KR20030085103A - 연료 전지 시스템 및 동결 허용값 향상을 위한 정지시 물제거 방법 - Google Patents

연료 전지 시스템 및 동결 허용값 향상을 위한 정지시 물제거 방법 Download PDF

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Abstract

연료 전지 시스템(S)에는, 연료 전지 본체(12), 공기를 상기 연료 전지 본체에 공급하는 공기 공급 시스템(1,2,3,4), 공기가 공급되는 유로들의 개방 정도를 변화시키는 공기 유량 제어 시스템(5,6,7,8,9,10,13,14), 및 상기 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울들을 제거하는 물방울 제거 구조(3,8,9,10,13,14,19,20,21,22,23,24)가 제공되어 있다. 물방울 제거 구조는 상기 공기 유량 제어 시스템의 개방 정도가 공기가 흐르는 속도를 증가시키도록 하는 물방울 제거 개방 정도를 가지도록 설정되도록 동작되고, 상기 공기가 상기 물방울 제거 개방 정도로 흘러 상기 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울들을 불어 날려버린다.

Description

연료 전지 시스템 및 동결 허용값 향상을 위한 정지시 물 제거 방법{FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF REMOVAL OF WATER DURING SHUTDOWN FOR IMPROVING FREEZE TOLERANCE}
연료 전지 시스템의 동작이 저온 분위기에서 정지될 때, 연료 전지 시스템 내의 결로가 동결하여, 연료 전지 시스템의 재기동에 영향을 줄 수 있다.
연료 전지 시스템이 이러한 정지 상태에서 0℃ 보다 낮은 저온 분위기에 방치되면, 연료 전지 시스템의 공기 유량 제어 시스템이 공기에 함유된 수분에 의하여 동결할 가능성이 있어, 연료 전지 시스템의 재기동시에, 이러한 동결된 얼음을 용해시켜 녹여서, 공기 유량 제어 시스템이 동작되도록 하는 것이 요구되는 상황을 생각할 수 있다.
일본 특개평 제2000-12060호에는, 공기 공급원으로서 압축기가 최고 효율점 보다 높은 압축률로 동작되어, 단열 압축에 의하여 고온 공기가 생성되어, 상기 시스템의 온도를 상승시켜 이러한 얼음을 녹이는 구조가 제안되어 있다.
그러나, 공기 공급원으로부터 공급된 고온 공기를 사용하여 시스템의 온도를 증가시켜 공기 유량 제어 시스템의 얼음을 녹이는 구조를 채용한 연료 전지 시스템에서는, 얼음이 용해하기까지 상당한 시간이 소요되어, 시스템의 재기동을 위한 시간이 증가되는 경향이 있었다.
또한, 연료 전지 시스템에서의 통상의 발전 동작 정지시에는, 공기 유량 제어 시스템이 완전 폐쇄 상태에서 유지되도록 구성되므로, 시스템이 시스템에 고착된 얼음과 함께 동결되는 경우, 공기 공급원으로부터 공급된 공기가 공기 유량 제어 시스템의 하류에 위치된 시스템의 구성 요소들에게 쉽게 전달되기가 어려워, 시스템의 재기동 시간을 더욱 증가시키는 경향이 있다.
또한, 가열기 또는 전열기를 이용하여 얼음을 용해시키는 다른 구조를 채용하는 것도 생각되지만, 이러한 구조는 연료 전지 시스템의 구성을 복잡하게 하고, 또한 배터리와 같은 부속 에너지원으로부터 에너지를 사용해야 할 수도 있다.
본 발명은 상기 나타낸 방식으로 본 발명자들이 연구함으로써 완성되었으며, 공기 유량 제어 시스템 등의 공기 흐름 경로의 동결 및 고착을 방지하여, 기동 시간을 단축시키는 연료 전지 시스템 및 관련 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 연료 전지 시스템 및 관련 방법에 관한 것이며, 특히 공기 공급 경로에서 결로되는 것을 방지하는 연료 전지 시스템 및 그 관련 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 연료 전지 시스템의 시스템 구성도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 도 1에 도시된 연료 전지 시스템의 동작들의 기본 시퀀스를 도시하는 흐름도이다.
도 3은 제1 실시예의 연료 전지 시스템의 포화 수증기량(φ)과 온도(T)와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 제1 실시예의 연료 전지 시스템에서, 흡습재가 교환되는 타이밍(tc)과 그 대응 질량(W1) 간의 관계와, 흡습재의 질량의 시간에 대한 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5A 및 도 5B는 제1 실시예의 연료 전지 시스템에서, 공기 유량 제어 시스템이 직렬로 배치되는 경우에 물방울들을 제거하기 위한 동작들을 실행하는 타이밍 차트를 도시한다.
도 6A 내지 도 6C는 제1 실시예의 연료 전지 시스템에서 공기 유량 제어 시스템이 서로 병렬로 배치되는 경우에 물방울들을 제거하기 위한 동작들을 실행하는 타이밍 차트를 도시한다.
도 7은 제1 실시예의 연료 전지 시스템에서 물방울 제거 개방 정도가 유지되는 시간 간격(tx)과 공기 유량 제어 시스템의 주위 온도(T) 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 제1 실시예의 연료 전지 시스템에서 물방울 제거 개방 정도가 유지되는 시간 간격(tx)과 공기 유량 제어 시스템의 주위 습도(MO) 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제1 실시예의 연료 전지 시스템의 물방울 제거 개방 정도를 주기적으로 변화시킬 때, 동작들을 실행하는 타이밍 차트를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 제2 실시예의 연료 전지 시스템의 시스템 구성도이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 연료 전지 시스템은, 연료 전지 본체, 상기 연료 전지 본체에 공기를 공급하는 공기 공급 시스템, 공기가 공급되는 유로의 개방 정도를 변화시키면서 공기의 유량을 제어하는 공기 유량 제어 시스템, 및 상기 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울들을 제거하는 물방울 제거 구조를 구비한다. 여기서, 상기 물방울 제거 구조는, 연료 전지 시스템의 정지시 또는 그 후에 소정 조건이 성립될 때, 공기가 흐르는 속도를 증가시키도록 하는 물방울 제거 개방 정도로 상기 공기 유량 제어 시스템의 개방 정도를 설정하도록 동작하여, 공기가 상기 물방울 제거 개방 정도로 흘러 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울들을 불어 날려버린다.
달리 말하면, 연료 전지 시스템은, 연료 전지 본체, 상기 연료 전지 본체에 공기를 공급하는 공기 공급 수단, 공기가 공급되는 유로의 개방 정도를 변화시키면서 공기의 유량을 제어하는 공기 유량 제어 수단, 및 상기 공기 유량 제어 수단에 부착된 물방울들을 제거하는 물방울 제거 수단을 구비한다. 그리고, 상기 물방울 제거 수단은, 연료 전지 시스템의 정지시 또는 그 후에 소정 조건이 성립될 때, 공기가 흐르는 속도를 증가시키도록 하는 물방울 제거 개방 정도로 상기 공기 유량 제어 수단의 개방 정도를 설정하도록 동작하여, 공기가 물방울 제거 개방 정도로 흘러 공기 유량 제어 수단에 부착된 물방울들을 불어 날려버린다.
한편, 연료 전지 본체, 상기 연료 전지 본체에 공기를 공급하는 공기 공급 시스템, 및 공기가 공급되는 유로의 개방 정도를 변화시키면서 공기의 유량을 제어하는 공기 유량 제어 시스템이 제공된 연료 전지 시스템의 물방울 제거 방법이 제공된다. 연료 전지 시스템의 물방울 제거 방법은, 연료 전지 시스템의 정지시 또는 그 후에 소정 조건이 성립되는 지를 판별하는 단계, 공기가 흐르는 속도를 증가시키도록 하는 물방울 제거 개방 정도를 가지도록 공기 유량 제어 시스템의 개방 정도를 설정하는 단계, 및 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울들이 제거되도록물방울 제거 개방 정도로 상기 공기를 흐르도록 하는 단계를 구비한다.
본 발명의 다른 부가적인 특성, 이점 및 이득은 다음 도면을 참고하여 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 발명의 각 실시예들을 첨부된 도면을 적절히 참조하여 이하 상세히 설명된다.
(제1 실시예)
우선, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예가 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 실시예의 연료 전지 시스템의 개략 구성도이다.
도 1에서, 연료 전지 시스템(S)은, 공기를 필터링하는 공기 필터(1), 공기가 통과하는 유량을 검출하는 공기 흐름 미터(2), 필터링된 공기를 압축하여 연료 전지 시스템의 각 부들로 공급하는 공기 공급원으로서 기능하는 압축기(3), 상기 압축기(3)를 구동하는 구동 모터(4), 공기가 통과하는 유량을 검출하는 공기 흐름 미터(5, 6, 7), 흐름 제어 밸브(8,9,10), 도시되지 않은 연료 공급원으로부터 공급된 공급 연료가 개질되고, 개질 촉매의 존재하에 반응되어 수소 농후 상태의 개질 가스를 형성하는 개질 메카니즘으로서 기능하는 개질기(11), 상기 개질기(11)로부터 전달된 개질 가스와 상기 압축기(3)로부터 공급된 공기에 기초하여 발전 출력을 위한 발전 메카니즘으로서 기능하는 연료 전지 본체(12), 압력 제어 메카니즘들로서 각각 기능하는 압력 제어 밸브(13, 14), 연료 전지 본체(12)로부터 방출되는 배기 가스가 상기 압축기(3)로부터 공급된 공기로 연소되도록 하는 연소 메카니즘으로서 기능하는 연소기(15), 연소기(15)에 의하여 생성된 배기 소음의 레벨을 제거하는 머플러(16), 및 흐름 방향 제어 밸브(17, 18, 19, 20)를 포함하는 것으로 도시되어 있다.
여기서, 도 1에서, 공기 필터(1), 공기 흐름 미터(2), 압축기(3) 및 구동 모터(4)가 공기 공급 시스템을 형성한다. 또한, 압축기(3)는 다른 별도의 물방울 제거 공기 공급 메카니즘의 필요없이, 물방울 제거 공기 공급 메카니즘으로서 기능한다.
또한, 공기 흐름 미터(5)와 흐름 제어 밸브(8)와의 조합, 공기 흐름 미터(6)와 흐름 제어 밸브(9)와의 조합, 및 공기 흐름 미터(7)와 흐름 제어 밸브(10)와의 조합은 각각 공기 유량 제어 시스템들을 형성한다. 또한, 각 공기 유량 제어 시스템들은 전체적으로 상호 상관 관계에서 하나의 공기 유량 제어 시스템을 형성한다는 것을 생각할 수 있다.
또한, 흐름 방향 제어 밸브(19, 20), 물방울들의 제거를 위하여 공기에서 수분을 흡수하는 에어 드라이어(21), 및 상기 에어 드라이어(21)가 재생되도록 연소기(15)의 소비열을 이용하여 상기 에어 드라이어(21)를 가열하는 에어 드라이어 건조 유닛(22)은 흡습 메카니즘을 형성한다. 연소기(15)의 소비열을 사용하는 에어 드라이어(21)의 가열은 구동 비용을 감소시킨다. 또한, 이러한 흡습 메카니즘은 통상의 동작 조건에서 공기 흐름이 없는 경로에 위치되므로, 통상의 동작 조건시 압력 손실에 어떠한 악영향도 미치지 않는다.
여기서, 공기 공급 시스템으로써, 공기 필터(1)로 필터링된 공기의 유량이 공기 흐름 미터(2)로 검출되고, 압축기 구동 모터(4)는 상기 압축기(3)의 방출량을 상기 검출된 공기 유량에 따라 소망의 유량으로 제어되도록 제어된다.
또한, 공기 유량 제어 시스템은, 개질기(11), 연료 전지 본체(12), 및 연소기(15) 각각의 유로들에 배치되고, 공기 유량 제어 시스템으로써, 흐름 제어 밸브(8, 9, 10)의 개방 정도는 공기 흐름 미터(5,6,7) 각각으로 검출된 유량에 따라 소망의 하류 유량이 획득되도록 변화됨으로써, 공기의 유량이 개질기(11), 연료 전지 본체(12), 및 연소기(15) 각각에 공급되도록 제어한다.
또한, 개질기(11)는 도시되지 않은 공급 연료 탱크로부터 전달된 메탄올 또는 가솔린과 같은 탄화수소 연료, 도시되지 않은 물 탱크로부터 전달된 물, 및 압축기(3)로부터 공급된 공기를 이용하여, 촉매하에 개질 반응을 수행하여, H2와 CO의혼합 가스를 생성한다. 또한, CO의 존재는 연료 전지 본체(12)의 백금 전극을 독성화시켜 연료 전지 본체(12)의 성능을 열화시키고, 이러한 이유로, 개질기(11)에는 선택 산화 반응을 발생시켜 혼합 가스에서 CO를 제거하여 수소 농후 상태의 개질 가스를 형성하는 장치가 갖춰진다.
또한, 연료 전지 본체(12)로써는, 개질기(11)로 생성된 개질 가스가 도시되지 않은 연료 전극에 공급되고, 압축기(3)로부터 전달된 공기는 도시되지 않은 공기 전극에 공급되고, 발전 출력은 개질 가스의 수소와 공기 중의 산소 간의 전기화학 반응에 의하여 행해진다.
또한, 압력 제어 밸브(13, 14)는 연료 전지 본체(12)의 연료 전극과 공기 전극 간의 압력 균형의 제어를 실행하는 일종의 공기 유량 제어 시스템으로서 기능하여, 공기의 유량을 제어한다.
또한, 이들 공기 유량 제어 시스템은 공기 흐름 미터(6)와 유량 제어 밸브(9)와의 조합으로 형성된 공기 유량 제어 시스템과, 공기 흐름 미터(7)와 유량 제어 밸브(10)와의 조합으로 형성된 공기 유량 제어 시스템과 각각 직렬 접속 관계를 가진다.
또한, 연소기(15)는 연료 전지 본체(12)로부터 배출되는 반응 후의 개질 가스와 공기를 촉매의 존재하에 서로 반응시켜, 상기 배출 가스를 대기로 방출되는 수증기와 같은 물질로 변환시킨다.
또한, 흐름 방향 제어 밸브(17)는 통상의 동작 조건시 개방되고, 또한 이러한 시간 간격 동안, 흐름 방향 제어 밸브(19, 20)는 폐쇄된 상태로 남는다.
이제, 상기 나타낸 구조를 가지는 실시예의 연료 전지 시스템의 동작을 이하에 설명한다.
도 2는 본 실시예의 연료 전지 시스템의 동작들의 기본 시퀀스를 도시하는 흐름도이다. 또한, 이러한 동작들은 도시되지 않은 제어기로 실행된다.
도 2에서, 우선 단계 S1에서, 발전 정지 신호 등의 입력에 응답하여 발전 정지 시퀀스가 기동하여, 이어서 단계 S2에서 개질기(11), 연료 전지 본체(12), 연소기(15)로의 공기 공급이 중단된다. 보다 자세하게는, 단계 S2에서, 연료 전지 시스템의 중단된 반응과 동반되는 개질기(11), 연료 전지 본체(12), 및 연소기(15)의 반응을 정지하기 위하여, 흐름 방향 제어 밸브(17,18), 공기 유량 제어 메카니즘의 흐름 제어 밸브(8,9,10), 및 압력 제어 밸브(13,14)가 각각 폐쇄된다.
이어서 단계 S3에서, 개질기(11), 연료 전지 본체(12), 및 연소기(15)의 반응 각각이 중단되었는 지의 여부가 확인된다.
다음, 단계 S4에서, 물방울 제거 기동 조건이 성립되었는지의 여부가 판단된다. 물방울 제거 기동 조건은 물방울 제거를 실행하는지를 구별하는 판단 조건이다.
여기서, 단계 S4에서 물방울 제거 기동 조건은 이하에 차례로 설명되는 제1 내지 제4 물방울 제거 기동 조건을 포함하는 다양한 조건들로 분류되는 것이 생각된다.
제1 물방울 제거 기동 조건은 연료 전지 본체(12)의 외부의 대기 공기의 대기 온도를 검출하는, 도시되지 않은 검출기를 필요로 하고, 요구되는 조건으로서는, 동결을 방지하기 위하여 이러한 검출기로 검출된 연료 전지 시스템의 대기 온도가 동결점 이하로(0℃ 이하) 떨어지는 것이다. 즉, 제1 물방울 제거 기동 조건에 따르면, 연료 전지 시스템의 대기 온도가 0℃ 이하인 것이 확인될 때, 물방울 제거 동작이 실행된다. 또한, 이러한 상황에서, 단계 S4에서 판정이 행해져 제1 물방울 제거 기동 조건이 성립되었다는 것을 인식한 후, 이 때부터 기동 지연 시간이 더 경과되어 연료 전지 시스템에서 결로가 실질적으로 발생할 때, 연료 전지 시스템에서 발생할 수 있는 결로의 가능한 예측으로 기동 지연 시간을 어느 정도 미리 설정함으로써 물방울 제거가 실행되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 연료 전지 시스템의 대기 온도를 참조하여, 대기 온도가 낮을수록 기동 지연 시간 간격이 짧아지도록 기동 지연 시간을 미리 설정할 수도 있다. 이러한 구조로, 바람직하지 않은 물방울 제거 동작의 회수가 제거되어, 물방울 제거를 위하여 소모되는 에너지량을 감소시킨다.
다음, 제2 물방울 제거 기동 조건은 연료 전지 시스템 내의 습도를 보다 직접적으로 검출하는, 도시되지 않은 검출기의 제공을 요하며, 요구되는 조건으로서는, 연료 전지 시스템이, 이러한 검출기로 검출될 때, 100%의 습도를 가지는 것이다. 즉, 제2 물방울 제거 기동 조건에 따르면, 연료 전지 시스템이 100%의 습도에 도달하는 것이 확인될 때, 물방울 제거가 실행된다. 또한, 이러한 상황에서, 연료 전지 시스템 내의 습도가 값 100%에 도달했다고 판정된 후, 이 때부터 기동 지연 시간이 더 경과되여, 연료 전지 시스템 내에 결로가 실질적으로 발생할 때, 기동 지연 시간을 어느 정도 유사하게 미리 설정함으로써 물방울 제거를 실행하는 것이바람직하다. 또한, 연료 전지 시스템의 대기 온도를 참조하여 이러한 기동 지연 시간을 적절하게 미리 설정할 수도 있다. 또한, 물방울 제거는 제1 및 제2 물방울 제거 기동 조건들 모두가 만족될 때 실행될 수도 있다.
또한, 제3 물방울 제거 기동 조건으로서 다음의 요소들을 나타낸다.
도 3은 온도(T)와 공기 중에 함유된 포화 수증기량(φ)과 온도(T) 간의 통상적인 관계를 나타낸 것이다.
도 3에서, 연료 전지 시스템은, 연료 전지 시스템 내의 온도(T1, T2)(T1, T2는 연료 전지 시스템의 동일한 검출 지점에서 검출되고, T1은 T2보다 높도록(T1>T2) 되어 있다)로 나타내는 온도와, 온도(T0)(T2는 T0보다 높다(T2> T0))로 나타내는 연료 전지 시스템의 대기 온도를 검출하는, 도시되지 않은 검출기를 가지도록 요구되며, 수증기량이 온도(T1)에서 포화되면, 포화 수증기량은 φ1으로 표현된다. 따라서, 온도가 온도(T1) 보다 낮으면, 결로가 발생한다. 특히, 연료 전지 시스템은 주위 온도(T0)에서 정지 상태로 유지되므로, 연료 전지 시스템의 온도는 T1에서 T0로 하강한다. 이러한 이유로, 포화 수증기량이 φ1에 있는 온도(T1)에서 물방울 제거가 실행되어도, 결로는 즉시 다시 발생한다.
따라서, 상기 나타낸 제1 물방울 제거 기동 조건 하에, 0℃ 이하의 대기 온도에서, 보다 바람직하게는 연료 전지 시스템이 정지 상태로 된 후 기동 지연 시간이 경과되어, 물방울 제거가 실행되는 구조인 반면, 제3 물방울 제거 기동 조건 하에서는, 연료 전지 시스템의 온도가 대기 온도(T0)에 가능한 근접한 값에서 유지되어 소정 온도값(T2)에 도달할 때, 물방울 제거가 실행된다. 즉, 연료 전지 시스템의 온도가 대기 온도(T0)에 보다 근접해져서 소정 온도(T2)에 도달한다는 것이 확인되면, 물방울 제거가 실행된다.
이러한 상황에서, 이상적으로는, 연료 전지 시스템 내의 온도가 대기 온도(T0)에 도달하는 타이밍에서, 즉 T2= T0일 때 물방울 제거가 실행되는 것은, 결로로 인하여 발생되는 물방울을 완전히 제거할 수 있게 하고, 그 후, 대기 온도(T0)에 아무런 변화도 없다면, 연료 전지 시스템에서 결로가 발생할 가능성이 전혀 없다. 그러나, 실제 상황에서, 연료 전지 시스템 내부의 온도가 값(T0)에 또한 도달하여 완전 포화되기까지는 상당히 긴 시간을 요한다. 이러한 이유로, T0과 T1간의 차이에 대한 T2와 T1의 차이의 소정값(소정비)(예컨대, T2와 T1간의 차이를 T0과 T1간의 차이로 나누어 얻은 소정비 70%)에 일치하여 소정 온도값(T2)을 결정하여, 연료 전지 시스템의 온도가 값(T0)으로 하강될 때 발생할 수 있는, 긴 시간을 요하지 않고서 결로의 주요 부분을 제거할 수 있다. 또한, 물론 이러한 소정값은 70%로 한정되지 않고, 다양한 조건을 고려하여 설계값으로 적절하게 결정되는 임의의 다른 값들을 취할 수도 있다.
여기서, 대기 온도(T0)가 동결점 이하(0℃ 이하)이고, 따라서 소정온도값(T2)이 동결점 이하(0℃ 이하)인 경우, 동결이 물방울 제거 전에 발생할 가능성이 있으므로, 연료 전지 시스템이 값(T2)에 도달하기까지 기다리지 않고, 온도가 값 0℃가 되기 직전에 물방울 제거가 실행될 수도 있는 것이 바람직하다.
또한, 제4 물방울 제거 조건으로서, 상기 나타낸 제3 물방울 제거 기동 조건에서 소정 온도값(T2)은 다음의 방식으로 획득된다.
제4 물방울 제거 기동 조건은, 연료 전지 시스템의 정지 상황 후, 예컨대 며칠 후에, 대기 온도가 동결점 이하로 떨어질 때, 연료 전지 시스템의 흐름 제어 밸브(8,9,10,13,14)와 같은 밸브들이 동결될 때라도, 상기 밸브들의 구동을 가능하도록 하며, T2의 의미는 상기 논의된 것과 약간 상이하므로, T2는 T2' 보다 작게 나타낸다.
우선, 연료 전지 시스템이 다음 번에 기동된다고 가정하면, 밸브가 동결되어도, 밸브의 구동력만을 사용하여 이러한 수분량을 가진 동결 조건이 제거되는 결로량(φ2)(수분량)을 미리 실험적으로 구해 놓는다. 다음에, 습도 100%일 때(수증기의 포화 상태일 때), 온도가 소정값에서 0℃로 저하할 때, 결로량이 값(φ2)에 도달하도록 하는 온도를 소정 온도(T2')로서 구한다. 온도가 이러한 값(T2')에 도달할 때의 물방울 제거 실행은, 연료 전지 시스템이 용이하게 다음번에 기동할 수 있도록 하면서, 물방울 제거를 신속하게 완료하여, 연료 전지 시스템의 현재 동작이 빠르게 종료될 수 있는 성능을 제공하게 한다.
여기서, 물방울 제거의 주 대상으로 하는 밸브들이 개질기(11), 연료 전지 본체(12) 및 연소기(1)와 같은 반응기의 상류 영역에 배치되는 경우, 즉 밸브들이 흐름 제어 밸브(8,9,10)를 포함하는 경우, 연료 전지 시스템으로 도입될 공기에 함유된 수분량은 연료 전지 시스템의 외부의 대기 공기의 수분량과 동일하다. 이러한 상황에서, 연료 전지 시스템의 정지 상황시에 연료 전지 시스템의 대기 공기의 대기 온도와 대기 습도를 측정하여, 연료 전지 시스템으로 도입되는 대기 공기의 대기 온도가 온도(T2')에 도달할 때 나타나는 수분량을 계산한다. 그리고, 이러한 획득된 수분량이 습도 100% 때의 온도(T2')에서 수분량(결로량을 생성하는) 이상이 되지 않으면, 물방울 제거는 실행되지 않는다.
이러한 경우에서, 결로로 인한 수분량은 공기 유량 제어 시스템의 밸브들에 대한 구동력만을 사용하여 제거되는 동결 상태에 대하여 효과적인 수분량(φ2) 보다 작으므로, 온도가 T2'로 저하하는 상황을 대기하지 않고, 즉 연료 전지 시스템의 정지 동작 직후에 물방울 제거가 실행되지 않을 수도 있다는 판단을 할 수 있다. 즉, 이에 의하여, 물방울 제거에 대한 요구가 없을 때, 물방울 제거가 실행되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 물방울 제거의 주 대상으로 하는 압력 제어 밸브(13,14)와 같은 밸브들이 반응기의 하류 영역에 배치되는 다른 경우에서, 연료 전지 시스템의 정지 동작 시에 연료 전지 시스템의 온도 및 습도의 측정은, 시스템 내의 온도가 온도(T2')에 도달할 때 나타나는 습도를 계산할 수 있도록 한다. 이 경우, 온도(T2')때의 습도가 100%의 값에 도달하지 않으면, 결로량이 밸브의 동결 상태를 제거할 수 없게 하는 값을 가질 가능성이 없으므로, 물방울 제거의 실행이 방지된다.
이것에 의해 물방울 제거의 요구가 없을 때에 물방울 제거의 실행을 방지할 수 있다. 연료 전지 시스템 내의 온도가 80℃이고, 이 시스템 내의 습도가 10%의 낮은 값을 가지고, T2'가 20℃로서 주어지는 예시적인 경우에서, 20℃의 온도(T2')에서 습도가 100%가 되는 가능성이 없다고 생각되므로, 이러한 경우에서 물방울 제거의 실행을 위한 동작을 하지 않는다.
그리고, 상기 설명된 제1 내지 제4 물방울 제거 기동 조건 중 적어도 하나가 만족되었다고 판단되면, 단계 S4에서 물방울 제거 기동 조건이 성립된 것으로 가정한다. 이어서, 동작은 단계 S6 이후의 연속 단계로 진행된다.
반면에, 단계 S4에서, 제1 내지 제4 물방울 제거 기동 조건들 중 하나가 성립되지 않으면, 단계 S5에서 소정 시간 간격이 연료 전지 시스템의 정지부터 경과하였는 지의 여부가 판단된다. 소정 시간 간격이 경과되지 않았다면, 동작은 단계 S4로 리턴된다. 반면에, 단계 S5에서, 소정의 시간 간격이 지연되었다는 것이 판단되면, 동작은 단계 S6에 이은 단계들로 진행한다.
여기서, 단계 6에 이은 동작은 흡습 메카니즘을 경유하여 가능한 수분을 거의 가지고 있지 않은 공기를 이용하여 공기 송풍을 실행하는 단계와, 대기 온도가 떨어졌을 때 결로가 발생하도록 하는 수분량을 감소시키기 위하여 거의 수분을 함유하고 있지 않은 공기로 연료 전지 시스템의 도관에 유입시키는 단계를 포함한다.
특히, 단계 S6에서, 공기 유량 제어 시스템의 흐름 제어 밸브(8,9,10) 및 압력 제어 밸브(13,14)는 각각 물방울 제거에 대한 적절한 정도로(물방울 제거 개방 정도) 개방된다.
뒤따른 단계 S7에서, 물방울이 제거된 건조 공기는 연료 전지 시스템으로 도입되어, 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울이 제거되도록 한다.
특히, 단계 S6 및 S7에서 물방울 제거를 위한 공기 유입 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 압축기(3)를 이용하여 연료 전지 시스템의 순방향으로 공기를 유입하는 단계를 포함하는 것이 생각된다. 유입 공기가 보다 건조될수록, 대기 온도가 더욱 떨어질 때 결로의 재발생의 가능성이 거의 없다는 사실을 고려하여, 흡습 메카니즘 및 연소기(15)를 통과하여 건조된 공기가 사용된다.
보다 자세하게는, 압축기(3)를 이용하여 공기가 유입되는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 압축기(3)의 하류 영역에 흡습 메카니즘의 방향 제어 밸브(19,20)와 에어 드라이어(21)가 위치되어, 물방울 제거를 위한 공기 유입시에, 방향 제어 밸브(17)가 폐쇄되고, 방향 제어 밸브(19,20)가 개방되어, 에어 드라이어(12)를 통하여 건조된 공기가 연료 전지 시스템에 유입되도록 한다.
여기서, 실리카 겔 등의 재생가능한 흡습재(21a)가 에어 드라이어(21)와 같은 흡습 메카니즘의 경로에 배치되는 경우에, 연료 전지 시스템의 기동시에 연소기(15)에서 에어 드라이어 건조기(22)로 고온 배기 가스가 도입되어, 에어 드라이어(21)가 가열되어, 에어 드라이어(21)에 부착된 수분이 방출되어 에어 드라이어(21)의 흡습재가 재생되게 한다.
한편, 가열에 의하여 수분을 방출할 수 없는, 생석회(산화칼슘)와 같은 흡습재(21a)가 사용된 경우, 에어 드라이어(21)의 질량을 검출하는 검출기가 필요하며, 이러한 경우에서, 도 4에 도시된 바와 같이 흡습재가 포화될 때의 질량(Wm)보다 가벼운 소정량의 질량(W1)이 검출되는 시간(tc)에서 흡습재의 교환이 필요한 것을 통지하기 위하여 통지 장치가 제공될 수도 있어, 교환 타이밍을 쉽게 알 수 있도록 한다. 또한, 도면에서, W0는 흡습재의 건조 질량을 나타낸다.
또한, 물방울의 제거시 공기 유량 제어 시스템을 제어하는 다양한 기술들이 생각될 수도 있다.
연료 전지 시스템이 복수의 공기 유량 제어 시스템을 포함하고, 이들 유량 제어 시스템들이 직렬로 배치되어 있으면, 통과하는 공기의 유속을 증가시킬 수 있도록 밸브 본체의 노즐 효과, 부착된 얼음의 용융을 가속화시키는 밸브 본체의 접촉면 면적 등을 고려하여, 공기 유량 제어 시스템이 물방울 제거 공기 공급 메카니즘에 더 가깝게 배치되는 순서로, 물방울을 제거하는 데 주로 효과적인 개방 정도에 대응하는 물방울 제거 개방 정도를 이러한 유량 제어 시스템을 가짐으로써 물방울 제거가 실행되는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 구조의 경우, 각각 유량 제어 밸브(9)와 압력 제어 밸브(14)가 직렬로 배치되고, 흐름 제어 밸브(10)와 압력 제어 밸브(13)가 직렬로 배치되므로, 공기 유량 제어 시스템의 구성 요소들이 물방울 제거 공기 공급 메카니즘으로서 기능하는 압축기(3)에 더 가까워지는 순서로, 밸브 개방이 물방울 제거 개방 정도(X)를 가지도록 함으로써 물방울 제거가 실행된다. 이 때, 물방울 제거를 수행하는 밸브와 직렬로 배치된 다른 밸브는 값(100%)으로 완전 개방된다. 특히, 흐름 제어 밸브(9)와 압력 제어 밸브(14)의 예시적인 경우와 관련하여, 도 5A 및 도 5B에 각각 도시된 타임 챠트를 참조하여 이하에 설명된다. 우선, 도 5A에 도시된 바와 같이, 압축기(9)에 보다 가까이 있는 흐름 제어 밸브(9)의 밸브 개방 정도(Dv)는 시간 간격(t1) 동안 물방울 제거 개방 정도(X)를 가지도록 선택되고, 그 후 흐름 제어 밸브(9)가 완전 개방된다. 반면, 도 5B에 도시된 바와 같이, 압축기(3)로부터 가장 멀리 있는 압력 제어 밸브(14)는, 흐름 제어 밸브(9)의 밸브 개방 정도(Dv)가 개방되어 물방울 제거 개방 정도(X)를 가지도록 개방되는 시간 간격 동안 완전 개방되도록 동작하고, 그 후 흐름 제어 밸브(9)의 밸브 개방 정도(Dv)가 완전 개방되는 시간 간격(t2) 동안 물방울 제거 개방 정도(X)를 가지도록 개방된다. 역으로 말하면, 흐름 제어 밸브(9)의 밸브 개방 정도(Dv)가, 압력 제어 밸브(14)가 물방울 제거 개방 정도(X)와 동일한 개방 정도를 가지는 시간 간격 동안 완전 개방되는 상황이 발생한다. 또한, 이러한 시간 간격(t1, t2)은, 하류측에 배치된 압력 제어 밸브(14)가 물방울 제거 개방 정도(X)로 개방되는 시간 간격(t2)이, 상류측의 흐름 제어 밸브(9)가 물방울 제거 개방 정도(X)로 개방되는 시간 간격(t1)보다 길도록 결정된다. 이것은, 압력 제어 밸브(14)가 흐름 제어 밸브(9)보다, 물방울 제거 공기 공급 메카니즘으로서 기능하는 압축기(3)로부터 더 멀리 떨어져 배치되어 있다는 사실을 기초로 한다.
또한, 복수의 공기 유량 제어 시스템들이 흐름 제어 밸브(8,9,10)와 같이 서로 병렬로 배치되는 도 1에 도시된 구조에서, 흐름 제어 밸브(8,9.10)는 바람직하게는, 차례로 시간 간격(t3, t4, t5) 동안 물방울 제거 개방 정도(X)를 가지도록 개방되어, 물방울 제거의 대상의 특정 흐름 제어 밸브가 도 6A 내지 도 6C에 각각 도시된 타이밍 차트에 의하여 도시된 바와 같이 달성되도록 하면서, 상기 특정 흐름 제어 밸브가 물방울 제거를 위하여 개방되는 시간 간격 동안 다른 나머지 흐름 제어 밸브들을 비동작시켜(즉, 완전 폐쇄), 상기 특정 흐름 제어 밸브로 공급되는 공기 압력을 증가시킨다. 보다 자세하게는, 도 6A에 도시된 바와 같이, 우선, 흐름 제어 밸브(8)는 시간 간격(t3) 동안 물방울 제거 개방 정도(X)로 개방되고, 동시에 도 6B 및 도 6C에 도시된 바와 같이, 다른 남아있는 흐름 제어 밸브(9,10)는 완전 폐쇄된다. 이어서, 도 6B에 도시된 바와 같이, 흐름 제어 밸브(9)는 시간 간격(t4) 동안 물방울 제거 개방 정도(X)로 개방되고, 동시에 도 6A 및 도 6C에 도시된 바와 같이 다른 남아있는 흐름 제어 밸브(8, 10)가 완전 폐쇄된다. 연속하여, 도 6C에 도시된 바와 같이, 흐름 제어 밸브(10)는 시간 간격(t5) 동안 물방울 제거 개방 정도(X)로 개방되고, 동시에 도 6A 및 도 6B에 도시된 바와 같이 다른 남아있는 흐름 제어 밸브(8,9)는 완전 폐쇄된다.
또한, 흐름 제어 밸브들이 직렬로 접속된 복수의 유로들이 서로 병렬로 배치되는 경우에서, 병렬의 유로들 중 하나가 물방울 제거의 대상으로 선택되면서, 다른 흐름 경로들은 완전 폐쇄되고, 물방울을 제거하기 위한 대상의 유로에서의 물방울 제거 공기 공급 메카니즘으로서 기능하는 압축기(3)에 흐름 제어 밸브가 더 가까운 순서로 흐름 제어 밸브가 물방울 제거 개방 정도(X)로 개방되어 물방울을 제거하고, 이어서 복수의 유로들의 남아있는 다른 유로는 물방울의 제거를 실행하도록 유사하게 동작될 수도 있다.
또한, 흐름 제어 밸브(8,9,10)와 압력 제어 밸브(13,14)를 포함하는 공기 유량 제어 시스템 근처에, 연료 전지 시스템 내의 온도(T)를 검출하는 검출기의 위치는, 도 7에 도시된 바와 같이, 온도(T)가 낮을수록 제어 밸브가 물방울 제거 개방 정도(X)로 유지되는 시간 간격(tx)이 더 길어지도록 제어를 가능하게 한다. 이러한 경우에서 사용되는 연료 전지 시스템 내의 온도가, 상기 나타낸 제1 물방울 제거 기동 조건에서 연료 전지 시스템의 정지 후 경과된 기동 지연 시간에 이은 온도라고 가정하면, 결로가 발생하고, 결로량이 증가하는 것이 생각된다. 그러므로, 결로로 인하여 수분량이 증가되는 경우에 물방울을 신뢰성있게 제거하기 위하여, 물방울 제거에 필요한 물방울 제거 개방 정도가 유지되는 시간 간격은 연장된 값을 가지도록 결정된다. 또한, 도면에서, tL은 물방울 제거 개방 정도(X)가 유지되는 시간 간격의 최대값을 나타내고, ts는 물방울 제거 개방 정도(X)가 유지되는 시간 간격의 최소값을 나타낸다.
또한, 흐름 제어 밸브(8,9,10)와 압력 제어 밸브(13,14)를 포함하는 공기 유량 제어 시스템의 근처에서, 연료 전지 시스템 내의 습도(MO)를 검출하는 검출기의 위치는, 도 8에 통상적으로 도시된 바와 같이, 연료 전지 시스템 내의 습도가 높을수록, 제어 밸브가 물방울 제거 개방 정도(X)로 유지되는 시간 간격(tx)이 더 길어지도록 제어할 수 있게 한다. 상기 나타낸 제2 물방울 제거 기동 조건에 적용될 때, 연료 전지 시스템의 정지 직후 나타나는 습도가 높을수록, 제어 밸브가 물방울 제거 개방 정도(X)로 유지되는 시간 간격(tx)이 더 길어지도록 결정되며, 이로써 결로로 인한 수분량이 증가된 경우에, 물방울 제거가 신뢰성있게 실행되도록 한다. 또한, 도면에서, tL은 물방울 제거 개방 정도(X)가 유지되는 시간 간격의 최대값을 나타내고, ts는 물방울 제거 개방 정도(X)가 유지되는 시간 간격의 최소값을 나타낸다.
또한, 도 9에 통상적으로 도시된 바와 같이, 각 공기 유량 제어 시스템의 흐름 제어 밸브(8,9,10)와 압력 제어 밸브(13,14) 각각의 물방울 제거 개방 정도(DV)에서 달성되는 물방울 제거 개방 정도(X)의 진폭(A)과 주파수(f)를 주기적으로 변화시키는 다른 접근법이 사용될 수도 있다. 따라서, 물방울 제거 개방 정도(X)의 진폭(A) 및 주파수(f)를 주기적으로 변화시킴으로써, 정지 상태에서 공기의 흐름에서 거의 제거되지 않을 것인 물방울을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 다른 접근법이 흐름 방향 제어 밸브(17)에 대하여 수행될 수 있어서,폐쇄된 상황에서, 흐름 방향 제어 밸브(17)에 물방울 제거 공기 공급 메카니즘으로서 기능하는 압축기(3)로부터 공기가 공급되어 내부에 공기를 일시적으로 축적하고, 이어서 상기 흐름 방향 제어 밸브가 개방되어 보다 효과적인 방식으로 물방울 제거를 실행한다.
또한, 연료 전지 본체(12)의 내부에 전해질층이 수분을 함유할 필요가 있어도, 물방울 제거를 위하여 사용되는 건조 공기의 악영향으로 인하여 불충분한 양의 수분이 형성될 가능성이 있다. 이것을 처리하기 위하여, 물방울 제거 동작이 종료된 후에 도시되지 않은 물 공급 시스템이 활성화되어, 연료 전지 본체(12)의 내부 영역에 수분이 공급되도록 하는 구조가 제공되는 접근법이 사용될 수도 있다. 또는, 건조 공기가 연료 전지 본체(12)를 통하여 흐르는 것을 방지하기 위한 바이패스 시스템이 제공되는 것이 생각될 수 있고, 이 바이패스 시스템은 물방울의 제거 동작 동안 개방되게 된다.
이미 언급된 단계들에서 물방울을 제거한 후에, 단계 S8에서, 흐름 제어 밸브(8, 9, 10) 및 압력 제어 밸브(13, 14)와 같은 모든 제어 밸브들은 완전 폐쇄되어 일련의 연속 동작들을 완료한다.
상기를 요약하면, 본 발명의 실시예는, 연료 전지 시스템의 발전이 중지될 때, 흐름 제어 밸브(8,9,10)와 압력 제어 밸브(13,14)가 시스템의 내부가 고온으로 되는 조건 하에서 폐쇄되면, 시스템이 냉각된 후 결로가 발생하는 가능성이 증가되고, 시스템이 0℃ 이하의 저온 환경에서 유지되는 조건에서, 흐름 제어 밸브(8,9,10)와 압력 제어 밸브(13,14)는 동결 고착되어, 후속의 기동 동작에서 압축기(3)로부터 공급된 고온 공기로 흐름 제어 밸브의 동결을 제거하기 위한 시간 간격이 증가되고, 시스템의 기동을 위하여 결과적으로 보다 긴 시간 주기가 요구되게 된다는 사실에 기초한 것이다. 이를 처리하기 위하여, 흐름 제어 밸브(8, 9, 10)와 압력 제어 밸브(13,14)에서의 물방울은 발전의 정지시 또는 그 후에 물방울 제거 공기 공급 메카니즘으로서 기능하는 압축기(3)로부터 공기를 사용하여 불어 날려 버려져서, 결로가 발생되고 물방울이 동결하는 가능성이 없어서 기동 시간 주기를 단축시킬 수 있다.
(제2 실시예)
다음, 본 발명의 제2 실시예를 주로 도 10을 참조하여 이하에 상세히 설명한다. 본 실시예의 연료 전지 시스템은 제1 실시예의 개질기가 수소 실린더로 대체된 구조를 가진다. 따라서, 본 실시예는 이러한 차이점을 염두에 두고 설명되며, 동일한 부분은 제1 실시예의 부분과 동일한 참조 번호가 부여되어, 중복되는 설명을 적절히 생략하거나, 간단히 설명된다.
도 10은 본 실시예의 연료 전지 시스템의 시스템 전체 구조이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 연료 전지 시스템으로써, 수소 저장부로서 기능하는 수소 실린더(25)가 제1 실시예의 개질기(11) 대신 제공되어, 개질기(11)의 필요성을 없애, 시스템이 단순화된 구조로 제조되도록 한다.
또한, 연료 전지 시스템은 또한 제1 실시예에서와 같이, 압축기(3), 연료 전지 본체(12) 및 연소기(15)를 포함하며, 공기 유량 제어 시스템은 2개의 조합, 즉 공기 흐름 미터(5)와 흐름 제어 밸브(8)의 조합과, 공기 흐름 미터(6)와 흐름 제어밸브(9)의 조합을 포함한다. 또한, 수소 유량 제어 시스템은 압력 감소 밸브(26), 흐름 미터(27) 및 수소 가스가 요구되는 유량으로 제어되어 연료 전지 본체(12)의 연료 전극으로 공급되게 하는 흐름 제어 밸브(10)를 포함한다.
또한, 도 10에서, 참조 번호 23은 흐름 방향 제어 밸브를 나타내고, 참조 번호 24는 연소기(15)의 하류에 위치된 축적기부를 나타내는 것으로, 연소기(15)로부터 방출된 배기 공기를 축적하고, 흐름 방향 제어 밸브(23)와 축적기부(24)는 역류 메카니즘에서 조합된다. 또한, 이러한 축적기부(24)는 물방울 제거 공기 공급 메카니즘으로서 기능하도록 구성된다.
이제, 본 실시예의 연료 전지 시스템의 동작을 이하에 설명한다.
본 실시예의 연료 전지 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 발전의 시퀀스가 정지되는 단계 S1에 따라, 그리고 그 몇몇 후속 단계들, 즉 단계 S2 내지 단계 S6를 따라, 제1 실시예와 동일한 방식으로 동일한 동작들을 수행한다.
그러나, 본 실시예는, 단계 S6에 이은 동작들이 실행되어 물방울 제거의 대상으로 하는 흐름 제어 밸브(8,9)를 동작시키고, 물방울이 제거되는 건조 공기가 단계 S7에서 연료 전지 시스템으로 유입되도록 하는 방법은, 공기가 축적기부(24)에서 축적되어 역류 메카니즘의 일부를 형성하고, 그 후 역류 메카니즘의 일부를 또한 형성하는 흐름 방향 밸브(23)가 개방되어 공기의 역류가 물방울의 제거를 위하여 사용되도록 하도록 변형된다는 점에서 제1 실시예와 다르다.
물방울이 상기 나타낸 단계들에서 제거된 후, 단계 S8에서 흐름 제어 밸브(8,9)와 같은 모든 제어 밸브들이 폐쇄되어 일련의 동작들이 종료된다.
또한, 축적기부(24)에는 실리카 겔 또는 생석회와 같은 흡습재(24a)가 제공될 수도 있어서, 또한 건조 공기가 저장되게 하고, 이어서 공기가 역류로 흐른다.
상기를 요약하면, 또한, 본 발명의 실시예는, 연료 전지 시스템의 발전이 중지될 때, 흐름 제어 밸브(8,9)가 시스템의 내부가 고온으로 되는 조건 하에서 폐쇄되면, 시스템이 냉각된 후 결로가 발생하는 가능성이 증가되고, 시스템이 0℃ 이하인 저온 환경에서 유지되는 조건에서, 흐름 제어 밸브(8,9)가 동결 고착되어, 후속의 기동 동작에서 압축기(3)로부터 공급된 고온 공기로 흐름 제어 밸브의 동결을 제거하기 위하여 시간 간격이 증가되게 하고, 시스템의 기동을 위하여 결과적으로 보다 긴 시간 주기가 요구되게 된다는 사실에 기초한 것이다. 이를 처리하기 위하여, 흐름 제어 밸브(8, 9)의 물방울은, 발전의 정지시 또는 그 후에 물방울 제거 공기 공급 메카니즘으로서 기능하는 압축기부(24)로부터 역류로 흐르는 공기를 사용하여 날려 버려져서, 결로가 발생되고 물방울이 동결하는 가능성이 없어서 기동 시간 주기를 단축시킬 수 있다.
또한, 이미 언급된 실시예들에서, 도 1에 도시된 개질기와 협동하는 시스템을 가지는 제1 실시예는 제2 실시예의 역류 메카니즘을 포함하도록 변형될 수도 있고, 상기 시스템은 흡습 메카니즘 대신에, 도 10에 도시된 수소 실린더를 채용하며, 대안적으로 도 10에 도시된 제2 실시예는 도 1에 도시된 제1 실시예의 흡습 메카니즘을 포함하도록 변형될 수도 있다.
2002년 1월 8일 출원된 일본 특허 출원 제 TOKUGAN 2002-1570호의 전체 내용이 여기서 참조용으로 사용되었다.
본 발명이 본 발명의 특정 실시예를 참조하여 상기에 설명되었으나, 본 발명은 상술된 실시예들에 한정되지 않는다. 상술된 실시예들의 변형 및 변경이 본 교훈의 관점에서 당업자들에게 행해질 수 있다. 본 발명의 범위는 다음의 청구의 범위를 참조하여 정의된다.
상기 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르면, 공기 유량 제어 요소의 개구는 공기의 유속을 가속화시키기 위한 물방울 제거 개방 정도로 설정되어, 공기가 물방울 제거 개방 정도로 흐르도록 함으로써, 공기 유량 제어 요소에 고착된 물방울들이 불어 날아가 버림으로써, 공기 유량 제어 요소들의 동결 및 고착이 방지되어, 시스템이 가장 짧은 주기에서 기동되도록 한다. 따라서, 본 발명은 이러한 연료 전지 시스템이 채용되는 연료 전지 동력 자동차 등을 포함하는 광범위한 적용 범위를 가지는 것으로 예측된다.

Claims (21)

  1. 연료 전지 본체;
    상기 연료 전지 본체에 공기를 공급하는 공기 공급 시스템;
    상기 공기가 공급되는 유로의 개방 정도를 변화시키면서, 상기 공기의 유량을 제어하는 공기 유량 제어 시스템; 및
    상기 연료 전지 시스템의 정지시 또는 그 후에 소정 조건이 성립될 때, 상기 공기가 흐르는 속도를 증가시키도록 하는 물방울 제거 개방 정도로 상기 공기 유량 제어 시스템의 개방 정도를 설정하도록 동작되어, 상기 공기가 상기 물방울 제거 개방 정도로 흘러 상기 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울들이 불어 날려지도록 하는, 상기 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울들을 제거하는 물방울 제거 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 전지 본체에 공급되는 개질 가스를 생성하기 위하여 공급재를 개질하는 개질기; 및
    상기 연료 전지 본체로부터 방출된 배기 가스와 상기 공기 공급 시스템으로부터 전달된 공기를 받아 연소하는 연소기를 더 구비하고,
    상기 공기 유량 제어 시스템은 상기 공기 유량 제어 시스템으로부터 상기 개질기, 상기 연료 전지 본체 및 상기 연소기 각각으로의 유로 개방 정도를 가변화하도록 제어되어 공기의 유량을 제어하고, 상기 물방울 제거 구조는, 연료 전지 시스템의 온도가 떨어진 조건에서 연료 전지 시스템의 정지시 또는 그 후에 소정 조건이 성립될 때, 상기 공기 유량 제어 시스템의 상기 개방 정도를 상기 물방울 제거 개방 정도로 설정하도록 동작되어, 공기가 상기 물방울 제거 개방 정도로 흘러 상기 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울들이 불려 날려지도록 하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 전지 본체에 공급되는 수소 가스를 저장하는 수소 저장부; 및
    상기 연료 전지 본체로부터 방출된 배기 가스와 공기 공급 시스템으로부터 전달된 공기를 받아 연소하는 연소기를 더 구비하고,
    상기 공기 유량 제어 시스템은 상기 공기 유량 제어 시스템에서 상기 연료 전지 본체 및 상기 연소기 각각으로의 유로 각각의 개방 정도를 가변화하도록 제어되어 공기의 유량을 제어하고, 상기 물방울 제거 구조는, 연료 전지 시스템의 온도가 떨어진 조건에서 연료 전지 시스템의 정지시 또는 그 후에 소정 조건이 성립될 때, 상기 공기 유량 제어 시스템의 상기 개방 정도를 상기 물방울 제거 개방 정도로 설정하도록 동작되어, 공기가 상기 물방울 제거 개방 정도로 흘러 상기 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울들이 불어 날려지도록 하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 소정 조건은, 상기 연료 전지 시스템의 대기 온도가 상기 연료 전지 시스템의 정지시 또는 그 후의 소정 온도 이하인 상황에 대응하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 소정 조건은, 상기 연료 전지 시스템의 습도가 상기 연료 전지 시스템의 정지시 또는 정지 후에 실질적으로 소정 습도와 같은 상황에 대응하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 소정 조건은, 상기 연료 전지 시스템의 대기 온도와 상기 연료 전지 시스템의 온도 간의 차이가 상기 연료 전지 시스템의 정지시 또는 그 후에 소정 온도 이하인 상황에 대응하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 소정 조건은, 상기 공기 유량 제어 시스템을 동결되게 하는 수분량이, 상기 연료 전지 시스템의 정지시 또는 그 후에 상기 공기 유량 제어 시스템의 구동력의 사용으로 제거가능한 수분량 이상인 상황에 대응하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 물방울 제거 구조는 흡습 메카니즘에 의하여 수분이 제거된 건조 공기를 사용하여 상기 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울을 불어 날려버리는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 흡습 메카니즘은, 상기 연료 전지 시스템의 기동시 상기 연소기의 열로 가열되어 그 내부에 축적된 수분을 배출함으로써 재생되는 흡습재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 흡습 메카니즘의 질량이 검출되고, 상기 질량이 소정값 이하일 때, 상기 흡습 메카니즘이 교환되어야 한다는 정보가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 물방울을 제거하는 데 사용되는 공기를 축적하는 축적기부를 더 구비하고,
    상기 축적기부는 상기 공기 공급 시스템에 공급되는 공기를 축적하도록 동작하고, 이어서 상기 공기는 역류하여 상기 연료 전지 시스템의 상류를 향하여 흐르는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 축적기부는 상기 축적기부에 축적된 공기로부터 수분을 제거하는 흡습재를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 물방울을 제거하기 위하여 상기 공기 공급 시스템으로부터 공급된 공기를 가압시키도록 동작하는 물방울 제거 공기 공급부를 더 구비하고,
    상기 복수의 공기 유량 제어 시스템들은 직렬로 배치되고, 상기 각 복수의 공기 유량 제어 시스템은, 상기 복수의 공기 유량 제어 시스템이 상기 물방울 제거 공기 공급부에 더 가까운 순서로 물방울 제거 개방 정도로 개방되고, 다른 상기 복수의 공기 유량 제어 시스템들은 완전 폐쇄되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 복수의 공기 흐름 제어 시스템들은 서로 병렬로 배치되고, 제거될 물방울들을 가지는 상기 복수의 공기 흐름 제어 시스템들 중 하나는 물방울 제거 개구 정도로 개방되고, 상기 다른 복수의 공기 유량 제어 시스템들은 완전 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 물방울을 제거하기 위하여 상기 공기 공급 시스템으로부터 공급된 공기를 가압시키도록 동작하는 물방울 제거 공기 공급부를 더 구비하고,
    상기 물방울 제거 공기 공급부는, 상기 물방울 제거 공기 공급부로부터의 거리가 길수록, 물방울이 제거될 때, 상기 각 복수의 공기 유량 제어 시스템의 상기 물방울 제거 개방 정도가 유지되는 시간 간격이 길어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 공기 유량 제어 시스템이 상기 물방울 제거 개방 정도로 유지되는 시간 간격은 상기 공기 유량 제어 시스템의 주위 조건에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 공기 유량 제어 시스템이 상기 물방울 제거 개방 정도로 유지되는 시간 간격은 상기 연료 전지 시스템의 온도에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 공기 유량 제어 시스템이 상기 물방울 제거 개방 정도로 유지되는 시간 간격은 상기 연료 전지 시스템의 습도에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 물방울 제거 개방 정도는 주기적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  20. 연료 전지 본체;
    상기 연료 전지 본체에 공기를 공급하는 공기 공급 수단;
    상기 공기가 공급되는 유로의 개방 정도를 변화시키면서, 상기 공기의 유량을 제어하는 공기 유량 제어 수단; 및
    상기 연료 전지 시스템의 정지시 또는 그 후에 소정 조건이 성립될 때, 상기공기가 흐르는 속도를 증가시키도록 하는 물방울 제거 개방 정도로 상기 공기 유량 제어 수단의 개방 정도를 설정하도록 동작되어, 상기 공기가 상기 물방울 제거 개방 정도로 흘러 상기 공기 유량 제어 수단에 부착된 물방울들이 불어 날려지도록 하는, 상기 공기 유량 제어 수단에 부착된 물방울들을 제거하는 물방울 제거 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  21. 연료 전지 본체, 상기 연료 전지 본체에 공기를 공급하는 공기 공급 시스템, 및 공기가 공급되는 유로의 개방 정도를 변화시키면서 상기 공기의 유량을 제어하는 공기 유량 제어 시스템이 제공된 연료 전지 시스템의 물방울 제거 방법으로서,
    상기 연료 전지 시스템의 정지시 또는 그 후에 소정 조건이 성립되는지를 판별하는 단계;
    상기 공기 유량 제어 시스템의 개방 정도가 상기 공기가 흐르는 속도를 증가시키도록 하는 물방울 제거 개방 정도를 가지도록 설정하는 단계; 및
    상기 공기가 상기 물방울 제거 개방 정도로 흘러 상기 공기 유량 제어 시스템에 부착된 물방울들이 제거되도록 하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 물방울 제거 방법.
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