KR20060000434A - 연료 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스를 전기 발생부로 공급하는 개질기; 상기 연료를 개질기로 공급하는 연료 공급원; 상기 산소를 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원; 및 상기 전기 발생부와 개질기에 연결 설치되어 상기 전기 발생부의 전기 출력량을 조절하는 버퍼유니트(buffer unit)를 포함한다.
연료전지, 전기발생부, 스택, 개질기, 연료공급원, 산소공급원, 부하, 응답, 특성, 버퍼유니트, 스토리지부, 수소가스공급부

Description

연료 전지 시스템 {FUEL CELL SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 상세도이다.
도 3은 도 2에 도시한 스택 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 버퍼유니트 부위를 나타내 보인 단면 구성도이다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시스템의 전기적인 출력 특성을 개선한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올과 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
이러한 연료 전지는 메탄올 또는 에탄올 등을 개질하여 만들어진 수소를 연료로 사용하여 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 갖는다.
상기 연료 전지는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(Reformer), 연료 탱크, 및 연료 펌프 등을 구비한다. 따라서, 상기 연료 전지 시스템은 연료 펌프의 작동으로 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급하고, 이 개질기에서 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키며, 스택에서 이 수소 가스와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다.
이와 같은 구조를 기본으로 하는 연료 전지 시스템은 초기 기동시 연료 펌프 등으로 전원을 인가하여 이들을 가동시키는 보조 전원 공급장치 예컨대, 충,방전이 가능한 2차 전지를 구비하고 있다. 따라서 시스템의 초기 기동시 보조 전원 공급장치로부터 공급되는 전원을 통해 상기한 연료 펌프를 가동시켜 개질기 및 스택을 예열하고, 본 시스템의 본격적인 운전에 필요한 전원을 스택을 통해 발생시킨다.
그런데 종래의 연료 전지 시스템의 작용시 스택으로부터 발생되는 전기 에너지를 소정의 부하로 공급하는 도중, 상기 부하에서 전기적인 과도 상태가 발생할 우려가 있다. 이러한 경우, 상기 부하에서는 순간적으로 시스템의 기설정된 출력 용량을 초과하는 전기 에너지를 요구하게 되는 바, 상기 초과분의 전기 용량을 보조 전원 공급장치를 통해 부하로 공급하게 된다.
따라서 이와 같이 보조 전원 공급장치가 상기 초과분의 전기 용량에 상응하는 전원을 부하에 전적으로 공급하여 부하의 과도 상태에 대처하게 되므로, 보조 전원 공급장치의 전기 용량을 증가시켜야 하는 바, 이로 인해 시스템의 전체적인 운전 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 부하의 전기적인 과도 상태에 신속히 대처할 수 있도록 시스템의 전기적인 응답 특성을 개선한 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스를 전기 발생부로 공급하는 개질기; 상기 연료를 개질기로 공급하는 연료 공급원; 상기 산소를 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원; 및 상기 전기 발생부와 개질기에 연결 설치되어 상기 전기 발생부의 전기 출력량을 조절하는 버퍼유니트(buffer unit)를 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 버퍼유니트는: 상기 개질기와 전기 발생부의 연결 경로 상에 설치되어 상기 개질기의 단위 시간당 공급량 보다 상대적으로 많은 양의 수소 가스를 실질적으로 저장하는 스토리지부; 및 상기 스토리지부에 연결 설치되어 이 스토리지부에 저장된 상기 수소 가스를 상기 전기 발생부에 추가적으로 공급하는 수소 가스 공급부를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급원은: 상기 연료를 저장하는 제1 탱크; 상기 제1 탱크에 연결 설치되는 제1 펌프를 포함하며, 상기 제1 탱크와 개질기가 제1 공급라인에 의해 연결되고, 상기 개질기와 전기 발생부가 제2 공급라인에 의해 연결될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 산소 공급원은: 공기를 흡입하는 제2 펌프를 포함하며, 상기 제2 펌프와 전기 발생부가 제3 공급라인에 의해 연결될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 버퍼유니트는: 상기 제2 공급라인 상에 설치되어 상기 제2 공급라인의 단면적 보다 상대적으로 큰 단면적을 갖는 제2 탱크; 및 상기 제2 탱크와 연결 설치되는 제3 펌프를 포함할 수도 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제2 탱크는, 상기 제2 공급라인과 실질적으로 연통하는 유입구 및 유출구를 구비할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 전기 발생부가 복수로 구비되며 상기 복수의 전기 발생부에 의한 적층 구조로 이루어진 스택을 형성할 수 있다.
아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키며, 이 전기 에너지를 소정의 부하로 공급하는 적어도 하나의 전기 발생부; 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스를 전기 발생부로 공급하는 개질기; 상기 연료를 개질기로 공급하는 연료 공급원; 상기 산소를 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원; 상기 부하로 전원을 선택적으로 공급하는 보조 전원 공급부; 및 상기 전기 발생부와 개질기에 연결 설치되어 상기 전기 발생부의 전기 출력량을 조절하는 버퍼유니트(buffer unit)를 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 보조 전원 공급부는 상기 부하와 전기적으로 연결되는 2차 전지를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 버퍼유니트는: 상기 개질기와 전기 발생부의 연결 경로 상에 설치되어 상기 개질기의 단위 시간당 공급량 보다 상대적으로 많은 양의 수소 가스를 실질적으로 저장하는 스토리지부; 및 상기 스토리지부에 연결 설치되어 이 스토리지부에 저장된 상기 수소 가스를 상기 전기 발생부에 추가적으로 공급하는 수소 가스 공급부를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 전체적인 시스템의 기동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 상기 연료 전지 시스템은, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC) 방식으로 이루어진다.
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 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1의 상세도이고, 도 3은 도 2에 도시한 스택 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 시스템(100)은 노트북 PC, 이동통신 단말기기 등과 같 은 휴대용 전자기기에 장착될 수 있는 것으로, 수소를 함유한 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스와 산소를 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 생성하기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등과 같은 협의(狹義)의 연료 이 외에, 광의(廣義)의 연료로서 물 및 산소가 더욱 포함된다. 그러나 이하에서 설명하는 연료는 상기 협의의 연료로서 편의상 액상으로 이루어진 연료라 정의한다.
그리고 본 시스템(100)은 상기 연료에 함유된 수소와 반응하는 산소 연료로서 별도의 저장수단에 저장된 순수한 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 상기한 산소 연료로서 공기를 사용하는 후자의 예를 설명한다.
상기 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 전기 발생부(11)와, 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 전기 발생부(11)로 공급하는 개질기(20)와, 개질기(20)로 연료를 공급하는 연료 공급원(30)과, 전기 발생부(11)로 공기를 공급하는 산소 공급원(40)을 포함한다.
전기 발생부(11)는 전극-전해질 합성체(12)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(16)를 배치하여 전기를 발생시키는 최소 단위의 셀을 형성하고, 복수로 구비되어 본 실시예에서와 같은 적층 구조의 스택(10)을 형성한다. 그리고 전기 발생 부(11)는 소정의 부하(L) 예컨대, 본 시스템(100)을 채용하는 휴대용 전자기기 등의 구동 소자에 상기 전기 에너지를 공급할 수 있는 구조를 갖는다. 여기서 전극-전해질 합성체(12)는 양측에 애노드 전극과 캐소드 전극을 구비하며, 수소와 공기 중의 산소를 산화/환원 반응시키는 기능을 가진다. 그리고 세퍼레이터(16)는 전극-전해질 합성체(12)의 양측에 수소와 산소를 함유한 공기를 공급하는 기능을 가지며, 상기 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능도 가진다.
개질기(20)는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 통상적인 개질기의 구조를 갖는다. 부연 설명하면, 상기 개질기(20)는 일 례로서, 수증기 개질, 부분산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시킨다. 그리고 상기 개질기(20)는 일 례로서, 수성가스 전환 방법, 선택적 산화 방법 등과 같은 촉매 반응 또는 분리막을 이용한 수소의 정제 등과 같은 방법으로 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.
연료 공급원(30)은 수소를 함유한 액상의 연료를 저장하는 제1 탱크(31)와, 제1 탱크(31)에 저장된 연료를 배출시키도록 제1 탱크(31)와 연결 설치되는 제1 펌프(33)를 포함한다.
산소 공급원(40)은 소정 펌핑력으로 공기를 흡입하고, 상기 공기를 스택(10)의 전기 발생부(11)로 공급할 수 있는 제2 펌프(41)를 포함하고 있다.
한편, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(100)은 전기 생성에 필요한 연료, 수소 가스 및 공기를 각각의 구성요소로 원활하게 공급하기 위해, 상기한 구성요소들이 각각 유로로 연결된 구조로 이루어진다. 구체적으로, 본 시스템(100)은 제1 탱크(31)와 개질기(20)가 관로 형태의 제1 공급라인(91)에 의해 연결 설치되고, 개질기(20)와 스택(10)이 관로 형태의 제2 공급라인(92)에 의해 연결 설치되며, 제2 펌프(41)와 스택(10)이 관로 형태의 제3 공급라인(93)에 의해 연결 설치될 수 있다. 이 때 개질기(20)로부터 발생되는 수소 가스는 상기 제2 공급라인(92)을 통해 스택(10)의 전기 발생부(11)로 공급되는 바, 상기 수소 가스는 제1 펌프(31)의 펌핑력에 의해 전기 발생부(11)로 공급될 수 있다.
그리고 본 시스템(100)은 초기 구동시 펌프(33, 41) 등으로 보조 전원을 인가하거나 스택(10)에서 발생하는 전기 에너지를 보충하여 전술한 바 있는 부하(L)로 인가할 수 있는 보조 전원 공급부(50)를 구비하고 있다. 이러한 보조 전원 공급부(50)는 충,방전이 가능한 일반적인 배터리로서 2차 전지를 들 수 있다.
그리고 상기 시스템(100)은 보조 전원 공급부(50)로부터 공급되는 전원의 전압 레벨을 조정하고, 상기 구성요소들의 구동에 필요한 신호를 인가하는 제어부(60)를 포함하고 있다. 상기 제어부(60)는 인버터, 컨버터 또는 각종 제어 회로를 구비하는 통상적인 컨트롤러를 구비한다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(100)의 작용시 상기 부하(L)에서 전기적인 과도 상태가 발생하는 경우, 시스템(100)의 응답 특성 즉, 개질기(20) 및 스택(10)의 운전 성능에 한계가 있으므로, 보조 전원 공급부(50)를 통해 소정의 전원을 상기 부하(L)로 공급하게 된다. 이 때 보조 전원 공급부(50)는 시스템(100)의 기설정된 출력 용량을 초과하는 전원을 전적으로 소비하게 된다.
이에 본 발명의 실시예는 보조 전원 공급부(50)의 출력 용량을 줄이면서 시스템의 응답 특성을 향상시킬 수 있는 버퍼유니트(buffer unit)(70)를 구비하고 있다.
도 4는 도 2에 도시한 버퍼유니트 부위를 나타내 보인 단면 구성도이다.
도면을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 버퍼유니트(70)는 전기 발생부(11)의 전기 출력량을 조절하여 부하(L)에서 요구하는 전기 에너지를 추가적으로 공급하기 위한 것이다. 즉, 버퍼유니트(70)는 개질기(20)로부터 스택(10)의 전기 발생부(11)로 공급되는 수소 가스의 양을 조절하여 전기 발생부(11)의 전기 출력량을 실질적으로 조절하기 위한 것이다.
이를 위해 버퍼유니트(70)는 개질기(20)와 전기 발생부(11)의 연결 경로 상에 설치되는 스토리지부(71)와, 스토리지부(71)에 연결 설치되는 수소 가스 공급부(72)를 포함한다.
스토리지부(71)는 개질기(20)의 단위 시간당 공급량 보다 상대적으로 많은 양의 수소 가스를 실질적으로 수용하는 저장수단으로서, 상기 수소 가스의 공급 경로, 즉, 제2 공급라인(92) 상에 설치될 수 있다. 이러한 스토리지부(71)는 제2 공급라인(92)의 단면적 보다 상대적으로 큰 단면적을 갖는 제2 탱크(73)를 구비한다. 상기 제2 탱크(73)는 제2 공급라인(92)을 통한 수소 가스의 공급 경로 상에 유입구(73a)와 유출구(73b)를 형성하고 있다. 이 때 상기 유입구(73a) 및 유출구(73b)에는 제2 공급라인(92)이 각각 연결된다.
그리고 수소 가스 공급부(72)는 스토리지부(71)에 연결 설치되어 이 스토리지부(71)에 저장된 수소 가스를 전기 발생부(11)에 추가적으로 공급하기 위한 것이다. 이를 위해 상기 수소 가스 공급부(72)는 제2 탱크(73)에 연결 설치되는 제3 펌프(74)를 구비한다. 이 때 제3 펌프(74)는 제1 펌프(33)의 펌핑 용량 보다 상대적으로 큰 펌핑 용량을 가지는 바, 이는 제1 펌프(33)에 의해 개질기(20)로부터 전기 발생부(11)로 공급되는 단위 시간당 수소 가스의 공급량 보다 상대적으로 많은 공급량을 전기 발생부(11)로 공급하기 위한 것이다. 그리고 상기한 제3 펌프(74)는 전술한 바 있는 제어부(60)에 의해 제어된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)의 작용시, 제1 펌프(33)를 가동시켜 제1 탱크(31)에 저장된 연료를 제1 공급라인(91)을 통해 개질기(20)로 공급한다. 그러면 개질기(20)는 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스를 제2 공급라인(92)을 통해 전기 발생부(11)로 공급한다. 이 때, 상기 수소 가스는 제1 펌프(33)의 펌핑력에 의해 제2 공급라인(92)을 따라 유동되고, 제2 탱크(73)에 저장된 상태에서 전기 발생부(11)로 공급되게 된다.
그리고 제2 펌프(41)를 가동시켜 공기를 제3 공급라인(93)을 통해 전기 발생부(11)로 공급한다. 이에 전기 발생부(11)에서는 수소와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 기설정된 출력량의 전기 에너지를 발생시키고, 상기 전기 에너지를 부하(L)로 공급하게 된다.
한편, 이러는 과정을 거치는 동안 상기 부하(L)에서 전기적인 과도 상태가 발생하는 경우, 제3 펌프(74)를 가동시킨다. 그러면 제1 펌프(33)의 펌핑력에 의해 전기 발생부(11)로 수소 가스를 공급하는 도중, 제2 탱크(73)에 저장된 수소 가스를 전기 발생부(11)에 추가적으로 공급하게 된다. 이 때 상기한 수소 가스의 공급량에 상응하는 공기를 제2 펌프(41)를 통해 전기 발생부(11)로 공급하여야 함은 당연하다.
따라서 전기 발생부(11)에서는 기설정된 출력량 보다 상대적으로 많은 전기 에너지를 부하(L)로 출력하게 되고, 이와 보조적으로 보조 전원 공급부(50)를 통해 소정의 전원을 부하(L)로 출력하게 된다.
이로써 본 시스템(100)은 전기 발생부(11)로 추가의 수소 가스를 공급하고 보조 전원 공급부(50)를 통해 소정의 전원을 공급함에 따라, 부하(L)의 전기적인 과도 상태에 신속히 대처할 수 있으며, 보조 전원 공급부(50)의 전체적인 용량을 감소시킬 수 있다.
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.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 전기 발생부로 공급되는 수소 가스의 공급량을 제어하여 시스템의 전기적인 출력 특성을 조절할 수 있는 버퍼유 니트를 구비하므로, 시스템의 출력 응답 특성이 더욱 향상되어 부하의 과도한 로드 변화에 적극 대처할 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래와 달리, 보조 전원 공급부의 전기 용량을 줄여 시스템의 전체적인 운전 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부;
    수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스를 전기 발생부로 공급하는 개질기;
    상기 연료를 개질기로 공급하는 연료 공급원;
    상기 산소를 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원; 및
    상기 전기 발생부와 개질기에 연결 설치되어 상기 전기 발생부의 전기 출력량을 조절하는 버퍼유니트(buffer unit)
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼유니트는:
    상기 개질기와 전기 발생부의 연결 경로 상에 설치되어 상기 개질기의 단위 시간당 공급량 보다 상대적으로 많은 양의 수소 가스를 실질적으로 저장하는 스토리지부; 및
    상기 스토리지부에 연결 설치되어 이 스토리지부에 저장된 상기 수소 가스를 상기 전기 발생부에 추가적으로 공급하는 수소 가스 공급부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 공급원은:
    상기 연료를 저장하는 제1 탱크;
    상기 제1 탱크에 연결 설치되는 제1 펌프를 포함하며,
    상기 제1 탱크와 개질기가 제1 공급라인에 의해 연결되고, 상기 개질기와 전기 발생부가 제2 공급라인에 의해 연결되는 연료 전지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 공급원은:
    공기를 흡입하는 제2 펌프를 포함하며,
    상기 제2 펌프와 전기 발생부가 제3 공급라인에 의해 연결되는 연료 전지 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 버퍼유니트는:
    상기 제2 공급라인 상에 설치되어 상기 제2 공급라인의 단면적 보다 상대적으로 큰 단면적을 갖는 제2 탱크; 및
    상기 제2 탱크와 연결 설치되는 제3 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 탱크는, 상기 제2 공급라인과 실질적으로 연통하는 유입구 및 유출구를 구비하는 연료 전지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 발생부가 복수로 구비되며 상기 복수의 전기 발생부에 의한 적층 구조로 이루어진 스택을 형성하는 연료 전지 시스템.
  8. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키며, 이 전기 에너지를 소정의 부하로 공급하는 적어도 하나의 전기 발생부;
    수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스를 전기 발생부로 공급하는 개질기;
    상기 연료를 개질기로 공급하는 연료 공급원;
    상기 산소를 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원;
    상기 부하로 전원을 선택적으로 공급하는 보조 전원 공급부; 및
    상기 전기 발생부와 개질기에 연결 설치되어 상기 전기 발생부의 전기 출력량을 조절하는 버퍼유니트(buffer unit)
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 보조 전원 공급부는 상기 부하와 전기적으로 연결되는 2차 전지를 포함하는 연료 전지 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 버퍼유니트는:
    상기 개질기와 전기 발생부의 연결 경로 상에 설치되어 상기 개질기의 단위 시간당 공급량 보다 상대적으로 많은 양의 수소 가스를 실질적으로 저장하는 스토리지부; 및
    상기 스토리지부에 연결 설치되어 이 스토리지부에 저장된 상기 수소 가스를 상기 전기 발생부에 추가적으로 공급하는 수소 가스 공급부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    전체적인 시스템의 기동을 제어하는 제어부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  12. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템이, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC) 방식으로 이루어지는 연료 전지 시스템.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8257668B2 (en) * 2006-09-05 2012-09-04 Panasonic Corporation Hydrogen generator and fuel cell system
WO2008057081A1 (en) * 2006-11-07 2008-05-15 Bdf Ip Holdings Ltd. Fuel cell systems and methods of operating the same
KR100790688B1 (ko) * 2006-12-26 2008-01-02 삼성전기주식회사 수소저장탱크를 갖는 연료전지
JP2010123434A (ja) * 2008-11-20 2010-06-03 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN104779408A (zh) * 2014-05-19 2015-07-15 李然 一种快速启动的甲醇燃料电源系统
CN105810978B (zh) * 2016-05-26 2018-10-12 博源燃料电池(上海)有限公司 甲醇重整燃料电池输出功率的动态响应控制方法
CN108736044A (zh) * 2017-04-20 2018-11-02 徐煜 一种燃料电池
CN108736045A (zh) * 2017-04-20 2018-11-02 徐煜 一种燃料电池

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS547401B2 (ko) * 1973-01-10 1979-04-06
JP2689638B2 (ja) * 1988-10-07 1997-12-10 富士電機株式会社 改質触媒温度制御方法および装置
JPH0937412A (ja) * 1995-07-21 1997-02-07 Railway Technical Res Inst 再生型燃料電池
JP4464474B2 (ja) * 1998-06-25 2010-05-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、燃料電池車両及び燃料電池制御方法
JP2000285938A (ja) 1999-03-31 2000-10-13 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池発電装置
US20020114984A1 (en) 2001-02-21 2002-08-22 Edlund David J. Fuel cell system with stored hydrogen
JP2003081603A (ja) * 2001-07-04 2003-03-19 Hitachi Ltd 水素製造装置及びそれを用いた発電システム
JP4182708B2 (ja) 2002-08-29 2008-11-19 トヨタ自動車株式会社 電源装置と電源装置の運転方法
JP3895260B2 (ja) 2002-11-15 2007-03-22 本田技研工業株式会社 燃料電池システムおよびその駆動方法
AU2003286062A1 (en) * 2002-11-27 2004-06-18 Hydrogenics Corporation Fuel cell power system with external humidification and reactant recirculation and method of operating the same
NO319961B1 (no) * 2003-04-15 2005-10-03 Eidesvik As Buffersystem mellom brenselceller og prosess

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