KR20140002195A - 콤팩트 연료전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 엔드 플레이트, 캐소드 전극판, 스택부, 애노드 전극판, 엔드 플레이트가 가압 조립되어 스택을 구성하는 연료전지에 있어서, 상기 스택부 내부로 냉각수를 순환시켜 냉각시키기 위한 냉각장치를 상기 엔드 플레이트의 외측면에 고정설치하고, 상기 일측의 엔드 플레이트와 캐소드 전극판 사이에 복수의 막 가습기부를 삽입하여 스택과 냉각장치 및 가습장치가 일체형 구조로 구성함으로써, 연료전지 시스템을 콤팩트한 모듈화가 가능해진다.

Description

콤팩트 연료전지 모듈{Fuel cell for modularity compact}
본 발명은 콤팩트 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 특히 연료전지 스택에 수냉식 냉각장치와 가습장치를 일체형으로 구성하여 콤팩트한 연료전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
일반적으로 연료전지를 구성하는 기본적인 구조로서 스택(stack)이 본체를 이루고, 스택은 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 부착되어 수소가스와 공기를 산화/환원시키는 전극-전해질 합성체(Membrane Electrode assembly:MEA)와, 수소 가스와 공기를 전극-전해질 합성체로 공급하기 위해 전극-전해질 합성체 양측에 배치되는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)를 포함하는 단위 셀이 연속적으로 배열되고, 연속 배치된 단위 셀들의 좌우측에는 각각 캐소드 전극판, 애노드 전극판이 설치되며, 최외각에는 엔드 플레이트가 설치되어 조립구성된다.
도 1은 일반적인 연료전지 시스템의 개요도이고 도 2는 일반적인 연료전지 스택 구조도이며, 도 3은 일반적인 스택의 단위 셀 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이,
수소와 공기의 산화/환원작용에 의해 전기를 생산하는 스택(10)과, 스택에 수소가스를 공급하는 수소공급부(11)와, 상기 스택(10)에 공기를 공급하는 공기 공급부(12)와, 가습을 위한 물공급부(13)와, 상기 공기 공급부(12)에서 공급되는 공기를 상기 물공급부(13)에서 공급되는 물을 이용하여 가습하여 스택(10)으로 공급하는 가습장치(14)와, 상기 스택(10)의 내부로 냉각수를 순환시켜 냉각시키기 위한 냉각장치(15)를 포함하여 연료전지 시스템이 구성된다.
상기 스택(10)은, 도 2와 같이 스택부(11), 스택부(11)의 양측에 설치되는 캐스드 전극판 및 애노드 전극판(12) 전극판 외측에 설치되는 엔드플레이트(13)로 구성된다.
상기 스택부(11)는, 양면에 채널이 형성된 분리판(11a), 가스켓(11a), 전해질막(11c), 가스켓(11a), 분리판(11a)이 도 3과 같이 하나의 단위 셀을 이루고, 다수의 셀이 결합 구성된다.
최근 들어 연료전지 시스템의 활용도에 의해 소형 및 콤팩트화의 요구가 많아지고 있는데, 상기와 같은 종래의 연료전지 시스템 구조에서는 스택(10)과 냉각장치 및 가습장치(13)가 분리된 구조로서 연료전지 시스템의 사이즈가 커지게 되고, 가습장치(13)와 냉각장치(14)가 분리형이기 모듈화가 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 연료전지 시스템의 구조를 콤팩트화 하기 위하여 냉각장치와 가습장치를 스택과 일체형 구조로 구성하여 연료전지를 콤팩트한 모듈로서 구성할 수 있도록 한 콤팩트 연료전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 스택구조에 냉각장치만을 일체형 구조로 구성할 수도 있고, 스택구조에 가습장치만을 일체형 구조로 구성할 수도 있으며, 냉각장치와 가습장치를 모두 스택 구조에 일체형 구조로 구성하여 모듈화할 수도 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 콤팩트 연료전지 모듈은,
엔드 플레이트, 캐소드 전극판, 스택부, 애노드 전극판, 엔드 플레이트가 가압 조립되어 스택을 구성하는 연료전지에 있어서,
상기 스택부 내부로 냉각수를 순환시켜 냉각시키기 위한 냉각장치를 상기 엔드 플레이트의 외측면에 고정설치하고, 상기 일측의 엔드 플레이트와 캐소드 전극판 사이에 복수의 막 가습기부를 삽입하여 스택과 냉각장치 및 가습장치가 일체형 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 냉각장치는,
엔드 플레이트의 외측면에 부착되는 냉각장치 하우징과, 냉각장치 하우징내부에 형성되고 양단이 상기 엔드 플레이트의 냉각수 입구 및 출구와 각각 밀착 연결되는 냉각수 방열 유로와, 냉각장치 하우징의 외측면에 형성되어 상기 냉각수 방열 유로를 통과하는 냉각수를 외부 공기에 의해 냉각시키는 복수의 방열핀과; 상기 냉각수 방열 유로 상에 설치되어 냉각수를 가압하여 상기 엔드 플레이트의 냉각수 입구로 공급하는 냉각수 펌프로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 냉각장치는,
엔드플레이트를 통과하여 공급되는 냉각수가 스택부를 통과한 후, 해당 냉각장치로 회수될 수 있도록 상기 스택부와 캐소드 전극부, 애노드 전극부 및 해당 엔드 플레이트에는 냉각수 회수구멍이 형성되어 내부 냉각수 회수라인이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 냉각장치는, 상기 내부 냉각수 회수라인 대신에, 엔드플레이트를 통과하여 공급되는 냉각수가 스택부를 통과한 후, 해당 냉각장치로 회수될 수 있도록 타측의 엔트플레이트 외측에서 해당 냉각장치로 연결되는 외부 냉각수 회수관을 설치하여 구성될 수도 있다.
상기 냉각장치는,
양측의 엔드 플레이트중 어느 한쪽에만 설치될 수도 있고, 양측의 엔드 플레이트 외측에 각각 냉각장치가 설치될 수 있으며, 양측에 냉각장치가 설치된 경우, 일측의 냉각장치가 스택부 내부로 냉각수를 공급하고, 타측의 냉각장치가 스택부를 통과한 냉각수를 냉각시키면서 냉각수 회수라인을 통해서 일측의 냉각장치로 냉각수를 순환시키도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각장치는,
상기 방열판의 외측부에 고정 설치되는 방열팬을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 막 가습기는,
양면에 채널이 형성된 복수의 분리판과, 각 분리판 사이에 삽입 설치되는 가습막으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 분리판은,
엔드 플레이트와 캐소드 전극판 사이에 삽입 결합되고 스택부의 분리판과 유사형태로 제작된 바이폴라 플레이트로 이루어지고, 양면에는 공기또는 물이 흐르도록 홈이 형성되어 가이드 하는 채널이 형성되며, 채널의 일단부에는 공기 또는 물이 채널로 유입되게 확장된 홈으로 형성되는 채널 입구부가 형성되며, 채널의 타단부에는 분리판을 관통하여 다른 분리판의 채널 입구부에 연결시키는 관통구멍이 형성되어 구성됨을 특징으로 한다.
상기 가습막은, 탄화수소계열의 맴브레인을 이용할 수 있다.
본 발명은, 스택의 엔드 플레이트 내측에 막 가습기를 삽입 설치하고, 엔드 플레이트 외측면에 냉각장치를 일체로 고정설치함으로써 콤팩트화가 가능해지고, 연료전지 모듈화가 가능해지는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 연료전지 시스템의 개요도.
도 2는 일반적인 연료전지 스택 구조도.
도 3은 일반적인 스택의 단위 셀 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 콤팩트 연료전지 모듈을 포함하는 연료전지 시스템 개요도.
도 5는 본 발명에 의한 막 가습기의 개요도.
도 6은 본 발명의 콤팩트 연료전지 모듈의 냉각장치 개요도.
도 7은 본 발명에 의한 두 개의 냉각장치가 설치된 개요도.
도 8은 본 발명에 의한 하나의 냉각장치가 설치된 개요도.
도 9는 본 발명에 의한 콤팩트 연료전지 모듈의 냉각수와 가습공기의 경로 설명도.
도 10은 본 발명에 의한 냉각수와 공기의 또 다른 경로 설명도.
도 11은 본 발명에 의한 막가습기의 냉각수와 공기의 또 다른 경로 설명도.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 의한 콤팩트 연료전지 모듈을 포함하는 연료전지 시스템 개요도이다.
이에 도시된 바와 같이.
일측 엔드 플레이트(120), 캐소드 전극판(110), 스택부(100), 애노드 전극판(110), 타측 엔드 플레이트(120)가 가압 조립되어 스택을 구성하는 연료전지에 있어서,
상기 스택부(100) 내부로 냉각수를 순환시켜 냉각시키기 위한 냉각장치(200)를 상기 엔드 플레이트(120)의 외측면에 고정설치하고, 상기 일측의 엔드 플레이트(120)와 캐소드 전극판(110) 사이에 복수의 막 가습기(300)를 삽입 설치하여 스택과 냉각장치 및 가습장치가 일체형 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 캐소드 전극판 및 애노드 전극판은 그 구조가 동일하고 서로 대응되어 스택부(110)의 양측에 각각 배치되는 것으로서 편의상 동일한 도면부호 110으로 표시하며, 두 개의 엔드 플레이트와 두 개의 냉각장치도 각각 동일한 부호로 표시한다.
도 5는 본 발명에 의한 막 가습기의 개요도이다.
상기 막 가습기(300)는,
양면에 채널(312)이 형성된 복수의 분리판(310)과, 각 분리판(310) 사이에 삽입 설치되는 가습막(320)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 분리판(310)은,
엔드 플레이트(120)와 캐소드 전극판(110) 사이에 삽입 결합되는 바이폴라 플레이트(311) 양면에는 공기또는 물이 흐르도록 홈이 형성되어 가이드 하는 채널(312)이 형성되며, 채널(312)의 일단부에는 공기 또는 물이 채널(312)로 유입되게 확장된 홈으로 형성되는 채널 입구부(313)가 형성되며, 채널(312)의 타단부에는 해당 분리판을 관통하여 다른 분리판의 채널 입구부에 연결되는 관통구멍(314)이 형성되어 구성된다.
여기서, 막 가습기에도 수소, 공기, 냉각수 등의 경로를 위한 다수의 관통홀(301)들이 형성되는데, 다수의 관통홀(301)들은 설계에 의해 서로 매칭되거나 구간별로 연결 또는 차단이 가능하도록 형성되며, 크기나 위치 및 경로설정 등을 위하여 설계에 따라 형성하게 되며, 이러한 경로 설정을 위한 관통홀(301)들은 종래의 스택 구성에서도 동일하게 적용되는 것이므로 본 발명에서는 구체적인 설명은 생략한다.
상기 가습막(320)은, 탄화수소계열의 맴브레인을 이용할 수 있다.
막 가습기(300)는, 외부의 공기 공급부(102) 및 물 공급부(103)로부터 엔트 플레이트(120)를 통과하여 공기와 물이 각각 다른 경로로 공급된다. 두개의 분리판(310)의 채널(312)은 서로 마주 보는 형태로 배열되며, 마주보는 채널중 어느 한쪽에는 공기가 다른 한쪽에는 물이 공급된다. 즉, 채널 입구부(313)에 공기 또는 물이 공급되면, 가습막(320)과 채널(312) 사이를 통해서 관통구멍(314)으로 흐른다. 관통구멍(314)은 다음에 오는 분리판(310)의 채널입구부(313)와 연결된다. 이에 따라 가습막(320)의 양측에는 각기 공기와 물이 흐르게 되고, 공기에 습기가 포함되면서 가습되어 스택부(100)로 공급된다.
여기서, 상기 막가습기(300)를 통과하여 가습된 공기는 스택부(100)에 공급되어 수소와의 작용으로 전기생산에 이용된 후, 엔드 플레이트 외측으로 배기되며, 막가습기(300)를 통과한 물은 회수라인을 통해서 순환된다.
도 6는 본 발명의 콤팩트 연료전지 모듈의 냉각장치 개요도이다.
이에 도시된 바와 같이,
상기 냉각장치(200)는,
엔드 플레이트(120)의 외측면에 부착되는 냉각장치 하우징(201)과, 냉각장치 하우징(201) 내부에 형성되고 양단이 상기 엔드 플레이트(120)의 냉각수 입구 및 출구와 각각 밀착되는 냉각수 방열 유로(202)와, 냉각장치 하우징(201)의 외측면에 형성되어 상기 냉각수 방열 유로(202)를 통과하는 냉각수를 외부 공기에 의해 냉각시키는 복수의 방열핀(203)과; 상기 냉각수 방열 유로(202) 상에 설치되어 냉각수를 가압하여 상기 엔드 플레이트(120)의 냉각수 입구로 공급하는 냉각수 펌프(204)로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 냉각장치(200)는,
엔드 플레이트(120)를 통과하여 공급되는 냉각수가 스택부(100)를 통과한 후, 냉각장치(200)로 회수될 수 있도록 상기 스택부(100)와 캐소드 전극부(110), 애노드 전극부(110) 및 냉각장치가 설치된 엔드 플레이트(120)에는 냉각수 회수구멍이 형성되어 내부 냉각수 회수라인이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 냉각장치(200)는,
상기 내부 냉각수 회수라인 대신에, 엔드플레이트(120)를 통과하여 공급되는 냉각수가 스택부(100)를 통과한 후, 해당 냉각장치로 회수될 수 있도록 타측의 엔트 플레이트 외측에서 해당 냉각장치로 연결되는 외부 냉각수 회수관을 설치하여 구성될 수도 있다.
도 7은 본 발명에 의한 두 개의 냉각장치가 설치된 개요도이고, 도 8은 본 발명에 의한 하나의 냉각장치가 설치된 개요도이다.
상기 냉각장치(200)는,
도 7에 도시된 바와 같이, 양측의 엔드 플레이트(120) 중 어느 한쪽에만 설치될 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 양측의 엔드 플레이트(120) 외측에 각각 냉각장치가 설치될 수 있으며, 양측에 냉각장치가 설치된 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 일측의 냉각장치가 스택부 내부로 냉각수를 공급하고, 타측의 냉각장치가 스택부를 통과한 냉각수를 냉각시키면서 냉각수 회수라인을 통해서 일측의 냉각장치로 냉각수를 순환시키도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각장치는,
상기 방열판의 외측부에 고정 설치되는 방열팬(205)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 콤팩트 연료전지 모듈은, 엔드 플레이트(120) 내측에 막 가습기(300)가 삽입 설치되고, 엔드 플레이트(120) 외측에 냉각장치(200) 일체로 고정설치되는 구조로서 콤팩트한 모듈화가 가능해진다.
냉각장치(200)는, 도 7 또는 도 8에 도시된 바와 같이 어느 한쪽에만 하나의 냉각장치(200)가 설치될 수도 있고, 양측 엔드 플레이트(120)에 모두 냉각장치(200)가 설치되어 구성될 수도 있다.
본 발명에 의한 냉각장치(200)는 수냉식 냉각장치로서, 냉각수를 스택부(100) 내부로 순환시켜 스택부(100)를 냉각시키는 기능을 한다. 스택부(100)에 공급되는 냉각수는 스택부(100)의 분리판에 형성된 내부 냉각수 유로를 통과하면서 분리판을 냉각시키게 되며, 내부 냉각수 회수라인 또는 외부 냉각수 회수관을 통해서 냉각장치(200)로 순화되도록 구성한 것이다.
내부 냉각수 회수라인은 회수라인 경로 상에 있는 스택부, 전극판, 막가습기 및 엔드플레이트에 냉각수 회수용 관통구멍을 형성하여 조립시 일치시킴으로써 내부 냉각수 회수라인을 형성할 수 있는 것이다. 외부 냉각수 회수라인은 별도록 외부에 냉각수 회수관을 연결설치하여 구성한다.
또한 본 발명에서는 냉각장치(200)의 외표면에 복수의 방열핀(203)을 형성하여 내부 냉각수 방열유로(201)로 흐르는 냉각수를 냉각시킬 수 있도록 하며, 연료전지 용량에 따라서는 외측부에 방열팬(205)을 더 설치하여 강제 방열을 시킬 수 있도록 구성할 수 있다. 또한 냉각수 보충을 위한 보충밸브(도면에 도시안됨)를 냉각장치(200)의 일측부에 설치해 두고, 냉각장치(200)의 일측에 수위계(206)를 설치하여 운전정지시 시각적으로 냉각수의 수위를 확인한 후 냉각수 보충을 할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 막가습기(300)의 맴브레인의 양면에 가스와 물, 가스와 가스가 흐르게 운전할 수도 있다. 이를 위해서는 냉각수 경로와 스택부를 통과한 가습된 공기의 경로를 외부 선택밸브(401-403)를 통해서 선택하여 운전방식을 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명에 의한 콤팩트 연료전지 모듈의 냉각수와 가습공기의 경로 설명도이다.
공기 공급부(102)에서 공급되는 공기는 냉각장치1(200), 엔드플레이트(120)를 통해 가습기(300)에 공급되고, 막 가습기(300)에서 가습된 공기가 캐소드 전극판(110)을 통과하여 스택부(100)에 공급되고, 스택부(100)에서 수소와의 반응후 애노드 전극판(110), 엔드플레이트(120) 및 냉각장치2(200)를 통과하여 배기된다.
물 보충부(103)에서 보충된 물은 냉각장치1(200)의 냉각수로 공급되어 엔드플레이트(120), 막가습기(300), 캐소드 전극판(110)을 바이패스로 통과하여 스택부(110)의 내부 분리판 속을 흐르면서 냉각시키고, 스택부(100)에서 내부 냉각수 회수라인을 통해서 막가습기(300)의 가습용 물로 공급되며, 막가습기(300)에서 공기 가습을 한 냉각수가 캐소드 전극판(110), 스택부(100), 애노드 전극판(110) 엔드 플레이트(120)를 바이패스로 통과하여 냉각장치2(200)로 회수되고, 냉각장치2(200)에서 다시 내부 냉각수 회수라인을 통과하여 앞단의 냉각장치1(200)호 회수되어 순환되는 냉각수 경로를 구성한다.
즉, 공기는 막가습기(300)에서 가습되어 스택부(100)에서 수소와 반응후 외부로 배기되고, 앞단의 냉각장치1(200)에서 펌핑된 냉각수는 스택부(100)의 내부를 통과하여 스택부(100)를 냉각시킨 후 냉각수 피드백라인을 통해서 상기 막가습기(300)의 가습용 물로 공급하며, 막가습기(300)를 통과한 가습용 물인 냉각수는 후단의 냉각장치2(200)로 바이패스 된 후, 후단의 냉각장치 2(200)에서 내부 냉각수 회수라인을 통해서 냉각장치1(200)로 회수되도록 구성한다.
따라서 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 냉각수를 스택부(100)에 공급하여 냉각시킨 후, 스택부(100) 냉각에 의해 온도가 상승된 냉각수를 막가습기(300)로 피드백시키기 때문에 막 가습기(300)에서 가습 효과를 위하여 물을 가열하거나 하지 않아도 되며, 막가습기(300)를 통과한 물을 다시 후단의 냉각장치2(200)를 거쳐 앞단의 냉각장치1(200)으로 회수시켜 순환되므로 물 보충을 줄일 수 있게 된다.
도 10은 본 발명에 의한 냉각수와 공기의 또 다른 경로 설명도이다.
이에 도시된 바와 같이 앞단의 냉각장치1(200)에서 공급된 냉각수가 스택부(100)를 냉각시킨 후, 후단의 냉각장치2(200)로 회수되고, 후단의 냉각장치2(200)에서 내부 냉각수 회수라인을 통해서 막가습기(300)의 가습용 물로 공급되고, 막가습기(300)를 통과한 물은 앞단의 냉각장치1(200)로 회수되어 순환되도록 구성된다.
이 경우는 스택부(100)를 냉각시킨 냉각수가 후단의 냉각장치2(200)로 유입되어 후단의 냉각장치2(200)에서 내부 냉각수 회수라인을 통해서 막가습기(300)로 공급되므로, 스택부(100)를 냉각시키면서 데워진 냉각수가 냉각장치2(200)에서 냉각된 후 막가습기(300)의 가습용 물로 공급되므로 도 9의 경로에 비해 낮아진 온도의 가습용 물을 막가습기(300)에 공급할 수 있어서 가습량을 다르게 할 수 있다. 이러한 차이는 운전용량 및 운전 시간등에 따라 다르게 설정하여 구성하는 것이므로 연료전지모듈이 사용되는 용도에 따라 설계를 다르게 구성할 수 있는 것이다.
도 11은 본 발명에 의한 막가습기의 냉각수와 공기의 또 다른 경로 설명도이다.
스택부(100)를 통과한 가습된 공기를 외부로 인출받아 상기 막가습기(300)의 가습용 물 공급라인으로 공급하거나, 외부로 배기시키는 것을 선택하는 제1선택밸브(401)와, 후단의 냉각장치2(200)를 통해서 내부 냉각수 회수라인을 통해 회수되는 냉각수를 외부로 인출하여 상기 막가습기(300)의 가습용 물 공급라인으로 공급하거나 앞단의 냉각장치1(200)으로 회수시키는 내부 냉각수 회수라인으로 연결하는 제2밸브(402)와, 상기 막가습기(300)를 통과한 가습용 물공급라인의 출력단을 외부로 인출하여 외부로 배기 또는 상기 앞단의 냉각장치1(200)로 회수시키는 내부 냉각수 회수라인으로 연결하는 제3밸브(403)를 더 포함하여 구성하고, 제1-제3밸브(401-403)를 선택 제어하여 막가습기(300)를 공기와 물, 공기와 가습된 공기에 의해 가습운전을 제어하도록 구성된다.
따라서, 도 11에 의하면, 제1-제3밸브(401-403)를 선택 제어하는 것에 의해 막가습기(300)의 가습운전을 공기와 물, 공기와 가습된 공기를 이용하여 운전할 수 있고, 물은 회수하고, 공기는 배기시킬 수 있게 된다.
여기서, 도 9에서 도11의 설명에서 냉각수 경로와 공기의 경로를 형성하거나 설정하는 것은, 도 5에서 참고적으로 설명한 관통홀(301)들의 배열 및 매칭 연결등을 조절하여 설계에 따라 냉각수 및 공기의 경로를 설정하여 구성하는 것이다.
100 : 스택부 101 : 수소 공급부
102 : 공기 공급부 103 : 물 공급부
110 : 캐소드, 애노드 전극판 120 : 엔드 플레이트
200 : 냉각장치 201 : 냉각장치 하우징
202 : 냉각수 방열유로 203 : 냉각핀
204 : 펌프 205 : 방열팬
206 : 수위계 300 : 막 가습기
310 : 분리판 312 : 플레이트
312 : 채널 313 : 채널 입구부
314 : 관통구멍 401 - 402 : 제1-제3밸브

Claims (13)

  1. 일측 엔드 플레이트(120), 캐소드 전극판(110), 스택부(100), 애노드 전극판(110), 타측 엔드 플레이트(120)가 가압 조립되어 스택을 구성하는 연료전지에 있어서,
    상기 스택부(100) 내부로 냉각수를 순환시켜 냉각시키기 위한 냉각장치(200)를 상기 엔드 플레이트(120)의 외측면에 고정설치하고, 상기 일측의 엔드 플레이트(120)와 캐소드 전극판(110) 사이에 복수의 막 가습기(300)를 삽입 설치하여 스택과 냉각장치 및 가습장치가 일체형 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 막 가습기(300)는,
    양면에 채널(312)이 형성된 복수의 분리판(310)과, 각 분리판(310) 사이에 삽입 설치되는 가습막(320)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 분리판(310)은,
    엔드 플레이트(120)와 캐소드 전극판(110) 사이에 삽입 결합되는 바이폴라 플레이트 양면에는 공기 또는 물이 흐르도록 홈이 형성되어 가이드 하는 채널(312)이 형성되며, 채널(312)의 일단부에는 공기 또는 물이 채널(312)로 유입되게 확장된 홈으로 형성되는 채널 입구부(313)가 형성되며, 채널(312)의 타단부에는 해당 분리판을 관통하여 다른 분리판의 채널 입구부에 연결되게 형성된 관통구멍(314)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 가습막(320)은,
    탄화수소계열의 맴브레인인 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각장치(200)는,
    엔드 플레이트(120)의 외측면에 부착되는 냉각장치 하우징(201)과, 냉각장치 하우징(201) 내부에 형성되고 양단이 상기 엔드 플레이트(120)의 냉각수 입구 및 출구와 각각 밀착되는 냉각수 방열 유로(202)와, 냉각장치 하우징(201)의 외측면에 형성되어 상기 냉각수 방열 유로(202)를 통과하는 냉각수를 외부 공기에 의해 냉각시키는 복수의 방열핀(203)과; 상기 냉각수 방열 유로(202) 상에 설치되어 냉각수를 가압하여 상기 엔드 플레이트(120)의 냉각수 입구로 공급하는 냉각수 펌프(204)로 구성된 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 콤팩트 연료전지 모듈은,
    엔드 플레이트(120)를 통과하여 공급되는 냉각수가 스택부(100)를 통과한 후, 냉각장치(200)로 회수될 수 있도록 상기 스택부(100)와 캐소드 전극부(110), 애노드 전극부(110), 막 가습기(300) 및 냉각장치가 설치된 엔드 플레이트(120)에는 냉각수 회수구멍이 형성되어 내부 냉각수 회수라인이 형성된 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 콤팩트 연료전지 모듈은,
    엔드플레이트(120)를 통과하여 공급되는 냉각수가 스택부(100)를 통과한 후, 해당 냉각장치로 회수될 수 있도록 타측의 엔트 플레이트 외측에서 해당 냉각장치로 연결되는 외부 냉각수 회수관을 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각장치(200)는,
    양측의 엔드 플레이트(120) 중 어느 한쪽에만 설치된 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각장치(200)는,
    양측의 엔드 플레이트(120) 외측에 각각 냉각장치(200)가 설치되고, 일측의 냉각장치가 스택부 내부로 냉각수를 공급하고, 타측의 냉각장치가 스택부를 통과한 냉각수를 냉각시키면서 냉각수 회수라인을 통해서 일측의 냉각장치로 냉각수를 순환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각장치는,
    상기 방열판의 외측부에 고정 설치되는 방열팬(205)을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 콤팩트 연료전지 모듈은,
    상기 막가습기(300)로 공급된 공기는 막가습기(300)에서 가습되어 스택부(100)에서 수소와 반응후 외부로 배기되고,
    앞단의 냉각장치1(200)에서 펌핑된 냉각수는 스택부(100)의 내부를 통과하여 스택부(100)를 냉각시킨 후 상기 막가습기(300)의 가습용 물로 피드백되어 공급하며, 막가습기(300)를 통과한 가습용 물인 냉각수는 후단의 냉각장치2(200)로 바이패스 된 후, 후단의 냉각장치 2(200)에서 내부 냉각수 회수라인을 통해서 냉각장치1(200)로 회수되도록 냉각수 경로 및 공기의 경로가 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 콤팩트 연료전지 모듈은,
    상기 막가습기(300)로 공급된 공기는 막가습기(300)에서 가습되어 스택부(100)에서 수소와 반응후 외부로 배기되고,
    앞단의 냉각장치1(200)에서 공급된 냉각수가 스택부(100)를 냉각시킨 후, 후단의 냉각장치2(200)로 회수되고, 후단의 냉각장치2(200)에서 내부 냉각수 회수라인을 통해서 막가습기(300)의 가습용 물로 공급되고, 막가습기(300)를 통과한 물은 앞단의 냉각장치1(200)로 회수되어 순환되도록 냉각수 경로 및 공기의 경로가 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 콤팩트 연료전지 모듈은,
    상기 막가습기(300)로 공급된 공기는 막가습기(300)에서 가습되어 스택부(100)에서 수소와 반응후 가습된 공기를 외부로 인출받아 상기 막가습기(300)의 가습용 물 공급라인으로 공급하거나, 외부로 배기시키는 것을 선택하는 제1선택밸브(401)와;
    후단의 냉각장치2(200)를 통해서 내부 냉각수 회수라인을 통해 회수되는 냉각수를 외부로 인출하여 상기 막가습기(300)의 가습용 물 공급라인으로 공급하거나 앞단의 냉각장치1(200)으로 회수시키는 내부 냉각수 회수라인으로 연결하는 제2밸브(402)와;
    상기 막가습기(300)를 통과한 가습용 물공급라인의 출력단을 외부로 인출하여 외부로 배기 또는 상기 앞단의 냉각장치1(200)로 회수시키는 내부 냉각수 회수라인으로 연결하는 제3밸브(403)를 더 포함하여 구성하고,
    상기 제1-제3밸브(401-403)를 선택 제어하여 막가습기(300)를 공기와 물, 공기와 가습된 공기에 의해 가습운전을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 콤팩트 연료전지 모듈.
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