KR20070042815A - 연료전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템 - Google Patents

연료전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20070042815A
KR20070042815A KR1020050098799A KR20050098799A KR20070042815A KR 20070042815 A KR20070042815 A KR 20070042815A KR 1020050098799 A KR1020050098799 A KR 1020050098799A KR 20050098799 A KR20050098799 A KR 20050098799A KR 20070042815 A KR20070042815 A KR 20070042815A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
housing
fuel cell
adjusting hole
pressure adjusting
Prior art date
Application number
KR1020050098799A
Other languages
English (en)
Inventor
이형근
조은숙
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 KR1020050098799A priority Critical patent/KR20070042815A/ko
Publication of KR20070042815A publication Critical patent/KR20070042815A/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
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H01M8/04208—Cartridges, cryogenic media or cryogenic reservoirs
    • 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
    • H01M8/10—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 연료 전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료가 원활하게 흘러 나가게 하기 위해 연료 카트리지의 일측 벽면에 형성되는 기압조정용 홀을 기체는 통과시키되 액체는 통과시키지 않은 소수성 막으로 실링함으로써, 내부 압력을 대기압으로 유지하여 연료는 원활히 흘러나갈 수 있도록 하면서 연료전지 시스템의 자세가 바뀌어도 연료가 기압조정용 홀을 통해 연료 카트리지의 외부로 새지 않도록 하여 방향에 무관하게 적용될 수 있는(orientation free) 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지 시스템, 연료 카트리지, 소수성 막, 기압조정용 홀

Description

연료전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템{Fuel cartridge for fuel cell and Fuel cell system using the same}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구성도
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 연료 카트리지의 사시도
도 2b는 도 2a의 수직 단면도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 연료 카트리지의 수직 단면도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 - 스택 200, 1200 - 연료탱크
210 - 원액펌프 220 - 원액배관
240, 1240 - 하우징 250, 1250 - 소수성 막
260, 1260 - 기압조정용 홀 270, 1270 - 연료공급용 홀
290 - 투명창 300 - 연료희석탱크
400 - 연료공급펌프 500 - 공기공급장치
본 발명은 연료 전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료가 원활하게 흘러 나가게 하기 위해 연료 카트리지의 일측 벽면에 형성되는 기압조정용 홀을 기체는 통과시키되 액체는 통과시키지 않은 소수성 막으로 실링함으로써, 내부 압력을 대기압으로 유지하여 연료는 원활히 흘러나갈 수 있도록 하면서 연료전지 시스템의 자세가 바뀌어도 연료가 기압조정용 홀을 통해 연료 카트리지의 외부로 새지 않도록 하여 방향에 무관하게 적용될 수 있는(orientation free) 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산화제의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
이러한 연료전지는 연료전지 시스템으로 이루어지며, 대표적으로 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: 이하 PEMFC라 한다) 시스템과 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: 이하 DMFC라 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 또는 천연가스 등을 개질하기 위한 연료개질장치 등의 부대 설비를 필요로 하 게 된다.
이에 비하여 DMFC 시스템은 스택에 직접 메탄올 연료와 산화제인 산소를 공급하여 전기화학반응에 의해 전기를 생성하게 된다. 이러한 DMFC 시스템은 에너지 밀도 및 전력 밀도가 매우 높으며, 메탄올 등 액체연료를 직접 사용하기 때문에 연료개질기(reformer) 등 부대 설비가 필요치 않으며 연료의 저장과 공급이 쉽다는 장점을 가지고 있다.
이러한 DMFC 시스템에 있어서 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: 이하 MEA라 한다)와 세퍼레이터(seperator)(당업계에서는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)라 한다)로 이루어진 단위 셀이 한 개 또는 한개 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 전극지지체를 구비하여 이루어진다. 상기 촉매층은 저온에서도 우수한 특성을 갖는 백금과 같은 귀금속 촉매가 사용되며, 특히 애노드 전극은 반응 부산물인 일산화탄소에 의한 촉매피독 현상(catalyst poisoning)을 방지하기 위하여 루테늄, 로듐, 오스늄, 니켈 등과 같은 전이금속의 합금촉매가 사용된다. 전극지지체는 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 전극 반응은 공급되는 연료가 산화되는 애노드 반응과 공급되는 공기 중의 산소가 애노드에서 이동되는 수소이온과 반응하여 환원되는 캐소드 반응으로 구성된다.
산화반응이 일어나는 애노드 전극에서는 메탄올과 물의 반응에 의하여 이산화탄소, 수소이온 및 전자가 생성이 되며, 생성된 수소 이온은 전해질막을 통해서 캐소드 전극으로 전달된다. 환원반응이 일어나는 캐소드 전극에서는 수소이온과 외부 회로를 통해 전달된 전자 및 산소의 반응에 의해 물이 생성된다. 따라서 DMFC의 총괄반응은 메탄올과 산소가 반응하여 물과 이산화탄소를 생성하는 반응이 된다. 이 때 1몰의 메탄올이 산소와 반응하여 2몰의 물이 생성된다.
한편, 연료탱크는 연료펌프와 연결되어 스택에 연료를 공급하기 위한 부분이다. 상기 연료탱크는 배관을 통하여 연료펌프와 연결되며, 연료가 떨어지면 새로운 연료탱크를 연료전지 시스템에 장착할 수 있도록 카트리지 형태로 이루어진다. 상기 연료탱크는 배관과 연결되는 출구 이외에도 연료탱크 내부의 압력을 대기압으로 유지할 수 있도록 기압조정용 홀이 형성된다. 상기 기압조정용 홀은 연료전지 시스템에 장착시 상부를 향하도록 하여, 기압조정용 홀을 통하여 연료탱크 내의 연료가 외부로 누출되지 않도록 하고 있다. 그러나, 연료 전지 시스템은 일정한 위치에 고정된 전기/전자 기기에 사용될 수도 있으나, 노트북 등과 같이 수시로 자세가 바뀔 수 있는 휴대용 기기에도 사용될 수 있다. 연료전지 시스템은 기압조정용 홀이 중력 방향을 향하도록 자세가 기울어지는 경우, 기압조정용 홀을 통하여 연료탱크 내의 연료가 외부로 누출될 수 있다는 문제가 있다. 또한, 연료전지 시스템은 이동중 이나 갑자기 정지할 때와 같이 연료탱크 내의 연료가 출렁이게 되는 경우 마찬가지로 연료탱크 내의 연료가 외부로 누출될 수 있다는 문제가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 연료가 원활하게 흘러 나가게 하기 위해 연료 카트리지의 일측 벽면에 형성되는 기압조정용 홀을 기체는 통과시키되 액체는 통과시키지 않은 소수성 막으로 실링함으로써, 내부 압력을 대기압으로 유지하여 연료는 원활히 흘러나갈 수 있도록 하면서 연료전지 시스템의 자세가 바뀌어도 연료가 기압조정용 홀을 통해 연료 카트리지의 외부로 새지 않도록 하여 방향에 무관하게 적용될 수 있는(orientation free) 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 연료전지용 연료 카트리지는 연료펌프로 연료를 이송시키는 출구인 연료공급용 포트와, 내부 압력을 대기압으로 유지하기 위한 기압조정용 홀을 구비하며, 외관을 이루는 하우징; 및 상기 하우징 내면에서 적어도 상기 기압조정용 홀이 형성된 영역을 포함하는 내면에 형성되는 소수성 막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기압조정용 홀은 상기 하우징의 적어도 2면에 형성되며, 상기 소수성 막은 상기 하우징 내면에 전체적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 소수성 막은 사불화폴리에틸렌(PTEE), 실리콘 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 하우 징의 일측에는 남은 연료의 양을 외부에서 확인할 수 있도록 투명창이 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 애노드와 캐소드가 구비되며 공급되는 연료의 화학반응에 의하여 전기에너지를 생성하는 스택; 연료펌프로 연료를 이송시키는 출구인 연료공급용 포트와, 내부 압력을 대기압으로 유지하기 위한 기압조정용 홀을 구비하며, 외관을 이루는 하우징 및 상기 하우징 내면에서 적어도 상기 기압조정용 홀이 형성된 영역을 포함하는 내면에 형성되는 소수성 막을 포함하는 연료 카트리지; 및 상기 연료 카트리지로부터 공급된 연료를 소정 압력으로 펌핑(pumping)하여 상기 스택으로 보내는 연료펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료전지 시스템은 상기 스택에 공기를 공급하기 위한 공기공급장치를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 기압조정용 홀은 상기 하우징의 적어도 2면에 형성되며, 상기 소수성 막은 상기 하우징 내면에 전체적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 소수성 막은 사불화폴리에틸렌(PTEE), 실리콘 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 하우징의 일측에는 남은 연료의 양을 외부에서 확인할 수 있도록 투명창이 형성될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설 명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구성도를 나타낸다. 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 카트리지의 사시도를 나타내며, 도 2b는 도 2a의 수직 단면도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 도 1을 참조하면, 스택(100)과 연료탱크(200)와 연료펌프(210)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료전지 시스템은 스택에 공기를 공급하는 공기공급장치(500)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 연료탱크(200)는 연료 카트리지의 일 형태로서 상기 연료전지 시스템에 착탈 가능하도록 형성되며, 이하에서는 연료 카트리지 대신 연료탱크(200)라는 용어를 사용한다. 이 때, 상기 연료탱크(200)는 메탄올을 물로 희석시킨 희석연료가 내부에 들어 있다.
상기 스택(100)은 MEA와 바이폴라 플레이트(bipolar palte)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 연료탱크(200)로부터 소정 농도로 희석된 연료가 공급되며, 타측으로 반응 부산물인 이산화탄소와 미반응 연료가 배출된다. 상기 캐소드는 일측(130)으로 공기가 공 급되며 타측으로 미반응공기와 반응부산물인 물이 배출된다.
상기 연료탱크(200)는, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 하우징(240)과 소수성 막(250)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 하우징(240)은 기압조정용 홀(260)과 연료공급용 포트(270)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료탱크(200)는 하우징(240)에 투명창(290)이 더 형성될 수 있다. 상기 연료탱크(200)는 연료전지 시스템에서 사용되는 희석연료가 저장되며, 일측으로 연료펌프(210)와 연료배관(220)이 순차적으로 연결되어 형성된다. 이 때, 상기 연료펌프(210)는 연료탱크(200)에 직접 연결될 수 있으며, 별도의 배관(230)에 의하여 연결될 수도 있음은 물론이다. 상기 연료탱크(200)는 사용되는 연료에 따라 메탄올, 에탄올과 같은 연료의 희석용액이 저장된다.
상기 하우징(240)은 기압조정용 홀(260)과 연료공급용 포트(270) 및 투명창(290)을 포함하여 형성된다. 상기 하우징(240)은 소정 두께의 판재에 의하여 내부가 중공인 대략 박스 형상으로 형성된다. 상기 하우징(240)은 사각 박스 형상으로 형성되며, 다만 여기서 하우징(240)의 형상을 한정하는 것은 아니며, 구 형상, 원기둥 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다. 상기 하우징(240)은 내부가 하나의 공간으로 형성되며, 희석연료가 저장된다.
상기 기압조정용 홀(260)은 상기 하우징(240)의 어느 한 면, 바람직하게는 상면의 소정 위치에 형성된다. 상기 기압조정용 홀(260)은 소수성 막(250)에 의해 차폐되어 있으며, 따라서 상기 기압조정용 홀(260)은 소수성 막(250)을 사이에 두고 하우징(240) 내부의 공기와 접하게 된다. 이 때, 상기 기압조정용 홀(260)은 복 수개 형성될 수 있으며, 희석연료가 연료탱크(200)로부터 빠져나감에 따라 외부의 공기가 유입될 수 있을 정도의 지름으로 형성된다. 다만, 상기 기압조정용 홀(260)은 지나치게 크게 형성되는 경우 희석연료가 새어나갈 수 있는 위험성이 높아지며, 이물질이 고착될 수도 있으므로 적정한 지름으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기압조정용 홀(260)은 평면 형상이 원 형상, 삼각형상, 사각형상으로 형성될 수 있으며, 다만 여기서 상기 기압조정용 홀(260)의 평면 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 기압조정용 홀(260)은 도 2a와 같이 복수개가 일렬로 배열될 수 있으며, 2열 이상의 매트릭스 형상이나 지그재그 형상으로 배열될 수도 있음은 물론이다. 상기 기압조정용 홀(260)은 하우징(240) 내부 중 희석연료가 존재하지 않는 부분, 즉 희석연료 상부에 존재하는 공기의 압력을 적정 수준으로 유지하는 역할을 한다. 상기 하우징(240)은 연료펌프(210)를 통해 내부에 있는 희석연료를 뽑아내게 되면 내부의 기압이 점점 낮아지게 된다. 이 때, 상기 기압조정용 홀(260)이 존재하지 않는다면 하우징(240) 내부의 기압이 계속해서 떨어지게 되고 그 결과 연료펌프(210)로 희석연료를 원활하게 뽑아내기가 용이하지 않게 된다. 따라서, 상기 기압조정용 홀(260)은 하우징(240)의 내부 압력을 대기압 수준으로 유지시켜 희석연료가 원활하게 펌핑될 수 있도록 한다.
상기 연료공급용 포트(270)는 하우징(240)의 어느 한 면, 바람직하게는 수직면의 하측에 형성된다. 상기 연료공급용 포트(270)는 내부에 존재하는 희석연료의 높이에 따른 수압을 이용하기 위해 수직면의 하측에 형성되는 것이 좋다. 상기 연료공급용 포트(270)는 연료펌프(210)로 희석연료를 충분히 펌핑할 수 있을 정도 이 상의 지름으로 형성된다. 상기 연료공급용 포트(270)는 상기 연료펌프(210)에 직접 연결될 수 있으며, 또한 별도의 배관(230)을 통해서 상기 연료펌프(210)에 연결될 수도 있음은 상기에서 언급한 바와 같다. 상기 연료공급용 포트(270)는 소수성 막(250)을 거치지 않고 하우징(240)의 내부에 들어있는 희석연료와 직접 연결된다.
상기 투명창(290)은 하우징(240)의 어느 한 면, 바람직하게는 외부에서 관찰하기 용이하도록 전면의 일측에 형성된다. 상기 투명창(290)은 적어도 하우징(240) 전체 높이의 1/3이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 투명창(290)의 높이가 지나치게 낮게 형성되면 연료탱크(200) 내에 남아 있는 희석연료의 양을 제대로 체크하기 힘들어 희석연료의 고갈에 따라 연료전지 시스템이 정지하게 된다는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 투명창(290)이 형성된 부분은 내면이 희석연료와 직접 접촉하게 되므로, 남아 있는 희석연료의 양을 확인하고 연료 카트리지를 교환할 시기를 알려주게 된다. 이 때, 상기 투명창(290)은 투명한 재질의 소재로 형성되며, 바람직하게는 유리 또는 투명 플라스틱으로 형성되며, 보다 바람직하게는 가벼운 투명 플라스틱 재질로 형성된다. 상기 투명창(290)은 유리로 형성되는 경우 외부의 충격에 의해 파손될 수 있을 뿐만 아니라, 연료 카트리지 전체의 무게가 증가하게 된다는 단점이 있다.
상기 소수성 막(250)은 하우징(240)의 내면 중 기압조정용 홀(260)이 형성된 영역에 형성되며, 바람직하게는 하우징(240)의 내면 중 상면 전체에 형성된다. 상기 소수성 막(250)은 희석연료의 잔량을 용이하게 파악하기 위해 하우징(240)의 내면 중 상기 투명창(290)이 위치하는 부분에는 형성되지 않는다. 따라서, 상기 투명 창(290)의 내면은 상기 소수성 막(250)을 거치지 않고 직접 희석연료와 접촉하게 된다. 상기 소수성 막(250)은 미세기공(micro pore)을 가진 소수성 폴리머 재질로 형성되며, 하우징(240)의 외부에서 내부로 기압 조정을 위해 공기는 유입시키지만 내부의 희석연료가 외부로 방출되는 것을 차단하게 된다. 상기 소수성 막(250)은 사불화폴리에틸렌(PTEE), 실리콘 수지를 포함하는 소수성 멤브레인(hydrophobic membrane) 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 소수성 막(250)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나로 이루어 질 수도 있다. 다만, 여기서 상기 소수성 막(250)의 재질을 한정하는 것은 아니며, 소수성을 갖는 다양한 수지 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 소수성 막(250)은 단층막 또는 다층막 구조로 이루어질 수 있다. 상기 소수성 막(250)이 다층막으로 이루어지는 경우에 동일 재질 또는 서로 다른 재질의 폴리머 막들이 라미네이팅되어 제조될 수 있다.
상기 연료펌프(210)는 연료탱크(200)의 연료공급용 포트(270)를 통하여 연료탱크(200) 내부에 존재하는 희석연료를 소정의 압력으로 펌핑하여 스택(100)으로 이송하게 된다. 이 때, 상기 연료펌프(210)는 연료탱크(200)와 직접 연결될 수 있으며, 또한 별도의 배관(230)을 거쳐 연료탱크(200)와 연결될 수도 있다. 또한, 상기 연료펌프(200)는 스택(100)과 직접 연결될 수 있으며, 연료배관(220)을 거쳐 스택(100)과 연결될 수도 있음은 물론이다. 상기 연료펌프(210)는 액체를 공급할 수 있는 다양한 펌프가 사용될 수 있으며, 여기서 그 종류를 한정하지 않는다.
상기 공기공급장치(500)는 스택(100)의 캐소드의 일측에 연결되어 공기를 강 제로 공급하게 된다. 이 때, 상기 공기공급부(500)는 별도의 공기배관(510)을 통하여 캐소드와 연결될 수 있다. 상기 공기공급부(500)는 공기펌프, 에어블로어(air blower) 등과 같이 다양한 공기공급수단이 적용될 수 있음은 물론이다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 연료 카트리지의 수직 단면도를 나타낸다. 상기 도 3의 실시예는 기압조정용 홀(1260)이 하우징(1240)의 2면에 형성되고 소수성 막(1250)이 하우징(1240)의 내면 전체에 형성된다는 점을 제외하면 상기 도 2b의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다. 여기서 상기 연료전지 시스템은 도 2a 및 도 2b의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템은 스택(100)과 연료탱크(1200)와 연료펌프(210)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료전지 시스템은 스택(100)에 공기를 공급하는 공기공급장치(500)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템에서 스택(100), 연료펌프(210) 및 공기공급장치(500)는 도 1의 실시예와 동일하므로, 여기서 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 연료탱크(1200)는 도 1과 도 2a 및 도 2b의 실시예에 따른 연료탱크(200)와 동일 유사한 구성요소에 대해서는 여기서 상세한 설명을 생략한다.
상기 연료탱크(1200)는, 도 3을 참조하면, 하우징(1240)과 소수성 막(1250)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 하우징(1240)은 기압조정용 홀(1260)과 연료공 급용 포트(1270)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료탱크(1200)는 하우징(1240)에 투명창(도면 미도시, 도 2a의 도면부호 290 참조)이 더 형성될 수 있다. 상기 연료탱크(1200)는 연료전지 시스템에서 사용되는 연료의 원액이 저장되며, 일측으로 연료펌프(210)와 연료배관(220)이 순차적으로 연결되어 형성된다. 이 때, 상기 연료펌프(210)는 연료탱크(1200)에 직접 연결될 수 있으며, 별도의 배관(230)에 의하여 연결될 수도 있음은 물론이다. 상기 연료탱크(1200)는 사용되는 연료에 따라 메탄올, 에탄올과 같은 연료의 희석용액이 저장된다.
상기 하우징(1240)은 기압조정용 홀(1260)과 연료공급용 포트(1270) 및 투명창을 포함하여 형성된다. 이 때, 상기 기압조정용 홀(1260)은 하우징(1240)의 2면에 형성되며, 도 3과 같이 하우징(1240)의 상면과 하면에 형성될 수 있다. 다만, 여기서 상기 기압조정용 홀(1260)의 형성위치를 한정하는 것은 아니다. 그에 따라 소수성 막(1250)도 기압조정용 홀(1260)이 형성된 2면을 포함하여 하우징(1240)의 내면 전체에 형성된다. 따라서, 상기 연료전지 시스템은 사용도중 자세가 변하더라도 2면에 형성되어 있는 기압조정용 홀(1260)을 통하여 외부의 공기가 하우징(1240) 내부로 용이하게 유입될 수 있다. 그 결과, 상기 연료전지 시스템은 방향에 관계없이(orientation free) 운용하기에 보다 적합하게 된다.
상기 소수성 막(1250)은 하우징(1240)의 내면 중 연료공급용 포트(1270)가 위치하는 부분 및 상기 투명창이 위치하는 부분만을 제외하고, 기압조정용 홀(1260)이 형성된 영역을 포함하여 상기 하우징(1240)의 내면 전체에 형성된다. 따라서, 상기 연료공급용 포트(1270)와 상기 투명창은 상기 소수성 막(1250)을 거치 지 않고 직접 희석연료와 접촉하게 된다. 상기 소수성 막(1250)은 미세기공(micro pore)을 가진 소수성 폴리머 재질로 형성되며, 하우징(1240)의 외부에서 내부로 기압 조정을 위해 공기는 유입시키지만 내부의 희석연료가 외부로 방출되는 것을 차단하게 된다. 상기 소수성 막(1250)은 사불화폴리에틸렌(PTEE), 실리콘 수지를 포함하는 소수성 멤브레인(hydrophobic membrane)중의 어느 하나 또는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다. 또한, 상기 소수성 막(250)은 단층막 또는 다층막 구조로 이루어질 수 있다. 상기 소수성 막(250)이 다층막으로 이루어지는 경우에 동일 재질 또는 서로 다른 재질의 폴리머 막들이 라미네이팅되어 제조될 수 있다. 상기 소수성 막(1250)은 일부를 제외하고 하우징(1240)의 내면 전체에 형성되므로, 상기 도 2b의 실시예와 같이 하우징(1240)의 내면으로부터 탈리하기 쉬운 소수성 막(1250)의 단부가 존재하지 않게 되어 하우징(1240)과의 부착력이 향상된다.
상기 연료펌프(210)는 연료탱크(200)의 연료공급용 포트(270)를 통하여 연료탱크(200) 내부에 존재하는 희석연료를 소정의 압력으로 펌핑하여 스택(100)으로 이송하게 된다. 상기 공기공급장치(500)는 스택(100)의 캐소드의 일측에 연결되어 공기를 강제로 공급하게 된다. 상기 연료펌프(210)와 공기공급장치(500)는 상기 도 2b의 실시예와 유사하므로, 여기서 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 작용에 대해 설명한다. 이하에서는 상기 도 2b의 실시예에 따른 연료탱크가 적용된 연료전지 시스템을 예로 들어 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 도 1과 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 스택(100), 연료탱크(200), 연료펌프(210) 및 공기공급장치(500)를 포함하여 이루어진다. 상기 연료탱크(200)는 하우징(240), 소수성 막(250), 기압조정용 홀(260), 연료공급용 포트(270) 및 투명창(290)을 포함한다. 상기 연료탱크(200)는 기압조정용 홀(260)이 상부에 위치하는 자세로 사용될 수 있다. 즉, 상기 연료탱크(200)를 포함한 연료전지 시스템은 사용중 자세의 변화가 없이 방향이 고정된 전기/전자 기기에 사용할 수 있다. 한편, 노트북 등과 같이 휴대용 전기/전자 기기의 경우 상기 연료탱크(200)를 포함한 연료전지 시스템은 이동 중에 어떤 자세를 취할 지 예상할 수 없으며, 상기 기압조정용 홀(260)이 중력 방향과 일치하도록 연료전지 시스템의 방향이 변경될 수도 있다. 이 경우, 상기 연료탱크(200)는 기압조정용 홀(260)이 소수성 막(250)으로 차폐되어 있어 연료탱크(200) 내부의 희석연료가 기압조정용 홀(260)을 통해 연료탱크(200)의 외부로 유출되는 것이 방지된다. 또한, 휴대용 전기/전자 기기를 휴대한 채로 고속으로 주행중인 자동차 안에 있다가 갑자기 정지하는 경우와 같이 큰 동작의 변화가 발생하는 경우, 상기 연료탱크(200) 내부의 희석연료는 크게 출렁거리게 되지만, 상기 소수성 막(250)에 의해 기압조정용 홀(260)이 차폐되어 있어, 희석연료가 연료탱크(200)의 외부로 누출될 염려가 없다.
또한, 상기 연료전지 시스템은 연료 카트리지를 사용하므로 어느 시점이 되면 연료 카트리지를 교환해 줄 필요성이 있다. 상기 투명창(290)은 하우징(240)의 일측에 형성되어, 남은 희석연료의 양을 용이하게 확인할 수 있도록 함으로써, 연료 카트리지의 교환 시기를 놓쳐 전기/전자 기기의 사용 도중 전원이 나가는 현상을 방지할 수 있다. 더불어, 상기 소수성 막(250)은 공기는 통과시키므로 연료탱크(200) 내부의 압력을 대기압으로 유지시킴으로써, 연료펌프(210)를 통해 연료탱크(200) 내부의 희석연료를 용이하게 펌핑할 수 있도록 한다.
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 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 연료전지용 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템에 의하면 기체는 통과시키되 액체는 통과시키지 않은 소수성 막으로 기압조정용 홀을 실링함으로써, 내부 압력을 대기압으로 유지하여 연료는 원활히 흘러나갈 수 있도록 하면서 연료전지 시스템의 자세가 바뀌어도 연료가 기압조정용 홀을 통해 연료 카트리지의 외부로 새지 않도록 하여 방향에 무관하게 적용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 연료펌프로 연료를 이송시키는 출구인 연료공급용 포트와, 내부 압력을 대기압으로 유지하기 위한 기압조정용 홀을 구비하며, 외관을 이루는 하우징; 및
    상기 하우징 내면에서 적어도 상기 기압조정용 홀이 형성된 영역을 포함하는 내면에 형성되는 소수성 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료 카트리지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기압조정용 홀은 상기 하우징의 적어도 2면에 형성되며, 상기 소수성 막은 상기 하우징 내면에 전체적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료 카트리지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 소수성 막은 사불화폴리에틸렌(PTEE), 실리콘 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료 카트리지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징의 일측에는 남은 연료의 양을 외부에서 확인할 수 있도록 투명 창이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료 카트리지.
  5. 애노드와 캐소드가 구비되며 공급되는 연료의 화학반응에 의하여 전기에너지를 생성하는 스택;
    연료펌프로 연료를 이송시키는 출구인 연료공급용 포트와, 내부 압력을 대기압으로 유지하기 위한 기압조정용 홀을 구비하며, 외관을 이루는 하우징 및 상기 하우징 내면에서 적어도 상기 기압조정용 홀이 형성된 영역을 포함하는 내면에 형성되는 소수성 막을 포함하는 연료 카트리지; 및
    상기 연료 카트리지로부터 공급된 연료를 소정 압력으로 펌핑(pumping)하여 상기 스택으로 보내는 연료펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 스택에 공기를 공급하는 공기공급장치를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 기압조정용 홀은 상기 하우징의 적어도 2면에 형성되며, 상기 소수성 막은 상기 하우징 내면에 전체적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 소수성 막은 사불화폴리에틸렌(PTEE), 실리콘 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 하우징의 일측에는 남은 연료의 양을 외부에서 확인할 수 있도록 투명창이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
KR1020050098799A 2005-10-19 2005-10-19 연료전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템 KR20070042815A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050098799A KR20070042815A (ko) 2005-10-19 2005-10-19 연료전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050098799A KR20070042815A (ko) 2005-10-19 2005-10-19 연료전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070042815A true KR20070042815A (ko) 2007-04-24

Family

ID=38177545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050098799A KR20070042815A (ko) 2005-10-19 2005-10-19 연료전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20070042815A (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 (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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100670348B1 (ko) 직접액체연료전지의 기액 분리장치
KR100751365B1 (ko) 직접액체연료전지의 기액 분리장치
KR100696526B1 (ko) 직접액체연료전지의 기액 분리장치
US20080070076A1 (en) Fuel cell and fuel cell system, and electronic device
JP4751383B2 (ja) 燃料電池
JP5062392B2 (ja) 固体高分子型燃料電池
JP4733514B2 (ja) 直接液体燃料電池用の燃料供給装置
JP4810082B2 (ja) 燃料電池
JP5075414B2 (ja) 燃料電池
US8703359B2 (en) Fuel cell and electronic device
JPWO2007010815A1 (ja) 燃料電池
JP5071378B2 (ja) 燃料電池
KR20070042815A (ko) 연료전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템
JP2006331928A (ja) 燃料電池
JP2006278295A (ja) 燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニット集合体
JP5317100B2 (ja) 燃料電池
JP2010103014A (ja) 燃料電池
JP2005317436A (ja) 燃料電池システムおよび機器
EP1959515B1 (en) Fuel cartridge and fuel cell using the same
JP2008218030A (ja) 燃料電池
KR20070038709A (ko) 연료전지 시스템
JP4843906B2 (ja) 燃料電池システムおよび機器
JP2008218049A (ja) 燃料電池セル及び燃料電池
JP2009043720A (ja) 燃料電池
US20100291469A1 (en) Fuel cell

Legal Events

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