KR100787244B1 - 안정적인 공기공급장치를 구비한 연료전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기화학반응에 의해 전력을 생산하는 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전력을 생산하는 연료전지스택, 발전원료를 수소가 함유된 개질가스로 개질하여 연료전지스택에 개질가스를 공급하는 연료처리장치, 및 연료전지스택에 산소가 함유된 공기를 공급하는 공기공급장치를 포함한다. 특히, 본 발명의 연료전지 시스템은 주위 대기온도, 압력 등과 같은 설치 환경조건 및 설치 장소에 대한 제약을 받지 않고 안정적으로 공기를 공급할 수 있게 개선된 공기공급장치를 구비함으로써, 공기 맥동에 따른 흔들림 현상이 현저하게 감소되면서 결국 연료전지스택에서 안정적으로 전력을 생산할 수 있다. 또한, 본 발명은 각각의 구성요소마다 설치되는 공기 흡입계통과 공기 배기계통을 각각 단일화함으로써 시스템 설치가 편리해지고, 그 유지보수도 용이해진다.
연료전지스택, 흡기, 필터, 외기 흡기통, 공기공급계통, 펌프

Description

안정적인 공기공급장치를 구비한 연료전지 시스템{Fuel Cell System Including Reliable Air Supply Line}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연료전지 시스템의 공기공급장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시된 연료전지 시스템과 종래기술에 따른 연료전지 시스템에 대한 공기공급성능을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개략도이다.
도 6은 종래기술에 따른 연료전지 시스템의 개략도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
100, 200, 300, 400 : 연료전지 시스템
110, 210, 310, 410 : 연료전지스택
120, 220, 320, 420 : 연료처리장치
140, 240, 340, 440 : 냉각장치
150, 250, 350, 450 : 전력변환기
160, 260, 360, 460 : 본체
130 : 공기공급장치 131, 231, 331 : 외기흡기통
132, 232, 332 : 흡기통로 133, 233, 333 : 필터
134, 135, 136, 234, 235, 236 : 공기 공급압력 조절수단
137, 337, 434, 435, 436 : 공기펌프
138, 238, 338 : 가압 버퍼통
139, 339a, 339b, 339c : 공기유량 제어기
본 발명은 전기화학반응에 의해 전력을 생산하는 연료전지 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 안정적으로 공기가 공급되게 개선된 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 일반적으로 도 6에 도시된 바와 같은 구성을 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같은 종래기술에 따른 연료전지 시스템(400)은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 직류전력을 생산하는 연료전지스택(410)과, 천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG)와 같은 탄화수소계열의 발전원료(F)를 이용하여 수소가 많은 가스로 개질하는 연료처리장치(420)와, 연료전지스택(410)에 산소를 공급하도록 공기펌프와 가습기를 구비한 공기공급장치, 연료전지스택(410)을 냉각시키는 냉각장치(440)와, 연료전지스택(410)에서 생산된 직류(DC)전력을 교류(AC)전력으로 변환하는 전력변환기(450)를 주된 구성요소로 구비하며, 그 외에도 상기 주된 구성요소 들을 보호하면서 그 내부에 수용하는 본체(460), 각종 주변장치(BOP ; balance of plants) 및 제어기를 구비한다.
이와 같은 종래기술의 연료전지 시스템(400)은 전기화학반응에 필요한 산소를 연료전지스택(410)에 공급하기 위해 공기공급장치로서 제1 공기펌프(434)를 구비한다. 그리고, 연료전지 시스템(400)은 연료처리장치(420)의 개질 반응기를 일정 온도까지 가열하기 위해 연소기(421)용 제2 공기펌프(435), 및 연료처리장치(420)의 일산화탄소 제거기용 제3 공기펌프(436)를 각각 구비한다. 이러한 공기펌프(434, 435, 436)들은 일반적으로 하나의 흡기통로를 통해 유입되는 공기를 공유하며, 이런 흡기통로는 본체(460)에 형성되는 공기 흡입구(461)로부터 연장 연결된다.
종래기술의 연료전지 시스템(400)은 연료전지스택(410)과 연료처리장치(420)에서 사용되고 남은 잔여 공기가 배기 통로를 통해 배출되며, 이런 배기 통로가 본체(460)에 형성된 공기 배기구(462)에 연결됨으로써 잔여 공기가 외부로 배출된다. 그리고, 종래기술의 연료전지 시스템(400)은 냉각장치(440)의 한 구성요소로서 물탱크에 회수된 폐열 이상으로 열수요가 있는 경우에 작동되는 보조버너를 구비한다. 이런 보조버너에서 필요한 공기는 본체(460)에 형성된 다른 공기 흡입구(463)와 공기 배출구(464)를 통해 유입 또는 배출된다.
하지만, 종래기술의 연료전지 시스템(400)은 일반적으로 실내에 설치되기 때문에, 밀폐된 공간 내에서 장기간 운전시 흡입되는 공기 내의 산소 함유량이 적어서, 결국 연료전지스택(410)에서 안정적으로 전력생산을 할 수 없는 단점이 있다.
또한, 종래기술의 연료전지 시스템(400)은 주위 대기온도, 압력 등과 같은 설치 환경조건에 따라 일정량의 공기가 지속적으로 공급되지 않아서, 공기 맥동에 따른 흔들림 현상으로 연료전지스택(410)에서 안정적으로 전력생산을 할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 주위 대기온도, 압력 등과 같은 설치 환경조건 및 설치 장소에 대한 제약을 받지 않고 안정적으로 공기를 공급할 수 있게 개선된 공기공급장치를 구비한 연료전지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 각각의 구성요소마다 설치되는 공기 흡입계통과 공기 배기계통을 각각 단일화함으로써 구성요소의 간소화와 효율성이 향상되는 연료전지 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 연료전지 시스템은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전력을 생산하는 연료전지스택, 발전원료를 수소가 함유된 개질가스로 개질하여 상기 연료전지스택에 개질가스를 공급하는 연료처리장치, 및 상기 연료전지스택에 산소가 함유된 공기를 공급하는 공기공급장치를 포함한다. 상기 공기공급장치는 외부 공간으로부터 상기 연료전지스택에 연결되는 흡입 통로, 상기 흡입 통로에 설치되어 상기 연료전지스택으로 공기를 흡입시키는 제1 공기펌프, 및 상기 제1 공기펌프와 상기 연료전지스택의 사이에 위치하면서 상기 흡입 통로의 내부로 유동하는 공기의 압력 이 설정된 압력 이하로 유지되게 저감시키는 제1 가압 버퍼통을 포함한다.
상기 공기공급장치는 상기 제1 가압 버퍼통과 상기 연료전지스택의 사이에 위치하면서 상기 흡입 통로의 내부를 유동하는 공기의 유량을 감지하여 상기 측정되는 공기의 유량에 따라 상기 제1 공기펌프를 작동시켜 공기 흡입량을 조절하는 제1 공기유량 제어기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 공기공급장치는 시스템이 설치된 공간의 외부 영역까지 연장된 상기 흡입 통로의 외부 선단부에 설치되는 외기 흡기통, 및 상기 외기 흡기통과 상기 제1 공기펌프 사이의 흡입 통로에 설치되면서 공기와 함께 유입되는 이물질을 필터링하는 필터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 흡입 통로는 상기 제1 공기펌프의 전방에 위치한 지점으로부터 분할되어 상기 연료처리장치로 연결되는 제1 구간을 더 포함하며, 상기 공기공급장치는 상기 흡입 통로의 제1 구간에 설치되어 공기를 흡입하는 제2 공기펌프, 상기 제2 공기펌프와 상기 연료처리장치의 사이에 위치하면서 상기 흡입 통로의 제1 구간에서 유동하는 공기의 압력이 설정된 압력 이하로 유지되게 저감시키는 제2 가압 버퍼통, 및 상기 제2 가압 버퍼통과 상기 연료처리장치의 사이에 위치하면서 상기 흡입 통로의 제1 구간에서 유동하는 공기의 유량을 감지하여 공기 흡입량을 조절하는 제2 공기유량 제어기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 흡입 통로의 제1 구간은 상기 연료처리장치의 구성요소 중에서 연소기 또는 일산화탄소 제거기 중 어느 하나에 연결된다.
상기 연료전지스택을 냉각시키는 냉각장치를 더 포함하며, 상기 냉각장치는 열수요에 따라 물탱크에 회수된 물을 가열하는 보조버너를 포함한다. 그리고, 상기 흡입 통로는 상기 제1 공기펌프의 전방에 위치한 지점으로부터 분할되어 상기 냉각장치의 보조버너로 연결되는 제2 구간을 포함하며, 상기 연료전지스택, 상기 연료처리장치, 상기 냉각장치으로부터 배출되는 잔여 공기의 배출통로는 상기 연료전지스택, 상기 연료처리장치, 상기 냉각장치에 각각 연결된 후 하나의 통로로 병합되어 외부 공간으로 연장되는 것이 바람직하다.
상기 흡입 통로는 상기 제1 가압 버퍼통의 후방에 위치한 지점으로부터 분할되어 상기 연료처리장치로 연결되는 제3 구간을 더 포함하며, 상기 공기공급장치는 상기 제1 가압 버퍼통과 상기 연료처리장치의 사이에 위치하면서 상기 흡입 통로의 제3 구간에서 유동하는 공기의 유량을 감지하여 공기 흡입량을 조절하는 제3 공기유량 제어기를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
< 제 1 실시예 >
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 연료전지 시스템(100)은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 직류전력을 생산하는 연료전지스택(110)과, 천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG)와 같은 발전원료(F)를 이용하여 수소가 많은 가스로 개질 하여 연료전지스택(110)에 개질가스를 공급하는 연료처리장치(120)와, 연료전지스택(110)에 산소가 함유된 공기를 공급하도록 공기펌프와 가습기 등을 구비한 공기공급장치(130)와, 연료전지스택(110)을 냉각시키는 냉각장치(140)와, 연료전지스택(110)에서 생산된 직류(DC)전력을 교류(AC)전력으로 변환하는 전력변환기(150)를 주된 구성요소로 구비한다.
그 외에도 연료전지 시스템(100)은 상기 주된 구성요소들을 보호하면서 그 내부에 수용하는 본체(160), 연료전지스택(110)과 연료처리장치(120)와 관련되는 공기펌프, 물펌프, 발전원료 가스 압축기 및 솔레노이드 밸브, 온도 센서, 압력 센서와 같은 주변장치(BOP ; balance of plants) 및 여러 구성요소들의 작동을 제어하는 제어기를 구비한다.
각 구성요소들을 보다 자세하게 살펴보면, 연료처리장치(120)는 운전 기동시에 발전원료(F)를 수소가 많은 가스로 개질할 수 있도록 개질 반응기가 일정 온도까지 가열되어야 하며, 이를 위해 연소기(121)에 공기와 발전원료를 투입하여 개질 반응기의 온도를 650℃ 정도까지 상승시킨다. 그리고, 연료처리장치(120)는 개질 반응기가 개질할 수 있는 온도(약 650℃)에 이르면 발전원료(F) 공급배관(123)을 통해 일정량의 발전원료가 투입되고, 그와 동시에 수증기 개질(steam reforming) 반응을 위해 일정량의 물이 공급되며, 일산화탄소 제거기에 미량의 공기가 공급된다.
냉각장치(140)는 수냉식으로 열교환하는 열교환기(141), 냉각수와 열교환하여 폐열을 회수하는 물탱크(142), 물탱크(142)에 회수된 폐열 이상으로 열수요가 있는 경우에 자동적으로 작동되는 보조버너(143)를 구비한다.
본체(160)는 그 내부에 수용되는 구성요소들을 보호하면서, 하나의 제품으로서 연료전지 시스템(100)의 외관을 형성한다. 이런 본체(160)에는 공기 흡기구(161, 163) 및 공기 배출구(162, 164)가 형성되고, 아래에서 후술할 흡기 통로(132, 181)와 배기 통로(182, 183)는 각각 공기 흡기구(161, 163) 및 공기 배출구(162, 164)를 통해 본체(160)가 설치된 공간의 외부 영역까지 연장 설치된다.
연료전지 시스템(100)은 실외에 설치될 수도 있겠지만, 일반적으로 관리상의 편리성을 위해 밀폐된 실내공간에 설치된다. 이로 인해 연료전지 시스템(100)은 밀폐된 공간 내에서 장기간 운전시 흡입되는 공기 내의 산소 함유량이 적어져서 연료전지스택(110)에서 불안전한 전기화학반응이 일어날 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(100)은 밀폐된 공간 내에서 장기간 운전시 주위 대기온도, 압력 등과 같은 설치 환경조건에 따라 흡입되는 공기량도 일정하지 않아서, 공기 맥동에 따른 흔들림 현상으로 연료전지스택(110)에서 불안전한 전기화학반응이 일어날 수 있다.
이런 문제점을 극복하기 위해 본 실시예의 연료전지 시스템(100)은 흡기 통로(132)가 본체(160)가 설치된 공간의 외부 벽체(170) 밖으로 연장되고, 공기공급장치(130)가 다음과 같이 구성된다.
도 2는 도 1에 도시된 연료전지 시스템의 공기공급장치를 나타낸 개략도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공기공급장치(130)는 외기 흡기통(131), 흡기 통로(132), 필터(133), 공기 공급압력 조절수단(134, 135, 136)을 포함하며, 이런 제1 공기 공급압력 조절수단(134)은 제1 공기펌프(137), 제1 가압 버퍼통(138), 제1 공기유량 제어기(139)를 각각 구비한다.
흡입 통로(132)는 외부 공간으로부터 연료전지스택(110)에 연결되고, 이런 흡입 통로(132)에 제1 공기 공급압력 조절수단(134)이 설치된다. 제1 공기 공급압력 조절수단(134)은 연료전지스택(110)으로 공기를 흡입 공급하는 제1 공기펌프(137), 제1 공기펌프(137)의 후방에서 흡입 통로(132)의 내부로 유동하는 공기의 압력이 설정된 압력 이하로 유지되게 저감시키는 제1 가압 버퍼통(138)을 구비한다.
제1 공기펌프(137)는 낮은 소비전력을 구현하기 위해 공기펌프의 공급압력이 일반적으로 0.2bar 이하로 설정되어, 연료전지스택(110)에서 필요로 하는 만큼의 공기(예:1kW급 연료전지 발전부인 경우에 연료전지스택에서 필요로 하는 최대 공기량 45lpm - 65lpm 임)가 공급된다. 그리고, 제1 가압 버퍼통(138)은 공기 공급압력이 0.02bar - 0.05bar으로 유지되게 완충시켜, 일정량의 공기를 연료전지스택(110)에 공급한다.
제1 공기유량 제어기(139)는 제1 가압 버퍼통(138)의 후방에 위치하면서 흡입 통로(132)의 내부를 유동하는 공기의 유량을 감지한다. 그리고, 제1 공기유량 제어기(139)는 측정되는 공기의 유량에 따라 제1 공기펌프(137)를 작동시켜 공기 흡입량을 조절한다. 이때, 제1 공기유량 제어기(139)는 공기 공급량을 체적량이 아닌 질량으로 측정함으로써, 주변 여건에 상관없이 일정량의 공기가 공급되게 한다. 그리고, 제1 공기유량 제어기(139)는 공기의 유량을 측정하는 센서와, 측정되 는 공기의 유량에 따라 제1 공기펌프(137)를 연동시키는 제어기로 분리 설치되어도 무방하다.
이와 같이 제1 공기 공급압력 조절수단(134)은 주위 대기온도, 압력 등과 같은 설치 환경조건에 영향을 받지 않고, 공기 흡입량을 일정하게 조절하면서 공기 맥동에 따른 흔들림 현상이 현저하게 감소된다.
또한, 공기공급장치(130)는 시스템이 설치된 공간의 외부 영역까지 연장된 흡입 통로(132)의 외부 선단부에서 외부 공기가 유입되게 설치되는 외기 흡기통(131), 및 외기 흡기통(131)과 제1 공기 공급압력 조절수단(134) 사이의 흡입 통로(132)에 설치되면서 공기와 함께 유입되는 이물질을 필터링하는 필터(133)를 더 포함한다.
본 실시예의 공기공급장치(130)의 흡입 통로(132)는 제1 공기 공급압력 조절수단(134)의 전방에 위치한 지점으로부터 분할되어 연료처리장치(120)로 연결되는 제1 구간을 더 포함한다.
그리고, 흡입 통로(132)의 제1 구간에는 제2 공기 공급압력 조절수단(135)과 제3 공기 공급압력 조절수단(136)이 설치된다. 제2 공기 공급압력 조절수단(135)은 연료처리장치(120)의 연소기(121)에 공기를 공급하기 위한 것으로서, 제1 공기 공급압력 조절수단(134)과 동일한 기능을 수행하는 구성요소들을 구비한다. 제3 공기 공급압력 조절수단(136)은 연료처리장치(120)의 일산화탄소 제거기에서 필요한 공기를 공급하기 위한 것으로서, 이 또한 제1 공기 공급압력 조절수단(134)과 동일한 기능을 수행하는 구성요소들을 구비한다.
그러면, 제2 공기 공급압력 조절수단(135)과 제3 공기 공급압력 조절수단(136)은 연료처리장치(120)의 연소기(121)와 일산화탄소 제거기에 공기 맥동에 따른 흔들림 현상없이 일정량의 공기가 유입될 수 있다.
연료전지 시스템(100)은 상기와 같은 공기 흡입 계통과는 별도로 공기 배기 계통을 구비한다. 제1 배기 통로(183)는 연료전지스택(110)과 연료처리장치(120)과 각각 연결되고, 하나의 통로로 병합되어 공기 배출구(162)를 통해 외부로 연장된다. 제2 배기 통로(182)는 냉각장치(140)의 보조버너(143)에 연결되어, 공기 배출구(164)를 통해 외부로 연장된다.
도 3은 도 1에 도시된 연료전지 시스템과 종래기술에 따른 연료전지 시스템에 대한 공기공급성능을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 실험 조건 하에서 본 실시예의 연료전지 시스템과 종래기술의 연료전지 시스템을 실험하였다. 그 결과 종래기술의 연료전지 시스템은 도 3의 (a)와 같이 공기 공급유량이 최대 7lpm(liter/min) 정도의 맥동을 가지면서 그 맥동 변화 폭도 넓었다. 반면, 본 실시예의 연료전지 시스템은 공기 공급압력 조절수단이 적용됨으로써, 도 3의 (b)와 같이 종래기술에 비해 2 lpm(liter/min) 정도가 낮은 맥동을 가지면서 그 맥동 변화 폭도 확연하게 감소되었다.
< 제 2 실시예 >
본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 도 4에 도시된 바와 같다. 다만, 도 4에 도시된 연료전지 시스템(200)은 도 1에 도시된 연료전지 시스 템(100)의 실시예와 비교하여 공기 흡기 계통과 공기 배기 계통의 일부가 다르게 구성됨을 제외하고, 그 주된 구성요소가 동일하다.
즉, 연료전지 시스템(200)의 흡입 통로(232)는 제1 공기 공급압력 조절수단(234)의 전방에 위치한 지점으로부터 분할되어 냉각장치(240)의 보조버너(243)로 연결되는 제2 구간을 더 포함한다.
그리고, 연료전지 시스템(200)의 배기 통로(284)는 연료전지스택(210), 연료처리장치(220), 물탱크(242), 냉각장치(240)에 각각 연결되고, 하나의 통로로 병합되어 외부 벽체(270)까지 연장된다.
이와 같이 연료전지 시스템(200)은 본체(260)에 하나의 공기 흡입구(261)와이에 대응하는 흡입 통로(232)를 구비하고, 하나의 공기 배출구(264)와 이에 대응하는 배출 통로(284)를 구비하여, 구성요소의 간소화와 단일화로 인한 시스템 설치가 편리해지고, 그 유지보수도 용이해진다.
그 이외에 제2 실시예의 연료전지 시스템(200)은 연료전지스택(210), 연료처리장치(220), 공기공급장치, 냉각장치(240), 전력변환기(250), 외기 흡기통(231), 필터(233), 공기 공급압력 조절수단(234, 235, 236)과 같은 구성 요소들이 도 1에 도시된 연료전지 시스템(100)의 구성 요소들과 그 기능이 동일하여, 그에 대한 설명을 생략하겠다. 그리고, 공기 공급압력 조절수단(234, 235, 236)은 제2 공기펌프, 제2 가압 버퍼통, 제2 공기유량 제어기를 각각 구비하고 있음도 자명하다.
< 제 3 실시예 >
본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지 시스템(300)은 도 5에 도시된 바와 같다. 다만, 도 5에 도시된 연료전지 시스템(300)은 도 1에 도시된 연료전지 시스템(100)의 실시예와 비교하여 공기공급장치의 일부가 다르게 구성됨을 제외하고, 그 주된 구성요소가 동일하다.
연료전지 시스템(300)의 공기공급장치는 외기 흡기통(331), 흡기 통로(332), 필터(333), 공기 공급압력 조절수단을 포함하며, 이런 공기 공급압력 조절수단은 제3 공기펌프(337), 제3 가압 버퍼통(338), 제3 공기유량 제어기(339a, 339b, 339c)들을 각각 구비한다.
흡입 통로(332)는 연료전지스택(310)으로 연결되는 구간 뿐만 아니라, 제3 가압 버퍼통(338)의 후방에 위치한 지점으로부터 분할되어 연료처리장치(320)로 연결되는 제3 구간을 더 포함한다. 그리고, 흡입 통로(332)의 제3 구간에는 연료처리장치(320)의 연소기(321) 또는 일산화탄소 제거기에 공급되는 공기를 제어하기 위해 제3 공기유량 제어기(339b, 339c)가 각각 설치된다.
이와 같이 제3 실시예의 연료전지 시스템(300)은 공기 공급압력 조절수단을구비하지만, 제3 공기펌프(337), 제3 가압 버퍼통(338)이 각각 하나씩 흡입 통로(332)에 설치되어 공유된다. 그리고, 연료전지 시스템(300)은 흡입 통로(332)가 연결되는 구성 요소에 대응하여 제3 공기유량 제어기(339a, 339b, 339c)들이 각각 구비된다.
그 이외에 제3 실시예의 연료전지 시스템(300)은 연료전지스택(310), 연료처리장치(320), 공기공급장치, 냉각장치(340), 전력변환기(350), 본체(360), 외부 벽체(370)와 같은 구성 요소들이 도 1에 도시된 연료전지 시스템(100)의 구성 요소들 과 그 기능이 동일하여, 그에 대한 설명을 생략하겠다.
이상, 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 것이 당연하다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 연료전지 시스템은 주위 대기온도, 압력 등과 같은 설치 환경조건 및 설치 장소에 대한 제약을 받지 않고 안정적으로 공기를 공급할 수 있게 개선된 공기공급장치를 구비함으로써, 공기 맥동에 따른 흔들림 현상이 현저하게 감소되면서 결국 연료전지스택에서 안정적으로 전력을 생산할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 각각의 구성요소마다 설치되는 공기 흡입계통과 공기 배기계통을 각각 단일화함으로써 시스템 설치가 편리해지고, 그 유지보수도 용이해지는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전력을 생산하는 연료전지스택;
    발전원료를 수소가 함유된 개질가스로 개질하여 상기 연료전지스택에 개질가스를 공급하는 연료처리장치; 및
    상기 연료전지스택에 산소가 함유된 공기를 공급하는 공기공급장치;를 포함하고,
    상기 공기공급장치는
    외부 공간으로부터 상기 연료전지스택에 연결되는 흡입 통로;
    상기 흡입 통로에 설치되어 상기 연료전지스택으로 공기를 흡입시키는 제1 공기펌프; 및
    상기 제1 공기펌프와 상기 연료전지스택의 사이에 위치하면서 상기 흡입 통로의 내부로 유동하는 공기의 압력이 설정된 압력 이하로 유지되게 저감시키는 제1 가압 버퍼통;을 포함하는 연료전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기공급장치는 상기 제1 가압 버퍼통과 상기 연료전지스택의 사이에 위치하면서 상기 흡입 통로의 내부를 유동하는 공기의 유량을 감지하여 상기 측정되는 공기의 유량에 따라 상기 제1 공기펌프를 작동시켜 공기 흡입량을 조절하는 제1 공기유량 제어기를 더 포함하는 연료전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공기공급장치는
    시스템이 설치된 공간의 외부 영역까지 연장된 상기 흡입 통로의 외부 선단부에 설치되는 외기 흡기통; 및 상기 외기 흡기통과 상기 제1 공기펌프 사이의 흡입 통로에 설치되면서 공기와 함께 유입되는 이물질을 필터링하는 필터를 더 포함하는 연료전지 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡입 통로는 상기 제1 공기펌프의 전방에 위치한 지점으로부터 분할되어 상기 연료처리장치로 연결되는 제1 구간을 더 포함하며,
    상기 공기공급장치는
    상기 흡입 통로의 제1 구간에 설치되어 공기를 흡입하는 제2 공기펌프; 상기 제2 공기펌프와 상기 연료처리장치의 사이에 위치하면서 상기 흡입 통로의 제1 구간에서 유동하는 공기의 압력이 설정된 압력 이하로 유지되게 저감시키는 제2 가압 버퍼통; 및 상기 제2 가압 버퍼통과 상기 연료처리장치의 사이에 위치하면서 상기 흡입 통로의 제1 구간에서 유동하는 공기의 유량을 감지하여 공기 흡입량을 조절하는 제2 공기유량 제어기를 더 포함하는 연료전지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 흡입 통로의 제1 구간은 상기 연료처리장치의 구성요소 중에서 연소기 또는 일산화탄소 제거기 중 어느 하나에 연결되는 연료전지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연료전지스택을 냉각시키는 냉각장치를 더 포함하며, 상기 냉각장치는 열수요에 따라 물탱크에 회수된 물을 가열하는 보조버너를 포함하고,
    상기 흡입 통로는 상기 제1 공기펌프의 전방에 위치한 지점으로부터 분할되어 상기 냉각장치의 보조버너로 연결되는 제2 구간을 포함하며,
    상기 연료전지스택, 상기 연료처리장치, 상기 냉각장치으로부터 배출되는 잔여 공기의 배출통로는 상기 연료전지스택, 상기 연료처리장치, 상기 냉각장치에 각각 연결된 후 하나의 통로로 병합되어 외부 공간으로 연장되는 연료전지 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡입 통로는 상기 제1 가압 버퍼통의 후방에 위치한 지점으로부터 분할되어 상기 연료처리장치로 연결되는 제3 구간을 더 포함하며,
    상기 공기공급장치는
    상기 제1 가압 버퍼통과 상기 연료처리장치의 사이에 위치하면서 상기 흡입 통로의 제3 구간에서 유동하는 공기의 유량을 감지하여 공기 흡입량을 조절하는 제3 공기유량 제어기를 더 포함하는 연료전지 시스템.
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