KR101299624B1 - Separator for humidifier and stack united humidifier fuel cell system using the same - Google Patents

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Abstract

고분자전해질 연료전지(PEMFC)용 판형 가습기(plate humidifier)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전달 방식을 개선할 수 있는 가습기용 분리판과 이를 이용한 가습기 스택 일체형 연료전지에 관하여 개시한다.
본 발명은 연료가스와 산화가스를 공급받아 전기화학반응을 통하여 전기에너지를 생성하는 연료전지 스택; 및 상기 연료가스와 산화가스를 가열하고 가습하여 상기 연료전지 스택으로 공급하는 가습기;를 포함하며, 상기 가습기는 상기 연료전지 스택과 일체로 적층되어 상기 가습기 측으로 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수로 사용되는 열교환수가 공급되는 구조를 가지되, 상기 가습기 내부에서 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수가 분리된 경로를 통하여 공급되는 것을 특징으로 하는 가습기 스택 일체형 연료전지를 제공한다.The present invention relates to a plate humidifier for a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), and more particularly, to a separator plate for a humidifier capable of improving a heat transfer method and a humidifier stack integrated fuel cell using the same.
The present invention is a fuel cell stack for receiving the fuel gas and oxidizing gas to generate electrical energy through an electrochemical reaction; And a humidifier that heats and humidifies the fuel gas and the oxidizing gas to supply the fuel cell stack, wherein the humidifier is integrally stacked with the fuel cell stack and used as a humidifier heating water and a fuel cell stack cooling water toward the humidifier. It has a structure in which the heat exchange water is supplied, the humidifier stack integrated fuel cell characterized in that the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water is supplied through a separate path in the humidifier.

Figure R1020120003722
Figure R1020120003722

Description

가습기용 분리판 및 이를 이용한 가습기 스택 일체형 연료전지{SEPARATOR FOR HUMIDIFIER AND STACK UNITED HUMIDIFIER FUEL CELL SYSTEM USING THE SAME}Separator plate for humidifier and fuel cell integrated fuel cell using same humidifier {SEPARATOR FOR HUMIDIFIER AND STACK UNITED HUMIDIFIER FUEL CELL SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 고분자전해질 연료전지(PEMFC)용 판형 가습기(plate humidifier)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전달 방식을 개선할 수 있는 가습기용 분리판과 이를 이용한 가습기 스택 일체형 연료전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a plate humidifier for a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), and more particularly, to a separator plate for a humidifier capable of improving a heat transfer method and a humidifier stack integrated fuel cell using the same.

일반적으로 연료전지는 기존의 발전방식과 비교할 때 발전 효율이 높을 뿐만 아니라 발전에 따른 공해 물질의 배출이 전혀 없어서 미래의 발전 기술로 평가 받고 있으며 다양한 연료를 사용할 수 있어 미래의 전지로 각광받고 있다.In general, fuel cells are not only highly efficient in generating electricity compared to conventional power generation methods, but also have no emission of pollutants due to power generation, and thus are evaluated as future power generation technologies.

이와 같은 연료전지는 수소 등의 활성을 갖는 물질, 예를 들어 LNG, LPG, 메탄올 등을 전기화학 반응을 통해 산화시켜 그 과정에서 방출되는 화학에너지를 전기로 변환시키는 것으로, 주로 천연가스에 의해 쉽게 생산해 낼 수 있는 수소와 공기중의 산소가 사용된다.Such a fuel cell converts chemical energy released in the process into electricity by oxidizing an active material such as hydrogen such as LNG, LPG, methanol, etc. through an electrochemical reaction. Produced hydrogen and oxygen in the air are used.

이러한 연료전지의 개발에 따라 에너지 절약과 환경 공해 문제 그리고 최근에 부각되고 있는 지구 온난화 문제 등을 해결하기 위하여 내연기관을 대체하기 위한 동력 시스템이 개발되고 있다.With the development of such fuel cells, power systems are being developed to replace internal combustion engines to solve energy saving, environmental pollution, and global warming issues.

고분자 전해질형 연료전지의 성능을 향상시키는데 있어서, 가장 중요한 요인 중의 하나는 막-전극접합체(Membrane Electrode Assembly : MEA)의 고분자 전해질 막에 일정량 이상의 수분을 공급함으로써 고분자 전해질 막의 건조로 인해 발전 효율이 급격히 저하되는 것을 방지해야 한다는 것이다.In improving the performance of a polymer electrolyte fuel cell, one of the most important factors is supplying more than a certain amount of water to a polymer electrolyte membrane of a membrane-electrode assembly (MEA), thereby rapidly generating power generation efficiency due to drying of the polymer electrolyte membrane. It must be prevented from falling.

수분의 공급은 가습기를 통하여 이루어지는데, 판형 가습기는 공급되는 가스의 온도를 상승시키기 위해서 외부에서 가열수를 공급하여 열교환 방식으로 열을 전달하게 된다. 가습기에서 가열수 및 가스가 흐르는 유로는 분리판 양면에 생성되어 있으며 유체가 지나감으로써 열교환이 발생하게 된다.Moisture is supplied through a humidifier, the plate-shaped humidifier is to supply heat from the outside in order to increase the temperature of the gas supplied to transfer heat in a heat exchange method. Flow paths through which the water and gas flow in the humidifier are generated on both sides of the separator plate and heat exchange occurs as the fluid passes.

일반적으로 스택에 공급되는 냉각수를 가습기의 가열수로 활용하거나 반응 후 배출된 고온의 가습 가스를 열전달 물질로 활용하고 있다.In general, the cooling water supplied to the stack is used as the heating water of the humidifier, or the hot humidifying gas discharged after the reaction is used as the heat transfer material.

종래의 가습기 스택 일체형 연료전지의 경우 연료전지 스택에 공급된 냉각수가 가습기의 가열수로 재활용되는 방식으로 가습기에 열을 공급하고 있으나 전체 시스템의 구조가 복잡해지는 단점이 있다.The conventional humidifier stack integrated fuel cell supplies heat to the humidifier in such a way that the coolant supplied to the fuel cell stack is recycled into the heating water of the humidifier, but the structure of the entire system is complicated.

또한 기존의 열교환수 병렬형 공급구조의 경우 과량의 유체가 매니폴드 및 유로를 통과함으로써 가습기 내구성 저하를 초래하는 문제가 있었다.In addition, in the case of a conventional heat exchange water supply structure, an excessive amount of fluid passes through a manifold and a flow path, thereby causing a problem of deteriorating humidifier durability.

관련선행기술로는 일본 공개특허 2008-243540호 (공개일 2008년 10월 9일) '고체고분자 전해질 형태 연료전지 발전장치'가 있다.
Related prior arts include Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-243540 (published October 9, 2008), 'Solid polymer electrolyte type fuel cell power generation apparatus'.

본 발명은 가습기 가열수 및 냉각수 공급 구조를 개선하여 가습기와 스택에 공급되는 유량을 용이하게 조절할 수 있도록 하기 위한 것이다.The present invention is to improve the humidifier heating water and cooling water supply structure to easily control the flow rate supplied to the humidifier and the stack.

본 발명의 목적은 가습기와 스택에 적정 유량을 공급할 수 있도록 함으로써 연료전지 작동에 소요되는 열교환수의 유량을 절감하는 것에 있다.An object of the present invention is to reduce the flow rate of the heat exchange water required for the fuel cell operation by allowing the proper flow rate to be supplied to the humidifier and the stack.

또한, 본 발명의 다른 목적은 매니폴드를 통과하는 유량을 분산시켜 가습기의 내구성을 향상시킴에 있다.
In addition, another object of the present invention is to improve the durability of the humidifier by dispersing the flow rate through the manifold.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료가스와 산화가스를 공급받아 전기화학반응을 통하여 전기에너지를 생성하는 연료전지 스택; 및 상기 연료가스와 산화가스를 가열하고 가습하여 상기 연료전지 스택으로 공급하는 가습기;를 포함하며, 상기 가습기는 상기 연료전지 스택과 일체로 적층되어 상기 가습기 측으로 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수로 사용되는 열교환수가 공급되는 구조를 가지되, 상기 가습기 내부에서 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수가 분리된 경로를 통하여 공급되는 것을 특징으로 하는 가습기 스택 일체형 연료전지를 제공한다.The present invention for achieving the above object is a fuel cell stack receiving the fuel gas and oxidizing gas to generate electrical energy through an electrochemical reaction; And a humidifier that heats and humidifies the fuel gas and the oxidizing gas to supply the fuel cell stack, wherein the humidifier is integrally stacked with the fuel cell stack and used as a humidifier heating water and a fuel cell stack cooling water toward the humidifier. It has a structure in which the heat exchange water is supplied, the humidifier stack integrated fuel cell characterized in that the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water is supplied through a separate path in the humidifier.

상기 스택 냉각수로 사용되는 열교환수의 공급경로는 상기 가습기 가열수로 사용되는 열교환수의 공급경로의 외측에 형성되는 것이 바람직하다.The supply path of the heat exchange water used as the stack cooling water is preferably formed outside the supply path of the heat exchange water used as the humidifier heating water.

또한, 상기 가습기 가열수로 사용된 열교환수와 상기 스택 냉각수로 사용된 열교환수가, 상기 가습기 내부에서 분리된 경로를 통하여 배출되는 것이 바람직하며, 상기 스택 냉각수로 사용된 열교환수의 이동경로는 상기 가습기 가열수로 사용된 열교환수의 배출경로의 외측에 형성되면 더욱 바람직하다.
The heat exchange water used as the humidifier heating water and the heat exchange water used as the stack cooling water may be discharged through a separate path inside the humidifier, and the movement path of the heat exchange water used as the stack cooling water may be discharged. It is more preferable if it is formed outside the discharge path of the heat exchange water used as heating water.

그리고, 본 발명은 연료전지와 일체로 형성되는 가습기의 분리판 구조에 있어서, 열교환수 공급경로를 형성하는 열교환수 공급홀을, 가습기 가열수 공급홀과 연료전지 스택 냉각수 공급홀로 분할 형성하는 것을 특징으로 하는 가습기 분리판을 제공한다.In addition, the present invention is characterized in that in the separator plate structure of the humidifier formed integrally with the fuel cell, a heat exchange water supply hole for forming a heat exchange water supply path is divided into a humidifier heating water supply hole and a fuel cell stack cooling water supply hole. It provides a humidifier separating plate.

이 때, 상기 연료전지 스택 냉각수 공급홀은 상기 가습기 가열수 공급홀의 외측에 형성된다.At this time, the fuel cell stack cooling water supply hole is formed outside the humidifier heating water supply hole.

그리고, 열교환수 배출경로를 형성하는 열교환수 배출홀을, 가습기 가열수 배출홀과 연료전지 스택 냉각수 배출홀로 분할 형성하는 것이 바람직하고, The heat exchange water discharge hole forming the heat exchange water discharge path is preferably divided into a humidifier heating water discharge hole and a fuel cell stack cooling water discharge hole.

상기 연료전지 스택 냉각수 배출홀은 상기 가습기 가열수 배출홀의 외측에 형성되면 더욱 바람직하다.
The fuel cell stack cooling water discharge hole is more preferably formed outside the humidifier heating water discharge hole.

본 발명은 가습기 가열수로 사용되는 열교환수와, 연료전지 스택 냉각수로 사용되는 열교환수가 분리된 경로를 통해 공급되도록 함으로써, 열교환수의 활용 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the heat exchange water used as the humidifier heating water and the heat exchange water used as the fuel cell stack cooling water are supplied through separate paths, thereby improving utilization efficiency of the heat exchange water.

다시말해, 가습기 가열수로 필요한 유량과, 연료전지 스택 냉각수로 필요한 유량을 분리하여 공급하도록 함으로써 전체적으로 열교환수 사용량을 절감할 수 있는 효과를 가져온다.In other words, by separately supplying the required flow rate to the humidifier heating water and the required flow rate to the fuel cell stack cooling water, the overall amount of heat exchange water is reduced.

그리고, 본 발명은 상기와 같은 구조를 가습기 분리판의 열교환수 공급홀 또는 열교환수 배출홀을 분할하는 것으로 해결함으로써 전체적인 설비의 크기나 부가설비 없이 열교환수의 사용량을 절감할 수 있는 효과를 가져온다.
In addition, the present invention solves the above structure by dividing the heat exchange water supply hole or the heat exchange water discharge hole of the humidifier separator plate, thereby bringing the effect of reducing the amount of heat exchange water without the overall size of the facility or additional equipment.

도 1은 일반적인 가습기 스택 일체형 연료전지의 열교환수 병렬형 공급구조를 나타낸 도면,
도 2는 일반적인 가습기 스택 일체형 연료전지의 가습기 분리판 구조를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 가습기 스택 일체형 연료전지의 열교환수 공급구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 가습기 스택 일체형 연료전지의 가습기 분리판 구조를 나타낸 도면,
도 5는 가습기 가열수의 유량 변화에 따른 가스 출구의 온도와 상대 습도 변화를 나타낸 그래프임.1 is a view showing a heat exchange water parallel supply structure of a typical humidifier stack integrated fuel cell;
2 is a view showing a structure of a humidifier separator plate of a typical humidifier stack integrated fuel cell;
3 is a view showing a heat exchange water supply structure of the humidifier stack integrated fuel cell according to the present invention;
4 is a view showing the structure of the humidifier separator plate of the humidifier stack integrated fuel cell according to the present invention;
5 is a graph showing changes in temperature and relative humidity of the gas outlet according to changes in the flow rate of the humidifier heating water.

이하 본 발명에 따른 가습기용 분리판 및 이를 이용한 가습기 스택 일체형 연료전지에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a humidifier separator plate and a humidifier stack integrated fuel cell using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to achieve them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.
In the drawings, it is to be noted that the sizes of the constituent elements of the invention are exaggerated for clarity of description, and when it is described that any constituent element is present inside or connected to another constituent element, The element may be installed in contact with the other element, may be installed at a predetermined distance from the element, and may be provided with a third element for fixing or connecting the element to the other element, The description of the means may be omitted.

도 1은 일반적인 가습기 스택 일체형 연료전지의 열교환수 병렬형 공급구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a heat exchange water parallel supply structure of a general humidifier stack integrated fuel cell.

열교환수는 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수를 포괄하는 의미이다.Heat exchange water is meant to encompass humidifier heating water and fuel cell stack cooling water.

동일한 물이 가습기 가열수로 사용되기도 하고, 연료전지 스택 냉각수로 사용될 수 있으므로 용도별 사용처에서 사용되기 이전에는 열교환수로 통칭한다Since the same water can be used as a humidifier heating water or as a fuel cell stack cooling water, it is collectively referred to as heat exchange water before being used in a specific application.

도시된 바와 같이, 가습기 스택 일체형 연료전지는 연료전지 스택(20)의 일면에 가습기(10)가 일체로 형성되어 있다.As shown, the humidifier stack integrated fuel cell has a humidifier 10 integrally formed on one surface of the fuel cell stack 20.

이러한 구조는 반응가스(연료가스 또는 산화가스)가 가습기(10)를 통과하며, 수분을 공급받아 가습된다. 그리고, 반응가스는 가습기(10)에서 작동온도가 되도록 가열되어 연료전지 스택(20)으로 공급된다.In this structure, the reaction gas (fuel gas or oxidizing gas) passes through the humidifier 10 and is humidified by receiving moisture. Then, the reaction gas is heated to the operating temperature in the humidifier 10 and supplied to the fuel cell stack 20.

즉 가습기(10)는 수분을 증발시켜 가습하고, 반응가스의 온도를 높이기 위하여 열을 공급받아야 한다. 가습기(10)에 열을 공급해주는 것은 가습기 가열수이다.
That is, the humidifier 10 must humidify by evaporating moisture and receive heat to increase the temperature of the reaction gas. Humidifier heating water is supplied to the humidifier 10.

연료전지 스택(20)에서는 수소와 산소가 전기화학반응을 일으켜 전기를 생산하게 되는데, 이 반응에서는 열도 발생하게 된다. 따라서 연료전지 스택(20)에서 발생하는 열을 외부로 배출시켜야 한다. 연료전지 스택(20)의 열배출을 위해 사용되는 것이 연료전지 스택 냉각수이다.In the fuel cell stack 20, hydrogen and oxygen generate an electrochemical reaction to generate electricity, and heat is also generated in this reaction. Therefore, the heat generated from the fuel cell stack 20 should be discharged to the outside. The fuel cell stack cooling water is used for heat dissipation of the fuel cell stack 20.

그런데, 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수는 모두 동일한 저장조를 통해서 공급되며, 가습기 스택 일체형 연료전지의 경우 동일한 경로를 통해 가습기(10)와 연료전지 스택(20)으로 공급되고 배출된다.However, both the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water are supplied through the same reservoir, and the humidifier stack integrated fuel cell is supplied and discharged to the humidifier 10 and the fuel cell stack 20 through the same path.

그런데, 열교환수가 도시한 바와 같이 공급/배출되는 경우에 각각의 열교환수 채널이 동일한 규격을 가진다면, 도면의 좌측에 가까울수록 열교환수 채널로 공급되는 유량이 많고, 도면의 우측에 가까울수록 열교환수 채널로 공급되는 유량이 적어진다. 도면의 좌측 채널일수록 흐름에 저항이 적고, 도면 우측의 채널일수록 흐름에 저항이 커지기 때문이다.
However, if the heat exchange water channels have the same specification when the heat exchange water is supplied / discharged as shown, the closer to the left side of the drawing, the more flow rate is supplied to the heat exchange water channel, and the closer to the right side of the figure, the heat exchange water The flow rate to the channel is reduced. This is because the left channel of the figure has less resistance to flow, and the more channel of the right side of the diagram has greater resistance to flow.

그런데, 연료전지 스택의 안정적인 작동을 위해서는 연료전지 스택 냉각수가 충분히 공급되어야 하므로, 도면 우측 채널로 필요량의 열교환수를 공급할 수 있도록 전체 열교환수의 공급량이 결정될 수 밖에 없다.However, since the fuel cell stack cooling water must be sufficiently supplied for the stable operation of the fuel cell stack, the supply amount of the entire heat exchange water is inevitably determined to supply the required amount of heat exchange water to the right channel of the drawing.

따라서, 가습기(10)는 필요 이상 과량의 가습기 가열수를 공급받고 있는 실정이다.
Therefore, the humidifier 10 is a situation in which excess humidifier heating water is supplied more than necessary.

도 2는 일반적인 가습기 스택 일체형 연료전지의 가습기 분리판 구조를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the structure of the humidifier separator plate of a typical humidifier stack integrated fuel cell.

도시된 바와 같이, 가습기 스택 일체형 연료전지의 가습기에 사용되는 분리판(30)은 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수로 사용되는 열교환수를 공급하기 위한 열교환수 공급홀(34)과, 열교환을 마친 열교환수를 배출하기 위한 열교환수 배출홀(32)을 구비하고 있으며, 중앙부에 열교환수의 이동을 위한 채널부(35)가 형성되어 있다. 그리고, 가스 공급홀, 가스 배출홀, 가습수 공급홀, 가습수 배출홀 등이 형성되어 있다. 가습기는 반응가스 가습기와, 산화가스 가습기가 별도로 형성된다. 따라서 상기 가스 공급홀과 배출홀로 이동하는 가스는 반응가스 또는 산화가스 중 어느 하나의 가스가 된다.
As shown, the separator 30 used in the humidifier of the humidifier stack integrated fuel cell has a heat exchange water supply hole 34 for supplying heat exchange water used as the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water, and completed the heat exchange. A heat exchange water discharge hole 32 for discharging the heat exchange water is provided, and a channel portion 35 for moving the heat exchange water is formed in the center. A gas supply hole, a gas discharge hole, a humidifying water supply hole, a humidifying water discharge hole, and the like are formed. The humidifier is formed separately from the reaction gas humidifier and the oxidizing gas humidifier. Therefore, the gas moving to the gas supply hole and the discharge hole is any one of a reaction gas or an oxidizing gas.

도 3은 본 발명에 따른 가습기 스택 일체형 연료전지의 열교환수 공급구조를 나타낸 도면이다. 3 is a view showing a heat exchange water supply structure of the humidifier stack integrated fuel cell according to the present invention.

본 발명에 따른 가습기 스택 일체형 연료전지는, 연료가스와 산화가스를 공급받아 전기화학반응을 통하여 전기에너지를 생성하는 연료전지 스택(200)과, 상기 연료가스와 산화가스를 가열하고 가습하여 상기 연료전지 스택으로 공급하는 가습기(100)를 포함한다.
The humidifier stack integrated fuel cell according to the present invention includes a fuel cell stack 200 that receives fuel gas and oxidizing gas and generates electric energy through an electrochemical reaction, and heats and humidifies the fuel gas and the oxidizing gas to fuel the fuel. Humidifier 100 is supplied to the battery stack.

본 발명에 따른 가습기(100)는 상기 연료전지 스택(200)과 일체로 적층되어 상기 가습기(100)측으로 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수로 사용되는 열교환수가 공급되며, 열교환을 마친 열교환수도 가습기(100)측으로 배출되는 구조를 가진다.The humidifier 100 according to the present invention is integrally stacked with the fuel cell stack 200 and the heat exchange water used as the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water is supplied to the humidifier 100 side, and the heat exchange water after the heat exchange is also humidifier ( 100) is discharged to the side.

본 발명은 도시된 바와 같이, 연료전지 스택(200)의 냉각수로 공급되는 열교환수의 공급경로(110)와, 가습기(100)의 가열수로 공급되는 열교환수의 공급경로(120)가 독립적으로 형성되는 것을 특징으로 한다. As shown in the present invention, the supply path 110 of the heat exchange water supplied to the cooling water of the fuel cell stack 200 and the supply path 120 of the heat exchange water supplied to the heating water of the humidifier 100 are independently It is characterized by being formed.

가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수의 경로를 독립적으로 형성하는 것은, 가습기 가열수의 유량과 연료전지 스택 냉각수의 유량을 개별적으로 조절할 수 있도록 하기 위함이다.Independently forming the paths of the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water is to allow the flow rate of the humidifier heating water and the flow rate of the fuel cell stack cooling water to be individually controlled.

종래에는 연료전지 스택 냉각수와 가습기 가열수가 동일 경로를 통해 공급되고 배출됨으로써, 개별적인 유량 제어가 불가능하여 연료전지 스택을 기준으로 열교환수를 공급하면 가습기 가열수가 과량으로 공급되는 문제점이 있었다.
Conventionally, since the fuel cell stack cooling water and the humidifier heating water are supplied and discharged through the same path, individual flow rate control is not possible, so that when the heat exchange water is supplied based on the fuel cell stack, the humidifier heating water is supplied in an excessive amount.

연료전지 스택 냉각수의 공급경로(110)는 도시한 바와 같이 가습기 가열수의 공급경로(120)의 외측에 형성되는 것이 바람직하다. 연료전지 스택 냉각수는 가습기를 단순히 통과하는 것이므로, 가습기(100)의 다른 부분들에 간섭하지 않도록 가습기 가열수 공급경로(120)의 외측에 배치하는 것이 바람직하다.The supply path 110 of the fuel cell stack cooling water is preferably formed outside the supply path 120 of the humidifier heating water, as shown. Since the fuel cell stack cooling water simply passes through the humidifier, it is preferable to arrange the fuel cell stack cooling water outside the humidifier heating water supply path 120 so as not to interfere with other parts of the humidifier 100.

또한, 가습기 가열수로 사용된 열교환수의 배출경로(122)와, 연료전지 스택 냉각수로 사용된 열교환수의 배출경로(112)를 개별적으로 형성하면, 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수의 유량을 보다 효과적으로 조절할 수 있다.In addition, when the discharge path 122 of the heat exchange water used as the humidifier heating water and the discharge path 112 of the heat exchange water used as the fuel cell stack cooling water are separately formed, the flow rate of the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water is increased. You can adjust more effectively.

배출경로(122)가 개별적으로 형성되어 있지 않을 경우, 배출 저항이 서로 영향을 미치게 되므로, 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수 유량 개별 제어에 제약을 줄 수 있다. 그런데 도시한 바와 같이 배출경로까지 서로 독립적으로 형성하면 배출 저항에도 서로 영향을 미치지 않으므로, 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수의 유량을 독립적으로 조절할 수 있다.If the discharge path 122 is not formed separately, since the discharge resistance affects each other, it may limit the individual control of the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water flow rate. However, since the discharge paths are formed independently of each other as shown in the drawings, the discharge resistances do not affect each other, and thus the flow rates of the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water can be adjusted independently.

연료전지 스택 냉각수로 사용된 열교환수의 배출경로(112)는 가습기 가열수로 사용된 열교환수 배출경로(122)의 외측(채널부의 반대편)에 형성하여 다른 부분들과의 간섭을 피하는 것이 바람직하다.
It is preferable that the discharge path 112 of the heat exchange water used as the fuel cell stack cooling water is formed on the outer side (the opposite side of the channel portion) of the heat exchange water discharge path 122 used as the humidifier heating water to avoid interference with other parts. .

도 4는 본 발명에 따른 가습기 스택 일체형 연료전지의 가습기 분리판 구조를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the structure of the humidifier separator plate of the humidifier stack integrated fuel cell according to the present invention.

본 발명은 가습기 분리판의 구조를 변경함으로써, 상술한 바와 같이, 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수의 경로가 서로 독립적으로 분할될 수 있는 구조를 제공한다.The present invention provides a structure in which the path of the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water can be divided independently of each other by changing the structure of the humidifier separating plate.

본 발명에 따른 가습기 분리판(300)은 도 2에서 설명한 열교환수 공급홀(도 2의 34)을, 가습기 가열수 공급홀(320)과, 연료전지 스택 냉각수 공급홀(360)로 분할 형성하는 것에 특징이 있다. The humidifier separator 300 according to the present invention divides the heat exchange water supply hole (34 of FIG. 2) described in FIG. 2 into a humidifier heating water supply hole 320 and a fuel cell stack cooling water supply hole 360. It is characterized by

이렇게 가습기 가열수 공급홀(320)과 연료전지 스택 냉각수 공급홀(360)을 서로 독립적으로 형성하고, 이들 각각의 단면적을 조절함으로써 가습기 가열수로 사용되는 열교환수의 유량과, 연료전지 스택 냉각수로 사용되는 열교환수의 유량을 개별적으로 조절할 수 있다.Thus, the humidifier heating water supply hole 320 and the fuel cell stack cooling water supply hole 360 are formed independently of each other, and the respective cross-sectional areas are adjusted so that the flow rate of the heat exchange water used as the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water are adjusted. The flow rate of the heat exchange water used can be adjusted individually.

이 때, 연료전지 스택 냉각수 공급홀(360)은 상기 가습기 가열수 공급홀(320)의 외측에 형성되는 것이 바람직하다. 가습기 가열수 공급홀(320)로 공급되는 열교환수는 채널을 통해 분리판을 가열한 후 가습기 가열수 배출홀(340)로 배출된다. In this case, the fuel cell stack cooling water supply hole 360 is preferably formed outside the humidifier heating water supply hole 320. The heat exchange water supplied to the humidifier heating water supply hole 320 is discharged to the humidifier heating water discharge hole 340 after heating the separator through a channel.

또한, 본 발명에 따른 가습기 분리판(300)은 열교환수 배출경로를 형성하는 열교환수 배출홀(도 2의 32)을, 가습기 가열수 배출홀(340)과 연료전지 스택 냉각수 배출홀(380)로 분할 형성한다. 이 때, 연료전지 스택 냉각수 배출홀(380)은 도시된 바와 같이 가습기 가열수 배출홀(340)의 외측에 형성된다.
In addition, the humidifier separator 300 according to the present invention has a heat exchange water discharge hole (32 of FIG. 2) to form a heat exchange water discharge path, the humidifier heating water discharge hole 340 and the fuel cell stack cooling water discharge hole 380. To divide into forms. At this time, the fuel cell stack cooling water discharge hole 380 is formed outside the humidifier heating water discharge hole 340 as shown.

실험결과Experiment result

열교환수의 온도는 68℃, 공급되는 가스의 유량을 1250lpm(Liter Per minute) 으로 설정하고,The temperature of the heat exchange water is 68 ℃, the flow rate of the gas supplied is set to 1250lpm (Liter Per minute),

가습기 가열수의 유량을 20lpm 에서 60lpm으로 변화시키며, 가스 출구 온도와 가스출구 상대습도를 측정하였다.The flow rate of the humidifier heating water was changed from 20lpm to 60lpm, and the gas outlet temperature and the gas outlet relative humidity were measured.

각 가열수 유량에 따른 온도와 상대 습도 결과를 도 5의 그래프에 나타내었다.Temperature and relative humidity results according to the flow rate of each heating water are shown in the graph of FIG. 5.

일반적으로 상기와 같은 조건에서 애노드(Anode)용 가습기의 경우 50lpm 이 공급되고 있었고, 캐소드(Cathode)용 가습기에는 30lpm이 공급되고 있었으나, 도 5의 결과에서 알 수 있듯이 가열수의 유량을 20lpm 으로 감소시켜도 온도와 상대 습도의 변화가 미미함을 알 수 있다.In general, 50lpm was supplied to the anode humidifier under the above conditions, and 30lpm was supplied to the humidifier for the cathode, but as can be seen from the result of FIG. 5, the flow rate of the heated water was reduced to 20lpm. Even if it does, the change of temperature and relative humidity is insignificant.

따라서, 본 발명과 같이 가습기 가열수의 유량을 별도로 제어할 수 있는 구조를 적용할 경우 가습기 가열수 사용량을 감소시켜 전체 열교환수 사용량을 절감할 수 있는 효과를 가져온다.
Therefore, when applying a structure that can separately control the flow rate of the humidifier heating water as in the present invention, the effect of reducing the total amount of heat exchange water used by reducing the amount of humidifier heating water.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이지 않은 것으로 이해해야만 한다.
While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. It will be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, it is to be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

100 : 가습기
200 : 연료전지 스택
300 : 가습기 분리판
320 : 가습기 가열수 공급홀
340 : 가습기 가열수 배출홀
360 : 연료전지 스택 냉각수 공급홀
380 : 연료전기 스택 냉각수 배출홀100: humidifier
200: fuel cell stack
300: humidifier separator
320: humidifier heating water supply hole
340: humidifier heating water discharge hole
360: fuel cell stack cooling water supply hole
380: Fuel cell stack coolant discharge hole

Claims (8)

연료가스와 산화가스를 공급받아 전기화학반응을 통하여 전기에너지를 생성하는 연료전지 스택; 및 상기 연료가스와 산화가스를 가열하고 가습하여 상기 연료전지 스택으로 공급하는 가습기;를 포함하며,
상기 가습기는 상기 연료전지 스택과 일체로 적층되어 상기 가습기 측으로 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수로 사용되는 열교환수가 공급되는 구조를 가지되, 상기 가습기 내부에서 가습기 가열수와 연료전지 스택 냉각수가 분리된 경로를 통하여 공급되는 것을 특징으로 하는 가습기 스택 일체형 연료전지.
A fuel cell stack receiving fuel gas and oxidizing gas to generate electric energy through an electrochemical reaction; And a humidifier for heating and humidifying the fuel gas and the oxidizing gas and supplying the humidified gas to the fuel cell stack.
The humidifier is integrally stacked with the fuel cell stack and has a structure in which heat exchange water used as a humidifier heating water and a fuel cell stack cooling water is supplied to the humidifier side, wherein the humidifier heating water and the fuel cell stack cooling water are separated from the humidifier. Humidifier stack integrated fuel cell, characterized in that supplied through the path.
제 1 항에 있어서,
상기 스택 냉각수로 사용되는 열교환수의 공급경로는 상기 가습기 가열수로 사용되는 열교환수의 공급경로의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 가습기 스택 일체형 연료전지.
The method of claim 1,
Humidifier stack integrated fuel cell, characterized in that the supply path of the heat exchange water used as the stack cooling water is formed outside the supply path of the heat exchange water used as the humidifier heating water.
제 1 항에 있어서,
상기 가습기 가열수로 사용된 열교환수와 상기 스택 냉각수로 사용된 열교환수가, 상기 가습기 내부에서 분리된 경로를 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는 가습기 스택 일체형 연료전지.
The method of claim 1,
And a heat exchange water used as the humidifier heating water and a heat exchange water used as the stack cooling water are discharged through a separate path inside the humidifier.
제 3 항에 있어서,
상기 스택 냉각수로 사용된 열교환수의 이동경로는 상기 가습기 가열수로 사용된 열교환수의 배출경로의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 가습기 스택 일체형 연료전지.
The method of claim 3, wherein
The movement path of the heat exchange water used as the stack cooling water is formed on the outer side of the discharge path of the heat exchange water used as the humidifier heating water.
연료전지와 일체로 형성되는 가습기의 분리판 구조에 있어서,
열교환수 공급경로를 형성하는 열교환수 공급홀을, 가습기 가열수 공급홀과 연료전지 스택 냉각수 공급홀로 분할 형성하는 것을 특징으로 하는 가습기 분리판.
In the separator plate structure of the humidifier formed integrally with the fuel cell,
And a heat exchange water supply hole for forming a heat exchange water supply path into a humidifier heating water supply hole and a fuel cell stack cooling water supply hole.
제 5 항에 있어서,
상기 연료전지 스택 냉각수 공급홀은 상기 가습기 가열수 공급홀의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 가습기 분리판.
The method of claim 5, wherein
The fuel cell stack cooling water supply hole is a humidifier separator, characterized in that formed on the outside of the humidifier heating water supply hole.
제 5 항에 있어서,
열교환수 배출경로를 형성하는 열교환수 배출홀을, 가습기 가열수 배출홀과 연료전지 스택 냉각수 배출홀로 분할 형성하는 것을 특징으로 하는 가습기 분리판.
The method of claim 5, wherein
And a heat exchange water discharge hole for forming a heat exchange water discharge path into a humidifier heating water discharge hole and a fuel cell stack cooling water discharge hole.
제 7 항에 있어서,
상기 연료전지 스택 냉각수 배출홀은 상기 가습기 가열수 배출홀의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 가습기 분리판.

The method of claim 7, wherein
The fuel cell stack cooling water discharge hole is a humidifier separator, characterized in that formed on the outside of the humidifier heating water discharge hole.

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