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연료 전지는 기본적으로 두 개의 전극과 그 사이에 전해질 막이 있는 스택으로 구성됩니다. 고분자 전해질 연료 전지(PEMFC)에서는 전해질이 높은 이온(양성자) 전도도를 유지하고 최적의 성능을 발휘하기 위해 수화 상태에 있어야 합니다. 이러한 연료 전지의 가습은 필수적입니다. 이는 자동차 응용 분야에서 사용되는 전형적인 공정입니다.

애플리케이션 요구 사항

사용자는 정확한 가스 유량을 설정하고 추가로 연료 전지 양쪽에 가스 흐름을 제어된 방식으로 가습(기화)할 수 있는 솔루션이 필요했습니다. 연료 전지 응용에서는 가스 및 수분이 포함된 유량 등 많은 입력 파라메타 정보를 분석하기 위해서 저유량 및 광범위한 유량대의 측정이 필수적이며, 또한 빠른 응답의 가스 유량 제어/변경의 동작이 필요합니다.

重要主題

01

유량 변경에 따른 빠른 응답성

02

작은 유량대 에서도 일정한 가습 생성

03

유체의 정확한 측정 및 제어

04

입력 매개변수에 대한 높은 신뢰성

프로세스 솔루션

브롱호스트 솔루션은 기본적으로 연료 전지에 공급되는 제어된 수증기 흐름을 생성하는 온도 제어 혼합 및 기화 장치(Controlled Evaporation Mixing)로 구성됩니다. 수소와

산소(또는 공기)는 수증기 흐름의 운반 가스(캐리어 가스)로 작용합니다. 이 CEM 시스템에서는 EL-FLOW Select  또는 EL-FLOW Prestige 열 질량 유량 컨트롤러가 수소, 산소/공기의 가스 유량을 제어하고, mini CORI-FLOW 또는 LIQUI-FLOW 액체 유량 컨트롤러가 물 유량을 공급합니다. 각 제어 장치의 흐름은 증기/가스 혼합물이 생성되는 CEM 장치로 유입됩니다.

연료 전지 테스트 벤치에서 수행되는 연구 개발의 목표는 개별 구성 요소(전해질 막, 스택 개수)와 연료 전지의 공정 조건을 최적화하는 것입니다. 수소, 산소, 공기 및 물의 흐름과 그 비율은 매개변수이며 셀 전압과 전류 형태로 연료 전지의 성능이 출력 매개 변수로 측정됩니다. 일반적으로 고려해야 할 질문들은 다음과 같습니다; 수소나 공기가 과다하게 공급되면 어떻게 되나요? 수분 정도가 어떤 영향을 미치나요? 다른 유형의 막(membrane)역할은 무엇인가요?

Flow scheme

EL-FLOW Select 또는 EL-FLOW Prestige 제품의 가스 유량은 특정 용도에 맞게 교정됩니다. 가능한 낮은 차압이면서 높은 정확도가 요구되기 때문에 이러한 열 질량 유량계는 이 공정에 적합합니다. 수증기 공급과 관련하여 CEM의 혼합 제어 밸브를 사용하므로 매우 높은 수준의 제어 안정성을 제공합니다.

이 응용에서는 스택 연구를 위해 연료 전지에 공급되는 일반적인 물의 유량 범위는 100…1000g/h이며, 5…95%의 상대습도를 위해 산소와 수소의 운반 가스(캐리어 가스)의 양도 일치합니다. 뿐만 아니라 시간당 최대 1g/h 질량의 물 유량을 제어하는 것도 가능합니다.

일부 연료 전지는 실제로 높은 압력에서 작동하며, 멤브레인을 통한 압력 차이를 최소화하여 양쪽 전극에서 동일한 압력을 유지합니다. 연료 전지 스택 연구를 위한 현재의 설정은 특정 유형의 멤브레인이 더 높은 압력에서 원활한 구동을 위해 최대 100bar까지 측정할 수 있습니다. 브롱호스트 IN-PRESS EPC(전자식 압력계/압력 컨트롤러)제품으로 두 압력의 차이를 제어합니다. 브롱호스트 CEM 시스템은 스택 응용에서 물 기준 최대 1000g/h 유량 범위까지 기화를 제공합니다.

자동화 및 통신과 관련하여 질량 유량 컨트롤러 및 기화기 시스템은 아날로그 신호, Profibus, Flowbus, Profinet 또는 EtherCat과 같은 여러 디지털 버스 시스템이 설정에 포함되어 있습니다. LabVIEW도 이와 같은 연구 환경에서 자주 사용됩니다. 이러한 통신을 이용하여 공정 파라메터를 실시간으로 제어하고 모니터링하여 품질 관리가 쉬워집니다.
 
브롱호스트 CEM 시스템은 쉽고 빠른 구동 및 제어가 가능합니다. 기존의 전통적인 기화 시스템인 버블러와 비교하면 특히 (캐리어) 가스 유량에서 큰 이점을 가집니다.
 
브롱호스트는 연료 전지 분야에서 20년 이상의 경험이 있습니다. 연료 전지 가습을 위한 기화기 시스템이 궁금하시면 저희에게 문의하세요.

"Thanks to the use of Bronkhorst’s CEM system, we were able to precisely control the gas flow and humidification, which significantly optimized our fuel cell test benches. The flexibility and quick adjustment of parameters were essential for our research."

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EL-FLOW Prestige

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