KR100805448B1 - 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템 - Google Patents

연료전지 차량의 수소 재순환 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 차량 구동시 스택의 출구단에서 발생되는 습증기 상태의 수소에 의해 상기 연료전지 차량이 셧 다운 되거나 운전중에 블로워에 부하가 발생되는 것이 방지되도록 고압의 수소가 저장된 수소탱크에서 공급된 수소가 스택으로 공급되도록 구비된 삼방 밸브(3-way valve); 상기 스택의 출구단에서 배출되는 습공기 상태의 수소가 재순환 되도록 블로워가 설치되되 차량이 셧 다운(shut-down)될 때 상기 삼방 밸브가 전환되어 블로워 쪽으로 건조 상태의 수소를 공급하여 습공기 상태의 수소를 외측으로 배출시키고, 건조한 상태의 수소만 스택으로 공급 가능하도록 일단이 삼방 밸브에 설치되고 타단이 블로워상에 연결 설치된 퍼징 수소 공급 라인; 및 상기 스택의 입, 출구 단에 각각 설치되며 연료 전지 차량이 스타트 업시에 오픈 작동되고, 셧 다운 시에 클로즈 되어 습공기 상태의 수소가 블로워로 공급되지 않도록 구비된 제1,2 솔레노이드 밸브를 포함하여 구성되는 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템에 관한 것이다.
수소탱크, 삼방밸브, 스택

Description

연료전지 차량의 수소 재순환 시스템{The hydrogen recirculation system of the fuel cell vehicle}
도 1은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템의 다른 실시예를 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2 : 스택 4 : 블로워
100 : 삼방 밸브 200, 400 : 퍼징 수소 공급 라인
300a, 300b : 제1,2 솔레노이드 밸브
본 발명은 연료전지 차량 구동시 스택의 출구단에서 발생되는 습증기 상태의 수소에 의해 상기 연료전지 차량이 셧 다운 되거나 운전중에 블로워에 부하가 발생되는 것이 방지할 수 있는 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 시스템에서 사용하고 남은 수소를 재순환 시키는 것은 연비 개선 측면에서뿐만 아니라 연료전지시스템의 안정적인 운전을 위해서도 매우 중요하다.
상기한 연료전지 시스템수분을 포함한 수소를 재순환 블로워를 이용하여 순환시킬 때 시동을 끄고 온도가 낮아지는 경우 블로워 내부에 수분이 응축되어 물이 고이는 문제점이 발생되었다. 내부에 고인 물은 블로워 회전에 부하를 증가시켜 블오워 고장의 원인이 되며 주변의 온도가 영하 이하로 내여가게 되면 블로워 내부에 물이 동결되어 상기한 블로워의 고장 및 파손의 원이이 되는 문제점을 야기 시켰다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료전지 차량의 스택에서 발생되는 습증기 상태의 수소에 의해 블로워의 효율 저하와 연료전지 시스템의 효율을 방지할 수 있는 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템은 고압의 수소가 저장된 수소탱크에서 공급된 수소가 스택으로 공급되도록 구비된 삼방 밸브(3-way valve); 상기 스택의 출구단에서 배출되는 습공기 상태의 수소가 재순환 되도록 블로워가 설치되되 차량이 셧 다운(shut-down)될 때 상기 삼방 밸브가 전환되어 블로워 쪽으로 건조 상태의 수소를 공급하여 습공기 상태의 수소를 외측으로 배출시키고, 건조한 상태의 수소만 스택으로 공급 가능하도록 일단이 삼방 밸브에 설치되고 타단이 블로워상에 연결 설치된 퍼징 수소 공급 라인; 및 상기 스택의 입, 출구 단에 각각 설치되며 연료 전지 차량이 스타트 업시에 오픈 작동되고, 셧 다운 시에 클로즈 되어 습공기 상태의 수소가 블로워로 공급되지 않도록 구비된 제1,2 솔레노이드 밸브를 포함하여 구성된다.
상기 퍼징 수소 공급 라인은 타단이 스택의 출구단에서 블로워로 연결된 방향과 일치하도록 연결 설치되도록 구성된다.
본 발명에 의한 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템의 다른 실시예에 의한 구성은 고압의 수소가 저장된 수소탱크에서 공급된 수소가 스택으로 공급되며 스택의 출구단에서 배출되는 습공기 상태의 수소가 재순환 되도록 블로워가 설치되되 차량이 셧 다운(shut-down)될 때 건조 상태의 수소가 상기 블로워의 입구쪽으로 공급되어 건조한 상태의 수소만 스택으로 공급 가능하도록 일단이 수소 공급 라인에 연결되고 타단이 블로워상에 연결 설치된 퍼징 수소 공급 라인; 및 상기 스택의 입, 출구 단에 각각 설치되며 연료 전지 차량이 스타트 업 시에 오픈 작동되고, 셧 다운 시에 클로즈 되어 습공기 상태의 수소가 블로워로 공급되지 않도록 구비된 제1,2 솔레노이드 밸브를 포함하여 구성된다.
상기 블로워는 퍼징 수소 공급 라인을 통해 공급되는 수소에 의해 회전 방향의 역방향으로 구동시 발생 되는 역전류를 소모할 수 있는 역전류 방지부가 설치되도록 구성된다.
상기와 같은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템의 실시예{를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템을 도시 한 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
첨부된 도 1 내지 도 2를 참조하면, 고압의 수소가 저장된 수소탱크(1)에서 공급된 수소가 스택(2)으로 공급되도록 구비된 삼방 밸브(3-way valve)(100); 상기 스택(2)의 출구단에서 배출되는 습공기 상태의 수소가 재순환 되도록 블로워(4)가 설치되되 차량이 셧 다운(shut-down)될 때 상기 삼방 밸브(100)가 전환되어 블로워(4) 쪽으로 건조 상태의 수소를 공급하여 습공기 상태의 수소를 외측으로 배출시키고, 건조한 상태의 수소만 스택(2)으로 공급 가능하도록 일단이 삼방 밸브(100)에 설치되고 타단이 블로워(4) 상에 연결 설치된 퍼징 수소 공급 라인(200); 및 상기 스택(2)의 입, 출구 단에 각각 설치되며 연료 전지 차량이 스타트 업시에 오픈 작동되고, 셧 다운 시에 클로즈 되어 습공기 상태의 수소가 블로워(4)로 공급되지 않도록 구비된 제1,2 솔레노이드 밸브(300a,300b)를 포함하여 구성된다.
상기 퍼징 수소 공급 라인(200)은 타단이 스택(2)의 출구단에서 블로워(4)로 연결된 방향과 일치하도록 연결 설치되도록 구성된다.
본 발명에 의한 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템의 다른 실시예에 의한 구성은 고압의 수소가 저장된 수소탱크(1)에서 공급된 수소가 스택(2)으로 공급되며 스택(2)의 출구단에서 배출되는 습공기 상태의 수소가 재순환 되도록 블로워(4)가 설치되되 차량이 셧 다운(shut-down)될 때 건조 상태의 수소가 상기 블로워(4)의 입구쪽으로 공급되어 건조한 상태의 수소만 스택(2)으로 공급 가능하도록 일단이 수소 공급 라인(10)에 연결되고 타단이 블로워(4)상에 연결 설치된 퍼징 수소 공급 라인(400); 및 상기 스택(2)의 입, 출구 단에 각각 설치되며 연료 전지 차량이 스타트 업 시에 오픈 작동되고, 셧 다운 시에 클로즈 되어 습공기 상태의 수소가 블로워(4)로 공급되지 않도록 구비된 제1,2 솔레노이드 밸브(300a,300b)를 포함하여 구성된다.
상기 블로워(4)는 퍼징 수소 공급 라인(400)을 통해 공급되는 수소에 의해 회전 방향의 역방향으로 구동시 발생 되는 역전류를 소모할 수 있는 역전류 방지부(4a)가 설치되도록 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템의 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1을 참조하면, 연료전지 차량이 정상적으로 작동될 경우에는 수소탱크(1)에서 공급된 고압의 수소가 고압 조정기(5)를 경유하면서 압력이 조절되어 삼방 밸브(100)로 공급된다. 상기 삼방 밸브(100)는 별도로 구비된 제어부(미도시)에 의해 제어되어 스택(2) 쪽으로 수소가 공급되도록 작동되며 저압 레귤레이터(6)를 경유하여 스택(2)에 공급 가능한 압력으로 조정되어 제1 솔레노이드 밸브로 공급된다. 상기 제1 솔레노이드 밸브(300a)는 연료전지 차량이 스타트 업시에는 오픈되어 스택(2)으로 수소를 공급하고, 별도로 구비된 공기 공급부(미도시)에 의해 공급된 공기가 스택(2)으로 공급되어 상기 스택(2) 내부에서 수소와 공기가 혼합되어 전기를 발생시킨다.
상기 스택(2)의 출구단에서는 스택(2)에서 발생되는 화학 반응에 의해 압력이 저하된 습증기 상태의 수소가 배출되며, 블로워(4)가 구동되어 압력을 상승시켜 저압 레귤레이터(6)를 통해 공급되는 건조한 상태의 수소와 혼합하여 스택(2)으로 수소를 공급시킨다. 그리고, 일부의 수소는 퍼지밸브(7)를 통해 차량의 외측으로 배출시킨다.
만약, 차량이 셧 다운 되었을 경우에는 삼방 밸브(100)가 블로워(4) 쪽으로 전환 작동되어 수소탱크(1)에서 공급되는 고압의 수소는 스택(2)의 출구단에서 배출되는 습증기 상태의 수소가 블로워(4) 쪽으로 순환되지 않도록 가압하여 퍼지밸브(7)를 통해 수소를 차량 외측으로 배출시킨다.
이때, 상기 제1,2 솔레노이드 밸브(300a,300b)는 연료전지 차량이 셧 다운 시에는 클로즈 된다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템의 다른 실시예에 의한 작동은 수소탱크(1) 에서 공급된 고압의 수소가 고압 조정기(5)를 경유하면서 압력이 조절되어 스택(2) 쪽으로 수소가 공급되도록 저압 레귤레이터(6)를 경유하여 스택(2)에 공급 가능한 압력으로 조정되며 제1 솔레노이드 밸브(300a)로 공급된다. 상기 제1 솔레노이드 밸브(300a)는 연료전지 차량이 스타트 업시에는 오픈 되어 스택(2)으로 수소를 공급하고, 별도로 구비된 공기 공급부(미도시)에 의해 공급된 공기가 스택(2)으로 공급되고, 상기 스택(2) 내부에서 수소와 공기가 혼합되어 전기를 발생시킨다.
상기 스택(2)의 출구단에서는 스택(2)에서 발생되는 화학 반응에 의해 압력이 저하된 습증기 상태의 수소가 배출되며, 블로워(4)가 구동되어 압력을 상승시켜 저압 레귤레이터(6)를 통해 공급되는 건조한 상태의 수소와 혼합하여 스택(2)으로 수소를 공급시킨다. 그리고, 일부의 수소는 퍼지밸브(7)를 통해 차량의 외측으로 배출시킨다.
만약, 차량이 셧 다운 되었을 경우에는 블로워(4) 쪽으로 습증기 상태의 수소가 공급되지 않도록 퍼징 수소 공급 라인(400)을 통해 고압의 수소가 블로워(4) 쪽으로 전환 작동된다. 수소탱크(1)에서 공급되는 고압의 수소는 스택(2)의 출구단에서 배출되는 습증기 상태의 수소가 블로워(4) 쪽으로 순환되지 않도록 가압하여 퍼지밸브(7)를 통해 수소를 차량 외측으로 배출시킨다.
이때, 상기 제1,2 솔레노이드 밸브(300a,300b)는 연료전지 차량이 셧 다운 시에는 클로즈 되며, 상기 블로워(4)는 퍼징 수소 공급 라인(400)을 통해 공급되는 수소에 의해 회전 방향의 역방향으로 구동시 발생 되는 역전류를 소모할 수 있는 역전류 방지부(4a)가 작동되어 전장품의 고장을 방지하게 된다.
한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템은 블로워의 고정 및 과부하로 인한 효율 저하를 방지하고, 연료전지 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 고압의 수소가 저장된 수소탱크에서 공급된 수소가 스택으로 공급되도록 구비된 삼방 밸브(3-way valve);
    상기 스택의 출구단에서 배출되는 습공기 상태의 수소가 재순환 되도록 블로워가 설치되되 차량이 셧 다운(shut-down)될 때 상기 삼방 밸브가 전환되어 블로워 쪽으로 건조 상태의 수소를 공급하여 습공기 상태의 수소를 외측으로 배출시키고, 건조한 상태의 수소만 스택으로 공급 가능하도록 일단이 삼방 밸브에 설치되고 타단이 블로워상에 연결 설치된 퍼징 수소 공급 라인; 및
    상기 스택의 입, 출구 단에 각각 설치되며 연료 전지 차량이 스타트 업시에 오픈 작동되고, 셧 다운 시에 클로즈 되어 습공기 상태의 수소가 블로워로 공급되지 않도록 구비된 제1,2 솔레노이드 밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 퍼징 수소 공급 라인은 타단이 스택의 출구단에서 블로워로 연결된 방향과 일치하도록 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템.
  3. 고압의 수소가 저장된 수소탱크에서 공급된 수소가 스택으로 공급되며 스택 의 출구단에서 배출되는 습공기 상태의 수소가 재순환 되도록 블로워가 설치되되 차량이 셧 다운(shut-down)될 때 건조 상태의 수소가 상기 블로워의 입구쪽으로 공급되어 건조한 상태의 수소만 스택으로 공급 가능하도록 일단이 수소 공급 라인에 연결되고 타단이 블로워상에 연결 설치된 퍼징 수소 공급 라인; 및
    상기 스택의 입, 출구 단에 각각 설치되며 연료 전지 차량이 스타트 업 시에 오픈 작동되고, 셧 다운 시에 클로즈 되어 습공기 상태의 수소가 블로워로 공급되지 않도록 구비된 제1,2 솔레노이드 밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 블로워는 퍼징 수소 공급 라인을 통해 공급되는 수소에 의해 회전 방향의 역방향으로 구동시 발생 되는 역전류를 소모할 수 있는 역전류 방지부가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템.
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