KR100523783B1 - 연료 전지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 연료 전지 장치는 연료극에 연료 가스를, 산화제극에 공기를 공급함으로써 발전하는 연료 전지와, 공기의 공급 경로에 설치된 세정액이 저장된 세정액 탱크와, 상기 세정액 탱크 속에 저장된 상기 세정액을 교체하는 수단을 가지므로, 상기 세정액으로 공기를 세정하여 산화제극에 공급하고, 세정액을 교체함으로써 산화제극에 항상 청정한 공기를 공급하는 것이 가능해진다. 전지 특성에 악영향을 끼치는 무기물이나 유기물 등의 먼지 등이나, 방향제 냄새제, 도료의 휘발 성분, CO, NOx, SOx, 시안 화합물, 유황 화합물, 방향족 화합물, 암모니아 등의 전지 특성에 악영향을 끼치는 유해 물질을 포함하지 않은 청정한 반응 공기를 연료 전지의 산화제극에 공급할 수 있어, 유해 물질과 전해질과의 화학 반응에 의거한 전해질의 변질 등을 방지할 수 있으므로, 신뢰성이 높고, 긴 수명으로 내구성이 높다.

Description

연료 전지 장치{FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료 전지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응 공기 중에 미량 포함되는 유해 물질을 제거한 반응 공기를 공급할 수 있는 연료 전지 장치에 관한 것이다.

종래의 연료 전지의 시스템의 일예를 도6에 도시한다. 이 시스템 S에서는 천연 가스, 도시 가스, 메틸 알코올, LPG, 부탄 등의 원연료(1)가 탈황기(2)에 공급되어, 여기서 원연료로부터 유황 성분이 제거된다. 이 탈황기(2)를 거친 원연료는 승압 펌프(10)에 의해 승압되어 개질기(3)로 공급되어, 수소, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하는 개질 가스가 생성된다. 이 개질기(3)를 거친 가스는 CO 변성기(4)에 공급되어, 여기서는 개질 가스에 포함되는 일산화탄소가 이산화탄소로 변성된다. 이 CO 변성기(4)를 거친 가스는 CO 제거기(5)에 공급되어, 여기서는 CO 변성기(4)를 거친 가스 중의 미변성의 일산화탄소가 제거된다.

CO 제거기(5)를 거친 일산화탄소가 제거된 후의 수소가 농후한 개질 가스가 연료 전지(6)에 공급된다. 이 연료 전지(6)는 연료극(6a)과 산화제극(6b)과 냉각부(6c)를 구비하고, 상기 수소는 연료극(6a)에 공급된다. 이 수소와, 팬(11)을 지나서 물탱크(21) 속에 공급되고 가습되어 산화제극(6b)에 공급된 공기 중에 포함되는 산소가 반응하여 전력이 발생한다.

예를 들어, 연료 전지(6)가 고체 고분자 전해질 막을 이용하는 경우는 가습되어 산화제극(6b)에 공급된 공기에 포함되는 수분에 의해 고체 고분자 전해질 막을 습윤시켜, 이온 도전성을 향상시킨다.

개질기(3)는 버너(12)를 갖고, 여기에는 파이프(13)를 통해 원연료가 공급되어, 팬(14)을 통해 공기가 공급되고, 파이프(15)를 통해 연료극(6a)을 거친 미반응 수소가 공급된다. 시스템 시동시에는 버너(12)에 파이프(13)를 통해 원연료가 공급되는 동시에, 팬(14)을 통해 공기가 공급되고, 기동 후 시스템이 안정된 경우에는 원연료의 공급이 단절되어, 버너(12)에 파이프(15)를 통해 연료극(6a)을 거친 미반응 수소가 공급된다.

상기한 개질기(3), CO 변성기(4), CO 제거기(5), 연료 전지(6)에서는 소정의 반응 온도를 갖는 화학 반응이 행해진다. 개질기(3)에 있어서의 화학 반응은 흡열 반응이므로, 버너(12)에 의해 항상 가열하면서 화학 반응을 행한다.

CO 변성기(4), CO 제거기(5)에 의해 행해지는 화학 반응은 발열 반응이므로, 예를 들어 CO 제거기(5)에서는 시스템 기동시만 도시하지 않은 버너를 연소시켜 연소 가스를 발생시키고, 이 때 발생한 연소 가스의 열로 CO 제거기(5)의 온도를 반응 온도까지 승온하고, 운전 중에는 발열 반응의 열에 의해 반응 온도 이상으로 승온하지 않도록 냉각이 행해진다.

상기 개질기(3)와 CO 변성기(4) 사이, CO 변성기(4)와 CO 제거기(5) 사이, CO 제거기(5)와 연료 전지(6) 사이에는 각각 열교환기(18, 19, 20)가 접속되어 있다.

그리고 각 열교환기(18, 19, 20)에는 물탱크(21)의 물이 펌프(23, 24, 25)를 통해 순환하고, 이들의 물에 의해 개질기(3), CO 변성기(4), CO 제거기(5)를 거친 가스가 각각 냉각된다.

연료 전지(6)의 냉각부(6c)에는 펌프(48)를 통해 물탱크(21)의 물이 순환하고, 이 물에 의해 연료 전지(6)가 냉각된다. 부호 26은 연료 전지(6)의 산화제극(6b)의 배기계이다.

상기 개질기(3)의 배기계(31)에는 열교환기(17)가 접속되고, 물탱크(21)의 물이 펌프(22)를 통해 공급되면, 이 열교환기(17)에 의해 수증기화하고, 이 수증기가 원연료와 혼합하여 개질기(3)에 공급된다.

상기한 종래의 시스템 S에서는 연료 전지 주변의 공기(외기)가 팬(11)을 지나서 물탱크(21) 속에 공급되고 가습되어 산화제극(6b)에 반응 공기로서 공급된다. 따라서, 공기(외기) 중에 미량 포함되는 N0x, SOx, 시안 화합물, 유황 화합물, 방향족 화합물, 암모니아, 유기 용제 등의 전지 특성에 악영향을 끼치는 불순물은 물탱크(21) 속에 저장된 물에 의해 일단은 제거된다. 그러나, 운전 시간이 장시간이 되면 수중의 불순물 농도가 증가하므로, 물탱크(21)를 통과하는 공기 중의 불순물은 이제는 제거되지 않고, 불순물을 포함하는 공기가 반응 공기로서 산화제극(6b)에 공급되게 된다.

반응 공기 중에 포함되는 상기 불순물은 공기 중의 산소와 함께 전극 기재를 투과하여 전극 촉매층에 도달하고, 전해질과 접촉하여 화학 반응을 일으켜, 이 화학 반응에 의해 전해질이 변질하여 전해질로서의 기능이 저하하는 동시에, 전극 촉매의 산소 흡착 기능이 저해되므로, 이들이 원인이 되어 연료 전지의 셀 특성이나 수명 특성의 저하를 초래한다고 하는 문제가 발생한다.

또한, 이러한 반응 공기 중에 포함되는 불순물에 의한 악영향의 문제는 고체 고분자 막을 이용한 연료 전지에 한정되지 않으며, 인산형 연료 전지 등 다른 연료 전지에 있어서도 마찬가지로 발생하고 있었다.

본 발명의 목적은, 종래의 문제를 해결하여 공기(외기) 중에 미량 포함되는 무기물이나 유기물 등의 먼지 등이나, 방향제 냄새제, 도료의 휘발 성분, CO, N0x, SOx, 시안 화합물, 유황 화합물, 방향족 화합물, 암모니아 등의 전지 특성에 악영향을 끼치는 유해 물질을 미리 제거하여 반응 공기를 연료 전지(6)의 산화제극(6b)에 공급하도록 구성하여 연료 전지의 셀 특성이나 수명 특성의 저하를 방지하여, 신뢰성이 높고, 수명이 긴 내구성이 높은 연료 전지 장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 연료 전지 장치의 제1 실시 형태를 도시한 구성도이다.

도2는 본 발명의 연료 전지 장치의 제2 실시 형태를 도시한 구성도이다.

도3은 본 발명의 연료 전지 장치의 제3 실시 형태를 도시한 구성도이다.

도4는 본 발명의 연료 전지 장치의 제4 실시 형태를 도시한 구성도이다.

도5는 본 발명의 연료 전지 장치의 제5 실시 형태를 도시한 구성도이다.

도6은 종래의 연료 전지 시스템을 도시한 구성도이다.

도1 내지 도5에 있어서 도6에 도시한 종래 기술과 동일한 구성 부분에는 동일 참조 부호를 부여함으로써, 중복된 설명을 생략한다.

상기 과제를 해결하기 위해 청구항 1의 연료 전지 장치는 연료극에 연료 가스를, 산화제극에 공기를 공급함으로써 발전하는 연료 전지와, 상기 공기의 공급 경로에 설치된 세정액이 저장된 세정액 탱크와, 상기 세정액 탱크 속에 저장된 상기 세정액을 교체하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

공기의 공급 경로에 설치된 세정액 탱크 속의 세정액으로 공기를 세정하여 산화제극에 공급함으로써, 그리고 세정액을 교체함으로써 산화제극에 항상 청정한 공기를 공급할 수 있다.

청구항 2의 연료 전지 장치는, 청구항 1에 기재된 연료 전지 장치에 있어서 상기 세정액이 물, 또는 유기 화합물의 세정액인 것을 특징으로 한다.

세정액으로서 물 또는 유기 화합물의 세정액을 이용함으로써, 공기 중의 불순물을 제거할 수 있다.

청구항 3의 연료 전지 장치는, 청구항 1 혹은 청구항 2에 기재된 연료 전지 장치에 있어서 상기 세정액 탱크가 상기 공기의 공급 경로에 복수개 연속하여 설치되고, 적어도 상류측에 배치된 세정액 탱크 속에 저장된 세정액을 정기적으로 교체하는 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

복수단의 세정액 탱크를 이용하여 공기를 세정함으로써, 공기의 정화를 한층 더 도모할 수 있다. 특히, 물을 이용한 세정액 탱크와 유기 화합물의 세정액을 이용한 세정액 탱크를 조합함으로써, 여러 종류의 불순물을 제거할 수 있다. 또한, 이와 같이 복수단의 세정액 탱크를 이용한 경우는 세정액의 교체는 최저한 상류측에 배치된 세정액 탱크에 대하여 행하는 것만으로도 효과가 있다.

청구항 4의 연료 전지 장치는, 청구항 3에 기재된 연료 전지 장치에 있어서 동일한 세정액이 축적된 세정액 탱크를 수위차를 마련하여 복수개 배치하고, 수위차에 의해 상방의 세정액 탱크로부터 하방의 세정액 탱크로 세정액을 공급하는 것을 특징으로 한다.

양 탱크의 수위차에 의해 상방의 세정액 탱크로부터 하방의 세정액 탱크로 물을 쉽게 공급할 수 있다.

청구항 5의 연료 전지 장치는, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 기재된 연료 전지 장치에 있어서, 세정액으로서 물을 이용한 세정액 탱크에 공급하는 물이 물처리된 물인 것을 특징으로 한다.

세정액 탱크로 공급하는 물은 물처리하여 먼지 등의 불순물을 제거한 물이 바람직하고, 또는 전지 특성에 악영향을 끼치는 유해 물질을 제거한 물이 보다 바람직하며, 특히 물처리하여 얻게 되는 순수(純水)가 바람직하다.

청구항 6의 연료 전지 장치는, 연료극에 연료 가스를 산화제극에 공기를 공급함으로써 발전하는 연료 전지와, 연료 전지의 냉각수를 저장하는 물탱크와, 상기 공기의 공급 경로에 설치된 세정액이 저장된 세정액 탱크와, 상기 세정액 탱크 속에 저장된 상기 세정액을 교체하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 7의 연료 전지 장치는, 청구항 1 혹은 청구항 6에 기재된 연료 전지 장치에 있어서 상기 세정액을 교체하는 수단은 일정 시간마다 동작하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 8의 연료 전지 장치는, 청구항 1 혹은 청구항 6에 기재된 연료 전지 장치에 있어서 상기 세정액을 교체하는 수단은 세정액의 오염에 따라서 동작하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 9의 연료 전지 장치는, 청구항 6에 기재된 연료 전지 장치에 있어서 상기 물탱크의 물을 상기 세정 탱크로 공급하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 10의 연료 전지 장치는, 청구항 6에 기재된 연료 전지 장치 있어서 상기 공기는 상기 세정액 탱크에 의해 공기 중의 불순물이 제거되어 상기 물 탱크에 의해 가습된 후, 상기 산화제극으로 공급되는 것을 특징으로 하는 것이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 이용하여 상세히 설명한다.

도1에 도시한 연료 전지 장치의 시스템 S1에 있어서, 연료 전지(6)는 반응 공기 중의 유해 물질을 물로 세정하여 제거하는 반응 공기 세정 수단(27A)을 구비하고 있다.

반응 공기 세정 수단(27A)은 세정용의 물을 수용한 세정액 탱크(27)와, 수돗물을 물처리 장치(37)로 물처리한 물을 세정액 탱크(27)에 공급하는 물공급 경로(28)와, 필터(29)를 지나서 펌프(30)에 의해 공기(외기)를 도입하여 세정액 탱크(27)로 공급하는 공기의 공급 경로(31)와, 세정액 탱크(27)에서 공기를 세정액의 물로 세정하여 유해 물질을 제거한 공기를 가습하기 위해 물탱크(세정액으로서 물을 저장한 세정액 탱크. 이하, 물탱크라 칭함)(21)에 공급하는 세정 공기 공급 경로(32)와, 세정액 탱크(27)에 수용한 세정액의 물을 정기적으로 배출하는 수단(34)을 구비하고 있다.

물을 정기적으로 배출하는 수단(34)은 배출 경로(35)와, 배출 경로(35)에 설치한 배출용 개폐 밸브(36)를 구비하고 있다.

부호 38은 수돗물을 물처리 장치(37)로 물처리한 물을 물탱크(21)에 공급하는 경로이며, 그리고 LC/1은 물탱크(21)에 설치한 레벨 제어기로, 물탱크(21)에 수용한 물의 레벨을 소정의 레벨로 유지하도록 경로(38)에 설치한 개폐 밸브(39)를 개폐한다.

LC/2는 세정 탱크(27)에 설치한 레벨 제어기로, 세정액 탱크(27)에 수용한 세정용의 물의 레벨을 소정의 레벨로 유지하도록 물공급 경로(28)에 설치한 개폐 밸브(33)를 개폐한다.

상기한 구성의 연료 전지 장치의 시스템 S1을 운전하면, 물탱크(21)와 세정액 탱크(27)에는 수돗물을 물처리 장치(37)로 물처리한 물(예를 들어, 순수)이 경로(38), 물공급 경로(28)를 지나서 각각 소정량 공급되어, 소정의 레벨로 유지된다.

한편, 펌프(30)에 의해 도입되어 필터(29)를 지나서 먼지 등이 제거된 공기(외기)는 공기의 공급 경로(31)를 지나서 세정액 탱크(27)에 공급된다. 그리고 세정액 탱크(27)로 공급된 공기는 세정 탱크(27)에 수용된 세정용의 물과 접촉 및 혼합되거나, 세정되어 유해 물질이 제거된다.

이와 같이 하여 공기 중에 미량 함유되는 N0x, SOx, 시안 화합물, 유황 화합물, 방향족 화합물, 암모니아 등의 전지 특성에 악영향을 끼치는 유해 물질을 제거한 공기를 세정 공기 공급 경로(32)를 지나서 물탱크(21)에 공급하여 가습한다. 물탱크(21)에 의해 가습된 공기를 반응 공기로서 연료 전지(6)의 산화제극(6b)에 공급한다. 유해 물질을 포함하지 않은 청정한 반응 공기를 연료 전지(6)의 산화제극(6b)에 공급하도록 하였으므로, 유해 물질과 전해질과의 화학 반응에 의거한 전해질의 변질 및 전극 촉매의 산소 흡착능의 저하를 방지하여, 이들이 원인이 되어 발생하는 셀 특성의 저하를 회피할 수 있다.

공기를 세정하여 유해 물질을 제거하기 위해 이용한 세정액 탱크(27)에 수용한 물을 물배출용 개폐 밸브(36)를 자동적으로, 혹은 수동으로 개방하여 정기적으로(예를 들어, 경과 시간에 의해, 혹은 발전량이 소정치가 되었다면, 혹은 발전 시간이 소정치가 되었다면, 혹은 시스템의 운전 시간이 소정치가 되었다면, 혹은 전도도 센서 등으로 오염을 검지하여 오염이 소정치 이상이 되었다면) 배출한다.

그리고 배출 후는 새로운 물이 세정액 탱크(27)에 공급되도록 하였으므로, 세정액 탱크(27)에 있어서 유해 물질을 항상 연속하여 용이하게 제거할 수 있고, 유해 물질을 포함하는 공기가 물탱크(21)를 지나서 연료 전지(6)의 산화제극(6b)에 공급되는 것을 억제 및 방지할 수 있다.

도2는, 본 발명의 연료 전지 장치의 제2 실시 형태를 도시한 구성도이다.

연료 전지 장치의 시스템 S2에 있어서의 연료 전지(6)는 반응 공기 중의 유해 물질을 물로 세정하여 제거하는 반응 공기 세정 수단(27B)을 구비하고 있다. 반응 공기 세정 수단(27B)은 세정액 탱크(27-1)를 물탱크(21)보다 하방에 설치하고, 양 탱크의 수위차(H)에 의해 물탱크(21)로부터 세정액 탱크(27-1)로 물을 공급하도록 한 이외는 도1에 도시한 연료 전지 장치의 시스템 S1의 반응 공기 세정 수단(27A)과 마찬가지로 되어 있다.

따라서 이 반응 공기 세정 수단(27B)은 도1에 도시한 연료 전지 장치의 시스템 S1의 반응 공기 세정 수단(27A)과 마찬가지의 작용 효과를 발휘하는 동시에, 세정액 탱크(27-1)를 물탱크(21)보다 하방에 설치하였으므로, 양 탱크의 수위차(H)에 의해 물탱크(21)로부터 세정액 탱크(27-1)로 물을 용이하게 공급할 수 있다.

도3은 본 발명의 연료 전지 장치의 제3 실시 형태를 도시한 구성도이다. 연료 전지 장치의 시스템 S3에 있어서의 연료 전지(6)는 반응 공기 중의 유해 물질을 물 이외의 세정액으로 세정하여 제거하기 위한 반응 공기 세정 수단(27C)을 구비하고 있다.

본 발명에서 이용하는 물 이외의 세정액은 특별히 한정되지 않지만, 구체적으로는, 예를 들어 탄화수소류, 알코올류 등의 유기 화합물을 예로 들 수 있고, 또 N0x, S0x 등을 세정하여 제거할 수 있는 세정액으로서, 예를 들어 텅스텐 산소다나 몰리브덴 산염을 물이나 유기 용매에 용해하여, 이에 필요에 따라서 요소 알데히드를 첨가한 세정액 등을 예로 들 수 있다.

반응 공기 세정 수단(27C)은 세정액 탱크(27-2)에 유해 물질을 제거하기 위한 물 이외의 세정액을 수용하고, 이 세정액 탱크(27-2)에 공기를 도입하여 공기 중에 포함되는 미량의 유해 물질을 제거하도록 한 이외는 도1에 도시한 연료 전지 장치의 시스템 S1의 반응 공기 세정 수단(27A)과 마찬가지로 되어 있다.

따라서 이 반응 공기 세정 수단(27B)은 도1에 도시한 연료 전지 장치의 시스템 S1의 반응 공기 세정 수단(27A)과 마찬가지의 작용 효과를 발휘하는 동시에, 물 이외의 세정액을 수용한 세정액 탱크(27-2)에서 공기와 물 이외의 세정액을 접촉 및 혼합함으로써, 물로는 세정할 수 없는 유해 물질을 제거할 수 있다.

도4는 본 발명의 연료 전지 장치의 제4 실시 형태를 도시한 구성도이다. 연료 전지 장치의 시스템 S4에 있어서의 연료 전지(6)는, 도2에 도시한 세정액 탱크(27-1)와 도3에 도시한 세정액 탱크(27-2)를 직렬로 연결한 구성의 반응 공기 세정 수단(27D)을 구비하고 있는 이외는 도2 및 도3에 도시한 연료 전지 장치의 시스템 S2, S3의 반응 공기 세정 수단(27B, 27C)과 마찬가지로 되어 있다.

따라서 이 반응 공기 세정 수단(27D)은 도2, 도3에 도시한 반응 공기 세정 수단(27B, 27C)과 마찬가지의 작용 효과를 발휘하는 동시에, 우선 제1 단계에서 물 이외의 세정액을 수용한 세정액 탱크(27-2)에 의해 물로는 세정할 수 없는 공기(외기) 중에 미량 포함되는 유해 물질을 제거하고, 계속해서 제2 단계에서 이 공기를 경로(40)를 지나서 물을 수용한 세정액 탱크(27-1)에 공급하고, 이 물로 다시 세정하여 유해 물질을 충분히 제거하고, 유해 물질을 충분히 제거한 공기를 물탱크(21)에 공급하여 가습하고, 가습한 공기를 반응 공기로서 연료 전지(6)의 산화제극(6b)에 공급하도록 하였으므로, 유해 물질과 전해질과의 화학 반응에 의거한 전해질의 변질 및 전극 촉매의 산소 흡착능의 저하를 보다 한층 방지할 수 있어, 이들이 원인이 되어 발생하는 셀 특성의 저하를 회피할 수 있다.

도5는 본 발명의 연료 전지 장치의 제5 실시 형태를 도시한 구성도이다. 연료 전지 장치의 시스템 S5는 수돗물을 물처리 장치(37)로 물처리한 물을 경로(38)를 지나서 물탱크(21)에 공급하고, 그리고 필터(29)를 지나서 펌프(30)에 의해 공기(외기)를 도입하여 공기의 공급 경로(31)로부터 물탱크(21)에 직접 공급하고, 그리고 물탱크(21)에 수용한 세정액의 물을 정기적으로 배출하는 수단(34)을 마련한 이외는, 도1에 도시한 연료 전지 장치의 시스템 S1과 마찬가지로 되어 있다.

물탱크(21)에는 수돗물을 물처리 장치(37)로 물처리한 물(예를 들어, 순수)이 경로(38)를 지나서 소정량 공급되어, 소정의 레벨로 유지된다.

한편, 펌프(30)에 의해 도입되어 필터(29)를 지나서 먼지 등이 제거된 공기(외기)는 공기의 공급 경로(31)를 지나서 물탱크(21)에 공급된다. 그리고 물탱크(21)에 공급된 공기는 물과 접촉 및 혼합되거나, 세정되어 유해 물질이 제거된다.

이와 같이 하여, 공기 중에 미량 포함되는 유해 물질이 제거되고, 또한 가습된 공기를 반응 공기로서 연료 전지(6)의 산화제극(6b)에 공급할 수 있다.

그리고, 공기의 세정에 이용한 물탱크(21)에 수용한 물을 물배출용 개폐 밸브(36)를 자동적으로, 혹은 수동으로 개방하여 정기적으로 배출한다.

그리고 배출 후는 새로운 물이 물탱크(21)에 공급되어 소정의 레벨로 유지되도록 하였으므로, 물탱크(21)에 있어서 유해 물질을 항상 연속하여 용이하게 제거할 수 있고, 유해 물질을 포함하는 공기가 물탱크(21)를 지나서 연료 전지(6)의 산화제극(6b)에 공급되는 것을 억제 및 방지할 수 있다.

상기 도5에 도시한 실시 형태에 있어서는, 물탱크(21) 속의 세정액을 물로 하였지만, 세정액은 물에 한정되지 않고, 다른 세정액이라도 좋고, 예를 들어 유기 화합물이라도 좋다.

상기 실시 형태의 설명은 본 발명을 설명하기 위한 것으로서, 특허 청구의 범위에 기재된 발명을 한정하거나, 혹은 범위를 줄이는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 각부 구성은 상기 실시 형태에 한정되지 않으며, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 범위 내에서 여러 가지의 변형이 가능하다.

예를 들어, 본 발명은 고체 고분자형 연료 전지 혹은 직접 메틸 알코올형 연료 전지와 같이 고체 고분자 막을 이용한 연료 전지를 갖는 연료 전지 장치에 한정되지 않으며, 인산형 등 다른 연료 전지를 이용한 연료 전지 장치에 대해서도 이용할 수 있다.

본 발명의 청구항 1의 연료 전지 장치는 공기의 공급 경로에 설치된 세정액 탱크 속의 세정액으로 공기를 세정하여 산화제극에 공급함으로써, 그리고 세정액을 교체함으로써, 산화제극에 NOx, SOx, 시안 화합물, 유황 화합물, 방향족 화합물, 암모니아 등의 전지 특성에 악영향을 끼치는 유해 물질을 포함하지 않는 청정한 공기를 항상 공급하는 것이 가능하며, 유해 물질과 전해질과의 화학 반응에 의거한 전해질의 변질 및 전극 촉매의 산소 흡착능의 저하를 방지하여, 이들이 원인이 되어 발생하는 셀 특성의 저하를 방지할 수 있으므로, 신뢰성이 높고, 긴 수명으로 내구성이 높아지게 되는 현저한 효과를 발휘한다.

본 발명의 청구항 2의 연료 전지 장치는 세정액으로서 물 또는 유기 화합물의 세정액을 이용함으로써, 공기 속의 불순물을 제거할 수 있다.

본 발명의 청구항 3의 연료 전지 장치는 복수단의 세정액 탱크를 이용하여 공기를 세정함으로써, 공기의 정화를 한층 더 도모할 수 있는 데다가, 특히 물을 이용한 세정액 탱크와 유기 화합물의 세정액을 이용한 세정액 탱크를 조합함으로써, 여러 종류의 불순물을 제거할 수 있고, 또한 이와 같이 복수단의 세정액 탱크를 이용한 경우는 세정액의 교체는 최저한 상류측에 배치된 세정액 탱크에 대해 행하는 것만으로 효과가 있다.

본 발명의 청구항 4의 연료 전지 장치는 동일한 세정액이 비축된 세정액 탱크를 수위차를 마련하여 복수개 배치하고, 수위차에 의해 상방의 세정액 탱크로부터 하방의 세정액 탱크로 세정액을 공급하므로, 상방의 세정액 탱크로부터 하방의 세정액 탱크로 물을 용이하게 공급할 수 있게 되는 현저한 효과를 발휘한다.

본 발명의 청구항 5의 연료 전지 장치는 물처리하여 먼지 등의 불순물을 제거한 물이나 유해 물질을 제거한 물 혹은 물처리하여 얻게 되는 순수를 세정액 탱크에 공급하므로, 유해 물질을 보다 좋게 제거할 수 있다는 현저한 효과를 발휘한다.

본 발명의 청구항 6의 연료 전지 장치는 공기의 공급 경로에 설치된 세정액 탱크 속의 세정액으로 공기를 세정하여 산화제극에 공급함으로써, 그리고 세정액을 교체함으로써, 산화제극에 N0x, SOx, 시안 화합물, 유황 화합물, 방향족 화합물, 암모니아 등의 전지 특성에 악영향을 끼치는 유해 물질을 포함하지 않는 청정한 공기를 항상 공급하는 것이 가능해지고, 유해 물질과 전해질과의 화학 반응에 의거한 전해질의 변질 및 전극 촉매의 산소 흡착능의 저하를 방지하여, 이들이 원인이 되어 발생하는 셀 특성의 저하를 방지할 수 있으므로, 신뢰성이 높고, 긴 수명으로 내구성이 높아지는 데다가, 연료 전지의 냉각수를 저장하는 물탱크를 가지므로, 물탱크의 냉각수를 이용하여 연료 전지를 냉각할 수 있는 동시에 산화제극에 공급하는 반응 공기의 가습 등에도 사용할 수 있게 되는 현저한 효과를 발휘한다.

본 발명의 청구항 7의 연료 전지 장치는 상기 세정액을 교체하는 수단이 일정 시간마다 동작하므로, 일정 시간마다 상기 세정액을 교체하여 전지 특성에 악영향을 끼치는 유해 물질을 포함하지 않는 청정한 공기를 항상 연료 전지에 공급할 수 있다는 현저한 효과를 발휘한다.

본 발명의 청구항 8의 연료 전지 장치는 상기 세정액을 교체하는 수단이 세정액의 오염에 따라서 동작하므로, 세정액의 오염이 비정상 레벨에 도달하기 전에 세정액을 교체하여 전지 특성에 악영향을 끼치는 유해 물질을 포함하지 않는 청정한 공기를 항상 연료 전지에 공급할 수 있어, 신뢰성이 한층 향상하게 되는 현저한 효과를 발휘한다.

본 발명의 청구항 9의 연료 전지 장치는 상기 물탱크의 물을 상기 세정 탱크에 공급하는 수단을 가지므로, 상기 물탱크의 물을 유효하게 이용할 수 있어 비용 절감 및 소형화 등을 도모할 수 있다고 하는 현저한 효과를 발휘한다.

본 발명의 청구항 10의 연료 전지 장치는 상기 공기는 상기 세정액 탱크에서 공기 속의 불순물이 제거되어 상기 물탱크에 의해 가습된 후, 상기 산화제극에 공급되므로, 전지 특성에 악영향을 끼치는 유해 물질을 포함하지 않는 청정한 공기를 항상 공급하는 것이 가능해지는 데다가, 산화제극에 공급하는 공기에 포함되는 수분에 의해 고체 고분자 전해질 막을 습윤시켜, 이온 도전성을 향상할 수 있다는 현저한 효과를 발휘한다.

본 발명의 연료 전지 장치는 연료극에 연료 가스를, 산화제극에 공기를 공급함으로써 발전하는 연료 전지와, 공기의 공급 경로에 설치된 세정액이 저장된 세정액 탱크와, 상기 세정액 탱크 속에 저장된 상기 세정액을 정기적으로 교체하는 수단을 가지므로, 상기 세정액으로 공기를 세정하여 산화제극에 공급하고, 세정액을 정기적으로 교체함으로써 산화제극에 항상 청정한 공기를 공급하는 것이 가능해진다. 전지 특성에 악영향을 끼치는 유해 물질을 포함하지 않은 청정한 반응 공기를 연료 전지의 산화제극에 공급할 수 있어, 유해 물질과 전해질과의 화학 반응에 의거한 전해질의 변질 등을 방지할 수 있으므로, 신뢰성이 높고, 긴 수명으로 내구성이 높은 연료 전지 장치를 제공할 수 있으므로, 그 산업상의 이용 가치는 매우 크다.

Claims (11)

1. 연료극에 연료 가스를, 산화제극에 공기를 공급함으로써 발전하는 연료 전지와, 상기 공기의 공급 경로에 설치된 세정액이 저장된 세정액 탱크와, 상기 세정액 탱크 속에 저장된 상기 세정액을 정기적으로 교체하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 세정액이 물, 또는 유기 화합물의 세정액인 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세정액 탱크가 상기 공기의 공급 경로에 복수개 연속하여 설치되고, 적어도 상류측에 배치된 세정액 탱크 속에 저장된 세정액을 정기적으로 교체하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
4. 제3항에 있어서, 동일한 세정액이 저장된 세정액 탱크를 수위차를 마련하여 복수개 배치하고, 수위차에 의해 상방의 세정액 탱크로부터 하방의 세정액 탱크로 세정액을 공급하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 세정액으로서 물을 이용한 세정액 탱크에 공급하는 물이 물처리된 물인 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
6. 연료극에 연료 가스를 산화제극에 공기를 공급함으로써 발전하는 연료 전지와, 연료 전지의 냉각수를 저장하는 물탱크와, 상기 공기의 공급 경로에 설치된 세정액이 저장된 세정액 탱크와, 상기 세정액 탱크 속에 저장된 상기 세정액을 교체하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 세정액을 교체하는 수단은 일정 시간마다 동작하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
8. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 세정액을 교체하는 수단은 세정액의 오염에 따라서 동작하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 물탱크의 물을 상기 세정 탱크에 공급하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 공기는 상기 세정액 탱크에서 공기 중의 불순물이 제거되어 상기 물탱크에 의해 가습된 후, 상기 산화제극에 공급되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
11. 제3항에 있어서, 세정액으로서 물을 이용한 세정액 탱크에 공급하는 물이 물처리된 물인 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.