KR101442977B1 - Fuel cell system including buffer tank - Google Patents

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KR101442977B1 KR1020130060191A KR20130060191A KR101442977B1 KR 101442977 B1 KR101442977 B1 KR 101442977B1 KR 1020130060191 A KR1020130060191 A KR 1020130060191A KR 20130060191 A KR20130060191 A KR 20130060191A KR 101442977 B1 KR101442977 B1 KR 101442977B1
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현민수
전유택
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현대하이스코 주식회사
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Abstract

Disclosed is a fuel cell system including a buffer tank, which minimizes hydrogen gas (H2) consumption by using an inner purge method for introducing purge gas into the buffer tank without discharging the purge gas to the outside when operating a fuel cell stack. A fuel cell system according to the present invention includes: a fuel cell stack; a hydrogen supply part including a hydrogen supply pipe arrangement for supplying H_2 gas to the fuel cell stack; a re-circulating blower for circulating purge gas burned by an operation of the fuel cell stack; a buffer tank installed between the fuel cell stack and the re-circulating blower to store the purge gas burned by the operation of the fuel cell stack; a purge gas circulation pipe arrangement connected to the fuel cell stack, the re-circulating blower, and the buffer tank to form a closed loop; and first and second purge valves which are installed respectively on an inlet side and an outlet side of the buffer tank for controlling an amount of the purge gas introduced into the buffer tank.

Description

버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM INCLUDING BUFFER TANK}[0001] FUEL CELL SYSTEM INCLUDING BUFFER TANK [0002]

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버퍼 탱크를 장착하여 연료전지 스택의 운전 시, 퍼지가스가 외부로 배출되지 않고 버퍼 탱크의 내부로 유입되도록 하는 내부퍼지 방법을 추가하여 수소 가스(H2)의 소모량을 최소화할 수 있는 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to an internal purge method in which a purge gas is introduced into a buffer tank without being discharged to the outside during operation of a fuel cell stack by mounting a buffer tank, It relates to a fuel cell system having a buffer tank to minimize the consumption of the (H 2).

연료전지(fuel cell)는 전기화학 반응에 의하여 연료가 갖고 있는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 따라서, 원리상 열기관이 갖는 열역학적인 제한을 받지 않기 때문에 종래의 발전장치보다 발전 효율이 높고 무공해, 무소음으로 환경문제가 거의 없다. 또한, 연료전지는 다양한 용량으로 제작이 가능하고 전력 수요지 내에 설치가 용이하여 송변전 설비의 초기 투자비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.A fuel cell is a device that directly converts the chemical energy of a fuel into an electrical energy by an electrochemical reaction. Therefore, it is not subject to the thermodynamic limitation of the heat engine in principle, so there is almost no environmental problem due to high power generation efficiency, no pollution, and noiselessness. In addition, the fuel cell can be manufactured in various capacities, and the fuel cell can be easily installed in the power demand site, thereby reducing the initial investment cost of the power transmission /

이러한 연료전지를 이용한 연료전지 시스템은 전기를 생산하는 연료전지 스택과 연료인 LNG, 석탄가스, 메탄올 등을 수소로 개질하여 수소가 많은 연료가스로 만드는 개질기(reformer), 발전된 DC 전력을 AC 전력으로 변환시키는 전력 변환기 및 제어기 등으로 구성된다. 이때, 연료전지 스택은 적층된 수백 장의 셀(cell)들로 구성되어 있으며, 물, 연료, 공기 등이 각 셀로 공급되도록 설계되어 있다. 기본적으로 각 셀은 전해질(electrolyte)에 의하여 분리된 연료극(anode)과 공기극(cathode)의 두 전극으로 구성되며, 각 셀은 분리판(separator)에 의하여 분리된다.
The fuel cell system using the fuel cell includes a fuel cell stack for producing electricity, a reformer for reforming fuel such as LNG, coal gas, and methanol into hydrogen to make hydrogen-rich fuel gas, And a power converter and a controller for converting the power. At this time, the fuel cell stack is composed of hundreds of stacked cells, and water, fuel, and air are supplied to each cell. Basically, each cell is composed of two electrodes, an anode and a cathode separated by an electrolyte, and each cell is separated by a separator.

도 1은 종래의 연료전지 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a conventional fuel cell system.

도 1을 참조하면, 종래의 연료전지 시스템(1)은 연료전지 스택(10)과, 연료전지 스택(10)에 수소를 공급하기 위한 수소 공급부(20)과, 연료전지 스택(10)의 운전으로 소모되고 남은 가스를 입구로 순환시키기 위한 재순환 블로어(30)와, 연료전지 스택(10) 및 재순환 블로어(30)와 폐순환 구조로 연결된 퍼지가스 순환배관(40)과, 퍼지가스를 외부로 배출시키기 위한 퍼지가스 외부 배출밸브(50)를 포함할 수 있다.1, a conventional fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 10, a hydrogen supply unit 20 for supplying hydrogen to the fuel cell stack 10, A purge gas circulating pipe 40 connected to the fuel cell stack 10 and the recirculating blower 30 in a closed loop structure, and a purge gas circulating pipe 40 connected to the fuel cell stack 10 and the recirculating blower 30 to discharge the purge gas to the outside And a purge gas external discharge valve 50 for supplying a purge gas.

상기의 구성을 갖는 종래의 연료전지 시스템(1)은 연료전지 스택(10)의 운전시 연료극에 농축되는 불순물가스와 공기극으로부터 침투하는 수분에 의하여 발생하는 성능저하를 막기 위하여 퍼지가스 외부 배출밸브(50)를 주기적으로 개방하여 수소를 퍼지함으로서 불순물 가스와 수분을 배출하도록 제어된다.The conventional fuel cell system 1 having the above-described configuration is provided with a purge gas external discharge valve (not shown) for preventing performance deterioration caused by impurity gas concentrated in the fuel electrode and moisture permeating from the air electrode during operation of the fuel cell stack 10 50 are periodically opened to purge the impurity gas and the moisture by purging the hydrogen.

그러나, 종래의 연료전지 시스템(1)은 퍼지 수행 시 불순물 가스와 수분 뿐만 아니라 연료인 수소 가스도 함께 퍼지가스 외부 배출밸브(50)에 의해 배출되기 때문에 수소 사용량에 제약이 따를 뿐만 아니라, 수소 소모량이 많을 수 밖에 없으며, 이로 인해 연료전지 시스템의 효율이 저하되는 문제가 있다.However, in the conventional fuel cell system 1, not only the impurity gas and the moisture but also the hydrogen gas as the fuel are discharged by the purge gas external discharge valve 50 at the time of purging, There is a problem that the efficiency of the fuel cell system is deteriorated.

관련 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0646955(2006.11.23. 공고)호가 있으며, 상기 문헌에는 연료전지 주변장치 구동 방법 및 이를 이용하는 연료전지 시스템이 기재되어 있다.
Korean Patent No. 10-0646955 (published on Nov. 23, 2006) discloses a related prior art document, which discloses a fuel cell peripheral device driving method and a fuel cell system using the same.

본 발명의 목적은 버퍼 탱크를 장착하여 연료전지 스택의 운전시 퍼지가스가 외부로 배출되지 않고 버퍼 탱크의 내부로 유입되도록 하는 내부퍼지 방법을 추가하여 수소 사용량이 감소되어 구동 효율을 향상시킬 수 있는 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide an internal purge method in which a purge gas is introduced into a buffer tank without discharging purge gas during operation of a fuel cell stack by mounting a buffer tank, A fuel cell system having a buffer tank is provided.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템은 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택으로 H2 가스를 공급하기 위한 수소 공급배관을 구비하는 수소 공급부; 상기 연료전지 스택의 운전으로 연소되는 퍼지가스를 순환시키기 위한 재순환 블로어; 상기 연료전지 스택과 재순환 블로어 사이에 장착되어, 상기 연료전지 스택의 운전으로 연소되는 퍼지가스를 저장하기 위한 버퍼 탱크; 상기 연료전지 스택, 재순환 블로어 및 버퍼 탱크와 폐순환 구조로 연결된 퍼지가스 순환배관; 및 상기 버퍼 탱크의 입측 및 출측에 각각 장착되어, 상기 버퍼 탱크의 내부로 유입되는 퍼지가스의 유입량을 제어하기 위한 제1 퍼지밸브 및 제2 퍼지밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a buffer tank, including: a fuel cell stack; A hydrogen supply unit having a hydrogen supply pipe for supplying H 2 gas to the fuel cell stack; A recycle blower for circulating a purge gas burned by operation of the fuel cell stack; A buffer tank mounted between the fuel cell stack and the recirculating blower for storing a purge gas burnt by operation of the fuel cell stack; A purge gas circulation pipe connected to the fuel cell stack, the recirculation blower and the buffer tank in a closed loop structure; And a first purge valve and a second purge valve mounted on the inlet side and the outlet side of the buffer tank, respectively, for controlling an inflow amount of the purge gas flowing into the buffer tank.

본 발명에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템은 버퍼 탱크를 장착하여 연료전지 스택의 운전시 퍼지가스가 외부로 배출되지 않고 버퍼 탱크의 내부로 유입되도록 하는 내부퍼지 방법을 추가하여, 수소 사용량이 감소되어 구동 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수소 사용량의 제한에서 벗어나 선택적으로 잦은 퍼지를 실시하는 것이 가능하므로 연료전지 스택 내부의 물 배출이 용이해질 수 있다.
The fuel cell system having the buffer tank according to the present invention may further include an internal purging method in which a buffer tank is installed to allow purge gas to flow into the buffer tank without being discharged to the outside during operation of the fuel cell stack, It is possible not only to improve the driving efficiency but also to carry out the selective purging frequently away from the limitation of the hydrogen usage amount, so that the water discharge inside the fuel cell stack can be facilitated.

도 1은 종래의 연료전지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템의 퍼지 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing a conventional fuel cell system.
2 is a view showing a fuel cell system having a buffer tank according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a purging method of a fuel cell system having a buffer tank according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a fuel cell system having a buffer tank according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a fuel cell system having a buffer tank according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템(100)은 연료전지 스택(110), 수소 공급부(120), 재순환 블로워(130), 버퍼 탱크(140), 퍼지가스 순환배관(150), 제1 퍼지밸브(160) 및 제2 퍼지밸브(170)를 포함한다.
2, a fuel cell system 100 having a buffer tank according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 110, a hydrogen supplier 120, a recycle blower 130, a buffer tank 140 A purge gas circulation pipe 150, a first purge valve 160, and a second purge valve 170. [

연료전지 스택(110)은 수소의 산화반응 및 산소의 환원반응이 동시에 일어나는 전기화학반응으로 전기 에너지를 생성한다. 이때, 연료전지 스택(110)은 적층된 다수의 셀(cell)들로 구성되어 있으며, 물, 연료, 공기 등이 각 셀로 공급되도록 설계되어 있다. 이때, 연료로는 수소 가스(H2)가 이용되고, 각 셀은 전해질(electrolyte)에 의하여 분리된 연료극(anode)과 공기극(cathode)의 두 전극으로 구성되며, 각 셀은 분리판(separator)에 의하여 분리된다.
The fuel cell stack 110 generates electrical energy by an electrochemical reaction in which hydrogen oxidation reaction and oxygen reduction reaction occur at the same time. At this time, the fuel cell stack 110 is composed of a plurality of stacked cells, and is designed to supply water, fuel, air, etc. to each cell. At this time, hydrogen gas (H 2) is used as fuel, and each cell is composed of two electrodes, an anode and an air electrode separated by an electrolyte, and each cell is connected to a separator .

수소 공급부(120)는 H2 가스가 저장된 수소 공급 탱크(122)와, 수소 공급 탱크(122)의 내부에 저장된 H2 가스를 연료전지 스택(110)으로 공급하기 위한 수소 공급배관(124)을 구비한다. 도면으로 상세히 나타내지는 않았지만, 수소 공급부(120)는 감압밸브, 차단밸브, 개질기 등을 더 포함할 수 있다.
The hydrogen supply unit 120 includes a hydrogen supply tank 122 in which H 2 gas is stored and a hydrogen supply pipe 124 for supplying H 2 gas stored in the hydrogen supply tank 122 to the fuel cell stack 110 do. Although not shown in the drawings, the hydrogen supply unit 120 may further include a pressure reducing valve, a shut-off valve, a reformer, and the like.

재순환 블로어(130)는 연료전지 스택(110)의 운전으로 소모되고 남은 잔여 가스를 순환시키기 위한 목적으로 장착된다. 이러한 재순환 블로어(130)는 순환배관(150)의 내부를 순환하는 연료가스를 펌핑(pumping)시켜, 가스의 흐름이 원활히 이루어지도록 하기 위한 목적으로 장착된다.
The recirculation blower 130 is mounted for the purpose of circulating the remaining gas consumed by the operation of the fuel cell stack 110. The recirculation blower 130 is mounted for the purpose of pumping the fuel gas circulating in the circulation pipe 150 so that the gas flows smoothly.

버퍼 탱크(140)는 연료전지 스택(110)과 재순환 블로어(130) 사이에 장착되어, 연료전지 스택(110)의 퍼지 수행 시 배출되는 퍼지가스를 저장하기 위한 목적으로 장착된다.The buffer tank 140 is mounted between the fuel cell stack 110 and the recirculation blower 130 and is mounted for the purpose of storing the purge gas discharged during purging of the fuel cell stack 110.

버퍼 탱크(140)는 연료전지 스택(110)으로부터 배출되는 퍼지가스를 수용하기 위한 빈 공간을 구비한다. 이때, 버퍼 탱크(140)는 설계의 용이성을 고려해 볼 때, 육면체 형상을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 원통 형상 등 다양한 형태가 적용될 수 있다.The buffer tank 140 has an empty space for receiving the purge gas discharged from the fuel cell stack 110. At this time, considering the ease of design, the buffer tank 140 preferably has a hexahedral shape, but is not limited thereto, and various shapes such as a cylindrical shape can be applied.

이러한 버퍼 탱크(140)는 퍼지가스 주입구(P1) 및 퍼지가스 배출구(P2)를 구비한다. 이때, 퍼지가스 주입구(P1)는 연료전지 스택(110)의 운전으로 발생하는 퍼지가스를 주입하기 위한 목적으로 설계되고, 퍼지가스 배출구(P2)는 버퍼 탱크(140)의 내부에서 임시 저장된 퍼지가스를 버퍼 탱크(140)의 외부로 배출시켜 재순환되도록 하기 위한 목적으로 설계된다.The buffer tank 140 has a purge gas inlet P1 and a purge gas outlet P2. At this time, the purge gas inlet port P1 is designed for the purpose of injecting the purge gas generated by the operation of the fuel cell stack 110, and the purge gas outlet port P2 is designed to inject purge gas temporarily stored in the buffer tank 140 Is discharged to the outside of the buffer tank 140 so as to be recirculated.

특히, 버퍼 탱크(140)는 연료전지 스택(110)의 출측과 재순환 블로어(130)의 입측 사이에 장착되고, 재질로는 다이아프램 고무(diaphragm rubber)를 포함하는 탄성체가 사용되거나, 또는 버퍼 탱크(140) 내부에 탄성체가 삽입되어 압력변화에 대응하도록 설계되어 있을 수 있다.In particular, the buffer tank 140 is mounted between the outlet of the fuel cell stack 110 and the inlet of the recirculation blower 130, and an elastic body including a diaphragm rubber may be used as the material, The elastic body may be inserted into the elastic member 140 to correspond to a pressure change.

또한, 도면으로 도시하지는 않았지만, 버퍼 탱크(140)는 버퍼 탱크(140)의 내부에 배치되어, 수분의 수위를 측정하기 위한 수분 트랩용 수위 측정 센서(미도시)와, 수분 트랩용 수위 측정센서에 의해 제어되는 드레인 밸브(미도시) 및 수위 플로트(미도시)와, 수위 플로트에 의하여 개폐되는 오리피스(미도시)를 구비할 수 있다.Although not shown in the drawing, the buffer tank 140 is disposed inside the buffer tank 140 and includes a water level sensor (not shown) for measuring moisture level of water, a water level sensor (Not shown), a water level float (not shown), and an orifice (not shown) that is opened and closed by a water level float.

이때, 드레인 밸브, 수위 플로트 및 오리피스는 버퍼 탱크(140)의 외부에 장착될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 버퍼 탱크(140)의 내부에 장착될 수도 있다.
At this time, the drain valve, the water level float, and the orifice may be mounted outside the buffer tank 140, but not necessarily, and may be mounted inside the buffer tank 140.

퍼지가스 순환배관(150)은 연료전지 스택(110), 재순환 블로어(130) 및 버퍼 탱크(140)와 폐순환 구조로 연결된다. 이러한 퍼지가스 순환배관(150)의 내부로는 연료전지 스택(110)의 운전으로 발생하는 퍼지가스가 순환하게 된다. 이때, 퍼지가스 순환배관(150)은 연료전지 스택(110) 및 버퍼 탱크(140) 사이, 버퍼 탱크(140)와 재순환 블로어(130) 사이, 그리고 재순환 블로어(130)와 수소 공급배관(124) 사이에 각각 장착되어, 이들을 연결하는 폐 순환 구조를 갖는다.
The purge gas circulation pipe 150 is connected to the fuel cell stack 110, the recycle blower 130, and the buffer tank 140 in a closed-loop structure. The purge gas circulation pipe 150 circulates the purge gas generated by the operation of the fuel cell stack 110. At this time, the purge gas circulation pipe 150 is connected between the fuel cell stack 110 and the buffer tank 140, between the buffer tank 140 and the recycle blower 130, and between the recycle blower 130 and the hydrogen supply pipe 124, Respectively, and have a closed loop structure for connecting them.

제1 및 제2 퍼지밸브(160, 170)는 버퍼 탱크(140)의 입측 및 출측에 각각 장착되어, 버퍼 탱크(140)의 내부로 유입되는 퍼지가스의 유입량을 제어하는 역할을 한다.The first purge valve 160 and the second purge valve 170 are installed on the inlet side and the outlet side of the buffer tank 140 to control the inflow amount of the purge gas flowing into the buffer tank 140.

즉, 제1 퍼지밸브(160)는 연료전지 스택(110)의 출측과 버퍼 탱크(140)의 입측 사이에 장착되고, 제2 퍼지 밸브(170)는 버퍼 탱크(140)의 출측과 재순환 블로어(130)의 입측 사이에 장착된다.
That is, the first purge valve 160 is installed between the outlet of the fuel cell stack 110 and the inlet of the buffer tank 140, and the second purge valve 170 is connected to the outlet of the buffer tank 140 and the recycle blower 130).

또한, 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템(100)은 퍼지가스 외부 배출밸브(180)를 포함한다. 내부퍼지를 통하여 연료극의 수분제거가 용이하게 이루어지지만, 농축된 불순물가스를 외부로 방출하기 위해서 추가적으로 외부 배출밸브(180)을 통해 시스템 밖으로 배출시켜야 한다. 이러한 외부 퍼지는 필요에 따라 내부퍼지와 함께 적절하게 수행되어 연료가스의 낭비를 막을 수 있다.
Further, the fuel cell system 100 having the buffer tank according to the embodiment of the present invention includes the purge gas external discharge valve 180. Although water is easily removed from the fuel electrode through the internal purge, it is necessary to discharge the concentrated impurity gas to the outside of the system through the external discharge valve 180 in order to discharge it to the outside. This external purging can be properly performed with internal purge as needed to prevent waste of the fuel gas.

전술한 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템은 버퍼 탱크를 장착하여 연료전지 스택의 운전시 퍼지 가스가 외부로 배출되는 횟수를 최소화하여, 수소 사용량이 감소되어 구동 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수소 사용량의 제한에서 벗어나 선택적으로 잦은 퍼지를 실시하는 것이 가능하므로 연료전지 스택 내부의 물 배출이 용이해질 수 있다.
In the fuel cell system having the buffer tank according to the above-described embodiment of the present invention, the buffer tank is installed to minimize the number of times the purge gas is discharged to the outside during operation of the fuel cell stack, In addition, since it is possible to perform selective purging frequently except for the limitation of the amount of hydrogen used, the water discharge inside the fuel cell stack can be facilitated.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템의 버퍼 방법에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a buffer method of a fuel cell system having a buffer tank according to an embodiment of the present invention will be briefly described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템의 퍼지 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a purging method of a fuel cell system having a buffer tank according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 연료로 수소를 사용하는 연료전지 시스템을 구동할 시, 제1 퍼지 밸브를 열림 상태로 개방시켜 연료전지 스택의 운전으로 배출되는 퍼지 가스를 버퍼 탱크의 내부로 유입시키게 된다. 이때, 일정량 이상의 퍼지 가스가 버퍼 탱크의 내부로 유입되게 되면, 버퍼 탱크의 내부 압력이 증가하게 되고, 이때 제1 퍼지 밸브를 닫힘 상태로 폐쇄시켜 버퍼 탱크의 내부로 퍼지 가스가 유입되는 것을 차단하게 된다.3, when the fuel cell system using hydrogen as the fuel is driven, the first purge valve is opened to open the purge gas discharged from the operation of the fuel cell stack into the buffer tank do. At this time, if a purge gas of a predetermined amount or more is introduced into the buffer tank, the internal pressure of the buffer tank is increased. At this time, the first purge valve is closed in a closed state to prevent the purge gas from flowing into the buffer tank do.

다음으로, 제2 퍼지 밸브를 개방하여 재순환 블로어를 작동시키게 되면, 버퍼 탱크의 내부 압력이 감소하게 되고, 이때 제2 퍼지 밸브를 닫힘 상태로 전환시켜 재순환 블로어의 작동을 정지시키게 된다.Next, when the second purge valve is opened to operate the recirculation blower, the internal pressure of the buffer tank is reduced. At this time, the second purge valve is switched to the closed state to stop the operation of the recirculation blower.

이러한 일련의 공정을 반복 실시함으로써, 연료전지 스택 운전시, 퍼지 가스가 외부로 배출되지 않고 버퍼 탱크의 내부로 유입되도록 하여 수소 소모량을 줄일 수 있게 된다.
By repeating such a series of processes, the purge gas can flow into the buffer tank without discharging the purge gas during operation of the fuel cell stack, thereby reducing the amount of hydrogen consumed.

전술한 본 발명의 실시예에 따른 버퍼 탱크를 구비하는 연료전지 시스템의 퍼지 방법은 버퍼 탱크를 장착하여 연료전지 스택의 운전시 퍼지 가스가 외부로 배출되지 않는 내부퍼지를 구현함으로써, 외부퍼지 횟수를 최소화하여 수소 사용량이 감소되어 구동 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수소 사용량의 제한에서 벗어나 선택적으로 잦은 퍼지를 실시하는 것이 가능하므로 연료전지 스택 내부의 물 배출이 용이해질 수 있다.
The method for purging a fuel cell system having a buffer tank according to an embodiment of the present invention includes the steps of mounting a buffer tank to implement an internal purge in which the purge gas is not discharged to the outside during operation of the fuel cell stack, It is possible to improve the driving efficiency by reducing the amount of hydrogen used to minimize the amount of hydrogen, and it is possible to perform selective purging more frequently than the limitation of hydrogen usage, so that water discharge inside the fuel cell stack can be facilitated.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. These changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.

1 : 연료전지 시스템 10 : 연료전지 스택
20 : 수소 공급부 30 : 재순환 블로어
40 : 퍼지가스 순환배관 50 : 퍼지가스 외부 배출밸브
100 : 연료전지 시스템 110 : 연료전지 스택
120 : 수소 공급부 122 : 수소 저장탱크
124 : 수소 공급배관 130 : 재순환 블로어
140 : 버퍼 탱크 150 : 퍼지가스 순환배관
160 : 제1 퍼지 밸브 170 : 제2 퍼지 밸브
180 : 퍼지가스 외부 배출밸브 P1 : 퍼지가스 주입구
P2 : 퍼지가스 배출구1: Fuel cell system 10: Fuel cell stack
20: hydrogen supply part 30: recirculation blower
40: purge gas circulation pipe 50: purge gas external discharge valve
100: Fuel cell system 110: Fuel cell stack
120: hydrogen supply unit 122: hydrogen storage tank
124: hydrogen supply pipe 130: recirculation blower
140: Buffer tank 150: Purge gas circulation piping
160: first purge valve 170: second purge valve
180: Purge gas outlet valve P1: Purge gas inlet
P2: purge gas outlet

Claims (3)

연료전지 스택;
상기 연료전지 스택으로 H2 가스를 공급하기 위한 수소 공급배관을 구비하는 수소 공급부;
상기 연료전지 스택의 운전으로 연소되는 퍼지가스를 순환시키기 위한 재순환 블로어;
상기 연료전지 스택과 재순환 블로어 사이에 장착되어, 상기 연료전지 스택의 운전으로 연소되는 퍼지가스를 저장하기 위한 버퍼 탱크;
상기 연료전지 스택, 재순환 블로어 및 버퍼 탱크와 폐순환 구조로 연결된 퍼지가스 순환배관; 및
상기 버퍼 탱크의 입측 및 출측에 각각 장착되어, 상기 버퍼 탱크의 내부로 유입되는 퍼지가스의 유입량을 제어하기 위한 제1 퍼지밸브 및 제2 퍼지밸브;를 포함하며,
상기 버퍼 탱크는 상기 연료전지 스택의 출측과 상기 재순환 블로어의 입측 사이에 장착되고, 재질로는 다이아프램 고무를 포함하는 탄성체가 사용되거나, 또는 버퍼 탱크 내부에 탄성체가 삽입되어 압력변화에 대응하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
Fuel cell stack;
A hydrogen supply unit having a hydrogen supply pipe for supplying H 2 gas to the fuel cell stack;
A recycle blower for circulating a purge gas burned by operation of the fuel cell stack;
A buffer tank mounted between the fuel cell stack and the recirculating blower for storing a purge gas burnt by operation of the fuel cell stack;
A purge gas circulation pipe connected to the fuel cell stack, the recirculation blower and the buffer tank in a closed loop structure; And
And a first purge valve and a second purge valve respectively installed on the inlet side and the outlet side of the buffer tank for controlling an inflow amount of the purge gas flowing into the buffer tank,
The buffer tank is mounted between the outlet of the fuel cell stack and the inlet of the recirculating blower, and an elastic body including diaphragm rubber is used as the material, or an elastic body is inserted into the buffer tank to correspond to the pressure change Fuel cell system.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 버퍼 탱크는
상기 버퍼 탱크의 내부에 배치되어, 수분의 수위를 측정하기 위한 수분 트랩용 수위 측정 센서와,
상기 수분 트랩용 수위 측정센서에 의해 제어되는 드레인 밸브 및 수위 플로트와,
상기 수위 플로트에 의하여 개폐되는 오리피스를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The buffer tank
A moisture trap level sensor disposed inside the buffer tank for measuring the level of water;
A drain valve and a water level float controlled by the water level sensor for moisture trap,
And an orifice which is opened and closed by the float.
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