KR101391061B1 - 출력 변동이 용이한 연료전지 시스템용 연료공급장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

연료 공급계에 부하 운전에 적합한 연료 공급량이 선택적으로 공급되도록 제어함으로써, 유량 맥동을 억제함에 따라 출력 및 압력을 안정화할 수 있는 연료전지 시스템용 연료공급장치 및 이의 구동 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치는 연료가 저장되는 연료 저장탱크; 상기 연료 저장탱크에 저장된 연료를 배출시키기 위한 배출 펌프; 상기 배출 펌프에 의하여 공급되는 연료의 공급량을 판별하여, 연료변환기로 배출되는 연료의 역류를 제어하는 체크 밸브; 및 일측은 상기 배출 펌프의 출측에 연결되고, 타측은 상기 체크 밸브의 입측에 연결되는 복수의 채널을 구비하고, 상기 복수의 채널 각각에는 서로 다른 양의 연료가 통과되도록 선택적으로 조절하는 복수의 오리피스를 구비하는 유량 분배기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

출력 변동이 용이한 연료전지 시스템용 연료공급장치 및 이의 구동 방법 {FUEL SUPPLY APPARATUS FOR FUEL CELL SYSTEM WITH EASYNESS FOR OUTPUT VARIANCE AND METHOD OF DRIVING THE SAME}
본 발명은 연료전지 시스템용 연료공급장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 공급계에 부하 운전 시 적합한 연료 공급량이 선택적으로 공급되도록 제어함으로써, 유량 맥동을 억제함에 따라 출력 및 압력을 안정화할 수 있는 연료전지 시스템용 연료공급장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
연료전지(fuel cell)는 전기화학 반응에 의하여 연료가 갖고 있는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 따라서, 원리상 열기관이 갖는 열역학적인 제한을 받지 않기 때문에 종래의 발전장치보다 발전 효율이 높고 무공해, 무소음으로 환경문제가 거의 없다. 또한, 연료전지는 다양한 용량으로 제작이 가능하고 전력 수요지 내에 설치가 용이하여 송변전 설비의 초기 투자비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
이러한 연료전지를 이용한 연료전지 시스템은 전기를 생산하는 연료전지 스택과 연료인 LNG, 석탄가스, 메탄올 등을 수소로 개질하여 수소가 많은 연료가스로 만드는 연료변환기(reformer), 발전된 DC 전력을 AC 전력으로 변환시키는 전력 변환기 및 제어기 등으로 구성된다. 이때, 연료전지 스택은 적층된 수백 장의 셀(cell)들로 구성되어 있으며, 물, 연료, 공기 등이 각 셀로 공급되도록 설계되어 있다. 기본적으로 각 셀은 전해질(electrolyte)에 의하여 분리된 연료극(anode)과 공기극(cathode)의 두 전극으로 구성되며, 각 셀은 분리판(separator)에 의하여 분리된다.
최근, 에너지 수급에 차질이 생기면서 에너지를 절약하고자 하는 노력이 다각도로 이루어지고 있다. 이에 대한 일환으로, 연료전지 시스템의 운전시, 연료전지 시스템용 연료공급장치에서 소비자의 전기 요구사용량에 따라 출력 변동을 하고 있으나, 이 경우 100% 부하에 맞춰진 연료공급계의 설계에 따라 저 부하 시 유량 맥동이 발생하여 전기 출력이 불안정해지는 문제가 있다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0969795호(2010.07.13 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 연료전지용 연료공급장치 및 이를 이용한 연료전지시스템에 대하여 개시하고 있을 뿐, 유량 맥동을 억제함에 따라 출력 및 압력을 안정화할 수 있는 연료전지 시스템용 연료공급장치 및 이의 구동 방법에 대하여 개시하는 바가 없다.
본 발명의 목적은 연료 공급계의 부하 운전에 적합한 연료 공급량이 선택적으로 공급되도록 멀티 채널 유량 공급 시스템을 도입함으로써, 유량 맥동을 억제함에 따라 출력 및 압력을 안정화할 수 있는 연료전지 시스템용 연료공급장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 멀티 채널 유량 공급 시스템을 갖는 연료전지 시스템용 연료공급장치를 구동하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치는 연료가 저장되는 연료 저장탱크; 상기 연료 저장탱크에 저장된 연료를 배출시키기 위한 배출 펌프; 상기 배출 펌프에 의하여 공급되는 연료의 공급량을 판별하여, 연료변환기로 배출되는 연료의 역류를 제어하는 체크 밸브; 및 일측은 상기 배출 펌프의 출측에 연결되고, 타측은 상기 체크 밸브의 입측에 연결되는 복수의 채널을 구비하고, 상기 복수의 채널 각각에는 서로 다른 양의 연료가 통과되도록 선택적으로 조절하는 복수의 오리피스를 구비하는 유량 분배기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치의 구동 방법은 (a) 상기 배출 범프를 가동하여 연료 저장탱크에 저장된 연료를 유량 분배기로 공급하는 단계; (b) 상기 유량 분배기를 이용하여 상기 연료전지 시스템의 부하 운전에 해당하는 공급량으로 연료를 배출하는 단계; 및 (c) 상기 체크 밸크를 개방시켜 상기 연료 분배기로부터 배출되는 해당 연료 공급량을 연료변환기로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 유량 분배기의 복수의 개폐 밸브를 이용하여 복수의 오리피스를 선택적으로 작동시킬 수 있으므로, 소비자의 전기 요구사용량에 따라 출력 변동이 발생하더라도 연료전지 시스템의 부하 운전에 적합한 연료의 공급량을 선택적으로 조절하는 것이 가능해질 수 있다. 이 결과, 연료전지 시스템의 운전시 유량 맥동 현상을 억제하는 것을 통해 출력을 안정화시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 연료공급장치를 가정용 연료전지 시스템에 장착할 경우, 소비자의 전기 사용량의 요구에 따른 신속하고 안정한 대응이 가능해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료공급장치를 구비하는 연료전지 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 유량 분배기를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 유량 분배기의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 유량 분배기를 확대하여 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 출력 변동이 용이한 연료전지 시스템용 연료공급장치 및 이의 구동 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료공급장치를 구비하는 연료전지 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 도시된 연료공급장치를 구비하는 연료전지 시스템(1)은 연료전지 스택(10), 물 탱크(20), 냉각수 순환배관(30), 열교환기(40), 공기공급부(50) 및 연료공급부(60)를 포함할 수 있다.
연료전지 스택(10)은 수소의 산화반응 및 산소의 환원반응이 동시에 일어나는 전기화학 반응으로 전기 에너지를 생성한다. 이때, 연료전지 스택(10)은 적층된 수백장의 셀(cell)들로 구성되어 있으며, 물, 연료, 공기 등이 각 셀로 공급되도록 설계되어 있다. 기본적으로 각 셀은 전해질(electrolyte)에 의하여 분리된 연료극(anode)과 공기극(cathode)의 두 전극으로 구성되며, 각 셀은 분리판(separator)에 의하여 분리된다.
물 탱크(20)는 연료전지 스택(10)과 이격되도록 설치되며, 내부 공간에 상수가 채워진다. 상기 물 탱크(20)는 내부에 빈 공간을 구비하는 용기 형태를 가질 수 있다. 이때, 물 탱크(20)는 설계의 용이성을 고려해 볼 때, 육면체 형상을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 원통 형상 등 다양한 형태가 적용될 수 있다.
냉각수 순환배관(30)은 연료전지 스택(10)과 열 교환기(40)를 상호 연결한다. 이러한 냉각수 순환배관(30)의 내부로는 냉각수가 순환하게 된다.
열 교환기(40)는 물 탱크(20)와 연료전지 스택(10) 사이에 배치되며, 상기 연료전지 스택(10)에서 발생한 폐열을 열교환시킨다.
공기공급부(50)는 연료전지 스택(10)으로 공기를 공급한다. 이러한 공기공급부(50)에는 블로워를 이용하여 연료전지 스택(10)으로 공기를 공급하게 된다.
연료처리부(60)는 연료를 개질하여 연료전지 스택(10)에 연료를 공급한다. 이러한 연료처리부(60)는 연료공급장치, 개질기, 버너 등을 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 도시된 연료전지 시스템용 연료공급장치(100)는 연료 저장탱크(110), 배출 범프(120), 유량 분배기(130) 및 체크 밸브(140)를 포함한다.
연료 저장탱크(110)의 연료는 천연가스, LPG, 메탄올 등과 같이 액상 또는 기체 상태로 이루어진 탄화수소계를 통칭할 수 있다.
배출 범프(120)는 일정한 펌핑력에 의해 연료 저장탱크(110)의 내부에 저장된 연료를 배출시키는 역할을 한다. 이러한 배출 범프(120)는 연료 저장탱크(110)의 외측에 배치되어 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 연료 저장탱크(110)의 내부에 배치되어 있을 수도 있다.
유량 분배기(130)는 일측이 배출 펌프(120)의 출측에 연결되고, 타측이 후술할 체크 밸브(140)의 입측에 연결되는 복수의 채널(미도시)을 구비하고, 상기 복수의 채널 각각에는 서로 다른 양의 연료가 통과되도록 선택적으로 조절하는 복수의 오리피스(미도시)를 구비할 수 있다. 이러한 유량 분배기(130)에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
체크 밸브(140)는 배출 펌프(120)에 의하여 공급되는 연료의 공급량이 연료변환기(190)로부터 역류가 발생하지 않도록 하는 역할을 한다.
한편, 도 3은 도 2의 유량 분배기를 확대하여 나타낸 도면이고, 도 4는 유량 분배기의 작동 원리를 설명하기 위한 도면으로, 이를 참조로 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 분배기(130)는 복수의 채널(CH1, CH2), 복수의 개폐 밸브(V1, V2) 및 복수의 오리피스(131, 132)를 포함할 수 있다. 이때, 채널, 개폐 밸브 및 오리피스의 수는 서로 동일한 수로 설계하는 것이 바람직하며, 도 3에서는 2개의 채널(CH1, CH2)에 2개의 개폐 밸브(V1, V2)와 2개의 오리피스(131, 132)가 장착된 것을 일예로 나타낸 것이다. 이하, 복수의 채널은 제1 및 제2 채널(CH1, CH2), 복수의 개폐 밸브는 제1 및 제2 개폐 밸브(V1, V2), 그리고 복수의 오리피스는 제1 및 제2 오리피스(131, 132)라 정의하도록 한다.
이때, 제1 및 제2 채널(CH1, CH2)은 배출 펌프(도 2의 120)의 출측에서 병렬적으로 분기된다. 제1 및 제2 개폐 밸브(V1, V2)는 제1 및 제2 채널(CH1, CH2)의 전방에 각각 장착되어, 상기 연료 저장탱크(도 1의 110)로부터 공급되는 연료의 개폐를 제어하는 역할을 한다. 제1 및 제2 오리피스(131, 132)는 제1 및 제2 채널(CH1, CH2)의 후방에 각각 장착되어, 상기 제1 및 제2 채널(CH1, CH2) 각각으로 공급되는 연료를 서로 다른 양으로 배출시키는 역할을 한다.
일 예로, 제1 오리피스(131)는 연료 저장탱크(110)로부터 공급되는 연료 공급량의 76 ~ 100%를 통과시키고, 제2 오리피스(132)는 연료 저장탱크(110)로부터 공급되는 연료 공급량의 50 ~ 75%를 통과시킬 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치(100)는 제1 및 제2 개폐 밸브(V1, V2)를 이용하여 제1 오리피스(131) 또는 오리피스(132)를 선택적으로 작동하도록 설계되어 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 오리피스(132)는 가공이 용이한 원형으로 제조될 수 있으나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다. 일 예로, 직경이 D인 제2 채널(CH2)에 d의 간격으로 이격되도록 제2 오리피스(132)를 삽입하게 되면, 제2 오리피스(132)에 의하여 제2 채널(CH2)의 내부를 통과하는 연료의 공급량을 50 ~ 75%로 조절할 수 있게 된다. 이때, 제2 오리피스(132)가 장착된 부분에서는 베르누이의 정리에 의해 그 직후에서의 유속이 변화하여 압력이 떨어지게 된다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치는 유량 분배기의 제1 및 제2 개폐 밸브를 이용하여 유량 분배기의 제1 및 제2 오리피스를 선택적으로 작동시킬 수 있으므로, 소비자의 전기 요구사용량에 따라 출력 변동이 발생하더라도 연료전지 시스템의 부하 운전에 적합한 연료의 공급량을 선택적으로 조절하는 것이 가능해질 수 있다. 이 결과, 연료전지 시스템의 운전시 유량 맥동 현상을 억제하는 것을 통해 출력을 안정화시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 유량 분배기를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치(200)는 연료 저장탱크(210), 배출 펌프(220), 버퍼 탱크(230), 유량 분배기(240), 유량 측정기(250) 및 체크 밸브(260)를 포함한다.
이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 저장탱크(210), 배출 펌프(220) 및 체크 밸브(260)는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 저장탱크(도 1의 110), 배출 펌프(도 1의 120) 및 체크 밸브(도 1의 140)와 실질적으로 동일한 바, 이에 대한 중복된 설명은 생략하도록 한다.
버퍼 탱크(230)는 배출 펌프(220)와 유량 분배기(240) 사이에 장착되며, 연료 저장탱크(210)로부터 공급되는 연료를 임시 저장하는 역할을 한다. 이러한 버퍼 탱크(230)는 채널의 길이가 길어질 경우 유량 분배기(240)로 유입되는 연료의 공급량이 일정하지 않을 수 있기 때문에, 이를 보완하기 위한 목적으로 장착된다.
유량 분배기(240)는 일측이 배출 펌프(220)의 출측에 연결되고, 타측이 체크 밸브(260)의 입측에 연결되는 복수의 채널(CH1, CH2, CH3, CH4, CH5)을 구비하고, 상기 복수의 채널(CH1, CH2, CH3, CH4, CH5) 각각에는 서로 다른 양의 연료가 통과되도록 선택적으로 조절하는 복수의 오리피스(241, 242, 243, 244, 245)를 구비할 수 있다.
이때, 도 6에서는 5개의 채널(CH1, CH2, CH3, CH4, CH5)에 5개의 개폐 밸브와 5개의 오리피스(231, 232, 233, 234, 235)가 장착된 것을 일예로 나타낸 것이다. 본 발명의 다른 실시예의 경우 역시, 채널, 개폐 밸브 및 오리피스의 수는 서로 동일한 수로 설계하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 채널은 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 채널(CH1, CH2, CH3, CH4, CH5), 복수의 개폐 밸브는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 개폐 밸브(V1, V2, V3, V4, V5), 그리고 복수의 오리피스는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 오리피스(241, 242, 243, 244, 245)라 정의하도록 한다.
이때, 제1 오리피스(241)는 연료 저장탱크(210)로부터 공급되는 연료 공급량의 91 ~ 100%를 통과시키고, 제2 오리피스(242)는 연료 저장탱크(210)로부터 공급되는 연료 공급량의 81 ~ 90%를 통과시키고, 제3 오리피스(243)는 연료 저장탱크(210)로부터 공급되는 연료 공급량의 71 ~ 80%를 통과시키고, 제4 오리피스(244)는 연료 저장탱크(210)로부터 공급되는 연료 공급량의 61 ~ 70%를 통과시키고, 제5 오리피스(245)는 연료 저장탱크(210)로부터 공급되는 연료 공급량의 51 ~ 60%를 통과시킬 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 복수의 오리피스는 제1 내지 제5 오리피스(241, 242, 243, 244, 245) 이외에도 제6, 제7, 제8 오리피스를 더 포함할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 유량 분배기(240)의 제1 내지 제5 개폐 밸브(V1, V2, V3, V4, V5)를 이용하여 유량 분배기(240)의 제1 내지 제5 오리피스(241, 242, 243, 244, 245)를 선택적으로 작동시킬 수 있으므로, 소비자의 전기 요구사용량에 따라 출력 변동이 발생하더라도 연료전지 시스템의 부하 운전에 적합한 연료의 공급량을 선택적으로 조절하는 것이 가능해질 수 있다. 이 결과, 연료전지 시스템의 운전시 유량 맥동 현상을 억제하는 것을 통해 출력을 안정화시킬 수 있는 효과가 있다.
유량 측정기(250)는 유량 분배기(240)와 체크 밸브(260) 사이에 장착되어, 유량 분배기(240)를 통과하는 연료의 배출량을 측정하는 역할을 한다. 이러한 유량 측정기(250)는 일 예로 MFM(mass flow meter)이 이용될 수 있다.
전술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치는 버퍼 탱크 및 유량 측정기를 더 장착함과 더불어, 유량 분배기의 채널의 수를 확장시킴으로써, 일 실시예에 비하여 보다 안정적으로 유량 맥동을 억제하는 것이 용이한 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치를 구동하는 방법에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다. 이때, 연료전지 시스템용 연료공급장치는 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예 중 어느 하나일 수 있다.
먼저, 배출 범프를 가동하여 연료 저장탱크에 저장된 연료를 유량 분배기로 공급한다.
이후, 상기 유량 분배기를 이용하여 연료전지 시스템의 부하 운전에 해당하는 공급량으로 연료를 배출한다. 이때, 유량 분배기는 복수의 채널 각각으로 공급되는 연료를 서로 다른 양으로 배출시키는 복수의 오리피스 중 해당 연료 공급량을 배출시키는 오리피스만을 선택적으로 작동시킨다.
일 예로, 상기 유량 분배기를 이용하여, 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 76 ~ 100% 또는 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 50 ~ 75%를 통과시킬 수 있다.
이와 달리, 상기 유량 분배기를 이용하여, 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 91 ~ 100%, 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 81 ~ 90%, 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 71 ~ 80%, 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 61 ~ 70% 및 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 51 ~ 60% 중 하나의 공급량을 통과시킬 수 있다.
다음으로, 상기 체크 밸브를 개방시켜 연료 분배기로부터 배출되는 해당 연료 공급량을 연료변환기로 공급한다. 이때, 체크 밸브를 개방하기에 앞서, 유량 측정기를 이용하여 유량 분배기를 통과하는 연료의 공급량을 측정하는 과정을 더 수행할 수도 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명은 소비자의 전기 요구사용량에 따라 출력 변동이 발생하더라도 연료 공급계에 부하 운전에 적합한 연료 공급량이 선택적으로 공급되도록 멀티 채널 유량 공급 시스템을 도입함으로써, 유량 맥동을 억제함에 따라 출력 및 압력을 안정화할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 연료공급장치 110 : 연료저장탱크
120 : 배출 펌프 130 : 유량분배기
131, 132 : 제1 및 제2 오리피스 140 : 체크 밸브
CH1, CH2 : 제1 및 제2 채널 V1, V2 : 제1 및 제2 개폐 밸브
200 : 연료공급장치 210 : 연료저장탱크
220 : 배출 펌프 230 : 버퍼 탱크
240 : 유량분배기 250 : 유량측정기
260 : 체크 밸브
241, 242, 243, 244, 245: 제1 내지 제5 오리피스
CH1, CH2, CH3, CH4, CH5 : 제1 내지 제5 채널
V1, V2, V3, V4, V5 : 제1 내지 제5 오리피스

Claims (10)

  1. 연료가 저장되는 연료 저장탱크;
    상기 연료 저장탱크에 저장된 연료를 배출시키기 위한 배출 펌프;
    상기 배출 펌프에 의하여 공급되는 연료의 공급량을 판별하여, 연료변환기로 배출되는 연료의 역류를 제어하는 체크 밸브; 및
    일측은 상기 배출 펌프의 출측에 연결되고, 타측은 상기 체크 밸브의 입측에 연결되는 복수의 채널을 구비하고, 상기 복수의 채널 각각에는 서로 다른 양의 연료가 통과되도록 선택적으로 조절하는 복수의 오리피스를 구비하는 유량 분배기;를 포함하며,
    상기 유량 분배기는 상기 배출 펌프의 출측에서 병렬적으로 분기되는 복수의 채널과, 상기 복수의 채널의 전방에 각각 장착되어, 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료의 개폐를 제어하는 복수의 개폐 밸브와, 상기 복수의 채널의 후방에 각각 장착되어, 상기 복수의 채널 각각으로 공급되는 연료를 서로 다른 양으로 배출시키는 상기 복수의 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 연료공급장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 오리피스는
    상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 76 ~ 100%를 통과시키는 제1 오리피스와,
    상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 50 ~ 75%를 통과시키는 제2 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 연료공급장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 오리피스는
    상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 91 ~ 100%를 통과시키는 제1 오리피스와,
    상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 81 ~ 90%를 통과시키는 제2 오리피스와,
    상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 71 ~ 80%를 통과시키는 제3 오리피스와,
    상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 61 ~ 70%를 통과시키는 제4 오리피스와,
    상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 51 ~ 60%를 통과시키는 제5 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 연료공급장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연료공급장치는
    상기 배출 펌프와 유량 분배기 사이에 장착되어 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료를 임시 저장하는 버퍼 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 연료공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연료공급장치는
    상기 유량 분배기와 체크 밸브 사이에 장착되어, 상기 유량 분배기를 통과하는 연료의 배출량을 측정하는 유량 측정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 연료공급장치.
  7. 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 연료전지 시스템용 연료공급장치를 구동하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 배출 범프를 가동하여 연료 저장탱크에 저장된 연료를 유량 분배기로 공급하는 단계;
    (b) 상기 유량 분배기를 이용하여 상기 연료전지 시스템의 부하 운전에 해당하는 공급량으로 연료를 배출하는 단계; 및
    (c) 상기 체크 밸크를 개방시켜 상기 연료 분배기로부터 배출되는 해당 연료 공급량을 연료변환기로 공급하는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계에서, 상기 유량 분배기는 복수의 채널 각각으로 공급되는 연료를 서로 다른 양으로 배출시키는 복수의 오리피스 중 해당 연료 공급량을 배출시키는 오리피스만을 작동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 연료공급장치의 구동 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 유량 분배기를 이용하여,
    상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 76 ~ 100% 또는 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 50 ~ 75%를 통과시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 연료공급장치의 구동 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 유량 분배기를 이용하여,
    상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 91 ~ 100%, 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 81 ~ 90%, 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 71 ~ 80%, 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 61 ~ 70% 및 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료 공급량의 51 ~ 60% 중 하나의 공급량을 통과시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 연료공급장치의 구동 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20050003791A (ko) * 2003-07-04 2005-01-12 현대자동차주식회사 연료 전지 차량의 연료 공급 제어장치
US20090145851A1 (en) * 2006-12-08 2009-06-11 Klaus Witt Fluidic system with multiple flow channels

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050003791A (ko) * 2003-07-04 2005-01-12 현대자동차주식회사 연료 전지 차량의 연료 공급 제어장치
US20090145851A1 (en) * 2006-12-08 2009-06-11 Klaus Witt Fluidic system with multiple flow channels

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