KR200238269Y1 - Pressurized fuel cell - Google Patents
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Abstract
본 고안은 연료전지 본체의 외부에 가압 장치를 설치하고 연료전지 본체에 질소를 공급하여 1∼5kg/cm2의 압력을 부여함으로써 연료전지의 성능을 향상시킨 가압형 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a pressurized fuel cell in which a pressurizing device is installed outside the fuel cell main body and nitrogen is supplied to the fuel cell main body to impart a pressure of 1 to 5 kg / cm 2 .
본 고안의 가압형 연료전지는, 압력용기(300) 내에 장착된 상태에서 외부로부터 반응가스를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지 본체(100)와, 수소와 산소 그리고 압축공기 및 질소 공급을 위한 각 저장 탱크(210)(220)(230)(240)와 상기 각 가스를 연료전지 본체(100)와 압력용기(300)로 공급하고 배출하기 위한 가스 공급배관(MP1)(MP2)(NP1) 및 배출 배관(DP1)(DP2)(DP3)으로 이루어지는 가스 공급 시스템(200)과, 내부에 장착되는 연료전지 본체(100)에 압력을 가해주기 위한 금속제의 원통형 용기로서 상부 캡(310)과 하부 용기(320)로 구성되며 가스 공급배관(MP1)(MP2)(NP1)과 배출 배관(DP1)(DP2)(DP3)이 하부 용기(320)를 관통하여 연료전지 본체(100)에 연결되거나 하부 용기에 직접 연결되는 압력용기(300)와, 마이크로 프로세서 내지는 컴퓨터로 구성되며 각 배관 및 연료전지에 연결되는 각종 센서에 연결되어 연료전지 본체(100)의 반응과 압력용기(300)의 압력을 제어하는 제어부(400)로 구성된다.In the pressurized fuel cell of the present invention, the fuel cell main body 100 generates electricity by receiving a reaction gas from the outside in a state in which it is mounted in the pressure vessel 300, and each of hydrogen and oxygen and compressed air and nitrogen for supply. A gas supply pipe (MP1) (MP2) (NP1) for supplying and discharging the storage tanks 210, 220, 230, 240, and the respective gases to the fuel cell body 100 and the pressure vessel 300; The upper cap 310 and the lower vessel as a cylindrical cylinder made of metal for applying pressure to the gas supply system 200 formed of the discharge pipes DP1, DP2 and DP3, and the fuel cell main body 100 mounted therein. And a gas supply pipe MP1, MP2, NP1, and discharge pipe DP1, DP2, DP3 are connected to the fuel cell body 100 through the lower container 320, or are connected to the lower container. It consists of a pressure vessel 300 connected directly to a microprocessor or a computer and connected to each pipe and fuel cell. Is coupled to each sensor consists of a controller 400 for controlling the pressure of the reaction and the pressure vessel 300 of the fuel cell main body 100.
본 고안의 가압형 연료전지는 그 구조가 간단하면서도 연료전지 본체의 성능 향상에 필요한 가압 조건을 손쉽게 조절할 수 있기 때문에, 향후 연료전지의 실용화와 성능 향상에 많은 도움이 도움이 될 것으로 기대된다.Since the pressurized fuel cell of the present invention has a simple structure and can easily adjust the pressurization conditions necessary for improving the performance of the fuel cell body, it is expected that the pressurized fuel cell will be useful for the practical use and improvement of the performance of the fuel cell in the future.
Description
본 고안은 연료전지에 관한 것으로, 더 자세하게는 연료전지 본체의 외부에 가압 장치를 설치하고 질소 가스를 공급하여 가압 장치내에 장착된 연료전지 본체에 1∼5kg/cm2의 압력을 부여할 수 있도록 하여 연료전지의 성능을 향상시킨 가압형 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to install a pressurizing device outside the fuel cell body and supply nitrogen gas so that a pressure of 1 to 5 kg / cm 2 can be applied to the fuel cell body mounted in the pressurizing device. The present invention relates to a pressurized fuel cell having improved performance of a fuel cell.
연료전지란 연료의 산화로 인해 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 전지로서, 산화·환원반응을 이용한다는 점에 있어서는 보통의 화학전지와 동일하나, 폐쇄계 내에서 전지 반응을 하는 화학전지와는 달리, 반응물이 연속적으로 외부로부터 공급되면서 반응 생성물은 연속적으로 계외로 제거되는 하나의 발전 장치 역할을 수행한다A fuel cell is a battery that directly converts chemical energy generated by oxidation of a fuel into electrical energy. It is the same as a conventional chemical cell in that it uses an oxidation / reduction reaction, but it is different from a chemical cell that reacts in a closed system. Alternatively, the reaction product acts as a power generation device in which the reaction product is continuously removed out of the system while the reactants are continuously supplied from the outside.
가장 대표적인 것으로는, 제미니 및 아폴로 우주선에도 사용된 수소―산소 연료전지가 있으며, 이러한 연료전지들은 모두 알칼리 수용액을 전해질로 이용하고 순수한 수소와 산소를 반응물로 사용하였다.Most notably, there are hydrogen-oxygen fuel cells used in Gemini and Apollo spacecraft, all of which use alkaline aqueous solutions as electrolytes and pure hydrogen and oxygen as reactants.
상기와 같이 알칼리 전해질을 사용하는 연료전지를 제 1세대, 귀금속 촉매를 사용하지 않은 고온형의 용융탄산염 연료전지를 제2세대, 그리고 보다 높은 효율로발전 가능한 고체 전해질 연료전지를 제3세대의 연료전지라 하며, 현재 가장 실용화에 가까운 것은 제1세대 연료전지로서 인산 전해질을 사용하는 인산형 연료전지이다.As described above, the fuel cell using the alkaline electrolyte is the first generation, the high temperature molten carbonate fuel cell without the noble metal catalyst is the second generation, and the solid electrolyte fuel cell capable of generating higher efficiency is the third generation. It is called a battery, and the closest practical use is a phosphate fuel cell using a phosphate electrolyte as a first generation fuel cell.
상기의 연료전지는 화석 연료를 개질시킨 수소를 주성분으로 하는 수소 가스와 공기 속의 산소를 이용한 수소―공기 연료전지로서, 에너지 변환 효율이 우수하고 공해 요인이 전무하며 기존의 화력발전 등을 대체할 수 있기 때문에 실용화를 위한 개발 연구가 급속히 진행되고 있다.The fuel cell is a hydrogen-air fuel cell using hydrogen gas mainly containing hydrogen reformed fossil fuel and oxygen in the air, and has excellent energy conversion efficiency, no pollution factor, and can replace conventional thermal power generation. Therefore, development research for commercialization is rapidly progressing.
그러나, 연료전지를 상기와 같이 실용화하기 위해서는 연료전지를 대용량화시키고 연료전지의 성능을 향상시키는 선이 필요하며, 이를 위해서는 연료전지의 작동 압력을 높이는 것이 바람직하다고 보고되고 있으나, 연료전지의 작동 압력을 증가시키면 연료전지의 성능 향상과 함께 부대설비비가 증가하여 연료전지의 발전시스템 가격이 상승된다고 알려져 있다.However, in order to use the fuel cell as described above, it is necessary to increase the capacity of the fuel cell and to improve the performance of the fuel cell. For this purpose, it is reported that it is desirable to increase the operating pressure of the fuel cell. Increasing the fuel cell performance is known to increase the cost of power generation system of the fuel cell by increasing the cost of auxiliary equipment.
그리고, 연료전지의 작동 압력 증가에 따른 전체 시스템에 대한 경제성과 연료전지의 성능 향상분을 비교해 보면 적정한 용량 이상에서는 충분한 경제성이 있다고 보고되고 있는 바, 연료전지의 성능을 높이기 위하여 반응가스의 압력을 상승시키는 노력이 진행되어 왔다.In addition, when comparing the economic performance of the entire system with the increase of the operating pressure of the fuel cell and the performance improvement of the fuel cell, it is reported that the economic efficiency is sufficient at an appropriate capacity or higher. Therefore, the pressure of the reaction gas is increased to increase the performance of the fuel cell. Efforts have been underway.
연료전지의 성능은 반응가스의 압력이 증가함에 따라 증가하나, 가스의 압력을 증가시키기 위해 소요되는 부대설비가 증가하게 되기 때문에 연료전지에 부여되는 압력을 일정치 이상으로 증가시키게 되면 발전시스템의 전체 효율이 감소하게 된다.The performance of the fuel cell increases as the pressure of the reaction gas increases, but the additional equipment required to increase the pressure of the gas increases, so if the pressure applied to the fuel cell increases above a certain value, the overall power generation system is increased. The efficiency is reduced.
따라서, 발전시스템의 효율을 고려할 경우 약 250kW급의 연료전지 발전시스템에서는 2∼5기압 사이가 적절한 것으로 평가되나, 최적의 연료전지 작동 기압은 연료전지 발전시스템의 용량에 따라 변화된다고 알려져 있다.Therefore, considering the efficiency of the power generation system, the fuel cell power generation system of about 250 kW is estimated to be suitable between 2 to 5 atmospheres, but the optimum fuel cell operating pressure is known to change according to the capacity of the fuel cell power generation system.
일반적으로 연료전지의 작동 온도가 170∼220℃, 작동 압력이 1∼10kg/cm2일 경우, 개회로 조건에서 얻을 수 있는 연료전지의 전압 향상치(voltage gane)는 다음의 식 1로 표현된다.In general, when the operating temperature of the fuel cell is 170 to 220 ° C. and the operating pressure is 1 to 10 kg / cm 2 , the voltage gane of the fuel cell obtained under the open circuit condition is expressed by the following equation (1). .
그리고, 벤자민(Benjamin) 등은 190℃, 323mA/cm2하에서 다음 식 2와 같이 표현하였다.Benjamin, etc., was expressed as in Equation 2 below at 190 ° C. and 323 mA / cm 2 .
이때, 상기 두 식에서, R은 기체상수 8.314J/mol·k, T는 절대온도, F는 파라데이 상수, P1과 P2는 연료전지의 각 가동 압력이다.Where R is a gas constant of 8.314 J / mol · k, T is an absolute temperature, F is a Faraday constant, and P 1 and P 2 are the operating pressures of the fuel cell.
상기 두 식으로부터 연료전지의 전압은 가동 압력에 따라 상승됨을 알 수 있으나, 실질적으로 연료전지의 활성화 영역을 제외하고는 농도과전압 영역이 나타나기 때문에 압력과 전압 사이의 정확한 관계식을 정의 할 수가 없으며, 상기의 두 식은 실험치와 이론적인 모델에 근거한 근사식이다.From the above two equations, it can be seen that the voltage of the fuel cell is increased according to the operating pressure. However, since the concentration and voltage regions appear substantially except the activation region of the fuel cell, an exact relation between the pressure and the voltage cannot be defined. Are two approximations based on experimental and theoretical models.
즉, 연료전지의 성능을 향상시키기 위해서는 연료전지의 가동 압력을 상승시켜야 한다는 것이 알려져는 있으나, 현재로는 실험실적인 단계로서 가압에 따른 연료전지의 특성과 최적의 가압 설비에 대한 연구가 진행되고 있을 뿐이다.In other words, in order to improve the performance of the fuel cell, it is known that the operating pressure of the fuel cell should be increased, but at present, as a laboratory step, studies on the characteristics of the fuel cell and the optimum pressurization facility according to the pressurization have been conducted. It is only.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안은 종래 일반적인 연료전지의 성능을 향상시키기 위한 것으로, 연료전지에 적절한 가압 조건을 부여할 수 있는 가압설비를 연료전지에 결합시켜 발전 성능이 우수한 가압형 연료전지를 제공함에 본 고안의 목적이 있다.As described above, the present invention is to improve the performance of a conventional general fuel cell, and provides a pressurized fuel cell having excellent power generation performance by combining a pressurization facility capable of giving an appropriate pressurization condition to a fuel cell. There is a purpose of the present invention.
도 1은 본 고안 가압형 연료전지의 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram of the present invention pressurized fuel cell.
도 2는 본 고안 일시시예 가압형 연료전지를 구성하는 연료전지 본체와 압력용기의 개략적인 분해 사시도.Figure 2 is a schematic exploded perspective view of the fuel cell body and the pressure vessel constituting the instantaneous pressurized fuel cell of the present invention.
도 3은 본 고안 일시시예 가압형 연료전지의 가동 온도별 압력 변화에 따른 성능 변화를 보인 것으로,Figure 3 shows the performance change according to the pressure change for each operating temperature of the instantaneous pressurized fuel cell of the present invention,
(가)는 160℃에서의 성능 변화 그래프이고,(A) is the performance change graph at 160 ℃,
(나)는 180℃에서의 성능 변화 그래프이며,(B) is a graph of performance change at 180 ° C,
(다)는 200℃에서의 성능 변화 그래프이고,(C) is a graph of performance change at 200 ℃,
(라)는 220℃에서의 성능 변화 그래프이다.(D) is a graph of performance change at 220 ° C.
((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))((Explanation of symbols for main part of drawing))
100. 연료전지 본체 200. 가스 공급 시스템100. Fuel cell body 200. Gas supply system
210. 수소 가스 저장 탱크 220. 산소 가스 저장 탱크210. Hydrogen Gas Storage Tank 220. Oxygen Gas Storage Tank
230. 압축공기 저장 탱크 240. 질소 가스 저장 탱크230. Compressed air storage tank 240. Nitrogen gas storage tank
300. 압력용기 310. 상부 캡300. Pressure Vessel 310. Upper Cap
320. 하부 용기 400. 제어부320. Lower Container 400. Control Unit
본 고안의 상기 목적은 내부에 연료전지가 장착되며 상하로 분리 가능한 압력용기와 압력용기 내부의 압력을 조절하기 위한 제어부에 의하여 달성된다.The above object of the present invention is achieved by a control unit for adjusting the pressure inside the pressure vessel and the pressure vessel is mounted inside and inside the fuel cell.
본 고안의 가압형 연료전지는 연료전지 본체와, 가스 공급 시스템과, 압력용기와, 제어부로 구성되며, 상기 각 구성부를 살펴보면 다음과 같다.The pressurized fuel cell of the present invention includes a fuel cell main body, a gas supply system, a pressure vessel, and a control unit.
연료전지 본체는 연료전지로서, 압력용기 내에 장착되고 상기 가스 공급 시스템으로부터 반응가스인 수소와 산소를 공급받아 화학반응을 전기에너지로 변환하는 역할을 한다.The fuel cell main body is a fuel cell, which is mounted in a pressure vessel and receives hydrogen and oxygen, which are reaction gases, from the gas supply system to convert chemical reactions into electrical energy.
가스 공급 시스템은, 수소 가스와 산소 가스 및 압축공기의 반응가스 공급과, 연료전지의 가동 전후 가스공급 배관과 연료전지의 퍼징(purging) 및 압력용기 내부의 압력 조절용 질소 가스를 공급하고 배출하는 역할을 하며, 제어부가 연료전지의 가동 상태를 파악하고 각 가스의 공급 압력 및 배출 압력과 공급량을 조절할 수 있도록 가스 공급 및 배출 배관에는 압력, 온도, 유량 센서 등이 설치되어 제어부로 연결된다.The gas supply system supplies the reactive gas of hydrogen gas, oxygen gas and compressed air, and supplies and discharges nitrogen gas for purging the fuel cell and purging the fuel cell and pressure inside the pressure vessel before and after operation of the fuel cell. In order to control the operation state of the fuel cell and to adjust the supply pressure, discharge pressure and supply amount of each gas, a pressure, temperature, flow sensor, etc. are installed in the gas supply and discharge pipes and are connected to the control unit.
압력용기는 연료전지 본체를 외부와의 접촉을 차단시키고 연료전지 본체에 적절한 압력을 부여하기 위한 장치로서, 금속 재질로 만들어지고 상하로 분리되며, 용기 내부의 압력을 5kg/cm2까지 상승시키기 위한 질소 공급 및 배출 배관이 연결되고, 반응 가스 배관은 압력용기를 관통하여 연료전지 본체에 연결된다.The pressure vessel is a device for blocking the fuel cell body from contact with the outside and applying proper pressure to the fuel cell body. The pressure vessel is made of a metal material and is separated up and down, and is used to increase the pressure inside the container to 5 kg / cm 2 . The nitrogen supply and discharge piping is connected, and the reaction gas piping is connected to the fuel cell body through the pressure vessel.
제어부는 마이크로 프로세서 내지는 컴퓨터로 구성되며, 가스 공급 시스템과 압력용기 및 연료전지에 연결된 각종 센서로부터 신호를 전송받아 연료전지의 반응과 압력 용기의 압력 및 반응가스의 유량을 제어하는 역할을 한다.The control unit is composed of a microprocessor or a computer, and receives signals from various sensors connected to the gas supply system, the pressure vessel, and the fuel cell to control the reaction of the fuel cell, the pressure of the pressure vessel, and the flow rate of the reaction gas.
상기 본 고안의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 고안의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.The details of the purpose and technical effects of the present invention, including the effect thereof, will be clearly understood by the following description with reference to the drawings showing the preferred embodiments of the present invention.
도 1은 본 고안 일실시예 가압형 연료전지의 구성도로서, 편의상 연료전지 본체와 압력용기를 분리하여 도시하였으며, 도 2에 상기 가압형 연료전지의 분해사시도를 도시하였다.1 is a configuration diagram of a pressurized fuel cell according to an embodiment of the present invention. For convenience, the fuel cell body and the pressure vessel are shown separately, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the pressurized fuel cell.
도시된 바와 같이, 본 고안의 연료전지는 연료전지 본체(100)와, 가스 공급 시스템(200)과, 압력용기(300)와, 제어부(400)로 구성된다.As shown, the fuel cell of the present invention is composed of the fuel cell body 100, the gas supply system 200, the pressure vessel 300, and the control unit 400.
상기 연료전지 본체(100)는 압력용기(300) 내에 장착되며, 압력용기(300) 외부에 있는 수소 가스, 산소 가스, 압축공기 및 질소 가스 탱크와 열결되어 화학반응을 일으켜 전기를 생산하게 된다.The fuel cell body 100 is mounted in the pressure vessel 300, and is thermally coupled with a hydrogen gas, oxygen gas, compressed air, and nitrogen gas tanks outside the pressure vessel 300 to generate a chemical reaction to generate electricity.
가스 공급 시스템(200)은 수소 가스, 산소 가스, 압축공기 및 질소 가스 공급을 위한 각 가스 저장 탱크(210)(220)(230)(240)와 연결 배관으로 구성되며, 연결 배관은 연료전지 본체(100)와 압력용기(300) 내부로 반응가스인 수소 및 산소와 압력 조절용 가스인 질소를 각각 공급하는 공급배관(MP1)(MP2)(NP1)과 연료전지 본체(100)와 압력용기(300) 내부로부터 반응이 완료된 가스와 압력 조절용 가스를 각각 배출시키기 위한 배출 배관(DP1)(DP2)(DP3)으로 이루어지고, 상기 반응가스 공급배관(MP1)(MP2)의 하나(MP1)는 수소 저장 탱크(110)에 연결된 수소 배관(HP)과 질소 저장 탱크(140)에 연결된 질소 배관(NP)의 분기 배관(NP3)이 합류된 배관이며, 다른 하나(MP2)는 산소 및 압축공기 탱크(120)(130)에 각각 연결된 산소배관(OP)과 공기배관(AP)의 합류배관(OAP)이 또 다른 질소분기 배관(NP2)과 합류된 배관이다.Gas supply system 200 is composed of each of the gas storage tank 210, 220, 230, 240 and the connection pipe for supplying hydrogen gas, oxygen gas, compressed air and nitrogen gas, the connection pipe is the fuel cell body Supply pipe (MP1) (MP2) (NP1) and the fuel cell body 100 and the pressure vessel (300) for supplying the reaction gas hydrogen and oxygen and the nitrogen for pressure control gas, respectively, into the 100 and the pressure vessel 300; A discharge pipe (DP1) (DP2) (DP3) for discharging the gas and the pressure control gas from the reaction complete from the inside, one of the reaction gas supply pipe (MP1) (MP2) (MP1) is hydrogen storage The hydrogen pipe HP connected to the tank 110 and the branch pipe NP3 of the nitrogen pipe NP connected to the nitrogen storage tank 140 are joined to each other, and the other MP2 is an oxygen and compressed air tank 120. The condensation pipe (OAP) of the oxygen pipe (OP) and the air pipe (AP) respectively connected to the 130 is connected to another nitrogen branch pipe (NP2) and Joined piping.
그리고, 각 공급배관(MP1)(MP2)(NP1)과 배출 배관(DP1)(DP2)(DP3)에는 각 가스의 압력을 측정하기위한 압력계(PS)가 설치되고, 반응가스의 공급배관(MP1)(MP2)에는 유량계(MFC)가 각각 부착되며, 두 반응가스의 과다한 압력차에 의한 반응가스의 크로스 오우버(cross-over)를 방지하기 위하여 압력차 측정 센서(DP) 센서가 상기 공급배관(MP1)(MP2)에 공유 설치된다.In addition, a pressure gauge PS for measuring the pressure of each gas is provided in each of the supply pipes MP1, MP2, NP1, and discharge pipes DP1, DP2, DP3, and the supply pipe MP1 of the reaction gas. (MP2) is attached to each of the flow meter (MFC), the pressure difference measuring sensor (DP) sensor is connected to the supply pipe in order to prevent cross-over of the reaction gas due to the excessive pressure difference between the two reaction gases It is shared and installed in (MP1) (MP2).
압력용기(300)는 그 내부에 연료전지 본체(100)가 장착되는 스테인레스와 같은 금속제의 원통형 용기로서 상부 캡(310)과 하부 용기(320)로 구성되며, 상부 캡(310)과 하부 용기(320)의 일측단부 각각에는 상기 두 부분을 결합시키기 위한 플렌지(310A)(320A)가 각각 구비되며, 각 플렌지(310A)(320A)에는 두 플렌지를 밀봉 게스켓(도면 미도시)이 개재된 상태에서 상호 밀착결합시키기 위한 볼트 구멍(H)이 형성되어 있다. 그리고, 반응가스 공급배관(MP1)(MP2)과 배출 배관(DP1)(DP2)(DP3)은 하부 용기(320)를 관통하여 연료전지 본체로 연결되고 질소 가스 배관은 하부 용기에 연결된다. 이때, 상부 캡(310)과 하부 용기(320)의 연결부인 두 플렌지(310A)(320A) 및 압력용기(300)의 하부 용기(320)와 각 배관들과의 결합부는 완전히 밀봉되도록 하여야 한다.The pressure vessel 300 is a cylindrical container made of metal such as stainless steel in which the fuel cell main body 100 is mounted, and includes the upper cap 310 and the lower container 320, and the upper cap 310 and the lower container ( Each side end of the 320 is provided with flanges 310A and 320A for coupling the two portions, respectively, and each flange 310A and 320A is provided with two flanges sealing gaskets (not shown). Bolt holes (H) for tightly coupling to each other are formed in the. Then, the reaction gas supply pipe (MP1) (MP2) and the discharge pipe (DP1) (DP2) (DP3) is connected to the fuel cell body through the lower container 320, the nitrogen gas pipe is connected to the lower container. At this time, the coupling portion between the two flanges 310A and 320A, which are the connection parts of the upper cap 310 and the lower container 320, and the lower container 320 and the respective pipes of the pressure vessel 300, must be completely sealed.
제어부(400)는 각종 센서의 신호가 입력되고 제어 신호가 출력되는 신호변환기(410)가 구비된 마이크로 프로세서 내지는 컴퓨터로 구성되며, 각 배관 및 연료전지에 연결되는 압력, 온도, 전류, 전압 등의 각종 센서에 연결되어 연료전지 본체(100)의 반응과 압력용기(300)의 압력을 제어하는 역할을 한다.The control unit 400 is composed of a microprocessor or a computer equipped with a signal converter 410 for inputting signals from various sensors and outputting control signals, and includes a pressure, temperature, current, voltage, etc. connected to each pipe and fuel cell. It is connected to various sensors to control the reaction of the fuel cell body 100 and the pressure of the pressure vessel 300.
상기와 같이 구성되는 본 고안 실시예 가압형 연료전지의 특성을 살펴보기위하여 0∼5kg/cm2범위의 압력조건 하에서 온도별 전지의 성능을 시험하였으며, 도 3 내지 6에 운전온도 160∼220℃ 사이에서의 각 압력 조건별 성능 시험 결과를 도시하였다.In order to examine the characteristics of the present invention embodiment pressurized fuel cell configured as described above was tested the performance of the battery for each temperature under a pressure condition in the range of 0 ~ 5kg / cm 2 , the operating temperature 160 ~ 220 ℃ in Figures 3 to 6 The performance test result for each pressure condition in between is shown.
이때, 수소 및 산소 가스의 유량은 각각 1.17 l/min, 3.51 l/min이었으며, 연료극에는 10%Pt/C을, 공기극에는 20%Pt/C 전극에 SiC메트릭스를 코팅하여 사용하였고, 사용된 전극의 크기는 10 ×10cm2이었다.At this time, the flow rates of hydrogen and oxygen gas were 1.17 l / min and 3.51 l / min, respectively, and 10% Pt / C was used for the anode, and SiC matrix was coated on the 20% Pt / C electrode for the cathode. The size was 10 × 10 cm 2 .
도시된 바와 같이, 160℃에서 측정된 본 고안 실시예 연료전지는 300mA/cm2의 전류밀도에서 최저 압력과 최고 압력시 얻을 수 있는 전압의 차는 0.12V 정도로서, 온도가 증가함에 따라 비슷한 경향을 보여주고 있다.As shown in the drawing, the fuel cell of the present invention measured at 160 ° C. has a similar tendency as the temperature increases as the difference between the lowest pressure and the highest voltage at a current density of 300 mA / cm 2 is about 0.12 V. Giving.
압력에 따른 전지 성능의 증가율은 1kg/cm2일 때 가장 크게 나타났으며, 압력의 증가에 따라 전지 성능의 증가율은 감소하였다. 이는 압력 증가량에 따른 성능 변화가 로그함수적으로 나타나기 때문이며, 압력 증가에 따른 적절한 전지 성능의 상승과 가압에 소요되는 비용을 고려하여 시스템을 구축하여야 함을 의미한다.The increase rate of the battery performance according to the pressure was the greatest when 1kg / cm 2 , the increase rate of the battery performance was decreased with the increase in pressure. This is because the change in performance according to the increase in pressure appears logarithmically, which means that the system should be constructed in consideration of the cost of increasing the proper cell performance and the pressure of increasing the pressure.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안의 가압형 연료전지는 그 구조가 간단하면서도 연료전지 본체의 성능 향상에 필요한 가압 조건을 손쉽게 조절할 수 있기 때문에, 향후 연료전지의 실용화와 성능 향상에 많은 도움이 도움이 될 것으로 기대된다.As described above, the pressurized fuel cell of the present invention has a simple structure and can easily adjust the pressurization conditions necessary for improving the performance of the fuel cell body. It is expected to be.
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