KR20100090194A - 연료 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 연료와 산화제를 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택으로 연료를 공급하도록 구성된 연료 공급유닛; 및 상기 연료전지 스택으로 산화제를 공급하도록 구성된 산화제 공급유닛을 포함한다.
상기 연료 공급유닛은, 제1 농도를 갖는 저장된 연료를 수용하도록 구성되는 연료 저장챔버; 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도를 갖는 회수된 연료를 유통시키도록 구성되는 연료 회수챔버; 및 상기 연료 저장챔버와 상기 연료 회수챔버의 사이에 배치되고, 상기 연료 회수챔버로 저장된 연료를 전달하도록 구성된 연료 투과막을 포함할 수 있다. 상기 연료전지 시스템은 연료전지 스택으로 공급되는 연료의 농도를 용이하게 조절할 수 있다.

Description

연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
연료 전지는 연료(수소 또는 개질 가스)와 산화제(산소 또는 공기)를 이용하여 전기 화학적으로 전력을 생산하는 장치로서, 외부에서 지속적으로 공급되는 연료(수소 또는 개질 가스)와 산화제(산소 또는 공기)를 전기 화학 반응에 의하여 직접 전기에너지로 변환시키는 장치이다.
연료 전지의 산화제로는 순수 산소나 산소가 다량 함유되어 있는 공기를 이용하며, 연료로는 순수 수소 또는 탄화수소계 연료(LNG, LPG, CH3OH, 등)를 개질 하여 생성된 수소가 다량 함유된 연료를 사용한다.
이하, 설명의 편의를 위하여 이러한 연료 전지 중 직접 메탄올형 연료 전지(DMFC)를 중심으로 설명한다. 직접 메탄올형 연료 전지는 고농도의 메탈올을 연료 전지 스택으로 공급하여 산소와의 반응으로 전기를 생산한다.
직접 메탄올형 연료 전지는 에너지 무게 밀도를 높이기 위해서 고농도의 연료를 사용하는데, 고농도의 연료를 사용하는 경우에는 회수된 연료와 고농도 연료를 혼합하여 적정한 농도의 연료를 스택으로 공급하여야 한다.
연료 전지 스택으로 연료를 공급하는 방식은 능동형과 수동형이 있다. 능동형은 연료 펌프를 이용하여 연료 전지 스택으로 연료를 공급하며, 수동형은 모세관 현상이나 배가스 등으로 카트리지를 가압하여 연료 전지 스택으로 연료를 공급한다.
능동형은 연료 농도와 유량을 연료 전지 시스템의 상황에 맞게 제어할 수 있는 장점이 있으나, 연료 펌프와 리사이클링 펌프, 및 유량 센서, 농도 센서, 등의 장치가 필요하여 연료 전지 시스템의 부피, 무게가 커지고, 소모 전력이 증가하는 문제가 있다. 특히 유량을 정밀하게 제어하기 위해서는 고정밀 펌프가 필요한데, 고정밀 펌프는 가격이 높을 뿐만 아니라, 유량의 변화에 따라 쉽게 고장이 발생하는 문제가 있다.
한편, 수동형은 펌프나 센서를 사용하지 않고 수동적인 물리 현상 만을 이용하여 연료를 공급하므로 부피, 무게, 소모 전력을 줄일 수는 있지만 정확한 제어를 할 수가 없어서 연료 전지 시스템의 효율이 급격하게 저하되거나 영구적인 손상이 발생하는 문제가 있다.
또한, 수동형은 많은 유량을 제어할 수가 없어서 고출력 연료 전지 시스템에 적용하기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 일 측면은 저전력으로 안정적인 연료 공급을 수행할 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 연료와 산화제를 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택으로 연료를 공급하도록 구성된 연료 공급유닛; 및 상기 연료전지 스택으로 산화제를 공급하도록 구성된 산화제 공급유닛을 포함한다
상기 연료 공급유닛은, 제1 농도를 갖는 저장된 연료를 수용하도록 구성되는 연료 저장챔버; 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도를 갖는 회수된 연료를 유통시키도록 구성되는 연료 회수챔버; 및 상기 연료 저장챔버와 상기 연료 회수챔버의 사이에 배치되고, 상기 연료 회수챔버로 저장된 연료를 전달하도록 구성된 연료 투과막을 포함할 수 있다.
상기 연료 저장챔버는 파우치(pouch) 또는 벨로스(bellows) 형태를 갖는 연료전지 시스템.
상기 연료 투과막은 과불화술폰산막(perfluorosulfonic acid membrane)을 포함할 수 있다.
상기 연료 회수챔버는 상기 회수된 연료가 흘러 통과하도록 구성될 수 있다.
연료를 상기 연료 회수챔버로부터 상기 연료전지 스택으로 전달하는 연료 이송펌프를 더 포함할 수 있다.
미반응 연료를 상기 연료전지 스택으로부터 회수하여 상기 회수된 연료를 상기 연료 공급유닛의 연료 회수 챔버로 전달하도록 구성된 연료 회수 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지에서, 연료 공급유닛은, 제1 농도를 갖는 저장된 연료를 수용하도록 구성되는 제1 연료 저장챔버; 및 농도 조절부를 포함한다. 상기 농도 조절부는, 상기 제1 연료 저장챔버로부터 저장된 연료를 공급받도록 구성된 제2 연료 저장챔버; 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도를 갖는 회수된 연료를 유통시키도록 구성되는 연료 회수챔버; 및 상기 제2 연료 저장챔버와 상기 연료 회수챔버의 사이에 배치되고, 상기 연료 회수챔버로 저장된 연료를 전달하도록 구성된 연료 투과막을 포함할 수 있다.
미반응 연료를 상기 연료전지 스택으로부터 회수하여 상기 회수된 연료를 상기 연료 공급유닛의 연료 회수 챔버로 전달하도록 구성된 연료 회수 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 연료 회수유닛은 열교환기와 기액 분리기를 포함할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 실시예들에 따르면 연료를 공급함에 있어서 전력의 소비를 최소화하면서도 안정적으로 연료를 공급할 수 있다.
또한, 부품의 수를 감소시켜서 생산 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 연료 전지 스택의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 농도 조절부를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 농도 조절부를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 연료 농도와 회수연료 유량과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 회수연료 유량에 따른 연료 농도의 평균 및 표준 편차를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)은 메탄올과 산소의 직접적인 반응에 의하여 전기 에너지를 발생시키는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell) 방식을 채용할 수 있다.
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 실시예에 따른 연료 전지 시스템은 에탄올, LPG, LNG, 가솔린, 부탄 가스 등과 같이 수소를 함유한 액체 또는 기체 연료를 산소와 반응시키는 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell) 방식으로서 구성될 수 있다.
이러한 연료 전지 시스템(100)에 사용되는 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연가스, LPG 등과 같이 액상 또는 기체 상태로 이루어진 탄화수소계 연료를 통칭한다.
그리고 본 연료 전지 시스템(100)은 수소와 반응하는 산화제로서 별도의 저장 수단에 저장된 산소 가스를 사용할 수 있으며, 공기를 사용할 수도 있다.
본 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)은 연료와 산화제를 이용하여 전력을 발생시키는 연료 전지 스택(30)과 연료 전지 스택(30)으로 연료를 공급하는 연료 공급부(10)와, 전기 생성을 위한 산화제를 연료 전지 스택(30)으로 공급하는 산화제 공급부(20), 및 연료 전지 스택(30)에서 배출되는 미반응 연료 및 수분을 회수하여 연료 전지 스택(30)으로 재공급하는 회수부(40)를 포함하여 구성된다.
연료 공급부(10)는 연료 전지 스택(30)과 연결 설치되는 것으로서, 액상의 연료를 저장하는 연료 저장챔버(12)과, 연료 저장챔버(12)에 연결 설치된 농도 조절부(19)를 포함한다. 연료 공급부(10)에 대해서는 아래에서 더욱 자세하게 설명한다.
산화제 공급부(20)는 연료 전지 스택(30)과 연결 설치되며, 소정의 펌핑력으로 외부 공기를 흡입하여 연료 전지 스택(30)으로 공급할 수 있는 산화제 펌프(25)를 구비한다.
도 2는 도 1에 도시한 연료 전지 스택의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 연료 전지 시스템(100)에 적용되는 연료 전지 스택(30)은 연료와 산화제의 산화/환원 반응을 유도하여 전기 에너지를 발생시키는 복수의 전기 생성부들(35)을 구비한다.
각각의 전기 생성부(35)는 전기를 발생시키는 단위 셀을 의미하며, 연료와 산화제 중의 산소를 산화/환원시키는 막-전해 집합체(Membrane Electrode assembly: MEA)(31) 및, 연료와 산화제를 막-전극 집합체로 공급하기 위한 세퍼레이터(당 업계에서는 바이폴라 플레이트라고도 한다.)(separator)(32, 33)를 포함한다.
전기 생성부(35)는 막-전극 집합체(31)를 중심에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(32, 33)가 각각 배치된 구조를 갖는다. 막-전극 집합체(31)는 중앙에 배치된 전해질막과 전해질막의 일측에 배치된 캐소드 전극과 전해질막의 타측에 배치된 애노드 전극을 포함한다.
세퍼레이터(32, 33)는 막-전극 집합체(31)를 사이에 두고 밀착 배치되어, 막-전극 집합체(31)의 양측에 각각 연료통로와 공기통로를 형성한다. 이 때 연료통로는 막-전극 집합체(31)의 애노드 전극 측에 배치되고, 공기통로는 막-전극 집합체(31)의 캐소드 전극 측에 배치된다. 그리고 전해질막은 애노드 전극에서 생성된 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시켜, 캐소드 전극의 산소와 결합되어 물을 생성시키는 이온 교환을 가능하게 한다
본 연료 전지 시스템(100)은 위와 같은 복수의 전기 생성부(35)가 연속적으로 배치됨으로써 연료 전지 스택(30)을 구성하게 된다. 여기서 연료 전지 스택(30)의 제일 외각에는 연료 전지 스택(30)을 일체로 고정하는 엔드 플레이트(37, 38)가 설치된다.
일측 엔드 플레이트(37)에는 연료를 연료 전지 스택(30)으로 공급하기 위한 제1 주입부(37a)와 산화제를 스택으로 공급하기 위한 제2 주입부(37b)가 형성된다. 또한 타측 엔드 플레이트(38)에는 막-전극 집합체(31)의 애노드 전극에서 반응하고 미반응 연료를 배출시키기 위한 제1 배출부(38a)와 막-전극 집합체(31)의 캐소드 전극에서 수소와 산소의 결합 반응에 의해 생성된 수분과 미반응 공기를 배출시키기 위한 제2 배출부(38b)가 형성된다.
한편, 회수부(40)는 배출부들(38a, 38b)에서 배출된 유체를 수집하여 기체와 액체로 분리하는 기액분리기(45)를 구비한다.
연료 전지 스택(30)의 후단에 설치된 기액분리기(45)는 원심분리형 또는 일렉트로카이네틱 펌프(electro-kinetic pump) 등으로 이루어질 수 있으며, 제1 배출부(38a)에서 배출된 미반응 연료와 제2 배출부(38b)에서 배출된 수분을 포함하는 미반응 공기를 혼합하여 액체와 기체로 분리한다.
기액분리기(45)에서 기체는 외부로 배출하고 회수된 연료는 연료 공급부(10)로 보낸다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 농도 조절부를 도시한 분해 사시도이다.
도 1 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연료 공급부는 연료 저장챔버(12)과 농도 조절부(19)를 포함한다. 농도 조절부(19)는 연료 투과막(15)과 연료 투과막(15)의 일면에 접하도록 설치된 연료 회수챔버(16)를 포함한다.
연료 저장챔버(12)은 연료의 부피 변화에 따라 신축적으로 변형되는 파우치 또는 벨로스 형태로 이루어진다. 연료를 소모함에 따라 연료 저장챔버(12) 내의 연료의 부피가 점차로 감소하게 되는 데, 이에 따라 연료 저장챔버(12)이 변형되면서 내부의 공간도 점차 감소한다.
연료 저장챔버(12)에 내장된 연료는 일정한 압력으로 가압되는데, 본 실시예와 같이 연료 저장챔버(12)이 변형됨으로써, 연료에 작용하는 압력은 항상 일정하게 유지될 수 있다.
연료 저장챔버(12)의 개구부에는 연료 투과막(15)이 연결 설치되는데, 연료 투과막(15)은 두 종류의 연료(예를 들어, 상기 연료 저장챔버에 저장된 연료와 상기 연료 회수챔버에 공급되는 연료)의 농도의 차이에 따라서 연료를 투과시키는 막을 말한다.
연료 투과막(15)은 연료를 잘 투과시키는 다양한 소재로 이루어질 수 있으며, 예를 들면 메탄올을 잘 투과시키는 과불화술폰산막(perfluorosulfonic acid membrane), 예를 들어, 나피온 112(nafion 112)("EI 듀폰 드 느무르(E I du Pont de Nemours and Co)"사가 제조한 물질)로 이루어질 수 있다. 연료 투과막(15)의 둘레에는 지지를 위한 테두리부(15a)가 형성된다. 연료 투과막(15)은 고농도 연료(예를 들어, 상기 연료 저장챔버에 저장된 연료)와 저농도 연료(예를 들어, 상기 연료 회수챔버를 통해 순회하는 연료) 사이에 설치되어 고농도 연료 포함된 연료 성분을 저농도 연료로 이동시킨다. 즉, 연료 투과막(15)은 연료를 선택적으로 투과시키는 일종의 역삼투막으로 볼 수 있다.
연료 투과막(15)의 한편 면에는 회수연료가 유통되는 통로를 갖는 연료 회수챔버(16)가 설치된다.
연료 회수챔버(16)는 판 형상으로 이루어지며, 일측 면에 회수연료가 위치하는 공간인 회수연료 유로(18)가 형성된다. 회수연료 유로(18)는 사행(蛇行) 형상의 홈 구조로 이루어지는 바, 회수연료 유로(18)에는 회수부(40)에서 전달된 수분을 많이 함유하는 회수연료가 유통된다. 여기서 사행 형상이라 함은, 도 3에 도시된 바와 같이, 홈이 지그재그 형태로 연결된 구조를 말한다.
회수연료는 연료 투과막(15)과 접하면서 이동하는데, 이동하는 과정에서 농도가 높은 저장연료가 연료 투과막(15)을 통과하여 회수연료 유로(18)로 이동한다. 저장연료가 회수연료로 이동하면 이들이 혼합되어 적정한 농도의 연료를 얻을 수 있으며, 이 연료를 연료이송 펌프(50)를 이용하여 연료 전지 스택(30)으로 공급한다.
연료의 농도는 저장연료 및 회수연료가 연료 투과막(15)과 접촉하는 면적 및 시간, 그리고 회수연료의 유량을 제어함으로써 적정하게 조절될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 고농도 연료(예를 들어, 저장된 연료)와 저농도 연료(예를 들어, 회수된 연료)를 접촉시키는 것으로 연료의 농도를 정적하게 맞추어서 연료 전지 스택(30)으로 공급할 수 있다. 따라서 펌프와 농도 센서, 유량 센서와 같은 부속품을 제거하더라도 안정적으로 연료를 공급할 수 있다. 또한, 별도의 펌프를 설치하지 아니하더라도 연료의 접촉 면적에 따라 다량의 연료를 연료 전지 스택으로 공급할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 도시한 구성도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연료 전지 시스템(200)은 연료와 산화제를 이용하여 전력을 발생시키는 연료 전지 스택(30)과 연료 전지 스택(30)으로 연료를 공급하는 연료 공급부(10')와, 전기 생성을 위한 산화제를 연료 전지 스택(30)으로 공급하는 산화제 공급부(20), 및 연료 전지 스택(30)에서 배출되는 미반응 연료 및 공기를 회수하여 연료 전지 스택(30)으로 재공급하는 회수부(40')를 포함하여 구성된다.
본 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템(200)은 연료 공급부(10')와 회수(40')를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템(200)과 동일한 구성으로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
회수부(40')는 연료 전지 스택(30)에서 배출된 미반응 연료와 수분을 포함하는 산화제를 공급받아 냉각하는 열교환기(42)와 열교환기(42)에서 배출된 유체에서 기체와 액체를 분리하는 기액분리기(45)를 포함한다.
열교환기(42)는 연료 전지 스택(30)에서 배출된 고온의 유체를 냉각하여 응축하는 역할을 한다. 기액분리기(45)는 응축된 유체에서 기체와 액체를 분리하며 기체는 외부로 배출하고 액체는 연료 공급부(10)로 전달한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 농도 조절부를 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연료 공급부(10')는 연료 전지 스택(30)으로 연료를 공급하며, 제1 연료 저장챔버(12)과, 상기 제1 연료 저장챔버(12)에 연결 설치된 농도 조절부(60)를 포함한다.
제1 연료 저장챔버(12)은 연료를 조장하는 통상적인 구조로 이루어지며, 연료를 내장하여 교체할 수 있는 카트리지 형태로 이루어질 수 있다.
농도 조절부(60)는 제1 연료 저장챔버(12)과 관으로 연결되며 저장된 연료가 유통되는 공간을 갖는 제2 연료 저장챔버(61)와 회수연료가 유통되는 회수연료 유로(67)를 갖는 연료 회수챔버(65) 및 제2 연료 저장챔버(61)와 연료 회수챔버(65) 사이에 설치된 연료 투과막(62)을 포함한다.
제2 연료 저장챔버(61)는 대략 판 형상으로 이루어지고, 홈으로 이루어진 저장연료 유로(63)를 갖는다. 또한, 제2 연료 저장챔버(61)의 일측 단에는 유입구(61a)가 형성되어 제1 연료 저장챔버(12)과 연통되고 타측단은 막혀져 있다. 이에 따라 제2 연료 저장챔버(61)는 제1 연료 저장챔버(12)과 동일한 내부 압력을 갖는다.
제2 연료 저장챔버(61)에 형성된 연료 유로(63)는 연료 투과막(62)과 접하고 있는데, 이에 따라 제1 연료 저장챔버(12)에서 유입된 저장연료는 연료 투과막(62)을 통해서 배출된다.
연료 회수챔버(65)에는 대략 판 형상으로 이루어지는 데, 연료 투과막(62)을 향하는 면에 회수연료가 유통하는 연료 유로(67)가 형성되며 연료 유로(67)는 양단이 개방된다. 이 유로의 일단은 회수부(40')와 연결되어 회수연료를 공급받고, 타단은 연료 전지 스택(30)과 연결되어 연료 전지 스택(30)으로 연료를 공급한다.
연료 투과막(62)은 상기한 제1 실시예와 같이 저장연료에서 회수연료로 연료 성분을 투과시켜서 전달하는 역삼투막으로 구성된다.
이에 따라 저장연료는 연료 투과막(62)을 통해서 회수연료와 혼합될 수 있으며, 이 과정에서 연료의 농도가 적정하게 조절된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 연료 저장챔버(12)과 관으로 연결된 농도 조절부(60)를 이용하여 연료 전지 스택(30)으로 공급되는 연료의 농도를 용이하게 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 연료 농도와 회수연료 유량과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이 회수연료의 유량이 증가할 수록 연료 전지 스택으로 유입되는 연료의 농도는 단계적으로 감소하는 것을 알 수 있으며, 회수연료의 유량이 20cc/min 이상일 경우에는 연료의 농도가 매우 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 회수연료 유량에 따른 연료 농도의 평균 및 표준 편차를 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이 회수연료 유량이 20cc/min 이상인 경우에는 연료 농도의 표준편차가 0.02M 이하로 유지되어 고정필 펌프로 제어하는 것과 동등한 수준의 안정성을 얻을 수 있었다.
상기에서는 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.
100: 연료 전지 시스템 10: 연료 공급부
12: 연료 저장챔버 15: 연료 투과막
16: 연료 회수챔버 18: 회수연료 유로
19: 농도 조절부 20: 산화제 공급부
25: 산화제 펌프 30: 연료 전지 스택
31: 막-전극 집합체 32, 33: 세퍼레이터
35: 전기 생성부 37, 38: 엔드 플레이트
40: 회수부 42: 열교환기
45: 기액분리기 61: 제2 연료 저장챔버
63: 저장연료 유로

Claims (19)

  1. 제1 농도를 갖는 저장된 연료를 수용하도록 구성되는 연료 저장챔버;
    상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도를 갖는 회수된 연료를 유통시키도록 구성되는 연료 회수챔버; 및상기 연료 저장챔버와 상기 연료 회수챔버의 사이에 배치되고, 상기 연료 회수챔버로 저장된 연료를 전달하도록 구성된 연료 투과막
    을 포함하며, 연료전지 시스템의 연료전지 스택에 연료를 공급하는 연료 공급유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 저장챔버는 파우치(pouch) 또는 벨로스(bellows) 형태를 갖는 연료 공급유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 투과막은 과불화술폰산막(perfluorosulfonic acid membrane)을 포함하는 연료 공급유닛.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 회수챔버는 상기 회수된 연료가 흘러 통과하도록 구성되는 홈을 포함하는 연료 공급유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 홈은 사행(蛇行) 형상의 홈을 포함하는 연료 공급유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 저장챔버는 제1 연료 저장챔버를 포함하고,
    제2 연료 저장챔버, 상기 연료 회수챔버와 상기 연료 투과막을 포함하는 농도 조절부를 더 포함하며,
    상기 제2 연료 회수챔버는 상기 저장된 연료를 상기 제1 연료 저장챔버로부터 공급받도록 구성되고, 상기 연료 투과막은 상기 제2 연료 저장챔버와 상기 연료 회수챔버의 사이에 배치되는 연료 공급유닛.
  7. 제1 농도를 갖는 저장된 연료를 수용하도록 구성되는 제1 연료 저장챔버; 및
    농도 조절부를 포함하고,
    상기 농도 조절부는,
    상기 제1 연료 저장챔버로부터 저장된 연료를 공급받도록 구성된 제2 연료 저장챔버;
    상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도를 갖는 회수된 연료를 유통시키도록 구성되는 연료 회수챔버; 및
    상기 제2 연료 저장챔버와 상기 연료 회수챔버의 사이에 배치되고, 상기 연료 회수챔버로 저장된 연료를 전달하도록 구성된 연료 투과막
    을 포함하며,
    연료전지 시스템의 연료전지 스택에 연료를 공급하는 연료 공급유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 연료 투과막은 과불화술폰산막(perfluorosulfonic acid membrane)을 포함하는 연료 공급유닛.
  9. 연료와 산화제를 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택;
    상기 연료전지 스택으로 연료를 공급하도록 구성된 연료 공급유닛; 및
    상기 연료전지 스택으로 산화제를 공급하도록 구성된 산화제 공급유닛을 포함하고,
    상기 연료 공급유닛은,
    제1 농도를 갖는 저장된 연료를 수용하도록 구성되는 연료 저장챔버;
    상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도를 갖는 회수된 연료를 유통시키도록 구성되는 연료 회수챔버; 및
    상기 연료 저장챔버와 상기 연료 회수챔버의 사이에 배치되고, 상기 연료 회수챔버로 저장된 연료를 전달하도록 구성된 연료 투과막
    을 포함하는 연료전지 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 연료 저장챔버는 파우치(pouch) 또는 벨로스(bellows) 형태를 갖는 연료전지 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 연료 투과막은 과불화술폰산막(perfluorosulfonic acid membrane)을 포함하는 연료전지 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 연료 회수챔버는 상기 회수된 연료가 흘러 통과하도록 구성되는 홈을 포함하는 연료전지 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    연료를 상기 연료 회수챔버로부터 상기 연료전지 스택으로 전달하는 연료 이송펌프를 더 포함하는 연료전지 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    미반응 연료를 상기 연료전지 스택으로부터 회수하여 상기 회수된 연료를 상기 연료 공급유닛의 연료 회수 챔버로 전달하도록 구성된 연료 회수 유닛을 더 포함하는 연료전지 시스템.
  15. 연료와 산화제를 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택;
    상기 연료전지 스택으로 연료를 공급하도록 구성된 연료 공급유닛; 및
    상기 연료전지 스택으로 산화제를 공급하도록 구성된 산화제 공급유닛을 포함하고,
    상기 연료 공급유닛은,
    제1 농도를 갖는 저장된 연료를 수용하도록 구성되는 제1 연료 저장챔버; 및
    농도 조절부를 포함하고,
    상기 농도 조절부는,
    상기 제1 연료 저장챔버로부터 저장된 연료를 공급받도록 구성된 제2 연료 저장챔버;
    상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도를 갖는 회수된 연료를 유통시키도록 구성되는 연료 회수챔버; 및
    상기 제2 연료 저장챔버와 상기 연료 회수챔버의 사이에 배치되고, 상기 연료 회수챔버로 저장된 연료를 전달하도록 구성된 연료 투과막
    을 포함하는 연료전지 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    미반응 연료를 상기 연료전지 스택으로부터 회수하여 상기 회수된 연료를 상기 연료 공급유닛의 연료 회수 챔버로 전달하도록 구성된 연료 회수 유닛을 더 포함하는 연료전지 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 연료 회수유닛은 열교환기와 기액 분리기를 포함하는 연료전지 시스템
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 연료 투과막은 과불화술폰산막(perfluorosulfonic acid membrane)을 포함하는 연료전지 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    연료를 상기 연료 회수챔버로부터 상기 연료전지 스택으로 전달하는 연료 이송펌프를 더 포함하는 연료전지 시스템.
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