KR100737017B1 - 연료전지스택 가습장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지스택 가습장치에 관한 것으로, 분리판의 내부에 분리판과 전극막접합체 사이에 형성된 통로를 통해 유동하는 공기와 수소에 물입자를 분무하여 공기와 수소를 효과적으로 가습하는 가습유로를 형성하여 콤팩트하게 구성할 수 있고, 가습량도 운전 상태에 따라 적절히 제어할 수 있을 뿐만 아니라 중량 및 원가의 절감을 도모할 수 있도록 하기 위해, 전극막접합체와 분리판이 순차적으로 적층되어 형성된 연료전지스택의 상기 전극막접합체와 상기 분리판 사이에 다수개의 공기채널과 수소가스채널이 형성되고, 상기 분리판의 내부에 상기 공기채널과 수소가스채널로 물입자를 분무하는 다수개의 가습유로가 형성된 구조로 되어 있다.

Description

연료전지스택 가습장치{Humidification device for fuel battery stack}

도 1은 본 발명에 따른 가습장치를 구비한 연료전지스택의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 가습장치에 의해 공기와 수소가 가습되는 상태도,

도 3은 본 발명에 따른 가습장치의 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-연료전지스택 2-분리판

3-전극막접합체 4-개스킷

5-공기채널 6-수소가스채널

7-가습유로 8-스프레이밸브

9-리저버탱크 10-펌프

11-솔레노이드밸브 12-가습수 유량계

본 발명은 연료전지스택을 가습하는 가습장치에 관한 것으로, 특히 분리판의 내부에 공기채널과 수소채널로 물입자를 분무하는 가습유로가 내장되어 공기와 수소를 효과적으로 가습해서 연료전지의 성능을 향상시키도록 한 연료전지스택의 가 습장치에 관한 것이다.

전기자동차의 동력원으로 사용되고 있는 연료전지시스템에서는 원활한 화학반응을 위하여 가습공기가 필요하고, 연료전지에서 배출되는 습한 가스인 오프 가스의 수분을 건조 공기와 수분 교환을 시키는 가습장치가 널리 사용되고 있다.

상기 가습장치는 막 가습기나 중공사막 가습기 등이 사용되어 연료전지스택으로 유입되는 수소와 공기를 가습하게 되고, 연료전지스택은 분리판과 전극막접합체(membrane Electrode Assembly) 및 가스 확산층을 적층한 구조로 되어 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 막 가습기나 중공사막 가습기를 사용한 연료전지시스템의 가습구조에서는 연료전지스택과는 별개로 가습기를 구비해야 하므로, 원가와 중량이 상승한다고 하는 결점이 있었고, 가습기 자체에 가습 운전에 따른 제어 알고리즘이 내장되어 있지 않아서 가습량을 조절하기가 어렵다고 하는 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 안출된 것으로, 분리판의 내부에 분리판과 전극막접합체 사이에 형성된 통로를 통해 유동하는 공기와 수소에 물입자를 분무하여 공기와 수소를 효과적으로 가습하는 가습유로를 형성하여 콤팩트하게 구성할 수 있고, 가습량도 운전 상태에 따라 적절히 제어할 수 있을 뿐만 아니라 중량 및 원가의 절감을 도모할 수 있도록 한 연료전지스택의 가습장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전극막접합체와 분리판이 순차적으로 적층되어 형성된 연료전지스택의 상기 전극막접합체와 상기 분리판 사이에 다수개의 공기채널과 수소가스채널이 형성되고, 상기 분리판의 내부에 상기 공기채널과 수소가스채널로 물입자를 분무하는 다수개의 가습유로가 형성된 구조로 되어 있다.

바람직하기로는, 상기 공기채널과 상기 수소가스채널을 형성하기 위해 상기 분리판에는 다수개의 요철이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가습유로에는 상기 각 채널의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 물입자를 분무하는 스프레이밸브가 설치되고, 상기 스프레이밸브를 통한 가습량을 조절하는 가습량 조절장치가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 가습량 조절장치는 상기 가습유로로 공급되는 가습수의 공급경로를 개폐하는 솔레노이드밸브와, 상기 솔레노이드밸브로 리저버탱크에 저장된 가습수를 펌핑하여 공급하는 펌프, 상기 펌프와 상기 리저버탱크의 가습수 유동경로상에 설치된 가습수 유량계, 상기 연료전지스택 내부의 온도와 상기 각 채널을 통해 유동하는 공기와 수소가스의 유량 및 상기 가습수 유량계를 매개로 가습수 유량을 감지해서 상기 펌프와 상기 솔레노이드밸브를 제어하는 유량 제어기를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따라 가습유로가 형성된 연료전지스택의 단면이 도시되어 있는 바, 즉 연료전지스택(1)은 다수개의 분리판(2)과 전극막접합체(3)가 순차적으로 적층된 구조로 되어 있고, 상기 분리판(2)과 분리판(2) 사이에는 개스킷(4)이 설치되어 기밀을 유지하게 되어 있다.

상기 분리판(2)은 직사각 박스형상의 단면을 가지고서 그 상면과 하면에는 각각 요철이 형성되어 있고, 상기 분리판과 상기 전극막접합체 사이에 공기가 유동하는 공기채널(5)과 수소가스가 유동하는 수소가스채널(6)이 형성되어 있다.

즉, 상기 전극막접합체(3)의 양면과 대향하는 상기 분리판의 요홈부 사이에 상기 공기채널(5)과 수소가스채널(6)이 각각 분리되게 형성되어 있다.

그리고, 상기 각 분리판의 내부에는 상부 오목홈과 하부 오목홈 사이에 가습유로(7)가 각각 구비되어 있고, 이 가습유로를 통해 분무되는 물입자에 의해 상기 공기채널의 공기와 수소가스채널의 수소가스가 동시에 가습되게 된다.

도 2에는 상기 가습유로에 의해 공기채널내의 공기와 수소가스채널내의 수소가스가 가습되는 구조가 도시되어 있는 바, 즉 상기 가습유로의 길이방향을 따라 상하로 다수개의 유출구멍이 형성되면서 이 유출구멍에 도 3에 도시된 바와 같이 각각 스프레이밸브(8)가 설치되어, 상기 스프레이밸브에 의해 물입자가 상기 공기채널과 수소가스채널로 분무되어서 공기와 수소가스를 가습하게 된다.

도 3에는 본 발명에 따른 가습장치의 전체 구성이 도시되어 있는 바, 즉 가습수인 증류수를 저장하는 리저버탱크(9) 내의 가습수를 펌핑하도록 펌프(10)가 배관을 통해 연결되고, 상기 펌프에서 펌핑된 가습수는 솔레노이드밸브(11)를 통해 상기 스프레이밸브(8)로 공급되게 연결되며, 상기 펌프와 상기 리저버탱크 사이의 관로에는 가습수 유량계(12)가 설치되어 있다.

연료전지스택으로 공급되는 가습수의 유량을 조절하는 유량제어기(Flow Controller)의 입력단에는 상기 가습수 유량계(12)와, 연료전시스택 내부의 온도를 감지하는 온도센서(13), 수소가스와 공기의 유량을 가스유량감지센서(14)가 각각 접속되어 있고, 상기 유량제어기의 출력단에는 상기 펌프와 상기 솔레노이드밸브가 접속되어 있다.

이에 따라, 상기 유량제어기는 상기 온도센서와 가스유량감지센서를 매개로 연료전지스택의 운전 상태를 판단한 다음에 내부에 입력된 프로그램에 따라 가습수의 적정 유량을 산출한 후에 상기 가습수 유량계를 통해 입력되는 가습수의 유량과 비교해서 상기 펌프에서 토출되는 유량을 제어하거나 상기 솔레노이드밸브를 온 혹은 오프 작동시키게 된다.

따라서, 연료전지스택으로 공급되는 공기와 수소가스의 습도를 항상 적정하게 조절할 수 있게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지스택 가습장치에 의하면, 분리판의 내부에 형성시키는 가습유로를 통해 수소가스와 공기에 물입자를 분무해서 효과적으로 가습할 수 있고, 구조가 간단하여 콤팩트하게 구성시킬 수 있을 뿐만 아니라 중량 및 원가 절감을 도모할 수 있으며, 연료전지스택의 운전 상황을 감지해서 공기와 수소가스가 적정하게 가습되게 하는 등의 효과가 있게 된다.

Claims (4)

1. 전극막접합체와 분리판이 순차적으로 적층되어 형성된 연료전지스택의 상기 전극막접합체와 상기 분리판 사이에 다수개의 공기채널과 수소가스채널과;

   상기 분리판의 내부에 상기 공기채널과 상기 수소가스채널의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 설치되어 상기 공기채널과 상기 수소가스채널로 물입자를 분무하는 스프레이밸브, 상기 스프레이밸브를 통한 가습량을 조절하는 가습량 조절장치가 형성된 다수개의 가습유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지스택 가습장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 공기채널과 상기 수소가스채널을 형성하기 위해 상기 분리판에는 다수개의 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지스택 가습장치.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 가습량 조절장치는 상기 가습유로로 공급되는 가습수의 공급경로를 개폐하는 솔레노이드밸브와;

   상기 솔레노이드밸브로 리저버탱크에 저장된 가습수를 펌핑하여 공급하는 펌프와;

   상기 펌프와 상기 리저버탱크의 가습수 유동경로상에 설치된 가습수 유량계와;

   상기 연료전지스택 내부의 온도와 상기 공기채널과 상기 수소가스채널을 통해 유동하는 상기 공기와 상기 수소가스의 유량 및 상기 가습수 유량계를 매개로 가습수 유량을 감지해서 상기 펌프와 상기 솔레노이드밸브를 제어하는 유량 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지스택 가습장치.

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