WO2019235739A1 - 연료전지용 공기 공급 장치 - Google Patents

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WO2019235739A1
WO2019235739A1 PCT/KR2019/005209 KR2019005209W WO2019235739A1 WO 2019235739 A1 WO2019235739 A1 WO 2019235739A1 KR 2019005209 W KR2019005209 W KR 2019005209W WO 2019235739 A1 WO2019235739 A1 WO 2019235739A1
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air
reverse
separation plate
plate
channel
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PCT/KR2019/005209
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공임모
정길성
성기수
이은미
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자동차부품연구원
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
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    • H01M2250/30—Fuel cells in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell air supply device, and more particularly, to a fuel cell air supply device capable of improving fuel cell performance by recycling high temperature and high humidity air discharged after a fuel cell reaction.
  • a fuel cell system generally includes a fuel cell stack that generates electric energy, a fuel supply device for supplying fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, and an air supply for supplying oxygen in the air, which is an oxidant for an electrochemical reaction, to the fuel cell stack.
  • the device consists of a cooling system that exhausts the reaction heat of the fuel cell stack to the outside of the system and controls the operating temperature of the fuel cell stack.
  • PEMFC Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
  • PEMFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell
  • MEAs membrane electrode assemblies
  • GEM Membrane Electrode Assembly
  • GDL gas diffusion layer
  • bipolar plate that electrically connects the instrument and the cell and moves the reactant gases and cooling water.
  • fuel, hydrogen, and oxidant, oxygen (air) are supplied to the anode and cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, respectively, and hydrogen is the anode ('fuel electrode' or 'oxide').
  • Oxygen (air) is supplied to the cathode (also referred to as 'air electrode' or 'oxygen electrode' or 'reduction electrode').
  • the conventional fuel cell system is composed of a stack coupled to the end plate for the oxygen reduction reaction and the cooling of the stack and a cooling fan for supplying air thereto, the air is introduced by the cooling fan from the outside to separate the stack Allow the plate to feed.
  • the present invention has been made to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell air supply apparatus that can improve fuel cell performance by recycling high temperature and humid air discharged after a fuel cell reaction.
  • An air supply device for a fuel cell comprises: a separator plate for distributing air through a channel by a separated plate; A forward supply unit supplying external air to the separator plate; And a reverse supply unit for resupplying the air passing through the separator plate to the separator plate.
  • the separator plate is characterized in that the porous plate.
  • the separation plate portion is disposed up and down spaced apart from the first to seventh plate, characterized in that the first to sixth channel is formed between each of the first to seventh plate to distribute the air.
  • the forward supply part may include a first forward fan part disposed at a central portion of one end of the separation plate part to discharge air to a central part of the separation plate part. And a first reverse fan part configured to suck air at the other end of the separation plate part.
  • the reverse supply unit may further include a first reverse cover part covering the other end of the separation plate part to prevent leakage of air passing through the separation plate part by the first forward fan part.
  • the reverse supply unit is disposed in the center of the other end of the separation plate portion, and further comprises a first reverse induction portion for guiding the air passing through the separation plate portion up and down by the first forward fan portion.
  • the forward supply part includes a second forward fan part disposed at the center of one end of the separation plate part to discharge air to the center part of the separation plate part, and the reverse supply part is disposed at the other end of the separation plate part to move the front of the separation plate part. And a second reverse fan part for discharging air to the area.
  • the reverse supply part is disposed in the center of the other end of the separation plate part, guides the air passing through the separation plate part up and down by the second forward fan part, and the air discharged from the second reverse fan part is the central part of the other end of the separation plate part. Characterized in that it further comprises; a second reverse induction section for restricting the inflow to.
  • the forward supply part may include a third forward fan part disposed at the center of one end of the separation plate part to discharge air to the center part of the separation plate part, and the reverse supply part may be disposed at the center of the other end of the separation plate part.
  • a third reverse induction part for guiding the air passing through the separation plate part up and down by a fan part; And a third reverse fan part mounted on the third reverse direction induction part and discharging air to at least one of the upper part and the lower part of the separation plate part.
  • the air supply apparatus for a fuel cell according to the present invention may improve the fuel cell reactivity by re-injecting unreacted air, which has been heated and humidified through the separator, to the separator.
  • the air supply device for a fuel cell according to the present invention can be applied to a small and medium fuel cell stack suitable for a portable or drone.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a fuel cell air supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view schematically showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view schematically showing a third embodiment of the present invention.
  • an air supply device 1 for a fuel cell includes a separator plate 10, a forward supply unit 20, and a reverse supply unit 30.
  • the separating plate portion 10 distributes air through the channel 12 by the plurality of separated plates 11.
  • the separation plate part 10 may be a porous plate in which a plurality of holes are formed.
  • the shape and number of holes of the porous plate may vary depending on the design.
  • the first plate 111 to the seventh plate 117 are spaced apart from each other up and down, thereby forming the first channel 121 to sixth channel 126 to distribute the air.
  • the first channel 121 to the sixth channel 126 may generate an electrochemical reaction by an electrochemical reaction means including an electrolyte, and guide reaction gases and cooling water.
  • the forward supply unit 20 supplies external air to the separator plate 10.
  • the forward supply unit 20 may be disposed at the left end of the separator 10, and the fan may be operated to supply air to the separator 10. As a result, air may pass through the separator plate 10 and be discharged to the right side of the separator plate 10.
  • the reverse supply unit 30 supplies the air that has passed through the separator plate 10 to the separator plate 10 again.
  • the reverse supply unit 30 may supply air discharged to the right side of the separation plate unit 10 by the forward supply unit 20 to the separation plate unit 10 and discharge the air discharged to the left side of the separation plate unit 10.
  • the low temperature dry external air passes through the separator plate part 10 by the forward feed part 20, and the hot and humid unreacted air discharged to the right side of the separator plate part 10 is again separated through the reverse supply part 30. Passing 10 can improve fuel cell performance.
  • the forward supply unit 20 according to the first embodiment of the present invention includes a first forward fan unit 211 and the reverse supply unit 30 includes a first reverse fan unit 311.
  • the first forward fan part 211 is disposed at the center of one end of the separator plate 10 to discharge air to the center of the separator plate 10.
  • the first forward fan 211 is supported at the left ends of the third plate 113 and the fifth plate 115, and the third channel 123 and the fourth channel 124 are applied as power is applied. Air can be discharged toward the air.
  • the first reverse fan part 311 is disposed on at least one of the upper and lower ends of the separator plate 10 to suck air from the other end of the separator plate 10.
  • the first reverse fan part 311 is supported at the left ends of the first plate 111 and the third plate 113, and the power of the first channel 121 and the second channel 122 is changed. It can inhale internal air.
  • the first reverse fan part 311 is supported at the left ends of the fifth plate 115 and the seventh plate 117, and the inside of the fifth channel 125 and the sixth channel 126 as power is applied. Can inhale air.
  • the reverse supply unit 30 may further include a first reverse cover unit 312.
  • the first reverse cover part 312 covers the other end of the separation plate part 10 to prevent leakage of air passing through the separation plate part 10 by the first forward fan part 211.
  • the first reverse cover part 312 may extend from the right ends of the first plate 111 and the seventh plate 117 to cover the first channel 121 to the sixth channel 126. .
  • the air supplied by the first forward fan part 211 passes through the third channel 123 and the fourth channel 124, and then enters the space between the separator plate 10 and the first reverse cover part 312. While staying, the first channel 121, the second channel 122, the fifth channel 125, and the sixth channel 126 may pass through the suction force of the first reverse fan unit 311.
  • the reverse supply unit 30 may further include a first reverse induction unit 313.
  • the first reverse induction part 313 is disposed at the center of the other end of the separation plate part 10, and guides the air passing through the separation plate part 10 up and down by the first forward fan part 211.
  • the first reverse induction part 313 extends in the longitudinal direction of the fourth plate 114 at the right end of the fourth plate 114, and is disposed up and down at the end to form the third channel 123 and the fourth channel.
  • the air passing through 124 can be led up and down.
  • the first forward fan unit 211 is driven to react with low temperature dry air passing through the third channel 123 and the fourth channel 124.
  • the unreacted high temperature and humid air passing through the third channel 123 and the fourth channel 124 is the first channel 121 and the second channel 122 by the suction force of the first reverse fan unit 311.
  • the reaction of the fuel cell is induced while passing through the fifth channel 125 and the sixth channel 126.
  • the air passing through the separation plate portion 10 through the first forward fan portion 211 is not discharged to the outside through the first reverse cover portion 312 and the first reverse induction portion 313 to the separation plate portion 10. Can be reintroduced.
  • the forward supply unit 20 according to the second embodiment of the present invention includes a second forward fan unit 221, and the reverse supply unit 30 includes a second reverse fan unit 321.
  • the second forward fan part 221 is disposed at the central portion of one end of the separation plate 10 to discharge air to the center of the separation plate 10.
  • the second forward fan unit 221 is supported at the left ends of the third plate 113 and the fifth plate 115, and the third channel 123 and the fourth channel 124 as the power is applied. Air can be discharged toward the air.
  • the second reverse fan part 321 is disposed at the other end of the separating plate part 10 to discharge air to all regions of the separating plate part 10.
  • the second reverse fan part 321 is supported at the right ends of the first plate 111 and the seventh plate 117, and is rotated when power is applied to the first channel 121 to the sixth channel 126. External air can be discharged in the direction.
  • the reverse supply unit 30 may further include a second reverse induction unit 322.
  • the second reverse induction part 322 is disposed at the center of the other end of the separation plate part 10, and may guide the air passing through the separation plate part 10 up and down by the second forward fan part 221.
  • the second reverse induction part 322 may restrict the air discharged from the second reverse fan part 321 from entering the other end central part of the separator plate 10.
  • the second reverse induction part 322 extends in the longitudinal direction of the fourth plate 114 at the right end of the fourth plate 114 and is disposed up and down at an end thereof so that the third channel 123 and the fourth channel ( The air passing through 124 can be led up and down.
  • the second reverse induction part 322 may prevent an operation error of the second forward fan part 221 due to the discharge pressure difference between the second forward fan part 221 and the second reverse fan part 321.
  • the air flow of the air supply device for a fuel cell according to the second embodiment of the present invention having the above configuration is as follows.
  • the second forward fan unit 221 is driven to react with low temperature dry air passing through the third channel 123 and the fourth channel 124.
  • the unreacted high temperature and humid air passing through the third channel 123 and the fourth channel 124 by the second reverse fan unit 321 is formed by the first channel 121, the second channel 122, and the first channel 121.
  • the reaction of the fuel cell is induced while passing through the five channels 125 and the sixth channel 126.
  • the air passing through the separation plate portion 10 through the second forward fan portion 221 is distributed up and down through the second reverse induction portion 322 may be re-introduced into the separation plate portion (10).
  • the forward supply unit 20 includes a third forward fan unit 231, and the reverse supply unit 30 includes a third reverse induction unit 331 and a third reverse fan unit. (332).
  • the third forward fan part 231 is disposed at the center of one end of the separator plate 10 to discharge air to the center of the separator plate 10.
  • the third forward fan unit 213 is supported at the left ends of the third plate 113 and the fifth plate 115, and the third channel 123 and the fourth channel 124 are applied as power is applied. Air can be discharged toward the air.
  • the third reverse induction part 331 is disposed at the center of the other end of the separation plate part 10, and guides the air passing through the separation plate part 10 up and down by the third forward fan part 231.
  • the third reverse induction part 331 extends in the longitudinal direction of the fourth plate 114 at the right end of the fourth plate 114, and is disposed up and down at the end to form the third channel 123 and the fourth channel.
  • the air passing through 124 can be led up and down.
  • the third reverse fan part 332 is mounted to the third reverse direction induction part 331 and discharges air to at least one of the upper part and the lower part of the separation plate part 10.
  • the third reverse fan part 332 is supported by the upper end of the third reverse direction induction part 331 and the first plate 111, and the external air is supplied to the first channel 121 and the second channel as power is applied. 122).
  • the third reverse fan part 332 is supported on the lower end of the third reverse induction part 331 and the seventh plate 171, and as the power is applied, external air is supplied to the fifth channel 125 and the sixth channel 126. ) Can be supplied.
  • the air flow of the air supply device for a fuel cell according to the third embodiment of the present invention having the above configuration is as follows.
  • the third forward fan unit 231 is driven to react with low temperature dry air passing through the third channel 123 and the fourth channel 124.
  • external air passes through the first channel 121, the second channel 122, the fifth channel 125, and the sixth channel 126 by the third reverse fan unit 332 to induce a reaction of the fuel cell. do.
  • the unreacted hot and humid air passing through the third channel 123 and the fourth channel 124 may be distributed up and down through the third reverse induction part 331 and flowed back into the separator plate 10. .
  • the fuel cell air supply device 1 may improve the fuel cell reactivity by re-injecting unreacted air heated at high temperature and humidity through the separator plate 10 to the separator plate 10.

Abstract

본 발명은 연료전지용 공기 공급 장치에 관한 것으로, 분리된 판에 의한 채널을 통해 공기를 분배하는 분리판부와, 외부 공기를 분리판부에 공급하는 순방향 공급부와, 분리판부를 통과한 공기를 분리판부로 재공급하는 역방향 공급부를 포함하여, 분리판부 통과후 다습한 공기를 재사용하여 연료전지 반응성을 개선할 수 있다.

Description

연료전지용 공기 공급 장치
본 발명은 연료전지용 공기 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 반응 이후 배출되는 고온 다습한 공기를 재순환시켜 연료전지 성능을 향상시킬 수 있는 연료전지용 공기 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 시스템은 크게 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 배출하고 연료전지 스택의 운전 온도를 제어하는 냉각 시스템으로 구성된다.
연료전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중의 산소에 의한 전기화학 반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응 부산물로 열과 물을 배출하게 된다. 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는, 수소이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매 전극층이 부착된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 반응 기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기 에너지를 전달하는 역할을 수행하는 가스 확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응 기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 셀을 전기적으로 연결하며, 반응 기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.
연료전지에서 연료인 수소와 산화제인 산소(공기)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드('연료극' 혹은 '산화극'이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드('공기극' 혹은 '산소극', '환원극'이라고도 함)로 공급된다.
한편, 종래 연료전지 시스템은 산소 환원 반응 및 스택의 냉각을 위해 엔드 플레이트에 분리판이 결합된 스택과 이에 공기를 공급하기 위한 냉각팬으로 구성되고, 외부로부터 냉각팬에 의해 공기가 유입되어 스택의 분리판에 공급되게 한다.
종래에는 냉각팬에 의해 이동되는 공기는 분리판의 일단부로 유입된 후 분리판의 타단부로 배출된다. 이때, 분리판을 통과하는 과정에서 연료전지 반응에 의해 응축수가 생성된다.
그러나, 외부에서 저온 건조 공기가 공급되는 경우, 분리판 입구 부분의 연료전지 성능이 저하되고, 불균일한 연료전지 반응에 의해 연료전지 내구성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2015-0080171호(2015.07.09. 공개, 발명의 명칭 : 공기 호흡형 연료전지 시스템 및 방법)에 게시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 연료전지 반응이후 배출되는 고온 다습한 공기를 재순환시켜 연료전지 성능을 향상시킬 수 있는 연료전지용 공기 공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 공기 공급 장치는: 분리된 판에 의한 채널을 통해 공기를 분배하는 분리판부; 외부 공기를 상기 분리판부에 공급하는 순방향 공급부; 및 상기 분리판부를 통과한 공기를 상기 분리판부로 재공급하는 역방향 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 분리판부는 다공판인 것을 특징으로 한다.
상기 분리판부는 제1판 내지 제7판이 이격되어 상하로 배치되고, 상기 제1판 내지 상기 제7판 사이에는 각각 제1채널 내지 제6채널이 형성되어 공기를 분배하는 것을 특징으로 한다.
상기 순방향 공급부는 상기 분리판부의 일단 중앙부에 배치되어 상기 분리판부의 중앙부로 공기를 토출하는 제1순방향팬부;를 포함하고, 상기 역방향 공급부는 상기 분리판부의 일단 상부 또는 하부 중 어느 하나 이상에 배치되어 상기 분리판부의 타단부 공기를 흡입하는 제1역방향팬부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 역방향 공급부는 상기 분리판부의 타단부를 커버하여 상기 제1순방향팬부에 의해 상기 분리판부를 통과한 공기의 누출을 막는 제1역방향커버부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 역방향 공급부는 상기 분리판부의 타단 중앙부에 배치되고, 상기 제1순방향팬부에 의해 상기 분리판부를 통과한 공기를 상하로 유도하는 제1역방향유도부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 순방향 공급부는 상기 분리판부의 일단 중앙부에 배치되어 상기 분리판부의 중앙부로 공기를 토출하는 제2순방향팬부;를 포함하고, 상기 역방향 공급부는 상기 분리판부의 타단부에 배치되어 상기 분리판부의 전영역으로 공기를 토출하는 제2역방향팬부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 역방향 공급부는 상기 분리판부의 타단 중앙부에 배치되고, 상기 제2순방향팬부에 의해 상기 분리판부를 통과한 공기를 상하로 유도하고, 상기 제2역방향팬부에서 토출되는 공기가 상기 분리판부의 타단 중앙부로 유입되는 것을 제한하는 제2역방향유도부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 순방향 공급부는 상기 분리판부의 일단 중앙부에 배치되어 상기 분리판부의 중앙부로 공기를 토출하는 제3순방향팬부;를 포함하고, 상기 역방향 공급부는 상기 분리판부의 타단 중앙부에 배치되고, 상기 제3순방향팬부에 의해 상기 분리판부를 통과한 공기를 상하로 유도하는 제3역방향유도부;; 및 상기 제3역방향유도부에 장착되고, 상기 분리판부의 상부 또는 하부 중 어느 하나 이상으로 공기를 토출하는 제3역방향팬부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지용 공기 공급 장치는 분리판부를 통과하여 고온 다습해진 미반응 공기를 분리판부에 재투입하여 연료전지 반응성을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 공기 공급 장치는 휴대용 또는 드론용에 적합한 중소형 연료전지 스택에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 공기 공급 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지용 공기 공급 장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 공기 공급 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 공기 공급 장치(1)는 분리판부(10)와, 순방향 공급부(20)와, 역방향 공급부(30)를 포함한다.
분리판부(10)는 분리된 복수개의 판(11)에 의한 채널(12)을 통해 공기를 분배한다. 이러한 분리판부(10)는 복수개의 홀이 형성되는 다공판이 될 수 있다. 이러한 다공판의 홀 형상과 개수는 설계에 따라 달라질 수 있다.
일 예로, 제1판(111) 내지 제7판(117)이 이격되어 상하로 배치되고, 이로 인해 제1채널(121) 내지 제6채널(126)이 형성되어 공기를 분배할 수 있다. 한편, 제1채널(121) 내지 제6채널(126)에는 전해질을 포함하는 전기화학 반응수단에 의해 전기화학 반응이 발생하고, 반응 기체들과 냉각수를 안내할 수 있다.
순방향 공급부(20)는 외부 공기를 분리판부(10)에 공급한다. 일 예로, 순방향 공급부(20)는 분리판부(10)의 좌측단부에 배치될 수 있고, 팬이 작동되어 분리판부(10)에 공기를 공급할 수 있다. 이로 인해 공기는 분리판부(10)를 통과하여 분리판부(10)의 우측으로 배출될 수 있다.
역방향 공급부(30)는 분리판부(10)를 통과한 공기를 분리판부(10)로 재공급한다. 일 예로, 역방향 공급부(30)는 순방향 공급부(20)에 의해 분리판부(10)의 우측으로 토출된 공기를 분리판부(10)에 재공급하여 분리판부(10)의 좌측으로 토출시킬 수 있다.
따라서, 저온 건조한 외부 공기가 순방향 공급부(20)에 의해 분리판부(10)를 통과하고, 분리판부(10)의 우측으로 토출된 고온 다습한 미반응 공기는 역방향 공급부(30)를 통해 재차 분리판부(10)를 통과하여 연료전지 성능을 개선할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 순방향 공급부(20)는 제1순방향팬부(211)를 포함하고, 역방향 공급부(30)는 제1역방향팬부(311)를 포함한다.
제1순방향팬부(211)는 분리판부(10)의 일단 중앙부에 배치되어 분리판부(10)의 중앙부로 공기를 토출한다. 일 예로, 제1순방향팬부(211)는 제3판(113)과 제5판(115)의 좌측단부에 지지되고, 전원이 인가됨에 따라 제3채널(123)과 제4채널(124)을 향해 공기를 토출할 수 있다.
제1역방향팬부(311)는 분리판부(10)의 일단 상부 또는 하부 중 어느 하나 이상에 배치되어 분리판부(10)의 타단부 공기를 흡입한다. 일 예로, 제1역방향팬부(311)는 제1판(111)과 제3판(113)의 좌측단부에 지지되고, 전원이 인가됨에 따라 제1채널(121)과 제2채널(122)의 내부 공기를 흡입할 수 있다. 또한, 제1역방향팬부(311)는 제5판(115)과 제7판(117)의 좌측단부에 지지되고, 전원이 인가됨에 따라 제5채널(125)과 제6채널(126)의 내부 공기를 흡입할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 역방향 공급부(30)는 제1역방향커버부(312)를 더 포함할 수 있다. 제1역방향커버부(312)는 분리판부(10)의 타단부를 커버하여 제1순방향팬부(211)에 의해 분리판부(10)를 통과한 공기의 누출을 막는다. 일 예로, 제1역방향커버부(312)는 제1판(111)과 제7판(117)의 우측단부에서 각각 연장되어 제1채널(121) 내지 제6채널(126)을 커버할 수 있다. 이로 인해 제1순방향팬부(211)에 의해 공급되는 공기는 제3채널(123)과 제4채널(124)을 통과한 후, 분리판부(10)와 제1역방향커버부(312) 사이 공간에 머무르다가 제1역방향팬부(311)의 흡입력에 의해 제1채널(121), 제2채널(122), 제5채널(125), 제6채널(126)을 통과할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 역방향 공급부(30)는 제1역방향유도부(313)를 더 포함할 수 있다. 제1역방향유도부(313)는 분리판부(10)의 타단 중앙부에 배치되고, 제1순방향팬부(211)에 의해 분리판부(10)를 통과한 공기를 상하로 유도한다. 일 예로, 제1역방향유도부(313)는 제4판(114)의 우측단부에서 제4판(114)의 길이 방향으로 연장되고, 단부에서 상하로 배치되어 제3채널(123)과 제4채널(124)을 통과하는 공기를 상하로 유도할 수 있다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지용 공기 공급 장치의 공기 흐름을 설명하면 다음과 같다.
제1순방향팬부(211)가 구동되어 저온 건조한 공기가 제3채널(123)과 제4채널(124)을 통과하면서 반응이 일어난다. 그리고, 제3채널(123)과 제4채널(124)을 통과하고 미반응된 고온 다습한 공기는 제1역방향팬부(311)의 흡입력에 의해 제1채널(121), 제2채널(122), 제5채널(125), 제6채널(126)을 통과하면서 연료전지의 반응을 유도한다. 이때, 제1순방향팬부(211)를 통해 분리판부(10)를 통과한 공기는 제1역방향커버부(312)와 제1역방향유도부(313)를 통해 외부로 배출되지 않고 분리판부(10)로 재유입될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 순방향 공급부(20)는 제2순방향팬부(221)를 포함하고, 역방향 공급부(30)는 제2역방향팬부(321)를 포함한다.
제2순방향팬부(221)는 분리판부(10)의 일단 중앙부에 배치되어 분리판부(10)의 중앙부로 공기를 토출한다. 일 예로, 제2순방향팬부(221)는 제3판(113)과 제5판(115)의 좌측단부에 지지되고, 전원이 인가됨에 따라 제3채널(123)과 제4채널(124)을 향해 공기를 토출할 수 있다.
제2역방향팬부(321)는 분리판부(10)의 타단부에 배치되어 분리판부(10)의 전영역으로 공기를 토출한다. 일 예로, 제2역방향팬부(321)는 제1판(111)과 제7판(117)의 우측단에 지지되고, 전원이 인가되면 회전되면서 제1채널(121) 내지 제6채널(126) 방향으로 외부 공기를 토출할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 역방향 공급부(30)는 제2역방향유도부(322)를 더 포함할 수 있다. 제2역방향유도부(322)는 분리판부(10)의 타단 중앙부에 배치되고, 제2순방향팬부(221)에 의해 분리판부(10)를 통과한 공기를 상하로 유도할 수 있다. 또한, 제2역방향유도부(322)는 제2역방향팬부(321)에서 토출되는 공기가 분리판부(10)의 타단 중앙부로 유입되는 것을 제한할 수 있다. 일 예로 제2역방향유도부(322)는 제4판(114)의 우측단부에서 제4판(114)의 길이 방향으로 연장되고, 단부에서 상하로 배치되어 제3채널(123)과 제4채널(124)을 통과하는 공기를 상하로 유도할 수 있다. 이러한 제2역방향유도부(322)는 제2순방향팬부(221)와 제2역방향팬부(321) 간의 토출 압력 차로 인한 제2순방향팬부(221)의 작동 오류를 방지할 수 있다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지용 공기 공급 장치의 공기 흐름을 설명하면 다음과 같다.
제2순방향팬부(221)가 구동되어 저온 건조한 공기가 제3채널(123)과 제4채널(124)을 통과하면서 반응이 일어난다. 그리고, 제3채널(123)과 제4채널(124)을 통과하고 미반응된 고온 다습한 공기는 제2역방향팬부(321)에 의해 제1채널(121), 제2채널(122), 제5채널(125), 제6채널(126)을 통과하면서 연료전지의 반응을 유도한다. 이때, 제2순방향팬부(221)를 통해 분리판부(10)를 통과한 공기는 제2역방향유도부(322)를 통해 상하로 분배되어 분리판부(10)로 재유입될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 순방향 공급부(20)는 제3순방향팬부(231)를 포함하고, 역방향 공급부(30)는 제3역방향유도부(331)와 제3역방향팬부(332)를 포함한다.
제3순방향팬부(231)는 분리판부(10)의 일단 중앙부에 배치되어 분리판부(10)의 중앙부로 공기를 토출한다. 일 예로, 제3순방향팬부(213)는 제3판(113)과 제5판(115)의 좌측단부에 지지되고, 전원이 인가됨에 따라 제3채널(123)과 제4채널(124)을 향해 공기를 토출할 수 있다.
제3역방향유도부(331)는 분리판부(10)의 타단 중앙부에 배치되고, 제3순방향팬부(231)에 의해 분리판부(10)를 통과한 공기를 상하로 유도한다. 일 예로, 제3역방향유도부(331)는 제4판(114)의 우측단부에서 제4판(114)의 길이 방향으로 연장되고, 단부에서 상하로 배치되어 제3채널(123)과 제4채널(124)을 통과하는 공기를 상하로 유도할 수 있다.
제3역방향팬부(332)는 제3역방향유도부(331)에 장착되고, 분리판부(10)의 상부 또는 하부 중 어느 하나 이상으로 공기를 토출한다. 일 예로, 제3역방향팬부(332)는 제3역방향유도부(331)의 상단부와 제1판(111)에 지지되고, 전원이 인가됨에 따라 외부 공기를 제1채널(121)과 제2채널(122)에 공급할 수 있다. 또한, 제3역방향팬부(332)는 제3역방향유도부(331)의 하단부와 제7판(171)에 지지되고, 전원이 인가됨에 따라 외부 공기를 제5채널(125)과 제6채널(126)에 공급할 수 있다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 공기 공급 장치의 공기 흐름을 설명하면 다음과 같다.
제3순방향팬부(231)가 구동되어 저온 건조한 공기가 제3채널(123)과 제4채널(124)을 통과하면서 반응이 일어난다. 그리고, 제3역방향팬부(332)에 의해 외부 공기가 제1채널(121), 제2채널(122), 제5채널(125), 제6채널(126)을 통과하면서 연료전지의 반응을 유도한다. 이때, 제3채널(123)과 제4채널(124)을 통과하고 미반응된 고온 다습한 공기는 제3역방향유도부(331)를 통해 상하로 분배되어 분리판부(10)로 재유입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 공기 공급 장치(1)는 분리판부(10)를 통과하여 고온 다습해진 미반응 공기를 분리판부(10)에 재투입하여 연료전지 반응성을 개선할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 분리된 판에 의한 채널을 통해 공기를 분배하는 분리판부;
    외부 공기를 상기 분리판부에 공급하는 순방향 공급부; 및
    상기 분리판부를 통과한 공기를 상기 분리판부로 재공급하는 역방향 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분리판부는 다공판인 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 공급 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 분리판부는
    제1판 내지 제7판이 이격되어 상하로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 공급 장치..
  4. 제 3항에 있어서, 상기 분리판부는
    상기 제1판 내지 상기 제7판 사이에는 각각 제1채널 내지 제6채널이 형성되어 공기를 분배하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 공급 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 순방향 공급부는
    상기 분리판부의 일단 중앙부에 배치되어 상기 분리판부의 중앙부로 공기를 토출하는 제1순방향팬부;를 포함하고,
    상기 역방향 공급부는
    상기 분리판부의 일단 상부 또는 하부 중 어느 하나 이상에 배치되어 상기 분리판부의 타단부 공기를 흡입하는 제1역방향팬부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 공급 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 역방향 공급부는
    상기 분리판부의 타단부를 커버하여 상기 제1순방향팬부에 의해 상기 분리판부를 통과한 공기의 누출을 막는 제1역방향커버부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 공급 장치.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 역방향 공급부는
    상기 분리판부의 타단 중앙부에 배치되고, 상기 제1순방향팬부에 의해 상기 분리판부를 통과한 공기를 상하로 유도하는 제1역방향유도부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 공급 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 순방향 공급부는
    상기 분리판부의 일단 중앙부에 배치되어 상기 분리판부의 중앙부로 공기를 토출하는 제2순방향팬부;를 포함하고,
    상기 역방향 공급부는
    상기 분리판부의 타단부에 배치되어 상기 분리판부의 전영역으로 공기를 토출하는 제2역방향팬부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 공급 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 역방향 공급부는
    상기 분리판부의 타단 중앙부에 배치되고, 상기 제2순방향팬부에 의해 상기 분리판부를 통과한 공기를 상하로 유도하고, 상기 제2역방향팬부에서 토출되는 공기가 상기 분리판부의 타단 중앙부로 유입되는 것을 제한하는 제2역방향유도부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 공급 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 순방향 공급부는
    상기 분리판부의 일단 중앙부에 배치되어 상기 분리판부의 중앙부로 공기를 토출하는 제3순방향팬부;를 포함하고,
    상기 역방향 공급부는
    상기 분리판부의 타단 중앙부에 배치되고, 상기 제3순방향팬부에 의해 상기 분리판부를 통과한 공기를 상하로 유도하는 제3역방향유도부; 및
    상기 제3역방향유도부에 장착되고, 상기 분리판부의 상부 또는 하부 중 어느 하나 이상으로 공기를 토출하는 제3역방향팬부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기 공급 장치.
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