KR101601325B1 - Parallel Multi Stage Hydrogen Recirculation Ejector for Fuel Cell - Google Patents

Abstract

본 발명은 재순환 수소가 유입 및 송출되도록 형성된 챔버바디(1)와; 상기 챔버바디(1) 내에 설치된 다수의 이젝터노즐(3)과; 회동됨에 의해 상기 다수의 이젝터노즐(3)을 차례로 개폐할 수 있도록 설치된 회동밸브수단을 포함하여 구성된 연료전지용 병렬형 다단 수소 재순환 이젝터 장치를 제공하여, 스택의 넓은 운전범위를 모두 대응할 수 있도록 구비된 다수의 이젝터들로 제공되는 수소를 보다 간단한 구조로 제어하여 공급할 수 있도록 함으로써, 스택의 운전범위가 넓어도 밸브의 수가 증가하지 않으며, 그에 따라 연료공급시스템의 부피 및 중량이 종래에 비해 크게 저감되며, 이를 제어하는 제어로직도 보다 간단하게 구성될 수 있도록 하여, 원가를 절감할 수 있고 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.The present invention comprises a chamber body (1) formed to allow recycle hydrogen to flow in and out; A plurality of ejector nozzles 3 provided in the chamber body 1; A plurality of ejector nozzles (3) that are rotated by the rotation of the plurality of ejector nozzles (3) so as to be able to open and close the plurality of ejector nozzles (3) The number of valves is not increased even if the operation range of the stack is wide by controlling the supply of the hydrogen provided by the plurality of ejectors with a simpler structure and thus the volume and weight of the fuel supply system are greatly reduced So that the control logic for controlling the control logic can be configured more simply, thereby reducing the cost and improving the fuel efficiency of the vehicle.

Description

연료전지용 병렬형 다단 수소 재순환 이젝터 장치{Parallel Multi Stage Hydrogen Recirculation Ejector for Fuel Cell}Technical Field [0001] The present invention relates to a parallel multi-stage hydrogen recirculation ejector apparatus for a fuel cell,

본 발명은 연료전지에 수소를 공급하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지의 스택에서 반응이 이루어지지 않은 수소를 다시 스택으로 재순환시키도록 하는 수소 재순환 이젝터 장치에 관한 기술이다.The present invention relates to an apparatus for supplying hydrogen to a fuel cell, and more particularly, to a hydrogen recirculation ejector apparatus that allows unreacted hydrogen in a stack of fuel cells to be recycled back to the stack.

연료전지의 스택에는 전지반응에 필요한 수소를 계속해서 공급하게 되는데, 공급된 수소는 스택에서 100%의 화학반응을 일으키지는 못한다. 따라서 전지반응에 필요한 수소의 양보다 더 많은 양의 수소를 스택에 공급해야 한다.
The stack of fuel cells continues to supply the hydrogen required for the cell reaction, and the supplied hydrogen does not cause a 100% chemical reaction in the stack. Therefore, it is necessary to supply a larger amount of hydrogen to the stack than the amount of hydrogen required for the cell reaction.

스택에서 전지반응에 사용되고 남은 수소는 시스템의 효율을 높이기 위하여, 상기 스택으로 재순환 공급되도록 하는데, 상기와 같은 수소의 재순환을 위해서 스택을 통과하면서 감압된 잉여 수소를 스택으로 재순환시키기 위해 압력을 상승시켜주는 수소 재순환 이젝터가 사용된다.
The remaining hydrogen that is used for the cell reaction in the stack is recycled to the stack in order to increase the efficiency of the system. The hydrogen is passed through the stack for recirculation and the pressure is increased to recycle the reduced hydrogen to the stack A hydrogen recirculation ejector is used.

도 1은 종래 기술에 의한 병렬형 다단 수소 재순환 이젝터의 구성도로서, 스택의 출력이 낮은 상태에서는 1번 이젝터(500)에 연결된 1번 밸브(502)를 열어 수소를 재순환시키며, 스택의 출력이 증가함에 따라 차례대로 각 이젝터에 연결된 밸브들을 개방시킴으로써, 차례로 수소의 재순환량을 증가시키고, 스택의 출력이 줄어들면, 그에 따라 재순환량을 예측하면서 상기 밸브들을 차례로 닫도록 되어 있다.
FIG. 1 is a configuration diagram of a parallel-type multi-stage hydrogen recirculation ejector according to the related art. In a state where the output of the stack is low, the first valve 502 connected to the first ejector 500 is opened to recycle hydrogen. The valves connected to each ejector are sequentially opened in order to increase the recirculation amount of hydrogen in turn and sequentially close the valves while anticipating the recirculation amount as the output of the stack is reduced.

그런데, 상기한 바와 같은 이젝터는 스택 출력의 범위, 즉 운전 범위가 증가함에 따라 이젝터의 수 및 그에 따른 밸브의 수가 증가하며, 그에 따라 스택의 연료공급시스템의 부피 및 중량이 증가되어, 원가가 상승되고 차량의 연비에 악영향을 주게 되며, 제어로직이 복잡하게 되는 단점이 있다.However, in the ejector, the number of ejectors and accordingly the number of valves are increased as the range of the stack output, that is, the operation range is increased, thereby increasing the volume and weight of the fuel supply system of the stack, Which adversely affects the fuel efficiency of the vehicle, and the control logic becomes complicated.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스택의 넓은 운전범위를 모두 대응할 수 있도록 구비된 다수의 이젝터들로 제공되는 수소를 보다 간단한 구조로 제어하여 공급할 수 있도록 함으로써, 스택의 운전범위가 넓어도 밸브의 수가 증가하지 않으며, 그에 따라 연료공급시스템의 부피 및 중량이 종래에 비해 크게 저감되며, 이를 제어하는 제어로직도 보다 간단하게 구성될 수 있도록 하여, 원가를 절감할 수 있고 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한 연료전지용 병렬형 다단 수소 재순환 이젝터 장치를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for controlling the supply of hydrogen, which is provided by a plurality of ejectors, The number of valves is not increased even if the operation range is wide, and accordingly, the volume and weight of the fuel supply system are greatly reduced compared to the prior art, and the control logic for controlling the control logic can be simplified, And an object thereof is to provide a parallel-type multi-stage hydrogen recycle ejector apparatus for a fuel cell capable of improving fuel economy of a vehicle.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 연료전지용 병렬형 다단 수소 재순환 이젝터 장치는According to an aspect of the present invention, there is provided a parallel-type multi-stage hydrogen recycle ejector apparatus for a fuel cell,

재순환 수소가 유입 및 송출되도록 형성된 챔버바디와;A chamber body formed to allow recirculated hydrogen to flow in and out;

상기 챔버바디 내에 설치된 다수의 이젝터노즐과;A plurality of ejector nozzles installed in the chamber body;

회동됨에 의해 상기 다수의 이젝터노즐을 차례로 개폐할 수 있도록 설치된 회동밸브수단;Rotation valve means provided to be able to sequentially open and close the plurality of ejector nozzles by being rotated;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.And a control unit.

본 발명은 스택의 넓은 운전범위를 모두 대응할 수 있도록 구비된 다수의 이젝터들로 제공되는 수소를 보다 간단한 구조로 제어하여 공급할 수 있도록 함으로써, 스택의 운전범위가 넓어도 밸브의 수가 증가하지 않으며, 그에 따라 연료공급시스템의 부피 및 중량이 종래에 비해 크게 저감되며, 이를 제어하는 제어로직도 보다 간단하게 구성될 수 있도록 하여, 원가를 절감할 수 있고 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.The present invention can control and supply hydrogen provided by a plurality of ejectors provided to correspond to all of the wide operation range of the stack with a simpler structure so that the number of valves does not increase even if the operation range of the stack is wide, Accordingly, the volume and weight of the fuel supply system are greatly reduced compared with the conventional fuel supply system, and the control logic for controlling the fuel supply system can be more simply configured, thereby reducing the cost and improving the fuel efficiency of the vehicle.

도 1은 종래 기술에 의한 연료전지용 병렬형 다단 수소 재순환 이젝터 장치를 설명한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 병렬형 다단 수소 재순환 이젝터 장치의 실시예를 예시한 도면,
도 3 내지 도 5는 도 2의 장치의 작용을 설명한 도면,
도 6은 본 발명 실시예의 다양한 변화 가능성을 설명한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a conventional multi-stage hydrogen recycle ejector apparatus for a fuel cell according to the prior art;
2 is a view illustrating an embodiment of a parallel-type multi-stage hydrogen recycle ejector apparatus for a fuel cell according to the present invention,
Figs. 3 to 5 are diagrams for explaining the operation of the apparatus of Fig. 2,
Figure 6 is a diagram illustrating various possible variations of embodiments of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명 실시예는 재순환 수소가 유입 및 송출되도록 형성된 챔버바디(1)와; 상기 챔버바디(1) 내에 설치된 다수의 이젝터노즐(3)과; 회동됨에 의해 상기 다수의 이젝터노즐(3)을 차례로 개폐할 수 있도록 설치된 회동밸브수단을 포함하여 구성된다.
Referring to FIG. 2, an embodiment of the present invention includes a chamber body 1 formed to introduce and discharge recycle hydrogen; A plurality of ejector nozzles 3 provided in the chamber body 1; And rotary valve means provided so as to be capable of opening and closing the plurality of ejector nozzles 3 in turn by being rotated.

즉, 상기 회동밸브수단으로 상기 다수의 이젝터노즐(3)을 한꺼번에 제어할 수 있도록 함으로써, 상기 챔버바디(1)로 유입되는 재순환 수소를 압송할 새로운 수소를 스택의 운전상황에 맞추어서 적절히 공급할 수 있도록 한 것이다.
That is, the plurality of ejector nozzles 3 can be controlled at once by the rotation valve means, so that new hydrogen to be fed through the recirculating hydrogen introduced into the chamber body 1 can be supplied appropriately according to the operation state of the stack It is.

상기 회동밸브수단은 중심축(5)을 기준으로 회동될 수 있도록 설치되며 원호면에 의해 상기 다수의 이젝터노즐(3)의 입구부를 개폐할 수 있도록 형성된 회동스풀(7)과, 상기 회동스풀(7)을 내장하고 상기 이젝터노즐(3)로 공급할 수소가 유입되는 공급포트(9)가 구비된 밸브바디(11)를 포함하여 구성된다.
The rotary valve unit includes a rotary spool 7 installed to be rotatable about a central axis 5 and configured to open and close an inlet of the ejector nozzles 3 by an arc surface, 7 and a valve body 11 having a supply port 9 through which the hydrogen to be supplied to the ejector nozzle 3 flows is provided.

상기 이젝터노즐(3)들은 상기 회동스풀(7)의 회동방향에 따라 차례로 상기 밸브바디(11)에 연통되도록 설치되는데, 특히, 상기 이젝터노즐(3)들은 상기 회동스풀(7)의 회동방향을 따라 점차 직경이 큰 것이 상기 밸브바디(11)에 연통되도록 배치된다.
The ejector nozzles 3 are installed to communicate with the valve body 11 in order according to the rotating direction of the rotating spool 7. Particularly, So that the valve body 11 is gradually communicated with the valve body 11 having a larger diameter.

따라서, 상기 회동스풀(7)이 상기 이젝터노즐(3)들을 모두 막고 있다가 도 3에 도시된 바와 같이 직경이 가장 작은 이젝터노즐(3)부터 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 회동스풀(7)의 회동각을 증가시켜 감에 따라 직경이 점차 큰 이젝터노즐(3)이 개방됨으로써, 상기 밸브바디(11)와 상기 이젝터노즐(3)들이 연통하는 전체면적을 증가하게 된다.Therefore, the rotating spool 7 blocks all of the ejector nozzles 3, and as shown in Fig. 4 and Fig. 5 from the ejector nozzle 3 having the smallest diameter as shown in Fig. 3, The ejector nozzle 3 having a gradually larger diameter is opened as the rotation angle of the ejector nozzle 7 is increased to increase the total area in which the valve body 11 and the ejector nozzles 3 communicate with each other.

물론, 본 실시예에서는 도시된 바와 같이 노즐 직경이 가장 작은 것과 중간 및 큰 것의 3가지 이젝터노즐(3)만 설치되어 있지만, 이는 본 장치를 사용하는 상황에 따라 동일한 원리로 이젝터노즐(3)의 개수를 더 증가시켜 설치할 수도 있는 것이다.
Of course, in this embodiment, as shown in the figure, only three ejector nozzles 3, that is, the smallest nozzle diameter and the medium and large nozzles are provided. However, the ejector nozzles 3 of the ejector nozzles 3 It is also possible to increase the number.

상기한 바와 같이 구성된 연료전지용 병렬형 다단 수소 재순환 이젝터 장치는 도 3 내지 도 5에 차례로 도시된 바와 같이 상기 회동스풀(7)이 컨트롤러에 의해 제어되면서 회동됨에 따라 상기 이젝터노즐(3)들을 작은 직경의 것으로부터 점차 큰 것으로 차례로 개방시킬 수 있게 되고, 반대로 가장 크게 개방되어 있던 이젝터노즐(3)부터 점차 작은 것을 폐쇄시킬 수 있게 됨으로써, 실질적으로는 상기 회동스풀(7) 하나의 조작만으로, 다수의 이젝터노즐(3)의 개폐상태를 차례로 제어함으로써, 종래 다수의 밸브를 하나씩 구비하여 제어하던 것과 동일한 제어를 수행할 수 있으면서도, 그 소요되는 부품의 수나 중량이 작고 원가가 저렴하며, 제어가 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
The multi-stage hydrogen recirculation ejector apparatus for a fuel cell configured as described above is characterized in that the ejector nozzles 3 are rotated in the direction of a small diameter (as shown in FIG. 3 to FIG. 5) It is possible to sequentially open the ejector nozzle 3 from the ejector nozzle 3 which has been opened to the greatest extent. In this way, By sequentially controlling the opening and closing states of the ejector nozzles 3, it is possible to carry out the same control as that in which a plurality of valves are conventionally provided one by one, but also the number and the weight of the parts to be consumed are small, the cost is low, There is an advantage that can be achieved.

참고로, 도 6은 본 발명 실시예의 다양한 변화 가능성을 설명한 것으로서, 이젝터노즐이 1번부터 임의의 n번까지 다수개가 설치될 수 있음을 나타낸 것으로서, 사용용도 및 목적에 따라 상기 이젝터노즐의 수량과 각각의 직경을 적절히 선정할 수 있음을 나타내고 있다.6 is a view illustrating various possible changes of the embodiment of the present invention. It is shown that a plurality of ejector nozzles can be installed from the first nozzle to the arbitrary n number of nozzles, and the number of the ejector nozzles Each diameter can be appropriately selected.

1; 챔버바디
3; 이젝터노즐
5; 중심축
7; 회동스풀
9; 공급포트
11; 밸브바디One; Chamber body
3; Ejector nozzle
5; Center axis
7; Pivoting spool
9; Supply port
11; Valve body

Claims (4)

재순환 수소가 유입 및 송출되도록 형성된 챔버바디와;
상기 챔버바디 내에 설치된 다수의 이젝터노즐과;
회동됨에 의해 상기 다수의 이젝터노즐을 차례로 개폐할 수 있도록 설치된 회동밸브수단;을 포함하고,
상기 회동밸브수단은, 중심축을 기준으로 회동될 수 있도록 설치되며 원호면에 의해 상기 다수의 이젝터노즐의 입구부를 개폐할 수 있도록 형성된 회동스풀과, 상기 회동스풀을 내장하고 상기 이젝터노즐로 공급할 수소가 유입되는 공급포트가 구비된 밸브바디를 포함하며,
상기 이젝터노즐들은 상기 회동스풀의 회동방향을 따라 차례로 직경이 작은 이젝터노즐부터 직경이 증가하는 것이 상기 밸브바디에 연통되도록 배치되고,
상기 회동스풀의 회동함에 따라 상기 이젝터노즐들과 상기 밸브바디가 연통하는 전체면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 병렬형 다단 수소 재순환 이젝터 장치.A chamber body formed to allow recirculated hydrogen to flow in and out;
A plurality of ejector nozzles installed in the chamber body;
And rotation-valve means provided to be able to open and close the plurality of ejector nozzles in turn,
The rotary valve unit includes a rotary spool installed to be rotatable about a central axis and configured to open and close an inlet of the ejector nozzles by a circular arc surface, Comprising a valve body having an inlet port for inlet,
Wherein the ejector nozzles are arranged to communicate with the valve body such that the diameter of the ejector nozzles increases in order from the ejector nozzles having a small diameter along the rotating direction of the rotating spool,
Wherein a total area of the ejector nozzles and the valve body communicating with each other is increased as the rotation spool is rotated. ≪ Desc / Clms Page number 19 > 삭제delete 삭제delete 삭제delete

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