KR20230146808A - 연료전지 장치 - Google Patents

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KR20230146808A
KR20230146808A KR1020220045672A KR20220045672A KR20230146808A KR 20230146808 A KR20230146808 A KR 20230146808A KR 1020220045672 A KR1020220045672 A KR 1020220045672A KR 20220045672 A KR20220045672 A KR 20220045672A KR 20230146808 A KR20230146808 A KR 20230146808A
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장희중
양동근
우형석
원재영
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 연료전지 장치는, 스택; 상기 스택으로 개질가스를 공급하는 개질기; 상기 개질기를 가열하는 버너; 상기 스택으로 공기를 공급하는 스택 에어블로워; 및 유입구 및 토출구가 형성되는 중공의 하우징, 및 상기 유입구에 상기 하우징의 내벽 방향으로 복수개가 형성되어 유입되는 기체를 상기 하우징의 내벽측으로 가이드하는 베인을 구비하여, 유입되는 기체에 함유된 수분을 분리한 뒤 기체를 토출하는 수분제거장치;를 포함하고, 상기 수분제거장치는, 스택으로 공급되는 개질가스, 스택으로부터 버너로 공급되는 AOG, 및 스택으로부터 배출되는 공기 중 적어도 어느 하나의 수분을 제거하도록 배치되므로, 수분의 제거가 요구되는 기체를 효율적으로 제습함으로써 연료전지 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

연료전지 장치{Fuel cell apparatus}
본 발명은 연료전지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수분 제거 효율이 향상된 수분제거장치를 포함하는 연료전지 장치에 관한 것이다.
연료전지 장치는, 연료가스를 개질기에서 개질 처리하여 수소를 포함하는 개질가스로 변환하고, 이를 발전 장치인 스택으로 공급해, 스택 내의 산소와 전기화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 장치이다.
스택은, 스택으로 공급되는 개질가스의 습도가 적정값일 때 최적의 발전 성능을 발휘한다. 또한, 흡열 반응인 개질기 내의 개질 반응을 유도하기 위하여 개질기를 가열하는 버너를 구비함이 일반적인데, 이때 버너로 공급되는 연료의 습도가 낮을수록 버너의 연소 효율이 향상된다.
또한, 스택에서 배출되는 가스 및/또는 공기는 스택의 전기화학반응 결과 생성되는 다량의 수분을 머금고 있어, 스택에서 배출되는 가스 및/또는 공기에 함유된 수분을 회수하여 연료전지 장치 내 물(또는 냉각수)가 필요한 곳에 사용할 수 있도록 할 필요가 있다. 이와 같이, 연료전지 장치 내 유동하는 기체에 함유된 수분의 제거 내지 회수의 필요에 따라, 연료전지 장치는 기체의 수분을 포집, 회수하기 위한 설비를 함께 구비하는 것이 일반적이다.
종래 연료전지 장치는, 국내 등록특허 제10-1140252호 (2012.04.19)와 유사하게, 기체 유입구 및 토출구를 구비하여 기체가 유동하는 공간을 형성하고, 공간 내부에 기체가 유동하는 공간을 구획하면서 유로를 가이드하는 고정부재를 배치하고, 공간 내부에 기체에 함유된 액체를 분리시키는 기액분리부재를 배치하여, 전기화학반응에서 생성되는 물을 회수하여 재사용할 수 있는 기액분리기를 구비한다.
그러나, 종래 연료전지 장치는, 기체 유동 공간 내부에서 기체의 유로를 가이드하는 부재가 기체의 압력손실을 유발하여 유동 효율을 저하할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 종래 연료전지 장치는, 기액분리부재의 표면에 응축수가 맺힐 경우 분리 효율이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 종래 연료전지 장치는, 스택의 전기화학반응에서 발생한 수분 중 일부를 회수하기 위하여 기액분리기를 단순히 물탱크에 탈착시킬 뿐, 별도로 스택으로 공급되는 개질가스나 버너로 공급되는 연료의 습도를 조절하여 연료전지 장치의 효율을 향상시키기 위한 기액분리기의 배치 내지 활용 방법을 개시하고 있지는 않다는 한계점이 있다.
국내 특허 등록번호 10-1140252 B1 (2012.04.19)
본 발명의 목적은, 수분 응축 효율을 향상시킨 수분제거장치를 구비하는 연료전지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 최적의 위치에 수분제거장치가 배치되는 연료전지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 필요에 따라 수분 제거 여부를 선택할 수 있는 수분제거장치를 구비하는 연료전지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 스택으로 공급되는 개질가스의 습도를 조절할 수 있는 연료전지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 버너로 공급되는 가스의 수분을 제거하여 연소 효율을 향상시킨 연료전지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 연료전지 장치 내 유로를 유동하는 기체로부터 수분을 회수하여 냉각수로 활용할 수 있는 연료전지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 별도의 급수라인 없이도 냉각수의 유량 확보가 가능한 연료전지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 수분제거장치의 바이패스 설비를 필요에 따라 선택적으로 구비하여 경제성을 향상시킨 연료전지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 압력손실을 저감시킨 수분제거장치를 구비한 연료전지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 스택; 개질가스를 생성하는 개질기; 상기 개질기를 가열하는 버너; 상기 스택으로 공기를 급하는 스택 에어블로워; 및 유입구 및 토출구가 형성되는 중공의 하우징, 및 상기 유입구에 상기 하우징의 내벽 방향으로 복수개가 형성되어 유입되는 기체를 상기 하우징의 내벽측으로 가이드하는 베인을 구비하여, 유입되는 기체에 함유된 수분을 분리한 뒤 기체를 토출하는 수분제거장치;를 포함하고, 상기 수분제거장치는, 상기 개질기로부터 상기 스택으로 개질가스가 유동하는 제1유로, 상기 스택으로부터 상기 버너로 상기 스택이 배출하는 가스가 유동하는 제2유로, 및 상기 스택으로부터 외부로 상기 스택이 배출하는 공기가 유동하는 제3유로 중 적어도 어느 하나의 유로에 배치된다.
따라서, 베인에 의하여 하우징 내측벽에서의 접촉 냉각에 의한 수분 응축 효율을 향상시킨 수분제거장치를 기체 내 수분의 제거가 요구되는 연료전지 장치의 특정 유로에 배치함으로써, 연료전지 장치의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 상기 제1유로에 배치되어 제1유로를 개폐하는 제1밸브; 상기 제1유로 중 상기 제1밸브가 배치되는 부위의 상류에서 분지되어 상기 제2유로로 합지되는 개질가스 바이패스유로; 및 상기 개질가스 바이패스유로에 배치되어 개질가스 바이패스유로를 개폐하는 개질가스 바이패스밸브;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수분제거장치는, 상기 제1유로 중 상기 개질가스 바이패스유로가 분지되는 부위의 상류 및 상기 제2유로 중 상기 개질가스 바이패스유로가 합지되는 부위의 하류 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.
이때, 제어부는, 상기 버너가 상기 개질기를 가열하여 상기 개질기의 온도가 소정온도값에 도달하면, 상기 개질가스 바이패스밸브가 개방되고 상기 제1밸브가 폐쇄되도록 제어할 수 있고, 또한, 상기 개질기가 생성하는 개질가스의 일산화탄소 농도가 소정농도값까지 저감되면, 상기 개질가스 바이패스밸브가 폐쇄되고 상기 제1밸브가 개방되도록 제어할 수 있다.
따라서, 제1유로, 개질가스 바이패스유로, 및 제2유로를 통하여 개질기로부터 버너로 개질가스를 공급하는 개질 모드 및 제1유로를 통하여 개질기로부터 스택으로 개질가스를 공급하고 제2유로를 통하여 스택으로부터 버너로 AOG를 공급하는 발전 모드를 통틀어 항상 기체가 유동하는 부위에 수분제거장치를 배치함으로써, 단일의 수분제거장치로도 개질 모드 및 발전 모드간에 수분 제거를 지속적으로 수행할 수 있도록하여, 연료전지 장치의 경제성 및 제작성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치의 상기 수분제거장치는, 상기 하우징의 유입구를 외부의 유로와 연통시키는 인렛; 상기 하우징의 토출구를 외부의 유로와 연통시키는 아웃렛;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수분제거장치는, 상기 인렛으로부터 분지되어 상기 아웃렛으로 합지되는 수분제거 바이패스유로; 및 상기 수분제거 바이패스유로에 배치되어 수분제거 바이패스유로를 개폐하는 수분제거 바이패스밸브;를 더 포함할 수 있다.
따라서, 운전 조건에 따라 수분제거장치로 유입되는 기체의 습도를 제거할 필요가 없을 경우, 수분제거장치로 유입되는 기체를 바이패스시킴으로써 불필요한 수분 제거를 방지하고 압력손실을 최소화할 수 있다.
이때, 상기 연료전지 장치는, 상기 인렛에 배치되어 유동하는 기체의 습도를 감지하는 습도감지센서를 더 포함할 수 있고, 제어부는, 상기 습도감지센서가 감지한 습도값이 소정습도범위 초과이면, 상기 수분제거 바이패스밸브를 폐쇄하고, 상기 습도갑지센서가 감지한 습도값이 소정습도범위 내이거나 미만이면, 상기 수분제거 바이패스밸브를 개방할 수 있다.
따라서, 수분제거장치로 유입되는 기체의 습도가 적정한지에 따라 수분제거바이패스밸브의 개도량을 제어함으로써, 기체의 습도를 적정하게 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치의 상기 수분제거 바이패스유로 및 수분제거 바이패스밸브는, 상기 수분제거장치가 상기 제1유로에 배치될 경우에만 구비될 수 있다.
따라서, 적정한 습도값이 요구되는 스택으로 공급되는 개질가스가 통과하는 부위를 제외하고, 최대한의 수분 제거가 요구되는 버너로 공급되는 AOG 또는 스택으로부터 배출되는 공기가 통과하는 부위에 배치되는 수분제거장치에는 불필요한 바이패스 설비를 구비하지 않도록하여, 연료전지 장치의 경제성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치의 상기 아웃렛은, 상기 하우징의 토출구를 관통하여 상기 하우징의 내측으로 관입될 수 있다.
따라서, 유입구를 통하여 수분제거장치로 유입된 기체가 하우징의 내측벽을 따라 유동하면서 1차적으로 냉각되고, 토출구가 형성된 하우징의 내측벽에 도달하여 유동 방향이 반전된 뒤, 관입된 아웃렛의 외벽을 따라 유동하면서 추가적으로 냉각된 후 토출되도록 하여, 수분제거장치의 수분 제거 성능을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 아웃렛이 상기 하우징의 내측으로 관입되는 깊이는, 상기 하우징 길이의 절반 이상일 수 있다.
따라서, 아웃렛이 관입되는 깊이가 과도할 경우 발생하는 와류에 의한 유동 효율의 저하를 방지하면서도 수분제거장치의 수분 제거 성능을 최대화화되도록 아웃렛의 적절한 관입 깊이를 설정함으로써, 수분제거장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치의 상기 수분제거장치는, 기체에서 분리된 수분이 집수되도록 상기 하우징의 하부면이 상기 유입구 및 토출구로부터 하측으로 파여 형성되는 집수부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 하우징의 하부면은, 적어도 일부가 개구되고, 상기 연료전지 장치는, 일단이 상기 하부면의 개구된 부분과 연통되고 타단이 상기 스택으로 공급되는 냉각수가 저장되는 물탱크와 연결되는 배수유로; 및 상기 배수유로에 배치되어 상기 배수유로를 개폐하는 배수밸브를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지 장치는, 외부의 급수원으로부터 상기 물탱크로 물을 공급하는 급수유로를 구비하지 않을 수 있다.
따라서, 응축수의 분리 효율이 향상된 상기 수분제거장치로부터 물탱크로 응축수가 회수되도록하여 응축수 회수 효율을 상승시킴에 따라, 일반적으로 연료전지 장치의 냉각수탱크 내지 물탱크에 연결되는 급수라인을 필요로하지 않을 수 있어 연료전지 장치의 경제성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치의 상기 유입구는, 상기 하우징의 내부를 향해 단면적이 점진적으로 넓어지는 콘(Corn) 형상으로 형성될 수 있다.
따라서, 유입구를 통과함에 따라 수분제거장치로 유입되는 기체의 유속이 저감되도록하여, 수분제거장치의 수분 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치의 상기 토출구는, 단면적이 상기 유입구의 단면적보다 작게 형성될 수 있다.
따라서, 수분제거장치로 유입되어 압력이 손실된 기체가 유입구 대비 작게 형성된 토출구의 단면적을 통과하면서 토출되도록하여, 토출되는 수분이 제거된 기체의 압력을 향상시킴으로써 수분제거장치의 유동 효율을 향상시킬 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 안정적으로 높은 열교환 효율을 갖는 열교환기를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 베인에 의하여 하우징 내측벽에서의 접촉 냉각에 의한 수분 응축 효율을 향상시킨 수분제거장치를 기체 내 수분의 제거가 요구되는 연료전지 장치의 특정 유로에 배치함으로써, 연료전지 장치의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 제1유로, 개질가스 바이패스유로, 및 제2유로를 통하여 개질기로부터 버너로 개질가스를 공급하는 개질 모드 및 제1유로를 통하여 개질기로부터 스택으로 개질가스를 공급하고 제2유로를 통하여 스택으로부터 버너로 AOG를 공급하는 발전 모드를 통틀어 항상 기체가 유동하는 부위에 수분제거장치를 배치함으로써, 단일의 수분제거장치로도 개질 모드 및 발전 모드간에 수분 제거를 지속적으로 수행할 수 있도록하여, 연료전지 장치의 경제성 및 제작성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 운전 조건에 따라 수분제거장치로 유입되는 기체의 습도를 제거할 필요가 없을 경우, 수분제거장치로 유입되는 기체를 바이패스시킴으로써 불필요한 수분 제거를 방지하고 압력손실을 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 수분제거장치로 유입되는 기체의 습도가 적정한지에 따라 수분제거바이패스밸브의 개도량을 제어함으로써, 기체의 습도를 적정하게 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 적정한 습도값이 요구되는 스택으로 공급되는 개질가스가 통과하는 부위를 제외하고, 최대한의 수분 제거가 요구되는 버너로 공급되는 AOG 또는 스택으로부터 배출되는 공기가 통과하는 부위에 배치되는 수분제거장치에는 불필요한 바이패스 설비를 구비하지 않도록하여, 연료전지 장치의 경제성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 유입구를 통하여 수분제거장치로 유입된 기체가 하우징의 내측벽을 따라 유동하면서 1차적으로 냉각되고, 토출구가 형성된 하우징의 내측벽에 도달하여 유동 방향이 반전된 뒤, 관입된 아웃렛의 외벽을 따라 유동하면서 추가적으로 냉각된 후 토출되도록 하여, 수분제거장치의 수분 제거 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 아웃렛이 관입되는 깊이가 과도할 경우 발생하는 와류에 의한 유동 효율의 저하를 방지하면서도 수분제거장치의 수분 제거 성능을 최대화화되도록 아웃렛의 적절한 관입 깊이를 설정함으로써, 수분제거장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 응축수의 분리 효율이 향상된 상기 수분제거장치로부터 물탱크로 응축수가 회수되도록하여 응축수 회수 효율을 상승시킴에 따라, 일반적으로 연료전지 장치의 냉각수탱크 내지 물탱크에 연결되는 급수라인을 필요로하지 않을 수 있어 연료전지 장치의 경제성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 유입구를 통과함에 따라 수분제거장치로 유입되는 기체의 유속이 저감되도록하여, 수분제거장치의 수분 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 수분제거장치로 유입되어 압력이 손실된 기체가 유입구 대비 작게 형성된 토출구의 단면적을 통과하면서 토출되도록하여, 토출되는 수분이 제거된 기체의 압력을 향상시킴으로써 수분제거장치의 유동 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치의 전체구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료처리장치의 개략도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 수분제거장치의 구성도이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치의 개질 모드에서의 유동흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치의 발전 모드에서의 유동흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수분제거 바이패스밸브가 폐쇄된 경우의 수분제거장치의 유동흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수분제거 바이패스밸브가 전부 개방된 경우의 수분제거장치의 유동흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용될 수 있다.
이하, 예를 들어 '400' 은 '400a, 400b, 및 400c'를 포함하는 의미임은 당연하다.
이하, 수분제거장치(400)에서 기체로부터 포집된 수분(W) 내지 분리된 수분(W)은 '응축수(W)'로 지칭될 수도 있다.
연료전지(Fuel Cell) 장치란 탄화수소계 연료를 개질하여 얻은 수소와 외기중의 산소를 스택의 막전극접합체(MEA)에서 전기화학반응시켜 전기를 생산하는 장치이다.
도 2을 참조하면, 연료전지 장치(1)는, 연료처리부(I), 전력생성부(II), 물순환부(III) 및/또는 열회수부(IV)를 포함할 수 있다. 연료전지 장치(1)는, 전력생성부(II)에서 생성된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 전력변환장치를 포함하는 전력변환부(미도시)를 더 구비할 수 있다.
연료처리부(I)는, 연료처리장치(10), 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스의 유동을 조절하는 연료밸브(30), 공기를 연료처리장치(10)로 유동시키는 버너 에어블로워(71) 등을 포함할 수 있다.
전력생성부(II)는, 스택(20a, 20b), 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스의 열교환이 일어나는 개질가스 열교환기(21), 스택(20a, 20b)에서 반응하지 않고 배출되는 가스의 열교환이 일어나는 AOG열교환기(22), 스택(20a, 20b)에 공급되는 공기에 수분을 공급하는 가습장치(23), 공기를 스택(20a, 20b)으로 유동시키는 스택 에어블로워(72) 등을 포함할 수 있다.
물순환부(III)는, 연료전지 장치(1)에서 생성되는 물을 저장하는 물탱크(13), 연료처리장치(10)로 물을 유동시키는 물펌프(38), 연료처리장치(10)로 공급되는 물의 유동을 조절하는 물공급밸브(39), 개질가스 열교환기(21)로 물을 유동시키는 물펌프(43) 등을 포함할 수 있다. 본 발명에서 물은 이물질이 제거된 초순수인 냉각수를 의미할 수 있으나, 서술에 있어 물과 냉각수를 특별히 구분하지 않을 수 있다.
열회수부(IV)는, 열교환에 사용되는 물을 저장하는 열회수탱크(15), 열회수탱크(15)에 저장된 물을 열회수탱크(15) 외부로 유동시키는 열회수펌프(48) 등을 포함할 수 있다.
이하, 본원 발명의 기술적 사상의 핵심의 이해를 돕기 위하여 각 부 및 각 부를 구성하는 구성 중, 각 부 및 각 부를 구성하는 구성들의 작동 순서와 무관한 순서로 특정 구성에 관하여 먼저 설명하도록 한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 연료전지 장치(1)의 일부 구성에 대해 설명한다.
스택(20)은, 수소와 산소를 전기화학반응시켜 전기에너지를 생성한다. 스택(20)은, 수소를 함유한 개질가스와 산소를 함유한 공기를 공급받아 전기에너지를 생성할 수 있다.
스택(20)은, 전기화학반응이 일어나는 단일 셀이 적층되어 구성될 수 있다. 단일 셀은, 전해질막을 중심으로 연료극과 공기극이 배치된 막-전극 접합체(membrane electrode assembly, MEA), 세퍼레이터(separator) 등으로 구성될 수 있다. 막-전극 접합체의 연료극에서는, 수소가 촉매에 의하여 수소이온과 전자로 분리되어 전기가 발생할 수 있고, 막-전극 접합체의 공기극에서는 수소이온과 전자가 산소와 결합하여 물이 생성될 수 있다.
스택(20)은, 전기화학반응 과정에서 발생하는 열을 방열하는 스택 열교환기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 스택 열교환기는, 물을 냉매로 사용하는 열교환기일 수 있다 예를 들어, 스택 열교환기에 공급되는 냉각수가 전기화학반응 과정에서 발생하는 열을 흡수할 수 있고, 흡수된 열에 의해 온도가 상승한 냉각수가 스택 열교환기의 외부로 토출될 수 있다.
한편, 개질가스 중 스택(20a, 20b)에서 반응하지 않고 배출되는 가스는, 애노드 오프 가스(anode off gas, AOG)로 명명될 수 있다. 또한, 스택(20a, 20b)으로 공급된 공기 중 전기화학반응에 이용된 산소 외의 성분을 함유한 공기는, 스택으로부터 외부로 배출될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 연료전지 장치(1)는 두 개의 스택(20a, 20b)을 구비하는 것으로 설명하나, 이에 제한되지 않는다.
도 2을 참조하면, 연료처리장치(10)는, 탈황기(110), 버너(120), 증기발생기(130), 개질기(140), 제1 반응기(150) 및/또는 제2 반응기(160)를 포함할 수 있다. 연료처리장치(10)는, 적어도 하나의 믹서(111, 112)를 더 포함할 수 있다.
개질기(140)는, 연료를 개질하여 개질가스를 생성한다. 구체적으로, 개질기(140)는, 촉매를 이용하여, 황 화합물이 제거된 연료 가스로부터 수소 가스를 생성하는 개질 공정을 수행할 수 있다.
예를 들어, 탈황기(110)로부터 토출된 연료 가스와 증기발생기(130)로부터 토출된 수증기가 제2 믹서(112)에서 혼합되어 개질기(140)에 공급될 수 있다. 이때, 개질기(140)에 공급된 연료 가스와 수증기가 개질기(140) 내에서 개질 반응하는 경우, 수소 가스가 생성될 수 있다.
개질기(140), 후술할 제1 반응기(150) 및/또는 제2 반응기(160)를 거쳐 연료처리장치(10)에서 토출되는 가스는, 개질가스로 명명될 수 있다. 스택(20)은, 연료처리장치(10)로부터 공급되는 개질가스에 전기화학반응을 일으켜 전기 에너지를 생성할 수 있다.
이하 편의상 제1 반응기(150) 및/또는 제2 반응기(160)에 관한 중복되는 서술은 생략하고, 개질기(140)에서 토출되는 수소 가스를 연료처리장치(10)에서 토출되는 개질가스와 구분하지 않도록 한다.
버너(120)는, 연료를 연소시켜 개질기(140)를 가열한다. 구체적으로, 버너(120)는, 개질기(140)에서의 개질 반응이 촉진되도록, 개질기(140)에 열을 공급할 수 있다.
예를 들어, 탈황기(110)로부터 토출된 연료 가스와 외부에서 유입된 공기가 후술할 제1 믹서(111)에서 혼합되어 버너(120)에 공급될 수 있다. 이때, 버너(120)는, 연료 가스와 공기가 혼합된 혼합 가스를 연소시켜 연소열을 발생시킬 수 있다. 이때, 버너(120)에서 공급되는 열에 의해, 개질기(140)의 내부온도가 적정 온도(예: 800℃)로 유지될 수 있다.
개질기(140) 및 버너(120) 외 연료처리장치(10)의 나머지 구성에 관하여는 후술하도록한다.
제1유로(450)는, 개질기(140)(내지 연료처리장치(10))로부터 스택(20a, 20b)으로 개질가스를 유동시킨다. 제1유로(450)는, 개질기(140)(내지 연료처리장치(10))와 스택(20a, 20b)을 연결할 수 있다. 제1유로(450)는, 개질가스열교환기(21)에 의하여 개질가스토출유로(104) 및 스택가스공급유로(106)로 구분될 수 있다.
연료처리장치(10) 내지 개질기(140)는, 개질가스토출유로(104)에 연결될 수 있다. 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스는, 개질가스토출유로(104)를 통해 유동할 수 있다.
개질가스토출유로(104)는, 개질가스의 열교환이 일어나는 개질가스열교환기(21)에 연결될 수 있다.
개질가스열교환기(21)는, 물탱크(13)에서 토출된 물이 유동하는 냉각수공급유로(304)에 연결될 수 있다. 개질가스열교환기(21)는, 개질가스토출유로(104)를 통해 유입되는 개질가스와, 냉각수공급유로(304)를 통해 공급되는 물을 열교환할 수 있다.
냉각수공급유로(304)에는, 물탱크(13)에 저장된 물을 개질가스열교환기(21)로 유동시키는 냉각수펌프(43), 및/또는 냉각수공급유로(304) 내에 유동하는 물의 유량을 검출하는 냉각수유량계(56)가 배치될 수 있다.
개질가스열교환기(21)는, 스택가스공급유로(106)에 연결될 수 있다. 개질가스열교환기(21)에서 토출된 개질가스는, 스택가스공급유로(106)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유동할 수 있다.
스택(20a. 20b)은, 스택가스공급유로(106)를 통해 유입되는 개질가스에 전기화학반응을 일으켜 전기 에너지를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 연료전지 장치(1)가 복수의 스택(20a. 20b)을 구비하는 경우, 제1 스택(20a)에서 반응하지 않고 토출되는 개질 가스는 제2 스택(20b)에서 추가적으로 전기화학반응을 일으킬 수 있다.
제1밸브(33)는, 제1유로(450)에 배치되어 제1유로(450)를 개폐할 수 있다. 예를 들어, 제1밸브(33)는, 스택가스공급유로(106)에 배치될 수 있다.
복수의 스택(20a. 20b)은, 가스연결유로(107)에 의해 서로 연결될 수 있다. 제1 스택(20a)에서 반응하지 않고 토출되는 개질 가스는, 가스연결유로(107)를 통해 제2 스택(20b)으로 유입될 수 있다.
가스연결유로(107)에는, 개질가스가 제1 스택(20a)을 통과하는 동안 응축되어 생성된 물을 제거하는 추가상분리기(62)가 배치될 수 있다.
추가상분리기(62)에서 생성된 물은, 추가상분리기(62)에서 토출되어, 제2 물회수유로(310)로 유동할 수 있다. 제2 물회수유로(310)에는, 물의 유동을 조절하는 제2 물회수밸브(45)가 배치될 수 있다.
제2유로(452)는, 스택(20a, 20b)으로부터 버너(120)(내지 연료처리장치(10))로 스택이 배출하는 가스(즉, AOG)를 유동시킨다. 제2유로(452)는, 스택(20a, 20b)과 버너(120)(내지 연료처리장치(10))를 연결할 수 있다. 제2유로(452)는, AOG열교환기(22)에 의해 스택가스토출유로(108) 및 AOG공급유로(109)로 구분될 수 있다.
스택으로부터 배출되는 AOG는, 스택가스토출유로(108)를 통해 유동할 수 있다. 스택가스토출유로(108)는, 스택(20a, 20b)과 AOG열교환기(22)를 연결할 수 있다.
AOG열교환기(22)는, AOG가 유동하는 스택가스토출유로(108)에 연결될 수 있다. AOG열교환기(22)는, 열회수탱크(15)에서 토출된 물이 유동하는 온수공급유로(313)에 연결될 수 있다. AOG열교환기(22)는, 스택가스토출유로(108)를 통해 유입되는 양극배출가스(AOG)와, 온수공급유로(313)를 통해 공급되는 물을 열교환할 수 있다.
온수공급유로(313)에는, 열회수탱크(15)에 저장된 물을 AOG열교환기(22)로 유동시키는 온수펌프(48) 및/또는 온수공급유로(313) 내에 유동하는 물의 유량을 검출하는 온수유량계(55)가 배치될 수 있다.
AOG열교환기(22)는, AOG공급유로(109)에 연결될 수 있고, AOG공급유로(109)를 통해 열교환된 AOG를 토출할 수 있다. AOG열교환기(22)에서 토출된 AOG는, AOG공급유로(109)를 통해 버너(120) 내지 연료처리장치(10)로 유동할 수 있다. AOG공급유로(109)를 통해 버너(120) 내지 연료처리장치(10)에 공급된 AOG는, 버너(120)의 연소를 위한 연료로 사용될 수 있다.
제2밸브(35)는, 제2유로(452)에 배치되어 제2유로(452)를 개폐할 수 있다. 예를 들어, 제2밸브(35)는, 스택가스토출유로(108)에 배치될 수 있다.
개질가스 바이패스유로(105)는, 제1유로(450) 중 제1밸브(33)가 배치되는 부위의 상류에서 분지되어 제2유로(452)로 합지되어 형성될 수 있다. 개질가스 바이패스유로(105)는, 개질기(140)로부터 토출되어 제1유로(450)를 유동하는 개질가스가 스택(20a, 20b)을 바이패스하여 제2유로(452)로 유입되도록 할 수 있다. 개질가스 바이패스유로(105)를 통해 제2유로(452)로 유입된 개질가스는, 제2유로(452)를 통해 버너(120)(내지 연료처리장치(10))로 유입되어 버너(120)의 연소에 사용될 수 있다.
개질가스 바이패스밸브(34)는, 개질가스 바이패스유로(105)에 배치되어 개질가스 바이패스유로(105)를 개폐할 수 있다.
스택 에어블로워(72);는, 공기를 흡입하여 스택(20a, 20b)으로 공급한다. 스택 에어블로워(72)는, 제1 외부공기유입유로(201)와 연통된 제2 외부공기유입유로(203)와, 스택측 공기유입유로(204)에 연결될 수 있다. 제2 외부공기유입유로(203)는, 공기필터(91)의 후단에 연결될 수 있다. 스택 에어블로워(72)는, 제2 외부공기유입유로(203)를 통해 유입되는 공기를, 스택측 공기유입유로(204)를 통해 스택(20) 측으로 유동시킬 수 있다.
제2 외부공기유입유로(203)에는, 공기의 유동 방향을 제한하는 제2 공기측 체크밸브(82)가 배치될 수 있다. 스택측 공기유입유로(204)에는, 스택측 공기유입유로(204) 내에 유동하는 공기의 유량을 검출하는 공기유량계(53)가 배치될 수 있다.
가습장치(23)는, 스택측 공기유입유로(204)를 통해 유입되는 공기에 수분을 공급할 수 있고, 수분이 포함된 공기를 스택측 공기공급유로(205)를 통해 토출할 수 있다.
스택측 공기공급유로(205)에는, 스택(20)으로 공급되는 공기의 유동을 조절하는 스택측 공기공급밸브(36)가 배치될 수 있다.
스택측 공기공급유로(205)는, 스택(20a. 20b)에 각각 대응하는 개별공급유로(206, 207)에 연결될 수 있다. 스택측 공기공급유로(205)를 통해 유동하는 공기는, 개별공급유로(206, 207)를 통해 스택(20a. 20b)으로 공급될 수 있다.
스택(20a, 20b)은, 개별공급유로(206, 207)를 통해 유입되는 공기에 전기화학반응을 일으켜 전기 에너지를 생성할 수 있다.
제3유로(454)는, 스택(20a, 20b)으로부터 외부로 스택이 배출하는 공기를 유동시킨다. 제3유로(454)는, 개별토출유로(208, 209), 스택측 공기토출유로(211), 가습장치토출유로(212), 배기유로(213)를 포함할 수 있다.
제3밸브(37)은, 제3유로(454)에 배치되어 제3유로(454)를 개폐할 수 있다.
스택측 공기토출유로(211)는, 스택(20a. 20b)에 각각 대응하는 개별토출유로(208, 209)에 연결될 수 있다. 스택(20a, 20b)에서 토출된 공기는, 개별토출유로(208, 209)를 통해 스택측 공기토출유로(211)로 유동할 수 있다. 이때, 스택측 공기토출유로(211)를 통해 유동하는 공기는, 스택(20a, 20b)에서 일어나는 전기화학반응에 의해 생성되는 수분을 포함할 수 있다.
스택측 공기토출유로(211)는, 가습장치(23)에 연결될 수 있다. 가습장치(23)는, 스택측 공기토출유로(211)를 통해 공급되는 공기에 포함된 수분을 이용하여, 스택(20)으로 유동하는 공기에 수분을 공급할 수 있다. 스택측 공기토출유로(211)를 통해 가습장치(23)에 공급된 공기는, 가습장치(23)를 거쳐 가습장치토출유로(212)로 토출될 수 있다.
수분제거장치(400)는, 수분제거장치(400)로 유입되는 기체에 함유된 수분을 분리한 뒤, 수분이 분리된 기체를 토출한다. 수분제거장치(400)는, 중공의 하우징(410) 및 베인(420)을 포함한다. (도 3 참조)
하우징(410)에는, 수분제거장치(400)로 기체가 유입되는 유입구(412) 및 유입된 기체가 토출되는 토출구(414)가 형성된다. 토출구(414)와 유입구(412)는, 하우징(410)의 대향되는 일측면과 타측면이 각각 개구되어 형성될 수 있다.
베인(420)은, 유입구(412)에 하우징(410)의 내벽 방향으로 복수개가 형성되어 유입되는 기체를 하우징(410)의 내벽측으로 가이드한다. 베인(420)은, 일반적으로 사용되는 공기의 유동 방향을 가이드하기 위해 만들어지는 표면으로서, 하우징(410)의 내벽 방향으로 경사를 갖는 날개일 수 있다. 또는, 베인(420)은, 기체를 하우징(410)의 내벽측으로 가이드함과 동시에 기체의 스월(Swirl)을 형성하기 위하여, 내벽 방향으로 만곡되면서 회전되는 형태의 스월 베인(420)(Swirl Vane) 내지 스크류 베인(420)(Screw Vane)일 수도 있다.
유입구(412)를 통하여 수분제거장치(400)로 유입된 기체는, 유동 방향이 베인(420)에 의하여 하우징(410)의 내측벽측으로 형성될 수 있다. 하우징(410)의 내측벽을 따라 유동하는 기체는, 하우징(410)의 내측벽과의 접촉에 의하여 냉각될 수 있다. 기체가 냉각됨에 따라, 기체에 함유된 수분이 응축되어 하우징(410)의 내측벽에 맺힐 수 있다.
내측벽에 맺힌 응축수(W)는, 중력에 의하여 내측벽을 타고 내려와 후술할 하우징(410)의 하부 공간인 집수부(442)에 저장될 수 있다. 수분이 제거(내지 저감)된 기체는, 하우징(410) 내부의 압력에 의하여 토출구(414)를 통해 수분제거장치(400)로부터 토출될 수 있다. (도 6 참조)
한편, 수분제거장치(400)는, 인렛(430)과 아웃렛(432)을 포함할 수 있다.
인렛(430)은, 하우징(410)의 유입구(412)를 외부의 유로(이때 '외부의 유로'란, 이하, 연료전지 장치(1) 내 기체 유동하는 유로를 지칭한다.)와 연통시킬 수 있다. 아웃렛(432)은, 하우징(410)의 토출구(414)를 외부의 유로와 연통시킬 수 있다.
인렛(430) 및 아웃렛(432)은, 수분제거장치(400)를 배관 내지 유로에 연결시키기 위한 덕트일 수도 있다. 인렛(430)은, 외부의 유로를 유동하는 기체가 수분제거장치(400)의 유입구(412)로 유입되도록 기체를 가이드할 수 있다. 아웃렌은, 수분제거장치(400)의 토출구(414)로부터 토출되는 기체를 외부의 유로로 가이드할 수 있다.
수분제거장치(400)는, 수분제거 바이패스유로(434) 및 수분제거 바이패스밸브(436)를 더 포함할 수 있다.
수분제거 바이패스유로(434)는, 인렛(430)으로부터 분지되어 아웃렛(432)으로 합지될 수 있다. 인렛(430)으로 유입된 기체는 수분제거 바이패스유로(434)를 통해 하우징(410)을 바이패스하여 아웃렛(432)으로 유입될 수 있다.
수분제거 바이패스밸브(436)는, 수분제거 바이패스유로(434)에 배치되어 수분제거 바이패스유로(434)를 개폐할 수 있다.
따라서, 운전 조건에 따라 수분제거장치(400)로 유입되는 기체의 습도를 제거할 필요가 없을 경우, 수분제거장치(400)로 유입되는 기체를 바이패스시킴으로써 불필요한 수분 제거를 방지하고 압력손실을 최소화할 수 있다.
수분제거장치(400)는, 제1유로(450), 제2유로(452), 및 제3유로(454) 중 적어도 어느 하나의 유로에 배치된다. 수분제거장치(400)가 연료전지 장치(1) 내 배치되는 위치는, 운전 환경 등을 고려하여 필요에 따라 결정할 수 있다. 이하 편의상, 제1유로(450), 제2유로(452), 및 제3유로(454) 모두에 각각 수분제거장치(400)가 배치되는 경우를 예로 들어 설명할 수 있다. 또한, 제1유로(450)에 배치되는 수분제거장치(400)를 제1수분제거장치(400a), 제2유로(452)에 배치되는 수분제거장치(400)를 제2수분제거장치(400b), 제3유로(454)에 배치되는 수분제거장치(400)를 제3수분제거장치(400c)로 지칭할 수 있다.
따라서, 베인(420)에 의하여 하우징(410) 내측벽에서의 접촉 냉각에 의한 수분 응축 효율을 향상시킨 수분제거장치(400)를 기체 내 수분의 제거가 요구되는 연료전지 장치(1)의 특정 유로에 배치함으로써, 연료전지 장치(1)의 효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 제1수분제거장치(400a)는, 스택(20a, 20b)으로 공급되는 개질가스에 함유된 수분을 저감하여 스택(20a, 20b)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 제2수분제거장치(400b)는, 버너(120)로 공급되는 AOG에 함유된 수분을 저감하여 버너(120)의 연소 효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 제1유로(450) 내지 제3유로(454)에 배치되는 수분제거장치(400)는, 후술할 수분제거장치(400)와 물탱크(13)와 연결됨에 따라, 집수된 응축수(W)를 스택(20a, 20b)을 위한 냉각수로 활용하여 연료전지 장치(1)의 경제성을 향상시킬 수 있다.
아웃렛(432)은, 하우징(410)의 토출구(414)를 관통하여 하우징(410)의 내측으로 관입될 수 있다.
따라서, 유입구(412)를 통하여 수분제거장치(400)로 유입된 기체가 하우징(410)의 내측벽을 따라 유동하면서 1차적으로 냉각되고, 토출구(414)가 형성된 하우징(410)의 내측벽에 도달하여 유동 방향이 반전된 뒤, 관입된 아웃렛(432)의 외벽을 따라 유동하면서 추가적으로 냉각된 후 토출되도록 하여, 수분제거장치(400)의 수분 제거 성능을 향상시킬 수 있다.
이때, 아웃렛(432)이 관입되는 깊이(D)가 과도해짐에 따라 와류가 발생하여 기체의 유동 효율이 저하될 수 있으므로, 실험값에 따라 유동 효율이 저하되지 않으면서도 수분 제거 효율이 향상되는 적정 깊이(D)로 아웃렛(432)을 관입시킬 수 있다. 예를 들어, 아웃렛(432)이 하우징(410)의 내측으로 관입되는 깊이(D)는, 하우징(410) 길이의 절반 이상일 수 있다.
유입구(412)는, 하우징(410)의 내부를 향해 단면적이 점진적으로 넓어지는 콘(Corn) 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 유입구(412)를 통과함에 따라 수분제거장치(400)로 유입되는 기체의 유속이 저감되도록하여, 수분제거장치(400)의 수분 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
토출구(414)는, 단면적이 유입구(412)의 단면적보다 작게 형성될 수 있다. 이때, 토출구(414)와 유입구(412)의 단면적의 비는, 실험에 의하여 최적의 수분 제거 효율을 갖는 값으로 적절하게 설정할 수 있다. 예를 들어, 유입구(412)와 토출구(414)의 비는, 약 2:1일 수 있다.
따라서, 수분제거장치(400)로 유입되어 압력이 손실된 기체가 유입구(412) 대비 작게 형성된 토출구(414)의 단면적을 통과하면서 토출되도록하여, 토출되는 수분이 제거된 기체의 압력을 향상시킴으로써 수분제거장치(400)의 유동 효율을 향상시킬 수 있다.
집수부(442)는, 기체에서 분리된 수분(W)이 집수되도록 하우징(410)의 하부면(440)이 유입구(412) 및 토출구(414)로부터 하측으로 파여 형성될 수 있다. 수분제거장치(400)로 기체가 유입됨에 따라 하우징(410)의 내측벽에 맺힌 응축수(W)는, 중력에 의하여 내측벽을 타고 내려와 집수부(442)에 저장될 수 있다. (도 6 참조)
하우징(410)의 하부면(440)(즉, 집수부(442)의 바닥면)은, 적어도 일부가 개구될 수 있다. 이때, 연료전지 장치(1)는, 배수유로(444) 및 배수밸브(446)를 더 포함할 수 있다.
배수유로(444)는, 일단이 하우징(410)의 하부면(440)의 개구된 부분과 연통되고 타단이 스택(20a, 20b)으로 공급되는 냉각수가 저장되는 물탱크(13)와 연결될 수 있다. 배수밸브(446)는, 배수유로(444)에 배치되어 배수유로(444)를 개폐할 수 있다.
따라서, 수분제거장치(400)를 활용하여 기체에 함유된 수분을 포집한 뒤, 포집된 수분(W)을 물탱크(13)로 유입시킴으로써 스택(20a, 20b)을 경유하는 냉각수로써 활용되도록하여, 연료전지 장치(1)의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
나아가, 응축수(W)의 분리 효율이 향상된 수분제거장치(400)로부터 물탱크(13)로 응축수(W)가 회수되도록하여 응축수(W) 회수 효율을 상승시킴에 따라, 일반적으로 연료전지 장치(1)의 냉각수탱크 내지 물탱크(13)에 연결되는 급수라인을 필요로하지 않을 수 있어 연료전지 장치(1)의 경제성을 향상시킬 수 있다.
즉, 연료전지 장치(1)는, 외부의 급수원으로부터 물탱크(13)로 물을 공급하는 급수유로를 구비하지 않을 수 있다.
한편, 제1수분제거장치(400a)의 배수유로(444)는, 제1배수유로(309)로 명명될 수 있다. 제1배수유로(309)는, 제1수분제거장치(400a)의 집수부(442)와 물탱크(13)를 연결할 수 있다. 이때, 제1배수유로(309)에 배치되는 배수밸브(446)는, 제1배수밸브(44)로 명명될 수 있다.
한편, 제2수분제거장치(400b)의 배수유로(444)는, 제2배수유로(311)로 명명될 수 있다. 제2배수유로(311)는, 제2수분제거장치(400b)의 집수부(442)와 물탱크(13)를 연결할 수 있다. 이때, 제2배수유로(311)에 배치되는 배수밸브(446)는, 제2배수밸브(46)로 명명될 수 있다.
한편, 제3수분제거장치(400c)의 배수유로(444)는, 제3배수유로(312)로 명명될 수 있다. 제3배수유로(312)는, 제3수분제거장치(400c)의 집수부(442)와 물탱크(13)를 연결할 수 있다. 이때, 제3배수유로(312)에 배치되는 배수밸브(446)는, 제3배수밸브(47)로 명명될 수 있다.
한편, 연료전지 장치(1)는, 적어도 하나의 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부는, 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서는 CPU(central processing unit)과 같은 일반적인 프로세서일 수 있다. 물론, 프로세서는 ASIC과 같은 전용 장치(dedicated device)이거나 다른 하드웨어 기반의 프로세서일 수 있다.
제어부는, 연료전지 장치(1)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부는, 연료전지 장치(1)에 구비된 각 구성과 연결될 수 있고, 각 구성과 상호 간에 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 연료전지 장치(1)에 구비된 각 구성으로부터 수신되는 신호를 처리할 수 있고, 신호를 처리한 결과에 따른 제어 신호를 연료전지 장치(1)에 구비된 각 구성에 송신할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치(1)의 운전 모드에 관하여 설명하도록 한다.
연료전지 장치(1)가 가동을 개시하면, 버너 에어블로워(71)가 외부 공기를 흡입하여 버너(120)로 공급하고, 연료를 버너(120)로 공급하여, 버너(120)를 가동시켜 개질기(140)를 예열시키는 예열 운전 모드를 실행할 수 있다.
버너(120)는, 공급받은 연료와 공기를 연소시켜 개질기(140)를 가열할 수 있다. 연소된 배기가스는 배기가스토출유로(210)를 통해 외부로 배기될 수 있다.
버너(120)로 공급되는 연료와 관련하여, 탈황기 및 믹서 등에 관한 설명은 상술한 바와 같으므로 서술을 생략한다.
제어부는, 예열 운전 모드 실행 중 개질기(140)의 내부 온도를 감지하는 온도센서(미도시)로부터 수신된 온도값이, 소정온도값에 도달하였는지 판단할 수 있다.
이때, 소정온도값이란, 개질기(140)에서 연료와 증기를 개질반응하여 개질가스를 생성하기에 적합한 온도로서, 제어부의 메모리에 미리 저장된 값일 수 있다.
개질기(140)의 내부 온도가 소정온도값에 도달하면, 예열 운전 모드에서와 동일하게 버너(120)를 작동시키면서, 개질기(140)를 작동시켜 개질기(140)에서 생성되어 배출되는 개질가스를 버너(120)로 공급하는 개질 운전 모드를 실행할 수 있다.(S3) (도 4 참조)
개질기(140)로 연료 및 증기를 공급하고, 연료와 증기를 개질반응시켜 개질가스를 생성할 수 있다. 연료 및 증기와 관련하여, 탈황기, 믹서, 및 증기발생기 등에 관한 설명은 후술하도록 한다.
제어부는, 개질기(140)에서 생성되어 배출된 개질가스가 버너(120)로 공급되도록, 제1밸브(33)가 폐쇄되고 개질가스 바이패스밸브(34)가 개방되도록 제어할 수 있다.
개질기(140)에서 생성되어 배출된 개질가스는, 제1유로(450), 개질가스 바이패스유로(105), 및 제2유로(452)를 통하여 스택(20a, 20b)을 바이패스하면서 곧바로 버너(120)로 공급될 수 있다. 버너(120)로 공급된 개질가스는 연소에 사용될 수 있다.
제어부는, 개질 운전 모드 실행 중 개질기(140)에서 생성되는 개질가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 감지하는 농도측정센서(미도시)로부터 수신된 농도값이, 소정농도값에 도달하였는지 판단할 수 있다.
이때, 소정농도값이란, 개질가스가 스택(20a,20b)으로 공급되어 전기화학반응을 일으키기에 적합한 일산화탄소 농도로서, 제어부의 메모리에 미리 저장된 값일 수 있다.
개질기(140)에서 생성되는 개질가스에 함유된 일산화탄소의 농도가 소정농도값 이하이면, 개질가스를 스택(20a,20b)으로 공급하고, 스택 에어블로워(72)를 작동시켜 스택(20a,20b)으로 외부 공기를 공급하여, 전기에너지를 생성하는 발전 운전 모드를 실행할 수 있다.(도 5 참조)
제어부는, 개질기(140)에서 생성되어 배출된 개질가스가 스택(20a,20b)으로 공급되도록, 제1밸브(33)가 개방되고 개질가스 바이패스밸브(34)가 폐쇄되도록 제어할 수 있다.
개질기(140)에서 생성되어 배출된 개질가스는 제1유로(450)를 통하여 스택(20a, 20b)으로 공급되고, 스택으로부터 배출되는 AOG는 제2유로(452)를 통하여 버너(120)로 공급될 수 있다. 버너(120)로 공급된 AOG는 연소에 사용될 수 있다.
제어부는, 스택 에어블로워(72)를 작동하고, 스택측 공기공급밸브(36)를 개방하여 스택(20a,20b)으로 외부 공기를 공급할 수 있다. 스택 에어블로워(72)로 흡입된 공기는, 스택측 공기유입유로(204)를 통해 가습장치(23)로 공급될 수 있다. 가습장치(23)에서 수분을 공급받은 공기는, 스택측 공기공급유로(205)를 통해 스택(20a,20b)으로 공급될 수 있다. 스택측 공기유입유로(204)에 배치된 공기유량계(53)는, 스택(20a,20b)으로 공급되는 공기의 유량을 감지할 수 있다.
제어부는, 제3밸브(37)를 개방하여 스택(20a,20b)으로부터 외부로 공기가 배기되도록 할 수 있다. 스택(20a,20b)으로 공급된 공기는 개질가스와 전기화학반응을 일으킨 다음, 제3유로(454)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
구체적으로, 스택측 공기토출유로(211)를 통해 가습장치(23)로 토출될 수 있다. 토출된 공기에 함유된 수분은, 가습장치(23)에서 흡수될 수 있다. 수분이 흡수된 공기는 공기배출유로(212)를 통해 공기열교환기(25)로 공급될 수 있다. 공기열교환기(25)를 통과한 공기는 배기유로(213)를 통해 배기가스토출유로(210)로 공급될 수 있다. 배기가스토출유로(210)로 공급된 공기는 배기가스와 함께 배기열교환기(26)로 공급될 수 있다. 배기열교환기(26)를 통과한 공기는 배기유로(213)를 통해 배기가스와 함께 외부로 배기될 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치(1)의 수분제거장치(400)의 배치에 관하여 설명한다.
한편, 연료전지 장치(1) 내 수분제거장치(400)의 활용도를 향상시키기 위하여, 연료전지 장치(1) 내 유로 중 기체의 유동이 빈번한 부위에 수분제거장치(400)를 배치시킬 수 있다.
예를 들어, 수분제거장치(400)는, 제1유로(450) 중 개질가스 바이패스유로(105)가 분지되는 부위의 상류 및 제2유로(452) 중 개질가스 바이패스유로(105)가 합지되는 부위의 하류 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.
따라서, 제1유로(450), 개질가스 바이패스유로(105), 및 제2유로(452)를 통하여 개질기(140)로부터 버너(120)로 개질가스를 공급하는 개질 모드 및 제1유로(450)를 통하여 개질기(140)로부터 스택(20a, 20b)으로 개질가스를 공급하고 제2유로(452)를 통하여 스택(20a, 20b)으로부터 버너(120)로 AOG를 공급하는 발전 모드를 통틀어 항상 기체가 유동하는 부위에 수분제거장치(400)를 배치함으로써, 단일의 수분제거장치(400)로도 개질 모드 및 발전 모드간에 수분 제거를 지속적으로 수행할 수 있도록하여, 연료전지 장치(1)의 경제성 및 제작성을 향상시킬 수 있다.
한편, 수분제거 바이패스유로(434) 및 수분제거 바이패스밸브(436)는, 수분제거장치(400)가 제1유로(450)에 배치될 경우에만 구비될 수 있다. 즉, 제2유로(452) 내지 제3유로(454)에 배치되는 수분제거장치(400)에는, 별도의 수분제거 바이패스유로(434) 및 수분제거 바이패스밸브(436)가 구비되지 않도록 할 수 있다.
제1유로(450)를 통해 스택(20a, 20b)으로 공급되는 개질가스는 적정량의 습도값을 갖을 때 스택(20a, 20b)의 발전 효율이 최대가 되므로 수분제거장치(400)에서 토출되는 개질가스가 적정량의 습도값을 갖도록 별도의 수분제거 바이패스유로(434)를 구비하여 운용할 필요가 있다.
반면에, 제2유로(452)를 통해 버너(120)로 공급되는 개질가스 내지 AOG는 습도가 낮을수록 버너(120)의 연소 효율이 상승하고, 제3유로(454)를 통해 외부로 배기되는 공기는 최대한으로 수분이 제거될 수록 냉각수 유량을 확보할 수 있으므로, 제2유로(452) 및 제3유로(454)에 배치된 수분제거장치(400)로 공급되는 기체는 별도로 하우징(410)을 바이패스시킬 필요가 없을 수 있다.
따라서, 적정한 습도값이 요구되는 스택(20a, 20b)으로 공급되는 개질가스가 통과하는 부위를 제외하고, 최대한의 수분 제거가 요구되는 버너(120)로 공급되는 가스 또는 스택(20a, 20b)으로부터 배출되는 공기가 통과하는 부위에 배치되는 수분제거장치(400)에는 불필요한 바이패스 설비를 구비하지 않도록하여, 연료전지 장치(1)의 경제성을 향상시킬 수 있다.
한편, 습도감지센서(438)는, 인렛(430)에 배치되어 유동하는 기체의 습도를 감지할 수 있다. 제1유로(450)에 배치되는 수분제거장치(400)의 수분제거 바이패스밸브(436)는, 수분제거장치(400)로 유입되는 기체의 습도값, 즉, 습도감지센서(438)의 감지값에 따라 제어될 수 있다.
제어부는, 습도감지센서(438)가 감지한 습도값이 소정습도범위 초과이면, 수분제거 바이패스밸브(436)를 폐쇄할 수 있다.(도 6 참조).
이때, 소정습도범위란, 수분제거장치(400)를 통과하는 기체에 요구되는 최적의 습도범위로서, 수분제거장치(400)가 배치되는 위치, 연료전지 장치(1)의 운전 조건 등에 따라 달리 설정될 수 있다.
따라서, 수분제거장치(400)의 인렛(430)으로 유입된 기체는, 하우징(410)을 통과하며 수분이 다량 제거되어 습도가 소정습도범위까지 낮아진 체 아웃렛(432)을 통해 토출될 수 있다.
제어부는, 습도갑지센서가 감지한 습도값이 소정습도범위 내이거나 미만이면, 수분제거 바이패스밸브(436)를 개방할 수 있다.(도 7 참조)
따라서, 수분제거장치(400)의 인렛(430)으로 유입된 기체는, 수분제거 바이패스유로(434)를 통과하며 습도가 보존된 체 아웃렛(432)을 통해 토출될 수 있다.
따라서, 수분제거장치(400)로 유입되는 기체(예를 들어, 스택(20a, 20b)으로 공급되는 개질가스)의 습도가 적정한지에 따라 수분제거바이패스밸브의 개도량을 제어함으로써, 기체(예를 들어, 스택(20a, 20b)으로 공급되는 개질가스)의 습도를 적정하게 관리할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치(1)의 나머지 구성에 대하여 설명한다.
물탱크(13)는, 배수유로(444)를 통해 수분제거장치(400)로부터 회수되는 물을 저장할 수 있다. 물탱크(13)는, 물배출유로(302)에 연결될 수 있고, 물배출유로(302)를 통해 물탱크(13)에 저장된 물 중 적어도 일부를 외부로 배출할 수 있다. 물배출유로(302)에는, 물탱크(13)에서 배출되는 물의 유동을 조절하는 물배출밸브(42)가 배치될 수 있다.
물탱크(13)에 저장된 물 중 적어도 일부는, 냉각수펌프(43)에 의해 개질가스열교환기(21)로 유동할 수 있고, 개질가스열교환기(21)에서 개질가스와 열교환될 수 있다. 개질가스열교환기(21)에서 토출된 물은, 스택물공급유로(305)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유입될 수 있다.
스택물공급유로(305)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유입된 물은, 스택(20a, 20b)을 냉각할 수 있다. 스택(20a, 20b)으로 유입된 물은, 스택(20a, 20b)에 포함된 스택 열교환기(미도시)를 따라 유동할 수 있고, 스택(20a, 20b)에서 일어나는 전기화학반응에 의해 발생하는 열을 흡수할 수 있다.
복수의 스택(20a. 20b)은, 물연결유로(306)에 의해 연결될 수 있다. 제1 스택(20a)에서 토출되는 물은, 물연결유로(306)를 통해 제2 스택(20b)으로 유입될 수 있다.
스택(20a, 20b)에서 토출되는 물은, 스택물토출유로(307)를 통해 냉각수열교환기(24)로 유입될 수 있다. 냉각수열교환기(24)는, 스택(20a, 20b)에서 토출된 물과, 열회수탱크(15)에서 토출된 물을 열교환할 수 있다. 스택(20a, 20b)에서 토출된 물은, 냉각수열교환기(24)를 거쳐 물저장유로(308)로 유동할 수 있다.
온수펌프(48)에 의해 열회수탱크(15)에서 토출된 물은, 온수공급유로(313)를 거쳐 AOG열교환기(22)로 유입될 수 있다. AOG열교환기(22)에서 양극배출가스(AOG)와 열교환된 물은, 제1 온수순환회로(314)로 토출될 수 있다.
공기열교환기(25)는, 가습장치(23)에서 토출된 공기가 유동하는 가습장치토출유로(212)에 연결될 수 있다. 공기열교환기(25)는, AOG열교환기(22)에서 토출된 물이 유동하는 제1 온수순환회로(314)에 연결될 수 있다. 공기열교환기(25)는, 가습장치토출유로(212)을 통해 유입되는 공기와 제1 온수순환회로(314)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다.
공기열교환기(25)에서 열교환된 공기는, 공기배출유로(213)를 통해 공기열교환기(25)에서 토출될 수 있다. 공기배출유로(213)는 배기가스토출유로(210)와 연통될 수 있고, 배기가스토출유로(210)에 유동하는 배기가스와 공기배출유로(213)에 유동하는 공기가 혼합될 수 있다.
공기열교환기(25)에서 열교환된 물은, 제2 온수순환유로(315)을 통해 공기열교환기(25)에서 토출될 수 있다. 공기열교환기(25)에서 토출된 물은, 제2 온수순환유로(315)을 통해 냉각수열교환기(24)로 유입될 수 있다.
냉각수열교환기(24)는, 스택물토출유로(307)를 통해 유입되는 물과, 제2 온수순환유로(315)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다.
배기열교환기(26)는, 배기가스가 유동하는 배기가스토출유로(210)에 연결될 수 있다. 배기열교환기(26)는, 냉각수열교환기(24)에서 토출된 물이 유동하는 제3 온수순환유로(316)에 연결될 수 있다. 배기열교환기(26)는, 배기가스토출유로(210)를 통해 유입되는 배기가스와, 제3 온수순환유로(316)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다.
배기열교환기(26)에서 열교환된 배기가스는 배기유로(213)로 토출될 수 있고, 배기유로(213)에 유동하는 배기가스는 외부로 배출될 수 있다.
배기열교환기(26)에서 열교환된 물은, 온수회수유로(317)로 토출될 수 있고, 온수회수유로(317)에 유동하는 물은 열회수탱크(15)로 유입될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 연료처리장치(10)의 나머지 구성에 대하여 설명하도록 한다.
탈황기(110)는, 연료 가스에 포함된 황 화합물을 제거하는 탈황공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 탈황기(110)는 내부에 흡착제를 구비할 수 있다. 이때, 탈황기(110)의 내부를 통과하는 연료 가스에 포함된 황 화합물이 흡착제에 흡착될 수 있다.
흡착제는, 금속 산화물, 제올라이트(Zeolite), 활성탄소(activated carbon) 등으로 구성될 수 있다.
탈황기(110)는, 연료 가스에 포함된 이물질을 제거하는 필터를 더 포함할 수 있다.
한편, 혼합 가스의 연소에 의해 버너(120)에서 생성되는 배기가스는, 연료처리장치(10)의 외부로 배출될 수 있다.
증기발생기(130)는, 물을 기화시켜 수증기로 배출할 수 있다. 예를 들어, 증기발생기(130)는, 버너(120)에서 생성되는 배기가스, 제1 반응기(150) 및/또는 제2 반응기(160)로부터 열을 흡수하여, 물을 기화시킬 수 있다.
증기발생기(130)는, 제1 반응기(150), 제2 반응기(160) 및/또는 버너(120)에서 배출되는 배기가스가 유동하는 배관에 인접하여 배치될 수 있다.
제1 반응기(150)는, 개질기(140)에서 토출되는 가스에 포함된 성분 중, 개질 반응에 의해 생성되는 일산화탄소를 저감할 수 있다. 예를 들어, 개질기(140)에서 토출되는 가스에 포함된 일산화탄소가 제1 반응기(150) 내부에서 수증기와 반응하여, 이산화탄소와 수소가 생성될 수 있다. 이때, 제1 반응기(150)의 내부온도는, 개질기(140)의 내부온도보다 낮고, 상온보다 높은 온도(예: 200℃)일 수 있다.
제1 반응기(150)는, 쉬프트 반응기(shift reactor)로 명명될 수 있다.
제2 반응기(160)는, 제1 반응기(150)로부터 토출되는 가스에 포함된 성분 중, 잔존하는 일산화탄소를 저감할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응기(150)에서 토출된 가스에 포함된 일산화탄소가 제2 반응기(160) 내부에서 산소와 반응하는 선택적 산화(preferential oxidation, PROX) 반응이 일어날 수 있다.
한편, 선택적 산화 반응의 경우, 다량의 산소가 필요하므로 공기의 추가 공급이 요구되며, 추가 공급된 공기에 의해 수소가 희석되어 스택에 공급되는 수소의 농도가 감소하는 단점이 있다. 따라서, 이러한 단점을 극복하기 위해, 일산화탄소와 수소가 반응하는 선택적 메탄화(selective methanation) 반응이 활용될 수 있다.
연료밸브(30)는, 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스가 유동하는 연료공급유로(101)에 배치될 수 있다. 연료밸브(30)의 개도 정도에 대응하여, 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스의 유량이 조절될 수 있다. 예를 들어, 연료밸브(30)는, 연료처리장치(10)에 대한 연료 가스의 공급이 중단되도록, 연료공급유로(101)을 차단할 수 있다.
연료공급유로(101)에는, 연료공급유로(101) 내에 유동하는 연료 가스의 유량을 검출하는 제1 연료유량계(51)가 배치될 수 있다.
버너 에어블로워(71)는, 제1 외부공기유입유로(201) 및 연료측 공기공급유로(202)에 연결될 수 있다. 버너 에어블로워(71)는, 제1 외부공기유입유로(201)를 통해 외부에서 유입되는 공기를, 연료측 공기공급유로(202)를 통해 연료처리장치(10)로 유동시킬 수 있다.
연료측 공기공급유로(202)를 통해 연료처리장치(10)에 유입되는 공기는, 연료처리장치(10)의 버너(120)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 연료처리장치(10)에 유입되는 공기는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스와 제1 믹서(111)에서 혼합되어 버너(120)에 공급될 수 있다.
제1 외부공기유입유로(201)에는, 공기에 포함된 먼지 등의 이물질을 제거하는 공기필터(91) 및/또는 공기의 유동 방향을 제한하는 제1 공기측 체크밸브(81)가 배치될 수 있다.
연료처리부(I)는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스가 개질기(140)로 유동하는 제1 내부가스유로(102)를 포함할 수 있다. 제1 내부가스유로(102)에는, 비례제어밸브(31), 개질기(140)로 유입되는 연료 가스의 유동을 조절하는 내부연료밸브(32), 내부가스유로(102) 내에 유동하는 연료 가스의 유량을 검출하는 제2 연료유량계(52), 내부가스유로(102) 내에 유동하는 연료 가스의 유동 방향을 제한하는 연료측 체크밸브(83), 및/또는 황검출장치(94)가 배치될 수 있다.
비례제어밸브(31)는, 탈황기(110)에서 토출되어 개질기(140)로 유동하는 연료 가스의 유량, 압력 등을, 전기제어 방식으로 내/외부 피드백을 통해 조절할 수 있다.
황검출장치(94)는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스에 포함된 황을 검출할 수 있다. 황검출장치(94)는, 탈황기(110)의 흡착제에 의해 제거되지 않은 황 화합물에 반응하여 색이 변하는 지시제를 포함할 수 있다. 여기서, 지시제는, 페놀프탈레인(phenolphthalein), 몰리브덴 화합물 등을 포함할 수 있다.
연료처리부(I)는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스가 버너(120)로 유동하는 제2 내부가스유로(103)를 포함할 수 있다. 버너(120)는, 제2 내부가스유로(103)를 통해 유입되는 연료 가스를 연소에 사용할 수 있다.
제1 내부가스유로(102)와 제2 내부가스유로(103)는, 서로 연통될수 있다.
연료처리장치(10)는, 물탱크(13)에서 토출된 물이 유동하는 물공급유로(303)에 연결될 수 있다. 물공급유로(303)에는, 물펌프(38), 물의 유동을 조절하는 물공급밸브(39) 및/또는 물공급유로(303) 내에 유동하는 물의 유량을 검출하는 물유량계(54)가 배치될 수 있다.
연료처리장치(10)의 버너(120)에서 생성되는 배기가스는, 배기가스토출유로(210)를 통해 연료처리장치(10)에서 토출될 수 있다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나, 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 될 수 있다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (16)

  1. 수소와 산소를 전기화학반응시켜 전기에너지를 생성하는 스택;
    연료를 개질하여 개질가스를 생성하는 개질기;
    연료를 연소시켜 상기 개질기를 가열하는 버너;
    공기를 흡입하여 상기 스택으로 공급하는 스택 에어블로워; 및
    유입구 및 토출구가 형성되는 중공의 하우징, 및 상기 유입구에 상기 하우징의 내벽 방향으로 복수개가 형성되어 유입되는 기체를 상기 하우징의 내벽측으로 가이드하는 베인을 구비하여, 유입되는 기체에 함유된 수분을 분리한 뒤 기체를 토출하는 수분제거장치;를 포함하고,
    상기 수분제거장치는,
    상기 개질기로부터 상기 스택으로 개질가스가 유동하는 제1유로, 상기 스택으로부터 상기 버너로 상기 스택이 배출하는 가스가 유동하는 제2유로, 및 상기 스택으로부터 외부로 상기 스택이 배출하는 공기가 유동하는 제3유로 중 적어도 어느 하나의 유로에 배치되는 연료전지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 장치는,
    상기 제1유로에 배치되어 제1유로를 개폐하는 제1밸브;
    상기 제1유로 중 상기 제1밸브가 배치되는 부위의 상류에서 분지되어 상기 제2유로로 합지되는 개질가스 바이패스유로; 및
    상기 개질가스 바이패스유로에 배치되어 개질가스 바이패스유로를 개폐하는 개질가스 바이패스밸브;를 더 포함하는 연료전지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수분제거장치는,
    상기 제1유로 중 상기 개질가스 바이패스유로가 분지되는 부위의 상류 및 상기 제2유로 중 상기 개질가스 바이패스유로가 합지되는 부위의 하류 중 적어도 하나에 배치되는 연료전지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연료전지 장치는,
    상기 버너가 상기 개질기를 가열하여 상기 개질기의 온도가 소정온도값에 도달하면, 상기 개질가스 바이패스밸브가 개방되고 상기 제1밸브가 폐쇄되도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 연료전지 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 연료전지 장치는,
    상기 개질기가 생성하는 개질가스의 일산화탄소 농도가 소정농도값까지 저감되면, 상기 개질가스 바이패스밸브가 폐쇄되고 상기 제1밸브가 개방되도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 연료전지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수분제거장치는,
    상기 하우징의 유입구를 외부의 유로와 연통시키는 인렛;
    상기 하우징의 토출구를 외부의 유로와 연통시키는 아웃렛;을 포함하는 연료전지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수분제거장치는,
    상기 인렛으로부터 분지되어 상기 아웃렛으로 합지되는 수분제거 바이패스유로; 및
    상기 수분제거 바이패스유로에 배치되어 수분제거 바이패스유로를 개폐하는 수분제거 바이패스밸브;를 더 포함하는 연료전지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연료전지 장치는,
    상기 인렛에 배치되어 유동하는 기체의 습도를 감지하는 습도감지센서; 및
    상기 습도감지센서가 감지한 습도값이 소정습도범위 초과이면, 상기 수분제거 바이패스밸브를 폐쇄하고, 상기 습도갑지센서가 감지한 습도값이 소정습도범위 내이거나 미만이면, 상기 수분제거 바이패스밸브를 개방하는 제어부를 더 포함하는 연료전지 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수분제거 바이패스유로 및 수분제거 바이패스밸브는,
    상기 수분제거장치가 상기 제1유로에 배치될 경우에만 구비되는 연료전지 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 아웃렛은,
    상기 하우징의 토출구를 관통하여 상기 하우징의 내측으로 관입되는 연료전지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 아웃렛이 상기 하우징의 내측으로 관입되는 깊이는,
    상기 하우징 길이의 절반 이상인 연료전지 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 수분제거장치는,
    기체에서 분리된 수분이 집수되도록 상기 하우징의 하부면이 상기 유입구 및 토출구로부터 하측으로 파여 형성되는 집수부를 포함하는 연료전지 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하우징의 하부면은,
    적어도 일부가 개구되고,
    상기 연료전지 장치는,
    일단이 상기 하부면의 개구된 부분과 연통되고 타단이 상기 스택으로 공급되는 냉각수가 저장되는 물탱크와 연결되는 배수유로; 및
    상기 배수유로에 배치되어 상기 배수유로를 개폐하는 배수밸브를 더 포함하는 연료전지 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 연료전지 장치는,
    외부의 급수원으로부터 상기 물탱크로 물을 공급하는 급수유로를 구비하지 않는 연료전지 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 유입구는,
    상기 하우징의 내부를 향해 단면적이 점진적으로 넓어지는 콘(Corn) 형상으로 형성되는 연료전지 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 토출구는,
    단면적이 상기 유입구의 단면적보다 작게 형성되는 연료전지 장치.
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