KR100531820B1 - Fuel supply apparatus for fuel cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지의 연료 공급 장치에 관한 것으로, 본 발명은 전해질막의 양측에 연료극과 공기극을 설치하고, 그 중 연료극에는 B화합물의 연료를 공급하는 반면 공기극에는 산소를 가지는 공기를 공급하여 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 발생하도록 하는 연료전지에 있어서, 소정량의 용매물질을 내부공간에 채워 시스템에 연결하는 연료혼합탱크와, 연료혼합탱크의 내부공간에서 용매물질과 혼합되면서 열을 발생하는 용질물질 및 그 용질물질과 함께 분말 형태로 저장하였다가 상기한 연료극으로 공급되는 B화합물을 채워 시스템을 운전하기 전에 연료혼합탱크에 결합하는 연료저장탱크와, 연료혼합탱크의 내부에는 용매물질과 용질물질 그리고 B화합물을 저어 혼합하기 위한 교반수단을 포함함으로써, 별도의 연료가열수단을 구비할 필요가 없어 연료를 적정 온도로 가열하는데 투입될 에너지를 절감할 수 있고 이를 통해 연료전지 시스템의 운영 비용을 줄일 수 있다.The present invention relates to a fuel supply device for a fuel cell. The present invention provides a fuel electrode and an air electrode on both sides of an electrolyte membrane, among which a fuel of B compound is supplied to the fuel electrode, while air having oxygen is supplied to the air electrode. In a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of air, a fuel mixing tank which fills a predetermined amount of solvent material in an internal space and connects to a system, and generates heat while mixing with a solvent material in an internal space of the fuel mixing tank. A fuel storage tank, which is stored in powder form together with the solute material and supplied to the anode and filled with the compound B, and coupled to the fuel mixing tank before operating the system; and inside the fuel mixing tank, A separate fuel heating means is provided by including stirring means for stirring and mixing the solute material and the B compound. We need to be able to save energy to heat the fuel to be injected to the proper temperature, and through this to reduce the operating costs of fuel cell systems
Description
본 발명은 연료전지를 이용하여 전기에너지를 얻는 에너지 발생시스템에 관한 것으로, 특히 B화합물(BH4)과 같은 액체연료를 이용하는 연료전지 시스템(BFC; Boron Fuel Cell)에서 저렴하면서도 간소하게 연료를 공급할 수 있는 연료전지의 연료 공급 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy generation system that obtains electrical energy by using a fuel cell. In particular, a fuel cell system (BFC; Boron Fuel Cell) using a liquid fuel such as B compound (BH 4 ) can be supplied at low cost. The present invention relates to a fuel supply device for a fuel cell.
인류가 사용하고 있는 에너지 중 대부분은 화석 연료에서 얻고 있다. 그러나 이러한 화석 연료의 사용은 대기오염 및 산성비, 지구 온난화 등의 환경에 심각한 악영향을 미치고 있으며, 에너지 효율도 낮은 등의 문제점이 있었다.Most of the energy 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 has a problem such as low energy efficiency.
연료전지는 이러한 화석 연료의 대안으로 제시하는 것으로 통상의 전지(2차 전지)와는 달리 음극(anode)에 연료(수소가스나 탄화수소)를, 양극(cathode)에 산소를 외부로부터 공급하여 물의 전기분해 역반응으로 전기화학반응이 진행되어 전기와 열을 발생하는 전지계로서 실제로는 발전장치라고 할 수 있다.The fuel cell is proposed as an alternative to such fossil fuels. Unlike conventional cells (secondary cells), the fuel cell is supplied with fuel (hydrogen gas or hydrocarbon) to the anode and oxygen to the cathode from the outside to electrolyze water. It is a battery system that generates electricity and heat by undergoing an electrochemical reaction due to a reverse reaction.
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.
연료전지를 전해질의 유형에 따라 분류하면, 200℃ 부근에서 작동하는 인산형 연료전지, 60 ~ 110℃에서 작동하는 알칼리 전해질형 연료전지, 상온 ~ 80 ℃에서 작동하는 고분자 전해질 연료전지, 약 500 ~ 700℃의 고온에서 작동하는 용융탄산염 전해질형 연료전지, 그리고 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고체 산화물 연료전지 등이 있다. If the fuel cell is classified according to the type of electrolyte, the phosphoric acid fuel cell operating at around 200 ° C, the alkaline electrolyte fuel cell operating at 60 to 110 ° C, the polymer electrolyte fuel cell operating at room temperature to 80 ° C, about 500 ~ Molten carbonate electrolyte fuel cells operating at a high temperature of 700 ℃, and solid oxide fuel cells operating at a high temperature of 1000 ℃ or more.
이러한 연료전지는 도 1에서와 같이 통상 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 생성하도록 전해질막(미도시)을 사이에 두고 연료극(11)과 공기극(12)을 교번하여 구비하는 연료전지스택(10)과, 수소를 포함한 수용액 상태의 수소화붕소((BH4), 실제로는 수소화붕소나트륨(NaBH4))를 상기한 연료극(11)에 공급하는 연료공급부(20)와, 산소를 포함한 공기를 상기한 공기극(12)에 공급하는 공기공급부(30)와, 연료전지스택(10)에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부(40)와, 연료전지스택(10)을 통과한 연료를 다시 연료공급부(20)로 회수하는 연료회수부(50)를 포함하고 있다.As shown in FIG. 1, a fuel cell including an anode 11 and an anode 12 alternately having an electrolyte membrane (not shown) interposed therebetween so as to generate electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, as shown in FIG. 1. The fuel supply unit 20 for supplying the stack 10, the boron hydride ((BH 4 ), in fact sodium borohydride (NaBH 4 )) in the aqueous solution containing hydrogen to the fuel electrode 11 described above, and containing oxygen An air supply unit 30 for supplying air to the cathode 12, an electric energy output unit 40 for supplying electric energy generated by the fuel cell stack 10 to the load, and a fuel cell stack 10. And a fuel recovery unit 50 for recovering the fuel that has passed back to the fuel supply unit 20.
연료공급부(20)는 일정량의 수소화붕소나트륨을 채운 연료탱크(21)와, 연료탱크(21)의 출구를 연료전지스택(10)의 연료극(11)에 연결하는 연료공급관(22)과, 연료공급관(22)의 중간에 설치하여 연료를 연료전지스택(10)의 연료극(11)으로 펌핑 공급하는 연료펌프(23)로 이루어져 있다.The fuel supply unit 20 includes a fuel tank 21 filled with a predetermined amount of sodium borohydride, a fuel supply pipe 22 connecting an outlet of the fuel tank 21 to the anode 11 of the fuel cell stack 10, and a fuel. It is provided in the middle of the supply pipe 22 and consists of a fuel pump 23 for pumping and supplying fuel to the fuel electrode 11 of the fuel cell stack 10.
공기공급부(30)는 대기에 노출되도록 설치하는 공기필터(31)와, 공기필터(31)의 출구를 연료전지스택(10)의 공기극(12)에 연결하는 공기공급관(32)과, 공기공급관(32)의 중간에 설치하여 공기를 연료전지스택(10)의 공기극(12)에 펌핑 공급하는 공기펌프(33)와, 공기펌프(33)와 연료전지스택(10)의 공기극(12) 사이에 설치하여 공기가 수분을 함유하도록 하는 가습기(34)로 이루어져 있다.The air supply unit 30 includes an air filter 31 installed to be exposed to the atmosphere, an air supply pipe 32 connecting the outlet of the air filter 31 to the cathode 12 of the fuel cell stack 10, and an air supply pipe. An air pump 33 installed in the middle of the air 32 to pump air to the cathode 12 of the fuel cell stack 10, and between the air pump 33 and the cathode 12 of the fuel cell stack 10; It is installed in the humidifier 34 so that the air contains moisture.
연료회수부(50)는 연료전지스택(10)의 연료극(11)과 공기극(12)이 함께 연통하는 기액분리기(51)와, 기액분리기(51)의 하반부와 연료탱크(21) 사이를 연결하는 연료회수관(52)과, 연료회수관(52)의 중간에 설치하여 연료를 연료탱크(21)로 펌핑하는 연료회수펌프(53)로 이루어져 있다.The fuel recovery unit 50 connects the gas liquid separator 51 in which the anode 11 and the air electrode 12 of the fuel cell stack 10 communicate with each other, and the lower half of the gas liquid separator 51 and the fuel tank 21. And a fuel recovery pump 53 installed in the middle of the fuel recovery pipe 52 to pump fuel into the fuel tank 21.
상기와 같은 종래 연료전지에 연료를 공급할 때 전기에너지가 발생하는 과정은 다음과 같다.The process of generating electrical energy when supplying fuel to the conventional fuel cell as described above is as follows.
즉, 제어부의 지령에 따라 연료펌프(23)가 구동하여 연료탱크(22)에서 연료인 수용액 상태의 BH4를 펌핑한 후 연료전지스택(10)의 연료극(11)에 공급하고 이 연료는 공기극(12)으로 공급받는 산소와 전기 화학적으로 반응하여 물을 생성함과 아울러 두 전극 사이에서 전류를 발생한다.That is, the fuel pump 23 is driven according to the command of the controller to pump the BH 4 in the aqueous solution state, which is the fuel, in the fuel tank 22, and then supply the fuel to the anode 11 of the fuel cell stack 10. Electrochemically reacts with oxygen supplied to (12) to generate water and to generate current between the two electrodes.
이를 보다 상세히 살펴보면, 연료극(11)측에서는 연료에서 전기화학적 산화반응인Looking at this in more detail, the anode 11 side is the electrochemical oxidation reaction in the fuel
BH4 - + 8OH- → BO2 - + 6H2O + 8e-이 발생하여 전해질막(미도시)에서는 산화/환원 반응에 의해 생긴 이온을 전달하고, BH 4 - + 8OH - → BO 2 - + 6H 2 O + 8e - occurs in the electrolyte membrane (not shown) to transfer the ions generated by the oxidation / reduction reaction,
공기극(12)에서는 공급한 공기(산소)의 전기화학적 환원반응인In the cathode 12, an electrochemical reduction reaction of the supplied air (oxygen) is performed.
2O2 + 4H2O + 8e- → 8OH- 이 발생한다.2O 2 + 4H 2 O + 8e - → 8OH - this occurs.
이에 따라 연료극(11)과 공기극(12)의 사이에 기전력이 발생하고, 이 기전력을 연료전지스택(10)에 연결한 전기에너지 출력부(40)를 통하여 전류를 부하로 공급하는 것이다.Accordingly, electromotive force is generated between the anode 11 and the cathode 12, and the electromotive force is supplied to the load through the electrical energy output unit 40 connected to the fuel cell stack 10.
한편, 연료전지스택(10)을 통과한 반응물은 기액분리기(51)로 유입되어 공기와 수소가 분리되고, 이 과정에서 남은 BH4 -를 연료회수펌프(53)가 펌핑하여 연료회수관(52)을 통해 연료탱크(21)로 순환시키는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.Meanwhile, the reactants passing through the fuel cell stack 10 are introduced into the gas-liquid separator 51 to separate air and hydrogen, and the fuel recovery pump 53 pumps the remaining BH 4 − from the fuel recovery pipe 52. Was repeated a series of cycles to the fuel tank (21).
그러나, 상기와 같은 종래 연료전지에 있어서는, 연료의 온도가 통상 60 ~ 80℃ 정도까지 상승하여야 시스템이 최상의 성능을 유지할 수 있으나 실제 운전 초기에는 연료의 온도가 적정 온도보다 낮은 상태로 공급됨에 따라 연료의 온도를 높이기 위하여 전기히터(미도시)와 같은 별도의 가열수단을 구비하거나 또는 초기기동시간이 길어지는 문제점이 있었다.However, in the conventional fuel cell as described above, the temperature of the fuel is usually raised to about 60 ~ 80 ℃ can maintain the best performance of the system, but at the beginning of the actual operation of the fuel as the temperature of the fuel is supplied lower than the proper temperature In order to increase the temperature of the electric heater (not shown) such as having a separate heating means or there is a problem that the initial startup time is long.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 연료전지가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 연료의 공급 온도를 높이는 별도의 가열수단을 구비하지 않고도 적정 온도로 연료를 신속하게 공급하여 불필요한 전력의 낭비를 절감할 수 있는 연료전지의 연료 공급 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.An object of the present invention has been devised in view of the above problems of the conventional fuel cell, it is possible to reduce the waste of unnecessary power by quickly supplying the fuel at an appropriate temperature without having to provide a separate heating means to increase the supply temperature of the fuel It is an object of the present invention to provide a fuel supply device for a fuel cell.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전해질막의 양측에 연료극과 공기극을 설치하고, 그 중 연료극에는 B화합물의 연료를 공급하는 반면 공기극에는 산소를 가지는 공기를 공급하여 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 발생하도록 하는 연료전지에 있어서, 소정량의 용매물질을 내부공간에 채워 시스템에 연결하는 연료혼합탱크와, 연료혼합탱크의 내부공간에서 용매물질과 혼합되면서 열을 발생하는 용질물질 및 그 용질물질과 함께 분말 형태로 저장하였다가 상기한 연료극으로 공급되는 B화합물을 채워 시스템을 운전하기 전에 연료혼합탱크에 결합하는 연료저장탱크와, 연료혼합탱크의 내부에는 용매물질과 용질물질 그리고 B화합물을 저어 혼합하기 위한 교반수단을 포함한 것을 특징으로 하는 연료전지의 연료 공급 장치를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the anode and the cathode are provided on both sides of the electrolyte membrane, the fuel electrode of the B compound is supplied to the anode, while the air having oxygen to the cathode is supplied by the electrochemical reaction of the fuel and air A fuel cell for generating a fuel cell comprising: a fuel mixing tank for filling a predetermined amount of solvent material into an internal space and connecting to a system; and a solute material that generates heat while being mixed with a solvent material in an internal space of the fuel mixing tank; And a fuel storage tank, which is stored in powder form and supplied to the anode, and is coupled to the fuel mixing tank before operating the system, and the solvent, solute and B compounds are stirred inside the fuel mixing tank. It provides a fuel supply device for a fuel cell comprising a stirring means for mixing.
이하, 본 발명에 의한 연료전지의 연료 공급 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a fuel supply device for a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings.
도 2는 본 발명 연료전지의 일실시예를 보인 계통도이고, 도 3은 본 발명 연료전지에서 연료공급부를 보인 개략도이며, 도 4는 본 발명 연료전지에서 연료혼합탱크의 입구 주변을 보인 평면도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing an embodiment of the fuel cell of the present invention, Figure 3 is a schematic diagram showing a fuel supply unit in the fuel cell of the present invention, Figure 4 is a plan view showing the inlet periphery of the fuel mixing tank in the fuel cell of the present invention.
이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 연료전지는, 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 생성하도록 전해질막(미도시)을 사이에 두고 연료극(11)과 공기극(12)을 구비하는 연료전지스택(10)과, 수소를 포함한 수소화붕소나트륨(NaBH4)를 상기한 연료극(11)에 공급하는 연료공급부(100)와, 산소를 포함한 공기를 상기한 공기극(12)에 공급하는 공기공급부(30)와, 연료전지스택(10)에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부(40)와, 연료전지스택(10)을 통과한 연료를 다시 연료공급부(100)로 회수하는 연료회수부(50)를 포함한다.As shown in the drawing, a fuel cell according to the present invention includes a fuel electrode 11 and an air electrode 12 having an electrolyte membrane (not shown) interposed therebetween so as to generate electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. A battery stack 10, a fuel supply unit 100 for supplying sodium borohydride (NaBH 4 ) containing hydrogen to the fuel electrode 11, and an air supply unit for supplying air containing oxygen to the air electrode 12. 30, the electrical energy output unit 40 for supplying electrical energy generated by the fuel cell stack 10 to the load, and the fuel passing through the fuel cell stack 10 is recovered to the fuel supply unit 100 again. It includes a fuel recovery unit 50.
연료공급부(100)는 소정량의 물(H2O)을 내부공간에 채워 저장하는 연료혼합탱크(110)와, 소정량의 수산화나트륨(NaOH)과 수소화붕소나트륨을 내부공간에 채워 저장하였다가 시스템을 운전하기 전에 상기 연료혼합탱크(110)에 결합하는 연료저장탱크(120)와, 연료혼합탱크(110)의 출구를 연료전지스택(10)의 연료극(11)에 연결하는 연료공급관(130)과, 연료공급관(130)의 중간에 설치하여 연료를 연료전지스택(10)의 연료극(11)으로 펌핑 공급하는 연료펌프(140)로 이루어진다.The fuel supply unit 100 fills and stores a predetermined amount of water (H 2 O) in the internal space by filling the fuel mixing tank 110 and a predetermined amount of sodium hydroxide (NaOH) and sodium borohydride in the internal space. Before operating the system, the fuel storage tank 120 coupled to the fuel mixing tank 110 and the fuel supply pipe 130 connecting the outlet of the fuel mixing tank 110 to the anode 11 of the fuel cell stack 10. And a fuel pump 140 installed in the middle of the fuel supply pipe 130 to pump the fuel to the fuel electrode 11 of the fuel cell stack 10.
연료혼합탱크(110)는 도 3에서와 같이 그 상측에 연료저장탱크(120)를 연결하기 위한 연료주입구멍(111)을 형성하고, 연료주입구멍(111)의 일 측에는 연료공급관(130)의 입구단을 일정 깊이만큼 깊게 결합하기 위한 연료공급구멍(미부호)을 형성한다.The fuel mixing tank 110 forms a fuel injection hole 111 for connecting the fuel storage tank 120 thereon, as shown in FIG. 3, and at one side of the fuel injection hole 111 of the fuel supply pipe 130. A fuel supply hole (unsigned) is formed to couple the inlet end deep by a certain depth.
연료주입구멍(111)은 도 4에서와 같이 후술할 연료저장탱크(120)의 미끄럼덮개(122)가 걸치도록 중앙에 덮개걸림부(112)를 구비하여 복수 개의 원호 형상으로 형성하고, 연료주입구멍(111)의 주변에는 후술할 연료저장탱크(120)의 덮개하우징(121)이 삽입되어 지지되도록 원형의 하우징삽입홈(113)을 음형지게 형성한다.The fuel injection hole 111 is formed in a plurality of arc-shaped shapes with a cover engaging portion 112 at the center thereof so as to cover the sliding cover 122 of the fuel storage tank 120 to be described later, as shown in FIG. In the periphery of the hole 111, a circular housing insertion groove 113 is formed to be negative so that the lid housing 121 of the fuel storage tank 120 to be described later is inserted and supported.
또, 연료혼합탱크(110)의 내부공간에는 물과 수산화나트륨 그리고 수소화붕소나트륨을 저어 원활하게 혼합되도록 하는 교반기(150)를 더 구비하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include an agitator 150 in the internal space of the fuel mixing tank 110 to stir smoothly with water, sodium hydroxide and sodium borohydride.
연료저장탱크(120)는 도 3에서와 같이 그 상측 중앙에 연료배출구멍(121a)을 구비한 덮개하우징(121)을 설치하고, 덮개하우징(121)의 내부에는 상기 연료배출구멍(121a)의 내외간을 미끄러지면서 개폐하는 미끄럼덮개(122)를 설치하며, 미끄럼덮개(122)와 덮개하우징(121)의 사이에는 그 미끄럼덮개(122)를 탄력적으로 지지하는 덮개스프링(123)을 설치하여 이루어진다.The fuel storage tank 120 is provided with a cover housing 121 having a fuel discharge hole 121a at the upper center thereof as shown in FIG. 3, and inside the cover housing 121 of the fuel discharge hole 121a. A sliding cover 122 is installed to open and close while sliding the inside and the outside, and a cover spring 123 that elastically supports the sliding cover 122 is formed between the sliding cover 122 and the cover housing 121.
공기공급부(30)는 대기에 노출되도록 설치하는 공기필터(31)와, 공기필터(31)의 출구를 연료전지스택(10)의 공기극(12)에 연결하는 공기공급관(32)과, 공기공급관(32)의 중간에 설치하여 공기를 연료전지스택(10)의 공기극(12)에 펌핑 공급하는 공기펌프(33)와, 공기펌프(33)와 연료전지스택(10)의 공기극(12) 사이에 설치하여 공기가 수분을 함유하도록 하는 가습기(34)로 이루어진다.The air supply unit 30 includes an air filter 31 installed to be exposed to the atmosphere, an air supply pipe 32 connecting the outlet of the air filter 31 to the cathode 12 of the fuel cell stack 10, and an air supply pipe. An air pump 33 installed in the middle of the air 32 to pump air to the cathode 12 of the fuel cell stack 10, and between the air pump 33 and the cathode 12 of the fuel cell stack 10; It is installed in the humidifier 34 so that the air contains moisture.
연료회수부(50)는 연료전지스택(10)의 연료극(11)과 공기극(12)이 함께 연통하는 기액분리기(51)와, 기액분리기(51)의 하반부와 연료혼합탱크(110) 사이를 연결하는 연료회수관(52)과, 연료회수관(52)의 중간에 설치하여 연료를 연료혼합탱크(110)로 펌핑하는 연료회수펌프(53)로 이루어진다.The fuel recovery unit 50 connects the gas-liquid separator 51 in which the anode 11 and the air electrode 12 of the fuel cell stack 10 communicate with each other, the lower half of the gas-liquid separator 51, and the fuel mixing tank 110. It is composed of a fuel recovery pipe 52 to be connected and a fuel recovery pump 53 installed in the middle of the fuel recovery pipe 52 to pump the fuel into the fuel mixing tank 110.
도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.In the drawings, the same reference numerals are given to the same parts as in the prior art.
상기와 같은 본 발명 연료전지의 연료 공급 장치는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.The fuel supply device of the fuel cell of the present invention as described above has the following effects.
즉, 연료극(11)으로는 수소를 포함한 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 공급하는 동시에 공기극(12)으로는 산소를 포함한 공기를 공급하여 전해질막(미도시)과 반응하면서 이온을 형성한다. 이온은 전기화학반응을 일으켜 물을 형성하는 과정에서 연료극(11)에서 전자가 생성하여 공기극(12)으로 이동하면서 결국 전기를 발생시킨다That is, sodium borohydride (NaBH 4 ) containing hydrogen is supplied to the fuel electrode 11, and air containing oxygen is supplied to the cathode 12 to react with an electrolyte membrane (not shown) to form ions. In the process of forming water by forming an electrochemical reaction, ions generate electrons at the anode 11 and move to the cathode 12 to generate electricity.
이를 보다 상세히 살펴보면, 연료극(11)측에서는 전기화학적 산화반응인Looking at this in more detail, the anode 11 side is an electrochemical oxidation reaction
BH4 - + 8OH- → BO2 - + 6H2O + 8e-이 발생하여 전해질막에서는 산화/환원 반응에 의해 생긴 이온을 전달하고, BH 4 - + 8OH - → BO 2 - + 6H 2 O + 8e - occurs in the electrolyte membrane to transfer ions generated by the oxidation / reduction reaction,
공기극(12)에서는 공급한 공기(산소)의 전기화학적 환원반응인In the cathode 12, an electrochemical reduction reaction of the supplied air (oxygen) is performed.
2O2 + 4H2O + 8e- → 8OH- 이 발생한다.2O 2 + 4H 2 O + 8e - → 8OH - this occurs.
이러한 반응을 통해 생성되는 전기는 전기에너지 출력부(40)를 통해 각각의 부하에 전원으로 공급되어 필요한 각종 전기제품을 구동시키게 된다.The electricity generated through such a reaction is supplied to each load through the electric energy output unit 40 to drive various electric products required.
여기서, 연료극(11)으로 공급되는 연료는 전술한 바와 같이 대략 60 ~ 80℃ 정도를 유지하여야 하는데, 종래에는 통상 전기히터(미도시)를 이용하여 연료극(11)으로 공급되는 열을 미리 적정 온도로 가열하는 방안이 알려져 왔다. 하지만 이렇게 별도의 가열수단을 이용하는 경우는 앞서도 언급했지만 불필한 전력 낭비를 가중시키는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 별도의 가열수단을 배제하고 그 대신 연료를 공급하기 전에 반응열이 발생하도록 하여 이 반응열로 연료를 적정 온도까지 가열하는 것이다.In this case, the fuel supplied to the anode 11 should maintain approximately 60 to 80 ° C. as described above. In the related art, conventionally, the heat supplied to the anode 11 using an electric heater (not shown) is appropriately adjusted in advance. It has been known to heat the furnace. However, in the case of using a separate heating means, as mentioned above, there was a problem of adding unnecessary waste of waste. In the present invention, the heat of reaction is generated before the fuel is supplied instead of the separate heating means. The fuel is heated to an appropriate temperature.
이를 위해, 도 3에서와 같이 연료전지 시스템과 독립적으로 구비하였다가 시스템을 운전하기 전에 결합하는 연료저장탱크(120)에는 용질물질로서 수산화나트륨을 연료인 수소화붕소나트륨과 함께 분말 형태로 저장하는 반면 연료저장탱크(120)를 결합하는 연료혼합탱크(110)에는 용매물질로서 물을 저장하여 이 수산화나트륨과 물이 혼합될 때 To this end, the fuel storage tank 120, which is provided independently of the fuel cell system as shown in FIG. 3 and coupled before operating the system, stores sodium hydroxide as a solute material in powder form with sodium borohydride as a fuel. The fuel mixing tank 110, which combines the fuel storage tank 120, stores water as a solvent and when sodium hydroxide and water are mixed.
NaOH + H2O --→ NaOH(H2O) + 10.18Kcal/molNaOH + H 2 O-→ NaOH (H 2 O) + 10.18 Kcal / mol
에서와 같이 발생하는 반응열로 수소화붕소나트륨을 적정 온도로 가열한 후 연료공급관(130)을 통해 연료전지스택(10)의 연료극(11)으로 공급하는 것이다.The sodium borohydride is heated to an appropriate temperature by the reaction heat generated as described above, and then supplied to the fuel electrode 11 of the fuel cell stack 10 through the fuel supply pipe 130.
이때, 연료혼합탱크(110)의 내부에는 교반기(150)를 구비하고 있어 연료저장탱크(120)에서 주입되는 수산화나트륨과 수소화붕소나트륨이 연료혼합탱크(110)의 물과 보다 효과적으로 뒤섞여 연료의 온도가 신속하게 상승할 수 있다.At this time, the inside of the fuel mixing tank 110 is provided with a stirrer 150 so that the sodium hydroxide and sodium borohydride injected from the fuel storage tank 120 more effectively mixed with the water of the fuel mixing tank 110, the temperature of the fuel Can rise quickly.
한편, 연료저장탱크가 연료혼합탱크에 결합할 때 연료주입구멍이 열리는 과정은 다음과 같다.Meanwhile, the process of opening the fuel injection hole when the fuel storage tank is coupled to the fuel mixing tank is as follows.
즉, 도 3에서와 같이 결합전 연료저장탱크(120)의 미끄럼덮개(122)는 덮개스프링(123)의 탄성력에 의해 밀려 연료배출구멍(121a)을 차단한 상태를 유지하게 된다. That is, as shown in FIG. 3, the sliding cover 122 of the fuel storage tank 120 before coupling is pushed by the elastic force of the cover spring 123 to maintain the state of blocking the fuel discharge hole 121a.
다음, 시스템을 운전하기 위하여 연료저장탱크(120)를 뒤집어 연료혼합탱크(110)에 결합하게 되는데, 이때 도 3 및 도 4에서와 같이 연료저장탱크(120)의 덮개하우징(121)은 연료혼합탱크(110)의 하우징삽입홈(113)에 삽입되는 반면 미끄럼덮개는 연료주입구멍의 중심에 구비한 걸림턱에 걸리게 되어 결국 덮개스프링(123)이 압축되면서 미끄럼덮개(122)가 연료저장탱크(120)의 안쪽으로 이동하고, 이어서 연료배출구멍(121a)이 열리면서 연료저장탱크(120)의 연료와 용매물질이 연료혼합탱크(110)의 연료주입구멍(121a)을 통해 유입되는 것이다. Next, in order to operate the system, the fuel storage tank 120 is turned upside down and coupled to the fuel mixing tank 110. In this case, the cover housing 121 of the fuel storage tank 120 is fuel mixed as shown in FIGS. 3 and 4. While the slide cover is inserted into the housing insertion groove 113 of the tank 110, the sliding cover is caught by the locking jaw provided at the center of the fuel injection hole, and the cover spring 123 is compressed, and the sliding cover 122 is compressed into the fuel storage tank ( After moving to the inside of 120, the fuel discharge hole 121a is opened, and the fuel and the solvent material of the fuel storage tank 120 are introduced through the fuel injection hole 121a of the fuel mixing tank 110.
이후, 연료저장탱크(120)를 분리하는 경우에는 덮개스프링(123)이 복원되면서 미끄럼덮개(122)가 밖으로 이동하여 연료배출구멍(121a)을 차단한다.Then, when removing the fuel storage tank 120, the cover spring 123 is restored while the sliding cover 122 is moved out to block the fuel discharge hole 121a.
이렇게 하여, 별도의 연료가열수단을 구비하지 않고도 연료를 적정 온도로 가열함에 따라 연료를 가열하는데 투입될 에너지를 절감할 수 있고 이를 통해 연료전지 시스템의 운영 비용을 줄일 수 있다.In this way, it is possible to reduce the energy to be input to heat the fuel by heating the fuel to an appropriate temperature without having a separate fuel heating means, thereby reducing the operating cost of the fuel cell system.
본 발명에 의한 연료전지의 연료 공급 장치는, B화합물을 수산화나트륨과 분말로 저장하였다가 운전을 시작할 때 물을 저장한 탱크에 주입하여 탱크의 물과 수산화나트륨의 반응열로 B화합물을 적정 온도까지 가열하도록 구성함으로써, 별도의 연료가열수단을 구비할 필요가 없어 연료를 적정 온도로 가열하는데 투입될 에너지를 절감할 수 있고 이를 통해 연료전지 시스템의 운영 비용을 줄일 수 있다.The fuel supply device for a fuel cell according to the present invention stores the compound B as sodium hydroxide and powder and injects the compound B into a tank containing water at the start of operation, thereby bringing the compound B to an appropriate temperature by the heat of reaction of the water and sodium hydroxide in the tank. By configuring the heating, it is not necessary to provide a separate fuel heating means, it is possible to reduce the energy to be input to heat the fuel to the appropriate temperature, thereby reducing the operating cost of the fuel cell system.
도 1은 종래 연료전지의 일례를 보인 계통도,1 is a system diagram showing an example of a conventional fuel cell;
도 2는 본 발명 연료전지의 일실시예를 보인 계통도,2 is a system diagram showing an embodiment of the fuel cell of the present invention;
도 3은 본 발명 연료전지에서 연료공급부를 보인 개략도,3 is a schematic view showing a fuel supply unit in the fuel cell of the present invention;
도 4는 본 발명 연료전지에서 연료혼합탱크의 입구 주변을 보인 평면도.Figure 4 is a plan view showing the vicinity of the inlet of the fuel mixing tank in the fuel cell of the present invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
10 : 연료전지스택 11 : 연료극10: fuel cell stack 11: fuel electrode
12 : 공기극 30 : 공기공급부12: air electrode 30: air supply
40 : 전기에너지 출력부 50 : 연료회수부40: electric energy output unit 50: fuel recovery unit
100 : 연료공급부 110 : 연료혼합탱크100: fuel supply unit 110: fuel mixing tank
111 : 연료주입구멍 112 : 덮개안착부111: fuel injection hole 112: cover seat
113 : 하우징삽입홈 120 : 연료저장탱크113: housing insertion groove 120: fuel storage tank
121 : 덮개하우징 121a : 연료배출구멍121: cover housing 121a: fuel discharge hole
122 : 미끄럼덮개 123 : 덮개스프링122: sliding cover 123: cover spring
130 : 연료공급관 140 : 연료펌프130: fuel supply pipe 140: fuel pump
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