KR100969010B1 - Hydrogen supply systme for improving cold starting ability of fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저온 시동성 향상을 위한 연료전지 차량의 수소공급장치에 관한 것으로서, 연료전지 차량의 저온 시동시에 압력 레귤레이터에서 메인밸브와 밸브시트 사이의 수분 동결로 인해 압력 레귤레이터의 출구압이 상승하여 초래되는 차량 시동 불능 현상을 해소할 수 있는 연료전지 차량의 수소공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen supply apparatus of a fuel cell vehicle for improving low temperature startability, and is caused by an increase in the outlet pressure of the pressure regulator due to water freezing between the main valve and the valve seat in the pressure regulator during low temperature start-up of the fuel cell vehicle. The present invention relates to a hydrogen supply apparatus of a fuel cell vehicle capable of eliminating the inability to start a vehicle.

이를 위해, 압력 레귤레이터의 출구측 라인에 설치되어 연료전지 차량의 시동 초기시 레귤레이터 출구측 수소를 배출할 수 있는 밸브를 구비한 저온 시동성 향상을 위한 연료전지 차량의 수소공급장치가 개시된다. 또한 압력 레귤레이터의 입구측 전단에 수소탱크에서 공급되는 수소의 수분을 제거해주는 수분제거기를 구비한 저온 시동성 향상을 위한 연료전지 차량의 수소공급장치가 개시된다.To this end, a hydrogen supply apparatus for a fuel cell vehicle for improving low temperature startability is provided having a valve installed at an outlet side line of a pressure regulator and configured to discharge hydrogen at a regulator outlet side at the initial stage of startup of a fuel cell vehicle. Also disclosed is a hydrogen supply apparatus for a fuel cell vehicle for improving low temperature startability having a moisture remover for removing moisture of hydrogen supplied from a hydrogen tank at an inlet side of a pressure regulator.

연료전지, 저온 시동성, 수소공급장치, 압력 레귤레이터, 블리드 밸브, 수분제거기 Fuel Cell, Low Temperature Starter, Hydrogen Supply, Pressure Regulator, Bleed Valve, Moisture Remover

Description

저온 시동성 향상을 위한 연료전지 차량의 수소공급장치{Hydrogen supply systme for improving cold starting ability of fuel cell vehicle}Hydrogen supply systme for improving cold starting ability of fuel cell vehicle}

본 발명은 저온 시동성 향상을 위한 연료전지 차량의 수소공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 차량의 저온 시동시에 압력 레귤레이터에서 메인밸브와 밸브시트 사이의 수분 동결로 인해 압력 레귤레이터의 출구압이 상승하여 초래되는 차량 시동 불능 현상을 해소할 수 있는 연료전지 차량의 수소공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen supply apparatus of a fuel cell vehicle for improving low temperature startability, and more particularly, to the outlet pressure of the pressure regulator due to the water freezing between the main valve and the valve seat in the pressure regulator at low temperature startup of the fuel cell vehicle. The present invention relates to a hydrogen supply device for a fuel cell vehicle capable of eliminating the vehicle starting inability caused by this rise.

주지된 바와 같이, 연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이다.As is well known, a fuel cell is a kind of power generation device that converts chemical energy of a fuel into electric energy by electrochemically reacting in the fuel cell stack without converting it into heat by combustion.

차량용 연료전지 시스템의 구성은, 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기(산소)를 공급하는 공기(산소)공급장치, 연료전 지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열/물 관리계(Thermal Management System, TMS), 그리고 연료전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 연료전지 시스템 제어기를 포함한다. The fuel cell system for a vehicle includes a fuel cell stack that generates electric energy largely, a hydrogen supply device for supplying hydrogen as fuel to the fuel cell stack, and air (oxygen) as an oxidant required for an electrochemical reaction to the fuel cell stack. Thermal management system (TMS) that removes the heat of reaction from the air (oxygen) supply, fuel cell stack to the outside of the system, controls the operating temperature of the fuel cell stack, and performs water management functions, and fuel cell system It includes a fuel cell system controller for controlling the overall operation of the.

여기서, 수소공급장치는 수소탱크, 고압/저압 레귤레이터, 수소 재순환 장치 등을 포함하며, 현재 대부분의 자동차 제조사에서 고압의 수소탱크를 탑재한 연료전지 차량을 개발하고 있다.Here, the hydrogen supply device includes a hydrogen tank, a high pressure / low pressure regulator, a hydrogen recirculation device, etc., and most automobile manufacturers are currently developing a fuel cell vehicle equipped with a high pressure hydrogen tank.

이러한 고압 수소저장방식의 시스템에서는 수소를 연료전지 시스템에서 요구하는 압력으로 감압하여 공급해야 하는데, 이를 위해 필요한 부품이 압력 레귤레이터이다.In such a high pressure hydrogen storage system, hydrogen must be supplied at a reduced pressure to the pressure required by the fuel cell system, and a necessary component is a pressure regulator.

첨부한 도 1은 연료전지 차량의 수소공급장치를 도시한 구성도로서, 일반적인 고압 방식을 채택한 연료전지 차량의 수소 저장 및 공급을 위한 시스템을 보여주고 있다.1 is a configuration diagram illustrating a hydrogen supply apparatus of a fuel cell vehicle, and illustrates a system for storing and supplying hydrogen of a fuel cell vehicle employing a general high pressure method.

연료전지 차량의 수소탱크(10)에서 연료전지 스택(30)까지는 도 1에 도시한 부품들로 구성되어 있으며, 수소탱크(10)의 입출구에는 솔레노이드 밸브(11)가 위치하여 수소의 출입을 통제하며, 또한 수소탱크(10)의 온도 상승시에 수소를 외부로 배출시켜주는 밸브 장치(TPRD, Thermal-activated Pressure Relief Device)(12)가 구비된다. The hydrogen tank 10 of the fuel cell vehicle to the fuel cell stack 30 is composed of the components shown in FIG. 1, and the solenoid valve 11 is positioned at the inlet and outlet of the hydrogen tank 10 to control hydrogen in and out. In addition, a valve device (TPRD, Thermal-activated Pressure Relief Device) 12 for discharging hydrogen to the outside when the temperature of the hydrogen tank 10 rises is provided.

수소탱크(10)의 수소는 압력 레귤레이터, 즉 고압 및 저압 레귤레이터(16,24)를 이용해 2차에 걸쳐 감압하여 연료전지 스택(30)으로 공급되는데, 각 압력 레귤레이터(16,24)의 출구측에는 압력 레귤레이터의 고장시 연료전지 스 택(30) 및 저압 부품의 보호를 위하여 상승된 레귤레이터 출구압을 외부로 배출시키는 안전밸브(PRV, Pressure Relief Valve)(17,25)가 적용된다. Hydrogen of the hydrogen tank 10 is supplied to the fuel cell stack 30 by pressure reduction, that is, the high pressure and low pressure regulators 16 and 24 are reduced in two times, and the outlet side of each pressure regulator 16 and 24 is provided. In order to protect the fuel cell stack 30 and the low pressure component in the event of a failure of the pressure regulator, safety valves (PRVs) 17 and 25 for discharging the elevated regulator outlet pressure to the outside are applied.

그 외 고압 배관 등의 파손으로 인해 수소탱크(10)에서 과유량 수소 방출시 수소 흐름을 차단하는 과유량 방지 밸브(EFV, Excess Flow Valve)(14), 공급되는 수소의 개폐를 담당하는 솔레노이드 밸브(23)도 구비된다. 또한 연료전지 스택(30)에서 사용된 수소는 수소 재순환 블로워 또는 이젝터 시스템(27)을 통해 연료전지 스택으로 재순환시켜 사용함으로써 수소 이용률을 높여주게 된다.In addition, an overflow prevention valve (EFV) 14 which blocks the flow of hydrogen when the excess flow hydrogen is released from the hydrogen tank 10 due to breakage of the high pressure pipe, etc., and a solenoid valve that is responsible for opening and closing the supplied hydrogen. 23 is also provided. In addition, the hydrogen used in the fuel cell stack 30 is recycled to the fuel cell stack through the hydrogen recycle blower or the ejector system 27 to increase the hydrogen utilization rate.

상기와 같은 압축 수소를 적용한 수소공급장치에서는 앞서 언급한 바와 같이 2개의 압력 레귤레이터(16,24)가 적용되는데, 압력 레귤레이터의 개략적인 구조는 첨부한 도 2에 나타낸 바와 같으며, 기본적인 작동 원리는 다음과 같다.In the hydrogen supply apparatus using the compressed hydrogen as described above, two pressure regulators 16 and 24 are applied as mentioned above. The schematic structure of the pressure regulator is shown in FIG. As follows.

수소 입구부쪽의 스프링1(16a)이 메인밸브(16c)를 들어올리는 힘 및 압력에 의해 메인밸브를 들어올려 메인밸브와 밸브시트(16d)가 가까워지도록 하는 힘 P1, P2와, 스프링2(16b)가 메인밸브를 아래로 미는 힘 및 압력이 메인밸브를 아래로 밀어 메인밸브와 밸브시트가 멀어지도록 하는 힘 P3가 평형을 이루게 된다. 이때, 지나가는 수소의 유량에 따라 메인밸브와 밸브시트 사이의 간격이 힘의 평형에 의해 조정되어 출구압이 일정하게 유지되도록 하는 원리이다. Spring 1 (16a) on the hydrogen inlet side lifts the main valve by the force and pressure to lift the main valve (16c) to bring the main valve and the valve seat (16d) closer, and the spring 2 (16b). Force and pressure pushing the main valve downward push the main valve downwards so that the main valve and the valve seat move away from each other. At this time, the interval between the main valve and the valve seat is adjusted by the balance of the force in accordance with the flow rate of the hydrogen passing through the principle that the outlet pressure is kept constant.

이러한 압력 레귤레이터에서 압력을 유지하기 위해 가장 중요하게 관리되어야 하는 부분이 메인밸브(16c)와 밸브시트(16d)이다. 메인밸브와 밸브시트는 항상 청결한 상태로 유지되어야만 일정한 간격을 유지할 수 있으며, 또한 일정한 출구압을 유지할 수 있다. 따라서, 레귤레이터 입구부에는 이물질이 혼입되지 않도 록 미세한 연료필터(16e)가 적용되어 있다.In this pressure regulator, the most important parts to maintain pressure are the main valve 16c and the valve seat 16d. Main valves and valve seats must be kept clean at all times to maintain a constant gap and maintain a constant outlet pressure. Therefore, the fine fuel filter 16e is applied to the regulator inlet so that foreign matters do not mix.

그러나, 압력 레귤레이터에서는, 연료인 수소에 수분이 포함되어 있는 상태에서, 수소 공급유량이 없이 영하의 온도에 장시간 방치될 경우, 압력을 감압하는 부분인 메인밸브/밸브시트 부분에 미량의 수분이 동결되어 미세한 틈이 생길 수 있고, 이때 고압측에서 저압측으로 수소가 지나갈 수 있어 저압으로 유지되어야 할 부분의 압력이 상승할 수 있다.However, in the pressure regulator, when water is contained in hydrogen as fuel, when a small amount of water is left at sub-zero temperatures without hydrogen supply flow rate, a small amount of water is frozen in the main valve / valve seat portion, which is a pressure reducing part. As a result, a minute gap may occur, and at this time, hydrogen may pass from the high pressure side to the low pressure side, thereby increasing the pressure of the portion to be maintained at low pressure.

상기한 현상을 크립(creep)이라고 하는데, 이는 일반적인 압력 레귤레이터의 특성이다. 저압으로 유지되어야 할 부분에 과압의 수소 압력이 형성될 경우, 안전밸브에 의해 수소가 외부로 배출될 수 있으며, 일반적으로 저압 부품 및 연료전지 스택의 보호를 위하여 차량의 시동 또한 제한하도록 하고 있다. This phenomenon is called creep, which is a characteristic of a general pressure regulator. When an overpressure of hydrogen is formed at a portion to be maintained at low pressure, hydrogen may be discharged to the outside by a safety valve, and generally, the start of the vehicle is also limited to protect the low pressure component and the fuel cell stack.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 연료전지 차량의 저온 시동시에 압력 레귤레이터에서 메인밸브와 밸브시트 사이의 수분 동결로 인해 압력 레귤레이터의 출구압이 상승하여 초래되는 차량 시동 불능 현상을 해소할 수 있는 연료전지 차량의 수소공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been invented in view of the above, and the vehicle is started due to an increase in the outlet pressure of the pressure regulator due to water freezing between the main valve and the valve seat in the pressure regulator during low temperature start-up of the fuel cell vehicle. It is an object of the present invention to provide a hydrogen supply device of a fuel cell vehicle that can solve the impossible phenomenon.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 일 실시예로서, 수소의 압력을 조절하여 공급하는 압력 레귤레이터(16)를 포함하는 연료전지 차량의 수소공급장치에 있어서, 상기 압력 레귤레이터(16)의 출구측 라인에 배기 라인(19)이 분기되어 설치되고, 상기 배기 라인(19)에 연료전지 차량의 시동 초기시 레귤레이터 출구측 수소를 배출하기 위한 밸브(20)를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, in one embodiment, in the hydrogen supply apparatus of the fuel cell vehicle including a pressure regulator 16 for supplying by adjusting the pressure of hydrogen, the pressure regulator 16 of the The exhaust line 19 is branched to the outlet side line, and the exhaust line 19 is provided with a valve 20 for discharging hydrogen at the regulator outlet side at the start of the start of the fuel cell vehicle.

또한 본 발명은, 다른 실시예로서, 수소의 압력을 조절하여 공급하는 압력 레귤레이터를 포함하는 연료전지 차량의 수소공급장치에 있어서, 상기 압력 레귤레이터의 입구측 전단에 수소탱크에서 공급되는 수소의 수분을 제거해주는 수분제거기를 구비하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention, in the hydrogen supply device of a fuel cell vehicle including a pressure regulator for supplying the pressure of the hydrogen by adjusting the pressure, the moisture of the hydrogen supplied from the hydrogen tank in front of the inlet side of the pressure regulator Characterized in that it comprises a moisture remover to remove.

이에 따라, 본 발명의 수소공급장치에 의하면, 차량 시동 초기시에 압력 레 귤레이터의 출구측 압력을 블리드 밸브를 통해 배출하여 출구압을 정상 압력 범위에 있도록 함으로써, 연료전지 차량의 저온 시동시에 압력 레귤레이터의 출구압이 상승하여 초래되는 차량 시동 불능 현상을 해소할 수 있게 된다.Accordingly, according to the hydrogen supply apparatus of the present invention, the outlet pressure of the pressure regulator is discharged through the bleed valve at the initial stage of vehicle startup so that the outlet pressure is within the normal pressure range, The inability to start the vehicle caused by an increase in the outlet pressure of the pressure regulator can be eliminated.

또한 수분제거기를 압력 레귤레이터의 입구측 전단에 장착함으로써, 수소 공급의 압력 강하를 방지할 수 있으며, 충분한 수소 공급유량도 확보할 수 있게 된다. 특히, 상기 수분제거기가 압력 레귤레이터로 유입될 수 있는 수분을 제거해주므로 겨울철 영하 시동시에 수분이 동결되어 연료전지 차량의 저온 시동성이 저하되는 문제를 해소할 수 있다.In addition, by attaching the water remover at the front end of the inlet side of the pressure regulator, it is possible to prevent the pressure drop of the hydrogen supply and to ensure a sufficient hydrogen supply flow rate. In particular, since the moisture remover removes moisture that may flow into the pressure regulator, the moisture is frozen during the subzero startup in winter, thereby solving the problem of low temperature startability of the fuel cell vehicle.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 연료전지 차량의 저온 시동시에 수소공급장치의 압력 레귤레이터(고압 레귤레이터)에서 메인밸브와 밸브시트 사이의 수분 동결로 인해 압력 레귤레이터의 출구압이 상승하여 초래되는 차량 시동 불능 현상을 해소하기 위한 것이다. The present invention is to solve the inability to start the vehicle caused by the rise of the outlet pressure of the pressure regulator due to the freezing of water between the main valve and the valve seat in the pressure regulator (high pressure regulator) of the hydrogen supply device at low temperature start-up of the fuel cell vehicle It is for.

압력 레귤레이터에서 이물질의 혼입은 연료필터를 통해 해결할 수 있으나, 겨울철 수분이 포함된 연료(수소)가 공급되는 경우 메인밸브와 밸브시트 사이의 물이 동결되어 압력 레귤레이터의 정상적인 작동을 방해할 수 있다. 이처럼 이물질이나 미량의 수분 동결로 인해 유량이 없을 경우(차량 키 오프시) 압력 레귤레이터 출구압이 서서히 상승하는 현상을 크립이라고 하며, 이는 수분이 포함된 연료가 영 하의 온도에 방치될 때 주로 발생한다. The mixing of foreign substances in the pressure regulator can be solved through the fuel filter. However, when fuel (hydrogen) containing moisture in winter is supplied, water between the main valve and the valve seat may freeze and interfere with the normal operation of the pressure regulator. When there is no flow rate due to foreign matter or a small amount of water freezing (when the vehicle is turned off), a creep is a phenomenon in which the pressure regulator outlet pressure gradually rises, which is mainly caused when the fuel containing water is left at subzero temperature. .

이에 따라, 본 발명에서는 겨울철 연료 내 수분으로 인한 압력 레귤레이터의 크립 발생시에 차량 시동 방법에 대한 방안을 제시한다.Accordingly, the present invention proposes a method for starting the vehicle at the time of creep of the pressure regulator due to moisture in the fuel in winter.

수소저장용기인 수소탱크(10) 내로 수분이 들어올 수 있는 원인으로는, 다습한 지역에서 수소충전회수 누적에 따라 충전노즐과 차량의 충전 리셉터클(13) 결합부를 통해 수분이 유입될 수 있다. 또한 수소가스를 생산하는 방식에 따라 수소 연료 내에 포함된 수분의 양이 다르고, 수소가스에 포함된 수분이 수소탱크 내부에서 충전/방전을 반복함에 따라 온도 차이에 의해 수분이 응축되어 수소탱크 내부에 남아 있을 수 있을 것으로 판단된다.Moisture may be introduced into the hydrogen tank 10, which is a hydrogen storage container, and moisture may be introduced through the charging nozzle and the coupling of the charging receptacle 13 of the vehicle according to the accumulation of the number of hydrogen charges in a humid region. In addition, the amount of water contained in the hydrogen fuel is different according to the method of producing hydrogen gas, and as the water contained in the hydrogen gas is repeatedly charged / discharged in the hydrogen tank, the water is condensed due to temperature difference, I believe it will remain.

위의 두 경우에 모두 수소탱크 내부의 수분을 근본적으로 제거하는 것은 어려우며, 수분을 인위적으로 제거하거나 수분이 동결된 상태에서도 정상적인 기능을 수행할 수 있도록 시스템이 구성되어야 한다.In both cases, it is difficult to fundamentally remove the water in the hydrogen tank, and the system must be configured to perform normal functions even when the water is artificially removed or the water is frozen.

크립 현상 발생시 차량 시동을 위한 첫 번째 방법으로는, 압력 레귤레이터의 후단에 블리드(bleed) 밸브를 적용하여, 외부 기온이 압력이 상승하는 크립 현상의 발생 가능성이 있는 영하의 온도일 경우, 시동 초기에 압력 레귤레이터의 출구측 압력을 0.5 ~ 1초 정도 상기 블리드 밸브를 통해 자동 배출시킴으로써, 출구압을 정상 압력 범위에 있도록 한 후 시동 프로세스를 진행하는 것이다.The first method for starting the vehicle in the event of a creep is to apply a bleed valve at the rear of the pressure regulator so that if the outside air temperature is below zero below the potential for creep to rise in pressure, The outlet pressure of the pressure regulator is automatically discharged through the bleed valve for about 0.5 to 1 second, so that the outlet pressure is in the normal pressure range, and then the starting process is performed.

크립 현상은 차량이 시동되어 수소 공급유량이 있게 되면 더 이상 나타나지 않으며, 이때 정상 출구압을 유지할 수 있기 때문에, 시동 초기 블리드 밸브를 통해 수소를 일시적으로 배출하는 것으로 충분한 효과를 볼 수 있다.The creep phenomenon no longer occurs when the vehicle is started and the hydrogen supply flow rate is maintained. At this time, it is possible to maintain the normal outlet pressure, so that the hydrogen is temporarily discharged through the initial bleed valve at the start.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 수소공급장치를 나타낸 도면으로, 압력 레귤레이터(고압 레귤레이터)(16)의 출구측 라인에 별도의 배기(vent) 라인(19)을 분기하여 설치하고, 이 배기 라인(19)에 블리드 밸브(20)를 설치한다. 상기 블리드 밸브(20)로는 제어기(도시하지 않음)의 제어신호에 의해 개폐 구동이 가능한 전자식 밸브(21), 즉 솔레노이드 밸브를 설치하며, 바람직하게는 상기 솔레노이드 밸브(21)의 출구측에 오리피스부(22)를 설치하여 구성한다. FIG. 3 is a view showing a hydrogen supply device according to the present invention, in which a separate vent line 19 is branched and installed at an outlet side line of a pressure regulator (high pressure regulator) 16. Install the bleed valve 20 in (19). The bleed valve 20 is provided with an electronic valve 21, that is, a solenoid valve, which can be opened and closed by a control signal of a controller (not shown). Preferably, an orifice portion is provided at an outlet side of the solenoid valve 21. (22) is installed and configured.

상기 블리드 밸브(20)에서는 출구측에 작은 구경의 출구를 가지는 오리피스를 적용함으로써 배관 내의 수소가 급격히 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 블리드 밸브(솔레노이드 밸브)(20)의 열림 시간 및 오리피스부(22)의 출구 구경을 최적화하여 과량의 수소가 배기되지 않도록 할 필요가 있다. 상기 오리피스부의 출구 구경은 0.3mm ~ 3mm 정도로 하는 것이 바람직하다.In the bleed valve 20, an orifice having an outlet having a small diameter on the outlet side can be prevented from rapidly discharging hydrogen in the pipe. At this time, it is necessary to optimize the opening time of the bleed valve (solenoid valve) 20 and the outlet diameter of the orifice portion 22 so that excess hydrogen is not exhausted. The outlet diameter of the orifice portion is preferably about 0.3mm to 3mm.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 압력 레귤레이터(16)의 출구단에 있는 압력센서(18)를 통하여 블리드 밸브(20)의 열림 시간을 조절할 수도 있다. 즉, 차량 시동시에 제어기가 상기 압력센서(18)의 신호를 입력받아, 압력이 설정 임계치(예, 11bar) 보다 클 경우, 블리드 밸브(20)에 전원을 인가하여 열어주고, 이어 압력이 상기 설정 임계치 이하의 정상 압력범위(예, 9 ~ 11bar)가 되면, 정상 시동 프로세스로 넘어가도록 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the opening time of the bleed valve 20 may be adjusted through the pressure sensor 18 at the outlet end of the pressure regulator 16. That is, the controller receives the signal of the pressure sensor 18 at the time of starting the vehicle, when the pressure is greater than the set threshold (eg, 11 bar), by applying power to the bleed valve 20 to open, and then the pressure is When the normal pressure range (eg 9 to 11 bar) is below the set threshold, proceed to the normal start-up process.

상기한 블리드 밸브를 적용하지 않고 연료전지 스택(30)의 후단에 있는 수소 배기용 솔레노이드 밸브(28)를 통해 수소를 배기하는 것은 두 가지 문제점을 가진다.Exhausting hydrogen through the hydrogen exhaust solenoid valve 28 at the rear end of the fuel cell stack 30 without applying the bleed valve described above has two problems.

우선, 압력 레귤레이터(16)의 출구압이 높은 상태에서, 상기 솔레노이드 밸브(28)를 통해 수소가 통과하도록 하기 위해 수소 재순환 라인의 솔레노이드 밸브(26)를 개방할 경우, 저압에서 사용되는 부품들이 높은 압력을 공급받아 부품 고장을 일으킬 수 있고, 심지어는 스택 내부 전해질막에 치명적인 손상을 줄 수도 있다. 또한 기존 솔레노이드 밸브의 출구 구경이 8 ~ 10mm의 내경을 가지기 때문에, 솔레노이드 밸브의 개방시 과량의 수소가 빠져나가면서 수소 라인의 압력이 급격히 낮아지고, 결국 차량 시동이 가능한 수소 라인 압력 범위를 벗어날 수 있다.First, when the solenoid valve 26 of the hydrogen recirculation line is opened to allow hydrogen to pass through the solenoid valve 28 in a state where the outlet pressure of the pressure regulator 16 is high, the parts used at low pressure are high. Pressure can cause component failure and even fatal damage to the electrolyte membrane inside the stack. In addition, since the outlet diameter of the existing solenoid valve has an inner diameter of 8 to 10 mm, the excess hydrogen is released when the solenoid valve is opened, and the pressure in the hydrogen line is drastically lowered, which may eventually exceed the hydrogen line pressure range in which the vehicle can be started. have.

본 발명의 다른 실시예로서, 두 번째 방법은 압력 레귤레이터(16)에서 수분의 동결을 방지하기 위해 수분을 선택적으로 제거할 수 있는 수분제거기(15)를 압력 레귤레이터(고압 레귤레이터)(16)의 입구측 전단에 적용하여, 압력 레귤레이터에 수분이 유입되는 것을 차단하는 것이다. In another embodiment of the present invention, the second method comprises a water remover 15 which can selectively remove water to prevent freezing of water in the pressure regulator 16 and at the inlet of the pressure regulator (high pressure regulator) 16. It is applied to the front end to block the inflow of water to the pressure regulator.

수분제거기의 기 개발된 상용품은 현재 압축공기용으로 많이 적용되고 있으며(예, SEAH HighTech 사(社)의 SAHT-MRU-A-B, 주식회사 키스트이엔지의 SUN-DRAIN 등), 내부를 통과하는 압축 가스에서 수분을 포집한 뒤 포집된 수분을 외부로 자동 배출하도록 구성된다. The pre-developed commodity of the moisture remover is currently applied for compressed air (eg SAHT-MRU-AB of SEAH HighTech, SUN-DRAIN of KIST ENG), and compressed gas that passes through the inside. After collecting the moisture from the configured to automatically discharge the collected moisture to the outside.

기본적인 작동상태로서, 상용의 수분제거기는 압축 가스가 냉각실을 통과할 때 내부의 특수 구조에 의해 온도를 급강하시켜 가스 내 수분을 분리하며, 분리된 수분은 아래쪽의 오토 드레인으로 자동 배출되도록 하여 수분이 없는 건조한 가스만을 배출시키는 구조로 되어 있다(SEAH HighTech의 SAHT-MRU-A-B). 이러한 수분제거기의 상용품은 최적화를 통해 압축수소용으로도 적용이 가능하다. As a basic operating condition, commercial moisture remover drops the temperature in the gas by dropping the temperature by the special structure inside when the compressed gas passes through the cooling chamber, and the separated water is automatically discharged to the auto drain at the bottom. Only dry gas is discharged (SAHT-MRU-AB from SEAH HighTech). The merchandise of this moisture remover can be applied to compressed hydrogen through optimization.

상기와 같이 수분제거기(15)를 압력 레귤레이터(16)의 입구측 전단에 장착함으로써, 수소 공급의 압력 강하를 방지할 수 있으며, 충분한 수소 공급유량도 확보할 수 있게 된다. 특히, 상기 수분제거기가 압력 레귤레이터로 유입될 수 있는 수분을 제거해주므로 겨울철 영하 시동시에 수분이 동결되어 연료전지 차량의 저온 시동성이 저하되는 문제를 해소할 수 있다.By attaching the water remover 15 at the front end of the inlet side of the pressure regulator 16 as described above, the pressure drop of the hydrogen supply can be prevented, and a sufficient hydrogen supply flow rate can be ensured. In particular, since the moisture remover removes moisture that may flow into the pressure regulator, the moisture is frozen during the subzero startup in winter, thereby solving the problem of low temperature startability of the fuel cell vehicle.

도 1은 연료전지 차량의 수소공급장치를 도시한 구성도,1 is a configuration diagram showing a hydrogen supply apparatus of a fuel cell vehicle;

도 2는 압력 레귤레이터의 구조를 나타낸 단면도,2 is a cross-sectional view showing the structure of a pressure regulator;

도 3은 본 발명에 따른 수소공급장치를 나타낸 도면.3 is a view showing a hydrogen supply apparatus according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10 : 수소탱크 16 : 압력 레귤레이터10: hydrogen tank 16: pressure regulator

15 : 수분제거기 20 : 블리드 밸브15: moisture remover 20: bleed valve

21 : 전자식 밸브(솔레노이드 밸브) 22 : 오리피스부21: solenoid valve 22: orifice part

Claims (4)

수소의 압력을 조절하여 공급하는 압력 레귤레이터(16)를 포함하는 연료전지 차량의 수소공급장치에 있어서,In the hydrogen supply apparatus of a fuel cell vehicle comprising a pressure regulator (16) for supplying by adjusting the pressure of hydrogen, 상기 압력 레귤레이터(16)의 출구측 라인에 배기 라인(19)이 분기되어 설치되고, 상기 배기 라인(19)에 연료전지 차량의 시동 초기시 레귤레이터 출구측 수소를 배출하기 위한 블리드 밸브(20)가 구비되며, An exhaust line 19 is branched at an outlet line of the pressure regulator 16, and a bleed valve 20 for discharging hydrogen at the regulator outlet side at the initial start of the fuel cell vehicle is provided at the exhaust line 19. Equipped, 상기 압력 레귤레이터(16)의 출구단에 압력센서(18)를 구비하고, 제어기가 시동 초기시 상기 압력센서(18)에 의해 검출된 레귤레이터 출구압이 설정 임계치를 초과하여 정상범위를 벗어나는 경우 상기 블리드 밸브(20)를 개방하여, 압력 레귤레이터 출구측 압력을 배출시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 저온 시동성 향상을 위한 연료전지 차량의 수소공급장치.A pressure sensor 18 is provided at the outlet end of the pressure regulator 16, and the controller bleeds when the regulator outlet pressure detected by the pressure sensor 18 at the initial stage of startup exceeds the set threshold and out of the normal range. A hydrogen supply device for a fuel cell vehicle for improving cold startability, characterized in that the valve 20 is opened to discharge the pressure regulator outlet side pressure. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 블리드 밸브(20)는 출구측에 오리피스부(22)를 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저온 시동성 향상을 위한 연료전지 차량의 수소공급장치.The bleed valve 20 is a hydrogen supply device for a fuel cell vehicle for improving low-temperature startability, characterized in that the orifice portion 22 is installed on the outlet side. 삭제delete 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 압력 레귤레이터(16)의 입구측 전단에 수소탱크(10)에서 공급되는 수소의 수분을 제거해주는 수분제거기(15)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 저온 시동성 향상을 위한 연료전지 차량의 수소공급장치.Hydrogen supply device for a fuel cell vehicle for improving low-temperature start-up, characterized in that it further comprises a water remover 15 for removing the water of the hydrogen supplied from the hydrogen tank 10 in front of the inlet side of the pressure regulator 16 .
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