KR20070107994A - 연료 전지 시스템 - Google Patents

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KR20070107994A
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장원혁
박정건
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조웅호
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 연료, 및 산화제의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체와, 상기 연료를 상기 연료전지 본체로 공급하기 위한 연료 공급원과, 상기 산화제를 상기 연료전지 본체로 공급하기 위한 산화제 공급원과, 상기 연료 공급원과 상기 연료전지 본체를 연결하는 플렉시블 튜브와, 시스템의 외관을 이루는 케이스부재에 설치되어 상기 플렉시블 튜브의 유로를 선택적으로 개폐시키는 밸브장치를 포함한다.
연료전지, 연료탱크, 연료펌프, 유로, 플렉시블튜브, 밸브장치, 지지부재, 캠부재, 구동부재

Description

연료 전지 시스템 {FUEL CELL SYSTEM}
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 연료전지 본체의 구성을 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 밸브장치의 구성을 구체적으로 나타내 보인 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시한 밸브장치의 작용을 설명하기 위한 개략적인 평면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 또는 개질기로 연료를 공급하여 연료 또는 개질 가스, 및 산화제의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지 시스템은 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 별도로 공급되는 산화제의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서 구성된다.
이러한 연료 전지 시스템은 크게 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC) 방식과, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)(당 업계에서는 통상적으로 "직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)" 라고도 한다.) 방식으로서 구성될 수 있다.
상기에서, 고분자 전해질형 연료 전지는 스택(stack)이라 불리는 연료 전지 본체로서 구성되는 바, 개질기로부터 공급되는 개질 가스와, 펌프 또는 팬의 가동에 의해 공급되는 산화제의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어진다. 여기서 개질기는 연료 공급원으로부터 메탄올, 에탄올 등과 같은 액체 연료를 제공받아 이 액체 연료를 개질하여 수소를 주성분으로 하는 개질 가스를 발생시키고, 이 개질 가스를 연료전지 본체로 공급하는 연료처리장치로서의 기능을 한다.
직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 개질 가스를 사용하지 않고 연료 공급원으로부터 액체 연료를 직접적으로 제공받아 이 연료 중에 함유된 수소와, 별도로 공급되는 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어진다.
이와 같은 종래의 연료 전지 시스템은 고분자 전해질형 연료 전지 방식의 경우, 연료 공급원과 개질기를 금속 소재의 연결라인으로 연결하고 이 연결라인에 밸 브체를 설치하여, 이 밸브체의 작동에 의하여 연료를 연결라인을 통해 연료 공급원으로부터 개질기로 공급할 수 있게 된다. 또한, 직접 산화형 연료 전지 방식의 경우, 연료 공급원과 연료전지 본체를 금속 소재의 연결라인으로 연결하고 이 연결라인에 밸브체를 설치하여, 이 밸브체의 작동에 의하여 연료를 연결라인을 통해 연료 공급원으로부터 연료전지 본체로 공급할 수 있게 된다.
그런데, 종래의 연료 전지 시스템은 연결라인 및 밸브체가 금속 소재로서 형성되기 때문에, 이 연결라인 및 밸브체가 고농도의 액체 연료와 접촉하면서 연료에 의해 산화, 부식되는 등의 손상을 일으키는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 연료 전지 시스템의 성능 효율을 저하시키고, 수명을 단축시킴은 물론 시스템에 대한 신뢰성을 저하시키는 요인으로서 작용하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 연료 공급원과 개질기를 연결하거나 연료 공급원과 연료전지 본체를 연결하는 연결라인이 연료에 의해 손상되지 않고, 연료와 직접적으로 접촉되지 않으면서 연결라인의 유로를 개폐시킬 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 연료, 및 산화제의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체와, 상기 연료를 상기 연료전지 본체로 공급하기 위한 연료 공급원과, 상기 산화제를 상기 연료전지 본체로 공급하기 위한 산화제 공급원과, 상기 연료 공 급원과 상기 연료전지 본체를 연결하는 플렉시블 튜브와, 시스템의 외관을 이루는 케이스부재에 설치되어 상기 플렉시블 튜브의 유로를 선택적으로 개폐시키는 밸브장치를 포함한다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 밸브장치는 상기 플렉시블 튜브의 길이 방향을 따라 상기 케이스부재에 설치되어 상기 플렉시블 튜브를 지지하는 지지부재와, 상기 케이스부재에 회전 가능하게 설치되어 상기 플렉시블 튜브에 대해 선택적으로 캠 접촉되는 캠부재와, 상기 케이부재에 설치되어 상기 캠부재를 회전시키는 구동부재를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 캠부재는 상기 플렉시블 튜브를 선택적으로 가압하는 평면 캠으로서 구성될 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급원은 상기 연료를 저장하는 연료 탱크와, 상기 연료 탱크에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프를 포함하며, 상기 플렉시블 튜브는 상기 연료 탱크와 상기 연료 펌프를 연결하는 제1 튜브와, 상기 연료 펌프와 상기 연료전지 본체를 연결하는 제2 튜브를 구비할 수 있다. 이 경우 상기 밸브장치는 상기 제2 튜브의 길이 방향을 따라 상기 케이스부재에 설치되어 상기 제2 튜브를 지지하는 지지부재와, 상기 케이스부재에 회전 가능하게 설치되어 상기 제2 튜브에 대해 선택적으로 캠 접촉되는 캠부재와, 상기 케이부재에 설치되어 상기 캠부재를 회전시키는 구동부재를 포함할 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 구동부재는 스탭 모터인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 개질 가 스, 및 산화제의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체와, 연료를 개질하여 상기 개질 가스를 발생시키고 이 개질 가스를 상기 연료전지 본체로 공급하는 개질기와, 상기 연료를 상기 개질기로 공급하기 위한 연료 공급원과, 상기 산화제를 상기 연료전지 본체로 공급하기 위한 산화제 공급원과, 상기 연료 공급원과 상기 개질기를 연결하는 플렉시블 튜브와, 시스템의 외관을 이루는 케이스부재에 설치되어 상기 플렉시블 튜브의 유로를 선택적으로 개폐시키는 밸브장치를 포함한다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 밸브장치는 상기 플렉시블 튜브의 길이 방향을 따라 상기 케이스부재에 설치되어 상기 플렉시블 튜브를 지지하는 지지부재와, 상기 케이스부재에 회전 가능하게 설치되어 상기 플렉시블 튜브에 대해 선택적으로 캠 접촉되는 캠부재와, 상기 케이부재에 설치되어 상기 캠부재를 회전시키는 구동부재를 포함할 수 있다.
상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급원은 상기 연료를 저장하는 연료 탱크와, 상기 연료 탱크에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프를 포함하며, 상기 플렉시블 튜브는 상기 연료 탱크와 상기 연료 펌프를 연결하는 제1 튜브와, 상기 연료 펌프와 상기 개질기를 연결하는 제2 튜브를 구비할 수 있다. 이 경우 상기 밸브장치는 상기 제2 튜브의 길이 방향을 따라 상기 케이스부재에 설치되어 상기 제2 튜브를 지지하는 지지부재와, 상기 케이스부재에 회전 가능하게 설치되어 상기 제2 튜브에 대해 선택적으로 캠 접촉되는 캠부재와, 상기 케이부재에 설치되어 상기 캠부재를 회전시키는 구동부재를 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 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)을 설명하면, 이 연료 전지 시스템(100)은 연료, 및 산화제를 직접적으로 제공받아 연료 중에 함유된 수소의 산화 반응, 및 산화제의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)(당 업계에서는 통상적으로 "직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)" 라고도 한다.) 방식으로서 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 연료라 함은 순수한 메탄올, 에탄올 등과 같은 고농도의 알코올계 액체 연료 또는 이러한 액체 연료와 물이 혼합된 혼합 연료를 모두 포함할 수 있다. 그리고, 본 시스템(100)은 산화제로서 별도의 저장수단에 저장된 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자를 예로 하여 설명한다.
이와 같은 연료 전지 시스템(100)은 직접 산화형 연료 전지로서 구성되는 연료전지 본체(10)와, 이 연료전지 본체(10)로 연료를 공급하기 위한 연료 공급원(50)과, 공기를 연료전지 본체(10)로 공급하기 위한 산화제 공급원(70)을 포함하 여 구성된다.
상기에서, 연료전지 본체(10)는 연료 공급원(50)과 산화제 공급원(70)에 각각 연결되게 설치된다. 이러한 연료전지 본체(10)는 연료 공급원(50)으로부터 연료를 공급받고, 산화제 공급원(70)으로부터 공기를 제공받아 연료, 및 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 셀(cell) 단위의 전기 발생부(11)를 구비한다.
따라서, 본 실시예에 의한 연료전지 본체(10)는 이와 같은 전기 발생부(11)를 복수로 구비하고, 이들 전기 발생부(11)를 연속적으로 배치함으로써 전기 발생부들(11)의 집합체 구조에 의한 스택(stack)으로서 구성될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 연료전지 본체의 구성을 나타내 보인 분해 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 연료전지 본체(10)는 언급한 바와 같이 전기 발생부들(11)의 집합체 구조로서 이루어지는 바, 이 전기 발생부(11)는 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)(12)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(Separator)(13)를 밀착되게 배치하여 구성될 수 있다.
여기서, 막-전극 어셈블리(12)는 일면에 애노드 전극을 형성하고, 다른 일면에 캐소드 전극을 형성하며, 이들 두 전극 사이에 전해질막을 형성하고 있다. 애노드 전극은 연료의 산화 반응에 의해 이 연료에 함유된 수소를 전자와 수소 이온으로 분리시키며, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키고, 캐소드 전극은 애노드 전극으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 별도로 제공되는 공기 중의 산 소를 환원 반응시켜 비교적 고온의 수증기를 생성하는 기능을 하게 된다.
그리고 세퍼레이터(13)는 연료를 막-전극 어셈블리(12)의 애노드 전극으로 공급하고, 공기를 막-전극 어셈블리(12)의 캐소드 전극으로 공급하기 위한 연료 및 공기 이동 채널을 형성하고 있다.
이와 같은 연료전지 본체(10)는 연료를 전기 발생부들(11)로 주입시키기 위한 연료 주입부(15)(이하, "제1 주입부" 라고 한다.)와, 공기를 전기 발생부들(11)로 주입시키기 위한 공기 주입부(16)(이하, "제2 주입부" 라고 한다.)와, 전기 발생부들(11)에서 반응하고 남은 연료를 배출시키기 위한 미반응 연료 배출부(17)와, 전기 발생부들(11)에서 환원 반응에 의해 생성되는 수증기를 배출시키기 위한 수증기 배출부(18)를 형성하고 있다.
상기한 연료전지 본체(10)로 연료를 공급하기 위한 연료 공급원(50)은 도 1에 도시된 바와 같이 연료를 저장하는 연료 탱크(51)와, 이 연료 탱크(51)에 저장된 연료를 흡인하여 연료전지 본체(10)로 압송시키기 위한 연료 펌프(53)를 포함하여 구성된다.
본 실시예에서, 연료 공급원(50)과 연료전지 본체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 소정의 유로를 형성하는 플렉시블 튜브(60)에 의해 연결되게 설치된다. 이 플렉시블 튜브(60)는 연료 탱크(51)와 연료 펌프(53)를 연결하는 제1 튜브(61)와, 연료 펌프(53)와 연료전지 본체(10)의 제1 주입부(15)를 연결하는 제2 튜브(62)를 포함한다. 따라서, 연료 탱크(51)에 저장된 연료는 연료 펌프(53)의 펌핑 압력에 의하여 제1 튜브(61)를 통해 연료 펌프(53)로 흡인되고, 제2 튜브(62)를 통해 연료전 지 본체(10)로 공급된다. 이 때, 제1 튜브(61) 및 제2 튜브(62)는 유로를 따라 유동되는 연료(예: 고농도의 메탄올 또는 에탄올)에 대해 화학적인 반응을 일으키지 않는 통상적인 고무 소재 예컨대, 실리콘 고무 소재로서 이루어진다.
그리고 연료전지 본체(10)로 공기를 공급하기 위한 산화제 공급원(70)은 도 1에 도시된 바와 같이 공기를 흡입하는 통상적인 공기 펌프(71)로서 구비된다. 이 때, 공기 펌프(71)는 금속 또는 합성수지 소재의 파이프 라인 등에 의해 연료전지 본체(10)의 제2 주입부(16)와 연결되게 설치된다.
본 실시예에서, 상기와 같이 구성되는 연료 전지 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 플렉시블 튜브(60)를 통해 연료 탱크(51)로부터 연료전지 본체(10)로 공급되는 연료를 선택적으로 차단하기 위한 밸브장치(80)(도면에 점선으로 표시)가 제공된다. 이러한 밸브장치(80)는 시스템(100)의 외관을 이루는 케이스부재(20)(도면에 가상선으로 표시)에 설치되어 플렉시블 튜브(60)의 유로를 선택적으로 개폐시키는 구조로서 이루어진다.
도 3은 도 1에 도시한 밸브장치의 구성을 구체적으로 나타내 보인 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예에 따른 밸브장치(80)는 연료 펌프(53: 도 1)와 연료전지 본체(10: 도 1)의 제1 주입부(15: 도 1)를 연결하는 제2 튜브(62)의 유로를 선택적으로 개폐시키는 구조로서 이루어지는 바, 이 밸브장치(80)는 제2 튜브(62)를 지지하는 지지부재(81)와, 제2 튜브(62)에 캠 접촉되는 캠부재(83)와, 캠부재(83)를 회전시키는 구동부재(85)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기에서와 같은 밸브장치(80)는 케이스부재(20)의 내부 바닥면에 배치되는 박스 형태의 프레임(21)에 설치된다. 이 때, 지지부재(81)는 프레임(21)의 외부 표면에 설치되고, 캠부재(83)는 프레임(21)의 외부 표면에 대해 회전 가능하게 설치되며, 구동부재(85)는 프레임(21)의 내부 공간에 설치된다.
상기에서, 지지부재(81)는 제2 튜브(62)와 밀착되게 제2 튜브(62)의 길이 방향을 따라 프레임(21)의 외부 표면에 고정되게 설치되는 바아 형태로서 구비된다. 이러한 지지부재(81)는 캠부재(83)와 캠 접촉되는 제2 튜브(62)를 지지하는 지지수단으로서의 기능을 하게 된다.
캠부재(83)는 구동부재(85)에 연결되게 설치되는 평면 캠으로서 구비되며, 바람직하게는 구동부재(85)의 구동에 의해 회전되면서 제2 튜브(62)를 가압하기 위한 적어도 하나의 가압점(83a)을 가진 통상적인 삼각 캠으로서 구비된다. 그러나, 본 발명에서는 캠부재(83)가 삼각 캠으로서 구비되는 것에 한정되지 않고, 캠부재(83)로서 판 캠, 원판 캠, 접선 캠, 원호 캠, 직동 캠, 요크 캠, 역 캠 등 다양한 형태의 통상적인 평면 캠을 구비할 수도 있다.
구동부재(85)는 캠부재(83)와 연결되는 회전축(86)을 가지면서 프레임(21)의 내부 공간에 설치되는 바, 임의의 회전 각도 만큼 회전축(86)을 회전시킬 수 있는 통상적인 구조의 스탭핑 모터로서 이루어진다.
따라서, 본 실시예에 의한 밸브장치(80)는 종래와 달리, 플렉시블한 제2 튜브(62)의 유로를 통해 연료 탱크(51: 도 1)로부터 연료전지 본체(10: 도 1)로 공급되는 연료와 직접적으로 접촉되지 않으면서 캠부재(83)에 의해 제2 튜브(62)를 선 택적으로 가압하는 방식으로 제2 튜브(62)의 유로를 개폐시킬 수 있게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)의 작용시, 연료 탱크(51)에 저장된 연료는 연료 펌프(53)의 펌핑 압력에 의하여 제1 튜브(61)를 통해 연료 펌프(53)로 흡인되면서 제2 튜브(62)를 통해 연료전지 본체(10)의 전기 발생부들(11)로 공급된다.
이 과정에서, 캠부재(83)의 가압점(83a)은 도 4a에 도시된 바와 같이, 제2 튜브(62)와 이격된 상태에 있다. 따라서, 제2 튜브(62)는 이의 유로가 개방된 상태를 유지한다.
이러는 과정을 거치는 동안, 공기 펌프(71)는 공기를 흡입하고, 이 공기를 연료전지 본체(10)의 제2 주입부(16)로 공급한다. 그러면, 공기는 연료전지 본체(10)의 제2 주입부(16)를 통해 전기 발생부들(11)로 공급된다. 따라서, 연료전지 본체(10)는 전기 발생부들(11)에 의한 연료, 및 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 기설정된 용량의 전기 에너지를 출력시키게 된다.
한편, 시스템(100)의 구동이 정지되거나 연료전지 본체(10)로 공급되는 연료를 일시적으로 차단하고자 하는 경우, 도 4b에 도시된 바와 같이 캠부재(83)는 구동부재(85)의 구동에 의해 소정 각도 만큼 회전된다.
따라서 캠부재(83)의 가압점(83a)은 제2 튜브(62)를 가압하게 되고, 제2 튜브(62)는 지지부재(81)에 지지되면서 캠부재(83)의 가압점(83a)에 접촉되는 부분이 눌려지게 된다 즉, 캠부재(83)는 제2 튜브(62)를 가압하면서 제2 튜브(62)의 유로를 폐쇄시키게 된다. 이로써, 연료는 제2 튜브(62)를 통해 연료전지 본체(10: 도 1)로 더 이상 공급되지 않게 된다.
본 실시예에서는 캠부재(83)를 통해 제2 튜브(62)를 가압하여 제2 튜브(62)의 유로를 폐쇄시키는 예를 설명하고 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않고 캠부재(83)의 회전 각도를 조절하여 제2 튜브(62)에 대한 캠부재(83)의 가압 정도를 조절함으로써 제2 튜브(62)를 따라 연료전지 본체(10)로 공급되는 연료의 유량을 조절할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 연료 전지 시스템(200)은 연료를 개질하여 수소를 주성분으로 하는 개질 가스를 발생시키고, 이 개질 가스 중에 함유된 수소의 산화 반응 및 공기 중에 함유된 산소의 환원 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell) 방식으로서 구성된다.
이러한 연료 전지 시스템(200)은 상기 개질 가스와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체(110)와, 연료를 개질하여 개질 가스를 발생시키는 개질기(130)와, 연료를 개질기(130)로 공급하는 연료 공급원(150)과, 공기를 연료전지 본체(110)로 공급하는 산화제 공급원(170)을 포함하여 구성된다.
연료전지 본체(110)는 전기 실시예에서와 같은 전기 발생부들(111)에 의한 집합체 구조로서 이루어지는 바, 개질기(130)로부터 공급되는 개질 가스, 및 산화제 공급원(170)으로부터 제공되는 공기 중의 산소를 산화/환원 반응시켜 전기 에너 지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지로서 구성된다. 이러한 연료전지 본체(110)는 통상적인 구조의 고분자 전해질형 연료 전지의 구성으로 이루어지므로 본 명세서에서 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
개질기(130)는 연료 공급원(150)으로부터 메탄올 또는 에탄올 등과 같은 액체 연료를 제공받아 이 연료의 개질 반응 예컨대, 수증기 개질, 부분 산화 또는 자열 반응 등을 통해 수소를 주성분으로 하는 개질 가스를 발생시키고, 이 개질 가스를 연료전지 본체(110)로 공급하는 구조로서 이루어진다. 이 때, 개질기(130)는 금속 또는 합성수지 소재와 같은 파이프 라인 등에 의해 연료전지 본체(110)와 연결되게 설치될 수 있다. 이러한 개질기(130)는 고분자 전해질형 연료 전지 방식의 시스템에 채용되는 통상적인 개질기의 구성으로 이루어지므로 본 명세서에서 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기한 개질기(130)로 연료를 공급하기 위한 연료 공급원(150)은 전기 실시예에서와 같은 연료 탱크(151) 및 연료 펌프(153)을 포함하는 바, 본 실시예에서는 소정의 유로를 형성하는 실리콘 고무 소재의 플렉시블 튜브(160)에 의해 개질기(130)와 연결되게 설치된다.
본 실시예에서, 플렉시블 튜브(160)는 연료 탱크(151)와 연료 펌프(153)를 연결하는 제1 튜브(161)와, 연료 펌프(153)와 개질기(130)를 연결하는 제2 튜브(162)를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 연료 전지 시스템(200)은 플렉시블 튜브(160)를 통해 연료 탱크(151)로부터 개질기(130)로 공급되는 연료를 선택적으로 차단하기 위한 밸브장치(180)(도면에 점선으로 표시)가 제공된다.
본 실시예에서, 밸브장치(180)는 시스템(200)의 외관을 이루는 케이스부재(120)(도면에 가상선으로 표시)에 설치되어 연료 펌프(153)와 개질기(130)를 연결하는 제2 튜브(162)의 유로를 선택적으로 개폐시키는 구조로서 이루어진다. 이러한 밸브장치(180)의 구성은 전기 실시예에서와 같으므로 그 자세한 설명은 생략한다.
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, 연료 탱크와 연료전지 본체를 연결하거나 연료 탱크와 개질기를 연결하는 연결라인으로서 고무 소재로 이루어진 플렉시블 튜브를 사용하고, 연료와 직접적으로 접촉되지 않으면서 연결라인의 유로를 개폐시킬 수 있는 간단한 구조의 밸브장치를 구비함에 따라, 메탄올 또는 에탄올 등과 같은 고농도의 연료에 의해 연결라인 및 밸브장치가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 연료, 및 산화제의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체;
    상기 연료를 상기 연료전지 본체로 공급하기 위한 연료 공급원;
    상기 산화제를 상기 연료전지 본체로 공급하기 위한 산화제 공급원;
    상기 연료 공급원과 상기 연료전지 본체를 연결하는 플렉시블 튜브; 및
    시스템의 외관을 이루는 케이스부재에 설치되어 상기 플렉시블 튜브의 유로를 선택적으로 개폐시키는 밸브장치
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브장치는,
    상기 플렉시블 튜브의 길이 방향을 따라 상기 케이스부재에 설치되어 상기 플렉시블 튜브를 지지하는 지지부재와,
    상기 케이스부재에 회전 가능하게 설치되어 상기 플렉시블 튜브에 대해 선택적으로 캠 접촉되는 캠부재와,
    상기 케이부재에 설치되어 상기 캠부재를 회전시키는 구동부재
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 캠부재는 상기 플렉시블 튜브를 선택적으로 가압하는 평면 캠으로서 구성되는 연료 전지 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 연료 공급원은 상기 연료를 저장하는 연료 탱크와, 상기 연료 탱크에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프를 포함하며,
    상기 플렉시블 튜브는 상기 연료 탱크와 상기 연료 펌프를 연결하는 제1 튜브와, 상기 연료 펌프와 상기 연료전지 본체를 연결하는 제2 튜브를 구비하는 연료 전지 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 밸브장치는,
    상기 제2 튜브의 길이 방향을 따라 상기 케이스부재에 설치되어 상기 제2 튜브를 지지하는 지지부재와,
    상기 케이스부재에 회전 가능하게 설치되어 상기 제2 튜브에 대해 선택적으로 캠 접촉되는 캠부재와,
    상기 케이부재에 설치되어 상기 캠부재를 회전시키는 구동부재
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  6. 제2 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 구동부재가 스탭모터인 연료 전지 시스템.
  7. 개질 가스, 및 산화제의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 본체;
    연료를 개질하여 상기 개질 가스를 발생시키고 이 개질 가스를 상기 연료전지 본체로 공급하는 개질기;
    상기 연료를 상기 개질기로 공급하기 위한 연료 공급원;
    상기 산화제를 상기 연료전지 본체로 공급하기 위한 산화제 공급원;
    상기 연료 공급원과 상기 개질기를 연결하는 플렉시블 튜브; 및
    시스템의 외관을 이루는 케이스부재에 설치되어 상기 플렉시블 튜브의 유로를 선택적으로 개폐시키는 밸브장치
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 밸브장치는,
    상기 플렉시블 튜브의 길이 방향을 따라 상기 케이스부재에 설치되어 상기 플렉시블 튜브를 지지하는 지지부재와,
    상기 케이스부재에 회전 가능하게 설치되어 상기 플렉시블 튜브에 대해 선택적으로 캠 접촉되는 캠부재와,
    상기 케이부재에 설치되어 상기 캠부재를 회전시키는 구동부재
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 연료 공급원은 상기 연료를 저장하는 연료 탱크와, 상기 연료 탱크에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프를 포함하며,
    상기 플렉시블 튜브는 상기 연료 탱크와 상기 연료 펌프를 연결하는 제1 튜브와, 상기 연료 펌프와 상기 개질기를 연결하는 제2 튜브를 구비하는 연료 전지 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 밸브장치는,
    상기 제2 튜브의 길이 방향을 따라 상기 케이스부재에 설치되어 상기 제2 튜브를 지지하는 지지부재와,
    상기 케이스부재에 회전 가능하게 설치되어 상기 제2 튜브에 대해 선택적으로 캠 접촉되는 캠부재와,
    상기 케이부재에 설치되어 상기 캠부재를 회전시키는 구동부재
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
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WO2021131515A1 (ja) * 2019-12-25 2021-07-01 富士電機株式会社 燃料電池システム
DE102021105044A1 (de) 2021-03-03 2022-09-08 Audi Aktiengesellschaft Ejektor

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