KR20100001162A - 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리 - Google Patents

수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수소 공급 시스템의 압력 조절 액츄에이터 어셈블리에 있어서, 하나의 바디에 설치된 시동/정지용 솔레노이드 밸브와; 바이패스 밸브와 압력 조절 액츄에이터와 상기 시동/정지용 솔레노이드 밸브와 상기 압력 조절 액츄에이터를 연결하도록 상기 바디에 형성된 정상 유로와 상기 정상 유로에 연결된 상기 바이패스 밸브와 통하도록 상기 바디에 형성된 보조 유로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리를 제공한다.
특히 본 발명은 상기 압력 조절 액츄에이터의 고장을 감지하고 상기 바이패스 밸브의 개폐를 제어하는 제어 수단을 더 포함하도록 구성하여, 상기 제어 수단이 부하에 따른 목표 설정 압력과 상기 압력 조절 액츄에이터에 의하여 제어되는 스택 입구 압력의 차를 미리 설정된 기준치와 비교하여 상기 압력 조절 액츄에이터의 고장 여부를 감지하고, 고장이 감지된 경우 상기 바이패스 밸브를 개방하여 보조 유로를 통하여 연료를 공급하여 고장 모드(Limp Home Mode)로 운행이 가능하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리를 제공한다.
연료전지, 수소 공급 시스템, 압력 조절 장치, 압력 조절 액츄에이터

Description

수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리{Pressure control actuator assembly for hydrogen supply system}
본 발명은 연료전지 차량의 수소 공급 시스템의 압력 조절 액츄에이터(PCA: Pressure Control Actuator) 어셈블리(ASSY: Assembly)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 차량의 수소 공급 시스템에서 고압의 수소가스를 고압 레귤레이터를 통해 감압하여 생성된 5 ~ 10bar 정도의 압력을 갖는 수소 가스를 연료전지스택으로 공급할 수 있는 압력으로 조절해주는 고장 모드(Limp Home Mode)로 주행이 가능하도록 구성된 일체형의 압력 조절 액츄에이터 어셈블리에 관한 것이다.
최근 화석에너지 자원의 고갈과 함께 찾아온 고유가 시대에 대체 에너지에 관한 관심이 높아지고 있으며, 특히 자동차 분야에서 내연기관 자동차를 대체할 수 있는 것으로 연료전지 차량이 주목받고 있다.
연료전지 차량은 수소를 연료로 하여 연료전지 스택(Stack)에서 공기중의 산소와 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 차량이다. 연료전지 차량의 연료인 수소는 가스 상태에서 그 부피가 매우 크므로, 한번 충전하여 충분한 주행거리를 달성하기 위해서 고압 가스나 액체 수소 또는 금속수소화물 형태로 저장하는 방법이 연구되고 있다. 이 중 350bar 또는 700bar의 고압 수소연료탱크에 고압 수소 가스를 저장하는 방법에 있어서, 상기 고압 수소 가스를 바로 연료전지 스택에 공급할 수 없으므로 통상 2단계에 걸쳐 압력을 낮추어 저압(통상 1bar 미만)의 수소 가스를 상기 연료전지 스택에 공급한다.
도 1에서는 종래 기술에 의한 연료전지 차량에서 고압의 수소 가스를 감압하여 수소 가스를 연료전지 스택에 공급하는 수소 공급 시스템을 도시하고 있으며, 상기 수소 공급 시스템은 일반적으로 2단계의 압력을 낮추는 단계를 거친다.
도 1에 도시된 것처럼, 수소연료탱크에서 공급되는 고압(350/700bar)의 수소 가스는 고압 레귤레이터(Regulator)를 거치면서 5 ~ 20bar로 압력이 낮추어 지고, 수소를 공급 또는 공급 중지시키기 위한 시동/정지용 솔레노이드 밸브(Solenode Valve)와 연결된 저압 레귤레이터(Regulator)로 보내어진다.(도면 부호 10 참조) 상기 저압 레귤레이터에서는 상기 5 ~ 20bar의 수소 가스를 스택에 공급할 수 있도록 1bar 미만의 압력을 갖는 수소 가스로 감압시킨다.
감압된 저압의 수소 가스는 이젝터(Ejector)를 통해 연료전지 스택으로 공급되어 상기 연료전지 스택에 공급된 공기 중 산소와 반응하여 전기 에너지를 생성한다.
이 경우, 반응에 참여하지 못한 수소는 재순환 블로워(Blower)를 통하여 다시 연료전지 스택으로 공급되거나 재순환되지 못한 일부는 퍼지(Purge)용 솔레노이 드 밸브를 통하여 수소 배기 장치를 통하여 외부로 배출된다.
이러한 수소 공급 시스템에서는 상기 저압 레귤레이터를 대신하여 압력 조절 액츄에이터(Pressure Control Actuator)를 사용하기도 하는 데, 상기 압력 조절 액츄에이터는 유량/압력을 제어할 수 있어 유량/압력 제어 밸브라고 불리기도 하는 것으로 수동적인 공급원인 저압 레귤레이터에 비하여 상기 압력 조절 액츄에이터는 능동적인 공급원으로서 상황에 맞게 수소 가스의 유량/압력을 제어할 수 있는 장점을 갖는다.
이러한 종래의 수소 공급 시스템에서 저압 레귤레이터를 사용하는 경우 상기 저압 레귤레이터는 기준 압력 공간에서 대기압을 유지할 때, 상부 스프링 및 하부 스프링의 움직임에 의해서 압력을 조절해주는 장치로서, 수소 가스를 수동적으로 공급하는 것에 불과하여, 필요에 따라 시스템을 제어하여 수소공급량을 늘릴 수 없으며, 수소 공급량을 늘려주기 위해서는 수소 재순환 시스템을 구비해야 하는 문제점과 함께 연료극(Anode)측에 물이 고여 있을 경우, 강제적으로 수소 가스의 공급 유량을 늘려주거나 압력을 높여 물을 배출시킬 수 없는 문제점이 있었다.
도 2는 종래의 저압 레귤레이터를 포함하는 수소 공급 시스템의 출력에 따른 공급 압력 변화 곡선을 도시하고 있다. 도 2에 도시된 것처럼 상기 저압 레귤레이터를 통과한 수소 공급 압력을 나타내는 연료극(Anode)의 압력은 스택의 출력이 증가할수록 감소되는 경향을 보임을 알 수 있다. 따라서, 상기 저압 레귤레이터에서는 연료전지 스택의 출력이 증가할수록, 즉, 수소 가스의 유량이 증가할수록 수소 공급압력이 저하되고, 수소 공급압력이 저하됨에 따라 공기극(Cathode)과의 압력 밸런스가 맞지 않게 되어 아이들(idle)시 수소 크로스오버(Cross over)량이 증가하고, 고부하시 연료전지 스택 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 도 3에 도시된 것과 같이 종래의 저압 레귤레이터를 포함하는 수소 공급 시스템은 그 구성이 시동/정지용 솔레노이드 밸브(20)와 상기 저압 레귤레이터(30)가 배관으로 연결되어 있는 구성으로 배관으로 연결되는 부분에서 누설 지점(Leak point)이 많아져 수소 가스가 누설될 위험성이 높았다.
그리고, 상기 압력 조절 액츄에이터를 사용하는 경우 상기 압력 조절 액츄에이터의 고장이 발생되면 연료인 수소 가스의 공급이 중단되어 차량 운행이 중단되어 큰 사고가 발생할 수 있는 문제점과 함께 상기 연료 공급 중단으로 인하여 연료전지 시스템이 셧-다운(Shut-Down) 되었을 때 비상 운행이 가능하도록 하는 별도의 고장 모드(Limp Home Mode)가 존재하지 않는 문제점이 존재하였다.
이에 본 발명에서는 수소 공급 시스템의 압력 조절 액츄에이터 어셈블리에 있어서, 압력 조절 액츄에이터(PCA)를 통한 능동적인 수소 공급이 가능하며, 이에 대한 안전대책으로서 바이패스 밸브를 구비하여 시스템의 고장이 발생한 경우에도 고장 모드(Limp Home Mode)로 운행이 가능하도록 하는 시동/정지용 솔레노이드 밸브와 바이패스 밸브와 압력 조절 액츄에이터가 일체로 구성된 수소 공급 시스템의 압력 조절 액츄에이터 어셈블리를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 구성을 제공한다.
본 발명은 수소 공급 시스템의 압력 조절 액츄에이터 어셈블리에 있어서, 시동/정지용 솔레노이드 밸브와, 바이패스 밸브와, 압력 조절 액츄에이터를 하나의 바디에 일체로 구성하고, 상기 시동/정지용 솔레노이드 밸브로부터 상기 압력 조절 액츄에이터로 수소 가스가 이송되도록 형성된 정상 유로와, 상기 정상 유로에 연결된 상기 바이패스 밸브의 개폐에 따라 수소 가스가 이송되는 보조 유로를 상기 바디 상에 형성하며, 상기 압력 조절 액츄에이터의 고장을 감지하여 상기 바이패스 밸브의 개폐를 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리를 제공한다.
이 때, 상기 시동/정지용 솔레노이드 밸브와 상기 바이패스 밸브와 상기 압 력 조절 액츄에이터는 모두 NC(Normally Closed) 밸브인 것을 특징으로 하는 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리를 제공한다.
그리고, 상기 바이패스 밸브는 솔레노이드 밸브로서 솔레노이드 힘과 상기 바이패스 밸브에 형성된 오리피스의 크기에 의하여 보조 유로를 통하여 공급되는 수소 가스의 압력과 유량을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리를 제공한다.
또한, 상기 제어 수단은 부하에 따른 목표 설정 압력과 상기 압력 조절 액츄에이터에 의하여 제어되는 스택 입구 압력의 차를 미리 설정된 기준치와 비교하여 상기 압력 조절 액츄에이터의 고장 여부를 감지하고, 고장이 감지된 경우 상기 바이패스 밸브를 개방하여 보조 유로를 통한 연료의 공급하도록 제어하도록 구성하며, 더불어, 상기 제어 수단은 고장을 감지하지 않은 경우에라도 상기 압력 조절 액츄에이터의 최대 한계 유량을 초과한 수소 가스를 필요로 하는 고출력 요구시 상기 바이패스 밸브를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 수소 공급 시스템의 압력 조절 액츄에이터 어셈블리는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 저압 레귤레이터와는 달리 압력 조절 액츄에이터(PCA)를 사용하여 공급되는 수소 가스의 압력/유량을 필요에 따라 조절할 수 있어 일시적인 연료극 플 러딩(Flooding)을 막을 수 있어 연료전지 시스템의 성능 저하를 막을 수 있다.
둘째, 연료극의 압력과 공기극의 압력 밸런스를 맞출 수 있어 연료전지 시스템의 멤브레인 수명을 증가시킬 수 있으며, 수소 크로스오버량을 감소시키고 고출력 구간에서 압력 상승으로 연료전지 스택의 성능이 향상된다.
셋째, 바이패스 밸브를 설치하여 압력 조절 액츄에이터의 고장 발생시 긴급 운행을 위한 고장 모드(Limp Home Mode)를 구현할 수 있어 안정성이 향상된다.
넷째, 하나의 바디(Body)에 각각의 밸브류를 설치하고 유로를 형성하는 일체형의 구성으로 부피를 축소할 수 있으며, 제작 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 수소저장탱크로부터 고압 레귤레이터를 거쳐 1차적으로 감압된 5 ~ 20bar의 압력을 갖는 수소 가스를 스택에 공급할 수 있도록 2차적으로 감압하는 압력 조절 액츄에이터 어셈블리를 제공함에 있어서, 능동적으로 압력/유량의 조절이 가능하도록 수소 가스를 공급가능한 압력 조절 액츄에이터(PCA)를 포함하며, 상기 압력 조절 액츄에이터 고장시 운행이 불가능해짐에 대비하여 바이패스 밸브를 통한 고장 모드(Limp Home Mode)를 구비한 일체형의 압력 조절 액츄에이터 어셈블리를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 구현예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리(100)를 포함한 수소 공급 시스템을 도시한다.
도 4에 도시된 것처럼 상기 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리를 포함한 수소 공급 시스템은 수소연료탱크 내의 350bar 또는 700bar에 해당하는 고압의 수소 가스를 고압 레귤레이터를 통하여 1차적으로 5 ~ 20bar의 압력을 갖는 수소 가스로 감압한 다음, 상기 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리(100)를 통하여 2차적으로 연료전지 스택에 공급하기 위한 압력(통상 1bar 미만)으로 감압한다.
상기 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리(100)에서 감압된 수소 가스는 이젝터를 통하여 연료전지 스택으로 공급되어 상기 연료전지 스택에 공급된 산소와 반응하여 전기 에너지를 생성한다.
이 경우, 상기 연료전지 스택에서 반응에 참여하지 못한 수소 중 일부는 재순환 블로워를 통하여 다시 연료전지 스택으로 재순환되고 재순환 되지 못한 일부의 수소 가스는 퍼지용 솔레노이드 밸브를 통하여 수소 배기 장치를 통하여 외부로 배출된다.
도 5는 본 발명인 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리(100)의 단면을 도시한 것으로, 각 구성요소의 결합 모습과 함께 수소 가스의 유로의 형성 모습을 도시하고 있다.
도 5에 도시된 것처럼 본 발명의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리(100)는 시동/정지용 솔레노이드 밸브(110)와 바이패스 밸브(130), 그리고 압력 조절 액츄에이터(120)가 하나의 바디에 모두 포함된 일체형으로 구성되며, 상기 바 디에는 상기 시동/정지용 솔레노이드 밸브(110)에서 공급되는 수소 가스가 정상 작동 모드에서 이동하는 정상 유로(140)와 고장 모드에서 상기 바이패스 밸브(130)로부터 공급되는 수소 가스가 이동하도록 형성된 보조 유로(150)를 포함한다.
상기 수소저장탱크로부터 고압 레귤레이터를 거쳐 1차적으로 감압되어(5 내지 20bar) 공급되는 수소 가스는 시동/정지용 솔레노이드 밸브(110)를 작동함으로서 상기 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리에 공급을 개시한다.
상기 시동/정지용 솔레노이드 밸브(110)는 온/오프(On/Off) 제어를 통하여 단순히 수소 가스를 공급 또는 공급 중지시키는 기능을 수행한다. 또한, 상기 시동/정지용 솔레노이드 밸브(110)는 NC(Normally closed) 밸브로 구성하여 단전이 되는 경우 폐쇄되어 수소 가스가 공급되지 않도록 구성된다.
상기 시동/정지용 솔레노이드 밸브(110)가 열려서 1차 감압된 수소 가스가 공급되면 상기 바디에 형성된 정상 유로(140)를 통하여 상기 수소 가스가 이동한다. 이 경우, 상기 바이패스 밸브(130)도 NC(Normally closed) 밸브로 구성하므로 정상 모드에서 보조 유로(150)는 항상 닫혀있고, 수소 가스의 유동은 정상 유로(140)를 통하여 이루어진다.
상기 정상 모드에서 상기 정상 유로(140)를 통하여 이동된 수소 가스는 상기 압력 조절 액츄에이터(120)로 이송된다. 상기 압력 조절 액츄에이터(120)는 스템(Stem)을 선형적으로 제어하여 개도를 조절하는 장치로서 수소 가스의 입구측 압력과 연계되어 압력 및 유량을 조절하여 요구되는 양과 압력에 따라 수소 가스를 공급한다. 따라서, 모터와 기어박스를 통하여 스템을 정밀하게 제어하여 공급되는 수소 가스의 유량/압력을 조절할 수 있도록 구성된다. 상기 압력 조절 액츄에이터(120)를 통하여 공급되는 수소 가스는 이젝터를 통하여 연료전지 스택으로 공급된다.
상기 압력 조절 액츄에이터(120)도 다른 밸브류와 마찬가지로 NC(Normally closed) 밸브로 구성되어 상기 압력 조절 액츄에이터(120)의 스템과 같은 주요 부품에 고장 발생시 전원의 공급이 중단되어 밸브가 폐쇄되도록 한다.
본 발명의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리(100)는 상기 압력 조절 액츄에이터(120)의 고장 발생시 밸브가 폐쇄됨에 따라 연료전지 스택으로 연료인 수소 가스가 공급되지 않아 전기 에너지 생성이 중단되어 차량운행이 정지하지 않도록 비상시에 일정량의 수소 가스를 안정적으로 공급할 수 있는 보조 유로(150)에 연결된 바이패스 밸브(130)를 포함하도록 구성한다.
상기 바이패스 밸브(130)는 NC(Normally closed) 밸브로서 정상 모드로 운행시 폐쇄된 상태로 운행된다. 그러나, 상기 압력 조절 액츄에이터의 고장 발생시 상기 압력 조절 액츄에이터는 단전되어 차단됨에 반하여, 상기 바이패스 밸브(130)는 전원이 공급되어 밸브가 개방되고 일정한 유량/압력의 수소 가스가 보조 유로(150)를 통하여 이송될 수 있도록 형성된다. 상기 바이패스 밸브(130)는 바디에 형성된 상기 보조 유로(150)로의 유동을 개폐할 수 있도록 상기 정상 유로(140)의 중간 부분에 연결되어 설치되고, 상기 바이패스 밸브(130)의 개방시 정상 유로(140)의 일부를 거쳐 이송된 수소 가스는 개방된 상기 바이패스 밸브(130)를 통하여 보조 유로(150)로 이송되고, 상기 이젝터를 거쳐 상기 연료전지 스택으로 공급된다. 상기 바이패스 밸브(130)에 연결된 상기 보조 유로(150)는 상기 정상 유로(140)가 형성된 것과 동일한 바디에 형성된 것으로 상기 정상 유로(140)와 분리된 별개의 유로를 형성하여 상기 이젝터로 연결된다.
상기 바이패스 밸브(130)는 상기 시동/정지용 솔레노이드 밸브(110)와 마찬가지로 온/오프 제어를 수행하도록 구성되며 전원이 공급되어 발생하는 바이패스 솔레노이드 힘과 상기 바이패스 밸브(130)에 형성된 오리피스의 크기에 의하여 상기 바이패스 밸브(130)를 통과하는 유량과 압력이 결정된다. 따라서, 상기 압력 조절 액츄에이터(120)와 같이 공급되는 수소 가스의 유량/압력을 능동적으로 조절할 수는 없으나, 상기 압력 조절 액츄에이터의 고장시 상기 바이패스 밸브(130)를 통하여 일정한 유량/압력의 수소 가스를 상기 연료전지 스택에 공급가능하도록 하여 비상시 수리할 수 있는 일정한 장소까지 연료전지 차량을 운행할 수 있는 고장 모드(Limp Home Mode)를 구현할 수 있다.
도 5에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리(100)를 제어하기 위한 제어 수단을 포함하도록 구성할 수 있으며, 상기 제어 수단은 상기 시동/정지용 솔레노이드 밸브의 개폐와 상기 압력 조절 액츄에이터의 개도량을 제어함은 물론, 상기 압력 조절 액츄에이터(120)의 고장을 감지하는 고장 감지 수단을 포함하여 상기 압력 조절 액츄에이터의 고장 발생시 고장을 감지하고 이에 대응하여 보조 유로(150)를 통한 수소 가스를 공급하기 위하여 바이패스 밸브(130)의 개폐를 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 압력 조절 액츄에이터의 고장을 감지하는 수단은 상기 압력 조절 액츄에이터에서 연료전지 스택으로 공급되는 수소 가스의 압력을 측정하는 압력 센서를 설치할 수 있다.
상기 제어 수단(미도시)은 정상 운행시에는 상기 바이패스 밸브(130)를 폐쇄하여 보조 유로(150)를 통하여 상기 수소 가스가 공급되지 않은 상태로 운행할 수 있도록 상기 바이패스 밸브(130)의 전원을 차단하도록 제어한다.
그러나, 상기 제어 수단은 상기 압력 조절 액츄에이터의 고장을 감지한 경우 상기 압력 조절 액츄에이터를 폐쇄함에 따라 보조 유로(150)를 통하여 수소 가스가 공급될 수 있도록 상기 바이패스 밸브에 전원을 공급하여 상기 바이패스 밸브가 개방되도록 제어한다.
또한, 상기 제어 수단은 필요에 따라서, 상기 압력 조절 액츄에이터의 최대 한계 유량을 초과하는 고출력이 요구되는 경우 상기 압력 조절 액츄에이터와 함께 상기 바이패스 밸브를 개방하도록 제어할 수 있다. 따라서, 상기 정상 유로(140)를 통한 상기 압력 조절 액츄에이터(120)로 이송되는 수소 가스에 상기 바이패스 밸브(130)를 통하여 상기 보조 유로(150)로 이송되는 수소 가스를 포함한 연료를 상기 연료전지 스택으로 공급할 수 있어 스택의 출력을 증대시킬 수 있다.
도 6은 상기 제어 수단을 통하여 압력 조절 액츄에이터의 고장 발생시 이러한 고장을 감지하고 이에 대응하는 제어 과정에 대한 바람직한 일 구현예를 나타내는 순서도이다.
도 6에 도시된 것과 같이, 상기 제어 수단의 제어 과정은 부하에 따른 목표 설정 압력(Ptarg)에서 상기 압력 조절 액츄에이터를 통해 공급되는 스택 입구 압력(Pstat)을 뺀 값(Error)을 산출하고 산출된 상기 Error값을 고장 여부를 판단하 기 위해 미리 설정된 기준치에 해당하는 Error1값과 비교하여, 상기 Error ≤ Error1 인 경우 정상 모드로 운전을 계속하고 그 외의 경우에는 바이패스 밸브를 작동하고 상기 압력 조절 액츄에이터의 상태를 확인하는 경고(Warning)를 한다. 상기 바이패스 밸브를 작동한 다음, 다시 Error값과 Error1값을 비교하여 Error ≤ Error1 인 경우 정상 운행이 가능하므로 정상 운전을 계속하고, 상기 Error1값 보다 상기 Error값이 더 큰 경우 Error값을 미리 설정된 또 다른 기준치로서 정상 운행의 가능 여부를 판단할 수 있는 값인 Error2값(Error1 ＜ Error2)과 비교한다. 상기 비교 단계에서 상기 Error2값이 Error값보다 크거나 같은 경우 상기 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리의 전류와 동력을 제한하여 고장 모드(Limp Home Mode)로 제한적 운전을 실시하고, 상기 Error값이 더 큰 경우에는 연료 전지 시스템(FC System)을 셧 다운(Shut Down)시키도록 제어된다.
도 7은 본 발명인 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리를 포함하는 수소 공급 시스템의 출력에 따른 압력 변화 곡선을 도시하고 있다.
도 7에 도시된 것처럼, 본 발명은 압력 조절 액츄에이터를 사용하여 압력 및 유량을 능동적으로 조절 가능하도록 구성할 수 있어, 스택 출력의 변화에 따라 연료극과 공기극의 압력차를 일정하게 유지할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 수소 크로스 오버량이 감소하고 고출력시 스택 성능 향상은 물론 멤브레인의 내구성이 향상됨을 알 수 있다. 또한, 일체형으로 구성함에 따라 수소 누출 위험을 줄이고 제작 단가를 절감하고 부피를 축소시킬 수 있는 장점이 있음을 알 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙 련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 수소 공급 시스템의 구성도.
도 2는 종래 기술의 저압 레귤레이터를 통한 스택 출력에 따른 공급 압력의 변화 그래프.
도 3은 종래 기술에 의한 수소 공급 시스템의 시동/정지용 솔레노이드 밸브와 저압 레귤레이터를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 수소 공급 시스템의 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리의 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리의 제어 수단의 제어 흐름도.
도 7은 본 발명에 따른 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리에 대한 스택 출력에 따른 공급 압력 변화 그래프.

Claims (5)

  1. 수소 공급 시스템의 압력 조절 액츄에이터 어셈블리에 있어서,
    시동/정지용 솔레노이드 밸브와, 바이패스 밸브와, 압력 조절 액츄에이터를 하나의 바디에 일체로 구성하고,
    상기 시동/정지용 솔레노이드 밸브로부터 상기 압력 조절 액츄에이터로 수소 가스가 이송되도록 형성된 정상 유로와, 상기 정상 유로에 연결된 상기 바이패스 밸브의 개폐에 따라 수소 가스가 이송되는 보조 유로를 상기 바디 상에 형성하며,
    상기 압력 조절 액츄에이터의 고장을 감지하여 상기 바이패스 밸브의 개폐를 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 시동/정지용 솔레노이드 밸브와 상기 바이패스 밸브와 상기 압력 조절 액츄에이터는 모두 NC(Normally Closed) 밸브인 것을 특징으로 하는 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 바이패스 밸브는 솔레노이드 밸브로서 솔레노이드 힘과 상기 바이패스 밸브에 형성된 오리피스의 크기에 의하여 보조 유로를 통하여 공급되는 수소 가스의 압력과 유량을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제어 수단은 부하에 따른 목표 설정 압력과 상기 압력 조절 액츄에이터를 통해 공급되는 스택 입구 압력과의 차를 미리 설정된 기준치와 비교하여 상기 압력 조절 액츄에이터의 고장 여부를 감지하고, 고장이 감지된 경우 상기 바이패스 밸브를 개방하여 보조 유로를 통해 연료가 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제어 수단은 고장을 감지하지 않은 경우에라도 상기 압력 조절 액츄에이터의 최대 한계 유량을 초과한 수소 가스를 필요로 하는 고출력 요구시 상기 바이패스 밸브를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리.
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