KR20130100591A - Fuel cell system, cooling method thereof, and vehicle having the fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system, cooling method thereof, and vehicle having the fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
KR20130100591A
KR20130100591A KR1020120021949A KR20120021949A KR20130100591A KR 20130100591 A KR20130100591 A KR 20130100591A KR 1020120021949 A KR1020120021949 A KR 1020120021949A KR 20120021949 A KR20120021949 A KR 20120021949A KR 20130100591 A KR20130100591 A KR 20130100591A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
cell module
fluid
temperature
flow rate
Prior art date
Application number
KR1020120021949A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101396882B1 (en
Inventor
유창열
최용석
최정호
이은배
이형술
김기열
Original Assignee
국방과학연구소
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 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020120021949A priority Critical patent/KR101396882B1/en
Publication of KR20130100591A publication Critical patent/KR20130100591A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101396882B1 publication Critical patent/KR101396882B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PURPOSE: A fuel cell system is provided to have a quick response time by controlling the rear cooling water of a fuel cell which has the highest temperature in a cooling system by a pump with high response rate. CONSTITUTION: A fuel cell system includes a fuel cell module (110) generating current by the electric chemical reaction of hydrogen and oxygen; a first circulation circuit (100) which is connected to the fuel cell module and includes a first circulation pump and heat exchanger in order to control the reaction heat in the fuel cell module; a hydrogen storage part (220) supplying hydrogen to the fuel cell module; and a second circulation circuit which is connected to the hydrogen storage part and includes the heat exchanger and a second circulation pump in order to control the reaction heat in the hydrogen storage part. [Reference numerals] (110) Fuel cell module; (222) Distributer; (AA) Coolant (supply); (BB) Coolant (discharge)

Description

연료전지 시스템, 그 냉각 방법 및 연료전지 시스템을 구비한 운동체{FUEL CELL SYSTEM, COOLING METHOD THEREOF, AND VEHICLE HAVING THE FUEL CELL SYSTEM}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a fuel cell system, a cooling method thereof, and a fuel cell system having the fuel cell system.

본 발명의 실시예들은 연료전지 시스템, 그 냉각방법 및 연료전지 시스템을 구비한 운동체에 관한 것으로, 연료전지 모듈의 냉각을 위해 증류수를 사용하고 순환시키는 폐회로 상에서, 연료전지 입구 및 출구에서의 냉각수 온도를 능동적으로 제어하는 방법과 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a fuel cell system, a cooling method thereof, and a vehicle equipped with the fuel cell system. The cooling water temperature at the inlet and the outlet of the fuel cell and at the outlet of the fuel cell are controlled on a closed circuit for using and circulating distilled water for cooling the fuel cell module. And more particularly, to a method and apparatus for actively controlling the operation of the apparatus.

또한 연료전지 냉매인 증류수를 냉각하는 2차 냉각장치에서 냉매인 냉각수를 연료전지의 수소저장/공급 장치에 수소 흡입과 방출을 제어하기 위해 이용하며, 수소저장/공급 장치의 냉각수 입구온도를 능동적으로 제어하는 방법과 장치에 관한 것이다.
In addition, in the secondary cooling device for cooling the distilled water which is the fuel cell refrigerant, the cooling water, which is a refrigerant, is used to control the hydrogen absorption and discharge in the hydrogen storage / supply device of the fuel cell, and the cooling water inlet temperature of the hydrogen storage / And a method of controlling the same.

연료전지는 연료가스인 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해서 전기를 발생시키는 장치로 기존 발전방식과 비교하여 상대적으로 높은 효율과 공해물질의 배출이 없어, 차세대 발전장치로 주목받고 있다. 이러한 연료전지는 일반적으로 연료극에 수소를 공급하고 공기극에 산소를 포함하는 산화가스를 공급하게 되고 전해질막을 통한 반응으로 전자가 이동하게 되어 전기를 얻게 된다. 이때의 반응은 발열 반응으로 연료전지에서 반응 생성열이 발생한다.Fuel cells generate electricity by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, which are fuel gases. As a result, they are attracting attention as a next generation power generation device because they do not have a relatively high efficiency and emission of pollutants compared with existing power generation methods. Such a fuel cell generally supplies hydrogen to the fuel electrode, supplies an oxidizing gas containing oxygen to the cathode, and electrons move through the electrolyte membrane to obtain electricity. At this time, reaction heat is generated in the fuel cell due to exothermic reaction.

상기에서 발생된 발열량에 의해 연료전지 모듈의 온도가 증가하게 되며, 연료전지 셀의 열화로 인한 성능저하가 될 수 있다. 특히, 연료전지 중 중소형 용량에 적용되고 있는 PEM(Proton Exchange Membrane)형 연료전지의 경우 동작 온도가 약 60℃~80℃ 정도로 연료전지 효율 및 안정성을 유지하기 위해 냉각과 열 배출을 하며, 과량의 열을 회수하거나 시동 시에 열을 공급하기도 하는 온도제어를 위한 냉각 장치가 요구된다.The temperature of the fuel cell module may be increased by the amount of generated heat, and the performance of the fuel cell may deteriorate due to deterioration of the fuel cell. In particular, the PEM (Proton Exchange Membrane) type fuel cell, which is applied to a small to medium-sized fuel cell, has an operating temperature of about 60 ° C to 80 ° C, cooling and discharging heat to maintain fuel cell efficiency and stability, There is a demand for a cooling device for temperature control that recovers heat or supplies heat at startup.

이러한 연료전지 냉각장치는 공냉식 냉각장치를 구비하거나 또는 냉각수를 공급하여 연료전지 모듈에서 발생하는 열을 식혀주는 수냉식 냉각장치를 구비하고 있다.The fuel cell cooling apparatus includes an air cooling type cooling device or a water cooling type cooling device for cooling the heat generated in the fuel cell module by supplying cooling water.

그러나 이러한 경우, 연료전지 모듈로부터 발생되는 생성열을 능동적으로 제어할 수 없기 때문에 연료전지의 부하변동으로 온도변화가 발생하는 경우에는 효과적으로 대응하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 냉각수를 냉각하기 위한 열교환기가 장착된 시스템의 경우에는 열교환기의 성능 저하시, 안정적인 냉각 시스템의 구동이 어려운 문제점이 있다. 따라서 연료전지의 안정적인 구동을 위해서는 연료전지 모듈의 온도변화에 효과적으로 대응할 수 있는 냉각장치가 요구된다.In this case, however, since the generated heat generated from the fuel cell module can not be actively controlled, there is a problem that it is difficult to effectively cope with the temperature change due to the load fluctuation of the fuel cell. Further, in the case of a system equipped with a heat exchanger for cooling the cooling water, it is difficult to drive the cooling system stably when the performance of the heat exchanger deteriorates. Therefore, in order to stably drive the fuel cell, a cooling device capable of effectively coping with the temperature change of the fuel cell module is required.

한편 연료전지 모듈에 반응물인 수소를 지속적으로 공급하기 위해서는 수소공급 장치가 요구되며, 고압 수소저장탱크를 대체하기 위해 액체수소 저장장치 또는 수소 저장합금을 이용한 수소 저장 실린더 등이 고려되며, 액체 저장장치의 경우 액화온도가 낮아 효율성 및 극저온에서의 증발이 문제점이 지적되고 있다. 반면, 수소저장 합금을 이용한 수소 저장장치의 경우에는 수소를 가역적으로 저장 및 방출 시킬 수 있다는 장점과 액체수소 이상의 밀도로 수소를 저장할 수 있어 저장효율이 높을 뿐 아니라, 다른 방식에 비해 안정성이 높은 것으로 알려져 있다.Meanwhile, in order to continuously supply hydrogen as a reactant to the fuel cell module, a hydrogen supply device is required. In order to replace the high-pressure hydrogen storage tank, a liquid hydrogen storage device or a hydrogen storage cylinder using a hydrogen storage alloy is considered. It is pointed out that the efficiency is low and the evaporation at a very low temperature is low. On the other hand, in the case of a hydrogen storage device using a hydrogen storage alloy, hydrogen can be stored and discharged reversibly, and hydrogen can be stored at a density higher than that of a liquid hydrogen, so that the storage efficiency is high. It is known.

하지만 이러한 수소 저장 실린더는 수소 저장합금이 수소를 흡수하여 저장할 때는 발열반응이 일어나고 역으로 수소를 방출할 때는 흡열반응이 일어난다. 이에 따라, 수소 저장합금을 이용한 수소 저장 실린더에서는 수소화 반응 동안 온도가 올라가고 탈수소 반응 동안 온도가 떨어지게 된다. 한편, 수소의 평형압은 온도에 민감하게 반응하므로, 수소화 및 탈수소 반응 동안의 온도 변화는 수소 저장시 소요시간이 증가되거나 방출시 방출량이 줄어드는 문제가 발생된다. 따라서 수소 저장합금을 이용한 수소저장시스템에 있어서는 반응열을 효과적으로 제어할 수 있는 냉각장치가 요구된다.
However, in this hydrogen storage cylinder, an exothermic reaction takes place when a hydrogen storage alloy absorbs and stores hydrogen, and an endothermic reaction occurs when hydrogen is released. Accordingly, in the hydrogen storage cylinder using the hydrogen storage alloy, the temperature during the hydrogenation reaction increases and the temperature during the dehydrogenation reaction falls. On the other hand, since the equilibrium pressure of hydrogen is sensitive to temperature, the temperature change during the hydrogenation and the dehydrogenation reaction causes a problem that the time required for hydrogen storage increases or the amount of hydrogen emission decreases. Therefore, in a hydrogen storage system using a hydrogen storage alloy, a cooling device capable of effectively controlling a reaction heat is required.

기존의 공냉각 또는 수냉각 방식에서는 찬 공기를 연료전지 모듈로 보내거나 냉각수를 유입시켜 연료전지 모듈의 온도를 제어하는 방식으로, 연료전지 모듈을 항상 일정온도로 유지할 수 없어, 연료전지 모듈의 성능저하에 대한 문제점이 있었다.In the conventional co-cooling or water cooling method, the cool air is sent to the fuel cell module or the cooling water is introduced to control the temperature of the fuel cell module. Therefore, the fuel cell module can not always be maintained at a constant temperature, There was a problem of deterioration.

또한, 연료전지를 냉각하는데 사용된 냉각수를 배수하여 냉각수를 낭비하는 문제점 또한 지적되었다.Also, it has been pointed out that the cooling water used for cooling the fuel cell is drained to waste the cooling water.

특히, 종래의 연료전지 수냉식 냉각 시스템 제어방식은, 연료전지 모듈로부터 발생되는 생성열을 능동적으로 제어하는 방식이 아니라, 특정한 온도 값으로 설정되어 있기 때문에 부하량이 변동되는 경우 부하량 변동에 적절하게 대응할 수 없다는 단점이 지적되고 있다. Particularly, the conventional fuel cell cooling system control method is not a method for actively controlling generation heat generated from the fuel cell module, but is set to a specific temperature value. Therefore, when the load amount fluctuates, Disadvantages are pointed out.

또한, 수냉식 냉각 시스템에서 열교환기를 통과하는 유량을 제어하는 방식을 이용하는 경우, 열교환기의 성능저하 시 안정적인 냉각 시스템 구동이 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 본 발명은 종래의 연료전지 수냉식 냉각 시스템 방식에서 지적되고 있는 상기의 문제점들을 해결하기 위한 냉각 제어장치 및 냉각 제어 방법을 제공하는데 목적을 두고 있다.
Further, when a system for controlling the flow rate through the heat exchanger in the water-cooled cooling system is used, there is a problem that it is difficult to drive the cooling system stably when the performance of the heat exchanger deteriorates. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a cooling control device and a cooling control method for solving the above-mentioned problems that are pointed out in the conventional fuel cell water cooling type cooling system.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 연료전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전류를 생성하는 연료전지 모듈과, 상기 연료전지 모듈 내의 반응열을 제어할 수 있도록, 열교환기와 제1 순환 펌프를 포함하여 상기 연료전지 모듈에 연결되는 제1 순환 회로와, 상기 연료전지 모듈에 수소를 공급하도록 형성되는 수소 저장부 및 상기 수소 저장부 내의 온도를 제어할 수 있도록, 상기 열교환기와 제2 순환 펌프를 구비하여, 상기 수소 저장부에 연결되는 제2 순환 회로를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including: a fuel cell module for generating a current by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen; A first circulation circuit connected to the fuel cell module including a heat exchanger and a first circulation pump so as to control the temperature of the hydrogen storage unit and a hydrogen storage unit configured to supply hydrogen to the fuel cell module, And a second circulation circuit having the heat exchanger and the second circulation pump and connected to the hydrogen storage unit.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 수소 저장부는, 수소 저장 합금(Metallic alloy for hydrogen storage)을 포함할 수 있다.According to one example of the present invention, the hydrogen storage unit may include a metal alloy for hydrogen storage.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 순환 회로는, 상기 연료전지 모듈의 반응열을 제어할 수 있도록 제1 유체가 공급되는 제1 입구부와, 상기 연료전지 모듈로부터 제1 유체가 배출되는 제1 출구부와, 상기 제1 출구부로부터 분기되는 제1 라인과 제2 라인 및 상기 제1 입구부로 향하는 제1 유체의 유량을 조절할 수 있도록 상기 제1 라인 및 제2 라인에 연결되는 제1 유량 조절부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first circulation circuit includes a first inlet through which the first fluid is supplied to control the reaction heat of the fuel cell module, and a second inlet through which the first fluid is discharged from the fuel cell module And a first line connected to the first line and a second line connected to the second line so as to control a flow rate of the first fluid flowing from the first outlet to the first line and the second line and the first inlet, And a flow rate regulator.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 라인에 상기 열교환기가 배치될 수 있다.According to an example of the present invention, the heat exchanger may be disposed in the first line.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 입구부는, 상기 연료전지 모듈로 공급되는 제1 유체의 온도를 측정하도록 형성되는 제1 센서 유닛을 더 포함하고, 상기 제1 센서 유닛은 측정된 온도를 근거로 상기 연료전지 모듈로 공급되는 유량을 조절할 수 있도록, 상기 제1 유량 조절부에 전기적으로 연결될 수 있다.According to an example of the present invention, the first inlet unit further includes a first sensor unit configured to measure a temperature of a first fluid supplied to the fuel cell module, The fuel cell module may be electrically connected to the first flow rate control unit so that the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell module can be adjusted.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 유량 조절부는 3방향 조절 밸브를 포함하고, 상기 3방향 조절 밸브의 각 방향의 개폐 및 개도율을 제어하여 유량 조절이 이루어질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first flow rate regulating unit includes a three-way regulating valve, and the flow rate can be controlled by controlling opening and closing rates and opening rates of the three-way regulating valves.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 출구부는, 상기 연료전지 모듈로부터 배출되는 제1 유체의 온도를 측정하도록 형성되는 제2 센서 유닛을 더 포함하고, 상기 제2 센서 유닛은 측정된 온도를 근거로 상기 연료전지 모듈로 공급되는 유량을 조절할 수 있도록, 상기 제1 순환 펌프에 전기적으로 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first outlet unit further includes a second sensor unit configured to measure a temperature of a first fluid discharged from the fuel cell module, The first circulation pump can be electrically connected to the fuel cell module so that the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell module can be adjusted.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 순환 펌프는, 상기 열교환기로 공급되는 제2 유체의 유량을 조절할 수 있도록 제2 유체 저장부와 상기 열교환기 사이에 배치되고, 상기 수소 저장부와 상기 제2 순환 펌프 사이에는 상기 제2 유체 저장부로 제2 유체가 배출되거나, 상기 제2 순환 펌프로 제2 유체가 순환될 수 있도록 형성되는 제2 유량 조절부가 배치될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the second circulation pump is disposed between the second fluid reservoir and the heat exchanger so as to control the flow rate of the second fluid supplied to the heat exchanger, A second fluid regulator may be disposed between the second circulation pump to discharge the second fluid to the second fluid reservoir or to circulate the second fluid to the second circulation pump.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 열교환기로부터 상기 수소 저장부로 공급되는 제2 유체의 온도를 측정할 수 있도록 형성되는 제3 센서 유닛을 더 포함하고, 상기 제3 센서 유닛은 측정된 온도를 근거로 상기 열교환부로 공급되는 제2 유체의 유량을 조절하거나, 상기 제2 유체 저장부로 배출되는 제2 유체의 유량을 조절할 수 있도록, 신호 분배기를 지나 상기 제2 순환 펌프와 제2 유량 조절부에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the apparatus further includes a third sensor unit configured to measure a temperature of a second fluid supplied from the heat exchanger to the hydrogen storage unit, wherein the third sensor unit measures the temperature And a control unit for controlling the flow rate of the second fluid supplied to the heat exchanging unit and the flow rate of the second fluid discharged to the second fluid storing unit through the signal distributor, Respectively.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 연료전지 모듈의 제1 입구부에 형성된 제1 센서 유닛이 연료전지 모듈로 공급되는 제1 유체의 제1 온도를 측정하는 단계와 측정된 상기 제1 온도를 근거로, 상기 연료전지 모듈로부터 열교환기를 통과하여 연결되는 제1 라인 및 상기 연료전지 모듈로부터 직접 연결되는 제2 라인에 대해 제1 유량 조절부가 3방향 조절 밸브의 각 라인에 대한 개폐 여부 또는 개도율을 조절하는 단계와, 상기 연료전지 모듈의 제1 출구부에 형성된 제2 센서 유닛이 연료전지 모듈로부터 배출되는 제1 유체의 제2 온도를 측정하는 단계와, 측정된 상기 제2 온도를 근거로, 제1 순환 펌프의 회전수를 조절하여 상기 연료전지 모듈로 공급되는 제1 유체의 유량이 제어되는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 냉각 방법을 개시한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell system including a first sensor unit formed at a first inlet of a fuel cell module, the first sensor unit measuring a first temperature of a first fluid supplied to the fuel cell module, The first flow rate regulating portion may be opened or closed for each line of the three-way regulating valve with respect to the first line connected to the fuel cell module through the heat exchanger and the second line directly connected to the fuel cell module, Measuring a second temperature of the first fluid discharged from the fuel cell module by a second sensor unit formed at a first outlet portion of the fuel cell module; And controlling the flow rate of the first fluid supplied to the fuel cell module by controlling the number of revolutions of the first circulation pump.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 연료전지 모듈에 수소를 공급하는 수소 저장부의 제2 입구부에 형성된 제3 센서 유닛이 상기 열교환기에서 상기 수소 저장부로 유입되는 제2 유체의 제3 온도를 측정하는 단계 및 측정된 상기 제3 온도를 근거로 상기 열교환기로 유입되거나, 제2 유체 저장부로 배출되는 제2 유체의 유량이 제어되는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a third sensor unit formed at a second inlet of a hydrogen storage unit for supplying hydrogen to the fuel cell module is provided with a third temperature of a second fluid flowing from the heat exchanger to the hydrogen storage unit, And controlling the flow rate of the second fluid flowing into the heat exchanger or discharged to the second fluid reservoir based on the measured temperature and the measured third temperature.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 엔진부 및 조향장치를 포함하는 본체 및 상기 엔진부에 동력을 전달하는 연료전지 시스템을 포함하고, 상기 연료전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전류를 생성하는 연료전지 모듈과, 상기 연료전지 모듈 내의 반응열을 제어할 수 있도록, 열교환기와 제1 순환 펌프를 포함하여 상기 연료전지 모듈에 연결되는 제1 순환 회로와, 상기 연료전지 모듈에 수소를 공급하도록 형성되는 수소 저장부 및 상기 수소 저장부 내의 온도를 제어할 수 있도록, 상기 열교환기와 제2 순환 펌프를 포함하여, 상기 수소 저장부에 연결되는 제2 순환 회로를 포함하는 운동체를 개시한다.
In order to achieve the above object, the present invention also provides a fuel cell system including a main body including an engine portion and a steering device, and a fuel cell system for transmitting power to the engine portion, A first circulation circuit including a heat exchanger and a first circulation pump connected to the fuel cell module so as to control reaction heat in the fuel cell module; And a second circulation circuit including the heat exchanger and the second circulation pump, the second circulation circuit being connected to the hydrogen storage unit so as to control the temperature in the hydrogen storage unit. do.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 연료전지 시스템, 그 냉각방법 및 연료전지 시스템을 구비한 운동체는, 냉각시스템에서 가장 높은 온도인 연료전지 후단 냉각수를 응답 속도가 빠른 펌프가 제어하므로 빠른 응답 특성을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 연료전지의 운전 부하 변화로 인해 온도 변화가 발생하는 경우에도 냉각 시스템의 안정적인 작동이 이루어질 수 있다. The fuel cell system according to at least one embodiment of the present invention configured as described above, the cooling method thereof, and the moving body including the fuel cell system are configured such that the fuel cell rear end cooling water, which is the highest temperature in the cooling system, So that it can have a quick response characteristic. Therefore, in the present invention, stable operation of the cooling system can be achieved even when a temperature change occurs due to a change in operation load of the fuel cell.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각액의 열교환을 위한 열교환기의 성능저하 시에도 연료전지 모듈 냉각 시스템의 안정적인 구동을 기대할 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, stable operation of the fuel cell module cooling system can be expected even when the performance of the heat exchanger for heat exchange of the coolant is deteriorated.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료 전지 냉각 시스템의 온도를 능동적으로 제어하고, 연료 전지의 반응에 의한 생성열을 효율적으로 사용하도록 할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, it is possible to actively control the temperature of the fuel cell cooling system and effectively use the heat generated by the reaction of the fuel cell.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 시스템의 구성도.
도 2는 도 1의 제1 순환 회로를 도시한 개념도.
도 3은 도 2에 도시한 개념도에서, 제1 입구부의 온도 제어방식을 도시한 개념도.
도 4는 도 2에 도시한 개념도에서, 제1 출구부의 온도 제어방식을 도시한 개념도.
도 5는 도 1의 제2 순환 회로를 도시한 개념도.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 시스템의 냉각 방법을 도시한 순서도.
도 8과 도 9는 본 발명의 일 실시예와 관련된 수중 및 수상 운동체의 개념도.
1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention;
2 is a conceptual diagram showing the first circulation circuit of Fig.
3 is a conceptual diagram showing the temperature control method of the first inlet portion in the conceptual view shown in Fig.
4 is a conceptual diagram showing the temperature control method of the first outlet portion in the conceptual view shown in Fig. 2;
5 is a conceptual diagram showing the second circulation circuit of Fig.
6 and 7 are flowcharts illustrating a cooling method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 and FIG. 9 are conceptual diagrams of an underwater and a water mover according to an embodiment of the present invention; FIG.

이하, 본 발명의 일실시예에 따르는 연료전지 시스템, 그 냉각방법 및 연료전지 시스템을 구비한 운동체에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. Hereinafter, a fuel cell system, a cooling method thereof, and a vehicle equipped with the fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 시스템의 구성도이다. 도시한 바와 같이, 연료전지 시스템은 연료전지 모듈(110), 제1 순환 회로(100), 수소 저장부(220) 및 제2 순환 회로(200)를 포함한다.1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. As shown, the fuel cell system includes a fuel cell module 110, a first circulation circuit 100, a hydrogen storage unit 220, and a second circulation circuit 200.

연료전지 모듈(110)은 일 예로, 일정량의 연료를 공급하는 연료 공급부와 상기 연료 공급부의 연료를 공급받아 수소가스와 열을 포함하는 부산물을 발생시키는 개질기부와 상기 개질기부에서 발생되는 수소가스와 별도로 공급되는 산소의 전기화학반응으로 전기와 열을 발생시키는 스택부를 포함하여 형성될 수 있다. The fuel cell module 110 includes, for example, a fuel supply unit for supplying a predetermined amount of fuel, a reformer unit for generating a byproduct containing hydrogen gas and heat by receiving the fuel of the fuel supply unit, And a stack portion for generating electricity and heat by an electrochemical reaction of oxygen supplied separately.

상기 개질기부는 내부에 반응로와 버너를 포함할 수 있으며, 상기 스택부는 연료극과 전해질막 그리고 공기극을 포함하여 구성되는 단위 전지가 다수개 적층되어 이루어질 수 있다.
The reformer unit may include a reactor and a burner therein. The stack unit may include a plurality of unit cells, each unit cell including a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode.

*수소 저장부(220)는 연료 공급부에 수소를 공급하기 위해 형성된 것으로, 수소 저장 합금(Metallic alloy for hydrogen storage)을 포함할 수 있다. 수소저장 합금을 이용한 수소 저장장치의 경우에는 수소를 가역적으로 저장 및 방출시킬 수 있으며, 액체수소 이상의 밀도로 수소를 저장할 수 있어 저장효율이 높을 뿐 아니라, 다른 방식에 비해 안정성이 높다.The hydrogen storage part 220 is formed to supply hydrogen to the fuel supply part and may include a metal alloy for hydrogen storage. In the case of a hydrogen storage device using a hydrogen storage alloy, hydrogen can be stored and discharged reversibly, and hydrogen can be stored at a density higher than that of a liquid hydrogen, so that the storage efficiency is high and the stability is higher than other methods.

제1 순환 회로(100)는, 연료전지 모듈(110) 내의 반응열을 제어할 수 있도록, 열교환기(120)와 제1 순환 펌프(140)를 포함하여 연료전지 모듈(110)에 연결된다.The first circulation circuit 100 is connected to the fuel cell module 110 including the heat exchanger 120 and the first circulation pump 140 so as to control the reaction heat in the fuel cell module 110.

또한, 제1 순환 회로(100)는 폐순환 회로로서, 운전 중 발생하는 폐순환 회로의 부피 팽창에 대한 보상이 요구된다. 따라서, 부피팽창 보상 탱크(150)가 제1 순환 펌프(140)와 연료전지 모듈(110)을 잇는 경로 상에 배치되어, 부피를 보상할 수 있다.Further, the first circulation circuit 100 is a closed circuit, and it is required to compensate for the volumetric expansion of the closed circuit generated during operation. Accordingly, the volume expansion compensation tank 150 is disposed on the path connecting the first circulation pump 140 and the fuel cell module 110, so that the volume can be compensated.

제2 순환 회로(200)는, 수소 저장부(220) 내의 온도를 제어할 수 있도록, 열교환기(120)와 제2 순환 펌프(240)를 포함하여, 수소 저장부(220)에 연결된다.The second circulation circuit 200 includes a heat exchanger 120 and a second circulation pump 240 so as to control the temperature in the hydrogen storage unit 220 and is connected to the hydrogen storage unit 220.

도 2는 도 1의 제1 순환 회로(100)를 도시한 개념도이고, 도 3은 도 2에 도시한 개념도에서, 제1 입구부(111)의 온도 제어방식을 도시한 개념도이며, 도 4는 도 2에 도시한 개념도에서, 제1 출구부(112)의 온도 제어방식을 도시한 개념도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram showing the first circulation circuit 100 of FIG. 1, FIG. 3 is a conceptual diagram of a temperature control method of the first inlet 111 in the conceptual view of FIG. 2, 2 is a conceptual diagram showing a temperature control method of the first outlet portion 112. In FIG.

제1 순환 회로(100)는, 연료전지 모듈(110)의 반응열을 제어할 수 있도록 즉, 연료전지 모듈(110) 내의 온도를 제어할 수 있도록 형성된다.The first circulation circuit 100 is formed so as to control the reaction heat of the fuel cell module 110, that is, to control the temperature in the fuel cell module 110.

제1 순환 회로(100)는, 제1 유체가 공급되는 제1 입구부(111)와, 연료전지 모듈(110)로부터 제1 유체가 배출되는 제1 출구부(112)와, 제1 출구부(112)로부터 분기되는 제1 라인(A)과 제2 라인(B) 및 제1 입구부(111)로 향하는 제1 유체의 유량을 조절할 수 있도록 제1 라인(A) 및 제2 라인(B)에 연결되는 제1 유량 조절부(130)를 포함하여 형성될 수 있다.The first circulation circuit 100 includes a first inlet 111 through which the first fluid is supplied, a first outlet 112 through which the first fluid is discharged from the fuel cell module 110, (A) and the second line B (B) so as to adjust the flow rate of the first fluid flowing from the first line (A) to the second line (B) and the first inlet (111) The first flow rate regulator 130 is connected to the first flow rate regulator 130.

제1 입구부(111)는 연료전지 모듈(110)내로 제1 유체(예를 들면, 증류수)가 유입되는 입구로서 제1 센서 유닛(113)을 포함하여 형성될 수 있다. 제1 센서 유닛(113)은 제1 입구부(111)로 유입되는 제1 유체의 온도를 측정한다.The first inlet portion 111 may include the first sensor unit 113 as an inlet through which the first fluid (for example, distilled water) flows into the fuel cell module 110. The first sensor unit 113 measures the temperature of the first fluid flowing into the first inlet 111.

제1 출구부(112)는 연료전지 모듈(110)을 냉각시키고 나온 제1 유체가 배출되는 출구로서 제2 센서 유닛(114)을 포함하여 형성될 수 있다. 제2 센서 유닛(114)은 제1 출구부(112)로 유입되는 제1 유체의 온도를 측정한다.The first outlet portion 112 may be formed to include the second sensor unit 114 as an outlet through which the first fluid discharged from the fuel cell module 110 is discharged. The second sensor unit (114) measures the temperature of the first fluid flowing into the first outlet (112).

연료전지 모듈(110)로부터 제1 출구부(112)를 지나 제1 유량 조절부(130)까지 연장되는 라인은 분기되어 제1 라인(A)과 제2 라인(B)을 포함하여 형성될 수 있다. 여기서 제1 라인(A) 상에는 열교환기(120)가 배치될 수 있다. A line extending from the fuel cell module 110 through the first outlet portion 112 to the first flow rate regulator 130 may be formed to include the first line A and the second line B have. Here, the heat exchanger 120 may be disposed on the first line (A).

제1 라인(A)과 제2 라인(B)은 제1 유량 조절부(130)에 연결되는 데, 제1 유량 조절부(130)는 3방향(3-Way) 조절 밸브(131)를 포함할 수 있다. The first line A and the second line B are connected to the first flow rate regulator 130. The first flow rate regulator 130 includes a three-way regulating valve 131 can do.

제1 라인(A)과 제2 라인(B)은 3방향 조절 밸브(131)에 각각 연결되고, 제1 라인(A)과 제2 라인(B)에 연결되지 않은 3방향 조절 밸브(131)의 일단은 제1 입구부(111)에 연결된다. 3방향 조절 밸브(131)와 제1 입구부(111)까지의 라인을 제3 라인(C)이라고 한다.The first line A and the second line B are connected to the three-way regulating valve 131 and the three-way regulating valve 131, which is not connected to the first line A and the second line B, One end of which is connected to the first inlet 111. A line from the three-way valve 131 to the first inlet 111 is referred to as a third line C.

제1 입구부(111)와 3방향 조절 밸브(131) 사이에는 제1 순환 펌프(140)가 배치된다. A first circulation pump 140 is disposed between the first inlet portion 111 and the three-way regulating valve 131.

도 3을 참조하여, 제1 입구부(111)의 온도 제어방식을 설명하면 다음과 같다. Referring to FIG. 3, the temperature control method of the first inlet 111 will be described below.

제1 센서 유닛(113)은 제1 입구부(111)로 유입되는 제1 유체의 온도를 측정하여 제1 유량 조절부(130)로 전기적 신호를 전달한다. The first sensor unit 113 measures the temperature of the first fluid flowing into the first inlet 111 and transmits an electric signal to the first flow controller 130.

제1 유량 조절부(130)는 기 설정된 연료전지 입구 설정온도와 비교하여, 측정된 온도가 설정온도보다 높은 경우 3방향 조절 밸브(131)의 밸브를 조절하여, 제1 라인(A)으로부터 제3 라인(C)으로 흐르는 제1 유체의 유량을 조절한다. When the measured temperature is higher than the preset temperature, the first flow rate regulator 130 adjusts the valve of the three-way regulator valve 131 so that the flow rate of the fuel from the first line (A) 3 line C of the first fluid.

이때 제2 라인(B)으로부터 제3 라인(C)으로 제1 유체가 흐르지 않도록 밸브를 닫거나, 밸브를 개도율(열리거나 닫히는 정도)을 조절하여 유량을 줄일 수 있다.At this time, the valve can be closed so that the first fluid does not flow from the second line (B) to the third line (C), or the flow rate can be reduced by adjusting the opening ratio (degree of opening or closing) of the valve.

측정된 온도가 설정온도보다 낮은 경우에는 이와 반대로 동작할 수 있다.If the measured temperature is lower than the set temperature, the operation can be reversed.

한편, 도 4를 참조하여, 제1 출구부(112)의 온도 제어방식을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 4, the temperature control method of the first outlet 112 will be described below.

제2 센서 유닛(114)은 제1 출구부(112)로 배출되는 제1 유체의 온도를 측정하여 제1 순환 펌프(140)의 동작을 조절한다. 즉, 제1 출구부(112)로 배출되는 제1 유체의 온도가 설정값보다 낮은 경우 펌프의 회전 속도를 줄여 유량을 줄이고, 이와 반대로, 설정값보다 높은 경우 펌프의 회전 속도를 늘여 유량을 늘인다.The second sensor unit 114 measures the temperature of the first fluid discharged to the first outlet portion 112 to regulate the operation of the first circulation pump 140. That is, when the temperature of the first fluid discharged to the first outlet portion 112 is lower than the set value, the flow rate is reduced by reducing the rotational speed of the pump, and conversely, when the temperature is higher than the set value, .

이와 같이, 제1 센서 유닛(113)과 제2 센서 유닛(114), 제1 유량 조절부(130)와 제1 순환 펌프(140)를 이용하여, 연료전지 모듈(110) 내의 온도를 안정적으로 조절할 수 있다.The temperature in the fuel cell module 110 can be stabilized by using the first sensor unit 113 and the second sensor unit 114, the first flow rate control unit 130, and the first circulation pump 140, Can be adjusted.

도 5는 도 1의 제2 순환 회로(200)를 도시한 개념도이다.5 is a conceptual diagram showing the second circulation circuit 200 of FIG.

제2 순환 회로(200)는 제2 유체 저장부(210)로부터, 열교환기(120) 및 수소 저장부(220)를 지나 다시 제2 유체 저장부(210)까지 이르는 경로를 형성한다.The second circulation circuit 200 forms a path from the second fluid reservoir 210 to the second fluid reservoir 210 through the heat exchanger 120 and the hydrogen reservoir 220.

열교환기(120)로 공급되는 제2 유체의 유량을 조절할 수 있도록 제2 유체 저장부(210)와 열교환기(120)를 잇는 경로에 제2 순환 펌프(240)가 배치된다.A second circulation pump 240 is disposed in a path connecting the second fluid storage part 210 and the heat exchanger 120 so as to control the flow rate of the second fluid supplied to the heat exchanger 120.

또한, 수소 저장부(220)와 제2 순환 펌프(240) 사이에는 제2 유체 저장부(210)로 제2 유체가 배출되거나, 제2 순환 펌프(240)로 제2 유체가 순환될 수 있도록 형성되는 제2 유량 조절부(230)가 배치된다.The second fluid may be discharged to the second fluid storage part 210 between the hydrogen storage part 220 and the second circulation pump 240 or the second fluid may be circulated to the second circulation pump 240 A second flow rate regulator 230 is disposed.

그리고, 열교환기(120)로부터 수소 저장부(220)로 공급되는 제2 유체의 온도를 측정할 수 있도록 제3 센서 유닛(221)이 배치되고, 제3 센서 유닛(221)은 측정된 온도를 근거로 열교환부로 공급되는 제2 유체의 유량을 조절하거나, 제2 유체 저장부(210)로 배출되는 제2 유체의 유량을 조절할 수 있도록, 신호 분배기(222)를 지나 제2 순환 펌프(240)와 제2 유량 조절부(230)에 각각 전기적으로 연결된다.The third sensor unit 221 is disposed to measure the temperature of the second fluid supplied from the heat exchanger 120 to the hydrogen storage unit 220. The third sensor unit 221 measures the temperature The second circulation pump 240 is connected to the second fluid storage part 210 through the signal distributor 222 so as to adjust the flow rate of the second fluid supplied to the heat exchange part or to control the flow rate of the second fluid discharged to the second fluid storage part 210, And the second flow rate regulator 230, respectively.

제3 센서 유닛(221)은 제1 센서 유닛(113)과 제2 센서 유닛(114)과 유사한 방식으로 동작한다. 즉, 온도를 측정하고, 측정된 신호를 변환하여 신호 분배기(222)로 전달하며, 신호 분배기는 각 제2 유량 조절부(230)나 제2 순환 펌프(240)에 제어 신호를 전달하게 된다. The third sensor unit 221 operates in a manner similar to the first sensor unit 113 and the second sensor unit 114. That is, the temperature is measured, the measured signal is converted and transmitted to the signal distributor 222, and the signal distributor transmits the control signal to each of the second flow controller 230 and the second circulation pump 240.

제2 순환 펌프(240)는 제2 유체 저장부(210)로부터 수소 저장부(220)로 유입되는 제2 유체의 유량을 조절하는 데, 이로 인해, 열교환기(120)를 통과시켜 수소 저장부(220)에서 요구되는 열량만큼 제2 유체가 가열되어 수소 저장부(220)로 공급된다.The second circulation pump 240 regulates the flow rate of the second fluid flowing into the hydrogen storage unit 220 from the second fluid storage unit 210. The second circulation pump 240 thus passes through the heat exchanger 120, The second fluid is heated to be supplied to the hydrogen storage unit 220 by the amount of heat required by the second heat exchanger 220.

제2 순환 펌프(240)는 신호 분배기로부터 받은 주파수 신호에 따라 모터 제어에 의해 펌프 회전 속도를 조절하여 제2 유체의 열교환기(120)로 공급되는 유량을 조절할 수 있게 된다. The second circulation pump 240 adjusts the pump rotation speed by the motor control according to the frequency signal received from the signal distributor to adjust the flow rate of the second fluid to the heat exchanger 120.

즉, 수소 저장부(220)의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우에는 제2 순환 펌프(240)의 회전 속도를 증가시켜 열교환기(120)로 많은 양의 제2 유체를 유입시키고, 설정 온도보다 높은 경우에는 펌프의 회전 속도를 줄여 적은 양의 순환수를 유입시킨다. That is, when the temperature of the hydrogen storage unit 220 is lower than the predetermined temperature, the rotational speed of the second circulation pump 240 is increased to allow the second fluid to flow into the heat exchanger 120, In this case, the rotational speed of the pump is reduced to introduce a small amount of circulating water.

제2 유량 조절부(230)는 신호 분배기로부터 전달되는 제어신호에 의해 수소 저장부(220)로부터 유입되는 제2 유체를 외부로 배출하거나, 회로 내로 순환시킨다. The second flow regulator 230 discharges the second fluid flowing from the hydrogen storage unit 220 to the outside or circulates it into the circuit by a control signal transmitted from the signal distributor.

이와 같이 본 발명에 의하면, 제1 내지 제3 센서 유닛(113, 114, 221)을 통해 연료전지 모듈(110)과 수소 저장부(220)의 설정온도와 실제 측정온도를 비교하고, 가변제어되는 순환 펌프(140, 240)와 3방향 조절 밸브(131, 231)로 제어신호를 각각 또는 동시에 전달할 수 있다.As described above, according to the present invention, the set temperatures of the fuel cell module 110 and the hydrogen storage unit 220 are compared with the actual measured temperatures through the first to third sensor units 113, 114, and 221, The control signals can be transmitted to the circulation pumps 140 and 240 and the three-way regulating valves 131 and 231, respectively, or simultaneously.

즉, 제1 순환 회로(100)에서는 열교환기(120)를 통과하는 유체의 유량 및 연료전지 모듈(110)로 유입되는 제1 유체의 유량을 능동적으로 제어할 수 있으며, 제2 순환 회로(200)에서는 열교환기(120)로 유입되는 제2 유체의 유량을 조절하여 수소 저장부(220)로 유입되는 제2 유체의 온도를 조절하고, 3방향 조절 밸브(231)를 통해 제2 유체의 외부 배출 또는 내부 순환되는 유체의 유량을 조절할 수 있으므로, 수소 저장부(220)의 설정 온도를 능동적으로 제어할 수 있다.That is, in the first circulation circuit 100, the flow rate of the fluid passing through the heat exchanger 120 and the flow rate of the first fluid flowing into the fuel cell module 110 can be actively controlled, and the second circulation circuit 200 Controls the flow rate of the second fluid flowing into the heat exchanger 120 to control the temperature of the second fluid flowing into the hydrogen storage unit 220 and controls the temperature of the second fluid through the three- The flow rate of the discharged or circulated fluid can be adjusted, so that the set temperature of the hydrogen storage unit 220 can be actively controlled.

또한, 이와 같은 제어방식은 가변속 펌프를 사용하므로 빠른 온도제어가 가능하며, 열교환기(120)의 성능저하 시에도 유량 제어를 통해 수소 저장부(220)의 설정 온도를 만족하도록 제어할 수 있다.In addition, such a control method uses a variable speed pump, so that it is possible to perform a rapid temperature control and to control the set temperature of the hydrogen storage unit 220 to be satisfied through the flow rate control even when the performance of the heat exchanger 120 is deteriorated.

이와 같이, 수소 저장부(220)는 수소저장을 위해 별도의 온도 제어 장치가 요구되지 않는다. As such, the hydrogen storage unit 220 does not require a separate temperature control device for storing hydrogen.

수소 저장부(220)는 연료전지를 작동시키기 위한 탈수소 반응에 의해 승온되어 있던 제2 유체를 이용하여, 별도의 냉각장치를 구비하지 않고도 일정 온도로 제어할 수 있다. 즉, 제2 순환 펌프(240)와 제2 유량 조절부(230)를 이용하여 수소 저장을 위한 온도제어가 가능하다.The hydrogen storage unit 220 can be controlled at a constant temperature by using the second fluid which has been heated by the dehydrogenation reaction for operating the fuel cell without having a separate cooling device. That is, temperature control for hydrogen storage is possible by using the second circulation pump 240 and the second flow rate controller 230.

도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 시스템의 냉각 방법을 도시한 순서도이다. 6 and 7 are flowcharts illustrating a cooling method of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도시한 바와 같이, 연료전지 시스템의 냉각 방법은, 연료전지 모듈(110)의 제1 입구부(111)에 형성된 제1 센서 유닛(113)이 연료전지 모듈(110)로 공급되는 제1 유체의 제1 온도를 측정하는 단계와, 측정된 상기 제1 온도를 근거로, 상기 연료전지 모듈(110)로부터 열교환기(120)를 통과하여 연결되는 제1 라인(A) 및 상기 연료전지 모듈(110)로부터 직접 연결되는 제2 라인(B)에 대해 제1 유량 조절부(130)가 3방향 조절 밸브의 각 라인에 대한 개폐 여부 또는 개도율을 조절하는 단계와, 상기 연료전지 모듈(110)의 제1 출구부(112)에 형성된 제2 센서 유닛(114)이 연료전지 모듈(110)로부터 배출되는 제1 유체의 제2 온도를 측정하는 단계와, 측정된 상기 제2 온도를 근거로, 제1 순환 펌프(140)의 회전수를 조절하여 상기 연료전지 모듈(110)로 공급되는 제1 유체의 유량이 제어되는 단계를 포함한다.As shown in the figure, the cooling method of the fuel cell system includes a first sensor unit 113 formed on the first inlet 111 of the fuel cell module 110 and a second sensor unit 113 formed on the first inlet 111 of the fuel cell module 110, A first line (A) passing through the heat exchanger (120) from the fuel cell module (110) based on the first temperature measured, and a second line The first flow rate regulator 130 regulates the opening or closing rate of each line of the three-way regulating valve with respect to the second line B directly connected to the fuel cell module 110, Measuring the second temperature of the first fluid discharged from the fuel cell module (110) by the second sensor unit (114) formed in the first outlet portion (112) 1 circulation pump 140 to control the flow rate of the first fluid supplied to the fuel cell module 110 .

또한, 상기 연료전지 모듈(110)에 수소를 공급하는 수소 저장부(220)의 제2 입구부에 형성된 제3 센서 유닛이 상기 열교환기(120)에서 상기 수소 저장부(220)로 유입되는 제2 유체의 제3 온도를 측정하는 단계 및 측정된 상기 제3 온도를 근거로 상기 열교환기(120)로 유입되거나, 제2 유체 저장부(210)로 배출되는 제2 유체의 유량이 제어되는 단계를 더 포함할 수도 있다.The third sensor unit formed at the second inlet of the hydrogen storage unit 220 for supplying hydrogen to the fuel cell module 110 is connected to the hydrogen storage unit 220 through the heat exchanger 120. 2 fluid and a flow rate of a second fluid flowing into the heat exchanger 120 or discharged into the second fluid reservoir 210 is controlled based on the measured third temperature As shown in FIG.

상기한 각 단계에 대한 설명은 앞서 도 1 내지 도 5에서 설명된 각 구성의 동작과 동일 또는 유사하므로 생략하기로 한다.The description of each of the above steps will be omitted because it is the same as or similar to the operation of each of the configurations described above with reference to Figs. 1 to 5 above.

도 8과 도 9는 본 발명의 일 실시예와 관련된 수중 및 수상 운동체의 개념도이다. 여기서 운동체(300, 400)는 예를 들어, 어뢰나 수중 또는 수상에서 엔진과 전원 공급장치를 구비하여 이동하는 잠수함(300) 또는 선박(400)일 수 있다. 8 and 9 are conceptual diagrams of an aquatic and aquamarine movement related to an embodiment of the present invention. Here, the moving bodies 300 and 400 may be, for example, a submarine 300 or a ship 400 that moves with a torpedo, an underwater or an aquifer with an engine and a power supply.

이러한 운동체(300, 400)에는 엔진(310, 410)의 모터에 전원을 공급하기 위한 장치가 요구된다. 이러한 전원 공급장치로서, 앞서 살펴본 연료전지 시스템(320, 420)이 장착되어 모터에 전원을 공급할 수 있다. 미 설명 부호는 조향 장치(330, 430)이다. These motors 300 and 400 are required to supply power to the motors of the engines 310 and 410. [ As such a power supply device, the fuel cell system 320 or 420 described above can be mounted to supply power to the motor. The reference numerals are the steering devices 330 and 430.

상기와 같이 설명된 연료전지 시스템, 그 냉각방법 및 연료전지 시스템을 구비한 운동체는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
The above-described fuel cell system, the cooling method thereof, and the moving body having the fuel cell system are not limited in the configuration and the method of the above-described embodiments, but the embodiments can be applied to various embodiments All or some of the embodiments may be selectively combined.

Claims (12)

수소와 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전류를 생성하는 연료전지 모듈;
상기 연료전지 모듈 내의 반응열을 제어할 수 있도록, 열교환기와 제1 순환 펌프를 포함하여 상기 연료전지 모듈에 연결되는 제1 순환 회로;
상기 연료전지 모듈에 수소를 공급하도록 형성되는 수소 저장부; 및
상기 수소 저장부 내의 온도를 제어할 수 있도록, 상기 열교환기와 제2 순환 펌프를 포함하여, 상기 수소 저장부에 연결되는 제2 순환 회로를 포함하는 연료전지 시스템.
A fuel cell module that generates current by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen;
A first circulation circuit including a heat exchanger and a first circulation pump and connected to the fuel cell module so as to control reaction heat in the fuel cell module;
A hydrogen storage unit configured to supply hydrogen to the fuel cell module; And
And a second circulation circuit including the heat exchanger and a second circulation pump so as to control the temperature in the hydrogen storage, and connected to the hydrogen storage.
제1항에 있어서,
상기 수소 저장부는,
수소 저장 합금(Metallic alloy for hydrogen storage)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
The hydrogen storage unit includes:
A fuel cell system comprising a hydrogen storage alloy (Metallic alloy for hydrogen storage).
제1항에 있어서,
상기 제1 순환 회로는,
상기 연료전지 모듈의 반응열을 제어할 수 있도록 제1 유체가 공급되는 제1 입구부;
상기 연료전지 모듈로부터 제1 유체가 배출되는 제1 출구부;
상기 제1 출구부로부터 분기되는 제1 라인과 제2 라인; 및
상기 제1 입구부로 향하는 제1 유체의 유량을 조절할 수 있도록 상기 제1 라인 및 제2 라인에 연결되는 제1 유량 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
The first circulation circuit includes:
A first inlet through which a first fluid is supplied to control the reaction heat of the fuel cell module;
A first outlet portion through which the first fluid is discharged from the fuel cell module;
A first line and a second line branching from the first outlet portion; And
And a first flow rate regulator connected to the first line and the second line to adjust a flow rate of the first fluid toward the first inlet.
제3항에 있어서,
상기 제1 라인에 상기 열교환기가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 3,
And the heat exchanger is disposed in the first line.
제3항에 있어서,
상기 제1 입구부는 상기 연료전지 모듈로 공급되는 제1 유체의 온도를 측정하도록 형성되는 제1 센서 유닛을 더 포함하고,
상기 제1 유량 조절부는 3방향 조절 밸브를 더 포함하고,
상기 제1 센서 유닛은 측정된 온도를 근거로 상기 연료전지 모듈로 공급되는 유량을 조절할 수 있도록, 상기 제1 유량 조절부에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the first inlet further comprises a first sensor unit configured to measure a temperature of a first fluid supplied to the fuel cell module,
Wherein the first flow rate regulator further comprises a three-way regulating valve,
Wherein the first sensor unit is electrically connected to the first flow rate regulator so as to control a flow rate of the fuel supplied to the fuel cell module based on the measured temperature.
제5항에 있어서,
상기 3방향 조절 밸브의 각 방향의 개폐 및 개도율을 제어하여 유량 조절이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 5,
Wherein the flow rate control is performed by controlling opening and closing rates and opening rates of the three-way control valve in each direction.
제3항에 있어서,
상기 제1 출구부는,
상기 연료전지 모듈로부터 배출되는 제1 유체의 온도를 측정하도록 형성되는 제2 센서 유닛을 더 포함하고,
상기 제2 센서 유닛은 측정된 온도를 근거로 상기 연료전지 모듈로 공급되는 유량을 조절할 수 있도록, 상기 제1 순환 펌프에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 3,
The first outlet portion
Further comprising a second sensor unit configured to measure a temperature of the first fluid discharged from the fuel cell module,
Wherein the second sensor unit is electrically connected to the first circulation pump so as to adjust the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell module based on the measured temperature.
제1항에 있어서,
상기 제2 순환 펌프는,
상기 열교환기로 공급되는 제2 유체의 유량을 조절할 수 있도록 제2 유체 저장부와 상기 열교환기 사이에 배치되고,
상기 수소 저장부와 상기 제2 순환 펌프 사이에는 상기 제2 유체 저장부로 제2 유체가 배출되거나, 상기 제2 순환 펌프로 제2 유체가 순환될 수 있도록 형성되는 제2 유량 조절부가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
The second circulation pump
A second fluid reservoir disposed between the second fluid reservoir and the heat exchanger for controlling a flow rate of the second fluid supplied to the heat exchanger,
And a second flow rate regulating unit disposed between the hydrogen storage unit and the second circulation pump to discharge the second fluid to the second fluid reservoir or to circulate the second fluid to the second circulation pump .
제8항에 있어서,
상기 열교환기로부터 상기 수소 저장부로 공급되는 제2 유체의 온도를 측정할 수 있도록 형성되는 제3 센서 유닛을 더 포함하고,
상기 제3 센서 유닛은 측정된 온도를 근거로 상기 열교환부로 공급되는 제2 유체의 유량을 조절하거나, 상기 제2 유체 저장부로 배출되는 제2 유체의 유량을 조절할 수 있도록, 신호 분배기를 지나 상기 제2 순환 펌프와 제2 유량 조절부에 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
9. The method of claim 8,
Further comprising a third sensor unit configured to measure a temperature of a second fluid supplied from the heat exchanger to the hydrogen storage unit,
The third sensor unit passes through the signal distributor so as to adjust the flow rate of the second fluid supplied to the heat exchange part or the flow rate of the second fluid discharged to the second fluid storage part based on the measured temperature. 2 is a fuel cell system, characterized in that electrically connected to the circulation pump and the second flow control unit.
연료전지 모듈의 제1 입구부에 형성된 제1 센서 유닛이 연료전지 모듈로 공급되는 제1 유체의 제1 온도를 측정하는 단계;
측정된 상기 제1 온도를 근거로, 상기 연료전지 모듈로부터 열교환기를 통과하여 연결되는 제1 라인 및 상기 연료전지 모듈로부터 직접 연결되는 제2 라인에 대해 제1 유량 조절부가 3방향 조절 밸브의 각 라인에 대한 개폐 여부 또는 개도율을 조절하는 단계;
상기 연료전지 모듈의 제1 출구부에 형성된 제2 센서 유닛이 연료전지 모듈로부터 배출되는 제1 유체의 제2 온도를 측정하는 단계;
측정된 상기 제2 온도를 근거로, 제1 순환 펌프의 회전수를 조절하여 상기 연료전지 모듈로 공급되는 제1 유체의 유량이 제어되는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 냉각 방법.
Measuring a first temperature of a first fluid supplied to the fuel cell module by a first sensor unit formed at a first inlet of the fuel cell module;
The first flow rate adjusting section is connected to the first line connected to the fuel cell module through the heat exchanger and the first line connected directly to the fuel cell module based on the measured first temperature, Adjusting the opening / closing rate or the opening rate of the door to the open / closed state;
Measuring a second temperature of the first fluid discharged from the fuel cell module by a second sensor unit formed at a first outlet of the fuel cell module;
And controlling the flow rate of the first fluid supplied to the fuel cell module by controlling the rotation number of the first circulation pump based on the measured second temperature.
제10항에 있어서,
상기 연료전지 모듈에 수소를 공급하는 수소 저장부의 제2 입구부에 형성된 제3 센서 유닛이 상기 열교환기에서 상기 수소 저장부로 유입되는 제2 유체의 제3 온도를 측정하는 단계; 및
측정된 상기 제3 온도를 근거로 상기 열교환기로 유입되거나, 제2 유체 저장부로 배출되는 제2 유체의 유량이 제어되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 냉각 방법.
The method of claim 10,
Measuring a third temperature of a second fluid flowing from the heat exchanger to the hydrogen storage unit, the third sensor unit being formed at a second inlet of the hydrogen storage unit for supplying hydrogen to the fuel cell module; And
And controlling the flow rate of the second fluid flowing into the heat exchanger or discharged to the second fluid storage unit based on the measured third temperature.
엔진부 및 조향장치를 포함하는 본체; 및
상기 엔진부에 동력을 전달하는 연료전지 시스템을 포함하고,
상기 연료전지 시스템은,
수소와 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전류를 생성하는 연료전지 모듈;
상기 연료전지 모듈 내의 반응열을 제어할 수 있도록, 열교환기와 제1 순환 펌프를 포함하여 상기 연료전지 모듈에 연결되는 제1 순환 회로;
상기 연료전지 모듈에 수소를 공급하도록 형성되는 수소 저장부; 및
상기 수소 저장부 내의 온도를 제어할 수 있도록, 상기 열교환기와 제2 순환 펌프를 포함하여, 상기 수소 저장부에 연결되는 제2 순환 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 운동체.



A main body including an engine portion and a steering device; And
And a fuel cell system for transmitting power to the engine section,
The fuel cell system,
A fuel cell module that generates current by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen;
A first circulation circuit including a heat exchanger and a first circulation pump and connected to the fuel cell module so as to control reaction heat in the fuel cell module;
A hydrogen storage unit configured to supply hydrogen to the fuel cell module; And
And a second circulation circuit including the heat exchanger and a second circulation pump so as to control the temperature in the hydrogen storage, and connected to the hydrogen storage.



KR1020120021949A 2012-03-02 2012-03-02 Fuel cell system, cooling method thereof, and vehicle having the fuel cell system KR101396882B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120021949A KR101396882B1 (en) 2012-03-02 2012-03-02 Fuel cell system, cooling method thereof, and vehicle having the fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120021949A KR101396882B1 (en) 2012-03-02 2012-03-02 Fuel cell system, cooling method thereof, and vehicle having the fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130100591A true KR20130100591A (en) 2013-09-11
KR101396882B1 KR101396882B1 (en) 2014-05-20

Family

ID=49451267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120021949A KR101396882B1 (en) 2012-03-02 2012-03-02 Fuel cell system, cooling method thereof, and vehicle having the fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101396882B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102143003B1 (en) * 2019-04-26 2020-08-10 두산중공업 주식회사 Mobile ballast water treatment apparatus using plasma underwater discharge and water treatment system comprising the same
WO2024117499A1 (en) * 2022-11-30 2024-06-06 주식회사 일렉트린 Cooling system for electric propulsion ship

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102611050B1 (en) * 2022-11-18 2023-12-07 주식회사 파로스마린 Hydrogen fuel cell powered outboard comprising water cooled heat exchanging system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101042299B1 (en) * 2007-12-13 2011-06-17 기아자동차주식회사 Hydrogen storing system for fuel cell vehicle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102143003B1 (en) * 2019-04-26 2020-08-10 두산중공업 주식회사 Mobile ballast water treatment apparatus using plasma underwater discharge and water treatment system comprising the same
WO2024117499A1 (en) * 2022-11-30 2024-06-06 주식회사 일렉트린 Cooling system for electric propulsion ship

Also Published As

Publication number Publication date
KR101396882B1 (en) 2014-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3722019B2 (en) Fuel cell system
US8361665B2 (en) Fuel cell system
JP2007280827A (en) Temperature control system for fuel cell
US20040001985A1 (en) Fuel cell cooling system
KR20140076699A (en) THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR FUEL CELL STACK and CONTROL METHOD FOR THE SAME
KR101396882B1 (en) Fuel cell system, cooling method thereof, and vehicle having the fuel cell system
US20040001984A1 (en) Fuel cell cooling system for low coolant flow rate
KR101438123B1 (en) Fuel cell system
KR100837975B1 (en) The cooling system of the fuel cell vehicle
JP5583902B2 (en) Fuel cell system
JP2005166498A (en) Fuel cell system
JP2021190175A (en) Fuel cell system
KR100514997B1 (en) Fuel cell system
JP3998200B2 (en) Fuel cell cooling system
US10020521B2 (en) Fuel cell cogeneration system, method of starting operation of the fuel cell cogeneration system, and method of operating the fuel cell cogeneration system
KR20120056818A (en) Mitigating electrode erosion in high temperature pem fuel cell
KR20060024914A (en) Valuation appratus for heat control system of fuel cell
KR101394732B1 (en) Controlled thermal management system in fuel cell application
KR101848614B1 (en) Thermal Management System for vehicles
US11296335B2 (en) Fuel cell system and method of operating same
JP5287368B2 (en) Fuel cell system
JP4555601B2 (en) Fuel cell cooling system
JP2004319206A (en) Cooling device of fuel cell
JP5772248B2 (en) Fuel cell system
KR20170007056A (en) Flux control apparatus of fuel cell vehicle cooling system and Control method thereof

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: 20190502

Year of fee payment: 6