KR20090032787A - 혼합 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템 - Google Patents

혼합 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20090032787A
KR20090032787A KR1020070098285A KR20070098285A KR20090032787A KR 20090032787 A KR20090032787 A KR 20090032787A KR 1020070098285 A KR1020070098285 A KR 1020070098285A KR 20070098285 A KR20070098285 A KR 20070098285A KR 20090032787 A KR20090032787 A KR 20090032787A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
fuel
wall pipe
cell system
mixing device
Prior art date
Application number
KR1020070098285A
Other languages
English (en)
Inventor
김성진
홍명자
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 KR1020070098285A priority Critical patent/KR20090032787A/ko
Publication of KR20090032787A publication Critical patent/KR20090032787A/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
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • 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
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the 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
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • 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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • 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)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (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 전지 스택의 배출물과 연료를 혼합하여 공급하는 연료 전지 시스템 및 혼합 장치에 관한 것으로, 특히 상기 배출물과 연료를 혼합하는 장치의 부피를 절감할 수 있는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 화학 반응으로 전기를 생성하는 연료 전지 스택; 고농도의 수소 함유 연료를 저장하는 연료 탱크; 및 중공관 형상을 가지는 외벽 파이프와, 상기 외벽 파이프 내부에 설치되어 상기 외벽 파이프를 흐르는 액체를 교반하기 위한 교반기를 구비하며, 상기 연료 탱크에 저장된 고농도 연료와 상기 연료 전지 스택의 반응 배출물을 혼합하여 혼합 연료를 생성하는 혼합 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
연료 전지, DMFC, recycler, 교반기, 혼합 장치

Description

혼합 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템{Mixing Device and Fuel Cell System possessing it}
본 발명은 연료 전지 스택의 배출물과 연료를 혼합하여 공급하는 연료 전지 시스템 및 혼합 장치에 관한 것으로, 특히 상기 배출물과 연료를 혼합하는 장치의 부피를 절감할 수 있는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응에 의해 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전시스템이다. 상기 수소는 순수한 수소를 직접 연료전지 시스템에 공급할 수도 있고, 메탄올, 에탄올, 천연가스 등과 같은 물질을 개질하여 수소를 공급할 수도 있다. 상기 산소는 순수한 산소를 직접 연료전지 시스템에 공급할 수도 있고, 공기 펌프등을 이용하여 통상의 공기에 포함된 산소를 공급할 수도 있다.
연료전지는 상온 또는 100℃ 이하에서 작동하는 고분자 전해질형 및 직접 메탄올형 연료전지, 150∼200℃ 부근에서 작동하는 인산형 연료전지, 600∼700℃의 고온에서 작동하는 용융탄산염형 연료전지, 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고체 산화물형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 기본적으로 전기를 발생하는 작동원리는 동일하지만 사용되는 연료의 종류, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.
상기 연료전지 중 직접 메탄올형 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)는 연료로서 수소 대신에 액상의 고농도 메탄올을 물과 혼합한 후 직접 연료로 사용한다. 직접 메탄올형 연료전지는 수소를 직접 연료로 사용하는 연료전지보다 출력밀도가 낮지만, 연료로 사용하는 메탄올의 체적당 에너지 밀도가 높고 저장이 용이하여 저출력 및 장시간 운전이 요구되는 상황에서 유리한 장점이 있다. 또한 연료를 개질하여 수소를 생성하는 개질기 등의 부가적인 장치가 불필요하기 때문에 소형화에 매우 유리하다.
또한, 직접 메탄올형 연료전지는 전해질막과, 상기 전해질막의 양면에 접하는 애노드(anode) 전극과 캐소드(cathode) 전극으로 이루어지는 전극-전해질 합성체(Membrane Electrode Assembly : MEA)를 구비한다. 전해질막으로는 플루오르화 중합체등을 사용하는데, 플루오르화 중합체는 메탄올이 지나치게 빠르게 스며들어, 농도가 높은 메탄올을 연료로 사용하는 경우 반응하지 않은 메탄올이 전해질막을 투과해 버리는 크로스오버(crossover) 현상이 발생된다. 따라서 메탄올의 농도를 낮추기 위하여 메탄올과 물을 혼합한 혼합연료를 연료전지 시스템에 공급하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 직접 메탄올형 연료 전지의 구조를 도시하고 있다.
도시한 직접 메탄올형 연료전지는 도시된 바와 같이 수소가스와 산소의 화학반응에 의해서 전기를 생성하는 연료 전지 스택(30)과, 연료 전지 스택(30)에 공급하고자 하는 고농도 연료를 저장하는 연료 탱크(10)와, 연료 전지 스택(30)으로부터 배출되는 미반응 연료를 회수하는 응축기(40)와, 응축기(40)로부터 배출되는 미반응 연료와 연료 탱크(10)로부터 배출되는 고농도 연료를 혼합시킨 수소함유연료를 연료 전지 스택(30)에 공급하는 혼합 탱크(20)를 구비한다.
스택(110)에는 고분자막과, 고분자막의 양측에 제공된 캐소드 전극 및 애노드 전극으로 이루어진 전극막 조립체(MEA; Membrane Electrode Assembly)를 포함하는 단위 전지가 복수개 제공된다. 애노드 전극은 혼합 탱크(20)로부터 공급되는 혼합 연료에 포함된 메탄올을 산화시켜 수소이온(H+)과 전자(e-)를 발생시킨다. 캐소드 전극은 외부에서 공급되는 공기 중의 산소를 산소이온과 전자로 변환시킨다. 그리고, 고분자막 애노드 전극에서 발생된 수소이온을 캐소드 전극에 이온교환의 기능과 함께 수소함유연료의 투과를 방지하는 기능을 갖는 전도성 고분자 전해질막이다.
상기 단위 전지에서 수소가스와 산소의 화학반응결과 생성되는 전기 에너지는 전력 변환장치(미도시)를 통해 전류/전압 등이 출력 규격에 맞게 변환되어 외부 부하로 출력된다. 상기 전력 변환장치의 출력은 별도로 구비되는 2차 전지를 충전시키는 구조를 가질 수도 있다.
또한, 연료 탱크(10)내 고농도 연료를 혼합 탱크(20)로 전달하기 위한 연료 펌프(60) 및 혼합 탱크(20)내 혼합 연료를 연료 전지 스택의 애노드로 전달하기 위한 피드 펌프(50)를 더 포함하며, 연료 전지 시스템의 발전 상태에 따라 상기 연료 펌프(60) 및 피드 펌프(50), 응축기(40)의 동작을 제어하기 위한 구동 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 구동 제어부(60)는 혼합 탱크(20)로부터 연료 전지 스택(30)의 애노드 전극에 공급되는 메탄올 혼합 연료의 농도를 일정하게 유지하는 등의 작업을 수행하여 연료전지 시스템의 발전효율을 안정적으로 유지시킨다.
이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)과 혼합되어 캐소드로부터 배출되는 미반응 연료는 응축기(40)로 이동하며, 상기 응축기(40)에서 응축된 미반응 연료는 혼합 탱크(20)로 수집된다. 미반응 연료에 함유된 이산화탄소 등 기체 성분은 혼합 탱크(20)에서 분리되어 외부로 유출될 수 있다. 혼합 탱크(20)에 수집된 미반응 연료와 연료 탱크(10)에서 공급되는 고농도 연료는 혼합된 후에 연료 전지 스택(30)의 애노드 전극으로 공급된다.
그런데, 도시한 구조의 종래 기술의 연료 전지 시스템의 경우, 연료 전지 스택의 배출물과 연료를 혼합하기 위한 혼합 탱크가 구비되는데, 상기 혼합 탱크는 충분한 혼합을 위해서는 상당한 부피를 가져야 한다. 직접 메탄올형 연료 전지는 휴대용 전원 공급 장치로서 유용한 성질을 가지는데, 상기 혼합 탱크로 인한 부피 증대는 휴대성 면에서 큰 장애가 되지 않을 수 없었다. 반대로 휴대성을 키우기 위해 혼합 탱크를 생략하고 직접 연료를 연료 전지 스택으로 공급하는 구현의 경우에는 연료 전지 시스템의 가동 효율이 떨어지게 된다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료 전지 시스템의 부피 부담을 줄이면서도 가동 효율이 높은 연료 전지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 부피가 작으면서도 혼합 능력이 우수한 혼합 장치를 구비한 연료 전지 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 혼합 장치는, 중공관 형상을 가지는 외벽 파이프; 및 상기 외벽 파이프 내부에 설치되며, 상기 외벽 파이프를 흐르는 액체를 교반하기 위한 교반기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 직접 메탄올형 연료 전지 시스템 등에 사용되는 경우에는 상기 혼합 장치에서의 발생하는 기체 성분을 배출하기 위해, 상기 외벽 파이브 일부가 기액 분리막으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 화학 반응으로 전기를 생성하는 연료 전지 스택; 고농도의 수소 함유 연료를 저장하는 연료 탱크; 및 중공관 형상을 가지는 외벽 파이프와, 상기 외벽 파이프 내부에 설치되어 상기 외벽 파이프를 흐르는 액체를 교반하기 위한 교반기를 구비하며, 상기 연료 탱크에 저장된 고농도 연료와 상기 연료 전지 스택의 반응 배출물을 혼 합하여 혼합 연료를 생성하는 혼합 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 배출물 회수 효율을 높이기 위해 상기 연료 전지 스택에서 배출되는 기체를 응축하는 응축기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따른 본 발명의 연료 전지 시스템을 실시함에 의해, 전체 시스템의 부피 부담을 줄이면서도 가동 효율이 높일 수 있는 효과가 있다. 이는 본 발명의 사상에 따라 부피가 작으면서도 혼합 능력이 우수한 혼합 장치를 제공함에 기인한다.
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.
예컨대, 본 발명의 설명에서는 연료 전지 스택이라는 용어를 사용하였지만, 이는 용어 사용의 편의를 위한 것이며, 본 발명의 설명에 사용된 연료 전지 스택은 적층형 단위전지들로 이루어진 스택, 평판형 단위전지들로 이루어진 스택, 단일 단위전지만을 포함하는 단위 스택을 모두 포함하는 개념이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 직접 메탄올형 연료 전지 시스템으로 구체화 하여 설명하고 있지만, 미반응 연료 재활용을 위한 혼합 탱크를 구비하는 연료 전지 시스템(예 : 아세트산 수용액을 연료로 사용하는 연료 전지 시스템)이라면, 본 발명의 사상을 적용할 수 있므며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.
( 실시예 )
도 2는 본 실시예에 따른 혼합 장치를 도시하고 있다.
도시한 혼합 장치(120)는, 중공관 형상을 가지는 외벽 파이프(122); 상기 외벽 파이프 내부에 설치되며, 상기 외벽 파이프를 통과하는 액체의 흐름에 의해 액체가 혼합되도록 하는 교반기(124); 및 상기 외벽 파이프의 일부를 형성하는 기액 분리막(126)을 포함한다.
본 실시예의 혼합 장치는 직접 메탄올형 연료 전지 같은 액체 연료 직접 공급형 연료 전지에 사용되기 위한 것이므로, 상기 외벽 파이프(122), 교반기(124) 및 기액 분리막(126)는 메탄올 같은 액체 연료에 부식 또는 용해되지 않는 재질로 구현하여야 한다.
상기 외벽 파이프(122)의 액체 입구쪽(121)에는 2개의 입구가 형성되며, 출구쪽(123)에는 1개의 출구가 형성되며, 입구쪽의 전체 단면적이 더 크고 출구쪽으로 갈수록 점차 작아지도록 구현할 수도 있다. 이런 형태는 외벽 파이프를 통과하는 액체에 섞인 기체가 기액분리막(126)을 통해 외부로 배출되는데 도움을 준다.
상기 교반기(124)는 도시한 바와 같이 외벽 파이브(122)의 내부을 나누는 격 벽으로서, 꼬이면서 전진하는 형상을 가지며, 나누어진 유체가 혼합되도록 서로 어긋나게 연속되는 격벽들로 이루어진다.
상기 외벽 파이브(122)의 입구쪽 영역(121)에는 상기 격벽을 설치하지 않고, 상기 2개의 입구로 유입되는 액체들이 상기 외벽 파이프 입구쪽 영역에서 함께 이동하다가 상기 격벽들에 의해 혼합되도록 구현할 수도 있고, 상기 격벽을 외벽 파이프(122)의 입구부터 설치하여 최초 격벽에 의해 구분되어 유입된 액체가 다음 격벽들을 진행하면서 혼합되도록 구현할 수도 있다.
연료 전지 시스템에서 고농도 연료와 스택 배출물을 그 부피에 있어 차이가 크므로, 상기 격벽을 외벽 파이프(122)의 입구부터 설치하는 경우에는 최초 격벽에 의해 구분되는 외벽 파이프(122)의 2개의 단면적에 상당한 차이가 존재하도록 구현하는 것이 바람직하다.
상기 기액 분리막(126)은 CO2 같은 저분자 기체분자는 통과시키고 액체는 통과시키지 않도록 하는 크기의 기공을 가진 재질로 구현되어, 상기 외벽 파이프(122) 내부의 기체를 외부로 배출시킨다. 액체보다 가벼운 기체의 성질상, 상기 기액 분리막(126)은 정상 상태에서 상기 외벽 파이프(122)의 상부에 구비하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 혼합 장치(120)가 응축기의 역할도 일부 수행하도록 구현할 수도 있는데, 이 경우 상기 외벽 파이프의 전부 또는 일부(입구쪽(121)이 바람직하다)에는 열을 방출시키기 위한 열 배출 수단(예 : 냉각핀 및 송풍 수단)을 구비할 수 있다.
도 3은 본 실시예의 연료 전지 시스템을 도시하고 있다.
도시한 본 실시예의 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 화학 반응으로 전기을 생성하는 연료 전지 스택(130); 고농도의 수소 함유 연료를 저장하는 연료 탱크(110); 중공관 형상을 가지는 외벽 파이프와, 상기 외벽 파이프 내부에 설치되어 상기 외벽 파이프를 흐르는 액체를 교반하기 위한 교반기를 구비하며, 상기 연료 탱크에 저장된 고농도 연료와 상기 연료 전지 스택의 반응 배출물을 혼합하여 혼합 연료를 생성하는 혼합 장치(120); 및 상기 연료 전지 스택(130)에서 배출되는 기체를 응축하여 상기 혼합 장치(120)로 전달하기 위한 응축기(140)를 포함한다.
또한, 연료 탱크(110)내 고농도 연료를 혼합 장치(120)로 전달하기 위한 연료 펌프(160) 및 응축기(140)에서 응축된 액체를 혼합 장치(120)로 전달하기 위한 피드 펌프(150), 캐소드로 공기를 불어넣기 위한 공기 펌프(190)를 더 포함하며, 연료 전지 시스템의 발전 상태에 따라 상기 연료 펌프(160) 및 피드 펌프(150), 응축기(140), 공기 펌프(190)의 동작을 제어하기 위한 구동 제어부(180)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연료 전지 스택에서 생성되는 전기 에너지를 전류/전압 등의 출력 규격에 맞게 변환하여 외부 부하로 전달하기 위한 전력 변환장치(미도시), 및 상기 전력 변환장치의 출력 전력으로 충전되는 2차 전지(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 응축기에 축적된 연료 전지 스택의 애노드 배출물 및 캐소드 배출물의 응축 액체는 피드 펌프(150)의 동작에 따른 펌핑 압력에 의해 혼합 장치(120)로 유입되며, 상기 연료 탱크(110)의 고농도 연료는 연료 펌프(160)의 동작에 따른 펌핑 압력에 의해 혼합 장치(120)로 유입된다. 상기 2 펌프의 펌핑 압력에 의해 혼합 장치(120)로 유입된 액체들은 혼합되어 적정농도의 메탄올 수용액 상태로 연료 전지 스택(130)으로 공급된다.
상기 응축기(140)는, 상기 연료 전지 스택의 배출물을 냉각시키기 위한 열교환부; 상기 냉각된 배출물에서 기체 성분을 제거하기 위한 기액 분리부(142); 및 상기 냉각된 배출물의 액체 성분을 저장하기 위한 챔버를 포함할 수 있으며, 상기 챔버의 내부에는 저장된 응축 액체의 저장량을 감지하기 위한 저장량 센서(144)를 설치할 수 있다. 이 경우 도시한 구동 제어부(180)는, 상기 저장량 센서(144)의 센싱값에 따라 상기 응축기의 응축량을 조절하여, 응축 액체가 과다하여 상기 응축기(140)의 챔버의 용량을 초과하는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 상기 응축기의 구조는 챔버로 인한 부피의 증대의 단점이 있지만, 혼합 장치(120)를 경유하여 연료 전지 스택(130)으로 공기가 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 장점이 있다.
상기 열교환부는 상기 챔버쪽에 설치할 수도 있고, 연료 전지 스택으로부터의 캐소드 배출물이 유입되는 부분에 설치할 수도 있다. 상기 열교환부를 냉각하기 위한 실현가능성 높은 방안으로는 단순히 자연적인 전도 및 대류에 의해 냉각되도 록 별다른 조치를 취하지 않는 방안과, 상기 열교환부 외면에 구비된 냉각핀에 공기를 불어넣는 방안이 있다. 전자의 경우는 구조를간단히 하고 부피를 줄이는 목적의 경우에 사용될 수 있다. 후자의 경우 덕트 등을 사용하여 도시한 공기 펌프(190)가 유입시킨 공기 중 일부를 상기 냉각핀에 공기를 불어넣는데 사용하도록 구현할 수 있다.
상기 챔버는 도시한 바와 같이 중력에 의해 응축 액체가 수집되도록 구현할 수 있고, 탄력성 있는 재질의 파우치로 구현하여 로테이션-프리 성능을 추구할 수도 있다.
도 3에서의 응축기(140)는 캐소드 배출물과 애노드 배출물을 함께 입력받아 응축하고 기체성분을 제거하는 구조를 가지지만, 구현에 따라서는 캐소드 배출물만 입력받아 처리할 수도 있으며(이 경우 애노브 배출물은 직접 혼합 장치(120)로 입력된다), 스택 배출물에 대한 응축 기능만 수행하고 CO2 배출은 혼합 장치(120) 외벽의 기액 분리막에서 수행되는 구조를 가질 수도 있다.
또한, 아예 응축기를 생략하고, 혼합 장치(120)의 입구쪽에 냉각핀 같은 열을 배출하기 위한 장치를 구비하여, 혼합 장치(120)의 입구 영역이 응축기로서 동작하고, 혼합 장치의 외벽에 형성된 기액 분리막으로 응축되지 않는 CO2를 배출하도록 구현하여, 부피 절감 효과를 최대화시킬 수도 있다.
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.
도 1은 종래 기술에 의한 직접 메탄올형 연료 전지 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명 일실시예에 따른 혼합 장치를 도시한 구조도.
도 3은 도 2의 혼합 장치를 구비한 직접 메탄올형 연료 전지 시스템을 도시한 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 연료 탱크 120 : 혼합 장치
130 : 연료 전지 스택 140 : 응축기
150 : 피드 펌프 160 : 연료 펌프

Claims (14)

  1. 중공관 형상을 가지는 외벽 파이프; 및
    상기 외벽 파이프 내부에 설치되며, 상기 외벽 파이프를 흐르는 액체를 교반하기 위한 교반기
    를 포함하는 혼합 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외벽 파이프의 일부는 기액 분리막으로 형성된 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 교반기는,
    상기 외벽 파이브의 내부을 나누는 격벽으로서, 꼬이면서 전진하는 형상을 가지며, 나누어진 유체가 혼합되도록 서로 어긋나게 연속되는 격벽들을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 외벽 파이프의 일부 또는 전부에는 열을 방출시키기 위한 열 배출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  5. 수소와 산소의 화학 반응으로 전기를 생성하는 연료 전지 스택;
    고농도의 수소 함유 연료를 저장하는 연료 탱크; 및
    중공관 형상을 가지는 외벽 파이프와,
    상기 외벽 파이프 내부에 설치되어 상기 외벽 파이프를 흐르는 액체를 교반하기 위한 교반기를 구비하며,
    상기 연료 탱크에 저장된 고농도 연료와 상기 연료 전지 스택의 반응 배출물을 혼합하여 혼합 연료를 생성하는 혼합 장치
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택에서 배출되는 기체를 응축하여 상기 혼합 장치로 전달하기 위한 응축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 응축기는,
    상기 연료 전지 스택의 배출물을 냉각시키기 위한 열교환부;
    상기 냉각된 배출물에서 기체 성분을 제거하기 위한 기액 분리부; 및
    상기 냉각된 배출물의 액체 성분을 저장하기 위한 챔버
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 챔버는,
    내부에 저장된 응축 액체의 저장량을 감지하기 위한 저장량 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저장량 센서의 센싱값에 따라 상기 응축기의 응축량을 조절하기 위한 구동 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 응축기에 응축된 액체를 상기 혼합 장치로 전달하기 위한 피드 펌프
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 연료 탱크내 고농도 연료를 상기 혼합 장치로 전달하기 위한 피드 펌프
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  12. 제5항에 있어서, 상기 외벽 파이프의 일부는 기액 분리막으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  13. 제5항에 있어서, 상기 교반기는,
    상기 외벽 파이브의 내부을 나누는 격벽으로서, 꼬이면서 전진하는 형상을 가지며, 나누어진 유체가 혼합되도록 서로 어긋나게 연속되는 격벽들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  14. 제5항에 있어서,
    상기 외벽 파이프의 일부 또는 전부에는 열을 방출시키기 위한 열 배출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
KR1020070098285A 2007-09-28 2007-09-28 혼합 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템 KR20090032787A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070098285A KR20090032787A (ko) 2007-09-28 2007-09-28 혼합 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070098285A KR20090032787A (ko) 2007-09-28 2007-09-28 혼합 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090032787A true KR20090032787A (ko) 2009-04-01

Family

ID=40759532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070098285A KR20090032787A (ko) 2007-09-28 2007-09-28 혼합 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20090032787A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101288811B1 (ko) * 2011-11-29 2013-07-23 주식회사 프로파워 연료 혼합 장치, 이를 이용하는 연료 공급 방법 및 전기 화학 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101288811B1 (ko) * 2011-11-29 2013-07-23 주식회사 프로파워 연료 혼합 장치, 이를 이용하는 연료 공급 방법 및 전기 화학 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101807706B (zh) 燃料电池系统和用于燃料电池系统的回收单元
US7485384B2 (en) Cooling apparatus for fuel cell and fuel cell system having the same
JP2005216852A (ja) 燃料電池システム
US20060194087A1 (en) Cooling system and method for using fuel of fuel cell as refrigerant
KR100916898B1 (ko) 수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템
KR100639013B1 (ko) 물회수장치 및 이를 채용한 연료전지 시스템
KR100949337B1 (ko) 유체 회수장치 및 이를 구비한 연료전지 시스템
JP2007299726A (ja) 燃料電池用セパレータ
KR100784017B1 (ko) 미반응 연료 재활용 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템
KR100993467B1 (ko) 직접 메탄올형 연료전지 스택 및 직접 메탄올형 연료전지시스템
US20080113249A1 (en) Fuel cell system
KR20080085325A (ko) 혼합 탱크 및 이를 구비한 연료 전지 시스템
JP2007005134A (ja) 水蒸気発生器および燃料電池
KR20090032787A (ko) 혼합 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템
KR100878401B1 (ko) 수소발생장치 및 이를 갖는 연료전지
KR102316741B1 (ko) 선박용 연료전지 시스템
JP2006286259A (ja) 発電装置及び加湿装置
KR100842229B1 (ko) 연료전지용 유체 탱크
KR101817071B1 (ko) 직접 탄소 연료전지
KR102316750B1 (ko) 선박용 연료전지 시스템
JP2005032600A (ja) 気液分離システムおよび気液分離方法
CN117317323A (zh) 一种直接液体燃料电池系统
KR100717760B1 (ko) 직접 산화형 연료 전지용 믹스 탱크 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
KR20180130033A (ko) 선박용 연료전지 시스템
US20090081507A1 (en) Fuel cell system

Legal Events

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