KR101122571B1 - 연료 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지에 관한 것으로서, 스택 각각으로 연료를 공급하는 연료라인에 스택 각각으로 연료를 분배하도록 설치되는 분배챔버와, 연료라인에서 스택 각각의 전단에 설치되는 공급펌프와, 스택 각각에 연료가 불균일하게 공급되는 요인 또는 상태를 감지하여 감지신호를 출력하는 감지부와, 감지부로부터 출력되는 감지신호를 수신받으며, 공급펌프를 제어하는 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 설치된 장소의 환경적인 요인이나 자체로부터 발생되는 진동에 의한 동요에도 불구하고 스택 각각에 연료가 균일하게 공급되도록 하며, 이로 인해 연료의 부족으로 인한 스택의 파손을 방지함과 아울러 안정적인 전력 발생을 가능하도록 하는 효과를 가진다.
연료 전지, 스택, 가속도센서, 압력센서, 제어부, 공급펌프

Description

연료 전지{FUEL CELL}
본 발명은 동요 등으로 인해 스택 각각에 연료가 불균일하게 공급되는 것을 방지하는 연료 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지는 사용되는 전해질(electrolyte)의 종류에 따라, 인산 연료 전지, 용융탄산염 연료 전지, 고체 산화물 연료 전지, 고분자 전해질 연료 전지, 알칼리 연료 전지 등으로 분류되며, 기본적으로 동일한 원리에 의해 작동되지만, 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 상이하다.
이러한 연료 전지는 스택(stack), 연료탱크 및 연료펌프 등을 구비하는데, 스택은 막-전극 어셈블리(membrane electrode assembly: MEA)와 세퍼레이터(separator)로 이루어진 셀이 수 개 내지 수십 개 적층된 구조를 가지며, 이러한 스택 구조의 연료 전지에서는 셀의 적층 개수를 조절함으로써 원하는 전압을 용이하게 얻을 수 있다.
종래의 기술에 따른 연료 전지를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 연료 전지를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 연료 전지(10)는 연료 탱크(11)로부터 연료 펌프(12)의 펌핑에 의해 다수의 스택(13)으로 연료를 각각 공급한다.
이와 같은 종래의 연료 전지(10)는 연료 펌프(12)의 펌핑에 의해 스택(13) 각각으로 연료를 공급하여 스택(13)으로부터 필요한 전력이 발생되도록 한다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 연료 전지는 선박과 같이 동요하는 구조물에 적용하는 것을 고려하지 않고 개발됨으로써 동요 등에 의해 연료가 스택 각각에 균일하게 공급되지 않게 되어 스택이 파손되거나 전력 발생의 차질을 유발하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 동요 등에도 불구하고, 스택 각각에 연료가 균일하게 공급되도록 함으로써 연료의 부족으로 인한 스택의 파손이나 전력 발생의 차질을 방지한다.
본 발명에 따른 연료 전지는, 연료 전지에 있어서, 스택 각각으로 연료를 공급하는 연료라인에 스택 각각으로 연료를 분배하도록 설치되는 분배챔버와, 연료라인에서 스택 각각의 전단에 설치되는 공급펌프와, 스택 각각에 연료가 불균일하게 공급되는 요인 또는 상태를 감지하여 감지신호를 출력하는 감지부와, 감지부로부터 출력되는 감지신호를 수신받으며, 공급펌프를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 설치된 장소의 환경적인 요인이나 자체로부터 발생되는 진동에 의한 동요에도 불구하고 스택 각각에 연료가 균일하게 공급되도록 하며, 이로 인해 연료의 부족으로 인한 스택의 파손을 방지함과 아울러 안정적인 전력 발생을 가능하도록 하는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 전지(100)는 스택(110) 각각으로 연료를 공급하는 연료라인(120)에 설치되는 분배챔버(130)와, 연료라인(120)에서 스택(110) 각각의 전단에 설치되는 공급펌프(140)와, 스택(110) 각각에 연료가 불균일하게 공급되는 요인 또는 상태를 감지하는 감지부(150)와, 감지부(150)로부터 출력되는 감지신호를 수신받아 공급펌프(140)를 제어하는 제어부(160)를 포함할 수 있다.
분배챔버(130)는 다수로 이루어진 스택(110) 각각으로 연료를 공급하는 연료라인(120)에 스택(110) 각각으로 연료를 분배하도록 설치되는데, 일례로 연료라인(120)에서 스택(110) 각각으로 연료를 공급하도록 분기되는 분기라인(121)의 분 기 지점에 설치되어 연료탱크(170)로부터 연료펌프(122)의 펌핑력에 의해 연료라인(120)을 따라 공급되는 연료가 분기라인(121) 각각으로 분배될 수 있도록 한다.
공급펌프(140)는 본 실시예에서는 2개로 이루어지나, 이에 한하지 않고 스택(110)의 개수에 상응하는 개수로 이루어질 수 있고, 연료라인(120)에서 스택(110) 각각의 전단, 예를 들면 연료라인(120)의 분기라인(121)마다 설치되며, 펌핑에 의해 분배챔버(130)로부터 분배된 연료가 분기라인(121)을 따라서 스택(110)으로 공급되기 위한 폄핑력을 제공한다.
감지부(150)는 스택(110) 각각에 연료가 불균일하게 공급되는 요인 또는 상태를 감지하여 제어부(160)로 감지신호를 출력하는데, 일례로 본 실시예에서는 스택(110) 또는 스택(110)이 설치되는 장소나 구조물에 설치되어 동요 등으로 유발되는 가속도를 측정하는 가속도센서를 포함할 수 있다.
제어부(160)는 감지부(150)인 가속도센서로부터 출력되는 감지신호로부터 측정된 가속도가 스택(110) 각각에 대한 연료 공급의 불균일을 초래하는 기준값 이상인 경우 공급펌프(140)를 구동시킴으로써 연료가 분배챔버(130)로부터 분기라인(121)을 따라 스택(110) 각각으로 공급되도록 하여 스택(110)에 대한 연료 공급의 불균일을 해소하도록 한다.
한편, 유량조절밸브(180)는 연료라인(120), 구체적으로 분기라인(121)에서 공급펌프(140) 각각의 후단에 설치될 수 있다.
유량조절밸브(180)는 제어부(160)에 의해 제어되며, 연료라인(120)의 분기라인(121)을 통해 스택(110)으로 공급되는 연료량을 조절하게 된다. 이 때, 제어 부(160)는 가속도에 대한 스택(110) 각각에 대한 연료의 부족 및 과다 공급을 실험적으로 구해진 데이터를 통해서 감지부(150)로부터 측정된 가속도로부터 스택(110) 각각에 대한 연료의 부족 및 과다 공급을 판단하여 연료가 과다 공급되는 스택(110)에는 유량조절밸브(180)의 제어에 의해 연료를 적정하게 공급하도록 할 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 전지(100)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
연료 전지(100)가 설치된 장소가 선박 등과 같이 동요가 발생되는 곳이거나 자체 진동에 의해 동요가 일어나는 경우 감지부(150)가 이로 인해 유발되는 가속도를 측정하여 감지신호로 하여 제어부(160)로 출력하고, 제어부(160)는 감지부(150)의 감지신호에 의해 측정된 가속도가 스택(110) 각각으로 균일한 연료 공급을 어렵게 하는 기본값 이상인 경우 공급펌프(140)를 구동시킨다.
공급펌프(140)는 제어부(160)의 제어신호에 의해 구동하여 분배챔버(130)로부터 연료라인(120)의 분기라인(121)을 통해서 스택(110) 각각으로 연료가 공급되도록 펌핑력을 제공하며, 이로 인해 스택(110)에 연료가 균일 내지 정상적으로 공급되도록 한다.
한편, 제어부(160)는 가속도에 대한 스택(110) 각각에 대한 연료의 부족 및 과다 공급을 실험적으로 구해진 데이터를 통해서 감지부(150)로부터 측정된 가속도로부터 스택(110) 각각에 대한 연료의 부족 및 과다 공급을 판단하여 연료가 부족한 스택(110)은 공급펌프(140)의 펌핑력에 의해 연료를 공급하고, 연료가 과다 공 급되는 스택(110)은 공급펌프(140)를 사용하지 않고 유량조절밸브(180)의 제어에 의해 연료를 적정하게 공급함으로써 모든 스택(110)에 연료가 균일하게 공급되도록 한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료 전지(200)는 스택(210) 각각으로 연료를 공급하는 연료라인(220)에 스택(210) 각각으로 연료를 분배하도록 설치되는 분배챔버(230)와, 연료라인(220)에서 스택(210) 각각의 전단에 설치되는 공급펌프(240)와, 스택(210) 각각에 연료가 불균일하게 공급되는 요인 또는 상태를 감지하여 감지신호를 출력하는 감지부(250)와, 감지부(250)로부터 출력되는 감지신호를 수신받음과 아울러 공급펌프(240)를 제어하는 제어부(260)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 연료 전지(200)의 분배챔버(230) 및 공급펌프(240)에 대해서는 제 1 실시예에 따른 연료 전지(100)의 분배챔버(130) 및 공급펌프(140)와 동일하므로 그 설명을 생략하기로 하겠다.
감지부(250)는 본 실시예에서 스택(210) 각각에 대한 연료의 공급압력을 측정하여 제어부(260)에 감지신호로서 출력하는 압력센서(251)를 포함할 수 있다.
압력센서(251)는 연료라인(220)에서 스택(210) 각각의 전단, 구체적으로는 분기라인(221)에 마련됨으로써 분기라인(221)을 통해서 스택(210)으로 공급되는 연료의 공급압력을 측정할 수 있으며, 본 실시예에서 2개로 이루어지나, 이에 한하지 않고 스택(210)의 개수에 상응하는 다수로 이루어질 수 있다.
감지부(250)는 압력센서(251)가 분기라인(221)에 설치됨으로써 연료의 공급 압력을 측정하도록 구성될 수 있으며, 이와는 달리, 압력센서(251)가 연료의 공급압력을 측정하기 위한 공간을 제공하도록 압력측정챔버(252)를 더 포함할 수 있다.
압력측정챔버(252)는 압력센서(251)의 개수에 상응하는 개수로 이루어지고, 연료라인(220)에서 스택(210) 각각의 전단, 구체적으로는 분기라인(221)에 설치되어 압력센서(251)가 연료의 공급압력을 측정하기 위한 공간을 제공하도록 함으로써 연료펌프(222)의 펌핑에 의해 연료탱크(270)로부터 분배챔버(230)로 공급되어 분기라인(221)을 따라 공급되는 연료의 공급압력 변동을 정확하게 측정할 수 있도록 한다.
제어부(260)는 스택(210)마다 대응되도록 마련되는 압력센서(251) 각각이 측정한 압력의 차이가 스택(210) 각각에 연료의 공급이 불균일한 상태라고 판단되는 설정된 범위를 벗어나면, 공급펌프(240)를 구동시켜서 스택(210) 각각에 발생하는 연료의 불균일을 해소하도록 한다.
한편, 유량조절밸브(280)는 연료라인(220), 구체적으로 분기라인(221)에서 공급펌프(240) 각각의 후단에 설치될 수 있다.
유량조절밸브(280)는 제어부(260)에 의해 제어되며, 연료라인(220)의 분기라인(221)을 통해 스택(210)으로 공급되는 연료량을 조절하게 된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료 전지의 작동을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
압력센서(251)는 분기라인(221) 상에 연결된 압력측정챔버(252)를 통해서 스택(210) 각각으로 공급되는 연료의 공급압력을 측정하여 감지신호로 제어부(260)에 출력한다.
제어부(260)는 압력센서(251) 각각으로부터 출력되는 감지신호를 수신받아 압력센서(251) 각각으로부터 출력된 압력들의 차이가 외부 또는 자체의 동요 등에 의해 스택(210) 각각으로 균일한 연료 공급을 어렵게 하는 상태라고 판단될 수 있는 설정 범위를 벗어난 경우 공급펌프(240)를 구동시킴으로써 공급펌프(240)의 펌핑력에 의해 분배챔버(230)로부터 연료라인(220)의 분기라인(221)을 통해서 스택(210) 각각으로 연료가 공급되도록 하며, 이로 인해 스택(210)에 연료가 균일 내지 정상적으로 공급되도록 한다.
한편, 제어부(260)는 압력센서(251)를 통해서 측정된 압력에 의해서 압력이 낮은 측의 스택(210)에는 연료가 부족하게 공급되는 것으로 판단하여 공급펌프(240)의 펌핑력에 의해 연료를 공급하고, 압력이 높은 측의 스택(210)에는 연료가 과다 공급되는 것으로 판단하여 공급펌프(240)를 사용하지 않고 유량조절밸브(280)의 제어에 의해 연료를 적정하게 공급함으로써 모든 스택(210)에 연료가 균일하게 공급되도록 한다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 설치된 장소의 환경적인 요인이나 자체로부터 발생되는 진동에 의한 동요에도 불구하고 스택 각각에 연료가 균일하게 공급되도록 하며, 이로 인해 연료의 부족으로 인한 스택의 파손을 방지함과 아울러 안정적인 전력 발생을 가능하도록 한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명 하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 연료 전지를 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,210 : 스택 120,220 : 연료라인
121,221 : 분기라인 122,222 : 연료펌프
130,230 : 분배챔버 140,240 : 공급펌프
150,250 : 감지부 160,260 : 제어부
170,270 : 연료탱크 251 : 압력센서
252 : 압력측정챔버 180,280 : 유량조절밸브

Claims (6)

  1. 연료 전지에 있어서,
    스택 각각으로 연료를 공급하는 연료라인에 상기 스택 각각으로 연료를 분배하도록 설치되는 분배챔버와,
    상기 연료라인에서 상기 스택 각각의 전단에 설치되는 공급펌프와,
    상기 스택 각각에 연료가 불균일하게 공급되는 요인 또는 상태를 감지하여 감지신호를 출력하도록, 상기 스택 또는 상기 스택이 설치되는 장소나 구조물에 설치되며, 가속도를 측정하는 가속도센서를 갖는 감지부와,
    상기 감지부로부터 출력되는 감지신호를 수신받으며, 상기 공급펌프를 제어하는 제어부
    를 포함하는 연료 전지.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 스택 각각에 대한 연료의 공급압력을 측정하는 압력센서
    를 포함하는 연료 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 연료라인에서 상기 스택 각각의 전단에 설치되며, 상기 압력센서가 연료의 공급압력을 측정하는 공간을 제공하는 압력측정챔버
    를 더 포함하는 연료 전지.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압력센서 각각이 측정한 압력의 차이가 설정된 범위를 벗어나면 상기 공급펌프를 구동시키는 연료 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료라인에서 상기 공급펌프 각각의 후단에 설치되며, 상기 제어부에 의해 제어되는 유량조절밸브
    를 더 포함하는 연료 전지.
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