine configured to branch from one side of the third pipe to suck external air, and configured to open and close the branch air engine according to a control signal of a controller; A fourth shut-off valve mounted on the branch inlet pipe branched from one side of the first pipe and connected to the auxiliary water storage tank to open and close the branch inlet pipe according to a control signal of a controller; A fifth shut-off valve mounted on the branch outlet pipe branched from the other side of the first pipe and connected to the auxiliary water storage tank, for opening and closing the branch outlet pipe according to a control signal of a controller; A first water level sensor installed in the upper water storage tank to detect a water level inside the tank and output a signal to the controller; And a second water level sensor installed on one side between the water pump and the fuel cell stack on the first pipe to sense a water level inside the first pipe and output a signal to the controller. Provide a system.
연료 전지, 스택, 열관리 시스템Fuel Cells, Stacks, Thermal Management Systems
Description
도 1과 도 2는 종래 기술에 따른 연료 전지용 열관리 시스템의 구성도, 1 and 2 is a block diagram of a thermal management system for a fuel cell according to the prior art,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 열관리 시스템의 구성도이다.3 is a block diagram of a thermal management system for a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 연료 전지용 열관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기존의 워터펌프를 이용하여 냉각수를 물 보관 탱크로 보내기 위한 방법과 배관내에 잔류하는 소량의 물을 보관하기 위한 보조 물 보관 탱크를 이용하여 효과적인 연료 전지의 열관리를 이룰 수 있도록 하는 연료 전지용 열관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal management system for a fuel cell, and more particularly, a method for sending cooling water to a water storage tank using an existing water pump and an auxiliary water storage tank for storing a small amount of water remaining in a pipe. The present invention relates to a thermal management system for a fuel cell that enables effective thermal management of the fuel cell.
최근에 전 세계적으로 지구의 환경 문제가 중요한 관심사로 떠오르고 있고, 이를 해결하기 위한 여러 가지 규제들이 국제적으로 제정되어 환경 보호를 위해 시행되고 있다. 이에 가장 중요한 환경 공해는 주로 석유 연료의 사용에 의해서 발생되고 있는데, 해마다 계속 증가하고 있는 추세이기 때문에 차량에 의한 공해 발생을 절감시키는 것이 매우 중요하다.In recent years, global environmental issues have become an important concern around the world, and various regulations have been enacted internationally to protect the environment. The most important environmental pollution is mainly caused by the use of petroleum fuel, which is increasing every year, it is very important to reduce the pollution caused by the vehicle.
이에 대응하기 위하여 저공해 자동차의 개발을 통한 공해 발생을 줄이기 위하여 전기자동차, 축전지와 내연기관의 하이브리드 자동차, 연료 전지 자동차등이 개발되고 있는데, 전기 자동차는 운행거리를 충분히 확보할 수 있는 축전지 기술의 실용화에 한계가 있다. 이러한 내연기관과 전기자동차의 문제점을 해결할 수 있는 유망한 기술이 연료 전지를 이용한 전기자동차이다.In order to cope with this, electric vehicles, hybrid vehicles of internal batteries and internal combustion engines, fuel cell vehicles, etc. are being developed to reduce pollution caused by the development of low-pollution vehicles. There is a limit to. A promising technology that can solve the problems of the internal combustion engine and the electric vehicle is an electric vehicle using a fuel cell.
상기에서 연료 전지는 기존의 발전방식과 비교할 때 발전 효율이 높을 뿐만 아니라 발전에 따른 공해 물질의 배출이 전혀 없어서 미래의 발전 기술로 평가받고 있으며 다양한 연료를 사용할 수 있어 미래의 전기로 개발되고 있다.The fuel cell has a high power generation efficiency as compared with the conventional power generation method, and there is no emission of pollutants due to power generation, so it is evaluated as a future power generation technology, and various fuels can be used to be developed as future electricity.
즉, 연료 전지는 수소와 산소의 반응에 의해서 전기와 열을 발생시키는 것으로, 연료 전지 중 고분자 전해질형 연료 전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell ; PEMFC)에서 수소이온 전해질막으로 사용되는 대표적인 고분자로는 술폰산염(sulfonate;-SO3H)기를 포함하는 나피온(Nafion)이 적용되며, 상기 나피온(Nafion)에서 수소이온의 이동은 술폰산염(sulfonate)기에 의해서 물과 함께 움직이게 된다.In other words, fuel cells generate electricity and heat by reaction of hydrogen and oxygen, and sulfonic acid is a representative polymer used as a hydrogen ion electrolyte membrane in proton exchange membrane fuel cells (PEMFC). Nafion containing a salt (sulfonate; -SO 3 H) group is applied, the movement of hydrogen ions in the Nafion is moved with water by a sulfonate group (sulfonate).
상기 나피온(Nafion)에서 수소 이온 전도도를 나타내기 위해서는 일정량의 물이 막내에 존재해야만 하며, 건조한 연료(공기 또는 수소)에 의해서 멤버레인(membrane) 내의 물이 증발하는 것을 막기 위해서는 연료를 가습시켜야만 한다. In order to show the hydrogen ion conductivity at Nafion, a certain amount of water must be present in the membrane, and the fuel must be humidified to prevent evaporation of water in the membrane by dry fuel (air or hydrogen). do.
이 때, 연료의 가습은 가습기와 같은 방법에 의한 외부 가습과 연료 전지 스택 내 자체 가습에 의한 방법을 이용한다.At this time, the humidification of the fuel uses an external humidification by a method such as a humidifier and a method of self-humidification in the fuel cell stack.
상기 연료를 가습하기 위해서 사용하는 유체로는 증류수(de-ionized water) 를 사용해야만 하며, 자체 가습의 경우 증류수는 연료를 가습하기 위한 가습수로 이용되고, 또한 스택을 냉각하기 위한 냉각수로도 사용된다. As the fluid used to humidify the fuel, de-ionized water must be used. In the case of self-humidification, distilled water is used as humidifying water to humidify the fuel, and also as cooling water for cooling the stack. do.
그리고 외부 가습의 경우 가습수로는 증류수를 사용하지만 스택 냉각수로는 증류수 또는 부동액을 사용할 수 있다.In the case of external humidification, distilled water may be used as humidification water, but distilled water or antifreeze may be used as stack cooling water.
상기에서, 자체 가습의 경우에는 가습수 또는 냉각수로 증류수를 사용하기 때문에 외부 환경에 많은 영향을 받게 된다. 즉 외부 온도가 영하(0℃이하)일 경우 시스템 내에 있는 증류수는 얼게 되는 문제를 갖게 된다. In the above, in the case of self-humidification, since distilled water is used as the humidifying water or the cooling water, the external environment is greatly affected. In other words, when the external temperature is below zero (0 ° C or less), the distilled water in the system has a problem of freezing.
영하 즉, 0℃이하에서 증류수가 얼게 되면 연료 전지용 열관리 시스템 내에서 냉각수인 증류수가 흐르지 않기 때문에 연료 전지 스택으로 공급하는 연료를 가습할 수 없을 뿐만 아니라 연료 전지에서 발생되는 열을 냉각할 수 없게 된다. 또한 배관이나 부품 내에서 얼게 되면 배관이나 부품이 깨지 위험성이 있게 된다.When the distilled water freezes below zero, the distilled water, which is the coolant, does not flow in the fuel cell thermal management system, so that the fuel supplied to the fuel cell stack cannot be humidified and the heat generated by the fuel cell cannot be cooled. . Also, if frozen in the pipe or parts, there is a risk of breaking the pipe or parts.
이러한 점을 보완하기 위해서 시스템 운전이 멈추었을 경우에는 배관이나 부품에 남아 있는 증류수를 제거해야만 하는데, 연료 전지용 열관리 시스템으로부터 증류수를 제거해서 별도의 물 보관 탱크에 보관한 후, 시스템 운전 시 물 보관 탱크 내 히터나 열교환기를 통해서 증류수를 녹여서 사용하게 된다.To compensate for this, when the system stops operating, the distilled water remaining in the pipe or parts must be removed.The distilled water is removed from the fuel cell thermal management system and stored in a separate water storage tank. Distilled water is melted through a heater or heat exchanger.
따라서 연료 전지 시스템 운전이 멈추었을 경우 별도의 물 보관 탱크에 증류수를 모으기 위해서는, 도 1에서와 같이, 중력 (gravity drain)을 이용하거나, 도 2에서와 같이, 워터펌프를 이용하게 된다. Therefore, when the fuel cell system is stopped, in order to collect distilled water in a separate water storage tank, gravity drain is used as shown in FIG. 1, or a water pump is used as in FIG. 2.
먼저, 중력을 이용하여 증류수를 모으는 경우에는 연료 전지용 열관리 시스템(101)내의 부품들의 위치 상관관계가 매우 중요하게 된다. 즉 시스템 내에서 중 력을 이용하고 또한 강제로 배수시켜서 물을 제거하더라도 물 보관 탱크(103)는 시스템 부품들 중에서 가장 낮은 곳에 위치해야만 함으로, 차량 측면에서 보면 위치 제한이 있게 된다.First, when the distilled water is collected using gravity, the positional correlation of the components in the fuel cell
또한, 별도의 회수용 워터펌프(203)를 이용하여 물 보관 탱크(205)에 증류수를 모으는 경우에는 연료 전지용 열관리 시스템(201) 내 배관 상에 냉각수를 구동하는 워터펌프(207) 이외에 추가적으로 물을 회수하는 회수용 워터펌프(203)를 이용하여 배관내의 증류수를 물 보관 탱크(205)로 보내어 증류수를 모을 수 있도록 하여 시동 시는 물 보관 탱크(205)에 있는 증류수를 히터나 열교환기를 이용하여 녹인 후 가습수 혹은 냉각수로 사용할 수 있도록 하였다.In addition, when distilled water is collected in the
이 경우, 물 보관 탱크(205)의 위치에 대한 자유도는 있으나 물을 회수하기 위한 추가적인 회수용 워터펌프(203)를 장착하여야만 한다. 또한 회수용 워터펌프(203)에 의해서 배관내의 모든 물을 제거할 수 없기 때문에 워터펌프(207) 등 연료 전지용 열관리 시스템(201) 내에 남아 있는 물이 얼어서 부품을 파손시키거나 냉각수 흐름을 방해할 수도 있다는 문제점을 내포하고 있다.In this case, although there is a degree of freedom in the position of the
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 그 목적은 워터펌프를 이용하여 냉각수를 물 보관 탱크로 보내기 위한 방법과 병행하여 배관내에 잔류하는 소량의 냉각수를 중력에 의해 별도의 보조 물 보관 탱크에서 보관할 수 있도록 하는 연료 전지용 열관리 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, the object of which is to separate the small amount of cooling water remaining in the pipe by gravity in parallel with the method for sending the cooling water to the water storage tank using a water pump. It is to provide a thermal management system for a fuel cell that can be stored in an auxiliary water storage tank.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 히팅유닛을 포함하는 상부 물 보관 탱크와 연료 전지 스택 및 열교환기를 상호 배관을 통하여 연결하며, 상기 연료 전지 스택과 열교환기를 연결하는 제1배관 상에 워터펌프를 구성하여 스택 케이스 내부에서 상기 연료 전지 스택을 열교환 방식으로 냉각하는 냉각회로로 구성되는 연료 전지용 열관리 시스템에서,The present invention for realizing the above object is connected to the upper water storage tank including the heating unit and the fuel cell stack and the heat exchanger through a mutual pipe, the water pump on the first pipe connecting the fuel cell stack and the heat exchanger In the thermal management system for a fuel cell consisting of a cooling circuit configured to cool the fuel cell stack by heat exchange in the stack case,
상기 냉각회로의 중력방향에 대하여 최하부에 위치되어 상기 연료 전지 스택과 열교환기를 연결하는 제1배관으로부터 각각 분기되는 분기유입관과 분기유출관이 연결되는 보조 물 보관 탱크; 상기 열교환기와 상부 물 보관 탱크를 연결하는 제2배관 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 상기 제2배관을 개폐 작동시키는 제1차단밸브; 상기 상부 물 보관 탱크와 상기 연료 전지 스택을 연결하는 제3배관 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 상기 제3배관을 개폐 작동시키는 제2차단밸브; 상기 제3배관의 일측으로부터 분기되어 외기를 흡입할 수 있도록 구성되는 분기공기관 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 상기 분기공기관을 개폐 작동시키는 제3차단밸브; 상기 제1배관의 일측으로부터 분기되어 보조 물 보관 탱크로 연결되는 상기 분기유입관 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 상기 분기유입관을 개폐 작동시키는 제4차단밸브; 상기 제1배관의 타측으로부터 분기되어 보조 물 보관 탱크로 연결되는 상기 분기유출관 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 상기 분기유출관을 개폐 작동시키는 제5차단밸브; 상기 상부 물 보관 탱크에 설치되어 탱크 내부의 수위를 감지하여 그 신호를 제어기로 출력하는 제1수위센서; 및 상기 제1배관 상에서, 상기 워터펌프와 연료 전지 스택 사이의 일측에 설치되어 제1배관 내부의 수위를 감지하여 그 신호를 제어기로 출력하는 제2수위센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.An auxiliary water storage tank positioned at a lower portion with respect to the gravity direction of the cooling circuit and branched from a first pipe connecting the fuel cell stack and the heat exchanger to a branch inlet pipe and a branch outlet pipe; A first shut-off valve mounted on a second pipe connecting the heat exchanger and the upper water storage tank to open and close the second pipe according to a control signal of a controller; A second shut-off valve mounted on a third pipe connecting the upper water storage tank and the fuel cell stack to open and close the third pipe according to a control signal of a controller; A third shut-off valve mounted on a branch air engine configured to branch from one side of the third pipe to suck external air, and configured to open and close the branch air engine according to a control signal of a controller; A fourth shut-off valve mounted on the branch inlet pipe branched from one side of the first pipe and connected to the auxiliary water storage tank to open and close the branch inlet pipe according to a control signal of a controller; A fifth shut-off valve mounted on the branch outlet pipe connected to the auxiliary water storage tank branched from the other side of the first pipe and opening and closing the branch outlet pipe according to a control signal of a controller; A first water level sensor installed in the upper water storage tank to detect a water level inside the tank and output a signal to the controller; And a second water level sensor installed on one side between the water pump and the fuel cell stack on the first pipe to sense the water level inside the first pipe and output the signal to the controller.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 열관리 시스템의 구성도로써, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 열관리 시스템(1)의 구성은 연료 전지 스택(3)과 열교환기(5) 및 히팅유닛(HU)을 포함하여 배관을 순환하는 증류수를 저장하기 위한 상부 물 보관 탱크(7)를 상호 제1배관(L1), 제2배관(L2) 및 제3배관(L3)을 통하여 연결하며, 상기 연료 전지 스택(3)과 열교환기(5)를 연결하는 제1배관(L1) 상에는 워터펌프(9)를 구성하여 스택 케이스 내부에서 상기 연료 전지 스택(3)을 열교환 방식으로 냉각하는 냉각회로로 구성된다. 3 is a configuration diagram of a fuel cell thermal management system according to an embodiment of the present invention, the configuration of the fuel cell thermal management system 1 according to an embodiment of the present invention is the
그리고 상기 냉각회로의 중력방향에 대하여 최하부에는 보조 물 보관 탱크(11)가 위치되고, 상기 보조 물 보관 탱크(11)는 상기 연료 전지 스택(3)과 열교환기(5)를 연결하는 제1배관(L1)으로부터 각각 분기되는 분기유입관(LB1)과 분기유출관(LB2)이 연결된다. In addition, an auxiliary
상기 열교환기(5)와 상부 물 보관 탱크(7)를 연결하는 제2배관(L2) 상에는 제어기(CU)의 제어신호에 따라 상기 제2배관(L2)을 개폐 작동시키는 제1차단밸브(S1)가 장착되고, 상기 상부 물 보관 탱크(7)와 상기 연료 전지 스택(3)을 연결하는 제3배관(L3) 상에는 제어기(CU)의 제어신호에 따라 상기 제3배관(L3)을 개폐 작동시키는 제2차단밸브(S2)가 장착된다. On the second pipe (L2) connecting the heat exchanger (5) and the upper water storage tank (7), the first shut-off valve (S1) for opening and closing the second pipe (L2) in accordance with the control signal of the controller (CU) Is mounted on the third pipe L3 connecting the upper water storage tank 7 and the
또한, 상기 제3배관(L3)에는 그 일측으로부터 분기되어 외기를 흡입할 수 있도록 분기공기관(LB3)을 구성하되, 상기 분기공기관(LB3) 상에는 제어기(CU)의 제어신호에 따라 상기 분기공기관(LB3)을 개폐 작동시키는 제3차단밸브(S3)가 장착된다In addition, a branch air pipe LB3 is configured in the third pipe L3 so as to branch from one side thereof to suck outside air, and on the branch air pipe LB3 according to a control signal of the controller CU, A third shutoff valve S3 for opening and closing the LB3) is mounted.
상기 제1배관(L1)의 일측으로부터 분기되어 보조 물 보관 탱크(11)로 연결되는 상기 분기유입관(LB1) 상에는 제어기(CU)의 제어신호에 따라 상기 분기유입관(LB1)을 개폐 작동시키는 제4차단밸브(S4)가 장착되고, 상기 제1배관(L1)의 타측으로부터 분기되어 보조 물 보관 탱크(11)로 연결되는 상기 분기유출관(LB2) 상에는 제어기(CU)의 제어신호에 따라 상기 분기유출관(LB2)을 개폐 작동시키는 제5차단밸브(S5)가 장착된다. On the branch inlet pipe LB1 branched from one side of the first pipe L1 and connected to the auxiliary
그리고 상기 상부 물 보관 탱크(7)에는 탱크 내부의 수위를 감지하여 그 신호를 제어기(CU)로 출력하는 제1수위센서(WS1)가 장착되고, 상기 제1배관(L1) 상에서, 상기 워터펌프(9)와 연료 전지 스택(3) 사이의 일측에는 제1배관(L1)내부를 흐르는 증류수의 수위를 감지하여 그 신호를 제어기(CU)로 출력하는 제2수위센서 (WS2)가 장착된다.In addition, the upper water storage tank 7 is equipped with a first water level sensor WS1 that detects the water level inside the tank and outputs a signal to the controller CU. On the first pipe L1, the water pump At one side between the
여기서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5차단밸브(S1,S2,S3,S4,S5)는 각각 상기 제어기(CU)의 제어신호에 따라 각 배관을 개폐 제어하는 솔레노이드 밸브로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 보조 물 보관 탱크(11)는 상기 상부 물 보관 탱크(7)와 같이, 히팅유닛(HU)을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. Here, the first, second, third, fourth, fifth blocking valve (S1, S2, S3, S4, S5) is a solenoid valve for opening and closing each pipe in accordance with the control signal of the controller (CU), respectively Preferably, the auxiliary
그리고 상기 제2차단밸브(S2)는 상기 제3배관(L3) 상에서, 상기 분기공기관 (LB3)이 분기되는 지점과 상기 상부 물 보관 탱크(7) 사이의 일측에 장착되며, 상기 제2수위센서(WS2)는 상기 제1배관(L1) 상에서, 상기 분기유입관(LB1)과 분기유출관(LB2)이 각각 분기되는 양측 지점 사이의 일측에 장착되다. And the second shut-off valve (S2) is mounted on one side between the branch of the branch air pipe (LB3) and the upper water storage tank (7) on the third pipe (L3), the second water level sensor (WS2) is mounted on one side between the two points where the branch inlet pipe (LB1) and the branch outlet pipe (LB2) are respectively branched on the first pipe (L1).
또, 상기 분기유입관(LB1)과 분기유출관(LB2)은 상기 제1배관(L1) 상에서, 연료 전지 스택(3)과 워터펌프(9) 사이의 일측으로부터 각각 분기되어 이루어진다. The branch inlet pipe LB1 and the branch outlet pipe LB2 are branched from one side between the
따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 연료 전지용 열관리 시스템의 제어 작동은, 먼저 상기 제어기(CU)가 제1수위센서(WS1)로부터의 신호를 수신하여 상부 물 보관 탱크(7)에 있는 증류수의 량을 측정하면서, 연료 전지 시스템의 운전과 동시에 제1차단밸브(S1)와 제2차단밸브(S2)를 개방 제어하고, 제3차단밸브(S3) 및 제4차단밸브(S4)는 폐쇄 제어한 후, 연료 전지 스택(3)을 포함한 각 배관내에 설정시간동안 물을 채운다.Therefore, the control operation of the thermal management system for fuel cells having the configuration as described above, the controller (CU) first receives a signal from the first water level sensor (WS1) to determine the amount of distilled water in the upper water storage tank (7) During the measurement, the first shutoff valve S1 and the second shutoff valve S2 are opened and controlled simultaneously with the operation of the fuel cell system, and the third shutoff valve S3 and the fourth shutoff valve S4 are closed-controlled. In each pipe including the
이와 같이, 상기 연료 전지 스택(3)과 각 배관내에 물을 채운 후, 제어기(CU)는 상기 워터펌프(9)를 구동하여 냉각수를 강제 순환시켜 연료 전지 스택(3)을 냉각시키는 정상 운전 제어를 수행하여 연료 전지 스택(3)의 활성화 온도를 유지하도록 제어하게 된다. As such, after filling the
이와 같이, 정상 운전 제어중에, 시스템의 운전을 멈추었을 경우에, 제어기(CU)는 계속해서 워터펌프(9)를 작동시키면서, 먼저 제2차단밸브(S2)를 폐쇄 제어하고, 제3차단밸브(S3)를 개방 제어하여 대기 중의 공기가 분기공기관(LB3)을 통하여 흡입되어 배관내로 들어가도록 한다. In this way, when the system stops operating during the normal operation control, the controller CU continues to operate the water pump 9 and first closes and controls the second shutoff valve S2, and then the third shutoff valve. Opening control of S3 allows air in the atmosphere to be sucked through the branch air pipe LB3 and enter the pipe.
이 때, 제어기(CU)는 상기 제2수위센서(WS2)로부터 검출신호에 의해 물이 감 지되지 않을 경우, 제1차단밸브(S1)를 폐쇄 제어하면서, 상기 워터펌프(9)의 작동을 종료시킴으로써 운전 종료 제어를 수행하게 된다. At this time, when water is not detected by the detection signal from the second water level sensor WS2, the controller CU closes and controls the first shutoff valve S1, thereby controlling the operation of the water pump 9. By terminating, operation termination control is performed.
상기와 같이, 운전 종료 제어에 의해 워터펌프(9)가 작동을 종료하면, 제어기(CU)는 제4차단밸브(S4)를 개방 제어하여 배관 내에 남아 있는 잔류 증류수를 중력을 이용하여 보조 물 보관 탱크(11)에 흘러 들어가도록 하여 저장하는 중력 저장 제어를 수행하게 된다.As described above, when the water pump 9 is terminated by the operation end control, the controller (CU) controls the opening of the fourth shut-off valve (S4) to store the auxiliary distilled water remaining in the pipe using gravity using the gravity Gravity storage control to flow into the
물론, 이러한 연료 전지용 열관리 시스템(1)의 제어 과정에 앞서, 혹한기 등의 외기 온도가 영하로 내려가는 외부 환경 하에서는 상기 상부 물 보관 탱크(7)와 보조 물 보관 탱크(11) 각각에 구성되는 히팅유닛(HU)을 통하여 얼어 있는 증류수를 녹인 후에 상기 연료 전지용 열관리 시스템(1)의 작동을 수행하게 된다. Of course, prior to the control process of the fuel cell thermal management system 1, the heating unit is configured in each of the upper water storage tank (7) and the auxiliary water storage tank (11) in an external environment in which the outside air temperature such as cold weather is lowered below zero. After the frozen distilled water is dissolved through the HU, the operation of the fuel cell thermal management system 1 is performed.
여기서, 상기 히팅유닛(HU)은 종래 전기히터나 열교환기 등이 사용될 수 있을 것이며, 상기 보조 물 보관 탱크(11)에 저장된 증류수는 시스템의 정상 운전 제어 시, 제5차단밸브(S5)를 개방 제어함으로써, 워터펌프(9)로 유입되도록 하여 시스템 내부로 회수되도록 한다.Here, the heating unit HU may be a conventional electric heater or a heat exchanger, and the like, and the distilled water stored in the auxiliary
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 연료 전지용 열관리 시스템에 의하면, 시스템 설계 시 보조 물 보관 탱크의 사이즈를 대폭 축소하여 부품의 위치에 대한 자유도를 확보할 수 있으며, 보조 물 보관 탱크를 제외한 다른 부품들의 위치 상관관계는 무관하게 설치할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the fuel cell thermal management system of the present invention, the size of the auxiliary water storage tank can be drastically reduced in designing the system to ensure the degree of freedom of the position of the components, and the position of other parts except the auxiliary water storage tank. Correlation can be installed regardless.
또한, 보조 물탱크에 의해서 잔류 증류수를 완전히 제거하는 것이 가능하며, 이를 다시 회수하여 사용할 수도 있으며, 잔류 증류수를 완전히 제거할 수 있기 때문에, 영하 이하 온도에서도 시스템 내에 손상을 주거나 냉각수 흐름에 영향을 주지 않게 하여 시스템의 저온 시동성을 향상시키는 효과가 있다. In addition, it is possible to completely remove residual distilled water by the auxiliary water tank, and to recover it again and to use it again, and to completely remove the residual distilled water, so that it does not damage the system or affect the cooling water flow even at subzero temperatures. It is effective in improving the low temperature startability of the system.
그리고 시스템 구성 시, 단순화 및 보기류 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 종래 증류수의 회수를 위한 워터펌프와 같이 추가부품을 사용하지 않기 때문에 시스템 구성이 단순화되며 추가로 소요되는 전력이 없어 시스템의 효율을 높일 수 있는 효과도 있다.In addition, the system configuration can be simplified and minimizing power consumption, and the system configuration is simplified because no additional parts such as a water pump for conventional distilled water recovery are used. It can also increase the effect.
또, 상기 워터펌프를 계속적으로 작동시킴으로써 연료 전지 스택의 분리판 내에 존재하게 되는 증류수도 완전히 제거할 수 있어 연료 전지 스택을 0℃이하에서도 보관할 수 있는 장점을 갖는다..Further, by continuously operating the water pump, distilled water present in the separator plate of the fuel cell stack can be completely removed, and the fuel cell stack can be stored even at 0 ° C or lower.
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