KR20070042656A - 휴대용 연료 전지 시스템 - Google Patents

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서동명
김진광
안진구
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 휴대용 연료 전지 시스템은, 수소, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체를 포함하는 것으로서, 가스 연료를 연소시켜 화염을 발생시키는 화염 발생부를 가지면서 상기 화염 발생부로 상기 가스 연료를 공급하는 가스 용기를 장착하여 구성되는 가스 버너와, 상기 가스 용기 및 상기 연료전지 본체와 연결되면서 상기 화염 발생부에 안착되게 설치되어 상기 화염에 의한 열 에너지를 제공받아 상기 가스 연료의 개질 반응에 의해 상기 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키고, 상기 개질 가스를 상기 연료전지 본체로 공급하는 개질기와, 상기 연료전지 본체와 연결되게 설치되어 상기 산소를 상기 연료전지 본체로 공급하는 산소 공급원을 포함한다.
휴대용, 연료전지, 본체, 스택, 가스버너, 렌지, 열, 개질기, 일산화탄소정화기

Description

휴대용 연료 전지 시스템 {PORTABLE FUEL CELL SYSTEM}
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 휴대용 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 개질기와 가스 용기의 연결 구조를 개략적으로 나타내 보인 부분 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 휴대용 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
본 발명은 휴대용 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휴대용 가스 렌지를 이용한 휴대용 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화 수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소, 및 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 발생시키는 발전 시스템으로서 구성된다.
이러한 연료 전지는 크게, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxydation Membrane Fuel Cell)로 구분될 수 있다.
이 중에서 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며, 작동 온도가 낮고, 빠른 시동 및 응답 특성으로 인해 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공 건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
이와 같은 고분자 전해질형 연료 전지 방식의 전지 시스템은 스택(stack)이라 불리는 연료 전지 본체(이하, 편의상 "스택" 이라 한다)와, 열 에너지를 이용하여 연료를 개질함으로써 이 연료로부터 수소를 발생시키고 이 수소를 스택으로 공급하는 개질기와, 산소를 스택으로 공급하기 위한 공기 펌프 또는 팬을 구비하고 있다. 따라서 스택에서는 개질기로부터 공급되는 수소와, 공기펌프 또는 팬의 가동에 의해 공급되는 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시킨다.
한편, 최근 들어서는 부탄과 같이 시중에서 쉽게 구할 수 있는 가스 연료를 사용하여 가스 연료의 착화 연소 방식으로 열 에너지를 발생시키고, 이 열 에너지에 의한 가스 연료의 개질 반응을 통해 수소를 발생시키며, 이 수소의 산화 반응, 및 별도로 공급되는 산소의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지 시스템이 개시된 바 있다.
그런데, 이와 같은 종래의 연료 전지 시스템은 부탄 가스통과 같은 가스 용기를 개질기에 연결하여 사용하게 되는 바, 전체 시스템에 대해 가스 용기가 차지하는 부피가 커 이 시스템을 휴대용으로서 구성하기가 쉽지 않은 문제점이 있었다.
또한, 종래의 연료 전지 시스템은, 가스 연료의 착화 연소 방식으로 열 에너 지를 발생시키고 이 열 에너지에 의한 기체 연료의 개질 반응을 통해 개질 가스를 발생시키는 바, 이러한 시스템을 휴대용으로 사용하기에는 대기 중으로 방출되는 열 에너지의 손실이 커 전체 시스템의 열 효율을 극대화시키지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 휴대용 가스 렌지를 이용하여 열 에너지를 발생시키는 구조로서 휴대가 간편하고, 열 에너지의 손실을 줄여 전체 시스템의 열 효율을 극대화시킬 수 있는 휴대용 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 휴대용 연료 전지 시스템은, 수소, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체를 포함하는 것으로서, 가스 연료를 연소시켜 화염을 발생시키는 화염 발생부를 가지면서 상기 화염 발생부로 상기 가스 연료를 공급하는 가스 용기를 장착하여 구성되는 가스 버너와, 상기 가스 용기 및 상기 연료전지 본체와 연결되면서 상기 화염 발생부에 안착되게 설치되어 상기 화염에 의한 열 에너지를 제공받아 상기 가스 연료의 개질 반응에 의해 상기 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키고, 상기 개질 가스를 상기 연료전지 본체로 공급하는 개질기와, 상기 연료전지 본체와 연결되게 설치되어 상기 산소를 상기 연료전지 본체로 공급하는 산소 공급원을 포함한다.
상기 휴대용 연료 전지 시스템은, 상기 가스 용기와 상기 화염 발생부는 파이프 형태의 제1 유로부재에 의해 연결되게 설치되며, 상기 가스 용기와 상기 개질기는 파이프 형태의 제2 유로부재에 의해 연결되게 설치될 수 있다.
상기 휴대용 연료 전지 시스템은, 상기 개질기에 대하여 상기 제2 유로부재를 선택적으로 착탈시키기 위한 착탈부재를 더욱 포함할 수 있다.
상기 휴대용 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 착탈부재는 상기 제2 유로부재와 연결되는 상기 개질기의 연결 부위에 설치되어 상기 제2 유로부재와 나사 결합되는 암나사로서 구성될 수 있다. 이 경우 상기 개질기와 연결되는 상기 제2 유로부재의 연결 부위에 수나사부를 형성할 수 있다.
상기 휴대용 연료 전지 시스템은, 상기 가스 연료로서 부탄을 주성분으로 하는 액화 가스 연료를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 휴대용 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 산소 공급원은 공기를 흡입하고, 이 공기를 상기 연료전지 본체로 공급하는 공기 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 휴대용 연료 전지 시스템은, 수소, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체를 포함하는 것으로서, 가스 연료를 연소시켜 화염을 발생시키는 화염 발생부를 가지면서 상기 화염 발생부로 상기 가스 연료를 공급하는 가스 용기를 장착하여 구성되는 가스 버너와, 상기 가스 용기와 연결되면서 상기 화염 발생부에 안착되게 설치되어 상기 화염에 의한 열 에너지를 제공받아 상기 가스 연료의 개질 반응에 의해 상기 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키는 개질기와, 상기 개질기와 연결되게 설치되어 상 기 개질 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 1차적으로 저감시키는 제1 일산화탄소 정화기와, 상기 제1 일산화탄소 정화기 및 상기 연료전지 본체와 연결되게 설치되어 상기 일산화탄소의 농도를 2차적으로 저감시키고, 상기 일산화탄소의 농도가 저감된 개질 가스를 상기 연료전지 본체로 공급하는 제2 일산화탄소 정화기와, 상기 연료전지 본체 및 상기 제2 일산화탄소 정화기와 연결되게 설치되어 상기 연료전지 본체 및 상기 제2 일산화탄소 정화기로 산소를 공급하는 산소 공급원을 포함한다.
상기 휴대용 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제1 일산화탄소 정화기는 상기 일산화탄소의 수성 가스 전환 반응에 의해 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 구조로서 이루어질 수 있다.
상기 휴대용 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제2 일산화탄소 정화기는 상기 일산화탄소의 선택적 산화 반응에 의해 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 구조로서 이루어질 수 있다.
상기 휴대용 연료 전지 시스템은, 상기 연료전지 본체를 중심에 두고 이의 하측에 상기 제1 일산화탄소 정화기를 설치하고, 상기 연료전지 본체의 상측에 상기 제2 일산화탄소 정화기를 설치하여 구성될 수 있다. 이 경우 상기 휴대용 연료 전지 시스템은, 상기 개질기를 상기 제1 일산화탄소 정화기의 하측에 설치하여 구성될 수 있다.
상기 휴대용 연료 전지 시스템은, 상기 연료전지 본체, 및 상기 제2 일산화탄소 정화기에 연결되게 설치되어 냉각 공기를 상기 연료전지 본체 및 상기 제2 일산화탄소 정화기로 공급하는 냉각팬을 더욱 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 휴대용 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 연료 전지 시스템(100)을 설명하면, 이 연료 전지 시스템(100)은 일반적인 휴대용 가스렌지를 이용하여 열 에너지를 발생시키고, 이 열 에너지에 의한 연료의 개질 반응을 통해 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키는 구조로서 이루어진다.
여기서, 본 실시예에 의한 연료 전지 시스템(100)은 개질 가스 중에 함유된 수소의 산화 반응, 및 산화제 가스 중에 함유된 산소의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 통상적인 고분자 전해질형 연료 전지 방식으로서 구성될 수 있다.
이러한 연료 전지 시스템(100)에 사용되는 연료는 LPG 또는 LNG와 같은 기체 연료, 더욱 바람직하게는 부탄을 주성분으로 하는 액화 가스 연료를 포함할 수 있다.
그리고 본 시스템(100)은 산화제 가스로서 별도의 저장수단에 저장된 산소를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 이하에서는 후자를 예로 하여 설명한다.
상술한 바와 같은 휴대용 연료 전지 시스템(100)은 고분자 전해질형 연료 전지로서 구성되는 연료전지 본체(10)와, 열 에너지에 의한 연료의 개질 반응을 통해 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키고 이 개질 가스를 연료전지 본체(10)로 공급하는 개질기(30)와, 일반적인 휴대용 가스렌지로서 구성되어 상기 열 에너지를 발생시키는 가스 버너(50)와, 산소를 연료전지 본체(10)로 공급하기 위한 산소 공급원(90)을 포함하여 구성된다.
이 연료전지 본체(10)는 개질기(30)와 산소 공급원(90)에 연결되게 설치되어 개질기(30)로부터 수소를 함유한 개질 가스를 공급받고, 산소 공급원(90)으로부터 산소를 함유한 공기를 제공받아 수소, 및 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 셀(cell) 단위의 전기발생유닛(도시하지 않음)을 구비한다.
따라서, 본 실시예에서는 이와 같은 전기발생유닛을 복수로 구비하고, 이들을 연속적으로 배치함으로써 전기발생유닛들의 집합체 구조에 의한 스택(stack)을 형성할 수 있다. 이러한 연료전지 본체(10)의 구성은 고분자 전해질형 연료 전지 방식의 시스템에 채용되는 통상적인 스택 구성으로 이루어지므로 본 명세서에서 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 연료전지 본체(10)로 산소를 공급하기 위한 산소 공급원(90)은 공기를 흡입하고, 이 공기를 연료전지 본체(10)로 공급하는 공기 펌프(91)로서 구성되는 바, 이 공기 펌프(91)는 통상적인 파이프 라인 등을 통해 연료전지 본체(10)와 연결될 수 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 개질기(30)는 촉매에 의한 연료의 개질 반응 예컨 대, 수증기 개질, 부분 산화, 자열 반응 등의 촉매 반응, 더욱 바람직하게는 열 에너지를 흡열하여 연료와 물의 수증기 개질(Steam Reforming: SR) 반응을 통해 연료로부터 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키는 구조로서 이루어진다.
이러한 개질기(30)의 구성은 고분자 전해질형 연료 전지 방식의 시스템에 채용되는 통상적인 개질기 구성으로 이루어지는 바, 케이스 형태의 반응기 본체(31) 내부에 개질 촉매를 충진 형성하여 구성될 수 있다. 대안으로서, 본 실시예에 의한 개질기(30)는 연료의 흐름을 가능케 하는 채널을 가지면서 이 채널의 표면에 개질 촉매층을 형성하고 있는 기판 타입의 반응기 본체서 구성될 수도 있다.
여기서, 개질기(30)는 반응기 본체(31)의 내부로 연료를 주입시키기 위한 연료 주입부(31a)와, 반응기 본체(31)의 내부에서 개질 촉매에 의한 연료의 개질 반응을 통해 발생되는 개질 가스를 배출시키기 위한 개질 가스 배출부(31b)를 형성하고 있다. 이 때, 개질 가스 배출부(31b)는 통상적인 파이프 라인 등을 통해 연료전지 본체(10)와 연결될 수 있다.
이와 같이 구성되는 개질기(30)에 대하여 연료의 개질 반응에 필요한 열 에너지를 반응기 본체(31)에 제공하기 위한 가스 버너(50)는, 언급한 바와 같은 일반적인 휴대용 가스 렌지로서 구성되는 바, 이 휴대용 가스 렌지는 가스 용기(53)를 장착하여 구성되는 버너 본체(51)와, 이 버너 본체(51)에 설치되어 가스 용기(53)에 저장된 가스 연료를 공급받아 화염을 발생시킴으로써 실질적인 가열이 이루어지는 화염 발생부(55)를 포함하여 구성된다.
상기에서, 가스 용기(53)는 일정한 크기의 용적비를 가지면서 부탄을 주성분 으로 하는 가스 연료(이하에서는, 편의상 "연료"라고 한다.)를 저장하는 캔 형태로서 이루어지며, 버너 본체(51)에 대하여 슬라이딩 방식으로 착탈 가능하게 설치된다.
그리고, 화염 발생부(55)는 본 실시예에 의한 개질기(30)가 안착되는 부분으로서, 통상적인 압전기를 이용한 점화장치(도시하지 않음)를 가지면서 가스 용기(53)에 저장된 연료를 공급받아 점화장치의 작동에 따라 화염을 발생시키는 구조로서 이루어지며, 이 화염에 의한 열 에너지를 개질기(30)의 반응기 본체(31)에 제공하는 기능을 하게 된다.
다른 한편으로, 상기와 같이 구성되는 휴대용 연료 전지 시스템(100)은 가스 버너(50)의 가스 용기(53)와 화염 발생부(55)를 연결하는 제1 유로부재(61)와, 가스 용기(53)와 개질기(30)의 반응기 본체(31)를 연결하는 제2 유로부재(62)를 더욱 포함하여 구성된다.
상기에서, 제1 유로부재(61)는 가스 용기(53)에 저장된 연료를 화염 발생부(55)로 공급하기 위한 패스를 형성하는 파이프 라인 형태로서 이루어진다. 이와 같이 제1 유로부재(61)에 의한 가스 용기(53)와 화염 발생부(55)의 연결 구조는 일반적인 휴대용 가스 렌지에 채용되는 연결 구조로서 이루어지므로, 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.
그리고, 제2 유로부재(62)는 가스 용기(53)와 반응기 본체(31)의 연료 주입부(31a)를 연결하는 파이프 라인 형태로서 이루어지며, 가스 용기(53)에 저장된 연료를 반응기 본체(31)의 내부로 공급하기 위한 패스를 형성한다. 이 때, 반응기 본 체(31)의 연료 주입부(31a)와 연결되는 제2 유로부재(62)의 연결 부위에는 이의 유로를 선택적으로 개폐시키기 위한 개폐 밸브(V)를 설치하고 있다.
이에 더하여, 본 실시예에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 제2 유로부재(62)와 연결되는 개질기(30)의 연결 부위 즉, 반응기 본체(31)의 연료 주입부(31a)에 설치되는 착탈부재(63)가 제공되는 바, 이 착탈부재(63)는 개질기(30)에 대하여 제2 유로부재(62)를 선택적으로 착탈시키는 기능을 하게 된다.
본 실시예에서, 착탈부재(63)는 반응기 본체(31)의 연료 주입부(31a)에 설치되어 이 연료 주입부(31a) 및 제2 유로부재(62)와 상보적으로 나사 결합되는 암나사(65)로서 구성된다.
이 암나사(65)는 중공을 가지면서 이 중공의 내주면에 나사부가 형성된 너트 형태로서 이루어지며, 이 나사부가 연료 주입부(31a), 및 제2 유로부재(62)의 연결 부위에 형성된 수나사부(67)와 나사 결합된다.
따라서, 암나사(65)는 반응기 본체(31)의 연료 주입부(31a), 및 제2 유로부재(62)의 연결 부위에 형성된 수나사부(67)와 나사 결합됨으로써 연료 주입부(31a)와 제2 유로부재(62)를 일체로 연결시키거나 제2 유로부재(62)를 연료 주입부(31a)로부터 분리시킬 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 휴대용 연료 전지 시스템의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 개질기(30)는 반응기 본체(31)의 개질 가스 배출부(31b)와 연료전지 본체(10)가 연결된 상태에서, 가스 버너(50)의 화염 발생부(55)에 안착된다. 이 때 , 가스 버너(50)의 버너 본체(51)에는 가스 용기(53)가 장착되고 있으며, 이 가스 용기(53)와 화염 발생부(55)는 제1 유로부재(61)에 의해 서로 연결된 상태에 있다.
이 상태에서, 암나사(65)는 반응기 본체(31)의 연료 주입부(31a), 및 제2 유로부재(62)와 나사 결합되어 이 연료 주입부(31a)와 제2 유로부재(62)를 상보적으로 연결시키게 된다.
이러는 과정을 거친 후, 가스 용기(53)에 저장된 연료는 제1 유로부재(61)를 통해 화염 발생부(55)로 공급되고, 점화장치의 작동에 따라 이 화염 발생부(55)에서는 연료를 착화 연소시켜 화염을 발생시키게 된다.
따라서, 개질기(30)가 가스 버너(50)의 화염 발생부(55)에 안착되어 있기 때문에, 이 개질기(30)의 반응기 본체(31)는 화염 발생부(55)로부터 화염에 의한 열 에너지를 제공받아 연료의 개질 반응에 필요한 고유한 온도 범위로서 예열된 상태를 유지하게 된다.
이 후, 제2 유로부재(62)에 설치된 개폐 밸브(V)를 작동시키게 되면, 가스 용기(53)에 저장된 연료는 제2 유로부재(62)를 통해 반응기 본체(31)의 내부로 공급되게 된다. 그러면, 개질기(30)에서는 개질 반응에 필요한 열 에너지를 흡열하고 있는 개질 촉매에 의한 연료의 개질 반응을 통해 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키게 된다.
이 상태에서, 개질 가스는 연료전지 본체(10)로 공급된다. 이와 동시에, 공기 펌프(91)는 공기를 흡입하고 이 공기를 연료전지 본체(10)로 공급한다. 그러면, 연료전지 본체(10)에서는 개질 가스 중에 함유된 수소와, 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 기설정된 용량의 전기 에너지를 출력시키게 된다.
한편, 본 시스템(100)의 작용에 있어, 화염 발생부(55)에서 발생되는 화염을 소화시키고, 암나사(65)를 풀어 개질기(30)와 제2 유로부재(62)를 분리시키게 되면, 가스 버너(50)를 이상에서와 같이 전기 에너지를 발생시키는 용도 외에, 일반적인 가스 렌지의 용도로서 사용할 수도 있게 된다.
도 3은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 휴대용 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 휴대용 연료 전지 시스템(200)은 전기 실시예의 구조를 기본으로 하면서, 개질기(130)로부터 발생되는 개질 가스 중에 함유된 일산화탄소의 농도를 1차적으로 저감시키는 제1 일산화탄소 정화기(170)와, 제1 일산화탄소 정화기(170)를 거친 개질 가스 중에 함유된 일산화탄소의 농도를 2차적으로 저감시키는 제2 일산화탄소 정화기(180)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 제1 일산화탄소 정화기(170)는 개질기(130)로부터 배출되는 개질 가스를 제공받아 이 개질 가스 중에 함유된 일산화탄소의 수성가스 전환(Water-Gas Shift: WGS) 반응을 통해 일산화탄소의 농도를 1차적으로 저감시키면서 추가적인 수소를 생성하는 기능을 하게 된다.
이러한 제1 일산화탄소 정화기(170)는 통상적인 파이프 라인 등을 통해 개질기(130)의 개질 가스 배출부(131b)와 연결되게 설치되는 통상적인 구조의 수성가스 전환 반응기로서 구성되는 바, 케이스 형태의 반응기 본체 내부에 통상적인 수성가스 전환 촉매를 충진 형성하여 구성될 수 있으며, 개질 가스의 흐름을 가능케 하는 채널을 가지면서 이 채널의 표면에 수성가스 전환 촉매층을 형성하고 있는 기판 타입으로서 구성될 수도 있다.
본 실시예에서, 제2 일산화탄소 정화기(180)는 제1 일산화탄소 정화기(170)로부터 배출되는 개질 가스를 제공받아 이 개질 가스 중에 함유된 일산화탄소의 선택적 산화(Preferential CO Oxidation: PROX) 반응을 통해 일산화탄소의 농도를 2차적으로 저감시키고, 상기 일산화탄소의 농도가 2차적으로 저감된 개질 가스를 연료전지 본체(110)로 공급하는 기능을 하게 된다.
이러한 제2 일산화탄소 정화기(180)는 통상적인 파이프 라인 등을 통해 제1 일산화탄소 정화기(170), 및 연료전지 본체(110)와 연결되게 설치되는 통상적인 구조의 선택적 산화 반응기로서 구성되는 바, 케이스 형태의 반응기 본체 내부에 통상적인 선택적 산화 촉매를 충진 형성하여 구성될 수 있으며, 개질 가스의 흐름을 가능케 하는 채널을 가지면서 이 채널의 표면에 선택적 산화 촉매층을 형성하고 있는 기판 타입으로서 구성될 수도 있다.
여기서, 제2 일산화탄소 정화기(180)는 산소를 사용하여 일산화탄소의 선택적 산화 반응을 일으키게 되는 바, 통상적인 파이프 라인 등을 통해 공기 펌프(191)와 연결되게 설치된다.
상기와 같이 구성되는 휴대용 연료 전지 시스템(200)에 있어, 제1 일산화탄소 정화기(170)는 가스 버너(150)로부터 발생되는 열 에너지, 및 개질기(130)로부터 배출되는 개질 가스 자체의 열 에너지를 제공받아 이의 고유한 반응 개시 온도 범위로서 예열된 상태를 유지하게 된다. 그리고, 제2 일산화탄소 정화기(180)는 제 1 일산화탄소 정화기(170)로부터 배출되는 개질 가스 중의 열 에너지를 제공받아 이의 고유한 반응 개시 온도 범위로서 예열된 상태를 유지할 뿐, 가스 버너(150)로부터 제공되는 열 에너지를 필요로 하지 않는다.
이를 위해, 본 실시예에 의한 휴대용 연료 전지 시스템(200)은 연료전지 본체(110)를 중심에 두고 이의 하측에 제1 일산화탄소 정화기(170) 및 개질기(130)를 순차적으로 배치하고, 연료전지 본체(110)의 상측에 제2 일산화탄소 정화기(180)를 배치하여 구성될 수 있다. 즉, 제1 일산화탄소 정화기(170)는 가스 버너(150) 및 개질기(130)와 근접하는 위치에 배치되고, 제2 일산화탄소 정화기(180)는 가스 버너(150)와 가장 멀리 떨어진 최상측에 배치되게 된다.
이에 더하여, 본 실시예에 의한 휴대용 연료 전지 시스템(200)은 연료전지 본체(110), 및 제2 일산화탄소 정화기(180)에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각팬(199)을 더욱 포함하고 있다.
이러한 냉각팬(199)은 대기 중의 공기를 연료전지 본체(110) 및 제2 일산화탄소 정화기(180)에 제공하는 통상적인 구조의 팬으로서 구성되는 바, 연료전지 본체(110)와 제2 일산화탄소 정화기(180)가 발열 반응에 의해 열을 발생시키게 되므로, 이러한 연료전지 본체(110) 및 제2 일산화탄소 정화기(180)에서 발생되는 열을 냉각 공기로서 냉각시키는 기능을 하게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 실시예에 의한 휴대용 연료 전지 시스템(200)에 의하면, 우선 개질기(130)는 전기 실시예에서와 같은 작용에 의하여 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키게 된다.
이러한 과정을 거친 후, 개질 가스는 제1 일산화탄소 정화기(170)로 공급되는 바, 제1 일산화탄소 정화기(170)에서는 개질 가스 중에 함유된 일산화탄소의 수성 가스 전환 반응에 의해 이 일산화탄소의 농도를 1차적으로 저감시키게 된다.
이어서, 상기 일산화탄소의 농도가 1차적으로 저감된 개질 가스는 제2 일산화탄소 정화기(180)로 공급되고, 이와 동시에 공기 펌프(191)는 공기를 제2 일산화탄소 정화기(180)로 공급한다. 그러면, 제2 일산화탄소 정화기(180)는 이 개질 가스 중에 함유된 일산화탄소의 선택적 산화 반응에 의해 일산화탄소의 농도를 2차적으로 저감시키고, 상기 일산화탄소의 농도가 2차적으로 저감된 개질 가스를 연료전지 본체(110)로 공급하게 된다.
이와 동시에, 공기 펌프(191)는 공기를 연료전지 본체(110)로 공급한다. 그러면, 연료전지 본체(110)는 개질 가스 중에 함유된 수소와 산화 반응, 및 공기 중에 함유된 산소의 환원 반응에 의해 소정의 열을 발생시키면서 기설정된 용량의 전기 에너지를 출력시키게 된다.
이러는 과정을 거치는 동안, 냉각팬(199)은 대기 중의 공기를 연료전지 본체(110), 및 제2 일산화탄소 정화기(180)에 제공하여 이들 연료전지 본체(110) 및 제2 일산화탄소 정화기(180)에서 발생되는 열을 냉각시키게 된다.
본 실시예에 의한 휴대용 연료 전지 시스템(200)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예와 같으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
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.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 휴대용 가스 렌지를 이용하여 열 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어지므로, 전체 시스템의 휴대 및 사용이 간편하고, 종래와 달리 열 에너지의 손실을 줄여 전체 시스템의 열 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 개질기에 대하여 휴대용 가스 렌지를 선택적으로 착탈시킬 수 있는 구조로서 이루어지므로, 전체 시스템의 휴대가 더욱 간편하며, 휴대용 가스 렌지를 취사 행위 등 이의 고유한 용도로서 사용할 수도 있다.

Claims (13)

  1. 수소, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체를 포함하는 연료 전지 시스템에 있어서,
    가스 연료를 연소시켜 화염을 발생시키는 화염 발생부를 가지면서 상기 화염 발생부로 상기 가스 연료를 공급하는 가스 용기를 장착하여 구성되는 가스 버너;
    상기 가스 용기 및 상기 연료전지 본체와 연결되면서 상기 화염 발생부에 안착되게 설치되어 상기 화염에 의한 열 에너지를 제공받아 상기 가스 연료의 개질 반응에 의해 상기 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키고, 상기 개질 가스를 상기 연료전지 본체로 공급하는 개질기; 및
    상기 연료전지 본체와 연결되게 설치되어 상기 산소를 상기 연료전지 본체로 공급하는 산소 공급원
    을 포함하는 휴대용 연료 전지 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 용기와 상기 화염 발생부는 파이프 형태의 제1 유로부재에 의해 연결 설치되며, 상기 가스 용기와 상기 개질기는 파이프 형태의 제2 유로부재에 의해 연결 설치되는 휴대용 연료 전지 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 개질기에 대하여 상기 제2 유로부재를 선택적으로 착탈시키기 위한 착탈부재를 더욱 포함하는 휴대용 연료 전지 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 착탈부재는 상기 제2 유로부재와 연결되는 상기 개질기의 연결 부위에 설치되어 상기 제2 유로부재와 나사 결합되는 암나사로서 구성되는 휴대용 연료 전지 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 개질기와 연결되는 상기 제2 유로부재의 연결 부위에 수나사부를 형성하는 휴대용 연료 전지 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 연료로서 부탄을 주성분으로 하는 액화 가스 연료를 사용하는 휴대용 연료 전지 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 산소 공급원은,
    공기를 흡입하고, 이 공기를 상기 연료전지 본체로 공급하는 공기 펌프를 포함하는 휴대용 연료 전지 시스템.
  8. 수소, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체를 포함하는 연료 전지 시스템에 있어서,
    가스 연료를 연소시켜 화염을 발생시키는 화염 발생부를 가지면서 상기 화염 발생부로 상기 가스 연료를 공급하는 가스 용기를 장착하여 구성되는 가스 버너;
    상기 가스 용기와 연결되면서 상기 화염 발생부에 안착되게 설치되어 상기 화염에 의한 열 에너지를 제공받아 상기 가스 연료의 개질 반응에 의해 상기 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키는 개질기;
    상기 개질기와 연결되게 설치되어 상기 개질 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 1차적으로 저감시키는 제1 일산화탄소 정화기;
    상기 제1 일산화탄소 정화기 및 상기 연료전지 본체와 연결되게 설치되어 상기 일산화탄소의 농도를 2차적으로 저감시키고, 상기 일산화탄소의 농도가 저감된 개질 가스를 상기 연료전지 본체로 공급하는 제2 일산화탄소 정화기; 및
    상기 연료전지 본체 및 상기 제2 일산화탄소 정화기와 연결되게 설치되어 상기 연료전지 본체 및 상기 제2 일산화탄소 정화기로 산소를 공급하는 산소 공급원
    을 포함하는 휴대용 연료 전지 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 일산화탄소 정화기는,
    상기 일산화탄소의 수성 가스 전환 반응에 의해 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 구조로서 이루어지는 휴대용 연료 전지 시스템.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 일산화탄소 정화기는,
    상기 일산화탄소의 선택적 산화 반응에 의해 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 구조로서 이루어지는 휴대용 연료 전지 시스템.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 연료전지 본체를 중심에 두고 이의 하측에 상기 제1 일산화탄소 정화기를 설치하고, 상기 연료전지 본체의 상측에 상기 제2 일산화탄소 정화기를 설치하여 구성되는 휴대용 연료 전지 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 개질기를 상기 제1 일산화탄소 정화기의 하측에 설치하여 구성되는 휴대용 연료 전지 시스템.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 연료전지 본체, 및 상기 제2 일산화탄소 정화기에 연결되게 설치되어 냉각 공기를 상기 연료전지 본체 및 상기 제2 일산화탄소 정화기로 공급하는 냉각팬을 포함하는 휴대용 연료 전지 시스템.
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