KR20160041601A - Hydrogen Recirculation Apparatus and Method of Fuel Cell System for Vehicle - Google Patents

Hydrogen Recirculation Apparatus and Method of Fuel Cell System for Vehicle Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a hydrogen recirculation apparatus and method of a hydrogen fuel cell system for a vehicle to improve a ratio of hydrogen utilization. The hydrogen recirculation apparatus of a hydrogen fuel cell system for a vehicle includes a hydrogen supply part which supplies hydrogen; a fuel cell stack which generates fuel by using the supplied hydrogen; and a hydrogen recirculation blower which supplies the hydrogen supplied from the hydrogen supply part to the fuel cell stack and feeds back non-reacted hydrogen passing through the fuel cell stack to the fuel cell stack. So, the power consumption of the hydrogen recirculation blower can be reduced.

Description

차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치 및 방법{Hydrogen Recirculation Apparatus and Method of Fuel Cell System for Vehicle}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen recirculation apparatus for a vehicle,

본 발명은 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 차량용 수소 연료전지 시스템에서 수소 이용률을 향상시키기 위한 수소 재순환 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a hydrogen recirculation apparatus and method for a vehicular hydrogen fuel system, and more particularly, to a hydrogen recirculation apparatus and method for improving the hydrogen utilization rate in a vehicular hydrogen fuel cell system.

일반적으로 차량용 수소연료 시스템은 연료전지 스택의　성능확보 및 수명증대를 위해 전지반응에 필요한 양보다 더 많은 공기와 수소를 연료전지 스택에 공급되도록 하고 있다.Generally, a hydrogen fuel system for a vehicle is supplied with more air and hydrogen to the fuel cell stack than the amount required for a battery reaction in order to secure the performance and life of the fuel cell stack.

전술한 바와 같이, 연료전지 스택에 공급된 수소의 20~40%가 연료로 활용되지 못하고 연료전지 스택으로부터 배출되므로, 차량용 수소연료 시스템은 연료 효율이 낮다는 문제점이 있다.As described above, since 20 to 40% of the hydrogen supplied to the fuel cell stack is not utilized as fuel and is discharged from the fuel cell stack, there is a problem that the vehicular hydrogen fuel system has low fuel efficiency.

이러한 차량용 수소연료 시스템의 연료 효율이 낮다는 단점을 보완하고자 많은 연구가 활발히 진행되고 있다.Many studies have been actively carried out to compensate for the drawback that the fuel efficiency of such a hydrogen fuel system for vehicles is low.

즉, 근래에는 연료로 활용되지 못하고 연료전지 스택으로부터 배출되는 수소를 재순환시킴으로써, 차량용 수소연료 시스템의 연료 효율을 높이기 위한 많은 대책이 강구되고 있다.That is, in recent years, many measures have been taken to increase the fuel efficiency of the hydrogen fuel system for vehicles by recirculating the hydrogen discharged from the fuel cell stack without being utilized as fuel.

예컨대, 연료전지 자동차용 수소공급시스템의 핵심 부품인 수소 재순환장치로서, 이젝터를 활용하는 방안이 강구되고 있다.For example, as a hydrogen recirculation device, which is a core component of a hydrogen supply system for a fuel cell vehicle, a method of utilizing an ejector has been proposed.

이젝터는 블로어 방식에 비해 구조가 간단하고, 회전체가 없으므로 윤활유가 불필요하며, 소음 및 진동에 강하다. 또한 이젝터는 유지 보수가 간단하고, 수명이 길며, 냉시동 특성이 뛰어나다.The ejector is simpler in structure than the blower type and has no rotating body, so no lubricant is required, and it is resistant to noise and vibration. In addition, the ejector is easy to maintain, has a long life, and has excellent cold start characteristics.

그러나, 이젝터는 탈설계 성능이 낮아 작동 범위가 넓은 연료전지자동차용 수소공급시스템에 적용되기 어렵다는 단점이 있다.However, the ejector has a disadvantage that it is difficult to apply to a hydrogen supply system for a fuel cell vehicle having a wide operation range due to a low design performance.

반면, 블로어는 구동 회전수를 변경함으로써, 탈설계 성능을 만족할 수 있는 장점이 있다.On the other hand, the blower has an advantage in that it can satisfy the off-design performance by changing the driving rotation speed.

따라서, 이젝터와 블로어의 각 단점을 보완하기 위해 이젝터와 블로어의 장점만을 활용한 수소 재순환 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Therefore, in order to compensate for the disadvantages of the ejector and the blower, researches on the hydrogen recirculation system utilizing only the advantages of the ejector and the blower are actively conducted.

예컨대, 도 1은 이젝터와 블로어가 동시에 적용된 종래의 수소 재순환 장치에 대한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 수소 재순환 장치는 이젝터(10) 및 수소 재순환 블로어(20)를 포함하고, 이젝터(10) 및 수소 재순환 블로어(20)의 장점만을 활용하여 연료전지 자동차용 수소공급시스템의 연료 효율을 높이고자 하였다.For example, FIG. 1 is a view of a conventional hydrogen recirculation apparatus in which an ejector and a blower are simultaneously applied. 1, the conventional hydrogen recirculation apparatus includes an ejector 10 and a hydrogen recirculation blower 20, and utilizes only the advantages of the ejector 10 and the hydrogen recirculation blower 20, To increase the fuel efficiency of the supply system.

이젝터(10)는 수소 공급부(40)로부터 순수한 수소를 공급받는다. 이젝터(10)는 수소 공급부(40)로부터 공급받은 순수한 수소를 연료전지 스택(30)에 공급한다.The ejector 10 receives pure hydrogen from the hydrogen supply unit 40. The ejector 10 supplies pure hydrogen supplied from the hydrogen supply unit 40 to the fuel cell stack 30. [

연료전지 스택(30)은 이젝터(10)로부터 공급받은 순수한 수로를 전기/화학 반응한 후 잔류 수소를 수소 가습기(50)를 거쳐 수소 재순환 블로어(20)에 전달한다.The fuel cell stack 30 electrochemically reacts with the pure water supplied from the ejector 10 and transfers the residual hydrogen to the hydrogen recycle blower 20 via the hydrogen humidifier 50.

수소 재순환 블로어(20)는 연료전지 스택(30)으로부터 전달된 잔류 수소를 펌핑하여 이젝터(10)에 전달한다.The hydrogen recirculation blower 20 pumps the residual hydrogen transferred from the fuel cell stack 30 to the ejector 10.

이젝터(10)는 수소 재순환 블로어(20)로부터 전달된 잔류 수소를 다시 연료전지 스택(30)에 재공급한다.The ejector 10 re-supplies the residual hydrogen delivered from the hydrogen recirculation blower 20 to the fuel cell stack 30 again.

그러나, 이러한 방식, 즉 이젝터(10)와 수소 재순환 블로어(20)의 장점만을 활용한 방식에 있어서도 수소 재순환용량을 증대시키기 위해서는 수소 재순환 블로어(20)의 구동에 많은 동력이 소모되므로, 연료전지 스택(30)에서 발생시키는 동력을 많이 소모한다는 문제점이 있다.However, even in the system utilizing only the advantages of this method, that is, the advantages of the ejector 10 and the hydrogen recirculation blower 20, much power is consumed for driving the hydrogen recirculation blower 20 to increase the hydrogen recirculation capacity, There is a problem that a large amount of power is generated in the battery 30.

동시에 이러한 방식은 수소 재순환 블로어(20)를 구동하는 모터 및 수소 재순환 블로어(20)에 과부하가 걸려 내구성에도 문제가 발생할 수 있다.At the same time, this method may cause a problem in durability because the motor for driving the hydrogen recirculation blower 20 and the hydrogen recirculation blower 20 are overloaded.

또한, 이러한 방식은 수소 재순환 블로어(20)가 대형화되어 작업공간을 많이 차지하게 되어 이에 따라 제작비용까지 증대된다는 문제점이 있다.Also, this method has a problem that the hydrogen recirculation blower 20 is enlarged to occupy a large amount of work space, thereby increasing manufacturing costs.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고압의 수소용기에 저장된 수소를 이용하여 수소 재순환 블로어의 소비 전력을 감소시킬 수 있는 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a hydrogen recirculation apparatus and method of a hydrogen fuel system for a vehicle capable of reducing power consumption of a hydrogen recirculation blower using hydrogen stored in a high- .

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치는 수소를 공급하는 수소 공급부; 공급된 수소를 이용하여 연료를 생성하는 연료전지 스택; 및 상기 수소 공급부로부터 공급된 수소를 상기 연료전지 스택에 공급하고, 상기 연료전지 스택을 통과한 미반응 수소를 상기 연료전지 스택에 다시 공급하는 수소 재순환 블로어를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a hydrogen recirculation system for a vehicular hydrogen fuel system, comprising: a hydrogen supply unit for supplying hydrogen; A fuel cell stack for generating fuel using supplied hydrogen; And a hydrogen recirculation blower for supplying hydrogen supplied from the hydrogen supply unit to the fuel cell stack and supplying unreacted hydrogen through the fuel cell stack to the fuel cell stack again.

상기 수소 재순환 블로어는, 상기 수소 공급부로부터 공급된 수소를 이용하여 구동하고 상기 연료전지 스택에 공급하는 터빈; 일측이 상기 터빈에 연결되어 상기 터빈의 구동에 따라 구동하고, 상기 미반응 수소를 다시 상기 연료전지 스택에 공급하는 임펠러; 및 회전시 상기 수소 공급부로부터 공급된 수소 및 상기 터빈의 구동력을 이용하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the hydrogen recirculation blower includes: a turbine that is driven using hydrogen supplied from the hydrogen supply unit and supplies the hydrogen to the fuel cell stack; An impeller having one side connected to the turbine and driven according to the driving of the turbine and supplying the unreacted hydrogen to the fuel cell stack again; And a motor that uses the hydrogen supplied from the hydrogen supply unit and the driving force of the turbine during rotation.

상기 모터는 상기 터빈의 회전수(구동력)가 기설정된 회전수보다 작을 경우 상기 터빈의 부족한 구동력만큼 별도의 전원장치로부터 전원을 인가받아 회전하는 것을 특징으로 한다.And the motor is rotated by receiving power from a separate power source apparatus as much as the insufficient driving force of the turbine when the rotational speed (driving force) of the turbine is less than a preset rotational speed.

상기 임펠러는 다른 측이 상기 모터에 연결되어 상기 터빈의 구동과 더불어 상기 모터의 구동에 따라 구동하는 것을 특징으로 한다.And the other side of the impeller is connected to the motor so that the impeller is driven according to the driving of the motor together with the driving of the turbine.

상기 수소 재순환 블로어는 상기 터빈이 상기 수소 공급부로부터 공급된 공급 수소를 이용하여 회전시 상기 터빈의 회전수가 기설정된 요구 회전수보다 클 경우, 상기 터빈의 잉여 회전을 이용하여 발전하며 별도의 전원장치를 충전시키는 것을 특징으로 한다.The hydrogen recirculation blower is generated by using the surplus rotation of the turbine when the turbine rotation speed is greater than a predetermined required rotation speed when the turbine rotates using the supplied hydrogen supplied from the hydrogen supply unit, Is charged.

본 발명의 다른 면에 따른 수소 재순환 블로어를 포함하는 수소 재순환 장치의 수소 재순환 방법은 상기 수소 재순환 블로어가 상기 수소 공급부로부터 공급된 수소를 상기 연료전지 스택에 공급하는 단계; 및 상기 연료전지 스택을 통과한 미반응 수소를 상기 연료전지 스택에 다시 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a hydrogen recirculation method of a hydrogen recirculation apparatus including a hydrogen recirculation blower, the hydrogen recirculation blower including: supplying hydrogen supplied from the hydrogen supply unit to the fuel cell stack; And supplying unreacted hydrogen through the fuel cell stack to the fuel cell stack again.

상기 연료전지 스택에 다시 공급하는 단계는, 상기 수소 재순환 블로어의 터빈이 상기 수소 공급부로부터 수소를 공급받아 구동하며 상기 연료전지 스택에 공급하는 단계; 일측이 상기 터빈에 연결된 상기 수소 재순환 블로어의 임펠러가 상기 터빈의 구동에 따라 구동하며 상기 미반응 수소를 다시 상기 연료전지 스택에 공급하는 단계; 및 상기 수소 재순환 블로어의 모터가 상기 수소 공급부로부터 공급된 수소 및 상기 터빈의 구동력을 이용하여 회전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the step of supplying the hydrogen to the fuel cell stack further comprises supplying hydrogen to the hydrogen recirculation blower from the hydrogen supply unit and supplying the hydrogen to the fuel cell stack; The impeller of the hydrogen recirculation blower having one side connected to the turbine is driven according to the driving of the turbine and the unreacted hydrogen is supplied to the fuel cell stack again; And rotating the motor of the hydrogen recirculation blower using the hydrogen supplied from the hydrogen supply unit and the driving force of the turbine.

상기 터빈의 구동력을 이용하여 회전하는 단계는, 상기 터빈의 회전수(구동력)가 기설정된 회전수보다 작을 경우, 상기 모터가 상기 터빈의 부족한 구동력만큼 별도의 전원장치로부터 전원을 인가받아 회전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step of rotating using the driving force of the turbine includes the steps of: when the rotational speed (driving force) of the turbine is smaller than a predetermined rotational speed, the motor is rotated by receiving power from a separate power source apparatus by the insufficient driving force of the turbine And a control unit.

상기 다시 상기 연료전지 스택에 공급하는 단계는, 다른 측이 상기 모터에 연결된 상기 임펠러가 상기 터빈의 구동과 더불어 상기 모터의 구동에 따라 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And the step of supplying the fuel cell stack again includes driving the impeller connected to the motor on the other side in accordance with the driving of the motor together with the driving of the turbine.

상기 공급수소를 상기 연료전지 스택에 공급하는 단계는, 상기 터빈이 상기 수소 공급부로부터 공급된 공급 수소를 이용하여 회전시 상기 터빈의 회전수가 기설정된 요구 회전수보다 클 경우, 상기 터빈의 잉여 회전을 이용하여 발전하는 단계; 및 발전된 전원을 이용하여 상기 별도의 전원장치를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the step of supplying the supplied hydrogen to the fuel cell stack includes the steps of: when the rotational speed of the turbine is greater than a predetermined required rotational speed when the turbine rotates using the supplied hydrogen supplied from the hydrogen supply unit, Developing using; And charging the separate power source device using the developed power source.

본 발명에 따르면, 고압의 수소를 이용하여 수소 재순환 블로어의 구동을 보조할 수 있어서, 수소 재순환 블로어의 소비 전력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to assist the driving of the hydrogen recirculation blower using high-pressure hydrogen, thereby reducing the power consumption of the hydrogen recycling blower.

또한 수소의 재순환 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, there is an advantage that the recirculation performance of hydrogen can be improved.

도 1은 이젝터와 블로어가 동시에 적용된 종래의 수소 재순환 장치에 대한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치를 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 수소 재순환 블로어를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 재순환 장치의 수소 재순환 방법을 나타낸 흐름도.1 is a view of a conventional hydrogen recirculation apparatus to which an ejector and a blower are simultaneously applied.
2 shows a hydrogen recirculation system for a hydrogen fuel system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 shows the hydrogen recirculation blower of FIG. 2;
4 is a flowchart illustrating a hydrogen recirculation method of a hydrogen recirculation apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. And is intended to enable a person skilled in the art to readily understand the scope of the invention, and the invention is defined by the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that " comprises, " or "comprising," as used herein, means the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Do not exclude the addition.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치를 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 수소 재순환 블로어를 나타낸 도면이다.Hereinafter, a hydrogen recirculation system for a vehicular hydrogen fuel system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. FIG. 2 is a view showing a hydrogen recirculation system of a hydrogen fuel system for a vehicle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view showing the hydrogen recirculation blower of FIG.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치(100)는 수소 공급부(110), 수소 재순환 블로어(120), 이젝터(130) 및 연료전지 스택(140)을 포함한다. 2, the hydrogen recirculation apparatus 100 of the hydrogen fuel system for a vehicle according to an embodiment of the present invention includes a hydrogen supply unit 110, a hydrogen recirculation blower 120, an ejector 130, and a fuel cell stack 140).

수소 공급부(110)는 설정된 요구 출력에 따라 공급 밸부가 조절되면, 조절된 공급 밸부에 따라 수소를 수소 재순환 불로어(120)에 공급한다.The hydrogen supply unit 110 supplies hydrogen to the hydrogen recycle valve 120 in accordance with the regulated supply valve when the supply valve is adjusted according to the set demand output.

예컨대, 수소 공급부(110)는 요구 출력이 제1 요구 출력으로 설정되고, 설정된 제1 요구 출력에 따라 공급 밸부가 제1 위치로 조절되면, 제1 위치로 조절된 공급 밸부에 따라 고압의 수소를 수소 재순환 블로어(120)에 공급한다. For example, when the required output is set to the first required output and the supply valve is adjusted to the first position according to the set first required output, the hydrogen supply unit 110 supplies the high-pressure hydrogen according to the supply valve adjusted to the first position And supplies it to the hydrogen recirculation blower 120.

또한, 수소 공급부(110)는 요구 출력이 제2 요구 출력으로 설정되고, 설정된 제2 요구 출력에 따라 공급 밸부가 제2 위치로 조절되면, 제2 위치로 조절된 공급 밸부에 따라 저압의 수소를 수소 재순환 블로어(120)에 공급한다. In addition, when the demanded output is set to the second required output and the supply valve is adjusted to the second position according to the set second demand output, the hydrogen supply unit 110 supplies low-pressure hydrogen according to the supply valve adjusted to the second position And supplies it to the hydrogen recirculation blower 120.

본 발명은 고압의 수소를 이용하여 수소 재순환 블로어(120)의 소비 전력을 감소시키기 위한 것이므로, 본 발명의 이러한 취지에 따라 이하에서는 수소 재순환 블로어(120)가 고압의 수소를 이용할 수 있도록 한다.According to the present invention, hydrogen recirculation blower 120 can utilize high-pressure hydrogen because the present invention is intended to reduce the power consumption of hydrogen recirculation blower 120 by using high-pressure hydrogen.

여기서 설정된 요구 출력은 제1 요구 출력인 것으로 예를 들어 설명한다.The request output set here is the first required output, for example.

수소 재순환 블로어(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 터빈(111), 임펠러(112) 및 모터(113)를 포함한다.The hydrogen recirculation blower 120 includes a turbine 111, an impeller 112 and a motor 113, as shown in Fig.

터빈(111)은 수소 공급부(110)로부터 공급된 수소(이하, "공급 수소"라 함)를 이용하여 구동한다. The turbine 111 is driven using hydrogen supplied from the hydrogen supply unit 110 (hereinafter referred to as "supplied hydrogen").

예컨대, 터빈(111)은 공급수소 입구를 통해 공급 수소가 공급되면, 공급된 공급 수소를 이용하여 회전한다. 또한 터빈(111)은 회전하면서 공급수소 출구를 통해 공급수소를 이젝터(130)에 전달한다. For example, the turbine 111 rotates using supplied hydrogen when supplied hydrogen is supplied through the feed hydrogen inlet. The turbine 111 also rotates and delivers the feed hydrogen to the ejector 130 through the feed hydrogen outlet.

이젝터(130)는 터빈(111)으로부터 공급수소 출구를 통해 펌핑된 공급수소를 연료전지 스택(140)에 공급한다.The ejector 130 supplies the feed hydrogen pumped from the turbine 111 via the feed hydrogen outlet to the fuel cell stack 140.

임펠러(112)는 일측이 터빈(111)과 연결되고, 다른 측이 모터(113)에 연결된다. 임펠러(112)는 터빈(111)의 회전에 따라 구동하며, 또한 모터(113)의 회전에 따라 구동한다.One side of the impeller 112 is connected to the turbine 111, and the other side is connected to the motor 113. The impeller 112 is driven in accordance with the rotation of the turbine 111 and is driven in accordance with the rotation of the motor 113.

전술한 바와 같이, 임펠러(112)는 터빈(111)과 모터(113)의 회전에 따라 구동하며, 연료전지 스택(140)으로부터 재순환 입구를 통해 전달된 수소(이하, "재순환 수소"라 함)를 압축한다. 임펠러(112)는 압축된 재순환 수소를 펌핑하여 재순환 출구를 통해 이젝터(130)에 전달한다.As described above, the impeller 112 is driven in accordance with the rotation of the turbine 111 and the motor 113, and the hydrogen (hereinafter referred to as "recirculated hydrogen "), which is transferred from the fuel cell stack 140 through the recirculation inlet, . The impeller 112 pumps the compressed recycle hydrogen and delivers it to the ejector 130 through the recirculation outlet.

이젝터(130)는 임펠러(112)로부터 재순환 출구를 통해 펌핑된 재순환 수소를 다시 연료전지 스택(140)에 공급한다.The ejector 130 supplies the recycled hydrogen pumped from the impeller 112 through the recirculation outlet to the fuel cell stack 140 again.

모터(113)는 회전시 수소 공급부(110)로부터 공급된 고압의 수소 및 터빈(111)의 구동력을 이용한다.The motor 113 uses the driving force of the high-pressure hydrogen and the turbine 111 supplied from the hydrogen supply unit 110 during the rotation.

또한 모터(113)는 터빈(111)의 회전수(구동력)가 기설정된 요구 회전수보다 작을 경우, 터빈(111)의 구동력 부족분만큼 차량용 배터리의 전기를 이용하여 회전한다.When the rotational speed (driving force) of the turbine 111 is smaller than the predetermined required rotational speed, the motor 113 rotates using the electric power of the vehicle battery as much as the driving force of the turbine 111.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치(100)는 수소 재순환 블로어(120)가 수소 공급부(110)로부터 공급된 고압의 수소를 이용하여 터빈(111)을 구동시키고, 구동된 터빈(111)이 공급 수소를 펌핑하여 이젝터(130)를 통해 연료전지 스택(140)에 공급하는 것이다.As described above, the hydrogen recirculation apparatus 100 of the hydrogen fuel system for vehicles according to the embodiment of the present invention is configured such that the hydrogen recirculation blower 120 uses the high-pressure hydrogen supplied from the hydrogen supply unit 110, And the driven turbine 111 pumps the supplied hydrogen and supplies the fuel to the fuel cell stack 140 through the ejector 130. [

또한 수소 재순환 블로어(120)가 터빈(111) 및 모터(113)의 회전에 따라 임펠러(112)를 구동시키며, 구동된 임펠러(112)가 연료전지 스택(140)으로부터 공급된 재순환 수소를 펌핑하여 이젝터(130)를 통해 연료전지 스택(140)에 다시 공급하는 것이다. The hydrogen recirculation blower 120 drives the impeller 112 in accordance with the rotation of the turbine 111 and the motor 113 and the driven impeller 112 pumps the recycled hydrogen supplied from the fuel cell stack 140 And supplies it again to the fuel cell stack 140 through the ejector 130.

이처럼, 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치(100)는 수고 공급부(110)로부터 공급된 공급 수소를 이용하여 수소 재순환 블로어(120)를 가동시켜 공급 수소 및 재순환 수소를 연료전지 스택(140)에 공급할 수 있어서, 연료전지 스택(140)의 출력을 최소한으로 사용하면서 동시에 차량용 수소연료 시스템의 수소 효율을 높일 수 있는 것이다.As described above, the hydrogen recirculation apparatus 100 of the hydrogen fuel system for vehicles according to the embodiment of the present invention activates the hydrogen recirculation blower 120 by using the supplied hydrogen supplied from the water supply unit 110, To the fuel cell stack 140 so that the hydrogen efficiency of the hydrogen fuel system of the vehicle can be increased at the same time while minimizing the output of the fuel cell stack 140. [

한편, 수소 재순환 블로어(120)는 터빈(111)이 수소 공급부(110)로부터 공급된 고압의 공급 수소를 이용하여 회전시 터빈(111)의 회전수가 기설정된 요구 회전수보다 클 경우, 별도의 전원 공급을 받지않고, 즉 차량용 배터리의 전원을 사용하지 않으며, 터빈(111)의 잉여 회전을 이용하여 발전함으로써 차량용 배터리를 충전시킬 수 있다.The hydrogen recirculation blower 120 is connected to the hydrogen recirculation blower 120 by a high pressure supply hydrogen supplied from the hydrogen supply unit 110. When the rotation speed of the turbine 111 is higher than a predetermined required rotation speed, It is possible to charge the vehicle battery by generating electricity by using the surplus rotation of the turbine 111 without using the power supply of the vehicle battery without using the power supply.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 재순환 장치의 수소 재순환 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 재순환 장치(100)의 수소 재순환 방법을 나타낸 흐름도이다.Hereinafter, a hydrogen recirculation method of the hydrogen recirculation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 is a flowchart illustrating a hydrogen recirculation method of the hydrogen recirculation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 수소 재순환 장치(100)는 수소 공급부(110)가 수소 재순환 블로어(120)에 수소를 공급하도록 한다(S400).As shown in FIG. 4, the hydrogen recirculation apparatus 100 allows the hydrogen supply unit 110 to supply hydrogen to the hydrogen recirculation blower 120 (S400).

수소 재순환 장치(100)는 연료전지 스택(140)의 요구출력이 제1 요구출력인지 제2 요구출력인지 여부를 확인한다(S401). 확인결과, 연료전지 스택(140)의 요구출력이 제1 요구출력이면, 수소 공급부(110)의 수소공급 밸브를 제1 위치로 조절한다(S402).The hydrogen recirculation apparatus 100 checks whether the required output of the fuel cell stack 140 is a first required output or a second required output (S401). As a result, if the required output of the fuel cell stack 140 is the first required output, the hydrogen supply valve of the hydrogen supply unit 110 is adjusted to the first position (S402).

전술한 바와 같이, 수소공급 밸브가 제1 위치로 조절됨에 따라 수소 공급부(110)는 수소 재순환 블로어(120)에 제1 수소 유량의 공급 수소를 공급한다(S403).As described above, as the hydrogen supply valve is adjusted to the first position, the hydrogen supply unit 110 supplies the supplied hydrogen of the first hydrogen flow rate to the hydrogen recirculation blower 120 (S403).

수소 재순환 블로어(120)의 터빈(111)은 수소 공급부(110)로부터 공급된 제1 수소 유량의 공급 수소를 이용하여 제1 터빈 구동력으로 회전한다(S404).The turbine 111 of the hydrogen recirculation blower 120 rotates by the first turbine driving force using the supplied hydrogen of the first hydrogen flow rate supplied from the hydrogen supply section 110 (S404).

수소 재순환 장치(100)는 터빈(111)의 회전수가 기설정된 수소 블로어 요구 rpm(회전수)을 초과하지 않았는지 여부를 확인한다(S405).The hydrogen recirculation apparatus 100 confirms whether the rotational speed of the turbine 111 does not exceed a predetermined hydrogen blower demand rpm (rotational speed) (S405).

확인결과, 터빈(111)의 회전수가 기설정된 수소 블로어 요구 회전수를 초과한 경우, 수소 재순환 장치(100)는 초과한 회전수, 즉 잉여 구동력을 이용하여 발전을 한다(S406). 수소 재순환 장치(100)는 발전에 따른 전기를 이용하여 차량용 배터리를 충전한다(S407).As a result, if the rotational speed of the turbine 111 exceeds the predetermined number of revolutions of the hydrogen blower, the hydrogen recirculation apparatus 100 generates electric power by using the excess rotational speed, i.e., surplus driving force (S406). The hydrogen recirculation apparatus 100 charges the vehicle battery using electric power according to the power generation (S407).

그러나, 확인결과, 터빈(111)의 회전수(구동력)가 기설정된 수소 블로어 요구 회전수를 초과하지 않은 경우, 수소 재순환 장치(100)는 터빈(111)의 구동력 부족분 만큼 수소 재순환 블로어(120)의 모터(113)를 제1 수소 블로어 모터 구동력으로 구동시킨다(S408).However, if the rotational speed (driving force) of the turbine 111 does not exceed the predetermined number of revolutions of the hydrogen blower, the hydrogen recirculation apparatus 100 can reduce the driving force of the hydrogen recirculation blower 120 by the driving force of the turbine 111, The motor 113 is driven by the first hydrogen blower motor driving force (S408).

그런 다음, 수소 재순환 장치(100)는 연료전지 스택(140)으로부터 전달된 수소를 재순환한다(S413).Then, the hydrogen recirculation apparatus 100 recirculates the hydrogen delivered from the fuel cell stack 140 (S413).

예컨대, 수소 재순환 블로어(120)의 임펠러(112)는 터빈(111)과 모터(113)의 회전에 따라 구동하며, 연료전지 스택(140)으로부터 재순환 입구를 통해 전달된 수소(이하, "재순환 수소"라 함)를 압축한다. 임펠러(112)는 압축된 재순환 수소를 펌핑하여 재순환 출구를 통해 이젝터(130)에 전달한다. 이젝터(130)는 임펠러(112)로부터 재순환 출구를 통해 펌핑된 재순환 수소를 다시 연료전지 스택(140)에 공급한다.For example, the impeller 112 of the hydrogen recirculation blower 120 is driven in accordance with the rotation of the turbine 111 and the motor 113, and the hydrogen transferred from the fuel cell stack 140 through the recirculation inlet Quot;). The impeller 112 pumps the compressed recycle hydrogen and delivers it to the ejector 130 through the recirculation outlet. The ejector 130 supplies the recycled hydrogen pumped from the impeller 112 through the recirculation outlet to the fuel cell stack 140 again.

단계(S401) 확인결과, 연료전지 스택(140)의 요구출력이 제2 요구출력이면, 수소 재순환 장치(100)는 수소 공급부(110)의 수소공급 밸브를 제2 위치로 조절한다(S409).If it is determined in step S401 that the required output of the fuel cell stack 140 is the second required output, the hydrogen recirculation apparatus 100 adjusts the hydrogen supply valve of the hydrogen supply unit 110 to the second position (S409).

전술한 바와 같이, 수소공급 밸브가 제2 위치로 조절됨에 따라 수소 공급부(110)는 수소 재순환 블로어(120)에 제2 수소 유량의 공급 수소를 공급한다(S410).As described above, as the hydrogen supply valve is adjusted to the second position, the hydrogen supply unit 110 supplies the supplied hydrogen of the second hydrogen flow rate to the hydrogen recirculation blower 120 (S410).

수소 재순환 블로어(120)의 터빈(111)은 수소 공급부(110)로부터 공급된 제2 수소 유량의 공급 수소를 이용하여 제2 터빈 구동력으로 회전한다(S411).The turbine 111 of the hydrogen recirculation blower 120 rotates by the second turbine driving force using the supplied hydrogen of the second hydrogen flow rate supplied from the hydrogen supply section 110 (S411).

수소 재순환 장치(100)는 수소 재순환 블로어(120)의 모터(113)를 제2 수소 블로어 모터 구동력으로 구동시킨다(S412).The hydrogen recirculation apparatus 100 drives the motor 113 of the hydrogen recirculation blower 120 by the driving force of the second hydrogen blower motor (S412).

그런 다음, 수소 재순환 장치(100)는 연료전지 스택(140)으로부터 전달된 수소를 재순환한다(S413). Then, the hydrogen recirculation apparatus 100 recirculates the hydrogen delivered from the fuel cell stack 140 (S413).

이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

100 : 수소 재순환 장치 110 : 수소 공급부
120 : 수소 재순환 블로어 130 : 이젝터
140 : 연료전시 스택 100: hydrogen recirculation device 110: hydrogen supply part
120: hydrogen recirculation blower 130: ejector
140: fuel display stack

Claims (10)

차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치에 있어서,
수소를 공급하는 수소 공급부;
공급된 수소를 이용하여 연료를 생성하는 연료전지 스택; 및
상기 수소 공급부로부터 공급된 수소를 상기 연료전지 스택에 공급하고, 상기 연료전지 스택을 통과한 미반응 수소를 상기 연료전지 스택에 피드백하는 수소 재순환 블로어
를 포함하는 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치.A hydrogen recirculation system for a vehicular hydrogen fuel system,
A hydrogen supply unit for supplying hydrogen;
A fuel cell stack for generating fuel using supplied hydrogen; And
A hydrogen recirculation blower for feeding hydrogen supplied from the hydrogen supply unit to the fuel cell stack and feeding unreacted hydrogen through the fuel cell stack to the fuel cell stack;
And a hydrogen recirculation unit for recirculating the hydrogen gas. 제1항에 있어서, 상기 수소 재순환 블로어는,
상기 수소 공급부로부터 공급된 수소를 이용하여 구동하고 상기 연료전지 스택에 공급하는 터빈;
일측이 상기 터빈에 연결되어 상기 터빈의 구동에 따라 구동하고, 상기 미반응 수소를 상기 연료전지 스택에 피드백하는 임펠러; 및
회전시 상기 수소 공급부로부터 공급된 수소 및 상기 터빈의 구동력을 이용하는 모터를 포함하는 것
인 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치.The hydrogen recirculation blower according to claim 1,
A turbine that is driven using hydrogen supplied from the hydrogen supply unit and supplies the hydrogen to the fuel cell stack;
An impeller having one side connected to the turbine and driven according to the driving of the turbine and feeding back the unreacted hydrogen to the fuel cell stack; And
And a motor that uses the hydrogen supplied from the hydrogen supply unit and the driving force of the turbine during rotation
Hydrogen recirculation system for a vehicle hydrogen fuel system. 제2항에 있어서,
상기 모터는 상기 터빈의 회전수(구동력)가 기설정된 회전수보다 작을 경우 상기 터빈의 부족한 구동력만큼 별도의 전원장치로부터 전원을 인가받아 회전하는 것
인 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치.3. The method of claim 2,
The motor is rotated by receiving power from a separate power source device as much as the insufficient driving force of the turbine when the rotational speed (driving force) of the turbine is smaller than a predetermined rotational speed
Hydrogen recirculation system for a vehicle hydrogen fuel system. 제2항에 있어서,
상기 임펠러는 다른 측이 상기 모터에 연결되어 상기 터빈의 구동과 더불어 상기 모터의 구동에 따라 구동하는 것
인 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치.3. The method of claim 2,
And the other side of the impeller is connected to the motor to drive the turbine,
Hydrogen recirculation system for a vehicle hydrogen fuel system. 제1항에 있어서,
상기 수소 재순환 블로어는 상기 터빈이 상기 수소 공급부로부터 공급된 수소를 이용하여 회전시 상기 터빈의 회전수가 기설정된 요구 회전수보다 클 경우, 상기 터빈의 잉여 회전을 이용하여 발전하며 별도의 전원장치를 충전시키는 것
인 차량용 수소연료 시스템의 수소 재순환 장치.The method according to claim 1,
The hydrogen recirculation blower is configured to generate electricity by using the surplus rotation of the turbine when the turbine rotation speed is greater than a predetermined required rotation speed when the turbine rotates using the hydrogen supplied from the hydrogen supply unit, To do
Hydrogen recirculation system for a vehicle hydrogen fuel system. 수소 공급부, 연료전지 스택 및 수소 재순환 블로어를 포함하는 수소 재순환 장치의 수소 재순환 방법에 있어서,
상기 수소 재순환 블로어가 상기 수소 공급부로부터 공급된 수소를 상기 연료전지 스택에 공급하는 단계; 및
상기 연료전지 스택을 통과한 미반응 수소를 상기 연료전지 스택에 피드백하는 단계
를 포함하는 수소 재순환 장치의 수소 재순환 방법.A hydrogen recirculation method of a hydrogen recirculation apparatus including a hydrogen supply unit, a fuel cell stack, and a hydrogen recirculation blower,
The hydrogen recirculation blower supplying hydrogen supplied from the hydrogen supply unit to the fuel cell stack; And
Feeding back unreacted hydrogen through the fuel cell stack to the fuel cell stack
/ RTI > The hydrogen recirculation method of claim 1, 제6항에 있어서, 상기 연료전지 스택에 피드백하는 단계는,
상기 수소 재순환 블로어의 터빈이 상기 수소 공급부로부터 수소를 공급받아 구동하며 상기 연료전지 스택에 공급하는 단계;
일측이 상기 터빈에 연결된 상기 수소 재순환 블로어의 임펠러가 상기 터빈의 구동에 따라 구동하며 상기 미반응 수소를 상기 연료전지 스택에 피드백하는 단계; 및
상기 수소 재순환 블로어의 모터가 상기 수소 공급부로부터 공급된 수소 및 상기 터빈의 구동력을 이용하여 회전하는 단계를 포함하는 것
인 수소 재순환 장치의 수소 재순환 방법.7. The method of claim 6, wherein feedback to the fuel cell stack comprises:
Supplying the hydrogen from the hydrogen supply unit to the turbine of the hydrogen recirculation blower and supplying the hydrogen to the fuel cell stack;
The impeller of the hydrogen recirculation blower having one side connected to the turbine is driven according to the driving of the turbine and the unreacted hydrogen is fed back to the fuel cell stack; And
And the motor of the hydrogen recirculation blower is rotated using the hydrogen supplied from the hydrogen supply unit and the driving force of the turbine
Hydrogen recirculation system. 제7항에 있어서, 상기 터빈의 구동력을 이용하여 회전하는 단계는,
상기 터빈의 회전수(구동력)가 기설정된 회전수보다 작을 경우, 상기 모터가 상기 터빈의 부족한 구동력만큼 별도의 전원장치로부터 전원을 인가받아 회전하는 단계를 포함하는 것
인 수소 재순환 장치의 수소 재순환 방법.The method as claimed in claim 7, wherein the rotating using the driving force of the turbine comprises:
And a step in which, when the number of revolutions (driving force) of the turbine is smaller than a preset number of revolutions, the motor is rotated by receiving power from a separate power supply unit by the insufficient driving force of the turbine
Hydrogen recirculation system. 제7항에 있어서, 상기 터빈의 구동에 따라 구동하며 상기 미반응 수소를 상기 연료전지 스택에 피드백하는 단계는,
다른 측이 상기 모터에 연결된 상기 임펠러가 상기 터빈의 구동과 더불어 상기 모터의 구동에 따라 구동하는 단계인 것
인 수소 재순환 장치의 수소 재순환 방법.8. The method of claim 7, wherein the step of feeding back the unreacted hydrogen to the fuel cell stack,
And the impeller connected to the motor at the other side is driven in accordance with the driving of the motor together with the driving of the turbine
Hydrogen recirculation system. 제6항에 있어서, 상기 수소를 상기 연료전지 스택에 공급하는 단계는,
상기 터빈이 상기 수소 공급부로부터 공급된 수소를 이용하여 회전시 상기 터빈의 회전수가 기설정된 요구 회전수보다 클 경우, 상기 터빈의 잉여 회전을 이용하여 발전하는 단계; 및
발전된 전원을 이용하여 상기 별도의 전원장치를 충전하는 단계를 포함하는 것
인 수소 재순환 장치의 수소 재순환 방법.




7. The method of claim 6, wherein supplying the hydrogen to the fuel cell stack comprises:
Generating power by using the surplus rotation of the turbine when the turbine rotation speed is greater than a predetermined required rotation speed when the turbine rotates using the hydrogen supplied from the hydrogen supply unit; And
And charging the separate power source device using the developed power source
Hydrogen recirculation system.




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