KR20110009731U - System for cooling fuel cell - Google Patents

System for cooling fuel cell Download PDF

Info

Publication number
KR20110009731U
KR20110009731U KR2020100003619U KR20100003619U KR20110009731U KR 20110009731 U KR20110009731 U KR 20110009731U KR 2020100003619 U KR2020100003619 U KR 2020100003619U KR 20100003619 U KR20100003619 U KR 20100003619U KR 20110009731 U KR20110009731 U KR 20110009731U
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
coolant
cell stack
radiator
exchange medium
Prior art date
Application number
KR2020100003619U
Other languages
Korean (ko)
Inventor
정종철
문고영
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
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 엘에스산전 주식회사 filed Critical 엘에스산전 주식회사
Priority to KR2020100003619U priority Critical patent/KR20110009731U/en
Publication of KR20110009731U publication Critical patent/KR20110009731U/en

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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • 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

Abstract

본 고안은 연료전지 스택, 상기 연료전지 스택과 열교환기 사이를 냉각제가 순환하는 냉각유로, 상기 냉각유로 상에 병렬로 연결되는 라디에이터 및 상기 연료전지 스택으로부터 유출된 냉각제의 유로를 상기 라디에이터로 바이패스하는 3방향 바이패스 밸브를 포함하는 연료전지 냉각시스템에 관한 것이다.
본 고안은 연료전지 냉각시스템의 열교환기의 냉각 성능 저하시 냉각제를 라디에이터로 유로 변경시 라디에디터 내에 존재하는 저온의 냉각제에 의해 연료전지 스택의 성능 저하를 막을 수 있고, 냉각 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
The present invention bypasses a fuel cell stack, a cooling oil passage in which a coolant circulates between the fuel cell stack and a heat exchanger, a radiator connected in parallel on the cooling passage, and a flow path of the coolant flowing out of the fuel cell stack to the radiator. It relates to a fuel cell cooling system comprising a three-way bypass valve.
The present invention can prevent the deterioration of the fuel cell stack due to the low temperature coolant present in the radiator when the coolant is changed to the radiator when the cooling performance of the heat exchanger of the fuel cell cooling system is reduced, and the cooling efficiency can be improved. have.

Description

연료전지 냉각시스템 {System for cooling fuel cell}Fuel cell cooling system {System for cooling fuel cell}

본 고안은 연료전지 냉각시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 열교환기의 성능 저하시 냉각제를 라디에이터로 유로 변경시 발생할 수 있는 연료전지 스택의 성능 저하를 방지할 수 있는 연료전지 냉각시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell cooling system, and more particularly to a fuel cell cooling system that can prevent the performance degradation of the fuel cell stack that may occur when the coolant is changed to a radiator when the heat exchanger performance is reduced.

화석에너지의 무분별한 사용에 따른 지구온난화 등의 환경문제 및 자원고갈에 대한 대안으로 신재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있다.There is a growing interest in renewable energy as an alternative to the depletion of resources and environmental problems such as global warming due to the indiscriminate use of fossil energy.

연료전지(Fuel cell)는 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기를 생산하는 일종의 발전 시스템으로 직접 전기를 생산하는 연료전지 스택(Stack)과 스택의 기능 구현을 위한 다양한 주변기기 시스템으로 구성된다.A fuel cell is a type of power generation system that produces electricity by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen. It consists of a fuel cell stack that produces electricity and various peripheral systems for implementing the stack's functions.

연료전지는 전해질 종류에 따라 용융탄산염형(MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물형(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell), 고분자전해질형(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fule Cell), 직접메탄올연료전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell) 등으로 구분된다.Depending on the type of electrolyte, molten carbonate type (MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell), solid oxide type (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell), polymer electrolyte type (PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fule Cell), and direct methanol fuel cell (DMFC) : Direct Methanol Fuel Cell).

일례로, 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 가정용, 자동차용,이동용 전원으로 개발되고 있으며 최근 실용화 및 상용화가 빠르게 진척되고 있다.For example, a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) is being developed as a power source for home, automobile, and mobile, and recently, commercialization and commercialization are rapidly progressing.

한편, 원하는 전기출력을 얻기 위해 단위 전지를 수십장, 수백장 쌓아 올리는데 이를 스택이라고 한다.On the other hand, dozens or hundreds of unit cells are stacked to obtain the desired electrical output, which is called a stack.

그런데, 상기 연료전지 스택은 작동하면서 온도가 상승하게 되므로 안정적인 연료전지의 성능확보를 위해 냉각시스템이 필요하다.However, since the temperature increases while the fuel cell stack operates, a cooling system is required to secure stable fuel cell performance.

예를 들어, 자동차에 사용되는 연료전지 스택의 경우 온도가 대략 60℃~70℃ 정도로서 대기와의 온도차이가 크지 않아 냉각수 냉각을 위한 라디에이터만으로는 충분한 냉각효과를 얻기 곤란하다.For example, in the case of a fuel cell stack used in automobiles, the temperature is about 60 ° C. to 70 ° C., and thus the temperature difference with the atmosphere is not so large that only a radiator for cooling the cooling water is difficult to obtain sufficient cooling effect.

연료전지 스택의 냉각을 위해 열교환기와 라디에이터를 두고 열교환 매체의 온도 상승 등에 의해 열교환기의 성능이 저하될 경우 냉각제의 유로를 라디에이터로 변경하되, 라디에이터 내에 존재하는 저온의 냉각제가 갑자기 연료전지 스택으로 유입되는 것을 방지할 수 있는 연료전지 냉각시스템을 제공함에 그 목적이 있다.If the heat exchanger has a heat exchanger and a radiator to cool the fuel cell stack, and the heat exchanger's performance decreases due to an increase in the temperature of the heat exchange medium, the coolant flow path is changed to a radiator, and the coolant in the radiator suddenly flows into the fuel cell stack. It is an object of the present invention to provide a fuel cell cooling system that can be prevented.

또한, 연료전지 냉각시스템의 냉각 효율이 우수한 연료전지 냉각시스템을 제공함에 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a fuel cell cooling system having excellent cooling efficiency of the fuel cell cooling system.

본 고안의 상기 목적은 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택과 열교환기 사이를 냉각제가 순환하는 냉각유로; 상기 냉각유로 상에 병렬로 연결되는 라디에이터; 및 상기 연료전지 스택으로부터 유출된 냉각제의 유로를 상기 라디에이터로 바이패스하도록 상기 연료전지 스택과 라디에이터 사이의 냉각유로 상에 마련된 3방향 바이패스 밸브를 포함하는 연료전지 냉각시스템에 의해 달성된다. The object of the present invention is a fuel cell stack; A cooling passage through which a coolant circulates between the fuel cell stack and the heat exchanger; Radiators connected in parallel on the cooling passages; And a three-way bypass valve provided on a cooling passage between the fuel cell stack and the radiator to bypass the flow path of the coolant flowing out of the fuel cell stack to the radiator.

일 실시예로, 상기 3방향 바이패스 밸브는 상기 연료전지 스택으로부터 유출되어 상기 라디에이터로 유입되는 냉각제의 유량을 순차적으로 증가시킬 수 있다.In one embodiment, the three-way bypass valve may sequentially increase the flow rate of the coolant flowing out of the fuel cell stack and introduced into the radiator.

일 실시예로, 상기 연료전지 스택의 입구 또는 출구측 냉각유로 상에 마련된 온도센서; 상기 연료전지 스택의 출구측과 상기 라디에이터 사이에 마련되어 상기 냉각제를 순환시키는 냉각제 순환펌프; 및 상기 온도센서의 온도 변화를 감지하여 상기 3방향 바이패스 밸브를 제어하여 상기 냉각제의 유로를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.In one embodiment, a temperature sensor provided on the inlet or outlet side cooling passages of the fuel cell stack; A coolant circulation pump provided between an outlet side of the fuel cell stack and the radiator to circulate the coolant; And it may include a control unit for controlling the flow path of the coolant by controlling the three-way bypass valve by sensing the temperature change of the temperature sensor.

일 실시예로 상기 열교환기의 열교환 매체는 물이며, 상기 물은 상기 열교환기와 열회수부 사이를 열교환 매체 순환펌프에 의해 순환할 수 있다.In one embodiment, the heat exchange medium of the heat exchanger is water, and the water may be circulated between the heat exchanger and the heat recovery unit by a heat exchange medium circulation pump.

일 실시예로, 본 고안에 따른 연료전지 냉각시스템은 상기 열교환기로부터 유출된 기체상의 열교환 매체를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 열교환 매체를 냉각하여 외부로 열을 방출하는 가스 냉각기; 및 상기 가스 냉각기에서 냉각된 열교환 매체를 단열팽창시키는 팽창밸브를 포함할 수 있다.
In one embodiment, the fuel cell cooling system according to the present invention is a compressor for compressing the gaseous heat exchange medium flowing out from the heat exchanger; A gas cooler configured to cool the heat exchange medium compressed by the compressor to release heat to the outside; And an expansion valve for adiabatic expansion of the heat exchange medium cooled by the gas cooler.

이와 같이 본 고안은 연료전지 스택의 냉각을 위해 열교환기와 라디에이터를 두고 열교환 매체의 온도 상승 등에 의해 열교환기의 성능이 저하될 경우 냉각제의 유로를 라디에이터로 변경하여 연료전지 냉각시스템의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.As such, the present invention provides a heat exchanger and a radiator for cooling the fuel cell stack, and when the performance of the heat exchanger decreases due to an increase in the temperature of the heat exchange medium, the flow path of the coolant is changed to a radiator to greatly improve the efficiency of the fuel cell cooling system. Can be.

또한, 라디에이터 내에 존재하는 저온의 냉각제가 갑자기 연료전지 스택으로 유입되는 것을 방지하여 연료전지 스택의 성능 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
In addition, it is possible to prevent the low temperature coolant present in the radiator from suddenly flowing into the fuel cell stack, thereby preventing the performance of the fuel cell stack.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 연료전지 냉각시스템의 구성도이다.
도 2는 본 고안의 다른 실시예에 따른 연료전지 냉각시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a fuel cell cooling system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a fuel cell cooling system according to another embodiment of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may properly define the concept of the term to describe its own design in the best possible way It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 연료전지 냉각시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a fuel cell cooling system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 고안의 일 실시예에 따른 연료전지 냉각시스템는 연료전지 스택(100), 냉각유로(110), 열교환기(104), 라디에이터(106) 및 3방향 바이패스 밸브(105) 등을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, a fuel cell cooling system according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 100, a cooling passage 110, a heat exchanger 104, a radiator 106, and a three-way bypass valve. 105) and the like.

연료전지 스택(100)은 전해질막을 사이에 두고 대향하여 배치되는 애노드와 캐소드를 구비하여 전기를 생산한다.The fuel cell stack 100 includes an anode and a cathode disposed to face each other with an electrolyte membrane therebetween to produce electricity.

연료전지 스택(100)을 냉각하기 위해 연료전지 스택(100)과 열교환기(104) 사이를 냉각제가 순환하는 냉각유로(110)가 형성된다.In order to cool the fuel cell stack 100, a cooling passage 110 in which a coolant circulates between the fuel cell stack 100 and the heat exchanger 104 is formed.

상기 냉각제는 증류수, 빗물, 수돗물 등의 물일 수 있으나 그 밖에 다른 냉각제가 사용될 수 있음은 물론이다.The coolant may be water such as distilled water, rain water, tap water, but other coolants may be used.

연료전지 스택(100)으로부터 나온 냉각제는 연료전지 스택(100)의 열을 흡수하여 온도가 올라간 상태이고 열교환기(104)를 통과하면서 열을 방출하여 다시 냉각되어 연료전지 스택(100)으로 유입되게 된다.The coolant from the fuel cell stack 100 absorbs the heat of the fuel cell stack 100 to increase its temperature, and releases heat while passing through the heat exchanger 104 to be cooled again to flow into the fuel cell stack 100. do.

열교환기(104)에는 열회수부(108)가 연결되어 있으며, 열교환 매체가 열교환기(104)와 열회수부(108) 사이를 열교환 매체 순환펌프(107)를 통해 순환할 수 있다.The heat recovery unit 108 is connected to the heat exchanger 104, and the heat exchange medium may circulate between the heat exchanger 104 and the heat recovery unit 108 through the heat exchange medium circulation pump 107.

열교환 매체는 냉각제로부터 열을 빼앗는 작용을 하므로 열교환기(104)의 유입측보다 유출쪽의 열교환 매체의 온도가 더 높게 된다.Since the heat exchange medium takes heat away from the coolant, the temperature of the heat exchange medium on the outlet side is higher than the inlet side of the heat exchanger 104.

상기 열교환 매체는 물일 수 있으며, 기타 다른 열교환 매체가 사용될 수도 있음은 물론이다.
The heat exchange medium may be water, of course, other heat exchange medium may be used.

냉각유로(110) 상에는 병렬로 연결, 즉 냉각유로(110) 상의 일 지점에서 나와 냉각유로(110) 상의 타 지점으로 유입되는 별도의 냉각유로가 마련되고 상기 별도의 냉각유로 상에 위치하는 라디에이터(106)가 존재한다.The cooling passage 110 is provided in parallel, that is, provided with a separate cooling passage flowing out of one point on the cooling passage 110 to another point on the cooling passage 110 and a radiator located on the separate cooling passage ( 106).

라디에이터(110)는 냉각제의 열을 빼앗아 외부로 방출하여 연료전지 스택으로부터 유출된 냉각제의 온도를 낮추는 역할을 한다.
The radiator 110 takes the heat of the coolant and releases it to the outside to lower the temperature of the coolant flowing out of the fuel cell stack.

3방향 바이패스 밸브(105)는 연료전지 스택(100)으로부터 나온 냉각제의 유로를 변경할 수 있도록 라디에이터(106)로 변환(변경)할 수 있도록 해준다.The three-way bypass valve 105 allows conversion (change) to the radiator 106 to change the flow path of the coolant from the fuel cell stack 100.

상기 열교환 매체는 냉각제로부터 열을 빼앗아 오기 때문에 열회수부(108) 내의 열교환 매체의 온도가 지속적으로 올라갈 수 있다.Since the heat exchange medium takes heat from the coolant, the temperature of the heat exchange medium in the heat recovery unit 108 may continuously increase.

이와 같이, 열회수부(108) 내의 열교환 매체의 온도가 올라가 냉각제와의 열교환이 이루어지지 못할 경우에는 냉각제의 흐름(유로)를 라디에이터(106) 쪽으로 변경(바이패스)하게 된다.As such, when the temperature of the heat exchange medium in the heat recovery unit 108 rises and heat exchange with the coolant cannot be performed, the flow of the coolant (flow path) is changed (bypassed) toward the radiator 106.

냉각제의 흐름이 바이패스되는 순간에 라디에이터(106) 내부에 순환되지 않고 고여있던 저온의 냉각제가 갑자기 연료전지 스택(100)에 유입되면 연료전지 스택(100)의 온도를 갑자기 떨어뜨려 연료전지 시스템의 성능 저하를 초래하게 된다.When the coolant of the low temperature which is not circulated inside the radiator 106 suddenly flows into the fuel cell stack 100 at the moment when the flow of the coolant is bypassed, the temperature of the fuel cell stack 100 is suddenly dropped to reduce the temperature of the fuel cell system. It will lead to performance degradation.

이를 방지하기 위해 본 고안의 일 실시예에 따른 3방향 바이패스 밸브(105)는 제어부(도시하지 않음)가 바이패스 신호를 내리는 순간부터 밸브의 열림이 0%부터 100%까지 순차적으로 증가하도록 하여 라디에이터(106) 내에 존재하는 저온의 냉각제가 한꺼번에 연료전지 스택(100)으로 유입되지 않도록 한다.In order to prevent this, the three-way bypass valve 105 according to an embodiment of the present invention allows the opening of the valve to increase sequentially from 0% to 100% from the moment when the control unit (not shown) issues a bypass signal. The low temperature coolant present in the radiator 106 is prevented from entering the fuel cell stack 100 at once.

본 고안에서 상기 순차적 증가는 선형적 증가만을 의미하는 것은 아니고 시간에 따라 점차 3방향 바이패스 밸브(105)의 라디에이터(106) 쪽으로의 열림이 증가하되 그 열리는 속도(면적)가 변화하는 경우를 포함한다.In the present invention, the sequential increase does not mean only a linear increase, but includes a case in which the opening of the three-way bypass valve 105 toward the radiator 106 gradually increases with time, but the opening speed (area) changes. do.

상기 3방향 바이패스 밸브(105)는 솔레노이드 밸브일 수 있다.
The three-way bypass valve 105 may be a solenoid valve.

한편, 상기 연료전지 스택(100)의 입구 또는 출구측 냉각유로 상에는 온도센서가 존재할 수 있는데, 도 1에는 입구측에 마련된 냉각제 입구 온도센서(102)와 출구측에 마련된 냉각제 출구 온도센서(101)를 나타내었다.Meanwhile, a temperature sensor may exist on the inlet or outlet side cooling flow path of the fuel cell stack 100. In FIG. 1, a coolant inlet temperature sensor 102 provided at the inlet side and a coolant outlet temperature sensor 101 provided at the outlet side are provided. Indicated.

또한, 연료전지 스택(100)의 출구측과 라디에이터(106) 사이의 냉각유로(110) 상에는 냉각제를 순환시키는 냉각제 순환펌프(103)가 존재한다.
In addition, there is a coolant circulation pump 103 that circulates a coolant on the cooling flow path 110 between the outlet side of the fuel cell stack 100 and the radiator 106.

또한, 냉각제 입구 온도센서(102) 및/또는 냉각제 출구 온도센서(101)의 온도센서의 온도 변화를 감지하여 3방향 바이패스 밸브(105)를 제어함으로써 냉각제의 유로를 조절하는 제어부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
In addition, a control unit (not shown) for adjusting the flow path of the coolant by controlling the three-way bypass valve 105 by sensing a temperature change of the temperature sensor of the coolant inlet temperature sensor 102 and / or the coolant outlet temperature sensor 101. ) May be included.

도 2는 본 고안의 다른 실시예에 따른 연료전지 냉각시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of a fuel cell cooling system according to another embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 것과 같이, 본 고안의 다른 실시예에 따른 연료전지 냉각시스템은 연료전지 스택(100), 냉각유로(110), 열교환기(104), 라디에이터(106), 3방향 바이패스 밸브(105), 냉각제 입구 온도센서(102), 냉각제 출구 온도센서(101), 냉각제 순환펌프(103), 제어부(도시하지 않음) 등을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the fuel cell cooling system according to another embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 100, a cooling passage 110, a heat exchanger 104, a radiator 106, and a three-way bypass valve. 105, a coolant inlet temperature sensor 102, a coolant outlet temperature sensor 101, a coolant circulation pump 103, a controller (not shown), and the like.

이하 도 2를 참조하여 설명하되, 본 고안의 일 실시예에 따른 연료전지 냉각시스템에 대하여 설명하면서 상술한 부분은 생략하거나 간단히 기술하도록 한다.
Hereinafter, a description will be given with reference to FIG. 2, but the description above will be omitted or simply described with reference to the fuel cell cooling system according to an embodiment of the present invention.

본 고안의 다른 실시예에 따른 연료전지 냉각시스템은 열교환기(104)에서 유출된 열교환 매체가 압축기(111), 가스 냉각기(112) 및 팽창밸브(113)를 통과한 후 다시 열교환기(104)로 유입된다.In the fuel cell cooling system according to another embodiment of the present invention, after the heat exchange medium flowing out of the heat exchanger 104 passes through the compressor 111, the gas cooler 112, and the expansion valve 113, the heat exchanger 104 again. Flows into.

상기 열교환 매체는 이산화탄소와 같은 가스 상태의 물질이다.The heat exchange medium is a gaseous substance such as carbon dioxide.

열교환기(104)로부터 유출된 열교환 매체(가스)는 연료전지 스택(100) 또는 냉각제의 열을 흡수한 상태인데, 이를 압축기(111)에서 고압으로 압축하고 압축된 고압의 열교환 매체는 가스 냉각기(112)에 의해 냉각되어 외부로 열을 방출한다.The heat exchange medium (gas) flowing out from the heat exchanger 104 absorbs heat of the fuel cell stack 100 or the coolant, and the heat exchange medium is compressed to high pressure in the compressor 111 and the compressed high pressure heat exchange medium is a gas cooler ( Cooled by 112) to release heat to the outside.

팽창밸브(113)는 가스 냉각기(112)에 의해 냉각된 열교환 매체를 단열팽창시켜 열교환 매체의 온도를 낮추고 저온의 열교환 매체는 다시 열교환기(104)로 유입되게 된다.The expansion valve 113 thermally expands the heat exchange medium cooled by the gas cooler 112 to lower the temperature of the heat exchange medium, and the low temperature heat exchange medium flows back into the heat exchanger 104.

한편, 상기 압축기(111)는 열교환 매체(가스)의 임계압력 이상으로 압축하며,가스 냉각기(112)에 의해 냉각된 열교환 매체도 임계압력 이상의 기체상태를 유지하는 것이 바람직하다.On the other hand, the compressor 111 is compressed above the critical pressure of the heat exchange medium (gas), it is preferable that the heat exchange medium cooled by the gas cooler 112 also maintains the gas state above the critical pressure.

이와 같이 열교환 매체로 이산화탄소와 같은 가스를 사용하면 물과 같은 액체보다 보다 연료전지 스택의 냉각 작용의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.As such, when a gas such as carbon dioxide is used as the heat exchange medium, the efficiency of the cooling operation of the fuel cell stack can be significantly improved than a liquid such as water.

한편, 가스상의 열교환 매체를 사용한 열교환 작용이 제대로 작동하지 않거나 그 효율이 저하되는 경우에는 제어부(도시하지 않음)는 3방향 바이패스 밸브(105)에 바이패스 신호를 인가하여 냉각제의 유로를 순차적으로 라디에이터(106)로 변경한다.On the other hand, when the heat exchange action using the gaseous heat exchange medium does not work properly or the efficiency decreases, the controller (not shown) applies a bypass signal to the three-way bypass valve 105 to sequentially open the flow path of the coolant. Change to the radiator 106.

냉각제의 흐름이 바이패스되는 순간에 라디에이터(106) 내부에 순환되지 않고 고여있던 저온의 냉각제가 갑자기 연료전지 스택(100)에 유입되면 연료전지 스택(100)의 온도를 갑자기 떨어뜨려 연료전지 시스템의 성능 저하를 초래하게 된다.When the coolant of the low temperature which is not circulated inside the radiator 106 suddenly flows into the fuel cell stack 100 at the moment when the flow of the coolant is bypassed, the temperature of the fuel cell stack 100 is suddenly dropped to reduce the temperature of the fuel cell system. It will lead to performance degradation.

이를 방지하기 위해 본 고안의 일 실시예에 따른 3방향 바이패스 밸브(105)는 제어부(도시하지 않음)가 바이패스 신호를 내리는 순간부터 밸브의 열림이 0%부터 100%까지 순차적으로 증가하도록 하여 라디에이터(106) 내에 존재하는 저온의 냉각제가 한꺼번에 연료전지 스택(100)으로 유입되지 않도록 한다.In order to prevent this, the three-way bypass valve 105 according to an embodiment of the present invention allows the opening of the valve to increase sequentially from 0% to 100% from the moment when the control unit (not shown) issues a bypass signal. The low temperature coolant present in the radiator 106 is prevented from entering the fuel cell stack 100 at once.

한편, 상기 순차적 증가는 선형적 증가만을 의미하는 것은 아니고 시간에 따라 점차 3방향 바이패스 밸브(105)의 라디에이터(106) 쪽으로의 열림이 증가하되 그 열리는 속도(면적)가 변화하는 경우를 포함한다.On the other hand, the sequential increase does not mean only a linear increase but includes a case in which the opening toward the radiator 106 of the three-way bypass valve 105 gradually increases with time, but the opening speed (area) changes. .

상술한 바와 같이, 본 고안은 연료전지 스택의 냉각을 위해 열교환기와 라디에이터를 두고 열교환 매체의 온도 상승 등에 의해 열교환기의 성능이 저하될 경우 냉각제의 유로를 라디에이터로 변경하여 연료전지 냉각시스템의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention includes a heat exchanger and a radiator for cooling the fuel cell stack, and when the performance of the heat exchanger decreases due to an increase in the temperature of the heat exchange medium, the flow path of the coolant is changed to a radiator to improve the efficiency of the fuel cell cooling system. It can greatly improve.

또한, 라디에이터 내에 존재하는 저온의 냉각제가 갑자기 연료전지 스택으로 유입되는 것을 방지하여 연료전지 스택의 성능 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to prevent the low temperature coolant present in the radiator from suddenly flowing into the fuel cell stack, thereby preventing the performance of the fuel cell stack.

본 고안은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 고안의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
The present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiment as described above, but is not limited to the above embodiments and those skilled in the art to which the subject innovation belongs within the scope not departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

100 : 연료전지 스택 101 : 냉각제 출구 온도센서
102 : 냉각제 입구 온도센서 103 : 냉각제 순환펌프
104 : 열교환기 105 : 3방향 바이패스 밸브
106 : 라디에이터 107 : 열교환 매체 순환펌프
108 : 열회수부 110 : 냉각유로
111 : 압축기 112 : 가스 냉각기
113 : 팽창밸브100: fuel cell stack 101: coolant outlet temperature sensor
102: coolant inlet temperature sensor 103: coolant circulation pump
104: heat exchanger 105: three-way bypass valve
106: radiator 107: heat exchange medium circulation pump
108: heat recovery section 110: cooling flow path
111 compressor 112 gas cooler
113: expansion valve

Claims (5)

연료전지 스택;
상기 연료전지 스택과 열교환기 사이를 냉각제가 순환하는 냉각유로;
상기 냉각유로 상에 병렬로 연결되는 라디에이터; 및
상기 연료전지 스택으로부터 유출된 냉각제의 유로를 상기 라디에이터로 바이패스하도록 상기 연료전지 스택과 라디에이터 사이의 냉각유로 상에 마련된 3방향 바이패스 밸브
를 포함하는 연료전지 냉각시스템.
Fuel cell stacks;
A cooling passage through which a coolant circulates between the fuel cell stack and the heat exchanger;
Radiators connected in parallel on the cooling passages; And
A three-way bypass valve provided on the cooling passage between the fuel cell stack and the radiator to bypass the flow path of the coolant flowing out of the fuel cell stack to the radiator;
Fuel cell cooling system comprising a.
제1항에 있어서,
상기 3방향 바이패스 밸브는 상기 연료전지 스택으로부터 유출되어 상기 라디에이터로 유입되는 냉각제의 유량을 순차적으로 증가시키는 연료전지 냉각시스템.
The method of claim 1,
And the three-way bypass valve sequentially increases the flow rate of the coolant flowing out of the fuel cell stack and flowing into the radiator.
제1항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 입구 또는 출구측 냉각유로 상에 마련된 온도센서;
상기 연료전지 스택의 출구측과 상기 라디에이터 사이에 마련되어 상기 냉각제를 순환시키는 냉각제 순환펌프; 및
상기 온도센서의 온도 변화를 감지하여 상기 3방향 바이패스 밸브를 제어하여 상기 냉각제의 유로를 조절하는 제어부
를 포함하는 연료전지 냉각시스템.
The method of claim 1,
A temperature sensor provided on an inlet or outlet side cooling passage of the fuel cell stack;
A coolant circulation pump provided between an outlet side of the fuel cell stack and the radiator to circulate the coolant; And
A control unit for sensing the temperature change of the temperature sensor to control the three-way bypass valve to adjust the flow path of the coolant
Fuel cell cooling system comprising a.
제1항에 있어서,
상기 열교환기의 열교환 매체는 물이며, 상기 물은 상기 열교환기와 열회수부 사이를 열교환 매체 순환펌프에 의해 순환하는 연료전지 냉각시스템.
The method of claim 1,
The heat exchange medium of the heat exchanger is water, and the water is circulated between the heat exchanger and the heat recovery unit by a heat exchange medium circulation pump.
제1항에 있어서,
상기 열교환기로부터 유출된 기체상의 열교환 매체를 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 열교환 매체를 냉각하여 외부로 열을 방출하는 가스 냉각기; 및
상기 가스 냉각기에서 냉각된 열교환 매체를 단열팽창시키는 팽창밸브를
를 포함하는 연료전지 냉각시스템.The method of claim 1,
A compressor for compressing the gaseous heat exchange medium discharged from the heat exchanger;
A gas cooler configured to cool the heat exchange medium compressed by the compressor to release heat to the outside; And
Expansion valves for adiabatic expansion of the heat exchange medium cooled in the gas cooler
Fuel cell cooling system comprising a.
KR2020100003619U 2010-04-07 2010-04-07 System for cooling fuel cell KR20110009731U (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR2020100003619U KR20110009731U (en) 2010-04-07 2010-04-07 System for cooling fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR2020100003619U KR20110009731U (en) 2010-04-07 2010-04-07 System for cooling fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110009731U true KR20110009731U (en) 2011-10-13

Family

ID=45596304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR2020100003619U KR20110009731U (en) 2010-04-07 2010-04-07 System for cooling fuel cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20110009731U (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114335601A (en) * 2021-11-23 2022-04-12 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 Fuel cell cooling system and cooling method for energy storage power station
CN116344861A (en) * 2023-03-28 2023-06-27 深圳深科鹏沃科技有限公司 Proton exchange membrane hydrogen fuel cell cogeneration system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114335601A (en) * 2021-11-23 2022-04-12 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 Fuel cell cooling system and cooling method for energy storage power station
CN116344861A (en) * 2023-03-28 2023-06-27 深圳深科鹏沃科技有限公司 Proton exchange membrane hydrogen fuel cell cogeneration system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rashidi et al. Progress and challenges on the thermal management of electrochemical energy conversion and storage technologies: Fuel cells, electrolysers, and supercapacitors
JP6308189B2 (en) Fuel cell system
KR101828938B1 (en) High efficiency tri-generation systems based on fuel cells
CN109461952B (en) Marine fuel cell cogeneration system
KR101237212B1 (en) Cooling system of fuel cell
KR20090015273A (en) Air supply apparatus for cooling of fuel cell and heating of compression air
JP2007157468A (en) Fuel cell system
JP5195867B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2008524812A (en) Passive micro coolant loop for electrochemical fuel cells
JP2008059922A (en) Fuel cell system
CN116344861A (en) Proton exchange membrane hydrogen fuel cell cogeneration system
JP2024514410A (en) Systems and methods for cooling fuel cells
JP2011175777A (en) Fuel battery system
Zhao et al. Thermodynamic analysis of a hybrid system integrating an alkaline fuel cell with an irreversible absorption refrigerator
US7160641B2 (en) Methods to cool a fuel cell and if desired heat a hybrid bed simultaneously
KR20110009731U (en) System for cooling fuel cell
Abd Rahman et al. Portable pem fuel cell system: water and heat management
KR102076982B1 (en) Heat supplying system utilizing heat produced by fuel cell and operating method thereof
JP2019040757A (en) Fuel cell system
JP2002025590A (en) Fuel cell power generating device and its control method
KR101828937B1 (en) Combined power generation system of high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell with a rankine cycle system
CN103210536A (en) Method and arrangement for avoiding anode oxidation
KR20100132956A (en) A fuel cell power plant having improved operating efficiencies
KR101242324B1 (en) Fuel cell
JP7396312B2 (en) fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E601 Decision to refuse application