KR101534920B1 - 연료전지 시동 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 시동 장치 및 방법에 관한 것으로서, 연료전지 차량의 장기 주차 후 공용분배기 근처의 셀에서 국부적으로 산소 농도가 높음으로 인해 발생할 수 있는 고전압 생성 및 캐소드 전극의 부식 현상을 해결하기 위한 연료전지 시동 장치 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 장시간 주차 후 연료전지 시동을 위한 프로세스에서 수소와 공기의 반응가스 공급 전에 연료공급라인에 농도조절가스를 우선적으로 주입하여 연료공급라인 및 셀 내 애노드측 가스를 강제 혼합시키는 장치 및 방법을 제공한다.

Description

연료전지 시동 장치 및 방법{Start up apparatus and method for fuel cell system}
본 발명은 연료전지 시동 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 차량의 장기 주차 후 공용분배기 근처의 셀에 국부적으로 집중되어 있는 산소로 인하여 발생하는 고전압 형성 및 캐소드 전극 부식 문제를 해결할 수 있는 연료전지 시동 장치 및 방법에 관한 것이다.
연료전지 차량의 주 동력원은 연료전지 스택이라 부르는 발전장치이며, 연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시킨다.
이러한 연료전지의 예로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly), 반응가스를 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 가스확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응에 필요한 반응가스 및 냉각을 위한 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.
상기한 연료전지에서 분리판의 유로를 통해 연료인 수소와 산화제인 산소(공기)가 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드(연료극 혹은 수소극, 산화극이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드(공기극 혹은 산소극, 환원극이라고도 함)로 공급된다.
애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 가스확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.
상기 캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다.
또한 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.
그리고, 연료전지 차량에 적용되는 연료전지 시스템은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 연료전지 스택(1)에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치(10)와, 연료전지 스택(1)에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치(20)를 포함하고, 더불어 연료전지 스택(1)의 애노드 출구에서 배출되는 미반응 수소를 애노드 입구로 재순환시켜 재사용하도록 하는 수소 재순환 장치(16)를 구비한다.
수소 재순환에 의하면 스택(1) 내 수소 유량의 증가로 인해 스택 내 반응물의 분포가 균일해져 균일한 셀 전압분포를 얻을 수 있고, 더욱 안정적으로 스택을 운전할 수 있는 장점이 있게 된다.
도 1에 나타낸 시스템 구성의 예를 좀더 설명하면, 수소공급장치(10)에서 수소저장부(예, 수소탱크)(11)로부터 공급되는 고압의 수소는 수소공급라인(12)의 수소공급밸브(13) 및 레귤레이터(14)를 차례로 거친 뒤 미도시된 공용분배기를 통해 연료전지 스택(1)으로 공급되며, 공기공급장치(20)에서 공기블로워(22)에 의해 공급되는 공기는 가습장치(23)를 거쳐 연료전지 스택(1)으로 공급된다.
이때, 연료전지 스택(1)의 캐소드 입/출구에 연결된 공기공급라인(21)과 배기라인(24) 중 적어도 한 1곳 이상의 위치에는 미도시된 공기차단밸브(air cut off valve)가 설치된다.
통상 공기차단밸브는 동절기에 빙결된 상태가 될 수 있기 때문에 연료전지의 시동 과정에서는 항상 공기차단밸브의 빙결 여부 등 그 상태를 확인한다.
이와 같은 구성의 연료전지 시스템에서 연료전지 시동을 위해서는 반응가스인 수소(연료 가스)와 공기(산화제 가스)를 연료전지 스택에 공급하여야 하며, 도 2는 종래기술에 따른 연료전지 시동 프로세스를 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하여 통상의 시동 프로세스를 살펴보면, 시동 대기 상태에서 공기차단밸브의 상태를 확인하고, 이어 수소공급장치에서 연료인 수소를 연료전지 스택에 먼저 공급하게 된다.
이후 수소 재순환 장치(재순환 블로워를 포함함)를 구동시킨 다음, 공기공급장치에서 가습장치에 의해 가습된 습윤 공기를 연료전지 스택에 공급하고, 이어 스택 전압을 확인하는 과정을 거쳐 시동을 완료하게 된다.
상기 공용분배기는 수소와 공기의 공급 및 배기라인, 냉각수 공급 및 배출라인을 연료전지 스택의 매니폴드와 연결시켜 연료전지 스택을 구성하는 각 단위 셀에 효율적으로 수소, 공기, 냉각수를 공급하고 배출시키는 역할을 한다.
한편, 연료전지 차량의 장기 주차시에는 외부의 공기가 연료전지 스택과 연결된 배관 등의 틈새를 통해 연료전지 스택의 캐소드 내로 유입될 수 있고, 이어 캐소드 내로 유입된 공기(산소)가 전해질막을 통해 애노드로 유입될 수 있다.
따라서, 애노드에 공기(산소)가 존재하는 상태에서 연료전지의 시동을 걸게 되면 산소와 수소의 계면에 통상적인 셀 전압(예, 1V) 이상의 고전압이 형성되어 전극의 성능을 저하시키게 된다.
특히, 장기 주차시 연료전지 스택의 매니폴드에 연결된 공용분배기를 통해 주로 공기가 유입되므로 공용분배기 근처의 셀에서는 애노드 내 산소의 농도가 다른 셀에 비해 상대적으로 높고, 이로 인해 재시동시의 고전압 발생이 집중되면서 공용분배기 근처의 셀이 집중적으로 손상될 수 있다.
즉, 장기 주차시 배관에 가까운 공용분배기 근처의 셀에서는 산소의 농도가 국부적으로 높으므로 고전압 발생이 집중되고, 이로 인해 공용분배기 근처의 셀 성능이 급격하게 저하되는 문제가 발생하고 있는 것이다.
또한 시동시 고전압 형성이 많으면 캐소드 전극의 두께가 줄어들게 되는데, 하나의 셀에서 보면, 상기한 외부의 공기가 도 3에 나타낸 공기 출구(air out)를 통해 주로 유입되기 때문에, 공기 출구 부근에서 산소의 농도가 가장 높고, 결국 재시동시 공기 출구 부분의 캐소드에서 형성되는 고전위로 인해 카본 담지체가 부식되면서 캐소드 전극의 두께가 줄어들게 된다.
요컨대, 장기 주차시 연료전지 스택의 캐소드 내로 공기가 유입되고, 이어 캐소드 내 공기가 전해질막을 통해 애노드로 이동되며, 이렇게 애노드에 공기가 남아 있는 상태에서 연료전지의 시동이 이루어지면, 캐소드에 형성되는 고전압으로 인해 카본 담지체가 부식되면서 캐소드의 전극 두께가 감소되는 것이다.
연료전지 스택은 단위 셀들이 전기적으로 직렬 연결된 구성을 가지므로 성능이 저하된 특정 셀에 의해 스택 전체의 성능이 제한을 받게 되는바, 셀 간의 성능 편차 정도에 따라 스택의 수리가 필요해진다.
종래기술로서, 국제공개특허 WO 2004/062060(2004.07.22)(선행특허문헌1)와 미국공개특허 US 2008/0182138(2008.07.31.)(선행특허문헌2) 등의 선행특허문헌에는 캐소드 전극의 부식을 줄이기 위한 연료전지 시동 방법에 대해 공지되어 있는바, 선행특허문헌1에는 연료전지 시동시 스택의 캐소드를 수소로 퍼지하는 기술이 공지되어 있고, 선행특허문헌2에는 연료전지 시동시 서브 스택을 통해 빠른 수소 퍼지를 시행하는 기술이 공지되어 있다.
선행특허문헌 1: 국제공개특허 WO 2004/062060(2004.07.22) 선행특허문헌 2: 미국공개특허 US 2008/0182138(2008.07.31.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 연료전지 차량의 장기 주차 후 공용분배기 근처의 셀에서 국부적으로 산소 농도가 높음으로 인해 발생할 수 있는 고전압 생성 및 캐소드 전극의 부식 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 연료전지 시동 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 농도조절가스를 공급하는 가스공급수단을 작동시켜 연료전지 스택의 애노드측에 농도조절가스를 공급함으로써 연료전지 스택의 셀 내 애노드측 가스를 상기 농도조절가스와 강제 혼합시키는 과정; 및 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 연료 가스와 산화제 가스를 공급하는 과정;을 포함하는 연료전지 시동 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명은, 농도조절가스를 공급하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어신호에 따라 작동하여 연료전지 스택의 애노드측에 농도조절가스를 공급하는 가스공급수단;을 포함하여 구성되고, 상기 제어부는 연료전지 시동시 전기화학 반응에 필요한 연료 가스와 산화제 가스가 연료전지 스택에 공급되기 전에 상기 가스공급수단을 우선적으로 작동시켜 연료전지 스택의 셀 내 애노드측 가스를 농도조절가스와 강제 혼합시키도록 설정되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 장치를 제공한다.
이에 따라, 본 발명의 연료전지 시동 장치 및 방법에 의하면, 장시간 주차 후 연료전지 시동을 위한 프로세스에서 수소와 공기의 반응가스 공급 전에 연료공급라인에 농도조절가스를 우선적으로 주입하여 연료공급라인 및 셀 내 애노드측 가스를 강제 혼합시켜 전체적으로 균일한 농도의 가스로 만들어줄 수 있게 된다.
결국, 고전압 형성이 공용분배기 근처의 셀에 집중되는 현상을 방지할 수 있고(고전압 형성의 집중 현상을 스택 전체로 분산 및 약화시킴), 캐소드 전극 부식을 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 연료전지 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 종래기술에 따른 연료전지 시동 프로세스를 나타내는 순서도이다.
도 3은 연료전지의 단위 셀에서 공기 출구를 나타내기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 시동 프로세스를 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시동 프로세스를 나타내는 순서도로서, 재순환 블로워를 이용하여 농도조절가스를 공급하는 실시예의 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예가 적용되는 연료전지 시스템의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 연료전지 차량의 장시간 주차 후 시동시에 발생할 수 있는 종래의 문제점, 즉 고전압 발생 및 전극 부식 등의 문제점을 해결하기 위한 개선된 연료전지 시동 방법에 관한 것이다.
전술한 바와 같이, 연료전지 차량의 장시간 주차시에는 배관 틈새 등을 통해 외부 공기가 연료전지 스택으로 유입될 수 있고, 배관에 가까운 공용분배기 근처의 셀에서는 외부 공기의 유입으로 인해 산소 농도가 국부적으로 높은 상태가 된다.
따라서, 연료전지의 시동시 공용분배기 근처의 셀에서 높은 산소 농도로 인해 고전압 발생이 집중될 수 있고, 캐소드 전극의 부식 현상 등이 나타날 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 장시간 주차 후에는 연료전지의 시동시 공용분배기 근처의 셀에 국부적으로 집중되어 있는 산소의 농도를 낮춰줄 필요가 있고, 스택을 구성하는 전체 셀에서 산소 농도를 하향 평준화시킬 수 있는 시동 프로세스가 요구된다.
연료전지 차량의 장시간 주차시 셀의 캐소드로 유입된 외부 공기가 전해질막을 통해 애노드로 이동하게 되고, 애노드에 산소가 존재하는 상태로 연료전지의 시동을 걸게 되면(반응가스를 공급하게 되면), 통상적인 셀 전압(예, 1V) 이상의 고전압이 형성되어 전극의 성능을 저하시키게 된다.
이때, 고전압은 애노드 내 산소 농도에 비례하여 높아지므로, 연료전지 시동을 위해 반응가스가 공급되기 전에 애노드에 존재하는 산소를 희석시킬 경우 고전압 형성을 막을 수 있다.
또한 장시간 주차 후 공용분배기 근처의 셀에서 상대적으로 높은 산소 농도를 나타내므로, 연료전지 시동시 공용분배기 근처의 셀 내 산소 농도를 낮추어 셀 전체의 산소 농도를 평준화시키면, 상기와 같은 고전압 발생 및 그로 인해 나타나는 전극 부식의 문제를 해결할 수 있게 된다.
이 점에 착안하여, 본 발명에서는 차량의 장시간 주차 후 연료전지 시스템의 재시동시 반응가스의 공급에 앞서 농도조절가스를 연료전지 스택에 우선적으로 공급하는 연료전지 시동 프로세스 및 그 장치 구성에 주된 특징이 있다 하겠다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 시동 프로세스를 나타내는 순서도로서, 본 발명에서는 연료전지 시동시에 연료전지 스택(도 1에서 도면부호 1임)의 애노드 입구단에 농도조절가스를 우선 공급한 뒤, 그 이후 전기화학 반응(연료전지 반응)에 필요한 반응가스, 즉 연료 가스인 수소와 산화제 가스인 공기를 공급하게 된다.
이를 위해, 본 발명의 연료전지 시동 장치는 농도조절가스를 연료전지 스택의 애노드 입구단에 공급하는 가스공급수단과, 연료전지 시동시 전기화학 반응(연료전지 반응)에 필요한 반응가스(연료 가스 및 산화제 가스)의 공급 전에 상기 농도조절가스를 연료전지 스택의 애노드 입구단에 우선적으로 공급하기 위해 상기 가스공급수단을 작동시키는 제어부를 포함하여 구성된다.
여기서, 제어부는 수소공급장치 및 공기공급장치의 작동(각종 밸브류 및 공기블로워, 재순환 블로워 등의 작동)을 제어하여 반응가스의 공급 및 차단을 제어하면서 연료전지 시스템의 시동(start up) 프로세스 및 셧다운(shutdown) 프로세스 제어를 수행하는 연료전지 시스템 제어기가 될 수 있다.
상기 농도조절가스는 연료전지 스택의 셀 내 애노드측 가스와 혼합될 수 있도록 공급되는 가스로서, 연료전지 시동시 반응가스가 공급되기 전에 연료전지 스택의 애노드 입구단을 통해 셀 내부로 공급되어, 공용분배기 근처의 셀에 집중되어 있는 산소를 희석하면서 스택의 전체 셀에서 산소 농도를 전반적으로 하향 평준화시키게 된다.
또한 본 발명에서 상기 가스공급수단은 연료전지 스택의 셀 내 애노드측 가스 농도 조절을 위한 농도조절가스를 연료전지 스택의 애노드 입구단에 공급할 수 있는 기존 연료전지 시스템의 장치이거나, 또는 농도조절가스를 연료전지 스택의 애노드 입구단에 공급할 수 있도록 연료전지 시스템에 별도로 추가 구성한 장치가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 가스공급수단으로는 새로운 하드웨어의 설치 부담 없이 기존 연료전지 시스템의 장치가 이용 가능하며, 이때 가스공급수단은 수소 재순환 라인(17), 및 이에 설치된 재순환 블로워(18)을 포함하는 수소 재순환 장치(16)가 될 수 있다.
도 1을 참조하여 설명하면, 상기 수소 재순환 라인(17) 연료전지 스택(1)의 애노드측 배기라인(15)으로부터 연료공급라인(12) 사이를 연결하는 배관이고, 상기 재순환 블로워(18)는 제어부(미도시)의 제어신호에 따라 구동되어 연료전지 스택(1)의 애노드측 배기라인(15)의 가스(애노드 출구를 통해 스택의 셀로부터 흡입되는 가스)를 수소 재순환 라인(17)을 통해 연료전지 스택(1)의 애노드 입구단으로 공급하는 송출장치가 된다.
이러한 실시예에서, 수소 재순환 장치(16)는 연료전지의 시동시 제어부의 제어하에 반응가스가 공급되기 전에 먼저 작동되는데, 이는 연료전지 스택(1)의 셀 내 애노드측에 존재하는 가스를 애노드 출구를 통해 흡입하여 애노드 입구단으로 공급하게 되며, 이때 애노드 출구단에서 애노드 입구단으로 공급되는 가스가 상기한 농도조절가스가 된다.
도 5는 고전압 생성 및 전극 부식을 방지하기 위해 수소 재순환 장치를 이용하여 애노드 내 산소 농도를 제어하는 연료전지 시동 프로세스를 나타낸 순서도로서, 종래의 경우 연료전지 시동시 수소를 공급하고 재순환 블로워를 구동시키나(도 2 참조), 본 발명에서는 제어부의 제어하에 재순환 블로워(18)가 먼저 구동된 뒤 반응가스인 수소와 공기가 공급되는 점에 특징이 있다(도 5 참조).
상기와 같이 시동 프로세스 동안 재순환 블로워(18)가 먼저 구동되고 나면, 시동 완료 후 재순환 블로워(18)는 연료전지 운전 동안 계속해서 미반응 수소를 연료전지 스택(1)의 애노드 입구단으로 재순환시키기 위해 구동상태를 유지하게 된다.
반응가스가 공급되기 전에 재순환 블로워(18)가 먼저 구동되면, 연료전지 스택(1)의 애노드측에 존재하고 있던 질소와 공기 등이 농도조절가스로 스택(1)의 애노드 입구단에 공급될 수 있고, 이때의 농도조절가스는 공용분배기 근처의 셀(첫 번째 셀)에 집중적으로 존재하는 산소와 강제 혼합되어 산소를 희석시킴과 더불어, 스택의 애노드 채널 내에 국부적으로 존재하는 산소를 밀어내는 가스 흐름을 발생시키므로 전체 셀의 산소 농도를 평준화시키게 된다.
결국, 연료전지의 시동시에 재순환 블로워(18)의 구동 개시 시점을 수소 공급 이전으로 변경하는 간단한 로직 변경만으로 연료전지 스택(1)에 고전압 형성 방지를 위한 농도조절가스를 공급하는 것이 가능하고, 이를 통해 스택(1)의 셀 내에 고농도로 존재하는 산소로 인한 고전압 발생 문제 및 전극 부식 문제가 해결될 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 가스공급수단은 농도조절가스를 연료전지 스택(1)의 애노드 입구단에 공급할 수 있도록 연료전지 시스템에 별도로 추가 구성한 장치가 될 수 있고, 이를 적용한 연료전지 시스템의 구성은 도 6에 나타낸 바와 같다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 농도조절가스를 공급하기 위한 가스공급수단은, 농도조절가스를 저장 및 공급하는 공급부(31), 상기 공급부(31)에서 연료전지 스택(1)의 애노드 입구단으로 연결되는 가스공급라인(32), 및 상기 가스공급라인(32)에 설치되어 제어부의 제어신호에 따라 개폐 작동되는 밸브(33)를 포함하는 구성이 될 수 있다.
이때, 상기 농도조절가스로는 질소 등의 불활성 가스가 될 수 있고, 상기 밸브(33)는 연료전지 시동시 공급부(31)에 저장되어 있는 농도조절가스가 가스공급라인(32)을 통해 연료전지 스택(1)의 애노드 입구단에 공급될 수 있도록 제어부의 제어신호에 의해 개방된다.
또한 가스공급라인(32)이 연결되는 애노드 입구단은 연료전지 스택(1)의 애노드 입구측(입구 매니폴드)에 연결된 연료공급라인(수소공급라인)(12)이 될 수 있는바, 여기서 연료공급라인은 공용분배기(미도시)가 적용된 시스템에서 연료전지 스택(1)에 연료를 공급하기 위한 공용분배기 내 유로와, 수소저장부(11)로부터 공용분배기로 연결되는 연료공급배관을 포함하는 의미로 해석되어야 한다.
즉, 상기 가스공급라인(32)은 연료전지 스택(1)의 입구 매니폴드에 연통되도록 설치된 공용분배기로 연결되어 공용분배기 내 연료공급유로에 연결되거나 또는 수소저장부(11)로부터 공용분배기로 연결되는 연료공급배관에 연결될 수 있는 것이다.
이러한 구성에서 상기 제어부가 연료전지의 시동시에 밸브(33)의 작동을 제어하여 농도조절가스를 연료전지 스택(1)에 정해진 시간 동안 공급되도록 하는바, 이때 공급되는 농도조절가스에 의해 셀 내 산소가 희석될 수 있고, 전체 셀의 산소 농도를 하향 평준화시킬 수 있게 된다.
여기서, 제어부는 정해진 시간 이상의 장시간 주차 후 시동이 이루어질 경우에만 농도조절가스를 스택(1)에 공급하도록 설정되는 것이 바람직하다.
즉, 연료전지 시동시 제어부가 이전의 연료전지 셧다운 후부터 설정시간이 경과되었는지를 판단하고, 만약 설정시간 경과 후(장시간 주차 후) 시동임을 판단한 경우라면, 제어부가 농도조절가스를 공급할 수 있게 가스공급수단의 작동을 제어(밸브를 정해진 시간 동안 개방)하는 제어 로직이 설정될 수 있는 것이다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 연료전지 스택 10 : 수소공급장치
11 : 수소저장부 12 : 연료공급라인(수소공급라인)
13 : 수소공급밸브 14 : 레귤레이터
15 : 애노드측 배기라인 16 : 수소 재순환 장치
17 : 수소 재순환 라인 18 : 재순환 블로워
20 : 공기공급장치 21 : 공기공급라인
22 : 공기블로워 23 : 가습장치
24 : 캐소드측 배기라인 31 : 공급부
32 : 가스공급라인 33 : 밸브

Claims (12)

  1. 농도조절가스를 공급하는 가스공급수단을 작동시켜 연료전지 스택의 애노드측에 농도조절가스를 공급함으로써 연료전지 스택의 셀 내 애노드측 가스를 상기 농도조절가스와 강제 혼합시키는 과정; 및
    연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 연료 가스와 산화제 가스를 공급하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 가스공급수단은 수소 재순환 장치이고, 상기 농도조절가스는 수소 재순환 장치에 의해 연료전지 스택의 애노드측 배기라인에서 연료공급라인으로 공급되는 가스인 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수소 재순환 장치의 재순환 블로워를 구동시켜 연료전지 스택의 애노드측 배기라인에서 흡입된 가스를 연료공급라인으로 먼저 공급한 후 연료 가스와 산화제 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스공급수단은
    농도조절가스를 저장 및 공급하는 공급부;
    상기 공급부에서 연료전지 스택의 연료공급라인으로 연결되는 가스공급라인; 및
    상기 가스공급라인에 설치되고 제어부의 제어신호에 따라 가스공급라인을 통해 상기 공급부의 농도조절가스가 연료공급라인에 공급될 수 있도록 개방되는 밸브;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 농도조절가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는
    연료전지 시동시 이전의 연료전지 셧다운 후부터 설정시간이 경과되었는지를 판단하고, 설정시간 경과 후 시동인 경우 연료 가스와 산화제 가스의 공급 전에 상기 농도조절가스를 정해진 시간 동안 공급하기 위한 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 방법.
  7. 농도조절가스를 공급하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어신호에 따라 작동하여 연료전지 스택의 애노드측에 농도조절가스를 공급하는 가스공급수단;
    을 포함하여 구성되고,
    상기 제어부는 연료전지 시동시 전기화학 반응에 필요한 연료 가스와 산화제 가스가 연료전지 스택에 공급되기 전에 상기 가스공급수단을 우선적으로 작동시켜 연료전지 스택의 셀 내 애노드측 가스를 농도조절가스와 강제 혼합시키도록 설정되며,
    상기 가스공급수단은 수소 재순환 장치이고, 상기 농도조절가스는 수소 재순환 장치에 의해 연료전지 스택의 애노드측 배기라인에서 연료공급라인으로 공급되는 가스인 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 7에 있어서,
    제어부가 연료 가스와 산화제 가스의 공급 전에 수소 재순환 장치의 재순환 블로워를 먼저 구동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 가스공급수단은
    농도조절가스를 저장 및 공급하는 공급부;
    상기 공급부에서 연료전지 스택의 연료공급라인으로 연결되는 가스공급라인; 및
    상기 가스공급라인에 설치되고 제어부의 제어신호에 따라 가스공급라인을 통해 상기 공급부의 농도조절가스가 연료공급라인에 공급될 수 있도록 개방되는 밸브;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 농도조절가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는
    연료전지 시동시 이전의 연료전지 셧다운 후부터 설정시간이 경과되었는지를 판단하고, 설정시간 경과 후 시동인 경우 연료 가스와 산화제 가스의 공급 전에 상기 농도조절가스를 정해진 시간 동안 공급하기 위한 제어신호를 출력하도록 설정된 것을 특징으로 하는 연료전지 시동 장치.




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