KR100974756B1 - Hydrogen supply chamber using multi-ejector and hydrogen supply assembly comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버의 구조 및 이를 포함한 수소 공급 어셈블리에 관한 것으로서, 연료전지 차량의 운전시 변화하는 각 부하에 따른 수소 공급 및 수소 재순환이 가능하도록 멀티 이젝터를 포함하는 수소 공급 시스템을 제공하며, 이러한 멀티 이젝터의 각각의 이젝터가 사용될 수 있도록 대응하여 연결된 수소 공급 챔버 구조와 상기 수소 공급 챔버 구조의 각 챔버를 개폐하는 기계식 밸브를 포함한 구성을 제공하여, 요구 부하에 대한 적절한 이젝터를 압력의 변화에 따라 선택적으로 제어가능하도록 구성된 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버의 구조 및 이를 포함한 수소 공급 어셈블리를 제공한다.The present invention relates to a structure of a hydrogen supply chamber using a mechanical valve for a multi ejector of a hydrogen recycle system, and a hydrogen supply assembly including the same, to enable hydrogen supply and hydrogen recycling according to each load changed during operation of a fuel cell vehicle. Providing a hydrogen supply system including a multi ejector, and providing a configuration including a hydrogen supply chamber structure correspondingly connected to each ejector of the multi ejector and a mechanical valve for opening and closing each chamber of the hydrogen supply chamber structure The present invention provides a structure of a hydrogen supply chamber using a mechanical valve for a multi ejector of a hydrogen recirculation system configured to selectively control an appropriate ejector for a required load according to a change in pressure, and a hydrogen supply assembly including the same.
특히 본 발명에서는 이러한 목적을 달성하기 위한 구체적 구성으로서, 수소 가스가 유입되는 주입유로와, 상기 주입유로에 연결되며, 하부에 연결공이 형성된 제1챔버와, 상기 제1챔버로부터 제1이젝터로 연결된 제1연결유로와, 상기 제1챔버의 하부에 형성된 하나 이상의 보조챔버로서, 상기 보조챔버가 두 개 이상인 경우 최하단의 보조챔버를 제외한 나머지 보조챔버의 하단에는 그 하측의 보조챔버와 연결되도록 연결공이 형성되는 하나 이상의 보조챔버와, 상기 하나 이상의 보조챔버에서, 각 연결공에 대응하여 연결공 상측의 챔버 내 압력 변화에 따라 개폐되도록 구성된 하나 이상의 기계식 밸브와, 상기 하나 이상의 보조챔버 중 각 보조챔버를 대응하는 이젝터로 연결하는 하나 이상의 보조연결유로로, 이루어지는 특징적 구성 을 통하여 구성의 단순화로 인한 부피 감소와 생산시 비용절감의 효과는 물론, 이러한 단순화된 구성에도 불구하고 높은 신뢰성을 갖는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 제공한다. Particularly, in the present invention, as a specific configuration for achieving the above object, an injection channel into which hydrogen gas is introduced, a first chamber connected to the injection channel, and having a connection hole formed at a lower portion thereof, are connected to the first ejector from the first chamber. One or more auxiliary chambers formed in the lower portion of the first connection channel and the first chamber, and in the case where there are two or more auxiliary chambers, a connection hole is connected to the lower auxiliary chamber at the lower end of the auxiliary chamber except the lower auxiliary chamber. One or more auxiliary chambers formed in the one or more auxiliary chambers, the one or more mechanical valves configured to open and close according to pressure changes in the chamber above the connection holes corresponding to each connection hole, and each of the one or more auxiliary chambers. One or more auxiliary connection paths to the corresponding ejector, In addition to the effect of volume reduction and cost savings in production due to the simplification, the hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recycling system with high reliability despite the simplified configuration is provided.
연료전지, 수소 재순환, 이젝터, 멀티 이젝터, 기계식 밸브 Fuel Cell, Hydrogen Recirculation, Ejector, Multi Ejector, Mechanical Valve
Description
본 발명은 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 구조 및 이를 포함한 수소 공급 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 차량에 사용되는 수소연료전지 시스템에서 연료인 수소가스를 연료전지 스택에 공급하고 잔여 수소가스를 재순환하도록 하는 멀티 이젝터를 포함하는 수소 재순환 시스템에 있어서, 차량의 출력요구에 따른 수소 공급 유량의 변화에 대응하여 최적의 성능 확보가 가능하도록 적절한 이젝터에 대하여 선택적으로 수소를 공급하기 위한 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 구조 및 이를 포함한 수소 공급 어셈블리에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen supply structure using a mechanical valve for a multi ejector of a hydrogen recirculation system and a hydrogen supply assembly including the same. Hydrogen recirculation system including a multi-ejector for supplying a stack and recycling residual hydrogen gas, the hydrogen selectively to the appropriate ejector to ensure optimum performance in response to changes in the hydrogen supply flow rate according to the vehicle output requirements The present invention relates to a hydrogen supply structure using a mechanical valve for a multi ejector for supplying a hydrogen supply assembly and a hydrogen supply assembly including the same.
최근 화석에너지 자원의 고갈과 함께 찾아온 고유가 시대에 대체 에너지에 관한 관심이 높아지고 있으며, 특히 자동차 분야에서 내연기관 자동차를 대체할 수 있는 것으로 연료전지 차량이 주목받고 있다.Recently, interest in alternative energy is increasing in the era of high oil prices, which have been accompanied by exhaustion of fossil energy resources, and fuel cell vehicles are drawing attention as being able to replace internal combustion engine cars in the automobile field.
연료전지 차량은 수소를 연료로 하여 연료전지 스택(Stack)에서 공기 중의 산소와 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 차량이다. 연료전지 차량의 연료인 수소는 가스 상태에서 그 부피가 매우 크므로, 한번 충전하여 충분한 주행거리를 달성하기 위해서 고압 가스나 액체 수소 또는 금속수소화물 형태로 저장하는 방법이 연구되고 있다. 이 중 350bar 또는 700bar의 고압 수소연료탱크에 고압 수소 가스를 저장하는 방법에 있어서, 상기 고압 수소 가스를 바로 연료전지 스택에 공급할 수 없으므로 통상 2단계에 걸쳐 압력을 낮추어 저압(통상 1bar 미만)의 수소 가스를 상기 연료전지 스택에 공급하는데, 감압된 저압의 수소 가스는 이젝터(Ejector)를 통해 연료전지 스택으로 공급되어 상기 연료전지 스택에 공급된 공기 중 산소와 반응하여 전기 에너지를 생성한다.A fuel cell vehicle is a vehicle that generates electric energy by reacting oxygen with air in a fuel cell stack using hydrogen as a fuel. Since hydrogen, the fuel of a fuel cell vehicle, has a very large volume in a gas state, a method of storing it as a high-pressure gas, liquid hydrogen, or metal hydride in order to achieve a sufficient driving distance by charging once has been studied. In the method of storing high pressure hydrogen gas in the high pressure hydrogen fuel tank of 350 bar or 700 bar, since the high pressure hydrogen gas cannot be directly supplied to the fuel cell stack, the pressure is generally reduced in two stages so that the hydrogen of the low pressure (typically less than 1 bar) is reduced. Gas is supplied to the fuel cell stack, and the reduced pressure hydrogen gas is supplied to the fuel cell stack through an ejector to generate electrical energy by reacting with oxygen in the air supplied to the fuel cell stack.
상기 이젝터는 저압의 수소 가스를 연료전지 스택으로 공급하는 기능 외에, 고압의 수소 가스가 노즐(축소 노즐 또는 축소 확대노즐)을 통과함에 따른 고속의 수소 제트(Jet)가 만드는 저압을 이용하여 스택 내의 미반응 수소 가스를 흡입하여 재순환 시키는 기능을 수행하는 장치로서 고압을 기본으로 갖는 연료전지 시스템에 매우 적합한 구성이다.In addition to the function of supplying low pressure hydrogen gas to the fuel cell stack, the ejector utilizes a low pressure generated by a high-speed hydrogen jet (Jet) as a high pressure hydrogen gas passes through a nozzle (a reduction nozzle or a reduced expansion nozzle). It is a device that performs the function of sucking and recycling unreacted hydrogen gas.
이러한 이젝터는 일반 산업분야에서 널리 사용되고 있는 장치로서, 특히 향상된 성능을 제공하는 멀티 이젝터 방식의 경우, 재료의 문제가 없다면 연료전지 차량에 쉽게 적용하여 사용할 수 있다. 다만 기존 공압 이젝터와 수소를 사용하는 연료전지용 이젝터는 가스의 물성의 차이에 의해 운전 특성이 매우 달라지기 때문 에 적절한 재설계가 필요하다.The ejector is a device widely used in general industrial fields. In particular, in the case of a multi-ejector method that provides improved performance, it may be easily applied to a fuel cell vehicle if there is no material problem. However, the existing pneumatic ejector and fuel cell ejector using hydrogen require a proper redesign because the operation characteristics are very different due to the difference in gas properties.
이젝터의 설계 시에 중요한 요소 중의 하나는 노즐의 형상으로 대부분의 특성이 이러한 노즐의 형상으로부터 결정되며, 이에 대한 가장 중요한 설계 인자는 노즐 목의 크기와 노즐의 상류의 압력이다. 노즐의 형상 중 축소형의 노즐은 아음속 유동으로 저압/저유량에 적합하고 축소 확대 노즐은 초음속 유동을 만들고 고압/고유량에 적합하다. 즉, 노즐 목의 단면적이 크면 많은 유량이 흐를 수 있고 상류압이 클수록 많은 유량이 흐를 수 있으므로, 작은 유량으로 운전할 때에는 이젝터 노즐은 작을수록 효율이 높아지고, 큰 유량 운전 조건에서는 노즐 목이 커져야 한다.One of the important factors in the design of the ejector is the shape of the nozzle, most of which is determined from the shape of the nozzle, the most important design factors for which are the nozzle neck size and the pressure upstream of the nozzle. Among the nozzle shapes, the reduced-type nozzle is suitable for low pressure / low flow rate with subsonic flow, and the reduced-expanded nozzle produces supersonic flow and is suitable for high pressure / high flow rate. In other words, the larger the cross-sectional area of the nozzle neck, the larger the flow rate can flow, the higher the upstream pressure, the larger the flow rate. Therefore, the smaller the ejector nozzle when operating at a lower flow rate, the higher the efficiency, the larger the flow neck operating conditions, the larger the nozzle neck.
수소연료전지 시스템의 설계 포인트는 대부분 높은 출력에 맞추어져 있기 때문에 고유량에 맞춰 이젝터를 설계하여야 하므로, 노즐 목의 단면적을 크게 함이 바람직하다. 하지만 저유량 통과시에 이젝터의 흡입 성능은 극도로 하락하여 그 고유한 성능을 발휘하지 못하게 되므로, 부하 변화가 매우 크고 운전영역도 매우 넓은 연료전지 차량의 경우, 도심 주행에서와 같이 저부하 운전 구간이 많아지게 되어 이젝터의 성능 저하에 따른 스택의 내구성능 및 연비가 저하되는 문제가 발생한다.Since most of the design points of the hydrogen fuel cell system are designed for high power, the ejector should be designed according to a high flow rate, so it is desirable to increase the cross-sectional area of the nozzle neck. However, when the low flow rate passes, the ejector's suction performance is extremely reduced, so that its inherent performance is not exhibited. Therefore, in a fuel cell vehicle having a very large load variation and a large driving range, a low load driving section as in urban driving This increases the durability and fuel economy of the stack due to the performance of the ejector occurs.
따라서, 저부하 운전과 같은 저유량 통과시에는 저유량용 이젝터를 사용하여 재순환량을 확보할 수 있는 기능을 갖는 수소 재순환 시스템의 구성이 요구된다.Therefore, when a low flow rate such as low load operation is passed, a configuration of a hydrogen recirculation system having a function of securing a recycle amount by using a low flow rate ejector is required.
이러한 수소 재순환 시스템의 구성으로서, 이젝터에 노즐목 면적을 조절하는 방식과 멀티 이젝터를 통한 제어 방식이 검토되고 있으나, 노즐목 면적 방식의 경 우 정밀도와 기구적 복잡성으로 인하여 시스템 구현이 매우 힘들며, 멀티 이젝터 방식은 솔레노이드 밸브를 각각의 이젝터 상류에 설치하여 제어해야 하기 때문에 제어가 복잡하고 설계의 자유도가 낮아지는 문제점이 있다.As the configuration of the hydrogen recirculation system, the method of adjusting the nozzle neck area to the ejector and the control method through the multi ejector are examined, but in the case of the nozzle neck area method, the system implementation is very difficult due to the precision and mechanical complexity. The ejector method has a problem in that the control is complicated and the degree of freedom of design is lowered because the solenoid valve must be installed and controlled upstream of each ejector.
이에 본 발명에서는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버의 구조 및 이를 포함한 수소 공급 어셈블리에 있어서, 연료전지 차량의 운전시 변화하는 각 부하에 따른 수소 공급 및 수소 재순환이 가능하도록 멀티 이젝터를 포함하는 수소 공급 시스템을 제공하며, 이러한 멀티 이젝터의 각각의 이젝터가 사용될 수 있도록 대응하여 연결된 수소 공급 챔버 구조와 상기 수소 공급 챔버 구조의 각 챔버를 개폐하는 기계식 밸브를 포함한 구성을 제공하여, 요구 부하에 대한 적절한 이젝터를 압력의 변화에 따라 선택적으로 제어가능하도록 구성된 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버의 구조 및 이를 포함한 수소 공급 어셈블리를 제공한다.Therefore, in the present invention, in the structure of the hydrogen supply chamber using a mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recycle system and the hydrogen supply assembly including the same, the hydrogen supply and the hydrogen recycling according to each load changed during operation of the fuel cell vehicle are possible. Providing a hydrogen supply system including a multi ejector, and providing a configuration including a hydrogen supply chamber structure correspondingly connected to each ejector of the multi ejector and a mechanical valve for opening and closing each chamber of the hydrogen supply chamber structure The present invention provides a structure of a hydrogen supply chamber using a mechanical valve for a multi ejector of a hydrogen recirculation system configured to selectively control an appropriate ejector for a required load according to a change in pressure, and a hydrogen supply assembly including the same.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 구성을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides the following configuration.
본 발명은 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 수소 공급 챔버 구조에 있어서, 수소 가스가 유입되는 주입유로와; 상기 주입유로에 연결되며, 하부에 연결공이 형성된 제1챔버와; 상기 제1챔버로부터 제1이젝터로 연결된 제1연결유로와; 상기 제1챔버의 하부에 형성된 하나 이상의 보조챔버로서, 상기 보조챔버가 두 개 이상인 경우 최하단의 보조챔버를 제외한 나머지 보조챔버의 하단에는 그 하측의 보조챔버와 연결되도록 연결공이 형성되는 하나 이상의 보조챔버와; 상기 하나 이 상의 보조챔버에서, 각 연결공에 대응하여 연결공 상측의 챔버 내 압력 변화에 따라 개폐되도록 구성된 하나 이상의 기계식 밸브와; 상기 하나 이상의 보조챔버 중 각 보조챔버를 대응하는 이젝터로 연결하는 하나 이상의 보조연결유로로; 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 제공한다.The present invention provides a hydrogen supply chamber structure for a multi ejector of a hydrogen recycle system, comprising: an injection passage through which hydrogen gas is introduced; A first chamber connected to the injection channel and having a connection hole formed at a lower portion thereof; A first connection channel connected to the first ejector from the first chamber; At least one auxiliary chamber formed at the bottom of the first chamber, when at least two auxiliary chambers, at least one auxiliary chamber having a connection hole formed at a lower end of the remaining auxiliary chambers except the lower auxiliary chamber so as to be connected to the lower auxiliary chambers. Wow; At least one mechanical valve in the at least one auxiliary chamber configured to open and close in response to a change in pressure in the chamber above the connection hole corresponding to each connection hole; One or more auxiliary connection passages connecting each of the one or more auxiliary chambers to a corresponding ejector; It provides a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recycle system, characterized in that made.
또한, 상기 하나 이상의 보조챔버는 상기 제1챔버 하측에서 수직 방향으로 직렬로 구성되는 직렬형인 것을 특징으로 하는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 제공한다.In addition, the at least one auxiliary chamber provides a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recirculation system, characterized in that in series in the vertical direction from the lower side of the first chamber.
그리고, 상기 하나 이상의 보조챔버는 상기 제1챔버 하측에서 수평 방향으로 병렬로 구성되는 병렬형인 것을 특징으로 하는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 제공한다.In addition, the at least one auxiliary chamber provides a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recirculation system, characterized in that the parallel type is configured in parallel in the horizontal direction below the first chamber.
여기서, 상기 하나 이상의 기계식 밸브 각각은 밸브 시트와 스프링으로 구성되는 NC(Normally closed) 밸브인 것을 특징으로 하는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 제공한다.Here, each of the one or more mechanical valves provides a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recycle system, characterized in that the NC (Normally closed) valve consisting of a valve seat and a spring.
또한, 상기 제1챔버에는 챔버 내 압력을 측정하기 위한 압력 트랜스듀서와 상기 측정된 챔버 내 압력 및 요구 부하에 따라 유입되는 수소 가스의 압력을 조절하는 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 제공한다.In addition, the first chamber further comprises a pressure transducer for measuring the pressure in the chamber and control means for adjusting the pressure of the hydrogen gas flowing in accordance with the measured pressure in the chamber and the required load. It provides a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve for the multi ejector of the system.
그리고, 상기 하나 이상의 기계식 밸브의 스프링 상수는 대응되는 하나 이상의 보조챔버에 연결된 각 이젝터의 노즐목 크기의 증가에 따라 더 큰 스프링 상수 를 갖도록 하여, 압력의 증가에 따라 상기 기계식 밸브가 순차적으로 개방되도록 하는 것을 특징으로 하는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 제공한다.The spring constant of the one or more mechanical valves has a larger spring constant as the nozzle neck size of each ejector connected to the corresponding one or more auxiliary chambers increases, so that the mechanical valve opens sequentially as the pressure increases. It provides a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recycling system.
한편, 본 발명은 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 수소 공급 어셈블리에 있어서, 수소 가스의 압력을 조절하여 공급하는 압력 조절 액츄에이터 어셈블리와; 다수의 이젝터를 갖는 멀티 이젝터와; 상기 멀티 이젝터의 다수의 이젝터에 대응하는 수소 공급 챔버 구조로 이루어지는 수소 공급어셈블리로서, 상기 수소 공급 챔버 구조는 수소 가스가 유입되는 주입유로와; 상기 주입유로에 연결되며, 하부에 연결공이 형성된 제1챔버와; 상기 제1챔버로부터 제1이젝터로 연결된 제1연결유로와; 상기 제1챔버의 하부에 형성된 하나 이상의 보조챔버로서, 상기 보조챔버가 두 개 이상인 경우 최하단의 보조챔버를 제외한 나머지 보조챔버의 하단에는 그 하측의 보조챔버와 연결되도록 연결공이 형성되는 하나 이상의 보조챔버와; 상기 하나 이상의 보조챔버에서, 각 연결공에 대응하여 연결공 상측의 챔버 내 압력 변화에 따라 개폐되도록 구성된 하나 이상의 기계식 밸브와; 상기 하나 이상의 보조챔버 중 각 보조챔버를 대응하는 이젝터로 연결하는 하나 이상의 보조연결유로를; 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 포함한 수소 공급 어셈블리를 제공한다.On the other hand, the present invention is a hydrogen supply assembly for a multi-ejector of the hydrogen recycling system, the pressure control actuator assembly for supplying a regulated pressure of the hydrogen gas; A multi ejector having a plurality of ejectors; A hydrogen supply assembly comprising a hydrogen supply chamber structure corresponding to a plurality of ejectors of the multi ejector, the hydrogen supply chamber structure comprising: an injection passage through which hydrogen gas is introduced; A first chamber connected to the injection channel and having a connection hole formed at a lower portion thereof; A first connection channel connected to the first ejector from the first chamber; At least one auxiliary chamber formed at the bottom of the first chamber, when at least two auxiliary chambers, at least one auxiliary chamber having a connection hole formed at a lower end of the remaining auxiliary chambers except the lower auxiliary chamber so as to be connected to the lower auxiliary chambers. Wow; At least one mechanical valve in the at least one auxiliary chamber, the at least one mechanical valve being configured to open and close in response to a pressure change in the chamber above the connection hole corresponding to each connection hole; One or more auxiliary connection passages connecting each of the one or more auxiliary chambers to corresponding ejectors; It provides a hydrogen supply assembly comprising a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recycle system, characterized in that comprises.
또한, 상기 압력 조절 어셈블리는 하나의 바디에 일체로 구성된 연료 차단 밸브와; 바이패스 밸브와; 압력 조절 액츄에이터와; 상기 연료 차단 밸브로부터 상 기 압력 조절 액츄에이터로 수소 가스가 이송되도록 상기 바디 상에 형성된 정상 유로와; 상기 정상 유로에 연결된 상기 바이패스 밸브의 개폐에 따라 수소 가스가 이송될 수 있도록 상기 바디 상에 형성된 보조 유로로; 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 포함한 수소 공급 어셈블리를 제공한다.The pressure regulating assembly may further include a fuel shutoff valve integrally formed with one body; A bypass valve; A pressure regulating actuator; A normal flow path formed on the body to transfer hydrogen gas from the fuel shutoff valve to the pressure regulating actuator; An auxiliary flow path formed on the body so that hydrogen gas can be transferred according to opening and closing of the bypass valve connected to the normal flow path; A hydrogen supply assembly comprising a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve for a multi ejector of a hydrogen recycle system is made.
여기서, 상기 하나 이상의 기계식 밸브 각각은 밸브 시트와 스프링으로 구성되는 NC(Normally closed) 밸브인 것을 특징으로 하는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 포함한 수소 공급 어셈블리를 제공한다.Here, each of the one or more mechanical valves provides a hydrogen supply assembly including a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recycle system, characterized in that the NC (Normally closed) valve consisting of a valve seat and a spring. do.
또한, 상기 하나 이상의 기계식 밸브의 스프링 상수는 대응되는 하나 이상의 보조챔버에 연결된 각 이젝터의 노즐목 크기의 증가에 따라 더 큰 스프링 상수를 갖도록 하여, 압력의 증가에 따라 상기 기계식 밸브가 순차적으로 개방되도록 하는 것을 특징으로 하는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 포함한 수소 공급 어셈블리를 제공한다.Further, the spring constant of the one or more mechanical valves has a larger spring constant as the nozzle neck size of each ejector connected to the corresponding one or more auxiliary chambers increases, so that the mechanical valve opens sequentially as the pressure increases. A hydrogen supply assembly comprising a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve for multiple ejectors of a hydrogen recycle system is provided.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 구조는 연료전지 차량의 저부하 운전시 발생할 수 있는 이젝터의 성능 저하를 보완할 수 있도록, 부하 변화에 따라 적절한 이젝터 성능을 제공할 수 있는 멀티 이젝터를 포함한 수소 공급 시스템을 효율적으 로 제어할 수 있어 연료전지 차량의 연비 및 스택 내구성을 향상시킨다.As described above, the hydrogen supply structure using the mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recirculation system according to the present invention may compensate for the deterioration of the ejector that may occur during the low load operation of the fuel cell vehicle. Efficient control of hydrogen supply systems, including multiple ejectors, to provide adequate ejector performance, improves fuel economy and stack durability of fuel cell vehicles.
또한, 공급되는 수소 가스의 압력을 조절함에 따라 개폐에 대한 최적 제어가 가능하도록 구현된 기계식 밸브를 통하여 전기식 밸브가 추가되는 것을 제한할 수 있으며 이러한 전기식 밸브를 전기적으로 제어하기 위한 구성도 제외할 수 있어, 구성이 단순화되어 부피 감소와 생산시 비용절감의 효과는 물론, 이러한 단순화된 구성에도 불구하고 높은 신뢰성을 갖는 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 구조를 구현할 수 있다.In addition, it is possible to restrict the addition of the electric valve through the mechanical valve implemented to enable optimal control of opening and closing by adjusting the pressure of the hydrogen gas supplied, and can also exclude the configuration for controlling the electric valve electrically. Therefore, the configuration can be simplified to realize the effect of volume reduction and cost reduction in production, as well as to implement a hydrogen supply structure using a mechanical valve for the multi ejector of a high reliability hydrogen recycle system in spite of this simplified configuration.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 멀티 이젝터를 포함하는 수소 재순환 시스템에 있어서, 멀티 이젝터의 각각의 이젝터에 연결된 수소 공급 챔버와 각 챔버를 개폐하는 기계식 밸브를 포함한 구성을 제공하여 요구 부하에 대한 적절한 이젝터를 압력의 변화에 따라 선택적으로 제어가능하도록 구성된 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버의 구조 및 이를 포함한 수소 공급 어셈블리를 제공한다.In the present invention for achieving the above object, in the hydrogen recycle system including a multi ejector, it provides a configuration including a hydrogen supply chamber connected to each ejector of the multi ejector and a mechanical valve for opening and closing each chamber to meet the required load Provided are a structure of a hydrogen supply chamber using a mechanical valve for a multi ejector of a hydrogen recirculation system configured to selectively control an ejector according to a change in pressure, and a hydrogen supply assembly including the same.
도 1은 연료전지 차량의 수소재순환 시스템을 포함하는 연료전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a configuration of a fuel cell system including a hydrogen recycling system of a fuel cell vehicle.
도 1에 도시된 바와 같이, 수소 탱크에 저장된 고압의 수소 가스가 수소 공급 어셈블리를 통하여 적당한 압력으로 감압되어 연료전지 스택의 연료극으로 공급되고, 공급된 수소 가스는 공기 블로워를 통하여 공기극으로 주입된 공기 중 산소 와 반응한다. 이 때, 반응에 참여하지 못한 수소는 이젝터나 재순환 블로워를 통하여 재순환되어 다시 공급되거나 퍼지 밸브를 통하여 외부로 배출된다.As shown in FIG. 1, the high pressure hydrogen gas stored in the hydrogen tank is decompressed to an appropriate pressure through a hydrogen supply assembly and supplied to the anode of the fuel cell stack, and the supplied hydrogen gas is introduced into the cathode through an air blower. Reacts with heavy oxygen. At this time, the hydrogen that did not participate in the reaction is recycled through an ejector or a recirculation blower and supplied again or discharged to the outside through a purge valve.
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 2는 본 발명의 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버의 구조를 포함한 수소 공급 어셈블리를 도시하고 있다.2 shows a hydrogen supply assembly including the structure of a hydrogen supply chamber using a mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recycle system of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수소 공급 어셈블리(1)는 수소 가스 공급을 제어하는 연료 차단 밸브(Fuel Shut-off Valve: 11), 수소 가스의 공급 압력 제어가 가능한 비례 제어 밸브(12), 수소 가스를 연료전지 스택에 공급하고 미반응 수소를 재순환시키도록 하는 다수의 이젝터(멀티 이젝터: 20), 상기 다수의 이젝터(멀티 이젝터)에 대응하도록 구획된 다수의 챔버(31, 32), 그리고 상기한 각 구성에 연결되어 수소 가스가 유동하는 유로를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the
상기 연료 차단 밸브(11)는 온/오프(On/Off) 제어를 통하여 단순히 수소 가스를 공급 또는 공급 중지시키는 기능을 수행하는 구성으로 수소 탱크 측으로 연결된다.The
또한, 상기 비례 제어 밸브(12)는 밸브의 선형적인 개폐 위치를 조절함에 따라 압력 및 그 압력에 비례하여 연료전지 스택에 공급되는 수소 가스의 유량을 제어가능하도록 하는 구성으로서, 상기 연료 차단 밸브에 연결된 유로를 통하여 수소 가스가 상기 비례 제어 밸브로 이동된다.In addition, the
이 경우, 상기 연료 차단 밸브(11) 및 비례 제어 밸브(12)를 통하여 압력이 조절되어 이동된 수소 가스는 수소 공급 챔버 구조(30)를 통하여 멀티 이젝터(20)로 이동하고, 상기 멀티 이젝터를 통하여 연료전지 스택으로 공급된다.In this case, the hydrogen gas moved by adjusting the pressure through the
본 발명의 구성 중 상기 수소 공급 챔버 구조(30)는 멀티 이젝터(20)의 이젝터 개수에 대응하는 다수의 챔버를 포함하여 구성되는데, 상기 수소 공급 챔버 구조(30)는 저부하 운전시 저압/저유량의 수소 가스가 통과할 수 있도록 별도의 개폐를 위한 밸브 없이 항상 개방되어, 상기 비례 제어 밸브에서부터 대응하는 제1이젝터(21)로 이동되는 수소 가스의 경로 중간에 위치하여 상기 비례 제어 밸브 및 제1이젝터(21)를 연결하는 제1챔버(31)와, 상기 비례 제어 밸브로부터 상기 제1챔버(31)로 수소 가스가 이동 가능하도록 형성된 주입유로(33)와, 상기 제1챔버(31)를 경유한 수소 가스가 상기 제1이젝터(21)를 통하여 배출될 수 있도록 상기 제1챔버(31)와 상기 제1이젝터(21)를 직접 연결하여주는 제1연결유로(34)를 포함한다. 이 경우, 멀티 이젝터 중 상기 제1이젝터(21)는 저유량 운전 조건에 적합한 이젝터로서, 저부하에서 충분한 재순환량(Stoichiometry Ratio: 1.5)을 유지하도록 상기 멀티 이젝터를 구성하는 다수의 이젝터 중 가장 작은 노즐 목을 갖는 것으로 구성한다.In the configuration of the present invention, the hydrogen
또한, 상기 수소 공급 챔버 구조(30)는 상기 제1챔버(31) 외에 멀티 이젝터의 각 이젝터에 대응하는 하나 이상의 보조챔버(제2챔버, 제3챔버 등)를 포함하여 구성하며, 상기 보조챔버는 제1챔버(31) 또는 다른 보조챔버 간 수소 가스의 유동이 가능하도록 온/오프 제어 가능한 중간 밸브를 포함하도록 구성한다.In addition, the hydrogen
도 2는 이러한 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이 용한 수소 공급 구조가 두 개의 챔버와 하나의 중간밸브로 이루어진 경우를 도시하고 있는 것으로, 도 2에 도시된 비례 제어 밸브의 듀티 제어(Duty Control)를 통해, 연료전지 차량의 운전 상태에 따라 변동되는 요구 부하에 따라 상기 비례 제어 밸브에 의한 공급 수소 가스의 압력 제어를 수행하여 상기 제1챔버(31) 내의 설정 압력을 제어할 수 있다. 상기 제1챔버(31)의 하부에는 상기 제1챔버(31)와 분리 구획된 제2챔버(32) 및 상기 제2챔버와 통하는 제1연결공(36)이 형성되고, 상기 제1챔버(31)와 상기 제2챔버(32) 사이에 형성된 제1연결공(36)에는 압력에 따라 온/오프 제어 가능한 제1중간밸브(37)가 설치되어, 상기 비례 제어 밸브를 통하여 공급되는 수소 가스가 상기 제1중간밸브(37)의 온/오프에 따라 제2챔버(32)로도 수소 가스의 유동이 가능하도록 구성된다.FIG. 2 illustrates a case where a hydrogen supply structure using a mechanical valve for a multi ejector of such a hydrogen recirculation system includes two chambers and one intermediate valve, and the duty control of the proportional control valve shown in FIG. Duty control may be performed to control the set pressure in the
상기 제1중간밸브(37)는 제1챔버(31)에 설정되는 소정의 압력 값에 반응하여 기계식으로 개폐되는 밸브로서, 상기 제1중간밸브(37)는 제1연결공(36)에 대응되는 밸브 시트와 상기 밸브 시트의 상하 연동이 가능하도록 하는 스프링을 포함하는 기계식 밸브로 구성할 수 있다. 정상상태에서, 상기 제1중간밸브(37)는 상기 제1연결공(36)이 상기 밸브 시트에 의하여 완전히 닫히도록 구성하고, 상기 비례 제어 밸브에 의한 공급 수소 가스의 압력 제어를 통하여 연동하는 상기 제1챔버(31) 내의 압력이 충분히 증가한 때에는, 상기 제1중간밸브(37)가 개방되어 상기 제1챔버(31) 내의 수소 가스가 상기 제2챔버로 이송되는 NC(Normally closed) 밸브로 구성할 수 있다. 상기 제2챔버(32)는 제2이젝터(22)와 제2연결유로(35)를 통하여 연결되고, 상기 제2이젝터(22)는 상기 제1이젝터(21)에 비하여 고유량 운전에 적합하도록 보 다 많은 수소 공급 유량 및 재순환량을 확보하기 위하여 상기 제1이젝터(21)에 비하여 큰 노즐 목을 갖는 이젝터로 구성한다.The first
또한, 상기 제1중간밸브(37)의 스프링에 대한 스프링 상수를 조절함으로써 적절한 압력에 따른 운전 조건을 자유로이 설정할 수 있다.In addition, by adjusting the spring constant for the spring of the first
따라서, 상기와 같은 수소 공급 어셈블리의 구성에 의하여, 연료전지 차량의 최초 운전시에는 수소 탱크로부터 공급되는 수소 가스가 연료 차단 밸브 및 비례제어밸브를 거쳐 상기 제1챔버(31)를 통해 상기 제1이젝터(21)로부터 연료전지 스택으로 공급되며, 주행 중 보다 고출력이 요구되는 고유량 운전시에는 상기 비례 제어 밸브의 압력 제어를 통하여 상기 제1챔버(31) 내의 압력을 증가시킴으로서 상기 제1중간밸브(37)를 개방하고, 상기 제2챔버(32) 및 이와 연결된 상기 제2이젝터(22)를 통한 연료전지 스택으로의 수소 가스 공급이 가능하도록 구성한다.Therefore, according to the configuration of the hydrogen supply assembly as described above, during the first operation of the fuel cell vehicle, the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank passes through the
이 경우, 상기 제1챔버(31)에는 압력 트랜스듀서(Pressure Transducer: 38)를 배치하여 상기 제1챔버(31) 내의 압력 변화를 측정하도록 구성하고, 상기 압력 트랜스듀서에 의하여 측정되는 압력 변화에 따라 공급되는 수소 가스의 압력 변화를 제어하여 상기 제1중간밸브(37)의 개폐를 조절할 수 있도록 상기 비례 제어 밸브의 듀티 제어를 수행하는 제어 수단을 포함하도록 구성할 수 있다.In this case, a
반면에, 수소 공급 어셈블리의 압력과 유량에 관하여 특정한 관계식을 설정할 수 있으므로, 상기 압력 트랜스듀서가 챔버 내의 압력을 측정하지 않고 스택 입구 압력을 측정하도록 구성하고, 이에 따른 압력 제어를 수행하는 제어 수단을 포함하도록 구성할 수 있다.On the other hand, since specific relations can be set in relation to the pressure and flow rate of the hydrogen supply assembly, the pressure transducer is configured to measure the stack inlet pressure without measuring the pressure in the chamber, and thus control means for performing the pressure control. It can be configured to include.
도 3은 본 발명의 또 다른 바람직한 일실시예를 도시하는 것으로, 고장 모드(Limp Home Mode)로 주행이 가능하도록 구현된 압력 조절 액츄에이터 어셈블리가 포함된 수소 공급 어셈블리를 도시하고 있다.FIG. 3 illustrates another preferred embodiment of the present invention, which illustrates a hydrogen supply assembly including a pressure regulating actuator assembly implemented to enable driving in a fault home mode.
도 3에 도시된 연료 차단 밸브(111), 바이패스 밸브(114), 압력 조절 액츄에이터(PCA: Pressure Control Actuator, 112)를 포함하도록 구성된 압력 조절 액츄에이터 어셈블리(110)는 본건 출원인의 기출원된 대한민국 특허출원 제2008-0060970에 기재된 구성으로서, 상기 압력 조절 액츄에이터(112)의 고장에 대비한 보조유로(115)와 상기 보조유로를 개폐하는 바이패스 밸브(114)에 의하여 고장 모드에서도 일정한 주행이 가능하며, 정상 주행시에도 매우 높은 출력이 요구되는 경우에 상기 바이패스 밸브(114)를 개방하여 높은 출력을 얻을 수 있도록 충분한 연료를 공급할 수 있는 구성이다.The pressure regulating
상기 압력 조절 액츄에이터 어셈블리(110)는 정상 운전시에는 정상 유로(113)를 통하여 수소 가스를 공급하지만, 고장 모드시 또는 고출력 운전시에는 상기 바이패스 밸브를 개방하여 보조유로를 통하여 수소 가스가 유동되도록 구성한다. 상기 보조 유로는 도 3에 도시된 것처럼, A-A 단면을 기준으로 밸브 시트 주위에 형성된 유로를 거쳐 제1챔버(131)로 수소 가스가 공급되도록 구성한다.The pressure regulating
상기 압력 조절 액츄에이터에 연결된 수소 공급 챔버 구조(130)는 도 2에 도시된 것과 마찬가지로 주입유로(133), 제1챔버(131), 상기 제1챔버의 하부에 형성된 제1연결공(136), 제1중간밸브(137), 제2챔버(132), 제1연결유로(134), 제2연결유로(135)를 포함하도록 구성하고, 각각 멀티 이젝터(120)의 제1이젝터(121)와 제2 이젝터(122)로 연결되도록 구성한다.As shown in FIG. 2, the hydrogen
또한, 상기 수소 공급 챔버 구조는 상기 제1챔버(131)에 배치된 압력 트랜스듀서(138)에 의하여 상기 제1챔버(131) 내의 압력 변화를 측정하도록 구성하고, 상기 압력 트랜스듀서에 의하여 측정되는 압력 변화에 따라 공급되는 수소 가스의 압력 변화를 제어하여 상기 제1중간밸브(137)의 개폐를 조절할 수 있도록, 상기 압력 조절 액츄에이터의 유량/압력 제어를 수행하는 제어 수단을 포함하도록 구성할 수 있다.In addition, the hydrogen supply chamber structure is configured to measure the pressure change in the
도 4는 본 발명의 또 다른 바람직한 일실시예로서, 도 3에 도시된 것과 마찬가지로 고장 모드로 주행이 가능하도록 구현된 압력 조절 액츄에이터 어셈블리(210)가 포함된 수소 공급 어셈블리에서 3개의 챔버와 2개의 기계식 밸브를 포함하고, 각각의 수소 공급 챔버는 유량에 따른 3개의 이젝터를 포함한 멀티 이젝터(220)로 대응되도록 연결된 수소 공급 어셈블리를 도시하고 있다.4 is another preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, three chambers and two in a hydrogen supply assembly including a pressure regulating
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 수소 공급 어셈블리의 수소 공급 챔버 구조(230)는 주입유로(234) 및 제1연결유로(235)로 통하는 제1챔버(231)와, 상기 제1챔버(231)의 하부에 형성되어 각 보조연결유로(제2연결유로, 제3연결유로 등)로 연결되는 보조챔버(제2챔버, 제3챔버 등)를 포함한다. 즉, 제1챔버(231) 하측에는 제2연결유로(236)에 연결되는 제2챔버(232)와, 상기 제2챔버(232)의 하단에 형성되고 제3연결유로(237)로 연결되는 제3챔버(233)를 포함하도록 구성된다. 상기 제1챔버(231)와 제2챔버(232)는 도 3에 도시된 것과 동일한 구조이나, 상기 제2챔버(232)의 하단에는 제3챔버(233)로 통하는 제2연결공(239)이 형성되고, 상기 제2 연결공(239)은 제3챔버(233)에 배치된 제2중간밸브(241)를 통하여 제2챔버(232) 내에 설정되는 압력에 따라 상기 제2중간밸브(241)가 개폐되어 제3챔버(233) 및 제3연결유로(237)를 통한 제3이젝터(223)로의 수소 가스 공급이 수행되도록 구성한다.As shown in FIG. 4, the hydrogen
상기 제2중간밸브(241)는 제1연결공(238)에 대응하는 제1중간밸브(240)와 동일한 기계식 밸브로 구성할 수 있다. 즉, 상기 제2중간밸브(241)는 제2연결공(239)에 대응되는 밸브 시트와 상기 밸브 시트의 상하 연동이 가능하도록 하는 스프링을 포함하는 NC(Normally closed) 밸브로 구성하고, 상기 제2챔버(232)에 설정되는 소정의 압력 값에 반응하여, 상기 제2챔버(232) 내의 압력이 충분히 증가한 때에는, 상기 제2중간밸브(241)가 개방되어 상기 제2챔버(232) 내의 수소 가스가 상기 제3챔버(233)로 이송되도록 구성할 수 있다.The second
이 경우, 제1중간밸브의 스프링 상수를 k1이라고 하고, 상기 제2중간밸브의 스프링 상수를 k2라 하는 경우, k1 < k2가 성립하도록 상기 제2중간밸브의 스프링 상수를 충분히 크게 구성하여, 상기 제1중간밸브의 개방 이후에 고유량 운전에 대한 큰 부하 요구에 따라 제2챔버 내에서 더 높은 압력이 형성되는 경우, 제2중간밸브가 개방될 수 있도록 구성한다.In this case, when the spring constant of the first intermediate valve is k1 and the spring constant of the second intermediate valve is k2, the spring constant of the second intermediate valve is sufficiently large so that k1 < After the opening of the first intermediate valve, when the higher pressure is formed in the second chamber according to the large load demand for high flow operation, the second intermediate valve is configured to be opened.
제3이젝터(223)는 제1이젝터(221) 및 제2이젝터(222)에 비하여 가장 큰 노즐 목을 갖도록 구성하고, 상기 제2중간밸브(241)의 개방에 따라 상기 제3챔버(233) 및 상기 제3연결유로(237)로 수소 가스의 유동이 발생하는 경우 상기 제3이젝터(223)를 통하여 연료전지 스택으로 수소 가스를 공급한다.The
도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 수소 공급 어셈블리는 N개(N≥3)의 챔버와 N-1개의 기계식 밸브와 N개의 이젝터를 포함하도록 구성하여, 보다 향상된 성능의 수소 재순환 시스템을 구현할 수 있음을 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자라면 충분히 알 수 있을 것이다.Although not shown in the drawings, the hydrogen supply assembly of the present invention may be configured to include N (N≥3) chambers, N-1 mechanical valves, and N ejectors to implement a hydrogen recycling system with improved performance. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention belongs.
이러한, 다수의 챔버 등을 포함하는 수소 공급 어셈블리의 수소 공급 챔버 구조는 도 5 또는 도 6에 도시된 것처럼 직렬형 또는 병렬형으로 구성할 수 있다.Such a hydrogen supply chamber structure of a hydrogen supply assembly including a plurality of chambers or the like may be configured in series or in parallel as shown in FIG. 5 or FIG. 6.
도 5에 도시된 것은 본 발명의 직렬형 수소 공급 챔버 구조(300)를 도시하고 있는 것으로서, 제1챔버(310) 하부에 제2챔버(320)가 형성되고, 상기 제2챔버(320) 하부에 제3챔버(330)가 형성되도록 하여 챔버 내의 압력 변화에 따라 각 챔버의 중간밸브가 개폐되도록 하는 구성이다.FIG. 5 illustrates a series hydrogen
또한, 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 병렬형 수소 공급 챔버 구조(400)를 도시하고 있으며, 이 경우 제1챔버(410) 하부에 병렬적으로 제2챔버(420), 제3챔버(430), 제4챔버(440)가 배치되도록 구성하고, 각 챔버에는 상기 제1챔버(410)에 형성된 각 챔버로의 연결공 및 이와 대응하는 중간밸브들을 포함하도록 구성할 수 있다. 이 때, 상기 중간밸브들에 포함된 각 스프링들의 스프링 상수는 해당 이젝터의 노즐 목 크기에 따라 적절한 값을 갖도록 설정하여, 챔버 내 압력 증가에 따른 순차적인 개폐가 이루어지도록 형성한다.In addition, as shown in FIG. 6, the parallel hydrogen
이와 같이 구성된 본 발명의 수소 재순환 시스템의 멀티 이젝터에 대한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조 및 이를 포함한 수소 공급 어셈블리는 시스템의 요구 부하에 따라 적절한 연료 공급 성능 및 연료 재순환 성능을 갖는 기계식 밸브에 의하여 작동되는 멀티 이젝터에 대한 수소 공급 어셈블리를 구현할 수 있 다.The hydrogen supply chamber structure using the mechanical valve for the multi ejector of the hydrogen recirculation system of the present invention configured as described above and the hydrogen supply assembly including the same are operated by the mechanical valve having proper fuel supply performance and fuel recirculation performance according to the required load of the system. A hydrogen supply assembly can be implemented for multiple ejectors.
본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.While the invention has been described with reference to the preferred embodiments, those skilled in the art will appreciate that modifications and variations of the elements of the invention may be made without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications may be made to particular circumstances or materials without departing from the essential scope of the invention. Therefore, the invention is not limited to the details of the preferred embodiments of the invention, but will include all embodiments within the scope of the appended claims.
도 1은 연료전지 차량의 수소재순환 시스템을 포함하는 연료전지 시스템의 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system including a hydrogen recycling system of a fuel cell vehicle;
도 2는 본 발명에 의한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 포함한 수소 공급 어셈블리의 단면도.2 is a cross-sectional view of a hydrogen supply assembly including a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve according to the present invention.
도 3 및 도 4는 압력 조절 액츄에이터 어셈블리가 포함된 본 발명에 의한 기계식 밸브를 이용한 수소 공급 챔버 구조를 포함한 수소 공급 어셈블리의 단면도.3 and 4 are cross-sectional views of a hydrogen supply assembly including a hydrogen supply chamber structure using a mechanical valve according to the present invention with a pressure regulating actuator assembly.
도 5는 본 발명의 직렬형 수소 공급 챔버 구조에 대한 투시 사시도.5 is a perspective perspective view of the tandem hydrogen supply chamber structure of the present invention.
도 6은 본 발명의 병렬형 수소 공급 챔버 구조에 대한 투시 사시도.6 is a perspective perspective view of a parallel hydrogen supply chamber structure of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명 ><Description of Symbols Used in Main Parts of Drawings>
110: 압력 조절 액츄에이터 어셈블리 134: 제1연결유로110: pressure regulating actuator assembly 134: first connection passage
120: 멀티 이젝터 135: 제2연결유로120: multi ejector 135: second connection euro
130: 수소 공급 챔버 구조 136: 제1연결공130: hydrogen supply chamber structure 136: first connection hole
131: 제1챔버 137: 기계식 밸브131: first chamber 137: mechanical valve
132: 제2챔버 138: 압력 트랜스듀서132: second chamber 138: pressure transducer
133: 주입유로 133: injection path
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KR20040091685A (en) * | 2002-10-22 | 2004-10-28 | 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 | Fuel cell system |
US7309537B2 (en) | 2003-09-18 | 2007-12-18 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell system with fluid stream recirculation |
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