KR20030078974A

KR20030078974A - 연료전지 시스템의 연료 공급 장치

Info

Publication number: KR20030078974A
Application number: KR1020020015430A
Authority: KR
Inventors: 김인규; 박명석; 이성환; 황용준; 고승태; 장창용; 허성근
Original assignee: 주식회사 엘지이아이
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2003-10-10

Abstract

본 발명은 연료전지 시스템의 연료 공급 장치에 관한 것으로, 본 발명은 연료전지스택부에 연료를 공급하는 연료공급부가 고농도의 액상이나 분말 또는 겔(gel) 상태로 액체연료를 충진한 연료탱크와, 연료탱크의 액체연료와 혼합하여 함께 연료전지스택부의 연료극으로 공급하도록 물을 채워 상기 연료탱크의 일측에 배치하는 연료희석용 물탱크와, 연료탱크와 물탱크가 각각 연료공급관과 물공급관으로 함께 연결하여 고농도의 액체연료와 물을 적정농도로 혼합하는 버퍼탱크와, 버퍼탱크를 연료전지스택부의 연료극에 순환 연결하는 연료순환관과, 연료순환관의 중간에 설치하여 연료를 연료극으로 펌핑하는 연료펌프를 포함함으로써, 동일한 부피의 연료탱크에 대하여 연료의 공급시간을 늘릴 수 있고 이를 통해 연료탱크의 교체주기를 늦춰 사용상의 편의를 높일 수 있다. 또, 연료탱크와 이 연료탱크의 연료와 혼합할 물을 저장한 연료희석용 물탱크, 그리고 공기를 가습하기 위한 가습용 물탱크를 착탈 가능한 구조로 형성하여 연료전지 시스템을 휴대용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 상기한 연료탱크와 두 물탱크를 일체로 형성하여 연료탱크와 물탱크의 교체를 일원화할 수 있다. 또, 공기극을 통과한 물을 순환시켜 공기가습에 재활용함으로써 에너지 손실을 막을 수 있다.

Description

연료전지 시스템의 연료 공급 장치{FUEL SUPPLYING DEVICE FOR FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료전지를 이용하여 전기에너지를 얻는 발전시스템에 관한 것으로, 특히 액체연료를 연료탱크에 담아 사용할 때 연료탱크의 교환주기를 길게 할 수 있는 연료전지 시스템의 연료 공급 장치에 관한 것이다.

인류가 사용하고 있는 에너지 중 대부분은 화석연료로부터 얻고 있다. 그러나 이러한 화석연료의 사용은 대기오염 및 산성비, 지구 온난화 등의 환경에 심각한 악영향을 미치고 있으며, 에너지 효율도 낮은 등의 문제점이 있었다.

이러한 화석연료의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 연료전기 시스템이 개발되고 있다.

연료전지는 통상의 전지(2차 전지)와는 다른 음극에 연료(수소가스나 탄화수소)를, 양극에 산소를 외부로부터 공급하여 발전하는 전지계로서 실제로는 발전장치라고 볼 수 있다.

연료전지에 의한 발전 방법은 연료의 연소(산화)반응을 거치지 않고 수소와 산소의 전기화학적 반응을 거쳐 반응 전후의 에너지 차를 전기에너지로 직접 변환하는 방법이다.

이러한 연료전지는 NOx와 SOx이 발생되지 않으며 소음과 진동이 없는 시스템으로서 열효율이 전기발전량과 열회수량을 합하여 80%이상이면서도 NOx나 SOx 등 유해가스의 발생이 없는 크린 발전 시스템이라고 할 수 있다.

종래에 알려진 연료전지 시스템으로는 도 1에서와 같이 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 생성하도록 연료극(11)과 공기극(12)을 구비하는 연료전지스택부(10)와, 연료인 LNG에서 수소(H₂)를 만들어 연료전지스택부(10)의 연료극(11)에 공급하는 연료공급부(20)와, 연료전지스택부(10)의 공기극(12)에 산소를 공급하는 공기공급부(30)와, 연료전지스택부(10)에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부(40)와, 상기한 각 부(10)(20)(30)(40)를 적절히 조절하는 제어부(미도시)로 구성하고 있다.

여기서 연료공급부(20)는 통상 연료전지스택부(10)와 연료공급원(21) 사이에 개질기(reformer)(25)라고 하는 비교적 부피가 큰 장치를 구비하고 있다. 즉, 개질기(25)는 연료인 LNG에서 황(S)을 제거하는 탈황기(26)와, 수증기와 접촉 반응하여 수소를 생산하는 개질기(27)와, 생산된 수소에서 CO₂, CO, N₂, H₂O 등을 분리하는 CO전환기(28)와 CO제거기(29)를 직렬로 연결하여 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 22는 연료펌프, 31은 공기압축기, 32는 가습기, 41은 인버터, 42는 로드이다.

상기와 같은 종래 연료전지 시스템은 다음과 같이 동작한다.

즉, 제어부(미도시)가 가동 지령을 내리면 연료인 LNG가 통상 개질기(25)라고 통칭하는 탈황기(26),개질기(27),CO전환기(28) 그리고 CO제거기(29)를 차례대로 거치면서 H₂를 생성하여 연료전지스택부(10)의 연료극(11)으로 공급된다.

이와 동시에 연료전지스택부(10)의 공기극(12)으로는 공기공급부(30)를 통해공기가 공급되어 연료극(11)으로 공급된 연료와 함께 산화반응과 환원반응을 일으키면서 전기에너지를 발생하도록 하는 것이었다.

이러한 종래의 연료전지 시스템은 수소생성부인 개질기(25)의 부피가 크고 복잡하여 일반 가정용 발전 시스템에서는 고정하여 설치할 수 있지만 야외로 휴대하여 사용하기에는 부피나 가격적으로 부담스러운 것이 사실이었다. 이를 감안하여 종래에는 연료전지 시스템에서 부피가 크고 구조가 복잡한 수소생성부를 제거하고자 수소가스를 압축 저장한 수소봄베(50)를 연료전지스택부(10)의 연료극(11)에 착탈식으로 연결 설치하는 방식이 알려져 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 연료전지 시스템 역시 수소봄베(50)를 교체하거나 그 수소봄베(50)에 수소가스를 재충진해야 할 경우 이를 일반인이 직접 고압으로 압축하여 충진하기는 어려울 뿐만 아니라 취급하기에도 상당히 위험하고, 또 연료의 교체주기가 짧아 사용상의 불편함이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 연료전지 시스템이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 연료전지 시스템을 안전하게 휴대할 수 있을 뿐만 아니라 연료를 장시간 공급할 수 있는 연료전지 시스템의 연료 공급 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1 및 도 2는 종래 연료전지 시스템의 일례를 각각 보인 계통도.

도 3은 본 발명 연료전지 시스템의 일례를 보인 계통도.

도 4는 연료전지스택의 단면도.

도 5은 본 발명 연료전지 시스템의 변형예를 보인 계통도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 연료전지스택부 113 : 연료극

114 : 공기극 120 : 연료공급부

121 : 연료탱크 122 : 희석용 물탱크

123 : 연료공급관 123a : 연료펌프

124 : 희석용 물공급관 124a : 제1물펌프

125 : 버퍼탱크 126 : 연료순환관

127a,127b : 연료조절밸브 130 : 공기공급부

132 : 공기공급관 140 : 공기가습부

141 : 가습기 142 : 가습용 물탱크

150 : 물순환부 152 : 기액분리기

160 : 전기에너지출력부

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전해질막과 이 전해질막을 사이에 두고 양측에 적층하는 연료극과 공기극을 구비하여 각 극으로 공급되는 연료와공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생성하는 연료전지스택부와, 연료전지스택부의 연료극에 액체연료를 공급하는 연료공급부와, 연료전지스택부의 공기극으로 공기를 공급하는 공기공급부와, 공기공급부의 중간에 설치하여 공기를 가습하는 공기가습부와, 연료전지스택부에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부를 포함한 연료전지 시스템에 있어서,

연료공급부는 고농도의 액상이나 분말 또는 겔(gel) 상태로 액체연료를 충진한 연료탱크와, 연료탱크의 액체연료와 혼합하여 함께 연료전지스택부의 연료극으로 공급하도록 물을 채워 상기 연료탱크의 일측에 배치하는 연료희석용 물탱크와, 연료탱크와 물탱크가 각각 연료공급관과 물공급관으로 함께 연결하여 고농도의 액체연료와 물을 적정농도로 혼합하는 버퍼탱크와, 버퍼탱크를 연료전지스택부의 연료극에 순환 연결하는 연료순환관과, 연료순환관의 중간에 설치하여 연료를 연료극으로 펌핑하는 연료펌프를 포함한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 연료 공급 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 연료전지 시스템을 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명 연료전지 시스템의 일례를 보인 계통도이고, 도 4는 연료전지스택의 단면도이며, 도 5은 본 발명 연료전지 시스템의 변형예를 보인 계통도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 연료전지 시스템은, 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지와 열에너지를 동시에 생성하는연료전지스택부(110)와, 수소(H₂)를 포함한 액체연료를 연료전지스택부(110)의 연료극(113)에 공급하는 연료공급부(120)와, 연료전지스택부(110)의 공기극(114)에 공기를 공급하는 공기공급부(130)와, 공기공급부(130)의 중간에 설치하여 공기를 가습하는 공기가습부(140)와, 연료전지스택부(110)의 공기극(113)을 통과한 물을 다시 공기가급부(130)로 순환시키는 물순환부(150)와, 연료전지스택부(110)에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부(160)와, 상기한 각 부(110)(120)(130)(140)(150)(160)를 적절히 조절하는 제어부(미도시)로 구성한다.

연료전지스택부(110)는 도 4에서와 같이 다수 개의 싱글셀(single cell)(111)을 적층한 것으로, 각 싱글셀(111)은 전해질막(112)과, 이 전해질막(112)을 사이에 두고 양측에 적층하는 연료극(113)과 공기극(114), 그리고 이 연료극(113)과 공기극(114)의 외측에 적층하여 각각 연료와 공기가 연료극(113)과 공기극(114)에 각각 접촉하면서 순환할 수 있도록 하는 분리기(separator)(115,116)로 이루어진다. 또, 양측 분리기(115,116)의 외측에 집전전극을 형성하는 집전기(current collector)(117,118)를 각각 적층하여 상기한 연료전지스택부(110)가 이루어진다.

전해질막(112)은 H⁺를 전달하는 고분자 재질의 막, 예컨대 습윤(濕潤) 상태에서 전기전도성을 띠는 고분자 이온교환막을 사용하는 것이 바람직하다.

연료극(113)과 공기극(114)은 지지체와 이 지지체의 양측면에 적층하는 촉매층으로 구성하되 지지체는 다공성 카본페이퍼(carbon paper) 또는카본크로스(carbon cloth)로 형성하고, 촉매층은 수소의 산화 및 산소의 환원반응에 적합한 백금을 사용하는 것이 바람직하다. 촉매층은 촉매의 유효표면적을 늘리기 위하여 미세한 백금입자를 미세한 탄소입자 표면에 코팅한 형태로 형성한다.

분리기(115,116)는 전기전도성이 양호하고 내식성이 강한 그라파이트(graphite)와 같은 금속물질을 사용하고, 연료극(113)과 공기극(114)에 접촉하는 각각의 내측면에는 연료액이 통과하는 연료유로(fuel channel)(Cf)와 공기유로(air channel)(Co)를 형성한다. 또, 싱글셀(111)들 사이에 설치하는 분리기(115,116)는 일측은 연료유로(Cf)를, 타측에는 공기유로(Co)를 형성한 것을 사용하고, 연료전지스택부(110)의 양측 단부에 설치하는 분리기(115,116)는 내측면에만 연료유로(Cf) 또는 공기유로(Co)를 형성한 것을 사용한다. 연료전지스택부(110)에 설치한 분리기(115,116)의 연료유로(Cf)와 공기유로(Co)는 메니폴드에 의하여 각각 병렬로 연결한다.

집전기(117,118)는 연료전지스택부(110)에서 최종적으로 전기에너지를 취출하기 위한 것으로 통상적인 터미널로서 사용하는 구리재질 등의 전기전도체로 형성하는 것이 바람직하다.

연료공급부(120)는 고농도의 액상이나 분말 또는 겔(gel) 상태로 액체연료를 충진한 연료탱크(121)와, 연료탱크(121)의 액체연료와 혼합하여 함께 연료전지스택부(110)의 연료극(113)으로 공급하도록 물을 채워 상기 연료탱크(121)의 일측에 배치하는 연료희석용 물탱크(122)와, 연료탱크(121)와 연료희석용 물탱크(122)가 각각 연료공급관(123)과 연료희석용 물공급관(124)으로 함께 연결하여 고농도의 액체연료와 물을 적정농도로 혼합하는 버퍼탱크(125)와, 버퍼탱크(125)를 연료전지스택부(110)의 연료극(113)에 순환 연결하는 연료순환관(126)과, 연료순환관(126)의 중간에 설치하여 연료를 연료극(113)으로 펌핑하는 제2연료펌프(126a)로 이루어진다.

또, 연료탱크(121)와 버퍼탱크(125) 사이의 연료공급관(123)에는 연료탱크(121)에서 고농도 액체연료를 버퍼탱크(125)로 펌핑하기 위한 제1연료펌프(123a)를 설치하고, 연료희석용 물탱크(122)와 버퍼탱크(125) 사이의 희석용 물공급관(124)에는 연료희석용 물탱크(122)에서 소정량의 물을 버퍼탱크(125)로 펌핑하기 위한 제1물펌프(124a)를 설치한다.

버퍼탱크(125)에는 액체연료의 농도를 감지하여 연료탱크(121)의 교체시기를 알려주도록 표시부를 갖는 농도센서(D)를 설치하는 것이 바람직하다.

또, 버퍼탱크(125)의 입구와 출구에는 연료탱크(121)를 교체할 때 연료순환관(126)을 닫거나 또는 연료량을 적절하게 가감할 때 개폐정도로 조절하는 연료조절밸브(127a)(127b)를 각각 설치한다.

여기서, 연료탱크(121)는 제1실시예에서와 같이 연료희석용 물탱크(122)는 물론 후술할 가습용 물탱크(142)와 독립적으로 설치할 수도 있으나, 도 5에 도시한 제2실시예에서와 같이 연료희석용 물탱크(122)와 가습용 물탱크(142)를 한 번에 교체할 수 있도록 일체로 형성할 수도 있다.

공기공급부(130)는 대기 중의 공기를 펌핑하는 공기압축기(131)와, 공기압축기(131)를 연료전지스택부(110)의 공기극(114)에 연결하는 공기공급관(132)으로 이루어진다. 공기압축기(131)의 입구측에는 흡입되는 공기를 정화하기 위한공기필터(133)를 설치한다.

또, 공기공급관(132)의 중간, 즉 공기압축기(131)의 출구측에는 그 공기공급관(132)을 통과하는 공기를 적절하게 가습하기 위하여 후술할 가습기(141)를 설치하고, 그 가습기(141)의 입구측에는 공기의 역류를 방지하는 체크밸브(134)를 설치하는 반면 출구측에는 공기조절밸브(135)를 설치한다.

공기가습부(140)는 상기한 공기공급관(132)의 중간에 설치하는 가습기(141)와, 가습기(141)와 물공급원(142)을 연결하는 가습용 물공급관(143)과, 가습용 물공급관(143)의 중간에 설치하여 물을 가습기(141)로 펌핑하는 제2물펌프(144)로 이루어진다. 또, 가습용 물공급관(143)에는 물공급원(142)에서 가습기(141)로 물이 공급되도록 하는 물공급밸브(145)를 설치한다.

가습기(141)는 통상적으로 알려진 초음파형, 버블형, 가열형 등으로 이루어진다.

물공급원(142)은 가정용으로 사용할 경우에는 상수(上水)와 연결하고, 본 실시예와 같이 휴대용으로 사용할 경우에는 일정량의 물을 저장한 가습용 물탱크로 이루어진다.

가습용 물탱크(142)는 상기한 연료탱크(121)와 함께 동시에 교체할 수 있도록 연료와 물의 사용량을 고려하여 도 5에서와 같이 적절한 체적비율로 연료탱크(121)와 희석용 물탱크(122)와 일체로 형성하는 것이 바람직하다.

물순환부(150)는 연료전지스택부(110)의 공기극(114)과 물공급관(143)을 연결하는 물순환관(151)과, 물순환관(151)의 중간에 설치하고 연료전지스택부(110)를통과하는 물과 공기 중에서 물을 분리하여 가습기(141)에 순환시키기 위한 기액분리기(152)와, 가습용 물공급관(143)과 물순환관(151)의 연결지점에 설치하여 물의 공급유로를 가변하도록 3방밸브로 된 물전환밸브(153)로 이루어진다.

기액분리기(152)에는 분리된 물의 양에 따라 상기한 물전환밸브(153)를 통해 물탱크와 번갈아 가습용 물공급관(143)에 연결되도록 수위센서(L)를 설치한다.

도면중 미설명 부호인 154는 배기관이다.

상기와 같은 본 발명 연료전지 시스템의 작용 효과는 다음과 같다.

제어부가 가동 지령을 내리면 연료공급부(120)의 제1연료펌프(123a)와 제1물펌프(124a)가 구동하여 제1연료펌프(123a)는 연료탱크(121)에서 고농도 액체연료를 버퍼탱크(125)로 펌핑하는 반면 제1물펌프(124a)는 연료희석용 물탱크(122)에서 물을 버퍼탱크(125)로 펌핑한다.

버퍼탱크(125)에서는 연료탱크(121)와 연료희석용 물탱크(122)에서 공급된 고농도 액체연료와 물이 혼합하여 적정한 농도를 이루고, 이 액체연료는 제2연료펌프(126a)의 구동에 의해 버퍼탱크(125)에서 연료전지스택부(110)의 연료극(113)으로 펌핑되어 공기극(114)으로 공급되는 공기와 함께 전기화학적 반응을 통해 전기 에너지를 생성한 후에 상기 연료순환관(126)을 통해 버퍼탱크(125)로 회수된다.

이때, 연료조절밸브(127a)(127b)는 제어부에 의해 적절하게 열려 액체연료가 원활하게 순환하도록 함과 아울러 농도센서(D)를 이용하여 순환되는 액체연료의 농도를 지속적으로 감지하면서 그 농도값이 기준값 이하 일 경우 연료탱크(121)를 교체하여야 함을 표시부를 통해 사용자에게 알려준다.

이와 동시에 공기압축기(131)가 구동하여 대기중에서 공기를 펌핑하면서 공기공급관(132)을 통해 연료전지스택부(110)의 공기극(114)으로 공급한다. 이 공기는 중간에 가습기(141)를 거치면서 수증기 상태로 가습되어 공기조절밸브(135)를 거쳐 공기극(114)으로 공급됨으로써 전기에너지를 생성한다.

이를 보다 상세히 살펴 보면, 액체연료는 연료순환관(126)을 통하여 연료전지스택부(110)의 분리기(115,116)에 형성된 연료유로(Cf)를 통해 공급됨과 아울러 공기공급부(130)가 개방되어 대기 중의 공기가 공기공급관(132)을 통하여 연료전지스택부(110)의 분리기(115,116)에 형성된 공기유로(Co)를 통해 공급된다.

이때, 물공급밸브(145)가 개방되고 제2물펌프(144)가 구동하여 가습용 물탱크(142)의 물이 가습용 물공급관(143)을 통해 가습기(141)로 공급되고, 이 가습기(141)에서 공기를 수증기 상태로 만들어 연료전지스택부(110)로 공급된다.

이와 같이 분리기(115,116)의 연료유로(Cf)와 공기유로(Co)에 공급된 액체연료와 공기는 각각 연료극(113)과 공기극(114)에 접촉하여 전기화학적 반응에 의해 전기에너지가 발생된다.

즉, 연료극(113)측에서는 연료로부터 공급된 H⁺의 전기화학적 산화반응

H₂→2H⁺+ 2e^-

이 발생되고, 전해질막(112)에서는 산화/환원 반응에 의해 생긴 이온을 전달하게 되며, 공기극(114)에서는 공급된 공기(산소)의 전기화학적 환원반응

4H⁺+ O₂+4e^-→2H₂O

이 발생된다.

이에 따라 연료극(113)과 공기극(114)의 사이에 기전력이 발생하고, 이 기전력은 다수개의 싱글셀(111)이 적층된 연료전지스택부(110)의 양단에 설치된 집전기(117,118)를 통하여 출력되며, 집전기(117,118)에서 출력되는 전류는 부하로 공급된다.

한편, 연료전지스택부(110)의 공기극(114)을 통과하는 공기중에는 물이 혼합되어 물순환관(151)을 통해 기액분리기(152)로 배출되고, 이 중에서 공기는 그대로 배출되는 반면 물은 남았다가 물전환밸브(153)가 가습용 물탱크(142) 쪽을 닫고 기액분리기(152) 쪽을 여는 시점에서 제2물펌프(144)에 의해 가습기로 순환 공급된다. 이때 기액분리기(152)에 구비된 수위센서(L)에 의해 그 기액분리기(L)에 저장된 물의 양이 어느 정도인지를 판단하고 그 양이 가습용 물탱크(142)를 대신할 정도의 양일 경우 제어부에 의해 단독으로 가습기(141)와 연결된다.

이후, 연료탱크(121)와 연료희석용 물탱크(122), 그리고 가습용 물탱크(142)의 교체시기가 되었을 경우에는 연료조절밸브(127a)(127b)를 닫고 연료탱크(121)를 다른 연료탱크로 교체하는데 도 5에서와 같이 연료탱크(121)와 연료희석용 물탱크(122), 그리고 가습용 물탱크(142)를 일체로 형성하는 경우에는 각 탱크(121)(122)(142)를 따로 교체할 필요 없이 한 번에 교체할 수 있다.

이렇게 하여, 별도의 개질기를 구비하지 않고도 연료를 원활하게 공급할 수있고 이를 통해 개질기로 인해 발생하는 시스템의 부피 증가와 비용 증가를 막을 수 있다.

또, 착탈이 가능한 연료탱크에 액체연료를 충진하여 사용할 수 있도록 함으로써 휴대가 가능할 뿐만 아니라 사용상의 위험을 줄이고 편의성을 높일 수 있다.

또, 연료탱크에 고농도로 압축한 분말이나 액상, 또는 겔(gel) 형상으로 액체연료를 충진하였다가 필요한 양만큼 버퍼탱크로 공급하여 혼합한 후 연료전지스택부로 공급함에 따라 연료탱크의 부피를 적게 하더라도 많은 양의 연료를 저장할 수 있어 연료탱크의 교체주기를 늦출 수 있다.

또, 공기를 가습하기 위한 가습용수를 상수 외에 착탈이 가능한 물탱크를 사용할 수도 있음에 따라 역시 휴대가 가능하고, 특히 가습용 물탱크를 사용할 경우 이 가습용 물탱크를 연료탱크와 연료희석용 물탱크에 일체로 형성하여 연료탱크와 연료희석용 물탱크를 교체할 때 가습용 물탱크도 함께 교체할 수 있도록 하여 사용의 편의를 더욱 높일 수 있다.

또, 연료전지스택부의 공기극에서 공기와 함께 배출되는 물을 가습기로 순환시켜 미리 가열된 물로 공기를 가습하는데 활용함에 따라 특히 가열형 가습기를 사용할 때 적은 열량으로도 가습효과를 높여 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 고농도 액체연료를 분말이나 액상, 또는 겔 상태로 착탈 가능한 연료탱크에 저장하였다가 버퍼탱크에서 물과 함께 혼합한 후연료전지스택부의 연료극으로 공급하도록 구성함으로써, 동일한 부피의 연료탱크에 대하여 연료의 공급시간을 늘릴 수 있고 이를 통해 연료탱크의 교체주기를 늦춰 사용상의 편의를 높일 수 있다.

또, 연료탱크와 이 연료탱크의 연료와 혼합할 물을 저장한 연료희석용 물탱크, 그리고 공기를 가습하기 위한 가습용 물탱크를 착탈 가능한 구조로 형성하여 연료전지 시스템을 휴대용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 상기한 연료탱크와 두 물탱크를 일체로 형성하여 연료탱크와 물탱크의 교체를 일원화할 수 있다.

또, 공기극을 통과한 물을 순환시켜 공기가습에 재활용함으로써 에너지 손실을 막을 수 있다.

본 발명은 상술한 실시례로서만 국한되는 것은 아니고 본 발명의 사상 및 범위내에서 다양한 변형이 가능한 것이다.

Claims

전해질막과 이 전해질막을 사이에 두고 양측에 적층하는 연료극과 공기극을 구비하여 각 극으로 공급되는 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생성하는 연료전지스택부와, 연료전지스택부의 연료극에 액체연료를 공급하는 연료공급부와, 연료전지스택부의 공기극으로 공기를 공급하는 공기공급부와, 공기공급부의 중간에 설치하여 공기를 가습하는 공기가습부와, 연료전지스택부에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부를 포함한 연료전지 시스템에 있어서,

연료공급부는 고농도의 액상이나 분말 또는 겔(gel) 상태로 액체연료를 충진한 연료탱크와, 연료탱크의 액체연료와 혼합하여 함께 연료전지스택부의 연료극으로 공급하도록 물을 채워 상기 연료탱크의 일측에 배치하는 연료희석용 물탱크와, 연료탱크와 물탱크가 각각 연료공급관과 물공급관으로 함께 연결하여 고농도의 액체연료와 물을 적정농도로 혼합하는 버퍼탱크와, 버퍼탱크를 연료전지스택부의 연료극에 순환 연결하는 연료순환관과, 연료순환관의 중간에 설치하여 연료를 연료극으로 펌핑하는 연료펌프를 포함한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 연료 공급 장치.
제1항에 있어서,

버퍼탱크에는 물과 혼합된 액체연료의 농도를 감지하여 연료탱크의 교체시기를 알려주도록 표시부를 갖는 농도센서를 설치하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 연료 공급 장치.
제1항에 있어서,

물공급관에는 일정량의 물을 저장한 가습용 물탱크를 착탈 가능하게 설치하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 연료 공급 장치.
제3항에 있어서,

연료탱크와 연료희석용 물탱크 그리고 가습용 물탱크는 연료와 물의 적정 사용량을 고려하여 일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 연료 공급 장치.