KR100515308B1

KR100515308B1 - Fuel cell system

Info

Publication number: KR100515308B1
Application number: KR10-2004-0007671A
Authority: KR
Inventors: 이동훈; 권호진
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2005-09-15
Also published as: KR20050079422A

Abstract

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지의 스택과 이 스택에 대한 냉각 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a stack of fuel cells and a cooling structure for the stack.

이를 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 복수의 전기 생성부를 가진 스택; 상기 전기 생성부로부터 생성되는 전기를 집전하는 집전부; 수소를 함유한 연료를 상기 전기 생성부로 공급하는 연료 공급부; 외부 공기를 상기 전기 생성부로 공급하는 공기 공급부; 및 상기한 전기 생성부에 소정의 전위차를 갖는 전원을 인가하여 상기 스택으로부터 발생하는 열을 냉각시키는 냉각장치를 포함한다.To this end, the fuel cell system according to the present invention includes a stack having a plurality of electricity generating units for generating electrical energy by an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen; A current collector configured to collect electricity generated from the electricity generator; A fuel supply unit supplying a fuel containing hydrogen to the electricity generation unit; An air supply unit supplying external air to the electricity generation unit; And a cooling device that cools heat generated from the stack by applying a power source having a predetermined potential difference to the electricity generating unit.

Description

Fuel Cell System {FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료 전지 시스템의 스택 냉각장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a stack cooling apparatus of a fuel cell system.

일반적으로, 연료 전지는 메탄올이나 천연가스 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응 에너지를 직접 전기에너지로 변화시키는 발전 시스템이다. 특히, 연료 전지는 연소 과정 없이 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 생성되는 전기와 그 부산물인 열을 동시에 사용할 수 있다는 특징을 갖고 있다.In general, a fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen or air containing oxygen contained in a hydrocarbon-based material such as methanol or natural gas into electrical energy. In particular, the fuel cell is characterized in that it can simultaneously use electricity generated by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen and heat as a byproduct thereof without a combustion process.

이러한 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 150∼200℃ 부근에서 작동하는 인산형 연료전지, 600∼700℃의 고온에서 작동하는 용융탄산염 형 연료전지, 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고체 산화물형 연료전지, 상온 내지 100℃ 이하에서 작동하는 고분자 전해질형 및 알칼리형 연료전지 등으로 분류되며, 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동하나, 연료의 종류, 운전 온도, 촉매 및 전해질이 서로 다르다.Such fuel cells are phosphoric acid fuel cells operating near 150-200 ° C., molten carbonate fuel cells operating at high temperatures 600-700 ° C. and solid oxide types operating at high temperatures 1000 ° C. or higher depending on the type of electrolyte used. It is classified into fuel cell, polymer electrolyte type and alkaline type fuel cell operating at room temperature to below 100 ° C. Each of these fuel cells operates on the same principle, but the type of fuel, operating temperature, catalyst and electrolyte Are different.

이 중에서 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC)는, 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하고 작동 온도가 낮을뿐더러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지고 있으며, 메탄올, 에탄올, 천연 가스 등을 개질하여 만들어진 수소를 연료로 사용하여 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가지고 있다.Among these, polymer electrolyte fuel cells (PEMFCs), which have been recently developed, have excellent output characteristics, low operating temperatures, fast start-up and response characteristics compared to other fuel cells, and methanol and ethanol. By using hydrogen produced by reforming natural gas, etc. as a fuel, it has a wide range of applications such as mobile power sources such as automobiles, as well as distributed power sources such as houses and public buildings, and small power sources such as electronic devices.

상기와 같은 고분자 전해질형 연료 전지가 기본적으로 시스템의 구성을 갖추기 위해서는, 스택(stack)이라 불리는 연료 전지 본체(이하, 편의상 스택이라 칭한다.), 연료 탱크 및 이 연료 탱크로부터 상기 스택으로 연료를 공급하기 위한 연료 펌프 등이 필요하다. 그리고, 연료 탱크에 저장된 연료를 스택으로 공급하는 과정에서 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급하는 개질기(reformer)가 더욱 포함된다. 따라서, 고분자 전해질형 연료 전지는 연료 펌프의 펌핑력에 의해 연료 탱크에 저장된 연료를 개질기로 공급하고, 개질기가 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키며, 스택이 수소 가스와 산소를 전기 화학적으로 반응하여 전기에너지를 생산해 내게 된다.In order for the polymer electrolyte fuel cell as described above to basically have a system configuration, a fuel cell body (hereinafter referred to as a stack for convenience) called a stack, a fuel tank, and a fuel tank are supplied from the fuel tank to the stack. A fuel pump for this purpose is needed. Further, a reformer for reforming the fuel to generate hydrogen gas and supplying the hydrogen gas to the stack is further included in the process of supplying the fuel stored in the fuel tank to the stack. Therefore, the polymer electrolyte fuel cell supplies the fuel stored in the fuel tank to the reformer by the pumping force of the fuel pump, the reformer reforms the fuel to generate hydrogen gas, and the stack electrochemically reacts the hydrogen gas with oxygen. Electric energy is produced.

한편, 연료 전지는 수소를 함유한 액상의 연료를 직접 스택에 공급하여 전기를 생산해 낼 수 있는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식을 채용할 수 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 방식의 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 개질기가 배제된다.On the other hand, the fuel cell may employ a direct methanol fuel cell (DMFC) method that can generate electricity by supplying a liquid fuel containing hydrogen directly to the stack. Such a direct methanol fuel cell fuel cell, unlike the polymer electrolyte fuel cell, the reformer is excluded.

상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 전극-전해질 합성체(Membrane Electrode Assembly: MEA)와 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)로 이루어진 단위 셀이 수개 내지 수십개로 적층된 구조를 가진다. 전극-전해질 합성체는 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 부착된 구조를 가진다. 그리고 바이폴라 플레이트는 연료 전지의 반응에 필요한 산소와 수소 가스가 공급되는 통로의 역할과 각 전극-전해질 합성체의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행한다. 따라서, 바이폴라 플레이트에 의해 애노드 전극에는 수소 가스가 공급되는 반면, 캐소드 전극에는 산소가 공급된다. 이 과정에서 애노드 전극에서는 수소 가스의 산화 반응이 일어나게 되고, 캐소드 전극에서는 산소의 환원 반응이 일어나게 되며 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 열 그리고 물을 함께 얻을 수 있다.In the fuel cell system as described above, the stack which substantially generates electricity has a structure in which several to tens of unit cells consisting of an electrode-electrolyte assembly (MEA) and a bipolar plate are stacked. The electrode-electrolyte composite has a structure in which an anode electrode and a cathode electrode are attached with an electrolyte membrane interposed therebetween. The bipolar plate simultaneously serves as a passage for supplying oxygen and hydrogen gas required for the reaction of the fuel cell and a conductor connecting the anode electrode and the cathode electrode of each electrode-electrolyte composite in series. Therefore, hydrogen gas is supplied to the anode electrode by the bipolar plate, while oxygen is supplied to the cathode electrode. In this process, an oxidation reaction of hydrogen gas occurs at the anode electrode, and a reduction reaction of oxygen occurs at the cathode electrode, and electricity, heat, and water can be obtained together due to the movement of generated electrons.

이러한 연료 전지 시스템은 스택을 항상 적정 온도로 관리를 하여야 전해질막의 안정성을 보장할 수 있을 뿐만 아니라, 성능 저하를 미연에 방지할 수 있다. 이를 위해 종래의 연료 전지 시스템은 통상적인 공냉식 냉각장치를 구비하여 운전 중에 스택에서 발생하는 열을 비교적 온도가 낮은 찬 공기로 식혀 주거나 또는 냉각수를 공급하여 스택에서 발생하는 열을 식혀 주는 수냉식 냉각장치를 구비하고 있다.In such a fuel cell system, the stack must be managed at an appropriate temperature at all times to ensure the stability of the electrolyte membrane, and to prevent performance degradation. To this end, the conventional fuel cell system includes a conventional air-cooled cooling device that cools the heat generated from the stack to cool air having a relatively low temperature during operation, or a water-cooled cooling device to cool the heat generated from the stack by supplying cooling water. Equipped.

그런데, 종래에 따른 연료 전지 시스템은 특히, 공랭식 또는 수냉식으로 스택에서 발생하는 열을 냉각시키는 경우, 스택 내로 찬 공기 또는 냉각수를 통과시키기 위한 별도의 냉각 플레이트를 설치해야 하므로, 전체적인 스택의 크기를 컴팩트 하게 구현하지 못하게 되는 문제점이 있었다.However, the fuel cell system according to the related art needs to install a separate cooling plate for passing cold air or cooling water into the stack, especially when cooling the heat generated in the stack by air cooling or water cooling. There was a problem that can not be implemented.

또한 종래의 연료 전지 시스템은 찬 공기 또는 냉각수를 스택으로 공급하기 위한 별도의 펌프를 구비하는 바, 이러한 펌프는 소정의 펌핑력을 발생하기 위한 기생전력이 요구되므로 전체 시스템의 효율을 감소시키는 문제점이 있었다. 더욱이 위와 같은 펌프가 차지하는 설치 공간이 필요하므로, 결과적으로 전체적인 시스템의 크기를 컴팩트하게 구현하지 못하게 되는 문제점이 있었다.In addition, the conventional fuel cell system is provided with a separate pump for supplying cool air or cooling water to the stack, such a pump requires a parasitic power to generate a predetermined pumping force, which reduces the efficiency of the overall system there was. Moreover, since the installation space occupied by the above pump is required, there is a problem that the size of the overall system cannot be compactly implemented.

본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 스택으로 전위차를 갖는 전원을 공급하여 스택으로부터 발생하는 열을 냉각시킬 수 있는 구조를 가진 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a fuel cell system having a structure capable of cooling power generated from a stack by supplying a power source having a potential difference to the stack.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 복수의 전기 생성부를 가진 스택; 상기 전기 생성부로부터 생성되는 전기를 집전하는 집전부; 수소를 함유한 연료를 상기 전기 생성부로 공급하는 연료 공급부; 외부 공기를 상기 전기 생성부로 공급하는 공기 공급부; 및 상기한 전기 생성부에 소정의 전위차를 갖는 전원을 인가하여 상기 스택으로부터 발생하는 열을 냉각시키는 냉각장치를 포함한다.In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a stack having a plurality of electricity generating units for generating electrical energy by an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen; A current collector configured to collect electricity generated from the electricity generator; A fuel supply unit supplying a fuel containing hydrogen to the electricity generation unit; An air supply unit supplying external air to the electricity generation unit; And a cooling device that cools heat generated from the stack by applying a power source having a predetermined potential difference to the electricity generating unit.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급부는 연료를 저장하는 연료 탱크 및, 상기 연료 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함하고, 상기 공기 공급부는 외부 공기를 흡입하는 공기 펌프를 포함할 수 있다.In the fuel cell system according to the present invention, the fuel supply unit may include a fuel tank for storing fuel and a fuel pump connected to the fuel tank, and the air supply unit may include an air pump for sucking external air. have.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 집전부는 상기 스택의 최외측에 각각 위치하는 집전판을 구비하여 상기 스택의 구동시 상기 집전판을 통해 집전되는 전기를 외부 로드에 인가하는 구조를 갖는다.In addition, in the fuel cell system according to the present invention, the current collector is provided with a current collector plate located on the outermost side of the stack, respectively, when the driving of the stack structure for applying electricity collected through the current collector plate to an external rod Have

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 냉각장치는: 상기 복수의 전기 생성부에 배치되어 상기 전기 생성부로부터 발생하는 열을 감지하는 적어도 하나의 써머커플; 상기 써머커플에 의해 측정되는 온도 정보에 따라 상기 스택의 구동을 제어하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 인가되는 제어 신호에 의해 상기 전기 생성부로 전원을 선택적으로 공급하는 전원 공급부를 포함한다.In the fuel cell system according to the present invention, the cooling device includes: at least one thermocouple disposed at the plurality of electricity generating units and sensing heat generated from the electricity generating unit; A control unit controlling driving of the stack according to temperature information measured by the thermocouple; And a power supply unit selectively supplying power to the electricity generation unit by a control signal applied from the control unit.

이 경우 상기한 전원 공급부는 스택으로부터 생성되는 전기를 소정 용량 저장하는 캐피시터 또는 배터리 중 어느 하나인 것이 바람직하다.In this case, the power supply unit is preferably any one of a capacitor or a battery for storing a predetermined amount of electricity generated from the stack.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 스택과 연료 공급부 사이에, 상기 연료 공급부로부터 공급받은 연료를 개질하여 수소 가스를 생성시키는 개질기가 배치되어 상기 연료 공급부와 스택에 연결 설치될 수 있다.In addition, the fuel cell system according to the present invention may be connected between the stack and the fuel supply unit, a reformer for reforming the fuel supplied from the fuel supply unit to generate hydrogen gas is connected to the fuel supply unit and the stack.

그리고 본 발명은 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC) 또는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식의 연료 전지 시스템을 채용한다.In addition, the present invention employs a fuel cell system of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) or a direct methanol fuel cell (DMFC).

따라서 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 따르면, 찬 공기 또는 냉각수를 스택으로 공급하기 위한 펌프가 배제되므로, 시스템의 구동에 소모되는 기생전력을 줄여 시스템의 효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 시스템의 크기를 컴팩트 하게 구현할 수 있는 점에 그 특징이 있다.Therefore, according to the fuel cell system according to the present invention, since a pump for supplying cool air or cooling water to the stack is excluded, the parasitic power consumed to drive the system can be reduced, thereby further improving the efficiency of the system, and improving the size of the system. Its feature is that it can be compactly implemented.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

본 시스템은 수소를 함유한 연료를 개질하여 수소 가스를 생성하고, 상기한 수소 가스와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.This system generates a hydrogen gas by reforming a fuel containing hydrogen, and converts the chemical energy generated by electrochemical reaction between the hydrogen gas and oxygen into an electrical energy directly (Polymer Electrode Membrane Fuel Cell). ; PEMFC) method is adopted.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어 전기를 생성하기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올, 천연 가스 등과 같은 탄화 수소 또는 알코올 계열의 연료 이 외에 물 및 산소가 더욱 포함된다. 이하의 설명에서 액상의 연료는 위와 같은 탄화 수소/알코올 계열의 연료 또는 이 연료에 물이 혼합된 연료로 정의할 수 있다. 그리고 상기한 산소 연료로서 별도의 저장수단에 저장된 순수한 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 포함하는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 산소 연료로서 외부의 공기를 사용하는 예를 설명한다.In the fuel cell system according to the present invention, the fuel for generating electricity further includes water and oxygen in addition to hydrocarbon or alcohol-based fuels such as methanol, ethanol, natural gas, and the like. In the following description, the liquid fuel may be defined as a hydrocarbon / alcohol-based fuel or a fuel in which water is mixed with the fuel. As the oxygen fuel, pure oxygen gas stored in a separate storage means may be used, and air containing oxygen may be used as it is. However, below, the example which uses external air as an oxygen fuel is demonstrated.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 시스템(100)은 기본적으로 액상의 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키는 개질기(20)와, 개질기(20)에 의해 생성된 수소 가스와 외부 공기의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전기를 생산 해 내는 스택(10)과, 상기한 액상의 연료를 개질기(20)로 공급하는 연료 공급부(30)와, 전기 생성을 위한 공기를 스택(10)으로 공급하는 공기 공급부(40)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the system 100 basically uses a reformer 20 for reforming a liquid fuel to generate hydrogen gas, and converts the chemical reaction energy of hydrogen gas and external air generated by the reformer 20 into electricity. A stack 10 for converting energy into electricity, a fuel supply unit 30 for supplying the liquid fuel to the reformer 20, and an air supply unit for supplying air for electricity generation to the stack 10. 40 is comprised.

대안으로서, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 액상의 연료를 직접 스택(10)으로 공급하여 전기를 생산해 낼 수 있는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식을 채용할 수도 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 방식의 연료 전지는 위와 같은 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 도 1에 도시한 개질기(20)가 배제된 구조를 가진다. 그러나, 이하에서는 고분자 전해질형 연료 전지 방식을 채용한 연료 전지 시스템(100)을 예로 들어 설명할 뿐, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Alternatively, the fuel cell system 100 according to the present invention may employ a direct methanol fuel cell (DMFC) method capable of supplying liquid fuel directly to the stack 10 to produce electricity. have. Unlike the polymer electrolyte fuel cell as described above, the direct methanol fuel cell fuel cell has a structure in which the reformer 20 illustrated in FIG. 1 is excluded. However, hereinafter, the fuel cell system 100 employing the polymer electrolyte fuel cell method will be described as an example, and the present invention is not necessarily limited thereto.

전술한 바 있는 개질기(20)는 개질 반응에 의해 액상의 연료를 스택(10)의 전기 생성에 필요한 수소 가스로 전환할 뿐만 아니라, 상기한 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 장치이다. 통상적으로 상기한 개질기(20)는 액상의 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키는 개질부와, 그 수소 가스로부터 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 저감부를 포함한다. 개질부는 수증기 개질, 부분산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료를 수소가 풍부한 개질 가스로 전환한다. 그리고 일산화탄소 저감부는 수성가스 전환 방법, 선택적 산화 방법 등과 같은 촉매 반응 또는 분리막을 이용한 수소의 정제 등과 같은 방법으로 개질 가스로부터 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.The reformer 20 described above is a device that not only converts a liquid fuel into hydrogen gas for generating electricity of the stack 10 by the reforming reaction, but also reduces the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas. Typically, the reformer 20 includes a reforming unit for reforming a liquid fuel to generate hydrogen gas, and a carbon monoxide reduction unit for reducing the concentration of carbon monoxide from the hydrogen gas. The reforming unit converts the fuel into hydrogen-rich reforming gas through catalytic reactions such as steam reforming, partial oxidation or autothermal reaction. The carbon monoxide reducing unit reduces the concentration of carbon monoxide from the reformed gas by a method such as a catalytic reaction such as a water gas conversion method, a selective oxidation method, or purification of hydrogen using a separator.

연료 공급부(30)는 개질기(20)와 연결 설치되는 것으로서, 액상의 연료를 저장하는 연료 탱크(31)와, 연료 탱크(31)에 연결 설치되는 연료 펌프(33)를 구비한다. 상기한 연료 펌프(33)는 소정의 펌핑력에 의해 연료 탱크(31)에 저장된 액상의 연료를 그 탱크의 내부로부터 배출시키는 기능을 갖는다. 이 때 연료 공급부(30)와 개질기(20)는 제1 공급라인(91)에 의해 연결 설치될 수 있다.The fuel supply unit 30 is connected to the reformer 20, and includes a fuel tank 31 for storing liquid fuel and a fuel pump 33 connected to the fuel tank 31. The fuel pump 33 has a function of discharging the liquid fuel stored in the fuel tank 31 from the inside of the tank by a predetermined pumping force. At this time, the fuel supply unit 30 and the reformer 20 may be connected by the first supply line 91.

공기 공급부(40)는 스택(10)과 연결 설치되며, 소정의 펌핑력으로 외부 공기를 흡입하여 스택(10)으로 공급할 수 있는 공기 펌프(41)를 구비한다. 이 때 스택(10)과 공기 공급부(40)는 제3 공급라인(93)에 의해 연결 설치될 수 있다.The air supply unit 40 is installed to be connected to the stack 10 and includes an air pump 41 that can suck external air with a predetermined pumping force and supply the external air to the stack 10. In this case, the stack 10 and the air supply unit 40 may be connected and installed by the third supply line 93.

도 2는 도 1에 도시한 스택 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating the stack structure shown in FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 시스템(100)에 적용되는 스택(10)은 개질기(20)를 통해 개질된 수소 가스와 외부 공기의 산화/환원 반응을 유도하여 전기 에너지를 발생시키는 복수의 전기 생성부(11)를 포함하고 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, the stack 10 applied to the present system 100 includes a plurality of stacks that induce oxidation / reduction reactions between reformed hydrogen gas and external air through the reformer 20 to generate electrical energy. The electricity generating unit 11 is included.

각각의 전기 생성부(11)는 전기를 발생시키는 단위의 셀을 의미하며, 수소 가스와 공기 중의 산소를 산화/환원시키는 전극-전해질 합성체(Membrane Electrode assembly: MEA)(12) 및, 수소 가스와 공기를 전극-전해질 합성체(12)로 공급하기 위한 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)(16)로 이루어진다. 전기 생성부(11)는 전극-전해질 합성체(12)를 중심에 두고 이의 양측에 바이폴라 플레이트(16)를 각각 배치한 구조를 갖는다. 이로서 본 시스템(100)은 위와 같은 복수의 전기 생성부(11)가 연속적으로 배치됨으로써 단일의 스택(10)을 구성하게 된다. 그리고 스택(10)의 최 외측에는 이들 사이에 위치하는 상기한 복수의 전기 생성부(11)를 밀착시키는 엔드 플레이트(13)를 설치하고 있다.Each electricity generating unit 11 refers to a cell of a unit for generating electricity, an electrode-electrolyte composite (MEA) 12 for oxidizing / reducing hydrogen gas and oxygen in air, and hydrogen gas And a bipolar plate 16 for supplying air to the electrode-electrolyte composite 12. The electricity generating unit 11 has a structure in which the bipolar plates 16 are disposed on both sides of the electrode-electrolyte composite 12 at the center. As a result, the system 100 constitutes a single stack 10 by continuously arranging the plurality of electricity generating units 11 as described above. At the outermost side of the stack 10, an end plate 13 is provided which closely contacts the plurality of electricity generating units 11 positioned therebetween.

전극-전해질 합성체(12)는 양측면을 이루는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 전해질막이 개재된 통상적인 MEA(Membrane Electrode Assembly)를 구비한다. 애노드 전극은 바이폴라 플레이트(16)를 통해 수소 가스를 공급받는 부분으로서, 산화 반응에 의해 수소 가스를 전자와 수소 이온으로 변환시키는 촉매층과, 전자와 수소 이온의 원활한 이동을 위한 기체 확산층(Gas Diffusion Layer: GDL)으로 구성된다. 캐소드 전극은 바이폴라 플레이트(16)을 통해 공기를 공급받는 부분으로서, 환원 반응에 의해 공기 중의 산소를 전자와 산소 이온으로 변환시키는 촉매층과, 전자와 산소 이온의 원활한 이동을 위한 기체 확산층으로 구성된다. 그리고 전해질막은 두께가 50∼200㎛인 고체 폴리머 전해질로서, 애노드 전극의 촉매층에서 생성된 수소 이온을 캐소드 전극의 촉매층으로 이동시키는 이온 교환의 기능을 갖는다.The electrode-electrolyte composite 12 includes a conventional membrane electrode assembly (MEA) in which an electrolyte membrane is interposed between the anode and cathode electrodes forming both sides. The anode electrode is a portion receiving hydrogen gas through the bipolar plate 16, a catalyst layer for converting hydrogen gas into electrons and hydrogen ions by an oxidation reaction, and a gas diffusion layer for smooth movement of electrons and hydrogen ions. : GDL). The cathode electrode is a portion to which air is supplied through the bipolar plate 16, and is composed of a catalyst layer for converting oxygen in the air into electrons and oxygen ions by a reduction reaction, and a gas diffusion layer for smooth movement of electrons and oxygen ions. The electrolyte membrane is a solid polymer electrolyte having a thickness of 50 to 200 µm, and has an ion exchange function of transferring hydrogen ions generated in the catalyst layer of the anode electrode to the catalyst layer of the cathode electrode.

바이폴라 플레이트(16)는 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능을 갖는다. 그리고 바이폴라 플레이트(16)는 전극-전해질 합성체(12)의 산화/환원 반응에 필요한 수소 가스와 공기를 애노드 전극과 캐소드 전극으로 공급하는 통로의 기능도 갖는다. 이를 위해 바이폴라 플레이트(16)의 표면에는 전극-전해질 합성체(12)의 산화/환원 반응에 필요한 유체를 공급하는 유로 채널(17)을 형성하고 있다. 다시 말하면, 바이폴라 플레이트(16)는 전극-전해질 합성체(12)를 사이에 두고 그 양측에 각각 배치되어 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극 및 캐소드 전극에 밀착된다. 그리고 바이폴라 플레이트(16)는 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극 및 캐소드 전극에 각각 밀착되는 밀착면에 애노드 전극으로 수소 가스를 공급하고, 캐소드 전극으로 공기를 공급하기 위한 유로 채널(17)을 형성하고 있다.The bipolar plate 16 has the function of a conductor connecting the anode electrode and the cathode electrode of the electrode-electrolyte composite 12 in series. The bipolar plate 16 also has a function of a passage for supplying hydrogen gas and air required for the oxidation / reduction reaction of the electrode-electrolyte composite 12 to the anode electrode and the cathode electrode. To this end, a flow channel 17 is formed on the surface of the bipolar plate 16 to supply a fluid for the oxidation / reduction reaction of the electrode-electrolyte composite 12. In other words, the bipolar plates 16 are disposed on both sides with the electrode-electrolyte composite 12 interposed therebetween, and are in close contact with the anode electrode and the cathode electrode of the electrode-electrolyte composite 12. In addition, the bipolar plate 16 supplies a hydrogen gas to the anode electrode and a flow path channel 17 for supplying air to the cathode electrode, in contact with the anode electrode and the cathode electrode of the electrode-electrolyte composite 12, respectively. To form.

그리고 전기 생성부(11)의 최외측, 즉 각각의 엔드 플레이트(13)와 바이폴라 플레이트(16) 사이에는 전기 생성부(11)로부터 발생하는 전기를 집전하는 집전판(19)이 개재된다. 각각의 집전판(19)은 엔드 플레이트(13)에 의해 전기 생성부(11)의 최외측 바이폴라 플레이트(16)에 밀착하여 바이폴라 플레이트(16)로 전도된 전기를 집전하는 역할을 한다. 이 때 상기한 집전판(19)으로 집전되는 전기는 각각의 집전판(19)과 전기적으로 연결된 집전부(60)를 통해 외부 로드 예컨대, 본 시스템을 채용하는 휴대용 전자기기 또는 휴대용 이동통신 단말기 등으로 인가되게 된다.A current collector plate 19 for collecting current generated from the electricity generator 11 is interposed between the outermost side of the electricity generator 11, that is, between each end plate 13 and the bipolar plate 16. Each current collector plate 19 is in close contact with the outermost bipolar plate 16 of the electricity generating unit 11 by the end plate 13 and serves to collect electricity conducted to the bipolar plate 16. At this time, the electricity collected by the current collector plate 19 is external load through the current collector 60 electrically connected to each current collector plate 19, for example, a portable electronic device or a portable mobile terminal adopting the present system. To be applied.

한편, 엔드 플레이트(13)는 개질기(20)로부터 생성된 수소 가스를 바이폴라 플레이트(16)로 공급하기 위한 제1 공급관(13a)과, 외부의 공기를 상기한 바이폴라 플레이트(16)로 공급하기 위한 제2 공급관(13b)과, 전기 생성부(11)에서 최종적으로 미반응되고 남은 수소 가스를 배출시키기 위한 제1 배출관(13c)과, 상기한 전기 생성부(11)에서 최종적으로 미반응되고 남은 공기와 전기 생성시 발생되는 수분을 배출시키기 위한 제2 배출관(13d)을 구비하고 있다. 여기서 제1 공급관(13a)과 개질기(20)는 제2 공급라인(92)에 의해 연결될 수 있다. 그리고 제2 공급관(13b)과 공기 펌프(41)는 전술한 바 있는 제3 공급라인(93)에 의해 연결될 수 있다.On the other hand, the end plate 13 is a first supply pipe 13a for supplying the hydrogen gas generated from the reformer 20 to the bipolar plate 16, and for supplying external air to the bipolar plate 16 described above. The second supply pipe 13b, the first discharge pipe 13c for discharging the hydrogen gas which is finally unreacted in the electricity generating unit 11, and the remaining unreacted in the electricity generating unit 11 as described above. A second discharge pipe 13d for discharging water generated during generation of air and electricity is provided. Here, the first supply pipe 13a and the reformer 20 may be connected by the second supply line 92. In addition, the second supply pipe 13b and the air pump 41 may be connected by the third supply line 93 described above.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)의 작용시, 전기 생성부(11)에서는 수소 가스와 산소의 화학적인 반응에 의해 부수적으로 열이 발생하게 된다. 즉, 전기 생성부(11)의 전기 생성시 전극-전해질 합성체(12)에서 소정의 열이 발생하게 되고, 그 열이 서로 밀착하고 있는 바이폴라 플레이트(13)에 전도되게 된다.During the operation of the fuel cell system 100 according to the present invention, the electricity generating unit 11 generates heat incidentally by chemical reaction of hydrogen gas and oxygen. That is, a predetermined heat is generated in the electrode-electrolyte composite 12 during electricity generation of the electricity generating unit 11, and the heat is conducted to the bipolar plate 13 in close contact with each other.

이에 본 발명의 실시예는 전기 생성부(11)에 소정의 전위차를 갖는 전원을 인가하여 전기 생성부(11)에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각장치(70)를 구비한다.Accordingly, an embodiment of the present invention includes a cooling device 70 that cools the heat generated by the electricity generating unit 11 by applying a power source having a predetermined potential difference to the electricity generating unit 11.

도 3은 도 1에 도시한 스택 냉각장치의 구성을 나타내 보인 개략도이다.3 is a schematic view showing the configuration of the stack cooling apparatus shown in FIG.

도 1 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 의한 냉각장치(70)는 복수의 전기 생성부(11)로부터 발생하는 열의 온도를 감지하는 적어도 하나의 써머커플(71)과, 써머커플(71)에 의해 감지된 온도 정보에 따라 스택(10)의 구동을 제어하는 제어부(73)와, 제어부(73)로부터 인가되는 제어 신호에 의해 전기 생성부(11)로 소정의 전원을 선택적으로 공급하는 전원 공급부(75)를 포함한다.1 and 3, the cooling device 70 according to the present embodiment includes at least one thermocouple 71 for sensing a temperature of heat generated from the plurality of electricity generating units 11 and a thermocouple 71. The control unit 73 controls the driving of the stack 10 according to the temperature information sensed by) and selectively supplies a predetermined power to the electricity generating unit 11 by a control signal applied from the control unit 73. And a power supply 75.

써머커플(71)은 복수의 전기 생성부(11)에서 발생하는 열을 감지하는 통상적인 온도 감지수단으로서, 스택(10)의 대략 가운데 영역에 상응하는 전기 생성부(11)에 설치될 수 있다. 이와 같이 써머커플(71)을 스택(10)의 가운데 영역에 설치하는 이유는 스택(10)의 구동시 상기 가운데 영역에서 발산하는 열의 온도가 가장 높기 때문이다. 즉, 위의 가운데 영역의 온도가 대략 80℃ 이상이 되면 상기한 열에 의해 전극-전해질 합성체(12)가 손상을 입게 되어 스택(10)의 정상적인 작동이 어려워지기 때문에 써머커플(71)을 통해 이 부분의 온도를 감지하게 된다.The thermocouple 71 is a conventional temperature sensing means for sensing heat generated from the plurality of electricity generating units 11, and may be installed in the electricity generating unit 11 corresponding to an approximately center region of the stack 10. . The reason for installing the thermocouple 71 in the center region of the stack 10 as described above is that the temperature of heat dissipated in the center region is the highest when the stack 10 is driven. That is, when the temperature of the upper middle region is about 80 ° C. or more, the electrode-electrolyte composite 12 is damaged by the above heat, and thus the normal operation of the stack 10 becomes difficult. The temperature of this part will be detected.

제어부(73)는 써머커플(71)과 전기적으로 연결 설치된다. 제어부(73)는 써머커플(71)에 의해 감지된 감지 신호 즉, 전기 생성부(11)의 온도 정보에 따라 스택(10)의 구동을 제어하게 된다. 부연 설명하면, 제어부(73)는 써머커플(71)에 의해 감지된 온도 정보를 소정의 제어 신호로 변환하고, 상기한 제어 신호를 집전부(60)에 인가하여 이 집전부(60)를 제어한다. 따라서 상기한 집전부(60)는 제어부(73)의 제어 신호에 따라 외부 로드에 전기를 공급하거나 차단하게 된다.The controller 73 is electrically connected to the thermocouple 71. The controller 73 controls driving of the stack 10 according to a sensing signal sensed by the thermocouple 71, that is, temperature information of the electricity generator 11. In detail, the control unit 73 converts the temperature information detected by the thermocouple 71 into a predetermined control signal, and applies the control signal to the current collector 60 to control the current collector 60. do. Therefore, the current collector 60 supplies or cuts off electricity to the external load according to the control signal of the controller 73.

전원 공급부(75)는 전기 생성부(11)와 제어부(73)에 전기적으로 연결 설치된다. 전원 공급부(75)는 제어부(73)로부터 인가되는 제어 신호에 의해 전기 생성부(11)로 소정 전위차를 갖는 전원을 공급한다. 전원 공급부(75)는 복수의 전기 생성부(11) 각각에 연결되어 제어부(73)로부터 인가되는 제어 신호에 따라 상기 각각의 전기 생성부(11)에 전원을 공급하거나 차단할 수 있는 구조를 갖는다. 바람직하게, 전원 공급부(75)는 스택(10)으로부터 생성된 소정 용량의 잉여 전력을 저장할 수 있는 캐피시터 또는 배터리를 포함할 수 있다.The power supply unit 75 is electrically connected to the electricity generation unit 11 and the control unit 73. The power supply unit 75 supplies power having a predetermined potential difference to the electricity generation unit 11 by a control signal applied from the control unit 73. The power supply unit 75 is connected to each of the plurality of electricity generating units 11 and has a structure capable of supplying or blocking power to each of the electricity generating units 11 according to a control signal applied from the control unit 73. Preferably, the power supply 75 may include a capacitor or a battery capable of storing surplus power of a predetermined capacity generated from the stack 10.

한편, 위와 같은 냉각장치(70)를 구비한 본 시스템(100)은 스택(10)에 의해 생성된 전력을 일정한 전압으로 변환/조정하여 외부 로드 및 전원 공급부(75)로 공급할 수 있는 전압 조정부(미도시)를 구비할 수 있다. 상기한 전압 조정부는 통상적인 컨버터 및 인버터로 이루어진다.On the other hand, the system 100 having the cooling device 70 as described above is a voltage adjusting unit that can be supplied to the external load and power supply 75 by converting / adjusting the power generated by the stack 10 to a constant voltage ( Not shown). The voltage adjusting part is composed of a conventional converter and an inverter.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention configured as described above in detail as follows.

우선, 연료 펌프(33)를 가동시켜 연료 탱크(31)에 저장된 액상의 연료를 제1 공급라인(91)을 통해 개질기(20)로 공급한다. 그러면 개질기(20)는 수증기 개질(Steam Reformer: SR) 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 수성가스 전환(Water-Gas Shift Reaction: WGS) 촉매 반응 또는 선택적 산화(Preferential CO Oxidation: PROX) 촉매 반응을 통해 상기한 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.First, the fuel pump 33 is operated to supply liquid fuel stored in the fuel tank 31 to the reformer 20 through the first supply line 91. The reformer 20 then generates hydrogen gas from the fuel through a Steam Reformer (SR) catalyst reaction, and undergoes a Water-Gas Shift Reaction (WGS) catalysis or selective CO Oxidation: PROX) to reduce the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas through a catalytic reaction.

이어서, 상기한 수소 가스를 개질기(20)로부터 제2 공급라인(92)을 통해 스택(10)의 제1 공급관(13a)으로 공급한다. 그러면 상기한 수소 가스는 바이폴라 플레이트(16)를 통해 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극으로 공급된다.Subsequently, the hydrogen gas is supplied from the reformer 20 to the first supply pipe 13a of the stack 10 through the second supply line 92. The hydrogen gas is then supplied through the bipolar plate 16 to the anode electrode of the electrode-electrolyte composite 12.

이와 동시에, 공기 펌프(41)를 가동시켜 외부 공기를 제3 공급라인(93)을 통해 스택(10)의 제2 공급관(13b)으로 공급한다. 그러면 외부 공기는 바이폴라 플레이트(16)를 통해 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극으로 공급된다.At the same time, the air pump 41 is operated to supply external air to the second supply pipe 13b of the stack 10 through the third supply line 93. The outside air is then supplied through the bipolar plate 16 to the cathode electrode of the electrode-electrolyte composite 12.

상기와 같이 수소 가스를 제1 공급관(13a) 및 바이폴라 플레이트(16)를 통해 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극으로 공급하고, 외부 공기를 제2 공급관(13b) 및 바이폴라 플레이트(116)를 통해 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극으로 공급하게 되면, 스택(10)은 다음의 반응식 1과 같은 반응에 따라 전기와 물을 생성하게 된다.As described above, hydrogen gas is supplied to the anode electrode of the electrode-electrolyte composite 12 through the first supply pipe 13a and the bipolar plate 16, and external air is supplied to the second supply pipe 13b and the bipolar plate 116. When supplied to the cathode electrode of the electrode-electrolyte composite 12, the stack 10 generates electricity and water according to the reaction shown in Scheme 1 below.

<반응식 1><Scheme 1>

양극반응: H₂ → 2H⁺+ 2e^- Anode _{^{reaction: H 2 → 2H + + 2e}} -

음극반응: O₂ + 2H⁺ + 2e^- → H₂OCathodic _{^{reaction: O 2 + 2H + + 2e}} - → H 2 O

전체반응: H₂ + O₂ → H₂O + 전류Total reaction: H ₂ + O ₂ → H ₂ O + current

반응식 1을 참고하면, 상기한 수소 가스가 애노드 전극으로 흐르게 되면 촉매층에 의해 수소가 전자와 프로톤(수소이온)으로 분해되고, 프로톤이 전해질막을 통하여 캐소드 전극으로 이동하게 되고, 전자가 외부 회로를 통하여 캐소드 전극으로 이동되면서 전기를 생성하게 된다. 그리고 캐소드 전극에서는 촉매의 도움으로 물을 생성하게 된다.Referring to Scheme 1, when the hydrogen gas flows to the anode electrode, hydrogen is decomposed into electrons and protons (hydrogen ions) by the catalyst layer, the protons are moved to the cathode electrode through the electrolyte membrane, and the electrons are transferred through an external circuit. As it moves to the cathode, it generates electricity. The cathode produces water with the help of a catalyst.

이 때 스택(10)으로부터 생성되는 전기는 집전판(19)을 통해 집전되고, 상기한 집전부(60)는 집전된 전기를 외부 로드에 인가하게 된다. 그리고 전원 공급부(75)는 스택(10)으로부터 생성되는 전력의 일부를 소정 용량 저장하게 된다.In this case, the electricity generated from the stack 10 is collected through the current collector plate 19, and the current collector 60 applies the current collected to the external load. The power supply 75 stores a portion of the power generated from the stack 10 by a predetermined capacity.

위와 같은 과정을 거치는 동안, 전기 생성부(11)의 전극-전해질 합성체(12)에서는 수소와 산소의 화학적인 반응에 의해 열이 발생하게 되고, 상기한 열이 전극-전해질 합성체(12)로부터 바이폴라 플레이트(13)로 전도된 상태가 된다. 이 때 스택(10)으로부터 발생하는 열은 전기 생성부(11)의 위치에 따라 온도 편차를 갖게 되는데, 스택(10)의 대략 가운데 영역의 전기 생성부(11)에서 발생하는 열의 온도가 가장 높고, 상기한 가운데 영역에서 외측 영역으로 배치되는 전기 생성부(11)에서 발생하는 열의 온도가 그 외측 영역으로 갈수록 점차 낮아지는 온도 분포를 갖는다.During the above process, heat is generated in the electrode-electrolyte composite 12 of the electricity generating unit 11 by a chemical reaction of hydrogen and oxygen, and the heat is the electrode-electrolyte composite 12. From the state to which the bipolar plate 13 was conducted. At this time, the heat generated from the stack 10 has a temperature deviation according to the position of the electricity generating unit 11, the temperature of the heat generated from the electricity generating unit 11 in the center region of the stack 10 is the highest The temperature distribution of the heat generated by the electricity generating unit 11 disposed from the center region to the outer region is gradually lowered toward the outer region.

이러한 상태에서 써머커플(71)이 스택(10)의 대략 가운데 영역에 위치하는 전기 생성부(11)의 온도를 감지하여 그 온도가 대략 70∼80℃를 초과하게 되면, 제어부(73)는 써머커플(71)을 통해 감지된 감지 신호를 소정 제어 신호로 변환하고, 상기한 제어 신호를 집전부(60)에 인가하여 외부 로드에 공급되는 전기를 차단시킨다.In this state, when the thermocouple 71 senses the temperature of the electricity generating unit 11 located in the approximately center region of the stack 10 and the temperature exceeds approximately 70 to 80 ° C., the control unit 73 controls the summer. The sensing signal detected through the couple 71 is converted into a predetermined control signal, and the control signal is applied to the current collector 60 to cut off electricity supplied to the external load.

이와 동시에, 제어부(73)는 전원 공급부(75)에 소정의 제어 신호를 인가하게 된다. 그러면, 전원 공급부(75)는 소정의 전위차를 갖는 전원을 전기 생성부(11)에 공급하게 된다.At the same time, the control unit 73 applies a predetermined control signal to the power supply unit 75. Then, the power supply unit 75 supplies power having a predetermined potential difference to the electricity generation unit 11.

따라서 전기 생성부(11)의 바이폴라 플레이트(16)에서는 상기한 전위차에 의해 전자가 전압이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하게 되고, 열전자도 상기한 전자와 함께 이동되면서 바이폴라 플레이트(16)에 작용하는 열 에너지를 외부로 방출시키게 된다. 이로서 스택(10)의 가운데 영역에 상응하는 전기 생성부(11)의 온도를 저감시켜 복수의 전기 생성부(11)에 작용하는 온도 편차를 줄임으로써, 전극-전해질 합성체(12)의 손상을 방지하고 궁극적으로는 스택(10)의 정상적인 작동이 원활히 이루어지게 한다.Accordingly, in the bipolar plate 16 of the electricity generating unit 11, electrons move from the high voltage to the low voltage due to the above-described potential difference, and thermal energy moves on the bipolar plate 16 while the hot electrons move together with the electrons. Will be released to the outside. As a result, the temperature of the electricity generating unit 11 corresponding to the center region of the stack 10 is reduced, thereby reducing the temperature variation acting on the plurality of electricity generating units 11, thereby preventing damage to the electrode-electrolyte composite 12. And ultimately facilitates normal operation of the stack 10.

이와 같은 동작으로 스택(10)의 가운데 영역에서 발생하는 전기 생성부(11)의 발열 온도가 대략 70∼80℃ 미만으로 작용하게 되면, 제어부(73)는 집전부(60)에 소정의 제어 신호를 인가하여 집전부(60)를 통해 외부 로드에 전기를 공급하도록 하고, 동시에 전원 공급부(75)에 소정의 제어 신호를 인가하여 전기 생성부(11)에 인가되는 전원을 차단시키게 된다.When the heat generating temperature of the electricity generating unit 11 generated in the center region of the stack 10 is lower than approximately 70 to 80 ° C. in this manner, the control unit 73 sends a predetermined control signal to the current collector 60. By supplying the power supply to the external load through the current collector 60, and at the same time by applying a predetermined control signal to the power supply unit 75 to cut off the power applied to the electricity generating unit (11).

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 종래와 같이 찬 공기 또는 냉각수를 스택으로 공급하기 위한 펌프가 배제되므로, 시스템의 구동에 소모되는 기생전력을 줄여 시스템의 효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 시스템의 크기를 컴팩트 하게 구현할 수 있다.According to the fuel cell system according to the present invention, since a pump for supplying cold air or cooling water to the stack as in the prior art is excluded, the parasitic power consumed to drive the system can be reduced to further improve the efficiency of the system. The size can be made compact.

도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.2 is an exploded perspective view showing the structure of the stack shown in FIG.

Claims

A stack having a plurality of electricity generating portions for generating electrical energy by an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen;

A current collector configured to collect electricity generated from the electricity generator;

A fuel supply unit supplying a fuel containing hydrogen to the electricity generation unit;

An air supply unit supplying external air to the electricity generation unit; And

Cooling apparatus for cooling the heat generated from the stack by applying a power source having a predetermined potential difference to the electricity generating unit

Fuel cell system comprising a.

The method of claim 1,

The fuel supply unit includes a fuel tank for storing fuel and a fuel pump connected to the fuel tank.

The method of claim 1,

The air supply unit comprises a fuel pump for sucking the outside air.

The method of claim 1,

The current collector includes a current collector plate positioned at an outermost side of the stack to apply electricity collected through the current collector plate to an external load when the stack is driven.

The method of claim 1,

The chiller is:

At least one thermocouple disposed in the plurality of electricity generating units to sense heat generated from the electricity generating unit;

A control unit controlling driving of the stack according to temperature information measured by the thermocouple; And

And a power supply unit selectively supplying power to the electricity generation unit by a control signal applied from the control unit.

The method of claim 5,

The power supply unit is a fuel cell system, characterized in that any one of a capacitor or a battery for storing a predetermined amount of electricity generated from the stack.

The method of claim 1,

And a reformer arranged between the stack and the fuel supply unit to generate hydrogen gas by reforming the fuel supplied from the fuel supply unit and connected to the fuel supply unit and the stack.

The method according to claim 1 or 7,

The fuel cell system is a fuel cell system comprising a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) method.

The method of claim 1,

The fuel cell system is a fuel cell system comprising a direct methanol fuel cell (DMFC) system.