KR101098484B1 - 연료전지시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 연료전지시스템은 배기구로부터 배출될 배기가스가 상기 배기구로부터 배출되지 않으면서 배기가스로 안으로 역류되는 것을 방지하는 데 장점을 가진다. 상기 연료전지시스템은 애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 및 상기 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부에 배출시키기 위한 배기구(5)를 구비한 배기가스로(1)를 포함한다. 상기 배기가스로(1)는 상기 배기구(5) 측에 있는 상기 배기가스로(1)의 단부에 역류억제유닛(6)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지시스템{FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함하는 연료전지시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지시스템은 연료전지, 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 연료전지의 캐소드에 캐소드 유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함한다. 이러한 연료전지시스템에 있어서, 특허문헌 1은 연료전지를 수용하기 위한 케이싱의 벤트홀에 필터가 제공되는 연료전지시스템을 개시하고 있다.

[특허문헌 1] 일본미심사특허공보 제2006-140,165호

외부의 바람이 배기가스로의 단부에 배치되는 배기구를 통해 배기가스로 안으로 송풍되는 경우에는, 배기구로부터 배출될 배기가스가 배기구로부터 배출되지 않고 역류될 수도 있다는 위험성이 있다. 이 경우, 연료전지시스템이 충분한 발전 성능을 나타낼 수 없다는 곤란함이 있게 된다. 예를 들어, 연료전지시스템에 사용되는 버너와 같은 연소유닛의 연소 안정성이 훼손될 수도 있다는 위험성이 있게 된다.

본 발명은 이와 같은 실정들을 감안하여 고안되었다. 본 발명의 목적은 배기구로부터 배출되지 않으면서 배기구로부터 배출될 배기가스가 배기가스로 안으로 역류되는 것을 억제하는 데 이점이 있는 연료전지시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1실시형태에 따른 연료전지시스템은 애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 상기 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 상기 연료전지의 캐소드에 캐소드 유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 상기 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부에 배출시키기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함한다.

상기 역류억제유닛은 연료전지시스템이 운전 중이거나 정지 중일 때, 배기가스로의 외부로 송풍되는 바람의 영향 하에 상기 배기구로부터 배출되지 않으면서, 배기가스로의 배기구로부터 배출될 배기가스가 배기가스로 안으로 역류되는 것을 방지하기 위한 수단이다. 이러한 역류억제유닛은 배기구 측에 있는 배기가스로의 단부에 제공되므로, 외부의 바람이 배기구를 통해 배기가스로로 들어가는 것이 억제된다. 그러므로 배기구로부터 배출될 배기가스가 상기 배기구로부터 배출되지 않으면서 배기가스로 안으로 역류되는 것이 억제되게 된다.

본 발명의 제2실시형태에 따르면, 제1실시형태의 연료전지시스템에 있어서, 상기 역류억제유닛은 상기 배기구를 향하는 배플부재(baffle member)로 형성된다. 이러한 배플부재는 배기구 측에 있는 배기가스로의 단부에 제공되므로, 외부의 바람이 배기구를 통해 배기가스로로 들어가는 것이 억제된다. 그러므로 배기구로부터 배출될 배기가스가 상기 배기구로부터 배출되지 않으면서 배기가스로 안으로 역류되는 것이 억제되게 된다.

본 발명의 제3실시형태에 따르면, 제1실시형태의 연료전지시스템에 있어서, 상기 역류억제유닛은 상기 배기가스로에서 상기 배기구 측에 배치되는 통로부분을 굴곡시켜 형성된다. 이러한 역류억제유닛은 배기구 측에 있는 배기가스로의 단부에 제공되므로, 외부의 바람이 배기구를 통해 배기가스로로 들어가는 것이 억제된다. 그러므로 배기구로부터 배출될 배기가스가 상기 배기구로부터 배출되지 않으면서 배기가스로 안으로 역류되는 것이 억제되게 된다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 연료전지시스템은 다음과 같은 장점들을 가진다: 이러한 상술된 역류억제유닛은 배기구 측에 있는 배기가스로의 단부에 제공되므로, 상기 배기가스로의 외부에서 송풍되는 바람이 배기구를 통해 배기가스로로 들어오는 것이 억제되고, 상기 배기구로부터 배출될 가스가 배기구로부터 배출되지 않으면서 상기 배기가스로 안으로 역류되는 것이 억제된다. 그 결과, 연료전지시스템이 양호한 발전 성능을 나타낼 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른, 배기구 측에 있는 배기가스로의 단부인 배기관의 사시도;

도 2는 바람직한 제1실시예의 배기관이 조립되기 전의 상태를 도시한 사시도;

도 3은 바람직한 제1실시예의 배기관의 정면도;

도 4는 바람직한 제1실시예의 연료전지시스템의 개략도;

도 5는 바람직한 제1실시예의 배기관의 측면도;

도 6은 도 1의 것과는 상이한 각도로 취한 바람직한 제1실시예의 배기관의 사시도;

도 7은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 배기관의 측면도;

도 8은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 배기관의 측면도;

도 9는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 배기관의 측면도;

도 10은 바람직한 제4실시예에 따른 배기관의 사시도;

도 11은 본 발명의 바람직한 제5실시예에 따른 배기관의 단면도;

도 12는 본 발명의 바람직한 제6실시예에 따른 연료전지시스템을 도시한 시스템차트;

도 13은 본 발명의 바람직한 제7실시예에 따른 연료전지시스템을 도시한 시스템차트; 및

도 14는 본 발명의 바람직한 제8실시예에 따른 배기관의 측면도이다.

본 발명에 따른 연료전지시스템은 애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 상기 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 상기 연료전지의 캐소드에 캐소드 유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 상기 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부에 배출시키기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함한다. 상기 애노드유체공급유닛은 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하는 한 여하한의 것일 수 있다. 상기 캐소드유체공급유닛은 연료전지의 캐노드에 캐노드 유체를 공급하는 한 여하한의 것일 수 있다. 상기 배기가스로는 배기구 측에 있는 배기가스로의 단부에 역류억제유닛을 포함한다. 상기 역류억제유닛은 외부 바람 등의 영향 하에 배기구로부터 배출되지 않으면서 배기구로부터 배출될 배기가스가 배기가스로 안으로 역류하는 것을 방지하기 위한 수단이다. 상기 역류억제유닛이 배기구 측에 있는 배기가스로의 단부에 제공되는 경우, 상기 역류억제유닛은 상기 배기구에 근접하여 위치하게 된다. 그러므로 외부의 바람이 배기구를 통해 배기가스로로 들어가는 것을 효과적으로 억제하게 된다.

예시적인 실시예에서는, 역류억제유닛이 배기구를 향하는 배플부재이다. 또 다른 예시적인 실시예에서는, 역류억제유닛이 배기구에 근접하여 배기가스로의 통로 부분을 굴곡시킴으로써 형성된다. 이러한 경우들에도, 외부의 바람이 배기구를 통해 배기가스로로 들어가는 것을 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 배플부재의 재료의 예로는 금속, 수지 및 세라믹을 들 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 배기가스로는 연소유닛에 연결되는 제1배기가스로, 및 배기구를 구비하면서 상기 제1배기가스로보다 단면적이 큰 유로를 구비한 제2배기가스로를 포함하여 이루어진다. 이 경우, 배기구 측에 있는 배기가스로의 단부는 제2배기가스로이다. 이 경우, 예시적인 실시예에서는, 제2배기가스로가 박스 모양을 포함하는 컨테이너 형상을 갖는다. 상기 박스 모양은 직사각형 박스 형상이나 원통형 박스 형상일 수 있다. 제2배기가스로는 유로의 단면적이 더욱 크기 때문에, 배기가스의 유량이 감소되고, 상기 배기가스로의 내압이 증가된다. 이 는 배기구를 통해 외부의 공기가 배기가스로로 들어가는 것을 억제하는 데 이점이 된다.

본 발명의 예시적인 실시예에 있어서, 애노드유체공급유닛은 원료로부터 상기 연료전지의 애노드로 공급될 애노드 가스를 생성하기 위한 개질유닛, 및 상기 개질유닛을 가열하기 위한 연소유닛을 포함한다. 이 경우, 예시적인 실시예에 있어서, 배기구 측에 있는 배기가스로의 단부는 연소유닛으로부터 배출되는 연소배기가스와 상기 연료전지의 캐소드로부터 배출되는 캐소드오프가스를 혼합시키기 위한 혼합공간을 구비한다. 연소배기가스와 캐소드오프가스가 함께 혼합된 후, 상기 혼합물이 배기구로부터 배출된다. 이 경우, 연소배기가스의 농도는 캐소드오프가스(예컨대, 공기)에 의해 감소된다.

본 발명의 예시적인 실시예에 있어서, 연료전지시스템은 응축수(condensed water)를 생성하기 위한 콘덴서를 포함하고, 상기 배기구 측에 있는 배기가스로의 단부는 상기 단부에 존재하는 응축수를 중력에 의해 배출하거나 또는 상기 응축수를 중력에 의해 상기 콘덴서로 회수한다. 상기 콘덴서로 회수된 응축수는 재사용될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 배플부재와 배기구가 상기 배플부재 및 배기구에 대해 수직방향으로 투영되는 경우, 상기 배플부재의 투영 형상은 상기 배기구의 투영 형상에 중복되고, 상기 배플부재의 투영 면적은 상기 배기구의 투영 면적보다 크다. 이 경우, 상기 배플부재는 외부의 바람이 배기구를 통해 배기가스로로 들어가는 것을 억제하고, 이것이 배기가스가 역류하는 것을 억제하는 데 이점이 된다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 배플부재는 배기구의 연장방향으로 연장되어 상기 배기구를 향하는 제1배플부, 및 상기 제1배플부의 단부에 연결되어 상기 배기구의 연장방향에 대해 교차방향으로 연장되는 제2배플부를 포함하여 이루어진다. 이는 배기가스가 역류하는 것을 억제하는 데 이점이 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서는, 상기 배플부재가 상기 배기구의 상부보다 큰 높이를 갖는다. 이 경우, 외부의 바람이 배기구를 통해 배기가스로로 들어가는 것이 억제되고, 이것이 배기가스가 역류하는 것을 억제하는 데 이점이 된다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 배플부재는 열교환핀을 구비한다. 상기 열교환핀은 배플부재의 표면적을 증가시키므로, 배기가스가 따뜻하면, 배플부재에 의해 배기가스를 냉각시키고, 열교환핀의 부근에서 배기가스에 함유된 수증기를 응축시켜 응축수를 생성하는 데 이점이 있다. 그러므로 외부로 배출될 배기가스에 함유된 수증기가 저감될 수 있게 된다. 배플부재가 배기구를 향하는 경우, 상기 배플부재는 외기에 의해 냉각되기 용이하므로, 열교환핀이 양호한 냉각 성능을 나타내기 쉬울 수 있다. 배기가스가 따뜻하면, 이는 배플부재의 열교환핀에 의해 배기가스를 냉각시키고, 상기 배기가스에 함유된 수증기를 응축시켜 응축수를 생성하는 데 이점이 있다. 이 경우, 수분량이 보다 적은 배기가스가 외부로 방출될 수 있다. 연료전지시스템의 외부로 방출된 직후에 배기가스 내의 수증기가 외부에서 응축되는 경우에는, 응축수와 먼지가 혼합될 수도 있어, 연료전지시스템의 하우징을 더럽게 만드는 위험성이 있다는 점에 유의한다. 그러므로 배기구로부터 외부(외기)로 배출될 배기가스의 수분량을 가능한 한 많이 저감시키는 것이 바람직하다.

환언하면, 연료전지시스템의 운전 정지 시에는, 배기가스로의 외부에서 송풍되는 바람이 배기가스로의 배기구를 통해 배기가스로로 들어갈 수도 있다는 위험이 있다. 이 경우, 먼지 등이 배기가스로로 들어갈 수도 있다는 위험성이 있게 된다. 이러한 상황 하에서, 예시적인 실시예에 있어서는, 상기 역류억제유닛이 상기 연료전지시스템의 운전 정지 시에 공기와 같은 가스를 배기구로부터 배출시켜 상기 배기구를 통해 상기 배기가스로로 외기가 들어오는 것을 억제하기 위한 가스배출유닛을 포함한다. 이 경우, 바람이 배기가스로의 배기구를 통해 배기가스로로 들어오는 것이 억제된다. 상기 연료전지시스템의 운전 정지 시, 가스배출유닛은 펌프 및 팬과 같은 가스공급원의 작동 시에 상기 배기구로부터 외부로 공기와 같은 가스를 배출할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예에 있어서, 상기 역류억제유닛은 상기 배기구 측에 있는 상기 배기가스로의 단부에 제공되는 풍압센서를 포함하고, 상기 연료전지시스템의 운전 정지 시, 상기 배기구로부터 단위시간당 배출될 가스의 유량은 상기 풍압센서에 의해 검출되는 외부 바람의 풍압을 토대로 결정된다. 이 경우, 단위시간당 가스공급원을 구동하기 위한 파워는 상기 검출된 풍압을 토대로 제어될 수 있기 때문에, 바람 등이 배기구를 통해 배기가스로로 들어오는 것이 억제된다.

(바람직한 제1실시예)

이하, 본 발명의 바람직한 제1실시예를 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하기로 한다. 상기 바람직한 실시예에 따른 연료전지시스템은 상기 시스템의 운전 시에 연료전지시스템으로부터 배기가스를 배출시키기 위한 배기가스로(1)를 포함한다. 상기 배기가스로(1)는 연료전지시스템으로부터 배기가스를 배출시키기 위한 제1배기가스로(2) 및 상기 제1배기가스로(2)의 하류단부에 제공되어 제2배기가스로로서의 역할을 하는 배기관(3)을 포함하여 이루어진다. 상기 배기관(3)은 배기구(5)를 구비한다. 상기 배기관(3)은 배기구(5) 측에 있는 배기가스로(1)의 단부이다.

상기 제1배기가스로(2)는 연소 이후 개질기(100)의 연소유닛(102)으로부터 배출되는 연소배기가스를 통과시키기 위한 연소배기가스로(31), 및 발전 반응 이후 연료전지(140)의 캐소드(142)로부터 배출되는 캐소드오프가스를 통과시키기 위한 캐소드오프가스로(33)를 포함하여 이루어진다. 상기 연소배기가스로(31) 및 캐소드오프가스로(33)는 서로 분리된다.

도 4는 연료전지시스템의 개념을 보여준다. 도 4에 도시된 바와 같이, 박스 형상의 하우징(700)은 개질유닛(101)과 연소유닛(102)을 포함하는 개질기(100), 스택을 구성하는 연료전지(140), 가습기(190), 제어유닛(500), 배기관(3), 연소배기가스에 함유된 수증기를 응축시키기 위한 연소배기가스콘덴서(110), 캐소드오프가스에 함유된 수증기를 응축시키기 위한 캐소드콘덴서(220), 연소 이후의 개질기(100)의 연소유닛(102)으로부터 배출되는 연소배기가스를 통과시키기 위한 연소배기가스로(31), 발전 반응 이후의 연료전지(140)의 캐소드들로부터 배출되는 캐소드오프가스를 통과시키기 위한 캐소드오프가스로(33), 및 기타 각종 보조장치들을 포위한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 배기관(3)은 연소배기가스콘덴서(110)와 캐소드콘덴서(220)와 같은 상기 콘덴서들보다 수직방향으로 상방에 위치된다. 이는 중력에 의하여, 배기관(3)에 발생되는 응축수를 연소배기가스로(31)를 통해 연소배기가스콘덴서(110)로 또는 캐소드오프가스로(33)를 통해 캐소드콘덴서(220)로 회수한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제2배기가스로로서의 역할을 하는 배기관(3)은 박스 형상(직사각형의 박스 모양)을 갖고, 배기구(5) 측에 있는 연료전지시스템의 배기가스를 배출시키기 위한 배기가스로(1)의 단부이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배기관(3)은 서로 대향하는 두 제1측벽(41), 직선형 제1접힘선영역(42)에 의하여 두 제1측벽(41)을 연결시키는 저부벽(43), 서로 대향하는 전방벽(44)과 후방벽(45) 및 직선형 제2접힘선영역(46)에 의하여 전방벽(44)과 후방벽(45)을 연결시키는 상부벽(47)을 포함하여 이루어진다. 더욱이, 상기 배기관(3)은 저부벽(43)의 제1관통구(43f)와 연통되는 제1원통체(48), 및 상기 저부벽(43)의 제2관통구(43s)와 연통되는 제2원통체(49)를 포함한다. 여기서는, 도 2에 도시된 바와 같이, U자 형상의 단면을 갖는 제1원료(3f)가 직선형 제1접힘선영역(42)에 의해 서로 연결되는 두 제1측벽(41)과 저부벽(43)에 대해 사용된다. U자 형상의 단면을 갖는 제2원료(3s)가 직선형 제2접힘선영역(46)에 의해 서로 연결되는 전방벽(44), 후방벽(45) 및 상부벽(47)에 대해 사용된다. 나아가, 상기 제1원통체(48)와 제2원통체(49)가 사용된다. 상기 배기관(3)은 제1원료(3f), 제2원료(3s), 제1원통체(48) 및 제2원통체(49)를 배플부재(6)와 함께 용접하여 기밀하게 형성된다. 이러한 용접 구조의 채택에 힘입어, 배기관(3)의 구조가 단순하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배기구(5)는 배기관(3)의 전방벽(44)에 형성 된다. 배기구(5)로부터 배출될 배기가스가 수증기를 함유하면, 상기 배기구(5)로부터 배출되는 배기가스가 배기관(3) 외부에서 냉각되어 응축수를 발생시킬 수도 있고, 전방벽(44) 상에 퇴적된 먼지와 응축수가 상기 전방벽(44)을 더럽게 만들 수도 있다는 위험이 있다. 그러므로 배기가스가 배기구(5)로부터 외부(하우징(700)의 외부)로 배출되기 전에, 배기가스에 함유된 수증기가 제거되는 것이 바람직하게 된다.

여기서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 배기관(3)이 저부벽(43)으로부터의 높이 H1, 폭 D1 및 깊이 W1을 가진다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배기구(5)는 횡장의(landscape-oriented) 직사각형 모양을 갖고, 상측부(5u), 하측부(5d) 및 좌우측부(5s)를 구비한다. 상기 배기구(5)의 상부(상측부(5u))는 저부벽(43)으로부터 높이 H20을 갖는다. 상기 배기구(5)의 저부(하측부(5d))는 저부벽(43)의 하면으로부터 높이 H21을 갖는다. 상기 배기구(5)는 폭 D2를 갖는다.

더욱이, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배기관(3)은 용접에 의해 저부벽(43)에 양자 모두가 연결되는 원통 형상의 제1원통체(48)와 원통 형상의 제2원통체(49)를 포함한다. 상기 제1원통체(48) 및 제2원통체(49)는 수직하향방향으로 저부벽(43)으로부터 연장되는 방식으로 서로 평행하게 제공되어, 응축수가 중력에 의해 아래로 떨어지게 된다. 상기 제1원통체(48)는 개질기(100)의 연소유닛(102)으로부터 외기로 연소배기가스를 배출시키기 위한 연소배기가스로(31)의 단부에 연결된다. 상기 제2원통체(49)는 연료전지(140)의 캐소드(142)로부터 외기로 캐소드오프가스를 배출시키기 위한 캐소드오프가스로(33)의 단부에 연결된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 연료전지시스템 내부의 구성으로 인하여, 제1원통체(48)의 축선 P1과 제2원통체(49)의 축선 P2가 배기관(3)의 깊이 방향(화살표 W1 방향)으로 △L2 만큼 오프셋된다. 이렇게 제1원통체(48)가 배기구(5)에 대해 대향하는 방향으로 오프셋되기 때문에, 후술하게 될 혼합실(66)의 용적이 증가될 수 있다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 역류억제유닛을 구성하는 배플부재(6)는 배기가스로(1)의 단부인 배기관(3) 내부에 제공된다. 상기 배플부재(6)는 저부벽(43)으로부터 근사적으로 수직상향방향으로 연장되도록 배기관(3)에 직립한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배플부재(6)의 일 횡단부(6a)는 배기관(3)의 측벽(41) 중 하나에 용접하여 고정된다. 상기 배플부재(6)의 타 횡단부(6c)는 배기관(3)의 측벽(41) 중 다른 것에 용접하여 고정된다. 배플부재(6)의 저부인 연결판(63)은 저부벽(43)에 용접하여 고정된다.

상기 바람직한 실시예에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 배플부재(6)가 배기관(5)의 연장방향(화살표 H 방향)으로 연장되어 배기구(5)를 향하는 제1배플부(61), 및 상기 제1배플부(61)의 단부(상단부)에 연결된 제2배플부(62)를 포함하여 이루어진다. 상기 연결판(63)은 상기 제1배플부재(61)의 하단부에 제공된다. 상기 연결판(63)은 배기관(3)의 저부벽(43)에 용접하여 고정되고, 상기 제1배플부(61)는 저부벽(43) 상에 직립한다. 상기 제2배플부(62)는 연결판(63)에 대해 대향하는 방향으로, 즉 배기구(5)를 향해 굴곡된다. 제1배플부(61), 제2배플부(62), 연결판(63) 및 윙벽(70)은 한 피스의 판을 굴곡시켜 형성되고, 이들 부분이 배플부 재(6)를 구성한다는 점에 유의한다.

이하, 배플부재(6)를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2배플부(62)는 배기관(5)의 연장방향(화살표 H 방향)에 대해 교차방향(화살표 W 방향)으로 연장되는데, 다시 말해 저부벽(43)과 상부벽(47)에 대해 근사적으로 평행하게 되도록 거의 수평방향으로 연장된다. 상기 제2배플부(62)의 선단부(62c)는 배기관(3)의 전방벽(44)에 도달하지 않기 때문에, 배기구(5) 바로 앞 직전통로(64)가 제2배플부(62)의 선단부(62c)와 배기관(3)의 전방벽(44) 사이에 형성된다. 직전통로(64)에서는, 배기가스가 하향방향(화살표 Y1 방향)으로 유동한다. 다른 한편으로, 외부의 바람은 도 5에 도시된 화살표 X1 방향으로 배기구(5)를 통해 배기관(3) 안으로 송풍된다. 이러한 방식으로, 직전통로(64)의 기본방향(화살표 Y1 방향)과 배기구(5)를 통해 배기관(3) 안으로 송풍되는 바람의 기본방향(화살표 X1 방향)은 상호 정면충돌하는 방향이 아니라 상호 교차하는 방향이다. 그러므로 배기구(5)로부터 외부의 바람이 들어오는 경우에도, 직전통로(64)를 통해 유동하는 배기가스와 배기구(5)로부터 들어오는 외부의 바람이 상호 정면충돌하는 것이 억제된다. 그러므로 이는 배기구(5)로부터 배기관(3)의 직전통로(64)를 통해 배기관(3)의 외부로 유동되는 배기가스의 배출 시에 이점이 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 배플부재(6)의 상측의 폭(D3)은 배기관(3)의 폭(D1)에 근접하지만, 상기 폭(D1)보다 측벽(41)의 두께만큼 좁다. 상기 배플부재(6)의 하측의 폭(D4)은 배기관(3)의 폭(D1)보다 좁지만, 배기구(5)의 폭(D2)보다는 넓다.

그러므로 배플부재(6)는 배기구(5)에 접근하면서 대면하여 서있고, 이러한 구성은 배기구(5)를 통해 배기관(3)으로 외부의 바람이 직접 들어오는 것을 억제하는 데 이점이 있다. 특히 이러한 바람직한 실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 저부벽(43)의 하면으로부터 배플부재(6)의 제2배플부(62)의 높이(H3)는 배기구(5)의 상측부(5u)(상부)의 높이(H20) 또는 배기구(5)의 하측부(5d)(저부)의 높이(H21)보다 크도록 설계된다. 그러므로 상기 배플부재(6)는 배기구(5)에 접근하여 서있고, 상기 배기구(5)의 전체 면적을 커버한다. 이는 특히 배기구(5)를 통해 배기관(3)으로 직접 바람이 들어오는 것을 억제하는 데 이점이 있다. 더욱이, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배기구(5)는 서로 대면하는 두 윙벽(70) 사이에 배치된다. 즉, 윙벽(70) 중 하나는 배기구(5)의 일 측에 배치되고, 상기 윙벽(70) 중 다른 하나는 배기구(5)의 타 측에 배치된다. 그 결과, 상기 폭(D4)에 근사한 서로 대면하는 두 윙벽(70) 간의 거리는 배기구(5)의 폭(D2)보다 크도록 설계된다. 그러므로 상기 윙벽(70)은 배기구(5)를 통해 배기관(3)으로 바람이 직접 들어오는 것을 억제한다.

이러한 바람직한 실시예에 있어서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 배플부재(6)가 배기관(3)의 내부 공간을 혼합실(66)과 배기실(67)로 분할한다. 배기관(3)의 깊이가 W1이면, (도 7에 도시된) 배기구(5)를 통해 배기가스가 유동하는 방향을 따라 취한 단면에서는, 상기 배플부재(6)가 배기구(5) 부근에, 즉 배기구(5)로부터 W1 x 1/2의 범위 내에 위치하게 되고, 더욱 바람직하게는 배기구(5)로부터 W1 x 1/3의 범위 내에 위치하게 된다.

상기 혼합실(66)은 배기관(3) 내의 배플부재(6)의 상류에 위치하고, 제1관통구(43f)를 통한 제1원통체(48)의 통로(48c)와 제2관통구(43s)를 통한 제2원통체(49)의 통로(49c)와 연통된다. 혼합실(66)은 제1원통체(48)의 통로(48c)와 제2원통체(49)의 통로(49c)와 연통되기 때문에, 상기 혼합실(66)은 연료전지(140)의 캐소드(142)로부터 배출되는 캐소드오프가스와 개질기(100)의 연소유닛(102)으로부터 배출되는 연소배기가스를 조합 및 혼합하기 위한 공간 용적이 큰 챔버로서의 역할을 한다. 여기서, 상기 배기관(3)의 혼합실(66)은 제1배기가스로(2)의 연소배기가스로(31)와 캐소드오프가스로(33)의 전체 단면적보다 큰 유로 단면을 가진다.

도 5에 도시된 바와 같이, 배기실(67)은 배기구(5)에 접근하면서 직접 대면하여 있고, 배기관(3) 내의 배플부재(6)의 하류에 위치한다. 더욱이, 상기 혼합실(66)의 공간 용적은 배기실(67)의 공간 용적보다 더 크도록 설계된다. 이는 연소배기가스와 캐소드오프가스의 혼합 시에 그리고 캐소드오프가스(구체적으로는, 공기)와의 연소배기가스의 농도의 저감 시에 이점이 있다. 더욱이, 혼합실(66)의 용적은 배기실(67)의 용적보다 크기 때문에, 상기 혼합실(66)의 내부 압력이 증가될 수 있고, 특히 상기 배기구(5)로부터 혼합실(66)로의 역류 억제에 있어 이점이 있다.

이러한 바람직한 실시예에서는, 도 3(배기관(3)의 정면도)에서 알 수 있는 바와 같이, 배기구(5)와 배플부재(6)에 대하여 배기관(3)의 전방벽(44)의 표면 앞에 이루어진 도 5의 화살표 X1을 따라 수직방향으로 투영이 되는 경우, 상기 배플부재(6)의 투영 형상은 배기구(5)의 투영 형상과 중복되도록 설계되고, 상기 배플 부재(6)의 투영 면적은 배기구(5)의 투영 면적보다 크도록 설계된다. 이에 따라, 배플부재(6)가 배기구(5)에 접근하면서 대면하게 되고, 배기구(5)의 전체 부분을 커버한다. 이는 배기구(5)를 통해 배기관(3)의 배기실(67)로 바람이 직접 들어오는 것을 억제하는 데 이점이 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 중간통로(65)는 수평방향으로 연장되는 제2배플부(62)와 상부벽(47) 사이에 형성된다. 배기관(3)의 상부에서는, 중간통로(65)가 화살표 W 방향(깊이방향)으로 연장되어, 혼합실(66)이 수평방향으로 배기실(67)과 연통될 수 있게 된다. 앞서 언급된 바와 같이, 저부벽(43)으로부터의 제2배플부(62)의 높이(H3)는 배기구(5)의 상측부(5u)(상부)의 높이(H20)보다 크도록 설계된다. 그러므로 상기 중간통로(65)가 배기구(5)에 직접 대면하지 않고, 상기 배기구(5)의 상측부(5u) 상방에 위치한다. 이에 따라, 바람이 배기구(5)를 통해 송풍되는 경우에도, 바람이 중간통로(65)로 직접 들어가는 것이 어렵게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 혼합실(66), 중간통로(65), 직전통로(64) 및 배기구(5)가 상기 순서로 일렬로 배치된다. 여기서는, 앞서 언급된 바와 같이, 중간통로(65)가 화살표 W 방향으로 연장되고, 직전통로(64)는 화살표 H 방향으로 연장된다. 이에 따라, 배기관(3) 내부에서는, 기류 방향이 대략 90도 정도로 선회한다. 이러한 바람직한 실시예에 있어서는, 배기구(5)에 근접하여 배기가스로(1)의 통로 부분의 방향이 이렇게 굴곡된다. 이는 또한 외부의 바람이 배기관(3)으로 들어가는 것, 다시 말해 배기구(5)를 통해 배기관(3)으로 역류하는 것을 억제하는 데 기여한다.

이러한 바람직한 실시예에 있어서, 혼합실(66)의 유로 단면적이 S66이고, 중간통로(65)의 유로 단면적이 S65이며, 직전통로(64)의 유로 단면적이 S64이고, 배기구(5)의 유로 단면적이 S5이면, S66, S65, S64, S5는 다음과 같은 관계를 충족하도록 설계된다: S66 > S65, S64 또는 S5. 더욱이, S66이 상수값 α이면, 각각의 유로 단면적을 α로 나누어 얻어지는 값, 즉 (S65/α), (S64/α), (S5/α)가 모두 0.7 내지 1.3의 범위 내에, 바람직하게는 0.8 내지 1.2의 범위 내에, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1.05의 범위 내에 있도록 설계된다. 다시 말해, 각각의 유로 단면적 S65, S64, S5는 그 크기가 유사하게 설계된다. 이로 인해, 압력 변동을 가능한 한 많이 줄이면서, 혼합실(66)에서 연소배기가스와 캐소드오프가스를 혼합시켜 얻어지는 배기가스가 배기구(5)를 통해 배기관(3)의 외부로 배출될 수 있게 된다. 따라서, 상기 시스템이 양호한 배기가스의 배출 능력을 얻을 수 있게 된다. 상기 유로 단면적은 기류 방향에 대해 수직 방향으로의 단면적을 의미한다는 점에 유의한다.

이러한 바람직한 실시예에 있어서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1배플부(61) 및 제2배플부(62)가 거의 V자 형상의 단면을 갖도록 굴곡되고, V자 형상의 수용벽(68)을 형성한다. 상기 수용벽(68)은 거의 V자 형상의 단면(배기구(5)를 통해 배기가스가 유동하는 방향을 따르는 단면)을 갖는 수용공간(69)을 형성한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 수용공간(69)과 수용벽(68)은 상측 레벨로부터 배기관(3)의 배기구(5)보다 높은 곳에 있다. 상기 수용공간(69)은 배기구(5)로부터 멀어짐에 따라 보다 작은 공간폭(K)을 갖도록 설계된다. 그러므로 외풍이 배기구(5) 를 통해 배기관(3)의 배기실(67)로 들어가는 경우에도, 바람이 혼합실(66)로 들어가는 것을 억제할 뿐만 아니라 바람을 배기구(5)로부터 복귀 및 외부로 배출시키는 데 기여한다.

이러한 바람직한 실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 배플부재(6)의 횡방향 양단부 상의 윙벽(70)이 배기구(5)를 향해 굴곡된다. 이로 인하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 일 연통구(71)가 윙벽(70) 중 하나와 제1측벽(41) 중 하나 사이에 형성된다. 이와 유사하게, 타 연통구(71)는 윙벽(70) 중 나머지 다른 하나와 제1측벽(41) 중 나머지 다른 하나 사이에 형성된다. 상기 배플부재(6)의 윙벽(70)은 배기관(3)의 저부벽(43)에 용접하여 고정된다. 상기 배플부재(6)에서는 저부에 있는 연결판(63)과 윙벽(70)이 상호 대향하는 방향으로 연장되므로, 상기 배플부재(6)의 지지 안정성이 증가된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 윙벽(70)의 폭은 배기구(5)의 폭보다 크도록 설계된다는 점에 유의한다. 이는 배기관(3)으로 바람이 직접 들어가는 것을 억제한다. 상기 윙벽(70)에 의해 형성되는 연통구(71)는 혼합실(66)의 하부와 배기관(3)의 배기실(67)의 하부 간의 연통을 가능하게 한다. 그러므로 응축수가 배기실(67) 측에 생성되는 경우, 상기 응축수가 연통구(71)를 통해 혼합실(66)로(도 3에 도시된 화살표 R의 방향으로) 전달될 수 있고, 더욱이 제1원통체(48)의 통로(48c)와 제2원통체(49)의 통로(49c)로부터 하방으로 떨어지도록 할 수 있다. 제1원통체(48)는 연소배기가스콘덴서(110)에 연결되는 한편, 제2원통체(49)는 캐소드오프가스콘덴서(220)에 연결된다.

이러한 바람직한 실시예에서, 배플부재(6)는 배기구(5)에 접근하면서 대면하 여 서있다. 그러므로 상기 배플부재(6)가 외부의 바람 등에 의해 쉽게 냉각된다. 더욱이, 배플부재(6)가 열전도성과 내식성이 양호한 금속판으로 형성되면, 상기 배플부재(6)는 열전도성의 관점에서 볼 때 수지 또는 세라믹으로 형성되는 것에 비해 양호하다. 그러므로 연소배기가스로(31)와 캐소드오프가스로(33)로부터 배기관(3)의 혼합실(66)로 공급되는 연소배기가스와 캐소드오프가스가 따뜻하여 수증기를 함유하는 경우, 따뜻한 연소배기가스 및 따뜻한 캐소드오프가스는 배플부재(6)에 의해 냉각될 수 있다. 따라서, 배플부재(6)가 냉각부재 또는 열교환부재로서의 기능을 할 수 있게 된다. 이 경우, 혼합실(66)측에 있는 배플부재(6)의 표면상에 응축수가 생성될 수도 있다는 위험성이 있다. 이렇게 생성되는 응축수는 직립하는 배플부재(6)를 따라 중력에 의해 하방으로 떨어지고, 혼합실(66)의 저부로부터 제1원통체(48)와 제2원통체(49)를 통해 상기 제1원통체(48)에 연결된 콘덴서(110)와 상기 제2원통체(49)에 연결된 콘덴서(220)로 중력에 의해 하방으로 더욱 떨어진다. 상기 콘덴서(110, 220)에 저장되는 물은 후술하는 바와 같이 개질기(100)에서의 개질 반응에 사용될 원료수가 된다는 점에 유의한다.

나아가, 배기실(67) 측에 있는 배플부재(6)의 표면상에도 응축수가 생성될 수도 있다는 위험성이 있다. 이 경우, 혼합실(66)로 공급되는 연소배기가스와 캐소드오프가스가 따뜻하고, 차가운 외부 공기가 배기구(5)를 통해 배기관(3)으로 들어가면, 따뜻한 가스가 배플부재(6)에 의해 냉각될 수도 있고, 응축수가 상기 배기실(67)에 생성될 수도 있다는 위험성이 있다. 이렇게 배기실(67)에 생성되는 물은 연통구(71)를 통해 혼합실(66)에 도달하고, 상기 혼합실(66)의 저부벽(43)으로부터 제1원통체(48)와 제2원통체(49)로 중력에 의해 하방으로 떨어지며, 콘덴서(110)와 콘덴서(220)에 하방으로 더욱 떨어진다.

상술된 바와 같이, 이러한 바람직한 실시예에서는, 배기구(5) 측에 있는 배기가스로(1)의 단부인 배기관(3)에 배플부재(6)가 제공된다. 그러므로 외부의 바람이 배기구(5)를 통해 배기관(3)으로 들어오는 것이 억제되게 된다. 이에 따라, 역류가 효과적으로 억제된다. 그러므로 연료전지시스템이 발전 동작 시에, 배기구(5)로부터 배출될 배기가스가 배기구(5)로부터 배출되지 않으면서 연소배기가스로(31)와 캐소드오프가스로(33) 안으로 역류하는 것이 효과적으로 억제된다. 그러므로 연소 안정성이 개질기(100)의 연소유닛(102)에서 보장된다.

저부벽(43)은 제1원통체(48)와 제2원통체(49)를 향해 하향으로 기울어질 수 있어, 상기 저부벽(43)에 존재하는 물이 중력에 의하여 제1원통체(48)와 제2원통체(49) 안에 하방으로 쉽게 떨어질 수 있다는 점에 유의한다.

(바람직한 제2실시예)

도 7은 본 발명의 바람직한 제2실시예를 보여준다. 이러한 바람직한 실시예는 기본적으로 바람직한 제1실시예와 동일한 구성, 동작 및 효과를 가진다. 이하, 차이점들 위주로 설명하기로 한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 배플부재(6)를 구성하는 제1배플부(61)와 제2배플부(62)의 교차부는 대략 U자 형상의 단면을 갖도록 굴곡되고, U자 형상의 수용벽(68B)을 형성한다. 외부의 바람이 배기구(5)를 통해 배기관(3)의 배기실(67)로 들어가는 경우, 상기 구성은 바람이 혼합실(66)로 들어가는 것을 억제할 뿐만 아니라, 바람을 배기구(5)로부터 복귀 및 외부로 배출시키 는 데 기여한다. 따라서, 이는 역류를 억제하는 데 이점이 있다. 또한, 이러한 바람직한 실시예에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 저부벽(43)의 하면으로부터 배플부재(6)의 제2배플부(62)의 높이(H3)는 배기구(5)의 상측부(5u)(상부)의 높이(H20) 또는 배기구(5)의 하측부(5d)(저부)의 높이(H21)보다 크도록 설계된다. 이는 또한 배기구(5)를 통해 배기관(3)의 배기실(67)로 직접 바람이 들어오는 것을 억제하는 데 이점이 있다.

(바람직한 제3실시예)

도 8은 본 발명의 바람직한 제3실시예를 보여준다. 이러한 바람직한 실시예는 기본적으로 바람직한 제1실시예와 동일한 구성, 동작 및 효과를 가진다. 이하, 차이점들 위주로 설명하기로 한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 배플부재(6)의 제1배플부(61)는 배기관(3)의 저부벽(43)으로부터 거의 수직 방향으로 연장되도록 서있다. 상기 제2배플부(62)는 거의 L자 형상의 단면을 갖도록 제1배플부(61)에 대하여 굴곡되고, L자 형상의 수용벽(68C)을 형성한다. 외부의 바람이 배기구(5)를 통해 배기관(3)의 배기실(67)로 들어가는 경우, 상기 구성은 바람이 혼합실(66)로 들어가는 것을 억제할 뿐만 아니라, 바람을 배기구(5)로부터 복귀 및 외부로 배출시키는 데 기여한다. 이는 역류를 억제하는 데 이점이 있다.

또한, 이러한 바람직한 실시예에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 저부벽(43)으로부터 배플부재(6)의 제2배플부(62)의 높이(H3)는 배기구(5)의 상측부(5u)(상부)의 높이(H20) 또는 배기구(5)의 하측부(5d)(저부)의 높이(H21)보다 크도록 설계된다. 그러므로 외부의 바람이 배기구(5)를 통해 배기관(3)의 배기실(67)로 직접 들어오는 것이 억제될 수 있어, 이는 특히 역류 억제에 있어서 이점이 된다.

더욱이, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1원통체(48)의 축선 P1과 제2원통체(49)의 축선 P2는 배기관(3)의 깊이 방향(화살표 W 방향)으로 오프셋되지 않는데, 다시 말해 이들 축선은 상호 정렬된다. 이러한 구성은 배기관(3)의 다운사이징에 기여할 수 있다.

(바람직한 제4실시예)

도 9 및 도 10은 본 발명의 바람직한 제4실시예를 보여준다. 이러한 바람직한 실시예는 기본적으로 바람직한 제1실시예와 동일한 구성, 동작 및 효과를 가진다. 이하, 차이점들 위주로 설명하기로 한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 배플부재(6)는 윙벽(70)을 구비하지 않으므로, 연통구(71)가 전혀 없다. 그러므로 배기관(3)에서는, 배기구(5) 측에 있는 배기실(67)의 상부와 혼합실(66)의 상부가 중간통로(65)를 통해 상호 연통되지만, 상기 배기실(67)의 저부와 혼합실(66)의 저부는 상호 연통되지 않고 서로 차단되어 있다. 그러므로 배기실(67)의 저부에 저장되는 응축수가 혼합실(66) 안으로 유동하지 않게 된다. 상기 배기실(67)은 저부에 배수구(67x)를 구비하고, 탄성호스와 같은 배수관(67y)을 통해 물이 배수유닛(도시 안됨) 안으로 배출된다. 이 경우, 유입되는 외부의 바람과 함께 먼지가 배기구(5)로부터 배기실(67)로 쉽게 들어오는 환경에서 배기관(3)이 사용되면, 먼지를 함유하는 응축수가 배수유닛으로 배출된다.

(바람직한 제5실시예)

도 11은 본 발명의 바람직한 제5실시예를 보여준다. 이러한 바람직한 실시예 는 기본적으로 바람직한 제1실시예와 동일한 구성, 동작 및 효과를 가진다. 이하, 차이점들 위주로 설명하기로 한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 배플부재(6)는 열교환핀(6m, 6n)을 구비한다. 상기 열교환핀(6m)은 혼합실(66)의 내부를 향한다. 상기 열교환핀(6m)은 제1원통체(48)와 제2원통체(49) 상방에 위치하여 중복되도록 연장된다. 상기 열교환핀(6n)은 배기실(67) 내의 배기구(5)를 향한다. 바람이 화살표 X1 방향으로 배기구(5)를 통해 배기실(67)로 들어가는 경우, 상기 열교환핀(6n)이 쉽게 냉각된다.

열교환핀(6m, 6n)으로 인하여, 배플부재(6)의 표면적이 증가된다. 그러므로 혼합실(66) 안으로 유동된 배기가스가 따뜻하면, 상기 배기가스는 배플부재(6)의 열교환핀(6m, 6n)에 의해 냉각된다. 이는 혼합실(66) 내의 배기가스에 함유된 수증기를 응축시켜 응축수를 생성할 때에 이점이 있다. 상기 응축수는 제1원통체(48)와 제2원통체(49)를 통해 하방으로 떨어져 모이게 된다. 열교환핀(6m)은 제1원통체(48)와 제2원통체(49) 상방에 위치하도록 길게 연장되므로, 상기 바람직한 실시예는 응축수가 제1원통체(48)와 제2원통체(49) 안에 직접 하방으로 떨어지는 장점을 가진다. 열교환핀(6m) 또는 열교환핀(6n)만을 채택할 수도 있다는 점에 유의한다.

(바람직한 제6실시예)

도 12는 본 발명의 바람직한 제6실시예를 보여준다. 이러한 바람직한 실시예는 기본적으로 바람직한 제1실시예와 동일한 구성, 동작 및 효과를 가진다. 이하, 차이점들 위주로 설명하기로 한다. 도 12는 고체고분자막형 연료전지시스템을 보여 준다. 각각의 연료전지(140)는 고체고분자이온도전막(고체고분자프로톤도전막)에 의해 애노드(141)와 캐소드(142)로 분할된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 애노드유체공급유닛은 개질기(100)와 애노드가스공급로(134)를 포함한다. 상기 개질기(100)는 개질유닛(101) 및 상기 개질유닛(101)을 고온으로 가열하기 위한 연소유닛(102)을 구비한다. 펌프(연소용 연료공급원)(103)의 작동 시, 연료공급원(104)으로부터 배출되는 기체 연료(도시가스와 같은 원료)는 탈황기(105) 및 연소용 연료밸브(106)를 통해 연소유닛(102)으로 공급된다. 펌프(연소용 공기공급원)(108)의 작동 시, 연소에 사용될 공기는 필터와 같은 정화유닛(109)을 통해 연소유닛(102)으로 공급된다. 그 후, 연료는 연소유닛(102)에서 연소되고, 상기 연소유닛(102)은 개질유닛(101)을 고온으로 가열한다. 상기 연소유닛(102) 내의 연소배기가스는 연소배기가스로(31)를 통해 유동하여, 연소배기가스콘덴서(110)에 도달하는데, 여기서 연소배기가스가 냉각되어 그 수분량이 저감된다. 그 후, 냉각된 연소배기가스는 연소배기가스로(31)를 통해 배기관(3)의 제1원통체(48)로 유동하고, 혼합실(66)로 공급된다.

개질유닛(101)이 개질 반응에 적합한 온도로 가열되는 경우, 펌프(개질용 연료공급원)(120)의 작동 시, 연료공급원(104)으로부터의 기체 연료가 탈황기(105), 펌프(연료공급원)(120) 및 개질용 연료밸브(121)를 통해 개질유닛(101)으로 공급된다. 물탱크(124)로부터의 원료수는 이온도전수지를 구비한 워터정화유닛(워터정화촉진요소)(125)에 의해 순수로 변화된 다음, 펌프(원료수공급원)(126)와 원료수밸브(127)에 의하여 워터증발유닛(128)으로 공급된다.

상기 원료수는 고온의 워터증발유닛(128)에서 수증기로 변화되어 개질용 연료와 함께 개질유닛(101)으로 공급된다. 개질유닛(101)에서는, 개질 반응이 수증기와 연료의 존재 하에 일어나, 수소-리치 개질 가스를 생성하게 된다. 상기 개질 가스는 CO 시프트유닛(130) 및 CO-선택형 산화유닛(132)에 의하여 그 안에 함유된 일산화탄소를 제거하여 정화된다. 상기 CO-제거된 개질 가스는 애노드가스로서 애노드가스공급로(134)를 통해 유동하고, 애노드측 입구밸브(135)를 통해 연료전지(140) 각각의 애노드(141)로 공급된다. 하지만, 개질기(100)의 스타트-업 시, 상기 개질 가스의 조성은 충분히 안정하지 않다. 그러므로 개질유닛(101)에서 생성되는 개질 가스가 연료전지(140)를 우회하고, 우회로(150)와 우회밸브(151)를 통해 애노드오프가스로(160)에 공급되어, 애노드콘덴서(170)에 도달하는데, 여기서 개질 가스가 냉각되어 그 수분량이 저감된다. 그 후, 냉각된 개질 가스는 개질기(100)의 연소유닛(102)으로 공급되어, 상기 연소유닛(102)에서 연소된다. 앞서 언급된 바와 같이, 연소유닛(102)으로부터의 연소배기가스는 연소배기가스로(31)를 통해 연소배기가스콘덴서(110)로 유동하는데, 여기서 연소배기가스가 냉각되어 그 수분량이 저감된다. 그 후, 냉각된 연소배기가스는 배기관(3)의 제1원통체(48)와 연소배기가스로(31)를 통해 배기관(3)의 혼합실(66)로 공급된다.

다음으로, 캐소드유체공급유닛(196)을 설명하기로 한다. 발전용 공기는 정화용 필터(180), 펌프(캐소드가스공급원)(181) 및 밸브(182)를 통해 가습기(190)의 공급로(191)로 공급되고, 상기 가습기(190)의 공급로(191)에서 공기가 가습된다. 그 후, 가습 공기는 캐소드측 입구밸브(195)를 통해 연료전지(140) 각각의 캐소 드(142)로 공급된다. 그 후, 캐소드가스와 애노드가스는 연료전지(140)에서의 발전 반응을 일으켜, 전기에너지를 생성하게 된다. 상기 가습기(190)는 발전 반응 이전의 캐소드가스가 유동하는 공급로(191), 발전 반응 이후의 캐소드오프가스가 유동하는 회수로(192) 및 상기 공급로(191)와 회수로(192)를 분할하는 워터홀딩막부재(194)를 구비한다.

발전 반응 이후의 연료전지(140) 각각의 애노드(141)로부터 배출되는 애노드오프가스는 때때로 연소가능한 성분을 함유한다. 그러므로 발전 반응 이후의 애노드오프가스가 애노드측 출구밸브(200)와 애노드오프가스로(160)를 통해 애노드콘덴서(170)로 유동하게 되는데, 여기서 애노드오프가스가 냉각되어 그 수분량이 저감된다. 그 후, 냉각된 애노드오프가스는 연소유닛(102)으로 공급되어, 연소 이후의 연소배기가스가 된다. 나아가, 연소배기가스는 연소배기가스로(31)를 통해 연소배기가스콘덴서(110)로 유동하는데, 여기서 연소배기가스가 냉각되어 그 수분량이 저감된다. 그 후, 연소배기가스는 배기관(3)의 제1원통체(48)와 연소배기가스로(31)를 통해 배기관(3)의 혼합실(66)로 공급된다.

발전 반응 이후의 연료전지(140) 각각의 캐소드(142)로부터 배출되는 캐소드오프가스는 캐소드오프가스로(33)와 캐소드측 출구밸브(210)를 통해 유동하여, 가습기(190)의 회수로(192)에 도달하고, 상기 가습기(190)의 회수로(192)에서는, 캐소드오프가스가 물과 열을 워터홀딩막부재(194)에 제공하여, 그 수분량을 제거하게 된다. 또한, 상기 가습기(190)의 회수로(192)로부터 배출되는 캐소드오프가스는 캐소드콘덴서(220)에 의해 냉각되어 그 수분량이 더욱 저감된다. 그 후, 냉각된 캐소 드오프가스는 캐소드오프가스로(33)와 배기관(3)의 제2원통체(49)를 통해 상기 배기관(3)의 혼합실(66)로 공급된다. 연료전지(140) 내의 발전 반응에서는, 물이 캐소드(142)에 생성된다. 상기 물은 또한 애노드(141)로 이동한다. 그러므로 연료전지(140) 각각의 캐소드(142)로부터 배출되는 캐소드오프가스와 연료전지(140) 각각의 애노드(141)로부터 배출되는 애노드오프가스는 일반적으로 열 이외에 수증기도 함유한다.

앞서 언급된 바와 같이, 배기관(3)은 연소배기가스콘덴서(110), 캐소드콘덴서(220) 및 애노드콘덴서(170) 상방에 위치한다. 이는 배기관(3)에서 생성되는 응축수를 중력에 의하여 연소배기가스콘덴서(110)와 캐소드콘덴서(220)로 회수하는 것이다. 다른 한편으로, 물탱크(124)는 연소배기가스콘덴서(110), 캐소드콘덴서(220) 및 애노드콘덴서(170) 하방에 위치한다. 이는 응축수를 중력에 의해 물탱크(124)에 하방으로 떨어뜨리는 것이다.

상기 애노드콘덴서(170)는 그 저부에 배치되는 제3배수밸브(171) 및 상기 제3배수밸브(171)와 물탱크(124)를 연결시키는 제3수로(172)를 구비한다. 상기 애노드콘덴서(170)는 가스유로(170a)를 구비한 콘덴서바디(170b) 및 상기 가스유로(170a)를 냉각시키기 위한 냉각매체(액체냉각매체)로서 냉각수가 유동하는 열교환기(170c)를 구비한다. 가스유로(170a) 안으로 유동된 따뜻한 애노드오프가스는 열교환기(170c)의 냉각수에 의해 냉각되므로, 포화된 수증기 밀도가 저감되어, 응축수가 가스유로(170a)에 생성된다. 상기 가스유로(170a) 내의 응축수가 사전설정된 레벨에 도달하면, 제3배수밸브(171)가 개방되어, 응축수가 중력에 의해 물탱 크(124)로 공급되게 된다.

상기 연소배기가스콘덴서(110)는 그 저부에 형성된 제2배수밸브(118), 및 상기 제2배수밸브(118)와 물탱크(124)를 연결시키는 제2수로(119)를 구비한다. 상기 연소배기가스콘덴서(110)는 가스유로(110a)를 구비한 콘덴서바디(110b), 및 상기 가스유로(110a)를 냉각시키기 위한 냉각매체(액체냉각매체)로서 냉각수가 유동하는 열교환기(110c)를 구비한다. 가스유로(110a) 안으로 유동된 따뜻한 연소배기가스는 열교환기(110c)의 냉각수에 의해 냉각되므로, 포화된 수증기량이 저감되어, 응축수가 가스유로(110a)에 생성된다. 상기 가스유로(110a) 내의 응축수가 소정의 레벨에 도달하면, 제2배수밸브(118)가 개방되어, 응축수가 중력에 의해 물탱크(124)로 공급되게 된다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 캐소드콘덴서(220)는 그 저부에 배치되는 제1배수밸브(221), 및 상기 제1배수밸브(221)와 물탱크(124)를 연결시키는 제1수로(222)를 구비한다. 상기 캐소드콘덴서(220)는 가스유로(220a)를 구비한 콘덴서바디(220b), 및 상기 가스유로(220a)를 냉각시키기 위한 냉각매체(액체냉각매체)로서 냉각수가 유동하는 열교환기(220c)를 구비한다. 가스유로(220a) 안으로 유동된 따뜻한 캐소드오프가스는 열교환기(220c)의 냉각수에 의해 냉각되므로, 포화된 수증기량이 저감되어, 응축수가 가스유로(220a)에 생성된다. 상기 가스유로(220a) 내의 응축수가 소정의 레벨에 도달하면, 제1배수밸브(221)가 개방되어, 응축수가 중력에 의해 물탱크(124)로 공급되게 된다.

물탱크(124) 내의 물은 이온교환수지를 구비한 정화유닛(125)에 의해 순수로 변화된 다음, 펌프(원료수공급원)(126) 및 원료수밸브(127)에 의해 워터증발유닛(128)으로 공급되고, 개질 반응에 사용될 수증기가 된다.

이러한 바람직한 실시예에서는, 배기관(3)이 바람직한 제1실시예 내지 제5실시예들 중 하나이며, 배기구(5)를 대면하는 배플부재(6)를 포함한다. 이러한 상술된 배플부재(6)가 제공되므로, 연료전지시스템이 발전 동작 시에 있으면, 연소유닛(102)으로부터 배출되는 연소배기가스와 연료전지(140) 각각의 캐소드(142)로부터 배출되는 캐소드오프가스는 상기 배기관(3)의 혼합실(66)에서 조합 및 혼합된다. 그 후, 배기가스는 배플부재(6)의 제2배플부(62)를 따라 유동하고, 상기 배기관(3)의 배기구(5)로부터 외부로 배출된다. 배플부재(6)는 배기관(3)의 배기구(5)를 대면하기 때문에, 외부의 바람이 연료전지시스템의 운전 시에 배기관(3)으로 들어가는 것을 억제하게 된다. 이에 따라, 배기가스의 역류가 억제된다. 그러므로 개질기(100)의 연소유닛(102)에서의 연소 안정성이 들어오는 외부의 바람에 의해 손해를 입게 되는 것이 억제된다.

이러한 바람직한 실시예에서는, 연료전지시스템의 운전 시, 캐소드콘덴서(220)로부터 배출되는 캐소드오프가스의 온도가 Tc이고, 연소배기가스콘덴서(110)로부터 배출되는 연소배기가스의 온도가 Tf이면, 대체로 온도 Tf가 온도 Tc 보다 높다(Tf>Tc).

환언하면, 상술된 연소배기가스와 상술된 캐소드오프가스가 조합 및 혼합된 다음, 콘덴서에 의해 응축되어 응축수를 생성하게 되는 시스템을 채택할 수 있게 된다. 하지만, 이 경우에는 온도가 상이한 연소배기가스와 캐소드오프가스가 조합 된 다음 응축되기 때문에, 응축수가 충분한 효율로 생성되지 않을 수도 있다는 위험성이 있다.

이와 관련하여, 상기 바람직한 실시예에서는, 도 12에 도시된 바와 같이, 연소배기가스콘덴서(110)와 캐소드콘덴서(220)가 별도로 서로 독립적으로 제공된다. 그러므로 상대적으로 고온의 연소배기가스가 유동하는 연소배기가스콘덴서(110)에서는, 연소배기가스가 열교환기(110c)에 의해 냉각되어, 응축수를 만들어내게 된다. 또한, 상대적으로 저온의 캐소드오프가스가 유동하는 캐소드콘덴서(220)에서는, 캐소드오프가스가 열교환기(220c)에 의해 냉각되어, 응축수를 만들어내게 된다. 이렇게 상대적으로 고온의 연소배기가스로부터 응축수를 생성하는 동작이 상대적으로 저온의 캐소드오프가스로부터 응축수를 생성하는 동작으로부터 분리되면, 응축수가 보다 높은 효율로 생성된다.

더욱이, 이러한 바람직한 실시예에서는, 도 12에 도시된 바와 같이, 연소배기가스콘덴서(110)의 열교환기(110c)와 캐소드콘덴서(220)의 열교환기(220c)가 일렬로 배치되어, 동일한 냉각수가 이들 교환기를 통해 유동할 수 있게 된다. 여기서는, 냉각수가 배기가스콘덴서(110)의 상대적으로 고온의 열교환기(110c)를 통해 먼저 유동한 다음, 캐소드콘덴서(220)의 상대적으로 저온의 열교환기(220c)를 통해 유동하는 시스템을 채택할 수 있게 된다. 하지만, 이 경우에는 냉각수의 온도가 캐소드콘덴서(220)의 열교환기(220c)를 통해 유동하기 전에 상승한다. 그러므로 냉각수의 온도 TA가 캐소드오프가스의 상대적으로 저온 TC 보다 낮지만, 온도 TA 및 온도 TC의 차이는 보다 작다. 그러므로 이 경우에는 캐소드콘덴서(220)가 충분한 효 율로 응축수를 생성하지 못할 수도 있다는 위험성이 있다.

이와 관련하여, 이러한 바람직한 실시예에서는, 냉각수가 먼저 캐소드콘덴서(220)의 열교환기(220c)를 통해 유동한 후, 연소배기가스콘덴서(110)의 열교환기(110c)를 통해 유동한 다음, 따뜻한 저수조(도시 안됨)에 도달하는데, 여기에 따뜻한 물이 저장된다. 따라서, 상기 바람직한 실시예는 응축수가 상대적으로 저온의 캐소드오프가스로부터 콘덴서(220)에 먼저 생성된 후, 응축수가 상대적으로 고온의 연소배기가스로부터 콘덴서(110)에 생성되는 시스템을 채택한다. 그 결과, 응축수가 캐소드콘덴서(220)에서 뿐만 아니라 연소배기가스콘덴서(110)에서도 바람직하게 얻을 수 있게 된다. 그러므로 상기 바람직한 실시예는 배기관(3)으로부터 배출될 배기가스에 함유된 수증기를 가능한 한 많이 저감시키는 데 이점이 있다. 그 결과, 응축수가 배기관(3)의 전방벽(44)의 앞면에 생성되는 것이 억제되고, 상기 전방벽(44)의 앞면과 하우징(700)의 앞면(701)이 덜 더러워지게 된다.

이러한 바람직한 실시예에서는, 냉각수가 캐소드콘덴서(220)의 열교환기(220c)를 통해 유동하기 전에 애노드콘덴서(170)의 열교환기(170c)를 통해 유동한다. 하지만, 냉각수 유동의 순서가 이것으로 국한되는 것은 아니며 그 반대일 수도 있다는 점에 유의해야 한다.

환언하면, 연료전지시스템의 발전 정지 시에는, 배기가스가 배기관(3)의 배기구(5)로부터 외부로 배출되지 않으므로, 먼지와 함께 외부의 바람 등이 배기관(3)으로 들어갈 수도 있다는 위험성이 있다. 먼지는 때때로 응축수의 정화에 있어 유해한 효과를 갖는 물질을 포함하기도 한다. 여기서, 상기 바람직한 실시예에 서는, 연료전지시스템의 운전이 정지되어 있는 경우, 펌프(가스공급원, 공기공급원)(108)의 작동 시, 공기가 연소유닛(102)으로 공급된 다음, 연소배기가스로(31)와 연소배기가스콘덴서(110)를 통해 배기관(3)의 혼합실(66)로 공급된 후, 배기관(3)의 배기구(5)로부터 계속해서 배출된다.

이에 따라, 연료전지시스템의 발전 정지 시에도, 외부의 바람이 배기구(5)를 통해 배기관(3)으로 들어갈 수도 있을 가능성이 덜하다. 그러므로 먼지 등이 배기관(3)의 배기구(5)를 통해 상기 배기관(3)으로 들어가는 것이 억제된다. 펌프(108)의 단위시간당 회전수가 연료전지(140)의 발전 동작 시에 비해 감소되지만, 상기 회전수는 상황에 따라 동일한 레벨로 유지될 수 있는 것이 바람직하다. 즉, 상기 바람직한 실시예는 연료전지시스템의 발전 동작 정지 시에 배기구(5)를 통해 공기와 같은 가스를 능동적으로 배출시켜 먼지 등이 배기가스로로 들어가는 것을 억제하기 위한 공기배출수단을 포함한다.

이러한 바람직한 실시예에서는, 풍압센서(503)가 배기관(3)의 전방벽(44)에 제공되고, 상기 풍압센서(503)로부터의 신호들이 제어유닛(500)으로 입력된다. 상기 풍압센서(503)에 의해 검출되는 풍압이 상대적으로 높으면, 제어유닛(500)은 펌프(108)의 단위시간당 회전수를 증가시키는 신호를 전송하여, 배기구(5)로부터 외부로 단위시간당 배출될 공기량을 증가시키게 된다. 다른 한편으로, 상기 풍압센서(503)에 의해 검출되는 풍압이 상대적으로 낮으면, 제어유닛(500)은 펌프(108)의 단위시간당 회전수를 감소시키는 신호를 전송하여, 배기구(5)로부터 외부로 단위시간당 배출될 공기량을 감소시키게 된다. 풍압센서(503)가 배기관(3)의 전방벽(44) 에 제공되기 때문에, 상기 배기구(5)를 통해 배기관(3)으로 들어가는 바람의 풍압이 추정될 수 있다.

(바람직한 제7실시예)

도 13은 본 발명의 바람직한 제7실시예를 보여준다. 이러한 바람직한 실시예는 기본적으로 바람직한 제6실시예와 동일한 구성, 동작 및 효과를 가진다. 이하, 차이점들 위주로 설명하기로 한다. 도 13은 연료전지시스템을 보여준다. 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 바람직한 실시예는 캐소드콘덴서(220)를 구비하지만, 바람직한 제6실시예와 상이한 연소배기가스콘덴서(110)는 구비하지 않는다.

그러므로 고온을 유지하면서, 개질기(100)의 연소유닛(102)으로부터 배출되는 연소배기가스는 연소배기가스로(31)를 통해 배기관(3)의 제1원통체(48)로 유동한 다음, 혼합실(66)로 공급된다. 이 경우에도, 외부의 공기가 직접 들어오는 것을 막기 위한 배플부재(6)가 배기구(5)에 접근하면서 대면하여 있기 때문에, 상기 배플부재(6)는 배기구(5)를 통해 배기관(3)의 내부로 공급되는 외부의 공기에 의해 냉각된다. 그러므로 고온의 연소배기가스가 혼합실(66)에서 캐소드오프가스와 조합 및 혼합된 다음, 상기 배기관(3) 내의 배플부재(6)에 의해 접촉 및 냉각된다. 그 결과, 응축수가 혼합실(66) 또는 배기실(67)에서 쉽게 얻어지게 된다. 상기 응축수는 제2원통체(49)와 캐소드오프가스로(33)를 통해 캐소드콘덴서(220)로 공급된다. 응축수가 캐소드콘덴서(220)에서 소정의 레벨에 도달하면, 제1배수밸브(221)가 개방되어, 응축수가 물탱크(124)에 공급되게 된다. 상기 바람직한 제6실시예와 유사하게, 물탱크(124)로부터의 원료수는 이온교환수지를 구비한 정화유닛(125)에 의해 순수로 변화된 다음, 펌프(원료수공급원)(126)와 원료수밸브(127)에 의해 워터증발유닛(128)으로 공급되고, 개질 반응에 사용될 수증기가 된다.

이러한 바람직한 실시예에서도, 연료전지시스템의 운전 정지 시에는, 펌프(가스공급원)(108)의 작동 시, 연소 동작이 없는 연소유닛(102)으로 공기가 공급된 다음, 연소배기가스로(31)와 연소배기가스콘덴서(110)를 통해 배기관(3)의 혼합실(66)로 공급된 후, 상기 배기관(3)의 배기구(5)로부터 계속해서 배출된다.

(바람직한 제8실시예)

도 14는 본 발명의 바람직한 제8실시예를 보여준다. 이러한 바람직한 실시예는 기본적으로 바람직한 제1실시예와 동일한 구성, 동작 및 효과를 가진다. 이하, 차이점들 위주로 설명하기로 한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 배플부재(6)는 배기구(5)의 연장방향(화살표 H 방향)으로 연장되어 배기구(5)와 대면하는 제1배플부(61), 및 상기 제1배플부(61)의 단부(상단부)에 연결되어 교차 방향(화살표 W 방향)으로 연장되는 제2배플부(62)를 포함하여 이루어진다. 상기 제2배플부(62)는 제1원통체(48)와 제2원통체(49) 상방에 수직방향으로 위치하도록 수평 방향을 따라 연장된다. 이로 인하여, 배플부재(6)와 배기가스의 접촉 면적이 증가됨에 따라, 열교환 면적이 증가된다. 상기 열교환 면적의 증가는 배기가스에 함유된 수증기를 응축하여 응축수를 생성할 때에 이점이 있는 상기 배플부재(6)의 열교환 효과를 증대시킨다. 그러므로 배기구(5)로부터 배출될 배기가스의 수분량이 효과적으로 저감되게 된다.

(기타)

상기 바람직한 실시예들에서는, 캐소드오프가스와 연소배기가스가 조합된 다음, 배기구(5)로부터 외부로 배출된다. 하지만, 본 발명은 그 밖의 방법으로도 실현될 수 있으며, 캐소드오프가스와 연소배기가스 중 어느 하나만이 배기구(5)로부터 외부로 배출될 수도 있다. 상기 바람직한 실시예들에서, 냉각수는 캐소드콘덴서(220)의 열교환기(220c)를 통해 먼저 유동한 다음, 연소배기가스콘덴서(110)의 열교환기(110c)를 통해 유동하지만, 이러한 냉각수의 순서는 반대일 수도 있다. 각각의 연료전지의 이온교환막은 고체고분자로 형성되는 것들로 국한되는 것은 아니며, 무기 재료로 형성되는 것일 수도 있다. 본 발명은 상술되고 도면에 도시된 바람직한 실시예들로 국한되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않으면서 다양한 변형예들이 가능하다는 것은 자명하다. 바람직한 일 실시예에 대한 독특한 구조는 바람직한 타 실시예들에 적용될 수 있다.

하기 기술적 개념 또한 상기 상세한 설명으로부터 파악될 수도 있다.

애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 애노드유체를 연료전지의 애노드에 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 연료전지의 캐소드로 캐소드유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함하는 연료전지시스템에 있어서, 상기 연료전지시스템은 연료전지시스템의 운전 정지 시에 배기구로부터 가스를 배출시켜 상기 배기구를 통해 배기가스로에 외부의 공기가 들어오는 것을 억제하기 위한 역류억제유닛을 포함한다. 이 경우에는, 연료전지시스템의 운전 정지 시에도, 외부의 공기가 배기구로부터 가스를 배출시켜 상기 배기구를 통해 배기가스로에 들 어가는 것이 억제된다.

본 발명은 예컨대 정치용, 차량용, 전기기기용, 전자기기용, 휴대용의 연료전지시스템에 적용가능하다.

Claims (13)

1. 애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 상기 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 상기 연료전지의 캐소드에 캐소드 유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 상기 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부에 배출시키기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함하는 연료전지시스템에 있어서,

   상기 배기가스로는 상기 배기구 측에 있는 상기 배기가스로의 단부에 역류억제유닛을 포함하고,

   상기 애노드유체공급유닛은 원료로부터 상기 연료전지의 애노드로 공급될 애노드 가스를 생성하기 위한 개질유닛 및 상기 개질유닛을 가열하기 위한 연소유닛을 포함하며,

   상기 배기가스로는 상기 연소유닛에 연결된 제1배기가스로, 및 상기 배기구를 구비하면서 상기 제1배기가스로보다 단면적이 큰 유로를 구비한 제2배기가스로를 포함하여 이루어지고,

   상기 배기구 측에 있는 상기 배기가스로의 단부는 상기 제2배기가스로인 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
2. 애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 상기 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 상기 연료전지의 캐소드에 캐소드 유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 상기 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부에 배출시키기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함하는 연료전지시스템에 있어서,

   상기 배기가스로는 상기 배기구 측에 있는 상기 배기가스로의 단부에 역류억제유닛을 포함하고,

   상기 배기구 측에 있는 상기 배기가스로의 단부는 개질기에 장착된 연소유닛으로부터 배출되는 연소배기가스와 상기 연료전지의 캐소드로부터 배출되는 캐소드오프가스를 혼합시키기 위한 혼합공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
3. 애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 상기 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 상기 연료전지의 캐소드에 캐소드 유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 상기 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부에 배출시키기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함하는 연료전지시스템에 있어서,

   상기 배기가스로는 상기 배기구 측에 있는 상기 배기가스로의 단부에 역류억제유닛을 포함하고,

   상기 연료전지시스템은 연소배기가스에 함유된 수증기를 응축시키기 위한 연소배기가스콘덴서 및 캐소드오프가스에 함유된 수증기를 응축시키기 위한 캐소드콘덴서 중 하나 이상을 포함하고, 상기 배기구 측에 있는 상기 배기가스로의 단부는 상기 배기구 측에 있는 단부에 존재하는 응축수를 중력에 의해 배출하거나 또는 상기 응축수를 중력에 의해 상기 연소배기가스콘덴서 및 상기 캐소드콘덴서 중 하나 이상으로 회수하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
4. 애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 상기 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 상기 연료전지의 캐소드에 캐소드 유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 상기 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부에 배출시키기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함하는 연료전지시스템에 있어서,

   상기 배기가스로는 상기 배기구 측에 있는 상기 배기가스로의 단부에 역류억제유닛을 포함하고,

   상기 역류억제유닛은 상기 배기구를 향하는 배플부재로 형성되며,

   상기 배플부재는 상기 배기구의 연장방향으로 연장되어 상기 배기구를 향하는 제1배플부, 및 상기 제1배플부의 단부에 연결되어 상기 배기구의 연장방향에 대해 교차방향으로 연장되는 제2배플부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
5. 애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 상기 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 상기 연료전지의 캐소드에 캐소드 유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 상기 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부에 배출시키기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함하는 연료전지시스템에 있어서,

   상기 배기가스로는 상기 배기구 측에 있는 상기 배기가스로의 단부에 역류억제유닛을 포함하고,

   상기 역류억제유닛은 상기 배기구를 향하는 배플부재로 형성되며,

   상기 배플부재는 열교환핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
6. 애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 상기 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 상기 연료전지의 캐소드에 캐소드 유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 상기 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부에 배출시키기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함하는 연료전지시스템에 있어서,

   상기 배기가스로는 상기 배기구 측에 있는 상기 배기가스로의 단부에 역류억제유닛을 포함하고,

   상기 역류억제유닛은 상기 배기가스로에서 상기 배기구 측에 배치되는 통로부분을 굴곡시켜 형성되며,

   상기 역류억제유닛을 형성하기 위한 배플부재는 상기 배기구의 연장방향으로 연장되어 상기 배기구를 향하는 제1배플부, 및 상기 제1배플부의 단부에 연결되어 상기 배기구의 연장방향에 대해 교차방향으로 연장되는 제2배플부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
7. 애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 상기 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 상기 연료전지의 캐소드에 캐소드 유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 상기 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부에 배출시키기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함하는 연료전지시스템에 있어서,

   상기 배기가스로는 상기 배기구 측에 있는 상기 배기가스로의 단부에 역류억제유닛을 포함하고,

   상기 역류억제유닛은 상기 배기가스로에서 상기 배기구 측에 배치되는 통로부분을 굴곡시켜 형성되며,

   상기 역류억제유닛을 형성하기 위한 배플부재는 열교환핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 역류억제유닛은 상기 배기구를 향하는 배플부재로 형성되며,

   상기 배플부재 및 상기 배기구가 상기 배플부재 및 상기 배기구에 대해 수직방향으로 투영되는 경우, 상기 배플부재의 투영 형상은 상기 배기구의 투영 형상에 중복되고, 상기 배플부재의 투영 면적은 상기 배기구의 투영 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 역류억제유닛은 상기 배기가스로에서 상기 배기구 측에 배치되는 통로부분을 굴곡시켜 형성되며,

   상기 통로부분과 상기 배기구를 형성하기 위한 배플부재가 상기 배플부재 및 상기 배기구에 대해 수직방향으로 투영되는 경우, 상기 배플부재의 투영 형상은 상기 배기구의 투영 형상에 중복되고, 상기 배플부재의 투영 면적은 상기 배기구의 투영 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
10. 애노드와 캐소드를 구비한 연료전지, 상기 연료전지의 애노드에 애노드 유체를 공급하기 위한 애노드유체공급유닛, 상기 연료전지의 캐소드에 캐소드 유체를 공급하기 위한 캐소드유체공급유닛, 및 상기 연료전지의 운전 시에 발생되는 배기가스를 외부에 배출시키기 위한 배기구를 구비한 배기가스로를 포함하는 연료전지시스템에 있어서, 상기 연료전지시스템은 역류억제유닛을 포함하고,

    상기 역류억제유닛은 상기 연료전지시스템의 운전 정지 시에 가스를 상기 배기구로부터 배출시켜 상기 배기구를 통해 상기 배기가스로로 외기가 들어오는 것을 억제하기 위한 가스배출유닛을 포함하고, 상기 역류억제유닛은 외부의 바람의 풍압을 검출하기 위한 풍압센서를 포함하며,

    상기 연료전지시스템의 운전 정지 시, 상기 배기구로부터 단위시간당 배출될 가스의 유량은, 상기 풍압센서에 의해 검출되는 외부 바람의 풍압이 미리 정해진 제1값보다 높을 때 상기 가스의 유량이 증가되는 방식, 및 상기 풍압센서에 의해 검출되는 외부 바람의 풍압이 미리 정해진 제2값보다 낮을 때 상기 가스의 유량이 감소되는 방식으로, 상기 풍압센서에 의해 검출되는 외부 바람의 풍압을 토대로 결정되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
11. 제1항에 있어서,

    상기 제2배기가스로는 컨테이너 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
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