KR100784017B1 - 미반응 연료 재활용 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템 - Google Patents

미반응 연료 재활용 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료 전지 시스템을 구성하는 혼합 탱크를 포함하는 미반응 연료 재활용 장치에 관한 것으로, 특히 효과적으로 스택 배출물을 응축할 수 있는 미반응 연료 재활용 장치에 관한 것이다.
본 발명의 미반응 연료 재활용 장치는, 고농도 연료가 공급되는 연료 공급구와, 외부 연료 전지 스택의 캐소드 배출물이 공급되는 캐소드 유입구와, 상기 연료 전지 스택의 애소드 배출물이 공급되는 애소드 유입구와, 상기 고농도 연료, 캐소드 배출물 및 애노드 배출물이 혼합된 연료를 상기 스택으로 공급하는 스택 공급구와, 내부에서 분리되는 기체를 배출하는 기체 배출구를 구비하는 혼합 탱크; 및 상기 기체 배출구로 배출되는 기체를 응축하는 응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
연료 전지, DMFC, recycler, 혼합 탱크, 응축기

Description

미반응 연료 재활용 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템{Non-reactive Fuel Recycling Device and Fuel Cell System possessing it}
도 1은 종래 기술에 의한 직접 메탄올형 연료 전지 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명 일실시예에 따른 직접 메탄올형 연료 전지 시스템을 도시한 블록도.
도 3a 및 3b는 도 2의 연료 전지 시스템에 적용할 수 있는 응축기의 실시예들을 나타낸 구조도.
도 4는 도 2의 연료 전지 시스템에 적용할 수 있는 응축수 회수 구조를 도시한 구조도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 연료 탱크 120 : 혼합 탱크
130 : 연료 전지 스택 140 : 응축기
150 : 피드 펌프 160 : 연료 펌프
174 : 회수 배관 172 : 조절 밸브
본 발명은 연료 전지 시스템을 구성하는 혼합 탱크를 포함하는 미반응 연료 재활용 장치에 관한 것으로, 특히 효과적으로 스택 배출물을 응축할 수 있는 미반응 연료 재활용 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응에 의해 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전시스템이다. 상기 수소는 순수한 수소를 직접 연료전지 시스템에 공급할 수도 있고, 메탄올, 에탄올, 천연가스 등과 같은 물질을 개질하여 수소를 공급할 수도 있다. 상기 산소는 순수한 산소를 직접 연료전지 시스템에 공급할 수도 있고, 공기 펌프등을 이용하여 통상의 공기에 포함된 산소를 공급할 수도 있다.
연료전지는 상온 또는 100℃ 이하에서 작동하는 고분자 전해질형 및 직접 메탄올형 연료전지, 150∼200℃ 부근에서 작동하는 인산형 연료전지, 600∼700℃의 고온에서 작동하는 용융탄산염형 연료전지, 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고체 산화물형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 기본적으로 전기를 발생하는 작동원리는 동일하지만 사용되는 연료의 종류, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.
상기 연료전지 중 직접 메탄올형 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)는 연료로서 수소 대신에 액상의 고농도 메탄올을 물과 혼합한 후 직접 연료로 사용한다. 직접 메탄올형 연료전지는 수소를 직접 연료로 사용하는 연료전지보 다 출력밀도가 낮지만, 연료로 사용하는 메탄올의 체적당 에너지 밀도가 높고 저장이 용이하여 저출력 및 장시간 운전이 요구되는 상황에서 유리한 장점이 있다. 또한 연료를 개질하여 수소를 생성하는 개질기 등의 부가적인 장치가 불필요하기 때문에 소형화에 매우 유리하다.
또한, 직접 메탄올형 연료전지는 전해질막과, 상기 전해질막의 양면에 접하는 애노드(anode) 전극과 캐소드(cathode) 전극으로 이루어지는 전극-전해질 합성체(Membrane Electrode Assembly : MEA)를 구비한다. 전해질막으로는 플루오르화 중합체등을 사용하는데, 플루오르화 중합체는 메탄올이 지나치게 빠르게 스며들어, 농도가 높은 메탄올을 연료로 사용하는 경우 반응하지 않은 메탄올이 전해질막을 투과해 버리는 크로스오버(crossover) 현상이 발생된다. 따라서 메탄올의 농도를 낮추기 위하여 메탄올과 물을 혼합한 혼합연료를 연료전지 시스템에 공급하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 직접 메탄올형 연료 전지의 구조를 도시하고 있다.
도시한 직접 메탄올형 연료전지는 도시된 바와 같이 수소가스와 산소의 화학반응에 의해서 전기를 생성하는 연료 전지 스택(30)과, 연료 전지 스택(30)에 공급하고자 하는 고농도 연료를 저장하는 연료 탱크(10)와, 연료 전지 스택(30)으로부터 배출되는 미반응 연료를 회수하는 응축기(40)와, 응축기(40)로부터 배출되는 미반응 연료와 연료 탱크(10)로부터 배출되는 고농도 연료를 혼합시킨 수소함유연료를 연료 전지 스택(30)에 공급하는 혼합 탱크(20)를 구비한다.
스택(110)에는 고분자막과, 고분자막의 양측에 제공된 캐소드 전극 및 애노드 전극으로 이루어진 전극막 조립체(MEA; Membrane Electrode Assembly)를 포함하는 단위 전지가 복수개 제공된다. 애노드 전극은 혼합 탱크(20)로부터 공급되는 혼합 연료에 포함된 메탄올을 산화시켜 수소이온(H+)과 전자(e-)를 발생시킨다. 캐소드 전극은 외부에서 공급되는 공기 중의 산소를 산소이온과 전자로 변환시킨다. 그리고, 고분자막 애노드 전극에서 발생된 수소이온을 캐소드 전극에 이온교환의 기능과 함께 수소함유연료의 투과를 방지하는 기능을 갖는 전도성 고분자 전해질막이다.
상기 단위 전지에서 수소가스와 산소의 화학반응결과 생성되는 전기 에너지는 전력 변환장치(미도시)를 통해 전류/전압 등이 출력 규격에 맞게 변환되어 외부 부하로 출력된다. 상기 전력 변환장치의 출력은 별도로 구비되는 2차 전지를 충전시키는 구조를 가질 수도 있다.
또한, 연료 탱크(10)내 고농도 연료를 혼합 탱크(20)로 전달하기 위한 연료 펌프(60) 및 혼합 탱크(20)내 혼합 연료를 연료 전지 스택의 애노드로 전달하기 위한 피드 펌프(50)를 더 포함하며, 연료 전지 시스템의 발전 상태에 따라 상기 연료 펌프(60) 및 피드 펌프(50), 응축기(40)의 동작을 제어하기 위한 구동 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 구동 제어부(60)는 혼합 탱크(20)로부터 연료 전지 스택(30)의 애노드 전극에 공급되는 메탄올 혼합 연료의 농도를 일정하게 유지하는 등의 작업을 수행하여 연료전지 시스템의 발전효율을 안정적으로 유지시킨다.
이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)과 혼합되어 캐소드로부터 배출되는 미반응 연료는 응축기(40)로 이동하며, 상기 응축기(40)에서 응축된 미반응 연료는 혼합 탱크(20)로 수집된다. 미반응 연료에 함유된 이산화탄소 등 기체 성분은 혼합 탱크(20)에서 분리되어 외부로 유출될 수 있다. 혼합 탱크(20)에 수집된 미반응 연료와 연료 탱크(10)에서 공급되는 고농도 연료는 혼합된 후에 연료 전지 스택(30)의 애노드 전극으로 공급된다.
도시한 구조의 종래 기술의 연료 전지 시스템의 경우, 기체 상태의 캐소드 배출물은 일단 응축기(40)를 통해 액체 상태로 응축되어 혼합 탱크(20)로 유입된다. 그러나, 캐소드에서 막 빠져나온 배출물은 그 온도가 매우 높기 때문에 응축기(40)를 경유하여도 미처 응축되지 못한 상당량의 기체가 존재한다. 혼합 탱크(20)로 유입된 기체 및 액체가 혼합된 캐소드 배출물은, 혼합 탱크(20) 내 기액 분리 장치에 의해 또는 혼합 탱크(20) 내의 자연적인 액체/기체 분리 현상에 의해 기체 성분이 제거되고 액체 성분만이 혼합 탱크(20) 내에 남게 된다.
이와 같이, 종래 기술의 연료 전지 시스템은 비록 응축기(40) 및 혼합 탱크(20)가 존재하여도 미처 응축되지 못한 상당한 량의 메탄올 기체가 CO2와 함께 외부로 손실되는 것을 방지할 수 없는 문제점이 있었다.
한편, 상기 기체 상태로의 메탄올 손실을 방지하기 위해 응축기(40)의 응축 성능을 크게 향상시킨다면 메탄올 손실을 줄일 수는 있지만, 이 경우에는 응축기(40)의 제조 비용 부담이 커질 뿐만 아니라 혼합 탱크(20)로 유입되는 캐소드 배출 물 응축수의 온도가 지나치게 낮아진다. 이에 따라 혼합 탱크(20)내 혼합 연료의 온도도 낮아지며, 낮은 혼합 연료를 연료 전지 스택(30)에 공급하는 경우 적정 가동 온도를 유지시키기가 어려워 연료 전지 스택(30)의 가동 효율을 떨어뜨리게 되는 문제를 유발한다. 이 경우 연료 전지 스택(30)의 가동 효율을 높이기 위해 혼합 탱크(20)를 다시 가열한다면, 응축기(40)에 의한 냉각과 혼합 탱크(20)에서 재가열로 인한 비효율을 유발한다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 미반응 연료의 회수 효율이 우수한 연료 전지 시스템 및 미반응 연료 재활용 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 미반응 연료 회수용 혼합 탱크의 온도를 적정 수준으로 유지시킬 수 있는 연료 전지 시스템 및 미반응 연료 재활용 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미반응 연료 재활용 장치는, 고농도 연료가 공급되는 연료 공급구와, 외부 연료 전지 스택의 캐소드 배출물이 공급되는 캐소드 유입구와, 상기 연료 전지 스택의 애소드 배출물이 공급되는 애소드 유입구와, 상기 고농도 연료, 캐소드 배출물 및 애노드 배출물이 혼합된 연료를 상기 연 료 전지 스택으로 공급하는 스택 공급구와, 내부에서 분리되는 기체를 배출하는 기체 배출구를 구비하는 혼합 탱크; 및 상기 기체 배출구로 배출되는 기체를 응축하는 응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 화학 반응으로 전기를 생성하는 연료 전지 스택; 고농도의 수소 함유 연료를 저장하는 연료 탱크; 상기 연료 탱크에 저장된 고농도 연료와 상기 연료 전지 스택의 반응 배출물을 혼합하여 혼합 연료를 생성하는 혼합 탱크; 및 상기 혼합 탱크에서 분리되어 배출되는 기체를 응축하는 응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 연료 전지 시스템의 구성요소 중 혼합 탱크 및 응축기로 구성되는 본 발명에 따른 미반응 연료 재활용 장치는, 연료 전지 스택의 배출물을 혼합 탱크에 혼합시키고, 혼합 탱크내에서 분리된 기체 성분을 상기 응축기로 응축하는 데에 주된 사상이 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.
예컨대, 본 발명의 설명에서는 연료 전지 스택이라는 용어를 사용하였지만, 이는 용어 사용의 편의를 위한 것이며, 본 발명의 설명에 사용된 연료 전지 스택은 적층형 단위전지들로 이루어진 스택, 평판형 단위전지들로 이루어진 스택, 단일 단위전지만을 포함하는 단위 스택을 모두 포함하는 개념이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 직접 메탄올형 연료 전지 시스템으로 구체화하여 설명하고 있지만, 미반응 연료 재활용을 위한 혼합 탱크를 구비하는 연료 전지 시스템(예 : 아세트산 수용액을 연료로 사용하는 연료 전지 시스템)이라면, 본 발명의 사상을 적용할 수 있므며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.
(실시예)
도 2에 도시한 본 실시예의 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 화학 반응으로 전기을 생성하는 연료 전지 스택(130); 고농도의 수소 함유 연료를 저장하는 연료 탱크(110); 상기 연료 탱크(110)에 저장된 고농도 연료와 상기 연료 전지 스택(130)의 반응 배출물을 혼합하여 혼합 연료를 생성하기 위한 혼합 탱크(120); 및 상기 혼합 탱크(120)로부터의 배출되는 기체를 응축하기 위한 응축기(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 연료 탱크(110)내 고농도 연료를 혼합 탱크(120)로 전달하기 위한 연료 펌프(160) 및 혼합 탱크(120)내 혼합 연료를 연료 전지 스택의 애노드로 전달하기 위한 피드 펌프(150), 캐소드로 공기를 불어넣기 위한 공기 펌프(190)를 더 포함하며, 연료 전지 시스템의 발전 상태에 따라 상기 연료 펌프(160) 및 피드 펌프(150), 응축기(140), 공기 펌프(190)의 동작을 제어하기 위한 구동 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연료 전지 스택에서 생성되는 전기 에너지를 전류/전압 등의 출력 규격에 맞게 변환하여 외부 부하로 전달하기 위한 전력 변환장치(미도시), 및 상기 전력 변환장치의 출력 전력으로 충전되는 2차 전지(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 혼합 탱크(120)는, 고농도 연료가 공급되는 연료 공급구(128)와, 연료 전지 스택(130)의 캐소드 배출물이 공급되는 캐소드 유입구(122)와, 연료 전지 스택(130)의 애소드 배출물이 공급되는 애소드 유입구(124)와, 상기 고농도 연료, 캐소드 배출물 및 애노드 배출물이 혼합된 연료를 상기 스택으로 공급하는 스택 공급구(129)와, 내부에서 분리되는 기체를 배출하는 기체 배출구(126)를 구비할 수 있다.
도시한 바와 같이 본 실시예의 연료 전지 스택(130)의 캐소드에서 배출된 캐소드 배출물은 기체와 액체가 혼합된 고온의 상태로 상기 혼합 탱크(120)로 유입된다. 혼합 탱크(120) 내에서 액체 성분은 아래로 모이고 기체 성분은 위로 모여 기체와 액체가 분리되며, 상기 분리된 기체는 본 실시예의 응축기(140)로 이동한다.
상기 응축기(140)로 이동한 기체에는 캐소드 배출물에서 발생된 기체 뿐만 아니라, 애노드 배출물에서 발생된 기체도 포함하게 된다. 비록 애노드 배출물 기체는 비교적 소량이지만, 연료 전지 스택(130)의 발열에 의하여 미반응 메탄올이 기화될 수 있어, 이 또한 메탄올 손실의 일부 원인이 되었는데, 본 실시예의 응축기(140)는 애노드 배출물 기체도 응축할 수 있어, 메탄올 손실을 최소화 할 수 있다.
상기 혼합 탱크(120)는 자연적으로 분리되는 기체와 함께 액체의 유출되는 것을 방지하기 위한 기액 분리막을 더 구비할 수 있다.
상기 혼합 탱크(120)에서 분리된 기체는 응축기(140)의 응축작용에 의하여 액체로 응축된다. 상기 응축기(140)에서 응축된 액체에는 물과 함께 다량의 미반응 메탄올을 포함하게 되며, 응축되지 않은 기체는 대부분이 이산화탄소로 이루어져 있다.
상기 혼합 탱크(120) 내 혼합 연료의 온도를 살펴보면, 혼합 탱크로 유입되는 유체는 연료 탱크(110)로부터 공급되는 고농도 메탄올, 연료 전지 스택(130)의 애노드 배출물 및 캐소드 배출물이다. 이중 고농도 메탄올을 낮은 온도이지만 그 양이 적어서 혼합 탱크(120)의 온도에 미치는 영향이 작고, 비교적 양이 많은 연료 전지 스택(130)의 애노드 배출물 및 캐소드 배출물에 의해 혼합 탱크(120)의 온도가 결정된다.
혼합 탱크(120)로 유입되는 상기 애노드 배출물 및 캐소드 배출물은 연료 전지 스택(130)에서 바로 유입되므로, 연료 전지 스택(130)의 온도에서 약간 떨어진 온도를 가진다. 따라서, 별다른 추가적인 가열 수단 없이도 연료 탱크내 혼합 연료의 온도는 연료 전지 스택(130)의 발전 효율을 저해하지 않을 정도의 충분한 온도를 유지할 수 있게 된다.
연료 전지 스택은 화학 반응에 필요한 적정 온도를 유지하여야 하므로, 스택으로 공급되는 혼합 연료의 온도가 너무 낮아서는 안 된다. 본 실시예의 구조에 따르는 경우 고온의 연료 전지 스택(130)의 배출물에 의해 충분한 온도를 유지하는 혼합 연료가 공급됨에 따라 연료 전지 스택(130)의 성능을 용이하게 유지시킬 수 있다.
상기 응축기(140)는 상기 혼합 탱크(120)에서 배출되는 기체를 냉각시켜 액화시키기 위한 열교환부를 구비하며, 상기 열교환부는 냉각용 팬이나 공기 콤프레셔로 불어넣는 공기에 의해 냉각시키도록 구현할 수 있다. 또한, 상기 응축기(140)는 응축된 액체와 응축되지 않은 CO2 등 기체를 분리하기 위한 수단(예 : 기액 분리막)을 더 구비할 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 실시예에 사용될 수 있는 응축기의 실시예들을 도시하고 있다. 도시한 응축기(140, 140')는 혼합 탱크 배출 기체의 열을 흡수하기 위한 지그재그 배관 형상을 가진 열교환부(142, 142') 및 상기 열교환부(142, 142')에서 응축된 액체를 외부로 배출되지 않도록 유지하기 위한 리퀴드 세퍼레이터(144, 144')를 구비한다.
공기로 인한 냉각이 수행되는 지그재그형의 배관을 통과하는 혼합 탱크 배출 기체는, 물과 메탄올 성분이 액화되어 배관 벽에 응결되기 시작한다. 배관이 중력 방향 위쪽을 향해 도출되는 구조라면 상기 배관 벽에 응결된 액체 중 상당량은 배관을 타고 아래쪽으로 흐르게 된다. 따라서, 상기 열교환부(142, 142') 배관을 혼합 탱크보다 위에 설치한다면 중력에 의해 배관 벽에 응결된 응결수의 상당량을 혼합 탱크로 되돌릴 수 있다.
상기 지그재그형 배관의 벽에 응결되지 않은 기체상태의 물과 메탄올 성분은 다시 다공성 재질의 리퀴드 세퍼레이터(144, 144') 내부를 통과하면서 리퀴드 세퍼 레이터(144, 144')에 흡수된 상태로 응결된다.
이제, 응축기에서 응축된 응축수, 특히 상기 리퀴드 세퍼레이터에 흡수된 응축수를 재활용하는 방법에 대하여 설명하겠다.
상기 응축수를 재활용하는 방법은 응축수를 상기 혼합 탱크에 유입시켜 혼합 연료에 섞거나, 상기 혼합 탱크에서 스택으로의 연료 공급관으로 유입시켜 스택으로 공급되는 혼합연료와 함께 스택으로 공급되도록 구현할 수 있다.
전자의 경우 응축수를 혼합 탱크로 유입시키는 방법은 별도의 펌프를 이용하거나 중력에 의해 흘러내리는 구조를 이용할 수 있다. 펌프를 이용하는 경우 비용이 증대되나 로테이션-프리 성능 및/또는 높은 회수율을 확보하기 용이하고, 중력을 이용하는 경우 로테이션-프리 성능 및/또는 높은 회수율을 확보하기가 난해하나 비용이 절감된다.
후자의 경우 상기 혼합 탱크에서 스택으로 혼합연료를 공급하는 피드 펌프의 펌핑에 의한 상기 혼합 탱크에서 피드 펌프로의 배관의 혼합 연료의 흐름에 의해 발생하는 음압을 이용한다. 이를 위해, 상기 혼합 탱크에서 피드 펌프로의 배관 내에 상기 음압을 이용하도록 음압 발생 장치 및 상기 음압 발생 장치로의 상기 응축수의 유입을 단속하기 위한 밸브를 구비할 수 있다.
이 경우 응축수의 양을 초과하여 흡입하는 경우 공기가 스택으로 들어갈 위험이 있으므로, 다소 메탄올의 손실이 있더라도 응축기에 응축수가 응축되는 속도보다 다소 낮은 정도로, 응축수를 흡입하도록 제어하여야 한다.
도 4는 본 실시예의 연료 전지 시스템에 적용할 수 있는 베르누이 음압을 이용한 응축수 흡입 구조를 도시하고 있다.
도시한 바와 같이 혼합 탱크(120)와 피드 펌프(150) 사이의 배관(152)의 일부를 가운데가 가늘어지는 벤츄리관 형태로 구성하고, 상기 벤츄리관에서 가장 큰 음압이 발생되는 부분에 회수 배관(174)이 연결되는 오리피스(176)를 형성하였다. 상기 회수 배관(174)을 통해 상기 응축기(140)의 리퀴드 세퍼레이터(144)에 모인 응축수가 상기 오리피스(176)로 이동될 수 있다.
상기 피드 펌프(150)의 구동에 따라 혼합 탱크(120)의 혼합 연료가 상기 벤츄리관을 통해 지나갈때 발생된 음압에 의해 상기 응축수가 상기 오리피스(176)에서 상기 피드 펌프(150)로 유입된다. 이에 따라 상기 오리피스(176)와 연결된 회수 배관(174)을 따라 리퀴드 세퍼레이터(144)에 모인 응축수가 연료 전지 스택으로 공급될 수 있다.
도시한 조절 밸브(172)는 연료 전지 스택으로 공급되는 연료의 농도가 상기 응축수에 의해 너무 저농도로 되거나, 리퀴드 세퍼레이터(144)에 모인 응축수가 부족한 경우 공기가 오리피스(176)를 통해 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 조절 밸브(172)도 상기 구동 제어부(미도시)에 의해 단속될 수 있으며, 연료의 저농도를 방지하기 위해서는, 상기 조절 밸브(172)를 열어놓는 최대 시간에 제한을 두고 조절 밸브(172)를 닫아 놓은 최소 시간에 제한을 두어서, 단위 시간당 상기 응축수가 연료에 혼합되는 정도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 오리피스(176) 를 통해 공기가 유입되는 것을 방지하기 위해서는, 상기 리퀴드 세퍼레이터(144)에 축적되는 응축수의 최소 수량보다, 상기 오리피스의 음압에 의해 흡입되는 양이 더 작도록, 소정 단위 시간당 상기 조절 밸브(172)가 열리는 시간을 조절할 수 있다.
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 범위에 속하는 것은 당연하다.
상기 구성에 따른 본 발명의 연료 전지 시스템을 실시함에 의해, DMFC 같은 수용액 연료를 사용하는 연료 전지 시스템의 미반응 연료의 회수 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 미반응 연료의 회수 효율과 함께 연료 전지 스택의 가동 효율을 높일 수 있는 효과도 있다.

Claims (15)

  1. 고농도 연료가 공급되는 연료 공급구와,
    외부 연료 전지 스택의 캐소드 배출물이 공급되는 캐소드 유입구와,
    상기 연료 전지 스택의 애소드 배출물이 공급되는 애소드 유입구와,
    상기 고농도 연료, 캐소드 배출물 및 애노드 배출물이 혼합된 연료를 상기 스택으로 공급하는 스택 공급구와,
    내부에서 분리되는 기체를 배출하는 기체 배출구
    를 구비하는 혼합 탱크; 및
    상기 기체 배출구로 배출되는 기체를 응축하는 응축기
    를 포함하는 미반응 연료 재활용 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응축기에 의해 응축된 응축수를 상기 혼합 탱크로 전달하는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미반응 연료 재활용 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 응축기에 의해 응축된 응축수를 상기 연료 전지 스택으로 전달하는 회수 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미반응 연료 재활용 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 응축기는,
    상기 혼합 탱크의 배출 기체를 냉각시키기 위한 열교환부; 및
    상기 냉각된 배출 기체에서 액체 성분을 획득하기 위한 리퀴드 세퍼레이터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 미반응 연료 재활용 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열교환부는,
    상기 배출 기체가 내부로 통과하면서 공기에 의해 냉각되게 하는 지그재그형 배관인 것을 특징으로 하는 미반응 연료 재활용 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 리퀴드 세퍼레이터는,
    상기 냉각된 배출기체가 통과하는 다공성 재질인 것을 특징으로 하는 미반응 연료 재활용 장치.
  7. 수소와 산소의 화학 반응으로 전기를 생성하는 연료 전지 스택;
    고농도의 수소 함유 연료를 저장하는 연료 탱크;
    상기 연료 탱크에 저장된 고농도 연료와 상기 연료 전지 스택의 반응 배출물을 혼합하여 혼합 연료를 생성하는 혼합 탱크;
    상기 혼합 탱크로부터의 분리되어 배출되는 기체를 응축하는 응축기
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 혼합 탱크내 혼합 연료를 연료 전지 스택의 애노드로 전달하기 위한 피드 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 혼합 탱크는,
    상기 고농도 연료가 공급되는 연료 공급구;
    상기 연료 전지 스택의 캐소드 배출물이 공급되는 캐소드 유입구;
    상기 연료 전지 스택의 애소드 배출물이 공급되는 애소드 유입구;
    상기 고농도 연료, 캐소드 배출물 및 애노드 배출물이 혼합된 연료를 상기 연료 전지 스택으로 공급하는 스택 공급구; 및
    내부에서 분리되는 기체를 배출하여 상기 응축기로 전달하는 기체 배출구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 응축기에 의해 응축된 응축수를 상기 혼합 탱크로 전달하는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 응축기에 의해 응축된 응축수를 상기 혼합 탱크에서 상기 피드 펌프로 의 배관에 전달하는 회수 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회수 배관을 개폐시키는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  13. 제7항에 있어서, 상기 응축기는,
    상기 혼합 탱크의 배출 기체를 냉각시키기 위한 열교환부; 및
    상기 냉각된 배출 기체에서 액체 성분을 획득하기 위한 리퀴드 세퍼레이터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 열교환부는,
    상기 배출 기체가 내부로 통과하면서 공기에 의해 냉각되게 하는 지그재그형 배관인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 리퀴드 세퍼레이터는,
    상기 냉각된 배출기체가 통과하는 다공성 재질인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
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