KR20040003656A - Apparatus for removing water film of fuel cell and the method thereof - Google Patents

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KR20040003656A
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fuel cell
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조태희
박명석
최홍
김철환
이명호
황용준
고승태
허성근
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엘지전자 주식회사
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Abstract

PURPOSE: An apparatus for removing a water film of a fuel cell and its preparation method are provided, to remove the water film formed on a cathode for maintaining the electric power generating performance to be constant. CONSTITUTION: The generator of a fuel cell comprises an anode where fuel is supplied through a fuel supply line(103), a cathode where air humidified at a humidifier is supplied through a air supply line(107), and a separator between the anode and the cathode, and the electricity is generated by the electrochemical reaction between the fuel and the humidified air. The method comprises the steps of detecting the output state of a generator, and directly supplying air inside the flow path of a cathode through a bypass line(118) which is set to go round a humidifier(111) if the detected value is below a set value, thereby removing the water film formed on the surface of a cathode.

Description

연료전지의 수막제거장치 및 그 방법{APPARATUS FOR REMOVING WATER FILM OF FUEL CELL AND THE METHOD THEREOF}Water film removal device and method of fuel cell {APPARATUS FOR REMOVING WATER FILM OF FUEL CELL AND THE METHOD THEREOF}

본 발명은 외부로 부터 공급되는 연료와 공기의 전기화학반응을 통하여 전기를 생성하는 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전기의 음극에 형성되는 수막을 제거하여 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 연료전지의 수막제거장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between fuel and air supplied from the outside, and more particularly, to prevent performance from being degraded by removing the water film formed on the cathode of the generator. A fuel cell water film removing apparatus and method thereof are provided.

일반적으로, 연료전지(FUEL CELL)는 연료가 가지고 있는 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환하는 장치로서, 이러한 연료전지 시스템은 통상 고분자 전해질 막을 중심으로 양쪽에 양극(ANODE)과 음극(CATHODE)이 부착되어 있고, 양극(산화전극 또는 연료극)에서는 연료인 수소의 전기화학적 산화가, 그리고 음극(환원전극 또는 공기극)에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어나며 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기에너지가 발생된다.In general, the fuel cell (FUEL CELL) is a device that directly converts the energy of the fuel into electrical energy, such a fuel cell system is usually attached to both the anode (ANODE) and the cathode (CATHODE) around the polymer electrolyte membrane At the anode (electrode or anode), electrochemical oxidation of hydrogen as a fuel, and at the cathode (reduction electrode or cathode), electrochemical reduction of oxygen as an oxidant occurs and electrical energy is generated by the movement of electrons generated at this time. .

이와 같은 연료전지에 공급되는 수소는 LNG, LPG, CH3OH, 가솔린 등의 탄화수소계(CH계열) 연료를 개질기에서 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H2)만을 정제하여 가스형태로 사용하는 PEMFC(PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL)와, 고체상태의 BH4 -를 수용액 상태로 만들어 직접 연료로 사용하는 BFC(BORON FUEL CELL) 등이 소개되고 있다.Hydrogen supplied to such a fuel cell is purified by purifying only hydrogen (H 2 ) from a hydrocarbon-based (CH-based) fuel such as LNG, LPG, CH 3 OH, and gasoline through a desulfurization process → reforming reaction → hydrogen purification process. PEMFC (PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL) used in the form, and BFC (BORON FUEL CELL) which use BH 4 - in the form of an aqueous solution and directly use it as fuel, are introduced.

종래 BFC의 개략적인 구성이 도 1에 도시되어 있는 바, 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.A schematic configuration of a conventional BFC is illustrated in FIG. 1, which will be briefly described as follows.

도시된 바와 같이, 연료전지(1)의 전체 구성은 전기를 발생하는 발전기(2)의 일측에 수용액 상태의 BH4 -를 저장하기 위한 연료탱크(3)가 구비되어 있는데, 그 연료탱크(3)와 발전기(2)의 양극에는 연료공급라인(4)과 연료회수라인(5)으로 연결되어 있으며, 그 연료공급라인(4)에는 연료를 펌핑하기 위한 연료펌프(6)가 설치되어 있다.As shown, the overall configuration of the fuel cell 1 is provided with a fuel tank 3 for storing BH 4 in an aqueous state on one side of the generator 2 that generates electricity, the fuel tank 3 The anode and the generator 2 are connected to the fuel supply line 4 and the fuel recovery line 5, and the fuel supply line 4 is provided with a fuel pump 6 for pumping fuel.

그리고, 상기 발전기(2)의 음극에는 공기공급라인(7)과 공기배출라인(8)이 설치되어 있는데, 그 공기공급라인(7)에는 발전기(2)로 공급되는 공기를 필터링하기 위한 필터(8), 공기를 펌핑하기 위한 에어 컴프레서(9), 공기를 가습하기 위한 가습기(10)가 설치되어 있다.In addition, an air supply line 7 and an air discharge line 8 are installed at the cathode of the generator 2, and a filter for filtering the air supplied to the generator 2 is provided in the air supply line 7. 8), an air compressor 9 for pumping air and a humidifier 10 for humidifying the air are provided.

또한, 상기 가습기(10)에는 물탱크(11)에 연결되는 물공급라인(12)이 연결되어 있는데, 그 물공급라인(12)에는 펌프(13)와 밸브(14)가 차례로 설치되어 있다.In addition, the humidifier 10 is connected to the water supply line 12 is connected to the water tank 11, the water supply line 12 is provided with a pump 13 and the valve 14 in sequence.

그리고, 상기 공기배출라인(8)에는 발전기(2)에서 배출되는 공기중에 포함되어 있는 물을 분리하기 위한 기액분리기(15)가 설치되어 있고, 그 기액분리기(15)에는 분리된 물을 연료탱크(3)로 공급할 수 있도록 물회수라인(16)이 설치되어 있다.In addition, the air discharge line 8 is provided with a gas-liquid separator 15 for separating the water contained in the air discharged from the generator 2, the gas-liquid separator 15 is separated into the fuel tank The water recovery line 16 is provided so that it can supply to (3).

또한, 상기 발전기(2)의 출력단에는 연료전지(1)의 발전기(2)에서 출력되는 파워(POWER)를 검출하기 위한 파워 미터(POWER METER)(17)가 설치되어 있고, 그와 같이 설치된 파워 미터(17)에서 검출된 파워값을 참고로 전체 성능을 콘트롤 하는콘트롤러(미도시)가 별도로 구비되어 있다.In addition, a power meter (POWER METER) 17 for detecting the power output from the generator 2 of the fuel cell 1 is provided at the output end of the generator 2, and the power provided as such A controller (not shown) for controlling the overall performance is provided separately with reference to the power value detected by the meter 17.

상기와 같이 구성되어 있는 종래 연료전지는 기기의 동작 스위치가 온되면 연료펌프(6)에서 연료탱크(3)에 저장되어 있는 수용액 상태의 BH4 -를 펌핑하여 연료공급라인(4)을 통하여 발전기(2)의 양극에 공급함과 동시에 에어컴프레서(9)를 동작시켜서 공기공급라인(7)을 통하여 발전기(2)의 음극으로 공기가 공급되어지는데, 그와 같이 공급되는 공기는 가습기(10)에서 충분히 가습이된 상태로 공급이 되어 진다.In the conventional fuel cell configured as described above, when the operation switch of the device is turned on, the fuel pump 6 pumps the BH 4 in the aqueous state stored in the fuel tank 3 to the generator through the fuel supply line 4. Air is supplied to the cathode of the generator 2 through the air supply line 7 by operating the air compressor 9 at the same time as supplying to the anode of (2), the air supplied in such a humidifier (10) It is supplied with sufficient humidification.

상기와 같이 발전기(2)에 공급되는 수용액 상태의 BH4 -와 공기는 발전기(2)의 양극에서는 수소의 전기화학적 산화가 진행되고, 음극에서는 산소의 전기화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기가 발생되는데, 이때 발생되는 전기를 집전판(미도시)에서 집전하여 에너지원으로 사용하게 된다.As described above, the BH 4 and the air in the aqueous solution state supplied to the generator 2 undergo the electrochemical oxidation of hydrogen at the anode of the generator 2, and the electrochemical reduction of oxygen occurs at the cathode. Electricity is generated due to the movement, and the generated electricity is collected at a current collecting plate (not shown) and used as an energy source.

이때의 반응식은The reaction formula at this time

BH4 -+ 2O2→2H2O + BO2E0= 1.64 V이다.BH 4 - + 2O a 2 → 2H 2 O + BO 2 E 0 = 1.64 V.

한편, 상기와 같이 발전기(2)의 발전에 의해 발생되는 전기는 출력되어 부하를 가동하게되는데, 그때 출력되는 파워는 파워 미터(17)에서 검출되어지고, 그와 같이 검출된 파워값은 콘트롤러(미도시)에서 설정값과 비교하여 설정값을 벗어나는 경우에는 연료펌프(6) 또는 에어 컴프레서(9)의 동작을 조정하여 설정된 파워값이 출력이되도록 조정되어 진다.On the other hand, the electricity generated by the power generation of the generator 2 as described above is output to operate the load, the power output at that time is detected by the power meter 17, the detected power value is the controller ( In the case of deviation from the set value in comparison with the set value in (not shown), the operation of the fuel pump 6 or the air compressor 9 is adjusted so that the set power value is output.

그러나, 상기와 같은 종래의 연료전지(1)에서는 가습기(10)에서 가습된 공기가 발전기(2)의 음극으로 공급되어 활발한 반응이 진행되는 동시에 발전기(2)의 전해질 막 표면에 수막이 형성되는 플러딩(FLOODING)현상이 발생되는 경우에 오히려 반응을 저해하여 성능이 저하되는데, 이와 같은 경우에는 에어 컴프레서(9)나 연료펌프(6)의 동작시켜서 공급되는 연료나 공기의 양을 조절하여도 성능이 만족할만큼 향상되지 못하는 문제점을 가지고 있었다.However, in the conventional fuel cell 1 as described above, the air humidified by the humidifier 10 is supplied to the cathode of the generator 2 so that an active reaction proceeds and a water film is formed on the surface of the electrolyte membrane of the generator 2. In the event of flooding, the performance is reduced by inhibiting the reaction. In such a case, even when the air compressor 9 or the fuel pump 6 is operated, the amount of fuel or air supplied is adjusted. This had a problem that could not be improved satisfactorily.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 발전기의 전해질 막 표면에 형성되는 수막을 제거하여 발전기의 성능이 향상되도록 하는데 적합한 연료전지의 수막제거장치 및 그 방법을 제공함에 있다.An object of the present invention devised in view of the above problems is to provide a fuel cell water film removing apparatus and method suitable for removing the water film formed on the electrolyte membrane surface of the generator to improve the performance of the generator.

도 1은 종래 연료전지의 구조를 보인 개략구성도.1 is a schematic configuration diagram showing a structure of a conventional fuel cell.

도 2는 본 발명의 수막제거장치가 구비된 연료전지의 구성도.2 is a block diagram of a fuel cell equipped with a water film removing device of the present invention.

도 3은 본 발명에서의 단위셀을 보인 종단면도.Figure 3 is a longitudinal sectional view showing a unit cell in the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

101 : 발전기 103 : 연료공급라인101: generator 103: fuel supply line

104 : 연료회수라인 107 : 공기공급라인104: fuel recovery line 107: air supply line

108 : 공기배출라인 117 : 전방측 삼방밸브108: air exhaust line 117: front three-way valve

117' : 후방측 삼방밸브 118 : 바이패스라인117 ': rear three way valve 118: bypass line

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 발전이 이루어지는 발전기의 양극의 입구부에는 연료를 공급하기 위한 연료공급라인이 연결되어 있고 출구부에는 반응하고난 후의 연료를 회수하기 위한 연료회수라인이 연결되어 있으며, 발전기의 음극의 입구부에는 공기를 공급하기 위한 공기공급라인이 연결되어 있고, 출구부에는 반응후의 공기를 배출하기 위한 공기배출라인이 연결되어 있으며, 상기 공기공급라인에는 필터, 에어 컴프레서, 가습기가 차례로 설치되어, 발전기의 내측의 양극과 음극 사이에서 전기화학적인 반응에 의해 전기가 발생이되는 연료전지에 있어서,In order to achieve the object of the present invention as described above, a fuel supply line for supplying fuel is connected to the inlet of the anode of the generator in which power generation is performed, and a fuel recovery line for recovering fuel after the reaction is connected to the outlet. The inlet of the cathode of the generator is connected to the air supply line for supplying air, the outlet is connected to the air discharge line for discharging the air after the reaction, the air supply line is a filter, air compressor In the fuel cell in which the humidifier is installed in order, the electricity is generated by the electrochemical reaction between the anode and the cathode inside the generator,

상기 가습기 전,후의 공기공급라인에는 개도를 조정할 수 있는 전,후측 삼방밸브를 설치하고, 상기 가습기를 우회하여 공기를 공급하여 발전기 내측의 음극에 형성된 수막을 제거할 수 있도록 상기 전,후방측 삼방밸브를 연결하는 바이패스 라인을 설치하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수막제거장치가 제공된다.An air supply line before and after the humidifier is provided with a front and rear three-way valve that can adjust the opening degree, and bypasses the humidifier to supply air to remove the water film formed on the negative electrode inside the generator. Provided is a water film removing apparatus for a fuel cell, which is configured by installing a bypass line connecting a valve.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 연료전지의 수막제거장치 및 그 방법을 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the embodiment of the accompanying drawings, the water film removing apparatus and method of the fuel cell of the present invention configured as described above will be described in more detail.

도 2는 본 발명의 수막제거장치가 구비된 연료전지의 구성도이다.2 is a block diagram of a fuel cell equipped with a water film removing device of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명은 수용액 상태의 BH4와 공기의 전기화학반응에 의해 발전이 이루어지는 발전기(GENERATOR)(101)와 일정거리를 두고 발전기(101)의 양극(ANODE)에 공급되는 수용액 상태의 BH4를 저장하는 연료탱크(FUEL TANK)(102)가 설치되어 있는데, 그 연료탱크(102)의 하부와 발전기(101)의 양극(ANODE) 입구부는 연료를 공급할 수 있도록 연료공급라인(103)으로 연결되어 있고, 양극(ANODE)의 출구부와 연료탱크(102)의 상부는 반응후의 연료가 회수될 수 있도록 연료회수라인(104)으로 연결되어 있으며, 그 연료공급라인(103)에는 연료탱크(102)의 연료를 펌핑하기 위한 연료펌프(105)가 설치되어 있다.As shown, the present invention is an aqueous solution state that is supplied to the anode (ANODE) of the generator 101 at a certain distance from the generator (101) in which electricity is generated by the electrochemical reaction of BH 4 and air in the aqueous state The fuel tank 102 is installed to store the BH 4 of the fuel tank 102, the lower portion of the fuel tank 102 and the anode (ANODE) inlet portion of the generator 101 to supply fuel fuel 103 Is connected to the outlet of the anode (ANODE) and the upper portion of the fuel tank 102 is connected to the fuel recovery line 104 to recover the fuel after the reaction, the fuel supply line (103) A fuel pump 105 for pumping fuel of the tank 102 is provided.

그리고, 상기 발전기(101)의 음극(CATHODE) 입구부에는 공기가 공급되어질 수 있도록 공기공급라인(107)이 설치되어 있고, 음극(CATHODE)의 출구부에는 반응하고난 후의 공기가 배출되어질 수 있도록 공기배출라인(108)이 설치되어 있는데, 그 공기공급라인(107)에는 필터(109), 에어컴프레서(AIR COMPRESSOR)(110),가습기(111)가 차례로 설치되어 있다.In addition, an air supply line 107 is installed at the inlet of the cathode 101 of the generator 101 so that air can be supplied, and the air after the reaction is discharged at the outlet of the cathode of the cathode CATHODE. An air discharge line 108 is provided, and the air supply line 107 is provided with a filter 109, an air compressor 110, and a humidifier 111.

또한, 상기 가습기(111)에는 물탱크(112)에서 물이 공급될 수 있도록 물공급라인(113)이 연결되어 있고, 그 물공급라인(113)에는 펌프(114)가 설치되어 있으며, 상기 공기배출라인(108)에는 공기중에 포함된 물을 분리하기 위한 기액분리기(115)가 설치되어 있어서 분리된 물을 물회수라인(116)을 통하여 연료탱크(102)로 회수할 수 있도록 되어 있다.In addition, the humidifier 111 is connected to the water supply line 113 so that water can be supplied from the water tank 112, the water supply line 113 is provided with a pump 114, the air The discharge line 108 is provided with a gas-liquid separator 115 for separating the water contained in the air so that the separated water can be recovered to the fuel tank 102 through the water recovery line 116.

그리고, 상기 공기공급라인(107)에 설치된 가습기(111)의 전,후측에는 개도를 조정할 수 있도록 전,후방측 삼방밸브(117)(117')가 설치되어 있고, 그 전,후방측 삼방밸브(117)(117')에 양단부가 연결됨과 아울러 가습기(111)를 우회하도록 바이패스라인(118)이 설치되어 있어서, 필요시 공기를 음극으로 직접 공급할 수 있도록 되어 있다.In addition, the front and rear three-way valves 117 and 117 'are installed at the front and rear sides of the humidifier 111 installed in the air supply line 107, and the front and rear three-way valves are installed. Both ends are connected to (117) and (117 '), and a bypass line 118 is provided to bypass the humidifier 111, so that air can be supplied directly to the cathode when necessary.

또한, 상기 발전기(101)의 출력단에는 파워를 검출하기 위한 파워미터(119)가 설치되어 있고, 그 파워미터(119)에서 검출되는 검출값을 설정값과 비교하여 성능을 조정하기 위한 콘트롤러(미도시)가 구비되어 있다.In addition, a power meter 119 is provided at the output end of the generator 101 for detecting power, and a controller for adjusting performance by comparing the detected value detected by the power meter 119 with a set value (not shown). City) is provided.

도 3은 상기 발전기(101)의 단일셀구조를 보인 것으로, 도시된 바와 같이, 전해질 막(121)의 양측에 가스를 확산시키기 위한 양극(122)과 음극(123)이 접합되어 이루어진 막-전극 접합체(MEA:MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY)(124)와, 그 막-전극 접합체(124)의 양측에 밀착되도록 조립되어 양극(122)과 음극(123)에서 연료가스 및 산소함유가스의 유로(125)를 형성하는 분리판(SEPARATOR)(126)과, 그 분리판(126)의 양측에 배치되어 양극(122)과 음극(123)의 집전극이 되는집전판(127)으로 구성되어 있다.3 shows a single cell structure of the generator 101. As shown in the drawing, a membrane electrode formed by bonding an anode 122 and a cathode 123 to diffuse gas to both sides of the electrolyte membrane 121 is illustrated. MEA (MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY) 124 and the membrane-electrode assembly 124 are assembled so as to be in close contact with each other, the flow path 125 of fuel gas and oxygen-containing gas at the anode 122 and the cathode 123. And a current collector plate 127 disposed on both sides of the separation plate 126 to form a collector electrode of the positive electrode 122 and the negative electrode 123.

상기 막-전극 접합체(124)의 전해질 막(121)은 고분자재료로 이루어진 이온교환막으로서 대표적으로 상품화된 전해질막(121)으로는 듀폰사의 Nafion막이 있으며 수소이온의 전달체 역할을 하는 동시에 산소와 수소의 접촉을 막는 역할을 하게 되고, 양극(122)과 음극(123)은 수소저장합금으로된 촉매층을 지지하는 지지체로서 다공성 탄소지(CARBON PAPER) 혹은 탄소천(CARBON CLOTH)이 전해질 막(121)의 양측에 접합된 구조로 되어 있다.The electrolyte membrane 121 of the membrane-electrode assembly 124 is an ion exchange membrane made of a polymer material. The electrolyte membrane 121 commercially available includes a Nafion membrane of DuPont, which serves as a carrier for hydrogen ions, The anode 122 and the cathode 123 serve as a support for supporting a catalyst layer made of a hydrogen storage alloy, and porous carbon paper or carbon cloth is formed on both sides of the electrolyte membrane 121. It is a structure joined to the.

상기 분리판(126)은 치밀질의 카본 플레이트로 이루어지고, 내측에는 유체가 흐르도록 복수개의 유로홈(126a)이 형성되어 있다.The separating plate 126 is made of a dense carbon plate, and a plurality of flow path grooves 126a are formed at an inner side thereof so that fluid flows.

상기 집전판(127)은 전기전도성이 우수하고, 내식성이 우수하며, 수소취성이 발생되지 않는 것이 바람직 할 것이며, 구체적으로는 티타늄, 스테인레스, 동 등 상기 요구성능이 만족되는 것이라면 어느 것이라도 좋다.It is preferable that the current collector plate 127 is excellent in electrical conductivity, excellent in corrosion resistance, and does not generate hydrogen embrittlement.

상기와 같이 구성된 본 발명의 수막제거장치가 구비된 연료전지에서는 기기의 동작스위치가 온(On)되면 연료펌프(105)에서 연료탱크(102)에 저장되어 있는 수용액 상태의 BH4를 펌핑하여 연료공급라인(103)을 통하여 발전기(101)의 양극(122)으로 공급되어 진다.In the fuel cell equipped with the water film removing apparatus of the present invention configured as described above, when the operation switch of the device is turned on, the fuel pump 105 pumps the BH 4 in the aqueous state stored in the fuel tank 102 to the fuel. It is supplied to the anode 122 of the generator 101 through the supply line 103.

그리고, 상기 에어컴프레서(110)에서는 공기공급라인(107)을 통하여 발전기(101)의 음극(123)에 공기를 공급하게 되는데, 그와 같이 공급되어지는 수용액 상태의 BH4는 전해질 막(121)을 사이에 두고 양극(122)의 외측면에 형성된유로(125)를 따라 흐르며 확산이 되고, 공기는 음극(123)의 외측면에 형성된 유로(125)를 따라 흐르며 확산이 되며, 양극(122)에서는 전기화학적인 산화가 진행되며 음극(123)에서는 전기화학적인 환원이 진행되어 전자의 이동으로 전기가 발생이되는데, 그때 발생되는 전기를 집전판(127)에서 집전하여 전원으로 이용하게 된다.In the air compressor 110, air is supplied to the cathode 123 of the generator 101 through the air supply line 107. The BH 4 in the aqueous solution state thus supplied is the electrolyte membrane 121. A gap flows along the flow path 125 formed on the outer surface of the anode 122, and air flows along the flow path 125 formed on the outer surface of the cathode 123, and diffuses the anode 122. In the electrochemical oxidation proceeds, the cathode 123 is electrochemical reduction is carried out to generate electricity by the movement of electrons, the electricity generated at that time is collected in the current collector plate 127 is used as a power source.

상기 발전기(101)에서의 발생되는 반응의 반응식은The reaction formula of the reaction generated in the generator 101 is

Anode : BH4 -+ 8OH-→BO2 -+ 6H2O + 8e-E0= 1.24 V Anode: BH 4 - + 8OH - → BO 2 - + 6H 2 O + 8e - E 0 = 1.24 V

Cathode : 2O2+ 4H2O + 8e-→BOH-E0= 0.4 V Cathode: 2O 2 + 4H 2 O + 8e - → BOH - E 0 = 0.4 V

Total : BH4 -+ 2O2→2H2O + BO2E0= 1.64 V이다.Total: BH 4 - + 2O a 2 → 2H 2 O + BO 2 E 0 = 1.64 V.

한편, 상기와 같이 발전기(101)에서 발전이 이루어질때에 파워미터(119)에서 검출되는 출력값은 콘트롤러(미도시)에서 설정값과 비교하여 설정치를 벗어나는 경우에 에어컴프레서(110) 또는 연료펌프(105)의 동작을 조정하여 공급되는 공기 또는 연료의 양을 조정하여 출력을 조절하게 된다.On the other hand, the output value detected by the power meter 119 when the power generation is generated in the generator 101 as described above is out of the set value compared to the set value in the controller (not shown), the air compressor 110 or the fuel pump ( By adjusting the operation of 105), the output is adjusted by adjusting the amount of air or fuel supplied.

또한, 상기와 같은 에어컴프레서(110)와 연료펌프(105)의 동작을 조정함에도 불구하고 출력이 정상적으로 회복되지 않는 경우에는 공기공급라인(107)에 설치된 전방측 삼방밸브(117)와 후방측 삼방밸브(117')의 개도를 조정하여 공기가 바이패스밸브(118)를 통하여 일정시간 동안 직접 발전기(101)의 음극(102)측으로 공급되도록 함으로써, 공기가 음극(102)의 유로(125) 내측을 흐르며 퍼지되어 음극(102)의 측면에 부착된 수막을 제거하게된다.In addition, when the output is not restored normally despite the operation of the air compressor 110 and the fuel pump 105 as described above, the front three-way valve 117 and the rear three-way installed in the air supply line 107. By adjusting the opening degree of the valve 117 'so that the air is directly supplied to the cathode 102 side of the generator 101 through the bypass valve 118 for a predetermined time, the air is inside the flow path 125 of the cathode 102. The water is purged to remove the water film attached to the side of the cathode 102.

상기와 같은 수막제거를 일정시간 실시한후, 다시 전,후방측 삼방밸브(117)(117')의 개도를 조정하여 공기가 가습기(111)에서 가습된 후 발전기(101)로 공급되어지게 함으로써, 기기의 발전기(101)에서 수막형성에 의한 성능저하가 발생되어도 조속한 조치가 이루어져 항상 일정한 성능을 유지하게 된다.After performing the water film removal as described above for a predetermined time, by adjusting the opening degree of the front and rear three-way valve 117 (117 ') again so that the air is humidified in the humidifier 111 is supplied to the generator 101, Even if a performance decrease due to water film formation occurs in the generator 101 of the device, prompt measures are taken to maintain constant performance at all times.

상기의 실시예에서는 파워미터(119)에서 검출되는 검출값을 설정값과 비교하여 설정값을 벗어나는 경우에 바이패스라인(118)을 통하여 수막제거동작을 하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 꼭 그에 한정하는 것은 아니고, 주기적으로 수막제거동작을 실시하여 항상 일정한 성능을 유지할 수 있도록 하는 것도 가능하다.In the above embodiment, the case where the water film removing operation is performed through the bypass line 118 when the detection value detected by the power meter 119 is out of the setting value by comparing with the setting value is described as an example. It is also possible to periodically perform the water film removal operation so as to maintain constant performance at all times.

또한, 상기의 실시예에서는 연료로 수용액 상태의 BH4 -를 사용하는 발전방식인 BFC의 경우를 예로들어 설명하였으나, 꼭 그에 한정하는 것은 아니고, 수소가스를 사용하는 발전방식인 PEMFC에서도 동일한 형태의 수막제거장치로 전체 시스템의 성능을 일정수준으로 유지할 수 있을뿐 아니라, 기타 유사 형태의 연료전지에서도 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 얼마든지 응용이 가능하다In addition, in the above embodiment, a case of BFC, which is a power generation method using BH 4 in an aqueous state as a fuel, has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the same type of PEMFC is used as the power generation method using hydrogen gas. In addition to maintaining the performance of the entire system at a certain level with the membrane removal device, it is possible to apply any number of other similar types of fuel cells without departing from the spirit and scope of the present invention.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 연료전지의 수막제거장치 및 그 방법은 공기공급라인에 설치된 가습기의 전,후측에 전,후방측 삼방밸브를 설치하고, 그 전,후측 삼방밸브에 양단부가 연결됨과 아울러 가습기를 우회하는 바이패스라인을 설치하여, 발전기의 출력단에 설치된 파워미터에서 검출된 검출값이 기준값을 벗어나는 경우에 전,후측 삼방밸브의 개도를 조정하고 바이패스라인을 통하여 공기가 직접 발전기의 내부로 공급되어 일정시간 동안 퍼지되도록 함으로써, 발전기의 음극에 형성되는 수막이 제거되게 되어 기기의 발전성능이 항상 일정수준으로 유지되어지는 효과가 있다.As described above in detail, the water film removing device and method of the fuel cell of the present invention are provided with front and rear three-way valves at the front and rear of the humidifier installed in the air supply line, and both ends are provided at the front and rear three-way valves. By connecting a bypass line that bypasses the humidifier, if the detected value detected by the power meter installed at the output of the generator is out of the standard value, the opening and closing of the three-way valve is adjusted. By being supplied to the inside of the generator to be purged for a predetermined time, the water film formed on the negative electrode of the generator is removed, so that the power generation performance of the device is always maintained at a constant level.

Claims (5)

발전이 이루어지는 발전기의 양극의 입구부에는 연료를 공급하기 위한 연료공급라인이 연결되어 있고 출구부에는 반응하고난 후의 연료를 회수하기 위한 연료회수라인이 연결되어 있으며, 발전기의 음극의 입구부에는 공기를 공급하기 위한 공기공급라인이 연결되어 있고, 출구부에는 반응후의 공기를 배출하기 위한 공기배출라인이 연결되어 있으며, 상기 공기공급라인에는 필터, 에어 컴프레서, 가습기가 차례로 설치되어, 발전기의 내측의 양극과 음극 사이에서 전기화학적인 반응에 의해 전기가 발생이되는 연료전지에 있어서,A fuel supply line for supplying fuel is connected to the inlet of the anode of the generator where power generation takes place, and a fuel recovery line for recovering fuel after the reaction is connected to the outlet of the generator. The air supply line for supplying the air is connected, and the outlet part is connected with the air exhaust line for discharging the air after the reaction, and the filter, the air compressor, the humidifier are installed in the air supply line in order, In a fuel cell in which electricity is generated by an electrochemical reaction between an anode and a cathode, 상기 가습기 전,후방측의 공기공급라인에는 개도를 조정할 수 있는 전,후방측 삼방밸브를 설치하고, 상기 가습기를 우회하여 공기를 공급하여 발전기 내측의 음극에 형성된 수막을 제거할 수 있도록 상기 전방측 삼방밸브와 후방측 삼방밸브에 양단부가 연결되는 바이패스 라인을 설치하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수막제거장치.The front and rear three-way valves for adjusting the opening degree are installed in the air supply lines before and behind the humidifier, and the air is supplied by bypassing the humidifier to remove the water film formed on the cathode inside the generator. A water film removing device of a fuel cell, characterized in that the bypass line is connected to both ends of the three-way valve and the rear three-way valve is installed. 제 1항에 있어서, 상기 발전기는 수용액 상태의 BH4 -를 연료로 이용하는 BFC방식의 발전기인 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능조절장치.The apparatus of claim 1, wherein the generator is a BFC generator using BH 4 in an aqueous solution as a fuel. 제 1항에 있어서, 상기 발전기는 수소가스를 연료로 이용하는 PEMFC방식의발전기인 것을 특징으로 하는 연료전지의 성능조절장치.The apparatus of claim 1, wherein the generator is a PEMFC generator using hydrogen gas as a fuel. 발전이 이루어지는 발전기의 양극에는 연료공급라인을 통하여 연료가 공급이되고, 발전기의 음극에는 가습기에서 가습된 공기가 공기공급라인을 통하여 공급이 되며, 상기 발전기의 내측에서 전해질 막을 사이에 두고 양극과 음극에 공급된 연료와 가습된 공기의 전기화학적인 반응에 의해 전기가 발생이되는 연료전지에 있어서,Fuel is supplied to the anode of the generator through the fuel supply line, and humidified air from the humidifier is supplied through the air supply line to the anode of the generator, and the anode and the cathode are interposed between the electrolyte membrane inside the generator. In a fuel cell in which electricity is generated by the electrochemical reaction of the fuel supplied to the humidified air, 상기 발전기의 출력상태를 검출하여 검출값이 설정값 이하인 경우에는 가습기를 우회하도록 설치된 바이패스라인을 통하여 음극의 유로 내측에 공기를 직접 공급하여 음극 표면에 부착된 수막을 제거함으로써 항상 일정성능이 유지되도록 하는 연료전지의 수막제거방법.When the output state of the generator is detected and the detected value is less than or equal to the set value, constant performance is always maintained by directly supplying air to the inside of the flow path of the cathode through a bypass line provided to bypass the humidifier to remove the water film attached to the surface of the cathode. Method of removing water film of fuel cell. 제 4항에 있어서, 상기 발전기의 출력상태의 검출의 발전기의 출력단에 설치된 파워미터에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수막제거방법.5. The method of removing water film of a fuel cell according to claim 4, wherein the fuel cell is formed by a power meter provided at an output end of the generator for detecting the output state of the generator.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100645557B1 (en) * 2004-10-05 2006-11-15 현대자동차주식회사 System for recovering the cathode flooding for pem fuel cell and method for the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0547394A (en) * 1991-08-08 1993-02-26 Fuji Electric Co Ltd Solid polymer electrolyte fuel cell and operating method thereof
JPH1064569A (en) * 1996-08-26 1998-03-06 Fuji Electric Co Ltd Solid polyelectrolyte type fuel cell
US6015634A (en) * 1998-05-19 2000-01-18 International Fuel Cells System and method of water management in the operation of a fuel cell
KR100439814B1 (en) * 2001-12-08 2004-07-12 현대자동차주식회사 Apparatus and method for operation of a polymer electrolyte membrane fuel cell below the freezing temperature of water

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0547394A (en) * 1991-08-08 1993-02-26 Fuji Electric Co Ltd Solid polymer electrolyte fuel cell and operating method thereof
JPH1064569A (en) * 1996-08-26 1998-03-06 Fuji Electric Co Ltd Solid polyelectrolyte type fuel cell
US6015634A (en) * 1998-05-19 2000-01-18 International Fuel Cells System and method of water management in the operation of a fuel cell
KR100439814B1 (en) * 2001-12-08 2004-07-12 현대자동차주식회사 Apparatus and method for operation of a polymer electrolyte membrane fuel cell below the freezing temperature of water

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100645557B1 (en) * 2004-10-05 2006-11-15 현대자동차주식회사 System for recovering the cathode flooding for pem fuel cell and method for the same

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