KR100448692B1 - Fuel feed system for fuel cell - Google Patents

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KR100448692B1
KR100448692B1 KR10-2002-0013348A KR20020013348A KR100448692B1 KR 100448692 B1 KR100448692 B1 KR 100448692B1 KR 20020013348 A KR20020013348 A KR 20020013348A KR 100448692 B1 KR100448692 B1 KR 100448692B1
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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템의 연료 공급 장치에 관한 것으로, 본 발명은 연료전지스택부의 연료극에 연료를 공급하기 위한 연료공급부가 액체연료를 충진한 주연료탱크와, 주연료탱크의 일측에 배치하여 역시 액체연료를 충진한 보조연료탱크와, 주연료탱크와 보조연료탱크를 연료전지스택부의 연료극에 병렬로 연결하는 연료공급관과, 연료전지스택부의 연료극과 주연료탱크 사이를 연결하여 연료전지스택부에서의 반응후 연료를 다시 주연료탱크로 순환하는 연료순환관과, 연료공급관과 연료순환관의 중간에 각각 설치하여 주연료탱크 또는 보조연료탱크를 연료전지스택부의 연료극과 전환 연결시키는 연료전환밸브와, 연료전환밸브에 연결하여 각 연료탱크에서 연료를 연료극으로 펌핑하는 연료펌프와, 주연료탱크와 보조연료탱크 사이에 설치하여 주연료탱크를 교체하는 동안에 보조연료탱크에서 사용한 연료량 만큼을 새로운 주연료탱크에서 보조연료탱크로 보충하도록 연료보충밸브를 갖는 연료보충관을 포함함으로써, 주연료탱크와 주물탱크에 각각 보조연료탱크와 보조물탱크를 구비하여 주연료탱크와 주물탱크의 교체시 보조연료탱크와 보조물탱크를 이용하도록 함으로써 연료를 중단없이 공급할 수 있어 전기에너지를 지속적으로 얻을 수 있다.The present invention relates to a fuel supply apparatus of a fuel cell system, and the present invention also relates to a main fuel tank in which a fuel supply unit for supplying fuel to a fuel electrode of a fuel cell stack part is filled with liquid fuel, and arranged on one side of the main fuel tank. Auxiliary fuel tank filled with liquid fuel, a fuel supply pipe connecting the main fuel tank and the auxiliary fuel tank to the fuel electrode of the fuel cell stack in parallel, and the fuel cell stack unit are connected between the fuel electrode stack of the fuel electrode and the main fuel tank. And a fuel switching valve for circulating the fuel back to the main fuel tank after the reaction of the fuel cell, and a fuel switching valve for connecting the main fuel tank or the auxiliary fuel tank with the anode of the fuel cell stack by installing the fuel circulation pipe between the fuel supply pipe and the fuel circulation pipe, respectively. Fuel pump to pump fuel from each fuel tank to the anode, and between the main fuel tank and the auxiliary fuel tank. And a supplementary fuel tank having a fuel filler valve to supplement the fuel used in the auxiliary fuel tank from the new main fuel tank to the auxiliary fuel tank during the replacement of the main fuel tank. And auxiliary tanks are used to replace the main fuel tanks and the casting tanks so that the auxiliary fuel tanks and the auxiliary tanks can be used to supply fuel without interruption and thus to continuously obtain electrical energy.

Description

연료전지 시스템의 연료 공급 장치{FUEL FEED SYSTEM FOR FUEL CELL}FUEL FEED SYSTEM FOR FUEL CELL}

본 발명은 연료전지를 이용하여 전기에너지를 얻는 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 액체연료를 채운 연료탱크를 복수 개로 구비하여 교대로 사용할 수 있도록 함으로써 휴대 가능하고 연료탱크를 교체하는 중에도 전기를 지속적으로 생산할 수 있는 연료전지 시스템의 연료 공급 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation system that obtains electrical energy by using a fuel cell. In particular, a plurality of fuel tanks filled with liquid fuel may be provided to be used alternately, and thus portable and continuously generate electricity even when the fuel tank is replaced. The present invention relates to a fuel supply apparatus for a fuel cell system.

인류가 사용하고 있는 에너지 중 대부분은 화석연료로부터 얻고 있다. 그러나 이러한 화석연료의 사용은 대기오염 및 산성비, 지구 온난화 등의 환경에 심각한 악영향을 미치고 있으며, 에너지 효율도 낮은 등의 문제점이 있었다.Most of the energy that humans are using comes from fossil fuels. However, the use of such fossil fuel has a serious adverse effect on the environment, such as air pollution, acid rain, global warming, and low energy efficiency.

이러한 화석연료의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 연료전기 시스템이 개발되고 있다.In order to solve the problems caused by the use of fossil fuels, fuel electric systems have recently been developed.

연료전지는 통상의 전지(2차 전지)와는 다른 음극에 연료(수소가스나 탄화수소)를, 양극에 산소를 외부로부터 공급하여 발전하는 전지계로서 실제로는 발전장치라고 볼 수 있다.A fuel cell is a battery system that generates power by supplying fuel (hydrogen gas or hydrocarbon) to a cathode different from a normal battery (secondary battery) and oxygen to an anode from an external source.

연료전지에 의한 발전 방법은 연료의 연소(산화)반응을 거치지 않고 수소와 산소의 전기화학적 반응을 거쳐 반응 전후의 에너지 차를 전기에너지로 직접 변환하는 방법이다.The power generation method using a fuel cell is a method of directly converting an energy difference before and after the reaction into electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen without undergoing combustion (oxidation) reaction of the fuel.

이러한 연료전지는 NOx와 SOx이 발생되지 않으며 소음과 진동이 없는 시스템으로서 열효율이 전기발전량과 열회수량을 합하여 80%이상이면서도 NOx나 SOx 등유해가스의 발생이 없는 크린 발전 시스템이라고 할 수 있다.These fuel cells are NOx and SOx generation, noise and vibration-free system, thermal efficiency is more than 80% combined with the amount of electricity generation and heat recovery, but can be said to be a clean power generation system that does not generate harmful gases such as NOx or SOx.

종래에 알려진 연료전지 시스템으로는 도 1에서와 같이 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 생성하도록 연료극(11)과 공기극(12)을 구비하는 연료전지스택부(10)와, 연료인 LNG에서 수소(H2)를 만들어 연료전지스택부(10)의 연료극(11)에 공급하는 연료공급부(20)와, 연료전지스택부(10)의 공기극(12)에 산소를 공급하는 공기공급부(30)와, 연료전지스택부(10)에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부(40)와, 상기한 각 부(10)(20)(30)(40)를 적절히 조절하는 제어부(미도시)로 구성하고 있다.Conventionally known fuel cell systems include a fuel cell stack 10 having a fuel electrode 11 and an air electrode 12 to generate electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, as shown in FIG. Fuel supply unit 20 for producing hydrogen (H2) from the LNG to supply to the anode 11 of the fuel cell stack 10, and the air supply unit for supplying oxygen to the cathode 12 of the fuel cell stack (10) 30), the electric energy output unit 40 for supplying the electric energy generated by the fuel cell stack unit 10 to the load, and each of the above-described units 10, 20, 30, 40 to properly adjust It consists of a control part (not shown).

여기서 연료공급부(20)는 통상 연료전지스택부(10)와 연료공급원(21) 사이에 개질기(reformer)(25)라고 하는 비교적 부피가 큰 장치를 구비하고 있다. 즉, 개질기(25)는 연료인 LNG에서 황(S)을 제거하는 탈황기(26)와, 수증기와 접촉 반응하여 수소를 생산하는 개질기(27)와, 생산된 수소에서 CO2, CO, N2, H2O 등을 분리하는 CO전환기(28)와 CO제거기(29)를 직렬로 연결하여 이루어져 있다.The fuel supply unit 20 is provided with a relatively bulky device, usually called a reformer 25, between the fuel cell stack 10 and the fuel supply source 21. That is, the reformer 25 includes a desulfurizer 26 for removing sulfur (S) from LNG as a fuel, a reformer 27 for producing hydrogen by contact with water vapor, and CO 2, CO, N 2, The CO converter 28 and the CO remover 29 for separating H 2 O and the like are formed in series.

도면중 미설명 부호인 22는 연료펌프, 31은 공기압축기, 32는 가습기, 41은 인버터, 42는 로드이다.In the drawings, reference numeral 22 denotes a fuel pump, 31 an air compressor, 32 a humidifier, 41 an inverter, and 42 a rod.

상기와 같은 종래 연료전지 시스템은 다음과 같이 동작한다.The conventional fuel cell system as described above operates as follows.

즉, 제어부(미도시)가 가동 지령을 내리면 연료인 LNG가 통상 개질기(25)라고 통칭하는 탈황기(26),개질기(27),CO전환기(28) 그리고 CO제거기(29)를 차례대로 거치면서 H2를 생성하여 연료전지스택부(10)의 연료극(11)으로 공급된다.That is, when a control unit (not shown) issues an operation command, LNG, which is fuel, is passed through a desulfurizer 26, commonly referred to as a reformer 25, a reformer 27, a CO converter 28, and a CO remover 29 in that order. H2 is generated and supplied to the anode 11 of the fuel cell stack 10.

이와 동시에 연료전지스택부(10)의 공기극(12)으로는 공기공급부(30)를 통해공기가 공급되어 연료극(11)으로 공급된 연료와 함께 산화반응과 환원반응을 일으키면서 전기에너지를 발생하도록 하는 것이었다.At the same time, air is supplied to the cathode 12 of the fuel cell stack 10 through the air supply unit 30 to generate electrical energy while causing an oxidation reaction and a reduction reaction together with the fuel supplied to the anode 11. It was.

이러한 종래의 연료전지 시스템은 수소생성부인 개질기(25)의 부피가 크고 복잡하여 일반 가정용 발전 시스템에서는 고정하여 설치할 수 있지만 야외로 휴대하여 사용하기에는 부피나 가격적으로 부담스러운 것이 사실이었다. 이를 감안하여 종래에는 연료전지 시스템에서 부피가 크고 구조가 복잡한 수소생성부를 제거하고자 수소가스를 압축 저장한 수소봄베(50)를 연료전지스택부(10)의 연료극(11)에 착탈식으로 연결 설치하는 방식이 알려져 있다.Such a conventional fuel cell system has a large volume and complexity of the hydrogen generating unit, which can be fixed and installed in a general household power generation system, but it is a fact that it is burdensome in terms of volume and cost to carry it outdoors. In view of this, in the related art, in order to remove a hydrogen generating part having a large volume and a complicated structure in a fuel cell system, a hydrogen cylinder 50 having compressed and stored hydrogen gas is detachably connected to the fuel electrode 11 of the fuel cell stack 10. The method is known.

그러나, 상기와 같은 종래 연료전지 시스템은, 수소봄베(50)에 충진한 수소가스를 모두 사용하였을 경우 이를 교체하거나 재충진해야 하는데 이는 일반인에게는 상당히 어렵고 위험한 작업일 뿐만 아니라 수소봄베(50)를 교체하거나 충진하는 동안에는 사용하고 있던 모든 전기제품을 오프(Off)시켜야 하는 사용상의 불편함이 있었다.However, in the conventional fuel cell system as described above, when all of the hydrogen gas filled in the hydrogen cylinder 50 is used, it must be replaced or refilled, which is not only a very difficult and dangerous task for the general public, but also replaces the hydrogen cylinder 50. During or while filling, there was an inconvenience in using the electrical appliance that had to be turned off.

본 발명은 상기와 같은 종래 연료전지 시스템이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 연료전지 시스템을 안전하게 휴대할 수 있을 뿐만 아니라 연료를 연속적으로 공급하여 전기에너지를 중단 없이 생산할 수 있는 연료전지 시스템의 연료 공급 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.The present invention has been made in view of the problems of the conventional fuel cell system as described above, and can not only safely carry the fuel cell system but also continuously supply fuel to produce fuel in a fuel cell system without interruption. It is an object of the present invention to provide a feeding device.

도 1 및 도 2는 종래 연료전지 시스템의 일례를 각각 보인 계통도.1 and 2 are schematic diagrams each showing an example of a conventional fuel cell system.

도 3은 본 발명 연료전지 시스템의 일례를 보인 계통도.Figure 3 is a system diagram showing an example of the fuel cell system of the present invention.

도 4는 연료전지스택의 단면도.4 is a cross-sectional view of the fuel cell stack.

도 5은 본 발명 연료전지 시스템의 변형예에 대한 요부를 보인 계통도.Figure 5 is a schematic diagram showing the main part of a modification of the fuel cell system of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

110 : 연료전지스택부 113 : 연료극110: fuel cell stack 113: fuel electrode

114 : 공기극 120 : 연료공급부114: cathode 120: fuel supply unit

121 : 주연료탱크 122 : 보조연료탱크121: main fuel tank 122: auxiliary fuel tank

123 : 연료공급관 124 : 연료순환관123: fuel supply pipe 124: fuel circulation pipe

125a,125b : 연료전환밸브 126 : 연료펌프125a, 125b: fuel switching valve 126: fuel pump

127 : 연료보충관 130 : 공기공급부127: fuel supply pipe 130: air supply unit

140 : 공기가습부 141 : 가습기140: air humidifier 141: humidifier

142 : 물공급관 145 : 주물탱크142: water supply pipe 145: casting tank

146 : 보조물탱크 147 : 공급용 3방밸브(물전환밸브)146: auxiliary tank 147: three-way valve for supply (water switching valve)

150 : 물순환부 151 : 물순환관150: water circulation 151: water circulation tube

152 : 기액분리기 160 : 전기에너지출력부152: gas-liquid separator 160: electrical energy output unit

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전해질막과 이 전해질막을 사이에 두고 양측에 적층하는 연료극과 공기극을 구비하여 각 극으로 공급되는 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생성하는 연료전지스택부와, 연료전지스택부의 연료극에 액체연료를 공급하는 연료공급부와, 연료전지스택부의 공기극으로 공기를 공급하는 공기공급부와, 공기공급부의 중간에 설치하여 공기를 가습하는 공기가습부와, 연료전지스택부에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부를 포함한 연료전지 시스템에 있어서, 액체연료를 충진하고 그 연료의 농도를 감지하여 연료의 교체시기를 알려주도록 농도센서를 구비하는 주연료탱크와, 주연료탱크의 일측에 배치하여 역시 액체연료를 충진한 보조연료탱크와, 주연료탱크와 보조연료탱크를 연료전지스택부의 연료극에 병렬로 연결하는 연료공급관과, 연료전지스택부의 연료극과 주연료탱크 사이를 연결하여 연료전지스택부에서의 반응후 연료를 다시 주연료탱크로 순환하는 연료순환관과, 연료공급관과 연료순환관의 중간에 각각 설치하여 주연료탱크 또는 보조연료탱크를 연료전지스택부의 연료극과 전환 연결시키는 연료전환밸브와, 연료전환밸브에 연결하여 각 연료탱크에서 연료를 연료극으로 펌핑하는 연료펌프와, 주연료탱크와 보조연료탱크 사이에 설치하여 주연료탱크를 교체하는 동안에 보조연료탱크에서 사용한 연료량 만큼을 새로운 주연료탱크에서 보조연료탱크로 보충하도록 연료보충밸브를 갖는 연료보충관을 포함한 연료전지 시스템의 연료 공급 장치를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, a fuel cell stack unit having an electrolyte membrane and a fuel electrode and an air electrode stacked on both sides with the electrolyte membrane interposed therebetween to generate electricity by an electrochemical reaction between fuel and air supplied to each pole. A fuel supply section for supplying liquid fuel to the anode of the fuel cell stack, an air supply section for supplying air to the cathode of the fuel cell stack section, an air humidifying section for humidifying the air in the middle of the air supply section, and a fuel cell stack. A fuel cell system including an electrical energy output unit for supplying electrical energy generated by a part to a load, comprising: a main fuel tank having a concentration sensor configured to fill a liquid fuel, detect the concentration of the fuel, and inform the fuel replacement time; Auxiliary fuel tank, which is also located on one side of the main fuel tank and filled with liquid fuel, the main fuel tank and the auxiliary fuel A fuel supply pipe connecting the fuel cell stack to the anode of the fuel cell stack in parallel; a fuel circulation pipe connecting the fuel electrode stack to the anode and the main fuel tank to circulate the fuel back to the main fuel tank after the reaction at the fuel cell stack; Fuel switching valve is installed between the fuel supply pipe and the fuel circulation pipe, and the main fuel tank or the auxiliary fuel tank is connected with the anode of the fuel cell stack and the fuel switching valve is connected to the fuel switching valve to pump fuel from the fuel tank to the anode. And a fuel supplement pipe having a fuel supplement valve installed between the main fuel tank and the auxiliary fuel tank to supplement the amount of fuel used in the auxiliary fuel tank with the auxiliary fuel tank from the new main fuel tank during the replacement of the main fuel tank. It provides a fuel supply device of the fuel cell system including a.

또, 앞에서 액체연료를 충진하고 그 연료의 농도를 감지하여 연료의 교체시기를 알려주도록 농도센서를 구비하는 주연료탱크와, 주연료탱크의 일측에 배치하여 역시 액체연료를 충진한 보조연료탱크와, 주연료탱크와 보조연료탱크를 연료전지스택부의 연료극에 병렬로 연결하는 연료공급관과, 연료전지스택부의 연료극과 주연료탱크 사이를 연결하여 연료전지스택부에서의 반응후 연료를 다시 주연료탱크로 순환하는 연료순환관과, 연료공급관과 연료순환관의 중간에 각각 설치하여 주연료탱크 또는 보조연료탱크를 연료전지스택부의 연료극과 전환 연결시키는 연료전환밸브와, 연료전환밸브에 연결하여 각 연료탱크에서 연료를 연료극으로 펌핑하는 연료펌프와, 주연료탱크와 보조연료탱크 사이에 설치하여 주연료탱크를 교체하는 동안에 보조연료탱크에서 사용한 연료량 만큼을 새로운 주연료탱크에서 보조연료탱크로 보충하도록 연료보충밸브를 갖는 연료보충관과, 공기공급부에 물을 공급하도록 물펌프를 구비하여 그 가습기에 연결하는 물공급관과, 일정량의 물을 담아 물공급관에 착탈 가능하게 설치하는 주물탱크와, 주물탱크와 함께 병렬로 물공급관에 연결하여 주물탱크를 교체하는 동안에 임시로 물을 공기공급부에 공급하는 보조물탱크와, 주물탱크와 보조물탱크 사이의 물공급관에 설치하여 주물탱크의 교체시 보조물탱크와 공기공급부를 임시로 연결하는 물전환밸브와, 주물탱크와 보조물탱크 사이에 설치하고 주물탱크를 교체하는 동안에 보조물탱크에서 사용한 물 만큼을 새로운 주물탱크에서 보조물탱크로 보충하도록 물보충밸브를 갖는 물보충관을 포함한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 연료 공급 장치를 제공한다.In addition, the main fuel tank is filled with a liquid fuel to detect the concentration of the fuel and to inform the time of replacement of the fuel, and the auxiliary fuel tank, which is also located on one side of the main fuel tank and filled with liquid fuel; The fuel supply pipe connects the main fuel tank and the auxiliary fuel tank to the anode of the fuel cell stack in parallel, and connects the fuel between the fuel pole and the main fuel tank of the fuel cell stack to return the fuel after the reaction at the fuel cell stack. A fuel switching valve which is installed in the middle of the fuel circulation pipe circulating to the fuel supply pipe and the fuel circulation pipe, and connects the main fuel tank or the auxiliary fuel tank with the anode of the fuel cell stack, and is connected to the fuel switching valve to connect each fuel. A fuel pump that pumps fuel from the tank to the anode and is installed between the main fuel tank and the auxiliary fuel tank to assist during the replacement of the main fuel tank. A fuel supply pipe having a fuel supplement valve to refill the amount of fuel used in the fuel tank from the new main fuel tank to the auxiliary fuel tank, a water supply pipe having a water pump to supply water to the air supply unit, and a constant amount of water; A casting tank that contains water from the tank and detachably installed in the water supply pipe; Water switching valve installed in the water supply pipe between the tanks to temporarily connect the auxiliary tank and the air supply unit when replacing the casting tank, and installed between the casting tank and the auxiliary tank, and the amount of water used in the auxiliary tank during the casting tank replacement. A water fill pipe with a water fill valve to refill the new foundry tank with the auxiliary tank Provides a fuel supply system of the fuel cell system.

이하, 본 발명에 의한 연료전지 시스템을 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings.

도 3은 본 발명 연료전지 시스템의 일례를 보인 계통도이고, 도 4는 연료전지스택의 단면도이며, 도 5은 본 발명 연료전지 시스템의 변형예에 대한 요부를 보인 계통도이다.3 is a system diagram showing an example of the fuel cell system of the present invention, FIG. 4 is a sectional view of the fuel cell stack, and FIG. 5 is a system diagram showing a main part of a modification of the fuel cell system of the present invention.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 연료전지 시스템은, 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 생성하는 연료전지스택부(110)와, 수소(H2)를 포함한 액체연료를 연료전지스택부(110)에 공급하는 연료공급부(120)와, 연료전지스택부(110)에 공기를 공급하는 공기공급부(130)와, 공기공급부(130)의 중간에 설치하여 공기를 가습하는 공기가습부(140)와, 연료전지스택부(110)의 공기극(114)을 통과한 물을 다시 공기가급부(140)로 순환시키는 물순환부(150)와, 연료전지스택부(110)에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부(160)와, 상기한 각 부(110)(120)(130)(140)(150)(160)를 적절히 조절하는 제어부(미도시)로 구성한다.As shown in the drawing, the fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell stack 110 for generating electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and a liquid fuel including hydrogen (H 2). The air supply unit 120 for supplying air to the 110, the air supply unit 130 for supplying air to the fuel cell stack 110, and the air humidifying unit for humidifying the air installed in the air supply unit 130 ( 140, the water circulation unit 150 for circulating the water passing through the cathode 114 of the fuel cell stack unit 110 back to the air supply unit 140, and the electricity generated by the fuel cell stack unit 110 An electric energy output unit 160 for supplying energy to the load, and a control unit (not shown) for appropriately adjusting the above-described units 110, 120, 130, 140, 150, 160.

연료전지스택부(110)는 도 4에서와 같이 다수 개의 싱글셀(single cell)(111)을 적층한 것으로, 각 싱글셀(111)은 전해질막(112)과, 이 전해질막(112)을 사이에 두고 양측에 적층하는 연료극(113)과 공기극(114), 그리고 이 연료극(113)과 공기극(114)의 외측에 적층하여 각각 연료와 공기가 연료극(113)과 공기극(114)에 각각 접촉하면서 순환할 수 있도록 하는 분리기(separator)(115,116)로 이루어진다. 또, 양측 분리기(115,116)의 외측에 집전전극을 형성하는 집전기(current collector)(117,118)를 각각 적층하여 상기한 연료전지스택부(110)가 이루어진다.The fuel cell stack 110 is a stack of a plurality of single cells (111) as shown in Figure 4, each single cell 111 is an electrolyte membrane 112, and the electrolyte membrane 112 The fuel electrode 113 and the air electrode 114 which are stacked on both sides of the fuel electrode 113 and the air electrode 114, which are stacked between the fuel electrode 113 and the air electrode 114, are laminated to the outside of the fuel electrode 113 and the air electrode 114, respectively. It consists of a separator (115, 116) to allow circulation. The fuel cell stack 110 is formed by stacking current collectors 117 and 118 which form current collector electrodes on the outer sides of the separators 115 and 116, respectively.

전해질막(112)은 H+를 전달하는 고분자 재질의 막, 예컨대 습윤(濕潤) 상태에서 전기전도성을 띠는 고분자 이온교환막을 사용하는 것이 바람직하다.As the electrolyte membrane 112, it is preferable to use a membrane made of a polymer that transfers H +, such as a polymer ion exchange membrane that exhibits electrical conductivity in a wet state.

연료극(113)과 공기극(114)은 지지체와 이 지지체의 양측면에 적층하는 촉매층으로 구성하되 지지체는 다공성 카본페이퍼(carbon paper) 또는 카본크로스(carbon cloth)로 형성하고, 촉매층은 수소의 산화 및 산소의 환원반응에 적합한 백금을 사용하는 것이 바람직하다. 촉매층은 촉매의 유효표면적을 늘리기 위하여 미세한 백금입자를 미세한 탄소입자 표면에 코팅한 형태로 형성한다.The anode 113 and the cathode 114 are composed of a support and a catalyst layer laminated on both sides of the support, wherein the support is formed of porous carbon paper or carbon cloth, and the catalyst layer is hydrogen oxide and oxygen. It is preferable to use platinum suitable for the reduction reaction. The catalyst layer is formed in the form of coating fine platinum particles on the surface of the fine carbon particles in order to increase the effective surface area of the catalyst.

분리기(115,116)는 전기전도성이 양호하고 내식성이 강한 그라파이트(graphite)와 같은 금속물질을 사용하고, 연료극(113)과 공기극(114)에 접촉하는 각각의 내측면에는 연료액이 통과하는 연료유로(fuel channel)(Cf)와 공기유로(air channel)(Co)를 형성한다. 또, 싱글셀(111)들 사이에 설치하는 분리기(115,116)는 일측은 연료유로(Cf)를, 타측에는 공기유로(Co)를 형성한 것을 사용하고, 연료전지스택부(110)의 양측 단부에 설치하는 분리기(115,116)는 내측면에만 연료유로(Cf) 또는 공기유로(Co)를 형성한 것을 사용한다. 연료전지스택부(110)에 설치한 분리기(115,116)의 연료유로(Cf)와 공기유로(Co)는 메니폴드에 의하여 각각 병렬로 연결한다.The separators 115 and 116 use a metal material such as graphite having good electrical conductivity and high corrosion resistance, and a fuel flow path through which fuel liquid passes through each inner surface of the separator 113 and the cathode 114. A fuel channel (Cf) and an air channel (Co) are formed. In addition, the separators 115 and 116 provided between the single cells 111 are formed using a fuel passage Cf at one side and an air passage Co at the other side, and end portions at both sides of the fuel cell stack 110. The separators 115 and 116 provided in the above are formed by forming the fuel passage Cf or the air passage Co only on the inner side. The fuel passages Cf and the air passages Co of the separators 115 and 116 provided in the fuel cell stack 110 are connected in parallel by manifolds.

집전기(117,118)는 연료전지스택부(110)에서 최종적으로 전기에너지를 취출하기 위한 것으로 통상적인 터미널로서 사용하는 구리재질 등의 전기전도체로 형성하는 것이 바람직하다.The current collectors 117 and 118 are used for finally extracting electrical energy from the fuel cell stack 110 and are preferably formed of an electrical conductor such as a copper material used as a conventional terminal.

연료공급부(120)는 각각 일정량의 액체연료를 충진하여 병렬로 배치하는 주연료탱크(121) 및 보조연료탱크(122)와, 각 연료탱크(121)(122)의 액체연료를 연료전지스택부(110)의 연료극(113)로 공급하도록 각각의 연료탱크(121)(122)와 연료전지스택부(110)의 연료극(113)을 병렬로 연결하는 연료공급관(123)과, 연료전지스택부(110)의 연료극(113)과 주연료탱크(121) 사이를 연결하여 연료전지스택부(110)에서의 반응후 연료를 다시 주연료탱크(121)로 순환하는 연료순환관(124)과, 연료공급관(123)과 연료순환관(124)의 중간에 각각 설치하여 주연료탱크(121) 또는 보조연료탱크(122)를 연료전지스택부(110)의 연료극(113)과 전환 연결시키는 연료전환밸브(125a)(125b)와, 연료전환밸브(125a)(125b)에 연결하여 각 연료탱크(121)(122)에서 연료를 연료극(113)으로 펌핑하는 연료펌프(126)를 포함한다.The fuel supply unit 120 fills a predetermined amount of liquid fuel and arranges the primary fuel tank 121 and the auxiliary fuel tank 122 and the liquid fuel of each of the fuel tanks 121 and 122 in the fuel cell stack. A fuel supply pipe 123 connecting the respective fuel tanks 121 and 122 and the fuel electrode stack 113 of the fuel cell stack 110 in parallel to supply the fuel electrode 113 of the fuel cell stack 110; A fuel circulation pipe 124 connecting the fuel electrode 113 and the main fuel tank 121 of 110 to circulate the fuel back to the main fuel tank 121 after the reaction in the fuel cell stack 110; Installed in the middle of the fuel supply pipe 123 and the fuel circulation pipe 124, the fuel conversion to switch the main fuel tank 121 or auxiliary fuel tank 122 and the fuel electrode stack 110 of the fuel cell stack 110 A fuel pump 126 connected to the valves 125a and 125b and a fuel switching valve 125a and 125b to pump fuel from each fuel tank 121 and 122 to the anode 113. The.

또, 주연료탱크(121)와 보조연료탱크(122) 사이에 설치하여 주연료탱크(121)를 교체하는 동안에 보조연료탱크(122)에서 사용한 연료량 만큼을 새로운 주연료탱크(121)에서 보조연료탱크(122)로 보충하도록 연료보충밸브(127a)를 갖는 연료보충관(127)을 설치하여 이루어진다.In addition, the amount of fuel used in the subsidiary fuel tank 122 during the replacement of the main fuel tank 121 by installing between the main fuel tank 121 and the subsidiary fuel tank 122 is supplementary fuel in the new main fuel tank 121. It is made by installing a fuel filler pipe 127 having a fuel filler valve 127a so as to replenish the tank 122.

주연료탱크(121)와 보조연료탱크(122)는 도 5에서와 같이 후술할 공기가습부(140)의 주물탱크(145)와 보조물탱크(146)와 각각 한 쌍으로 일체 형성하는 것이 바람직하다.Main fuel tank 121 and the auxiliary fuel tank 122 is preferably formed integrally with a pair of the casting tank 145 and the auxiliary water tank 146 of the air humidifier 140 to be described later, as shown in FIG. .

또, 주연료탱크(121)에는 그 액체연료의 농도를 감지하여 주연료탱크(121)의 교체시기를 알려주도록 표시부를 갖는 농도센서(128)를 설치하고, 각 연료탱크(121)(122)의 입구와 출구에는 주연료탱크(121)의 교체시 연료를 보조연료탱크(122)로 순환하도록 함과 아울러 연료공급시 연료량을 적절하게 조절하는 연료조절밸브(129a)(129b)를 각각 설치한다.In addition, the main fuel tank 121 is provided with a concentration sensor 128 having a display unit to detect the concentration of the liquid fuel and to inform the replacement time of the main fuel tank 121, each fuel tank 121, 122 At the inlet and the outlet of the main fuel tank 121, the fuel control valves (129a) and 129b for circulating fuel to the auxiliary fuel tank (122) and appropriately adjusting the amount of fuel during fuel supply are respectively installed. .

공기공급부(130)는 대기 중의 공기를 펌핑하는 공기압축기(131)와, 공기압축기(131)를 연료전지스택부(110)의 공기극(114)에 연결하는 공기공급관(132)으로 이루어진다. 공기압축기(132)의 입구측에는 흡입되는 공기를 정화하기 위한 공기필터(133)를 설치한다.The air supply unit 130 includes an air compressor 131 for pumping air in the atmosphere, and an air supply pipe 132 connecting the air compressor 131 to the cathode 114 of the fuel cell stack 110. An air filter 133 is provided at the inlet side of the air compressor 132 to purify the sucked air.

또, 공기공급관(132)의 중간, 즉 공기압축기(131)의 출구측에는 그 공기공급관(132)을 통과하는 공기를 적절하게 가습하기 위하여 후술할 가습기(141)를 설치하고, 그 가습기(141)의 입구측에는 공기의 역류를 방지하는 체크밸브(134)를 설치하는 반면 출구측에는 공기조절밸브(135)를 설치한다.In the middle of the air supply pipe 132, that is, the outlet side of the air compressor 131, a humidifier 141, which will be described later, is provided to properly humidify the air passing through the air supply pipe 132, and the humidifier 141 is provided. The check valve 134 is installed on the inlet side of the air to prevent the reverse flow of air, while the air control valve 135 is installed on the outlet side.

공기가습부(140)는 상기한 공기공급관(132)의 중간에 설치하는 가습기(141)와, 가습기(141)와 물공급원을 연결하는 물공급관(142)과, 물공급관(142)의 중간에 설치하여 물을 가습기(141)로 펌핑하는 물펌프(143)로 이루어진다. 또, 물공급관(142)에는 물공급원에서 가습기(141)로 물이 공급되도록 하는 물공급밸브(144)를 설치한다.The air humidifier 140 includes a humidifier 141 installed in the middle of the air supply pipe 132, a water supply pipe 142 connecting the humidifier 141 and a water supply source, and a water supply pipe 142 in the middle. The installation consists of a water pump 143 pumping water to the humidifier 141. In addition, the water supply pipe 142 is provided with a water supply valve 144 to supply water to the humidifier 141 from the water supply source.

가습기(141)는 통상적으로 알려진 초음파형, 버블형, 가열형 등으로 이루어진다.The humidifier 141 is made of a conventional ultrasonic type, bubble type, heating type and the like.

물공급원은 가정용으로 사용할 경우에는 상수(上水)와 연결하고, 본 실시예와 같이 휴대용으로 사용할 경우에는 일정량의 물을 각각 저장하여 상기한 각 연료탱크(121)(122)와 1대 1로 사용할 수 있도록 주물탱크(145)와 보조탱크(146)로 이루어진다.The water supply source is connected to a constant water when used for home use, and when used as a portable device according to the present embodiment, each of the fuel tanks 121 and 122 and one to one are stored by storing a certain amount of water. It consists of a casting tank 145 and an auxiliary tank 146 to be used.

주물탱크(145)와 보조물탱크(146)는 물전환밸브인 공급용 3방밸브(147)를 사이에 두고 상기한 물공급관(142)에 연결한다.The casting tank 145 and the auxiliary tank 146 are connected to the water supply pipe 142 with a three-way valve 147 for supplying water switching valve therebetween.

또, 주물탱크(145)와 보조물탱크(146)는 상기한 각각의 연료탱크(121)(122)와 함께 쌍으로 사용한 후 함께 교체할 수 있도록 연료와 물의 사용량을 고려하여 적절한 체적비율로 상기한 각 연료탱크(121)(122)와 일체로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the casting tank 145 and the auxiliary tank 146 may be used in pairs with the respective fuel tanks 121 and 122 and then replaced with the appropriate volume ratio in consideration of the amount of fuel and water used. It is preferable to form integrally with each fuel tank 121, 122.

또, 주물탱크(145)와 보조물탱크(146)의 사이에는 주물탱크(145)의 교체시 그 주물탱크(145)가 보조물탱크(146)에서 공급받은 양만큼을 새로운 주물탱크(145)에서 반환하도록 하는 물보충관(148)과 물보충밸브(149)를 설치한다.In addition, when the casting tank 145 is replaced between the casting tank 145 and the auxiliary tank 146, the amount of the casting tank 145 supplied from the auxiliary tank 146 is returned from the new casting tank 145. Water refill pipe 148 and the water refill valve 149 to be installed.

물순환부(150)는 연료전지스택부(110)의 공기극(113)과 물공급관(142)을 물순환용 3방밸브(153)로 연결하는 물순환관(151)과, 물순환관(151)의 중간에 설치하고 연료전지스택부(110)를 통과하는 물과 공기 중에서 물을 분리하여 가습기(141)에 순환시키기 위한 기액분리기(152)로 이루어진다.The water circulation unit 150 includes a water circulation pipe 151 and a water circulation pipe connecting the cathode 113 and the water supply pipe 142 of the fuel cell stack 110 to the three-way valve 153 for water circulation. It is installed in the middle of 151 and consists of a gas-liquid separator 152 for circulating the water in the water and air passing through the fuel cell stack 110, the humidifier 141.

기액분리기(152)에는 분리된 물의 양에 따라 상기한 물순환용 3방밸브(153)를 개폐하도록 수위센서(미도시)를 설치한다.The gas-liquid separator 152 is provided with a water level sensor (not shown) to open and close the three-way valve 153 for water circulation according to the amount of separated water.

도면중 미설명 부호인 154는 배기관이다.Reference numeral 154 in the drawing indicates an exhaust pipe.

상기와 같은 본 발명 연료전지 시스템의 작용 효과는 다음과 같다.The operation and effect of the fuel cell system of the present invention as described above are as follows.

제어부가 가동 지령을 내리면 연료공급부(120)의 연료펌프(126)가 구동하면서 주연료탱크(121)에서 액체연료를 펌핑하여 연료전지스택부(110)의 연료극(113)에 공급하는 동시에 공기압축기(131)도 구동하면서 대기 중의 공기를 흡입하여 연료전지스택부(110)의 공기극(114)에 공급함으로써 연료전지스택부(110)에서는 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기 에너지를 생성한다.When the control unit issues an operation command, the fuel pump 126 of the fuel supply unit 120 is driven and pumps liquid fuel from the main fuel tank 121 to supply the anode 113 of the fuel cell stack 110 to the air compressor. While driving 131, the air is sucked and supplied to the cathode 114 of the fuel cell stack 110 to generate electrical energy through the electrochemical reaction between the fuel and the air.

전기가 생성되는 과정을 보다 상세히 살펴 보면 도 4에서와 같이 액체연료는 연료공급관(123)을 통하여 연료전지스택부(110)의 분리기(115,116)에 형성된 연료유로(Cf)를 통해 공급됨과 아울러 공기공급부(130)의 공기조절밸브(135)가 개방되어 대기 중의 공기가 공기공급관(132)을 통하여 연료전지스택부(110)의 분리기(115,116)에 형성된 공기유로(Co)를 통해 공급된다.Looking at the process of generating electricity in more detail as shown in Figure 4 the liquid fuel is supplied through the fuel flow path (Cf) formed in the separator (115, 116) of the fuel cell stack 110 through the fuel supply pipe 123 and air The air control valve 135 of the supply unit 130 is opened so that air in the atmosphere is supplied through the air passage Co formed in the separators 115 and 116 of the fuel cell stack 110 through the air supply pipe 132.

이때, 물공급밸브(144)가 개방되고 물펌프(143)가 구동하여 주물탱크(145)의 물이 물공급관(142)을 통해 가습기(141)로 공급되고, 이 가습기(141)에서 공기를 수증기 상태로 만들어 연료전지스택부(110)로 공급된다.At this time, the water supply valve 144 is opened and the water pump 143 is driven so that the water in the casting tank 145 is supplied to the humidifier 141 through the water supply pipe 142, the air from the humidifier 141 The water vapor is made to be supplied to the fuel cell stack 110.

이와 같이 분리기(115,116)의 연료유로(Cf)와 공기유로(Co)에 공급된 액체연료와 공기는 각각 연료극(113)과 공기극(114)에 접촉하여 전기화학적 반응에 의해 전기에너지가 발생된다.As such, the liquid fuel and the air supplied to the fuel passage Cf and the air passage Co of the separators 115 and 116 come into contact with the anode 113 and the cathode 114, respectively, to generate electrical energy by an electrochemical reaction.

즉, 연료극(113)측에서는 연료로부터 공급된 H+의 전기화학적 산화반응That is, on the anode 113 side, the electrochemical oxidation reaction of H + supplied from the fuel

H2 →2H+ + 2e-H2 → 2H + + 2e-

이 발생되고, 전해질막(112)에서는 산화/환원 반응에 의해 생긴 이온을 전달하게 되며, 공기극(114)에서는 공급된 공기(산소)의 전기화학적 환원반응Is generated, the electrolyte membrane 112 transfers ions generated by the oxidation / reduction reaction, and in the cathode 114, an electrochemical reduction reaction of the supplied air (oxygen) is performed.

4H+ + O2 +4e- →2H2O4H + + O2 + 4e- → 2H2O

이 발생된다.Is generated.

이에 따라 연료극(113)과 공기극(114)의 사이에 기전력이 발생하고, 이 기전력은 다수개의 싱글셀(111)이 적층된 연료전지스택부(110)의 양단에 설치된집전기(117,118)를 통하여 출력되며, 집전기(117,118)에서 출력되는 전류는 부하로 공급된다.Accordingly, an electromotive force is generated between the anode 113 and the cathode 114, and the electromotive force is provided through current collectors 117 and 118 installed at both ends of the fuel cell stack 110 in which a plurality of single cells 111 are stacked. The current output from the current collectors 117 and 118 is supplied to the load.

한편, 연료전지스택부(110)의 연료극(113)을 통과한 연료는 연료순환관(124)을 통해 주연료탱크(121)로 회수되었다가 다시 연료펌프(126)에 의해 공급측 연료전환밸브(125a)와 연료공급관(123)을 통해 연료전지스택부(110)의 연료극(113)으로 재공급되는 일련의 과정을 반복한다.On the other hand, the fuel passing through the fuel electrode 113 of the fuel cell stack 110 is recovered to the main fuel tank 121 through the fuel circulation pipe 124 and then supplied by the fuel pump 126 to the supply side fuel switching valve ( 125a) and a series of processes to be resupplied to the anode 113 of the fuel cell stack 110 through the fuel supply pipe 123 is repeated.

이 과정에서 연료는 그 농도가 낮아지는데 이를 농도센서(128)가 감지하여 주연료탱크(121)의 교체시기를 알려준다. 이를 전달받은 사용자는 주연료탱크(121)로 향하는 연료조절밸브(129a)를 닫고 보조연료탱크(122)가 연료전지스택부(110)의 연료극(113)과 연결되도록 한 상태에서 주연료탱크(121)를 교체한다.In this process, the fuel is lowered in concentration, and the concentration sensor 128 senses this and informs the replacement time of the main fuel tank 121. The user who received this closes the fuel control valve 129a toward the main fuel tank 121, and the auxiliary fuel tank 122 is connected to the fuel electrode 113 of the fuel cell stack 110 so that the main fuel tank ( Replace 121).

이때, 공급측 연료전환밸브(125a)와 순환측 연료전환밸브(125b)는 모두 보조연료탱크(122)쪽이 열리고 주연료탱크(121)쪽은 닫아 연료전지스택부(110)를 통과하는 연료가 보조연료탱크(122)로 임시 순환하도록 한다.At this time, both the supply side fuel switching valve 125a and the circulation side fuel switching valve 125b open the auxiliary fuel tank 122 and close the main fuel tank 121 to close the fuel passing through the fuel cell stack 110. Temporary circulation to the auxiliary fuel tank (122).

이와 함께, 가습기(141)로 물을 공급하던 주물탱크(145) 역시 모두 소진됨에 따라 공급용 3방밸브(147)를 조절하여 가습기(141)와 보조물탱크(146)가 연결되도록 함으로써 물이 보조물탱크(146)에서 가습기(141)로 공급되도록 한다. 이후, 주연료탱크(121)와 함께 주물탱크(145)도 교체해야 하는데 도 5에서와 같이 주연료탱크(121)와 주물탱크(145)가 일체로 형성되는 경우에는 주연료탱크(121)와 주물탱크(145)를 함께 교체할 수 있어 교체작업을 한결 용이하게 할 수 있다.In addition, as the casting tank 145 which supplies the water to the humidifier 141 is also exhausted, the water is supplemented by adjusting the three-way valve 147 for supply so that the humidifier 141 and the auxiliary water tank 146 are connected. The tank 146 is supplied to the humidifier 141. Subsequently, the casting tank 145 together with the main fuel tank 121 should also be replaced. When the main fuel tank 121 and the casting tank 145 are integrally formed as shown in FIG. 5, the main fuel tank 121 and Casting tank 145 can be replaced together to facilitate the replacement operation.

다음, 주연료탱크(121)와 주물탱크(145)를 모두 교체한 후에는 각각의 연료전환밸브(125a)(125b)와 공급용 3방밸브(147)를 보조연료탱크(122)와 보조물탱크(146)에서 주연료탱크(121)와 주물탱크(145)로 변경하여 정상적으로 연료와 물이 공급되도록 한다. 이때, 주연료탱크(121)와 보조연료탱크(122) 사이에 설치한 연료보충관(127)은 연료보충밸브(127a)가 열리면서 주연료탱크(121)를 교체하는 동안에 보조연료탱크(122)에서 대신 사용한 연료량 만큼을 주연료탱크(121)에서 보충받는다. 보조연료탱크(122)가 완전히 충진되면 연료보충밸브(127a)를 닫아 연료가 연료전지스택부(110)로만 공급되도록 한다.Next, after replacing both the main fuel tank 121 and the casting tank 145, each of the fuel switching valves 125a and 125b and the three-way valve 147 for supplying the auxiliary fuel tank 122 and the auxiliary water tank At 146, the main fuel tank 121 and the casting tank 145 are changed so that fuel and water are normally supplied. At this time, the fuel supplement pipe 127 installed between the main fuel tank 121 and the auxiliary fuel tank 122 is the auxiliary fuel tank 122 while the fuel supplement valve 127a is opened and the main fuel tank 121 is replaced. In the main fuel tank 121 is supplemented by the amount of fuel used instead. When the auxiliary fuel tank 122 is completely filled, the fuel supplement valve 127a is closed to supply fuel only to the fuel cell stack 110.

또, 주물탱크(145)와 보조물탱크(146) 사이의 물보충밸브(148a) 역시 열리면서 교체된 주물탱크(145)에서 보조물탱크(146)로 일정량 만큼의 물이 물보충관(148)을 통해 재보충되도록 한다.In addition, the water filling valve 148a between the casting tank 145 and the auxiliary tank 146 is also opened and a predetermined amount of water is transferred from the replaced casting tank 145 to the auxiliary tank 146 through the water filling pipe 148. Replenish.

여기서, 연료전지스택부(110)의 공기극(114)을 통과하는 공기중에는 물이 혼합되어 물순환관(151)을 통해 기액분리기(152)로 배출되고, 이 중에서 공기는 배기관(154)을 통해 그대로 배출되는 반면 물은 남았다가 순환용 3방밸브(153)가 주물탱크(145) 쪽을 닫고 기액분리기(152)쪽을 여는 시점에서 가습용 물펌프(143)에 의해 가습기(141)로 순환 공급된다. 이때, 기액분리기(152)에 구비된 수위센서(미도시)에 의해 그 기액분리기(152)에 저장된 물의 양이 어느 정도인지를 판단하고 그 양이 주물탱크(145)를 대신할 정도의 양일 경우 제어부(미도시)에 의해 단독으로 가습기(141)와 연결된다.Here, water is mixed in the air passing through the cathode 114 of the fuel cell stack 110 and discharged to the gas-liquid separator 152 through the water circulation pipe 151, among which air is passed through the exhaust pipe 154. While the water is discharged as it is, the water is circulated to the humidifier 141 by the humidification water pump 143 when the three-way valve 153 for circulation closes the casting tank 145 and opens the gas-liquid separator 152. Supplied. At this time, the water level sensor (not shown) provided in the gas-liquid separator 152 determines the amount of water stored in the gas-liquid separator 152 and the amount is enough to replace the casting tank 145. The controller (not shown) is connected to the humidifier 141 alone.

이렇게 하여, 별도의 개질기를 구비하지 않고도 연료를 원활하게 공급할 수 있고 이를 통해 개질기로 인해 발생하는 시스템의 부피 증가와 비용 증가를 막을수 있다.In this way, fuel can be smoothly supplied without a separate reformer, thereby preventing the volume increase and the cost of the system generated by the reformer.

또, 착탈이 가능한 연료탱크에 액체연료를 충진하여 사용할 수 있도록 함으로써 휴대가 가능할 뿐만 아니라 사용상의 위험을 줄이고 편의성을 높일 수 있다.In addition, by allowing the removable fuel tank to be filled with the liquid fuel to be used, not only can it be portable, but also it can reduce the risk of use and increase convenience.

또, 주연료탱크와 주물탱크를 교체하는 중에도 보조연료탱크와 보조물탱크를 이용하여 연료와 물을 정상적으로 공급할 수 있어 전기에너지를 중단없이 발생할 수 있다.In addition, while replacing the main fuel tank and the casting tank, it is possible to supply fuel and water normally by using the auxiliary fuel tank and the auxiliary tank can generate electrical energy without interruption.

또, 공기를 가습하기 위한 가습용수를 상수 외에 착탈이 가능한 물탱크를 사용할 수도 있음에 따라 역시 휴대가 가능하고, 특히 물탱크를 사용할 경우 이 물탱크를 연료탱크와 일체로 형성하여 연료탱크와 물탱크를 함께 교체할 수 있도록 하여 사용의 편의를 더욱 높일 수 있다.In addition, it is also possible to use a water tank that can be attached and detached in addition to the constant humidification water for humidifying the air, especially in the case of using a water tank, the water tank is formed integrally with the fuel tank, fuel tank and water The tanks can be replaced together for greater ease of use.

또, 연료전지스택부의 공기극에서 공기와 함께 배출되는 물을 가습기로 순환시켜 미리 가열된 물로 공기를 가습하는데 활용함에 따라 특히 가열형 가습기를 사용할 때 적은 열량으로도 가습효과를 높여 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.In addition, by circulating the water discharged with air from the cathode of the fuel cell stack to the humidifier to humidify the air with pre-heated water, especially when using a heated humidifier, the humidification effect is increased with a small amount of heat, so energy is more efficiently used. Can be used.

이상과 같이 본 발명에 의하면 주연료탱크와 주물탱크에 각각 보조연료탱크와 보조물탱크를 구비하여 주연료탱크와 주물탱크의 교체시 보조연료탱크와 보조물탱크를 이용하도록 함으로써 연료를 중단없이 공급할 수 있어 전기에너지를 지속적으로 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, the auxiliary fuel tank and the auxiliary tank are provided in the main fuel tank and the casting tank, respectively, so that the fuel can be supplied without interruption by using the auxiliary fuel tank and the auxiliary tank when the main fuel tank and the casting tank are replaced. The electrical energy can be obtained continuously.

또, 연료탱크와 공기를 가습하기 위한 물탱크를 착탈 가능한 구조로 형성하여 연료전지 시스템을 휴대용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 상기한 연료탱크와 물탱크를 일체로 형성하여 연료탱크와 물탱크의 교체를 일원화할 수 있다.In addition, the fuel tank and the water tank for humidifying the air can be formed in a removable structure so that the fuel cell system can be used as a portable device, and the fuel tank and the water tank can be replaced by integrally forming the fuel tank and the water tank. Can be unified.

또, 공기극을 통과한 물을 순환시켜 공기가습에 재활용함으로써 에너지 손실을 막을 수 있다.In addition, energy loss can be prevented by circulating water that has passed through the air electrode and recycling it to air humidification.

본 발명은 상술한 실시례로서만 국한되는 것은 아니고 본 발명의 사상 및 범위내에서 다양한 변형이 가능한 것이다.The present invention is not limited only to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the spirit and scope of the present invention.

Claims (4)

삭제delete 전해질막과 이 전해질막을 사이에 두고 양측에 적층하는 연료극과 공기극을 구비하여 각 극으로 공급되는 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생성하는 연료전지스택부와, 연료전지스택부의 연료극에 액체연료를 공급하는 연료공급부와, 연료전지스택부의 공기극으로 공기를 공급하는 공기공급부와, 공기공급부의 중간에 설치하여 공기를 가습하는 공기가습부와, 연료전지스택부에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부를 포함한 연료전지 시스템에 있어서,A fuel cell stack unit having an electrolyte membrane and a fuel electrode and an air electrode stacked on both sides with the electrolyte membrane interposed therebetween to generate electricity by an electrochemical reaction between fuel and air supplied to each pole, and a liquid fuel on the fuel electrode of the fuel cell stack unit. A fuel supply unit for supplying air, an air supply unit for supplying air to the cathode of the fuel cell stack unit, an air humidifier unit installed in the middle of the air supply unit to humidify the air, and electric energy generated by the fuel cell stack unit for supplying the load. In a fuel cell system comprising an electrical energy output unit, 액체연료를 충진하고 그 연료의 농도를 감지하여 연료의 교체시기를 알려주도록 농도센서를 구비하는 주연료탱크와, 주연료탱크의 일측에 배치하여 역시 액체연료를 충진한 보조연료탱크와, 주연료탱크와 보조연료탱크를 연료전지스택부의 연료극에 병렬로 연결하는 연료공급관과, 연료전지스택부의 연료극과 주연료탱크 사이를 연결하여 연료전지스택부에서의 반응후 연료를 다시 주연료탱크로 순환하는 연료순환관과, 연료공급관과 연료순환관의 중간에 각각 설치하여 주연료탱크 또는 보조연료탱크를 연료전지스택부의 연료극과 전환 연결시키는 연료전환밸브와, 연료전환밸브에 연결하여 각 연료탱크에서 연료를 연료극으로 펌핑하는 연료펌프와, 주연료탱크와 보조연료탱크 사이에 설치하여 주연료탱크를 교체하는 동안에 보조연료탱크에서 사용한 연료량 만큼을 새로운 주연료탱크에서 보조연료탱크로 보충하도록 연료보충밸브를 갖는 연료보충관을 포함한 연료전지 시스템의 연료 공급 장치.A main fuel tank with a concentration sensor to fill the liquid fuel and detect the concentration of the fuel to inform the time of fuel replacement; an auxiliary fuel tank which is arranged on one side of the main fuel tank to fill the liquid fuel; The fuel supply pipe connects the tank and the auxiliary fuel tank to the anode of the fuel cell stack in parallel, and connects between the anode and the main fuel tank of the fuel cell stack to circulate the fuel back to the main fuel tank after the reaction at the fuel cell stack. A fuel switching valve installed between the fuel circulation pipe, a fuel supply pipe, and a fuel circulation pipe, respectively, for switching the main fuel tank or the auxiliary fuel tank to the anode of the fuel cell stack; and a fuel switching valve connected to the fuel switching valve for fuel in each fuel tank. Fuel pump that pumps fuel to the anode and between the main fuel tank and the auxiliary fuel tank, and the auxiliary fuel tank during the replacement of the main fuel tank. A fuel supply device of a fuel cell system including a fuel tube having a fuel supplement supplementary valve to compensate for the use as fuel in the auxiliary fuel tanks at a new primary fuel tank. 전해질막과 이 전해질막을 사이에 두고 양측에 적층하는 연료극과 공기극을 구비하여 각 극으로 공급되는 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생성하는 연료전지스택부와, 연료전지스택부의 연료극에 액체연료를 공급하는 연료공급부와, 연료전지스택부의 공기극으로 공기를 공급하는 공기공급부와, 공기공급부의 중간에 설치하여 공기를 가습하는 공기가습부와, 연료전지스택부에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부를 포함한 연료전지 시스템에 있어서,A fuel cell stack unit having an electrolyte membrane and a fuel electrode and an air electrode stacked on both sides with the electrolyte membrane interposed therebetween to generate electricity by an electrochemical reaction between fuel and air supplied to each pole, and a liquid fuel on the fuel electrode of the fuel cell stack unit. A fuel supply unit for supplying air, an air supply unit for supplying air to the cathode of the fuel cell stack unit, an air humidifier unit installed in the middle of the air supply unit to humidify the air, and electric energy generated by the fuel cell stack unit for supplying the load. In a fuel cell system comprising an electrical energy output unit, 액체연료를 충진하고 그 연료의 농도를 감지하여 연료의 교체시기를 알려주도록 농도센서를 구비하는 주연료탱크와, 주연료탱크의 일측에 배치하여 역시 액체연료를 충진한 보조연료탱크와, 주연료탱크와 보조연료탱크를 연료전지스택부의 연료극에 병렬로 연결하는 연료공급관과, 연료전지스택부의 연료극과 주연료탱크 사이를 연결하여 연료전지스택부에서의 반응후 연료를 다시 주연료탱크로 순환하는 연료순환관과, 연료공급관과 연료순환관의 중간에 각각 설치하여 주연료탱크 또는 보조연료탱크를 연료전지스택부의 연료극과 전환 연결시키는 연료전환밸브와, 연료전환밸브에 연결하여 각 연료탱크에서 연료를 연료극으로 펌핑하는 연료펌프와, 주연료탱크와 보조연료탱크 사이에 설치하여 주연료탱크를 교체하는 동안에 보조연료탱크에서 사용한 연료량 만큼을 새로운 주연료탱크에서 보조연료탱크로 보충하도록 연료보충밸브를 갖는 연료보충관과, 공기공급부에 물을 공급하도록 물펌프를 구비하여 그 가습기에 연결하는 물공급관과, 일정량의 물을 담아 물공급관에 착탈 가능하게 설치하는 주물탱크와, 주물탱크와 함께 병렬로 물공급관에 연결하여 주물탱크를 교체하는 동안에 임시로 물을 공기공급부에 공급하는 보조물탱크와, 주물탱크와 보조물탱크 사이의 물공급관에 설치하여 주물탱크의 교체시 보조물탱크와 공기공급부를 임시로 연결하는 물전환밸브와, 주물탱크와 보조물탱크 사이에 설치하고 주물탱크를 교체하는 동안에 보조물탱크에서 사용한 물 만큼을 새로운 주물탱크에서 보조물탱크로 보충하도록 물보충밸브를 갖는 물보충관을 포함한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 연료 공급 장치.A main fuel tank with a concentration sensor to fill the liquid fuel and detect the concentration of the fuel to inform the time of fuel replacement; an auxiliary fuel tank which is arranged on one side of the main fuel tank to fill the liquid fuel; The fuel supply pipe connects the tank and the auxiliary fuel tank to the anode of the fuel cell stack in parallel, and connects between the anode and the main fuel tank of the fuel cell stack to circulate the fuel back to the main fuel tank after the reaction at the fuel cell stack. A fuel switching valve installed between the fuel circulation pipe, a fuel supply pipe, and a fuel circulation pipe, respectively, for switching the main fuel tank or the auxiliary fuel tank to the anode of the fuel cell stack; and a fuel switching valve connected to the fuel switching valve for fuel in each fuel tank. Fuel pump that pumps fuel to the anode and between the main fuel tank and the auxiliary fuel tank, and the auxiliary fuel tank during the replacement of the main fuel tank. A fuel supplement pipe having a fuel supplement valve to supplement the used fuel amount from the new main fuel tank to the auxiliary fuel tank, a water supply pipe for supplying water to the air supply unit, and a water supply tube connected to the humidifier, and a predetermined amount of water Between the casting tank and the auxiliary tank that temporarily supplies water to the air supply during replacement of the casting tank by connecting to the water supply pipe in parallel with the casting tank. Water casting valve installed in the water supply pipe to temporarily connect the auxiliary tank and the air supply unit when replacing the casting tank, and installed between the casting tank and the auxiliary tank, and as much as the water used in the auxiliary tank while replacing the casting tank. A fuel cell comprising a water replenishment pipe having a water replenishment valve to replenish with an auxiliary water tank in the System fuel supply. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 주연료탱크와 주물탱크 그리고 보조연료탱크와 보조물탱크는 연료와 물의 적정 사용량을 고려하여 각각 쌍으로 일체 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 연료 공급 장치.A fuel supply system for a fuel cell system, wherein the main fuel tank, the casting tank, and the auxiliary fuel tank and the auxiliary tank are integrally formed in pairs in consideration of appropriate amounts of fuel and water.
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