KR20150140040A - Dummy stack of fuel cell - Google Patents

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KR20150140040A
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성용욱
피석훈
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삼성중공업 주식회사
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

The present invention relates to a fuel cell simulation stack. More particularly, according to an aspect of the present invention, the fuel cell simulation stack, used to calculate the estimated output of a fuel cell, includes: a main body; a positive electrode line for supplying gas including oxygen to the inside of the main body; a negative electrode line for supplying gas including fuel and air used for the fuel cell to the inside of the main body; a cooling line for supplying a refrigerant to the inside of the main body; and a combustion unit, provided to the inside of the main body, for allowing the fuel and the air, which are supplied by the negative electrode line, to react to each other. The fuel cell simulation stack measures the temperature of the refrigerant, inserted in the main body, and the temperature of the refrigerant, discharged from the main body, and calculates the output.

Description

연료전지 모사스택{DUMMY STACK OF FUEL CELL}DUMMY STACK OF FUEL CELL}

본 발명은 연료전지 모사스택에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell simulation stack.

연료전지 자동차는 종래의 내연기관의 엔진 역할을 하는 연료전지 스택에 수소와 대기중의 산소를 공급하여 생성된 전기에너지를 기계적 에너지로 변환하여 자동차를 구동하게 되는 것으로, 내연기관보다 효율이 높고 공해 배출량이 적으므로, 종래의 내연기관을 대체할 유망한 대체수단으로 각광받고 있다.A fuel cell vehicle converts hydrogen and oxygen in the atmosphere into electrical energy generated by a fuel cell stack serving as an engine of a conventional internal combustion engine and converts the generated electrical energy into mechanical energy to drive the automobile. It is attracting attention as a promising alternative to conventional internal combustion engines.

이와 관련하여, 도 1은 연료전지를 도시한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연료전지(20)는 본체(200), 공기가 투입되는 양극라인(210), 수소 등의 연료가 투입되는 음극라인(220)을 포함하고, 양극라인(210)을 통해 본체(200) 내에 공기가 공급되면, 음극라인(220)을 통해 투입된 연료가 본체(200) 내에서 전기 화학적 산화 반응에 의해 수소이온 H+과 전자 e-로 이온화되면서 산화된다. 이온화된 수소이온은 양극라인(210)으로 공급되는 공기중의 산소와 전기 화학적 환원반응을 일으키면서 반응열과 물을 발생시키게 됨과 아울러 전자의 이동으로 전기에너지가 발생된다. In this connection, Fig. 1 is a conceptual diagram showing a fuel cell. 1, the fuel cell 20 includes a main body 200, a positive electrode line 210 into which air is introduced, and a negative electrode line 220 into which fuel such as hydrogen is injected. The fuel injected through the cathode line 220 is oxidized in the main body 200 while being ionized into hydrogen ions H + and electrons e - by an electrochemical oxidation reaction. The ionized hydrogen ions generate an electrochemical reduction reaction with oxygen in the air supplied to the anode line 210 to generate reaction heat and water, and electric energy is generated by the movement of electrons.

또한, 상기와 같은 전기화학반응에 의해, 연료전지 본체(200) 내부에 열이 발생하고, 수소가스 및 공기 중의 산소의 소모가 일어나므로 외부로부터 항상 일정 압력으로 수소가스 및 공기가 공급되어야 한다. In addition, due to the electrochemical reaction, heat is generated inside the fuel cell main body 200, and hydrogen gas and oxygen in the air are consumed. Therefore, hydrogen gas and air must be supplied from outside always at a constant pressure.

연료전지(200)에서 생산된 전력은 전력공급라인(230)을 통해 전력공급부(232)에 전달되어 저장되거나, 외부의 전자 기기 등에 공급될 수 있다.The electric power produced by the fuel cell 200 may be transmitted to the electric power supply unit 232 through the electric power supply line 230 and stored or may be supplied to an external electronic device or the like.

한편, 상기와 같은 연료전지를 이용한 시스템을 개발하기 위해서는 연료전지를 포함하는 시스템을 구축하여, 이를 운전해 보고 테스트를 할 필요가 있다. 하지만 연료전지 스택은 매우 비싸므로 시스템 개발 과정에서 실제 연료전지 스택을 사용하기에는 경제적으로 바람직하지 않다.Meanwhile, in order to develop a system using the fuel cell as described above, it is necessary to construct a system including a fuel cell, to test it by operating it. However, since the fuel cell stack is very expensive, it is not economically preferable to use the actual fuel cell stack in the system development process.

이러한 이유로, 연료전지 시스템을 개발할 때에는 통상적으로 연료전지를 모사한 모사스택을 제작하여 연료전지 대신 시스템에 포함시켜서 테스트를 진행하게 된다. For this reason, when developing a fuel cell system, a simulated stack in which a fuel cell is simulated is usually prepared and included in a system instead of a fuel cell to perform a test.

이와 관련하여, 특허문헌 1에는 실제 화학반응을 수반하지 않고도 시스템의 요구 출력에 따른 모사식에 의해 발열량, 가스 소모량 및 스택 내부의 습도를 조절할 수 있도록 발열수단, 유량조절수단, 가습수단 및 상기 각 수단들의 작용을 모사식에 따라 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성된 연료전지의 모사스택이 개시된다.In this connection, Patent Document 1 discloses a heat generating means, a flow rate adjusting means, a humidifying means, and an angle adjusting means for adjusting the heating amount, the gas consumption amount, and the humidity inside the stack by a simulation expression according to the required output of the system without involving an actual chemical reaction. A simulation stack of a fuel cell comprising a control unit for controlling the action of the means according to a simulation equation is disclosed.

즉, 특허문헌 1에 제시된 모사스택은 실제 화학반응이 일어나지 않고, 기 설정된 모사식에 따라 실제 연료전지에서 발생되는 열을 히터를 이용해 모사하는 방법이 적용된 것이다.That is, in the simulated stack shown in Patent Document 1, the actual chemical reaction does not occur, and the heat generated in the actual fuel cell is simulated using a heater according to a predetermined simulation formula.

그러나 이러한 종래의 모사스택은 시스템을 테스트할 때 모사식에 따른 이론적인 값만을 얻을 수 있어서, 실제 연료전지를 사용하였을 때에 비하여 결과에 있어서 차이가 클 수 있다는 문제가 있다.However, the conventional simulation stack has a problem that when the system is tested, only a theoretical value according to the simulation formula can be obtained, so that the difference in the result may be larger than when the actual fuel cell is used.

또한, 히터를 사용하게 되면 대용량의 모사스택의 경우 온도제어가 쉽지 않고, 화학반응이 일어나지 않아서 화학반응의 결과물인 물도 생성되지 않으므로 물에 의한 영향을 반영하기 위해서는 추가적으로 물을 공급해 주어야 하므로 장치 구성이 복잡하고 테스트 환경에 제약을 줄 수 있다는 문제가 있다. In addition, if a heater is used, it is difficult to control the temperature in the case of a large-scale replica stack. Since the chemical reaction does not occur and the resultant chemical reaction is not produced, additional water must be supplied to reflect the influence of water. There is a problem that it is complicated and can restrict the test environment.

한국공개특허 제10-2006-0070091호Korean Patent Publication No. 10-2006-0070091

본 발명의 실시예들은 실제로 화학반응이 일어나는 연료전지와 비교하였을 때에도 결과에 있어서 차이가 크지 않은 연료전지 모사스택을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention seek to provide a fuel cell simulation stack that is not significantly different in results when compared to a fuel cell in which a chemical reaction actually takes place.

또한, 대용량의 모사스택인 경우에도 온도제어가 용이하고, 외부에서 물을 공급하지 않아도 화학반응의 결과물인 물에 의한 영향이 반영되는 연료전지 모사스택을 제공하고자 한다.Also, it is desirable to provide a fuel cell simulation stack in which the temperature control is easy even in the case of a large-scale simulation stack, and the effect of water, which is the result of the chemical reaction, is reflected even if no water is supplied from the outside.

본 발명의 일 측면에 따르면, 연료전지의 예상 출력을 계산하기 위해 사용되는 연료전지 모사스택에 있어서, 본체; 상기 본체 내부로 산소를 포함하는 기체를 공급하는 양극라인; 상기 본체 내부로 연료전지에 쓰이는 연료와 공기를 포함하는 기체를 공급하는 음극라인; 상기 본체 내부로 냉매를 공급하는 냉각라인; 및 상기 본체 내부에 제공되고, 상기 음극라인에 의해 공급되는 연료와 공기의 연소 반응이 일어나는 연소부를 포함하고, 상기 본체로 투입되는 냉매의 온도와 상기 본체로부터 배출되는 냉매의 온도를 측정하여 출력을 계산하는 연료전지 모사스택이 제공될 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell simulation stack used for calculating an expected output of a fuel cell, comprising: a body; A cathode line for supplying a gas containing oxygen into the body; A negative electrode line for supplying a gas containing fuel and air used in the fuel cell to the inside of the main body; A cooling line for supplying the refrigerant into the main body; And a combustion part provided in the main body and in which a combustion reaction of fuel and air supplied by the negative electrode line occurs, wherein the temperature of the coolant introduced into the main body and the temperature of the coolant discharged from the main body are measured, A fuel cell simulation stack to be calculated can be provided.

또한, 상기 연소부는 공기와 연료가 촉매와 만나서 연소 반응을 일으키는 촉매연소기인 연료전지 모사스택이 제공될 수 있다.Also, the combustion unit may be provided with a fuel cell simulation stack, which is a catalytic combustor in which air and fuel meet the catalyst to cause a combustion reaction.

또한, 상기 본체는, 상기 양극라인과 연결되고, 상기 양극라인을 통해 공급되는 산소를 포함하는 기체가 통과하는 양극 내부 라인; 및 상기 냉각라인과 연결되고, 상기 냉각라인으로 투입된 냉매가 통과하는 냉매 통과 라인을 포함하고, 상기 연소부, 상기 양극 내부 라인 및 상기 냉각라인 사이에 열교환이 이루어지는 연료전지 모사스택이 제공될 수 있다.The body further includes: an anode internal line connected to the anode line through which gas containing oxygen supplied through the anode line passes; And a coolant passage line connected to the cooling line through which the coolant introduced into the coolant line passes, and a fuel cell simulation stack in which heat exchange is performed between the combustion unit, the anode internal line, and the cooling line may be provided .

또한, 상기 양극라인은, 상기 본체의 전단에 배치되고, 상기 본체에 공급되는 산소의 유량을 제어하는 산소 유량 제어부; 상기 본체의 전단에 배치되고, 상기 본체에 공급되는 질소의 유량을 제어하는 질소 유량 제어부; 및 상기 산소 유량 제어부와 상기 질소 유량 제어부로부터 나오는 산소와 질소를 혼합하는 양극혼합부를 포함하는 연료전지 모사스택이 제공될 수 있다.The anode line may include an oxygen flow rate control unit disposed at a front end of the main body and controlling a flow rate of oxygen supplied to the main body; A nitrogen flow rate control unit disposed at a front end of the main body and controlling a flow rate of nitrogen supplied to the main body; And a cathode mixture portion for mixing the oxygen flow rate control portion and the oxygen and nitrogen from the nitrogen flow rate control portion.

또한, 상기 음극라인은, 상기 본체의 전단에 배치되고, 상기 본체에 공급되는 연료의 유량을 제어하는 연료 유량 제어부; 상기 본체의 전단에 배치되고, 상기 본체에 공급되는 공기의 유량을 제어하는 공기 유량 제어부; 및 상기 연료 유량 제어부와 상기 공기 유량 제어부로부터 나오는 공기와 연료를 혼합하는 음극혼합부를 포함하는 연료전지 모사스택이 제공될 수 있다.The negative electrode line may include a fuel flow rate control unit disposed at a front end of the main body and controlling a flow rate of fuel supplied to the main body; An air flow rate control unit disposed at a front end of the main body and controlling a flow rate of air supplied to the main body; And a cathode mixer for mixing the fuel and the air from the fuel flow controller and the air flow controller.

또한, 상기 음극라인은, 상기 음극혼합부에서 혼합된 기체를 가열하는 히터를 더 포함하는 연료전지 모사스택이 제공될 수 있다.The cathode line may further include a heater for heating the gas mixed in the cathode mixer.

또한, 상기 냉각라인은, 상기 본체의 전단에 배치되고, 상기 본체에 공급되는 냉매의 유량을 제어하는 냉매 유량 제어부; 상기 본체의 전단 및 후단에 배치되고, 상기 본체에 투입되는 냉매와 상기 본체로부터 배출되는 냉매의 온도를 측정하는 온도계; 및 상기 온도계로부터 상기 투입되는 냉매와 상기 배출되는 냉매의 측정 온도를 전달받고, 상기 냉매 유량 제어부로부터 냉매의 유량을 전달받고, 전달받은 온도와 유량을 이용하여 상기 투입되는 냉매와 상기 배출되는 냉매의 열량 차이를 계산하는 출력부를 포함하는 연료전지 모사스택이 제공될 수 있다.The cooling line may include a refrigerant flow rate control unit disposed at a front end of the main body and controlling a flow rate of the refrigerant supplied to the main body; A thermometer disposed at a front end and a rear end of the main body and measuring a temperature of a refrigerant introduced into the main body and a refrigerant discharged from the main body; And a controller for receiving the measured temperature of the introduced refrigerant and the discharged refrigerant from the thermometer, receiving the flow rate of the refrigerant from the refrigerant flow rate control unit, receiving the measured temperature of the refrigerant and the flow rate of the discharged refrigerant A fuel cell simulation stack including an output section for calculating a calorie difference may be provided.

또한, 상기 출력부에서 계산되는 냉매의 열량 차이를 출력으로서 상기 전원에 제공하는 연료전지 모사스택이 제공될 수 있다.Further, a fuel cell simulation stack may be provided that provides the power source with the difference in calorific value of the refrigerant calculated in the output section as an output.

또한, 상기 연료는 수소인 연료전지 모사스택이 제공될 수 있다.Further, the fuel may be provided with a fuel cell simulation stack in which hydrogen is hydrogen.

본 발명의 실시예에 따르면, 연료전지 본체 내에서 연료전지에서와 유사한 화학반응이 일어나므로, 실제 연료전지에 비하여 테스트 결과에 있어서 크게 차이가 나지 않는다는 장점이 있다.According to the embodiment of the present invention, since a similar chemical reaction occurs in the fuel cell body as in the fuel cell, there is an advantage that the test result is not significantly different from the actual fuel cell.

또한, 대용량의 모사스택인 경우에도 온도 제어가 용이하고, 화학반응에 의해 생성되는 물의 영향을 외부로부터의 물 공급 없이도 테스트 결과에 반영할 수 있다는 장점이 있다.In addition, even in the case of a large-capacity replica stack, temperature control is easy, and the effect of water generated by the chemical reaction can be reflected in the test result without supplying water from the outside.

도 1은 연료전지를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 모사스택을 도시한 개념도이다.
도 3은 도 2의 모사스택 본체의 구체적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a conceptual view showing a fuel cell.
2 is a conceptual diagram showing a fuel cell simulation stack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining a specific structure of the simulated stack main body of FIG. 2. FIG.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they may obscure the subject matter of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 모사스택은 실제 연료전지에서 일어나는 수소와 산소의 전기화학적 반을을 촉매를 이용한 연소반응으로 대체한다. 이러한 연소반응에 의해 열이 발생되는데, 발생되는 열에 의해 모사스택의 온도를 유지하고, 모사스택에서 배출되는 배기가스의 온도를 모사하고 출력을 측정하기 위해 냉매를 투입한다.A fuel cell simulation stack according to an embodiment of the present invention replaces an electrochemical half of hydrogen and oxygen occurring in an actual fuel cell with a catalytic combustion reaction. Heat is generated by the combustion reaction. The temperature of the simulated stack is maintained by the generated heat, the temperature of the exhaust gas discharged from the simulated stack is simulated, and the refrigerant is introduced to measure the output.

이를 위한 연료전지 모사스택의 구체적인 구성에 대해 도 2를 참조하여도 설명하겠다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 모사스택을 도시한 개념도이다.A specific configuration of the fuel cell simulation stack for this purpose will also be described with reference to FIG. 2 is a conceptual diagram showing a fuel cell simulation stack according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 모사스택(10)은 본체(100), 본체(100)에 산소와 질소의 혼합 기체를 공급하는 양극라인(110), 본체(100)에 연료와 공기의 혼합 기체를 공급하는 음극라인(120) 및 본체(100)에 냉매를 공급하는 냉각라인(130)을 포함할 수 있다.2, a fuel cell simulation stack 10 according to an embodiment of the present invention includes a main body 100, a positive electrode line 110 for supplying a mixed gas of oxygen and nitrogen to the main body 100, A negative electrode line 120 for supplying a mixed gas of fuel and air to the main body 100 and a cooling line 130 for supplying a coolant to the main body 100.

본체(100)는 음극라인(120)과 연결되어 음극라인(120)에 투입된 연료와 공기의 연소 반응이 일어나는 연소부(102), 양극라인(110)과 연결되어 양극라인(110)을 통해 공급되는 산소 및 질소의 혼합 가스가 통과하는 양극 내부 라인(104) 및 냉각라인(130)과 연결되어 냉각라인(130)에 투입된 냉매가 통과하는 냉매 통과 라인(106)을 포함할 수 있다.The main body 100 is connected to the cathode line 120 and connected to the combustion unit 102 where the combustion reaction of the fuel and the air injected into the cathode line 120 takes place, And a refrigerant passage line 106 connected to the anode internal line 104 and the cooling line 130 through which the mixed gas of oxygen and nitrogen passes and through which the refrigerant introduced into the cooling line 130 passes.

연소부(102)는 공기와 연료의 혼합 기체가 소정의 촉매와 만나서 반응이 일어나는 촉매연소기이며, 상기 소정의 촉매는 Pt, Pd 같은 귀금속 촉매를 alumina, titania 같은 물질에 첨가하여 제조된 것일 수 있다. 이를 위해, 연소부(102) 내에는 상기 소정의 촉매가 충진되어 있을 수 있고, 충진된 촉매를 연료와 공기 혼합 기체가 통과하면서 연소가 일어날 수 있다.The combustion unit 102 is a catalytic combustor in which a gas mixture of air and fuel meets and reacts with a predetermined catalyst, and the predetermined catalyst may be one produced by adding a noble metal catalyst such as Pt or Pd to a material such as alumina or titania . For this, the predetermined catalyst may be filled in the combustion unit 102, and combustion may occur while the fuel and the air mixture gas pass through the filled catalyst.

연소부(102) 내에서는 아래의 반응식에 따른 연소 반응이 일어날 수 있다.A combustion reaction according to the following reaction formula may occur in the combustion section 102.

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 반응식에서 알 수 있듯이, 연소부(102) 내에서 연소 반응이 일어나면 열이 발생되고, 발생된 열은 양극 내부 라인(104)을 지나는 산소 및 질소 혼합 기체와 냉매 통과 라인(106)을 지나는 냉매로 전달될 수 있다. 이를 위해, 본체(100)는 연소부(102), 양극 내부 라인(104) 및 냉매 통과 라인(106)을 연결하는 열교환기(미도시)를 더 포함할 수 있다.When the combustion reaction occurs in the combustion section 102, heat is generated, and the generated heat is transferred to the oxygen and nitrogen mixed gas passing through the anode internal line 104 and the refrigerant passing through the refrigerant passing line 106, Lt; / RTI > The main body 100 may further include a heat exchanger (not shown) for connecting the combustion section 102, the anode internal line 104, and the refrigerant passage line 106.

본 실시예에서는 연소부(102)의 내부에서 촉매 연소 반응이 일어나는 경우를 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상이 연소부(102)의 내부에서 일어나는 연소 반응의 종류에 의해 제한되는 것은 아니고, 일 예로, 일반 화염 연소 반응이 일어나는 경우도 가능하다. 다만, 일반 화염 연소 반응인 경우에는 fuel rich 한 조건에서 연소를 지속적으로 일으키기가 힘든 반면에, 촉매연소기를 사용하는 경우에는 투입된 연료의 비율대로만 촉매상에서 연소를 하고 배출되기 때문에 훨씬 더 안정적으로 연소시킬 수 있다는 장점이 있다.Although the catalytic combustion reaction occurs in the combustion section 102 in the present embodiment, the idea of the present invention is not limited to the type of the combustion reaction occurring inside the combustion section 102, For example, a general flame combustion reaction may occur. However, in the case of the general flame combustion reaction, it is difficult to continuously generate combustion under the fuel rich condition. On the other hand, in the case of using the catalytic combustor, only the proportion of the input fuel is combusted on the catalyst, There is an advantage that it can be.

양극라인(110)은 본체(100)로 산소와 질소의 혼합 가스를 공급할 수 있고, 이를 위해 본체(100)의 전단에 배치되는 산소 유량 제어부(112), 질소 유량 제어부(114) 및 양극혼합부(116)를 포함할 수 있다. The anode line 110 can supply a mixed gas of oxygen and nitrogen to the main body 100 and includes an oxygen flow rate controller 112, a nitrogen flow rate controller 114, (Not shown).

산소 유량 제어부(112)는 외부의 산소 공급원과 연결되어 산소를 공급받을 수 있고, 공급받은 산소의 유량을 조절하여 양극혼합부(116)로 전달할 수 있다. 또한, 질소 유량 제어부(114)는 외부의 질소 공급원과 연결되어 질소를 공급받을 수 있고, 공급받은 질소의 유량을 조절하여 양극혼합부(116)로 전달할 수 있다. 양극혼합부(116)에서는 산소 유량 제어부(112)와 질소 유량 제어부(114)로부터 전달받은 산소와 질소를 균일하게 혼합하여 양극투입부(118)를 통해 본체(100)로 공급할 수 있다. The oxygen flow rate control unit 112 may be connected to an external oxygen supply source to receive oxygen, and may control the flow rate of the oxygen supplied to the anode mixing unit 116. In addition, the nitrogen flow rate controller 114 may be connected to an external nitrogen source to receive nitrogen, and may control the flow rate of the supplied nitrogen to the anode mixer 116. The anode mixer 116 can uniformly mix the oxygen and the nitrogen transferred from the oxygen flow controller 112 and the nitrogen flow controller 114 and supply the mixture to the main body 100 through the anode charging unit 118. [

본체(100)로 공급된 산소와 질소의 혼합 기체는 양극 내부 라인(104)을 통과하면서 연소부(102) 및 냉매 통과 라인(106)을 흐르는 유체와 열교환을 한 후 양극배출부(119)를 통해 본체(100)로부터 배출될 수 있다.The mixed gas of oxygen and nitrogen supplied to the main body 100 performs heat exchange with the fluid flowing through the combustion section 102 and the refrigerant passage line 106 while passing through the anode inner line 104 and then discharging the anode exhaust section 119 And can be discharged from the main body 100 through the main body 100.

실제 연료전지에서는 양극라인을 통해 공기가 공급되고, 음극라인을 통해 연료가 공급되는데, 예를 들어 전기화학적 반응에 있어서 산소 이용율이 50%라고 하면 100몰의 산소를 투입하였을 때 50몰의 산소가 양극 배출 가스(cathode off gas)로서 배출되지만, 본 실시예에서는 양극라인(110)을 통해 공급되는 기체는 연소부(102) 내에서 발생되는 촉매 연소 반응에는 관여하지 않고, 연소부(102)와의 열교환만 이루어질 수 있다. In an actual fuel cell, air is supplied through the anode line and fuel is supplied through the cathode line. For example, when the oxygen utilization rate is 50% in the electrochemical reaction, when 100 moles of oxygen is supplied, 50 moles of oxygen The gas supplied through the anode line 110 does not participate in the catalytic combustion reaction occurring in the combustion section 102 but is discharged to the combustion section 102 Only heat exchange can be achieved.

또한, 산소 유량 제어부(112)는 실제 연료전지에서의 산소 이용율과 본체(100)에 공급되는 연료의 유량을 고려하여, 실제 연료전지에서 배출되는 양극 배출 가스의 유량을 계산하고, 본체(100)로부터 배출되는 산소의 유량이 계산된 유량과 동일하도록 산소의 공급 유량을 조절할 수 있다. 이를 위해 산소 유량 제어부(112)는 소정의 알고리즘 및 이러한 알고리즘이 저장된 기억부를 더 포함할 수 있으며, 상기 소정의 알고리즘 및 기억부에 대한 구체적인 구성은 주지의 기술 상식에 해당하므로 설명을 생략하겠다.The oxygen flow rate control unit 112 calculates the flow rate of the anode exhaust gas discharged from the actual fuel cell in consideration of the oxygen utilization rate of the actual fuel cell and the flow rate of the fuel supplied to the main body 100, The supply flow rate of oxygen can be adjusted so that the flow rate of oxygen discharged from the gas supply source is equal to the calculated flow rate. For this, the oxygen flow rate controller 112 may further include a predetermined algorithm and a storage unit in which such an algorithm is stored, and the specific configuration of the predetermined algorithm and the storage unit corresponds to well-known technical knowledge, and thus a description thereof will be omitted.

본 실시예에서는 양극라인(110)을 통해 산소와 질소의 혼합 기체가 공급되는 경우를 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상이 이에 의해 제한되는 것은 아니고, 산소와 다른 비활성 기체의 혼합 가스가 공급되는 경우도 가능하고, 단순히 외부 공기를 공급하는 경우도 가능하다.In the present embodiment, a case where a mixed gas of oxygen and nitrogen is supplied through the anode line 110 is described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and a mixed gas of oxygen and another inert gas may be supplied And it is also possible to simply supply outside air.

음극라인(120)은 본체(100)로 연료와 공기의 혼합 가스를 공급할 수 있고, 이를 위해 본체(100)의 전단에 배치되는 연료 유량 제어부(122), 공기 유량 제어부(124) 및 음극혼합부(126)를 포함할 수 있다. 또한, 양극혼합부(116)의 후단에는 히터(127)가 선택적으로 제공될 수 있다.The cathode line 120 can supply a mixed gas of fuel and air to the main body 100 and includes a fuel flow rate control unit 122, an air flow rate control unit 124, (126). Further, a heater 127 may be selectively provided at the rear end of the anode mixer 116. [

연료 유량 제어부(122)는 외부의 연료 공급원과 연결되어 연료를 공급받을 수 있고, 공급되는 연료는 일 예로 수소 기체일 수 있다. 연료 유량 제어부(122)는 공급받은 연료의 유량을 조절하여 음극혼합부(126)로 전달할 수 있다. 또한, 공기 유량 제어부(124)는 외부 공기의 유량을 조절하여 음극혼합부(126)로 전달할 수 있다. 음극혼합부(126)에서는 연료 유량 제어부(122)와 공기 유량 제어부(124)로부터 전달받은 연료와 공기를 균일하게 혼합하여 음극투입부(128)를 통해 본체(100)로 공급할 수 있다. The fuel flow rate control unit 122 may be connected to an external fuel supply source to receive fuel, and the fuel to be supplied may be, for example, hydrogen gas. The fuel flow rate controller 122 may adjust the flow rate of the fuel supplied to the anode mixer 126. In addition, the air flow rate control unit 124 may control the flow rate of the external air to be delivered to the anode mixing unit 126. The anode mixer 126 can uniformly mix the fuel and the air transferred from the fuel flow controller 122 and the air flow controller 124 and supply the mixture to the main body 100 through the anode charging unit 128.

또한, 연료의 종류에 따라서 상온에서 연소가 되지 않는 경우도 있을 수 있으므로, 이러한 경우에 연료의 온도를 높여서 소망하는 연소 반응이 가능하도록 히터(127)가 음극혼합부(126)의 후단에 제공될 수 있다.In this case, the heater 127 is provided at the rear end of the anode mixing portion 126 so that the desired combustion reaction can be performed by raising the temperature of the fuel .

본체(100)로 공급된 연료와 공기의 혼합 기체는 연소부(102)로 공급되어 연소부(102) 내에 존재하는 촉매와 만나서 촉매 연소 반응이 일어날 수 있다. 촉매 연소 반응이 일어나면 열이 발생하고, 발생된 열은 양극 내부 라인(104)과 냉매 통과 라인(106)을 흐르는 유체에 전달될 수 있다.The mixed gas of the fuel and the air supplied to the main body 100 is supplied to the combustion unit 102 and meets the catalyst existing in the combustion unit 102, so that the catalytic combustion reaction can occur. When the catalytic combustion reaction occurs, heat is generated, and the generated heat can be transferred to the fluid flowing through the anode internal line 104 and the refrigerant passage line 106.

실제 연료전지에서는 투입된 연료의 사용율에 따라 배출되는 가스(anode off gas)의 양이 달라지게 된다. 예를 들어, 연료사용율이 70% 라고 할 때 100몰의 연료가 투입되면 70몰이 반응하고 30몰은 배출된다. 따라서 실제 연료전지와 같이 모사스택(10)에서도 구현하고자 한다면, 투입되는 연료의 양에서 연료사용율 만큼만 모사스택(10)의 내부에서 연소되도록 연소부(102)로 공급되는 공기의 유량이 조절되어야 한다. In an actual fuel cell, the amount of the anode off gas varies depending on the usage rate of the injected fuel. For example, assuming that the fuel usage rate is 70%, when 100 moles of fuel is injected, 70 moles react and 30 moles is discharged. Therefore, if it is implemented in the simulated stack 10 like an actual fuel cell, the flow rate of the air supplied to the combustion unit 102 should be adjusted so that only the amount of fuel to be injected is combusted inside the simulated stack 10 .

이를 위해서는 연소부(102)로 투입되는 연료에서 실제 연료전지에서의 연료사용율에 해당하는 만큼을 연소시킬 수 있는 양의 공기만 넣어주면 된다. 이와 같이 공기 유량 제어부(124)에서 공기의 유량을 조절하면, 연소부(102)에서 촉매 연소 반응이 완료된 후 음극배출부(129)를 통해 배출되는 기체는 실제 연료전지의 음극 배출 가스(anode off gas)와 동일하게 연료사용율을 제외한 만큼의 미반응 연료만이 배출될 수 있다. 또한, 모사스택(10)을 이용해서 모사하고자 하는 연료전지의 용량에 따라서 투입되는 연료의 유량이 조절될 수 있다. For this purpose, only the amount of air that can burn the amount of fuel corresponding to the fuel usage rate of the actual fuel cell may be injected into the fuel injected into the combustion unit 102. When the flow rate of the air is adjusted in the air flow rate control unit 124, the gas discharged through the cathode discharge unit 129 after completion of the catalytic combustion reaction in the combustion unit 102 is discharged to the cathode off- As with gas, only unreacted fuel can be discharged except for fuel use rate. Also, the flow rate of the injected fuel can be adjusted according to the capacity of the fuel cell to be simulated using the simulated stack 10.

다시 말해, 투입되는 연료 유량은 모사하고자 하는 연료전지 스택 용량에 대응되어 조절되고, 투입되는 공기 유량은 모사하고자 하는 연료전지 스택의 연료사용율에 대응되어 조절될 수 있다. In other words, the injected fuel flow rate is adjusted in correspondence with the fuel cell stack capacity to be simulated, and the injected air flow rate can be adjusted corresponding to the fuel usage rate of the fuel cell stack to be simulated.

연소부(102) 내에서 일어나는 연소 반응에 의해 물이 생성될 수 있고, 생성된 물은 음극배출부(129)를 통해 배출되는 기체와 함께 배출될 수 있다.Water may be generated by the combustion reaction occurring in the combustion section 102, and the generated water may be discharged together with the gas discharged through the cathode discharge section 129.

한편, 양극배출부(119)와 음극배출부(129)에는 온도계(111, 121)가 제공될 수 있고, 온도계(111, 121)를 통해 양극배출부(119)에서 배출되는 가스와 음극배출부(129)에서 배출되는 가스 및 물의 온도를 모니터링하여 양극라인(110) 및 음극라인(120)의 기체 공급 유량 등을 제어할 수 있다.Thermometers 111 and 121 may be provided in the anode discharge unit 119 and the cathode discharge unit 129 so that the gas discharged from the anode discharge unit 119 through the thermometers 111 and 121, The gas supply flow rate of the cathode line 110 and the cathode line 120 can be controlled by monitoring the temperature of the gas and water discharged from the cathode line 129.

냉각라인(130)은 외부로부터 공급되는 냉매의 유량을 제어하는 냉매 유량 제어부(132)를 포함할 수 있다. 또한, 모사스택(10)의 출력을 계산하는 출력부(131)를 더 포함할 수 있다. The cooling line 130 may include a coolant flow controller 132 for controlling the flow rate of coolant supplied from the outside. The apparatus may further include an output unit 131 for calculating an output of the simulation stack 10.

실제 연료전지는 스택 내부에 포함되는 전해질의 특성에 따라 특정한 온도 범위에서 전기를 발생시킨다. 예를 들면, SOFC의 경우 약 700도에서 전기가 발생되는데, 연소부(102) 만으로는 특정 온도로 컨트롤 하기가 어렵다. 이에 따라, 실제 연료전지에서 반응이 일어나는 온도로 본체(100)의 온도를 유지시켜주기 위해, 본체(100)로 냉매를 공급할 필요가 있다. Actual fuel cells generate electricity in a specific temperature range depending on the characteristics of the electrolyte contained in the stack. For example, in the case of SOFC, electricity is generated at about 700 degrees, and it is difficult to control the combustion temperature to a specific temperature only by the combustion section 102. [ Accordingly, it is necessary to supply the refrigerant to the main body 100 in order to maintain the temperature of the main body 100 at a temperature at which reaction occurs in the actual fuel cell.

냉각라인(130)은 연소부(102)로부터 열을 전달받아 연소부(102)의 배출가스의 온도가 설정된 온도로 유지되도록 냉매의 유량을 조절할 수 있다.The cooling line 130 may receive heat from the combustion unit 102 and adjust the flow rate of the refrigerant so that the temperature of the exhaust gas of the combustion unit 102 is maintained at a predetermined temperature.

출력부(131)는 본체(100)로 투입되는 냉매와 배출되는 냉매의 열량 차이를 이용하여 모사스택(10)의 출력을 계산할 수 있다. The output unit 131 may calculate the output of the simulant stack 10 using the difference in calorific value between the refrigerant supplied to the main body 100 and the refrigerant discharged.

모사스택 출력 = 배출 냉매 열량 - 투입 냉매 열량 = 냉매 발열량Simulation stack output = Exhaust refrigerant heat quantity - Input refrigerant heat quantity = Refrigerant heat quantity

냉매의 발열량을 측정하기 위해서는 투입되는 냉매의 비열, 비중, 유량, 온도를 알아야 하는데, 비열 및 비중은 투입되는 냉매의 종류에 따라 정해진 값이므로 기 입력된 값일 수 있고, 유량은 냉매 유량 제어부(132)에서 제어되는 값으로 알 수 있다. 또한, 냉매의 온도를 측정하기 위해 냉매투입부(136) 및 냉매배출부(138)에 냉매의 온도를 측정하는 온도계(134, 139)가 제공될 수 있다. 냉매의 발열량은 다음 식으로 계산될 수 있다.In order to measure the calorific value of the refrigerant, it is necessary to know the specific heat, the specific gravity, the flow rate, and the temperature of the refrigerant. The specific heat and the specific gravity are predetermined values depending on the type of refrigerant introduced. ). ≪ / RTI > Further, in order to measure the temperature of the refrigerant, the refrigerant introduction portion 136 and the refrigerant discharge portion 138 may be provided with thermometers 134 and 139 for measuring the temperature of the refrigerant. The calorific value of the refrigerant can be calculated by the following equation.

냉매 발열량 = 냉매 비열 × 냉매 비중 × (배출 냉매 온도 - 투입 냉매 온도) × 냉매 유량Refrigerant calorific value = specific heat of refrigerant x specific gravity of refrigerant x (discharged refrigerant temperature - charged refrigerant temperature) x refrigerant flow rate

계산된 냉매 발열량은 모사스택(10)의 출력을 의미하는 것으로서, 기 설정된 모사스택(10)의 전압과 전류의 곱과 같으므로, 이를 통해 모사스택(10)의 출력을 계산할 수 있다.The calculated refrigerant calorific value means the output of the simulation stack 10, which is equal to the product of the voltage and the current of the pre-set simulation stack 10, so that the output of the simulation stack 10 can be calculated.

한편, 이하에서는 상술한 바와 같은 기능을 갖는 모사스택(10)의 본체(100)의 구체적인 구조에 대하여 도 3을 참조하여 설명하겠다. 도 3은 도 2의 모사스택 본체의 구체적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, a specific structure of the main body 100 of the simulated stack 10 having the above-described functions will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a view for explaining a specific structure of the simulated stack main body of FIG. 2. FIG.

도 3을 참조하면, 모사스택(10)의 본체(100)는 연소부(102)와 양극 내부 라인(104)과 냉매 통과 라인(106) 사이에 열교환이 효과적으로 이루어질 수 있는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 본체(100)는 이중 관 구조로 구성될 수 있고, 외측 관이 양극 내부 라인(104)으로서 기능하고, 내측 관이 연소부(102)로서 기능할 수 있다. 또한, 연소부(102)를 구성하는 내측 관의 내부에는 하나 이상의 냉매 통과 라인(106)이 제공될 수 있으며, 본 실시예에서는 총 4 개의 냉매 통과 라인(106)이 제공된 경우를 예로 들어 도시하였다.3, the main body 100 of the simulation stack 10 may have a structure in which heat exchange can be effectively performed between the combustion part 102, the anode internal line 104, and the coolant passage line 106. Specifically, the main body 100 may have a double tube structure, the outer tube may function as the anode inner line 104, and the inner tube may function as the combustion section 102. In addition, one or more refrigerant passage lines 106 may be provided inside the inner tube constituting the combustion section 102. In this embodiment, four refrigerant passage lines 106 are provided in total .

본체(100)를 구성하는 관은 열전도율이 높은 재질로 형성된 것일 수 있다.The tube constituting the main body 100 may be formed of a material having a high thermal conductivity.

본체(100) 내부로 투입되는 산소와 질소의 혼합 기체는 양극 내부 라인(104)을 구성하는 외측 관과 연소부(102)를 구성하는 내측 관의 사이 공간으로 흐를 수 있고, 연료와 공기의 혼합 기체는 연소부(102)를 구성하는 내측 관과 냉매 통과 라인(106)의 사이 공간으로 공급될 수 있으며, 연소 반응을 위한 촉매는 상기 내측 관과 냉매 통과 라인(106)의 사이 공간에 제공될 수 있다. 이에 따라, 연소부(102)를 구성하는 상기 내측 관의 내부에서 촉매 연소 반응이 일어나고, 촉매 연소 반응에 의해 발생되는 열은 냉매 통과 라인(106)에서 흐르는 냉매와 상기 내측 관 및 외측 관의 사이 공간에서 흐르는 산소와 질소의 혼합 기체에 효과적으로 전달될 수 있다.The mixed gas of oxygen and nitrogen introduced into the main body 100 can flow into the space between the outer tube constituting the anode inner line 104 and the inner tube constituting the combustion section 102, The gas can be supplied to the space between the inner tube constituting the combustion section 102 and the refrigerant passage line 106 and the catalyst for the combustion reaction is provided in the space between the inner tube and the refrigerant passage line 106 . Thus, the catalytic combustion reaction occurs in the inner tube constituting the combustion section 102, and the heat generated by the catalytic combustion reaction flows between the refrigerant flowing in the refrigerant passage line 106 and the inner tube and the outer tube It can be effectively transferred to a mixed gas of oxygen and nitrogen flowing in the space.

이하에서는, 이상과 같은 구성을 갖는 본 실시예의 연료전지 모사스택(10)의 작용 및 효과에 대하여 설명하겠다.Hereinafter, the function and effect of the fuel cell simulation stack 10 of the present embodiment having the above-described configuration will be described.

본 실시예에 따른 모사스택(10)은 연료전지가 사용되는 전기자동차 또는 선박 등의 전력 공급 시스템을 설계하고 테스트함에 있어서, 단가가 높은 연료전지 대신 사용될 수 있다. The simulation stack 10 according to the present embodiment can be used in place of a fuel cell having a high unit price in designing and testing a power supply system such as an electric car or a ship in which the fuel cell is used.

모사스택(10)은 실제로 전기를 발생시키지는 않고, 연료전지에서 일어나는 전기 화학적 반응과 유사한 연소 반응을 일으켜서, 연소 반응에 의해 발생되는 열량을 이용하여 실제 연료전지의 예상 출력을 계산하고, 이를 전력으로 환산하여 별도의 전원을 통해 시스템에 환산된 전력을 공급할 수 있다. The simulation stack 10 does not actually generate electricity but causes a combustion reaction similar to an electrochemical reaction occurring in the fuel cell to calculate the expected output of the actual fuel cell using the amount of heat generated by the combustion reaction, It is possible to supply the converted power to the system through a separate power source.

구체적으로, 모사스택(10)의 본체(100)에는 양극라인(110)을 통해 산소와 질소의 혼합 기체가 공급되고, 음극라인(120)을 통해 연료와 공기의 혼합 기체가 공급되며, 냉각라인(130)을 통해 냉매가 공급될 수 있다. 이때, 각 라인에 제공되는 유량 제어부(112, 114, 122, 124, 132)에 의해 각 기체의 유량이 제어될 수 있고, 혼합부(116, 126)에 의해 혼합되어 제공될 수 있다. 또한, 연료와 공기의 혼합 기체의 온도는 음극라인(120) 상에 제공되는 히터(127)에 의해 연소부(102)에서 일어나는 연소 반응에 적합한 온도로 설정될 수 있다.Specifically, a mixed gas of oxygen and nitrogen is supplied to the main body 100 of the simulation stack 10 through the anode line 110, a mixed gas of fuel and air is supplied through the cathode line 120, The refrigerant can be supplied through the heat exchanger 130. At this time, the flow rates of the respective gases can be controlled by the flow controllers 112, 114, 122, 124 and 132 provided in the respective lines, and they can be mixed and supplied by the mixing sections 116 and 126. Further, the temperature of the mixture gas of fuel and air can be set to a temperature suitable for the combustion reaction occurring in the combustion section 102 by the heater 127 provided on the cathode line 120.

연소부(102)로 공급된 연료(예를 들어, 수소)와 공기는 연소부(102) 내에 제공된 촉매와 반응하여 연소 반응을 일으키고, 이때 열이 발생된다. 발생된 열은 양극 내부 라인(104)을 흐르는 산소와 질소의 혼합 기체 및 냉매 통과 라인(106)을 흐르는 냉매로 전달될 수 있고, 이에 따라 양극배출부(119)로 배출되는 산소와 질소의 혼합 기체와 냉매배출부(138)를 통해 배출되는 냉매의 온도가 본체(100)로 투입될 때보다 높아질 수 있다.The fuel (for example, hydrogen) and air supplied to the combustion section 102 react with the catalyst provided in the combustion section 102 to cause a combustion reaction, in which heat is generated. The generated heat can be transferred to the mixed gas of oxygen and nitrogen flowing in the anode inner line 104 and the refrigerant flowing in the refrigerant passage line 106. Thus, the mixture of oxygen and nitrogen discharged to the anode outlet 119 The temperature of the refrigerant discharged through the gas and refrigerant discharge portion 138 can be higher than when the refrigerant is introduced into the main body 100. [

양극배출부(119) 및 음극배출부(129) 상에는 온도계(111, 121)가 제공되어, 각 배출부의 배출 온도가 모사하고자 하는 실제 연료전지와 동일하게 설정되도록 모니터링될 수 있다.Thermometers 111 and 121 may be provided on the anode discharge portion 119 and the cathode discharge portion 129 so that the discharge temperature of each discharge portion may be set to be the same as the actual fuel cell to be simulated.

출력부(131)는 냉매투입부(136)에 제공된 온도계(134)와 냉매배출부(138)에 제공된 온도계(139)로부터 투입되는 냉매와 배출되는 냉매의 온도를 전달받아서 냉매의 발열량을 계산할 수 있다. 이때 발열량 계산에 필요한 냉매의 비열 및 비중은 출력부(131)에 기 입력되어 있을 수 있고, 냉매 유량은 냉매 유량 제어부(132)로부터 전달받을 수 있다.The output unit 131 receives the temperature of the refrigerant injected from the thermometer 134 provided in the refrigerant injecting unit 136 and the thermometer 139 provided in the refrigerant discharging unit 138 and the discharged refrigerant to calculate the calorific value of the refrigerant. have. The specific heat and specific gravity of the refrigerant required for calculating the calorific value may be input to the output unit 131 and the refrigerant flow rate may be received from the refrigerant flow rate controller 132.

출력부(131)에서 계산된 냉매 발열량은, 실질적으로 연소부(102)에서 발생되는 열을 냉매가 흡수하므로, 음의 값이 되고, 냉매 발열량의 절대값이 출력으로서 산출될 수 있다. 산출된 출력은 별도로 제공되는 전원에 전달되어 산출된 출력에 해당하는 전력이 전체 시스템에 공급될 수 있다.The refrigerant heat amount calculated by the output unit 131 becomes a negative value because the refrigerant substantially absorbs the heat generated in the combustion unit 102 and the absolute value of the refrigerant heat emission amount can be calculated as the output. The calculated output is transmitted to a separately provided power source, and power corresponding to the calculated output power can be supplied to the entire system.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 실제 연료전지에서 일어나는 전기화학적 반응과 유사한 연소반응이 연소부(102) 내에서 일어나므로, 모사스택(10)의 테스트 결과에 있어서 실제 연료전지와 크게 차이가 나지 않는다는 장점이 있다.As described above, according to the present embodiment, since the combustion reaction similar to the electrochemical reaction occurring in the actual fuel cell occurs in the combustion section 102, the test result of the simulation stack 10 is not much different from the actual fuel cell There is an advantage that it does not.

또한, 모사스택(10)이 대용량인 경우에도 연소부(102)에서 빠른 시간 내에 발생하는 연소 반응으로 인해 열교환이 본체(100) 내에서 효과적으로 이루어지므로 온도 제어가 용이하고, 연소 반응에 의해 물이 생성되므로, 생성되는 물의 영향을 외부로부터의 물 공급 없이도 테스트 결과에 반영할 수 있다는 장점이 있다.Also, even when the simulation stack 10 has a large capacity, heat exchange is efficiently performed in the main body 100 due to the combustion reaction occurring in a short time in the combustion section 102, so temperature control is easy, It is advantageous that the influence of the generated water can be reflected in the test result without supplying water from the outside.

이상 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 모사스택의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.Although the fuel cell simulation stack according to the embodiment of the present invention has been described above as a specific embodiment, the present invention is not limited thereto, and the present invention is not limited thereto, and may be interpreted as having the widest range according to the basic idea disclosed herein . Skilled artisans may implement a pattern of features that are not described in a combinatorial and / or permutational manner with the disclosed embodiments, but this is not to depart from the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be readily made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10: 모사스택 100: 본체
102: 연소부 104: 양극 내부 라인
106: 냉매 통과 라인 110: 양극라인
112: 산소 유량 제어부 114: 질소 유량 제어부
116: 양극혼합부 118: 양극투입부
119: 양극배출부 120: 음극라인
122: 연료 유량 제어부 124: 공기 유량 제어부
126: 음극혼합부 127: 히터
128: 음극투입부 129: 음극배출부
130: 냉각라인 131: 출력부
132: 냉매 유량 제어부 111, 121, 134, 139: 온도계
136: 냉매투입부 138: 냉매배출부10: Foam stack 100: Body
102: Combustion part 104: anode internal line
106: refrigerant passage line 110: anode line
112: oxygen flow rate controller 114: nitrogen flow rate controller
116: positive electrode mixing portion 118: positive electrode charging portion
119: anode discharge part 120: cathode line
122: fuel flow rate control unit 124: air flow rate control unit
126: negative electrode mixing part 127: heater
128: negative electrode charging portion 129: negative electrode discharging portion
130: Cooling line 131: Output section
132: refrigerant flow rate controller 111, 121, 134, 139: thermometer
136: Refrigerant injecting section 138: Refrigerant discharging section

Claims (8)

연료전지의 예상 출력을 계산하기 위해 사용되는 연료전지 모사스택에 있어서,
본체;
상기 본체 내부로 산소를 포함하는 기체를 공급하는 양극라인;
상기 본체 내부로 연료전지에 쓰이는 연료와 공기를 포함하는 기체를 공급하는 음극라인;
상기 본체 내부로 냉매를 공급하는 냉각라인; 및
상기 본체 내부에 제공되고, 상기 음극라인에 의해 공급되는 연료와 공기의 연소 반응이 일어나는 연소부를 포함하고,
상기 본체로 투입되는 냉매의 온도와 상기 본체로부터 배출되는 냉매의 온도를 측정하여 출력을 계산하는 연료전지 모사스택.A fuel cell simulant stack for use in calculating an expected output of a fuel cell,
main body;
A cathode line for supplying a gas containing oxygen into the body;
A negative electrode line for supplying a gas containing fuel and air used in the fuel cell to the inside of the main body;
A cooling line for supplying the refrigerant into the main body; And
And a combustion portion provided in the main body, wherein a combustion reaction of the fuel and air supplied by the cathode line takes place,
Wherein the output of the fuel cell stack is calculated by measuring the temperature of the refrigerant introduced into the main body and the temperature of the refrigerant discharged from the main body. 제 1 항에 있어서,
상기 연소부는 공기와 연료가 촉매와 만나서 연소 반응을 일으키는 촉매연소기인 연료전지 모사스택.The method according to claim 1,
Wherein the combustion section is a catalytic combustor in which air and fuel meet the catalyst to cause a combustion reaction. 제 1 항에 있어서,
상기 본체는,
상기 양극라인과 연결되고, 상기 양극라인을 통해 공급되는 산소를 포함하는 기체가 통과하는 양극 내부 라인; 및
상기 냉각라인과 연결되고, 상기 냉각라인으로 투입된 냉매가 통과하는 냉매 통과 라인을 포함하고,
상기 연소부, 상기 양극 내부 라인 및 상기 냉각라인 사이에 열교환이 이루어지는 연료전지 모사스택.The method according to claim 1,
The main body includes:
An anode internal line connected to the anode line through which gas containing oxygen supplied through the anode line passes; And
And a refrigerant passage line connected to the cooling line through which the refrigerant introduced into the cooling line passes,
And a heat exchange is performed between the combustion section, the anode internal line, and the cooling line. 제 1 항에 있어서,
상기 양극라인은,
상기 본체의 전단에 배치되고, 상기 본체에 공급되는 산소의 유량을 제어하는 산소 유량 제어부;
상기 본체의 전단에 배치되고, 상기 본체에 공급되는 질소의 유량을 제어하는 질소 유량 제어부; 및
상기 산소 유량 제어부와 상기 질소 유량 제어부로부터 나오는 산소와 질소를 혼합하는 양극혼합부를 포함하는 연료전지 모사스택.The method according to claim 1,
Wherein the anode line includes:
An oxygen flow rate control unit disposed at a front end of the main body and controlling a flow rate of oxygen supplied to the main body;
A nitrogen flow rate control unit disposed at a front end of the main body and controlling a flow rate of nitrogen supplied to the main body; And
And a cathode mixture portion for mixing the oxygen flow rate control portion and the oxygen and nitrogen from the nitrogen flow rate control portion. 제 1 항에 있어서,
상기 음극라인은,
상기 본체의 전단에 배치되고, 상기 본체에 공급되는 연료의 유량을 제어하는 연료 유량 제어부;
상기 본체의 전단에 배치되고, 상기 본체에 공급되는 공기의 유량을 제어하는 공기 유량 제어부; 및
상기 연료 유량 제어부와 상기 공기 유량 제어부로부터 나오는 공기와 연료를 혼합하는 음극혼합부를 포함하는 연료전지 모사스택.The method according to claim 1,
The cathode lines
A fuel flow rate control unit disposed at a front end of the main body and controlling a flow rate of fuel supplied to the main body;
An air flow rate control unit disposed at a front end of the main body and controlling a flow rate of air supplied to the main body; And
And a negative electrode mixing portion for mixing the air and the fuel coming from the fuel flow control portion and the air flow control portion. 제 5 항에 있어서,
상기 음극라인은,
상기 음극혼합부에서 혼합된 기체를 가열하는 히터를 더 포함하는 연료전지 모사스택.6. The method of claim 5,
The cathode lines
And a heater for heating the mixed gas in the negative electrode mixing portion. 제 1 항에 있어서,
상기 냉각라인은,
상기 본체의 전단에 배치되고, 상기 본체에 공급되는 냉매의 유량을 제어하는 냉매 유량 제어부;
상기 본체의 전단 및 후단에 배치되고, 상기 본체에 투입되는 냉매와 상기 본체로부터 배출되는 냉매의 온도를 측정하는 온도계; 및
상기 온도계로부터 상기 투입되는 냉매와 상기 배출되는 냉매의 측정 온도를 전달받고, 상기 냉매 유량 제어부로부터 냉매의 유량을 전달받고, 전달받은 온도와 유량을 이용하여 상기 투입되는 냉매와 상기 배출되는 냉매의 열량 차이를 계산하는 출력부를 포함하는 연료전지 모사스택.The method according to claim 1,
The cooling line may include:
A refrigerant flow rate control unit disposed at a front end of the main body and controlling a flow rate of the refrigerant supplied to the main body;
A thermometer disposed at a front end and a rear end of the main body and measuring a temperature of a refrigerant introduced into the main body and a refrigerant discharged from the main body; And
A controller for receiving the measured temperature of the introduced refrigerant and the discharged refrigerant from the thermometer, receiving the flow rate of the refrigerant from the refrigerant flow rate control unit, calculating a calorific value of the introduced refrigerant and the discharged refrigerant A fuel cell simulator stack including an output for calculating a difference. 제 7 항에 있어서,
상기 출력부에서 계산되는 냉매의 열량 차이를 출력으로서 상기 전원에 제공하는 연료전지 모사스택.8. The method of claim 7,
And provides the power source with a caloric difference of the refrigerant calculated in the output section to the power source.
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