KR101342662B1 - 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템 - Google Patents

수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101342662B1
KR101342662B1 KR1020120003001A KR20120003001A KR101342662B1 KR 101342662 B1 KR101342662 B1 KR 101342662B1 KR 1020120003001 A KR1020120003001 A KR 1020120003001A KR 20120003001 A KR20120003001 A KR 20120003001A KR 101342662 B1 KR101342662 B1 KR 101342662B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stage
fuel cell
hydrogen
gas
cell system
Prior art date
Application number
KR1020120003001A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130081902A (ko
Inventor
한인수
신현길
Original Assignee
지에스칼텍스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지에스칼텍스 주식회사 filed Critical 지에스칼텍스 주식회사
Priority to KR1020120003001A priority Critical patent/KR101342662B1/ko
Publication of KR20130081902A publication Critical patent/KR20130081902A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101342662B1 publication Critical patent/KR101342662B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/08—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor affording epidiascopic projection
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/48—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor adapted for combination with other photographic or optical apparatus
    • G03B17/54—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor adapted for combination with other photographic or optical apparatus with projector
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/132—Overhead projectors, i.e. capable of projecting hand-writing or drawing during action
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/3173—Constructional details thereof wherein the projection device is specially adapted for enhanced portability
    • H04N9/3176—Constructional details thereof wherein the projection device is specially adapted for enhanced portability wherein the projection device is incorporated in a camera

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

수소를 연료가스로 사용하는 연료전지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 애노드(anode)를 복수의 단(multiple-stage)으로 분할하여 연료가스가 공급되도록 함으로써, 수소를 재순환시키지 않고도 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 장치에 관하여 개시한다.
본 발명은 연료가스로 수소를 사용하는 연료전지 시스템에 있어서, 연료전지 스택의 애노드를 복수의 단으로 분할하여, 연료가스가 각 단을 순차적으로 통과하도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 제공한다.

Description

수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM HAVING HIGH HYDROGEN UTILIZATION EFFICIENCY}
본 발명은 수소를 연료가스로 사용하는 연료전지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 애노드(anode)를 복수의 단(multiple stage)으로 분할하여 연료가스가 공급되도록 함으로써, 수소를 재순환시키지 않고도 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 기존의 발전방식과 비교할 때 화학에너지를 직접 전기에너지로 전환시키는 특징으로 인하여 발전 효율이 높을 뿐만 아니라 발전에 따른 공해 물질의 배출이 전혀 없어서 미래의 발전 기술로 평가 받고 있으며 다양한 연료를 사용할 수 있어 미래의 동력발생 장치로 각광받고 있다.
도 1은 종래의 수소 재순환 장치를 포함하는 종래의 연료전지 시스템 구조를 나타낸 것이다.
산화가스로 공기를 사용하고, 연료가스로 수소를 사용하는 연료전지 시스템은, 블로워(20)를 이용하여 공기를 캐소드(12) 측에 공급하고, 애노드(14) 측에는 수소를 공급한다.
일반적으로는 수소의 경우 순환펌프(40) 또는 이젝터(ejector)를 구비하여 애노드(14) 측에서 반응 후 배출되는 수소를 재순환시키고 있었다.
수소를 재순환시키는 이유는 연료전지 스택에서 발생할 수 있는 플러딩(flooding) 현상을 방지하기 위함이다. 플러딩 현상이란 수소에 포함된 수분 또는 전기화학 반응에 의하여 생성된 생성수가 액체 상태에서 반응이 일어나는 전극(electrode)으로의 수소의 이동을 막는 현상으로, 전극 내에 수분 축적으로 플러딩 현상이 발생하게 되면 전기화학 반응에 필요한 수소의 양이 부족하게 되고, 그 결과 출력 저하 및 MEA(Membrane Electrode Assembly) 손상을 야기할 수 있다.
일반적으로 플러딩은 연료전지의 전기화학 반응에 필요한 양론비(stoichiometry) 보다 충분히 많은 양의 수소(양론비의 1.1 ~ 1.5배)를 연료전지에 공급하여 수소 가스의 유속을 증가시킴으로써 방지하고 있다. 그러나, 양론비 이상의 과다한 수소 공급은 연료전지 시스템 외부로 배출해야 하는 잔류 수소 유량을 증가시켜 수소 이용 효율을 떨어뜨리며, 수소 배출량 증가에 따른 발화 위험을 증가시킨다.
이를 방지하기 위하여, 양론비 이상으로 과량으로 공급된 잔류 수소를 외부로 배출시키지 않고 순환펌프 또는 이젝터와 같은 재순환 장치를 이용하여 수소를 순환시키는 방식을 적용하고 있으나, 펌프 구동을 위해 추가적인 동력이 필요하며, 수소 순환율 제어를 위해 추가적인 제어 시스템을 구축해야 하는 단점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 연료가스로 수소가 공급되는 애노드 측을 다단(multiple stage)으로 형성하여, 각 단으로 공급되는 수소는 실질적으로 플러딩 현상을 방지할 수 있는 충분한 양을 유지할 수 있는 연료전지 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 수소 사용 효율을 증가시켜 별도의 수소 재순환 장치가 필요치 않은 연료전지 시스템을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 연료가스로 수소를 사용하는 연료전지 시스템에 있어서, 연료전지 스택의 애노드를 복수의 단으로 분할하여, 연료가스가 각 단을 순차적으로 통과하도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 제공한다.
상기 연료전지 시스템은 연료가스가 각 단에서 반응 후 다음단으로 공급된다.
상기 연료전지 스택의 애노드는 3~5단으로 분할하는 것이 바람직하다.
상기 연료전지 시스템은 산화가스로 공기를 사용하며, 캐소드는 전체가 하나의 단으로 형성된다.
상기 연료전지 스택은 각 단으로 공급되는 연료가스의 유량이 각단의 반응에 필요한 연료가스의 이론치 요구 유량(양론비 유량)의 110~150% 범위인 것이 바람직하다.
또한, 각 단의 셀 개수가 후속 단의 셀 개수의 합의 2~6 배 범위가 되도록 분할되는 것이 바람직하다.
그리고, 하나의 단을 통과한 연료가스는 후속단으로 공급되기 이전에 기액분리기를 경유하여 연료가스에 혼합된 수분이 제거되도록 하면 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명은 하나의 예로 연료가스로 수소를 사용하는 연료전지 시스템에 있어서, 연료전지 스택의 애노드를 1단, 2단, 3단으로 순차적으로 분할하고, 연료가스가 상기 1단에서 반응 후 2단으로 공급되고, 2단에서 반응 후 3단으로 공급되며, 상기 1단에서 반응 후, 연료전지 스택의 외부로 배출되었다가 3단을 관통하여 2단으로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 제공한다.
상기 연료전지 스택은 1단과 2단은 동일한 형태의 분리판으로 형성되고, 3단 분리판은 수소 바이패스홀을 더 포함할 수 있다.
상기 수소 바이패스홀은 1단과 2단 분리판의 수소가스 유입홀 영역과, 수소가스 배출홀 영역 내에 각각 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료가스로 수소가 공급되는 애노드 측을 다단으로 형성하여, 각 단으로 공급되는 수소는 과량이 되어 플러딩 현상을 방지할 수 있는 효과를 가져온다.
또한, 전체적으로는 수소의 공급량을 감소시킴으로써 수소 사용 효율을 증가시키는 효과를 가져온다.
그리고, 수소 사용 효율을 98% 이상으로 상승시킴으로써 별도의 수소 순환을 위한 펌프, 이젝터 및 이를 제어하기 위한 제어시스템이 필요치 않아 연료전지 시스템을 보다 간소하게 구성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 수소 재순환 장치를 포함하는 종래의 연료전지 시스템 구조를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템의 구조를 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템의 스택 내부의 수소와 공기 흐름을 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템을 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 1단과 2단 분리판 구조를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 3단 분리판 구조를 나타낸 도면임.
이하 본 발명에 따른 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.
본 발명은 연료가스로 수소를 사용하는 연료전지 시스템에 있어서, 연료전지 스택의 애노드를 복수의 단으로 분할하여, 연료가스가 각 단을 순차적으로 통과하도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 제공한다.
본 발명은 연료가스로 수소를 사용하는 연료전지 시스템에 있어서, 연료전지 스택의 애노드를 1단, 2단, 3단, , N단으로 순차적으로 분할하고, 연료가스가 상기 1단에서 반응 후 2단으로 공급되고, 2단에서 반응 후 3단으로 공급되며, 이와 같은 방식으로 최종 단인 N단까지 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템의 구조를 나타낸 개념도이다.
도시된 바와 같이, 연료전지 스택(100)은 캐소드(110)와 애노드(120)를 구비한다.
캐소드(110)로는 산화가스로 공기가 공급되고, 애노드(120)로는 연료가스로 수소가 공급된다.
캐소드(110)측은 연료전지 스택(100) 전체가 하나의 단으로 연결되어 있고, 공급되는 공기가 전체의 단으로 공급된 후 배출되는 런-스루(run-through) 타입으로 구성된다.
애노드(120)측은 연료전지 스택(100)이 복수의 단(121, 122, 123)으로 분할되어 있다.
애노드(120)가 복수의 단으로 분할 형성되면, 각 단에서 반응후 남은 잔여 가스(미반응 수소 가스)가 다음단으로 공급되는 형태가 된다.
애노드(120)의 단수(N)는 3~5단으로 분할하는 것이 바람직하다. 단수(N)을 증가시킬수록 연료전지 시스템 외부로 배출되는 잔류 수소의 유량은 단수(N) 증가에 비례하여 감소하나, 단수 증가에 따라 잔류 수소 배출량 감소폭이 줄어들므로 3 ~ 5단 범위에서 구성하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 연료전지 스택의 애노드(120)이 3단으로 분할되어 있을 경우를 살펴본다.
애노드(120)측 전체에서 요구되는 수소의 유량이 100이고, 1단에서 필요한 수소의 유량이 "80", 2단에서 필요한 수소의 유량이 "16", 3단에서 필요한 수소의 유량이 "4" 일 때, 공급되는 수소의 유량이 "101" 이라면 1단에서는 필요량 80에 비하여 21만큼 과량의 수소(비율로는 126%) 가 공급되는 것이고, 2단의 경우 필요량 16에 비하여 5만큼 과량의 수소(비율로는 131%)가 공급되고, 3단의 경우 필요량 4에 비하여 1만큼 과량의 수소(비율로는 125%)가 공급되게 된다.
이 경우 전체적으로보면 101% 과량 공급되지만, 각 단에서는 120% 이상의 과량이 공급되는 결과가 된다. 따라서, 각각의 단에서 충분한 유량의 미반응 수소가 배출되며, 미반응 수소와 함께 수분이 원활하게 배출될 수 있으므로 플러딩 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 시스템은 애노드측의 각 단으로 공급되는 연료가스의 유량이 각단의 반응에 필요한 연료가스의 이론치 요구 유량의 110~150% 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다. 연료가스 공급유량이 110% 미만이 되면 원활한 수분 배출이 이루어지지 않으며, 150%를 초과하면 채널의 압력강하가 과도하게 높게 되거나 수소 사용량이 과다하여 수소 사용 효율을 저하시킨다.
이를 위하여, 애노드 단의 연료가스 공급 유량은 각 단간의 셀수의 비율에 따라 결정되며, 애노드 단의 분할은 각 단의 셀 개수가 후속 단의 셀 개수의 합의 2~6 배 범위가 되도록 분할되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 분할되지 않으면 상술한 바와 같이 연료가스의 유량을 이론치 유량의 110~150% 범위로 조절하기가 곤란하다.
살펴본 바와 같이, 애노드(120) 측을 다단으로 구성할 경우 상대적으로 적은 양의 수소를 공급하여도 플러딩 현상을 방지할 수 있으므로, 별도의 수소 재순환 구조가 필요치 않다. 별도의 펌프나 이젝터를 구비하지 않고, 애노드(120) 측 출구에 퍼지 밸브(30)만을 구비하는 것으로 장치를 구성할 수 있다.
종래와 같이 애노드(120)측 스택이 하나의 단으로 형성되어 있다면, 필요량 100에 대하여, 101만큼 공급되는 것이므로 101% 과량 공급되는 것이어서 미반응 가스의 배출량이 미미하여 실질적으로 수분이 배출되지 못하고, 플러딩 현상이 발생할 가능성이 매우 높다.
본 발명은 하나의 구체예로 연료가스로 수소를 사용하는 연료전지 시스템에 있어서, 연료전지 스택의 애노드를 1단, 2단, 3단으로 순차적으로 분할하고, 연료가스가 상기 1단에서 반응 후 2단으로 공급되고, 2단에서 반응 후 3단으로 공급되며, 상기 1단에서 반응 후, 연료전지 스택의 외부로 배출되었다가 3단을 관통하여 2단으로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템의 스택 내부의 수소와 공기 흐름을 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템을 나타낸 구성도이다.
도시된 실시예는 연료전지 스택(100)의 애노드가 3단(121, 122, 123)으로 분할되고, 캐소드(110)는 전체가 하단의 단으로 형성된 것이다.
도시된 바와 같이, 산화가스로 공급되는 공기는 연료전지 스택(100) 캐소드(110) 전체가 하나의 단으로 형성되어, 연료전지 스택(100) 전체에서 반응이 이루어진 후 배출되도록 구성되어 있다.
연료가스로 공급되는 수소는 연료전지 스택 애노드의 제1단(121)으로 공급된 후, 제1단(121)에 해당되는 스택들을 통과하며 반응하고, 미반응 가스는 제2단(122)으로 공급된 후, 제2단(122)에 해당되는 스택들을 통과하며 반응하고, 미반응 가스가 제3단(123)으로 공급되는 구조를 가지고 있다.
수소가스는 도면의 좌측에서 제1단(121)으로 공급되었다가, 제1단(121)에서 배출된 후, 제3단(123)을 관통하여 제2단(122)으로 공급된다. 그리고, 제2단(122)에서 배출된 후 제3단(123)을 관통하여 배출되고, 다시 제3단(123)으로 공급되는 구조를 가진다.
도 4를 참조하면, 제1단(121)에서 배출된 수소 가스(52)는 제1기액분리기(62)를 거치며, 수소 가스와 함께 배출되는 수분이 제거된 후 제2단(122)으로 공급되고, 제2단(122)에서 배출되는 수소 가스(54)는 제2기액분리기(64)를 거치며, 수소 가스와 함께 배출되는 수분이 제거된 후 제3단(123)으로 공급된다. 제3단(123)의 배출측에는 퍼지밸브(56)가 구비된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 1단과 2단 분리판 구조를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 3단 분리판 구조를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 1단 분리판과 2단 분리판은 채널부(270)의 양측에 총 6개의 매니폴드홀을 구비하고 있다.
1단과 2단 분리판(200)에 형성되는 6개의 매니폴드홀은, 연료가스가 유입되는 연료가스 유입홀(260), 반응후의 연료가스가 배출되는 연료가스 배출홀(230), 연료전지 스택에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 냉각수 유입을 위한 냉각수 유입홀(220), 열교환을 마친 냉각수가 배출되는 냉각수 배출홀(250), 산화가스가 유입되는 산화가스 유입홀(240), 반응후의 산화가스가 배출되는 산화가스 배출홀(210)이다.
1단 과 2단 분리판(200)은 동일한 구조를 가지고 있다.
도 6를 참조하면, 3단 분리판(300)은 중앙에 채널부(370)가 형성되고 그 양측에 복수개의 매니폴드홀이 형성된다. 매니폴드 홀 중에서 연료전지 스택에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 냉각수 유입을 위한 냉각수 유입홀(320), 열교환을 마친 냉각수가 배출되는 냉각수 배출홀(350), 산화가스가 유입되는 산화가스 유입홀(340), 반응후의 산화가스가 배출되는 산화가스 배출홀(310)은 1단, 2단 분리판(200)과 동일하게 형성되나,
수소가스 유입홀(360) 및 수소가스 배출홀(330) 이외에, 수소가스 바이패스홀(365, 335)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
3단 분리판(300)은 1단, 2단 분리판(200)의 수소가스 유입홀(260) 영역이 2개로 분할되어 채널측에는 수소가스 유입홀(360)이 형성되고, 외곽측에는 수소가스 바이패스홀(365)이 형성된다. 그리고, 1단, 2단 분리판의 수소가스 배출홀(230) 영역도 마찬가지로 2개로 분할되어 채널측에는 수소가스 배출홀(330)이 형성되고, 외곽측에는 수소가스 바이패스홀(335)이 형성된다.
수소가스 바이패스홀(335, 365)은 2단으로 공급되는 수소 가스 공급통로의 역할과, 2단에서 반응을 마친 수소 가스 배출통로의 역할을 수행한다.
실험결과
24셀을 가지는 연료전지 스택의 애노드를 3단(1단 20셀, 2단 3셀, 3단 1셀)으로 분할하고, 연료가스로는 순수 수소를 공급하고, 산화가스로는 공기를 공급하고, 셀 온도는 65℃, 애노드측과 캐소드측의 상대습도는 100%로 하고, 출력을 1kw 에서 2.7kw 로 변화시키면서 수소 사용 효율을 측정하였다.

출력(kW)
전류(A)
이론 수소 유량
(NLPM)
공급수소 유량
(NLPM)
수소 이용율
(%)

1.0
50
8.37
8.46
98.94

1.5
80
13.39
13.48
99.33

1.9
100
16.74
16.83
99.47

2.2
120
20.09
20.19
99.51

2.7
150
25.11
25.32
99.17
결과를 살펴보면, 부하에 따라 수소 사용 효율이 98.94~99.51% 로 매우 높은 것을 알 수 있다. 이는 애노측을 분할하지 않은 일반 연료전지 스택이 83~90% 의 수소 사용 효율을 나타내는 것에 비하여 매우 향상된 수치임을 알 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이 수소가 공급되는 애노드 측을 다단으로 구성하면, 별도의 수소 순환 장치를 구비하지 않고 높은 수소 이용 효율의 연료전지 시스템을 구성할 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 연료전지 스택
110 : 캐소드(cathod)
120 : 애노드(Anode)
121 : 1단 애노드
122 : 2단 애노드
123 : 3단 애노드

Claims (10)

  1. 연료가스로 수소를 사용하는 연료전지 시스템에 있어서,
    연료전지 스택의 애노드를 1단, 2단, 3단으로 순차적으로 분할하고, 연료가스가 상기 1단에서 반응 후 2단으로 공급되고, 2단에서 반응 후 3단으로 공급되며,
    상기 1단에서 반응 후, 연료전지 스택의 외부로 배출되었다가 3단의 바이패스홀을 관통하여 2단으로 공급된 후, 2단에서 반응 후 3단의 바이패스홀을 관통하여 연료전지 스택의 외부로 배출되었다가, 3단으로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료전지 스택은
    1단과 2단은 동일한 형태의 분리판(A)으로 형성되고,
    3단 분리판(B)은 수소가스 바이패스홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    3단 분리판(B)은
    1단과 2단 분리판(A)의 수소가스 유입홀에 대응하는 영역에 수소가스 바이패스홀과 수소가스 유입홀을 형성하고,
    1단과 2단 분리판(A)의 수소가스 배출홀에 대응하는 영역에 수소가스 바이패스홀과 수소가스 배출홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료전지 시스템은
    산화가스로 공기를 사용하며, 캐소드는 전체가 하나의 단으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료전지 스택은
    각 단으로 공급되는 연료가스의 유량이 각 단의 반응에 필요한 연료가스의 이론치 요구 유량의 110~150% 범위인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드 단은
    각 단의 셀 개수가 후속 단의 셀 개수의 합의 2~6 배 범위가 되도록 분할되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    하나의 단을 통과한 연료가스는 후속단으로 공급되기 이전에 기액분리기를 경유하여 연료가스에 혼합된 수분이 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020120003001A 2012-01-10 2012-01-10 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템 KR101342662B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120003001A KR101342662B1 (ko) 2012-01-10 2012-01-10 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120003001A KR101342662B1 (ko) 2012-01-10 2012-01-10 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130081902A KR20130081902A (ko) 2013-07-18
KR101342662B1 true KR101342662B1 (ko) 2013-12-16

Family

ID=48993410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120003001A KR101342662B1 (ko) 2012-01-10 2012-01-10 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101342662B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109524692A (zh) * 2018-11-21 2019-03-26 深圳市南科动力科技有限公司 燃料电池***、燃料电池交通工具及氢利用率提高方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020081479A1 (en) 2000-07-18 2002-06-27 Kantak Milind V. Internal fuel staging for improved fuel cell performance
JP2002260708A (ja) 2001-02-28 2002-09-13 Toshiba Corp 燃料電池積層構造体

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020081479A1 (en) 2000-07-18 2002-06-27 Kantak Milind V. Internal fuel staging for improved fuel cell performance
JP2002260708A (ja) 2001-02-28 2002-09-13 Toshiba Corp 燃料電池積層構造体

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130081902A (ko) 2013-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7645530B2 (en) Method and apparatus for humidification of the membrane of a fuel cell
KR101240976B1 (ko) 차량용 연료전지의 냉각 시스템
US20100227234A1 (en) Internally reforming fuel cell assembly with staged fuel flow and selective catalyst loading for improved temperature uniformity and efficiency
WO2005117185A2 (en) Branched fluid channels for improved fluid flow through fuel cell
JP2010282960A (ja) 直列に接続されたセルスタックモジュールアッセンブリー
JP2012109199A (ja) 水排出構造を有する燃料電池スタック
US20190245236A1 (en) Polymer electrolyte fuel cell stack
US6926985B2 (en) Fuel cell stack
US7645537B2 (en) Multi-cell fuel cell layer and system
KR20160067653A (ko) 연료전지 시스템용 에어쿨러 및 이를 포함하는 가습기
KR101342662B1 (ko) 수소 사용 효율을 향상시킨 연료전지 시스템
KR20210129481A (ko) 연료전지 스택의 연료 공급 시스템
KR101406518B1 (ko) 분리판 및 이를 포함하는 연료전지
JP2005056671A (ja) 燃料電池
KR101238892B1 (ko) 연료 전지
KR101716657B1 (ko) 고출력밀도 연료전지용 분리판
US20140377674A1 (en) Fuel cell air flow method and system
JP2013157315A (ja) 燃料電池
JP7378324B2 (ja) 燃料電池セル構造
CN215771220U (zh) 一种封闭式风冷氢燃料电池***
KR100506620B1 (ko) 고분자 전해질 연료전지 본체의 다단계식 적층 방법과 그구조
KR102495975B1 (ko) 가스 분배 모듈 및 이를 구비하는 연료전지 시스템
JP2865025B2 (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池
US20050277008A1 (en) Equalizer channel in fuel cells
CN115997311A (zh) 具有在活性区域中存在的通道划分部的双极板和燃料电池堆

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161205

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171211

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181210

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191209

Year of fee payment: 7