WO2023038454A1 - 독립형연료전지설비 - Google Patents

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WO2023038454A1
WO2023038454A1 PCT/KR2022/013515 KR2022013515W WO2023038454A1 WO 2023038454 A1 WO2023038454 A1 WO 2023038454A1 KR 2022013515 W KR2022013515 W KR 2022013515W WO 2023038454 A1 WO2023038454 A1 WO 2023038454A1
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pressurized gas
pipe
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신현길
차정경
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Bumhan Fuel Cell Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to an independent fuel cell facility.
  • a fuel cell is a power generation device that converts chemical energy of hydrogen and oxygen in the air into electrical energy.
  • these fuel cells include an alkaline fuel cell (AFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), and a molten carbonate fuel cell (molten carbonate fuel cell).
  • AFC alkaline fuel cell
  • PAFC phosphoric acid fuel cell
  • MCFC molten carbonate fuel cell
  • PEMFC polymer electrolyte membrane fuel cell
  • MEA membrane-electrode assembly
  • MEA membrane-electrode assembly
  • the oxidation reaction of the fuel occurs at the anode electrode to generate hydrogen ions and electrons, the hydrogen ions move to the cathode electrode through the electrolyte membrane, and the hydrogen ions and electrons transferred through the electrolyte membrane react with oxygen (oxidizing agent) at the cathode electrode.
  • oxygen oxidizing agent
  • a plurality of pipes through which oxygen, cooling water, and hydrogen flow are connected to a plurality of fuel cell modules, respectively. It is formed so that
  • each of a plurality of fuel cell stack modules can be independently detachably mounted from a frame, and a connection channel of a fluid pipe unit has a plurality of fuel cells. It is formed so that it can be connected to the stack module independently and individually to be connected and detachable, and to provide an independent fuel cell facility that can repair and manage only the fuel cell stack module that has a problem such as failure by separating it from the frame individually. want to do
  • An independent fuel cell facility includes a frame; a plurality of fuel cell stack modules mounted on the frame; and a fluid pipe unit providing a passage through which the fluid introduced into the fuel cell stack module and discharged from the fuel cell stack module flows, wherein the fluid pipe unit is branched from one side into a plurality of passages to form the plurality of fuel cells. It is configured to be individually connected to the stack module, and the plurality of passages connected to the plurality of fuel cell modules are configured to be independently open and close.
  • a plurality of fuel cell stack modules may be independently detachably mounted on the frame.
  • the fluid pipe unit includes a hydrogen pipe including a first hydrogen flow path through which hydrogen is communicated and a first pressurized gas flow path through which pressurized gas communicates;
  • a plurality of hydrogen channels branched off from the hydrogen pipe to be connected to the plurality of fuel cell stack modules, and including a second hydrogen flow path and a second pressurized gas flow path through which the hydrogen flowing in the hydrogen pipe and the pressurized gas communicate with each other.
  • a bypass portion connecting the first pressurized gas flow path and the second pressurized gas flow path by bypassing the connecting portion between the first pressurized gas flow path and the second pressurized gas flow path, wherein the plurality of hydrogen channels are connected to the plurality of hydrogen channels.
  • the fuel cell stack modules may be independently detachably connected to each other.
  • first hydrogen flow path and the second hydrogen flow path may be in direct communication, and the first pressurized gas flow path and the second pressurized gas flow path may be selectively communicated through the bypass unit.
  • the fluid pipe unit includes a cavity pipe for providing a passage through which fluid is introduced from the outside or through which the fluid is discharged to the outside; A plurality of branching pipes branching from the common pipe; and a plurality of connection channels branched from each of the plurality of branch pipes and individually connected to the plurality of fuel cell stack modules.
  • the branch pipe may include a plurality of first fluid pipes and a plurality of second fluid pipes; and a plurality of hydrogen pipes, wherein the plurality of first fluid pipes, the plurality of second fluid pipes, and the plurality of hydrogen pipes may branch from the common tube body.
  • the hydrogen pipe may include an inner hydrogen pipe providing the first hydrogen flow path; and a pressurized gas pipe surrounding the inner hydrogen pipe so that the first pressurized gas flow path is formed outside the inner hydrogen pipe.
  • the hydrogen channel branches from the inner hydrogen pipe to provide the second hydrogen flow path, and the inner hydrogen channel is individually connected to the plurality of fuel cell stack modules; and a pressurized gas channel branching from the pressurized gas pipe to provide the second pressurized gas flow path, surrounding the inner hydrogen channel from the outside of the inner hydrogen channel, and individually connected to the plurality of fuel cell stack modules.
  • a blocking member disposed between the pressurized gas channel and the internal hydrogen channel to prevent flow of the pressurized gas may be further included, the blocking member comprising: a connection portion connecting the pressurized gas pipe and the pressurized gas channel to each other; A flow of the pressurized gas may be prevented by being disposed between the bypass part and the connection part in which the pressurized gas channel is connected to each other.
  • bypass valve disposed in the bypass portion to allow or block the movement of pressurized gas
  • hydrogen valve disposed in the inner hydrogen channel to permit or block the movement of the hydrogen
  • each of the plurality of fuel cell stack modules includes a first opening, a second opening, and a hydrogen opening, and at least one of the plurality of connectors It may be independently detachably connected to at least one of the first opening, the second opening, and the hydrogen opening.
  • the pressurized gas channel may include a corrugated pipe configured to be stretchable.
  • a support unit on which the fuel cell stack module is mounted may be further included so that an impact applied to the fuel cell stack module from the outside can be alleviated.
  • each of a plurality of fuel cell stack modules can be independently detached from the frame, only the corresponding fuel cell stack module having a problem such as a failure is individually separated from the frame for repair, management, etc.
  • connection channel of the fluid pipe unit is individually connected to a plurality of fuel cell stack modules and can be connected to be independently detachable, a normally operating fuel cell stack module among a plurality of fuel cell stack modules maintains an operating state. It is possible to repair and manage only the fuel cell stack module by separating the connection channel only from the corresponding fuel cell stack module in which a problem such as failure occurs, and individually separating the corresponding fuel cell stack module from the frame.
  • the internal hydrogen channel and the pressurized gas channel can be safely separated from the fuel cell stack module.
  • the pressurized gas channel is formed to surround the inner hydrogen channel, even when leaking occurs in the inner hydrogen channel, hydrogen with a risk of explosion can be prevented from leaking out from the inner hydrogen channel.
  • the compatibility of connector parts can be increased by forming connectors in various ways.
  • the front, rear, left and right, and upper and lower sides of the fuel cell stack module can all be protected from an impact that can be applied from the outside by the support unit on which the fuel cell stack module can be mounted.
  • FIG. 1 is a perspective view of an independent fuel cell facility according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are views showing a coupling relationship between a fuel cell stack module and a fluid pipe unit of an independent fuel cell facility according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a hydrogen inlet channel of an independent fuel cell facility according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a hydrogen outlet channel of an independent fuel cell facility according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a configuration in which a connection channel of a fuel cell stack module according to an embodiment of the present invention is coupled to a fuel cell stack module.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration in which a hydrogen channel of a fuel cell stack module according to an embodiment of the present invention is coupled to a fuel cell stack module.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a state in which a fuel cell stack module of an independent fuel cell facility according to an embodiment of the present invention is mounted on a support unit.
  • a component when referred to as 'connecting', 'supporting', 'connecting', 'supplying', 'transferring', or 'contacting' to another component, it is directly connected to, supported by, or connected to the other component. It may be supplied, delivered, or contacted, but it should be understood that other components may exist in the middle.
  • the stand-alone fuel cell facility 1 may include a frame 100, a fuel cell stack module 200, a fluid pipe unit 300, and a support unit 400. there is.
  • the frame 100 may be formed to individually accommodate and mount all or each of the plurality of fuel cell stack modules 200, and the frame 100 has a rectangular polyhedron shape and is formed of a material such as metal or plastic It can be.
  • the fuel cell stack module 200 may perform a power generation function of converting chemical energy of hydrogen and oxygen in the air into electrical energy, and may be installed to supply electrical energy to ships, submersibles and submarines.
  • a plurality of fuel cell stack modules 200 may be provided, and they may be detachably mounted independently of each other with respect to the frame 100 . In other words, all of the plurality of fuel cell stack modules 200 may be mounted on the frame 100, and each of the plurality of fuel cell stack modules 200 may be independently mounted to be detachable from the frame 100. .
  • the fuel cell stack module 200 is a module applied to ships and submarines, and in the case of a 60 kw class module, 18 units of 55 ⁇ 30 ⁇ 80 cm can be mounted on the frame 100, thereby providing a total of 18 fuel cell stacks.
  • the module 200 can produce 1,080 kw of electrical energy. Electric energy production and numerical values of the fuel cell stack module 200 may be formed in various ways according to the design form.
  • the fuel cell stack module 200 may include a stack body 210 , a first opening 220 , a second opening 230 and a hydrogen opening 240 .
  • a plurality of first openings 220 , second openings 230 , and hydrogen openings 240 may be disposed on the front surface of the stack body 210 .
  • the stack body 210 may be a body that forms the exterior of the fuel cell stack module 200, and the stack body 210 has a polyhedral shape extending in one direction, for example, a rectangular parallelepiped shape, and is made of metal, plastic, etc. It can be formed from the material of
  • the first opening 220 may be formed to be connected to a first connector 381 coupled to the first fluid channel 331 of the fluid pipe unit 300, which will be described later, and a first inlet of the first opening 220.
  • Oxygen may be introduced from the first fluid channel 331 through the 221 or may be discharged through the first outlet 222 of the first opening 220 .
  • the meaning of 'inflow' refers to the inflow of fluid from the fluid pipe unit 300 to the fuel cell stack module 200
  • the meaning of 'outflow' refers to the flow of fluid from the fuel cell stack module 200 to the fuel cell stack module 200. It is explained as meaning the outflow of fluid to 300.
  • the fluid will be described as examples of hydrogen, cooling water, hydrogen, and pressurized gas (for example, nitrogen, argon gas, etc.).
  • the second opening 230 may be formed to be connected to a second connector 382 coupled to the second fluid channel 332 of the fluid pipe unit 300, which will be described later, and a second inlet of the second opening 230. Cooling water may be introduced from the second fluid channel 332 through the 231 or may be discharged through the second outlet 232 of the second opening 230 . A detailed description of the aforementioned connection relationship will be given later.
  • the hydrogen opening 240 may be formed to be connected to a hydrogen connector 383 coupled to the hydrogen channel 333 of the fluid pipe unit 300, which will be described later, and hydrogen is passed through the hydrogen inlet 241 of the hydrogen opening 240. Hydrogen and pressurized gas may be introduced from the channel 333 or hydrogen and pressurized gas may be discharged into the hydrogen channel 333 through the hydrogen outlet 242 of the hydrogen opening 240 .
  • the hydrogen connector 383 includes an internal hydrogen connector 383-1 and a pressurized gas connector 383-2, and a detailed description of the aforementioned connection relationship will be described later.
  • the fluid pipe unit 300 may function to provide a passage through which a fluid flowing into the fuel cell stack module 200 from the outside or a fluid flowing out of the fuel cell stack module 200 flows.
  • the fluid pipe unit 300 is branched from one side into a plurality of passages and can be configured to be individually connected to the plurality of fuel cell stack modules 200, and the plurality of passages connected to the plurality of fuel cell stack modules 200 It can be configured to open and close independently.
  • the fluid pipe unit 300 includes a common tube 310, a branch pipe 320, a connection channel 330, an opening/closing unit 340, a bypass unit 350, a bypass valve 360, and a blocking member 370. And it may include a connector 380.
  • the cavity tube 310 has a function of providing a passage through which fluid can be introduced into the fuel cell stack module 200 from the outside or a fluid can be discharged from the fuel cell stack module 200. and may include a first cavity tube 311, a second cavity tube 312, and a hydrogen cavity tube 313.
  • the first cavity tube body 311 may function to provide a passage for oxygen to flow in from the outside or oxygen to flow out to the outside, and includes a first cavity inlet tube body 311a and a first cavity outlet tube body 311b. can do.
  • the first common inlet tube 311a may provide a passage for oxygen to flow into the fuel cell stack module 200 from the outside, and is formed in a shape extending in the horizontal direction to the front upper side of the fuel cell stack module 200. can be placed in
  • the first common outflow pipe body 311b may provide a passage through which oxygen is discharged from the fuel cell stack module 200 to the outside, and is formed in a shape extending in the horizontal direction to the lower front side of the fuel cell stack module 200. can be placed in
  • the second cavity pipe body 312 may function to provide a passage through which cooling water is introduced from the outside or discharged to the outside, and includes a second common inlet pipe body 312a and a second common outlet pipe body 312b. can do.
  • the second common inlet tube 312a may provide a passage through which cooling water flows into the fuel cell stack module 200 from the outside, and is formed in a shape extending in the horizontal direction, so as to be formed on the front upper side of the fuel cell stack module 200. can be placed in
  • the second common outflow pipe body 312b may provide a passage through which cooling water is discharged from the fuel cell stack module 200 to the outside, and is formed in a shape extending in the horizontal direction to the lower front side of the fuel cell stack module 200. can be placed in
  • the hydrogen cavity tube 313 may function to provide a passage for hydrogen and pressurized gas to flow in from the outside or hydrogen and pressurized gas to flow out to the outside, and the hydrogen cavity inlet tube 313a and the hydrogen cavity outlet tube 313b ) may be included.
  • the hydrogen co-inlet tube 313a can provide a passage through which hydrogen and pressurized gas are introduced into the fuel cell stack module 200 from the outside, and is formed in a shape extending in the horizontal direction, so that the fuel cell stack module 200 It can be placed on the upper side of the front.
  • the hydrogen co-outflow tube 313b may provide a passage through which hydrogen and pressurized gas are discharged from the fuel cell stack module 200 to the outside, and is formed in a shape extending in the horizontal direction, so that the fuel cell stack module 200 It can be placed on the lower front.
  • the hydrogen common inlet tube 313a and the hydrogen common outflow tube 313b may be formed in the form of an inner tube and an exterior, respectively, and may provide a passage through which hydrogen flows in the tube disposed inside, and the tube disposed outside A passage through which pressurized gas such as nitrogen or argon flows may be provided in the tube.
  • pressurized gas such as nitrogen or argon flows may be provided in the tube.
  • the tube itself disposed inside may be formed as a double tube.
  • the branch pipe 320 includes a plurality of first fluid pipes 321, a plurality of second fluid pipes 322, and a plurality of hydrogen pipes 323, a plurality of first fluid pipes 321, a plurality of The second fluid pipe 322 and the plurality of hydrogen pipes 323 may be formed to branch from the common tube body 310 .
  • the first fluid pipe 321 is branched from the first cavity 311 to serve as a passage through which hydrogen flows, and includes the first fluid inlet pipe 321a and the first fluid outlet pipe 321b.
  • the first fluid inlet pipe 321a may be branched from the first common inlet pipe 311a and extended vertically, and disposed in front of the fuel cell stack module 200 .
  • the first fluid outlet pipe 321b may be branched off from the first common outlet pipe 311b and extend vertically, and may be disposed in front of the fuel cell stack module 200 .
  • the second fluid pipe 322 branches from the second cavity 312 and functions to provide a passage through which cooling water flows, and includes the second fluid inlet pipe 322a and the second fluid outlet pipe 322b.
  • the second fluid inlet pipe 322a may be branched from the second common inlet pipe 312a and may be formed in a shape extending vertically and disposed in front of the fuel cell stack module 200 .
  • the second fluid outlet pipe 322b may be branched from the second common outlet pipe 312b and extended in a vertical direction, and disposed in front of the fuel cell stack module 200 .
  • the hydrogen pipe 323 is branched from the hydrogen cavity tube 313 to provide a double passage through which hydrogen and pressurized gas flow, and the inner hydrogen pipe ( 323-1) and a pressurized gas pipe 323-2.
  • the inner hydrogen pipe 323-1 may be formed in the form of an inner tube disposed inside the hydrogen pipe 323, and may provide a passage through which hydrogen flows. In addition, since hydrogen is an explosive material, the inner hydrogen pipe 323-1 itself may be formed as a double pipe.
  • the internal hydrogen pipe 323-1 may include a hydrogen inlet pipe 323-1a and a hydrogen outlet pipe 323-1b.
  • the hydrogen inlet pipe 323-1a is branched from the hydrogen common inlet pipe 313a and extends vertically, and may be disposed in front of the fuel cell stack module 200, and the hydrogen outlet pipe 323-1b ) may be branched from the hydrogen common outflow tube 313b and branched from the hydrogen common outflow tube 313b to extend upward, and may be disposed in front of the fuel cell stack module 200.
  • the pressurized gas pipe 323-2 may be formed to surround the inner hydrogen pipe 323-1 from the outside of the inner hydrogen pipe 323-1 in the form of an exterior disposed outside the inner hydrogen pipe 323-1. And, it is possible to provide a passage through which pressurized gas such as nitrogen or argon flows. Hydrogen flowing in the inner hydrogen pipe 323-1 is a substance with a risk of explosion, and although the inner hydrogen pipe 323-1 itself is formed in the form of a double tube, a part of the inner hydrogen pipe 323-1 is damaged. Since leaking may occur and hydrogen may flow out, in order to prevent this, the inner hydrogen pipe 323-1 is surrounded by the pressurized gas pipe 323-2.
  • the pressurized gas of the pressurized gas pipe 323-2 flows into the internal hydrogen pipe 323-1, and hydrogen flows into the internal hydrogen pipe 323-1. 1) can be prevented from leaking out to the outside.
  • the pressurized gas pipe 323-2 may include a pressurized gas inlet pipe 323-2a and a pressurized gas outlet pipe 323-2b.
  • the pressurized gas inlet pipe 323-2a is branched from a pipe disposed outside the hydrogen co-inlet pipe 313a and extends vertically, and may be disposed in front of the fuel cell stack module 200,
  • the pressurized gas outflow pipe 323 - 2b may be formed in a form extending upward by branching from a pipe disposed outside the hydrogen common outflow tube 313b and disposed in front of the fuel cell stack module 200 .
  • a plurality of connection channels 330 branch from each of the plurality of branch pipes 320 and may be formed to be independently and individually connected to the plurality of fuel cell stack modules 200, and to the plurality of fuel cell stack modules 200. It can be connected independently of each other and individually detachable. In addition, the plurality of connection channels 330 may be formed to open and close independently of each other.
  • the connection channel 330 may include a first fluid channel 331 , a second fluid channel 332 and a hydrogen channel 333 .
  • the first fluid channel 331 may branch from the first fluid pipe 321 to provide a passage through which oxygen flows, and may include a first fluid inlet channel 331a) and a first fluid outlet channel 331b.
  • the first fluid inlet channel 331a may be branched from the first fluid inlet pipe 321a and connected to the first inlet 221 of the first opening 220 of the fuel cell stack module 200, and the first fluid outlet The channel 331b may branch from the first fluid outlet pipe 321b and be connected to the first outlet 222 of the first opening 220 .
  • the opening/closing unit 340 includes a first fluid valve 341, a second fluid valve 342, and a hydrogen valve provided to the first fluid channel 331, the second fluid channel 332, and the hydrogen channel 333. 343, and a first fluid valve 341 having an on-off function to allow or block the flow of oxygen may be disposed in the first fluid channel 331.
  • the second fluid channel 332 may branch from the second fluid pipe 322 to provide a passage through which cooling water flows, and may include a second fluid inlet channel 332a and a second fluid outlet channel 332b. there is.
  • the second fluid inlet channel 332a is branched from the second fluid inlet pipe 322a and may be connected to the second inlet 231 of the second opening 230
  • the second fluid outlet channel 332b is a second fluid outlet channel 332b. It may branch from the outlet pipe 322b and be connected to the second outlet 232 of the second opening 230 of the fuel cell stack module 200 .
  • a second fluid valve 342 having an on/off function to allow or block the flow of cooling water may be disposed in the second fluid channel 332 .
  • a plurality of hydrogen channels 333 are branched from the hydrogen pipe 323 so that they can be independently connected to the plurality of fuel cell stack modules 200, and the hydrogen flowing in the hydrogen pipe 323 and the pressurized gas communicate with each other through a double passage.
  • the inner hydrogen channel 333-1 is branched in a direction (for example, a right angle direction) from the inner hydrogen pipe 323-1 so as to be independently and individually connected to the hydrogen opening 240, and to be independently and individually detachable. can be connected
  • the passage 323-1 through which hydrogen flows in the hydrogen pipe 323 and the passage 333-1 through which hydrogen flows in the hydrogen channel 333 may be in direct communication with each other.
  • the internal hydrogen channel 333-1 may be connected to the hydrogen opening 240 by directly communicating with the internal hydrogen pipe 323-1 so that hydrogen may flow from the internal hydrogen pipe 323-1.
  • the inner hydrogen channel 333-1 itself may be formed as a double pipe.
  • the internal hydrogen channel 333-1 may include a hydrogen inlet channel 333-1a and a hydrogen outlet channel 333-1b, and the hydrogen inlet channel 333-1a is a hydrogen inlet of the hydrogen opening 240 ( 241), and the hydrogen outlet channel 333-1b may be connected to the hydrogen outlet 242 of the hydrogen opening 240. Meanwhile, a hydrogen valve 343 having an on-off function may be disposed in the internal hydrogen channel 333-1 to allow or block the flow of hydrogen.
  • the pressurized gas channel 333-2 diverges from the pressurized gas pipe 323-2 in a direction (for example, a right angle direction) so that a space for the pressurized gas to flow is formed, and from the outside of the internal hydrogen channel 333-1. It may be formed to surround the inner hydrogen channel 333-1.
  • the pressurized gas channel 333-2 may be independently and individually connected to the hydrogen opening 240, and may be independently and individually detachably connected.
  • the pressurized gas channel 333-2 may include a pressurized gas inlet channel 333-2a and a pressurized gas outlet channel 333-2b, and the pressurized gas inlet channel 333-2a is the hydrogen opening 240 It is connected to the hydrogen inlet 241, and the pressurized gas outlet channel 333-2b may be connected to the hydrogen outlet 242 of the hydrogen inlet 240. Meanwhile, at least a part of the pressurized gas channel 333-2 may include a corrugated pipe, bellows, etc. configured to be stretchable.
  • hydrogen flowing in the internal hydrogen channel 333-1 is a material with a risk of explosion, and although the internal hydrogen channel 333-1 itself is formed in the form of a double tube, a part of the internal hydrogen channel 333-1 Since hydrogen may flow out due to leaking, such as being damaged, the pressurized gas channel 333-2 may be formed to cover the internal hydrogen channel 333-1 to prevent this. Therefore, even if leaking occurs in the internal hydrogen channel 333-1, the pressurized gas in the pressurized gas channel 333-2 flows into the internal hydrogen channel 333-1, and hydrogen flows into the internal hydrogen channel 333-1. 1) can be prevented from leaking out to the outside.
  • the bypass unit 350 bypasses the connecting portion S1 of the passage 323-2 through which the pressurized gas flows in the hydrogen pipe 323 and the passage 333-2 through which the pressurized gas flows in the hydrogen channel 333.
  • the bypass unit 350 is branched from the pressurized gas pipe 323-2 of the hydrogen pipe 323 and is connected to the pressurized gas channel 333-2 of the hydrogen channel 333 to supply the pressurized gas pipe 323-2.
  • a passage through which pressurized gas can flow from 2) to the pressurized gas channel 333-2 can be provided.
  • the bypass valve 360 has an on-off function to allow or block the movement of pressurized gas and may be disposed in the bypass unit 350. Accordingly, pressurized gas can be selectively flowed from the pressurized gas pipe 323-2 to the pressurized gas channel 333-2 by the bypass valve 360.
  • the blocking member 370 includes a connection S1 in which the pressurized gas pipe 323-2 and the pressurized gas channel 333-2 are connected to each other, and the bypass part 350 and the pressurized gas channel 333-2 are connected to each other. It is disposed between the connection parts S2 connected to each other and can function to prevent the flow of pressurized gas from the pressurized gas pipe 323-2 to the pressurized gas channel 333-2.
  • the blocking member 370 may be formed in a disk shape to be disposed between the inner periphery of the pressurized gas channel 333-2 and the outer circumference of the inner hydrogen channel 333-1, and in addition, the pressurized gas pipe 323-2 It may be formed in various shapes capable of preventing the flow of pressurized gas from the channel 333-2 to the pressurized gas channel 333-2.
  • the flow of pressurized gas from the pressurized gas pipe 323-2 to the pressurized gas channel 333-2 is prevented by the blocking member 370, and the pressurized gas is prevented by the bypass part 350 and the bypass valve 360.
  • the flow of pressurized gas from the pipe 323-2 to the pressurized gas channel 333-2 may be selectively allowed. In this configuration, the flow of pressurized gas must be allowed through the bypass unit 350, but when the hydrogen channel 333 is to be separated from the fuel cell stack module 200, the bypass valve 360 is used to pressurize it.
  • the flow of pressurized gas from the gas pipe 323-2 to the pressurized gas channel 333-2 is blocked, and the internal hydrogen channel 333-1 is discharged from the internal hydrogen pipe 323-1 using the hydrogen valve 343. This is to separate the pressurized gas channel 333-2 and the internal hydrogen channel 333-1 from the fuel cell stack module 200 in a state in which the flow of hydrogen to the furnace is blocked and the flow of pressurized gas and hydrogen is blocked.
  • the connector 380 may be provided in a plurality of connection channels 330, and one or more of the plurality of connectors 380 are the first opening 220 and the second opening 230. And it may be configured to be detachably connected to one or more of the hydrogen opening 240.
  • the connector 380 may include a first connector 381 , a second connector 382 and a hydrogen connector 383 .
  • the first connector 381 is coupled to the end of the first fluid channel 331 and may be independently and individually detachably connected to the first opening 220 .
  • the first connector 381 may include a first connection inlet 381a and a first connection outlet 381b, and the first connection inlet 381a is connected to the first inlet 221 of the first opening 220. connected, and the first connection outlet 381b may be connected to the first outlet 222 of the first opening 220 .
  • the second connector 382 is coupled to the end of the second fluid channel 332 and may be independently and individually detachably connected to the second opening 230 .
  • the second connector 382 may include a second connection inlet 382a and a second connection outlet 382b, and the second connection inlet 382a is connected to the second inlet 231 of the second opening 230. connected, and the second connection outlet 382b may be connected to the second outlet 232 of the second opening 230 .
  • the hydrogen connector 383 is coupled to the end of the hydrogen channel 333 and can be independently and individually detachably connected to the hydrogen opening 240 .
  • the hydrogen connector 383 may include an internal hydrogen connector 383-1 and a pressurized gas connector 383-2.
  • the internal hydrogen connector 383-1 may be coupled to the end of the internal hydrogen channel 333-1 and connected to the hydrogen inlet 241 of the hydrogen opening 240.
  • the internal hydrogen connector 383-1 may include a hydrogen inlet connector 383-1a and a hydrogen outlet connector 383-1b, and the hydrogen inlet connector 383-1a is the hydrogen inlet of the hydrogen opening 240 ( 241), and the hydrogen outlet connector 383-1b may be connected to the hydrogen outlet 242 of the hydrogen outlet 240.
  • the pressurized gas connector 383-2 may be coupled to the end of the pressurized gas channel 333-2 and connected to the hydrogen inlet 241 of the hydrogen opening 240.
  • the pressurized gas connector 383-2 may include a pressurized gas inlet connector 383-2a and a pressurized gas outlet connector 383-2b, and the pressurized gas inlet connector 383-2a is the hydrogen opening 240. It is connected to the hydrogen inlet 241, and the pressurized gas outlet connector 383-2b may be connected to the hydrogen outlet 242 of the hydrogen inlet 240.
  • This connector 380 is a bulkhead union, a one touch joint, a quick connector in relation to the first opening 220, the second opening 230 and the hydrogen opening 240 ), O-ring, clamp (C), port (P), etc. can be connected to various connection devices.
  • the fuel cell stack module 200 may be mounted on the support unit 400 so that an impact applied to the fuel cell stack module 200 from the outside can be alleviated.
  • the support unit 400 includes a first support 410 spaced apart from the front and rear surfaces of the fuel cell stack module 200 by a predetermined distance, and a second support 410 spaced apart from the side edges of the fuel cell stack module 200 by a predetermined distance.
  • a support 420 may be included.
  • the first support 410 has a square edge shape, may be formed of a material such as metal that is resistant to impact, and may be spaced apart from each other on the front and rear surfaces of the fuel cell stack module 200 by a predetermined distance.
  • the first opening 220, the second opening 230, and the hydrogen opening 240 are the first connector 381, the second connector 382, and the hydrogen connector, respectively. (383) can be formed in an open form to be connected.
  • a plurality of through holes 411 may be formed in a part of the first support 410, and the connection bolt 430 passes through the through holes 411 and is coupled to the stack body 210 of the fuel cell stack module 200. It can be.
  • the second support 420 may extend in the front-back direction to connect the edges of the first support 410 disposed in the front and rear, and may be spaced apart from the side edge of the fuel cell stack module 200 by a predetermined distance.
  • the second support 420 may also be formed of a material such as metal that is resistant to impact.
  • the front and rear, left and right, and upper and lower sides of the fuel cell stack module 200 can all be protected from external impact by the first supporter 410 and the second supporter 420 .
  • the size of the internal accommodating space of the frame 100 may be adjusted so that all of the plurality of fuel cell stack modules 200 can be mounted on the frame 100 while being mounted on the support unit 400 .
  • each of the plurality of fuel cell stack modules 200 can be independently removed from the frame 100. can be hung Therefore, there is an effect that only the fuel cell stack module 200 in which a problem such as a failure has occurred can be individually separated from the frame 100 to be repaired, managed, and the like.
  • connection channels 330 including the first fluid channel 331, the second fluid channel 332, and the hydrogen channel 333 of the fluid pipe unit 300 are provided from each of the plurality of branch pipes 320. It can be branched and formed to be independently and individually connected to the plurality of fuel cell stack modules 200, and can be connected to the plurality of fuel cell stack modules 200 independently and individually detachably. Therefore, the fuel cell stack module 200 that normally operates among the plurality of fuel cell stack modules 200 maintains its operating state, and only the corresponding fuel cell stack module 200 in which a problem such as a failure occurs has a connection channel 330. There is an effect of separating the fuel cell stack module 200 from the frame 100 individually for repair and management.
  • the flow of pressurized gas from the pressurized gas pipe 323-2 to the pressurized gas channel 333-2 is prevented by the blocking member 370, and by the bypass part 350 and the bypass valve 360.
  • the flow of pressurized gas from the pressurized gas pipe 323-2 to the pressurized gas channel 333-2 may be selectively allowed. Therefore, when the hydrogen channel 333 including the internal hydrogen channel 333-1 and the pressurized gas channel 333-2 is to be separated from the fuel cell stack module 200, the bypass valve 360 is used to supply pressurized gas.
  • the flow of the pressurized gas from the pipe 323-2 to the pressurized gas channel 333-2 is blocked, and the hydrogen valve 343 is used to discharge the pressurized gas from the internal hydrogen pipe 323-1 to the internal hydrogen channel 333-1.
  • the pressurized gas channel 333-2 and the internal hydrogen channel 333-1 are safely removed from the fuel cell stack module 200 in a state where the flow of pressurized gas and hydrogen is blocked. It has a separable effect.
  • the internal hydrogen channel 333-1 itself is formed in the form of a double tube, hydrogen may leak to the outside due to leakage, such as a part of the internal hydrogen channel 333-1 being damaged, so to prevent this
  • the pressurized gas channel 333-2 may be formed to surround the internal hydrogen channel 333-1. Therefore, even if leaking occurs in the internal hydrogen channel 333-1, the pressurized gas in the pressurized gas channel 333-2 flows into the internal hydrogen channel 333-1, and hydrogen flows into the internal hydrogen channel 333-1. 1) has the effect of preventing leakage to the outside.
  • the connector 380 is a bulkhead union, a one-touch joint, and a quick connector in relation to the first opening 220, the second opening 230, and the hydrogen opening 240 , O-ring (O-ring), clamp (C), port (P), etc. can be connected to various connecting devices, so there is an effect of increasing the compatibility of the connector 380 parts.
  • Including the support unit 400 on which the fuel cell stack module 200 can be mounted there is an effect of protecting the front, rear, left and right, and upper and lower sides of the fuel cell stack module 200 from impacts that may be applied from the outside. there is.

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Abstract

독립형연료전지설비는, 프레임; 상기 프레임에 거치되는 복수 개의 연료전지스택모듈; 및 상기 연료전지스택모듈에 유입되고 상기 연료전지스택모듈로부터 유출되는 유체가 유동되는 통로를 제공하는 유체파이프유닛을 포함하고, 상기 유체파이프유닛은 일측으로부터 복수 개의 통로로 분기되어 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 개별적으로 연결되도록 구성되며, 상기 복수 개의 연료전지모듈에 연결되는 상기 복수 개의 통로는 독립적으로 개폐 가능하도록 구성된다.

Description

독립형연료전지설비
본 발명은 독립형연료전지설비에 대한 발명이다.
일반적으로, 연료전지는 수소와 공기 중의 산소의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 장치이다. 이러한 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 알칼리형 연료전지(alkaline fuel cell(AFC)), 인산형 연료전지(phosporic acid fuel cell(PAFC)), 용융탄산염형 연료전지(molten carbonate fuel cell(MCFC)), 고분자 전해질형 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC)) 등으로 구분될 수 있다. 연료 전지에서 전기를 발생시키는 가장 기본적인 스택 단위는 막-전극 접합체(MEA)로서, 이는 전해질막과 이의 양면에 형성되는 애노드 및 캐소드 전극으로 구성된다. 먼저 애노드 전극에서는 연료의 산화 반응이 일어나 수소 이온 및 전자가 발생하고, 수소 이온이 전해질막을 통해 캐소드 전극으로 이동하며, 캐소드 전극에서 산소(산화제)와 전해질막을 통해 전달된 수소 이온과 전자가 반응하여 물이 생성되는 반응에 의해 외부 회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.
한편, 일반적인 연료전지장치는 산소, 냉각수 및 수소가 유동되는 복수 개의 배관이 복수 개의 연료전지모듈에 각각 연결되어 있는데, 각각의 복수 개의 배관은 모두 일체로 연결되어 있고, 모두 하나의 개폐밸브와 연통되도록 형성되어 있다.
따라서, 복수 개의 연료전지모듈 중 어느 하나의 연료전지모듈이 고장이 나는 경우 개폐밸브를 차단하여 복수 개의 연료전지모듈 모두에 유입되는 산소, 냉각수 및 수소의 유동을 차단해야 하고, 복수 개의 연료전지모듈로부터 복수 개의 배관을 모두 해체한 후에 고장이 난 연료전지모듈을 수리해야 하는 문제점이 있다.
이로 인하여, 고장이 난 연료전지모듈뿐만 아니라 정상적으로 작동하던 나머지 연료전지모듈도 가동이 중단되어 고장이 난 연료전지모듈을 수리하는 동안에는 복수 개의 연료전지모듈이 포함된 연료전지장치 전체를 사용하지 못하게 되어 전기에너지 생산을 할 수 없게 되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 일 실시예들은 상기와 같은 배경에 착안하여 발명된 것으로서, 복수 개의 연료전지스택모듈 각각이 독립적으로 프레임에 대하여 탈거 가능하도록 거치될 수 있고, 유체파이프유닛의 연결채널이 복수 개의 연료전지스택모듈에 독립적, 개별적으로 연결 및 탈거 가능하도록 연결될 수 있도록 형성하여, 고장 등의 문제가 발생한 해당 연료전지스택모듈만 개별적으로 프레임으로부터 분리하여 수리, 관리 등을 할 수 있는 독립형연료전지설비를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 독립형연료전지설비는, 프레임; 상기 프레임에 거치되는 복수 개의 연료전지스택모듈; 및 상기 연료전지스택모듈에 유입되고 상기 연료전지스택모듈로부터 유출되는 유체가 유동되는 통로를 제공하는 유체파이프유닛을 포함하고, 상기 유체파이프유닛은 일측으로부터 복수 개의 통로로 분기되어 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 개별적으로 연결되도록 구성되며, 상기 복수 개의 연료전지모듈에 연결되는 상기 복수 개의 통로는 독립적으로 개폐 가능하도록 구성된다.
또한, 복수 개의 연료전지스택모듈은 상기 프레임에 대하여 서로 독립적으로 탈거 가능하게 거치될 수 있다.
또한, 유체파이프유닛은 수소가 연통되는 제1 수소유로 및 가압기체가 연통되는 제1 가압기체유로를 포함하는 수소파이프; 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 연결되도록 상기 수소파이프로부터 분기되어, 상기 수소파이프에서 유동되는 상기 수소 및 상기 가압기체가 각각 연통되는 제2 수소유로 및 제2 가압기체유로를 포함하는 복수 개의 수소채널; 및 상기 제1 가압기체유로와 상기 제2 가압기체 유로의 연결부를 바이패스하여 상기 제1 가압기체유로와 제2 가압기체유로를 연결하는 바이패스부를 포함하고, 상기 복수 개의 수소채널은 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 대하여 서로 독립적으로 탈거 가능하도록 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 수소유로 및 상기 제2 수소유로는 직접 연통되고, 상기 제1 가압기체유로 및 상기 제2 가압기체유로는 상기 바이패스부를 통하여 선택적으로 연통될 수 있다.
또한, 유체파이프유닛은 외부로부터 유체가 유입되거나 외부로 상기 유체가 유출되기 위한 통로를 제공하는 공동관체; 상기 공동관체로부터 분기되는 복수 개의 분기파이브; 및 복수 개의 상기 분기파이프 각각으로부터 분기되어 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 개별적으로 연결되는 복수 개의 연결채널을 포함할 수 있다.
또한, 분기파이프는, 복수 개의 제1 유체파이프, 복수 개의 제2 유체파이프; 및 복수 개의 수소파이프를 포함하고, 상기 복수 개의 제1 유체파이프, 상기 복수 개의 제2 유체파이프 및 상기 복수 개의 수소파이프는 상기 공동관체로부터 분기될 수 있다.
또한, 수소파이프는 상기 제1 수소유로를 제공하는 내부수소파이프; 및 상기 내부수소파이프의 외측에서 상기 제1 가압기체유로가 형성되도록 상기 내부수소파이프를 감싸는 가압기체파이프를 포함할 수 있다.
또한, 수소채널은 상기 내부수소파이프로부터 분기되어 상기 제2 수소유로를 제공하며, 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 개별적으로 연결되는 내부수소채널; 및 상기 가압기체파이프로부터 분기되어 상기 제2 가압기체유로를 제공하며, 상기 내부수소채널의 외측에서 상기 내부수소채널을 감싸고, 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 개별적으로 연결되는 가압기체채널을 포함할 수 있다.
또한, 가압기체의 유동이 방지되도록 상기 가압기체채널과 상기 내부수소채널 사이에 배치되는 차단부재를 더 포함하고, 상기 차단부재는, 상기 가압기체파이프와 상기 가압기체채널이 서로 연결되는 연결부와, 상기 바이패스부와 상기 가압기체채널이 서로 연결되는 연결부의 사이에 배치되어 상기 가압기체의 유동을 방지할 수 있다.
또한, 가압기체의 이동을 허용 또는 차단하도록 상기 바이패스부에 배치되는 바이패스밸브; 및 상기 수소의 이동을 허용 또는 차단하도록 상기 내부수소채널에 배치되는 수소밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 복수 개의 상기 연결채널에 제공되는 복수 개의 연결구를 더 포함하고, 상기 복수 개의 연료전지스택모듈 각각은, 제1 개구, 제2 개구 및 수소개구를 포함하고, 상기 복수 개의 연결구 중 하나 이상은 상기 제1 개구, 상기 제2 개구 및 상기 수소개구 중 하나 이상에 독립적으로 탈거 가능하도록 연결될 수 있다.
또한, 가압기체채널의 적어도 일부는 신축 가능하게 구성되는 주름관을 포함할 수 있다.
또한, 외부로부터 상기 연료전지스택모듈에 가해지는 충격이 완화될 수 있도록 상기 연료전지스택모듈이 거치되는 지지유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 연료전지스택모듈 각각이 독립적으로 프레임에 대하여 탈거 가능하도록 거치될 수 있으므로, 고장 등의 문제가 발생한 해당 연료전지스택모듈만 개별적으로 프레임으로부터 분리하여 수리, 관리 등을 할 수 있다.
또한, 유체파이프유닛의 연결채널은 복수 개의 연료전지스택모듈에 개별적으로 연결되고, 독립적으로 탈거 가능하도록 연결될 수 있으므로, 복수 개의 연료전지스택모듈 중 정상적으로 작동하는 연료전지스택모듈은 작동 상태를 유지한 채, 고장 등의 문제가 발생한 해당 연료전지스택모듈에서만 연결채널을 분리하고 해당 연료전지스택모듈만 개별적으로 프레임으로부터 분리하여 수리, 관리 등을 할 수 있다.
또한, 내부수소채널 및 가압기체채널을 포함하는 수소채널을 연료전지스택모듈로부터 분리하려는 경우 내부수소채널 및 가압기체채널을 연료전지스택모듈로부터 안전하게 분리할 수 있다.
또한, 가압기체채널로 내부수소채널을 감싸도록 형성하여 내부수소채널에 리킹이 발생하는 경우에도 폭발의 위험이 있는 수소가 내부수소채널로부터 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 연결구를 다양하게 형성하여 연결구 부품의 호환성을 높일 수 있다.
또한, 연료전지스택모듈이 거치될 수 있는 지지유닛에 의해 외부로부터 가해질 수 있는 충격으로부터 연료전지스택모듈의 전후, 좌우, 상하 측면이 모두 보호될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형연료전지설비에 대한 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형연료전지설비 의 연료전지스택모듈 및 유체파이프유닛의 결합관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형연료전지설비의 수소유입채널에 대한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형연료전지설비의 수소유출채널에 대한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지스택모듈의 연결채널이 연료전지스택모듈에 결합된 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지스택모듈의 수소채널이 연료전지스택모듈에 결합된 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형연료전지설비의 연료전지스택모듈이 지지유닛에 거치된 모습을 나타낸 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형연료전지설비(1)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에서 독립형연료전지설비(1)는 프레임(100), 연료전지스택모듈(200), 유체파이프유닛(300) 및 지지유닛(400)를 포함할 수 있다.
프레임(100)은 복수 개의 연료전지스택모듈(200) 모두 또는 각각을 개별적으로 수용 및 거치할 수 있도록 형성될 수 있으며, 이러한 프레임(100)은 직사각의 다면체 형상으로 금속이나 플라스틱 등의 소재로 형성될 수 있다.
연료전지스택모듈(200)은 수소와 공기 중의 산소의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전(發電)기능을 할 수 있으며, 선박, 잠수정 잠수함 등에 전기 에너지를 공급하기 위해 설치될 수 있다. 이러한 연료전지스택모듈(200)은 복수 개가 구비될 수 있으며, 프레임(100)에 대하여 서로 독립적으로 탈거 가능하게 거치될 수 있다. 다시 말해, 복수 개의 연료전지스택모듈(200) 모두가 프레임(100)에 거치될 수 있으며, 복수 개의 연료전지스택모듈(200) 각각이 독립적으로 프레임(100)에 대하여 탈거 가능하도록 거치될 수 있다. 한편, 연료전지스택모듈(200)은 선박 및 잠수함 등에 적용되는 모듈로 60kw 급 모듈의 경우 55×30×80cm의 수치로 18개가 프레임(100)에 거치될 수 있으며, 이로써 총 18개의 연료전지스택모듈(200)은 1,080kw의 전기에너지를 생산할 수 있다. 이러한 연료전지스택모듈(200)의 전기에너지 생산량 및 수치값은 설계 형태에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
연료전지스택모듈(200)은 스택바디(210), 제1 개구(220), 제2 개구(230) 및 수소개구(240)를 포함할 수 있다. 제1 개구(220), 제2 개구(230) 및 수소개구(240)는 스택바디(210)의 전면에 복수 개가 배치될 수 있다.
스택바디(210)는 연료전지스택모듈(200)의 외관을 형성하는 몸체일 수 있으며, 이러한 스택바디(210)는 일방향으로 연장형성되는 다면체 형상, 예를 들어, 직육면체 형상을 가지며 금속이나 플라스틱 등의 소재로 형성될 수 있다.
제1 개구(220)는 후술할 유체파이프유닛(300)의 제1 유체채널(331)과 결합되는 제1 연결구(381)와 연결되도록 형성될 수 있으며, 제1 개구(220)의 제1 유입구(221)를 통하여 제1 유체채널(331)로부터 산소가 유입되거나 제1 개구(220)의 제1 유출구(222)를 통하여 산소가 유출될 수 있다. 상술한 연결관계에 대한 자세한 설명은 후술한다. 이하, 본 실시예에서 '유입'의 의미는 유체파이프유닛(300)으로부터 연료전지스택모듈(200)로의 유체의 유입을 말하며, '유출'의 의미는 연료전지스택모듈(200)로부터 유체파이프유닛(300)으로의 유체의 유출을 의미하는 것으로 설명한다. 또한, 유체는 수소, 냉각수, 수소 및 가압기체(일 예로 질소, 아르곤 기체 등)를 예시로 설명한다.
제2 개구(230)는 후술할 유체파이프유닛(300)의 제2 유체채널(332)과 결합되는 제2 연결구(382)와 연결되도록 형성될 수 있으며, 제2 개구(230)의 제2 유입구(231)를 통하여 제2 유체채널(332)로부터 냉각수가 유입되거나 제2 개구(230)의 제2 유출구(232)를 통하여 냉각수가 유출될 수 있다. 상술한 연결관계에 대한 자세한 설명은 후술한다.
수소개구(240)는 후술할 유체파이프유닛(300)의 수소채널(333)과 결합되는 수소연결구(383)와 연결되도록 형성될 수 있으며, 수소개구(240)의 수소유입구(241)를 통하여 수소채널(333)로부터 수소 및 가압기체가 유입되거나 수소개구(240)의 수소유출구(242)를 통하여 수소채널(333)로 수소 및 가압기체가 유출될 수 있다. 수소연결구(383)는 내부수소연결구(383-1) 및 가압기체연결구(383-2)를 포함하는데, 상술한 연결관계에 대한 자세한 설명은 후술한다.
유체파이프유닛(300)은 외부로부터 연료전지스택모듈(200)에 유입되는 유체 또는 연료전지스택모듈(200)로부터 유출되는 유체가 유동되는 통로를 제공하는 기능을 할 수 있다. 유체파이프유닛(300)은 일측으로부터 복수 개의 통로로 분기되어 복수 개의 연료전지스택모듈(200)에 개별적으로 연결되도록 구성될 수 있으며, 복수 개의 연료전지스택모듈(200)에 연결되는 복수 개의 통로는 독립적으로 개폐 가능하도록 구성될 수 있다. 유체파이프유닛(300)은 공동관체(310), 분기파이프(320), 연결채널(330), 개폐유닛(340), 바이패스부(350), 바이패스밸브(360), 차단부재(370) 및 연결구(380)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 공동관체(310)는 외부로부터 연료전지스택모듈(200)에 유체를 유입 또는 연료전지스택모듈(200)로부터 유체가 유출될 수 있는 통로를 제공하는 기능을 하며, 제1 공동관체(311), 제2 공동관체(312) 및 수소공동관체(313)를 포함할 수 있다.
제1 공동관체(311)는 외부로부터 산소가 유입되거나 외부로 산소가 유출되기 위한 통로를 제공하는 기능을 할 수 있으며, 제1 공동유입관체(311a) 및 제1 공동유출관체(311b)를 포함할 수 있다. 제1 공동유입관체(311a)는 외부로부터 연료전지스택모듈(200)에 산소가 유입되기 위한 통로를 제공할 수 있으며, 가로방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방 상측에 배치될 수 있다. 제1 공동유출관체(311b)는 연료전지스택모듈(200)로부터 외부로 산소가 유출되기 위한 통로를 제공할 수 있으며, 가로방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방 하측에 배치될 수 있다.
제2 공동관체(312)는 외부로부터 냉각수가 유입되거나 외부로 냉각수가 유출되기 위한 통로를 제공하는 기능을 할 수 있으며, 제2 공동유입관체(312a) 및 제2 공동유출관체(312b)를 포함할 수 있다. 제2 공동유입관체(312a)는 외부로부터 연료전지스택모듈(200)에 냉각수가 유입되기 위한 통로를 제공할 수 있으며, 가로방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방 상측에 배치될 수 있다. 제2 공동유출관체(312b)는 연료전지스택모듈(200)로부터 외부로 냉각수가 유출되기 위한 통로를 제공할 수 있으며, 가로방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방 하측에 배치될 수 있다.
수소공동관체(313)는 외부로부터 수소 및 가압기체가 유입되거나 외부로 수소 및 가압기체가 유출되기 위한 통로를 제공하는 기능을 할 수 있으며, 수소공동유입관체(313a) 및 수소공동유출관체(313b)를 포함할 수 있다. 수소공동유입관체(313a)는 외부로부터 연료전지스택모듈(200)에 수소 및 가압기체가 유입되기 위한 통로를 제공할 수 있으며, 가로방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방 상측에 배치될 수 있다. 수소공동유출관체(313b)는 연료전지스택모듈(200)로부터 외부로 수소 및 가압기체가 유출되기 위한 통로를 제공할 수 있으며, 가로방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방 하측에 배치될 수 있다. 이러한 수소공동유입관체(313a) 및 수소공동유출관체(313b)는 각각 내관 및 외관의 형태로 형성될 수 있으며, 내부에 배치된 관에는 수소가 유동되는 통로를 제공할 수 있으며, 외부에 배치된 관에는 질소나 아르곤 등의 가압기체가 유동되는 통로를 제공할 수 있다. 여기서 수소는 폭발의 위험의 있는 물질이므로 내부에 배치된 관 자체가 이중관으로 형성될 수 있다.
분기파이프(320)는, 복수 개의 제1 유체파이프(321), 복수 개의 제2 유체파이프(322) 및 복수 개의 수소파이프(323)를 포함하고, 복수 개의 제1 유체파이프(321), 복수 개의 제2 유체파이프(322) 및 복수 개의 수소파이프(323)는 공동관체(310)로부터 분기되도록 형성될 수 있다.
제1 유체파이프(321)는 제1 공동관체(311)로부터 분기되어 수소가 유동되는 통로를 제공하는 기능을 할 수 있으며, 제1 유체유입파이프(321a) 및 제1 유체유출파이프(321b)를 포함할 수 있다. 제1 유체유입파이프(321a)는 제1 공동유입관체(311a)로부터 분기되어 상하방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방에 배치될 수 있다. 제1 유체유출파이프(321b)는 제1 공동유출관체(311b)로부터 분기되어 상하방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방에 배치될 수 있다.
제2 유체파이프(322)는 제2 공동관체(312)로부터 분기되어 냉각수가 유동되는 통로를 제공하는 기능을 할 수 있으며, 제2 유체유입파이프(322a) 및 제2 유체유출파이프(322b)를 포함할 있다. 제2 유체유입파이프(322a)는 제2 공동유입관체(312a)로부터 분기되어 상하방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방에 배치될 수 있다. 제2 유체유출파이프(322b)는 제2 공동유출관체(312b)로부터 분기되어 상하방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방에 배치될 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 5를 다시 참조하면, 수소파이프(323)는 수소공동관체(313)로부터 분기되어 수소 및 가압기체가 유동되는 이중 통로를 제공하는 기능을 할 수 있으며, 내부수소파이프(323-1) 및 가압기체파이프(323-2)를 포함할 수 있다.
내부수소파이프(323-1)는 수소파이프(323)의 내측에 배치되는 내관 형태로 형성될 수 있으며, 수소가 유동되는 통로를 제공할 수 있다. 그리고, 수소는 폭발의 위험이 있는 물질로 내부수소파이프(323-1) 자체가 이중관으로 형성될 수 있다. 내부수소파이프(323-1)는 수소유입파이프(323-1a) 및 수소유출파이프(323-1b)를 포함할 수 있다. 수소유입파이프(323-1a)는 수소공동유입관체(313a)로부터 분기되어 상하방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방에 배치될 수 있고, 수소유출파이프(323-1b)는 수소공동유출관체(313b)로부터 분기되어 수소공동유출관체(313b)로부터 분기되어 상향방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방에 배치될 수 있다.
가압기체파이프(323-2)는 내부수소파이프(323-1)의 외측에 배치되는 외관 형태로 내부수소파이프(323-1)의 외측에서 내부수소파이프(323-1)를 감싸도록 형성될 수 있으며, 질소나 아르곤 등의 가압기체가 유동되는 통로를 제공할 수 있다. 내부수소파이프(323-1)에서 유동되는 수소는 폭발의 위험이 있는 물질이고, 내부수소파이프(323-1) 자체가 이중관의 형태로 형성되어 있으나 내부수소파이프(323-1)의 일부가 훼손되는 등 리킹(leaking)이 발생하여 수소가 외부로 유출될 수 있으므로, 이것을 방지하기 위하여 가압기체파이프(323-2)로 내부수소파이프(323-1)를 감싸도록 형성한 것이다. 따라서, 만약 내부수소파이프(323-1)에 리킹이 발생하는 경우에도 가압기체파이프(323-2)의 가압기체가 내부수소파이프(323-1)로 유입이 되어 수소가 내부수소파이프(323-1)로부터 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
가압기체파이프(323-2)는 가압기체유입파이프(323-2a) 및 가압기체유출파이프(323-2b)를 포함할 수 있다. 가압기체유입파이프(323-2a)는 수소공동유입관체(313a)의 외부에 배치된 관으로부터 분기되어 상하방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방에 배치될 수 있고, 가압기체유출파이프(323-2b)는 수소공동유출관체(313b)의 외부에 배치된 관으로부터 분기되어 상향방향으로 연장되는 형태로 형성되어 연료전지스택모듈(200)의 전방에 배치될 수 있다.
연결채널(330)은 복수 개의 분기파이프(320) 각각으로부터 복수 개가 분기되어 복수 개의 연료전지스택모듈(200)에 독립적, 개별적으로 연결되도록 형성될 수 있으며, 복수 개의 연료전지스택모듈(200)에 대하여 서로 독립적, 개별적으로 탈거 가능하도록 연결될 수 있다. 그리고, 복수 개의 연결채널(330)은 서로 독립적, 개별적으로 개폐 가능하도록 형성될 수 있다. 연결채널(330)은 제1 유체채널(331), 제2 유체채널(332) 및 수소채널(333)을 포함할 수 있다.
제1 유체채널(331)은 제1 유체파이프(321)로부터 분기되어 산소가 유동되는 통로를 제공할 수 있으며, 제1 유체유입채널(331a)) 및 제1 유체유출채널(331b)을 포함할 수 있다. 제1 유체유입채널(331a))은 제1 유체유입파이프(321a)로부터 분기되어 연료전지스택모듈(200) 제1 개구(220)의 제1 유입구(221)와 연결될 수 있으며, 제1 유체유출채널(331b)은 제1 유체유출파이프(321b)로부터 분기되어 제1 개구(220)의 제1 유출구(222)와 연결될 수 있다. 한편, 개폐유닛(340)은 제1 유체채널(331), 제2 유체채널(332) 및 수소채널(333)에 제공되는 제1 유체밸브(341), 제2 유체밸브(342) 및 수소밸브(343)를 포함할 수 있으며, 제1 유체채널(331)에는 산소의 유동을 허용 또는 차단하도록 온오프 기능이 구비된 제1 유체밸브(341)가 배치될 수 있다.
제2 유체채널(332)은 제2 유체파이프(322)로부터 분기되어 냉각수가 유동되는 통로를 제공할 수 있으며, 제2 유체유입채널(332a) 및 제2 유체유출채널(332b)을 포함할 수 있다. 제2 유체유입채널(332a)은 제2 유체유입파이프(322a)로부터 분기되어 제2 개구(230)의 제2 유입구(231)와 연결될 수 있으며, 제2 유체유출채널(332b)은 제2 유체유출파이프(322b)로부터 분기되어 연료전지스택모듈(200) 제2 개구(230)의 제2 유출구(232)와 연결될 수 있다. 한편, 제2 유체채널(332)에는 냉각수의 유동을 허용 또는 차단하도록 온오프 기능이 구비된 제2 유체밸브(342)가 배치될 수 있다.
수소채널(333)은 복수 개의 연료전지스택모듈(200)에 각각 독립적으로 연결될 수 있도록 수소파이프(323)로부터 복수 개가 분기되어 수소파이프(323)에서 유동되는 수소 및 가압기체가 연통되기 위한 이중 통로를 제공할 수 있으며, 내부수소채널(333-1) 및 가압기체채널(333-2)을 포함할 수 있다.
내부수소채널(333-1)은 내부수소파이프(323-1)로부터 어긋나는 방향(일 예로 직각방향)으로 분기되어 수소개구(240)와 독립적, 개별적으로 연결될 수 있고, 독립적, 개별적으로 탈거 가능하도록 연결될 수 있다. 수소파이프(323)에서 수소가 유동되는 통로(323-1)와 수소채널(333)에서 수소가 유동되는 통로(333-1)는 직접 연통될 수 있다. 일 예로 내부수소채널(333-1)은 내부수소파이프(323-1)로부터 수소가 유동될 수 있도록 내부수소파이프(323-1)와 직접적으로 연통되어 수소개구(240)와 연결될 수 있다. 한편, 수소는 폭발의 위험이 있는 물질로 내부수소채널(333-1) 자체가 이중관으로 형성될 수 있다. 내부수소채널(333-1)은 수소유입채널(333-1a) 및 수소유출채널(333-1b)을 포함할 수 있으며, 수소유입채널(333-1a)은 수소개구(240)의 수소유입구(241)와 연결되며, 수소유출채널(333-1b)은 수소개구(240)의 수소유출구(242)와 연결될 수 있다. 한편, 내부수소채널(333-1)에는 수소의 유동을 허용 또는 차단하도록 온오프 기능이 구비된 수소밸브(343)가 배치될 수 있다.
가압기체채널(333-2)은 가압기체가 유동되기 위한 공간이 형성되도록 가압기체파이프(323-2)로부터 어긋나는 방향(일 예로 직각방향)으로 분기되어 내부수소채널(333-1)의 외측에서 내부수소채널(333-1)을 감싸도록 형성될 수 있다. 가압기체채널(333-2)은 수소개구(240)와 독립적, 개별적으로 연결될 수 있고, 독립적, 개별적으로 탈거 가능하도록 연결될 수 있다. 가압기체채널(333-2)은 가압기체유입채널(333-2a) 및 가압기체유출채널(333-2b)을 포함할 수 있으며, 가압기체유입채널(333-2a)은 수소개구(240)의 수소유입구(241)와 연결되며, 가압기체유출채널(333-2b)은 수소개구(240)의 수소유출구(242)와 연결될 수 있다. 한편, 가압기체채널(333-2)의 적어도 일부는 신축 가능하게 구성되는 주름관, 자바라 등을 포함할 수 있다.
한편, 내부수소채널(333-1)에서 유동되는 수소는 폭발의 위험이 있는 물질이고, 내부수소채널(333-1) 자체가 이중관의 형태로 형성되어 있으나 내부수소채널(333-1) 일부가 훼손되는 등 리킹이 발생하여 수소가 외부로 유출될 수 있으므로, 이것을 방지하기 위하여 가압기체채널(333-2)로 내부수소채널(333-1)을 감싸도록 형성될 수 있다. 따라서, 만약 내부수소채널(333-1)에 리킹이 발생하는 경우에도 가압기체채널(333-2)의 가압기체가 내부수소채널(333-1)로 유입이 되어 수소가 내부수소채널(333-1)로부터 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
바이패스부(350)는 수소파이프(323)에서 가압기체가 유동되는 통로(323-2)와 수소채널(333)에서 가압기체가 유동되는 통로(333-2)의 연결부(S1)를 바이패스하여 수소파이프(323)의 가압기체의 통로(323-2)와 수소채널(333)의 가압기체의 통로(333-2)를 선택적으로 연결하는 기능을 할 수 있다. 구체적으로, 바이패스부(350)는 수소파이프(323)의 가압기체파이프(323-2)로부터 분기되어 수소채널(333)의 가압기체채널(333-2)과 연결되어 가압기체파이프(323-2)로부터 가압기체채널(333-2)로 가압기체가 유동될 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 바이패스밸브(360)는 가압기체의 이동을 허용 또는 차단하도록 온오프 기능이 구비되며 바이패스부(350)에 배치될 수 있다. 따라서, 바이패스밸브(360)에 의해 가압기체가 가압기체파이프(323-2)로부터 가압기체채널(333-2)로 선택적으로 유동될 수 있다.
차단부재(370)는, 가압기체파이프(323-2)와 가압기체채널(333-2)이 서로 연결되는 연결부(S1)와, 바이패스부(350)와 가압기체채널(333-2)이 서로 연결되는 연결부(S2)의 사이에 배치되어 가압기체파이프(323-2)로부터 가압기체채널(333-2)로의 가압기체의 유동을 방지하는 기능을 할 수 있다. 차단부재(370)는 가압기체채널(333-2)의 내주연과 내부수소채널(333-1)의 외주연 사이에 배치되도록 원판 형상으로 형성될 수 있으며, 이외에도 가압기체파이프(323-2)로부터 가압기체채널(333-2)로의 가압기체의 유동을 방지할 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
차단부재(370)에 의해 가압기체파이프(323-2)로부터 가압기체채널(333-2)로의 가압기체의 유동은 방지되고, 바이패스부(350) 및 바이패스밸브(360)에 의해 가압기체파이프(323-2)로부터 가압기체채널(333-2)로의 가압기체의 유동은 선택적으로 허용될 있다. 이와 같이 구성함은, 바이패스부(350)를 통하여 가압기체의 유동은 허용되어야 하는데, 수소채널(333)을 연료전지스택모듈(200)로부터 분리하려는 경우 바이패스밸브(360)를 이용하여 가압기체파이프(323-2)로부터 가압기체채널(333-2)로의 가압기체의 유동을 차단하고, 수소밸브(343)를 이용하여 내부수소파이프(323-1)로부터 내부수소채널(333-1)로의 수소의 유동을 차단하여, 가압기체 및 수소의 유동을 차단한 상태에서 가압기체채널(333-2) 및 내부수소채널(333-1)을 연료전지스택모듈(200)로부터 분리하기 위함이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 연결구(380)는 복수 개의 연결채널(330)에 제공될 수 있으며, 복수 개의 연결구(380) 중 하나 이상은 제1 개구(220), 제2 개구(230) 및 수소개구(240) 중 하나 이상에 분리 가능하게 연결되도록 구성될 수 있다. 연결구(380)는 제1 연결구(381), 제2 연결구(382) 및 수소연결구(383)를 포함할 수 있다.
제1 연결구(381)는 제1 유체채널(331)의 끝단에 결합되어 제1 개구(220)와 독립적, 개별적으로 탈거 가능하도록 연결될 수 있다. 제1 연결구(381)는 제1 연결유입구(381a) 및 제1 연결유출구(381b)를 포함할 수 있으며, 제1 연결유입구(381a)는 제1 개구(220)의 제1 유입구(221)와 연결되고, 제1 연결유출구(381b)는 제1 개구(220)의 제1 유출구(222)와 연결될 수 있다.
제2 연결구(382)는 제2 유체채널(332)의 끝단에 결합되어 제2 개구(230)와 독립적, 개별적으로 탈거 가능하도록 연결될 수 있다. 제2 연결구(382)는 제2 연결유입구(382a) 및 제2 연결유출구(382b)를 포함할 수 있으며, 제2 연결유입구(382a)는 제2 개구(230)의 제2 유입구(231)와 연결되고, 제2 연결유출구(382b)는 제2 개구(230)의 제2 유출구(232)와 연결될 수 있다.
수소연결구(383)는 수소채널(333)의 끝단에 결합되어 수소개구(240)와 독립적, 개별적으로 탈거 가능하도록 연결될 수 있다. 수소연결구(383)는 내부수소연결구(383-1) 및 가압기체연결구(383-2)를 포함할 수 있다.
내부수소연결구(383-1)는 내부수소채널(333-1)의 끝단에 결합되어 수소개구(240)의 수소유입구(241)와 연결될 수 있다. 내부수소연결구(383-1)는 수소유입연결구(383-1a) 및 수소유출연결구(383-1b)를 포함할 수 있으며, 수소유입연결구(383-1a)는 수소개구(240)의 수소유입구(241)와 연결되며, 수소유출연결구(383-1b)는 수소개구(240)의 수소유출구(242)와 연결될 수 있다. 가압기체연결구(383-2)는 가압기체채널(333-2)의 끝단에 결합되어 수소개구(240)의 수소유입구(241)와 연결될 수 있다. 가압기체연결구(383-2)는 가압기체유입연결구(383-2a) 및 가압기체유출연결구(383-2b)를 포함할 수 있으며, 가압기체유입연결구(383-2a)는 수소개구(240)의 수소유입구(241)와 연결되며, 가압기체유출연결구(383-2b)는 수소개구(240)의 수소유출구(242)와 연결될 수 있다.
이러한 연결구(380)는 제1 개구(220), 제2 개구(230) 및 수소개구(240)와의 관계에서, 벌크헤드유니온(bulkhead union), 원터치조인트(one touch joint), 퀵커넥터(quick connector), 오링(O ring), 클램프(C), 포트(P) 등의 다양한 연결장치로 연결될 수 있다.
도 8을 참조하면, 지지유닛(400)에는 외부로부터 연료전지스택모듈(200)에 가해지는 충격이 완화될 수 있도록 연료전지스택모듈(200)이 거치될 수 있다. 지지유닛(400)은 연료전지스택모듈(200)의 전면 및 후면에 소정거리로 이격 배치되는 제1 지지체(410) 및 연료전지스택모듈(200)의 측면 모서리에 소정거리로 이격 배치되는 제2 지지체(420)를 포함할 수 있다. 제1 지지체(410)는 사각의 테두리 형상을 가지며 충격에 강한 금속 등의 소재로 형성될 수 있고, 연료전지스택모듈(200)의 전면 및 후면에 소정거리로 이격 배치될 수 있다. 제1 지지체(410)는 테두리를 제외한 중앙 부분은 제1 개구(220), 제2 개구(230) 및 수소개구(240)가 각각 제1 연결구(381), 제2 연결구(382) 및 수소연결구(383)와 연결될 수 있도록 개방되는 형태로 형성될 수 있다. 제1 지지체(410)의 일부에는 복수 개의 통공(411)이 형성될 수 있으며, 통공(411)을 통해 연결볼트(430)를 관통시켜 연료전지스택모듈(200)의 스택바디(210)에 결합될 수 있다. 제2 지지체(420)는 전후에 배치된 제1 지지체(410)의 모서리를 연결하도록 전후방향으로 연장될 수 있으며, 연료전지스택모듈(200)의 측면 가장자리로부터 소정거리로 이격 배치될 수 있다. 제2 지지체(420) 역시 충격에 강한 금속 등의 소재로 형성될 수 있다. 제1 지지체(410) 및 제2 지지체(420)에 의해 연료전지스택모듈(200)의 전후, 좌우, 상하 측면이 모두 외부의 충격으로부터 보호될 수 있다. 연료전지스택모듈(200)이 지지유닛(400)에 거치된 상태로 복수 개가 모두 프레임(100)에 거치될 수 있도록 프레임(100)의 내부 수용공간의 사이즈는 조절될 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 가지는 독립형연료전지설비(1)의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
본 실시예에서, 복수 개의 연료전지스택모듈(200) 모두가 프레임(100)에 거치될 수 있을 뿐만 아니라, 복수 개의 연료전지스택모듈(200) 각각이 독립적으로 프레임(100)에 대하여 탈거 가능하도록 거치될 수 있다. 따라서, 고장 등의 문제가 발생한 해당 연료전지스택모듈(200)만 개별적으로 프레임(100)으로부터 분리하여 수리, 관리 등을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 유체파이프유닛(300)의 제1 유체채널(331), 제2 유체채널(332) 및 수소채널(333)을 포함하는 연결채널(330)은 복수 개의 분기파이프(320) 각각으로부터 복수 개가 분기되어 복수 개의 연료전지스택모듈(200)에 독립적, 개별적으로 연결되도록 형성될 수 있으며, 복수 개의 연료전지스택모듈(200)에 대하여 서로 독립적, 개별적으로 탈거 가능하도록 연결될 수 있다. 따라서, 복수 개의 연료전지스택모듈(200) 중 정상적으로 작동하는 연료전지스택모듈(200)은 작동 상태를 유지한 채, 고장 등의 문제가 발생한 해당 연료전지스택모듈(200)에서만 연결채널(330)을 분리하고 해당 연료전지스택모듈(200)만 개별적으로 프레임(100)으로부터 분리하여 수리, 관리 등을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차단부재(370)에 의해 가압기체파이프(323-2)로부터 가압기체채널(333-2)로의 가압기체의 유동은 방지되고, 바이패스부(350) 및 바이패스밸브(360)에 의해 가압기체파이프(323-2)로부터 가압기체채널(333-2)로의 가압기체의 유동은 선택적으로 허용될 있다. 따라서, 내부수소채널(333-1) 및 가압기체채널(333-2)을 포함하는 수소채널(333)을 연료전지스택모듈(200)로부터 분리하려는 경우 바이패스밸브(360)를 이용하여 가압기체파이프(323-2)로부터 가압기체채널(333-2)로의 가압기체의 유동을 차단하고, 수소밸브(343)를 이용하여 내부수소파이프(323-1)로부터 내부수소채널(333-1)로의 폭발의 위험이 있는 수소의 유동을 차단하여, 가압기체 및 수소의 유동을 차단한 상태에서 안전하게 가압기체채널(333-2) 및 내부수소채널(333-1)을 연료전지스택모듈(200)로부터 분리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 내부수소채널(333-1) 자체가 이중관의 형태로 형성되어 있으나, 내부수소채널(333-1)의 일부가 훼손되는 등 리킹이 발생하여 수소가 외부로 유출될 수 있으므로, 이것을 방지하기 위하여 가압기체채널(333-2)로 내부수소채널(333-1)을 감싸도록 형성할 수 있다. 따라서, 만약 내부수소채널(333-1)에 리킹이 발생하는 경우에도 가압기체채널(333-2)의 가압기체가 내부수소채널(333-1)로 유입이 되어 수소가 내부수소채널(333-1)로부터 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
연결구(380)는 제1 개구(220), 제2 개구(230) 및 수소개구(240)와의 관계에서, 벌크헤드유니온(bulkhead union), 원터치조인트(one touch joint), 퀵커넥터(quick connector), 오링(O ring), 클램프(C), 포트(P) 등의 다양한 연결장치로 연결될 수 있으므로 연결구(380) 부품의 호환성을 높일 수 있는 효과가 있다.
연료전지스택모듈(200)이 거치될 수 있는 지지유닛(400)를 포함하여, 외부로부터 가해질 수 있는 충격으로부터 연료전지스택모듈(200)의 전후, 좌우, 상하 측면이 모두 보호될 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

Claims (13)

  1. 프레임;
    상기 프레임에 거치되는 복수 개의 연료전지스택모듈; 및
    상기 연료전지스택모듈에 유입되고 상기 연료전지스택모듈로부터 유출되는 유체가 유동되는 통로를 제공하는 유체파이프유닛을 포함하고,
    상기 유체파이프유닛은 일측으로부터 복수 개의 통로로 분기되어 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 개별적으로 연결되도록 구성되며, 상기 복수 개의 연료전지모듈에 연결되는 상기 복수 개의 통로는 독립적으로 개폐 가능하도록 구성되는,
    독립형연료전지설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 연료전지스택모듈은 상기 프레임에 대하여 서로 독립적으로 탈거 가능하게 거치되는,
    독립형연료전지설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유체파이프유닛은
    수소가 연통되는 제1 수소유로 및 가압기체가 연통되는 제1 가압기체유로를 포함하는 수소파이프;
    상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 연결되도록 상기 수소파이프로부터 분기되어, 상기 수소파이프에서 유동되는 상기 수소 및 상기 가압기체가 각각 연통되는 제2 수소유로 및 제2 가압기체유로를 포함하는 복수 개의 수소채널; 및
    상기 제1 가압기체유로와 상기 제2 가압기체 유로의 연결부를 바이패스하여 상기 제1 가압기체유로와 상기 제2 가압기체유로를 연결하는 바이패스부를 포함하고,
    상기 복수 개의 수소채널은 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 대하여 서로 독립적으로 탈거 가능하도록 연결되는,
    독립형연료전지설비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 수소유로 및 상기 제2 수소유로는 직접 연통되고,
    상기 제1 가압기체유로 및 상기 제2 가압기체유로는 상기 바이패스부를 통하여 선택적으로 연통되는,
    독립형연료전지설비.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체파이프유닛은
    외부로부터 유체가 유입되거나 외부로 상기 유체가 유출되기 위한 통로를 제공하는 공동관체;
    상기 공동관체로부터 분기되는 복수 개의 분기파이브; 및
    복수 개의 상기 분기파이프 각각으로부터 분기되어 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 개별적으로 연결되는 복수 개의 연결채널을 포함하는,
    독립형연료전지설비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분기파이프는, 복수 개의 제1 유체파이프, 복수 개의 제2 유체파이프; 및 복수 개의 수소파이프를 포함하고,
    상기 복수 개의 제1 유체파이프, 상기 복수 개의 제2 유체파이프 및 상기 복수 개의 수소파이프는 상기 공동관체로부터 분기되는,
    독립형연료전지설비.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 수소파이프는
    상기 제1 수소유로를 제공하는 내부수소파이프; 및
    상기 내부수소파이프의 외측에서 상기 제1 가압기체유로가 형성되도록 상기 내부수소파이프를 감싸는 가압기체파이프를 포함하는,
    독립형연료전지설비.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수소채널은
    상기 내부수소파이프로부터 분기되어 상기 제2 수소유로를 제공하며, 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 개별적으로 연결되는 내부수소채널; 및
    상기 가압기체파이프로부터 분기되어 상기 제2 가압기체유로를 제공하며, 상기 내부수소채널의 외측에서 상기 내부수소채널을 감싸고, 상기 복수 개의 연료전지스택모듈에 개별적으로 연결되는 가압기체채널을 포함하는,
    독립형연료전지설비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가압기체의 유동이 방지되도록 상기 가압기체채널과 상기 내부수소채널 사이에 배치되는 차단부재를 더 포함하고,
    상기 차단부재는
    상기 가압기체파이프와 상기 가압기체채널이 서로 연결되는 연결부와, 상기 바이패스부와 상기 가압기체채널이 서로 연결되는 연결부의 사이에 배치되어 상기 가압기체의 유동을 방지하는,
    독립형연료전지설비.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가압기체의 이동을 허용 또는 차단하도록 상기 바이패스부에 배치되는 바이패스밸브; 및
    상기 수소의 이동을 허용 또는 차단하도록 상기 내부수소채널에 배치되는 수소밸브를 더 포함하는,
    독립형연료전지설비.
  11. 제 5 항에 있어서,
    복수 개의 상기 연결채널에 제공되는 복수 개의 연결구를 더 포함하고,
    상기 복수 개의 연료전지스택모듈 각각은, 제1 개구, 제2 개구 및 수소개구를 포함하고,
    상기 복수 개의 연결구 중 하나 이상은 상기 제1 개구, 상기 제2 개구 및 상기 수소개구 중 하나 이상에 독립적으로 탈거 가능하도록 연결되는,
    독립형연료전지설비.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 가압기체채널의 적어도 일부는 신축 가능하게 구성되는 주름관을 포함하는,
    독립형연료전지설비.
  13. 제 1 항에 있어서,
    외부로부터 상기 연료전지스택모듈에 가해지는 충격이 완화될 수 있도록 상기 연료전지스택모듈이 거치되는 지지유닛을 더 포함하는,
    독립형연료전지설비.
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