KR20110092468A - Hydrogen recirculation ejector for fuel cell - Google Patents

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KR20110092468A KR1020100011907A KR20100011907A KR20110092468A KR 20110092468 A KR20110092468 A KR 20110092468A KR 1020100011907 A KR1020100011907 A KR 1020100011907A KR 20100011907 A KR20100011907 A KR 20100011907A KR 20110092468 A KR20110092468 A KR 20110092468A
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문종훈
홍창욱
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현대모비스 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A hydrogen recirculation ejector for a fuel cell is provided to easily control the recycling gas flow rate satisfying the wide driving condition of vehicles through a simple configuration. CONSTITUTION: A hydrogen recirculation ejector for a fuel cell comprises: a chamber body(3) in which a plurality of diffusers(1) are formed in a single body; a plurality of nozzles(5) which are respectively inserted to each diffuser of the chamber body; an outlet unit which has an integrated chamber(7) and is formed in order to discharge the gas of the integrated chamber to a single path; and an inlet unit(11) for supplying to the nozzles.

Description

연료전지용 수소 재순환 이젝터{Hydrogen Recirculation Ejector for Fuel Cell}Hydrogen Recirculation Ejector for Fuel Cell

본 발명은 연료전지에 수소를 공급하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지의 스택에서 반응이 이루어지지 않은 수소를 다시 스택으로 재순환시키도록 하는 수소 재순환 이젝터에 관한 기술이다.The present invention relates to an apparatus for supplying hydrogen to a fuel cell, and more particularly, to a hydrogen recycle ejector for recycling hydrogen that has not been reacted in a stack of a fuel cell 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 fuel cell stack continues to supply hydrogen for the cell reaction, which does not cause 100% chemical reaction in the stack. Therefore, more hydrogen should be supplied 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 공급하도록 하는데, 상기와 같은 수소의 재순환을 위해서는 스택을 통과하면서 감압된 잉여 수소를 스택으로 재순환시키기 위해 압력을 상승시켜주는 수소 재순환 이젝터가 사용된다.
The remaining hydrogen used for the cell reaction in the stack is recycled to the stack in order to increase the efficiency of the system.In order to recycle the hydrogen, the pressure is increased to recycle the surplus hydrogen decompressed to the stack while passing through the stack. Note that a hydrogen recycle ejector is used.

상기 이젝터는 고압의 수소를 노즐을 이용하여 분사시켜서, 재순환가스와 혼합되는 부분인 챔버의 압력을 크게 낮춤으로써, 스택의 잉여 수소가 상기 재순환가스로서 상기 챔버로 유입되도록 하고, 상기 노즐을 통한 순수 수소와 함께 혼합되어 다시 스택의 입구로 공급되도록 한다.
The ejector injects high-pressure hydrogen by using a nozzle, thereby greatly reducing the pressure of the chamber, which is a portion mixed with the recycle gas, to allow excess hydrogen in the stack to flow into the chamber as the recycle gas, and the pure water through the nozzle. It is mixed with hydrogen and fed back to the inlet of the stack.

한편, 상기와 같은 연료전지는 차량에 탑재되는데, 차량의 운전조건에 따라 연료전지에서 제공해야 할 전력이 변화하므로, 연료전지의 수소 소모량 및 적절한 재순환가스의 유량도 차량의 운전조건에 따라 변화하게 된다.
On the other hand, the fuel cell as described above is mounted on the vehicle, the power to be provided by the fuel cell changes according to the driving conditions of the vehicle, so that the hydrogen consumption of the fuel cell and the flow rate of the appropriate recycle gas is also changed according to the driving conditions of the vehicle. do.

종래에 상기와 같은 다양한 차량의 운전조건에 따라 적합한 양의 재순환가스 유량을 조절하여 공급하기 위한 방법으로는, 다수의 이젝터를 구비하여 각 이젝터의 입구와 출구에 구비된 밸브들을 제어함으로써, 원하는 재순환가스 유량을 형성하도록 하거나, 상대적으로 크고 작은 노즐을 구비한 다수의 이젝터를 직렬로 연결하여 필요에 따라 이젝터들을 선택적으로 작동시킴으로써, 재순환가스의 유량을 조절하는 방법이 사용되고 있다.
Conventionally, a method for controlling and supplying an appropriate amount of recirculating gas flow rate according to the driving conditions of various vehicles as described above includes a plurality of ejectors to control the valves provided at the inlet and the outlet of each ejector, thereby providing a desired recycle. A method of controlling the flow rate of the recycled gas has been used by forming a gas flow rate or by selectively operating the ejectors as necessary by connecting a plurality of ejectors having relatively large and small nozzles in series.

그런데, 상기 다수의 이젝터의 입구와 출구에 밸브들을 구비한 구성은, 그 구성이 복잡하고 부품수가 많아져서 차량에의 탑재성이 떨어지고 비용이 상승하는 문제점이 있으며, 크고 작은 노즐을 구비한 다수의 이젝터가 직렬로 배치된 다단이젝터의 구성은 작은 노즐에서 초킹이 발생되어 노즐목을 통과하는 수소가스의 유량이 한정되므로 넓은 운전조건을 만족시키는 재순환가스 유량 조절이 곤란한 실정이다.However, the configuration having valves at the inlet and the outlet of the plurality of ejectors has a problem in that the configuration is complicated and the number of parts increases, so that the mountability to the vehicle is low and the cost is increased. In the configuration of the multi-stage ejector in which the ejector is arranged in series, it is difficult to control the recycle gas flow rate to satisfy a wide range of operating conditions because choke is generated in a small nozzle and the flow rate of hydrogen gas passing through the nozzle neck is limited.

본 발명은 비교적 간단한 구성으로 이루어지면서도 차량의 넓은 운전 조건에 만족하는 재순환가스 유량을 용이하게 조절하여 제공할 수 있도록 한 연료전지용 수소 재순환 이젝터를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a hydrogen recycle ejector for a fuel cell, which has a relatively simple configuration and can easily adjust and provide a recycle gas flow rate satisfying a wide driving condition of a vehicle.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 연료전지용 수소 재순환 이젝터는 Hydrogen recycle ejector for a fuel cell of the present invention for achieving the above object is

다수의 디퓨저가 단일 몸체에 형성된 챔버바디와;A chamber body in which a plurality of diffusers are formed in a single body;

상기 챔버바디의 각 디퓨저로 각각 삽입되어 장착되는 다수의 노즐과;A plurality of nozzles each inserted into and mounted into each diffuser of the chamber body;

상기 다수의 디퓨저들을 통과한 가스를 통합시키는 통합챔버를 구비하고, 상기 통합챔버의 가스를 단일 통로로 토출시키도록 형성된 출구유닛과;An outlet unit having an integrated chamber for integrating gas passed through the plurality of diffusers, the outlet unit being configured to discharge the gas of the integrated chamber into a single passage;

상기 다수의 노즐에 공통적으로 수소를 공급하도록 구비된 입구유닛;An inlet unit provided to supply hydrogen to the plurality of nozzles in common;

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

본 발명은 단일의 챔버바디에 병렬로 설치된 노즐 및 디퓨저 등의 비교적 간단한 구성으로 이루어지면서도 차량의 넓은 운전 조건에 만족하는 재순환가스 유량을 용이하게 조절하여 제공할 수 있도록 한다.The present invention is made of a relatively simple configuration, such as a nozzle and a diffuser installed in parallel to a single chamber body, but can be easily adjusted to provide a recirculating gas flow rate that satisfies the wide driving conditions of the vehicle.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 수소 재순환 이젝터를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 이젝터를 다른 각도에서 본 상태를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 이젝터를 수평방향으로 절단한 단면 상태를 도시한 도면이다.1 is a view showing a hydrogen recycle ejector for a fuel cell according to the present invention,
2 is a view showing a state of the ejector of FIG. 1 viewed from another angle;
3 is a cross-sectional view of the ejector of FIG. 1 cut in a horizontal direction.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 실시예는 다수의 디퓨저(1)가 단일 몸체에 형성된 챔버바디(3)와; 상기 챔버바디(3)의 각 디퓨저(1)로 각각 삽입되어 장착되는 다수의 노즐(5)과; 상기 다수의 디퓨저(1)들을 통과한 가스를 통합시키는 통합챔버(7)를 구비하고, 상기 통합챔버(7)의 가스를 단일 통로로 토출시키도록 형성된 출구유닛(9)과; 상기 다수의 노즐(5)에 공통적으로 수소를 공급하도록 구비된 입구유닛(11)을 포함하여 구성된다.
1 to 3, an embodiment of the present invention includes a chamber body 3 in which a plurality of diffusers 1 are formed in a single body; A plurality of nozzles 5 each inserted into and mounted into each diffuser 1 of the chamber body 3; An outlet unit (9) having an integrated chamber (7) for integrating gas passed through the plurality of diffusers (1), the outlet unit (9) being configured to discharge the gas of the integrated chamber (7) into a single passage; It is configured to include an inlet unit 11 provided to supply hydrogen in common to the plurality of nozzles (5).

상기 챔버바디(3)에는 상기 디퓨저(1)들이 평행하게 병렬로 배치되고, 상기 다수의 노즐(5)은 상기 입구유닛(11)에 병렬로 연결되며, 상기 챔버바디(3)의 일측에는 상기 입구유닛(11)이 결합되고, 상기 챔버바디(3)의 타측에는 상기 출구유닛(9)이 결합된 구조이다.
The diffusers 1 are arranged in parallel and parallel to the chamber body 3, and the plurality of nozzles 5 are connected in parallel to the inlet unit 11, and at one side of the chamber body 3, The inlet unit 11 is coupled, and the other side of the chamber body (3) is the structure coupled to the outlet unit (9).

본 실시예에서 상기 챔버바디(3)에는 2개의 디퓨저(1)가 서로 평행하게 병렬로 배치되어 형성되고, 상기 디퓨저(1)들에는 2개의 노즐(5)이 각각 삽입되며, 상기 두 개의 노즐(5)은 동일한 크기의 노즐목을 가진 것이 사용되고 있다.
In the present embodiment, two diffusers 1 are formed in the chamber body 3 in parallel and parallel to each other, and two nozzles 5 are respectively inserted in the diffusers 1, and the two nozzles are respectively inserted. (5) has a nozzle neck of the same size.

상기 노즐(5)이 삽입된 각각의 디퓨저(1)들에는 그 측면으로 스택으로부터의 재순환가스를 흡입하도록 되어 있는 바, 도 1과 도 2에는 상기 챔버바디(3)의 상측에 재순환가스를 상기 챔버바디(3)로 공급하기 위해 연결되는 재순환니플(13)이 장착되어 있어서, 상기 재순환니플(13)을 통해 재순환가스가 상기 챔버바디(3)의 각 디퓨저(1)로 공급되도록 구성되어 있다.
Each of the diffusers 1 into which the nozzle 5 is inserted is configured to suck the recycle gas from the stack to the side thereof. In FIGS. 1 and 2, the recycle gas is disposed above the chamber body 3. The recycling nipple 13 is connected to supply the chamber body 3 so that the recycle gas is supplied to each diffuser 1 of the chamber body 3 through the recycling nipple 13. .

한편, 상기 입구유닛(11)은 관로(15)를 통해 수소탱크(17)에 연결되고, 상기 관로(15)에는 유량제어밸브(19)가 구비되어 있어서, 상기 입구유닛(11)으로 공급할 수소의 유량을 조절할 수 있도록 되어 있다.
On the other hand, the inlet unit 11 is connected to the hydrogen tank 17 through the conduit 15, the conduit 15 is provided with a flow control valve 19, the hydrogen to supply to the inlet unit 11 The flow rate can be adjusted.

상기와 같이 구성된 연료전지용 수소 재순환 이젝터는 상기 유량제어밸브(19)를 제어하여, 상기 입구유닛(11)으로 수소를 공급하면, 상기 공급된 수소는 상기 두 노즐(5)을 통해 디퓨저(1)의 내에서 분출되고, 상기와 같은 수소의 분출에 의해 압력강하가 발생되면, 상기 재순환니플(13)을 통해 스택으로부터 재순환가스가 상기 디퓨져의 내부로 유입되어 상기 수소와 함께 혼합되면서, 상기 출구유닛(9)의 통합챔버(7)로 이동한다.
The hydrogen recycle ejector for the fuel cell configured as described above controls the flow control valve 19 to supply hydrogen to the inlet unit 11, and the supplied hydrogen is diffuser 1 through the two nozzles 5. When the pressure drop is generated by the ejection of hydrogen as described above, the recycle gas from the stack through the recycle nipple 13 is introduced into the diffuser and mixed with the hydrogen, the outlet unit Move to the integrated chamber (7).

상기와 같이 통합챔버(7)로 모인 가스는 상기 출구유닛(9)을 통해 상기 스택으로 재순환됨으로써, 스택에서 수소가 다시 전지반응에 참여하도록 하여 수소 이용 효율을 향상시키게 되는 것이다.
As described above, the gas collected in the integrated chamber 7 is recycled to the stack through the outlet unit 9, so that hydrogen in the stack participates again in the cell reaction to improve hydrogen utilization efficiency.

한편, 상기 두 개의 노즐(5)은 필요에 따라 서로 다른 크기의 노즐목을 가지도록 구성할 수도 있을 것이며, 상기 챔버바디(3)에 형성되는 디퓨저(1)들에 서로 다른 노즐목을 가진 노즐(5)들을 설치하는 경우에는, 연료전지 운전조건의 보다 넓은 범위에 적합하도록 넓은 범위로 제어되는 재순환유량을 제공할 수 있을 것이다.
Meanwhile, the two nozzles 5 may be configured to have nozzle necks of different sizes as necessary, and nozzles having different nozzle necks on the diffusers 1 formed in the chamber body 3. In the case of installing (5), it is possible to provide a wide range of controlled recirculation flow rate to suit a wider range of fuel cell operating conditions.

즉, 노즐목이 상대적으로 작은 노즐(5)에 의해서는, 재순환가스가 상대적으로 낮은 수소유량의 범위에서 흡입이 시작되어 상대적으로 낮은 재순환유량의 제공이 가능하고, 상기 노즐목이 작은 노즐(5)에서 초킹이 발생한 이후에는, 상대적으로 큰 노즐목을 가진 노즐(5)에 의해서 상대적으로 높은 수소유량의 범위에서 그에 따른 재순환가스의 흡입이 이루어지므로 상대적으로 높은 재순환유량의 제공이 가능하므로, 전체적으로는 재순환가스의 유량을 낮은 수준에서부터 높은 수준까지 광범위하게 제어하여 공급할 수 있는 것이다.That is, by the nozzle 5 having a relatively small nozzle neck, the suction of the recycle gas is started in a range of relatively low hydrogen flow rate, so that a relatively low recycle flow rate can be provided, and in the nozzle 5 having the small nozzle neck, After choking has occurred, the recirculation gas is suctioned in the range of relatively high hydrogen flow rate by the nozzle 5 having a relatively large nozzle neck, so that a relatively high recycle flow rate can be provided. It is possible to supply a wide range of gas flow control from low level to high level.

1; 디퓨저
3; 챔버바디
5; 노즐
7; 통합챔버
9; 출구유닛
11; 입구유닛
13; 재순환니플
15; 관로
17; 수소탱크
19; 유량제어밸브One; defuser
3; Chamber body
5; Nozzle
7; Integrated chamber
9; Exit Unit
11; Inlet unit
13; Recycle Nipple
15; pipeline
17; Hydrogen tank
19; Flow control valve

Claims (6)

다수의 디퓨저가 단일 몸체에 형성된 챔버바디와;
상기 챔버바디의 각 디퓨저로 각각 삽입되어 장착되는 다수의 노즐과;
상기 다수의 디퓨저들을 통과한 가스를 통합시키는 통합챔버를 구비하고, 상기 통합챔버의 가스를 단일 통로로 토출시키도록 형성된 출구유닛과;
상기 다수의 노즐에 공통적으로 수소를 공급하도록 구비된 입구유닛;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 수소 재순환 이젝터.A chamber body in which a plurality of diffusers are formed in a single body;
A plurality of nozzles each inserted into and mounted into each diffuser of the chamber body;
An outlet unit having an integrated chamber for integrating gas passed through the plurality of diffusers, the outlet unit being configured to discharge gas of the integrated chamber into a single passage;
An inlet unit provided to supply hydrogen to the plurality of nozzles in common;
Hydrogen recycle ejector for a fuel cell, characterized in that configured to include. 청구항 1에 있어서,
상기 챔버바디에는 상기 디퓨저들이 평행하게 병렬로 배치되고;
상기 다수의 노즐은 상기 입구유닛에 병렬로 연결되며;
상기 챔버바디의 일측에는 상기 입구유닛이 결합되고;
상기 챔버바디의 타측에는 상기 출구유닛이 결합된 것
을 특징으로 하는 연료전지용 수소 재순환 이젝터.The method according to claim 1,
The diffusers are arranged in parallel in the chamber body;
The plurality of nozzles are connected in parallel to the inlet unit;
The inlet unit is coupled to one side of the chamber body;
The outlet unit is coupled to the other side of the chamber body
Hydrogen recycle ejector for a fuel cell, characterized in that. 청구항 2에 있어서,
상기 챔버바디에는 2개의 디퓨저가 서로 평행하게 병렬로 배치되어 형성되고;
상기 디퓨저들에는 2개의 노즐이 각각 삽입된 것
을 특징으로 하는 연료전지용 수소 재순환 이젝터.The method according to claim 2,
Two diffusers are formed in the chamber body in parallel to each other;
Two nozzles inserted into the diffusers, respectively
Hydrogen recycle ejector for a fuel cell, characterized in that. 청구항 3에 있어서,
상기 두 개의 노즐은 동일한 크기의 노즐목을 가지는 것
을 특징으로 하는 연료전지용 수소 재순환 이젝터.The method according to claim 3,
The two nozzles having nozzle necks of the same size
Hydrogen recycle ejector for a fuel cell, characterized in that. 청구항 3에 있어서,
상기 두 개의 노즐은 서로 다른 크기의 노즐목을 가지는 것
을 특징으로 하는 연료전지용 수소 재순환 이젝터.The method according to claim 3,
The two nozzles having nozzle necks of different sizes
Hydrogen recycle ejector for a fuel cell, characterized in that. 청구항 1 내지 청구항 5항 중 어느 한 항의 수소 재순환 이젝터를 구비한 연료전지.A fuel cell comprising the hydrogen recycle ejector of any one of claims 1 to 5.
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KR20200105548A (en) * 2012-08-08 2020-09-07 누베라 퓨엘 셀스, 엘엘씨 Passive recirculation device

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