KR20090050649A - 고분자전해질형 연료전지의 저 가습 온 오프 사이클 운전시내구성 향상을 위한 운전모드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자전해질형 연료전지의 저 가습 온 오프 사이클 운전시 고분자전해질형 연료전지스택과 공급되는 가스의 가습장치 사이의 상대습도가 낮아졌을 경우 연료전지스택의 온도를 낮춤으로써 연료전지 스택의 최적 성능과 높은 내구성을 얻을 수 있는 고분자전해질형 연료전지의 저 가습 온 오프 사이클 운전모드이다.

고분자전해질형 연료전지, 온 오프 사이클

Description

고분자전해질형 연료전지의 저 가습 온 오프 사이클 운전시 내구성 향상을 위한 운전모드 {Durability Enhancement of PEMFC in on/off cycle Under Low Humidity Condition }

본 발명은 고분자전해질형 연료전지의 수명을 늘리기 위하는데 그 목적이 있다.

연료전지는 전기화학반응에 의해 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전장치로써 디젤발전, 증기가스 터빈장치 등의 다른 발전장치에 비해 발전효율이 높고 소음 및 유해 배기가스 등에 의한 문제점이 적은 장점이 있다. 세부적인 반응에 대하여 설명하면 연료전지는 양극에 수소를 함유한 연료가스를 음극에는 산소를 함유한 산화성 가스를 공급하여 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 장치로써, 질소산화물이나 매연 등의 배출이 없고 소음과 진동 등이 적은 친환경적인 장치이기 때문에 차세대 에너지원으로 많은 연구가 진행되고 있으며, 특히 배기가스를 방출하지 않아 자동차와 같은 이동체용 구동에너지원으로 사용할 수 있도록 개발이 이루어져 그 실용화를 목전에 두고 있다. 상기와 같은 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 알칼리형, 인산형, 용융탄산염, 고체산화물 및 고분자 연료전지로 분류되는바, 이들 중 이동전원용 에너지 원으로는 고분자 전해질 연료전지와 직접메탄올 연료전지가 가장 적합한 것으로 알려져 있다. 상기 고분자 전해질 연료전지는 고분자를 전해질로 사용하기 때문에 전해질에 의한 부식이나 증발의 위험이 없으며, 단위 면적당 높은 전류밀도를 얻을 수 있기 때문에 타 연료전지에 비해 출력특성이 월등히 높고, 작동온도가 낮은 장점이 있는 연료전지이다. 하지만 고분자 전해질 연료전지는 아직까지 연료로 공급되는 가스의 가습이 충분하지 못할 경우에 성능의 저하뿐만 아니라 고분자 전해질의 열화 또한 빠르게 진행된다. 특히, 연료전지 스택과 가습기 사이의 상대습도는 매우 중요하다. 스택과 가습기 사이의 상대습도가 낮아지게 되어 저 가습 상태가 유지될 경우 연료전지 내부의 MEA에서 고분자 전해질의 열화가 시작된다.

상기 고분자 전해질은 연료전지에 있어서 핵심적인 부분이다. 고분자 전해질은 공급된 수소에서 촉매에 의하여 분해된 수소 양이온이 통과하는 전해질이다. 따라서 고분자 전해질이 열화가 되었을 경우 연료전지 스택의 출력이 저하될 뿐만 아니라 연료전지 스택이 큰 손상을 입을 수 있다.

종래의 연료전지 스택과 가습기의 경우 연료전지 스택에 공급되는 가스의 상대습도에 따라 연료전지 스택의 온도가 상호 연관적으로 조절되지 않는다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 고분자전해질형 연료전지의 저 가습 온 오프 사이클 운전시 연료전지 스택의 온도들 낮추어 상대습도를 증가시켜 연료전지 스택의 내구성을 증가시키는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고분자전해질형 연료전지의 저가습 온 오프 사이클 운전시 내구성 향상을 위한 운전모드, 고분자 전해질을 사용한 연료전지 스택과; 상기 연료전지 스택과 연결된 공급 가스의 가습장치; 연료전지 스택의 온도를 조절하는 온도조절기; 공급 가스의 가습장치의 온도를 조절하는 온도조절기;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 구성도를 개략적으로 나타내었다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 고분자전해질형 연료전지의 저 가습 온 오프 사이클 운전시 내구성 향상을 위한 운전모드는, 고분자 전해질을 사용한 연료전지 스택과 연료전지 스택과 공급 가스의 가습장치를 연결하는 가스라인과 연료전지 스택의 온도를 조절하는 온도조절기와 공급 가스의 가습장치의 온도를 조절하는 온도조절기를 포함하여 구성된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고분자전해질형 연료전지의 저 가습 온 오프 사 이클 운전시 내구성 향상을 위한 운전모드를 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 저가습 온 오프 사이클 운전시 내구성 향상을 위한 운전모드는, 연료전지 공급 가스의 가습장치의 온도가 급작스럽게 변화하여 공급되는 가스의 상대습도 낮아질 경우, 연료전지 스택의 온도를 낮추어 연료전지 고분자전해질의 열화를 방지하여 연료전지 스택의 내구성을 향상할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 저 가습 온 오프 사이클 운전시 내구성 향상을 위한 운전모드는 연료전지 스택으로 공급 가스의 상대습도가 낮아질 경우 스택의 온도를 낮추어 고분자 전해질의 열화를 방지한다. 상기와 같은 운전모드를 통하여 연료전지 고분자 전해질의 열화를 방지할 수 있고, 장시간의 연료전지 스택의 운전이 가능하게 할 수 있다.

상기 저 가습 온 오프 사이클 운전시 내구성 향상을 위한 운전모드는 연료전지 스택과 공급 가스의 가습장치에서 읽힌 온도를 바탕으로 하여 연료전지 스택과 공급 가스의 가습장치 사이의 상대습도를 기억한다.

상기의 기억된 상대습도를 바탕으로 연료전지 가습장치의 온도가 변화하여 연료전지 스택으로 공급되는 가스의 상대습도가 낮아질 경우, 연료전지 스택의 온도를 낮추어 연료전지의 고분자 전해질 열화를 방지한다.

도 1은 고분자 전해질형 연료전지 시스템의 대략적인 구성도이다.

Claims (3)

1. 고분자 전해질을 사용한 연료전지 스택과;

   상기 연료전지 스택에 연결되어 있는 연료전지 온도 조절기와;

   상기 연료전지 스택에 공급되는 가스를 가습시켜주는 가습장치와;

   상기 가습장치와 연결되어 있는 가습기 온도 조절기;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치
2. 제 1항에 있어서,

   상기 고분자전해질 연료전지 저 가습 온 오프 사이클 운전시 내구성 향상을 위한 운전모드는, 상기의 연료전지 스택으로 공급되는 공급 가스의 가습이 낮아질 경우, 연료전지 스택의 온도를 낮추어 고분자 전해질의 열화를 방지하는 운전모드
3. 상기 고분자전해질 연료전지 저가습 온 오프 사이클 운전시 내구성 향상을 위한 운전모드는,

   상기 연료전지의 스택으로 공급되는 공급 가스의 가습을 수행해주는 가습기의 온도를 확인하는 단계;

   상기 연료전지의 가습기의 온도가 낮아져 저 가습 상황이 발생하였는가를 판단하는 단계;

   상기 판단 단계에서 연료전지 스택으로 공급되는 가스에서 저가습 상황이 발생하였 다고 판단되면, 연료전지 스택의 온도를 낮추는 단계;

   상기 판단 단계에서 가습기의 온도가 낮아져 연료전지 스택에 저 가습 상황이 발생하였다고 판단되면, 연료전지 스택의 온도를 낮추어 연료전지 고분자전해질의 열화를 방기하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질 연료전지의 저 가습 온 오프 사이클 운전시 내구성 향상을 위한 운전모드.

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