KR100748535B1 - Humidification device for fuel cell and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 연료전지의 가습 장치 및 그 가습 방법은, 연료극과 공기극을 구비하여 수소와 산소를 반응시켜 전기가 발생되도록 하는 스택유닛의 공기극 입구에 연결되어 그 공기극으로 공기를 공급하는 공기공급라인과, 상기 공기공급라인의 중간에 설치되는 가습기 또는 분무기와, 상기 스택유닛과 탈이온수용기 사이에 연결되어 상기 스택유닛에 탈이온수로 된 냉각수를 공급하는 냉각수라인과, 상기 냉각수라인의 중간에서 상기 가습기 또는 분무기에 연결되는 공기가습라인과, 상기 냉각수라인과 공기가습라인 사이에 설치되는 냉각수제어밸브를 포함함으로써, 운전 초기시에도 공기에 충분한 양의 수분을 제공하여 스택유닛의 출력을 높이고 상기 스택유닛의 건조화를 막아 수명 단축을 미연에 방지할 수 있다.The humidification apparatus of the fuel cell and the humidification method thereof according to the present invention include an air supply line having a fuel electrode and an air electrode and connected to an air electrode inlet of a stack unit for reacting hydrogen and oxygen to generate electricity to supply air to the air electrode. And a humidifier or sprayer installed in the middle of the air supply line, a coolant line connected between the stack unit and the deionized water container, and supplying the coolant of deionized water to the stack unit, and in the middle of the coolant line. And an air humidifying line connected to a humidifier or sprayer, and a coolant control valve installed between the cooling water line and the air humidifying line, thereby providing a sufficient amount of moisture to the air even at the beginning of operation to increase the output of the stack unit and The drying of the unit can be prevented to shorten the life.

Description

연료전지의 가습 장치{HUMIDIFICATION DEVICE FOR FUEL CELL AND METHOD THEREOF}Humidifier of fuel cell {HUMIDIFICATION DEVICE FOR FUEL CELL AND METHOD THEREOF}

도 1은 종래 연료전지의 공기 가습을 위한 구성을 보인 계통도,1 is a system diagram showing a configuration for air humidification of a conventional fuel cell,

도 2는 본 발명 연료전지의 공기 가습을 위한 구성을 보인 계통도,2 is a system diagram showing a configuration for air humidification of the fuel cell of the present invention;

도 3은 본 발명 연료전지의 공기 가습 과정을 보인 블록도.Figure 3 is a block diagram showing an air humidification process of the fuel cell of the present invention.

도 4는 본 발명 연료전지의 공기 가습을 위한 다른 실시예의 구성을 보인 계통도. Figure 4 is a schematic diagram showing the configuration of another embodiment for air humidification of the fuel cell of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

10 : 개질유닛 20 : 스택유닛10: reforming unit 20: stack unit

110,210 : 공기공급라인 120,220 : 가습기110,210: Air supply line 120,220: Humidifier

130,230 : 공기회수라인 140,240 : 공기가습라인130,230: Air recovery line 140,240: Air humidification line

150,250 : 냉각수조절밸브 160,260 : 공기펌프150,250: Cooling water control valve 160,260: Air pump

170,270 : 습도센서 280 : 분무기170,270 Humidity sensor 280 Spraying machine

본 발명은 연료전지의 가습 장치에 관한 것으로, 특히 공기극으로 공급되는 공기의 가습을 위한 연료전지의 가습 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a humidification apparatus of a fuel cell, and more particularly, to a humidification apparatus of a fuel cell for humidifying air supplied to an air electrode.

일반적으로 연료전지(FUEL CELL SYSTEM)는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치이다. 연료전지는 작동온도와 주연료의 형태에 따라 알카리형(AFC), 인산염형(PAGC), 용융탄산염형(MCFC), 고체전해질형(SOFC), 고분자전해질형(PEMFC) 등으로 구분된다. 이 중에서 고분자전해질형 연료전지의 전해질은 액체가 아닌 고체 고분자 중합체(Membrane)로써 다른 연료전지와 구별된다. 이러한 고분자전해질형 연료전지는 통상 LNG, LPG 등의 탄화수소계(CH계열) 연료를 개질유닛에서 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H2)만을 정제하고, 이 정제된 수소를 스택유닛의 연료극으로 공급하여 연료로 사용하고 있다. 또, 상기 고분자전해질형 연료전지는 앞서 언급한 바와 같이 고분자 중합체인 얇은 이온(H+)전도성 고분자막을 전해질로 사용함에 따라 장시간 운전시 충분한 수분을 공급하여야 연료전지의 신뢰성을 유지할 수 있다. In general, a fuel cell system is an electrochemical device that directly converts chemical energy of hydrogen and oxygen into electrical energy. Fuel cells are classified into alkali type (AFC), phosphate type (PAGC), molten carbonate type (MCFC), solid electrolyte type (SOFC), and polymer electrolyte type (PEMFC) according to operating temperature and type of main fuel. Among them, the electrolyte of the polymer electrolyte fuel cell is not a liquid but a solid polymer (Membrane) to distinguish it from other fuel cells. In such a polymer electrolyte fuel cell, hydrocarbon-based (CH-based) fuels such as LNG and LPG are usually purified in a reforming unit through a desulfurization process → reforming reaction → hydrogen purification process to purify only hydrogen (H 2 ) and stack the purified hydrogen. It is supplied to the anode of the unit and used as fuel. In addition, as described above, the polymer electrolyte fuel cell uses a thin ion (H +) conductive polymer membrane, which is a polymer polymer, as an electrolyte so that the fuel cell reliability can be maintained when sufficient moisture is supplied during long time operation.

도 1은 종래 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)방식의 연료전지에서 공기를 가습하기 위한 구성을 보인 계통도이다.1 is a system diagram showing a configuration for humidifying air in a conventional PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) type fuel cell.

이에 도시한 바와 같이 종래의 연료전지는, 탄화수소계의 연료에서 수소를 정제하는 개질유닛(10)과, 상기 개질유닛(10)에 연결하여 정제된 수소를 공급받는 연료극(21)과 공기를 공급받는 공기극(22)을 구비하여 수소와 공기의 전기화학적 반응으로 전기와 열을 생산하는 스택유닛(20)과, 상기 스택유닛(20)의 공기극(22)에 연결하여 그 공기극(22)에서 반응부산물로 배출되는 열과 수분을 상기 공기극 (22)으로 안내되는 공기에 제공하는 가습유닛(30)을 포함하고 있다.As shown in the drawing, a conventional fuel cell supplies a reforming unit 10 for purifying hydrogen from a hydrocarbon-based fuel, a fuel electrode 21 connected to the reforming unit 10, and receiving purified hydrogen and air. A stack unit 20 having a receiving cathode 22 to produce electricity and heat by an electrochemical reaction between hydrogen and air, and connected to the cathode 22 of the stack unit 20 to react at the cathode 22. And a humidifying unit 30 which provides heat and moisture discharged as a by-product to the air guided to the cathode 22.

상기 가습유닛(30)은 상기 스택유닛(20)의 공기극(22) 입구에 연결되어 그 공기극(22)으로 공기를 공급하는 공기공급라인(31)과, 상기 공기공급라인(31)의 중간에 설치되는 가습기(32)와, 상기 가습기(32)에 연결되어 상기 스택유닛(20)의 공기극(22)을 통과하면서 발생되는 열과 수분을 상기한 가습기(32)의 내부공간에서 공기공급라인(31)의 공기에 제공하는 공기회수라인(33)으로 이루어져 있다. 상기 공기회수라인(33)은 상기 공기극(22)에서의 반응을 마친 공기로부터 이온을 분리하도록 상기 공기극(22)의 출구와 탈이온수용기(41) 사이에 연결되어 있다.The humidification unit 30 is connected to an inlet 22 of the cathode 22 of the stack unit 20 to supply an air to the cathode 22 and an air supply line 31 between the air supply line 31. Humidifier 32 is installed, and connected to the humidifier 32, the air supply line 31 in the internal space of the humidifier 32, the heat and moisture generated while passing through the air electrode 22 of the stack unit 20 It consists of an air recovery line 33 to provide air. The air recovery line 33 is connected between the outlet of the cathode 22 and the deionization container 41 to separate ions from the air after the reaction at the cathode 22 is completed.

도면중 미설명 부호인 34는 공기펌프, 42는 냉각수라인, 43은 냉각수펌프이다.In the drawings, reference numeral 34 denotes an air pump, 42 a coolant line, and 43 a coolant pump.

상기와 같은 종래 연료전지는 다음과 같이 동작한다.The conventional fuel cell as described above operates as follows.

즉, 상기 개질유닛(10)에서 탄화수소계열의 연료를 개질하여 수소를 정제하고, 이 수소를 스택유닛(20)의 연료극(21)으로 공급하는 한편 공기를 상기 스택유닛(20)의 공기극(22)으로 공급함으로써 상기 연료극(21)에서는 산화반응이, 상기 공기극(22)에서는 환원반응이 일어나게 한다. 이 과정에서 생성되는 전자가 상기 연료극(21)에서 공기극(22)으로 이동하면서 전기가 발생하게 된다.That is, the reforming unit 10 reforms the hydrocarbon-based fuel to purify hydrogen, supplies the hydrogen to the fuel electrode 21 of the stack unit 20, and supplies air to the cathode 22 of the stack unit 20. ), The oxidation reaction occurs at the fuel electrode 21 and the reduction reaction occurs at the air electrode 22. As the electrons generated in this process move from the anode 21 to the cathode 22, electricity is generated.

이때, 상기 스택유닛(20)의 공기극(22)에서 반응하고 배출되는 공기는 반응중에 발생하는 열과 수분을 함유하고 있어 이 공기가 가습기(32)를 통과하면서 그 가습기(32)에 연결되는 공기공급라인(31)에 열과 수분을 제공하여 상기 스택유닛(20)의 공기극(22)으로 공급되는 공기가 일정정도의 수분을 유지하도록 하는 것이 었다.At this time, the air reacted and discharged from the cathode 22 of the stack unit 20 contains heat and moisture generated during the reaction, so that the air passes through the humidifier 32 and is connected to the humidifier 32. It was to provide heat and moisture to the line 31 so that the air supplied to the cathode 22 of the stack unit 20 maintains a certain amount of moisture.

그러나, 상기와 같은 종래 연료전지의 가습 장치는, 초기 운전시 상기 스택유닛(20)의 발전량(반응량)이 낮아 상기 공기극(22)으로 흐르는 공기가 충분히 가습되지 못함에 따라 이 공기가 가습기(32)를 통과하는 새로운 공기를 원활하게 가습시키지 못하게 되고, 이로 인해 상기 스택유닛(20)이 건조한 악조건에서 운전을 하게 되어 출력이 낮아질 뿐만 아니라 수명이 단축될 우려가 있었다.However, the humidifier of the conventional fuel cell as described above has a low power generation amount (reaction amount) of the stack unit 20 during initial operation, and thus the air flowing to the cathode 22 is not sufficiently humidified. It is not possible to smoothly humidify the new air passing through the 32), which causes the stack unit 20 to operate in a dry bad condition, there is a possibility that the output is not only lowered but also shortened life.

본 발명은 상기와 같은 종래 연료전지의 가습 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 초기 운전시에도 공기에 충분한 양의 수분을 제공하여 스택유닛의 출력을 높이고 수명의 단축을 미연에 방지할 수 있는 연료전지의 가습 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다. The present invention has been made in view of the above problems of the conventional fuel cell humidification device, and provides a sufficient amount of moisture in the air even during initial operation, thereby increasing the output of the stack unit and preventing shortening of life. It is an object of the present invention to provide a humidification apparatus for a fuel cell.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 연료극과 공기극을 구비하여 수소와 산소를 반응시켜 전기가 발생되도록 하는 스택유닛의 공기극 입구에 연결되어 그 공기극으로 공기를 공급하는 공기공급라인과, 상기 공기공급라인의 중간에 설치되는 가습기와, 상기 스택유닛의 공기극 출구와 탈이온수용기 사이에 연결되는 공기회수라인과, 상기 탈이온수용기의 냉각수가 상기 스택유닛에 열전달되도록 상기 탈이온수용기와 스택유닛 사이에 연결되는 냉각수라인과, 상기 탈이온수용기의 냉각수가 상기 스택유닛에 공급되기 전에 상기 냉각수라인의 중간에서 분관되어 상기 가습기에 연결되는 공기가습라인과, 상기 냉각수라인과 공기가습라인의 사이에 설치되는 냉각수조절밸브를 포함한 연료전지의 가습 장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, the air supply line having a fuel electrode and an air electrode is connected to the cathode inlet of the stack unit to generate electricity by reacting hydrogen and oxygen to supply air to the cathode, and the air supply line A humidifier installed in the middle of the stack unit, an air recovery line connected between the cathode outlet of the stack unit and the deionized water container, and connected between the deionized water container and the stack unit such that the cooling water of the deionized water container is transferred to the stack unit. And a cooling water line connected to the humidifier by branching in the middle of the cooling water line before the cooling water of the deionized water container is supplied to the stack unit, and the cooling water installed between the cooling water line and the air humidifying line. A humidification device for a fuel cell including a control valve is provided.

또, 연료극과 공기극을 구비하여 수소와 산소를 반응시켜 전기가 발생되도록 하는 스택유닛의 공기극 입구에 연결되어 그 공기극으로 공기를 공급하는 공기공급라인과, 상기 공기공급라인의 중간에 설치되는 가습기와, 상기 가습기의 출구측 공기공급라인에 설치되는 분무기와, 상기 스택유닛의 공기극 출구와 탈이온수용기 사이에 연결되는 공기회수라인과, 상기 탈이온수용기의 냉각수가 상기 스택유닛에 열전달되도록 상기 탈이온수용기와 스택유닛 사이에 연결되는 냉각수라인과, 상기 탈이온수용기의 냉각수가 상기 스택유닛에 공급되기 전에 상기 냉각수라인의 중간에서 분관되어 상기 분무기에 연결되는 공기가습라인과, 상기 냉각수라인과 공기가습라인의 사이에 설치되는 냉각수조절밸브를 포함한 연료전지의 가습 장치가 제공된다.In addition, the air supply line having a fuel electrode and an air electrode is connected to the air cathode inlet of the stack unit to generate electricity by reacting hydrogen and oxygen to supply air to the air cathode, and a humidifier installed in the middle of the air supply line The deionized water is sprayed on the outlet air supply line of the humidifier, an air recovery line connected between the cathode electrode outlet of the stack unit and the deionized water container, and the coolant of the deionized water container to heat transfer to the stack unit. A cooling water line connected between the vessel and the stack unit, an air humidifying line connected to the atomizer by branching in the middle of the cooling water line before the cooling water of the deionized water container is supplied to the stack unit, and the cooling water line and the air humidifying unit. A humidification device for a fuel cell including a coolant control valve provided between lines is provided.

또, 스택유닛의 공기극에 공급되는 공기의 상대습도를 검출하는 단계와, 상기 검출된 상대습도가 임의의 값(HL)보다 작은 경우에는 상기 제1항 내지 제3항 및 제5항의 가습장치를 이용하여 상기 스택유닛을 냉각하기 위해 공급되는 냉각수를 상기 공기극으로 공급되는 공기와 혼합되도록 우회시키는 단계와, 상기 공기의 상대습도가 임의의 값(HL)보다 같거나 큰 경우에는 상기 제1항 내지 제3항 및 제5항의 가습장치를 이용하여 상기 냉각수를 다시 스택유닛쪽으로 전환시키는 단계로 수행하는 연료전지의 가습 방법이 제공된다.In addition, detecting the relative humidity of the air supplied to the cathode of the stack unit, and if the detected relative humidity is less than a predetermined value (H L ), the humidifying apparatus of claim 1 to claim 3 and claim 5. Bypassing the cooling water supplied to cool the stack unit with the air supplied to the cathode by using a second electrode, and when the relative humidity of the air is equal to or greater than a predetermined value H L , the first A humidification method of a fuel cell is provided by performing the step of converting the cooling water back to a stack unit by using the humidifiers of claims 3 to 5.

이하, 본 발명에 의한 연료전지의 가습 장치 및 그 가습 방법을 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a humidification apparatus of a fuel cell and a humidification method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings.

도 2는 본 발명 연료전지의 공기 가습을 위한 구성을 보인 계통도이고, 도 3은 본 발명 연료전지의 공기 가습 과정을 보인 블록도이며, 도 4는 본 발명 연료전지의 공기 가습을 위한 다른 실시예의 구성을 보인 계통도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a configuration for air humidification of the fuel cell of the present invention, Figure 3 is a block diagram showing the air humidification process of the fuel cell of the present invention, Figure 4 is another embodiment of the air humidification of the fuel cell of the present invention A schematic diagram showing the configuration.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 연료전지의 가습 장치는, 상기 스택유닛(20)의 공기극(22) 입구에 연결되어 그 공기극(22)으로 공기를 공급하는 공기공급라인(110)과, 상기 공기공급라인(110)의 중간에 설치되는 가습기(120)와, 상기 가습기(120)에 연결되어 상기 스택유닛(20)의 공기극(22)을 통과하면서 발생되는 열과 수분을 상기한 가습기(120)의 내부공간에서 공기공급라인(110)의 공기에 제공 하는 공기회수라인(130)과, 상기 스택유닛(20)과 열전달되도록 냉각수를 공급하는 냉각수라인(42)의 중간에서 분관되어 상기 가습기(120)에 연결되는 공기가습라인(140)과, 상기 냉각수라인(42)과 공기가습라인(140)의 사이에 설치되어 냉각수의 유동방향을 조절하는 냉각수조절밸브(150)로 이루어진다.As shown in the drawing, the humidifier of the fuel cell according to the present invention includes an air supply line 110 connected to the inlet of the cathode 22 of the stack unit 20 to supply air to the cathode 22, and the Humidifier 120 is installed in the middle of the air supply line 110 and the humidifier 120 is connected to the humidifier 120 and the heat and moisture generated while passing through the air electrode 22 of the stack unit 20 The humidifier 120 is piped in the middle of the air recovery line 130 to provide the air of the air supply line 110 in the inner space of the coolant line 42 for supplying the coolant to heat transfer with the stack unit 20 Air cooling line 140 connected to the), and between the cooling water line 42 and the air humidifying line 140 is composed of a cooling water control valve 150 for adjusting the flow direction of the cooling water.

상기 공기공급라인(110)은 별도의 공기펌프(160)가 구비되어 상기 스택유닛(20)의 공기극(22) 입구에 연결되고, 상기 공기극(22)의 입구측에는 공급되는 공기의 상대습도를 검출하여 제어유닛(미도시)에 의해 상기 냉각수조절밸브(150)의 개폐방향이 제어되도록 하는 습도센서(170)가 설치된다.The air supply line 110 is provided with a separate air pump 160 is connected to the inlet of the cathode 22 of the stack unit 20, the relative humidity of the air supplied to the inlet side of the cathode 22 is detected The humidity sensor 170 is installed to control the opening and closing direction of the cooling water control valve 150 by a control unit (not shown).

상기 공기회수라인(130)은 상기 공기극(22)에서의 반응을 마친 공기로부터 이온을 분리하도록 상기 공기극(22)의 출구와 탈이온수용기(41) 사이에 연결된다.The air recovery line 130 is connected between the outlet of the cathode 22 and the deionization container 41 to separate ions from the air after the reaction in the cathode 22 is completed.

상기 공기가습라인(140)은 전술한 바와 같이 냉각수라인(42)의 중간에서 분관되어 상기 가습기(120)의 내부공간에 연통하도록 연결된다. The air humidifying line 140 is connected in the middle of the cooling water line 42 as described above to communicate with the internal space of the humidifier 120.

상기 냉각수조절밸브(150)는 탈이온수가 상기 스택유닛(20)이나 가습기(120)로 교번되게 안내되도록 상기 공기가습라인(140)의 분관지점에 설치되는 3방밸브로 이루어진다. 또, 상기 냉각수조절밸브(150)는 상기 습도센서(170)에서 검출된 상대습도가 상기 스택유닛(20)의 운전 특성에 따라 대략 50 ~ 99% 내외가 될 수 있도록 제어유닛에 의해 자동으로 제어되는 자동밸브이다. 또, 상기 냉각수조절밸브(150)는 제어유닛에 설정된 값에 따라 다르지만, 대략 1 ~ 10초 동안 탈이온수가 가습기(120)에 공급된 이후로는 상기 스택유닛(20)으로 공급되는 일련의 과정이 반복되도록 제어되는 것이 바람직하다.The cooling water control valve 150 is composed of a three-way valve installed at the branch point of the air humidifying line 140 so that deionized water is alternately guided to the stack unit 20 or the humidifier 120. In addition, the cooling water control valve 150 is automatically controlled by the control unit so that the relative humidity detected by the humidity sensor 170 can be approximately 50 ~ 99% according to the operating characteristics of the stack unit 20 Automatic valve. In addition, although the cooling water control valve 150 varies depending on the value set in the control unit, after the deionized water is supplied to the humidifier 120 for about 1 to 10 seconds, a series of processes supplied to the stack unit 20. It is preferred that this is controlled to be repeated.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.In the drawings, the same reference numerals are given to the same parts as in the prior art.

도면중 미설명 부호인 43은 냉각수펌프이다.Reference numeral 43 in the figure indicates a coolant pump.

상기와 같은 본 발명 연료전지의 가습 장치는 다음과 같은 작용효과가 있다.The humidifier of the fuel cell of the present invention as described above has the following effects.

즉, 상기 스택유닛(20)이 운전을 개시하면 그 스택유닛(20)의 연료극(21)으로는 수소를 함유한 연료가 공급되고 상기 공기극(22)으로 공기공급라인(110)을 따라 공기가 공급되어 전기를 발생하게 된다.That is, when the stack unit 20 starts to operate, fuel containing hydrogen is supplied to the fuel electrode 21 of the stack unit 20, and air is supplied along the air supply line 110 to the cathode 22. Supplied to generate electricity.

이때, 상기 스택유닛(20)으로 공급되는 공기는 초기 운전시 충분히 가습되지 않아 건조해지면서 상기 스택유닛(20)의 성능을 저하시키거나 또는 전해질막 등이 손상될 우려가 있으나, 도 2 및 도 4에서와 같이 상기 공기공급라인(110)의 중간에 구비한 습도센서(170)가 그 공기공급라인(110)을 통해 공급되는 공기의 상대습도를 검출하여 그 검출된 값이 설정값(HL)(대략, 50 ~ 99% 이하)일 경우에는 상기 제어유닛(미도시)에 의해 상기 냉각수조절밸브(150)가 냉각수라인(42)과 공기가습라인(140)이 연결되도록 전환되고, 이에 따라 상기 탈이온수용기(41)의 탈이온수가 공기가습라인(140)을 통해 가습기(120)로 공급되어 그 가습기(120)를 통과하여 상기 스택유닛(20)의 공기극(22)으로 공급되는 공기가 적정 습윤 상태를 유지하도록 한다.At this time, the air supplied to the stack unit 20 may not be sufficiently humidified during the initial operation and may be dried, thereby degrading the performance of the stack unit 20 or damaging the electrolyte membrane. As in 4, the humidity sensor 170 provided in the middle of the air supply line 110 detects the relative humidity of the air supplied through the air supply line 110, and the detected value is a set value (H L). ) (Approximately 50 to 99% or less), the cooling water control valve 150 is switched by the control unit (not shown) so that the cooling water line 42 and the air humidifying line 140 are connected. The deionized water of the deionized water container 41 is supplied to the humidifier 120 through the air humidification line 140, and the air supplied to the cathode 22 of the stack unit 20 passes through the humidifier 120. Maintain proper wetting.

이후, 상기 습도센서(170)에서 검출된 값이 설정값 보다 같거나 큰 경우에는 상기한 냉각수조절밸브(150)의 방향을 전환하여 냉각수가 상기 스택유닛(20)쪽으로 흐르도록 한다.Then, when the value detected by the humidity sensor 170 is equal to or larger than the set value, the direction of the coolant control valve 150 is changed to allow the coolant to flow toward the stack unit 20.

여기서, 상기 습도센서(170)의 값에 따라 상기 냉각수조절밸브(150)를 스택유닛(20)으로 전환하기 전에 가습 시간을 설정하여 그 가습 시간이 경과하면 상기 냉각수조절밸브(150)를 스택유닛(20)쪽으로 전환시킬 수도 있다. 예컨대, 일정 시간(Ts)(대략, 1 ~ 10초)동안 상기 냉각수조절밸브(150)가 냉각수라인(42)과 공기가습라인(140)을 연결한 다음 그 냉각수조절밸브(150)가 다시 상기 탈이온수용기(41)와 스택유닛(20)이 연결되도록 전환되어 그 스택유닛(20)이 예열되도록 하거나 또는 냉각되도록 할 수도 있다.Here, the humidification time is set before switching the cooling water control valve 150 to the stack unit 20 according to the value of the humidity sensor 170, and if the humidification time elapses, the cooling water control valve 150 is stacked. You can also switch to (20). For example, for a predetermined time T s (approximately, 1 to 10 seconds), the coolant control valve 150 connects the coolant line 42 and the air humidification line 140, and then the coolant control valve 150 again. The deionization vessel 41 and the stack unit 20 may be switched to be connected to allow the stack unit 20 to be preheated or cooled.

한편, 본 발명에 의한 연료전지의 가습 장치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.On the other hand, if there is another embodiment of the humidifier of the fuel cell according to the present invention.

즉, 전술한 일실시예에서는 상기 공기가습라인(140)이 가습기(120)에 직접 연결되도록 하는 것이나, 본 실시예는 도 3에서와 같이 상기 공기가습라인(240)이 공기공급라인(210)의 중간, 보다 정확하게는 습도센서(270)보다 상류측에 연결되도록 하여 공기회수라인(230)의 수분과 공기가습라인(240)의 수분을 이용하여 공기공급라인(210)의 공기에 수분을 공급하는 것이다. 이 경우, 상기 공기가습라인(240)의 끝단에는 분무기(280)를 설치하여 상기 공기가습라인(240)을 통해 공기공급라인(210)에 공급되는 수분이 분무형태로 공급되도록 하는 것이 바람직하다. 이에 대한 구성과 작용효과는 전술한 일실시예와 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다.That is, in the above-described embodiment, the air humidifying line 140 is directly connected to the humidifier 120. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the air humidifying line 240 is an air supply line 210. In the middle, more precisely to be connected to the upstream side than the humidity sensor 270 to supply moisture to the air of the air supply line 210 by using the moisture of the air recovery line 230 and the moisture of the air humidification line 240. It is. In this case, it is preferable to install a sprayer 280 at the end of the air humidifying line 240 so that the water supplied to the air supply line 210 through the air humidifying line 240 is supplied in a spray form. The configuration and operation effects thereof are similar to those of the above-described embodiment, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

한편, 도면에서는 가습기(220)를 구비한 경우를 도시하고 있으나, 경우에 따라서는 가습기(220)를 제거하고 상기한 분무기(280)만으로 공기의 습도를 조절할 수도 있다.On the other hand, in the drawing is shown a case with a humidifier 220, in some cases, it is also possible to remove the humidifier 220 and adjust the humidity of the air with only the nebulizer 280.

본 발명에 의한 연료전지의 가습 장치는, 냉각수라인의 중간에 공기가습라인을 분관하여 기동시 냉각수의 일부를 가습기로 우회시켜 공기를 가습하도록 함으로써, 운전 초기에도 공기에 충분한 양의 수분을 제공하여 스택유닛의 출력을 높이고 상기 스택유닛의 건조화를 막아 수명 단축을 미연에 방지할 수 있다.In the fuel cell humidifying apparatus according to the present invention, the air humidifying line is piped in the middle of the cooling water line, and a part of the cooling water is diverted to the humidifier during start-up to humidify the air, thereby providing a sufficient amount of moisture to the air even at the beginning of operation. The output of the stack unit can be increased and the drying of the stack unit can be prevented to shorten the life.

Claims (7)

연료극과 공기극을 구비하여 수소와 산소를 반응시켜 전기가 발생되도록 하는 스택유닛의 공기극 입구에 연결되어 그 공기극으로 공기를 공급하는 공기공급라인과,An air supply line having a fuel electrode and an air electrode and connected to an air electrode inlet of the stack unit which reacts hydrogen and oxygen to generate electricity, and supplies air to the air electrode; 상기 공기공급라인의 중간에 설치되는 가습기와,Humidifier is installed in the middle of the air supply line, 상기 스택유닛의 공기극 출구와 탈이온수용기 사이에 연결되는 공기회수라인과,An air recovery line connected between the cathode outlet of the stack unit and the deionized water container; 상기 탈이온수용기의 냉각수가 상기 스택유닛에 열전달되도록 상기 탈이온수용기와 스택유닛 사이에 연결되는 냉각수라인과,A cooling water line connected between the deionized water container and the stack unit such that the cooling water of the deionized water container is transferred to the stack unit; 상기 탈이온수용기의 냉각수가 상기 스택유닛에 공급되기 전에 상기 냉각수라인의 중간에서 분관되어 상기 가습기에 연결되는 공기가습라인과,An air humidifying line connected to the humidifier by branching in the middle of the cooling water line before the cooling water of the deionized water container is supplied to the stack unit; 상기 냉각수라인과 공기가습라인의 사이에 설치되는 냉각수조절밸브를 포함한 연료전지의 가습 장치.Humidification device of the fuel cell including a cooling water control valve installed between the cooling water line and the air humidification line. 연료극과 공기극을 구비하여 수소와 산소를 반응시켜 전기가 발생되도록 하는 스택유닛의 공기극 입구에 연결되어 그 공기극으로 공기를 공급하는 공기공급라인과,An air supply line having a fuel electrode and an air electrode and connected to an air electrode inlet of the stack unit which reacts hydrogen and oxygen to generate electricity, and supplies air to the air electrode; 상기 공기공급라인의 중간에 설치되는 가습기와,Humidifier is installed in the middle of the air supply line, 상기 가습기의 출구측 공기공급라인에 설치되는 분무기와,A nebulizer installed in an outlet air supply line of the humidifier, 상기 스택유닛의 공기극 출구와 탈이온수용기 사이에 연결되는 공기회수라인과,An air recovery line connected between the cathode outlet of the stack unit and the deionized water container; 상기 탈이온수용기의 냉각수가 상기 스택유닛에 열전달되도록 상기 탈이온수용기와 스택유닛 사이에 연결되는 냉각수라인과,A cooling water line connected between the deionized water container and the stack unit such that the cooling water of the deionized water container is transferred to the stack unit; 상기 탈이온수용기의 냉각수가 상기 스택유닛에 공급되기 전에 상기 냉각수라인의 중간에서 분관되어 상기 분무기에 연결되는 공기가습라인과,An air humidifying line connected to the atomizer by branching in the middle of the cooling water line before the cooling water of the deionized water container is supplied to the stack unit; 상기 냉각수라인과 공기가습라인의 사이에 설치되는 냉각수조절밸브를 포함한 연료전지의 가습 장치.Humidification device of the fuel cell including a cooling water control valve installed between the cooling water line and the air humidification line. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 공기회수라인이 상기 가습기를 통과하면서 상기 스택유닛에서 회수한 수분이 상기 공기공급라인에 전달되도록 하는 연료전지의 가습 장치.Humidifier of the fuel cell so that the water recovered in the stack unit is delivered to the air supply line while the air recovery line passes through the humidifier. 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 가습기와 스택유닛의 공기극 사이 또는 상기 분무기와 스택유닛의 공기극 사이의 공기공급라인에는 그 공기공급라인을 흐르는 공기의 상대습도를 검출하여 상기 냉각수조절밸브가 제어되도록 습도센서가 구비되는 연료전지의 가습 장치.An air supply line between the humidifier and the air electrode of the stack unit or between the atomizer and the air electrode of the stack unit detects the relative humidity of the air flowing through the air supply line to control the cooling water control valve. Humidification device. 스택유닛의 공기극에 공급되는 공기의 상대습도를 검출하는 단계와,Detecting a relative humidity of air supplied to the cathode of the stack unit; 상기 검출된 상대습도가 임의의 값(HL)보다 작은 경우에는 상기 제1항 내지 제3항 및 제5항의 가습장치를 이용하여 상기 스택유닛을 냉각하기 위해 공급되는 냉각수를 상기 공기극으로 공급되는 공기와 혼합되도록 우회시키는 단계와,When the detected relative humidity is smaller than a predetermined value H L , the cooling water supplied to cool the stack unit by using the humidifying apparatus of claim 1 to claim 3 is supplied to the cathode. Bypassing to mix with air, 상기 공기의 상대습도가 임의의 값(HL)보다 같거나 큰 경우에는 상기 제1항 내지 제3항 및 제5항의 가습장치를 이용하여 상기 냉각수를 다시 스택유닛쪽으로 전환시키는 단계로 수행하는 연료전지의 가습 방법.When the relative humidity of the air is equal to or greater than a predetermined value (H L ), the fuel carried out by the step of converting the cooling water back to the stack unit using the humidifying apparatus of claim 1 to claim 5 Humidification method of battery. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 공기의 상대습도를 검출하여 냉각수를 다시 스택유닛으로 전환시키기 전에 설정된 시간(Ts)이 경과하면 상기 냉각수를 곧바로 스택유닛쪽으로 전환시키는 단계를 수행하는 연료전지의 가습 방법.And if the set time T s elapses before detecting the relative humidity of the air and converting the coolant back to the stack unit, converting the coolant directly to the stack unit.
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