KR20100051508A - Water trap system for fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A water trap system for a fuel cell vehicle is provided to accurately discharge water only from the vehicle, and to improve the hydrogen availability rate and the driving distance. CONSTITUTION: A water trap system for a fuel cell vehicle comprises plural water traps including a series-connected water trap(20a) and a component type water trap(20b). The series-connected water trap stores condensed water of mixing gas exhausted from a stack(10) by being directly connected with the stack. The component type water trap is connected with the series-connected water trap using a water transfer pipe(23) and a gas transfer pipe(24) and includes a discharge valve(22) operated by a controller(1) at a drain outlet.

Description

연료전지 차량용 워터트랩 장치{Water trap system for fuel cell vehicle}Water trap system for fuel cell vehicle

본 발명은 연료전지 차량용 워터트랩 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수개의 워터트랩을 이용하여 수소 배출을 효과적으로 방지할 수 있는 연료전지 차량용 워터트랩 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a water trap device for a fuel cell vehicle, and more particularly, to a water trap device for a fuel cell vehicle that can effectively prevent hydrogen emissions by using a plurality of water traps.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다. A fuel cell is a kind of power generation device that converts chemical energy of fuel into electric energy by electrochemical reaction in the fuel cell stack without converting it into heat by combustion. It can also be applied to the power supply of electrical / electronic products, especially portable devices.

이러한 연료전지의 예로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전 기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.Examples of such fuel cells include a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), which is most frequently studied as a power source for driving a vehicle, and a membrane electrolyte based on an electrolyte membrane to which hydrogen ions move. Membrane Electrode Assembly (MEA) with a catalytic electrode layer on both sides, and a gas diffusion layer (GDL) that distributes the reactants evenly and delivers the generated energy. And a gasket and fastening mechanism for maintaining the airtightness and proper clamping pressure of the reactor bodies and the coolant, and a bipolar plate for moving the reactor bodies and the coolant.

상기한 연료전지에서 연료인 수소와 산화제인 산소(공기)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드('연료극' 혹은 '수소극', '산화극'이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드('공기극' 혹은 '산소극', '환원극'이라고도 함)로 공급된다. In the fuel cell, hydrogen as the fuel and oxygen (air) as the oxidant are respectively supplied to the anode and the cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, and the hydrogen is the anode ('fuel electrode' or 'water'). And the oxygen (air) are supplied to the cathode ('air' or 'oxygen', also known as 'reduction electrode').

애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다. Supplied to the anode hydrogen is a hydrogen ion (proton, H +) and electrons by the electrode catalyst constructed on both sides of the electrolyte membrane (electron, e -) are decomposed into, passed through only the hydrogen ion in the optional electrolyte membrane cation exchange membrane The electrons are transferred to the cathode through the gas diffusion layer and the separation plate which is a conductor.

상기 캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다. In the cathode, the hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and the electrons transferred through the separator meet with oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device to generate a reaction. At this time, due to the movement of hydrogen ions, a flow of electrons occurs through an external conductor, and the flow of electrons generates current.

한편, 연료전지 스택의 반응에 있어서 공기의 습도는 매우 중요하다. 따라서, 습도의 유지를 위해 가습기를 이용하여 공기 입구측에서 수분을 공급하게 되는데, 수분을 공급받은 공기는 스택 내의 유로를 따라 이동하여 수소와 반응한 다음 물을 생성시킨다. On the other hand, the humidity of the air is very important in the reaction of the fuel cell stack. Therefore, moisture is supplied from the air inlet side using a humidifier to maintain humidity. The supplied air moves along the flow path in the stack to react with hydrogen and generate water.

반응에 의해 생성된 물은 산소와 수소의 흐름을 방해하므로 스택으로부터 제거가 필요하며, 이에 스택에서 나온 물을 워터트랩(Water Trap)에 모아 배출하도록 되어 있다.The water produced by the reaction obstructs the flow of oxygen and hydrogen, so it needs to be removed from the stack, and the water from the stack is collected in a water trap and discharged.

첨부한 도 1 및 도 2는 종래의 워터트랩 장치를 도시한 개략도로서, 도 1은 스택이 차량의 기존 엔진룸 위치에 탑재되는 경우의 워터트랩 장치를 도시한 것이고, 도 2는 스택이 차량의 언더플로어에 위치하는 경우의 워터트랩 장치를 도시한 것이다. 1 and 2 are schematic views showing a conventional water trap apparatus, in which FIG. 1 shows a water trap apparatus when the stack is mounted at an existing engine room position of the vehicle, and FIG. The water trap apparatus in the case where it is located in the underfloor is shown.

연료전지 시스템에서 수소이온과 산소가 만나 물을 생성하는 캐소드 쪽에서 물이 발생하는 것으로 알려져 있으나, 전해질로 사용되는 멤브레인의 두께가 감소하면서 물의 농도 차이에 의해 발생하는 역확산(Back Diffusuion)으로 인해 상당량의 물이 애노드를 통해 배출된다.In the fuel cell system, water is generated on the cathode side where hydrogen ions and oxygen meet to generate water. However, due to the decrease in the thickness of the membrane used as an electrolyte, a considerable amount of water is generated due to the difference in water concentration. Water is discharged through the anode.

이와 같이 연료전지 스택이 운전되면 캐소드 쪽에 많은 물이 생성되어 대부분의 물이 공기블로워의 영향으로 캐소드 출구 쪽으로 배출되지만 애노드 쪽으로도 일부가 넘어온다. 애노드 쪽은 순수 수소가 공급되고 또한 불순물 제거를 위한 주기적인 퍼징과 수소 순환을 위한 수소 재순환 블로워가 동작하지만 캐소드에서 넘어온 물이 상당부분 제거되지 않고 계속 쌓이게 된다. As such, when the fuel cell stack is operated, a large amount of water is generated on the cathode side, and most of the water is discharged toward the cathode outlet under the influence of an air blower, but part of the fuel cell stack also passes over the anode side. On the anode side, pure hydrogen is supplied, and a periodic purge to remove impurities and a hydrogen recycle blower to circulate hydrogen operate, but much of the water from the cathode is accumulated without being removed.

이러한 애노드의 응축수를 배출하기 위해 스택(10) 하부에 워터트랩(20)을 설치하여 주기적으로 물을 배출해주는데, 애노드에서 발생한 물을 워터트랩(20)에 저장한 뒤 일정량 이상의 물이 채워지면 외부로 배출하고 있다. In order to discharge the condensed water of the anode, the water trap 20 is installed at the bottom of the stack 10 to periodically discharge the water. After the water generated in the anode is stored in the water trap 20 and filled with a predetermined amount or more of water, To discharge.

이때, 워터트랩(20)에는 스택(10)에서 나온 혼합가스(H2+water[Vapor+Liquid])의 응축수가 분리되어 모이게 되며, 액적이 제거된 혼합가스(H2+Water[Vapor])가 수소 재순환 블로워에 의해 재순환되어 수소탱크에서 공급된 수소와 섞인 뒤 스택에 재투입된다. 또한 워터트랩(20)에 일정량 이상의 물이 저장되면 워터트랩 바닥 쪽의 배출밸브(22)가 열리면서 물의 배출이 이루어진다. 이러한 워터트랩 장치를 구성함에 있어서 중요한 전제 조건은 응축수만 배출하고 최대한 수소 배출을 하지 않는 것이다. At this time, the condensed water of the mixed gas (H 2 + water [Vapor + Liquid]) from the stack 10 is separated and collected in the water trap 20, and the mixed gas (H 2 + Water [Vapor]) from which the droplets are removed is collected. It is recycled by a hydrogen recycle blower, mixed with hydrogen supplied from the hydrogen tank, and then reloaded into the stack. In addition, when a predetermined amount or more of water is stored in the water trap 20, the discharge valve 22 at the bottom of the water trap is opened to discharge water. An important prerequisite for constructing such a water trap device is to discharge only condensate and not to discharge hydrogen as much as possible.

도 1의 방식은 워터트랩(20)의 상, 하 위치에 수위센서(21a,21b)를 장착한 뒤, 상위 수위센서(21b)가 동작(물 감지)하면 워터트랩(20)에 물이 찬 것으로 판단하여 제어기(1)가 배출밸브(22)를 열어 응축수 배출을 시작하고, 하위 수위센서(21a)가 동작(드라이 상태 감지)하면 수위가 안전한 레벨까지 내려간 것으로 판단하여 배출밸브(22)를 닫는 방식이다. In the method of FIG. 1, after the water level sensors 21a and 21b are mounted at the upper and lower positions of the water trap 20, when the upper level sensor 21b is operated (water detection), the water trap 20 is filled with water. The controller 1 opens the discharge valve 22 to start discharging the condensate, and when the lower water level sensor 21a operates (detects the dry state), the controller 1 determines that the water level has dropped to a safe level. It is a closing method.

스택(10)에서 잉여 수소 및 수증기와 함께 배출된 응축수는 중력으로 인해 워터트랩(20)에 모이게 되고, 수증기 부분은 수소와 함께 수소 재순환 블로워에 의해 재순환을 하게 된다.Condensate discharged with the excess hydrogen and water vapor in the stack 10 is collected in the water trap 20 due to gravity, and the steam portion is recycled by the hydrogen recycling blower with the hydrogen.

도 2의 방식은 스택(10)이 언더플로어에 장착될 때 적용되는 방식으로, 스택이 엔진룸 위치에 존재할 경우 워터트랩 설계를 위한 상하 높이가 존재하나, 스택이 언더플로어에 위치하면 워터트랩 상하 높이가 낮아지기 때문에, 도시된 바와 같이 같은 높이에 2개의 수위센서(21a,21b)를 설치하는 방식이 적용되고 있다.The method of Figure 2 is applied when the stack 10 is mounted on the underfloor, there is a vertical height for the water trap design when the stack is located in the engine room, but the water trap up and down when the stack is located on the underfloor Since the height is lowered, a method of installing two water level sensors 21a and 21b at the same height as shown is applied.

그러나, 도시한 언더플로어 타입의 경우에는 워터트랩(20)의 상하 높이가 낮아 차량이 경사로를 주행할 때나 급제동 정지시에 워터트랩으로부터 수소와 물이 동시에 배출되는 문제점이 있다.However, in the case of the illustrated underfloor type, the vertical height of the water trap 20 is low so that hydrogen and water are simultaneously discharged from the water trap when the vehicle runs on a slope or when braking stops.

즉, 워터트랩(20) 내 두 센서(21a,21b)간 높이 차가 발생하지 않아 워터트랩 내 수면이 경사졌을 경우, 물만 배출되기 위한 충분한 높이기 유지되지 않아 워터트랩에서 물과 수소가 동시에 배출될 수 있는 것이다. 이에 따라 워터트랩 내 격벽을 설치하는 방법이 제시되었으나, 여전히 수소가 대기로 배출되고 있다.That is, when the water level in the water trap is inclined because the height difference does not occur between the two sensors 21a and 21b in the water trap 20, water and hydrogen may be simultaneously discharged from the water trap because the water level is not maintained enough to discharge only the water. It is. As a result, a method of installing a partition in the water trap has been proposed, but hydrogen is still emitted to the atmosphere.

워터트랩에서 수소 배출에 따른 문제점은 수소 이용률의 저하를 들 수 있으며, 연료인 수소를 불필요하게 배출하면 주행거리 및 연비에 악영향을 주게 된다. 또한 의도되지 않은 수소 배출시 수소 센서의 작동에 따라 시스템이 강제로 셧다운될 수 있다. 차량이 정차하였을 경우 연료전지 시스템 내 수소 누출을 감지하는 센서에 의해 차량 내 수소 누출로 감지되어 시스템이 강제 종료되는 것이다. Problems associated with hydrogen emission in the water trap may include a decrease in hydrogen utilization rate, and unnecessarily discharging hydrogen as a fuel may adversely affect the mileage and fuel economy. The system can also be forced to shut down depending on the operation of the hydrogen sensor during unintentional hydrogen discharge. When the vehicle is stopped, the system detects hydrogen leak in the fuel cell system and detects the hydrogen leak in the vehicle, thereby forcibly terminating the system.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 복수개의 워터트랩을 이용하여 수소의 불필요한 배출을 방지하도록 구성됨으로써, 수소 이용률 향상, 연비 및 주행거리 향상의 이점을 제공하는 동시에 수소 누출에 따른 시스템의 강제 셧다운 현상이 방지될 수 있는 연료전지 차량용 워터트랩 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, and is configured to prevent unnecessary discharge of hydrogen using a plurality of water traps, thereby providing advantages of improving hydrogen utilization rate, fuel efficiency and mileage, and at the same time, hydrogen. It is an object of the present invention to provide a water trap device for a fuel cell vehicle which can prevent a forced shutdown of the system due to leakage.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 복수개의 워터트랩을 설치하되, 스택에 직접 연결되어 스택으로부터 배출된 혼합가스의 응축수가 저장되는 직결형 워터트랩과, 상기 워터트랩과의 사이에 물이동관과 가스이동관을 통해 연결되며 드레인 출구측에 제어기에 의해 구동이 제어되는 배출밸브를 구비한 부속형 워터트랩을 설치하고, 상기 각 워터트랩 내에는 상기 제어기로 신호 출력하는 수위센서를 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a water trap between the water trap and the water trap provided with a plurality of water traps installed directly connected to the stack, the condensed water of the mixed gas discharged from the stack is stored; An accessory water trap connected to a moving tube and a gas moving tube and having a discharge valve controlled by a controller is installed at a drain outlet side, and a water level sensor is installed in each of the water traps to output a signal to the controller. It provides a water trap device for a fuel cell vehicle, characterized in that.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 물이동관은 양측의 워터트랩 하단부를 연결하도록 설치되고, 상기 가스이동관은 양측의 워터트랩 상단부를 연결하도록 설치된다.In this preferred embodiment of the present invention, the water pipe is installed to connect the lower end of the water trap on both sides, the gas pipe is installed to connect the upper end of the water trap on both sides.

또한 상기 가스이동관에는 직결형 워터트랩에서 부속형 워터트랩으로의 가스 흐름을 차단하는 체크밸브가 설치된다.In addition, the gas pipe is provided with a check valve for blocking the flow of gas from the direct water trap to the attached water trap.

이에 따라, 본 발명의 연료전지 차량용 워터트랩 장치에 의하면, 복수개의 워터트랩을 구비하고 워터트랩 간에 물이동관과 가스이동관을 설치하여, 차량의 경사로 주행시나 급제동 정지시 각 워터트랩 내 수위 조절을 통해 물과 수소의 흐름 방향을 일정하게 하고, 결국 워터트랩에서의 불필요한 수소 배출은 차단하면서 물만을 정확히 배출할 수 있도록 함으로써, 수소 이용률 향상, 연비 및 주행거리 향상의 이점을 제공한다. 또한 워터트랩에서 수소 배출이 차단되므로 수소 누출 오인에 따른 시스템의 강제 셧다운 현상이 방지될 수 있게 된다. Accordingly, according to the water trap device for a fuel cell vehicle of the present invention, the water trap device includes a plurality of water traps, and a water moving tube and a gas moving tube are installed between the water traps to adjust the water level in each water trap during driving of the vehicle or stopping braking. By providing a constant flow direction of water and hydrogen, and finally allowing only the water to be discharged accurately while preventing unnecessary hydrogen discharge from the water trap, it provides advantages of improved hydrogen utilization, fuel economy and mileage. In addition, the release of hydrogen from the water trap prevents forced shutdown of the system due to false hydrogen leakage.

이하, 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, the features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. The terms or words used in the present specification and claims are consistent with the technical spirit of the present invention on the basis of the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept.

첨부한 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워터트랩 장치를 도시한 개략도이고, 도 4a는 워터트랩 내에 물이 저장되는 상태를, 도 4b와 도 4c는 수위센서가 동작하고 배출밸브가 열린 상태에서 물이 배출되는 상태의 도면이다.3 is a schematic view showing a water trap apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 4a is a state in which water is stored in the water trap, Figures 4b and 4c is the water level sensor is operated and the discharge valve is open It is a figure of the state in which water is discharged in a state.

본 발명은 복수개의 워터트랩을 장착하여 수소 배출을 방지할 수 있도록 구 성한 워터트랩 장치에 관한 것으로서, 도 3은 2개의 워터트랩을 스택의 하측에 설치한 실시예를 도시한 것이다.The present invention relates to a water trap device configured to prevent the discharge of hydrogen by mounting a plurality of water trap, Figure 3 shows an embodiment in which two water traps are installed on the lower side of the stack.

본 발명에서는 차체 방향을 기준으로 하여 전후로 배치되는 복수개의 워터트랩(20a,20b)을 구비하고, 이들 워터트랩 간에는 물 이동을 위한 물이동관(23)과, 가스 이동을 위한 가스이동관(24)으로 연결하며, 각 워터트랩 내에는 수위센서(21a,21b)를 설치한다. In the present invention, a plurality of water traps (20a, 20b) are arranged back and forth on the basis of the vehicle body direction, and between these water traps to the water moving pipe 23 for moving the water, and the gas moving pipe 24 for moving the gas The water level sensors 21a and 21b are installed in each water trap.

이때, 도 3에서와 같이 전후로 배치되는 2개의 워터트랩(20a,20b)이 설치될 수 있는데, 이때 물이동관(23)은 각 워터트랩의 하단부에 설치하여 물이 워터트랩 하단부를 통해 워터트랩 간을 이동할 수 있도록 하고, 가스이동관(24)은 각 워터트랩의 상단부에 설치하여 수면 위의 가스(수소)만이 이동할 수 있도록 한다. At this time, two water traps (20a, 20b) can be installed front and rear as shown in Figure 3, the water pipes 23 are installed in the lower end of each water trap, so that the water between the water trap through the lower end of the water trap The gas moving tube 24 is installed at the upper end of each water trap so that only gas (hydrogen) on the surface of the water can move.

복수개의 워터트랩 중 하나(이하, 스택직결형 워터트랩이라 함)(20a)는 스택(10) 하부에 직접 연결하여 스택으로부터 배출된 혼합가스의 응축수가 바로 저장될 수 있도록 하며, 나머지 워터트랩(이하, 부속형 워터트랩이라 함)(20b)은 스택직결형 워터트랩(20a)과 물이동관(23) 및 가스이동관(24)으로 연결된다. 그리고, 부속형 워터트랩(20b)의 드레인 출구측에는 배출밸브(22)를 설치한다.One of the plurality of water traps (hereinafter referred to as a stack direct water trap) 20a is directly connected to the bottom of the stack 10 so that the condensed water of the mixed gas discharged from the stack can be directly stored, and the remaining water trap ( Hereinafter, the attached water trap 20b may be connected to the stack-type water trap 20a, the water pipe 23 and the gas pipe 24. A discharge valve 22 is provided on the drain outlet side of the attached water trap 20b.

상기 스택직결형 워터트랩(20a)과 부속형 워터트랩(20b)은 차체 방향을 기준으로 하여 전후로 배치되며, 상기 스택직결형 워터트랩(20a)은 단수, 그리고 부속형 워터트랩(20b)은 단수 또는 복수로 설치될 수 있다.The stack-type water trap 20a and the attached water trap 20b are disposed back and forth on the basis of the vehicle body direction, and the stack-type water trap 20a is singular, and the accessory water trap 20b is singular. Or it may be installed in plurality.

상기 부속형 워터트랩이 복수로 설치되는 경우, 전후 배치된 부속형 워터트랩 간에 차례로 물이동관과 가스이동관으로 연결되고, 이중 하나가 스택직결형 워 터트랩과 물이동관과 가스이동관으로 연결되도록 할 수 있다. 그리고, 부속형 워터트랩 중 하나의 드레인 출구측에 배출밸브가 설치된다. When the plurality of accessory water traps are installed, the water pipes and the gas pipes may be sequentially connected between the water traps and the gas pipes, which are arranged in front and rear, and one of them may be connected to the stack-type water trap and the water pipes and the gas pipes. have. And a discharge valve is installed in the drain outlet side of one of the attached water traps.

상기 수위센서(21a,21b)는 워터트랩(20a,20b) 내 물을 감지(Wet 상태 감지)하거나 드라이(Dry) 상태를 감지하여 상태에 따른 신호를 제어기로 출력하게 되며, 배출밸브(22)는 제어기(1)의 구동신호에 따라 개폐동작을 하게 된다.The water level sensors 21a and 21b detect water in the water traps 20a and 20b (wet state detection) or dry state and output a signal according to the state to the controller, and discharge valve 22. The opening and closing operation according to the drive signal of the controller (1).

도 3의 실시예를 참조하면, 스택직결형 워터트랩(20a)과 부속형 워터트랩(20b) 각 1개씩 총 2개의 워터트랩이 설치되어 있고, 각 워터트랩(20a,20b) 내에 수위센서(21a,21b)가 설치되어 있으며, 스택직결형 워터트랩(20a)과 부속형 워터트랩(20b)이 하단부의 물이동관(23)에 연결되어 있고, 두 워터트랩(20a,20b)의 상단부에 가스이동관(24)이 연결되어 있다. 또한 부속형 워터트랩(20b)의 드레인 출구측에 배출밸브(22)가 설치되어 있다. Referring to the embodiment of FIG. 3, a total of two water traps, one for each of the stack-type water trap 20a and the attached water trap 20b, are installed, and a water level sensor (in each water trap 20a and 20b) is provided. 21a and 21b are installed, the stack-type water trap 20a and the attached water trap 20b are connected to the water pipe 23 at the lower end, and the gas is disposed at the upper end of the two water traps 20a and 20b. The moving tube 24 is connected. In addition, a discharge valve 22 is provided on the drain outlet side of the attached water trap 20b.

만약, 도시된 바와 같이 2개의 워터트랩이 아닌 3개의 워터트랩이 설치되는 경우라면, 하나는 스택과 직접 연결하여 스택으로부터 배출된 응축수가 바로 저장될 수 있도록 하며, 나머지 2개는 물이동관으로 서로가 연결되되, 이중 1개의 워터트랩이 스택직결형 워터트랩과 물이동관으로 연결되고, 가장 전방 또는 후방으로 위치되는 부속형 워터트랩에는 물을 외부 배출하기 위한 드레인 출구측에 배출밸브가 설치되게 된다.If three water traps are installed instead of two water traps as shown, one is directly connected to the stack so that the condensate discharged from the stack can be stored directly, and the other two are water pipes. Is connected to, one of the water trap is connected to the stack-type water trap and the water pipe, the water trap attached to the most front or rear is provided with a discharge valve on the drain outlet side for discharging the water outside .

바람직한 실시예에서, 가스이동관(24)에는 체크밸브(25)가 설치되는데, 이때 체크밸브(25)는 부속형 워터트랩(20b)의 수면 위 가스(수소)가 가스이동관(24)을 통해 스택직결형 워터트랩(20a)으로는 이동할 수 있도록 하나 그 역방향의 흐름은 차단하게 된다.In a preferred embodiment, the gas transfer tube 24 is provided with a check valve 25, where the check valve 25 stacks gas (hydrogen) on the water surface of the attached water trap 20b through the gas transfer tube 24. It can move to the direct water trap 20a, but the flow in the reverse direction is blocked.

이와 같이 하여, 상기와 같이 이루어진 본 발명의 워터트랩 장치에서는 평상시 스택직결형 워터트랩(20a) 및 부속형 워터트랩(20b)의 각 수위센서(21a,21b) 동작시 밸브(22)를 열어 물을 배출하게 되는데, 경사 등판시에는 도 4b에 나타낸 바와 같이 대부분의 물이 부속형 워터트랩(20b)으로 모여 부속형 워터트랩 내 수위센서(21b)의 동작으로 배출밸브(22)가 열리게 되고, 이로써 물이 배출된다.In this way, in the water trap apparatus of the present invention made as described above, the valve 22 is opened when the water level sensors 21a and 21b of the stack direct connection type water trap 20a and the attached water trap 20b are normally operated. At the time of the slope climbing, as shown in FIG. 4B, most of the water gathers in the accessory water trap 20b, and the discharge valve 22 is opened by the operation of the water level sensor 21b in the accessory water trap. This discharges water.

반면, 경사 강판시에는 도 4c에 나타낸 바와 같이 물이 스택직결형 워터트랩(20a)에 모이게 되어 스택직결형 워터트랩 내 수위센서(21a)의 동작으로 배출밸브(22)가 열리게 되고, 이때 스택의 수소측 압력(스택 작동압력)으로 물이 부속형 워터트랩(20b)으로 이동 후 외부로 배출된다. On the other hand, in the inclined steel sheet, as shown in FIG. 4C, water is collected in the stack-type water trap 20a so that the discharge valve 22 is opened by the operation of the water level sensor 21a in the stack-type water trap. At the hydrogen side pressure (stack operating pressure) of the water is discharged to the outside after moving to the attached water trap (20b).

단, 스택직결형 워터트랩(20a)과 부속형 워터트랩(20b) 간의 가스 흐름은 체크밸브(25)에 의해 부속형 워터트랩(20b)에서 스택직결형 워터트랩(20a)으로만 이동할 수 있고, 그 역방향으로의 이동은 체크밸브(25)에 의해 차단되어, 수소가 스택직결형 워터트랩에서 부속형 워터트랩으로 이동 후 외부로 배출되는 것을 막을 수 있게 된다.However, the gas flow between the stack-type water trap 20a and the accessory water trap 20b may move only from the accessory water trap 20b to the stack-type water trap 20a by the check valve 25. The movement in the reverse direction is interrupted by the check valve 25 to prevent hydrogen from being discharged to the outside after moving from the stack-type water trap to the accessory water trap.

상술한 바와 같이, 본 발명의 워터트랩은 복수개의 워터트랩을 이용하여 워터트랩에서 수소가 배출되는 것을 방지하고, 이를 통해 수소 이용률 향상, 주행거리 및 연비 향상의 이점을 제공한다. As described above, the water trap of the present invention prevents hydrogen from being discharged from the water trap by using a plurality of water traps, thereby providing advantages of improving hydrogen utilization rate, driving distance and fuel economy.

이상으로 본 발명에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시예가 본 발명 의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.In the above, a specific preferred embodiment according to the present invention has been described. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the above-described embodiments merely represent some of various embodiments to which the principles of the present invention are applied. Those skilled in the art to which the present invention pertains may make various changes without departing from the spirit of the technical idea of the present invention described in the claims below.

도 1 및 도 2는 종래의 워터트랩 장치를 도시한 개략도,1 and 2 is a schematic view showing a conventional water trap apparatus,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워터트랩 장치를 도시한 개략도,3 is a schematic view showing a water trap apparatus according to a preferred embodiment of the present invention;

도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에서 워터트랩 내에 물이 저장되는 상태를 나타낸 도면, Figure 4a is a view showing a state in which water is stored in the water trap in a preferred embodiment of the present invention,

도 4b와 도 4c는 본 발명의 바람직한 실시예에서 수위센서가 동작하고 배출밸브가 열린 상태에서 물이 배출되는 상태의 도면.4b and 4c are views of a state in which water is discharged in a state where the water level sensor is operated and the discharge valve is opened in a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 제어기 10 : 스택1 controller 10 stack

20 : 워터트랩 20a: 스택직결형 워터트랩20: water trap 20a: stack direct water trap

20b: 부속형 워터트랩 21a, 21b : 수위센서20b: Water trap 21a, 21b: Water level sensor

22 : 배출밸브 22: discharge valve

Claims (4)

복수개의 워터트랩을 설치하되, 스택에 직접 연결되어 스택으로부터 배출된 혼합가스의 응축수가 저장되는 직결형 워터트랩과, 상기 워터트랩과의 사이에 물이동관과 가스이동관을 통해 연결되며 드레인 출구측에 제어기에 의해 구동이 제어되는 배출밸브를 구비한 부속형 워터트랩을 설치하고, 상기 각 워터트랩 내에는 상기 제어기로 신호 출력하는 수위센서를 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.A plurality of water traps are installed, which are directly connected to the stack, and are directly connected to the water trap for storing the condensed water of the mixed gas discharged from the stack, and are connected to the water trap through a water moving tube and a gas moving tube and connected to the drain outlet side. A water trap device for a fuel cell vehicle, comprising: an accessory water trap having a discharge valve controlled by a controller; and a water level sensor outputting a signal to the controller in each of the water traps. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 물이동관은 양측의 워터트랩 하단부를 연결하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.The water movement pipe is a water trap device for a fuel cell vehicle, characterized in that it is installed to connect the lower end of the water trap on both sides. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 가스이동관은 양측의 워터트랩 상단부를 연결하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치.The gas pipe is a water trap device for a fuel cell vehicle, characterized in that installed to connect the upper end of the water trap on both sides. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,The method according to claim 1 or 4, 상기 가스이동관에는 직결형 워터트랩에서 부속형 워터트랩으로의 가스 흐름을 차단하는 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 워터트랩 장치. The gas movement pipe is a water trap device for a fuel cell vehicle, characterized in that the check valve is installed to block the flow of gas from the direct water trap to the attached water trap.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3132627B2 (en) * 1994-07-19 2001-02-05 富士電機株式会社 Water recovery system for fuel cell power plant
KR100507503B1 (en) * 2003-09-05 2005-08-17 현대자동차주식회사 Water trap of fuel cell vehicle
JP2007157508A (en) 2005-12-05 2007-06-21 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Gas liquid separator and fuel cell power generation system with gas liquid separator
KR100916393B1 (en) * 2006-12-11 2009-09-07 현대자동차주식회사 Water trap for fuel cell vehicle

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101417222B1 (en) * 2011-12-08 2014-07-08 현대자동차주식회사 Water drain method for condensation water of fuel cell

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