KR101461874B1 - 연료 전지 시스템 및 그 가습 및 냉각방법 - Google Patents

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Abstract

연료전지 시스템의 가습 및 냉각방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 가습 및 냉각방법은 연료공급부는 수소가스를 연료극의 응축수가 저장되는 리저버로 배출하고, 상기 리저버에서는 수소가스와 응축수를 펌핑하여 가습기로 배출하고, 공기공급부는 공기 압축기의 압축 공기를 상기 가습기로 이송하며, 상기 가습기에서는 유입된 수소가스 및 응축수가 압축 공기와 상호 열교환되고, 상기 가습기에서 열 교환된 수소가스와 압축공기가 가습된 상태로 연료극 및 공기극으로 각각 이송되도록 한다.

Description

연료 전지 시스템 및 그 가습 및 냉각방법{FULL CELL SYSTEM AND ITS HUMIDIFYING AND COOLING METHOD}
본 발명은 연료극 응축수를 활용하여 연료극 가습과 압축 공기 냉각을 효율적으로 하는 연료 전지 시스템 및 그 가습 및 냉각방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 시스템(102)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전기에너지를 발생시키는 스택(110), 스택(110)에 연료인 수소가스를 공급하는 연료공급부(120), 스택(110)에 전기화학반응에 필요한 공기를 공급하는 공기공급부(130), 스택(110)의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 스택(110)의 운전온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열/물 관리부(140)를 포함하여 구성된다.
연료전지 시스템(102)의 연료공급부(120)는 수소탱크(122), 이젝터(126) 등을 포함하고, 공기공급부(130)는 공기 압축기(132), 인터쿨러(134), 가습기(136) 등을 포함하며, 열 및 물 관리부(140)는 냉각수 펌프(142), 냉각수 리저버(144), 라디에이터(146) 등을 포함한다.
연료공급부(120)의 수소탱크(122)로부터 공급되는 고압의 수소가스는 이젝터(126)를 거쳐 낮은 압력으로 스택(110)으로 공급된다.
연료전지 시스템(102)의 스택(110)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 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 캐소드로 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, 연료극으로 넘어간 물은 배출라인(152)을 통해 리저버(150)로 배출되며, 리저버(150)는 물이 모이면 드레인 밸브(154)를 열어 배수한다.
한편, 연료전지 시스템(102)의 양산을 위해서는 공기 압력을 높이는 것이 필수적이며, 공기 압력을 높이기 위해서는 연료전지 시스템(102)이 고출력으로 운전되어야 한다.
연료전지 시스템(102)이 고출력으로 운전될 경우, 공기 압력이 높아지고 스택(110)에 공급되는 공기의 산소농도 및 상대습도가 높아지는 이점이 있는 반면, 공기 압축기(132)의 출구 온도를 약 120℃ 정도로 높게 만들어 가습기(136)와 스택 (110) 운전에 불리하다.
따라서, 공기 온도를 적절하게 낮추기 위해 가습기(136)와 공기 압축기(132) 사이에는 추가적인 인터쿨러(134) 설치가 필요하다.
그러나, 상기와 같은 인터쿨러(134)는 부피 자체가 크기 때문에 패키지 적용에 불리하며, 공기 압축기(132)의 압력 손실을 증가시키며, 냉각수 유로가 부가적으로 요구되어 설비가 복잡해진다는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 연료극의 응축수를 이용하여 연료극 가습을 원활하게 하는 동시에 고출력 운전 하에서 온도가 상승된 압축 공기를 냉각하며, 연료극의 응축수 배출을 위한 부품과 별도의 인터쿨러 설치를 생략할 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 연료극과 공기극을 구비한 스택과; 수소탱크의 수소가스가 수소공급라인을 통해 상기 연료극으로 공급되는 연료공급부와; 공기 압축기의 압축공기가 공기공급라인을 통해 가습기를 거쳐 상기 공기극으로 공급되는 공기공급부와; 상기 연료극의 응축수를 배출하는 리저버를 포함하여 구성하되, 상기 연료공급부는 수소공급라인이 리저버 및 가습기를 거쳐서 연료극으로 연결되도록 구성하고, 상기 리저버에는 수소가스 및 응축수가 펌핑되어 배출되고, 상기 가습기에는 유입된 수소가스 및 응축수가 압축공기와 상호 열교환되는 연료전지 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 연료극에서 미반응된 수소가스는 재순환 라인을 통해 상기 리저버로 유입될 수 있다.
또한, 상기 리저버에는 상기 수소공급라인과 연결된 펌핑부가 내장되고, 상기 펌핑부는 상기 리저버 내의 수소가스, 응축수 및 미반응 수소가스를 모두 펌핑할 수 있다.
또한, 상기 펌핑부는 이젝터, 벤츄리관 및 제트펌프를 포함하며, 상기 펌핑부에는 상기 리저버 내 바닥에 고인 응축수를 펌핑하는 펌핑튜브가 연결될 수 있다.
또한, 상기 가습기에는 중공사막 모듈의 중앙에 건조공기의 흐름과 역방향으로 수소유로를 형성하고 상기 수소유로의 벽면에 열전달핀을 장착하여서 열교환기를 구성하고, 상기 리저버에서 배출된 과포화 수증기가 포함된 수소가스가 상기 수소유로를 통과하며 열교환되도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 가습기의 상류 측에는 건조 공기의 흐름과 수직방향으로 수소유로를 형성하고 상기 수소유로의 벽면에 열전달핀을 장착하여서 열교환기를 구성하고, 상기 리저버에서 배출된 과포화 수증기가 포함된 수소가스가 상기 수소유로를 통과하며 건조 공기와 열교환될 수 있다.
또한, 상기 가습기의 하류 측에는 건조 공기의 흐름과 수직방향으로 수소유로를 형성하고 상기 수소유로의 벽면에 열전달핀을 장착하여서 열교환기를 구성하고, 상기 리저버에서 배출된 과포화 수증기가 포함된 수소가스가 상기 수소유로를 통과하며 열교환되도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 가습기는 습윤 공기가 유입되는 유입구에 습윤 공기의 흐름과 수직방향으로 상기 수소유로를 형성하고 상기 수소유로의 벽면에 열전달핀을 장착하여서 열교환기를 구성하고, 상기 리저버에서 배출된 과포화 수증기가 포함된 수소 가스가 상기 수소유로를 통과하며 습윤 공기와 열교환되도록 구성할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 연료공급부는 수소탱크의 수소가스를 연료극의 응축수가 저장되는 리저버로 배출하고, 상기 리저버에서는 수소가스와 응축수를 펌핑하여 가습기로 배출하고, 공기공급부는 공기 압축기의 압축 공기를 상기 가습기로 이송하며, 상기 가습기에서는 유입된 수소가스 및 응축수가 압축 공기와 상호 열교환되고, 상기 가습기에서 열 교환된 수소가스와 압축공기가 가습된 상태로 연료극 및 공기극으로 각각 이송되도록 하는 연료전지 시스템의 가습 및 냉각방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 연료극에서 미반응된 수소가스는 상기 리저버로 유입될 수 있다.
또한, 상기 리저버에서는 수소가스와 응축수 및 연료극에서 미반응된 수소가스를 모두 펌핑하여 과포화 수증기가 포함된 수소가스의 형태로 배출하고, 수소공급라인은 과포화 수증기가 포함된 수소가스를 가습기로 이송할 수 있다.
또한, 상기 가습기에는 과포화 수증기가 포함된 수소가스가 통과하는 열교환기가 내장될 수 있다.
또한, 상기 열교환기는 상기 가습기의 중공사막 모듈의 중앙에 형성되고, 과포화 수증기가 포함된 수소가스는 건조 공기의 흐름과 역방향으로 흐르면서 열교환될 수 있다.
또한, 상기 열교환기는 상기 가습기의 상류 측에 형성되고, 과포화 수증기가 포함된 수소가스는 건조 공기의 흐름과 수직방향으로 흐르면서 상기 가습기로 유입된 건조 공기와 열교환될 수 있다.
또한, 상기 열교환기는 상기 가습기의 하류 측에 형성되고, 과포화 수증기가 포함된 수소가스는 건조 공기의 흐름과 수직방향으로 흐르면서 열교환될 수 있다.
또한, 상기 열교환기는 습윤 공기가 유입되는 유입구에 형성되고, 과포화 수증기가 포함된 수소가스가 습윤 공기의 흐름과 수직방향으로 형성되고, 과포화 수증기가 포함된 수소가스는 습윤 공기와 열교환될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 연료극의 응축수를 배출시키는 대신 가습기로 보내고, 가습기에서는 고출력 운전조건 하에서 상승된 압축 공기의 열을 이용하여 응축수를 증발시켜 연료극을 가습하는 효과가 있다.
또한, 고출력 운전조건 하에서 온도가 상승된 압축공기를 별도의 인터쿨러를 설치하지 않고 가습기로 유입된 과포화 수증기가 포함된 수소와 열교환하여 냉각할 수 있는 효과가 있다.
또한, 리저버와 이젝터를 모듈화하고, 가습기와 열교환기를 모듈화하여 연료극의 응축수 배출을 위한 부품과 별도의 인터쿨러를 생략하고, 부피를 최소화하여 패키지 적용에 유리하다는 효과가 있다.
도 1은 종래 발명의 연료전지 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 리저버의 구성도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 가습기의 측단면도이다.
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 본 발명의 실시 예들에 따른 리저버의 구성도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 가습기의 측단면도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 시스템(2)은 단위 셀들의 집합체로서 이루어진 스택(10)과, 스택(10)에 수소가스를 공급하는 연료공급부(20)와, 스택(10)에 공기를 공급하는 공기공급부(30)와, 연료극의 응축수를 배출하는 리저버(40)를 포함하여 구성된다.
연료전지 시스템(2)의 스택(10)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 캐소드로 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 연료공급부(20)는 수소탱크(22), 압력조절밸브(24) 등을 포함하고, 공기공급부(30)는 공기 압축기(32), 가습기(50) 등을 포함한다.
그리고, 연료극에는 생성된 응축수 및 미반응된 수소가스가 배출되는 리저버(40)와, 연료극 내의 불순물을 배출하는 퍼지라인(44)이 더 연결된다.
본 발명의 실시 예에서는 연료극에서 배출되는 응축수와 미반응 수소가스 및 연료공급부(20)의 수소가스를 리저버(40)로 모은 후 가습기(50)로 이송하고, 공기공급부(30)의 압축공기를 가습기(50)로 이송하여서 가습기(50) 내에서 응축수 및 수소가스가 압축공기와 상호 열교환하여 냉각 및 가습되어 연료극 및 공기극으로 공급되도록 구성한 것이다.
연료공급부(20)는 수소공급라인(26)이 수소탱크(22), 리저버(40), 가습기(50), 연료극으로 연결되고, 공기공급부(30)는 공기공급라인(36)이 공기압축기(32), 가습기(50), 공기극으로 연결되도록 구성된다.
연료공급부(20)의 수소탱크(22)에는 고압의 수소가스가 저장된다.
그리고, 수소탱크(22)와 리저버(40) 사이의 수소공급라인(26)에는 수소탱크(22)에서 공급되는 고압의 수소가스를 감압하는 압력 조절 밸브(24)가 장치된다.
압력 조절 밸브(24)는 압력 레귤레이터, 유량 조절 밸브와 같이 유체의 압력을 조절하는 밸브로 구성될 수 있다.
압력 조절 밸브(24)를 거쳐 적정 압력으로 조정된 수소가스는 리저버(40)로 유입된다.
또한, 연료극에서 생성된 응축수와 미반응된 수소가스도 재순환 라인(42)을 통해 리저버(40)로 유입된다.
리저버(40)는 상기와 같은 유체들을 저장하는 저장탱크로 구성된다.
상기와 같은 유체들은 리저버(40)에 저장된 후, 다시 수소공급라인(26)을 통해 가습기(50)로 유입된다.
이때, 리저버(40) 내에 유입된 수소가스, 응축수 및 미반응 수소가스를 모두 효율적으로 펌핑하여 가습기(50)로 보내기 위해서는 리저버(40) 내에는 이들을 펌핑하는 펌핑부(46)가 형성된다.
펌핑부(46)는 이젝터, 벤츄리관, 제트펌프와 같은 형태로 형성될 수 있다.
펌핑부(46)가 이젝터로 형성될 경우에는 도 3의 (a) 및 (b)와 같이, 싱글 이젝터 및 다단 이젝터로 형성될 수 있다.
그리고, 펌핑부(46)에는 리저버(40) 내에 고인 응축수를 펌핑하기 위한 펌핑튜브(48)가 연결되어 리저버(40) 내의 바닥 측으로 내려오도록 배치된다.
펌핑부(46)는 수소탱크(22)로부터 공급받은 수소가스와 연료극에서 생성된 응축수 및 미반응된 수소가스를 모두 펌핑한 후 이들을 가습기(50)와 연결된 수소공급라인(26)으로 배출한다.
수소가스와 응축수 및 미반응된 수소가스는 과포화 수증기가 포함된 수소가스(A)의 형태로 수소공급라인(26)을 통해 가습기(50)로 유입된다.
가습기(50)는 하우징(52) 내에 다수의 중공사막이 밀집된 중공사막 모듈이 배치되어서 구성된 막 가습기로 형성될 수 있다.
하우징(52)의 양 측면에는 건조공기가 통과하는 유입구(54a) 및 유출구(54b)가 형성되고, 하우징(52)의 외주면 일측과 타측에는 습윤공기가 통과하는 유입구(56a) 및 유출구(56b)가 형성된다.
공기공급부(30)의 공기압축기(32)를 통과한 건조공기는 유입구(54a)로 유입되어 중공사 모듈의 내측을 통과한다.
그리고, 스택(10)의 공기극을 통하여 배출된 습윤공기는 유입구(56a)로 공급되어 중공사 모듈의 외측으로 이동하며 습윤공기 중의 수분은 중공사막의 모세관 작용에 의해 분리되고, 분리된 수분은 중공사막의 모세관 내를 투과하면서 응축되어 중공사막의 내측으로 이동하고, 이와 같은 수분에 의해 상기 유입구(54a)로 유입된 건조공기가 가습되어 유출구(54b)로 배출된다.
한편, 연료전지 시스템(2)이 고출력으로 운전될 경우, 공기 압력이 높아지고 스택(10)에 공급되는 공기의 산소농도 및 상대습도가 높아지는 반면, 공기 압축기(32)의 출구 온도가 높아져 고온의 건조공기가 공기공급라인(36)을 통해 가습기(50)로 유입된다.
가습기(50) 내에는 공기공급라인(36)을 통해 유입된 고온의 건조공기와, 수소공급라인(26)을 통해 유입된 과포화 수증기가 포함된 수소가스(A)와, 공기극을 통해 배출된 습윤공기가 존재한다.
상기와 같은 3종류의 가스는 가습기(50) 내에서 상호 다른 유로를 형성하면서 열교환된다.
가습기(50) 내에는 열교환을 효율적으로 하기 위해서 열교환기(60)를 더 형성하여 수소공급라인(26)을 통해 유입된 과포화 수증기가 포함된 수소가스(A)가 열교환기(60)를 통과하도록 구성할 수 있다.
열교환기(60)는 도 4에 도시된 바와 같이, 중공사막 모듈의 중앙에 과포화 수증기가 포함된 수소가스(A)가 통과할 수 있는 수소유로(62)를 형성하고 수소유로(62)의 벽면에 열전달핀(미도시)을 장착하여서 구성할 수 있다.
열교환기(60)에 형성된 수소유로(62)는 공기공급라인(36)을 통해 유입된 건조 공기의 흐름과 역방향으로 형성하여 열교환이 보다 잘 이루어지도록 구성할 수 있다.
또한, 열전달핀(미도시)은 열전도율이 높은 금속 소재로 형성할 수 있다.
가습기(50) 내에서 고온의 건조공기와, 과포화 수증기가 포함된 수소가스(A) 및 습윤공기는 상호 다른 방향으로 흐르면서 상호 열교환된다.
즉, 고온의 건조공기와 과포화 수증기가 포함된 수소가스(A)는 가습기(50)의 중공사막 모듈의 중앙을 지나하면서 상호 역방향으로 흐르고, 습윤공기는 중공사 모듈의 외측으로 흐르면서 상호 열교환된다.
또한, 과포화 수증기가 포함된 수소가스(A)는 열교환기(60)를 통과하면서 고온의 건조공기의 열을 전달받아 더 높은 노점의 수소 가스가 되고, 고온의 건조공기는 열을 빼앗겨서 온도가 낮아지며, 공기극에서 유입되는 습윤공기는 보다 잘 응축되어 건조공기의 가습효과가 더욱 좋아진다.
변형 예로서, 열교환기(60a)는 도 5의 (a)와 같이, 건조공기가 유입되는 가습기(50)의 상류 측에 건조 공기의 흐름과 수직방향으로 수소유로(62a)를 형성할 수도 있다.
이 경우는 고온의 건조공기와 과포화 수증기가 포함된 수소가스(A)만의 열교환이 이루어지며, 고온의 건조공기가 가습기로 공급될 때 수소가스에 포함된 액적이 증발하면서 보다 많은 열을 건조공기로부터 가져가므로 공기의 온도를 보다 효율적으로 낮출 수 있다는 장점이 있다.
또한, 변형 예로서, 열교환기(60b)는 도 5의 (b)와 같이, 건조공기가 유입되는 가습기(50)의 하류 측에 건조 공기의 흐름과 수직방향으로 수소유로(62b)를 형성할 수도 있다.
도 5의 (b)의 열교환기(60b)는 도 5의 (a)와 같은 시스템의 패키지의 구성이 어려울 경우 선택할 수 있다.
또한, 변형 예로서, 열교환기(60c)는 도 5의 (c)와 같이, 습윤 공기가 유입되는 유입구(56a)에 습윤 공기의 흐름과 수직방향으로 수소유로(62c)를 형성할 수도 있다.
도 5의 (c)의 열교환기(60c)는 습윤공기와 과포화 수증기가 포함된 수소가스(A)의 열교환 방식이다.
공기극에서 배출된 고온의 습윤공기는 냉각되고, 과포화 수증기가 포함된 수소가스(A)는 습윤공기의 열을 흡수하여 수소가스의 노점을 더욱 올릴 수 있다.
상기와 같은 방식은 연료전지 시스템(2)을 고출력으로 운전 시 건조공기의 가습 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
도 4 및 도 5에 의하여 가습기에서 상호 열교환된 수소가스는 가습된 상태로 수소공급라인을 통해 연료극으로 유입되고, 고온의 공기는 온도가 낮춰진 상태로 공기공급라인을 통해 공기극으로 유입된다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명의 실시 예들에 따른 연료전지 시스템은 연료극의 응축수 배출을 위한 부품과 별도의 인터쿨러를 설치하지 않고서도 연료극 가습을 원활하게 하는 동시에 고출력 운전 하에서 온도가 상승된 압축 공기를 냉각할 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 10 : 스택
20 : 연료공급부 26 : 수소공급라인
30 : 공기공급부 32 : 공기압축기
36 : 공기공급라인 40 : 리저버
42 : 재순환라인 46 : 펌핑부
48 : 펌핑튜브 50 : 가습기
60,60a,60b,60c : 열교환기

Claims (16)

  1. 연료극과 공기극을 구비한 스택과; 수소탱크의 수소가스가 수소공급라인을 통해 상기 연료극으로 공급되는 연료공급부와; 공기 압축기의 압축공기가 공기공급라인을 통해 가습기를 거쳐 상기 공기극으로 공급되는 공기공급부와; 상기 연료극의 응축수를 배출하는 리저버를 포함하여 구성하되,
    상기 연료공급부는 수소공급라인이 리저버 및 가습기를 거쳐서 연료극으로 연결되도록 구성하고, 상기 리저버에는 수소가스 및 응축수가 펌핑되어 배출되고, 상기 가습기에는 유입된 수소가스 및 응축수가 압축공기와 상호 열교환되는 연료전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료극에서 미반응된 수소가스는 재순환 라인을 통해 상기 리저버로 유입되는 연료전지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리저버에는 상기 수소공급라인과 연결된 펌핑부가 내장되고, 상기 펌핑부는 상기 리저버 내의 수소가스, 응축수 및 미반응 수소가스를 모두 펌핑하는 연료전지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 펌핑부는 이젝터, 벤츄리관 및 제트펌프를 포함하며,
    상기 펌핑부에는 상기 리저버 내 바닥에 고인 응축수를 펌핑하는 펌핑튜브가 연결되는 연료전지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가습기에는 중공사막 모듈의 중앙에 건조공기의 흐름과 역방향으로 수소유로를 형성하고 상기 수소유로의 벽면에 열전달핀을 장착하여서 열교환기를 구성하고, 상기 리저버에서 배출된 과포화 수증기가 포함된 수소가스가 상기 수소유로를 통과하며 열교환되도록 구성하는 연료전지 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가습기의 상류 측에는 건조 공기의 흐름과 수직방향으로 수소유로를 형성하고 상기 수소유로의 벽면에 열전달핀을 장착하여서 열교환기를 구성하고, 상기 리저버에서 배출된 과포화 수증기가 포함된 수소가스가 상기 수소유로를 통과하며 건조 공기와 열교환되도록 구성하는 연료전지 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가습기의 하류 측에는 건조 공기의 흐름과 수직방향으로 수소유로를 형성하고 상기 수소유로의 벽면에 열전달핀을 장착하여서 열교환기를 구성하고, 상기 리저버에서 배출된 과포화 수증기가 포함된 수소가스가 상기 수소유로를 통과하며 열교환되도록 구성하는 연료전지 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가습기는 습윤 공기가 유입되는 유입구에 습윤 공기의 흐름과 수직방향으로 상기 수소유로를 형성하고 상기 수소유로의 벽면에 열전달핀을 장착하여서 열교환기를 구성하고, 상기 리저버에서 배출된 과포화 수증기가 포함된 수소 가스가 상기 수소유로를 통과하며 습윤 공기와 열교환되도록 구성하는 연료전지 시스템.
  9. 연료공급부는 수소가스를 연료극의 응축수가 저장되는 리저버로 배출하고, 상기 리저버에서는 수소가스와 응축수를 펌핑하여 가습기로 배출하고, 공기공급부는 공기 압축기의 압축 공기를 상기 가습기로 이송하며, 상기 가습기에서는 유입된 수소가스 및 응축수가 압축 공기와 상호 열교환되고, 상기 가습기에서 열 교환된 수소가스와 압축공기가 가습된 상태로 연료극 및 공기극으로 각각 이송되도록 하는 연료전지 시스템의 가습 및 냉각방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연료극에서 미반응된 수소가스는 상기 리저버로 유입되는 연료전지 시스템의 가습 및 냉각방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 리저버에서는 수소가스와 응축수 및 연료극에서 미반응된 수소가스를 모두 펌핑하여 과포화 수증기가 포함된 수소가스의 형태로 배출하고, 수소공급라인은 과포화 수증기가 포함된 수소가스를 가습기로 이송하는 연료전지 시스템의 가습 및 냉각방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가습기에는 과포화 수증기가 포함된 수소가스가 통과하는 열교환기가 내장되는 연료전지 시스템의 가습 및 냉각방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 가습기의 중공사막 모듈의 중앙에 형성되고, 과포화 수증기가 포함된 수소가스는 건조 공기의 흐름과 역방향으로 흐르면서 열교환되는 연료전지 시스템의 가습 및 냉각방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 가습기의 상류 측에 형성되고, 과포화 수증기가 포함된 수소가스는 건조 공기의 흐름과 수직방향으로 흐르면서 상기 가습기로 유입된 건조 공기와 열교환되는 연료전지 시스템의 가습 및 냉각방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 가습기의 하류 측에 형성되고, 과포화 수증기가 포함된 수소가스는 건조 공기의 흐름과 수직방향으로 흐르면서 열교환되는 연료전지 시스템의 가습 및 냉각방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 열교환기는 습윤 공기가 유입되는 유입구에 형성되고, 과포화 수증기가 포함된 수소가스가 습윤 공기의 흐름과 수직방향으로 형성되고, 과포화 수증기가 포함된 수소가스는 습윤 공기와 열교환되는 연료전지 시스템의 가습 및 냉각방법.
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