KR20150057240A - Fuel cell system having reduced exhaust gas - Google Patents

Fuel cell system having reduced exhaust gas Download PDF

Info

Publication number
KR20150057240A
KR20150057240A KR1020130140315A KR20130140315A KR20150057240A KR 20150057240 A KR20150057240 A KR 20150057240A KR 1020130140315 A KR1020130140315 A KR 1020130140315A KR 20130140315 A KR20130140315 A KR 20130140315A KR 20150057240 A KR20150057240 A KR 20150057240A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
hydrogen
catalytic converter
fuel cell
cell system
Prior art date
Application number
KR1020130140315A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
한인수
신현길
Original Assignee
지에스칼텍스 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 지에스칼텍스 주식회사 filed Critical 지에스칼텍스 주식회사
Priority to KR1020130140315A priority Critical patent/KR20150057240A/en
Publication of KR20150057240A publication Critical patent/KR20150057240A/en

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
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • 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

  • Fuel Cell (AREA)
  • 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)

Abstract

The present invention relates to a fuel cell system for generating electricity from a chemical reaction of fuel gas and oxidizing gas, and more specifically, to a fuel cell system which can reduce the amount of exhaust gas, regarding a fuel cell system which is installed in an enclosed space like a submarine, or whose leakage amount of exhaust gas is an important factor. The present invention provides the fuel cell system comprising: a multi-stage stack in which a bipolar plate and a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane are stacked, and unit cell stacking bodies receiving fuel gas and oxidizing gas as reactive gas are stacked in a plurality of stages; a supply element for supplying the fuel gas and the oxidizing gas to the multi-stage stack; and a catalyst converter for receiving hydrogen remaining gas and oxygen remaining gas discharged from the multi-stage stack, and combusting the hydrogen remaining gas and the oxygen remaining gas by a catalyst to convert the gas into water.

Description

배출가스를 감소시킨 연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM HAVING REDUCED EXHAUST GAS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fuel cell system having a reduced exhaust gas (Fuel Cell System HAVING REDUCED EXHAUST GAS)

본 발명은 연료가스와 산화가스의 화학반응으로부터 전력을 생산하는 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잠수정과 같이 밀폐된 공간에 설치되어야 하거나 배출가스 누설량이 중요 요소가 되는 연료전지 시스템에 있어서 배출가스량을 감소시킬 수 있는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fuel cell system for generating electric power from a chemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas, and more particularly to a fuel cell system in which an exhaust gas leakage amount is an important factor, To a fuel cell system capable of reducing the amount of exhaust gas.

연료전지는 연료(LNG, LPG, 수소, 메탄올 등)와 산소의 반응을 통해 전기를 생산하고, 동시에 부산물로서 물과 열을 발생시키는 시스템으로 발전 효율이 높고 친환경적인 발전 장치이다.Fuel cells generate electricity through the reaction of fuel (LNG, LPG, hydrogen, methanol, etc.) with oxygen, and simultaneously generate water and heat as by-products.

사용되는 전해질의 종류에 따라 폴리머 전해질막 연료전지(PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체 산화물 연료전지(SOFC)등이 있다.(PEMFC), direct methanol fuel cell (DMFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC), molten carbonate fuel cell (MCFC), and solid oxide fuel cell (SOFC), depending on the type of electrolyte used .

연료전지에서 배출되는 배출가스는 미반응 연료가스와 미반응 산소가스, 불가피한 불활성 가스 등이 있는데, 이러한 배출가스들은 환경 오염 등의 문제를 일으킬 소지는 적다. The exhaust gas discharged from the fuel cell includes unreacted fuel gas, unreacted oxygen gas, unavoidable inert gas, etc., and these exhaust gases are less likely to cause problems such as environmental pollution.

그런데, 연료전지의 설치 환경에 따라서는 배출가스의 배출량을 최소화하는 것이 필요한 경우가 있다. 예를 들면 잠수함이나 잠수정 등에 연료전지 시스템이 사용되는 경우 배출가스의 배출량이 많으면 잠수함이나 잠수정이 탐지될 확률이 높아지게 되기 때문이다. 또한, 잠수함이나 잠수정에서 외부로 배출가스를 배출하기 위해서는 잠항 깊이에 따라 배출가스의 압력을 외부압력보다 높게 만들어야 하므로 배출가스의 압력을 높이기 위한 추가적인 동력이 필요하게 되므로 배출가스의 배출량을 최소화하는 것이 요구되었다. However, depending on the installation environment of the fuel cell, it may be necessary to minimize the amount of exhaust gas discharged. For example, if a fuel cell system is used in a submarine or a submarine, the probability of detecting a submarine or submarine will increase if the amount of exhaust gas discharged is large. In order to discharge the exhaust gas from the submarine or submarine to the outside, it is necessary to make the exhaust gas pressure higher than the external pressure according to the depth of submergence, so that additional power is required to increase the pressure of the exhaust gas. Required.

관련선행기술로는 대한민국 등록측허 10-0923448호 (등록일자 2009년 10월 19일) '밀폐형 연료전지 시스템'이 있다.
A related prior art is the sealed fuel cell system of Korea Registered No. 10-0923448 (registered date October 19, 2009).

본 발명의 목적은 연료전지 시스템에 불가피하게 발생하는 배출가스량을 감소시킬 수 있는 연료전지 시스템을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of reducing the amount of exhaust gas inevitably generated in a fuel cell system.

본 발명의 다른 목적은 가스를 재순환시키지 않으면서 배출가스량을 감소시킬 수 있는 연료전지 시스템을 제공함에 있다.
It is another object of the present invention to provide a fuel cell system capable of reducing the amount of exhaust gas without recirculating the gas.

본 발명은, 분리판과, 전해질막을 구비하는 막전극접합체가 적층되어, 반응가스로 연료가스와 산화가스를 공급받는 단위전지 적층체가 복수의 단으로 적층된 다단형 스택; 상기 다단형 스택으로 연료가스와 산화가스를 공급하는 공급수단; 및 상기 다단형 스택에서 배출되는 수소 잔류 가스와 산소 잔류 가스를 공급받아 촉매에 의하여 수소 잔류 가스와 산소 잔류 가스를 연소시켜 물로 변환하는 촉매 변환기;를 포함하는 연료전지 시스템을 제공한다.The present invention relates to a multi-stage stack in which a unit cell stack body in which a separator plate and a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane are stacked and a fuel gas and an oxidizing gas are supplied to the reactor as a reaction gas, Feeding means for feeding the fuel gas and the oxidizing gas into the multistage stack; And a catalytic converter which is supplied with the hydrogen residual gas and the oxygen residual gas discharged from the multi-stage stack, and burns the hydrogen residual gas and the oxygen residual gas by the catalyst to convert it into water.

상기 촉매 변환기 내부의 수소 가스와 산소 가스 혼합비를 조절하는 연소 조절수단을 더 포함할 수 있다.And a combustion control means for controlling a mixture ratio of hydrogen gas and oxygen gas in the catalytic converter.

상기 연소조절수단은 상기 촉매 변환기 내부의 압력을 감지하는 압력감지센서와, 상기 촉매 변환기로 추가 수소를 공급하는 수소공급관에 구비되는 개폐밸브를 포함하여, 상기 압력감지센서에 감지된 압력이 설정값을 초과하면 상기 개폐밸브를 개방하여 상기 촉매 변환기 내부에 수소를 추가로 투입하도록 동작한다.Wherein the combustion control means includes a pressure sensor for sensing a pressure inside the catalytic converter and an opening and closing valve provided in a hydrogen supply pipe for supplying additional hydrogen to the catalytic converter, The on-off valve is opened to further add hydrogen into the catalytic converter.

다른 형태로, 상기 연소조절수단은 상기 촉매 변환기 내부의 수소 가스의 농도를 감지하는 수소가스감지센서와, 상기 촉매 변환기로 추가 수소를 공급하는 수소공급관에 구비되는 개폐밸브를 포함하여, 상기 수소가스감지센서에 감지된 수소 가스의 농도가 설정값 미만이면 상기 개폐밸브를 개방하여 상기 촉매 변환기 내부에 수소를 추가로 투입하도록 동작할 수 있다.In another aspect, the combustion control means includes a hydrogen gas detection sensor for detecting the concentration of hydrogen gas in the catalytic converter, and an on-off valve provided in a hydrogen supply pipe for supplying additional hydrogen to the catalytic converter, If the concentration of the hydrogen gas detected by the detection sensor is less than the preset value, the on-off valve may be opened to further supply hydrogen into the catalytic converter.

이 때, 상기 수소공급관은 상기 다단형 스택을 경유하지 않는 별도의 경로를 통해 상기 촉매 변환기로 연결되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the hydrogen supply pipe is connected to the catalytic converter through a separate path not passing through the multi-stage stack.

그리고, 상기 다단형 스택에서 배출되는 생성수와, 상기 촉매 변환기에서 발생된 잔류수를 저장하는 저수탱크를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a water storage tank for storing generated water discharged from the multi-stage stack and residual water generated in the catalytic converter.

상기 촉매 변환기는 허니컴 구조의 팔라듐(Pd) 계열의 촉매를 포함하여 구성될 수 있다.
The catalytic converter may be configured to include a catalyst of a palladium (Pd) series having a honeycomb structure.

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 스택에서 배출되는 미반응 잔류 가스를 촉매 변환기로 제거함으로써, 연료전지 시스템에서 방출되는 배출가스량을 감소시키는 효과를 가져온다.The fuel cell system according to the present invention has the effect of reducing the amount of exhaust gas emitted from the fuel cell system by removing the unreacted residual gas discharged from the stack with the catalytic converter.

본 발명에 따른 연료전지 시스템이 잠수함이나 잠수정에 적용될 경우, 배출가스로 인한 탐지 확률을 감소시키는 효과를 가져온다.
When the fuel cell system according to the present invention is applied to a submarine or a submarine, the probability of detection due to exhaust gas is reduced.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 다단형 스택을 나타낸 구성도임.1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a view showing a multi-stage stack of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. FIG.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or preliminary meaning and the inventor shall appropriately define the concept of the term in order to best explain its invention It should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. It should be noted that the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention, It should be understood that various equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)은 연료가스(H2)와 산화가스(O2)를 반응시켜 전기를 생산하기 위한 것이다.As shown in the figure, the fuel cell system 100 according to the embodiment of the present invention is for producing electricity by reacting fuel gas (H 2 ) and oxidizing gas (O 2 ).

본 발명에 따른 연료전지 시스템(100)은 연료가스와 산화가스를 공급하는 공급수단(120)과, 상기 공급수단에 공급되는 연료가스와 산화가스를 공급받아 반응시키는 다단형 스택(140)과, 상기 다단형 스택(140)에서 배출되는 수소 잔류 가스와 산소 잔류 가스를 촉매에 의하여 수소 잔류 가스와 산소 잔류 가스를 연소시켜 물로 변환하는 촉매 변환기(160)를 포함한다.The fuel cell system 100 according to the present invention includes a supply means 120 for supplying a fuel gas and an oxidizing gas, a multi-stage stack 140 for supplying and reacting the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the supplying means, And a catalytic converter 160 for converting hydrogen residual gas and oxygen residual gas discharged from the multi-stage stack 140 into water by burning a hydrogen residual gas and an oxygen residual gas by a catalyst.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(100)은 잠수정, 잠수함, 우주선 등과 같이 밀폐된 공간을 갖는 장치에 적용 가능한 시스템으로, 배출가스량을 감소시켜 최소화할 수 있는 것을 특징으로 한다.The fuel cell system 100 according to the present invention is applicable to an apparatus having a closed space such as a submarine, a submarine, a spacecraft, etc., and is characterized in that the amount of exhaust gas can be reduced and minimized.

종래에 연료전지 시스템의 배출 가스량을 감소시키기 위한 방법으로, 잔류 가스를 재순환수단을 통해 스택으로 재순환시키는 방법이 알려져 있다.As a method for reducing the amount of exhaust gas of the fuel cell system conventionally, a method of recirculating the residual gas to the stack through the recirculation means is known.

잔류가스 재순환을 위해서는 재순환 펌프, 블로워, 이젝터, 재순환 배관 등의 재순환 수단이 구비되어야 하는데, 이는 전체 연료전지 시스템의 크기와 중량을 증가시키게 된다.The recirculation of the residual gas requires recirculation means such as recirculation pumps, blowers, ejectors, recirculation piping, etc., which increases the size and weight of the entire fuel cell system.

잠수정, 잠수함, 우주선 등과 같은 장치는 배출가스량의 감소와 함께 설치 공간이 제한되어 있으며, 설치 중량 또한 중요한 고려 요소가 되기 때문에 재순환수단을 구비하는 연료전지 시스템을 적용하기에 어려움이 있었다.Submersibles, submarines, spacecraft, etc., have a limited installation space with reduced exhaust gas volumes, and installation weight is also an important consideration, making it difficult to apply fuel cell systems with recirculation means.

본 발명은 별도의 재순환 수단을 구비하지 않고, 다단형 스택(140)과 촉매 변환기(160)를 이용하여 배출가스량을 감소시킨 연료전지 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention is intended to provide a fuel cell system in which the amount of exhaust gas is reduced by using the multi-stage stack 140 and the catalytic converter 160 without a separate recirculation means.

공급수단(120)은 다단형 스택(140)에 수소와 산소가 포함된 기체를 공급하기 위한 구성으로, 수소를 포함한 연료가스를 선택적으로 공급하는 연료 가스 탱크(122)와, 산소를 포함한 산화 가스를 선택적으로 공급하는 산화 가스 탱크(124)를 포함한다.The supply means 120 is configured to supply a gas containing hydrogen and oxygen to the multi-stage stack 140 and includes a fuel gas tank 122 for selectively supplying fuel gas containing hydrogen, And an oxidizing gas tank 124 for selectively supplying the oxidizing gas.

상기 연료 가스 탱크(122)와 산화 가스 탱크(124)는 가습기(미도시)와 연통되며, 가습기는 다단형 스택(140)과 연통된다. 따라서 연료 가스 탱크(122)와 산화 가스 탱크(124)의 연료 가스(수소)와 산화 가스(산소)는 가습기(미도시)를 경유하여 가습된 후 다단형 스택(140)으로 공급된다.The fuel gas tank 122 and the oxidizing gas tank 124 communicate with a humidifier (not shown), and the humidifier communicates with the multistage stack 140. Therefore, the fuel gas (hydrogen) and the oxidizing gas (oxygen) in the fuel gas tank 122 and the oxidizing gas tank 124 are humidified via a humidifier (not shown) and then supplied to the multistage stack 140.

가습기는 스택 내부로 공급되는 반응 가스가 보다 잘 반응할 수 있도록 하기 위한 것이다.The humidifier is intended to allow the reaction gas supplied into the stack to react better.

연료전지의 스택은 복수개의 셀(단위전지)을 적층하여 높은 전압이 발생하도록 구성된다.The fuel cell stack is constructed so that a plurality of cells (unit cells) are stacked to generate a high voltage.

각 셀은 분리판과, 전해질막을 구비하는 막전극접합체가 적층되어 형성된다.Each cell is formed by laminating a separator and a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane.

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 단위전지 적층체가 복수의 단으로 적층된 다단형 스택(140)을 사용하는 것을 특징으로 한다.
The fuel cell system according to the present invention is characterized in that a multi-stage stack 140 in which unit cell stacks are stacked in a plurality of stages is used.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 다단형 스택을 나타낸 구성도이다.FIG. 2 is a view showing a multi-stage stack of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 다단형 스택은 스택을 복수의 단으로 분할하여, 앞 단에서 배출되는 잔류가스를 후단의 반응가스로 공급함으로써 가스의 활용 효율을 향상시키는 방식이다.Referring to FIG. 2, the multi-stage stack is a system in which the stack is divided into a plurality of stages, and the residual gas discharged from the front end is supplied to the reactive gas at the rear stage, thereby improving the utilization efficiency of the gas.

다단형 스택(140)은 전단에서 사용되고 남은 가스를 다음 단에 공급하여 재활용함에 있어서 기존 단에서 반응에 의해 발생한 응축수를 제거하기 위해, 기액분리기(145)를 구비하게 된다.The multi-stage stack 140 is equipped with a gas-liquid separator 145 in order to remove condensed water generated by the reaction at the existing stage when the remaining stack is used at the previous stage and the remaining gas is supplied to the next stage for recycling.

도시한 실시예의 경우 다단형 스택이 4단으로 구성된 형태를 나타낸 것이나, 3단이나 5단으로 구성할 수도 있다.In the illustrated embodiment, the multistage stack has four stages, or three stages or five stages.

단수를 증가시킬수록 연료전지 시스템 외부로 배출되는 잔류 가스의 유량은 단수 증가에 비례하여 감소하나, 단수 증가에 따라 잔류 가스 배출량 감소폭이 줄어들므로 3 ~ 5단 범위에서 구성하는 것이 바람직하다. As the number of stages increases, the flow rate of the residual gas discharged to the outside of the fuel cell system decreases in proportion to the number of stages. However, since the decrease in the amount of residual gas emission decreases with increasing number of stages,

다단형 스택(140)을 이용하게 되면, 연료 이용율을 99% 이상으로 높일 수 있게 되어 스택에서 배출되는 잔류 가스량을 감소시킬 수 있다.By using the multi-stage stack 140, the fuel utilization rate can be increased to 99% or more, and the amount of residual gas discharged from the stack can be reduced.

한편, 애노측으로 연료 가스가 공급되고, 캐소드측으로 산화 가스가 공급되는데, 캐소드측에서 상대적으로 다량의 생성수가 발생되므로 생성수 배출을 원활하게 하여 플러딩 현상을 방지하기 위해서는 산화 가스가 연료 가스보다 과량으로 공급하게 된다.On the other hand, the fuel gas is supplied to the anode side and the oxidizing gas is supplied to the cathode side. Since a relatively large amount of generated water is generated on the cathode side, the oxidized gas is excessively larger than the fuel gas .

결과적으로, 연료 가스의 미반응 잔류 가스(수소)보다 산화 가스의 미반응 잔류 가스(산소)의 양이 많게 된다.
As a result, the amount of the unreacted residual gas (oxygen) of the oxidizing gas becomes larger than the unreacted residual gas (hydrogen) of the fuel gas.

다시 도 1을 참조하면, 다단형 스택에서 배출되는 잔류 가스(수소, 산소)가 촉매 변환기(160)로 투입된다.Referring again to FIG. 1, the residual gas (hydrogen, oxygen) discharged from the multistage stack is introduced into the catalytic converter 160.

앞에서 살펴본 바와 같이, 다단형 스택에서 배출되는 잔류 가스는 산소가 수소보다 과량으로 존재하게 되므로, 촉매 변환기(160)에는 수소보다 산소가 과량으로 공급된다.As described above, since the residual gas discharged from the multi-stage stack has oxygen more than hydrogen, oxygen is supplied to the catalytic converter 160 more than hydrogen.

촉매 변환기(160)에서는 수소와 산소가 반응하여 물을 생성하게 되는데, 이 반응에서도 수소와 산소의 몰비가 2:1이므로, 촉매 변환기(160) 내부에는 항상 산소가 수소보다 과량으로 존재하게 된다.In the catalytic converter 160, hydrogen and oxygen react to produce water. In this reaction, the molar ratio of hydrogen to oxygen is 2: 1. Therefore, oxygen is always present in excess in the catalytic converter 160 over hydrogen.

본 발명은 이러한 점에 착안하여, 촉매 변환기(160)의 내부의 압력을 감지할 수 있는 압력감지센서를 구비하여 촉매 변환기(160) 내부의 압력이 일정 압력 이상이 되면, 추가로 수소 가스를 공급하는 구성을 가진다.In view of this point, the present invention provides a pressure sensor capable of sensing the internal pressure of the catalytic converter 160, so that when the pressure inside the catalytic converter 160 exceeds a predetermined pressure, .

촉매 변환기(160)는 허니컴 구조의 팔라듐(Pd) 계열 촉매를 포함하는 것이 바람직하다. 팔라듐은 산화 반응에서 백금보다 더 효율적인 촉매작용을 하며 수소 기체를 잘 흡수한다.The catalytic converter 160 preferably comprises a palladium (Pd) based catalyst of a honeycomb structure. Palladium catalyses more efficiently than platinum in oxidation reactions and absorbs hydrogen gas well.

허니컴 구조는 반응 가스와 촉매의 접촉면적을 넓혀주는 효과를 가져온다.The honeycomb structure has the effect of widening the contact area between the reaction gas and the catalyst.

촉매 변환기(160)는 팔라듐 계열 촉매를 단일단으로 구비하거나 다단으로 구비할 수 있다.The catalytic converter 160 may have a single palladium catalyst or may have a multi-stage catalyst.

본 발명은, 촉매 변환기(160) 내부의 수소가스와 산소가스 혼합비를 조절하여, 촉매 변환기(160)의 연소를 효과적으로 조절하기 위한 연소조절수단(180)을 포함한다.The present invention includes a combustion control means 180 for controlling the combustion of the catalytic converter 160 by adjusting the hydrogen gas and oxygen gas mixture ratio in the catalytic converter 160.

연소조절수단(180)은 촉매 변환기(160) 내부의 압력을 감지하는 압력감지센서(182)와, 촉매 변환기(160)로 추가 수소를 공급하는 수소공급관(186)에 구비되는 개폐밸브(184)를 포함할 수 있다.The combustion control means 180 includes a pressure sensing sensor 182 for sensing the pressure inside the catalytic converter 160 and an opening and closing valve 184 provided in the hydrogen supply pipe 186 for supplying additional hydrogen to the catalytic converter 160. [ . ≪ / RTI >

이 때, 수소공급관(186)은 가습기나 다단형 스택(140)을 거치지 않는 별도의 경로로 연료 가스 탱크(122)와 연결되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the hydrogen supply pipe 186 is connected to the fuel gas tank 122 through a separate path not passing through the humidifier or the multi-stage stack 140.

연소조절수단(180)은 압력감지센서(182)에 감지된 압력이 설정값을 초과하면, 개폐밸브(184)를 개방하여 촉매 변환기 내부에 수소를 추가 투입하도록 동작한다.The combustion control means 180 operates to open the on-off valve 184 and to add hydrogen into the catalytic converter when the pressure sensed by the pressure sensor 182 exceeds a set value.

촉매 변환기(160)의 내부로 항상 과량의 산소가 공급되고, 또한 촉매 연소 반응에 의해서 소모되는 양도 수소가 산소보다 많기 때문에, 촉매 변환기(160) 내부의 압력이 일정 압력 이상으로 증가하면 수소를 추가로 투입하여 산소와 반응시킴으로써 배출가스를 최소화하는 것이다. 수소를 추가로 투입하면 촉매 변환기(160) 내부에서 수소와 산소가 반응하여 물이되므로, 촉매 변환기(160) 내부의 압력이 낮아지게 된다.Since an excessive amount of oxygen is always supplied to the inside of the catalytic converter 160 and the amount of hydrogen consumed by the catalytic combustion reaction is larger than oxygen, when the pressure inside the catalytic converter 160 increases to a certain pressure or more, To react with oxygen to minimize the exhaust gas. When hydrogen is further added, hydrogen and oxygen react within the catalytic converter 160 to become water, so that the pressure inside the catalytic converter 160 is lowered.

압력이 설정값 이하로 낮아지면, 개폐밸브(184)는 닫히게 된다.
When the pressure becomes lower than the set value, the on-off valve 184 is closed.

촉매 변환기(160)에서 발생하는 배출 가스는 연료 가스와 산화 가스에 포함되어 있는 불활성 가스(예를 들면 질소)에 불과하고, 잔류 수소와 잔류 산소는 촉매 연소로 소모됨으로써 배출 가스를 최소화 할 수 있다.The exhaust gas generated in the catalytic converter 160 is only an inert gas (for example, nitrogen) contained in the fuel gas and the oxidizing gas, and the residual hydrogen and the residual oxygen are consumed by the catalytic combustion, thereby minimizing the exhaust gas .

따라서, 연료 가스로 사용되는 수소 가스와, 산화 가스로 사용되는 산소의 순도에 따라 극미량의 불활성 가스가 배출되거나, 순도를 높일 경우 배출가스가 전혀 발생되지 않도록 할 수 있다.Therefore, depending on the purity of the hydrogen gas used as the fuel gas and the purity of the oxygen used as the oxidizing gas, a very small amount of the inert gas may be discharged, or when the purity is increased, no exhaust gas may be generated.

다른 형태로, 촉매 변환기에 수소 가스의 농도를 감지하는 수소가스감지센서(미도시)를 구비하고, 수소 가스의 농도가 설정값 미만이되면 개폐밸브(184)를 개방하여, 촉매 변환기 내부에 수소를 추가로 투입하는 형태로 구현할 수도 있다.
Alternatively, the catalytic converter may include a hydrogen gas detection sensor (not shown) for detecting the concentration of the hydrogen gas. When the concentration of the hydrogen gas becomes less than the set value, the on-off valve 184 is opened, May be further added.

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 다단형 스택(140)에서 발생되는 생성수와, 촉매 변환기(160)에서 발생된 잔류수를 저장하는 저수 탱크(190)를 포함한다. 저수 탱크(190)에 저장되는 물은 가습기로 공급될 수 있다.
The fuel cell system according to the present invention includes a water storage tank 190 for storing generated water generated in the multi-stage stack 140 and residual water generated in the catalytic converter 160. The water stored in the water storage tank 190 may be supplied to the humidifier.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 다단형 스택과 촉매 변환기를 이용하여, 별도의 재순환 수단 없이 배출가스를 감소시키거나 배출가스가 발생하지 않도록 할 수 있는 효과를 가져온다.
As described above, the fuel cell system according to the present invention uses the multi-stage stack and the catalytic converter to reduce the exhaust gas or to prevent the exhaust gas from being generated without a separate recirculation means.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It is to be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention will be indicated by the appended claims rather than by the foregoing detailed description. It is intended that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims, as well as any equivalents thereof, be within the scope of the present invention.

100 : 연료전지 시스템
120 : 공급수단
122 : 연료 가스 탱크
124 : 산화 가스 탱크
140 : 다단형 스택
145 : 기액 분리기
160 : 촉매 변환기
180 : 연소조절수단
182 : 압력감지센서
184 : 개폐밸브
186 : 수소공급관100: Fuel cell system
120: Supply means
122: Fuel gas tank
124: oxidizing gas tank
140: Multistage stack
145: gas-liquid separator
160: catalytic converter
180: Combustion control means
182: Pressure sensor
184: opening and closing valve
186: hydrogen supply pipe

Claims (7)

분리판과, 전해질막을 구비하는 막전극접합체가 적층되어, 반응가스로 연료가스와 산화가스를 공급받는 단위전지 적층체가 복수의 단으로 적층된 다단형 스택;
상기 다단형 스택으로 연료가스와 산화가스를 공급하는 공급수단; 및
상기 다단형 스택에서 배출되는 수소 잔류 가스와 산소 잔류 가스를 공급받아 촉매에 의하여 수소 잔류 가스와 산소 잔류 가스를 연소시켜 물로 변환하는 촉매 변환기;를 포함하는 연료전지 시스템.
A multistage stack in which a unit cell stack body in which a separator plate and a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane are stacked and a fuel gas and an oxidizing gas are supplied to the reactor as a reaction gas are stacked in a plurality of stages;
Feeding means for feeding the fuel gas and the oxidizing gas into the multistage stack; And
And a catalytic converter that is supplied with the hydrogen residual gas and the oxygen residual gas discharged from the multi-stage stack, and combusts the hydrogen residual gas and the oxygen residual gas by the catalyst to convert it into water.
제 1 항에 있어서,
상기 촉매 변환기 내부의 수소 가스와 산소 가스 혼합비를 조절하는 연소 조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising combustion control means for controlling the mixing ratio of hydrogen gas and oxygen gas in the catalytic converter.
제 2 항에 있어서,
상기 연소조절수단은
상기 촉매 변환기 내부의 압력을 감지하는 압력감지센서와,
상기 촉매 변환기로 추가 수소를 공급하는 수소공급관에 구비되는 개폐밸브를 포함하여,
상기 압력감지센서에 감지된 압력이 설정값을 초과하면 상기 개폐밸브를 개방하여 상기 촉매 변환기 내부에 수소를 추가로 투입하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
3. The method of claim 2,
The combustion control means
A pressure sensor for sensing a pressure inside the catalytic converter,
And an on-off valve provided in a hydrogen supply pipe for supplying additional hydrogen to the catalytic converter,
Wherein when the pressure sensed by the pressure sensor exceeds a predetermined value, the on-off valve is opened to further supply hydrogen into the catalytic converter.
제 2 항에 있어서,
상기 연소조절수단은
상기 촉매 변환기 내부의 수소 가스의 농도를 감지하는 수소가스감지센서와,
상기 촉매 변환기로 추가 수소를 공급하는 수소공급관에 구비되는 개폐밸브를 포함하여,
상기 수소가스감지센서에 감지된 수소 가스의 농도가 설정값 미만이면 상기 개폐밸브를 개방하여 상기 촉매 변환기 내부에 수소를 추가로 투입하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
3. The method of claim 2,
The combustion control means
A hydrogen gas sensor for sensing the concentration of hydrogen gas in the catalytic converter,
And an on-off valve provided in a hydrogen supply pipe for supplying additional hydrogen to the catalytic converter,
Wherein when the concentration of the hydrogen gas detected by the hydrogen gas detection sensor is less than the predetermined value, the on-off valve is opened to further introduce hydrogen into the catalytic converter.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 수소공급관은
상기 다단형 스택을 경유하지 않는 별도의 경로를 통해 상기 촉매 변환기로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method according to claim 3 or 4,
The hydrogen supply pipe
Wherein the catalyst is connected to the catalytic converter via a separate path not through the multi-stage stack.
제 1 항에 있어서,
상기 다단형 스택에서 배출되는 생성수와, 상기 촉매 변환기에서 발생된 잔류수를 저장하는 저수탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a water storage tank for storing generated water discharged from the multi-stage stack and residual water generated in the catalytic converter.
제 1 항에 있어서,
상기 촉매 변환기는
허니컴 구조의 팔라듐(Pd) 계열의 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The catalytic converter
(Pd) -based catalyst of a honeycomb structure.
KR1020130140315A 2013-11-19 2013-11-19 Fuel cell system having reduced exhaust gas KR20150057240A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130140315A KR20150057240A (en) 2013-11-19 2013-11-19 Fuel cell system having reduced exhaust gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130140315A KR20150057240A (en) 2013-11-19 2013-11-19 Fuel cell system having reduced exhaust gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150057240A true KR20150057240A (en) 2015-05-28

Family

ID=53392142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130140315A KR20150057240A (en) 2013-11-19 2013-11-19 Fuel cell system having reduced exhaust gas

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150057240A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017034181A1 (en) * 2015-08-27 2017-03-02 김건택 Fuel cell system capable of producing high temperature water
CN109962269A (en) * 2019-04-11 2019-07-02 北京亿华通科技股份有限公司 Fuel cell is lengthened the life system and method
CN110420416A (en) * 2019-06-28 2019-11-08 回收哥(武汉)互联网有限公司 A kind of dismantling region fire-fighting processing method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017034181A1 (en) * 2015-08-27 2017-03-02 김건택 Fuel cell system capable of producing high temperature water
CN109962269A (en) * 2019-04-11 2019-07-02 北京亿华通科技股份有限公司 Fuel cell is lengthened the life system and method
CN110420416A (en) * 2019-06-28 2019-11-08 回收哥(武汉)互联网有限公司 A kind of dismantling region fire-fighting processing method
CN110420416B (en) * 2019-06-28 2021-07-27 河南格林循环电子废弃物处置有限公司 Fire-fighting treatment method for disassembly area

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5251204B2 (en) Power generation system and method for stopping power generation system
KR20150057240A (en) Fuel cell system having reduced exhaust gas
KR101252839B1 (en) fuel cell with recycle apparatus
US20100047643A1 (en) Fuel cell system
US8785069B2 (en) Fuel cell system having a reformer
US20110177406A1 (en) Hydrogen generation device and fuel cell
KR101972433B1 (en) Fuel cell system
KR101447865B1 (en) Fuel cell system for ship
US20080081228A1 (en) Anode purge gas dilution
KR20060118128A (en) Air recycling device for proton exchange membrane fuel cell
JP2007323849A (en) Fuel cell power generation system
KR20190130823A (en) Fuel cell system using hydrogen storage alloy
KR20190130779A (en) Fuel cell system using paladium filter
KR101558355B1 (en) Method of purging flooding and impurities in hydrogen electrode of fuel cell system
US11888195B2 (en) Fuel cell power generation system
JP2018063864A (en) Inert gas supply method and fuel cell system
KR102316750B1 (en) Fuel cell system for a ship
US20210184238A1 (en) Fuel cell system for submarine using selective oxidation reaction
US20240258545A1 (en) Treatment of hydrogen- and oxygen-containing residual gases of fuel cells
KR100818488B1 (en) Fuel reforming method and reformer
JP2006331907A (en) Direct methanol fuel cell
KR20180130033A (en) Fuel cell system for a ship
KR100814434B1 (en) Differential pressure control method for Molten Carbonates Fuel Cell power plants
US7588854B2 (en) Fuel cell system having no fuel pump
KR101185527B1 (en) Piping apparatus distributed to a fuelcell stack module in a vessel

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application