KR100653672B1 - An apparatus for controlling humidity of gas for fuel cell - Google Patents

An apparatus for controlling humidity of gas for fuel cell Download PDF

Info

Publication number
KR100653672B1
KR100653672B1 KR1020050061264A KR20050061264A KR100653672B1 KR 100653672 B1 KR100653672 B1 KR 100653672B1 KR 1020050061264 A KR1020050061264 A KR 1020050061264A KR 20050061264 A KR20050061264 A KR 20050061264A KR 100653672 B1 KR100653672 B1 KR 100653672B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel gas
flow rate
humidity
unit
feedback
Prior art date
Application number
KR1020050061264A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
오재기
김용훈
Original Assignee
(주)오선텍
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)오선텍 filed Critical (주)오선텍
Priority to KR1020050061264A priority Critical patent/KR100653672B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100653672B1 publication Critical patent/KR100653672B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126Humidifying
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492Humidity; Ambient humidity; Water content
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828Humidity; Water content
    • H01M8/04843Humidity; Water content of fuel cell exhausts
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

A device for controlling the moisture of gas for a fuel cell is provided to obtain a desired humidity of a mixture fuel gas comprising a dry fuel gas and a moisturized fuel gas precisely by feedback control. The device comprises a fuel gas moisturization part(70) which moisturizes fuel gas; a three-way valve which comprises an inlet for fuel gas, a first outlet connected with the fuel gas moisturization part, a second outlet connected with the fuel cell side, and a flux control part; a position determination part(50) which controls the position of the flux control part; a moisture sensor(30) which detects the moisture of the mixture gas which comprises the moisturized fuel gas discharged from the fuel gas moisturization part and the dry fuel gas discharged from the second outlet; and a control part(40) which generates a feedback flux control signal based on the detected moisture signal until the desired moisture is obtained, to send it to the position determination part.

Description

연료전지의 가스 습도 제어장치{An Apparatus For Controlling Humidity of Gas For Fuel Cell}An Apparatus For Controlling Humidity of Gas For Fuel Cell}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료전지의 가스 습도 제어장치의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a gas humidity control apparatus for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 위치 결정부의 세부 구조를 도시한 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a detailed structure of the positioning unit of FIG. 1.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료전지의 가스 습도 제어장치의 구성을 도시한 블록도이다.3 is a block diagram showing the configuration of a gas humidity control apparatus for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.

<주요 도면부호에 관한 설명><Description of the major reference numerals>

10 : 연료가스 탱크 20 : 3방향 컨트롤 밸브10 fuel gas tank 20 three-way control valve

30 : 습도센서 40 : 제어부30: humidity sensor 40: control unit

50 : 위치 결정부 60 : 연료 전지50: positioning unit 60: fuel cell

70 : 연료가스 가습부 80 : 히터70: fuel gas humidifier 80: heater

90-1 : 제 1 유량 제어부 90-3 : 제 2 유량 제어부90-1: 1st flow control part 90-3: 2nd flow control part

본 발명은 연료전지의 가스 습도 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료가스가 일정하게 공급되는 상태에서 연료가스 중 일부는 연료가스 가습부로 유입시켜 가습시키고 나머지 일부는 건조 상태로 통과시켜 혼합시킨 후 혼합가스의 습도를 피드백 제어로 정밀하게 제어할 수 있는 연료전지의 가스 습도 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas humidity control device of a fuel cell, and more particularly, a part of fuel gas is humidified by flowing into a fuel gas humidifying part while the fuel gas is constantly supplied, and a part of the fuel gas is mixed in a dry state. It relates to a gas humidity control device of the fuel cell that can precisely control the humidity of the mixed gas after the feedback control.

근래 화석 연료의 고갈 및 환경 오염 문제 등에 기인하여 화석 연료를 대체할 수 있는 에너지원 개발에 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, 환경 오염을 해결할 수 있는 무공해 대체 에너지 개발을 위한 노력이 활발하게 진행중이다.Recently, due to the depletion of fossil fuels and environmental pollution, many studies have been conducted to develop energy sources that can replace fossil fuels. In particular, efforts are being actively made to develop pollution-free alternative energy that can solve environmental pollution.

특히 수소를 에너지원으로 하는 연료전지의 개발이 많은 관심을 모으고 있다. 수소는 대기중에서 쉽게 얻을 수 있고 산소와 반응하여 큰 에너지를 발생시키면서도 부산물로 물만을 생성시키기 때문에 에너지의 고갈문제와 환경오염문제를 동시에 해결할 수 있는 유일한 대안으로 떠오르고 있다.In particular, the development of fuel cells using hydrogen as an energy source has attracted much attention. Since hydrogen is easily obtained in the atmosphere and generates large energy by reacting with oxygen, only water is generated as a by-product, which has emerged as the only alternative to solve the problem of energy depletion and environmental pollution.

수소를 연료로 사용하는 연료전지는 수소를 전기화학적으로 직접 전기에너지로 변환하는 장치로서, 수소 연료가 공급되면 촉매를 통해 수소로부터 전자가 분리되고 수소이온은 전해질막을 통하여 그리고 전자는 외부도선을 통하여 이동한 후 전해질막의 반대편에 연료로서 공급된 공기 중의 산소와 결합하여 물이 생성된다. 수소이온이 전해질막을 용이하게 통과할 수 있도록 하기 위해서 공급되는 수소 및 공기의 수분 조절이 필수적이며, 따라서 연료전지의 수소 및 공기 공급장치에는 공 급 수소 및 공기의 습도 조절을 위한 가습장치가 필수적으로 구성되어 있다.A fuel cell that uses hydrogen as a fuel is a device that converts hydrogen into electrochemically and directly into electrical energy. When hydrogen fuel is supplied, electrons are separated from hydrogen through a catalyst, and hydrogen ions are transferred through an electrolyte membrane and electrons are transferred through an external conductor. After the movement, water is produced by combining with oxygen in the air supplied as fuel to the opposite side of the electrolyte membrane. In order to allow hydrogen ions to easily pass through the electrolyte membrane, it is necessary to control the moisture of hydrogen and air supplied. Therefore, a humidifier for controlling humidity of supply hydrogen and air is essential for hydrogen and air supply of the fuel cell. Consists of.

상기 가습장치는 버블형 가습장치로서 증류수통 속에 증류수 하방 수중으로 수소 및 공기를 공급하면 공급된 수소 및 공기가 버블 형태로 증류수 위쪽으로 올라오면서 가습되어 나오게 되는데 가습기 내부 온도와 압력에 따라서 습도가 결정된다. The humidifier is a bubble type humidifier, and when hydrogen and air are supplied into the distilled water under the distilled water, the supplied hydrogen and air are humidified while rising upward above the distilled water in the form of a bubble. do.

종래 가습장치는 내부 온도를 가열장치에 의해 조절함으로써 상대습도를 조절하여 연료가스의 습도를 조정하도록 하고 있다. 즉, 연료 전지 측의 온도에서의 원하는 습도에서의 수증기량이 포화 상태로 되는 온도를 계산하여 가습장치의 내부 온도를 상기 계산된 온도로 유지하는 방법이다.Conventional humidifiers adjust the relative humidity by controlling the internal temperature by a heating device to adjust the humidity of the fuel gas. In other words, the temperature at which the amount of steam at a desired humidity at the temperature of the fuel cell is saturated is calculated to maintain the internal temperature of the humidifier at the calculated temperature.

그러나, 이러한 방식은 이론적으로는 무리가 없으나 실제 적용에서는 여러 가지 요인에 의해 상당한 오차가 발생하여 원하는 습도를 얻을 수 없는 경우가 많은 문제점이 있다.However, this method is theoretically not unreasonable, but in practical applications, there are many problems in which a considerable error occurs due to various factors and thus a desired humidity cannot be obtained.

또한, 온도 조절에 의한 상대습도의 조절은 가습기 내부의 온도를 조절하여 기화되는 수분의 양을 조절하여야 하므로 조절 속도가 느려 이에 따라 상대습도의 조절이 어려운 문제점이 있다.In addition, the adjustment of the relative humidity by temperature control has a problem in that it is difficult to control the relative humidity because the adjustment speed is slow because the amount of moisture vaporized by adjusting the temperature inside the humidifier.

국내특허출원 제10-2004-81534호에는 이러한 종래 가습장치의 문제점에 착안하여 압력조절밸브를 이용하여 가습기 내부의 압력을 조절하여 습도를 보다 신속하게 조절할 수 있도록 하는 습도 조절장치를 제안한 바 있다.Korean Patent Application No. 10-2004-81534 has proposed a humidity control device to adjust the pressure inside the humidifier by using a pressure control valve to adjust the humidity more quickly in view of the problems of the conventional humidifier.

그러나, 상기 제안된 발명은 압력 조절을 위해 배출되는 수소 또는 공기의 양을 조절해야 하므로 항상 일정량의 연료가스가 공급되어야 하는 연료 전지의 특 성상 바람직하지 못하며, 공급되는 연료가스의 변동에 따라 일정한 전기 에너지를 생산하지 못해 출력 전압이 안정되지 못하는 심각한 문제점이 있다.However, the proposed invention is not preferable in the characteristic of the fuel cell that must be supplied with a certain amount of fuel gas at all times because the amount of hydrogen or air discharged to control the pressure, constant electricity according to the fluctuation of the supplied fuel gas There is a serious problem that the output voltage is not stable because it cannot produce energy.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료가스가 일정하게 공급되는 상태에서 연료가스 중 일부는 연료가스 가습부로 유입시켜 가습시키고 나머지 일부는 건조 상태로 통과시켜 혼합시킨 후 혼합가스의 습도를 피드백 제어로 정밀하게 제어할 수 있는 연료전지의 가스 습도 제어장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made in order to solve the above problems, an object of the present invention is to supply a portion of the fuel gas humidified by the fuel gas humidifier in a state in which the fuel gas is constantly supplied, and the other part is passed through the dry state It is to provide a gas humidity control device of the fuel cell that can precisely control the humidity of the mixed gas by the feedback control after mixing.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 연료가스를 가습시켜 상기 연료가스의 습도를 원하는 습도로 유지하는 연료가스 가습부, 연료가스가 유입되는 유입구, 상기 연료가스 가습부와 연결된 제 1 유출구,연료전지 측으로 연결되는 제 2 유출구 및 상기 유입구로 유입되는 연료가스가 상기 제 1 유출구와 제 2 유출구로 유출되는 유량비를 조절하는 유량비 조절부를 포함하는 3방향 컨트롤 밸브, 상기 유량비 조절부의 위치를 제어하는 위치 결정부, 상기 연료가스 가습부로부터 배출되는 가습 연료가스와 상기 제 2 유출구를 통해 배출되는 건조 연료가스가 혼합된 혼합가스의 습도를 검출하는 습도 센서 및 상기 습도 센서로부터 수신된 습도 검출 신호에 기초하여 원하는 습도가 얻어질 때까지 피드백 유량 제어 신호를 생성하여 상기 위치 결정부로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 가스 습도 제어장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the fuel gas humidifying unit for maintaining the humidity of the fuel gas to a desired humidity by humidifying the fuel gas, the inlet for entering the fuel gas, the fuel gas humidifying unit and A three-way control valve including a first outlet connected thereto, a second outlet connected to a fuel cell side, and a flow rate adjusting unit configured to adjust a flow rate of fuel gas flowing into the inlet to the first outlet and the second outlet; Receiving from the humidity sensor and the humidity sensor for detecting the humidity of the position determination unit for controlling the position of the unit, the humidity of the mixed gas mixed with the humidified fuel gas discharged from the fuel gas humidifying unit and the dry fuel gas discharged through the second outlet Based on the detected humidity detection signal, the feedback flow control signal is generated until the desired humidity is obtained. It is provided with a gas humidity control device for a fuel cell comprising a control unit for transmitting to the positioning unit.

여기서, 상기 위치 결정부는 상기 제어부로부터 입력된 피드백 유량 제어 신호에 기초하여 위치 제어신호를 생성하는 위치 제어부, 상기 위치 제어신호를 상기 위치 제어신호의 크기에 상응하는 공압 출력 신호로 변환하는 전기/공압 변환부, 상기 전기/공압 변환부에서 변환된 공압을 기계적인 운동으로 변환하는 액튜에이터, 상기 3방향 컨트롤 밸브의 유량비 조절부에 결합되고 상기 액튜에이터에 의해 상방 또는 하방으로 운동하여 상기 유량비 조절부를 제어하는 피드백 레버, 상기 피드백 레버의 위치를 검출하는 위치 측정부 및 상기 위치 측정부에서 검출된 피드백 레버의 위치 검출 신호를 상기 제어부로 전송하는 위치 전송부를 포함하고, 상기 피드백 레버의 위치 검출 신호는 상기 위치 제어부의 입력단으로 피드백되는 것이 바람직하다.Here, the positioning unit is a position control unit for generating a position control signal based on the feedback flow control signal input from the control unit, electric / pneumatic for converting the position control signal into a pneumatic output signal corresponding to the magnitude of the position control signal A converting unit, an actuator for converting the pneumatic pressure converted by the electric / pneumatic converting unit into a mechanical motion, the flow rate control unit of the three-way control valve is coupled to the upper or lower by the actuator to control the flow rate control unit A feedback lever, a position measuring unit detecting a position of the feedback lever, and a position transmitting unit transmitting a position detecting signal of the feedback lever detected by the position measuring unit to the control unit, wherein the position detecting signal of the feedback lever is the position It is preferable to feed back to the input terminal of the control unit.

본 발명의 다른 일측면에 따르면, 연료가스를 가습시켜 상기 연료가스의 습도를 원하는 습도로 유지하는 연료가스 가습부, 유입구가 연료가스 공급부에 연결되고 유출구가 연료 전지 측에 연결되며, 상기 연료가스 공급부로부터 상기 유입구로 유입되는 연료가스의 유량을 조절하는 제 1 유량 제어부, 유입구가 상기 연료가스 공급부에 상기 제 1 유량 제어부와 병렬 분기되도록연결되고 유출구가 상기 연료가스 가습부에 연결되며, 상기 연료가스 공급부로부터 상기 유입구로 유입되는 연료가스의 유량을 조절하는 제 2 유량 제어부, 상기 제 1 유량 제어부로부터 유출된 건조 연료가스와 상기 연료가스 가습부로부터 배출된 가습 연료가스가 혼합된 혼합가스의 습도를 검출하는 습도 센서 및 상기 습도센서로부터 수신된 습도 검출 신호에 기초하여 원하는 습도가 얻어질 때까지 상기 제 1 유량 제어부와 제 2 유량 제어부로 분기되는 연료가스의 유량을 제어하는 피드백 유량 제어신호를 생성하여 상기 제 1 및 제 2 유량 제어부로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 가스 습도 제어장치가 제공된다.According to another aspect of the invention, the fuel gas humidifying unit for humidifying the fuel gas to maintain the humidity of the fuel gas at a desired humidity, the inlet is connected to the fuel gas supply and the outlet is connected to the fuel cell side, the fuel gas A first flow controller controlling a flow rate of the fuel gas flowing from the supply unit to the inlet port, the inlet port is connected to the fuel gas supply unit in parallel with the first flow controller, and the outlet port is connected to the fuel gas humidifying unit, and the fuel A second flow rate controller configured to adjust a flow rate of the fuel gas flowing into the inlet from the gas supply part, and a humidity of the mixed gas mixed with the dry fuel gas discharged from the first flow rate controller and the humidified fuel gas discharged from the fuel gas humidifier A humidity sensor for detecting an element based on a humidity detection signal received from the humidity sensor The control unit includes a control unit for generating a feedback flow control signal for controlling the flow rate of the fuel gas branched to the first flow rate control unit and the second flow rate control unit until the humidity is obtained, and transmits it to the first and second flow rate control unit. A gas humidity control device for a fuel cell is provided.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료전지의 가스 습도 제어장치의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a gas humidity control apparatus for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료전지의 가스 습도 제어장치는 3방향 컨트롤 밸브(20), 습도 센서(30), 제어부(40), 위치 결정부(50), 연료가스 가습부(70)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, a gas humidity control apparatus for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention includes a three-way control valve 20, a humidity sensor 30, a controller 40, and a positioning unit 50. And a fuel gas humidifying unit 70.

연료가스 가습부(70)는 연료가스 탱크(10)로부터 유입된 건조상태의 연료가스를 가습시켜 원하는 습도를 유지하도록 하는 것으로서, 연료가스 가습부(30)의 하단 외측에는 연료가스 가습부(30)에 들어있는 물을 가열하여 연료가스의 습도를 높이기 위한 히터(40)가 설치되어 있다. The fuel gas humidifying unit 70 is to humidify the dry fuel gas introduced from the fuel gas tank 10 to maintain a desired humidity, and the fuel gas humidifying unit 30 is located at the lower end of the fuel gas humidifying unit 30. Heater 40 for heating the water contained in the) to increase the humidity of the fuel gas is installed.

가스 습도 제어장치의 후단에는 가습된 연료가스를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 연료 전지(100)가 위치한다.The rear end of the gas humidity control device is a fuel cell 100 for generating electrical energy using the humidified fuel gas is located.

3방향 컨트롤 밸브(20)는 하나의 유입구와 두 개의 유출구로 이루어져 유입된 유체가 두 개의 유출구로 유출되는 비율을 제어할 수 있는 제어 밸브로서, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 연료가스가 유입되는 유입구, 상기 연료가스 가습부와 연결된 제 1 유출구, 연료전지 측으로 연결되는 제 2 유출구 및 상기 유입구로 유입되는 연료가스가 상기 제 1 유출구와 제 2 유출구로 유출되는 유량비를 조절하는 유량비 조절부를 포함하여 구성된다.The three-way control valve 20 is composed of one inlet and two outlets to control the rate at which the fluid flows into the two outlets, a control valve, which is not shown in the drawing, but the fuel inlet inlet And a flow rate control unit configured to adjust a flow rate ratio at which the first gas outlet connected to the fuel gas humidifying unit, the second gas outlet connected to the fuel cell, and the fuel gas flowing into the first gas outlet are discharged to the first gas outlet and the second gas outlet. do.

유량비 조절부는 배관의 연결부에 시트부가 형성되고 배관을 중앙축을 따라 밸브 스템이 위치하고 밸브 스템의 하단에 플러그가 연결되는 구조로서 플러그의 위치에 따라 각 유출구로 유출되는 연료가스의 유량비가 달라지게 된다. The flow rate ratio adjusting part is formed with a seat portion at the connection part of the pipe, the valve stem is located along the central axis of the pipe and the plug is connected to the lower end of the valve stem, the flow rate of the fuel gas flowing to each outlet is changed according to the position of the plug.

습도 센서(30)는 연료가스 가습부(70)로부터 배출되는 가습 연료가스와 제 2 유출구를 통해 배출되는 건조 연료가스가 혼합된 혼합가스의 습도를 검출하기 위한 것이다.The humidity sensor 30 is for detecting humidity of the mixed gas in which the humidified fuel gas discharged from the fuel gas humidifying unit 70 and the dry fuel gas discharged through the second outlet are mixed.

제어부(40)는 습도 센서(30)로부터 수신된 습도 검출 신호에 기초하여 원하는 습도가 얻어질 때까지 피드백 유량 제어 신호를 생성하여 위치 결정부(50)로 전송한다. 즉, 미리 설정된 습도와 습도 센서(30)로부터 측정된 습도와의 차에 비례하는 피드백 유량 제어 신호가 위치 결정부(50)로 입력되어 피드백 작용에 의해 혼합 연료가스의 습도값이 설정된 습도값과 동일하도록 제어된다.The controller 40 generates a feedback flow control signal and transmits the feedback flow control signal to the positioning unit 50 until a desired humidity is obtained based on the humidity detection signal received from the humidity sensor 30. That is, a feedback flow rate control signal proportional to the difference between the preset humidity and the humidity measured from the humidity sensor 30 is input to the positioning unit 50 so that the humidity value of the mixed fuel gas is set by the feedback action. Controlled to be the same.

위치 결정부(50)는 제어부(40)의 제어신호에 따라 밸브 스템을 상방 또는 하방으로 이동시켜 각 유출구로 유출되는 연료가스의 유량비를 제어하는 것으로서, 이에 대해서는 도 2에서 상세하게 설명하기로 한다.The positioning unit 50 controls the flow rate of the fuel gas flowing out to each outlet by moving the valve stem upward or downward according to the control signal of the controller 40, which will be described in detail with reference to FIG. 2. .

도 2는 도 1의 위치 결정부의 세부 구조를 도시한 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a detailed structure of the positioning unit of FIG. 1.

위치 결정부는 크게 제어부(51), 전기/공압 변환부(52), 액튜에이터(53), 피드백 레버(54) 및 위치 측정부(55)로 구성된다.The positioning unit is largely comprised of a control unit 51, an electric / pneumatic conversion unit 52, an actuator 53, a feedback lever 54, and a position measuring unit 55.

제어부(51)는 다시 제어부(40)로부터 입력된 피드백 유량 제어 신호에 기초하여 위치 제어신호를 생성하는 위치 제어부(51-1), 위치 측정부(55)에서 검출된 피드백 레버(54)의 위치 검출 신호를 제어부(40)로 전송하는 위치 전송부(51-3) 및 피드백 레버(54)의 이동 한계 위치를 결정하기 위한 리미트 스위치(51-5)를 포함하여 구성된다.The control unit 51 again generates the position control signal based on the feedback flow control signal input from the control unit 40, and the position of the feedback lever 54 detected by the position measuring unit 55. The position transmitter 51-3 which transmits a detection signal to the control part 40, and the limit switch 51-5 for determining the movement limit position of the feedback lever 54 are comprised.

전기/공압 변환부(52)는 상기 위치 제어신호를 상기 위치 제어신호의 크기에 상응하는 공압 출력 신호로 변환하기 위한 것으로서, 세부적으로 압전 효과를 이용하여 전기 입력 신호를 공압 출력 신호로 변환하는 압전 밸브(52-3), 압력 레귤레이터(52-1), 변환된 공압 출력 신호를 증폭하는 파일롯 다이어프램(52-5) 및 스풀(미도시)을 이동시켜 액튜에이터(53)로 공급 공기를 공급하는 파일롯 밸브(52-7)를 포함하여 구성된다. The electric / pneumatic conversion unit 52 is for converting the position control signal into a pneumatic output signal corresponding to the magnitude of the position control signal, and in detail, a piezoelectric for converting an electric input signal into a pneumatic output signal using a piezoelectric effect. A pilot for supplying supply air to the actuator 53 by moving the valve 52-3, the pressure regulator 52-1, the pilot diaphragm 52-5 that amplifies the converted pneumatic output signal, and a spool (not shown). It is comprised including the valve 52-7.

액튜에이터(53)는 전기/공압 변환부에서 변환된 공압을 기계적인 운동으로 변환하여 순방향 동작에서 피드백 레버(54)를 하방으로 역방향 동작에서 피드백 레버(54)를 상방으로 이동시킨다. The actuator 53 converts the pneumatic pressure converted by the electric / pneumatic converter into mechanical motion to move the feedback lever 54 upward in the forward direction downward in the reverse motion in the forward motion.

피드백 레버(54)는 3방향 컨트롤 밸브(20)의 밸브 스템에 결합되어 액튜에이터에 의해 밸브 스템을 상방 또는 하방으로 이동시켜 각 유출구로 배출되는 유량비 를 제어한다. The feedback lever 54 is coupled to the valve stem of the three-way control valve 20 to move the valve stem upward or downward by the actuator to control the flow rate ratio discharged to each outlet.

위치 측정부(55)는 피드백 레버(55)의 위치를 검출하는 것으로서, 검출된 위치 신호는 위치 제어부(51)의 입력단으로 피드백되어 피드백 신호와 입력 신호가 같아질 때까지 액튜에이터(53)의 동작이 계속된다. 검출된 위치 신호는 위치 전송부(51-3) 및 리미트 스위치(51-5)로도 전송된다.The position measuring unit 55 detects the position of the feedback lever 55, and the detected position signal is fed back to the input terminal of the position control unit 51 so that the operation of the actuator 53 until the feedback signal and the input signal are the same. This continues. The detected position signal is also transmitted to the position transmitter 51-3 and the limit switch 51-5.

도 2를 참조하여 위치 결정부(50)의 동작을 간단하게 설명하기로 한다.The operation of the positioning unit 50 will be described briefly with reference to FIG. 2.

제어부(40)로부터의 제어 신호가 위치 제어부(51-1)를 통해 압전 밸브(52-3)로 입력되고, 공급 공기가 압력 레귤레이터를 통해 압전 밸브(52-3)로 입력된다.The control signal from the control unit 40 is input to the piezoelectric valve 52-3 through the position control unit 51-1, and the supply air is input to the piezoelectric valve 52-3 through the pressure regulator.

압전 효과에 의해 압전 밸브(52-3)는 입력 제어 신호의 크기에 비례하는 공압 출력 신호를 발생시키고 이 공압 출력 신호는 파일롯 다이어프램(52-5)에서 증폭된 후 파일롯 밸브(52-7) 내의 스풀(미도시)을 동작시킨다. By the piezoelectric effect, the piezoelectric valve 52-3 generates a pneumatic output signal proportional to the magnitude of the input control signal, which is amplified in the pilot diaphragm 52-5 and then in the pilot valve 52-7. Operate a spool (not shown).

공급 공기는 스풀의 이동에 의해 형성된 유로를 통해 액튜에이터(53)로 공급되어 액튜에이터(53)를 구동하여 피드백 레버(54)를 상방 또는 하방으로 이동시킨다.The supply air is supplied to the actuator 53 through a flow path formed by the movement of the spool to drive the actuator 53 to move the feedback lever 54 upward or downward.

위치 측정부(55)는 피드백 레버(54)의 위치를 검출하여 이에 상응하는 피드백 신호를 생성하여 입력단으로 피드백시킨다. 만일, 피드백 신호가 입력 신호와 동일하면 액튜에이터(53)는 동작을 정지시키고, 그렇지 않으면 양 신호가 동일하게 될 때까지 압전 밸브(52-3)로 입력 신호가 인가된다.The position measuring unit 55 detects the position of the feedback lever 54, generates a feedback signal corresponding thereto, and feeds it back to the input terminal. If the feedback signal is the same as the input signal, the actuator 53 stops operation, otherwise the input signal is applied to the piezoelectric valve 52-3 until both signals become the same.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료전지의 가스 습도 제어장치의 구 성을 도시한 블록도이다.3 is a block diagram showing the configuration of the gas humidity control device of the fuel cell according to the second embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 발명의 제 2 실시예에 따른 연료전지의 가스 습도 제어장치는 연료가스 가습부(70), 제 1 유량 제어부(90-1), 제 2 유량 제어부(90-3), 습도 센서(30) 및 제어부(40)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the apparatus for controlling the gas humidity of the fuel cell according to the second embodiment of the present invention includes a fuel gas humidifying unit 70, a first flow rate controller 90-1, and a second flow rate controller 90-3. ), The humidity sensor 30 and the control unit 40 is configured.

제 1 유량 제어부(90-1)는 유입구가 연료가스 탱크(10)에 연결되고 유출구가 연료 전지(60) 측에 연결되며, 연료가스 탱크(10)로부터 유입구로 유입되는 연료가스의 유량을 조절하기 위한 것이다.The first flow control unit 90-1 has an inlet connected to the fuel gas tank 10 and an outlet connected to the fuel cell 60, and controls the flow rate of the fuel gas flowing into the inlet from the fuel gas tank 10. It is to.

제 2 유량 제어부(90-3)는 유입구가 연료가스 탱크(10)에 제 1 유량 제어부(90-3)와 병렬 분기되도록 연결되고 유출구가 연료가스 가습부(70)에 연결되며, 연료가스 탱크(10)로부터 유입구로 유입되는 연료가스의 유량을 조절하기 위한 것이다.The second flow control unit 90-3 is connected such that the inlet is branched to the fuel gas tank 10 in parallel with the first flow control unit 90-3, and the outlet is connected to the fuel gas humidifying unit 70. It is for regulating the flow rate of the fuel gas which flows in from the inlet (10).

즉, 연료가스 탱크(10)로부터 공급되는 연료가스가 제 1 유량 제어부(90-1)와 제 2 유량 제어부(90-3)로 분기되어 유입되며 따라서 연료가스 탱크(10)로부터 공급되는 연료가스의 양은 일정하며, 연료가스의 공급량을 일정하게 유지한 상태에서 제 1 유량 제어부(90-1)와 제 2 유량 제어부(90-3)로 분기되는 비율에 따라 연료 전지(60)로 공급되는 연료가스의 습도를 조절할 수 있게 된다.That is, the fuel gas supplied from the fuel gas tank 10 branches into and flows into the first flow rate controller 90-1 and the second flow rate controller 90-3, and thus the fuel gas supplied from the fuel gas tank 10. The amount of is constant, and the fuel supplied to the fuel cell 60 in accordance with the ratio branched to the first flow rate control unit 90-1 and the second flow rate control unit 90-3 in a state where the supply amount of the fuel gas is kept constant The humidity of the gas can be controlled.

습도 센서(30)는 제 1 유량 제어부(90-1)로부터 유출된 건조 연료가스와 연료가스 가습부(70)로부터 배출된 가습 연료가스가 혼합된 혼합가스의 습도를 검출하기 위한 것이다.The humidity sensor 30 is for detecting the humidity of the mixed gas in which the dry fuel gas flowing out of the first flow rate controller 90-1 and the humidified fuel gas discharged from the fuel gas humidifying unit 70 are mixed.

제어부(40)는 습도센서(30)로부터 수신된 습도 검출 신호에 기초하여 원하는 습도가 얻어질 때까지 제 1 유량 제어부(90-1)와 제 2 유량 제어부(90-3)로 분기되는 연료가스의 유량을 제어하는 피드백 유량 제어신호를 생성하여 제 1 및 제 2 유량 제어부(90-1, 90-3)로 전송한다. 제어부(40)에 의해 피드백 제어가 이루어지므로 종래의 상대습도 방식에 비해 월등하게 신속 정확한 습도 제어가 이루어질 수 있다.The controller 40 branches fuel gas to the first flow controller 90-1 and the second flow controller 90-3 until the desired humidity is obtained based on the humidity detection signal received from the humidity sensor 30. A feedback flow rate control signal for controlling the flow rate of the gas is generated and transmitted to the first and second flow rate control units 90-1 and 90-3. Since the feedback control is performed by the control unit 40, the humidity control can be performed quickly and accurately compared to the conventional relative humidity method.

상기 실시예에서 연료전지의 습도 조절 방법을 한정하여 설명하였으나 본 발명은 이에 국한되지 않고 정밀한 습도 제어가 요구되는 각종 습도 조절장치에 모두 적용가능함은 당연한 것이다.In the above embodiment, but limited to the humidity control method of the fuel cell, the present invention is not limited to this, it is obvious that the present invention can be applied to all the various humidity control devices that require precise humidity control.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 연료가스가 일정하게 공급되는 상태에서 연료가스 중 일부는 연료가스 가습부로 유입시켜 가습시키고 나머지 일부는 건조 상태로 통과시켜 혼합시킨 후 혼합가스의 습도를 피드백 제어로 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, in a state in which the fuel gas is constantly supplied, some of the fuel gas flows into the fuel gas humidification part to humidify and the other part is mixed by passing through the dry state to precisely control the humidity of the mixed gas by feedback control. There is an effect that can be controlled.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.

Claims (3)

연료가스를 가습시켜 상기 연료가스의 습도를 원하는 습도로 유지하는 연료가스 가습부;A fuel gas humidifying unit which humidifies the fuel gas and maintains the humidity of the fuel gas at a desired humidity; 연료가스가 유입되는 유입구, 상기 연료가스 가습부와 연결된 제 1 유출구,연료전지 측으로 연결되는 제 2 유출구 및 상기 유입구로 유입되는 연료가스가 상기 제 1 유출구와 제 2 유출구로 유출되는 유량비를 조절하는 유량비 조절부를 포함하는 3방향 컨트롤 밸브;Adjusting the flow rate ratio that the fuel gas flows into the inlet, the first outlet connected to the fuel gas humidifying unit, the second outlet connected to the fuel cell side and the fuel gas flowing into the inlet to the first outlet and the second outlet A three-way control valve including a flow rate control unit; 상기 유량비 조절부의 위치를 제어하는 위치 결정부;A positioning unit controlling a position of the flow rate ratio adjusting unit; 상기 연료가스 가습부로부터 배출되는 가습 연료가스와 상기 제 2 유출구를 통해 배출되는 건조 연료가스가 혼합된 혼합가스의 습도를 검출하는 습도 센서; 및A humidity sensor detecting a humidity of a mixed gas in which humidified fuel gas discharged from the fuel gas humidifying unit and dry fuel gas discharged through the second outlet are mixed; And 상기 습도 센서로부터 수신된 습도 검출 신호에 기초하여 원하는 습도가 얻어질 때까지 피드백 유량 제어 신호를 생성하여 상기 위치 결정부로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 가스 습도 제어장치.And a controller configured to generate a feedback flow control signal and transmit the feedback flow control signal to the positioning unit until a desired humidity is obtained based on the humidity detection signal received from the humidity sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 위치 결정부는The positioning unit 상기 제어부로부터 입력된 피드백 유량 제어 신호에 기초하여 위치 제어신호를 생성하는 위치 제어부;A position controller configured to generate a position control signal based on the feedback flow rate control signal input from the controller; 상기 위치 제어신호를 상기 위치 제어신호의 크기에 상응하는 공압 출력 신 호로 변환하는 전기/공압 변환부; An electric / pneumatic conversion unit converting the position control signal into a pneumatic output signal corresponding to the magnitude of the position control signal; 상기 전기/공압 변환부에서 변환된 공압을 기계적인 운동으로 변환하는 액튜에이터; An actuator for converting the pneumatic pressure converted by the electric / pneumatic conversion unit into a mechanical motion; 상기 3방향 컨트롤 밸브의 유량비 조절부에 결합되고 상기 액튜에이터에 의해 상방 또는 하방으로 운동하여 상기 유량비 조절부를 제어하는 피드백 레버; A feedback lever coupled to the flow rate ratio adjusting unit of the three-way control valve and controlling the flow rate ratio adjusting unit by moving upward or downward by the actuator; 상기 피드백 레버의 위치를 검출하는 위치 측정부; 및A position measuring unit detecting a position of the feedback lever; And 상기 위치 측정부에서 검출된 피드백 레버의 위치 검출 신호를 상기 제어부로 전송하는 위치 전송부를 포함하고,And a position transmitter for transmitting the position detection signal of the feedback lever detected by the position measurer to the controller. 상기 피드백 레버의 위치 검출 신호는 상기 위치 제어부의 입력단으로 피드백되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 가스 습도 제어방법.And a position detection signal of the feedback lever is fed back to an input terminal of the position control unit. 연료가스를 가습시켜 상기 연료가스의 습도를 원하는 습도로 유지하는 연료가스 가습부;A fuel gas humidifying unit which humidifies the fuel gas and maintains the humidity of the fuel gas at a desired humidity; 유입구가 연료가스 공급부에 연결되고 유출구가 연료 전지 측에 연결되며, 상기 연료가스 공급부로부터 상기 유입구로 유입되는 연료가스의 유량을 조절하는 제 1 유량 제어부;A first flow rate controller connected to a fuel gas supply part, an inlet port connected to a fuel cell side, and controlling a flow rate of fuel gas flowing from the fuel gas supply part to the inlet port; 유입구가 상기 연료가스 공급부에 상기 제 1 유량 제어부와 병렬 분기되도록연결되고 유출구가 상기 연료가스 가습부에 연결되며, 상기 연료가스 공급부로부터 상기 유입구로 유입되는 연료가스의 유량을 조절하는 제 2 유량 제어부;A second flow rate controller connected to the fuel gas supply part in parallel with the first flow rate control part, the outlet port connected to the fuel gas humidification part, and controlling a flow rate of the fuel gas introduced from the fuel gas supply part to the inlet port; ; 상기 제 1 유량 제어부로부터 유출된 건조 연료가스와 상기 연료가스 가습부 로부터 배출된 가습 연료가스가 혼합된 혼합가스의 습도를 검출하는 습도 센서; 및A humidity sensor detecting a humidity of a mixed gas in which the dry fuel gas flowing out of the first flow controller and the humidifying fuel gas discharged from the fuel gas humidifying unit are mixed; And 상기 습도센서로부터 수신된 습도 검출 신호에 기초하여 원하는 습도가 얻어질 때까지 상기 제 1 유량 제어부와 제 2 유량 제어부로 분기되는 연료가스의 유량을 제어하는 피드백 유량 제어신호를 생성하여 상기 제 1 및 제 2 유량 제어부로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 가스 습도 제어장치.On the basis of the humidity detection signal received from the humidity sensor, a feedback flow rate control signal for controlling a flow rate of fuel gas branched to the first flow rate control unit and the second flow rate control unit is generated until the desired humidity is obtained. And a control unit for transmitting to the second flow control unit.
KR1020050061264A 2005-07-07 2005-07-07 An apparatus for controlling humidity of gas for fuel cell KR100653672B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050061264A KR100653672B1 (en) 2005-07-07 2005-07-07 An apparatus for controlling humidity of gas for fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050061264A KR100653672B1 (en) 2005-07-07 2005-07-07 An apparatus for controlling humidity of gas for fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100653672B1 true KR100653672B1 (en) 2006-12-05

Family

ID=37732021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050061264A KR100653672B1 (en) 2005-07-07 2005-07-07 An apparatus for controlling humidity of gas for fuel cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100653672B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111399568A (en) * 2020-02-29 2020-07-10 天津大学 Multi-closed-loop temperature and humidity control system for mechanical testing of micro-cavity environment

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003178778A (en) * 2001-12-12 2003-06-27 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2004152600A (en) * 2002-10-30 2004-05-27 Honda Motor Co Ltd Shutdown method and shutdown device for fuel cell
US6884534B2 (en) * 2001-05-03 2005-04-26 General Motors Corporation Electronic by-pass control of gas around the humidifier to the fuel cell stack

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6884534B2 (en) * 2001-05-03 2005-04-26 General Motors Corporation Electronic by-pass control of gas around the humidifier to the fuel cell stack
JP2003178778A (en) * 2001-12-12 2003-06-27 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2004152600A (en) * 2002-10-30 2004-05-27 Honda Motor Co Ltd Shutdown method and shutdown device for fuel cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111399568A (en) * 2020-02-29 2020-07-10 天津大学 Multi-closed-loop temperature and humidity control system for mechanical testing of micro-cavity environment
CN111399568B (en) * 2020-02-29 2024-03-29 天津大学 Multi-closed-loop temperature and humidity control system for mechanical testing of micro-cavity environment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7105243B2 (en) Fuel cell system working to control supply pressure of fuel accurately
US6872484B2 (en) Humidifying system for a fuel cell
KR101571177B1 (en) Flow control assembly for use with fuel cell systems operating on fuels with varying fuel composition
US3585078A (en) Method of reformer fuel flow control
US3745047A (en) Proportional action electronic fuel control for fuel cells
US8551665B2 (en) Supply system and warning device for a fuel cell stack and method for controlling the supply system
US4002805A (en) Method and apparatus for controlling the fuel flow to a steam reformer in a fuel cell system
US10122033B2 (en) Ascertaining fuel cell inlet humidity by means of pressure sensors, and a mass flow rate-dependent control of the humidifier bypass
CN112310441B (en) Temperature and humidity control system for fuel cell reaction gas
JP5165697B2 (en) Fuel cell system equipped with an ultrasonic detector
CN102232256A (en) Anode utilization control system for a fuel cell power plant
US20070138309A1 (en) Non-linear cathode inlet/outlet humidity control
US7935448B2 (en) Method and apparatus for controlling operation of direct methanol fuel cell system
EP2541659A4 (en) Fuel cell system and control system for same
US3585077A (en) Reformer fuel flow control
KR100653672B1 (en) An apparatus for controlling humidity of gas for fuel cell
CN101122485A (en) Temperature humidity sensor applying in fuel cell
CN102208667B (en) Utilization-based fuel cell monitoring and control
JP2007095505A (en) Gas supply control unit and gas supply control method
JP3824908B2 (en) Method of operating fuel cell batteries with control system and plant including them
WO2008034253A1 (en) Control of relative humidity in fuel cell systems
CN207977405U (en) One proton exchanging film fuel battery air humidifying device
JP2005340201A (en) Fuel cell equipment having cathode substance flow
JP2009266561A (en) Gas supply device, fuel cell evaluation testing device, and fuel cell system
JP2007095446A (en) Gas supply control device and gas supply control method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20111129

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee