KR20140129738A - Air supply device for fuel cell system and method for adjusting pressure of air blower - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an air supply device for a fuel cell system and to a method for controlling pressure of an air blower, wherein the air supply device for a fuel cell system is composed to be able to increase the pressure of the air introduced to an air blower (120) under a low flux condition as well as under a high flux condition while maintaining the flux of air supplied to the fuel cell system so as to prevent the fuel cell system from drying, and inhibit the surge generation in the air blower (120). The air supply device for a fuel cell system comprises an air blower (120) supplying outside air with controlled influx by a flowmeter (100) to a stack (130) of a fuel cell; a bypass pipe (140) bypassing a part of the air discharged to the outlet of the air blower (120) toward the entrance of the air blower (120); and a bypass valve (150) installed on one side of the bypass pipe (140), and controlling the pressure of the air bypassing toward the entrance of the air blower (120).

Description

연료전지 시스템의 공기 공급장치 및 에어 블로어 압력 조절방법{AIR SUPPLY DEVICE FOR FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR ADJUSTING PRESSURE OF AIR BLOWER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an air supply device for a fuel cell system and a method for controlling an air blower pressure,

본 발명은 연료전지(FUEL CELL)의 스택(STACK)으로 공기를 공급하는 에어 블로어(AIR BLOWER)의 서지 발생을 억제하여 스택으로 공급되는 공기의 유량을 최적으로 제어할 수 있도록 하는 연료전지 시스템의 공기 공급장치 및 에어 블로어 압력 조절방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system for suppressing the occurrence of surge of an air blower (AIR BLOWER) for supplying air to a stack of a fuel cell to optimally control the flow rate of air supplied to the stack Air supply device, and air blower pressure control method.

일반적으로 연료전지(FUEL CELL)는 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택과, 연료전지 스택에 연료를 공급하는 연료공급시스템과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급 시스템과, 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등으로 구성된다.2. Description of the Related Art Generally, a fuel cell includes a fuel cell stack for generating electric energy, a fuel supply system for supplying fuel to the fuel cell stack, an air supplying unit for supplying oxygen to the fuel cell stack, A supply system, and a heat and water management system for controlling the operating temperature of the fuel cell stack.

이러한 연료전지의 전기에너지 생성을 위해 고순도의 수소가 연료전지의 연료극(ANODE)으로 운전 중 공급되고, 에어 블로어와 같은 공기공급 장치를 이용하여 대기중의 공기가 직접 연료전지의 공기극(CATHODE)으로 공급된다.High-purity hydrogen is supplied to the anode of the fuel cell during operation to generate electric energy of the fuel cell, and air in the atmosphere is directly supplied to the cathode of the fuel cell by using an air supply device such as an air blower .

이에, 연료전지 스택으로 공급된 수소가 연료극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 전해질 막을 통해 공기극으로 넘어가게 되며, 연이어 공기극에 공급된 산소는 외부 도선을 통해 공기극으로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시키게 된다.Thus, the hydrogen supplied to the fuel cell stack is separated into hydrogen ions and electrons in the catalyst of the fuel electrode, the separated hydrogen ions are passed to the air electrode through the electrolyte membrane, and oxygen supplied to the air electrode continuously flows into the air electrode It combines with electrons to generate water while generating electrical energy.

통상, 연료전지 스택의 공기극에 공급되는 공기량은 화학양론비(SR; Stoichiometry Ratio)의 약 2배 내외로 공급되고 있으며, 공급되는 공기량은 연료전지 스택의 출력, 시스템 효율, 공기의 상대습도, 물균형(WATER BALANCE) 등에 영향을 미친다.Generally, the amount of air supplied to the air electrode of the fuel cell stack is about twice that of the stoichiometric ratio (SR), and the amount of air supplied is the output of the fuel cell stack, system efficiency, relative humidity of air, Balance (WATER BALANCE) and so on.

예컨데, 연료전지 시스템의 기동시나 웜엄(WARM-UP)시와 같이 운전온도가 낮을 경우 플러딩(FLOODING: 과잉응축)을 발생시킬 수 있으며, 고출력 운전시와 같이 운전온도가 상승할 때에는 스택 내 멤브레인 건조 상태(DRY-OUT)를 발생시킬 수 있다.For example, flooding (excessive condensation) can occur when the operating temperature is low, such as when the fuel cell system is started or during a warm-up operation. When the operating temperature rises as in a high output operation, State (DRY-OUT) can be generated.

특히, 연료전지 시스템이 고온/고출력 조건이거나, 고온/저출력과 같이 연료전지 시스템이 건조되는 운전조건일 경우에는 전해질막의 함수율이 지속적으로 저하되어 연료전지의 성능감소를 유발하게 되므로, 연료전지 스택으로 공급되는 공기 유입량을 최적으로 제어하는 것은 연료전지 성능 유지를 위해 매우 중요하다.Particularly, when the fuel cell system is operated under a high temperature / high output condition or a high temperature / low output condition such that the fuel cell system is dried, the water content of the electrolyte membrane is continuously lowered to cause a decrease in performance of the fuel cell. Optimal control of the amount of air supplied is critical to maintaining fuel cell performance.

이러한 연료전지 시스템의 건조 상태를 억제하기 위한 방법으로, 연료전지 스택에 공급되는 공기의 유량을 줄여 외부로 배출되는 물의 양을 감소시키는 방법과, 운전 압력을 높여 연료전지 스택 내의 증기압을 떨어뜨림으로써, 물이 증발되어 외부로 배출되는 것을 억제하는 방법이 사용되고 있다.As a method for suppressing the drying state of the fuel cell system, there is a method of reducing the amount of water discharged to the outside by reducing the flow rate of air supplied to the fuel cell stack, and a method of increasing the operating pressure to lower the vapor pressure in the fuel cell stack , And a method in which water is evaporated and discharged to the outside is used.

이러한 연료전지 스택의 건조 상태 억제 방법에서는 연료전지 시스템에서 사용되는 공기공급 장치를 이루는 터보블로어 또는 컴프레셔가 고(HIGH)유량 조건 뿐 아니라 저(LOW)유량에서도 압력을 높일 수 있어야 한다.In the method of suppressing the drying state of the fuel cell stack, the turbo blower or the compressor constituting the air supply device used in the fuel cell system must be able to increase the pressure not only at the high flow rate condition but also at the low flow rate.

그러나, 터보 유체기계의 특성상 모든 유량조건에서 압력을 높일 수는 없으며, 특히 저(LOW)유량에서 억지로 압력을 높이려면 공기 공급장치에 서지가 발생되어, 연료전지 시스템의 작동 불능을 발생시킬 수 있으므로, 공기 공급장치인 터보 유체기계의 설계 시 고정된 압축선도 영역 내에서만 운전이 가능한 문제점이 있다.However, due to the nature of the turbo fluid machine, it is not possible to increase the pressure under all flow conditions. In order to increase the pressure especially at low flow rate, a surge may occur in the air supply system, , There is a problem in that it is possible to operate only in a fixed compression stroke area when designing a turbo fluid machine which is an air supply device.

또한, 고압/저유량 조건 운전이 필요한 경우 서지마진을 확보하기 위해 에어 블로어를 다단으로 설계하거나, 공기 공급장치에서 토출되는 공기를 시스템 외부로 배출 또는 바이패스시켜 공기 유량을 증대시키는 방식으로 서지를 억제하였다.In order to ensure a surge margin when high pressure / low flow rate operation is required, the air blower may be designed to have a multi-stage structure, or the air discharged from the air supply device may be discharged or bypassed to the outside of the system, Respectively.

이 경우, 바이패스 배관의 구성을 복잡하게 하여, 공기 공급장치의 길이 및 무게를 증가시키며, 실제 연료전지 스택에 공급되는 공기의 바이패스되는 공기의 양을 알아야만 조절이 가능하므로, 이를 위한 별도의 유량 센서의 부착이 필요로 되어, 비용을 증가시키고 시스템의 복잡화를 발생시키는 문제점이 있다.
In this case, the configuration of the bypass piping is complicated, the length and weight of the air supply device are increased, and the amount of air to be bypassed to the actual fuel cell stack can be adjusted only by knowing the amount of air to be bypassed. There is a problem in that attachment of the flow sensor is required, which increases the cost and complicates the system.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 연료전지 시스템에 공급되는 공기의 유량을 유지한 상태로 고유량 조건 뿐 아니라 저유량 조건에서도 에어 블로어로 유입되는 공기의 압력을 높일 수 있도록 구성하여, 연료전지 시스템이 건조되는 것을 방지하고 에어 블로어의 서지 발생을 억제할 수 있도록 하는 연료전지 시스템의 공기 공급장치 및 에어 블로어 압력 조절방법을 제공함을 목적으로 한다.
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a fuel cell system in which the flow rate of air supplied to a fuel cell system is maintained and the pressure of air introduced into an air blower is increased not only in a high flow rate condition, And an object of the present invention is to provide an air supply device and a method for adjusting an air blower pressure of a fuel cell system which can prevent the fuel cell system from being dried and suppress the occurrence of surge of the air blower.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 유량계를 통해 유입량이 조절된 외부 공기를 연료전지의 스택으로 공급하는 에어 블로어와, 상기 에어 블로어의 출구측으로 배출되는 공기의 일부를 상기 에어 블로어의 입구측으로 바이패스시키는 바이패스관 및 상기 바이패스관의 일측에 설치되어, 상기 에어 블로어의 입구측으로 바이패스되는 공기의 압력을 조절하는 바이패스 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 공기 공급장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack including: an air blower that supplies external air whose flow rate is controlled through a flow meter to a stack of fuel cells; and a portion of the air discharged to the outlet side of the air blower, And a bypass valve installed at one side of the bypass pipe for controlling a pressure of air bypassed to the inlet side of the air blower. Device is provided.

상기 에어 블로어를 통해 상기 연료전지 스택으로 공급된 공기를 배출하는 배출관의 배출 압력을 조절하여, 상기 바이패스 밸브와 함께 상기 연료전지 스택으로 공급되는 공기의 유량을 조절하는 배출 밸브가 더 포함될 수 있다.And a discharge valve for regulating a discharge pressure of a discharge pipe for discharging the air supplied to the fuel cell stack through the air blower and adjusting a flow rate of air supplied to the fuel cell stack together with the bypass valve .

상기 바이패스관으로 유입되는 공기를 냉각시켜, 상기 에어 블로어의 입구측으로 바이패스되는 공기의 압력 상승 시 상기 연료전지 스택으로 투입되는 공기의 온도가 상승하는 것을 억제하는 공기 냉각기가 더 포함될 수 있다.The air cooler may further include an air cooler for cooling the air flowing into the bypass pipe to suppress an increase in the temperature of the air supplied to the fuel cell stack when the pressure of the air bypassed to the inlet side of the air blower rises.

상기 공기 냉각기는 상기 바이패스관에서 상기 바이패스 밸브 보다 앞쪽에 설치될 수 있다.The air cooler may be installed in the bypass pipe in front of the bypass valve.

상기 바이패스관은 상기 에어 블로어와 일체로 형성될 수 있다.The bypass pipe may be formed integrally with the air blower.

또한, 본 발명에 따르면, 연료전지의 스택으로 공기를 공급하는 에어 블로어를 작동시키는 단계 및 상기 에어 블로어로 유입되는 공기의 유량을 일정하게 유지한 상태로 상기 에어 블로어의 출구측으로 배출되는 공기를 상기 에어 블로어의 입구측으로 바이패스시켜 상기 에어 블로어의 작동 압력을 조절하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 에어 블로어 압력 조절방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating a fuel cell stack, comprising the steps of: operating an air blower for supplying air to a stack of fuel cells; and controlling the air discharged to the outlet side of the air blower, And controlling the operating pressure of the air blower by bypassing the air blower to the inlet side of the air blower.

상기 에어 블로어의 작동 압력을 조절하는 단계는 연료전지 스택으로부터 배출되는 공기 유량을 동시에 조절하여 상기 에어 블로어로 유입되는 공기 압력을 조절하는 것이 포함될 수 있다.The step of adjusting the working pressure of the air blower may include adjusting the air pressure introduced into the air blower by simultaneously controlling the air flow rate discharged from the fuel cell stack.

상기 에어 블로어의 작동 압력을 조절하는 단계는 상기 에어블로어의 입구측으로 바이패스되는 공기를 냉각시키 것이 포함될 수 있다.
The step of regulating the operating pressure of the air blower may include cooling the air bypassed to the inlet side of the air blower.

이러한 본 발명에 따르면, 에어 블로어의 동일한 유량조건에서 작동 압력을 상승시킬 수 있어, 연료전지 시스템의 가습 확보 및 출력 상승을 위한 최적의 공기 유량의 제어가 가능하며, 에어 블로어의 서지 현상을 억제할 수 있다.According to the present invention, it is possible to increase the operating pressure under the same flow rate condition of the air blower, to ensure the humidification of the fuel cell system and to control the optimum air flow rate for the increase of the output and to suppress the surge phenomenon of the air blower .

또한, 본 발명에 따르면, 유량계로부터 에어 블로어로 공급되는 유량이 연료전지 시스템으로 공급되는 유량과 동일하므로, 바이패스되는 공기 유량을 측정하기 위한 별도의 장치가 필요 없어 부품비를 절감시킬 수 있다.Further, according to the present invention, since the flow rate supplied from the flow meter to the air blower is equal to the flow rate supplied to the fuel cell system, there is no need for a separate device for measuring the bypass air flow rate, thereby reducing the component cost.

또한, 본 발명에 따르면, 에어 블로어와, 바이패스관이 일체화되어, 연료전지 시스템의 구조를 간단하게 할 수 있다.
Further, according to the present invention, the structure of the fuel cell system can be simplified by integrating the air blower and the bypass pipe.

도 1은 본 실시예에 따른 공기 공급장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 실시예에 따른 공기 공급장치의 가압 작동 상태를 나타낸 블록도.
도 3은 본 실시예에 따른 공기 공급장치의 작용에 따른 에어 블로어의 압력과 유량에 대한 관계를 나타낸 그래프.1 is a block diagram showing a configuration of an air supply apparatus according to this embodiment;
2 is a block diagram showing a pressurized operation state of the air supply apparatus according to the present embodiment.
3 is a graph showing the relationship between the pressure and the flow rate of the air blower according to the action of the air supply device according to the present embodiment.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.

도 1은 본 실시예에 따른 공기 공급장치의 구성을 블록화하여 나타낸다.Fig. 1 shows the configuration of the air supply apparatus according to the present embodiment in block form.

도시된 바와 같이, 본 발명의 연료전지 시스템(FUEL CELL SYSTEM)의 공기 공급장치는 연료전지 시스템에 외부 공기를 일정 유량으로 조절하여 공급하는 유량계(100)와, 상기 유량계(100)로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택(130)으로 공급하는 에어 블로어(120)와, 상기 에어 블로어(120)의 출구측으로 배출되는 공기의 일부를 바이패스(BYPASS)시키는 바이패스관(140)과, 상기 바이패스관(140)으로 유입되는 공기의 압력을 조절하는 바이패스 밸브(150)를 포함한다.As shown in the figure, the air supply device of the fuel cell system of the present invention includes a flow meter 100 for supplying external air to the fuel cell system at a constant flow rate, A bypass pipe 140 for bypassing a part of the air discharged to the outlet side of the air blower 120 and a bypass pipe 140 for bypassing a part of the air discharged to the outlet side of the air blower 120, And a bypass valve 150 for regulating the pressure of the air flowing into the valve 140.

상기 유량계(100)와, 상기 에어 블로어(120) 및 상기 연료전지 스택(130)은 공기 공급관(110)이 서로 연결되어 상기 유량계(100)를 통해 외부로부터 유입된 공기가 상기 에어 블로어(120) 및 상기 연료전지 스택(130)으로 순차로 공급된다.The flow meter 100 and the air blower 120 and the fuel cell stack 130 are connected to each other through an air supply pipe 110 so that air introduced from the outside through the flow meter 100 flows through the air blower 120, And the fuel cell stack 130 in sequence.

이때, 상기 에어 블로어(120)의 출구측에는 상기 연료전지 스택(130)으로 투입되는 공기에 적정습도를 가하기 위한 가습기가 설치될 수 있다.At this time, a humidifier may be installed on the outlet side of the air blower 120 to apply an appropriate humidity to the air to be supplied to the fuel cell stack 130.

상기 연료전지 스택(130)은 상기 에어 블로어(120)로부터 공급된 공기 중 포함된 산소의 화학반응을 일으킨 후 남은 공기를 배출할 수 있도록 배출관(170)이 일측에 연결된다.The fuel cell stack 130 is connected to one side of the discharge pipe 170 so as to discharge the remaining air after the chemical reaction of the oxygen contained in the air supplied from the air blower 120 is caused.

그리고, 상기 배출관(170)에는 상기 연료전지 스택(130)으로부터 배출되는 공기의 배출 압력의 조절을 통해 상기 연료전지 스택(130)으로 공급되는 공기의 유량을 조절할 수 있도록 하는 배출 밸브(170)가 설치된다.The discharge pipe 170 is provided with a discharge valve 170 for controlling the flow rate of air supplied to the fuel cell stack 130 by controlling the discharge pressure of the air discharged from the fuel cell stack 130 Respectively.

즉, 상기 유량계(100)를 통해 일정 유량으로 조절되어 상기 에어 블로어(120)로 투입된 공기를 상기 에어 블로어(120) 및 상기 배출 밸브(170)를 통해 상기 연료전지 스택(130)에서 필요로 하는 적정 유입량으로 조절하여 투입시키도록 구성된다.That is, the air introduced into the air blower 120 is regulated to a predetermined flow rate through the flow meter 100 to be supplied to the fuel cell stack 130 through the air blower 120 and the discharge valve 170 And is adjusted to the appropriate inflow amount.

상기 바이패스관(140)은 상기 에어 블로어(120)의 출구측과 상기 연료전지 스택(130) 사이의 공기 공급관(110)으로부터 분기되어, 상기 에어 블로어(120)로부터 배출되는 공기의 일부를 바이패스시켜 상기 에어 블로어(120)의 입구측으로 유입시키도록 연결된다.The bypass pipe 140 is branched from the air supply pipe 110 between the outlet side of the air blower 120 and the fuel cell stack 130 so that a part of the air discharged from the air blower 120 is blown And is connected to the inlet side of the air blower 120 to flow.

그리고, 상기 바이패스관(140)의 일측에는 상기 바이패스관(140)으로 유입되는 공기의 유입을 차단하거나, 유입량을 조절하는 바이패스 밸브(150)가 설치된다.A bypass valve 150 is provided at one side of the bypass pipe 140 to block inflow of air flowing into the bypass pipe 140 or to control the amount of inflow.

상기 바이패스 밸브(150)는 전기적 신호에 의해 동작하여 상기 바이패스관(140)를 개폐하는 전자식 밸브 또는 상기 바이패스관(140)의 역류를 방지하면서 내부를 통과하는 공기의 압력이 일정 이상으로 상승하는 경우에 상기 바이패스관(140)을 개방시키는 수동형의 압력밸브가 사용될 수 있다.The bypass valve 150 is operated by an electrical signal to prevent an electromagnetic valve that opens and closes the bypass pipe 140 or a bypass valve 140 that prevents backflow of the air passing through the bypass pipe 140, A passive pressure valve that opens the bypass pipe 140 may be used.

또한, 상기 바이패스관(140)의 일측에는 상기 에어 블로어(120)의 출구측으로부터 유입되는 공기를 냉각시키는 공기 냉각기가 더 포함된다.The bypass pipe 140 may further include an air cooler for cooling the air introduced from the outlet of the air blower 120.

상기 공기 냉각기(160)는 상기 바이패스관(140)을 통해 상기 에어 블로어(120)의 입구측으로 바이패스된 공기의 압력 상승에 의해 공기의 온도가 상승될 경우, 상기 바이패스관(140)으로 유입되는 공기를 냉각시켜 상기 에어 블로어(120)의 입구측으로 순환시킴으로써, 상기 연료전지 스택(130)으로 투입되는 공기의 온도가 상승되는 것을 억제한다.When the temperature of the air is increased by the pressure of the air bypassed to the inlet of the air blower 120 through the bypass pipe 140, the air cooler 160 is connected to the bypass pipe 140 The temperature of the air introduced into the fuel cell stack 130 is prevented from rising by cooling the introduced air to the inlet side of the air blower 120.

이때, 상기 공기 냉각기(160)는 상기 바이패스관(140)에서 상기 바이패스 밸브(150) 보다 앞쪽에 설치되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the air cooler 160 is installed in the bypass pipe 140 in front of the bypass valve 150.

상기한 구성에 의해 본 발명의 연료 전지 시스템의 정상 작동 시에는 상기 바이패스 밸브(150)를 닫아 상기 에어 블로어(120)의 출구측에서 입구측으로 바이패스시키는 공기의 유입을 차단함으로써, 상기 유량계(100)를 통해 유입되는 공기의 유량이 그대로 연료전지 스택(130)으로 공급되도록 한다.The bypass valve 150 is closed to block the inflow of air that is bypassed from the outlet side of the air blower 120 to the inlet side during normal operation of the fuel cell system according to the present invention, 100 to be supplied to the fuel cell stack 130 as it is.

도 2는 본 실시예에 따른 공기 공급장치의 가압 작동 상태를 나타낸다.2 shows a pressurized operation state of the air supply apparatus according to the present embodiment.

도시된 바와 같이, 연료전지 시스템으로 공기를 공급하는 상기 에어 블로어(120)의 가압 작동이 필요로 되는 경우, 즉, 상기 에어 블로어(120)가 고압/저유량의 작동 조건에 있는 경우에는 상기 바이패스 밸브(150)를 열어 상기 에어 블로어(120)를 통해 연료전지 스택으로 공급되는 공기 유량(Q1) 중의 일부 유량(Q2)을 상기 에어 블로어(120)의 입구측으로 바이패스시키도록 한다.When the air blower 120 for supplying air to the fuel cell system is required to be pressed, that is, when the air blower 120 is in the operating condition of a high pressure / low flow rate, Pass valve 150 is opened to allow a part of the flow rate Q2 of the air flow rate Q1 supplied to the fuel cell stack through the air blower 120 to be bypassed to the inlet side of the air blower 120. [

이때, 상기 바이패스관(140)을 통해 바이패스되는 유량(Q2)에 의해 상기 유량계(100)를 통해 유입되는 공기 유량(Q1)이 그대로 유지되어, 상기 연료전지 스택으로 공급된다.At this time, the air flow rate Q1 flowing through the flow meter 100 is maintained by the flow rate Q2 bypassed through the bypass pipe 140, and is supplied to the fuel cell stack.

그리고, 상기 에어 블로어(120)의 입구측은 상기 유량계(100)를 통해 유입되는 공기 유량(Q1)에 출구측으로부터 바이패스된 유량(Q2)가 추가되어 가압됨으로써, 상기 에어 블로어(120)를 고압/저유량 조건으로 작동될 수 있도록 한다.The flow rate Q2 bypassed from the outlet side is added to the air flow rate Q1 flowing through the flow meter 100 at the inlet side of the air blower 120 so that the air blower 120 is pressurized at a high pressure / Low flow rate conditions.

도 3은 본 실시예에 따른 공기 공급장치의 작용에 따른 에어 블로어의 압력과 유량에 대한 관계를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the relationship between the pressure and the flow rate of the air blower according to the operation of the air supply device according to the present embodiment.

도시된 바와 같이, 상기 에어 블로어의 입구측에 바이패스된 Q2의 공기 유량을 추가하여, 상기 에어 블로어의 압력이 Q1에서 Q1'으로 증가하게 되면, 상기 에어 블로어의 작동 가능영역이 P2에서 P1으로 확대되어, 연료전지 시스템에서 요구되는 압력으로 운전을 가능하게 한다.As shown, the air flow rate of Q2 bypassed to the inlet side of the air blower is added so that when the pressure of the air blower increases from Q1 to Q1 ', the operable area of the air blower changes from P2 to P1 Thereby enabling operation at a pressure required in the fuel cell system.

따라서, 상기 에어 블로어(120)의 고압/저유량 작동 조건에서 연료전지 스택(130)에 공급되는 유량은 유지하면서 상기 에어 블로어(120)로 유입되는 공기의 유량만을 높여줌으로써, 상기 에어 블로어(120)를 강제 승압에 따른 서지 발생을 억제할 수 있으며, 이를 통해 연료전지 시스템에 필요로 되는 최적의 공기 유량을 공급하여, 연료전지 스택이 건조되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.Therefore, by increasing the flow rate of the air flowing into the air blower 120 while maintaining the flow rate supplied to the fuel cell stack 130 under the high pressure / low flow rate operating condition of the air blower 120, the air blower 120 ), It is possible to suppress the occurrence of surge due to the forced boosting, and thereby, the optimal air flow rate required for the fuel cell system can be supplied to effectively prevent the fuel cell stack from being dried.

또한, 연료전지 스택(130)에 공급되는 유량은 상기 바이패스관(140)으로 유입되는 유량과 동일하므로, 상기 바이패스관(140)으로 유입되는 공기의 유량을 측정하기 위한 별도 부품의 설치 없이, 1개의 유량계(100)로 최적의 공기 유량을 제어할 수 있으며, 이를 통해 부품 비용을 줄이고, 배관의 구성을 간단하게 할 수 있다.
Since the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell stack 130 is equal to the flow rate of the air flowing into the bypass pipe 140, , One flow meter (100) can control the optimum air flow rate, thereby reducing the component cost and simplifying the construction of the piping.

100: 유량계
110: 공기 공급관
120: 에어 블로어
130: 연료전지 스택
140: 바이패스관
150: 바이패스 밸브
160: 공기 냉각기
170: 배출 밸브100: Flowmeter
110: air supply pipe
120: Air blower
130: Fuel cell stack
140: bypass pipe
150: Bypass valve
160: air cooler
170: discharge valve

Claims (8)

유량계를 통해 유입량이 조절된 외부 공기를 연료전지의 스택으로 공급하는 에어 블로어;
상기 에어 블로어의 출구측으로 배출되는 공기의 일부를 상기 에어 블로어의 입구측으로 바이패스(BYPASS)시키는 바이패스관; 및
상기 바이패스관의 일측에 설치되어, 상기 에어 블로어의 입구측으로 바이패스되는 공기의 압력을 조절하는 바이패스 밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 공기 공급장치.
An air blower for supplying external air whose flow rate is controlled through a flow meter to a stack of fuel cells;
A bypass pipe for bypassing a part of the air discharged to the outlet side of the air blower to the inlet side of the air blower; And
A bypass valve installed at one side of the bypass pipe for adjusting a pressure of air bypassed to an inlet side of the air blower;
And an air supply unit for supplying air to the fuel cell system.
청구항 1에 있어서,
상기 바이패스관으로 유입되는 공기를 냉각시켜, 상기 에어 블로어의 입구측으로 바이패스되는 공기의 압력 상승 시 상기 연료전지 스택으로 투입되는 공기의 온도가 상승하는 것을 억제하는 공기 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 공기 공급장치.
The method according to claim 1,
And an air cooler for cooling the air flowing into the bypass pipe to suppress an increase in the temperature of the air introduced into the fuel cell stack when the pressure of the air bypassed to the inlet side of the air blower rises, Wherein the fuel cell system is a fuel cell system.
청구항 2에 있어서,
상기 공기 냉각기는 상기 바이패스관에서 상기 바이패스 밸브 보다 앞쪽에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 공기 공급장치.
The method of claim 2,
Wherein the air cooler is installed in front of the bypass valve in the bypass pipe.
청구항 2에 있어서,
상기 바이패스관은 상기 에어 블로어와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 공기 공급장치.
The method of claim 2,
Wherein the bypass pipe is formed integrally with the air blower.
청구항 2에 있어서,
상기 에어 블로어를 통해 상기 연료전지 스택으로 공급된 공기를 배출하는 배출관의 배출 압력을 조절하여, 상기 바이패스 밸브와 함께 상기 연료전지 스택으로 공급되는 공기의 유량을 조절하는 배출 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 공기 공급장치.
The method of claim 2,
And a discharge valve for regulating a discharge pressure of a discharge pipe for discharging the air supplied to the fuel cell stack through the air blower and adjusting a flow rate of air supplied to the fuel cell stack together with the bypass valve The air supply system of the fuel cell system.
연료전지 스택으로 공기를 공급하는 에어 블로어를 작동시키는 단계; 및
상기 에어 블로어로 유입되는 공기의 유량을 일정하게 유지한 상태로 상기 에어 블로어의 출구측으로 배출되는 공기를 상기 에어 블로어의 입구측으로 바이패스시켜 작동 압력을 조절하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 에어 블로어 압력 조절방법.
Operating an air blower to supply air to the fuel cell stack; And
Adjusting the operating pressure by bypassing the air discharged to the outlet side of the air blower to the inlet side of the air blower while maintaining the flow rate of air flowing into the air blower constant;
Wherein the air blower pressure adjusting method comprises the steps of:
청구항 6에 있어서,
상기 에어 블로어의 작동 압력을 조절하는 단계는 상기 연료전지 스택으로부터 배출되는 공기 유량을 동시에 조절하여 상기 연료전지 스택으로 공급되는 공기 유량과 상기 에어 블로어로 유입되는 공기 압력을 조절하는 것;
을 포함하는 연료전지 시스템의 에어 블로어 압력 조절방법.
The method of claim 6,
Wherein the step of adjusting the operating pressure of the air blower simultaneously regulates a flow rate of air discharged from the fuel cell stack to adjust an air flow rate supplied to the fuel cell stack and an air pressure introduced into the air blower;
Wherein the air blower pressure adjusting method comprises the steps of:
청구랑 6에 있어서,
상기 에어 블로어의 작동 압력을 조절하는 단계는 상기 에어 블로어의 입구측으로 바이패스되는 공기를 냉각시키는 것;
을 포함하는 연료전지 시스템의 에어 블로어 압력 조절방법.
In Claim 6,
Wherein adjusting the operating pressure of the air blower comprises: cooling the air bypassed to the inlet side of the air blower;
Wherein the air blower pressure adjusting method comprises the steps of:
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