KR101233320B1 - 연료 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 수소, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체와, 부탄을 주성분으로 하는 가스 연료를 개질하여 상기 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키고 상기 개질 가스를 상기 연료전지 본체로 공급하는 개질기와, 상기 개질기와 연결되게 설치되어 상기 가스 연료를 액화 상태로 압축 저장하면서 상기 가스 연료를 상기 개질기로 배출시키는 연료 탱크와, 상기 연료전지 본체 및 상기 개질기를 내장시키는 케이스부재와, 상기 연료 탱크를 수용하는 수용 공간을 가지면서 상기 케이스부재에 장착되게 설치되어 상기 액화 가스 연료의 기화 잠열에 의해 냉각되는 상기 연료 탱크 주변의 냉기를 저장하는 냉장부를 포함한다.
연료전지, 본체, 스택, 개질기, 연료탱크, 부탄, 가스연료, 냉장부, 본체, 냉기, 냉동사이클

Description

연료 전지 시스템 {FUEL CELL SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 연료전지 본체의 구성을 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 외관을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 개략적인 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부탄과 같은 액화 가스 연료를 사용하는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화 수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소, 및 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 발생시키는 발전 시스템으로서 구성된다.
이러한 연료 전지는 크게, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxydation Membrane Fuel Cell)로 구분될 수 있다.
이 중에서 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며, 작동 온도가 낮고, 빠른 시동 및 응답 특성으로 인해 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공 건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
이와 같은 고분자 전해질형 연료 전지 방식을 채용한 연료 전지 시스템은 스택(stack)이라 불리는 연료전지 본체와, 열 에너지를 이용하여 연료를 개질함으로써 이 연료로부터 수소를 발생시키고 이 수소를 연료전지 본체로 공급하는 개질기와, 산소를 연료전지 본체로 공급하기 위한 공기 펌프 또는 팬을 구비하고 있다. 따라서, 연료전지 본체에서는 개질기로부터 공급되는 수소와, 공기펌프 또는 팬의 가동에 의해 공급되는 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시킨다.
한편, 최근 들어서는 부탄과 같이 시중에서 쉽게 구할 수 있는 가스 연료를 사용하여 개질기에 의한 가스 연료의 개질 반응을 통해 수소를 발생시키는 연료 전지 시스템이 개시된 바 있다. 이러한 가스 연료는 비점이 낮고 비교적 작은 압력에도 쉽게 액화되기 때문에, 통상적으로 소정의 압력을 가하여 액화된 상태로 연료 탱크에 담겨져 개질기에 공급된다.
그런데, 이와 같은 종래의 연료 전지 시스템에 있어, 연료 탱크는 대기와 접촉하게 설치되는 바, 이 연료 탱크에 저장된 액화 가스 연료가 대기 중의 열 에너지를 빼앗아 기체로 기화되면서 배출되기 때문에, 탱크의 표면 온도가 저하되면서 가스 연료의 비점 보다 더 낮게 떨어질 경우, 연료 탱크의 표면에 결로(結露) 현상이 발생하게 되고, 이에 따라 탱크의 내부 압력이 저하되면서 가스 연료의 기화 능력이 떨어지게 된다. 따라서, 연료 탱크는 실질적으로 기화되는 액화 가스 연료의 양이 줄어 듦에 따라 개질기로 연료를 원활하게 공급하지 못하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 연료 탱크에 제공되는 열 에너지를 극대화시켜 연료 탱크에 저장된 액화 가스 연료의 기화 능력을 향상시킴은 물론, 결로 현상에 의한 연료 탱크 주변의 냉기를 저장할 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 수소, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체와, 부탄을 주성분으로 하는 가스 연료를 개질하여 상기 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키고 상기 개질 가스를 상기 연료전지 본체로 공급하는 개질기와, 상기 개질기와 연결되게 설치되어 상기 가스 연료를 액화 상태로 압축 저장하면서 상기 가스 연료를 상기 개질기로 배출시키는 연료 탱크와, 상기 연료전지 본체 및 상기 개질기를 내장시키는 케이스부재와, 상기 연료 탱크를 수용하는 수용 공간을 가지면서 상기 케이스부재에 장착되게 설치되어 상기 액화 가스 연료의 기화 잠열에 의해 냉각되는 상기 연료 탱크 주변의 냉기를 저장하는 냉장부를 포함한다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 냉장부는 복수의 통기공들을 가지면서 상기 수용 공간을 형성하는 제1 본체와, 상기 제1 본체와 연결되게 설치되며, 상기 제1 본체의 수용 공간과 상호 연통되는 냉기 저장 공간을 형성하는 제2 본체와, 상기 제1 본체와 상기 제2 본체의 연통 부위에 설치되어 상기 냉기를 상기 냉기 저장 공간으로 송풍시키는 송풍팬을 포함할 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제1 본체는 상기 수용 공간에 설치되어 상기 연료 탱크를 장착시키는 장착부재를 포함할 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제1 본체는 상기 수용 공간을 선택적으로 개방시키기 위한 개폐도어를 포함할 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제1 본체와 상기 제2 본체는 상기 수용 공간과 상기 냉기 저장 공간을 연통시키는 연통구멍을 포함하며, 상기 송풍팬은 상기 연료 탱크에 근접되게 상기 연통 구멍에 설치될 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제2 본체는 상기 냉기 저장 공간을 선택적으로 개방시키기 위한 개폐도어를 포함할 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 냉장부는 상기 제2 본체의 냉기 저장 공간 내에 설치되어 상기 연료전지 본체로부터 발생되는 전기 에너지에 의해 냉기를 발생시키는 냉동 사이클장치를 더욱 포함할 수도 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료전지 본체는 막-전극 어셈블리 (Membrane-Electrode assembly: MEA)를 중심에 두고 이의 양측에 세퍼레이터를 밀착되게 배치하여 구성되는 적어도 하나의 전기 발생부를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 연료전지 본체는 상기 전기 발생부를 복수로 구비하고, 이들 전기 발생부를 연속적으로 배치하여 상기 전기 발생부들에 의한 집합체 구조로서 이루어질 수 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.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)을 설명하면, 이 연료 전지 시스템(100)은 연료, 및 산화제 가스의 전기 화학 반응 에너지를 이용하여 소정의 로드에 전기 에너지를 제공하는 발전 시스템으로서 구성된다.
구체적으로, 본 시스템(100)은 연료를 개질하여 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키고, 이 개질 가스의 산화 반응 및 산화제 가스의 환원 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell) 방식으로서 구성될 수 있다.
이러한 연료 전지 시스템(100)에 사용되는 연료는 메탄올, 에탄올, LPG, LNG, 가솔린 등과 같이 수소를 함유한 탄화수소 계열의 액체 또는 기체 연료를 포 함할 수 있다. 그러나, 이하에서 설명하는 연료는 LPG 또는 LNG와 같은 기체 연료, 바람직하게는 부탄을 주성분으로 하는 가스 연료를 포함한다.
그리고 본 시스템(100)은 산화제 가스로서 별도의 저장수단에 저장된 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자를 예로 하여 설명한다.
이와 같은 연료 전지 시스템(100)은, 고분자 전해질형 연료 전지로서 구성되는 연료전지 본체(10)와, 가스 연료를 개질하여 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키고 이 개질 가스를 연료전지 본체(10)로 공급하는 개질기(30)와, 이 개질기(30)로 가스 연료를 공급하기 위한 연료 탱크(50)와, 공기를 연료전지 본체(10)로 공급하기 위한 공기 펌프(70)를 포함하여 구성된다.
상기에서, 연료전지 본체(10)는 개질기(30)와 공기 펌프(70)에 연결되게 설치되며, 이 개질기(30)로부터 개질 가스를 공급받고 공기 펌프(70)로부터 공기를 제공받아 개질 가스 중에 함유된 수소, 및 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 셀(cell) 단위의 전기 발생부(11)를 구비한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의한 연료전지 본체(10)는 이와 같은 전기 발생부(11)를 복수로 구비하고, 이들 전기 발생부(11)를 연속적으로 배치함으로써 전기 발생부들(11)의 집합체 구조에 의한 스택(stack)으로 구성될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 연료전지 본체의 구성을 나타내 보인 분해 사시도로서, 본 실시예에 의한 연료전지 본체(10)는 언급한 바와 같이 전기 발생부들(11)의 집합체 구조로서 이루어지는 바, 이 전기 발생부(11)는 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)(12)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(Separator)(13)를 밀착되게 배치하여 구성될 수 있다.
여기서, 막-전극 어셈블리(12)는 일면에 애노드 전극을 형성하고, 다른 일면에 캐소드 전극을 형성하며, 이들 두 전극 사이에 전해질막을 형성하고 있다. 애노드 전극은 개질 가스 중에 함유된 수소를 산화 반응시켜 이 수소를 전자와 수소 이온으로 분리시키며, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키고, 캐소드 전극은 애노드 전극으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 공기 중의 산소를 환원 반응시켜 수분을 생성하는 기능을 하게 된다.
그리고 세퍼레이터(13)는 개질 가스를 막-전극 어셈블리(12)의 애노드 전극으로 분산 공급하고, 공기를 막-전극 어셈블리(12)의 캐소드 전극으로 분산 공급하는 기능 외에, 막-전극 어셈블리(12)의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체로서의 기능을 하게 된다.
본 발명에서, 개질기(30)는 가스 연료의 개질 반응 예컨대, 수증기 개질, 부분 산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 이 가스 연료로부터 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키는 구조로서 이루어진다. 이 때, 개질기(30)는 통상적인 파이프 라인 등에 의해 연료전지 본체(10)와 연결되게 설치될 수 있다. 이러한 개질기(30)는 고분자 전해질형 연료 전지 방식의 시스템에 채용되는 통상적인 개질기의 구성으로 이루어지므로 본 명세서에서 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 개질기(30)로 가스 연료를 공급하기 위한 연료 탱크(50)는 이 가스 연료를 소정의 압력으로 압축하여 액화된 상태로 저장하는 저장용기로서 구비된다. 이 연료 탱크(50)는 통상적인 파이프 라인 등에 의해 개질기(30)와 연결되게 설치되며, 자체의 내부 압력에 의해 가스 연료를 배출시키기 위한 배출부(도면에 도시하지 않음)를 가진 원형의 캔 형태로서 이루어진다.
여기서, 연료 탱크(50)는 대기 중으로 노출되게 설치되는 바, 이 경우 연료 탱크(50)에 저장된 가스 연료가 연료 탱크(50) 주위의 열을 빼앗아 기체로 기화(통상적으로 "기화 잠열" 이라고 한다.)되면서 배출되기 때문에, 탱크의 표면 온도가 저하되면서 이 연료 탱크(50)의 주변 공기를 냉각시키게 된다.
그리고, 연료전지 본체(10)로 공기를 공급하기 위한 공기 펌프(70)는 공기를 흡입하고 이 공기를 연료전지 본체(10)로 압송시키는 구조로서 이루어지며, 통상적인 파이프 라인 등에 의해 연료전지 본체(10)와 연결되게 설치된다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 외관을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 개략적인 단면 구성도이다.
도면을 참고하면, 상기에서와 같이 구성되는 연료 전지 시스템(100)은 본 발명에 따른 냉장부(90)가 제공되는 바, 이 냉장부(90)는 가스 연료의 기화 잠열에 의해 냉각되는 연료 탱크(50)의 주변 공기(이하에서는, "냉기" 라고 한다.)를 저장하는 냉장장치로서의 기능을 하게 된다.
본 실시예에 의한 냉장부(90)는 연료전지 본체(10)와 개질기(30) 등을 내장시키는 케이스부재(40)에 장착되게 설치된다.
구체적으로, 냉장부(90)는 연료 탱크(50)를 수용하기 위한 수용공간(91a)을 형성하는 제1 본체(91)와, 제1 본체(91)의 수용 공간(91a)과 연통되면서 언급한 바 있는 연료 탱크(50) 주변의 냉기를 저장하기 위한 냉기저장공간(92a)을 형성하는 제2 본체(92)와, 제1 본체(91)와 제2 본체(92)의 연통 부위에 설치되는 송풍팬(93)을 포함하여 구성된다.
제1 본체(91)는 수용공간(91a)을 형성하는 케이스 형태로서 구비되며, 이 수용공간(91a)과 외부를 상호 연통시키는 복수의 통기공들(91b)을 형성하고 있다. 이 때, 제1 본체(91)는 통상적인 연결 브라켓(도면에 도시되지 않음) 등에 의해 케이스부재(40)의 외벽면에 연결되게 설치된다. 그리고, 수용공간(91a)에 장착되는 연료 탱크(50)는 제1 본체(91)와 케이스부재(40)를 관통하는 통상적인 파이프 라인 등에 의해 케이스부재(40) 내부의 개질기(30)와 연결되게 설치된다.
그리고, 제1 본체(91) 내부의 바닥면에는 수용공간(91a)과 제2 본체(92)의 냉기저장공간(92a)을 연통시키기 위한 제1 연통구멍(91c)를 형성하고 있다. 이에 더하여, 제1 본체(91)의 수용공간(91a)에는 연료 탱크(50)를 장착시키기 위한 장착부재(95)를 구비하는 바, 이 장착부재(95)는 연료 탱크(50)를 고정시키는 브라켓 형태의 고정 프레임으로서 이루어진다.
상기에서, 제1 본체(91)에 복수의 통기공들(91b)을 형성하는 이유는, 연료 탱크(50)에 저장된 가스 연료가 배출되는 동안 기화 잠열에 의해 탱크의 표면 온도가 저하되는 바, 이로 인해 연료 탱크(50)의 내부 압력이 저하되면서 가스 연료의 기화 능력이 떨어져 가스 연료가 원활하게 배출되지 못하기 때문에, 이 통기공들(91b)을 통해 외부 공기가 수용공간(91a)으로 유입되면서 연료 탱크(50)를 경유토 록 하여 연료 탱크(50)에 소정의 열 에너지를 가함으로써 연료 탱크(50)에 저장된 가스 연료의 기화 능력을 향상시키기 위함이다.
본 실시예에서, 제2 본체(92)는 통상적인 연결 브라켓(도면에 도시되지 않음) 등에 의해 케이스부재(40)의 외벽면에 연결되게 설치되며, 제1 본체(91)의 수용공간(91a)에서 가스 연료의 기화 잠열에 의해 냉각되는 연료 탱크(50)의 주변 공기(냉기)를 저장하면서 음료수, 음식물 등과 같은 소정의 물품을 수납하기 위한 케이스 형태로서 구비된다.
구체적으로, 제2 본체(92)는 상기한 냉기 및 물품을 저장 하기 위한 냉기저장공간(92a)을 가지면서 제1 본체(91)와 연결되게 설치된다. 이 때, 제2 본체(92) 내부의 바닥면에는 제1 본체(91)의 제1 연통구멍(91c)과 상호 연통되는 제2 연통구멍(92c)을 형성하고 있다. 즉, 제2 본체(92)의 냉기저장공간(92a)은 제1,2 연통 구멍(91c, 92c)에 의해 제1 본체(91)의 수용공간(91a)과 상호 연통된다. 이에 더하여, 제2 본체(92)는 이의 내벽면에 단열재(도면에 도시되지 않음)를 구비할 수도 있는 바, 이 단열재는 제2 본체(92)의 냉기저장공간(92a)에 저장된 냉기가 외부로 방출되는 것을 저지하는 기능을 하게 된다.
본 실시예에서, 송풍팬(93)은 제1 본체(91)와 제2 본체(92)의 연통 부위 즉, 제1,2 본체(91, 92)의 연통 구멍(91c, 92c)에 고정되게 설치되는 바, 제1 본체(91)의 수용공간(91a)에 장착되는 연료 탱크(50)와 근접하게 배치된다. 이러한 송풍팬(93)은 제1 본체(91)의 수용공간(91a)에서 가스 연료의 기화 잠열에 의해 냉각되는 연료 탱크(50) 주변의 냉기를 흡입하고, 이 냉기를 제2 본체(92)의 냉기저장공간 (92a)으로 송풍시키는 통상적인 구조의 팬으로서 이루어진다. 이 때, 송풍팬(93)은 공기를 제1 본체(91)의 통기공들(91b)을 통해 수용공간(91a)으로 송풍시키는 기능도 하게 된다.
상기에서 설명되지 않은 도면부호 91d, 92d는 제1 본체(91) 및 제2 본체(92)에 설치되어 제1 본체(91)의 수용공간(91a)과 제2 본체(92)의 냉기저장공간(92a)을 선택적으로 개방 또는 폐쇄시키기 위한 개폐도어를 나타낸다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)의 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
우선, 연료 탱크(50)에 저장된 가스 연료는 이 연료 탱크(50)의 배출부를 통해 배출되면서 개질기(30)로 공급된다. 그러면, 개질기(30)에서는 이 가스 연료를 연소시켜 기설정된 온도 범위의 열 에너지를 발생시키고, 이 열 에너지를 이용한 가스 연료의 개질 촉매 반응에 의해 수소를 함유하고 있는 개질 가스를 발생시키게 된다.
이어서, 개질기(30)는 개질 가스를 연료전지 본체(10)로 공급함과 동시에, 공기 펌프(70)는 연료전지 본체(10)로 공기를 공급한다. 그러면, 연료전지 본체(10)는 전기 발생부들(11)에 의한 개질 가스의 산화 반응, 및 산소의 환원 반응을 통해 기설정된 용량의 전기 에너지를 소정의 로드 예컨대, 노트북 PC 또는 휴대용 전자기기 등으로 출력시키게 된다.
이러는 과정을 거치는 동안, 연료 탱크(50)에 저장된 액화 가스 연료는 연료 탱크(50)의 주변 공기의 열 에너지를 빼앗아 기체로 기화되면서 배출되는 바, 이로 인해 연료 탱크(50)의 주변 공기는 제1 본체(91)의 수용공간(91a) 내부에서 상기한 기화 잠열에 의해 급속히 냉각된다.
이 상태에서, 연료 탱크(50) 주변의 냉기는 송풍팬(93)의 가동에 의해 제1 본체(91)의 수용공간(91a)으로부터 제2 본체(92)의 냉기저장공간(92a)으로 흡입되고, 상기 냉기저장공간(92a)에 저장된다. 따라서, 제2 본체(92)의 냉기저장공간(92a)에 저장된 냉기는 이 냉기저장공간(92a) 내에 수납된 소정의 물품을 냉각시키게 된다.
이 과정에서, 공기는 송풍팬(93)의 가동에 의해 제1 본체(91)의 통기공들(91b)을 통해 수용공간(91a)으로 흡입되면서 연료 탱크(50)를 경유하게 되는 바, 이로 인해 연료 탱크(50)는 상기 통기공들(91b)을 통해 수용공간(91a)으로 흡입되는 공기의 열 에너지를 제공받아 액화 가스 연료를 기화시키게 된다. 즉, 연료 탱크(50)는 상기한 열 에너지에 의해 내부 압력이 상승되면서 액화 가스 연료의 기화 능력이 향상된다. 이로써, 연료 탱크(50)는 가스 연료를 개질기(30)로 원활하게 공급할 수 있게 된다.
마찬가지로, 제1 본체(91)의 통기공들(91b)을 통해 수용공간(91a)으로 흡입되는 공기는 연료 탱크(50)에 열 에너지를 빼앗기게 되어 연료 탱크(50)의 주변에서 급속히 냉각되고, 이러한 냉기는 송풍팬(93)의 가동에 의해 제1 본체(91)의 수용공간(91a)으로부터 제2 본체(92)의 냉기저장공간(92a)으로 흡입된다.
도 5는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 연료 전지 시스템(200)은 전기 실시예에서와 같은 구조를 기본으로 하면서, 연료전지 본체(110)로부터 발생되는 전기 에너지에 의해 부가적인 냉기를 발생시키는 냉동 사이클장치(195)를 포함하는 냉장부(190)를 구성할 수 있다.
본 실시예에서, 냉동 사이클장치(195)는 제2 본체(192)의 내부에 설치된다. 바람직하게, 냉동 사이클장치(195)는 제2 본체(192)의 내벽면에 설치된다.
구체적으로, 냉동 사이클장치(195)는 연료전지 본체(110)의 전기 출력단과 전기적으로 연결되게 설치되며, 증발기(195a), 압축기(195b), 응축기(195c), 팽창밸브(195d) 등으로 이루어지는 냉동 사이클로서 구성된다.
따라서, 본 실시예에 의한 냉동 사이클장치(195)는 연료전지 본체(110)에서 발생되는 전기 에너지가 압축기(195b)에 인가되면, 이 압축기(195b)가 구동되면서 냉매 가스를 고온 고압의 기체 상태로 분출시키고, 응축기(195c)에서 이 기체 냉매를 액체 냉매로 변화시킨 후, 팽창밸브(195d)에서 액체 냉매를 저온 저압으로 팽창시키고 증발기(195a)에서 기체 냉매로 변화시켜, 다시 압축기(195b)로 순환시키게 된다. 이로써, 증발기(195a)는 외부의 열을 흡입하면서 냉기를 발생시키고 이 냉기를 제2 본체(192)의 내부 공간(냉기저장공간)에 공급하게 된다. 이러한 냉동 사이클장치(195)의 구성은 통상적인 냉장장치에 채용되는 공지의 냉동 사이클장치로서 이루어지므로 본 명세서에서 더욱 자세한 설명한 생략하기로 한다.
본 실시예에 의한 연료 전지 시스템(200)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예에서와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.
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.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 액화 가스 연료의 기화 잠열에 의해 냉각되는 연료 탱크 주변의 냉기를 저장하는 냉장부를 구성함에 따라, 소정 물품의 냉장 또는 냉동 보관이 가능한 휴대용 냉장장치를 겸하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 냉동 사이클장치에 의해 부가적인 냉기를 발생시킬 수 있는 냉장부를 구성함에 따라, 냉장의 효율성이 높은 냉장장치를 겸하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 연료 탱크 주변의 냉기를 저장하는 과정에서 열 에너지를 연료 탱크에 제공할 수 있으므로, 액화 가스 연료에 대한 연료 탱크의 기화 능력이 향상되면서 가스 연료를 개질기로 원활하게 공급할 수 있게 된다. 따라서, 연료 탱크에 저장된 액화 가스 연료를 개질기로 신뢰성 있게 공급함으로써 시스템의 지속적인 가동이 가능하고, 시스템의 고효율 운전이 가능하다.

Claims (10)

  1. 수소, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체;
    부탄을 포함하는 가스 연료를 개질하여 상기 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키고, 상기 개질 가스를 상기 연료전지 본체로 공급하는 개질기;
    상기 개질기와 연결되게 설치되어 상기 가스 연료를 액화 상태로 압축 저장하면서 상기 가스 연료를 상기 개질기로 배출시키는 연료 탱크;
    상기 연료전지 본체 및 상기 개질기를 내장시키는 케이스부재; 및
    상기 연료 탱크를 수용하는 수용 공간을 가지면서 상기 케이스부재에 장착되게 설치되어 상기 액화 가스 연료의 기화 잠열에 의해 냉각되는 상기 연료 탱크 주변의 냉기를 저장하는 냉장부
    를 포함하며,
    상기 냉장부는,
    복수의 통기공들을 가지면서 상기 수용 공간을 형성하는 제1 본체와,
    상기 제1 본체와 연결되게 설치되며, 상기 제1 본체의 수용 공간과 상호 연통되는 냉기 저장 공간을 형성하는 제2 본체와,
    상기 제1 본체와 상기 제2 본체의 연통 부위에 설치되어 상기 냉기를 상기 냉기 저장 공간으로 송풍시키는 송풍팬을 포함하는 연료 전지 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 본체는,
    상기 수용 공간에 설치되어 상기 연료 탱크를 장착시키는 장착부재를 포함하는 연료 전지 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 본체는,
    상기 수용 공간을 선택적으로 개방시키기 위한 개폐도어를 포함하는 연료 전지 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 본체와 상기 제2 본체는 상기 수용 공간과 상기 냉기 저장 공간을 연통시키는 연통구멍을 포함하며,
    상기 송풍팬은 상기 연료 탱크에 근접되게 상기 연통 구멍에 설치되는 연료 전지 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 본체는,
    상기 냉기 저장 공간을 선택적으로 개방시키기 위한 개폐도어를 포함하는 연료 전지 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 냉장부는,
    상기 연료전지 본체로부터 발생되는 전기 에너지에 의해 냉기를 발생시키는 냉동 사이클장치를 더욱 포함하는 연료 전지 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 냉장부는,
    상기 제2 본체의 냉기 저장 공간 내에 설치되어 상기 연료전지 본체로부터 발생되는 전기 에너지에 의해 냉기를 발생시키는 냉동 사이클장치를 더욱 포함하는 연료 전지 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 연료전지 본체는,
    막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode assembly: MEA)를 중심에 두고 이의 양측에 세퍼레이터를 밀착되게 배치하여 구성되는 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 연료전지 본체는,
    상기 전기 발생부를 복수로 구비하고, 이들 전기 발생부를 연속적으로 배치하여 상기 전기 발생부들에 의한 집합체 구조로서 이루어지는 연료 전지 시스템.
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