KR20210066493A - 모듈화된 연료 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따른 모듈화된 연료 전지 시스템은, 연료 전지; 천연가스, 메탄올, 석탄 또는 석유를 수소로 변환시켜 상기 연료 전지로 공급 가능하고, 상기 연료 전지에 탈착 가능한 개질기; 상기 연료 전지 및 개질기를 제어 가능하고, 상기 연료 전지에 탈착 가능한 제어 모듈; 적어도 일부가 상기 연료 전지와 면접촉한 상태로 상기 연료 전지와 열교환 가능하고, 상기 연료 전지에 탈착 가능한 축열조; 및 상기 연료 전지, 개질기, 제어 모듈 및 축열조에 탈착 가능한 배관부를 포함할 수 있다.

Description

모듈화된 연료 전지 시스템{MODULAR FUEL CELL SYSTEM}
아래의 설명은 모듈화된 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
건물용 연료 전지 시스템은 크게 5개의 부품을 포함한다. 5개의 부품은 연료 전지, 개질기, 제어부, 축열조 및 배관부를 포함한다. 일반적으로 축열조 정도를 분리 가능하게 나머지 부품들은 하나의 프레임에 구성하여 제작하는 방식이 널리 알려져 있다. 이러한 시스템은 각각의 구성품들을 최대한 유기적으로 통합할 수는 있겠지만, 개별 부품들의 독자적인 운전은 어렵고 개별 부품들에 문제가 생겼을 때 탈부착 또한 어려운 경우가 많다.
일 실시 예의 목적은 일체화되어 있는 연료 전지 시스템을 각각의 기능 별로 모듈로 분류하여 독립된 모듈을 만든 후, 모듈이 각각 독립적으로 구동될 수도 있고, 모듈이 조립되어 하나의 연료 전지 시스템으로 기능할 수 있는 모듈화된 연료 전지 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 모듈화된 연료 전지 시스템은, 연료 전지; 천연가스, 메탄올, 석탄 또는 석유를 수소로 변환시켜 상기 연료 전지로 공급 가능하고, 상기 연료 전지에 탈착 가능한 개질기; 상기 연료 전지 및 개질기를 제어 가능하고, 상기 연료 전지에 탈착 가능한 제어 모듈; 적어도 일부가 상기 연료 전지와 면접촉한 상태로 상기 연료 전지와 열교환 가능하고, 상기 연료 전지에 탈착 가능한 축열조; 및 상기 연료 전지, 개질기, 제어 모듈 및 축열조에 탈착 가능한 배관부를 포함할 수 있다.
상기 연료 전지, 개질기, 제어 모듈 및 축열조는 각각 서로 분리되어 독립적으로 구동 가능하다.
상기 연료 전지, 개질기, 제어 모듈, 축열조 및 배관부 중 어느 하나는, 나머지가 모두 조립되어 있는 상태에서, 독립적으로 분리될 수 있다.
상기 연료 전지는, 연료 전지 센서 및 연료 전지 제어부를 포함할 수 있다.
상기 모듈화된 연료 전지 시스템은 상기 연료 전지에 탈착 가능하게 연결되고, 상기 연료 전지 내측으로 유체를 안내하기 위한 연료 전지 입구 호스; 및 상기 연료 전지에 탈착 가능하게 연결되고, 상기 연료 전지로부터 토출되는 유체를 안내하기 위한 연료 전지 출구 호스를 포함할 수 있다.
상기 개질기는, 개질기 센서 및 개질기 제어부를 포함할 수 있다.
상기 모듈화된 연료 전지 시스템은, 상기 개질기에 탈착 가능하게 연결되고, 상기 개질기 내측으로 유체를 안내하기 위한 개질기 입구 호스; 및 상기 개질기에 탈착 가능하게 연결되고, 상기 개질기로부터 토출되는 유체를 안내하기 위한 개질기 출구 호스를 포함할 수 있다.
상기 배관부는 상기 연료 전지, 개질기, 제어 모듈 및 축열조 중 어느 하나를 다른 하나에 연결시킬 수 있다.
상기 연료 전지의 상면은 상기 개질기, 제어 모듈 및 축열조 각각의 상면과 나란하고, 상기 연료 전지의 일 측면은 상기 개질기의 측면과 나란하고, 상기 연료 전지의 타 측면은 상기 제어 모듈의 측면과 나란할 수 있다.
상기 연료 전지, 개질기, 제어 모듈, 축열조 및 배관부는 모두 조립된 상태를 기준으로, 직육면체 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따른 모듈화된 연료 전지 시스템은, 주요 5가지 핵심 부품들의 독자적인 운전이나 시험 평가가 가능할 정도로 기능적으로 독립된 모듈을 포함하므로, 각각의 모듈이 독립적으로 기능하거나, 하나의 시스템으로 조립되어 사용될 수 있다.
또한, 모듈화된 연료 전지 시스템의 각각의 부품들에는 기본적인 센서류 및 제어기가 개별화되어 설계 및 장착되어 있으므로, 각각의 모듈은 자체적인 품질 관리 및 운전이 수행될 수 있다.
또한, 모듈화된 연료 전지 시스템의 각각의 모듈은 배관, 통신 및 제어의 표준화를 통해 탈부착이 편리하도록 하여 제작, 유지 보수 및 운반이 편리하다.
또한, 모듈화된 연료 전지 시스템은, 인터페이스 및 표준안 확립에 따라 제작업체 또는 납품업체가 다변화 될 경우에도, 해당 연료 전지 시스템의 표준 플랫폼 개념으로 대응이 가능할 수 있으며, 그에 따라 시스템의 저가화 및 고성능화가 구현될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 모듈화된 연료 전지 시스템의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 모듈화된 연료 전지 시스템의 분해 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 연료 전지의 정면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 개질기의 정면도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 모듈화된 연료 전지 시스템의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 모듈화된 연료 전지 시스템의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 모듈화된 연료 전지 시스템(1)은 연료 전지(11), 개질기(12), 배관부(13), 제어 모듈(14) 및 축열조(15)를 포함할 수 있다. 모듈화된 연료 전지 시스템(1)의 경우, 각각의 구성 요소들이 각각 모듈화되어 동작할 수 있다. 다시 말하면, 모듈화된 연료 전지 시스템(1)의 각각의 구성 요소들을 조립되어 일체로 구동될 수도 있으며, 각각 개별적으로 독립 구동될 수도 있다.
연료 전지(11)는 수소를 연료로 전기를 생산할 수 있다. 연료 전지(11)는 모듈화된 연료 전지 시스템(1)의 다른 구성 요소들과 조립되어 구동될 수도 있고, 독립적으로 모듈화된 연료 전지 시스템(1)의 다른 구성 요소들로부터 분리되어 구동될 수도 있다. 연료 전지(11)는 독립적으로 분리되어, 유지 및 보수, 또는 성능 테스트를 수행할 수 있다. 연료 전지(11)는 개질기(12), 배관부(13), 제어 모듈(14) 및 축열조(15) 각각에 탈착 가능하다.
개질기(12)는 연료 전지(11)에 수소를 공급하기 위해, 탄화수소를 수소로 변환시킬 수 있다. 개질기(12)는 천연가스, 메탄올, 석탄 또는 석유를 수소로 변환시켜 연료 전지(11)로 공급 가능하다. 개질기(12)는 모듈화된 연료 전지 시스템(1)의 다른 구성 요소들과 조립되어 구동될 수도 있고, 독립적으로 모듈화된 연료 전지 시스템(1)의 다른 구성 요소들로부터 분리되어 구동될 수도 있다. 개질기(12)는 독립적으로 분리되어, 유지 및 보수, 또는 성능 테스트를 수행할 수 있다. 개질기(12)는 연료 전지(11), 배관부(13) 및 축열조(15) 각각에 탈착 가능하다.
제어 모듈(14)은 연료 전지(11), 개질기(12) 및 축열조(15)를 제어 가능하다. 제어 모듈(14)은 모듈화된 연료 전지 시스템(1)의 다른 구성 요소들과 조립되어 구동될 수도 있고, 독립적으로 모듈화된 연료 전지 시스템(1)의 다른 구성 요소들로부터 분리되어 구동될 수도 있다. 예를 들어, 제어 모듈(14)은 연료 전지(11) 또는 개질기(12)의 효율을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(14)은 연료 전지(11) 및 축열조(15) 사이의 열 교환 성능을 제어할 수 있다. 제어 모듈(14)은 연료 전지(11), 배관부(13), 제어 모듈(14) 및 축열조(15) 각각에 탈착 가능하다.
축열조(15)는 연료 전지(11)와 열 교환할 수 있다. 예를 들어, 축열조를 물을 저장하고 있을 수 있고, 연료 전지(11)와 적어도 일부가 면접촉한 상태를 유지할 수 있다. 축열조(15)는 연료 전지(11)에 탈착 가능하다.
배관부(13)는 연료 전지(11), 개질기(12), 제어 모듈(14) 및 축열조(15) 중 어느 하나를 다른 하나에 연결시킬 수 있다. 배관부(13)는 연료 전지(11), 개질기(12), 제어 모듈(14) 및 축열조(15)에 탈착 가능하다.
연료 전지(11), 개질기(12), 제어 모듈(14) 및 축열조(15)는 각각 서로 분리되어 독립적으로 구동 가능하다. 연료 전지(11), 개질기(12), 제어 모듈(14) 및 축열조(15)는 각각 분리되어 유지 및 보수, 또는 성능 테스트가 이뤄질 수 있다.
연료 전지(11), 개질기(12), 배관부(13), 제어 모듈(14) 및 축열조(15) 중 어느 하나는, 나머지 모두가 조립되어 있는 상태에서, 독립적으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 연료 전지(11)는, 모듈화된 연료 전지 시스템(1)이 완전히 조립된 상태에서, 개질기(12), 배관부(13), 제어 모듈(14) 및 축열조(15)의 조립 상태를 유지한 상태로, 개질기(12), 배관부(13), 제어 모듈(14) 및 축열조(15)로부터 분리될 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 모듈화된 연료 전지 시스템(1) 중 어느 하나의 구성이 유지 또는 보수가 필요하거나, 성능 테스트가 필요할 경우, 해당 구성만을 분리하여 유지, 보수 또는 성능 테스트를 수행할 수 있다. 연료 전지(11)를 예시로 들어 설명하나, 이에 제한되지 않음을 밝혀 둔다.
연료 전지(11), 개질기(12), 배관부(13), 제어 모듈(14) 및 축열조(15)는 서로 인접한 구성들끼리 결합하기 위한 결합 구조를 구비할 수 있다. 예를 들어, 연료 전지(11), 개질기(12), 배관부(13), 제어 모듈(14) 및 축열조(15) 각각은 볼트 및 너트 구조를 갖거나, 클램프 구조를 가질 수 있다.
연료 전지(11)의 상면은 개질기(12), 제어 모듈(14) 및 축열조(15) 각각의 상면과 나란하고, 연료 전지(11)의 일 측면은 개질기(12)의 측면과 나란하고, 연료 전지(11)의 타 측면은 제어 모듈(14)의 측면과 나란할 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 모듈화된 연료 전지 시스템(1)은 컴팩트하게 구성될 수 있다.
연료 전지(11), 개질기(12), 제어 모듈(14), 축열조(15) 및 배관부(13)는 조립된 상태에서 직육면체 형상을 가질 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 연료 전지의 정면도이다.
도 3을 참조하면, 연료 전지(11)는 연료 전지 센서(111) 및 연료 전지 제어부(112)를 포함할 수 있다. 연료 전지 센서(111) 및 연료 전지 제어부(112)는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 연료 전지 센서(111)는 연료 전지(11) 내부의 온도를 감지하거나, 연료 전지(11)의 효율을 감지할 수 있다. 연료 전지 제어부(112)는 연료 전지 센서(111)로부터 정보를 수신하여, 연료 전지(11)의 효율을 조절할 수 있다. 예를 들어, 연료 전지 제어부(112)는 연료 전지(11)의 내측을 유동하는 수소의 양을 조절할 수 있다.
모듈화된 연료 전지 시스템은 연료 전지 입구 호스(118) 및 연료 전지 출구 호스(119)를 포함할 수 있다. 연료 전지 입구 호스(118) 및 연료 전지 출구 호스(119)는 연료 전지(11)가 모듈화된 연료 전지 시스템으로부터 분리되어 독립적으로 구동할 때 장착될 수 있다. 연료 전지 입구 호스(118)는 연료 전지(11)에 탈착 가능하게 연결되고, 연료 전지(11) 내측으로 유체를 안내할 수 있다. 연료 전지 출구 호스(119)는 연료 전지(11)에 탈착 가능하게 연결되고, 연료 전지(11)로부터 토출되는 유체를 안내할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 개질기의 정면도이다.
도 4를 참조하면, 개질기(12)는 개질기 센서(121) 및 개질기 제어부(122)를 포함할 수 있다. 개질기 센서(121) 및 개질기 제어부(122)는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 개질기 센서(121)는 개질기(12)의 개질 효율을 감지할 수 있다. 개질기 제어부(122)는 개질기 센서(121)로부터 정보를 수신하여, 개질기 (12)의 효율을 조절할 수 있다. 예를 들어, 개질기 제어부(122)는 개질기(12)의 내측을 유동하는 연료의 양을 조절할 수 있다.
모듈화된 연료 전지 시스템은 개질기 입구 호스(128) 및 개질기 출구 호스(129)를 포함할 수 있다. 개질기 입구 호스(128) 및 개질기 출구 호스(129)는 연료 전지(11)가 모듈화된 연료 전지 시스템으로부터 분리되어 독립적으로 구동할 때 장착될 수 있다. 개질기 입구 호스(128)는 개질기(12)에 탈착 가능하게 연결되고, 개질기(12) 내측으로 유체를 안내할 수 있다. 개질기 출구 호스(129)는 개질기 (12)에 탈착 가능하게 연결되고, 개질기(12)로부터 토출되는 유체를 안내할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (8)

  1. 연료 전지;
    천연가스, 메탄올, 석탄 또는 석유를 수소로 변환시켜 상기 연료 전지로 공급 가능하고, 상기 연료 전지에 탈착 가능한 개질기;
    상기 연료 전지 및 개질기를 제어 가능하고, 상기 연료 전지에 탈착 가능한 제어 모듈;
    적어도 일부가 상기 연료 전지와 면접촉한 상태로 상기 연료 전지와 열교환 가능하고, 상기 연료 전지에 탈착 가능한 축열조; 및
    상기 연료 전지, 개질기, 제어 모듈 및 축열조에 탈착 가능한 배관부를 포함하는 모듈화된 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 전지, 개질기, 제어 모듈 및 축열조는 각각 서로 분리되어 독립적으로 구동 가능한 모듈화된 연료 전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 전지, 개질기, 제어 모듈, 축열조 및 배관부 중 어느 하나는, 나머지가 모두 조립되어 있는 상태에서, 독립적으로 분리될 수 있는 모듈화된 연료 전지 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연료 전지는, 연료 전지 센서 및 연료 전지 제어부를 포함하고,
    상기 연료 전지에 탈착 가능하게 연결되고, 상기 연료 전지 내측으로 유체를 안내하기 위한 연료 전지 입구 호스; 및
    상기 연료 전지에 탈착 가능하게 연결되고, 상기 연료 전지로부터 토출되는 유체를 안내하기 위한 연료 전지 출구 호스를 포함하는 모듈화된 연료 전지 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 개질기는, 개질기 센서 및 개질기 제어부를 포함하고,
    상기 개질기에 탈착 가능하게 연결되고, 상기 개질기 내측으로 유체를 안내하기 위한 개질기 입구 호스; 및
    상기 개질기에 탈착 가능하게 연결되고, 상기 개질기로부터 토출되는 유체를 안내하기 위한 개질기 출구 호스를 포함하는 모듈화된 연료 전지 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 배관부는 상기 연료 전지, 개질기, 제어 모듈 및 축열조 중 어느 하나를 다른 하나에 연결시키는 모듈화된 연료 전지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 전지의 상면은 상기 개질기, 제어 모듈 및 축열조 각각의 상면과 나란하고,
    상기 연료 전지의 일 측면은 상기 개질기의 측면과 나란하고,
    상기 연료 전지의 타 측면은 상기 제어 모듈의 측면과 나란한 모듈화된 연료 전지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 연료 전지, 개질기, 제어 모듈, 축열조 및 배관부는 모두 조립된 상태를 기준으로, 직육면체 형상을 갖는 연료 전지 시스템.
KR1020190155796A 2019-11-28 2019-11-28 모듈화된 연료 전지 시스템 KR102272338B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100063994A (ko) * 2008-12-04 2010-06-14 삼성전자주식회사 연료 전지 시스템 내부의 연결 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템
KR20160048453A (ko) * 2014-10-24 2016-05-04 현대제철 주식회사 부채꼴 연료전지 장치

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