KR102098625B1 - 운전 부하에 따른 연료전지의 연료공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공급되는 연료와 반응하여 전기 에너지를 생성하는 셀(cell)이 적층되는 형태로 구비되고, 상기 셀 사이에 형성되어 상기 연료가 통과되는 채널이 형성된 연료전지용 스텍; 상기 스텍의 일측에 설치되고 상기 연료가 유입되는 실린더; 상기 실린더 내부에 설치되는 로드; 및 상기 로드를 따라 상,하 이동 가능하게 설치되어 상승시 상기 스텍의 채널을 순차적으로 개방되게 하고, 하강시 상기 스텍의 채널을 순차적으로 폐쇄되게 하는 이동블럭;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 운전 부하에 따른 연료전지의 연료공급 시스템을 제공한다.

Description

운전 부하에 따른 연료전지의 연료공급 시스템{The fuel supply system of the fuel cell according to the operation load}

본 발명은 운전 부하에 따른 연료전지의 연료공급 시스템에 관한 것으로, 운전 부하에 따라 반응하는 셀 수량을 조절되게 하여 전기에너지를 생산할 수 있는 운전 부하에 따른 연료전지의 연료공급 시스템에 관한 것이다.

연료전지는 수소와 산소가 가지고 있는 화학에너지를 전기화학 반응에 의해 직접 전기에너지로 변환시켜 주는 장치이다.

연료전지는 용융탄산염 연료전지용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고분자전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC)로 구분되며 본 발명과 관련된 것은 고분자전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)이다.

고체산화물 연료전지를 예를 들면 셀(cell)은 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극(양극, cathode) 및 연료극(음극, anode)으로 이루어져 있다. 공기극에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소 이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여, 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되며, 이때 연료극에서 전자가 생성되고 공기극에서 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하여 전류를 발생시키는 것이 기본 작동원리이다.

연료전지는 연료인 수소 공급에 따라 전기를 생산하게 되는데, 운전 부하가 크면 전기에너지를 많이 생산해야 되므로 그만큼 연료를 많이 공급해야 하고, 운전 부하가 작으면 전기에너지를 적게 생산해도 되므로 그에 맞게 연료 공급을 적게 하도록 하여 효율적으로 전기를 생산하는 것이 필요하다.

KR 10-2007-0036502 A

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로, 운전부하에 따라 적절하게 연료를 공급하여 전기를 생산할 수 있는 운전 부하에 따른 연료전지의 연료공급 시스템을 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은 공급되는 연료와 반응하여 전기 에너지를 생성하는 셀(cell)이 적층되는 형태로 구비되고, 상기 셀 사이에 형성되어 상기 연료가 통과되는 채널이 형성된 연료전지용 스텍; 상기 스텍의 일측에 설치되고 상기 연료가 유입되는 실린더; 상기 실린더 내부에 설치되는 로드; 및 상기 로드를 따라 상,하 이동 가능하게 설치되어 상승시 상기 스텍의 채널을 순차적으로 개방되게 하고, 하강시 상기 스텍의 채널을 순차적으로 폐쇄되게 하는 이동블럭;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 운전 부하에 따른 연료전지의 연료공급 시스템을 제공한다.

상기 이동블럭은, 상기 연료의 공급압력에 따라 상,하 이동되는 것을 특징으로 하는 운전 부하에 따른 연료전지의 연료공급 시스템을 제공한다.

본 과제의 해결 수단에 제공된 구성에 의하면, 운전부하에 따라 스텍에 유입되는 연료의 경로를 점차적으로 개방되게 하거나 폐쇄되게 하여 반응하는 셀(cell)의 개수를 조절할 수 있다.

도 1은 본원발명의 스텍 사시도이다.
도 2는 본원발명에 따른 운전 부하에 따른 연료전지의 연료공급 시스템의 단면 구성도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하고자 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에 나타난 바는 본 발명의 전반적인 이해를 위해 제시된 것이므로 본 발명의 기술적 범위가 그것들에 한정되는 것은 아니다 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본원발명의 사시도이고, 본원발명의 스텍(100)은 공급되는 기체와 반응하여 전기 에너지를 생성하게 된다. 도 1에 나타난 바와 같이, 여기서 스텍(100)은 셀(10, cell)이 복수개 적층된 것으로 셀(10) 사이에 기체가 통과되어 셀과 화학적 반응에 의해 전기를 생산하게 된다.

여기서, 기체는 산소와 수소이며, 상부에는 연료인 수소가 유입되게 되며 셀의 하부에는 산소가 유입되게 구성되어 있다.

상기 셀(10)은 산소 이온전도성 전해질과, 일면에는 연료극(음극, Anode)이 위치하고, 타면에는 공기극(양극, Cathode)으로 이루어져 있다. 공기극에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소 이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여, 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되게 된다.

도 2는 본원발명에 따른 운전 부하에 따른 연료전지의 연료공급 시스템의 단면 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본원발명은 스텍(100), 실린더(200), 로드(300) 및 이동블럭(400)을 포함하여 구성된다.

먼저 스텍(100)은 공급되는 기체와 반응하여 전기 에너지를 생성하는 것으로 셀(10, Cell)이 복수개 적층되는 형태로 구비되고, 상기 셀(10) 사이에 상기 기체가 통과되게 하는 복수개의 채널이 형성되게 된다. 여기서 채널은 상기 셀(10)의 상부와 하부에 각각 형성되며, 상기 셀(10)의 상부채널(12)에는 연료인 수소가 유입되고, 상기 셀(10)의 하부채널(14)에는 산소가 유입되게 된다.

상기 실린더(200)는 상기 스텍(100)의 입구측에 설치되어 연료를 수용할 수 있는 내부공간을 가지는 것으로, 상부는 폐쇄되고 하부는 개방되어 하부측으로 연료가 유입되게 할 수 있다. 그리고 내부공간에는 로드(300)와 이동블럭(400)을 설치되게 된다.

상기 로드(300)는 상기 실린더(200)의 내부에 수직방향으로 설치되게 되며, 상기 이등블럭(400)을 가이드할 수 있는 바(bar) 형태로 제작된다.

그리고, 상기 이동블럭(400)은 상기 로드(300)를 따라 상,하 이동 가능하게 설치되어 상승시 상기 스텍(100)의 채널을 순차적으로 개방되게 하고, 하강시 상기 스텍(100)의 채널을 순차적으로 폐쇄되게 한다.

여기서, 상기 이동블럭(400)은 상기 연료의 공급압력에 따라 상,하 이동되며, 유입되는 연료의 압력이 높은 경우에는 상기 이동블럭(400)이 상승되고, 유입되는 연료의 압력이 낮은 경우에는 상기 이동블럭(400)을 하강되게 된다. 이동블럭(400)의 상,하 이동은 셀(10)이 적층되는 것을 고려할때 유입되는 연료 경로인 상부채널(12)을 증가시키거나 축소시키게 되어 반응 하는 셀(10)의 개수를 조절할 수 있다.

도 2(a)에서는 순차적으로 연료의 공급압력이 증가하여 도 2(b) 도 2(c)로 갈수록 이동블럭(400)이 상승하게 되는 것을 알 수 있으며, 이동블럭(400)의 상승에 따라 채널 중 상부채널(12)이 개구되는 수가 증가하여 그 만큼 연료가 유입되게 하여 셀(10)의 반응개수를 늘릴 수 있게 된다.

따라서, 본원발명은 운전 부하가 높은 경우 유입되는 연료의 압력이 높아져 반응하는 셀(10)의 개수를 점진적으로 많게 하고, 운전 부하가 낮은 경우 유입되는 연료의 압력이 낮아져 반응하는 셀(10)의 개수가 줄어들게 되어 운전 부하에 따라 반응하는 셀(10)의 개수를 조절할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 특허청구범위의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100: 스텍
200: 실린더
300: 로드
400: 이동블럭

Claims (2)

1. 공급되는 연료와 반응하여 전기 에너지를 생성하는 셀(cell)이 복수개 적층되는 형태로 구비되고, 상기 셀 사이에 형성되어 상기 연료가 통과되는 복수개의 채널이 형성된 연료전지용 스텍;
   상기 스텍의 일측에 수직방향으로 설치되되, 상부측은 폐쇄되고 하부측은 상기 연료가 유입되도록 개방된 실린더;
   상기 실린더 내부에 수직방향으로 설치되는 바(bar) 형태인 로드; 및
   상기 연료의 공급압력에 따라 이동되되, 상기 로드를 따라 상,하 이동 가능하게 설치되어 상승시 상기 스텍의 채널을 순차적으로 개방되게 하고, 하강시 상기 스텍의 채널을 순차적으로 폐쇄되게 하는 이동블럭;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 운전 부하에 따른 연료전지의 연료공급 시스템.
2. 삭제

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