KR101906019B1 - Modularized flow path structure and fuel cell system including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유로 구조를 모듈화하여 제조 공정을 간소화 및 경량화할 수 있음은 물론, 모듈 간 호환 가능한 어댑터를 사용함으로써 구조변경이 용이하고 생산성 향상 및 원가 절감이 가능한 모듈화된 유로 구조 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 모듈 블록과, 상기 모듈 블록의 내부에 형성되는 하나 이상의 유로와, 상기 유로와 연통되도록 상기 모듈 블록의 외주면에 형성되는 복수의 결합 포트 및 상기 복수의 결합 포트에 탈착 가능하게 결합되는 복수의 어댑터를 포함하며, 상기 어댑터는 일자 분기관, 구부러진 분기관 및 막음판 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 어댑터에는 파이프 또는 밸브 또는 센서가 선택적으로 결합 가능한 모듈화된 유로 구조를 제공한다. The present invention can modularize the flow path structure to simplify and lighten the manufacturing process, as well as to provide a modular flow path structure capable of easily changing the structure, improving the productivity and reducing the cost by using an adapter compatible between modules, A plurality of coupling ports formed on an outer circumferential surface of the module block so as to communicate with the flow path, and a plurality of coupling ports formed in the module block, Wherein the adapter comprises any one of a baffle, a bifurcated bifurcation and a closure plate, and the adapter is provided with a modular flow path structure in which a pipe, a valve or a sensor is selectively engageable .

Description

모듈화된 유로 구조 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템 {MODULARIZED FLOW PATH STRUCTURE AND FUEL CELL SYSTEM INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a modularized flow path structure, and a fuel cell system including the flow path structure.

본 발명은 모듈화된 유로 구조 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유로 구조를 모듈화하여 제조 공정을 간소화 및 경량화할 수 있음은 물론, 모듈 간 호환 가능한 어댑터를 사용함으로써 구조변경이 용이하고 생산성 향상 및 원가 절감이 가능한 모듈화된 유로 구조 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a modular flow path structure and a fuel cell system including the flow path structure. More particularly, the flow path structure is modularized to simplify and lighten the manufacturing process, And to a fuel cell system including the module structure.

덕트 또는 파이프는 유체가 흐르는 유로를 형성하는 구조물로서, 다양한 장치의 각종 배관, 가스터빈 엔진의 배기 덕트 등에 널리 사용되고 있다. Duct or pipe is a structure that forms a flow path through which fluid flows, and is widely used for various piping of various devices, exhaust duct of a gas turbine engine, and the like.

유로를 형성함에 있어, 유체의 이동방향에 따라 유로의 길이를 연장하거나 유체를 다수의 방향으로 분기시킬 필요가 발생하며, 이에 따라 각 유로를 연결하거나 분기형상에 맞는 덕트를 제작해야 한다. In forming the flow path, it is necessary to extend the length of the flow path or to divide the fluid in a plurality of directions according to the flow direction of the fluid. Accordingly, it is necessary to connect the flow paths or to fabricate a duct suited to the branch shape.

이에 따라, 생산비용과 시간이 소요되어 생산성이 저하되며, 각 유로를 연결하거나 유로 내 유체의 유량 제어 및 성질 측정 등을 위해 유로에 밸브나 센서를 결합하기 위해서는 보통 용접을 통해 이루어지기 때문에 용접 부속이 많아져 구조가 복잡해지고 장기적으로 시스템의 성능이 저하될 수 있다는 문제점이 있다. As a result, productivity and productivity are reduced due to production cost and time. In order to connect each flow path or to control a flow rate of the fluid in the flow path and to measure properties, There is a problem that the structure becomes complicated and the performance of the system may be deteriorated in the long term.

일례로, 연료 전지 시스템은 원리상 열기관이 갖는 열역학적인 제한을 받지 않기 때문에 종래의 발전장치보다 발전 효율이 높고 무공해, 무소음으로 환경문제가 거의 없다. 또한, 연료전지는 다양한 용량으로 제작이 가능하고 전력 수요지 내에 설치가 용이하여 송변전 설비의 초기 투자비용을 절감할 수 있는 이점이 있다. For example, since the fuel cell system is not subject to the thermodynamic limitations of the heat pump in principle, the power generation efficiency is higher than that of the conventional power generation device, and there is little environmental problem due to pollution and noise free. In addition, the fuel cell can be manufactured in various capacities, and the fuel cell can be easily installed in the power demand site, thereby reducing the initial investment cost of the power transmission /

연료 전지 시스템은 연료 전지(fuel cell)의 전기화학 반응에 의하여 연료가 갖고 있는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로, 복수의 연료전지 셀들을 적층시킨 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소 등을 공급하는 연료공급 시스템, 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 공급하는 공기공급 시스템, 연료전지 스택의 온도를 제어하는 물과 열 관리 시스템 등을 포함할 수 있다. The fuel cell system is a device for converting the chemical energy of a fuel into electrical energy by an electrochemical reaction of a fuel cell. The fuel cell system includes a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked, Etc., an air supply system for supplying oxygen, which is an oxidant required for an electrochemical reaction, a water and thermal management system for controlling the temperature of the fuel cell stack, and the like.

연료공급 시스템은 수소탱크 내부의 압축수소를 감압하여 스택의 연료극(애노드)으로 공급하며, 공기공급 시스템은 공기공급기를 작동시켜 흡입한 외부공기를 스택의 공기극(캐소드)으로 공급한다. The fuel supply system decompresses the compressed hydrogen in the hydrogen tank and supplies it to the anode (anode) of the stack. The air supply system operates the air supply to supply the sucked external air to the cathode (cathode) of the stack.

이에 따라 스택의 연료극에 수소가 공급되고, 공기극에 산소가 공급되면, 연료극에서는 촉매반응을 통해 수소이온이 분리된다. 분리된 수소 이온은 전해질 막을 통해 공기극인 산화극으로 전달되고, 산화극에서는 연료극에서 분리된 수소 이온과 전자 및 산소가 함께 전기화학적 반응을 일으켜 이를 통해 전기 에너지를 얻을 수 있다. 구체적으로 연료극에서는 수소의 전기 화학적 산화가 일어나고, 공기극에서는 산소의 전기 화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 열이 발생되고, 수소와 산소가 결합하는 화학 작용에 의해 수증기 또는 물이 생성된다.Accordingly, when hydrogen is supplied to the fuel electrode of the stack and oxygen is supplied to the air electrode, hydrogen ions are separated from the fuel electrode through the catalytic reaction. The separated hydrogen ions are transferred to the oxidizing electrode, which is an air electrode, through the electrolyte membrane. In the oxidizing electrode, hydrogen ions separated from the fuel electrode, electrons and oxygen are electrochemically reacted together to obtain electrical energy. Specifically, the electrochemical oxidation of hydrogen takes place in the anode, and the electrochemical reduction of oxygen occurs in the air electrode. At this time, electricity and heat are generated due to the movement of the generated electrons. By the chemical action of hydrogen and oxygen, Is generated.

연료 전지 스택의 전기 에너지 생성 과정에서 발생되는 수증기와 물 및 열과 같은 부산물과 반응되지 않은 수소 및 산소 등을 배출하기 위해 배출 장치가 구비되며, 수증기, 수소 및 산소와 같은 가스들은 배기 통로를 통해 대기 중으로 배출된다.A discharge device for discharging hydrogen, oxygen and the like which is not reacted with by-products such as water and heat generated in the electric energy generation process of the fuel cell stack, and gases such as water vapor, hydrogen and oxygen, Lt; / RTI >

또한, 연료전지 스택의 냉각을 위해 냉각수를 공급하여 연료전지 스택의 내부로 순환시키며, 열 교환기에 의해 회수된 온수는 난방수로 활용되기도 한다. Also, the cooling water is supplied to cool the fuel cell stack and circulated to the inside of the fuel cell stack, and the hot water recovered by the heat exchanger is utilized as heating water.

이때, 상기와 같이 연료 전지 스택으로 수소, 산소 등의 연료와 냉각수를 공급하기 위해서는 종래와 같이 다수의 유로가 복잡하게 배치되며, 연료 전지 스택으로 공급되는 수소의 압력, 냉각수의 온도 등을 측정하기 위해 유로에 다수의 센서들이 결합하게 되면서 더욱 복잡한 구조를 형성하여 구조 변경이 쉽지 않고 용접 부속이 증가되어 생산성이 저하된다는 문제점이 있다. In this case, in order to supply fuel and cooling water such as hydrogen and oxygen to the fuel cell stack as described above, a plurality of flow paths are arranged in a complicated manner as in the prior art, and the pressure of hydrogen supplied to the fuel cell stack and the temperature of the cooling water are measured A plurality of sensors are coupled to the flow path, thereby forming a more complicated structure, which makes it difficult to change the structure and increases the number of parts to be welded, thereby deteriorating productivity.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유로 구조를 모듈화하여 제조 공정을 간소화 및 경량화할 수 있음은 물론, 모듈 간 호환 가능한 어댑터를 사용함으로써 구조변경이 용이하고 생산성 향상 및 원가 절감이 가능한 모듈화된 유로 구조 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a module capable of simplifying and lightening the manufacturing process by modularizing the flow path structure, And a fuel cell system including the same.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 모듈 블록과, 상기 모듈 블록의 내부에 형성되는 하나 이상의 유로와, 상기 유로와 연통되도록 상기 모듈 블록의 외주면에 형성되는 복수의 결합 포트 및 상기 복수의 결합 포트에 탈착 가능하게 결합되는 복수의 어댑터를 포함하며, 상기 어댑터는 일자 분기관, 구부러진 분기관 및 막음판 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 어댑터에는 파이프 또는 밸브 또는 센서가 선택적으로 결합 가능한 모듈화된 유로 구조를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a module block including: a module block; at least one flow path formed in the module block; a plurality of coupling ports formed in an outer peripheral surface of the module block to communicate with the flow path; And a plurality of adapters detachably coupled to the ports, wherein the adapters comprise any one of a straight pipe, a bent pipe, and a blocking plate, and the adapter is provided with a modular flow path structure Lt; / RTI >

상기 결합 포트는, 상기 유로와 연통되는 연결관 및 상기 연결관을 둘러싸며 형성되는 제1 결합 플레이트를 포함할 수 있다. The coupling port may include a coupling pipe communicating with the flow path, and a first coupling plate formed to surround the coupling pipe.

상기 어댑터는 상기 제1 결합 플레이트와 대응되도록 형성되는 제2 결합 플레이트를 포함하며, 상기 제2 결합 플레이트에는 상기 연결관을 막는 막음판 또는 상기 연결관과 연통되는 일자 또는 구부러진 형상의 분기관이 설치될 수 있다. The adapter includes a second coupling plate formed to correspond to the first coupling plate, and the second coupling plate is provided with a blocking plate for blocking the coupling pipe or a branch pipe having a straight or curved shape communicating with the coupling pipe .

상기 제1 결합 플레이트와 제2 결합 플레이트는 서로 대응하는 위치에 형성된 복수의 나사홀을 통해 나사결합될 수 있다. The first engaging plate and the second engaging plate may be screwed through a plurality of screw holes formed at positions corresponding to each other.

또한, 상기 유로와 연통되도록 상기 모듈 블록의 일측에 돌출 형성되어, 상기 유로로 유체의 유입 또는 유출이 가능하도록 하는 유출입배관을 더 포함할 수 있다. The module block may further include an inflow / outflow pipe protruding from one side of the module block to communicate with the flow path, and allowing the inflow or outflow of the fluid through the flow path.

상기 유로는 서로 연통하지 않는 제1 유로 및 제2 유로를 포함하며, 상기 복수의 결합 포트는 각각 상기 제1 유로 또는 제2 유로에 선택적으로 연통될 수 있다. The flow path may include a first flow path and a second flow path which are not in communication with each other, and the plurality of connection ports may be selectively in communication with the first flow path or the second flow path, respectively.

상기 제1 유로와 제2 유로의 각 양단은 상기 유출입배관과 상기 결합 포트 중 적어도 하나와 연통되는 것을 특징으로 한다. And both ends of the first flow path and the second flow path are communicated with at least one of the inflow / outflow pipe and the connection port.

또한, 연료 가스 및 산화 가스의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지를 구비한 연료 전지 시스템에 있어서, 모듈 블록과, 상기 모듈 블록의 내부에 형성되며, 물이 공급되기 위한 제1 유로와, 상기 모듈 블록의 내부에 형성되며, 수소가 공급되기 위한 제2 유로와, 상기 제1 유로 또는 제2 유로와 선택적으로 연통되도록 상기 모듈 블록의 일면에 형성되는 복수의 결합 포트 및 상기 복수의 결합 포트에 탈착 가능하게 결합되는 복수의 어댑터를 포함하며, 상기 제1 유로는 직선의 형상으로 형성되며, 상기 제2 유로는 수소가 유로의 내부로 공급되는 위치에서 수직으로 절곡되어 형성되는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템을 제공한다. The present invention also provides a fuel cell system including a fuel cell powered by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidizing gas, comprising: a module block; a first flow path formed inside the module block, A plurality of coupling ports formed in one side of the module block so as to selectively communicate with the first flow path or the second flow path, Wherein the first flow path is formed in a straight line shape and the second flow path is formed by vertically bending at a position where hydrogen is supplied to the inside of the flow path, And a fuel cell system.

상기 어댑터는 일자 분기관, 구부러진 분기관 및 막음판 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 어댑터에는 파이프 또는 밸브 또는 센서가 선택적으로 결합 가능하다. The adapter is made up of a straight pipe, a bent pipe, and a clogging plate, and a pipe, a valve or a sensor is selectively connectable to the adapter.

또한, 상기 제1 유로의 일단부와 연통되며 상기 모듈 블록의 측면으로 돌출 형성되어, 상기 제1 유로로 물의 유입 또는 유출이 가능하도록 하는 유출입배관을 더 포함할 수 있다. The module may further include an inlet and outlet pipe communicating with one end of the first flow path and protruding from a side surface of the module block to allow water to flow in or out of the first flow path.

상기 제2 유로는 수평 유로와 수직 유로를 포함하도록 ㄱ자의 형상으로 형성되며, 절곡부에서 공급되는 수소는 연료 전지 시스템의 정상 작동 시에는 상기 수평 유로를 통해 공급되고, 정지 또는 비정상 작동 시에는 상기 수직 유로를 통해 배출되도록 하는 것을 특징으로 한다. The fuel cell system according to claim 1, wherein the second flow path is formed in a shape of a letter including a horizontal flow path and a vertical flow path, and the hydrogen supplied from the bent portion is supplied through the horizontal flow path during normal operation of the fuel cell system, And is discharged through the vertical flow path.

상기 복수의 결합 포트는, 상기 제1 유로의 양단과 연통되는 2개의 결합 포트와, 상기 제2 유로의 양단과 연통되는 2개의 결합 포트와, 상기 제2 유로의 절곡부와 연통되는 1개의 결합 포트 및 상기 제2 유로의 수평 유로의 중간부와 연통되는 1개의 결합 포트로 이루어질 수 있다. Wherein the plurality of coupling ports includes two coupling ports communicating with both ends of the first flow path, two coupling ports communicating with both ends of the second flow path, and one coupling Port and a coupling port communicating with a middle portion of the horizontal flow path of the second flow path.

상기 제2 유로의 양단과 연통되는 2개의 결합 포트에 결합되는 어댑터에는 각각 밸브가 결합될 수 있다. A valve may be coupled to each of the adapters coupled to the two coupling ports communicating with both ends of the second flow path.

상기 제1 유로의 일단부에 연통되는 결합 포트에 결합되는 어댑터에는 상기 제1 유로 내부의 물의 온도를 측정하기 위한 온도 센서가 결합될 수 있다. The adapter coupled to the coupling port communicating with one end of the first flow path may be coupled to a temperature sensor for measuring the temperature of water in the first flow path.

상기 제2 유로의 수평 유로의 중간부와 연통되는 결합 포트에 결합되는 어댑터에는 상기 제2 유로 내부의 수소의 압력을 측정하기 위한 압력 센서가 결합될 수 있다. The adapter coupled to the coupling port communicating with the middle portion of the horizontal flow path of the second flow path may be coupled with a pressure sensor for measuring the pressure of hydrogen in the second flow path.

상기 결합 포트는, 상기 제1 유로 또는 제2 유로와 선택적으로 연통되는 연결관 및 상기 연결관을 둘러싸며 형성되는 제1 결합 플레이트를 포함할 수 있다. The coupling port may include a coupling pipe selectively communicating with the first flow path or the second flow path, and a first coupling plate surrounding the coupling pipe.

상기 어댑터는 상기 제1 결합 플레이트와 대응되도록 형성되는 제2 결합 플레이트를 포함하며, 상기 제2 결합 플레이트에는 상기 연결관을 막는 막음판 또는 상기 연결관과 연통되는 일자 또는 구부러진 형상의 분기관이 설치될 수 있다. The adapter includes a second coupling plate formed to correspond to the first coupling plate, and the second coupling plate is provided with a blocking plate for blocking the coupling pipe or a branch pipe having a straight or curved shape communicating with the coupling pipe .

상기 제1 결합 플레이트와 제2 결합 플레이트는 서로 대응하는 위치에 형성된 복수의 나사홀을 통해 나사결합될 수 있다. The first engaging plate and the second engaging plate may be screwed through a plurality of screw holes formed at positions corresponding to each other.

상기 파이프 또는 밸브 또는 센서는 O-ring과 클램프를 통해 상기 어댑터에 결합될 수 있다. The pipe or valve or sensor may be coupled to the adapter via an O-ring and a clamp.

본 발명에 따르면, 유로 구조를 모듈화하여 제조 공정을 간소화 및 경량화할 수 있음은 물론, 모듈 간 호환 가능한 어댑터를 사용함으로써 구조변경이 용이하고 생산성 향상 및 원가 절감이 가능하다. According to the present invention, it is possible to simplify and lighten the manufacturing process by modularizing the flow path structure, and it is possible to easily change the structure, improve the productivity, and reduce the cost by using an adapter compatible between modules.

구체적으로, 유로를 갖는 모듈 블록과 이에 탈착 가능하게 결합할 수 있는 다수의 어댑터를 포함함으로써, 분기형상에 맞는 유로 파이프 또는 덕트를 각각 제작하거나 용접을 통해 각 유로에 구조물을 결합할 필요없이, 어댑터를 이용하여 유로의 연결, 분기 또는 구조물의 결합 등이 이루어질 수 있어 제조 공정이 간략화될 수 있다. Specifically, by including a module block having a flow path and a plurality of adapters detachably coupled to the module block, it is possible to manufacture the flow pipe or the duct corresponding to the branch shape, The connection, the branching, or the joining of the structures can be performed using the flow path, so that the manufacturing process can be simplified.

또한, 어댑터는 직경 및 형상이 다양하게 금형화되며 모듈 블록의 결합 포트를 통해 쉽게 결합 또는 분리될 수 있음으로써, 파이프 또는 센서, 밸브 등의 구조물 연결이 용이하게 이루어질 수 있어 구조변경이 쉽고, 용접 부속을 제거 또는 감소시킬 수 있으므로 장기적으로 시스템의 성능이 향상될 수 있다. Also, since the adapter can be easily combined or separated through the coupling port of the module block, the structure of the pipe, the sensor, and the valve can be easily connected, The ability to remove or reduce parts can improve system performance over the long term.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 유로 구조를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 2c는 도 1의 모듈 블록을 분리하여 도시한 도면이다.
도 3a 내지 3e는 도 1의 어댑터를 분리하여 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에서 모듈 블록에 어댑터만 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 모듈화된 유로 구조가 연료 전지 시스템에 적용된 상태를 도시한 도면이다. 1 is a view showing a modular flow path structure according to an embodiment of the present invention.
Figs. 2A to 2C are views showing the module blocks of Fig. 1 separated.
Figs. 3A to 3E are views showing the adapter of Fig. 1 separated. Fig.
4 is a view showing a state in which only the adapter is coupled to the module block in FIG.
FIG. 5 is a view showing a state in which the modular flow path structure of FIG. 1 is applied to a fuel cell system. FIG.

이하, 본 발명의 모듈화된 유로 구조 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 5를 참조하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the modular flow path structure of the present invention and the fuel cell system including the same will be described with reference to FIGS. 1 to 5 attached hereto.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.It is to be understood that both the foregoing description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention, and are not intended to limit the scope of the invention. But are merely illustrative of the elements recited in the claims.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification. Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 유로 구조를 도시한 도면, 도 2a 내지 2c는 도 1의 모듈 블록을 분리하여 도시한 도면, 도 3a 내지 3e는 도 1의 어댑터를 분리하여 도시한 도면, 도 4는 도 1에서 모듈 블록에 어댑터만 결합된 상태를 도시한 도면이며, 도 5는 도 1의 모듈화된 유로 구조가 연료 전지 시스템에 적용된 상태를 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view showing a modular flow path structure according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2A to 2C are views showing the module blocks of FIG. FIG. 4 is a view showing a state in which only the adapter is coupled to the module block in FIG. 1, and FIG. 5 is a view showing a state in which the modular flow path structure in FIG. 1 is applied to the fuel cell system.

본 발명의 모듈화된 유로 구조는 유로가 형성되는 다양한 장치 및 시스템에 적용될 수 있는 것으로, 아래에서는 연료 가스 및 산화 가스의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지를 구비한 연료 전지 시스템에 있어서 연료전지 스택(stack)의 유입단에 적용되는 것을 기준으로 설명하도록 한다. The modular flow path structure of the present invention can be applied to various devices and systems in which a flow path is formed. In the following, in a fuel cell system having a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidizing gas, the description will be made based on what is applied to the inflow end of the stack.

연료전지 스택의 유입단에는 연료전지(fuel cell)의 전기화학 반응을 위해 수소, 공기(산소)를 공급하는 유로와, 연료전지 스택의 온도를 제어하기 위해 냉각수를 공급하는 유로 등이 형성될 수 있다. A flow path for supplying hydrogen and air (oxygen) for the electrochemical reaction of the fuel cell and a flow path for supplying cooling water for controlling the temperature of the fuel cell stack may be formed at the inlet end of the fuel cell stack have.

도 1 내지 4를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 유로 구조를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 유로 구조는 크게 모듈블록(100)과 이에 결합되는 복수의 어댑터(200)를 포함하여 이루어질 수 있다. 1 to 4, a modular flow path structure according to an embodiment of the present invention includes a module block 100 and a plurality of adapters 200 ).

상기 모듈 블록(100)의 내부에는 하나 이상의 유로가 형성되며, 상기 모듈 블록(100)의 외주면에는 상기 유로와 연통되는 복수의 결합 포트(160)가 형성된다.At least one flow path is formed in the module block 100 and a plurality of coupling ports 160 communicating with the flow path are formed on an outer circumferential surface of the module block 100.

도 2a 내지 2c를 참고하여 상기 모듈 블록(100)을 상세하게 살펴보면, 상기 모듈 블록(100)은 육면체, 원기둥 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 본 일 실시예에서는 직육면체의 형상으로 형성되고 있다. Referring to FIGS. 2A to 2C, the module block 100 may be formed in various shapes such as a hexahedron and a cylinder, and is formed in the shape of a rectangular parallelepiped in the present embodiment.

상기 모듈 블록(100)의 내부에 형성되는 유로는 서로 연통하지 않는 제1 유로(120) 및 제2 유로(140)를 포함하며, 상기 복수의 결합 포트(160)는 각각 상기 제1 유로(120) 또는 제2 유로(140)에 선택적으로 연통될 수 있다. The flow path formed in the module block 100 includes a first flow path 120 and a second flow path 140 that are not in communication with each other and the plurality of connection ports 160 are connected to the first flow path 120 ) Or the second flow path (140).

본 일 실시예에서는, 상기 제1 유로(120)가 연료전지 스택으로 물(냉각수)을 공급하기 위해 형성되고, 제2 유로(140)가 연료전지 스택으로 수소를 공급하기 위해 형성될 수 있으며, 특히 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 제1 유로(120)는 직선의 형상으로 형성되나, 상기 제2 유로(140)는 수소가 상기 제2 유로(140)의 내부로 공급되는 위치에서 수직으로 절곡되어 형성될 수 있다. In the present embodiment, the first flow path 120 is formed to supply water (cooling water) to the fuel cell stack, the second flow path 140 may be formed to supply hydrogen to the fuel cell stack, 2A, the first flow path 120 is formed in a straight shape, but the second flow path 140 is bent vertically at a position where hydrogen is supplied to the inside of the second flow path 140, .

이는 연료전지 스택의 정상 작동 상태에서는 수소 저장탱크(미도시)로부터 공급되는 수소를 연료 전지의 연료극으로 공급하고, 수분을 포함하고 있는 미반응 수소를 배출하거나 연료전지 스택에 문제가 발생하여 수소의 압력이 과도하게 유입될 경우 수소를 배출하여 과압의 수소가 스택으로 공급되는 것을 방지하기 위함이다. In the normal operation state of the fuel cell stack, hydrogen supplied from a hydrogen storage tank (not shown) is supplied to the fuel electrode of the fuel cell, unreacted hydrogen containing moisture is discharged, or a problem occurs in the fuel cell stack, This is to prevent hydrogen from being supplied to the stack due to overpressure by discharging hydrogen when pressure is excessively introduced.

이에 따라, 상기 제2 유로(140)는 수평 유로(142)와 수직 유로(144)를 포함하도록 ㄱ자의 형상으로 형성될 수 있으며, 수소 저장탱크로부터 공급되는 수소는 상기 제2 유로(140)의 절곡부, 구체적으로 절곡부에 형성된 결합포트를 통해 상기 제2 유로(140)의 내부로 유입되어 연료전지 스택의 정상 작동 시에는 상기 수평 유로(142)를 통해 공급되고, 정지 또는 비정상 작동 시에는 상기 수직 유로(144)를 통해 배출된다. Accordingly, the second flow path 140 may be formed in the shape of a letter including the horizontal flow path 142 and the vertical flow path 144, and the hydrogen supplied from the hydrogen storage tank may flow through the second flow path 140 Flows into the second flow path (140) through the bending portion, specifically, the coupling port formed in the bent portion, and is supplied through the horizontal flow path (142) during normal operation of the fuel cell stack. And is discharged through the vertical flow path 144.

상기 복수의 결합포트(160)는 상기 유로와 연통되도록 상기 모듈 블록(100)의 외주면에 형성되는 것으로, 복수의 어댑터(200)가 결합되기 위한 곳이다. The plurality of coupling ports 160 are formed on the outer peripheral surface of the module block 100 so as to communicate with the flow path, and are a place to which a plurality of adapters 200 are coupled.

상기 결합포트(160)는 각각 상기 유로와 연통되는 연결관(162) 및 상기 연결관(162)을 둘러싸며 형성되는 제1 결합 플레이트(164)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 연결관(162)은 상기 유로와 연통되기 위해 상기 유로의 내부로부터 상기 모듈 블록(100)의 외주면으로 뻗어나오는 관으로 형성되며, 상기 제1 결합 플레이트(164)는 어댑터(200)가 결합되기 위한 베이스를 형성한다. The coupling port 160 may include a coupling pipe 162 that communicates with the flow path and a first coupling plate 164 that surrounds the coupling pipe 162. The connection pipe 162 is formed as a pipe extending from the inside of the flow path to the outer circumferential surface of the module block 100 so as to communicate with the flow path and the first coupling plate 164 is connected to the adapter 200 .

본 일 실시예에서 상기 복수의 결합포트(160)는 직육면체의 형상으로 이루어지는 상기 모듈 블록(100)의 일면에 형성되되, 이제 한정되는 것은 아니며 마주보는 양면에 형성되거나 측면에 형성되어도 무관하다. The plurality of coupling ports 160 may be formed on one side of the module block 100 having a rectangular parallelepiped shape and may be formed on opposite sides of the module block 100 or may be formed on the side surfaces thereof.

구체적으로, 상기 복수의 결합포트(160)는 도 2b에 도시된 바와 같이 총 6개로 이루어질 수 있으며, 각각 상기 제1 유로(120)의 양단과 연통되는 2개의 결합포트와, 상기 제2 유로(140)의 양단과 연통되는 2개의 결합포트와, 상기 제2 유로(140)의 절곡부와 연통되어 수소가 공급되기 위한 1개의 결합포트 및 상기 수평유로(142)의 중간부분과 연통되는 1개의 결합포트로 이루어진다. More specifically, the plurality of coupling ports 160 may be six in total, as shown in FIG. 2B. The coupling ports 160 may include two coupling ports communicating with both ends of the first passage 120, 140), one coupling port communicating with the bent portion of the second flow path (140) to supply hydrogen, and one coupling port communicating with the middle portion of the horizontal flow path (142) And a coupling port.

상기 각 결합 포트(160)에는 유로의 분기방향, 구조물의 결합 여부 등에 따라 직경과 형상이 다양하게 형성된 서로 다른 복수의 어댑터들이 결합될 수 있으며, 이는 아래에서 자세히 살펴보도록 한다. A plurality of different adapters having different diameters and shapes may be coupled to the coupling ports 160 according to the flow direction of the channels, the coupling of the structures, and the like, which will be described in detail below.

이때, 상기와 같이 하나 이상의 유로 및 복수의 결합 포트가 형성된 모듈 블록은 일체로 형성될 수도 있으나, 도 2c에 도시된 바와 같이 복수의 부품들이 열 융착을 통해 조립됨으로써 형성될 수도 있다. At this time, the module block in which the one or more flow paths and the plurality of coupling ports are formed as described above may be integrally formed, but may be formed by assembling a plurality of parts through heat fusion as shown in FIG. 2C.

본 실시예에서는, 상기 제1 유로(120)와 제2 유로(140)의 하부 반쪽이 형성된 부품과, 상기 제1 유로(120)의 상부 반쪽이 형성된 부품 및 상기 제2 유로(140)의 상부 반쪽이 형성된 부품으로 나뉘어, 3개의 부품이 열 융착을 통해 하나의 모듈 블록(100)을 형성하도록 조립되고 있다. A part in which the lower half of the first flow path 120 and the lower half of the second flow path 140 are formed and a part in which the upper half of the first flow path 120 is formed and the upper half of the second flow path 140 are formed And three parts are assembled to form one module block 100 through thermal fusion.

상기 복수의 어댑터(200)는 상기 복수의 결합 포트(160)에 탈착 가능하게 결합되는 것으로, 상기 어댑터(200)는 일자 분기관, 구부러진 분기관 및 막음판 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. The plurality of adapters 200 are detachably coupled to the plurality of coupling ports 160. The adapter 200 may be any one of a linear tube, a bent tube, and a blocking plate.

상기 어댑터(200)는 다양한 직경 및 형상을 갖도록 미리 금형화되며, 상기 어댑터(200)는 유로 내의 유체가 분기되는 방향, 유량 조절, 유체의 성질 측정 등을 위해 구조물들이 결합되기 위한 연결체의 역할을 하게 된다. The adapter 200 is preformed to have various diameters and shapes, and the adapter 200 serves as a connector for coupling the structures in order to control the flow direction of the fluid in the flow path, the flow rate, .

이에 따라, 상기 어댑터(200)에는 유로 내의 유체가 분기되는 방향에 따라 다른 유로를 형성하는 파이프, 밸브 구조물 등이 결합하거나, 냉각수 공급을 위해 냉각수 탱크와 연결되는 파이프 등이 결합할 수 있고, 또는 유로 내 유체의 압력, 온도 등을 측정하기 위해 센서 구조물이 선택적으로 결합할 수 있다. Accordingly, the adapter 200 may be combined with a pipe, a valve structure, or the like which forms another flow path depending on the direction in which the fluid in the flow path is branched, or a pipe connected to the cooling water tank for supplying the cooling water may be combined. The sensor structure can be selectively coupled to measure the pressure, temperature, etc. of fluid in the flow path.

상기 어댑터(200)는 각각 상기 제1 결합 플레이트(164)와 대응되도록 형성되는 제2 결합 플레이트(220)를 포함하며, 상기 제2 결합 플레이트(220)에는 상기 연결관(162)을 막는 막음판 또는 상기 연결관(162)과 연통되는 일자 또는 구부러진 형상의 분기관이 설치될 수 있다. The adapter 200 includes a second coupling plate 220 formed to correspond to the first coupling plate 164 and a second coupling plate 220 coupled to the coupling plate 162, Or a branch pipe of a straight or curved shape communicating with the connection pipe 162 may be installed.

구체적으로, 본 일 실시예에서 상기 제1 결합 플레이트(164) 및 제2 결합 플레이트(220)는 서로 마주보며 대응될 수 있도록 동일한 크기의 사각형상의 플레이트로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 결합 플레이트(164)의 중앙에 연결관(162)이 형성되고 있다. Specifically, in the present embodiment, the first and second coupling plates 164 and 220 may be rectangular plates of the same size so as to face each other, and the first coupling plate 164 And a connecting pipe 162 is formed at the center of the connecting pipe 162.

상기 제1 결합 플레이트(164) 및 제2 결합 플레이트(220)에는 서로 대향하는 위치에 나사홀이 여러개 형성되어 있으며, 상기 플레이트들을 서로 마주보며 접촉시킨 상태에서 상기 나사홀을 통해 나사결합 함으로써 상기 어댑터(200)가 결합 포트(160)에 결합될 수 있다. The first and second coupling plates 164 and 220 are formed with a plurality of threaded holes at positions facing each other. By screwing the plates through the screw holes in a state where the plates are in contact with each other, (200) may be coupled to the coupling port (160).

하지만, 상기 플레이트의 형상은 사각형상에 한정되는 것은 아니며 원형 등 어느 것이라도 무관하고, 어댑터가 결합 포트에 탈착 가능하게 결합 가능한 구조라면 나사 결합이 아니어도 무관하다. 이에 따라, 상기 어댑터(200)는 상기 결합 포트(160)에 조립 및 분리가 용이하여 유로 구조에 맞게 구조 변경이 용이하다는 장점이 있다. However, the shape of the plate is not limited to a quadrangular shape, and may be circular or not, and it may be a screw, if the adapter is detachably connectable to the coupling port. Accordingly, the adapter 200 has an advantage that it is easy to assemble and separate the coupling port 160, thereby facilitating the structure change according to the flow path structure.

도 3a 내지 3e에 도시된 바와 같이 본 일 실시예에서 상기 복수의 어댑터(200)는 5개의 종류로 분류될 수 있으며, 상기 제2 결합 플레이트(220)에 설치되는 구조의 형상에 따라 분류되고 있다. As shown in FIGS. 3A to 3E, in the present embodiment, the plurality of adapters 200 can be classified into five kinds and classified according to the shape of the structure provided on the second coupling plate 220 .

구체적으로, 도 3a 및 3b에 도시된 어댑터는 상기 제2 결합 플레이트(220) 상에 상기 연결관(162)과 연통 가능하도록 형성된 파이프가 설치되고 있으며, 직경이 서로 상이하게 형성되어, 도 3a에는 직경이 작은 제1 파이프(1240)가 설치되고 있고, 도 3b에는 직경이 큰 제2 파이프(2240)가 설치되고 있다. 이에 따라, 직경이 다른 유로 파이프 또는 구조물과 용이하게 결합될 수 있다. 3a and 3b are provided with pipes formed on the second engagement plate 220 so as to be able to communicate with the connection pipe 162. The diameters of the pipes are different from each other, A first pipe 1240 having a small diameter is installed, and a second pipe 2240 having a large diameter is installed in FIG. 3B. Thus, the diameter can be easily combined with other flow pipe or structure.

도 3c에 도시된 어댑터는 도 3a 및 3b에 도시된 어댑터와 동일하게 상기 제2 결합 플레이트(220) 상에 상기 연결관(162)과 연통 가능하도록 형성된 파이프가 설치되고 있으나, 상기 제1 파이프(1240) 또는 제2 파이프(2240)와 같이 매끈한 형상의 파이프가 아니라 밸브 등의 구조물이 결합하기 쉽도록 결합부(3240)가 형성된 파이프 형상이 설치되고 있다. The adapter shown in FIG. 3C has a pipe formed on the second coupling plate 220 so as to be able to communicate with the coupling pipe 162, like the adapter shown in FIGS. 3A and 3B, 1240, or the second pipe 2240, rather than a smooth pipe, but a coupling portion 3240 is formed to facilitate coupling of a structure such as a valve.

도 3d에 도시된 어댑터는 유로의 분기 방향에 따라 유체를 보낼 수 있도록 상기 제2 결합 플레이트(220) 상에 상기 연결관(162)과 연통 가능하도록 형성되되 구부러진 형상을 갖는 분기관(4240)이 설치되어 있으며, 매니폴드(manifold)의 역할을 할 수 있다. The adapter shown in FIG. 3D includes a branch pipe 4240 having a bent shape and formed to be able to communicate with the connection pipe 162 on the second coupling plate 220 so as to send the fluid according to the flow direction of the flow channel And can act as a manifold.

도 3e에 도시된 어댑터는 상기 제2 결합 플레이트(220) 상에 상기 연결관(162)을 막을 수 있는 막음판(5240)이 형성되어 있어, 유로 내의 유체가 외부로 연통되지 않도록 할 수 있다. In the adapter shown in FIG. 3E, a blocking plate 5240 for blocking the connection pipe 162 is formed on the second coupling plate 220, so that the fluid in the flow path can be prevented from communicating with the outside.

또한, 상기 유로와 연통되도록 상기 모듈 블록(100)의 일측에 돌출 형성되어, 상기 유로로 유체의 유입 또는 유출이 가능하도록 하는 유출입배관(180)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 결합 포트(160) 이외에 상기 유출입배관(180)을 통해 유로 내로 유체가 유입 또는 유출될 수 있다. Further, it may further include an inflow / outflow pipe 180 protruding from one side of the module block 100 to communicate with the flow path, and allowing inflow or outflow of the fluid through the flow path. Accordingly, in addition to the plurality of coupling ports 160, the fluid can flow into or out of the flow path through the inflow / outflow pipe 180.

본 일 실시예에서 상기 유출입배관(180)은 상기 제1 유로(120)의 일단부와 연통되면서 상기 모듈 블록(100)의 측면으로 돌출 형성되어, 상기 제1 유로(120)로 물의 유입 또는 유출이 가능하도록 한다. In the present embodiment, the inlet / outlet pipe 180 protrudes from the side surface of the module block 100 while communicating with one end of the first flow path 120, .

이에 따라, 상기 제1 유로(120)의 양단에 2개의 결합 포트만 형성되더라도 1개의 유출입배관(180)이 별도로 형성되어, 2개의 결합 포트 중 하나의 결합 포트만 물의 유입 또는 유출을 위해 사용하고, 나머지 1개의 결합 포트는 상기 제1 유로(120) 내의 물의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 결합될 수 있도록 한다. Accordingly, even if only two coupling ports are formed at both ends of the first flow path 120, one inlet / outlet pipe 180 is separately formed, and only one coupling port of the two coupling ports is used for inflow or outflow of water. One coupling port allows a temperature sensor for measuring the temperature of water in the first flow path 120 to be coupled.

이때, 상기 제1 유로(120)와 제2 유로(140)의 각 양단은 상기 유출입배관(180)과 상기 결합 포트(160) 중 적어도 하나와 연통되어 있도록 구성함으로써, 각 유로의 양단을 통해 유체가 유입 또는 배출될 수 있도록 한다. At this time, both ends of the first flow path 120 and the second flow path 140 are communicated with at least one of the inflow / outflow pipe 180 and the connection port 160, So that it can be introduced or discharged.

다음으로는, 도 4를 참고하여 본 일 실시예에서 상기 모듈 블록(100)에 복수의 어댑터(200)가 결합된 상태를 살펴보도록 한다. 총 6개의 결합 포트(160)에는 각 목적에 맞게 서로 다른 어댑터(200)들이 결합되어 있다. 4, a plurality of adapters 200 are coupled to the module block 100 according to an embodiment of the present invention. A total of six coupling ports 160 are coupled with different adapters 200 for each purpose.

우선, 상기 제1 유로(120)의 양단과 연통되는 2개의 결합 포트에는 각각 제1 파이프(1240)와 제2 파이프(2240)가 설치된 어댑터가 결합되고 있다. 이는 상기 유출입배관(180) 및 상기 유출입배관(180)과 떨어진 결합 포트 상에 결합된 제2 파이프(2240)가 설치된 어댑터를 통해 상기 제1 유로(120)로 냉각수(물)를 유입 또는 유출시키기 위함이며, 이는 냉각수를 저장하고 있는 탱크의 위치 등에 따라 결정될 수 있다. First, an adapter having a first pipe 1240 and a second pipe 2240 is coupled to two coupling ports communicating with both ends of the first flow path 120. This allows the cooling water (water) to flow into or out of the first flow path 120 through the adapter provided with the second pipe 2240 coupled to the coupling port that is separate from the inlet / outlet pipe 180 and the inlet / Which can be determined depending on the position of the tank storing the cooling water and the like.

만약 냉각수 저장탱크(미도시)가 도 4를 기준으로 상기 모듈 블록(100)의 좌측에 위치하고 있다면, 상기 유출입배관(180)을 통해 상기 냉각수 저장탱크와 연결됨으로써 상기 유출입배관(180)을 통해 냉각수가 상기 제1 유로(120) 내로 유입되며, 상기 제2 파이프(2240)가 설치된 어댑터를 통해 냉각수가 공급되기 위한 연료전지 스택의 다른 유로와 연결되어 상기 제2 파이프(2240)를 통해 상기 제1 유로(120)로부터 냉각수가 유출될 수 있다. If the cooling water storage tank (not shown) is located on the left side of the module block 100 with reference to FIG. 4, the cooling water storage tank is connected to the cooling water storage tank through the inflow / outflow pipe 180, Is connected to another flow path of the fuel cell stack through which the cooling water is supplied through the adapter provided with the second pipe 2240 and is connected to the first flow path 120 through the second pipe 2240, The cooling water can flow out from the flow path 120.

또한, 상기 유출입배관(180)으로 냉각수가 유입되어 상기 제2 파이프(2240)가 설치된 어댑터를 통해 배출되는 유로 상에 설치된 상기 제1 파이프(1240)가 설치된 어댑터에는 냉각수의 공급 전 온도를 측정하기 위한 온도센서(TS)가 결합될 수 있으며, 온도센서가 결합되기 위해 직경이 작은 제1 파이프(1240)가 선택되어 결합되었다. The adapter provided with the first pipe 1240 installed on the flow path through which the cooling water flows into the inflow / outflow pipe 180 and is discharged through the adapter provided with the second pipe 2240 is used to measure the pre- And a first pipe 1240 having a small diameter is selected and coupled to couple the temperature sensors.

다음으로, 상기 제2 유로(140)의 양단과 연통되는 2개의 결합 포트에는 각각 유로가 분기되는 방향에 따라 분기관(4240)이 설치된 어댑터와 결합부(3240)가 형성된 어댑터가 선택적으로 결합되고 있으며, 상기 분기관(4240)의 끝단에도 밸브가 결합되기 위한 결합부가 마찬가지로 형성될 수 있다. The adapter having the adapter 4240 and the adapter 3240 is selectively coupled to the two coupling ports communicating with both ends of the second flow path 140 according to the direction in which the flow path is branched And a coupling portion for coupling the valve may be formed at the end of the branch pipe 4240 as well.

본 일 실시예에서는, 상기 수평유로(142)의 단부와 연통되는 결합 포트에는 상기 분기관(4240)이 설치된 어댑터가 결합되어 있으며, 상기 수직유로(144)의 단부와 연통되는 결합 포트에는 상기 결합부(3240)가 형성된 파이프가 설치된 어댑터가 결합되어 있고, 각각에는 도 1에 도시된 바와 같이 밸브(V1, V2)가 설치된다. In the present embodiment, an adapter provided with the branch pipe 4240 is coupled to a coupling port communicating with an end of the horizontal channel 142, and a coupling port communicating with an end of the vertical channel 144 And an adapter having a pipe 3240 formed therein is coupled to the valve 3200. Valves V1 and V2 are installed as shown in FIG.

이에 따라, 연료전지 스택의 정상 작동 상태에서는 상기 수평유로(142)의 단부에 결합된 밸브(V1)를 열고 상기 수직유로(144)의 단부에 결합된 밸브(V2)를 닫아 수소 저장탱크(미도시)로부터 공급되는 수소를 연료 전지의 연료극으로 공급할 수 있고, 수분을 포함하고 있는 미반응 수소를 배출하거나 연료전지 스택에 문제가 발생하여 수소의 압력이 과도하게 유입될 경우에는 반대로 상기 수직유로(144)의 단부에 결합된 밸브(V2)를 열고 상기 수평유로(142)의 단부에 결합된 밸브(V1)를 닫아 수소를 배출할 수 있다. Accordingly, in the normal operation state of the fuel cell stack, the valve V1 coupled to the end of the horizontal flow passage 142 is opened and the valve V2 coupled to the end of the vertical flow passage 144 is closed, It is possible to supply the hydrogen supplied from the fuel cell stack to the fuel electrode of the fuel cell and to discharge the unreacted hydrogen containing water or when the hydrogen pressure is excessively introduced due to a problem in the fuel cell stack, 144 to open the valve V2 and close the valve V1 coupled to the end of the horizontal flow passage 142 to discharge the hydrogen.

또한, 상기 제2 유로(140)의 절곡부와 연통되는 1개의 결합 포트에는 수소가 제2 유로(140) 내로 공급되기 위해 수소연료 저장탱크(미도시)와 연결되도록 하는 제2 파이프(2240)가 설치된 어댑터가 결합되어 있으며, 상기 제2 유로의 수평유로(142)와 연통되는 1개의 결합 포트에는 연료전지 스택으로 공급되는 수소의 압력을 측정하기 위한 압력센서(PS)가 결합되기 위해 마찬가지로 제2 파이프(2240)가 설치된 어댑터가 결합되어 있다. A second pipe 2240 connected to the hydrogen fuel storage tank (not shown) for supplying hydrogen into the second flow path 140 is connected to one coupling port communicating with the bent portion of the second flow path 140, And a pressure sensor PS for measuring the pressure of hydrogen supplied to the fuel cell stack is connected to one coupling port communicating with the horizontal flow path 142 of the second flow path, 2 pipe 2240 is attached to the upper end of the pipe.

하지만, 상기와 같은 구조는 일 실시예에 불과하며 이에 한정되는 것은 아니고, 유로의 위치, 분기방향, 구조물의 설치 여부 등에 따라 복수의 결합 포트 및 이에 결합되는 어댑터의 구조가 다르게 형성될 수도 있다. However, the structure as described above is only one embodiment, and the structure of the plurality of coupling ports and the adapter coupled thereto may be different depending on the position of the flow path, the direction of branching, the installation of the structure, and the like.

따라서, 최종적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제2 유로(140)의 양단과 연통되는 2개의 결합 포트에 결합되는 어댑터에는 각각 밸브(V1, V2)가 설치될 수 있으며, 상기 제1 유로(120)의 일단부에 연통되는 결합 포트에 결합되는 어댑터에는 상기 제1 유로(120) 내부의 물의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(TS)가 결합될 수 있다. 1, valves (V1, V2) may be respectively installed in the adapter coupled to the two coupling ports communicating with both ends of the second flow path 140, A temperature sensor TS for measuring the temperature of water in the first flow path 120 may be coupled to an adapter coupled to a connection port communicating with one end of the first flow path 120.

또한, 상기 제2 유로의 수평 유로(142)의 중간부와 연통되는 결합 포트에 결합되는 어댑터에는 상기 제2 유로(140) 내부의 수소의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(PS)가 결합될 수 있다. A pressure sensor PS for measuring the pressure of hydrogen in the second flow path 140 may be coupled to the adapter coupled to the coupling port communicating with the middle portion of the horizontal flow path 142 of the second flow path. have.

이에 따라, 상기 압력센서(PS)에서 측정된 수소의 압력을 기준 측정치와 비교하여 결과에 따라, 상기 수평유로(142) 또는 수직유로(144)를 통해 수소를 연료전지 스택으로 공급 또는 외부로 배출할 수 있도록 한다. Accordingly, the hydrogen pressure measured by the pressure sensor PS is compared with a reference measurement value, and hydrogen is supplied to the fuel cell stack through the horizontal flow path 142 or the vertical flow path 144 or is discharged to the outside .

이때, 상기와 같이 연료전지 스택 내 다른 유로를 형성하거나 냉각수, 수소저장 탱크와 연결되는 파이프 또는 밸브 또는 센서는 O-ring과 클램프를 통해 상기 어댑터(200)에 결합될 수 있으며, 상기 O-ring 및 클램프는 유로 내의 유체가 외부로 누출되지 않도록 씰링(sealing)의 역할을 하여 견고한 결합이 가능하도록 한다. At this time, a pipe, a valve or a sensor connected to the cooling water and the hydrogen storage tank may be coupled to the adapter 200 through the O-ring and the clamp, And the clamps serve as sealing to prevent the fluid in the flow path from leaking to the outside, thereby enabling a rigid coupling.

결과적으로, 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 유로 구조가 연료전지 시스템에 적용된 상태가 도시되어 있으며, 시스템 내의 유로 구조가 보다 단순화될 뿐만 아니라, 유로 구조를 모듈화하여 제조 공정을 간소화 및 경량화할 수 있음은 물론, 모듈 간 호환 가능한 어댑터를 사용함으로써 구조변경이 용이하고 생산성 향상 및 원가 절감이 가능하다. As a result, FIG. 5 shows a state in which a modular flow path structure according to an embodiment of the present invention is applied to a fuel cell system, not only the flow path structure in the system is simplified, but also the flow path structure is modularized to simplify the manufacturing process It is possible to change the structure easily, to improve the productivity, and to reduce the cost by using an adapter compatible between modules.

구체적으로, 유로를 갖는 모듈 블록과 이에 탈착 가능하게 결합할 수 있는 다수의 어댑터를 포함함으로써, 분기형상에 맞는 유로 파이프 또는 덕트를 각각 제작하거나 용접을 통해 각 유로에 구조물을 결합할 필요없이, 어댑터를 이용하여 유로의 연결, 분기 또는 구조물의 결합 등이 이루어질 수 있어 제조 공정이 간략화될 수 있다. Specifically, by including a module block having a flow path and a plurality of adapters detachably coupled to the module block, it is possible to manufacture the flow pipe or the duct corresponding to the branch shape, The connection, the branching, or the joining of the structures can be performed using the flow path, so that the manufacturing process can be simplified.

또한, 어댑터는 직경 및 형상이 다양하게 금형화되며 모듈 블록의 결합 포트를 통해 쉽게 결합 또는 분리될 수 있음으로써, 파이프 또는 센서, 밸브 등의 구조물 연결이 용이하게 이루어질 수 있어 구조변경이 쉽고, 용접 부속을 제거 또는 감소시킬 수 있으므로 장기적으로 시스템의 성능이 향상될 수 있다. Also, since the adapter can be easily combined or separated through the coupling port of the module block, the structure of the pipe, the sensor, and the valve can be easily connected, The ability to remove or reduce parts can improve system performance over the long term.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific embodiment and description, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention as claimed in the claims. And such modifications are within the scope of protection of the present invention.

100 : 모듈 블록 120 : 제1 유로
140 : 제2 유로 142 : 수평유로
144 : 수직유로 160 : 복수의 결합 포트
162 : 연결관 164 : 제1 결합 플레이트
180 : 유출입배관 200 : 어댑터
220 : 제2 결합 플레이트 1240 : 제1 파이프
2240 : 제2 파이프 3240 : 결합부
4240 : 분기관 5240 : 막음판100: module block 120: first flow path
140: second flow path 142: horizontal flow path
144: Vertical flow passage 160:
162: connector 164: first coupling plate
180: inlet / outlet piping 200: adapter
220: second coupling plate 1240: first pipe
2240: second pipe 3240:
4240: branch tube 5240: blocking plate

Claims (19)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 연료 가스 및 산화 가스의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지를 구비한 연료 전지 시스템에 있어서,
모듈 블록;
상기 모듈 블록의 내부에 형성되며, 물이 공급되기 위한 제1 유로;
상기 모듈 블록의 내부에 형성되며, 수소가 공급되기 위한 제2 유로;
상기 제1 유로 또는 제2 유로와 선택적으로 연통되도록 상기 모듈 블록의 일면에 형성되는 복수의 결합 포트; 및
상기 복수의 결합 포트에 탈착 가능하게 결합되는 복수의 어댑터;를 포함하며,
상기 제1 유로는 직선의 형상으로 형성되며, 상기 제2 유로는 수소가 유로의 내부로 공급되는 위치에서 수직으로 절곡되어 형성되는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템. 1. A fuel cell system comprising a fuel cell which is generated by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidizing gas,
Module block;
A first flow path formed inside the module block for supplying water;
A second flow path formed inside the module block for supplying hydrogen;
A plurality of coupling ports formed on one surface of the module block to selectively communicate with the first flow path or the second flow path; And
And a plurality of adapters detachably coupled to the plurality of coupling ports,
Wherein the first flow path is formed in a straight line shape and the second flow path is formed by vertically bending at a position where hydrogen is supplied to the inside of the flow path. 제8항에 있어서,
상기 어댑터는 일자 분기관, 구부러진 분기관 및 막음판 중 어느 하나로 이루어지며,
상기 어댑터에는 파이프 또는 밸브 또는 센서가 선택적으로 결합 가능한 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템. 9. The method of claim 8,
Wherein the adapter comprises one of a linear tube, a bent tube, and a blocking plate,
Wherein the adapter has a modular flow path structure in which a pipe, a valve or a sensor is selectively connectable. 제9항에 있어서,
상기 제1 유로의 일단부와 연통되며 상기 모듈 블록의 측면으로 돌출 형성되어, 상기 제1 유로로 물의 유입 또는 유출이 가능하도록 하는 유출입배관;
을 더 포함하는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템. 10. The method of claim 9,
An inflow / outflow pipe communicating with one end of the first flow path and protruding from the side of the module block to allow water to flow in or out of the first flow path;
The fuel cell system further comprising: 제8항 또는 제10항에 있어서,
상기 제2 유로는 수평 유로와 수직 유로를 포함하도록 ㄱ자의 형상으로 형성되며, 절곡부에서 공급되는 수소는 연료 전지 시스템의 정상 작동 시에는 상기 수평 유로를 통해 공급되고, 정지 또는 비정상 작동 시에는 상기 수직 유로를 통해 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템. 11. The method according to claim 8 or 10,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the second flow path is formed in a shape of a letter including a horizontal flow path and a vertical flow path, and the hydrogen supplied from the bent portion is supplied through the horizontal flow path during normal operation of the fuel cell system, And the fuel is discharged through the vertical flow path. 제11항에 있어서,
상기 복수의 결합 포트는,
상기 제1 유로의 양단과 연통되는 2개의 결합 포트와, 상기 제2 유로의 양단과 연통되는 2개의 결합 포트와, 상기 제2 유로의 절곡부와 연통되는 1개의 결합 포트 및 상기 제2 유로의 수평 유로의 중간부와 연통되는 1개의 결합 포트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템. 12. The method of claim 11,
The plurality of coupling ports may include:
Two coupling ports communicating with both ends of the first flow path, two coupling ports communicating with both ends of the second flow path, one coupling port communicating with the bent portion of the second flow path, And a single coupling port communicating with an intermediate portion of the horizontal flow path. 제12항에 있어서,
상기 제2 유로의 양단과 연통되는 2개의 결합 포트에 결합되는 어댑터에는 각각 밸브가 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템. 13. The method of claim 12,
And a valve is coupled to an adapter coupled to two coupling ports communicating with both ends of the second flow path. 제13항에 있어서,
상기 제1 유로의 일단부에 연통되는 결합 포트에 결합되는 어댑터에는 상기 제1 유로 내부의 물의 온도를 측정하기 위한 온도 센서가 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템. 14. The method of claim 13,
And a temperature sensor for measuring the temperature of water in the first flow path is coupled to an adapter coupled to a connection port communicating with one end of the first flow path. 제14항에 있어서,
상기 제2 유로의 수평 유로의 중간부와 연통되는 결합 포트에 결합되는 어댑터에는 상기 제2 유로 내부의 수소의 압력을 측정하기 위한 압력 센서가 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템. 15. The method of claim 14,
And a pressure sensor for measuring the pressure of hydrogen in the second flow path is coupled to the adapter coupled to the coupling port communicating with the middle portion of the horizontal flow path of the second flow path. system. 제9항에 있어서,
상기 결합 포트는,
상기 제1 유로 또는 제2 유로와 선택적으로 연통되는 연결관; 및
상기 연결관을 둘러싸며 형성되는 제1 결합 플레이트;
를 포함하는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템. 10. The method of claim 9,
The coupling port
A connection pipe selectively communicating with the first flow path or the second flow path; And
A first coupling plate formed to surround the coupling pipe;
Wherein the fuel cell system has a modular flow path structure. 제16항에 있어서,
상기 어댑터는 상기 제1 결합 플레이트와 대응되도록 형성되는 제2 결합 플레이트를 포함하며,
상기 제2 결합 플레이트에는 상기 연결관을 막는 막음판 또는 상기 연결관과 연통되는 일자 또는 구부러진 형상의 분기관이 설치되는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템. 17. The method of claim 16,
The adapter includes a second engagement plate formed to correspond to the first engagement plate,
Wherein the second coupling plate has a modular flow path structure in which a blocking plate for blocking the coupling pipe or a branch pipe of a straight or curved shape for communicating with the coupling pipe is provided. 제17항에 있어서,
상기 제1 결합 플레이트와 제2 결합 플레이트는 서로 대응하는 위치에 형성된 복수의 나사홀을 통해 나사결합되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템. 18. The method of claim 17,
Wherein the first coupling plate and the second coupling plate are threaded through a plurality of screw holes formed at positions corresponding to each other. 제9항에 있어서,
상기 파이프 또는 밸브 또는 센서는 O-ring과 클램프를 통해 상기 어댑터에 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유로 구조를 갖는 연료 전지 시스템.
10. The method of claim 9,
Wherein the pipe or valve or sensor is coupled to the adapter through an O-ring and a clamp.
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