KR20060040302A - 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 연료 공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 반응을 통하여 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부와, 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 상기 전기 발생부로 공급하는 개질기와, 공기와 함께 연료를 연소시켜 상기 열 에너지를 발생시키고, 이 열 에너지를 상기 개질기에 제공하는 버너와, 상기 연료를 버너로 공급하는 연료 공급장치를 포함하며,
상기 연료 공급장치는, 상기 연료를 저장하는 연료 저장부와, 상기 공기의 공급 경로와 연료 저장부를 연결 설치하고 상기 공기 공급 경로에 압력 강하를 발생시켜 상기 연료 저장부에 저장된 연료를 공기의 흐름 방향으로 배출시키는 연료 배출수단을 포함하여 이루어진다.
버너, 공기, 연료, 연료공급장치, 공기공급부, 벤츄리관, 연료저장부, 연료배출수단, 압력강하, 압력차, 개질기, 연료전지, 전기발생부, 스택

Description

연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 연료 공급장치{FUEL CELL SYSTEM AND FUEL SUPPLY APPARATUS USED THERETO}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시한 버너의 예를 개략적으로 나타내 보인 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개질기에 열 에너지를 제공하는 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치에 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 발전 시스템이다.
이 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 및 전해질 등이 서로 다르다.
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 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
이러한 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 스택에서는 개질기로부터 공급되는 수소 가스와, 별도 공급되는 산소 가스 또는 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시킨다.
상기와 같이 구성되는 연료 전지 시스템에 있어 개질기는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 바, 이에 종래의 연료 전지 시스템은 상기 개질기로 소정 온도 범위의 열 에너지를 제공하는 버너를 구비하고 있다. 이러한 버너는 공기와 함께 연료를 연소시켜 열 에너지를 발생시키는 구조로 이루어진다.
그리고 종래의 연료 전지 시스템은 상기 버너로 연료를 공급하는 연료 공급장치를 별도로 구비하는 바, 상기 연료 공급장치는 연료를 저장하는 연료 탱크와, 이 연료 탱크에 연결 설치되어 소정 펌핑력에 의하여 상기 연료를 버너로 공급하는 연료 펌프를 구비하고 있다.
한편, 이와 같은 구조를 갖는 연료 전지 시스템은 스택에 의해 생산되는 전력을 다시 소모하여 전체적인 시스템을 구동하기 때문에, 그 구동에 필요한 만큼의 기생전력을 발생시킨다.
그런데, 종래에 따른 연료 전지 시스템은 상술한 바와 같이, 버너로 연료를 공급하기 위해 별도의 연료 펌프를 구비하는 바, 이 연료 펌프를 구동시키기 위한 기생전력이 증가함에 따라 전체적인 시스템 성능 및 에너지 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 또한 종래의 연료 전지 시스템은 위와 같은 연료 펌프의 설치 공간이 필요하므로, 전체적인 시스템의 크기를 컴팩트하게 구현하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 기생전력을 줄여 시스템의 성능 및 효율을 향상시키고, 전체 시스템의 크기를 컴팩트하게 구현할 수 있는 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치 및 이를 채용한 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 버너 용 연료 공급장치는, 연료와 공기를 연소시켜 열 에너지를 발생시키는 버너로 상기 연료를 공급하기 위한 것으로서, 상기 연료를 저장하는 연료 저장부와, 상기 공기의 공급 경로와 연료 저장부를 연결 설치하고, 상기 공기 공급 경로에 압력 강하를 발생시켜 상기 연료 저장부에 저장된 연료를 공기의 흐름 방향으로 배출시키는 연료 배출수단을 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치에 있어서, 상기 연료 배출수단은 상기 공기 공급 경로를 벤츄리관 형태로 형성하는 것이 바람직하다.
아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치는, 공기와 함께 연료를 연소시켜 열 에너지를 발생시키는 버너로 상기 연료를 공급하기 위한 것으로서, 상기 공기를 버너로 공급하는 공기 공급부와, 상기 공기 공급부와 버너에 연결 설치되어 상기 공기를 통과시키는 벤츄리관과, 상기 벤츄리관에 연통 설치되는 연료 저장부를 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치는, 상기 벤츄리관 내에서 발생하는 압력 강하에 의하여 상기 연료 저장부에 저장된 연료를 상기 공기의 흐름 방향으로 배출시키는 구조로 이루어진다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치에 있어서, 상기 벤츄리관은 상기 관로를 통과하는 공기에 대하여 압력 강하를 발생시키도록 대경부와 소경부를 형성하고 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치에 있어서, 상기 연료 저장부는 상기 연료를 배출시키는 연료 배출구를 형성하고, 이 연료 배출구를 상기 소경부와 연통되게 설치할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치에 있어서, 상기 공기 공급부는 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 버너로 공급하는 공기 펌프를 포함할 수 있다.
아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 반응을 통하여 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부와, 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 상기 전기 발생부로 공급하는 개질기와, 공기와 함께 연료를 연소시켜 상기 열 에너지를 발생시키고, 이 열 에너지를 상기 개질기에 제공하는 버너와, 상기 연료를 버너로 공급하는 연료 공급장치를 포함하며,
상기 연료 공급장치는, 상기 연료를 저장하는 연료 저장부와, 상기 공기의 공급 경로와 연료 저장부를 연결 설치하고 상기 공기 공급 경로에 압력 강하를 발생시켜 상기 연료 저장부에 저장된 연료를 공기의 흐름 방향으로 배출시키는 연료 배출수단을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 배출수단은 상기 공기 공급 경로를 벤츄리관 형태로 형성하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급장치는, 상기 공기를 버너로 공급하는 공기 공급부와, 상기 공기 공급부와 버너에 연결 설치되어 상기 공기를 통과시키는 벤츄리관과, 상기 벤츄리관에 연통 설치되는 연료 저 장부를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 벤츄리관은 상기 관로를 통과하는 공기에 대하여 압력 강하를 발생시키도록 대경부와 소경부를 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 저장부는 상기 연료를 배출시키는 연료 배출구를 형성하고, 이 연료 배출구를 상기 소경부와 연통되게 설치할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 공기 공급부는 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 버너로 공급하는 공기 펌프를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 버너는 상기 연료를 착화 연소시켜 상기 열 에너지를 발생시키도록 구비될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 버너는 상기 연료의 산화 반응을 통해 상기 열 에너지를 발생시키도록 구비될 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 전기 발생부를 복수로 구비하여 이들 전기 발생부의 집합체인 스택을 형성할 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 개략 적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 수소를 함유한 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스와 산화제 가스를 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.
상기한 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 발생시키기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등과 같이 액상 또는 기체 상태로 이루어진 수소 연료를 의미한다. 그러나 이하에서 설명하는 연료는 편의상 액상으로 이루어진 연료라 정의한다.
그리고 본 시스템(100)은 상기 연료에 함유된 수소와 반응하는 산화제 가스로서 별도의 저장수단에 저장된 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유한 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자의 예를 설명한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(11)와, 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 상기 전기 발생부(11)로 공급하는 개질기(20)와, 공기와 함께 연료를 연소시켜 상기 열 에너지를 발생시키고 이 열 에너지를 상기 개질기(20)에 제공하는 버너(30)와, 상기 연료를 버너(30)로 공급하는 연료 공급장치(50)를 포함하여 이루어진다.
전기 발생부(11)는 개질기(20)로부터 발생되는 수소 가스를 공급받아 이 수소 가스 중의 수소와 산화제 가스 중의 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 구조로 이루어진다. 이러한 전기 발생부(11)는 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)(12)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(Separator)(당 업계에서는 '바이폴라 플레이트'라고도 한다.)(16)를 배치하여 전기를 발생시키는 최소 단위의 셀(cell)을 형성한다. 따라서 본 실시예에서는 이와 같은 전기 발생부(11)를 복수로 구비하여 이들 전기 발생부(11)의 집합체인 스택(10)을 형성할 수 있다. 여기서 이 스택(10)의 구성은 통상적인 고분자 전해질형 연료 전지의 스택 구성으로 이루어질 수 있으므로 본 명세서에서 그 자세한 설명한 생략하기로 한다.
개질기(20)는 버너(30)와 스택(10) 사이에 배치되어 이 버너(30)와 스택(10)에 연결 설치될 수 있다. 이러한 개질기(20)는 상기 버너(30)로부터 열 에너지를 제공받아 이 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 전술한 바 있는 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 통상적인 개질기의 구조를 갖는다. 부연 설명하면, 상기 개질기(20)는 일 예로서, 수증기 개질, 부분산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 상기 전기 발생부(11)로 공급할 수 있는 구조로 이루어진다. 이에 더하여, 상기 개질기(20)는 일 예로서, 수성가스 전환 방법, 선택적 산화 방법 등과 같은 촉매 반응 또는 분리막을 이용한 수소의 정제 등과 같은 방법으로 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킬 수 있는 구조로 이루어질 수도 있다.
본 발명에서 상기한 개질기(20)를 통해 수소 가스를 발생시키기 위해서는 별도의 연료 공급장치(도시하지 않음)를 채용하여 상기 연료를 개질기(20)로 공급하게 되는 바, 이러한 연료 공급장치는 통상적으로 연료를 저장하는 연료 탱크와, 이 연료 탱크에 연결 설치되어 상기 연료 탱크에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프를 구비할 수 있다.
그리고 상기한 개질기(20)에 있어 연료로부터 수소 가스를 발생시키기 위한 화학 촉매 반응이 흡열 반응이므로, 본 실시예에 의한 버너(30)에 의하여 기설정된 온도 범위의 열 에너지를 제공받게 되는 바, 상기 버너(30)는 뒤에서 더욱 설명하는 연료 공급장치(50)와 개질기(20) 사이에 배치되어 이 연료 공급장치(50)와 개질기(20)에 연결 설치될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시한 버너의 예를 개략적으로 나타내 보인 단면 구성도로서, 본 발명에 적용되는 상기 버너(30)는 일 예로서 도 3a에 도시된 바와 같이, 공기와 함께 연료를 착화 연소시켜 기설정된 온도 범위의 열 에너지를 발생시키는 구조로 이루어진다. 이러한 버너(30)는 상기 연료와 공기를 통과시키는 버너 본체(31)와, 상기 버너 본체(31) 내에 설치되어 상기한 연료와 공기를 착화시키기 위한 통상적인 점화 플러그(32)를 포함하여 이루어진다. 이 때 상기 버너 본체(31)에는 연료와 공기의 착화 연소에 의해 발생되는 연소 가스를 배출시키기 위한 가스 분출공(31a)을 형성하고 있다. 이와 같은 버너(30)의 구성은 통상적인 착화 방식의 버너 구성으로 이루어질 수 있으므로 본 명세서에서 그 자세한 설명한 생략하기로 한다.
그리고 상기 버너(30)는 다른 예로서 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기한 연료와 공기의 산화 촉매 반응을 통해 기설정된 온도 범위의 열 에너지를 발생시키는 구조로 이루어질 수도 있다. 이러한 버너(30)는 상기한 연료와 공기를 통과시키는 반응기 본체(35)와, 상기 반응기 본체(35) 내에 형성되어 상기 연료와 공기의 산화 반응을 촉진시키는 통상적인 산화 촉매(37)를 포함하여 이루어진다. 대안으로서 도면에서는 반응기 본체(35)의 내부 공간에 산화 촉매(37)를 충전 형성하여 상기한 버너(30)를 구성하도록 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고 소정 플레이트의 평면 상에 채널을 형성하고 이 채널의 내표면에 촉매층을 형성하는 기판 타입의 반응기를 구비할 수도 있다. 이와 같은 버너(30)의 구성은 통상적인 산화 방식의 버너 구성으로 이루어질 수 있으므로 본 명세서에서 그 자세한 설명한 생략하기로 한다.
상기와 같이 구성된 버너(30)로 연료를 공급하는 본 발명의 실시예에 의한 연료 공급장치(50)는 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 1 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급장치(50)는 종래와 달리 연료 펌프를 사용하지 않고, 공기를 통과시키는 소정 관로 내부에 압력 강하를 발생시켜 이 압력 강하에 의한 공기의 압력차를 이용하여 별도의 저장 공간에 저장된 연료를 공기의 흐름 방향으로 배출시키면서 공기와 함께 상기 연료를 버너(30)로 공급할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위한 상기 연료 공급장치(50)는 공기를 버너(30)로 공급하는 공기 공급부(51)와, 이 공기 공급부(51)와 버너(30)에 연결 설치되어 상기 공기를 통과시키는 벤츄리관(53)과, 상기 벤츄리관(53)에 연통 설치되는 연료 저장부(57)를 포함한다.
상기 연료 공급장치(50)의 구성을 구체적으로 설명하면, 상기 공기 공급부(51)는 버너(30)에 연결 설치되어 본 시스템(100) 외부의 공기를 흡입하고, 이 공기를 상기 버너(30)로 공급하는 통상적인 공기 펌프(52)를 구비한다. 이 때 상기 공기 펌프(52)와 버너(30)는 뒤에서 더욱 설명하는 벤츄리관(53)에 의해 연결 설치될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 벤츄리관(53)은 공기 펌프(52)로부터 버너(30)로 공급되는 공기를 통과시키는 관로를 형성하고 있는 바, 공기의 유동 방향에 대해 이 관로의 일측 지점에서 내경이 점차적으로 줄었다가 점진적으로 확장되는 형상을 이루고 있다. 이러한 벤츄리관(53)은 한 쪽 단부에 공기 펌프(52)가 연결되고, 다른 한 쪽 단부에 버너(30)가 연결되며, 양 단부측에 관로의 내경이 큰 대경부(53a)를 형성하고, 상기 대경부(53a) 사이에 이 대경부(53a)로부터 내경이 점차 작아지는 소경부(53b)를 형성하고 있다. 따라서 벤츄리관(53)이 상기와 같이 대경부(53a)와 소경부(53b)를 형성하고 있기 때문에, 관로를 통과하는 공기는 대경부(53a)와 소경부(53b)에서의 압력차에 의하여 이 관로 내에 압력 강하를 발생시키게 된다.
여기서 상기 벤츄리관(53)의 대경부(53a) 및 소경부(53b)의 관경이나, 수두차 등은 이 벤츄리관(53)의 관로로 유입되는 공기의 유량, 속도 등의 제반 사항을 고려하여 구체적인 값을 결정할 수 있므로, 어느 특정 값으로 특별하게 한정되지 않는다.
그리고 연료 저장부(57)는 실질적으로 연료를 저장할 수 있는 내부 공간을 가진 연료 탱크(58)을 구비한다. 이러한 연료 탱크(58)는 상기 내부 공간에 저장된 연료를 배출시키기 위한 연료 배출구(58a)를 형성하고 있다. 여기서 상기 연료 탱크(58)는 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 내부 공간으로 연료를 주입시킬 수 있는 연료 주입구를 형성하고 있음은 자명하다. 이 때 상기 연료 탱크(58)는 연료 배출구(58a)가 벤츄리관(53)의 소경부(53b)와 연통하도록 구비되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 연료 배출구(58a)는 벤츄리관(53)의 소경부(53b)와 일체로 형성될 수 있고, 통상적인 이음부재를 통해 상기 소경부(53b)에 연결 설치될 수도 있다.
따라서 본 실시예에 의한 연료 공급장치(50)는 공기 펌프(52)와 버너(30)를 연결하는 관로를 벤츄리관(53)으로 형성하고 이 벤츄리관(53)에 연료 탱크(58)의 연료 배출구(58a)를 연통시킨 구조로 이루어진 본 실시예에서와 같은 연료 배출수단(59)을 형성할 수 있다.
이로써 상기한 연료 배출수단(59)은 상기 벤츄리관(53) 내에 발생되는 공기의 압력 강하에 의하여 연료 저장부(57)에 저장된 연료를 벤츄리관(53)의 관로를 통과하는 공기의 흐름 방향으로 배출시킬 수 있게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 공기 펌프(52)를 가동시켜 본 시스템(100) 외부의 공기를 흡입하고, 이 공기를 벤츄리관(53)을 통해 버너(30)로 공급한다.
이러는 과정에서, 상기 벤츄리관(53)을 통하여 흐르는 공기는 상기 벤츄리관(53)의 대경부(53a)로부터 소경부(53b)로 갈수록 유동 단면이 축소됨에 따라, 유체 역학의 연속 방정식에 의해 유속이 증가하고, 이러한 유속 증가는 베르누이 방정식에 의해 알 수 있는 바와 같이 압력 강하를 발생시킨다.
따라서 상기한 압력 강하에 의해 상기 소경부(53b)의 압력은 대기압 보다 작아지게 되는 바, 연료 탱크(58) 내에는 대기압이 작용하고 있기 때문에 상기 소경부(53b)와 연료 탱크(58) 내부에는 소정의 압력차가 발생하게 된다.
이로써 본 실시예에서는 상기 연료 탱크(58)의 연료 배출구(58a)가 상기 소경부(53b)에 연통 설치되고 있기 때문에, 상기 연료 탱크(58) 내부에 저장된 연료는 상기한 압력차에 의하여 이 연료 배출구(58a)를 통해 소경부(53b) 측으로 배출되게 된다. 그러면, 상기 연료는 벤츄리관(53)의 관로를 통해 공기와 함께 버너(30)로 공급되게 된다.
이와 같이, 상기 연료가 공기와 함께 버너(30)로 공급됨에 따라, 버너(30)에서는 상기한 연료와 공기의 착화 또는 산화 반응을 통해 이 연료와 공기를 연소시켜 기설정된 온도 범위의 열 에너지를 발생시킨다.
이 후, 상기 열 에너지는 개질기(20)로 전달되고, 이 개질기(20)는 화학 촉매 반응에 필요한 상기 열 에너지를 흡열하여, 별도 구비된 연료 공급장치(도시하지 않음)로부터 공급되는 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 스택(10)의 전기 발생부(11)로 공급한다.
이와 동시에, 별도 구비된 산소 공급원(도시하지 않음) 예컨대, 공기 펌프를 가동시켜 공기를 상기 전기 발생부(11)로 공급한다. 그러면 상기 전기 발생부(11)에서는 상기 수소 가스 중의 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, 버너로 공급되는 공기의 압력 강하를 이용하여 연료 저장부에 저장된 연료를 배출시키는 버너용 연료 공급장치를 구비하므로, 종래의 연료 공급장치와 달리, 연료 펌프를 필요로 하지 않게 되어 전체적인 시스템의 구동에 소모되는 기생전력을 줄여 시스템의 성능 및 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치에 의하면, 종래와 같은 연료 펌프를 배제함에 따라, 전체적인 시스템의 크기를 컴팩트하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 연료와 공기를 공급받아 이 연료와 공기를 연소시켜 열 에너지를 발생시키는 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치에 있어서,
    상기 연료를 저장하는 연료 저장부; 및
    상기 공기의 공급 경로와 연료 저장부를 연결 설치하고, 상기 공기 공급 경로에 압력 강하를 발생시켜 상기 연료 저장부에 저장된 연료를 공기의 흐름 방향으로 배출시키는 연료 배출수단
    을 포함하는 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 배출수단은 상기 공기 공급 경로를 벤츄리관 형태로 형성하는 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치.
  3. 공기와 함께 연료를 연소시켜 열 에너지를 발생시키는 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치에 있어서,
    상기 공기를 버너로 공급하는 공기 공급부;
    상기 공기 공급부와 버너에 연결 설치되어 상기 공기를 통과시키는 벤츄리관; 및
    상기 벤츄리관에 연통 설치되는 연료 저장부
    를 포함하는 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 벤츄리관 내에서 발생하는 압력 강하에 의하여 상기 연료 저장부에 저장된 연료를 상기 공기의 흐름 방향으로 배출시키는 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 벤츄리관은 상기 관로를 통과하는 공기에 대하여 압력 강하를 발생시키도록 대경부와 소경부를 형성하는 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연료 저장부는 상기 연료를 배출시키는 연료 배출구를 형성하고, 이 연료 배출구를 상기 소경부와 연통되게 설치하는 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 공기 공급부는 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 버너로 공급하는 공기 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템의 버너용 연료 공급장치.
  8. 수소와 산소의 반응을 통하여 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부;
    열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 상기 전기 발생부로 공급하는 개질기;
    공기와 함께 연료를 연소시켜 상기 열 에너지를 발생시키고, 이 열 에너지를 상기 개질기에 제공하는 버너; 및
    상기 연료를 버너로 공급하는 연료 공급장치
    를 포함하며,
    상기 연료 공급장치는, 상기 연료를 저장하는 연료 저장부와, 상기 공기의 공급 경로와 연료 저장부를 연결 설치하고 상기 공기 공급 경로에 압력 강하를 발생시켜 상기 연료 저장부에 저장된 연료를 공기의 흐름 방향으로 배출시키는 연료 배출수단을 포함하는 연료 전지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연료 배출수단은 상기 공기 공급 경로를 벤츄리관 형태로 형성하는 연료 전지 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 연료 공급장치는,
    상기 공기를 버너로 공급하는 공기 공급부;
    상기 공기 공급부와 버너에 연결 설치되어 상기 공기를 통과시키는 벤츄리관; 및
    상기 벤츄리관에 연통 설치되는 연료 저장부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 벤츄리관은 상기 관로를 통과하는 공기에 대하여 압력 강하를 발생시키도록 대경부와 소경부를 형성하는 연료 전지 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연료 저장부는 상기 연료를 배출시키는 연료 배출구를 형성하고, 이 연료 배출구를 상기 소경부와 연통되게 설치하는 연료 전지 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 공기 공급부는 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 버너로 공급하는 공기 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 버너는 상기 연료를 착화 연소시켜 상기 열 에너지를 발생시키도록 구비되는 연료 전지 시스템.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 버너는 상기 연료의 산화 반응을 통해 상기 열 에너지를 발생시키도록 구비되는 연료 전지 시스템.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 발생부를 복수로 구비하여 이들 전기 발생부의 집합체인 스택을 형성하는 연료 전지 시스템.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100671681B1 (ko) * 2005-08-12 2007-01-19 삼성에스디아이 주식회사 연료전지시스템 및 이에 사용하기 위한 혼합연료공급장치와물공급장치
KR100802283B1 (ko) * 2006-09-01 2008-02-11 두산중공업 주식회사 연료극 배출가스의 재순환 방식을 적용한 연료전지 발전장치
US11355764B2 (en) 2014-04-23 2022-06-07 Hyundai Motor Company Device for removing residual hydrogen in fuel cell
KR20230023358A (ko) * 2021-08-10 2023-02-17 엘지전자 주식회사 연료전지 시스템

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