KR102518693B1 - The apparatus for gas discharging of fuelcell system having high pressure vessel and the control method for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고압용기를 포함하는 연료전지 시스템에 있어, 고압용기로부터 고압의 가스를 배기하는 가스배기장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 고압용기를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서, 상기 고압용기 일단으로부터 연장되는 배기구; 상기 배기구에 체결될 수 있으며 상기 고압용기 내부의 가스를 배출하기 위한 배기라인; 상기 배기라인 상에 구비되는 온오프밸브; 및 상기 밸브에 인접하여, 상기 배기라인 상에 구비되는 서모스탯;을 포함하며, 상기 서모스탯의 변화와 상기 온오프밸브의 개폐 여부가 연동되며, 상기 배기라인에서 상기 가스의 흐름을 조절하는 연료전지 시스템용 가스배기장치 및 그 제어방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a gas exhaust device for exhausting high-pressure gas from a high-pressure container in a fuel cell system including a high-pressure container and a method for controlling the same. extended exhaust vents; an exhaust line that can be fastened to the exhaust port and for discharging gas inside the high-pressure container; an on-off valve provided on the exhaust line; and a thermostat provided on the exhaust line adjacent to the valve, wherein a change in the thermostat is interlocked with whether the on/off valve is opened or closed, and the fuel controls the flow of the gas in the exhaust line. The invention relates to a gas exhaust device for a battery system and a control method thereof.
Description
본 발명은 연료전지 시스템에 구비될 수 있는 고압용기로부터, 고압의 가스를 외부로 배기하기 위한 가스배기장치에 관한 것으로서, 상세하게는 서모스탯 또는 고압용기의 온도센서를 이용하여 배기를 담당하는 밸브를 개방 또는 폐쇄함으로써, 고압용기 내부의 급작스러운 온도 강하로 인하여, 라이너를 포함하는 고압용기 및 주위 시스템이 파손되는 것을 방지하는 가스배기장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas exhaust device for exhausting high-pressure gas from a high-pressure container that may be included in a fuel cell system to the outside, and more particularly, a valve for exhausting using a thermostat or a temperature sensor of the high-pressure container. The present invention relates to a gas exhaust device and a control method for preventing damage to a high-pressure container including a liner and a surrounding system due to a sudden temperature drop inside the high-pressure container by opening or closing a gas exhaust device.
일반적으로, 연료 전지 시스템은 전기에너지를 발생시키는 연료 전지 스택, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료 공급 시스템, 연료 전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기 공급 시스템, 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등을 포함하여 구성되어 있다.In general, a fuel cell system includes a fuel cell stack that generates electrical energy, a fuel supply system that supplies fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, and an air supply that supplies oxygen in the air, which is an oxidant required for an electrochemical reaction, to the fuel cell stack. system, and a heat and water management system that controls the operating temperature of the fuel cell stack.
상기 연료 공급 시스템, 즉 수소 공급계에 구비되는 수소 탱크에는 700bar 정도의 고압 압축 수소가 저장되어 있으며, 이 저장된 압축 수소는 수소 탱크 입구부에 장착된 고압 조절기의 온/오프(on/off)에 따라 고압 라인으로 방출된 후, 시동 밸브와 수소 공급 밸브를 거치면서 감압되어 연료전지 스택으로 공급된다.High-pressure compressed hydrogen of about 700 bar is stored in the hydrogen tank provided in the fuel supply system, that is, the hydrogen supply system, and the stored compressed hydrogen is turned on / off by a high-pressure regulator installed at the inlet of the hydrogen tank. After being discharged to the high-pressure line according to the pressure, it is reduced in pressure through the start valve and the hydrogen supply valve and supplied to the fuel cell stack.
이 때, 고압의 가스가 연료(수소)로서 사용되며, 따라서 가스를 필요에 따라 저장, 배출하기 위하여 가스의 저장 용기가 필요하다. 특히 가스는 용기 내 저장 밀도가 낮기 때문에 고압으로 저장하는 것이 효율적이며 다만 고압으로 인한 폭발의 위험에 노출된다는 단점을 가진다. 특히 대체연료가스 차량은 그 저장 용기의 탑재 공간이 한정되어 있기 때문에 저장 압력을 고압으로 유지하면서도 안전성을 확보하는 것이 기술의 핵심이다.At this time, high-pressure gas is used as fuel (hydrogen), so a gas storage container is required to store and discharge the gas as needed. In particular, since gas has a low storage density in a container, it is efficient to store it at high pressure, but it has the disadvantage of being exposed to the risk of explosion due to high pressure. In particular, since alternative fuel gas vehicles have a limited mounting space for the storage container, securing safety while maintaining the storage pressure at a high pressure is the core of the technology.
따라서 이러한 연료가스 저장용기 중 복합재 용기의 경우, 수소 가스의 높은 내압을 견디기 위해 비강도 및 비강성이 높은 섬유강화 복합재료로 외피가 보강되어야 하며, 내부에는 가스의 기밀성을 유지하는 라이너가 삽입된다. 상세하게는 양 단에 2개의 반구 형태를 가지는 라이너가 접합 되어 하나의 저장 용기를 구성할 수 있다.Therefore, in the case of a composite container among these fuel gas storage containers, the outer shell must be reinforced with a fiber-reinforced composite material having high specific strength and specific stiffness in order to withstand the high internal pressure of hydrogen gas, and a liner to maintain gas tightness is inserted inside. . In detail, two hemispherical liners are joined at both ends to form one storage container.
또한, 가스, 특히 수소의 저장 용기는 라이너의 재질에 따라 형태가 나뉘며, 알루미늄과 같은 금속재질의 라이너가 삽입된 용기를 타입 3, 고밀도 폴리머가 삽입된 용기를 타입 4라 구분한다. 타입 3는 상대적으로 안정적이지만 고가이며 내피로특성이 떨어지는 단점이 있으나, 타입 4 용기는 상대적으로 저렴하고 내피로특성이 우수하지만 수소의 누출 및 내투과성능이 떨어지는 등 안정성의 문제가 있다.In addition, storage containers for gas, particularly hydrogen, are classified according to the material of the liner, and a container with a metal liner such as aluminum is classified as type 3, and a container with high-density polymer inserted is classified as type 4. Type 3 is relatively stable, but is expensive and has poor fatigue resistance. Type 4 containers are relatively inexpensive and have excellent fatigue resistance, but have stability problems such as hydrogen leakage and poor permeation resistance.
특히, 고분자 라이너를 탄소섬유로 감싸 형성될 수 있는 타입 4 용기의 경우, 극저온 또는 고온 환경에서 라이너 또는 섬유의 물성이 파괴되어, 고압용기가 파손될 수 있다는 문제점이 있다.In particular, in the case of a type 4 container formed by wrapping a polymer liner with carbon fiber, there is a problem in that the high-pressure container may be damaged because the physical properties of the liner or fiber are destroyed in a cryogenic or high-temperature environment.
연료전지 시스템이 탑재된 차량을 정비하는 경우, 상세하게는 고압용기 또는 고압용기밸브등을 점검해야 하는 경우, 안전을 위해 고압용기 내부에 저장된 고압의 가스, 바람직하게는 수소를 외부로 모두 배기해야 하는 경우가 있다. 이러한 경우에 고압으로 압축된 가스를 빠른 속도로 외부로 배기하는 경우, 고압용기 내부에서 가스가 단열 팽창하는 것과 유사한 상태에 놓일 수 있다. When servicing a vehicle equipped with a fuel cell system, in particular, when checking a high-pressure container or a high-pressure container valve, all high-pressure gas stored inside the high-pressure container, preferably hydrogen, must be exhausted to the outside for safety. There are times when In this case, when the gas compressed at high pressure is rapidly exhausted to the outside, a state similar to that of adiabatic expansion of the gas inside the high-pressure container may be placed.
단열 팽창하는 가스는 줄-톰슨 효과(Joule-Thomson effect)에 의하여 가스의 온도가 급격히 하락할 수 있으며, 이에 따라 고압용기 및/또는 고압용기로부터 가스가 배기되는 유로의 온도 역시 급격히 하락할 수 있다. 이러한 저온 상태가 지속되는 경우, 라이너, 고압용기 및 고압용기 주위의 유로에서 견딜 수 있는 한계 저온 이하로 온도가 하강하는 경우, 라이너, 고압용기 및 고압용기 주위의 유로에 파손 또는 손상이 발생할 수 있다. 상세하게는, 라이너와 고압용기를 지지하는 수지층, 유로의 각 부위에서 기밀을 유지하는 고무 재료의 '오링(O-ring)' 등이 파손되어 고압용기를 포함하는 연료전지 시스템 전체에 치명적인 안전 문제를 유발할 수 있다. The temperature of the gas that adiabatically expands may drop rapidly due to the Joule-Thomson effect, and accordingly, the temperature of the high-pressure container and/or the passage through which the gas is exhausted from the high-pressure container may also drop rapidly. If this low temperature condition continues, if the temperature drops below the limit low temperature that can be endured in the liner, the high-pressure container, and the passage around the high-pressure container, breakage or damage may occur to the liner, the high-pressure container, and the passage around the high-pressure container. . In detail, the resin layer supporting the liner and the high-pressure container, and the 'O-ring' made of rubber material that maintains airtightness at each part of the flow path are damaged, which is fatal to the entire fuel cell system including the high-pressure container. can cause problems.
따라서, 본 발명에서는 가스배기장치의 서모스탯 및/또는 고압용기의 온도센서를 이용하여, 고압용기 내부로부터 외부로 고압의 가스를 신속히 배기하면서도, 급격한 온도 변화에 의해 고압용기를 포함하는 주변의 시스템이 파손되지 않도록 구비될 수 있는 가스배기장치 및 그 제어방법을 제공한다.Therefore, in the present invention, while quickly exhausting the high-pressure gas from the inside of the high-pressure container to the outside using the thermostat of the gas exhaust device and/or the temperature sensor of the high-pressure container, the surrounding system including the high-pressure container due to rapid temperature change Provided is a gas exhaust device that can be provided so as not to be damaged and a control method thereof.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예로서, 고압용기 및 상기 고압용기 일단으로부터 연장되는 배기구 포함하는 연료전지 시스템에 있어서, 상기 배기구에 체결될 수 있으며 상기 고압용기 내부의 가스를 배출하기 위한 배기라인; 상기 배기라인 상에 구비되는 온오프밸브; 및 상기 배기라인 상에 구비되는 서모스탯;을 포함하며, 상기 서모스탯의 변화와 상기 온오프밸브의 개폐 여부가 연동되며, 상기 배기라인에서 상기 가스의 흐름을 조절하는 연료전지 시스템용 가스배기장치를 제공한다.As an embodiment, the present invention for achieving the above object is a fuel cell system including a high-pressure vessel and an exhaust port extending from one end of the high-pressure vessel, which can be fastened to the exhaust port and discharges gas inside the high-pressure vessel. exhaust line for; an on-off valve provided on the exhaust line; and a thermostat provided on the exhaust line, wherein a change in the thermostat is interlocked with whether the on/off valve is opened or closed, and a gas exhaust device for a fuel cell system that controls the flow of the gas in the exhaust line. provides
또한, 상기 고압용기로부터 상기 배기라인을 따라 연장되는 방향으로, 상기 온오프밸브 및 상기 서모스탯이 순차적으로 상기 배기라인 상에 구비되는 연료전지 시스템용 가스배기장치를 제공한다.In addition, a gas exhaust device for a fuel cell system is provided in which the on/off valve and the thermostat are sequentially provided on the exhaust line in a direction extending from the high-pressure vessel along the exhaust line.
또한, 상기 온오프밸브의 작동을 제어하기 위한 타이머;를 더 포함하며, 상기 타이머는 상기 서모스탯에 의해 상기 온오프밸브가 폐쇄된 경우, 미리 설정된 시간이 경과한 이후에만 온오프밸브가 다시 개방될 수 있도록 상기 온오프밸브의 작동을 제어하는 연료전지 시스템용 가스배기장치를 제공한다.In addition, it further includes a timer for controlling the operation of the on-off valve, wherein the timer opens the on-off valve again only after a preset time elapses when the on-off valve is closed by the thermostat. Provided is a gas exhaust device for a fuel cell system that controls the operation of the on/off valve so as to be possible.
또한, 상기 배기라인은 일방향으로 연장되는 유입부; 및 상기 유입부의 끝단에서 상기 일방향으로부터 만곡된 방향으로 연장되는 일 지점에 형성되는 유출부;를 포함하는 연료전지 시스템용 가스배기장치를 제공한다.In addition, the exhaust line includes an inlet extending in one direction; and an outlet formed at a point extending from an end of the inlet to a curved direction from the one direction.
또한, 상기 유출부의 직경이 상기 유입부의 직경보다 큰 연료전지 시스템용 가스배기장치를 제공한다.In addition, a gas exhaust device for a fuel cell system in which the diameter of the outlet part is greater than the diameter of the inlet part is provided.
또한, 상기 온오프밸브 및 상기 서모스탯은 상기 유입부 상에 형성되는 연료전지 시스템용 가스배기장치를 제공한다.In addition, the on-off valve and the thermostat provide a gas exhaust device for a fuel cell system formed on the inlet.
또한, 상기 유입부는 상기 유입부가 상기 고압용기와 인접하게 배치되는 일단에 구비되어, 상기 배기구와 체결될 수 있는 배기구체결구;를 포함하고, 상기 배기구체결구는 상기 유입부의 상기 일방향으로부터 만곡된 방향으로 연장되는 일 지점에 형성되는 연료전지 시스템용 가스배기장치를 제공한다.In addition, the inlet portion includes an exhaust port fastening port provided at one end of the inlet portion disposed adjacent to the high-pressure vessel and capable of being fastened with the exhaust port, and the exhaust port fastening port extends in a direction curved from the one direction of the inlet port. A gas exhaust device for a fuel cell system formed at one extended point is provided.
또한, 상기 가스배기장치는 수동밸브;를 더 포함하고, 상기 수동밸브는 상기 배기구체결구와 상기 온오프밸브 사이에 구비될 수 있는 연료전지 시스템용 가스배기장치를 제공한다.In addition, the gas exhaust device further includes a manual valve, and the manual valve provides a gas exhaust device for a fuel cell system that may be provided between the exhaust port fitting and the on/off valve.
또한, 상기 고압용기는 상기 고압용기의 상기 가스 유출입을 제어하기위한 고압용기밸브;를 더 포함하고, 상기 가스배기장치는 상기 온오프밸브 및 상기 서모스탯으로 전원을 공급하기 위한 전원부;를 더 포함하며, 상기 전원부는 상기 고압용기밸브에 체결될 수 있는 연료전지 시스템용 가스배기장치를 제공한다.In addition, the high-pressure container further includes a high-pressure container valve for controlling the inflow and outflow of the gas in the high-pressure container, and the gas exhaust device further includes a power supply unit for supplying power to the on-off valve and the thermostat. And, the power unit provides a gas exhaust device for a fuel cell system that can be fastened to the high-pressure container valve.
또한, 고압용기밸브를 포함하는 고압용기와 온오프밸브, 서모스탯 및 전원부를 포함하는 가스배기장치를 이용하여, 상기 고압용기로부터 상기 가스배기장치를 통하여 상기 고압용기 내부의 가스를 배출하는 제어방법에 있어서, (a) 상기 가스배기장치가 상기 고압용기로부터 연장되는 배기구에 체결되는 단계; 및 (b) 상기 온오프밸브에 의해 상기 가스배기장치에 포함된 배기라인이 폐쇄되는 단계;를 포함하고, 상기 서모스탯의 변화와 상기 온오프밸브의 개폐 여부가 연동되어, 상기 배기라인에서 상기 가스의 흐름을 조절하는 연료전지 시스템용 가스배기장치 제어방법을 제공한다. In addition, a control method for discharging gas inside the high-pressure container from the high-pressure container through the gas exhaust device using a high-pressure container including a high-pressure container valve and a gas exhaust device including an on/off valve, a thermostat, and a power supply unit. (a) fastening the gas exhaust device to an exhaust port extending from the high-pressure container; and (b) closing an exhaust line included in the gas exhaust device by the on/off valve, wherein a change in the thermostat is interlocked with whether the on/off valve is opened or closed, so that the exhaust line Provided is a method for controlling a gas exhaust device for a fuel cell system that regulates the flow of gas.
또한, 상기 (b) 단계에서는 상기 배기라인의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 내려가는 경우, 상기 서모스탯에 의해 상기 온오프밸브가 폐쇄되도록 설정된 연료전지 시스템용 가스배기장치 제어방법을 제공한다.In addition, in step (b), when the temperature of the exhaust line falls below a preset temperature, the on/off valve is set to be closed by the thermostat.
또한, 상기 온오프밸브가 폐쇄된 이후, (c) 상기 배기라인의 온도가 상기 미리 설정된 온도 이상으로 상승하는 경우, 상기 서모스탯에 의해 상기 온오프밸브가 다시 개방되는 단계;를 더 포함하고, 상기 고압용기의 압력이 대기압 수준으로 감압될 때까지 상기 (a) 내지 상기 (c) 단계가 반복하여 실시되는 연료전지 시스템용 가스배기장치 제어방법을 제공한다.In addition, after the on-off valve is closed, (c) when the temperature of the exhaust line rises above the preset temperature, the step of opening the on-off valve again by the thermostat; further comprising, Provided is a gas exhaust device control method for a fuel cell system in which steps (a) to (c) are repeatedly performed until the pressure of the high-pressure container is reduced to atmospheric pressure.
또한, 온도센서 및 고압용기밸브를 포함하는 고압용기 및 제어부를 포함하는 가스배기장치를 이용하여, 상기 고압용기로부터 상기 가스배기장치를 통하여 상기 고압용기 내부의 가스를 배출하는 제어방법에 있어서, (1) 상기 가스배기장치가 상기 고압용기밸브와 체결되는 단계; 및 (2) 상기 제어부가 상기 온도센서 및 상기 고압용기밸브와 각각 체결되어, 상기 제어부가 상기 고압용기밸브를 폐쇄하는 단계;를 포함하고, 상기 온도센서에서 측정된 값에 의해 상기 제어부에서 상기 고압용기밸브의 개폐 여부를 제어하는 연료전지 시스템용 가스배기장치 제어방법을 제공한다.In addition, in the control method for discharging the gas inside the high-pressure container from the high-pressure container through the gas exhaust device, using a high-pressure container including a temperature sensor and a high-pressure container valve and a gas exhaust device including a control unit, ( 1) engaging the gas exhaust device with the high-pressure container valve; and (2) the controller engaging the temperature sensor and the high-pressure container valve, respectively, so that the controller closes the high-pressure container valve. Provided is a control method for a gas exhaust device for a fuel cell system that controls whether a container valve is opened or closed.
또한, 상기 (2) 단계에서, 상기 온도센서에서 측정된 상기 고압용기의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 내려가는 경우, 상기 제어부에 의해 상기 고압용기밸브가 폐쇄되는 연료전지 시스템용 가스배기장치 제어방법을 제공한다. In addition, in step (2), when the temperature of the high-pressure container measured by the temperature sensor decreases to a preset temperature or less, the control unit closes the high-pressure container valve. to provide.
또한, 상기 고압용기밸브가 폐쇄된 이후, (3) 상기 고압용기의 온도가 상기 미리 설정된 온도 이상으로 상승하는 경우, 상기 제어부에 의해 상기 온오프밸브가 다시 개방되는 단계;를 더 포함하고, 상기 고압용기의 압력이 대기압 수준으로 감압될 때까지 상기 (1) 내지 상기 (3) 단계가 반복하여 실시되는 연료전지 시스템용 가스배기장치 제어방법을 제공한다.In addition, after the high-pressure vessel valve is closed, (3) when the temperature of the high-pressure vessel rises above the preset temperature, the step of opening the on-off valve again by the control unit; Provided is a method for controlling a gas exhaust device for a fuel cell system in which steps (1) to (3) are repeatedly performed until the pressure of the high-pressure vessel is reduced to atmospheric pressure.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above problem solving means, the present invention provides the following effects.
본 발명에 따르면, 고압용기로부터 고압의 가스를 배기하는 동안에 고압용기 및 주위 부품의 과냉각을 방지할 수 있으므로, 불필요한 고압용기 및 주위 부품의 파손 발생을 방지할 수 있다. According to the present invention, since supercooling of the high-pressure container and surrounding parts can be prevented while high-pressure gas is exhausted from the high-pressure container, unnecessary damage to the high-pressure container and surrounding parts can be prevented.
또한, 본 발명에 따르면, 고압용기로부터 가스가 배기되는 과정을 자동화할 수 있으므로, 수동 조작시 발생할 수 있었던 실수 또는 오작동을 방지할 수 있으며, 배기 사이클의 안전성을 확보할 수 있다. In addition, according to the present invention, since the process of exhausting gas from the high-pressure container can be automated, mistakes or malfunctions that may occur during manual operation can be prevented, and the safety of the exhaust cycle can be secured.
또한, 본 발명에 따르면, 고압용기로부터 가스가 배기되는 와중, 불의의 사고가 발생하더라도, 자동화 시스템에 의해 배기되므로, 종래 발생할 수 있었던 인명 손상을 방지할 수 있다. In addition, according to the present invention, even if an unexpected accident occurs while the gas is being exhausted from the high-pressure container, it is exhausted by an automated system, so that human injury that could occur in the past can be prevented.
또한, 본 발명에 따르면, 인력의 소요를 축소시킬 수 있으므로, 정비 비용이 절감되어 경제성이 향상될 수 있다. In addition, according to the present invention, since the need for manpower can be reduced, maintenance costs can be reduced and economic efficiency can be improved.
또한, 본 발명에 따르면, 고압용기 및 주위 시스템에 열적 부하를 가하지 않는 한도에서, 최대한 신속하게 고압용기로부터 고압의 가스를 배기할 수 있으므로, 배기 시간을 단축시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, since the high-pressure gas can be exhausted from the high-pressure container as quickly as possible without applying a thermal load to the high-pressure container and surrounding systems, the exhausting time can be shortened.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스배기장치의 연결관계를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스배기장치의 연결관계를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 가스배기장치의 연결관계를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing a connection relationship of a gas exhaust device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a connection relationship of a gas exhaust device according to another embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a connection relationship of a gas exhaust device according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "...unit", "...unit", and "...module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware and It can be implemented as a combination of software.
차량에 탑재되는 연료 전지 시스템은 크게 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지 스택, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료 공급 장치, 연료 전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기 공급 장치, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 냉각 시스템 등으로 구성된다. A fuel cell system installed in a vehicle is largely composed of a fuel cell stack generating electrical energy, a fuel supply device supplying fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, and supplying oxygen in the air, an oxidizing agent required for an electrochemical reaction, to the fuel cell stack. It consists of an air supply device, a cooling system that removes reaction heat from the fuel cell stack to the outside of the system and controls the operating temperature of the fuel cell stack.
연료 전지 시스템의 연료 공급계에는 연료가 탑재된 고압용기가 연료 저장 탱크로서 존재할 수 있다. 고압용기에서는 바람직하게는 수소를 연료로써 탑재 및 사용하며 700bar 정도의 고압 수소 가스가 용기 내부에 저장될 수 있다.In the fuel supply system of the fuel cell system, a high-pressure container loaded with fuel may exist as a fuel storage tank. In the high-pressure vessel, hydrogen is preferably loaded and used as fuel, and high-pressure hydrogen gas of about 700 bar can be stored inside the vessel.
따라서 고압용기의 내부에서는 연료 또는 수소에 의한 고압 상태가 지속될 수 있으며 상기 가스가 고압용기를 가압할 수 있다. 특히, 고압용기의 일 지점에 리크가 발생하거나 파단이 생기는 경우 내부의 고압이 일 지점에 집중되어 고압용기의 파손 및 그에 따른 폭발 등을 유발할 수 있으므로 고압용기의 내구성 및 안정성은 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템이 탑재될 수 있는 차량에 있어 매우 중요한 요소이다.Accordingly, a high-pressure state due to fuel or hydrogen may be maintained inside the high-pressure container, and the gas may pressurize the high-pressure container. In particular, if a leak or breakage occurs at one point of the high-pressure container, the internal high pressure is concentrated at one point, causing damage to the high-pressure container and subsequent explosion. It is a very important element in a vehicle that can be equipped with a battery system.
이와 관련하여, 고압용기 내부에서 고압의 연료, 바람직하게는 수소를 안정적으로 저장하기 위하여, 라이너, 상세하게는 플라스틱 재질의 라이너와 상기 라이너의 일단에 연료가 주입되거나 배출될 수 있는 노즐을 포함하는 보스부를 포함하여 고압용기가 형성될 수 있다. 나아가, 상기 라이너와 보스부가 결합된 구조체 외부를 탄소 섬유 복합재로 와인딩하여 복합재층을 형성하는 타입 4 형태의 고압용기를 사용하는 것이 근래의 추세이다.In this regard, in order to stably store high-pressure fuel, preferably hydrogen, in a high-pressure container, a liner, specifically a plastic liner and a nozzle at one end of the liner for fuel injection or discharge A high-pressure vessel may be formed including the boss portion. Furthermore, it is a recent trend to use a type 4 high-pressure vessel in which a composite material layer is formed by winding the outside of the structure where the liner and the boss part are combined with a carbon fiber composite material.
타입 4 형태의 고압용기를 상세히 살펴보면, 내부에 고분자 라이너가 구비될 수 있으며, 고분자 라이너의 외주면을 탄소 섬유로 와인딩하여 고압용기를 형성할 수 있다. 고분자 라이너 및 탄소 섬유는 가벼우면서 내구성이 뛰어나, 고압의 가스를 저장하기 위한 고압용기에 사용하기 적절하지만, 일정 온도 이상의 고온 또는 일정 온도 이하의 저온에서 물성이 파괴됨에 따라 내구성이 급격히 감소할 수 있으므로, 연료전지 시스템이 탑재된 차량에서는 고압용기 및 고압용기 주위 시스템의 온도를 일정 범위 이내로 조절해야만 한다. Looking in detail at the type 4 high-pressure vessel, a polymer liner may be provided therein, and a high-pressure vessel may be formed by winding an outer circumferential surface of the polymer liner with carbon fiber. Polymer liners and carbon fibers are light and durable, suitable for use in high-pressure containers for storing high-pressure gas. However, in a vehicle equipped with a fuel cell system, the temperature of the high-pressure vessel and the system around the high-pressure vessel must be adjusted within a certain range.
또한, 고압용기 및/또는 고압용기에 체결된 고압용기밸브, 나아가 고압용기 주위에 구비되는 유로에 이상이 생기는 경우, 상기 고압용기 및 주위 시스템의 검진 및/또는 수리를 위하여 고압용기 내부의 고압가스를 외부로 배기하여야 하는 경우가 종종 발생할 수 있다. 다만, 전술한대로, 고압용기 내부의 고압가스가 외부로 배기되는 경우, 고압용기 내부에서는 가스가 단열 팽창하는 것과 유사한 현상이 발생하며, 줄-톰슨 효과(Joule-Thomson effect)에 의해 고압용기 내부의 가스, 고압용기, 나아가 고압용기 주위에 구비된 연료전지 시스템의 구성들의 온도가 급하강할 수 있다. 고압용기를 포함하여, 고압용기 주위의 온도가 급 강하하는 경우, 전술한 것과 같은 손상, 파괴, 파단의 위험성이 급격히 증가할 수 있다.In addition, when an abnormality occurs in the high-pressure container and / or the high-pressure container valve fastened to the high-pressure container, and furthermore, in the flow path provided around the high-pressure container, the high-pressure gas inside the high-pressure container for inspection and / or repair of the high-pressure container and surrounding systems There may be occasions when it is necessary to vent to the outside. However, as described above, when the high-pressure gas inside the high-pressure container is exhausted to the outside, a phenomenon similar to adiabatic expansion of the gas occurs inside the high-pressure container, and the Joule-Thomson effect causes The temperature of the gas, the high-pressure container, and components of the fuel cell system provided around the high-pressure container may drop rapidly. When the temperature around the high-pressure container, including the high-pressure container, drops rapidly, the risk of damage, destruction, and rupture as described above may increase rapidly.
따라서, 본 발명에서는 이하, 도 1 내지 도 3을 참고하여, 고압용기 및 그 주위 시스템의 파손을 방지하면서도 신속하게 고압용기 내부의 고압가스를 외부로 배기할 수 있는 가스배기장치 및 그 제어방법에 대하여 상세히 기술하도록 한다.Therefore, in the present invention, referring to FIGS. 1 to 3, a gas exhaust device capable of quickly exhausting high-pressure gas inside the high-pressure container to the outside while preventing damage to the high-pressure container and its surrounding system and a control method thereof be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스배기장치(200)를 도시한 도면이다. 도 1에서는 고압용기(500)를 포함하는 연료전지 시스템의 일부와 가스배기장치(200)가 도시되어 있다. 도 1에 따르면 좌측 상단에는 연료전지 시스템의 일부가 도시되어 있다. 상세하게는 본 발명에 따르면, 고압용기(500)로부터 연장되어 형성되고, 고압용기(500)로의 가스 유입 또는 출입을 제어할 수 있는 고압용기밸브(510)와, 상기 고압용기밸브(510)로부터 연장되어 연통할 수 있는 배기구(100)가 구비될 수 있다. 1 is a view showing a
즉, 본 발명에서의 배기구(100)는 고압용기(500)의 일단으로부터 연장되어 형성될 수 있다. 바람직하게는 고압용기밸브(510)는 솔레노이드 타입의 밸브 등, 일반적으로 고압용기(500)에 채용될 수 있는 종류의 밸브를 사용할 수 있으며, 배기구(100)는 가스배기장치(200)의 배기구체결구(210)와 그 형상이 대응되도록 형성되어, 가스배기장치(200)와 고압용기(500) 시스템 사이에서 커넥터 역할을 수행할 수 있다. 즉, 고압용기(500)로부터 연장된 배기구(100)와 가스배기장치(200)의 배기구체결구(210)가 서로 체결되어, 고압용기(500) 시스템과 가스배기장치(200)를 연결시킬 수 있다.That is, the
또한, 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스배기장치(200)는 배기라인을 포함하여 형성될 수 있다. 배기라인은 내부에 유로가 형성된 라인으로서, 고압용기(500)로부터 배기된 고압의 가스가 통과할 수 있는 유로를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 배기라인은 고압용기(500)로부터 연장된 배기구(100)와 체결 및/또는 연통되어 고압용기(500)로부터 배기구(100)를 통해 토출된 가스가 배기라인으로 유입되어 유동할 수 있다. 배기라인에는 고압용기(500) 시스템의 배기구(100)와 체결될 수 있도록 일측에 배기구체결구(210)가 형성될 수 있다.Also, referring to FIG. 1 , a
한편, 발명의 일 실시예에 따르면, 배기라인은 일방향으로 연장되어 형성되는 유입부(220)와, 유입부(220)의 끝단에서 일방향과는 다른 방향으로 굽어져 형성되는 유출부(230)를 포함하여 형성될 수 있다. 즉, 유출부(230)는 유입부(220)의 연장방향으로부터 만곡된 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 바람직하게는 유출부(230)는 유입부(220)의 연장방향과 수직인 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 따라서, 배기라인 내부의 '유입부(220)로부터 유출부(230)로 전환되는 지점'에서는 가스가 만곡된, 바람직하게는 수직으로 꺾인 유로를 따라 유동할 수 있다. Meanwhile, according to one embodiment of the invention, the exhaust line includes an
나아가, 바람직하게는 전술한 배기구체결구(210)의 경우, 유입부(220)와 유출부(230)가 만나는 끝단과 반대 방향의 일단에 형성될 수 있다. 또한, 배기구체결구(210) 역시 유입부(220)가 연장되어 형성되는 방향과는 만곡된 방향으로 연장되어 형성될 수 있으며, 바람직하게는 유입부(220)가 연장 형성되는 방향과는 수직한 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게는 유입부(220)가 연장 형성되는 방향과 수직한 방향 중, 중력 반대 방향으로 연장 형성되어 배기구체결구(210)가 형성될 수 있다.Furthermore, preferably, in the case of the above-described exhaust
그러므로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 고압용기(500)로부터 배출된 가스가 고압용기밸브(510), 배기구(100)를 거쳐 고압용기(500) 시스템으로부터 배기되면, 즉, 차량으로부터 배기되면, 가스는 배기구체결구(210)를 통해 가스배기장치(200) 내부로 유입되며, 유입부(220) 및 유출부(230)를 통과하여 최종적으로 외부로 배기될 수 있다. Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, when the gas discharged from the high-
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유출부(230) 유로의 직경이 유입부(220) 유로의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 유입부(220)를 통과한 가스가 유출부(230)로 유입되는 경우, 체적이 확장되어 단열 팽창과 같은 현상이 발생할 수 있으므로, 유입부(220)를 통과하면서 상승한 가스의 기체 에너지가 완화될 수 있다. 상세하게는 유입부(220)를 통과하면서 상승한 가스의 압력 또는 온도가 유출부(230)를 통과하면서 감소할 수 있다.Furthermore, according to one embodiment of the present invention, the diameter of the passage of the
한편, 다시 도 1을 참고하면, 유입부(220)와 연결된 유출부(230)의 반대 끝단(240)은 외부와 연통될 수 있다. 즉, 유출부(230)의 일단은 유입부(220)와 연결되며, 타단은 대기에 노출될 수 있다. 따라서, 유입부(220)를 통과한 후, 만곡된 유로를 통해 유출부(230)로 유입된 가스는 유출부(230)를 거쳐 외부로 배기될 수 있다. 바람직하게는 유출부(230)에서 외부와 연통되는 끝단(240) 역시 만곡되어 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게는 유출부(230)와 외부가 연통되는 끝단(240)은 'ㄱ' 형상으로 만곡되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 유출부(230) 끝단(240)의 만곡된 부분에서, 가스가 외부로 배기되기 이전에 속도가 감소됨에 따라, 외부로 배기되는 가스의 압력이 감소될 수 있으며, 배기되는 가스의 안정성을 확보할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 1 again, the
또한, 도 1에 따르면, 본 발명에서는 유입부(220)와 유출부(230)가 만나는 지점에 가스배기장치(200)를 지지할 수 있는 지지대(250)가 구비될 수 있다. 상세하게는 유출부(230)가 형성되는 방향을 따르는 일 지점 상에 지지대(250)가 구비될 수 있다. 바람직하게는 유출부(230)가 연장되어 형성되는 방향 중 중력 방향으로의 일 지점에 지지대(250)가 구비될 수 있다. In addition, according to FIG. 1 , in the present invention, a
따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 유입부(220)는 중력과 수직한 방향으로 연장되어 형성되며, 유출부(230)는 중력과 평행한 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게는 유입부(220)는 약 10m의 길이를 가질 수 있고, 유출부(230)는 약 3m의 길이 또는 높이를 가질 수 있다.Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, the
다시 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 살펴보면, 본 발명의 배기라인에는 온오프밸브(300) 및 서모스탯(400)이 구비될 수 있다. 온오프밸브(300)는 조건에 따라 구비된 유로의 개방 또는 폐쇄를 수행하는 밸브이고, 서모스탯(400)은 온도에 따라 물성이 변화하여 물리적으로 거동할 수 있는 구성으로서 바이메탈 소재로 구비될 수 있다. 온오프밸브(300) 및 서모스탯(400) 양 구성 모두 통상의 기술자에게 널리 알려진 일반적인 구성이므로 이하에서는 상세한 설명을 생략할 수 있다. Looking at an embodiment of the present invention with reference to FIG. 1 again, an on/off
상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 온오프밸브(300) 및 서모스탯(400)은 배기라인의 유입부(220) 상에 구비될 수 있다. 나아가, 서모스탯(400)은 온오프밸브(300)와 인접하게끔 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 인접하게끔 구비된다는 것의 의미는 온오프밸브(300)를 통과하는 가스의 온도 및/또는 온도가 서모스탯(400)에 도달할 때까지 변화하지 않고 유지될 수 있는 일정, 적정 거리를 의미할 수 있다.In detail, according to an embodiment of the present invention, the on/off
본 발명의 일 실시예에 따르면, 온오프밸브(300) 및 서모스탯(400)은 배기라인의 유입부(220) 상에서도 고압용기(500)에 가까운 일측에 형성될 수 있다. 즉, 온오프밸브(300)와 서모스탯(400)은 배기구체결구(210)에 인접하게 배치될 수 있다. 더욱 바람직하게는 도 1을 참고하면, 고압용기(500)로부터 배기라인을 따라 연장되는 방향을 기준으로, 고압용기(500), 온오프밸브(300) 및 서모스탯(400)이 순차적으로 배기라인 상에 구비될 수 있다. 즉, 온오프밸브(300)는 서모스탯(400)보다 고압용기(500)에 가깝게 구비될 수 있으며, 서모스탯(400)은 온오프밸브(300)보다 유출부(230)에 가깝게 구비될 수 있다. 그러므로, 고압용기(500)로부터 유출부(230)를 통해 배기라인으로 유입된 가스는 온오프밸브(300)를 통과하여 서모스탯(400)과 접촉될 수 있다. 이에 따라, 온오프밸브(300)의 개방 또는 폐쇄에 의해 고압용기(500)로부터 서모스탯(400)으로의 가스 유동 및 도달 여부가 달라지므로, 온오프밸브(300)의 개방 여부 서모스탯(400)의 변화가 서로 연동될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the on/off
본 발명에서는 서모스탯(400)이 온도에 따라 변화하면서 온오프밸브(300)로 인가되는 전류를 차단하거나 공급하도록 조절할 수 있다. 상세하게는 온오프밸브(300)에 전류가 인가되는 경우, 밸브가 개방될 수 있으므로, 서모스탯(400)이 전류를 차단하면 온오프밸브(300)가 닫혀, 배기라인이 폐쇄되고, 서모스탯(400)이 전류를 공급하도록 연결되면 온오프밸브(300)가 개방되어 배기라인이 열릴 수 있다.In the present invention, the
나아가, 일 실시예에 따르면 본 발명에서는 온오프밸브(300) 및 서모스탯(400)과 연결될 수 있는 제어부(800) 및/또는 전원부(전원장치)(700)가 구비될 수 있다. 제어부(800)는 온오프밸브(300)의 개방 또는 폐쇄를 제어할 수 있으며, 서모스탯(400)과 더불어 온오프밸브(300)로 인가되는 전류를 공급하거나 차단할 수 있다. 또한, 전원부(700)는 온오프밸브(300), 서모스탯(400) 및/또는 고압용기밸브(510)와 연결될 수 있으며, 각종 밸브의 구동 및 서모스탯(400)으로 작동 전원을 공급할 수 있다. Furthermore, according to one embodiment, in the present invention, a
특히, 일 실시예에 따르면 본 발명에서는 가스배기장치(200)의 전원부(700)가 고압용기밸브(510)에 연결될 수 있으므로, 고압용기(500)가 탑재된 차량의 시동 'On/Off'여부와 무관하게 고압용기밸브(510)의 개방 또는 폐쇄를 위한 전원을 가스배기장치(200)의 전원부(700)로부터 고압용기밸브(510)로 공급할 수 있다. 즉, 일 실시예에 따르면 본 발명의 가스배기장치(200)는 차량의 시동 여부와 무관하게 고압용기밸브(510)로 별도의 전원을 인가, 공급할 수 있으므로, 차량의 시동 여부와 무관하게 고압용기(500) 내부로부터 고압의 가스를 배기할 수 있다. In particular, according to one embodiment, since the
또한, 일 실시예에 따르면, 본 발명에서는 가스배기장치(200)의 구동을 수동으로 제어하기 위하여, 배기라인 상에 수동밸브(260)가 구비될 수 있다. 바람직하게는 배기라인 상의 유입부(220)에서 배기구체결구(210) 근처에 수동밸브(260)가 구비될 수 있으며, 볼밸브 타입의 수동밸브(260)가 구비될 수 있다. 더욱 바람직하게는 수동밸브(260)는 배기구체결구(210)와 온오프밸브(300) 사이의 배기라인 일 지점에 구비될 수 있다. 따라서, 사용자에 의해 가스배기장치(200)가 조작되는 경우, 수동밸브(260)를 개방하거나 닫음으로써 가스배기장치(200)로 고압의 가스가 유입되는 것을 허락하거나 방지할 수 있다. Also, according to one embodiment, in the present invention, a
즉, 본 발명의 일 실시예에서는 가스배기장치(200)의 조작 여부를 우선적으로 사용자가 수동으로 제어할 수 있도록 수동밸브(260)가 구비된다. 나아가, 본 발명에 따르면, 수동밸브(260)가 개방된 상태에서도 서모스탯(400)을 이용하여 온오프밸브(300)를 개방 또는 폐쇄함으로써, 고압용기(500) 및 고압용기(500)를 포함하는 주위의 온도가 일정값 이하로 강하되는 경우에도 고압용기(500) 및 고압용기(500) 주위 시스템의 불의의 파손을 방지할 수 있도록 이중 안전장치를 구비할 수 있다.That is, in one embodiment of the present invention, the
한편, 도 2는 본 발명의 다른 일 실시예를 도시한 도면으로서, 도 1의 실시예에 타이머(600)를 더 포함한 실시예를 도시한 도면이다. 상세하게는 타이머(600)는 서모스탯(400)과 온오프밸브(300) 사이에 구비될 수 있으며, 바람직하게는 서모스탯(400)과 함께 온오프밸브(300)의 작동을 제어할 수 있도록 구비될 수 있다.Meanwhile, FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention, which further includes a
서모스탯(400)에 의해 온오프밸브(300)로 인가되는 전류가 차단된 경우, 타이머(600)는 일정 시간을 측정하여, 일정 시간 경과 후 온오프밸브(300)로 전류가 다시 인가되도록 제어할 수 있다. 즉, 본 구현예에서의 타이머(600)는 온오프밸브로 전류가 다시 흐르는데 소요되는 최소의 시간을 미리 설정하는 구성으로, 서모스탯(400)에 의해 온오프밸브(300)로 흐르는 전류가 차단되고, 다시 일정 시간이 흐른 후에는 타이머(600)에 의해 온오프밸브(300)과 전원부(700)가 서로 연결되어, 온오프밸브(300)가 다시 개방될 수 있다. 다시 말하면, 온오프밸브 측의 온도변화로 인해 서모스탯(400)이 온오프밸브(300)을 다시 개방시키도록 동작하더라도, 타이머(600)에 의해 설정된 시간이 경과하지 않았다면, 온오프밸브(300)은 다시 개방되지 않게 된다.When the current applied to the on/off
이를 위해, 타이머(600)은 전원부(700)과 온오프밸브(300) 간의 전기적 연결을 단속할 수 있는 구성을 포함할 수 있으며, 온오프밸브(300)의 개폐를 직접 제어하는 유닛으로 구성될 수 있다. 따라서, 서모스탯(400)과 타이머(600)는 공통적으로 온오프밸브(300)의 개폐를 제어할 수 있는 구성이며, 바람직하게는, 서모스탯은 온오프밸브 인근의 온도 변화에 따라 온오프밸브의 개폐를 제어하며, 타이머(600)는 서모스탯(400)의 동작에 따라 온오프밸브가 폐쇄된 경우, 고압용기(500) 측의 온도 변화를 고려한 시간 경과에 따라 온오프밸브의 개폐를 제어할 수 있도록 구성된다.To this end, the
나아가, 온오프밸브(300) 및/또는 서모스탯(400)이 구비되는 배기라인 일 지점의 온도 변화 정도(또는 속도)와 고압용기(500)의 온도 변화 정도(또는 속도)가 상이할 수 있다. 따라서, 온도가 하강하여 온오프밸브(300)가 폐쇄되었다가, 온오프밸브(300) 및/또는 서모스탯(400)에서의 온도가 일정 온도 수준 이상으로 회복되는 경우에도, 고압용기(500)의 온도는 기준 온도 이하의 상태일 수 있다. 따라서, 이와 같은 상황을 대비하기 위하여, 타이머(600)는 온오프밸브(300)에 미리 설정된 일정 시간의 딜레이를 부가하여 온오프밸브(300)의 개방을 늦출 수 있다. 타이머(600)로부터 인가되는 딜레이 시간은, 즉 타이머(600)의 작동 시간은, 고압용기(500)가 상온으로 회복되기까지 걸리는 시간을 실험 등을 통해 미리 설정한 맵 데이터를 활용하여 설정하거나, 사용자/작업자가 임의로 별도 조정할 수 있다.Furthermore, the degree (or speed) of temperature change at a point in the exhaust line where the on/off
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스배기장치(200)를 도시한 도면이다. 도 3의 실시예에서는 서모스탯(400)을 대체하여, 고압용기(500)에 구비된 온도센서(520)를 채용할 수 있다. 나아가, 온오프밸브(300)를 대체하여, 고압용기(500)에 구비된 고압용기밸브(510)를 채택할 수 있다. 도 3의 실시예에 따르면, 가스배기장치(200)에는 서모스탯(400) 또는 온오프밸브(300)가 필수적으로 구비되지 않아도 고압용기(500) 내부로부터 고압의 가스를 외부로 배기할 수 있다. 상세하게는 가스배기장치(200)의 제어부(800) 및/또는 전원부(700)가 고압용기(500)의 온도센서(520) 및/또는 고압용기밸브(510)에 체결될 수 있다. 따라서, 전술한 것과 마찬가지로 차량의 시동 여부와 무관하게 가스배기장치(200)로부터 고압용기(500)의 온도센서(520) 및/또는 고압용기밸브(510)로 전원이 인가될 수 있으며, 인가되는 전기적 신호의 제어를 통해 고압용기밸브(510)의 개방 또는 폐쇄를 제어할 수 있다. 3 is a view showing a
다만, 도 3의 실시예에 따르면 고압용기밸브(510)와 수소 공급 유로가 연결되는 일 지점상에는 커넥터 또는 어댑터가 구비될 수 있다. 즉, 고압용기(500)로부터 연장되어 스택으로 연결되는 유로의 일 지점 상에는 고압용기밸브(510)와 수소공급유로를 서로 체결시킬 수 있는 커넥터가 고압용기밸브(510)와 수소공급유로에 각각 구비될 수 있다. 나아가, 고압용기밸브(510)의 커넥터에 대응되는 형상이 가스배기장치(200)의 배기구체결구(210)에 형성되어 고압용기밸브(510)와 배기구체결구(210)가 체결될 수 있다. 즉, 수소공급유로에 형성된 커넥터와 가스배기장치(200)에 형성되는 커넥터는 동일한 형상으로 형성될 수 있으며, 필요한 경우에 대응되어 고압용기밸브(510)와 체결될 수 있다. 바람직하게는 연료전지 시스템이 정상 구동하여, 고압용기(500)로부터 스택으로 수소가 공급되는 경우, 고압용기밸브(510)와 수소공급유로가 체결될 수 있다. 또한, 고압용기(500)로부터 고압의 가스를 배기하는 경우, 수소공급밸브가 가스배기장치(200), 바람직하게는 가스배기장치(200)의 배기구체결구(210)와 직접 체결될 수 있다.However, according to the embodiment of FIG. 3 , a connector or adapter may be provided at a point where the high-
이하에서는, 도 1 내지 도 3에 도시된 가스배기장치(200)에 의해, 고압용기(500)의 가스가 신속하면서도 안전하게 외부로 배기되는 가스배기장치(200)의 제어방법에 대하여 상세히 기술하도록 한다.Hereinafter, the control method of the
우선, 본 발명의 여러 실시예에 따르면, 가스배기장치(200)가 연료전지 시스템의 배기구(100) 또는 고압용기밸브(510)와 체결될 수 있다. 상세하게는, 서모스탯(400)과 온오프밸브(300) 및 배기구체결구(210)가 구비된 일 실시에에 따르면, 가스배기장치(200)의 배기구(100)가 연료전지 시스템의 배기구(100)와 체결될 수 있다. 또한, 다른 일 실시예에 따르면 가스배기장치(200)의 배기구체결구(210)가 고압용기밸브(510)와 체결될 수있다. First, according to various embodiments of the present invention, the
나아가, 가스배기장치(200)의 제어부(800) 및/또는 전원부(700)에 의해 가스배기장치(200)의 온오프밸브(300) 또는 고압용기(500)의 고압용기밸브(510)의 개방 또는 폐쇄가 제어될 수 있다. 상세하게는 서모스탯(400)에서 감지되는 온도가 일정값 이하로 감소하거나, 고압용기(500)의 온도센서(520)에서 감지되는 온도가 일정값 이하로 감소하는 경우, 온오프밸브(300) 또는 고압용기밸브(510)는 배기라인을 폐쇄할 수 있다. 이 경우, 서모스탯(400)의 기준 온도값과 온도센서(520)의 기준 온도값은 그 설치 위치가 상이한 점을 고려하여 다르게 설정될 수 있다. 더불어, 서모스탯(400) 및 온도센서(520)가 둘다 구비된 경우, 적어도 하나 이상의 구성의 온도가 각 기준 온도값 이하로 감소되는 경우, 대응되는 밸브를 폐쇄하여 고압용기(500)를 포함하는 시스템의 안정성을 확보할 수 있다. 즉, 서모스탯(400)의 변화 및/또는 고압용기(500)의 온도센서(520)에서 측정된 온도에 의해 온오프밸브(300) 및/또는 고압용기밸브(510)의 작동 여부가 제어됨에 따라 각 밸브의 개폐 여부를 결정할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 서모스탯(400)의 변화 및/또는 온도센서(520)의 측정값에 따라 온오프밸브(300) 및/또는 고압용기밸브(510)의 작동 여부(개폐 여부)가 연동될 수 있다.Furthermore, the on/off
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기라인의 온도가 미리 설정된 온도 이상으로 상승하거나, 고압용기(500)의 온도센서(520)에서 측정된 온도가 미리 설정된 온도 이상으로 상승하는 경우, 제어부(800) 및/또는 전원부(700)에 의해 온오프밸브(300) 및/또는 고압용기밸브(510)가 다시 개방될 수 있다. 고압용기(500)의 온도는 주위 대기와의 열교환을 통해 시간의 흐름에 따라 자연스럽게 대기 온도로 상승될 수 있으며, 고압용기(500)의 온도 상승 정도 및 속도는 주위 대기의 온도에 따라 다양하게 나타날 수 있다.Furthermore, according to one embodiment of the present invention, when the temperature of the exhaust line rises above a preset temperature or the temperature measured by the
서모스탯(400)과 온도센서(520)가 구비되는 위치의 차이를 고려하여 온도 하강의 경우에서 서모스탯(400)의 기준온도(하한기준온도_서모스탯)와 고압용기(500) 온도센서(520)의 기준온도(하한기준온도_온도센서)가 상이하게 설정될 수 있었던 것과 마찬가지로, 온도 상승의 경우에도 서모스탯(400)의 미리 설정된 온도(상한기준온도_서모스탯)와 고압용기(500) 온도센서(520)의 미리 설정된 온도(상한기준온도_온도센서)가 서로 다른 값으로 설정될 수 있다. 나아가, 각 구성의 상한기준온도 및 각 구성의 하한기준온도는 고압용기(500) 및 주위의 압력, 온도 조건 등을 고려한 일부 마진을 포함하여 사용자가 임의로 설정, 조작할 수 있다.Considering the difference in the position where the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스배기장치(200)의 구동은 고압용기(500) 내부의 압력이 대기압과 동일하거나 유사한 수준으로 감압될 때까지 반복하여 실시될 수 있다. 고압용기(500)의 내부 압력은 고압용기(500)를 포함하는 연료전지 시스템의 안정성 확보를 위해 고압용기(500) 압력센서에 의해 주기적으로 측정되므로, 상기 측정값을 활용하여 고압용기(500) 내부의 감압 정도를 판단할 수 있다.In addition, the operation of the
정리하자면, 본 발명의 핵심 사상은 가스배기장치의 서모스탯 또는 고압용기의 온도센서의 변화와 가스배기장치에 구비된 온오프밸브가 개폐 여부가 서로 연동되어, 상기 배기라인을 통해 고압용기로부터 외부로 배기되는 가스의 흐름이 조절될 수 있으며, 따라서 고압용기를 포함하는 주위 시스템의 과냉각을 방지할 수 있으면서도 신속히 고압용기 내부의 고압 가스를 외부로 배기할 수 있다는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명에서는 가스배기장치에 수동밸브를 구비하여, 우선적으로 사용자의 수동 조작에 의해 가스배기장치가 개방 또는 폐쇄될 수 있도록 구비하면서도, 서모스탯 및/또는 고압용기의 온도센서에서 측정된 값에, 가스배기장치의 온오프밸브 개폐를 연동시켜 가스배기장치의 작동 여부를 제어함으로써 가스배기장치의 구조적 안정성 및 작동 안정성을 향상시킬 수 있다는 점에 본 발명의 특징이 있음에 유의하여야 한다.In summary, the key idea of the present invention is that the change of the thermostat of the gas exhaust device or the temperature sensor of the high-pressure container and whether the on-off valve provided in the gas exhaust device is opened or closed are linked to each other, so that the external air from the high-pressure container is transmitted through the exhaust line. It is characterized in that the flow of the exhausted gas can be controlled, and thus the high-pressure gas inside the high-pressure container can be quickly exhausted to the outside while preventing overcooling of the surrounding system including the high-pressure container. In particular, in the present invention, the gas exhaust device is provided with a manual valve so that the gas exhaust device can be opened or closed by the user's manual operation, and the values measured by the thermostat and/or the temperature sensor of the high-pressure container are provided. It should be noted that the feature of the present invention is that it is possible to improve the structural stability and operational stability of the gas exhaust device by controlling the operation of the gas exhaust device by interlocking the opening and closing of the on/off valve of the gas exhaust device.
또한, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명, 기술하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 포함된다고 할 것이다.In addition, although the embodiments of the present invention have been described and described, those skilled in the art can add, change, delete, or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. It will be possible to implement the present invention by various modifications and changes by addition, etc., and this will also be said to be included within the scope of the present invention.
나아가, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고 있다. 그리고 상기에서 사용된 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.Furthermore, in describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description is omitted. In addition, the terms used above are terms defined in consideration of functions in the embodiment of the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. Therefore, the above detailed description of the invention is not intended to limit the present invention to the disclosed embodiments, and the appended claims should be construed to include other embodiments as well.
100 : 배기구
200 : 가스배기장치
210 : 배기구체결구
220 : 유입부
230 : 유출부
240 : 유출부 끝단
250 : 지지대
260 : 수동밸브
300 : 온오프밸브
400 : 서모스탯
500 : 고압용기
510 : 고압용기밸브
520 : 고압용기 온도센서
600 : 타이머
700 : 전원부(전원장치)
800 : 제어부100: exhaust vent
200: gas exhaust device
210: exhaust fixture
220: inlet
230: outlet
240: end of outlet
250: support
260: manual valve
300: on-off valve
400: thermostat
500: high-pressure vessel
510: high pressure vessel valve
520: high-pressure vessel temperature sensor
600: timer
700: power unit (power supply)
800: control unit
Claims (15)
상기 배기구에 체결될 수 있으며 상기 고압용기 내부의 가스를 배출하기 위한 배기라인;
상기 배기라인 상에 구비되는 온오프밸브; 및
상기 배기라인 상에 구비되는 서모스탯;
을 포함하며, 상기 서모스탯의 변화와 상기 온오프밸브의 개폐 여부가 연동되며, 상기 배기라인에서 상기 가스의 흐름을 조절하도록 구성되고,
상기 배기라인의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 내려가는 경우, 상기 서모스탯에 의해 상기 온오프밸브가 폐쇄되도록 구성된 연료전지 시스템용 가스배기장치.A fuel cell system comprising a high-pressure vessel and an exhaust port extending from one end of the high-pressure vessel,
an exhaust line that can be fastened to the exhaust port and for discharging gas inside the high-pressure vessel;
an on-off valve provided on the exhaust line; and
a thermostat provided on the exhaust line;
Including, the change of the thermostat is interlocked with whether the on-off valve is opened or closed, configured to control the flow of the gas in the exhaust line,
A gas exhaust device for a fuel cell system configured to close the on/off valve by the thermostat when the temperature of the exhaust line decreases below a preset temperature.
를 더 포함하며, 상기 타이머는 상기 서모스탯에 의해 상기 온오프밸브가 폐쇄된 경우, 미리 설정된 시간이 경과한 이후에만 온오프밸브가 다시 개방될 수 있도록 상기 온오프밸브의 작동을 제어하는 연료전지 시스템용 가스배기장치.According to claim 1, A timer for controlling the operation of the on-off valve;
The fuel cell further includes, wherein the timer controls the operation of the on/off valve so that the on/off valve can be opened again only after a preset time elapses when the on/off valve is closed by the thermostat. Gas exhaust for the system.
상기 유입부의 끝단에서 상기 일방향으로부터 만곡된 방향으로 연장되는 일 지점에 형성되는 유출부;
를 포함하는 연료전지 시스템용 가스배기장치.According to claim 1, wherein the exhaust line is an inlet extending in one direction; and
an outlet formed at a point extending from an end of the inlet to a curved direction from the one direction;
A gas exhaust device for a fuel cell system comprising a.
를 포함하고, 상기 배기구체결구는 상기 유입부의 상기 일방향으로부터 만곡된 방향으로 연장되는 일 지점에 형성되는 연료전지 시스템용 가스배기장치.The method of claim 4, wherein the inlet portion is provided at one end of the inlet portion disposed adjacent to the high-pressure container, and includes an exhaust port fastening port capable of being fastened with the exhaust port;
The gas exhaust device for a fuel cell system includes a, wherein the exhaust port fastening hole is formed at a point extending in a direction curved from the one direction of the inlet.
를 더 포함하고,
상기 수동밸브는 상기 배기구체결구와 상기 온오프밸브 사이에 구비될 수 있는 연료전지 시스템용 가스배기장치.The method of claim 7, wherein the gas exhaust device includes a manual valve;
Including more,
The manual valve is a gas exhaust device for a fuel cell system that may be provided between the exhaust port fitting and the on/off valve.
를 더 포함하고,
상기 가스배기장치는 상기 온오프밸브 및 상기 서모스탯으로 전원을 공급하기 위한 전원부;
를 더 포함하며,
상기 전원부는 상기 고압용기밸브에 체결될 수 있는 연료전지 시스템용 가스배기장치.The high-pressure vessel according to claim 1, wherein the high-pressure vessel comprises: a high-pressure vessel valve for controlling the inflow and outflow of the gas of the high-pressure vessel;
Including more,
The gas exhaust device includes a power supply unit for supplying power to the on/off valve and the thermostat;
Including more,
The power supply unit is a gas exhaust device for a fuel cell system that can be fastened to the high-pressure vessel valve.
(a) 상기 가스배기장치가 상기 고압용기로부터 연장되는 배기구에 체결되는 단계; 및
(b) 상기 온오프밸브에 의해 상기 가스배기장치에 포함된 배기라인이 폐쇄되는 단계;
를 포함하고, 상기 서모스탯의 변화와 상기 온오프밸브의 개폐 여부가 연동되어, 상기 배기라인에서 상기 가스의 흐름을 조절하며,
상기 (b) 단계에서는 상기 배기라인의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 내려가는 경우, 상기 서모스탯에 의해 상기 온오프밸브가 폐쇄되도록 설정된 연료전지 시스템용 가스배기장치 제어방법. A control method for discharging gas inside the high-pressure container from the high-pressure container through the gas exhaust device using a high-pressure container including a high-pressure container valve and a gas exhaust device including an on/off valve, a thermostat, and a power supply unit ,
(a) fastening the gas exhaust device to an exhaust port extending from the high-pressure vessel; and
(b) closing an exhaust line included in the gas exhaust device by the on/off valve;
Including, the change of the thermostat and whether the on-off valve is opened or closed are interlocked to control the flow of the gas in the exhaust line,
In the step (b), the on/off valve is set to be closed by the thermostat when the temperature of the exhaust line decreases to a preset temperature or less.
(c) 상기 배기라인의 온도가 상기 미리 설정된 온도 이상으로 상승하는 경우, 상기 서모스탯에 의해 상기 온오프밸브가 다시 개방되는 단계;
를 더 포함하고, 상기 고압용기의 압력이 대기압 수준으로 감압될 때까지 상기 (a) 내지 상기 (c) 단계가 반복하여 실시되는 연료전지 시스템용 가스배기장치 제어방법.The method of claim 10, after the on-off valve is closed,
(c) opening the on/off valve again by the thermostat when the temperature of the exhaust line rises above the preset temperature;
The control method for a gas exhaust device for a fuel cell system further includes, wherein the steps (a) to (c) are repeatedly performed until the pressure of the high-pressure container is reduced to an atmospheric pressure level.
(1) 상기 가스배기장치가 상기 고압용기밸브와 체결되는 단계; 및
(2) 상기 제어부가 상기 온도센서 및 상기 고압용기밸브와 각각 체결되어, 상기 제어부가 상기 고압용기밸브를 폐쇄하는 단계;
를 포함하고,
상기 온도센서에서 측정된 값에 의해 상기 제어부에서 상기 고압용기밸브의 개폐 여부를 제어하며,
상기 (2) 단계에서, 상기 온도센서에서 측정된 상기 고압용기의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 내려가는 경우, 상기 제어부에 의해 상기 고압용기밸브가 폐쇄되는 연료전지 시스템용 가스배기장치 제어방법.A control method for discharging gas inside the high-pressure container from the high-pressure container through the gas exhaust device, using a high-pressure container including a temperature sensor and a high-pressure container valve, and a gas exhaust device including a controller,
(1) engaging the gas exhaust device with the high-pressure container valve; and
(2) closing the high-pressure container valve by the controller by engaging the temperature sensor and the high-pressure container valve;
including,
The control unit controls whether the high-pressure container valve is opened or closed based on the value measured by the temperature sensor,
In the step (2), when the temperature of the high-pressure container measured by the temperature sensor decreases to a preset temperature or less, the control unit closes the high-pressure container valve.
(3) 상기 고압용기의 온도가 상기 미리 설정된 온도 이상으로 상승하는 경우, 상기 제어부에 의해 상기 고압용기밸브가 다시 개방되는 단계;
를 더 포함하고, 상기 고압용기의 압력이 대기압 수준으로 감압될 때까지 상기 (1) 내지 상기 (3) 단계가 반복하여 실시되는 연료전지 시스템용 가스배기장치 제어방법.The method of claim 13, after the high pressure vessel valve is closed,
(3) re-opening the high-pressure container valve by the control unit when the temperature of the high-pressure container rises above the preset temperature;
The control method for a gas exhaust device for a fuel cell system further includes, wherein steps (1) to (3) are repeatedly performed until the pressure of the high-pressure vessel is reduced to atmospheric pressure.
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