KR20230071557A - Fuel cell system - Google Patents

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KR20230071557A KR1020210157883A KR20210157883A KR20230071557A KR 20230071557 A KR20230071557 A KR 20230071557A KR 1020210157883 A KR1020210157883 A KR 1020210157883A KR 20210157883 A KR20210157883 A KR 20210157883A KR 20230071557 A KR20230071557 A KR 20230071557A
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김현유
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Abstract

A fuel cell system according to one embodiment of the present invention comprises: a fuel cell stack; a first bypass flow path arranged at one end of the fuel cell stack to selectively bypass the air supplied to the fuel cell stack to the outside of the fuel cell stack; a first opening and closing unit selectively opening and closing the first bypass flow path; a second bypass flow path arranged at the other end of the fuel cell stack to selectively bypass the air supplied to the fuel cell stack to the outside of the fuel cell stack; and a second opening and closing unit selectively opening and closing the second bypass flow path, thereby increasing condensate discharge efficiency and improving performance and operating efficiency.

Description

연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}Fuel cell system {FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 응축수의 배출 효율을 높이고, 성능 및 작동 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system capable of increasing the discharge efficiency of condensate and improving performance and operating efficiency.

연료전지 스택은, 연료(예를 들어, 수소)의 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하는 일종의 발전 장치로서, 수십 또는 수백 개의 연료전지 셀(단위 셀)을 직렬로 적층하여 구성될 수 있다.A fuel cell stack is a kind of power generation device that generates electrical energy through a chemical reaction of fuel (eg, hydrogen), and may be configured by stacking tens or hundreds of fuel cell cells (unit cells) in series.

연료전지 셀은, 수소 양이온을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막과 수소와 산소가 반응할 수 있도록 전해질막의 양쪽면에 마련된 전극(촉매전극층)이 결합된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 막전극접합체의 양면에 밀착되어 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 및 기체확산층에 밀착되며 유로를 형성하는 분리판(Bipolar plate)을 포함할 수 있다.A fuel cell is a Membrane Electrode Assembly (MEA) in which an electrolyte membrane capable of transporting hydrogen cations and electrodes (catalyst electrode layers) provided on both sides of the electrolyte membrane to allow hydrogen and oxygen to react are combined. It may include a gas diffusion layer (GDL) that adheres to both sides of the electrode assembly to evenly distribute reactive gases and transmits the generated electrical energy, and a bipolar plate that adheres to the gas diffusion layer and forms a flow path. there is.

한편, 연료전지 스택이 정상적으로 동작하기 위해서는 막전극접합체의 전해질막이 일정 습도 이상으로 유지되어야 하므로, 유입가스는 연료전지 스택으로 유입되기 전에 가습기에 의해 가습될 수 있다.Meanwhile, in order for the fuel cell stack to operate normally, the electrolyte membrane of the membrane-electrode assembly must be maintained at a certain humidity or higher, so the inlet gas may be humidified by a humidifier before being introduced into the fuel cell stack.

최근에는 연료전지 스택으로부터 배출되는 습윤공기를 이용하여 가습기를 통과하는 유입가스(건조공기)를 가습하는 방식이 제시된 바 있다.Recently, a method of humidifying inlet gas (dry air) passing through a humidifier using wet air discharged from a fuel cell stack has been proposed.

그런데, 액적(수분)을 포함하는 반응기체(예를 들어, 공기)가 연료전지 스택에 과도하게 공급되면, 연료전지 스택의 내부에 플러딩(flooding) 현상이 발생하여 연료전지 스택의 성능 및 작동 효율이 저하되고, 동절기에는 연료전지 스택의 내부에 공급된 응축수가 응결되는 문제점이 있다.However, when a reactive gas (eg, air) containing liquid droplets (moisture) is excessively supplied to the fuel cell stack, a flooding phenomenon occurs inside the fuel cell stack, resulting in poor performance and operational efficiency of the fuel cell stack. In winter, condensed water supplied to the inside of the fuel cell stack is condensed.

따라서, 플러딩 현상을 방지하고 연료전지 스택의 성능을 안정화시키기 위해서는 연료전지 스택의 내부에 발생된 응축수를 효과적으로 배출할 수 있어야 한다.Therefore, in order to prevent flooding and to stabilize the performance of the fuel cell stack, condensed water generated inside the fuel cell stack must be effectively discharged.

기존에는 연료전지 스택의 플러딩 현상을 억제하기 위하여, 연료전지 스택으로 공급되는 반응기체(공기)의 일부를 바이패스유로를 통해 연료전지 스택의 외부로 바이패스시키는 방안이 제안된 바 있다.Conventionally, in order to suppress the flooding of the fuel cell stack, a method of bypassing a part of the reaction gas (air) supplied to the fuel cell stack to the outside of the fuel cell stack through a bypass passage has been proposed.

그러나, 기존에는 가습기 내의 응축수 누적량에 관계없이 연료전지 스택으로 공급되는 반응기체가 항상 일정하게 바이패스유로를 통해 바이패스됨에 따라, 연료전지 스택의 운전 조건에 따라 반응기체의 배출량을 정확하게 조절하기 어려운 문제점이 있다.However, in the past, as the reactive gas supplied to the fuel cell stack is constantly bypassed through the bypass passage regardless of the accumulated amount of condensate in the humidifier, it is difficult to accurately control the amount of reactive gas discharged according to the operating conditions of the fuel cell stack. There is a problem.

이에 따라, 최근에는 연료전지 스택의 운전 조건에 따라 반응기체의 배출량을 최적화하고, 응축수의 배출 효율을 높이고, 성능 및 작동 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.Accordingly, in recent years, various studies have been conducted to optimize the emission of reactive gas according to the operating conditions of the fuel cell stack, increase the discharge efficiency of condensate, and improve performance and operational efficiency. is being demanded

본 발명의 실시예는 응축수의 배출 효율을 높이고, 성능 및 작동 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of increasing the discharge efficiency of condensate and improving performance and operational efficiency.

특히, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택의 운전 조건에 따라 반응기체의 배출량(바이패스량)을 최적화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In particular, an embodiment of the present invention aims to optimize the amount of discharged gas (bypass amount) according to the operating conditions of the fuel cell stack.

무엇보다도, 본 발명의 실시예는 가습기 내의 응축수 누적량에 기초하여 반응기체의 배출량(바이패스량)을 능동적으로 조절할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Above all, an object of the present invention is to actively control the amount of discharge (bypass amount) of reactive gas based on the accumulated amount of condensate in the humidifier.

또한, 본 발명의 실시예는 응축수의 배출 성능을 보장하고, 응축수를 적시에 배출할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to ensure the discharge performance of condensate and to discharge the condensate in a timely manner.

또한, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택 내 플러딩 현상을 억제하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the embodiments of the present invention is to suppress a flooding phenomenon in a fuel cell stack and to improve stability and reliability.

실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.The problem to be solved in the embodiment is not limited thereto, and it will be said that the solution to the problem described below or the purpose or effect that can be grasped from the embodiment is also included.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 연료전지 스택, 연료전지 스택의 일단에 마련되며 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 선택적으로 연료전지 스택의 외부로 바이패스 시키는 제1바이패스유로, 제1바이패스유로를 선택적으로 개폐하는 제1개폐유닛, 연료전지 스택의 다른 일단에 마련되며 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 선택적으로 연료전지 스택의 외부로 바이패스 시키는 제2바이패스유로, 및 제2바이패스유로를 선택적으로 개폐하는 제2개폐유닛을 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above-described objects of the present invention, the fuel cell system is provided at one end of the fuel cell stack and the fuel cell stack, and selectively directs air supplied to the fuel cell stack to the fuel cell stack. A first bypass passage that bypasses the outside, a first opening/closing unit that selectively opens and closes the first bypass passage, and is provided at the other end of the fuel cell stack to selectively pass air supplied to the fuel cell stack to the outside of the fuel cell stack. and a second bypass passage for bypassing the second bypass passage, and a second opening/closing unit for selectively opening and closing the second bypass passage.

이는, 연료전지 스택 내 응축수의 배출 효율을 높이고, 성능 및 작동 효율을 향상시키기 위함이다.This is to increase the discharge efficiency of condensate in the fuel cell stack and to improve performance and operational efficiency.

플러딩 현상을 방지하고 연료전지 스택의 성능을 안정화시키기 위해서는 연료전지 스택의 내부에 발생된 응축수를 효과적으로 배출할 수 있어야 한다.In order to prevent flooding and to stabilize performance of the fuel cell stack, condensate generated inside the fuel cell stack must be effectively discharged.

기존에는 연료전지 스택의 내부에 발생한 응축수를 제거하기 위하여, 연료전지 스택으로 공급되는 반응기체(공기)의 일부를 바이패스유로를 통해 연료전지 스택의 외부로 바이패스시키는 방안이 제안된 바 있다. 그러나, 기존에는 가습기 내의 응축수 누적량에 관계없이 연료전지 스택으로 공급되는 반응기체가 항상 일정하게 바이패스유로를 통해 바이패스됨에 따라, 연료전지 스택의 운전 조건에 따라 반응기체의 배출량을 정확하게 조절하기 어려운 문제점이 있다.Conventionally, in order to remove condensate generated inside the fuel cell stack, a method of bypassing a part of the reaction gas (air) supplied to the fuel cell stack to the outside of the fuel cell stack through a bypass passage has been proposed. However, in the past, as the reactive gas supplied to the fuel cell stack is constantly bypassed through the bypass passage regardless of the accumulated amount of condensate in the humidifier, it is difficult to accurately control the amount of reactive gas discharged according to the operating conditions of the fuel cell stack. There is a problem.

하지만, 본 발명의 실시예는, 연료전지 스택으로 공급되는 반응기체(공기)가 연료전지 셀을 거치지 않고 연료전지 스택의 외부로 바이패스 시키기 위한 제1바이패스유로 및 제2바이패스유로를 마련하고, 제1바이패스유로 및 제2바이패스유로가 각각 개별적으로 개폐되도록 하는 것에 의하여, 연료전지 스택의 운전 조건에 따라 반응기체의 배출량을 정확하게 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.However, an embodiment of the present invention provides a first bypass passage and a second bypass passage for bypassing the reactive gas (air) supplied to the fuel cell stack to the outside of the fuel cell stack without passing through the fuel cell stack. And, by individually opening and closing the first bypass passage and the second bypass passage, it is possible to obtain an advantageous effect of accurately adjusting the amount of discharged gas according to the operating conditions of the fuel cell stack.

예를 들어, 연료전지 스택의 중출력 구간 및 고출력 구간(연료전지 스택으로 공급되는 공기에 과도한 수분이 포함된 상태)에서는 제1바이패스유로 및 제2바이패스유로를 모두 개방시킴으로써, 각 연료전지 셀에 과도한 수분이 공급되는 것을 억제할 수 있으므로, 연료전지 스택의 플러딩 현상을 억제할 수 있다.For example, in the mid-power section and high-power section of the fuel cell stack (a state in which excessive moisture is contained in the air supplied to the fuel cell stack), both the first bypass passage and the second bypass passage are opened to each fuel cell. Since supply of excessive moisture to the cell can be suppressed, flooding of the fuel cell stack can be suppressed.

반면, 연료전지 스택의 저출력 구간(연료전지 스택으로 공급되는 공기의 공급 압력이 낮은 상태)에서는 제1바이패스유로 및 제2바이패스유로를 모두 차단함으로써, 각 연료전지 셀의 내부에 생성된 응축수를 외부로 배출하기 위한 충분한 공기의 공급 압력을 보장할 수 있다.On the other hand, in the low-output section of the fuel cell stack (a state in which the supply pressure of air supplied to the fuel cell stack is low), both the first bypass passage and the second bypass passage are blocked, condensate generated inside each fuel cell cell. It is possible to ensure sufficient air supply pressure to discharge the air to the outside.

제1바이패스유로 및 제2바이패스유로는 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 연료전지 스택의 외부로 바이패스시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.The first bypass flow path and the second bypass flow path may be provided in various structures capable of bypassing air supplied to the fuel cell stack to the outside of the fuel cell stack.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 스택은, 연료전지 셀, 연료전지 셀의 일단에 적층되는 제1엔드플레이트, 연료전지 셀과 제1엔드플레이트의 사이에 개재되는 제1바이패스 플레이트, 연료전지 셀의 다른 일단에 적층되는 제2엔드플레이트, 및 연료전지 셀과 제2엔드플레이트의 사이에 개재되는 제2바이패스 플레이트를 포함하되, 제1바이패스유로는 제1바이패스 플레이트에 마련되고, 제2바이패스유로는 제2바이패스 플레이트에 마련될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell stack includes fuel cell cells, a first end plate stacked on one end of the fuel cell cell, a first bypass plate interposed between the fuel cell cell and the first end plate, A second end plate stacked on the other end of the fuel cell, and a second bypass plate interposed between the fuel cell and the second end plate, wherein the first bypass passage is provided in the first bypass plate. and the second bypass passage may be provided in the second bypass plate.

바람직하게, 제1바이패스유로는 연료전지 스택에 공기가 유입되는 방향을 따라 제2바이패스유로의 상류(up-stream)(연료전지 스택의 입구단)에 마련되되, 제1바이패스유로는 제1단면적을 갖도록 제공되고, 제2바이패스유로는 제1단면적보다 작은 제2단면적을 갖도록 제공될 수 있다.Preferably, the first bypass flow path is provided upstream of the second bypass flow path (at the inlet end of the fuel cell stack) along the direction in which air flows into the fuel cell stack, and the first bypass flow path is It may be provided to have a first cross-sectional area, and the second bypass passage may be provided to have a second cross-sectional area smaller than the first cross-sectional area.

이는, 연료전지 스택의 입구단에 유입되는 공기에 포함된 수분이 연료전지 셀의 내부에 생성된 응축수보다 연료전지 스택의 플러딩 현상에 보다 많은 영향을 미친다는 것에 기인한 것으로, 연료전지 스택의 입구단에 인접한 제1바이패스유로가 제2바이패스유로보다 상대적으로 큰 단면적을 갖도록 하는 것에 의하여, 각 연료전지 셀에 과도한 수분이 공급되는 것을 억제할 수 있으므로, 연료전지 스택의 플러딩 현상을 보다 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.This is due to the fact that the moisture contained in the air introduced into the inlet of the fuel cell stack has a greater effect on the flooding phenomenon of the fuel cell stack than the condensed water generated inside the fuel cell stack. By making the first bypass flow path adjacent to the stage have a relatively larger cross-sectional area than the second bypass flow path, it is possible to suppress excessive moisture supply to each fuel cell cell, so that the flooding phenomenon of the fuel cell stack is more effectively A beneficial effect of suppression can be obtained.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 가습하는 가습기를 포함할 수 있고, 제1개폐유닛 및 제2개폐유닛은 가습기 내의 응축수 누적량에 기초하여 제1바이패스유로 및 제2바이패스유로를 선택적으로 개폐할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system may include a humidifier for humidifying the air supplied to the fuel cell stack, and the first opening/closing unit and the second opening/closing unit may generate a first opening/closing unit based on an accumulated amount of condensate in the humidifier. The bypass passage and the second bypass passage may be selectively opened and closed.

이는, 연료전지 스택의 운전 조건(예를 들어, 고출력 구간에서의 전류 조건, 저출력 구간에서의 전류 조건) 별로 가습기 내의 응축수 축적 속도에 기초하여 가습기 내의 응축수 누적량(가습기의 내부에 쌓인 물의 양)을 도출할 수 있고, 가습기 내의 응축수 누적량을 알면, 연료전지 스택으로 공급되는 공기에 포함된 수분량(응축수량)을 알 수 있다는 것에 기인한 것이다.This is based on the condensate accumulation rate in the humidifier for each operating condition of the fuel cell stack (eg, current condition in a high power section, current condition in a low power section), and the accumulated amount of condensate in the humidifier (amount of water accumulated inside the humidifier) This is because the amount of moisture (amount of condensed water) contained in the air supplied to the fuel cell stack can be known if the accumulated amount of condensed water in the humidifier is known.

이와 같이, 본 발명의 실시예는 가습기 내의 응축수 누적량에 기초하여 제1바이패스유로 및 제2바이패스유로가 개폐되도록 하는 것에 의하여, 연료전지 스택의 운전 조건 별로, 반응기체(예를 들어, 공기)의 바이패스량을 정확하게 조절함으로써, 연료전지 스택으로 공급되는 응축수(수분)의 과다 유입을 억제할 수 있으므로, 연료전지 스택의 셀 빠짐 현상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, the embodiment of the present invention opens and closes the first bypass passage and the second bypass passage based on the accumulated amount of condensate in the humidifier, so that the reaction gas (for example, air By accurately adjusting the bypass amount of ), excessive inflow of condensed water (moisture) supplied to the fuel cell stack can be suppressed, thereby obtaining an advantageous effect of minimizing cell loss of the fuel cell stack.

바람직하게, 제1개폐유닛 및 제2개폐유닛은 연료전지 스택의 전류값이 기설정된 기준 전류값을 초과하는 경우에만, 제1바이패스유로 및 제2바이패스유로를 개폐하도록 구성될 수 있다.Preferably, the first switching unit and the second switching unit may be configured to open and close the first bypass passage and the second bypass passage only when the current value of the fuel cell stack exceeds a preset reference current value.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기준 전류값은, 200A 이상으로 정의될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the reference current value may be defined as 200A or more.

이는, 연료전지 스택의 저출력 구간(예를 들어, 연료전지 스택의 전류값이 200A 미만인 경우)에서는, 연료전지 스택으로 공급되는 공기의 공급 압력이 비교적 낮은 관계로 가습기로부터 연료전지 스택에 유입되는 응축수의 양이 매우 작으므로, 연료전지 스택으로 공급된 공기(응축수를 포함하는 공기)를 별도로 바이패스시킬 필요가 없지만, 연료전지 스택의 중출력 구간 및 고출력 구간(예를 들어, 연료전지 스택의 전류값이 200A 이상인 경우)에서는, 가습기를 통과하는 공기(연료전지 스택으로 공급되는 공기)의 공급 압력이 높아 연료전지 스택으로 유입되는 응축수의 양이 현저하게 증가하여, 연료전지 스택으로 공급된 공기(응축수를 포함하는 공기)의 바이패스가 요구된다는 것에 기인한 것이다.This is because the supply pressure of the air supplied to the fuel cell stack is relatively low in the low power section of the fuel cell stack (for example, when the current value of the fuel cell stack is less than 200 A), so condensate flowing into the fuel cell stack from the humidifier Since the amount of is very small, there is no need to separately bypass the air supplied to the fuel cell stack (air containing condensate), but the medium power section and high power section of the fuel cell stack (for example, the current of the fuel cell stack When the value is 200A or more), the supply pressure of the air (air supplied to the fuel cell stack) passing through the humidifier is high, so the amount of condensed water flowing into the fuel cell stack is significantly increased, and the air supplied to the fuel cell stack ( This is due to the fact that bypass of air containing condensate) is required.

이와 같이, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택의 전류값(측정 전류값)이 기준 전류값 이상인 경우를 만족하는 경우에만, 제1바이패스유로 및 제2바이패스유로를 개폐하는 것에 의하여, 연료전지 스택의 저출력 구간에서는 반응기체(공기)의 손실(바이패스되는 공기의 손실)을 억제하면서, 연료전지 스택의 고출력 구간(또는 중출력 구간)에서는 응축수(수분)의 과다 유입에 따른 연료전지 스택의 셀 빠짐 현상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, the embodiment of the present invention opens and closes the first bypass passage and the second bypass passage only when the current value (measured current value) of the fuel cell stack is greater than or equal to the reference current value, thereby fueling the fuel cell stack. While suppressing the loss of reactive gas (air) (loss of bypassed air) in the low-power section of the cell stack, the fuel cell stack due to excessive inflow of condensate (moisture) in the high-power section (or mid-power section) of the fuel cell stack. It is possible to obtain an advantageous effect of minimizing the cell dropout phenomenon.

반면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 스택의 전류값(측정 전류값)이 기준 전류값보다 작은 경우, 제1바이패스유로와 제2바이패스유로는 제1개폐유닛 및 제2개폐유닛에 의해 각각 차단될 수 있다.On the other hand, according to a preferred embodiment of the present invention, when the current value (measured current value) of the fuel cell stack is smaller than the reference current value, the first bypass passage and the second bypass passage are connected to the first switching unit and the second switching unit. Each can be blocked by the unit.

연료전지 스택의 전류값이 기준 전류값 이상인 경우를 만족하는 경우, 제1바이패스유로 및 제2바이패스유로의 개폐는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 구현될 수 있다.When the current value of the fuel cell stack is equal to or greater than the reference current value, opening and closing of the first bypass passage and the second bypass passage may be implemented in various ways according to required conditions and design specifications.

일 예로, 가습기 내의 응축수 누적량이 기설정된 허용 응축수 누적량 미만이면, 제1개폐유닛은 제1바이패스유로를 차단할 수 있고, 제2개폐유닛은 제2바이패스유로를 차단할 수 있다.For example, when the accumulation amount of condensate water in the humidifier is less than the predetermined allowable accumulation amount of condensate water, the first opening/closing unit may block the first bypass passage, and the second opening/closing unit may block the second bypass passage.

다른 일 예로, 가습기 내의 응축수 누적량이 기설정된 허용 응축수 누적량 이상이면서 기설정된 한계 응축수 누적량 미만이면, 제1개폐유닛은 제1바이패스유로를 개방할 수 있고, 제2개폐유닛은 제2바이패스유로를 차단할 수 있다.As another example, when the accumulated amount of condensate in the humidifier is greater than or equal to the preset allowable condensate accumulation amount and less than the preset limit condensate accumulation amount, the first opening/closing unit may open the first bypass passage, and the second opening/closing unit may open the second bypass passage can block

또 다른 일 예로, 가습기 내의 응축수 누적량이 기설정된 기설정된 한계 응축수 누적량을 초과하면, 제1개폐유닛은 제1바이패스유로를 개방할 수 있고, 제2개폐유닛은 제2바이패스유로를 개방할 수 있다.As another example, when the cumulative amount of condensate in the humidifier exceeds the preset threshold condensate accumulation amount, the first opening/closing unit may open the first bypass passage, and the second opening/closing unit may open the second bypass passage. can

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 응축수의 배출 효율을 높이고, 성능 및 작동 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, advantageous effects of increasing the discharge efficiency of condensate and improving performance and operational efficiency can be obtained.

특히, 본 발명의 실시예에 따르면 연료전지 스택의 운전 조건에 따라 반응기체의 배출량(바이패스량)을 최적화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In particular, according to an embodiment of the present invention, an advantageous effect of optimizing the amount of discharged gas (bypass amount) according to the operating conditions of the fuel cell stack can be obtained.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 응축수의 배출 성능을 보장하고, 응축수를 적시에 배출할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to ensure the discharge performance of condensed water and discharge the condensed water in a timely manner.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 연료전지 스택 내 플러딩 현상을 억제하고, 플러딩 현상에 의한 성능 저하 및 작동 효율 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to obtain advantageous effects of suppressing a flooding phenomenon in a fuel cell stack and minimizing performance degradation and operational efficiency degradation caused by the flooding phenomenon.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, an advantageous effect of improving stability and reliability can be obtained.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 연료전지 스택을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 제1바이패스 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 제2바이패스 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a diagram for explaining a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2 is a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, which is a diagram for explaining a fuel cell stack.
3 and 4 are views for explaining a first bypass plate in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
5 is a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and is a diagram for explaining a second bypass plate.
6 is a block diagram for explaining a control method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical idea of the present invention is not limited to some of the described embodiments and can be implemented in various different forms, and if it is within the scope of the technical idea of the present invention, one or more of the components among the embodiments can be selectively selected. can be used by combining and substituting.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention, unless explicitly specifically defined and described, can be generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It can be interpreted as meaning, and commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, can be interpreted in consideration of contextual meanings of related technologies.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Also, terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when described as "at least one (or more than one) of A and (and) B and C", A, B, and C are combined. may include one or more of all possible combinations.

또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b) may be used.

이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only used to distinguish the component from other components, and the term is not limited to the nature, sequence, or order of the corresponding component.

그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.And, when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected to, coupled to, or connected to the other component, but also with the component. It may also include the case of being 'connected', 'combined', or 'connected' due to another component between the other components.

또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when it is described as being formed or disposed on the "top (above) or bottom (bottom)" of each component, the top (top) or bottom (bottom) is not only the case where two components are in direct contact with each other, but also one A case in which another component above is formed or disposed between the two components is also included. In addition, when expressed as "upper (above) or lower (down)", it may include not only an upward direction but also a downward direction based on one component.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(10)은, 연료전지 시스템(10)은, 연료전지 스택(300), 연료전지 스택(300)의 일단에 마련되며 연료전지 스택(300)으로 공급되는 공기를 선택적으로 연료전지 스택(300)의 외부로 바이패스 시키는 제1바이패스유로(342), 제1바이패스유로(342)를 선택적으로 개폐하는 제1개폐유닛(344), 연료전지 스택(300)의 다른 일단에 마련되며 연료전지 스택(300)으로 공급되는 공기를 선택적으로 연료전지 스택(300)의 외부로 바이패스 시키는 제2바이패스유로(352), 및 제2바이패스유로(352)를 선택적으로 개폐하는 제2개폐유닛(354)을 포함한다.1 to 6 , in the fuel cell system 10 according to the embodiment of the present invention, the fuel cell system 10 is provided at one end of the fuel cell stack 300 and the fuel cell stack 300. First opening/closing of the first bypass passage 342 selectively bypassing air supplied to the fuel cell stack 300 to the outside of the fuel cell stack 300 and selectively opening and closing the first bypass passage 342 A second bypass passage 352 provided at the other end of the unit 344 and the fuel cell stack 300 and selectively bypassing the air supplied to the fuel cell stack 300 to the outside of the fuel cell stack 300 , and a second opening/closing unit 354 selectively opening and closing the second bypass passage 352 .

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(10)은, 연료전지 스택(300)을 적용 가능한 다양한 연료전지 차량(예를 들어, 승용차 또는 상용차) 또는 선박, 항공 등의 모빌리티에 적용될 수 있으며, 수소 저장 시스템(10)이 적용되는 피대상체의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.For reference, the fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention can be applied to various fuel cell vehicles (eg, passenger cars or commercial vehicles) to which the fuel cell stack 300 can be applied, or to mobility such as ships and airplanes. And, the present invention is not limited or limited by the type and characteristics of the subject to which the hydrogen storage system 10 is applied.

연료전지 스택(300)은, 연료(예를 들어, 수소)의 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하는 일종의 발전 장치로서, 수십 또는 수백 개의 연료전지 셀(단위 셀)(310)을 직렬로 적층하여 구성될 수 있다.The fuel cell stack 300 is a kind of power generation device that produces electrical energy by chemically reacting fuel (eg, hydrogen) by stacking tens or hundreds of fuel cell cells (unit cells) 310 in series. can be configured.

연료전지 셀(310)은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.The fuel cell 310 may be formed in various structures capable of generating electricity through an oxidation-reduction reaction between a fuel (eg, hydrogen) and an oxidizer (eg, air).

일 예로, 연료전지 셀(310)은, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(미도시), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구(미도시), 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)(미도시)을 포함할 수 있다.For example, the fuel cell 310 includes a Membrane Electrode Assembly (MEA) (not shown) in which a catalyst electrode layer in which an electrochemical reaction occurs is attached to both sides of an electrolyte membrane through which hydrogen ions move, and a reactive gas. A gas diffusion layer (GDL: Gas Diffusion Layer) (not shown) that evenly distributes the gas and transmits the generated electrical energy, and a gasket and fastening mechanism (not shown) to maintain the airtightness and appropriate clamping pressure of the reactive gases and cooling water time), and a bipolar plate (not shown) for moving reactive gases and cooling water.

보다 구체적으로, 연료전지 셀(310)에서 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급된다.More specifically, in the fuel cell 310, hydrogen as a fuel and air (oxygen) as an oxidizing agent are supplied to the anode and cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, respectively, and hydrogen is supplied to the anode. and air is supplied to the cathode.

애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.Hydrogen supplied to the anode is decomposed into protons and electrons by the catalysts of the electrode layers formed on both sides of the electrolyte membrane, and only hydrogen ions are selectively transferred to the cathode through the electrolyte membrane, which is a cation exchange membrane, At the same time, electrons are transferred to the cathode through the conductive gas diffusion layer and the separator.

캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.In the cathode, hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and electrons transferred through the separator meet oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device to cause a reaction to generate water. At this time, due to the movement of hydrogen ions, a flow of electrons occurs through the external conductor, and current is generated by the flow of these electrons.

또한, 연료전지 스택(300)의 각 연료전지 셀(310)에는 수소, 공기 및 냉각수를 유동(공급 및 배출)시키기 위한 매니폴드유로(예를 들어, 수소 매니폴드, 냉각수 매니폴드, 공기 매니폴드)(미도시)가 관통 형성될 수 있다.In addition, each fuel cell 310 of the fuel cell stack 300 has a manifold flow path (for example, a hydrogen manifold, a cooling water manifold, an air manifold) for flowing (supplying and discharging) hydrogen, air, and cooling water. ) (not shown) may be formed through.

매니폴드유로의 구조 및 형태는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 매니폴드유로의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The structure and shape of the manifold flow path may be variously changed according to required conditions and design specifications, and the present invention is not limited or limited by the structure and shape of the manifold flow path.

일 예로, 공기가 유동하는 매니폴드유로는, 공기가 공급되는 공기 인렛 매니폴드(미도시) 및 공기가 배출되는 공기 아웃렛 매니폴드(미도시)를 포함할 수 있다.For example, the manifold passage through which air flows may include an air inlet manifold (not shown) through which air is supplied and an air outlet manifold (not shown) through which air is discharged.

제1바이패스유로(342)는 연료전지 스택(300)으로 공급되는 공기가 연료전지 셀(310)을 거치지 않고 연료전지 스택(300)의 외부로 바이패스되도록 연료전지 스택(300)의 일단에 마련된다.The first bypass passage 342 is at one end of the fuel cell stack 300 so that air supplied to the fuel cell stack 300 is bypassed to the outside of the fuel cell stack 300 without passing through the fuel cell 310 . provided

일 예로, 제1바이패스유로(342)는 연료전지 스택(300)으로 공기가 공급되는 공기공급홀(미도시)에 인접하게 연료전지 스택(300)의 일단(도 1 기준으로 좌단부)에 마련될 수 있다.For example, the first bypass passage 342 is disposed at one end (left end in FIG. 1 ) of the fuel cell stack 300 adjacent to an air supply hole (not shown) through which air is supplied to the fuel cell stack 300 . can be provided.

제2바이패스유로(352)는 제1바이패스유로(342)와 개별적으로 연료전지 스택(300)으로 공급되는 공기가 연료전지 셀(310)을 거치지 않고 연료전지 스택(300)의 외부로 바이패스되도록 연료전지 스택(300)의 다른 일단에 마련된다.The second bypass flow path 352 bypasses the air supplied to the fuel cell stack 300 separately from the first bypass flow path 342 to the outside of the fuel cell stack 300 without passing through the fuel cell 310. It is provided at the other end of the fuel cell stack 300 to be passed.

일 예로, 제2바이패스유로(352)는 연료전지 스택(300)의 다른 일단(도 1 기준으로 우단부)에 마련될 수 있다.For example, the second bypass passage 352 may be provided at the other end (right end in FIG. 1 ) of the fuel cell stack 300 .

제1바이패스유로(342) 및 제2바이패스유로(352)는 연료전지 스택(300)으로 공급되는 공기를 연료전지 스택(300)의 외부로 바이패스시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 제1바이패스유로(342) 및 제2바이패스유로(352)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The first bypass flow path 342 and the second bypass flow path 352 may be provided in various structures capable of bypassing air supplied to the fuel cell stack 300 to the outside of the fuel cell stack 300. , The present invention is not limited or limited by the structures of the first bypass passage 342 and the second bypass passage 352.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 스택(300)은, 연료전지 셀(310), 연료전지 셀(310)의 일단에 적층되는 제1엔드플레이트(320), 연료전지 셀(310)과 제1엔드플레이트(320)의 사이에 개재되는 제1바이패스 플레이트(340), 연료전지 셀(310)의 다른 일단에 적층되는 제2엔드플레이트(330), 및 연료전지 셀(310)과 제2엔드플레이트(330)의 사이에 개재되는 제2바이패스 플레이트(350)를 포함하되, 제1바이패스유로(342)는 제1바이패스 플레이트(340)에 마련되고, 제2바이패스유로(352)는 제2바이패스 플레이트(350)에 마련될 수 있다.2 to 5 , according to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell stack 300 includes a fuel cell 310 and a first end plate 320 stacked on one end of the fuel cell 310. ), the first bypass plate 340 interposed between the fuel cell 310 and the first end plate 320, the second end plate 330 stacked on the other end of the fuel cell 310, and a second bypass plate 350 interposed between the fuel cell cell 310 and the second end plate 330, wherein the first bypass passage 342 is connected to the first bypass plate 340. and the second bypass passage 352 may be provided in the second bypass plate 350 .

전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 제1바이패스유로(342)가 제1바이패스 플레이트(340)에 마련되고, 제2바이패스유로(352)가 제2바이패스 플레이트(350)에 마련된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1바이패스 플레이트 및 제2바이패스 플레이트를 배제하고, 제1엔드플레이트 및 제2엔드플레이트(또는 여타 다른 부위)에 제1바이패스유로와 제2바이패스유로를 마련하는 것도 가능하다.In the above-described embodiment of the present invention, the first bypass flow path 342 is provided on the first bypass plate 340 and the second bypass flow path 352 is provided on the second bypass plate 350. Although described as an example, according to another embodiment of the present invention, the first bypass plate and the second bypass plate are excluded, and the first end plate and the second end plate (or other parts) are provided with the first bypass plate. It is also possible to provide a pass passage and a second bypass passage.

제1엔드플레이트(320) 및 제2엔드플레이트(330)는 연료전지 스택(300)을 구성하는 복수개의 연료전지 셀(310)을 체결하기 위해 마련된다.The first end plate 320 and the second end plate 330 are provided to fasten the plurality of fuel cell cells 310 constituting the fuel cell stack 300 .

일 예로, 제1엔드플레이트(320)는 연료전지 셀(310)에 대응하는 형태(예를 들어, 사각 플레이트 형태)를 갖도록 형성될 수 있으며, 기준 적층 방향으로 적층된 연료전지 셀(310)의 최외각 일단부(도 1 기준으로 좌단부)에 체결될 수 있다.For example, the first end plate 320 may be formed to have a shape corresponding to the fuel cell 310 (eg, a square plate shape), and may be formed to have a shape corresponding to the fuel cell 310 stacked in a reference stacking direction. It may be fastened to the outermost one end (left end based on FIG. 1).

예를 들어, 제1엔드플레이트(320)에는 연료전지 셀(310)로 공기를 공급하는 공기가 공급되는 공기공급홀(321) 및 반응 완료된 공기가 배출되는 공기배출홀(322)이 형성될 수 있다.For example, air supply holes 321 through which air is supplied to the fuel cell 310 and air discharge holes 322 through which air that has been reacted are discharged may be formed in the first end plate 320 . there is.

제2엔드플레이트(330)는 연료전지 셀(310)에 대응하는 형태(예를 들어, 사각 플레이트 형태)를 갖도록 형성될 수 있으며, 기준 적층 방향으로 적층된 연료전지 셀(310)의 최외각 다른 일단부(도 1 기준으로 우단부)에 체결될 수 있다.The second end plate 330 may be formed to have a shape corresponding to the fuel cell 310 (for example, a square plate shape), and the outermost part of the fuel cell 310 stacked in the reference stacking direction. It can be fastened to one end (right end based on FIG. 1).

이하에서는 적층된 연료전지 셀(310)의 일단 및 다른 일단에 각각 마련되는 제1엔드플레이트(320) 및 제2엔드플레이트(330)가 스트랩(미도시)(예를 들어, 금속 재질의 스트랩)을 매개로 연결(체결)되는 예를 들어 설명하기로 한다.Hereinafter, the first end plate 320 and the second end plate 330 provided at one end and the other end of the stacked fuel cell cells 310, respectively, are straps (not shown) (eg, metal straps). It will be described as an example connected (concluded) via the.

제1바이패스 플레이트(340)는 제1엔드플레이트(320)에 대응하는 형태(예를 들어, 사각 플레이트 형태)를 갖도록 형성되어, 연료전지 셀(310)과 제1엔드플레이트(320)의 사이에 배치될 수 있다.The first bypass plate 340 is formed to have a shape corresponding to the first end plate 320 (for example, a square plate shape), and is formed between the fuel cell cell 310 and the first end plate 320. can be placed in

일 예로, 제1엔드플레이트(320)를 마주하는 제1바이패스 플레이트(340)의 외면에는 제1바이패스유로(342)가 형성될 수 있다.For example, a first bypass passage 342 may be formed on an outer surface of the first bypass plate 340 facing the first end plate 320 .

제1바이패스유로(342)의 일단은 공기공급홀(321)과 연통될 수 있고, 제1바이패스유로(342)의 다른 일단은 공기배출홀(322)과 연통될 수 있다.One end of the first bypass passage 342 may communicate with the air supply hole 321 , and the other end of the first bypass passage 342 may communicate with the air discharge hole 322 .

제1바이패스유로(342)는 요구되는 조건 및 설계에 따라 직선 형태, 곡선 형태, 직선과 곡선을 조합한 형태 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 제1바이패스유로(342)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The first bypass flow path 342 may be formed in any one of a straight line shape, a curved shape, and a shape in which a straight line and a curve are combined according to required conditions and design, and the structure and shape of the first bypass flow path 342 The present invention is not limited or limited by.

이와 같은 구조에 의해, 공기공급홀(321)에 유입된 공기 중 일부는, 공기 인렛 매니폴드를 거쳐 각 연료전지 셀(310)에서 반응한 후, 공기 아울렛 매니폴드 및 공기배출홀(322)을 거쳐 연료전지 스택(300)의 외부로 배출될 수 있다.With this structure, some of the air introduced into the air supply hole 321 reacts in each fuel cell 310 via the air inlet manifold, and then passes through the air outlet manifold and the air discharge hole 322. Through this, it can be discharged to the outside of the fuel cell stack 300 .

반면, 공기공급홀(321)에 유입된 공기 중 다른 일부(도 1의 W 참조)는, 연료전지 셀(310)을 거치지 않고 제1바이패스유로(342)를 따라 바이패스된 후 공기배출홀(322)을 통해 연료전지 스택(300)의 외부로 배출될 수 있다.On the other hand, some of the air introduced into the air supply hole 321 (see W in FIG. 1 ) is bypassed along the first bypass passage 342 without passing through the fuel cell 310 and then bypassed through the air discharge hole. Through 322, it may be discharged to the outside of the fuel cell stack 300.

제2바이패스 플레이트(350)는 제2엔드플레이트(330)에 대응하는 형태(예를 들어, 사각 플레이트 형태)를 갖도록 형성되어, 연료전지 셀(310)과 제2엔드플레이트(330)의 사이에 배치될 수 있다.The second bypass plate 350 is formed to have a shape corresponding to the second end plate 330 (for example, a square plate shape), and is formed between the fuel cell cell 310 and the second end plate 330. can be placed in

일 예로, 제2엔드플레이트(330)를 마주하는 제2바이패스 플레이트(350)의 외면에는 제2바이패스유로(352)가 형성될 수 있다.For example, a second bypass passage 352 may be formed on an outer surface of the second bypass plate 350 facing the second end plate 330 .

제2바이패스유로(352)의 일단은 공기 인렛 매니폴드에 연통될 수 있고, 제2바이패스유로(352)의 다른 일단은 공기 아울렛 매니폴드에 연통될 수 있다.One end of the second bypass passage 352 may communicate with the air inlet manifold, and the other end of the second bypass passage 352 may communicate with the air outlet manifold.

제2바이패스유로(352)는 요구되는 조건 및 설계에 따라 직선 형태, 곡선 형태, 직선과 곡선을 조합한 형태 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 제2바이패스유로(352)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The second bypass flow path 352 may be formed in any one of a straight line shape, a curved shape, and a shape in which a straight line and a curve are combined according to required conditions and design, and the structure and shape of the second bypass flow path 352 The present invention is not limited or limited by.

이와 같은 구조에 의해, 공기 인렛 매니폴드에 유입된 공기 중 일부는, 연료전지 셀(310)을 거치지 않고 제2바이패스유로(352)를 따라 공기 아울렛 매니폴드로 바이패스된 후, 공기배출홀(322)을 통해 연료전지 스택(300)의 외부로 배출될 수 있다.With this structure, some of the air introduced into the air inlet manifold is bypassed to the air outlet manifold along the second bypass passage 352 without passing through the fuel cell 310, and then passes through the air discharge hole. Through 322, it may be discharged to the outside of the fuel cell stack 300.

제1개폐유닛(344)은 제1바이패스유로(342)를 선택적으로 개폐하도록 마련된다.The first opening/closing unit 344 is provided to selectively open and close the first bypass passage 342 .

여기서, 제1바이패스유로(342)를 개폐한다 함은, 제1바이패스유로(342)를 통과하는 공기의 흐름을 단속(ON/OFF)하거나, 제1바이패스유로(342)를 통과하는 공기의 유량을 조절하는 것을 모두 포함하는 것으로 정의될 수 있다.Here, opening and closing the first bypass passage 342 means controlling (ON/OFF) the flow of air passing through the first bypass passage 342 or passing through the first bypass passage 342. It can be defined as including everything that controls the flow rate of air.

제1개폐유닛(344)은 제1바이패스유로(342)를 선택적으로 개폐할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 제1개폐유닛(344)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The first opening/closing unit 344 may be provided in various structures capable of selectively opening and closing the first bypass passage 342, and the present invention is limited or limited by the type and structure of the first opening/closing unit 344. it is not going to be

일 예로, 제1개폐유닛(344)으로서는 통상의 솔레노이드 밸브 또는 버터플라이 밸브 등이 사용될 수 있다.For example, a conventional solenoid valve or a butterfly valve may be used as the first opening/closing unit 344 .

제2개폐유닛(354)은 제1개폐유닛(344)과 개별적으로 제2바이패스유로(352)를 선택적으로 개폐하도록 마련된다.The second opening/closing unit 354 is provided to selectively open and close the second bypass passage 352 separately from the first opening/closing unit 344 .

여기서, 제2바이패스유로(352)를 개폐한다 함은, 제2바이패스유로(352)를 통과하는 공기의 흐름을 단속(ON/OFF)하거나, 제2바이패스유로(352)를 통과하는 공기의 유량을 조절하는 것을 모두 포함하는 것으로 정의될 수 있다.Here, opening and closing the second bypass passage 352 means controlling (ON/OFF) the flow of air passing through the second bypass passage 352 or passing through the second bypass passage 352. It can be defined as including everything that controls the flow rate of air.

제2개폐유닛(354)은 제2바이패스유로(352)를 선택적으로 개폐할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 제2개폐유닛(354)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The second opening/closing unit 354 may be provided in various structures capable of selectively opening and closing the second bypass passage 352, and the present invention is limited or limited by the type and structure of the second opening/closing unit 354. it is not going to be

일 예로, 제2개폐유닛(354)으로서는 통상의 솔레노이드 밸브 또는 버터플라이 밸브 등이 사용될 수 있다.For example, as the second opening/closing unit 354, a conventional solenoid valve or a butterfly valve may be used.

이와 같이, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택(300)으로 공급되는 반응기체(공기)의 일부를 연료전지 스택(300)의 외부로 바이패스시키기 위한 제1바이패스유로 및 제2바이패스유로(352)를 마련하고, 제1바이패스유로(342) 및 제2바이패스유로(352)가 각각 개별적으로 개폐되도록 하는 것에 의하여, 연료전지 스택(300)의 운전 조건에 따라 반응기체(예를 들어, 공기)의 배출량을 정확하게 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, the embodiment of the present invention has a first bypass flow path and a second bypass flow path for bypassing a part of the reaction gas (air) supplied to the fuel cell stack 300 to the outside of the fuel cell stack 300. 352 is provided, and the first bypass passage 342 and the second bypass passage 352 are individually opened and closed, thereby reacting gas (for example, For example, an advantageous effect of accurately adjusting the amount of air) can be obtained.

예를 들어, 연료전지 스택(300)의 중출력 구간 및 고출력 구간(연료전지 스택(300)으로 공급되는 공기에 과도한 수분이 포함된 상태)에서는 제1바이패스유로(342) 및 제2바이패스유로(352)를 모두 개방시킴으로써, 각 연료전지 셀(310)에 과도한 수분이 공급되는 것을 억제할 수 있으므로, 연료전지 스택(300)의 플러딩 현상을 억제할 수 있다.For example, in the middle power section and high power section of the fuel cell stack 300 (a state in which excessive moisture is included in the air supplied to the fuel cell stack 300), the first bypass passage 342 and the second bypass By opening all of the flow passages 352, it is possible to suppress excessive water supply to each fuel cell cell 310, and thus a flooding phenomenon of the fuel cell stack 300 can be suppressed.

반면, 연료전지 스택(300)의 저출력 구간(연료전지 스택(300)으로 공급되는 공기의 공급 압력이 낮은 상태)에서는 제1바이패스유로(342) 및 제2바이패스유로(352)를 모두 차단함으로써, 각 연료전지 셀(310)의 내부에 생성된 응축수를 외부로 배출하기 위한 충분한 공기의 공급 압력을 보장할 수 있다.On the other hand, in the low power section of the fuel cell stack 300 (a state in which the supply pressure of air supplied to the fuel cell stack 300 is low), both the first bypass passage 342 and the second bypass passage 352 are blocked. By doing so, it is possible to guarantee sufficient air supply pressure to discharge the condensed water generated inside each fuel cell 310 to the outside.

바람직하게, 제1바이패스유로(342)는 연료전지 스택(300)에 공기가 유입되는 방향을 따라 제2바이패스유로(352)의 상류(up-stream)(연료전지 스택의 입구단)에 마련되되, 제1바이패스유로(342)는 제1단면적(도 1의 A1 참조)을 갖도록 제공되고, 제2바이패스유로(352)는 제1단면적(A1)보다 작은 제2단면적(도 1의 A2 참조)을 갖도록 제공될 수 있다.Preferably, the first bypass flow path 342 is located upstream (at the inlet end of the fuel cell stack) of the second bypass flow path 352 along the direction in which air flows into the fuel cell stack 300. However, the first bypass passage 342 is provided to have a first cross-sectional area (see A1 in FIG. 1 ), and the second bypass passage 352 has a second cross-sectional area smaller than the first cross-sectional area A1 (see FIG. 1 ). See A2 of) may be provided to have.

이는, 연료전지 스택(300)의 입구단에 유입되는 공기에 포함된 수분이 연료전지 셀(310)의 내부에 생성된 응축수보다 연료전지 스택(300)의 플러딩 현상에 보다 많은 영향을 미친다는 것에 기인한 것으로, 연료전지 스택(300)의 입구단에 인접한 제1바이패스유로(342)가 제2바이패스유로(352)보다 상대적으로 큰 단면적을 갖도록 하는 것에 의하여, 각 연료전지 셀(310)에 과도한 수분이 공급되는 것을 억제할 수 있으므로, 연료전지 스택(300)의 플러딩 현상을 보다 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.This is because the moisture contained in the air introduced into the inlet of the fuel cell stack 300 has a greater effect on the flooding phenomenon of the fuel cell stack 300 than the condensed water generated inside the fuel cell 310. As a result, the first bypass passage 342 adjacent to the inlet end of the fuel cell stack 300 has a relatively larger cross-sectional area than the second bypass passage 352, so that each fuel cell 310 Since it is possible to suppress the supply of excessive moisture to the fuel cell stack 300, an advantageous effect of suppressing the flooding phenomenon of the fuel cell stack 300 more effectively can be obtained.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(10)은, 연료전지 스택(300)으로 공급되는 공기를 가습하는 가습기(200)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell system 10 may include a humidifier 200 that humidifies air supplied to the fuel cell stack 300 .

가습기(200)는 연료전지 스택(300)으로 공급되는 공기를 가습 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 가습기(200)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The humidifier 200 may be provided in various structures capable of humidifying air supplied to the fuel cell stack 300, and the present invention is not limited or limited by the type and structure of the humidifier 200.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 가습기(200)는, 연료전지 스택(300)으로부터 배출되는 습윤공기를 이용하여 유입가스(건조공기)를 가습하도록 구성될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the humidifier 200 may be configured to humidify inlet gas (dry air) by using wet air discharged from the fuel cell stack 300 .

가습기(200)는 연료전지 스택(300)으로부터 배출되는 습윤공기를 이용하여 유입가스를 가습할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 가습기(200)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The humidifier 200 may be provided in various structures capable of humidifying the inlet gas using wet air discharged from the fuel cell stack 300, and the present invention is limited or limited by the type and structure of the humidifier 200 it is not going to be

일 예로, 가습기(200)에는 공기압축기(100)를 통해 압축된 유입가스가 유입(공급)되는 유입가스 공급포트(210), 가습기(200)의 내부를 통과한(가습 처리된) 유입가스가 배출되는 유입가스 배출포트(220), 연료전지 스택(300)으로부터 배출된 습윤공기가 공급되는 습윤공기 공급포트(230), 유입가스를 가습시킨 습윤공기를 외부로 배출하는 습윤공기 배출포트(240)를 포함할 수 있다.For example, the humidifier 200 has an inlet gas supply port 210 into which the inlet gas compressed through the air compressor 100 is introduced (supplied), and the inlet gas that has passed through the inside of the humidifier 200 (humidified) An inlet gas discharge port 220 discharged, a wet air supply port 230 to which wet air discharged from the fuel cell stack 300 is supplied, and a wet air discharge port 240 to discharge wet air humidified by the inlet gas to the outside. ) may be included.

유입가스 공급포트(210)를 통해 공급된 유입가스는, 가습기(200)의 내부에 마련된 가습막(예를 들어, 중공 사막)(미도시)을 통과하는 중에 습윤공기에 의해 가습 처리된 후, 유입가스 배출포트(220)를 통해 연료전지 스택(300)으로 공급될 수 있다.The inlet gas supplied through the inlet gas supply port 210 is humidified by humid air while passing through a humidifying film (for example, a hollow fiber membrane) (not shown) provided inside the humidifier 200, and then The inlet gas may be supplied to the fuel cell stack 300 through the discharge port 220 .

아울러, 연료전지 스택(300)에서 배출되는 습윤공기(또는 생성수)는, 습윤공기 공급포트(230)로 공급되어 가습기(200)의 내부에서 유입가스를 가습시킨 후 습윤공기 배출포트(240)를 통해 가습기(200)의 외부로 배출될 수 있다.In addition, wet air (or generated water) discharged from the fuel cell stack 300 is supplied to the wet air supply port 230 to humidify the inlet gas inside the humidifier 200, and then the wet air discharge port 240 It can be discharged to the outside of the humidifier 200 through.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1개폐유닛(344) 및 제2개폐유닛(354)은 가습기(200) 내의 응축수 누적량에 기초하여 제1바이패스유로(342) 및 제2바이패스유로(352)를 선택적으로 개폐할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the first opening and closing unit 344 and the second opening and closing unit 354 are based on the accumulated amount of condensate in the humidifier 200, the first bypass flow path 342 and the second bypass flow path ( 352) can be selectively opened and closed.

이는, 연료전지 스택(300)의 운전 조건(예를 들어, 고출력 구간에서의 전류 조건, 저출력 구간에서의 전류 조건) 별로 가습기(200) 내의 응축수 축적 속도에 기초하여 가습기(200) 내의 응축수 누적량(가습기의 내부에 쌓인 물의 양)을 도출할 수 있고, 가습기(200) 내의 응축수 누적량을 알면, 연료전지 스택(300)으로 공급되는 공기에 포함된 수분량(응축수 공급량)을 알 수 있다는 것에 기인한 것이다.This is based on the condensate accumulation rate in the humidifier 200 for each operating condition of the fuel cell stack 300 (eg, current condition in a high power section, current condition in a low power section), the accumulation amount of condensate in the humidifier 200 ( The amount of water accumulated inside the humidifier) can be derived, and if the accumulated amount of condensate in the humidifier 200 is known, the amount of moisture (condensed water supply) contained in the air supplied to the fuel cell stack 300 can be known. .

이와 같이, 본 발명의 실시예는 가습기(200) 내의 응축수 누적량에 기초하여 제1바이패스유로(342) 및 제2바이패스유로(352)가 개폐되도록 하는 것에 의하여, 연료전지 스택(300)의 운전 조건 별로, 반응기체(예를 들어, 공기)의 바이패스량을 정확하게 조절함으로써, 연료전지 스택(300)으로 공급되는 응축수(수분)의 과다 유입을 억제할 수 있으므로, 연료전지 스택(300)의 셀 빠짐 현상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, the embodiment of the present invention opens and closes the first bypass passage 342 and the second bypass passage 352 based on the accumulated amount of condensate in the humidifier 200, so that the fuel cell stack 300 Excessive inflow of condensed water (moisture) supplied to the fuel cell stack 300 can be suppressed by accurately adjusting the bypass amount of the reactive gas (eg, air) for each operating condition, so the fuel cell stack 300 It is possible to obtain an advantageous effect of minimizing the cell dropout phenomenon.

여기서, 연료전지 스택(300)의 셀 빠짐 현상이라 함은, 응축수의 과다 유입으로 인해 반응기체(공기)의 유로(채널)가 막힘(차단)으로 인해, 특정 연료전지 셀(310)의 출력이 급격하게 저하되는 현상으로 이해될 수 있다.Here, the cell missing phenomenon of the fuel cell stack 300 refers to the fact that the flow path (channel) of the reactive gas (air) is clogged (blocked) due to excessive inflow of condensate, so that the output of a specific fuel cell cell 310 is It can be understood as a phenomenon of rapid decline.

바람직하게, 제1개폐유닛(344) 및 제2개폐유닛(354)은 연료전지 스택(300)의 전류값(측정 전류값)이 기설정된 기준 전류값을 초과하는 경우에만, 제1바이패스유로(342) 및 제2바이패스유로(352)를 개폐하도록 구성될 수 있다.Preferably, the first opening/closing unit 344 and the second opening/closing unit 354 pass through the first bypass flow path only when the current value (measured current value) of the fuel cell stack 300 exceeds a preset reference current value. 342 and the second bypass passage 352 may be configured to open and close.

이때, 기준 전류값은 요구되는 조건 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 기준 전류값에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.In this case, the reference current value may be variously changed according to the required design conditions, and the present invention is not limited or limited by the reference current value.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기준 전류값은, 연료전지 스택(300)의 중출력 구간 및 고출력 구간에 대응하는 전류값인 200A 이상으로 정의될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the reference current value may be defined as 200A or more, which is a current value corresponding to the middle power section and the high power section of the fuel cell stack 300 .

이는, 연료전지 스택(300)의 저출력 구간(예를 들어, 연료전지 스택의 전류값이 200A 미만인 경우)에서는, 연료전지 스택(300)으로 공급되는 공기의 공급 압력이 비교적 낮은 관계로 가습기(200)로부터 연료전지 스택(300)에 유입되는 응축수의 양이 매우 작으므로(가습기를 통과하는 공기의 공급 압력이 낮음으로 인해 가습기 내에 누적된 응축수가 연료전지 스택으로 거의 유입되지 않으므로), 연료전지 스택(300)으로 공급된 공기(응축수를 포함하는 공기)를 별도로 바이패스시킬 필요가 없지만, 연료전지 스택(300)의 중출력 구간 및 고출력 구간(예를 들어, 연료전지 스택의 전류값이 200A 이상인 경우)에서는, 가습기(200)를 통과하는 공기(연료전지 스택으로 공급되는 공기)의 공급 압력이 높아 연료전지 스택(300)으로 유입되는 응축수의 양이 현저하게 증가하여, 연료전지 스택(300)으로 공급된 공기(응축수를 포함하는 공기)의 바이패스가 요구된다는 것에 기인한 것이다.This is because the supply pressure of the air supplied to the fuel cell stack 300 is relatively low in the low-output period of the fuel cell stack 300 (for example, when the current value of the fuel cell stack is less than 200 A), so that the humidifier 200 ) Since the amount of condensed water flowing into the fuel cell stack 300 is very small (because the supply pressure of the air passing through the humidifier is low, the condensed water accumulated in the humidifier hardly flows into the fuel cell stack), the fuel cell stack It is not necessary to separately bypass the air supplied to the 300 (air containing condensate), but the medium power section and high power section of the fuel cell stack 300 (for example, when the current value of the fuel cell stack is 200 A or more) In case), the supply pressure of the air (air supplied to the fuel cell stack) passing through the humidifier 200 is high, so the amount of condensed water flowing into the fuel cell stack 300 is significantly increased, so that the fuel cell stack 300 This is due to the fact that bypass of the supplied air (air containing condensate) is required.

이와 같이, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택(300)의 전류값(측정 전류값)이 기준 전류값인 200A 이상인 경우를 만족하는 경우에만, 제1바이패스유로(342) 및 제2바이패스유로(352)를 개폐하는 것에 의하여, 연료전지 스택(300)의 저출력 구간에서는 반응기체(공기)의 손실(바이패스되는 공기의 손실)을 억제하면서, 연료전지 스택(300)의 고출력 구간(또는 중출력 구간)에서는 응축수(수분)의 과다 유입에 따른 연료전지 스택(300)의 셀 빠짐 현상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, only when the current value (measured current value) of the fuel cell stack 300 satisfies the reference current value of 200A or more, the first bypass passage 342 and the second bypass By opening and closing the flow path 352, while suppressing the loss of reaction gas (air) (loss of bypassed air) in the low-power section of the fuel cell stack 300, the high-output section of the fuel cell stack 300 (or In the middle power section), an advantageous effect of minimizing cell loss of the fuel cell stack 300 due to excessive inflow of condensed water (moisture) can be obtained.

반면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 스택(300)의 전류값(측정 전류값)이 기준 전류값보다 작은 경우(예를 들어, 200A 미만인 경우), 연료전지 스택(300)으로 공급되는 응축수의 양이 매우 미미하므로, 제1바이패스유로(342)와 제2바이패스유로(352)는 제1개폐유닛(344) 및 제2개폐유닛(354)에 의해 각각 차단될 수 있다.On the other hand, according to a preferred embodiment of the present invention, when the current value (measured current value) of the fuel cell stack 300 is smaller than the reference current value (for example, less than 200A), supply to the fuel cell stack 300 Since the amount of condensed water is very small, the first bypass passage 342 and the second bypass passage 352 may be blocked by the first opening/closing unit 344 and the second opening/closing unit 354, respectively.

한편, 연료전지 스택(300)의 전류값(측정 전류값)이 기준 전류값인 200A 이상인 경우를 만족하는 경우, 제1바이패스유로(342) 및 제2바이패스유로(352)의 개폐는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 구현될 수 있다.Meanwhile, when the current value (measured current value) of the fuel cell stack 300 satisfies the reference current value of 200A or more, opening and closing of the first bypass passage 342 and the second bypass passage 352 is required. It can be implemented in various ways according to conditions and design specifications.

일 예로, 가습기(200) 내의 응축수 누적량(측정 응축수 누적량)이 기설정된 허용 응축수 누적량 미만이면, 제1개폐유닛(344)은 제1바이패스유로(342)를 차단할 수 있고, 제2개폐유닛(354)은 제2바이패스유로(352)를 차단할 수 있다.For example, when the accumulation amount of condensate (measured accumulation amount of condensate) in the humidifier 200 is less than the predetermined allowable accumulation amount of condensate, the first opening/closing unit 344 may block the first bypass passage 342, and the second opening/closing unit ( 354) may block the second bypass flow path 352.

예를 들어, 허용 응축수 누적량은 30g으로 정의될 수 있고, 가습기(200) 내의 응축수 누적량이 30g 미만인 경우에는, 연료전지 스택(300)으로 공급되는 응축수의 양이 매우 미미하므로, 제1바이패스유로(342)와 제2바이패스유로(352)는 제1개폐유닛(344) 및 제2개폐유닛(354)에 의해 각각 차단될 수 있다.For example, the allowable accumulation of condensed water may be defined as 30 g, and when the accumulated amount of condensed water in the humidifier 200 is less than 30 g, the amount of condensed water supplied to the fuel cell stack 300 is very insignificant. 342 and the second bypass passage 352 may be blocked by the first opening/closing unit 344 and the second opening/closing unit 354, respectively.

다른 일 예로, 가습기(200) 내의 응축수 누적량(측정 응축수 누적량)이 기설정된 허용 응축수 누적량 이상이면서 기설정된 한계 응축수 누적량 미만이면, 제1개폐유닛(344)은 제1바이패스유로(342)를 개방할 수 있고, 제2개폐유닛(354)은 제2바이패스유로(352)를 차단할 수 있다.As another example, when the accumulated amount of condensate (measured accumulated amount of condensate) in the humidifier 200 is greater than or equal to the preset allowable condensate accumulation amount and less than the preset limit condensate accumulation amount, the first opening/closing unit 344 opens the first bypass passage 342 and the second opening/closing unit 354 may block the second bypass passage 352 .

여기서, 한계 응축수 누적량은, 제1바이패스유로(342)를 따라 바이패스(배출)될 수 있는 응축수의 최대 배출량으로 정의될 수 있다.Here, the limit accumulation amount of condensate may be defined as the maximum discharge amount of condensate that can be bypassed (discharged) along the first bypass flow path 342 .

예를 들어, 허용 응축수 누적량은 30g으로 정의되고, 한계 응축수 누적량은 80g으로 정의될 수 있으며, 가습기(200) 내의 응축수 누적량이 30g 이상이면서 80g 미만(30g ≤ 응축수 누적량 < 80g)이면, 제1개폐유닛(344)만이 제1바이패스유로(342)를 개방할 수 있고, 제2개폐유닛(354)은 제2바이패스유로(352)를 차단할 수 있다.For example, the allowable condensate accumulation amount may be defined as 30g, and the limit condensate accumulation amount may be defined as 80g. Only the unit 344 can open the first bypass passage 342 , and the second opening/closing unit 354 can block the second bypass passage 352 .

또 다른 일 예로, 가습기(200) 내의 응축수 누적량(측정 응축수 누적량)이 기설정된 기설정된 한계 응축수 누적량을 초과하면, 제1개폐유닛(344)은 제1바이패스유로(342)를 개방할 수 있고, 제2개폐유닛(354)은 제2바이패스유로(352)를 개방할 수 있다.As another example, when the accumulation amount of condensate (measured accumulation amount of condensate) in the humidifier 200 exceeds a predetermined limit condensate accumulation amount, the first opening/closing unit 344 may open the first bypass passage 342, , the second opening/closing unit 354 may open the second bypass passage 352 .

예를 들어, 한계 응축수 누적량은 80g으로 정의될 수 있고, 가습기(200) 내의 응축수 누적량(측정 응축수 누적량)이 80g을 초과하면, 제1바이패스유로(342)와 제2바이패스유로(352)는 제1개폐유닛(344) 및 제2개폐유닛(354)에 의해 모두 개방될 수 있다.For example, the limit condensate accumulation amount may be defined as 80g, and when the condensate accumulation amount (measured condensate accumulation amount) in the humidifier 200 exceeds 80g, the first bypass flow path 342 and the second bypass flow path 352 may be both opened by the first opening/closing unit 344 and the second opening/closing unit 354.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(10)의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Meanwhile, FIG. 6 is a block diagram for explaining a control method of the fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention. In addition, the same or equivalent reference numerals are given to the same or equivalent parts as the above-described configuration, and a detailed description thereof will be omitted.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(10)의 제어 방법은, 연료전지 스택(300)의 전류값(측정 전류값)을 모니터링하는 단계(S10), 및 연료전지 스택(300)의 전류값을 기설정된 기준 전류값(200A)과 비교하는 단계(S20)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the control method of the fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention includes monitoring the current value (measured current value) of the fuel cell stack 300 (S10), and the fuel cell stack. It may include comparing the current value of 300 with a preset reference current value (200A) (S20).

연료전지 스택(300)의 전류값이 기준 전류값(200A) 미만인 경우에는, 연료전지 스택(300)으로 공급되는 응축수의 양이 매우 미미하므로, 제1바이패스유로(342)와 제2바이패스유로(352)는 제1개폐유닛(344) 및 제2개폐유닛(354)에 의해 각각 차단될 수 있다.(S22)When the current value of the fuel cell stack 300 is less than the reference current value (200A), since the amount of condensed water supplied to the fuel cell stack 300 is very insignificant, the first bypass passage 342 and the second bypass The passage 352 may be blocked by the first opening/closing unit 344 and the second opening/closing unit 354, respectively (S22).

연료전지 스택(300)의 전류값(측정 전류값)이 기준 전류값인 200A 이상인 경우에는, 가습기(200) 내의 응축수 누적량(측정 응축수 누적량)을 모니터링(S30)하고, 가습기(200) 내의 응축수 누적량이 기설정된 허용 응축수 누적량(예를 들어, 30g) 이상인지 여부를 판단할 수 있다.(S40)When the current value (measured current value) of the fuel cell stack 300 is equal to or greater than the reference current value of 200A, the accumulated amount of condensate in the humidifier 200 (measured accumulated amount of condensate) is monitored (S30), and the accumulated amount of condensate in the humidifier 200 It may be determined whether or not the predetermined allowable condensate accumulation amount (for example, 30g) or more is exceeded (S40).

가습기(200) 내의 응축수 누적량이 기설정된 허용 응축수 누적량 미만인 경우에는, 연료전지 스택(300)으로 공급되는 응축수의 양이 매우 미미하므로, 제1바이패스유로(342)와 제2바이패스유로(352)는 제1개폐유닛(344) 및 제2개폐유닛(354)에 의해 각각 차단될 수 있다.(S42)When the accumulation amount of condensate water in the humidifier 200 is less than the predetermined allowable accumulation amount of condensate water, since the amount of condensate water supplied to the fuel cell stack 300 is very insignificant, the first bypass flow path 342 and the second bypass flow path 352 ) may be blocked by the first opening/closing unit 344 and the second opening/closing unit 354, respectively. (S42)

반면, 가습기(200) 내의 응축수 누적량이 기설정된 허용 응축수 누적량(예를 들어, 30g) 이상인 경우에는, 가습기(200) 내의 응축수 누적량(측정 응축수 누적량)과 기설정된 허용 응축수 누적량(예를 들어, 30g) 및 기설정된 한계 응축수 누적량(예를 들어, 80g)을 비교할 수 있다.(S50)On the other hand, when the condensate accumulation amount in the humidifier 200 is greater than or equal to the preset allowable condensate accumulation amount (eg, 30g), the condensate accumulation amount (measured condensate accumulation amount) in the humidifier 200 and the preset allowable condensate accumulation amount (eg, 30g) ) and a preset limit condensate accumulation amount (eg, 80 g) may be compared (S50).

가습기(200) 내의 응축수 누적량(측정 응축수 누적량)이 기설정된 허용 응축수 누적량(예를 들어, 30g) 이상이면서 기설정된 한계 응축수 누적량(예를 들어, 80g) 미만(30g ≤ 응축수 누적량 < 80g)이면, 제1개폐유닛(344)만이 제1바이패스유로(342)를 개방할 수 있고, 제2개폐유닛(354)은 제2바이패스유로(352)를 차단할 수 있다.(S52)If the condensate accumulation amount (measured condensate accumulation amount) in the humidifier 200 is greater than or equal to the preset allowable condensate accumulation amount (eg 30g) and less than the preset limit condensate accumulation amount (eg 80g) (30g ≤ condensate accumulation amount < 80g), Only the first opening/closing unit 344 can open the first bypass passage 342, and the second opening/closing unit 354 can block the second bypass passage 352 (S52).

반면, 가습기(200) 내의 응축수 누적량(측정 응축수 누적량)이 기설정된 한계 응축수 누적량(예를 들어, 80g)을 초과하면, 제1바이패스유로(342)와 제2바이패스유로(352)는 제1개폐유닛(344) 및 제2개폐유닛(354)에 의해 모두 개방될 수 있다.(S54)On the other hand, when the accumulated amount of condensate (measured accumulated amount of condensate) in the humidifier 200 exceeds the preset limit accumulated amount of condensate (eg, 80 g), the first bypass flow path 342 and the second bypass flow path 352 are Both can be opened by the first opening/closing unit 344 and the second opening/closing unit 354 (S54).

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention belongs will not deviate from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these variations and applications should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

10 : 연료전지 시스템
100 : 공기압축기
200 : 가습기
210 : 유입가스 공급포트
220 : 유입가스 배출포트
230 : 습윤공기 공급포트
240 : 습윤공기 배출포트
300 : 연료전지 스택
310 : 연료전지 셀
320 : 제1엔드플레이트
321 : 공기공급홀
322 : 공기배출홀
330 : 제2엔드플레이트
340 : 제1바이패스 플레이트
342 : 제1바이패스유로
344 : 제1개폐유닛
350 : 제2바이패스 플레이트
352 : 제2바이패스유로
354 : 제2개폐유닛10: fuel cell system
100: air compressor
200: Humidifier
210: inlet gas supply port
220: inlet gas discharge port
230: wet air supply port
240: wet air discharge port
300: fuel cell stack
310: fuel cell cell
320: first end plate
321: air supply hole
322: air exhaust hole
330: second end plate
340: first bypass plate
342: first bypass flow
344: first open/close unit
350: second bypass plate
352: second bypass flow
354: second open/close unit

Claims (11)

연료전지 스택;
상기 연료전지 스택의 일단에 마련되며, 상기 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 선택적으로 상기 연료전지 스택의 외부로 바이패스 시키는 제1바이패스유로;
상기 제1바이패스유로를 선택적으로 개폐하는 제1개폐유닛;
상기 연료전지 스택의 다른 일단에 마련되며, 상기 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 선택적으로 상기 연료전지 스택의 외부로 바이패스 시키는 제2바이패스유로; 및
상기 제2바이패스유로를 선택적으로 개폐하는 제2개폐유닛;
을 포함하는 연료전지 시스템.
fuel cell stack;
a first bypass passage provided at one end of the fuel cell stack and selectively bypassing air supplied to the fuel cell stack to the outside of the fuel cell stack;
a first opening/closing unit selectively opening and closing the first bypass passage;
a second bypass passage provided at the other end of the fuel cell stack and selectively bypassing the air supplied to the fuel cell stack to the outside of the fuel cell stack; and
a second opening/closing unit selectively opening and closing the second bypass passage;
A fuel cell system comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 연료전지 스택은,
연료전지 셀;
상기 연료전지 셀의 일단에 적층되는 제1엔드플레이트;
상기 연료전지 셀과 상기 제1엔드플레이트의 사이에 개재되는 제1바이패스 플레이트;
상기 연료전지 셀의 다른 일단에 적층되는 제2엔드플레이트; 및
상기 연료전지 셀과 상기 제2엔드플레이트의 사이에 개재되는 제2바이패스 플레이트;를 포함하고,
상기 제1바이패스유로는 상기 제1바이패스 플레이트에 마련되고, 상기 제2바이패스유로는 상기 제2바이패스 플레이트에 마련되는 연료전지 시스템.
According to claim 1,
The fuel cell stack,
fuel cell;
a first end plate stacked on one end of the fuel cell;
a first bypass plate interposed between the fuel cell and the first end plate;
a second end plate stacked on the other end of the fuel cell; and
A second bypass plate interposed between the fuel cell and the second end plate;
The first bypass passage is provided in the first bypass plate, and the second bypass passage is provided in the second bypass plate.
 제1항에 있어서,
상기 제1바이패스유로는 상기 연료전지 스택에 공기가 유입되는 방향을 따라 상기 제2바이패스유로의 상류(up-stream)에 마련되는 연료전지 시스템.
According to claim 1,
The first bypass flow path is provided upstream of the second bypass flow path along a direction in which air flows into the fuel cell stack.
 제1항에 있어서,
상기 제1바이패스유로는 제1단면적을 갖도록 제공되고, 상기 제2바이패스유로는 상기 제1단면적보다 작은 제2단면적을 갖도록 제공되는 연료전지 시스템.
According to claim 1,
The fuel cell system of claim 1 , wherein the first bypass flow path is provided to have a first cross-sectional area, and the second bypass flow path is provided to have a second cross-sectional area smaller than the first cross-sectional area.
 제1항에 있어서,
상기 연료전지 스택으로 공급되는 상기 공기를 가습하는 가습기를 포함하되,
상기 제1개폐유닛 및 상기 제2개폐유닛은 상기 가습기 내의 응축수 누적량에 기초하여 상기 제1바이패스유로 및 상기 제2바이패스유로를 선택적으로 개폐하는 연료전지 시스템.
According to claim 1,
Including a humidifier for humidifying the air supplied to the fuel cell stack,
The first opening/closing unit and the second opening/closing unit selectively open and close the first bypass passage and the second bypass passage based on the accumulated amount of condensed water in the humidifier.
 제5항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 전류값이 기설정된 기준 전류값을 초과하는 경우,
상기 제1개폐유닛 및 상기 제2개폐유닛은 상기 응축수 누적량에 기초하여 상기 제1바이패스유로 및 상기 제2바이패스유로를 선택적으로 개폐하는 연료전지 시스템.
According to claim 5,
When the current value of the fuel cell stack exceeds a preset reference current value,
The first opening/closing unit and the second opening/closing unit selectively open and close the first bypass passage and the second bypass passage based on the accumulated amount of condensate.
 제6항에 있어서,
상기 기준 전류값은 200A 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
According to claim 6,
The fuel cell system, characterized in that the reference current value is 200A or more.
 제6항에 있어서,
상기 응축수 누적량이 기설정된 허용 응축수 누적량 미만이면,
상기 제1개폐유닛은 상기 제1바이패스유로를 차단하고, 상기 제2개폐유닛은 상기 제2바이패스유로를 차단하는 연료전지 시스템.
According to claim 6,
If the condensate accumulation amount is less than the preset allowable condensate accumulation amount,
The first opening/closing unit blocks the first bypass passage, and the second opening/closing unit blocks the second bypass passage.
 제6항에 있어서,
상기 응축수 누적량이 기설정된 허용 응축수 누적량 이상이면서 기설정된 한계 응축수 누적량 미만이면,
상기 제1개폐유닛은 상기 제1바이패스유로를 개방하고, 상기 제2개폐유닛은 상기 제2바이패스유로를 차단하는 연료전지 시스템.
According to claim 6,
If the condensate accumulation amount is greater than or equal to the preset allowable condensate accumulation amount and less than the preset limit condensate accumulation amount,
The first opening/closing unit opens the first bypass passage, and the second opening/closing unit blocks the second bypass passage.
 제6항에 있어서,
상기 응축수 누적량이 기설정된 기설정된 한계 응축수 누적량을 초과하면,
상기 제1개폐유닛은 상기 제1바이패스유로를 개방하고, 상기 제2개폐유닛은 상기 제2바이패스유로를 개방하는 연료전지 시스템.
According to claim 6,
When the condensate accumulation amount exceeds a predetermined limit condensate accumulation amount,
The first opening/closing unit opens the first bypass passage, and the second opening/closing unit opens the second bypass passage.
 제6항에 있어서,
상기 전류값이 상기 기준 전류값보다 작은 경우,
상기 제1개폐유닛 및 상기 제2개폐유닛은 상기 제1바이패스유로 및 상기 제2바이패스유로를 차단하는 연료전지 시스템.
According to claim 6,
When the current value is less than the reference current value,
The first opening/closing unit and the second opening/closing unit block the first bypass flow path and the second bypass flow path.
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