KR102227617B1 - 고분자 연료전지 스택의 예열 장치 및 예열 방법 - Google Patents

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김민진
손영준
김승곤
이성근
정재훈
이하늘
전철희
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한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지 스택의 예열 장치는 가용 전력 내에서 빠른 시간 내에 예열할 수 있는 장치로써,
복수의 단위셀;
상기 복수의 단위셀들 사이에 설치되는 냉각판; 및
상기 복수의 단위셀에서 양 단부에 체결되는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하는 연료전지 스택;
상기 냉각판에 순환되는 열매체를 가열하기 위한 제1 히터;
상기 단위셀에 공급되는 연료를 개질하기 위한 제2 히터;
상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 열을 공급하기 위한 제3 히터; 및
상기 단위셀에 공급되는 공기를 가열하기 위한 제4 히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고분자 연료전지 스택의 예열 장치 및 예열 방법{Preheating system for polymer electrolyte membrane fuel cell stack and Preheating method for the same}
본 발명의 다양한 실시예는 고분자 연료전지 스택의 예열 장치 및 예열 방법 에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 다양한 실시예는 가용 전력 내에서 빠른 시간 내에 예열할 수 있는 고분자 연료전지 스택의 예열 장치 및 예열 방법 에 관한 것이다.
연료전지는 고효율, 친환경, 높은 출력밀도 등과 같은 장점을 가지고 있어 유망한 미래 청정 에너지기술로 많은 관심을 받고 있다. 그 중 고온 고분자전해질막 연료전지(HT-PEMFC)의 연구가 활발히 진행 되고 있다. 고온 고분자전해질막 연료전지는 인산이 도핑된 폴리벤즈이미다졸(polybenzimidazole, PBI)계 전해질 막을 사용하여 별도의 가습 없이 운전이 가능하며, 연료전지 운전을 통해 발생하는 물이 증기 형태로 발생하기 때문에 별도의 수분트랩이 필요하지 않다. 또한 고온 고분자전해질막 연료전지의 운전온도는 150 내지 180℃이기 때문에, CO의 피독으로 인한막 전극 접합체(MEA)의 성능저하 현상이 현저히 감소하여 CO농도 3%까지 내성을 가지게 된다. 이러한 현상으로 인해 수소개질과정에서 CO제거공정을 최소화 할 수 있다. 또한 100℃에 가까운 높은 배열온도를 얻을 수 있어 열에너지의 활용도가 높다.
그러나, 고온 고분자전해질막 연료전지의 운전온도가 높아 시스템의 시동시간이 오래 걸리고, 주택, 공공 건물에서 사용될 경우 전기 용량이 정해져 있어 전기 예열이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 가용 전력 내에서 연료전지 스택의 온도를 보다 신속하게 승온시킬 수 있는 예열 장치 및 예열 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지 스택의 예열 장치는,
복수의 단위셀;
상기 복수의 단위셀들 사이에 설치되는 냉각판; 및
상기 복수의 단위셀에서 양 단부에 체결되는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하는 연료전지 스택;
상기 냉각판에 순환되는 열매체를 가열하기 위한 제1 히터;
상기 단위셀에 공급되는 연료를 개질하기 위한 제2 히터;
상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 열을 공급하기 위한 제3 히터; 및
상기 단위셀에 공급되는 공기를 가열하기 위한 제4 히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지 스택의 예열 장치는, 상기 냉각판의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지 스택의 예열 장치에서 상기 제1 히터의 발열량이 1 kW 내지 5 kW인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지 스택의 예열 장치에서 상기 제2 히터, 제3 히터 및 제4 히터의 발열량이 0.1 kW 내지 2 kW인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지 스택의 예열 장치에서 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 열판이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지 스택의 예열 방법은,
연료전지 스택의 냉각판에 순환되는 열매체를 가열하기 위해 제1 히터를 작동하는 단계;
상기 연료전지 스택의 단위셀에 공급되는 연료를 개질하기 위해 제2 히터를 작동하는 단계;
상기 연료전지 스택의 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 열을 공급하기 위해 제3 히터를 작동하는 단계; 및
상기 연료전지 스택의 단위셀에 공급되는 공기를 가열하기 위해 제4 히터를 작동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지 스택의 예열 방법은, 상기 냉각판의 온도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지 스택의 예열 방법은, 상기 제1 히터의 발열량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
고분자 연료전지 스택의 가열 시간은 고온 고분자 연료전지 시스템의 시동 시간을 좌우하는 핵심 인자로써, 본 발명의 예열 장치 및 예열 방법을 통해 효과적으로 가열할 수 있고, 승온 시간을 단축함으로써 시스템 시동 시간을 단축할 수 있다.
특히, 본 발명은 연료전지 스택을 단계적으로 예열함으로써, 주택, 공공 건물 등의 가용 전력의 제약조건을 만족하면서도 빠르게 예열할 수 있다.
또한, 연료전지 스택 내 MEA를 골고루 가열할 수 있어 제품의 상품성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 연료전지 스택의 예열 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 연료전지 스택의 예열 방법의 흐름도이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 연료전지 스택의 예열 장치 의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지 스택의 예열 장치는, 연료전지 스택(100), 제1 히터(210), 제2 히터(220), 제3 히터(230), 제4 히터(240)를 포함한다. 제1 히터(210), 제2 히터(220), 제3 히터(230), 제4 히터(240)는 전기 히터일 수 있다.
연료전지 스택(100)에는 복수의 단위셀(10)이 적층되어 있다. 각 단위셀(10)은 전해질막과 전해질막의 양면에 배치되는 캐소드 전극 및 애노드 전극을 포함한다.
복수의 단위셀(10)들 사이에는 열교환용 냉각수가 지나가기 위한 냉각판(20)이 설치된다. 본 발명의 냉각판(20)에는 열교환용 냉각수뿐만 아니라 가열된 열매체가 순환될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 예열 장치는 제1 히터(210), 열매체 탱크(310) 및 펌프(320)를 포함하고, 제1 히터(21)는 열매체 탱크(310)에 저장된 열매체(오일 또는 물)를 가열할 수 있다. 가열된 열매체는 펌프(320)를 통해 냉각판(20)을 순환함으로써, 연료전지 스택(100)을 예열할 수 있다. 냉각판(20)을 순환한 후 열을 빼앗긴 열매체는 다시 열매체 탱크(310)로 돌아가 제1 히터(210))에 의해 가열된 후 다시 연료전지 스택(100)으로 공급되어 순환할 수 있다.
복수의 단위셀(10)들의 양 단부에는 상부 플레이트(32) 및 하부 플레이트(34)가 설치된다. 상부 플레이트(32) 및 하부 플레이트(34)는 이 사이에 배치되는 다른 구성들을 가압할 수 있다. 상부 플레이트(32)에는 공기 공급 포트(42), 공기 회수 포트(미도시), 연료 공급 포트(44) 및 연료 회수 포트(미도시)가 구비될 수 있다. 하부 플레이트(34)에는 냉매 유입 포트 및 냉매 토출 포트가 구비될 수 있다.
상부 플레이트(32) 및 하부 플레이트(34)에는 열판이 설치될 수 있다. 제3 히터(230)는 열판을 가열할 수 있다. 이를 통해, 연료전지 스택(100) 내에서 외부로 열을 뺏기기 쉬운 양 단부의 온도를 승온시킴으로써 연료전지 스택(100)의 온도를 균일하게 유지시킬 수 있다.
본 발명의 예열 장치는 천연가스 또는 메탄올과 같은 유기연료를 개질하는 개질기(410)를 포함하고, 제2 히터(220)는 개질기(410)를 작동시킬 수 있다. 개질기(410)를 통해 수득한 수소가스가 연료 공급 포트(44)에 공급되어 단위셀(10)에 공급된다.
본 발명의 예열 장치는 산화제로 사용하는 공기를 공급하는 공기 압축기(510)를 포함하고, 제4 히터(240)는 공기를 가열할 수 있다. 가열된 공기는 공기 공급 포트(42)에 공급되어 단위셀(10)에 공급된다.
한편, 본 발명의 예열 장치는 냉각판(20)의 온도를 측정하는 온도 측정부(330)를 포함한다. 구체적으로, 온도 측정부(330)는 냉각판(20)에서 열매체가 순환되는 유로에 설치될 수 있다. 온도 측정부(330)에서 측정된 온도에 따라, 제1 히터(210). 제2 히터(220), 제3 히터(230) 또는 제4 히터(240)의 작동이 시작되거나 중지될 수 있고, 발열량이 조절될 수 있다.
한편, 본 발명의 예열 장치를 구성하는 제1 히터(210), 제2 히터(220), 제3 히터(230), 제4 히터(240), 온도 측정부(330), 열매체 탱크(310) 및 펌프(320) 등은 제어부에 기능적으로 연결될 수 있다. 즉, 제어부를 통해 예열 장치의 단위 구성들이 동작할 수 있다.
구체적으로, 도 2를 참고하면, 예열을 시작하기 위해 제1 히터(210)가 작동을 시작(S100)할 수 있다. 이때, 제1 히터(210)는 5 kW의 발열량으로 열매체 탱크(310)에 저장된 열매체를 가열하고, 펌프(320)를 통해 가열된 열매체를 냉각판(20)으로 순환시킬 수 있다.
일정한 시간, 예를 들면 30 분 동안 유지시킨 후, 제1 히터(210)의 발열량을 줄이고 제2 히터(220)의 작동을 시작(S120)할 수 있다. 구체적으로, 제1 히터(210)의 발열량은 3.5 kW로 줄이고, 개질기(410)의 운전을 위해 제2 히터(220)를 작동할 수 있다. 제2 히터(220)의 발열량은 1.5 kW일 수 있다.
일정한 시간, 예를 들면 60 분 동안 유지시킨 후, 온도 측정부(330)를 통해 냉각판(20)의 온도를 측정할 수 있다. 이때, 냉각판(20)의 온도가 100 ℃ 에 도달(S140)했는지 여부를 확인할 수 있다. 만약, 냉각판(20)의 온도가 100 ℃ 에 도달했을 경우, 제1 히터(210)의 발열량을 줄이고 제3 히터(230)의 작동을 시작(S160)할 수 있다. 구체적으로, 제1 히터(210)의 발열량을 3 kW로 줄이고, 제3 히터(230)를 통해 상부 플레이트(32) 및 하부 플레이트(34)에 설치된 열판을 가열할 수 있다. 제3 히터(230)의 발열량은 0.5 kW일 수 있다.
만약, 냉각판(20)의 온도가 100 ℃ 에 도달하지 않았을 경우, 제1 히터(210)의 발열량을 3.5 kW로 유지시킬 수 있다.
다음으로, 제4 히터(240)의 작동을 시작(S180)할 수 있다. 제4 히터(240)의 발열량은 0.5 kW일 수 있다. 이를 통해, 공기압축기(510)의 공기를 가열할 수 있고, 연료전지 스택(100) 내에 가열된 공기를 공급함으로써, 단위셀(10)을 가열할 수 있다.
다음으로, 제2 히터(220)의 작동을 중지(S200)할 수 있다. 즉, 개질기(410)의 시동이 종료될 수 있다.
다음으로, 냉각판(20)의 온도가 120 ℃ 에 도달(S220)했는지 여부를 확인할 수 있다. 120 ℃는 고온 고분자 연료전지의 최저 운전 온도에 해당한다. 만약, 냉각판(20)의 온도가 120 ℃ 에 도달했을 경우, 연료전지 스택(100)에 공기와 개질가스를 공급(S240)하고 전기부하(610)를 조절하여 전기화학반응을 유도할 수 있다. 따라서, 연료전지의 반응열을 통해 가열 속도가 상승할 수 있다.
만약, 냉각판(20)의 온도가 120 ℃ 에 도달하지 않았을 경우, 제2 히터(220)의 작동을 유지할 수 있다.
다음으로, 냉각판(20)의 온도가 150 ℃ 에 도달(S260)했는지 여부를 확인할 수 있다. 냉각판(20)의 온도가 150 ℃ 에 도달했을 경우, 제1 히터(210) 및 제4 히터(240)의 작동을 중지(S280)할 수 있다. 한편, 제3 히터(230)는 연료전지 스택(100) 내의 온도 편차를 줄이기 위해 작동을 유지할 수 있다.
만약, 냉각판(20)의 온도가 150 ℃ 에 도달하지 않았을 경우, 제1 히터(210) 및 제4 히터(240)의 작동을 유지할 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 복수의 단위셀;
    상기 복수의 단위셀들 사이에 설치되는 냉각판; 및
    상기 복수의 단위셀에서 양 단부에 체결되는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하는 연료전지 스택;
    상기 냉각판에 순환되는 열매체를 가열하기 위한 제1 히터;
    상기 단위셀에 공급되는 연료를 개질하기 위한 제2 히터;
    상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 열을 공급하기 위한 제3 히터; 및
    상기 단위셀에 공급되는 공기를 가열하기 위한 제4 히터를 포함하고,
    상기 제1 히터를 작동하는 단계;
    상기 제1 히터의 발열량을 줄이고, 상기 제2 히터를 작동하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 100 ℃ 에 도달했는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 100 ℃ 에 도달했을 경우, 상기 제1 히터의 발열량을 줄이고, 상기 제3 히터를 작동하는 단계; 및
    상기 제4 히터를 작동하는 단계;
    상기 제2 히터의 작동을 중지하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 120 ℃ 에 도달했는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 120 ℃ 에 도달했을 경우, 상기 연료전지 스택에 공기와 개질가스를 공급하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 150 ℃ 에 도달했는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 150 ℃ 에 도달했을 경우, 상기 제1 히터 및 상기 제4 히터의 작동을 중지하는 단계로 동작하는 연료전지 스택의 예열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각판의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하는 연료전지 스택의 예열 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 히터의 발열량이 1 kW 내지 5 kW인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 예열 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 히터, 제3 히터 및 제4 히터의 발열량이 0.1 kW 내지 2 kW인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 예열 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 열판이 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 예열 장치.
  6. 연료전지 스택의 냉각판에 순환되는 열매체를 가열하기 위해 제1 히터를 작동하는 단계;
    상기 제1 히터의 발열량을 줄이고, 상기 연료전지 스택의 단위셀에 공급되는 연료를 개질하기 위해 제2 히터를 작동하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 100 ℃ 에 도달했는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 100 ℃ 에 도달했을 경우, 상기 제1 히터의 발열량을 줄이고, 상기 연료전지 스택의 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 열을 공급하기 위해 제3 히터를 작동하는 단계; 및
    상기 연료전지 스택의 단위셀에 공급되는 공기를 가열하기 위해 제4 히터를 작동하는 단계;
    상기 제2 히터의 작동을 중지하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 120 ℃ 에 도달했는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 120 ℃ 에 도달했을 경우, 상기 연료전지 스택에 공기와 개질가스를 공급하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 150 ℃ 에 도달했는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 냉각판의 온도가 150 ℃ 에 도달했을 경우, 상기 제1 히터 및 상기 제4 히터의 작동을 중지하는 단계를 포함하는 연료전지 스택의 예열 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100813274B1 (ko) * 2007-01-23 2008-03-13 삼성전자주식회사 연료전지 스택의 기동방법
KR20100058652A (ko) * 2007-09-26 2010-06-03 인텔리전트 에너지 리미티드 연료 전지 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100813274B1 (ko) * 2007-01-23 2008-03-13 삼성전자주식회사 연료전지 스택의 기동방법
KR20100058652A (ko) * 2007-09-26 2010-06-03 인텔리전트 에너지 리미티드 연료 전지 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230085384A (ko) 2021-12-07 2023-06-14 건설기계부품연구원 연료전지 구획분리 온도제어시스템

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