KR20090062699A - 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치 - Google Patents

연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20090062699A
KR20090062699A KR1020070130107A KR20070130107A KR20090062699A KR 20090062699 A KR20090062699 A KR 20090062699A KR 1020070130107 A KR1020070130107 A KR 1020070130107A KR 20070130107 A KR20070130107 A KR 20070130107A KR 20090062699 A KR20090062699 A KR 20090062699A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ejector
fuel cell
hydrogen
stage
cartridge ejector
Prior art date
Application number
KR1020070130107A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100993678B1 (ko
Inventor
반현석
이현준
노용규
박용선
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020070130107A priority Critical patent/KR100993678B1/ko
Priority to JP2008099146A priority patent/JP2009146875A/ja
Priority to US12/156,195 priority patent/US7687171B2/en
Priority to CN2008101319343A priority patent/CN101459248B/zh
Publication of KR20090062699A publication Critical patent/KR20090062699A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100993678B1 publication Critical patent/KR100993678B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/14—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid
    • F04F5/16—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing elastic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/46—Arrangements of nozzles
    • F04F5/467—Arrangements of nozzles with a plurality of nozzles arranged in series
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/2496—Self-proportioning or correlating systems
    • Y10T137/2559—Self-controlled branched flow systems
    • Y10T137/2564—Plural inflows
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/2496—Self-proportioning or correlating systems
    • Y10T137/2559—Self-controlled branched flow systems
    • Y10T137/2564—Plural inflows
    • Y10T137/2572—One inflow supplements another
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
    • Y10T137/7837—Direct response valves [i.e., check valve type]
    • Y10T137/7838—Plural

Abstract

본 발명은 연료전지시스템의 연료공급계통에서 재순환 수소블로워 역할을 수행하여 수소 재순환량을 증가시킴으로써 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치에 관한 것이다.
본 발명은 연료전지시스템의 연료공급계통에 흡입유량을 연속적으로 증폭시킬 수 있는 구조의 다단 직렬 카트리지 이젝터를 적용하여 수소 재순환량의 증가에 따른 시스템 성능 향상을 도모할 수 있도록 하는 한편, 카트리지 이젝터의 흡입 위치에 첵밸브를 설치하여 재순환 수소가스의 역류를 효과적으로 방지하고, 카트리지 이젝터 주변에 히터를 설치하여 냉시동성 향상을 도모할 수 있도록 한 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치를 제공한다.
연료전지, 수소 재순환, 카트리지, 이젝터

Description

연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치{Multi stage in-line cartridge ejector for fuel cell system}
본 발명은 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지시스템의 연료공급계통에서 재순환 수소블로워 역할을 수행하여 수소 재순환량을 증가시킴으로써 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지란 연료(수소)의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로 정의되며, 종래의 전지와는 다르게 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 특징을 갖는
다.
연료전지의 연료인 수소는 순수 수소를 이용하거나, 메탄이나 에탄올 같은 탄화수소를 이용하여 개질이라는 과정을 통해 생산된 수소를 이용한다.
최근에는 연료전지가 자동차에 응용되어 많은 연구와 개발이 이루어지고 있 는 상태이며, 이러한 연료전지 자동차는 전기 자동차와 거의 특성이 비슷하여 구동 방법상 근본적인 차이는 없지만, 연료전지 자동차는 환경친화적인 측면에서 매우 유리하고 그 구동원을 위한 에너지원으로써 순수 수소 혹은 개질 수소를 사용하여 발생하는 전력을 사용하는 점에 차이가 있다.
보통 수소를 사용하는 연료전지시스템은 수소탱크로부터 제공되는 수소가 연료전지스택으로 공급되고, 연료전지스택으로 공급되는 수소가스의 양은 제어부에서 조절된다.
한편, 연료전지에 필요한 공기는 압축기에서 제공되어 연료전지스택으로 공급된다.
연료전지스택에 공기와 수소를 공급할 때에는 연료전지스택의 성능 확보 및 수명증대를 위하여 전지반응에 필요한 양보다 더 많은 공기와 수소를 공급한다.
연료전지스택에서 사용되고 남은 수소는 연료의 낭비를 막아 시스템의 효율을 높이기 위해 다시 재유입된다.
특히, 연료전지스택을 통과한 미반응 수소를 재순환하는 기술은 연료전지시스템의 연비향상을 위해 매우 중요하며, 연료전지용스택에서 나오는 미반응 수소가스를 스택 입구로 재순환하기 위한 수단으로 블로워 방식을 적용하고 있다.
상기 블로워 방식은 구조가 복잡하고 윤활을 필요로 하며 소음 및 진동에 불리한 점이 있는 등 여러 문제점을 노출하고 있는 관계로 최근에는 이젝터 방식으로 수소를 재순환시키는 기술이 많이 제시되고 있다.
한편, 수소 재순환을 위한 이젝터 방식의 경우 블로워 방식에 비해 구조가 간단하고 회전체가 없으므로 윤활이 불필요하며 소음 및 진동에 강한 장점을 갖기는 하나, 작동 범위가 넓지 않아 부하가 급변하는 연료전지 자동차 적용에는 적합하지 않은 문제가 존재한다.
이러한 문제를 해결하기 위해 이젝터의 적용범위를 넓게 하기 위한 여러 가지 시도가 있었다.
일본 혼다 자동차, 닛산 자동차 등의 경우 작동 영역에 맞게 다수 개의 이젝터를 이용하는 기술을 제시하고 있다.
이러한 방식은 다수 개의 이젝터가 필요하므로 차체 내부의 공간을 많이 차지하고 수량 증가에 따른 비용 상승을 동반하는 단점이 있고, 유압식으로 니들을 구동하는 방식이어서 니들의 제어가 용이하지 않아 이젝터 유량제어가 정밀하지 못한 단점이 있다.
또한, 2개 내지 3개의 이젝터를 전환하여 사용하기 때문에 전환기구 및 역류방지기구 등의 설치가 요구되어 구조의 복잡화를 초래하는 단점이 있다.
이젝터 방식의 다른 예로서, 모터 등의 전동수단으로 니들의 위치를 제어하여 압력과 수소의 양을 조절하는 노즐가변방식이 있으나, 이러한 방식은 가격이 고가이고 누수문제나 압력손실 등 여러 문제점을 갖고 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지시스템의 연료공급계통에 흡입유량을 연속적으로 증폭시킬 수 있는 구조의 다단 직렬 카트리지 이젝터를 적용하여 수소 재순환량의 증가에 따른 시스템 성능 향상을 도모할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 카트리지 이젝터의 흡입 위치에 첵밸브를 설치하여 재순환 수소가스의 역류를 효과적으로 방지하고, 카트리지 이젝터 주변에 히터를 설치하여 냉시동성 향상을 도모할 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치는 연료전지시스템의 수소탱크와 연료전지 스택 사이에 각 단에서 흡입유량을 연속적으로 증가시키는 증폭구조를 갖는 다단 직렬 카트리지 이젝터를 연결 설치하는 동시에 수소 재순환라인을 다단 직렬 카트리지 이젝터에 연결 설치함으로써, 다단 직렬 카트리지 이젝터를 거치면서 연료전지 스택으로 공급되는 고압의 수소 흐름을 이용하여 수소 재순환라인측으로부터의 흡입유량을 증가시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 다단 직렬 카트리지 이젝터는 재순환 수소의 유입을 위한 메인 흡입구를 가지면서 다수 개의 이젝터 본체를 수용하는 하우징, 적어도 3개의 노즐 이 일정 갭을 두고 일렬로 순차 배치되는 형태로서 각 노즐의 직경은 이젝터 본체 입구측에서 출구측으로의 배치순서에 따라 상대적으로 큰 직경으로 이루어지고 외면에는 노즐 간의 갭 공간과 통하는 적어도 3개의 서브 흡입구가 형성되어 있는 수소 공급을 위한 이젝터 본체 등을 포함하는 구조를 적용할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 다단 직렬 카트리지 이젝터는 연료전지시스템의 연료공급계통에 적용되어 수소 재순환량을 증가시킴으로써, 시스템의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 기존 블로워 방식 대비 부품수 축소 및 원가를 절감할 수 있다.
또한, 기존 이젝터 방식 대비 고가 모터/제어기가 불필요하고 고장 수리 가능성이 적으며 소음을 줄일 수 있다.
또한, 이젝터의 조립과 유지 보수가 간편하고, 냉시동을 위한 시스템 단순화 및 시간 단축의 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 직렬 카트리지 이젝터가 설치된 연료공급시스템을 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 연료공급시스템, 즉 수소공급시스템은 압축 수소탱크(10)에서 공급되는 수소를 연료전지 스택(11)에 공급하고 연료전지시스템 운전을 유지 및 제어하는 시스템으로 저압 레귤레이터, 다단 직렬 카트리지 이젝터(12), 각종 센서 등으로 구성된다.
상기 다단 직렬 카트리지 이젝터(12)는 수소탱크(10)와 연료전지 스택(11) 사이에 연결 설치되는 동시에 수소 재순환라인(13)과도 연결되며, 고압탱크에서 공급된 압축수소를 노즐을 통해 분사하여 진공을 발생시키고, 이를 이용하여 연료전지 연료극의 가스를 재순환시키는 역할을 한다.
이에 따라, 다단 직렬 카트리지 이젝터(12)를 거치면서 연료전지 스택(11)으로 공급되는 고압의 수소 흐름에 의해 수소 재순환라인(13)측으로부터의 흡입유량이 증가될 수 있다.
상기 연료전지 스택(11)은 연료전지의 발전 모듈로 공기와 수소의 전기 화학적 반응을 전기를 생성하는 역할을 하며, 공기극, 연료극, MEA, 냉각유로 등을 구성요소로 갖는다.
여기서, 연료극 재순환라인, 즉 수소 재순환라인(13)은 연료전지시스템에서 스택의 물배출을 원활하게 하고, 공급되는 수소에 가습을 함으로써 전체 시스템의 안정성과 효율에 매우 많은 영향을 미친다.
이때, 재순환량은 많을수록 시스템에 유리하다.
또한, 연료극 배출측에는 퍼지 밸브가 구비되며, 이 퍼지 밸브는 FPS 배관 내의 수소 농도를 관리하기 위해 시스템 제어기의 명령에 따라 개폐를 하는 밸브이다.
이러한 퍼지 밸브의 후단에 오리피스를 다는 경우도 있으며, 배기되는 가스는 희석장치를 통해 수소 농도 5% 이하로 관리될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 직렬 카트리지 이젝터의 구성부품과 주변부품을 나타내는 사시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 다단 직렬 카트리지 이젝터(12)는 이젝터 본체(15)와 이것을 수용하는 하우징(16) 등을 포함하는 형태로 이루어져 있다.
따라서, 이젝터 본체(15)가 하우징(16)의 내부에 조립된 상태에서 연료전지 스택측의 스택 블럭(21)과 결합되는 구조에 의해 압축 수소가스가 이젝터 본체(15)를 통과한 후, 스택 블럭(21)을 통해 연료전지 스택측으로 공급될 수 있다.
여기서, 상기 이젝터 본체(15)는 하우징(16) 내에 적어도 1개 또는 2개 이상이 병렬로 배치되는 형태로 조립될 수 있다.
또한, 상기 하우징(16)의 경우 재순환되는 수소의 유입을 위한 메인 흡입구(14)를 갖고 있으며, 금속 재질로 이루어지고 외측에는 냉시동 시간을 단축하기 위한 히터(20)가 설치된다.
이때의 히터(20)는 실리콘 러버 히터 등을 적용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 직렬 카트리지 이젝터의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 이젝터 본체(15)는 1단 이상의 다단 노즐을 통해 고속의 제트기류를 조성하고 이를 이용하여 진공을 발생시켜 고온/고습의 재순환 수소혼합가스를 흡입하는 역할을 한다.
상기 이젝터 본체(15)의 내부에는 적어도 3개의 노즐(17a),(17b),(17c)이 서로 간에 일정 갭을 두고 일렬로 순차 배치되면서 원통형의 이젝터 본체(15)에 대해 동심원을 이루는 형태로 설치된다.
이러한 각 노즐(17a),(17b),(17c)의 직경은 수소탱크(10)측으로 연결되는 입구측에서 연료전지 스택(11)측으로 연결되는 출구측으로의 배치순서에 따라 상대적으로 큰 직경으로 이루어진다.
예를 들면, 1단 노즐(17a)의 직경보다 2단 노즐(17b)의 직경이 크고, 2단 노즐(17b)의 직경보다 3단 노즐(17c)의 직경이 크다.
또한, 이젝터 본체(15)의 외면에는 노즐(17a),(17b),(17c) 간의 갭 공간과 통하는 적어도 3개의 서브 흡입구(18a),(18b),(18c)가 형성되어 있으며, 이에 따라 노즐 축선을 따라 흐르는 기류에 의해 서브 흡입구측을 통해 흡입된 수소가 갭 공간까지 유도되면서 빨려들어갈 수 있게 된다.
이때, 각 서브 흡입구(18a),(18b),(18c)의 위치는 노즐(17a),(17b),(17c) 간의 각 갭 위치보다 뒷쪽에 위치되므로서, 흡입되는 수소가 자연스럽게 갭 공간쪽으로 진행될 수 있는 경로가 확보될 수 있다.
특히, 상기 서브 흡입구(18a),(18b),(18c)에는 첵밸브(19a),(19b),(19c)가 설치되어 있어서 수소 재순환라인(13)의 역류를 방지할 수 있다.
예를 들면, 연료공급계통에 설치되는 퍼지 밸브는 ON/OFF 밸브로서 스택 출구에서 배기되는 가스에 질소나 기타 부산물을 대기중으로 배출하여 재순환되는 가스의 물성을 시스템에 최적으로 유지되도록 하는 기능을 갖는데, 퍼지시에는 질소, 수소, 수증기, 물 등이 배출되며 부하에 따라 ON/OFF 횟수와 개방시간이 조절된다.
재순환 가스를 순환시키는 이젝터가 제기능을 못하게 되면 퍼지 밸브 개방시 연료공급 수소가 스택으로 공급되지 않고 재순환라인으로 역류하여 퍼지 밸브를 통해 대기로 직접 배기될 수 있다.
이젝터는 속성상 큰 유량이 노즐로 공급되었을 때 성능이 우수하고, 유량이 적은 경우(예를 들면, 부하가 작은 아이들시 등)에는 재순환라인에 흡입작용이 거의 없다고 볼 수 있다.
이때에는 재순환라인의 역류가 발생하지 않도록 하는 수단, 예를 들면 첵밸브가 필요하다.
본 발명에서는 서브 흡입구(18a),(18b),(18c)의 내부에 둥근 플레이트(Shell type) 형태의 첵밸브(19a),(19b),(19c)를 장착하여 흡입기능이 없을 때는 공급 수소가 재순환라인으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상용화된 첵밸브나 일반밸브는 부피가 크고 큰 압력강하를 가지며 배관 연결 등의 많은 설치상의 문제점을 가지만, 본 발명에서 제공하는 첵밸브의 경우에는 각 흡입구에 직접 장착되며 노즐부의 압력에 따라 직접적으로 반응한다.
노즐에 의해 진공이 발생하면 셸 타입 판이 이젝터 중심부로 밀려들어가서 틈새가 발생하여 흡입구를 개방하고, 노즐에 진공이 발생하지 않으면 셸 타입 판은 흡입구를 차단하여 가스의 역류를 차단한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 직렬 카트리지 이젝터의 작동상태를 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 직렬 방식을 통해 각 단에서 흡입유량을 연속적으로 증가시키는 증폭구조의 다단 직렬 카트리지 이젝터의 작동과정을 보여준다.
1) 고압(약 1.5∼10barg)의 건조 수소는 1단 노즐(17a)에서 고속 분사된다.
2) 1단 노즐(17a)에서 분사된 수소는 1단 노즐 부분을 진공(저압)으로 만들고, 1단 서브 흡입구(18a)로 혼합가스(수소, 질소, 수증기 등)을 흡입한다.
3) 흡입된 질소와 수증기에 의해 1단계 가스 밀도가 증가하고, 이로 인해 2단 노즐(17b)측에서 더 큰 진공압을 유도할 수 있다.
4) 여전히 높은 압력을 갖는 1단계 통과 가스는 2단계에서 2단 노즐(17b)로 재분사되어 저압을 만들고 2단 서브 흡입구(18b)로 재순환 가스를 흡입한다.
5) 위와 같은 원리로 3단 노즐(17c)에 의한 3단계에서는 더 큰 진공압을 유도하면서 3단 서브 흡입구(18b)로 재순환 가스를 흡입한다.
6) 1)∼5)의 과정은 각 단계에서 반복되며 단이 많을수록 흡입유량은 증가한다.
일반적으로 흡입성능은 노즐에서의 유속과 밀도에 비례하기 때문에 흡입가스의 노즐 분사 재활용(다단계 분사&흡입)은 각 단계에서 공급가스의 밀도가 연속적으로 증가함으로 인해 이젝터의 흡입성능을 크게 증폭하는 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서 연료전지시스템에서의 다단 직렬 카트리지 이젝터의 적용은 고압수소를 이용하여 진공을 발생시키고, 스택 입구로 연료를 공급하고, 스택에서 남은 연료를 이젝터 흡입구로 흡입하는 클로즈 루프(Closed loop)로 이루어 진 특징을 갖는다.
특히, 작동가스로 작용하는 수소는 분자량이 작아서 1단 이젝터는 진공발생효율이 미흡하기 때문에 직렬 다단 노즐을 이용하여 연료전지시스템 재순환에 필요한 충분한 진공압과 큰 유량을 쉽게 얻을 수 있다.
또한, 1개 이상의 카트리지 이젝터를 병렬로 장착하여 멀티 형태의 이젝터로 적용할 수 있다.
이는 시스템의 필요 부하를 충족시키기 위해 하나의 이젝터 하우징에 여러 개의 카트리지 이젝터를 추가하여 사용할 수 있는 것을 가능하게 하고, 이를 통해 작은 부피로 큰 진공압과 흡입유량을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 직렬 카트리지 이젝터가 설치된 연료공급시스템을 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 직렬 카트리지 이젝터의 구성부품과 주변부품을 나타내는 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 직렬 카트리지 이젝터의 구조를 나타내는 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 직렬 카트리지 이젝터의 작동상태를 나타내는 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 수소탱크 11 : 연료전지 스택
12 : 다단 직렬 카트리지 이젝터 13 : 수소 재순환라인
14 : 메인 흡입구 15 : 이젝터 본체
16 : 하우징 17a,17b,17c : 노즐
18a,18b,18c : 서브 흡입구 19a,19b,19c : 첵밸브
20 : 히터 21 : 스택 블럭

Claims (6)

  1. 연료전지시스템의 수소탱크(10)와 연료전지 스택(11) 사이에 각 단에서 흡입유량을 연속적으로 증가시키는 증폭구조를 갖는 다단 직렬 카트리지 이젝터(12)를 연결 설치하는 동시에 수소 재순환라인(13)을 다단 직렬 카트리지 이젝터(12)에 연결 설치하여, 다단 직렬 카트리지 이젝터를 거치면서 연료전지 스택으로 공급되는 고압의 수소 흐름을 이용하여 수소 재순환라인측으로부터의 흡입유량을 증가시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 다단 직렬 카트리지 이젝터(12)는 재순환 수소의 유입을 위한 메인 흡입구(14)를 가지면서 다수 개의 이젝터 본체(15)를 수용하는 하우징(16)과, 적어도 3개의 노즐(17a),(17b),(17c)이 일정 갭을 두고 일렬로 순차 배치되는 형태로서 각 노즐(17a),(17b),(17c)의 직경은 이젝터 본체 입구측에서 출구측으로의 배치순서에 따라 상대적으로 큰 직경으로 이루어지고 외면에는 노즐(17a),(17b),(17c) 간의 갭 공간과 통하는 적어도 3개의 서브 흡입구(18a),(18b),(18c)가 형성되어 있는 수소 공급을 위한 이젝터 본체(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 다단 직렬 카트리지 이젝터(12)의 이젝터 본체(15)는 하우징(16) 내에 1개 이상이 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 다단 직렬 카트리지 이젝터(12)의 이젝터 본체(15)에 형성되어 있는 서브 흡입구(18a),(18b),(18c)는 노즐(17a),(17b),(17c) 간의 갭 위치보다 뒷쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 이젝터 본체(15)의 서브 흡입구(18a),(18b),(18c)에는 수소 재순환라인(13)의 역류를 방지하기 위한 첵밸브(19a),(19b),(19c)가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 하우징(16)에는 냉시동성 향상을 위한 히터(20)가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치.
KR1020070130107A 2007-12-13 2007-12-13 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치 KR100993678B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070130107A KR100993678B1 (ko) 2007-12-13 2007-12-13 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치
JP2008099146A JP2009146875A (ja) 2007-12-13 2008-04-07 燃料電池システムの多段直列カートリッジ排気装置
US12/156,195 US7687171B2 (en) 2007-12-13 2008-05-29 Multi-stage in-line cartridge ejector for fuel cell system
CN2008101319343A CN101459248B (zh) 2007-12-13 2008-06-27 用于燃料电池系统的多级直列式燃料管喷射器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070130107A KR100993678B1 (ko) 2007-12-13 2007-12-13 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090062699A true KR20090062699A (ko) 2009-06-17
KR100993678B1 KR100993678B1 (ko) 2010-11-10

Family

ID=40753701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070130107A KR100993678B1 (ko) 2007-12-13 2007-12-13 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7687171B2 (ko)
JP (1) JP2009146875A (ko)
KR (1) KR100993678B1 (ko)
CN (1) CN101459248B (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9214684B2 (en) 2010-12-03 2015-12-15 Hyundai Motor Company Fuel control system and method for fuel cell system
CN111740131A (zh) * 2020-06-24 2020-10-02 一汽解放汽车有限公司 一种燃料电池回氢系统

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5651869B2 (ja) * 2009-10-30 2015-01-14 リード工業株式会社 気液混合ノズル、およびこの気液混合ノズルを用いたエマルジョン燃料燃焼システムならびに環境浄化液体噴霧システム
KR101145256B1 (ko) 2010-04-01 2012-05-24 세종공업 주식회사 노즐조립체 및 이를 포함하는 수소재순환 이젝터
EP2671276B1 (en) 2011-02-03 2017-08-23 Audi AG Freeze tolerant fuel cell fuel pressure regulator
DE102011115570B4 (de) * 2011-10-10 2016-11-17 MULAG FAHRZEUGWERK Heinz Wössner GmbH & Co. KG Schlepper mit unterschiedlicher Energie-Versorgungseinheit
KR101758385B1 (ko) * 2011-11-21 2017-07-17 현대모비스 주식회사 모듈타입 수소재순환장치
GB2509182A (en) 2012-12-21 2014-06-25 Xerex Ab Vacuum ejector with multi-nozzle drive stage and booster
WO2014094890A1 (en) 2012-12-21 2014-06-26 Xerex Ab Vacuum ejector nozzle with elliptical diverging section
GB2509184A (en) 2012-12-21 2014-06-25 Xerex Ab Multi-stage vacuum ejector with moulded nozzle having integral valve elements
GB2509183A (en) * 2012-12-21 2014-06-25 Xerex Ab Vacuum ejector with tripped diverging exit flow nozzle
WO2015040270A1 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 Convion Oy A recirculation arrangement and method for a high temperature cell system
CN103825037A (zh) * 2014-03-14 2014-05-28 江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司 一种燃料电池冷启动快速加热系统及方法
US20160039400A1 (en) * 2014-08-08 2016-02-11 Ford Global Technologies, Llc Multi-passageway aspirator
GB201418117D0 (en) 2014-10-13 2014-11-26 Xerex Ab Handling device for foodstuff
DE102017208276A1 (de) 2017-05-17 2018-11-22 Robert Bosch Gmbh Förderaggregat für gasförmige Medien
DE102017208270A1 (de) 2017-05-17 2018-11-22 Robert Bosch Gmbh Förderaggregat
DE102017208279A1 (de) 2017-05-17 2018-11-22 Robert Bosch Gmbh Strahlpumpe
DE102017209115A1 (de) 2017-05-31 2018-12-06 Robert Bosch Gmbh Dosierventil für ein Gas
DE102017212726B3 (de) * 2017-07-25 2018-09-13 Robert Bosch Gmbh Strahlpumpeneinheit zum Steuern eines gasförmigen Mediums
FR3084413B1 (fr) * 2018-07-27 2020-07-17 Institut National Des Sciences Appliquees De Toulouse (Insa Toulouse) Ejecteur bi-etage
JP7131463B2 (ja) * 2019-04-02 2022-09-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US11560905B2 (en) * 2019-12-13 2023-01-24 Goodrich Corporation Multistage aspirator for inflatable assemblies
CN116845277A (zh) * 2023-08-08 2023-10-03 山东凯格瑞森能源科技有限公司 一种应用于燃料电池的串联双极引射器装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE370765B (ko) * 1973-12-05 1974-10-28 Piab Ab
US4255121A (en) 1978-08-14 1981-03-10 Eces Co. Ltd. Gaseous fuel containing water, apparatus therefor
JPH0759960B2 (ja) * 1984-08-31 1995-06-28 エスエムシ−株式会社 複数のノズル部とディフューザ部を有する多段エゼクタの製造装置
JP4292656B2 (ja) * 1999-11-12 2009-07-08 いすゞ自動車株式会社 燃料電池組立体
JP4176293B2 (ja) 2000-08-10 2008-11-05 本田技研工業株式会社 燃料電池の流体供給装置
US6706438B2 (en) * 2000-08-10 2004-03-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fluid supply device for fuel cell
JP3995870B2 (ja) 2000-08-10 2007-10-24 本田技研工業株式会社 燃料電池の流体供給装置
JP3588776B2 (ja) 2001-11-09 2004-11-17 本田技研工業株式会社 燃料循環式燃料電池システム
JP4454905B2 (ja) * 2002-01-09 2010-04-21 本田技研工業株式会社 逆流防止弁およびこれを備える燃料電池システム
JP3729150B2 (ja) * 2002-04-24 2005-12-21 日産自動車株式会社 エゼクタ及び燃料電池システムの燃料循環装置
JP4148014B2 (ja) 2002-07-10 2008-09-10 株式会社デンソー 燃料電池システム
CN2554476Y (zh) * 2002-07-25 2003-06-04 丁泽良 组合式水煤浆喷嘴
JP3951885B2 (ja) 2002-10-22 2007-08-01 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4387660B2 (ja) 2002-11-25 2009-12-16 本田技研工業株式会社 燃料電池の流体供給装置
JP4048933B2 (ja) 2002-11-26 2008-02-20 株式会社デンソー 燃料電池システム
JP4761181B2 (ja) * 2004-05-28 2011-08-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR20060070090A (ko) 2004-12-20 2006-06-23 현대모비스 주식회사 연료전지 시스템
JP2005106069A (ja) * 2005-01-21 2005-04-21 Smc Corp 多段エゼクタ装置
JP2006294347A (ja) * 2005-04-07 2006-10-26 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP4663464B2 (ja) * 2005-09-22 2011-04-06 本田技研工業株式会社 蓄電装置搭載車両

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9214684B2 (en) 2010-12-03 2015-12-15 Hyundai Motor Company Fuel control system and method for fuel cell system
CN111740131A (zh) * 2020-06-24 2020-10-02 一汽解放汽车有限公司 一种燃料电池回氢系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN101459248A (zh) 2009-06-17
US20090155668A1 (en) 2009-06-18
KR100993678B1 (ko) 2010-11-10
US7687171B2 (en) 2010-03-30
CN101459248B (zh) 2013-05-01
JP2009146875A (ja) 2009-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100993678B1 (ko) 연료전지시스템의 다단 직렬 카트리지 이젝터 장치
CN112072145B (zh) 氢气减压调控系统、方法、设备、电池系统及设计方法
KR100962903B1 (ko) 연료전지차량용 통합형 수소재순환블로워
US9156331B2 (en) Air-cooled fuel cell vehicle
EP2008332B1 (en) Fuel cell system with improved fuel recirculation
JP3588776B2 (ja) 燃料循環式燃料電池システム
KR101282685B1 (ko) 차량용 연료전지 시스템의 연료 제어 장치 및 방법
KR101405737B1 (ko) 이젝터 내장형 연료전지 시스템
KR101535026B1 (ko) 연료전지용 가습장치
JP5945599B2 (ja) スタックからのオフガスを再循環させるためのエジェクタを備える燃料電池システム
WO2008092545A1 (en) Gas supply arrangement in a fuel cell apparatus
JP2008192514A (ja) 燃料電池システム
JP2018060757A (ja) エゼクタ、燃料供給装置および燃料電池システム
CA2539398A1 (en) Fuel cell system with fluid stream recirculation
KR101558356B1 (ko) 이젝터를 구비한 연료전지 시스템
JP2005340047A (ja) 燃料電池システム
KR101610407B1 (ko) 다단 이젝터를 사용한 연료전지 수소 재순환 구조
JP4176293B2 (ja) 燃料電池の流体供給装置
JP3995870B2 (ja) 燃料電池の流体供給装置
US7718287B2 (en) Compact anode flow shift design for small fuel cell vehicles
WO2008148486A1 (en) Fuel circuit for a fuel cell system, and method for its operation
US20230178764A1 (en) Air supply apparatus for fuel cell systems, and fuel cell system
JP2007242522A (ja) 燃料電池システム
CN220652049U (zh) 吹扫系统及车辆
JP4387660B2 (ja) 燃料電池の流体供給装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131031

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141030

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171030

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181030

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191029

Year of fee payment: 10