KR101113652B1 - 연료전지 시스템의 수소공급방법 - Google Patents

연료전지 시스템의 수소공급방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템의 수소공급방법에 관한 것으로서, 연료전지의 고출력 구간에서 스택의 애노드 압력이 낮아지는 문제점을 해결하기 위해, 듀얼 모드 저압 레귤레이터를 이용하여 연료전지의 출력 상태에 따라 수소 공급을 제어하되, 연료전지의 고출력 구간에서는 저압 레귤레이터의 이젝터 수소공급용 밸브를 개방하여, 이를 통해 공급되는 고압 수소에 의해 이젝터가 작동되도록 하고, 이젝터를 통해 수소 재순환 및 스택으로의 수소 공급이 이루어지도록 하는 연료전지 시스템의 수소공급방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명에서는 고출력 구간에서 캐소드와 애노드의 압력 균형 증대, 스택의 안정성 및 내구성 향상, 스택 성능 향상을 도모할 수 있고, 기존 수소 재순환 블로워의 부하를 저감시키면서 소모 전력 감소, 고장 감소 등의 효과를 기대할 수 있다. 또한 시동시에는 연료전지 스택의 후단을 열어놓은 상태에서 이젝터 수소공급용 밸브 등 스택 입구 측의 모든 밸브를 개방해 줌으로써, 대유량의 수소가 스택에 공급되도록 하여 수소/산소 계면을 최소화하고, 스택 내 카본 부식을 효과적으로 방지할 수 있다.
연료전지, 수소공급장치, 듀얼 모드, 저압 레귤레이터, 이젝터, 수소 재순환, 스택, 카본 부식

Description

연료전지 시스템의 수소공급방법{Fuel supply method of fuel cell system}
본 발명은 연료전지 시스템의 수소공급방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 애노드에 연료인 수소를 공급하는 수소공급방법에 관한 것이다.
환경친화적인 미래형 자동차의 하나인 수소 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템은, 반응가스의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 전기화학 반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지 스택의 운전온도를 최적으로 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템, 연료전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 연료전지 시스템 제어기를 포함하여 구성된다.
첨부한 도 1은 일반적인 연료전지 시스템의 구성도로서, 연료전지 스택(10) 과 수소공급장치(20), 공기공급장치(30)가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 수소공급장치(20)는 수소탱크(21), 수소공급밸브(23)(시동/정지용 솔레노이드 밸브), 고압/저압 레귤레이터(22,24), 수소 재순환 블로워(26) 등을 포함하고, 공기공급장치(30)는 공기블로워(31), 가습기(32) 등을 포함한다.
수소공급장치(20)에서는 통상 수소탱크(21)의 고압 수소가 고압 레귤레이터(22)와 저압 레귤레이터(24)를 차례로 거치면서 2단계로 압력 조절되어 연료전지 스택(애노드)(10)로 공급된다. 예컨대, 수소탱크(21)로부터 공급되는 350 bar 또는 700 bar의 고압 수소가 고압 레귤레이터(22)를 통해 약 6 ~ 20 bar의 압력으로 저압 레귤레이터(24)에 유입되며, 저압 레귤레이터(24)에서 다시 약 0.1 ~ 1 bar의 압력으로 낮아져서 스택(10)에 공급된다.
또한 스택(10)의 애노드(연료극/수소극) 출구단에 수소 재순환 블로워(26)를 설치하여 스택의 애노드에서 사용하고 남은 미반응 수소를 다시 애노드로 재순환시킴으로써 수소의 재사용을 도모한다.
공기공급장치(30)에서는 공기블로워(31)에 의해 공급되는 건조한 공기가 가습기(32)를 통과하는 동안 연료전지 스택(10)의 캐소드(공기극/산소극)에서 배출된 습한 배출가스와 수분 교환하여 가습된 뒤 연료전지 스택(캐소드)으로 공급된다.
스택(10)의 애노드 출구단에는 수소 퍼지를 위한 밸브(41)(퍼지용 솔레노이드 밸브)를 구비하여 애노드에 축적된 질소 및 물 등의 이물질을 배출시키며, 또한 상기의 수소퍼지밸브(41)를 통해 배출되는 수소를 배기하기 위한 수소배기장치(42) 가 구비된다.
첨부한 도 2는 시동시 수소공급방법을 나타낸 순서도로서, 시동시 종래의 수소공급장치가 제어되는 상태를 보여주고 있다.
시동시 수소공급장치의 제어상태를 설명하면, 제어기가 키 신호 입력을 통해 시동 온(Key-On)을 검출하게 되면, 수소공급밸브(23)를 개방하여 수소를 공급한다(S1).
이어 스택(10) 후단 측에 장착된 수소퍼지밸브(41)를 펄스 형태로 개폐(펄스 퍼징)하여(S2) 스택의 애노드 내부에 존재하는 질소, 물 등의 이물질을 배출하는 등 수소 배출을 위한 환경을 조성한다.
이후 수소퍼지밸브(41)가 닫힌 상태에서 수소공급밸브(22)를 통해 수소의 공급상태를 유지하여 운전이 이루어지도록 한다(S3,S4).
한편, 연료전지 시스템의 구성에서 수소 재순환 블로워(26)는 스택 출력에 따라 회전수(rpm)가 조절되어 재순환되는 수소의 양을 조절할 수 있다.
그러나, 수소 재순환 블로워에서 모든 재순환 부하를 담당해야 하므로 소모 동력이 많고, 응축수의 유입 등으로 인해 구동 부품인 수소 재순환 블로워의 고장이 자주 발생한다.
또한 저압 레귤레이터(24)는 스택(10)에서 원하는 유량의 수소를 공급할 수 있으나, 저압 레귤레이터의 단독 사용으로 고부하(고출력) 구간에서는 수소의 공급 압력이 낮아져서 스택 성능의 저하를 초래할 수 있다.
첨부한 도 3은 종래의 문제점을 나타낸 도면으로서, 스택의 출력이 증가할수 록 스택의 애노드 압력이 낮아짐을 보여주고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 수소 재순환 블로워가 담당해야 하는 재순환 부하를 줄여 수소 재순환 블로워의 소모 전력 및 고장 발생을 저감시키고, 특히 고출력 구간에서 수소의 공급 압력이 낮아짐으로써 스택 성능의 저하를 초래하던 문제점을 해결할 수 있는 연료전지 시스템의 수소공급방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 저압 레귤레이터로 공급되는 신규 공급 수소의 일부를 바이패스시켜 하기 이젝터로 공급하는 이젝터 수소공급용 밸브와, 상기 이젝터 수소공급용 밸브로부터 공급되는 고압 수소의 부압으로 재순환 수소를 흡입하여 연료전지 스택에 공급하는 이젝터를 구비한 연료전지 시스템에서,
연료전지 운전 중 연료전지 스택의 출력이 설정된 기준치 이상이 되는지를 판정하고, 기준치 이상이 되는 출력 상태이면 상기 이젝터 수소공급용 밸브를 개방하여,
수소 재순환 블로워에 의한 수소 재순환과 동시에 이젝터에 의한 수소 재순환이 실시되도록 하면서, 저압 레귤레이터를 통해 공급되는 수소의 공급 압력과 이젝터를 통해 공급되는 수소의 공급 압력으로 연료전지 스택의 애소드 압력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 수소공급방법을 제공한다.
여기서, 상기 저압 레귤레이터는 이젝터 수소공급용 밸브와 일체로 구성된 듀얼 모드 저압 레귤레이터인 것을 특징으로 한다.
또한 연료전지의 시동시에는 수소공급밸브와 함께 이젝터 수소공급용 밸브를 개방하여 연료전지 스택에 공급되는 수소 공급 유량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연료전지의 시동시에 연료전지 스택 후단의 수소퍼지밸브를 개방한 뒤, 수소공급밸브를 개방하고, 이후 이젝터 수소공급용 밸브의 순으로 개방하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 연료전지 스택의 출력이 기준치 미만의 출력 상태이면, 이젝터 수소공급용 밸브를 차단하여, 저압 레귤레이터를 통한 수소 공급과 함께 수소 재순환 블로워 단독으로 수소 재순환이 실시되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 수소공급방법에 의하면, 시동시에는 연료전지 스택의 후단을 열어놓은 상태에서 이젝터 수소공급용 밸브 등 스택 입구 측의 모든 밸브를 개방하므로 많은 양의 수소가 스택에 유입될 수 있다.
이렇게 대유량의 수소를 스택에 공급할 수 있게 됨으로써 스택의 애노드 내에서 수소/산소 계면을 최소화할 수 있게 되고, 스택 내 카본 부식을 효과적으로 방지할 수 있다.
이로써 스택의 내구성이 가능하며, 대유량의 수소 공급으로 퍼지 횟수도 줄 일 수 있어 시동 시간을 단축하는 효과도 기대된다.
또한 듀얼 모드 저압 레귤레이터를 이용하여 연료전지의 출력 상태에 따라 수소 공급을 제어하되, 연료전지의 고출력 구간에서는 이젝터 수소공급용 밸브를 개방하는 바, 이를 통해 공급되는 고압 수소에 의해 이젝터가 작동하여 수소 재순환을 실시하므로, 기존 수소 재순환 블로워의 부하를 저감시키게 되고, 신규 공급 수소 및 재순환 수소의 공급으로 스택의 애노드에서 압력을 높일 수 있게 된다.
이로써 수소 재순환 블로워의 소모 전력 감소 및 고장 감소, 수소 재순환량 증대, 고출력 구간에서 캐소드와 애노드의 압력 균형 증대, 스택의 안정성 및 내구성 향상, 스택 성능 향상의 효과를 기대할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
첨부한 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수소공급장치의 구성을 나타낸 구성도로서, 반응가스(수소와 공기 중 산소)의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택(10)과 더불어, 수소를 공급하는 수소공급장치(20), 공기를 공급하는 공기공급장치(30)가 도시되어 있다.
수소공급장치(20)는 수소탱크(21), 수소공급밸브(23)(시동/정지용 솔레노이드 밸브), 고압/저압 레귤레이터(22,24), 수소 재순환 블로워(26) 등을 포함하고, 공기공급장치(30)는 공기블로워(31), 가습기(32) 등을 포함한다.
수소공급장치(20)에서는 수소탱크(21)의 고압 수소가 고압 레귤레이터(22)와 저압 레귤레이터(24)를 차례로 거치면서 2단계로 압력 조절되어 연료전지 스택(애노드)(10)로 공급될 수 있도록 되어 있다.
또한 스택(10)의 애노드 출구단에 수소 재순환 블로워(26)를 설치하여 스택의 애노드에서 사용하고 남은 미반응 수소를 다시 애노드로 재순환시킴으로써 수소의 재사용을 도모한다.
공기공급장치(30)에서는 공기블로워(31)에 의해 공급되는 건조한 공기가 가습기(32)를 통과하는 동안 연료전지 스택(10)의 캐소드에서 배출된 습한 배출가스와 수분 교환하여 가습된 뒤 연료전지 스택(캐소드)으로 공급된다.
스택(10)의 애노드 출구단에는 수소 퍼지를 위한 밸브(41)(퍼지용 솔레노이드 밸브)를 구비하여 애노드에 축적된 질소 및 물 등의 이물질을 배출시키며, 또한 상기의 수소퍼지밸브(41)를 통해 배출되는 수소를 배기하기 위한 수소배기장치(42)가 구비된다.
상기와 같은 구성에서 본 발명에 따른 수소공급장치(20)는 고출력 구간에서 수소 재순환량을 증가시켜 주기 위한 이젝터(29)를 포함하고, 또한 저압 레귤레이터(26)로는 이젝터(29)를 사용하기 위해 이젝터 수소공급용 밸브(24a)가 일체로 부착된 듀얼 모드 저압 레귤레이터가 사용된다.
상기 이젝터(29)는 고압의 수소를 공급받아 연료전지 스택(10)으로 연료인 저압의 수소 가스를 공급하는 기능 외에, 고압의 수소가 노즐(축소 노즐 또는 축소 확대노즐)을 통과함에 따른 고속의 수소 제트(jet)가 만드는 압력을 이용해 재순환 수소를 흡입하여 재순환시키는 기능을 수행하는 장치로서, 고압을 기본으로 갖는 연료전지 시스템에 매우 적합하다.
도 4에는 수소 재순환 기능을 가지는 이젝터(29)를 수소 재순환 블로워(26)와는 별도의 재순환 라인에 설치한 실시예가 도시되어 있다. 즉, 연료전지 스택(10)의 애노드 출구단에 제1재순환 라인(27)과 제2재순환 라인(28)이 연결되고, 제1재순환 라인(27)에는 수소 재순환 블로워(26)가, 제2재순환 라인(28)에는 이젝터(29)가 설치되어 있다.
이젝터(29)에는 수소 제트의 형성을 위해 듀얼 모드 저압 레귤레이터(24)에 일체로 구성된 이젝터 수소공급용 밸브(24a)를 통과한 고압의 수소가 공급되며, 이 고압의 수소가 이젝터(29)를 통과하면서 수소 제트를 형성하는 바, 그 부압에 의해 제2재순환 라인(28)을 통해 흡입한 재순환 수소와 혼합된 후 저압으로 스택(10)의 애노드에 공급된다.
기본적으로 연료전지 반응을 위해 연료인 수소가 저압 레귤레이터(24)의 압력조절부를 통과하여 스택(10)에 적합한 압력으로 감압(약 0.1 ~ 1.0 bar)된 후 스택의 애노드에 공급되므로, 이젝터(29)를 통과한 신규 공급 수소 및 재순환 수소는 저압 레귤레이터(24)의 압력조절부를 통과한 신규 공급 수소와 혼합되어 스택(10)에 공급된다.
이에 연료전지 스택(10)의 애노드 전단에는 저압 레귤레이터(24)의 압력조절부를 통과한 수소와 이젝터(29)를 통과한 수소가 혼합되어 저압 상태로 스택(10)에 공급되도록 하는 믹싱챔버(mixing chamber)(25)가 구비될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 듀얼 모드 저압 레귤레이터(24)는 압력조절부를 통해 고압 레귤레이터(22)를 거친 고압의 신규 공급 수소를 스택(10)에 적합한 저압의 수소로 압력을 낮추어 공급하는 기능과 더불어 고압 수소의 일부를 압력조절부를 거치지 않도록 자체적으로 바이패스시켜 이젝터(29)로 공급하게 된다.
여기서, 고압 수소를 이젝터(29)로 바이패스시키도록 하는 구성이 이젝터 수소공급용 밸브(24a)이다. 이젝터 수소공급용 밸브(24a)는 제어기(도시하지 않음)의 제어신호에 따라 개폐동작이 제어되는 전자식 밸브로서, 저압 레귤레이터(24)로 유입된 고압 수소의 일부를 압력조절부를 거치지 않도록 바이패스시키는 내부 유로, 즉 바이패스유로를 가지는 구조로 되어 있다.
따라서, 이젝터 수소공급용 밸브(24a)가 개방되면 내부의 바이패스유로를 통해 고압 수소가 통과하게 되고, 이로써 압력조절부를 거치지 않은 고압 수소의 일부가 이젝터(29)로 공급되게 된다.
첨부한 도 5는 듀얼 모드 저압 레귤레이터를 도시한 사시도로서, 도시된 바와 같이, 듀얼 모드 저압 레귤레이터(24)에 바이패스유로를 가지는 이젝터 수소공급용 밸브(24a)가 일체로 장착되어 있고, 일측과 타측에 수소유입포트(24-1)와 메인수소공급포트(24-3)가 구비된다.
상기 수소유입포트(24-1)는 고압 레귤레이터(22)를 거쳐 1차 압력 조정된 고압의 수소가 유입되는 부분이고, 메인수소공급포트(24-3)는 저압으로 압력이 조정된 수소가 배출되는 부분이다.
듀얼 모드 저압 레귤레이터(24)의 내부에는 수소유입포트(24-1)로 공급되는 고압 수소의 압력을 낮추어주는 압력조절부(미도시됨)가 구비되는데, 압력조절부를 거친 저압의 수소는 메인수소공급포트(24-3)로 배출된 뒤 수소공급라인을 따라 믹싱챔버(25)를 통과한 후 스택(10)의 애노드로 최종 공급되게 된다.
또한 이젝터 연결포트(24-2)가 구비되는데, 이는 이젝터 수소공급용 밸브(24a)를 통과한 고압 수소가 배출되는 부분으로, 이젝터(29)와 수소공급라인을 통해 연결된다. 이로써 이젝터 수소공급용 밸브(24a)가 개방된 상태에서는 수소유입포트(24-1)를 통해 들어온 고압 수소의 일부가 압력조절부를 거치지 않고 이젝터 수소공급용 밸브(24a)의 바이패스유로를 통해 이젝터 연결포트(24-2)로 배출된 뒤 이젝터(29)로 공급될 수 있게 된다.
이하, 상기와 같이 듀얼 모드 저압 레귤레이터를 채용한 수소공급장치를 통해 수소가 공급되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 6은 본 발명에 따른 수소공급방법을 나타내는 순서도로서, 시동시, 저출력 구간, 고출력 구간에서 수소공급장치가 제어되는 상태를 보여주고 있다.
본 발명에서는 제어기가 연료전지 시동시와 고출력(고전류,저부하) 상태, 저출력(고전류,고부하) 상태에 따라 수소공급장치의 각 밸브 및 수소퍼지밸브를 제어하게 된다.
우선, 제어기가 키 신호 입력을 통해 시동 온(Key-On)을 검출하게 되면, 수소공급밸브(23)의 개방에 앞서 스택(10) 후단의 수소퍼지밸브(41)를 먼저 개방한 다(S11).
이어 수소공급밸브(23)를 개방하여 수소 공급을 개시하고(S12), 이어 듀얼 모드 저압 레귤레이터(24)의 이젝터 수소공급용 밸브(24a)를 개방한다(S13). 이때, 스택(10) 후단을 열어놓은 상태에서 스택 입구 측의 모든 밸브를 개방하므로 많은 양의 수소가 스택에 유입될 수 있다(예, 900 ~ 1100 slpm).
특히, 시동시 이젝터 수소공급용 밸브(24a)를 개방하여 이를 통해서도 수소를 공급함으로써 많은 양의 수소를 스택(10)에 공급할 수 있게 되는데, 시동시 스택의 애노드 내에서 카본 부식을 막기 위해서는 수소/산소 계면을 최소화해야 하고, 수소/산소 계면을 최소화하기 위해서는 많은 양의 수소를 스택의 애노드로 공급해야 한다.
따라서, 시동시에는 수소공급밸브(23)와 더불어 이젝터 수소공급용 밸브(24a) 등 스택 입구 측의 모든 밸브를 개방해 줌으로써 가급적 많은 양의 수소를 공급하는 바, 계면 형성 시간을 최소화할 수 있어 스택의 내구성 향상에 큰 도움이 된다.
또한 기존의 공급 유량으로는 스택 내부의 이물질 제거가 쉽지 않아 수소퍼지밸브(41)를 2 ~ 3회 개폐동작시키는 펄스 퍼징을 실시하였으나, 본 발명에서는 1회 퍼지만으로 이물질 제거가 가능하므로 시동 시간을 단축할 수 있게 된다.
초기 시동시 밸브 작동 순서에 따라 수소 공급량이 달라지므로 대유량 공급을 위해 수소퍼지밸브(41), 수소공급밸브(23), 이젝터 수소공급용 밸브(24a)의 순으로 개방하여 수소 공급량을 극대화한다.
이와 같이 본 발명에서는 이젝터 수소공급용 밸브를 후술하는 바의 고출력 구간에서 압력 제어용으로만 사용하는 것이 아니라 시동시 대유량의 수소를 공급하기 위해 사용하며, 그 여는 시기와 순서에 따라 수소 공급 유량을 조절할 수 있다.
상기와 같이 과정을 통해 시동을 완료하면, 이젝터 수소공급용 밸브(24a)를 닫아주고(S15), 운전 중에는 제어기가 스택의 출력 상태를 검출하기 위한 출력감지부(예, 전류센서)의 검출신호를 토대로 스택 출력이 미리 설정된 기준치 이상인지를 판정하게 된다(S16).
여기서, 스택 출력이 기준치 이상이 되는 고출력(또는 중, 고출력, 예를 들면 30% 이상) 상태임을 판단하게 되면, 듀얼 모드 저압 레귤레이터(24)의 이젝터 수소공급용 밸브(24a)를 개방하게 된다(S18).
고출력 상태에서 이젝터 수소공급용 밸브(24a)가 개방되면, 고압 레귤레이터(22)를 거쳐 압력 조정된 신규 공급 수소가 저압 레귤레이터(24)를 통해 감압된 상태로 믹싱챔버(25)를 거쳐 스택(10)의 애노드로 공급되는 동시에, 이젝터 수소공급용 밸브(24a)를 통과한 고압의 신규 공급 수소가 이젝터(29)로 공급된다.
결국, 이젝터(29)에는 고압 수소가 통과하게 되면서 수소 제트를 형성하게 되고, 결국 그 부압에 의해 이젝터(29)는 제2재순환 라인(28)를 통해 재순환 수소를 흡입하여 스택(10)에 공급하는 수소 재순환을 실시하게 된다.
이와 같이 이젝터(29)가 재순환을 실시하게 되면 수소 재순환 블로워(26)의 부하를 저감시켜 주게 되고, 또한 이젝터로부터 공급되는 수소(신규 공급 수소와 재순환 수소)가 스택(10)의 애노드로 공급되면서 애노드의 압력을 높일 수 있게 된 다.
이로써 수소 재순환 블로워에 대해서는 소모되는 전력을 저감시킬 수 있고, 고장을 감소시킬 수 있는 장점이 있는 한편, 중/고출력에서 캐소드와 애노드의 압력 균형이 증대될 수 있는 바, 스택의 안정성 및 내구성 확보가 가능해지고, 스택 성능이 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 또한 재순환되는 수소의 양을 증가시킬 수 있고, 수소 투과량의 감소로 연비 및 시스템의 효율을 향상시키는 장점이 있게 된다.
반면, 운전 중 스택 출력이 기준치 미만의 저출력 상태(예, 출력 30% 미만)인 것으로 판단하게 되면, 이젝터 수소공급용 밸브(24a)를 닫아주게 되며, 이때 저압 레귤레이터(24)가 일반적인 감압 역할만 수행하게 된다(S17).
저출력 상태에서는 이젝터 수소공급용 밸브(24a)가 닫힌 상태가 되어 이젝터(29)를 통한 수소 재순환은 이루어지지 않으며, 수소 재순환 블로워(26)에 의한 수소 재순환만 실시된다.
첨부한 도 7은 본 발명에서 스택의 애노드 압력이 증가하는 상태를 보여주는 도면으로서, 스택의 출력이 증가할수록 스택의 애노드 압력이 높아짐을 보여주고 있고, 캐소드와 애노드의 압력 균형이 증대됨을 볼 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 1은 일반적인 연료전지 시스템의 구성도이다.
도 2는 종래의 시동시 수소공급방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 종래의 문제점을 나타낸 도면으로서, 스택의 출력에 따른 스택의 애노드/캐스도 압력 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수소공급장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명에서 듀얼 모드 저압 레귤레이터를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 수소공급방법을 나타내는 순서도,
도 7은 본 발명에서 스택 출력에 따라 애노드 압력이 증가하는 상태를 보여주는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 연료전지 스택 20 : 수소공급장치
23 : 수소공급밸브 24 : 저압 레귤레이터
24a : 이젝터 수소공급용 밸브 26 : 수소 재순환 블로워
29 : 이젝터 41 : 수소퍼지밸브

Claims (5)

  1. 저압 레귤레이터로 공급되는 신규 공급 수소의 일부를 바이패스시켜 하기 이젝터로 공급하는 이젝터 수소공급용 밸브와, 상기 이젝터 수소공급용 밸브로부터 공급되는 고압 수소의 부압으로 재순환 수소를 흡입하여 연료전지 스택에 공급하는 이젝터를 구비한 연료전지 시스템에서,
    연료전지 운전 중 연료전지 스택의 출력이 설정된 기준치 이상이 되는지를 판정하고, 기준치 이상이 되는 출력 상태이면 상기 이젝터 수소공급용 밸브를 개방하여,
    수소 재순환 블로워에 의한 수소 재순환과 동시에 이젝터에 의한 수소 재순환이 실시되도록 하면서, 저압 레귤레이터를 통해 공급되는 수소의 공급 압력과 이젝터를 통해 공급되는 수소의 공급 압력으로 연료전지 스택의 애노드 압력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 수소공급방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저압 레귤레이터는 이젝터 수소공급용 밸브와 일체로 구성된 듀얼 모드 저압 레귤레이터인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 수소공급방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    연료전지의 시동시에는 수소공급밸브와 함께 이젝터 수소공급용 밸브를 개방하여 연료전지 스택에 공급되는 수소 공급 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 수소공급방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 연료전지의 시동시에 연료전지 스택 후단의 수소퍼지밸브를 개방한 뒤, 수소공급밸브를 개방하고, 이후 이젝터 수소공급용 밸브의 순으로 개방하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 수소공급방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 출력이 기준치 미만의 출력 상태이면, 이젝터 수소공급용 밸브를 차단하여, 저압 레귤레이터를 통한 수소 공급과 함께 수소 재순환 블로워 단독으로 수소 재순환이 실시되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 수소공급방법.
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