KR100690688B1 - 연료전지의 케이스 구조 - Google Patents

연료전지의 케이스 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 연료전지의 케이스 구조는, 시스템 케이스와, 시스템 케이스의 내부에 설치하고 탄화수소계열의 연료를 개질하여 정제된 수소를 공급하는 개질부와, 개질부에 연결하는 연료극을 공기극과 함께 시스템 케이스의 내부에 구비하여 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기를 생성하는 스택부와, 개질부 및 스택부와 열교환 가능하게 결합하여 냉각수를 순환 공급하도록 시스템 케이스의 내부에 설치하는 물순환부와, 시스템 케이스 내부의 시스템 구성품들에 대한 유지보수 시점을 육안으로 관찰할 수 있도록 상기 시스템 케이스에 구비하는 가시화수단을 포함하거나, 또는 시스템 케이스 내부의 시스템 구성품들에 대한 유지보수 시점을 상기 시스템 케이스의 외부에 표시하여 주는 표시수단을 포함함으로써, 외부에서 케이스의 내부상황을 쉽게 관찰할 수 있어 비숙련자도 관리가 용이하며 케이스를 자주 열고 닫을 필요가 없어 케이스의 손상을 미연에 방지할 수 있다.

Description

연료전지의 케이스 구조{CASE STRUCTURE FOR FUEL CELL}
도 1은 종래 연료전지의 일례를 보인 계통도,
도 2는 종래 연료전지의 시스템 케이스를 보인 사시도,
도 3은 발명 연료전지의 시스템 케이스를 보인 사시도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 시스템 케이스 110 : 케이스몸체
120 : 케이스덮개 121 : 가시창
122 : 표시창
본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 특히 연료전지의 시스템 케이스 외부에서 내부상태를 관찰할 수 있는 연료전지의 케이스 구조에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지(FUEL CELL SYSTEM)는 연료가 가지고 있는 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환하는 장치로서, 이러한 연료전지는 통상 고분자 전해질 막을 중심으로 양쪽에 각각 양극(ANODE)과 음극(CATHODE)을 설치하고, 양극(산화전극 또는 연료극)에서는 연료인 수소의 전기화학적 산화가, 그리고 음극(환원전극 또는 공기극)에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어나면서 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기에너지를 발생되도록 하는 전지계로서 일종의 발전장치라고 할 수 있다.
도 1은 LNG, LPG, CH3OH 등의 탄화수소계(CH계열) 연료(도면은 LNG)를 개질기에서 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H2)만을 정제하여 연료로 사용하는 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)방식의 연료전지를 보인 계통도이다.
이에 도시한 바와 같이 종래의 연료전지는, LNG에서 수소를 정제하는 개질부(10)와, 개질부(10)에 연결하여 정제된 수소를 공급받는 연료극(21)과 공기를 공급받는 공기극(22)을 구비하여 수소와 공기의 전기화학적 반응으로 전기와 열을 생산하는 스택부(20)와, 스택부(20)의 출력측에 연결하여 전기를 부하에 공급하는 전기출력부(30)와, 개질부(10)와 스택부(20)에 물을 공급하여 그 개질부(10)와 스택부(20)를 냉각하는 열교환부(40)와, 각 부(10)(20)(30)(40)에 전기적으로 연결하여 제어하는 제어부(미도시)로 구성하고 있다.
개질부(10)와 스택부(20)와 전기출력부(30) 그리고 물순환부(40)와 제어부(50)는 육면체 형상의 시스템 케이스(50) 내부에 수용하여 설치하고 있다.
시스템 케이스(50)는 도 2에서와 같이 전면이 개구되는 육면체 형상의 박스 형상으로 형성하여 그 내부에 상기한 개질부(10)와 스택부(20)와 전기출력부(30) 그리고 물순환부(40)와 제어부(미도시)를 내장하는 케이스몸체(51)와, 케이스몸체 (51)의 내부공간에 상기 각 부(10)(20)(30)(40)를 설치한 후 상기한 전면 개구부를 닫아 복개하는 케이스덮개(52)로 이루어져 있다.
케이스몸체(51)와 케이스덮개(52)는 그 내부를 외부에서는 관찰할 수 없도록 모두 폐쇄형으로 형성하여 나사와 같은 체결부재(53)로 상기한 케이스몸체(51)와 케이스덮개(52)의 연결부위를 조립하고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 연료전지에 있어서는, 앞서 언급한 바와 같이 시스템 케이스(50)는 그 내부공간에 수납하는 개질부(10)와 스택부(20) 등의 상태를 외부에서는 육안으로 관찰할 수 없도록 폐쇄형으로 형성함에 따라 시스템의 각 부(10)(20)(30)(40)에 대한 일상적인 관찰이 불가능하여 자칫 소모성 부품의 교체시기를 놓치거나 시스템의 작동상태를 면밀하게 관찰하지 못하여 시스템 오류를 유발할 우려가 있었다.
또, 시스템 케이스(50)의 내부를 관찰하기 위하여는 케이스덮개(52)를 수시로 여닫아야 하므로 이에 따른 불편함과 체결부위의 마모를 초래할 우려가 있었다.
또, 외부에서 육안으로 관찰하기 어려움에 따라 그만큼 측량기구가 많아져야 하므로 제품의 생산비용을 상승시키는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 연료전지가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 시스템 케이스의 외부에서도 내부상태를 용이하게 관찰할 수 있는 연료전지의 케이스 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 시스템 케이스와, 시스템 케이스의 내부에 설치하고 탄화수소계열의 연료를 개질하여 정제된 수소를 공급하는 개질부와, 개질부에 연결하는 연료극을 공기극과 함께 시스템 케이스의 내부에 구비하여 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기를 생성하는 스택부와, 개질부 및 스택부와 열교환 가능하게 결합하여 냉각수를 순환 공급하도록 시스템 케이스의 내부에 설치하는 물순환부와, 시스템 케이스 내부의 시스템 구성품들에 대한 유지보수 시점을 육안으로 관찰할 수 있도록 상기 시스템 케이스에 구비하는 가시화수단을 포함한 것을 특징으로 하는 연료전지의 케이스 구조를 제공한다.
또, 시스템 케이스와, 시스템 케이스의 내부에 설치하고 탄화수소계열의 연료를 개질하여 정제된 수소를 공급하는 개질부와, 개질부에 연결하는 연료극을 공기극과 함께 시스템 케이스의 내부에 구비하여 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기를 생성하는 스택부와, 개질부 및 스택부와 열교환 가능하게 결합하여 냉각수를 순환 공급하도록 시스템 케이스의 내부에 설치하는 물순환부와, 시스템 케이스 내부의 시스템 구성품들에 대한 유지보수 시점을 상기 시스템 케이스의 외부에 표시하여 주는 표시수단을 포함한 것을 특징으로 하는 연료전지의 케이스 구조를 제공한다.
이하, 본 발명에 의한 연료전지의 케이스 구조를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세히 설명한다.
도 3은 발명 연료전지의 시스템 케이스를 보인 사시도이다.
도 1을 참조하면 본 발명에 의한 연료전지는, LNG에서 수소를 정제하는 개질 부(10)와, 개질부(10)에 연결하여 정제된 수소를 공급받는 연료극(21)과 공기를 공급받는 공기극(22)을 구비하여 수소와 공기의 전기화학적 반응으로 전기와 열을 생산하는 스택부(20)와, 스택부(20)의 출력측에 연결하여 전기를 부하에 공급하는 전기출력부(30)와, 개질부(10)와 스택부(20)에 물을 공급하여 그 개질부(10)와 스택부(20)를 냉각하는 열교환부(40)와, 각 부(10)(20)(30)(40)에 전기적으로 연결하여 제어하는 제어부(100)로 구성한다.
스택부(20)는 전해질막(미도시)을 사이에 두고 연료극(21)과 공기극(22)을 배치하고 그 연료극(21)과 공기극(22)의 바깥면에 각각 연료유로와 공기유로를 구비한 분리판(미도시)을 설치하여 단위셀을 형성하며 이 단위셀을 겹겹이 적층하여 이루어진다.
전기출력부(30)는 스택부(20)에서 생성되는 DC를 AC로 변환하여 AC전원용 전기제품에 공급하거나 또는 DC를 그대로 DC전원용 전기제품에 공급하도록 이루어진다.
열교환부(40)는 내열성이 높은 재질로 이루어져 소정량의 물을 충전하는 물저장통(41)과, 스택부(20)와 물저장통(41) 사이를 순환식으로 연결하는 냉각수라인(42)과, 냉각수라인(42)의 중간에 설치하여 스택부(20)에서 물저장통(41)으로 회수되는 물을 냉각하는 방열기(43)와, 냉각수라인(42)의 중간에 설치하여 물저장통(41)의 물을 펌핑하고 그 펌핑된 물을 스택부(20) 등으로 공급하는 순환펌프(44)로 이루어진다.
여기서, 개질부(10)와 스택부(20)와 전기출력부(30) 그리고 물순환부(40)는 상기한 시스템 케이스(100)의 내부공간에 수용하되, 시스템 케이스(100)는 상기한 내부공간을 구비하여 전면이 개구된 육면체 형상의 박스 모양으로 형성하는 케이스몸체(110)와, 그 케이스몸체(110)의 전면 개구측을 복개하는 케이스덮개(120)와, 그 케이스덮개(120)와 케이스몸체(110)의 모서리 부위를 나사 등의 체결부재(130)로 결합하여 이루어진다.
케이스덮개(120)는 그 일측에 상기한 개질부(10)의 탈황반응기(미도시)에 대한 유지보수 시점을 외부에서 육안으로 관찰할 수 있도록 가시창(121)을 관통하여 형성하고, 타측에는 스택부(20) 또는 물순환부(40) 등을 연결하는 관로상의 공기필터 또는 물필터 등에 전기적으로 연결하여 그 공기필터나 물필터의 교체주기를 포함한 최근의 유지보수 시점 또는 최근의 유지보수 시기와 다음 예상 유지보수 시기를 외부로 표시할 수 있도록 표시창(122)을 설치하여 이루어진다.
가시창(121)은 투명판으로 덮어 시스템 케이스(100)의 내부공간을 밀폐할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또, 가시창은 도면으로 제시하지는 않았으나 케이스몸체에 고정 형성할 수도 있다.
표시창(122)은 시스템 케이스(100)의 케이스덮개(120) 외부에 설치하여 상기한 각 부의 유지보수 시점 등을 자동으로 표시하도록 제어하는 제어부에 전기적으로 연결한다. 예컨대, 스택부(20)의 공기극(22) 상류에 설치하여 흡입되는 공기를 정화하는 공기필터(미도시)와 상기 물순환부(40)에서 공급되는 물을 정제하기 위하여 설치하는 물필터(미도시)를 상기한 표시창(122)과 제어부(미도시)에 전기적으로 연결하여 각 필터의 교체시기를 표시하도록 하는 것이다.
또, 표시창(122)과 제어부는 도 3에서와 같이 케이스덮개(120)에 설치할 수도 있으나 각종 연결선로를 감안하여 고정체인 케이스몸체(110)에 설치할 수도 있다.
도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.
상기와 같은 본 발명 연료전지의 케이스 구조가 가지는 작용효과는 다음과 같다.
즉, 제어부(미도시)가 지령하여 스택부(20)가 반응을 하면, 그 스택부(20)에서 전기와 함께 열이 발생하여 전기는 전기출력부(30)를 통해 가정이나 사무실 등에서 필요로 하는 전기에너지로 활용되는 반면 열은 축열장치로 저장하거나 방열하다. 이 과정에서 순환펌프(44)가 구동하여 물저장통(41)의 물을 펌핑한 후 개질부(10)나 스택부(20)에 순환 공급하여 개질부(10)나 스택부(20)의 과열을 방지한다.
여기서, 연료전지가 운전하는 중에 또는 운전이 정지된 상태에서 연료전지의 시스템 내부를 수시로 관찰하여 개질부(10)와 스택부(20) 등이 원활하게 작동하는지를 관리하여야 하는데, 이때 통상 투명용기로 된 탈황반응기(미도시)는 케이스덮개(120)의 일측에 구비한 가시창(121)을 통해 외부에서 육안으로 직접 관찰하면서 탈황제의 교체여부를 판단할 수 있는 한편 개질부(10)와 스택부(20) 등에 구비하는 공기필터와 물필터 등 소모품의 교체여부는 상기 케이스덮개(120)의 타측에 마련된 표시창(122)을 통해 상기한 각 필터의 교체시기를 포함한 최근의 유지보수 시점 또는 최근 유지보수 시기와 예상되는 다음 유지보수 시기를 판단할 수 있다.
이렇게, 시스템 케이스를 분리하지 않고도 사용자가 외부에서 시스템의 내부 상황을 관찰하여 판단할 수 있으므로 특히 가정 등에 설치하는 경우 사용법에 미숙한 사용자라 하더라도 현재의 시스템 운전상태를 용이하게 판단할 수 있어 사용상의 편리성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 시스템 케이스를 자주 열고 닫을 필요가 없어 그만큼 관리가 용이하고 체결부위에 대한 마멸을 방지할 수 있다.
본 발명에 의한 연료전지의 케이스 구조는, 시스템 케이스에 가시창과 표시창을 구비함으로써, 외부에서 케이스의 내부상황을 쉽게 관찰할 수 있어 비숙련자도 관리가 용이하며 케이스를 자주 열고 닫을 필요가 없어 케이스의 손상을 미연에 방지할 수 있다.

Claims (7)

  1. 시스템 케이스와,
    상기 시스템 케이스의 내부에 설치하고 탄화수소계열의 연료를 개질하여 정제된 수소를 공급하는 개질부와,
    상기 개질부에 연결하는 연료극을 공기극과 함께 상기 시스템 케이스의 내부에 구비하여 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기를 생성하는 스택부와,
    상기 개질부 및 스택부와 열교환 가능하게 결합하여 냉각수를 순환 공급하도록 상기 시스템 케이스의 내부에 설치하는 물순환부와,
    상기 시스템 케이스 내부의 시스템 구성품들에 대한 유지보수 시점을 육안으로 관찰할 수 있도록 상기 시스템 케이스에 구비하는 가시화수단을 포함한 것을 특징으로 하는 연료전지의 케이스 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가시화수단은 개질부의 탈황상태를 관찰할 수 있는 부위를 관통하여 형성하는 것을 특징으로 연료전지의 케이스 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가시화수단은 시스템 케이스의 내부공간을 밀폐할 수 있도록 투명판으로 복개하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 케이스 구조.
  4. 시스템 케이스와,
    상기 시스템 케이스의 내부에 설치하고 탄화수소계열의 연료를 개질하여 정제된 수소를 공급하는 개질부와,
    상기 개질부에 연결하는 연료극을 공기극과 함께 상기 시스템 케이스의 내부에 구비하여 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기를 생성하는 스택부와,
    상기 개질부 및 스택부와 열교환 가능하게 결합하여 냉각수를 순환 공급하도록 상기 시스템 케이스의 내부에 설치하는 물순환부와,
    상기 시스템 케이스 내부의 시스템 구성품들에 대한 유지보수 시점을 상기 시스템 케이스의 외부에 표시하여 주는 표시수단을 포함한 것을 특징으로 하는 연료전지의 케이스 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 표시수단은 시스템 케이스의 외부에 설치하는 표시창과, 상기 시스템 케이스의 내부공간에 수용한 각 부와 전기적으로 연결하여 상기 표시창에 연결된 각 부의 유지보수 시점을 자동으로 표시하도록 제어하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지의 케이스 구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스택부의 공기극 상류에 설치하여 흡입되는 공기를 정화하는 공기필터 와 상기 물순환부에서 공급되는 물을 정제하기 위하여 설치하는 물필터를 상기한 표시창에 전기적으로 연결하여 각 필터의 교체시기를 표시하도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 케이스 구조.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 표시수단은 시스템 케이스의 외부에 설치하는 표시창과, 상기 시스템 케이스의 내부공간에 수용한 각 부와 전기적으로 연결하여 상기 표시창에 연결된 각 부의 최근 유지보수 시기와 다음 예상 유지보수 시기를 자동으로 표시하도록 제어하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지의 케이스 구조.
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