KR100692761B1 - Exhaust gas purifying device of fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 연료전지차량의 배기정화장치의 개략도,1 is a schematic diagram of an exhaust purification apparatus for a fuel cell vehicle according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 연료전지차량의 배기정화장치의 상태도,2 is a state diagram of an exhaust purification apparatus of a fuel cell vehicle according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 연료전지차량의 배기정화장치의 제어 블록도이다.3 is a control block diagram of an exhaust purification apparatus for a fuel cell vehicle according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
50: 공기공급장치 52: 배기통로50: air supply device 52: exhaust passage
54: 공기공급유로 56: 희석장치54: air supply passage 56: dilution unit
58: 조절밸브 60: 통기구58: control valve 60: vent
62: 통기관 70: 수소 밀도 감지부62: vent 70: hydrogen density detection unit
80: 제어부80: control unit
본 발명은 연료전지차량의 배기정화장치에 관한 것으로서, 특히 배기가스 중 발화의 원인이 되는 수소의 밀도를 감지하여 발화농도 이상시 배기가스를 공기에 희석시켜 수소의 밀도를 낮출 수 있는 연료전지차량의 배기정화장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for a fuel cell vehicle. In particular, a fuel cell vehicle capable of reducing the density of hydrogen by sensing the density of hydrogen which causes ignition in exhaust gas and diluting the exhaust gas in air when the concentration of ignition is abnormal. The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus.
일반적으로 연료전지는 연료인 수소와 산화제인 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응시켜 직접 전기에너지를 생산하는 발전장치이다.In general, a fuel cell is a power generation device that directly produces electrical energy by chemically reacting while continuously supplying hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidant.
이와 같은 연료전지는 기존의 발전방식과 비교할 때 발전 효율이 높을 뿐만 아니라 발전에 따른 공해물질의 배출이 거의 없어 미래의 동력발생장치로 개발되고 있다.Such a fuel cell has been developed as a power generator of the future because it has high power generation efficiency and little emission of pollutants due to power generation as compared with existing power generation methods.
연료전지의 발전 원리는 물의 전기분해 역반응을 이용하여 수소와 산소로부터 전기와 물을 만들어내는 것으로, 스택(stack)의 내부에 고분자 전해질막을 사이에 두고 연료극(anode)과 공기극(cathode)를 부착하여 연료극에는 수소 또는 수소를 함유하는 연료가스를 공급하고 공기극에는 산소를 함유하는 산화가스를 공급한다.The principle of power generation of fuel cell is to generate electricity and water from hydrogen and oxygen by reverse electrolysis of water, attaching anode and cathode with polymer electrolyte membrane between stacks. Hydrogen or a fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode, and an oxidizing gas containing oxygen is supplied to the cathode.
이 과정에서 연료극에서는 수소의 전기화학적 산화가 일어나고 공기극에서는 산소의 전기화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 열이 발생되고, 수소와 산소가 결합하는 화학작용에 의해 수증기 또는 물이 생성된다.In this process, the electrochemical oxidation of hydrogen occurs at the anode and the electrochemical reduction of oxygen at the cathode. Electric and heat are generated by the movement of electrons generated, and steam or water is produced by a chemical reaction in which hydrogen and oxygen combine. Is generated.
연료전지를 이용한 동력장치에는 연료전지의 전기 생성과정에서 발생되는 수 증기와 물 및 열과 같은 부산물과, 반응되지 않은 수소와 산소 등을 배출하기 위해 배출장치가 구비된다. 특히, 수증기와 수소, 산소와 같은 가스는 배기통로를 통해 대기중으로 방출된다.The power unit using the fuel cell is provided with a discharge device for discharging by-products such as water vapor, water and heat generated during the electricity generation process of the fuel cell, and unreacted hydrogen and oxygen. In particular, water vapor and gases such as hydrogen and oxygen are released into the atmosphere through the exhaust passage.
그러나, 이와 같이 대기중으로 방출되는 가스 중 수소의 밀도가 발화 밀도 이상으로 높아질 경우 발화에 의한 폭발의 위험성이 높아지는 문제점이 있다.However, when the density of hydrogen in the gas discharged into the air is higher than the ignition density, there is a problem in that the risk of explosion due to ignition increases.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배기가스 내 수소 밀도가 높을 경우 배기가스에 공기를 혼합함으로써, 수소의 발화로 인한 폭발의 위험을 방지할 수 있는 연료전지차량의 배기정화장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, by mixing air to the exhaust gas when the hydrogen density in the exhaust gas is high, the fuel cell vehicle that can prevent the risk of explosion due to the ignition of hydrogen The object is to provide an exhaust purification apparatus.
또한, 본 발명은 배기가스의 배기성능에 지장을 주지 않으면서 배기가스에 공기가 고루 혼합될 수 있는 연료전지차량의 배기정화장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus for a fuel cell vehicle in which air can be evenly mixed with the exhaust gas without affecting the exhaust performance of the exhaust gas.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 연료전지차량의 배기정화장치는 공기공급장치와; 연료전지에서 발생되는 배기가스가 배기되는 배기통로와; 배기가스의 수소 밀도를 감지하기 위해 상기 배기통로에 설치된 수소 밀도 감지부와; 상기 배기통로상에 연통되게 설치되고, 공기공급유로에 의해 상기 공기공급장치와 연결된 희석장치와; 상기 희석장치 내부에 상기 배기통로와 연통되게 설치되고, 상기 희석장치로 공급된 공기가 배기가스로 확산되도록 다수의 통기구가 형성된 통기관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.An exhaust purification apparatus for a fuel cell vehicle according to the present invention for solving the above problems is an air supply device; An exhaust passage through which exhaust gas generated from the fuel cell is exhausted; A hydrogen density detector installed in the exhaust passage to sense the hydrogen density of the exhaust gas; A dilution device installed in communication with the exhaust passage and connected to the air supply device by an air supply passage; It is installed in communication with the exhaust passage in the dilution device, characterized in that it comprises a vent pipe formed with a plurality of vents so that the air supplied to the dilution device is diffused into the exhaust gas.
상기 공기공급유로에는 상기 공기공급장치에서 상기 희석장치로 공급되는 공기를 단속하는 조절밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.The air supply passage is characterized in that the control valve is installed to control the air supplied from the air supply device to the dilution device.
상기 통기관은 상기 배기통로에 입구와 출구가 연결되도록 상기 희석장치 내부에 관 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The vent pipe may be formed in a tubular shape inside the dilution device such that an inlet and an outlet are connected to the exhaust passage.
상기 희석장치는 관 형상으로 형성되고, 상기 통기관은 상기 희석장치보다는 좁고 상기 배기통로보다는 넓은 단면적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The dilution device is formed in a tubular shape, the vent pipe is characterized in that it is formed in a cross-sectional area narrower than the dilution device and wider than the exhaust passage.
상기 수소 밀도 감지부는 상기 희석장치의 입구측 배기통로에 설치되는 것을 특징으로 한다.The hydrogen density detector is installed in the inlet side exhaust passage of the dilution device.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지차량의 배기정화장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지차량의 배기정화장치의 일부 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 연료전지차량의 배기정화장치의 제어 블록도이다.1 is a schematic diagram of an exhaust purification apparatus of a fuel cell vehicle according to the present invention, FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the exhaust purification apparatus of a fuel cell vehicle according to the present invention, and FIG. 3 is an exhaust purification of the fuel cell vehicle according to the present invention. Control block diagram of the device.
본 발명에 따른 연료전지차량의 배기정화장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 공기공급장치(50)와, 연료전지에서 발생되는 배기가스가 배기되는 배기통로(52)와, 배기가스의 수소 밀도를 감지하기 위해 상기 배기통로(52)에 설치된 수 소 밀도 감지부(70)와, 상기 배기통로(52)상에 연통되게 설치되고 공기공급유로(54)에 의해 상기 공기공급장치(50)와 연결된 희석장치(56)와, 상기 희석장치(56) 내부에 상기 배기통로(52)와 연통되게 설치되고 상기 희석장치(56)로 공급된 공기가 배기가스로 확산되도록 다수의 통기구(60)가 형성된 통기관(62)을 포함하여 구성된다.1 to 3, the exhaust gas purifying apparatus of the fuel cell vehicle according to the present invention includes an
상기 수소 밀도 감지부(70)는 상기 희석장치(56)의 입구측 배기통로(52)에 설치된다.The hydrogen
상기 공기공급유로(54)에는 상기 공기공급장치(50)에서 상기 희석장치(56)로 공급되는 공기를 단속하는 조절밸브(58)가 설치된다.The
상기 통기관(62)과 희석장치(56)는 관 형상으로 형성된다.The
특히, 상기 통기관(62)은 상기 배기통로(52)에 입구와 출구가 연결되고, 상기 희석장치(56) 내부에 일정간격 이격되게 설치된다.In particular, the
이때, 상기 통기관(62)은 연료전지에서 배기되는 배기가스와 상기 공기공급장치(50)에서 공급되는 공기가 둘 다 통과할 수 있도록 상기 배기통로(52)보다 단면적이 넓게 형성된다. 즉, 상기 통기관(62)의 단면적은 상기 배기통로(52)보다 넓고, 상기 희석장치(56)보다는 좁게 형성된다.At this time, the
상기 통기관(62)에는 상기 희석장치(56)에 공급되는 공기가 배기가스의 배기에 지장을 주지 않으면서 배기가스와 골고루 섞일 수 있도록 다수의 통기구(60)가 형성된다.The
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the present invention configured as described above are as follows.
연료전지가 운전되면 상기 연료전지에서 발생되는 배기가스는 배기통로(52)로 유입되어 희석장치(56)를 통과한 후 상기 희석장치(56)의 출구측과 연결된 배기통로(52)를 통해 대기로 배출된다.When the fuel cell is operated, the exhaust gas generated from the fuel cell flows into the
상기 배기통로(52)에 설치된 수소 밀도 감지부(70)는 상기 배기통로(52)로 유입되는 배기가스 내 함유된 수소가스의 밀도를 감지하여 제어부(80)에 전달한다.The
이때, 상기 제어부(80)에 전달된 수소가스의 밀도 정보가 기 설정된 수소 밀도 기준치의 이상일 경우에는 상기 제어부(80)는 조절밸브(58)가 개방되도록 제어한다.In this case, when the density information of the hydrogen gas delivered to the
그러면, 공기공급장치(50)에 보관된 공기가 공기공급유로(54)를 통해 희석장치(56)에 공급된다.Then, the air stored in the
상기 희석장치(56)의 내부에 공급된 공기는 상기 통기관(62)과 희석장치(56) 사이의 공간에 채워지고, 상기 통기관(62)에 형성된 다수의 통기구(60)를 통과하여 상기 통기관(62)의 내부로 골고루 확산된다.The air supplied into the
상기 통기관(62) 내에 확산된 공기는, 상기 배기통로(52)를 거쳐 상기 희석장치(56)로 유입된 배기가스와 혼합된다.The air diffused in the
따라서, 배기가스에 함유된 수소가스의 밀도가 감소하게 된다.Therefore, the density of hydrogen gas contained in the exhaust gas is reduced.
공기과 혼합된 배기가스는 상기 희석장치(56)를 지나 상기 배기통로(52)로 유입되어 대기로 배출된다.Exhaust gas mixed with air is introduced into the
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연료전지차량의 배기정화장치는 수소 밀도 감지부를 이용해 배기가스 내 수소의 밀도를 감지하여, 수소 밀도가 기 설정된 기준치의 이상일 경우 배기통로와 연결된 희석장치에 공기를 주입시켜 배기가스 내 수소의 밀도를 낮춤으로써, 수소의 발화로 인한 폭발의 위험성을 방지할 수 있는 효과가 있다.The exhaust purification apparatus of the fuel cell vehicle according to the present invention configured as described above senses the density of hydrogen in the exhaust gas using a hydrogen density detection unit, and when the hydrogen density is higher than a predetermined reference value, air is supplied to the dilution apparatus connected to the exhaust passage. By lowering the density of hydrogen in the exhaust gas by injection, it is possible to prevent the risk of explosion due to the ignition of hydrogen.
또한, 본 발명은 희석장치 내에 공급된 공기가 다수의 통기구에 의해 상기 통기관 내로 확산됨으로써, 상기 희석장치에 공급되는 공기가 배기가스의 배기에 지장을 주지 않으면서 배기가스와 골고루 혼합될 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is the effect that the air supplied into the dilution device is diffused into the vent pipe by a plurality of vents, so that the air supplied to the dilution device can be evenly mixed with the exhaust gas without disturbing the exhaust of the exhaust gas. There is.
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