KR20060029799A - 연료 전지 시스템 - Google Patents

연료 전지 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20060029799A
KR20060029799A KR1020040078643A KR20040078643A KR20060029799A KR 20060029799 A KR20060029799 A KR 20060029799A KR 1020040078643 A KR1020040078643 A KR 1020040078643A KR 20040078643 A KR20040078643 A KR 20040078643A KR 20060029799 A KR20060029799 A KR 20060029799A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
fuel
fuel cell
carbon monoxide
hydrogen gas
Prior art date
Application number
KR1020040078643A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101117631B1 (ko
Inventor
나영승
서준원
권호진
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020040078643A priority Critical patent/KR101117631B1/ko
Publication of KR20060029799A publication Critical patent/KR20060029799A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101117631B1 publication Critical patent/KR101117631B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0681Reactant purification by the use of electrochemical cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0668Removal of carbon monoxide or carbon dioxide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질부; 상기 개질부와 연결 설치되어 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소와 일부의 수소를 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 일산화탄소 정화부; 및 상기 일산화탄소 정화부와 연결 설치되어 이 일산화탄소 정화부로부터 배출되는 나머지 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 전기 발생부를 포함한다.
연료전지, 개질부, 일산화탄소, 일산화탄소정화부, 전기발생부, 고체산화물, 고분자전해질

Description

연료 전지 시스템 {FUEL CELL SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 스택의 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 결합 단면 구성도이다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지를 피독시키는 일산화탄소의 농도를 효과적으로 저감시키는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올, 천연 가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기 발생 시스템이다.
이 연료 전지는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 및 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질 형 또는 알칼리형 연료전지 등으로 분류된다.
이들 중 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 편의상 PEMFC라 한다)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 또는 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
상기와 같은 PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(Reformer), 연료 탱크, 및 연료 펌프 등을 구비한다. 스택은 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료 펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 개질기는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급한다. 따라서, 이 PEMFC는 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.
상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어 개질기는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소를 제거하는 장치이다. 이러한 개질기는 수소를 함유한 연료의 개질 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부와, 이 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 실질적으로 저감시키는 일산화탄소 저감부를 포함하여 구성된다. 이 중에서 상기 일산화탄소 저감부는 일 예로서, 수성 가스 전환(Water-Gas Shift: WGS) 또는 선택적 산화(Preferential CO Oxidation: PROX) 촉매 반응을 통해 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 다수의 반응부를 구비하고 있다.
그런데, 종래에 따른 연료 전지 시스템은 상기 일산화탄소의 피독으로 인한 스택의 성능 저하를 방지하기 위해 상기 다수의 반응부를 갖는 개질기를 구비하므로, 전체적인 시스템의 크기를 컴팩트 하게 구현하지 못하는 문제점이 있었다. 특히, 상기 다수의 반응부 중 선택적 산화 촉매 반응을 일으키는 반응부는 별도로 공급되는 산소와 개질 반응부로부터 발생되는 수소 가스의 산화 반응을 통해 일산화탄소의 농도를 저감시키는 구조로 이루어지는 바, 상기 산화 반응이 일어나는 도중 수소 가스 중의 수소가 소모되거나 상기 산소를 공급하기 전력의 손실로 인하여 전체적인 시스템의 성능 효율을 저감시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 간단한 구조로서 개질기로부터 발생되는 수소 가스 중의 일산화탄소 농도를 효과적으로 저감시킬 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질부; 상기 개질부와 연결 설치되어 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소와 일부의 수소를 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 일산화탄소 정화부; 및 상기 일산화탄소 정화부와 연결 설치되어 이 일산화탄소 정화부로부터 배출되는 나머지 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통 해 전기 에너지를 발생시키는 전기 발생부를 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 일산화탄소 정화부를 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC)로 구성한다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 전기 발생부를 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC)로 구성한다.
아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질부; 상기 개질부와 연결 설치되어 상기 수소 가스 중에 함유된 일산화탄소와 수소를 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 제1 전기 발생부; 상기 제1 전기 발생부와 연결 설치되어 상기 제1 전기 발생부로부터 배출되는 미반응 수소를 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 제2 전기 발생부; 상기 개질부로 연료를 공급하는 연료 공급부; 및 상기 제1,2 전기 발생부로 산소를 공급하는 산소 공급부를 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 제1,2 전기 발생부의 집합체 구조로 이루어지는 스택을 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 제1 전기 발생부가 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC) 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 제2 전기 발생부가 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC) 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제1 전기 발생부는, 상기 개질부와 연결 설치되어 상기 수소 가스가 주입되도록 하는 제1 주입부; 상기 산소 공급부와 연결 설치되어 상기 산소가 주입되도록 하는 제2 주입부; 및 상기 산소와 반응하고 남은 수소 가스를 배출시키는 제1 배출부를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제2 전기 발생부는, 상기 제1 배출부와 연결 설치되어 상기 제1 전기 발생부로부터 배출되는 상기 미반응 수소 가스가 주입되도록 하는 제3 주입부; 및 상기 제2 주입부와 연결 설치되어 상기 산소가 주입되도록 하는 제4 주입부를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급부는, 상기 연료를 저장하는 연료 탱크; 및 상기 연료 탱크에 연결 설치되어 이 연료 탱크에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 연료 탱크와 개질부는 제1 공급라인에 의해 연결 설치되고, 상기 개질부와 제1 전기 발생부는 제2 공급라인에 의해 연결 설치될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 산소 공급부는 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 제1,2 전기 발생부로 공급하는 공기 펌프를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 공기 펌프와 제1 전기 발생부는 제3 공급라인에 의해 연결 설치될 수 있다.
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 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은, 기본적으로 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질부(10)와, 상기 수소 가스 중에 함유된 수소와 별도로 공급되는 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지를 구성하는 스택(40)과, 상기 개질부(10)로 연료를 공급하는 연료 공급부(50)와, 상기 스택(40)으로 산소를 공급하는 산소 공급부(70)를 포함한다.
상기한 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 발생시키기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스와 같이 수소를 함유한 협의(狹義)의 연료 이 외에, 광의(廣義)의 연료로서 물이 더욱 포함된다. 그러나 이하에서 설명하는 연료는 상기 광의의 연료를 의미한다.
그리고 본 시스템(100)은 상기 연료에 함유된 수소와 반응하는 산소로서 별도의 저장수단에 저장된 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유한 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자의 예를 설명한다.
전술한 바 있는 개질부(10)는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 통상적인 구조로 이루어진다. 부연 설명하면, 상기 개질부(10)는 일 례로서, 수증기 개질, 부분 산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시킨다.
상기 개질부(10)로 연료를 공급하는 연료 공급부(50)는 연료를 저장하는 연료 탱크(51)와, 이 연료 탱크(51)에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프(53)를 포함한다. 이 때 상기 연료 탱크(51)와 개질부(10)는 파이프 형태의 제1 공급라인(91)에 의해 연결 설치될 수 있다. 그리고 상기 개질부(10)와 스택(40)은 파이프 형태의 제2 공급라인(92)에 의해 연결 설치될 수 있다.
상기 스택(40)으로 산소를 공급하는 산소 공급원(70)은 소정 펌핑력으로 공기를 흡입하는 적어도 하나의 공기 펌프(71)를 포함하고 있다. 이 때 상기 공기 펌프(71)와 스택(40)은 파이프 형태의 제3 공급라인(93)에 의해 연결 설치될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 시스템(100)의 작용시, 개질부(10)에서는 전술한 바 있는 촉매 반응들이 완전하게 행해지는 것이 곤란하여 일산화탄소를 함유한 수소 가스를 발생시킨다.
이에 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)에 있어 상기 스택(40)은 상기 일산화탄소의 피독으로 인한 성능 저하를 방지하기 위해, 상기 개질부(10)로부터 발생되는 수소 가스를 공급받아 이 수소 가스 중에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키면서 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 구조로 이루어진다.
상기한 스택(10)을 구성하는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 스택의 구조를 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 결합 단면 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 의한 스택(40)은 개질부(10)로부터 발생되는 수소 가스와 공기 펌프(71)로부터 공급되는 공기의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 제1 전기 발생부(41)와, 상기 제1 전기 발생부(41)로부터 배출되는 수소 가스 중의 수소와 상기 공기의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 제2 전기 발생부(42)를 구비하고 있다.
제1 전기 발생부(41)는 개질부(10)와 연결 설치되어 이 개질부(10)로부터 발생되는 수소 가스 중의 일산화탄소와 일부의 수소를 연료로 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지로서, 상기 일산화탄소의 농도를 실질적으로 저감시키는 본 실시예에 의한 일산화탄소 정화부(43)로 구성된다.
구체적으로, 상기 일산화탄소 정화부(43)를 구성하는 제1 전기 발생부(41)는 통상적인 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC)로 구성되는 바, 이러한 고체 산화물 연료 전지는 지르코니아 또는 세리아 계열의 전해질을 형성하고 있는 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)(41a)와, 상기 막-전극 어셈블리(41a)를 중심에 두고 이의 양측에 밀착 배치되는 세퍼레이터(41b, 41c)를 포함한다.
이와 같은 제1 전기 발생부(41)는 2 이상의 연료 전지를 구비할 수 있으나 본 실시예에서는 단일의 연료 전지를 구비하며, 개질부(10)로부터 발생되는 수소 가스를 일측 세퍼레이터(41b)를 통해 막-전극 어셈블리(41a)로 공급하고, 공기 펌프(71)에 의해 흡입되는 공기를 다른 일측 세퍼레이터(41c)를 통해 막-전극 어셈블리(41a)로 공급할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 제1 전기 발생부(41)는 일측 세퍼레이터(41b)에 형성되고 제2 공급라인(92)을 통해 개질부(10)와 연결 설치되어 상기 개질부(10)로부터 발생되는 수소 가스를 막-전극 어셈블리(41a)로 공급하기 위한 제1 주입부(44a)와, 상기 일측 세퍼레이터(41b) 및 다른 일측 세퍼레이터(41c)에 형성되고 제3 공급라인(93)을 통해 공기 펌프(71)와 연결 설치되어 상기 공기를 다른 일측 세퍼레이터(41c)를 통해 막-전극 어셈블리(41a)로 공급하기 위한 제2 주입부(44b)와, 상기 다른 일측 세퍼레이터(41c)에 형성되어 막-전극 어셈블리(41a)에서 반응하고 남은 수소 가스를 배출시키는 제1 배출부(44c)를 형성하고 있다.
그리고 제2 전기 발생부(42)는 일산화탄소 정화부(43) 즉, 제1 전기 발생부(41)와 연결 설치되어 상기 제1 전기 발생부(41)의 제1 배출부(44c)를 통해 배출되는 미반응 수소 가스 즉, 일산화탄소가 제1 전기 발생부(41)의 연료로 소비되어 그 농도가 실질적으로 저감된 수소 가스와 상기 제2 주입부(44b)를 통과하여 공급되는 공기 중의 산소를 공급받아 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지로 구성된다. 바람직하게, 상기 제2 전기 발생부(42)는 통상적인 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC)로 구성된다.
구체적으로, 상기 제2 전기 발생부(42)는 고분자 전해질막을 형성하고 있는 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)(42a)와, 상기 막-전극 어셈블리(42a)를 중심에 두고 이의 양측에 밀착 배치되는 세퍼레이터(42b, 42c)를 포함한다.
이와 같은 제2 전기 발생부(42)는 적어도 둘 이상의 연료 전지로 구비되며, 제1 전기 발생부(41)의 제1 배출부(44c)로부터 배출되는 수소 가스를 일측 세퍼레이터(42b)를 통해 막-전극 어셈블리(42a)로 공급하고, 상기 제2 주입부(44b)를 통과하여 공급되는 공기를 다른 일측 세퍼레이터(42c)를 통해 막-전극 어셈블리(42a)로 공급할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 상기 각각의 제2 전기 발생부(42)는 일측 세퍼레이터(42b) 및 다른 일측 세퍼레이터(42c)에 형성되고 제1 전기 발생부(41)의 제1 배출부(44c)와 연결 설치되어 이 제1 배출부(44c)로부터 배출되는 미반응 수소 가스를 상기 일측 세퍼레이터(42b)를 통해 막-전극 어셈블리(42a)로 공급하기 위한 제3 주입부(44e)와, 상기 일측 세퍼레이터(42b) 및 다른 일측 세퍼레이터(42c)에 형성되고 제1 전기 발생부(41)의 제2 주입부(44b)와 연결 설치되어 그 제2 주입부(44b)를 통과하여 공급되는 공기를 상기 다른 일측 세퍼레이터(42c)를 통해 상기 막-전극 어셈블리(42a)로 공급하기 위한 제4 주입부(44f)를 형성하고 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 연료 펌프(53)를 가동시켜 연료 탱크(51)에 저장된 연료를 제1 공급라인(91)을 통해 개질부(30)로 공급한다. 그러면 개질부(10)에서는 일 예로, 열 에너 지에 의한 수증기 개질(Steam Reforming: SR) 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시킨다. 이 때 상기 수소 가스에는 위와 같은 촉매 반응을 완전히 행하는 것이 곤란하여 스택(40)의 성능을 저하시키는 일산화탄소를 함유하고 있다.
이어서, 상기 수소 가스를 제2 공급라인(92)을 통해 제1 전기 발생부(41)의 제1 주입부(44a)로 공급한다. 이와 동시에, 공기 펌프(71)를 가동시켜 공기를 제3 공급라인(93)을 통해 제1 전기 발생부(41)의 제2 주입부(44b)로 공급한다. 그러면 상기 수소 가스와 공기는 세퍼레이터(41b, 41c)를 통해 막-전극 어셈블리(41a)로 공급되게 된다.
따라서, 상기 제1 전기 발생부(41)에서는 수소 가스 중에 함유된 일산화탄소와 일부의 수소를 연료로 사용하여, 이 연료와 상기 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 소정의 전기 에너지를 발생시킨다.
이로써, 상기 제1 전기 발생부(41)는 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소를 연료로 사용하는 고체 산화물 연료 전지(SOFC)의 고유한 특성으로 인하여 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.
이러는 과정을 거치는 동안, 상기 제1 전기 발생부(41)의 제1 배출부(44c)를 통해서는 막-전극 어셈블리(41a)에서 반응하고 남은 수소 가스 즉, 상기 일산화탄소의 농도가 저감된 미반응 수소 가스를 배출시킨다.
이어서, 상기 미반응 수소 가스를 제2 전기 발생부(42)의 제3 주입부(44e)로 공급한다. 이와 동시에, 제1 전기 발생부(41)의 제2 주입부(44b)를 통해 공급되는 공기를 제2 전기 발생부(42)의 제4 주입부(44f)로 공급한다. 그러면, 상기 미반응 수소 가스와 공기는 세퍼레이터(42b, 42c)를 통해 막-전극 어셈블리(42a)로 공급되게 된다.
따라서, 상기 제2 전기 발생부(42)에서는 수소 가스 중에 함유된 수소와 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시킨다.
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, 개질부로부터 발생되는 수소 가스 중의 일산화탄소를 연료로 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지를 구비하므로, 연료의 소모량을 줄일 수 있고, 전체적인 시스템의 성능 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 종래의 개질기를 구성하는 일산화탄소 저감부를 배제시킬 수 있으므로, 전체적인 시스템의 크기를 컴팩트 하게 구현할 수 있으며, 전력의 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질부;
    상기 개질부와 연결 설치되어 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소와 일부의 수소를 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 일산화탄소 정화부; 및
    상기 일산화탄소 정화부와 연결 설치되어 이 일산화탄소 정화부로부터 배출되는 나머지 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 전기 발생부
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일산화탄소 정화부를 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC)로 구성하는 연료 전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 발생부를 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC)로 구성하는 연료 전지 시스템.
  4. 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질부;
    상기 개질부와 연결 설치되어 상기 수소 가스 중에 함유된 일산화탄소와 수 소를 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 제1 전기 발생부;
    상기 제1 전기 발생부와 연결 설치되어 상기 제1 전기 발생부로부터 배출되는 미반응 수소를 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 제2 전기 발생부;
    상기 개질부로 연료를 공급하는 연료 공급부; 및
    상기 제1,2 전기 발생부로 산소를 공급하는 산소 공급부
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1,2 전기 발생부의 집합체 구조로 이루어지는 스택을 형성하는 연료 전지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 전기 발생부가 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC) 방식으로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 전기 발생부가 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC) 방식으로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 전기 발생부는,
    상기 개질부와 연결 설치되어 상기 수소 가스가 주입되도록 하는 제1 주입부;
    상기 산소 공급부와 연결 설치되어 상기 산소가 주입되도록 하는 제2 주입부; 및
    상기 산소와 반응하고 남은 수소 가스를 배출시키는 제1 배출부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 전기 발생부는,
    상기 제1 배출부와 연결 설치되어 상기 제1 전기 발생부로부터 배출되는 상기 미반응 수소 가스가 주입되도록 하는 제3 주입부; 및
    상기 제2 주입부와 연결 설치되어 상기 산소가 주입되도록 하는 제4 주입부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 연료 공급부는,
    상기 연료를 저장하는 연료 탱크; 및
    상기 연료 탱크에 연결 설치되어 이 연료 탱크에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연료 탱크와 개질부가 제1 공급라인에 의해 연결 설치되는 연료 전지 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 개질부와 제1 전기 발생부가 제2 공급라인에 의해 연결 설치되는 연료 전지 시스템.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 산소 공급부는 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 제1,2 전기 발생부로 공급하는 공기 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 공기 펌프와 제1 전기 발생부가 제3 공급라인에 의해 연결 설치되는 연료 전지 시스템.
KR1020040078643A 2004-10-04 2004-10-04 연료 전지 시스템 KR101117631B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040078643A KR101117631B1 (ko) 2004-10-04 2004-10-04 연료 전지 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040078643A KR101117631B1 (ko) 2004-10-04 2004-10-04 연료 전지 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060029799A true KR20060029799A (ko) 2006-04-07
KR101117631B1 KR101117631B1 (ko) 2012-02-29

Family

ID=37140006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040078643A KR101117631B1 (ko) 2004-10-04 2004-10-04 연료 전지 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101117631B1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0689735A (ja) * 1992-09-07 1994-03-29 Fuji Electric Co Ltd ハイブリッド燃料電池発電装置
JP3414045B2 (ja) * 1995-04-28 2003-06-09 松下電器産業株式会社 ハイブリッド燃料電池発電装置
US6517963B2 (en) 2000-12-13 2003-02-11 Plug Power Inc. Carbon monoxide filter

Also Published As

Publication number Publication date
KR101117631B1 (ko) 2012-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101126206B1 (ko) 연료전지 시스템
KR100570755B1 (ko) 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
JP4329939B2 (ja) 燃料処理装置,燃料電池システム及び燃料電池システムの駆動方法
KR100627373B1 (ko) 연료 전지용 스택
KR100542217B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 개질기
KR101117631B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100570753B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100796656B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100560495B1 (ko) 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
KR100536239B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100560442B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100599687B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 개질기
KR101126204B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100709246B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR101126209B1 (ko) 개질기용 미반응 연료 회수장치를 갖는 연료 전지 시스템
KR100570687B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR101107074B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR101117635B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100637506B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 스택
KR101122574B1 (ko) 연료 전지 시스템, 이에 사용되는 스택 및 세퍼레이터
KR101093702B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 스택
KR100599773B1 (ko) 휴대형 전자기기용 연료 전지 시스템
KR20230013701A (ko) 퍼스널 모빌리티 보조 동력 장치
KR20060095109A (ko) 개질기용 미반응 연료 용해장치 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
KR20070027968A (ko) 개질기 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150120

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160119

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170119

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee