KR20150071739A - Humidity control system for fuel cell - Google Patents

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KR20150071739A
KR20150071739A KR1020130157735A KR20130157735A KR20150071739A KR 20150071739 A KR20150071739 A KR 20150071739A KR 1020130157735 A KR1020130157735 A KR 1020130157735A KR 20130157735 A KR20130157735 A KR 20130157735A KR 20150071739 A KR20150071739 A KR 20150071739A
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윤성곤
서경원
김선학
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현대자동차주식회사
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Abstract

Disclosed is a humidity control system for a fuel cell, comprising: a humidity sensor for detecting a moisture content of air inflow introduced into an inlet unit of a fuel cell; a temperature sensor for detecting the temperature of an air discharged from a discharge unit of the fuel cell; a flow rate control unit arranged in the discharge unit for generating backpressure by controlling a flow rate of the air discharged in response to an external signal; and a control unit for calculating relative humidity at air temperature of the discharge unit by adding a generation moisture content generated in the fuel cell and an inflow moisture content, and controlling the flow rate control unit with respect to a comparison result after comparing the calculated relative humidity with a predetermined target relative humidity.

Description

연료전지 습도 조절 시스템{HUMIDITY CONTROL SYSTEM FOR FUEL CELL} HUMIDITY CONTROL SYSTEM FOR FUEL CELL

본 발명은 연료전지 습도 조절 시스템에 관한 것으로써, 더 상세하게는 연료전지 스택의 습도를 목표 습도값에 근접하게 유지하여 스택의 드라이아웃 또는 플러딩을 방지하는 연료전지 습도 조절 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell humidity control system, and more particularly, to a fuel cell humidity control system that maintains the humidity of the fuel cell stack close to the target humidity value to prevent dry out or flooding of the stack.

연료전지, 특히 수소연료전지는 수소와 산소를 반응시켜 전기를 생산해 내는 방식으로써, 연료전지는 일반적으로 내부에 수소가 들어가는 양극판(Anode)과 공기(산소)가 들어가는 음극판(Cathode), 그리고 그 두 판 사이를 채우는 전해질을 포함하여 구성된다.Fuel cells, in particular hydrogen fuel cells, are a method of producing electricity by reacting hydrogen and oxygen. Fuel cells generally include an anode containing hydrogen therein, a cathode containing air (oxygen) And an electrolyte filling the spaces between the plates.

상기 양극판에서는 수소가 반응하여 수소이온과 전자로 분리되고, 분리된 전자는 외부로 연결된 회로를 따라 이동한 뒤 최종적으로 음극판으로 유입되며, 유입된 전자는 산소와 결합되어 산소를 이온화시켜 산소 이온이 수소 이온과 결합하므로써 부산물로 물이 생성되도록 한다. 따라서 연료전지가 출력하는 전류는 수소와 산소가 반응하는 정도에 따라 결정되며, 전장품으로부터 고출력이 요구될 시에는 더 많은 양의 수소와 산소가 연료전지 내부로 투입되어 전장품의 필요량을 충족시키게 된다. In the cathode plate, hydrogen reacts to separate hydrogen ions and electrons. The separated electrons move along the externally connected circuit and finally enter the cathode plate. The introduced electrons combine with oxygen to ionize oxygen, By combining with hydrogen ions, water is produced as a by-product. Therefore, the output current of the fuel cell is determined according to the degree of reaction between hydrogen and oxygen, and when a high output is required from the electric device, a larger amount of hydrogen and oxygen are injected into the fuel cell to meet the required amount of the electric device.

하지만, 이러한 고출력 요구 상태가 지속되면 외부의 공기가 연료전지 내부로 지속적으로 유입이 되는 상황이 발생되기 때문에 음극판 측의 함수율이 낮아져 적정 수준을 유지하지 못하게 되는 드라이 아웃 상태가 발생될 수 있는데, 드라이 아웃 상태가 지속되면 음극판이 손상되어 연료전지의 출력이 극감하게 되는 문제점이 있었다.However, if such a high-power requirement state continues, external air may continuously flow into the fuel cell, so that the water content of the cathode plate may be lowered to cause a dry-out state in which the proper level can not be maintained. Out state, the negative electrode plate is damaged and the output of the fuel cell becomes extreme.

또한, 반대로 음극판 측의 함수율이 지나치게 높아지면 부산물로써 과도한 물이 생성되어 음극판의 반응성을 저해하는 플러딩 현상이 발생하기 때문에 연료전지 내부는 항상 일정한 범위 내에서의 습도를 유지하도록 유지되어야 하였던 것이다.
On the contrary, if the water content on the anode plate side becomes excessively high, excessive water is generated as a by-product to cause a flooding phenomenon which hinders the reactivity of the cathode plate. Therefore, the inside of the fuel cell must be maintained to maintain the humidity within a certain range.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.

KRKR 10-2004-010111010-2004-0101110 AA (2004.12.02)(2004.12.02)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연료전지 내부로 유입되는 공기의 수분량과 연료전지의 반응에 의해 발생되는 수분량을 통해 연료전지에서 토출되는 공기의 상대습도를 산출하고, 산출된 상대습도 값에 따라서 출구부의 토출량을 변화시킴으로써 입구부에 배압을 형성시키고, 연료전지에 유입되는 공기의 압력과 유입량을 조절하여 연료전지 내부의 상대습도를 일정하게 유지하는 연료전지 습도 조절 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell system that calculates the relative humidity of air discharged from a fuel cell through moisture content of air flowing into a fuel cell, There is provided a fuel cell humidity control system for maintaining a relative humidity inside a fuel cell by regulating a pressure and an inflow amount of air flowing into a fuel cell by forming a back pressure in an inlet portion by changing a discharge amount of an outlet portion according to a humidity value It has its purpose.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 습도 조절 시스템은연료전지의 입구부로 유입되는 공기의 유입 수분량을 검출하는 습도센서; 연료전지의 출구부에서 토출되는 공기의 온도를 검출하는 온도센서; 출구부에 마련되어 외부신호에 따라 토출되는 공기의 유량을 조절함으로써 배압을 발생시키는 유량조절부; 및 연료전지에서 생성된 생성 수분량과 유입 수분량을 합하여 출구부 공기 온도에서의 상대습도를 산출하고, 산출된 상대습도를 미리 설정된 목표 상대습도와 비교한 뒤 비교 결과에 따라 유량조절부를 제어하는 제어부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a system for controlling humidity of a fuel cell, the system comprising: a humidity sensor for detecting an inflow water amount of air flowing into an inlet of the fuel cell; A temperature sensor for detecting the temperature of the air discharged from the outlet of the fuel cell; A flow regulator provided at the outlet and generating a back pressure by regulating the flow rate of air discharged according to an external signal; And a control unit for calculating a relative humidity at an outlet air temperature by adding the generated water amount and the inflow water amount generated in the fuel cell, comparing the calculated relative humidity with a predetermined target relative humidity, and controlling the flow rate adjusting unit according to the comparison result. .

상기 제어부는 연료전지에서 출력되는 전류량에 대응되는 생성 수분량을 산출하는 생성 수분량 맵데이터를 구비할 수 있다.The control unit may include generated water amount map data for calculating a generated water amount corresponding to an amount of current output from the fuel cell.

상기 수분량은 수증기량이고, 상기 제어부는 온도에 따른 포화 수증기량을 출력하는 수증기량 맵데이터를 구비할 수 있다.The amount of moisture is the amount of water vapor, and the controller may include water vapor map data for outputting the amount of saturated water vapor according to the temperature.

상기 제어부는 산출된 상대습도가 목표 상대습도보다 높을 경우 출구부에서 토출되는 유량을 증가시켜 입구부에 걸리는 배압을 감소시킬 수 있다.The controller may increase the flow rate discharged from the outlet portion to reduce the back pressure applied to the inlet portion when the calculated relative humidity is higher than the target relative humidity.

상기 제어부는 산출된 상대습도가 목표 상대습도보다 낮을 경우 출구부에서 토출되는 유량을 감소시켜 입구부에 걸리는 배압을 증가시킬 수 있다.The controller may decrease the flow rate discharged from the outlet portion when the calculated relative humidity is lower than the target relative humidity to increase the back pressure applied to the inlet portion.

연료전지 입구부에는 입구부에 발생되는 압력값을 검출하는 압력센서가 구비되고, 상기 제어부는 입구부의 압력값이 미리 마련된 임계압력값을 넘는 경우 상기 유량조절부를 개방시킬 수 있다.
The fuel cell inlet may be provided with a pressure sensor for detecting a pressure value generated at the inlet portion and the control portion may open the flow rate regulator when the pressure value at the inlet portion exceeds a preset critical pressure value.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 연료전지 습도 조절 시스템에 따르면, 단순히 유입되는 수분의 양만 고려하는 것이 아니라 내부에 발생하는 수분의 양도 함께 고려하여 입구부의 공기 압력을 조절하는 것이므로 연료전지 내부의 드라이아웃 또는 플러딩에 대하여 정확한 대처가 가능하게 된다.According to the fuel cell humidity control system having the above-described structure, not only the amount of water to be introduced into the fuel cell is controlled but also the amount of water generated therein is also taken into account to adjust the air pressure at the inlet. Accurate countermeasures against flooding are possible.

또한, 고출력시 드라이아웃을 방지하기 위하여 의도적으로 공급량을 줄이지 않아도 연료전지 내부의 상대습도를 일정하게 유지할 수 있으므로 출력의 저하가 발생하지 않는 이점이 있다.
Also, since the relative humidity inside the fuel cell can be maintained constant without intentionally reducing the supply amount in order to prevent dryout at the time of high output, there is an advantage that the output is not deteriorated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 습도 조절 시스템의 구성도.1 is a configuration diagram of a fuel cell humidity control system according to an embodiment of the present invention;

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지 습도 조절 시스템에 대하여 살펴본다.
Hereinafter, a fuel cell humidity control system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 습도 조절 시스템의 구성도로써, 상기 연료전지 습도 조절 시스템은 연료전지(100)의 입구부로 유입되는 공기의 유입 수분량을 검출하는 습도센서(400); 연료전지(100)의 출구부에서 토출되는 공기의 온도를 검출하는 온도센서(600); 출구부에 마련되어 외부신호에 따라 토출되는 공기의 유량을 조절함으로써 입구부에 배압을 발생시키는 유량조절부(300); 및 연료전지(100)에서 생성된 생성 수분량과 유입 수분량을 합하여 출구부 공기 온도에서의 상대습도를 산출하고, 산출된 상대습도를 미리 설정된 목표 상대습도와 비교한 뒤 비교 결과에 따라 유량조절부(300)를 제어하는 제어부(200);를 포함한다.
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell humidity control system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the fuel cell humidity control system includes a humidity sensor 400 for detecting an inflow amount of air flowing into an inlet of a fuel cell 100, ; A temperature sensor 600 for detecting the temperature of the air discharged from the outlet of the fuel cell 100; A flow control unit 300 provided at an outlet of the apparatus for controlling the flow rate of air discharged according to an external signal to generate a back pressure at the inlet; And the generated moisture amount generated by the fuel cell 100 and the inflow water amount are calculated to calculate the relative humidity at the outlet air temperature, and the calculated relative humidity is compared with a preset target relative humidity, And a control unit (200) for controlling the display unit (300).

더욱 상세하게는, 상기 연료전지(100)의 입구부는 연료전지(100)의 캐소드 측에 마련되어 산소가 포함된 외부의 공기가 유입되는 입구부로써, 상기 연료전지(100)의 입구부는 상기 입구부로 공기를 공급하는 에어컴프레서(910)와 입구측 덕트로 연결되고, 상기 에어컴프레서(910)와 입구부 사이에는 상기 입구부로 공급되는 공기를 가습하기 위한 가습기(920)가 마련되어 상기 에어컴프레서(910)에서 공급되는 공기가 적정한 수분량을 가지고 연료전지(100)로 유입되도록 한다.More specifically, the inlet portion of the fuel cell 100 is provided at the cathode side of the fuel cell 100 and is an inlet portion into which external air containing oxygen flows. The inlet portion of the fuel cell 100 is connected to the inlet portion A humidifier 920 for humidifying the air supplied to the inlet is provided between the air compressor 910 and the inlet of the air compressor 910 and the air compressor 910 is connected between the air compressor 910 and the inlet, So that the air can be supplied to the fuel cell 100 with an appropriate amount of water.

에어컴프레서(910) 및 가습기(920)는 연료전지(100)에 공기와 수분을 공급하는데 일반적으로 사용되는 것이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The air compressor 910 and the humidifier 920 are generally used to supply air and moisture to the fuel cell 100, and thus a detailed description thereof will be omitted.

한편, 상기 연료전지(100)는 하나의 음극판과 양극판으로 구성된 연료전지(100) 셀이 될 수도 있으나, 다수개의 연료전지(100) 셀로 구성된 연료전지(100) 스택이 될 수도 있다. 본 실시예에서는 상기 연료전지(100)가 연료전지(100) 스택일 경우에 대하여 설명하고자 하며, 상기 입구부는 연료전지(100) 스택에 마련되어 각 연료전지(100) 셀의 입구부와 연결된 연료전지(100) 스택 공통 입구부인 경우에 대하여 설명하고자 한다.
The fuel cell 100 may be a fuel cell 100 composed of one negative electrode plate and a positive electrode plate, but may be a fuel cell 100 stack composed of a plurality of fuel cell 100 cells. In the present embodiment, a description will be made of a case where the fuel cell 100 is a stack of fuel cells 100. The inlet portion is provided in a stack of the fuel cells 100 and connected to the inlet of each fuel cell 100, (100) stack common inlet portion.

한편, 상기 습도센서(400)는 상기 가습기(920)를 지나 연료전지(100)의 입구부에 마련됨이 바람직한데, 상기 습도센서(400)는 유입되는 공기에 포함된 수증기형태의 유입 수분량을 절대습도로써 검출하여 절대습도의 단위인 g/m3의 형태로 출력함이 바람직하다. It is preferable that the humidity sensor 400 is provided at the inlet of the fuel cell 100 through the humidifier 920. The humidity sensor 400 can measure the amount of moisture in the form of water vapor contained in the incoming air in absolute terms It is preferably detected in terms of humidity and outputted in the form of g / m 3 in units of absolute humidity.

또한, 상기 제어부(200)는 연료전지(100)에서 출력되는 전류량에 대응되는 생성 수분량을 산출하는 생성 수분량 맵데이터를 구비하여 연료전지(100) 내부에서 수소와 산소의 반응에 의해 발생되는 수증기 형태의 생성 수분량을 추정하도록 됨이 바람직하다. 따라서 상기 생성 수분량 맵데이터에서 출력되는 생성 수분량은 상기 절대습도의 단위인 g/m3의 형태로 출력됨이 바람직하며, 별도의 검출센서를 구비하지 않고도 상기 생성 수분량을 검출할 수 있기 때문에 비용절감의 효과가 발생하게 된다. 물론, 별도의 검출센서를 구비하여 직접 검출하는 것도 가능하다.
The control unit 200 may include generated moisture content map data for calculating a generated water amount corresponding to the amount of current output from the fuel cell 100 so that the water vapor generated by the reaction of hydrogen and oxygen in the fuel cell 100 It is preferable to estimate the generated water amount of the water. Therefore, it is preferable that the generated moisture amount output from the generated moisture amount map data is output in the form of g / m 3 , which is a unit of the absolute humidity. Since the generated moisture amount can be detected without a separate detection sensor, . Needless to say, it is also possible to provide a separate detection sensor for direct detection.

한편, 상기 연료전지(100)의 출구부는 상기 연료전지(100)에서 반응에 의해 생성된 부산물인 수증기 형태의 수분이 배출되는 곳으로써, 상기 입구부에서 유입된 공기가 연료전지(100) 내부에서 수소와 반응한 뒤 생성된 수분과 함께 외부로 토출되는 곳이다. The outlet of the fuel cell 100 is a place where moisture in the form of water vapor, which is a by-product generated by the reaction in the fuel cell 100, is discharged. The air introduced from the inlet is discharged from the fuel cell 100 It reacts with hydrogen and is discharged to the outside together with the generated water.

또한, 상기 온도센서(600)는 상기 출구부와 상기 유량조절부(300) 사이에 마련되어 토출되는 공기의 온도를 검출하게 되는데, 상기 제어부(200)에는 온도에 따른 포화 수증기량을 출력하는 수증기량 맵데이터가 구비되어 상기 온도센서(600)에서 검출된 토출되는 공기의 온도에서의 포화 수증기량을 출력하게 된다.
The temperature sensor 600 is provided between the outlet and the flow rate controller 300 to detect the temperature of the discharged air. The controller 200 controls the flow rate of the water vapor map data So that the saturated steam amount at the temperature of the discharged air detected by the temperature sensor 600 is output.

따라서, 상기 제어부(200)는 상기 습도센서(400)에서 검출된 연료전지(100) 내로 유입되는 공기의 수분량과 연료전지(100) 내부에서 반응에 의해 생성된 상기 생성 수분량을 합하여 최종적으로 연료전지(100) 외부로 토출되는 토출 수분량을 산출하게 되고, 상기 온도센서(600)의 검출값에 의해 산출된 포화 수증기량을 상기 토출 수분량과 비교하여 토출되는 공기의 상대습도를 산출할 수 있는 것이다. 참고로 설명하자면 상기 상대습도는 아래와 같은 계산법으로 산출될 수 있다.
Accordingly, the control unit 200 calculates the moisture content of the fuel cell 100, which is detected by the humidity sensor 400, and the amount of water produced by the reaction in the fuel cell 100, The relative humidity of the discharged air can be calculated by comparing the saturated water vapor amount calculated by the detection value of the temperature sensor 600 with the discharge water amount. For reference, the relative humidity can be calculated by the following calculation method.

Figure pat00001
Figure pat00001

유입 수분량과 생성 수분량이 모두 단위가 g/m3의 형태로 주어지므로 상기 토출 수분량의 단위 또한 g/m3의 형태로 산출되며, 포화 수증기량의 단위 또한 g/m3이므로 상대습도의 계산은 가능하다.
Since both the influent moisture and the generated water amount are given in the form of g / m 3 , the unit of the discharge water amount is also calculated in the form of g / m 3 , and the unit of the saturated water vapor amount is also g / m 3 . Do.

한편, 상기 상대습도는 수증기량을 이용한 방식이 아닌 수증기압을 이용하여 산출될 수도 있다.On the other hand, the relative humidity may be calculated using water vapor pressure rather than a method using water vapor.

더 구체적으로 설명하자면, 상기 습도센서(400)는 절대습도 외에도 유입되는 공기의 유입 상대습도와 유입 온도도 함께 검출할 수 있는데, 상기 제어부(200)에는 온도에 따른 포화 수증기압을 출력하는 수증기압 맵데이터가 구비되어 상기 습도센서(400)에서 검출된 유입 상대습도와 유입 온도를 이용하여 유입되는 공기의 유입 수증기압을 검출할 수 있는 것이다. 참고로 설명하자면, 상기 수증기압 맵데이터를 이용하여 상기 유입 온도에서의 포화 수증기압을 구할 수 있고, 유입 상대습도를 이용하여 아래의 계산법을 이용해 산출할 수 있다.
More specifically, the humidity sensor 400 can detect the inflow temperature and the inflow temperature of the inflow air in addition to the absolute humidity. The control unit 200 is also provided with a water vapor pressure map data So that the inflow water vapor pressure of the inflow air can be detected using the inflowing relative humidity and the inflow temperature detected by the humidity sensor 400. [ For reference, the saturation water vapor pressure at the inlet temperature can be obtained using the steam pressure map data, and can be calculated using the following calculation method using the inlet relative humidity.

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 수학식 2에서의 포화 수증기압은 상기 유입 온도에서의 포화 수증기압을 말하며, 상기 현재 수증기압은 단위가 mmHg이다.
The saturated water vapor pressure in Equation 2 refers to the saturated water vapor pressure at the inlet temperature, and the present water vapor pressure is in units of mmHg.

또한, 상기 제어부(200)는 연료전지(100)에서 출력되는 전류량에 대응되는 생성 수증기압을 산출하는 생성 수증기압 맵데이터를 구비함이 바람직하다. 즉, 연료전지(100) 내부의 반응에 의해 생성되는 수증기 형태의 수분의 수증기압을 추정하여 출력하는 것이다. 상기 생성 수증기압 맵데이터는 반복적인 실험을 통해 구해질 수 있으며, 상기 생성 수증기압의 단위는 mmHg가 됨이 바람직하다.
The control unit 200 may include generated steam pressure map data for calculating a steam pressure corresponding to an amount of current output from the fuel cell 100. That is, the water vapor pressure of moisture in the form of water vapor generated by the reaction inside the fuel cell 100 is estimated and output. The generated water vapor pressure map data can be obtained through repeated experiments, and the unit of the generated water vapor pressure is preferably mmHg.

따라서, 상기 제어부(200)는 상기 유입 수증기압에 상기 생성 수증기압을 더 하여 최종적으로 출구부에서 토출되는 공기의 수증기압인 토출 수증기압을 산출한 뒤, 상기 온도센서(600)에서 검출된 토출되는 공기의 온도에 대응되는 포화 수증기압을 상기 토출 수증기압과 비교하여 상기 상대습도를 구할 수 있다. 참고로 설명하자면, 상대습도를 구하는 식은 아래와 같다.Accordingly, the controller 200 calculates the discharge steam pressure, which is the water vapor pressure of the air finally discharged from the outlet by adding the generated water vapor pressure to the inflow water vapor pressure, and then calculates the temperature of the discharged air detected by the temperature sensor 600 The relative humidity can be obtained by comparing the saturated water vapor pressure corresponding to the discharge water vapor pressure with the discharge water vapor pressure. For reference, the equation for obtaining relative humidity is as follows.

Figure pat00003
Figure pat00003

유입 수증기압과 생성 수증기압이 모두 단위가 mmHg의 형태로 주어지므로 상기 토출 수증기압의 단위 또한 mmHg의 형태로 산출되며, 포화 수증기압의 단위 또한 mmHg이므로 상대습도의 계산은 가능하다.
Since both the input water vapor pressure and the generated water vapor pressure are given in the form of mmHg, the discharge water vapor pressure unit is also calculated in the form of mmHg, and the saturation water vapor pressure unit is also mmHg, so that the relative humidity can be calculated.

상대습도를 검출함에 있어서 수분량을 이용하여도 좋고 수증기압을 이용하여도 좋으며, 두 방법을 택일적으로 사용함이 바람직할 것이다.
In detecting the relative humidity, the moisture content may be used or the water vapor pressure may be used, and it is preferable to use the two methods alternatively.

한편, 상기 유량조절부(300)는 상기 연료전지(100)의 출구부측에서 출구부와 덕트로 연결되도록 마련되는데, 토출되는 공기가 외부로 배출되는 양을 조절하도록 외부신호에 따라 덕트의 직경을 줄이기도 하고 넓히기도 하도록 되어있어 외부로 배출되는 공기의 양을 조절하게 된다. 이를 위해 상기 유량조절부(300)는 개방과 폐쇄가 조절되는 밸브 구조, 예컨데 솔레노이드 밸브 구조가 될 수 있으며, 이외에도 덕트의 직경을 조절할 수 있는 구조의 다양한 실시예가 적용될 수 있다.
Meanwhile, the flow rate regulator 300 is connected to the outlet of the fuel cell 100 through an outlet and a duct. In order to control the amount of discharged air to the outside, the diameter of the duct It is also designed to reduce and expand the amount of air to be discharged to the outside. For this purpose, the flow rate regulator 300 may be a valve structure, for example, a solenoid valve structure in which opening and closing are controlled, and various embodiments of a structure capable of controlling the diameter of the duct may be applied.

한편, 상기 제어부(200)는 산출된 상대습도가 미리 설정된 목표 상대습도보다 높을 경우 상기 유량조절부(300)를 개방시켜 출구부에서 토출되는 유량을 증가시키도록 함이 바람직하다. 왜냐하면, 상대습도가 높을 때에는 연료전지(100) 내의 전체 수분량, 즉 토출 수분량이 증가되어 수증기 형태의 수분이 응결됨에 따라 물방울이 형성될 수 있기 때문인데, 상기 물방울은 수소와 산소의 반응성을 저해하여 연료전지(100)의 효율을 떨어뜨리기 때문에 상기 상대습도가 미리 설정된 목표 상대습도를 유지하도록 함이 바람직한 것이다. Meanwhile, when the calculated relative humidity is higher than a predetermined target relative humidity, the controller 200 may open the flow controller 300 to increase the flow rate of the fluid discharged from the outlet. This is because, when the relative humidity is high, the total water amount in the fuel cell 100, that is, the discharged water amount is increased, and water droplets can be formed as moisture in the form of water vapor condenses. It is preferable that the relative humidity be maintained at a predetermined target relative humidity in order to lower the efficiency of the fuel cell 100. [

상기 유량조절부(300)가 개방되어 출구부에서의 공기 토출이 원활하게 되면, 입구부에는 배압이 발생하지 않게 되며, 따라서 유입되는 수분 및 연료전지(100) 내에서 발생된 수분의 배출이 용이하게 되어 상대습도를 낮추게 될 수 있다.
When the flow rate regulator 300 is opened and the air is smoothly discharged from the outlet portion, no back pressure is generated in the inlet portion, and therefore, the flow of moisture and the moisture generated in the fuel cell 100 are facilitated So that the relative humidity can be lowered.

하지만, 상기 제어부(200)는 산출된 상대습도가 목표 상대습도보다 낮을 경우 유량조절부(300)의 직경을 감소시켜 출구부에서 토출되는 유량을 감소시키도록 함이 바람직하다. 왜냐하면, 상대습도가 낮을 때에는 연료전지(100) 내에 이온의 이동에 필요한 수분이 부족하여 수소 및 산소이온이 이동하지 못하고 발전 전압이 저하되는 드라이아웃이 발생할 수 있기 때문이다. However, if the calculated relative humidity is lower than the target relative humidity, the control unit 200 may decrease the diameter of the flow regulator 300 to reduce the flow rate discharged from the outlet. This is because, when the relative humidity is low, the moisture required for the movement of the ions in the fuel cell 100 is insufficient, so that hydrogen and oxygen ions can not move, and the generation voltage may decrease.

따라서, 상기 유량조절부(300)의 직경을 감소시키도록 작동시키면, 연료전지(100) 내부와 입구부에 모두 배압이 발생하게 되며, 공기가 입구부를 통해 연료전지(100) 내부로 들어오는 것을 저해하게 된다. 또한, 나가는 공기보다 들어오는 공기의 양이 더 많으므로 연료전지(100) 내부와 입구부의 공기의 밀도는 증가하게 되고, 이와 함께 공기가 가지고 있는 수분의 양도 증가하게 되어 연료전지(100) 내부의 상대습도는 증가하게 되는 것이다. Therefore, when the diameter of the flow control unit 300 is reduced, back pressure is generated both inside and at the inlet of the fuel cell 100, and air is prevented from entering the fuel cell 100 through the inlet . In addition, since the amount of air coming in from the outgoing air is greater, the density of the air in the fuel cell 100 and the inlet part is increased, and the amount of moisture in the air is increased, The humidity will increase.

상기한 바와 같이 출구부에 마련된 유량조절부(300)를 제어하여 연료전지(100) 내부의 상대습도를 조절하게 됨으로 인해 연료전지(100)의 출력저하 없이 드라이아웃의 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다. As described above, the relative humidity inside the fuel cell 100 is controlled by controlling the flow rate regulator 300 provided at the outlet, so that the advantage of preventing the occurrence of dry-out without degrading the output of the fuel cell 100 .

연료전지(100)의 출력이 증가되어 연료전지(100)에 유입되는 공기의 양이 증가하면 반응열에 의한 연료전지(100)의 온도 상승과 더불어 유입되는 공기가 내부의 수분을 날려버리게 되어 드라이아웃이 발생할 수 있기 때문에 종래에는 드라이아웃의 발생 위험시 연료전지(100)의 출력을 저하시켜 발응열을 낮추고 유입되는 공기의 양을 감소시켜 상대습도의 저하를 방지하였던 것이다. When the output of the fuel cell 100 is increased and the amount of the air flowing into the fuel cell 100 increases, the incoming air blows moisture inside the fuel cell 100 due to the heat of reaction due to the heat of reaction, The output of the fuel cell 100 is lowered to reduce the heat of the heat of the fuel cell 100 and the amount of the introduced air is decreased to prevent the decrease of the relative humidity.

하지만 본 발명에 따르면 상대습도가 감소되더라도 공기의 밀도를 증가시키도록 함으로써 내부의 수분량을 증가시켜 상대습도를 향상시키도록 하는 것이다.
However, according to the present invention, the density of the air is increased even if the relative humidity is decreased, thereby increasing the amount of moisture in the interior, thereby improving the relative humidity.

한편, 연료전지(100) 입구부에는 입구부에 발생되는 압력값을 검출하는 압력센서(500)가 구비되고, 상기 제어부(200)는 입구부의 압력값이 미리 마련된 임계압력값을 넘지 않도록 상기 유량조절부(300)를 제어할 수 있는데, 상기 임계압력값은 연료전지(100)에 따라 상이할 수 있는 값이며 연료전지(100)의 설계에 따라 견딜 수 있는 압력이 다를 수 있으므로 연료전지(100)의 특성에 맞게 설정됨이 바람직하다.The inlet of the fuel cell 100 is provided with a pressure sensor 500 for detecting a pressure value generated at an inlet of the fuel cell 100. The controller 200 controls the flow rate of the flow rate The critical pressure value may be different depending on the fuel cell 100 and may be different depending on the design of the fuel cell 100, It is preferable to set it in accordance with the characteristics of the semiconductor device.

상기 제어부(200)는 상기 상대습도에 따라 유량조절부(300)를 제어할 때 상기 입구부의 압력값도 함께 고려하여 입구부의 압력값이 임계압력값을 넘지 않는 범위 내에서 상기 유량조절부(300)의 폐쇄 또는 개방 정도를 조절할 수 있도록 할 수 있다. 만약 상기 입구부의 압력값이 상기 임계압력값을 넘는 경우에는 상기 유량조절부(300)를 개방시키는 방향으로 제어하여 입구부 및 연료전지(100) 내부의 압력을 감소시킬 수 있을 것이다.
The controller 200 may control the flow rate controller 300 in accordance with the relative humidity so that the flow rate controller 300 Can be controlled so as to be able to control the degree of closing or opening thereof. If the pressure value of the inlet portion exceeds the critical pressure value, the flow rate regulator 300 may be controlled to open so as to reduce the pressure in the inlet portion and the fuel cell 100.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 연료전지(100) 습도 조절 시스템에 따르면, 단순히 유입되는 수분의 양만 고려하는 것이 아니라 내부에 발생하는 수분의 양도 함께 고려하여 입구부의 공기 압력을 조절하는 것이므로 연료전지(100) 내부의 드라이아웃 또는 플러딩에 대하여 정확한 대처가 가능하게 된다.According to the humidity control system of the fuel cell 100 having the above-described structure, not only the amount of water to be introduced into the fuel cell 100 but also the amount of water generated inside the fuel cell 100 is controlled to adjust the air pressure at the inlet. It is possible to precisely cope with dry-out or flooding in the inside of the vehicle.

또한, 고출력시 드라이아웃을 방지하기 위하여 의도적으로 공급량을 줄이지 않아도 연료전지(100) 내부의 상대습도를 일정하게 유지할 수 있으므로 출력의 저하가 발생하지 않는 이점이 있다.
Also, since the relative humidity inside the fuel cell 100 can be maintained constant without intentionally reducing the supply amount in order to prevent dryout at the time of high output, there is an advantage that the output is not lowered.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

100 : 연료전지 200 : 제어부
300 : 유량조절부 400 : 습도센서
500 : 압력센서 600 : 온도센서
910 : 에어컴프레서 920 : 가습기100: fuel cell 200:
300: Flow regulator 400: Humidity sensor
500: Pressure sensor 600: Temperature sensor
910: Air Compressor 920: Humidifier

Claims (6)

연료전지의 입구부로 유입되는 공기의 유입 수분량을 검출하는 습도센서;
연료전지의 출구부에서 토출되는 공기의 온도를 검출하는 온도센서;
출구부에 마련되어 외부신호에 따라 토출되는 공기의 유량을 조절함으로써 배압을 발생시키는 유량조절부; 및
연료전지에서 생성된 생성 수분량과 유입 수분량을 합하여 출구부 공기 온도에서의 상대습도를 산출하고, 산출된 상대습도를 미리 설정된 목표 상대습도와 비교한 뒤 비교 결과에 따라 유량조절부를 제어하는 제어부;를 포함하는 연료전지 습도 조절 시스템.A humidity sensor for detecting an inflow water amount of air flowing into the inlet of the fuel cell;
A temperature sensor for detecting the temperature of the air discharged from the outlet of the fuel cell;
A flow regulator provided at the outlet and generating a back pressure by regulating the flow rate of air discharged according to an external signal; And
A control unit for calculating a relative humidity at an outlet air temperature by adding the generated water amount and the inflow water amount generated in the fuel cell and comparing the calculated relative humidity with a preset target relative humidity and controlling the flow rate adjusting unit according to the comparison result; Comprising a fuel cell humidity control system. 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 연료전지에서 출력되는 전류량에 대응되는 생성 수분량을 산출하는 생성 수분량 맵데이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 습도 조절 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit includes generated moisture content map data for calculating an amount of produced water corresponding to an amount of current output from the fuel cell. 청구항 1에 있어서,
상기 수분량은 수증기량이고, 상기 제어부는 온도에 따른 포화 수증기량을 출력하는 수증기량 맵데이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 습도 조절 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the water amount is water vapor amount, and the controller includes water vapor map data for outputting a saturated water vapor amount according to a temperature. 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 산출된 상대습도가 목표 상대습도보다 높을 경우 출구부에서 토출되는 유량을 증가시켜 입구부에 걸리는 배압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 습도 조절 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit increases the flow rate discharged from the outlet unit when the calculated relative humidity is higher than the target relative humidity to reduce the back pressure applied to the inlet unit. 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 산출된 상대습도가 목표 상대습도보다 낮을 경우 출구부에서 토출되는 유량을 감소시켜 입구부에 걸리는 배압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 습도 조절 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit decreases the flow rate discharged from the outlet unit when the calculated relative humidity is lower than the target relative humidity to increase the back pressure applied to the inlet unit. 청구항 1에 있어서,
연료전지 입구부에는 입구부에 발생되는 압력값을 검출하는 압력센서가 구비되고, 상기 제어부는 입구부의 압력값이 미리 마련된 임계압력값을 넘는 경우 상기 유량조절부를 개방시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 습도 조절 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the fuel cell inlet portion is provided with a pressure sensor for detecting a pressure value generated at the inlet portion and the control portion opens the flow rate regulating portion when the pressure value of the inlet portion exceeds a preset critical pressure value. Conditioning system.
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