KR20060003465A - 연료전지의 연료통 및 연료통 연결 장치 - Google Patents

연료전지의 연료통 및 연료통 연결 장치 Download PDF

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KR20060003465A
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박명석
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최홍
이명호
김철환
허성근
황용준
고승태
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 연료전지의 연료통 및 연료통 연결 장치에 관한 것으로, 본 발명은 연결통에 내부유로를 구비한 연결마개 또는 커플링으로 연결관을 결합시키도록 구성하거나 연료통에 일체형 연결장치를 구비함으로써, 연료통에 연료공급관을 자동으로 연결될 수 있도록 하여 연료통의 연결 작업을 보다 용이하게 할 수 있다. 또, 연료통 자체를 기액분리통으로 활용함과 아울러 그 연료통을 이용하여 수용액저장통의 역할까지 활용함으로써, 연료전지를 더욱 간소화할 수 있고 이를 통해 설치공간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부품수를 줄여 조립공수와 생산비용을 절감할 수 있다.

Description

연료전지의 연료통 및 연료통 연결 장치{FUELTANK FOR FUEL CELL AND FUELTANK CONTACT DEVICE THEREOF}
도 1은 종래 연료전지의 일례를 보인 계통도.
도 2는 종래 연료전지에서 연료통의 연결 배관 상태를 보인 개략도,
도 3은 본 발명 연료전지의 연료통 연결 장치를 분해하여 보인 사시도,
도 4는 본 발명 연료통 연결 장치를 조립하여 보인 단면도,
도 5는 본 발명 연료통 연결 장치에 대한 다른 실시예를 보인 단면도,
도 6은 본 발명 연료통 연결 장치에 대한 또다른 실시예를 보인 단면도,
도 7은 본 발명 연료통 연결 장치에서 연료통의 승강장치를 보인 개략도,
도 8은 본 발명 연료전지의 다른 실시예를 보인 계통도,
도 9는 본 발명 연료통을 보인 단면도,
도 10은 도 9의 "A"부를 보인 확대도,
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 스택 11 : 연료극
12 : 공기극 20 : 연료공급부
22 : 연료공급관 24 : 수소공급관
44 : 연료회수관 110 : 연료통
111 : 본체부 112 : 연결부
112a : 연료입구 112b : 연료출구
112c : 수소출구 112d : 암나사부
120 : 연료마개 120a : 수나사부
121 : 연료몸체부 121a,121b,121c : 내부유로
122a,122b,122c : 중간연결관 115a,115b,115c : 연결관
131 : 가이드블록 131a : 커플링안내부
131b : 연결관지지부 132 : 커플링블록
132a : 누룸부 132b : 가이드안내부
132c : 연결관고정부 210 : 본체부
211 : 연료유입구 212 : 미끄럼공
213 : 단턱부 220 : 안내부재
230 : 탄성부재 240 : 개폐밸브
250 : 스토퍼 251 : 연료통구
310 : 스테핑모터 320 : 연료통승강부
400 : 연료통 400a : 연료입구
400b : 연료출구 400c : 수소출구
410 : 공기입출장치 411 : 본체부
411a : 공기흡입구 411b : 미끄럼공
411c : 공기배출구 412 : 안내부재
412a : 공기통구 413 : 제1 개폐밸브
414 : 제2 개폐밸브 415 : 탄성부재
420 : 구획판 421 : 연통구멍
본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 특히 연료통을 시스템에 용이하게 연결할 수 있는 연료전지의 연료통 및 연료통 연결 장치에 관한 것이다.
인류가 사용하고 있는 에너지 중 대부분은 화석 연료에서 얻고 있다. 그러나 이러한 화석 연료의 사용은 대기오염 및 산성비, 지구 온난화 등의 환경에 심각한 악영향을 미치고 있으며, 에너지 효율도 낮은 등의 문제점이 있었다.
연료전지는 이러한 화석 연료의 대안으로 제시하는 것으로 통상의 전지(2차 전지)와는 달리 음극(anode)에 연료(수소가스나 탄화수소)를, 양극(cathode)에 산소를 외부로부터 공급하여 물의 전기분해 역반응으로 전기화학반응이 진행되어 전기와 열을 발생하는 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.
연료전지를 전해질의 유형에 따라 분류하면, 200℃ 부근에서 작동하는 인산형 연료전지, 60 ~ 110℃에서 작동하는 알칼리 전해질형 연료전지, 상온 ~ 80 ℃에 서 작동하는 고분자 전해질 연료전지, 약 500 ~ 700℃의 고온에서 작동하는 용융탄산염 전해질형 연료전지, 그리고 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고체 산화물 연료전지 등이 있다.
이러한 연료전지는 도 1에서와 같이 통상 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 생성하도록 연료극(11)과 공기극(12)을 구비하는 스택(10)과, 수소를 포함한 수용액 상태의 수소화붕소(BH4)(실제로는 수소화붕소나트륨(NaBH4))을 상기한 연료극(11)에 공급하는 연료공급부(20)와, 산소를 포함한 공기를 상기한 공기극(12)에 공급하는 공기공급부(30)와, 스택(10)을 통과한 반응물을 취합하여 액체와 기체로 분리하고 액체는 후술할 연료공급부(20)의 연료통(21) 또는 부산물저장통(미도시)으로 회수시키는 반면 기체중에서 공기는 배기하고 수소는 취합하거나 다른 시스템(예컨대, PEMFC)에 공급하는 기액분리부(40)를 포함하고 있다.
연료공급부(20)는 일정량의 수소화붕소나트륨을 채운 연료통(21)과, 연료통(21)을 스택(10)의 연료극(11)에 연결하여 연료를 공급하도록 하는 연료공급관(22)과, 연료공급관(22)의 중간에 설치하여 연료를 스택(10)의 연료극(11)으로 펌핑 공급하는 연료펌프(23)로 이루어져 있다.
연료통(21)에는 도 2에서와 같이 연료공급관(22)을 개폐하는 연료공급조절밸브(25a)를 설치하고, 후술할 연료회수관(44)을 개폐하는 연료회수조절밸브(25b)를 설치하며, 연료통(21)에 채워지는 수소를 수소저장통(미도시)으로 유도하도록 연결한 수소공급관(24)의 입구를 개폐하는 수소조절밸브(25c)를 설치하고 있다.
공기공급부(30)는 대기 중의 공기를 공기극(12)에 공급하는 공기공급관(31)과, 공기공급관(31)의 입구측에 설치하여 정화하는 공기필터(32)와, 공기공급관(31)의 중간에 설치하는 공기펌프(33)와, 공기극(12)으로 공급되는 공기를 가습하는 공기가습장치(34)로 이루어져 있다.
기액분리부(40)는 소정의 내부체적을 가지는 기액분리통(41)과, 기액분리통(41)의 상반부에 연결하는 연료배출관(42) 및 공기배출관(43)과, 기액분리통(41)의 하반부에 연결하여 상기한 연료통(21)에 연결하는 연료회수관(44)과, 연료회수관(44)의 중간에 설치하여 분리된 연료를 펌핑하는 연료회수펌프(45)로 이루어져 있다.
상기와 같은 종래 연료전지에 연료를 공급할 때 전기에너지가 발생하는 과정은 다음과 같다.
즉, 제어부의 지령에 따라 연료펌프(23)가 구동하여 연료통(21)에서 연료인 수용액 상태의 BH4를 펌핑한 후 스택(10)의 연료극(11)에 공급하고 이 연료는 공기극(12)으로 공급받는 산소와 전기 화학적으로 반응하여 물을 생성함과 아울러 두 전극 사이에서 전류를 발생한다.
이를 보다 상세히 살펴 보면, 연료극(11)측에서는 연료에서 전기화학적 산화반응인
BH4 - + 8OH- →BO2 - + 6H2O + 8e-이 발생하여 전해질막(미도시)에서는 산화/환원 반응에 의해 생긴 이온을 전달하고,
공기극(12)에서는 공급한 공기(산소)의 전기화학적 환원반응인
2O2 + 4H2O + 8e- →8OH- 이 발생한다.
이에 따라 연료극(13)과 공기극(12)의 사이에 기전력이 발생하고, 이 기전력을 다수개의 단위셀(미도시)을 적층한 스택(10)에서 전류를 발생하여 부하로 공급한다.
이때, 연료는 연료통(21)에서 연료공급관(22)을 따라 스택(10)의 연료극(11)으로 공급되어 공기공급관(31)을 따라 스택의 공기극(12)으로 공급된 공기와 반응한 후 연료배출관(42)과 공기배출관(43)을 따라 기액분리통(41)으로 반출되고, 이 기액분리통(41)에서 액체와 기체로 분리되어 액체인 연료는 다시 연료회수관(44)을 따라 연료통(21)으로 회수되는 반면 공기는 상기한 기액분리통(41)에서 배출되고 반응중 발생하는 수소는 수소저장통(미도시)에 취합되어 연계된 다른 시스템에 공급되는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.
그러나, 상기와 같은 종래 연료전지에 있어서는, 연료통(21)의 내부에 채워지는 연료가 반응을 지속함에 따라 연료의 농도가 묽어 지지면서 연료전지의 성능이 저하되어 적절한 시점에서 연료통(21)을 교체하여야 하는데, 이 경우 각 조절밸브(25a)(25b)(25c)를 개별적으로 조작하여야 하므로 연료통(21)의 교체 작업이 불편하게 되는 문제점이 있었다.
또, 연료통(21)에서도 액체인 연료와 기체인 수소 및 공기가 분리됨에도 불구하고 별도의 기액분리통(41)을 더 구비함에 따라 연료전지 시스템의 배관이 복잡 하게 되어 설치공간의 과밀화와 비대화를 초래하는 것은 물론 설치비용의 가중이 야기되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 연료전지가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 연료통의 교체 작업을 용이하게 할 수 있는 연료전지의 연료통 연결 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.
또, 별도의 기액분리통을 제거할 수 있는 기액분리 기능을 가진 연료통을 용이하게 연결할 수 있도록 하는 연료전지의 연료통 연결 장치를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 연료통에 나사 결합하도록 그 외주면에 나사산을 구비하고 그 내부에 연료통의 배관을 연결하도록 적어도 한 개 이상의 내부유로를 형성하는 연결몸체부와, 연결몸체부의 내부유로 바깥쪽 끝단에 각각 고정 설치하여 시스템의 배관에 연결하는 적어도 한 개 이상의 중간연결관을 포함한 연료전지의 연료통 연결 장치를 제공한다.
또, 시스템의 배관 끝단에 고정 설치하는 가이드블록과, 연료통의 진행방향과 직교하는 방향으로 가이드블록에 미끄러지게 결합하여 상기한 가이드블록과 함께 연료통의 연결관을 잡아 고정하는 커플링블록과, 가이드블록과 커플링블록 사이에 개재하여 상기 커플링블록이 눌렸다가 복귀하면서 상기한 연료통의 연결관을 물어 고정하도록 하는 복수 개의 탄성부재를 포함한 것을 특징으로 하는 연료전지의 연료통 연결 장치를 제공한다.
또, 연료공급관에 연통하도록 연료유입구를 형성하고 그 연료유입구의 중앙에 미끄럼공을 형성하여 연료통에 고정하는 본체부와, 본체부의 미끄럼공에 연료주입방향으로 미끄러지게 결합하여 외력에 의해 상기 연료공급관에 대해 상대운동을 하는 안내부재와, 본체부의 연료유입구 안쪽에서 상기 안내부재에 결합하여 그 안내부재의 미끄러짐 운동에 따라 상기한 연료유입구를 개폐하는 개폐밸브와, 본체부와 안내부재 사이에 개재하여 상기 안내부재가 본체부와 이격될 때 복원되면서 상기한 개폐밸브가 본체부의 연료유입구를 차폐하도록 하는 탄성부재를 포함한 연료전지의 연료통 연결 장치를 제공한다.
또, 스택을 통과한 반응물을 액체와 기체로 분리하기 위한 내부공간의 일측에 연통하도록 형성하여 상기 스택에 연료를 공급하도록 연료공급관의 입구를 연결하는 연료출구와, 스택을 통과한 연료를 회수하도록 상기 연료공급관의 출구를 연결하는 연료입구와, 연료와 공기가 스택을 통과하면서 발생하는 수소를 취합하였다가 이를 수소저장통으로 이동시키거나 다른 시스템으로 이동시키도록 수소공급관의 입구를 연결하는 수소출구와, 스택의 공기극에서 배출되는 가습공기를 내부공간으로 유입시키는 동시에 그 내부공간에 채워진 건조공기는 외부로 배출하도록 상기 스택의 공기극 출구를 내부공간의 타측에 연결하는 공기입출장치를 포함한 연료전지의 연료통을 제공한다.
이하, 본 발명에 의한 연료전지의 연료통 연결 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명 연료전지의 연료통 연결 장치를 분해하여 보인 사시도이고, 도 4는 본 발명 연료통 연결 장치를 조립하여 보인 단면도이며, 도 5는 본 발명 연료통 연결 장치에 대한 변형예를 보인 단면도이다.
도 1을 참조하면 본 발명에 의한 연료전지는, 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 생성하도록 연료극(11)과 공기극(12)을 구비하는 스택(10)과, 수소를 포함한 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 상기한 연료극(11)에 공급하였다가 회수하여 그 중 액체와 기체로 분리하여 액체는 회수시키는 반면 기체중에서 공기는 배기하고 수소는 취합하거나 다른 시스템(예컨대, PEMFC)에 공급하도록 연료통(110)을 구비한 연료공급부(20)와, 산소를 포함한 공기를 상기한 공기극(12)에 공급하는 공기공급부(30)를 포함한다.
연료공급부(20)는 일정량의 수소화붕소나트륨을 채운 연료통(100)과, 연료통(110)을 스택(10)의 연료극(11)에 연결하여 연료를 공급하도록 하는 연료공급관(22)과, 연료공급관(22)의 중간에 설치하여 연료를 스택(10)의 연료극(11)으로 펌핑 공급하는 연료펌프(23)로 이루어진다.
연료통(110)은 도 3 및 도 4에서와 같이 소정의 내부체적을 가지도록 형성하는 통체(111)와, 통체(111)의 상단 중앙에 형성하여 후술할 연결마개(120)를 결합하는 연결부(112)로 이루어진다.
연결부(112)의 안쪽에는 연료입구(112a)와 연료출구(112b) 그리고 수소출구(112c)를 각각 관통 형성하고, 그 연결부(112)의 내주면에는 후술할 연결마개(120) 의 수나사산(120a)이 체결되도록 암나사산(112d)을 형성한다.
연결마개(120)는 연료통(110)에 나사 결합하도록 그 외주면에 수나사산(120a)을 구비하고 그 내부에 연료통(110)의 연료입구(112a)와 연료출구(112b) 그리고 수소출구(112c)를 연결하도록 복수 개의 내부유로(121a)(121b)(121c)를 형성하는 연결몸체부(121)와, 연결몸체부(121)의 내부유로(121a)(121b)(121c) 바깥쪽 끝단에 각각 고정 설치하여 시스템의 배관, 즉 연료공급관과 연료회수관 그리고 수소공급관에 각각 연결하는 복수 개의 중간연결관(122a)(122b)(122c)으로 이루어진다.
연결몸체부(121)의 상단에는 상기 연결마개(120)를 돌려 결합하는 것을 고려하여 사용자가 파지하여 상기한 연결몸체부(121)를 적정 각도만큼 회전시킬 수 있도록 손잡이돌기(123)를 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 연료통(110)은 도 5에서와 같이 커플링을 이용하여 연결 고정할 수도 있다. 즉, 시스템의 배관 끝단에 고정 설치하는 가이드블록(131)과, 가이드블록(131)에 미끄러지게 결합하여 상기한 가이드블록(131)과 함께 연료통(110)의 연결관(115a)(115b)(115c)을 잡아 고정하는 커플링블록(132)과, 가이드블록(131)과 커플링블록(132) 사이에 개재하여 상기 커플링블록(132)이 눌렸다가 복귀하면서 상기한 연료통(110)의 연결관(115a)(115b)(115c)을 물어 고정하도록 하는 복수 개의 압축코일스프링(133)(133)을 포함한다.
가이드블록(131)은 커플링블록(132)이 결합하여 그 커플링블록(132)의 누룸시 미끄럼운동을 안내하도록 양단에 형성하는 커플링안내부(131a)와, 연료관 (115a)(115b)(115c)과 동일한 개수로 형성하여 연료관(115a)(115b)(115c)이 삽입되어 커플링블록(132)과 함께 상기한 연결관(115a)(115b)(115c)을 잡아 고정하는 연결관지지부(131b)로 이루어진다.
커플링안내부(131a)는 그 좌우 양단에 후술할 가이드안내부(132b)가 각각 미끄러지게 삽입되도록 안내구멍(131a-1)을 형성하여 이루어진다.
커플링블록(132)은 누룸동작을 안내하는 누룸부(132a)와, 누룸부(132a)의 양단에 직교방향으로 형성하여 상기한 가이드블록(131)에 연료통의 진행방향과 직교하는 방향으로 미끄럼 결합하는 가이드안내부(132b)와, 가이드안내부(132b)의 타단에 형성하여 상기한 가이드블록(131)과 함께 연결관(115a)(115b)(115c)을 잡아 고정하는 연결관고정부(132c)로 이루어진다.
가이드안내부(132b)는 상기한 커플링안내부(131a)의 안내구멍(131a-1)에 각각 미끄러지게 결합하도록 안내봉으로 이루어진다.
도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.
상기와 같은 본 발명 연료전지의 연료통 연결 장치는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.
즉, 연료극(11)으로는 수소를 포함한 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 공급하는 동시에 공기극(12)으로는 산소를 포함한 공기를 공급하여 단위셀(미도시)의 전해질막(미도시)과 반응하면서 이온을 형성한다. 이온은 전기화학반응을 일으켜 물을 형성하는 과정에서 연료극(11)에서 전자가 생성하여 공기극(12)으로 이동하면서 결국 전기를 발생시킨다.
이를 보다 상세히 살펴 보면, 연료극(11)측에서는 전기화학적 산화반응인
BH4 - + 8OH- → BO2 - + 6H2O + 8e-이 발생하여 전해질막에서는 산화/환원 반응에 의해 생긴 이온을 전달하고,
공기극(12)에서는 공급한 공기(산소)의 전기화학적 환원반응인
2O2 + 4H2O + 8e- → 8OH- 이 발생한다.
이러한 반응을 지속하는 과정 중에 연료는 연료통(110)과 스택(10)을 순환하면서 연료인 수소화붕소나트륨(NaBH4)의 농도가 점차 낮아져 연료전지의 효율은 물론 각종 전기제품의 신뢰성도 저하되므로 적정한 시점에서 연료통(110)을 교체하여 새로운 연료를 지속적으로 공급하여야 한다.
여기서, 사용하고 있던 연료통(110)을 빼고 새로운 연료통을 시스템에 밀어 넣은 후 도 3 및 도 4에서와 같이 연료마개(120)의 수나사(120a)를 연료통(110)의 입출구부에 구비한 암나사(112d)에 나사 체결하여 연료공급관(22)측 내부유로(121a)가 연료통(110)의 연료입구(112a)에, 연료회수관(44)측 내부유로(121b)가 연료통(110)의 연료출구(112b)에, 수소공급관(24)측 내부유로(121c)가 수소출구(112c)에 각각 연결되도록 한다.
또, 도 5에서는 소정의 힘(F)으로 커플링블록(132)의 누룸부(132a)를 눌러 연결관고정부(132c)가 아래로 벌어지도록 하였다가 그 벌어진 틈으로 연료공급관 (22)과 연료회수관(44) 그리고 수소공급관(24)을 밀어 넣은 후 상기 커플링블록(132)을 놓으면 상기한 커플링블록(131)이 탄성부재인 압축코일스프링(133)(133)의 복원력에 의해 상승하면서 커플링블록(132)의 연결관고정부(132c)가 가이드블록(131)의 각 연결관지지부(131b)와 함께 각각의 공급관(115a)(115b)(115c)을 동시에 물어 연결되도록 하는 것이다.
이렇게 하여, 연료통을 교체할 때 복수 개의 배관을 한번에 연결 또는 분리할 수 있어 연료통을 원활하면서도 신속하게 교체할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 연료전지의 연료통 연결 장치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
도 6은 본 발명 연료통 연결 장치에 대한 또다른 실시예를 보인 단면도이고, 도 7은 본 발명 연료통 연결 장치에서 연료통의 승강장치를 보인 개략도이다.
이에 도시한 바와 같이 본 발명의 연료통 연결 장치는, 연료공급관(22)에 연통하도록 연료유입구(211)를 형성하고 그 연료유입구(211)의 중앙에 미끄럼공(212)을 형성하여 연료통(110)에 고정하는 본체부(210)와, 본체부(210)의 미끄럼공(212)에 연료주입방향으로 미끄러지게 결합하여 외력에 의해 상기 연료공급관(22)에 대해 상대운동을 하는 안내부재(220)와, 본체부(210)의 연료유입구(211) 안쪽에서 상기 안내부재(220)에 결합하여 그 안내부재(220)의 미끄러짐 운동에 따라 상기한 연료유입구(211)를 개폐하는 개폐밸브(230)와, 본체부(210)와 안내부재(220) 사이에 개재하여 상기 안내부재(220)가 본체부(210)와 이격될 때 복원되면서 상기한 개폐밸브(230)가 본체부(210)의 연료유입구(211)를 차폐하도록 하는 탄성부재(240)를 포함한다.
여기서, 연료공급관(22)과 안내부재(220) 사이에는 상기 본체부(210)의 연료유입구(211)와 연통하도록 연료통구(251)를 구비하여 상기 안내부재(220)와 함께 연동하면서 그 안내부재(220)를 지지하는 스토퍼(250)를 상기한 본체부(210)의 외곽에 연료주입방향으로 미끄러지도록 결합하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 연료통 연결 장치는 다음과 같은 작용 효과가 있다.
즉, 도 7에서와 같이 연료통(110)을 연료통 승강장치에 올려 놓고 스태핑모터(310)를 구동하면 연료통승강부(320)에 의해 상기한 연료통(110)이 상승하면서 시스템에 구비한 연료공급관(22)에 스토퍼(250)가 접촉하여 눌리고, 그 스토퍼(250)가 눌리면서 안내부재(220)가 탄성부재(230)의 탄성력을 이기고 눌려져 하강을 하며, 이로 인해 개폐밸브(240)가 본체부(210)의 연료유입구(211)를 열어 상기한 연료공급관(22)으로부터 공급되는 연료가 상기 연료통구(251)와 연료유입구(211)를 통해 연료통(110)의 내부로 유입되는 것이다.
이때, 스토퍼(250)가 본체부(210)의 외주면에 결합되어 미끄러지면서 하강하다가 본체부(210)의 단턱부(213)에 걸리는 순간 상기한 스테핑 모터(310)가 정지하여 연료통(110)의 상승높이는 제한된다.
이렇게 하여, 연료통에 연료공급관을 연결할 때 상기한 스테핑모터를 제어하면서 자동으로 연결될 수 있도록 하여 연료통의 연결 작업을 보다 용이하게 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 연료전지의 연료통은 다음과 같다.
도 8은 본 발명 연료전지의 다른 실시예를 보인 계통도이고, 도 9는 본 발명 연료통을 보인 단면도이며, 도 10은 도 9의 "A"부를 보인 확대도이다.
즉, 전술한 일실시예들에서는 스택의 출구측에 기액분리통을 설치하여 스택에서 배출되는 반응물 중에서 액체와 기체를 분리하고 그 중 액체는 다시 연료통으로 회수하는 반면 기체는 취합하거나 다른 시스템에 공급하도록 하고 있었으나, 본 실시예에서는 기액분리통을 제거하고 그 대신 연료통을 기액분리가 가능한 구조로 공급하는 것이다.
이를 위해, 연료통(400)은 스택(10)을 통과한 반응물을 액체와 기체로 분리하기 위한 내부공간의 일측에 연통하도록 형성하여 상기 스택(10)에 연료를 공급하도록 연료공급관(22)을 연결하는 연료출구(400a)와, 스택(10)을 통과한 연료를 회수하도록 상기 연료공급관(22)의 출구를 연결하는 연료입구(400b)와, 연료와 공기가 스택(10)을 통과하면서 발생하는 수소를 취합하였다가 이를 수소저장통(미도시)으로 이동시키거나 다른 시스템으로 이동시키도록 수소공급관(미도시)의 입구를 연결하는 수소출구(400c)와, 스택(10)의 공기극(12)에서 배출되는 가습공기를 내부공간으로 유입시키는 동시에 그 내부공간에 채워진 건조공기는 외부로 배출하도록 상기 스택(10)의 공기극(12) 출구를 내부공간의 타측에 연결하는 공기입출장치(410)를 포함한다.
여기서, 공기입출장치(410)는 공기회수관(500)에 연통하도록 공기흡입구(411a)를 형성하고 그 공기흡입구(411a)의 중앙에는 미끄럼공(411b)을 형성하는 반면 공기흡입구(411a)의 바깥쪽에는 외기와 연통하는 공기배출구(411c)를 형성하여 연료통(400)에 고정하는 본체부(411)와, 본체부(411)의 미끄럼공(411b)에 연료주입방향으로 미끄러지게 결합하고 상기 본체부(411)의 공기흡입구(411a)에 연통하도록 공기통구(412a)를 형성하여 외력에 의해 상기한 공기회수관(500)에 대해 상대운동을 하는 안내부재(412)와, 본체부(411)의 공기흡입구(411a) 안쪽에서 상기 안내부재(412)에 결합하여 그 안내부재(412)의 미끄러짐 운동에 따라 상기한 공기흡입구(411a)를 개폐하는 제1 개폐밸브(413)와, 본체부(411)의 공기배출구(411c) 안쪽에서 상기 안내부재(412)에 결합하여 그 안내부재(412)의 미끄러짐 운동에 따라 상기한 공기배출구(411c)를 개폐하는 제2 개폐밸브(414)와, 본체부(411)와 안내부재(412) 사이에 개재하여 상기 안내부재(412)가 본체부(411)와 이격될 때 복원되면서 상기한 제1 개폐밸브(413)와 제2 개폐밸브(414)가 본체부(411)의 공기흡입구(411a)와 공기배출구(411c)를 동시에 차폐하도록 하는 탄성부재(415)로 이루어진다.
또, 연료통(400)의 내부공간에는 연료입구(400a)와 연료출구(400b) 그리고 수소출구(400c)를 상기한 공기입출장치(410)와 구분되도록 구획판(116)을 설치하되, 그 구획판(420)에는 연료를 포함한 액체가 두 공간을 자유롭게 이동할 수 있도록 연통구멍(421)을 형성하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 의한 연료전지의 연료통은 다음과 같은 작용 효과가 있다.
즉, 도 8에서와 같이 연료통(400)에서 연료가 스택(10)의 연료극(11)으로 공급되는 동시에 대기 중의 공기가 스택(10)의 공기극(12)으로 공급되어 소정의 반응을 거친 후 연료는 연료공급관(22)을 통해 연료통(400)의 연료입구(400a)로 유입되 는 반면 공기극(12)을 거치면서 NaOH를 포함한 가습공기는 공기회수관(500)을 통해 연료통(400)의 공기입출장치(410)로 유입된다. 이 중 NaOH는 남고 건조 공기는 상기 공기입출장치(410)를 통해 배출되어 남은 NaOH는 상기한 연료출구를 통해 스택으로 재공급되는 것이다.
이때, 공기입출장치(410)에서 가습공기는 흡입되고 건조공기는 배출되는 과정을 보다 상세히 살펴보면, 연료통(400)이 도 7의 연료통승강부(320) 등에 의해 상승하면 그 연료통(400)의 공기입출장치(410)가 시스템에 구비한 공기회수관(500)에 접촉하여 눌리고, 그 공기입출장치(410)의 안내부재(412)가 탄성부재(415)의 탄성력을 이기면서 눌려져 하강을 함과 동시에 그 안내부재(412)에 구비한 제1 개폐밸브(413)와 제2 개폐밸브(414)가 함께 열린다. 이 제1 개폐밸브(413)는 공기흡입구(411a)를 개폐하도록 설치됨에 따라 공기회수관(500)을 통해 흡입되는 공기가 공기흡입구(411a)를 거쳐 연료통(400)의 내부로 유입되는 반면 제2 개폐밸브(414)는 공기배출구(411c)를 개폐하도록 설치됨에 따라 연료통(400) 내부에 채워진 건조공기가 열려진 공기배출구(411c)를 통해 외부로 배출되는 것이다.
이렇게 하여, 별도의 기액분리통을 사용하지 않고 연료통 자체를 기액분리통으로 활용함과 아울러 그 연료통을 이용하여 수용액저장통의 역할까지 활용함으로써 연료전지를 더욱 간소화할 수 있고 이를 통해 설치공간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부품수를 줄여 조립공수와 생산비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 의한 연료전지의 연료통 및 연료통 연결 장치는, 연결통에 내부유 로를 구비한 연결마개 또는 커플링으로 연결관을 결합시키도록 구성하거나 연료통에 일체형 연결장치를 구비함으로써, 연료통에 연료공급관을 자동으로 연결될 수 있도록 하여 연료통의 연결 작업을 보다 용이하게 할 수 있다.
또, 연료통 자체를 기액분리통으로 활용함과 아울러 그 연료통을 이용하여 수용액저장통의 역할까지 활용함으로써, 연료전지를 더욱 간소화할 수 있고 이를 통해 설치공간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부품수를 줄여 조립공수와 생산비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시례로서만 국한되는 것은 아니고 본 발명의 사상 및 범위내에서 다양한 변형이 가능한 것이다.

Claims (12)

  1. 연료통에 나사 결합하도록 그 외주면에 나사산을 구비하고 그 내부에 연료통의 배관을 연결하도록 적어도 한 개 이상의 내부유로를 형성하는 연결몸체부와,
    연결몸체부의 내부유로 바깥쪽 끝단에 각각 고정 설치하여 시스템의 배관에 연결하는 적어도 한 개 이상의 중간연결관을 포함한 연료전지의 연료통 연결 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    연결몸체부의 상단에는 파지하여 상기한 연결몸체부를 적정 각도만큼 회전시킬 수 있도록 손잡이돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연료통 연결 장치.
  3. 시스템의 배관 끝단에 고정 설치하는 가이드블록과,
    연료통의 진행방향과 직교하는 방향으로 가이드블록에 미끄러지게 결합하여 상기한 가이드블록과 함께 연료통의 연결관을 잡아 고정하는 커플링블록과,
    가이드블록과 커플링블록 사이에 개재하여 상기 커플링블록이 눌렸다가 복귀하면서 상기한 연료통의 연결관을 물어 고정하도록 하는 복수 개의 탄성부재를 포함한 것을 특징으로 하는 연료전지의 연료통 연결 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    가이드블록은 커플링블록이 결합하여 그 커플링블록의 누룸시 미끄럼운동을 안내하도록 양단에 형성하는 커플링안내부와, 연료관과 동일한 개수로 형성하여 연료관이 삽입되어 커플링블록과 함께 상기한 연결관을 잡아 고정하는 연결관지지부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연료통 연결 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    커플링블록은 누룸동작을 안내하는 누룸부와, 누룸부의 양단에 직교방향으로 형성하여 상기한 가이드블록에 미끄럼 결합하는 가이드안내부와, 가이드안내부의 타단에 형성하여 상기한 가이드블록과 함께 연결관을 잡아 고정하는 연결관고정부로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지의 연료통 연결 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    가이드안내부에 상기한 탄성부재를 삽입하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연료통 연결 장치.
  7. 연료공급관에 연통하도록 연료유입구를 형성하고 그 연료유입구의 중앙에 미끄럼공을 형성하여 연료통에 고정하는 본체부와,
    본체부의 미끄럼공에 연료주입방향으로 미끄러지게 결합하여 외력에 의해 상기 연료공급관에 대해 상대운동을 하는 안내부재와,
    본체부의 연료유입구 안쪽에서 상기 안내부재에 결합하여 그 안내부재의 미 끄러짐 운동에 따라 상기한 연료유입구를 개폐하는 개폐밸브와,
    본체부와 안내부재 사이에 개재하여 상기 안내부재가 본체부와 이격될 때 복원되면서 상기한 개폐밸브가 본체부의 연료유입구를 차폐하도록 하는 탄성부재를 포함한 연료전지의 연료통 연결 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    연료공급관과 안내부재 사이에는 상기 안내부재와 함께 연동하면서 그 안내부재를 지지하는 스토퍼를 상기한 본체부의 외곽에 연료주입방향으로 미끄러지도록 결합하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연료통 연결 장치.
  9. 제7항 또는 제9항에 있어서,
    연료통의 하단에는 스테핑모터의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 하여 상기한 연료통을 연료주입방향으로 이송시키는 연료통승강부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연료통 연결 장치.
  10. 스택을 통과한 반응물을 액체와 기체로 분리하기 위한 내부공간의 일측에 연통하도록 형성하여 상기 스택에 연료를 공급하도록 연료공급관의 입구를 연결하는 연료출구와,
    스택을 통과한 연료를 회수하도록 상기 연료공급관의 출구를 연결하는 연료입구와,
    연료와 공기가 스택을 통과하면서 발생하는 수소를 취합하였다가 이를 수소저장통으로 이동시키거나 다른 시스템으로 이동시키도록 수소공급관의 입구를 연결하는 수소출구와,
    스택의 공기극에서 배출되는 가습공기를 내부공간으로 유입시키는 동시에 그 내부공간에 채워진 건조공기는 외부로 배출하도록 상기 스택의 공기극 출구를 내부공간의 타측에 연결하는 공기입출장치를 포함한 연료전지의 연료통.
  11. 제10항에 있어서,
    공기입출장치는 공기회수관에 연통하도록 공기흡입구를 형성하고 그 공기흡입구의 중앙에는 미끄럼공을 형성하는 반면 공기흡입구의 바깥쪽에는 외기와 연통하는 공기배출구를 형성하여 연료통에 고정하는 본체부와,
    본체부의 미끄럼공에 연료주입방향으로 미끄러지게 결합하여 외력에 의해 상기 공기회수관에 대해 상대운동을 하는 안내부재와,
    본체부의 공기흡입구 안쪽에서 상기 안내부재에 결합하여 그 안내부재의 미끄러짐 운동에 따라 상기한 공기흡입구를 개폐하는 제1 개폐밸브와,
    본체부의 공기배출구 안쪽에서 상기 안내부재에 결합하여 그 안내부재의 미끄러짐 운동에 따라 상기한 공기배출구를 개폐하는 제2 개폐밸브와,
    본체부와 안내부재 사이에 개재하여 상기 안내부재가 본체부와 이격될 때 복원되면서 상기한 제1 개폐밸브와 제2 개폐밸브가 본체부의 공기흡입구와 공기배출구를 동시에 차폐하도록 하는 탄성부재를 포함한 연료전지의 연료통.
  12. 제10항에 있어서,
    내부공간에는 연료입구와 연료출구 그리고 수소출구를 상기한 공기입출수단과 구분되도록 구획판을 설치하되, 그 구획판에는 연료를 포함한 액체가 두 공간을 자유롭게 이동할 수 있도록 연통구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연료통.
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CN108134112A (zh) * 2017-12-25 2018-06-08 东风农业装备（襄阳）有限公司 燃料电池系统及其应用

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