KR101758385B1 - Module type Hydrogen Recirculation Apparatus in Fuel Cell Vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명의 수소재순환장치(10)는 연료전지스택(2)으로부터 재순환되는 잉여가스를 가압하는 이젝터(11a)에서 분기되어 다시 이젝터(11a)로 이어지면서 블로어(11b)를 갖춘 내부리턴라인(12)으로 이루어진 이젝터모듈(11)과, 연료전지스택(2)의 후단에서 이젝터모듈(11)로 이어지는 재순환라인(13)으로 구성되고, 작동시 저부하(저유량)영역일 때 이젝터(11a)와 블로어(11b)를 통해 두 번 가압하고 고부하(고유량)영역에서 이젝터(11a)만으로 가압해 공급함으로써, 블로어 구동으로 인한 소모동력저감은 물론 작동소음도 낮추고, 특히 이젝터(11a)와 블로어(11b)의 모듈화를 통해 부품수량감소와 레이아웃 장점도 최적화시키는 특징을 갖는다.The hydrogen recirculation apparatus 10 of the present invention is connected to an internal return line 12 having a blower 11b while branching from an ejector 11a that pressurizes surplus gas recirculated from the fuel cell stack 2 to the ejector 11a, And a recirculation line 13 extending from the rear end of the fuel cell stack 2 to the ejector module 11. The ejector 11a is disposed in a low load region, And pressurized and supplied only by the ejector 11a in the region of high load (high flow rate) by means of the blower 11b and the blower 11b, thereby lowering the power consumption and operating noise caused by the blower drive, ) Modularity to reduce component count and optimize layout advantages.

Description

모듈타입 수소재순환장치{Module type Hydrogen Recirculation Apparatus in Fuel Cell Vehicle} [0001] MODULE TYPE HYDROGEN RECIRCULATION APPARATUS FOR FUEL CELL VEHICLE [0002]

본 발명은 수소재순환장치에 관한 것으로, 특히 저부하영역에서 이젝터와 블로어를 함께 이용하고 고부하영역에서 이젝터만 이용함으로써 블로어에 의한 제반문제를 해소함은 물론 재순환 성능도 크게 향상할 수 있는 모듈타입 수소재순환장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen recirculation apparatus, and more particularly, to a hydrogen recirculation apparatus capable of solving all problems caused by a blower by using an ejector and a blower together in a low load region and using only an ejector in a high load region, ≪ / RTI >

일반적으로 연료전지스택으로 공기와 함께 공급되는 수소는 안정적인 공급을 위해 필요로 하는 양보다 약 1.5배 가량 많게 공급된다. Generally, the hydrogen supplied with the air to the fuel cell stack is supplied about 1.5 times as much as the amount required for stable supply.

상기와 같이 용량을 초과해 공급된 수소는 그 일부가 스택에서 미반응될 수밖에 없으므로, 미반응된 수소는 대기로 버리지 않고 스택입구로 다시 되돌려 사용하는 재순환과정을 거치게 되는, 이를 위한 장치를 수소재순환장치로 칭한다.Since the hydrogen supplied in excess of the capacity can not be partially reacted in the stack, the unreacted hydrogen is recycled to the stack inlet without returning to the atmosphere. Device.

통상, 수소재순환장치에는 블로어와 함께 이젝터가 구비됨으로써 스택에서 미반응되고 감압된 상태를 공급압력과 동일한 압력으로 상승시켜주게 된다.Normally, the hydrogen recirculation device is provided with the ejector together with the blower, thereby increasing the unreacted and depressurized state of the stack to the same pressure as the supply pressure.

블로어는 일종의 펌프로서 고속의 모터로 회전되는 임펠러로 저압수소압력을 상승시키고, 이젝터는 수소탱크쪽에서 공급되는 고압수소(10bar)에 수소를 분사함으로써 저압수소압력을 상승시키게 된다.The blower is a type of pump that raises low-pressure hydrogen pressure with an impeller rotated by a high-speed motor. The ejector raises the low-pressure hydrogen pressure by injecting hydrogen to high-pressure hydrogen (10 bar) supplied from the hydrogen tank side.

도 3(가),(나)는 연료잔지차량에 설치된 수소재순환장치를 나타낸다.3 (A) and 3 (B) show a hydrogen recirculation device installed in a fuel-remaining-amount vehicle.

도시된 바와 같이, 수소재순환장치(120,230)는 유량밸브(113,212)를 갖춘 수소라인(111,211)으로 수소탱크(100,200)에서 공급되는 수소를 제공받는 연료전지스택(110,210)의 후단에서 분기되고, 분기된 끝을 유량밸브(113,212)의 후단으로 이어주는 레이아웃으로 구성된다.As shown in the figure, the hydrogen recirculation devices 120 and 230 are branched at the rear end of the fuel cell stacks 110 and 210 receiving the hydrogen supplied from the hydrogen tanks 100 and 200 to the hydrogen lines 111 and 211 having the flow valves 113 and 212, And the rear ends of the flow valves 113 and 212 are connected to the rear ends of the flow valves 113 and 212.

도 3(가)는 블로어와 이젝터를 병렬 하이브리드 방식으로 배열한 수소재순환장치(120)로서, 이는 블로어(121)는 연료전지스택(110)의 후단에서 분기되어 유량밸브(113)에서 나오는 서브수소라인(112)과 연결된 블로어 재순환라인(124)으로 설치되고, 반면 이젝터(123)는 블로어 재순환라인(124)에서 분기되어 유량밸브(113)에서 나와 연료전지스택(110)의 전단으로 이어진 수소라인(111)과 연결된 이젝터 재순환라인(124)에 설치된다.3 (A) is a hydrogen recirculation apparatus 120 in which a blower and an ejector are arranged in a parallel hybrid manner. This is because the blower 121 is branched from the rear end of the fuel cell stack 110, While the ejector 123 is branched from the blower recirculation line 124 and flows out of the flow valve 113 to the front end of the fuel cell stack 110, Is installed in an ejector recirculation line (124) connected to the ejector (111).

상기 블로어 재순환라인(124)과 이젝터 재순환라인(122)의 분기지점에는 재순환밸브(125)가 더 설치된다.A recirculation valve 125 is further provided at a branch point between the blower recirculation line 124 and the ejector recirculation line 122.

또한, 상기 서브수소라인(112)은 이젝터(123)의 후단에서 수소라인(111)과 연결된다. The sub hydrogen line 112 is connected to the hydrogen line 111 at the rear end of the ejector 123.

반면, 도 3(나)는 블로어와 이젝터를 직렬 하이브리드 방식으로 배열한 수소재순환장치(230)로서, 이젝터(123)는 유량밸브(212)의 후단에서 수소라인(211)에 설치되고 동시에 연료전지스택(110)의 후단에서 분기된 재순환라인(233)이 연결되고, 반면 블로어(231)는 이젝터(232)의 후단에서 재순환라인(233)에 설치된다.3 (B) is a hydrogen recirculating device 230 in which a blower and an ejector are arranged in a serial hybrid manner. The ejector 123 is installed in the hydrogen line 211 at the rear end of the flow rate valve 212, The recirculation line 233 branched at the rear end of the stack 110 is connected while the blower 231 is installed at the recirculation line 233 at the rear end of the ejector 232.

상기와 같이 구성된 수소재순환장치(120,230)가 재순환제어를 관장하는 컨트롤러를 통해 동작되면, 블로어(121,231)는 모터에 의한 임펠러의 회전력으로 연료전지스택(110,210)으로부터 재순환되는 잉여 가스(수소+질소+포화수증기)를 뽑아내 압력을 상승시키고, 이젝터(123,232)는 연료전지스택(110,210)으로 공급되는 유체의 유동 에너지를 이용하고 2차적으로 상기 잉여 가스(수소+질소+포화수증기)를 노즐 및 디퓨저의 구조를 이용해 가압한 후 연료전지스택(110,210)으로 재순환시켜 주게 된다.When the hydrogen recirculating devices 120 and 230 constructed as described above are operated through the controller for controlling the recirculation, the blowers 121 and 231 generate surplus gas (hydrogen + nitrogen + nitrogen) that is recirculated from the fuel cell stacks 110 and 210 by the rotational force of the impeller by the motor. And the ejectors 123 and 232 use the flow energy of the fluid supplied to the fuel cell stacks 110 and 210 and secondarily supply the excess gas (hydrogen + nitrogen + saturated water vapor) to the nozzle and the diffuser And then recycled to the fuel cell stacks 110 and 210.

상기 이젝터(123,232)는 수소 탱크(100,200)의 수소를 연료전지스택(110,210)으로 공급하는 1차적인 작용도 함께 구현한다.
The ejectors 123 and 232 also implement a primary function of supplying the hydrogen of the hydrogen tanks 100 and 200 to the fuel cell stacks 110 and 210.

국내특허공개 10-2009-0093281(2009.09.02)은 연료전지 차량의 제어 방법에 관한 것이며, 이는 도 1내지 도 4 참조.Korean Patent Laid-Open No. 10-2009-0093281 (Sep. 2, 2009) relates to a control method of a fuel cell vehicle, which is shown in Figs.

하지만, 도 3(가)에 따른 병렬 하이브리드 방식 수소재순환장치(120)는 적어도 2개의 재순환라인(122,124)과 함께 재순환밸브(125)를 필요로 함으로써, 직렬 하이브리드 방식에 비해 상대적으로 복잡하고, 이로 인해 차량의 적용 레이아웃에 불리한 측면이 있을 수밖에 없다.However, the parallel hybrid-type hydrogen recirculation apparatus 120 according to Fig. 3 (a) requires a recirculation valve 125 together with at least two recirculation lines 122 and 124, thereby being relatively complicated as compared with the serial hybrid system, There is a disadvantage in terms of the application layout of the vehicle.

특히. 병렬 하이브리드 방식 수소재순환장치(120)의 복잡한 구조는 조립성 저하는 물론 재순환 수소의 압력 강하 발생이 크게 일어나게 된다.Especially. The complicated structure of the parallel hybrid type hydrogen recirculation device 120 causes not only the lowering of the assemblability but also the occurrence of the pressure drop of the recycle hydrogen.

반면, 도 3(나)에 따른 직렬 하이브리드 방식 수소재순환장치(230)는 병렬 하이브리드 방식에 비해 상대적으로 간단해 차량의 적용 레이아웃에도 유리하고, 특히 블로어(231)는 저부하(저유량)영역을 담당하고 이젝터(232)는 고부하(고유량)영역을 담당함으로써 부하별 재순환 성능 분담도 가능하게 된다.In contrast, the serial hybrid-type hydrogen recirculation apparatus 230 according to FIG. 3 (B) is relatively simple in comparison with the parallel hybrid system, which is advantageous for application of the vehicle. Particularly, the blower 231 has a low- And the ejector 232 takes charge of the high load (high flow rate) region, so that it is possible to share the recirculating performance for each load.

하지만, 직렬 하이브리드 방식 수소재순환장치(230)는 블로어(231)에 의한 저유량 재순환시 이젝터(232)의 구조 자체로 인한 유동저항을 받을 수밖에 없고, 반면 이젝터에 의한 고유량 재순환시 역으로 블로어(231)로부터 유입을 방해받게 된다.However, the serial hybrid-type hydrogen recirculation apparatus 230 is forced to receive the flow resistance due to the structure of the ejector 232 itself during low-flow recirculation by the blower 231, while in the high flow rate recirculation by the ejector, 231).

그러므로, 직렬 하이브리드 방식 수소재순환장치(230)는 블로어(231)와 이젝터(232)의 직렬배열로 인해 저부하(저유량)영역과 고부하(고유량)영역에서 모두 재순환 수소 유입이 방해됨으로써, 수소재순환장치(230)의 최대의 성능이 발휘되기 어려운 한계가 있게 된다.
Therefore, due to the serial arrangement of the blower 231 and the ejector 232, the series hybrid type hydrogen recirculating device 230 is prevented from recirculating hydrogen inflow in both the low load (low flow rate) region and the high load (high flow rate) region, There is a limit that the maximum performance of the recirculator 230 can not be exerted.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 수소재순환시 저부하(저유량)영역에서 이젝터에 의해 1차 가압된 후 이어 블로어로 2차 가압해 공급하고, 반면 고부하(고유량)영역에서 이젝터만으로 가압해 공급함으로써, 블로어 구동으로 인한 소모동력저감은 물론 작동소음도 낮춰줄 수 있는 모듈타입 수소재순환장치를 제공하는데 목적이 있다. In view of the above, the present invention, which was invented in view of the above, is a method in which hydrogen is recycled first pressurized by an ejector in a low load region (low flow rate) region and then secondarily pressurized and supplied by a blower, It is an object of the present invention to provide a module type hydrogen recirculation apparatus capable of reducing operating noise as well as power consumption due to driving of a blower by pressurizing and supplying only by an ejector.

또한, 본 발명은 블로어와 이젝터 및 가스배관을 일체로 묶어 모듈화함으로써 부품수량을 감소시키고 전체적인 레이아웃도 단순화 시킨 모듈타입 수소재순환장치를 제공하는데 목적이 있다.
It is another object of the present invention to provide a module-type hydrogen recirculation device in which the blower, the ejector, and the gas pipe are integrally bundled to reduce the number of parts and simplify the overall layout.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모듈타입 수소재순환장치는 연료전지스택으로부터 재순환되는 잉여가스를 가압해 수소탱크에서 공급되는 수소와 혼합하는 이젝터에서 분기되어 상기 이젝터로 이어지는 내부리턴라인이 구비되고, 상기 내부리턴라인에 블로어가 설치된 이젝터모듈과;In order to accomplish the above object, the present invention provides a module-type hydrogen recirculation apparatus including an internal return line branched from an ejector for mixing an excess gas recirculated from a fuel cell stack with hydrogen supplied from a hydrogen tank, An ejector module having a blower installed in the internal return line;

상기 연료전지스택의 후단에서 상기 이젝터로 이어져 상기 잉여가스의 흐름통로를 이루는 재순환라인;A recirculation line extending from a rear end of the fuel cell stack to the ejector to form a flow path of the surplus gas;

을 포함해 형성된 것을 특징으로 한다.Is formed.

상기 내부리턴라인은 상기 이젝터를 폐회로로 감싸인다. The inner return line encloses the ejector in a closed loop.

상기 내부리턴라인은 상기 이젝터의 출구에서 분기되어 상기 이젝터의 입구로 이어진다. The internal return line is branched at the outlet of the ejector and leads to the inlet of the ejector.

상기 내부리턴라인에는 상기 이젝터의 출구를 상기 수소라인과 연통시키거나 또는 차단시켜 상기 내부리턴라인에 연통시키는 개폐밸브가 더 구비된다.The internal return line is further provided with an on-off valve that communicates the outlet of the ejector with the hydrogen return line or communicates with the internal return line.

상기 재순환라인은 상기 이젝터의 입구로 이어진다.The recycle line leads to the inlet of the ejector.

상기 이젝터와 상기 블로어는 저부하(저유량)영역에서 함께 구동되고, 반면 고부하(고유량)영역에서 상기 블로어는 구동되지 않는다. The ejector and the blower are driven together in a low load (low flow rate) region, while the blower is not driven in a high load (high flow rate) region.

상기 저부하(저유량)영역에서는 상기 이젝터로 1차 가압된 후 상기 블로어로 2차 가압된다. In the low load (low flow rate) region, the air is firstly pressurized by the ejector and then secondarily pressurized by the blower.

상기 저부하(저유량)영역과 상기 고부하(고유량)영역사이인 중부하(중유량)영역에서는 상기 이젝터와 상기 블로어가 함께 구동된다.And the ejector and the blower are driven together in a heavy load (heavy oil amount) region between the low load (low flow rate) region and the high load (high flow rate) region.

상기 저부하(저유량)영역과 상기 고부하(고유량)영역은 상기 블로어의 가압효율을 기준으로 한다.
The low load (low flow rate) region and the high load (high flow rate) region are based on the pressurizing efficiency of the blower.

이러한 본 발명은 수소재순환이 저부하(저유량)영역에서 이젝터로 1차 가압된 후 블로어로 가압하고, 반면 고부하(고유량)영역에서 블로어 구동없이 이젝터만으로 가압함과 같이 최대한 작동을 줄인 블로어를 통해 소모동력저감과 작동소음저감이 구현되는 효과가 있다.In the present invention, the hydrogen recirculation is firstly pressurized by the ejector in the low-load region (low flow rate) region and then pressurized by the blower, while in the high load region (high flow rate) The power consumption is reduced and the operation noise is reduced.

또한, 본 발명은 수소재순환시 저부하(저유량)영역과 고부하(고유량)영역으 구분제어에 따른 수소재순환 효율 향상과 함께 블로어 소모동력저감에 따른 연비 향상도 실현되는 효과도 있다.In addition, the present invention has an effect of improving the hydrogen recirculation efficiency according to the division control of the low load (low flow rate) region and the high load (high flow rate) region in hydrogen recirculation, and also improving the fuel efficiency by reducing the blower consumption power.

또한, 본 발명은 저부하(저유량)영역의 수소재순환시 이젝터로 1차 가압된 후 블로어로 가압함으로써 가압 효과를 극대화하고, 고부하(저유량)영역의 수소재순환시 블로어의 정지로 직렬 하이브리드 방식에서 블로어로 인해 나타나는 재순환 성능 악화가 방지되는 효과도 있다.In addition, the present invention maximizes the effect of pressurization by pressurizing with a blower after being primarily pressurized by the ejector during hydrogen recirculation in a low load (low flow rate) region, The deterioration of the recirculation performance caused by the blower can be prevented.

또한, 본 발명은 이젝터 출구와 블로워 입구를 일방향 흐름으로 구성하여 역류의 발생 가능성을 크게 감소시켜줌으로써 역류방지용 체크 밸브와 같은 별도 부품이 요구되지 않는 효과도 있다.Further, since the ejector outlet and the blower inlet are formed as a one-way flow, the possibility of reverse flow is greatly reduced, thereby eliminating the need for a separate component such as a check valve for preventing backflow.

또한, 본 발명은 블로어와 이젝터 및 가스배관을 일체로 묶어 모듈화함으로써 부품수량을 감소시키고 전체적인 레이아웃도 단순화 시켜주는 효과도 있다.
In addition, the present invention can modularize the blower, the ejector, and the gas pipe integrally, thereby reducing the number of parts and simplifying the overall layout.

도 1은 본 발명에 따라 연료전지차량에 적용된 모듈타입 수소재순환장치의 구성도이고, 도 2(가),(나)는 본발명에 따른 모듈타입 수소재순환장치의 저부하영역과 고부하영역별 선택적인 작동상태이며, 도 3(가),(나)는 종래에 따른 수소재순환장치이다.FIG. 1 is a block diagram of a module type hydrogen recirculation apparatus applied to a fuel cell vehicle according to the present invention. FIGS. 2 (a) and 2 3 (a) and 3 (b) are conventional hydrogen recirculation devices.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.

도 1은 본 실시예에 따라 연료전지차량에 적용된 모듈타입 수소재순환장치 의 구성을 나타낸다.1 shows a configuration of a module type hydrogen recirculation apparatus applied to a fuel cell vehicle according to this embodiment.

도시된 바와 같이, 수소재순환장치(10)는 연료전지스택(2)으로 재순환되는 잉여가스를 가압해 수소탱크(1)에서 공급되어 수로라인(3)을 흐르는 수소와 혼합하는 이젝터모듈(11)과, 연료전지스택(2)의 후단에서 분기되어 수소탱크(1)로부터 공급되는 수소량을 제어하는 유량밸브(4)의 후단으로 이어져 잉여가스 흐름통로를 이루는 재순환라인(13)으로 구성된다.As shown, the hydrogen recirculation apparatus 10 includes an ejector module 11 which pressurizes surplus gas recycled to the fuel cell stack 2 and mixes it with hydrogen flowing from the hydrogen tank 1 to the waterway line 3, And a recirculation line 13 extending from the rear end of the fuel cell stack 2 to the rear end of the flow valve 4 for controlling the amount of hydrogen supplied from the hydrogen tank 1 and constituting an excess gas flow passage.

상기 이젝터모듈(11)은 수소탱크(1)로부터 공급되는 수소량을 제어하는 유량밸브(4)의 후단으로 설치되는 레이아웃을 갖는다.The ejector module 11 has a layout provided at the rear end of the flow rate valve 4 for controlling the amount of hydrogen supplied from the hydrogen tank 1.

상기 이젝터모듈(11)은 노즐 및 디퓨저의 구조로 가압하고 수소탱크(1)쪽에서 공급되는 고압(10bar)의 수소에 분사함으로써 저압수소압력을 상승시켜주는 이젝터(11a)와, 고속의 모터로 회전되는 임펠러로 저압수소압력을 상승시키는 블로어(11b)와, 블로어(11b)가 설치되고 이젝터(11a)의 출구와 입구사이를 폐회로로 형성하는 내부리턴라인(12)으로 구성된다.The ejector module 11 includes an ejector 11a which pressurizes by the structure of a nozzle and a diffuser and injects the high pressure (10 bar) hydrogen supplied from the side of the hydrogen tank 1 to increase the pressure of low pressure hydrogen, A blower 11b for raising the pressure of the low-pressure hydrogen to the impeller 11b and an internal return line 12 for establishing a closed circuit between the outlet of the ejector 11a and the inlet of the ejector 11a.

본 실시예에서 상기 블로어(11b)의 흡입력은 이젝터(11a)의 출구를 빠져나와 연료전지스택(2)으로 흘러가는 가스흐름을 내부리턴라인(12)으로 전환시키기에 충분할 정도로 설정된다.The suction force of the blower 11b is set so as to be sufficient to switch the flow of gas flowing out of the outlet of the ejector 11a to the fuel cell stack 2 into the internal return line 12 in this embodiment.

하지만, 상기 내부리턴라인(12)으로 개폐밸브가 더 설치됨으로써 이젝터(11a)의 출구를 재순환라인(13)과 연통시키거나 또는 수소라인(2)과 연통시켜줄 수 도 있다.However, the internal return line 12 may be further provided with an opening / closing valve so that the outlet of the ejector 11a may be communicated with the recirculation line 13 or may be communicated with the hydrogen line 2.

상기 개폐밸브는 컨트롤러로 제어된다.The on-off valve is controlled by a controller.

상기와 같이 개폐밸브를 이용함으로써 블로어(11b)의 사양에 대한 선택폭이 보다 넓어질 수 있다.By using the opening / closing valve as described above, the selection range for the specifications of the blower 11b can be further widened.

한편, 상기 재순환라인(13)은 연료전지스택(2)의 후단에서 이젝터모듈(11)의 입구로 이어지는 레이아웃을 갖는다.On the other hand, the recirculation line 13 has a layout leading from the rear end of the fuel cell stack 2 to the inlet of the ejector module 11.

본 실시예에서 수소재순환장치는 재순환제어를 관장하는 컨트롤러를 통해 동작되며, 상기 컨트롤러는 통상 차량을 제어하도록 기 적용되는 차량 컨트롤러를 이용한다.In the present embodiment, the hydrogen recirculation apparatus is operated through a controller that supervises recirculation control, and the controller normally uses a vehicle controller that is applied to control the vehicle.

상기 컨트롤러의 제어로직은 일례로, 저부하(저유량)영역의 제어로직인 경우 이젝터(11a)로 1차 가압된 재순환가스가 블로어(11b)로 2차 가압된 후 다시 이젝터(11a)로 되돌아가도록 개폐밸브를 열어줌으로써 이젝터(11a)의 출구와 재순환라인(13)을 연통시켜 주고, 고부하(고유량)영역의 제어로직인 경우 블로어(11b)의 구동이 정지되고 개폐밸브를 닫아줌으로써 이젝터(11a)의 출구와 수소라인(3)을 연통시켜 준다.In the control logic of the controller, for example, in the case of the control logic of the low load (low flow rate) region, the recirculating gas which is first pressurized by the ejector 11a is secondarily pressurized by the blower 11b and then returns to the ejector 11a (High flow rate) region, the driving of the blower 11b is stopped, and the opening / closing valve is closed so that the ejector 11a can be opened and closed by opening the opening / closing valve so that the outlet of the ejector 11a is communicated with the recirculation line 13. [ 11a and the hydrogen line 3, respectively.

도 2(가)는 본 실시예에 따른 수소재순환장치의 저부하(저유량)영역시 작동상태를 나타낸다.2 (A) shows an operating state in a low load (low flow rate) region of the hydrogen recirculation apparatus according to the present embodiment.

도시된 바와 같이, 수소재순환장치(10)가 저부하(저유량)영역에서 작동되면, 연료전지스택(2)의 후단에서 나오는 잉여가스는 재순환라인(13)을 통해 이젝터모듈(11)의 입구쪽으로 공급된다.As shown in the figure, when the hydrogen recirculation apparatus 10 is operated in the low load region, surplus gas emerging from the rear end of the fuel cell stack 2 flows through the recirculation line 13 to the inlet of the ejector module 11 .

상기 이젝터모듈(11)의 입구쪽으로 공급된 잉여가스는 이젝터(11a)로 들어가고, 이젝터(11a)로 들어온 잉여가스는 이젝터(11a)의 내부를 거치면서 1차 가압된 후 출구로 빠져나오게 된다.The surplus gas supplied to the inlet side of the ejector module 11 enters the ejector 11a and the surplus gas that has entered the ejector 11a is firstly pressurized through the inside of the ejector 11a and then exits to the outlet.

하지만, 블로어(11b)가 구동되어 임펠러의 흡입력이 이젝터(11a)의 출구쪽에 작용함으로써, 이젝터(11a)의 출구를 나오는 1차 가압 가스는 연료전지스택(2)으로 가지 못하고 내부리턴라인(12)으로 빨려들어 오게 된다.However, since the blower 11b is driven and the suction force of the impeller acts on the outlet side of the ejector 11a, the primary pressurized gas exiting the outlet of the ejector 11a can not reach the fuel cell stack 2, ).

이때, 블로어(11b)는 흡입력만으로 1차 가압 가스를 내부리턴라인(12)으로 빨아들이기에 충분한 최저 회전수로 구동된다. At this time, the blower 11b is driven at a minimum rotational speed sufficient to suck the primary pressurized gas into the internal return line 12 only by the suction force.

반면, 내부리턴라인(12)에 개폐밸브가 구비된 경우, 상기 개폐밸브로 연료전지스택(2)으로 이어진 수소라인(2)을 차단하고 내부리턴라인(12)을 열어줌으로써 블로어(11b)의 최저 회전수에 대한 제한이 필요 없게 된다.On the other hand, when the internal return line 12 is provided with the on-off valve, the hydrogen line 2 connected to the fuel cell stack 2 is blocked by the on-off valve and the internal return line 12 is opened, There is no need to limit the minimum number of revolutions.

상기와 같이 블로어(11b)의 흡입력을 통해 내부리턴라인(12)으로 빨려들어온 1차 가압 가스는 블로어(11b)를 통해 다시 가압된 후 이젝터(11a)의 입구로 재 공급됨으로써, 이젝터(11a)는 1차 가압 가스에 비해 상대적으로 더 높게 가압된 2차 가압 가스 상태로 이젝터(11a)의 출구로 빠져나가게 된다.The primary pressurized gas sucked into the internal return line 12 through the suction force of the blower 11b is again pressurized through the blower 11b and then supplied again to the inlet of the ejector 11a, Is discharged to the outlet of the ejector 11a in the state of the secondary pressurized gas which is pressurized relatively higher than that of the primary pressurized gas.

이어, 상기 이젝터(11a)를 빠져 나온 2차 가압 가스는 수소라인(3)을 통해 연료전지스택(2)으로 공급된다. Subsequently, the secondary pressurized gas that has exited from the ejector 11a is supplied to the fuel cell stack 2 through the hydrogen line 3.

본 실시예에서 이와 같은 블로어(11b)를 통한 2차 가압은 저부하(저유량)영역에서 중부하(중유량)영역까지 수행되는데, 중부하(중유량)영역에 대한 기준은 블로어(11b)가 잉여가스를 충분히 가압하여 성능을 발휘하는 시점이다.In the present embodiment, the secondary pressurization through the blower 11b is performed from the low load region to the heavy load region. The criterion for the heavy load region is the blower 11b, Is sufficient to sufficiently pressurize the surplus gas to exert its performance.

실제적으로, 중부하(중유량)영역에 대한 기준은 블로어(11b)의 사양에 따라 달라진다.Actually, the criterion for the heavy load (heavy oil amount) region depends on the specifications of the blower 11b.

한편, 도 2(나)는 본 실시예에 따른 수소재순환장치의 고부하(고유량)영역시 작동상태를 나타낸다.On the other hand, FIG. 2 (B) shows an operating state of the hydrogen recirculation apparatus according to the present embodiment in a high load (high flow rate) region.

도시된 바와 같이, 수소재순환장치(10)가 고부하(고유량)영역에서 작동되면, 연료전지스택(2)의 후단에서 나오는 잉여가스는 재순환라인(13)을 통해 이젝터모듈(11)의 입구쪽으로 공급된다.As shown in the figure, when the hydrogen recirculation apparatus 10 is operated in the high load (high flow rate) region, surplus gas coming from the rear end of the fuel cell stack 2 flows toward the inlet of the ejector module 11 through the recirculation line 13 .

상기 이젝터모듈(11)의 입구쪽으로 공급된 잉여가스는 이젝터(11a)로 들어가고, 이젝터(11a)로 들어온 잉여가스는 이젝터(11a)의 내부를 거치면서 가압된 후 출구로 빠져나오게 된다.The surplus gas supplied to the inlet side of the ejector module 11 enters the ejector 11a and the surplus gas that has entered the ejector 11a is pressed through the inside of the ejector 11a and then exited to the outlet.

이때, 블로어(11b)는 구동되지 않게 되고, 이로 인해 이젝터(11a)의 출구로 빠져나온 가압 가스는 수로라인(3)을 통해 연료전지스택(2)으로 공급된다.At this time, the blower 11b is not driven, so that the pressurized gas that has escaped to the outlet of the ejector 11a is supplied to the fuel cell stack 2 through the water line 3.

만약, 내부리턴라인(12)에 개폐밸브가 구비된 경우라면, 상기 개폐밸브는 내부리턴라인(12)을 차단하고 수소라인(2)을 열어줌으로써 이젝터(11a)의 출구와 수소라인(2) 및 연료전지스택(2)이 서로 연통된 상태로 전환된다.If the internal return line 12 is provided with an on-off valve, the on-off valve closes the internal return line 12 and opens the hydrogen line 2, thereby closing the outlet of the ejector 11a and the hydrogen line 2. [ And the fuel cell stack 2 are communicated with each other.

이는, 블로어(11b)를 통한 가압 없이 이젝터(11a)를 통해서만 가압되더라도 고부하(고유량)영역에서는 충분한 가압성능이 발휘됨에 따른 것이다.This is because sufficient pressurizing performance can be exerted in the high load (high flow rate) region even if the pressure is exerted only through the ejector 11a without pressurization through the blower 11b.

특히, 이를 통해 직렬 하이브리드 방식의 단점인 고부하(고유량)영역에서 블로어(11b)를 최대로 구동하더라도 재순환 유량을 충족하지 못하여 오히려 재순환 성능 악화를 가져오는 현상이 해소되고, 블로어(11b)의 정지에 따른 소모동력 저감도 구현할 수 있게 된다.In particular, even if the blower 11b is driven to the maximum in a high load (high flow rate) region, which is a disadvantage of the serial hybrid method, the recirculating flow rate can not be satisfied and the phenomenon of deteriorating the recirculation performance is solved. It is possible to realize a reduction in consumed power according to the present invention.

상기와 같이 본 실시예에 따른 수소재순환장치(10)는 연료전지스택(2)으로부터 재순환되는 잉여가스를 가압하는 이젝터(11a)에서 분기되어 다시 이젝터(11a)로 이어지면서 블로어(11b)를 갖춘 내부리턴라인(12)으로 이루어진 이젝터모듈(11)과, 연료전지스택(2)의 후단에서 이젝터모듈(11)로 이어지는 재순환라인(13)으로 구성되고, 작동시 저부하(저유량)영역일 때 이젝터(11a)와 블로어(11b)를 통해 두 번 가압하고 고부하(고유량)영역에서 이젝터(11a)만으로 가압해 공급함으로써, 블로어 구동으로 인한 소모동력저감은 물론 작동소음도 낮추고, 특히 이젝터(11a)와 블로어(11b)의 모듈화를 통해 부품수량감소와 레이아웃 장점도 최적화시킬 수 있게 된다.
As described above, the hydrogen recirculation apparatus 10 according to this embodiment is branched from the ejector 11a that pressurizes the surplus gas recirculated from the fuel cell stack 2 and is connected to the ejector 11a, An ejector module 11 composed of an internal return line 12 and a recirculation line 13 connected to the ejector module 11 at the rear end of the fuel cell stack 2, The pressurized air is pressurized twice through the ejector 11a and the blower 11b and pressurized and supplied only by the ejector 11a in the region of high load (high flow rate), thereby reducing power consumption and operating noise caused by driving the blower, And the blower 11b are modularized, it is possible to reduce the number of parts and optimize the layout advantage.

1 : 수소탱크 2 : 연료전지스택
3 : 수소라인 4 : 유량밸브
10 : 수소재순환장치 11 : 이젝터모듈
11a : 이젝터 11b : 블로어
12 : 내부리턴라인 13 : 재순환라인1: hydrogen tank 2: fuel cell stack
3: hydrogen line 4: flow valve
10: hydrogen recirculation device 11: ejector module
11a: ejector 11b: blower
12: internal return line 13: recirculation line

Claims (9)

연료전지스택으로부터 재순환되는 잉여가스를 가압해 수소탱크에서 공급되는 수소와 혼합하는 이젝터에서 분기되어 상기 이젝터로 이어지는 내부리턴라인이 구비되고, 상기 내부리턴라인에 블로어가 설치된 이젝터모듈과;
상기 연료전지스택의 후단에서 상기 이젝터로 이어져 상기 잉여가스의 흐름통로를 이루는 재순환라인;
상기 이젝터와 상기 블로어를 저부하(저유량)영역에서 함께 구동하는 반면 고부하(고유량)영역에서 상기 블로어는 구동하지 않는 컨트롤러; 를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 재순환라인에서 상기 이젝터로 공급되어 상기 이젝터에서 1차 가압된 상기 잉여가스를 상기 블로어가 빨아 들여 2차 가압한 후 상기 내부리턴라인에서 상기 이젝터로 다시 되돌아가도록 상기 블로어를 구동시켜 주며;
상기 내부리턴라인은 상기 이젝터와 상기 블로어를 폐회로로 감싸 상기 잉여가스가 상기 이젝터에서 블로어를 거쳐 상기 이젝터로 순환되도록 하는
것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
An ejector module having an internal return line branched from an ejector for mixing an excess gas recirculated from the fuel cell stack with hydrogen supplied from a hydrogen tank and leading to the ejector, and a blower installed in the internal return line;
A recirculation line extending from a rear end of the fuel cell stack to the ejector to form a flow path of the surplus gas;
A controller that drives the ejector and the blower together in a low load (low flow rate) region but does not drive the blower in a high load (high flow rate) region; Lt; / RTI >
The controller drives the blower so as to return to the ejector from the internal return line after the blower sucks and secondarily pressurizes the surplus gas firstly supplied from the ejector to the ejector in the recirculation line ;
Wherein the internal return line surrounds the ejector and the blower in a closed circuit so that the surplus gas is circulated from the ejector to the ejector via the blower
Wherein the hydrogen recirculating unit is a hydrogen recirculation unit.
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 내부리턴라인은 상기 이젝터의 출구에서 분기되어 상기 이젝터의 입구로 이어진 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
The module type hydrogen recirculation apparatus according to claim 1, wherein the internal return line is branched at an outlet of the ejector and connected to an inlet of the ejector.
청구항 3에 있어서, 상기 내부리턴라인에는 상기 이젝터의 출구를 상기 내부리턴라인에 연통시키는 개폐밸브가 더 구비된 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
The module type hydrogen recirculation apparatus according to claim 3, wherein the internal return line is further provided with an on-off valve that communicates the outlet of the ejector to the internal return line.
청구항 1에 있어서, 상기 재순환라인은 상기 이젝터의 입구로 이어진 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
The module type hydrogen recirculation apparatus according to claim 1, wherein the recycle line extends to an inlet of the ejector.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 저부하(저유량)영역과 상기 고부하(고유량)영역사이인 중부하(중유량)영역에서는 상기 이젝터와 상기 블로어가 함께 구동되는 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
The module type hydrogen recirculation apparatus according to claim 1, wherein the ejector and the blower are driven together in a heavy load (heavy oil amount) region between the low load (low flow rate) region and the high load (high flow rate) region.
청구항 8에 있어서, 상기 저부하(저유량)영역과 상기 고부하(고유량)영역은 상기 블로어의 가압효율을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치. 9. The module type hydrogen recirculation apparatus according to claim 8, wherein the low load (low flow rate) region and the high load (high flow rate) region are based on the pressurizing efficiency of the blower.
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