KR20060081147A - Fuel cell system and fuel supply apparatus used thereto - Google Patents

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KR20060081147A
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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부와, 수소를 함유한 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급장치와, 산소를 상기 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원을 포함하며,The fuel cell system according to the present invention includes at least one electricity generation unit for generating electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, a fuel supply device for supplying hydrogen-containing fuel to the electricity generation unit, and oxygen It includes an oxygen supply source for supplying the electricity generating unit,

상기 연료 공급장치는, 상기 연료를 저장하는 내부 공간을 가지면서 소정 외력에 의하여 이 내부 공간이 변형되는 연료 저장부와, 상기 연료 저장부에 연결 설치되어 상기 연료를 배출시키는 연료 펌프를 포함한다.The fuel supply device includes a fuel storage unit having an internal space for storing the fuel and the internal space is deformed by a predetermined external force, and a fuel pump connected to the fuel storage unit to discharge the fuel.

연료전지, 스택, 개질기, 산소공급원, 연료공급장치, 연료저장부, 연료저장팩, 신축, 공간변형, 펌프Fuel cell, stack, reformer, oxygen source, fuel supply, fuel storage, fuel storage pack, expansion, space deformation, pump

Description

연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 연료 공급장치 {FUEL CELL SYSTEM AND FUEL SUPPLY APPARATUS USED THERETO}FUEL CELL SYSTEM AND FUEL SUPPLY APPARATUS USED THERETO}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.2 is an exploded perspective view showing the structure of the stack shown in FIG.

도 3은 도 1에 도시한 연료 공급장치의 연료 저장부를 나타내 보인 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a fuel storage unit of the fuel supply device illustrated in FIG. 1.

도 4는 도 3의 단면 구성도이다.4 is a cross-sectional configuration diagram of FIG. 3.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 공급장치의 단면 구성도이다.5 is a cross-sectional configuration diagram of a fuel supply device according to a second embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.6 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 또는 개질기로 연료를 공급하는 연료 공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel supply device for supplying fuel to a fuel cell or a reformer.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올, 천연 가스와 같 은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.As is known, a fuel cell is a power generation system that converts chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol and natural gas directly into electrical energy.

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.This fuel cell is classified into a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, a polymer electrolyte type or an alkaline fuel cell according to the type of electrolyte used. Each of these fuel cells operates on essentially the same principle, but differs in the type of fuel used, operating temperature, catalyst, and electrolyte.

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.Among these, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC, hereinafter referred to as PEMFC for convenience), which has been developed recently, has excellent output characteristics, low operating temperature, and fast start-up and response characteristics compared to other fuel cells. In addition to mobile power supplies such as automobiles, as well as distributed power supplies such as homes and public buildings and small power supplies such as for electronic devices has a wide range of applications.

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 발생시킨다. 그리고 상기한 수소 가스를 스택으로 공급하고, 별도의 펌프 등을 통해 공기를 스택으로 공급한다. 그러면 스택에서는 상기 수소 가스와 공기 중에 함유된 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다. Such a PEMFC basically includes a stack, a reformer, a fuel tank, a fuel pump, and the like to constitute a system. The stack forms the body of the fuel cell, and the fuel pump supplies the fuel in the fuel tank to the reformer. The reformer reforms the fuel to generate hydrogen gas and supplies the hydrogen gas to the stack. Therefore, the PEMFC supplies fuel in the fuel tank to the reformer by operation of the fuel pump, and reforms the fuel in the reformer to generate hydrogen gas. Then, the hydrogen gas is supplied to the stack, and air is supplied to the stack through a separate pump or the like. The stack then electrochemically reacts the hydrogen gas with oxygen contained in the air to generate electrical energy.                         

한편, 연료 전지는 액상의 연료를 직접 스택에 공급할 수 있는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC, 이하 DMFC라 한다) 방식을 채용할 수 있다. 이러한 DMFC는 PEMFC와 달리, 개질기가 배제된다.On the other hand, the fuel cell may employ a direct methanol fuel cell (DMFC, hereinafter referred to as DMFC) that can supply a liquid fuel directly to the stack. This DMFC, unlike PEMFC, excludes the reformer.

종래에 따른 연료 전지 시스템에 있어 상기 연료 탱크는 연료 펌프와 연결 설치되는 연료 배출구와, 이 연료 펌프의 펌핑력에 의해 연료가 연료 탱크의 내부로부터 배출될 때 외부 공기를 연료 탱크 내부로 주입시키기 위한 공기 주입구를 형성하고 있다. 따라서 상기 연료 탱크 내에 저장된 연료가 연료 배출구를 통해 배출되는 경우, 이 배출구로 배출되는 연료의 양 만큼 공기 주입구를 통해 공기가 연료 탱크의 내부로 주입되게 된다.In the fuel cell system according to the related art, the fuel tank has a fuel outlet connected to a fuel pump and a pumping force of the fuel pump for injecting outside air into the fuel tank when the fuel is discharged from the inside of the fuel tank. The air inlet is formed. Therefore, when the fuel stored in the fuel tank is discharged through the fuel outlet, the air is injected into the fuel tank through the air inlet by the amount of fuel discharged to the outlet.

그런데 이와 같은 종래의 연료 전지 시스템은, 휴대가 간편한 모바일(mobile) 전자기기 예컨대, 노트북 PC 또는 이동통신 단말기에 채용되는 바, 이 모바일 전자기기의 휴대 중에 시스템이 흔들리는 등 그 위치가 변경되는 경우, 연료 탱크의 연료 배출구를 통해 연료가 배출되지 않고 공기가 배출될 염려가 있다. 이로 인해 연료를 필요로 하는 연료 전지 또는 개질기에 대해 원활한 연료 공급이 이루어지지 않으므로, 전체적인 시스템의 성능이 저하되는 문제점이 있다.However, such a conventional fuel cell system is employed in a mobile electronic device that is easy to carry, for example, a notebook PC or a mobile communication terminal. When the position of the fuel cell system changes, such as shaking the system while carrying the mobile electronic device, There is a fear that air is not discharged through the fuel outlet of the fuel tank and that the air is discharged. As a result, since a smooth fuel supply is not performed for the fuel cell or the reformer requiring the fuel, there is a problem in that the performance of the overall system is degraded.

본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 시스템의 위치가 변경되더라도 연료 전지 또는 개질기로 연료를 원활하게 공급할 수 있는 구조를 가진 연료 공급장치 및 이를 채용한 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a fuel supply device having a structure capable of smoothly supplying fuel to a fuel cell or a reformer even if the position of the system is changed, and a fuel cell system employing the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 연료 공급장치는, 수소와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 스택 또는 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기로 연료를 공급하기 위한 것으로서, 연료를 저장하는 연료 저장부를 포함하며,A fuel supply device for a fuel cell system according to the present invention for achieving the above object is to supply fuel to a reformer for generating hydrogen gas from a stack or fuel for generating electrical energy by reaction of hydrogen and oxygen as A fuel storage unit for storing fuel,

상기 연료 저장부는 연료의 부피 변화에 의한 신축성을 지니고 형성되는 파우치 형태의 연료 저장팩을 구비한다.The fuel storage unit includes a fuel storage pack in a pouch form having elasticity due to a change in volume of the fuel.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 연료 공급장치에 있어서, 상기 연료 저장팩이 고무 또는 합성수지 소재로 이루어짐이 바람직하다.In the fuel supply device for a fuel cell system according to the present invention, the fuel storage pack is preferably made of rubber or synthetic resin material.

아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 연료 공급장치는, 연료를 저장하는 연료 저장부와, 상기 연료 저장부에 연결 설치되어 상기 연료를 배출시키는 연료 펌프를 포함하며,In addition, the fuel supply system for a fuel cell system according to the present invention for achieving the above object includes a fuel storage unit for storing fuel, and a fuel pump connected to the fuel storage unit for discharging the fuel,

상기 연료 저장부는, 상기 연료 펌프의 펌핑력에 의하여 내부의 공간이 변형되는 연료 저장팩을 구비한다.The fuel storage unit includes a fuel storage pack in which an internal space is deformed by a pumping force of the fuel pump.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 연료 공급장치에 있어서, 상기 연료 저장팩은 상기 연료를 배출시키는 연료 배출구를 형성하고, 상기 내부 공간에 상기 연료를 충만되게 저장하는 것이 바람직하다.In the fuel supply device for a fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the fuel storage pack forms a fuel outlet for discharging the fuel, and stores the fuel in the inner space.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 연료 공급장치는, 상기 연료 저장팩의 연료 배출구에 상기 연료 펌프를 연결 설치하도록 구성될 수 있다.In addition, the fuel supply apparatus for a fuel cell system according to the present invention may be configured to connect and install the fuel pump to the fuel outlet of the fuel storage pack.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 연료 공급장치에 있어서, 상기 연료 저장팩이 밸로즈 타입의 주름부를 형성할 수도 있다. In the fuel supply system for a fuel cell system according to the present invention, the fuel storage pack may form a bellows-type corrugation.                     

아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부와, 수소를 함유한 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급장치와, 산소를 상기 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원을 포함하며,In addition, the fuel cell system according to the present invention for achieving the above object, at least one electricity generating unit for generating electrical energy through the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, and the fuel containing hydrogen to generate electricity A fuel supply device for supplying a negative supply, and an oxygen supply source for supplying oxygen to the electricity generation unit,

상기 연료 공급장치는, 상기 연료를 저장하는 내부 공간을 가지면서 소정 외력에 의하여 이 내부 공간이 변형되는 연료 저장부와, 상기 연료 저장부에 연결 설치되어 상기 연료를 배출시키는 연료 펌프를 포함한다.The fuel supply device includes a fuel storage unit having an internal space for storing the fuel and the internal space is deformed by a predetermined external force, and a fuel pump connected to the fuel storage unit to discharge the fuel.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 저장부는 상기 연료 펌프의 펌핑력에 의하여 상기 외형이 신축 변형되는 연료 저장팩을 구비할 수 있다.In the fuel cell system according to the present invention, the fuel storage unit may include a fuel storage pack in which the outer shape is stretched and deformed by the pumping force of the fuel pump.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 연료 저장팩이 신축성을 갖는 고무 또는 합성 수지 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the fuel storage pack is made of a rubber or synthetic resin material having elasticity.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 연료 저장팩이 가요성을 갖는 외형을 지니고 형성되는 것이 바람직하다.And the fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the fuel storage pack is formed having an appearance having flexibility.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 저장팩은 밸로즈 타입의 주름부를 형성할 수도 있다.In addition, in the fuel cell system according to the present invention, the fuel storage pack may form a bellows-type pleats.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 전기 발생부가 복수로 구비되어 이들 전기 발생부의 집합체인 스택을 형성할 수 있다.In the fuel cell system according to the present invention, a plurality of the electricity generating units may be provided to form a stack that is an aggregate of these electricity generating units.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 연료 저장부와 스택에 연결 설치되어 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 상기 전기 발 생부로 공급하는 개질기를 포함할 수 있다. 이 경우 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 연료 전지 시스템이, 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell) 방식으로 이루어진다.In addition, the fuel cell system according to the present invention may include a reformer connected to the fuel storage unit and the stack to generate hydrogen gas from the fuel, and supply the hydrogen gas to the electric generator. In this case, the fuel cell system according to the present invention, the fuel cell system is made of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) method.

대안으로서 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 직접 메탄올형 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell) 방식으로 구성될 수도 있다.Alternatively, the fuel cell system according to the present invention may be configured in a direct methanol fuel cell (DMFC) manner.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.1 is a schematic view showing the overall configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view showing the structure of the stack shown in FIG.

도면을 참고하면, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 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.Referring to the drawings, the fuel cell system 100 according to the present invention reforms a fuel containing hydrogen to generate hydrogen gas, and reacts the hydrogen gas with oxygen to generate electrical energy. Electrode Membrane Fuel Cell (PEMFC) is adopted.

상기한 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 발생시키기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올 등과 같이 수소를 함유하면서 액상으로 이루어진 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 사 용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자의 예를 설명한다.In the fuel cell system 100, the fuel for generating electricity refers to a fuel made of liquid phase while containing hydrogen such as methanol and ethanol. In addition, the system 100 may use oxygen gas stored in a separate storage means as oxygen that reacts with hydrogen contained in the fuel, and may use air containing oxygen as it is. However, the latter example is explained below.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(11)와, 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 전기 발생부(11)로 공급하는 개질기(20)와, 상기 연료를 개질기(20)로 공급하는 연료 공급장치(30)와, 상기 산소를 전기 발생부(11)로 공급하는 산소 공급원(50)을 포함한다.The fuel cell system 100 according to the present invention basically includes at least one electricity generating unit 11 for generating electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and generates hydrogen gas from the fuel. A reformer 20 for supplying gas to the electricity generator 11, a fuel supply device 30 for supplying the fuel to the reformer 20, and an oxygen supply source for supplying the oxygen to the electricity generator 11 ( 50).

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.The electricity generator 11 has a membrane-electrode assembly (MEA) 12 in the center and a separator (also referred to as 'bipolar plate' in the art) 16 on both sides thereof. To form a cell of the smallest unit that generates electricity. Therefore, in the present embodiment, a plurality of such electricity generating units 11 may be provided to form a stack 10 that is an aggregate of these electricity generating units 11.

개질기(20)는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 통상적인 개질기의 구조를 갖는다.The reformer 20 has a structure of a conventional reformer that generates hydrogen gas from the fuel through a chemical catalytic reaction by thermal energy and reduces the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas.

상기한 개질기(20)로 연료를 공급하기 위한 연료 공급장치(30)는 상기 연료를 저장하는 연료 저장부(31)와, 상기 연료 저장부(31)에 연결 설치되어 이 연료 저장부(31)에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프(39)를 포함한다. 그리고 상기 전기 발생부(11)로 산소를 공급하기 위한 산소 공급원(50)은 소정의 펌핑력에 의하여 공기를 흡입하고, 이 공기를 전기 발생부(11)로 공급하는 적어도 하나의 공기 펌프(51)를 포함하고 있다. The fuel supply device 30 for supplying fuel to the reformer 20 includes a fuel storage unit 31 for storing the fuel and a fuel storage unit 31 connected to the fuel storage unit 31. And a fuel pump 39 for discharging the fuel stored therein. In addition, the oxygen supply source 50 for supplying oxygen to the electricity generating unit 11 sucks air by a predetermined pumping force and supplies at least one air pump 51 to supply the air to the electricity generating unit 11. ) Is included.                     

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 연료 공급장치(30)를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.The fuel supply device 30 according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3은 도 1에 도시한 연료 공급장치의 연료 저장부를 나타내 보인 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면 구성도이다.3 is a perspective view illustrating a fuel storage unit of the fuel supply device illustrated in FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram of FIG. 3.

도면을 참고하면, 본 발명의 실시예에 의한 연료 공급장치(30: 도 1)에 있어 전술한 바 있는 연료 저장부(31)는 실질적으로 연료를 저장할 수 있는 내부 공간을 가지면서 연료의 부피 변화에 의한 신축성을 지니고 형성되며, 더욱 바람직하게는 연료 펌프(39: 도 1)의 펌핑력에 의하여 내부의 공간이 변형될 수 있는 연료 저장팩(32)을 포함한다.Referring to the drawings, the fuel storage unit 31 described above in the fuel supply device 30 (FIG. 1) according to the embodiment of the present invention has a volume change of the fuel while having an internal space that can substantially store the fuel It is formed with elasticity by, and more preferably includes a fuel storage pack 32 that can be deformed the interior space by the pumping force of the fuel pump 39 (Fig. 1).

이 연료 저장팩(32)은 상기 내부 공간에 저장된 연료를 배출시키기 위한 연료 배출구(32a)를 형성하고 있으며, 이 연료 배출구(32a)에 상기한 연료 펌프(39)가 연결 설치될 수 있다. 이 때, 상기 연료 배출구(32a)와 스택(10)은 파이프 형태의 유로(91)에 의하여 연결 설치될 수 있다. 그리고 이 유로(91) 상에는 상기 연료 펌프(39)가 연결 설치되는 바, 상기 연료 저장팩(32)에 저장된 연료는 연료 펌프(39)의 펌핑력에 의해 연료 배출구(32a)를 통해 배출되고, 상기 유로(91)를 통하여 개질기(20)로 공급될 수 있다(도 1 참조).The fuel storage pack 32 forms a fuel outlet 32a for discharging the fuel stored in the internal space, and the fuel pump 39 may be connected to the fuel outlet 32a. In this case, the fuel outlet 32a and the stack 10 may be connected to each other by a pipe passage 91. And the fuel pump 39 is connected to the flow path 91 is installed, the fuel stored in the fuel storage pack 32 is discharged through the fuel outlet 32a by the pumping force of the fuel pump 39, It may be supplied to the reformer 20 through the flow path 91 (see FIG. 1).

구체적으로, 상기 연료 저장팩(32)은 내부 공간에 연료 펌프(39)의 펌핑력이 작용하는 경우, 상기 펌핑력에 의해 압축 변형되면서 그 압축 변형량 만큼 상기 연료를 연료 배출구(32a)를 통해 배출시킬 수 있는 파우치 형태로 이루어진다.Specifically, when the pumping force of the fuel pump 39 acts on the internal space, the fuel storage pack 32 compresses and deforms the fuel through the fuel outlet 32a while compressing and deforming by the pumping force. It's in the form of a pouch that you can make

이러한 연료 저장팩(32)은 펌프의 펌핑력과 같은 외력에 의해 외형이 변형되 면서 내부의 공간 변형을 가능케 하는 신축성 소재로 형성되며, 가요성(flexibility)을 지닌 봉투 형태의 외형을 지니고 형성된다. 바람직하게, 상기 연료 저장팩(32)은 고무 소재 또는 합성수지 소재로 형성될 수 있다.The fuel storage pack 32 is formed of an elastic material that allows deformation of the interior while deforming the exterior by an external force such as a pumping force of the pump, and has an envelope-shaped appearance with flexibility. . Preferably, the fuel storage pack 32 may be formed of a rubber material or a synthetic resin material.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail as follows.

우선, 연료 펌프(39)를 가동시켜 연료 저장팩(32)의 내부 공간으로 소정의 펌핑력을 제공한다. 이 때 연료 저장팩(31)의 내부 공간에는 공기가 존재하지 않도록 연료가 충만되게 저장된 상태에 있다.First, the fuel pump 39 is operated to provide a predetermined pumping force to the internal space of the fuel storage pack 32. At this time, the internal space of the fuel storage pack 31 is in a state in which fuel is stored so that no air exists.

이러한 경우, 상기 연료 저장팩(32)이 신축성 소재로 이루어져 있기 때문에, 상기 연료 저장팩(32)의 내부 공간으로 연료 펌프(39)의 펌핑력이 가해짐에 따라, 상기 연료 저장팩(32)은 연료 펌프(39)의 펌핑력에 의하여 도면에 가상선으로 도시한 바와 같이 압축 변형되게 된다.In this case, since the fuel storage pack 32 is made of an elastic material, as the pumping force of the fuel pump 39 is applied to the internal space of the fuel storage pack 32, the fuel storage pack 32 Is compressively deformed by the pumping force of the fuel pump 39 as shown by the virtual line in the figure.

따라서 상기 연료 저장팩(32)의 내부 공간에 저장된 연료는 이 연료 저장팩(32)의 압축 변형량에 상응하는 만큼 연료 배출구(32a)를 통해 배출되게 된다. 이 때 상기 연료 저장팩(32)은 연료 펌프(39)의 펌핑력에 의해 압축 변형되면서 연료가 배출되더라도 종래와 달리, 내부 공간에 공기가 존재하지 않게 된다. 즉, 상기 연료 저장팩(32)은 상기 내부 공간으로부터 연료가 빠져나간 양만큼 그 외형이 변형되기 때문에, 항상 내부 공간에 공기가 존재하지 않은 상태로 연료를 배출시키게 된다.Therefore, the fuel stored in the internal space of the fuel storage pack 32 is discharged through the fuel outlet 32a as much as the compression deformation amount of the fuel storage pack 32. At this time, the fuel storage pack 32 is compressed and deformed by the pumping force of the fuel pump 39, even if the fuel is discharged, unlike the conventional, there is no air in the internal space. That is, since the shape of the fuel storage pack 32 is deformed as much as the amount of fuel escapes from the internal space, the fuel storage pack 32 always discharges fuel in the absence of air in the internal space.

이어서, 상기 연료 배출구(32a)를 통해 배출되는 연료를 유로(91)를 통하여 개질기(20)로 공급한다. 그러면 상기 개질기(20)는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨 상태에서 상기 수소 가스를 스택(10)의 전기 발생부(11)로 공급한다.Subsequently, the fuel discharged through the fuel outlet 32a is supplied to the reformer 20 through the flow path 91. Then, the reformer 20 generates hydrogen gas from the fuel through a chemical catalytic reaction by thermal energy, and generates hydrogen gas from the stack 10 while reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas. It supplies to the part 11.

이와 동시에, 공기 펌프(51)를 가동시켜 공기를 상기 전기 발생부(11)로 공급한다. 그러면 전기 발생부(11)에서는 상기 수소 가스와 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시킨다.At the same time, the air pump 51 is operated to supply air to the electricity generator 11. Then, the electricity generating unit 11 generates electrical energy through an electrochemical reaction between the hydrogen gas and oxygen contained in the air.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 공급장치의 단면 구성도이다.5 is a cross-sectional configuration diagram of a fuel supply device according to a second embodiment of the present invention.

도면을 참고하면, 이 경우는 전기 실시예의 구조를 기본으로 하면서, 연료 저장팩(33)의 내부 공간이 연료 펌프(39)의 펌핑력에 의하여 변형되도록 이 연료 저장팩(33)에 밸로즈 타입의 주름부(34)를 형성하는 연료 공급장치(30A)를 구성한다.Referring to the drawings, in this case, on the basis of the structure of the electric embodiment, a bellows type in the fuel storage pack 33 such that the internal space of the fuel storage pack 33 is deformed by the pumping force of the fuel pump 39. A fuel supply device 30A is formed to form the pleats 34.

이러한 연료 저장팩(33)은 전기 실시예에서와 같은 신축성 소재로 이루어지며, 상기 연료 펌프(39)의 펌핑력에 의해 주름부(34)를 따라 수축되면서 내부의 공간이 변형될 수 있다.The fuel storage pack 33 is made of the same stretchable material as in the previous embodiment, and the inner space may be deformed while being contracted along the pleats 34 by the pumping force of the fuel pump 39.

따라서 상기 연료 저장팩(33)의 내부 공간으로 연료 펌프(39)의 펌핑력이 제공되는 경우, 상기 펌핑력에 의하여 이 연료 저장팩(33)이 주름부(34)를 따라 수축 변형됨에 따라 상기 연료 저장팩(33)의 변형량 만큼 상기 연료를 연료 배출구(33a)를 통해 배출시킬 수 있다.Accordingly, when the pumping force of the fuel pump 39 is provided to the internal space of the fuel storage pack 33, the fuel storage pack 33 shrinks and deforms along the pleats 34 by the pumping force. The fuel may be discharged through the fuel outlet 33a by the amount of deformation of the fuel storage pack 33.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.6 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 연료 전지 시스템(200)은 상기 연료를 직접 스택(10A)으로 공급하여 상기 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 직접 메탄올형 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell) 방식을 채용한다. 이러한 직접 메탄올형 연료 방식의 연료 전지를 채용하는 본 시스템(200)은 고분자 전해질형 연료 전지 방식을 채용하는 전기 실시예의 시스템과 달리, 도 1에 도시한 개질기(20)를 필요로 하지 않는다.Referring to the drawings, the fuel cell system 200 according to the present embodiment is a direct methanol fuel cell that generates electrical energy by directly supplying the fuel to the stack 10A and generating an electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen ( DMFC: Direct Methanol Fuel Cell. The system 200 employing such a direct methanol fuel cell does not require the reformer 20 shown in FIG. 1 unlike the system of the previous embodiment employing the polymer electrolyte fuel cell.

본 실시예에 의한 연료 전지 시스템(200)의 나머지 구성은 전기 제1,2 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.Since the rest of the configuration of the fuel cell system 200 according to the present embodiment is the same as the first and second embodiments, detailed description thereof will be omitted.

이러한 연료 전지 시스템(200)은 연료 공급장치(30B)의 연료 저장팩(35)과 스택(10A)이 파이프 형태의 유로(91A)에 의하여 연결 설치되는 구조로 이루어지는 바, 연료 펌프(39A)의 펌핑력에 의하여 연료 저장팩(35)으로부터 배출되는 연료를 스택(10A)의 전기 발생부(11)로 직접 공급할 수 있게 된다.The fuel cell system 200 has a structure in which the fuel storage pack 35 and the stack 10A of the fuel supply device 30B are connected and installed by a pipe passage 91A. The fuel discharged from the fuel storage pack 35 by the pumping force can be directly supplied to the electricity generating unit 11 of the stack 10A.

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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 연료 펌프의 펌핑력에 의하여 연료 저장팩의 외형이 변형되면서 연료를 배출시킬 수 있는 연료 공급장치를 구비 하므로, 시스템의 위치가 변경되더라도 종래와 달리 연료 저장팩의 내부 공간에 공기가 주입되지 않게 되어 스택 또는 개질기의 연료 공급이 원활하게 이루어진다. 따라서 전체적인 시스템의 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the fuel cell system according to the present invention, the fuel storage pack is provided with a fuel supply device capable of discharging fuel while the outer shape of the fuel storage pack is deformed by the pumping force of the fuel pump. Since no air is injected into the internal space of the stack or the reformer, the fuel is smoothly supplied. Therefore, there is an effect that can further improve the performance of the overall system.

Claims (15)

수소와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 스택 또는 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기로 연료를 공급하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치에 있어서,A fuel supply apparatus for a fuel cell system that supplies fuel to a reformer that generates hydrogen gas from a stack or fuel that generates electrical energy by reaction of hydrogen and oxygen, 연료를 저장하는 연료 저장부Fuel storage to store fuel 를 포함하며,Including; 상기 연료 저장부는 연료의 부피 변화에 의한 신축성을 지니고 형성되는 파우치 형태의 연료 저장팩을 구비하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치.The fuel storage unit is a fuel supply system for a fuel cell system having a pouch-type fuel storage pack is formed having elasticity by the volume change of the fuel. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 연료 저장팩이 고무 또는 합성수지 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치.A fuel supply system for a fuel cell system, wherein the fuel storage pack is made of rubber or synthetic resin material. 연료를 저장하는 연료 저장부; 및A fuel storage unit for storing fuel; And 상기 연료 저장부에 연결 설치되어 상기 연료를 배출시키는 연료 펌프A fuel pump connected to the fuel storage unit to discharge the fuel 를 포함하며,Including; 상기 연료 저장부는, 상기 연료 펌프의 펌핑력에 의하여 내부의 공간이 변형되는 연료 저장팩을 구비하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치.The fuel storage unit, a fuel supply device for a fuel cell system having a fuel storage pack that is deformed the internal space by the pumping force of the fuel pump. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 연료 저장팩은 상기 연료를 배출시키는 연료 배출구를 형성하고, 상기 내부 공간에 상기 연료를 충만되게 저장하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치.The fuel storage pack forms a fuel outlet for discharging the fuel, and a fuel supply device for a fuel cell system for storing the fuel in the inner space to the full. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 연료 배출구에 상기 연료 펌프를 연결 설치하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치.And a fuel pump connected to the fuel outlet and installed at the fuel outlet. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 연료 저장팩이 밸로즈 타입의 주름부를 형성하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치.A fuel supply system for a fuel cell system in which the fuel storage pack forms bellows-type pleats. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부;At least one electricity generating unit generating electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen; 수소를 함유한 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급장치; 및A fuel supply device for supplying a fuel containing hydrogen to the electricity generator; And 산소를 상기 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원An oxygen supply source for supplying oxygen to the electricity generator 을 포함하며,Including; 상기 연료 공급장치는,The fuel supply device, 상기 연료를 저장하는 내부 공간을 가지면서 소정 외력에 의하여 이 내부 공간이 변형되는 연료 저장부와, 상기 연료 저장부에 연결 설치되어 상기 연료를 배 출시키는 연료 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.And a fuel storage unit having an internal space for storing the fuel and having an internal space deformed by a predetermined external force, and a fuel pump connected to the fuel storage unit to discharge the fuel. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 연료 저장부는 상기 연료 펌프의 펌핑력에 의하여 상기 외형이 신축 변형되는 연료 저장팩을 구비하는 연료 전지 시스템.The fuel storage unit includes a fuel storage pack having a fuel storage pack that is stretched and deformed by the pumping force of the fuel pump. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 연료 저장팩이 신축성을 갖는 고무 또는 합성 수지 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템.A fuel cell system in which the fuel storage pack is made of elastic rubber or synthetic resin material. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 연료 저장팩이 가요성을 갖는 외형을 지니고 형성되는 연료 전지 시스템.And the fuel storage pack is formed to have a flexible shape. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 연료 저장팩이 밸로즈 타입의 주름부를 형성하는 연료 전지 시스템.And the fuel storage pack forms a bellows-type pleat. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 전기 발생부가 복수로 구비되어 이들 전기 발생부의 집합체인 스택을 형성하는 연료 전지 시스템.And a plurality of electricity generating portions to form a stack that is an aggregate of these electricity generating portions. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 연료 저장부와 스택에 연결 설치되어 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 상기 전기 발생부로 공급하는 개질기를 포함하는 연료 전지 시스템.And a reformer connected to the fuel storage unit and the stack to generate hydrogen gas from the fuel and supply the hydrogen gas to the electricity generator. 제 7 항 또는 제 13 항에 있어서,The method according to claim 7 or 13, 상기 연료 전지 시스템이, 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell) 방식으로 이루어지는 연료 전지 시스템.The fuel cell system is a fuel cell system comprising a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) method. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 연료 전지 시스템이, 직접 메탄올형 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell) 방식으로 이루어지는 연료 전지 시스템.The fuel cell system is a fuel cell system comprising a direct methanol fuel cell (DMFC) system.
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