KR20120117158A - 연료전지 성능 평가 장치 - Google Patents

연료전지 성능 평가 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20120117158A
KR20120117158A KR1020110034736A KR20110034736A KR20120117158A KR 20120117158 A KR20120117158 A KR 20120117158A KR 1020110034736 A KR1020110034736 A KR 1020110034736A KR 20110034736 A KR20110034736 A KR 20110034736A KR 20120117158 A KR20120117158 A KR 20120117158A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
air
unit
fuel cell
performance evaluation
Prior art date
Application number
KR1020110034736A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101307872B1 (ko
Inventor
손영준
박구곤
김민진
최영우
박석희
임성대
양태현
윤영기
이원용
김창수
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020110034736A priority Critical patent/KR101307872B1/ko
Publication of KR20120117158A publication Critical patent/KR20120117158A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101307872B1 publication Critical patent/KR101307872B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04037—Electrical heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04835—Humidity; Water content of fuel cell reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

본 발명은 연료전지 스택의 전압 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 고정수단이 기판을 관통하여 분리판에 각각 고정됨으로써 간단한 방법을 이용하여 안정적으로 연료전지 스택의 개별 전압을 측정할 수 있는 연료전지 스택의 전압 측정 장치에 관한 것이다.

Description

연료전지 성능 평가 장치{EFFICIENCY TEST DEVICE FOR FUEL CELL }
본 발명은 연료전지 성능 평가 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 연료전지의 작동 온도 및 공급되는 가스의 습도를 정밀하게 제어되도록 함으로써 측정 신뢰도를 높일 수 있는 연료전지 성능 평가 장치에 관한 것이다.
연료전지(Fuel Cell)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로, 수소, 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 새로운 친환경적 미래형 에너지 기술이다.
연료전지는 공기극(Cathode)에 산소가 공급되고 연료극(Anode)에 수소가 공급되어 물의 전기분해 역반응 형태로 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않으면서도 고효율로 전기에너지를 생산한다.
이 때, 상기 연료전지는 단일 셀로부터 생산되는 전압은 제한적이므로, 분리판과 셀이 복수회 적층되고, 양측에 상기 분리판 및 단위셀이 적층된 구성을 지지하기 위한 엔드 플레이트가 구비되어 스택형으로 이용된다.
이와 같은 연료전지의 성능을 평가하기 위해서는 연료전지의 구동에 큰 영향을 끼치는 외부 요소가 균일하게 유지되어야 하는데, 위 요소로는 작동 온도, 공급 가스의 유량 및 가습 정도를 예를 들 수 있다.
그런데, 연료전지의 성능 평가 시, 한 가지의 요소라도 오차가 발생되는 경우에 평가된 연료전지의 성능 자체의 신뢰도가 저하될 수밖에 없는 문제점이 있다.
특히, 종래의 온도 조절 방식을 살펴보면, 고체 대 고체 또는 공기 대 고체의 열전달을 이용하는 경우가 많은데, 위의 방법은 열전달 속도가 느리며 열전달이 위치에 따라 불균일하게 형성된다.
이에 따라, 종래의 온도 조절 방식은 위치에 따라 온도 차이가 유발되며, 정밀하며 지속적인 온도 유지가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료전지의 작동 온도 및 공급되는 가스의 습도를 정밀하게 제어되도록 함으로써 측정 신뢰도를 높일 수 있는 연료전지 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.
더욱 상세하게, 본 발명의 목적은 열전달매체를 이용하여 균일하고, 빠른 열전달이 가능함으로써 정밀하고 지속적으로 온도 조절이 가능한 연료전지 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 연료전지 성능 평가 시, 온도 또는 습도 변화에 의해 연료전지의 단위셀에 구비된 전해질층이 수축 팽창됨에 따라 평가 신뢰도가 저하되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 더욱 상세하게, 가습기가 액체 열교환매체가 저장된 별도의 케이스 내부에 구비되며, 공기, 연료 및 수분이 예열된 상태로 공급되므로 적정 온도로의 제어가 용이하며 가습 효율을 높일 수 있는 연료전지 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 가습 및 가열된 공기 또는 연료가 1차로 액체 열교환매체 및 2차로 단열재에 의해 외부 온도에 의해 온도 변화가 발생되는 것을 방지할 수 있는 연료전지 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 성능평가부가 액체 열교환매체에 의해 열교환된 열교환공기를 이용하는 가열부를 이용함으로써 온도 변화를 최소화할 수 있는 연료전지 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 전해질층(11), 상기 전해질층(11)의 양측 면에 각각 형성되는 연료극(13) 및 공기극(12)을 포함하는 단위셀(10)과, 상기 공기극(12)에 공기를 공급하거나 상기 연료극(13)에 연료가스를 공급하는 공급유로(21-1,22-1)가 형성된 분리판(21,22)을 포함하는 연료전지(1)의 성능 평가 장치(1000)에 있어서, 상기 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 공기가 저장되는 공기 저장부(100); 상기 공기 저장부(100)와 연결되어 공기가 이송되는 공기 이송 라인(200); 상기 공기 이송 라인(200) 상에 구비되어 공기의 이송 유량을 제어하는 제1제어부(300); 상기 공기 이송 라인(200) 상의 상기 제1제어부(300) 후측에 구비되되, 이송되는 공기의 습도를 조절하는 제1가습부(400); 연료가 저장되는 연료 저장부(500); 상기 연료 저장부(500)와 연결되어 연료가 이송되는 연료 이송 라인(600); 상기 연료 이송 라인(600) 상에 구비되어 연료의 이송 유량을 제어하는 제2제어부(700); 상기 연료 이송 라인(600) 상의 상기 제2제어부(700) 후측에 구비되되, 이송되는 연료의 습도를 조절하는 제2가습부(800); 및 내부에 연료전지(1)가 구비되는 몸체(910), 상기 연료전지(1)의 온도를 조절하는 냉각부(920) 및 가열부(930)를 포함하며, 상기 연료전지(1)에 각각 상기 제1가습부(400) 및 제2가습부(800)를 통과한 공기 및 연료가 공급되어 연료전지(1) 성능이 평가되는 성능평가부(900); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 상기 제1가습부(400) 및 제2가습부(800)가 각각 액체 열교환매체가 수용된 제1케이스(410) 및 제2케이스(810) 내부에 구비되며, 상기 제1케이스(410) 및 제2케이스(810) 내부의 액체 열교환매체가 각각 제1히터(420) 및 제2히터(820)에 의해 가열되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 상기 제1가습부(400) 내부로 수분을 공급하는 제1수분공급부(430) 및 상기 공기 이송 라인(200)과 연결되어 공기를 공급하는 공기공급부(210)가 상기 제1케이스(410) 내부에 위치되어 상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210) 내부의 수분 및 공기가 액체 열교환매체에 의해 예열되며, 상기 제2가습부(800) 내부로 수분을 공급하는 제2수분공급부(830) 및 상기 연료 이송 라인(600)과 연결되어 연료를 공급하는 연료공급부(610)가 상기 제2케이스(810) 내부에 위치되어 상기 제2수분공급부(830) 및 연료공급부(610) 내부의 수분 및 연료가 열교환매체에 의해 예열되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제1가습부(400)는 제1케이스(410) 내부에 하나 이상 구비되며, 상기 제2가습부(800)는 제2케이스(810) 내부에 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1가습부(400)와 성능평가부(900)를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 성능평가부(900)를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 이중관 형태로 내부 제1공간부(221)에 공기 또는 연료가 이송되며, 외부 제2공간부(222)에 가열된 열교환매체가 순환되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제1가습부(400)와 성능평가부(900)를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 성능평가부(900)를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 상기 제2공간부(222) 둘레를 감싸는 단열부(223)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 성능평가부(900)의 냉각부(920)는 상기 연료전지(1)용 분리판(21,22)에 냉각수가 이동되는 냉각수 유로(23)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 성능평가부(900)는 상기 몸체(910) 일측에 일정거리 이격되어 중공되는 제1중공부(911) 및 제2중공부(912)가 형성되고, 상기 가열부(930)가 상기 제1중공부(911)와 연통되는 제1탱크(931)와, 상기 제2중공부(912)와 연통되는 제2탱크(932)와, 상기 제1탱크(931) 또는 제2탱크(932)에 연결되어 열교환공기가 유출입되는 열교환공기 유출입부(933)와 상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932)에 양단이 고정되어 열교환공기가 이동되는 튜브(934)와, 내부에 상기 튜브(934)를 포함하며 내부에 액체 열교환매체가 저장되는 열교환탱크(935)와, 상기 열교환탱크(935) 내부의 액체 열교환매체를 가열하는 제3히터(936)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열부(930)는 상기 제1탱크(931) 또는 제2탱크(932)에 열교환공기를 순환하기 위한 팬(937)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치는 연료전지의 작동 온도 및 공급되는 가스의 습도를 정밀하게 제어되도록 함으로써 측정 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.
더욱 상세하게, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치는 열전달매체를 이용하여 균일하고, 빠른 열전달이 가능함으로써 정밀하고 지속적으로 온도 조절이 가능한 장점이 있다.
특히, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치는 연료전지 성능 평가 시, 온도 또는 습도 변화에 의해 연료전지의 단위셀에 구비된 전해질층이 수축 팽창됨에 따라 평가 신뢰도가 저하되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 더욱 상세하게, 가습기가 액체 열교환매체가 저장된 별도의 케이스 내부에 구비되며, 공기, 연료 및 수분이 예열된 상태로 공급되므로 적정 온도로의 제어가 용이하며 가습 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치는 가습 및 가열된 공기 또는 연료가 1차로 액체 열교환매체 및 2차로 단열재에 의해 외부 온도에 의해 온도 변화가 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치는 성능평가부가 액체 열교환매체에 의해 열교환된 열교환공기를 이용하는 가열부를 이용함으로써 온도 변화를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 성능 평가 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 성능 평가 장치의 제1가습부 및 제2가습부를 나타낸 도면.
도 3은 상기 도 1에 도시한 AA'단면을 나타낸 도면.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시한 성능평가부를 나타낸 사시도 및 분해사시도.
도 6은 상기 도 4에 도시한 성능평가부의 열교환공기의 흐름 예를 나타낸 도면.
도 7은 상기 도 1에 도시한 냉각부가 형성된 연료전지를 나타낸 단면도.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 연료전지(1)의 성능을 평가하기 위한 장치로서, 공기 저장부(100), 공기 이송 라인(200), 제1제어부(300), 제1가습부(400), 연료 저장부(500), 연료 이송 라인(600), 제2제어부(700), 제2가습부(800), 및 성능평가부(900)를 포함하여 형성된다.
먼저, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치(1000)의 평가 대상인 연료전지(1)의 기본 구성을 살펴보면, 연료전지(1)는 단위셀(10)과 상기 단위셀(10)을 지지하며 공기 또는 연료를 공급하기 위한 분리판(21,22)을 포함하여 형성된다.
상기 단위셀(10)은 전해질층(11), 상기 전해질층(11)의 양측 면에 각각 형성되는 연료극(13) 및 공기극(12)을 포함하여 형성된다.
상기 전해질층(11)은 공급되는 습도 변화에 따라 수축 팽창하여 빠른 열화가 진행될 수 있는 요소로서, 연료전지 성능 평가 장치(1000)에 있어서, 습도 변화는 전체 연료전지(1)의 성능에 큰 영향을 끼치게 된다.
상기 분리판(21,22)은 상기 공기극(12)에 공기를 공급하거나 상기 연료극(13)에 연료가스를 공급하는 공급유로(21-1,22-1)가 형성된다.
상기 공급유로(21-1,22-1)는 다양한 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 분리판(21,22)은 상기 공기극(12)을 지지하며 공기극(12)에 공기를 공급하는 공급유로(21-1)가 형성된 제1분리판(21)과, 상기 연료극(13)을 지지하며 연료극(13)에 연료를 공급하는 공급유로(22-1)가 형성된 제2분리판(22)을 포함하여 구성된다.
상기 공기 저장부(100)는 상기 공기극(12)에 공급되는 공기가 저장된다.
상기 공기 이송 라인(200)은 일측이 상기 공기 저장부(100)와 연결되어 공기가 이송되는 부분으로서, 타측이 상기 성능평가부(900) 내부에 구비된 연료전지(1)의 공기극(12)에 인접한 제1분리판(21)의 공급유로(21-1)와 연결된다.
상기 제1제어부(300)는 상기 공기 이송 라인(200) 상에 구비되어 공기의 이송 유량을 제어하는 구성으로서 MFC(Mass Flow Controller)가 이용될 수 있다.
상기 제1가습부(400)는 상기 공기 이송 라인(200) 상에 구비되어 공기의 습도를 조절하는 부분으로서, 상기 공기 이송 라인(200) 상의 상기 제1제어부(300) 후측에 구비된다.
즉, 상기 제1가습부(400)는 상기 제1제어부(300)에 의해 유량 제어되어 공급된 공기의 습도를 조절하는 부분이다.
이 때, 연료전지(1)의 경우 특정 온도로 제어되어야 하며, 상기 특정 온도에서 상대습도 100% 환경이 조성되는 경우에, 연료전지 성능 평가 장치(1000)의 정밀한 측정이 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 가습 효율을 높이며, 공급 가스의 온도를 적절하게 제어하기 위하여 상기 제1가습부(400)가 열교환매체가 수용된 제1케이스(410) 내부에 구비되며, 상기 제1케이스(410) 내부의 액체 열교환매체는 제1히터(420)에 의해 가열되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 제1가습부(400)는 내부로 수분을 공급하기 위한 제1수분공급부(430) 및 상기 공기 이송 라인(200)과 연결되어 상기 제1가습부(400) 내부로 공기를 공급하는 공기공급부(210)가 구비된다.
상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210)는 상기 제1가습부(400)와 함께 상기 제1케이스(410) 내부에 구비되어 상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210)에 의해 공급되는 수분 및 공기가 예열된 상태로 상기 제1가습부(400)로 공급됨으로써 가습 효율을 높이며 온도를 균일하게 제어되도록 한다.
상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210)는 형성되는 유로 길이가 길수록 상기 액체 열교환매체와의 열교환에 의해 가열되므로, 그 형성 길이가 조절될 수 있다.
도 2에서, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210)가 상기 제1가습부(400) 일측에 지그재그 형태로 형성된 예를 도시하였으나, 상기 제1가습부(400) 둘레를 나선 형태로 감싸도록 형성되는 것을 포함하여 다양한 형태 및 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1가습부(400)는 상기 제1케이스(410) 내부에 하나 이상 형성가능하며, 상기 제1가습부(400)가 복수개 형성되는 경우에, 이 때, 최초 제1가습부(400)에는 상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210)가 각각 연결되어 수분 및 공기가 공급되고, 이 후, 직렬로 연결되는 제1가습부(400)는 이전 제1가습부(400)를 지나 습도가 높은 상태의 수분 및 공기 혼합 물질이 이동되어 습도가 더욱 상승된다.
도 2에서 상기 제1가습부(400)가 2개 직렬 연결된 예를 도시하였으나, 상기 제1가습부(400)의 형성 개수는 더욱 다양하게 형성될 수 있다.
상기 연료 저장부(500), 연료 이송 라인(600), 제2제어부(700) 및 제2가습부(800)는 각각 상기 공기 저장부(100), 공기 이송 라인(200), 제1제어부(300) 및 제1가습부(400)와 서로 동일한 구성으로 형성되되, 공기 대신 연료를 대상으로 하는 것이다.
도 2에서 상기 제2가습부(800)는 제1가습부(400)와 동일한 형태로 형성되므로, 상기 제2가습부(800)와 관련 도면 부호를 괄호 안에 표시하였다.
더욱 상세하게, 상기 연료 저장부(500)는 상기 연료극(13)에 공급되는 연료가 저장된다.
상기 연료 이송 라인(600)은 일측이 상기 연료 저장부(500)와 연결되어 연료가 이송되는 부분으로서, 타측이 상기 성능평가부(900) 내부에 구비된 연료전지(1)의 연료극(13)에 인접한 제2분리판(22)의 공급유로(22-1)와 연결된다.
상기 제2제어부(700)는 상기 연료 이송 라인(600) 상에 구비되어 연료의 이송 유량을 제어한다.
상기 제2가습부(800)는 상기 연료 이송 라인(600) 상의 상기 제2제어부(700) 후측에 구비되며, 이송되는 연료의 습도를 조절하는 부분으로서, 액체 열교환매체가 저장된 제2케이스(810) 내부에 구비되되, 상기 제2케이스(810) 내부의 열교환매체는 제2히터(820)에 의해 저장된다.
이 때, 상기 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 상기 제2가습부(800) 내부로 수분을 공급하는 제2수분공급부(830) 및 상기 연료 이송 라인(600)과 연결되어 상기 제2가습부(800) 내부로 연료를 공급하는 연료공급부(610)가 상기 제2케이스(810) 내부에 위치되어 상기 제2수분공급부(830) 및 연료공급부(610) 내부의 수분 및 연료가 예열된다.
즉, 상기 제2가습부(800) 내부고 공급되는 수분 및 연료 역시 액체 열교환매체에 의해 예열된 상태로 공급되어 연료전지(1)로 공급되는 연료의 온도를 균일하게 할 수 있으며, 효과적으로 습도를 높일 수 있는 장점이 있다.
상기 제2가습부(800) 역시 상기 제2케이스(810) 내부에 하나 이상 구비될 수 있다.
상기 성능평가부(900)는 상기 제1가습부(400) 및 제2가습부(800)를 통과하여 습도가 높은 공기 및 연료가 각각 공급되어 연료전지(1)의 성능을 평가하기 위한 장치로서, 내부에 연료전지(1)가 구비되는 몸체(910), 상기 연료전지(1)의 온도를 조절하는 냉각부(920) 및 가열부(930)를 포함하여 형성된다.
이 때, 상기 성능평가부(900)는 상기 연료전지(1)로부터 발생되는 전기의 전류, 전압 성능을 측정하여 성능을 평가할 수 있다.
상기 몸체(910)는 연료전지(1)가 구비될 수 있는 일정 공간을 갖도록 형성되며, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 다양한 냉각부(920) 및 가열부(930)의 형태를 가질 수 있다.
그 일예를 도 4 내지 도 6에 도시하였다.
상기 도 4 및 도 6에 도시한 성능평가부(900)는 상기 몸체(910) 일측에 일정거리 이격되어 중공되는 제1중공부(911) 및 제2중공부(912)가 형성되고, 상기 가열부(930)가 제1탱크(931), 제2탱크(932), 열교환공기 유출입부(933), 튜브(934), 열교환탱크(935), 및 제3히터(936)를 포함하여 형성된다.
상기 몸체(910)에 형성된 제1중공부(911) 및 제2중공부(912) 중 하나는 가열된 열교환공기가 유입되며, 나머지 하나는 몸체(910) 내부를 순환한 열교환공기가 배출되는 부분으로서, 몸체(910)의 일측 면에 일정 거리 이격되어 형성된다.
상기 가열부(930)는 상기 성능평가부(900) 몸체(910)의 일측(도면에서 우측)에 형성되는데, 먼저, 상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932)는 각각 상기 제1중공부(911) 및 제2중공부(912)와 연통되며 내부에 일정 공간을 형성하도록 형성된다.
도면에서, 상기 제1탱크(931)는 상측에 위치한 제1중공부(911)와 연통되며, 상기 제2탱크(932)는 하측에 위치한 제2중공부(912)와 연통되는 예를 도시하였으나, 상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932)는 상기 제1중공부(911) 및 제2중공부(912)의 형성 위치에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
상기 열교환공기 유출입부(933)는 열교환공기를 제1탱크(931) 또는 제2탱크(932) 내부로 유입하거나 반대로 배출 가능하도록 구비되는 것으로서, 도면에서는 상기 제2탱크(932)에 형성된 예를 나타내었다.
이 때, 상기 열교환공기 유출입부(933)는 필요에 따라 개폐가능하게 구비된다.
상기 튜브(934)는 상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932)에 양단이 고정되어 열교환공기가 이동되는 구성으로서, 복수개가 구비된다.
상기 열교환탱크(935)는 내부에 상기 튜브(934)를 포함하여 내부에 열교환매체가 저장되도록 형성되는 구성으로서, 상기 액체 열교환매체는 상기 제3히터(936)에 의해 가열되며, 상기 액체 열교환매체와 열교환공기가 열교환되어 상기 연료전지(1)의 온도를 제어한다.
즉, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 열교환에 의해 연료전지(1)의 온도 제어 균일성을 확보하도록 함으로써 안정적인 성능 평가가 가능한 장점이 있다.
상기 열교환탱크(935)는 튜브(934) 전체에서 열교환이 이루어질 수 있도록 상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932) 사이의 영역에 모두 열교환매체가 위치될 수 있는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1탱크(931), 제2탱크(932) 중 하나 또는 모두에는 열교환공기의 이동이 용이하도록 하는 팬(937)이 하나 이상 구비될 수 있다.
도 6을 참조로, 열교환공기의 흐름을 설명하면, 상기 열교환공기 유출입부(933)를 통해 유입된 열교환 공기는 상기 제2탱크(932)로 유입되고, 상기 제2탱크(932)로 유입된 열교환 공기는 상기 튜브(934)를 통과하면서 액체 열교환매체와 열교환에 의해 가열되고, 상기 제1탱크(931) 및 제1중공부(911)를 통해 몸체(910) 내부로 공급된다.
상기 몸체(910) 내부고 공급된 열교환공기는 상기 연료전지(1)를 특정 온도로 가열하며, 상기 제2중공부(912) 및 제2탱크(932)로 유입된다.
아울러, 상기 열교환공기는 위에서 설명한 통로를 계속 순환하게 되며, 이 때, 상기 열교환공기 유출입부(933)는 폐쇄된다.
즉, 열교환공기 유출입부(933)는 열교환공기의 필요에 의해 유입 또는 배출될 때만 개방된 상태를 유지하고, 성능 평가가 시행되는 상태에서는 폐쇄된 상태를 유지한다.
상기 냉각부(920)는 상기 연료전지(1)가 특정 온도 이상으로 가열되는 것을 방지하기 위한 구성으로서, 상기 분리판(21,22)에 형성되는 공급유로(21-1,22-1)와는 별도로 냉각수가 유동되는 냉각수 유로(23)일 수 있다.
이 때, 상기 냉각부(920)는 냉각수 유로(23)의 형성 형태를 조절하여 냉각 성능을 조절할 수 있으며, 전체 분리판(21,22) 형성 영역에 고르게 분포되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 냉각부(920)는 복수개의 냉각수 유로(23)를 포함할 수 있으며, 내부 냉각수의 이동 방향은 다양하게 조절될 수 있다.
본 발명의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 상술한 바와 같이, 상기 성능평가부(900) 내부의 연료전지(1)를 단위셀(10)과 동일한 온도를 갖는 열교환공기가 순환되도록 하는 능동적인 온도 제어가 수행됨으로써 종래의 온도 차이에 의한 성능 저하의 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.
상기 제1가습부(400)와 성능평가부(900)를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 성능평가부(900)를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 이중관 형태로 내부 제1공간부(221)에 공기 또는 연료가 이송되며, 외부 제2공간부(222)에 가열된 열교환매체가 순환되는 것이 바람직하다.
아울러, 부가적으로 상기 제1가습부(400)와 성능평가부(900)를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 성능평가부(900)를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 상기 제2공간부(222) 둘레를 감싸는 단열부(223)가 더 구비될 수 있다.(도 3 참조)
이를 통해, 본 발명의 연료전지 성능 평가 장치(1000)는 연료전지(1)의 작동 온도 및 공급되는 가스의 습도를 정밀하게 제어되도록 함으로써 측정 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 연료전지
10 : 단위셀 11 : 전해질층
12 : 공기극 13 : 연료극
21, 22 : 분리판 21-1, 22-1 : 공급유로
23 : 냉각수 유로
1000 : 연료전지의 성능 평가 장치
100 : 공기 저장부
200 : 공기 이송 라인 210 : 공기공급부
221 : 제1공간부 222 : 제2공간부
223 : 단열부
300 : 제1제어부
400 : 제1가습부 410 : 제1케이스
420 : 제1히터 430 : 제1수분공급부
500 : 연료 저장부
600 : 연료 이송 라인 610 : 연료공급부
700 : 제2제어부
800 : 제2가습부 810 : 제2케이스
820 : 제2히터 830 : 제2수분공급부
900 : 성능평가부 910 : 몸체
911 : 제1중공부 912 : 제2중공부
920 : 냉각부
930 : 가열부 931 : 제1탱크
932 : 제2탱크 933 : 열교환공기 유출입부
934 : 튜브 935 : 열교환탱크
936 : 제3히터 937 : 팬

Claims (9)

  1. 전해질층(11), 상기 전해질층(11)의 양측 면에 각각 형성되는 연료극(13) 및 공기극(12)을 포함하는 단위셀(10)과, 상기 공기극(12)에 공기를 공급하거나 상기 연료극(13)에 연료가스를 공급하는 공급유로(21-1,22-1)가 형성된 분리판(21,22)을 포함하는 연료전지의 성능 평가 장치(1000)에 있어서,
    상기 연료전지 성능 평가 장치(1000)는
    공기가 저장되는 공기 저장부(100);
    상기 공기 저장부(100)와 연결되어 공기가 이송되는 공기 이송 라인(200);
    상기 공기 이송 라인(200) 상에 구비되어 공기의 이송 유량을 제어하는 제1제어부(300);
    상기 공기 이송 라인(200) 상의 상기 제1제어부(300) 후측에 구비되되, 이송되는 공기의 습도를 조절하는 제1가습부(400);
    연료가 저장되는 연료 저장부(500);
    상기 연료 저장부(500)와 연결되어 연료가 이송되는 연료 이송 라인(600);
    상기 연료 이송 라인(600) 상에 구비되어 연료의 이송 유량을 제어하는 제2제어부(700);
    상기 연료 이송 라인(600) 상의 상기 제2제어부(700) 후측에 구비되되, 이송되는 연료의 습도를 조절하는 제2가습부(800); 및
    내부에 연료전지(1)가 구비되는 몸체(910), 상기 연료전지(1)의 온도를 조절하는 냉각부(920) 및 가열부(930)를 포함하며, 상기 연료전지(1)에 각각 상기 제1가습부(400) 및 제2가습부(800)를 통과한 공기 및 연료가 공급되어 연료전지(1) 성능이 평가되는 성능평가부(900); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 성능 평가 장치(1000)는
    상기 제1가습부(400) 및 제2가습부(800)가 각각 열교환매체가 수용된 제1케이스(410) 및 제2케이스(810) 내부에 구비되며,
    상기 제1케이스(410) 및 제2케이스(810) 내부의 열교환매체가 각각 제1히터(420) 및 제2히터(820)에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 평가 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연료전지 성능 평가 장치(1000)는
    상기 제1가습부(400) 내부로 수분을 공급하는 제1수분공급부(430) 및 상기 공기 이송 라인(200)과 연결되어 공기를 공급하는 공기공급부(210)가 상기 제1케이스(410) 내부에 위치되어 상기 제1수분공급부(430) 및 공기공급부(210) 내부의 수분 및 공기가 열교환매체에 의해 예열되며,
    상기 제2가습부(800) 내부로 수분을 공급하는 제2수분공급부(830) 및 상기 연료 이송 라인(600)과 연결되어 연료를 공급하는 연료공급부(610)가 상기 제2케이스(810) 내부에 위치되어 상기 제2수분공급부(830) 및 연료공급부(610) 내부의 수분 및 연료가 액체 열교환매체에 의해 예열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 평가 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1가습부(400)는 제1케이스(410) 내부에 하나 이상 구비되며,
    상기 제2가습부(800)는 제2케이스(810) 내부에 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 평가 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1가습부(400)와 성능평가부(900)를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 성능평가부(900)를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 이중관 형태로 내부 제1공간부(221)에 공기 또는 연료가 이송되며, 외부 제2공간부(222)에 가열된 액체 열교환매체가 순환되는 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 평가 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1가습부(400)와 성능평가부(900)를 연결하는 공기 이송 라인(200) 및 상기 제2가습부(800)와 성능평가부(900)를 연결하는 연료 이송 라인(600)은 상기 제2공간부(222) 둘레를 감싸는 단열부(223)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 평가 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 성능평가부(900)의 냉각부(920)는 상기 연료전지(1)용 분리판(21,22)에 냉각수가 이동되는 냉각수 유로(23)인 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 평가 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 성능평가부(900)는 상기 몸체(910) 일측에 일정거리 이격되어 중공되는 제1중공부(911) 및 제2중공부(912)가 형성되고,
    상기 가열부(930)가 상기 제1중공부(911)와 연통되는 제1탱크(931)와,
    상기 제2중공부(912)와 연통되는 제2탱크(932)와,
    상기 제1탱크(931) 또는 제2탱크(932)에 연결되어 열교환공기가 유출입되는 열교환공기 유출입부(933);
    상기 제1탱크(931) 및 제2탱크(932)에 양단이 고정되어 열교환공기가 이동되는 튜브(934)와,
    내부에 상기 튜브(934)를 포함하며 내부에 액체 열교환매체가 저장되는 열교환탱크(935)와,
    상기 열교환탱크(935) 내부의 액체 열교환매체를 가열하는 제3히터(936)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 평가 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가열부(930)는 상기 제1탱크(931) 또는 제2탱크(932)에 열교환공기를 순환하기 위한 팬(937)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 평가 장치.
KR1020110034736A 2011-04-14 2011-04-14 연료전지 성능 평가 장치 KR101307872B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110034736A KR101307872B1 (ko) 2011-04-14 2011-04-14 연료전지 성능 평가 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110034736A KR101307872B1 (ko) 2011-04-14 2011-04-14 연료전지 성능 평가 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120117158A true KR20120117158A (ko) 2012-10-24
KR101307872B1 KR101307872B1 (ko) 2013-09-12

Family

ID=47285164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110034736A KR101307872B1 (ko) 2011-04-14 2011-04-14 연료전지 성능 평가 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101307872B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106970335A (zh) * 2017-05-15 2017-07-21 惠州市忠邦电子有限公司 电流电压平衡测试仪
CN108931268A (zh) * 2018-06-25 2018-12-04 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） 一种燃料电池增湿罐增湿效果测试方法
CN116698469A (zh) * 2023-08-04 2023-09-05 合肥通用机械研究院有限公司 一种sofc阴极空气预热器性能测试系统及测试方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0758620B2 (ja) * 1989-08-09 1995-06-21 三洋電機株式会社 燃料電池
US6955861B2 (en) * 2002-02-27 2005-10-18 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system, and method of protecting a fuel cell from freezing
JP4282584B2 (ja) * 2004-10-29 2009-06-24 エスペック株式会社 燃料電池評価試験装置
KR100800022B1 (ko) * 2007-11-22 2008-02-01 나라셀텍(주) 연료전지의 전기화학적 특성 평가 장치
JP7058620B2 (ja) * 2019-02-22 2022-04-22 三菱電機株式会社 充電装置および充電方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106970335A (zh) * 2017-05-15 2017-07-21 惠州市忠邦电子有限公司 电流电压平衡测试仪
CN108931268A (zh) * 2018-06-25 2018-12-04 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） 一种燃料电池增湿罐增湿效果测试方法
CN108931268B (zh) * 2018-06-25 2020-12-22 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种燃料电池增湿罐增湿效果测试方法
CN116698469A (zh) * 2023-08-04 2023-09-05 合肥通用机械研究院有限公司 一种sofc阴极空气预热器性能测试系统及测试方法
CN116698469B (zh) * 2023-08-04 2023-10-20 合肥通用机械研究院有限公司 一种sofc阴极空气预热器性能测试系统及测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101307872B1 (ko) 2013-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120028156A1 (en) Stack having uniform temperature distribution and method of operating the same
JP3596332B2 (ja) 積層型燃料電池の運転方法、積層型燃料電池及び積層型燃料電池システム
EP0831543B1 (en) Gas humidifying device for use with a fuel cell
CN101106199B (zh) 具有改进的流动通道的冷却板
KR101219342B1 (ko) 연료전지 스택의 엔드플레이트 가열 장치
US10141586B2 (en) Fuel cell module, combined power generation system including the same, and temperature control method of fuel cell power generation section
CN104584303B (zh) 用于燃料电池的流场板
KR101307870B1 (ko) 복수개의 연료전지 성능 평가 장치
KR101307872B1 (ko) 연료전지 성능 평가 장치
JP4603920B2 (ja) 燃料電池用加湿装置及びこれを備えた燃料電池システム
JP4034804B2 (ja) 高分子電解質型燃料電池発電システム
JP5710527B2 (ja) 燃料電池スタックおよび燃料電池システム
JP2006210334A5 (ko)
JP2004516612A (ja) 冷媒分配構造付きｐｅｍ燃料電池スタック
JP5448249B2 (ja) 燃料電池
JP2011222315A (ja) 燃料電池システム及び膜加湿器
JP5062948B2 (ja) 燃料電池発電装置
KR102227608B1 (ko) 연료전지 스택
JP2007184111A (ja) 燃料電池システム
JP6858536B2 (ja) 加湿器
JPS5975573A (ja) 燃料電池
JP2006196249A (ja) 燃料電池システム
JP2003514354A (ja) 電気化学的な燃料電池セルスタック
JP3981476B2 (ja) 燃料電池スタック
KR101299624B1 (ko) 가습기용 분리판 및 이를 이용한 가습기 스택 일체형 연료전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160905

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170921

Year of fee payment: 5