KR101382317B1 - 연료전지 시스템 및 그 퍼지방법 - Google Patents

연료전지 시스템 및 그 퍼지방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101382317B1
KR101382317B1 KR1020120158607A KR20120158607A KR101382317B1 KR 101382317 B1 KR101382317 B1 KR 101382317B1 KR 1020120158607 A KR1020120158607 A KR 1020120158607A KR 20120158607 A KR20120158607 A KR 20120158607A KR 101382317 B1 KR101382317 B1 KR 101382317B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
line
air
purge
humidifier
valve
Prior art date
Application number
KR1020120158607A
Other languages
English (en)
Inventor
이현재
이종현
안득균
Original Assignee
현대자동차 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 현대자동차 주식회사 filed Critical 현대자동차 주식회사
Priority to KR1020120158607A priority Critical patent/KR101382317B1/ko
Priority to DE102013226483.6A priority patent/DE102013226483A1/de
Priority to US14/134,763 priority patent/US20140186725A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101382317B1 publication Critical patent/KR101382317B1/ko

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
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the 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
    • 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
    • H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

연료전지 시스템 및 그 퍼지방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 시스템은 연료극과 공기극을 구비한 스택; 공기블로워의 공기가 공기공급라인을 통해 가습기를 거쳐 상기 공기극으로 공급되는 공기공급부; 상기 연료극에서 생성된 응축수를 포집하는 워터트랩; 상기 워터트랩과 상기 가습기 사이의 배수라인에 장치된 드레인 밸브; 상기 스택과 상기 워터트랩 사이의 배수라인에서 퍼지라인이 분기되고 상기 퍼지라인에 장치된 퍼지밸브;를 포함하며, 운전 중은 상기 드레인 밸브와 상기 퍼지밸브를 개방하여 응축수 및 미반응 수소를 상기 가습기로 각각 배출하고, 운전 종료 시는 상기 드레인 밸브를 개방하여 상기 가습기로 응축수 및 미반응 수소를 배출하고 상기 퍼지밸브를 개방하여 상기 공기극 입구측으로 미반응 수소를 퍼지한다.

Description

연료전지 시스템 및 그 퍼지방법{FUEL CELL SYSTEM AND PURGING METHOD THEREOF}
본 발명은 연료전지 시스템 및 그 퍼지방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 운전 종료시 버려지는 연료극의 미반응 수소를 공기극의 내부 충진 가스로 재활용하는 연료전지 시스템 및 그 퍼지방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지 시스템은 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 연료공급부, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 공기를 공급하는 공기공급부, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열/물 관리부, 그리고 연료전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
여기서, 연료공급부는 수소탱크, 고압/저압 레귤레이터, 수소 재순환부 등을 포함하고, 공기공급부는 공기블로워, 가습기 등을 포함하며, 열 및 물 관리부는 냉각수 펌프, 라디에이터 등을 포함한다.
연료공급부의 수소탱크로부터 공급되는 고압의 수소가 고압/저압 레귤레이터를 거쳐 낮은 압력으로 연료전지 스택으로 공급되며, 수소 재순환부에서는 재순환라인에 재순환 블로워를 설치하여 스택의 연료극에서 사용하고 남은 미반응 수소를 다시 연료극으로 재순환시킴으로써 수소의 재사용을 도모한다.
공기공급부에서는 공기블로워에 의해 공급되는 건조한 공기가 가습기를 통과하는 동안 스택의 공기극 출구에서 배출된 배출가스(습윤공기)와 수분 교환하여 가습된 뒤 연료전지 스택의 공기극 입구로 공급된다.
연료전지 시스템의 스택은 다수의 단위 셀들을 연속적으로 배열한 전기 발생 집합체로서 이루어지며, 각각의 단위 셀은 수소 및 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 단위의 연료 전지로서 구비된다.
상기 단위 셀들은 막-전극 어셈블리와, 이의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 세퍼레이터를 포함한다.
이 경우, 세퍼레이터는 도전성을 지닌 플레이트 형태로서 이루어지며, 막-전극 어셈블리의 밀착면으로 연료 및 공기를 유동시키기 위한 채널을 각각 형성하고 있다.
그리고, 막-전극 어셈블리는 일면에 연료극을 형성하고, 다른 일면에 공기극을 형성하며, 이들 연료극과 공기극 사이에 전해질 막을 형성하는 구조로 이루어진다.
연료극은 세퍼레이터의 채널을 통해 공급되는 연료를 산화 반응시켜 전자와 수소 이온으로 분리시키고, 전해질막은 수소 이온을 공기극으로 이동시키는 기능을 하게 된다.
그리고, 공기극은 연료극 측으로부터 받은 전자, 수소 이온 및 세퍼레이터의 채널을 통해 제공받은 공기 중의 산소를 환원 반응시켜 물 및 열을 생성하는 기능을 하게 된다.
화학반응에 의하여 공기극에 생성된 물의 일부는 전해질 막을 투과해서 연료극으로 이동하고, 연료극으로 넘어간 물이 촉매층에 잔류할 경우 촉매 반응량을 감소시키게 되고, 연료극으로 넘어간 물이 채널에 머무르게 될 경우는 수소의 공급 경로를 차단하게 된다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 스택(110)의 연료극에는 촉매층이나 채널에 잔존하는 물을 모아서 배출하는 워터트랩(120)과, 연료극 내의 불순물(미반응 수소가스 포함)을 가습기(130)로 배출하는 퍼지라인(140)이 더 연결된다.
워터트랩(120)에는 가습기(130)로 물을 배출하는 배수라인(122)이 연결되며, 배수라인(122)에는 퍼지 주기마다 열려서 물을 배출하는 드레인 밸브(124)가 구비된다.
또한, 퍼지라인(140)에는 퍼지밸브(142)가 구비되어 연료극 내의 불순물(미반응 수소 포함)을 퍼지 주기마다 배출하도록 한다.
이러한 연료전지 시스템을 적용한 연료전지 차량은 보통 수백 볼트(Volt) 이상의 고전압 연료전지 시스템으로 구동되는데, 차량을 구동시키기 위한 모터, 인버터 등의 전기동력 부품들은 연료전지에서 나오는 이러한 고전압을 사용하게 된다.
그러나, 상기와 같은 연료전지 시스템은 시동/정지 시 OCV(Open Circuit Voltage) 형성 및 OCV 저감 속도에 따라 연료전지 스택의 내구 성능에 영향을 줄 수 있다.
또한, 운전 종료시 연료극보다 외기와 접근성이 높은 공기극으로 외부 공기가 침입할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 연료극 퍼지로 버려지는 미반응 수소를 공기극으로 충진하여 OCV 저감 속도를 향상시키고, 운전 종료 시간을 단축할 수 있으며, 연비를 간접적으로 개선하는 연료전지 시스템 및 그 퍼지방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 연료극과 공기극을 구비한 스택; 공기블로워의 공기가 공기공급라인을 통해 가습기를 거쳐 상기 공기극으로 공급되는 공기공급부; 상기 연료극에서 생성된 응축수를 포집하는 워터트랩; 상기 워터트랩과 상기 가습기 사이의 배수라인에 장치된 드레인 밸브; 상기 스택과 상기 워터트랩 사이의 배수라인에서 퍼지라인이 분기되고 상기 퍼지라인에 장치된 퍼지밸브;를 포함하며, 운전 중은 상기 드레인 밸브와 상기 퍼지밸브를 개방하여 응축수 및 미반응 수소를 상기 가습기로 각각 배출하고, 운전 종료 시는 상기 드레인 밸브를 개방하여 상기 가습기로 응축수 및 미반응 수소를 배출하고 상기 퍼지밸브를 개방하여 상기 공기극 입구측으로 미반응 수소를 퍼지하는 연료전지 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 공기극의 공기는 공기배출라인을 통해 상기 가습기로 배출되고, 상기 퍼지라인은 상기 공기배출라인 및 상기 공기공급라인으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 퍼지밸브는 상기 공기배출라인과 교차되는 상기 퍼지라인에 장치되며, 상기 퍼지라인과 상기 공기배출라인 및 상기 공기공급라인과 입구가 연결될 수 있다.
또한, 상기 퍼지밸브는 운전 중은 공기배출라인 측을 개방하여 미반응 수소를 상기 가습기로 배출하고, 운전 종료시는 공기공급라인 측을 개방하여 미반응 수소를 상기 공기극 입구측으로 충진할 수 있다.
또한, 상기 드레인 밸브는 운전 종료시 상기 배수라인을 통해 응축수가 상기 가습기로 배출된 후, 미반응 수소가 상기 가습기 내 중공사막 모듈의 외측으로 배출되어 상기 공기공급라인을 통해 상기 공기극으로 유입되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 연료전지 스택을 연료극과 공기극으로 구비하고, 공기 블로워의 공기가 공기공급라인을 통해 가습기를 거쳐 상기 공기극으로 유입되도록 하고, 상기 연료극에서 생성된 응축수는 워터트랩으로 포집하고, 상기 스택과 상기 워터트랩 및 상기 가습기는 드레인 밸브를 갖는 배수라인으로 연결하고, 상기 스택과 상기 워터트랩 사이의 배수라인에는 퍼지라인을 분기하여 퍼지밸브를 장치하되, 운전 중은 상기 드레인 밸브와 상기 퍼지밸브를 개방하여 응축수 및 미반응 수소를 상기 가습기로 각각 배출하고, 운전 종료 시는 상기 드레인 밸브를 개방하여 상기 가습기로 응축수 및 미반응 수소를 배출하고 상기 퍼지밸브를 개방하여 상기 공기극 입구측으로 미반응 수소를 퍼지하는 연료전지 시스템의 퍼지방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 공기극의 공기는 공기배출라인을 통해 가습기로 배출되고, 상기 퍼지라인은 상기 공기배출라인 및 상기 공기공급라인으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 퍼지밸브는 상기 공기배출라인과 교차되는 상기 퍼지라인에 장치되며, 상기 퍼지라인과 상기 공기배출라인 및 상기 공기공급라인과 입구가 연결되는 삼방 밸브로 형성될 수 있다.
또한, 상기 퍼지밸브는 운전 중은 공기배출라인 측을 개방하여 미반응 수소를 상기 가습기로 배출하고, 운전 종료시는 공기공급라인 측을 개방하여 미반응 수소를 상기 공기극 입구측으로 충진할 수 있다.
또한, 상기 드레인 밸브는 운전 종료시 상기 배수라인을 통해 응축수가 상기 가습기로 배출된 후, 미반응 수소가 상기 가습기 내 중공사막 모듈의 외측으로 배출되어 상기 공기공급라인을 통해 상기 공기극으로 유입될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 연료극 퍼지로 버려지는 미반응 수소를 재활용하여 공기극으로 충진하여 OCV 저감 속도를 향상시켜 연료전지 스택의 내구성능을 향상시키고, 운전 종료 시간을 단축할 수 있으며, 연비를 간접적으로 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 발명의 연료전지 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 구성도이다.
도 3은 시동시 공기극 수소 퍼지 유무에 따른 OCV 변화를 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 구성도이고, 도 3은 시동시 공기극 수소 퍼지 유무에 따른 OCV 변화를 비교한 그래프이다.
도 2에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 시스템(2)은 단위 셀들의 집합체로서 이루어진 스택(4)과, 스택(4)에 공기를 공급하는 공기공급부(8)와, 연료극에서 생성된 응축수를 포집하는 워터트랩(6)과, 워터트랩(6)과 가습기(10)를 연결하는 배수라인(20)에 장치된 드레인 밸브(22)와, 스택(4)과 가습기(10) 사이의 배수라인(20)에서 분기된 퍼지라인(14)에 장치된 퍼지밸브(24)를 포함하여 구성된다.
연료전지 시스템의 스택(4)은 다수의 단위 셀들을 연속적으로 배열한 전기 발생 집합체로서 이루어지며, 각각의 단위 셀은 수소 및 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 단위의 연료 전지로서 구비된다.
상기 단위 셀들은 막-전극 어셈블리와, 이의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 세퍼레이터를 포함한다.
이 경우, 세퍼레이터는 도전성을 지닌 플레이트 형태로서 이루어지며, 막-전극 어셈블리의 밀착면으로 연료 및 공기를 유동시키기 위한 채널을 각각 형성하고 있다.
그리고, 막-전극 어셈블리는 일면에 연료극을 형성하고, 다른 일면에 공기극 을 형성하며, 이들 연료극과 공기극 사이에 전해질 막을 형성하는 구조로 이루어진다.
연료극은 세퍼레이터의 채널을 통해 공급되는 수소를 산화 반응시켜 전자와 수소 이온으로 분리시키고, 전해질 막은 수소 이온을 공기극으로 이동시키는 기능을 하게 된다.
그리고, 공기극은 연료극 측으로부터 받은 전자, 수소 이온 및 세퍼레이터의 채널을 통해 제공받은 공기 중의 산소를 환원 반응시켜 물 및 열을 생성하는 기능을 하게 된다.
그리고, 연료전지 시스템(2)의 공기공급부(8)는 공기 압축기(10), 가습기(12) 등을 포함하며, 공기공급라인(18)을 통해 공기 압축기(10), 가습기(12)가 공기극으로 연결된다.
그리고, 가습기(12)는 하우징 내에 다수의 중공사막이 밀집된 중공사막 모듈이 배치된 막 가습기로 형성될 수 있다.
공기공급라인(18)을 통하여 가습기(12)로 유입된 건조공기는 중공사막 모듈의 중앙으로 이동한다.
그리고, 공기극의 습윤공기는 공기배출라인(16)을 통하여 가습기(12)로 배출되어 중공사막 모듈의 외측으로 이동한다.
한편, 연료극에서 생성된 응축수는 배수라인(20)을 통해 워터트랩(6)으로 포집된 후, 가습기(12)로 배출되도록 구성된다.
워터트랩(6)과 가습기(12) 사이의 배수라인(20)에는 드레인 밸브(22)가 장치된다.
그리고, 스택(4)과 워터트랩(6)의 배수라인(20)에는 연료극 내의 미반응 수소를 배출하는 퍼지라인(14)이 분기된다.
퍼지라인(14)은 스택(4)과 워터트랩(6) 사이의 배수라인(20)에서 분기되어 공기배출라인(16) 및 공기공급라인(18)으로 연결된다.
퍼지라인(14)에는 퍼지밸브(24)가 장치되는데, 본 발명의 실시 예에서는 공기배출라인(16)과 교차되는 퍼지라인(14)에 장치할 수 있다.
퍼지밸브(24)는 퍼지라인(14), 공기배출라인(16) 및 공기공급라인(18)과 입구가 연결되는 삼방 밸브로 구성될 수 있다.
연료극 내의 미반응 수소는 퍼지라인(14)을 거쳐 공기배출라인(16)을 통해 가습기(12)로 배출되거나, 공기공급라인(18)을 통해 공기극 입구측으로 유입될 수 있다.
상기와 같은 드레인 밸브(22)와 퍼지밸브(24)는 연료전지 시스템(2)의 운전 제어신호를 받아 작동되도록 제어될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 연료전지 시스템(2)이 운전 중일 경우는 드레인 밸브(22) 및 퍼지밸브(24)를 개방하여 응축수 및 미반응 수소를 가습기(10)로 각각 배출한다.
드레인 밸브(22)를 개방하면 워터트랩(6) 내 포집된 응축수가 배수라인(20)을 통해 가습기(10)로 배출된다.
이 때, 드레인 밸브(22)는 워터트랩(6) 내 응축수가 미리 정해진 수위 레벨까지 채워지면 자동으로 개방되도록 제어될 수 있다.
그리고, 퍼지밸브(24)는 공기배출라인(16) 측을 개방하여 연료극의 미반응 수소를 가습기(10)로 배출한다.
운전 종료 시는 드레인 밸브(22)를 개방하여 응축수 및 미반응 수소를 가습기(10)로 배출하고, 퍼지밸브(24)를 개방하여 공기극 입구측으로 미반응 수소를 충진한다.
이 때, 드레인 밸브(22)는 워터트랩(6)내 응축수가 미리 정해진 수위 레벨까지 미치지 못하더라고 개방되며, 워터트랩(6)내 응축수의 상측 공간에는 연료극에서 배출된 미반응 수소가 채워져 있다.
따라서, 드레인 밸브(22)를 개방 시 응축수가 먼저 가습기(12)로 배출되고, 그 후에 미반응 수소가 가습기(12)로 배출된다.
가습기(12)로 배출된 미반응 수소는 중공사막 모듈의 외측으로 흐르게 되고, 공기공급라인(18)을 통해 공기극으로 유입된다.
또한, 퍼지밸브(24)의 공기공급라인(18) 측을 개방하여 공기극 입구측으로 미반응 수소가 유입되도록 한다.
이제, 도 3을 참조하여 공기극으로 수소 퍼지 유무에 따른 OCV의 변화를 살펴본다.
도 3의 그래프는 가로축은 시간(sec)을 나타내고, 세로축은 OCV(V)를 나타낸다. 그리고, 점선은 공기극으로 수소 퍼지를 미실시한 그래프이고, 실선은 공기극으로 수소 퍼지를 실시한 그래프이다.
도 3에서 확인할 수 있듯이, 공기극으로 수소 퍼지를 실시한 그래프가 공기극으로 수소 퍼지를 미실시한 그래프에 비하여 OCV 저감 속도가 향상됨을 알 수 있다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
2 : 연료전지 시스템 4 : 스택
6 : 워터트랩 8 : 공기공급부
12 : 가습기 14 : 퍼지라인
16 : 공기배출라인 18 : 공기공급라인
20 : 배수라인 22 : 드레인 밸브
24 : 퍼지밸브

Claims (10)

  1. 연료극과 공기극을 구비한 스택;
    공기블로워의 공기가 공기공급라인을 통해 가습기를 거쳐 상기 공기극으로 공급되는 공기공급부;
    상기 연료극에서 생성된 응축수를 포집하는 워터트랩;
    상기 워터트랩과 상기 가습기 사이의 배수라인에 장치된 드레인 밸브;
    상기 스택과 상기 워터트랩 사이의 배수라인에서 퍼지라인이 분기되고 상기 퍼지라인에 장치된 퍼지밸브;를 포함하며,
    운전 중은 상기 드레인 밸브와 상기 퍼지밸브를 개방하여 응축수 및 미반응 수소를 상기 가습기로 각각 배출하고,
    운전 종료 시는 상기 드레인 밸브를 개방하여 상기 가습기로 응축수 및 미반응 수소를 배출하고 상기 퍼지밸브를 개방하여 상기 공기극 입구측으로 미반응 수소를 퍼지하는 연료전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기극의 공기는 공기배출라인을 통해 상기 가습기로 배출되고, 상기 퍼지라인은 상기 공기배출라인 및 상기 공기공급라인으로 연결되는 연료전지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 퍼지밸브는 상기 공기배출라인과 교차되는 상기 퍼지라인에 장치되며, 상기 퍼지라인과 상기 공기배출라인 및 상기 공기공급라인과 입구가 연결되는 삼방 밸브로 구성되는 연료전지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 퍼지밸브는 운전 중은 공기배출라인 측을 개방하여 미반응 수소를 상기 가습기로 배출하고, 운전 종료시는 공기공급라인 측을 개방하여 미반응 수소를 상기 공기극 입구측으로 충진하는 연료전지 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 드레인 밸브는 운전 종료시 상기 배수라인을 통해 응축수가 상기 가습기로 배출된 후, 미반응 수소가 상기 가습기 내 중공사막 모듈의 외측으로 배출되어 상기 공기공급라인을 통해 상기 공기극으로 유입되도록 제어하는 연료전지 시스템.
  6. 연료전지 스택을 연료극과 공기극으로 구비하고, 공기 블로워의 공기가 공기공급라인을 통해 가습기를 거쳐 상기 공기극으로 유입되도록 하고, 상기 연료극에서 생성된 응축수는 워터트랩으로 포집하고, 상기 스택과 상기 워터트랩 및 상기 가습기는 드레인 밸브를 갖는 배수라인으로 연결하고, 상기 스택과 상기 워터트랩 사이의 배수라인에는 퍼지라인을 분기하여 퍼지밸브를 장치하되,
    운전 중은 상기 드레인 밸브와 상기 퍼지밸브를 개방하여 응축수 및 미반응 수소를 상기 가습기로 각각 배출하고, 운전 종료 시는 상기 드레인 밸브를 개방하여 상기 가습기로 응축수 및 미반응 수소를 배출하고 상기 퍼지밸브를 개방하여 상기 공기극 입구측으로 미반응 수소를 퍼지하는 연료전지 시스템의 퍼지방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 공기극의 공기는 공기배출라인을 통해 가습기로 배출되고,
    상기 퍼지라인은 상기 공기배출라인 및 상기 공기공급라인으로 연결되는 연료전지 시스템의 퍼지방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 퍼지밸브는 상기 공기배출라인과 교차되는 상기 퍼지라인에 장치되며, 상기 퍼지라인과 상기 공기배출라인 및 상기 공기공급라인과 입구가 연결되는 삼방 밸브로 형성되는 연료전지 시스템의 퍼지방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 퍼지밸브는 운전 중은 공기배출라인 측을 개방하여 미반응 수소를 상기 가습기로 배출하고, 운전 종료시는 공기공급라인 측을 개방하여 미반응 수소를 상기 공기극 입구측으로 충진하는 연료전지 시스템의 퍼지방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 드레인 밸브는 운전 종료시 상기 배수라인을 통해 응축수가 상기 가습기로 배출된 후, 미반응 수소가 상기 가습기 내 중공사막 모듈의 외측으로 배출되어 상기 공기공급라인을 통해 상기 공기극으로 유입되도록 하는 연료전지 시스템의 퍼지방법.
KR1020120158607A 2012-12-31 2012-12-31 연료전지 시스템 및 그 퍼지방법 KR101382317B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120158607A KR101382317B1 (ko) 2012-12-31 2012-12-31 연료전지 시스템 및 그 퍼지방법
DE102013226483.6A DE102013226483A1 (de) 2012-12-31 2013-12-18 Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Spülen desselben
US14/134,763 US20140186725A1 (en) 2012-12-31 2013-12-19 Fuel cell system and method of purging the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120158607A KR101382317B1 (ko) 2012-12-31 2012-12-31 연료전지 시스템 및 그 퍼지방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101382317B1 true KR101382317B1 (ko) 2014-04-08

Family

ID=50656853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120158607A KR101382317B1 (ko) 2012-12-31 2012-12-31 연료전지 시스템 및 그 퍼지방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20140186725A1 (ko)
KR (1) KR101382317B1 (ko)
DE (1) DE102013226483A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101646404B1 (ko) 2014-12-09 2016-08-08 현대자동차주식회사 수소 퍼징 제어 장치 및 방법
KR102609395B1 (ko) * 2016-12-27 2023-12-05 한온시스템 주식회사 연료전지용 가습냉각 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040006656A (ko) * 2002-07-13 2004-01-24 엘지전자 주식회사 연료전지 시스템
KR20050086532A (ko) * 2002-11-26 2005-08-30 유티씨 퓨얼 셀즈, 엘엘씨 공기 정화를 이용한 연료 전지 시스템 중지 절차
KR20100086395A (ko) * 2009-01-22 2010-07-30 삼성전자주식회사 연료전지시스템 및 그 운용방법
KR20110023352A (ko) * 2009-08-31 2011-03-08 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 수소 배기 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040006656A (ko) * 2002-07-13 2004-01-24 엘지전자 주식회사 연료전지 시스템
KR20050086532A (ko) * 2002-11-26 2005-08-30 유티씨 퓨얼 셀즈, 엘엘씨 공기 정화를 이용한 연료 전지 시스템 중지 절차
KR20100086395A (ko) * 2009-01-22 2010-07-30 삼성전자주식회사 연료전지시스템 및 그 운용방법
KR20110023352A (ko) * 2009-08-31 2011-03-08 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 수소 배기 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20140186725A1 (en) 2014-07-03
DE102013226483A1 (de) 2014-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5088333B2 (ja) 燃料電池システム
JP5394568B2 (ja) 開放型燃料電池システム
CA2579123C (en) Fuel cell system with specific shutdown process
KR20160132637A (ko) 연료전지 차량의 퍼지밸브 제어 장치 및 그 방법
JP2003109630A (ja) 燃料電池システム
JP6229925B2 (ja) 充放電システムおよび充放電システムの乾燥方法
KR101189580B1 (ko) 연료전지 스택의 응축수 배출용 온도 가변형 바이패스 장치
KR101382317B1 (ko) 연료전지 시스템 및 그 퍼지방법
KR101080782B1 (ko) 서브 퍼지밸브를 구비한 연료전지 시스템 및 그 냉시동 방법
KR101190717B1 (ko) 연료전지 물관리 시스템
JP4542911B2 (ja) 燃料電池システムの掃気処理装置及び掃気処理方法
JP2009110684A (ja) 燃料電池システム
KR101209747B1 (ko) 차량용 연료 전지 시스템
KR101481176B1 (ko) 연료전지용 공기분리장치
KR101601377B1 (ko) 연료전지 공기극 공급 공기의 열교환기 장치 및 열 교환 방법
JP2010003603A (ja) 燃料電池スタック
JP4000971B2 (ja) 燃料電池システム
KR20140037479A (ko) 연료전지용 가습 장치
JP7370462B2 (ja) 燃料電池システムを作動させる方法、制御器
US11515548B2 (en) Fuel cell system
KR101988054B1 (ko) 통합형 배기 밸브를 포함하는 연료 전지 배출 시스템
KR101558355B1 (ko) 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법
JP2021184362A (ja) 燃料電池システム
JP2015088325A (ja) 燃料電池システム
KR20210149466A (ko) 연료전지차량의 가습기 제어 장치 및 그 방법

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: 20180329

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190327

Year of fee payment: 6