KR100774472B1 - Air preheating apparatus for fuel cell system - Google Patents

Air preheating apparatus for fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
KR100774472B1
KR100774472B1 KR1020060093180A KR20060093180A KR100774472B1 KR 100774472 B1 KR100774472 B1 KR 100774472B1 KR 1020060093180 A KR1020060093180 A KR 1020060093180A KR 20060093180 A KR20060093180 A KR 20060093180A KR 100774472 B1 KR100774472 B1 KR 100774472B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
air
stack
housing
fuel cell
preheating device
Prior art date
Application number
KR1020060093180A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
육형규
박정규
이현재
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020060093180A priority Critical patent/KR100774472B1/en
Priority to PCT/KR2007/003893 priority patent/WO2008038902A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100774472B1 publication Critical patent/KR100774472B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04037—Electrical heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

A device for preheating air for a fuel cell is provided to prevent the decrease of temperature of air passing through an air supply line and to reduce the load of a heat, thereby improving the heating efficiency of the total system. A device for preheating air for a fuel cell comprises a stack(20) which is provided with a fuel electrode(21) where fuel is supplied and an air electrode(22) where air is supplied and generates an electric energy and a heat energy by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen; a housing(110) which accommodates the stack and has an air inhalation hole(111a) at one side part; and an air fan(120) which is installed in the housing to inhale the air of atmosphere through the air inhalation hole of the housing so as to supply it the air electrode of the stack through an air supply line.

Description

연료전지의 공기 예열 장치{AIR PREHEATING APPARATUS FOR FUEL CELL SYSTEM}Air preheating device for fuel cell {AIR PREHEATING APPARATUS FOR FUEL CELL SYSTEM}

도 1은 종래 연료전지의 일부를 보인 계통도,1 is a system diagram showing a part of a conventional fuel cell;

도 2는 본 발명 연료전지의 일부를 보인 계통도,2 is a system diagram showing a part of the fuel cell of the present invention;

도 3은 본 발명 연료전지의 공기 예열 장치를 보인 개략도,3 is a schematic view showing an air preheating device of the fuel cell of the present invention;

도 4는 본 발명 연료전지의 공기 예열 장치에 대한 다른 실시예를 보인 개략도.Figure 4 is a schematic view showing another embodiment of the air preheating device of the fuel cell of the present invention.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **** Explanation of symbols for main parts of drawings **

10 : 개질기 20 : 스택10: reformer 20: stack

21 : 연료극 22 : 공기극21: fuel electrode 22: air electrode

40 : 스택냉각유닛 110 : 하우징40: stack cooling unit 110: housing

111 : 스택공간 111a : 공기흡입공111: stack space 111a: air suction hole

112 : 팬공간 113 : 격벽112: fan space 113: bulkhead

113a : 공기통공 120 : 공기팬113a: air vent 120: air fan

130 : 가습기 140 : 공기필터130: humidifier 140: air filter

L1 : 연료공급라인 L2 : 공기공급라인L1: Fuel Supply Line L2: Air Supply Line

L3 : 공기배출라인L3: Air discharge line

본 발명은 연료전지의 공기 예열 장치에 관한 것으로, 특히 스택에서 발생되는 열을 모아 공기를 예열하도록 한 연료전지의 공기 예열 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air preheating device for a fuel cell, and more particularly, to an air preheating device for a fuel cell in which heat generated from a stack is preheated.

일반적으로 연료전지(FUEL CELL SYSTEM)는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치이다. 상기 연료전지는 작동온도와 주연료의 형태에 따라 알카리형(AFC), 인산염형(PAGC), 용융탄산염형(MCFC), 고체전해질형(SOFC), 고분자전해질형(PEMFC) 등으로 구분된다. 이 중에서 상기 고분자전해질형 연료전지의 전해질은 액체가 아닌 고체 고분자 중합체(Membrane)로서 다른 연료전지와는 구별된다. 상기 고분자전해질형 연료전지는 통상 LNG, LPG 등의 탄화수소계(CH계열) 연료를 개질기에서 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H2)만을 정제하고, 이 정제된 수소를 스택의 연료극으로 공급하여 연료로 사용하고 있다. In general, a fuel cell system is an electrochemical device that directly converts chemical energy of hydrogen and oxygen into electrical energy. The fuel cell is classified into an alkaline type (AFC), a phosphate type (PAGC), a molten carbonate type (MCFC), a solid electrolyte type (SOFC), a polymer electrolyte type (PEMFC) and the like according to the operating temperature and the form of the main fuel. Among them, the electrolyte of the polymer electrolyte fuel cell is a solid polymer (Membrane), which is not a liquid, and is distinguished from other fuel cells. In the polymer electrolyte fuel cell, hydrocarbon-based (CH-based) fuels, such as LNG and LPG, are usually purified through a desulfurization process, a reforming reaction, and a hydrogen purification process in a reformer, and only hydrogen (H 2 ) is purified. It is supplied to the anode and used as fuel.

이러한 연료전지는 연료극으로 수소가 공급되는 동시에 공기극으로는 산소를 포함한 공기가 지속적으로 공급되고, 그 수소와 산소의 전기 화학적 반응을 거쳐 반응 전후의 에너지 차이를 전기 에너지로 직접 변환시키며, 이 과정에서 연료전지는 전기 에너지와 함께 부산물로 반응열과 물이 생성되는 것이다.The fuel cell is supplied with hydrogen to the anode and at the same time, the air including oxygen is continuously supplied to the cathode, and directly converts the energy difference before and after the reaction into electrical energy through an electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen. Fuel cells are reaction heat and water generated as by-products along with electrical energy.

도 1은 종래 연료전지의 일부를 보인 계통도이다.1 is a system diagram showing a part of a conventional fuel cell.

이에 도시된 바와 같이 종래의 연료전지는, 공동주택의 경우 그 건물의 지하에 마련된 기계실에 설치되어 탄화수소계열의 연료에서 수소를 정제하는 개질기(10)와, 상기 개질기(10)에 연료공급라인(L1)으로 연결되는 연료극(21)과 대기중에 공기공급라인(L2)으로 연결되는 공기극(22)이 구비되어 각 가정에 설치되는 복수의 스택(20)과, 상기 각 스택(20)에서 발생되는 전기를 변환하여 부하에 공급하는 복수의 전기변환유닛(30)과, 상기 각 스택(20)에 냉각수를 공급하여 그 각각의 스택(20)에서 발생되는 반응열을 냉각하는 복수의 스택냉각유닛(40)을 포함하고 있다.As shown in the drawing, the conventional fuel cell includes a reformer 10 installed in a machine room provided in the basement of the building in the case of a multi-unit house, and purifying hydrogen from a hydrocarbon-based fuel, and a fuel supply line to the reformer 10. A plurality of stacks 20 installed in each home and a plurality of stacks 20 installed in each home are provided with an anode 21 connected to L1 and an anode 22 connected to an air supply line L2 in the atmosphere. A plurality of electrical conversion unit 30 for converting electricity and supplying the load, and a plurality of stack cooling unit 40 for supplying cooling water to each stack 20 to cool the reaction heat generated in each stack 20 ) Is included.

상기 연료공급라인(L1)의 중간에는 연료용 가습기(51)와 연료히터(52)가 각각 설치되어 있다.A fuel humidifier 51 and a fuel heater 52 are respectively installed in the middle of the fuel supply line L1.

상기 공기공급라인(L2)의 중간에는 공기필터(53)와 대기중의 공기를 펌핑하는 공기펌프(54)와 공기용 가습기(55) 그리고 공기히터(56)가 각각 설치되어 있다.In the middle of the air supply line L2, an air filter 53, an air pump 54 for pumping air in the atmosphere, an air humidifier 55, and an air heater 56 are installed.

상기 스택냉각유닛(40)은 일정량의 순수(DI Water)가 저장되는 순수탱크(41)와, 상기 순수탱크(41)와 스택(20)의 내부 사이를 폐회로 형상으로 연결되는 순수순환라인(42)으로 이루어져 있다.The stack cooling unit 40 includes a pure water tank 41 in which a predetermined amount of DI water is stored, and a pure water circulation line 42 connected in a closed loop between the pure water tank 41 and the inside of the stack 20. )

도면중 미설명 부호인 43은 냉각수탱크, 44는 냉각팬이다.Reference numeral 43 in the drawings denotes a cooling water tank, and 44 denotes a cooling fan.

상기와 같은 종래 연료전지는 다음과 같이 동작된다.The conventional fuel cell as described above is operated as follows.

즉, 상기 개질기(10)에서 LNG와 같은 탄화수소계열의 연료가 개질되어 수소가 정제되고, 이 수소가 상기 각 스택(20)의 연료극(21)으로 공급되는 한편 공기가 상기 스택(20)의 공기극(22)으로 공급되어 상기 연료극(21)에서는 산화반응이, 상 기 공기극(22)에서는 환원반응이 일어나게 된다. 이 과정에서 생성되는 전자가 상기 연료극(21)에서 공기극(22)으로 이동하면서 전기에너지와 열에너지가 발생되어 전기에너지는 각 가정에서의 가전제품에 공급되고 열에너지는 난방이나 온수를 만드는데 사용된다.That is, in the reformer 10, a hydrocarbon-based fuel such as LNG is reformed to purify hydrogen, and the hydrogen is supplied to the anode 21 of each stack 20 while air is supplied to the cathode of the stack 20. Supplied to (22), an oxidation reaction occurs in the fuel electrode 21, and a reduction reaction occurs in the air electrode 22. As the electrons generated in this process move from the fuel electrode 21 to the air electrode 22, electric energy and heat energy are generated, and the electric energy is supplied to home appliances in each home, and the heat energy is used to make heating or hot water.

이때, 상기 스택(20)의 연료극(21)과 공기극(22)으로는 수소와 산소가 각각의 가습기(51)(55)를 거치면서 습한 상태로 만들어지고, 이 습한 수소와 산소는 연료히터(52)와 공기히터(56)를 통과하여 상온 이상의 온도로 예열되어 각각 연료극(21)과 공기극(22)으로 공급됨에 따라 상기 스택(20)에서의 예열시간을 줄일 수 있는 것이었다.At this time, the fuel electrode 21 and the air electrode 22 of the stack 20 are made in a humid state while the hydrogen and oxygen pass through the humidifiers 51 and 55, respectively, and the wet hydrogen and oxygen are fuel heaters ( The preheating time in the stack 20 can be reduced by passing through the air heater 56 and the preheated to a temperature higher than room temperature and supplied to the fuel electrode 21 and the air electrode 22, respectively.

그러나, 상기와 같은 종래 연료전지에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the above conventional fuel cells have the following problems.

첫째, 상기 연료공급라인(L1)과 공기공급라인(L2)이 대기 중에 노출되어 있어 각 라인(L1)(L2)을 통과하는 수소와 산소가 상기 스택(20)의 내부로 유입되기 전에 대기중의 공기와 열교환되면서 온도가 낮아지고 이로 인해 별도의 히터를 더 구비하거나 또는 기존의 연료히터(52) 또는 공기히터(56)에서 더 높은 온도로 가열하여야 함에 따라 전체 시스템의 전기효율이 낮아지는 것과,First, the fuel supply line (L1) and the air supply line (L2) is exposed to the atmosphere so that hydrogen and oxygen passing through each of the lines (L1) (L2) before entering the interior of the stack 20 The temperature is lowered as heat is exchanged with the air, which results in a lower electric efficiency of the entire system due to a separate heater or heating to a higher temperature in the existing fuel heater 52 or air heater 56. ,

둘째, 상기 스택(20)에서 발생되는 내부열은 냉각수를 순환 공급하여 재활용하고 있는 반면 상기 스택(20)이 자체 발산하는 외부열은 재활용하지 못하고 그대로 배출시켜 전체 시스템의 열효율이 낮아지는 문제점이 있었다.Second, the internal heat generated from the stack 20 is recycled by circulating and supplying cooling water, whereas the external heat emitted by the stack 20 is not recycled and is discharged as it is, thereby lowering the thermal efficiency of the entire system.

본 발명은 상기와 같은 종래 연료전지의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 스택의 공기극으로 유입되는 산소의 온도를 일정하게 유지하여 시스템의 전력소모량을 낮출 수 있는 연료전지의 공기 예열 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.The present invention has been made in view of the problems of the conventional fuel cell as described above, to provide an air preheating device for a fuel cell that can lower the power consumption of the system by maintaining a constant temperature of oxygen flowing into the cathode of the stack. There is an object of the present invention.

또, 상기 스택에서 연료와 공기의 반응시 발생되는 내부열과 외부열을 모두 재활용할 수 있도록 하여 시스템의 열효율을 높일 수 있는 연료전지의 공기 예열 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.In addition, it is an object of the present invention to provide a fuel cell air preheating device that can increase the thermal efficiency of the system by recycling both the internal and external heat generated during the reaction of the fuel and air in the stack.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 수소가 공급되는 연료극과 산소가 공급되는 공기극이 구비되어 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기에너지와 열에너지가 만들어지는 스택; 상기 스택이 수용되고 그 일측에 공기흡입공이 형성되는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 설치되어 그 하우징의 공기흡입공을 통해 대기중의 공기를 흡입하여 공기공급라인을 통해 상기 스택의 공기극으로 공급하는 공기팬을 포함한 연료전지의 공기 예열 장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, a stack is provided with a fuel electrode supplied with hydrogen and an air electrode supplied with oxygen to create electrical energy and thermal energy by an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen; A housing in which the stack is accommodated and an air suction hole is formed at one side thereof; And an air fan installed inside the housing to suck air in the atmosphere through an air suction hole of the housing, and to supply the air fan to the cathode of the stack through an air supply line.

이하, 본 발명에 의한 연료전지의 공기 예열 장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an air preheating device of a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings.

도 1은 종래 연료전지의 일부를 보인 계통도이고, 도 2는 본 발명 연료전지의 일부를 보인 계통도이며, 도 3은 본 발명 연료전지의 공기 예열 장치를 보인 개략도이고, 도 4는 본 발명 연료전지의 공기 예열 장치에 대한 다른 실시예를 보인 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a part of a conventional fuel cell, Figure 2 is a schematic diagram showing a part of the fuel cell of the present invention, Figure 3 is a schematic diagram showing an air preheating device of the fuel cell of the present invention, Figure 4 is a fuel cell of the present invention A schematic diagram showing another embodiment of the air preheating apparatus.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 연료전지의 공기 예열 장치는, 한 개의 시스템 케이스 내부에 개질기와 스택 등 모든 부품이 구비되는 단독주택형이나 또는 한 개의 개질기에 수 개의 스택이 병렬 연결되어 각 스택이 각각의 가정에 설치되는 공동주택형 모두에 적용될 수 있다.As shown in the drawing, the air preheating device of the fuel cell according to the present invention is a single house type in which all parts such as a reformer and a stack are provided in one system case, or several stacks are connected in parallel to each reformer. It can be applied to all MDUs installed in each home.

예컨대, 공동주택형의 경우 본 발명에 의한 공기 예열 장치가 구비된 연료전지는, 흔히 공동주택 등 건물의 지하에 마련된 기계실에는 탄화수소계열의 연료에서 수소를 정제하는 한 개의 개질기(10)가 설치되고, 공동주택의 각 가정마다에는 상기 개질기(10)에 병렬 연결되어 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기에너지와 열에너지를 생성하는 스택(20)이 한 개씩 설치되며, 상기 스택(20)에서 발생되는 전기를 변환하여 부하에 공급하도록 그 스택(20)에 전기변환유닛(30)이 연결되고, 상기 스택(20)에 냉각수를 공급하여 그 스택(20)에서 발생되는 반응열을 냉각하도록 스택냉각유닛(40)이 연결 설치된다.For example, in the case of a multi-unit house, a fuel cell equipped with an air preheating device according to the present invention includes a reformer 10 for refining hydrogen from a hydrocarbon-based fuel in a machine room provided in a basement of a building, such as a multi-unit house. Each household of the multi-family house is provided with one stack 20 connected in parallel to the reformer 10 to generate electrical energy and thermal energy by an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, the electricity generated in the stack 20 The conversion unit 30 is connected to the stack 20 to supply the load to the load, the stack cooling unit 40 to supply the coolant to the stack 20 to cool the reaction heat generated in the stack 20 ) Is installed connected.

상기 스택(20)의 외곽에는 그 스택(20)이 수용되도록 소정의 내부공간을 가지는 하우징(110)이 설치되고, 상기 스택(20)의 일측에는 대기 중의 공기를 상기 하우징(110)의 내부공간으로 흡입하여 상기 스택(20)에서 발생되는 외부열을 냉각하면서 그 스택(20)의 공기극(22)으로 공기를 공급하는 공기팬(120)이 설치되며, 상기 공기팬(120)과 스택(20)의 공기극(22) 사이의 공기공급라인(L2)에는 그 공기극(22)으로 공급되는 공기를 가습하도록 가습기(130)가 설치된다.A housing 110 having a predetermined internal space is installed outside the stack 20 to accommodate the stack 20, and one side of the stack 20 supplies air in the atmosphere to the internal space of the housing 110. The air fan 120 for supplying air to the cathode 22 of the stack 20 while cooling the external heat generated by the stack 20 is installed, the air fan 120 and the stack 20 Humidifier 130 is installed in the air supply line (L2) between the cathode 22 of the) to humidify the air supplied to the cathode (22).

상기 하우징(110)은 단열재로 형성되고, 그 내부공간이 상기 스택(20)이 설치되는 스택공간(111)과 공기팬(120)이 설치되는 팬공간(112)으로 양분되도록 중간 부위에 격벽(113)이 형성되며, 상기 스택공간(111)의 일측에는 대기중의 공기가 흡입될 수 있도록 공기흡입공(111a)이 형성되고, 상기 격벽(113)의 중앙부위에는 상기 스택공간(111)과 팬공간(112)이 상호 연통되도록 공기통공(113a)이 형성된다.The housing 110 is formed of a heat insulator, and partitions are formed at intermediate portions such that the inner space is divided into a stack space 111 in which the stack 20 is installed and a fan space 112 in which the air fan 120 is installed. 113 is formed, an air suction hole 111a is formed at one side of the stack space 111 so that air in the air can be sucked, and the stack space 111 and the fan are formed at the central portion of the partition wall 113. An air hole 113a is formed so that the space 112 communicates with each other.

상기 공기흡입공(111a)은 그 하우징(110)의 스택공간(111)으로 흡입되는 공기가 공기팬(120)에서 먼 쪽으로 돌아 팬공간(112)으로 유입될 수 있도록 상기 스택공간(111)의 끝단부위에 형성된다.The air suction hole (111a) of the stack space 111 so that the air sucked into the stack space 111 of the housing 110 can flow into the fan space 112 is turned away from the air fan 120 It is formed at the tip.

또, 상기 공기흡입공(111a)은 도 3에서와 같이 외측면에서 내측면으로 갈수록 상기 공기팬(120)의 반대쪽으로 경사지게 형성되거나, 또는 도 4에서와 같이 상기 하우징(110)의 외측면에서 내측면 방향으로 갈수록 그 중심선을 연결하는 가상선의 직경이 확대되는 방향으로 경사지게 형성되거나, 또는 도면으로 도시하지는 않았으나 상기 하우징(110)의 외측면에서 내측면 방향으로 내경이 확대되도록 형성된다.In addition, the air suction hole (111a) is formed inclined toward the opposite side of the air fan 120 toward the inner side from the outer surface as shown in Figure 3, or in the outer surface of the housing 110 as shown in FIG. It is formed to be inclined in the direction in which the diameter of the imaginary line connecting the center line toward the inner surface direction is enlarged, or is not shown in the drawing is formed so that the inner diameter is expanded in the inner surface direction from the outer surface of the housing 110.

상기 격벽(113)의 공기통공(113a)에는 공기는 원활하게 유통시키면서 그 공기 속의 이물질은 걸러낼 수 있도록 망체와 같은 공기필터(140)가 설치된다.An air filter 140 such as a mesh is installed in the air through hole 113a of the partition 113 to smoothly distribute air and to filter out foreign substances in the air.

상기 공기팬(120)은 도 2에서와 같이 상기 하우징(110)의 팬공간(112)에 설치되고, 그 입구는 상기 팬공간(112)에 노출되도록 형성되는 반면 출구는 공기공급라인(L2)으로 연결된다. 또, 상기 공기팬(120)은 가급적 스택(20)의 공기극(22)과 최단 거리에 설치되는 것이 공기의 압손을 줄일 수 있어 바람직하다.The air fan 120 is installed in the fan space 112 of the housing 110, as shown in Figure 2, the inlet is formed to be exposed to the fan space 112 while the outlet is the air supply line (L2) Is connected. In addition, the air fan 120 is preferably installed at the shortest distance from the cathode 22 of the stack 20, so as to reduce pressure loss of air.

상기 가습기(130)는 초음파가습방식이나 삼투압방식 등 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 가습기(130)는 공기팬(120)의 출구에 연결되는 공기공급라 인(L2)의 중간에 설치되고, 그 공기공급라인(L2)을 통해 상기 스택(20)의 공기극(22)으로 공급되는 건공기가 상기 스택(20)을 통과하는 습공기로부터 수분을 흡수하도록 상기 공기극(22)의 출구에서 공기배출라인(L3)으로 연결된다. The humidifier 130 may be variously applied, such as ultrasonic humidification method or osmotic pressure method. For example, the humidifier 130 is installed in the middle of the air supply line (L2) connected to the outlet of the air fan 120, through the air supply line (L2) of the cathode (the cathode of the stack 20 22 is connected to the air discharge line (L3) at the outlet of the cathode 22 to absorb the moisture from the wet air passing through the stack (20).

도면중 미설명 부호인 41은 순수탱크, 42는 순수순환라인, 43은 냉각수탱크, 44는 냉각팬이다.In the drawings, reference numeral 41 denotes a pure tank, 42 denotes a pure circulation line, 43 denotes a cooling water tank, and 44 denotes a cooling fan.

상기와 같은 본 발명에 의한 연료전지의 공기 예열 장치는 다음과 같이 동작된다.The air preheating apparatus of the fuel cell according to the present invention as described above is operated as follows.

즉, 상기 개질기(10)에서 탄화수소계열의 연료를 개질하여 수소를 정제하고, 이 수소가 상기 각 스택(20)의 연료극(21)으로 공급되는 한편 공기가 상기 스택(20)의 공기극(22)으로 공급됨으로써 상기 연료극(21)에서는 산화반응이, 상기 공기극(22)에서는 환원반응이 일어나게 된다. 이 과정에서 생성되는 전자가 상기 연료극(21)에서 공기극(22)으로 이동하면서 전기에너지와 열에너지가 발생되어 각 가구로 공급된다.That is, the reformer 10 reforms hydrocarbons by reforming a hydrocarbon-based fuel, and the hydrogen is supplied to the anode 21 of each stack 20 while air is supplied to the cathode 22 of the stack 20. As a result, the oxidation reaction occurs in the fuel electrode 21 and the reduction reaction occurs in the air electrode 22. As the electrons generated in this process move from the anode 21 to the cathode 22, electric energy and heat energy are generated and supplied to each household.

여기서, 상기 스택(20)에서 반응시 발생되는 내부열은 스택냉각유닛(40)을 통해 냉각되는 반면 상기 스택(20)에서 발산되는 외부열은 상기 하우징(110)의 스택공간(111)에 가둬져 그 스택공간(111)과 팬공간(112)으로 흡입되었다가 상기 스택(20)의 공기극(22)으로 공급되는 공기를 적정온도로 가열하게 된다.Here, the internal heat generated during the reaction in the stack 20 is cooled through the stack cooling unit 40, while the external heat emitted from the stack 20 is trapped in the stack space 111 of the housing 110. The air sucked into the stack space 111 and the fan space 112 and then supplied to the cathode 22 of the stack 20 is heated to an appropriate temperature.

예컨대, 도 3에서와 같이 상기 하우징(110)의 팬공간(112)에 설치된 공기팬(120)이 작동하여 대기 중의 건공기가 하우징(110)의 공기흡입공(111a)을 통해 그 하우징(110)의 스택공간(111)으로 흡입되도록 하고, 상기 스택공간(111)으로 흡 입되는 건공기는 상기 스택(20)에서 발산되어 하우징(110)의 스택공간(111)에 가둬지는 외부열에 의해 적정온도로 가열된다. 이 가열된 건공기는 상기 하우징(110)내 격벽(113)의 공기통공(113a)에 마련된 공기필터(140)를 거쳐 팬공간(112)으로 이동하고, 이 건공기는 상기 공기팬(120)으로 흡입되었다가 공기공급라인(L2)을 통해 상기 가습기(130)를 거쳐 공기극(22)으로 공급된다. For example, as shown in FIG. 3, the air fan 120 installed in the fan space 112 of the housing 110 is operated so that the dry air in the air passes through the air suction hole 111a of the housing 110. And the dry air sucked into the stack space 111 of the stack space 111, is appropriated by external heat emitted from the stack 20 and trapped in the stack space 111 of the housing 110. Heated to temperature. The heated dry air moves to the fan space 112 through the air filter 140 provided in the air through hole 113a of the partition wall 113 in the housing 110, and the dry air is blown through the air fan 120. After being sucked into the air through the air supply line (L2) through the humidifier 130 is supplied to the cathode 22.

이때, 상기 가습기(130)로 유입되는 건공기는 공기배출라인(L3)을 통해 스택(20)의 공기극(22)에서 배출되는 습공기와 접촉되어 그 습공기로부터 적정하게 습윤되면서 상기 스택(20)의 공기극(22)으로 공급된다.At this time, the dry air flowing into the humidifier 130 is in contact with the wet air discharged from the cathode 22 of the stack 20 through the air discharge line (L3) is properly wetted from the wet air of the stack 20 It is supplied to the air electrode 22.

이렇게, 상기 공기공급라인이 일정 온도를 유지하는 하우징의 내부공간에 배치되어 그 공기공급라인을 통과하는 공기의 온도가 낮아지는 것을 미연에 방지함으로써 별도의 히터를 구비할 필요가 없거나 설사 히터를 설치하더라도 그 히터에 부과되는 부하를 줄여 전체 시스템의 전기효율을 높일 수 있다.In this way, the air supply line is disposed in the inner space of the housing that maintains a constant temperature to prevent the temperature of the air passing through the air supply line is lowered in advance, it is not necessary to have a separate heater or install a diarrhea heater Even so, the load on the heater can be reduced to increase the electrical efficiency of the entire system.

또, 상기 스택에서 발생되는 내부열은 물론 상기 스택이 자체 발산하는 외부열도 재활용하여 전체 시스템의 열효율을 높일 수 있다.In addition, the internal heat generated in the stack as well as the external heat emitted by the stack can be recycled to increase the thermal efficiency of the entire system.

한편, 전술한 일실시예에서는 상기 가습기가 하우징의 내부에 설치되는 것이나, 도 4에서와 같이 상기 가습기(130)의 용량이 큰 경우에는 그 가습기(130)를 하우징(110)의 외부에 설치할 수도 있다. 이 경우에도 상기 공기공급라인(L2)으로 공급되는 공기가 일정온도를 유지할 수 있도록 하여 전체 시스템의 전기효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 상기 스택에서 발산되는 외부열을 재활용할 수 있어 전체 시스템의 열효율을 높일 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 전술한 일례와 대동소이 하므로 생략한다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the humidifier is installed inside the housing, or when the capacity of the humidifier 130 is large as shown in FIG. 4, the humidifier 130 may be installed outside the housing 110. have. In this case, the air supplied to the air supply line (L2) can maintain a constant temperature to increase the electrical efficiency of the entire system as well as to recycle the external heat dissipated from the stack to improve the thermal efficiency of the entire system. It can increase. Detailed description thereof will be omitted since it is substantially the same as the above-described example.

본 발명에 의한 연료전지의 공기 예열 장치는, 상기 공기공급라인이 일정 온도를 유지하는 하우징의 내부공간에 배치됨으로써, 그 공기공급라인을 통과하는 공기의 온도가 낮아지는 것을 미연에 방지할 수 있고 이를 통해 별도의 히터를 구비할 필요가 없거나 설사 히터를 설치하더라도 그 히터에 부과되는 부하를 줄여 전체 시스템의 전기효율을 높일 수 있다.The air preheating apparatus of the fuel cell according to the present invention can be prevented from lowering the temperature of the air passing through the air supply line by being disposed in the inner space of the housing in which the air supply line maintains a constant temperature. Through this, even if a separate heater is not required or even if a heater is installed, the load imposed on the heater can be reduced to increase the electric efficiency of the entire system.

또, 상기 스택에서 발산하는 외부열을 이용하여 공기를 예열함으로써, 전체 시스템의 열효율을 높일 수 있다.In addition, by preheating air using the external heat radiated from the stack, the thermal efficiency of the entire system can be increased.

Claims (11)

수소가 공급되는 연료극과 산소가 공급되는 공기극이 구비되어 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기에너지와 열에너지가 만들어지는 스택;A stack provided with a fuel electrode supplied with hydrogen and an air electrode supplied with oxygen to generate electrical energy and thermal energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen; 상기 스택이 수용되고 그 일측에 공기흡입공이 형성되는 하우징; 및A housing in which the stack is accommodated and an air suction hole is formed at one side thereof; And 상기 하우징의 내부에 설치되어 그 하우징의 공기흡입공을 통해 대기중의 공기를 흡입하여 공기공급라인을 통해 상기 스택의 공기극으로 공급하는 공기팬을 포함한 연료전지의 공기 예열 장치.And an air fan installed inside the housing and sucking air in the atmosphere through an air suction hole of the housing and supplying air to the cathode of the stack through an air supply line. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하우징은 그 내부에 스택이 설치되는 공간과 공기팬이 설치되는 공간이 양분되도록 격벽이 형성되고, 상기 격벽에는 양측 공간이 연통되도록 공기통공이 형성되는 연료전지의 공기 예열 장치.The housing has a partition wall formed so as to divide the space in which the stack is installed and the space in which the air fan is installed therein, and the air partition of the fuel cell is formed in the air through the communication space on both sides of the partition wall. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 격벽의 공기통공에는 공기필터가 설치되는 연료전지의 공기 예열 장치.The air preheating device of the fuel cell is provided with an air filter in the air vent of the partition wall. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공기팬의 출구와 스택의 공기극 입구 사이의 공기공급라인에는 그 공기극으로 공급되는 공기를 가습하도록 가습기가 설치되는 연료전지의 공기 예열 장 치.And a humidifier installed at an air supply line between the outlet of the air fan and the cathode inlet of the stack to humidify the air supplied to the cathode. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가습기는 공기팬을 통해 흡입되는 건공기가 상기 스택을 통과하는 습공기로부터 수분을 흡수하도록 상기 공기극의 출구에서 공기배출라인으로 연결되는 연료전지의 공기 예열 장치. And the humidifier is connected to an air discharge line at an outlet of the cathode so that dry air sucked through an air fan absorbs moisture from the wet air passing through the stack. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가습기는 하우징의 내부에 설치되는 연료전지의 공기 예열 장치.The humidifier air preheating device of the fuel cell is installed inside the housing. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가습기는 하우징의 외부에 설치되는 연료전지의 공기 예열 장치.The humidifier air preheating device of the fuel cell is installed outside the housing. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하우징은 단열처리 되는 연료전지의 공기 예열 장치. The housing is an air preheating device of the fuel cell is insulated. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하우징의 공기흡입공은 외측면에서 내측면으로 갈수록 공기팬의 반대쪽으로 경사지게 형성되는 연료전지의 공기 예열 장치.The air suction hole of the housing is inclined toward the opposite side of the air fan toward the inner side from the outer surface of the fuel cell air preheating device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하우징의 공기흡입공은 외측면에서 내측면 방향으로 갈수록 그 중심선을 연결하는 가상선의 직경이 확대되는 방향으로 경사지게 형성되는 연료전지의 공기 예열 장치.And an air suction hole of the housing is formed to be inclined in a direction in which a diameter of an imaginary line connecting the center line increases from an outer surface to an inner surface. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하우징의 공기흡입공은 그 외측면에서 내측면 방향으로 내경이 확대되는 연료전지의 공기 예열 장치.The air suction hole of the housing is an air preheating device of the fuel cell that the inner diameter is extended from the outer surface to the inner surface direction.
KR1020060093180A 2006-09-25 2006-09-25 Air preheating apparatus for fuel cell system KR100774472B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060093180A KR100774472B1 (en) 2006-09-25 2006-09-25 Air preheating apparatus for fuel cell system
PCT/KR2007/003893 WO2008038902A1 (en) 2006-09-25 2007-08-14 Air preheater of fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060093180A KR100774472B1 (en) 2006-09-25 2006-09-25 Air preheating apparatus for fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100774472B1 true KR100774472B1 (en) 2007-11-08

Family

ID=39061262

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060093180A KR100774472B1 (en) 2006-09-25 2006-09-25 Air preheating apparatus for fuel cell system

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR100774472B1 (en)
WO (1) WO2008038902A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101328584B1 (en) * 2011-09-29 2013-11-12 한국과학기술연구원 Tri-gen system
KR101435392B1 (en) * 2012-08-23 2014-08-28 삼성중공업 주식회사 Fuel cell system
KR101435391B1 (en) * 2012-08-23 2014-08-28 삼성중공업 주식회사 Fuel cell system
US10995019B2 (en) * 2017-12-25 2021-05-04 Honda Motor Co., Ltd. Heating apparatus and water electrolysis system

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2981510B1 (en) * 2011-10-14 2013-12-06 Air Liquide FUEL CELL ELECTRICITY GENERATING DEVICE AND ITS STARTING METHOD
JP6137163B2 (en) * 2014-12-24 2017-05-31 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell unit
DE102019214706A1 (en) * 2019-09-25 2021-03-25 Mahle International Gmbh Cathode air subsystem and a cathode air system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05290868A (en) * 1992-04-09 1993-11-05 Fuji Electric Co Ltd Ventilation structure for package type fuel cell power generation device
JPH09199152A (en) * 1996-01-19 1997-07-31 Toshiba Corp Ventilating method for package type fuel cell power plant
KR20020070132A (en) * 2001-02-27 2002-09-05 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 Fuel cell generation system
JP2004253259A (en) 2003-02-20 2004-09-09 Nissan Motor Co Ltd Control device of fuel cell plant
JP2005100722A (en) 2003-09-24 2005-04-14 Hitachi Ltd Fuel cell package
JP2007066909A (en) 2005-09-01 2007-03-15 Ford Motor Co Fuel cell system enclosure, and method for operating fuel cell system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05290868A (en) * 1992-04-09 1993-11-05 Fuji Electric Co Ltd Ventilation structure for package type fuel cell power generation device
JPH09199152A (en) * 1996-01-19 1997-07-31 Toshiba Corp Ventilating method for package type fuel cell power plant
KR20020070132A (en) * 2001-02-27 2002-09-05 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 Fuel cell generation system
JP2004253259A (en) 2003-02-20 2004-09-09 Nissan Motor Co Ltd Control device of fuel cell plant
JP2005100722A (en) 2003-09-24 2005-04-14 Hitachi Ltd Fuel cell package
JP2007066909A (en) 2005-09-01 2007-03-15 Ford Motor Co Fuel cell system enclosure, and method for operating fuel cell system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101328584B1 (en) * 2011-09-29 2013-11-12 한국과학기술연구원 Tri-gen system
KR101435392B1 (en) * 2012-08-23 2014-08-28 삼성중공업 주식회사 Fuel cell system
KR101435391B1 (en) * 2012-08-23 2014-08-28 삼성중공업 주식회사 Fuel cell system
US10995019B2 (en) * 2017-12-25 2021-05-04 Honda Motor Co., Ltd. Heating apparatus and water electrolysis system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008038902A1 (en) 2008-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6660472B2 (en) Humidifier with integrated water separator for fuel cell system, fuel cell system and vehicle with the same
KR100774472B1 (en) Air preheating apparatus for fuel cell system
JP2001185172A (en) Fuel cell and its operation
EP2328219B1 (en) Fuel cell system
KR101724454B1 (en) Fuel cell system and humidification device of the same
JP5206206B2 (en) Fuel cell system
KR101610063B1 (en) Fuel cell system
KR101127004B1 (en) Fuel cell stack with internal membrane humidifier
KR100709200B1 (en) Fuel cell system
JP2006093157A (en) Solid polymer fuel cell system
JP4295717B2 (en) Fuel cell cooling device and fuel cell system employing the same
KR20030073679A (en) Cooling water recycling system for fuel cell
KR101299797B1 (en) System for Humidifying in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
JP5430318B2 (en) Fuel cell stack
JP5103411B2 (en) Fuel cell stack
KR100823928B1 (en) Desiccant apparatus using fuel cell system
JP2010003603A (en) Fuel cell stack
CN100596345C (en) Air feed and cooling system of porton exchange film fuel battery
KR20060130958A (en) Recirculation path typed fuel cell stack in fuel cell car
JPH09147896A (en) Solid high polymer fuel cell system
KR100969061B1 (en) Common distribution device for fuel cell system and hydrogen purge system using the same
KR101339238B1 (en) Fuel cell system and humidification device of the same
KR101289497B1 (en) System for Humidifying in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Recycling Crossover Gas
JP2000090955A (en) Fuel cell stack
JP2012022865A (en) Fuel battery stack

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: 20121026

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131024

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee