KR20230104687A - A fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system, a fuel cell system, and a method of operating the fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 제1 이송 장치(FE1)를 갖는 연료용 제1 이송 경로(F1); 제2 이송 장치(FE2)를 갖는 연료용 제2 이송 경로(F2); 제1 이송 경로(F1)와 제2 이송 경로(F2)가 서로 이어지는 통로 영역(MB); 및 통로 영역(MB)에 연결되고, 연료가 연료 전지로 송출 가능하도록 하는 연료용 공통 출구 개구(AO);를 포함하는, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10)에 관한 것이다.The present invention relates to a first transport path F1 for fuel having a first transport device FE1; a second transport path F2 for fuel having a second transport device FE2; a passage area MB in which the first transport path F1 and the second transport path F2 are connected to each other; and a common outlet opening (AO) for fuel connected to the passage area (MB) and allowing fuel to be delivered to the fuel cell. will be.

Description

연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치, 연료 전지 시스템, 그리고 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 작동 방법A fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system, a fuel cell system, and a method of operating the fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system

본 발명은 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치, 연료 전지 시스템, 그리고 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 작동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel delivery device for transporting fuel for a fuel cell system, a fuel cell system, and a method of operating the fuel delivery device for transporting fuel for a fuel cell system.

일반적으로, 연료 전지 시스템들에서 연료, 예를 들어 수소는 연료 전지의 애노드 회로를 위해 제공될 수 있다. 이 경우, 애노드 회로는 연료 전지 또는 연료 전지 스텍의 애노드 측에 제1 기체를 공급하도록 구성되고, 이후 이러한 제1 기체를 통해서는 연료 전지에서 반응이 실행될 수 있다.Generally, in fuel cell systems fuel, for example hydrogen, may be provided for the anode circuit of the fuel cell. In this case, the anode circuit is configured to supply a first gas to the anode side of the fuel cell or fuel cell stack, and then a reaction can be carried out in the fuel cell via this first gas.

이 경우, 탱크로부터 신선한 연료(수소)를 제공받고, 이러한 연료를 계량 밸브를 통해 시스템에 공급하는 것이 가능하다. 다른 한편으로, 수소는 회로 내의 이젝터 펌프 및/또는 재순환 팬을 통해서도 이송될 수 있다. 이 경우, 이젝터 펌프는 상위 부하 영역을 처리할 수 있고 재순환 팬은 하위 부하 영역을 처리할 수 있다. 회로 순환과 신선한 공급을 조합하는 것이 가능할 수 있지만, 이러한 2가지 이송 방법들은 일반적으로 서로 직렬 (접속되어) 작동되기 때문에 서로 영향을 미치기도 한다.In this case, it is possible to receive fresh fuel (hydrogen) from the tank and feed this fuel to the system via the metering valve. On the other hand, hydrogen can also be delivered via an ejector pump and/or recirculation fan in the circuit. In this case, the ejector pump can handle the upper load area and the recirculation fan can handle the lower load area. It may be possible to combine circuit circulation with fresh supply, but these two transfer methods also influence each other because they are usually operated in series (connected) to each other.

DE 112006003013 B4호에는 피팅부 및 밸브를 구비한 탱크가 설명되고, 이러한 밸브는 피팅부 내에 고정된다.DE 112006003013 B4 describes a tank with fittings and valves, these valves being fixed in the fittings.

본 발명은 청구항 제1항에 따른 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치, 청구항 제10항에 따른 연료 전지 시스템, 그리고 청구항 제11항에 따른 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 작동 방법을 제공한다.The present invention provides a fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system according to claim 1, a fuel cell system according to claim 10, and a fuel transfer device for a fuel cell system according to claim 11. A method of operating a fuel delivery device is provided.

바람직한 개선예들은 종속 청구항들의 대상이다.Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.

본 발명의 기초가 되는 아이디어는, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치, 연료 전지 시스템, 그리고 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 작동 방법을 제시하는 것이고, 연료의 순환 이송 및 탱크로부터의 연료 이송의 병렬 작동이 작동 가능하고, 직접식 이송과 순환 이송의 상호 영향이 이러한 병렬 작동을 통해 감소 가능하다.The idea underlying the present invention is to propose a fuel delivery device for transporting fuel for a fuel cell system, a fuel cell system, and a method of operating the fuel delivery device for transporting fuel for a fuel cell system, Parallel operation of circulating transfer and fuel transfer from the tank is operable, and mutual influences of direct transfer and circulatory transfer can be reduced through this parallel operation.

본 발명에 따라, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치는 제1 이송 장치를 갖는 연료용 제1 이송 경로; 제2 이송 장치를 갖는 연료용 제2 이송 경로; 제1 이송 경로와 제2 이송 경로가 서로 이어지는 통로 영역; 및 통로 영역에 연결되고, 연료가 연료 전지로 송출 가능하도록 하는 연료용 공통 출구 개구;를 포함한다.According to the present invention, a fuel conveying device for conveying fuel for a fuel cell system includes a first conveying path for fuel having a first conveying device; a second conveying path for fuel having a second conveying device; a passage area where the first transport path and the second transport path are connected to each other; and a common outlet opening for fuel connected to the passage area and allowing fuel to be delivered to the fuel cell.

연료는 예를 들어 기체일 수 있지만, 액체 연료를 이송하는 것도 가능하다. 제1 이송 경로 및/또는 제2 이송 경로의 각각 또는 이 둘 모두는, 통로 영역 및 출구 개구를 포함할 수 있는 단부 부품으로 이어질 수 있는 관 또는 호스를 포함할 수 있다.The fuel can be gaseous, for example, but it is also possible to deliver liquid fuel. Each or both of the first conveying path and/or the second conveying path may include a tube or hose that may lead to an end piece that may include a passage area and an outlet opening.

이 경우, 본원에서 "연료"는 공통적으로, 예를 들어 연료 전지의 애노드 측을 위한, 연료 전지의 구동을 위한 수단 또는 물질의 구성 요소를 의미할 수 있다. 그러나, 이 경우 동일한 시스템을 연료 전지의 캐소드 측에 맞추는 것도 가능하다. 이 경우, 연료 전지는 개별 연료 전지 또는 연료 전지 스택일 수 있다.In this case, “fuel” herein may refer to a component of a material or a means for driving a fuel cell, for example, for an anode side of a fuel cell. However, in this case it is also possible to adapt the same system to the cathode side of the fuel cell. In this case, the fuel cells may be individual fuel cells or fuel cell stacks.

이 경우, 이송이라는 행위는 상이한 방법들, 예를 들어 펌핑 또는 이젝팅 이송을 포함할 수 있다. 이 경우, 병렬로 안내되는 2개의 이송 경로들은 각각의 이송 장치들을 통해 그리고 사양에 따라 상이한 작동 모드들로, 예를 들어 연료 전지의 출력과 신선한 연료 및/또는 재순환된 연료의 이송 필요에 따라 작동될 수 있고, 바람직하게는 병렬로 제어될 수 있고 그리고 통로 영역 내에서야 병합될 수 있다. 이 경우, 통로 영역은 출구 개구 바로 상류에 위치할 수 있다. 이러한 방식의 배열을 통해, 2개의 이송 장치들 및 이송 경로들의 상호 영향이 감소되거나 심지어 방지될 수 있는데, 이는 연료가 지금 바람직한 이송 경로로부터 더욱 유연하게 요구될 수 있기 때문에 그리고 이송 경로들로부터의 연료들 중에서 더욱 목표 지향적으로 선택될 수 있기 때문에, 연료 이송 장치와, 궁극적으로는 또한 연료 전지의 유연성 및 효율성을 개선할 수 있다.In this case, the act of conveying may involve different methods, for example pumping or ejecting conveying. In this case, the two conveying paths guided in parallel operate via the respective conveying devices and in different modes of operation depending on the specification, for example depending on the power of the fuel cell and the need for conveying fresh and/or recycled fuel. can be, preferably controlled in parallel and merged only within the passage area. In this case, the passage area may be located just upstream of the outlet opening. Through arrangement in this way, mutual influence of the two conveying devices and conveying paths can be reduced or even prevented, since fuel can be demanded more flexibly from the now preferred conveying route and fuel from the conveying routes. Since it can be selected more target-oriented among them, it can improve the flexibility and efficiency of the fuel delivery device and, ultimately, also the fuel cell.

제1 이송 경로 및/또는 제2 이송 경로 그리고 이들의 구성 요소들은 각각 모듈들로서 형성될 수 있다.The first conveying path and/or the second conveying path and their components may each be formed as modules.

예를 들어, 연료 이송 장치는 수소 계량 밸브 및 재순환부를 구비한 모든 연료 전지 시스템들을 위해 사용될 수 있거나, 연료 전지 시스템들을 위한 다른 연료 유형들을 위해서도 사용될 수 있다.For example, the fuel delivery device can be used for all fuel cell systems with a hydrogen metering valve and recirculation, or can be used for other fuel types for fuel cell systems as well.

연료 이송 장치의 바람직한 일 실시예에 따라, 제1 이송 장치는 계량 밸브 및/또는 이젝터 펌프를 포함한다.According to one preferred embodiment of the fuel delivery device, the first delivery device comprises a metering valve and/or an ejector pump.

연료, 바람직하게는 수소는 외부 탱크로부터 그리고/또는 연료 전지의 재순환부로부터 계량 밸브, 예를 들어 수소 계량 밸브를 통해 제1 이송 경로로 공급될 수 있다. 계량 밸브와 이젝터 펌프를 통해 연료는 연료 전지의 고부하 영역 및/또는 고출력 영역에서 이러한 연료 전지에 공급될 수 있는데, 이는 이젝터 펌프를 구비한 제1 이송 경로를 통해 연료의 충분히 높은 체적 흐름이 달성될 수 있기 때문이다.Fuel, preferably hydrogen, can be supplied to the first transfer path from an external tank and/or from the recirculation part of the fuel cell via a metering valve, for example a hydrogen metering valve. Via the metering valve and the ejector pump, fuel can be supplied to these fuel cells in the high load region and/or high power region of the fuel cell, in which case a sufficiently high volumetric flow of fuel can be achieved through the first conveying path with the ejector pump. because it can

연료 이송 장치의 바람직한 일 실시예에 따라, 제1 이송 경로는 외부 연료 탱크와 연결 가능하다.According to one preferred embodiment of the fuel delivery device, the first delivery path is connectable with an external fuel tank.

이와 같이, 제1 이송 경로는 외부 연료 탱크로부터 연료 전지로, 그리고 이에 따라 연료 전지 시스템으로 연료를 이송할 수 있다.As such, the first transfer path can transfer fuel from the external fuel tank to the fuel cell and thus to the fuel cell system.

연료 이송 장치의 바람직한 일 실시예에 따라, 제2 이송 장치는 재순환 펌프를 포함한다.According to one preferred embodiment of the fuel delivery device, the second delivery device comprises a recirculation pump.

회로 내에서의 이송을 위하여, 제2 이송 경로는, 바람직하게는 고부하 영역 및/또는 고출력 영역에서 단독으로 또는 제1 이송 경로를 지원하여 연료를 연료 전지로부터 그리고 다시 이러한 연료 전지로 순환시킬 수 있다.For in-circuit transfer, the second transfer path can circulate the fuel from the fuel cell and back to the fuel cell, preferably either alone or in support of the first transfer path in the high load region and/or the high power region. .

재순환 펌프는 재순환 팬을 포함할 수 있다.The recirculation pump may include a recirculation fan.

연료 이송 장치의 바람직한 일 실시예에 따라, 제2 이송 경로는 연료용 회로로서 연료 전지와 연결 가능하다.According to a preferred embodiment of the fuel delivery device, the second delivery path is connectable to the fuel cell as a circuit for fuel.

연료 이송 장치의 바람직한 일 실시예에 따라, 연료 이송 장치는 연료로서 액체 수소 또는 기체 수소를 이송하도록 구성된다.According to one preferred embodiment of the fuel delivery device, the fuel delivery device is configured to deliver either liquid hydrogen or gaseous hydrogen as fuel.

이에 상응하게, 펌프들, 라인들, 밀봉부들 및 밸브들이 이송 경로들에 구성될 수 있다.Correspondingly, pumps, lines, seals and valves can be configured in the transfer paths.

연료 이송 장치의 바람직한 일 실시예에 따라, 통로 영역은 플러터 밸브를 포함하고, 이러한 플러터 밸브에 의해서는 통로 영역 내에서 제1 이송 경로 및/또는 제2 이송 경로가, 상응하게 다른 이송 경로 내에 존재하는 압력을 통해 적어도 부분적으로 폐쇄 가능하다.According to a preferred embodiment of the fuel delivery device, the passage area comprises a flutter valve, by means of which the first conveyance path and/or the second conveyance path are in the passage area correspondingly within the other conveyance paths. It is possible to at least partially close it through the pressure to do.

플러터 밸브는 플랩을 포함할 수 있고, 이러한 플랩은 통로 영역 내로의 제1 이송 경로 및/또는 제2 이송 경로의 출구를 적어도 부분적으로 또는 완전히 폐쇄할 수 있고, 이러한 이송 경로로부터의 연료 배출을 차단할 수 있다.The flutter valve may comprise a flap capable of at least partially or completely closing the outlet of the first conveying path and/or the second conveying path into the passage area and blocking the discharge of fuel from such conveying path. can

연료 이송 장치의 바람직한 일 실시예에 따라, 플러터 밸브는 플러터 밸브가 휴지 위치에서 초기 응력을 인가받을 수 있도록 하는 스프링을 포함하고, 이러한 휴지 위치 하에 제1 이송 경로 또는 제2 이송 경로는 폐쇄된다.According to a preferred embodiment of the fuel delivery device, the flutter valve comprises a spring enabling the flutter valve to be pre-stressed in a rest position, in which position either the first conveyance path or the second conveyance path is closed.

이 경우, 휴지 위치는, 휴지 위치에서 플러터 밸브에 대항력이 작용하지 않고, 플러터 밸브가 이송 경로들 중 하나의 이송 경로를 완전히 폐쇄하거나 부분적으로만 폐쇄하는 방식으로 플러터 밸브가 스프링을 통해 홀딩될 수 있도록 선택될 수 있다.In this case, the rest position is such that, in the rest position, no opposing force acts on the flutter valve, and the flutter valve can be held through the spring in such a way that the flutter valve completely or only partially closes one of the conveying paths. can be selected so that

연료 이송 장치의 바람직한 일 실시예에 따라, 제1 이송 경로는 연료 전지 시스템의 상위 부하 영역 내에서 작동되도록 구성되고, 제2 이송 경로는 연료 전지 시스템의 하위 부하 영역 내에서 작동되도록 구성되며, 하위 부하 영역과 상위 부하 영역은 완전히 상이하거나, 중첩값 영역을 포함하며, 제1 이송 경로 및/또는 제2 이송 경로는 서로 병렬로 작동 가능하다.According to one preferred embodiment of the fuel delivery device, the first transport path is configured to operate within an upper load region of the fuel cell system, and the second transport path is configured to operate within a lower load region of the fuel cell system, The load area and the upper load area are completely different or include overlapping value areas, and the first conveying path and/or the second conveying path are operable in parallel with each other.

제1 이송 경로는 상위 부하 영역 내에서 작동될 수 있고, 제2 이송 경로는 하위 부하 영역 내에서 작동될 수 있다.The first transfer path may operate within an upper load area, and the second transfer path may operate within a lower load area.

이러한 부하 영역들은 연료 전지에서의 부하(출력 작동)의 50%에서 분리될 수 있고, 즉 50% 미만은 하위 부하 영역을 의미할 수 있고, 50% 이상은 상위 부하 영역을 의미할 수 있다. 종래의 연료 이송 장치들에서는 2개의 이송 유닛들이 직렬 접속될 수 있으며, 이 경우 부하 영역들의 전환(각각의 부하 영역 하에서의 작동)이 유동적일 수 있다.These load areas can be separated from 50% of the load (output operation) in the fuel cell, ie less than 50% can mean a lower load area and more than 50% can mean an upper load area. In conventional fuel delivery devices, two delivery units can be connected in series, in which case switching of load regions (operation under each load region) can be flexible.

중첩값 영역은 연료 전지와 연료 이송 장치가 부분 부하에서 작동될 때 존재할 수 있다.An overlapping value region may exist when the fuel cell and the fuel delivery device are operated at partial load.

본 발명에 따라, 연료 전지 시스템은 연료 전지 및 본 발명에 따른 연료 이송 장치를 포함한다.According to the present invention, a fuel cell system includes a fuel cell and a fuel delivery device according to the present invention.

본 발명에 따라, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 작동 방법에서는, 본 발명에 따른, 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치를 제공하고, 연료 전지와 연료 이송 장치를 연결하는 단계; 연료 탱크로부터 그리고/또는 연료 전지로부터 연료를 이송하기 위한 필요성을 인식하는 단계와, 그 이후 제1 이송 장치를 구비한 제1 이송 경로에 의해 연료 전지로 연료를 이송하는 단계; 및/또는 회로 내의 연료 전지로부터 연료를 이송하기 위한 필요성을 인식하는 단계와, 그 이후 제2 이송 장치를 구비한 제2 이송 경로에 의해 회로 내의 연료를 이송하는 단계; 및 통로 영역에 연결되고, 연료가 연료 전지로 송출되도록 하는 연료용 공통 출구 개구를 통해 연료를 송출하는 단계;가 실행된다.According to the present invention, in a method of operating a fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system, providing a fuel transfer device for transferring fuel according to the present invention, and connecting the fuel cell and the fuel transfer device ; recognizing the need to transfer fuel from the fuel tank and/or from the fuel cell and thereafter transferring the fuel to the fuel cell by a first transfer path having a first transfer device; and/or recognizing a need to transfer fuel from a fuel cell in the circuit, thereafter transferring the fuel in the circuit by a second transfer path having a second transfer device; and delivering the fuel through a common outlet opening for the fuel connected to the passage area and allowing the fuel to be delivered to the fuel cell.

이러한 필요성의 인식은 연료 전지의 작동 모드에 대한 정보 또는 센서들을 통해, 예를 들어 연료 전지의 현재 작동되는 출력 영역/부하 영역에 대한 추론으로부터 실행될 수 있다. 이와 같이, 제1 이송 경로는 외부에서 탱크로부터 그리고/또는 연료 전지 자체의 재순환부의 공급부로부터 연료를 이송할 수 있다.Recognition of this need can be implemented from information about the operating mode of the fuel cell or from inference about the currently operated output area/load area of the fuel cell, for example, through sensors. As such, the first transport path can transport fuel externally from the tank and/or from the supply of the recirculation portion of the fuel cell itself.

이러한 방법은 바람직하게는 연료 이송 장치 및/또는 연료 전지 시스템의 이미 언급된 특징들도 특징으로 할 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다.This method can preferably also feature the previously mentioned features of the fuel delivery device and/or fuel cell system and vice versa.

본 발명의 실시예들의 추가적인 특징들 및 장점들은 첨부 도면들을 참조하여 하기 설명으로부터 얻어진다.Additional features and advantages of embodiments of the present invention are obtained from the following description with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 개략적인 도면들에 제시된 실시예에 의하여 하기에 더 상세히 설명된다.The invention is explained in more detail below by means of an embodiment presented in schematic drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 추가의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 추가의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 작동 방법의 방법 단계들에 대한 블록 회로도이다.
1 is a schematic diagram of a fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a fuel delivery device for transporting fuel for a fuel cell system according to a further embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a fuel delivery device for transporting fuel for a fuel cell system according to a further embodiment of the present invention.
4 is a block circuit diagram of method steps of a method of operating a fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도면들에서 동일한 참조 부호들은 동일하거나 동일한 기능을 갖는 요소들을 나타낸다.Like reference numerals in the drawings indicate elements that are the same or have the same function.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 개략적인 도면을 도시한다.1 shows a schematic diagram of a fuel delivery device for transporting fuel for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10)는 제1 이송 장치(FE1)를 갖는 연료용 제1 이송 경로(F1); 제2 이송 장치(FE2)를 갖는 연료용 제2 이송 경로(F2); 제1 이송 경로(F1)와 제2 이송 경로(F2)가 서로 이어지는 통로 영역(MB); 및 통로 영역(MB)에 연결되고, 연료가 연료 전지로 송출 가능하도록 하는 연료용 공통 출구 개구(AO);를 포함한다. 이 경우, 제1 이송 장치(FE1)는 계량 밸브(DV) 및/또는 이젝터 펌프(SP)를 포함할 수 있다. 제1 이송 경로(F1)는 외부 연료 탱크와 연결 가능할 수 있다. 제2 이송 장치(FE2)는 재순환 펌프(RP)를 포함할 수 있고, 제2 이송 경로(F2)는 연료용 회로로서 연료 전지와 연결 가능할 수 있다.A fuel conveying device 10 for conveying fuel for a fuel cell system includes a first conveying path F1 for fuel having a first conveying device FE1; a second transport path F2 for fuel having a second transport device FE2; a passage area MB in which the first transport path F1 and the second transport path F2 are connected to each other; and a common exit opening (AO) for fuel connected to the passage area (MB) and allowing fuel to be delivered to the fuel cell. In this case, the first transfer device FE1 may include a metering valve DV and/or an ejector pump SP. The first transfer path F1 may be connectable to an external fuel tank. The second transfer device FE2 may include a recirculation pump RP, and the second transfer path F2 may be connected to a fuel cell as a circuit for fuel.

일반적으로, 구성 요소들을 구비한 연료 이송 장치(10)는 연료로서 액체 수소 또는 기체 수소를 이송하도록 구성될 수 있다.In general, a fuel delivery device 10 having components may be configured to deliver either liquid hydrogen or gaseous hydrogen as fuel.

통로 영역(MB)은 플러터 밸브(FV)를 포함할 수 있고, 이러한 플러터 밸브에 의해서는 통로 영역(MB) 내에서 제1 이송 경로(F1) 및/또는 제2 이송 경로(F2)가, 상응하게 다른 이송 경로 내에 존재하는 압력을 통해 적어도 부분적으로 폐쇄 가능할 수 있다. 이를 위해, 플러터 밸브(FV)는 플러터 밸브(FV)가 휴지 위치에서 초기 응력을 인가받을 수 있도록 하는 스프링(F)을 포함할 수 있고, 이러한 휴지 위치 하에 제1 이송 경로(F1) 또는 제2 이송 경로(F2)는 폐쇄될 수 있다. 이 경우, 제1 이송 경로(F1)는 연료 전지 시스템의 상위 부하 영역 내에서 작동되도록 구성될 수 있고, 제2 이송 경로(F2)는 연료 전지 시스템의 하위 부하 영역 내에서 작동되도록 구성될 수 있으며, 하위 부하 영역과 상위 부하 영역은 완전히 상이할 수 있거나, 중첩값 영역을 포함할 수 있으며, 제1 이송 경로(F1) 및/또는 제2 이송 경로(F2)는 서로 병렬로 작동 가능할 수 있다. 연료 이송 장치(10)는 연료 전지를 구비한 연료 전지 시스템 내에 포함될 수 있으며, 예를 들어 연료 전지 시스템의 애노드 모듈로서 형성될 수 있다.The passage area MB may include a flutter valve FV, which causes the first transfer path F1 and/or the second transfer path F2 within the passage area MB to It may be at least partially closable through the pressure present in the otherwise conveying path. To this end, the flutter valve (FV) may include a spring (F) that allows the flutter valve (FV) to receive an initial stress in the rest position, and under this rest position, the first transfer path (F1) or the second The transport path F2 may be closed. In this case, the first transport path F1 may be configured to operate within an upper load range of the fuel cell system, and the second transport path F2 may be configured to operate within a lower load range of the fuel cell system, , the lower load region and the upper load region may be completely different or may include overlapping value regions, and the first conveyance path F1 and/or the second conveyance path F2 may be operable in parallel with each other. The fuel delivery device 10 may be included in a fuel cell system having a fuel cell, and may be formed as an anode module of the fuel cell system, for example.

도 1은, 제2 이송 경로(F2)만 활성화되어 있고, 연료(화살표 표시)가 재순환 펌프(RP)에 의하여, 특히 회로 순환으로서 다시 연료 전지(애노드)를 향해 이송되는 경우를 도시한다. 이 경우, 플러터 밸브(FV)는, 통로 영역(MB)에서 제2 이송 경로(F2)가 완전히 개방되고, 제1 이송 경로(F1)가 완전히 폐쇄되는 방식으로 위로 젖혀진다. 이러한 경우, 제1 이송 장치(FE1)는 스위치 오프될 수 있고, 탱크로부터의 연료를 이송할 수 없다.Figure 1 shows the case where only the second conveyance path F2 is active and the fuel (indicated by the arrow) is conveyed again towards the fuel cell (anode) by means of the recirculation pump RP, in particular as a circuit circuit. In this case, the flutter valve FV is flipped up in the passage area MB in such a way that the second conveying path F2 is completely open and the first conveying path F1 is completely closed. In this case, the first conveying device FE1 can be switched off and cannot convey fuel from the tank.

제1 이송 경로(F1)로부터 제2 이송 경로의 재순환부를 향해 연료(수소)가 계량 공급되지 않는다면, 그리고 재순환 펌프(RP)가 작동되는 경우, 플러터 밸브는 상부 정지부에 위치할 수 있고 제1 이송 경로(F1)를 폐쇄시킬 수 있으며, 이와 같이 공압적 단락[이송되는 애노드 기체가 연료 전지(스택)을 통해서는 유동하고, 거꾸로 이젝터 펌프를 통해서는(또는 제1 이송 경로를 통해서는) 유동하지 않음]을 방지할 수 있거나 적어도 감소시킬 수 있다. 즉, 이러한 경우 가장 낮은 부하가 연료 전지에 존재할 수 있다/실행될 수 있다. 이를 위해, 플러터 밸브는 초기 응력이 인가되거나 인가되지 않을 수 있으며, 초기 응력은 제2 이송 경로로부터의 압력보다 더 낮은 힘을 가할 수 있고, 이에 따라 플러터 밸브는 제1 이송 경로의 개구로 가압될 수 있거나, 제1 이송 경로로부터의 압력이 사라질 때 이러한 위치에 도달하는 방식으로 초기 응력이 인가될 수 있다.If fuel (hydrogen) is not metered from the first conveyance path F1 towards the recirculation part of the second conveyance path, and if the recirculation pump RP is operated, the flutter valve may be located at the upper stop and the first The transfer path F1 can be closed, and thus a pneumatic short circuit [transferred anode gas flows through the fuel cell (stack) and conversely flows through the ejector pump (or through the first transfer path) not] can be prevented or at least reduced. That is, in this case the lowest load may be present/run on the fuel cell. To this end, the flutter valve may or may not be pre-stressed, and the pre-stress may exert a force lower than the pressure from the second conveyance path, so that the flutter valve may be pressed into the opening of the first conveyance path. Alternatively, an initial stress may be applied in such a way that this position is reached when the pressure from the first conveying path disappears.

도 2는 본 발명의 추가의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 개략적인 도면을 도시한다.2 shows a schematic diagram of a fuel delivery device for transporting fuel for a fuel cell system according to a further embodiment of the present invention.

도 2는 도 1로부터의 연료 이송 장치(10)를 도시하지만, 제1 이송 경로(F1)도 활성화될 수 있고, 연료 이송 장치(10) 및 연료 전지는 부분 부하 하에, 즉 완전 부하보다 더 낮을 수 있고, 이에 따라 부분적으로 제1 이송 경로에 의해서도 작동될 수 있는 부하 하에 작동될 수 있다. 이 경우, 계량 밸브(DV)는 단위 시간당 특정 양의 연료를 제1 이송 경로(F1) 내로 유입시킬 수 있고, 이젝터 펌프(SP)는 연료의 이러한 체적 흐름을 생성할 수 있고, 연료의 유입이 외부에서 연료 탱크로부터 실행될 수 있고 그리고/또는 연료 전지의 재순환 경로로부터도, 즉 이미 시스템 내에 존재하는 기체로부터도 실행될 수 있다. 순환 경로를 통한 공급은 제1 이송 경로를 향한 구멍을 통하여 실행될 수 있다. 도 2는 연료 전지의 공급부를 도시하고, 이러한 공급부는 제2 이송 경로(F2)로 이어지고, 계량 밸브(DV) 및/또는 이젝터 펌프의 영역 내의 구멍을 통해 제1 이송 경로(F1)로도 이어질 수 있다. 도 1은 이와 마찬가지로 형성될 수 있지만, 그곳에서 구멍이 예를 들어 액추에이터를 통해 폐쇄될 수 있다.FIG. 2 shows the fuel delivery device 10 from FIG. 1 , however, the first delivery path F1 may also be activated, and the fuel delivery device 10 and fuel cell may be under partial load, ie less than full load. and thus partially operated under a load that can also be operated by the first conveying path. In this case, the metering valve DV can introduce a specific amount of fuel per unit time into the first conveying path F1, and the ejector pump SP can create this volumetric flow of fuel, and the inflow of fuel It can run externally from the fuel tank and/or from the recirculation path of the fuel cell, ie from the gas already present in the system. Feeding through the circulation path can be effected through a hole facing the first conveying path. Figure 2 shows the feed of the fuel cell, which feed leads to a second conveying path F2, which can also lead to a first conveying path F1 via a hole in the area of the metering valve DV and/or the ejector pump. there is. Figure 1 can be formed likewise, but there the hole can be closed, for example via an actuator.

하위 부하점들(예를 들어 50% 부하 미만)에서는 신선한 수소가 매우 적게만 요구된다.At lower load points (eg less than 50% load) very little fresh hydrogen is required.

여기에서 설명되는 도 2의 해결책에서도, 2개의 경로들이 병렬로 작동될 수 있으며, 즉 상위 부하 영역과 하위 부하 영역 사이의 전환 영역은 유동적이다. 궁극적으로, 이는 경계가 설정되는 작동 전략 및 구성 요소들(모듈형 시스템)의 구성에 따른다.Even in the solution of figure 2 described here, the two paths can be operated in parallel, i.e. the transition area between the upper load area and the lower load area is flexible. Ultimately, it depends on the configuration of the components (modular system) and the operating strategy on which the boundaries are set.

이러한 방식으로, 연료 전지는 부분 부하, 즉 완전 부하에서보다 더 낮은 부하에서 작동될 수 있다. 이 경우, 플러터 밸브(FV)는, 예를 들어 제1 이송 경로로부터의 체적 흐름과 제2 이송 경로로부터의 체적 흐름 중 어느 체적 흐름이 우세한지를 통해 그리고 서로 어떠한 관계에 있는지를 통해 결정되는, 제1 이송 경로와 제2 이송 경로 사이의 중간 위치를 취할 수 있다. 이와 같이, 예를 들어 이러한 2개의 흐름들이 동일한 경우, 플러터 밸브(FV)는 제1 이송 경로(F1)의 출구와 제2 이송 경로(F2)의 출구 사이의 정확히 중간 위치에 위치할 수 있고, 예를 들어 플러터 밸브(FV)의 이동 공간의 각의 이등분선에 위치할 수 있다. 이러한 중간 위치에서 플러터 밸브는 초기 응력이 인가될 수도 있다.In this way, the fuel cell can be operated at a lower load than at partial load, ie full load. In this case, the flutter valve (FV) is determined, for example, through which of the volume flows from the first conveyance path and the volume flows from the second conveyance path are dominant and through what relationship they have to each other. It can take an intermediate position between the first conveying path and the second conveying path. Thus, for example, when these two flows are the same, the flutter valve FV can be positioned exactly midway between the outlet of the first conveying path F1 and the outlet of the second conveying path F2, For example, it may be located at the bisector of the angle of the moving space of the flutter valve (FV). In this intermediate position the flutter valve may be prestressed.

재순환 펌프(RP)는 이젝터 펌프(SP)에 대해 병렬 접속될 수 있다. 압력측 병합은 통로 영역(MB) 내에서 플러터 밸브(FV)를 통해 실행될 수 있다. 플러터 밸브는 명확한 휴지 위치를 규정하기 위해 스프링 하중이 가해질 수 있다. 부분 부하 하에, 플러터 밸브(FV)는, 상이한 질량 흐름들로 인해 나타나는 위치로 플러터링된다. 부분 부하에서, 즉 2개의 이송 경로들이 사용될 수 있는 경우, 플러터 밸브는 그에 따라, 2개의 질량 흐름들의 비율에 상응하는 위치를 찾는다. 이러한 위치와 플러터링 거동은 스프링을 통해 매칭될 수 있다.A recirculation pump (RP) may be connected in parallel to the ejector pump (SP). The pressure-side merging can be performed through the flutter valve (FV) in the passage area (MB). The flutter valve can be spring-loaded to define a distinct rest position. Under partial load, the flutter valve (FV) flutters into the resulting position due to different mass flows. At part load, ie when two conveying paths can be used, the flutter valve thus seeks a position corresponding to the ratio of the two mass flows. This position and fluttering behavior can be matched through springs.

도 3은 본 발명의 추가의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 개략적인 도면을 도시한다.3 shows a schematic diagram of a fuel delivery device for transporting fuel for a fuel cell system according to a further embodiment of the present invention.

도 3은 도 1 또는 도 2로부터의 연료 이송 장치(10)를 도시하고, 제1 이송 경로(F1)만이 활성화될 수 있고, 연료 전지와, 그에 따라 연료 이송 장치(10)가 완전 부하 하에 작동될 수 있고, 즉 탱크로부터의 연료에 의해서만 작동될 수 있다. 대안적으로, 제1 이송 경로는 순환부로부터의 연료도 함께 사용할 수 있다[탱크로부터의 신선한 연료에 추가하여, 이 경우 연료 전지로부터의 공급 라인이 계량 밸브(DV)에 연결될 수 있고, 계량 밸브(DV)를 통해 제1 이송 경로 내로 계량 공급될 수 있고, 이젝터 펌프(SP)에 의해 제1 이송 경로(F1) 내로 몰아 넣어질 수 있다].FIG. 3 shows the fuel delivery device 10 from FIG. 1 or 2 , only the first delivery path F1 can be activated, the fuel cell and, therefore, the fuel delivery device 10 operating under full load. , i.e. it can be operated only by fuel from the tank. Alternatively, the first transfer path can also use fuel from the circulation (in addition to fresh fuel from the tank, in this case the supply line from the fuel cell can be connected to the metering valve DV, It can be metered into the first conveying path through (DV) and driven into the first conveying path F1 by the ejector pump (SP)].

즉, 신선한 연료(수소)는 계량 밸브(DV)(제1 이송 경로의 모듈)를 통해 외부에서 탱크로부터 시스템으로 공급될 수 있다. 완전 부하 하에서, 재순환 펌프(RP)는 턴 오프될 수 있고, 이젝터 펌프(SP)만 작동할 수 있다. 이 경우, 유동력을 통하여 플러터 밸브(FV)는 제2 이송 경로(F2)를 위한 하부 폐쇄 위치에서 홀딩(가압)될 수 있다.That is, fresh fuel (hydrogen) can be supplied to the system from the tank externally via the metering valve DV (module of the first conveying path). Under full load, the recirculation pump (RP) can be turned off and only the ejector pump (SP) can operate. In this case, the flutter valve (FV) can be held (pressurized) in the lower closed position for the second conveyance path (F2) through the flow force.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 작동 방법의 방법 단계들에 대한 블록 회로도를 도시한다.4 shows a block circuit diagram of method steps of a method of operating a fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 작동 방법에서는, 본 발명에 따른 연료 이송 장치를 제공하고, 연료 전지와 연료 이송 장치를 연결하는 단계(S1); 연료 탱크로부터 연료를 이송하기 위한 필요성을 인식하는 단계(S2)와, 그 이후 제1 이송 장치를 구비한 제1 이송 경로에 의해 연료 탱크로부터 연료 전지로 연료를 이송하는 단계(S3); 및/또는 회로 내의 연료 전지로부터 연료를 이송하기 위한 필요성을 인식하는 단계(S4)와, 그 이후 제2 이송 장치를 구비한 제2 이송 경로에 의해 회로 내의 연료를 이송하는 단계(S5); 및 통로 영역에 연결되고, 연료가 연료 전지로 송출되도록 하는 연료용 공통 출구 개구를 통해 연료를 송출하는 단계(S6);가 실행된다.A method of operating a fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system includes providing a fuel transfer device according to the present invention, and connecting the fuel cell and the fuel transfer device (S1); recognizing the need to transfer fuel from the fuel tank (S2), and thereafter transferring the fuel from the fuel tank to the fuel cell by a first transfer path having a first transfer device (S3); and/or recognizing the need to transfer fuel from the fuel cell in the circuit (S4), and thereafter transferring the fuel in the circuit by a second transfer path having a second transfer device (S5); and delivering the fuel through a common outlet opening for the fuel connected to the passage area and allowing the fuel to be delivered to the fuel cell (S6).

본 발명은 바람직한 실시예에 의하여 위에서 완전히 설명되었음에도 불구하고, 이에 한정되지 않으며, 다양한 방법 및 방식으로 변형 가능하다.Although the present invention has been fully described above in terms of preferred embodiments, it is not limited thereto and can be modified in a variety of ways and manners.

Claims (11)

연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10)로서,
Figure pct00001
제1 이송 장치(FE1)를 갖는 연료용 제1 이송 경로(F1);
Figure pct00002
제2 이송 장치(FE2)를 갖는 연료용 제2 이송 경로(F2);
Figure pct00003
제1 이송 경로(F1)와 제2 이송 경로(F2)가 서로 이어지는 통로 영역(MB); 및
Figure pct00004
통로 영역(MB)에 연결되고, 연료가 연료 전지로 송출 가능하도록 하는 연료용 공통 출구 개구(AO);
를 포함하는, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10).
As a fuel conveying device 10 for conveying fuel for a fuel cell system,
Figure pct00001
a first transport path F1 for fuel having a first transport device FE1;
Figure pct00002
a second transport path F2 for fuel having a second transport device FE2;
Figure pct00003
a passage area MB in which the first transport path F1 and the second transport path F2 are connected to each other; and
Figure pct00004
a common outlet opening (AO) for fuel connected to the passage area (MB) and allowing fuel to be delivered to the fuel cell;
A fuel transfer device 10 for transferring fuel for a fuel cell system, including a.
제1항에 있어서, 제1 이송 장치(FE1)는 계량 밸브(DV) 및/또는 이젝터 펌프(SP)를 포함하는, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10).The fuel conveying device (10) according to claim 1, wherein the first conveying device (FE1) comprises a metering valve (DV) and/or an ejector pump (SP). 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 이송 경로(F1)는 외부 연료 탱크와 연결 가능한, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10).The fuel conveying device (10) for conveying fuel for a fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the first conveying path (F1) is connectable with an external fuel tank. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 이송 장치(FE2)는 재순환 펌프(RP)를 포함하는, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10).The fuel delivery device (10) according to any one of claims 1 to 3, wherein the second delivery device (FE2) comprises a recirculation pump (RP). 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 이송 경로(F2)는 연료용 회로로서 연료 전지와 연결 가능한, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10).The fuel conveying device (10) for conveying fuel for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the second conveying path (F2) is connectable with a fuel cell as a circuit for fuel. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 연료로서 액체 수소 또는 기체 수소를 이송하도록 구성되는, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10).6. A fuel conveying device (10) for conveying fuel for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, configured to convey liquid hydrogen or gaseous hydrogen as fuel. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 통로 영역(MB)은 플러터 밸브(FV)를 포함하고, 이러한 플러터 밸브에 의해서는 통로 영역(MB) 내에서 제1 이송 경로(F1) 및/또는 제2 이송 경로(F2)가, 상응하게 다른 이송 경로 내에 존재하는 압력을 통해 적어도 부분적으로 폐쇄 가능한, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10).7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the passage area (MB) comprises a flutter valve (FV), by which flutter valve, within the passage area (MB) the first transfer path (F1) and /or a fuel conveying device (10) for conveying fuel for a fuel cell system, wherein the second conveying path (F2) is at least partially closable via a pressure present in a correspondingly different conveying path. 제7항에 있어서, 플러터 밸브(FV)는 플러터 밸브(FV)가 휴지 위치에서 초기 응력을 인가받을 수 있도록 하는 스프링(F)을 포함하고, 이러한 휴지 위치 하에 제1 이송 경로(F1) 또는 제2 이송 경로(F2)는 폐쇄되는, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10).8. The method of claim 7, wherein the flutter valve (FV) includes a spring (F) allowing the flutter valve (FV) to receive an initial stress in the rest position, and under this rest position, the first conveying path (F1) or the first transfer path (F1) The fuel conveying device (10) for conveying fuel for a fuel cell system, wherein the two conveying paths (F2) are closed. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 이송 경로(F1)는 연료 전지 시스템의 상위 부하 영역 내에서 작동되도록 구성되고, 제2 이송 경로(F2)는 연료 전지 시스템의 하위 부하 영역 내에서 작동되도록 구성되며, 하위 부하 영역과 상위 부하 영역은 완전히 상이하거나, 중첩값 영역을 포함하며, 제1 이송 경로(F1) 및/또는 제2 이송 경로(F2)는 서로 병렬로 작동 가능한, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10).9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the first transport path (F1) is configured to operate within an upper load region of the fuel cell system, and the second transport path (F2) is configured to operate within a lower load region of the fuel cell system. configured to operate within a region, wherein the lower load region and the upper load region are completely different or include overlapping value regions, and the first conveying path F1 and/or the second conveying path F2 are operable in parallel with each other. , A fuel transfer device 10 for transferring fuel for a fuel cell system. 연료 전지와; 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른, 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10);를 포함하는 연료 전지 시스템.a fuel cell; A fuel cell system including a fuel transfer device (10) for transferring fuel according to any one of claims 1 to 9. 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10)의 작동 방법으로서,
Figure pct00005
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른, 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치(10)를 제공하고, 연료 전지와 연료 이송 장치(10)를 연결하는 단계(S1);
Figure pct00006
연료 탱크로부터 그리고/또는 연료 전지로부터 연료를 이송하기 위한 필요성을 인식하는 단계(S2)와, 그 이후 제1 이송 장치(FE1)를 구비한 제1 이송 경로(F1)에 의해 연료 전지로 연료를 이송하는 단계(S3); 및/또는
Figure pct00007
회로 내의 연료 전지로부터 연료를 이송하기 위한 필요성을 인식하는 단계(S4)와, 그 이후 제2 이송 장치(FE2)를 구비한 제2 이송 경로(F2)에 의해 회로 내의 연료를 이송하는 단계(S5); 및
Figure pct00008
통로 영역(MB)에 연결되고, 연료가 연료 전지로 송출되도록 하는 연료용 공통 출구 개구(AO)를 통해 연료를 송출하는 단계(S6);
를 포함하는, 연료 전지 시스템을 위한 연료를 이송하기 위한 연료 이송 장치의 작동 방법.
As a method of operating a fuel delivery device 10 for transporting fuel for a fuel cell system,
Figure pct00005
Providing a fuel transfer device 10 for transferring fuel according to any one of claims 1 to 9, and connecting the fuel cell and the fuel transfer device 10 (S1);
Figure pct00006
Recognizing the need to transport fuel from the fuel tank and/or from the fuel cell (S2), and thereafter supplying the fuel to the fuel cell by means of a first transport path (F1) with a first transport device (FE1). Transferring step (S3); and/or
Figure pct00007
Recognizing the need to transport fuel from the fuel cell in the circuit (S4), and then transporting the fuel in the circuit by the second transport path (F2) having the second transport device (FE2) (S5). ); and
Figure pct00008
delivering the fuel through a common outlet opening (AO) for fuel, which is connected to the passage area (MB) and allows the fuel to be delivered to the fuel cell (S6);
A method of operating a fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system, comprising:
KR1020237019281A 2020-11-13 2021-10-21 A fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system, a fuel cell system, and a method of operating the fuel transfer device for transferring fuel for a fuel cell system KR20230104687A (en)

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