KR20160016042A - 연료전지용 가습기 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

연료전지용 가습기가 개시된다. 개시된 연료전지용 가습기는 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 배출가스와 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기의 막 가습이 이루어지며, 그 가습공기를 상기 공기극으로 공급하는 것으로서, 여러 다발의 제1 중공사막이 내부에 밀집된 메인 막 모듈과, 메인 막 모듈과 상호 연결되며 여러 다발의 제2 중공사막이 내부에 밀집된 서브 막 모듈을 포함할 수 있다.

Description

연료전지용 가습기 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 {HUMIDIFICATION DEVICE FOR FUEL CELL AND FUEL CELL SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명의 실시예는 연료전지 차량의 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지로 공급되는 반응 기체를 가습하기 위한 연료전지용 가습기에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지 시스템은 연료전지에 의한 수소와 산소(공기 중의 산소)의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템이다. 예를 들면, 연료전지 시스템은 연료전지 차량에 채용되어 전기 모터를 작동시키며 차량을 구동시킨다.
연료전지 시스템은 공기극과 연료극으로 이루어진 단위 연료전지들의 전기 발생 집합체인 스택과, 연료전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 연료전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급장치를 구비하고 있다.
한편, 고분자 연료전지의 경우 막-전극 어셈블리(MEA)의 이온 교환막이 원활한 역할을 하기 위해서는 적당한 수분이 필요하며, 이를 위해 연료전지 시스템의 공기 공급장치는 연료전지로 공급되는 공기를 가습하기 위한 가습기를 구비하고 있다.
예를 들면, 가습기는 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 고온 다습한 공기 중의 수분을 이용하여 공기 공급장치의 공기 압축기를 통해 공급되는 건조한 공기를 가습하고, 그 가습된 공기를 연료전지의 공기극으로 공급한다.
가습기로는 버블러(bubbler) 타입, 인젝션(injection) 타입, 플레이트 타입, 흡착제 타입 그리고 막 가습 타입 등 여러 가지 방식의 것이 있지만, 연료전지 차량의 경우에서는 패키지 면에서 제한이 있기 때문에 상대적으로 부피가 작은 막 가습 방식을 적용하고 있다. 이러한 막 가습 방식의 가습기는 패키지 측면에서 뿐만 아니라, 특별한 동력을 필요로 하지 않는 이점을 가지고 있다.
막 가습 방식의 가습기(이하에서는 편의상 "막 가습기" 라고 한다)는 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 고온 다습한 배출가스와, 공기 압축기를 통해 공급되는 건조 공기의 가스 투 가스(gas to gas) 수분 교환 방식을 통해 막 가습이 이루어진다.
그런데, 이러한 막 가습 방식의 가습기는 다른 방식의 가습기에 비해 상대적으로 부피가 작지만, 가스 투 가스(gas to gas) 수분 교환 방식인 경우 차량용 부품으로서 여전히 부피가 크기 때문에 연료전지 시스템의 패키지 측면에서 불리하다는 단점이 있다.
더 나아가, 종래 기술에서는 막 가습기의 기능적 특성 상 그 가습기 내에서 응축된 응축수가 존재할 수 있다. 이러한 응축수는 겨울철에 얼기 때문에 가습기 내부의 공기 유로를 축소시킴으로써 압력 상승으로 인한 공기 압축기의 부담을 가중시키며, 그 공기 압축기의 소모 동력을 증가시킬 수 있고, 이로 인해 연료전지 차량의 연비를 저하시킬 수 있다.
또한, 겨울철에 가습기 내부의 응축수가 얼 경우, 이의 부피 팽창으로 인하여 가습기의 막 모듈에 손상을 가할 수 있고, 가습기의 가습 성능을 떨어뜨릴 수 있다.
한편, 스택의 고출력 운전에서 공기 압축기를 통해 압축된 공기는 높은 압축비와 많은 공기량으로 인해 100~150℃ 정도의 온도로 상승하게 된다.
이러한 압축 공기의 온도는 스택의 정상적인 운전 온도인 60~80℃ 보다 높기 때문에, 가습기의 가습 효율 및 스택의 운전 효율에 불리한 조건으로 작용한다. 따라서 연료전지 시스템은 공기 압축기에 의해서 가습기로 공급되는 고온의 압축 공기를 냉각시킬 필요가 있다.
부연 설명하면, 고속으로 회전하는 터보형 공기 압축기에 있어 임펠러를 회전시키는 모터와, 그 모터의 회전축을 지지하는 베어링의 냉각은 전체 기기의 성능과 수명을 결정하는 중요한 설계 요소이다.
모터의 경우는 코일 권선과 로터의 마그넷에서 발생하는 발열을 적절히 냉각하지 못하면, 코일이 손상되거나 절연에 문제가 발생하게 된다. 또한 모터에 사용되는 희토류계 마그넷의 경우는 고온 감자에 취약한 특성을 가지므로 그 마그넷의 냉각 또한 중요하다.
또한, 공기 압축기의 모터에는 회전축을 지지하기 위한 베어링이 적용되는데, 베어링의 종류에 따라 차이는 있으나 그 종류나 재질에 따라 적정 사용 온도가 정해져 있어 베어링 또한 적절한 냉각이 필요하다.
이를 위해 종래 기술에서는 공기 압축기와 가습기를 연결하는 공기 공급경로에 그 공기 압축기로부터 공급되는 공기를 냉각하기 위한 일 예의 냉각수단으로서 인터쿨러 및/또는 물 펌프 등을 설치하고 있다.
그런데, 종래 기술에서는 공기를 스택으로 공급하기 위한 공기 공급장치로서 공기 압축기에 의해 압축된 공기를 냉각하기 위한 인터쿨러 및/또는 물 펌프 등의 냉각수단을 추가 설치함에 따라, 전체 연료전지 시스템의 패키지 측면에서 불리해질 수 있다.
미국등록특허 제5432020호 (1995. 07. 11. 등록) 미국등록특허 제6635374호 (2003. 10. 21. 등록) 이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 가습공기를 연료전지들의 공기극으로 공급하는 것을 기본으로 하면서 별도로 가습된 가습공기를 공기 압축기의 공기 유입 단으로 순환시킬 수 있도록 한 연료전지용 가습기를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 별도로 가습한 가습공기를 공기 압축기의 공기 유입 단으로 순환시켜 공기 공급 계통 내의 공기 압축기를 냉각할 수 있고, 가습 성능의 향상을 도모할 수 있도록 한 연료전지 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습기는, 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 배출가스와 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기의 막 가습이 이루어지며, 그 가습공기를 상기 공기극으로 공급하는 것으로서, 여러 다발의 제1 중공사막이 내부에 밀집된 메인 막 모듈과, 상기 메인 막 모듈과 상호 연결되며 여러 다발의 제2 중공사막이 내부에 밀집된 서브 막 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기는, 상기 메인 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 상기 연료전지의 공기극으로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기는, 상기 서브 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 상기 공기 압축기의 공기 유입 단으로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 서브 막 모듈은 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단과 연결되며, 상기 가습공기를 상기 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단으로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 서브 막 모듈은 상기 공기 압축기에서 압축된 건조공기를 상기 메인 막 모듈로 공급하기 위한 건조공기 공급라인과 연결되되, 상기 건조공기 공급라인으로부터 분기된 분기라인을 통하여 상기 공기 압축기의 공기 토출 단과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 메인 막 모듈 및 서브 막 모듈은 단일의 하우징 내에 일체로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 메인 막 모듈 및 서브 막 모듈은 상기 하우징 내부에서 격벽에 의해 상호 구획될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 하우징은 상기 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기를 상기 메인 막 모듈로 도입하는 제1 유입부와, 상기 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기의 일부를 상기 서브 막 모듈로 도입하는 제2 유입부와, 상기 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 배출가스를 상기 메인 막 모듈로 도입하는 제3 유입부와, 상기 격벽에 형성되며 상기 메인 막 모듈과 서브 막 모듈을 상호 연결하고 상기 배출가스를 상기 서브 막 모듈로 도입하는 제4 유입부와, 상기 메인 막 모듈에서 가습된 가습공기를 배출하는 제1 배출부와, 상기 서브 막 모듈에서 가습된 가습공기를 배출하는 제2 배출부와, 상기 메인 막 모듈에서 서브 막 모듈을 거치며 수분이 제거된 배출가스를 배출하는 제3 배출부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 제1 유입부는 건조공기 공급라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 토출 단과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 제2 유입부는 상기 건조공기 공급라인으로부터 분기된 분기라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 토출 단과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 제2 배출부는 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 제4 유입부는 상기 메인 막 모듈과 서브 막 모듈을 상호 연결하는 연결홀로 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 단위 연료전지들의 전기 발생 집합체로 이루어지는 스택과, 상기 연료전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 압축기와, 상기 공기 압축기와 연결되며 상기 공기극으로부터 배출되는 배출가스와 상기 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기의 막 가습이 이루어지는 가습기와, 상기 연료전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소탱크를 포함하며, 상기 가습기는 여러 다발의 제1 중공사막이 내부에 밀집된 메인 막 모듈과, 상기 메인 막 모듈과 상호 연결되며 여러 다발의 제2 중공사막이 내부에 밀집된 서브 막 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템은, 상기 서브 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단으로 공급하며, 상기 공기 압축기에서 압축되는 건조공기를 상기 가습공기로서 냉각할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 가습기는 상기 공기 압축기로부터 공급되는 건조공기를 건조공기 공급라인을 통해 상기 메인 막 모듈로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 가습기는 상기 건조공기 공급라인으로부터 분기된 분기라인을 통해 상기 건조공기의 일부를 상기 서브 막 모듈로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 가습기는 상기 메인 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 가습공기 공급라인을 통해 상기 연료전지의 공기극으로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 가습기는 상기 서브 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단으로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 메인 막 모듈 및 서브 막 모듈은 단일의 하우징 내에 일체로 구비되며, 상기 하우징의 내부에서 격벽에 의해 상호 구획될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 하우징은 상기 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기를 상기 메인 막 모듈로 도입하는 제1 유입부와, 상기 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기의 일부를 상기 서브 막 모듈로 도입하는 제2 유입부와, 상기 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 배출가스를 상기 메인 막 모듈로 도입하는 제3 유입부와, 상기 격벽에 형성되며 상기 메인 막 모듈과 서브 막 모듈을 상호 연결하고 상기 배출가스를 상기 서브 막 모듈로 도입하는 제4 유입부와, 상기 메인 막 모듈에서 가습된 가습공기를 배출하는 제1 배출부와, 상기 서브 막 모듈에서 가습된 가습공기를 배출하는 제2 배출부와, 상기 메인 막 모듈에서 서브 막 모듈을 거치며 수분이 제거된 배출가스를 배출하는 제3 배출부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 제1 유입부는 건조공기 공급라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 토출 단과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 제2 유입부는 상기 건조공기 공급라인에서 분기된 분기라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 토출 단과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 제3 유입부는 공기 배출라인을 통해 상기 연료전지의 공기극과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 제1 배출부는 가습공기 공급라인을 통해 상기 연료전지의 공기극과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템에 있어서, 상기 제2 배출부는 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단과 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예는 서브 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 공기 압축기의 공기 유입 단으로 순환시킴에 따라 공기 압축기에서 압축되는 공기의 온도를 저하시키며 그 온도가 저하된 압축공기로서 공기 압축기의 구성 부품들을 냉각할 수 있으며, 이로 인해 공기 압축기의 공력 성능과 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 서브 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 공기 압축기의 공기 유입 단으로 순환시킴에 따라 가습기로 공급되는 공기의 상대습도가 증가함으로 인하여 가습기의 부하가 경감되고, 가습기의 가습 성능을 향상시킬 수 있으며, 가습기의 사이즈 또한 축소시킬 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 서브 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 공기 압축기의 공기 유입 단으로 순환시킴에 따라, 공기 압축기를 냉각함으로 종래 기술에서와 같은 인터쿨러 및 물 펌프 등과 같은 별도의 냉각수단을 삭제할 수 있고, 가습기로 공급되는 공기의 상대습도를 증가시킴으로 가습기의 사이즈를 축소시킬 수 있으므로, 전체 연료전지 시스템의 패키지 측면에서 유리하다.
이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습기를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 작용 효과를 설명하기 위한 비교예들을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)은 수소로서의 연료와 산화제인 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 것으로, 예를 들면 연료전지 차량에 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 상기 연료전지 시스템(100)은 기본적으로, 스택(10), 공기 압축기(30), 가습기(200) 그리고 수소탱크(50)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
상기 스택(10)은 막-전극 어셈블리(MEA)(12)를 사이에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(당 업계에서는 통상적으로 "분리판" 또는 바이폴라 플레이트" 라고도 한다)를 포함한 공기극(13)과 연료극(15)이 배치된 단위 연료전지들(11)의 전기 발생 집합체로 이루어진다.
상기에서 연료전지들(11)의 공기극(13)에서는 고온 다습한 습윤 공기(이하에서는 편의 상 "배출가스" 라고 한다)를 배출하며, 연료전지들(11)의 연료극(15)에서는 미반응 수소로서의 고온 다습한 습윤 수소를 배출한다.
상기 공기 압축기(30)는 연료전지들(11)의 공기극(13)으로 공기를 공급하기 위한 것으로서, 대기 중의 공기(이하에서는 편의 상 "건조공기" 라고 한다)를 흡입하여 그 건조공기를 압축하여 뒤에서 더욱 설명될 가습기(200)로 공급한다.
여기서, 상기 공기 압축기(30)는 스택(10)의 고출력 운전에서 높은 압축비로 건조공기를 압축하기 때문에 그 압축공기의 온도가 증가하고, 이로 인해 가습기(200)의 가습 효율 및 스택(10)의 운전 효율에 불리한 조건으로 작용할 수 있고, 구성부품(예를 들면, 압축부, 구동모터, 베어링 등)이 발열할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 가습기(200)는 연료전지들(11)의 공기극(13)으로부터 배출되는 배출가스와 공기 압축기(30)로부터 공급되는 건조공기의 막 가습(gas to gas 수분 교환 방식)이 이루어지고 그 가습된 공기(이하에서는 편의 상 "가습공기" 라고 한다)를 연료전지들(11)의 공기극(13)으로 공급한다. 여기서, 상기 가습기(200)는 건조공기 공급라인(71)을 통해 공기 압축기(30)와 연결될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기(200)의 구성은 도 2를 참조하여 뒤에서 더욱 자세하게 설명하기로 한다.
상기에서 수소탱크(50)는 연료전지들(11)의 연료극(15)으로 수소를 공급하기 위한 것으로서, 그 수소를 저장하며 연료극(15)으로 공급할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같은 스택(10), 공기 압축기(30) 및 수소탱크(50)의 구성은 당 업계에 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템(100)은 가습공기를 연료전지들(11)의 공기극(13)으로 공급하는 것을 기본으로 하면서 별도로 가습된 가습공기를 공기 압축기(30)의 공기 유입 단으로 순환시킬 수 있는 연료전지용 가습기(200)를 제공한다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 별도로 가습한 가습공기를 공기 압축기(30)의 공기 유입 단으로 순환시켜 공기 공급 계통 내의 공기 압축기(30)를 냉각할 수 있고, 가습 성능의 향상을 도모할 수 있는 연료전지용 가습기(200) 및 이를 포함하는 연료전지 시스템(100)을 제공한다.
이하에서는 상기와 같은 연료전지 시스템(100)에 적용되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습기(200)의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습기를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습기(200)는 기본적으로, 하우징(110)과, 하우징(110)에 일체로 구성되는 메인 막 모듈(210) 및 서브 막 모듈(230)을 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에서, 상기 하우징(110)은 뒤에서 더욱 설명될 메인 막 모듈(210) 및 서브 막 모듈(230)을 일체로 구성하는 바, 이들 메인 막 모듈(210) 및 서브 막 모듈(230)을 지지하기 위해 하나의 하우징 또는 둘 이상으로 구획된 하우징으로 구성될 수 있다.
상기 하우징(110)에는 메인 막 모듈(210) 및 서브 막 모듈(230)을 지지하기 위한 각종 브라켓, 블록, 돌기, 리브, 칼라 등과 같은 각종 부속요소들을 포함하고 있다.
그러나, 상기한 각종 부속요소들은 이하에서 더욱 설명될 메인 막 모듈(210) 및 서브 막 모듈(230)을 하우징(110)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 하우징(110)으로 통칭한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 메인 막 모듈(210)은 연료전지들(11)의 공기극(13)으로부터 배출되는 배출가스와, 공기 압축기(30)로부터 공급되는 건조공기의 가스 투 가스(gas to gas) 수분 교환 방식에 의한 막 가습이 이루어지는 것이다.
상기 메인 막 모듈(210)은 배출가스와 건조공기의 수분 교환을 통해 막 가습이 이루어진 가습공기를 배출하며 그 가습공기를 연료전지들(11)의 공기극(13)으로 공급할 수 있다.
이러한 메인 막 모듈(210)은 여러 다발의 제1 중공사막(211)이 하우징(110)의 내부에 밀집되며 구성될 수 있다. 여기서, 상기 메인 막 모듈(210)은 고분자 소재의 지지수단을 통해 하우징(110)의 내부에 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 서브 막 모듈(230)은 메인 막 모듈(210)과 별개로 연료전지들(11)의 공기극(13)으로부터 배출되는 배출가스와, 공기 압축기(30)로부터 공급되는 건조공기의 가스 투 가스(gas to gas) 수분 교환 방식에 의한 막 가습이 이루어지는 것이다.
상기 서브 막 모듈(230)은 배출가스와 건조공기의 수분 교환을 통해 막 가습이 이루어진 별도의 가습공기를 배출하며 그 가습공기를 공기 압축기(30)의 공기 유입 단 측으로 공급할 수 있다.
이러한 서브 막 모듈(230)은 하우징(110)의 내부에서 메인 막 모듈(210)과 상호 연결되고, 여러 다발의 제2 중공사막(231)이 하우징(110)의 내부에 밀집되며 구성될 수 있다. 여기서, 상기 서브 막 모듈(230)은 고분자 소재의 지지수단을 통해 하우징(110)의 내부에 고정될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 상기 메인 막 모듈(210)과 서브 막 모듈(230)은 앞서 언급한 바 있듯이 하우징(110) 내에 일체로 구성될 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시예에 의한 상기 메인 막 모듈(210) 및 서브 막 모듈(230)은 하우징(110)의 내부에서 격벽(115)에 의해 상호 구획되게 구비될 수 있다.
이와 같은 하우징(110)은 연료전지들(11)의 공기극(13)으로부터 배출되는 배출가스와 공기 압축기(30)를 통해 공급되는 건조공기를 메인 막 모듈(210) 및 서브 막 모듈(230)로 각각 공급하고, 메인 막 모듈(210) 및 서브 막 모듈(230)을 통해 배출가스와 건조공기의 수분 교환으로 막 가습이 이루어진 가습공기와, 수분이 제거된 배출가스를 외부로 배출하기 위한 매니폴드를 구성하고 있다.
구체적으로, 상기 하우징(110)은 공기 압축기(30)를 통해 공급되는 건조공기를 메인 막 모듈(210)로 도입하기 위한 제1 유입부(131)와, 공기 압축기(30)를 통해 공급되는 건조공기의 일부를 서브 막 모듈(230)로 도입하기 위한 제2 유입부(132)와, 연료전지들(11)의 공기극(13)으로부터 배출되는 배출가스를 메인 막 모듈(210)로 도입하기 위한 제3 유입부(133)를 포함하고 있다.
그리고, 상기 하우징(110)의 내부에서 메인 막 모듈(210)과 서브 막 모듈(230)을 구획하는 격벽(115)에는 메인 막 모듈(210) 및 서브 막 모듈(230)을 상호 연결하는 연결홀(136)로서의 제4 유입부(134)가 형성된다.
이러한 제4 유입부(134)는 제3 유입부(133)를 통해 메인 막 모듈(210)로 도입된 배출가스를 연결홀(136)을 통해 서브 막 모듈(230)로 도입할 수 있다.
또한, 상기 하우징(110)은 메인 막 모듈(210)에서 가습된 가습공기를 배출하기 위한 제1 배출부(151)와, 서브 막 모듈(230)에서 가습된 가습공기를 배출하기 위한 제2 배출부(152)와, 메인 막 모듈(210)에서 서브 막 모듈(230)을 거치며 수분이 제거된 배출가스를 배출하기 위한 제3 배출부(153)를 포함하고 있다.
상기와 같은 하우징(110)에서, 제1 유입부(131)는 건조공기 공급라인(71)을 통해 공기 압축기(30)의 공기 토출 단과 연결될 수 있다. 즉, 상기 메인 막 모듈(210)은 제1 유입부(131) 및 건조공기 공급라인(71)을 통해 공기 압축기(30)의 공기 토출 단과 연결될 수 있다. 이에 본 발명의 실시예에서는 상기 공기 압축기(30)로부터 제공되는 건조공기를 건조공기 공급라인(71)을 통해 메인 막 모듈(210)로 공급할 수 있다.
상기 제2 유입부(132)는 건조공기 공급라인(71)에서 분기된 분기라인(73)을 통해 공기 압축기(30)의 공기 토출 단과 연결될 수 있다. 즉, 상기 서브 막 모듈(230)은 제2 유입부(132) 및 분기라인(73)을 통해 건조공기 공급라인(71)과 연결되며, 그 건조공기 공급라인(71)을 통해 공기 압축기(30)의 공기 토출 단과 연결될 수 있다. 이에 본 발명의 실시예에서는 상기 공기 압축기(30)로부터 건조공기 공급라인(71)을 통해 건조공기를 공급하는 과정에, 그 건조공기 공급라인(71)으로부터 분기된 분기라인(73)을 통해 건조공기의 일부를 서브 막 모듈(230)로 공급할 수 있다.
상기 제3 유입부(133)는 공기 배출라인(75)을 통해 연료전지들(11)의 공기극(13)과 연결될 수 있다. 즉, 상기 메인 막 모듈(210)은 제3 유입부(133) 및 공기 배출라인(75)을 통해 연료전지들(11)의 공기극(13)과 연결될 수 있다. 이에 본 발명의 실시예에서는 상기 연료전지들(11)의 공기극(13)으로부터 배출되는 고온 다습한 배출가스를 공기 배출라인(75)을 통해 메인 막 모듈(210)로 공급할 수 있다.
상기 제4 유입부(134)는 앞서 설명한 바와 같이 격벽(115)에 형성되는 것으로, 메인 막 모듈(210)과 서브 막 모듈(230)을 상호 연결하고, 제3 유입부(133)를 통해 메인 막 모듈(210)로 도입된 배출가스를 서브 막 모듈(230)로 도입할 수 있다.
상기 제1 배출부(151)은 가습공기 공급라인(77)을 통해 연료전지들(11)의 공기극(13)과 연결될 수 있다. 즉, 상기 메인 막 모듈(210)은 제1 배출부(151) 및 가습공기 공급라인(77)을 통해 연료전지들(11)의 공기극(13)과 연결될 수 있다. 이에 본 발명의 실시예에서는 상기 메인 막 모듈(210)의 제1 배출부(151)를 통해 배출되는 가습공기를 가습공기 공급라인(77)을 통해 연료전지들(11)의 공기극(13)으로 공급할 수 있다.
상기 제2 배출부(152)는 순환라인(79)을 통해 공기 압축기(30)의 공기 유입 단과 연결될 수 있다. 즉, 상기 서브 막 모듈(230)은 제2 배출부(152) 및 순환라인(79)을 통해 공기 압축기(30)의 공기 유입 단과 연결될 수 있다. 이에 본 발명의 실시예에서는 상기 서브 막 모듈(230)의 제2 배출부(152)를 통해 배출되는 가습공기를 순환라인(79)을 통해 공기 압축기(30)의 공기 유입 단으로 공급(순환)시킬 수 있으며, 이로 인해 공기 압축기(30)에서 압축되는 건조공기를 상기한 가습공기로서 냉각할 수 있다.
그리고, 상기 제3 배출부(153)는 서브 막 모듈(230)과 연결되는 것으로, 메인 막 모듈(210)에서 서브 막 모듈(230)을 거치며 수분이 제거된 배출가스를 외부(대기 중)로 배출할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습기(200) 및 이를 포함하는 연료전지 시스템(100)의 작동을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 스택(10)의 연료전지들(11)에 의한 수소와 공기의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 과정에, 그 연료전지들(11)의 공기극(13)에서는 고온 다습한 배출가스를 배출한다.
그리고 나서, 본 발명의 실시예에서는 연료전지들(11)의 공기극(13)으로부터 배출되는 배출가스를 공기 배출라인(75) 및 제3 유입부(133)를 통해 메인 막 모듈(210)로 공급한다.
이러는 과정에, 본 발명의 실시예에서는 공기 압축기(30)를 통해 공급되는 건조공기를 건조공기 공급라인(71) 및 제1 유입부(131)를 통해 메인 막 모듈(210)로 공급한다.
여기서, 상기 공기 압축기(30)로부터 제공되는 건조공기를 건조공기 공급라인(71)을 통해 메인 막 모듈(210)로 공급하는 과정에, 본 발명의 실시예에서는 그 건조공기 공급라인(71)으로부터 분기된 분기라인(73) 및 제2 유입부(132)를 통해 건조공기의 일부를 서브 막 모듈(230)로 공급한다.
이에 따라 상기 메인 막 모듈(210)에서는 배출가스와 건조공기의 가스 투 가스(gas to gas) 수분 교환 방식에 의한 막 가습이 이루어지며, 그 가습공기를 제1 배출부(151)를 통해 배출하는데, 그 가습공기를 가습공기 공급라인(77)을 통해 연료전지들(11)의 공기극(13)으로 공급한다.
상기한 과정을 거치는 동안, 상기 메인 막 모듈(210)을 거친 배출가스는 수분을 함유한 상태로 제4 유입부(134)를 통해 서브 막 모듈(230)로 공급된다.
이에 따라 상기 서브 막 모듈(230)에서는 배출가스와 건조공기의 가스 투 가스(gas to gas) 수분 교환 방식에 의한 막 가습이 이루어지며, 그 가습공기를 제2 배출부(152)를 통해 배출한다.
그리고 나서, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같이 제2 배출부(152)를 통해 배출되는 가습공기를 순환라인(79)를 통해 공기 압축기(30)의 공기 유입 단으로 순환시킨다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 서브 막 모듈(230)에서 배출되는 가습공기를 공기 압축기(30)의 공기 유입 단으로 순환시킴으로써 수분이 포함된 가습공기를 공기 압축기(30)로 유입시킬 수 있다.
이로 인하여 본 발명의 실시예에서는 공기 압축기(30)에서 압축되는 공기의 온도를 저하시키며 그 온도가 저하된 압축공기로서 공기 압축기(30)의 구성 부품 예를 들면, 압축부, 구동모터, 베어링 등을 냉각할 수 있으며, 이로 인해 공기 압축기(30)의 공력 성능과 효율을 향상시킬 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 서브 막 모듈(230)에서 배출되는 가습공기를 공기 압축기(30)의 공기 유입 단으로 순환시킴에 따라 가습기(200)로 공급되는 공기의 상대습도가 증가함으로 인하여 가습기(200)의 부하가 경감되고, 가습기(200)의 가습 성능을 향상시킬 수 있으며, 가습기(200)의 사이즈 또한 축소시킬 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이 메인 막 모듈(210) 및 서브 막 모듈(230)을 거친 배출가스는 수분이 제거된 상태로 제3 배출부(153)를 통해 대기 중으로 배출될 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습기(200) 및 이를 포함하는 연료전지 시스템(100)에 의하면, 서브 막 모듈(230)에서 배출되는 가습공기를 공기 압축기(30)의 공기 유입 단으로 순환시키며 공기 압축기(30)에서 압축되는 공기의 온도를 저하시킴으로써 종래 기술에서와 같은 인터쿨러 및 물 펌프 등과 같은 별도의 냉각수단을 삭제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같이 인터쿨러와 같은 냉각수단을 삭제함에 따라 겨울철에 인터쿨러의 냉각수 온도를 높이기 위한 냉 시동 시간 지연을 방지할 수 있으며, 결과적으로는 연료전지 시스템의 냉 시동 시간을 단축할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 스택(10)의 고출력 시 서브 막 모듈(230)을 통해 일정량의 공기를 공기 압축기(30)로 재순환시킴으로써 공기 압축기(30)의 서지 라인(surge line) 회피가 가능하여 공기 압축기(30)를 안정적으로 운전할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 메인 막 모듈(210)의 하측에 서브 막 모듈(230)을 구성하므로, 가습기(200)의 하단에 고여있는 응축수를 서브 막 모듈(230)의 가습을 통해 제거 및 활용할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술에서와 같은 인터쿨러 및 물 펌프 등과 같은 별도의 냉각수단을 삭제할 수 있고, 가습기(200)의 사이즈를 축소시킬 수 있으므로, 전체 연료전지 시스템(100)의 패키지 측면에서 유리하다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술에서와 같은 인터쿨러 및 물 펌프 등과 같은 별도의 냉각수단을 삭제함에 따라, 이러한 냉각수단에 구비되는 밸브, 노즐 등과 같은 각종 부품들을 필요로 하지 않으므로 저온 시 물의 빙결에 의한 부품의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습기(200) 및 이를 포함하는 연료전지 시스템(100)과 대비하여 첨부한 바와 같은 비교예들을 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 작용 효과를 설명하기 위한 비교예들을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예와 대비되는 제1 비교예에서는 스택(1)에서 배출되는 배출가스를 가습기(3)로 공급하고, 공기 압축기(5)로부터 제공되는 건조공기를 가습기(3)로 공급하며, 가습기(3)로부터 배출되는 가습공기를 스택(1)으로 공급하는 과정에, 그 가습공기의 일부를 점선 화살표와 같이 공기 압축기(5)의 유입 단으로 순환시킬 수 있다.
이와 같은 제1 비교예에서는 종래 기술에서와 같은 인터쿨러 등의 냉각수단을 삭제할 수 있으나, 가습기(3) 내의 응축수를 제거 및 활용할 수 없게 되고, 가습공기의 온도가 상대적으로 높기 때문에 본 발명의 실시예에 비해 공기 압축기(5)의 냉각효율이 저하될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예와 대비되는 제2 비교예에서는 스택(1)에서 배출되는 배출가스를 가습기(3)로 공급하고, 공기 압축기(5)로부터 제공되는 건조공기를 가습기(3)로 공급하며, 가습기(3)로부터 배출되는 가습공기를 스택(1)으로 공급하는 과정에, 가습기(3)로부터 수분이 제거된 상태로 배출되는 배출가스를 점선 화살표와 같이 공기 압축기(5)의 유입 단으로 순환시킬 수 있다.
이와 같은 제2 비교예에서는 종래 기술에서와 같은 인터쿨러 등의 냉각수단을 삭제할 수 있으나, 그 배출가스 중의 질소 농도가 상대적으로 높기 때문에 스택(1)으로 유입되는 공기의 질소 농도가 높아지게 되어 본 발명의 실시예에 비해 스택(1)의 성능이 저하될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.
10... 스택 11... 연료전지
12... 막-전극 어셈블리 13... 공기극
15... 연료극 30... 공기 압축기
50... 수소탱크 71... 건조공기 공급라인
73... 분기라인 75... 공기 배출라인
77... 가습공기 공급라인 79... 순환라인
100... 연료전지 시스템 110... 하우징
115... 격벽 131... 제1 유입부
132... 제2 유입부 133... 제3 유입부
134... 제4 유입부 136... 연결홀
151... 제1 배출부 152... 제2 배출부
153... 제3 배출부 200... 가습기
210... 메인 막 모듈 211... 제1 중공사막
230... 서브 막 모듈 231... 제2 중공사막

Claims (15)

  1. 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 배출가스와 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기의 막 가습이 이루어지며, 그 가습공기를 상기 공기극으로 공급하는 연료전지용 가습기로서,
    여러 다발의 제1 중공사막이 내부에 밀집된 메인 막 모듈; 및
    상기 메인 막 모듈과 상호 연결되며, 여러 다발의 제2 중공사막이 내부에 밀집된 서브 막 모듈;
    을 포함하는 연료전지용 가습기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 상기 연료전지의 공기극으로 공급하고,
    상기 서브 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 상기 공기 압축기의 공기 유입 단으로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 서브 막 모듈은 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단과 연결되며, 상기 가습공기를 상기 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단으로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 서브 막 모듈은,
    상기 공기 압축기에서 압축된 건조공기를 상기 메인 막 모듈로 공급하기 위한 건조공기 공급라인과 연결되되,
    상기 건조공기 공급라인으로부터 분기된 분기라인을 통하여 상기 공기 압축기의 공기 토출 단과 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 막 모듈 및 서브 막 모듈은 단일의 하우징 내에 일체로 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 메인 막 모듈 및 서브 막 모듈은 상기 하우징 내부에서 격벽에 의해 상호 구획되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기를 상기 메인 막 모듈로 도입하는 제1 유입부와,
    상기 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기의 일부를 상기 서브 막 모듈로 도입하는 제2 유입부와,
    상기 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 배출가스를 상기 메인 막 모듈로 도입하는 제3 유입부와,
    상기 격벽에 형성되며, 상기 메인 막 모듈과 서브 막 모듈을 상호 연결하고, 상기 배출가스를 상기 서브 막 모듈로 도입하는 제4 유입부와,
    상기 메인 막 모듈에서 가습된 가습공기를 배출하는 제1 배출부와,
    상기 서브 막 모듈에서 가습된 가습공기를 배출하는 제2 배출부와,
    상기 메인 막 모듈에서 서브 막 모듈을 거치며 수분이 제거된 배출가스를 배출하는 제3 배출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 유입부는 건조공기 공급라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 토출 단과 연결되며,
    상기 제2 유입부는 상기 건조공기 공급라인으로부터 분기된 분기라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 토출 단과 연결되고,
    상기 제2 배출부는 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단과 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제4 유입부는,
    상기 메인 막 모듈과 서브 막 모듈을 상호 연결하는 연결홀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  10. 단위 연료전지들의 전기 발생 집합체로 이루어지는 스택;
    상기 연료전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 압축기;
    상기 공기 압축기와 연결되며, 상기 공기극으로부터 배출되는 배출가스와 상기 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기의 막 가습이 이루어지는 가습기; 및
    상기 연료전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소탱크;
    를 포함하며,
    상기 가습기는 여러 다발의 제1 중공사막이 내부에 밀집된 메인 막 모듈과, 상기 메인 막 모듈과 상호 연결되며 여러 다발의 제2 중공사막이 내부에 밀집된 서브 막 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 서브 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단으로 공급하며,
    상기 공기 압축기에서 압축되는 건조공기를 상기 가습공기로서 냉각하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 가습기는,
    상기 공기 압축기로부터 공급되는 건조공기를 건조공기 공급라인을 통해 상기 메인 막 모듈로 공급하고,
    상기 건조공기 공급라인으로부터 분기된 분기라인을 통해 상기 건조공기의 일부를 상기 서브 막 모듈로 공급하며,
    상기 메인 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 가습공기 공급라인을 통해 상기 연료전지의 공기극으로 공급하고,
    상기 서브 막 모듈에서 배출되는 가습공기를 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단으로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 메인 막 모듈 및 서브 막 모듈은 단일의 하우징 내에 일체로 구비되며, 상기 하우징의 내부에서 격벽에 의해 상호 구획되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기를 상기 메인 막 모듈로 도입하는 제1 유입부와,
    상기 공기 압축기를 통해 공급되는 건조공기의 일부를 상기 서브 막 모듈로 도입하는 제2 유입부와,
    상기 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 배출가스를 상기 메인 막 모듈로 도입하는 제3 유입부와,
    상기 격벽에 형성되며, 상기 메인 막 모듈과 서브 막 모듈을 상호 연결하고, 상기 배출가스를 상기 서브 막 모듈로 도입하는 제4 유입부와,
    상기 메인 막 모듈에서 가습된 가습공기를 배출하는 제1 배출부와,
    상기 서브 막 모듈에서 가습된 가습공기를 배출하는 제2 배출부와,
    상기 메인 막 모듈에서 서브 막 모듈을 거치며 수분이 제거된 배출가스를 배출하는 제3 배출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 유입부는 건조공기 공급라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 토출 단과 연결되고,
    상기 제2 유입부는 상기 건조공기 공급라인에서 분기된 분기라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 토출 단과 연결되며,
    상기 제3 유입부는 공기 배출라인을 통해 상기 연료전지의 공기극과 연결되고,
    상기 제1 배출부는 가습공기 공급라인을 통해 상기 연료전지의 공기극과 연결되며,
    상기 제2 배출부는 순환라인을 통해 상기 공기 압축기의 공기 유입 단과 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
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