KR101113649B1 - Hydrogen purge device and method in fuel cell system - Google Patents
Hydrogen purge device and method in fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- KR101113649B1 KR101113649B1 KR1020090076925A KR20090076925A KR101113649B1 KR 101113649 B1 KR101113649 B1 KR 101113649B1 KR 1020090076925 A KR1020090076925 A KR 1020090076925A KR 20090076925 A KR20090076925 A KR 20090076925A KR 101113649 B1 KR101113649 B1 KR 101113649B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fuel cell
- hydrogen
- hydrogen purge
- cathode
- stack
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 82
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 77
- 238000010926 purge Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 abstract description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 3
- -1 Branch Valve Substances 0.000 abstract 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
- H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04231—Purging of the reactants
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
본 발명은 연료전지 시스템의 수소 퍼지 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 시스템의 셧다운시 전압 소멸 및 스택 열화를 방지할 수 있도록 한 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen purge method of a fuel cell system, and more particularly, to a hydrogen purge apparatus and a method of a fuel cell system which can prevent voltage decay and stack degradation in shutdown of a fuel cell system.
이를 위해, 본 발명은 연료전지 스택에 연료를 공급하는 연료공급시스템과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 공급하는 공기공급 시스템을 포함하는 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치에 있어서, 상기 연료공급시스템의 수소퍼지라인에 수소퍼지밸브와 분기되는 별도의 분기밸브를 장착하여, 연료전지 셧다운 프로세스 중에 상기 분기밸브를 통과한 수소가 공기공급라인을 경유하여 연료전지스택의 공기극내로 퍼지되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치 및 방법을 제공한다.To this end, the present invention is a hydrogen purge device of a fuel cell system including a fuel supply system for supplying fuel to a fuel cell stack, and an air supply system for supplying oxygen, which is an oxidant required for an electrochemical reaction, to the fuel cell stack, A separate branch valve branched from the hydrogen purge valve is mounted on the hydrogen purge line of the fuel supply system so that hydrogen passing through the branch valve is purged into the cathode of the fuel cell stack via the air supply line during the fuel cell shutdown process. A hydrogen purge apparatus and method for a fuel cell system are provided.
연료전지, 수소, 산소, 분기밸브, 수소 퍼지, 전압 소멸, 스택, 열화 방지 Fuel Cell, Hydrogen, Oxygen, Branch Valve, Hydrogen Purge, Voltage Dissipation, Stack, Degradation Prevention
Description
본 발명은 연료전지 시스템의 수소 퍼지 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 시스템의 셧다운시 전압 소멸 및 스택 열화를 방지할 수 있도록 한 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen purge method of a fuel cell system, and more particularly, to a hydrogen purge apparatus and a method of a fuel cell system which can prevent voltage decay and stack degradation in shutdown of a fuel cell system.
연료전지 시스템의 구성을 보면, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급 시스템과, 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템과, 실질적으로 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택 등으로 크게 나누어진다.The configuration of the fuel cell system includes a fuel supply system for supplying fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, an air supply system for supplying oxygen in the air, which is an oxidant required for an electrochemical reaction, and a fuel cell stack. The heat and water management system to control the operating temperature of the fuel cell stack, and substantially generate electrical energy.
첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 연료전지 시스템중 연료공급시스템의 동작을 보면, 연료탱크(미도시됨)로부터 저압레귤레이터(LPR)를 통과한 수소(연료)가 수소입구밸브(11)를 거쳐 연료전지 스택의 수소극(60: anode)으로 들어간 후, 전기 생성을 위한 반응을 마친후, 일부는 재순환되고 나머지는 수소퍼지밸브(70)를 거쳐 배출된다.As shown in FIG. 3, in operation of the fuel supply system of the fuel cell system, hydrogen (fuel) passing through the low pressure regulator (LPR) from the fuel tank (not shown) is connected to the
또한, 연료전지 시스템중 공기공급시스템의 동작을 보면, 공기블로워(20)의 가동에 의하여 공기입구차단밸브(10)를 거쳐 연료전지 스택의 공기극(50: cathode)으로 공기가 공급되되, 가습공기 공급을 위해 가습기(30)를 거쳐 공급된 후, 반응을 마친 습윤공기는 가습기를 다시 통과하여 열림 상태인 공기출구차단밸브(40)를 통해 배출된다.In addition, when the operation of the air supply system of the fuel cell system, the
이러한 연료전지 시스템을 적용한 연료전지 차량은 보통 수백 볼트(Volt) 이상의 고전압 연료전지 시스템으로 구동되는데, 차량을 구동시키기 위한 모터, 인버터 등의 전기동력 부품들은 연료전지에서 나오는 이러한 고전압을 사용하게 된다. A fuel cell vehicle employing such a fuel cell system is usually driven by a high voltage fuel cell system of several hundred volts or more. Electric motor components such as a motor and an inverter for driving the vehicle use the high voltage from the fuel cell.
한편, 연료전지 시스템의 시동을 멈출시에는 연료전지에서 나오는 출력이 없어지면서 연료전지는 전압이 가장 높은 OCV 상태가 되고, 이 OCV는 연료전지의 열화 방지를 위해 소멸시켜야 한다.On the other hand, when the start of the fuel cell system is stopped, the output from the fuel cell is lost and the fuel cell is in the OCV state with the highest voltage, and this OCV must be extinguished to prevent deterioration of the fuel cell.
종래에는 도 3에 도시된 바와 같이 전기적 저항(90)과 릴레이(80)를 통해 연료전지를 강제로 저항에 연결시켜, 연료전지의 전기 에너지 즉, 연료전지 셧다운시의 OCV를 소멸시키는 방법을 채택하여, 연료전지의 전압을 떨어뜨린 후 최종 셧다운을 완료시켰다.Conventionally, as illustrated in FIG. 3, a method of forcibly connecting a fuel cell to a resistor through an
이와 같이, 연료전지 시스템 정지시에는 전압을 완전히 소멸시키고, 연료전지 내부가 온전히 수소 환경이 되도록 만들어 주는 것이 중요한 바, 이러한 점을 감안하여 종래에는 저항을 통하여 강제로 전압을 소멸시킬 수 있었으나, 스택 내부 의 잔존 산소 제거가 불가능하고, 전압을 소멸시키기 위해 부착한 저항 및 릴레이가 필수적인 요소가 되어 하나의 원가 상승 요인이 되는 단점이 있었다.As such, it is important to completely dissipate the voltage when the fuel cell system is stopped and to make the fuel cell completely in a hydrogen environment. In view of this, in the past, the voltage could be forcibly dissipated through a resistor, but the stack It is impossible to remove residual oxygen inside, and resistors and relays attached to dissipate the voltage become essential factors, which leads to a cost increase factor.
그리고, 부하를 인가하지 않은 정지 상태에서 연료전지 내에 산소가 잔존 또는 유입되는 것은 탄소의 산화를 유발하게 되어 연료전지 성능 및 내구성 저하에 주요 원인이 될 수 있다.In addition, the remaining or inflow of oxygen in the fuel cell in a stationary state without applying a load causes oxidation of carbon, which may be a major cause of deterioration of fuel cell performance and durability.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 연료전지 시스템의 운전을 정지시킬 때, 스택 전압을 소멸시키는 동시에 연료전지 내부의 카본 부식을 방지하여 스택의 내구성을 향상시킬 수 있고, 동시에 부품수 저감으로 원가 절감에 기여할 수 있는 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems, and when stopping the operation of the fuel cell system, the stack voltage is eliminated and at the same time prevent the carbon corrosion inside the fuel cell to improve the durability of the stack, and at the same time It is an object of the present invention to provide a hydrogen purge apparatus and method for a fuel cell system that can contribute to cost reduction by reducing water.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료전지 스택에 연료를 공급하는 연료공급시스템과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 공급하는 공기공급 시스템을 포함하는 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치에 있어서, 상기 연료공급시스템의 수소퍼지라인에 수소퍼지밸브와 분기되는 별도의 분기밸브를 장착하여, 연료전지 셧다운 프로세스 중에 상기 분기밸브를 통과한 수소가 공기공 급라인을 경유하여 연료전지스택의 공기극내로 퍼지되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object is a hydrogen purge of the fuel cell system including a fuel supply system for supplying fuel to the fuel cell stack, and an air supply system for supplying oxygen, which is an oxidant required for the electrochemical reaction to the fuel cell stack An apparatus, comprising: a separate branch valve branched from a hydrogen purge valve to a hydrogen purge line of the fuel supply system, such that hydrogen passing through the branch valve during a fuel cell shutdown process passes through an air supply line. Provided is a hydrogen purge device for a fuel cell system, characterized in that to be purged into the cathode.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료공급시스템의 수소퍼지라인에 수소퍼지밸브와 분기되는 별도의 분기밸브를 장착하여, 정상 운전시에는 수소퍼지밸브를 통해 대기중으로 수소 퍼지가 이루어지도록 하되, 셧다운 프로세스 중에는 수소퍼지라인의 분기밸브을 통해 수소가 공기극으로 퍼지되는 단계가 진행되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 수소 퍼지 방법을 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above object is equipped with a separate branch valve branched to the hydrogen purge valve in the hydrogen purge line of the fuel supply system, so that the hydrogen purge to the atmosphere through the hydrogen purge valve during normal operation However, during the shutdown process, the hydrogen purge method of the fuel cell system is characterized in that the step of purging the hydrogen to the cathode through the branch valve of the hydrogen purge line proceeds.
바람직하게는, 수소가 공기극으로 퍼지되는 단계는: 공기블로워 오프 단계와; 공기블로워 전단부의 공기입구차단밸브와, 가습기 후단의 공기출구차단밸브를 닫힘으로 제어하는 단계와; 연료극에서 수소퍼지라인을 통해 배출되는 수소를 분기밸브를 통해 공기입구라인 및 가습기를 거쳐 스택의 공기극으로 퍼지시키는 단계; 로 이루어진다.Preferably, the step of purging hydrogen to the cathode includes: an air blow off step; Controlling the air inlet shutoff valve at the front of the air blower and the air outlet shutoff valve at the rear of the humidifier by closing; Purging hydrogen discharged from the anode through the hydrogen purge line to the cathode of the stack through the branch valve and the air inlet line and the humidifier; .
또한, 상기 스택의 공기극으로 퍼지된 수소는 공기극에 잔존하던 산소와 반응하여, 전압 소멸 및 공기극의 잔존 산소를 제거하고, 전압 소멸후 수소는 기준압력을 유지하며 공기극 내부에 채워진 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.In addition, the hydrogen purged to the cathode of the stack reacts with the oxygen remaining in the cathode to remove voltage remaining and oxygen remaining in the cathode, and after the voltage is extinguished, the hydrogen is maintained in the state filled with the reference pressure while maintaining the reference pressure. It features.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above problem solving means, the present invention provides the following effects.
본 발명에 따르면, 수소퍼지라인에 별도의 분기밸브를 추가로 장착하여 정상 운전시에는 수소퍼지밸브를 통해 대기중으로 수소 퍼지가 이루어지도록 하고, 셧다 운 프로세스 중에는 공기입구라인쪽으로 수소 퍼지가 이루어지도록 함으로써, 종래에 전압 소멸을 위한 고가의 릴레이 및 퓨즈, 전압 소멸용 저항을 배제시켜 원가 절감을 실현할 수 있다.According to the present invention, an additional branch valve is additionally installed in the hydrogen purge line to allow hydrogen purge to the atmosphere through the hydrogen purge valve during normal operation, and to perform hydrogen purge toward the air inlet line during the shut down process. In the related art, cost reduction may be realized by excluding expensive relays and fuses for voltage quenching and resistance for voltage quenching.
또한, 연료전지 셧다운시 공기극에 잔존하는 산소로 인한 화학적 반응 및 그에 따른 OCV 소멸 즉, 전압 소멸이 기존의 저항을 통한 소멸보다 빠르게 이루어질 수 있다.In addition, when the fuel cell shuts down, the chemical reaction due to oxygen remaining in the cathode and the resulting OCV dissipation, that is, the voltage dissipation, may be faster than that through the conventional resistance.
또한, 전압 소멸후, 연료전지 내부를 수소 환경으로 조성하여, 스택내의 촉매 담지 카본의 산화 및 그로 인한 스택의 내구성 저하를 방지할 수 있다.In addition, after the voltage is extinguished, the inside of the fuel cell may be formed in a hydrogen environment to prevent oxidation of the catalyst-carrying carbon in the stack and consequently a decrease in durability of the stack.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 수소 퍼지 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a schematic diagram illustrating a hydrogen purge device of a fuel cell system according to the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a hydrogen purge method of the fuel cell system according to the present invention.
본 발명은 수소 퍼지 라인을 재구성하여, 종래에 릴레이, 퓨즈, 저항 등을 사용하지 않고 수소를 이용하여 연료전지의 전압을 소멸시키면서 동시에 스택의 열화를 방지할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.The present invention focuses on reconfiguring the hydrogen purge line to prevent the deterioration of the stack while simultaneously dissipating the voltage of the fuel cell using hydrogen without using a relay, a fuse, a resistor, and the like.
이를 위해, 본 발명은 연료전지 스택의 연료극(anode)측의 액상 물 제거와, 재순환으로 인해 쌓이는 연료극측의 질소 및 수소 이외의 불순물들을 제거하기 위 해 행하는 수소퍼지에 있어서, 수소퍼지라인에 별도의 분기밸브(100)를 추가로 장착하여 정상 운전시에는 수소퍼지밸브(70)를 통해 대기중으로 수소 퍼지가 이루어지도록 하고, 셧다운 프로세스 중에는 공기입구라인쪽으로 수소 퍼지가 이루어지도록 한다.To this end, the present invention is separate from the hydrogen purge line in the hydrogen purge to remove the liquid water on the anode side of the fuel cell stack and to remove impurities other than nitrogen and hydrogen on the anode side due to recirculation. By additionally installing the
여기서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 수소 퍼지 방법을 설명하면 다음과 같다.Here, the hydrogen purge method of the fuel cell system according to the present invention will be described.
연료전지 셧다운(start up/shut down)시 공기극(cathode:양극)에 잔존하는 산소로 인한 화학적 반응 및 그에 따른 OCV가 발생하게 되어, 스택내의 촉매 담지 카본의 부식 초래와 함께 스택의 내구성 저하가 발생될 수 있는 바, 이러한 문제점을 해소하기 위하여 종래에는 일종의 저항체인 COD(Cathode Oxygen Depletion)가 스택의 양단자에 연결되어 OCV를 제거하게 된다.During fuel cell shutdown (up / shut down), chemical reactions due to oxygen remaining in the cathode and the resulting OCV are generated, resulting in corrosion of the catalyst-carrying carbon in the stack and deterioration of stack durability. In order to solve this problem, conventionally, a resistive oxygen depletion (COD), which is a kind of resistor, is connected to both terminals of the stack to remove OCV.
본 발명에 따르면, 셧다운시 연료전지 잔존 전압의 소멸이 저항체없이 이루어질 수 있는 바, 수소퍼지라인을 통해 배출되는 수소를 분기밸브(100)를 통해 분기 배출하여 공기입구라인을 거쳐 스택의 공기극(50)으로 밀어 넣음으로써, 밀어 넣은 수소와 공기극에 잔존하던 산소가 서로간에 자연스럽게 반응되어, 전압은 소멸되고 공기극쪽에 잔존하는 산소도 없어지게 된다.According to the present invention, the fuel cell remaining voltage can be extinguished without a resistor during shutdown, and the hydrogen discharged through the hydrogen purge line is branched and discharged through the
한편, 연료전지 내부에 산소가 잔존된 상태로 방치할 경우, 스택내의 촉매 담지 카본의 산화가 일어나서 연료전지의 열화가 촉진된다. On the other hand, when the oxygen is left inside the fuel cell, oxidation of the catalyst-carrying carbon in the stack occurs, thereby deteriorating the fuel cell.
따라서, 연료전지 보관시 최대한 내부의 잔존 산소를 없앤 상태로 보관하는 것이 중요하며, 또한 보관 중 새로운 산소의 유입을 막는 것도 중요하지만, 종래에 는 강제로 저항을 통해 전압을 강하시킬 경우, 연료극측의 수소가 다 소모되고 나면, 반응하지 못한 산소들이 여전히 스택의 공기극 내부에 남아있게 되는 문제가 있었다.Therefore, it is important to store the remaining oxygen as much as possible when storing the fuel cell, and it is also important to prevent the introduction of new oxygen during storage, but conventionally, when forcibly lowering the voltage through the resistance, Once the hydrogen was exhausted, there was a problem that the unreacted oxygen still remained inside the cathode of the stack.
본 발명에 따르면, 연료전지 셧다운시에 공기블로워를 정지시키고, 공기의 유입이 없어진 후, 즉 유입공기유량이 기준치(A) 미만이면, 공기블로워(20) 전단 및 가습기(30) 후단에 있는 공기입구차단밸브(10) 및 공기출구차단밸브(40)를 차단한다.According to the present invention, the air blower is stopped at the fuel cell shutdown, and after the inflow of air disappears, that is, when the inlet air flow rate is lower than the reference value A, the air at the front of the
이와 동시에, 상기 수소퍼지라인상의 수소퍼지밸브(70)는 닫힘 상태로, 분기밸브(100)는 열림으로 제어되고, 이에 분기밸브(100)를 통해 수소가 공기공급라인 즉, 가습기(30)쪽으로 배출되는 동시에 가습기(30)를 통과해 공기극(50: cathode) 측에 불어 넣어지면, 공기극(50)내에 존재하던 산소들이 상기 가습기를 통해 유입된 수소들과 반응하여 잔존 전압이 모두 소멸되고, 전압 소멸후에도 연료전지 공기극(cathode) 내부를 수소로 채워 놓을 수 있다.At the same time, the
이때, 공기극(50)내의 수소압력이 기준치(P) 이상이면, 수소공급라인상의 수소입구밸브(11)와 수소퍼지라인상의 분기밸브(100)는 닫힘으로 제어된다.At this time, if the hydrogen pressure in the
이렇게 연료전지의 공기극내 산소가 제거됨과 더불어 공기극이 수소 환경으로 존재하게 되면, 연료전지 정지시 잔존 산소 및 추후에 유입될 수 있는 산소로 인해 발생할 수 있는 스택 열화를 미연에 방지할 수 있다.Thus, when the oxygen in the cathode of the fuel cell is removed and the cathode exists in a hydrogen environment, it is possible to prevent stack degradation, which may occur due to remaining oxygen when the fuel cell is stopped and oxygen which may be introduced later.
또한, 연료전지 차량의 셧다운 시, 연료전지에 남아있는 잔류 전압을 소멸시키기 위해 종래에 고전압용 릴레이와 퓨즈, 그리고 전압 소멸용 저항을 이용하여 전압을 소멸시키는 점을 배제하여, 고가의 부품인 고전압용 릴레이, 그리고 퓨즈 및 저항 부품에 소요되는 비용을 크게 절감할 수 있다.In addition, in order to dissipate the residual voltage remaining in the fuel cell when the fuel cell vehicle is shut down, the high voltage, which is an expensive component, is eliminated by using a high voltage relay, a fuse, and a voltage dissipation resistor. The cost for relays, fuses, and resistor components can be significantly reduced.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치를 나타내는 개략도,1 is a schematic view showing a hydrogen purge device of a fuel cell system according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 수소 퍼지 방법을 나타내는 순서도,2 is a flowchart illustrating a hydrogen purge method of a fuel cell system according to the present invention;
도 3은 종래의 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치를 나타내는 개략도.3 is a schematic view showing a hydrogen purge device of a conventional fuel cell system.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 공기입구차단밸브 11 : 수소입구밸브10: air inlet shutoff valve 11: hydrogen inlet valve
20 : 공기블로워 30 : 가습기20: air blower 30: humidifier
40 : 공기출구차단밸브 50 : 공기극40: air outlet shutoff valve 50: air cathode
60 : 수소극 70 : 수소퍼지밸브60: hydrogen pole 70: hydrogen purge valve
80 : 릴레이 90 : 전기적 저항80: relay 90: electrical resistance
100 : 분기밸브100: branch valve
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090076925A KR101113649B1 (en) | 2009-08-19 | 2009-08-19 | Hydrogen purge device and method in fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090076925A KR101113649B1 (en) | 2009-08-19 | 2009-08-19 | Hydrogen purge device and method in fuel cell system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110019274A KR20110019274A (en) | 2011-02-25 |
| KR101113649B1 true KR101113649B1 (en) | 2012-02-15 |
Family
ID=43776664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090076925A Active KR101113649B1 (en) | 2009-08-19 | 2009-08-19 | Hydrogen purge device and method in fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101113649B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230024506A (en) | 2021-08-12 | 2023-02-21 | 현대자동차주식회사 | Control system and method of hydrogen purge valve |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101417290B1 (en) * | 2012-06-20 | 2014-07-08 | 현대자동차주식회사 | Fuel cell system operating method |
| KR101438900B1 (en) | 2012-08-21 | 2014-09-05 | 현대자동차주식회사 | Device and method stacking fuel cell stack |
| KR101684118B1 (en) | 2015-05-27 | 2016-12-07 | 현대자동차주식회사 | Fuel cell purging method |
| KR102474508B1 (en) * | 2016-12-16 | 2022-12-05 | 현대자동차주식회사 | Driving control method of fuel cell system |
| CN109950577B (en) * | 2019-03-18 | 2020-12-11 | 东莞众创新能源科技有限公司 | Calculation method and application method of oxygen supply system |
| KR20210072223A (en) * | 2019-12-06 | 2021-06-17 | 현대자동차주식회사 | Power net system of the fuel cell and control method thereof |
| KR102580540B1 (en) | 2021-08-12 | 2023-09-19 | 엘지전자 주식회사 | Fuel cell system |
| KR102710545B1 (en) * | 2021-09-09 | 2024-09-25 | 엘지전자 주식회사 | Fuel cell system |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003142131A (en) * | 2001-08-23 | 2003-05-16 | Toyota Motor Corp | Fuel cell exhaust hydrogen treatment system |
| JP2005149838A (en) * | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2006172889A (en) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2008071642A (en) * | 2006-09-14 | 2008-03-27 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | Solid polymer electrolyte fuel cell system and its operation method |
-
2009
- 2009-08-19 KR KR1020090076925A patent/KR101113649B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003142131A (en) * | 2001-08-23 | 2003-05-16 | Toyota Motor Corp | Fuel cell exhaust hydrogen treatment system |
| JP2005149838A (en) * | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2006172889A (en) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2008071642A (en) * | 2006-09-14 | 2008-03-27 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | Solid polymer electrolyte fuel cell system and its operation method |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230024506A (en) | 2021-08-12 | 2023-02-21 | 현대자동차주식회사 | Control system and method of hydrogen purge valve |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20110019274A (en) | 2011-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101113649B1 (en) | Hydrogen purge device and method in fuel cell system | |
| US6835479B2 (en) | System and method for shutting down a fuel cell power plant | |
| JP4750420B2 (en) | Method for shutting down fuel cell apparatus using air purge | |
| CN101227009B (en) | Method for mitigating cell degradation due to startup and shutdown | |
| US6635370B2 (en) | Shut-down procedure for hydrogen-air fuel cell system | |
| CN103650224B (en) | Control power conversion and the PEM fuel cell voltage during the free time | |
| US20100310955A1 (en) | Combustion of hydrogen in fuel cell cathode upon startup | |
| JP2009004343A (en) | Carbon corrosion inhibitive device for cathode of fuel cell | |
| JP2007273276A (en) | Fuel cell power generation system and its operation method | |
| KR100969063B1 (en) | Control method of water trap device for fuel cell vehicle | |
| KR100962382B1 (en) | Fuel Cell System with Hydrogen Recirculation | |
| US20130004869A1 (en) | Fuel cell system | |
| KR100969064B1 (en) | Method of preventing deterioration of fuel cell using air intake valve | |
| JP2005032652A (en) | Fuel cell system | |
| US8389171B2 (en) | Preventing corrosion in a fuel cell | |
| KR101080782B1 (en) | Fuel cell system provided with sub-purge valve and cold start method of the same | |
| KR101745255B1 (en) | Fuel cell purging control method | |
| JP5250294B2 (en) | Method for starting fuel cell system and fuel cell system | |
| KR101134876B1 (en) | Hydrogen supply and vent apparatus of fuel cell system | |
| KR100911562B1 (en) | Apparatus and method for removing fuel cell stack OC and preventing overvoltage rise | |
| KR101113644B1 (en) | Purging Method of Fuel Cell System | |
| JP5485930B2 (en) | Control method of fuel cell system | |
| KR101134386B1 (en) | System for preventing contaminated hydrogen filling of fuel cell vehicle | |
| JP2006019121A (en) | Fuel cell system | |
| JP5480086B2 (en) | Method for stopping operation of fuel cell system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20090819 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20110420 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20111223 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20120201 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20120202 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150130 Year of fee payment: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20150130 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180130 Year of fee payment: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20180130 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190130 Year of fee payment: 8 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20190130 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191219 Year of fee payment: 9 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20191219 Start annual number: 9 End annual number: 9 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20210127 Start annual number: 10 End annual number: 10 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20220126 Start annual number: 11 End annual number: 11 |