KR20140046190A - Fuel cell system in submarine and gas eliminating method gas thereof - Google Patents

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Abstract

A fuel cell system of a submarine is disclosed. The fuel cell system of a submarine comprises: a fuel cell module for converting chemical energy, which is generated by oxidizing gas, into electrical energy; a vacuum pump for making a gas exhaust line maintain a state of vacuum to vacuum-suck the gas inside the fuel cell module; a hydrogen gas removal room for collecting the gas sucked by the vacuum pump and for removing hydrogen gas from the collected gas; a pressure sensor for measuring the pressure of exhaust gas inside the fuel cell module; and a control valve for opening and closing the gas exhaust line, which is in between the fuel cell module and the vacuum pump, according to values measured by the pressure sensor. [Reference numerals] (AA,DD) Water discharge; (BB) Heat exchange; (CC) Water supply

Description

잠수함의 연료전지 시스템 및 그 연료전지 시스템의 가스 제거방법{Fuel cell system in submarine and gas eliminating method gas thereof}Fuel cell system of submarine and gas removal method of fuel cell system {Fuel cell system in submarine and gas eliminating method gas}

본 발명은 잠수함의 연료전지 시스템 및 그 연료전지 시스템의 가스 제거방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 연료전지 모듈 내부의 가스를 제거하기 위하여 연료전지 모듈에 진공펌프가 연결되고, 진공펌프에 의해 연료전지 모듈에서 배출된 가스는 수소 가스 제거 룸 안에 저장됨으로써, 불활성 가스나 동일한 연료(수소, 산소)를 이용하여 소제하는 것보다 효율적이며, 밸브의 수리나 리크로 인하여 배관의 소재가 필요한 경우보다 안정하고 효율적으로 가스를 제거하며, 밸브 수리나 리크(leak)로 인한 배관의 소제의 경우보다 더 효율적으로 배관 내부의 가스를 안정적으로 제거하고, 밀폐된 공간에서 연료전지 시스템의 안전한 기동을 실현할 수 있는 잠수함의 연료전지 시스템 및 그 연료전지 시스템의 가스 제거방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system of a submarine and a gas removing method of the fuel cell system, and more particularly, a vacuum pump is connected to the fuel cell module to remove the gas inside the fuel cell module, and the fuel is pumped by the vacuum pump. The gas discharged from the battery module is stored in the hydrogen gas removal room, so it is more efficient than cleaning with inert gas or the same fuel (hydrogen, oxygen), and more stable than if the material of the pipe is needed due to valve repair or leak. More efficient and efficient gas removal, more stable removal of gas in the pipeline than in the case of valve repair or leak cleaning, and safe starting of the fuel cell system in a confined space. A submarine fuel cell system and a method for degassing the fuel cell system.

일반적으로 잠수함, 특히 군용 잠수함에 있어 에너지 저장수단으로서 배터리 이외에 연료전지(Fuel cell)의 사용이 크게 늘어나고 있는바, 이러한 연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 것으로, 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고 반응 후 생성물질은 연속적으로 반응 계의 외부로 배출시키는 점에 그 특징이 있는 고효율의 무공해 발전장치의 일종이라 할 수 있다.In general, the use of fuel cells in addition to batteries as a means of energy storage in submarines, especially military submarines, such a fuel cell is a direct conversion of the chemical energy generated by the oxidation of fuel into electrical energy, It is a kind of high-efficiency pollution-free power generation equipment which is characterized by continuously supplying gaseous reactants such as hydrogen from the outside to generate electricity and continuously discharging the generated materials to the outside of the reaction system. .

즉, 연료전지는 반응물질의 산화와 환원반응을 이용한다는 점에서 보통의 화학전지와 같지만, 밀폐된 계내(系內)에서 전지반응을 하는 화학전지와는 달리, 반응물질이 외부에서 연속으로 공급되고 반응 후 생성물질은 연속으로 계외(系外)로 배출된다는 점에서 그 차이가 있는 것으로, 가장 전형적인 예로 수소-산소 연료전지를 들 수 있다.That is, a fuel cell is like a normal chemical cell in that it uses oxidation and reduction reactions of a reactant, but unlike a chemical cell that performs a cell reaction in an enclosed system, the reactant is continuously supplied from the outside. The difference is in that the product is continuously discharged out of the system after the reaction, and the most typical example is a hydrogen-oxygen fuel cell.

연료전지는 수소나 산소를 사용하지 않을 경우 연료전지모듈 내부에 산소 또는 수소를 제거해 주어야 한다. 또한 운전 전/ 운전 중 / 운전 후 효율적인 연료전지모듈의 운전, 기능 향상 및 안전성을 위해 연료전지모듈 내부의 가스를 제거해 주어야 한다.When the fuel cell does not use hydrogen or oxygen, oxygen or hydrogen must be removed from the fuel cell module. In addition, the gas inside the fuel cell module should be removed for efficient operation, improved function and safety of the fuel cell module before, during, and after operation.

종래에 소제를 할 경우 3가지의 방법을 사용하게 되는데, 첫째 동일한 가스로 내부의 가스를 밀어내어 불순가스를 소제 하는 방법이 있으나, 연료 효율이 안좋은 단점이 있다. 둘째 불활성 가스 사용하여 내부의 가스를 제거하는 방법이 있으나, 이 방법은 연료전지의 운전중에는 거의 사용하지 못하고 정지 시 내부의 가스를 제거할 때만 사용 가능하다.Conventionally, three methods are used for cleaning, but first, there is a method of cleaning the impurity gas by pushing the gas inside with the same gas, but there is a disadvantage of poor fuel efficiency. Second, there is a method of removing the gas inside by using an inert gas, but this method is rarely used during the operation of the fuel cell, and can be used only when removing the gas inside when the fuel cell is stopped.

연료전지는 연료 사용시 100%의 연료는 없음에 따라 연료 사용시 일정기간 연료전지를 운전한다. 기술적으로 순도 100% 수소 산소를 만드는 것을 불가능하며, 연료전지모듈 내부의 연료사용을 폐회로로 구성할 경우, Dead end type 이나 현대자동차에서 사용하는 리사이클 방식(연료의 효율을 높이기 위하여 연료를 계속 순환하여 사용하는 방식)의 연료전지는 계속 사용하다 보면 불순가스가 쌓여 연료전지의 효율저하의 원인이 되며, 연료전지 MEA 수명에 좋지않은 영향을 끼친다.The fuel cell operates the fuel cell for a certain period of time when the fuel is used, since 100% of the fuel is not used. Technically, it is impossible to make 100% pure hydrogen oxygen, and if the fuel use inside the fuel cell module is composed of closed circuit, it is a dead end type or recycling method used by Hyundai Motor (continuously circulating the fuel to increase fuel efficiency. If the fuel cell of the method continues to be used, impurity gas accumulates and causes deterioration of the fuel cell, which adversely affects the fuel cell MEA life.

잠수함의 경우 유지보수 및 연료전지모듈의 효율성 안전성을 위해 소제가 필요하며, 밀폐된 공간이므로 자동차나 가정용 연료전지처럼 대기중으로 배출하지 못한다.Submarines need to be cleaned for maintenance and efficiency of fuel cell modules, and because they are enclosed spaces, they cannot be discharged into the atmosphere like cars or household fuel cells.

본 발명은 기존 배출시스템의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연료전지 모듈 내부의 가스를 제거하기 위하여 연료전지 모듈에 진공펌프가 연결되고, 진공펌프에 의해 연료전지 모듈에서 배출된 가스는 수소가스 제거 룸 안에 저장됨으로써, 불활성가스나 동일한 연료(수소, 산소)를 이용하여 소제하는 것보다 효율적이며, 밸브의 수리나 리크로 인하여 배관의 소재가 필요한 경우보다 안정하고 효율적으로 가스를 제거하고, 밸브 수리나 리크(leak)로 인한 배관의 소제의 경우보다 더 효율적으로 배관 내부의 가스를 안정적으로 제거하며, 밀폐된 공간에서 연료전지 시스템의 안전한 기동을 실현할 수 있는 잠수함의 연료전지 시스템 및 그 연료전지 시스템의 가스 제거방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problem of the existing exhaust system, the vacuum pump is connected to the fuel cell module to remove the gas inside the fuel cell module, the gas discharged from the fuel cell module by the vacuum pump is hydrogen gas removal room This is more efficient than cleaning with inert gas or the same fuel (hydrogen and oxygen), and removes gas more stably and efficiently than if the material of the pipe is needed due to repair or leakage of the valve. The submarine fuel cell system and its fuel cell system are capable of stably removing the gas inside the pipe more efficiently than the cleaning of the pipe due to leaks, and to realize safe start-up of the fuel cell system in an enclosed space. The purpose is to provide a gas removal method.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 잠수함의 연료전지 시스템은 가스의 산화에 의해 생기는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 연료전지모듈; 상기 연료전지모듈 내부의 가스를 진공 흡입하도록 가스 배출라인을 진공상태로 유지하는 진공펌프; 상기 진공펌프에 의해 흡입된 가스를 포집하고, 포집 가스 중에서 수소가스를 제거하는 수소가스 제거 룸; 상기 연료전지모듈 내부의 가스 배출 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 압력센서의 측정값에 따라 상기 연료전지모듈과 상기 진공펌프 사이의 가스 배출라인을 개폐하는 콘트롤 밸브;를 포함한다.In order to achieve the above object, the fuel cell system of the submarine of the present invention comprises a fuel cell module for converting the chemical energy generated by the oxidation of the gas into electrical energy; A vacuum pump which maintains a gas discharge line in a vacuum state to vacuum the gas inside the fuel cell module; A hydrogen gas removal room for collecting the gas sucked by the vacuum pump and removing hydrogen gas from the collection gas; A pressure sensor for measuring a gas discharge pressure inside the fuel cell module; And a control valve for opening and closing a gas discharge line between the fuel cell module and the vacuum pump according to the measured value of the pressure sensor.

상기 연료전지모듈 내부로부터 배출된 가스로부터 물을 분리하기 위하여 상기 연료전지모듈과 상기 진공펌프 사이에 설치되는 제 1 기액 분리기; 및 상기 진공펌프를 통과한 가스로부터 물을 분리하기 위하여 상기 진공펌프와 상기 수소가스 제거 룸 사이에 설치되는 제 2 기액 분리기;를 포함한다.A first gas-liquid separator installed between the fuel cell module and the vacuum pump to separate water from gas discharged from the fuel cell module; And a second gas-liquid separator installed between the vacuum pump and the hydrogen gas removal room to separate water from the gas passing through the vacuum pump.

상기 제 1 기액 분리기와 상기 제 2 기액 분리기에는 물이 일정수준으로 이상으로 차면 물을 배출시키는 차단 밸브가 설치된다.The first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator are provided with a shutoff valve for discharging water when the water is filled to a predetermined level or more.

상기 진공펌프의 작동매체의 최적 온도조건을 조절하기 위하여 상기 진공펌프에는 열교환기가 연결될 수 있다.A heat exchanger may be connected to the vacuum pump to adjust the optimum temperature condition of the working medium of the vacuum pump.

상기 열교환기와 상기 제 2 기액 분리기 사이에는 상기 제 2 기액 분리기에서 분리된 물의 온도를 감지하는 온도센서가 설치될 수 있다.A temperature sensor may be installed between the heat exchanger and the second gas-liquid separator to detect a temperature of water separated from the second gas-liquid separator.

상기 진공펌프의 입구 측에는 상기 연료전지모듈에서 배출하는 가스가 역류하는 것을 방지하는 역류방지 라인이 설치될 수 있다.A backflow prevention line may be installed at an inlet side of the vacuum pump to prevent backflow of the gas discharged from the fuel cell module.

상기 역류방지 라인은, 상기 연료전지모듈과 상기 진공펌프 사이의 가스 배출라인과, 상기 제 2 기액 분리기와 상기 수소가스 제거 룸 사이의 가스 배출라인 사이에 설치될 수 있다.The backflow prevention line may be installed between a gas discharge line between the fuel cell module and the vacuum pump and a gas discharge line between the second gas-liquid separator and the hydrogen gas removal room.

상기 역류방지 라인에는 상기 진공펌프의 작동시, 최소의 배압을 형성할 수 있도록 하여 캐비테이션이나 상기 진공펌프의 작동정지를 방지하는 온 오프 밸브와, 가스의 역류를 방지하는 체크밸브가 설치될 수 있다.The backflow prevention line may be provided with an on-off valve to prevent the operation of the cavitation or the vacuum pump to prevent a back flow of gas, so as to form a minimum back pressure when the vacuum pump is operated, it may be installed. .

상기 수소가스 제거 룸에는 수소가스를 제거하는 엘리미네이터가 설치될 수 있다.An eliminator for removing hydrogen gas may be installed in the hydrogen gas removal room.

한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 가스 제거방법은 진공펌프가 작동하여 연료전지모듈과 수소가스 제거 룸 사이의 가스 배출라인을 진공 상태로 유지하는 단계; 연료전지모듈의 내부 가스압력이 세팅 압력으로 유지되면, 콘트롤 밸브를 조절하여 가스를 배출하는 단계; 및 연료전지모듈의 내부에서 배출된 가스가 상기 가스 배출라인을 거쳐 수소가스 제거 룸 안으로 포집되는 단계;를 포함한다.On the other hand, the gas removal method of the fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention comprises the steps of maintaining a gas discharge line between the fuel cell module and the hydrogen gas removal room by operating a vacuum pump in a vacuum state; If the internal gas pressure of the fuel cell module is maintained at the set pressure, adjusting the control valve to discharge the gas; And collecting the gas discharged from the inside of the fuel cell module into the hydrogen gas removal room via the gas discharge line.

상기 연료전지모듈의 내부에서 배출된 가스가 상기 가스 배출라인을 거치는 과정에서, 상기 연료전지모듈과 상기 진공펌프 사이에 설치된 제 1 기액 분리기가 상기 연료전지모듈 내부로부터 배출된 가스로부터 물을 분리하고, 상기 진공펌프와 상기 수소가스 제거 룸 사이에 설치된 제 2 기액 분리기가 상기 진공펌프를 통과한 가스로부터 물을 분리할 수 있다.While the gas discharged from the fuel cell module passes through the gas discharge line, a first gas-liquid separator installed between the fuel cell module and the vacuum pump separates water from the gas discharged from the fuel cell module. The second gas-liquid separator installed between the vacuum pump and the hydrogen gas removal room may separate water from the gas passing through the vacuum pump.

상기 진공펌프 작동시, 상기 진공펌프의 작동매체의 최적 온도조건(24℃)을 조절하기 위하여 상기 진공펌프에 연결된 열교환기가 열 교환할 수 있다.During operation of the vacuum pump, a heat exchanger connected to the vacuum pump may be heat exchanged to adjust an optimum temperature condition (24 ° C.) of the working medium of the vacuum pump.

상기 열교환기와 상기 제 2 기액 분리기 사이에 설치된 온도센서는 상기 제 2 기액 분리기에서 분리된 물의 온도를 감지하고, 상기 열교환기를 제어할 수 있다.A temperature sensor installed between the heat exchanger and the second gas-liquid separator may sense the temperature of the water separated from the second gas-liquid separator and control the heat exchanger.

상기 진공펌프의 입구 측에는 역류방지 라인을 설치하여 상기 진공펌프의 작동시 최소의 배압을 형성할 수 있도록 하여 캐비테이션이나 상기 진공펌프의 작동정지를 방지할 수 있다.By installing a non-return line at the inlet side of the vacuum pump to form a minimum back pressure during operation of the vacuum pump can prevent cavitation or operation stop of the vacuum pump.

상기 수소가스 제거 룸에 포집한 수소가스는 상기 수소가스 제거 룸 상부에 설치된 엘리미네이터에 의해 제거하고, 산소가스는 호흡용으로 활용할 수 있다.The hydrogen gas collected in the hydrogen gas removal room is removed by an eliminator installed in the upper portion of the hydrogen gas removal room, the oxygen gas can be utilized for breathing.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 시스템의 안정성이 향상되고, 필요시 불순가스를 진공으로 흡입하므로 소모율이 향상되며, 연료소모율 향상은 잠수함의 작전능력 향상과 동시에 잠항 기간을 늘리는 효과가 있다.As described above, the present invention improves the stability of the system, and if necessary, the suction rate of the impurity gas is sucked into the vacuum, and the consumption rate is improved, and the fuel consumption rate is improved, and at the same time, the submersion period is increased.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 잠수함의 연료전지 시스템을 보인 구성도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 가스 제거방법을 보인 블록도1 is a block diagram showing a fuel cell system of a submarine according to a preferred embodiment of the present invention
2 is a block diagram illustrating a gas removing method of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 잠수함의 연료전지 시스템 및 그 연료전지 시스템의 가스 제거방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a fuel cell system of a submarine and a gas removing method of the fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 잠수함의 연료전지 시스템을 보인 구성도이다.1 is a block diagram showing a fuel cell system of a submarine according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 잠수함의 연료전지 시스템(100)은 AIP(Air independent Propulsion)시스템을 갖는 잠수함에 적용될 수 있다. AIP시스템을 가지는 잠수함은 연료전지, Sterling, MESMA, CCD 4가지 종류가 있다. 특히 연료전지는 수소나 산소를 사용하지 않을 경우 연료전지모듈 내부에 산소를 제거해 주어야 하며, 운전 전, 운전 중, 운전 후에 연료전지모듈의 안전성 및 기능 향상을 위하여 진공 라인을 통해 연료전지모듈 내부의 가스를 제거해 주며, 밸브의 수리나 리크 시 수소를 강제적으로 제거해 주어야 한다. 이렇게 발생하는 가스류를 진공 라인을 통해 제거하고, 이 진공 라인은 특별한 룸으로 연결되어 수소를 제거할 수 있다.Referring to FIG. 1, the fuel cell system 100 of the submarine of the present invention may be applied to a submarine having an air independent propulsion (AIP) system. There are four types of submarines with AIP system: fuel cell, Sterling, MESMA and CCD. In particular, the fuel cell must remove oxygen inside the fuel cell module when hydrogen or oxygen is not used.In order to improve the safety and function of the fuel cell module before operation, during operation and after operation, the fuel cell inside the fuel cell module is It removes the gas and forcibly removes hydrogen when repairing or leaking valves. The gas stream thus generated is removed through a vacuum line, which can be connected to a special room to remove hydrogen.

본 발명의 잠수함의 연료전지 시스템(100)은 가스의 산화에 의해 생기는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 연료전지모듈(110), 상기 연료전지모듈(110) 내부의 가스를 진공 흡입하도록 가스 배출라인(L)을 진공상태로 유지하는 진공펌프(120), 상기 진공펌프(120)에 의해 흡입된 가스를 포집하고, 포집 가스 중에서 수소가스를 제거하는 수소가스 제거 룸(130), 상기 연료전지모듈(110) 내부의 가스 배출 압력을 측정하는 압력센서(P), 및 상기 압력센서(P)의 측정값에 따라 상기 연료전지모듈(110)과 상기 진공펌프(130) 사이의 가스 배출라인(L)을 개폐하는 콘트롤 밸브(150)를 포함한다.The fuel cell system 100 of the submarine according to the present invention includes a fuel cell module 110 for converting chemical energy generated by oxidation of gas into electrical energy, and a gas discharge line for vacuum suctioning gas inside the fuel cell module 110. Vacuum pump 120 to maintain (L) in a vacuum state, hydrogen gas removal room 130 for collecting the gas sucked by the vacuum pump 120, removes the hydrogen gas from the collected gas, the fuel cell module A pressure sensor P for measuring a gas discharge pressure therein, and a gas discharge line L between the fuel cell module 110 and the vacuum pump 130 according to the measured value of the pressure sensor P. Control valve 150 to open and close).

상기 연료전지모듈(110)은 전기를 생산하는 장치로서 물의 전기분해 역반응을 이용하여 전기를 발생하기 위하여 반응 가스, 예를 들어 수소가스와 산소가스를 필요로 한다. 운전 전/ 운전 중/ 운전 후 효율적인 연료전지모듈의 운전, 기능 향상 및 안전성을 위해 연료전지모듈(110) 내부의 수소가스, 산소가스를 사용하지 않을 경우 상기 연료전지모듈(110)에서 모두 소제해야 한다. The fuel cell module 110 is a device for producing electricity and requires a reaction gas, for example, hydrogen gas and oxygen gas, to generate electricity by using an electrolysis reverse reaction of water. Before the operation, during the operation / after the operation in order to improve the operation, function and safety of the fuel cell module, the hydrogen gas and oxygen gas inside the fuel cell module 110 should be cleaned in both the fuel cell module 110 do.

상기 진공펌프(120)는 수봉식 진공펌프로서, 상기 연료전지모듈(110) 내부의 수소가스, 산소가스를 진공 흡입하여 가스 배출라인(L)을 진공상태로 유지하는 역할을 한다.The vacuum pump 120 is a water-sealed vacuum pump, and serves to vacuum the hydrogen gas and oxygen gas inside the fuel cell module 110 to maintain the gas discharge line L in a vacuum state.

상기 콘트롤 밸브(150)는 상기 압력센서(P)의 측정값에 따라 상기 연료전지모듈(110)과 상기 진공펌프(130) 사이의 가스 배출라인(L)을 선택적으로 개방하여 수소가스, 산소가스를 수소가스 제거 룸(130) 안에 포집하도록 한다.The control valve 150 selectively opens the gas discharge line L between the fuel cell module 110 and the vacuum pump 130 in accordance with the measured value of the pressure sensor P, thereby allowing hydrogen gas and oxygen gas. To be collected in the hydrogen gas removal room 130.

수소가스 제거 룸(130) 안에는 엘리미네이터(131)가 설치되어 수소가스를 제거하도록 구성된다. 그리고 산소가스는 잠수함 내의 호흡용으로 활용할 수 있도록 한다.In the hydrogen gas removal room 130, an eliminator 131 is installed to remove hydrogen gas. Oxygen gas can also be used for breathing in submarines.

상기 연료전지모듈(110) 내부로부터 배출된 수소가스에 의해서 가스 배출라인(L)에 물이 발생하게 되는데, 물을 분리하기 위하여 상기 연료전지모듈(110)과 상기 진공펌프(120) 사이에는 제 1 기액 분리기(140)가 설치된다.Water is generated in the gas discharge line (L) by the hydrogen gas discharged from the inside of the fuel cell module 110, between the fuel cell module 110 and the vacuum pump 120 to separate the water; 1 gas-liquid separator 140 is installed.

상기 진공펌프(120)는 수봉식 펌프를 사용하므로 상기 진공펌프(120)를 통과한 가스 배출라인(L)에 물이 혼입되는바, 상기 진공펌프(120)를 통과한 가스로부터 물을 분리하기 위하여 상기 진공펌프(120)와 상기 수소가스 제거 룸(130) 사이에 제 2 기액 분리기(150)가 설치된다.Since the vacuum pump 120 uses a water-sealed pump, water is mixed into the gas discharge line L passing through the vacuum pump 120 to separate water from the gas passing through the vacuum pump 120. A second gas-liquid separator 150 is installed between the vacuum pump 120 and the hydrogen gas removal room 130.

그리고 상기 제 1 기액 분리기(140)와 상기 제 2 기액 분리기(150)에는 물이 일정수준으로 이상으로 차면 물을 배출시키는 차단 밸브(141)(151)가 설치된다.The first gas-liquid separator 140 and the second gas-liquid separator 150 are provided with shutoff valves 141 and 151 for discharging water when the water is filled to a predetermined level or more.

상기 진공펌프(120)의 작동매체인 물의 최적 온도조건, 20-30℃, 더욱 바람직하게는 24℃로 조절하기 위하여 상기 진공펌프(120)에 열교환기(160)가 연결될 수 있다.A heat exchanger 160 may be connected to the vacuum pump 120 to adjust the optimum temperature condition of water, the working medium of the vacuum pump 120, 20-30 ° C., more preferably 24 ° C.

상기 열교환기(160)와 상기 제 2 기액 분리기(150) 사이에는 상기 제 2 기액 분리기(150)에서 분리된 물의 온도를 감지하는 온도센서(170)가 설치될 수 있다.A temperature sensor 170 may be installed between the heat exchanger 160 and the second gas-liquid separator 150 to sense the temperature of the water separated from the second gas-liquid separator 150.

상기 온도센서(170)는 물의 온도를 감지하고, 상기 온도센서(170)의 감지에 따라 열교환 하여 물의 최적 온도조건을 유지한다.The temperature sensor 170 detects the temperature of the water and maintains the optimum temperature condition of the water by heat exchange according to the detection of the temperature sensor 170.

상기 진공펌프(120)의 입구 측에는 상기 연료전지모듈(110)에서 배출하는 가스가 역류하는 것을 방지하는 역류방지 라인(180)이 연결될 수 있다.A backflow prevention line 180 may be connected to an inlet side of the vacuum pump 120 to prevent backflow of the gas discharged from the fuel cell module 110.

상기 역류방지 라인(180)은 상기 연료전지모듈(110)과 상기 진공펌프(120) 사이의 가스 배출라인(L)과, 상기 제 2 기액 분리기(150)와 상기 수소가스 제거 룸(130) 사이의 가스 배출라인(L) 사이에 설치될 수 있다.The non-return line 180 may include a gas discharge line L between the fuel cell module 110 and the vacuum pump 120, and between the second gas-liquid separator 150 and the hydrogen gas removal room 130. It may be installed between the gas discharge line (L).

상기 역류방지 라인(180)에는 상기 진공펌프(120)의 작동시, 최소의 배압을 형성할 수 있도록 하여 캐비테이션이나 상기 진공펌프(120)의 작동정지를 방지하는 온 오프 밸브(181)와, 가스의 역류를 방지하는 체크밸브(182)가 설치될 수 있다.The back flow prevention line 180 has an on-off valve 181 to prevent cavitation or the operation stop of the vacuum pump 120 by forming a minimum back pressure when the vacuum pump 120 is operated, and a gas Check valve 182 may be installed to prevent the reverse flow of the.

한편, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 가스 제거방법을 보인 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a gas removing method of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 가스 제거방법은 진공펌프(120)가 작동하여 연료전지모듈(110)과 수소가스 제거 룸(130) 사이의 가스 배출라인(L)을 진공 상태로 유지하는 단계(S 110); 연료전지모듈(110)의 내부 가스압력이 세팅 압력으로 유지되면, 콘트롤 밸브(150)를 조절하여 가스를 배출하는 단계(S 120); 및 연료전지모듈(110)의 내부에서 배출된 가스가 상기 가스 배출라인(L)을 거쳐 수소가스 제거 룸(130) 안으로 포집되는 단계(S 130);를 포함한다.1 and 2, a gas removal method of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a gas between the fuel cell module 110 and the hydrogen gas removal room 130 by operating the vacuum pump 120. Maintaining the discharge line (L) in a vacuum state (S 110); If the internal gas pressure of the fuel cell module 110 is maintained at the set pressure, controlling the control valve 150 to discharge the gas (S 120); And collecting the gas discharged from the inside of the fuel cell module 110 into the hydrogen gas removal room 130 via the gas discharge line L (S 130).

상기 단계(S 120)는 연료전지모듈(110)의 내부로직에 의하여, 진공 라인으로 연결되는 연료전지모듈(110) 내부 밸브가 열려 배출하는 단계로서, 연료전지모듈(110)의 경우 모듈의 최적화로 Cell Voltage 측정, 압력, 물 배출 등의 복합적인 인자에 의해 진공 라인의 연결되는 밸브가 수십 초마다 한 번씩 열려서, 불순가스를 배출하게 된다. The step (S 120) is a step of opening and discharging the valve inside the fuel cell module 110 connected to the vacuum line by the internal logic of the fuel cell module 110, in the case of the fuel cell module 110 optimization of the module Due to the combined factors such as cell voltage measurement, pressure, and water discharge, the valve connected to the vacuum line is opened once every tens of seconds, thereby releasing impure gas.

상기 연료전지모듈(110)의 내부에서 배출된 가스가 상기 가스 배출라인(L)을 거치는 과정에서는, 상기 연료전지모듈(110)과 상기 진공펌프(120) 사이에 설치된 제 1 기액 분리기(140)가 상기 연료전지모듈(110) 내부로부터 배출된 가스로부터 물을 분리하고, 상기 진공펌프(120)와 상기 수소가스 제거 룸(130) 사이에 설치된 제 2 기액 분리기(150)가 상기 진공펌프(120)를 통과한 가스로부터 물을 분리할 수 있다.In the process of passing the gas discharged from the inside of the fuel cell module 110 through the gas discharge line L, the first gas-liquid separator 140 installed between the fuel cell module 110 and the vacuum pump 120. The water is separated from the gas discharged from the inside of the fuel cell module 110, and the second gas-liquid separator 150 installed between the vacuum pump 120 and the hydrogen gas removal room 130 is the vacuum pump 120 Water can be separated from the gas passing through

상기 진공펌프(120) 작동시, 상기 진공펌프(120)의 작동매체의 최적 온도조건(24℃)을 조절하기 위하여 상기 진공펌프(120)에 연결된 열교환기(160)가 열 교환할 수 있다.During operation of the vacuum pump 120, the heat exchanger 160 connected to the vacuum pump 120 may heat exchange to adjust an optimum temperature condition (24 ° C.) of the working medium of the vacuum pump 120.

상기 열교환기(160)와 상기 제 2 기액 분리기(150) 사이에 설치된 온도센서(170)는 상기 제 2 기액 분리기(150)에서 분리된 물의 온도를 감지하고, 상기 열교환기(160)를 제어할 수 있다.The temperature sensor 170 installed between the heat exchanger 160 and the second gas-liquid separator 150 senses the temperature of the water separated from the second gas-liquid separator 150 and controls the heat exchanger 160. Can be.

상기 진공펌프(120)의 입구 측에는 역류방지 라인(180)을 설치하여 상기 진공펌프(120)의 작동시 최소의 배압을 형성할 수 있도록 하여 캐비테이션이나 상기 진공펌프(120)의 작동정지를 방지할 수 있다.By installing the backflow prevention line 180 at the inlet side of the vacuum pump 120 to form a minimum back pressure during the operation of the vacuum pump 120 to prevent the operation of the cavitation or the vacuum pump 120 Can be.

상기 수소가스 제거 룸(130)에 포집한 수소가스는 상기 수소가스 제거 룸(130) 상부에 설치된 엘리미네이터(131)에 의해 제거하고, 산소가스는 함 내의 호흡용으로 활용할 수 있다.The hydrogen gas collected in the hydrogen gas removal room 130 may be removed by an eliminator 131 installed at the upper portion of the hydrogen gas removal room 130, and oxygen gas may be used for breathing in the compartment.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 연료전지 모듈 내부의 가스를 제거하기 위하여 연료전지 모듈에 진공펌프가 연결되고, 진공펌프에 의해 연료전지 모듈에서 배출된 가스는 수소 가스 제거 룸 안에 저장됨으로써, 불활성 가스나 동일한 연료(수소, 산소)를 이용하여 소제하는 것보다 효율적이며, 밸브의 수리나 리크로 인하여 배관의 소재가 필요한 경우보다 안정하고 효율적으로 가스를 제거하며, 밸브 수리나 리크(leak)로 인한 배관의 소제의 경우보다 더 효율적으로 배관 내부의 가스를 안정적으로 제거하며, 밀폐된 공간에서 연료전지 시스템의 안전한 기동을 실현할 수 있다.As described above, the present invention is a vacuum pump is connected to the fuel cell module to remove the gas inside the fuel cell module, the gas discharged from the fuel cell module by the vacuum pump is stored in the hydrogen gas removal room, thereby inert It is more efficient than cleaning using gas or the same fuel (hydrogen, oxygen), and it removes gas more stably and efficiently than necessary when piping material is needed due to repair or leak of valve. It is possible to stably remove the gas inside the pipe more efficiently than in the case of cleaning the pipe, and to realize a safe start of the fuel cell system in an enclosed space.

100: 연료전지 시스템
110: 연료전지모듈
120: 진공펌프
130: 수소가스 제거 룸
150: 콘트롤 밸브
140: 제 1 기액 분리기
150: 제 2 기액 분리기
141: 차단 밸브
151: 차단 밸브
160: 열교환기
170: 온도센서
180: 역류방지 라인
181: 온 오프 밸브
182: 체크밸브
L: 가스 배출라인
P: 압력센서100: Fuel cell system
110: fuel cell module
120: vacuum pump
130: hydrogen gas removal room
150: control valve
140: first gas-liquid separator
150: second gas-liquid separator
141: shutoff valve
151: shutoff valve
160: heat exchanger
170: temperature sensor
180: backflow prevention line
181: on-off valve
182: check valve
L: gas discharge line
P: Pressure sensor

Claims (16)

가스의 산화에 의해 생기는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 연료전지모듈;
상기 연료전지모듈 내부의 가스를 진공 흡입하도록 가스 배출라인을 진공상태로 유지하는 진공펌프;
상기 진공펌프에 의해 흡입된 가스를 포집하고, 포집 가스 중에서 수소가스를 제거하는 수소가스 제거 룸;
상기 연료전지모듈 내부의 가스 배출 압력을 측정하는 압력센서; 및
상기 압력센서의 측정값에 따라 상기 연료전지모듈과 상기 진공펌프 사이의 가스 배출라인을 개폐하는 콘트롤 밸브;를 포함하는 잠수함의 연료전지 시스템.A fuel cell module for converting chemical energy generated by oxidation of gas into electrical energy;
A vacuum pump which maintains a gas discharge line in a vacuum state to vacuum the gas inside the fuel cell module;
A hydrogen gas removal room for collecting the gas sucked by the vacuum pump and removing hydrogen gas from the collection gas;
A pressure sensor for measuring a gas discharge pressure inside the fuel cell module; And
And a control valve for opening and closing a gas discharge line between the fuel cell module and the vacuum pump according to the measured value of the pressure sensor. 제 1 항에 있어서,
상기 연료전지모듈 내부로부터 배출된 가스로부터 물을 분리하기 위하여 상기 연료전지모듈과 상기 진공펌프 사이에 설치되는 제 1 기액 분리기; 및
상기 진공펌프를 통과한 가스로부터 물을 분리하기 위하여 상기 진공펌프와 상기 수소가스 제거 룸 사이에 설치되는 제 2 기액 분리기;를 포함하는 잠수함의 연료전지 시스템. The method according to claim 1,
A first gas-liquid separator installed between the fuel cell module and the vacuum pump to separate water from gas discharged from the fuel cell module; And
And a second gas-liquid separator installed between the vacuum pump and the hydrogen gas removal room to separate water from the gas passing through the vacuum pump. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 기액 분리기와 상기 제 2 기액 분리기에는 물이 일정수준으로 이상으로 차면 물을 배출시키는 차단 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 연료전지 시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Submarine fuel cell system, characterized in that the first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator is provided with a shutoff valve for discharging the water when the water is above a certain level. 제 1 항에 있어서,
상기 진공펌프는 수봉식 진공펌프인 것을 특징으로 하는 잠수함의 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The vacuum pump is a submarine fuel cell system, characterized in that the sealed vacuum pump. 제 4 항에 있어서,
상기 진공펌프의 작동매체의 최적 온도조건을 조절하기 위하여 상기 진공펌프에는 열교환기가 연결되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 연료전지 시스템.5. The method of claim 4,
Submarine fuel cell system, characterized in that the heat exchanger is connected to the vacuum pump to control the optimum temperature conditions of the working medium of the vacuum pump. 제 5 항에 있어서,
상기 열교환기와 상기 제 2 기액 분리기 사이에는 상기 제 2 기액 분리기에서 분리된 물의 온도를 감지하는 온도센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 연료전지 시스템.6. The method of claim 5,
A submarine fuel cell system, characterized in that between the heat exchanger and the second gas-liquid separator is installed a temperature sensor for sensing the temperature of the water separated from the second gas-liquid separator. 제 1 항에 있어서,
상기 진공펌프의 입구 측에는 상기 연료전지모듈에서 배출하는 가스가 역류하는 것을 방지하는 역류방지 라인이 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The submarine fuel cell system, characterized in that the reverse flow prevention line is installed on the inlet side of the vacuum pump to prevent the backflow of the gas discharged from the fuel cell module. 제 7 항에 있어서,
상기 역류방지 라인은,
상기 연료전지모듈과 상기 진공펌프 사이의 가스 배출라인과, 상기 제 2 기액 분리기와 상기 수소가스 제거 룸 사이의 가스 배출라인 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 연료전지 시스템.The method of claim 7, wherein
The backflow prevention line,
And a gas discharge line between the fuel cell module and the vacuum pump and a gas discharge line between the second gas-liquid separator and the hydrogen gas removal room. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 역류방지 라인에는 상기 진공펌프의 작동시, 최소의 배압을 형성할 수 있도록 하여 캐비테이션이나 상기 진공펌프의 작동정지를 방지하는 온 오프 밸브와, 가스의 역류를 방지하는 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 연료전지 시스템.9. The method according to claim 7 or 8,
The non-return line is provided with an on-off valve for preventing the operation of the cavitation or the vacuum pump to prevent a back flow of gas by installing a minimum back pressure during the operation of the vacuum pump, characterized in that Submarine fuel cell system. 제 1 항에 있어서,
상기 수소가스 제거 룸에는 수소가스를 제거하는 엘리미네이터가 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 연료전지 시스템. The method according to claim 1,
The submarine fuel cell system, characterized in that the eliminator for removing the hydrogen gas is installed in the hydrogen gas removal room. 진공펌프가 작동하여 연료전지모듈과 수소가스 제거 룸 사이의 가스 배출라인을 진공 상태로 유지하는 단계;
연료전지모듈의 내부 가스압력이 세팅 압력으로 유지되면, 콘트롤 밸브를 조절하여 가스를 배출하는 단계; 및
연료전지모듈의 내부에서 배출된 가스가 상기 가스 배출라인을 거쳐 수소가스 제거 룸 안으로 포집되는 단계;를 포함하는 연료전지 시스템의 가스 제거방법.Operating a vacuum pump to maintain a gas discharge line between the fuel cell module and the hydrogen gas removal room in a vacuum state;
If the internal gas pressure of the fuel cell module is maintained at the set pressure, adjusting the control valve to discharge the gas; And
And collecting the gas discharged from the inside of the fuel cell module into the hydrogen gas removal room via the gas discharge line. 제 11 항에 있어서,
상기 연료전지모듈의 내부에서 배출된 가스가 상기 가스 배출라인을 거치는 과정에서, 상기 연료전지모듈과 상기 진공펌프 사이에 설치된 제 1 기액 분리기가 상기 연료전지모듈 내부로부터 배출된 가스로부터 물을 분리하고,
상기 진공펌프와 상기 수소가스 제거 룸 사이에 설치된 제 2 기액 분리기가
상기 진공펌프를 통과한 가스로부터 물을 분리하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 가스 제거방법.The method of claim 11,
While the gas discharged from the fuel cell module passes through the gas discharge line, a first gas-liquid separator installed between the fuel cell module and the vacuum pump separates water from the gas discharged from the fuel cell module. ,
The second gas-liquid separator installed between the vacuum pump and the hydrogen gas removal room
The gas removal method of the fuel cell system, characterized in that for separating water from the gas passing through the vacuum pump. 제 11 항에 있어서,
상기 진공펌프 작동시, 상기 진공펌프의 작동매체의 최적 온도조건을 조절하기 위하여 상기 진공펌프에 연결된 열교환기가 열 교환하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 가스 제거방법.The method of claim 11,
And in operation of the vacuum pump, a heat exchanger connected to the vacuum pump is heat exchanged to adjust an optimum temperature condition of the working medium of the vacuum pump. 제 13 항에 있어서,
상기 열교환기와 상기 제 2 기액 분리기 사이에 설치된 온도센서는 상기 제 2 기액 분리기에서 분리된 물의 온도를 감지하고, 상기 열교환기를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 가스 제거방법.14. The method of claim 13,
A temperature sensor installed between the heat exchanger and the second gas-liquid separator detects the temperature of the water separated from the second gas-liquid separator and controls the heat exchanger. 제 11 항에 있어서,
상기 진공펌프의 입구 측에는 역류방지 라인을 설치하여 상기 진공펌프의 작동시 최소의 배압을 형성할 수 있도록 하여 캐비테이션이나 상기 진공펌프의 작동정지를 방지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 가스 제거방법.The method of claim 11,
And a backflow prevention line is installed at an inlet side of the vacuum pump so as to form a minimum back pressure when the vacuum pump is operated, thereby preventing cavitation or operation of the vacuum pump. 제 11 항에 있어서,
상기 수소가스 제거 룸에 포집한 수소가스는 상기 수소가스 제거 룸 상부에 설치된 엘리미네이터에 의해 제거하고, 산소가스는 호흡용으로 활용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 가스 제거방법. The method of claim 11,
The hydrogen gas collected in the hydrogen gas removal room is removed by an eliminator installed in the upper portion of the hydrogen gas removal room, the oxygen gas is used for breathing gas removal method of the fuel cell system.
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