KR101242324B1 - Fuel cell - Google Patents

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KR101242324B1 KR1020050105996A KR20050105996A KR101242324B1 KR 101242324 B1 KR101242324 B1 KR 101242324B1 KR 1020050105996 A KR1020050105996 A KR 1020050105996A KR 20050105996 A KR20050105996 A KR 20050105996A KR 101242324 B1 KR101242324 B1 KR 101242324B1
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Abstract

본 발명은 스텍에 고온고압의 상태로 공급되는 공기를 냉각하기 위한 공기냉각기가 공기를 스텍에 저온저압 상태로 공급되는 수소와 열교환시켜 냉각하도록 이루어진 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell configured to cool an air cooler for cooling air supplied to a stack at high temperature and high pressure by heat-exchanging air with hydrogen supplied to the stack at a low temperature and low pressure.

본 발명은 수소탱크(30)의 고압 수소를 저압으로 감압하고 공기압축기(11)로 공기를 가압한 다음, 저압 수소와 고압 공기를 각각 가습한 뒤 스텍(41)에서 수소와 공기에 포함된 산소를 전기화학반응시켜 전기에너지를 생성하도록 이루어진 연료전지에 있어서, 스텍(41)에 공급되는 저압 수소와 고압 공기를 상호 열교환시켜 가압과정에서 온도가 상승한 고압 공기를 단열 팽창으로 온도가 낮아진 저압 수소로 냉각하도록 이루어진 공기냉각기(12)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 이와 같은 구성에 따르면, 공기냉각기의 구성이 극히 단순하여 연료전지의 제작원가 절감은 물론 소형화와 경량화를 도모할 수 있다.According to the present invention, the high pressure hydrogen of the hydrogen tank 30 is reduced to low pressure, the air is compressed by the air compressor 11, and the low pressure hydrogen and the high pressure air are respectively humidified, and the oxygen contained in the hydrogen in the stack 41 and the air. In the fuel cell configured to generate the electrical energy by electrochemical reaction, the high pressure air, the temperature of which rises in the pressurization process by heat exchange between the low pressure hydrogen and the high pressure air supplied to the stack 41 to the low pressure hydrogen whose temperature is lowered by the adiabatic expansion. Characterized in that it comprises an air cooler (12) made to cool, according to this configuration, the configuration of the air cooler is extremely simple, it is possible to reduce the production cost of the fuel cell, as well as miniaturization and weight reduction.

연료전지, 수소, 공기, 산소, 스텍, 압축, 냉각, 고압, 감압, 열교환 Fuel Cell, Hydrogen, Air, Oxygen, Stack, Compression, Cooling, High Pressure, Pressure Reduction, Heat Exchange

Description

연료전지{FUEL CELL}Fuel Cell {FUEL CELL}

도 1은 종래 연료전지의 구성도.1 is a block diagram of a conventional fuel cell.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 구성도.2 is a block diagram of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

10 : 에어클리너 11 : 공기압축기10 air cleaner 11 air compressor

12 : 공기냉각기 30 : 수소탱크12: air cooler 30: hydrogen tank

31 : 감압장치 40 : 가습기31: decompression device 40: humidifier

41 : 스텍 50 : 냉각수펌프41: stack 50: coolant pump

52 : 방열기52: radiator

본 발명은 수소와 공기 중의 산소를 스텍에서 전기화학반응시켜 전기에너지를 발생하는 연료전지에 관한 것으로, 특히, 화학반응에 앞서 가압되어 고온이 되는 공기를 스텍에 감압되어 공급되는 반응전 저온 수소와 열교환시켜 냉각하도록 이루어진 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell that generates electrical energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen in air at a stack. In particular, the present invention relates to a low-temperature hydrogen before reaction, in which air, which is pressurized to a high temperature prior to chemical reaction, is supplied to the stack under reduced pressure. A fuel cell configured to cool by heat exchange.

연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 연료전지는 에너지 효율이 높고 소음이 적으며 공해물질을 거의 배출하지 않는 등 여러 가지 장점을 두루 갖추고 있다. 그 중에서도 수소-산소 연료전지는 수소와 산소를 연료로 이용하는 전지로서 소형화와 경량화가 가능하여 기존 연소기관을 대체할 차세대 자동차 엔진으로 가장 활발하게 연구 개발되고 있다.Fuel cells that directly convert chemical energy generated by the oxidation of fuels into electrical energy have many advantages, such as high energy efficiency, low noise and almost no pollution. Among them, the hydrogen-oxygen fuel cell is a battery that uses hydrogen and oxygen as fuels, and is being actively researched and developed as a next-generation automobile engine that can replace the existing combustion engine because it can be miniaturized and reduced in weight.

수소-산소 연료전지는 화학반응장치인 스텍(Stack)(41)에서 수소와 산소를 전기화학반응시켜 전기에너지를 발생하도록 구성되는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 대체로, 스텍(41)에 대하여 수소를 공급하기 위한 수소유동계, 산소를 공급하기 위한 공기유동계 및 스텍(41)을 냉각하기 위한 냉각수유동계 등 세 가지 유동계로 이루어져 있다.The hydrogen-oxygen fuel cell is configured to generate electrical energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen in a stack 41, which is a chemical reaction device. As shown in FIG. It consists of three flow systems: a hydrogen flow system for supplying hydrogen, an air flow system for supplying oxygen, and a cooling water flow system for cooling the stack 41.

공기유동계는 유입공기로부터 이물질을 제거하는 에어클리너(20), 에어클리너(20)로부터 공급되는 공기를 가압하여 압력을 높이는 공기압축기(21), 공기압축기(21)에 의해 고압으로 압축됨에 따라 온도가 상승하는 공기를 냉각하기 위한 공기냉각기(22) 및 냉각된 공기를 가습하여 수분을 함유시키는 가습기(40) 등으로 구성되며, 수소유동계는 연료로 사용되는 수소를 고압 상태로 저장하고 있는 수소탱크(30), 수소탱크(30)가 공급하는 고압 수소를 감압하기 위한 감압장치(31) 그리고 감압된 수소를 가습하는 가습기 등으로 구성된다. 그리고, 냉각수유동계는 냉각수를 펌핑하여 스텍(41)과 가습기(40)를 경유하여 순환시키는 냉각수펌프(50), 상기 스텍(41)과 가습기(40)에서 가열된 고온의 냉각수를 냉각하는 방열기(52)와 냉각팬 (53), 그리고, 상기 냉각수펌프(50)와 방열기(52) 사이에서 냉각수를 방열기(52)를 바이패스하여 가습기(40)쪽으로 곧바로 순환시킬 수 있는 전환밸브(51) 등으로 이루어져 있다.As the air flow system is compressed to high pressure by the air cleaner 20 to remove foreign substances from the inlet air, the air compressor 21 and the air compressor 21 to pressurize the air supplied from the air cleaner 20 to increase the pressure. It consists of an air cooler 22 for cooling the air rising temperature and a humidifier 40 to humidify the cooled air to contain moisture, and the hydrogen flow system stores hydrogen used as fuel at high pressure. A hydrogen tank 30, a decompression device 31 for depressurizing the high pressure hydrogen supplied by the hydrogen tank 30, and a humidifier for humidifying the decompressed hydrogen. In addition, the cooling water flow system is a cooling water pump 50 for circulating through the stack 41 and the humidifier 40 by pumping the cooling water, and a radiator for cooling the high temperature cooling water heated by the stack 41 and the humidifier 40. A switching valve 51 capable of circulating the cooling water directly to the humidifier 40 by bypassing the radiator 52 between the 52 and the cooling fan 53 and the cooling water pump 50 and the radiator 52. Etc.

이상과 같은 구성의 종래 연료전지는 수소탱크(30)와 공기압축기(21)로부터 가습기(40)를 거치면서 가습된 수소 및 공기 중에 포함된 산소를 스텍(41) 내 전해물질 주위에 서로 맞붙어 있는 두 개의 전극봉(도시되지 않음)으로 각각 공급하여 물의 전기분해 역반응으로 공기 중의 산소와 수소를 전기화학반응시킴으로써 연속적으로 전기에너지를 생성할 수 있다. 더불어, 냉각수펌프(50)에 의해 냉각수유동계의 폐쇄순환회로를 따라 순환하는 열교환매체인 냉각수가 스텍(41)에서 발생하는 반응열을 방열기(52)를 통해 방열함으로써 상당한 반응열을 발생하는 스텍(41)을 일정 온도 이하로 냉각하여 수명과 성능을 안정적으로 유지할 수 있다.In the conventional fuel cell having the above-described configuration, the hydrogen tank 30 and the air compressor 21 pass through the humidifier 40, and the hydrogen contained in the air and oxygen contained in the air adhere to each other around the electrolyte in the stack 41. Each of the two electrodes (not shown) may be fed to electrochemical reaction of oxygen and hydrogen in the air by electrolysis of water to reverse the electrolysis of water, thereby generating electrical energy continuously. In addition, the stack 41 which generates considerable reaction heat by radiating the heat of reaction of the coolant, which is a heat exchange medium circulated along the closed circulation circuit of the coolant fluid system, by the coolant pump 50 through the radiator 52. ) Can be cooled below a certain temperature to ensure stable life and performance.

한편, 연료전지에는 스텍(41)에 공급되기에 앞서 공기압축기(21)에 의해 대략 1.5~3.0기압(절대압력)으로 가압되는 공기의 온도가 압축과정에서 대략 100℃ 이상으로 상승함에 따라 이를 냉각하기 위한 공기냉각기(22)를 포함되는데, 종래 연료전지의 경우 공기냉각기(22)가 별도의 냉각팬(23) 등을 구비해야 하는 공랭식 열교환기나 또는 냉각수 순환라인 등이 수반되어야 하는 수냉식 열교환기 등으로 구성되어 있었기 때문에 그 구성이 매우 복잡할 뿐만 아니라 공기냉각기(22)의 복잡한 구성으로 인해 크기와 무게 등이 가중되는 문제점이 있었다.Meanwhile, before the fuel cell is supplied to the stack 41, the temperature of the air pressurized by the air compressor 21 to about 1.5 to 3.0 atm (absolute pressure) rises to about 100 ° C. or more in the compression process, thereby cooling it. It includes an air cooler (22), in the case of a conventional fuel cell air cooler (22) has to be provided with a separate cooling fan 23, such as an air-cooled heat exchanger or a water-cooled heat exchanger that must be accompanied by a cooling water circulation line, etc. Since the configuration is not only very complicated, but also due to the complicated configuration of the air cooler 22, there was a problem in that the weight and weight.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 연료전지의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 스텍에 공급되는 과정에서 공기압축기에 의해 가압되어 온도가 상승한 공기를 냉각수나 외기(外氣) 등의 별도의 열교환매체에 의하지 아니하고 수소탱크로부터 배출된 후 감압장치에 의해 감압되어 온도가 낮아진, 스텍에 공급되는 저온 수소와 열교환시켜 냉각할 수 있게 이루어짐에 따라 구성이 단순한 연료전지를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to improve the problems of the conventional fuel cell as described above, the air is pressurized by the air compressor in the process of being supplied to the stack to increase the temperature of the separate heat exchange medium such as cooling water or outside air (external air) It is an object of the present invention to provide a fuel cell having a simple structure as it can be cooled by heat exchange with low temperature hydrogen supplied to a stack, which is reduced in temperature by being decompressed by a decompression device after being discharged from a hydrogen tank, thereby reducing the temperature.

이상의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수소탱크의 고압 수소를 저압으로 감압하는 한편, 공기압축기로 공기를 가압하고, 스텍(41)에서 수소와 공기에 포함된 산소를 전기화학반응시켜 전기에너지를 생성하도록 이루어진 연료전지에 있어서, 스텍에 각각 공급되는 저압 수소와 고압 공기를 상호 열교환시켜 가압과정에서 온도가 상승한 고압 공기를 감압에 따른 단열 팽창으로 온도가 낮아진 저압 수소로 냉각하도록 이루어진 공기냉각기와, In order to achieve the above object, the present invention reduces the high-pressure hydrogen of the hydrogen tank to low pressure, pressurizes the air with an air compressor, and generates electrical energy by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen contained in the air in the stack 41. An air cooler, comprising: an air cooler configured to cool each of the low pressure hydrogen supplied to the stack with high pressure air to cool the high pressure air whose temperature rises in the pressurization process with low pressure hydrogen whose temperature is lowered by adiabatic expansion according to the reduced pressure;

상기 공기냉각기(12)에서 열교환된 후 상기 스텍에 공급되는 저압 수소와 고압 공기를 가습하는 가습기(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a humidifier 40 for humidifying low-pressure hydrogen and high-pressure air supplied to the stack after heat exchange in the air cooler (12).

이상과 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 연료전지는 수소탱크에 압축 저장된 수소를 저압으로 감압함과 아울러 공기압축기로 공기를 가압한 다음, 공기냉각기로 고압으로 가압되면서 온도가 상승한 고온고압의 공기를 감압에 따른 단열팽창으로 온도가 낮아진 저온저압의 수소와 열교환시켜 냉각한다. 이어, 상기 수소와 공기를 가습한 뒤 스텍에서 물의 전기분해 역반응으로 수소를 공기 중의 산소와 물의 전기분해 역반응으로 전기화학반응시킴으로써 연속적으로 전기에너지를 생성할 수 있다.According to the configuration as described above, the fuel cell according to the present invention is to depressurize hydrogen stored in the hydrogen tank at low pressure and pressurize the air with an air compressor, and then pressurize the air with high pressure with the air cooler to increase the temperature of the high temperature and high pressure air. It cools by heat-exchanging with hydrogen of low temperature and low pressure where the temperature is lowered by adiabatic expansion according to the reduced pressure. Subsequently, the electric energy may be continuously generated by humidifying the hydrogen and the air and then electrochemically reacting the hydrogen by reverse electrolysis of water and oxygen in the air by electrolysis of water in the stack.

이와 같은 연료전지는 통상의 연료전지와 마찬가지로 스텍에 공급되기에 앞서 공기압축기에 의해 가압되는 과정에서 온도가 급격히 상승하는 공기를 냉각하기 위한 공기냉각기를 포함하고 있는데, 이 공기냉각기가 별도의 열교환매체를 이용하지 아니하고 전기화학반응에 이용되는 다른 연료인 저온저압의 수소를 이용하여 공기를 냉각하도록 이루어져 있다. 따라서, 냉각팬 등이 구비해야 하는 공랭식 열교환기나 또는 냉각수 순환라인 등을 구비해야 하는 수냉식 열교환기 등이 공기냉각기로 채용된 종래 연료전지들에 비해 구성이 매우 단순하다는 장점이 있다.Such a fuel cell, like a conventional fuel cell, includes an air cooler for cooling air whose temperature rises rapidly during pressurization by an air compressor before being supplied to a stack. The air cooler has a separate heat exchange medium. The air is cooled by using low-temperature, low-pressure hydrogen, which is another fuel used in the electrochemical reaction, without using. Therefore, an air-cooled heat exchanger that must be provided with a cooling fan or a water-cooled heat exchanger that must be provided with a cooling water circulation line has the advantage that the configuration is very simple compared to conventional fuel cells employing an air cooler.

이하, 본 발명에 따른 연료전지의 구성과 그에 따른 작용 및 효과를 바람직한 실시예를 통해 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, the configuration of the fuel cell and its effects and effects according to the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.2 is a schematic structural diagram of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 연료전지는 화학반응장치인 스텍(41)에서 수소와 산소를 전기화학반응시켜 전기에너지를 발생하는 것으로서, 스텍(41)에 대하여 수소를 공급하기 위한 수소유동계와, 산소를 공급하기 위한 공기유동계, 그리고, 수소와 산소의 화학반응으로 상당한 반응열을 발생하는 스텍(41)을 냉각하기 위한 냉각수유동계 등 세 가지 유동계로 이루어져 있다.As shown in the drawing, a fuel cell generates electrical energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen in a stack 41, which is a chemical reaction device, and a hydrogen flow system for supplying hydrogen to the stack 41 and oxygen. It consists of three flow systems: an air flow system for supplying, and a cooling water flow system for cooling the stack 41, which generates considerable heat of reaction by chemical reaction between hydrogen and oxygen.

공기유동계는 연료의 하나인 산소를 공급하기 위한 것으로 공기로부터 이물질을 제거하기 위한 에어클리너(10), 상기 에어클리너(10)를 통해 공기를 흡입한 다음 이를 가압하여 고압의 상태로 공기를 공급하는 공기압축기(11), 공기압축기(11)에 의해 가압되는 과정에서 온도가 상승한 고온고압의 공기를 냉각하기 위한 공기냉각기(12) 및 냉각된 공기를 가습하여 수분을 함유시키는 가습기(40) 등으로 이루어져 있다.An air flow system is for supplying oxygen, which is one of fuels, and inhales air through the air cleaner 10 and the air cleaner 10 to remove foreign substances from the air, and then pressurizes the air to supply air at a high pressure. The air compressor 11, the air cooler 12 for cooling the air of high temperature and high pressure in which the temperature rises in the process of being pressurized by the air compressor 11, and a humidifier 40 containing moisture by humidifying the cooled air, etc. Consists of

수소유동계는 고압의 수소가 대략 300기압 이상의 압력으로 저장된 수소탱크(30), 상기 수소탱크(30)로부터 공급되는 고압 수소를 감압하는 감압장치(31) 및 감압된 수소를 상기 공기냉각기(12)에 의해 냉각된 공기와 함께 가습하는 가습기(40) 등으로 구성되어 있다. The hydrogen flow system includes a hydrogen tank 30 in which high pressure hydrogen is stored at a pressure of about 300 atm or higher, a decompression device 31 for reducing the high pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank 30, and the reduced pressure hydrogen in the air cooler 12. It consists of a humidifier 40 etc. which humidify with the air cooled by).

그리고, 냉각수유동계는 냉각수를 펌핑하여 스텍(41)과 가습기(40)를 경유하여 순환시킬 수 있는 냉각수펌프(50)와, 상기 스텍(41) 및 가습기(40)를 거치면서 스텍(41)을 냉각한 다음 온도가 상승한 고온의 냉각수를 냉각하기 위한 방열기(52)와 냉각팬(53), 그리고, 상기 냉각수펌프(50)와 방열기(52) 사이에서 냉각수온도에 따라 상기 냉각수펌프가 펌핑하는 냉각수를 가습기(40)쪽으로 바이패스시킬 수 있는 전환밸브(51) 등으로 이루어져 있다.In addition, the coolant fluid system includes a coolant pump 50 capable of circulating through the stack 41 and the humidifier 40 by pumping the coolant, and the stack 41 while passing through the stack 41 and the humidifier 40. The cooling water pump is pumped according to the cooling water temperature between the radiator 52 and the cooling fan 53, and the cooling water pump 50 and the radiator 52 for cooling the high temperature cooling water after the temperature is increased. And a switching valve 51 or the like capable of bypassing the cooling water toward the humidifier 40.

이상의 구성 중 공기유동계에 포함된 공기냉각기(12)는 공기압축기(11)에 의해 대략 1.5∼3.0기압(절대압력)으로 가압되는 과정에서 대략 100℃ 이상으로 온도가 상승하게 되는 고온고압의 공기를 냉각하기 위한 냉각장치로서, 그 고온고압의 공기를 수소탱크(30)에서 배출된 후 감압장치(31)에 의해 감압되어 단열팽창하면서 저온저압의 상태로 변화된 수소와 열교환시켜 냉각하도록 구성되어 있다.In the above configuration, the air cooler 12 included in the air flow system has a high temperature and high pressure air in which the temperature rises to about 100 ° C. or more in the process of being pressurized by the air compressor 11 to about 1.5 to 3.0 atm (absolute pressure). It is configured to cool by heat-exchanging with high temperature and high pressure air discharged from the hydrogen tank (30) and then decompressed by the decompression device (31) and adiabatic expansion and hydrogen changed to a state of low temperature and low pressure. .

이상과 같은 구성으로 이루어짐에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지는 수소탱크(30)에서 배출되는 수소와 공기압축기(11)가 압축한 고압의 공기를 공기냉각기(12)에서 상호 열교환시켜 공기를 냉각한 다음, 수소와 냉각된 공기를 가습기(40)에서 가습하여 수분을 함유시키고, 각각 스텍(41)의 스텍(41) 내 전해물질 주위에 서로 맞붙어 있는 두 개의 전극봉(도시되지 않음)으로 각각 공급하여 물의 전기분해 역반응으로 수소와 공기 중의 산소를 전기화학반응시킴으로써 전기에너지를 만들어낼 수 있다. 동시에, 냉각수펌프(50)에 의해 냉각수유동계의 폐쇄순환회로를 따라 순환하는 열교환매체인 냉각수로써 스텍(41)에서 발생하는 반응열을 흡수한 다음 이 열을 방열기(52)를 통해 방열함으로써 화학반응과정에서 상당한 반응열을 발생하는 스텍(41)을 일정 온도 이하로 냉각하여 전지의 수명과 성능을 안정적으로 유지할 수 있다.According to the configuration as described above the fuel cell according to an embodiment of the present invention by heat-exchanging the hydrogen discharged from the hydrogen tank 30 and the high-pressure air compressed by the air compressor 11 in the air cooler 12 After cooling the air, the hydrogen and the cooled air are humidified in the humidifier 40 to contain moisture, and two electrode rods (not shown) which are stuck to each other around the electrolyte in the stack 41 of the stack 41, respectively. Each of them can be supplied by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen in the air by electrolysis of water to reverse the electrolysis. At the same time, the cooling water pump 50 absorbs the heat of reaction generated by the stack 41 as cooling water, which is a heat exchange medium circulating along the closed circulation circuit of the cooling water flow system, and then radiates this heat through the radiator 52 to chemically react. The stack 41, which generates considerable heat of reaction in the process, may be cooled to a temperature below a predetermined temperature, thereby stably maintaining the life and performance of the battery.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지는 스텍(41)에 공급되기에 앞서 공기압축기(11)에 의해 가압되는 과정에서 온도가 급격히 상승하는 공기를 냉각하기 위한 공기냉각기(12)가 별도의 열교환매체를 이용하지 아니하고 수소유동계의 수소, 즉 수소탱크(30)에서 고압상태로 배출된 후 감압되면서 단열팽창하여 온도가 낮아진 저온저압의 수소를 이용하여 냉각하도록 구성되어 있다. 따라서, 종래 연료전지, 즉 냉각팬 등을 구비하는 공랭식 열교환기나 또는 냉각수 순환라인 등을 구비한 수냉식 열교환기 등을 공기냉각기(12)로서 채용하고 있는 기존의 연료전지들에 비해 공기냉각기(12)의 구성이 극히 단순하다.In the fuel cell according to the exemplary embodiment of the present invention, the air cooler 12 for cooling the air whose temperature rises rapidly in the process of being pressurized by the air compressor 11 before being supplied to the stack 41 is separately provided. Without using a heat exchange medium of the hydrogen flow system, that is discharged under a high pressure state from the hydrogen tank (30) and then reduced pressure by adiabatic expansion is configured to cool using low-temperature hydrogen at low temperature. Therefore, compared to conventional fuel cells employing a conventional fuel cell, that is, an air-cooled heat exchanger having a cooling fan, or a water-cooled heat exchanger having a cooling water circulation line, or the like as the air cooler 12, the air cooler 12 The configuration is extremely simple.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지는, 스텍에 공급되기에 앞서 공기압축기에 의해 가압될 때 온도가 급격히 높아진 공기를 별도의 열교환매체가 아닌 수소유동계의 수소, 즉 수소탱크에서 고압상태로 배출된 후 감압에 의한 단열팽창으로 온도가 급격히 낮아진 저온저압의 수소와 열교환하여 냉각할 수 있다. 따라서, 기존의 종래 연료전지들 즉 냉각팬 등을 구비하는 공랭식 열교환기나 또는 냉각수 순환라인 등을 구비한 수냉식 열교환기 등을 공기냉각기로 채용하고 있는 연료전지들에 비해 공기냉각기의 구성이 극히 단순하여 연료전지의 제작원가 절감은 물론 소형화와 경량화를 도모할 수 있다.As described in detail above, the fuel cell according to the present invention, before being supplied to the stack, the air whose temperature is rapidly increased when pressurized by the air compressor in the hydrogen of the hydrogen flow system, that is, the hydrogen tank rather than a separate heat exchange medium After being discharged under high pressure, it can be cooled by heat exchange with hydrogen at low temperature and low pressure, the temperature of which is rapidly lowered by adiabatic expansion by decompression. Therefore, the structure of the air cooler is extremely simple compared to those of the conventional conventional fuel cells, ie, fuel cells employing an air-cooled heat exchanger having a cooling fan or a water-cooled heat exchanger having a cooling water circulation line. The production cost of the fuel cell can be reduced, and the size and weight can be reduced.

Claims (2)

수소탱크(30)의 고압 수소를 저압으로 감압하고 공기압축기(11)로 공기를 가압하고, 스텍(41)에서 수소와 공기에 포함된 산소를 전기화학반응시켜 전기에너지를 생성하도록 이루어진 연료전지에 있어서,In a fuel cell configured to reduce the high-pressure hydrogen of the hydrogen tank 30 to low pressure and pressurize air with the air compressor 11, and to generate electrical energy by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen contained in the air in the stack 41. In 상기 공기압축기의 가압과정에서 온도가 상승한 고압 공기를 감압에 따른 단열팽창으로 온도가 낮아진 저압 수소와 상호 열교환시켜 냉각하도록 이루어진 공기냉각기(12)와,An air cooler 12 configured to cool the high-pressure air whose temperature rises during the pressurization of the air compressor by mutually heat-exchanging with the low-pressure hydrogen whose temperature is lowered by adiabatic expansion according to the reduced pressure; 상기 공기냉각기(12)에서 열교환된 후 상기 스텍에 공급되는 저압 수소와 고압 공기를 가습하는 가습기(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.And a humidifier (40) for humidifying low pressure hydrogen and high pressure air supplied to the stack after heat exchange in the air cooler (12). 삭제delete
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