KR100898296B1 - 연료 전지 시스템용 증발기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료의 수증기 개질 반응에 필요한 수증기를 발생시키는 연료 전지 시스템용 증발기에 관한 것이다. 연료 전지 시스템용 증발기는 중공의 내부 공간을 가지며 내부 공간을 따라 설정된 길이 이상의 유체의 흐름을 갖는 본체, 및 내부 공간의 단면을 여러 개의 공간으로 구획하면서 열 전도성을 갖는 격벽 부재를 포함한다. 그리고, 연료 전지 시스템용 증발기는 여러 개의 공간 중 일부인 제1 공간에 배가스가 유입되며, 여러 개의 공간 중 나머지 일부인 제2 공간에 물이 유입된다.
연료 전지, 증발기, 개질, 금속, 모노리스, 배가스, 관통공

Description

연료 전지 시스템용 증발기{Evaporator for Fuel Cell System}
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 연료의 수증기 개질 반응에 필요한 수증기를 발생시키는 연료 전지 시스템용 증발기에 관한 것이다.
연료 전지(Fuel Cell)는 탄화 수소 계열의 연료를 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템으로 구성된다.
이러한 연료 전지는 크게 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Membrane Fuel Cell)로 구분된다. 직접 산화형 연료 전지는 일반적으로 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC)라고도 한다.
이 중에서 고분자 전해질형 연료 전지는 출력 특성이 탁월하며, 작동 온도가 낮고, 빠른 시동 및 응답 특성을 갖는다. 그래서 고분자 전해질형 연료 전지는 자동차와 같은 이동용 전원, 주택 또는 공공 건물과 같은 분산용 전원, 및 전자기기용과 같은 소형 전원으로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 고분자 전해질형 연료 전지 방식을 채용한 연료 전지 시스템은 연 료 전지 본체, 연료 개질장치, 연료 공급부, 및 산화제 공급부를 구비한다. 즉, 연료 공급부는 연료 탱크 및 연료 펌프를 구비하여, 연료 개질장치로 연료를 공급한다. 연료 개질장치는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고, 그 수소 가스를 연료 전지 본체로 공급한다. 그러면, 연료 전지 본체는 연료 개질장치에서 공급된 수소 가스와 산화제 가스를 전기 화학반응시켜서, 전기 에너지를 생성한다.
이런 연료 전지 시스템 중에서 연료 개질장치는 연료 개질방식에 따라 여러 구성요소를 구비한다. 여러 연료 개질방식 중에서도 연료 개질장치(30)는 수증기 개질(steam reforming) 반응을 위해서 열원부, 개질 반응부, 증발기를 구비한다. 열원부는 열 에너지를 발생시키며, 개질 반응부는 열원부의 열 에너지를 이용하여 연료를 개질 반응시킨다. 그리고, 증발기는 수증기 개질반응에 필요한 수증기를 개질 반응부에 제공하기 위해서 물을 가열하여 수증기를 생성한다.
종래기술에 따른 연료 전지 시스템용 증발기는 일반적으로 관형 또는 판형 증발기가 사용된다. 하지만, 관형 증발기는 관의 유동 단면적이 커질수록, 물의 유동량 증가에 비해 물과의 접촉면적 증가가 상대적으로 낮다. 이로 인해, 관형 증발기는 열 전달효율이 낮은 단점이 있다. 또한, 판형 증발기는 물과의 접촉면적을 증가시키기 위해 더 넓은 면적을 갖도록 제작하지만, 이 또한 전체 차지하는 면적이 증가하면서 연료 전지 시스템을 소형화시키기 어려운 단점이 있다.
본 발명의 실시예는 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 물과의 접촉면적을 증대시켜서 열 전달효율을 향상시키면서도, 종래기술의 증발기와 동일한 용량의 물을 가열하더라도 보다 소형으로 제작할 수 있는 연료 전지 시스템용 증발기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기는 중공의 내부 공간을 가지며 상기 내부 공간을 따라 설정된 길이 이상의 유체의 흐름을 갖는 본체, 및 상기 내부 공간의 단면을 여러 개의 공간으로 구획하면서, 열 전도성을 갖는 격벽 부재를 포함한다. 연료 전지 시스템용 증발기는 상기 여러 개의 공간 중 일부인 제1 공간에 배가스가 유입되며, 상기 여러 개의 공간 중 나머지 일부인 제2 공간에 물이 유입된다. 상기 여러 개의 공간은 다층 및 다열 구조로 이루어진다.
상기 격벽 부재는 상기 내부 공간의 단면을 격자 무늬로 구획한다.
상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상호 인접하는 배열 구조이다. 상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 제1 방향을 따라 교번(交番)하면서 배열되고, 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교번하면서 배열된다.
상기 제1 공간은 연료 개질장치에서 열 에너지를 발생시키는 열원부로부터 상기 배가스를 공급받는다.
상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 각각 연이어 배열될 수도 있다.
상기 격벽 부재는 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제1 격벽 부재와, 상기 제2 방향을 따라 배열되는 제2 격벽 부재를 포함한다.
상기 제2 격벽 부재는 상기 제2 공간을 구획하는 부위에 관통공이 형성된다. 상기 관통공은 상기 제2 격벽 부재의 면 방향으로부터 돌출된 형상이다.
상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 상기 제1 방향을 따라 교번(交番)하면서 상기 제1 격벽 부재에 의해 구획되고, 상기 제2 공간은 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 상기 제2 방향을 따라 연이어 형성되면서 상기 제2 격벽 부재에 의해 구획될 수도 있다.
상기 격벽 부재는 상기 내부 공간의 단면을 하니컴(honeycomb) 무늬로 구획한다.
상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상호 인접하는 배열 구조이며, 각각 동일한 크기의 육각 단면 형상이다.
상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 제1 방향을 따라 교번하면서 배열되는 제1 열을 갖는다.
상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 상기 제1 열과 동일하게 배열되는 제2 열을 가지며, 상기 제2 열은 상기 제1 방향으로 설정된 길이만큼 상기 제1 공간과 상기 제2 공간이 이격된다.
본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기는 종래기술의 판형 증발기와 비교하여 동일한 용량의 물을 가열하여 수증기를 생성하더라도, 전체 부피가 더 작을 뿐만 아니라 정해진 공간 내에서 소형으로 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 종래기술의 관형 증발기와 비교하여 동일한 부피를 차지하더라도, 물과의 접촉면적이 더 넓어서 열 전달효율이 더 높을 뿐만 아니라 더 많은 양의 물을 가열할 수 있는 장점이 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.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 연료 전지 시스템은 수소를 함유하는 개질가스와 산소를 함유하는 산화제 가스를 전기화학적으로 반응시켜서 전기 에너지를 생성하는 연료 전지 본체(10)를 구비한다. 연료 전지 본체(10)는 전기 에너지를 생성하는 최소 단위인 단위 셀들이 연속적으로 적층된 구조로서, 일반적으로 연료 전지 스택(Fuel Cell Stack)으로 지칭된다. 연료 전지 본체(10)는 다수 개의 단위 셀들이 연속적으로 배열된 집합체이며, 이런 집합체의 최 외측에 엔드 플레이트가 각각 결합된다.
연료 공급부(20)는 연료를 보관하는 연료 탱크, 및 이 연료를 외부로 공급하기 위한 펌프를 구비한다. 연료 공급부(20)는 연료 개질장치(100)로 연료를 공급한다.
연료 개질장치(100)는 연료 공급부(20)로부터 연료를 공급받아서, 연료를 개질반응시켜서 연료로부터 수소를 함유하는 개질가스를 발생시킨다. 연료 개질장치(100)는 아래에서 더 자세하게 설명한다.
산화제 공급부(30)는 산화제 가스를 연료 전지 본체(10)로 공급하는 구성요소이다. 산화제 공급부(30)는 일반적으로 공기펌프를 이용하여, 산화제 가스로서 대기 중의 공기를 연료 전지 본체(10)로 공급한다.
도 2는 도 1에 도시된 연료 전지 시스템 중에서 연료 개질장치를 보다 자세하게 나타낸 연료 개질장치의 개략도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연료 개질장치(100)는 연료 공급부(20)로부터 공급되는 연료를 개질가스로 개질하여, 개질가스를 연료 전지 본체(10)로 공급한다. 연료 개질장치(100)는 연료 개질방식에 따라 여러 단계로 구분될 수 있으며, 이 중에서 수증기 개질(steam reforming) 반응을 위해서 개질 반응부(110), 열원부(120), 증발기(130)를 구비한다.
개질 반응부(110)는 열 에너지를 이용하여 연료의 개질반응을 촉진시키고, 연료로부터 수소를 함유하는 개질가스를 발생시킨다. 그리고, 열원부(120)는 연료와 공기가 내부로 공급됨에 따라 연소 반응에 의해 열 에너지를 발생시킨다. 열원부(120)는 개질 반응부(110)에 인접하게 위치하여, 열 에너지를 개질 반응부(110) 에 제공한다. 증발기(130)는 수증기 개질반응에 필요한 수증기를 제공하기 위해서 다음과 같은 구조에 의해 물을 가열하여 수증기를 생성한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기의 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 증발기(130)는 중공의 내부 공간이 제1 공간(131)과 제2 공간(132)으로 나누어진다. 즉, 증발기(130)는 내부 공간의 단면을 격자 무늬로 구획한다.
이를 더 자세하게 살펴보면, 증발기(130)는 원통형의 본체(133)를 구비한다. 본체(133)는 중공의 내부 공간을 가지며, 내부 공간을 따라 설정된 길이 이상의 유체의 흐름을 갖는다. 그리고, 격벽 부재(134, 135)는 내부 공간의 단면을 격자 무늬로 구획하여, 다층 다열을 갖는 여러 개의 공간으로 나누어진다. 격벽 부재(134, 135)에 의해 구획된 여러 개의 공간 중 일부는 배가스가 유입되는 제1 공간(131)이고, 여러 개의 공간 중 나머지 일부는 물이 유입되는 제2 공간(132)이다.
제1 공간(131)과 제2 공간(132)은 상호 인접하게 위치하여, 그 내부를 유동하는 배가스와 물이 격벽 부재(134, 135)를 매개체로 하여 열교환한다. 이로 인해 격벽 부재(134, 135)는 열 전도성이 비교적 높은 소재가 바람직하다. 격벽 부재(134, 135)는 하나의 금속 모노리스(metal monolith)로 형성된다.
제1 공간(131)과 제2 공간(132)은 본체(133)의 내부 공간의 단면 상에서 제1 방향(도면 상에서 X방향)을 따라 교번(交番)하면서 배열된다. 또한, 제1 공간(131)과 제2 공간(132)은 본체(133)의 내부 공간의 단면 상에서 제1 방향과 교차 하는 제2 방향(도면 상에서 Y방향)을 따라 교번하면서 배열된다. 이와 같은 구조에 의해 제2 공간(132)은 제1 공간(131)에 의해 주위가 둘러 싸여짐으로써, 열 교환면적이 종래기술의 관형 증발기 또는 판형 증발기에 비해 더 넓어진다.
제1 공간(131)으로 유입되는 배가스는 연료 전지 시스템에서 연소 반응 후에 배출되는 고온의 배가스를 사용한다. 다만, 제1 실시예에 사용되는 배가스는 도 2에 도시된 바와 같이 구조적으로 증발기(130)에 인접하게 위치하는 열원부(120)로부터 공급받는 것이 바람직하다.
그리고, 도 4에 도시된 제2 실시예의 증발기(140)는 제1 실시예의 증발기(130)와 동일하게 중공의 내부 공간이 제1 공간(141)과 제2 공간(142)으로 나누어지고, 내부 공간의 단면을 격자 무늬로 구획한다. 다만, 제2 실시예의 증발기(140)는 본체(143)가 원통형이 아닌 사각 기둥 형상으로 내부 공간의 단면 형상이 여러 형태로 달라질 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기의 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제3 실시예의 증발기(150)는 도 3에 도시된 제1 실시예의 증발기(130)와 동일하게 중공의 내부 공간이 제1 공간(151)과 제2 공간(152)으로 나누어지고, 내부 공간의 단면을 격자 무늬로 구획한다. 다만, 제3 실시예의 증발기(150)는 제1 공간(151)과 제2 공간(152)의 배열구조가 일부 다르고, 격벽 부재에 관통공(156)이 형성되는 구조적 차이점이 있다.
즉, 제1 공간(151)과 제2 공간(152)은 본체(153)의 내부 공간의 단면 상에서 제1 방향(도면 상에서 X방향)을 따라 교번(交番)하면서 배열된다. 그리고, 제1 공간(151)과 제2 공간(152)은 본체(153)의 내부 공간의 단면 상에서 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도면 상에서 Y방향)을 따라 각각 연이어 배열된다.
제1 공간(151)과 제2 공간(152)을 구획하는 격벽 부재는 제1 방향을 따라 배열되는 제1 격벽 부재(154)와, 제2 방향을 따라 배열되는 제2 격벽 부재(155)으로 나뉘어진다. 이때, 제2 격벽 부재(155)에는 관통공(156)이 형성된다.
도 6은 도 5에 도시된 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 절단하여 나타낸 연료 전지 시스템용 증발기의 단면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 관통공(156)은 제2 격벽 부재(155) 중에서도 제2 공간(152)을 구획하는 부위에 형성된다. 그러면, 제2 공간(152)을 유동하는 물은 관통공(156)을 통해 인접하는 제2 공간(152)의 물과 용이하게 혼합된다.
증발기(150)는 제1 공간(151)의 배가스로부터 제2 격벽 부재(155)로 열이 전달되기 때문에, 열 전달면적이 종래기술에 비해 더 넓다. 뿐만 아니라, 제3 실시예의 증발기(150)는 관통공(156)을 통해 제2 공간(152) 내의 물의 혼합이 용이해져서, 다수의 제2 공간(152)에서 발생될 수 있는 물의 가열온도 편차도 해결할 수 있다.
관통공(156)은 펀칭(punching) 작업에 의해 형성된다. 이를 고려하여 증발기(150)는 제작 단계에서 펀치 시트(punched sheet)를 사용한 금속 모노리스로 격벽 부재(154, 155)를 형성한다. 또한, 증발기(150)는 열 전도성이 비교적 높은 금속 소재의 격벽 부재(154, 155)를 사용한다. 제1 공간(151)으로는 열원부로부터 공급되는 배가스가 유입된다.
도 7a은 도 6에 도시된 D영역을 확대하여 나타낸 제2 격벽 부재의 평면도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단하여 나타낸 제2 격벽 부재의 단면도이다.
도 6 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 관통공(156)은 제2 격벽 부재(155)의 면 방향으로부터 돌출된 형상일 수 있다. 그러면, 관통공(156)은 제2 공간(152)을 유동하는 물은 관통공(156)을 통해 인접하는 다른 제2 공간(152)으로 보다 용이하게 빠져나갈 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기의 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제4 실시예의 증발기(160)는 도 6에 도시된 제3 실시예의 증발기(150)과 비교하여 격벽 부재의 구조가 일부 달라진다. 즉, 증발기(160)는 중공의 내부 공간이 제1 공간(161)과 제2 공간(162)으로 구획된다. 제1 공간(161)과 제2 공간(162)은 본체(163)의 내부 공간의 단면 상에서 제1 방향(도면 상에서 X방향)을 따라 교번하면서 제1 격벽 부재(164)에 의해 구획된다. 그리고, 제2 공간(162)은 본체(163)의 내부 공간의 단면 상에서 제2 방향(도면 상에서 Y방향)을 따라 연이어 형성되면서 제2 격벽 부재(165)에 의해 구획된다. 이와 같이 제4 실시예의 증발기(160)는 제2 방향으로 제1 공간(161)을 구획하는 격벽부재를 구비하지 않더라도, 도 6에 도시된 제3 실시예의 증발기(130)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 제4 실시예의 증발기(160)는 도 6에 도시된 제3 실시예의 증발기(130)와 동일하게 제2 방향으로 제2 공간(162)을 구획하는 제2 격벽 부재(165)에 관통공(166)이 형성되며, 이런 관통공(166)이 제2 격벽 부재(166)의 면 방향으로 돌출되게 형성된다. 제1 공간(161)으로는 열원부로부터 공급되는 배가스가 유입된다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기의 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제5 실시예의 증발기(170)는 중공의 내부 공간이 제1 공간(171)과 제2 공간(172)으로 나누어지는데, 내부 공간의 단면을 하니컴(honeycomb) 무늬로 구획한다. 즉, 제1 공간(171)과 제2 공간(172)은 각각 동일한 크기의 육각 단면 형상이며, 상호 인접하게 배열되는 구조이다.
증발기(170)는 원통형의 본체(173)를 구비한다. 본체(173)는 중공의 내부 공간을 가지며, 내부 공간을 따라 설정된 길이 이상의 유체의 흐름을 갖는다. 그리고, 격벽 부재(174)는 내부 공간의 단면을 하니컴 무늬로 구획하여, 다층 다열을 갖는 여러 개의 공간으로 나누어진다. 격벽 부재(174)에 의해 구획된 여러 개의 공간 중 일부는 배가스가 유입되는 제1 공간(171)이고, 여러 개의 공간 중 나머지 일부는 물이 유입되는 제2 공간(172)이다.
제1 공간(171)과 제2 공간(172)은 본체(173)의 내부 공간의 단면 상에서 제1 방향(도면 상에서 X방향)을 따라 교번하면서 배열된다. 이때, 제1 공간(171)과 제2 공간(172)은 제1 방향과 직교하는 제2 방향(도면 상에서 Y방향)으로 동일하게 배 열되는 다층 구조이다. 다만, 제1 열은 제2 방향으로 인접하는 제2 열에 비해 제1 방향으로 설정된 길이(L)만큼 제1 공간(171)과 제2 공간(172)이 이격된다.
도 10은 도 9에 도시된 선 Ⅲ-Ⅲ를 따라 절단하여 나타낸 연료 전지 시스템용 증발기의 단면도이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 배가스는 제1 공간(171)으로 유입되고, 물은 제2 공간(172)으로 유입된다. 그리고, 격벽 부재(174)에는 제2 공간(172)이 위치하는 영역에 관통공(176)이 형성된다. 그러면, 제2 공간(172)을 유동하는 물은 관통공(176)을 통해 인접하는 제2 공간(172)의 물과 용이하게 혼합된다.
도 11에 도시된 데이터 그래프는 제5 실시예에 따른 증발기를 이용하여 실험한 결과다. 실험은 열원부로부터 배출되는 배가스를 증발기로 유입시키고, 그와 함께 증발기 내부로 물을 공급하였다. 이때, 열원부는 450 ml/min 용량의 LPG와, 18 l/min 용량의 공기가 지속적으로 공급된 후에 연소 과정을 통해 배출되는 배가스를 증발기 내부로 공급하였다. 그리고, 실험은 증발기에 유입되는 배가스의 입구 온도와 출구 온도를 각각 측정하여 도 11에 도시된 데이터 결과를 얻었다. 데이터 그래프는 약 20분이 경과하여 안정적으로 수증기를 발생시킬 때, 증발기에 유입되는 배가스의 온도차(ΔT)가 550℃ 정도였다.
도 12에 도시된 데이터 그래프는 종래기술에 따른 평판형 증발기를 이용하여 실험한 결과다. 실험은 열원부로부터 배출되는 배가스를 증발기로 유입시키고, 그와 함께 증발기 내부로 물을 공급하였다. 이때, 실험은 배가스와 물의 공급량이 도 11에서 실험한 조건과 동일하게 유지하였다. 그리고, 실험은 증발기에 유입되 는 배가스의 입구 온도와 출구 온도를 각각 측정하여 도 11에 도시된 데이터 그래프를 얻었다. 데이터 그래프는 약 50분이 경과된 시점에서 증발기에 유입되는 배가스의 온도차(ΔT)가 500℃ 정도로서, 도 11에 도시된 결과보다 작았다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제5 실시예의 증발기는 종래기술의 평판형 증발기에 비해 상대적으로 매우 짧은 시간 내에 배가스의 온도차(ΔT)가 높았다. 이를 통해 제5 실시예의 증발기는 종래기술의 평판형 증발기에 비해 배가스가 물에 전달되는 열 전달효율이 높다는 것이 확인된다.
즉, 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.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연료 전지 시스템 중에서 연료 개질장치를 보다 자세하게 나타낸 연료 개질장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 절단하여 나타낸 연료 전지 시스템용 증발기의 단면도이다.
도 7a은 도 6에 도시된 D영역을 확대하여 나타낸 제2 격벽 부재의 평면도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단하여 나타낸 제2 격벽 부재의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기의 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 선 Ⅲ-Ⅲ를 따라 절단하여 나타낸 연료 전지 시스템용 증발기의 단면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 증발기를 통과한 배가스의 온도를 측정한 그래프이다.
도 12는 종래기술에 따른 평판형 연료 전지 시스템용 증발기를 통과한 배가스의 온도를 측정한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 연료 전지 본체 20 : 연료 공급부
30 : 산화제 공급부 100 : 연료 개질장치
110 : 개질 반응부 120 : 열원부
130, 140, 150, 160, 170 : 증발기
131, 141, 151, 161, 171 : 제1 공간
132, 142, 152, 162, 172 : 제2 공간
156, 166, 176 : 관통공

Claims (22)

  1. 중공의 내부 공간을 가지며, 상기 내부 공간을 따라 설정된 길이 이상의 유체의 흐름을 갖는 본체; 및
    상기 내부 공간의 단면을 여러 개의 공간으로 구획하면서, 열 전도성을 갖는 격벽 부재;를 포함하고,
    상기 여러 개의 공간 중 일부인 제1 공간에 배가스가 유입되며, 상기 여러 개의 공간 중 나머지 일부인 제2 공간에 물이 유입되는
    연료 전지 시스템용 증발기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 여러 개의 공간은 다층 및 다열 구조로 이루어지는 연료 전지 시스템용 증발기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽 부재는 상기 내부 공간의 단면을 격자 무늬로 구획하는 연료 전지 시스템용 증발기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상호 인접하는 배열 구조인 연료 전지 시 스템용 증발기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 제1 방향을 따라 교번(交番)하면서 배열되는 연료 전지 시스템용 증발기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교번하면서 배열되는 연료 전지 시스템용 증발기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 공간은 연료 개질장치에서 열 에너지를 발생시키는 열원부로부터 상기 배가스를 공급받는 연료 전지 시스템용 증발기.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 각각 연이어 배열되는 연료 전지 시스템용 증발기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 격벽 부재는 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제1 격벽 부재와, 상기 제2 방향을 따라 배열되는 제2 격벽 부재를 포함하는 연료 전지 시스템용 증발기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 격벽 부재는 상기 제2 공간을 구획하는 부위에 관통공이 형성되는 연료 전지 시스템용 증발기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 제2 격벽 부재의 면 방향으로부터 돌출된 형상인 연료 전지 시스템용 증발기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 공간은 연료 개질장치에서 열 에너지를 발생시키는 열원부로부터 상기 배가스를 공급받는 연료 전지 시스템용 증발기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽 부재는 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제1 격벽 부재와, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 제2 격벽 부재를 포함하고,
    상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 상 기 제1 방향을 따라 교번(交番)하면서 상기 제1 격벽 부재에 의해 구획되고,
    상기 제2 공간은 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 상기 제2 방향을 따라 연이어 형성되면서 상기 제2 격벽 부재에 의해 구획되는 연료 전지 시스템용 증발기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 격벽 부재에는 상기 제2 공간을 구획하는 부위에 관통공이 형성되는 연료 전지 시스템용 증발기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 제2 격벽 부재의 면 방향으로 돌출된 형상인 연료 전지 시스템용 증발기.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 공간은 연료 개질장치에서 열 에너지를 발생시키는 열원부로부터 상기 배가스를 공급받는 연료 전지 시스템용 증발기.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽 부재는 상기 내부 공간의 단면을 하니컴(honeycomb) 무늬로 구획하는 연료 전지 시스템용 증발기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상호 인접하는 배열 구조인 연료 전지 시스템용 증발기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 각각 동일한 크기의 육각 단면 형상인 연료 전지 시스템용 증발기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상기 본체의 내부 공간의 단면 상에서 제1 방향을 따라 교번하면서 배열되는 제1 열을 갖는 연료 전지 시스템용 증발기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제1 공간과 상기 제2 공간은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 상기 제1 열과 동일하게 배열되는 제2 열을 가지며,
    상기 제2 열은 상기 제1 방향으로 설정된 길이만큼 상기 제1 공간과 상기 제2 공간이 이격되는 연료 전지 시스템용 증발기.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제1 공간은 연료 개질장치에서 열 에너지를 발생시키는 열원부로부터 상기 배가스를 공급받는 연료 전지 시스템용 증발기.
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