KR20070038709A - 연료전지 시스템 - Google Patents

연료전지 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20070038709A
KR20070038709A KR1020050093942A KR20050093942A KR20070038709A KR 20070038709 A KR20070038709 A KR 20070038709A KR 1020050093942 A KR1020050093942 A KR 1020050093942A KR 20050093942 A KR20050093942 A KR 20050093942A KR 20070038709 A KR20070038709 A KR 20070038709A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
housing
water
dilution tank
cell system
Prior art date
Application number
KR1020050093942A
Other languages
English (en)
Inventor
박정건
하명주
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 KR1020050093942A priority Critical patent/KR20070038709A/ko
Publication of KR20070038709A publication Critical patent/KR20070038709A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로 특히, 원액연료를 적정한 농도로 희석하여 스택으로 공급하는 연료희석탱크의 가스배출구를 포함하는 영역에 소수성막을 형성함으로써 연료희석탱크의 회전에 관계없이 가스배출구로 연료가 유출되는 것을 방지할 수 있는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지, DMFC, 방향자유, 소수성막,

Description

연료전지 시스템{Fuel Cell System}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 전체적인 블록도를 나타낸다.
도 2A는 본 발명의 실시예에 따른 연료희석탱크의 단면도를 나타낸다.
도 2B는 본 발명의 실시예에 따른 연료희석탱크의 측면도를 나타낸다.
도 3A는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료희석탱크의 단면도를 나타낸다.
도 3B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료희석탱크의 측면도를 나타낸다.
도 4A는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료희석탱크의 단면도를 나타낸다.
도 4B는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료희석탱크의 측면도를 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 - 스택 200 - 연료탱크
210 - 원액펌프 300, 1300, 2300 - 연료희석탱크
400 - 연료공급펌프 500 - 공기공급장치
본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로 특히, 원액연료를 적정한 농도로 희석하여 스택으로 공급하는 연료희석탱크의 가스배출구를 포함하는 영역에 소수성막을 형성함으로써 연료희석탱크의 회전에 관계없이 가스배출구로 연료가 유출되는 것을 방지할 수 있는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산화제의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
이러한 연료전지는 연료 전지 시스템은 대표적으로 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : 이하 "PEMFC"라 한다.) 시스템과 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell : 이하 "DMFC"라 한다) 시스템을 들 수 있다.
일반적으로 PEMFC 시스템은 수소와 산소의 반응에 의해 전기에너지를 발생시키는 스택과 연료를 개질하여 수소를 발생시키는 개질기를 포함하여 구성된다. 이러한 PEMFC 시스템은 에너지 밀도가 크고, 출력이 높다는 장점을 가지고 있으나, 수소 가스의 취급에 주의를 요하고 연료가스인 수소를 생산하기 위하여 메탄이나 메탄올 및 천연 가스 등을 개질하기 위한 연료 개질 장치 등의 부대 설비를 필요로 하게 된다.
이에 비하여 DMFC 시스템은 스택에 직접 메탄올 연료와 산화제인 산소를 공급하여 전기화학반응에 의해 전기를 생성하게 된다. 이러한 DMFC 시스템은 에너지 밀도 및 전력밀도가 매우 높으며, 메탄올 등 액체연료를 직접 사용하기 때문에 연료개질기(reformer) 등 부대 설비가 필요치 않으며 연료의 저장 및 공급이 쉽다는 장점을 가지고 있다.
이러한 DMFC 시스템에 있어서 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: 이하 "MEA"라 한다)와 세퍼레이터(Separator)(또는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate))로 이루어진 단위 셀이 한 개 또는 한 개 이상이 적층된 구조를 가진다. 상기 MEA는 애노드 전극(anode electrode)과 캐소드 전극(cathode electrode) 사이에 전해질막(membrane)이 개재되어 형성된다. 또한, 각 애노드 전극과 캐소드 전극의 구조는 연료의 공급 및 확산을 위한 연료확산층(diffusion layer)과 연료의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층, 그리고 전극 지지체를 구비하여 이루어진다. 상기 촉매층은 저온에서도 우수한 특성을 갖는 백금과 같은 귀금속 촉매가 사용이 되며, 특히 애노드 전극은 반응 부산물인 일산화탄소에 의한 촉매피독 현상(catalyst poisoning)을 방지하기 위하여 루테늄, 로듐, 오스늄, 니켈 등과 같은 전이금속의 합금촉매가 사용된다. 전극 지지체는 탄소종이, 탄소직물 등이 사용되며 연료의 공급과 반응 생성물의 배출이 용이하도록 발수처리(water-proofed)하여 사용한다. 전해질막은 두께가 50-200 ㎛ 인 고분자막으로서 수분을 함유하며 이온전도성을 갖는 수소이온 교환막이다.
DMFC 시스템의 스택에서의 전극반응은 공급되는 연료가 산화되는 애노드 반응과 공급되는 공기 중의 산소가 애노드에서 이동되는 수소이온과 반응하여 환원되는 캐소드 반응으로 구성된다. 따라서,
a. 애노드 전극 반응
CH3OH +H2O → CO2 +6 H+ + 6 e- (반응식 1)
b. Cathode reaction
3/2 O2 +6 H+ + 6 e- → 3 H2O (반응식 2)
c. Overall reaction
CH3OH + 3/2 O2 → 2 H2O + CO2 (반응식 3)
산화반응(반응식 1)이 일어나는 애노드 전극에서는 메탄올과 물의 반응에 의하여 이산화탄소, 수소이온 및 전자가 생성이 되며, 생성된 수소이온은 전해질막을 통해서 캐소드 전극으로 전달된다. 환원반응(반응식 2)이 일어나는 캐소드 전극에서는 수소이온과 외부 회로를 통해 전달된 전자 및 산소의 반응에 의해 물이 생성된다. 따라서 DMFC의 총괄반응(반응식 3)은 메탄올과 산소가 반응하여 물과 이산화탄소를 생성하는 반응이 된다. 이때, 메탄올 1분자가 산소와 반응하여 2 몰의 물이 생성된다.
이때, 사용되는 애노드 전극으로 공급되는 연료는 순수한 메탄올이 아니며 물과 혼합되어 소정 농도로 조정되어 공급된다. 메탄올은 고농도로 사용될 경우에 전해질막을 통한 크로스오버(cross-over, 연료가 이온교환막을 통과하는 현상)가 발생하게 되며, 이로 인하여 연료전지의 발전성능이 감소되는 문제가 발생된다. 따라서 메탄올은 일반적으로 0.5 ~ 2 M (2 ~ 8 vol. %)의 저농도 메탄올로 희석하여 사용하게 된다.
따라서, 이러한 DMFC 시스템은 연료원액을 소정 농도로 희석하는 연료희석탱 크를 포함하게 된다. 상기 연료희석탱크는 연료원액탱크에서 공급되는 연료원액과 애노드로부터 배출되는 미반응연료와 물 및 캐소드로부터 배출되는 물을 혼합하여 소정 농도의 연료로 희석하게 된다. 또한, 상기 연료희석탱크는 애노드와 캐소드로부터 각각 이산화탄소와 공기가 유입되며, 상부에 이산화탄소와 공기를 배출하는 가스배출구를 구비하게 된다.
이러한 DMFC 시스템을 포함하는 연료전지 시스템은 이동기기 즉, 노트북컴퓨터, 이동통신기기와 같은 기기에 적용하고자 개발이 진행되고 있다. 이동기기는 이동 중에 방향이 변경될 수 있으며, 이동기기의 방향이 변경됨에 따라 연료전지 시스템의 연료희석탱크도 함께 방향이 변경될 수 있다. 따라서, 이러한 연료희석탱크는 방향이 바뀌는 경우 가스배출구로 연료가 유출되는 문제가 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원액연료를 적정한 농도로 희석하여 스택으로 공급하는 연료희석탱크의 가스배출구를 포함하는 영역에 소수성막을 형성함으로써 연료희석탱크의 회전에 관계없이 가스배출구로 연료가 유출되는 것을 방지할 수 있는 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 안출된 본 발명의 연료전지 시스템은 애노드와 캐소드가 구비되며 공급되는 연료의 화학반응에 의하여 전기에너지를 생성하는 스택과, 연료원액이 저장되는 원액탱크와, 상기 원액탱크로부터 공급되는 연료원액과 상기 캐소드와 애노드로부터 각각 배출되는 물과 미반응 연료를 혼합하여 소정 농도의 연료로 희석하는 연료희석탱크와, 상기 연료희석탱크에 연결되며 상기 애노드로 연료를 공급하는 연료공급펌프를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서, 상기 연료희석탱크는 외관을 이루는 하우징과, 상기 하우징 내부로 연결되며 상기 애노드로부터 배출되는 미반응 연료가 유입되는 미반응연료 유입관과, 상기 하우징 내부로 연결되며 상기 캐소드로부터 배출되는 물이 유입되는 물 유입관과, 상기 하우징 내부의 이산화탄소와 공기를 외부로 배출하는 가스배출관 및 상기 하우징 내면에서 적어도 상기 가스배출구의 출구를 포함하는 내면에 형성되는 소수성막을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 연료전지 시스템은 상기 캐소드에 공기를 공급하는 공기공급장치를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 연료희석탱크는 상기 원액탱크로부터 상기 하우징으로 연료원액을 공급하는 연료원액 유입관과, 상기 하우징으로부터 상기 스택으로 연료를 공급하는 연료공급관을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 소수성막은 상기 하우징 내면에 전체적으로 형성되며, 상기 소수성막과 하우징 사이에 다공성막이 형성될 있다. 이때, 상기 소수성막은 사불화폴리에틸렌(PTFE) 또는 실리콘 수지로 형성될 수 있다. 또한, 상기 소수성막은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 다공성막은 내부 및 외면에 형성되는 기공들이 서로 연결되도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 애노드와 캐소드가 구비되며 공급되는 연료의 화학반응에 의하여 전기에너지를 생성하는 스택과, 연료원액이 저장되 는 원액탱크와, 상기 원액탱크로부터 공급되는 연료원액과 상기 캐소드와 애노드로부터 각각 배출되는 물과 미반응 연료를 혼합하여 소정 농도의 연료로 희석하는 연료희석탱크와, 상기 연료희석탱크에 연결되며 상기 애노드로 연료를 공급하는 연료공급펌프를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서, 상기 연료희석탱크는 외관을 이루는 하우징과, 상기 하우징의 하부 영역에 형성되며 연료가 저장되는 연료저장부와, 상기 연료저장부 상부의 일측 영역에 형성되며 유입되는 물이 상기 연료저장부로 배출되는 물응축부와, 상기 연료저장부 상부의 타측 영역에 상기 물응축부와 인접하여 형성되며, 상기 연료저장부로부터 유입되는 가스와 물응측부로부터 유입되는 가스를 외부로 배출되는 가스배출부를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 하우징 내부에 수평 방향으로 설치되며 타측의 소정 영역에 타공이 형성되어 상기 연료저장부를 형성하는 가로격벽과, 상기 가로격벽의 상부에서 수직 방향으로 설치되며 타공이 형성되어 상기 물응축부와 가스배출부를 형성하는 세로격벽과, 상기 물응축부가 형성된 영역의 가로격벽을 관통하여 형성되는 물배출관과, 상기 가로격벽에서 타공이 형성된 영역에 형성되는 제1소수성막 및 상기 세로격벽에서 타공이 형성된 영역에 형성되는 제2소수성막을 포함할 수 있다. 또한, 상기 연료희석탱크는 상기 연료저장부의 일측에 형성되며 미반응연료가 배출되는 상기 애노드로의 일측과 연결되는 미반응연료 유입관과, 상기 물응측부의 일측에 형성되며 물이 배출되는 상기 캐소드의 일측에 연결되는 물 유입관 및 상기 가스배출부의 일측에 형성되며 이산화탄소와 공기를 외부로 배출하는 가스배출관을 포함할 수 있다. 또한, 상기 연료희석탱크는 상기 가로격벽과 제1소수성막 사이에 형성되어 상기 제1소수성막을 지지하는 제1다공성막과 상기 세로격벽과 제2소수성막 사이에 형성되어 상기 제1소수성막을 지지하는 제2다공성막을 포함할 수 있다. 또한, 상기 물배출관은 상기 가로격벽에 대략 수직 방향으로 형성되며, 상단이 상기 가로격벽의 상면으로부터 소정 높이 돌출되고 하단이 상기 하우징의 하면으로부터 소정 거리 이격되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 연료희석탱크는 상기 원액탱크로부터 상기 연료저장부로 연료원액을 공급하는 연료원액 유입관과, 상기 연료저장부로부터 상기 스택으로 연료를 공급하는 연료공급관을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1소수성막과 제2소수성막은 사불화폴리에틸렌(PTFE) 또는 실리콘 막으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1다공성막과 제2다공성막은 내부 및 외면에 형성되는 기공들이 서로 연결되도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 애노드와 캐소드가 구비되며 공급되는 연료의 화학반응에 의하여 전기에너지를 생성하는 스택과, 연료원액이 저장되는 원액탱크와, 상기 원액탱크로부터 공급되는 연료원액과 상기 캐소드와 애노드로부터 각각 배출되는 물과 미반응 연료를 혼합하여 소정 농도의 연료로 희석하는 연료희석탱크와, 상기 연료희석탱크에 연결되며 상기 애노드로 연료를 공급하는 연료공급펌프를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서, 상기 연료희석탱크는 외관을 이루는 하우징과, 상기 하우징의 하부 영역에 형성되며 연료가 저장되는 연료저장부와, 상기 연료저장부 상부에 형성되어 유입되는 물이 상기 연료저장부로 배출되며, 유입되는 가스가 외부로 배출되는 물응축부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 연료희석탱크는 소정 영역에 타공이 형성되어 상기 하우징 내부에 수평 방향으로 설치되며 상기 연료저장부과 물응축부를 형성하는 가로격벽과, 상기 가로격벽을 관통하여 형성되는 물배출관과, 상기 가로격벽에서 타공이 형성된 영역에 형성되는 제1소수성막 및 상기 하우징의 상부 내면에 형성되는 제2소수성막을 포함할 수 있다. 또한, 상기 연료희석탱크는 상기 연료저장부의 일측에 형성되며 미반응연료가 배출되는 상기 애노드로의 일측과 연결되는 미반응연료 유입관과, 상기 물응측부의 일측에 형성되며 물이 배출되는 상기 캐소드의 일측에 연결되는 물 유입관 및 상기 물응축부의 상부에 형성되며 이산화탄소와 공기를 외부로 배출하는 가스배출관을 포함할 수 있다. 또한, 상기 연료희석탱크는 상기 가로격벽과 제1소수성막 사이에 형성되어 상기 제1소수성막을 지지하는 제1다공성막과 상기 하우징의 상부 내면과 제2소수성막 사이에 형성되어 상기 제2소수성막을 지지하는 제2다공성막을 포함할 수 있다. 또한,
상기 물배출관은 상기 가로격벽에 대략 수직 방향으로 형성되며 상단이 상기 가로격벽의 상면으로부터 소정 높이 돌출되고 하단이 상기 하우징의 하면으로부터 소정 거리 이격되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 연료희석탱크는 상기 원액탱크로부터 상기 연료저장부로 연료원액을 공급하는 연료원액 유입관과, 상기 연료저장부로부터 상기 스택으로 연료를 공급하는 연료공급관을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1소수성막과 제2소수성막은 사불화폴리에틸렌(PTFE) 또는 실리콘 막으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1다공성막과 제2다공성막은 내부 및 외면에 형성되는 기공들이 서로 연결되도록 형성될 수 있다..
이하에서, 첨부된 도면과 실시예들을 통하여 본 발명에 따른 연료전지 시스템을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 전체적인 블록도를 나타낸다. 도 2A는 본 발명의 실시예에 따른 연료희석탱크의 단면도를 나타낸다. 도 2B는 본 발명의 실시예에 따른 연료희석탱크의 측면도를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 도 1을 참조하면, 스택(100)과 연료탱크(200)와 원액펌프(210)와 연료희석탱크(300)와 연료공급펌프(400)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료전지 시스템은 스택에 공기를 공급하는 공기공급장치(500)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 메탄올과 같이 액체상태로 공급되는 연료와 공기상태로 공급되는 산소가 전기화학적 반응에 의하여 전기에너지를 발생시키는 DMFC 시스템을 채용한다.
상기 스택(100)은 MEA와 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)로 이루어진 단위 셀이 한 개 또는 두 개 이상이 적층된 구조를 가진다. 상기 MEA는 애노드 전극(anode electrode)과 캐소드 전극(cathode electrode) 사이에 전해질막(membrane)이 개재되어 형성된다. 또한, 각 애노드 전극과 캐소드 전극의 구조는 연료의 공급 및 확산을 위한 연료확산층(diffusion layer)과 연료의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층, 그리고 전극 지지체를 구비하여 이루어진다. 상기 애노드는 일측(110)으로 연료희석탱크로부터 소정 농도로 희석된 연료가 공급되며, 타측(120)으로 반응 부 산물인 이산화탄소와 미반응 연료가 배출된다. 이때, 상기 애노드로부터 배출되는 미반응 연료는 애노드와 연료혼합탱크(300)를 서로 연결하는 배관(125)에 의하여 연료희석탱크(300)로 회수된다. 상기 캐소드는 일측(130)으로 공기가 공급되며 타측(140)으로 미반응 공기와 반응부산물인 물이 배출된다. 이때, 상기 캐소드의 타측에서 배출되는 물은 연료희석탱크(300)로 회수되어 연료원액을 소정 농도로 희석하는데 사용된다.
상기 연료탱크(200)는 연료전지 시스템에서 사용되는 연료의 원액이 저장되며 일측으로 원액펌프(210)와 원액배관(220)이 순차적으로 연결되어 형성된다. 이때 상기 원액펌프(210)는 연료탱크(200)에 직접 연결될 수 있으며 별도의 배관(230)에 의하여 연결될 수 있음은 물론이다. 상기 연료탱크(200)는 사용되는 연료에 따라 메탄올, 에탄올과 같은 연료가 저장된다.
상기 원액펌프(210)는 원액배관(220)과 연결되며 연료탱크(200)의 연료를 공급하게 된다. 상기 원액펌프(210)는 액체를 공급할 수 있는 다양한 펌프가 사용될 수 있으며 여기서 그 종류를 한정하지 않는다.
상기 연료희석탱크(300)는 하우징(310)과 소수성막(320)과 미반응연료 유입관(340)과 물 유입관(350)과 가스배출관(360)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료희석탱크(300)는 연료원액 유입관(370)과 연료공급관(380)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료희석탱크(300)는 다공성막(330)을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 연료희석탱크(300)는 바닥면에 설치되어 내부에 충진되어 있는 연료의 정도를 감지하는 연료센서가 더 포함되어 형성될 수 있다. 상기 연료희석탱크(300)는 연료탱크(200)로부터 공급되는 연료원액과 스택(100)의 애노드와 캐소드로부터 배출되어 공급되는 미반응 연료와 반응부산물인 물을 혼합하여 소정 농도의 연료로 희석된 연료를 저장하며, 스택(100)으로 공급하게 된다.
상기 하우징(310)은 소정 두께의 판재에 의하여 내부가 중공인 대략 박스 형상으로 형성된다. 상기 하우징(310)은 사각 박스 형상으로 형성되며, 다만 여기서 하우징의 형상을 한정하는 것은 아니며, 구 형상, 원기둥형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다. 상기 하우징(310)은 내부가 하나의 공간으로 형성되며 소정 농도로 희석된 연료가 저장된다.
상기 소수성막(320)은 하우징(310)의 내면에서 적어도 가스배출관(360)이 형성된 영역을 포함한 영역에 형성된다. 또한, 상기 소수성막(320)은 하우징(310) 내면에 전체적으로 형성될 수 있다. 상기 소수성막(320)은 미세기공(micro pore)을 가진 소수성 폴리머 재질로 형성되며, 하우징(310) 내부로 유입된 가스를 외부로 방출하지만 내부의 연료와 수분이 외부로 방출되는 것을 차단하게 된다. 상기 소수성막(320)은 사불화폴리에틸렌(PTFE), 실리콘 수지를 포함하는 소수성 멤브레인(hydrophobic membrane) 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 소수성막(320)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 다만 여기서 상기 소수성막(320)의 재질을 한정하는 것은 아니며, 소수성을 갖는 다양한 수지 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 소수 성막(320)은 단층막 또는 다층막 구조로 이루어질 수 있다. 상기 소수성막(320)이 다층막으로 이루어지는 경우에 동일 재질 또는 서로 다른 재질의 폴리머 막들이 라미네이팅되어 제조될 수 있다.
상기 다공성막(330)은 하우징(310)의 내면과 소수성막(320) 사이에 소정 두께로 형성되어 소수성막(320)을 지지하게 된다. 따라서, 상기 다공성막(330)은 바람직하게는 소수성막(320)이 하우징(310)의 내면에 전체적으로 형성되는 경우에 형성된다. 상기 다공성막(330)은 내부와 외면에 다수의 기공이 형성되며, 내부와 외면에 형성된 기공들이 서로 연결되어 소수성막(320)을 통과한 가스들의 이동경로를 제공하게 된다. 상기 하우징(310)은 내부에 전체적으로 다공성막(330)과 소수성막(320)이 형성되며, 하우징(310) 내부의 가스들은 보다 큰 면적을 갖는 소수성막(320)을 통과하여 다공성막(330)의 통로를 따라 가스배출관(360)으로 배출된다. 따라서, 상기 하우징(310)은 보다 빠른 시간에 내부의 가스를 외부로 방출할 수 있게된다.
상기 미반응연료 유입관(340)은 하우징(310)의 일측에 형성되며, 바람직하게는 상기 하우징(310)의 하부에 형성된다. 상기 미반응연료 유입관(340)은 하우징(310)의 외면에서 소수성막(320)의 내부로 관통하여 형성된다. 상기 미반응연료 유입관(340)은 스택(100)의 캐소드 타측에 연결된 배관(145)을 통하여 캐소드로 연결된다. 따라서, 상기 스택(100)의 캐소드로부터 배출되는 미반응연료는 미반응연료 유입관(340)을 통하여 하우징(310)으로 유입된다. 상기 미반응연료는 일부 물과 이산화탄소를 포함하며, 이산화탄소는 소수성막(320)을 통과하여 외부로 배출된다. 한편, 상기 미반응연료 유입관(340)은 하우징(310)과 소수성막(320) 또는 하우징(310)과 소수성막(320) 및 다공성막(330)의 두께에 상응하는 길이로 형성되어 하우징(310)에 하나의 홀처럼 형성될 수 있다.
상기 물 유입관(350)은 하우징(310)의 일측에 형성되며, 바람직하게는 상기 하우징(310)의 상부에 형성된다. 상기 물 유입관(350)은 하우징(310)의 외면에서 소수성막(320)의 내부로 관통하여 형성된다. 또한, 상기 물 유입관(350)은 스택(100)의 애노드 타측(120)에 연결된 배관(125)을 통하여 애노드로 연결된다. 따라서, 상기 스택(100)의 애노드로부터 배출되는 물은 물 유입관(350)을 통하여 하우징(310)으로 유입된다. 상기 물은 일부 공기를 포함하며, 공기는 소수성막(320)을 통과하여 외부로 배출된다. 한편, 상기 물 유입관(350)은 하우징(310)과 소수성막(320) 또는 하우징(310)과 소수성막(320) 및 다공성막(330)의 두께에 상응하는 길이로 형성되어 하우징(310)에 하나의 홀처럼 형성될 수 있다.
상기 가스배출관(360)은 하우징(310)의 일측에 형성되며, 바람직하게는 상기 하우징(310)의 상부에 형성된다. 상기 가스배출관(360)은 하우징(310)의 외면에서 내면으로 관통하여 형성되며, 소수성막(320)에 의하여 차폐된다. 또한, 상기 가스배출관(360)은 하우징(310) 내부에 다공성막(330)이 형성되는 경우에 다공성막(330)에 의하여 차폐된다. 따라서, 상기 가스배출관(360)은 하우징(310) 내부로 직접적으로 연결되지 않는다. 상기 가스배출관(360)은 하우징(310) 내부로부터 소수성막(320)을 통과한 공기와 이산화탄소를 대기 중으로 배출하게 된다. 한편, 상기 가스배출관(360)은 별도의 포집장치(도면에 표시하지 않음)로 연결되어 이산화탄소 를 포집하고 공기만 대기 중으로 배출하도록 형성될 수 있다. 한편, 상기 가스배출관(360)은 하우징(310)에 하나의 홀처럼 형성될 수 있다.
상기 연료원액 유입관(370)은 하우징(310)의 일측에 형성되며, 바람직하게는 상기 하우징(310)의 상부에 형성된다. 상기 연료원액 유입관(370)은 하우징(310)의 외면에서 소수성막(320)의 내부로 관통하여 형성된다. 또한, 상기 연료원액 유입관(370)은 원액배관(220)과 연결되며, 원액배관(220)을 통하여 원액탱크(200)와 원액펌프(210)에 연결된다. 따라서, 상기 원액탱크(200)에 저장된 연료원액은 원액펌프(210)에 의하여 원액배관(220)과 연료원액 유입관(370)을 통하여 하우징(310)으로 공급된다. 한편, 상기 연료원액 유입관(370)은 하우징(310)과 소수성막(320) 또는 하우징(310)과 소수성막(320) 및 다공성막(330)의 두께에 상응하는 길이로 형성되어 하우징(310)에 하나의 홀처럼 형성될 수 있다.
상기 연료공급관(380)은 하우징(310)의 일측에 형성되며, 바람직하게는 상기 하우징(310)의 하부에 형성된다. 상기 연료공급관(380)은 하우징(310)의 외면에서 소수성막(320)의 내부로 관통하여 형성된다. 또한, 상기 연료공급관(380)은 연료공급펌프(400)와 직접 연결되거나 별도의 배관(305)을 통하여 연결될 수 있다. 따라서, 상기 연료공급관(380)은 연료희석탱크(300) 내부에 충진되어 있는 연료를 연료공급펌프(400)로 공급하게 된다. 한편, 상기 연료공급관(380)은 하우징(310)과 소수성막(320) 또는 하우징(310)과 소수성막(320) 및 다공성막(330)의 두께에 상응하는 길이로 형성되어 하우징(310)에 하나의 홀처럼 형성될 수 있다.
상기 연료공급펌프(400)는 일측으로 연료희석탱크(300)의 연료공급관(380)과 연결되며, 타측으로 연료배관(410)을 통하여 스택(100)의 애노드 일측(110)에 연결된다. 따라서, 상기 연료공급펌프(400)는 연료희석탱크(300)의 연료를 연료배관(410)을 통하여 스택(100)의 애노드 측에 공급하게 된다. 상기 연료공급펌프(400)는 원액펌프(200)와 같이 액체의 이송이 가능한 다양한 펌프가 사용될 수 있다.
상기 공기공급장치(500)는 스택(100)의 캐소드의 일측(130)에 연결되어 공기를 강제로 공급하게 된다. 이때, 상기 공기공급장치(500)는 별도의 공기배관(510)을 통하여 캐소드와 연결될 수 있다. 상기 공기공급장치(500)는 공기펌프, 에어블로워(air blower)등과 같이 다양한 공기 공급수단이 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템에 대하여 설명한다.
도 3A는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료희석탱크의 단면도를 나타낸다. 도 3B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료희석탱크의 측면도를 나타낸다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템은 도 1과 도 2A 및 도 2B의 실시예와 일부의 구성요소가 동일하거나 유사하므로, 이하에서는 도 1과 도 2A 및 도 2B의 실시예와 구성요소에 차이가 있는 부분을 중심으로 설명한다. 따라서, 상기 연료전지 시스템은 도 3A와 도 3B에서 도 1과 도 2A 및 도 2B의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템은 스택(100)과 연료탱크 (200)와 원액펌프(210)와 연료희석탱크(1300)와 연료공급펌프(400)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료전지 시스템은 스택에 공기를 공급하는 공기공급장치(500)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템에서 스택(100)과 연료탱크(200)와 원액펌프(210)와 연료공급펌프(400) 및 공기공급장치(500)는 도 1과 도 2A 및 도 2B의 실시예와 동일하므로 여기서 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 연료희석탱크(1300)는 도 1과 도 2A 및 도 2B의 실시예의 연료희석탱크(300)와 동일 유사한 구성요소에 대하여서는 여기서 상세한 설명을 생략한다.
상기 연료희석탱크(1300)는 하우징(1310)과 가로격벽(1312)과 세로격벽(1314)과 소수성막(1320)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료희석탱크(1300)는 미반응연료 유입관(1340)과 물 유입관(1350)과 가스배출관(1360)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료희석탱크(1300)는 연료원액 유입관(1370)과 연료공급관(1380)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료희석탱크(1300)는 다공성막(1330)을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 연료희석탱크(1300)는 연료탱크(200)로부터 공급되는 연료원액과 스택(100)의 애노드와 캐소드로부터 배출되어 공급되는 미반응 연료와 반응부산물인 물을 혼합하여 소정 농도의 연료로 희석하게 된다. 또한, 상기 연료희석탱크(1300)는 미반응연료와 함께 유입되는 이산화탄소와 물과 함께 유입되는 공기를 대기 중으로 배출하게 된다.
상기 하우징(1310)은 소정 두께의 판재에 의하여 대략 박스 형상으로 형성된다. 상기 하우징(1310)은 내부에 설치되는 가로격벽(1312)과 세로격벽(1314)에 의 하여 연료저장부(1301)와 물응축부(1302)와 가스배출부(1303)로 구분되어 형성된다.
상기 연료저장부(1301)는 가로격벽(1312)의 하부에 형성되며 소정 농도로 희석된 연료가 저장된다. 상기 연료저장부(1301)는 하부에 연료의 유량을 측정하는 유량센서(1390)가 구비된다.
상기 물응축부(1302)는 하우징(1310) 상부의 일측 영역에 형성되며 외부로부터 유입되는 물로부터 공기를 일부 제거하여 연료저장부(1301)로 흘려보내게 된다. 즉, 상기 물응축부(1302)는 하우징(1310)의 내부에 설치되는 가로격벽(1312)의 상부에서 일측 영역에 형성된다. 또한, 상기 물응축부(1302)는 가로격벽(1312)과 하우징(1310)의 상부 사이의 소정 위치에 설치되는 세로격벽(1314)에 의하여 타측의 가스배출부(1303)와 분리된다.
상기 가스배출부(1303)는 하우징(1310) 내부에서 상부의 타측 영역에 형성되며 연료저장부(1301)로부터 유입되는 이산화탄소와 물응축부(1302)로부터 유입되는 공기를 일시적으로 저장하며, 가스배출관(1360)을 통하여 외부로 배출하게 된다. 즉, 상기 가스배출부(1303)는 가로격벽(1312)과 세로격벽(1314)에 의하여 연료저장부(1301) 및 물응축부(1302)와 접하여 형성된다.
상기 가로격벽(1312)은 하우징(1310) 내부가 상하로 분리되도록 하우징(1310)의 내부에 수평으로 설치되어 상기 연료저장부(1301)를 형성하게 된다. 상기 가로격벽(1312)은 바람직하게는 하부에 형성되는 연료저장부(1301)의 높이가 상부에 형성되는 물응축부(1302)의 높이보다 높게 되도록 설치된다. 상기 가로격벽 (1312)은 물배출관(1375)과 다수의 타공(1313)을 포함하여 형성된다.
상기 물배출관(1375)은 양단이 개방되어 내부가 중공인 소정 형상의 관으로 형성되며, 가로격벽(1312)을 관통하여 대략 수직하게 설치된다. 또한, 상기 물배출관(1375)은 상단이 가로격벽(1312)의 상면으로부터 소정 높이 돌출되며, 하단이 연료저장부(1301)의 하면과 소정간격으로 이격되도록 형성된다. 상기 물응축부(1302)의 물은 물배출관(1375)을 통하여 연료저장부(1301)로 흐르게 된다. 이때, 상기 물응축부(1302)의 물은 바로 연료저장부(1301)로 흐르지 않으며, 물배출관(1375)의 상단까지 저장된 후에 물배출관(1375)을 통하여 연료저장부(1301)로 흐르게 된다. 따라서, 상기 물응축부(1302)는 유입되는 물에 포함되어 있는 공기를 일차로 제거한 후 연료저장부(1301)로 흐르게 한다.
상기 타공(1313)은 가스배출부(1303)가 형성되는 영역의 가로격벽(1312)에 상하로 관통되며 소정 크기를 갖는 다수개의 홀로 형성된다. 상기 타공(1313)은 원형, 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 타공(1313)은 아래에 기술하는 제1소수성막(1322)에 의하여 차폐된다. 상기 타공(1313)은 연료저장부(1301)로 유입되는 미반응연료에 포함되어 있는 이산화탄소의 이동 통로 역할을 하게 된다. 그러나, 상기 연료저장부(1301)로 유입되어 충진된 미반응연료는 제1소수성막(1322)를 통과하지 않게 된다.
상기 세로격벽(1314)은 하우징(1310) 내부에서 가로격벽(1312)의 상부 영역이 좌우로 분리되도록 가로격벽(1312)의 상부에 수직으로 설치되어 물응축부(1302)와 가스배출부(1303)를 형성하게 된다. 상기 세로격벽(1314)은 바람직하게는 일측 에 형성되는 물응축부(1302)의 공간이 더 크게 되도록 설치된다. 또한, 상기 세로격벽(1314)은 다수의 타공(1315)을 포함하여 형성된다.
상기 타공(1315)은 세로격벽(1314)을 좌우로 관통하며 소정 크기를 갖는 다수개의 홀로 형성된다. 상기 타공(1315)은 원형, 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 타공(1315)은 아래에 기술하는 제2소수성막(1324)에 의하여 차폐된다. 상기 타공(1315)은 물응축부(1316)로 유입되는 물에 포함되어 있는 공기의 이동 통로 역할을 하게 된다. 그러나, 상기 물응축부(1302)로 유입되는 물은 제2소수성막(1324)을 통과하지 않게 된다.
상기 소수성막(1320)은 제1소수성막(1322)과 제2소수성막(1324)을 포함하여 형성된다. 상기 제1소수성막(1322)은 가로격벽(1312)의 타측에서 타공(1313)이 형성된 영역에 형성되며, 연료저장부(1301)로 유입되는 미반응 연료에 포함되어 있는 이산화탄소와 연료에 포함되어 있는 공기를 통과시키게 된다. 이때, 상기 제1소수성막(1322)은 연료를 통과시키지 않게 된다. 또한, 상기 제2소수성막(1324)은 세로격벽(1314)에서 타공(1315)이 형성된 영역에 형성되며, 물응축부(1302)로 유입되는 물에 포함되어 있는 공기를 통과시키게 된다. 이때, 상기 제1소수성막(1322)은 물을 통과시키지 않게 된다.
상기 다공성막(1330)은 제1다공성막(1332)과 제2다공성막(1334)을 포함하여 형성된다. 상기 제1다공성막(1332)은 가로격벽(1312)과 제1소수성막(1322) 사이에 형성되어 제1소수성막(1322)을 지지하게 된다. 상기 제1소수성막(1322)은 가로격벽(1312)의 타공(1313)에 의하여 변형될 수 있으므로, 상기 제1다공성막(1332)은 제1 소수성막(1322)을 지지하여 변형되는 것을 방지하게 된다. 또한, 상기 제2다공성막(1334)은 세로격벽(1314)과 제2소수성막(1324) 사이에 형성되어 제2소수성막(1324)을 지지하게 된다. 상기 제2소수성막(1324)은 세로격벽(1314)의 타공(1315)에 의하여 변형될 수 있으므로, 상기 제2다공성막(1342)은 제2소수성막(1324)을 지지하여 변형되는 것을 방지하게 된다.
상기 미반응연료 유입관(1340)은 하우징(1310)의 연료저장부(1301)의 일측에 형성되며, 바람직하게는 연료저장부(1301)의 연료 충진높이보다 높은 위치에 형성된다. 따라서, 미반응연료와 함께 유입되는 이산화탄소는 하부의 연료와 혼합되지 않으며 바로 상부의 제1소수성막(1322)을 통하여 가스배출부(1303)로 배출된다. 상기 미반응연료 유입관(1340)은 스택(100)의 캐소드 타측에 연결된 배관(145)을 통하여 캐소드로 연결된다. 따라서, 상기 스택(100)의 캐소드로부터 배출되는 미반응연료는 미반응연료 유입관(1340)을 통하여 하우징(1310)으로 유입된다.
상기 물 유입관(1350)은 하우징(1310)의 물응축부(1302)에 형성되며, 바람직하게는 물응축부(1302)의 상부에 형성된다. 이러한 경우에 물과 함께 유입되는 공기는 하부의 연료와 혼합되지 않으며 바로 제2소수성막(1324)을 통하여 가스배출부(1303)로 배출된다. 상기 물 유입관(1350)은 스택(100)의 애노드 타측(120)에 연결된 배관(125)을 통하여 애노드로 연결된다.
상기 가스배출관(1360)은 하우징(1310)의 가스배출부(1303) 일측에 형성된다. 상기 가스배출관(1360)은 연료저장부(1301)와 물응축부(1302)로부터 가스배출부(1328)로 유입되는 이산화탄소와 공기를 하우징(1310) 외부의 대기 중으로 배출 하게 된다.
상기 연료원액 유입관(1370)은 하우징(1310)의 연료저장부(1301) 일측에 형성되며, 바람직하게는 상기 연료저장부(1301)의 상부에 형성된다. 상기 연료원액 유입관(1370)은 원액배관(220)과 연결되며, 원액배관(220)을 통하여 원액탱크(200)와 원액펌프(210)에 연결된다.
상기 연료공급관(1380)은 하우징(1310)의 연료저장부(1301) 일측에 형성되며, 바람직하게는 연료저장부(1301)의 하부에 형성된다. 상기 연료공급관(1380)은 연료를 연료공급펌프(400)로 공급하게 된다.
다음은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명한다.
도 4A는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료희석탱크의 단면도를 나타낸다. 도 4B는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료희석탱크의 측면도를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템은 스택(100)과 연료탱크(200)와 원액펌프(210)와 연료희석탱크(2300)와 연료공급펌프(400)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료전지 시스템은 스택에 공기를 공급하는 공기공급장치(500)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템에서 스택(100)과 연료탱크(200)와 원액펌프(210)와 연료공급펌프(400) 및 공기공급장치(500)는 도 1과 도 2A 및 도 2B의 실시예와 동일하므로 여기서 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 연료희석탱크(2300)는 도 1과 도 2A 및 도 2B의 실시예의 연료희석탱크(300)와 동일 유사한 구성요소에 대하여서는 여기서 상세한 설명을 생략한다.
상기 연료희석탱크(2300)는 하우징(2310)과 가로격벽(2312)과 소수성막(2320)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료희석탱크(2300)는 미반응연료 유입관(2340)과 물 유입관(2350)과 가스배출관(2360)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료희석탱크(2300)는 연료원액 유입관(2370)과 연료공급관(2380)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료희석탱크(2300)는 다공성막(2330)을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(2310)은 소정 두께의 판재에 의하여 대략 박스 형상으로 형성된다. 상기 하우징(2310)은 내부에 설치되는 가로격벽(2312)에 의하여 연료저장부(2301)와 물응축부(2302)로 구분되어 형성된다.
상기 연료저장부(2301)는 가로격벽(2312)의 하부에 형성되며 소정 농도로 희석된 연료가 저장된다. 상기 가로격벽(2312)은 바람직하게는 하부의 연료저장부(2301) 공간이 상부의 물응축부(2302) 공간보다 크게 되도록 상부로 치우쳐 설치된다. 상기 연료저장부(2301)는 하부에 연료의 유량을 측정하는 유량센서(2390)가 구비된다.
상기 물응축부(2302)는 하우징(2310) 상부 즉, 가로격벽의 상부 영역에 형성되며 외부로부터 유입되는 물로부터 공기를 일부 제거하여 연료저장부(2301)로 흘려보내게 된다.
상기 가로격벽(2312)은 하우징(2310) 내부가 상하로 분리되도록 설치되며 연료저장부(2301)를 형성하게 된다. 상기 가로격벽(2312)은 바람직하게는 하부에 형 성되는 연료저장부(2301)의 높이가 상부에 형성되는 물응축부(2302)의 높이보다 높게 되도록 설치된다. 상기 가로격벽(2312)은 물배출관(2375)과 다수의 타공(2313)을 포함하여 형성된다.
상기 물배출관(2375)은 양단이 개방되어 내부가 중공인 소정 형상의 관으로 형성되며, 가로격벽(2312)을 관통하여 소정 위치에 대략 수직하게 설치된다. 또한, 상기 물배출관(2375)은 상단이 가로격벽(2312)의 상면으로부터 소정 높이 돌출되며, 하단이 연료저장부(2301)의 하면과 소정간격으로 이격되도록 형성된다. 상기 물응축부(2302)의 물은 물배출관(2375)을 통하여 연료저장부(2301)로 흐르게 된다. 이때, 상기 물응축부(2302)의 물은 바로 연료저장부(2301)로 흐르지 않으며, 물배출관(2375)의 상단까지 저장된 후에 물배출관(2375)을 통하여 연료저장부(2301)로 흐르게 된다. 따라서, 상기 물응축부(2302)는 유입되는 물에 포함되어 있는 공기를 일차로 제거한 후 연료저장부(2301)로 흐르게 한다.
상기 타공(2313)은 가스배출부(2318)가 형성되는 영역의 가로격벽(2312)에 상하로 관통되며 소정 크기를 갖는 다수개의 홀로 형성된다. 상기 타공(2313)은 원형, 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 타공(2313)은 하기하는 제1소수성막(2322)에 의하여 차폐되며, 연료저장부(2301)로 유입되는 미반응연료에 포함되어 있는 이산화탄소의 이동 통로 역할을 하게 된다. 그러나, 상기 연료저장부(2301)로 유입되어 충진된 미반응연료나 물은 제1소수성막(2322)을 통과하지 않게 된다.
상기 소수성막(2320)은 제1소수성막(2322)과 제2소수성막(2324)을 포함하여 형성된다. 상기 제1소수성막(2322)은 가로격벽(2312)에서 타공(2313)이 형성된 영역에 형성되며, 연료저장부(2301)로 유입되는 미반응 연료에 포함되어 있는 이산화탄소와 연료에 포함되어 있는 공기를 통과시키게 된다. 상기 제2소수성막(2324)은 하우징(1310)의 상부 내면에서 적어도 가스배출관(2360)이 형성된 영역을 포함한 영역에 형성되며, 바람직하게는 하우징(1310)의 상부 내면에 전체적으로 형성된다. 상기 제2소수성막(2324)은 물응축부(2302)로 유입되는 물에 포함되어 있는 공기와 제1소수성막(2322)을 통과한 이산화탄소를 통과시키게 된다.
상기 다공성막(2330)은 제1다공성막(2332)과 제2다공성막(2334)을 포함하여 형성된다. 상기 제1다공성막(2332)은 가로격벽(2312)과 제1소수성막(2322) 사이에 형성되어 제1소수성막(2322)을 지지하게 된다. 상기 제1소수성막(2322)은 가로격벽(2312)의 타공(2313)에 의하여 변형될 수 있으므로, 상기 제1다공성막(2332)은 제1소수성막(2322)을 지지하여 변형되는 것을 방지하게 된다. 또한, 상기 제2다공성막(2334)은 하우징(2310)의 상부 내면과 제2소수성막(2324) 사이에 형성되어 제2소수성막(2324)을 지지하게 된다.
상기 미반응연료 유입관(2340)은 하우징(2310)의 연료저장부(2301)의 일측에 형성되며, 바람직하게는 연료저장부(2301)의 연료 충진높이보다 높은 위치에 형성된다. 따라서, 미반응연료와 함께 유입되는 이산화탄소는 하부의 연료와 혼합되지 않으며 바로 상부의 제1소수성막(2322)을 통하여 물응축부(2302)로 배출된다. 상기 미반응연료 유입관(2340)은 스택(100)의 캐소드 타측에 연결된 배관(145)을 통하여 캐소드로 연결된다.
상기 물 유입관(2350)은 하우징(2310)의 물응축부(2302)에 형성되며, 바람직하게는 물응축부(2302)의 상부에 형성된다. 이러한 경우에 물과 함께 유입되는 공기는 하부의 연료와 혼합되지 않으며 바로 제2소수성막(2324)을 통하여 외부로 배출된다. 상기 물 유입관(2350)은 스택(100)의 애노드 타측(120)에 연결된 배관(125)을 통하여 애노드로 연결된다.
상기 가스배출관(2360)은 하우징(2310)의 물응축부(2302)에 형성되며 바람직하게는 물응축부(2302)의 상면에 형성된다. 상기 가스배출관(2360)은 물응축부(2302)로 유입되는 이산화탄소와 공기를 하우징(2310) 외부의 대기 중으로 배출하게 된다.
상기 연료원액 유입관(2370)은 하우징(2310)의 연료저장부(2301) 일측에 형성되며, 바람직하게는 상기 연료저장부(2301)의 상부에 형성된다. 상기 연료원액 유입관(2370)은 원액배관(220)과 연결되며, 원액배관(220)을 통하여 원액탱크(200)와 원액펌프(210)에 연결된다.
상기 연료공급관(2380)은 하우징(2310)의 연료저장부(2301) 일측에 형성되며, 바람직하게는 연료저장부(2301)의 하부에 형성된다. 상기 연료공급관(2380)은 연료를 연료공급펌프(400)로 공급하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실 시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 연료전지 시스템에 의하면 연료희석탱크의 가스배출구를 포함하는 영역에 소수성막이 형성되므로 연료희석탱크의 회전에 관계없이 가스배출구로 연료가 유출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 연료희석탱크를 이산화탄소를 포함하는 미반응연료와 공기를 포함하는 물이 유입되는 공간을 분리함으로써 이산화탄소와 공기를 각각 미반응 연료와 물로부터 효율적으로 분리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 연료희석탱크로 유입되는 물에서 공기를 먼저 분리하고 연료와 혼합함으로써 공기를 보다 효과적으로 분리할 수 있는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 애노드와 캐소드가 구비되며 공급되는 연료의 화학반응에 의하여 전기에너지를 생성하는 스택과, 연료원액이 저장되는 원액탱크와, 상기 원액탱크로부터 공급되는 연료원액과 상기 캐소드와 애노드로부터 각각 배출되는 물과 미반응 연료를 혼합하여 소정 농도의 연료로 희석하는 연료희석탱크와, 상기 연료희석탱크에 연결되며 상기 애노드로 연료를 공급하는 연료공급펌프를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    외관을 이루는 하우징과,
    상기 하우징 내부로 연결되며 상기 애노드로부터 배출되는 미반응 연료가 유입되는 미반응연료 유입관과,
    상기 하우징 내부로 연결되며 상기 캐소드로부터 배출되는 물이 유입되는 물 유입관과,
    상기 하우징 내부의 이산화탄소와 공기를 외부로 배출하는 가스배출관 및
    상기 하우징 내면에서 적어도 상기 가스배출구의 출구를 포함하는 내면에 형성되는 소수성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캐소드에 공기를 공급하는 공기공급장치를 더 포함하여 이루어지는 것 을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    상기 원액탱크로부터 상기 하우징으로 연료원액을 공급하는 연료원액 유입관과 상기 하우징으로부터 상기 스택으로 연료를 공급하는 연료공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 소수성막은 상기 하우징 내면에 전체적으로 형성되며,
    상기 소수성막과 하우징 사이에 다공성막이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 소수성막은 사불화폴리에틸렌(PTFE) 또는 실리콘 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 소수성막은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 다공성막은 내부 및 외면에 형성되는 기공들이 서로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  8. 애노드와 캐소드가 구비되며 공급되는 연료의 화학반응에 의하여 전기에너지를 생성하는 스택과, 연료원액이 저장되는 원액탱크와, 상기 원액탱크로부터 공급되는 연료원액과 상기 캐소드와 애노드로부터 각각 배출되는 물과 미반응 연료를 혼합하여 소정 농도의 연료로 희석하는 연료희석탱크와, 상기 연료희석탱크에 연결되며 상기 애노드로 연료를 공급하는 연료공급펌프를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    외관을 이루는 하우징과,
    상기 하우징의 하부 영역에 형성되며 연료가 저장되는 연료저장부와,
    상기 연료저장부 상부의 일측 영역에 형성되며 유입되는 물이 상기 연료저장부로 배출되는 물응축부 및
    상기 연료저장부 상부의 타측 영역에 상기 물응축부와 인접하여 형성되며, 상기 연료저장부로부터 유입되는 가스와 물응측부로부터 유입되는 가스를 외부로 배출되는 가스배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    상기 하우징 내부에 수평 방향으로 설치되며 타측의 소정 영역에 타공이 형성되어 상기 연료저장부를 형성하는 가로격벽과,
    상기 가로격벽의 상부에서 수직 방향으로 설치되며 타공이 형성되어 상기 물응축부와 가스배출부를 형성하는 세로격벽과,
    상기 물응축부가 형성된 영역의 가로격벽을 관통하여 형성되는 물배출관과,
    상기 가로격벽에서 타공이 형성된 영역에 형성되는 제1소수성막 및
    상기 세로격벽에서 타공이 형성된 영역에 형성되는 제2소수성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    상기 연료저장부의 일측에 형성되며 미반응연료가 배출되는 상기 애노드로의 일측과 연결되는 미반응연료 유입관과,
    상기 물응측부의 일측에 형성되며 물이 배출되는 상기 캐소드의 일측에 연결되는 물 유입관 및
    상기 가스배출부의 일측에 형성되며 이산화탄소와 공기를 외부로 배출하는 가스배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    상기 가로격벽과 제1소수성막 사이에 형성되어 상기 제1소수성막을 지지하는 제1다공성막과 상기 세로격벽과 제2소수성막 사이에 형성되어 상기 제1소수성막을 지지하는 제2다공성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 물배출관은 상기 가로격벽에 대략 수직 방향으로 형성되며, 상단이 상기 가로격벽의 상면으로부터 소정 높이 돌출되고 하단이 상기 하우징의 하면으로부터 소정 거리 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    상기 원액탱크로부터 상기 연료저장부로 연료원액을 공급하는 연료원액 유입관과, 상기 연료저장부로부터 상기 스택으로 연료를 공급하는 연료공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 제1소수성막과 제2소수성막은 사불화폴리에틸렌(PTFE) 또는 실리콘 막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 제1다공성막과 제2다공성막은 내부 및 외면에 형성되는 기공들이 서로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  16. 애노드와 캐소드가 구비되며 공급되는 연료의 화학반응에 의하여 전기에너지를 생성하는 스택과, 연료원액이 저장되는 원액탱크와, 상기 원액탱크로부터 공급되는 연료원액과 상기 캐소드와 애노드로부터 각각 배출되는 물과 미반응 연료를 혼합하여 소정 농도의 연료로 희석하는 연료희석탱크와, 상기 연료희석탱크에 연결되며 상기 애노드로 연료를 공급하는 연료공급펌프를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    외관을 이루는 하우징과,
    상기 하우징의 하부 영역에 형성되며 연료가 저장되는 연료저장부와,
    상기 연료저장부 상부에 형성되어 유입되는 물이 상기 연료저장부로 배출되며, 유입되는 가스가 외부로 배출되는 물응축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    소정 영역에 타공이 형성되어 상기 하우징 내부에 수평 방향으로 설치되며 상기 연료저장부과 물응축부를 형성하는 가로격벽과,
    상기 가로격벽을 관통하여 형성되는 물배출관과,
    상기 가로격벽에서 타공이 형성된 영역에 형성되는 제1소수성막 및
    상기 하우징의 상부 내면에 형성되는 제2소수성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    상기 연료저장부의 일측에 형성되며 미반응연료가 배출되는 상기 애노드로의 일측과 연결되는 미반응연료 유입관과,
    상기 물응측부의 일측에 형성되며 물이 배출되는 상기 캐소드의 일측에 연결되는 물 유입관 및
    상기 물응축부의 상부에 형성되며 이산화탄소와 공기를 외부로 배출하는 가스배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  19. 제 8항에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    상기 가로격벽과 제1소수성막 사이에 형성되어 상기 제1소수성막을 지지하는 제1다공성막과 상기 하우징의 상부 내면과 제2소수성막 사이에 형성되어 상기 제2 소수성막을 지지하는 제2다공성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 물배출관은 상기 가로격벽에 대략 수직 방향으로 형성되며 상단이 상기 가로격벽의 상면으로부터 소정 높이 돌출되고 하단이 상기 하우징의 하면으로부터 소정 거리 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 연료희석탱크는
    상기 원액탱크로부터 상기 연료저장부로 연료원액을 공급하는 연료원액 유입관과 상기 연료저장부로부터 상기 스택으로 연료를 공급하는 연료공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  22. 제 17항에 있어서,
    상기 제1소수성막과 제2소수성막은 사불화폴리에틸렌(PTFE) 또는 실리콘 막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 제1다공성막과 제2다공성막은 내부 및 외면에 형성되는 기공들이 서로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
KR1020050093942A 2005-10-06 2005-10-06 연료전지 시스템 KR20070038709A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050093942A KR20070038709A (ko) 2005-10-06 2005-10-06 연료전지 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050093942A KR20070038709A (ko) 2005-10-06 2005-10-06 연료전지 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070038709A true KR20070038709A (ko) 2007-04-11

Family

ID=38159910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050093942A KR20070038709A (ko) 2005-10-06 2005-10-06 연료전지 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20070038709A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100248081A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 Sony Corporation Liquid tank and fuel cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100248081A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 Sony Corporation Liquid tank and fuel cell
CN101853948A (zh) * 2009-03-31 2010-10-06 索尼公司 液体槽和燃料电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100670348B1 (ko) 직접액체연료전지의 기액 분리장치
KR100751365B1 (ko) 직접액체연료전지의 기액 분리장치
KR100696526B1 (ko) 직접액체연료전지의 기액 분리장치
JP5241092B2 (ja) セミパッシブ型燃料電池システム
JP4751383B2 (ja) 燃料電池
JP2009080965A (ja) 燃料電池
US20090017353A1 (en) Fuel cell
JP4733514B2 (ja) 直接液体燃料電池用の燃料供給装置
KR100639013B1 (ko) 물회수장치 및 이를 채용한 연료전지 시스템
JP4810082B2 (ja) 燃料電池
US7622213B2 (en) Liquid fuel mixing apparatus and direct liquid feed fuel cell system including the same
JP5075414B2 (ja) 燃料電池
KR20070043241A (ko) 세미 패시브형 연료전지 시스템
US20060115702A1 (en) Liquid fuel cartridge and direct liquid feed fuel cell having the same
US8968946B2 (en) Fuel cell systems
KR20070038709A (ko) 연료전지 시스템
JP2006278295A (ja) 燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニット集合体
KR20070037204A (ko) 회전 가능한 물회수 장치 및 이를 채용한 연료전지 시스템
JP4963871B2 (ja) 気液分離装置
KR100933856B1 (ko) 연료전지 시스템
JP2009231111A (ja) 燃料電池ユニット、燃料電池スタックおよび電子機器
JP2006286259A (ja) 発電装置及び加湿装置
KR20070019498A (ko) 물회수장치를 내장한 연료 탱크를 채용한 연료전지 시스템
JP2005098709A (ja) 液体濃度センサ、燃料電池用液体濃度センサ、ならびに該液体濃度センサを用いた燃料電池システム及び電子機器
KR100748347B1 (ko) 기액분리장치 및 이를 갖는 연료전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination