KR101307870B1 - 복수개의 연료전지 성능 평가 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수개의 연료전지 성능 평가 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 공기분배기, 연료분배기, 및 냉각수분배기가 2중관 형태로 구비됨으로써, 복수개의 연료전지를 동시에 성능 평가 할 수 있으며, 연료전지의 작동 온도 및 공급되는 가스의 습도를 정밀하게 제어되도록 함으로써 측정 신뢰도를 높일 수 있는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치에 관한 것이다.

Description

복수개의 연료전지 성능 평가 장치{EFFICIENCY TEST DEVICE FOR FUEL CELL }
본 발명은 복수개의 연료전지 성능 평가 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 공기분배기, 연료분배기, 및 냉각수분배기가 2중관 형태로 구비됨으로써, 복수개의 연료전지를 동시에 성능 평가 할 수 있으며, 연료전지의 작동 온도 및 공급되는 가스의 습도를 정밀하게 제어되도록 함으로써 측정 신뢰도를 높일 수 있는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치에 관한 것이다.
연료전지(Fuel Cell)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로, 수소, 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 새로운 친환경적 미래형 에너지 기술이다.
연료전지는 공기극(Cathode)에 산소가 공급되고 연료극(Anode)에 수소가 공급되어 물의 전기분해 역반응 형태로 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않으면서도 고효율로 전기에너지를 생산한다.
이 때, 상기 연료전지는 단일 셀로부터 생산되는 전압은 제한적이므로, 분리판과 셀이 복수회 적층되고, 양측에 상기 분리판 및 단위셀이 적층된 구성을 지지하기 위한 엔드 플레이트가 구비되어 스택형으로 이용된다.
이와 같은 연료전지의 성능을 평가하기 위해서는 연료전지의 구동에 큰 영향을 끼치는 외부 요소가 균일하게 유지되어야 하는데, 위 요소로는 작동 온도, 공급 가스의 유량 및 가습 정도를 예를 들 수 있다.
그런데, 연료전지의 성능 평가 시, 한 가지의 요소라도 오차가 발생되는 경우에 평가된 연료전지의 성능 자체의 신뢰도가 저하될 수밖에 없는 문제점이 있다.
특히, 종래의 온도 조절 방식을 살펴보면, 고체 대 고체 또는 공기 대 고체의 열전달을 이용하는 경우가 많은데, 위의 방법은 열전달 속도가 느리며 열전달이 위치에 따라 불균일하게 형성된다.
이에 따라, 종래의 온도 조절 방식은 위치에 따라 온도 차이가 유발되며, 정밀하며 지속적인 온도 유지가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 작동 온도 및 공급되는 가스의 습도를 정밀하게 제어되도록 함으로써 측정 신뢰도를 높일 수 있으며, 복수개 연료전지의 성능 평가가 별도의 조절장치 없이 가능한 복수개의 연료전지 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 연료전지 성능 평가 시, 온도 또는 습도 변화에 의해 연료전지의 단위셀에 구비된 전해질층이 수축 팽창됨에 따라 평가 신뢰도가 저하되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 더욱 상세하게, 가습기가 액체 열교환매체가 저장된 별도의 케이스 내부에 구비되며, 공기, 연료 및 수분이 예열된 상태로 공급되므로 적정 온도로의 제어가 용이하며 가습 효율을 높일 수 있는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 가습 및 가열된 공기 또는 연료가 1차로 액체 열교환매체 및 2차로 단열재에 의해 외부 온도에 의해 온도 변화가 발생되는 것을 방지할 수 있는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 성능평가부가 액체 열교환매체에 의해 열교환된 열교환공기를 이용하는 가열부를 이용함으로써 온도 변화를 최소화할 수 있는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 전해질층(11), 상기 전해질층(11)의 양측 면에 각각 형성되는 연료극(13) 및 공기극(12)을 포함하는 단위셀(10)과, 상기 공기극(12)에 공기를 공급하거나 상기 연료극(13)에 연료가스를 공급하는 공급유로(21-1,22-1)가 형성된 분리판(21,22)을 포함하는 연료전지의 성능 평가 장치(1000)에 있어서, 상기 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 내부에 복수개의 연료전지(1)가 구비되는 몸체(910), 상기 연료전지(1)의 온도를 조절하는 냉각부(920) 및 가열부(930)를 포함하며, 상기 연료전지(1)에 각각 공기 및 연료가 공급되어 연료전지(1) 성능이 평가되는 성능평가부(900); 관형태의 제1분배관(231)과, 상기 제1분배관(231)에 공기가 유입되는 공기유입부(232)와, 상기 복수개 연료전지(1)의 공기극에 접하는 분리판(21)의 공급유로(21-1)와 연통되는 복수개의 제1연결부(233)가 형성된 공기분배기(230); 및 관형태의 제2분배관(621)과, 상기 제2분배관(621)에 연료가 유입되는 연료유입부(622)와, 상기 복수개 연료전지(1)의 연료극에 접하는 분리판(22)의 공급유로(22-1)와 연통되는 복수개의 제2연결부(623)가 형성된 연료분배기(620); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 공기가 저장되는 공기 저장부(100); 상기 공기 저장부(100)와 연결되어 공기가 이송되는 공기 이송 라인(200); 상기 공기 이송 라인(200) 상에 구비되어 공기의 이송 유량을 제어하는 제1제어부(300); 상기 공기 이송 라인(200) 상의 상기 제1제어부(300) 후측에 구비되되, 이송되는 공기의 습도를 조절하는 제1가습부(400); 연료가 저장되는 연료 저장부(500); 상기 연료 저장부(500)와 연결되어 연료가 이송되는 연료 이송 라인(600); 상기 연료 이송 라인(600) 상에 구비되어 연료의 이송 유량을 제어하는 제2제어부(700); 및 상기 연료 이송 라인(600) 상의 상기 제2제어부(700) 후측에 구비되되, 이송되는 연료의 습도를 조절하는 제2가습부(800); 를 더 포함하며, 상기 제1가습부(400)를 통과한 공기가 상기 공기분배기(230)로 공급되며, 상기 제2가습부(800)를 통과한 연료가 상기 연료분배기(620)로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는상기 제1가습부(400) 및 제2가습부(800)가 각각 액체 열교환매체가 수용된 제1케이스(410) 및 제2케이스(810) 내부에 구비되며, 상기 제1케이스(410) 및 제2케이스(810) 내부의 액체 열교환매체가 각각 제1히터(420) 및 제2히터(820)에 의해 가열되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 상기 제1가습부(400) 내부로 수분을 공급하는 제1수분공급부(430) 및 상기 공기 이송 라인(200)과 연결되어 공기를 공급하는 공기공급부(210)가 상기 제1케이스(410) 내부에 위치되어 상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210) 내부의 수분 및 공기가 액체 열교환매체에 의해 예열되며, 상기 제2가습부(800) 내부로 수분을 공급하는 제2수분공급부(830) 및 상기 연료 이송 라인(600)과 연결되어 연료를 공급하는 연료공급부(610)가 상기 제2케이스(810) 내부에 위치되어 상기 제2수분공급부(830) 및 연료공급부(610) 내부의 수분 및 연료가 액체 열교환매체에 의해 예열되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제1가습부(400)는 제1케이스(410) 내부에 하나 이상 구비되며, 상기 제2가습부(800)는 제2케이스(810) 내부에 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1가습부(400)와 공기분배기(230)의 공기유입부(232)를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 연료분배기(620)의 연료유입부(622)를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 이중관 형태로 내부 제1공간부(221)에 공기 또는 연료가 이송되며, 외부 제2공간부(222)에 가열된 액체 열교환매체가 순환되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제1가습부(400)와 공기분배기(230)의 공기유입부(232)를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 연료분배기(620)의 연료유입부(622)를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 상기 제2공간부(222) 둘레를 감싸는 단열부(223)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 성능평가부(900)의 냉각부(920)는 상기 연료전지(1)용 분리판(21,22)에 냉각수가 이동되는 냉각수 유로(23)인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 관형태의 제3분배관(931)과, 상기 제3분배관(931)에 냉각수가 유입되는 냉각수유입부(932)와, 상기 복수개의 연료전지 분리판의 냉각수 유로(23)와 연통되는 복수개의 제3연결부(933)가 형성된 냉각수분배기(930)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제1분배관(231), 제2분배관(621)은 2중관 형태로 내부 제3공간부(231-1,621-1)에 공기, 또는 연료가 이송되며, 외부 제4공간부(231-2,621-2)에 가열된 액체 열교환매체가 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 성능평가부(900)는 상기 몸체(910) 일측에 일정거리 이격되어 중공되는 제1중공부(911) 및 제2중공부(912)가 형성되고, 상기 가열부(930)가 상기 제1중공부(911)와 연통되는 제1탱크(931)와, 상기 제2중공부(912)와 연통되는 제2탱크(932)와, 상기 제1탱크(931) 또는 제2탱크(932)에 연결되어 열교환공기가 유출입되는 열교환공기 유출입부(933); 상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932)에 양단이 고정되어 열교환공기가 이동되는 튜브(934)와, 내부에 상기 튜브(934)를 포함하며 내부에 액체 열교환매체가 저장되는 열교환탱크(935)와, 상기 열교환탱크(935) 내부의 액체 열교환매체를 가열하는 제3히터(936)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열부(930)는 상기 제1탱크(931) 또는 제2탱크(932)에 열교환공기를 순환하기 위한 팬(937)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치는 공기분배기, 연료분배기, 및 냉각수분배기가 2중관 형태로 구비됨으로써, 복수개의 연료전지를 동시에 성능 평가 할 수 있으며, 연료전지의 작동 온도 및 공급되는 가스의 습도를 정밀하게 제어되도록 함으로써 측정 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치는 연료전지 성능 평가 시, 온도 또는 습도 변화에 의해 연료전지의 단위셀에 구비된 전해질층이 수축 팽창됨에 따라 평가 신뢰도가 저하되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 더욱 상세하게, 가습기가 액체 열교환매체가 저장된 별도의 케이스 내부에 구비되며, 공기, 연료 및 수분이 예열된 상태로 공급되므로 적정 온도로의 제어가 용이하며 가습 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치는 가습 및 가열된 공기 또는 연료가 1차로 액체 열교환매체 및 2차로 단열재에 의해 외부 온도에 의해 온도 변화가 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치는 성능평가부가 액체 열교환매체에 의해 열교환된 열교환공기를 이용하는 가열부를 이용함으로써 온도 변화를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 복수개의 연료전지 성능 평가 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 복수개의 연료전지 성능 평가 장치의 제1가습부 및 제2가습부를 나타낸 도면.
도 3은 상기 도 1에 도시한 AA'단면을 나타낸 도면.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시한 성능평가부를 나타낸 사시도 및 분해사시도.
도 6은 상기 도 4에 도시한 성능평가부의 열교환공기의 흐름 예를 나타낸 도면.
도 7은 상기 도 1에 도시한 냉각부가 형성된 연료전지를 나타낸 단면도.
도 8 및 도 9는 상기 도 1에 도시한 공기분배기, 연료분배기 및 냉각수분배기를 나타낸 사시도 및 단면도.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 연료전지(1)의 성능을 평가하기 위한 장치로서, 성능평가부(900), 공기분배기(230), 및 연료분배기(620)를 포함하며, 부가적으로 공기 저장부(100), 공기 이송 라인(200), 제1제어부(300), 제1가습부(400), 연료 저장부(500), 연료 이송 라인(600), 제2제어부(700), 및 제2가습부(800)가 더 포함된다.
먼저, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)의 평가 대상인 연료전지(1)의 기본 구성을 살펴보면, 연료전지(1)는 단위셀(10)과 상기 단위셀(10)을 지지하며 공기 또는 연료를 공급하기 위한 분리판(21,22)을 포함하여 형성된다.
상기 단위셀(10)은 전해질층(11), 상기 전해질층(11)의 양측 면에 각각 형성되는 연료극(13) 및 공기극(12)을 포함하여 형성된다.
상기 전해질층(11)은 공급되는 습도 변화에 따라 수축 팽창하여 빠른 열화가 진행될 수 있는 요소로서, 연료전지 성능 평가 장치(1000)에 있어서, 습도 변화는 전체 연료전지(1)의 성능에 큰 영향을 끼치게 된다.
상기 분리판(21,22)은 상기 공기극(12)에 공기를 공급하거나 상기 연료극(13)에 연료가스를 공급하는 공급유로(21-1,22-1)가 형성된다.
상기 공급유로(21-1,22-1)는 다양한 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 분리판(21,22)은 상기 공기극(12)을 지지하며 공기극(12)에 공기를 공급하는 공급유로(21-1)가 형성된 제1분리판(21)과, 상기 연료극(13)을 지지하며 연료극(13)에 연료를 공급하는 공급유로(22-1)가 형성된 제2분리판(22)을 포함하여 구성된다.
상기 공기 저장부(100)는 상기 공기극(12)에 공급되는 공기가 저장된다.
상기 공기 이송 라인(200)은 일측이 상기 공기 저장부(100)와 연결되어 공기가 이송되는 부분으로서, 타측이 공기분배기(230)의 공기유입부(232)와 연결되어 상기 성능평가부(900) 내부에 구비된 연료전지(1)의 공기극(12)에 인접한 제1분리판(21)의 공급유로(21-1)로 공기가 공급되도록 한다.
상기 제1제어부(300)는 상기 공기 이송 라인(200) 상에 구비되어 공기의 이송 유량을 제어하는 구성으로서 MFC(Mass Flow Controller)가 이용될 수 있다.
상기 제1가습부(400)는 상기 공기 이송 라인(200) 상에 구비되어 공기의 습도를 조절하는 부분으로서, 상기 공기 이송 라인(200) 상의 상기 제1제어부(300) 후측에 구비된다.
즉, 상기 제1가습부(400)는 상기 제1제어부(300)에 의해 유량 제어되어 공급된 공기의 습도를 조절하는 부분이다.
이 때, 연료전지(1)의 경우 특정 온도로 제어되어야 하며, 상기 특정 온도에서 상대습도 100% 환경이 조성되는 경우에, 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)의 정밀한 측정이 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 가습 효율을 높이며, 공급 가스의 온도를 적절하게 제어하기 위하여 상기 제1가습부(400)가 액체 열교환매체가 수용된 제1케이스(410) 내부에 구비되며, 상기 제1케이스(410) 내부의 액체 열교환매체는 제1히터(420)에 의해 가열되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 제1가습부(400)는 내부로 수분을 공급하기 위한 제1수분공급부(430) 및 상기 공기 이송 라인(200)과 연결되어 상기 제1가습부(400) 내부로 공기를 공급하는 공기공급부(210)가 구비된다.
상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210)는 상기 제1가습부(400)와 함께 상기 제1케이스(410) 내부에 구비되어 상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210)에 의해 공급되는 수분 및 공기가 예열된 상태로 상기 제1가습부(400)로 공급됨으로써 가습 효율을 높이며 온도를 균일하게 제어되도록 한다.
상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210)는 형성되는 유로 길이가 길수록 상기 액체 열교환매체와의 열교환에 의해 가열되므로, 그 형성 길이가 조절될 수 있다.
도 2에서, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210)가 상기 제1가습부(400) 일측에 지그재그 형태로 형성된 예를 도시하였으나, 상기 제1가습부(400) 둘레를 나선 형태로 감싸도록 형성되는 것을 포함하여 다양한 형태 및 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1가습부(400)는 상기 제1케이스(410) 내부에 하나 이상 형성가능하며, 상기 제1가습부(400)가 복수개 형성되는 경우에, 이 때, 최초 제1가습부(400)에는 상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210)가 각각 연결되어 수분 및 공기가 공급되고, 이 후, 직렬로 연결되는 제1가습부(400)는 이전 제1가습부(400)를 지나 습도가 높은 상태의 수분 및 공기 혼합 물질이 이동되어 습도가 더욱 상승된다.
도 2에서 상기 제1가습부(400)가 2개 직렬 연결된 예를 도시하였으나, 상기 제1가습부(400)의 형성 개수는 더욱 다양하게 형성될 수 있다.
상기 연료 저장부(500), 연료 이송 라인(600), 제2제어부(700) 및 제2가습부(800)는 각각 상기 공기 저장부(100), 공기 이송 라인(200), 제1제어부(300) 및 제1가습부(400)와 서로 동일한 구성으로 형성되되, 공기 대신 연료를 대상으로 하는 것이다.
도 2에서 상기 제2가습부(800)는 제1가습부(400)와 동일한 형태로 형성되므로, 상기 제2가습부(800)와 관련 도면 부호를 괄호 안에 표시하였다.
더욱 상세하게, 상기 연료 저장부(500)는 상기 연료극(13)에 공급되는 연료가 저장된다.
상기 연료 이송 라인(600)은 일측이 상기 연료 저장부(500)와 연결되어 연료가 이송되는 부분으로서, 타측이 연료분배기(620)의연료유입부(622)와 연결되어 상기 성능평가부(900) 내부에 구비된 연료전지(1)의 연료극(13)에 인접한 제2분리판(22)의 공급유로(22-1)로 연료가 공급되도록 한다.
상기 제2제어부(700)는 상기 연료 이송 라인(600) 상에 구비되어 연료의 이송 유량을 제어한다.
상기 제2가습부(800)는 상기 연료 이송 라인(600) 상의 상기 제2제어부(700) 후측에 구비되며, 이송되는 연료의 습도를 조절하는 부분으로서, 액체 열교환매체가 저장된 제2케이스(810) 내부에 구비되되, 상기 제2케이스(810) 내부의 액체 열교환매체는 제2히터(820)에 의해 저장된다.
이 때, 상기 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 상기 제2가습부(800) 내부로 수분을 공급하는 제2수분공급부(830) 및 상기 연료 이송 라인(600)과 연결되어 상기 제2가습부(800) 내부로 연료를 공급하는 연료공급부(610)가 상기 제2케이스(810) 내부에 위치되어 상기 제2수분공급부(830) 및 연료공급부(610) 내부의 수분 및 연료가 예열된다.
즉, 상기 제2가습부(800) 내부고 공급되는 수분 및 연료 역시 액체 열교환매체에 의해 예열된 상태로 공급되어 연료전지(1)로 공급되는 연료의 온도를 균일하게 할 수 있으며, 효과적으로 습도를 높일 수 있는 장점이 있다.
상기 제2가습부(800) 역시 상기 제2케이스(810) 내부에 하나 이상 구비될 수 있다.
본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 상기 성능평가부(900) 내부의 복수개 연료전지(1)에 고르게 공기 및 연료를 각각 공급할 수 있도록 공기분배기(230) 및 연료분배기(620)가 구비된다.
상기 공기분배기(230)는 관형태의 제1분배관(231)과, 상기 제1분배관(231)에 공기가 유입되는 공기유입부(232)와, 상기 복수개 연료전지(1)의 공기극에 접하는 분리판(21)의 공급유로(21-1)와 연통되는 복수개의 제1연결부(233)가 형성된다.
또한, 연료분배기(620)는 그 대상이 연료인 것을 제외하고 상기 공기분배기(230)와 동일한 형태로 형성된다.
더욱 상세하게, 연료분배기(620)는 관형태의 제2분배관(621)과, 상기 제2분배관(621)에 연료가 유입되는 연료유입부(622)와, 상기 복수개 연료전지(1)의 연료극에 접하는 분리판(22)의 공급유로(22-1)와 연통되는 복수개의 제2연결부(623)가 형성된다.
또한, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 공기분배기(230), 및 연료분배기(620)가 구비됨으로써 평가 대상 연료전지(1)를 교체가능하며, 비교 평가가 가능한 장점이 있다.
상기 성능평가부(900)는 내부에 복수개의 연료전지(1)가 구비되며, 상기 제1가습부(400) 및 제2가습부(800)를 통과하여 습도가 높은 공기 및 연료가 각각 공기분배기(230) 및 연료분배기(620)에 의해 분배 및 공급된다.
이 때, 상기 성능평가부(900)는 상기 연료전지(1)로부터 발생되는 전기의 전류, 전압 성능을 측정하여 성능을 평가할 수 있다.
이 때, 상기 제1분배관(231), 제2분배관(621)은 2중관 형태로 내부 제3공간부(231-1,621-1)에 공기, 또는 연료가 이송되며, 외부 제4공간부(231-2,621-2)에 가열된 액체 열교환매체가 구비된다.
상기 제4공간부(231-2,621-2)에 구비되는 액체 열교환매체는 상기 제1케이스(410) 내부에 구비되어 상기 제1가습부(400)를 가열하는 액체 열교환매체 또는 상기 제2케이스(810) 내부에 구비되어 상기 제2가습부(800)를 가열하는 액체 열교환매체가 이용될 수 있으며, 별도로 이용되는 경우에, 위 액체 열교환매체의 온도와 동일하게 제어된다.
이를 통해, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치는 가온 가습된 공기 또는 연료가 온도 및 습도 저하없이 성능평가부(900) 내부의 연료전지로 공급될 수 있는 장점이 있다.
상기 성능평가부(900) 연료전지(1)의 성능을 평가하기 위한 장치로서, 내부에 연료전지(1)가 구비되는 몸체(910), 상기 연료전지(1)의 온도를 조절하는 냉각부(920) 및 가열부(930)를 포함하여 형성된다.
상기 몸체(910)는 연료전지(1)가 구비될 수 있는 일정 공간을 갖도록 형성되며, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 다양한 냉각부(920) 및 가열부(930)의 형태를 가질 수 있다.
그 일예를 도 4 내지 도 6에 도시하였다.
상기 도 4 및 도 6에 도시한 성능평가부(900)는 상기 몸체(910) 일측에 일정거리 이격되어 중공되는 제1중공부(911) 및 제2중공부(912)가 형성되고, 상기 가열부(930)가 제1탱크(931), 제2탱크(932), 열교환공기 유출입부(933), 튜브(934), 열교환탱크(935), 및 제3히터(936)를 포함하여 형성된다.
상기 몸체(910)에 형성된 제1중공부(911) 및 제2중공부(912) 중 하나는 가열된 열교환공기가 유입되며, 나머지 하나는 몸체(910) 내부를 순환한 열교환공기가 배출되는 부분으로서, 몸체(910)의 일측 면에 일정 거리 이격되어 형성된다.
상기 가열부(930)는 상기 성능평가부(900) 몸체(910)의 일측(도면에서 우측)에 형성되는데, 먼저, 상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932)는 각각 상기 제1중공부(911) 및 제2중공부(912)와 연통되며 내부에 일정 공간을 형성하도록 형성된다.
도면에서, 상기 제1탱크(931)는 상측에 위치한 제1중공부(911)와 연통되며, 상기 제2탱크(932)는 하측에 위치한 제2중공부(912)와 연통되는 예를 도시하였으나, 상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932)는 상기 제1중공부(911) 및 제2중공부(912)의 형성 위치에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
상기 열교환공기 유출입부(933)는 열교환공기를 제1탱크(931) 또는 제2탱크(932) 내부로 유입하거나 반대로 배출 가능하도록 구비되는 것으로서, 도면에서는 상기 제2탱크(932)에 형성된 예를 나타내었다.
이 때, 상기 열교환공기 유출입부(933)는 필요에 따라 개폐가능하게 구비된다.
상기 튜브(934)는 상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932)에 양단이 고정되어 열교환공기가 이동되는 구성으로서, 복수개가 구비된다.
상기 열교환탱크(935)는 내부에 상기 튜브(934)를 포함하여 내부에 액체 열교환매체가 저장되도록 형성되는 구성으로서, 상기 액체 열교환매체는 상기 제3히터(936)에 의해 가열되며, 상기 액체 열교환매체와 열교환공기가 열교환되어 상기 연료전지(1)의 온도를 제어한다.
즉, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 열교환에 의해 연료전지(1)의 온도 제어 균일성을 확보하도록 함으로써 안정적인 성능 평가가 가능한 장점이 있다.
상기 열교환탱크(935)는 튜브(934) 전체에서 열교환이 이루어질 수 있도록 상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932) 사이의 영역에 모두 액체 열교환매체가 위치될 수 있는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1탱크(931), 제2탱크(932) 중 하나 또는 모두에는 열교환공기의 이동이 용이하도록 하는 팬(937)이 하나 이상 구비될 수 있다.
도 6을 참조로, 열교환공기의 흐름을 설명하면, 상기 열교환공기 유출입부(933)를 통해 유입된 열교환 공기는 상기 제2탱크(932)로 유입되고, 상기 제2탱크(932)로 유입된 열교환 공기는 상기 튜브(934)를 통과하면서 액체 열교환매체와 열교환에 의해 가열되고, 상기 제1탱크(931) 및 제1중공부(911)를 통해 몸체(910) 내부로 공급된다.
상기 몸체(910) 내부고 공급된 열교환공기는 상기 연료전지(1)를 특정 온도로 가열하며, 상기 제2중공부(912) 및 제2탱크(932)로 유입된다.
아울러, 상기 열교환공기는 위에서 설명한 통로를 계속 순환하게 되며, 이 때, 상기 열교환공기 유출입부(933)는 폐쇄된다.
즉, 열교환공기 유출입부(933)는 열교환공기의 필요에 의해 유입 또는 배출될 때만 개방된 상태를 유지하고, 성능 평가가 시행되는 상태에서는 폐쇄된 상태를 유지한다.
상기 냉각부(920)는 상기 연료전지(1)가 특정 온도 이상으로 가열되는 것을 방지하기 위한 구성으로서, 상기 분리판(21,22)에 형성되는 공급유로(21-1,22-1)와는 별도로 냉각수가 유동되는 냉각수 유로(23)일 수 있다.
이 때, 상기 냉각부(920)는 냉각수 유로(23)의 형성 형태를 조절하여 냉각 성능을 조절할 수 있으며, 전체 분리판(21,22) 형성 영역에 고르게 분포되는 것이 바람직하다.
상기 제1가습부(400)와 공기분배기(230)의 공기연결부를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 연료분배기(620)의 연료연결부를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 이중관 형태로 내부 제1공간부(221)에 공기 또는 연료가 이송되며, 외부 제2공간부(222)에 가열된 액체 열교환매체가 순환되는 것이 바람직하다.
아울러, 부가적으로 상기 제1가습부(400)와 성능평가부(900)를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 성능평가부(900)를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 상기 제2공간부(222) 둘레를 감싸는 단열부(223)가 더 구비될 수 있다.(도 3 참조)
아울러, 상기 냉각부(920)는 복수개의 냉각수 유로(23)를 포함할 수 있으며, 내부 냉각수의 이동 방향은 다양하게 조절될 수 있으며, 상기 성능평가부(930) 내부에 복수개의 연료전지(1)가 구비되므로, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 냉각수분배기(930)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각수분배기(930)는 그 분배 대상이 냉각수이며, 상기 공기분배기(230) 및 연료분배기(620)와 동일한 구성을 갖는다.
더욱 상세하게, 상기 냉각수분배기(930)는 관형태의 제3분배관(931)과, 상기 제3분배관(931)에 냉각수가 유입되는 냉각수유입부(932)와, 상기 복수개의 연료전지 분리판의 냉각수 유로(23)와 연통되는 복수개의 제3연결부(933)가 형성된다.
이 때, 상기 제3연결부(933)는 하나의 연료전지에 한 쌍이 구비되는 분리판에 구비되어야 하므로, 각각 2개가 구비되거나 그 단부가 분기되어 한 쌍의 분리판 냉각수유로(23)에 연결될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 연료전지(1)의 작동 온도 및 공급되는 가스의 습도를 정밀하게 제어되도록 함으로써 측정 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.
도면에서 연료전지(1)가 몸체(910)의 높이방향으로 3개 구비된 예를 도시하였으나, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 이에 한정되지 않는다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 연료전지
10 : 단위셀 11 : 전해질층
12 : 공기극 13 : 연료극
21, 22 : 분리판 21-1, 22-1 : 공급유로
23 : 냉각수 유로
1000 : 연료전지의 성능 평가 장치
100 : 공기 저장부
200 : 공기 이송 라인 210 : 공기공급부
221 : 제1공간부 222 : 제2공간부
223 : 단열부
230 : 공기분배기 231 : 제1분배관
231-1 : 제3공간부 231-2 : 제4공간부
232 : 공기유입부 233 : 제1연결부
300 : 제1제어부
400 : 제1가습부 410 : 제1케이스
420 : 제1히터 430 : 제1수분공급부
500 : 연료 저장부
600 : 연료 이송 라인 610 : 연료공급부
620 : 연료분배기 621 : 제2분배관
621-1 : 제3공간부 621-2 : 제4공간부
622 : 연료유입부 623 : 제2연결부
700 : 제2제어부
800 : 제2가습부 810 : 제2케이스
820 : 제2히터 830 : 제2수분공급부
900 : 성능평가부 910 : 몸체
911 : 제1중공부 912 : 제2중공부
920 : 냉각부 930 : 냉각수분배기
931 : 제3분배관 932 : 냉각수유입부
933 : 제3연결부
930 : 가열부 931 : 제1탱크
932 : 제2탱크 933 : 열교환공기 유출입부
934 : 튜브 935 : 열교환탱크
936 : 제3히터 937 : 팬

Claims (12)

  1. 전해질층(11), 상기 전해질층(11)의 양측 면에 각각 형성되는 연료극(13) 및 공기극(12)을 포함하는 단위셀(10)과, 상기 공기극(12)에 공기를 공급하거나 상기 연료극(13)에 연료가스를 공급하는 공급유로(21-1,22-1)가 형성된 분리판(21,22)을 포함하는 연료전지 복수개의 성능을 평가하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)에 있어서,
    상기 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는
    내부에 복수개의 연료전지(1)가 구비되는 몸체(910), 상기 연료전지(1)의 온도를 조절하는 냉각부(920) 및 가열부(930)를 포함하며, 상기 연료전지(1)에 각각 공기 및 연료가 공급되어 연료전지(1) 성능이 평가되는 성능평가부(900);
    관형태의 제1분배관(231)과, 상기 제1분배관(231)에 공기가 유입되는 공기유입부(232)와, 상기 복수개 연료전지(1)의 공기극에 접하는 분리판(21)의 공급유로(21-1)와 연통되는 복수개의 제1연결부(233)가 형성된 공기분배기(230); 및
    관형태의 제2분배관(621)과, 상기 제2분배관(621)에 연료가 유입되는 연료유입부(622)와, 상기 복수개 연료전지(1)의 연료극에 접하는 분리판(22)의 공급유로(22-1)와 연통되는 복수개의 제2연결부(623)가 형성된 연료분배기(620); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는
    공기가 저장되는 공기 저장부(100);
    상기 공기 저장부(100)와 연결되어 공기가 이송되는 공기 이송 라인(200);
    상기 공기 이송 라인(200) 상에 구비되어 공기의 이송 유량을 제어하는 제1제어부(300);
    상기 공기 이송 라인(200) 상의 상기 제1제어부(300) 후측에 구비되되, 이송되는 공기의 습도를 조절하는 제1가습부(400);
    연료가 저장되는 연료 저장부(500);
    상기 연료 저장부(500)와 연결되어 연료가 이송되는 연료 이송 라인(600);
    상기 연료 이송 라인(600) 상에 구비되어 연료의 이송 유량을 제어하는 제2제어부(700); 및
    상기 연료 이송 라인(600) 상의 상기 제2제어부(700) 후측에 구비되되, 이송되는 연료의 습도를 조절하는 제2가습부(800); 를 더 포함하며,
    상기 제1가습부(400)를 통과한 공기가 상기 공기분배기(230)로 공급되며, 상기 제2가습부(800)를 통과한 연료가 상기 연료분배기(620)로 공급되는 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는
    상기 제1가습부(400) 및 제2가습부(800)가 각각 액체 열교환매체가 수용된 제1케이스(410) 및 제2케이스(810) 내부에 구비되며,
    상기 제1케이스(410) 및 제2케이스(810) 내부의 액체 열교환매체가 각각 제1히터(420) 및 제2히터(820)에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수개의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는
    상기 제1가습부(400) 내부로 수분을 공급하는 제1수분공급부(430) 및 상기 공기 이송 라인(200)과 연결되어 공기를 공급하는 공기공급부(210)가 상기 제1케이스(410) 내부에 위치되어 상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210) 내부의 수분 및 공기가 액체 열교환매체에 의해 예열되며,
    상기 제2가습부(800) 내부로 수분을 공급하는 제2수분공급부(830) 및 상기 연료 이송 라인(600)과 연결되어 연료를 공급하는 연료공급부(610)가 상기 제2케이스(810) 내부에 위치되어 상기 제2수분공급부(830) 및 연료공급부(610) 내부의 수분 및 연료가 액체 열교환매체에 의해 예열되는 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1가습부(400)는 제1케이스(410) 내부에 하나 이상 구비되며,
    상기 제2가습부(800)는 제2케이스(810) 내부에 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1가습부(400)와 공기분배기(230)의 공기유입부(232)를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 연료분배기(620)의 연료유입부(622)를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 이중관 형태로 내부 제1공간부(221)에 공기 또는 연료가 이송되며, 외부 제2공간부(222)에 가열된 액체 열교환매체가 순환되는 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1가습부(400)와 공기분배기(230)의 공기유입부(232)를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 연료분배기(620)의 연료유입부(622)를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 상기 제2공간부(222) 둘레를 감싸는 단열부(223)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 성능평가부(900)의 냉각부(920)는 상기 연료전지(1)용 분리판(21,22)에 냉각수가 이동되는 냉각수 유로(23)인 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수개의 연료전지 성능 평가 장치는
    관형태의 제3분배관(931)과, 상기 제3분배관(931)에 냉각수가 유입되는 냉각수유입부(932)와, 상기 복수개의 연료전지 분리판의 냉각수 유로(23)와 연통되는 복수개의 제3연결부(933)가 형성된 냉각수분배기(930)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1분배관(231), 제2분배관(621)은 2중관 형태로 내부 제3공간부(231-1,621-1)에 공기, 또는 연료가 이송되며, 외부 제4공간부(231-2,621-2)에 가열된 액체 열교환매체가 구비되는 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 성능평가부(900)는 상기 몸체(910) 일측에 일정거리 이격되어 중공되는 제1중공부(911) 및 제2중공부(912)가 형성되고,
    상기 가열부(930)가 상기 제1중공부(911)와 연통되는 제1탱크(931)와,
    상기 제2중공부(912)와 연통되는 제2탱크(932)와,
    상기 제1탱크(931) 또는 제2탱크(932)에 연결되어 열교환공기가 유출입되는 열교환공기 유출입부(933);
    상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932)에 양단이 고정되어 열교환공기가 이동되는 튜브(934)와,
    내부에 상기 튜브(934)를 포함하며 내부에 액체 열교환매체가 저장되는 열교환탱크(935)와,
    상기 열교환탱크(935) 내부의 액체 열교환매체를 가열하는 제3히터(936)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가열부(930)는 상기 제1탱크(931) 또는 제2탱크(932)에 열교환공기를 순환하기 위한 팬(937)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 복수개의 연료전지 성능 평가 장치.
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