KR101940324B1 - Fuel cell system for vehicle - Google Patents

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Abstract

차량용 연료전지 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 이젝터와 연료전지스택을 구비하고, 상기 연료전지스택에서 배출된 잔여 수소 및 수분을 상기 이젝터로 안내하여 상기 연료전지스택으로 재공급되도록 하는 재순환라인을 구비하는 차량용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 재순환라인 상에 배치되어 상기 연료전지스택에서 배출된 잔여 수소 및 수분을 냉각시키는 냉각부; 및 상기 냉각부를 거친 잔여 수소 및 수분을 일부 액적화하여 외부 배출시키고, 나머지는 상기 이젝터로 공급하는 워터트랩부;를 포함하는 차량용 연료전지 시스템이 제공될 수 있다.A fuel cell system for a vehicle is disclosed. According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell vehicle including an ejector and a fuel cell stack, and a recirculation line for leading the remaining hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack to the ejector and re- 1. A battery system comprising: a cooling unit disposed on a recirculation line for cooling residual hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack; And a water trap part for partially draining remaining hydrogen and moisture from the cooling part to the outside and supplying the remaining part to the ejector.

Description

차량용 연료전지 시스템 {FUEL CELL SYSTEM FOR VEHICLE}[0001] FUEL CELL SYSTEM FOR VEHICLE [0002]

본 발명은 차량용 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연료전지스택으로 순환되는 수분량을 효과적으로 조절 가능한 차량용 연료전지 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a fuel cell system for a vehicle, and more particularly, to a fuel cell system for a vehicle capable of effectively regulating the amount of water circulated in the fuel cell stack.

환경친화적인 미래형 차량으로 수소 연료전지 차량이 주목받고 있다. 수소 연료전지 차량에 사용되는 연료전지 시스템은 반응가스의 전기 화학적 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지스택, 연료전지스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급시스템, 연료전지스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급시스템, 연료전지스택의 전기 화학적 반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지스택의 운전 온도를 최적으로 제어하고 수분 관리 기능을 수행하는 열 및 수분 관리 시스템 등으로 구성될 수 있다.A hydrogen fuel cell vehicle is attracting attention as an environmentally friendly future vehicle. A fuel cell system used in a hydrogen fuel cell vehicle includes a fuel cell stack for generating electric energy from an electrochemical reaction of a reaction gas, a hydrogen supply system for supplying hydrogen as fuel to the fuel cell stack, An air supply system for supplying air containing oxygen which is an oxidant, a heat and moisture management system for optimally controlling the operating temperature of the fuel cell stack by discharging heat, which is a byproduct of the electrochemical reaction of the fuel cell stack, System or the like.

도 1은 연료전지스택의 원리를 개략적으로 도시한 개념도이다.1 is a conceptual view schematically showing the principle of a fuel cell stack.

도 1을 참고하면, 연료전지스택에는 음극으로써 기능하는 애노드(anode)와 양극으로써 기능하는 캐소드(cathode)가 구비되며, 애노드에는 수소가 연료로서 공급되고, 캐소드에는 산소가 산화제로서 공급되게 된다. 또한, 애노드와 캐소드 사이에는 멤브레인(membrane)이 마련되며, 애노드에서 생성된 수소 양이온(H+)은 멤브레인을 통해 캐소드 전극으로 이동하게 된다.Referring to FIG. 1, a fuel cell stack is provided with an anode functioning as a cathode and a cathode functioning as an anode. Hydrogen is supplied as fuel to the anode, and oxygen is supplied to the cathode as an oxidant. In addition, a membrane is provided between the anode and the cathode, and the hydrogen cation (H +) generated in the anode moves to the cathode electrode through the membrane.

연료전지스택 내에서의 전체반응은 하기 화학식과 같으며, 연료인 수소와 산화제인 산소가 공급되어 반응하면, 전기에너지, 열 및 수분(물)이 생성되게 된다.The total reaction in the fuel cell stack is represented by the following formula: When hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidant are supplied and reacted, electric energy, heat and water (water) are produced.

Figure 112012071905380-pat00001
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이때, 멤브레인을 통한 수소 양이온의 이동은 멤브레인이 적절하게 수화(水化)되었을 때 활발하게 이동되며, 이러한 경우, 이온 전달 저항이 작기 때문에 성능 및 내구성이 우수하게 된다. 따라서 공급되는 수소나 산화제는 멤브레인이 충분한 수분을 함유할 수 있도록 가습되어 공급되게 된다.At this time, the movement of hydrogen cations through the membrane is actively shifted when the membrane is suitably hydrated. In this case, the ion transfer resistance is small, so that the performance and durability are excellent. Therefore, the hydrogen or oxidizing agent supplied is humidified and supplied so that the membrane can contain sufficient moisture.

이때, 수분이 부족하여 불포화 가습되는 경우, 멤브레인이 건조해져 이온 전달 저항이 커지게 되며, 이로 인해, 수소 양이온의 이동이 저감되어 성능이 저하되게 된다. 또한, 상기와 같은 불포화 가습의 경우, 멤브레인의 손상이 야기될 수도 있다. 반면, 수분이 지나치게 많이 공급되어 과포화 가습이 일어나는 경우에는, 연료전지스택 내 수소나 산소의 이동이 방해되며, 촉매 손상 등이 유발되어 내구성이 현저하게 저하되는 문제점이 있다. 따라서 연료전지스택으로 공급되는 수분을 적절히 조절 가능한 연료전지 시스템의 개발이 요구된다.At this time, when the water is unsaturated and is unsaturated and humidified, the membrane is dried and the ion transfer resistance is increased. As a result, migration of the hydrogen cation is reduced and the performance is lowered. In addition, in the case of the above-mentioned unsaturated humidification, damage of the membrane may be caused. On the other hand, when excessive moisture is supplied to cause over-humidification, the hydrogen or oxygen in the fuel cell stack is disturbed, and catalyst damage or the like is caused, resulting in a significant decrease in durability. Therefore, it is required to develop a fuel cell system capable of appropriately regulating the moisture supplied to the fuel cell stack.

본 발명은 연료전지스택으로 공급되는 수분량을 적절히 조절 가능한 차량용 연료전지 시스템을 제공하고자 한다.The present invention is intended to provide a fuel cell system for a vehicle capable of appropriately adjusting the amount of water supplied to the fuel cell stack.

본 발명의 일 측면에 따르면, 이젝터와 연료전지스택을 구비하고, 상기 연료전지스택에서 배출된 잔여 수소 및 수분을 상기 이젝터로 안내하여 상기 연료전지스택으로 재공급되도록 하는 재순환라인을 구비하는 차량용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 재순환라인 상에 배치되어 상기 연료전지스택에서 배출된 잔여 수소 및 수분을 냉각시키는 냉각부; 및 상기 냉각부를 거친 잔여 수소 및 수분을 일부 액적화하여 외부 배출시키고, 나머지는 상기 이젝터로 공급하는 워터트랩부;를 포함하는 차량용 연료전지 시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell vehicle including an ejector and a fuel cell stack, and a recirculation line for leading the remaining hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack to the ejector and re- 1. A battery system comprising: a cooling unit disposed on a recirculation line for cooling residual hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack; And a water trap part for partially draining remaining hydrogen and moisture from the cooling part to the outside and supplying the remaining part to the ejector.

이때, 상기 냉각부는, 상기 연료전지스택에서 배출된 잔여 수소 및 수분을 상온으로 냉각시킬 수 있다.At this time, the cooling unit may cool remaining hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack to room temperature.

또한, 상기 냉각부는, 공냉식 라디에이터를 포함할 수 있다.Further, the cooling unit may include an air-cooled radiator.

또한, 상기 냉각부는, 상기 연료전지스택에서 배출된 잔여 수소 및 수분을 외기와 열교환시키는 열교환기; 상기 열교환기로 외기를 안내하는 제 1 공기공급라인; 및 상기 제 1 공기공급라인에서 열교환된 공기를 상기 연료전지스택으로 공급하는 제 2 공기공급라인;을 포함할 수 있다.The cooling unit may further include a heat exchanger for exchanging residual hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack with outdoor air; A first air supply line for guiding the outside air to the heat exchanger; And a second air supply line for supplying air to the fuel cell stack, the air having been heat-exchanged in the first air supply line.

이때, 상기 냉각부는, 상기 제 1 공기공급라인에서 분지되어 상기 제 2 공기공급라인으로 연결되는 바이패스라인; 및 상기 바이패스라인의 분지점에 마련되는 삼방밸브;를 포함할 수 있다.The cooling unit may include a bypass line branched from the first air supply line and connected to the second air supply line; And a three-way valve provided at a branch point of the bypass line.

또한, 상기 냉각부는, 상기 제 1 공기공급라인에 마련되는 에어필터; 및 상기 제 2 공기공급라인에 마련되는 에어펌프;를 포함할 수 있다.The cooling unit may further include: an air filter provided in the first air supply line; And an air pump provided in the second air supply line.

본 발명의 실시예들에 따른 차량용 연료전지 시스템은, 연료전지스택에서 배출되는 잔여 수소 및 수분을 소정정도 냉각시킴으로써, 워터트랩부에서의 수분 포집 능력을 증대시키고, 연료전지스택으로 재순환되는 수분량을 적절하게 조절할 수 있다.The fuel cell system for a vehicle according to the embodiments of the present invention can increase the water trapping ability in the water trap portion by cooling the residual hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack to a predetermined degree and reduce the amount of water recirculated to the fuel cell stack Can be adjusted appropriately.

도 1은 연료전지스택의 기본원리를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템을 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템을 보여주는 개념도이다.1 is a conceptual view schematically showing a basic principle of a fuel cell stack.
2 is a conceptual diagram showing a fuel cell system for a vehicle according to a first embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram showing a fuel cell system for a vehicle according to a second embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들에 따른 차량용 연료전지 시스템에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a vehicle fuel cell system according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템을 보여주는 개념도이다.2 is a conceptual diagram showing a fuel cell system for a vehicle according to a first embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템(100)은, 이젝터(110) 및 연료전지스택(120)을 구비할 수 있다.Referring to FIG. 2, the vehicle fuel cell system 100 according to the present embodiment may include an ejector 110 and a fuel cell stack 120.

이젝터(110)는 저압의 수소를 연료전지스택(120)으로 공급할 수 있다. 또한, 이젝터(110)는 고압 수소가 노즐(축소 노즐 또는 축소-확대 노즐)을 통과함에 따른 고속의 수소 제트가 만드는 저압을 이용해 연료전지스택(120)의 애노드(anode)에서 미반응된 잔여 수소를 흡입하여 재순환시키는 기능을 수행한다. 상기와 같은 이젝터(110)는 차량용 연료전지 시스템에서 종래 공지된 바 있으므로, 상세한 설명을 생략하도록 한다. (이젝터(ejector) 관련 선행특허로는 미국등록특허 제7320840호, 미국공개특허 제2009-0155641호 등이 있다.)The ejector 110 can supply low-pressure hydrogen to the fuel cell stack 120. [ In addition, the ejector 110 discharges residual unreacted hydrogen (not shown) at the anode of the fuel cell stack 120 by using the low pressure created by the high-speed hydrogen jet as the high-pressure hydrogen passes through the nozzle (the reduction nozzle or the reduction- And recirculates the refrigerant. Since the ejector 110 is conventionally known in a fuel cell system for a vehicle, a detailed description thereof will be omitted. (Prior art related to an ejector includes U.S. Patent No. 7320840 and U.S. Patent Publication No. 2009-0155641.)

연료전지스택(120)은 이젝터(110)에서 공급된 수소를 산화제인 산소와 반응시켜 전기에너지를 생성한다. 연료전지스택(120)에서 전기에너지를 생성하는 원리는 도 1을 참조하여 상술한 바 있다. 또한, 연료전지스택(120)은 차량용 연료전지 시스템에서 종래 공지된 것으로, 내부 구성에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.The fuel cell stack 120 reacts hydrogen supplied from the ejector 110 with oxygen, which is an oxidant, to generate electric energy. The principle of generating electrical energy in the fuel cell stack 120 has been described above with reference to FIG. Further, the fuel cell stack 120 is conventionally known in a fuel cell system for a vehicle, and a detailed description of its internal configuration is omitted.

상기와 같은 이젝터(110) 및 연료전지스택(120)의 작동을 간략히 설명하면, 이젝터(110)는 연료공급부(미도시)로부터 수소를 공급받으며, 공급받은 수소의 압력을 조절하여 연료전지스택(120)으로 제공하게 된다. 이때, 이젝터(110)에서 연료전지스택(120)으로 제공되는 수소에는 수분이 포함되며, 상기의 수분은 후술할 재순환라인(130)을 통해 공급될 수 있다. 바람직하게는, 상기 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 연료전지스택(120)의 최적 효율을 위하여는, 이젝터(110)를 통해 연료전지스택(120)으로 공급되는 연료 가스(수소 및 수분)의 상대습도가 100 퍼센트로 유지될 수 있다.The operation of the ejector 110 and the fuel cell stack 120 will be briefly described. The ejector 110 receives hydrogen from a fuel supply unit (not shown), adjusts the pressure of the supplied hydrogen, 120). At this time, the hydrogen supplied to the fuel cell stack 120 from the ejector 110 contains moisture, and the water can be supplied through the recycle line 130, which will be described later. 1, for optimum efficiency of the fuel cell stack 120, the amount of the fuel gas (hydrogen and moisture) supplied to the fuel cell stack 120 through the ejector 110 Relative humidity can be maintained at 100 percent.

한편, 연료전지스택(120)은 이젝터(110)를 통해 공급받은 수소와 공기중의 산소를 반응시켜 전기에너지를 생성한다. 이때, 연료전지스택(120)으로 공급되는 공기 및 산소는 외기로부터 충당될 수 있다.Meanwhile, the fuel cell stack 120 generates electrical energy by reacting hydrogen supplied through the ejector 110 with oxygen in the air. At this time, air and oxygen supplied to the fuel cell stack 120 can be supplied from outside air.

또한, 일반적으로, 연료전지스택(120)에는 연료전지스택(120) 내 반응량보다 많은 량의 수소 및 산소가 공급되게 된다. 즉, 이젝터(110)를 통해 공급되는 수소나 외기로부터 공급되는 산소는 일부 연료전지스택(120) 내에서 반응을 일으켜 전기에너지를 생성하는데 사용되며, 나머지 잔여 수소 및 산소는 외부로 다시 배출되게 된다.Generally, the fuel cell stack 120 is supplied with a greater amount of hydrogen and oxygen than the amount of reaction in the fuel cell stack 120. That is, the hydrogen supplied through the ejector 110 or the oxygen supplied from the outside air reacts in the fuel cell stack 120 to generate electric energy, and the remaining hydrogen and oxygen are discharged again to the outside .

보다 구체적으로, 연료전지스택(120) 내에서 반응에 사용되고 남은 산소(즉, 공기)는 다시 외기로 배출되며, 잔여 수소는 재순환라인(130)을 통해 연료전지스택(120)에서 배출되게 된다. 이때, 연료전지스택(120) 내에서는 수소 및 산소 간 반응으로 인해, 수분(H2O)이 생성되게 되는 바, 생성된 수분 또한 잔여 수소와 함께 재순환라인(130)으로 배출되게 된다.More specifically, the oxygen remaining in the fuel cell stack 120 used for the reaction (i.e., air) is again discharged to the outside air, and the remaining hydrogen is discharged from the fuel cell stack 120 through the recirculation line 130. At this time, water (H 2 O) is generated in the fuel cell stack 120 due to the reaction between hydrogen and oxygen, and the generated moisture is discharged to the recycle line 130 together with the residual hydrogen.

재순환라인(130)은 연료전지스택(120)에서 생성된 수분과 잔여 수소를 다시 이젝터(110)로 공급한다. 이때, 연료전지스택(120) 내에서는 수소 및 산소 간 반응에 의해 지속적으로 수분이 생성되게 되는 바, 시스템 내에서 필요한 수분(즉, 이젝터(110)에서 연료전지스택(120)으로 수소를 공급시 상대습도 조절을 위한 수분)을 제외하고는 잉여 수분을 외부로 배출할 필요가 있다. 이는 시스템 내 수분이 과다하여 과포화 가습이 일어나는 경우, 시스템의 효율이 저하될 수 있기 때문이다 (도 1 참고).The recycle line 130 supplies again the water and residual hydrogen generated in the fuel cell stack 120 to the ejector 110. At this time, moisture is continuously generated in the fuel cell stack 120 due to the reaction between hydrogen and oxygen, so that moisture required in the system (i.e., when supplying the hydrogen from the ejector 110 to the fuel cell stack 120) Moisture for controlling the relative humidity), it is necessary to discharge surplus moisture to the outside. This is because if the system is over-hydrated and over-humidification occurs, the efficiency of the system may be reduced (see FIG. 1).

본 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템(100)은 상기와 같은 재순환라인(130)의 수분 조절을 위하여, 냉각부(140) 및 워터트랩부(150)를 구비할 수 있다.The vehicle fuel cell system 100 according to the present embodiment may include a cooling unit 140 and a water trap unit 150 for controlling moisture of the recirculation line 130.

냉각부(140)는 재순환라인(130) 상에 배치되어 연료전지스택(120)으로부터 배출되는 잔여 수소 및 수분을 소정정도 냉각시킨다. 연료전지스택(120)에 배출되는 잔여 수소 및 수분은 통상 섭씨 60 내지 80도의 온도를 형성할 수 있다. 냉각부(140)는 상기와 같은 잔여 수소 및 수분을 상온(대략, 섭씨 25도)으로 냉각하여 수분을 응축을 촉진시킬 수 있다.The cooling unit 140 is disposed on the recirculation line 130 to cool the residual hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack 120 to a predetermined degree. The residual hydrogen and moisture exiting the fuel cell stack 120 may typically form a temperature of 60 to 80 degrees Celsius. The cooling unit 140 may cool the residual hydrogen and moisture as described above at room temperature (approximately 25 degrees Celsius) to promote condensation of water.

도 2에 예시된 바와 같이, 냉각부(140)는 공냉식 라디에이터(140)를 포함할 수 있다. 상기와 같은 공냉식 라디에이터(140)는 비용이나 제작상의 어려움을 최소화하면서도, 연료전지스택(120)에서 배출되는 잔여 수소 및 수분을 상온 정도로 냉각시키는데 유용하게 활용될 수 있다.As illustrated in FIG. 2, the cooling unit 140 may include an air-cooled radiator 140. The air-cooled radiator 140 may be useful for cooling residual hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack 120 to about room temperature, while minimizing cost and manufacturing difficulties.

한편, 냉각부(140)를 거친 잔여 수소 및 수분은 워터트랩부(150)를 거쳐 수분이 일부 제거되게 된다. 즉, 워터트랩부(150)는 잔여 수소 및 수분을 일부 응축시켜 액적화(液滴化)하고, 드레인밸브(151)를 통해 외부로 배출시킨다. 한편, 워터트랩부(150)는 외부 배출되지 않은 나머지 수소 및 수분을 이젝터(110)로 다시 공급하며, 이젝터(110)에서는 이를 다시 연료전지스택(120)으로 공급하여 시스템 내 재사용되도록 한다.On the other hand, the remaining hydrogen and moisture passing through the cooling unit 140 are partially removed through the water trap unit 150. That is, the water trap unit 150 condenses a part of residual hydrogen and moisture to form droplets (droplets), and discharges the water through the drain valve 151 to the outside. Meanwhile, the water trap unit 150 supplies the remaining hydrogen and moisture that have not been discharged to the ejector 110 again, and the ejector 110 supplies the hydrogen and moisture again to the fuel cell stack 120 to be reused in the system.

상기와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템(100)은 냉각부(140) 및 워터트랩부(150)를 통해 재순환라인(130)으로 순환되는 수분을 소정정도 제거함으로써, 연료전지스택(120)으로 공급되는 수분량을 적절하게 조절할 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템(100)은 냉각부(140)에서 잔여 수소 및 수분을 상온으로 냉각하여 워터트랩부(150)로 제공함으로써, 워터트랩부(150)에서의 응축 효율을 증대시킬 수 있으며, 수분 제거 부족으로 인한 과포화 가습 상태 등을 미연에 방지할 수 있다.As described above, the vehicle fuel cell system 100 according to the present embodiment removes water circulated to the recirculation line 130 through the cooling unit 140 and the water trap unit 150 to a predetermined degree, 120 can be adjusted appropriately. Particularly, in the vehicle fuel cell system 100 according to the present embodiment, residual hydrogen and moisture in the cooling unit 140 are cooled to room temperature and supplied to the water trap unit 150, so that the condensation efficiency in the water trap unit 150 And it is possible to prevent the supersaturation and humidification state due to lack of moisture removal.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템을 보여주는 개념도이다.3 is a conceptual diagram showing a fuel cell system for a vehicle according to a second embodiment of the present invention.

설명의 편의를 위하여, 본 실시예에서는 전술한 제 1 실시예와 대응되는 구성에 대하여는 대응되는 도면부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.For convenience of explanation, in this embodiment, the same reference numerals are assigned to the components corresponding to those of the first embodiment, and redundant description is omitted.

도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템(200)은, 이젝터(210), 연료전지스택(220), 재순환라인(230) 및 워터트랩부(250)를 포함할 수 있다. 상기의 이젝터(210), 연료전지스택(220), 재순환라인(230) 및 워터트랩부(250)는 전술한 제 1 실시예의 이젝터(110), 연료전지스택(120), 재순환라인(130) 및 워터트랩부(150)에 대응되는 것으로, 전술한 바와 유사하므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.3, the vehicle fuel cell system 200 according to the present embodiment may include an ejector 210, a fuel cell stack 220, a recirculation line 230, and a water trap unit 250. The ejector 210, the fuel cell stack 220, the recycle line 230 and the water trap 250 may be connected to the ejector 110, the fuel cell stack 120, the recycle line 130, And the water trap unit 150, and thus the detailed description thereof will be omitted.

한편, 본 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템(200)은, 냉각부(240)를 구비할 수 있다. 냉각부(240)는 연료전지스택(220)에서 배출되는 잔여 수소 및 수분을 냉각시킨다. 이때, 본 실시예에 따른 냉각부(240)는 연료전지스택(220)으로 공급되는 공기를 일부 우회시켜 냉각에 활용하게 된다.On the other hand, the vehicle fuel cell system 200 according to the present embodiment may include a cooling unit 240. The cooling unit 240 cools the remaining hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack 220. At this time, the cooling unit 240 according to the present embodiment bypasses the air supplied to the fuel cell stack 220 to utilize the air for cooling.

보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 냉각부(240)는, 열교환기(241), 제 1 공기공급라인(242), 제 2 공기공급라인(243)을 구비할 수 있다.More specifically, the cooling unit 240 according to the present embodiment may include a heat exchanger 241, a first air supply line 242, and a second air supply line 243.

열교환기(241)는 연료전지스택(220)에서 배출되는 잔여 수소 및 수분을 외기와의 열교환을 통해 냉각시킨다. 이때, 열교환을 위한 외기는 제 1 공기공급라인(242)을 통해 열교환기(241)로 제공될 수 있다. 또한, 필요에 따라, 제 1 공기공급라인(242)에는 이물질 여과를 위한 에어필터(244)가 장착될 수 있다.The heat exchanger 241 cools the remaining hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack 220 through heat exchange with the outside air. At this time, outside air for heat exchange may be supplied to the heat exchanger 241 through the first air supply line 242. Also, if necessary, the first air supply line 242 may be equipped with an air filter 244 for filtering foreign substances.

한편, 열교환기(241)에서 열교환된 공기(외기)는 제 2 공기공급라인(243)을 통해 연료전지스택(220)으로 공급될 수 있으며, 연료전지스택(220) 내에서 반응에 필요한 산소의 공급원으로 사용될 수 있다. 이때, 필요에 따라, 제 2 공기공급라인(243)에는 공기의 흡입이나 공급에 필요한 구동원으로써, 에어펌프(245)가 마련될 수 있다.Meanwhile, the air (outdoor air) heat-exchanged in the heat exchanger 241 can be supplied to the fuel cell stack 220 through the second air supply line 243, It can be used as a source. At this time, if necessary, the second air supply line 243 may be provided with an air pump 245 as a driving source necessary for sucking and supplying air.

또한, 냉각부(240)에는 열교환되는 공기량을 조절하기 위하여, 바이패스라인(246) 및 삼방밸브(247)가 구비될 수 있다. 바이패스라인(246)은 제 1 공기공급라인(242)에서 분지되어 제 2 공기공급라인(243)으로 연결되며, 삼방밸브(247)는 상기와 같은 바이패스라인(246)의 분지점에 마련될 수 있다. 상기와 같은 경우 삼방밸브(247)의 개폐량을 조절하여 열교환기(241)로 공급되는 공기량을 조절함으로써, 열교환기(241)에서의 냉각 정도를 용이하게 제어할 수 있게 된다.The cooling unit 240 may include a bypass line 246 and a three-way valve 247 to adjust the amount of heat-exchanged air. The bypass line 246 is branched at the first air supply line 242 and connected to the second air supply line 243 and the three-way valve 247 is provided at the branch point of the bypass line 246 as described above. . In this case, the degree of cooling in the heat exchanger 241 can be easily controlled by controlling the amount of air supplied to the heat exchanger 241 by adjusting the amount of opening and closing of the three-way valve 247.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템(200)은 냉각부(240)의 냉각 기능을 통해 워터트랩부(250)에서의 응축이나 수분 포집 효과를 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연료전지스택(220)으로 공기를 공급하는 기능까지 겸비할 수 있어 시스템의 간소화 및 컴팩트한 구조가 가능해진다.As described above, the vehicle fuel cell system 200 according to the present embodiment not only can increase the condensation and moisture collection effect in the water trap portion 250 through the cooling function of the cooling portion 240, It is possible to combine the function of supplying air to the fuel cell stack 220, thereby simplifying the system and enabling a compact structure.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

100: 차량용 연료전지 시스템
110: 이젝터 120: 연료전지스택
130: 재순환라인 140: 냉각부
150: 워터트랩부
200: 차량용 연료전지 시스템
210: 이젝터 220: 연료전지스택
230: 재순환라인 240: 냉각부
241: 열교환기 242: 제 1 공기공급라인
243: 제 2 공기공급라인 244: 에어필터
245: 에어펌프 246: 바이패스라인
247: 삼방밸브 250: 워터트랩부100: Vehicle fuel cell system
110: Ejector 120: Fuel cell stack
130: recirculation line 140: cooling section
150: Water trap part
200: Vehicle fuel cell system
210: Ejector 220: Fuel cell stack
230: Recirculation line 240: Cooling section
241: heat exchanger 242: first air supply line
243: second air supply line 244: air filter
245: Air pump 246: Bypass line
247: Three-way valve 250: Water trap part

Claims (6)

이젝터와 연료전지스택을 구비하고, 상기 연료전지스택에서 배출된 잔여 수소 및 수분을 상기 이젝터로 안내하여 상기 연료전지스택으로 재공급되도록 하는 재순환라인을 구비하는 차량용 연료전지 시스템에 있어서,
상기 재순환라인 상에 배치되어 상기 연료전지스택에서 배출된 잔여 수소 및 수분을 냉각시키는 냉각부; 및
상기 냉각부를 거친 잔여 수소 및 수분을 일부 액적화하여 외부 배출시키고, 나머지는 상기 이젝터로 공급하는 워터트랩부;를 포함하되,
상기 냉각부는,
상기 연료전지스택에서 배출된 잔여 수소 및 수분을 외기와 열교환시키는 열교환기;
상기 열교환기로 외기를 안내하는 제 1 공기공급라인; 및
상기 제 1 공기공급라인에서 열교환된 공기를 상기 연료전지스택으로 공급하는 제 2 공기공급라인;을 포함하고,
상기 냉각부는,
상기 제 1 공기공급라인에서 분지되어 상기 제 2 공기공급라인으로 연결되는 바이패스라인; 및
상기 바이패스라인의 분지점에 마련되는 삼방밸브;를 포함하는 차량용 연료전지 시스템.And a recirculation line that includes an ejector and a fuel cell stack and guides the remaining hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack to the ejector and supplied again to the fuel cell stack,
A cooling unit disposed on the recirculation line for cooling residual hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack; And
And a water trap part for partially discharging residual hydrogen and moisture from the cooling part to the outside and supplying the remainder to the ejector,
The cooling unit includes:
A heat exchanger for exchanging residual hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack with outdoor air;
A first air supply line for guiding the outside air to the heat exchanger; And
And a second air supply line that supplies heat-exchanged air to the fuel cell stack in the first air supply line,
The cooling unit includes:
A bypass line branched from the first air supply line and connected to the second air supply line; And
And a three-way valve provided at a branch point of the bypass line. 청구항 1에 있어서,
상기 냉각부는, 상기 연료전지스택에서 배출된 잔여 수소 및 수분을 상온으로 냉각시키는 차량용 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the cooling unit cools the remaining hydrogen and moisture discharged from the fuel cell stack to room temperature. 청구항 1에 있어서,
상기 냉각부는, 공냉식 라디에이터를 포함하는 차량용 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the cooling unit includes an air-cooled radiator. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 냉각부는,
상기 제 1 공기공급라인에 마련되는 에어필터; 및
상기 제 2 공기공급라인에 마련되는 에어펌프;를 포함하는 차량용 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The cooling unit includes:
An air filter provided in the first air supply line; And
And an air pump provided in the second air supply line.
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