KR101836257B1 - Fuel cell stack and method for removing flooding in the stack - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택은, 입구 및 출구를 각각 포함하는 복수의 단위 셀 및 상기 단위 셀의 출구 측에 위치하여 단위 셀의 유동 저항을 조절하는 복수의 유량 조절기를 포함한다.The fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a plurality of unit cells each including an inlet and an outlet, and a plurality of flow controllers located at an outlet side of the unit cells to control the flow resistance of the unit cells.

Description

연료전지 스택 및 플러딩 제거 방법{FUEL CELL STACK AND METHOD FOR REMOVING FLOODING IN THE STACK}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a fuel cell stack,

본 발명은 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell stack.

연료전지 시스템은 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템이다. 연료전지 시스템은 연료전지 스택, 연료전지 스택에 수소를 공급하는 수소 공급부, 연료전지 스택에 공기(산소)를 공급하는 공기 공급부, 연료전지 스택의 반응열과 물을 제거하고 연료전지 스택의 운전 온도를 제어하는 제어부 등을 포함한다.The fuel cell system is a kind of power generation system that generates electric energy through electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell system includes a fuel cell stack, a hydrogen supply unit for supplying hydrogen to the fuel cell stack, an air supply unit for supplying air (oxygen) to the fuel cell stack, a reaction heat and water of the fuel cell stack, And the like.

연료전지 스택(이하, 간단하게 "스택"이라고도 함)은 수십 내지 수백 장의 단위 셀들이 연속적으로 배열된 전기 발생 집합체이다. 스택의 장시간, 저출력 운전 시 단위 셀 내 응축수가 과다 축적되어 단위 셀 내로 반응 가스의 공급이 저하되는 플러딩(flooding) 현상(이하 간단하게 "플러딩"이라고도 함)이 발생할 수 있다. 이로 인해 단위 셀 내 전기 화학 반응이 저하되어, 연료전지 스택의 출력 특성이 저하될 수 있다.A fuel cell stack (hereinafter, simply referred to as a " stack ") is an electricity generating assembly in which tens to hundreds of unit cells are arranged in series. A flooding phenomenon (hereinafter simply referred to as "flooding") in which the supply of the reaction gas into the unit cell is deteriorated due to excessive accumulation of condensed water in the unit cell during a long time and low output operation of the stack may occur. As a result, the electrochemical reaction in the unit cell is lowered, and the output characteristics of the fuel cell stack may be deteriorated.

연료전지 스택 내 플러딩 발생 시 스택에 공급되는 반응 가스 유량을 증가시켜 응축수의 배출을 유도하거나, 스택의 운전 온도를 증가시켜 응축수의 증발을 유도하는 식으로 플러딩을 제거하는 방법이 사용되고 있다. 하지만, 반응 가스의 유량 증가 시 블로워의 출력 증가로 인해 시스템의 효율이 감소할 수 있고, 수소 이용률 및 연비 저하 문제가 발생할 수 있다. 또한, 스택의 운전 온도 증가 시 플러딩이 발생하지 않은 단위 셀들에서 드라이-아웃(dry-out) 현상이 발생하여 스택의 성능이 저하될 수 있다. There is used a method of removing the flooding by inducing the discharge of the condensed water by increasing the flow rate of the reactive gas supplied to the stack when the flooding occurs in the fuel cell stack or by inducing the evaporation of the condensed water by increasing the operating temperature of the stack. However, when the flow rate of the reaction gas increases, the efficiency of the system may decrease due to an increase in the output of the blower, and the hydrogen utilization rate and fuel efficiency may be degraded. Also, when the operating temperature of the stack increases, dry-out phenomenon occurs in unit cells where no flooding occurs, and the performance of the stack may be degraded.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연료전지 스택 운전 중 플러딩 발생 시 해당 단위 셀 내 응축수를 효과적으로 제거할 수 있는 연료전지 스택을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack capable of effectively removing condensed water in a unit cell when flooding occurs during operation of the fuel cell stack.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택은, 입구 및 출구를 각각 포함하는 복수의 단위 셀 및 상기 단위 셀의 출구 측에 위치하여 단위 셀의 유동 저항을 조절하는 복수의 유량 조절기를 포함한다.The fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a plurality of unit cells each including an inlet and an outlet, and a plurality of flow controllers located at an outlet side of the unit cells to control the flow resistance of the unit cells.

상기 유량 조절기는, 상기 단위 셀의 유동 저항을 조절하도록 동작하는 베인 및 상기 베인을 동작시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.The flow regulator may include a vane that operates to regulate the flow resistance of the unit cell and an actuator that operates the vane.

상기 베인은 상기 엑츄에이터의 구동 축에 각 회전 가능하게 장착되어 있을 수 있다.The vane may be rotatably mounted on a driving shaft of the actuator.

각각의 유량 조절기는 각각의 단위 셀에 대응할 수 있다.Each flow regulator may correspond to each unit cell.

각각의 유량 조절기는 복수의 단위 셀에 대응할 수 있다.Each of the flow controllers may correspond to a plurality of unit cells.

특정 단위 셀의 플러딩 발생 시 상기 유량 조절기는 플러딩이 발생하지 않은 정상 단위 셀의 유동 저항을 증가시키도록 동작할 수 있다.When the flooding of a specific unit cell occurs, the flow controller can operate to increase the flow resistance of the normal unit cell in which flooding has not occurred.

상기 연료전지 스택은 상기 단위 셀의 전압을 검출하는 전압 측정기를 더 포함할 수 있다.The fuel cell stack may further include a voltage meter for detecting a voltage of the unit cell.

상기 전압 측정기는 상기 단위 셀의 입구 측에 위치할 수 있다.The voltage meter may be located at an inlet side of the unit cell.

연료전지 스택은, 상기 전압 측정기로부터 전압 신호를 전달받고 상기 액츄에이터에 구동 신호를 전송하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The fuel cell stack may further include a controller that receives a voltage signal from the voltage meter and transmits a driving signal to the actuator.

상기 연료전지 스택은, 상기 복수의 단위 셀의 입구에 연결되어 있는 입구 매니폴드 및 상기 복수의 단위 셀의 출구에 연결되어 있는 출구 매니폴드를 더 포함할 수 있다.The fuel cell stack may further include an inlet manifold connected to an inlet of the plurality of unit cells and an outlet manifold connected to an outlet of the plurality of unit cells.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 플러딩을 제거하는 방법이 제공된다. 상기 연료전지 스택은, 입구 및 출구를 각각 포함하는 복수의 단위 셀 및 상기 단위 셀의 출구 측에 위치하여 단위 셀의 유동 저항을 조절하는 복수의 유량 조절기를 포함한다. 상기 방법은 특정 단위 셀의 플러딩 발생 시 플러딩이 발생하지 않은 정상 단위 셀의 유동 저항을 증가시키도록 상기 유량 조절기를 동작시키는 단계를 포함한다.A method for removing flooding of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention is provided. The fuel cell stack includes a plurality of unit cells each including an inlet and an outlet, and a plurality of flow controllers located on an outlet side of the unit cells to control the flow resistance of the unit cells. The method includes operating the flow regulator to increase the flow resistance of a normal unit cell in which flooding has not occurred during flooding of a specific unit cell.

상기 유량 조절기는, 상기 단위 셀의 유동 저항을 조절하도록 동작하는 베인 및 상기 베인을 동작시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.The flow regulator may include a vane that operates to regulate the flow resistance of the unit cell and an actuator that operates the vane.

상기 연료전지 스택은, 상기 단위 셀의 전압을 검출하는 전압 측정기 및 상기 전압 측정기로부터 전압 신호를 전달받는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 전압 측정기로부터 전달받은 신호에 따라 상기 액츄에이터에 구동 신호를 전송할 수 있다.The fuel cell stack may further include a voltage measuring unit for detecting a voltage of the unit cell and a control unit for receiving a voltage signal from the voltage measuring unit. The controller may transmit a driving signal to the actuator according to a signal received from the voltage meter.

상기 구동 신호는 상기 정상 단위 셀에 대응하는 액츄에이터에만 전송될 수 있고, 이에 따라 상기 정상 단위 셀의 유동 저항이 증가할 수 있다.The driving signal may be transmitted only to the actuator corresponding to the normal unit cell, and thus the flow resistance of the normal unit cell may increase.

상기 전압 측정기로부터 전달받은 신호가 편차 이내인 경우, 상기 제어부는 상기 액츄에이터에 구동 신호를 전송할 수 있고, 이에 따라 상기 정상 단위 셀의 유동 저항이 회복될 수 있다.When the signal received from the voltage meter is within a deviation, the controller may transmit a driving signal to the actuator, thereby restoring the flow resistance of the normal unit cell.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 플러딩이 발생한 단위 셀 내의 응축수를 효과적으로 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to effectively remove condensed water in a unit cell where flooding occurs.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 몇몇 일 실시예에 따른 유량 조절기를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 and 2 are schematic views of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
Figures 3 and 4 schematically illustrate a flow regulator according to some embodiments of the present invention.

첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명의 실시예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the embodiments of the present invention, portions that are not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.When a part is referred to as being "connected" to another part throughout the specification, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" between other parts in between . Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

이하 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 개략적으로 나타낸 도면이다.1 and 2 are schematic views of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 1은 연료전지 스택의 정상 운전 시를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a normal operation of the fuel cell stack.

도 1을 참고하면, 연료전지 스택(10)은 단위 셀(UC), 입구 매니폴드(210), 출구 매니폴드(220), 베인(310), 액츄에이터(320), 전압 측정기(400), 제어부(500)를 포함한다.1, the fuel cell stack 10 includes a unit cell UC, an inlet manifold 210, an outlet manifold 220, a vane 310, an actuator 320, a voltage meter 400, (500).

도면에서 직사각형으로 개략적으로 도시되어 있는 단위 셀(UC)은 수십 내지 수백 장이 적층되어 있을 수 있다. 각각의 단위 셀(UC)은 분리판(130)에 의해 구획되며, 분리판(130)에 의해 덮이지 않는 입구(110) 및 출구(120)를 포함한다. 단위 셀(UC)은 내부에 막-전극 어셈블리(membrane-electrode assembly, MEA)(도시되지 않음)를 포함한다. 따라서 적층된 단위 셀들(UC)은 분리판과 막-전극 어셈블리가 반복 적층되어 있는 구조에 해당할 수 있다. 각각의 단위 셀(UC)에서 분리판과 막-전극 어셈블리 사이에는 유로(또는 채널)이 형성될 수 있다.In the drawing, a unit cell UC schematically shown by a rectangle may have tens to hundreds of stacked layers. Each unit cell UC is partitioned by a separator plate 130 and includes an inlet 110 and an outlet 120 that are not covered by the separator plate 130. The unit cell UC includes a membrane-electrode assembly (MEA) (not shown) therein. Therefore, the stacked unit cells UC may correspond to a structure in which the separator and the membrane-electrode assembly are repeatedly stacked. A channel (or channel) may be formed between the separator and the membrane-electrode assembly in each unit cell UC.

단위 셀들(UC)의 입구(110)는 입구 매니폴드(210)에 유체 소통되게 연결되어 있고, 단위 셀들(UC)의 출구(120)는 출구 매니폴드(210)에 유체 소통되게 연결되어 있다.The inlet 110 of the unit cells UC is fluidly connected to the inlet manifold 210 and the outlet 120 of the unit cells UC is fluidly connected to the outlet manifold 210.

수소와 공기일 수 있는 반응 가스는 입구 매니폴드(210)를 통해 유입되어, 각각의 단위 셀(UC)의 입구(110)를 통해 단위 셀(UC) 내부로 공급된다. 반응 가스는 단위 셀(UC) 내부에서 막-전극 어셈블리를 통해 반응하여, 예컨대 수소에서 분리된 전자에 의해 전류를 생성하고, 또한 수소 이온과 산소가 결합하여 부산물인 물을 생성한다. 단위 셀(UC) 내의 부산물과 반응하지 않은 잔여 반응 가스는 단위 셀(UC)의 출구(120)를 통해 출구 매니폴드(220)로 유동하며, 스택(10) 외부로 빠져나간다.The reactant gas, which may be hydrogen and air, flows through the inlet manifold 210 and is supplied into the unit cell UC through the inlet 110 of each unit cell UC. The reaction gas reacts through the membrane-electrode assembly in the unit cell UC to generate an electric current, for example, by electrons separated from the hydrogen, and also combines with hydrogen ions and oxygen to produce water as a by-product. The residual reaction gas that has not reacted with the by-products in the unit cell UC flows to the outlet manifold 220 through the outlet 120 of the unit cell UC and exits the stack 10. [

단위 셀(UC)의 출구(120) 쪽에는 베인(310) 및 베인(310)을 동작시키기 위한 액츄에이터(320)가 위치하고 있다. 베인(310)은 출구(120)의 크기가 실질적으로 조절되도록 개폐되게 동작할 수 있다. 즉, 베인(310)에 의해 출구(120)의 크기가 조절될 수 있으며, 베인(310)의 개폐 정도에 따라 단위 셀(UC)로부터 출구(120)를 통하여 나오는 유체의 흐름 즉, 유동 저항이 조절될 수 있다. 따라서 베인(310)과 액츄에이터(320)에 의해 단위 셀(UC)을 흐르는 유량이 조절될 수 있으므로, 이들을 유량 조절기로 부르기로 한다.An actuator 320 for operating the vane 310 and the vane 310 is positioned at the outlet 120 of the unit cell UC. The vane 310 may be operated to open and close so that the size of the outlet 120 is substantially regulated. That is, the size of the outlet 120 can be adjusted by the vane 310 and the flow of the fluid flowing out from the unit cell UC through the outlet 120 according to the degree of opening and closing of the vane 310, Lt; / RTI > Accordingly, since the flow rate of the unit cell UC can be adjusted by the vane 310 and the actuator 320, they will be referred to as a flow controller.

액츄에이터(320)는 단위 셀(UC)의 출구(120)와 출구 매니폴드(220)가 대략 만나는 지점에 위치할 수 있고, 베인(310)은 액츄에이터(320)의 구동 축에 각 회전(피벗) 가능하게 장착되어 있을 수 있다. 예컨대 도 1은 베인(310)과 액츄에이터(320)의 위치를 도시하고, 모든 단위 셀(UC)에 대응하는 모든 베인(310)이 완전히 열려 있는 상태를 도시한다.The actuator 320 may be located at a point where the outlet 120 of the unit cell UC and the outlet manifold 220 are substantially in contact with each other and the vane 310 may rotate about the drive shaft of the actuator 320, Possibly mounted. 1 shows the positions of the vanes 310 and the actuators 320 and shows a state in which all of the vanes 310 corresponding to all the unit cells UC are fully opened.

단위 셀(UC)의 입구(110) 쪽에는 단위 셀(UC)의 전압을 검출하는 전압 측정기(400)가 위치하고 있다. 전압 측정기(400)는 각각의 단위 셀(UC)마다 개별적으로 설치될 수 있다. 도면에서 전압 측정기(400)는 단위 셀(UC)의 입구(110)에 위치하는 것으로 도시되어 있을지라도 이에 제한되는 것은 아니며, 전압 측정기(400)는 예컨대 단위 셀(UC)의 출구(120)나 단위 셀(UC) 내부에 위치할 수도 있다.A voltage meter 400 for detecting the voltage of the unit cell UC is located at the entrance 110 side of the unit cell UC. The voltage meter 400 may be installed separately for each unit cell UC. Although the voltage meter 400 is shown as being located at the inlet 110 of the unit cell UC, the voltage meter 400 is not limited thereto and may include, for example, an outlet 120 of the unit cell UC Or may be located inside the unit cell UC.

제어부(500)는 전압 측정기(400)에 전기적으로 연결되어, 전압 측정기(400)에 의해 검출된 각 단위 셀(UC)의 전압을 전달받을 수 있다. 제어부(500)는 또한 액츄에이터(320)에 전기적으로 연결되어, 액츄에이터(320)에 구동 신호를 전송할 수 있다.The controller 500 may be electrically connected to the voltage meter 400 and may receive the voltage of each unit cell UC detected by the voltage meter 400. The controller 500 may also be electrically coupled to the actuator 320 to transmit a driving signal to the actuator 320. [

도 2는 도 1에 도시된 연료전지 스택의 플러딩 대응 운전 시를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2를 참고하면, 다수의 단위 셀들(UC) 중 특정 단위 셀(UC')에서 플러딩이 발생한 경우가 예시된다.FIG. 2 is a view schematically showing the flooding operation of the fuel cell stack shown in FIG. 1. FIG. Referring to FIG. 2, a case where flooding occurs in a specific unit cell UC 'among a plurality of unit cells UC is illustrated.

스택으로 공급되는 반응 가스는 막-전극 어셈블리의 전해질막의 특성상 충분히 가습하여 공급될 수 있다. 이때, 반응 가스 중에 가습수가 과도하게 포함되거나 단위 셀들(UC)로 공급되는 도중에 예컨대, 입구 매니폴드(210) 내에서 응축이 될 경우, 입구 매니폴드(210)에 연결된 일부 단위 셀(UC') 내부로 응축수가 유입되어 플러딩이 발생할 수 있다. 플러딩이 발생한 단위 셀(UC')에서는 단위 셀 내에 축적된 응축수로 인해 막-전극 어셈블리의 전극층으로 원활한 반응 가스의 흐름이 이루어지지 않아 정상적인 전기화학 반응이 방해받는다. 따라서 플러딩이 발생한 단위 셀(UC')은 전압이 강하한다.The reactive gas supplied to the stack can be supplied by sufficiently humidifying the membrane of the membrane of the membrane-electrode assembly. In this case, when humidifying water is excessively contained in the reaction gas or is condensed in the inlet manifold 210, for example, during the supply to the unit cells UC, some unit cells UC 'connected to the inlet manifold 210 The condensed water may flow into the condenser and flooding may occur. In the unit cell (UC ') in which flooding occurs, due to the condensed water accumulated in the unit cell, a smooth reaction gas can not flow to the electrode layer of the membrane-electrode assembly, thereby preventing normal electrochemical reaction. Therefore, the voltage of the unit cell UC 'in which flooding occurs is lowered.

플러딩 발생 단위 셀(UC') 내의 응축수를 제거하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택은 단위 셀들(UC)의 출구(120)에 위치하는 베인(310)의 개폐 정도를 조절하여 해당 단위 셀(UC')의 유량을 증가시킨다.The fuel cell stack according to the embodiment of the present invention adjusts the degree of opening and closing of the vane 310 located at the outlet 120 of the unit cells UC to remove the condensed water in the flooded unit cell UC ' The flow rate of the unit cell UC 'is increased.

구체적으로, 플러딩 발생 단위 셀(UC')에 위치하는 베인(310)은 정상 운전 시와 같이 완전히 열여 두고, 플러딩이 발생하지 않은 정상 단위 셀(UC)에 위치하는 베인(310)은 어느 정도 닫으면, 정상 단위 셀(UC)의 유동 저항이 증가하므로 플러딩 발생 단위 셀(UC')의 유량(유속)이 상대적으로 증가한다. 예컨대, 200개의 단위 셀(UC)을 가진 스택에서 하나의 단위 셀(UC')에서 플러딩이 발생한 경우, 유동 저항을 증가시켜 정상 단위 셀(UC)의 유량을 1% 감소시키면 플러딩 발생 단위 셀(UC')의 유량이 약 3배 증가한다. 그러면 정상 단위 셀(UC)의 유량 변화는 1%로 거의 변함이 없지만, 플러딩 발생 단위 셀(UC')은 응축수 배출력이 약 9배 상승하게 된다 (응축수 배출력(항력) ∝ 유속2). 따라서 스택에 공급되는 전체 반응 가스의 유량은 유지하면서, 플러딩 발생 단위 셀(UC')의 유량만 선택적으로 증가시켜, 응축수 배출 성능을 향상시키고 플러딩을 제거할 수 있다.Specifically, the vane 310 located in the flooding-generating unit cell UC 'is completely opened as in normal operation, and the vane 310 located in the normal unit cell UC in which no flooding occurs is closed to some extent , The flow resistance of the normal unit cell UC increases, and the flow rate (flow rate) of the flooding unit cell UC 'relatively increases. For example, when flooding occurs in one unit cell UC 'in a stack having 200 unit cells UC, if the flow resistance is increased to reduce the flow rate of the normal unit cell UC by 1%, the flooding- UC ') is increased about three times. Then, the flow rate change of the normal unit cell UC does not substantially change to 1%, but the flooded unit cell UC 'increases the condensed water discharge output about 9 times (the condensed water output (drag) α flow rate 2 ). Accordingly, while maintaining the flow rate of the entire reaction gas supplied to the stack, only the flow rate of the flooding-generating unit cell UC 'can be selectively increased to improve the discharge performance of the condensed water and to eliminate flooding.

하나의 단위 셀(UC')에서 플러딩이 발생한 경우에 대해 설명하였지만, 복수의 단위 셀에서 플러딩이 발생한 경우에도 같은 식으로 즉, 정상 단위 셀(UC)의 유동 저항을 상대적으로 증가시키도록 베인(310)의 개폐 정도를 조절하여 플러딩 발생 단위 셀의 유량을 증가시킴으로써, 플러딩을 제거할 수 있다.However, in a case where flooding occurs in a plurality of unit cells, the flow resistance of the unit cell UC may be increased in the same manner, that is, the flow resistance of the unit cell UC ' 310 may be adjusted to increase the flow rate of the flooding-generating unit cells, thereby removing flooding.

플러딩 발생에 따른 베인(310)의 개폐 조절을 위해 제어부(500)는 전압 측정기(400)로부터 각 단위 셀(UC)의 전압을 전달 받는다. 플러딩이 발생한 경우 해당 단위 셀(UC')은 전압이 감소하기 때문에, 각 단위 셀(UC)의 전압을 기준 전압이나 다른 단위 셀들(UC)의 전압과 비교함으로써 플러딩 발생 단위 셀(UC')을 알아낼 수 있다.The control unit 500 receives the voltage of each unit cell UC from the voltage meter 400 to control opening and closing of the vane 310 according to flooding. Since the voltage of the corresponding unit cell UC 'decreases when the flooding occurs, the voltage of each unit cell UC is compared with the reference voltage or the voltages of the other unit cells UC, You can find out.

플러딩 발생 단위 셀(UC')의 검출 시, 제어부(500)는 해당 단위 셀(UC')의 유량을 증가시키기 위해, 구동 신호를 액츄에이터(320)에 전송하면, 액츄에이터(320)는 베인(310)을 동작시켜 베인(310)의 개폐 정도를 조절하게 된다. 이때, 구동 신호는 정상 단위 셀들(UC)에 대응하는 액츄에이터(320)에 전송되어 해당 액츄에이터(320)를 동작시키고, 이에 따라 해당 액츄에이터(320)에 의해 동작하는 베인(310)의 개폐 정도가 미리 설정된 수준으로 닫히도록 조절된다. 플러딩 발생 단위 셀(UC')의 전압이 편차 이내인 것(즉, 정상 전압)으로 검출된 경우, 제어부(500)는 정상 단위 셀들(UC)에 대응하는 액츄에이터(320)에 구동 신호를 전송하여, 액츄에이터(320)가 베인(310)을 정상 상태로 다시 열리게 조절할 수 있다. 이와 같은 베인(310)의 개폐 조절은 스택 내 단위 셀들이 정해진 편차 내에 들어올 때까지 반복적으로 피드백 제어를 통해 수행될 수 있다.When the flood generating unit cell UC 'is detected, the controller 500 transmits a driving signal to the actuator 320 to increase the flow rate of the unit cell UC' So as to adjust the opening and closing degree of the vane 310. At this time, the driving signals are transmitted to the actuators 320 corresponding to the normal unit cells UC to operate the actuators 320, so that the opening / closing degree of the vanes 310 operated by the actuators 320 is controlled in advance And is adjusted to close to the set level. The control unit 500 transmits a driving signal to the actuator 320 corresponding to the normal unit cells UC when the voltage of the flooding generating unit cell UC 'is within the deviation , The actuator 320 can regulate the vane 310 to open again in a steady state. Such opening / closing control of the vane 310 can be repeatedly performed through feedback control until the unit cells in the stack come within a predetermined deviation.

실시예에 따라서, 베인(310)은 단위 셀(UC)의 출구(120)을 실질적으로 완전히 막도록 동작할 수 있다. 이것은 예컨대 단위 셀(UC)이 불량이거나 정상으로 회복 불가능한 상태인 경우 해당 단위 셀(UC)을 통해 반응 가스가 빠져나가는 것을 방지하는데 유용할 수 있다.According to an embodiment, the vane 310 may be operable to substantially completely block the outlet 120 of the unit cell UC. This may be useful, for example, to prevent the reaction gas from escaping through the unit cell UC when the unit cell UC is in a bad state or is unable to recover to normal.

도 3 및 도 4는 본 발명의 몇몇 일 실시예에 따른 유량 조절기를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figures 3 and 4 schematically illustrate a flow regulator according to some embodiments of the present invention.

도 3을 참고하면, 각각의 단위 셀(UC)마다 베인(310)이 위치하고 있고, 각각의 베인(310)을 동작시키기 위한 액츄에이터(320)는 베인(310)과 일대일 대응 관계로 장착되어 있다. 이 경우, 단위 셀(UC)의 유동 저항을 개별적으로 조절할 수 있다.Referring to FIG. 3, a vane 310 is positioned for each unit cell UC, and an actuator 320 for operating each vane 310 is mounted in a one-to-one correspondence with the vane 310. In this case, the flow resistance of the unit cell UC can be individually adjusted.

도 4를 참고하면, 각각의 베인(310)이 복수의 단위 셀(UC)을 포함하는 단위 셀 그룹(UCG)에 대응하여 위치하고 있고, 액츄에이터(320) 또한 같은 식으로 장착되어 있다. 이 경우, 플러딩 대응 운전 시 플러딩 발생 단위 셀(UC')과 같은 그룹에 있는 정상 단위 셀(UC)도 유량이 증가하는 문제가 있지만, 유량 조절기를 보다 간소화하면서 플러딩을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 4, each vane 310 is positioned corresponding to a unit cell group UCG including a plurality of unit cells UC, and the actuator 320 is mounted in the same manner. In this case, there is a problem that the flow rate of the normal unit cell (UC) in the same group as the flooding occurrence unit cell (UC ') during flooding corresponding operation is increased, but flooding can be removed while simplifying the flow regulator.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the invention also falls within the scope of the invention.

10: 연료전지 스택
110: 단위 셀의 입구
120: 단위 셀의 출구
210: 입구 매니폴드
220: 출구 매니폴드
310: 베인
320: 액츄에이터
400: 전압 측정기
500: 제어부
UC: 단위 셀10: Fuel cell stack
110: entrance of unit cell
120: exit of the unit cell
210: inlet manifold
220: outlet manifold
310: Vane
320: Actuator
400: Voltage Meter
500:
UC: Unit cell

Claims (15)

입구 및 출구를 각각 포함하는 복수의 단위 셀; 및
상기 단위 셀의 출구 측에 위치하여 단위 셀의 유동 저항을 조절하는 복수의 유량 조절기;
를 포함하며,
특정 단위 셀의 플러딩 발생 시 상기 유량 조절기는 플러딩이 발생하지 않은 정상 단위 셀의 유동 저항을 증가시키도록 동작하는 연료 전지 스택.A plurality of unit cells each including an inlet and an outlet; And
A plurality of flow controllers located at the outlet sides of the unit cells to control the flow resistance of the unit cells;
/ RTI >
Wherein when the flooding of a specific unit cell occurs, the flow controller operates to increase the flow resistance of a normal unit cell in which flooding has not occurred. 제1항에서,
상기 유량 조절기는,
상기 단위 셀의 유동 저항을 조절하도록 동작하는 베인; 및
상기 베인을 동작시키는 액츄에이터;
를 포함하는 연료전지 스택.The method of claim 1,
Wherein the flow regulator comprises:
A vane operable to adjust a flow resistance of the unit cell; And
An actuator for operating the vane;
And a fuel cell stack. 제2항에서,
상기 베인은 상기 액츄에이터의 구동 축에 각 회전 가능하게 장착되어 있는 연료 전지 스택.3. The method of claim 2,
And the vane is rotatably mounted on a drive shaft of the actuator. 제1항에서,
각각의 유량 조절기는 각각의 단위 셀에 대응하는 연료 전지 스택.The method of claim 1,
Each of the flow controllers corresponding to each unit cell. 제1항에서,
각각의 유량 조절기는 복수의 단위 셀에 대응하는 연료 전지 스택.The method of claim 1,
Each of the flow regulators corresponding to a plurality of unit cells. 삭제delete 제2항에서,
상기 단위 셀의 전압을 검출하는 전압 측정기를 더 포함하는 연료전지 스택.3. The method of claim 2,
And a voltage meter for detecting a voltage of the unit cell. 제7항에서,
상기 전압 측정기는 상기 단위 셀의 입구 측에 위치하는 연료전지 스택.8. The method of claim 7,
And the voltage meter is located at an inlet side of the unit cell. 제7항에서,
상기 전압 측정기로부터 전압 신호를 전달받고, 상기 액츄에이터에 구동 신호를 전송하는 제어부를 더 포함하는 연료전지 스택.8. The method of claim 7,
Further comprising a control section for receiving a voltage signal from the voltage meter and transmitting a drive signal to the actuator. 제1항에서,
상기 복수의 단위 셀의 입구에 연결되어 있는 입구 매니폴드; 및
상기 복수의 단위 셀의 출구에 연결되어 있는 출구 매니폴드;
를 더 포함하는 연료전지 스택.The method of claim 1,
An inlet manifold connected to an inlet of the plurality of unit cells; And
An outlet manifold connected to an outlet of the plurality of unit cells;
And a fuel cell stack. 연료전지 스택의 플러딩을 제거하는 방법으로서,
상기 연료전지 스택은, 입구 및 출구를 각각 포함하는 복수의 단위 셀; 및
상기 단위 셀의 출구 측에 위치하여 단위 셀의 유동 저항을 조절하는 복수의 유량 조절기를 포함하며,
상기 방법은 특정 단위 셀의 플러딩 발생 시 플러딩이 발생하지 않은 정상 단위 셀의 유동 저항을 증가시키도록 상기 유량 조절기를 동작시키는 단계를 포함하는 연료전지 스택의 플러딩 제거 방법.A method of removing flooding of a fuel cell stack,
The fuel cell stack includes a plurality of unit cells each including an inlet and an outlet; And
And a plurality of flow controllers located at the outlet sides of the unit cells to control the flow resistance of the unit cells,
The method includes operating the flow regulator to increase flow resistance of a normal unit cell in which flooding has not occurred during flooding of a specific unit cell. 제11항에서,
상기 유량 조절기는, 상기 단위 셀의 유동 저항을 조절하도록 동작하는 베인 및 상기 베인을 동작시키는 액츄에이터를 포함하는 연료전지 스택의 플러딩 제거 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the flow regulator includes a vane that operates to regulate the flow resistance of the unit cell and an actuator that operates the vane. 제12항에서,
상기 연료전지 스택은, 상기 단위 셀의 전압을 검출하는 전압 측정기; 및 상기 전압 측정기로부터 전압 신호를 전달받는 제어부를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 전압 측정기로부터 전달받은 신호에 따라 상기 액츄에이터에 구동 신호를 전송하는 연료전지 스택의 플러딩 제거 방법.The method of claim 12,
The fuel cell stack includes: a voltage meter for detecting a voltage of the unit cell; And a controller receiving the voltage signal from the voltage meter,
Wherein the controller transmits a driving signal to the actuator according to a signal received from the voltage meter. 제13항에서,
상기 구동 신호는 상기 정상 단위 셀에 대응하는 액츄에이터에만 전송되고, 이에 따라 상기 정상 단위 셀의 유동 저항이 증가하는 연료전지 스택의 플러딩 제거 방법.The method of claim 13,
Wherein the driving signal is transmitted only to the actuator corresponding to the normal unit cell, thereby increasing the flow resistance of the normal unit cell. 제14항에서,
상기 전압 측정기로부터 전달받은 신호가 편차 이내인 경우, 상기 제어부는 상기 액츄에이터에 구동 신호를 전송하고, 이에 따라 상기 정상 단위 셀의 유동 저항이 회복되는 연료전지 스택의 플러딩 제거 방법.The method of claim 14,
Wherein the control unit transmits a driving signal to the actuator when the signal received from the voltage meter is within a deviation, thereby restoring the flow resistance of the normal unit cell.
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