KR20130124788A - 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템 - Google Patents

통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매니폴드 블록(공용분배기)내에 수소공급을 위한 시스템 구성을 통합시켜 모듈화시킨 새로운 구조의 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 알루미늄 주조공법으로 제작되어 연료전지 스택의 외측에 장착되는 매니폴드 블록 내에 수소공급시스템의 구성들을 모듈화시켜, 연료전지 시스템 전체의 부피와 무게를 줄일 수 있고, 수소공급라인의 길이 축소에 따른 수소공급라인의 수소공급 차압을 줄여 연료전지 차량의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지용 수소공급장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템{Manifold block integrated with hydrogen supply system for fuel cell}
본 발명은 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소공급을 위한 시스템 구성을 통합시켜 모듈화시킨 새로운 구조의 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템에 관한 것이다.
연료전지 차량에 탑재되는 연료전지 시스템은 연료전지 스택에 수소(연료)를 공급하는 수소공급시스템과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급시스템과, 수소 및 산소의 전기화학적 반응에 의거 전기를 생성하는 연료전지 스택과, 연료전지 스택의 전기화학적 반응열을 제거하는 동시에 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등을 포함하여 구성되어 있다.
첨부한 도 4에 도시된 바와 같이, 연료전지 스택(10)을 구성하는 각 스택 모듈(11,12,13,14)의 외측에는 연료전지 반응에 필요한 수소와 공기, 그리고 냉각수를 각각 고르게 분배하는 매니폴드 블록(30: 공용분배기)이 장착되어 있다.
좀 더 상세하게는, 상기 매니폴드 블록(30)의 내부에는 미도시되었지만 각 스택 모듈(11,12,13,14)로 공급되는 반응기체들의 이동경로 역할을 하는 수소공급 및 배출라인을 비롯하여 공기공급 및 배출라인, 냉각수공급 및 배출라인 등이 복잡하게 배열되어 있다.
여기서, 상기 매니폴드 블록과 별도로 연결되는 종래의 수소공급 시스템에 대한 구성 및 동작을 첨부한 도 2 및 도 3을 참조로 살펴보면 다음과 같다.
우선, 연료전지 스택(10)을 구성하는 각 스택 모듈(11,12,13,14)에 수소를 공급하기 위하여, 수소탱크로부터 매니폴드 블록까지 수소공급라인(21)이 연결된다.
이에, 상기 수소공급라인(21)의 선단부(수소탱크쪽)부터 말단부(매니폴드 블록쪽)까지 수소공급밸브(22)와 이젝터(23)와 압력저감밸브(24)가 차례로 장착된다.
상기 수소공급밸브(22)는 수소탱크로부터의 수소를 허용 또는 차단하는 역할을 하고, 상기 이젝터(23)는 수소공급밸브(22)를 통과한 수소를 매니폴드 블록(30)쪽으로 일정 압력 이상으로 승압시켜 공급해주는 역할을 하며, 상기 압력저감밸브(24)는 매니폴드 블록(30)으로 공급되는 수소를 일정한 압력으로 조절해주는 역할을 한다.
또한, 상기 연료전지 스택(10)을 구성하는 각 스택 모듈(11,12,13,14)에 수소가 공급된 후, 반응을 마친 잔여수소 및 응축수가 배출되도록 매니폴드 블록(30)에는 수소배출라인(25)이 연결된다.
이때, 상기 수소배출라인(25)에는 응축수 배출을 위한 워터트랩(26)과, 워터트랩을 통과한 수소의 일부를 외부로 배출시키기 위한 퍼지밸브(27)가 순차적으로 장착된다.
특히, 상기 퍼지밸브(27)에는 이젝터(23)까지 연결되는 수소재순환라인(28)이 연결되고, 수소재순환라인(28)에는 퍼지밸브(27)를 통과한 수소의 일부를 이젝터(23)로 블로잉시키는 재순환 블로워(29)가 장착된다.
따라서, 연료전지 스택(10)에서 반응을 마친 수소가 응축수와 함께 수소배출라인(25)으로 배출되면, 응축수는 워터트랩(26)을 통해 외부로 배출되고, 수소의 일부는 퍼지밸브(27)를 통하여 외부로 배출되며, 나머지 수소는 재순환 블로워(29)의 흡입 구동에 의하여 이젝터(23)로 들어가 수소탱크로부터의 새로운 수소와 함께 스택쪽으로 재공급된다.
이와 같은 종래의 수소공급시스템을 위한 매니폴드 블록 구조는 다음과 같은 단점이 있다.
첫째, 수소공급시스템을 구성하는 부품(수소공급밸브, 이젝터, 압력저감밸브, 퍼지밸브, 재순환 블로워 등)간의 배관 연결을 위한 공간이 많이 필요하여, 연료전지 시스템의 전체 부피가 커질 수 밖에 없고, 이에 한정된 엔진룸 내에 연료전지 시스템의 모든 구성을 적절한 배치로 탑재하는데 어려움이 있다.
둘째, 수소공급 시스템의 배관을 이루는 수소공급라인 및 수소배출라인의 길이가 길고 복잡하게 배열됨에 따라, 수소공급라인 및 수소배출라인의 구간별로 차압이 발생하여 수소 공급 및 배출을 위한 에너지 소실이 많은 단점이 있다.
셋째, 수소공급라인 및 수소배출라인의 길이가 길고 여러개가 복잡하게 연결됨에 따라, 각 연결 피팅(fitting) 부에서 수소 리크(leak) 발생 가능성이 높아지는 동시에 수소 누출 위험성이 존재하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 알루미늄 주조공법으로 제작되어 연료전지 스택의 외측에 장착되는 매니폴드 블록 내에 수소공급시스템의 구성들을 모듈화시켜, 연료전지 시스템 전체의 부피와 무게를 줄일 수 있고, 수소공급라인의 길이 축소에 따른 수소공급라인의 수소공급 차압을 줄여 연료전지 차량의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료전지 스택의 각 스택 모듈의 외측에 장착되는 매니폴드 블록내에 수소공급라인을 비롯한 수소배출라인 및 수소재순환라인을 형성하고, 수소공급라인을 비롯한 수소배출라인 및 수소재순환라인의 특정 위치마다 수소공급 및 배출을 비롯한 재순환 부품을 포함하는 수소공급 시스템 구성 부품들을 일체로 장착하여, 매니폴드 블록과 수소공급 시스템 구성 부품들을 모듈화시킨 것을 특징으로 하는 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템을 제공한다.
상기 매니폴드 블록의 상면에 형성된 수소공급라인의 입구 위치에 수소공급밸브가 장착된 것을 특징으로 한다.
상기 매니폴드 블록의 일측 상면을 통해 노출되는 수소재순환라인에 재순환 블로워가 장착된 것을 특징으로 한다.
상기 매니폴드 블록의 수소공급라인과 수소재순환라인이 만나는 지점에 이젝터가 장착된 것을 특징으로 한다.
상기 매니폴드 블록의 저면에는 수소배출라인과 연결되는 워터트랩이 장착된 것을 특징으로 한다.
상기 매니폴드 블록의 타측 상면에는 재순환 블로워 및 워터트랩의 구동 제어 및 밸브류 개폐 제어를 위한 제어기가 장착된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 매니폴드 블록내에 수소공급시스템의 이젝터, 퍼지밸브, 압력저감밸브, 재순환블로워 등을 적절한 위치에 장착하여, 매니폴드 블록와 수소공급시스템의 구성 부품을 모듈화시킴으로써, 전체 연료전지 시스템의 부피와 무게를 줄일 수 있고, 매니폴드 블록내의 데드(dead) 볼륨을 없앨 수 있다.
특히, 매니폴드 블록내에 수소공급시스템의 각 구성들이 모듈화됨에 따라, 각 구성 간을 연결하는 수소공급 및 배출라인을 비롯한 재순환라인의 길이가 축소되어 에너지 손실을 줄일 수 있고, 수소공급라인을 흐르는 수소의 공급 차압을 줄일 수 있다.
또한, 매니폴드 블록과 별도로 연결되던 수소공급시스템의 배관 및 배관 연결을 위한 피팅의 삭제로 조립 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템을 나타내는 블럭도,
도 2 및 도 3은 기존의 연료전지용 수소공급장치를 나타내는 개략도,
도 4는 연료전지용 공용분배기의 역할을 설명하는 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 연료전지 스택(10)을 구성하는 스택 모듈(11,12,13,14)의 외측에 장착되는 매니폴드 블록(30) 내에 수소공급시스템(20)의 각 구성 부품들을 적절한 위치에 장착하여, 매니폴드 블록(30)과 수소공급시스템(20)의 각 구성들을 모듈화시킨 점에 특징이 있다.
이를 위해, 상기 매니폴드 블록(30)을 알루미늄 주조 공법을 이용하여 제작하되, 그 내부에 수소공급라인(21)을 비롯한 수소배출라인(25) 및 수소재순환라인(28)이 최적 배열로 형성되도록 한다.
바람직하게는, 상기 수소공급라인은 매니폴드 블록의 상면 중앙 위치에서 매니폴드 블록의 중심 위치로 연장되는 동시에 일측 위치로 연장된 후, 각 스택 모듈의 일측에 형성된 수소입구 유로(미도시됨)와 연통 가능하게 연결되고, 상기 수소배출라인은 각 스택 모듈의 타측에 형성된 수소출구 유로와 연통 가능하게 연결되는 동시에 매니폴드 블록의 타측 하단으로 연장되며, 상기 수소재순환라인(28)은 수소배출라인으로부터 연장되어 수소공급라인의 이젝터가 장착되는 위치까지 연장된다.
이렇게 상기 매니폴드 블록(30)내에 형성된 수소공급라인(21)을 비롯한 수소배출라인(25) 및 수소재순환라인(28)의 특정 위치마다, 수소공급 및 배출을 위한 부품을 비롯한 수소 재순환 부품 등을 포함하는 수소공급 시스템(20)의 구성 부품들이 일체로 장착된다.
상기 수소공급 시스템(20)의 구성 부품 중, 수소탱크와 연결되어 수소탱크로부터의 수소를 허용 또는 차단하는 역할을 하는 수소공급밸브(22)가 매니폴드 블록(30)의 상면에 형성된 수소공급라인(21)의 입구 위치에 장착된다.
또한, 상기 수소공급 시스템(20)의 구성 부품 중, 수소공급밸브(22)를 통과한 수소를 각 스택 모듈쪽으로 공급해주는 이젝터(23)가 매니폴드 블록(30)의 수소공급라인(21)과 수소재순환라인(28)이 만나는 지점에 장착된다.
또한, 상기 매니폴드 블록(30)내의 수소재순환라인(28) 구간 중 일부분이 매니폴드 블록(30)의 일측 상면을 통해 노출되는 바, 이 노출된 부분에 수소배출라인(25)으로부터의 수소를 흡입하여 이젝터쪽으로 재순환시키기 위한 재순환 블로워(29)가 장착된다.
또한, 상기 매니폴드 블록(30)의 저면에는 매니폴드 블록(30)내의 수소배출라인(25)과 연결되어 스택으로부터 미반응 수소와 함께 배출된 물을 저장하여 배출하는 워터트랩(26)이 장착된다.
여기서, 상기와 같이 매니폴드 블록과 수소공급 시스템의 구성 부품들을 모듈화시킨 연료전지용 수소공급장치의 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 수소탱크와 연결된 수소공급밸브(22)가 열리게 되면, 수소가 수소공급라인(21)을 유입되어 이젝터(23)쪽으로 흐르게 된다.
연이어, 이젝터(23)에서 수소공급밸브(22)를 통과한 수소를 각 스택 모듈쪽으로 공급해줌으로써, 스택 모듈에서 통상의 전기화학적 반응에 의한 전기를 생산하게 된다.
이어서, 스택 모듈에서 전기화학적 반응에 의하여 생성된 물과 미반응된 수소가 수소배출라인(25)을 거쳐 일정 크기 이상의 단면적(1600㎟~4000㎟)을 가진 수직통로인 응축챔버를 통과하며, 생성된 물과 액정이 하부로 배출되고, 배출된 물은 워터트랩(26)에 일단 저장된 후, 일정 수위 이상이 되면 워터트랩(26) 하단의 배출밸브가 열림으로 동작되어 외부로 배출된다.
이때, 워터트랩(26)의 상부공간의 일측으로부터 더 연장되는 수소배출라인에는 퍼지밸브(27)가 장착되고, 워터트랩(26)의 상부공간의 위쪽으로는 수소재순환라인(28)이 연결된다.
따라서, 미반응된 수소 중 일부는 퍼지밸브(27)의 오픈시 외부로 배출되고, 나머지 일부는 퍼지밸브(27)의 닫힘시 수소재순환라인(28)으로 흐르게 된다.
연이어, 상기 재순환 블로워(29)의 구동에 의하여 수소배출라인(25)에서 수소재순환라인(28)으로 흐르던 수소가 흡입되어 이젝터쪽으로 재순환된 후, 수소공급밸브(22)을 통과하여 흐르던 새로운 수소와 합쳐져서 스택 모듈쪽으로 재공급된다.
이와 같이, 매니폴드 블록내에 수소공급시스템의 이젝터, 퍼지밸브, 압력저감밸브, 재순환블로워 등을 적절한 위치에 장착하여, 매니폴드 블록과 수소공급시스템의 구성 부품을 모듈화시킴으로써, 전체 연료전지 시스템의 부피와 무게를 줄일 수 있음은 물론, 수소공급 및 배출라인을 비롯한 재순환라인의 길이가 축소되어 에너지 손실을 줄일 수 있다.
특히, 수소공급라인의 길이가 기존에 비하여 크게 줄어듬에 따라, 수소공급라인에서의 수소 공급 차압을 줄일 수 있다.
즉, 수소공급라인의 길이가 긴 경우에는 선단부에서의 수소공급압과 말단부에서의 수소공급압이 차이가 발생할 수 있지만, 본 발명에서는 매니폴드 블록내에 수소공급라인을 비롯한 수소재순환라인 및 수소배출라인이 함께 짧은 길이로 형성된 상태이므로 수소공급라인에서의 수소 공급 차압을 줄일 수 있다.
10 : 연료전지 스택
11,12,13,14 : 스택 모듈
21 : 수소공급라인
22 : 수소공급밸브
23 : 이젝터
24 : 압력저감밸브
25 : 수소배출라인
26 : 워터트랩
27 : 퍼지밸브
28 : 수소재순환라인
29 : 재순환 블로워
30 : 매니폴드 블록

Claims (6)

  1. 연료전지 스택(10)의 각 스택 모듈의 외측에 장착되는 매니폴드 블록(30)내에 수소공급라인(21)을 비롯한 수소배출라인(25) 및 수소재순환라인(28)을 형성하고, 수소공급라인(21)을 비롯한 수소배출라인(25) 및 수소재순환라인(28)의 특정 위치마다 수소공급 및 배출을 비롯한 재순환 부품을 포함하는 수소공급 시스템(20)의 구성 부품들을 일체로 장착하여, 매니폴드 블록(30)과 수소공급 시스템(20)의 구성 부품들을 모듈화시킨 것을 특징으로 하는 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 매니폴드 블록(30)의 상면에 형성된 수소공급라인(21)의 입구 위치에 수소공급밸브(22)가 장착된 것을 특징으로 하는 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 매니폴드 블록(30)의 일측 상면을 통해 노출되는 수소재순환라인(28)에 재순환 블로워(29)가 장착된 것을 특징으로 하는 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 매니폴드 블록(30)의 수소공급라인(21)과 수소재순환라인(28)이 만나는 지점에 이젝터(23)가 장착된 것을 특징으로 하는 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 매니폴드 블록(30)의 저면에는 수소배출라인(25)과 연결되는 워터트랩(26)및 퍼지밸브(27)가 나란히 장착된 것을 특징으로 하는 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 매니폴드 블록(30)의 타측 상면에는 재순환 블로워(29) 및 워터트랩(26)의 구동 제어 및 밸브류 개폐 제어를 위한 제어기(32)가 장착된 것을 특징으로 하는 통합형 매니폴드 블록을 갖는 연료전지용 수소공급시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022039381A1 (ko) * 2020-08-19 2022-02-24 (주)두산 모빌리티 이노베이션 커넥터 및 이를 이용한 매니폴드와 밸브간의 퀵 커넥팅 구조

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2905380A1 (en) 2013-03-13 2014-10-02 Scott Technologies, Inc. Base manifold and system for filling containers with gas
KR101610457B1 (ko) * 2014-01-28 2016-04-07 현대자동차주식회사 이젝터 기능을 가지는 연료전지 스택 매니폴드
DE102014018851A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Daimler Ag Brennstoffzellenvorrichtung
DE102016004823A1 (de) * 2016-04-21 2017-10-26 Proton Motor Fuel Cell Gmbh Brennstoffzellensystem mit Anodengasmanagementmodul und Brennstoffzellenmedienadapterplatte
US9841147B1 (en) 2016-05-23 2017-12-12 Twisted Sun Innovations, Inc. Gas storage device
DE102017222390A1 (de) * 2017-12-11 2019-06-13 Robert Bosch Gmbh Fördereinrichtung für eine Brennstoffzellenanordnung zum Fördern und/oder Rezirkulieren von einem gasförmigen Medium
CN108878945B (zh) * 2018-08-31 2023-07-11 大洋电机新动力科技有限公司 一种燃料电池
CN109103482B (zh) * 2018-08-31 2023-10-10 大洋电机新动力科技有限公司 进氢集成歧块及其应用的燃料电池
DE102019201170A1 (de) * 2019-01-30 2020-07-30 Robert Bosch Gmbh Förderaggregat für einen Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems zur Förderung eines gasförmigen Medium und Brennstoffzellensystem
CN111029617A (zh) * 2019-03-25 2020-04-17 长城汽车股份有限公司 可用于燃料电池的喷射器、燃料电池系统及燃料电池车辆
CN112825364B (zh) * 2019-11-21 2024-05-31 上海德威明兴新能源科技有限公司 一种带有水管理功能的多通道氢气喷射器模块
DE102020206793A1 (de) 2020-05-29 2021-12-02 Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh Brennstoffzellenvorrichtung
WO2021243681A1 (zh) * 2020-06-05 2021-12-09 罗伯特·博世有限公司 氢气供应装置和燃料电池

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2901524A (en) * 1956-04-02 1959-08-25 Consolidation Coal Co Method for generating electrical energy from electrochemical combustion of fuel gases
US6569549B1 (en) * 2000-11-02 2003-05-27 Utc Fuel Cells, Llc Method for increasing the operational efficiency of a fuel cell power plant
JP4476160B2 (ja) * 2001-02-02 2010-06-09 三菱重工業株式会社 ロジックプレート
TW548872B (en) * 2002-04-18 2003-08-21 Asia Pacific Fuel Cell Tech Small-power air-cooling type fuel cell
US20060003204A1 (en) * 2004-07-01 2006-01-05 Callahan Christopher W Controlling fuel cell fuel purge in response to recycle fuel blower operating conditions
JP2006172849A (ja) * 2004-12-15 2006-06-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池のマニフォールド
JP4586555B2 (ja) * 2005-02-09 2010-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
FR2892234A1 (fr) * 2005-10-18 2007-04-20 Conception & Dev Michelin Sa Pile a combustible avec installation de gestion des fluides integree
JP4998774B2 (ja) * 2006-05-22 2012-08-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4297158B2 (ja) 2006-11-22 2009-07-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR100836371B1 (ko) * 2007-06-25 2008-06-09 현대자동차주식회사 연료전지 자동차용 수소재순환공급장치 및 방법
KR100980996B1 (ko) * 2007-07-26 2010-09-07 현대자동차주식회사 연료전지용 수소공급장치
US7943260B2 (en) * 2007-07-31 2011-05-17 Ford Motor Company System and method for recirculating unused fuel in fuel cell application
KR100962382B1 (ko) * 2007-12-27 2010-06-10 (주)퓨얼셀 파워 수소 재순환 장치를 구비한 연료전지 시스템
KR101405737B1 (ko) * 2008-03-04 2014-06-12 현대자동차주식회사 이젝터 내장형 연료전지 시스템
JP4403563B2 (ja) * 2008-06-10 2010-01-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の車載構造
KR100974742B1 (ko) * 2008-06-26 2010-08-06 현대자동차주식회사 수소 공급 시스템의 일체형 압력 조절 액츄에이터 어셈블리
JP5228704B2 (ja) * 2008-08-27 2013-07-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR101113651B1 (ko) * 2009-08-31 2012-02-15 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 수소 배기 장치
JP2011086549A (ja) * 2009-10-16 2011-04-28 Toyota Boshoku Corp 燃料電池システム
KR101349076B1 (ko) * 2011-07-20 2014-01-14 현대자동차주식회사 연료전지 스택용 매니폴드 블록의 산화층 형성 장치 및 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022039381A1 (ko) * 2020-08-19 2022-02-24 (주)두산 모빌리티 이노베이션 커넥터 및 이를 이용한 매니폴드와 밸브간의 퀵 커넥팅 구조

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