KR20110055153A - 연료전지 시스템 - Google Patents

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KR20110055153A
KR20110055153A KR1020090112057A KR20090112057A KR20110055153A KR 20110055153 A KR20110055153 A KR 20110055153A KR 1020090112057 A KR1020090112057 A KR 1020090112057A KR 20090112057 A KR20090112057 A KR 20090112057A KR 20110055153 A KR20110055153 A KR 20110055153A
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fuel cell
fan
cell system
cell stack
flow passage
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KR1020090112057A
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함미숙
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주식회사 효성
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Abstract

연료전지에서 반응하고 난 후의 공기의 에너지를 이용하여 시스템 내부를 냉각하거나 공기공급장치의 1단 흡입장치로 사용하여 스택에서 반응하고 난 후의 배출 공기의 잉여 에너지를 재사용하도록 한 연료전지 시스템이 제시된다. 제시된 연료전지 시스템은, 연료전지 스택의 내부에서 발생하는 열을 외부로 배출하는 냉각팬을 포함하되, 냉각팬은, 일측이 연료전지 스택과 연결되는 유동 통로; 고정축을 중심으로 회전하도록 결합되어 유동 통로의 내부에 설치되고, 연료전지 스택에서 배출되어 유동 통로를 따라 유동하는 배출물의 유압에 의해 회전하는 외부팬; 및 중심부가 고정축을 중심으로 회전하도록 결합되고, 외부팬과 결합되어 외부팬의 구동에 따라 회전하여 연료전지 시스템 내부의 열을 외부로 배출하는 내부팬을 포함한다.

Description

연료전지 시스템{Fuel cell system}
본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 발전용 연료전지 시스템 등에 사용되는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전장치의 일종이다. 연료전지는 산화 환원반응을 이용하는 점에서 보통의 화학전지와 같지만, 닫힌 공간의 내부에서 전지반응을 하는 화학전지와는 달리 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고, 반응생성물이 연속적으로 닫힌 공간의 외부로 제거된다. 연료전지의 전형적인 예는 수소와 산소를 반응물로 사용하는 수소-산소 연료전지이다.
수소-산소 연료전지로 구성되는 연료전지 시스템은 공기 중의 산소와 수소의 전기화학 반응으로 전기와 열을 생산하는 열병합 발전장치이다. 연료전지 시스템은 열병합 발전을 위해 공기 중의 산소를 블로워로 압축하여 스택으로 공급한다. 연료전지 시스템은 연료전지 스택에서 반응 후의 가스를 외부로 배출하여 제거한다. 이때, 연료전지 시스템은 연료전지의 최적 성능 운전을 위해 가습기(Humidifier)를 이용하여 공급 공기를 가습하고, 가습한 공급 공기를 스택에 공급한다. 연료전지 시스템은 스택에서 반응하고 난 후의 가스를 이용하여 가습기를 통해 흡입 가스를 가습한다. 연료전지 시스템은 흡입 가스의 가습이 완료되면 열교환기(Heat Exchanger)를 이용해 사용한 반응 후의 가스에서 열을 회수한 후 외부로 배출한다. 이때, 연료전지 시스템은 스택 내의 수화 상태를 유지하기 위해 배출라인에 차단밸브를 설치하기도 한다.
도 1은 종래의 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연료전지 시스템(100)은 연료와 산소를 연료전지 스택(105)에서 전기화학반응시켜 전기와 열을 생산하는 장치로, 연료전지 스택(105), DC-DC 변환기(110), AC-DC 변환기(115), 냉각팬(120), 인버터(125) 등을 포함하여 구성된다. 이때, 연료전지 시스템(100)은 산소를 공급하기 위해 외부의 공기를 도입하여 압축하는 블로워(130), 연료전지 스택(105)으로 공급하기 위해 블로워(130)에서 압축된 공기를 연료전지 스택(105)의 공기극(135; Cathode)으로 공급하는 공기 공급관(140), 공기극(135)을 통해 연료전지 스택(105)에 공급되는 공기를 가습하기 위한 가습기(145), 연료전지 스택(105)의 공기극(135)에서 배출되는 공기에서 열을 회수하기 위한 열교환기(150)를 포함하여 구성된다.
연료전지 스택(105)에서는 수소와 산소의 반응에 의해 전기와 열과 물이 생성된다. 이때, 연료전지 스택(105)은 공기극(135)을 통해 블로워(130)로부터 공기를 공급받고, 연료처리장치로부터 수소를 공급받는다, 물론, 연료전지 스택(105)은 연료처리장치를 거치지 않고 직접 수소를 공급받을 수도 있다. 여기서, 연료전지 스택(105)은 내부에서의 물 배출량 및 반응율을 고려하여 필요한 양보다 많은 양의 산소를 블로워(130)를 통해 공급받는다. 이때, 연료전지 스택(105)은 공기극(135)을 통해 블로워(130)로부터 대략 2배 정도의 산소를 공급받는다.
고체고분자 연료전지의 경우 이온의 전달을 원활히 해주기 위해 가습을 하여 준다. 연료전지 스택(105)에서는 공기 중의 산소가 촉매층에서 수소 이온과 결합하여 물을 생성하고 그 과정 중에 열이 생산되고 생산된 물과 열은 미반응 공기와 함께 스택의 외부로 배출된다. 연료전지 시스템(100)은 스택으로부터 배출된 물을 재활용하거나, 열교환기를 통해 열을 회수된 후 외부로 배출한다.
상술한 바와 같이, 종래의 연료전지 시스템(100)에서는 공기의 이동 속도, 공기극(135)에서 생성된 물의 배출을 원활히 하기 위해 필요한 산소량보다 많은 량의 산소를 연료전지 스택(105)으로 공급한다. 일반적으로 연료전지 시스템(100)은 연료전지 스택(105)에서 필요한 산소량의 2배를 공급하여 연료전지 스택(105)에서는 흡입되는 공기량의 11%만 소비하고 나머지는 모두 배출되게 된다. 이때, 열과 물을 회수한 후에 가스는 여전히 에너지를 지닌 채 공기 중으로 배출되는 문제점이 있다.
또한, 스택 내의 수분을 유지하기 위해 공기극 라인(155)에 밸브를 달아 공기극 라인을 차단하여 주기 때문에 별도의 제어 장치인 차단밸브가 추가되어 전기 소모를 유발하는 문제점이 있다.
연료전지 시스템(100)은 연료전지 스택(105)과 연료처리 장치에서 발생하는 열에 의해 내부가 과열될 수 있어 별도의 냉각팬(120)을 이용하여 내부 공기를 외 부공기로 순환시킨다. 그에 따라, 종래의 연료전지 시스템(100)은 냉각팬(120)을 구동시키기 위한 전력 소비가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 감안하여 고안된 것으로, 그 목적은 연료전지에서 반응하고 난 후의 공기의 에너지를 이용하여 시스템 내부를 냉각하거나 공기공급장치의 1단 흡입장치로 사용하여 스택에서 반응하고 난 후의 배출 공기의 잉여 에너지를 재사용하도록 한 연료전지 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료전지 시스템은, 연료전지 스택 및 냉각팬을 구비하는 연료전지 시스템에 있어서, 연료전지 스택의 내부에서 발생하는 열을 외부로 배출하는 냉각팬을 포함하되, 냉각팬은, 일측이 연료전지 스택과 연결되는 유동 통로; 고정축을 중심으로 회전하도록 결합되어 유동 통로의 내부에 설치되고, 연료전지 스택에서 배출되어 유동 통로를 따라 유동하는 배출물의 유압에 의해 회전하는 외부팬; 및 중심부가 고정축을 중심으로 회전하도록 결합되고, 외부팬과 결합되어 외부팬의 구동에 따라 회전하여 연료전지 시스템 내부의 열을 외부로 배출하는 내부팬을 포함한다.
유동 통로는, 일측에는 유동 통로를 따라 유동하는 배출물을 외부로 배출하는 개방부가 형성된다.
냉각팬은, 개방부의 일측과 힌지 결합된 개폐 덮개를 더 포함한다.
다르게는, 연료전지 스택을 구비하는 연료전지 시스템에 있어서, 연료전지 스택으로 공기를 공급하기 위한 흡입팬을 더 포함하되, 흡입팬은, 일측이 연료전지 스택과 연결되는 유동 통로; 고정축을 중심으로 회전하도록 결합되어 유동 통로의 내부에 설치되고, 연료전지 스택에서 배출되어 유동 통로를 따라 유동하는 배출물의 유압에 의해 회전하는 외부팬; 및 중심부가 고정축을 중심으로 회전하도록 결합되고, 외부팬과 결합되어 외부팬의 구동에 따라 회전하여 연료전지 시스템 외부의 공기를 흡입하는 내부팬을 포함한다.
유동 통로는, 일측에는 유동 통로를 따라 유동하는 배출물을 외부로 배출하는 개방부가 형성된다.
흡입팬은, 개방부의 일측과 힌지 결합된 개폐 덮개를 더 포함한다.
내부팬은 장착방향의 변경이 가능하고, 고정축에 끼움결합되어 흡입용 및 냉각용 중에 어느 하나로 사용된다.
본 발명에 따른 연료전지 시스템은 공기극을 통해 배출되는 가스의 유량과 유속에 의해 발생하는 유압을 이용하여 냉각팬을 구동함으로써, 냉각팬 구동에 따른 전력 소비를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 공기극을 통해 배출되는 가스의 유량과 유속에 의해 발생하는 유압을 이용하여 흡입공기를 1차로 흡입함으로써, 공기흡입을 위한 블로워의 구동에 따른 전력 소비를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 배출단에 개폐덮개를 달고 압력 차를 이용하여 자연스럽게 밀폐함으로써, 별도의 밸브를 장착하지 않아도 되며 밸브 를 작동하기 위한 전력 소모를 줄일 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 3 내지 도 5는 도 2의 냉각팬을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 본 발명의 제1실시예에서는 연료전지 스택에서 배출되는 가스, 공기, 물을 이용하여 냉각팬을 구동시키기 위한 구성이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연료전지 시스템(200)은 연료전지 스택(205), DC-DC 변환기(210), AC-DC 변환기(215), 냉각팬(220), 인버터(225), 블로워(230), 가 습기(245), 열교환기(250)를 포함한다.
연료전지 스택(205)은 여러 개의 셀들이 직렬연결(Series Connection)되어 있고, 수소 원료의 화학적 에너지를 전기 에너지로 직접 변환시켜 직류 전류를 생성하는 발전장치로 휴대형 장치의 구동, 가정용 전원 공급 또는 차량 주행에 필요한 전원을 공급하는 역할을 한다. 연료전지 스택(205)은 반응기체가 흐를 수 있도록 가공 혹은 몰딩된 두 개의 분리판과 그 사이에서 전기화학 반응을 일으키는 막 전극 접합체(MEA), 분리판과 막 전극 접합체 사이에서 기체의 흐름을 조절하는 가스 확산층(Gas Diffusion Layer, GDL)과 밀봉을 위한 가스켓으로 구성되어 있다. 연료전지 스택(205)의 전압은 적층된 셀의 개수에 비례하며, 전류는 MEA의 면적에 비례한다. 또한 연료전지 스택(205)은 생산된 전류를 외부로 제공하기 위한 전류 집전체(Current Collector), 체결이나 단열, 절연 등의 역할을 하는 체결판(End Plate) 및 체결장치 등으로 구성된다.
DC-DC 변환기(210)는 공급되는 직류 전원을 승압 또는 강압하여 연료전지 스택(205), 인버터(225), 블로워(230) 등으로 공급한다.
AC-DC 변환기(215)는 외부전원으로부터 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변화하여 DC-DC 변환기(210)로 공급한다. 물론, AC-DC 변환기(215)는 DC-DC 변환기(210)를 거치지 않고 연료전지 스택(205), 인버터(225), 블로워(230) 등으로 직접 직류 전원을 공급할 수도 있다.
냉각팬(220)은 열교환기(250)로부터 공급되는 물, 가스, 공기 등의 압력으로 구동하여 연료전지 시스템(200)의 내부에서 발생하는 열을 외부로 배출한다. 이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각팬(220)은 일측이 공기극 라인(255)과 연결되며, 외주면을 따라 공기극 라인(255)을 통해 공급되는 물, 가스, 공기 등이 흐르는 유동 통로(221)가 형성되고, 중앙의 고정축(223)에 회전가능하도록 결합된 내부팬(226)이 형성되고, 유동 통로(221)를 따라 흐르는 물, 가스, 공기 등의 압력으로 인해 회전하여 내부팬(226)을 회전시키도록 내부팬(226)과 결합된 외부팬(222)이 형성된다. 여기서, 내부팬(226)은 연료전지 시스템(200)의 냉각을 위해 내부의 물, 가스, 공기 등을 배출하는 방향으로 회전하도록 형성된다. 유동 통로(221)의 일측에 유동 통로(221)를 따라 흐르는 물, 가스, 공기 등을 배출하기 위한 개방부(224)가 형성되며, 개방부(224)에는 물, 가스, 공기 등의 배출을 차단하기 위해 개방부(224)의 일측과 힌지 결합된 개폐 덮개(225)가 형성된다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 개폐 덮개(225)는 유동 통로(221)의 내부 압력(P)이 외부 압력(Pa)보다 큰 경우 오픈되어 유동 통로(221)에 흐르는 물, 가스, 공기 등을 외부로 배출한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 개폐 덮개(225)는 유동 통로(221)의 내부 압력(P)이 외부 압력(Pa)보다 작거나 같은 경우 닫힘 상태를 유지하여 유동 통로(221)에 흐르는 물, 가스, 공기 등이 외부로 배출되는 것을 차단한다. 즉, 힌지 형태의 개폐 덮개(225)는 개방부(224)와 결합되어 공기극 라인(255)에서 물, 가스 공기 등이 배출될 때는 열리고 운전이 정지될 경우 닫히게 된다. 정지 과정 중의 공기 공급 없이 잔여 연료와 산소를 제거하기 위해 부하를 걸어주는 과정을 거치면서 공기극 라인(255)은 대기압보다 저압이 된다. 개폐 덮개(225)는 중력에 의해 아래로 내려오고 내려온 개폐 덮개(225)는 경사가 있어 저압의 덮개 방향으로 압력이 가해지게 되어 자연스럽게 공기극 라인(255)이 밀폐되어 연료전지 스택(205)의 내부에 위치한 전해질의 건조를 막을 수 있다. 이처럼, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 배출단에 개폐 덮개(225)를 달고 압력 차를 이용하여 자연스럽게 밀폐함으로써, 별도의 밸브를 장착하지 않아도 되며 밸브를 작동하기 위한 전력 소모를 줄일 수 있다.
인버터(225)는 직류를 교류로 변환하여 연료전지 스택(205)으로 공급한다.
블로워(230)는 공기 공급관(240)을 통해 연료전지 스택(205)의 공기극(235)과 연결되며, 외부의 공기를 흡입하여 공기 공급관(240) 및 가습기(245)를 통해 연료전지 스택(205)으로 공급한다.
가습기(245)는 블로워(230)를 통해 유입되는 공기를 가습하여 연료전지 스택(205)의 공기극(235)으로 공급한다. 이때, 고분자전해질 연료전지의 경우 전해질 막은 충분히 수화된 상태에서만 이온 전도성을 갖기 때문에, 가습기(245)는 셀 내부의 습도를 최적 상태로 유지해주어야 한다. 따라서, 가습기(245)는 연료나 공기를 가습한 상태로 연료전지 스택(205)으로 공급하며 이러한 가습상태를 조절한다. 여기서, 가습기(245)는 기포식 가습기(245), 접촉식 가습기(245), 스프레이식 가습기(245), 막 가습기(245) 등이 사용될 수 있다.
열교환기(250)는 연료전지 스택(205)에서 배출되는 물, 공기 등으로부터 열을 회수한다. 열교환기(250)는 공기극 라인(255)에서 배출된 물 및 열을 포함한 공기로부터 열을 회수한 후 공기극 라인(255)을 통해 냉각팬(220)으로 공급하여 냉각팬(220)을 구동시킨다. 이처럼, 연료전지 시스템(200)은 공기극(235)을 통해 배출 되는 물, 공기, 가스 등의 유량과 유속에 의해 발생하는 유압을 이용하여 냉각팬(220)을 구동함으로써, 냉각팬(220) 구동에 따른 전력 소비를 최소화할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다. 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6의 냉각팬을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 본 발명의 제2실시예에서는 연료전지 스택의 공기극에서 배출되는 물을 포함한 공기 등을 이용하여 블로워의 흡입단을 구동시키기 위한 구성이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 연료전지 시스템(300)은 연료전지 스택(305), DC-DC 변환기(310), AC-DC 변환기(315), 냉각팬(320), 인버터(325), 블로워(330), 가습기(345), 열교환기(350), 흡입팬(360)을 포함한다.
연료전지 스택(305)은 여러 개의 셀들이 직렬연결(Series Connection)되어 있고, 수소 원료의 화학적 에너지를 전기 에너지로 직접 변환시켜 직류 전류를 생성하는 발전장치로 휴대형 장치의 구동, 가정용 전원 공급 또는 차량 주행에 필요한 전원을 공급하는 역할을 한다. 연료전지 스택(305)은 반응기체가 흐를 수 있도록 가공 혹은 몰딩된 두 개의 분리판과 그 사이에서 전기화학 반응을 일으키는 막 전극 접합체(MEA), 분리판과 막 전극 접합체 사이에서 기체의 흐름을 조절하는 가스 확산층(Gas Diffusion Layer, GDL)과 밀봉을 위한 가스켓으로 구성되어 있다. 연료전지 스택(305)의 전압은 적층된 셀의 개수에 비례하며, 전류는 MEA의 면적에 비례한다. 또한 연료전지 스택(305)은 생산된 전류를 외부로 제공하기 위한 전류 집전체(Current Collector), 체결이나 단열, 절연 등의 역할을 하는 체결판(End Plate) 및 체결장치 등으로 구성된다.
DC-DC 변환기(310)는 공급되는 직류 전원을 승압 또는 강압하여 연료전지 스택(305), 인버터(325), 블로워(330) 등으로 공급한다.
AC-DC 변환기는 외부전원으로부터 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변화하여 DC-DC 변환기(310)로 공급한다. 물론, AC-DC 변환기(315)는 DC-DC 변환기(310)를 거치지 않고 연료전지 스택(305), 인버터(325), 블로워(330) 등으로 직접 직류 전원을 공급할 수도 있다.
냉각팬(320)은 DC-DC 변환기(310) 또는 AC-DC 변환기(315)로부터 공급되는 전원에 의해 구동하여 연료전지 시스템(300)의 내부에서 발생하는 열을 외부로 배출한다.
인버터(325)는 직류를 교류로 변환하여 연료전지 스택(305)으로 공급한다.
블로워(330)는 공기 공급관(340)을 통해 연료전지 스택(305)의 공기극(335)과 연결되며, 흡입팬(360)에서 1차 흡입된 공기를 흡입하여 공기 공급관(340) 및 가습기(345)를 통해 연료전지 스택(305)으로 공급한다.
가습기(345)는 블로워(330)를 통해 유입되는 공기를 가습하여 연료전지 스택(305)의 공기극(335)으로 공급한다. 이때, 고분자전해질 연료전지의 경우 전해질 막은 충분히 수화된 상태에서만 이온 전도성을 갖기 때문에, 가습기(345)는 셀 내부의 습도를 최적 상태로 유지해주어야 한다. 따라서, 가습기(345)는 연료나 공기 를 가습한 상태로 연료전지 스택(305)으로 공급하며 이러한 가습상태를 조절한다. 여기서, 가습기(345)는 기포식 가습기(345), 접촉식 가습기(345), 스프레이식 가습기(345), 막 가습기(345) 등이 사용될 수 있다.
열교환기(350)는 연료전지 스택(305)에서 배출되는 물, 공기, 가스 등으로부터 열을 회수한다. 열교환기(350)는 열을 회수한 물, 공기, 가스 등을 공기극 라인(355)을 통해 흡입팬(360)으로 공급하여 흡입팬(360)을 구동시킨다. 이처럼, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(300)은 공기극(335)을 통해 배출되는 물, 공기, 가스 등의 유량과 유속에 의해 발생하는 유압을 이용하여 흡입공기를 1차로 흡입함으로써, 공기흡입을 위한 블로워(330)의 구동에 따른 전력 소비를 최소화할 수 있다.
흡입팬(360)은 열교환기(350)로부터 공급되는 물, 가스, 공기 등의 압력으로 구동하여 연료전지 시스템(300)의 외부 공기를 흡입하여 블로워(330)로 전달한다. 이를 위해, 흡입팬(360)은 일측이 공기극 라인(355)과 연결되며, 외주면을 따라 공기극 라인(355)을 통해 공급되는 물, 가스, 공기 등이 흐르는 유동 통로(361가 형성되고, 중앙의 고정축(363)에 회전가능하도록 결합된 내부팬(366)이 형성되고, 유동 통로(361)를 따라 흐르는 물, 가스, 공기 등의 압력으로 인해 회전하여 내부팬(366)을 회전시키도록 내부팬(366)과 결합된 외부팬(362)이 형성된다. 여기서, 내부팬(366)은 외부 공기를 흡입하는 방향(예컨대, 제1실시예의 냉각팬(320)의 내부팬(366)과 반대방향; 내부팬(366)의 방향만 바꿔 장착함으로써 냉각용 또는 흡입용으로 사용할 수 있음)으로 회전하도록 형성된다. 유동 통로(361의 일측에 유동 통로(361)를 따라 흐르는 물, 가스, 공기 등을 배출하기 위한 개방부(364)가 형성 되며, 개방부(364)에는 물, 가스, 공기 등의 배출을 차단하기 위해 개방부(364)의 일측과 힌지 결합된 개폐 덮개(365)가 형성된다. 이때, 개폐 덮개(365)는 유동 통로(361의 내부 압력(P)이 외부 압력(Pa)보다 큰 경우 오픈되어 유동 통로(361에 흐르는 물, 가스, 공기 등을 외부로 배출한다. 개폐 덮개(365)는 유동 통로(361의 내부 압력(P)이 외부 압력(Pa)보다 작거나 같은 경우 닫힘 상태를 유지하여 유동 통로(361에 흐르는 물, 가스, 공기 등이 외부로 배출되는 것을 차단한다. 즉, 힌지 형태의 개폐 덮개(365)는 개방부(364)와 결합되어 공기극 라인(355)에서 물, 공기, 가스가 배출될 때는 열리고 운전이 정지될 경우 닫히게 된다. 정지 과정 중의 공기 공급 없이 잔여 연료와 산소를 제거하기 위해 부하를 걸어주는 과정을 거치면서 공기극 라인(355)은 대기압보다 저압이 된다. 개폐 덮개(365)는 중력에 의해 아래로 내려오고 내려온 개폐 덮개(365)는 경사가 있어 저압의 덮개 방향으로 압력이 가해지게 되어 자연스럽게 공기극 라인(355)이 밀폐되어 연료전지 스택(305)의 내부에 위치한 전해질의 건조를 막을 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
도 1은 종래의 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 3 내지 도 5는 도 2의 냉각팬을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 6의 냉각팬을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300: 연료전지 시스템 105, 205, 305: 연료전지 스택
110, 210, 310: DC-DC 변환기 115, 215, 315: AC-DC 변환기
120, 220, 320: 냉각팬 125, 225, 325: 인버터
130, 230, 330: 블로워 135, 235, 335: 공기극
140, 240, 340: 공기 공급관 145, 245, 345: 가습기
150, 250, 350: 열교환기 155, 255, 355: 공기극 라인
360: 흡입팬
221, 361: 유동 통로 222, 362: 외부팬
223, 363: 고정축 224, 364: 개방부
225, 365: 개폐 덮개 226, 366: 내부팬

Claims (7)

  1. 연료전지 스택을 구비하는 연료전지 시스템에 있어서,
    상기 연료전지 스택의 내부에서 발생하는 열을 외부로 배출하는 냉각팬을 포함하되,
    상기 냉각팬은,
    일측이 상기 연료전지 스택과 연결되는 유동 통로;
    고정축을 중심으로 회전하도록 결합되어 상기 유동 통로의 내부에 설치되고,
    상기 연료전지 스택에서 배출되어 상기 유동 통로를 따라 유동하는 배출물의 유압에 의해 회전하는 외부팬; 및
    중심부가 상기 고정축을 중심으로 회전하도록 결합되고, 상기 외부팬과 결합되어 상기 외부팬의 구동에 따라 회전하여 상기 연료전지 시스템 내부의 열을 외부로 배출하는 내부팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동 통로는,
    일측에는 상기 유동 통로를 따라 유동하는 배출물을 외부로 배출하는 개방부가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각팬은,
    상기 개방부의 일측과 힌지 결합된 개폐 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  4. 연료전지 스택을 구비하는 연료전지 시스템에 있어서,
    상기 연료전지 스택으로 공기를 공급하기 위한 흡입팬을 포함하되,
    상기 흡입팬은,
    일측이 상기 연료전지 스택과 연결되는 유동 통로;
    고정축을 중심으로 회전하도록 결합되어 상기 유동 통로의 내부에 설치되고,
    상기 연료전지 스택에서 배출되어 상기 유동 통로를 따라 유동하는 배출물의 유압에 의해 회전하는 외부팬; 및
    중심부가 상기 고정축을 중심으로 회전하도록 결합되고, 상기 외부팬과 결합되어 상기 외부팬의 구동에 따라 회전하여 상기 연료전지 시스템 외부의 공기를 흡입하는 내부팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 유동 통로는,
    일측에는 상기 유동 통로를 따라 유동하는 배출물을 외부로 배출하는 개방부가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 흡입팬은,
    상기 개방부의 일측과 힌지 결합된 개폐 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  7. 청구항 4 내지 청구항 6 중에 어느 한 항에 있어서
    상기 내부팬은 장착방향의 변경이 가능하고, 상기 고정축에 끼움결합되어 흡입용 및 냉각용 중에 어느 하나로 사용되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
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