KR20130055890A - Module type hydrogen recirculation apparatus in fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A module type hydrogen recirculation apparatus is provided to optimize layout and reduce the number of components, by modulating an ejector and a blower. CONSTITUTION: A module type hydrogen recirculation apparatus comprises an inner return line(12) which is branched from an ejector(11a) and is connected to the ejector which pressurizes surplus hydrogen recirculated from a fuel battery stack(2); an ejector module(11) in which a blower(11b) is installed in the internal return line; a recirculation line(13) which forms a flow channel of the surplus gas by being connected to the ejector from the resr side of the fuel cell stack. The internal return line surrounds the ejector by waste circuit.

Description

모듈타입 수소재순환장치{Module type Hydrogen Recirculation Apparatus in Fuel Cell Vehicle} Module type Hydrogen Recirculation Apparatus in Fuel Cell Vehicle}

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 recycling apparatus, and in particular, by using the ejector and the blower together in the low load region and using the ejector only in the high load region, it is possible to solve the problems caused by the blower as well as to greatly improve the recycling performance. Relates to a device.

일반적으로 연료전지스택으로 공기와 함께 공급되는 수소는 안정적인 공급을 위해 필요로 하는 양보다 약 1.5배 가량 많게 공급된다. In general, hydrogen supplied to the fuel cell stack with air is supplied about 1.5 times more than 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.As the hydrogen supplied in excess of the capacity as described above is partially unreacted in the stack, the unreacted hydrogen is recycled to the stack inlet without being discarded into the atmosphere. It is called a device.

통상, 수소재순환장치에는 블로어와 함께 이젝터가 구비됨으로써 스택에서 미반응되고 감압된 상태를 공급압력과 동일한 압력으로 상승시켜주게 된다.Typically, the hydrogen recirculation apparatus is provided with an ejector together with a blower to raise the unreacted and reduced pressure in 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 kind of pump, and the low pressure hydrogen pressure is increased by an impeller rotated by a high speed motor, and the ejector increases the low pressure hydrogen pressure by injecting hydrogen into the high pressure hydrogen (10bar) supplied from the hydrogen tank side.

도 3(가),(나)는 연료잔지차량에 설치된 수소재순환장치를 나타낸다.3 (a) and (b) show a hydrogen recycling apparatus installed in a fuel residual 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, the hydrogen recirculation device (120,230) is branched at the rear end of the fuel cell stack (110,210) receiving hydrogen supplied from the hydrogen tank (100,200) to the hydrogen line (111,211) with flow valves (113,212) It is composed of a layout that connects the ends 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) shows a hydrogen recirculation apparatus 120 in which a blower and an ejector are arranged in a parallel hybrid manner, in which the blower 121 branches from the rear end of the fuel cell stack 110 and exits the sub hydrogen coming from the flow valve 113. The blower recirculation line 124 connected to the line 112 is installed, while the ejector 123 is branched from the blower recirculation line 124 to exit the flow valve 113 to the front end of the fuel cell stack 110. The ejector recirculation line 124 connected to the 111 is installed.

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

또한, 상기 서브수소라인(112)은 이젝터(123)의 후단에서 수소라인(111)과 연결된다. In addition, 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.On the other hand, Figure 3 (b) is a hydrogen recirculation device 230 in which the blower and the ejector are arranged in series hybrid manner, the ejector 123 is installed in the hydrogen line 211 at the rear end of the flow valve 212 and at the same time the fuel cell 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 recirculation apparatus 120 and 230 configured as described above is operated through a controller that controls recirculation control, the blowers 121 and 231 are recycled from the fuel cell stack 110 and 210 with the rotational force of the impeller by the motor (hydrogen + nitrogen +). Saturated water vapor is extracted to increase the pressure, and the ejectors 123 and 232 use the flow energy of the fluid supplied to the fuel cell stack 110 and 210, and secondly, the excess gas (hydrogen + nitrogen + saturated steam) is nozzle and diffuser. After pressurizing using the structure of the fuel cell stack (110, 210) is recycled.

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 hydrogen from 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 Publication No. 10-2009-0093281 (2009.09.02) relates to a control method of a fuel cell vehicle, which is referred to FIGS. 1 to 4.

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 hydrogen recirculation apparatus 120 according to FIG. 3 (a) requires a recirculation valve 125 together with at least two recirculation lines 122 and 124, which is relatively more complicated than a series hybrid type. Due to this, there are bound to be disadvantageous aspects 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 hydrogen recycling apparatus 120 causes a great drop in the pressure of the recycle hydrogen, as well as degradability of the assembly.

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.On the other hand, the series hybrid type hydrogen recirculation apparatus 230 according to FIG. 3 (b) is relatively simpler than the parallel hybrid type, which is advantageous in an application layout of the vehicle, and in particular, the blower 231 has a low load (low flow) area. In addition, the ejector 232 is responsible for the high load (high flow rate) area, it is also possible to share the recycling performance by 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 series hybrid hydrogen recycler 230 is forced to receive flow resistance due to the structure of the ejector 232 itself when the low flow rate is recycled by the blower 231, while the blower (reversed when the high flow rate is recycled by the ejector). 231) is prevented from entering.

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, the series hybrid type hydrogen recycling apparatus 230 is prevented from introducing recycle hydrogen in both the low load (low flow rate) region and the high load (high flow rate) region due to the series arrangement of the blower 231 and the ejector 232. There is a limit that the maximum performance of the recirculation device 230 is difficult to be exhibited.

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. Accordingly, the present invention in view of the above point is first pressurized by the ejector in the low load (low flow rate) region during hydrogen recycling, and then secondly pressurized and supplied to the ear blower, while in the high load (high flow rate) region By pressurizing and supplying only the ejector, it is an object of the present invention to provide a modular hydrogen recirculation device that can reduce power consumption as well as operation noise due to blower driving.

또한, 본 발명은 블로어와 이젝터 및 가스배관을 일체로 묶어 모듈화함으로써 부품수량을 감소시키고 전체적인 레이아웃도 단순화 시킨 모듈타입 수소재순환장치를 제공하는데 목적이 있다.
In addition, an object of the present invention is to provide a modular hydrogen recirculation apparatus that reduces the number of parts and simplify the overall layout by tying the blower, ejector and gas piping integrally and modularized.

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;Modular hydrogen recycling apparatus of the present invention for achieving the above object is provided with an internal return line branched from the ejector to pressurize the excess gas recycled from the fuel cell stack and mixed with hydrogen supplied from the hydrogen tank to the ejector An ejector module having a blower installed in the inner return line;

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

을 포함해 형성된 것을 특징으로 한다.Characterized in that formed, including.

상기 내부리턴라인은 상기 이젝터를 폐회로로 감싸인다. The inner return line surrounds the ejector in a closed circuit.

상기 내부리턴라인은 상기 이젝터의 출구에서 분기되어 상기 이젝터의 입구로 이어진다. The internal return line branches from 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 inner return line is further provided with an on-off valve for communicating with the inner return line by communicating with or blocking the outlet of the ejector to the hydrogen line.

상기 재순환라인은 상기 이젝터의 입구로 이어진다.The recirculation 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 the low load (low flow) region, while the blower is not driven in the high load (high flow) region.

상기 저부하(저유량)영역에서는 상기 이젝터로 1차 가압된 후 상기 블로어로 2차 가압된다. In the low load (low flow rate) region, the first pressurization is performed by the ejector and the second pressurization is performed by the blower.

상기 저부하(저유량)영역과 상기 고부하(고유량)영역사이인 중부하(중유량)영역에서는 상기 이젝터와 상기 블로어가 함께 구동된다.The ejector and the blower are driven together in the heavy load (heavy flow rate) 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 pressurization 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 recycle is first pressurized by the ejector in the low load (low flow) region and then pressurized by the blower, while the blower is reduced as much as possible by pressurizing only the ejector without driving the blower in the high load (high flow) region. Through this, there is an effect of reducing power consumption and operating noise.

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 also has the effect of improving the fuel efficiency according to the reduction of the blower power consumption with the improvement of the hydrogen recycling efficiency according to the division control of the low load (low flow rate) and high load (high flow rate) region during hydrogen recycling.

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 pressurization effect by pressurizing with the blower after the first pressurization with the ejector during hydrogen recycling in the low load (low flow rate) region, and in series hybrid type by stopping the blower during hydrogen recycling in the high load (low flow rate) region. There is also an effect to prevent the deterioration of the recycling performance caused by the blower in the.

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.In addition, the present invention is configured by the ejector outlet and the blower inlet in one-way flow to significantly reduce the possibility of backflow, there is also an effect that does not require a separate component, such as a check valve for preventing the backflow.

또한, 본 발명은 블로어와 이젝터 및 가스배관을 일체로 묶어 모듈화함으로써 부품수량을 감소시키고 전체적인 레이아웃도 단순화 시켜주는 효과도 있다.
In addition, the present invention has the effect of reducing the number of parts and simplify the overall layout by integrally tying the blower, the ejector and the gas piping and modularizing.

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.1 is a block diagram of a modular hydrogen recycling apparatus applied to a fuel cell vehicle according to the present invention, Figure 2 (a), (b) is selected by the low load region and high load region of the module type hydrogen recycling apparatus according to the present invention It is a normal operating state, Figure 3 (a), (b) is a hydrogen recycling apparatus according to the prior art.

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 modular hydrogen recycle device applied to a fuel cell vehicle according to the present 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 pressurizes the surplus gas recycled to the fuel cell stack 2 and is supplied from the hydrogen tank 1 to mix with the hydrogen flowing through the waterway line 3. And a recirculation line 13 branching 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 forming a surplus 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 installed at the rear end of the flow 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 is rotated by a high speed motor and an ejector 11a which pressurizes the nozzle and the diffuser and injects hydrogen at a high pressure (10 bar) supplied from the hydrogen tank 1 to increase the low pressure hydrogen pressure. The blower 11b which raises the low-pressure hydrogen pressure by the impeller which becomes, and the blower 11b are provided, and the internal return line 12 which forms the closed circuit between the outlet 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.In this embodiment, the suction force of the blower 11b is set to be sufficient to divert the gas flow out of the ejector 11a to the fuel cell stack 2 to the internal return line 12.

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, since the on-off valve is further installed as the inner return line 12, the outlet of the ejector 11a may communicate with the recirculation line 13 or 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 on-off valve as described above, the selection range for the specification of the blower (11b) can be 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 this embodiment, the hydrogen recirculation apparatus is operated through a controller that manages recirculation control, and the controller uses a vehicle controller that is pre-applied to control a 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.The control logic of the controller is, for example, in the case of the control logic of the low load (low flow rate) region, the recycle gas pressurized by the ejector 11a to the secondary pressurized by the blower 11b and then back to the ejector 11a. Open the on / off valve so that the outlet of the ejector 11a communicates with the recirculation line 13, and in the case of control logic of the high load (high flow rate) region, the blower 11b is stopped and the on / off valve closes the ejector ( The outlet of 11a) and the hydrogen line 3 are communicated.

도 2(가)는 본 실시예에 따른 수소재순환장치의 저부하(저유량)영역시 작동상태를 나타낸다.Figure 2 (a) shows the operating state in the 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, when the hydrogen recirculation apparatus 10 is operated in the low load (low flow rate) region, the surplus gas from the rear end of the fuel cell stack 2 passes through the recirculation line 13 to the inlet of the ejector module 11. Is supplied to the side.

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 of the ejector module 11 enters the ejector 11a, and the surplus gas entering the ejector 11a is first pressurized while passing 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 so that 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 does not go to the fuel cell stack 2 but the internal return line 12 It is sucked into).

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 the 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 an on-off valve, the blower (11b) of the blower (11b) by blocking the hydrogen line (2) leading to the fuel cell stack (2) and open the internal return line 12 There is no need for a limit on 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.As described above, the primary pressurized gas sucked into the inner return line 12 through the suction force of the blower 11b is pressurized again through the blower 11b and then re-supplied to the inlet of the ejector 11a, thereby ejecting the ejector 11a. Is exited to the outlet of the ejector (11a) in the state of the secondary pressurized gas pressurized relatively higher than 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 exiting 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 this embodiment, the secondary pressurization through the blower 11b is performed from the low load (low flow rate) region to the heavy load (heavy flow rate) region, and the reference for the heavy load (heavy flow rate) region is the blower 11b. Is the time to fully pressurize the surplus gas to exert its performance.

실제적으로, 중부하(중유량)영역에 대한 기준은 블로어(11b)의 사양에 따라 달라진다.In practice, the criterion for the heavy load (heavy flow rate) region depends on the specification of the blower 11b.

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

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, when the hydrogen recirculation apparatus 10 is operated in a high load (high flow rate) region, the surplus gas from the rear end of the fuel cell stack 2 passes through the recirculation line 13 toward the inlet of the ejector module 11. Supplied.

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 of the ejector module 11 enters the ejector 11a, and the surplus gas entering the ejector 11a is pressurized while passing through the inside of the ejector 11a and then exits 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, whereby pressurized gas exiting the outlet of the ejector 11a is supplied to the fuel cell stack 2 through the channel 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 open / close valve, the open / close valve shuts off the internal return line 12 and opens the hydrogen line 2 to open the outlet of the ejector 11a and the hydrogen line 2. And the fuel cell stack 2 are in communication 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 pressurization performance is exerted in the high load (high flow rate) region even when pressurized 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.Particularly, even if the blower 11b is driven to the maximum in the high load (high flow rate) region, which is a disadvantage of the series hybrid method, the phenomenon of failing to satisfy the recycle flow rate is rather eliminated and the blower 11b is stopped. In addition, the power consumption can be reduced.

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 the present embodiment is branched from the ejector 11a for pressurizing the surplus gas recycled from the fuel cell stack 2, and is connected to the ejector 11a, and has a blower 11b. It consists of an ejector module 11 having an internal return line 12 and a recirculation line 13 leading to the ejector module 11 at the rear end of the fuel cell stack 2, and having a low load (low flow rate) area during operation. When pressurizing twice through the ejector 11a and the blower 11b and supplying by pressurizing only the ejector 11a in the high load (high flow rate) region, the power consumption is reduced as well as the operating noise due to the blower driving, in particular, the ejector 11a ) And the blower (11b) modularization can be optimized to reduce parts quantity and layout advantages.

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 recycling apparatus 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;
을 포함해 형성된 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
An ejector module provided with an internal return line branched from the ejector to pressurize the surplus gas recycled from the fuel cell stack and mixed with the hydrogen supplied from the hydrogen tank to the ejector, and having a blower installed in the internal return line;
A recirculation line connected to the ejector at a rear end of the fuel cell stack to form a flow passage of the surplus gas;
Module type hydrogen recycling apparatus characterized in that it comprises a.
청구항 1에 있어서, 상기 내부리턴라인은 상기 이젝터를 폐회로로 감싸는 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
The module type hydrogen recycling apparatus of claim 1, wherein the internal return line surrounds the ejector in a closed circuit.
청구항 2에 있어서, 상기 내부리턴라인은 상기 이젝터의 출구에서 분기되어 상기 이젝터의 입구로 이어진 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
The module type hydrogen recirculation apparatus of claim 2, wherein the internal return line branches from an outlet of the ejector and leads to an inlet of the ejector.
청구항 3에 있어서, 상기 내부리턴라인에는 상기 이젝터의 출구를 상기 수소라인과 연통시키거나 또는 차단시켜 상기 내부리턴라인에 연통시키는 개폐밸브가 더 구비된 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
4. The module type hydrogen recirculation apparatus of claim 3, wherein the inner return line further includes an opening / closing valve communicating with or blocking the outlet of the ejector to the hydrogen line to communicate with the inner return line.
청구항 1에 있어서, 상기 재순환라인은 상기 이젝터의 입구로 이어진 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
The module type hydrogen recycling apparatus of claim 1, wherein the recycling line is connected to an inlet of the ejector.
청구항 1에 있어서, 상기 이젝터와 상기 블로어는 저부하(저유량)영역에서 함께 구동되고, 반면 고부하(고유량)영역에서 상기 블로어는 구동되지 않는 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
The modular hydrogen recycler of claim 1, wherein the ejector and the blower are driven together in a low load (low flow) region, while the blower is not driven in a high load (high flow) region.
청구항 6에 있어서, 상기 저부하(저유량)영역에서는 상기 이젝터로 1차 가압된 후 상기 블로어로 2차 가압되는 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
The module type hydrogen recirculation apparatus of claim 6, wherein the low load (low flow rate) region is first pressurized by the ejector and then second pressurized by the blower.
청구항 6에 있어서, 상기 저부하(저유량)영역과 상기 고부하(고유량)영역사이인 중부하(중유량)영역에서는 상기 이젝터와 상기 블로어가 함께 구동되는 것을 특징으로 하는 모듈타입 수소재순환장치.
7. The module type hydrogen recirculation apparatus of claim 6, wherein the ejector and the blower are driven together in a heavy load (heavy flow rate) 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. The module type hydrogen recirculation apparatus of claim 8, wherein the low load (low flow rate) region and the high load (high flow rate) region are based on the pressurization efficiency of the blower.
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