KR100664081B1

KR100664081B1 - 연료전지의 버너 구조

Info

Publication number: KR100664081B1
Application number: KR1020050112559A
Authority: KR
Inventors: 허성근; 황용준
Original assignee: 엘지전자 주식회사; 주식회사 엘지화학
Priority date: 2005-11-23
Filing date: 2005-11-23
Publication date: 2007-01-03

Abstract

본 발명에 의한 연료전지의 버너 구조는, 소정의 내부공간이 구비되고 그 일측에 화염구가 형성되어 연료로부터 수소를 정제하기 위한 개질유닛에 설치되는 연소통과, 상기 연소통의 내부공간에 삽입되어 연결되고 그 출구가 상기 내부공간의 하측을 향해 개구되어 연통되는 연료회수관으로 이루어지거나 또는 상기 연료회수관을 통해 회수되는 연료에서 수분을 분리하도록 상기 연소통의 내부에 설치되는 분리부재로 이루어짐으로써, 회수되는 연료의 연소성이 좋아지고 이를 통해 연료의 사용효율을 높여 연료의 소모량을 줄일 수 있다.

Description

연료전지의 버너 구조{BURNER STRUCTURE FOR FUEL CELL}

도 1은 종래 연료전지의 개질유닛과 스택유닛을 보인 계통도,

도 2는 종래 연료전지의 버너를 보인 개략도,

도 3은 본 발명 연료전지의 버너를 보인 개략도,

도 4 및 도 6은 본 발명 연료전지의 버너에 대한 다른 실시예를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 연소통 120 : 연료회수관

130 : 방열핀 140 : 배수관

210,220 : 분리부재

본 발명은 연료전지의 버너 구조에 관한 것으로, 특히 배출가스에서 수분을 제거하기 위한 연료전지의 버너 구조에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지(FUEL CELL SYSTEM)는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치이다. 연료전지는 작동온도와 주연료의 형태에 따라 알카리형(AFC), 인산염형(PAGC), 용융탄산염형(MCFC), 고체전해질형(SOFC), 고분자전해질형(PEMFC) 등으로 구분된다. 이 중에서 고분자전해질형 연료전지의 전해질은 액체가 아닌 고체 고분자 중합체(Membrane)로써 다른 연료전지와 구별된다. 이러한 고분자전해질형 연료전지는 통상 LNG, LPG 등의 탄화수소계(CH계열) 연료를 개질유닛에서 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H₂)만을 정제하고, 이 정제된 수소를 스택유닛의 연료극으로 공급하여 연료로 사용하고 있다.

도 1은 종래 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)방식의 연료전지를 보인 계통도이고, 도 2는 종래 개질유닛에서 버너의 내부를 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 연료전지는, 탄화수소계의 연료에서 수소를 정제하는 개질유닛(10)과, 상기 개질유닛(10)에 연결하여 정제된 수소를 공급받는 연료극과 공기를 공급받는 공기극을 구비하여 수소와 공기의 전기화학적 반응으로 전기와 열을 생산하는 스택유닛(20)을 포함하고 있다.

상기 개질유닛(10)은 연료의 일부를 태워 상기 스택유닛(20)으로 공급되는 연료에 수분을 공급하기 위한 버너(11)를 구비하고 있다.

상기 버너(11)는 도 2에서와 같이 소정의 체적을 갖는 연소통(12)의 상단에 화염구(13)가 구비되고, 상기 연소통(12)의 일측에는 상기 스택유닛(20)의 연료극에 연결하여 그 스택유닛(20)에서 사용되고 남는 가스(off-gas)를 상기한 연소통(12)으로 회수하여 연소용 연료로 사용할 수 있도록 하는 연료회수관(14)이 연결되 어 있다.

상기와 같은 종래 연료전지는 다음과 같이 동작한다.

즉, 상기 개질유닛(10)에서 탄화수소계열의 연료를 개질하여 수소를 정제하고 이 수소를 스택유닛(20)의 연료극으로 공급하는 한편 공기를 상기 스택유닛(20)의 공기극으로 공급함으로써 상기 연료극에서는 산화반응이, 상기 공기극에서는 환원반응이 일어나게 한다. 이 과정에서 생성되는 전자가 상기 연료극에서 공기극으로 이동하면서 전기가 발생하게 된다.

이때, 상기 스택유닛(20)에서 반응하고 남는 가스는 상기한 연료회수관(14)을 통해 다시 상기 개질유닛(10)의 버너(11)로 회수되어 반응을 위한 연소용 연료로 사용되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 연료전지의 버너에 있어서는, 상기 연료회수관(14)을 통해 연소통(12)으로 회수되는 연료는 상기 개질유닛(10)과 스택유닛(20)을 통과하면서 수분을 함유하게 되어 상기 연료통(12)에서 원활하게 연소되지 못하면서 새로운 연료를 공급받아 연료소모량이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 연료전지의 버너가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 연료통으로 회수되는 연료에서 수분을 제거하여 회수되는 연료를 효과적으로 사용할 수 있는 연료전지의 버너 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 소정의 내부공간이 구비되고 그 일측에 화염구가 형성되어 연료로부터 수소를 정제하기 위한 개질유닛에 설치되는 연소통과, 상기 연소통의 내부공간에 삽입되어 연결되고 그 출구가 상기 내부공간의 하측을 향해 개구되어 연통되는 연료회수관으로 이루어진 연료전지의 버너 구조가 제공된다.

또, 소정의 내부공간이 구비되고 그 일측에 화염구가 형성되어 연료로부터 수소를 정제하기 위한 개질유닛에 설치되는 연소통과, 상기 연소통의 내부공간에 연통되어 연결되는 연료회수관과, 상기 연료회수관을 통해 회수되는 연료에서 수분을 분리하도록 상기 연소통의 내부에 설치되는 분리부재로 이루어진 연료전지의 버너 구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 연료전지의 버너 구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 연료전지의 버너를 보인 개략도이고, 도 4 및 도 6은 본 발명 연료전지의 버너에 대한 다른 실시예를 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 연료전지의 버너는, 소정의 체적을 갖고 상기한 개질유닛(도 1에 도시)(10)의 내부에 설치되는 연소통(110)과, 상기 연소통(110)의 일측에서 관통되어 소정의 깊이까지 삽입되고 그 출구가 상기 연소통(110)의 바닥을 향하도록 개구되는 연료회수관(120)과, 상기 연소통(110)의 바닥측 외표면에 형성되어 연료에서 분리되는 수분이 신속하게 응축되도록 하는 방열핀(130)으로 이루어진다.

상기 연소통(110)은 소정 체적의 내부공간(S)이 구비되어 그 상단에는 복수의 화염구(111)가 형성되고, 그 하단에는 응축수를 외부로 배수하기 위한 배수관(140)이 연결된다.

상기 연료회수관(120)은 그 입구가 상기한 스택유닛(도 1에 도시)(20)의 연료극에 연결되고, 그 출구는 상기 연소통(110)의 일측벽을 관통하여 소정의 깊이만큼 삽입되어 결합된다. 또, 상기 연료회수관(120)의 출구는 상기 연소통(110)의 측벽을 통과하여 그 연소통(110)의 내부공간(S)에서 굽혀 바닥과 대략 평행하도록 개구되어 형성된다. 여기서, 상기 연료회수관(120)의 출구는 도 3에서와 같이 회수되는 가스의 이동방향에 대해 약간 후방측을 향하도록 소정의 각도(α)만큼 비스듬히 경사지게 개구되어 형성되는 것이 회수가스가 상기 연소통(110)의 내부공간(S)을 더욱 넓게 선회하면서 열교환될 수 있어 수분을 제거하는데 보다 바람직할 수 있다.

또, 도 4에서와 같이 상기 연료회수관(120)에서 연소통(110)으로 유입되는 남은 가스가 그 연소통(110)의 내부공간(S)에서 일종의 사이클론 현상을 일으켜 가스에서 수분이 용이하게 분리될 수 있도록 상기 연료회수관(120)의 출구가 연소통(110)의 중심과 어긋나도록 형성될 수도 있다.

상기 방열핀(130)은 응축수가 고이는 상기 연소통(110)의 바닥면에 인접하도록 그 바닥면의 외표면에 일체로 형성되거나 또는 별도로 제작하여 후조립될 수 있도록 한다. 또, 도면으로 제시하지는 않았으나 상기 방열핀(130) 외에 팬이나 수냉식 방열장치나 다공성 물질을 이용한 방열장치 등을 적용하여 방열효과를 높일 수 도 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 연료전지의 버너 구조는 다음과 같은 작용효과가 있다.

즉, 상기 스택유닛에서 사용하고 남은 가스(off-gas)는 상기 연료회수관(120)을 통해 상기 개질유닛의 버너를 이루는 연소통(110)으로 회수되고, 그 회수되는 남은 가스는 상기 연료회수관(120)을 따라 상기 연소통(110)의 바닥면을 향해 유입되었다가 상기 연소통(110)의 내부공간(S)에서 넓게 선회하면서 그 연소통(110)의 내주면에 접촉되어 가스와 수분이 분리되며, 이 분리된 수분은 응축되어 배수관(140)을 통해 상기 연소통(110)의 외곽으로 배출되는 반면 건조한 가스는 화염구(111)로 이동하여 연소용 연료로 활용된다. 이때, 상기 연소통(110)의 외표면에 구비한 방열핀(130)이나 팬 등의 방열장치에 의해 상기 연소통 내부의 온도가 지속적으로 낮아져 분리된 수분이 신속하게 응축되도록 한다.

한편, 본 발명에 의한 연료전지의 버너 구조에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일실시예에서는 상기 연료회수관(120)의 출구측이 연소통(110)의 내부에 삽입되어 바닥을 향해 개구되도록 구성함으로써 남은 가스가 상기 연소통(110)의 내부공간(S)에서 폭넓게 선회하도록 하여 가스와 수분이 효율적으로 분리되도록 하는 것이었으나, 본 실시예는 상기 연소통(110)의 내부공간(S)에 분리부재를 구비하여 남은 가스로부터 수분을 강제로 분리하고자 하는 것이다.

이를 위해, 도 5에서와 같이 상기 연료회수관(120)의 출구에 대향하는 상기 연소통(110)의 내부공간(S)에 판체이고 연소통(110)의 바닥으로 향하도록 곡면진 된 분리부재(210)를 설치하여 그 연료회수관(120)을 통해 상기 연소통(110)으로 회수되는 남은 가스가 상기한 분리부재(210)에 부딪혀 가스와 수분이 분리되도록 하거나, 또는 도 6에서와 같이 연소통(110)의 중간, 보다 정확하게는 상기 연료회수관(120) 보다 높은 위치에 메쉬 또는 복수의 가스통공을 구비한 판체의 분리부재(220)를 횡방향으로 구비하여 가스와 수분이 분리되도록 하는 것이다. 이에 대한 다른 구성과 그에 따른 작용효과는 전술한 일실시예와 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 상기 연료회수관(120)을 통해 회수되는 남은 가스에서 수분을 강제로 분리하도록 함으로써 회수되는 가스로부터 수분을 더욱 효과적으로 분리하여 회수되는 연료의 연소성이 좋아지고 이를 통해 연료의 사용효율을 높여 연료의 소모량을 줄일 수 있다.

본 발명에 의한 연료전지의 버너 구조는, 스택유닛에서 반응되고 남은 가스가 개질유닛의 버너로 재공급될 때 그 남은 가스중에 포함된 수분이 버너에서 충분히 분리되도록 함으로써, 회수되는 연료의 연소성이 좋아지고 이를 통해 연료의 사용효율을 높여 연료의 소모량을 줄일 수 있다.

Claims

소정의 내부공간이 구비되고 그 일측에 화염구가 형성되어 연료로부터 수소를 정제하기 위한 개질유닛에 설치되는 연소통과,

상기 연소통의 내부공간에 삽입되어 연결되고 그 출구가 상기 내부공간의 하측을 향해 개구되어 연통되는 연료회수관으로 이루어진 연료전지의 버너 구조.
소정의 내부공간이 구비되고 그 일측에 화염구가 형성되어 연료로부터 수소를 정제하기 위한 개질유닛에 설치되는 연소통과,

상기 연소통의 내부공간에 연통되어 연결되는 연료회수관과,

상기 연료회수관을 통해 회수되는 연료에서 수분을 분리하도록 상기 연소통의 내부에 설치되는 분리부재로 이루어진 연료전지의 버너 구조.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 연소통의 외표면에는 방열부가 구비되는 연료전지의 버너 구조.