KR101102198B1 - 연료전지시스템의 발전정지방법 및 발전정지수단을 구비한 연료전지시스템 - Google Patents

Abstract

본원발명에 의하면, 연료전극과 산화제전극을 포함한 연료전지; 연료용기; 및 이 연료용기로부터 상기 연료전지에 연료를 공급하는 연료유로를 구비하고, 연료전지의 운전정지시에 상기 연료전극과 상기 산화제전극 사이의 압력차를 억제가능하게 한 연료전지시스템의 발전정지방법으로서, 상기 연료용기로부터 상기 연료전지에 연료가 공급되는 것을 정지하는 연료공급정지단계; 상기 연료전극과 상기 산화제전극 사이를 단락하거나 혹은 부하에 접속해서 상기 연료유로 내의 잔류연료를 소비하는 잔류연료소비단계; 및 상기 연료유로를 대기에 개방하는 대기개방단계; 를 상기 연료전지의 운전정지시에 있어 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법이 제공된다.

Description

연료전지시스템의 발전정지방법 및 발전정지수단을 구비한 연료전지시스템{METHOD FOR STOPPING POWER GENERATION OF FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL SYSTEM INCLUDING POWER GENERATION STOPPING UNIT}

본 발명은 연료전지시스템의 발전정지방법, 및 발전정지수단을 구비한 연료전지시스템에 관한 것이다.

근년, 휴대전화, 휴대정보단말(PDA), 노트북 PC, 디지털 카메라, 디지털 캠코더 등의 휴대용 전자기기는 다기능화나 처리정보량의 증대화가 진행되어, 소비 전력량이 더욱 더 커지고 있다.

이 때문에, 탑재된 전지의 고에너지 밀도화가 강하게 요망되고 있다.

연료전지는 수소와 산소를 화학반응시켜 얻어지는 화학에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 것이다.

수소 자체의 에너지 밀도가 높고 산소를 외기로부터 취하기 때문에 캐소드측에 활물질을 미리 구비할 필요는 없다. 이 때문에, 체적당/중량당의 에너지 용량을 종래의 전지에 비해 비약적으로 높일 수 있다.

그 중에서도, 고분자형 연료전지(PEFC)는 취급성이 좋고, 저온에서의 동작이 가능해서 기동/정지가 빠르다는 등의 특징을 가지고 있기 때문에, 휴대용 전자기기 탑재용으로 적합하다.

고분자형 연료전지는 기본적으로는 프로톤 전도성 고분자 전해질막, 및 이 고분자 전해질막의 양면에 배치된 한 쌍의 전극을 포함한다.

전극은 백금 혹은 백금족 금속촉매로 이루어진 촉매층, 및 촉매층의 외면에 형성된 가스 공급과 수집을 담당하는 가스확산전극으로 구성된다.

이 전극 및 고분자 전해질막을 일체화시켜 얻어진 것을 막전극 접합체 (Membrane Electrode Assembly)라고 하고, 한 쪽의 전극에 연료(수소)를, 다른 쪽에 산화제(산소)를 공급함으로써 발전을 한다.

이때, 생성물로서 물이 발생한다. 애노드 및 캐소드에서의 반응식은 이하와 같다.

애노드: H₂ → 2H⁺ + 2e-

캐소드: 1/2 O₂ + 2H⁺ + 2e- → H₂O

1조의 막전극 접합체의 이론 전압은 약 1.23V 이다. 통상의 운전상태에 있어서, 상기 막전극 집합체는 상기 이론 전압이 0.7V 정도 일때 사용되는 일이 많다. 그 때문에, 보다 높은 기전압을 필요로 하는 경우에는, 복수의 셀유닛을 적층하고, 전기적으로 직렬화로 접속해서 사용된다.

상기한 적층구조는 연료전지스택으로 불리우고, 통상, 스택 내에서는, 산화제유로와 연료유로는 세퍼레이터로 불리우는 부재에 의해 서로 격리되어 있다.

연료전지의 연료로서는 여러 가지의 종류를 들 수 있고, 메타놀 등의 액체연료를 직접 공급하는 방식, 순수한 수소를 공급하는 방식, 액체연료를 개량해서 수소를 공급하는 방식 등이 있다.

휴대전자기기용으로는, 수소공급방식에 의해 휴대전자기기가 높은 출력을 가질수 있고, 휴대전자기기를 소형화할 수 있는 유리한 점 때문에 수소공급 방식이 바람직하다고 할 수 있다.

고분자형 연료전지에 있어서는, 연료전지의 출력단자와 부하를 서로 접속하는 회로를 개방한 상태에서 연료 및 산화제가 잔류한 상태로 방치해 두면, 연료가 고분자 전해질막을 통과하는 현상(크로스 리크)에 의한 촉매연소를 일으켜, 연료의 열화의 원인이 된다.

또, 연료 및 산화제가 잔류해서 연료전극과 산화제전극 사이에 전위차가 생기고 있는 상태로 방치해 두면, 촉매나 전해질 등의 구성재료의 열화가 촉진되는 것이 알려져 있다.

상기 열화를 방지하기 위해서, 연료전지의 동작 정지시에 있어서는, 잔류하는 연료 및 산화제를 신속하게 제거하기 위한 수단을 필요로 한다.

종래 기술에 있어서, 이러한 열화를 방지하기 위해서, 일본국 특개평07-272740호 공보에 있어서는, 연료전지 정지시에는, 불활성가스(질소)를 사용해서 가스 유로 내를 퍼지하는 방법이 제안되어 있다.

그러나, 이 방법에서는, 연료전지시스템 내에 불활성가스를 저장해 두는 용기를 탑재할 필요가 있었다.

이 경우에, 이러한 불활성가스를 얻는 방법으로서 일본국 특개2002-50372호 공보에서는 수소연소기를 사용해서 수소와 공기를 반응시킴으로써, 퍼지를 위한 불활성가스를 얻는 방법이 제안되어 있다.

또, 일본국 특개평8-255625호 공보에 있어서는, 퍼지 후, 연료전지를 발전시켜 잔류가스를 소비함으로써, 연료전지의 단자 간을 소정의 전압 이하로 감소시키는 방법이 제안되어 있다. 또, 일본국 특개2003-317770호 공보에 있어서는, 연료전지 동작 정지 후, 연료가스의 분배를 차단해서, 단자 간을 단락함으로써, 애노드 내의 연료를 소비하는 연료전지시스템이 제안되어 있다.

또, 대형의 연료전지시스템에 있어서는, 연료는 발전에서 소비되는 이상의 양을 공급, 순환시키고 있는 경우가 많은 것에 대해서, 소형 전자기기전용 연료전지에서는, 연료유로를 데드 엔드(dead end)로 해서 소비되는 양만을 보충하는 방식을 사용하는 경우가 많다.

다만, 이 경우에는, 연료유로 중에 불순물이 축적되어 시간과 함께 발전 특성이 저하하는 문제가 지적되고 있다.

그 때문에, 종래에 있어서는, 유로 내에 퍼지 밸브를 구비해서, 정기적으로 퍼지 동작이 행해지고 있었다.

특히, 미국 특허 제 6423437호 명세서에 있어서는, 데드 엔드형의 소형 연료전지에 있어서, 액티브한 퍼지 밸브를 사용하지 않고 , 패시브한 기구로 연료유로의 퍼지를 행해서, 발전 특성의 저하를 막는 기술이 개시되어 있다.

릴리프밸브란, 안전밸브라고도 불리우고, 유로 내의 압력이 소정의 압력을 초과했을 경우에 열어서, 외부에 압력을 개방하는 밸브이다.

구체적인 구조로는, 일본국 특개평06-94147에 나타내는 것과 같은 것이 있다.

한편, 체크밸브는 한 방향으로만 유체의 흐름을 허용하고, 반대 방향으로는 흐름을 저지하는 기능을 가지는 밸브이다.

체크밸브의 구체적인 구성으로는, 일본국 특개평05-126267에 나타내는 것과 같은 것이 있다.

그러나, 상기한 종래의 기술에서는, 공급가스를 발전에서 소비되는 이상의 양으로 공급해서, 유로 내에서 순환시키는 구조를 가진 연료전지시스템을 구비하고 있다.

그것들은 액티브하게 제어된 소기수단이나 배기수단을 가지기 때문에, 시스템의 대형화를 초래한다고 하는 문제가 있었다.

또, 연료전지의 연료 및 산화제전극에 저항체를 접속해서 잔류가스를 소비시키는 경우에 있어서는, 퍼지를 실시하지 않는 경우, 연료유로 혹은 산화제유로 내의 압력이 부압이 되어, 연료전극과 산화제전극 사이의 압력차가 크게 변동한다.

그 때문에, 기계적인 열화나 리크가 촉진되는 등의 문제가 있었다.

반대로, 퍼지를 행했을 경우, 미반응의 연료가 계 외부로 방출될 수 있다고 하는 문제가 있었다.

또한, 복수의 연료전지유닛을 직렬로 접속해서(스택해서) 사용하는 경우에 있어서는, 다음과 같은 문제를 가지고 있었다.

즉, 단자 간을 쇼트시키는 연료전지의 발전 성능 한계에 가까운 상태에서의 운전은, 1조의 연료전지유닛에 다른 연료전지유닛의 전압이 강제적으로 인가되는 전극(polarity inversion)현상이 일어나서, 연료전지의 열화를 일으키는 경우가 있었다.

또, 휴대전자기기 전용의 소형의 연료전지시스템에 있어서는, 산화제가스로서, 공기 중의 산소를 자연 확산에 의해 공급하고, 연료가스인 수소를 대기압보다 약간 조금 높게 설정해서, 연료유로 내에 도입·확산시키도록 되어 있다.

연료유로는, 수소의 입구측에 대해서 출구측이 기본적으로 닫혀진 비순환계인 데드 엔드의 기구를 가지고, 소비되는 연료의 양만을 보충하는 방식을 사용하는 경우가 많다.

또, 사이즈를 감소시키기 위해서 불필요한 보기류를 가능한 한 생략하는 것이 바람직하다.

그 때문에, 불활성가스의 도입 대신에 연료유로 내를 공기로 치환함으로써, 애노드인 연료전극과 캐소드인 산화제전극 간에 전위차가 생기는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

이 경우에, 소기·배기를 제어하는 콘트롤러를 사용하는 일 없이, 자율적인 제어로, 연료유로 내의 신속한 공기 치환, 및 미반응 연료의 계 외 방출의 방지의 양쪽을 달성할 수 있는 것이 요구되고 있었다.

또, 애노드와 캐소드 간의 압력차가 신속하게 해소되는 구성이 필요하다. 상기 미국 특허 제 6423437호 명세서의 것에 있어서는, 이들 점에서 반드시 만족할 수 있는 것은 아니었다.

본 발명은, 불활성가스를 사용하지 않고 연료유로 내를 공기로 치환해서, 운전정지중에 있어서의 애노드와 캐소드 간의 압력차를 억제하고, 연료전지의 열화를 억제할 수 있고 소형화가 가능한 연료전지시스템, 및 그 연료전지시스템의 발전정지방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은, 상기 공기 치환시에 운전정지중에 있어서의 애노드와 캐소드 간의 압력차를 신속하게 해소할 수 있고, 또 안전성을 향상시키는 것이 가능한 구성을 가진 연료전지시스템, 및 그 발전정지방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면, 연료전극과 산화제전극을 포함한 연료전지; 연료용기; 및 이 연료용기로부터 상기 연료전지에 연료를 공급하는 연료유로를 구비하고, 연료전지의 운전정지시에 상기 연료전극과 상기 산화제전극 사이의 압력차를 억제가능하게 한 연료전지시스템의 발전정지방법으로서,

상기 연료용기로부터 상기 연료전지에 연료가 공급되는 것을 정지하는 연료 공급정지단계;

상기 연료전극과 상기 산화제전극 사이를 단락하거나 혹은 부하에 접속해서 상기 연료유로 내의 잔류연료를 소비하는 잔류연료소비단계; 및

상기 연료유로를 대기에 개방하는 대기개방단계;

를 상기 연료전지의 운전정지시에 있어서 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 연료공급정지단계, 상기 잔류연료소비단계, 및 상기 대기개방단계 중 상기 연료공급정지단계를 최초로 행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 잔류연료소비단계와 상기 대기개방단계 중 상기 잔류연료소비단계를 먼저 행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 연료유로의 대기개방이 상기 잔류연료소비단계에 있어서의 잔류연료소비에 의해 상기 연료유로 내의 압력이 대기압에 대해서 부압이 되었을 때에 개시되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 연료유로의 대기개방이 상기 연료전지의 기전력이 미리 설정된 값 이하가 되었을 때에 개시되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 연료유로의 대기개방이 상기 연료유로 내의 압력이 미리 설정된 값 이하가 되었을 때에 개시되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 연료유로의 대기개방이, 상기 잔류연료소비단계와 상기 연료유로의 대기개방단계 중 상기 잔류연료소비단계가 먼저 행해지고, 미리 설정된 시간이 경과했을 때에 개시되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 연료의 공급정지가 상기 연료유로에 설치된 연료공급밸브의 폐쇄 혹은 상기 연료용기와 상기 연료전지의 접속의 해제에 의해 행해지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 연료유로의 대기개방이 상기 연료유로에 설치된 유로개방구의 개방, 상기 연료용기와 연료전지의 접속의 해제, 또는 상기 연료유로와 대기 사이에 배치된 부압동작밸브의 동작 중 어느 하나에 의해 행해지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 연료전극과 상기 산화제전극 간의 단락 혹은 부하에의 접속이 적어도 상기 연료전지의 기전력이 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 계속되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 연료전극과 상기 산화제전극 간의 단락 혹은 부하에의 접속이 적어도 미리 설정된 시간이 경과할 때까지 계속되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 연료전지는 복수의 연료전지유닛을 적층한 연료전지스택으로 구성되고, 상기 연료전극과 산화제전극 간의 단락 혹은 부하에의 접속이 상기 연료전지유닛마다의 상기 연료전극과 산화제전극 간 혹은 상기 연료전지스택의 출력단자 간에 행해지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 산화제전극은 대기에 개방된 유로를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템의 발전정지방법에 있어서, 상기 연료전지가, 일단에 연료를 공급하는 연료입구부를, 타단에 상기 대기개방단계에서 상기 연료유로를 대기에 개방하는 유로개방구를 가지고, 상기 유로개방구는 적어도 통상 발전 중에는 닫혀져 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템은:

연료전극과 산화제전극을 포함한 연료전지;

연료 용기;

상기 연료용기로부터 상기 연료전지에 연료를 공급하는 연료유로;

상기 연료전지와 상기 연료용기 사이에 있어서의 상기 연료유로 내에 배치된 연료의 공급을 제어하는 연료공급제어수단;

상기 연료전지의 연료전극과 산화제전극 사이에 저항체를 접속하는 연료소비 수단; 및

상기 연료전지시스템 내에 설치된, 상기 유로를 대기에 개방하는 대기개방수단;

을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템에 있어서, 상기 대기개방수단이 상기 연료유로에 설치된 유로개방구를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템에 있어서, 상기 대기개방수단이 상기 연료용기와 상기 연료전지의 접속의 해제에 의해 상기 연료유로에 대기가 유입하는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템에 있어서, 상기 대기개방수단이 연료유로 내의 압력이 대기압 이상인 때는 닫힌 상태로, 대기압 미만인 때는 열린 상태로 동작하는, 상기 연료유로와 대기 사이에 배치된 부압동작밸브를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템에 있어서, 상기 부압동작밸브가 상기 대기 쪽으로부터 상기 연료유로 쪽으로의 한 방향으로만 유체가 흐르도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의하면, 연료전지시스템에 있어서, 상기 부압동작밸브가 미리 설정된 대기압 미만의 압력에 의해 열리도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은 첨부도면을 참조한 예시적인 실시예의 다음 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태1에 있어서의 연료전지시스템의 개략 구성을 나타내는 도면;

도 2는 본 발명의 실시형태1에 있어서의 연료전지시스템의 제1발전정지방법을 설명하기 위한 플로차트;

도 3은 본 발명의 실시형태1에 있어서의 연료전지시스템의 제2발전정지방법을 설명하기 위한 플로차트;

도 4는 본 발명의 실시형태2에 있어서의 제1연료전지시스템의 개략 구성을 나타내는 도면;

도 5는 본 발명의 실시형태2에 있어서의 연료전지시스템의 제1발전정지방법 을 설명하기 위한 플로차트;

도 6은 본 발명의 실시형태2에 있어서의 제2연료전지의 시스템을 나타내는 개요도;

도 7은 본 발명의 실시형태2에 있어서의 연료전지시스템의 제2발전정지방법을 설명하기 위한 플로차트;

도 8은 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 연료전지시스템의 개략 구성을 나타내는 도면;

도 9는 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 연료전지시스템의 발전정지방법을 설명하기 위한 플로차트;

도 10은 본 발명의 실시형태 4에 있어서의 연료전지시스템의 개략 구성을 나타내는 도면;

도 11은 본 발명의 실시형태 5에 있어서의 연료전지시스템의 개략 구성을 나타내는 도면;

도 12는 본 발명의 실시형태에 있어서의 제1잉여전력 소비방법을 설명하기 위한 개요도;

도 13은 본 발명의 실시형태에 있어서의 제2잉여전력 소비방법을 설명하기 위한 개요도;

도 14는 본 발명의 연료전지를 디지털 카메라에 연료전지시스템이 탑재된한 구성을 나타내는 사시 개요도.

본 발명의 실시형태를 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.

본 발명에 있어서, "연료전지의 운전정지"는 연료전지시스템의 발전이 정지되는 하나의 스텝을 나타내며, 연료공급을 정지하는 스텝, 잔류연료를 소비하는 스텝 및 대기에 개방하는 스텝을 포함한다. 이들 스텝의 상세는 후에 설명한다. 연료전지시스템의 발전이 정지되면, "연료전지의 운전정지"의 스텝에 부가해서, 발전정지신호를 연료전지시스템으로부터 외부로 전달하는 스텝 및 발전정지의 완료시까지의 추정시간을 표시하는 스텝 등의 다른 스텝이 있을 수도 있다.

[실시형태1]

실시형태1에 있어서는, 본 발명을 적용한 연료전지시스템 및 그 발전정지방법에 대해 설명한다.

도 1에 본 실시형태의 연료전지시스템의 개략도를 나타낸다.

도 1에 있어서, (1)은 연료전지, (2)는 연료탱크, (3)은 연료공급밸브, (4)는 유로개방구, (5)는 출력단자, (6)은 스위치, (8)은 운전상황검지기구이다.

본 실시형태의 연료전지시스템에서는, 연료탱크(2)에는 연료가 저장되어 있어, 연료유로를 통과해서 연료전지(1)에 공급된다.

연료로는, 예를 들면 수소를 사용할 수 있고, 수소저장합금 등을 연료탱크(2)에 충전해 두면, 다른 수소공급방법에 비해 저압에서 효율적으로 수소를 저장할 수 있다.

또, 연료유로 내에는 연료탱크(2)로부터 연료전지(1)에의 연료의 공급을 제어하는 연료공급밸브(3) 및 연료유로를 대기에 개방하는 유로개방구(4)가 설치되어 있다.

한편, 산화제로서는 대기를 통기공으로부터 자연 확산에 의해 도입할 수 있다. 발전된 전력은 출력단자(5)를 통해서 외부 기기에 공급된다.

다음에, 본 실시형태의 발전정지방법에 대해 설명한다.

도 2는 본 실시형태에 있어서의 제1발전정지방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 우선, 연료전지의 발전 중에는, 연료공급밸브(3)가 열려, 연료가 애노드인 연료전극에 공급되고, 대기가 캐소드인 산화제전극에 면한 통기공으로부터 공급되고 있다.

운전상황검지기구(8)가 연료전지시스템이 탑재된 기기로부터 연료전지의 발전정지명령을 받으면, 우선, 연료공급밸브를 닫아 연료의 공급을 정지한다.

다음에, 유로개방구(4)를 열어 연료유로 내의 연료 농도를 내린다.

또한, 도 12에 나타내는 바와 같이, 스위치(6)를 닫음으로써, 연료전지를 단락 혹은 부하에 의한 발전을 행해서, 유로 내의 잔류연료를 소비한다.

잔류연료의 소비는, 적어도 소정의 시간을 경과하든지 혹은 연료전지의 출력단자 간의 전압이 일정 전압(예를 들면 1OmV) 이하가 될 때까지 계속된다. 그러나, 다음의 발전 개시까지 단락 혹은 부하 접속을 계속해도 된다.

또, 유로개방구(4)를 열어 연료유로 내의 연료 농도를 감소시키는 타이밍은 상기 연료전지의 기전력이 소정의 값 이하가 되었을 때라도 된다.

또, 유로개방구(4)를 열어 연료유로 내의 연료 농도를 감소시키는 타이밍은 상기 연료유로 내의 압력이 소정의 값 이하가 되었을 때라도 된다.

상기 연료유로 내의 압력이 부압이 되었을 때에 유로개방구(4)가 열리도록 설정함으로써, 유로 내의 잔류연료가 연료전지시스템 외로 배출되지 않는다. 따라서, 대기 개방에 수반하는 애노드 내의 압력 변화가 적어서, 구성 재료에의 부하가 적기 때문에 상기 설정이 바람직하다. 또한, 상기 연료유로 내의 압력이 대기압보다 낮은 소정의 값이 되었을 때에 유로개방구(4)가 열리도록 설정함으로써, 애노드에 있어서의 잔류연료가 보다 적어지기 때문에, 촉매 연소에 의한 구성 재료의 열화가 더욱 억제되어 바람직하다.

또, 유로개방구(4)를 열어 연료유로 내의 연료 농도를 감소시키는 타이밍은 상기 연료전지의 전극 간을 단락, 혹은 부하에 접속 후, 소정의 시간이 경과했을 때라도 된다.

또, 본 실시형태의 연료전지를, 도 14에 나타내는 바와 같이, 디지털 카메라등의 전자기기에 탑재해서 사용할 때에는, 발전 요구와 발전정지 요구가 단기간의 사이에 반복되는 경우가 있다.

그 때문에, 발전정지 명령 후, 소정의 시간 내에 다음의 발전 요구가 없었던 경우에만, 본 발명의 발전정지방법을 채용하도록 하면, 연료의 낭비를 막아, 부하 응답성을 향상시킬 수 있다.

또, 연료유로 내의 잔류연료를 소비하기 위해서, 연료전지의 단락 혹은 부하에의 접속을, 도 12에 나타내는 바와 같이, 연료전지의 출력단자 간에 행할 뿐만 아니라, 다음과 같이 구성할 수 있다.

즉, 연료전지가 복수의 연료전지유닛(37)을 가진 연료전지스택(38)을 포함하는 경우에는, 연료전지유닛(37)의 스택 수가 많을 때나, 연료유로 내의 연료 농도가 높을 때나, 인가된 부하가 작은 때에는, 연료전지유닛의 일부가 전극(polarity inversion)을 일으킬 가능성이 있다. 스위치(6(36))가 구비되어 있는 것에 유의한다.

이러한 경우, 연료전지의 단락 혹은 부하에 의한 발전은, 도 13에 나타내는 바와 같이, 개별의 연료전지유닛마다 행하면 유효하다. 도 12와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

또, 본 실시형태에 있어서, 상기 제1발전정지방법과는 다른 형태의 발전정지방법을 채용할 수 있다.

도 3에 본 실시형태에 있어서의 제2발전정지방법을 설명하기 위한 플로차트를 나타낸다.

이 발전정지방법에 의하면, 연료전지의 단락 혹은 부하에 의한 발전을 행한 후에, 유로개방구(4)를 열어, 연료유로를 대기에 노출하도록 함으로써, 애노드와 캐소드 간에서의 압력차가 해소된다.

따라서, 단락 혹은 부하에 의한 연료전지의 발전을 행해서, 유로 내의 잔류 연료를 소비한 후, 유로개방구(4)가 열림으로써, 미반응의 연료가 외부에 방출되는 것을 방지할 수 있다.

또, 이 방법에 의하면, 외부로부터 혼입된 산소와 연료가 애노드 촉매 근방에서 촉매 연소를 일으키는 것에 의한 연료전지의 열화를 방지할 수 있어 또한 바람직하다.

[실시형태2]

실시형태2에 있어서는, 실시형태1과 다른 형태에 의한 연료전지시스템과 그 발전정지방법에 대해 설명한다.

도 4에 본 실시형태의 제1연료전지시스템의 개략도를 나타낸다.

도 4에 있어서, (101)은 연료전지측 연료공급구(통상 개방), (102)는 연료탱크측 연료공급구이다. 또한, 상기한 도 1에 나타내는 실시형태1과 공통의 구성에는 동일한 부호가 사용되고 있어, 중복하는 구성의 설명은 생략한다.

본 실시형태의 연료전지시스템에 의하면, 실시형태1과 마찬가지의 구조를 가지고, 연료탱크(2)에는 연료가 저장되어 있어, 연료유로를 통과해서 연료전지(1)에 공급된다.

연료탱크와 연료전지는 연결기에 의해 접속되고, 연료탱크측의 연료공급구 (102)의 커플링은 연결기가 접속되어 있으면 열리고, 연결기가 이탈되어 있으면 닫히게(통상 폐쇄) 되어 있다.

한편, 연료전지측의 연료공급구(101)의 커플링은 상시 열려 있다(통상 개방).

다음에, 본 실시형태의 발전정지방법에 대해 설명한다.

도 5에 본 실시형태에 있어서의 제1발전정지방법을 설명하기 위한 플로차트를 나타낸다.

도 5에 있어서, 우선, 연료탱크(2)를 연료전지(1)에 접속하면, 탱크측의 연료공급구(102)의 커플링이 개방되어, 연료가 연료전지(1)에 공급된다.

발전 중에는, 연료가 애노드에 공급되고, 대기가 캐소드에 면한 통기공으로부터 공급되고 있다.

연료전지시스템이 탑재된 기기로부터 연료전지의 발전정지 명령을 받으면, 우선, 연료탱크(2)를 연료전지(1)로부터 분리함으로써, 연료의 공급을 정지한다.

연료유로 내에는 연료전지측의 연료공급구(101)로부터 대기가 유입된다.

또한, 도 12에 나타내는 바와 같이, 연료전지의 출력단자 사이에 설치된 스위치(6)를 닫음으로써, 단락 혹은 부하에 의한 연료전지의 발전을 행해서, 유로 내의 잔류연료를 소비한다. 잔류연료의 소비는, 적어도 소정의 시간을 경과하든지 혹은 연료전지의 출력단자 간의 전압이 일정 전압(예를 들면 1OmV) 이하가 될 때까지 계속된다. 그러나, 다음의 발전 개시까지 단락 혹은 부하 접속을 계속해도 된다.

또, 유로개방구(4)를 열어 연료유로 내의 연료 농도를 감소시키는 타이밍은 상기 연료전지의 기전력이 소정의 값 이하가 되었을 때라도 된다.

또, 유로개방구(4)를 열어 연료유로 내의 연료 농도를 감소시키는 타이밍은 상기 애노드 내의 압력이 소정의 값 이하가 되었을 때라도 된다.

또, 유로개방구(4)를 열어 연료유로 내의 연료 농도를 감소시키는 타이밍은 상기 연료전지의 전극 간을 단락 혹은 부하에 접속 후, 소정의 시간이 경과했을 때 라도 된다.

또, 본 실시형태의 연료전지를, 도 14에 나타내는 바와 같이, 디지털 카메라 등의 전자기기에 탑재해서 사용할 때에는, 발전 요구와 발전정지 요구가 단기간에 반복되는 경우가 있다.

그 때문에, 발전정지 명령 후, 소정의 시간 내에 발전 요구가 없는 경우에만, 본 발명의 발전정지방법을 채용하도록 하면, 연료의 낭비를 막아, 부하 응답성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.

또, 연료유로 내의 잔류연료를 소비하기 위해서, 연료전지의 단락 혹은 부하에의 접속을, 도 12에 나타내는 바와 같이, 연료전지의 출력단자 간에 행할 뿐만 아니라, 다음과 같이 구성할 수도 있다.

즉, 연료전지가 복수의 연료전지유닛(37)을 가진 연료전지스택(38)을 포함하는는 경우에는, 연료전지유닛(37)의 스택 수가 많거나, 연료유로 내의 연료 농도가 높거나, 인가된 부하가 작은 경우에는, 연료전지유닛의 일부가 전극을 일으킬 가능성이 있다.

그 때문에, 이러한 경우, 단락 혹은 부하에 의한 연료전지의 발전은, 도 13에 나타내는 바와 같이, 개별의 연료전지유닛마다 행하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 있어서는, 제1연료전지시스템과는 다른 형태의 구성을 채용할 수도 있다.

도 6에 본 실시형태에 있어서의 제2연료전지시스템의 개략 구성을 설명하는 도면을 나타낸다. 도 4와 동일한 참조번호는 도 4와 동일한 부재를 나타낸다.

이 형태에 있어서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 연료전지의 연료전지유닛과 하나의 커플링 사이의 연료유로에 연료공급밸브(3)가 설치된다.

이 경우에 있어서, 발전정지 명령을 받으면, 도 5에 나타내는 제1발전정지방법을 행해도 되지만, 또는, 이것과는 다른 제2발전정지방법을 행하도록 해도 된다. 도 7에 본 실시형태에 있어서의 제2발전정지방법을 설명하기 위한 플로차트를 나타낸다.

도 7에 있어서, 연료전지시스템이 탑재된 기기로부터 연료전지의 발전정지 명령을 받으면, 우선, 연료공급밸브(3)를 닫아 연료의 공급을 정지한다.

다음에, 스위치(6)를 닫음으로써, 연료전지의 단락 혹은 부하에 의한 발전을 행해서, 유로 내의 잔류연료를 소비한다.

잔류연료의 소비는 적어도 소정의 시간이 경과하든지 혹은 연료전지의 출력 단자 간의 전압이 일정 전압(예를 들면 1OmV) 이하가 될 때까지 계속된다. 그러나, 다음의 발전 개시까지 단락 혹은 부하 접속을 계속해도 된다.

마지막으로, 연료탱크(2)를 연료전지(1)로부터 분리하고, 연료공급밸브(3)를 열어 연료유로 내를 대기에 노출시킨다.

이 제2발전정지방법에 의하면, 연료가 외부에 방출되는 것을 막을 수 있고, 또한 외부로부터 혼입된 산소와 연료가 애노드 촉매 근방에서 촉매 연소를 일으키는 것에 의한 연료전지의 열화를 막을 수 있으므로, 또한 바람직하다.

이상에서 설명한 실시형태1 및 실시형태2의 연료전지시스템 및 그 발전정지방법에 의하면, 불활성가스를 사용하지 않고, 운전정지중에 있어서의 애노드와 캐소드 간의 압력차를 감소시킬 수 있고, 연료전지의 열화를 억제해서 소형화를 실현할 수 있다.

[실시형태 3]

실시형태 3에 있어서는, 운전정지중에 있어서의 애노드와 캐소드 간의 압력차를 신속하게 해소할 수 있는 구성예에 의한 연료전지시스템과 그 발전정지방법에 대해서 설명한다.

도 8에 본 실시형태의 연료전지시스템의 개략도를 나타낸다.

도 8에 있어서, (11)은 연료전지, (12)는 연료탱크, (13)은 연료공급제어수단, (14)는 연료소비수단, (15)는 부압동작밸브이다.

본 실시형태의 연료전지는, 연료전극과 산화제전극을 가진 연료전지(11), 연료전지에 연료유로를 통해 연료를 공급하는 연료탱크(12), 및 연료전지와 연료 탱크 사이의 연료유로에 배치된, 연료의 공급을 제어하는 연료공급제어수단(13)을 구비하고 있다.

또, 연료전극과 산화제전극을 서로 접속하는 저항체를 구비하는 연료소비수단(14)을 구비하고 있다.

또, 대기로부터 연료유로를 분리하도록 배치되고, 연료유로 내의 압력이 대기압 이상인 때는 부압동작밸브(15)는 닫힌 상태에 있고, 상기 압력이 대기압 미만인 때는 부압동작밸브(15)는 열린 상태에 있다.

연료전지(11)는 프로톤 전도성 고분자 전해질과 2개의 전극, 즉 애노드인 연료전극과 캐소드인 산화제전극을 가지며, 연료전극과 산화제전극은 각각 촉매층과 가스확산층을 포함하고, 프로톤 전도성 고분자 전해질은 촉매층과 가스확산층 사이에 끼워져 있다.

연료전극에는 연료탱크로부터 수소연료가 공급되고, 산화제전극에는 산소가 공기의 자연 확산에 의해 공급된다.

고분자 전해질막에는 어떠한 것을 사용해도 되지만, 퍼플루오로술폰산계의 프로톤 교환 수지막이 바람직하다.

각 전극에 있어서, 백금흑이나 백금담지카본 등의 촉매담지입자와 고분자 전해질 용액이나 이소프로필 알콜 등의 유기용매를 혼합함으로써 촉매잉크를 제작한다.

그리고, 이 잉크를 스프레이 도공법, 스크린 인쇄법, 독터 블레이드법 등에 의해 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 고분자 필름, 도전성 다공질체의 카본 전극 기판 등에 성막함으로써 촉매층이 제작된다.

얻어진 촉매층을 고분자 전해질막의 양면에 촉매가 담지된 쪽을 안쪽으로 해서, 열전사 등으로 압착함으로써 고분자형 연료전지용의 막전극 접합체를 얻을 수 있다.

연료탱크(12)로서는, 수소연료를 연료전지에 공급할 수 있는 것이라면, 어떠한 것을 사용해도 된다.

예를 들면, 연료탱크(12)에 수소저장합금을 충전해 두면, 보다 저압으로 효율적으로 수소를 저장할 수 있다.

또, 메탄올이나 에탄올 등의 액체연료 및 그 개질기를 가지고, 연료전지에 수소를 보내는 구성이라도 된다.

연료유로는, 연료탱크로부터 공급된 수소연료를 계 외로 리크시키는 일이 없도록 부품 간의 접속부분 등에는 밀봉처리가 실시되어, 밀폐상태로 유지되는 구성을 가지고 있다.

연료공급제어수단(13)은, 구동시에는 연료탱크로부터 연료전지에의 연료의 공급을 가능하게 하고, 정지시에는 기기측으로부터 정지신호를 받음으로써 연료의 공급을 차단한다.

또, 연료탱크와 연료전지는 연결기에 의해 접속되고, 접속구의 커플링은, 연결기가 접속되어 있으면 열림, 연결기가 이탈되어 있으면 닫는 구성을 취하고, 정지시에 연료탱크를 이탈시킴으로써 연료공급을 차단하는 방법이라도 된다.

연료소비수단(14)은, 정지시에 있어서, 연료전지의 연료전극과 산화제전극 사이에 저항체를 접속해서, 연료유로 내에 잔류하는 연료를 소비시킨다.

저항체의 접속은, 적어도 소정의 시간을 경과하든지 혹은 연료전지의 전위차가 일정 전압(예를 들면 1OmV) 이하가 될 때까지 계속된다. 그러나, 접속은 다음의 발전 개시까지 계속되어도 된다. 또, 연료전지 스택에 있어서는, 적층 연료전지유닛 사이에서 전압에 불균일이 생겨, 일부 연료전지유닛에 있어서 전극할 우려가 있기 때문에, 출력단자 사이의 접속은 개별의 연료전지유닛 마다 행하는 것이 바람직하다.

부압동작밸브(15)는 연료유로 내의 압력과 대기압 사이의 관계에 따라 개폐하는 밸브이며, 연료유로 내의 압력이 대기압 이상인 때는 닫힌 상태를 취해서 연료유로를 데드 앤드로 하고, 대기압 미만인 때는 열린 상태를 취해서, 연료유로를 대기에 개방한다. 이 부압동작밸브의 배치의 개소는 특히 한정되는 것이 아니고, 연료유로의 임의의 개소라도 된다.

또, 기체의 흐름은, 연료가 대기 쪽에 유출하는 일 없이, 대기만이 연료유로 내에 유입하는 구성이 바람직하다.

상기한 한 방향만의 유체의 흐름방향을 제어하는 밸브로서, 예를 들면 체크밸브나 릴리프밸브 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

다음에, 본 실시형태의 발전정지방법에 대해 설명한다.

도 9에 본 실시형태에 있어서의 발전정지방법을 설명하기 위한 플로차트를 나타낸다.

도 9에 있어서, 연료전지시스템이 탑재된 기기로부터 연료전지의 발전정지 명령을 받으면, 우선, 연료공급제어수단이 연료탱크와 연료전지 사이의 유로를 차단해서, 연료의 공급을 정지시킨다.

다음에, 연료소비수단에 의해 연료전지의 연료전극과 산화제전극 사이에 저항체를 접속해서, 연료유로 내에 잔류하는 수소연료를 소비한다.

밀폐된 유로 내의 수소가 소비됨으로써, 연료유로 내의 압력은 내려가지만, 이 압력이 대기압보다 작아지면, 압력차이로 인해 부압동작밸브가 자동적으로 개방된다.

그 결과, 공기가 연료유로 내에 유입해서, 공기 치환이 행해진다.

이에 의해, 연료전지가 정지되면, 연료유로 내의 공기 치환에 대해, 소기수단 및 배기수단 등의 기구를 생략해서, 수동적인 제어를 가능하게 하기 위한 소형화를 꾀하는 것이 가능해진다.

또, 연료전지의 연료전극과 산화제전극 사이에 저항체를 접속해서, 연료유로 내에 잔류하는 수소 연료를 소비한 후, 공기치환이 행해짐으로써, 미반응의 연료의 계 외에의 방출을 막을 수 있다.

또, 연료유로 내에 부압의 상태에서 공기가 유입하기 때문에, 신속한 공기 치환이 행해지고, 연료전극과 산화제전극 사이의 압력차가 신속하게 해소된다.

그 결과, 잔류연료를 소비해서, 양극에 공기를 공급함으로써, 전위차가 거의 없는 상태에서 연료전지를 정지할 수 있다.

이 때문에, 정지시에 있어서의 연료전지의 열화를 억제하는 것이 가능해진다.

[실시형태 4]

실시형태 4에 있어서, 연료탱크에 수소저장합금이 충전된 연료탱크를 사용하고, 부압동작밸브로서 체크밸브를 사용한 구성예에 대해서 설명한다.

도 10에 본 실시형태의 연료전지시스템의 개략도를 나타낸다.

(31)은 연료전지, (32)는 연료탱크, (33)은 연료공급밸브, (34)는 체크밸브, (35)는 연료소비수단이다.

본 실시형태에 있어서, 연료탱크(32)에는 수소저장합금이 충전되고, 그 안에 수소연료가 저장되어 있어, 연료유로를 통과해서 연료전지(31)에 공급된다.

또, 연료유로 내에는 연료탱크로부터 연료전지에의 연료의 공급을 제어하는 연료공급밸브(33), 및 연료유로와 대기 사이의 격벽에 배치된 체크밸브(34)가 설치되어 있다.

체크밸브는 연료유로 쪽으로부터 대기 쪽으로의 유체의 흐름은 차단하고, 대기 쪽으로부터 연료유로 쪽으로의 유체의 흐름만을 가능하게 한다.

한편, 산화제로서는 공기를 통기공으로부터 자연 확산에 의해 도입할 수 있다. 발전된 전력은 출력단자를 통해서 외부기기에 공급된다.

연료전지의 발전 중에는 연료공급밸브가 열려, 연료가 연료전극에 공급되고, 공기가 산화제전극에 면한 통기공으로부터 공급되고 있다. 연료전지시스템이 탑재된 기기로부터 연료전지의 발전정지 명령을 받으면, 우선, 연료공급밸브를 닫아 연료의 공급을 정지하고, 연료유로 내를 밀폐한다.

다음에, 도 12에 나타내는 바와 같이, 연료소비수단(35)의 구성인 스위치(36)를 닫아 연료전지를 단락 혹은 부하에 의한 발전을 행함으로써, 연료유로 내의 잔류연료를 소비한다.

연료유로 내는 연료의 소비에 따라 감압된다. 그 결과, 대기압보다 부압이 된다.

그 후, 연료유로와 대기의 압력차로 인해, 체크밸브를 통해 공기가 연료유로 내로 유입함으로써, 연료유로 내를 공기로 치환한다. 이에 의해, 연료전극과 산화제전극 사이의 압력차는 거의 제로에 가까운 상태로 유지된다.

잔류연료의 소비는, 적어도 소정의 시간을 경과하든지 혹은 연료전지의 출력 단자 간의 전압이 일정 전압(예를 들면 1OmV) 이하가 될 때까지 계속된다. 그러나, 다음의 발전 개시까지 단락 혹은 부하 접속을 계속해도 된다.

또, 본 실시형태의 연료전지를, 도 14에 나타내는 바와 같이, 디지털 카메라 등의 전자기기에 연료전지시스템을 탑재해서 사용할 때에는, 발전 요구와 발전정지 요구가 단기간에 반복되는 경우가 있다. 그 때문에, 발전정지 명령 후, 소정의 시 간 내에 발전 요구가 없는 경우에만 본 발명의 정지동작을 채용하도록 하면, 연료의 낭비를 막아, 부하 응답성을 향상시킬 수 있다.

또한 연료전지가 복수의 연료전지유닛(37)을 가진 연료전지스택(38)을 포함하는 경우에는, 연료전지스택의 출력단자 간에 단락 혹은 부하에 의한 발전을 행하면, 셀 간에서의 전압분포에 불균일이 생겨, 연료전지유닛의 일부가 전극을 일으킬 가능성이 있다. 그 때문에, 이러한 경우, 연료전지의 단락 혹은 부하에 의한 발전은, 도 13에 나타내는 바와 같이, 개별의 연료전지유닛마다 행하는 것이 바람직하다.

[실시형태 5]

실시형태 5에 있어서, 수소저장합금이 충전된 연료탱크가 사용되고, 부압동작밸브로서 릴리프밸브가 사용된 구성예에 대해 설명한다.

도 11에 본 실시형태의 구성을 나타낸다.

본 실시형태는 릴리프밸브를 제외하고는 상기한 도 10에 나타내는 실시형태 4와 기본적으로 동일하고, 공통의 구성에는 동일한 부호가 사용되고 있다.

도 10의 실시형태 4와 마찬가지로, 연료탱크(32)에는 수소저장합금이 충전되어 있고, 그 안에는 수소연료가 저장되어 있다. 연료는 연료공급밸브(33)의 제어에 의해 연료유로를 통과해서 연료전지(31)에 공급된다.

연료유로와 대기 사이의 격벽에는 체크밸브 대신에 릴리프밸브(40)가 설치되어 있다. 릴리프밸브는 연료유로와 대기의 압력의 관계에 따라 개폐를 행하고, 연료유로 내의 압력이 대기압 이상인 때는 닫힌 상태이며, 연료유로 내의 압력이 대 기압 미만인 때는 열린 상태를 취하도록 설치되어 있다.

또, 릴리프밸브는 연료유로 쪽으로부터 대기 쪽으로의 유체의 흐름은 차단하고, 대기 쪽으로부터 연료유로 쪽으로의 유체의 흐름만을 가능하게 한다. 한편, 산화제로서는 공기를 통기공으로부터 자연 확산에 의해 도입할 수 있다. 발전된 전력은 출력단자를 통해서 외부기기에 공급된다.

연료전지의 발전 중에는, 연료공급밸브가 열려, 연료가 연료전극에 공급되고, 공기가 산화제전극에 면한 통기공으로부터 공급되고 있다.

연료전지시스템이 탑재된 기기로부터 연료전지의 발전정지 명령을 받으면, 우선, 연료공급밸브를 닫아, 연료의 공급을 정지하고, 연료유로 내를 밀폐한다.

다음에, 도 12 혹은 도 13에 나타내는 바와 같이, 연료소비수단(35)의 구성인 스위치(36)를 닫아 연료전지를 단락 혹은 부하에 의한 발전을 행함으로써, 연료유로 내의 잔류연료를 소비한다.

연료유로 내는 연료의 소비에 따라 감압된다. 그 결과, 대기압보다 부압이 된다.

그 후, 연료유로와 대기의 압력차로 인해 릴리프밸브가 개방된다. 공기는 이 개구부를 통해 연료유로 내로 유입해서, 연료유로 내를 공기로 치환한다.

이에 의해, 연료전극과 산화제전극 사이의 압력차는 거의 제로에 가까운 상태로 유지된다.

또, 릴리프밸브 개구부의 설정동작압을 대기압 미만의 소정치로 설정함으로써, 연료유로 내의 연료가 확실히 소비된 후, 밸브를 개방하는 것이 가능해진다.

또, 릴리프밸브의 개구부 동작의 설정압력은 반드시 대기압 미만일 필요는 없다. 릴리프밸브의 개구부 동작에 시간지연이 생기는 경우에는, 시간지연 사이의 연료소비에 의한 과도한 부압에의 이행의 가능성을 고려해서, 설정압을 대기압보다 약간 높게 설정하는 것도 가능하다.

잔류연료의 소비는 적어도 소정의 시간을 경과하든지 혹은 연료전지의 출력 단자 사이의 전압이 일정 전압(예를 들면 1OmV) 이하가 될 때까지 계속된다. 그러나, 발전 개시까지 단락 혹은 부하 접속을 계속해도 된다.

또, 도 14에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 연료전지를 디지털 카메라등의 전자기기에 연료전지시스템을 탑재해서 사용할 때에는, 발전 요구와 발전정지 요구가 단기간에 반복되는 경우가 있다.

그 때문에, 발전정지 명령 후, 소정의 시간 내에 발전 요구가 없는 경우에만, 본 실시형태의 정지동작을 채용하도록 하면, 연료의 낭비를 막아, 부하 응답성을 향상시킬 수 있다.

본 발명을 예시적인 실시형태를 참조해서 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적인 실시형태에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 다음의 특허청구의 범위는 모든 이러한 변형예 및 동등한 구성 및 기능을 망라하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

이 출원은 여기에 전체로서 참조함으로써 본 명세서에 포함되는, 2006년 8월 29일자로 출원된 일본국 특허출원 제 2006-232719호의 이익을 주장한다.

Claims (20)

1. 연료전극과 산화제전극을 포함한 연료전지; 연료용기; 및 이 연료용기로부터 상기 연료전지에 연료를 공급하는 연료유로를 구비하고, 연료전지의 운전정지시에 상기 연료전극과 상기 산화제전극 사이의 압력차를 억제가능하게 한 연료전지시스템의 발전정지방법으로서,

   상기 연료용기로부터 상기 연료전지에 연료가 공급되는 것을 정지하는 연료 공급정지단계;

   상기 연료전극과 상기 산화제전극 사이를 단락하거나 혹은 부하에 접속해서 상기 연료유로 내의 잔류연료를 소비하는 잔류연료소비단계; 및

   상기 연료유로를 대기에 개방하는 대기개방단계;

   를 상기 연료전지의 운전정지시에 있어서 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연료공급정지단계, 상기 잔류연료소비단계, 및 상기 대기개방단계 중 상기 연료공급정지단계를 최초로 행하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 잔류연료소비단계와 상기 대기개방단계 중 상기 잔류연료소비단계를 먼저 행하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 연료유로의 대기개방이 상기 잔류연료소비단계에 있어서의 잔류연료소비에 의해 상기 연료유로 내의 압력이 대기압에 대해서 부압이 되었을 때에 개시되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
5. 제3항에 있어서,

   상기 연료유로의 대기개방이 상기 연료전지의 기전력이 미리 설정된 값 이하가 되었을 때에 개시되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
6. 제3항에 있어서,

   상기 연료유로의 대기개방이 상기 연료유로 내의 압력이 미리 설정된 값 이하가 되었을 때에 개시되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
7. 제3항에 있어서,

   상기 연료유로의 대기개방이, 상기 잔류연료소비단계와 상기 연료유로의 대기개방단계 중 상기 잔류연료소비단계가 먼저 행해지고, 미리 설정된 시간이 경과했을 때에 개시되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 연료의 공급정지가 상기 연료유로에 설치된 연료공급밸브의 폐쇄 혹은 상기 연료용기와 상기 연료전지의 접속의 해제에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 연료유로의 대기개방이 상기 연료유로에 설치된 유로개방구를 개방하거나, 상기 연료용기와 상기 연료전지의 접속을 해제하거나, 또는 상기 연료유로와 대기 사이에 배치된 부압동작밸브를 동작시킴으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 연료전극과 상기 산화제전극 간의 단락 혹은 부하에의 접속이 상기 연료전지의 기전력이 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 계속되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 연료전극과 상기 산화제전극 간의 단락 혹은 부하에의 접속이 미리 설정된 시간이 경과할 때까지 계속되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
12. 제1항에 있어서,

    상기 연료전지는 복수의 연료전지유닛을 적층한 연료전지스택으로 구성되고,

    상기 연료전극과 상기 산화제전극 간의 단락 혹은 부하에의 접속이 상기 연료전지유닛마다의 상기 연료전극과 상기 산화제전극 간 혹은 상기 연료전지스택의 출력단자 간에 행해지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
13. 제1항에 있어서,

    상기 산화제전극은 대기에 개방된 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
14. 제1항에 있어서,

    상기 연료전지가, 일단에 연료를 공급하는 연료 입구부를, 타단에 상기 연료유로의 대기개방단계에서 상기 연료유로를 대기에 개방하는 유로개방구를 가지고,

    상기 유로개방구는 통상 발전 중에는 닫혀져 있는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 발전정지방법.
15. 연료전극과 산화제전극을 포함한 연료전지;

    연료용기;

    상기 연료용기로부터 상기 연료전지에 연료를 공급하는 연료유로;

    상기 연료전지와 상기 연료용기 사이에 있어서의 상기 연료유로 내에 배치된 연료의 공급을 제어하는 연료공급제어수단;

    상기 연료전지의 연료전극과 산화제전극 사이에 저항체를 접속하는 연료소비 수단; 및

    상기 연료전지시스템 내에 설치된, 상기 연료유로를 대기에 개방하는 대기개방수단;

    을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
16. 제15항에 있어서,

    상기 연료유로의 대기개방수단이 상기 연료유로에 설치된 유로개방구를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
17. 제15항에 있어서,

    상기 연료유로의 대기개방수단이 상기 연료용기와 상기 연료전지의 접속의 해제에 의해 상기 연료유로에 대기가 유입하는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
18. 제15항에 있어서,

    상기 연료유로의 대기개방수단이, 연료유로 내의 압력이 대기압 이상인 때는 닫힌 상태로, 대기압 미만인 때는 열린 상태로 동작하는, 상기 연료유로와 대기 사이에 배치된 부압동작밸브를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
19. 제18항에 있어서,

    상기 부압동작밸브는 상기 대기 쪽으로부터 상기 연료유로 쪽으로의 한 방향으로만 유체가 흐르도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
20. 제18항에 있어서,

    상기 부압동작밸브는 미리 설정된 대기압 미만의 압력에 의해 열리도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.

Images