KR100717760B1 - 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 - Google Patents

직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 Download PDF

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하명주
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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크는, 연료와 물이 혼합된 혼합연료를 저장하기 위한 것으로서, 소정의 밀폐 공간을 가지면서 연료전지 본체로부터 이산화탄소와 함께 배출되는 미반응 혼합연료를 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제1 포트를 포함하는 용기부재와, 상기 용기부재에 설치되어 상기 이산화탄소를 상기 용기부재의 외부로 배출시키기 위한 필터부재와, 상기 용기부재의 밀폐 공간에 배치되면서 상기 제1 포트와 연결되게 설치되는 비닐 형태의 튜브부재를 포함한다.
연료전지, 믹스탱크, 이산화탄소, 혼합연료, 튜브부재, 로테이션, 비닐

Description

직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템 {MIX TANK FOR DIRECT OXIDATION FUEL CELL AND FUEL CELL SYSTEM WITH THE SAME}
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 연료전지 본체의 구성을 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크의 구성을 도시한 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크의 작용을 설명하기 위한 단면 구성도이다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell) 방식의 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 별도로 공급되는 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서 구성된다.
이러한 연료 전지는 크게, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)(당 업계에서는 통상적으로 "직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)" 라고도 한다.)로 구분될 수 있다.
고분자 전해질형 연료 전지는 스택(stack)이라 불리는 연료 전지 본체(이하에서는, 편의상 "스택" 이라 한다)로서 구성되며, 개질기로부터 공급되는 수소 가스와, 공기펌프 또는 팬의 가동에 의해 공급되는 공기의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어진다. 여기서 개질기는 연료와 물이 혼합된 혼합 연료를 개질하여 이 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 스택으로 공급하는 연료처리장치로서의 기능을 한다.
직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 수소 가스를 사용하지 않고 혼합 연료를 직접적으로 제공받아 이 혼합 연료, 및 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어진다.
한편, 직접 산화형 연료 전지 방식을 이용하여 구성되는 연료 전지 시스템에 있어, 연료전지는 이의 작용시 혼합 연료의 산화 반응에 의해 생성되는 이산화탄소, 연료전지에서 반응하고 남은 혼합 연료, 및 산소의 환원 반응에 의해 생성되는 수분을 배출시키게 되는 바, 이러한 이산화탄소를 제거하고 미반응 혼합연료와 수분을 재사용할 수 있는 리사이클링 시스템(recycling system)으로서 구성된다.
이를 위해 종래의 연료 전지 시스템은 연료 탱크 및 물 탱크로부터 연료와 물을 제공받아 이 연료와 물이 혼합된 혼합 연료를 연료전지로 공급함은 물론, 연료전지로부터 배출되는 미반응 혼합 연료, 이산화탄소 및 수분을 수용하면서 이산화탄소를 제거하고 미반응 혼합연료와 수분을 연료전지로 리사이클링시키기 위한 믹스 탱크를 구비하고 있다.
그런데, 종래의 연료 전지 시스템은 시스템이 로테이션(rotation)되면서 믹스 탱크의 설치 상태가 정상적이지 못하거나 이 믹스 탱크에 저장된 혼합 연료의 액위가 이산화탄소와 미반응 혼합연료의 주입 포트를 오버하여 이 주입 포트가 혼합 연료에 잠기는 경우, 상기 주입 포트를 통해 믹스 탱크 내부로 주입되는 이산화탄소가 믹스 탱크에 저장된 혼합 연료를 버블링시킴으로써 이 혼합 연료를 기화시키게 된다.
이로써 종래의 연료 전지 시스템은 믹스 탱크 내부에서 이산화탄소에 의한 혼합 연료의 기화량이 증대됨에 따라 혼합 연료의 손실이 증가하게 되고, 결과적으로는 전체 시스템의 운전 성능 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 이산화탄소와 미반응 혼합연료의 주입 포트가 혼합 연료에 잠기더라도 이산화탄소에 의한 혼합 연료의 버블링을 억제할 수 있는 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 직 접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크는, 연료와 물이 혼합된 혼합연료를 저장하기 위한 것으로서, 소정의 밀폐 공간을 가지면서 연료전지 본체로부터 이산화탄소와 함께 배출되는 미반응 혼합연료를 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제1 포트를 포함하는 용기부재와, 상기 용기부재에 설치되어 상기 이산화탄소를 상기 용기부재의 외부로 배출시키기 위한 필터부재와, 상기 용기부재의 밀폐 공간에 배치되면서 상기 제1 포트와 연결되게 설치되는 비닐 형태의 튜브부재를 포함한다.
상기 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크에 있어서, 상기 용기부재는 상기 연료를 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제2 포트와, 상기 물을 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제3 포트와, 상기 밀폐 공간에 저장된 상기 혼합연료를 외부로 배출시키기 위한 제4 포트와, 상기 필터부재를 통과하는 상기 이산화탄소를 외부로 배출시키기 위한 제5 포트를 포함할 수 있다.
상기 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크에 있어서, 상기 용기부재는 상기 연료전지 본체로부터 배출되는 수분을 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제6 포트를 더욱 포함할 수 있다.
상기 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크에 있어서, 상기 필터부재는 소수성을 지니면서 막 형태로서 구비될 수 있다. 이 경우 상기 필터부재는 불소계수지로서 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 연료와 물이 혼합된 혼합연료, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체와, 상기 혼합연료를 저장하면서 상기 혼합연료를 상기 연료전지 본체로 공급하는 믹스 탱크와, 상기 산소를 상기 연료전지 본체로 공급하기 위한 산소 공급원과, 상기 연료를 저장하면서 상기 연료를 상기 믹스 탱크로 공급하는 연료 탱크와, 상기 물을 저장하면서 상기 물을 상기 믹스 탱크로 공급하는 물 탱크를 포함하며, 상기 믹스 탱크는 소정의 밀폐 공간, 및 상기 연료전지 본체로부터 이산화탄소와 함께 배출되는 미반응 혼합연료를 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제1 포트를 포함하는 용기부재와, 상기 용기부재에 설치되어 상기 이산화탄소를 상기 용기부재의 외부로 배출시키기 위한 필터부재와, 상기 밀폐 공간에서 상기 제1 포트와 연결되게 설치되는 비닐 형태의 튜브부재를 포함한다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 용기부재는 상기 연료를 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제2 포트와, 상기 물을 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제3 포트와, 상기 밀폐 공간에 저장된 상기 혼합연료를 외부로 배출시키기 위한 제4 포트와, 상기 필터부재를 통과하는 상기 이산화탄소를 외부로 배출시키기 위한 제5 포트와, 상기 연료전지 본체로부터 배출되는 수분을 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제6 포트를 포함할 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 필터부재는 소수성을 지니면서 막 형태로서 구비될 수 있다.
상기 연료 전지 시스템은, 상기 연료 탱크와 상기 믹스 탱크를 연결하는 연결라인 상에 제1 펌프를 설치하고, 상기 물 탱크와 상기 믹스 탱크를 연결하는 연결라인 상에 제2 펌프를 설치하고, 상기 믹스 탱크와 상기 연료전지 본체를 연결하는 연결라인 상에 제3 펌프를 설치하여 구성될 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)을 설명하면, 이 연료 전지 시스템(100)은 연료, 및 산화제 가스를 직접적으로 제공받아 연료 중에 함유된 수소의 산화 반응, 및 산화제 가스의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)(당 업계에서는 통상적으로 "직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)" 라고도 한다.) 방식으로서 구성될 수 있다.
바람직하게, 이러한 연료 전지 시스템(100)은 직접 산화형 연료 전지의 작용시, 연료의 산화 반응에 의해 생성되는 이산화탄소를 제거하고, 산화제 가스의 환원 반응에 의해 생성되는 수분, 및 연료 전지에서 반응하고 남은 미반응 연료를 재사용할 수 있는 리사이클링 시스템(recycling system)으로서 이루어진다.
본 실시예에서, 연료라 함은 순수한 메탄올, 에탄올 등과 같은 고농도의 알코올계 액체 연료를 포함하며, 이러한 순수한 연료와 물이 혼합된 연료를 이하에서는 "혼합 연료"라고 정의한다. 그리고, 본 시스템(100)은 산화제 가스로서 별도의 저장수단에 저장된 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자를 예로 하여 설명한다.
이와 같은 연료 전지 시스템(100)은 직접 산화형 연료 전지로서 구성되는 연료전지 본체(10)와, 혼합 연료를 저장하는 믹스 탱크(30)와, 언급한 바 있는 액체 연료(이하에서는, "연료" 라고 한다.)를 저장하는 연료 탱크(50)와, 물을 저장하는 물 탱크(60)와, 산소를 연료전지 본체(10)로 공급하기 위한 산소 공급원(70)을 포함하여 구성된다.
본 실시예에서, 연료전지 본체(10)는 믹스 탱크(30)와 산소 공급원(70)에 각각 연결되게 설치되며, 이 믹스 탱크(30)로부터 혼합 연료를 공급받고 산소 공급원(70)으로부터 공기를 제공받아 혼합 연료 중에 함유된 수소의 산화 반응, 및 공기 중에 함유된 산소의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 셀(cell) 단위의 전기 발생부(11)를 구비한다.
따라서, 본 실시예에 의한 연료전지 본체(10)는 이와 같은 전기 발생부(11)를 복수로 구비하고, 이들을 연속적으로 배치함으로써 전기 발생부들(11)의 집합체 구조에 의한 스택(stack)으로서 구성될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 연료전지 본체의 구성을 나타내 보인 분해 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 연료전지 본체(10)는 상기한 바와 같이 전기 발생부들(11)의 집합체 구조로서 이루어지는 바, 이 전기 발생부(11)는 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)(12)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(Separator)(13)를 밀착되게 배치하여 구성될 수 있다.
여기서, 막-전극 어셈블리(12)는 일면에 애노드 전극을 형성하고, 다른 일면에 캐소드 전극을 형성하며, 이들 두 전극 사이에 전해질막을 형성하고 있다. 애노드 전극은 혼합 연료에 함유된 수소를 전자와 수소 이온으로 분리시키며, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키고, 캐소드 전극은 애노드 전극으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 별도로 제공되는 산소를 반응시켜 수분을 생성하는 기능을 하게 된다.
그리고 세퍼레이터(13)는 혼합 연료를 막-전극 어셈블리(12)의 애노드 전극으로 공급하고, 공기를 막-전극 어셈블리(12)의 캐소드 전극으로 공급하기 위한 혼합 연료 및 공기 이동 채널을 형성하며, 막-전극 어셈블리(12)의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체로서의 기능을 하게 된다.
이에 더하여, 연료전지 본체(10)는 혼합 연료를 전기 발생부들(11)로 주입시키기 위한 제1 주입부(15)와, 공기를 전기 발생부들(11)로 주입시키기 위한 제2 주입부(16)와, 전기 발생부들(11)에 의한 혼합 연료의 산화 반응을 통해 생성되는 이산화탄소, 및 전기 발생부들(11)에서 반응하고 남은 미반응 혼합 연료를 배출시키기 위한 제1 배출부(17)와, 전기 발생부들(11)에 의한 산소의 환원 반응을 통해 생성되는 수분을 배출시키기 위한 제2 배출부(18: 도 1 참조)를 형성하고 있다.
상기에서, 믹스 탱크(30)는 도 1에 도시한 바와 같이, 혼합 연료를 수용하는 밀폐 탱크로서 구비되며, 연료 탱크(50)에 저장된 연료와 물 탱크(60)에 저장된 물을 혼합하여 상기 연료의 농도를 연료전지 본체(10)의 효율적인 운전에 필요한 농도로서 조절하여 연료전지 본체(10)에 제공하는 기능을 하게 된다. 이러한 믹스 탱 크(30)의 예시적인 실시예는 도 3을 참조하여 뒤에서 더욱 자세하게 설명하기로 한다.
상기한 믹스 탱크(30)로 연료를 공급하기 위한 연료 탱크(50)는 메탄올, 에탄올과 같은 액체 연료를 저장하는 밀폐 탱크로서 구비되며, 파이프 형태의 제1 연결라인(L1)에 의해 믹스 탱크(30)와 연결되게 설치된다. 이 때 제1 연결라인(L1) 상에는 연료 탱크(50)에 저장된 연료를 믹스 탱크(30)로 압송시키기 위한 제1 펌프(P1)를 설치하고 있다.
또한, 믹스 탱크(30)로 물을 공급하기 위한 물 탱크(60)는 물을 저장하는 밀폐 탱크로서 구비되며, 파이프 형태의 제2 연결라인(L2)에 의해 믹스 탱크(30)와 연결되게 설치된다. 이 때 제2 연결라인(L2) 상에는 물 탱크(60)에 저장된 물을 믹스 탱크(30)로 압송시키기 위한 제2 펌프(P2)를 설치하고 있다.
본 실시예에서, 연료전지 본체(10)로 산소를 공급하기 위한 산소 공급원(70)은 도 1에 도시된 바와 같이 공기를 흡입하고, 이 공기를 연료전지 본체(10)로 압송시키는 공기 펌프(71)로서 구비된다. 이 때, 공기 펌프(71)와 연료전지 본체(10)의 제2 주입부(16)는 통상적인 파이프 라인 등에 의해 연결될 수 있다. 대안으로서, 본 실시예에 의한 산소 공급원(70)은 위에서와 같은 공기 펌프(71)를 구비하는 것에 한정되지 않고, 일반적으로 당 업계에 널리 알려진 공지의 블로워(blower)를 구비할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크의 구성을 도시한 단면 구성도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 믹스 탱크(30)는 연료 탱크(50)로부터 공급되는 연료와 물 탱크(60)로부터 공급되는 물을 혼합하여 저장하고, 연료전지 본체(10)의 제1 배출부(17)를 통해 이산화탄소와 함께 배출되는 미반응 혼합 연료를 저장하면서 이산화탄소를 외부로 배출시키고, 연료전지 본체(10)의 제2 배출부(18)를 통해 배출되는 수분을 저장하고, 상기 저장된 연료와 물의 혼합연료, 미반응 혼합연료 및 수분(이하에서는, 편의상 "혼합연료"라고 한다.)을 연료전지 본체(10)로 공급하기 위한 것이다.
이러한 믹스 탱크(30)는 소정의 밀폐 공간을 형성하는 용기부재(31)와, 이산화탄소를 용기부재(31)의 외부로 배출시키기 위한 필터부재(33)를 포함하여 구성된다.
이 용기부재(31)는 장방형의 탱크로서 구비되는 바, 연료전지 본체(10)의 제1 배출부(17)를 통해 이산화탄소와 함께 배출되는 미반응 혼합연료를 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제1 포트(31a)와, 연료 탱크(50)에 저장된 연료를 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제2 포트(31b)와, 물 탱크(60)에 저장된 물을 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제3 포트(31c)와, 이 밀폐 공간에 저장된 혼합연료를 배출시키기 위한 제4 포트(31d)와, 밀폐 공간에 수용되는 이산화탄소를 외부로 배출시키기 위한 제5 포트(31e)와, 연료전지 본체(10)의 제2 배출부(18)를 통해 배출되는 수분을 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제6 포트(31f)를 형성하고 있다.
여기서, 제1 포트(31a)는 제3 연결라인(L3)에 의해 연료전지 본체(10)의 제1 배출부(17)와 연결되며, 제2 포트(31b)는 언급한 바와 같이 제1 연결라인(L1)에 의 해 연료 탱크(50)와 연결되고, 제3 포트(31c)는 언급한 바와 같이 제2 연결라인(L2)에 의해 물 탱크(60)와 연결되며, 제4 포트(31d)는 제4 연결라인(L4)에 의해 연료전지 본체(10)의 제1 주입부(15)와 연결되고, 제5 포트(31e)는 대기 중으로 개방된 형태로서 구비되며, 제6 포트(31f)는 제5 연결라인(L5)에 의해 연료전지 본체(10)의 제2 배출부(18)와 연결된다. 이 때, 제4 연결라인(L4) 상에는 용기부재(31)의 밀폐 공간에 수용된 혼합연료를 흡인하여 제4 포트(31d)를 통해 배출시키고, 이 혼합연료를 연료전지 본체(10)로 압송시키기 위한 제3 펌프(P3)를 설치하고 있다. 그리고, 제5 연결라인(L5) 상에는 연료전지 본체(10)의 제2 배출부(18)를 통해 배출되는 수증기 형태의 수분을 응축시키기 위한 열교환기(도면에 도시하지 않음)가 설치될 수 있다.
본 실시예에서, 필터부재(33)는 용기부재(31)의 밀폐 공간에서 제5 포트(31e)에 근접하게 설치되며, 용기부재(31)의 밀폐 공간에 수용된 미반응 혼합연료 및 이산화탄소 중에서 미반응 혼합연료는 통과시키지 못하고 이산화탄소 만을 제5 포트(31e)로 통과시키는 이른바 기액 분리 필터로서의 기능을 하게 된다.
이러한 필터부재(33)는 소수성을 지니면서 이산화탄소를 통과시킬 수 있는 다공성을 지닌 막 형태로서 구비되며, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 플루오로에틸렌프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 플루오리네이티드 에틸렌 프로필렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 및 플루오로에틸렌 폴리머 등과 같은 불소계수지로서 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 믹스 탱크(30)는 용기부재(31)의 밀폐 공간에서 제1 포트(31a)에 연결되게 설치되는 튜브부재(35)가 제공되는 바, 이 튜브부재(35)는 제1 포트(31a)를 통해 용기부재(31)의 밀폐 공간으로 주입되는 이산화탄소 및 미반응 혼합연료의 패스를 형성한다.
본 실시예에서, 튜브부재(35)는 제1 포트(31a)에 연결되는 제3 연결라인(L3)의 단부에 연결되며, 유연성 및 연료에 대한 내구성을 지니면서 이산화탄소와 미반응 혼합연료를 유동시키는 비닐 형태의 튜브로서 구비된다. 이 때, 튜브부재(35)는 일측 단부가 제3 연결라인(L3)의 단부에 연결되며, 다른 일측 단부는 용기부재(31)의 밀폐 공간에서 개방된 상태를 유지하게 된다.
이러한 튜브부재(35)는 비닐 형태로서 이루어짐에 따라, 본 시스템(100)이 로테이션(rotation)되면서 용기부재(31)의 설치 상태가 정상적이지 못하거나 용기부재(31)에 저장된 혼합연료의 액위가 제1 포트(31a)를 오버하여 혼합연료에 잠기게 되는 경우, 연료전지 본체(10)의 제1 배출부(17)를 통해 배출되는 이산화탄소와 미반응 혼합연료가 통과할 때 이산화탄소에 의해 혼합연료의 액면으로 부유되면서 이의 개방 단부가 액면 위를 향하게 됨으로써 상기 이산화탄소와 미반응 혼합연료를 액면 위로 배출시킬 수 있게 된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 작용을 상세하게 설명한다.
우선, 연료 탱크(50)에 저장된 연료는 제1 펌프(P1)의 가동에 의하여 제1 연결라인(L1)을 통해 용기부재(31)의 밀폐 공간으로 공급된다. 이와 동시에, 물 탱크(60)에 저장된 물은 제2 펌프(P2)의 가동에 의하여 제2 연결라인(L2)을 통해 용 기부재(31)의 밀폐 공간으로 공급된다.
따라서, 연료와 물은 연료전지 본체(10)의 효율적인 운전에 필요한 농도로서 혼합되면서 용기부재(31)의 밀폐 공간에 저장된다. 이 때, 튜브부재(35)는 비닐 소재로서 이루어지고 있기 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이 용기부재(31)의 밀폐 공간에 저장된 혼합연료가 제1 포트(31a)를 오버하지 않은 경우, 혼합연료에 의해 부유되면서 이 혼합연료의 액면에 위치하고 있는 상태에 있다.
이 상태에서, 용기부재(31)에 저장된 혼합 연료는 제3 펌프(P3)의 가동에 의하여 제4 연결라인(L4)을 통해 연료전지 본체(10)의 전기 발생부들(11)로 공급된다. 이와 동시에, 공기 펌프(71)는 공기를 흡입하고, 이 공기를 연료전지 본체(10)의 전기 발생부들(11)로 공급한다.
따라서, 연료전지 본체(10)에서는 전기 발생부들(11)에 의한 혼합 연료의 산화 반응, 및 공기 중에 함유된 산소의 환원 반응이 진행되면서 기설정된 용량의 전기 에너지를 출력시키게 된다.
이 과정에서, 연료전지 본체(10)는 전기 발생부들(11)에 의한 혼합 연료의 산화 반응을 통해 발생되는 이산화탄소, 및 전기 발생부들(11)에서 반응하고 남은 혼합 연료를 제1 배출부(17)를 통해 배출시킨다.
이와 같이 연료전지 본체(10)의 제1 배출부(17)를 통해 배출되는 미반응 혼합연료와 이산화탄소는 제3 연결라인(L3)을 통과하면서 튜브부재(35)를 통해 용기부재(31)의 밀폐 공간으로 주입된다. 이 때, 튜브부재(35)는 도 3에 도시된 바와 같이, 용기부재(31)의 밀폐 공간에 저장된 혼합연료가 제1 포트(31a)를 오버하지 않은 경우, 혼합연료에 의해 부유되면서 이 혼합연료의 액면에 위치하고 있는 상태에 있기 때문에, 이산화탄소와 미반응 혼합연료를 액면 위로 배출시키게 된다. 그러면 이산화탄소는 필터부재(33)를 통과하여 제5 포트(31e)를 통해 대기 중으로 배출되고, 미반응 혼합연료는 용기부재(31)의 밀폐 공간 내에 저장된다.
이와 동시에, 연료전지 본체(10)는 전기 에너지를 발생시키는 과정에서, 전기 발생부들(11)에 의한 산소의 환원 반응을 통해 발생되는 수증기를 제2 배출부(18)를 통해 배출시키게 된다. 이 때, 상기 수증기는 도면에 도시되지 않은 열교환기에 의해 물로 응축되면서 제5 연결라인(L5)을 통해 용기부재(31)의 밀폐 공간으로 주입된다.
이러는 과정을 거치는 동안, 만약 본 시스템(100)이 로테이션(rotation)되면서 용기부재(31)의 설치 상태가 정상적이지 못하거나 용기부재(31)에 저장된 혼합연료의 액위가 제1 포트(31a)를 오버하는 경우, 튜브부재(35)는 용기부재(31)의 밀폐 공간에서 혼합연료에 잠기게 된다. 이 경우 튜브부재(35)는 비닐 형태로서 이루어짐에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 이산화탄소와 미반응 혼합연료가 통과할 때 이산화탄소에 의해 혼합연료의 액면 쪽으로 부유되면서 이의 개방 단부가 액면 위를 향하게 됨으로써 상기 이산화탄소와 미반응 혼합연료를 액면 위로 배출시킬 수 있게 된다.
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 범 위에 속하는 것은 당연하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 믹스 탱크의 내부에 배치되면서 이산화탄소와 미반응 혼합연료의 주입 포트와 연결되는 비닐 형태의 튜브부재를 구비함에 따라, 시스템이 로테이션되면서 믹스 탱크의 설치 상태가 정상적이지 못하거나 이 믹스 탱크에 저장된 혼합 연료의 액위가 이산화탄소와 미반응 혼합연료의 주입 포트를 오버하여 이 주입 포트가 혼합 연료에 잠기더라도 믹스 탱크에 저장된 혼합 연료가 이산화탄소에 의해 버블링되지 않게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 혼합 연료의 버블링에 의하여 혼합 연료가 기화되는 것을 최소화시킬 수 있으므로, 전체 시스템의 운전 성능 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 연료와 물이 혼합된 혼합연료를 저장하기 위한 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크에 있어서,
    소정의 밀폐 공간을 가지면서 연료전지 본체로부터 이산화탄소와 함께 배출되는 미반응 혼합연료를 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제1 포트를 포함하는 용기부재;
    상기 용기부재에 설치되어 상기 이산화탄소를 상기 용기부재의 외부로 배출시키기 위한 필터부재; 및
    상기 용기부재의 밀폐 공간에 배치되면서 상기 제1 포트와 연결되게 설치되는 비닐 형태의 튜브부재
    를 포함하는 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 용기부재는,
    상기 연료를 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제2 포트와,
    상기 물을 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제3 포트와,
    상기 밀폐 공간에 저장된 상기 혼합연료를 외부로 배출시키기 위한 제4 포트와,
    상기 필터부재를 통과하는 상기 이산화탄소를 외부로 배출시키기 위한 제5 포트
    를 포함하는 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 용기부재는,
    상기 연료전지 본체로부터 배출되는 수분을 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제6 포트를 더욱 포함하는 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 필터부재는 소수성을 지니면서 막 형태로서 구비되는 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 필터부재가 불소계수지로서 형성되는 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크.
  6. 연료와 물이 혼합된 혼합연료, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체;
    상기 혼합연료를 저장하면서 상기 혼합연료를 상기 연료전지 본체로 공급하는 믹스 탱크;
    상기 산소를 상기 연료전지 본체로 공급하기 위한 산소 공급원;
    상기 연료를 저장하면서 상기 연료를 상기 믹스 탱크로 공급하는 연료 탱크; 및
    상기 물을 저장하면서 상기 물을 상기 믹스 탱크로 공급하는 물 탱크
    를 포함하며,
    상기 믹스 탱크는 소정의 밀폐 공간, 및 상기 연료전지 본체로부터 이산화탄소와 함께 배출되는 미반응 혼합연료를 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제1 포트를 포함하는 용기부재와, 상기 용기부재에 설치되어 상기 이산화탄소를 상기 용기부재의 외부로 배출시키기 위한 필터부재와, 상기 밀폐 공간에서 상기 제1 포트와 연결되게 설치되는 비닐 형태의 튜브부재를 포함하는 연료 전지 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 용기부재는,
    상기 연료를 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제2 포트와,
    상기 물을 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제3 포트와,
    상기 밀폐 공간에 저장된 상기 혼합연료를 외부로 배출시키기 위한 제4 포트와,
    상기 필터부재를 통과하는 상기 이산화탄소를 외부로 배출시키기 위한 제5 포트와,
    상기 연료전지 본체로부터 배출되는 수분을 상기 밀폐 공간으로 주입시키기 위한 제6 포트
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 필터부재는 소수성을 지니면서 막 형태로서 구비되는 연료 전지 시스템.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 연료 탱크와 상기 믹스 탱크를 연결하는 연결라인 상에 제1 펌프를 설치하여 구성되는 연료 전지 시스템.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 물 탱크와 상기 믹스 탱크를 연결하는 연결라인 상에 제2 펌프를 설치하여 구성되는 연료 전지 시스템.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 믹스 탱크와 상기 연료전지 본체를 연결하는 연결라인 상에 제3 펌프를 설치하여 구성되는 연료 전지 시스템.
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