KR20110081305A - 연료 전지 냉각 - Google Patents

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Abstract

연료 전지 스택(110) 및 연료 전지 스택(110) 내로 냉각수를 직접 주입하기 위한 폐루프 냉각 회로를 포함하는 연료 전지 시스템(100)을 작동시키는 방법이 개시되며, 이 방법은, 일정 시간에 걸쳐 연료 전지 시스템(100)의 작동 파라미터를 측정하는 단계와, 일정 시간에 걸친 연료 전지 스택(110)의 작동 동안에 생성된 물의 총량으로부터 일정한 양의 액체 상태의 물을 폐루프 냉각 회로에 추가하는 단계와, 폐루프 냉각 회로로부터 일정한 양의 액체 상태의 물을 제거하는 단계를 포함하며, 일정 시간에 걸친 연료 전지 스택(110)의 작동 동안에 생성된 물의 총량의 비율로서의 일정한 양의 액체 상태의 물이, 작동 파라미터를 함수로 하여 연료 전지 시스템(100)에 의해 자동으로 결정된다.

Description

연료 전지 냉각{FUEL CELL COOLING}
본 발명은 연료 전지 시스템의 폐루프 냉각에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연료 전지 스택으로부터 방출된 물과 관련하여 폐루프 냉각 회로 내에 물을 추가하고 제거하는 것에 관한 것이다.
물은 예컨대 PEM(Proton Exchange Membrane)을 기반으로 하는 연료 전지 스택을 포함하는 본 명세서에 개시된 형태의 연료 전지 시스템의 작동에 통합된다. 캐소드 흐름 경로에 존재하는 산소와 함께 애노드 흐름 경로로부터의 PEM을 통해 행해지는 프로톤(수소 이온)의 반응은 물을 생성한다. 물이 넘치게 되고 그에 따라 성능의 저하를 초래하는 것을 방지하기 위해 과도한 물을 연료 전지 스택으로부터 제거할 필요가 있다. 그러나, PEM의 수화(hydration)를 유지하여 연료 전지의 최적의 성능을 달성하기 위해 일정한 양의 물이 적어도 캐소드 흐름 경로에 존재할 필요가 있다. 신중한 주입 및 제거에 의해 이러한 물을 관리하는 것은 또한 연료 전지 스택으로부터 과도한 열을 제거하기 위한 유용한 메카니즘을 제공할 수 있다.
성능을 최적화하기 위해, 물은 통상적으로 스택의 캐소드 흐름 경로 내로의 주입을 통해 이러한 연료 전지 시스템에 신중하게 채용될 수 있다. 이러한 물 주입 연료 전지 시스템은 별도의 냉각 채널을 채용하는 다른 유형의 연료 전지 시스템에 비해 크기 및 복잡도가 감소된다는 가능한 장점을 갖는다. 물은 예컨대 GB2409763에 개시된 것과 같은 물 분배 다기관을 통해 캐소드 흐름 경로 내로 직접 주입될 수 있다.
물 주입 시스템의 경우, PEM의 오염을 방지하고 또한 그에 따라 스택 성능의 열화를 방지하기 위해 캐소드 흐름 경로 내로 다시 공급되는 어떠한 물도 높은 순도의 것이어야 하는 것이 중요하다.
냉각 및 연료 수화를 위한 물이 연료 전지막(fuel cell membrane)에 직접 추가되는 물 주입 연료 전지 시스템에 대해서는, 정상적인 작동 동안에 시스템에 추가의 물이 추가되지 않는다. 이것이 가능하게 되도록 하기 위해서는, 액체 상태의 물이 연료 전지의 배출 스트림(exit stream)으로부터 복구(recover)된다. 연료 전지의 캐소드 배출 스트림은 상당 부분이 포화된 공기와 액체 상태의 물의 조합이며, 애노드의 배출 스트림은 상당 부분이 포화된 수소와 액체 상태의 물의 조합이다. 연료 전지에 의해 생성된 물의 대부분은 캐소드에서 발생하며, 작은 비율의 물이 애노드에서 생성된다. 물이 연료 전지의 캐소드 상에 주입되면, 복구에 이용 가능한 물의 대부분 또한 그에 따라 캐소드에 있게 된다.
방출물의 물 함유량이 대체로 수증기의 형태로 존재하기 때문에, 캐소드 배출 스트림의 액체 상태의 물의 함유량은 일반적으로 연료 전지 스택의 물 주입 요구에 충분하지 않다. 따라서, 이슬점(dew point)을 감소시켜 증기의 적어도 일부를 액체 상태의 물로 응축하기 위해 방출 스트림의 온도를 감소시키는 것이 바람직하다(예컨대, 열교환기를 이용하여). 스트림 내의 이용 가능한 액체 상태의 물의 대부분이 포획되도록 하기 위해, 액체 상태의 물을 스트림과 분리하는 방법도 이용될 수 있다(예컨대, 사이클로닉 분리기(cyclonic separator)). 예컨대 추가의 열교환기를 이용함으로써 이슬점을 감소시키는 것에 의해 추가의 물을 이용 가능하게 되도록 하는 이점보다는 요구되는 시스템 복잡도가 증가되는 것이 크기 때문에, 액체 상태의 물 함유량을 복구하는 것이 보편적이다(예컨대, 인라인 캐치 포트를 통해).
물 주입 연료 전지 스택 내로 유입된 물의 전도율은 부식 작용을 방지하기 위해 충분히 낮은 레벨로 유지되어야 한다. 연료 전지 스택을 떠나는 액체 상태의 물은 총용존 고용물(total dissolved solid)로부터의 이온의 증가로 인해 물의 전도율을 증가시키는 불화물 및/또는 부식 생성물(예컨대, Fe 등)을 포함할 수 있다. 또한, 물의 전도율은 성분 간의 전기 전위차의 결과로 발생하는 어떠한 갈바닉(galvanic) 부식 반응으로 인해 증가할 수도 있다. 이것은 재료의 신중한 선택 및 전체적인 시스템 설계에 의해 감소될 수 있다.
연료 전지 스택에 주입된 물의 전도율의 증가는 전기화학 촉매(electrocatalyst) 및 막(membrane)을 오염시켜 저항의 증가 및 성능의 감소를 초래할 수 있다. 그러므로, 폐루프 구성으로 작동하는 물 주입 연료 전지 스택에 유입된 물의 전도율은 조절되어야 한다.
한 가지 해법으로는 물을 "손질(polish)"하기 위해 연료 전지 시스템에 이온 교환 컬럼을 포함하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법은 시스템 상의 다른 서비스 항목(예컨대, 필터)과 유사한 간격의 교체를 요구하도록 하기 위해서는 통상적으로 비교적 큰 유닛이 요구되기 때문에 시스템 패키징 제한 또는 서비스 빈도 조건으로 인해 실용할 수 없을 것이다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점 중의 하나 이상을 해소하는 것이다.
본 발명의 제1 특징에 따라, 연료 전지 스택 및 상기 연료 전지 스택 내로 냉각수를 직접 주입하기 위한 폐루프 냉각 회로를 포함하는 연료 전지 시스템을 작동시키는 방법이 제공되며, 이 방법은, 일정 시간에 걸쳐 상기 연료 전지 시스템의 작동 파라미터를 측정하는 단계와, 상기 일정 시간에 걸친 상기 연료 전지 스택의 작동 동안에 상기 연료 전지 스택에 의해 생성된 물의 총량으로부터 일정한 양의 액체 상태의 물을 상기 폐루프 냉각 회로에 추가하는 단계와, 상기 폐루프 냉각 회로로부터 상기 일정한 양의 액체 상태의 물을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 일정 시간에 걸친 상기 연료 전지 스택의 작동 동안에 생성된 물의 총량의 비율로서의 상기 일정한 양의 액체 상태의 물이, 상기 작동 파라미터를 함수로 하여 상기 연료 전지 시스템에 의해 자동으로 결정된다.
연료 전지 스택의 작동 파라미터를 함수로 하여 작동 동안에 생성된 물의 총량의 비율로서 연료 전지 스택으로부터 일정한 양의 물을 제거함으로써, 연료 전지 시스템의 냉각수는 연료 전지가 작동하는 방법에 좌우되는 요구된 레벨의 순도로 유지될 수 있다.
작동 파라미터는 상기 일정 시간에 걸쳐 상기 연료 전지 스택으로부터 얻어진 전기 전류일 수도 있다. 상기 폐루프 냉각 회로로부터 제거된 물의 총량의 비율은 상기 일정 시간에 걸쳐 얻어진 전류에 비례할 수도 있다. 제거 및 추가된 물의 양은 그 후 연료 전지가 얼마나 견고하게 작동하는지, 즉 사용되는 연료의 양과 직접 관련되어 얼마나 많은 전류가 공급되는지에 좌우된다.
이와 달리, 작동 파라미터는 상기 폐루프 냉각 회로 내의 물의 전기 전도율, pH, 또는 총용존 고용물이 될 수도 있다. 상기 폐루프 냉각 회로로부터 제거된 물의 총량의 비율은, 소정의 설정점(set point)과 상기 작동 파라미터 간의 차이의 함수가 될 수도 있다. 이들 파라미터는 냉각수의 품질이 요구된 레벨 내에서 유지되도록 하기 위한 추가의 확인사항(check)으로서 이용될 수 있다.
물의 양은 상기 연료 전지 스택의 캐소드 배출 라인과 유체 소통하는 열교환기의 출구 온도를 제어함으로써, 예컨대 폐루프 냉각 회로로부터 제거되는 물을 열교환기의 외측 표면 상으로 지향시킴으로써 결정될 수 있다. 연료 전지 스택으로부터 방출되는 물(증기 형태일 수도 있음)의 비율을 선택적으로 관리함으로써, 수증기를 액체 상태의 물로 변환하기 위한 추가의 냉각은 더 많은 냉각제가 필요한 때에만 요구되며, 이것이 요구되지 않은 때에는, 과잉의 물이 대량의 열과 함께 증기로서 방출될 수 있다.
상기 폐루프 냉각 회로로부터 제거되는 물의 양은 상기 폐루프 냉각 회로와 유체 소통하는 펌프의 작동을 제어함으로써 결정될 수 있다. 상기 펌프는 상기 냉각 회로로부터 제거될 물의 양에 비례하는 듀티 사이클(duty cycle)로 단속적으로 작동될 수 있다. 펌프를 필요할 때에만 작동시킴으로써, 연료 전지의 기생 부하(parasitic load)가 감소될 수 있다.
제거될 물의 양은 이하의 관계식,
Figure pct00001
에 따라 계산될 수 있으며, 여기서, Wr은 냉각 회로로부터 제거될 물의 양이고, I는 n개의 전지를 갖는 연료 전지 스택으로부터 얻어지는 전류이며, F는 패러데이 상수이고, β는 소정의 상수이다. β는 대략 0.1인 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 특징에 따라, 연료 전지 스택, 상기 연료 전지 스택 내로 냉각수를 직접 주입하기 위한 폐루프 냉각 회로, 및 자동화된 컨트롤러를 포함하는 연료 전지 시스템이 제공되며, 이 연료 전지 시스템에서는, 상기 컨트롤러가, 자동으로, 일정 시간에 걸쳐 상기 연료 전지 시스템의 작동 파라미터를 측정하고, 상기 일정 시간에 걸친 상기 연료 전지 스택의 작동 동안에 생성된 물의 총량으로부터 일정한 양의 액체 상태의 물을 상기 폐루프 냉각 회로에 추가하고, 상기 폐루프 냉각 회로로부터 상기 일정한 양의 액체 상태의 물을 제거하도록 구성된다. 또한, 상기 컨트롤러는, 상기 일정 시간에 걸친 상기 연료 전지 스택의 작동 동안에 생성된 물의 총량의 비율로서의 상기 일정한 양의 액체 상태의 물을, 상기 작동 파라미터를 함수로 하여 제거하도록 구성된다.
도 1은 본 발명에 따라 사용하기 위한 연료 전지 시스템의 개략도이다.
이하에서는 본 발명을 단지 예시를 목적으로 하는 첨부 도면을 참조하여 설명할 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 연료 전지 시스템(100)은, 하나 이상의 연료 전지 스택(110)과, 열교환기(120) 및 각각 애노드 배출 라인(140)과 캐소드 배출 라인(150) 상의 사이클로닉 물 분리기(130a, 130b)와 같은 물의 제거를 위한 다양한 연결 부품을 포함한다. 이들 부품은 액체 상태의 물이 배출 스트림으로부터 복구될 수 있도록 한다. 애노드 배출 라인(140)을 통과하는 유체 스트림은 스택(110)의 애노드 볼륨으로부터의 액체 상태의 물과 물 포화 수소 가스(water saturated hydrogen gas)를 포함하는 한편, 캐소드 배출 라인(150)을 통과하는 유체 스트림은 스택(110)의 캐소드 볼륨으로부터의 액체 상태의 물과 물 포화 공기를 포함한다. 캐소드 배출 스트림은 액체 상태의 물이 추출되도록 하기 위해 캐소드 배출 스트림을 충분하게 냉각시키도록 설계된 열교환기(120) 내로 통과한다. 추출된 액체 상태의 물은 폐루프 냉각 회로에서 재순환될 수 있다.
연료 전지 시스템은 연료 전지 스택(110)의 캐소드 배출 라인(150) 내로 방출되는 일정 비율의 물을 포획하고 그 비율의 물을 연료 전지 스택의 막의 냉각 및 수화를 위해 재활용하도록 구성된다. 이 비율은 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 연료 전지의 작동 파라미터의 일부로서 제어된다.
도 1에 도시된 연료 전지 시스템의 폐루프 냉각 회로는, 연료 전지 스택(110), 캐소드 배출 라인(150), 열교환기(120), 물 분리기(130b), 물 저장 용기(160)에 도달하는 캐소드 물 복귀 라인(151), 및 다시 연료 전지 스택(110)에 도달하는 물 주입 라인(152)에 의해 형성될 수 있다. 물 주입 라인(152)은 스택 내의 캐소드 볼륨에 도달하여, 직접 냉각이 더욱 효과적으로 달성될 수 있는 것이 바람직하다. 폐루프 냉각 회로는 또한 애노드 배출 라인(140), 물 분리기(130a), 및 역시 물 저장 용기(160)에 도달하는 애노드 물 복귀 라인(141)을 포함할 수 있다. 냉각 회로 주위 및 외측으로의 물의 운송에 도움을 주기 위해 캐소드 물 복귀 라인(151), 애노드 물 복귀 라인(141), 및 물 제거 라인(170)에 각각 펌프(180a, 180b, 180c)가 포함될 수 있다. 냉각수를 물 주입 라인(152)을 통해 연료 전지(110) 내로 펌핑하기 위해 물 저장 용기(160) 내에는 추가의 펌프(도시하지 않음)가 포함되는 것이 바람직하다.
연료 전지 스택(110)에서 발생되는 모든 반응수(reaction water)는 폐루프 냉각 회로에 진입하지만, 이 물의 전부가 캐소드 물 주입 입구 라인(152)을 거쳐 통과된 것은 아니다.
물 저장 용기(160)는 용기(160) 내의 물의 레벨(166)을 판정하기 위해 레벨 센서(165)를 포함하는 것이 바람직하다.
폐루프 냉각 회로 내의 물은 연료 전지 스택(110)의 냉각 및 가습(humidification) 조건에 따라 제어되며, 이것은 통상적으로 기본적인 형태에서는 연료 전지 스택(110) 작동 전류를 함수로 하여 계산된다. 냉각 회로로부터의 과잉의 물은 펌프(180c)를 통해 물 제거 라인을 거쳐 시스템으로부터 제거될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐서의 물에 대한 언급은 다른 암시 또는 언급이 없다면 액체 상태의 물과 수증기 모두를 포함하는 것으로 의도하고 있다.
캐소드 공기 입구(112)를 통해 공기를 연료 전지 스택(110)의 캐소드 볼륨 내로 보내기 위해 에어 컴프레셔(111)가 배치된다. 수소 가스 형태의 연료는 애노드 입구 라인(113)을 통해 연료 전지 스택(110)의 애노드 볼륨에 진입한다.
열교환기 배출 포트(125)를 떠나는 스트림의 배출 온도는 충분한 액체 상태의 물이 복구되어 물 저장 용기(160) 내의 적합한 레벨(166)이 유지될 수 있도록 제어된다. 통상적으로, 물 저장 용기(160) 내의 레벨(166)에 대해 85%가 풀상태(full)인 설정점이 선택되며, 나머지 15%는 열교환기(120)의 열적 관성(thermal inertia)으로 인한 이력(hysteresis)을 허용하기 위한 버퍼로서 사용된다. 따라서, 액체 상태의 물의 양은 선택된 설정점에 따라 물 저장 용기 내로의 캐소드 물 복귀 라인(151)을 통해 흐르도록 허용된다. 시스템(100)의 제어는 물 저장 용기(160) 내의 물의 레벨(166)이 물 제거 라인(170)을 통해 용기를 떠나는 물의 물에 상관없이 유지되도록 설정되는 것이 바람직하다. 그러나, 예컨대 95%의 설정점 레벨이 선택되면, 열교환기 냉각이 감소됨에 따른 열적 이력은 추가의 물이 물 저장 용기(160)로부터 제거될 필요가 있도록 될 수 있다. 열교환기(120)의 열적 특성이 알려져 있다면(계산 또는 실험적인 방법 중의 하나를 통해), 오버플로우로 인한 물 저장 용기(160)로부터 제거되는 물의 양 또한 알게 될 것이다. 그러므로, 물 저장 용기(160)로부터 요구된 물의 양이 제거되도록 열교환기 냉각을 제어하는 것이 가능하다.
저장 용기로부터 액체 상태의 물을 제거하는 보다 정교한 수단은 펌프(180c)를 사용하는 것이다. 이러한 펌프는 그 작동이 지속적으로 변화할 수도 있고 또는 고정될 수도 있다. 펌프(180c)가 설정점에 따라 지속적으로 변화할 수 있으면, 액체를 물 제거 라인(170)을 통해 대기에 제공하는 펌프(180c)를 이용하여 설정점을 함수로 하는 유량이 획득된다. 그러므로, 이 데이터는 설정점을 그에 따라 조정함으로써 요구된 유량을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 고정된 동작의 펌프를 이용하면, 펌프의 유량은 물을 대기에 펌핑하는 펌프로 교정된다. 그러므로, 이 유량은 달성될 수 있는 최대치이다. 이 최대치 아래의 유량이 요구되면, 펌프(180c)는 적합한 듀티 사이클(duty cycle)에 따라 온과 오프로 스위치될 수 있다. 통상적으로, 소정의 시간에 걸쳐, 펌프(180c)는 최대치에 대한 요구된 유량의 비율에 따른 이 시간의 백분율 동안 작동할 것이다. 예컨대, 펌프(180c)가 100 ml/min를 전달하고, 25 ml/min의 유량이 요구되면, 펌프는 15초 동안 온으로 스위치되고, 그 후 45초 동안 오프로 스위치되며, 이 사이클은 매 60초마다 반복된다. 정확도의 증가뿐만 아니라, 물을 제거하기 위해 펌프(180c)를 사용하는 것은 연료 전지 시스템(100)이 공기 냉각된 열교환기(120)를 포함하는 때에는 추가의 이점을 갖는다. 이 상황에서, 물 제거 라인(170)으로부터의 과잉의 물이 냉각에 도움을 주기 위해 열교환기(120) 상에 분무될 수 있고, 그에 따라 열교환기(120)가 냉각 회로를 보충하기 위한 액체 상태의 물을 생성하도록 요구되는 것보다 더 작게 되도록 한다.
폐루프 시스템에 추가되고 제거되어야 하는 액체 상태의 물의 양은 연료 전지 스택(110)에서의 전기화학적 반응으로 인해 생성되는 물의 총량을 함수로 하여 계산될 수 있다. 이것은 아래와 같이 계산될 수 있다.
물생산량,
Figure pct00002
여기서, I는 연료 전지 스택 전류(암페어 단위), n은 연료 전지 스택(110) 내의 전지의 개수, 및 F는 패러데이터 상수(대략 96.5×103 coulomb/mole)이다. 상기한 관계는, 연료 전지의 스택이 서로 전기적으로 직렬로 배치되고, 각각의 셀에 동일한 전류가 통하는 것으로 가정한다.
물의 상대 분자량은 18.0 g mole-1이며, 물의 밀도는 20℃에서 0.998 g cm-3이며, 이로써,
물생산량,
Figure pct00003
이다.
냉각 회로로부터 제거될 액체 상태의 물의 양 Wr은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00004
또는
Figure pct00005
여기서, β는 연료 전지 스택(110)에 의해 생성된 물의 총량에 비교시의 제거될 액체 상태의 물의 비율이다.
β에 대한 바람직한 값은 0.1이며, 그 이유는, 이 값이 조건에 따라 변화될 수는 있지만, 이 값이 폐루프 내의 액체 상태의 물의 희석과 열교환기 크기 간의 수용 가능한 균형을 제공하기 때문이다. 일반적으로, 어떠한 소정 크기의 연료 전지를 위해 제거되어야 하는 물의 양은 연료 전지 스택 전류에 정비례하는 하는 것으로 기술될 수 있다.
전술한 방법에 대한 대안은, 연료 전지 스택(110)에 진입하는 액체 상태의 물의 전도율 또는 다른 작동 파라미터(예컨대, pH, 총용존 고용물 등)를 측정하는 것이다. 시스템으로부터 제거될 물의 양 및 그에 따라 캐소드 배출 라인(150)으로부터 빼내어지는 액체 상태의 물의 양은, 전도율 또는 다른 파라미터의 설정점과 측정된 값 간의 계산된 오차를 함수로 하여 구해질 수 있다. 표준 제어 루프(예컨대, 비례, 적분, 도함수(derivative) : PID)가 이러한 용도로 사용될 수 있으며, 제어 루프는 열교환기(120)의 열적 관성을 허용하도록 설정된다.
연료 전지 시스템은 연료 전지 시스템(100)의 다양한 관련 부품에 연결된 적합한 자동화된 컨트롤러를 포함하는 것이 바람직하다. 컨트롤러는 폐루프 냉각 회로로부터 제거될 물의 양을 특정 작동 파라미터를 함수로 하여 자동으로 결정하도록 구성된다. 예컨대, 컨트롤러는, 연료 전지 스택(110)으로부터 얻어지는 전류를 모니터하고, 이 측정치로부터 폐루프 냉각 회로로부터 제거될 물의 양을 결정하고, 그에 따라 펌프(180a, 180b, 180c)의 작동을 조정하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 물 분리기(130a, 130b)의 작동 및 추가의 냉각을 위해 열교환기(120) 상에 분무될(필요한 경우) 물의 양을 제어하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러는, 물 전도율, pH, 및 용존 고용물과 같은 작동 파라미터를 모니터하고, 그에 따라 냉각 회로로부터 제거될 액체 상태의 물의 양을 조정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 냉각 회로 내의 액체 상태의 물의 전도율이 상승하면, 컨트롤러는 냉각 회로로부터 제거되고 추가될 액체 상태의 물의 양을 증가시켜, 연료 전지 스택(110)에서 생성된 신선한 물로 냉각수를 희석시킴으로써, 냉각 회로 내의 물의 전도율을 감소시키도록 구성된다.
첨부된 청구범위에 의해 정해지는 바와 같은 본 발명의 사상 내에서 다른 실시예도 가능하다.

Claims (28)

  1. 연료 전지 스택 및 상기 연료 전지 스택 내로 냉각수를 직접 주입하기 위한 폐루프 냉각 회로를 포함하는 연료 전지 시스템을 작동시키는 방법에 있어서,
    일정 시간에 걸쳐 상기 연료 전지 시스템의 작동 파라미터를 측정하는 단계;
    상기 일정 시간에 걸친 상기 연료 전지 스택의 작동 동안에 상기 연료 전지 스택에 의해 생성된 물의 총량으로부터 일정한 양의 액체 상태의 물을 상기 폐루프 냉각 회로에 추가하는 단계; 및
    상기 폐루프 냉각 회로로부터 상기 일정한 양의 액체 상태의 물을 제거하는 단계
    를 포함하며,
    상기 일정 시간에 걸친 상기 연료 전지 스택의 작동 동안에 생성된 물의 총량의 비율로서의 상기 일정한 양의 액체 상태의 물은, 상기 작동 파라미터를 함수로 하여 상기 연료 전지 시스템에 의해 자동으로 결정되는,
    연료 전지 시스템의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 작동 파라미터는 상기 일정 시간에 걸쳐 상기 연료 전지 스택으로부터 얻어진 전기 전류인, 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폐루프 냉각 회로로부터 제거된 물의 총량의 비율은 상기 일정 시간에 걸쳐 얻어진 전류에 비례하는, 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 작동 파라미터는 상기 폐루프 냉각 회로 내의 물의 전기 전도율인, 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 작동 파라미터는 상기 폐루프 냉각 회로 내의 물의 pH인, 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 작동 파라미터는 상기 폐루프 냉각 회로 내의 물의 총용존 고용물인, 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐루프 냉각 회로로부터 제거된 물의 총량의 비율은, 소정의 설정점(set point)과 상기 작동 파라미터 간의 차이의 함수인, 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 물의 양은 상기 연료 전지 스택의 캐소드 배출 라인과 유체 소통하는 열교환기의 출구 온도를 제어함으로써 결정되는, 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열교환기의 출구 온도는 상기 폐루프 냉각 회로로부터 제거되는 물을 상기 열교환기의 외측 표면 상으로 지향시킴으로써 제어되는, 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 폐루프 냉각 회로로부터 제거되는 물의 양은 상기 폐루프 냉각 회로와 유체 소통하는 펌프의 작동을 제어함으로써 결정되는, 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 펌프는 상기 냉각 회로로부터 제거될 물의 양에 비례하는 듀티 사이클(duty cycle)로 단속적으로 작동되는, 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 물의 양은 이하의 관계식,
    Figure pct00006

    에 따라 계산되며, 여기서, Wr은 냉각 회로로부터 제거될 물의 양이고, I는 n개의 전지를 갖는 연료 전지 스택으로부터 얻어지는 전류이며, F는 패러데이 상수이고, β는 소정의 상수인,
    연료 전지 시스템의 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 β는 대략 0.1인, 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  14. 연료 전지 스택, 상기 연료 전지 스택 내로 냉각수를 직접 주입하기 위한 폐루프 냉각 회로, 및 자동화된 컨트롤러를 포함하는 연료 전지 시스템으로서, 상기 컨트롤러는, 자동으로,
    일정 시간에 걸쳐 상기 연료 전지 시스템의 작동 파라미터를 측정하고;
    상기 일정 시간에 걸친 상기 연료 전지 스택의 작동 동안에 생성된 물의 총량으로부터 일정한 양의 액체 상태의 물을 상기 폐루프 냉각 회로에 추가하고;
    상기 폐루프 냉각 회로로부터 상기 일정한 양의 액체 상태의 물을 제거하도록 구성되며,
    상기 컨트롤러는, 상기 일정 시간에 걸친 상기 연료 전지 스택의 작동 동안에 생성된 물의 총량의 비율로서의 상기 일정한 양의 액체 상태의 물을, 상기 작동 파라미터를 함수로 하여 제거하도록 구성되는,
    연료 전지 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 작동 파라미터는 상기 일정 시간에 걸쳐 상기 연료 전지 스택으로부터 얻어진 전기 전류인, 연료 전지 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    생성된 물의 총량의 비율은 상기 일정 시간에 걸쳐 얻어진 전류에 비례하는, 연료 전지 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 작동 파라미터는 상기 폐루프 냉각 회로 내의 물의 전기 전도율인, 연료 전지 시스템.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 작동 파라미터는 상기 폐루프 냉각 회로 내의 물의 pH인, 연료 전지 시스템.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 작동 파라미터는 상기 폐루프 냉각 회로 내의 물의 총용존 고용물인, 연료 전지 시스템.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    방출되는 물의 총량의 비율은, 소정의 설정점과 상기 작동 파라미터 간의 차이의 함수인, 연료 전지 시스템.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 연료 전지 스택의 캐소드 배출 라인과 유체 소통하는 열교환기의 출구 온도를 자동으로 제어하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 폐루프 냉각 회로로부터의 물을 상기 열교환기 상으로 방출하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 폐루프 냉각 회로와 유체 소통하는 펌프의 작동을 제어함으로써 상기 폐루프 냉각 회로로부터 제거되는 물의 양을 제어하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 펌프를 상기 냉각 회로로부터 제거될 물의 양에 비례하는 듀티 사이클로 단속적으로 작동하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  25. 제14항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 물의 양을 이하의 관계식,
    Figure pct00007

    에 따라 자동으로 계산하도록 구성되며, 여기서, Wr은 냉각 회로로부터 제거될 물의 양이고, I는 n개의 전지를 갖는 연료 전지 스택으로부터 얻어지는 전류이며, F는 패러데이 상수이고, β는 소정의 상수인,
    연료 전지 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 β는 대략 0.1인, 연료 전지 시스템.
  27. 첨부 도면을 참조하여 실질적으로 본 명세서에 설명된 바와 같은 연료 전지 시스템 작동 방법.
  28. 첨부 도면을 참조하여 실질적으로 본 명세서에 설명된 바와 같은 연료 전지 시스템.
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