KR101558355B1 - 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료 전지의 응축수/불순물(물, 질소 등)을 제거하기 위한 퍼지 밸브 작동시 상기 응축수/불순물과 같이 배출되는 수소의 양을 최소화하여 연비(수소 이용률)를 향상시킬 수 있는 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예는, 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법으로서, 상기 연료 전지의 응축수 및 불순물을 제거하는 퍼지 밸브의 작동을 위한 전류 영역들을 설정하는 단계; 상기 설정된 전류 영역들에 대응하는 상기 퍼지 밸브의 작동 주기를 각각 설정하는 단계; 상기 연료 전지의 작동시 연료극의 수소압을 검출하는 단계; 상기 검출된 수소압에 대응하는 전류 적산값을 검출하는 단계; 상기 검출된 전류 적산값에 대응하는 전류 영역에 대응하는 작동 주기로 상기 퍼지 밸브를 작동시켜 상기 응축수 및 불순물을 배출하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법 {Method of purging flooding and impurities in hydrogen electrode of fuel cell system}

본 발명은 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 연료 전지의 응축수/불순물(물, 질소 등)을 제거하기 위한 퍼지 밸브 작동시 상기 응축수/불순물과 같이 배출되는 수소의 양을 최소화하여 연비(수소 이용률)를 향상시킬 수 있는 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법에 관한 것이다.

잘 알려져 있는 바와 같이, 연료 전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택(stack) 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이다.

이러한 연료 전지는 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품의 전력 공급에도 적용될 수 있다.

예를 들어, 현재 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 연료 전지 중 가장 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 형태가 가장 많이 연구되고 있으며, 이는 낮은 작동온도로 인한 빠른 시동시간과 빠른 전력변환 반응시간을 갖는다.

이러한 고분자 전해질막 연료 전지는 수소이온이 이동하는 고체 고분자 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 반응가스들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 반응가스들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응가스들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(Bipolar Plate)을 포함하여 구성된다.

이러한 단위 셀 구성을 이용하여 연료 전지 스택을 조립할 때, 셀 내 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체 및 기체확산층의 조합이 위치하는데, 막전극접합체는 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 촉매전극층, 즉 애노드(Anode) 및 캐소드(Cathode)를 가지며, 애노드 및 캐소드가 위치한 바깥부분에 기체확산층, 가스켓 등이 적층된다.

상기 기체확산층의 바깥쪽에는 반응가스(연료인 수소와 산화제인 산소 또는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 위치된다.

이러한 구성을 단위 셀로 하여 복수의 단위 셀들을 적층한 뒤 가장 바깥쪽에 집전판(Current Collector) 및 절연판, 적층 셀들을 지지하기 위한 엔드플레이트(End Plate)를 결합하는데, 엔드플레이트 사이에 단위 셀들을 반복 적층하여 체결함으로써 연료 전지 스택을 구성하게 된다.

실제 차량에서 필요한 전위를 얻기 위해서는 단위 셀을 필요한 전위만큼 적층해야 하며, 단위 셀들을 적층한 것이 연료 전지 스택(stack)이다.

1개의 단위 셀에서 발생하는 전위는 약 1.3V로서, 예를 들어 차량 구동에 필요한 전력을 생산하기 위해 다수의 셀을 직렬로 적층하고 있다.

상술한 연료 전지는 애노드(연료극, 수소극)에 연료로 이용되는 수소와, 캐소드(공기극)에 공급되어 연료로 이용되는 공기가 공기극으로 넘어가 산소/수소의 전기화학 반응을 통해 공기극에 물이 생성되면서 전기를 생산하는데, 상기 공기극에서 생성된 물과 공기 내 포함된 질소는 MEA(Membrane Electrode Assembly)를 통해 연료극으로 일부 이동한다. 본 명세서에서 애노드, 연료극 및 수소극은 동일한 것으로 정의한다.

이렇게 되는 경우 연료극의 수소 분압은 저감되며, 연료극 분리판 유로 내 응축수에 의한 플러딩(flooding) 현상으로 연료 전지 성능이 저감될 수 있다. 이런 원인에 의한 성능 저감 현상을 막기 위해 기존에는, 연료극 라인 퍼지 밸브를 작동하거나; 혹은 워터 트랩(Water trap)을 통한 응축수를 저장/배출하는 밸브 작동을 통해 물(응축수) 및 연료극 내 불순물(질소 등)을 배출하고 있다.

상기와 같이 연료극 라인 퍼지 밸브를 작동하는 경우, 전류적산법을 이용하여 퍼지 밸브를 개폐하고 있고, 후자의 경우 평소에는 워터 트랩 내 응축수 수위 센서를 통해 일정 수위 이상일 경우 응축수 배출 밸브가 작동하며, 수위 센서 이상인 비상 상황일 경우에는 전류 적산법을 이용하여 퍼지 밸브가 작동되도록 하고 있다.

그런데, 상기 퍼지 밸브가 작동 중에는 응축수/불순물 배출과 더불어 연료로 이용되는 수소도 함께 배출된다는 단점이 있다. 퍼지 밸브 작동에 의한 수소 배출은 수소 이용률 저감, 즉 연비 저감을 야기한다.

기존의 연료 전지 차량의 운전 시 연료극 응축수 퍼지 로직은, 차량의 출력과 무관하게 동일한 주기 계산법으로 퍼지 밸브가 작동되고 있다. 즉, 기존에는 전류적산법을 이용하여 상기 퍼지 밸브를 작동시키고 있는데, 상기 전류적산법은 차량에서 요구하는 출력에 따라 인가되는 전류값들을 초당 누적하여, 전류 적산 값이 일정 크기(예; 8,000C 이상) 일 때, 연료극 라인 퍼지 밸브가 작동하도록 한다.

이와 같은 기존의 전류적산법을 이용한 퍼지 로직은, 차량 운전 요구 출력별 특성이 고려되지 않은 로직이기 때문에 수소 이용률, 즉 연비를 저하시킬 수 있다.

한편, 연료 전지 차량의 경우 출력 별 연료극 유입 수소량이 다르며, 고출력일 경우 고유량의 수소가 연료극으로 유입되어, 연료극 내 응축수에 의한 플러딩(flooding) 발생 현상이 저출력 대비 줄어든다. 이는 물리적으로 수소유량이 증대됨에 따라 동일 공간 내 고여있는 유로 내 응축수 배출이 수월하기 때문이다.

따라서 고출력에서는 고출력 대비 전류 적산 값이 큰 구간에서 배출 밸브가 작동되어도 연료 전지 성능 안전성을 확보할 수 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 연료 전지, 바람직하게는 연료 전지의 수소극(연료극)의 응축수 및 불순물(물, 질소)를 제거하기 위한 퍼지 밸브 작동시 상기 응축수/불순물과 같이 배출되는 수소의 양을 최소화하여 연비(수소 이용률)를 향상시킬 수 있는 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명이 해결하려는 과제는, 퍼지 밸브의 동작을 위한 전류적산을 전류 영역 별로 차별화함으로써 수소 이용률(연비)을 향상시킬 수 있는 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법을 제공하는 것이다.

예를 들어, 본 발명이 해결하려는 과제는, 기존의 연료극의 응축수/불순물 퍼지 밸브 개폐 전류적산 로직을 변경하여, 연료 전지 운전 출력 영역별 전류적산 계산법 차별화를 통해 퍼지 밸브 작동 시 수소 소모량 감소를 통해 연비(수소 이용률)를 향상시킬 수 있는, 특히 100kph 이상 고속 정속 운전시에 연비를 더욱 향상시킬 수 있는 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법은: 상기 연료 전지의 응축수 및 불순물을 제거하는 퍼지 밸브의 작동을 위한 전류 영역들을 설정하는 단계, 상기 설정된 전류 영역들에 대응하는 상기 퍼지 밸브의 작동 주기를 각각 설정하는 단계, 상기 연료 전지의 작동시 연료극의 수소압을 검출하는 단계, 상기 검출된 수소압에 대응하는 전류 적산값을 검출하는 단계, 상기 검출된 전류 적산값에 대응하는 전류 영역에 대응하는 작동 주기로 상기 퍼지 밸브를 작동시켜 상기 응축수 및 불순물을 배출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 퍼지 밸브의 작동 주기는 더 큰 전류값을 갖는 전류 영역에서 더 길어지도록 차별적으로 설정된다.

상기 연료극의 수소압은 선형적으로 증대되는 경우에 해당한다.

상기 퍼지 밸브의 작동은 전류적산 계산법을 이용하는 경우이다.

상기 연료 전지의 110 ~ 140A 인가시, 상기 퍼지 밸브 작동을 위한 전류 적산을 11,000 ~ 20,000C으로 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 연료 전지의 응축수 및 불순물을 배출하는 퍼지 밸브의 동작을 위한 전류적산을 전류 영역 별로 차별화함으로써 수소 이용률(연비)을 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 연료극의 응축수/불순물 퍼지 밸브 개폐 전류적산 로직을 변경하여, 연료 전지 운전 출력 영역별 전류적산 계산법을 차별화하여 퍼지 밸브 작동 시 수소 소모량 감소를 통해 연비(수소 이용률)를, 특히 100kph 이상의 고속 정속 운전시에 연비를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법이 적용되는 연료 전지 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 방법에 따른 전류 영역별 전류 적산값 시험 결과의 일례를 도시한 테이블이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 방법에 따른 전류별 정전류 안전성 평가의 일례를 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은, 연료극의 불순물(물, 질소)은 수소압이 높을 때 더 많이 퍼지(purge)된다는 점에 착안하여, 연료 전지의 인가전류(출력전류)가 높은 영역 구간에서 연료극 수소압이 높아짐에 따라 전류 적산값이 더 큰 값에서 퍼지 밸브를 작동시킴으로써 수소 이용률을 증대시킬 수 있도록 한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법이 적용되는 예시적인 연료 전지 시스템을 도시한 개략도이다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템은 연료 전지 자동차에 구성되는 것으로, 연료 및 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템으로서 이루어진다.

여기서, 연료는 연료 전지 시스템이 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell) 방식으로서 구성되는 경우, 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스 연료를 포함할 수 있다.

그리고, 연료는 연료 전지 시스템이 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 방식으로 구성되는 경우, 당 업계에서 "리포머(Reformer)"라고 하는 개질 장치를 통해 상기한 액체 연료 또는 액화 가스 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스를 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 연료는 편의상 수소라고 칭한다.

또한, 상기 산화제는 별도의 저장 탱크에 저장된 산소 가스일 수 있고, 자연 그대로의 공기일 수도 있다. 그러나 이하에서는 산화제를 편의 상 공기라고 칭한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법이 적용되는 차량용 연료 전지 시스템은 컴프레서(10), 수소 저장소(20), 스택(30), 출구 매니폴드(40), 블로어(50), 이젝터(60), 그리고 혼합 챔버(70)를 포함한다.

컴프레서(10)는 공기 공급 라인(12)를 통하여 상기 스택(30)에 연결되어 있다. 따라서, 상기 컴프레서(10)는 공기를 가압하여 스택(30)에 공급한다. 또한, 상기 공기 공급 라인(12)에는 공기의 공급을 조절할 수 있도록 밸브(도시하지 않음)가 장착될 수 있다.

수소 저장소(20)는 수소를 저장하고 있으며, 상기 저장된 수소는 상기 이젝터(60) 및/또는 혼합 챔버(70)에 공급된다. 이러한 목적을 위하여, 상기 수소 저장소(20)는 제1수소 공급 라인(22)을 통하여 상기 혼합 챔버(70)에 연결되어 있으며, 제2수소 공급 라인(24)을 통하여 상기 이젝터(60)에 연결되어 있다. 이러한 제1,2수소 공급 라인(22, 24)에는 수소의 공급을 조절할 수 있도록 밸브들(도시하지 않음)이 장착될 수 있다. 또한, 제1수소 공급 라인(22)을 생략하고 제2수소 공급 라인(24)만으로 수소를 공급할 수도 있다.

상기 스택(30)은 다수의 단위 셀들을 연속적으로 배열한 전기 발생 집합체로서 이루어지는 바, 각각의 단위 셀은 수소 및 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 단위의 연료 전지로서 구비된다.

여기서, 각 단위 셀은 상술한 바 있는 연료에 따라 고분자 전해질형 연료 전지로 이루어질 수 있으며, 직접 산화형 연료 전지로서 이루어질 수도 있다.

상기 단위 셀들은 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)(도시하지 않음)과, 막-전극 어셈블리를 중심에 두고 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-막- 어셈블리는 일면에 애노드 전극(애노드)을 형성하고, 다른 일면에 캐소드 전극(캐소드)을 형성하며, 이들 애노드와 캐소드 사이에 전해질막을 형성하는 구조로 이루어진다.

애노드는 세퍼레이터의 채널을 통해 공급되는 연료를 산화 반응시켜 전자와 수소 이온으로 분리시키고, 전해질막은 수소 이온을 캐소드로 이동시키는 기능을 하게 된다.

그리고, 캐소드는 애노드 측으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 세퍼레이터의 채널을 통해 제공받은 공기 중의 산소를 환원 반응시켜 수분 및 열을 생성하는 기능을 하게 된다.

상기 스택(30)의 캐소드에는 공기 배출 라인(14)이 연결되어 화학 반응을 마친 공기가 상기 공기 배출 라인(14)을 통하여 차량의 외부로 배출된다.

한편, 상기 스택(30)의 캐소드에 공급된 공기 중의 질소의 일부는 전해질막을 투과하여 애노드로 넘어가게 되며, 이로 인하여 애노드에서의 질소 농도가 높아지게 된다. 애노드에서의 질소 농도가 높아지면 수소의 확산을 방해하기 때문에, 후술하는 본 발명의 실시예에 의한 방법 등에 의해, 애노드에서 질소를 제거해야 한다.

또한, 화학반응에 의하여 캐소드에 생성된 물(응축수)의 일부는 전해질막을 투과해서 애노드로 이동하게 된다. 애노드로 넘어간 물(응축수)이 촉매층에 잔류할 경우 촉매 반응량을 감소시키게 되고, 애노드로 넘어가는 응축수가 채널에 머무르게 될 경우 수소의 공급 경로를 차단하게 된다. 따라서, 후술하는 본 발명의 실시예에 의한 방법 등에 의해, 애노드의 촉매층이나 채널에 잔존하는 응축수 수분을 제거시켜야 한다.

상기와 같은 질소(불순물) 및 응축수를 제거하기 위하여, 상기 스택(30)의 애노드는 퍼지라인(36)에 연결되어 있으며, 상기 퍼지라인(36)에는 퍼지 밸브(80)가 장착되어 있다. 상기 퍼지 밸브(80)는 설정된 퍼지 주기마다 열리거나 필요시마다 열려 애노드 내의 불순물/응축수(즉, 질소 및 물)를 배출한다.

또한, 상기 스택(30)의 애노드는 응축수 배출 라인(38)에 연결되어 있으며, 상기 응축수 배출 라인(38)에는 응축수 배출 밸브(82)가 장착되어 있다. 상기 응축수 배출 밸브(82)가 열리면, 애노드의 촉매층이나 채널에 잔존하는 수분이 배출되게 된다. 별도의 응축수 배출 밸브(82)를 사용하는 대신에 상기 퍼지 밸브(80)로 응축수 배출 밸브(82)의 역할을 하도록 할 수 있다.

상기 스택(30)은 재순환 입구 라인(32)에 연결되어 재순환 된 가스를 전달받고, 재순환 출구 라인(34)에 연결되어 공기와 수소의 반응 결과 생성된 가스가 스택(30)으로부터 배출된다.

출구 매니폴드(40)는 상기 스택(30)에 재순환 출구 라인(34)을 통해 연결되어 있다. 따라서, 스택(30)에서 생성된 가스는 상기 출구 매니폴드(40)에 모이게 되고, 두 가지 경로를 통하여 재순환되게 된다. 즉, 상기 출구 매니폴드(40)는 제1재순환 라인(42)을 통하여 상기 블로어(50)에 연결되어 있으며, 제2재순환 라인(44)을 통하여 상기 이젝터(60)에 연결되어 있다. 이러한 출구 매니폴드(40)는 물리적으로 명확하게 경계가 구분되지 않을 수 있으며, 스택(30)에서 발생된 가스가 모이는 장소를 지칭하기 위하여 도입되었다.

블로어(50)는 상기 제1재순환 라인(42)을 통하여 상기 출구 매니폴드(40)에 연결되어 있으며, 제1연결 라인(46)을 통하여 혼합 챔버(70)에 연결되어 있다.

따라서, 블로어(50)는 출구 매니폴드(40)에 모인 가스를 재순환시켜 혼합 챔버(70)에 공급한다.

이젝터(60)는 상기 제2재순환 라인(44)을 통하여 상기 출구 매니폴드(40)에 연결되어 있으며, 제2연결 라인(48)을 통하여 혼합 챔버(70)에 연결되어 있다.

또한, 상기 이젝터(60)는 제2수소 공급 라인(24)을 통해 수소 저장소(20)에 연결되어 있다. 따라서, 상기 이젝터(60)는 출구 매니폴드(40)에 모인 가스를 재순환시키며, 재순환 된 가스에 수소를 섞어 상기 혼합 챔버(70)에 공급시킨다.

혼합 챔버(70)는 상기 수소 저장소(20)에 제1수소 공급 라인(22)을 통하여 연결되어 있으며, 블로어(50)에 제1연결 라인(46)을 통하여 연결되어 있고, 이젝터(60)에 제2연결 라인(48)을 통하여 연결되어 있으며, 스택(30)에 재순환 입구 라인(32)을 통하여 연결되어 있다. 따라서, 혼합 챔버(70)는 블로어(50) 및 이젝터(60)를 통해 재순환되는 가스에 수소 저장소(20)로부터 공급되는 수소를 섞어 스택(30)에 공급한다. 이러한 혼합 챔버(70)는 물리적으로 명확하게 경계가 구분되지 않을 수 있으며, 재순환된 가스와 수소가 섞이는 장소를 지칭하기 위하여 도입되었다.

더불어서, 차량용 연료 전지 시스템은, 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법을 실시하는 것은 물론 상기한 연료 전지 시스템의 전체 동작을 제어할 수 있는 제어부(100)를 포함한다.

제어부(100)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서 및/또는 상기 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어를 포함하고, 상기 설정된 프로그램은 후술할 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.

도 1에서 제어부(100)는 퍼지 밸브(80), 응축수 배출 밸브(82), 및 스택(30)에 연결된 것으로 도시하였지만, 이는 도면의 단순화를 위해서 그렇게 한 것일 뿐이고, 제어부(100)에는 연료 전지 시스템을 구성하는 다른 구성요소들 및 센서들이 연결될 수 있음은 물론이다.

이하에서는 본 발명의 실싱예에 따른 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실싱예에 따른 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법을 도시한 흐름도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 제어부(100)에는 퍼지 밸브의 작동을 위한 적산 전류가 영역별로 구분되어 설정되고(S100), 또한 상기 설정된 전류 영역별에 대응하는 퍼지 밸브 작동 주기도 설정된다(S200).

기존의 퍼지 밸브 작동을 위한 로직에서는 전류 적산값이 8,000C으로 고정 설정되었지만, 본 발명의 실시예에서는 예를 들어 연료 전지 110~ 140A 인가시 적류 전산값을 11,000 ~ 20,000 C으로 상향 차별화하여 설정할 수 있다.

즉, 본 발명 방법의 실시예에서 상기 설정되는 퍼지 밸브의 작동 주기는 바람직하게 연료 전지의 출력(전류 크기)에 비례하여 크게 설정될 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 연료 전지가 고출력일 때, 퍼지 밸브의 작동 주기를 더 크게 하여 수소 이용율이 향상되도록 한다.

상기와 같이 적산 전류가 영역별로 설정되고, 퍼지 밸브의 작동 주기도 설정되었으면, 제어기(100)는 연료 전지 시스템의 동작 상태 여부를 판단한다.

상기 연료 전지 시스템이 동작 상태이면, 제어기(100)는 연료 전지의 연료극의 수소압을 검출하고(S300), 연료극 수소압에 대응하는 전류 적산값을 검출한다(S400).

상기 전류 적산값을 검출한 후에, 제어기(100)는 검출된 전류 적산값에 대응하는 작동주기로 상기 퍼지 밸브를 작동시켜 연료극의 응축수 및 불순물을 배출한다(S500).

이로써, 본 발명의 실시예에 따르면, 퍼지 밸브의 개폐 주기가 고출력 영역에서는 길어져 퍼지 밸브의 작동 시 소모되는 수소 양을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 연료 전지(스택) 안정성을 확보할 수 있다.

예를 들면, 전류 영역별 운전 안전성 평가하면, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 소정의 전류(예; 100A) 이상에서 인가 전류 값 증대에 따라 연료전지 스택 안정성이 확보되는 전류 적산 값이 증대되는 것을 확인할 수 있고, 일정 전류(예; 인가 전류 140A) 이상에서 연료 전지 차량이 운전될 경우 수소 소모량이 상당히 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

1. 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법으로서,
   상기 연료 전지의 응축수 및 불순물을 제거하는 퍼지 밸브의 작동을 위한 전류 영역들을 설정하는 단계;
   상기 설정된 전류 영역들에 대응하는 상기 퍼지 밸브의 작동 주기를 각각 설정하는 단계;
   상기 연료 전지의 작동시 연료극의 수소압을 검출하는 단계;
   상기 검출된 수소압에 대응하는 전류 적산값을 검출하는 단계;
   상기 검출된 전류 적산값에 대응하는 전류 영역에 대응하는 작동 주기로 상기 퍼지 밸브를 작동시켜 상기 응축수 및 불순물을 배출하는 단계;
   를 포함하는 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법.
2. 제1항에서,
   상기 퍼지 밸브의 작동 주기는 더 큰 전류값을 갖는 전류 영역에서 더 길어지도록 차별적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법.
3. 제1항에서,
   상기 연료극의 수소압은 선형적으로 증대되는 경우에 해당하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법.
4. 제1항에서,
   상기 퍼지 밸브의 작동은 전류적산 계산법을 이용하는 경우인 것을 특징으로 하는 연료 전지의 응축수 및 불순물 배출 방법.

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