KR20230071973A - Adiabatic case for improvement in safety and start-up of pemfc - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 영하 온도에서도 고분자 전해질 연료전지의 시동성과 안전성을 향상시킬 수 있는 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기에 관한 것이다.The present invention relates to an insulating container for improving the startability and safety of a polymer electrolyte fuel cell, and more particularly, to improve the startability and safety of a polymer electrolyte fuel cell capable of improving the startability and safety of a polymer electrolyte fuel cell even at sub-zero temperatures. It is about an insulated container for
연료전지는 기존의 발전방식과 비교할 때 발전 효율이 높을 뿐만 아니라 발전에 따른 공해 물질의 배출이 전혀 없어서 미래의 발전 기술로 평가받고 있으며 다양한 연료를 사용할 수 있어 미래의 전기로 개발되고 있다.Compared to conventional power generation methods, fuel cells have high power generation efficiency and no emission of pollutants resulting from power generation, so they are evaluated as future power generation technologies and are being developed as future electricity because they can use various fuels.
이와 같은 연료전지는 수소 등의 활성을 갖는 물질, 예를들어 LNG, LPG, 메탄올 등을 전기화학 반응을 통해 산화시켜 그 과정에서 방출되는 화학에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것으로, 주로 천연가스에 쉽게 생산해 낼 수 있는 수소와 공중의 산소가 사용된다.Such a fuel cell oxidizes an active material such as hydrogen, such as LNG, LPG, methanol, etc. through an electrochemical reaction and converts the chemical energy released in the process into electrical energy. Hydrogen that can be produced and oxygen from the air are used.
이러한 연료전지의 개발에 따라 에너지 절약과 환경 공해 문제 그리고 최근에 부각되고 있는 지구 온난화 문제등을 해결하기 위하여 기존의 내연기관을 대체하는 자동차의 동력원으로 적용되고 있다.In accordance with the development of these fuel cells, they are being applied as a power source for automobiles that replace existing internal combustion engines in order to solve energy saving, environmental pollution problems, and global warming problems that have recently emerged.
상기와 같이 차세대 자동차의 동력원으로 적용되고 있는 고분자 전해질 (Proton Exchange Membrance)형 연료전지 스택은 수소(H2)와 공기중의 산소(O2)를 고분자 전해질을 사이에 두고 전기 화학반응을 시켜 전기 에너지를 생성한 다음 부하측에 공급한다.As described above, the polymer electrolyte (Proton Exchange Membrance) type fuel cell stack, which is applied as a power source for next-generation automobiles, generates electric energy by electrochemically reacting hydrogen (H2) and oxygen (O2) in the air with a polymer electrolyte in between. generated and then supplied to the load side.
상기한 고분자 전해질 방식의 연료전지 스택은 통상적으로 60~80℃의 온도 영역에서 활성화되므로, 혹한지역 및 혹한기의 냉간 시동시 스택 내부의 온도 미달로 인하여 전기 에너지의 생성이 저하되므로 전기 자동차의 초기 시동성을 저하시키는 문제점을 발생시키고, 초기 운행시 연료전지 스택 내부의 온도가 활성화되기까지 정상적인 전기 에너지의 생성이 저하되어 초기 운행에 있어 효율 저하를 유발시킨다.Since the polymer electrolyte fuel cell stack is usually activated in a temperature range of 60 to 80 ° C, the generation of electric energy is reduced due to the insufficient temperature inside the stack during cold startup in cold regions and cold weather, thereby reducing the initial startability of the electric vehicle. In addition, generation of normal electric energy is reduced until the temperature inside the fuel cell stack is activated during initial operation, causing a decrease in efficiency in initial operation.
또한, 혹한기 비운행시 스택내에 잔류한 순수(H2O)가 결빙되어 전극/전해질접합체가 파손되어 스택의 수명이 저하되는 위험성이 존재한다.In addition, there is a risk of deteriorating the lifespan of the stack due to damage to the electrode/electrolyte assembly due to freezing of pure water (H2O) remaining in the stack during non-operation in cold weather.
열교환기를 적용하지 않는 방식을 채택하는 종래의 연료전지 전기 자동차는 첨부된 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 연료전지 스택내에서 순수(H2O)를 순환시켜 스택의 냉각을 수행하는 것으로, 정상적인 전기 에너지를 생성하는 상태에서는 연료전지 스택(1)내에서 냉각수로 작용하는 순수(H2O)를 메인 펌프(3)의 구동을 통한 강제 순환으로 라디에이터, 리저버 등으로 구성되는 냉각회로(2)에 공급시켜 전기 에너지의 생성 과정에서 발생된 열을 방열시킨다.As can be seen in the attached FIG. 1, a conventional fuel cell electric vehicle adopting a method that does not apply a heat exchanger cools the stack by circulating pure water (H2O) in the fuel cell stack, and normal electric energy In the state of generating electricity, pure water (H2O), which acts as a coolant in the fuel cell stack (1), is supplied to the cooling circuit (2) composed of radiators and reservoirs by forcible circulation through the driving of the main pump (3). It dissipates the heat generated in the process of generating energy.
이후, 방열된 순수(H2O)를 리턴 라인을 통해 연료전지 스택(1)내로 공급함으로써, 연료전지 스택(1)내의 온도가 최적의 활성화 상태를 유지하여 최고의 전기 에너지를 생성할 수 있도록 하고 있다.Thereafter, by supplying radiated pure water (H2O) into the
그러나, 비운행의 상태에서는 보조 펌프(4)를 통해 연료전지 스택(1)내에 주입되어 있는 순수(H2O)를 강제로 펌핑하여 어큐뮬레이터(5)에 보관한 다음 재 시동시 연료전지 스택(1)에 공급될 수 있도록 한다.However, in a non-operating state, pure water (H2O) injected into the
이후, 연료전지 스택(1)내에 산소(O2) 공급을 위하여 압축 공기를 공급하는 송풍모터(6)의 구동을 통해 풍량을 발생시킨 다음 건조기(7)를 통과시켜 공기에 포함되어 있는 수분을 제거하여 연료전지 스택(1)내에 공급함으로써 전극/전해질 접합체를 건조한다.Thereafter, to supply oxygen (O2) into the fuel cell stack (1), air volume is generated by driving the blower motor (6) that supplies compressed air, and then the moisture contained in the air is removed by passing it through the dryer (7). and supplied into the
상기한 바와 같이 열교환방식을 적용하지 않는 경우 연료전지 스택을 냉각시키는 열교환 효율은 좋으나 혹한지역 또는 혹한기의 비운행시 연료전지 스택 내의 순수가 완전하게 제거되지 않고 전극/전해질 접합체에 수분이 함유되어 있어 결빙이 발생되므로 연료전지 스택의 파손을 발생시키게 되는 문제점이 있다.As described above, when the heat exchange method is not applied, the heat exchange efficiency for cooling the fuel cell stack is good, but the pure water in the fuel cell stack is not completely removed and the electrode/electrolyte assembly contains moisture, causing freezing Since this occurs, there is a problem of causing damage to the fuel cell stack.
또한, 냉각 파이프 라인과 라디에이터 및 리저버 등의 냉각계통에 대한 결빙으로 시스템의 파손을 초래하는 문제점이 있다.In addition, there is a problem of causing damage to the system due to freezing of the cooling system such as the cooling pipeline, the radiator and the reservoir.
또한, 다른 일 실시예로 열교환기를 적용하는 종래의 연료전기 전기 자동차는 첨부된 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 연료전지 스택(10)에서 순수(H2O)가 열교환기(11)의 일측부를 통해 자체 순환되고, 상기 열교환기(11)의 다른 일측부에 냉각회로(20)와 파이프 라인이 연결되어 메인 펌프(30)에 의한 강제 순환으로 냉각수가 순환되도록 한다.In addition, as can be seen in the accompanying FIG. 2, in a conventional fuel electric vehicle using a heat exchanger as another embodiment, pure water (H O) in the
따라서, 정상적인 전기 에너지를 생성하는 운행 상태에서는 연료전지 스택 (10)내에서 열교환기(11)를 통해 자체 순환되는 순수(H2O)는 열교환기(11)를 순환하는 외부 냉각수에 의해 냉각되어 연료전지 스택(10)내의 온도가 최적의 활성화 상태를 유지하도록 하고 있다.Therefore, in an operating state in which electric energy is generated normally, pure water (H2O) circulated by itself through the
그러나, 비운행의 상태에서 연료전지 스택(10)이 동결되는 것을 방지하지 위하여 보조 펌프(40)의 구동을 통해 연료전지 스택(10)내에 주입되어 있는 순수 (H2O)를 강제로 펌핑하여 어큐뮬레이터(50)에 보관한 다음 재 시동시 연료전지 스택(10)에 공급될 수 있도록 하고 있다.However, in order to prevent the
이후, 연료전지 스택(10)내에 산소(O2) 공급을 위하여 압축 공기를 공급하는 송풍모터(60)의 구동을 통해 풍량을 발생시킨 다음 건조기(70)를 통과시켜 공기에 포함되어 있는 수분을 제거하여 연료전지 스택(10)내에 공급함으로써 전극/전해질 접합체를 건조한다.Thereafter, to supply oxygen (O2) into the
상기한 바와 같이 열교환기를 적용하는 방식의 경우 비적용하는 방식에 비하여 연료전지 스택내에 주입되어 있는 순수(H2O)의 결빙 시간은 연장되나 궁극적으로 결빙을 방지할 수 없어 연료전지 스택의 파손을 발생시키게 되는 문제점이 있다.As described above, in the case of a method using a heat exchanger, the freezing time of pure water (H2O) injected into the fuel cell stack is extended compared to a method not applying, but ultimately freezing cannot be prevented, resulting in damage to the fuel cell stack. There is a problem.
본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기는, 진공층과 알루미늄포일을 사용하여 열전달을 최소화하여 단열용기 내부의 연료전지스택의 온도를 영상으로 유지하며, 연료공급라인의 끝에 온도센서를 사용하여 공급연료의 온도를 영상으로 유지함으로써 외기온도가 영하의 온도에서의 시동성을 확보함은 물론 수소센서 및 압력센서를 사용하여 수소의 누출을 미리 감지하여 안전밸브를 통하여 누출된 가스를 제거함으로써 폭발을 방지하며, 폭발시에는 진공층을 이용하여 explosion이 발생하지 않고 implosion이 발생하게 하여 폭발의 피해를 최소화할 수 있는 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.An insulated container for improving startability and safety of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention minimizes heat transfer using a vacuum layer and an aluminum foil to maintain the temperature of the fuel cell stack inside the insulated container at zero temperature, At the end of the fuel supply line, a temperature sensor is used to maintain the temperature of the supplied fuel as a video image to ensure startability at sub-zero outside temperatures, as well as to detect hydrogen leakage in advance using a hydrogen sensor and a pressure sensor to prevent safety valves. Explosion is prevented by removing leaked gas through and in case of explosion, vacuum layer is used to prevent explosion and implosion to occur, thereby improving startability and safety of polymer electrolyte fuel cell that can minimize damage from explosion. It is an object of the present invention to provide an insulated container.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the technical tasks mentioned above, and other technical tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기는, 연료전지스택(8)에 가습장치(7)가 연결된 연료전지시스템에 있어서, 연료전지스택(8)과 가습장치(7)를 감싸는 진공층을 갖는 이중단열용기; 상기 이중단열용기가 진공상태 유지를 위한 진공밸브(10);를 포함하며, 상기 이중단열용기 내부에 수소센서(1), 압력센서(2) 및 온도센서(3)와 안전밸브(4) 그리고 연료의 공급관로에 설치된 공급차단밸브(9), 연료공급라인히터(11)로 구성되는 것을 특징으로 한다.An insulating container for improving the startability and safety of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention is a fuel cell system in which a
여기서, 상기 이중단열용기는, 내용기와, 상기 내용기보다 내압력이 높은 외용기를 포함하며, 상기 내용기가 폭살 비 연료공급차단밸브가 닫히며, 누출된 수소는 안전밸브를 통해 제거될 수 있다.Here, the double insulation container includes an internal container and an external container having a higher internal pressure than the internal container, and the internal container has a non-explosive fuel supply cut-off valve closed, and leaked hydrogen can be removed through a safety valve. .
여기서, 상기 이중단열용기 내부의 상기 온도센서(3)는 상기 연료공급라인히터(11)의 양끝에 설치되며, 상기 연료공급라인히터에 연결되어 공급연료가 일정온도 이하일 경우 히터가 작동하고 일정온도 이상인 경우 히터의 작동이 멈추게 하여 적정온도 이상으로 공급연료의 온도를 유지할 수 있다.Here, the
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, at least the following effects are obtained.
본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기에 의하면, 진공층과 알루미늄포일을 사용하여 열전달을 최소화하여 단열용기 내부의 연료전지스택의 온도를 영상으로 유지하며, 연료공급라인의 끝에 온도센서를 사용하여 공급연료의 온도를 영상으로 유지함으로써 외기온도가 영하의 온도에서의 시동성을 확보할 수 있다.According to an insulated container for improving startability and safety of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention, heat transfer is minimized using a vacuum layer and an aluminum foil to maintain the temperature of the fuel cell stack inside the insulated container, In addition, by using a temperature sensor at the end of the fuel supply line to maintain the temperature of the supplied fuel, it is possible to secure startability at temperatures below zero.
또한, 연료전지스택을 진공층을 갖는 이중 단열용기에 넣음으로써, 영하의 온도에서 연료전지 스택의 보호 및 시동성 향상, 수소의 누출 및 폭발 등의 위험이 최소화된다.In addition, by putting the fuel cell stack in a double insulation container having a vacuum layer, protection and startability of the fuel cell stack are improved at sub-zero temperatures, and risks such as hydrogen leakage and explosion are minimized.
또한, 수소센서 및 압력센서를 사용하여 수소의 누출을 미리 감지하여 안전밸브를 통하여 누출된 가스를 제거함으로써 폭발을 방지할 수 있다.In addition, an explosion can be prevented by detecting leakage of hydrogen in advance using a hydrogen sensor and a pressure sensor and removing the leaked gas through a safety valve.
또한, 폭발이 발생하는 경우에도, 진공층을 이용하여 explosion이 발생하지 않고 implosion이 발생하게 하여 폭발의 피해를 최소화할 수 있다.In addition, even when an explosion occurs, damage from an explosion can be minimized by using a vacuum layer so that an explosion does not occur and an implosion occurs.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.Effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.
도 1은 종래의 연료전지 전기 자동차에 적용되는 스택 보호장치에 대한 일 실시예의 구성도
도 2는 종래의 연료전지 전기 자동차에 적용되는 스택 보호장치에 대한 다른 일 실시예의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기의 장치도이다.1 is a block diagram of an embodiment of a stack protection device applied to a conventional fuel cell electric vehicle.
2 is a configuration diagram of another embodiment of a stack protection device applied to a conventional fuel cell electric vehicle.
3 is a device diagram of an insulated container for improving startability and safety of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 이에 대해 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention, and methods for achieving them will become clear with reference to the embodiments described later in detail together with the drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
설명에 앞서 상세한 설명에 기재된 용어에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. Prior to the description, the terms described in the detailed description will be described. In the following embodiments, terms such as first and second are used for the purpose of distinguishing one component from another component without limiting meaning. Accordingly, it goes without saying that the first element mentioned below may also be the second element within the technical spirit of the present invention. Also, expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as 'include' or 'have' mean that features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and that one or more other features or components are present. It does not preclude the possibility of being added.
또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In addition, in the drawings, the size of components may be exaggerated or reduced for convenience of explanation. For example, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are assigned the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
연료전지시스템은 연료(H2)의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 시스템으로서 크게 연료전지스택과 수소 및 공기(산소) 공급 장치, 냉각장치 및 열/물관리 장치로 구성된다. The fuel cell system is a system that directly converts the chemical energy of fuel (H2) into electrical energy, and is largely composed of a fuel cell stack, a hydrogen and air (oxygen) supply device, a cooling device, and a heat/water management device.
연료전지 스택은 막-전극접합체(MEA : Membrane Electrode Assembly), 가스켓과 분리판을 기본단위로 하는 단위전지를 적층하고 양면에 집전판(current collector)과 엔드 플레이트(end plate)를 체결하여 제작한다.A fuel cell stack is manufactured by stacking unit cells with a membrane electrode assembly (MEA), a gasket and a separator plate as basic units, and fastening current collectors and end plates on both sides. .
이러한 연료전지는 수소와 산소가 공급되어 반응됨으로써 전기에너지와 함께 물과 열을 발생시킨다.In such a fuel cell, hydrogen and oxygen are supplied and reacted to generate water and heat along with electrical energy.
따라서 외부의 온도가 물의 빙점 이하인 상태에서는 반응 결과물로 생긴 물이 얼게 되고, 이때 물의 부피팽창으로 인해 막-전극접합체((MEA : Membrane Electrode Assembly)가 손상되어 연료전지의 성능저하가 일어나게 된다.Therefore, in a state where the external temperature is below the freezing point of water, the water produced as a result of the reaction freezes, and at this time, the membrane-electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly) is damaged due to the volume expansion of the water, resulting in degradation of fuel cell performance.
이를 방지하기 위한 종래의 기술로는 불활성 건조가스를 오랫동안 흘려주어 유로와 막-전극접합체의 수분을 제거시키는 방법이 있으나, 이 방법의 경우에는 내부의 물을 충분히 제거시키기 위해 많은 양의 불활성 가스를 오랫동안 흘려주어야하는 문제점이 있다. 특히, 이 경우에 분리판 유로의 물 제거는 용이하지만, 막-전극접합체 내의 물 제거는 매우 어렵다.As a conventional technique to prevent this, there is a method of removing moisture from the passage and the membrane-electrode assembly by flowing inert dry gas for a long time, but in this method, a large amount of inert gas is used to sufficiently remove the water inside. There is a problem that needs to be shed for a long time. In particular, in this case, it is easy to remove water from the separator passage, but it is very difficult to remove water from the membrane-electrode assembly.
또한, 히터로 연료전지스택을 예열하여 운전을 하는 방법이 있으나, 이 경우에도 연료전지내의 얼음이 국부적으로 녹기 시작하면서 얼음이 녹은 부분과 안 녹은 부분의 물성차이로 인하여 막-전극접합체(MEA)의 성능과 수명이 저하되는 문제가 있다.In addition, there is a method of operating by preheating the fuel cell stack with a heater, but even in this case, as the ice in the fuel cell starts to melt locally, the membrane-electrode assembly (MEA) There is a problem that the performance and life of the deterioration.
저온 시동성 향상을 위한 또 다른 방법으로는, 외부케이스를 사용하여 연료전지스택을 진공막에 의해 외부와의 열전달을 차단시켜 외부온도변화에 무관하게 스택 내부를 일정온도 이상으로 보온, 유지하는 것이다. 이는 저온 시동성은 향상되나 가연성 기체인 수소의 누출로 인한 폭발 등의 위험을 해결하지 못하고 있다.Another method for improving low-temperature startability is to use an outer case to block heat transfer to the outside by using a vacuum membrane to keep the inside of the stack warm at a certain temperature or higher regardless of changes in external temperature. This improves low-temperature startability, but does not solve the risk of explosion due to leakage of hydrogen, which is a combustible gas.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기는, 진공층과 알루미늄포일을 사용하여 열전달을 최소화하여 단열용기 내부의 연료전지스택의 온도를 영상으로 유지하며, 연료공급라인의 끝에 온도센서를 사용하여 공급연료의 온도를 영상으로 유지함으로써 외기온도가 영하의 온도에서의 시동성을 확보함은 물론 수소센서 및 압력센서를 사용하여 수소의 누출을 미리 감지하여 안전밸브를 통하여 누출된 가스를 제거함으로써 폭발을 방지하며, 폭발시에는 진공층을 이용하여 explosion이 발생하지 않고 implosion이 발생하게 하여 폭발의 피해를 최소화할 수 있는 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기에 관한 것이다.Therefore, the insulation container for improving startability and safety of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention minimizes heat transfer using a vacuum layer and aluminum foil to maintain the temperature of the fuel cell stack inside the insulation container, , By using a temperature sensor at the end of the fuel supply line to maintain the temperature of the supplied fuel as a video, startability is ensured at temperatures below zero, and safety is ensured by detecting leaks of hydrogen in advance using a hydrogen sensor and a pressure sensor. Explosion is prevented by removing leaked gas through the valve, and in case of explosion, vacuum layer is used to prevent explosion and implosion to occur, thereby improving startability and safety of polymer electrolyte fuel cells that can minimize damage from explosion. It is about an insulated container for
본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기는, 이중단열용기(5와 6)와 단열용기 내부에 설치된 온도센서(3), 수소센서(1), 압력센서(2) 그리고 안전밸브(4), 진공밸브(10), 연료공급차단밸브(9) 및 연료공급라인히터(11)를 포함한다.An insulated container for improving startability and safety of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention includes double insulated containers (5 and 6), a temperature sensor (3) installed inside the insulated container, a hydrogen sensor (1), a pressure It includes a sensor (2), a safety valve (4), a vacuum valve (10), a fuel supply cut-off valve (9) and a fuel supply line heater (11).
이중단열용기는 내용기(5)와 외용기(6) 사이를 진공상태로 유지함으로써 열전달을 최소화하여 연료전지스택(8)의 내부온도를 영상으로 유지함으로써 겨울철 영하의 온도에서 시동성을 향상시킬 수 있으며, 용기 안에 설치된 수소센서(1)와 압력센서(2)는 안전밸브(4) 및 연료공급차단밸브(9)와 연결되어 수소의 농도가 일정농도 이상이 되거나 일정한 내부압력에 대한 변화가 발생되면, 연료공급차단밸브(9)가 작동하여 연료공급이 차단되고, 안전밸브(4)가 열려 혹시라도 누출된 수소를 제거하게 된다. 연료공급라인에 연결된 온도센서(3)는 공급되는 연료가 일정온도이하이면 히터를 가동하여 공급연료를 일정온도 이상으로 유지할 수 있도록 하여 반응성 및 시동성을 향상시킨다. The double insulation container maintains the internal temperature of the
외용기(6)는 내용기(5)보다 견딜 수 있는 압력을 높게 하여 폭발시 내용기가 먼저 터지면서 내용기와 외용기 사이의 진공층이 완충역할을 하여 explosion이 발생하지 않고 implosion이 발생하여 폭발이 외부에 영향을 미치지 않게 한다. 이때, 내용기(5)와 외용기(6) 사이에 압력센서(2)를 장착하여 폭발이 발생하게 되면 자동으로 연료공급이 차단될 수 있다.The outer container (6) has a higher withstandable pressure than the inner container (5), so that the inner container bursts first when an explosion occurs, and the vacuum layer between the inner container and the outer container acts as a buffer, so that an explosion does not occur and an implosion occurs, resulting in an explosion do not influence the outside. At this time, when an explosion occurs by mounting the
여기서 이중단열용기는 공간의 효율적인 사용을 위하여 연료전지 스택의 형태인 직육면체의 형태로 제작되며, 모서리 부분은 진공성의 향상을 위하여 라운딩 처리하며, 내용기는 복사열전달을 최소화하기 위해 알루미늄포일을 감아준다.Here, the double insulation container is manufactured in the form of a rectangular parallelepiped in the form of a fuel cell stack for efficient use of space, and the corners are rounded to improve vacuum, and aluminum foil is wrapped around the inner container to minimize radiant heat transfer.
단열용기는 내용기(5)보다 높은 압력을 견딜 수 있는 외용기(6)를 사용하며 내용기와 외용기 사이를 진공상태로 유지할 수 있도록 하고 용기 내부에 수소의 누출을 감지할 수 있는 수소센서(1), 압력센서(2) 그리고 누출된 수소의 제거를 위한 안전밸브(4), 센서 작동시 연료공급 차단을 위한 연료공급차단밸브(9), 공급연료의 적정온도 유지를 위한 온도센서(3) 및 연료공급라인히터(11)로 구성된다.The insulated container uses an outer container (6) that can withstand a higher pressure than the inner container (5), maintains a vacuum between the inner container and the outer container, and detects hydrogen leakage inside the container. 1), pressure sensor (2) and safety valve (4) to remove leaked hydrogen, fuel supply shutoff valve (9) to shut off fuel supply when the sensor is operating, temperature sensor (3) to maintain the proper temperature of the supplied fuel ) and a fuel
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 진공층과 알루미늄포일을 사용하여 열전달을 최소화하여 단열용기 내부의 연료전지스택의 온도를 영상으로 유지하며, 연료공급라인의 끝에 온도센서를 사용하여 공급연료의 온도를 영상으로 유지함으로써 외기온도가 영하의 온도에서의 시동성을 확보할 수 있다.As described above, according to the present invention, the temperature of the fuel cell stack inside the insulated container is maintained as an image by minimizing heat transfer using a vacuum layer and aluminum foil, and the temperature sensor is used at the end of the fuel supply line to measure the supply of fuel. By maintaining the temperature above zero, it is possible to secure startability at temperatures below zero.
또한, 연료전지스택을 진공층을 갖는 이중 단열용기에 넣음으로써, 영하의 온도에서 연료전지 스택의 보호 및 시동성 향상, 수소의 누출 및 폭발 등의 위험이 최소화된다.In addition, by putting the fuel cell stack in a double insulation container having a vacuum layer, protection and startability of the fuel cell stack are improved at sub-zero temperatures, and risks such as hydrogen leakage and explosion are minimized.
또한, 수소센서 및 압력센서를 사용하여 수소의 누출을 미리 감지하여 안전밸브를 통하여 누출된 가스를 제거함으로써 폭발을 방지할 수 있다.In addition, an explosion can be prevented by detecting leakage of hydrogen in advance using a hydrogen sensor and a pressure sensor and removing the leaked gas through a safety valve.
또한, 폭발이 발생하는 경우에도, 진공층을 이용하여 explosion이 발생하지 않고 implosion이 발생하게 하여 폭발의 피해를 최소화할 수 있다.In addition, even when an explosion occurs, damage from an explosion can be minimized by using a vacuum layer so that an explosion does not occur and an implosion occurs.
본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.The use of all examples or exemplary terms (eg, etc.) in the present invention is simply to explain the present invention in detail, and the scope of the present invention due to the examples or exemplary terms is not limited unless it is limited by the claims. It is not limited. In addition, those skilled in the art can recognize that various modifications, combinations, and changes can be made according to design conditions and factors within the scope of the appended claims or equivalents thereof.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments and should not be determined, and not only the claims to be described later, but also all ranges equivalent to or equivalently changed from these claims fall within the spirit of the present invention. would be considered to be in the category.
1000 : 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기
1 : 수소센서
2 : 압력센서
3 : 온도센서
4 : 안전밸브
5 : 내용기
6: 외용기
7 : 가습기 ,
8 : 연료전지스택
9 : 연료공급차단밸브
10 : 진공밸브
11 : 히터
12 : 라디에이터
13 : 워터펌프
14 : 밸브1000: Insulation container for improving startability and safety of polymer electrolyte fuel cells
1: hydrogen sensor 2: pressure sensor
3: temperature sensor 4: safety valve
5: inner container 6: outer container
7: humidifier, 8: fuel cell stack
9: fuel supply shutoff valve 10: vacuum valve
11: heater 12: radiator
13: water pump 14: valve
Claims (3)
연료전지스택(8)과 가습장치(7)를 감싸는 진공층을 갖는 이중단열용기;
상기 이중단열용기가 진공상태 유지를 위한 진공밸브(10);를 포함하며,
상기 이중단열용기 내부에 수소센서(1), 압력센서(2) 및 온도센서(3)와 안전밸브(4) 그리고 연료의 공급관로에 설치된 공급차단밸브(9), 연료공급라인히터(11)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기.
In the fuel cell system in which the humidifier 7 is connected to the fuel cell stack 8,
A double insulation container having a vacuum layer surrounding the fuel cell stack 8 and the humidifier 7;
The double insulation container includes a vacuum valve 10 for maintaining a vacuum state,
A hydrogen sensor (1), a pressure sensor (2), a temperature sensor (3), a safety valve (4), a supply shut-off valve (9) installed in the fuel supply line, and a fuel supply line heater (11) inside the double insulation container An insulating container for improving startability and safety of a polymer electrolyte fuel cell, characterized in that composed of.
상기 이중단열용기는,
내용기와, 상기 내용기보다 내압력이 높은 외용기를 포함하며,
상기 내용기가 폭살 비 연료공급차단밸브가 닫히며, 누출된 수소는 안전밸브를 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기.
According to claim 1,
The double insulation container,
Including an inner container and an outer container having a higher internal pressure than the inner container,
An insulated container for improving startability and safety of a polymer electrolyte fuel cell, characterized in that the internal device is closed by the non-explosive fuel supply shutoff valve, and the leaked hydrogen is removed through a safety valve.
상기 이중단열용기 내부의 상기 온도센서(3)는 상기 연료공급라인히터(11)의 양끝에 설치되며,
상기 연료공급라인히터에 연결되어 공급연료가 일정온도 이하일 경우 히터가 작동하고 일정온도 이상인 경우 히터의 작동이 멈추게 하여 적정온도 이상으로 공급연료의 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기.According to claim 1,
The temperature sensors 3 inside the double insulation container are installed at both ends of the fuel supply line heater 11,
Connected to the fuel supply line heater, the heater operates when the fuel supply is below a certain temperature and stops the operation of the heater when the temperature is above a certain temperature to maintain the temperature of the supplied fuel above an appropriate temperature. Startup of a polymer electrolyte fuel cell, characterized in that and insulated containers to improve safety.
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| KR100837913B1 (en) | 2007-05-14 | 2008-06-13 | 현대자동차주식회사 | System for warming fuel cell stack to improve cold-start performance |
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- 2021-11-17 KR KR1020210158166A patent/KR20230071973A/en not_active Application Discontinuation
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