KR20220166059A - Fuel cell system - Google Patents

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KR20220166059A
KR20220166059A KR1020210074903A KR20210074903A KR20220166059A KR 20220166059 A KR20220166059 A KR 20220166059A KR 1020210074903 A KR1020210074903 A KR 1020210074903A KR 20210074903 A KR20210074903 A KR 20210074903A KR 20220166059 A KR20220166059 A KR 20220166059A
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우명남
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell system. The present invention comprises: a first line which passes through a fuel cell stack and through which cooling water circulates; a pump which is provided in the first line and in which cooling water flows; a radiator which is provided in the first line and cools cooling water; a second line which has one end connected to the first line between an inlet port of the pump and the radiator and the other end connected to the first line between an outlet port of the fuel cell stack and an inlet port of the radiator; a switching valve which is provided in the first line between the inlet port of the pump and the radiator, to which the one end of the second line is connected, and which switches a flow path of the cooling water to the radiator or the fuel cell stack; a bypass line which has one end connected to the first line between an outlet port of the radiator and the switching valve and the other end connected to the first line between the inlet port of the pump and the switching valve; and a bypass valve which is provided in the bypass line and optionally opens and closes the bypass line. Accordingly, it is possible to obtain the advantageous effect of suppressing overheating of the fuel cell stack and improving safety and reliability.

Description

연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}Fuel cell system {FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 연료전지 스택의 과열을 억제하고, 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system capable of suppressing overheating of a fuel cell stack and improving safety and reliability.

연료전지 시스템은 연속적으로 공급되는 연료의 화학적인 반응으로 전기에너지를 계속적으로 생산해 내는 시스템으로써, 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.A fuel cell system is a system that continuously produces electrical energy through a chemical reaction of continuously supplied fuel, and continuous research and development is being conducted as an alternative solution to global environmental problems.

연료전지 시스템은, 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물 관리 시스템(TMS:Thermal Management System)을 포함하여 구성된다.A fuel cell system includes a fuel cell stack that generates electrical energy, a fuel supply device that supplies fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, an air supply device that supplies air, an oxidant required for an electrochemical reaction, to the fuel cell stack, and a fuel cell. It is configured to include a heat and water management system (TMS: Thermal Management System) that removes the reaction heat of the stack to the outside of the system and controls the operating temperature of the fuel cell stack.

열 관리 시스템(TMS)은, 연료전지 스택을 냉각하는 냉각수가 순환하는 TMS 라인과, TMS 라인 상에 설치되어 냉각수를 가열하는 히터, TMS 라인 상에 설치되어 냉각수의 열을 외부로 방출하는 라디에이터, TMS 라인 상에 설치되어 냉각수를 이용하여 차량의 실내를 냉난방하는 공조유닛(예를 들어, 난방용 히터), 공조유닛을 통과한 냉각수에 포함된 이온을 필터링하는 이온 필터 등을 포함할 수 있다.The thermal management system (TMS) includes a TMS line through which coolant cooling the fuel cell stack circulates, a heater installed on the TMS line to heat the coolant, a radiator installed on the TMS line to dissipate heat of the coolant to the outside, An air conditioning unit installed on the TMS line to cool and heat the interior of the vehicle using coolant (eg, a heater for heating), an ion filter that filters ions included in the coolant that has passed through the air conditioner unit, and the like.

한편, TMS 라인에는, 연료전지 스택의 온도 등에 기초하여 TMS 라인을 따라 순환하는 냉각수가 라디에이터를 경유하거나 경유하지 않도록 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 전환하는 전환밸브가 마련된다.Meanwhile, a switching valve is provided in the TMS line to selectively switch the flow path of the cooling water so that the cooling water circulating along the TMS line passes through or does not pass through the radiator based on the temperature of the fuel cell stack or the like.

즉, 연료전지 스택의 온도가 기준 온도보다 높으면, 전환밸브는 냉각수가 라디에이터를 경유하게 함으로써 냉각된 냉각수를 연료전지 스택에 공급할 수 있다. 반면, 연료전지 스택의 온도가 기준 온도보다 낮으면, 전환밸브는 냉각수가 라디에이터를 경유하지 않고 곧바로 연료전지 스택에 공급되도록 할 수 있다.That is, when the temperature of the fuel cell stack is higher than the reference temperature, the switching valve allows the cooling water to pass through the radiator, thereby supplying the cooled cooling water to the fuel cell stack. On the other hand, when the temperature of the fuel cell stack is lower than the reference temperature, the switching valve can directly supply the cooling water to the fuel cell stack without passing through the radiator.

그런데, 기존에는 전환밸브의 이상 발생시(전환밸브의 고장 또는 오작동으로 인해 전환밸브가 차단될 시), 연료전지 스택의 냉각이 필요한 상태인데도 불구하고, 라디에이터를 경유한 냉각수를 연료전지 스택에 공급하기 어려운 문제점이 있다.However, in the past, when an abnormality occurs in the switching valve (when the switching valve is blocked due to a failure or malfunction of the switching valve), even though the fuel cell stack needs to be cooled, it is necessary to supply coolant to the fuel cell stack via the radiator. There are difficult problems.

이에 따라, 최근에는 전환밸브의 이상 발생시 라디에이터를 경유한 냉각수를 연료전지 스택으로 공급하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.Accordingly, in recent years, various researches have been conducted to supply coolant to the fuel cell stack via the radiator when an abnormality in the switching valve occurs, but it is still insufficient and development of this is required.

본 발명은 연료전지 스택의 과열을 억제하고, 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing overheating of a fuel cell stack and improving safety and reliability.

특히, 본 발명의 실시예는 전환밸브의 이상(고장) 발생 시, 연료전지 스택에 냉각수를 공급하는 페일 세이프티(fail safety) 기능을 수행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In particular, an object of an embodiment of the present invention is to perform a fail safety function of supplying cooling water to a fuel cell stack when an abnormality (failure) of a switching valve occurs.

또한, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택의 성능 및 작동 효율 저하를 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, embodiments of the present invention are aimed at minimizing deterioration in performance and operating efficiency of a fuel cell stack.

또한, 본 발명의 실시예는 밸브부재의 작동 안정성을 높이고, 연료전지 스택에 냉각수를 적시에 공급하는 것을 목적으로 한다.Further, an object of an embodiment of the present invention is to increase operation stability of a valve member and to supply cooling water to a fuel cell stack in a timely manner.

실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.The problem to be solved in the embodiment is not limited thereto, and it will be said that the solution to the problem described below or the purpose or effect that can be grasped from the embodiment is also included.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 연료전지 스택을 경유하며, 냉각수가 순환되는 제1라인; 제1라인에 마련되며, 냉각수를 유동시키는 펌프; 제1라인에 마련되며, 냉각수를 냉각하는 라디에이터; 일단은 펌프의 입구와 라디에이터의 사이에서 제1라인에 연결되고, 다른 일단은 연료전지 스택의 출구와 라디에이터의 입구의 사이에서 제1라인에 연결되는 제2라인; 펌프의 입구와 라디에이터의 사이에서 제1라인에 마련되며, 제2라인의 일단이 연결되고, 냉각수의 유동 경로를 라디에이터 또는 연료전지 스택으로 전환하는 전환밸브; 일단은 라디에이터의 출구와 전환밸브의 사이에서 제1라인에 연결되고, 다른 일단은 펌프의 입구와 전환밸브의 사이에서 제1라인에 연결되는 바이패스라인; 및 바이패스라인에 마련되며 바이패스라인을 선택적으로 개폐하는 바이패스밸브;를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above objects of the present invention, a fuel cell system, via a fuel cell stack, a first line through which cooling water is circulated; A pump provided in the first line and flowing cooling water; A radiator provided in the first line and cooling the cooling water; a second line having one end connected to the first line between the inlet of the pump and the radiator and the other end connected to the first line between the outlet of the fuel cell stack and the inlet of the radiator; a switching valve provided in a first line between the inlet of the pump and the radiator, connected to one end of the second line, and switching a flow path of cooling water to the radiator or the fuel cell stack; a bypass line having one end connected to the first line between the outlet of the radiator and the selector valve and the other end connected to the first line between the inlet of the pump and the selector valve; and a bypass valve provided on the bypass line and selectively opening and closing the bypass line.

이는, 연료전지 스택의 과열을 억제하고, 안전성 및 신뢰성을 향상시키기 위함이다.This is to suppress overheating of the fuel cell stack and improve safety and reliability.

즉, 기존에는 냉각수의 유동 경로를 전환하는 전환밸브의 이상 발생시(전환밸브의 고장 또는 오작동으로 인해 전환밸브가 차단될 시), 연료전지 스택의 냉각이 필요한 상태인데도 불구하고, 라디에이터를 경유한 냉각수를 연료전지 스택에 공급하기 어려운 문제점이 있다.That is, in the past, when an abnormality occurs in the switching valve that switches the flow path of the cooling water (when the switching valve is blocked due to failure or malfunction of the switching valve), the cooling water passes through the radiator even though the fuel cell stack needs to be cooled. There is a problem in that it is difficult to supply to the fuel cell stack.

하지만, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택으로 공급되는 냉각수가 전환밸브를 거치지 않고 바이패스라인을 따라 연료전지 스택으로 바이패스되도록 하는 것에 의하여, 연료전지 스택에 냉각수를 공급하는 페일 세이프티(fail safety) 기능을 안정적으로 수행하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.However, in the embodiment of the present invention, the coolant supplied to the fuel cell stack is bypassed to the fuel cell stack along the bypass line without passing through the switching valve, thereby providing fail safety for supplying the coolant to the fuel cell stack. ) can obtain the advantageous effect of stably performing the function.

무엇보다도, 본 발명의 실시예는, 전환밸브의 이상(고장) 발생 시, 라디에이터를 통과한 냉각수를 연료전지 스택으로 바이패스시키는 것에 의하여, 연료전지 스택의 과열을 억제하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.Above all, the embodiment of the present invention suppresses overheating of the fuel cell stack and improves stability and reliability by bypassing the cooling water that has passed through the radiator to the fuel cell stack when an abnormality (failure) of the switching valve occurs. beneficial effects can be obtained.

바이패스밸브는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다.Bypass valves can be provided in various structures depending on required conditions and design specifications.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 바이패스밸브는, 바이패스라인에 연결되며 냉각수가 통과 가능한 통과유로가 형성된 밸브하우징, 통과유로를 차단하는 제1위치에서 통과유로를 개방하는 제2위치로 이동 가능하게 마련되는 밸브부재, 밸브하우징에 연결되며 밸브부재가 제1위치에서 제2위치로 이동하도록 구동력을 제공하는 솔레노이드, 및 밸브부재가 제1위치로 이동하도록 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the bypass valve is a valve housing connected to the bypass line and having a passage through which coolant can pass, and moves from a first position blocking the passage to a second position opening the passage. It may include a valve member, a solenoid connected to the valve housing and providing driving force to move the valve member from the first position to the second position, and an elastic member providing elastic force to move the valve member to the first position. can

일 예로, 밸브하우징은, 제1하우징부재, 및 제1하우징부재와 상호 협조적으로 통과유로를 정의하는 제2하우징부재를 포함할 수 있다.For example, the valve housing may include a first housing member and a second housing member that cooperatively defines a passage passage with the first housing member.

바람직하게, 연료전지 시스템은, 제1하우징부재와 제2하우징부재의 사이에 개재되는 하우징 실링부재를 포함할 수 있다.Preferably, the fuel cell system may include a housing sealing member interposed between the first housing member and the second housing member.

이와 같이, 제1하우징부재와 제2하우징부재의 사이에 하우징 실링부재를 마련하는 것에 의하여, 제1하우징부재와 제2하우징부재의 사이 간극을 통해 냉각수가 누설되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by providing the housing sealing member between the first housing member and the second housing member, an advantageous effect of minimizing leakage of coolant through the gap between the first housing member and the second housing member can be obtained. there is.

일 예로, 밸브부재는, 밸브하우징에 회전 가능하게 마련되는 밸브로드, 밸브로드에 연결되며 제1위치에서 상기 제2위치로 회전하며 통과유로를 개폐하는 밸브시트, 및 밸브시트에서 연장되는 밸브연장부를 포함할 수 있다.For example, the valve member may include a valve rod rotatably provided in the valve housing, a valve seat connected to the valve rod and rotating from a first position to the second position to open and close a passage passage, and a valve extension extending from the valve seat. wealth may be included.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 밸브부재에 마련되며 밸브부재와 통과유로의 사이를 밀폐하는 밸브 실링부재를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system may include a valve sealing member provided on the valve member and sealing between the valve member and the passage passage.

이와 같이, 밸브부재에 밸브 실링부재를 마련하는 것에 의하여, 밸브부재와 통과유로의 사이 간극을 통해 냉각수가 누설되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by providing the valve sealing member to the valve member, an advantageous effect of minimizing the leakage of cooling water through the gap between the valve member and the passing passage can be obtained.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 밸브하우징과 솔레노이드의 사이에 개재되는 솔레노이드 실링부재를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system may include a solenoid sealing member interposed between the valve housing and the solenoid.

이와 같이, 밸브하우징과 솔레노이드의 사이에 솔레노이드 실링부재를 마련하는 것에 의하여, 밸브하우징과 솔레노이드의 사이 간극을 통해 냉각수가 누설되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by providing the solenoid sealing member between the valve housing and the solenoid, an advantageous effect of minimizing leakage of cooling water through a gap between the valve housing and the solenoid can be obtained.

바람직하게, 연료전지 시스템은, 밸브연장부에 마련되며 탄성부재를 지지하는 연장돌기를 포함할 수 있다.Preferably, the fuel cell system may include an extension protrusion provided on the valve extension portion and supporting the elastic member.

이와 같이, 연장돌기에 탄성부재가 지지되도록 하는 것에 의하여, 탄성부재의 배치 상태를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by allowing the elastic member to be supported on the extending protrusion, an advantageous effect of stably maintaining the disposition of the elastic member can be obtained.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 통과유로를 통과하는 냉각수에 의해 밸브로드를 회전시키도록 밸브로드에 마련되는 밸브 블레이드를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system may include a valve blade provided on the valve rod to rotate the valve rod by cooling water passing through the passage.

이와 같이, 밸브로드에 밸브 블레이드를 마련하는 것에 의하여, 통과유로가 개방될 시, 밸브시트를 통과하여 연료전지 스택으로 공급되는 냉각수가 접촉되는 접촉면적을 증가시킴으로써, 밸브로드를 회전시키기 위한 회전력을 추가적으로 부여할 수 있으므로, 통과유로의 개방시 밸브로드의 보다 원활한 회전을 보장하고, 밸브로드의 회전속도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, by providing a valve blade on the valve rod, when the passage passage is opened, the contact area in which the cooling water supplied to the fuel cell stack passes through the valve seat is increased, thereby increasing the rotational force for rotating the valve rod. Since it can be additionally applied, it is possible to obtain an advantageous effect of ensuring more smooth rotation of the valve rod when opening the passage passage and improving the rotational speed of the valve rod.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 일단은 펌프의 출구와 연료전지 스택의 사이에 위치하는 제1지점에서 제1라인에 연결되고 다른 일단은 펌프의 입구와 연료전지 스택의 사이에 위치하는 제2지점에서 제1라인에 연결되는 제3라인, 및 제3라인에 마련되며 제3라인을 따라 유동하는 냉각수를 가열하는 히터를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, in the fuel cell system, one end is connected to the first line at a first point located between the pump outlet and the fuel cell stack, and the other end is connected to the pump inlet and the fuel cell stack. It may include a third line connected to the first line at a second point located at , and a heater provided in the third line and heating cooling water flowing along the third line.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 냉각수의 유동 경로를 히터 또는 연료전지 스택으로 전환하도록 제1라인에 마련되는 히터 전환밸브를 포함할 수 있다.Also, according to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system may include a heater switching valve provided in the first line to switch a flow path of cooling water to a heater or a fuel cell stack.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 일단은 제1지점과 펌프의 사이에서 제1라인에 연결되고 다른 일단은 전환밸브에 연결되며 공조유닛을 경유하는 제4라인, 및 제4라인에 마련되며 공조유닛을 통과한 냉각수에 포함된 이온을 필터링하는 이온 필터를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system has one end connected to the first line between the first point and the pump, the other end connected to the switching valve, and a fourth line passing through the air conditioning unit, and a fourth line. An ion filter provided in the line and filtering ions included in the cooling water passing through the air conditioning unit may be included.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 연료전지 스택의 과열을 억제하고, 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, advantageous effects of suppressing overheating of the fuel cell stack and improving safety and reliability can be obtained.

특히, 본 발명의 실시예에 따르면 전환밸브의 이상(고장) 발생 시, 연료전지 스택에 냉각수를 공급하는 페일 세이프티(fail safety) 기능을 안정적으로 수행하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In particular, according to an embodiment of the present invention, when an abnormality (failure) of the switching valve occurs, an advantageous effect of stably performing a fail safety function of supplying coolant to the fuel cell stack can be obtained.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 연료전지 스택의 성능 및 작동 효율 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, an advantageous effect of minimizing deterioration in performance and operating efficiency of a fuel cell stack can be obtained.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 밸브부재의 작동 안정성을 높이고, 연료전지 스택에 냉각수를 적시에 공급하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the exemplary embodiment of the present invention, it is possible to obtain advantageous effects of increasing operational stability of the valve member and timely supplying cooling water to the fuel cell stack.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 냉시동시 냉각수의 유동 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 운전시 냉각수의 유동 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 전환밸브 이상시 냉각수의 유동 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 바이패스밸브를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 밸브부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 밸브부재의 차단상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 밸브부재의 개방상태를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2 is a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and is a diagram for explaining the flow of coolant during cold startup.
3 is a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and is a diagram for explaining the flow of cooling water during operation.
4 is a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and is a diagram for explaining the flow of cooling water when a switching valve is abnormal.
5 and 6 are views for explaining a bypass valve in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 are views for explaining a valve member in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and is a diagram for explaining a blocking state of a valve member.
10 and 11 are views illustrating an open state of a valve member in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical idea of the present invention is not limited to some of the described embodiments and can be implemented in various different forms, and if it is within the scope of the technical idea of the present invention, one or more of the components among the embodiments can be selectively selected. can be used by combining and substituting.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention, unless explicitly specifically defined and described, can be generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It can be interpreted as meaning, and commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, can be interpreted in consideration of contextual meanings of related technologies.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Also, terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when described as "at least one (or more than one) of A and (and) B and C", A, B, and C are combined. may include one or more of all possible combinations.

또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b) may be used.

이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only used to distinguish the component from other components, and the term is not limited to the nature, sequence, or order of the corresponding component.

그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.And, when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected to, coupled to, or connected to the other component, but also with the component. It may also include the case of being 'connected', 'combined', or 'connected' due to another component between the other components.

또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when it is described as being formed or disposed on the "top (above) or bottom (bottom)" of each component, the top (top) or bottom (bottom) is not only the case where two components are in direct contact with each other, but also one A case in which another component above is formed or disposed between the two components is also included. In addition, when expressed as "upper (above) or lower (down)", it may include not only an upward direction but also a downward direction based on one component.

도 1 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(1)은, 연료전지 스택(10)을 경유하며, 냉각수가 순환되는 제1라인(110); 제1라인(110)에 마련되며, 냉각수를 유동시키는 펌프(30); 제1라인(110)에 마련되며, 냉각수를 냉각하는 라디에이터(60); 일단은 펌프(30)의 입구와 라디에이터(60)의 사이에서 제1라인(110)에 연결되고, 다른 일단은 연료전지 스택(10)의 출구와 라디에이터(60)의 입구의 사이에서 제1라인(110)에 연결되는 제2라인(140); 펌프(30)의 입구와 라디에이터(60)의 사이에서 제1라인(110)에 마련되며, 제2라인(140)의 일단이 연결되고, 냉각수의 유동 경로를 라디에이터(60) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환하는 전환밸브(40); 일단은 라디에이터(60)의 출구와 전환밸브(40)의 사이에서 제1라인(110)에 연결되고, 다른 일단은 펌프(30)의 입구와 전환밸브(40)의 사이에서 제1라인(110)에 연결되는 바이패스라인(150); 및 바이패스라인(150)에 마련되며 바이패스라인(150)을 선택적으로 개폐하는 바이패스밸브(200);를 포함한다.Referring to FIGS. 1 to 11 , a fuel cell system 1 according to the present invention includes a first line 110 through which coolant is circulated via a fuel cell stack 10; A pump 30 provided in the first line 110 and flowing cooling water; A radiator 60 provided in the first line 110 and cooling the cooling water; One end is connected to the first line 110 between the inlet of the pump 30 and the radiator 60, and the other end is connected to the first line 110 between the outlet of the fuel cell stack 10 and the inlet of the radiator 60. a second line 140 connected to (110); It is provided in the first line 110 between the inlet of the pump 30 and the radiator 60, one end of the second line 140 is connected, and the flow path of the cooling water is connected to the radiator 60 or the fuel cell stack ( 10) switching valve 40; One end is connected to the first line 110 between the outlet of the radiator 60 and the switching valve 40, and the other end is connected to the first line 110 between the inlet of the pump 30 and the switching valve 40. ) Bypass line 150 connected to; and a bypass valve 200 provided on the bypass line 150 and selectively opening and closing the bypass line 150 .

본 발명에 따른 연료전지 시스템(1)은, 물(냉각수)이 열교환을 수행하면서 유동할 수 있는 TMS 라인(100)을 구성하며, 물은 TMS 라인(100) 상에서 냉매(cooling medium) 또는 열매(heat medium)로서 사용될 수 있다.The fuel cell system 1 according to the present invention constitutes a TMS line 100 in which water (cooling water) can flow while performing heat exchange, and the water is a cooling medium or heat (cooling medium) on the TMS line 100 heat medium).

아울러, 순환 경로 상에서 구현되는 연료전지 스택(10)의 냉각 성능에 주목하여, TMS 라인(100)을 따라 유동하는 물을 편의상 냉각수라 지칭하기로 한다.In addition, with attention to the cooling performance of the fuel cell stack 10 implemented on the circulation path, water flowing along the TMS line 100 will be referred to as cooling water for convenience.

제1라인(110)은 연료전지 스택(10)을 경유하도록 구성되며, 냉각수는 제1라인(110)을 따라서 순환한다.The first line 110 is configured to pass through the fuel cell stack 10 , and cooling water circulates along the first line 110 .

제1라인(110)은 차량의 상태에 따라 냉각수를 냉각하는 냉각 루프 또는 가열(승온)하는 승온 루프를 형성하도록 구성된다. 일 예로, 제1라인(110)은 초기 시동 상태에서는 냉간 시동 능력을 확보하기 위한 가열 루프를 형성하고, 주행 중에는 연료전지 스택(10)에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있도록 냉각 루프를 형성하도록 구성될 수 있다.The first line 110 is configured to form a cooling loop for cooling the coolant or a temperature-raising loop for heating (temperature raising) according to the state of the vehicle. For example, the first line 110 forms a heating loop to secure cold start capability in an initial startup state, and forms a cooling loop to dissipate heat generated in the fuel cell stack 10 to the outside during driving. can be configured to

참고로, 연료전지 스택(10)은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.For reference, the fuel cell stack 10 may be formed in various structures capable of generating electricity through an oxidation-reduction reaction between a fuel (eg, hydrogen) and an oxidizing agent (eg, air).

일 예로, 연료전지 스택(10)은, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(미도시), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구(미도시), 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)(미도시)을 포함한다.For example, the fuel cell stack 10 includes a Membrane Electrode Assembly (MEA) (not shown) in which catalyst electrode layers in which electrochemical reactions occur are attached to both sides of an electrolyte membrane through which hydrogen ions move, and a reactive gas. A gas diffusion layer (GDL: Gas Diffusion Layer) (not shown) that evenly distributes the gas and transmits the generated electrical energy, and a gasket and fastening mechanism (not shown) to maintain the airtightness and appropriate clamping pressure of the reactive gases and cooling water time), and a bipolar plate (not shown) for moving reactive gases and cooling water.

보다 구체적으로, 연료전지 스택(10)에서 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급된다.More specifically, in the fuel cell stack 10, hydrogen as a fuel and air (oxygen) as an oxidant are supplied to the anode and cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, respectively, and hydrogen is supplied to the anode. and air is supplied to the cathode.

애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.Hydrogen supplied to the anode is decomposed into protons and electrons by the catalysts of the electrode layers formed on both sides of the electrolyte membrane, and only hydrogen ions are selectively transferred to the cathode through the electrolyte membrane, which is a cation exchange membrane, At the same time, electrons are transferred to the cathode through the conductive gas diffusion layer and the separator.

캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.In the cathode, hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and electrons transferred through the separator meet oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device to cause a reaction to generate water. At this time, due to the movement of hydrogen ions, a flow of electrons occurs through the external conductor, and current is generated by the flow of these electrons.

펌프(30)는 제1라인(110) 상에 마련되며, 냉각수를 강제적으로 유동시키도록 구성된다.The pump 30 is provided on the first line 110 and is configured to forcibly flow the cooling water.

펌프(30)로서는 냉각수를 펌핑할 수 있는 통상의 펌핑 수단이 사용될 수 있으며, 펌프(30)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.As the pump 30, a conventional pumping means capable of pumping cooling water may be used, and the present invention is not limited or limited by the type and characteristics of the pump 30.

라디에이터(60)는 냉각수를 냉각시키기 위해 제1라인(110)에 마련된다.The radiator 60 is provided in the first line 110 to cool the cooling water.

보다 구체적으로, 라디에이터(60)는 연료전지 스택(10)의 출구와 펌프(30)의 입구의 사이에 배치되도록 제1라인(110)에 마련된다.More specifically, the radiator 60 is provided on the first line 110 to be disposed between the outlet of the fuel cell stack 10 and the inlet of the pump 30 .

라디에이터(60)는 냉각수를 냉각시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 라디에이터(60)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The radiator 60 may be formed in various structures capable of cooling the cooling water, and the present invention is not limited or limited by the type and structure of the radiator 60 .

아울러, 라디에이터(60)에는 냉각수가 저장되는 리저버(62)가 연결될 수 있다.In addition, a reservoir 62 in which cooling water is stored may be connected to the radiator 60 .

제2라인(140)의 일단은 펌프(30)의 입구와 라디에이터(60)의 사이에서 제1라인(110)에 연결되고, 제2라인(140)의 다른 일단은 연료전지 스택(10)의 출구와 라디에이터(60)의 입구의 사이에서 제1라인(110)에 연결된다.One end of the second line 140 is connected to the first line 110 between the inlet of the pump 30 and the radiator 60, and the other end of the second line 140 is connected to the fuel cell stack 10. It is connected to the first line 110 between the outlet and the inlet of the radiator 60.

또한, 제1라인(110)에는 냉각수의 유동 경로를 라디에이터(60) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환하는 전환밸브(40)가 마련된다.In addition, a switching valve 40 is provided in the first line 110 to switch the flow path of the coolant to the radiator 60 or the fuel cell stack 10 .

일 예로, 전환밸브(40)는 펌프(30)와 라디에이터(60)의 사이에 위치하도록 제1라인(110)에 제공되며, 제2라인(140)의 일단 및 제4라인(130)의 출구단(다른 일단)이 연결된다.For example, the switching valve 40 is provided on the first line 110 to be located between the pump 30 and the radiator 60, one end of the second line 140 and the outlet of the fourth line 130. The end (the other end) is connected.

전환밸브(40)로서는 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 라디에이터(60) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환할 수 있는 다양한 밸브 수단이 사용될 수 있다.As the switching valve 40 , various valve means capable of selectively switching the flow path of the cooling water to the radiator 60 or the fuel cell stack 10 may be used.

일 예로, 전환밸브(40)로서는 통상의 사방 밸브(four way valve)가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 전환밸브(40)는, 제2라인(140)과 연결되는 제1포트(41), 라디에이터(60)를 통과한 냉각수가 유입되도록 제1라인(110)과 연결되는 제2포트(42), 제4라인(130)의 다른 일단이 연결되는 제3포트(43), 및 전환밸브(40)를 통과하는 냉각수가 펌프(30)로 유입되도록 제1라인(110)과 연결되는 제4포트(44)를 포함한다.For example, a conventional four way valve may be used as the switching valve 40 . More specifically, the switching valve 40 includes a first port 41 connected to the second line 140 and a second port connected to the first line 110 so that cooling water passing through the radiator 60 flows in. 42, the third port 43 to which the other end of the fourth line 130 is connected, and the cooling water passing through the switching valve 40 is connected to the first line 110 to flow into the pump 30 A fourth port 44 is included.

전환밸브(40)의 제1포트(41) 및 제2포트(42)를 개폐하는 것에 의하여, 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 라디에이터(60) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환할 수 있다. 즉, 제1포트(41)가 개방되고 제2포트(42)가 차단되면, 냉각수는 라디에이터(60)를 거치지 않고 연료전지 스택(10)으로 유입될 수 있다. 이와 반대로, 도 3과 같이, 제2포트(42)가 개방되고 제1포트(41)가 차단되면, 냉각수는 라디에이터(60)를 거친 후 연료전지 스택(10)으로 유입될 수 있다.By opening and closing the first port 41 and the second port 42 of the switching valve 40, the flow path of the cooling water can be selectively switched to the radiator 60 or the fuel cell stack 10. That is, when the first port 41 is opened and the second port 42 is blocked, cooling water may flow into the fuel cell stack 10 without passing through the radiator 60 . Conversely, as shown in FIG. 3 , when the second port 42 is opened and the first port 41 is blocked, the cooling water may flow into the fuel cell stack 10 after passing through the radiator 60 .

바이패스라인(150)의 일단은 라디에이터(60)의 출구와 전환밸브(40)의 사이에서 제1라인(110)에 연결되고, 바이패스라인(150)의 다른 일단은 펌프(30)의 입구와 전환밸브(40)의 사이에서 제1라인(110)에 연결된다.One end of the bypass line 150 is connected to the first line 110 between the outlet of the radiator 60 and the switching valve 40, and the other end of the bypass line 150 is the inlet of the pump 30. It is connected to the first line 110 between and the switching valve 40.

바이패스라인(150)은 라디에이터(60)를 통과한 냉각수를 전환밸브(40)를 거치지 않고 연료전지 스택(10)으로 바이패스시키기 위해 마련된다.The bypass line 150 is provided to bypass the cooling water that has passed through the radiator 60 to the fuel cell stack 10 without passing through the switching valve 40 .

바이패스밸브(200)는 바이패스라인(150)을 선택적으로 개폐하도록 바이패스라인(150)에 마련된다.The bypass valve 200 is provided on the bypass line 150 to selectively open and close the bypass line 150 .

여기서, 바이패스라인(150)을 선택적으로 개폐한다 함은, 바이패스라인(150)을 따라 유동하는 냉각수의 흐름을 선택적으로 단속(ON/OFF)하는 것으로 이해될 수 있다.Here, selectively opening and closing the bypass line 150 may be understood as selectively controlling (ON/OFF) the flow of cooling water flowing along the bypass line 150 .

바람직하게, 바이패스밸브(200)는, 전환밸브(40)에 이상이 발생한 경우, 라디에이터(60)를 통과한 냉각수를 연료전지 스택(10)으로 바이패스시키기 위해 마련된다.Preferably, the bypass valve 200 is provided to bypass the cooling water that has passed through the radiator 60 to the fuel cell stack 10 when an abnormality occurs in the switching valve 40 .

즉, 전환밸브(40)의 작동 이상이 발생한 경우(예를 들어, 전환밸브의 액츄에이터의 고장 등으로 인해 전환밸브가 차단된 경우), 라디에이터(60)를 통과한 냉각수는 전환밸브(40)를 거치지 않고 바이패스라인(150)을 따라 연료전지 스택(10)으로 공급될 수 있다.That is, when an abnormal operation of the switching valve 40 occurs (for example, when the switching valve is blocked due to a failure of an actuator of the switching valve), the coolant passing through the radiator 60 passes through the switching valve 40. It can be supplied to the fuel cell stack 10 along the bypass line 150 without going through it.

이와 같이, 본 발명의 실시예는, 바이패스라인(150) 및 바이패스밸브(200)를 마련하는 것에 의하여, 전환밸브(40)의 이상(고장) 발생 시, 라디에이터(60)를 통과한 냉각수가 전환밸브(40)를 거치지 않고 바이패스라인(150)을 따라 연료전지 스택(10)으로 바이패스되도록 할 수 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, by providing the bypass line 150 and the bypass valve 200, the coolant passing through the radiator 60 when an abnormality (failure) of the switching valve 40 occurs. may be bypassed to the fuel cell stack 10 along the bypass line 150 without passing through the switching valve 40 .

즉, 기존에는 냉각수의 유동 경로를 전환하는 전환밸브의 이상 발생시(전환밸브의 고장 또는 오작동으로 인해 전환밸브가 차단될 시), 연료전지 스택의 냉각이 필요한 상태인데도 불구하고, 라디에이터를 경유한 냉각수를 연료전지 스택에 공급하기 어려운 문제점이 있다.That is, in the past, when an abnormality occurs in the switching valve that switches the flow path of the cooling water (when the switching valve is blocked due to failure or malfunction of the switching valve), the cooling water passes through the radiator even though the fuel cell stack needs to be cooled. There is a problem in that it is difficult to supply to the fuel cell stack.

하지만, 본 발명의 실시예는 전환밸브(40)의 이상(고장) 발생 시, 연료전지 스택(10)으로 공급되는 냉각수가 전환밸브(40)를 거치지 않고 바이패스라인(150)을 따라 연료전지 스택(10)으로 바이패스되도록 하는 것에 의하여, 연료전지 스택(10)에 냉각수를 공급하는 페일 세이프티(fail safety) 기능을 안정적으로 수행하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.However, in the embodiment of the present invention, when an abnormality (failure) of the switching valve 40 occurs, the cooling water supplied to the fuel cell stack 10 does not pass through the switching valve 40 but along the bypass line 150 to the fuel cell. By bypassing the stack 10, an advantageous effect of stably performing a fail safety function of supplying cooling water to the fuel cell stack 10 can be obtained.

바이패스밸브(200)로서는 바이패스라인(150)을 선택적으로 개폐할 수 있는 다양한 밸브가 사용될 수 있으며, 바이패스밸브(200)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.As the bypass valve 200, various valves capable of selectively opening and closing the bypass line 150 may be used, and the present invention is not limited or limited by the type and structure of the bypass valve 200.

일 예로, 바이패스밸브(200)는, 바이패스라인(150)에 연결되며 냉각수가 통과 가능한 통과유로(210a)가 형성된 밸브하우징(210), 통과유로(210a)를 차단하는 제1위치에서 통과유로(210a)를 개방하는 제2위치로 이동 가능하게 마련되는 밸브부재(220), 밸브하우징(210)에 연결되며 밸브부재(220)가 제1위치에서 제2위치로 이동하도록 구동력을 제공하는 솔레노이드(230), 및 밸브부재(220)가 제1위치로 이동하도록 탄성력을 제공하는 탄성부재(240)를 포함할 수 있다.For example, the bypass valve 200 passes through the valve housing 210, which is connected to the bypass line 150 and has a passage 210a through which cooling water passes, at a first position blocking the passage 210a. A valve member 220 provided to be movable to a second position for opening the flow path 210a, connected to the valve housing 210, and providing a driving force so that the valve member 220 moves from the first position to the second position The solenoid 230 and the valve member 220 may include an elastic member 240 providing an elastic force to move to the first position.

밸브하우징(210)은 통과유로(210a)를 갖는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 밸브하우징(210)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The valve housing 210 may be formed in various structures having a passage 210a, and the present invention is not limited or limited by the structure of the valve housing 210.

일 예로, 밸브하우징(210)은, 제1하우징부재(212), 및 제1하우징부재(212)와 상호 협조적으로 통과유로(210a)를 정의하는 제2하우징부재(214)를 포함하여, 대략 "L"자 형태의 단면을 갖도록 제공될 수 있다.For example, the valve housing 210 includes a first housing member 212 and a second housing member 214 that cooperatively defines the passage 210a with the first housing member 212, It may be provided to have an “L” shaped cross section.

보다 구체적으로, 제1하우징부재(212)의 일단에는 라디에이터(60)를 통과한 냉각수가 유입되도록 바이패스라인(150)에 연결되는 입구포트(212a)가 마련될 수 있고, 제1하우징부재(212)의 다른 일단에는 제1하우징부재(212)를 통과한 냉각수가 연료전지 스택(10)에 유입되도록 바이패스라인(150)에 연결되는 출구포트(212b)가 마련될 수 있다.More specifically, an inlet port 212a connected to the bypass line 150 may be provided at one end of the first housing member 212 so that cooling water passing through the radiator 60 flows in, and the first housing member ( An outlet port 212b connected to the bypass line 150 may be provided at the other end of the first housing member 212 so that cooling water passing through the first housing member 212 flows into the fuel cell stack 10 .

제1하우징부재(212)의 일측에는 밸브부재(220) 및 탄성부재(240)의 출입(장착)을 위한 개구부(미도시)가 형성될 수 있고, 제2하우징부재(214)는 제1하우징부재(212)의 개구부(미도시)를 덮도록 제공된다. An opening (not shown) may be formed at one side of the first housing member 212 to allow the valve member 220 and the elastic member 240 to enter and exit (mount), and the second housing member 214 is the first housing It is provided to cover an opening (not shown) of member 212 .

전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 밸브하우징(210)이 제1하우징부재(212) 및 제2하우징부재(214)를 포함하는 예를 들어 설명하고 있지만. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 3개 이상의 하우징부재를 이용하여 밸브하우징을 구성하거나, 단 하나의 하우징부재로 밸브하우징을 구성하는 것도 가능하다.In the above and illustrated embodiments of the present invention, the valve housing 210 has been described as an example including the first housing member 212 and the second housing member 214. According to another embodiment of the present invention, it is also possible to configure the valve housing using three or more housing members, or to configure the valve housing with only one housing member.

바람직하게, 연료전지 시스템(1)은, 제1하우징부재(212)와 제2하우징부재(214)의 사이에 개재되는 하우징 실링부재(250)를 포함할 수 있다.Preferably, the fuel cell system 1 may include a housing sealing member 250 interposed between the first housing member 212 and the second housing member 214 .

하우징 실링부재(250)는 고무, 실리콘 또는 우레탄 등과 같은 탄성 소재로 형성될 수 있으며, 하우징 실링부재(250)의 재질 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The housing sealing member 250 may be formed of an elastic material such as rubber, silicone, or urethane, and the present invention is not limited or limited by the material and characteristics of the housing sealing member 250.

이와 같이, 제1하우징부재(212)와 제2하우징부재(214)의 사이에 하우징 실링부재(250)를 마련하는 것에 의하여, 제1하우징부재(212)와 제2하우징부재(214)의 사이 간극을 통해 냉각수가 누설되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by providing the housing sealing member 250 between the first housing member 212 and the second housing member 214, the gap between the first housing member 212 and the second housing member 214 An advantageous effect of minimizing leakage of cooling water through the gap may be obtained.

밸브부재(220)는 통과유로(210a)를 차단하는 제1위치에서 통과유로(210a)를 개방하는 제2위치로 이동 가능하게 마련된다.The valve member 220 is provided to be movable from a first position blocking the passage passage 210a to a second position opening the passage passage 210a.

여기서, 밸브부재(220)가 제1위치에 위치한다 함은, 밸브부재(220)가 통과유로(210a)를 차단하도록 위치하는 것으로 정의되고, 밸브부재(220)가 제2위치에 위치한다 함은, 밸브부재(220)가 통과유로(210a)를 개방시키도록 위치하는 것으로 정의된다.Here, that the valve member 220 is located in the first position is defined as the position where the valve member 220 blocks the passage passage 210a, and the valve member 220 is located in the second position. is defined as being positioned such that the valve member 220 opens the passage passage 210a.

밸브부재(220)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 제1위치에서 제2위치로 이동하도록 구성될 수 있다.The valve member 220 may be configured to move from the first position to the second position in various ways according to required conditions and design specifications.

일 예로, 밸브부재(220)는 제1위치에서 제2위치(또는 제2위치에서 제1위치)로 회전 이동하도록 구성될 수 있다.For example, the valve member 220 may be configured to rotate and move from the first position to the second position (or from the second position to the first position).

본 발명의 다른 실시예에 따르면 밸브부재가 제1위치에서 제2위치로 직선 이동하거나 곡선 이동 경로를 따라 이동하도록 구성하는 것도 가능하다.According to another embodiment of the present invention, it is also possible to configure the valve member to move linearly or along a curved movement path from the first position to the second position.

밸브부재(220)는 제1위치에서 제2위치로 회전 이동하며 통과유로(210a)를 개폐할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 밸브부재(220)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The valve member 220 may be provided in various structures capable of opening and closing the passage passage 210a while rotating from the first position to the second position, and the present invention is limited or limited by the structure of the valve member 220. it is not going to be

일 예로, 밸브부재(220)는, 밸브하우징(210)에 회전 가능하게 마련되는 밸브로드(224), 밸브로드(224)에 연결되며 제1위치에서 상기 제2위치로 회전하며 통과유로(210a)를 개폐하는 밸브시트(222), 및 밸브시트(222)에서 연장되는 밸브연장부(226)를 포함할 수 있다.For example, the valve member 220 is connected to the valve rod 224 rotatably provided in the valve housing 210 and the valve rod 224, rotates from the first position to the second position, and passes through the passage 210a. ) It may include a valve seat 222 for opening and closing, and a valve extension 226 extending from the valve seat 222.

밸브로드(224)의 일단은 밸브하우징(210)에 회전 가능하게 연결되고, 밸브로드(224)의 다른 일단에는 밸브시트(222)가 일체로 마련될 수 있다.One end of the valve rod 224 is rotatably connected to the valve housing 210, and the valve seat 222 may be integrally provided at the other end of the valve rod 224.

일 예로, 밸브로드(224)는 대략 곡선 로드 형태로 형성될 수 있으며, 일단(도 9를 기준으로 좌단)에 연결되는 회전핀(또는 회전축)(미도시)을 중심으로 회전할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 밸브로드를 직선 형태 또는 여타 다른 형태로 형성하는 것도 가능하다.For example, the valve rod 224 may be formed in a substantially curved rod shape, and may rotate around a rotation pin (or rotation shaft) (not shown) connected to one end (left end with reference to FIG. 9). According to another embodiment of the present invention, it is also possible to form the valve rod in a straight shape or any other shape.

밸브시트(222)는 통과유로(210a)를 차단할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 밸브시트(222)는 대략 원판 형태로 형성될 수 있으며, 밸브로드(224)와 함께 회전하며 선택적으로 통과유로(210a)를 개폐할 수 있다.The valve seat 222 may be formed in various structures capable of blocking the passage passage 210a. For example, the valve seat 222 may be formed in a substantially disc shape, rotate together with the valve rod 224, and selectively open and close the passage passage 210a.

밸브연장부(226)는 밸브시트(222)의 측면으로 돌출되게 밸브시트(222)에 연결될 수 있고, 솔레노이드(230)는 밸브연장부(226)에 접촉함으로써, 밸브로드(224)를 회전시킬 수 있다.The valve extension 226 may be connected to the valve seat 222 so as to protrude to the side of the valve seat 222, and the solenoid 230 may rotate the valve rod 224 by contacting the valve extension 226. can

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1)은, 밸브부재(220)에 마련되며 밸브부재(220)와 통과유로(210a)의 사이를 밀폐하는 밸브 실링부재(260)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system 1 may include a valve sealing member 260 provided on the valve member 220 and sealing between the valve member 220 and the passage 210a. can

밸브 실링부재(260)는 고무, 실리콘 또는 우레탄 등과 같은 탄성 소재로 형성될 수 있으며, 밸브 실링부재(260)의 재질 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The valve sealing member 260 may be formed of an elastic material such as rubber, silicone, or urethane, and the present invention is not limited or limited by the material and characteristics of the valve sealing member 260 .

일 예로, 밸브 실링부재(260)는 밸브시트(222)에 일체로 사출 성형될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 밸브 실링부재를 밸브부재와 별도로 제작한 후 밸브부재에 부착하는 것도 가능하다.For example, the valve sealing member 260 may be integrally injection-molded with the valve seat 222 . According to another embodiment of the present invention, it is also possible to manufacture the valve sealing member separately from the valve member and then attach it to the valve member.

이와 같이, 밸브부재(220)에 밸브 실링부재(260)를 마련하는 것에 의하여, 밸브부재(220)와 통과유로(210a)의 사이 간극을 통해 냉각수가 누설되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by providing the valve sealing member 260 on the valve member 220, an advantageous effect of minimizing leakage of cooling water through the gap between the valve member 220 and the passage 210a can be obtained. .

솔레노이드(230)는 밸브부재(220)를 제1위치에서 제2위치로 이동시키기 위한 구동력(예를 들어, 밸브연장부의 상하 이동)을 제공하기 위해 마련된다.The solenoid 230 is provided to provide a driving force (for example, vertical movement of the valve extension part) for moving the valve member 220 from the first position to the second position.

솔레노이드(230)는 밸브부재(220)를 이동시키기 위한 구동력을 제공 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 솔레노이드(230)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The solenoid 230 may be provided in various structures capable of providing a driving force for moving the valve member 220, and the present invention is not limited or limited by the type and structure of the solenoid 230.

일 예로, 솔레노이드(230)는 코일이 권선된 보빈(미도시), 및 코일에 전원이 인가됨에 따라 보빈의 내부에서 직선 이동하는 플런저(232)를 포함할 수 있으며, 상하 방향(도 9 기준)을 따른 플런저(232)의 직선 이동에 기초하여 밸브로드(224)가 선택적으로 회전할 수 있다.For example, the solenoid 230 may include a bobbin (not shown) on which a coil is wound, and a plunger 232 that linearly moves inside the bobbin as power is applied to the coil, and moves vertically (refer to FIG. 9 ). Based on the linear movement of the plunger 232 along the valve rod 224 may be selectively rotated.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1)은, 밸브하우징(210)과 솔레노이드(230)의 사이에 개재되는 솔레노이드 실링부재(270)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system 1 may include a solenoid sealing member 270 interposed between the valve housing 210 and the solenoid 230 .

솔레노이드 실링부재(270)는 고무, 실리콘 또는 우레탄 등과 같은 탄성 소재로 형성될 수 있으며, 솔레노이드 실링부재(270)의 재질 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The solenoid sealing member 270 may be formed of an elastic material such as rubber, silicone, or urethane, and the present invention is not limited or limited by the material and characteristics of the solenoid sealing member 270.

이와 같이, 밸브하우징(210)과 솔레노이드(230)의 사이에 솔레노이드 실링부재(270)를 마련하는 것에 의하여, 밸브하우징(210)과 솔레노이드(230)의 사이 간극을 통해 냉각수가 누설되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by providing the solenoid sealing member 270 between the valve housing 210 and the solenoid 230, leakage of coolant through the gap between the valve housing 210 and the solenoid 230 is minimized. favorable effects can be obtained.

탄성부재(240)는 밸브부재(220)가 제1위치로 이동(통과유로를 차단하는 위치로 복귀)하도록 탄성력을 제공하기 위해 마련된다.The elastic member 240 is provided to provide an elastic force so that the valve member 220 moves to the first position (returns to a position blocking the passage passage).

탄성부재(240)로서는 통상의 스프링이 사용될 수 있으며, 탄성부재(240)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.An ordinary spring may be used as the elastic member 240, and the present invention is not limited or limited by the type and structure of the elastic member 240.

일 예로, 탄성부재(240)로서는, 밸브연장부(226)에 접촉 가능하게 마련되는 코일탄성부(미도시), 코일탄성부의 일단에 연장되는 제1스프링암(미도시), 및 코일탄성부의 다른 일단에 연장되는 제2스프링암(미도시)을 포함하는 토션스프링이 사용될 수 있으며, 밸브연장부(226)를 사이에 두고 탄성부재(240)의 일단 및 다른 일단은 밸브하우징(210)에 지지될 수 있다.For example, the elastic member 240 includes an elastic coil portion (not shown) provided to be in contact with the valve extension portion 226, a first spring arm (not shown) extending to one end of the elastic coil portion, and an elastic coil portion. A torsion spring including a second spring arm (not shown) extending to the other end may be used, and one end and the other end of the elastic member 240 are attached to the valve housing 210 with the valve extension 226 interposed therebetween. can be supported

이와 같이, 탄성부재(240)를 마련하는 것에 의하여, 솔레노이드(230)에 전원이 차단(또는 공급)되면(도 9를 기준으로 플런저가 하부 방향으로 이동하면), 탄성부재(240)의 탄성력에 의해 밸브부재(220)가 제1위치로 이동하며 통과유로(210a)를 차단할 수 있고, 통과유로(210a)의 차단 상태는 탄성부재(240)의 탄성력에 의해 유지될 수 있다.In this way, by providing the elastic member 240, when power is cut off (or supplied) to the solenoid 230 (when the plunger moves downward based on FIG. 9), the elastic force of the elastic member 240 The valve member 220 may move to the first position and block the passage passage 210a, and the blocking state of the passage passage 210a may be maintained by the elastic force of the elastic member 240.

바람직하게, 연료전지 시스템(1)은, 밸브연장부(226)에 마련되며 탄성부재(240)를 지지하는 연장돌기(226a)를 포함할 수 있다.Preferably, the fuel cell system 1 may include an extension protrusion 226a provided on the valve extension 226 and supporting the elastic member 240 .

일 예로, 연장돌기(226a)는 대략 "L"자 형태를 갖도록 밸브연장부(226)에 연결될 수 있고, 연장돌기(226a)는 탄성부재(240)의 내부(코일탄성부의 내부)를 통과하도록 배치될 수 있다.For example, the extension protrusion 226a may be connected to the valve extension 226 to have an approximate “L” shape, and the extension protrusion 226a may pass through the inside of the elastic member 240 (the inside of the elastic coil part). can be placed.

이와 같이, 연장돌기(226a)에 탄성부재(240)가 지지되도록 하는 것에 의하여, 탄성부재(240)의 배치 상태를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by allowing the elastic member 240 to be supported on the extension protrusion 226a, an advantageous effect of stably maintaining the disposition of the elastic member 240 can be obtained.

도 9를 참조하면, 전환밸브(40)의 정상적인 작동시에는, 밸브부재(220)는 통과유로(210a)를 차단하는 위치(제1위치)에 배치될 수 있고, 밸브부재(220)가 통과유로(210a)를 차단하는 상태는 탄성부재(240)의 탄성력에 의해 탄성적으로 지지될 수 있다.Referring to FIG. 9 , during normal operation of the switching valve 40, the valve member 220 may be disposed at a position (first position) blocking the passage passage 210a, and the valve member 220 passes through. The state of blocking the passage 210a may be elastically supported by the elastic force of the elastic member 240 .

반면, 도 4를 참조하면, 전환밸브(40)의 고장 또는 오작동으로 인해 전환밸브(40)가 차단되면, 라디에이터(60)를 통과한 냉각수는 전환밸브(40)를 거치지 않고 바이패스라인(150)을 따라 연료전지 스택(10)으로 바이패스될 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 4 , when the switching valve 40 is blocked due to failure or malfunction of the switching valve 40, the coolant that has passed through the radiator 60 does not pass through the switching valve 40 and passes through the bypass line 150. ), it can be bypassed to the fuel cell stack 10.

보다 구체적으로, 도 10 및 도 11을 참조하면, 솔레노이드(230)의 플런저(232)가 상부 방향으로 이동함에 따라, 밸르로드의 일단을 중심으로 밸브시트(222)가 반시계 방향으로 회전함으로써, 통과유로(210a)가 개방될 수 있다. 통과유로(210a)가 개방됨에 따라, 라디에이터(60)를 통과한 냉각수(CW)는 전환밸브(40)를 거치지 않고 바이패스라인(150)을 따라 연료전지 스택(10)으로 공급될 수 있다.More specifically, referring to FIGS. 10 and 11, as the plunger 232 of the solenoid 230 moves upward, the valve seat 222 rotates counterclockwise around one end of the bell rod, The passage passage 210a may be opened. As the passage passage 210a is opened, the cooling water CW passing through the radiator 60 may be supplied to the fuel cell stack 10 along the bypass line 150 without passing through the switching valve 40 .

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1)은, 통과유로(210a)를 통과하는 냉각수(CW)에 의해 밸브로드(224)를 회전시키도록 밸브로드(224)에 마련되는 밸브 블레이드(224a)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system 1 has a valve blade provided on the valve rod 224 so that the valve rod 224 is rotated by the coolant CW passing through the passage 210a. (224a).

밸브 블레이드(224a)는 통과유로(210a)를 통과하는 냉각수(CW)가 접촉 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 밸브 블레이드(224a)의 구조 및 개수에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The valve blade 224a may be provided in various structures capable of contacting the cooling water CW passing through the passage 210a, and the present invention is not limited or limited by the structure and number of the valve blades 224a.

일 예로, 밸브 블레이드(224a)는 대략 평평한 플레이트 형상을 갖도록 밸브로드(224)의 양 측면에 돌출되게 마련될 수 있으며, 밸브 블레이드(224a)에 냉각수(CW)가 접촉함에 따라 밸브 블레이드(224a)에 인가되는 압력(P)에 의해 밸브로드(224)가 회전(도 10을 기준으로 반시계 방향 회전)할 수 있다.For example, the valve blade 224a may be provided to protrude from both sides of the valve rod 224 to have a substantially flat plate shape, and as the coolant CW contacts the valve blade 224a, the valve blade 224a The valve rod 224 may rotate (counterclockwise rotation based on FIG. 10) by the pressure P applied to the valve rod 224.

이와 같이, 밸브로드(224)에 밸브 블레이드(224a)를 마련하는 것에 의하여, 통과유로(210a)가 개방될 시, 밸브시트(222)를 통과하여 연료전지 스택(10)으로 공급되는 냉각수(CW)가 접촉되는 접촉면적을 증가시킴으로써, 밸브로드(224)를 회전시키기 위한 회전력을 추가적으로 부여할 수 있으므로, 통과유로(210a)의 개방시 밸브로드(224)의 보다 원활한 회전을 보장하고, 밸브로드(224)의 회전속도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, by providing the valve blade 224a on the valve rod 224, when the passage passage 210a is opened, the cooling water (CW) supplied to the fuel cell stack 10 passes through the valve seat 222. ) By increasing the contact area in contact, rotational force for rotating the valve rod 224 can be additionally given, so that smoother rotation of the valve rod 224 is ensured when the passage passage 210a is opened, and the valve rod An advantageous effect of improving the rotational speed of (224) can be obtained.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1)은, 일단은 펌프(30)의 출구와 연료전지 스택(10)의 사이에 위치하는 제1지점에서 제1라인(110)에 연결되고 다른 일단은 펌프(30)의 입구와 연료전지 스택(10)의 사이에 위치하는 제2지점에서 제1라인(110)에 연결되는 제3라인(120), 및 제3라인(120)에 마련되며 제3라인(120)을 따라 유동하는 냉각수를 가열하는 히터(50)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system 1, one end is connected to the first line 110 at a first point located between the outlet of the pump 30 and the fuel cell stack 10, The other end is provided at a third line 120 connected to the first line 110 at a second point located between the inlet of the pump 30 and the fuel cell stack 10, and the third line 120. And may include a heater 50 for heating the cooling water flowing along the third line (120).

제3라인(120)은 제1라인(110)과 상호 협조적으로 냉각수를 가열하기 위한 가열 루프(가열 순환 경로)를 형성하도록 마련된다.The third line 120 is provided to form a heating loop (heating circulation path) for heating the cooling water cooperatively with the first line 110 .

보다 구체적으로, 제3라인(120)의 일단은 펌프(30)의 출구와 연료전지 스택(10)의 사이에 위치하는 제1지점에서 제1라인(110)에 연결되고, 제3라인(120)의 다른 일단은 펌프(30)의 입구와 연료전지 스택(10)의 사이에 위치하는 제2지점에서 제1라인(110)에 연결된다.More specifically, one end of the third line 120 is connected to the first line 110 at a first point located between the outlet of the pump 30 and the fuel cell stack 10, and the third line 120 The other end of ) is connected to the first line 110 at a second point located between the inlet of the pump 30 and the fuel cell stack 10.

여기서, 펌프(30)의 입구라 함은, 냉각수가 펌프(30)에 유입되는 입구로 정의된다. 또한, 펌프(30)의 출구라 함은, 펌프(30)를 통과한 냉각수가 배출되는 출구로 정의된다.Here, the inlet of the pump 30 is defined as an inlet through which cooling water flows into the pump 30 . In addition, the outlet of the pump 30 is defined as an outlet through which cooling water that has passed through the pump 30 is discharged.

그리고, 펌프(30)의 출구와 연료전지 스택(10)의 사이라 함은, 펌프(30)로부터 배출된 냉각수가 연료전지 스택(10)의 냉각수 유입구(미도시)까지 유동하는 구간으로 정의된다. 또한, 펌프(30)의 입구와 연료전지 스택(10)의 사이라 함은, 연료전지 스택(10)의 냉각수 배출구(미도시)로부터 배출된 냉각수가 펌프(30)의 입구까지 유동하는 구간으로 정의된다.Also, the interval between the outlet of the pump 30 and the fuel cell stack 10 is defined as a section in which the cooling water discharged from the pump 30 flows to the cooling water inlet (not shown) of the fuel cell stack 10. . Also, between the inlet of the pump 30 and the fuel cell stack 10 is a section in which the cooling water discharged from the cooling water outlet (not shown) of the fuel cell stack 10 flows to the inlet of the pump 30. is defined

히터(50)는 제3라인(120)에 마련되며, 제3라인(120)을 따라 유동하는 냉각수는 히터(50)를 통과하는 중에 가열된다.The heater 50 is provided in the third line 120, and the cooling water flowing along the third line 120 is heated while passing through the heater 50.

히터(50)로서는 제3라인(120)을 따라 유동하는 냉각수를 가열할 수 있는 다양한 히팅수단이 사용될 수 있으며, 히터(50)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.As the heater 50, various heating means capable of heating the cooling water flowing along the third line 120 may be used, and the present invention is not limited or limited by the type and structure of the heater 50.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1)은, 냉각수의 유동 경로를 히터(50) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환하도록 제1라인(110)에 마련되는 히터 전환밸브(20)를 포함할 수 있다.In addition, according to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system 1 has a heater switching valve provided in the first line 110 to switch the flow path of the coolant to the heater 50 or the fuel cell stack 10. (20) may be included.

일 예로, 히터 전환밸브(20)는 제1지점에 위치하도록 제1라인(110)에 제공되며, 제3라인(120)의 일단은 히터 전환밸브(20)에 연결될 수 있다.For example, the heater switching valve 20 is provided on the first line 110 to be located at the first point, and one end of the third line 120 may be connected to the heater switching valve 20 .

히터 전환밸브(20)로서는 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 히터(50) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환할 수 있는 다양한 밸브 수단이 사용될 수 있다.As the heater switching valve 20 , various valve means capable of selectively switching the flow path of the cooling water to the heater 50 or the fuel cell stack 10 may be used.

일 예로, 히터 전환밸브(20)로서는 통상의 삼방 밸브(three way valve)가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 히터 전환밸브(20)는, 펌프(30)에 의해 펌핑된 냉각수가 유입되도록 제1라인(110)과 연결되는 제1포트(21), 히터 전환밸브(20)를 통과하는 냉각수가 연료전지 스택(10)으로 유입되도록 제1라인(110)과 연결되는 제2포트(22), 및 제3라인(120)의 일단이 연결되는 제3포트(23)를 포함한다.For example, a conventional three way valve may be used as the heater switching valve 20 . More specifically, the heater switching valve 20 includes a first port 21 connected to the first line 110 so that the cooling water pumped by the pump 30 flows in, and the cooling water passing through the heater switching valve 20. includes a second port 22 connected to the first line 110 and a third port 23 connected to one end of the third line 120 so that is introduced into the fuel cell stack 10 .

히터 전환밸브(20)의 제2포트(22) 및 제3포트(23)를 개폐하는 것에 의하여, 냉각수의 유동 경로를 선택적으로 히터(50) 또는 연료전지 스택(10)으로 전환할 수 있다. 즉, 제2포트(22)가 개방되고 제3포트(23)가 차단되면, 히터 전환밸브(20)를 통과하는 냉각수는 연료전지 스택(10)으로 유입될 수 있다. 이와 반대로, 도 2와 같이, 제3포트(23)가 개방되고 제2포트(22)가 차단되면, 히터 전환밸브(20)를 통과하는 냉각수는 제3라인(120)을 통해 히터(50)로 유입될 수 있다.By opening and closing the second port 22 and the third port 23 of the heater switching valve 20, the flow path of the cooling water can be selectively switched to the heater 50 or the fuel cell stack 10. That is, when the second port 22 is open and the third port 23 is blocked, cooling water passing through the heater switching valve 20 may flow into the fuel cell stack 10 . Conversely, as shown in FIG. 2 , when the third port 23 is opened and the second port 22 is blocked, the cooling water passing through the heater switching valve 20 flows through the third line 120 to the heater 50. can be introduced into

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1)은, 일단은 제1지점과 펌프(30)의 사이에서 제1라인(110)에 연결되고 다른 일단은 전환밸브(40)에 연결되며 공조유닛(70)을 경유하는 제4라인(130), 및 제4라인(130)에 마련되며 공조유닛(70)을 통과한 냉각수에 포함된 이온을 필터링하는 이온 필터(80)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system 1 has one end connected to the first line 110 between the first point and the pump 30 and the other end connected to the switching valve 40, It may include a fourth line 130 passing through the air conditioning unit 70, and an ion filter 80 provided in the fourth line 130 and filtering ions contained in the cooling water passing through the air conditioning unit 70. there is.

제4라인(130)은, 제1라인(110)에 연결되며, 제1라인(110)과 상호 협조적으로 공조유닛(HAVC UNIT)(70)을 냉난방 하기 위한 냉난방 루프를 형성하도록 마련된다.The fourth line 130 is connected to the first line 110 and is provided to form a heating/cooling loop for cooling and heating the air conditioning unit (HAVC UNIT) 70 cooperatively with the first line 110 .

일 예로, 제4라인(130)은 공조유닛(70)의 난방용 히터(미도시)를 가열하는 루프를 형성할 수 있다.For example, the fourth line 130 may form a loop for heating a heater (not shown) of the air conditioning unit 70 .

보다 구체적으로, 제4라인(130)은, 제1지점(제3라인의 일단이 제1라인에 연결되는 지점)과 펌프(30)의 출구 사이에서 제1라인(110)에 연결되며, 냉각수 중 일부가 순환하도록 구성된다.More specifically, the fourth line 130 is connected to the first line 110 between the first point (the point where one end of the third line is connected to the first line) and the outlet of the pump 30, and coolant Some of them are configured to circulate.

여기서, 제1지점과 펌프(30)의 출구 사이라 함은, 펌프(30)를 통과한 냉각수가 제1지점을 통과하기 전까지 유동하는 구간으로 정의된다.Here, the term between the first point and the outlet of the pump 30 is defined as a section in which the cooling water that has passed through the pump 30 flows until it passes through the first point.

일 예로, 제4라인(130)의 일단은 펌프(30)와 제1지점의 사이에서 제1라인(110)에 연결되고, 제4라인(130)의 다른 일단은 펌프(30)와 제2지점의 사이에서 제1라인(110)에 연결된다.For example, one end of the fourth line 130 is connected to the first line 110 between the pump 30 and the first point, and the other end of the fourth line 130 is connected to the pump 30 and the second point. It is connected to the first line 110 between the points.

참고로, 본 발명의 실시예에서는 제4라인(130)의 일단이 펌프(30)와 제1지점의 사이(펌프의 하류)에서 제1라인(110)에 연결되는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제4라인의 일단이 펌프의 입구와 전환밸브의 사이에서 제1라인에 연결되도록 구성하는 것도 가능하다.For reference, in the embodiment of the present invention, an example in which one end of the fourth line 130 is connected to the first line 110 between the pump 30 and the first point (downstream of the pump) has been described, According to another embodiment of the present invention, it is also possible to configure one end of the fourth line to be connected to the first line between the inlet of the pump and the switching valve.

이와 같이, 본 발명의 실시예는, 제1라인(110)을 따라 유동하는 냉각수가 제4라인(130)으로 분기되는 분기점(제4라인의 일단)을 히터 전환밸브(20)와 펌프(30) 출구의 사이에 형성하는 것에 의하여, 연료전지 스택(10)으로의 냉각수 공급이 차단(히터 전환밸브의 제2포트 차단)되는 냉시동 중에, 도 3과 같이, 냉각수가 제3라인(120)의 히터(50)를 경유하며 순환(승온 루프)함과 동시에, 제4라인(130)을 따라서도 순환할 수 있으므로, 냉시동시 공조유닛(70)을 경유하는 제4라인(130)의 냉각수의 온도를 일정 이상으로 유지할 수 있다. As such, in the embodiment of the present invention, the branch point (one end of the fourth line) at which the cooling water flowing along the first line 110 branches to the fourth line 130 is connected to the heater switching valve 20 and the pump 30 ) By forming between the outlets, during cold start in which the supply of cooling water to the fuel cell stack 10 is blocked (blocking the second port of the heater switching valve), as shown in FIG. 3, the cooling water flows through the third line 120 Circulates via the heater 50 (heating loop) and can also circulate along the fourth line 130 at the same time, so that the cooling water in the fourth line 130 via the air conditioning unit 70 during cold startup The temperature can be maintained above a certain level.

즉, 연료전지 스택(10)의 냉시동 직후, 제4라인(130)에 정체되어 있던 저온의 냉각수가 연료전지 스택(10)으로 유입되면, 연료전지 스택(10)의 출력이 저하되는 문제점이 있다.That is, when the low-temperature cooling water stagnant in the fourth line 130 flows into the fuel cell stack 10 immediately after the fuel cell stack 10 is cold-started, the output of the fuel cell stack 10 is lowered. there is.

하지만, 본 발명은 냉시동시 제4라인(130)의 냉각수의 온도가 일정 이상으로 유지되도록 하는 것에 의하여, 냉시동 직후에 연료전지 스택(10)에 저온 냉각수가 유입되는 것을 최소화할 수 있으므로, 저온 냉각수에 의한 연료전지 스택(10)의 출력 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.However, the present invention maintains the temperature of the cooling water in the fourth line 130 above a certain level during cold startup, thereby minimizing the inflow of low-temperature cooling water into the fuel cell stack 10 immediately after cold startup. An advantageous effect of minimizing a decrease in output of the fuel cell stack 10 due to cooling water may be obtained.

이온 필터(80)는 공조유닛(70)을 통과한 냉각수에 포함된 이온을 필터링하기 위해 제4라인(130)에 마련된다.The ion filter 80 is provided in the fourth line 130 to filter ions included in the cooling water that has passed through the air conditioning unit 70 .

참고로, 시스템의 부식이나 용출(exudation) 등으로 인해 냉각수의 전기전도도가 증가하면, 냉각수로 전기가 흐르게 되어 연료전지 스택(10)이 단락되거나 냉각수쪽으로 전류가 흐르게 되는 문제점이 발생하게 되므로, 냉각수는 낮은 전기전도도를 유지할 수 있어야 한다.For reference, when the electrical conductivity of the coolant increases due to corrosion or exudation of the system, electricity flows to the coolant, causing a short circuit in the fuel cell stack 10 or a current flow toward the coolant. should be able to maintain low electrical conductivity.

이온 필터(80)는 냉각수의 전기전도도를 일정 수준 이하로 유지할 수 있도록 냉각수에 포함된 이온을 제거하도록 마련된다.The ion filter 80 is provided to remove ions included in the cooling water so as to maintain the electrical conductivity of the cooling water below a certain level.

이와 같이, 본 발명은 연료전지 스택(10)으로의 냉각수 공급이 차단(히터 전환밸브의 제2포트 차단)되는 냉시동 중에, 냉각수가 제3라인(120)의 히터(50)를 경유하며 순환(승온 루프)함과 동시에, 제4라인(130)을 따라서도 순환하도록 하는 것에 의하여, 냉시동시에도 제4라인(130)에 구비된 이온 필터(80)에 의한 필터링(냉각수에 포함된 이온 제거)이 가능하다. 따라서, 냉시동 직후 연료전지 스택(10)으로 유입되는 냉각수의 전기전도도를 일정 수준 이하로 유지시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, during cold start-up in which the supply of coolant to the fuel cell stack 10 is blocked (the second port of the heater switching valve is blocked), the coolant circulates through the heater 50 of the third line 120. (heating loop) and circulate along the fourth line 130 at the same time, filtering by the ion filter 80 provided in the fourth line 130 even during cold startup (removing ions contained in the cooling water) ) is possible. Accordingly, an advantageous effect of maintaining the electrical conductivity of the cooling water flowing into the fuel cell stack 10 immediately after cold startup can be obtained below a certain level.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention belongs will not deviate from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these variations and applications should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

1 : 연료전지 시스템
10 : 연료전지 스택
20 : 히터 전환밸브
30 : 펌프
40 : 전환밸브
50 : 히터
60 : 라디에이터
70 : 공조유닛
80 : 이온 필터
100 : TMS 라인
110 : 제1라인
120 : 제2라인
130 : 제3라인
140 : 제4라인
150 : 바이패스라인
200 : 바이패스밸브
210 : 밸브하우징
210a : 통과유로
212 : 제1하우징부재
212a : 입구포트
212b : 출구포트
214 : 제2하우징부재
220 : 밸브부재
222 : 밸브시트
224 : 밸브로드
224a : 밸브 블레이드
226 : 밸브연장부
226a : 연장돌기
230 : 솔레노이드
232 : 플런저
240 : 탄성부재
250 : 하우징 실링부재
260 : 밸브 실링부재
270 : 솔레노이드 실링부재1: fuel cell system
10: fuel cell stack
20: heater conversion valve
30: pump
40: conversion valve
50: heater
60: radiator
70: air conditioning unit
80: ion filter
100: TMS line
110: first line
120: second line
130: 3rd line
140: 4th line
150: bypass line
200: bypass valve
210: valve housing
210a: through passage
212: first housing member
212a: inlet port
212b: exit port
214: second housing member
220: valve member
222: valve seat
224: valve rod
224a: valve blade
226: valve extension
226a: extension protrusion
230: solenoid
232: plunger
240: elastic member
250: housing sealing member
260: valve sealing member
270: solenoid sealing member

Claims (13)

연료전지 스택을 경유하며, 냉각수가 순환되는 제1라인;
상기 제1라인에 마련되며, 상기 냉각수를 유동시키는 펌프;
상기 제1라인에 마련되며, 상기 냉각수를 냉각하는 라디에이터;
일단은 상기 펌프의 입구와 상기 라디에이터의 사이에서 상기 제1라인에 연결되고, 다른 일단은 상기 연료전지 스택의 출구와 상기 라디에이터의 입구의 사이에서 상기 제1라인에 연결되는 제2라인;
상기 펌프의 입구와 상기 라디에이터의 사이에서 상기 제1라인에 마련되며, 상기 제2라인의 일단이 연결되고, 상기 냉각수의 유동 경로를 상기 라디에이터 또는 상기 연료전지 스택으로 전환하는 전환밸브;
일단은 상기 라디에이터의 출구와 상기 전환밸브의 사이에서 상기 제1라인에 연결되고, 다른 일단은 상기 펌프의 입구와 상기 전환밸브의 사이에서 상기 제1라인에 연결되는 바이패스라인; 및
상기 바이패스라인에 마련되며, 상기 바이패스라인을 선택적으로 개폐하는 바이패스밸브;
를 포함하는 연료전지 시스템.
A first line passing through the fuel cell stack and circulating cooling water;
a pump provided in the first line and flowing the cooling water;
a radiator provided in the first line and cooling the cooling water;
a second line having one end connected to the first line between the inlet of the pump and the radiator and the other end connected to the first line between the outlet of the fuel cell stack and the inlet of the radiator;
a switching valve provided in the first line between the inlet of the pump and the radiator, connected to one end of the second line, and switching a flow path of the cooling water to the radiator or the fuel cell stack;
a bypass line having one end connected to the first line between the outlet of the radiator and the switching valve and the other end connected to the first line between the inlet of the pump and the switching valve; and
a bypass valve provided in the bypass line and selectively opening and closing the bypass line;
A fuel cell system comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 바이패스밸브는, 상기 전환밸브에 이상이 발생한 경우, 상기 라디에이터를 통과한 상기 냉각수를 상기 연료전지 스택으로 바이패스시키는 연료전지 시스템.
According to claim 1,
The bypass valve bypasses the cooling water that has passed through the radiator to the fuel cell stack when an abnormality occurs in the switching valve.
 제1항에 있어서,
상기 바이패스밸브는,
상기 바이패스라인에 연결되며, 상기 냉각수가 통과 가능한 통과유로가 형성된 밸브하우징;
상기 통과유로를 차단하는 제1위치에서 상기 통과유로를 개방하는 제2위치로 이동 가능하게 마련되는 밸브부재;
상기 밸브하우징에 연결되며, 상기 밸브부재가 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 이동하도록 구동력을 제공하는 솔레노이드; 및
상기 밸브부재가 상기 제1위치로 이동하도록 탄성력을 제공하는 탄성부재;
를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 1,
The bypass valve,
a valve housing connected to the bypass line and having a passage through which the cooling water passes;
a valve member provided to be movable from a first position blocking the passage passage to a second position opening the passage passage;
a solenoid connected to the valve housing and providing a driving force to move the valve member from the first position to the second position; and
an elastic member providing an elastic force to move the valve member to the first position;
A fuel cell system comprising a.
 제3항에 있어서,
상기 밸브부재는,
상기 밸브하우징에 회전 가능하게 마련되는 밸브로드;
상기 밸브로드에 연결되며, 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 회전하며 상기 통과유로를 개폐하는 밸브시트; 및
상기 밸브시트에서 연장되는 밸브연장부;를 포함하고,
상기 솔레노이드는 상기 밸브연장부에 접촉하며, 상기 밸브로드를 선택적으로 회전시키는 연료전지 시스템.
According to claim 3,
The valve member,
a valve rod rotatably provided on the valve housing;
a valve seat connected to the valve rod and rotating from the first position to the second position to open and close the passage; and
Including; a valve extension extending from the valve seat;
The solenoid contacts the valve extension part and selectively rotates the valve rod.
 제4항에 있어서,
상기 밸브연장부에 마련되며, 상기 탄성부재를 지지하는 연장돌기를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 4,
and an extension protrusion provided in the valve extension part and supporting the elastic member.
 제4항에 있어서,
상기 밸브로드에 마련되며, 상기 통과유로를 통과하는 상기 냉각수에 의해 상기 밸브로드를 회전시키는 밸브 블레이드를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 4,
and a valve blade provided on the valve rod and rotating the valve rod by the cooling water passing through the passage.
 제3항에 있어서,
상기 밸브하우징은,
제1하우징부재; 및
상기 제1하우징부재와 상호 협조적으로 상기 통과유로를 정의하는 제2하우징부재;
를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 3,
The valve housing,
a first housing member; and
a second housing member that defines the passing passage cooperatively with the first housing member;
A fuel cell system comprising a.
 제7항에 있어서,
상기 제1하우징부재와 상기 제2하우징부재의 사이에 개재되는 하우징 실링부재를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 7,
A fuel cell system comprising a housing sealing member interposed between the first housing member and the second housing member.
 제3항에 있어서,
상기 밸브부재에 마련되며, 상기 밸브부재와 상기 통과유로의 사이를 밀폐하는 밸브 실링부재를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 3,
and a valve sealing member provided on the valve member and sealing a gap between the valve member and the passage passage.
 제3항에 있어서,
상기 밸브하우징과 상기 솔레노이드의 사이에 개재되는 솔레노이드 실링부재를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 3,
A fuel cell system comprising a solenoid sealing member interposed between the valve housing and the solenoid.
 제1항에 있어서,
일단은 상기 펌프의 출구와 상기 연료전지 스택의 사이에 위치하는 제1지점에서 상기 제1라인에 연결되고, 다른 일단은 상기 펌프의 입구와 상기 연료전지 스택의 사이에 위치하는 제2지점에서 상기 제1라인에 연결되는 제3라인; 및
상기 제3라인에 마련되며, 상기 제3라인을 따라 유동하는 상기 냉각수를 가열하는 히터;
를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 1,
One end is connected to the first line at a first point located between the outlet of the pump and the fuel cell stack, and the other end is connected to the first line at a second point located between the inlet of the pump and the fuel cell stack. a third line connected to the first line; and
a heater provided in the third line to heat the cooling water flowing along the third line;
A fuel cell system comprising a.
 제11항에 있어서,
상기 제1지점에 위치하도록 상기 제1라인에 제공되며, 상기 제3라인의 일단이 연결되고, 상기 냉각수의 유동 경로를 상기 히터 또는 상기 연료전지 스택으로 전환하는 히터 전환밸브를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 11,
A fuel cell system including a heater switching valve provided in the first line to be located at the first point, connected to one end of the third line, and switching a flow path of the cooling water to the heater or the fuel cell stack. .
 제11항에 있어서,
일단은 상기 제1지점과 상기 펌프의 사이에서 상기 제1라인에 연결되고, 다른 일단은 상기 전환밸브에 연결되며, 공조유닛을 경유하는 제4라인; 및
상기 제4라인에 마련되며, 상기 공조유닛을 통과한 상기 냉각수에 포함된 이온을 필터링하는 이온 필터;
를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 11,
a fourth line having one end connected to the first line between the first point and the pump and the other end connected to the switching valve and passing through an air conditioning unit; and
an ion filter provided in the fourth line and filtering ions included in the cooling water passing through the air conditioning unit;
A fuel cell system comprising a.
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