KR20230122450A - 차량용 연료전지 시스템 - Google Patents

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KR20230122450A
KR20230122450A KR1020220019144A KR20220019144A KR20230122450A KR 20230122450 A KR20230122450 A KR 20230122450A KR 1020220019144 A KR1020220019144 A KR 1020220019144A KR 20220019144 A KR20220019144 A KR 20220019144A KR 20230122450 A KR20230122450 A KR 20230122450A
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김홍석
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 차량용 연료전지 시스템은, 차량의 연료전지 스택으로 공급되는 반응공기를 가습하는 가습유닛, 차량의 실내 온도를 조절하는 공조유닛, 및 공조유닛에서 차량의 내부로 유입되는 유입공기 중 일부가 가습유닛을 경유하며 가습 처리되도록 가습유닛과 공조유닛을 연결하는 연결덕트를 포함하는 것에 의하여, 구조 및 작동 구조를 간소화하고 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

차량용 연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 구조 및 작동 구조를 간소화하고 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지 차량(예를 들어, 수소연료전지 자동차)는 연료(수소)와 반응공기(산소)의 화학반응을 통해 자체 전기를 생산하고 모터를 구동하여 주행하도록 구성된다.
일반적으로, 연료전지 차량은, 수소와 산소의 산화환원반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지 스택(Fuel Cell Stack), 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 반응공기(산소)를 공급하는 공기공급장치, 및 연료전지 스택 및 차량의 전장부품에서 발생된 열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택 및 전장부품의 온도를 제어하는 열 관리 시스템(TMS:Thermal Management System) 등을 포함할 수 있다.
한편, 연료전지 스택이 정상적으로 동작하기 위해서는 연료전지 스택의 운전 모드(운전 조건)에 따라 연료전지 스택의 워터 밸런스(water balance)가 최적화될 수 있어야 한다.
즉, 연료전지 스택으로부터 배출되는 수분(물의 양)보다 연료전지 스택에 공급되는 수분(물의 양)이 많으면, 연료전지 스택의 내부에 플러딩(flooding) 현상이 발생하여 연료전지 스택의 성능 및 작동 효율이 저하될 수 있다.
이와 반대로, 연료전지 스택으로부터 배출되는 수분(물의 양)보다 연료전지 스택에 공급되는 수분(물의 양)이 적으면, 연료전지 스택의 내부에 건조(drying) 현상이 발생하여 연료전지 스택의 작동 효율 및 성능이 저하될 수 있으므로, 연료전지 스택의 운전 모드에 따라 연료전지 스택의 워터 밸런스가 최적화될 수 있어야 한다.
연료전지 스택의 워터 밸런스를 조절하기 위한 방안으로서, 가습기의 상류(up-stream)에 마련되는 에어 쿨러(수냉식 에어 쿨러)를 이용하여, 연료전지 스택의 운전 모드에 따라 가습기(연료전지 스택으로 공급되는 반응공기를 가습하는 가습기)에 공급되는 반응공기의 온도를 조절하는 방안이 제시된 바 있다.
그러나, 기존에는 에어 쿨러 외부에 별도의 바이패스 배관을 마련하고, 반응공기가 에어 쿨러를 거쳐 열교환(냉각)된 후 가습기로 공급되거나, 에어 쿨러를 거치지 않고 에어 쿨러 외부의 바이패스 배관을 통해 가습기에 곧바로 공급되도록 하여, 연료전지 스택의 워터 밸런스를 조절해야 하므로, 구조가 복잡하고, 설계자유도 및 공간활용성이 저하되는 문제점이 있으며, 연료전지 스택의 운전 모드에 따라 연료전지 스택의 워터 밸런스를 정확하게 조절하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 연료전지 차량에서는 연료전지 스택을 통해 전기를 효율적으로 생산하는 것도 중요하지만, 공조 시스템 등에서 소모되는 소모 전력의 관리도 함께 요구된다.
이에 따라, 최근에는 연료전지 스택의 운전 모드에 따라 연료전지 스택의 워터 밸런스를 최적화하면서, 에너지 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 구조 및 작동 구조를 간소화하고 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택으로 공급되는 반응공기를 가습하는 가습유닛을 이용하여 차량의 실내로 유입되는 유입공기를 선택적으로 가습할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택의 워터 밸런스를 최적화할 수 있으며, 반응공기의 온도 조절 응답성을 높이고, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키고, 장치의 소형화에 기여할 수 있으며, 원가를 절감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 쾌적한 사용 환경을 조성할 수 있으며, 사용자의 만족도를 제고시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 차량의 실내 온도 조절에 필요한 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 열관리 효율 및 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 쿨러에서 배출되는 폐열(waste heat)을 이용하여 차량의 실내 온도를 조절할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 연료전지 시스템은, 차량의 연료전지 스택으로 공급되는 반응공기를 가습하는 가습유닛, 차량의 실내 온도를 조절하는 공조유닛, 및 공조유닛에서 차량의 내부로 유입되는 유입공기 중 일부가 가습유닛을 경유하며 가습 처리되도록 가습유닛과 공조유닛을 연결하는 연결덕트를 포함한다.
이는, 구조 및 작동 구조를 간소화하고 에너지 효율을 향상시키기 위함이다.
즉, 차량의 실내로 유입되는 유입공기 중의 수분이 낮아지면 면역력이 저하되고 피부와 호흡기 점막이 건조해지면서 호흡기 감염이나 알레르기 증상, 천식 등의 질병이 발병할 수 있고, 쾌적함이 저하될 수 있다.
차량의 실내로 유입되는 유입공기의 습도를 높이기 위해, 별도의 가습기를 마련하고, 가습기를 거쳐 차량의 실내로 유입되는 유입공기를 가습 처리하는 것도 가능하다.
하지만, 기존에는 유입공기를 가습 처리하기 위한 별도의 가습기 및 이를 장착하기 위한 공간을 확보해야 함에 따라, 구조 및 작동구조가 복잡해지고, 공간활용성 및 설계자유도가 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는 차량의 실내 습도를 조절하기 위한 별도의 가습기를 마련하지 않고, 연료전지 스택으로 공급되는 반응공기를 가습하기 위해 마련된 가습유닛을 이용하여 차량의 실내로 유입되는 유입공기를 가습하는 것에 의하여, 구조 및 작동 구조를 간소화할 수 있고, 공간활용성 및 설계자유도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
가습유닛은 연료전지 스택으로부터 배출되는 습윤공기를 이용하여 반응공기를 가습할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 가습유닛은, 제1공간 및 제1공간과 연통되는 제2공간이 마련된 하우징, 제1공간에 마련되며 반응공기를 가습하는 제1가습부, 및 제2공간에 마련되며 유입공기를 가습하는 제2가습부를 포함할 수 있다.
공조유닛은, 차량에 유입되는 유입공기의 온도를 조절할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 공조유닛은, 공조유닛 하우징, 공조유닛 하우징의 내부에 마련되며 유입공기를 강제적으로 송풍시키기 위한 송풍력을 제공하는 송풍팬, 송풍팬의 하류(down-stream)에 위치하도록 공조유닛 하우징의 내부에 마련되며 유입공기를 선택적으로 냉각하는 증발기, 증발기의 하류에 위치하도록 공조유닛 하우징의 내부에 마련되며 유입공기를 선택적으로 가열하는 히터를 포함할 수 있다.
연결덕트는 가습유닛과 공조유닛을 연결할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 연결덕트는, 일단은 공조유닛에 연결되고 다른 일단은 제2공간의 입구단에 연통되는 입구유로, 및 일단은 공조유닛에 연결되고 다른 일단은 제2공간의 출구단에 연통되는 출구유로를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 입구유로의 일단은 증발기의 상류(up-stream)에서 공조유닛 하우징에 연결되고, 출구유로의 일단은 증발기의 하류(down-stream)에서 공조유닛 하우징에 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 연료전지 시스템은, 입구유로를 선택적으로 개폐하도록 연결덕트에 마련되는 개폐부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 연료전지 시스템은, 출구유로를 통과한 유입공기의 습도를 센싱하는 습도센서를 포함할 수 있고, 개폐부재는 습도센서에서 센싱된 유입공기의 습도에 기초하여 입구유로를 개폐할 수 있다.
이와 같이, 유입공기의 습도에 기초하여 입구유로를 개폐하는 것에 의하여, 차량 실내의 습도를 최적화하고 차량의 실내 환경을 보다 쾌적하게 조성하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
습도센서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 위치에 마련될 수 있다.
일 예로, 습도센서는 공조유닛 하우징의 내부에 마련될 수 있다. 다른 일 예로, 습도센서를 차량의 내부에 마련하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 차량용 연료전지 시스템은, 제1가습부의 상류(up-stream)에 위치하도록 하우징의 내부에 마련되며, 반응공기를 냉각하는 쿨러를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 연료전지 시스템은, 유입공기와 상호 열교환 가능하게 제공되는 열교환기, 및 쿨러와 열교환기를 연결하며 반응공기로부터 쿨러에 흡수된 열을 열교환기로 전달하는 히트파이프를 포함할 수 있고, 열교환기는 반응공기로부터 쿨러에 흡수된 열을 열매(heat medium)로 사용하여 유입공기를 가열할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는, 쿨러에서 배출되는 폐열(waste heat)(반응공기로부터 쿨러에 흡수된 열)을 이용하여 차량의 실내 온도를 조절하는 것에 의하여, 차량의 실내 온도 조절에 필요한 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 열관리 효율 및 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 무엇보다도, 본 발명의 실시예는 히터를 가동하지 않고도 유입공기가 가열될 수 있도록 하는 것에 의하여, 히터의 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따르면, 반응공기로부터 쿨러에 흡수된 열이 쿨러에 머무르지 않고, 히트파이프를 매개로 열교환기에 신속하게 전달(방출)되도록 하는 것에 의하여, 연료전지 스택의 운전모드에 따라 연료전지 스택의 워터 밸런스를 최적화할 수 있으며, 반응공기의 온도 조절 응답성을 높이고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
열교환기는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 위치에 마련될 수 있다.
일 예로, 열교환기는 히터의 상류에 위치하도록 공조유닛 하우징의 내부에 마련될 수 있다. 이와 같이, 히터의 상류에 열교환기를 마련하고, 차량의 실내로 유입되는 유입공기가 히터를 통과하기 전에 미리 열교환기에 의해 가열되도록 하는 것에 의하여, 히터의 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 히터를 보다 소형으로 제작하는 것이 가능하다.
다른 일 예로, 열교환기는 제2공간의 입구단의 상류(up-stream)에 위치하도록 연결덕트의 내부에 마련될 수 있다.
이는, 동절기에 유입공기의 온도가 일정 이상 낮아지면(예를 들어, 유입공기의 온도가 제2가습부의 최적 가습 효율 온도 영역보다 낮으면), 유입공기가 제2가습부를 통과하는 중에 제2가습부에서 빙결이 발생할 수 있다는 것에 기인한 것으로, 제2공간의 입구단의 상류에 열교환기를 마련하고, 유입공기가 제2가습부를 통과하기 전에 미리 열교환기에 의해 가열되도록 하는 것에 의하여, 히터의 전력 소모를 최소화하면서 제2가습부에서의 빙결을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 구조 및 작동 구조를 간소화하고 연료전지 스택의 워터 밸런스를 최적화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면 차량의 실내 습도를 조절하기 위한 별도의 가습기를 마련하지 않고도, 연료전지 스택으로 공급되는 반응공기를 가습하는 가습유닛을 이용하여 차량의 실내로 유입되는 유입공기를 선택적으로 가습할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 연료전지 스택의 워터 밸런스를 최적화할 수 있으며, 반응공기의 온도 조절 응답성을 높이고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키고, 장치의 소형화에 기여할 수 있으며, 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 쾌적한 사용 환경을 조성할 수 있으며, 사용자의 만족도를 제고시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 차량의 실내 온도 조절에 필요한 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 열관리 효율 및 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예에 따르면 쿨러에서 배출되는 폐열(waste heat)을 이용하여 차량의 실내 온도를 조절할 수 있으며, 히터의 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 히터를 보다 소형으로 제작하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템으로서, 반응반응공기 및 유입공기가 가습되는 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템으로서, 열교환기의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템으로서, 습도센서의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
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.
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.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
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.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
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.
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.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템(10)은, 차량(20)의 연료전지 스택(100)으로 공급되는 반응공기를 가습하는 가습유닛(300), 차량(20)의 실내 온도를 조절하는 공조유닛(200), 및 공조유닛(200)에서 차량(20)의 내부로 유입되는 유입공기 중 일부가 가습유닛(300)을 경유하며 가습 처리되도록 가습유닛(300)과 공조유닛(200)을 연결하는 연결덕트(400)를 포함한다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 연료전지 시스템(10)은 차량(20), 선박, 항공 등과 같은 다양한 모빌리티(mobility)에 적용될 수 있으며, 차량용 연료전지 시스템(10)이 적용되는 피대상체(모빌리티)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것을 아니다.
연료전지 스택(100)은, 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.
연료전지 셀은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 반응공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 연료전지 셀은, 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.
보다 구체적으로, 연료전지 셀에서 연료인 수소와 산화제인 반응공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 반응공기는 캐소드로 공급된다.
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.
캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 반응공기 공급장치에 의해 캐소드로 공급된 반응공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.
한편, 연료전지 스택(100)이 정상적으로 동작하기 위해서는, 막전극접합체의 전해질막이 일정 습도 이상으로 유지되는 것이 필요하다.
이를 위해, 반응공기 공급라인(미도시)을 따라 연료전지 스택(100)으로 공급되는 반응공기는 가습유닛(300)을 경유할 수 있고, 반응공기 공급라인을 따라 공급되는 반응공기는 가습유닛(300)을 통과하는 중에 가습될 수 있다. 여기서, 반응공기를 가습한다 함은 반응공기의 습도를 높이는 공정으로 정의된다.
일 예로, 가습유닛(300)은 연료전지 스택(100)으로부터 배출되는 습윤공기를 이용하여 연료전지 스택(100)으로 공급되는 반응공기(건조반응공기)(A3)를 가습하도록 구성될 수 있다.
가습유닛(300)은 연료전지 스택(100)으로부터 배출되는 습윤공기를 이용하여 반응공기(A3)를 가습할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 가습유닛(300)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 가습유닛(300)은, 제1공간(310a) 및 제1공간(310a)과 연통되는 제2공간(310b)이 마련된 하우징(310), 제1공간(310a)에 마련되며 반응공기를 가습하는 제1가습부(322), 및 제2공간(310b)에 마련되며 유입공기를 가습하는 제2가습부(324)를 포함할 수 있다.
참고로, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 하우징(310)의 내부 공간(제1공간 및 제2공간) 에 제1가습부(322) 및 제2가습부(324)가 개별적으로 마련된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 하우징의 내부에 단 하나의 가습부를 마련하고, 반응공기 및 유입공기가 단 하나의 가습부를 공통적으로 통과하며 가습되도록 구성하는 것도 가능하다.
하우징(310)은 내부에 수용 공간을 갖도록 마련된다.
하우징(310)의 형상 및 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 하우징(310)의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 하우징(310)은 내부에 수용 공간을 갖는 박스 형태로 형성될 수 있다.
하우징(310)의 일측에는 반응공기가 유입되는 반응공기 공급포트(311)가 마련되고, 하우징(310)의 다른 일측에는 반응공기가 배출되는 반응공기 배출포트(312)가 마련된다. 일 예로, 도 1을 기준으로 하우징(310)의 좌측단에는 반응공기가 공급되는 반응공기 공급포트(311)가 형성되고, 하우징(310)의 우측단에는 반응공기를 배출하는 반응공기 배출포트(312)가 형성될 수 있다.
참고로, 반응공기 공급포트(311)에 유입된 반응공기는 제1공간(310a)에 마련되는 제1가습부(322)를 통과하는 중에 습윤공기(연료전지 스택으로부터 배출된 습윤공기)에 의해 가습될 수 있고, 반응공기 배출포트(312)를 통해 배출된 반응공기(가습 처리된 반응공기)는 연료전지 스택(100)으로 공급될 수 있다.
또한, 하우징(310)의 하단 일측에는 습윤공기 공급포트(313)가 형성될 수 있고, 하우징(310)의 하단 다른 일측에는 습윤공기 배출포트(314)가 형성될 수 있다.
연료전지 스택(100)에서 배출되는 습윤공기(또는 생성수)는, 연료전지 스택(100)과 하우징(310)의 습윤공기 공급포트(313)를 연결하는 연결유로(미도시)를 따라 하우징(310)의 내부(제1공간 및 제2공간의 내부)로 유입될 수 있으며, 하우징(310)의 내부(제1공간 및 제2공간의 내부)에서는 다습한 습윤공기를 이용하여 제1가습부(322)를 따라 이동하는 반응공기 및 제2가습부(324)를 따라 이동하는 유입공기를 가습시킬 수 있다.
일 예로, 제1공간(310a)은 하우징(310)의 하부 영역에 정의되며, 하우징(310)의 내부에 공급된 반응공기(A3)를 선택적으로 가습하기 위해 마련된다.
보다 구체적으로, 습윤공기 공급포트(313)를 통해 공급된 습윤공기는 제1공간(310a)으로 유입될 수 있고, 제1공간(310a)에 마련되는 제1가습부(322)를 따라 유동하는 반응공기(A3)는 습윤공기에 의해 가습될 수 있다.
제2공간(310b)은 하우징(310)의 상부 영역에 정의되며, 하우징(310)의 내부에 공급된 유입공기(A2)를 선택적으로 가습하기 위해 마련된다.
보다 구체적으로, 공조유닛(200)의 유입공기(A2)는 제2공간(310b)의 입구단(315)을 통해 제2공간(310b)으로 유입될 수 있고, 제2공간(310b)에 마련되는 제2가습부(324)를 따라 유동하는 유입공기(A2)는 습윤공기에 의해 가습될 수 있다.
제1공간(310a)과 제2공간(310b)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형상 및 사이즈를 갖도록 형성될 수 있으며, 제1공간(310a)과 제2공간(310b)의 형상 및 사이즈에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이하에서는, 제1공간(310a)과 제2공간(310b)이 다른 대응하는 형상 및 사이즈를 갖도록 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1공간과 제2공간을 서로 동일한 형상 및 사이즈로 형성하는 것도 가능하다.
제1공간(310a)과 제2공간(310b)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 구획될 수 있으며, 제1공간(310a)과 제2공간(310b)을 구획하는 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1공간(310a)과 제2공간(310b)의 경계 영역은 전체적으로 개방(연통)될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1공간과 제2공간의 경계 영역 중 일부만을 부분적으로 개방(연통)하는 것도 가능하다.
제1공간(310a)에는 반응공기가 통과하는 제1가습부(322)(예를 들어, 가습막)가 마련되고, 제1공간(310a)에서 습윤공기는 제1가습부(322)의 주변을 따라 유동한다.
일 예로, 제1가습부(322)는 내부를 따라 반응공기가 유동 가능한 튜브 형태의 중공사막(Hollow fiber membrane)으로 형성될 수 있으며, 하우징(310)의 내부에서 제1가습부(322)의 일단(입구단(315)) 및 타단(출구단(316))은 포팅재(미도시)에 의해 고정될 수 있다.
참고로, 제1가습부(322)는 중공사막으로 형성되므로, 제1공간(310a)에 공급된 수분(예를 들어, 습윤공기의 수분)은 제1가습부(322)의 외부에서 내부로 투과하여 반응공기에 전달될 수 있으나, 반응공기는 제1가습부(322)의 내부에서 제1가습부(322)의 외부로 투과될 수 없다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1공간(310a)에는 카트리지 케이스(미도시)가 마련될 수 있으며, 제1가습부(322)는 카트리지 케이스의 내부에 수용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 카트리지 케이스를 적용하지 않고 제1가습부만을 하우징(310)의 내부에 배치하는 것도 가능하다.
제2공간(310b)에는 유입공기가 통과하는 제2가습부(324)(예를 들어, 가습막)가 마련되고, 제2공간(310b)에서 습윤공기는 제2가습부(324)의 주변을 따라 유동한다.
일 예로, 제2가습부(324)는 내부를 따라 반응공기가 유동 가능한 튜브 형태의 중공사막(Hollow fiber membrane)으로 형성될 수 있으며, 하우징(310)의 내부에서 제2가습부(324)의 일단(입구단(315)) 및 타단(출구단(316))은 포팅재(미도시)에 의해 고정될 수 있다.
참고로, 제2가습부(324)는 중공사막으로 형성되므로, 제2공간(310b)에 공급된 수분(예를 들어, 습윤공기의 수분)은 제2가습부(324)의 외부에서 내부로 투과하여 유입공기에 전달될 수 있으나, 유입공기는 제2가습부(324)의 내부에서 제2가습부(324)의 외부로 투과될 수 없다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2공간(310b)에는 카트리지 케이스(미도시)가 마련될 수 있으며, 제2가습부(324)는 카트리지 케이스의 내부에 수용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 카트리지 케이스를 적용하지 않고 제2가습부만을 하우징의 내부에 배치하는 것도 가능하다.
공조유닛(200)(HVAC UNIT)은 차량(20)의 실내 온도를 조절하도록 마련된다.
여기서, 차량(20)의 실내 온도를 조절한다 함은, 차량(20)의 내부로 유입되는 유입공기의 온도를 조절(냉방 또는 가열)하는 것으로 정의된다.
공조유닛(200)은, 차량(20)에 유입되는 유입공기(A1)의 온도를 조절할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 공조유닛(200)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 공조유닛(200)은, 공조유닛 하우징(210), 공조유닛 하우징(210)의 내부에 마련되며 유입공기를 강제적으로 송풍시키기 위한 송풍력을 제공하는 송풍팬(220), 송풍팬(220)의 하류(down-stream)에 위치하도록 공조유닛 하우징(210)의 내부에 마련되며 유입공기를 선택적으로 냉각하는 증발기(230), 증발기(230)의 하류에 위치하도록 공조유닛 하우징(210)의 내부에 마련되며 유입공기를 선택적으로 가열하는 히터(250)를 포함할 수 있다.
공조유닛 하우징(210)은 유입공기(외기 또는 내기)(A1)를 차량(20)의 실내로 공급할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 공조유닛 하우징(210)의 구조 및 형태는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 공조유닛 하우징(210)은 내부에 공기 유로(미도시)를 갖는 덕트 형태로 제공될 수 있다.
이하에서는, 공조유닛 하우징(210)의 내부 공간(210a)이 증발기(230)를 기준으로 좌우 양측으로 구획되고, 증발기(230)의 좌측 공간에는 연결덕트(400)의 입구유로(410)가 연결되고, 증발기(230)의 우측 공간에는 연결덕트(400)의 출구유로(420)가 연결되는 예를 들어 설명하기로 한다.
또한, 공조유닛 하우징(210)에는 외기(22) 또는 내기(21)를 공급(공조유닛 하우징(210) 내부로 공급) 및 배출(차량(20) 내부로 배출)하기 위한 복수개의 밸브부재(미도시)가 마련될 수 있으며, 밸브부재의 개수 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
증발기(230)는 공조유닛 하우징(210) 내의 유입공기(A1)를 냉각할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 압축기(미도시)의 구동에 의해여 토출되는 냉매는 콘덴서(미도시), 라디에이터(미도시), 콘덴서(미도시), 팽창밸브(미도시) 및 증발기(230)를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서, 증발기(230)에 의한 열교환에 의하여 차량(20)의 실내로 유입되는 유입공기(A1)의 온도가 조절(예를 들어, 냉방 또는 난방)될 수 있다.
히터(250)는 공조유닛 하우징(210) 내의 유입공기(A1)를 선택적으로 가열하도록 마련된다.
일 예로, 히터(250)는 증발기(230)를 통과한 유입공기(A1)를 선택적으로 가열하도록 증발기(230)의 하류에 위치하도록 공조유닛 하우징(210)의 내부에 마련될 수 있다. 다르게는 히터(250)를 공조유닛 하우징 내의 다른 위치에 배치하는 것도 가능하다.
히터(250)로서는 유입공기(A1)를 가열할 수 있는 통상의 히팅부재가 사용될 수 있으며, 히터(250)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
연결덕트(400)는 공조유닛(200)에서 차량(20)의 내부로 유입되는 유입공기 중 일부(A2)가 가습유닛(300)을 경유하며 가습 처리되도록 가습유닛(300)과 공조유닛(200)을 연결하도록 마련된다.
연결덕트(400)는 가습유닛(300)과 공조유닛(200)을 연결할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 연결덕트(400)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거한 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 연결덕트(400)는, 일단은 공조유닛(200)에 연결되고 다른 일단은 제2공간(310b)의 입구단(315)에 연통되는 입구유로(410), 및 일단은 공조유닛(200)에 연결되고 다른 일단은 제2공간(310b)의 출구단(316)에 연통되는 출구유로(420)를 포함할 수 있다.
공조유닛(200)에 대한 입구유로(410) 및 출구유로(420)의 연결 위치는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 입구유로(410)의 일단은 증발기(230)의 상류(up-stream)에서 공조유닛 하우징(210)에 연결되고, 출구유로(420)의 일단은 증발기(230)의 하류(down-stream)에서 공조유닛 하우징(210)에 연결될 수 있다.
이하에서는 입구유로(410), 제2공간(310b) 및 출구유로(420)가 상호 협조적으로 유입공기의 가습을 위한 대략 "U"자 형태의 가습 경로를 정의하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 다르게는 입구유로(410), 제2공간(310b) 및 출구유로(420)를 직선 형태 또는 여타 다른 형태로 배치하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 연료전지 시스템(10)은, 입구유로(410)를 선택적으로 개폐하도록 연결덕트(400)에 마련되는 개폐부재(260)를 포함할 수 있다.
여기서, 개폐부재(260)가 입구유로(410)를 선택적으로 개폐한다 함은, 공조유닛 하우징(210)에서 제2공간(310b)으로 유입되는 유입공기(A2)의 흐름을 단속(on/off)하거나, 유입공기의 유량을 조절하는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다.
예를 들어, 입구유로(410)를 통과하는 유입공기(A2)의 유량 조절은, 입구유로(410)의 단면적(입구유로(410)의 유입공기 통과 면적)을 가변함으로써 행해질 수 있다.
개폐부재(260)는 입구유로(410)를 개폐 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 개폐부재(260)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 개폐부재(260)는 일종의 여닫이 방식으로 일단을 중심으로 회전하며 입구유로(410)를 개폐하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 개폐부재가 일종의 미닫이 방식으로 입구유로를 슬라이딩 개폐하도록 구성하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 연료전지 시스템(10)은, 출구유로(420)를 통과한 유입공기(A2)의 습도를 센싱하는 습도센서(500)를 포함할 수 있고, 개폐부재(260)는 습도센서(500)에서 센싱된 유입공기의 습도에 기초하여 입구유로(410)를 개폐할 수 있다.
습도센서(500)로서는 유입공기(A2)의 습도(수분)를 검출할 수 있는 통상의 센서(예를 들어, 수분의 물리흡착으로 인한 다공성 세라믹스와 고분자 전해질의 전기저항과 전기용량 변화를 이용한 센서, 또는 압전체의 공진주파수 변화를 이용한 센서)가 사용될 수 있으며, 습도센서(500)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 유입공기(A2)의 습도에 기초하여 입구유로(410)를 개폐하는 것에 의하여, 차량(20) 실내의 습도를 최적화하고 차량(20)의 실내 환경을 보다 쾌적하게 조성하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
습도센서(500)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 위치에 마련될 수 있다.
일 예로, 도 1을 참조하면, 습도센서(500)는 공조유닛 하우징(210)의 내부(예를 들어, 히터의 하류)에 마련될 수 있다.
다른 일 예로, 도 5를 참조하면, 습도센서(500')를 차량(20)의 내부에 마련하는 것도 가능하다. 보다 바람직하게, 차량(20)의 실내에 복수개의 습도센서(500')를 마련하고, 탑승인원에 따라 유입공기의 가습 정도(가습양 및 가습 속도)를 조절하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 차량용 연료전지 시스템(10)은, 제1가습부(322)의 상류(up-stream)에 위치하도록 하우징(310)의 내부에 마련되며, 반응공기를 냉각하는 쿨러(330)를 포함할 수 있다.
쿨러(330)는 가습기를 거쳐 연료전지 스택(100)으로 공급되는 반응공기를 선택적으로 냉각하도록 마련된다.
즉, 연료전지 스택(100)에 공급되는 반응공기는, 연료전지 스택(100)의 내부 유로를 통과할 수 있는 충분한 압력을 가질 수 있도록 공기압축기(미도시)에 의해 압축된 상태로 공급되는데, 반응공기를 압축하는 과정에서 열이 발생하게 되며, 연료전지 스택(100)으로 공급되는 반응공기의 온도가 일정 이상 상승하면, 연료전지 스택(100)이 과열되어 성능이 저하될 수 있으므로, 공기압축기에 의해 압축된 반응공기는 연료전지 스택(100)으로 공급되기 전에 쿨러(330)에 의해 냉각될 수 있다.
이와 더불어, 쿨러(330)는 가습유닛(300)으로 공급되는 반응공기의 냉각 정도(반응공기의 온도)를 조절함으로써, 가습유닛(300)을 통과하는 반응공기의 가습량(습도)을 조절할 수 있다.
이는, 가습유닛(300)에 의한 반응공기의 가습량(가습 정도)이 가습유닛(300)에 공급되는 반응공기의 온도에 기초하여 가변된다는 것에 기인한 것이다.
예를 들어, 가습유닛(300)에 공급되는 반응공기의 온도가 낮아질수록 가습유닛(300)을 통과하는 반응공기의 습도가 증가할 수 있고, 이와 반대로, 가습유닛(300)으로 공급되는 반응공기의 온도가 높아질수록 가습유닛(300)을 통과하는 반응공기의 습도가 감소할 수 있다.
쿨러(330)로서는 가습유닛(300)으로 공급되는 반응공기를 냉각할 수 있는 다양한 쿨러(330)가 사용될 수 있으며, 쿨러(330)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 연료전지 시스템(10)은, 유입공기와 상호 열교환 가능하게 제공되는 열교환기(240), 및 쿨러(330)와 열교환기(240)를 연결하며 반응공기로부터 쿨러(330)에 흡수된 열을 열교환기(240)로 전달하는 히트파이프(332)를 포함할 수 있고, 열교환기(240)는 반응공기로부터 쿨러(330)에 흡수된 열을 열매(heat medium)로 사용하여 유입공기를 가열할 수 있다.
열교환기(240)로서는 유입공기와 상호 열교환 가능한 다양한 열교환부재가 사용될 수 있으며, 열교환기(240)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
히트파이프(332)는 작동유체(working fluid)(예를 들어, 냉매)를 매개로 반응공기로부터 쿨러(330)에 흡수된 열을 열교환기(240)로 전달할 수 있으며, 히트파이프(332)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는, 쿨러(330)에서 배출되는 폐열(waste heat)(반응공기로부터 쿨러에 흡수된 열)을 이용하여 차량(20)의 실내 온도를 조절(유입공기를 가열)하는 것에 의하여, 차량(20)의 실내 온도 조절에 필요한 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 열관리 효율 및 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 무엇보다도, 본 발명의 실시예는 히터(250)를 가동하지 않고도 유입공기가 가열될 수 있도록 하는 것에 의하여, 히터(250)의 전력 소모를 최소화(난방 부가 저감)할 수 있으며, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따르면, 반응공기로부터 쿨러(330)에 흡수된 열이 쿨러(330)에 머무르지 않고, 히트파이프(332)를 매개로 열교환기(240)에 신속하게 전달(방출)되도록 하는 것에 의하여, 연료전지 스택(100)의 운전모드(예를 들어, 고출력 운전모드 또는 저출력 운전모드)에 따라 연료전지 스택(100)의 워터 밸런스를 최적화할 수 있으며, 반응공기의 온도 조절 응답성을 높이고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
열교환기(240)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 위치에 마련될 수 있다.
일 예로, 도 1을 참조하면, 열교환기(240)는 히터(250)의 상류에 위치하도록 공조유닛 하우징(210)의 내부에 마련될 수 있다.
이와 같이, 히터(250)의 상류에 열교환기(240)를 마련하고, 차량(20)의 실내로 유입되는 유입공기가 히터(250)를 통과하기 전에 미리 열교환기(240)에 의해 가열되도록 하는 것에 의하여, 히터(250)의 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 히터(250)를 보다 소형으로 제작하는 것이 가능하다.
다른 일 예로, 도 4를 참조하면, 열교환기(240')는 제2공간(310b)의 입구단(315)의 상류(up-stream)에 위치하도록 연결덕트(400)의 내부에 마련될 수 있다.
이는, 동절기에 유입공기의 온도가 일정 이상 낮아지면(예를 들어, 유입공기의 온도가 제2가습부의 최적 가습 효율 온도 영역보다 낮으면), 유입공기가 제2가습부(324)를 통과하는 중에 제2가습부(324)에서 빙결이 발생할 수 있다는 것에 기인한 것으로, 제2공간(310b)의 입구단(315)의 상류에 열교환기(240')를 마련하고, 유입공기가 제2가습부(324)를 통과하기 전에 미리 열교환기(240')에 의해 가열되도록 하는 것에 의하여, 히터(250)의 전력 소모를 최소화하면서 제2가습부(324)에서의 빙결을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
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.
10 : 연료전지 시스템
20 : 차량
100 : 연료전지 스택
200 : 공조유닛
210 : 공조유닛 하우징
210a : 내부 공간
220 : 송풍팬
230 : 증발기
240,240' : 열교환기
250 : 히터
260 : 개폐부재
300 : 가습유닛
310 : 하우징
310a : 제1공간
310b : 제2공간
311 : 반응공기 공급포트
312 : 반응공기 배출포트
313 : 습윤공기 공급포트
314 : 습윤공기 배출포트
315 : 입구단
316 : 출구단
322 : 제1가습부
324 : 제2가습부
330 : 쿨러
332 : 히트파이프
400 : 연결덕트
410 : 입구유로
420 : 출구유로
500 : 습도센서

Claims (13)

  1. 차량의 연료전지 스택으로 공급되는 반응공기를 가습하는 가습유닛;
    상기 차량의 실내 온도를 조절하는 공조유닛; 및
    상기 공조유닛에서 상기 차량의 내부로 유입되는 유입공기 중 일부가 상기 가습유닛을 경유하며 가습 처리되도록 상기 가습유닛과 상기 공조유닛을 연결하는 연결덕트;
    를 포함하는 차량용 연료전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가습유닛은,
    제1공간 및 상기 제1공간과 연통되는 제2공간이 마련된 하우징;
    상기 제1공간에 마련되며, 상기 반응공기를 가습하는 제1가습부; 및
    상기 제2공간에 마련되며, 상기 유입공기를 가습하는 제2가습부;
    를 포함하는 차량용 연료전지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결덕트는,
    일단은 상기 공조유닛에 연결되고, 다른 일단은 상기 제2공간의 입구단에 연통되는 입구유로; 및
    일단은 상기 공조유닛에 연결되고, 다른 일단은 상기 제2공간의 출구단에 연통되는 출구유로;
    를 포함하는 차량용 연료전지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공조유닛은,
    공조유닛 하우징;
    상기 공조유닛 하우징의 내부에 마련되는 송풍팬;
    상기 송풍팬의 하류(down-stream)에 위치하도록 상기 공조유닛 하우징의 내부에 마련되며, 상기 유입공기를 선택적으로 냉각하는 증발기;
    상기 증발기의 하류에 위치하도록 상기 공조유닛 하우징의 내부에 마련되며, 상기 유입공기를 선택적으로 가열하는 히터;
    를 포함하는 차량용 연료전지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 입구유로의 상기 일단은 상기 증발기의 상류(up-stream)에서 상기 공조유닛 하우징에 연결되고, 상기 출구유로의 상기 일단은 상기 증발기의 하류(down-stream)에서 상기 공조유닛 하우징에 연결되는 차량용 연료전지 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 입구유로를 선택적으로 개폐하도록 상기 연결덕트에 마련되는 개폐부재를 포함하는 차량용 연료전지 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 출구유로를 통과한 상기 유입공기의 습도를 센싱하는 습도센서를 포함하고,
    상기 개폐부재는 상기 습도센서에서 센싱된 상기 유입공기의 습도에 기초하여 상기 입구유로를 개폐하는 차량용 연료전지 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 습도센서는 상기 공조유닛 하우징의 내부에 마련되는 차량용 연료전지 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 습도센서는 상기 차량의 내부에 마련되는 차량용 연료전지 시스템.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제1가습부의 상류(up-stream)에 위치하도록 상기 하우징의 내부에 마련되며, 상기 반응공기를 냉각하는 쿨러를 포함하는 차량용 연료전지 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유입공기와 상호 열교환 가능하게 제공되는 열교환기; 및
    상기 쿨러와 상기 열교환기를 연결하며, 상기 반응공기로부터 상기 쿨러에 흡수된 열을 상기 열교환기로 전달하는 히트파이프;를 포함하고,
    상기 열교환기는 상기 열을 열매(heat medium)로 사용하여 상기 유입공기를 가열하는 차량용 연료전지 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 히터의 상류에 위치하도록 상기 공조유닛 하우징의 내부에 마련되는 차량용 연료전지 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 열교환기는 제2공간의 입구단의 상류(up-stream)에 위치하도록 상기 연결덕트의 내부에 마련되는 차량용 연료전지 시스템.
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