KR20100058739A

KR20100058739A - Air separator for fuel cell

Info

Publication number: KR20100058739A
Application number: KR1020080117249A
Authority: KR
Inventors: 정대섭
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2010-06-04
Also published as: KR101481176B1

Abstract

PURPOSE: An air separator for a fuel cell is provided to prevent the decrease of cooling capacity of a fuel cell stack by removing air from distilled water in a thermal and water management system and to rapidly obtain an initial humidification. CONSTITUTION: An air separator for a fuel cell is formed with the following: the air separator is installed in between a water pump and a radiator at a coolant discharge line(32) of a fuel cell stack for reducing the flow of cooling water and inducing a centrifugal force to remove air from the cooling water; a humidifier(30) connected with the air separator to be supplied with the cooling water from the air separator. The air separator includes a body unit(12) comprising an inlet(14) formed on the upper side of an outlet(16) formed on the lower side, a channel guide(24) installed inside the body unit and an air removal unit.

Description

Air separator for fuel cell

본 발명은 연료전지용 공기분리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열 및 물관리 시스템에서의 냉각수내 존재하는 공기 배출 및 초기 시동시 공기 가습도량을 충족시킬 수 있도록 한 연료전지용 공기분리장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air separation device for a fuel cell, and more particularly, to an air separation device for a fuel cell that can satisfy the air discharge present in the coolant in a heat and water management system and the air humidification amount at initial startup. .

연료전지 시스템은 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급 시스템(APS), 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템(TMS) 등을 포함하여 구성되어 있다.The fuel cell system includes a fuel cell stack for generating electrical energy, a fuel supply system for supplying fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, and an air supply system for supplying oxygen in the air, which is an oxidant required for an electrochemical reaction, to the fuel cell stack ( APS), a heat and water management system (TMS) for controlling the operating temperature of the fuel cell stack, and the like.

연료전지 셀의 기본구조는 양성자 교환막을 사이에 두고 전극/촉매와 가스 확산층을 샌드위치 모양으로 적층한 양성자 교환막전극(MEA: Membrane Electrod Assembly)으로 이루어져 있는데, 수소와 산소 등의 반응가스가 전극/촉매 판의 전체 면에서 촉매와 효과적으로 접촉하여 전기 화학 반응이 이루어져 전기를 발생시킨다.The basic structure of a fuel cell consists of a proton exchange membrane electrode (MEA) that sandwiches an electrode / catalyst and a gas diffusion layer in a sandwich shape with a proton exchange membrane interposed therebetween. Effective contact with the catalyst over the entire face of the plate causes an electrochemical reaction to generate electricity.

즉, 고순도의 수소가 수소저장탱크로부터 연료전지의 연료극(anode)으로 운전 중 공급되고, 공기블로워를 포함하는 공기 공급 장치를 이용하여 대기중의 공기가 직접 연료전지의 공기극(cathode)으로 공급되며, 이에 연료전지 스택으로 공급된 수소가 연료극(anode)의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 전해질 막을 통해 공기극(cathode)으로 넘어가게 되며, 연이어 공기극에 공급된 산소는 외부도선을 통해 공기극으로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시킨다.That is, high purity hydrogen is supplied from the hydrogen storage tank to the anode of the fuel cell during operation, and air in the atmosphere is directly supplied to the cathode of the fuel cell using an air supply device including an air blower. The hydrogen supplied to the fuel cell stack is separated into hydrogen ions and electrons in the catalyst of the anode, and the separated hydrogen ions are transferred to the cathode through the electrolyte membrane, and the oxygen supplied to the cathode is subsequently It combines with the electrons that enter the cathode through the wires to generate water while generating electrical energy.

이때, 상기 가스확산층 내의 습도를 적절하게 유지하여야만 양성자 교환막내의 습도가 유지되어 연료전지 시스템의 효율 및 성능을 향상시킬 수 있다.At this time, only when the humidity in the gas diffusion layer is properly maintained, the humidity in the proton exchange membrane can be maintained to improve the efficiency and performance of the fuel cell system.

따라서, 연료전지 시스템에 적절한 습도를 공급 및 유지하는 방법으로 상기 공기 공급 시스템(APS: Air Processing System)을 통한 가습 기술이 적용되고 있으며, 상기 공기 공급 시스템은 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이 공기 필터, 소음기, 에어 블로워, 가습기를 거쳐 스택으로 공기를 공급하는 구성으로 이루어져 있다.Therefore, a humidification technique through the Air Processing System (APS) is applied as a method of supplying and maintaining a proper humidity to the fuel cell system, and the air supply system is air as shown in FIG. Consists of a filter, silencer, air blower and humidifier to supply air to the stack.

또한, 상기 열 및 물관리 시스템(TMS)은 증류수(Distilled Water)를 연료전지 스택의 분리판 사이의 냉각수 유로를 통해 순환시키면서, 연료전지 스택을 일정 온도(60~70℃)를 유지시키는 일종의 냉각 장치로서, 첨부한 도 2에 도시된 바와 같이 증류수(이하, 냉각수라 칭함)가 저장된 리저버와, 냉각수를 연료전지 스택의 내외부로 순환시키는 펌프와, 연료전지 스택을 순환하고 나온 냉각수로부터 금속이온을 제거하는 이온 제거기와, 연료전지 스택을 순환하고 나온 냉각수를 냉각시켜 다시 연료전지 스택으로 순환시키는 라디에이터를 포함하여 구성되어 있다.In addition, the heat and water management system (TMS) is a kind of cooling that keeps the fuel cell stack at a constant temperature (60 to 70 ° C.) while circulating distilled water through the cooling water flow path between the separator plates of the fuel cell stack. As an apparatus, as shown in FIG. 2, a reservoir in which distilled water (hereinafter referred to as cooling water) is stored, a pump for circulating cooling water into and out of the fuel cell stack, and metal ions are extracted from cooling water circulating through the fuel cell stack. And an ion remover to remove and a radiator to cool the cooling water circulated through the fuel cell stack and to circulate it back to the fuel cell stack.

그러나, 종래의 열 및 물관리 시스템은 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the conventional heat and water management system has the following problems.

첫째, 냉각수를 순환시키는 펌프의 후단 카비테이션(CAVITATION) 현상으로 인해 냉각수 유체내에 공기 발생하여, 연료전지 스택에 대한 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있었다.First, air is generated in the coolant fluid due to a rear end cavitation phenomenon of the pump circulating the coolant, thereby reducing the cooling performance of the fuel cell stack.

둘째, 연료전지 스택의 차량 장착 후, 분리판의 냉각수 유로내에 존재하는 내부공기로 인하여 냉각수에 기포와 같은 거품이 발생되어, 연료전지 스택의 냉각성능 저하 및 전도도가 상승하는 문제점이 있었다.Second, after the vehicle is mounted on the fuel cell stack, bubbles such as bubbles are generated in the cooling water due to internal air existing in the cooling water flow path of the separator plate, thereby lowering cooling performance and increasing conductivity of the fuel cell stack.

셋째, 공기 공급 시스템의 80kW급 가습기는 연료전지 스택에서 배출한 생성수를 이용하여 연료전지 스택으로 들어가는 공기를 가습시키지만, 연료전지의 초기 시동시 연료전지 스택에 즉각적으로 가습공기를 공급하지 못하는 문제점이 있으며, 가습량이 부족하게 되면 연료전지 효율 저하 및 양성자 교환막의 수명 단축을 초래하게 된다.Third, the 80kW humidifier in the air supply system humidifies the air entering the fuel cell stack by using the generated water discharged from the fuel cell stack, but does not immediately supply humidification air to the fuel cell stack during initial startup of the fuel cell stack. In addition, when the amount of humidification is insufficient, the fuel cell efficiency is lowered and the life of the proton exchange membrane is shortened.

넷째, 연료전지 스택에 공급하는 공기의 습도량을 맞추기 위해 가습기의 용량 및 부피를 증대시키는 경우, 이는 엔진룸 패키지 설계에 제한 요인으로 작용하는 문제점이 있다.Fourth, when increasing the capacity and volume of the humidifier to match the humidity of the air supplied to the fuel cell stack, there is a problem that acts as a limiting factor in the design of the engine room package.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 연료전지 시스템의 열 및 물관리 시스템에서의 증류수내 존재하는 공기를 용이하게 제거 하여 연료전지 스택에 대한 냉각 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 연료전지의 초기 시동시 공기가 제거된 냉각수를 가습기내에 곧바로 공급하여 부족한 가습량을 충족시킬 수 있도록 한 연료전지용 공기분리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, it is possible to easily remove the air present in the distilled water in the heat and water management system of the fuel cell system can prevent the cooling performance of the fuel cell stack is lowered. In addition, an object of the present invention is to provide a fuel cell air separation apparatus capable of supplying coolant from which air is removed during initial start-up of a fuel cell directly into a humidifier to satisfy an insufficient amount of humidification.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료전지 스택의 냉각수 배출라인 구간중 물펌프와 라디에이터의 사이구간에 냉각수에 대한 유속 감소 및 원심력을 유도하여 공기를 제거하는 공기분리기를 설치하고, 상기 공기분리기를 가습기에도 연결하여 공기가 제거된 냉각수를 가습기에 공급할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기분리장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object is installed in the interval between the water pump and the radiator during the coolant discharge line section of the fuel cell stack to install a air separator for removing air by reducing the flow rate for the coolant and centrifugal force, the air separator It is also connected to the humidifier to provide an air separator for a fuel cell, characterized in that to supply the coolant is removed air to the humidifier.

바람직한 구현예로서, 상기 공기분리기는: 상기 물펌프로부터의 냉각수 배출라인이 연결되는 입구가 상부 일측에 형성되고, 상기 라디에이터측으로 연장되는 냉각수 내출라인이 연결되는 출구가 하부 일측에 형성된 소정 체적의 몸체부와; 상기 냉각수의 유속감소 및 원심력 유도를 위해 상기 몸체부내에 일체로 장착되는 유로 가이드와; 상기 몸체부의 상단면에 장착되는 공기빼기수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment, the air separator may include: a body having a predetermined volume having an inlet connected to a cooling water discharge line from the water pump at one upper side and an outlet at which a cooling water discharge line extending to the radiator side is connected to the lower one side; Wealth; A flow path guide integrally mounted in the body part to reduce the flow rate of the cooling water and guide the centrifugal force; Air bleeding means mounted to the top surface of the body portion; And a control unit.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 유로가이드는: 상기 몸체부의 바닥에 하단끝이 일체로 고정되고, 상단부는 상기 몸체부의 입구 바로 밑 위치까지 연장되는 지지로드와; 상기 지지로드의 상단에 일체로 장착되어 상기 몸체부의 입구와 수평 을 이루는 지지판과; 상기 지지로드의 외경면에 일체로 장착되는 복수개의 나선형 플레이트; 로 구성된 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the flow path guide includes: a support rod having a lower end integrally fixed to a bottom of the body portion, and an upper end extending to a position just below an inlet of the body portion; A support plate integrally mounted to an upper end of the support rod and horizontal to an inlet of the body part; A plurality of spiral plates integrally mounted to an outer diameter surface of the support rod; Characterized in that consisting of.

특히, 상기 유로가이드의 지지판의 일측에는 스프링의 일단부가 압축 가능하게 연결되고, 상기 몸체부의 입구내에는 상기 스프링의 타단부와 연결되는 냉각수 유입속도 조절용 밸브체가 내재된 것을 특징으로 한다.In particular, one end of the spring is connected to one side of the support plate of the flow guide so as to be compressible, the inlet of the body portion is characterized in that the valve body for adjusting the cooling water inlet speed is connected to the other end of the spring.

또한, 상기 공기분리기의 몸체부 저면과 상기 가습기간을 연결하는 연결라인상에 전자식 조절밸브가 장착된 것을 특징으로 한다.In addition, the electronic control valve is mounted on the connection line connecting the bottom of the body portion of the air separator and the humidification period.

또한, 상기 공기빼기수단은 개폐도 조절이 가능한 공기 배출용 나사인 것을 특징으로 한다.In addition, the air bleeding means is characterized in that the air discharge screw is adjustable opening and closing.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above problem solving means, the present invention provides the following effects.

본 발명에 따르면 연료전지 스택을 냉각시킨 냉각수가 물펌프에 의하여 배출될 때, 냉각수에 포함된 공기 및 기포 등을 제거해줌으로써, 연료전지 스택에 대한 냉각 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, when the coolant cooling the fuel cell stack is discharged by the water pump, by removing the air and bubbles contained in the coolant, it is possible to prevent the cooling performance of the fuel cell stack from being lowered.

또한, 연료전지 초기 시동시 공기가 제거된 냉각수의 일부를 가습기로 공급하여 스택으로 공급되는 공기에 대한 초기 가습이 신속하게 이루어질 수 있다.In addition, during the initial start-up of the fuel cell, a part of the coolant from which air is removed may be supplied to the humidifier to quickly perform initial humidification of the air supplied to the stack.

즉, 공기가 제거된 냉각수를 가습기내의 중공사막에 직접 공급함으로써, 가습량을 향상시켜 연료전지 초기 시동시 가습이 용이하게 이루어질 수 있다.That is, by directly supplying the cooling water from which the air is removed to the hollow fiber membrane in the humidifier, the amount of humidification can be improved, so that the humidification can be easily performed at the initial start of the fuel cell.

또한, 가습량의 증대에 따라 용량 및 부피가 큰 가습기를 배제할 수 있으므 로, 가습기의 단품 사이즈 축소와 더불어 엔진룸 패키지화에 기여할 수 있다.In addition, it is possible to exclude the humidifier with a large capacity and volume according to the increase in the amount of humidification, contributing to the engine room packaging as well as reducing the size of the humidifier separately.

또한, 스택의 화학 반응 후, 발생한 생성수를 냉각수로 재활용할 수 있다.In addition, after the chemical reaction of the stack, the generated water can be recycled to the cooling water.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 연료전지의 열 및 물관리 시스템에 의하여 연료전지 스택이 냉각될 때, 스택을 냉각시키고 나온 냉각수에 포함된 공기를 제거할 수 있도록 한 점, 그리고 연료전지 초기 시동시 공기가 제거된 냉각수의 일부를 가습기로 공급하여 스택으로 공급되는 공기에 대한 초기 가습이 용이하게 이루어지도록 한 점에 주안점이 있다.According to the present invention, when the fuel cell stack is cooled by the fuel cell heat and water management system, it is possible to remove air contained in the coolant from cooling the stack, and coolant from which air is removed at initial start-up of the fuel cell. The main point is to supply a part of the to the humidifier to facilitate the initial humidification of the air supplied to the stack.

이를 위한 본 발명의 공기분리기는 첨부한 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같다.Air separator of the present invention for this purpose is as shown in Figures 3 and 4 attached.

본 발명에 따른 공기분리기(10)는 열 및 물 관리 시스템에 의한 냉각수 순환 중, 냉각수에 함유된 공기를 상시 분리 배출하기 위한 것으로서, 즉 밀폐된 배관내에 냉각수에 대한 유속 감소 및 원심력을 유도하는 구성을 내설하여 냉각수에 포함된 공기를 제거할 수 있도록 한 것으로서, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이 연료전지 스택(30)으로부터 냉각수가 배출되는 냉각수 배출라인(32)에서 물펌프(34)와 라디에이터(36)의 사이구간, 바람직하게는 물펌프(34)의 후단쪽에 설치된다.The air separator 10 according to the present invention is for discharging and continuously discharging the air contained in the cooling water during the circulation of the cooling water by the heat and water management system, that is, the configuration that induces a flow rate reduction and centrifugal force for the cooling water in a closed pipe. In order to remove the air contained in the coolant by incorporating the water pump 34 and the radiator in the coolant discharge line 32 to discharge the coolant from the fuel cell stack 30 as shown in FIG. It is provided between the sections of 36, preferably at the rear end of the water pump 34.

여기서, 본 발명의 공기분리기에 대한 구성을 첨부한 도 4를 참조로 보다 상 세하게 설명하면 다음과 같다.Here, with reference to Figure 4 attached to the configuration for the air separator of the present invention in more detail as follows.

상하로 길다란 소정 체적의 몸체부(12)가 물펌프(34)와 라디에이터(36)간의 냉각수 배출라인(32)상에 설치되는 바, 상기 몸체부(12)의 상부 일측에는 물펌프(34)로부터의 냉각수 배출라인(32)과 연결되는 입구(14)가 형성되고, 상기 몸체부(12)의 하부 일측에는 라디에이터(36)측으로 연장되는 냉각수 배출라인(32)과 연결되는 출구(16)가 형성된다.The body portion 12 having a predetermined volume vertically long is installed on the cooling water discharge line 32 between the water pump 34 and the radiator 36, and the water pump 34 is disposed at an upper side of the body portion 12. An inlet 14 is formed to be connected to the coolant discharge line 32 from the outlet, and an outlet 16 connected to the coolant discharge line 32 extending toward the radiator 36 is formed at a lower side of the body portion 12. Is formed.

상기 몸체부(12)의 바닥면은 가습기(38)와 소정의 연결라인(18)을 연결되는 동시에 이 연결라인(18)에는 가습기(38)로 공급되는 냉각수량을 조절하는 전자식 조절밸브(20)가 장착되고, 상기 몸체부(12)의 상면에는 일종의 공기빼기수단으로서 나사 풀림 또는 조임에 따라 개폐도 조절이 가능한 공기 배출용 나사(22)가 장착된다.The bottom surface of the body portion 12 is connected to the humidifier 38 and the predetermined connection line 18 at the same time the electronic control valve 20 for controlling the amount of cooling water supplied to the humidifier 38 in the connection line (18). ) Is mounted, and the upper surface of the body portion 12 is equipped with an air discharge screw 22 that can adjust the opening and closing according to the loosening or tightening of the screw as a kind of air venting means.

특히, 상기 몸체부(12)의 내부에는 냉각수에 대한 유속 감소 및 원심력을 유도하여 공기를 제거하는 유로가이드(24)가 설치된다.In particular, a flow path guide 24 for removing air by inducing a flow rate reduction and a centrifugal force for the cooling water is installed inside the body portion 12.

상기 유로가이드(24)의 일 구성으로서, 지지로드(25)의 하단끝이 상기 몸체부(12)의 바닥에 일체로 고정되고, 상기 지지로드(25)의 상단은 상기 몸체부(12)의 입구 바로 밑 위치까지 연장된다.As one configuration of the flow guide 24, the lower end of the support rod 25 is fixed integrally to the bottom of the body portion 12, the upper end of the support rod 25 of the body portion 12 It extends to just below the entrance.

또한, 상기 지지로드(25)의 외경면에는 냉각수에 원심력을 유도하도록 복수개의 나선형 플레이트(26)가 일체로 장착되고, 상기 지지로드(25)의 상단끝에는 상기 몸체부(12)의 입구(14)와 수평을 이루는 지지판(27)이 일체로 장착된다.In addition, a plurality of spiral plates 26 are integrally mounted on the outer diameter surface of the support rod 25 so as to induce centrifugal force to the coolant, and an inlet 14 of the body portion 12 is provided at an upper end of the support rod 25. ) And the support plate 27 is horizontally mounted.

이때, 상기 지지판(27)의 일측에는 스프링(28)의 일단부가 압축 가능하게 고 정되고, 이 스프링(28)의 타단부에는 냉각수 유입속도 조절용 밸브체(29)가 일체로 연결되는 바, 상기 냉각수 유입속도 조절용 밸브체(29)는 상기 몸체부(12)의 입구(14)내에 위치(닫힘 위치)하면서 냉각수의 수압에 따라 스프링(28)을 압축시키며 상기 지지판(27)쪽(열림 위치)으로 선형 이동하게 된다.At this time, one end of the spring 28 is fixed to be compressible to one side of the support plate 27, the other end of the spring 28 is connected to the valve body 29 for adjusting the cooling water inlet speed, the bar, The valve body 29 for adjusting the cooling water inflow rate compresses the spring 28 in accordance with the hydraulic pressure of the cooling water while being positioned (closed) in the inlet 14 of the body portion 12 and toward the support plate 27 (open position). Will move linearly.

여기서, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 공기분리기에 대한 동작 흐름을 설명하면 다음과 같다.Here, the operation flow for the air separator of the present invention having the configuration as described above is as follows.

전술한 바와 같이, 연료전지 스택(30)내의 분리판에 형성된 냉각수 유로를 따라 냉각수가 흐르면서 연료전지 스택(30)에 대한 냉각을 마치고 냉각수 배출라인(32)으로 빠져나오게 되면, 냉각수에는 분리판의 냉각수 유로내에 존재하는 내부공기가 기포 내지 거품으로 포함되거나, 또한 연속해서 물펌프(34)를 통과할 때 물펌프(34)의 후단 카비테이션 현상으로 인해 냉각수 유체내에 공기가 더 포함될 수 있다.As described above, when the coolant flows along the coolant flow path formed in the separator plate in the fuel cell stack 30 and exits the coolant discharge line 32 after cooling to the coolant discharge line 32, the coolant may include the separator plate. The air inside the coolant flow path may be included as bubbles or bubbles, or air may be further included in the coolant fluid due to the rear cavitation phenomenon of the water pump 34 as it continuously passes through the water pump 34.

이렇게 공기가 내포된 냉각수가 상기 몸체부(12)의 입구에 도달하면, 냉각수의 흐름 압력(수압)에 의하여 상기 냉각수 유입속도 조절용 밸브체(29)가 스프링(28)을 압축시키면서 몸체부(12)내로 이동하게 되어, 결국 상기 몸체부(12)의 입구(14)를 막고 있던 냉각수 유입속도 조절용 밸브체(29)가 열리게 된다.When the coolant containing the air reaches the inlet of the body portion 12, the valve body 29 for adjusting the cooling water inflow rate by the flow pressure (water pressure) of the cooling water compresses the spring 28 and the body portion 12. As a result, the valve body 29 for controlling the cooling water inflow rate, which was blocking the inlet 14 of the body part 12, is opened.

연속해서, 상기 몸체부(12)내로 유입된 냉각수는 상기 지지로드(25)에 일체로 부착된 나선형 플레이트(26)를 따라 빠르게 회전하는 흐름을 가짐에 따라 원심력이 발현되고, 이때의 원심력에 의거 냉각수에 포함된 기포 내지 거품, 즉 공기가 용이하게 제거된다.Continuously, the coolant flowing into the body portion 12 has a flow that rotates rapidly along the spiral plate 26 integrally attached to the support rod 25, the centrifugal force is expressed, based on the centrifugal force at this time Bubbles or bubbles, that is, air, contained in the cooling water are easily removed.

물론, 위와 같이 제거된 공기는 상기 몸체부(12)의 상면에 장착된 공기 배출용 나사(22)를 통과하여 외부로 방출된다.Of course, the air removed as described above is discharged to the outside through the air discharge screw 22 mounted on the upper surface of the body portion 12.

따라서, 공기가 제거된 냉각수는 상기 몸체부(12)의 출구를 통해 열교환을 위한 라디에이터(36)를 거쳐, 다시 냉각을 위해 연료전지 스택(30)으로 공급되는 바, 연료전지 스택(30)으로 공급되는 냉각수에는 공기가 제거된 상태이므로, 종래에 냉각수에 포함된 공기 및 기포 등으로 인해 연료전지 스택에 대한 냉각 성능이 저하되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.Accordingly, the coolant from which air is removed is supplied to the fuel cell stack 30 through the radiator 36 for heat exchange through the outlet of the body portion 12 and again to the fuel cell stack 30 for cooling. Since air is removed from the supplied cooling water, it is possible to easily prevent the cooling performance of the fuel cell stack from being deteriorated due to air and bubbles included in the cooling water.

특히, 연료전지의 초기 시동시, 연료전지 제어부에서 상기 전자식 조절밸브(20)에 대한 열림 제어를 실시하여, 공기가 제거된 냉각수의 일부가 몸체부(12)의 내부로부터 가습기(38)내로 곧바로 공급되도록 함으로써, 연료전지 초기 시동시 스택의 공기극에 공급하는 공기에 대하여 부족한 가습량을 충족시킬 수 있다.In particular, during the initial start-up of the fuel cell, the fuel cell control unit controls the opening of the electronic control valve 20 so that a part of the coolant from which air is removed is directly from the interior of the body part 12 into the humidifier 38. By supplying, it is possible to satisfy an insufficient amount of humidification with respect to the air supplied to the cathode of the stack during the initial startup of the fuel cell.

즉, 연료전지 초기시동시, 공기블로워에 의하여 흡입된 외기(건조공기)가 가습기(38)를 통과할 때, 상기 몸체부(12)내에서 가습기(38)로 냉각수의 일부가 공급되도록 함으로써, 공기에 대한 가습량 및 가습속도를 증대시킬 수 있다.That is, during the initial startup of the fuel cell, when the outside air (dry air) sucked by the air blower passes through the humidifier 38, a part of the cooling water is supplied to the humidifier 38 in the body portion 12, It is possible to increase the amount of humidification and the rate of humidification to the air.

한편, 연료전지 시스템 가동 후, 스택 내부에서 화학 반응이 일어나면 생성된 생성수를 가습기로 공급되어 가습량을 증가시킬 수 있고, 또한 상기 가습기(38) 바닥에 흘러간 잉여 생성수를 리저버(40: 보조 물탱크)로 흘러보냄으로써, 상기와 같이 초기 시동시 가습기내로 공급되어 소모된 냉각수(DI-water)를 보충할 수 있다.On the other hand, after operation of the fuel cell system, if a chemical reaction occurs in the stack, the generated water may be supplied to the humidifier to increase the amount of humidification, and the surplus generated water flowing to the bottom of the humidifier 38 may be stored in the reservoir 40 (auxiliary water). Tank), it is possible to replenish the consumed cooling water (DI-water) supplied to the humidifier during the initial start as described above.

도 1은 연료전지의 공기 공급 시스템 구성을 설명하는 개략도,1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an air supply system of a fuel cell;

도 2는 연료전지의 열 및 물관리 시스템 구성을 설명하는 개략도,2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a heat and water management system of a fuel cell;

도 3은 본 발명에 따른 공기분리기를 갖는 열 및 물관리 시스템 구성을 나타낸 구성도,3 is a block diagram showing a configuration of a heat and water management system having an air separator according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 공기분리기의 동작을 설명하는 확대 단면도.Figure 4 is an enlarged cross-sectional view illustrating the operation of the air separator according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 공기분리기 12 : 몸체부10: air separator 12: body

14 : 입구 16 : 출구14: entrance 16: exit

18 : 연결라인 20 : 전자식 조절밸브18: connection line 20: electronic control valve

22 : 공기 배출용 나사 24 : 유로가이드22: air discharge screw 24: flow guide

25 : 지지로드 26 : 나선형 플레이트25 support rod 26 spiral plate

27 : 지지판 28 : 스프링27: support plate 28: spring

29 : 냉각수 유입속도 조절용 밸브체 30 : 연료전지 스택29: valve body for adjusting the cooling water inlet speed 30: fuel cell stack

32 : 냉각수 배출라인 34 : 물펌프32: cooling water discharge line 34: water pump

36 : 라디에이터 38 : 가습기36: radiator 38: humidifier

40 : 리저버40: reservoir

Claims

An air separator is installed in the section between the water pump and the radiator during the coolant discharge line section of the fuel cell stack to remove the air by inducing the flow rate and centrifugal force for the coolant and connecting the air separator to the humidifier to remove the coolant. Air separator for a fuel cell, characterized in that to supply to the humidifier.

The method according to claim 1,

The air separator is:

A body portion having a predetermined volume having an inlet connected to the coolant discharge line from the water pump at one upper side thereof, and an outlet connected to the coolant discharge line extending to the radiator side at a lower side thereof;

A flow path guide integrally mounted in the body part to reduce the flow rate of the cooling water and guide the centrifugal force;

Air bleeding means mounted to the top surface of the body portion;

Air separation device for a fuel cell, characterized in that configured to include.

The method according to claim 2,

The flow guide is:

A support rod having a lower end integrally fixed to a bottom of the body portion, and an upper end extending to a position directly under an inlet of the body portion;

A support plate integrally mounted to an upper end of the support rod and horizontal to an inlet of the body part;

A plurality of spiral plates integrally mounted to an outer diameter surface of the support rod;

Air separator for fuel cell, characterized in that consisting of.

The method according to claim 3,

One side of the support plate of the flow guide is connected to one end of the spring is compressible, the air separator for a fuel cell, characterized in that the inlet of the cooling water inlet speed adjusting valve body connected to the other end of the spring.

The method according to claim 1,

The air separator of the fuel cell, characterized in that the electronic control valve is mounted on the connection line connecting the bottom of the body portion of the air separator and the humidification period.

The method according to claim 2,

The air bleeding means is a fuel cell air separation device, characterized in that the air discharge screw is adjustable opening and closing.