KR20120053306A

KR20120053306A - 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20120053306A
Application number: KR1020100114511A
Authority: KR
Inventors: 고재준; 김영민; 임세준; 이종현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2012-05-25
Also published as: KR101240979B1; US20120123620A1

Abstract

본 발명은 연료전지 시스템의 운전 정지후, 연료전지 스택의 캐소드에 수소 및 공기의 혼합가스를 넣어줌으로써, 수소 및 공기의 반응에 의한 발열을 통하여 스택의 온도 상승을 도모하는 동시에 물 제거 효과도 얻을 수 있도록 한 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 연료전지 스택의 운전정지 후 퍼지 단계로서 스택의 캐소드에 수소 및 공기 혼합가스를 넣어줌과 함께 퍼지를 실시함으로써, 스택의 캐소드에서 수소와 공기의 직접반응에 의하여 열이 발생되는 동시에 스택의 온도를 올릴 수 있고, 수소 퍼지에 의한 애노드의 물 배출이 이루어질 수 있으며, 퍼지 단계중 스택의 온도가 올라가기 때문에 퍼지에 의한 물제거 뿐만 아니라 스택 온도 상승에 의한 물제거 효과도 얻을 수 있도록 한 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치 및 방법{PURGE DEVICE AND METHOD FOR COLD STARTING OF FUEL CELL}

본 발명은 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 시스템의 운전 정지후, 연료전지 스택의 캐소드에 수소 및 공기의 혼합가스를 넣어줌으로써, 수소 및 공기의 반응에 의한 발열을 통하여 스택의 온도 상승을 도모하는 동시에 물 제거 효과도 얻을 수 있도록 한 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치 및 방법에 관한 것이다.

연료전지(fuel cell)는 연속적으로 공급되는 반응가스(수소 및 공기중 산소)의 산화 및 환원 반응을 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키면서 반응 생성물인 열과 전기 에너지를 생성하는 장치를 말하고, 이러한 연료전지를 구성하는 각 셀들을 수백 개 이상 적층시킨 것을 연료전지 스택이라 한다.

연료전지 스택에 의한 전기 생성 원리를 보면, 연료전지의 반응물에 해당하는 반응가스(수소 및 공기중 산소)가 스택의 공급 매니폴드를 통해 각 단위 셀로 공급되면, 스택의 애노드에서는 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 분리판을 통하여 캐소드로 이동하게 되어, 캐소드에서는 애노드로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하며, 이러한 전자의 흐름으로부터 최종 생성된 전기에너지는 엔드플레이트의 집전판을 통하여 전기에너지를 필요로 하는 부하로 공급된다.

상기 연료전지 스택의 각 셀 단위 구성을 보면, 고분자 전해질 막을 중심으로 그 양편에 공기극인 캐소드(Cathode) 및 연료극인 애노드(Anode)가 형성된 막전극 접합체(MEA), 캐소드 및 애노드의 바깥쪽에 적층되는 가스확산층 및 가스켓을 갖는 분리판 등을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 고분자 전해질 막의 이온 전도성은 전해질 막의 가수화 정도가 클수록 증가하게 되고, 따라서 연료전지 운전시 전해질막 가수화를 위해 수소 공급계에 수소 재순환 시스템이 적용되고, 공기 공급계에 공급공기를 가습시키는 가습기가 적용되고 있다.

그러나, 가습을 통해 스택내로 공급된 공기중의 물과, 스택내에서 반응에 의해 생성된 물은 연료전지의 온도가 0℃ 이하로 떨어지게 되면 얼게 되는데, 물이 얼음으로 변할 때의 부피팽창은 기공 구조를 갖는 막전극접합체(MEA)와 가스확산층(GDL)에 손상을 줄 수 있다.

또한, 연료전지의 냉시동시에는 생성수가 애노드 및 캐소드 등과 같은 전극내에서도 얼어 있는 상태로 존재하여 해동전까지 배출이 전혀 안되기 때문에 수소 및 공기중 산소와 같은 반응가스의 이동통로를 막게 되는 문제점이 있다.

따라서, 냉시동 성능을 증가시키기 위해서 겨울철과 같이 외기 온도가 영하일 때 연료전지 시스템이 정지되기 전에 스택내의 물 제거가 필요하며, 이에 냉시동 전 운전 정지 후 연료전지 내 물을 제거하기 위한 다양한 방법들이 제시되고 있는데, 가장 기본적인 방법으로는 ⅰ)별도의 건조 질소가스를 이용한 방법, ⅱ)바이패스(bypass)라인을 이용하여 장시간 건조(dry) 가스를 공급하는 방법, ⅲ)감압을 이용하여 물을 제거하는 방법, ⅳ)펄스퍼지를 이용하여 물을 제거하는 방법 등이 제안되어 왔다.

그러나, ⅰ)별도의 건조 질소가스를 이용한 방법은 별도의 질소통을 차량에 장착해야 하는 단점이 있고, ⅱ)바이패스(bypass)라인을 이용하여 장시간 건조(dry) 가스를 공급하는 방법은 직경이 큰 바이패스 배관과 밸브를 설치하고 밸브 등을 제어해야 하는 단점이 있고, ⅲ)감압을 이용하여 물을 제거하는 방법은 별도의 감압을 위한 감압펌프가 필요한 단점이 있으며, ⅳ)펄스퍼지를 이용하여 물을 제거하는 방법은 수소 퍼지를 위한 애노드에만 적용 가능하고, 캐소드를 위해서는 별도의 밸브 추가가 필요하고, 많은 퍼징시간이 필요한 단점이 있다.

따라서, 냉시동 성능 향상을 위해서는 가능한 많은 양의 물을 스택으로부터 제거해야 하고, 특히 셧다운(Shutdown)시간을 최소화하면서 냉시동 성능을 극대화 하기 위한 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구된 결과물로서, 연료전지 스택의 운전정지 후 퍼지 단계로서 스택의 캐소드에 수소 및 공기 혼합가스를 넣어줌과 함께 퍼지를 실시함으로써, 스택의 캐소드에서 수소와 공기의 직접반응에 의하여 열이 발생되는 동시에 스택의 온도를 올릴 수 있고, 혼합공기의 퍼지에 의한 캐소드측 물 배출과 함께 수소 퍼지에 의한 애노드의 물 배출이 이루어질 수 있으며, 퍼지 단계중 스택의 온도가 올라가기 때문에 퍼지에 의한 물제거 뿐만 아니라 스택 온도 상승에 의한 물제거 효과도 얻을 수 있도록 한 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 애노드 및 캐소드를 포함하는 연료전지 스택과; 상기 애노드에 수소를 공급하는 수소공급라인에 장착된 제1밸브와; 상기 애노드의 출구측에 연결되는 수소배출라인에 장착된 제2밸브와; 상기 수소공급라인 구간중 제1밸브와 애노드 사이 위치와, 캐소드에 공기를 공급하는 공기공급라인 간에 연결되는 분기라인과; 상기 분기라인에 장착되는 제3밸브와; 상기 제1 내지 제3밸브의 열림 및 닫힘을 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 연료전지 스택의 캐소드 출구에 연결된 공기배출라인에는 온도센서가 더 장착된 것을 특징으로 한다.

상기 제1밸브는 연료전지 스택의 운전 및 퍼지시 제어부의 신호에 따라 항상 열림 상태가 되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2밸브는 연료전지 스택의 운전시 주기적으로 열리고, 운전정지후 퍼지 단계중 수소 및 공기 공급시 닫혔다가 캐소드에서의 발열 반응후 열리는 것을 특징으로 한다.

상기 제3밸브는 연료전지 스택의 운전시 닫히고, 운전정지후 퍼지 단계중 수소 및 공기가 캐소드로 공급될 때 열리는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 연료전지 스택의 운전 정지후, 스택의 캐소드에 수소 및 공기가 혼합된 혼합가스를 공급하는 단계와; 스택의 캐소드에서 수소 및 공기에 의한 전기화학적 반응과 동시에 발열이 이루어져 스택의 온도가 상승하는 단계와; 반응을 마친 혼합가스를 캐소드로부터 퍼지시키는 동시에 물 배출이 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 혼합가스를 공급하는 단계에서, 수소공급라인의 제1밸브 및 수소공급라인과 공기공급라인간에 연결된 제3밸브를 열림 제어하여, 스택의 캐소드에 공기와 함께 수소가 혼합 공급되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 스택의 애노드 출구에 연결된 수소배출라인의 제2밸브를 주기적으로 열어서, 애노드로부터 수소가 주기적으로 퍼지되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 캐소드로부터 퍼지되는 혼합가스의 온도가 기준온도에 도달하면, 공기 공급을 중단하는 동시에 제1 및 제3밸브를 닫아서 수소 공급도 중단시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 캐소드로부터 혼합가스가 퍼지될 때의 물 배출과, 발열에 의한 물 증발 배출이 동시에 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 연료전지 스택의 운전정지 후 퍼지 단계를 실시하되, 캐소드에 수소 및 공기 혼합가스를 넣어줌과 함께 퍼지를 실시함으로써, 캐소드에서 수소와 공기의 혼합가스에 의한 직접반응에 의하여 열이 발생되는 동시에 스택의 온도를 올릴 수 있으므로, 혼합가스 퍼지에 의한 물 배출과 더불어 발열에 의한 물 증발 배출이 동시에 이루어질 수 있고, 냉시동 전 운전 정지 후 연료전지 내 물을 용이하게 제거할 수 있다.

특히, 스택의 운전 정지(특히, 저온에서 셧다운(shutdown) 되었을 때)후, 온도가 낮아 퍼지 효과가 미비할 때 물 배출 효과를 극대화시킬 수 있다.

또한, 퍼지 단계중 캐소드에서의 발열로 인하여 스택의 온도가 올라가기 때문에 혼합가스의 퍼지에 의한 물 제거 뿐만 아니라, 스택 온도 상승에 의한 물 제거 효과도 얻을 수 있다.

또한, 기존에 스택의 온도가 낮은 상태에서 정지되었을 때, 스택의 온도를 올리기 위하여 즉, 스택으로부터 전류를 뽑고자 전기화학적 발열을 많이 유도할 수 있는 별도의 저항체를 설치할 필요가 없고, 냉시동시 캐소드의 물을 제거하기 위해 별도의 바이패스라인을 설치할 필요가 없는 등 설치 비용면에서도 유리한 장점이 있다.

또한, 스택의 OCV 를 낮출 수 있어 스택 내구 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치의 작동 흐름을 설명하는 순서도,
도 3은 본 발명의 직접가열 퍼징 운전에 따른 전기화학적 반응과, 정상적인 연료전지 운전시 전기화학적 반응을 비교하여 도시한 개략도,
도 4는 본 발명의 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치에 대한 시험예 결과로서, 수소 및 공기를 캐소드에 공급함에 따른 스택 온도 변화를 나타낸 그래프,
도 5는 스택의 OCV 변화에 따른 스택의 내구 성능을 보여주는 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

전술한 바와 같이, 냉시동 성능을 증가시키기 위해서 겨울철과 같이 외기 온도가 영하일 때 연료전지 시스템이 정지되기 전에 스택 내부의 물 제거가 반드시 필요함에 따라, 연료전지 스택내 잔존하는 물을 제거하는 다양한 퍼징기술 등이 적용되고 있다.

연료전지 시스템의 운전 정지 후 연료전지 스택내의 물 제거 정도는 상대적으로 가스공급량이 많은 공기극의 가스(공기)배출방법, 가스배출량, 가스배출구 온도 등에 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 다양한 조건시험을 통해 스택온도를 높이는 것, 즉 스택의 가스배출구 온도를 높이는 것이 냉시동 성능을 좌우하는 가장 중요한 요소이며, 이는 스택으로부터 나가는 가스의 온도가 높을 때 포화 수증기압이 낮아져 스택내에 존재하는 더 많은 물을 제거할 수 있기 때문이다.

본 발명은 냉시동 성능을 극대화시킬 수 있는 방법중 하나로서, 운전정지 후 물배출 효과를 높이기 위해 스택의 캐소드에 수소 및 공기가 혼합된 혼합가스를 넣어줌으로써, 정상 운전시의 전기화학적 반응(도 3의 좌측 도면 참조)와 달리, 캐소드에서 혼합가스의 직접적인 전기화학적 반응에 의하여 물과 전기와 열이 생성되도록 하여(도 3의 우측 도면 참조), 스택의 온도를 올리면서 혼합가스를 퍼지시켜주는 점에 특징이 있다.

이를 위해, 연료전지 스택(10)의 애노드(12)에 수소를 공급하는 수소공급라인(20)에 제1밸브(31)가 장착되고, 애노드(12)의 출구측에 연결되는 수소배출라인(22)에 제2밸브(32)가 장착된다.

또한, 상기 수소공급라인(20) 구간중 제1밸브(31)와 애노드(12) 사이 위치와, 캐소드(14)에 공기를 공급하는 공기공급라인(24) 간에 분기라인(26)를 형성하는 동시에 이 분기라인(26)에 제3밸브(33)가 장착된다.

이때, 상기 제1 내지 제3밸브(31,32,33)의 열림 및 닫힘 제어는 연료전지 시스템의 전반적인 제어를 하는 제어부(40)에서 담당하게 된다.

또한, 연료전지 스택(10)의 캐소드(14) 출구에 연결된 공기배출라인(28)에는 가스배출온도를 측정하여 제어부(40)에 그 신호를 전송하는 온도센서(34)가 장착된다.

상기와 같이 장착된 제1밸브 내지 제3밸브는 연료전지 스택의 정상 운전 및 셧다운과 같은 상황에서의 퍼지 운전시 제어부에 의하여 그 열림 및 닫힘 제어를 받게 된다.

상기 제1밸브(31)는 연료전지 스택(10)의 운전 및 퍼지시 제어부의 신호에 따라 항상 열림 상태로 제어되고, 상기 제2밸브(32)는 연료전지 스택(10)의 운전시 주기적으로 열리고, 수소 및 공기의 혼합가스가 캐소드(14)에 공급될 때 닫혔다가, 캐소드(14)에서 혼합가스에 의한 직접적인 발열 반응이 일어날 때, 주기적으로 열리게 되며, 상기 제3밸브(33)는 연료전지 스택(10)의 운전시 닫히고, 운전정지후 퍼지 단계중 캐소드(14)쪽으로 수소를 공급하기 위하여 열리게 된다.

여기서, 상기한 제1 내지 제3밸브의 열림 및 닫힘 제어에 의하여 이루어지는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 방법을 첨부한 도 1 및 도 2를 참조로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선, 연료전지 시스템의 냉시동 또는 정상적인 운전시, 공기블로워(42)에 의하여 공기가 흡입된 후, 가습기(44)에서 가습된 다음, 공기공급라인(24)을 통해 스택(10)의 캐소드(14)로 공급되고, 이와 함께 수소공급라인(20)의 제1밸브(31)가 열림 제어되어 수소가 스택(10)의 애노드(12)로 공급되며, 수소배출라인(22)의 제2밸브(32)가 주기적으로 열림 제어되어 수소 퍼지가 이루어진다.

이러한 연료전지 스택(10)의 운전이 정지된 후, 스택(10)의 캐소드(14)에 수소 및 공기가 혼합된 혼합가스를 공급하는 단계가 진행된다.

즉, 상기 수소공급라인(20)의 제1밸브(31)를 열림 제어하는 동시에 수소공급라인(20)과 공기공급라인(24)간의 분기라인(26)에 장착된 제3밸브(33)를 열림 제어하여, 공기공급라인(24)을 통해 공급되는 공기와 제3밸브(33)를 통해 유입되는 수소가 서로 혼합되어 스택(10)의 캐소드(14)에 공급된다.

이때, 상기 수소공급라인(20)의 제1밸브(31)를 통과한 수소는 제3밸브(33)를 통과하여 공기와 함께 캐소드(13)로 공급되고, 나머지 일부의 수소는 스택(10)의 애노드(12)로 공급된다.

다음으로, 상기 스택(10)의 캐소드(14)에 공급된 혼합가스 즉, 수소 및 공기에 의한 통상의 전기화학적 반응(도 3의 우측 도면 참조)이 일어나서, 전기와 물과 열이 발생되고, 이때 발생된 열의 발열 작용으로 인하여 스택(10)의 온도가 상승하게 된다.

이어서, 반응을 마친 혼합가스를 캐소드(14)로부터 퍼지시키는 동시에 물 배출이 이루어진다.

보다 상세하게는, 상기 캐소드(14)로부터 혼합가스가 퍼지될 때의 압력에 의하여 물이 함께 퍼지되는 퍼지에 의한 물 배출이 이루어지고, 동시에 발열에 의한 물 증발 배출이 동시에 이루어진다.

이렇게 캐소드에서 발열 반응이 일어남과 함께 반응을 마친 혼합가스가 퍼지되는 동안, 스택의 온도가 올라가기 때문에 혼합가스의 퍼지에 의한 물 제거 뿐만 아니라 스택의 온도 상승에 의한 물제거 효과도 올릴 수 있으며, 특히 저온에서 연료전지 시스템이 셧다운(shutdown) 되었을 때, 즉 온도가 낮아 퍼지 효과가 미비할 때 물 배출 효과를 극대화시킬 수 있다.

또한, 상기 스택(10)의 애노드(12)에도 일부 수소가 공급되는 바, 애노드(12)의 출구에 연결된 수소배출라인(22)의 제2밸브(32)를 주기적으로 열어서, 애노드(12)로부터 수소가 주기적으로 퍼지되도록 함으로써, 애노드(12)에 잔존하는 물도 수소 퍼지와 함께 배출시킬 수 있다.

또한, 상기 캐소드(14)로부터 퍼지되는 혼합가스의 온도 즉, 캐소드(14)의 가스배출구 온도를 온도센서(34)에서 측정하여, 그 측정신호를 제어부(40)에 전송하고, 제어부(40)에서 가스배출구 온도가 기준온도에 도달한 것으로 판정하면, 제어부(40)에서 공기블로워(42)의 작동을 중지시켜 공기 공급을 중단하는 제어를 하고, 이와 동시에 제어부(40)에서 제1 및 제3밸브(31,33)를 닫아주면서 수소 공급도 중단시키는 제어를 하게 된다.

한편, 본 발명의 시험예로서, 연료전지 시스템의 운전 정지시, 스택의 캐소드에 혼합가스를 공급하여 발열 정도를 측정하였는 바, 공기 유량 대비 수소 유공급량 7%일 때의 스택 온도(가스배출구 온도 기준)를 측정하였다.

즉, 공기 유량 120lpm 대비 수소 유량 8.4lpm를 공급하여 스택의 가스배출구 온도를 측정하였는 바, 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이 스택 온도 상승률이 0.42℃/sec로 나타남을 알 수 있었다.

이러한 본 발명의 스택 온도 상승률을 기존의 저항체 이용하여 스택 온도를 상승시킬 경우(100A 발생시 0.5℃/sec, 50A 발생시 0.25℃/sec 상승)와 비교하면, 저항체의 사용 없이도 약 80A 이상의 발열효과를 나타내는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 다른 시험예로서, 수소 및 공기의 혼합공기의 퍼지시 나타나는 OCV를 측정하되, 공기내 수소 농도별 스택 OCV(OPEN CIRCUIT VOLTAGE) 변화를 측정하였는 바, 그 결과는 아래의 표 1에 기재된 바와 같다.

위의 표 1에서 보듯이, 공기극내 수소 농도가 높아질수록 OCV는 낮게 나타났고, 공기유량 대비 Vol 7%의 수소를 공기극에 넣어 퍼지하였을 때, 약 0.15V의 전압강하가 일어났음을 알 수 있었다.

한편, 첨부한 도 5의 그래프에서 보듯이 OCV (0.9V 이상의 고전위) 상태로 유지되면 될수록 연료전지의 셀 전압이 감소하여 연료전지의 성능 저하가 유발되므로, OCV 노출 시간을 최소한으로 하는 것이 내구 향상에 중요하다.

따라서, 상기와 같이 퍼지시 공기극에 수소를 함께 넣어줌으로써, OCV가 낮게 형성되므로, 결국 내구성 평가 결과 약 3.2배의 성능 향상이 이루어짐을 확인할 수 있었다.

10 : 연료전지 스택 12 : 애노드
14 : 캐소드 20 : 수소공급라인
22 : 수소배출라인 24 : 공기공급라인
26 : 분기라인 28 : 공기배출라인
31 : 제1밸브 32 : 제2밸브
33 : 제3밸브 34 : 온도센서
40 : 제어부 42 : 공기블로워

Claims

애노드(12) 및 캐소드(14)를 포함하는 연료전지 스택(10)과;
상기 애노드(12)에 수소를 공급하는 수소공급라인(20)에 장착된 제1밸브(31)와;
상기 애노드(12)의 출구측에 연결되는 수소배출라인(22)에 장착된 제2밸브(32)와;
상기 수소공급라인(20) 구간중 제1밸브(31)와 애노드(12) 사이 위치와, 캐소드(14)에 공기를 공급하는 공기공급라인(24) 간에 연결되는 분기라인(26)과;
상기 분기라인(26)에 장착되는 제3밸브(33)와;
상기 제1 내지 제3밸브(31,32,33)의 열림 및 닫힘을 제어하는 제어부(40);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 연료전지 스택(10)의 캐소드(14) 출구에 연결된 공기배출라인(28)에는 온도센서(34)가 더 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1밸브(31)는 연료전지 스택(10)의 운전 및 퍼지시 제어부의 신호에 따라 항상 열림 상태가 되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2밸브(32)는 연료전지 스택(10)의 운전시 주기적으로 열리고, 운전정지후 퍼지 단계중 수소 및 공기 공급시 닫혔다가 캐소드(14)에서의 발열 반응시 주기적으로 열리는 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제3밸브(33)는 연료전지 스택(10)의 운전시 닫히고, 운전정지후 퍼지 단계중 수소 및 공기가 캐소드(14)로 공급될 때 열리는 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 장치.
연료전지 스택(10)의 운전 정지후, 스택(10)의 캐소드(14)에 수소 및 공기가 혼합된 혼합가스를 공급하는 단계와;
스택(10)의 캐소드(14)에서 수소 및 공기에 의한 전기화학적 반응과 동시에 발열이 이루어져 스택(10)의 온도가 상승하는 단계와;
반응을 마친 혼합가스를 캐소드(14)로부터 퍼지시키는 동시에 물 배출이 이루어지는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 혼합가스를 공급하는 단계에서, 수소공급라인(20)의 제1밸브(31) 및 수소공급라인(20)과 공기공급라인(24)간에 연결된 제3밸브(33)를 열림 제어하여, 스택(10)의 캐소드(14)에 공기와 함께 수소가 혼합 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 스택(10)의 애노드(12) 출구에 연결된 수소배출라인(22)의 제2밸브(32)를 주기적으로 열어서, 애노드(12)로부터 수소가 주기적으로 퍼지되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 캐소드(14)로부터 퍼지되는 혼합가스의 온도가 기준온도에 도달하면, 공기 공급을 중단하는 동시에 제1 및 제3밸브(31,33)를 닫아서 수소 공급도 중단시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 캐소드(14)로부터 혼합가스가 퍼지될 때의 물 배출과, 발열에 의한 물 증발 배출이 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지의 냉시동성 개선을 위한 직접 가열 퍼징 방법.