WO2010137775A1 - 개방형 연료전지 시스템 - Google Patents

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정용수
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Definitions

  • the present invention relates to an open fuel cell system.
  • a fuel cell is a system that generates electricity through the reaction of fuel (LNG, LPG, hydrogen, methanol, etc.) and oxygen, and generates water and heat as a by-product.
  • fuel LNG, LPG, hydrogen, methanol, etc.
  • PEMFC polymer electrolyte membrane fuel cell
  • DMFC direct methanol fuel cell
  • PAFC phosphoric acid fuel cell
  • MCFC molten carbonate fuel cell
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • the inside of the fuel cell is excessive in the production of the reactants in the operating environment in the high current region, the excess water droplets suppress the supply of gas to the catalyst layer and the diffusion of protons into the polymer membrane, thereby reducing the performance of the fuel cell appear.
  • the excessive moisture generated in the fuel cell that is, flooding
  • the fuel cell is an important factor that makes it difficult to stably operate the fuel cell as well as to decrease the reaction efficiency. Therefore, it is essential to discharge the excess water out of the fuel cell. .
  • Korean Patent Office Patent No. 0509818 discloses a "method and apparatus for performing internal purge in a fuel cell system.”
  • the purity of the fuel supplied to the fuel cell may not be 100%, even if the gas separated from the water is re-supplied to the fuel cell, impurities accumulate in the fuel cell and power generation efficiency is lowered.
  • An object of the present invention for solving the above problems is a recycling means for recycling hydrogen discharged from the main fuel cell to the main fuel cell, and a regeneration means for removing moisture and impurities generated during operation of the main fuel cell.
  • An open fuel cell system is provided.
  • Another object of the present invention is to provide an open fuel cell system configured such that hydrogen supplied to the main fuel cell is not discharged to the atmosphere.
  • An open fuel cell system includes a main fuel cell for producing electricity by reacting hydrogen and oxygen in air, supply means for supplying hydrogen and air to the main fuel cell, and in the main fuel cell.
  • Recirculation means for recycling the discharged hydrogen to the main fuel cell, sensing means for sensing a plurality of cell voltages constituting the main fuel cell, and selectively communicating with one side of the main fuel cell, Regeneration means for removing moisture and impurities, humidification means for supplying moisture in the air discharged from the main fuel cell to the main fuel cell, and operation of the supply means, recirculation means, sensing means, regeneration means, and humidification means.
  • It comprises a control means for controlling, wherein the regeneration means, the regeneration tube for guiding the flow direction of hydrogen via the main fuel cell, A regeneration valve for selectively shielding the regeneration tube, a sacrificial fuel cell which generates water by reacting hydrogen provided from the regeneration tube with air therein, and an air inlet tube guiding air inflow into the sacrificial fuel cell; And a catchment unit for collecting water generated in the sacrificial fuel cell.
  • the regeneration means changes the flow rate of hydrogen and air discharged unreacted from the main fuel cell to discharge moisture and impurities inside the main fuel cell.
  • the recirculation means includes a gas liquid separator for separating water and hydrogen generated in the main fuel cell, a recirculation tube for guiding hydrogen separated from water in the gas liquid separator to the main fuel cell, and hydrogen in the recirculation tube. It consists of a recirculation pump forcing the flow.
  • the regeneration tube and the recycle tube are in communication.
  • the water collecting unit and the gas liquid separator are selectively in communication with the water storage tank for collecting water.
  • the sacrificial fuel cell is supplied with hydrogen and air to generate power, and a pair of electrodes for guiding electric flow is selectively connected.
  • the sacrificial fuel cell has a smaller power generation than the main fuel cell and is optionally replaced.
  • a short circuit switch for selectively shorting a pair of electrodes is provided, and the short circuit switch is connected when the regeneration valve is opened.
  • the supply means includes a fuel tank for storing and selectively supplying hydrogen, and an air supply for forcing the supply of external air into the main fuel cell.
  • One side of the recirculation pipe is provided with a check valve to block the one-way flow of the gas.
  • the control means opens the regeneration vessel when at least one of the voltages of each of the plurality of cells is lower than a preset voltage.
  • One side of the gas liquid separator is provided with a drain portion for controlling the water level by selectively draining the water stored in the gas liquid separator.
  • the humidifying means includes a humidifying tube for guiding the humid air discharged from the gas liquid separator into a humidifier for supplying hydrogen and air humidified to the main fuel cell, and a humidifying control valve for selectively shielding the humidifying tube. It is composed.
  • One side of the sacrificial fuel cell and the humidifier is provided with an exhaust unit for exhausting internal air.
  • a recycling means for recycling hydrogen discharged from the main fuel cell to the main fuel cell, and regeneration means for removing moisture and impurities therein when the power generation efficiency of the main fuel cell is lowered.
  • the sacrificial fuel cell provided in the regeneration means can be selectively replaced.
  • the sacrificial fuel cell can be selectively replaced, maintenance and management of the main fuel cell are easy, and maintenance of the sacrificial fuel cell is improved.
  • the conventional fuel cell system does not discharge a small amount of hydrogen discharged at the same time in order to discharge the water inside the fuel cell there is an advantage to improve the indoor operation of the fuel cell system and to increase the stability.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an open fuel cell system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a state diagram showing the flow direction of hydrogen and air during the operation of the recirculation means of one configuration in the open fuel cell system according to the present invention.
  • FIG. 3 is a state diagram showing the flow direction of hydrogen and air during the operation of the regeneration means of one configuration in an open fuel cell system according to the present invention.
  • Humidifier 172 The first exhaust
  • Humidification pipe 176 Humidification pipe
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an open fuel cell system according to the present invention.
  • the open fuel cell system 100 is configured to supply hydrogen (H 2 ) and air as fuel, and generate electricity by reacting hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ).
  • the open fuel cell system includes a main fuel cell 110 for producing electricity by reacting hydrogen and oxygen in air, supply means 120 for supplying hydrogen and air to the main fuel cell, and the main fuel.
  • Recycling means 130 for recycling the hydrogen discharged from the battery to the main fuel cell, sensing means for sensing a plurality of cell voltages constituting the main fuel cell (140), and one side and the main fuel cell optional A regeneration means (150) communicating with the main fuel cell to remove moisture and impurities in the main fuel cell, a humidifying means (175) for supplying moisture in the air discharged from the main fuel cell to the main fuel cell, and the supply means, And a control means 160 for controlling the operation of the recirculation means, the sensing means, the regenerating means, and the humidifying means.
  • the open fuel cell system 100 is a system applicable to a device used in a space exposed to the atmosphere, such as an automobile, and is configured to supply hydrogen and air to generate power, and to discharge moisture and air.
  • the main fuel cell 110 may be selectively applied to various fuel cells within a range capable of producing electricity by receiving hydrogen and oxygen as fuels.
  • the supply means 120 the configuration for supplying a gas containing hydrogen and oxygen to the main fuel cell 110, in one embodiment of the present invention fuel tank 124 for storing and selectively supplying hydrogen ), And an air supplier 126 for supplying external air into the main fuel cell 110.
  • the air supplier 126 is an air blower (air blower) or an air compressor (air compressor) is applied to suck the outside air to strongly supply to the main fuel cell (110).
  • the open fuel cell system 100 may be applied to a case in which the fuel cell system 100 is installed in an apparatus used in an open state with an outside, such as an automobile.
  • the air supplied by the air supplier 126 is supplied into the main fuel cell 110 and reacts only with oxygen, and the rest is released.
  • the fuel tank 124 and the air supplier 126 communicate with the humidifier 170, and the humidifier 170 communicates with the inside of the main fuel cell 110. Therefore, hydrogen and air in the fuel tank 124 and the air supplier 126 are humidified via the humidifier 170 and then supplied into the main fuel cell 110.
  • the humidifier 170 is configured to react more well with the fuel and air supplied into the main fuel cell 110, the first exhaust portion (below) of the humidifier 170 connected to the air supply 126 ( 172 is provided.
  • the first exhaust part 172 is configured to allow the humid air introduced into the humidifier 170 by the humidifying means 175 to be discharged to the outside after passing through the humidifier 170.
  • the sensing means 140 is provided above the main fuel cell 110.
  • the sensing means 140 is a component for sensing voltages of a plurality of cells constituting the main fuel cell 110.
  • the main fuel cell 110 is configured to generate a high voltage by stacking a plurality of cells, the plurality of cells are different voltage due to the change in the amount of moisture and current density generated in the cell with a long time use To generate a deviation between cells.
  • the sensing means 140 is provided to measure the amount of moisture and the change of the current density while the main fuel cell 110 is operated, and diagnose in advance.
  • the recirculation means 130 is provided on the right side of the sensing means 140.
  • the recirculation means 130 is configured to maximize the utilization rate of fuel by recycling hydrogen discharged without reacting in the main fuel cell 110 to the main fuel cell 110.
  • the recirculation means 130 is a gas liquid separator 131 for separating the water generated by the reaction of oxygen and hydrogen in the main fuel cell 110 and the unreacted hydrogen, and the gas liquid separator 131 Recirculation pipe 133 for guiding hydrogen separated from the water to the main fuel cell 110, and a recirculation pump 137 forcing a gas flow inside the recirculation pipe 133.
  • the recirculation means 130 is installed so that both ends communicate with the inside of the gas liquid separator 131 and the tip of the humidifier 170, the unreacted hydrogen exiting the main fuel cell 110 again the main fuel cell 110 Can be recycled.
  • the check valve 153 serves to block the hydrogen supplied from the fuel tank 124 from being introduced into the recirculation pipe 133, and the front end of the main fuel cell 110 by the recirculation pump 137.
  • the recycled gas (hydrogen) is forced to flow into the humidifier 170.
  • a drain unit 190 is provided below the gas liquid separator 131.
  • the drain unit 190 is configured to guide water to be discharged to the water storage tank 180 when the water discharged from the main fuel cell 110 has increased above the proper level in the gas liquid separator 131.
  • the drain portion 190 is a drain pipe 192 to communicate the interior of the gas liquid separator 131 and the water storage tank 180, and a drain valve for selectively shielding the inside of the drain pipe 192 194 is configured.
  • the water inside the gas liquid separator 131 flows into the water storage tank 180 through the drain pipe 192 according to the opening and closing of the drain valve 194, so that the water level inside the gas liquid separator 131 is increased. It can be kept constant.
  • the right side of the recirculation means 130 is provided with a regeneration means 150, which is a main component of the present invention.
  • the regeneration means 150 by-passes the gas introduced into the recirculation tube 133 when the voltage of the plurality of cells of the main fuel cell 110 sensed by the sensing means 140 is lower than the set voltage, the main fuel Impurities in the battery 110 can be discharged to the outside.
  • the regeneration means 150 includes a regeneration pipe 152 for guiding a flow direction of hydrogen via the recirculation means 130, a regeneration valve 154 for selectively shielding the regeneration pipe 152, It comprises a sacrificial fuel cell 156 for generating water by reacting the hydrogen provided from the regeneration pipe 152 in the air and the inside, and a collecting unit 158 for collecting water generated in the sacrificial fuel cell 156 do.
  • the regeneration tube 152 is branched from one side of the recirculation tube 133 to communicate with the sacrificial fuel cell 156, and guides the flow of gas by the operation of the regeneration valve 154.
  • the sacrificial fuel cell 156 can receive hydrogen when the regenerative valve 154 is opened.
  • the sacrificial fuel cell 156 selectively operates when the main fuel cell 110 is deteriorated due to moisture inside or tries to discharge impurities, and generates less power than the main fuel cell 110. It is configured to be selectively replaceable.
  • the sacrificial fuel cell 156 is supplied with hydrogen and air to generate power, and a short circuit switch 157 is selectively connected to one side of a pair of electrodes for guiding electric flow.
  • the gas discharged from the main fuel cell 110 is consumed in the sacrificial fuel cell 156 by the connection of the short-circuit switch 157 to become water, and other impurities are stored in the sacrificial fuel cell 156. Will accumulate.
  • the supplied unreacted gas is converted into water by electrical connection, and at the same time, impurities are adsorbed and collected. Therefore, the sacrificial fuel cell 156 collects trace impurities in the reaction gas and impurities in the sealed fuel cell system to increase durability of the main fuel cell 110.
  • the sacrificial fuel cell 156 may be periodically replaced in some cases because it is placed in severe environmental conditions.
  • the sensing means 140, the recirculation pump 137, the recirculation valve 135, the regeneration valve 154, the short-circuit switch 157 and the like is controlled by the control means 160.
  • control means 160 operates the regeneration means 150 when at least one of the voltages of each of the plurality of cells is lower than the preset voltage, and operates the recirculation means 130 when the voltage is normal. .
  • the recirculation pump 137 is operated, the regeneration valve 154 is shielded, and the short circuit switch 157 is operated in the state where the recirculation means 130 is turned off.
  • the regeneration valve 154 opens the regeneration pipe 152 and the short-circuit switch. 157 is turned on to operate the regeneration means 150.
  • control means 160 is configured to selectively open the drain valve 194 according to the water level inside the gas liquid separator 131 to adjust the water level.
  • the interior of the gas liquid separator 131 is selectively communicated with the water storage tank 180 by the drain pipe 192, by the drain passage 112 provided on one side of the main fuel cell 110.
  • the main fuel cell 110 and the water storage tank 180 is in communication.
  • the interior of the water collecting unit 158 is also in communication with the interior of the water storage tank 180. That is, the left side surface of the water collecting unit 158 is provided with a water level control pipe 182 and a control valve 184 for adjusting the water level in the water collecting unit 158.
  • the water level control pipe 182 is connected at both ends to communicate with each of the water collecting unit 158 and the water storage tank 180, the control valve 184 to selectively shield the inside of the water level control pipe 182. do.
  • the water inside the water collecting unit 158 is introduced into the water storage tank 180 and stored according to whether the control valve 184 is opened.
  • the water inside the main fuel cell 110, the water inside the gas liquid separator 131, and the water inside the collecting unit 158 are all introduced into and stored in the water storage tank 180 to be kept inside the sealed space. Installation is possible.
  • the air inlet pipe 151 is provided on the right side of the gas liquid separator communicating with the flow path through which air flows inside the main fuel cell.
  • the air inlet pipe 151 is configured to guide the air escaped from the gas liquid separator 131 to be introduced into the sacrificial fuel cell 156.
  • the regeneration pipe 152 supplies hydrogen to the sacrificial fuel cell 156
  • the air inlet pipe 151 sacrificial fuel containing the oxygen released from the main fuel cell 110 unreacted
  • the battery 156 is configured to allow hydrogen and oxygen to react.
  • the air inlet pipe 151 is selectively opened like the regeneration pipe 152 to enable the regeneration of the main fuel cell 110 using the sacrificial fuel cell 156.
  • a second exhaust unit 159 is provided at one side of the sacrificial fuel cell 156.
  • the second exhaust unit 159 is configured to exhaust the air discharged unreacted inside the sacrificial fuel cell 156 to the outside, and performs a similar role to the first exhaust unit 172 described above.
  • the first exhaust unit 172 is configured to discharge the air passing through the humidifier to the outside
  • the second exhaust unit 159 is configured to exhaust the air inside the sacrificial fuel cell 156.
  • the first exhaust portion 172 and the second exhaust portion 159 may be selectively operated. More specifically, the first exhaust portion 172 may exhaust the humidifying means 175 when the humidification means 175 operates. The second exhaust part 159 is exhausted when the air inlet pipe 151 is opened.
  • FIG. 2 is a state diagram showing the flow direction of hydrogen and air during the operation of the recirculation means of one configuration in the open fuel cell system according to the present invention.
  • the supply means 120 supplies hydrogen and air to the humidifier 170. While passing through the humidifier 170, the main fuel cell 110 receives humidified air and hydrogen and generates electricity.
  • the unreacted hydrogen in the main fuel cell 110 passes through the gas liquid separator 131 and then flows along the recirculation tube 133.
  • the unreacted wet air passes through the gas liquid separator 131.
  • the humidifier 170 is introduced into the humidifier 170, adds moisture to the air, and is then exhausted to the outside through the first exhaust unit 172.
  • the regeneration valve 154 shields the regeneration pipe 152 to block the inflow of gas, and the inlet blocking valve 155 blocks the air inlet pipe 151 to block the inflow of air.
  • the sensing unit 140 continuously measures the voltages of the plurality of cells constituting the main fuel cell 110. In addition, the short circuit switch 157 is turned off.
  • the recycling rate of hydrogen may be maximized by the operation of the recycling means 130 as described above.
  • FIG. 3 is a state diagram showing the flow direction of hydrogen and air during the operation of the regeneration means of one configuration in the open fuel cell system according to the present invention.
  • the regeneration means 150 may operate to increase power generation efficiency and durability of the main fuel cell 110.
  • control means 160 opens the regeneration valve 154 to discharge the water inside the main fuel cell 110 to the gas liquid separator 131 due to the pressure difference and to the sacrificial fuel cell 156 at the same time. Unreacted hydrogen and impurities are fed.
  • the sacrificial fuel cell 156 generates power, and the sacrificial fuel cell 156 generates water therein.
  • the water generated inside the sacrificial fuel cell 156 flows into the water collecting unit 158 and is stored in the water collecting tank 158 so that the water can be introduced into the water storage tank 180 by the selective opening of the control valve 184.
  • the unreacted air in the sacrificial fuel cell 156 is exhausted to the outside through the second exhaust unit 159.
  • water, impurities, etc. in the main fuel cell 110 are accumulated in the sacrificial fuel cell 156, thereby reducing impurities in the main fuel cell 110 and eventually increasing durability. .
  • the sacrificial fuel cell 156 since the sacrificial fuel cell 156 reacts with hydrogen to generate water, the sacrificial fuel cell 156 does not discharge hydrogen to the outside.
  • the internal configuration of the main fuel cell is not shown in detail, but it is obvious that the cooling water circuit may be further configured to lower the heat generation amount of the main fuel cell to increase power generation efficiency.

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Abstract

본 발명은 개방형 연료전지 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 개방형 연료전지 시스템은, 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 메인연료전지와, 상기 메인연료전지에 수소와 공기를 공급하는 공급수단과, 상기 메인연료전지에서 배출된 수소를 메인연료전지로 재순환하는 재순환수단과, 상기 메인연료전지를 구성하는 복수의 셀(cell) 전압을 감지하는 감지수단과, 상기 메인연료전지 일측과 선택적으로 연통되어 메인연료전지 내부의 수분 및 불순물을 제거하는 재생수단과, 상기 메인연료전지에서 배출된 공기 중의 수분을 상기 메인연료전지로 공급하는 가습수단과, 상기 공급수단, 재순환수단, 감지수단, 재생수단 및 가습수단의 동작을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되고, 상기 재생수단은, 상기 메인연료전지를 경유한 수소의 유동 방향을 안내하는 재생용관과, 상기 재생용관을 선택적으로 차폐하는 재생용밸브와, 상기 재생용관으로부터 제공된 수소를 내부에서 공기와 반응시켜 물을 생성하는 희생연료전지와, 상기 희생연료전지 내부로 공기 유입을 안내하는 공기유입관과, 상기 희생연료전지에서 발생한 물을 집수하는 집수부를 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 수소 배출로 인한 폭발의 위험성이 해소되며, 수분 및 불순물이 제거되어 메인연료전지의 발전효율 및 내구성이 향상된다.

Description

개방형 연료전지 시스템
본 발명은 개방형 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 연료(LNG, LPG, 수소, 메탄올 등)와 산소의 반응을 통해 전기를 생산하고, 동시에 부산물로서 물과 열을 발생시키는 시스템으로서 발전효율이 높고 환경 유해요소가 제거된 발전장치이다.
그리고, 사용되는 전해질의 종류에 따라 폴리머 전해질막 연료전지(PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체 산화물 연료전지(SOFC) 등이 있다.
이러한 연료전지의 종류 중에서 PEMFC, PAFC, DMFC는 작동온도가 각각 80℃-120℃, 190℃-200℃, 25℃-90℃ 정도로 낮으며, 자동차 등의 수송용이나, 가정용 및 휴대용 전력원으로서 활용 가능성이 높다.
따라서, 이들 연료전지의 상용화를 앞당기고 확대하기 위해 전체 연료전지 시스템의 소형화, 경량화, 저렴화 등에 연구 관심이 집중되고 있다.
그러나, 연료전지 내부에는 고전류 영역에서의 운전 환경에서 반응물의 생성이 과다해지며, 과량의 수분인 물방울로 인하여 촉매층으로의 가스의 공급 및 고분자막으로의 프로톤의 확산이 억제되므로 연료전지의 성능 저하가 나타난다.
더욱 심각한 것은 연료전지 내에 존재하는 단위 셀(cell) 별로 균질하지 않은 물 분포로 인한 일부 셀의 성능 저하로 정상적인 운전이 어려워지는 문제점이 발생한다.
이와 같이, 연료전지에서 발생되는 과다한 수분 즉, 플러딩(flooding)은 반응 효율의 저하는 물론 연료전지의 안정적인 운전을 어렵게 하는 중요한 인자이므로, 상기 과량의 수분을 연료전지 밖으로 배출시키는 것이 필수적으로 요구된다.
이에 따라 대한민국 특허청 특허 제0509818호에는 "연료 전지 시스템에서 내부 퍼지를 수행하기 위한 방법 및 장치"가 게시되어 있다.
이러한 종래 기술을 간략히 살펴보면, 복수개 셀의 전압을 감지하고, 플러딩 발생시에 퍼지밸브와 재순환 펌프를 제어하여 압력차를 이용한 스택 내부의 수분 및 가스 혼합물을 스택 외부로 방출(purge)하며, 수분과 분리된 가스를 스택으로 재공급할 수 있도록 구성된다.
그러나, 이러한 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 연료전지에 공급되는 연료의 순도는 100%가 될 수 없으므로, 수분과 분리된 가스가 연료전지로 재공급되더라도 결국 연료전지 내부에 불순물이 쌓이게 되어 발전 효율이 저하된다.
그리고, 연료전지 내부에서 분리판 및 전극을 구성하고 있는 탄소와 연료전지를 구성하는 주변장치의 금속 이온 및 입자 등의 불순물이 쌓이게 되면 연료전지의 내구성에 점차적으로 영향을 줌은 물론 셀 내부의 전류 누설을 발생시켜 연료전지의 수명의 단축 또는 파손을 야기하게 되어 막대한 수리비가 발생하게 되는 듯 바람직하지 못하다.
또한, 종래 기술을 이용하여 연료전지 내부의 가스를 재순환시켜 연료전지에서 발생된 수분을 내부에서 제거하더라도 폐회로를 구성하고 있으므로, 결국 연료전지로 공급되는 가스에 의해 다시 연료전지 내부로 불순물이 유입되므로 연료전지의 성능 및 내구성을 저하시키게 된다.
한편, 내부 퍼지가 구비되지 않은 일반적인 개방형 연료전지 시스템에서는, 연료전지에서 미반응하여 대기로 배출된 수소의 폭발 위험성으로 인하여 밀폐된 공간에서의 장시간 가동에 주의가 요구된다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 메인연료전지에서 배출된 수소를 메인연료전지로 재순환하는 재순환수단과, 메인연료전지 운전중에 발생되는 수분과 불순물을 제거하기 위한 재생수단이 구비되는 개방형 연료전지 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 메인연료전지로 공급된 수소가 대기로 배출되지 않도록 구성된 개방형 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 개방형 연료전지 시스템은, 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 메인연료전지와, 상기 메인연료전지에 수소와 공기를 공급하는 공급수단과, 상기 메인연료전지에서 배출된 수소를 메인연료전지로 재순환하는 재순환수단과, 상기 메인연료전지를 구성하는 복수의 셀(cell) 전압을 감지하는 감지수단과, 상기 메인연료전지 일측과 선택적으로 연통되어 메인연료전지 내부의 수분 및 불순물을 제거하는 재생수단과, 상기 메인연료전지에서 배출된 공기 중의 수분을 상기 메인연료전지로 공급하는 가습수단과, 상기 공급수단, 재순환수단, 감지수단, 재생수단 및 가습수단의 동작을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되고, 상기 재생수단은, 상기 메인연료전지를 경유한 수소의 유동 방향을 안내하는 재생용관과, 상기 재생용관을 선택적으로 차폐하는 재생용밸브와, 상기 재생용관으로부터 제공된 수소를 내부에서 공기와 반응시켜 물을 생성하는 희생연료전지와, 상기 희생연료전지 내부로 공기 유입을 안내하는 공기유입관과, 상기 희생연료전지에서 발생한 물을 집수하는 집수부를 포함하여 구성된다.
상기 재생수단은, 상기 메인연료전지에서 미반응하여 배출된 수소와 공기의 유동 속도를 변화시켜 상기 메인연료전지 내부의 수분 및 불순물을 배출한다.
상기 재순환수단은, 상기 메인연료전지에서 생성된 물과 수소를 분리하는 기체액체분리기와, 상기 기체액체분리기에서 물로부터 분리된 수소를 메인연료전지로 안내하는 재순환관과, 상기 재순환관 내부의 수소 흐름을 강제하는 재순환펌프를 포함하여 구성된다.
상기 재생용관과 재순환관은 연통된다.
상기 집수부와 기체액체분리기는, 물을 집수하는 물저장탱크 내부와 선택적으로 연통된다.
상기 희생연료전지는, 수소 및 공기를 공급받아 발전하며, 전기흐름을 안내하는 한 쌍의 전극은 선택적으로 접속된다.
상기 희생연료전지는 메인연료전지보다 작은 발전량을 가지며, 선택적으로 교체된다.
상기 희생연료전지 일측에는, 한 쌍의 전극을 선택적으로 단락하는 단락스위치가 구비되며, 상기 단락스위치는 재생용밸브가 개방시에 접속된다.
상기 공급수단은, 수소를 보관하고 선택적으로 공급하는 연료탱크와, 상기 메인연료전지 내부로 외부 공기의 공급을 강제하는 공기공급기를 포함하여 구성된다.
상기 재순환관 일측에는, 상기 기체의 일방향 흐름을 차단하는 체크밸브가 구비된다.
상기 제어수단은, 상기 복수의 셀 각각의 전압 중 하나 이상이 미리 설정된 전압보다 낮은 경우 상기 재생용관을 개방한다.
상기 기체액체분리기 일측에는, 상기 기체액체분리기 내부에 보관된 물을 선택적으로 배수하여 수위를 조절하기 위한 드레인부가 구비된다.
상기 가습수단은, 상기 메인연료전지에 가습된 수소와 공기를 공급하는 가습기 내부로 기체액체분리기에서 배출된 습한 공기를 안내하는 가습용관과, 상기 가습용관을 선택적으로 차폐하는 가습제어밸브를 포함하여 구성된다.
상기 희생연료전지와 가습기 일측에는, 내부 공기를 배기하는 배기부가 구비된다.
본 발명에서는, 메인연료전지에서 배출된 수소를 메인연료전지로 재순환하는 재순환수단과, 메인연료전지의 발전효율이 낮아질 때 내부의 수분 및 불순물을 제거하기 위한 재생수단이 구비된다.
따라서, 연료효율이 극대화되며, 재생수단의 작용에 의해 메인연료전지의 발전효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에서는 재생수단에 구비된 희생연료전지를 선택적으로 교체 가능하도록 구성하였다.
따라서, 메인연료전지의 발전효율이 저하될 때 선택적으로 재생하여 발전효율을 높일 수 있게 되므로, 메인연료전지의 내구성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
그리고, 희생연료전지를 선택적으로 교체 가능하도록 구성함으로써 메인연료전지의 유지 및 관리가 용이하며, 희생연료전지의 정비성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 종래의 연료전지 시스템에서 연료전지 내부의 수분을 배출하기 위해 동시에 배출되던 미량의 수소를 배출시키지 않음으로써 연료전지 시스템의 실내 운전을 도모하고 안정성을 높일 수 있는 이점이 있다..
도 1 은 본 발명에 의한 개방형 연료전지 시스템의 구성을 보인 구성도.
도 2 는 본 발명에 의한 개방형 연료전지 시스템에서 일 구성인 재순환수단 동작시의 수소 및 공기의 흐름 방향을 나타낸 사용 상태도.
도 3 은 본 발명에 의한 개방형 연료전지 시스템에서 일 구성인 재생수단 동작시 수소 및 공기의 흐름 방향을 나타낸 사용 상태도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100. 개방형 연료전지 시스템 110. 메인연료전지
112. 배수로 120. 공급수단
124. 연료탱크 126. 공기공급기
130. 재순환수단 131. 기체액체분리기
133. 재순환관 137. 재순환펌프
140. 감지수단 150. 재생수단
151. 공기유입관 152. 재생용관
153. 체크밸브 154. 재생용밸브
155. 유입차단밸브 156. 희생연료전지
157. 단락스위치 158. 집수부
159. 제2배기부 160. 제어수단
170. 가습기 172. 제1배기부
175. 가습수단 176. 가습용관
177. 가습제어밸브 180. 물저장탱크
182. 수위조절관 184. 조절밸브
190. 드레인부 192. 드레인관
194. 드레인밸브
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 개방형 연료전지 시스템의 구성을 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 의한 개방형 연료전지 시스템의 구성을 보인 구성도가 도시되어 있다.
도면과 같이, 개방형 연료전지 시스템(100)은 연료인 수소(H2)와 공기를 공급하고, 수소(H2)와 산소(O2)를 반응시켜 전기를 생산하는 구성을 가진다.
이를 위해 상기 개방형 연료전지 시스템은, 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 메인연료전지(110)와, 상기 메인연료전지에 수소와 공기를 공급하는 공급수단(120)과, 상기 메인연료전지에서 배출된 수소를 메인연료전지로 재순환하는 재순환수단(130)과, 상기 메인연료전지를 구성하는 복수의 셀(cell) 전압을 감지하는 감지수단(140)과, 상기 메인연료전지 일측과 선택적으로 연통되어 메인연료전지 내부의 수분 및 불순물을 제거하는 재생수단(150)과, 상기 메인연료전지에서 배출된 공기 중의 수분을 상기 메인연료전지로 공급하는 가습수단(175)과, 상기 공급수단, 재순환수단, 감지수단, 재생수단 및 가습수단의 동작을 제어하는 제어수단(160)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
그리고, 상기 개방형 연료전지 시스템(100)은 자동차 등과 같이 대기에 노출된 공간에서 사용되는 장치에 적용 가능한 시스템으로서, 수소와 공기를 공급하여 발전하며, 수분과 공기를 토출하도록 구성된다.
따라서, 상기 메인연료전지(110)는 연료인 수소와 산소를 공급받아 전기를 생산할 수 있는 범위 내에서 다양한 연료전지가 선택적으로 적용 가능하다.
즉, 상기 공급수단(120)은, 메인연료전지(110)에 수소와 산소가 포함된 기체를 공급하기 위한 구성으로, 본 발명의 일 실시예에서는 수소를 보관하고 선택적으로 공급하는 연료탱크(124)와, 상기 메인연료전지(110) 내부로 외부 공기를 공급하기 위한 공기공급기(126)를 포함하여 구성된다.
상기 공기공급기(126)는 송풍기(air blower)나 공기압축기(air compressor)가 적용되어 외부 공기를 흡입 후 상기 메인연료전지(110)로 강하게 공급하게 된다.
이와 같은 개방형 연료전지 시스템(100)은 자동차와 같이 외부와 개방된 상태에서 사용되는 장치에 설치된 경우에 적용될 수 있다.
이에 따라, 상기 공기공급기(126)에 의해 공급되는 공기는 메인연료전지(110) 내부로 공급된 후 산소만 반응하게 되고, 나머지는 빠져나가게 된다.
상기 연료탱크(124)와 공기공급기(126)는 가습기(170)와 연통되며, 상기 가습기(170)는 메인연료전지(110) 내부와 연통된다. 따라서, 상기 연료탱크(124)와 공기공급기(126) 내부의 수소 및 공기는 가습기(170)를 경유하여 가습된 후 상기 메인연료전지(110) 내부로 공급된다.
상기 가습기(170)는 메인연료전지(110) 내부로 공급되는 연료 및 공기가 보다 잘 반응할 수 있도록 하는 구성으로, 상기 공기공급기(126)와 연결된 가습기(170)의 하측에는 제1배기부(172)가 구비된다.
상기 제1배기부(172)는 가습수단(175)에 의해 가습기(170) 내부로 유입된 습한 공기가 가습기(170)를 경유한 후 외부로 토출되도록 하는 구성이다.
상기 메인연료전지(110) 상측에는 감지수단(140)이 구비된다. 상기 감지수단(140)은 메인연료전지(110)를 구성하는 복수의 셀(cell)의 전압을 감지하기 위한 구성이다.
즉, 상기 메인연료전지(110)는 복수 개의 셀을 적층하여 높은 전압을 발생하도록 구성되는데, 이러한 복수의 셀은 장시간 사용함에 따라 셀 내에서 발생한 수분의 양 및 전류밀도의 변화에 의해 서로 다른 전압을 발생하게 되어 셀 간 편차가 발생하게 된다.
따라서, 상기 메인연료전지(110)를 운전하면서도 수분의 양 및 전류밀도 변화를 측정하여 사전에 진단하기 위해 감지수단(140)이 구비된다.
상기 감지수단(140) 우측에는 재순환수단(130)이 구비된다. 상기 재순환수단(130)은 메인연료전지(110) 내부에서 반응하지 못하고 배출되는 수소를 메인연료전지(110)로 재순환시켜 연료의 이용률을 극대화하기 위한 구성이다.
이를 위해 상기 재순환수단(130)은 메인연료전지(110) 내부에서 산소와 수소의 반응에 의해 생성된 물과, 반응하지 못한 수소를 분리하는 기체액체분리기(131)와, 상기 기체액체분리기(131)에서 물로부터 분리된 수소를 메인연료전지(110)로 안내하는 재순환관(133)과, 상기 재순환관(133) 내부의 기체 흐름을 강제하는 재순환펌프(137)를 포함하여 구성된다.
상기 재순환수단(130)은 기체액체분리기(131) 내부와 가습기(170)의 선단에 양단부가 연통되게 설치되어 있어서, 상기 메인연료전지(110)를 빠져나온 미반응 수소를 다시 메인연료전지(110)로 재순환시킬 수 있게 된다.
상기 재순환관(133)의 일측에는 체크밸브(153)가 구비된다. 상기 체크밸브(153)는 연료탱크(124)에서 공급되는 수소가 재순환관(133)으로 유입되지 않도록 차단하는 역할을 수행하는 것으로, 상기 재순환펌프(137)에 의해 메인연료전지(110) 전단으로 공급되는 재순환 가스(수소)가 가습기(170) 내부로 유입될 수 있도록 강제하게 된다.
그리고, 상기 기체액체분리기(131) 하측에는 드레인부(190)가 구비된다. 상기 드레인부(190)는 메인연료전지(110)로부터 토출된 물이 기체액체분리기(131) 내부에 적정 수위 이상으로 늘어났을 때 물저장탱크(180)로 물이 토출되도록 안내하는 구성이다.
이를 위해 상기 드레인부(190)는 기체액체분리기(131) 내부와 물저장탱크(180) 내부가 연통되도록 하는 드레인관(192)과, 상기 드레인관(192) 내부를 선택적으로 차폐하기 위한 드레인밸브(194)를 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 드레인밸브(194)의 개폐에 따라 상기 기체액체분리기(131) 내부의 물은 드레인관(192)을 통해 물저장탱크(180)로 유입됨으로써 상기 기체액체분리기(131) 내부의 수위는 일정하게 유지 가능하게 된다.
상기 재순환수단(130) 우측에는 본 발명의 요부 구성인 재생수단(150)이 구비된다. 상기 재생수단(150)은 감지수단(140)에 의해 감지된 메인연료전지(110)의 복수개 셀의 전압이 설정 전압보다 낮은 경우, 재순환관(133)으로 유입된 기체를 순간적으로 우회함으로써 메인연료전지(110) 내부의 불순물이 외부로 배출될 수 있도록 하는 구성이다.
이를 위해 상기 재생수단(150)은 재순환수단(130)을 경유한 수소의 유동 방향을 안내하는 재생용관(152)과, 상기 재생용관(152)을 선택적으로 차폐하는 재생용밸브(154)와, 상기 재생용관(152)으로부터 제공된 수소를 공기와 내부에서 반응시켜 물을 생성하는 희생연료전지(156)와, 상기 희생연료전지(156)에서 발생한 물을 집수하는 집수부(158)를 포함하여 구성된다.
상기 재생용관(152)은 재순환관(133)의 일측에서 분지되어 희생연료전지(156) 내부와 연통된 것으로, 상기 재생용밸브(154)의 동작에 의해 기체의 유동을 안내하게 된다.
따라서, 상기 희생연료전지(156)는 재생용밸브(154)가 개방시에 수소의 공급을 받을 수 있게 된다.
상기 희생연료전지(156)는 구성의 명칭과 같이 메인연료전지(110)가 내부의 수분에 의해 성능이 저하되거나 불순물을 배출하고자 할 때 선택적으로 동작하는 것으로, 메인연료전지(110)보다 작은 발전량을 가지며, 선택적으로 교체 가능하도록 구성된다.
즉, 상기 희생연료전지(156)는 수소 및 공기를 공급받아 발전하며, 전기 흐름을 안내하는 한 쌍의 전극 일측에는 단락스위치(157)가 구비되어 선택적으로 접속된다. 그리고, 상기 메인연료전지(110) 내부에서 토출된 기체는 단락스위치(157)의 접속에 의해 희생연료전지(156) 내부에서 소모되어 물이 되며, 그외의 불순물은 희생연료전지(156) 내부에 쌓이게 된다.
그리고, 상기 희생연료전지(156) 내에서는 공급된 미반응 가스를 전기 접속에 의해 물로 변환시킴과 동시에 불순물을 흡착 및 포집하게 된다. 그러므로, 상기 희생연료전지(156)는 메인연료전지(110)의 내구성 증대를 위해 공급되는 반응가스 내의 미량의 불순물 및 밀폐형 연료전지 시스템 내의 불순물을 포집하는 기능을 수행한다.
이로써 상기 희생연료전지(156)는 메인연료전지(110)를 보호하고 내구성을 증대시키는 대신, 가혹한 환경 조건에 놓이게 되므로 경우에 따라 주기적으로 교체될 수 있다.
한편, 상기 감지수단(140), 재순환펌프(137), 재순환밸브(135), 재생용밸브(154), 단락스위치(157) 등은 제어수단(160)에 의해 동작이 제어된다.
즉, 상기 제어수단(160)은 복수의 셀 각각의 전압 중 하나 이상이 미리 설정된 전압보다 낮은 경우 상기 재생수단(150)을 동작시키며, 정상적인 전압인 경우에는 상기 재순환수단(130)을 동작시키게 된다.
보다 상세하게는 상기 재순환펌프(137)를 동작시키고, 상기 재생용밸브(154)는 차폐하며 상기 단락스위치(157)는 off 상태로 둔 상태에서 상기 재순환수단(130)을 동작시킨다.
반대로, 상기 재생용밸브(154)를 차폐하고, 상기 재순환펌프(137)는 정지상태를 유지한 후 일정 시간이 경과하면, 상기 재생용밸브(154)는 재생용관(152)을 개방하고 단락스위치(157)는 on 상태가 되도록 하여, 상기 재생수단(150)을 동작시킨다.
이외에도 상기 제어수단(160)은 기체액체분리기(131) 내부의 수위에 따라 드레인밸브(194)를 선택적으로 개방하여 수위를 조절하도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 상기 기체액체분리기(131) 내부는 드레인관(192)에 의해 물저장탱크(180)와 선택적으로 연통되며, 상기 메인연료전지(110) 일측에 구비된 배수로(112)에 의해 상기 메인연료전지(110)와 물저장탱크(180) 내부는 연통된다.
또한, 상기 집수부(158) 내부도 물저장탱크(180) 내부와 연통된다. 즉, 상기 집수부(158)의 좌측면에는 집수부(158) 내부의 수위를 조절하기 위한 수위조절관(182) 및 조절밸브(184)가 구비된다.
상기 수위조절관(182)은 양단부가 상기 집수부(158)와 물저장탱크(180) 내부에 각각 연통하도록 연결되며, 상기 조절밸브(184)는 수위조절관(182) 내부를 선택적으로 차폐하게 된다.
따라서, 상기 조절밸브(184)의 개방 여부에 따라 상기 집수부(158) 내부의 물은 물저장탱크(180) 내부로 유입되어 보관된다.
이에 따라, 상기 메인연료전지(110) 내부의 물, 기체액체분리기(131) 내부의 물 및 집수부(158) 내부 물은 모두 물저장탱크(180) 내부로 유입되어 보관되어 밀폐된 공간 내부에 설치 가능하게 된다.
한편, 상기 메인연료전지 내부에서 공기가 유동하는 유로와 연통하는 기체액체분리기 우측에는 공기유입관(151)이 구비된다.
상기 공기유입관(151)은 기체액체분리기(131)에서 빠져나온 공기가 희생연료전지(156) 내부로 유입되도록 안내하는 구성이다.
즉, 상기 재생용관(152)이 희생연료전지(156) 내부로 수소를 공급하듯이, 상기 공기유입관(151)은 메인연료전지(110)로부터 미반응하여 빠져나온 산소를 포함한 공기를 희생연료전지(156)로 공급하여 수소와 산소가 반응하도록 하는 구성이다.
따라서, 상기 공기유입관(151)은 재생용관(152)과 같이 선택적으로 개방되어 희생연료전지(156)를 이용한 메인연료전지(110)의 재생이 가능하도록 하며, 이를 위해 상기 공기유입관(151)에는 선택적인 개방이 가능하도록 유입차단밸브(155)가 구비된다.
상기 희생연료전지(156) 일측에는 제2배기부(159)가 구비된다. 상기 제2배기부(159)는 희생연료전지(156) 내부에서 미반응하여 배출되는 공기를 외부로 배기하기 위한 구성으로, 전술한 제1배기부(172)와 유사한 역할을 수행하게 된다.
즉, 상기 제1배기부(172)는 가습기 내부를 경유한 공기를 외부로 토출하는 구성이며, 상기 제2배기부(159)는 희생연료전지(156) 내부의 공기를 배기하기 위한 구성이다.
따라서, 상기 제1배기부(172)와 제2배기부(159)는 선택적으로 동작시킬 수 있으며, 보다 구체적으로는 상기 제1배기부(172)는 가습수단(175)이 동작시에 배기하고, 상기 제2배기부(159)는 공기유입관(151)이 개방되었을 때 배기하게 된다.
즉, 상기 가습수단(175)은, 상기 기체액체분리기(131)에서 배출된 습한 공기를 상기 가습기(170)로 안내하는 가습용관(176)과, 상기 가습용관(176)을 선택적으로 차폐하는 가습제어밸브(177)를 포함하여 구성된다.
이하에서는 상기 개방형 연료전지 시스템(100)이 동작하여 전기를 생성하는 과정을 도 2의 화살표를 참조하여 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 개방형 연료전지 시스템에서 일 구성인 재순환수단 동작시의 수소 및 공기의 흐름 방향을 나타낸 사용 상태도가 도시되어 있다.
도면과 같이, 상기 개방형 연료전지 시스템(100)이 발전하기 위해서는 상기 공급수단(120)은 수소와 공기를 가습기(170)로 공급하게 된다. 상기 가습기(170)를 통과하면서 가습된 공기와 수소를 메인연료전지(110)는 공급받아 발전하게 된다.
그리고, 상기 메인연료전지(110)에서 미반응된 수소는 기체액체분리기(131)를 통과한 후 재순환관(133)을 따라 유동하게 되며, 미반응된 습한 공기는 기체액체분리기(131)를 통과한 후 상기 가습기(170) 내부로 유입되어 공기에 습기를 더한 다음 제1배기부(172)를 통해 외부로 배기된다.
이때 상기 재생용밸브(154)는 재생용관(152)을 차폐하여 기체의 유입이 차단되도록 하고, 상기 유입차단밸브(155)는 공기유입관(151)을 차폐하여 공기의 유입을 차단하며, 상기 감지수단(140)은 메인연료전지(110)를 구성하는 복수 셀의 전압을 지속적으로 측정하게 된다. 또한, 상기 단락스위치(157)는 off 되어 있다.
따라서, 상기한 바와 같은 재순환수단(130)의 작용에 의해 수소의 재활용율은 극대화될 수 있다.
이하 상기 감지수단(140)에 의해 감지된 복수의 셀 각각의 전압 중 하나 이상이 미리 설정된 전압보다 낮아 상기 재생수단(150)을 동작하는 경우 기체의 흐름을 첨부된 도 3 을 참조하여 설명한다.
도 3에는 본 발명에 의한 개방형 연료전지 시스템에서 일 구성인 재생수단 동작시 수소 및 공기의 흐름 방향을 나타낸 사용 상태도가 도시되어 있다.
도면과 같이, 상기 메인연료전지(110)의 발전효율이 낮아짐에 따라 상기 재생수단(150)은 동작하여 메인연료전지(110)의 발전효율 및 내구성을 높일 수 있게 된다.
이를 위해 상기 제어수단(160)은 재생용밸브(154)를 개방하여 압력차에 의해 메인연료전지(110) 내부의 수분을 기체액체분리기(131)로 배출시킴과 동시에 희생연료전지(156)로 미반응 수소 및 불순물을 공급한다.
이때 상기 단락스위치(157)를 on 시켜 희생연료전지(156) 내에서 수소/산소를 반응시킴으로써 물로 변환시키게 된다.
따라서, 상기 희생연료전지(156)는 발전하게 되며, 상기 희생연료전지(156)는 내부에 물을 생성하게 된다.
상기 희생연료전지(156) 내부에서 생성된 물은 집수부(158)로 흘러들어 보관되며, 상기 조절밸브(184)의 선택적 개방에 의해 상기 물저장탱크(180)로 유입 가능하게 된다.
그리고, 상기 희생연료전지(156)에서 미반응된 공기는 제2배기부(159)를 통해 외부로 배기된다.
상기한 작용에 따라 상기 메인연료전지(110) 내부의 물, 불순물 등은 상기 희생연료전지(156) 내부에 적체됨으로써 메인연료전지(110) 내부에는 불순물이 감소되고 결국 내구성이 증대될 수 있게 된다.
또한, 상기 희생연료전지(156)는 수소를 모두 반응시켜 물을 생성하므로 외부로 수소 배출을 시키지 않게 된다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
예를 들어 본 발명의 실시예에서는, 메인연료전지 내부 구성을 상세히 도시하진 않았으나, 메인연료전지의 발열량을 낮추어 발전 효율을 높일 수 있도록 하기 위한 냉각수회로를 더 구성할 수도 있음은 자명하다.

Claims (14)

  1. 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 메인연료전지와, 상기 메인연료전지에 수소와 공기를 공급하는 공급수단과, 상기 메인연료전지에서 배출된 수소를 메인연료전지로 재순환하는 재순환수단과, 상기 메인연료전지를 구성하는 복수의 셀(cell) 전압을 감지하는 감지수단과, 상기 메인연료전지 일측과 선택적으로 연통되어 메인연료전지 내부의 수분 및 불순물을 제거하는 재생수단과, 상기 메인연료전지에서 배출된 공기 중의 수분을 상기 메인연료전지로 공급하는 가습수단과, 상기 공급수단, 재순환수단, 감지수단, 재생수단 및 가습수단의 동작을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되고,
    상기 재생수단은,
    상기 메인연료전지를 경유한 수소의 유동 방향을 안내하는 재생용관과,
    상기 재생용관을 선택적으로 차폐하는 재생용밸브와,
    상기 재생용관으로부터 제공된 수소를 내부에서 공기와 반응시켜 물을 생성하는 희생연료전지와,
    상기 희생연료전지 내부로 공기 유입을 안내하는 공기유입관과,
    상기 희생연료전지에서 발생한 물을 집수하는 집수부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 재생수단은,
    상기 메인연료전지에서 미반응하여 배출된 수소와 공기의 유동 속도를 변화시켜 상기 메인연료전지 내부의 수분 및 불순물을 배출하는 것을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 재순환수단은,
    상기 메인연료전지에서 생성된 물과 수소를 분리하는 기체액체분리기와,
    상기 기체액체분리기에서 물로부터 분리된 수소를 메인연료전지로 안내하는 재순환관과,
    상기 재순환관 내부의 수소 흐름을 강제하는 재순환펌프를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 재생용관과 재순환관은 연통되는 것을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 집수부와 기체액체분리기는,
    물을 집수하는 물저장탱크 내부와 선택적으로 연통되는 것을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템..
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 희생연료전지는,
    수소 및 공기를 공급받아 발전하며, 전기흐름을 안내하는 한 쌍의 전극은 선택적으로 접속됨을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 희생연료전지는 메인연료전지보다 작은 발전량을 가지며, 선택적으로 교체되는 것을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 희생연료전지 일측에는, 한 쌍의 전극을 선택적으로 단락하는 단락스위치가 구비되며, 상기 단락스위치는 재생용밸브가 개방시에 접속되는 것을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템..
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 공급수단은,
    수소를 보관하고 선택적으로 공급하는 연료탱크와,
    상기 메인연료전지 내부로 외부 공기의 공급을 강제하는 공기공급기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 재순환관 일측에는,
    상기 기체의 일방향 흐름을 차단하는 체크밸브가 구비됨을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 제어수단은,
    상기 복수의 셀 각각의 전압 중 하나 이상이 미리 설정된 전압보다 낮은 경우 상기 재생용관을 개방하는 것을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
  12. 제 3 항에 있어서, 상기 기체액체분리기 일측에는,
    상기 기체액체분리기 내부에 보관된 물을 선택적으로 배수하여 수위를 조절하기 위한 드레인부가 구비됨을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
  13. 제 3 항에 있어서, 상기 가습수단은,
    상기 메인연료전지에 가습된 수소와 공기를 공급하는 가습기 내부로 기체액체분리기에서 배출된 습한 공기를 안내하는 가습용관과,
    상기 가습용관을 선택적으로 차폐하는 가습제어밸브를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 희생연료전지와 가습기 일측에는, 내부 공기를 배기하는 배기부가 구비됨을 특징으로 하는 개방형 연료전지 시스템.
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