KR101093709B1 - 연료 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 스택; 수소를 함유한 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료 공급부; 공기를 상기 스택으로 공급하는 공기 공급부; 상기 스택으로부터 배출되는 수분을 실질적으로 저장하는 스토리지부; 및 상기 스토리지부에 대해 초음파 에너지를 조사하여 상기 수분을 미립화시키는 초음파 발생장치를 포함한다.
연료 전지, 스택, 개질기, 연료공급부, 공기공급부, 기화부, 스토리지부, 흡수부재, 초음파발생장치, 초음파, 미립화, 기화

Description

연료 전지 시스템 {FUEL CELL SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스택 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 기화부 구조를 나타내 보인 사시도이다.
도 4는 도 3의 단면 구성도이다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스택으로부터 배출되는 수분을 기화시키는 기화부의 구조에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올과 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
이 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 및 전해질 등이 서로 다르다.
이들 중 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 편의상 PEMFC라 한다)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 메탄올 또는 에탄올 등을 개질하여 만들어진 수소를 연료로 사용하여 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
상기와 같은 PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(Reformer), 연료 탱크, 및 연료 펌프 등을 구비한다. 스택은 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료 펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 개질기는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급한다. 따라서, 이 PEMFC는 연료 펌프의 작동으로 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급하고, 이 개질기에서 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키며, 스택에서 이 수소 가스와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다.
상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 전극-전해질 합성체(Membrane Electrode Assembly: MEA)와 이의 양면에 밀착하는 세퍼레이터로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수십 개로 적층된 구조를 갖는다. 전극-전해질 합성체는 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 부착된 구조를 가진다. 그리고 세퍼레이터는 통상 당업계에서 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)라고 칭하는 것으로서, 상기 각각의 전극-전해질 합성체를 분리하고 연료 전지의 반응에 필요한 수소 가스와 산소를 전극-전해질 합성체의 애노드 전극과 캐소 드 전극으로 공급하는 통로의 역할과, 각 전극-전해질 합성체의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행한다. 따라서, 세퍼레이터를 통해 애노드 전극에는 수소 가스가 공급되는 반면, 캐소드 전극에는 산소가 공급된다. 이 과정에서 애노드 전극에서는 수소 가스의 산화 반응이 일어나게 되고, 캐소드 전극에서는 산소의 환원 반응이 일어나게 되며 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 열 그리고 수분을 함께 얻을 수 있다.
이러한 연료 전지 시스템은 캐소드 전극으로 공급되는 공기 중의 일부가 반응을 하고 나머지 공기가 미반응되어 전기 생성시 발생하는 수분과 함께 고온의 수증기 형태로 배출되게 된다.
그런데, 종래의 연료 전지 시스템은 스택으로부터 배출되는 수분을 비교적 낮은 온도를 유지하는 대기로 직접 방출할 경우, 상기 수분이 대기와 접촉하면서 응축이 일어나게 된다. 이로 인해 본 시스템을 채용하는 휴대용 전자기기 또는 휴대용 이동통신 단말기 등의 외관 케이스를 통해 상기 응축된 물이 흘러 나와 사용자에게 불쾌감을 끼치게 되는 문제점이 있다. 또한 종래의 연료 전지 시스템은 스택으로부터 배출되는 수분을 전기 생성시 발생하는 열을 이용하여 고온으로 증기화시킬 수 있는 바, 이러한 경우 상기한 증기가 배출되는 부분에서 비교적 낮은 온도를 유지하는 대기와 접촉하면서 응축이 일어날 염려가 있다. 더욱이 상기 고온의 증가가 상기 외관 케이스를 통해 배출되게 되므로 사용자에게 불쾌감을 끼치게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 스택으로부터 배출되는 수분을 비교적 저온의 온도 분위기로 기화시키는 구조를 가진 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 스택; 수소를 함유한 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료 공급부; 공기를 상기 스택으로 공급하는 공기 공급부; 상기 스택으로부터 배출되는 수분을 실질적으로 저장하는 스토리지부; 및 상기 스토리지부에 대해 초음파 에너지를 조사하여 상기 수분을 미립화시키는 초음파 발생장치를 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 스택은 수소와 산소의 결합 반응에 의해 생성되는 수분과 수소와 반응하고 남은 공기를 배출하는 수분 배출부를 포함하고, 상기 스토리지부는 상기 수분 배출부와 연결되어 상기 수분을 흡수하는 흡수부재를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 스토리지부의 외측에 초음파 발생장치를 설치하여 이 초음파 발생장치가 대기 중으로 초음파 에너지를 조사하도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 스택; 수소를 함유한 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료 공급부; 공기를 상기 스택으로 공급하는 공기 공급부; 상기 스택과 연결 설치되어 상기 스택으로부터 배출되는 수분을 기화시키는 기화부를 포함하며, 상기 기화부는: 상기 수분을 흡수하는 흡수부재와, 상기 흡수부재의 외측에 배치되어 상기 흡수부재에 대해 초음파 에너지를 조사하는 초음파 발생장치를 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 스택은 수소와 산소의 결합 반응에 의해 생성되는 수분과, 수소와 반응하고 남은 공기를 배출하는 수분 배출부를 포함하고, 상기 기화부는 상기 흡수부재와 초음파 발생장치를 장착하기 위한 내부 공간을 갖는 하우징을 포함할 수 있다. 이 경우 상기 하우징에 다수의 홀을 형성하여 상기 내부 공간을 대기 상태로 유지시키는 것이 바람직하다. 또한 상기 수분 배출부와 흡수부재가 관로에 의해 연결될 수도 있다. 아울러 상기 흡수부재는 다공성을 갖는 세라믹, 석회석, 활성탄 또는 발포성 스폰지 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급부는: 액상의 연료를 저장하는 연료 탱크; 및 상기 연료 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함하고, 상기 공기 공급부는 공기를 흡입하는 공기 펌프를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 연료 공급부와 스택 사이에, 상기 연료 공급부로부터 공급받은 연료를 개질하여 수소가 함유된 가스를 생성시키는 개질기가 배치되어 상기 연료 공급부와 스택에 연결 설치될 수도 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.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어 전기를 생성하기 위한 연료라 함은 메탄올 또는 에탄올과 같이 수소를 함유한 협의(狹義)의 연료 이 외에, 광의(廣義)의 연료로서 물 및 산소가 더욱 포함된다. 그러나 이하에서 설명하는 연료는 상기 협의의 연료로서 편의상 액상의 연료라 정의한다. 그리고 본 시스템은 상기 연료에 함유된 수소와 반응하는 산소로서 별도의 저장수단에 저장된 순수한 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유한 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 산소로서 공기를 사용하는 후자의 예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 도시한 개략도이다.
도 1을 참고하면, 본 시스템(100)은 기본적으로 상기 액상의 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키는 개질기(30)와, 개질기(30)에 의해 생성된 수소 가스와 공기 중에 함유된 산소의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전기를 생산 해 내는 스택(10)과, 상기 액상의 연료를 개질기(30)로 공급하는 연료 공급부(50)와, 공기를 스택(10)으로 공급하는 공기 공급부(70)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 본 시스템(100)은 개질기(30)를 통해 상기 수소 가스를 생성하고, 이 수소 가스를 스택(10)으로 공급하여 산소와의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.
대안으로서, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 상기 액상의 연료를 직접 스택(10)으로 공급하여 전기를 생산해 낼 수 있는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식을 채용할 수도 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 방식의 연료 전지는 위와 같은 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 도 1에 도시한 개질기(30)가 배제된 구조를 가진다. 그러나, 이하에서는 고분자 전해질형 연료 전지 방식을 채용한 연료 전지 시스템(100)을 예로 들어 설명할 뿐, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바 있는 개질기(30)는 통상적으로 화학 촉매 반응을 통해 액상의 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키는 개질부와, 그 수소 가스의 일산화탄소 농도를 저감시키는 일산화탄소 저감부를 포함한다. 개질부는 예컨대, 수증기 개질, 부분산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 액상의 연료로부터 수소 가스를 발생시킨다. 그리고 일산화탄소 저감부는 예컨대, 수성가스 전환 방법, 선택적 산화 방법 등과 같은 촉매 반응 또는 분리막을 이용한 수소의 정제 등과 같은 방법으로 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.
그리고 연료 공급부(50)는 액상의 연료를 저장하는 연료 탱크(51)와, 연료 탱크(51)에 연결 설치되는 연료 펌프(53)를 구비한다. 이 때 연료 탱크(51)와 개질기(30)는 관로 형태의 제1 공급라인(81)에 의해 연결될 수 있다. 그리고 공기 공급부(70)는 소정의 펌핑력으로 공기를 흡입하는 공기 펌프(71)를 구비한다. 이 때 스택(10)과 공기 공급부(70)는 관로 형태의 제2 공급라인(82)에 의해 연결 설치될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 스택 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 시스템(100)에 적용되는 스택(10)은 개질기(30)에 의해 개질된 수소 가스와 공기 중에 함유된 산소의 산화/환원 반응을 통하여 전기 에너지를 발생시키는 복수의 전기 생성부(11)가 적층된 구조를 갖는다.
부연 설명하면, 각각의 전기 생성부(11)는 전극-전해질 합성체(12)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(16)를 배치하여 전기를 발생시키는 최소 단위의 셀을 형성하고, 이 단위 셀이 복수로 구비되어 본 실시예와 같은 적층 구조의 스택(10)을 형성한다. 그리고 스택(10)의 최 외곽에는 상기한 복수의 전기 생성부(11)를 밀착시키는 별도의 밀착 플레이트(13)가 위치할 수도 있다. 그러나 본 발명에 의한 스택(10)은 상기한 밀착 플레이트(13)를 배제하고, 복수의 전기 생성부(11)의 최 외곽에 위치하는 세퍼레이터(16)가 상기 밀착 플레이트의 역할을 대신하도록 구성할 수 있다. 또한 밀착 플레이트(13)가 복수의 전기 생성부(11)를 밀착시키는 기능 외에, 세퍼레이터(16)의 고유한 기능을 갖도록 구성할 수도 있다.
전극-전해질 합성체(12)는 양면에 애노드 전극과 캐소드 전극을 구비하고, 두 전극 사이에 전해질막을 구비하는 구조로 이루어져 있다. 애노드 전극은 수소 가스를 산화 반응시켜, 변환된 전자를 외부로 인출하여 이 전자의 흐름으로 전류를 발생시키고, 수소 이온을 전해질막을 통하여 캐소드 전극으로 이동시킨다. 캐소드 전극은 상기한 수소 이온, 전자 및 산소를 환원 반응시켜 물로 변환시킨다. 그리고 전해질막은 애노드 전극에서 생성된 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키는 이온 교환을 가능하게 한다.
세퍼레이터(16)는 전극-전해질 합성체(12)의 산화/환원 반응에 필요한 수소 가스와 공기를 애노드 전극과 캐소드 전극으로 공급하는 통로의 기능을 가지며, 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능도 가진다. 보다 구체적으로, 세퍼레이터(16)는 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극에 밀착되는 면에 애노드 전극으로 수소 가스를 공급하기 위한 수소 통로를 형성하고, 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극에 밀착되는 면에 캐소드 전극으로 공기를 공급하기 위한 공기 통로를 형성하는 유로 채널(17)을 구비하고 있다.
한편, 상기 밀착 플레이트(13)에는 수소 가스를 세퍼레이터(16)의 수소 통로로 공급하기 위한 제1 주입부(13a)와, 공기를 세퍼레이터(16)의 공기 통로로 공급하기 위한 제2 주입부(13b)와, 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극에서 반응하고 남은 수소 가스를 배출시키기 위한 제1 배출부(13c)와, 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극에서 수소와 산소의 결합 반응에 의해 생성된 수분과 수소와 반응하고 남은 공기를 배출시키기 위한 제2 배출부(13d)를 형성하고 있다. 여기서 제1 주입부(13a)는 관로 형태의 제3 공급라인(83)에 의해 개질기(30)와 연결 설치될 수 있다. 그리고 제2 주입부(13b)는 전술한 바 있는 제2 공급라인(82)에 의해 공기 펌프(71)와 연결될 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 연료 전지 시스템(100)의 작용시, 스택(10)으로 공급되는 공기 중의 일부가 전기 생성을 위해 반응을 하고, 나머지 공기가 미반응 되어 전기 생성시 발생하는 다량의 수분을 함유한 고온의 수증기 상태로 제2 배출부(13d)를 통해 배출되게 된다. 이 때, 제2 배출부(13d)를 통해 배출되는 미반 응 공기 즉, 수분을 다량 함유한 고온의 수증기(이하의 설명에서는 편의상 "수분"이라 한다.)를 이보다 상대적으로 낮은 온도의 대기로 직접 방출할 경우 상기한 미반응 공기가 대기와 접촉하면서 응축이 일어나게 된다.
이에 본 발명의 실시예는 스택(10)의 전기 생성시 제2 배출부(13d)를 통해 배출되는 상기한 수분을 기화시켜 본 시스템(100)의 외부로 배출시킬 수 있는 기화부(90)를 구비하고 있다.
도 3은 도 1에 도시한 기화부 구조를 나타내 보인 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면 구성도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 기화부(90)는 스택(10)의 제2 배출부(13d)를 통해 배출되는 수분을 초음파 에너지를 이용하여 미립화시키고, 상기 미립화 된 수분을 대기 중에서 기화시키는 특징을 갖는다.
보다 구체적으로, 상기 기화부(90)는 스택(10)의 제2 배출부(13d)를 통해 배출되는 수분을 실질적으로 저장하는 스토리지부(92)와, 상기 스토리지부(92)에 대해 초음파 에너지를 조사하는 초음파 발생장치(94)를 포함한다. 그리고 기화부(90)는 스토리지부(92)와 초음파 발생장치(94)를 장착하기 위한 내부 공간을 갖는 하우징(91)을 포함하고 있다. 바람직하게, 상기 기화부(90)는 본 발명의 연료 전지 시스템(100)을 내장하는 일반적인 휴대용 전자기기 또는 이동통신 단말기의 외관 케이스 내에 장착될 수 있다. 또한 기화부(90)는 본 시스템(100)이 휴대용 전자기기 또는 이동통신 단말기에 외장형으로 장착되는 경우, 시스템(100) 전체를 패키징 하는 외관 케이스 내에 장착될 수도 있다.
상기 하우징(91)은 본 시스템(100)이 장착되는 상기한 외관 케이스 내에 장착되고, 상기 내부 공간과 외관 케이스의 외부가 서로 연통되어 그 내부 공간이 대기 상태를 유지하는 구조를 갖는다. 이를 위해 상기 하우징(91)에는 그 내부 공간을 대기 상태로 유지시키기 위해 외관 케이스의 외부와 서로 연통하는 다수의 홀(96)들을 형성하고 있다.
상기 스토리지부(92)는 스택(10)의 제2 배출부(13d)를 통해 배출되는 수분을 실질적으로 저장하는 저장수단으로서, 바람직하게는 하우징(91)의 내부 공간에 장착되어 상기 수분을 흡수하는 흡수부재(93)를 포함한다. 이 때 상기 제2 배출부(13d)와 흡수부재(93)는 관로 형태의 연결라인(97)에 의해 연결될 수 있다. 즉, 상기 연결라인(97)은 하우징(91)을 관통하면서 제2 배출부(13d)와 흡수부재(93)를 연결한다. 그리고 흡수부재(93)는 수분을 흡수할 수 있는 통상적인 다공성 매질 예컨대, 세라믹, 석회석, 활성탄 또는 발포성 스폰지로 형성될 수 있다. 따라서 스택(10)의 제2 배출부(13d)으로부터 배출되는 수분은 연결라인(97)을 통해 흡수부재(93)에 흡수되게 된다.
상기 초음파 발생장치(94)는 흡수부재(93)의 외측에 위치하도록 하우징(91)의 내부 공간에 장착된다. 초음파 발생장치(94)는 하우징(91) 내부 공간의 대기 중으로 초음파 에너지를 조사하여 흡수부재(93)에 흡수된 수분을 미립화시키는 역할을 한다. 이러한 초음파 발생장치(94)는 전기 에너지를 예를 들어 15~25㎑의 주파수 범위를 갖는 초음파 에너지로 변환하고, 하우징(91)의 내부 공간에서 상기 초음파 에너지를 대기 중으로 발진시키는 통상적인 초음파 발생장치를 구비한다. 초음 파 발생장치(94)는 상기 초음파 에너지가 대기를 통과하면서 흡수부재(93) 측으로 진행될 때 발생하는 과압(過壓: 높은 압력대)과 부압(負壓: 낮은 압력대)의 상호 작용에 의해 공기 입자의 진동을 발생시키고, 상기한 진동을 이용하여 흡수부재(93)에 흡수된 수분의 물분자를 미세하게 분열시키는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 연료 펌프(53)를 가동시켜 연료 탱크(51)에 저장된 액상의 연료를 제1 공급라인(81)을 통해 개질기(30)로 공급한다. 그러면 개질기(30)는 일례로서, 열 에너지에 의한 수증기 개질(Steam Reformer: SR) 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 수성가스 전환(Water-Gas Shift Reaction: WGS) 촉매 반응 또는 선택적 산화(Preferential CO Oxidation: PROX) 촉매 반응을 통해 상기한 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.
이어서, 상기와 같이 일산화탄소의 농도가 저감된 수소 가스를 제3 공급라인(83)을 통해 스택(10)의 제1 주입부(13a)로 공급한다. 그러면 상기 수소 가스는 세퍼레이터(16)의 수소 통로를 통해 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극으로 공급된다.
이와 동시에, 공기 펌프(71)를 가동시켜 공기를 제2 공급라인(82)을 통해 스택(10)의 제2 주입부(13b)로 공급한다. 그러면 공기는 세퍼레이터(16)의 공기 통로를 통해 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극으로 공급된다.
따라서 애노드 전극에서는 산화 반응을 통해 수소 가스를 전자와 프로톤(수 소이온)으로 분해한다. 그리고 프로톤이 전해질막을 통하여 캐소드 전극으로 이동되고, 전자는 전해질막을 통하여 이동되지 못하고 세퍼레이터(16)를 통해 이웃하는 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극으로 이동되는데 이 때 전자의 흐름으로 전류를 발생시킨다. 또한 캐소드 전극에서는 상기 이동된 프로톤 및 전자와 산소의 환원 반응을 통해 수분을 생성하게 된다.
이러는 과정을 거치는 동안, 캐소드 전극에서 반응을 하고 남은 공기와 함께 상기한 수분이 고온의 수증기 형태로 스택(10)의 제2 배출부(13d)를 통해 배출되게 된다. 이 때 상기 수분은 공기 펌프(71)의 펌핑력에 의해 제2 배출부(13d)로 배출될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 상기 제2 배출부(13d)를 통해 배출되는 수분을 연결라인(97)을 통해 흡수부재(93)로 공급한다. 그러면 상기 수분은 다공성 매질로 이루어진 흡수부재(93)에 흡수된다.
다음, 초음파 발생장치(94)를 가동시켜 하우징(91) 내부의 대기 중으로 초음파 에너지를 발진시킨다. 그러면 상기 초음파 에너지가 흡수부재(93) 측으로 진행하면서 하우징(91) 내부의 공기를 통과할 때 과압과 부압을 발생시키고, 상기한 과압과 부압 차에 의해 공기 입자의 진동을 발생시킨다. 따라서 상기한 공기 입자의 진동으로 인해 흡수부재(93)에 흡수된 수분의 물분자가 초미립자 형태로 파괴된다.
이로서 상기한 초미립자들은 하우징(91) 내부의 공기에 의해 온도가 낮아지게 되며, 상기 내부의 공기 중으로 확산되면서 기화되고, 상기 기화된 상태로 하우징(91)의 홀(96)을 통해 배출되게 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 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 초음파 에너지를 이용하여 스택으로부터 배출되는 수분을 비교적 저온의 온도 분위기로 기화시킬 수 있는 구조를 가지므로, 시스템을 채용하는 휴대용 전자기기 또는 휴대용 이동통신 단말기 등의 외관 케이스에 수분이 응축되는 것을 방지하여 사용자에게 불쾌감을 끼치지 않는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 스택으로부터 배출되는 수분이 고온의 증기 형태로 배출되는 종래와 달리, 비교적 낮은 온도로 기화된 상태에서 배출되므로, 사용자에게 불쾌감을 끼치지 않는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 스택;
    수소를 함유한 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료 공급부;
    공기를 상기 스택으로 공급하는 공기 공급부;
    상기 스택으로부터 배출되는 수분을 저장하는 스토리지부; 및
    상기 스토리지부에 대해 초음파 에너지를 조사하여 상기 수분을 미립화시키는 초음파 발생장치를 포함하고,
    상기 스택은 수소와 산소의 결합 반응에 의해 생성되는 수분과 수소와 반응하고 남은 공기를 배출하는 수분 배출부를 포함하며,
    상기 스토리지부는 상기 수분 배출부와 연결되어 상기 수분을 흡수하는 흡수부재를 포함하고,
    상기 미립화된 수분을 시스템 외부로 배출하는 연료 전지 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스토리지부의 외측에 초음파 발생장치를 설치하여 이 초음파 발생장치가 대기 중으로 초음파 에너지를 조사하도록 하는 연료 전지 시스템.
  4. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 스택;
    수소를 함유한 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료 공급부;
    공기를 상기 스택으로 공급하는 공기 공급부;
    상기 스택과 연결 설치되어 상기 스택으로부터 배출되는 수분을 기화시키는 기화부를 포함하며,
    상기 기화부는:
    상기 수분을 흡수하는 흡수부재와, 상기 흡수부재의 외측에 배치되어 상기 흡수부재에 대해 초음파 에너지를 조사하는 초음파 발생장치를 포함하고,
    상기 기화된 수분을 시스템 외부로 배출하는 연료 전지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스택은 수소와 산소의 결합 반응에 의해 생성되는 수분과, 수소와 반응하고 남은 공기를 배출하는 수분 배출부를 포함하며,
    상기 기화부는 상기 흡수부재와 초음파 발생장치를 장착하기 위한 내부 공간을 갖는 하우징을 포함하는 연료 전지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징에 다수의 홀을 형성하여 상기 내부 공간을 대기 상태로 유지시키는 연료 전지 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 흡수부재는 다공성을 갖는 세라믹, 석회석, 활성탄 또는 발포성 스폰지 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 수분 배출부와 흡수부재가 관로에 의해 연결되는 연료 전지 시스템.
  9. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 연료 공급부는:
    액상의 연료를 저장하는 연료 탱크; 및
    상기 연료 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
  10. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 공기 공급부는 공기를 흡입하는 공기 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
  11. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 연료 공급부와 스택 사이에, 상기 연료 공급부로부터 공급받은 연료를 개질하여 수소가 함유된 가스를 생성시키는 개질기가 배치되어 상기 연료 공급부와 스택에 연결 설치되는 연료 전지 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템이, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC) 방식으로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  13. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템이, 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식으로 이루어지는 연료 전지 시스템.
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