KR20190067266A - 수소 생성 장치를 구비한 연료 전지 시스템 - Google Patents

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KR20190067266A
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고꾸리츠 다이가꾸호오징 기후다이가꾸
사와후지 덴키 가부시키가이샤
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Abstract

수소 생성 장치 일체형의 소형 연료 전지 시스템을 제공한다. 　연료 전지 시스템(1)은, 수소 생성 장치(10)와 연료 전지 셀(20)을 구비하고 있다. 수소 생성 장치(10)는, 원료 가스 유로(13)가 형성된 원료 가스 유로면(11)을 가지는 판 형상의 유전체(2)를 구비하고 있다. 유전체(2)의 이면(裏面)(12)에 전극(3)이 대향하고 있다. 제 1면(18)과 제 2면(19)을 가지고 있는 수소 분리막(5)이, 원료 가스 유로(13)의 개구부를 폐쇄하고 있다. 수소 생성 장치(10)는, 수소 분리막(5)과 전극(3) 사이에서 방전을 발생시키는 고전압 전원(6)을 더 구비하고 있다. 연료 전지 시스템은, 수소 생성 장치의 수소 분리막(5)의 제 2면(19)과, 연료 전지 셀(20)의 연료극(燃料極)(21)이 대향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

수소 생성 장치를 구비한 연료 전지 시스템
본 발명은, 수소원의 물질로부터 고순도의 수소를 고수율로 생성하는 것이 가능한 수소 생성 장치를 구비하고 있는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
수소를 연료로 하는 대표적인 장치의 하나로, 연료 전지가 있다. 연료 전지를 가동시키기 위해서는 고순도의 수소를 공급할 필요가 있고, 현재, 연료 전지를 위한 수소 순도의 규격은, ISO14687－2로 99.97%로 정해져 있다. 연료 전지에 직접 공급이 가능한 고순도의 수소를 공급하는 수소 생성 장치가 제공되면, 연료 전지와 수소 생성 장치를 일체화한 소형의 소형 연료 전지 시스템을 공급하는 것이 가능해진다. 이러한 연료 전지 시스템을 제공함으로써, 연료 전지의 용도를 확대할 수 있다.
연료 전지용 수소를 생성하는 종래의 방법으로서, 메탄 등의 탄화수소 가스를 원료로서 수증기 개질을 행하는 방법이 알려져 있다. 그렇지만, 수증기 개질은 니켈 등의 고가의 촉매를 이용한 고온의 처리가 필요하여, 제조 장치 전체가 고가의 것으로 되어 있다. 이것에 더하여, 원료의 탄화수소에 포함되는 탄소에 대하여 수증기의 몰비가 낮아진 경우, 탄소가 석출되어 촉매가 실활(失活)하기 때문에, 수소의 제조량에 대응하여 제조 조건을 엄격하게 관리할 필요가 있었다. 또, 수소를 제조하는 다른 방법으로서 암모니아를 원료로서 루테늄 등의 귀금속 촉매를 이용하여, 400℃ 이상의 온도로 열분해하는 촉매 분해법이 알려져 있다. 그렇지만, 촉매 분해법은, 암모니아의 분해율이 낮아, 연료 전지에 사용 가능한 고순도 수소를 고수율로 생성할 수 있는 것에는 이르지 않았다. 보다 나은 수소를 제조하는 방법으로서 특허문헌 1에는, 수증기를 입력하고, 고온 수증기 전해에 의해 수소와 산소를 생성하는 방법이 개시되어 있지만, 고온의 수증기를 이용하는 방법은, 장치의 소형화에 적합하지 않았다.
또한, 원료 가스를 플라스마로 함으로써 수소를 생성하여 분리하는 검토가 진행되고 있다. 특허문헌 2에는, 원료 가스가 도입되는 플라스마 반응기와, 이 플라스마 반응기 내에서 수소를 분리하여 반응기 밖으로 반송하는 대략 통 형상의 수소 분리 반송부를 구비하는 수소 제조 장치가 개시되어 있다. 플라스마 반응기의 외벽은 외부 전극을 겸하고 있다. 외부 전극과 같은 축에 배치되는 수소 분리 반송부는, 다공질의 내부 전극과, 내부 전극의 내측면을 따라서 코팅된 막 두께가 수십㎛∼수백㎛의 수소 분리막으로 구성된다. 외부 전극과 수소 분리 반송부의 사이에는 BaTiO3을 충전한 강유전체 펠릿(pellet)이 배치되어 있다.
특허문헌 3에는, 플라스마 반응기와, 고전압 전극과, 접지 전극을 구비하고 있는 수소 생성 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 3의 수소 생성 장치는, 수소 분리막이 고전압 전극으로서 기능하고 있어, 상온 대기압의 조건하에서, 수소 분리막이 접지 전극과의 사이에서 유전체 배리어 방전하여, 공급된 가스에 포함되는 암모니아를 플라스마로 함으로써 수소를 생성한다.
특허문헌 2 및 특허문헌 3의 플라스마 방전을 이용한 수소 생성 장치는, 전체적으로 원통형이며, 연료 전지 셀과 일체화한 경우에, 장치 전체를 소형화하는 것에는 한계가 있었다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2005－232536호 특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2004－359508호 특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 2014－70012호
본 발명은 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 고순도의 수소를 생성 가능한 수소 생성 장치가 일체화한 소형의 연료 전지 시스템을 제공하는 것을 해결해야 할 과제로서 이루어진 것이다.
본 발명의 연료 전지 시스템은 수소 생성 장치와 연료 전지 셀을 구비하고 있다. 본 발명의 수소 생성 장치는 원료 가스 유로가 개구부를 가지는 홈으로서 형성된 원료 가스 유로면과, 원료 가스 유로면에 대하여 대략 평행한 이면(裏面)을 가지는 판 형상의 유전체를 구비하고 있다. 또한 수소 생성 장치는 유전체의 이면에 대향하는 전극과, 제 1면과 제 2면을 가지고 있는 수소 분리막으로서, 원료 가스 유로면과 제 1면이 대향하고, 원료 가스 유로의 개구부를 폐쇄하고 있는 수소 분리막과, 이 수소 분리막과 전극 사이의 원료 가스 유로에서 방전을 발생시키는 고전압 전원과, 수소 분리막의 제 2면의 둘레가장자리부에 배치되어 수소 분리막과 접합하고 있는 스페이서를 구비하고 있다. 본 발명의 연료 전지 시스템은, 수소 생성 장치의 수소 분리막의 제 2면과, 연료 전지 셀의 연료극(燃料極)이 대향하도록 배치되어 있고, 또한, 스페이서와 연료 전지 셀의 연료극의 사이가 밀봉(封止)되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연료 전지 시스템은, 고전압 전원이 전극 또는 수소 분리막 중 어느 한쪽에 접속되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 연료 전지 시스템의 유전체에 설치되어 있는 원료 가스 유로는, 직선 형상 또는 곡선 형상으로 연장되는 왕로 부분과, 이 왕로 부분에서 되돌아오는 귀로 부분이 번갈아 접속하여 이루어지는 홈인 것이 바람직하다.
본 발명의 연료 전지 시스템의 수소 생성 장치는 유전체의 원료 가스 유로의 개구부를 폐쇄하도록 수소 분리막이 배치됨으로써, 수소 분리막과 전극 사이의 방전에 의하여 원료 가스 유로 내의 원료 가스를 균일하게 플라스마로 할 수 있다. 게다가, 플라스마화에 의하여 원료 가스 유로에서 생성한 수소는 수소 분리막을 투과하여, 고순도의 수소 함유 가스로서 즉시 연료 전지의 연료극에 도입된다. 즉, 본 발명의 연료 전지 시스템은, 보다 간단하고 쉬운 구성에 의하여, 원료 가스로부터 수소를 고수율로 생성할 수 있다.
본 발명의 연료 전지 시스템의 수소 생성 장치는 판 형상의 전극과 유전체와 수소 분리막의 서로의 면을 대향시켜 구성되어 있는 것으로, 연료 전지 셀과 거의 동일한 외형 치수를 가질 수 있다. 이 때문에, 수소 생성 장치와 연료 전지 셀을 일체화하여 소형화하는 것이 용이하다.
본 발명의 수소 생성 장치는, 원료 가스 유로가 직선 형상 또는 곡선 형상으로 연장되는 왕로 부분과, 왕로에서 되돌아와 연장되는 귀로 부분이 번갈아 접속한 형상을 가지는 홈이며, 또한 수소 분리막이 유전체의 원료 가스 유로면에 대향하여 원료 가스 유로의 홈의 개구부를 폐쇄하도록 배치되어 있음으로써, 수소 분리막과 전극과의 사이의 방전은, 원료 가스가 통과하는 방향을 횡단하도록 발생한다. 이 결과, 수소 유로 내의 원료 가스에 대하여 장시간 전력을 공급할 수 있어, 원료 가스를 효율 좋게 균일하게 플라스마화 할 수 있다. 이 때문에, 수소 가스의 생성 효율이 매우 좋다.
본 발명의 수소 생성 장치의 유전체는 요구되는 수소의 생성량에 대응하여, 원료 가스의 유로인 오목부의 단면 형상, 원료 가스 유로의 전체 길이, 수소 분리막과의 접촉 면적 등을 용이하게 변경할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 분해 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 분해 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 연료 전지 시스템의 수소 생성 장치와 종래의 수소 생성 시스템의 수소 생성량의 차이를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 연료 전지 시스템의 다른 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은, 종래의 원통형 수소 생성 장치의 연직 방향 단면도이다.
이하에, 본 발명의 매우 적합한 실시 형태를 열기한다.
(1) 연료 전지 시스템의 수소 생성 장치로 매우 적합하게 이용되는 원료 가스는, 암모니아, 요소, 또는 메탄 등의 탄화수소계 가스이다.
(2) 수소 생성 장치의 수소 분리막은 고전압 전원에 접속된 경우, 고전압 전극으로서 기능한다. 또, 접지되어 있는 경우, 접지 전극으로서 기능한다.
(3) 수소 생성 장치의 수소 분리막이 고전압 전극으로서 기능하고 있을 때, 유전체의 이면에 대향하도록 배치된 전극은 접지 전극으로서 기능한다.
(4) 수소 생성 장치의 수소 분리막이 접지 전극으로서 기능하고 있을 때, 유전체의 이면에 대향하도록 배치된 전극이 고전압 전극으로서 기능한다. 이 때, 추가 절연체로 이루어지는 스페이서가 고전압 전극의 외측에 배치된다.
(5) 수소 생성 장치의 고전압 전극과 접지 전극은 유전체를 사이에 두고 대향하고 있어, 유전체 배리어 방전에 의하여, 원료 가스 유로 중 원료 가스를 대기압 비평형 플라스마로 한다. 고전압 전원은 고전압 전극에 대하여, 양(兩) 극성 펄스 파형을 인가한다.
(6) 수소 생성 장치의 유전체는 석영 유리 등의 유리, 알루미나 등의 세라믹스, 티탄산바륨, 폴리카보네이트, 아크릴 등의 절연성이 높은 수지로 형성된다.
(7) 수소 생성 장치의 유전체의 원료 가스 유로, 유전체의 원료 가스 유로면에 있어서, 상면 또는 측면과 평행한 직선 형상으로 연장되는 왕로 부분과, 왕로에서 되돌아와 왕로와 평행하게 연장되는 귀로 부분이 번갈아 복수회 접속하여 형성된다.
(8) 수소 생성 장치의 유전체의 원료 가스 유로는 유전체의 원료 가스 유로면에, 측면에 대하여 각도를 이루고 연장되는 왕로 부분과, 왕로에서 되돌아와 왕로에 대하여 각도를 이룬 상태로 꾸불꾸불한 형상으로 연장되는 귀로 부분을 번갈아 복수회 접속하여 형성된다.
(9) 수소 생성 장치의 유전체의 원료 가스 유로는 유전체의 원료 가스 유로면에, 원호 형상 또는 곡선 형상으로 연장되는 왕로 부분과, 왕로에서 되돌아와 연장되는 귀로 부분을 번갈아 접속하여, 전체적으로 사행(蛇行)하도록 형성된다.
(10) 본 발명의 연료 전지 시스템에 가장 적합하게 이용되는 연료 전지 셀은, 섭씨 100도 이하의 온도에서 동작하는 고체 고분자형 연료 전지이다. 그렇지만, 본 발명의 연료 전지 시스템에는 각종의 연료 전지 셀이 적용 가능하다.
(11) 수소 분리막의 제 2면과 연료 전지 셀의 연료극 사이에 배치된 스페이서에 의하여, 수소 분리막과 연료 전지 셀 사이의 거리가 규정된다. 스페이서는, 균일한 판 두께를 가지는 케이스체이며, 수소 분리막의 제 2면의 둘레가장자리부를 따라서 배치되고, 수소 분리막과 스페이서와 연료극에 의하여 폐쇄 공간이 형성되는 것이 바람직하다.
(실시예 1)
이하, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(1)의 실시예에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 연료 전지 시스템(1)을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 연료 전지 시스템(1)은, 수소 생성 장치(10)와 연료 전지 셀(20)을 구비하고 있다. 도 2는, 연료 전지 시스템(1)의 각 구성 요소의 정면과 상면과 좌측면을 나타낸 분해 사시도이다. 도 3은, 연료 전지 시스템(1)의 각 구성 요소의 정면과 상면과 우측면을 나타낸 분해 사시도이다.
본 실시예의 연료 전지 시스템(1)에 있어서, 수소 생성 장치(10)는, 유전체(2)와, 전극(3)과, 수소 분리막(5)과, 고전압 전원(6)과, 스페이서(7)를 구비하고 있다. 연료 전지 셀(20)은, 연료극(21)과, 전해질막(22)과, 공기극(23)과, 세퍼레이터(24)를 구비하고 있다. 또한, 이하의 기재에 있어서는, 도 1에서 도 4에 있어서 우측에 표시한 연료 전지 시스템(1)의 각 구성 요소의 면을 우측면이라 칭한다. 유전체(2)의 우측면은 유전체(2)의 원료 가스 유로면(11)에 대응하고 있다. 마찬가지로, 도 1에서 도 4에 있어서 좌측에 표시한 수소 생성 장치(1)의 각 구성 요소의 면을 좌측면이라 칭하며, 유전체(2)의 좌측면은 유전체(2)의 이면(12)에 대응하고 있다.
유전체(2)는 원료 가스 유로(13)가 형성된 원료 가스 유로면(11)과, 이 원료 가스 유로면(11)에 대하여 대략 평행한 이면(12)을 가지고 있고, 석영 유리로 형성되어 있다. 유전체(2)의 원료 가스 유로면(11)에, 우측면 측이 개구한 오목부로서, 원료 가스 유로(13)가 형성되어 있다. 원료 가스 유로(13)가 형성되는 패턴은, 원료 가스의 유량과 원료 가스에 가해지는 전압을 고려하여 적당히 설정할 수 있다. 도 2에는, 일례로서 원료 가스 입구(14)에 연이어 통하고, 유전체(2)의 상면과 평행한 직선 형상으로 연장되는 왕로 부분(16)과, 왕로 부분(16)에서 되돌아와 왕로 부분(16)과 평행하게 연장되는 귀로 부분(17)이 번갈아 균일한 간격으로 복수회 접속하여, 마지막에 원료 가스 출구(15)에 연이어 통하는 원료 가스 유로(13)를 나타내고 있다.
전극(3)은 유전체(2)의 상기 이면(12)에 대향하도록 배치된, 평판 형상의 전극이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 전극(3)은 접지되어 있고, 접지 전극으로서 기능한다.
수소 분리막(5)의 제 1면(18)은, 유전체(2)의 원료 가스 유로면(11)과 대향하도록 배치되어 유전체(2)의 원료 가스 유로(13)의 개구부를 폐쇄한다. 본 실시 형태에서는, 유전체(2)와 수소 분리막(5)에 의하여 원료 가스 유로(13)의 단면이 폐단면으로서 규정된다. 수소 분리막(5)의 제 2면(19)은 연료 전지 셀(20)의 연료극(21)과 대향하도록 배치되어 있다.
수소 분리막(5)의 제 2면(19)과 연료 전지 셀(20)의 연료극(21) 사이에, 케이스 형상의 스페이서(7)가 배치되어 있다. 수소 분리막(5)과 스페이서(7)는 접합되어 있고, 연료극(21)과 스페이서(7) 사이는 밀봉되어 있다. 이 결과, 수소 분리막(5)과 스페이서(7)와 연료극(21)에 의하여, 수소가 도입되는 폐쇄 공간이 형성되어 있다. 수소 분리막(5)의 제 2면(19)과 연료 전지 셀(20)의 연료극(21) 사이의 거리는, 스페이서(7)에 의하여 규정된다. 수소 분리막(5)은 원료 가스 유로(13)의 원료 가스로부터 생성된 수소를 투과한다. 수소 분리막을 투과한 수소는 연료극(21) 측에 형성되어 있는 폐쇄 공간으로 도입되어 연료극(21)에 공급된다.
수소 분리막(5)은, 팔라듐 합금 박막, 지르코늄-니켈(Zr－Ni)계 합금 박막, 바나듐-니켈(V－Ni)계 합금 박막, 니오브-니켈(Nb－Ni)계 합금 박막, 및, 니오브(Nb)와, 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속과, 바나듐(V), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta) 및 하프늄(Hf)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속의 합금으로 이루어지는 박막 등으로 형성할 수 있다. 본 실시예의 수소 분리막(5)은, 팔라듐 합금 박막을 특히 적합하게 사용할 수 있다. 수소 분리막(5)은, 이들 금속으로 이루어지는 단층막, 또는 이들 금속으로부터 선택되는 2이상의 금속의 적층에 의하여 형성할 수 있다. 또, 실리카계 분리막이나, 제올라이트계 분리막, 폴리이미드 분리막, 폴리술폰 분리막 등의 비금속을 수소 분리막으로서 이용하는 것도 가능하지만, 이 경우는, 보다 강도가 높은 스페이서(7)를 수소 분리막(5)의 둘레가장자리부에 접합하여, 스페이서(7)와 일체화한 수소 분리막(5)이, 유전체(2)와 연료극(21)의 사이에 끼워 지지됨으로써, 수소 분리막(5)은 확실히 유지된다.
고전압 전원(6)은, 수소 분리막(5)과 전극(3) 사이의 원료 가스 유로(13)에서 방전을 발생시키기 위한 전원이다. 적합한 실시 형태에 있어서는, 고전압 전원(6)은 수소 분리막(5)에 접속되어 있고, 수소 분리막(5)에 고전압을 인가하여, 수소 분리막(5)을 고전압 전극으로서 기능시킨다. 고전압 전원(6)은, 파형 유지 시간(T0)이 10㎲로 지극히 짧은 양 극성 펄스 파형을 인가함으로써, 전자 에너지 밀도를 높게 할 수 있다.
수소 생성 장치(10)를 구성하는, 유전체(2)와, 전극(3)과, 수소 분리막(5)에 대하여, 그 높이 및 안 길이의 치수를 연료 전지 셀(20)과 거의 동일한 직사각형 형상으로 구성할 수 있다. 이것에 의해, 수소 생성 장치(10)와 연료 전지 셀(20)을 포함하는 연료 전지 시스템(1)은, 전체적으로 대략 직방체 형상이 된다. 이러한 연료 전지 시스템(1)은, 각 부재를 서로 중첩한 상태로, 볼트와 너트를 이용하여, 강고하게 결합할 수 있다. 원료 가스 유로(13)를 확실히 밀봉하여 연료 전지 셀(20)에 수소 가스만을 공급하기 위하여, 개스킷의 배치 혹은, 씰재의 도포가 추가적으로 행해진다.
본 실시예의 연료 전지 시스템(1)의 수소 생성 장치(10)는, 원료로서 암모니아가 가장 적합하게 사용된다. 암모니아를 원료로서 수소를 생성하는 경우의 반응식을, 이하의 식 1에 표시한다.
2NH3+e→N2+3H2+e (식 1)
수소 생성 장치(10)에서 암모니아를 원료 가스로서 수소를 생성하는 방법을 설명한다. 원료 가스는 도시하지 않은 원료 공급 수단으로부터 유전체(2)의 원료 가스 유로 입구(14)를 거쳐, 소정의 속도로 원료 가스 유로(13)로 공급된다. 고전압 전원(6)이 수소 분리막(5)에 전압을 인가함으로써, 수소 분리막(5)과 전극(3) 사이의 원료 가스 유로(13)에서 유전체 배리어 방전이 발생한다. 방전에 의하여, 가스 유로(13) 내의 암모니아가 대기압 비평형 플라스마가 된다. 암모니아의 대기압 비평형 플라스마로부터 발생한 수소는 수소 원자의 형태로 수소 분리막(5)에 흡착되고, 수소 분리막(5) 내부로 확산되면서 통과하여 연료 전지 셀(20)의 연료극(21) 측의 공간에 도달하고, 재결합하여 수소 분자가 된다. 이와 같이 하여, 수소 분리막(5)은 연료극(21) 측에 수소만을 통과시켜, 수소가 분리된다.
원료 가스 유로(13)를 통과하는 암모니아는, 유속을 충분히 제어함으로써 방전에 노출되는 시간을 확보할 수 있어, 암모니아에 포함되는 수소의 거의 100%를 수소로서 분리하여 수소 유로(18)에 도입하는 것이 가능하다. 얻어지는 수소 함유 가스는 99.999% 이상의 고순도이므로, 그대로 연료 전지 셀(20)에 사용할 수 있다.
게다가, 본 실시예의 수소 생성 장치(10)는 상온에서 동작하므로, 수소 분리막(5)을 통과한 고순도의 수소 함유 가스도 또한 상온이다. 수소 함유 가스는, 특단의 냉각 처리를 실시하지 않고, 연료 전지 셀(20)에 그대로 도입할 수 있다. 그 때문에 본 실시 형태의 수소 생성 장치(10)는, 예를 들어 저온에서 동작하는 고체 고분자형 연료 전지인 연료 전지 셀(20)에 직접 접속하여 수소를 생성시킬 수 있다.
본 실시예의 연료 전지 셀(20)은 연료극(21)과, 전해질막(22)과, 공기극(23)과, 세퍼레이터(24)를 구비하고 있다. 연료극(21) 내부에서 수소 분자는 수소 이온이 되어 전자를 방출한다. 수소 이온은 전해질막(22)을 통과하여, 공기극(23)에서 공급된 산소와 결합하여 물이 된다.
도 4에, 수소 생성 장치(10)의, 암모니아 공급량에 대한 수소 생성량의 변화를 그래프로 나타낸다. 수소 생성량은, 수소 생성 장치(10)로부터 연료 전지 셀(20)로 공급되는 수소의 유량이다. 수소 생성 장치(10)의 수소의 생성량의 변화를 실선 A로 나타낸다. 비교예로서 도 6에 나타내는 원통형 수소 생성 장치(31)에 동일 조건으로 암모니아를 공급한 경우의 수소 생성량을 파선 B로 나타내고 있다. 어느 수소 생성 장치도, 생성된 수소의 순도는 99.999%로 매우 고순도였다. 한편, 도 4에서 분명해진 바와 같이, 암모니아의 유량에 상관없이, 본 발명의 수소 생성 장치(1)는, 종래의 원통형 수소 생성 장치(31)보다 높은 수량(收量)으로 수소를 생성할 수 있어, 암모니아의 공급량을 증가시킴에 따라, 수소의 생성량을 증가시킬 수 있었다. 또한 종래예로서 든 원통형 수소 생성 장치(31)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 플라스마 반응기(33)와, 이 플라스마 반응기(33) 내부에 수용된 고전압 전극(35)과, 플라스마 반응기(33)의 외측에 접하여 배치된 접지 전극(37)을 구비한 플라스마 개질기이다. 원통형 수소생성장치(31)는, 고전압 전극(35)을 수소분리막으로 구성함으로써, 장치 내부의 공간에 생성된 수소를 분리하여 도입한다.
(실시예 2)
도 5에, 본 발명의 연료 전지 시스템(1)의 다른 실시예를 나타낸다. 수소 생성 장치(10)는 수소 분리막(5)이 접지선에 의하여 접지되어 있고, 접지 전극으로서 기능한다. 한편, 전극(3)이 고전압 전원(6)에 접속되어, 고전압 전극으로서 기능한다. 스페이서(9)는 절연체로 형성되어 있고, 전극(3)의 외측에 배치된다. 또, 스페이서(7)가 수소 분리막(5)과 연료극(21) 사이에 배치된다. 본 실시예에 있어서도, 고전압 전원(6)이 전극(3)에 전압을 인가함으로써, 수소 분리막(5)과 전극(3) 사이의 원료 가스 유로(13)에서, 유전체 배리어 방전이 발생한다. 방전에 의하여, 원료 가스 유로(13) 내의 암모니아가 대기압 비평형 플라스마가 되어, 고수율로 수소를 생성하고, 수소 분리막(5)에 의하여 고순도의 수소를 분리하여 연료 전지 셀(20)에 공급할 수 있다.
본 실시예에서 설명한 연료 전지 시스템의 구성은, 적당히 변경이 가능하다. 예를 들어, 수소 생성 장치(1)의 유전체(2) 상에 형성되는 원료 가스 유로(13)의 패턴은, 원료 가스 유로(13) 내에서 방전을 발생시키는 범위에서, 그 위치 및 형상을 변경할 수 있다. 예를 들어, 유전체(2)의 원료 가스 유로면(11)에, 측면에 대하여 각도를 이루어 연장되는 왕로 부분과, 왕로에서 되돌아와 왕로에 대하여 각도를 이룬 상태로 꾸불꾸불한 형상으로 연장되는 귀로 부분을 번갈아 복수회 접속하여 형성할 수 있다. 또 원료 가스 유로(13)는, 유전체의 원료 가스 유로면에, 원호 형상 또는 곡선 형상으로 연장되는 왕로 부분과, 왕로에서 되돌아와 연장되는 귀로 부분을 번갈아 접속하여, 전체적으로 사행하도록 형성할 수 있다.
1. 연료 전지 시스템
2. 유전체
3. 전극
5. 수소 분리막
6. 고전압 전원
7. 스페이서
8. 접지선
9. 스페이서
10. 수소 생성 장치
11. 원료 가스 유로면
12. 이면
13. 원료 가스 유로
14. 원료 가스 유로 입구
15. 원료 가스 유로 출구
16. 원료 가스 유로의 왕로 부분
17. 원료 가스 유로의 귀로 부분
18. 수소 분리막의 제 1면
19. 수소 분리막의 제 2면
20. 연료 전지 셀
21. 연료극
22. 전해질막
23. 공기극
24. 세퍼레이터
31. 원통형 수소 생성 장치
33. 플라스마 반응기
35. 고전압 전극
37. 접지 전극

Claims (3)

  1. 수소 생성 장치와 연료 전지 셀을 구비한 연료 전지 시스템에 있어서,
    상기 수소 생성 장치는,
    원료 가스 유로가 개구부를 가지는 홈으로서 형성된 원료 가스 유로면과, 상기 원료 가스 유로면에 대하여 대략 평행한 이면(裏面)을 가지는 판 형상의 유전체와,
    상기 유전체의 상기 이면에 대향하는 전극과,
    제 1면과 제 2면을 가지고 있는 수소 분리막으로서, 상기 원료 가스 유로면과 상기 제 1면이 대향하고, 상기 원료 가스 유로의 개구부를 폐쇄하고 있는 상기 수소 분리막과,
    상기 수소 분리막과 상기 전극 사이의 원료 가스 유로에서 방전을 발생시키는 고전압 전원과,
    상기 수소 분리막의 상기 제 2면의 둘레가장자리부에 배치되고, 상기 수소 분리막에 접합되는 스페이서를 구비하고 있고,
    상기 수소 생성 장치의 상기 수소 분리막의 상기 제 2면과 상기 연료 전지 셀의 연료극(燃料極)이 대향하도록 배치되어 있고, 또한, 상기 스페이서와 상기 연료 전지 셀의 연료극 사이가 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전압 전원이, 상기 전극 또는 상기 수소 분리막 중 어느 한쪽에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 원료 가스 유로는, 직선 형상 또는 곡선 형상으로 연장되는 왕로 부분과 상기 왕로 부분에서 되돌아와 연장되는 귀로 부분이 번갈아 접속하여 이루어지는 홈인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
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