KR101189236B1 - 연료 전지 시스템 및 그의 가습장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, ⅰ)연료 전지의 집합체로서 이루어지는 스택과, ⅱ)상기 연료 전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급유닛과, ⅲ)상기 공기극으로부터 배출되는 배출 공기와 상기 공기 공급유닛으로부터 공급되는 건조 공기의 막 가습이 이루어지고 그 가습된 공기를 상기 공기극으로 공급하는 가습장치와, ⅳ)상기 연료 전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급유닛과, ⅴ)상기 연료극으로부터 배출되는 고온 다습한 수소와 상기 수소 공급유닛으로부터 공급되는 건조한 수소를 믹싱하여 상기 연료극으로 공급하는 수소 재순환유닛을 포함하며, 상기 가습장치는 상기 연료극과 연결되며 그 연료극으로부터 배출되는 고온 다습한 수소의 응축수를 저장하는 적어도 하나의 워터 트랩부를 일체로 형성한다.

Description

연료 전지 시스템 및 그의 가습장치 {FUEL CELL SYSTEM AND HUMIDIFICATION DEVICE OF THE SAME}
본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지로 공급되는 건조 공기를 가습하기 위한 가습장치에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지 시스템의 메인 파워(Main Power) 공급원인 연료 전지는 공기 중의 산소와 연료인 수소를 공급받아 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치로서, 고순도의 수소가 수소 저장탱크로부터 연료전지의 연료극(anode)으로 운전 중 공급되고, 공기 블로워와 같은 공기 공급 장치를 이용하여 대기 중의 공기가 직접 연료 전지의 공기극(cathode)으로 공급된다.
이에, 연료 전지 스택으로 공급된 수소가 연료극(anode)의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소 이온은 고분자 전해질 막을 통해 공기극(cathode)으로 넘어가게 되며, 공기극에 공급된 산소는 외부 도선을 통해 공기극으로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기 에너지를 발생시킨다.
연료 전지 차량에 적용되고 있는 고분자 전해질 막은 물에 충분히 젖어 있을수록 이온 전도도가 커져 저항에 의한 손실이 작아지지만, 상대 습도가 낮은 반응 기체의 공급이 계속되면 종국에는 고분자 전해질 막이 말라서 더 이상 쓸 수 없게 되므로, 고분자 전해질 막 연료전지에 있어서 그 공급되는 기체의 가습이 필수적으로 이루어져야 한다.
또한, 연료 전지 시스템의 높은 효율과 내구성 및 운전 안정성을 위해 수소 및 공기 공급 가스의 압력(분압)과 습도, 그리고 시스템의 운전 온도 등을 적절히 제어해야 하는데, 상기 사항 중 공기 공급 가스의 가습은 운전 중 발생하는 연료전지 시스템 내의 생성수를 이용한다.
연료 전지의 연료극에 대한 가습 방법은 연료 전지 시스템의 운전 시, 전기화학 반응에 의해 공기극 영역에서 생성된 물이 연료극 영역으로 농도 차에 의해 일부 확산되는데, 수소 재순환 장치를 통하여 재순환되는 수소가 상기와 같이 연료극으로 확산된 물을 함유하면서 연료극 입구로 공급되는 건조 수소와 혼합되어, 연료극 입구측의 공급 수소가 가습되어 이루어진다.
반면에, 연료 전지의 공기극(Cathode)측 가습을 위해서 최고 유량을 적정 수준 이상으로 가습할 수 있는 별도의 가습기가 포함되는 바, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이 상기 가습기(120)는 연료전지 스택(110)의 공기극(114) 입출구 간에 장착되어 있다.
이러한 가습기(120)는 대개 중공사막이 내재된 구조로서, 그 길이 방향에서 일측에는 공기 블로워(116)의 구동에 의하여 흡입되는 건조 공기 유입구(122)가 형성되어 있고, 타측에는 연료전지 스택(110)의 공기극(114) 입구측과 연결되는 가습공기 공급구(124)가 형성되어 있으며, 또한 가습기(120)의 폭 방향에서 일측 위치에는 연료전지 스택(110)의 공기극(114) 출구측과 연결되는 가습공기 유입구(126)가 형성되어 있고, 그 반대 위치에는 가습공기 배출구(128)가 형성되어 있다.
이 때, 공기 중 산소는 약 20% 미만이므로, 공기극(114)에서의 전기화학 반응이 원활히 일어날 수 있도록 공기 공급량은 필요량 대비 약 2배 이상, 즉 필요 산소를 공급하기 위해 순수 산소 공급 유량 대비 10배 이상의 유량을 공급해야 하므로, 상기 가습기(120)의 가습 효율을 높이기 위해 가습기(120)내 다수의 중공사막은 많은 개수가 촘촘한 간격으로 배치된다.
따라서, 연료전지 스택(110)의 공기극(114)으로부터 배출되는 습윤기체 즉, 반응을 마친 가습공기는 상기 가습공기 유입구(126)를 통해 가습기(120)내로 유입되고, 이와 함께 공기 블로워(116)에 의하여 외기로부터의 건조공기가 상기 건조공기 유입구(122)를 통해 가습기(120)내로 유입되는 바, 상기 반응을 마친 가습공기의 수분이 중공사막의 내부로 침투되는 동시에 중공사막의 내부를 흐르는 건조공기를 가습시키게 되고, 가습된 공기는 상기 가습공기 공급구(124)를 통해 연료전지 스택(110)의 공기극(114)으로 공급되어진다.
한편, 상기 연료전지 스택의 연료극(112)에서 생성된 응축수는 산소와 수소의 흐름을 방해하므로, 연료극(112)과 연결된 워터 트랩(140)을 통해 배출 제거된다.
즉, 상기 연료극(112)으로 확산된 물이 일정량 이상 계속 쌓이면, 연료극(112)에서의 전기화학 반응이 원활히 진행되지 못하므로, 일정량 이상 쌓인 물은 연료전지 스택(110)의 설계 구조 상 중력에 의해 아래로 떨어지며 워터 트랩(140)에 모인 후, 대기로 배출된다.
그런데, 종래 기술에 따른 연료 전지 시스템의 가습기는 연료극(112)으로부터 배출되는 습윤 공기와 공기 블로워(116)로부터 공급되는 건조 공기의 기체-기체 가습 방식으로서 막 가습이 이루어지는 바, 막 가습기의 경우 다른 가습기에 비해서 부피가 작지만, 차량의 부품으로서 여전히 부피가 크고, 이로 인하여 패키지 측면에서 불리하다는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 종래 기술의 가습장치는 막 재질의 가격이 고가이므로 가격적인 측면에서 문제가 있는데, 연료 전지 스택(110)에 적용되는 지는 고분자 전해질 막이 나피온(Nafion)이라는 고가의 물질을 주로 사용하고 있기 때문에, 가격 절감 측면에서 한계가 있다는 문제점도 내포하고 있다.
특히, 연료 전지 스택(110)이 고출력인 경우, 그 스택(110)으로부터 고온 건조한 공기가 배출되기 때문에, 종래 기술에서와 같은 기체-기체 가습 방식의 가습기는 충분한 가습 성능을 발휘하지 못하게 되고, 이로 인해 연료 전지 스택(110)의 출력이 감소하게 된다는 문제점도 내포하고 있다.
따라서 본 발명의 예시적인 실시예는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 기체-기체 가습 방식 및 기체-액체 가습 방식이 동시에 이루어짐으로써 가습 성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 연료 전지 시스템 및 그의 가습장치를 제공한다.
이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, ⅰ)연료 전지의 집합체로서 이루어지는 스택과, ⅱ)상기 연료 전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급유닛과, ⅲ)상기 공기극으로부터 배출되는 배출 공기와 상기 공기 공급유닛으로부터 공급되는 건조 공기의 막 가습이 이루어지고 그 가습된 공기를 상기 공기극으로 공급하는 가습장치와, ⅳ)상기 연료 전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급유닛과, ⅴ)상기 연료극으로부터 배출되는 고온 다습한 수소와 상기 수소 공급유닛으로부터 공급되는 건조한 수소를 믹싱하여 상기 연료극으로 공급하는 수소 재순환유닛을 포함하며, 상기 가습장치는 상기 연료극과 연결되며 그 연료극으로부터 배출되는 고온 다습한 수소의 응축수를 저장하는 적어도 하나의 워터 트랩부를 일체로 형성한다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 가습장치는 상기 워터 트랩부를 통해 액체와 기체의 막 가습이 이루어질 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 가습장치는 상기 공기극 및 상기 공기 공급유닛과 연결되는 하우징과, 상기 하우징에 내장되는 중공사막으로서 이루어지며 적어도 일측에 상기 워터 트랩부를 형성하는 막 모듈을 포함할 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 워터 트랩부는 상기 막 모듈의 양측에 형성될 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 워터 트랩부는 응축수 공급라인을 통해 상기 연료극과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 가습장치는, 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 배출 공기와 블로워를 통해 공급되는 건조 공기의 막 가습이 이루어지는 것으로서, ⅰ)상기 공기극과 상기 블로워에 연결되는 하우징과, ⅱ)상기 하우징에 내장되는 중공사막으로서 이루어지는 막 모듈과, ⅲ)상기 막 모듈의 적어도 일측에 형성되고, 상기 연료 전지의 연료극과 연결되며 그 연료극으로부터 배출되는 고온 다습한 수소의 응축수를 저장하는 워터 트랩부를 포함한다.
상기 연료 전지 시스템의 가습장치에 있어서, 상기 워터 트랩부는 상기 막 모듈의 양측에 형성될 수 있다.
상기 연료 전지 시스템의 가습장치에 있어서, 상기 하우징은 상기 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 배출 공기를 도입하는 제1 유입부와, 상기 블로워를 통해 공급되는 건조 공기를 도입하는 제2 유입부와, 상기 건조 공기와 배출 공기의 수분 교환 및 상기 워터 트랩부에 저장된 물과 상기 건조 공기의 수분 교환을 통해 막 가습이 이루어진 가습 공기를 배출하는 제1 배출부와, 상기 중공사막을 통해 수분이 제거된 배출 공기를 대기 중으로 배출하기 위한 제2 배출부를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 가습장치의 막 모듈 양측에 워터 트랩부를 일체로 형성하므로, 가습장치를 통해 기체-기체 가습 방식과 기체-액체 가습 방식이 동시에 이루어지기 때문에 보다 높은 가습 성능을 발휘할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 고출력의 연료 전지를 채용한 경우, 연료 전지의 공기극에서 배출되는 고온 건조한 배출 공기와 워터 트랩부에 저장된 물과의 열교환을 통하여 그 배출 공기의 온도가 낮아져 상대습도가 증가하기 때문에, 가습장치 내에서의 막 모듈에 의한 기체-기체 가습 방식에 의한 가승 성능 또한 증가하게 된다.
그리고, 본 실시예에서는 가습장치의 가습 성능이 향상됨에 따라, 결과적으로는 전체 가습장치의 사이즈를 줄일 수 있게 되며, 막 모듈의 양을 절감할 수 있고, 이로 인하여 가격적인 측면과 패키지적인 측면에서 유리하다는 잇점이 있다.
아울러, 본 실시예에서는 가습장치의 막 모듈 양측에 워터 트랩부를 일체로 형성하므로, 연료 전지의 공기극에서 배출되는 배출 공기의 이동 경로가 짧아지기 때문에, 가습장치에 걸리는 압력 강하량을 줄일 수 있고, 이로 인해 공기 블로워의 부하를 낮출 수 있다.
이에 더하여, 본 실시예에서는 종래 기술과 달리, 가습장치 내부의 워터 트랩부에 저장된 물이 가습을 통하여 소모되므로, 레벨 센서 및 밸브 등과 같은 부가물을 필요로 하지 않기 때문에, 가격적인 측면에서 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 가습장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)은 수소로서의 연료와 공기로서의 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템으로 구성된다.
본 실시예에 의한 상기 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로, 스택(10)과, 공기 공급유닛(30)과, 가습장치(50)와, 수소 공급유닛(70)과, 수소 재순환유닛(90)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
상기 스택(10)은 막-전극 어셈블리(11: MEA)를 사이에 두고 이의 양측에 공기극(13) 및 연료극(15)이 배치되는 연료 전지들(17)의 집합체 구조로서 이루어진다.
여기서, 상기 연료 전지(17)의 공기극(13)에서는 고온 다습한 습윤 공기(이하에서는 편의 상 "배출 공기" 라고 한다)를 배출하며, 연료 전지(17)의 연료극(15)에서는 미반응 수소로서의 고온 다습한 수소를 배출한다.
또한, 상기 연료 전지(17)가 고출력인 경우, 공기극(13)에서는 고온 건조한 공기가 배출될 수 있다.
상기 공기 공급유닛(30)은 연료 전지(17)의 공기극(13)으로 공기를 실질적으로 공급하기 위한 것으로서, 대기 중의 공기(이하에서는 편의 상 "건조 공기" 라고 한다)를 흡입하여 그 공기를 공기극(13)으로 공급할 수 있는 공기 블로워(31)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 가습장치(50)는 연료 전지(17)의 공기극(13)으로부터 배출되는 배출 공기와 공기 블로워(31)로부터 공급되는 건조 공기의 막 가습이 이루어지고 그 가습된 공기를 공기극(13)으로 공급하기 위한 것이다.
이와 같은 본 실시예에 따른 상기 가습장치(50)의 구성은 도 2를 참조하여 뒤에서 더욱 자세하게 설명하기로 한다.
상기에서, 수소 공급유닛(70)은 연료 전지(17)의 연료극(15)으로 수소를 실질적으로 공급하기 위한 것으로서, 수소 가스를 저장하고 그 수소 가스를 연료극(15)으로 공급할 수 있는 수소 탱크(71)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 수소 재순환유닛(90)은 연료 전지(17)의 연료극(15)으로부터 배출되는 고온 다습한 수소와 수소 탱크(71)로부터 공급되는 건조한 수소를 믹싱하여 그 가습된 믹싱 수소를 연료극(15)으로 공급하기 위한 것이다.
여기서, 상기 수소 재순환유닛(90)은 연료극(15)으로부터 배출되는 고온 다습한 수소를 흡입하는 수소 블로워(91)와, 그 수소 블로워(91)를 통해 흡입된 고온 다습한 수소와 수소 탱크(71)로부터 공급되는 건조한 수소를 믹싱하는 믹서(93)와, 미반응한 수소를 대기 중으로 방출시키기 위한 퍼지 밸브(95)를 포함할 수 있다.
상기에서와 같은 스택(10), 공기 공급유닛(30), 수소 공급유닛(70), 및 수소 재순환유닛(90)은 당 업계에 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)의 가습장치(50)를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 가습장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 가습장치(50)는 연료 전지(17)의 연료극(15)으로부터 배출되는 고온 다습한 수소의 응축수를 저장하여 액체-기체의 가습 방식을 구현할 수 있는 구조로서 이루어진다.
이를 위해 본 실시예에 의한 상기 가습장치(50)는 기본적으로, 하우징(51)과, 하우징(51)에 내장되는 막 모듈(55)과, 막 모듈(55)에 일체로 형성되는 워터 트랩부(57)를 포함하여 구성된다.
상기에서, 하우징(51)은 연료 전지(17)의 공기극(13)으로부터 배출되는 배출 공기를 도입하는 제1 유입부(53a)와, 공기 블로워(31)를 통해 공급되는 건조 공기를 도입하는 제2 유입부(53b)와, 그 건조 공기와 배출 공기의 수분 교환 및 뒤에서 더욱 설명될 워터 트랩부(57)에 저장된 물과 건조 공기의 수분 교환을 통해 막 가습이 이루어진 가습 공기를 배출하는 제1 배출부(53c)와, 뒤에서 더욱 설명될 막 모듈(55)을 통해 수분이 제거된 배출 공기를 대기 중으로 배출하기 위한 제2 배출부(53d)를 형성하고 있다.
즉, 상기 제1 유입부(53a)는 제1 연결라인(54a)을 통해 연료 전지(17)의 공기극(13)과 연결되며, 제2 유입부(53b)는 제2 연결라인(54b)을 통해 공기 블로워(31)와 연결되고, 제1 배출부(53c)는 제3 연결라인(54c)을 통해 연료 전지(17)의 공기극(13)과 연결될 수 있다.
상기 막 모듈(55)은 하우징(51)의 내부에 저장되며, 건조 공기와 배출 공기의 수분 교환으로서 기체-기체 방식의 가습이 이루어지는 중공사막(56)으로서 구비된다.
본 실시예에서, 상기 워터 트랩부(57)는 연료 전지(17)의 연료극(15)으로부터 배출되는 고온 다습한 수소의 응축수를 저장하기 위한 것이다.
상기 워터 트랩부(57)는 하우징(51)의 내부에서 막 모듈(55)의 적어도 일측, 바람직하게는 막 모듈(55)의 양측에 각각 형성되는 바, 응축수 공급라인(59)을 통해 연료 전지(17)의 연료극(15)과 연결될 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)의 작동을 상세하게 설명하기로 한다.
우선, 본 실시예에서는 연료 전지(17)를 통한 수소와 공기의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 과정에, 그 연료 전지(17)의 연료극(15)에서는 미반응 수소로서의 고온 다습한 수소를 배출한다.
여기서, 상기 고온 다습한 수소는 수소 재순환유닛(90)의 수소 블로워(91)에 의해 믹서(93)로 공급되고, 수소 공급유닛(70)의 수소 탱크(71)에 저장된 수소 또한 믹서(93)로 공급된다.
이에, 상기 고온 다습한 수소는 믹서(93)에서 건조한 수소와 믹싱됨으로써 가습되고 그 가습된 수소는 연료 전지(17)의 연료극(15)으로 공급된다.
상기한 과정에서 고온 다습한 수소는 온도가 낮아지면서 응축되는 바, 그 응축된 물은 응축수 공급라인(59)을 통해 가습장치(50)에 있어 하우징(51) 내부의 워터 트랩부(57)로 공급된다.
한편, 본 실시예에서는 연료 전지(17)를 통한 수소와 공기의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 과정에, 그 연료 전지(17)의 공기극(13)에서는 미반응 공기로서의 고온 다습한 배출 공기를 배출한다.
여기서, 상기 배출 공기는 제1 연결라인(54a)을 통해 하우징(51)의 내부로 유입되고, 대기 중의 건조 공기는 공기 공급유닛(30)의 공기 블로워(31)를 통해 흡입되면서 제2 연결라인(54b)을 통해 하우징(51)의 내부로 유입된다.
따라서, 상기 하우징(51)의 내부에서는 막 모듈(55)에 의한 건조 공기와 배출 공기의 수분 교환, 및 워터 트랩부(57)에 저장된 물과 건조 공기의 수분 교환으로서, 기체-기체 가습과 기체-액체 가습이 동시에 이루어지게 되며, 그 가습된 공기는 제3 연결라인(54c)을 통해 연료 전지(17)의 공기극(13)으로 공급된다.
그리고, 상기 하우징(51)의 내부에서 막 모듈(55)을 통해 수분이 제거된 배출 공기는 그 하우징(51)의 제2 배출부(53d)를 통해 대기 중으로 배출된다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)에 의하면, 가습장치(50)의 막 모듈(55) 양측에 워터 트랩부(57)를 일체로 형성하므로, 가습장치(50)를 통해 기체-기체 가습 방식과 기체-액체 가습 방식이 동시에 이루어지기 때문에 보다 높은 가습 성능을 발휘할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 고출력의 연료 전지(17)를 채용한 경우, 연료 전지(17)의 공기극(13)에서 배출되는 고온 건조한 배출 공기와 워터 트랩부(57)에 저장된 물과의 열교환을 통하여 그 배출 공기의 온도가 낮아져 상대습도가 증가하기 때문에, 가습장치(50) 내에서의 막 모듈(55)에 의한 기체-기체 가습 방식에 의한 가승 성능 또한 증가하게 된다.
그리고, 본 실시예에서는 상기와 같이 가습장치(50)의 가습 성능이 향상됨에 따라, 결과적으로는 전체 가습장치(50)의 사이즈를 줄일 수 있게 되며, 막 모듈(55)의 양을 절감할 수 있고, 이로 인하여 가격적인 측면과 패키지적인 측면에서 유리하다는 잇점이 있다.
아울러, 본 실시예에서는 가습장치(50)의 막 모듈(55) 양측에 워터 트랩부(57)를 일체로 형성하므로, 연료 전지(17)의 공기극(13)에서 배출되는 배출 공기의 이동 경로가 짧아지기 때문에, 가습장치(50)에 걸리는 압력 강하량을 줄일 수 있고, 이로 인해 공기 블로워(31)의 부하를 낮출 수 있다.
이에 더하여, 본 실시예에서는 종래 기술과 달리, 가습장치(50) 내부의 워터 트랩부(57)에 저장된 물이 가습을 통하여 소모되므로, 레벨 센서 및 밸브 등과 같은 부가물을 필요로 하지 않기 때문에, 가격적인 측면에서 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10... 스택 11... 막-전극 어셈블리(MEA)
13... 공기극 15... 연료극
17... 연료 전지 30... 공기 공급유닛
31... 공기 블로워 50... 가습장치
51... 하우징 55... 막 모듈
57... 워터 트랩부 59... 응축수 공급라인

Claims (8)

  1. 연료 전지의 집합체로서 이루어지는 스택;
    상기 연료 전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급유닛;
    상기 공기극으로부터 배출되는 배출 공기와 상기 공기 공급유닛으로부터 공급되는 건조 공기의 막 가습이 이루어지고 그 가습된 공기를 상기 공기극으로 공급하는 가습장치;
    상기 연료 전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급유닛; 및
    상기 연료극으로부터 배출되는 고온 다습한 수소와 상기 수소 공급유닛으로부터 공급되는 건조한 수소를 믹싱하여 상기 연료극으로 공급하는 수소 재순환유닛을 포함하며,
    상기 가습장치는:
    상기 연료극과 연결되며 그 연료극으로부터 배출되는 고온 다습한 수소의 응축수를 저장하는 적어도 하나의 워터 트랩부를 일체로 형성하며;
    상기 공기극 및 상기 공기 공급유닛과 연결되는 하우징과, 상기 하우징에 내장되는 중공사막으로서 적어도 일측에 상기 워터 트랩부를 형성하는 막 모듈을 포함하는 연료 전지 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가습장치는,
    상기 워터 트랩부를 통해 액체와 기체의 막 가습이 이루어지는 연료 전지 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 워터 트랩부는 상기 막 모듈의 양측에 형성되는 연료 전지 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 워터 트랩부는 응축수 공급라인을 통해 상기 연료극과 연결되는 연료 전지 시스템.
  6. 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 배출 공기와 블로워를 통해 공급되는 건조 공기의 막 가습이 이루어지는 연료 전지 시스템의 가습장치로서,
    상기 공기극과 상기 블로워에 연결되는 하우징;
    상기 하우징에 내장되는 중공사막으로서 이루어지는 막 모듈; 및
    상기 막 모듈의 적어도 일측에 형성되고, 상기 연료 전지의 연료극과 연결되며 그 연료극으로부터 배출되는 고온 다습한 수소의 응축수를 저장하는 워터 트랩부를 포함하며,
    상기 워터 트랩부는 상기 막 모듈의 양측에 형성되고,
    상기 하우징은 상기 공기극으로부터 배출되는 배출 공기를 도입하는 제1 유입부와, 상기 블로워를 통해 공급되는 건조 공기를 도입하는 제2 유입부와, 상기 건조 공기와 배출 공기의 수분 교환 및 상기 워터 트랩부에 저장된 물과 상기 건조 공기의 수분 교환을 통해 막 가습이 이루어진 가습 공기를 배출하는 제1 배출부와, 상기 중공사막을 통해 수분이 제거된 배출 공기를 대기 중으로 배출하기 위한 제2 배출부를 포함하는 연료 전지 시스템의 가습장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
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