KR20070017536A

KR20070017536A - 연료 전지 시스템

Info

Publication number: KR20070017536A
Application number: KR1020067024645A
Authority: KR
Inventors: 겐이치 하시즈메; 쇼고 나카데
Original assignee: 노키아 코포레이션
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2007-02-12
Also published as: KR100839987B1

Abstract

휴대 전화나 포터블 컴퓨터와 같은 소형 전자 기기의 전력원으로서 이용되는 소형 연료 전지에도 적용 가능한 발전 가능한 잔여 시간을 추정하는 방법을 개발한다. 본원 발명은 연료 전지 셀과 그 연료 전지 셀에 직접 또는 간접적으로 이용되는 연료와 그 연료의 사용에 따라 내부 물질의 전기적 및/또는 특성이 변화되는 모듈을 구비한 연료 전지 시스템에 있어서, 그 연료 전지 셀에 그 연료 또는 그 연료로부터 만들어진 수소를 공급할 수 있는 잔여 시간을 추정하는 방법으로서, 그 모듈의 내부에 복수의 전극을 설치하고, 그 복수의 전극 중 적어도 2개의 전극 사이의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하고, 그 측정 결과로부터 그 잔여 시간을 추정하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 전지 시스템{Fuel cell system}

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료 전지 시스템이 발전 가능한 잔여 시간을 추정하는 기술에 관한 것이다.

연료 전지는 수소나 메탄올의 화학 반응을 이용하여 전력을 발생시키는 기술이다. 전지라고 불리고 있지만, 실제는 발전 장치라 부르는 것이 어울린다. 연료 전지는 가스나 석유 등의 연료를 태우는 것에 따른 이산화탄소의 발생이 없기 때문에 환경 부하가 낮고, 또한 연료가 가진 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하기 때문에, 발전 효율이 매우 양호하다는 특징을 가지고 있다. 이 때문에 연료 전지는 차세대의 에너지원으로서 큰 기대를 받고 있다.

현재 휴대용 연료 전지 시스템에는 크게 수소 구동형과 직접 메탄올형의 2종류로 분류할 수 있다. 여기서의 수소 구동형 연료 전지란 양이온 교환막으로 직접 수소를 공급하고 발전시키는 것을 나타낸다. 이에 대하여 직접 메탄올형은 메탄올의 탈수소 산화 반응으로부터 직접 전기를 취출하고 있다. 수소 구동형 연료 전지는 직접적인 연료가 되는 수소를 휴대하기 위해 직접 탱크에 저장하는 방법이나, 수소 흡장 합금, 물, 메탄올 등의 형태로 휴대하고, 그것들로부터 수소를 취출하여 사용하는 방법이 이미 잘 알려져 있다. 일본 특허공개 2003-221201호 공보에는, 물 과 금속 합금을 반응시켜 수소를 발생시키는 기술에 대하여 개시가 있다. 또한 일본 특허공개 2003-306301호 공보에는, 방향족 화합물을 촉매에 의해 탈수소 산화하여, 수소를 취출하는 기술에 대하여 개시가 있다.

휴대용 연료 전지가 어떠한 종류의 것이라 해도, 이용자는 연료 전지가 앞으로 어느 정도의 시간 더 발전 가능한지를 알 필요가 있다. 그렇지 않으면, 연료 전지를 전력원으로서 이용하고 있는 전자 기기가 돌연한 전지의 전력 중단으로 정지되어 버리게 되어 불편하기 때문이다. 연료 전지가 지면에 설치되어, 항상 도시 가스 등의 연료 공급을 받는 타입이라면, 상기한 것은 특별히 문제가 되지 않는다. 또한 연료 전지를 자동차의 동력원으로 이용하는 타입 등 비교적 큰 것이라면, 연료 탱크에 연료 잔량계나 가스 압력 센서를 설치함으로써, 연료 잔량을 측정하여 발전 가능한 잔여 시간을 추정하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 휴대 가능한 소형 전자 기기의 전력원으로서 연료 전지를 사용하는 경우, 연료 전지 자체도 소형이어야 하고, 또한 저렴할 것이 요구되므로, 연료 잔량계나 압력 센서를 설치하는 것은 적절하지 않은 경우가 있다. 이 때문에, 종래의 휴대 전자 기기용 연료 전지의 경우, 발전 가능한 잔여 시간을 추정하기 위해, 예컨대 연료 저장부에 창을 설치하고, 눈으로 연료의 잔량을 확인하는 방법이 채택되었다.

본 발명은 휴대 전화나 포터블 컴퓨터와 같은 소형의 전자 기기의 전력원으로서 이용되는 소형 연료 전지에도 적용 가능한 발전 가능한 잔여 시간을 추정하기 위한 기술을 개발하고자 이루어진 것이다.

본원 발명을 어느 측면에서 보면, 본원 발명은 연료 전지 셀과 그 연료 전지 셀에 직접 또는 간접적으로 사용되는 연료와 그 연료의 사용에 따라 내부 물질의 전기적 및/또는 특성이 변화되는 모듈을 구비한 연료 전지 시스템에 있어서, 그 연료 전지 셀에 그 연료 또는 그 연료로부터 만들어진 수소를 공급할 수 있는 잔여 시간을 추정하는 방법으로서, 그 모듈의 내부에 복수의 전극을 설치하고, 그 복수의 전극 중 적어도 2개의 전극 사이의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하고, 그 측정 결과로부터 그 잔여 시간을 추정하는 것을 특징으로 한다.

또한 본원 발명을 다른 측면에서 보면, 본원 발명은 연료 전지 셀과 그 연료 전지 셀에 직접 또는 간접적으로 사용되는 연료와 그 연료의 사용에 따라 내부 물질의 전기적 및/또는 특성이 변화되는 모듈을 구비한 연료 전지 시스템에 있어서, 그 연료 전지 셀에 그 연료 또는 그 연료로부터 만들어진 수소를 공급할 수 있는 잔여 시간이 적음을 경고하는 방법으로서, 그 모듈의 내부에 복수의 전극을 설치하고, 그 복수의 전극 중 적어도 2개의 전극 사이의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하고, 그 측정값이 소정의 문턱값 이상 또는 이하가 된 경우에 그 경고를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 전기적 성질은, 저항, 정전 용량, 인덕턴스 및 임피던스 중 적어도 하나 이상일 수 있다. 또한 상기 물리적 성질은, 자화율, 팽창율, 모르폴로지 중 적어도 하나 이상일 수 있다.

본원 발명의 어느 실시 태양에 있어서, 상기 연료 전지 시스템이 상기 연료와 반응 촉매와의 화학 반응에 의해 수소를 생성하는 타입의 연료 전지 시스템인 경우는, 상기 복수의 전극 중 적어도 2개의 전극을, 그 2개의 전극 사이에 상기 반응 촉매가 위치하도록 설치하고, 상기 반응 촉매의 화학적 변화에 기인하여 변화하는 상기 전극간의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하도록 구성할 수 있다. 또한 본원 발명의 어느 실시 태양에 있어서, 상기 연료 전지 시스템이, 상기 연료를 저장하는 연료 저장부를 가짐과 동시에 그 연료를 그 연료 저장부로부터 직접 혹은 개질하여 상기 연료 전지 셀로 공급하는 타입의 연료 전지 시스템인 경우는, 상기 복수의 전극 중 적어도 2개의 전극을, 그 2개의 전극 사이에 그 연료가 존재하도록 그 연료 저장부에 설치하고, 그 2개의 전극 사이에 잔존하는 그 연료량에 의존하여 변화하는 상기 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하도록 구성할 수 있다.또한 본원 발명의 어느 실시 태양에 있어서, 상기 연료 전지 시스템이 상기 연료와 그 연료를 개질하는 촉매를 동일 용기 내에 수용하는 수용부를 갖는 경우는, 상기 전극을 그 수용부에 설치할 수 있다.

본원 발명을 또 다른 측면에서 보면 본원 발명은, 외부에 전력을 공급하는 전력 공급 접점과, 연료 전지 셀에 직접 또는 간접적으로 사용되는 연료와, 상기 연료의 사용에 따라 내부 물질의 전기적 및/또는 특성이 변화되는 모듈과, 그 모듈의 내부에 설치되는 2개의 전극으로서 그 2개의 전극 사이의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하기 위한 2개의 전극과, 상기 2개의 전극의 각각과 전기적으로 접속되어 그 2개의 전극과의 도통(導通)을 제공하는 2개의 프로브용 접점을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템이다. 상기 전기적 성질은, 저항, 정전 용량, 인덕턴스 및 임피던스 중 적어도 하나 이상일 수 있다. 또한 상기 물리적 성질은, 자화율, 팽창율, 모르폴로지 중 적어도 하나 이상일 수 있다.

본원 발명의 어느 실시 태양에 있어서는, 상기 프로브용 접점은, 상기 모듈의 케이스에 설치할 수 있다. 또한 상기 전력 공급 접점과 상기 프로브용 접점을, 상기 연료 전지 시스템의 케이스에 설치하는 실시 태양도 있다. 또한 상기 전력 공급 접점과 상기 프로브용 접점을 하나의 커넥터 내에 함께 설치하는 실시 태양도 있다.

본원 발명의 어느 실시 태양에 있어서는, 상기 연료 전지 시스템은 그 연료 전지 시스템에 이용하는 연료로부터 수소를 취출하는 수소 생성부를 구비하고, 상기 2개의 전극은 그 수소 생성부에 설치되는 것을 특징으로 한다. 이 경우에 있어서, 상기 수소 생성부는 상기 연료 전지 시스템에서의 다른 부분에서 상기 연료를 내부로 받아들이는 연료 취입구와, 상기 화학 반응에 의해 생성된 수소를 그 연료 전지 시스템의 상기 다른 부분과는 다른 다른 부분으로 배출하는 수소 배출구를 구비할 수 있다.

본원 발명의 어느 실시 태양에 있어서는, 상기 수소 생성부는, 상기 연료와 화학 반응을 일으켜 그 연료로부터 수소를 생성하는 반응 촉매를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 경우에 있어서, 상기 2개의 전극은, 그 2개의 전극 사이에 상기 반응 촉매가 위치하도록 설치하는 것이 바람직하다. 이 실시 태양에 있어서, 상기 2개의 전극 중 하나는 상기 수소 생성부의 일단측의 외벽의 일부를 이룸과 동시에, 상기 2개의 전극 중 다른 하나는 상기 수소 생성부 타단측의 외벽의 일부를 이루고, 상기 외벽의 일단측과 타단측과의 사이에 절연층을 구비하도록 구성할 수 있다. 상기 수소 생성부의 외벽의 내면은 절연층으로 덮어도 된다. 상기 2개의 전극 중 적어도 하나의 전극은 표면에 절연층을 구비하여도 된다. 이러한 상기 절연층은, 종이, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀류, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르류, 방향족 및 지방족 폴리아미드류, 폴리우레탄류, 폴리이미드류, 페놀 수지, 액정 폴리머, PPS, 에폭시 수지, PEEK, 또는 PES 중 적어도 하나로 이루어지는 재료일 수 있다. 또한 이 실시 태양에 있어서는, 상기 수소 생성부는 상기 반응 촉매를 지지하는 지지 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 지지 부재는, 금속, 카본, 도전성 폴리머, 도전성 세라믹스중 어느 하나를 재료로 할 수 있다. 또한 그 지지 부재는, 망상, 격자상, 다공성 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. 또한 상기 지지 부재는 도전성을 가지며, 상기 2개의 전극 중 하나로서 사용되도록 구성할 수 있다. 또한 본원 발명의 어느 실시 태양에 있어서, 상기 반응 촉매는 그 일부분이 상기 지지 부재에 면하여 상기 연료에 접촉하지 않도록 그 지지 부재에 설치됨과 동시에, 그 일부분과는 다른 부분이 상기 연료에 직접 접하도록 그 지지 부재에 설치되는 것을 특징으로 한다. 또한 어느 실시 태양에 있어서, 상기 반응 촉매는 착탈 가능하게 상기 수소 생성부에 설치된다.

본원 발명의 어느 실시 태양에 있어서는, 상기 수소 생성부는, 그 연료 자체가 변화됨으로써 수소를 생성하는 수소 생성 반응을 촉진하는 촉매를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 2개의 전극 중 적어도 하나는 상기 수소 생성부의 외벽의 일부를 이루도록 구성할 수 있다. 또한 상기 2개의 전극 중 하나는 상기 수소 생성부의 일단측의 외벽의 일부를 이룸과 동시에, 상기 2개의 전극 중 다른 하나는 상기 수소 생성부 타단측의 외벽의 일부를 이루고, 상기 외벽의 일단측과 타단측과의 사이에 절연층을 구비하도록 구성해도 된다. 상기 2개의 전극 중 적어도 하나의 전극은 표면에 절연층을 구비해도 되고, 이 절연층은 종이, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀류, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르류, 방향족 및 지방족 폴리아미드류, 폴리우레탄류, 폴리이미드류, 페놀 수지, 액정 폴리머, PPS, 에폭시 수지, PEEK, 또는 PES 중 적어도 하나로 이루어지는 재료를 사용할 수 있다. 또한 상기 촉매는, 격자상 또는/및 다공성의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 실시 태양이 있다. 또한 상기 수소 생성부는 상기 연료 전지 시스템의 다른 부분에 착탈 가능하게 설치되도록 구성해도 된다.

본원 발명의 어느 실시 태양에 있어서, 상기 연료 전지 시스템은 그 연료 전지 시스템에 이용하는 연료를 수용하는 수용부를 구비하고, 상기 복수의 전극은 그 수용부에 설치되는 것을 특징으로 한다. 이 경우에 있어서도, 상기 2개의 전극 중 적어도 하나는 상기 수용부의 외벽의 일부를 이루도록 구성할 수 있다. 또한 상기 2개의 전극 중 하나는 상기 수용부의 일단측의 외벽의 일부를 이룸과 동시에, 상기 2개의 전극 중 다른 하나는 상기 수용부의 타단측의 외벽의 일부를 이루고, 상기 외벽의 일단측과 타단측과의 사이에 절연층을 구비하도록 구성해도 된다. 상기 2개의 전극 중 적어도 하나의 전극은 표면에 절연층을 구비하는 경우, 종이, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀류, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르류, 방향족 및 지방족 폴리아미드류, 폴리우레탄류, 폴리이미드류, 페놀 수지, 액정 폴리머, PPS, 에폭시 수지, PEEK, 또는 PES 중 적어도 하나로 이루어지는 재료를 사용할 수 있다. 또한 실시 태양에 있어서는, 상기 수용부는 내부에 상기 연료를 유지하는 유지재와 그 유지재를 지지하는 지지 부재를 구비해도 된다. 이 경우, 상기 지지 부재는 망상, 격자상, 다공성 중 어느 하나의 구조를 가지는 것이 바람직하다. 또한 상기 지지 부재는 도전성을 가지고, 상기 2개의 전극 중 하나로서 사용되는 것이 바람직하다. 상기 수용부는 상기 연료 전지의 다른 부분에 착탈 가능하게 설치되도록 구성할 수 있다.

본원 발명의 어느 실시 태양에 있어서, 본원 발명에 의한 연료 전지 시스템은 휴대 가능한 것을 특징으로 한다.

또한 본원 발명을 또 다른 측면에서 보면, 본원 발명은 상기에 개시한 본원 발명에 의한 연료 전지 시스템과 함께 사용되고, 상기 프로브용 접점과 전기적으로 접속하는 본체측 프로브용 접점과, 상기 전력 공급 접점과 전기적으로 접속하는 전력 수용 접점을 갖는 전자 기기를 포함한다. 어느 실시 태양에 있어서는, 상기 본체측 프로브용 접점과 상기 전력 수용 접점은 하나의 커넥터 내에 함께 설치하도록 구성하여도 된다.

본원 발명을 또 다른 측면에서 보면, 본원 발명은 상기에 개시한 본원 발명에 의한 연료 전지 시스템과 함께 사용되고, 상기 프로브용 접점에 접속하여 상기 2개의 전극의 간극의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하는 측정부와, 그 측정 결과를 기초로 그 연료 전지의 발전 가능한 잔여 시간을 추정하는 추정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기를 포함한다. 본원 발명을 또 다른 측면에서 보면, 본원 발명은, 상기에 개시한 연료 전지 시스템과, 상기 프로브용 접점에 접속하여 상기 2개의 전극의 간극의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하는 측정부와, 그 측정 결과를 기초로 그 연료 전지 시스템의 발전 가능한 잔여 시간을 추정하는 추정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기를 포함한다. 어느 실시 태양에 있어서는, 상기 추정부가 상기 연료 전지 시스템의 발전 가능 잔여 시간이 적다고 추정한 경우, 상기 적은 것을 그 전자 기기의 이용자에게 경고하도록 구성할 수 있다. 또한 상기 추정부는 상기 연료 전지 시스템의 발전 가능 잔여 시간이 적다고 추정한 경우, 상기 전자 기기의 전원을 떨어뜨리도록 구성할 수 있다. 또한 본원 발명의 어느 실시 태양에 있어서는, 본원 발명에 의한 전자 기기는 휴대 가능하며, 특히 휴대 전화일 수 있다.

본 발명에 의하면, 대형의 연료 전지는 물론 휴대 전화나 포터블 컴퓨터와 같은 소형 전자 기기의 전력원으로서 사용되는 소형 연료 전지에 대해서도 발전 가능한 잔여 시간을 추정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 개략을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템을 휴대 전화에 적용한 예를 나타낸다.

도 3은 도 2의 휴대 전화의 하드웨어 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명을 적용한 연료 전지의 개략을 나타내는 도면이다.(실시예 1)

도 5는 전극과 반응 촉매의 설치 태양을 설명하기 위한 도면이다.(실시예 1)

도 6은 전극과 반응 촉매의 다른 설치 태양을 설명하기 위한 도면이다.(실시 예 1)

도 7은 전극과 반응 촉매의 또 다른 설치 태양을 설명하기 위한 도면이다.(실시예 1)

도 8은 전극과 반응 촉매의 설치 태양을 설명하기 위한 도면이다.(실시예 1)

도 9는 전극과 반응 촉매의 설치 태양을 설명하기 위한 도면이다.(실시예 1)

도 10은 본 발명을 적용한 연료 전지의 개략을 나타내는 도면이다.(실시예 2)

도 11은 전극과 반응 촉매의 설치 태양을 설명하기 위한 도면이다.(실시예 2)

도 12는 본 발명을 적용한 연료 전지의 개략을 나타내는 도면이다.(실시예 3)

도 13은 전극과 반응 촉매의 설치 태양을 설명하기 위한 도면이다.(실시예 3)

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 개략을 나타내는 도면이다. 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(2)는, 연료 전지(4), 측정부(6), 추정부(8)를 구비한다. 연료 전지(4)는 전극 설치부(10)와 연료 전지 셀(12)을 구비한다. 전극 설치부(10)는 전극(14)와 전극(16)을 구비함과 동시에, 연료 전지(4)의 종류에 따라 다양한 연료나 반응 촉매가 수용되고, 전극(14)와 전극(16)은 이들 전극간의 공간(18)에 연료나 반응 촉매가 존재하도록 설치된다. 전극(14)와 전극(16)은, 각각 연료 전지(4)의 케이스에 설치되는 프로브 접점(20, 22)에 전기적으로 접속된다. 연료 전지 셀(12)은 화학 반응에 의해 전력을 생성하는 부분으로, 연료 전지의 종류에 의해 수소와 산소와의 결합 반응에 의해 전기를 취출하는 경우도 있고, 메탄올의 산화 반응을 통해 전기를 취출하는 경우도 있다. 만들어진 전력은 연료 전지(4)의 케이스에 설치되는 전력 공급 접점(24)으로부터 연료 전지 시스템(2) 전체에 공급된다. 측정부(6)는 프로브 접점(20, 22)를 통해 전극(14, 16)과 전기적으로 접속하고, 이들 전극간의 전기적 성질, 예컨대 저항, 정전 용량, 임피던스를 측정하는 측정기를 구비하고 있다. 추정부(8)는 측정부(6)를 제어하고, 측정부(6)에 전극(14)와 전극(16) 사이의 전기적 성질을 측정시킨다. 연료 전지(4)가 발전을 계속함에 따라, 전극(14)와 전극(16) 사이의 공간(18)에 존재하는 연료의 양이나 연료의 화학적 성질, 반응 촉매의 화학적 성질 등은 변화된다. 이 때문에, 연료 전지(4)가 발전을 계속함에 따라 공간(18)의 전기 저항, 정전 용량, 유전율 등이 변화된다. 따라서 프로브 접점(20, 22)에 저항계나 임피던스 측정기 등의 측정기를 접속하고, 전극(14)와 전극(16) 사이의 전기 저항이나 정전 용량, 임피던스를 경시적으로 측정하면, 발전을 계속함에 따른 공간(18)의 전기적 성질ㆍ물리적 성질의 변화를 파악할 수 있다. 추정부(8)는 측정부(6)를 제어하고, 이러한 측정을 경시적으로 행하여 측정값을 경시적으로 측정부(6)로부터 받는다. 그리고 추정부(8)는 받은 측정값의 변화로부터, 연료 전지 셀(12)에 연료 또는 그 연료로부터 만들어진 수소의 공급이 행해지는 잔여 시간을 추정한다. 이 잔여 시간은 연료 전지(4)의 발전 가능 시간에 직접 관계되므로, 추 정부(8)는 연료 전지(4)의 발전 가능 시간을 추정하게 된다.

발전을 계속함에 따라 변화되는 것은 연료 전지의 종류에 의해 달라진다. 따라서 상기 전극은 연료 전지의 종류에 따라 가장 변화를 파악하기 쉬운 장소에 설치하는 것이 바람직하다. 예컨대, 물과 반응 촉매(촉매 금속)를 반응시킴으로써 수소를 취출하고, 취출한 수소와 산소를 반응시켜 전기를 만드는 타입의 연료 전지라면, 시간과 함께 반응 촉매가 산화되어 그 전기적 물리적 성질이 변화되므로, 반응 촉매가 설치되는 장소에 전극도 설치할 수 있다. 또한 직접 메탄올형의 연료 전지라면, 연료의 메탄올이 시간과 함께 줄어들기 때문에, 연료 저장부에 전극을 설치하여야 한다. 본 발명을 적용한 연료 전지의 더 구체적인 실시예는, 바람직한 전극의 구조와 함께 후술된다.

추정부(8)가 어느 정도의 정밀도로 연료 전지의 발전 가능한 잔여 시간을 추정 가능한지는, 발전을 계속함에 따라 변화되는 것에 의해서도 달라지고, 전극의 형상이나 구조, 설치 방법에 의해서도 달라진다. 그러나, 적어도 추정부(8)는 측정부(6)로부터 받은 측정값을 정해진 문턱값 이상이 되거나, 또는 정해진 문턱값 이하가 되면, 발전 가능 시간이 얼마 남지 않았음을 추정할 수 있다. 발전 가능 시간이 얼마 남지 않은 경우는, 그 것을 연료 전지 시스템(2)의 사용자에게 경고하거나, 연료 전지 시스템(2)의 전원을 끄도록, 연료 전지 시스템(2)을 구성하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템을 휴대 전화에 적용한 예를 나타낸다. 도 2는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템을 이용한 휴대 전화이다. 휴대 전 화(30)는, 디스플레이(32), 온 후크 키(34), 오프 후크 키(36), 기능 키(38), 숫자 키(40), 연료 전지(42)를 구비한다. 연료 전지(42)는 도 1의 연료 전지(4)와 동등한 것이다. 연료 전지(42)는, 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 휴대 전화(30) 본체로부터 분리할 수 있다. 연료 전지(42)의 휴대 전화(30) 본체와 접촉하는 면에는, 연료 전지(42)가 발전한 전력을 휴대 전화(30) 본체로 공급하기 위한 전력 공급 접점(48)(도 1의 연료 전지(4)에서의 전력 공급 접점(24)에 상당)과, 도 1의 연료 전지(4)에서의 프로브 접점(20, 22)에 상당하는 프로브 접점(50)을 구비한다. 즉 프로브 접점(50)은, 연료 전지(42)의 내부에 설치된 도 1의 연료 전지(4)에서의 전극(14)와 전극(16)에 상당하는 전극과의 도통을 제공하고 있다. 그리고 휴대 전화(30) 본체의 연료 전지(42)와 접촉하는 면에는 연료 전지(42)의 전력 공급 접점(48)으로부터 전력을 받는 전력 수용 접점(44)과, 프로브 접점(50)과 전기적으로 접속되는 본체측 프로브 접점(46)을 구비한다. 휴대 전화(30)는 본체측 프로브 접점(46)과 연료 전지(42)의 프로브 접점(50)을 통해 연료 전지(42)의 내부에 설치된 도 1의 연료 전지(4)에서의 전극(14)와 전극(16)에 상당하는 전극의 전극간의 전기적 성질을 경시적으로 측정함으로써 연료 전지(42)의 발전 가능 잔여 시간을 추정한다.

또한, 도 2에 있어서 전력 공급 접점(48)과 프로브 접점(50)은 연료 전지(42)의 케이스에 설치되어 있는데, 이들 접점은 하나의 커넥터 내에 모두 설치해도 된다. 또한 휴대 전화(30)의 본체측도 그에 대응하여 전력 수용 접점(44)과 본체측 프로브 접점(46)을 취합한 커넥터를 설치한 것이어도 무방하다. 이와 같이 연 료 전지와 전자 기기를 연결하는 커넥터가 전력 공급 접점과 프로브 접점을 갖는 것으로서 형상 등도 포함하여 표준화된다면 제조 코스트상의 메리트가 있다.

도 3은 휴대 전화(30)의 하드웨어 구성의 개략을 나타내는 도면이다. 휴대 전화(30)는 CPU(54)를 구비하고, CPU(54)에는 베이스 밴드 LSI(56), 키 패드(60), 디스플레이(32), RAM(64), ROM(66)이 접속되어 있다. 베이스 밴드LSI(56)에는 RF 회로(57)가 접속되고, 또한 RF 회로(57)에는 안테나(58)가 접속된다. 키 패드(60)는 도 2에 나타낸 온 후크 키(34), 오프 후크 키(36), 기능 키(38), 숫자 키(40)를 포함한다. ROM(66)에는 CPU(54)가 휴대 전화(30)의 모든 기능을 총괄하도록 동작시키는 프로그램이 저장되어 있다.

CPU(54)에는 또한 도 1의 측정부(6)에 상당하는 측정부(68)가 접속되어 있다. 측정부(68)는 도 2에 나타낸 본체측 프로브 접점(46)과 연료 전지측 프로브 접점(50)을 통해 연료 전지(42)에 전기적으로 접속된다. CPU(54)는, ROM(66)에 저장된 프로그램에 따라 연료 전지(42)의 내부에 설치된 도 1의 전극(14)와 전극(16)에 상당하는 전극의 전극간의 전기적 성질(저항ㅇ정전 용량 등)을 측정부(68)에 경시적으로 조사하여 측정값을 받는다. 또한 CPU(54)는 ROM(66)에 저장된 프로그램에 따라 측정값으로부터 연료 전지(42)의 발전 가능 잔여 시간을 추정한다. 추정 결과는 디스플레이(32)에 표시되고, 휴대 전화(30)의 이용자용으로 제공된다. 또한 CPU(54)는 ROM(66)에 저장된 프로그램에 따라 그 측정값이 소정의 문턱값 이상(또는 이하)이 된 경우, 휴대 전화(30)의 특정 기능을 사용 불가능하게 하거나, 또는 휴대 전화(30)의 전원을 떨어뜨린다. 즉, 도 1에서의 추정부(8)는 CPU(54)와 ROM(66)에 저장된 프로그램에 의해 실현되어 있다.

이어서, 이하의 실시예에 있어서 본 발명을 적용한 연료 전지의 더 구체적인 실시예를 바람직한 전극의 구조와 함께 나타낸다.

실시예 1

실시예의 1에서는, 메탄올이나 물과 같은 수소 공급체와 반응 촉매를 반응시킴으로써 수소를 취출하고, 취출한 수소와 산소를 반응시켜 전기를 만드는 타입의 연료 전지에 본 발명을 적용하는 예를 나타낸다. 이 타입의 연료 전지에서 사용되는 반응 촉매란 수소 공급체와의 화학 반응에 의해 스스로 산화되는 것을 나타낸다. 또한, 배경 기술의 항에서 소개한 일본 특허공개 2003-221201호 공보에서는, 「금속 촉매」를 사용하고 있다.

도 4는 본 실시예에서의 본 발명을 적용한 연료 전지의 개략을 나타내는 도면이다. 연료 전지(70)는 연료 탱크(72), 수소 생성부(74), 발전부(76), 전력 공급 접점(78), 프로브 접점(80)을 구비한다. 연료 탱크(72)에는 물이나 알코올 등의 연료가 저장된다. 수소 생성부(74)는 반응 촉매를 구비하고, 연료 탱크로부터 공급되는 연료와 반응 촉매와의 화학 반응에 의해 수소를 생성한다. 이 화학 반응에 의한 반응 촉매의 화학적 변화를 파악하기 위하여, 수소 생성부(74)에는 도 1에서의 전극(14, 16)에 상당하는 전극이 설치된다. 프로브 접점(80)은 이러한 전극과의 도통을 제공하기 위한 접점으로, 도 1의 프로브 접점(20, 22)에 상당한다. 발전부(76)는 수소 생성부(74)로부터 공급된 수소와 외부에서 받아들인 산소와의 화학 반응에 의해 전기를 생산하는 연료 전지 셀을 구비하고 있다. 생산된 전기는 전력 공급 접 점(78)으로부터 외부로 공급된다. 전력 공급 접점(78)은, 도 1의 전력 공급 접점(24)에 상당하는 것이다.

본 실시예에서 사용되는 반응 촉매는, 물이나 알코올 등의 수소 공급체와의 화학 반응에 의해 수소를 생성하는 것일 필요가 있다. 예컨대 금속의 반응 촉매로는, 니켈과 그 합금, 철과 그 합금, 바나듐과 그 합금, 망간과 그 합금, 티타늄과 그 합금, 동과 그 합금, 은과 그 합금, 칼슘과 그 합금, 아연과 그 합금, 지르코늄과 그 합금, 코발트와 그 합금, 크롬과 그 합금, 알루미늄과 그 합금 등을 생각할 수 있다. 알루미늄은 고온에서 물과 반응하여 수소를 생성하고, 스스로는 산화 알루미늄이 된다. 안전성과 제어 용이성을 생각한다면, 아연과 그 합금, 또는 아연의 천이 금속과 그 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 니켈, 철, 바나듐, 망간, 티타늄, 동, 은, 지르코늄, 코발트, 크롬과 그것들의 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 반응 촉매를 소립상(小粒狀)으로서, 수소 생성부(74) 중에 설치함으로써 반응 촉매의 표면적을 늘릴 수 있다.

도 5는 수소 생성부(74)에 설치되는 전극과 반응 촉매의 설치 태양을 나타내는 도면이다. 도 5(a)는 가장 단순한 실시 형태를 나타내고 있고, 전극(84)와 전극(86)이 반응 촉매(88)를 그 사이에 위치하도록 설치되어 있다. 도면의 좌측에서 물이나 알코올 등의 연료가 들어오면, 반응 촉매(88)와의 화학 반응이 일어나고, 수소가 발생하여 도면의 우측에서 나오는 모양이 도시되어 있다. 이 화학 반응에 있어서 반응 촉매(88)는 산화되므로, 반응이 계속됨에 따라 반응 촉매(88)의 전기 저항은 늘어난다. 이와 같은 전기적 성질의 변화는, 전극(84, 86)에 저항계나 임피 던스 측정기를 접속함으로써 측정할 수 있다. 전극(84, 86)과, 연료 전지(70)의 외부와의 도통을 제공하는 것이 도 4의 프로브 접점(80)이다.

도 5(b)에 나타내는 실시 형태에서는, 전극(84, 86)과 반응 촉매(88)와의 사이에 절연층(90, 92)이 마련된다. 절연체로는, 얇은 종이, 부직포, 고분자 필름 등을 사용할 수 있다. 또한 산화한 반응 촉매도 절연층의 작용을 갖는다. 이러한 절연층은 전극과 연료와의 불필요한 화학 반응을 억제하여 수소 생성부(74)의 안정성에 기여한다.

도 5(c)에 나타내는 실시 형태에서는, 전극(86)과 반응 촉매(88)와의 사이에 반응 촉매(88)을 지지하는 지지 부재(93)가 설치된다. 지지 부재(93)에 의해 반응 촉매(88)의 불필요한 움직임이 줄기 때문에, 더 안정적으로 전극(84, 86) 사이의 전기 성질을 측정할 수 있게 된다. 반응 촉매(88)를 안정시키는 것은, 연료 전지가 운반 중에 사용되는 경우에 특히 중요하다. 반응 촉매(88)를 지지 부재(93)에 고착시키기 위해서는, 유기물 또는 무기물 고착제나 소결 등의 방법을 이용할 수 있다.지지 부재(93)에는 도전성을 갖는 물질을 이용해도 되고, 예컨대 금속, 카본, 도전성 폴리머, 도전성 세라믹스 등을 사용할 수 있다. 물론 도전성을 갖지 않는 물질을 사용해도 된다. 또한 지지 부재(93)는 그 표면적을 넓히기 위하여, 스폰지상이나 패브릭상의 구조, 활성탄 모양의 구조, 또는 다공성의 구조를 갖도록 만들어도 된다. 지지 부재(93)가 도전성을 갖는 경우, 이를 전극(86) 대신에 이용할 수 있다.

도 5(d)에 나타내는 실시 형태에서는, 지지 부재(93)와 반응 촉매(88)와의 사이에, 지지 부재(93)와 반응 촉매(88)와의 불필요한 상호 작용을 피하기 위하여 절연층(94)이 설치되어 있다. 절연층(94)에 이용하는 물질로는 고온에서도 안정적인 물질이 바람직하며, 폴리이미드수지, PPS, 에폭시 수지, PEEK, 금속 산화물 중 어느 하나를 재료로 할 수 있다.

도 5(e)에 나타내는 실시 형태에서는, 또한 반응 촉매(88)와 전극(84)와의 사이에도 절연층(95)이 마련된다. 절연층(95)도 절연층(94)과 같은 물질을 사용할 수 있다. 이와 같은 실시 형태에서는 전극의 내식성을 향상시킬 수 있다는 메리트가 있다.

전극(84)와 전극(86)은, 프로브 접점(80)을 통해 전기적으로 접속된 측정기에 의해 전극간의 저항이나 정전 용량 등의 전기적 성질을 측정하기 위해 마련된다. 측정기로는 저항계나 임피던스 측정기를 사용할 수 있다. 전극(84, 86)의 형상은, 도 5에 나타낸 바와 같은 시트상인 경우 외에, 메쉬상, 와이어상 등 다양한 형상을 취할 수 있고, 또한 지지 부재(93)가 전극(84)나 전극(86)의 역할을 갖는 실시 형태도 생각할 수 있다.

도 6(a)에 도시한 설치 태양에서는, 반응 촉매(88)와 절연층(95) 사이에 간극(96)을 설치하고, 이 간극(96)에 연료가 흐르도록 하고 있다. 그리고 반응 촉매(88)의 간극(96)을 향하는 면과 반대측의 면은, 지지 부재(93)의 절연층(94)에 접하여 연료에 접촉하지 않도록 설치할 수 있다. 이와 같은 실시 형태에서는, 반응 촉매(88)와 연료의 화학 반응에 의해 산화되는 반응 촉매(88)의 부분이, 인용 부호(98)로 나타낸 바와 같이 간극(96)에 면하는 면으로부터 층상으로 형성되는 것으 로 생각되므로, 화학 반응의 진행에 따른 전극간의 정전 용량의 변화가 순조롭게 이루어지는 것을 기대할 수 있고, 나아가 연료 전지(70)의 발전 가능한 잔여 시간의 추정이 용이해진다.

도 6(a)에 도시한 바와 같은 반응 촉매와 전극 사이에 간극을 설치하는 실시 형태는, 측정하는 전극간의 전기적 성질로서는 정전 용량이 적합하다. 만일 두께 10μm의 합금 반응 촉매를 1μm의 간극을 두고 2장의 전극에 끼우면, 초기 상태의 정전 용량은 1OpF의 오더이다. 만일 5μm분의 반응 촉매가 산화되고, 산화된 반응 촉매 유전율이 약 5라고 하면, 그 때의 정전 용량은 5pF가 된다.

도 7(a)는, 전극간의 전기적 성질로서 전기 저항을 측정하는 경우의 실시예이다. 도전성 반응 촉매(100)가 전극(84)와 전극(86) 사이에 개재되어 있다. 반응 촉매(100)는, 반응 촉매(88)와 동일한 물질이어도 무방하나, 이 실시예에서는 반응 촉매의 표면적을 크게 하기 위하여, 반응 촉매(100)의 형상은 도 7(a)에 도시한 바와 같은 작은 원주상이거나, 소립상인 것이 바람직하다. 초기 상태에 있어서, 전극(84)와 전극(86) 사이의 전기 저항은 최소이다. 예컨대, 반경 1Onm, 높이 1mm의 원주는, 1 메가옴의 오더의 저항을 갖는다. 그러나 반응 촉매와 연료와의 수소 생성 반응이 진행됨에 따라, 반응 촉매는 표면에서 산화되고, 도전성을 가진 부분의 단면적은 서서히 작아진다. 이 때문에 수소 생성 반응이 진행됨에 따라 전극(84)와 전극(86) 사이의 전기 저항은 서서히 증대된다. 실제로 어느 정도의 비율로 전기저항이 증대되는지는, 반응 촉매나 전극에 이용하는 물질과 그 형상에 의존하여 변화한다.

도 8은 수소 생성부(74)의 실시 태양의 일 예이다. 본 실시예에서 수소 생성부(104)는, 상부 케이스(104)와 하부 케이스(105)를 가지고, 내부에는 반응 촉매(108)가 수납되어 있다. 상부 케이스(104)에는 도 5에 도시한 전극(84)에 상당하는 전극이 설치되어 있고, 하부 케이스(105)에는 전극(86)에 상당하는 전극이 설치되어 있다. 상부 케이스(104)와 하부 케이스(105)는 가스켓(114)으로 절연되어 있다. 또한 수소 생성부(104)는 반응 촉매(108)과 반응시키는 연료를 주입하는 연료 취입구(110)와, 수소를 배출하는 수소 배출구(112)를 구비한다. 상부 케이스(104)와 하부 케이스(105)의 내면에는 절연층을 구비해도 된다. 도시되지는 않았지만, 상부 케이스(104)와 하부 케이스(105)에 설치된 전극은 각각 프로브 접점(80)(도 4)에 전기적으로 접속되어 있다.

도 9는 수소 생성부(74)의 다른 실시예이다. 본 실시예에서의 수소 생성부(120)는 수소 생성부(120)의 전체를 덮는 금속 케이스(121)와, 도 8에 도시한 실시예와 같은 연료 취입구(122)와 수소 배출구(124)를 구비한다. 금속 케이스(121)는 도 5에 도시한 전극(84)에 상당하는 역할을 담당한다. 그 내면은 도 5의 절연층(95)에 상당하는 절연층(126)으로 덮혀 있다. 또한 케이스의 내부에는 금속 메쉬로 만들어진 지지 부재(128)이 설치되고, 지지 부재(128)의 망 중에 반응 촉매(130)이 유지되어 있다. 지지 부재(128)은 도 5의 지지 부재(93)에 상당하는 역할을 담당하는 외에, 도 5의 전극(86)의 역할도 담당한다. 지지 부재(128)의 표면은 절연층(132)으로 덮힌다. 케이스(121)에는 가스켓(134)이 설치되고, 지지 부재(128)와 전기적으로 접속된 도전 와이어(136)가 가스켓(134)을 통해 케이스(121) 밖으로 까지 나온다. 이 도전 와이어(136)에 의해 지지 부재(128)와 외부의 도통을 확보할 수 있다. 도전 와이어(136)는 프로브 접점(80)(도 4)에 접속되어 있고, 또한 금속 케이스(121)도 마찬가지로 프로브 접점(80)(도 4)과의 도통을 갖는다.

본 실시예와 같이 반응 촉매를 망상의 지지 부재로 유지하도록 하면, 휴대시에 수소 생성부(120)의 내부에서 반응 촉매가 이동함으로써 전기 저항이나 정전 용량의 변화를 억제할 수 있고, 반응 촉매(130)의 산화에 의한 전기 저항이나 정전 용량의 변화를 더 정확하게 파악할 수 있다. 이 때문에, 이러한 실시 태양은, 운반 중에 이용하는 것이 보통인 휴대 전자 기기의 전원으로서 본 발명에 의한 연료 전지를 이용하는 경우에 유리한 실시태양이라 할 수 있다.

또한, 이상의 실시예 1에서 설명한 타입의 연료 전지는 수소 생성 반응이 계속되면 반응 촉매가 산화되어 사용할 수 없게 되어 버리므로, 반응 촉매를 교환 가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 이는, 도 4에 나타낸 수소 생성부(74)로부터 반응 촉매만을 교환 가능하게 구성해도 되고, 수소 생성부(74) 마다 교환 가능하게 연료 전지(70)를 구성해도 된다. 물론, 연료도 보충 가능하도록 구성할 필요가 있다.

실시예 2

실시예 2에서는, 수소 공급체가 되는 연료를 촉매에 의해 분해하여, 수소를 취출하는 타입의 연료 전지에 본 발명을 적용하는 예를 나타낸다. 이 타입의 연료 전지에서의 촉매는, 실시예 1에 설명한 타입의 연료 전지에서의 촉매와는 달리, 수소 생성 반응에서도 자신은 변화하지 않는다. 수소 공급체가 되는 연료로는 헥산과 그 유도체나 데칼렌과 그 유도체 등을 사용할 수 있다. 이들 연료는 촉매에 의해 촉진되는 산화 반응에 의해 수소를 발생한다. 이러한 촉매로서 이용할 수 있는 물질에는, 니켈, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 몰리브덴, 레늄, 텅스텐, 바나듐, 오스뮴, 크롬, 코발트, 철 등이 있다.

도 10은 이러한 연료 전지의 개략을 나타내는 도면이다. 연료 전지(140)은, 연료 탱크(142), 수소 생성부(144), 발전부(146), 전력 공급 접점(148), 프로브 접점(150)을 구비한다. 연료 탱크(142)에는 헥산이나 데칼렌 등의 연료가 저장된다. 수소 생성부(144)는 위에서 말한 물질로 된 촉매를 구비함과 동시에, 연료 탱크로부터 공급되는 연료로 내부가 채워져 있다. 온도가 충분히 높아지는 등의 조건이 갖추어지면, 촉매 작용으로 연료로부터 수소를 생성하는 반응이 시작되고, 생성된 수소는 발전부(146)로 공급된다. 수소 생성 반응이 계속됨에 따라, 수소 생성부(144)의 내부에 산화된 연료가 증가함으로써, 수소 생성부(144)의 내부에 존재하는 액체의 유전율이 변화된다. 이 변화를 파악하기 위해, 수소 생성부(144)에는 도 1에서의 전극(14, 16)에 상당하는 전극이 설치된다. 프로브 접점(150)은 이들 전극과의 도통을 제공하기 위한 접점으로, 도 1의 프로브 접점(20, 22)에 상당한다. 저항계, 임피던스 측정기 등을 프로브 접점(150)에 접속하고, 수소 생성부 내의 전기저항이나 정전 용량 등을 측정함으로써 연료 전지(140)의 발전 가능 잔여 시간을 추정할 수 있다.

발전부(146)는 수소 생성부(144)로부터 공급된 수소와 외부에서 받아들인 산소와의 화학 반응에 의해 전기를 생산하는 셀을 구비한다. 발전된 전력은 전력 공 급 접점(148)으로부터 외부로 공급된다. 전력 공급 접점(148)은 도 1의 전력 공급 접점(24)에 상당하는 것이다.

수소 생성부(144)에 설치하는 전극은 사이에 연료가 존재하도록 설치된다. 전극은 표면에 절연층이 형성되어 있어도 무방하다. 또한 촉매를 전극의 하나로 할 수도 있고, 수소 생성부(144)의 케이스를 전극의 일부로 해도 된다. 도 11은 수소 생성부(144)의 일실시예이다. 본 실시예에서의 수소 생성부(152)는 수소 생성부(152) 전체를 덮는 금속 케이스(154)와, 연료 취입구(158)와 수소 배출구(160)를 구비한다. 금속 케이스(154)의 내면은 절연층(156)으로 덮혀 있다. 또한 케이스의 내부에는 메쉬상의 금속 촉매(155)가 설치된다. 금속 케이스(154)와 금속 촉매(155)는 각각 도 1의 전극(14, 16)의 역할을 담당한다. 케이스(154)에는 가스켓(162)이 마련되고, 금속 촉매(155)와 전기적으로 접속된 도전 와이어(164)가 가스켓(162)를 통해 케이스(154)의 외부에까지 나온다. 이 도전 와이어(164)에 의해 금속 촉매(155)와 외부와의 도통을 확보할 수 있다.

실시예 3

실시예 3에서는 직접 메탄올형의 연료 전지에 본 발명을 적용하는 예를 나타낸다. 이 타입의 연료 전지는 발전부(176)의 연료극에서 메탄올을 직접 분해하여 전기를 취출하므로, 실시예 1이나 실시예 2에서 설명한 타입의 연료 전지와 달리, 수소 생성부를 필요로 하지 않는다. 이 타입의 연료 전지에 본 발명을 이용하는 경우는, 연료인 메탄올의 잔량이 감소함에 따른 전기 저항의 증대나 정전 용량의 감소를 측정할 수 있도록 전극을 배치하면 된다.

도 12는 이러한 연료 전지의 개략을 나타내는 도면이다. 연료 전지(170)는 연료 탱크(172), 리저버 탱크(174), 발전부(176), 전력 공급 접점(178), 프로브 접점(180)을 구비한다. 연료 탱크(172)는 교환 가능한 카트리지 타입이고, 연료인 메탄올이 저장된다. 리저버 탱크(174)는 연료 탱크(172)로부터 메탄올을 받아들여 일시적으로 저장하고, 발전부(176)로 보낸다. 직접 메탄올형의 연료 전지에서는, 발전에 따라 직접 메탄올이 소비되기 때문에 연료 탱크(172)에 저장시키는 메탄올이 모두 소비된 후는 리저버 탱크(174) 중의 메탄올은 서서히 감소한다. 메탄올의 비유전율은 공기에 비해 크기 때문에, 메탄올이 적어지면 리저버 탱크(174)의 정전 용량은 감소한다. 이 변화를 파악하기 위하여, 리저버 탱크(174)에는 도 1에서의 전극(14, 16)에 상당하는 전극이 사이에 연료를 개재하여 설치된다. 프로브 접점(180)은 이러한 전극과의 도통을 제공하기 위한 접점으로, 도 1의 프로브 접점(20, 22)에 상당한다. 도 1의 측정부(6)에 상당하는 측정기를 프로브 접점(180)에 접속하고, 리저버 탱크(174) 내에 설치된 전극간의 정전 용량을 측정함으로써 연료 전지(170)의 발전 가능한 잔여 시간을 추정할 수 있다. 발전부(176)에서 발전된 전력은 전력 공급 접점(178)으로부터 외부로 공급된다. 전력 공급 접점(178)은, 도 1의 전력 공급 접점(24)에 상당한다.

도 13은 리저버 탱크(174)의 일실시예이다. 리저버 탱크(192)는, 리저버 탱크(192) 전체를 덮는 금속 케이스(184)와, 연료 취입구(196)와 수소 배출구(198)를 구비한다. 금속 케이스(184)의 내면은 절연층(186)으로 덮혀 있다. 또한 케이스의 내부에는 도전성을 갖는 메쉬상의 지지 부재(188)가 설치된다. 지지 부재(188)의 망 중에는 연료 유지재(190)가 지지되어 있다. 지지 부재(188)의 표면은 절연층(192)으로 절연되어 있다. 케이스(184)와 지지 부재(188)는 각각 도 1의 전극(14, 16)의 역할을 담당한다. 케이스(184)에는 가스켓(194)이 설치되고, 지지 부재(188)와 전기적으로 접속된 도전 와이어(196)가 가스켓(194)을 통해 케이스(184) 외부 까지 나온다. 이 도전 와이어(196)에 의해 지지 부재(188)와 외부와의 도통을 확보할 수 있도록 되어 있다. 연료 유지재(190)는 내부에 연료를 유지하는 것으로, 스폰지와 같은 다공질성의 물질인 것이 바람직하다. 연료 유지재(190)에 의해 메탄올이 흡수되어 있으므로, 메탄올이 리저버 탱크(192) 내에서 요동치는 것을 막을 수 있고, 케이스(184)와 지지 부재(188)에 의한 리저버 탱크(192) 내의 전기적 특성의 측정을 안정적으로 할 수 있다. 이러한 실시 태양은, 운반중에 이용하는 것이 보통인 휴대 전자 기기의 전원으로서 본 발명에 의한 연료 전지를 이용하는 경우에 유리한 실시태양이라고 말할 수 있다.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 위에 설명한 내용은 본 발명의 일실시예로서, 본원 발명의 실시 태양은 위에 설명한 내용에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도 1의 전극(14)와 전극(16)에 상당하는 전극은 수소 생성부나 리저버 탱크가 아닌 연료 탱크에 설치하는 것도 가능하다. 이와 같이 본원 발명은 본원 발명을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 실시 태양을 취할 수 있다.

Claims

연료 전지 셀과 상기 연료 전지 셀에 직접 또는 간접적으로 사용되는 연료와 상기 연료의 사용에 따라 내부 물질의 전기적 및/또는 특성이 변화되는 모듈을 구비한 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지 셀에 상기 연료 또는 상기 연료로부터 만들어진 수소를 공급할 수 있는 잔여 시간을 추정하는 방법으로서, 상기 모듈의 내부에 복수의 전극을 설치하고, 상기 복수의 전극 중 적어도 2개의 전극 사이의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하고, 그 측정 결과로부터 그 잔여 시간을 추정하는 것을 특징으로 하는 추정 방법.
연료 전지 셀과 상기 연료 전지 셀에 직접 또는 간접적으로 사용되는 연료와 상기 연료의 사용에 따라 내부 물질의 전기적 및/또는 특성이 변화되는 모듈을 구비한 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지 셀에 상기 연료 또는 상기 연료로부터 만들어진 수소를 공급할 수 있는 잔여 시간이 적음을 경고하는 방법으로서, 상기 모듈의 내부에 복수의 전극을 설치하고, 상기 복수의 전극 중 적어도 2개의 전극 사이의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하고, 상기 측정값이 소정의 문턱값 이상 또는 이하가 된 경우에 그 경고를 수행하는 것을 특징으로 하는 경고 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기적 성질은, 저항, 정전 용량, 인덕턴 스 및 임피던스 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 전지 시스템은, 상기 연료와 반응 촉매와의 화학 반응에 의해 수소를 생성하는 연료 전지 시스템으로서, 상기 복수의 전극 중 적어도 2개의 전극을 상기 2개의 전극 사이에 상기 반응 촉매가 위치하도록 설치하고, 상기 반응 촉매의 화학적 변화에 기인하여 변화하는 상기 전극간의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 전지 시스템은, 상기 연료를 저장하는 연료 저장부를 가짐과 동시에 상기 연료를 상기 연료 저장부로부터 직접 혹은 개질하여 상기 연료 전지 셀에 공급하는 연료전지 시스템으로서, 상기 복수의 전극 중 적어도 2개의 전극을 상기 2개의 전극 사이에 상기 연료가 존재하도록 상기 연료 저장부에 설치하고, 상기 2개의 전극 사이에 잔존하는 상기 연료의 분량에 의존하여 변화되는 상기 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 전지 시스템은 상기 연료와 상기 연료를 개질하는 촉매를 동일 용기 내에 수용하는 수용부를 가지고, 상기 전극을 상기 수용부에 설치하는 것을 특징으로 하는 방법.
외부에 전력을 공급하는 전력 공급 접점과, 연료 전지 셀에 직접 또는 간접적으로 사용되는 연료와, 상기 연료의 사용에 따라 내부 물질의 전기적 및/또는 특성이 변화되는 모듈과, 상기 모듈의 내부에 설치되는 2개의 전극으로서, 상기 2개의 전극 사이의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하기 위한 2개의 전극과, 상기 2개의 전극의 각각과 전기적으로 접속되고, 상기 2개의 전극과의 도통을 제공하는 2개의 프로브용 접점을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제7항에 있어서, 상기 전기적 성질은, 저항, 정전 용량, 인덕턴스 및 임피던스 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 프로브용 접점은, 상기 모듈의 케이스에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 전력 공급 접점과 상기 프로브용 접점은 상기 연료 전지 시스템의 케이스에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제10항에 있어서, 상기 전력 공급 접점과 상기 프로브용 접점은 하나의 커넥터 내에 함께 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 전지 시스템은 상기 연료 전지 시스템에 사용되는 연료로부터 수소를 취출하는 수소 생성부를 구비하고, 상기 2개의 전극은 상기 수소 생성부에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제12항에 있어서, 상기 수소 생성부는 상기 연료 전지 시스템에서의 다른 부분으로부터 상기 연료를 내부에 받아들이는 연료 취입구와, 상기 화학 반응에 의해 생성된 수소를 상기 연료 전지 시스템의 상기 다른 부분과는 상이한 다른 부분으로 배출하는 수소 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 수소 생성부는 상기 연료와 화학 반응을 일으켜 상기 연료로부터 수소를 생성하는 반응 촉매를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제14항에 있어서, 상기 2개의 전극은 상기 2개의 전극 사이에 상기 반응 촉매가 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 적어도 하나는 상기 수소 생성부의 외벽의 일부를 이루는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 하나는 상기 수소 생성부의 일단측의 외벽의 일부를 이룸과 동시에, 상기 2개의 전극 중 다른 하나는 상기 수소 생성부 타단측의 외벽의 일부를 이루고, 상기 외벽의 일단측과 타단측과의 사이에 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소 생성부의 외벽의 내면은 절연층으로 덮히는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 적어도 하나의 전극은 표면에 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층에는, 종이, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀류, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르류, 방향족 및 지방족 폴리아미드류, 폴리우레탄류, 폴리이미드류, 페놀 수지, 액정 폴리머, PPS, 에폭시 수지, PEEK, 또는 PES 중 적어도 하나로 이루어지는 재료를 이용하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소 생성부는 상기 반응 촉매를 지지하는 지지 부재를 구비하는 것을 특징으로 연료 전지 시스템.
제21항에 있어서, 상기 지지 부재는, 금속, 카본, 도전성 폴리머, 도전성 세라믹스 중 어느 하나를 재료로 하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 지지 부재는, 망상, 격자상, 다공성의 어느 하나의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 부재는 도전성을 가지고, 상기 2개의 전극 중 하나로서 이용되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 촉매는, 그 일 부분이 상기 지지 부재에 면해 상기 연료에 접촉하지 않도록 상기 지지 부재에 설치됨과 동시에, 상기 일부분과는 별도의 부분이 상기 연료에 직접 접하도록 상기 지지 부재에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제14항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 촉매는 착탈 가능하게 상기 수소 생성부에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 수소 생성부는 상기 연료 자체가 변화됨으로써 수소를 생성하는 수소 생성 반응을 촉진하는 촉매를 구비하는 것을 특징으 로 하는 연료 전지 시스템.
제27항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 적어도 하나는 상기 수소 생성부의 외벽의 일부를 이루는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제27항 또는 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 하나는 상기 수소 생성부의 일단측의 외벽의 일부를 이룸과 동시에, 상기 2개의 전극 중 다른 하나는 상기 수소 생성부의 타단측의 외벽의 일부를 이루며, 상기 외벽의 일단측과 타단측과의 사이에 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제27항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 적어도 하나의 전극은 표면에 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제30항에 있어서, 상기 절연층에는, 종이, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀류, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르류, 방향족 및 지방족 폴리아미드류, 폴리우레탄류, 폴리이미드류, 페놀 수지, 액정 폴리머, PPS, 에폭시 수지, PEEK, 또는 PES 중 적어도 하나로 이루어지는 재료를 이용하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제27항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매는, 격자상 또는/및 다공성의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제27항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소 생성부는 상기 연료 전지 시스템의 다른 부분에 착탈 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 전지 시스템은 상기 연료 전지 시스템에 이용하는 연료를 수용하는 수용부를 구비하고, 상기 복수의 전극은 상기 수용부에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제34항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 적어도 하나는 상기 수용부의 외벽의 일부를 이루는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제34항 또는 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 하나는 상기 수용부의 일단측의 외벽의 일부를 이룸과 동시에, 상기 2개의 전극 중 다른 하나는 상기 수용부 타단측의 외벽의 일부를 이루고, 상기 외벽의 일단측과 타단측과의 사이에 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제34항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 적어도 하나의 전극은 표면에 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제37항에 있어서, 상기 절연층에는, 종이, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀류, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르류, 방향족 및 지방족 폴리아미드류, 폴리우레탄류, 폴리이미드류, 페놀 수지, 액정 폴리머, PPS, 에폭시 수지, PEEK, 또는 PES 중 적어도 하나로 이루어지는 재료를 이용하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용부는 내부에 상기 연료를 유지하는 유지재와, 상기 유지재를 지지하는 지지 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제39항에 있어서, 상기 지지 부재는 망상, 격자상, 다공성 중 어느 하나의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제39항 또는 제40항에 있어서, 상기 지지 부재는 도전성을 가지며, 상기 2개의 전극 중 하나로서 이용되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제34항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용부는 상기 연료 전지의 다른 부분에 착탈 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제7항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 전지 시스템은 휴대 가능한 것을 특징으로 하는 연료 전지.
청구항 7 내지 43 중 어느 하나에 기재된 연료 전지 시스템과 함께 사용되며, 상기 프로브용 접점과 전기적으로 접속되는 본체측 프로브용 접점과, 상기 전력 공급 접점과 전기적으로 접속되는 전력 수용 접점을 갖는 전자 기기.
제44항에 있어서, 상기 본체측 프로브용 접점과 상기 전력 수용 접점은 하나의 커넥터 내에 함께 설치되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
청구항 7 내지 43 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지 시스템과 함께 사용되고, 상기 프로브용 접점에 접속하여 상기 2개의 전극 간격의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하는 측정부와, 상기 측정 결과를 기초로 상기 연료 전지의 발전 가능한 잔여 시간을 추정하는 추정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
청구항 7 내지 43 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지 시스템과, 상기 프로브용 접점에 접속하여 상기 2개의 전극의 간격의 전기적 및/또는 물리적 성질을 측정하는 측정부와, 상기 측정 결과를 기초로 상기 연료 전지 시스템의 발전 가능한 잔여 시간을 추정하는 추정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제46항 또는 제47항에 있어서, 상기 추정부가 상기 연료 전지 시스템의 발전 가능한 잔여 시간이 적다고 추정한 경우, 상기 적은 것을 상기 전자 기기의 이용자에게 경고하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제46항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추정부는 상기 연료 전지 시스템의 발전 가능한 잔여 시간이 적다고 추정한 경우, 상기 전자 기기의 전원을 떨어뜨리는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제45항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 기기는 휴대 가능 한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제50항에 있어서, 상기 전자 기기는 휴대 전화인 것을 특징으로 하는 전자 기기.