KR20150066108A - Portable fuel cell system - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a portable fuel cell system including: a case which supports a fuel cell stack and includes an air inlet for supplying air to the fuel cell stack, a fuel inlet for supplying fuel, and a fuel outlet which are formed therein; a cover arranged to cover an end portion of the case; and a heating unit which is arranged in the cover to heat air to make the temperature reach the operation temperature of the fuel cell. According to the present invention, a sold oxide fuel cell, which operates at low temperatures of 400-600°C, can be used as a fuel cell for a portable fuel cell system. Meanwhile, hydrocarbon-based fuel can be used as fuel for the portable fuel cell system. The portable fuel cell system includes a USB charging terminal and thus can charge an electronic device capable of being charged by using the USB charging terminal. Due to characteristic of the system using the fuel cell, the portable fuel cell system can continuously operate if fuel is supplied. The portable fuel cell system has high energy density and thus is capable of charging in high capacity when compared to other portable power.

Description

휴대용 연료전지 시스템 {PORTABLE FUEL CELL SYSTEM}Portable fuel cell system {PORTABLE FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 휴대용 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체산화물연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)를 휴대용 연료전지 시스템의 연료전지로 사용하기 위해 연료전지를 고온에서 유지시키고, 공급된 연료를 개질하여 연료전지에 공급해주며, 연료전지에서 사용되고 남은 연료를 태워 연료전지 시스템을 고온으로 유지시켜주는 휴대용 연료전지 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a portable fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system in which a solid oxide fuel cell (SOFC) is used as a fuel cell of a portable fuel cell system, The present invention relates to a portable fuel cell system for supplying fuel to a fuel cell and for maintaining the fuel cell system at a high temperature by using remaining fuel used in the fuel cell.

연료전지는 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기를 생산한다. 수소(연료)와 산소(공기)를 지속적으로 공급함으로써 지속적인 전기 생산이 가능하며 전기화학반응을 통해 공급된 연료와 공기의 잠재 에너지를 직접 전기에너지로 변환시켜 준다.Fuel cells produce electricity by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen. By continuously supplying hydrogen (fuel) and oxygen (air), it is possible to produce electricity continuously and converts the potential energy of fuel and air supplied through electrochemical reaction directly into electric energy.

상기에서 상술된 수소는 물의 전기분해를 통해 얻을 수 있고, 탄화수소계열의 연료를 개질하여 생산할 수 있다. 개질의 종류로는 증기 개질, 부분산화개질 등이 있으며 증기 개질은 흡열반응, 부분산화개질은 발열반응을 특징으로 한다. 개질은 개질촉매에서의 촉매반응을 통해 진행된다.The hydrogen described above can be obtained through electrolysis of water and can be produced by reforming a hydrocarbon-based fuel. Steam reforming, partial oxidation, steam reforming, endothermic reaction, and partial oxidation reforming are the exothermic reactions. The reforming proceeds through a catalytic reaction in the reforming catalyst.

한편, 연료전지는 연료가 공급되고 산화반응이 발생하는 산화전극(anode)과 공기가 공급되고 환원반응이 발생하는 환원전극(cathode), 그리고 산화, 환원반응을 통해 발생된 이온의 이동을 위한 전해질(electrolyte)로 구성된 막-전극 접합체(Membrane Electrodes Assembly; MEA)가 사용된다. 이러한 막-전극 접합체의 산화극과 환원극을 전도성 물질로 연결하여 하나의 셀(Cell)이 만들어진다.On the other hand, the fuel cell includes an anode for supplying fuel and an oxidation reaction, a cathode for supplying air and generating a reduction reaction, and an electrolyte for transferring ions generated through oxidation and reduction a membrane electrode assembly (MEA) composed of an electrolyte is used. A single cell is formed by connecting an oxidizing electrode and a reducing electrode of the membrane-electrode assembly with a conductive material.

상기에서 상술된 연료전지는 신재생 에너지로서 다양하게 연구되고 있다. 이 중 대표적으로 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell; SOFC)를 들 수 있다. 고체 산화물 연료전지는 45~60%로 높은 에너지 변환효율과 고온의 작동 온도로 인해 높은 출력을 낼 수 있고 함유된 탄소원자의 개수가 상대적으로 낮은 메탄가스, 에탄가스, 프로판가스 등의 탄화수소계열 연료를 산화전극에서 바로 연료로 사용할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 이러한 이유로 고체 산화물 연료전지는 폐열을 이용한 열병합발전, 가정용 발전 시스템, 군사용 장비 등 여러 분야에서 사용되고 있다.The above-described fuel cell is being studied variously as renewable energy. Of these, solid oxide fuel cells (SOFC) are a typical example. Solid oxide fuel cells have high energy conversion efficiencies of 45-60% and high operating temperatures. They can produce high output and hydrocarbon fuels such as methane gas, ethane gas, and propane gas, which contain relatively few carbon atoms. It has the advantage that it can be used directly as fuel in oxidation electrode. For this reason, solid oxide fuel cells are used in various fields such as cogeneration power generation using waste heat, household power generation systems, and military equipment.

한편, 고온(800~1000℃)의 작동온도는 열응력으로 인한 내구성 문제, 높은 온도에서 견딜 수 있는 물질 선택의 문제, 단열의 문제 등을 안고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 중, 저온(400~600℃)에서 고체 산화물 연료전지를 작동시키려는 연구가 진행되고 있다. 또한, 이러한 중, 저온에서 작동하는 연료전지는 온도 유지를 위한 단열 설계가 고온에서 작동하는 고체 산화물 연료전지에 비해 상대적으로 쉬워 휴대용 연료전지 시스템의 연료전지를 사용할 수 있다.On the other hand, the high temperature (800 to 1000 ° C) operating temperature has problems such as durability due to thermal stress, selection of materials that can withstand high temperatures, and insulation problems. To solve this problem, researches are being conducted to operate a solid oxide fuel cell at medium and low temperatures (400 to 600 ° C). Among these, the fuel cell operating at a low temperature is relatively easy to use as a solid oxide fuel cell that operates at a high temperature, so that the fuel cell of the portable fuel cell system can be used.

한편, 중, 저온형 고체산화물 연료전지를 사용한 휴대용 연료전지 시스템에서는 열손실을 보상할 열원이 필요하다. 이것은 연료전지의 반응에서 소모되고 남은 연료를 촉매 연소기(Catalytic burner)를 통해 연소시켜 얻을 수 있다.On the other hand, a portable fuel cell system using a low-temperature type solid oxide fuel cell requires a heat source to compensate for heat loss. This can be achieved by burning the spent fuel in the reaction of the fuel cell through a catalytic burner.

상기에서 상술된 연료전지, 개질기, 촉매 연소기는 각각 흡열반응 또는 발열반응이 될 수 있으며 휴대용 연료전지 시스템을 구성하기 위한 목적 하에 단열이 필요하며, 열손실을 최소화하기 위해 휴대용 연료전지 시스템으로 공급되는 반응물과 생성물의 열교환이 필요하다. 따라서 각 구성요소들이 각기 목적에 맞는 성능을 내기 위해서는 각 구성요소들의 열전달을 고려한 설계와 이에 맞춘 단열이 필요하다.The fuel cell, the reformer, and the catalytic combustor may be endothermic reactions or exothermic reactions, respectively. The fuel cell, the reformer, and the catalytic combustor described above may be heat absorbed or exothermically reacted. In order to minimize heat loss, Heat exchange between the reactants and the product is required. Therefore, in order for each component to have a performance suited to its purpose, it is necessary to design the heat transfer of each component and to insulate it accordingly.

상기에서 상술된 휴대용 연료전지 시스템은 고체산화물 연료전지의 고효율 및 연료의 직접 변환, 탄화수소계열의 연료 사용으로 인해 이차전지 등의 휴대용 에너지원에 비해 매우 높은 에너지 밀도를 가진다. 또한, 기존의 이차전지와 달리 연료만 지속적으로 채울 경우 지속적인 전기에너지 생산이 가능해 에너지 저장체와 동시에 발전기적인 성격을 가져 차세대 휴대용 에너지원으로 각광받는다.The portable fuel cell system described above has a very high energy density compared to a portable energy source such as a secondary battery due to the high efficiency of the solid oxide fuel cell and the direct conversion of the fuel and the use of the hydrocarbon series fuel. In addition, unlike conventional rechargeable batteries, it is possible to produce continuous electric energy by continuously filling the fuel, so that it becomes a generator-like type at the same time as the energy storage body, and is attracted as a next generation portable energy source.

이러한 휴대용 연료전지 시스템과 관련된 기술이 특허등록 제1159554호에 제안된 바 있다.A technology related to such a portable fuel cell system has been proposed in Patent Registration No. 1159554.

이하에서 종래기술로서 특허등록 제1159554호에 개시된 배터리를 간략히 설명한다.Hereinafter, a battery disclosed in Patent Registration No. 1159554 as a prior art will be briefly described.

도 1은 특허등록 제1159554호(이하 '종래기술'이라 함)에서 배터리의 구성 요소에 대한 개략도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 종래기술의 배터리는 소형화 SOFC 연료 전지를 구비한 배터리로서, 체적이 10-3㎥ 미만이며, 연료 전지(2)가 모듈로 형성되어 있는 다중 모듈 유닛(multi-modular unit)(20), 채널 내에서, 한편으로는 기체 연료(50) 및 공기(40)를 포함하는 반응물이 상기 연료 전지(2)에 공급되고 다른 한편으로는 상기 연료 전지 내에서 부분적으로 소모되는 연료가 애프터버닝(afterburning)될 수 있으며, 연료 전지(2)와 함께 작동하는 채널 시스템(24, 25, 26), 부분적 또는 전체적으로 단열성(heat insulating)을 가지며, 배터리의 구성 요소를 둘러싸고 있는 케이싱(10, 11), 상기 채널 시스템(24, 25, 26)의 일부이며, 공급되는 상기 공기가 배출 가스(60)와 함께 가열될 수 있는 열교환기(6), 상기 공기(40)를 연료 전지(2)로 공급하기 위해 연료 전지(2)와 함께 작동하는 수송 수단, 주변 압력보다 큰 압력 하에서 저장되며, 상기 연료용(50)으로서 교환 가능하거나 재충전 가능한(refillable) 저장조(reservoir)(5), 및 상기 연료(50)를 연료 전지(20)로 유입시킬 수 있는, 상기 반응물을 위한 연결 라인 내의 제어 밸브(51) 및 제어부(control)를 포함하고, 상기 연료 전지(2)는 각각 이온 전도성 성분뿐 아니라 저항 손실(ohmic loss)을 일으키는 전자 전도성 성분(electron conducting components)을 포함하는 디스크 형상의 고체 전해질을 함유하고, 상기 두 가지 성분의 양적 비율(quantity ratio)은 상기 배터리의 유휴 동작(idling operation) 상태에서 상기 연료 전지로부터 주변으로의 열 흐름이 상기 저항 손실에 의해 보상될 수 있도록 설계된다.FIG. 1 is a schematic view of components of a battery in Patent Registration No. 1159554 (hereinafter referred to as "Prior Art"). 1, the battery of the prior art is a battery having a miniaturized SOFC fuel cell, which is a multi-modular unit in which the volume is less than 10 -3 m 3 and the fuel cell 2 is formed as a module, In which a reactant containing gas fuel 50 and air 40 is supplied to the fuel cell 2 in the channel and on the other hand a fuel partially consumed in the fuel cell 2 Channel systems 24, 25 and 26 which can be afterburning and operate with the fuel cell 2, a casing 10, which partially or totally has heat insulation and which surrounds the components of the battery, A heat exchanger 6 which is part of the channel system 24, 25 and 26 and in which the supplied air can be heated together with the exhaust gas 60, the air 40 is supplied to the fuel cell 2, (2) for supplying fuel to the fuel cell A refillable reservoir 5 that is stored under a pressure greater than ambient pressure and is replaceable or refillable as the fuel 50 and a reservoir 5 that is capable of introducing the fuel 50 into the fuel cell 20 , A control valve (51) in the connection line for the reactants, and a control unit, each of the fuel cells (2) having an ion conducting component as well as an electron conducting component , Wherein the quantity ratio of the two components is such that heat flow from the fuel cell to the surroundings in the idling operation of the battery is less than the resistance loss As shown in FIG.

그러나 종래기술에 의한 배터리는 휴대용 전자기기에 적용 즉, 저온형 고체산화물 연료전지를 사용한 휴대용 연료전지 시스템에서는 열손실을 보상할 열원이 필요한 문제점이 있었다.However, the prior art battery has a problem in that it is applied to a portable electronic device, that is, a portable fuel cell system using a low-temperature type solid oxide fuel cell requires a heat source to compensate for heat loss.

KR 1159554 B1KR 1159554 B1

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중, 저온형 고체산화물 연료전지를 휴대용 연료전지 시스템의 연료전지로 사용 가능한 온도로 유지시키며, 탄화수소계열 연료를 시스템의 연료로 사용할 수 있는 휴대용 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a low-temperature solid oxide fuel cell that maintains a temperature at which a fuel cell of a portable fuel cell system can be used, To provide a portable fuel cell system that can be used as a fuel cell.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 연료전지 스택이 지지되며, 상기 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기 유입구와 연료를 공급하는 연료 유입구 및 연료 배출구가 형성되는 케이스; 상기 케이스의 단부를 감싸도록 구비되는 커버; 및 상기 커버의 내부에 구비되어 유입된 공기를 연료전지의 작동 온도까지 가열하는 가열부를 포함하는 휴대용 연료전지 시스템을 통해 달성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack including: an air inlet for supplying air to the fuel cell stack; a fuel inlet and a fuel outlet for supplying fuel; Case; A cover provided to surround an end of the case; And a heating unit provided inside the cover to heat the introduced air to an operating temperature of the fuel cell.

또한, 본 발명은 진공 상태로 고온이 유지되는 케이스; 상기 케이스의 개구부에 체결되며, 반응물 유입관과 생성물 배출관이 각각 연결되는 커버; 상기 케이스의 내부에 배치되어 상기 반응물 유입관과 상기 생성물 배출관의 단부를 감싸도록 구비되는 열교환기; 상기 케이스의 내부에서 산화극과 환원극을 구비하며, 상기 반응물 유입관 중 공기 유입관을 통해 유입된 공기가 상기 환원극으로 공급되는 연료전지 스택; 상기 반응물 유입관 중 연료 유입관을 통해 유입된 연료를 개질시켜 상기 연료전지 스택의 산화극으로 공급하도록 구비되는 개질기; 및 상기 연료전지의 미반응 가스를 열원으로 하여 작동되는 촉매 연소기를 포함하는 휴대용 연료전지 시스템을 통해 달성된다.The present invention also relates to a case in which a high temperature is maintained in a vacuum state; A cover which is fastened to an opening of the case and to which the reactant inlet pipe and the product outlet pipe are respectively connected; A heat exchanger disposed inside the case and surrounding the reactant inlet pipe and the end of the product outlet pipe; A fuel cell stack having an oxidizing electrode and a reducing electrode inside the case, the air flowing through the air inlet pipe of the reactant inlet pipe being supplied to the reducing electrode; A reformer for reforming the fuel introduced through the fuel inlet pipe of the reactant inlet pipe and supplying the reformed fuel to the oxidant electrode of the fuel cell stack; And a catalytic combustor operated with the unreacted gas of the fuel cell as a heat source.

본 발명에 의하면, 중, 저온(400~600℃)에서 작동하는 고체산화물 연료전지를 휴대용 연료전지 시스템의 연료전지로 사용 가능하면서, 탄화수소계열의 연료를 휴대용 연료전지 시스템의 연료로 사용 가능하고, USB 충전단자가 있어 USB 충전단자를 이용해 충전 가능한 전자기기의 충전을 가능하게 하며, 연료전지를 이용한 시스템의 특성상 연료만 있으면 지속적으로 작동 가능하고, 높은 에너지 밀도를 가져 타 휴대용 전원에 비해 많은 충전을 가능하게 하는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to use a solid oxide fuel cell that operates at a low temperature (400 to 600 ° C) as a fuel cell of a portable fuel cell system, while using a hydrocarbon-based fuel as a fuel for a portable fuel cell system, The USB charging terminal allows charging of rechargeable electronic devices using the USB charging terminal. Due to the nature of the system using the fuel cell, it can operate continuously with only the fuel. It has a high energy density and can charge more than other portable power sources. .

도 1은 종래기술에 의한 배터리의 구성 요소에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 휴대용 연료전지 시스템의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 휴대용 연료전지 시스템의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 휴대용 연료전지 시스템의 평면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 휴대용 연료전지 시스템의 개략도이다.1 is a schematic view of components of a battery according to the prior art;
2 is an exploded perspective view of a portable fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
3 is a side sectional view of a portable fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
4 is a plan view of a portable fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
5 and 6 are schematic views of a portable fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims are intended to mean that the inventive concept of the present invention is in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain its invention in the best way Should be interpreted as a concept.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부"라는 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the term " part "in the description means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

이하 도면을 참고하여 본 발명에 의한 에 대한 실시 예의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, the configuration of an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 휴대용 연료전지 시스템이 분해사시도로 도시되어 있다.2 is an exploded perspective view of a portable fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

이 도면에 의하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 휴대용 연료전지 시스템(100)은 케이스(110), 커버(120) 및 가열부(130)를 포함한다.According to this drawing, the portable fuel cell system 100 according to the first embodiment of the present invention includes a case 110, a cover 120, and a heating unit 130.

케이스(110)는 박막 SOFC 즉, 연료전지 스택이 장착되는 부분으로, 중심에 관통공(112)이 형성되고, 상기 관통공(112)의 양면에 상기 연료전지 스택이 안착되는 안착홈(114)이 각각 형성된다. 이때, 상기 케이스(110)에서 양측 안착홈(114)에 안착된 연료전지 스택에 의해 폐쇄된 관통공(112)은 연료극 챔버가 되고 바깥 부분이 공기극이 되는 것이다. 그리고 상기 케이스(110)는 양 외측벽과 관통공(112)과의 대향면에 공기 유입구(116a)와 연료 배출구(116b)가 다수 관통 형성된다.The case 110 has a through hole 112 formed at the center thereof and has a mounting groove 114 on which the fuel cell stack is mounted on both sides of the through hole 112. The mounting groove 114, Respectively. At this time, the through holes 112 closed by the fuel cell stack mounted in the side seating grooves 114 in the case 110 become fuel electrode chambers and the outer portions become air electrodes. The case 110 has a plurality of air inlets 116a and a plurality of fuel outlets 116b formed on opposite sides of the outer side wall and the through holes 112. [

또한, 상기 연료전지 스택에 연료를 공급하도록 연료 유입구(116c)가 케이스(110)의 외벽에서 관통공(112)까지 연료 배출구(116b)와 직교 방향으로 관통 형성된다. 여기서, 상기 연료 유입구(116c)는 케이스(11)와 커버(120)가 결합했을 때 상기 커버(120)의 외부로 노출되면서 연료통(도면에 미도시)과 연결될 수 있다.In addition, a fuel inlet 116c is formed through the outer wall of the case 110 so as to supply fuel to the fuel cell stack in the direction perpendicular to the fuel outlet 116b from the outer wall to the through hole 112. [ The fuel inlet 116c may be connected to the fuel tank (not shown) while being exposed to the outside of the cover 120 when the case 11 and the cover 120 are coupled.

커버(120)는 중공 형성된 내부에 삽입된 케이스(110)의 단부를 감싸도록 구비되며 상기 케이스(110)에 조립된 후 볼트 등으로 체결시킨다.The cover 120 is provided to enclose the end of the case 110 inserted into the hollow and is assembled to the case 110 and then fastened with bolts or the like.

가열판(130)은 커버(120)의 내부 바닥면에 위치하여 가열판(130) 사이로 공기가 유입되는 공기와 연료를 연료전지의 작동온도까지 가열하여 공기극과 연료극에 공급할 수 있게 한다. 더욱이, 상기 가열판(130)은 연료전지의 초기 작동 시작시 작동온도까지의 급속한 승온을 위해 연료극 챔버 내의 연소를 가능하게 한다.
The heating plate 130 is located on the inner bottom surface of the cover 120 and can supply the air and the fuel to the air electrode and the fuel electrode by heating the air and the fuel to the operating temperature of the fuel cell through the heating plates 130. Moreover, the heating plate 130 enables combustion in the fuel electrode chamber for a rapid increase in temperature up to the operating temperature at the start of the initial operation of the fuel cell.

도 3에는 본 발명의 제2 실시예에 의한 휴대용 연료전지 시스템이 측단면도로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 제2 실시예에 의한 휴대용 연료전지 시스템이 평면도로 도시되어 있으며, 도 5 및 도 6에는 본 발명의 제2 실시예에 의한 휴대용 연료전지 시스템이 개략도로 도시되어 있다.FIG. 3 is a side sectional view of a portable fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a plan view of a portable fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic view of a portable fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

이들 도면에 의하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 휴대용 연료전지 시스템(200)은 케이스(210), 커버(220), 단열판(230), 열교환기(250), 챔버(260), 연료전지 스택(262), 개질기(264), 촉매 연소기(266), USB 충전단자(270), 전장파트(280)를 포함한다.The portable fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention includes a case 210, a cover 220, a heat insulating plate 230, a heat exchanger 250, a chamber 260, A stack 262, a reformer 264, a catalytic combustor 266, a USB charging terminal 270, and an electrical part 280.

케이스(210)는 진공 상태로 고온이 유지되는 진공 단열통으로, 통상적으로 사용되는 보온병과 같이 원형 형태로 형성됨을 예시하며, 입구 부분 외주면에 나사산이 형성되어 후술할 커버(220)가 나선 체결된다. 더욱이, 상기 케이스(210)는 액체를 보관할 수 있는 내열성 및 내화학성 소재가 적용되며, 투명, 반투명, 불투명 소재 중에서 선택적으로 사용 가능하다.The case 210 is a vacuum insulated tube which is maintained in a vacuum state at a high temperature, and is formed in a circular shape like a thermos bottle which is generally used. A thread is formed on the outer circumferential surface of the inlet portion, and a cover 220 to be described later is screwed. Further, the case 210 is made of a heat-resistant and chemical-resistant material capable of storing liquid, and can be selectively used among transparent, translucent, and opaque materials.

커버(220)는 케이스(210)의 상단에 형성된 개구부에 나선 체결되도록 내주면 하단에 나사선이 형성되며, 반응물 유입관인 공기 유입관(222)과 연료 유입관(224) 및 생성물 배출관(240)이 각각 연결된다.The cover 220 is formed with a screw thread at the lower end of the inner circumferential surface so as to be screwed into the opening formed at the upper end of the case 210 and the air inlet pipe 222, the fuel inlet pipe 224, and the product discharge pipe 240, .

이때, 상기 커버(220)의 중심에 연료통(도면에 미도시)에 체결되는 연료 유입관(224)이 직립하게 배치되고, 상기 연료 유입관(224)을 기점으로 양측에 공기 유입관(222)과 연료 유입관(224)이 절곡 형태로 구비된다. 특히, 상기 연료 유입관(224)은 연료통에서 연결되는 관의 단부와 나선을 통해 체결된다.At this time, a fuel inflow pipe 224 to be fastened to a fuel cell (not shown in the figure) is disposed in the center of the cover 220 and the air inflow pipe 222 is installed on both sides of the fuel inflow pipe 224, And a fuel inlet pipe 224 are provided in a bent shape. In particular, the fuel inlet pipe 224 is fastened to the end of the pipe connected to the fuel pipe through a spiral.

단열판(230)은 커버(220)의 하단에 배치되어 케이스(210)의 개구된 상단에 위치되도록 원판 형태로 형성되며, 모든 단열 소재를 포괄하는 범주에서 선택될 수 있다.The heat insulating plate 230 is formed in a disc shape so as to be positioned at the lower end of the cover 220 and positioned at the opened upper end of the case 210, and can be selected from the category including all the heat insulating materials.

열교환기(250)는 케이스(210)의 내부에 배치되어 공기 유입관(222)과 연료 유입관(224) 및 생성물 배출관(240)의 중간단을 감싸도록 구비된다.The heat exchanger 250 is disposed inside the case 210 so as to surround the middle end of the air inlet pipe 222, the fuel inlet pipe 224, and the product outlet pipe 240.

즉, 상기 열교환기(250)는 촉매 연소기(266)에서 발생된 열을 공기 유입관(222)을 통해 유입되는 공기 방향으로 전달하여 중, 저온형 고체산화물 연료전지를 휴대용 연료전지 시스템의 연료전지로 사용 가능할 수 있는 온도로 유지시킨다.That is, the heat exchanger 250 transfers the heat generated from the catalytic combustor 266 toward the air flowing through the air inflow pipe 222, thereby transferring the middle-low-temperature solid oxide fuel cell to the fuel cell of the portable fuel cell system. Lt; RTI ID = 0.0 > usable < / RTI >

챔버(260)는 케이스(210)의 내부에 배치되어 공기 유입관(222)과 연료 유입관(224) 및 생성물 배출관(240)의 하단에 연결된다.The chamber 260 is disposed inside the case 210 and connected to the air inlet pipe 222 and the lower ends of the fuel inlet pipe 224 and the product outlet pipe 240.

연료전지 스택(262)은 케이스(210)의 내부 즉, 챔버(260)의 내부에 배치되되, 산화극과 환원극을 구비하며, 공기 유입관(222)을 통해 유입된 공기가 상기 환원극으로 공급된다. 즉, 상기 연료전지 스택(262)은 후술할 개질기(264)에서 공급되는 수소 가스와 산소 가스를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시킨다.The fuel cell stack 262 is disposed inside the case 210, that is, inside the chamber 260, and has an oxidizing electrode and a reducing electrode. The air introduced through the air inlet pipe 222 is supplied to the reducing electrode . That is, the fuel cell stack 262 electrochemically reacts hydrogen gas and oxygen gas supplied from the reformer 264 to generate electric energy.

즉, 상기 연료전지 스택(262)은 산화극, 전해질층, 환원극으로 구성되며, 환원극 및 산화극 형성시 상기 환원극 및 산화극은 플래티넘(백금, Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 루세늄(Ru) 등의 고성능 금속 촉매를 비롯하여 란타늄 스트론튬 코발트 산화물(LSC), 란타늄 스트론튬 코발트 철 산화물(LSCF), 바륨 스트론튬 코발트 철 산화물(BSCF) 등의 MIEC(mixed ionic electronic conductor)물질이 사용된다.That is, the fuel cell stack 262 is composed of an oxidizing electrode, an electrolyte layer, and a reducing electrode. When the reducing electrode and the oxidizing electrode are formed, the reducing electrode and the oxidizing electrode are formed of platinum (Pt), palladium (Pd) (MIEC) materials such as lanthanum strontium cobalt oxide (LSC), lanthanum strontium cobalt iron oxide (LSCF), barium strontium cobalt iron oxide (BSCF), as well as high performance metal catalysts such as ruthenium Is used.

더욱이, 상기 산화극은 스퍼터링(sputtering) 및 펄스 레이저 증착(Pulsed Laser Deposition) 중 하나에 의해 형성되고, 상기 전해질층은 스퍼터링(sputtering), 원자막 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD), 펄스 레이저 증착(Pulsed Laser Deposition) 증착법 중 하나에 의해 형성된다. 더욱이, 상기 산화극, 환원극 및 전해질은 박막 두께가 50nm~1000㎚ 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 산화극 측의 셀을 지지할 때 양극 알루미나 산화물(Anodized Aluminum Oxide: AAO) 기판을 통해 달성되며, 상기 AAO 기판은 두께가 100~200um 범위로 형성된다.Further, the oxidized electrode is formed by one of sputtering and pulsed laser deposition, and the electrolyte layer is formed by sputtering, atomic layer deposition (ALD), pulsed laser deposition Pulsed Laser Deposition) deposition. Moreover, it is preferable that the thickness of the oxide electrode, the reducing electrode and the electrolyte is formed in the range of 50 nm to 1000 nm. Also, when the cell on the oxidized electrode side is supported, it is achieved through an anode aluminum oxide (AAO) substrate, and the thickness of the AAO substrate is 100 to 200 um.

개질기(reformer: 264)는 연료 유입관(224)을 통해 유입된 연료를 개질시켜 연료전지 스택(262)의 산화극으로 공급하도록 구비된다. 즉, 상기 개질기(264)는 유입되는 연료를 개질시켜 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 연료전지 스택(262)으로 공급한다.A reformer 264 is provided to reform the fuel introduced through the fuel inlet pipe 224 and supply it to the oxidizing electrode of the fuel cell stack 262. That is, the reformer 264 reforms the fuel to generate hydrogen gas, and supplies the hydrogen gas to the fuel cell stack 262.

촉매 연소기(burner: 266)는 연료전지의 미반응 가스를 열원으로 하여 작동된다.The catalytic combustor (burner) 266 is operated by using the unreacted gas of the fuel cell as a heat source.

USB 충전단자(270)는 커버(220) 중 생성물 배출관(240)의 앞쪽에 배치되어 충전 가능한 전자기기(도면에 미도시)의 충전을 USB 케이블(도면에 미도시)을 접속시켜 가능하게 한다.The USB charging terminal 270 is disposed in front of the product discharge pipe 240 of the cover 220 so as to be able to charge a rechargeable electronic device (not shown) by connecting a USB cable (not shown) do.

전장파트(280)는 도면에는 도시하지 않았지만 커버(220) 중 생성물 배출관(240)의 뒤쪽에 배치되며, DC/DC 컨버터 및 배터리 등을 포함한다.The electric field part 280 is disposed behind the product discharge pipe 240 of the cover 220, not shown in the figure, and includes a DC / DC converter, a battery, and the like.

이렇게, 상기 전장파트(280)는 휴대용 연료전지에 의해 생산된 전기를 DC/DC 컨버터 회로에서 전압을 조정하고 변환시켜 배터리에 충전하게 된다.
In this way, the electric part 280 regulates the voltage generated by the portable fuel cell in the DC / DC converter circuit, converts the voltage, and charges the battery.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the appended claims, as well as the appended claims.

100: 제1 실시예의 휴대용 연료전지 시스템
110: 케이스
120: 커버
130: 가열부
200: 제2 실시예의 휴대용 연료전지 시스템
210: 케이스
220: 커버
230: 단열판
250: 열교환기
262: 연료전지 스택
264: 개질기
266: 촉매 연소기100: Portable fuel cell system of the first embodiment
110: Case
120: cover
130:
200: Portable fuel cell system of the second embodiment
210: Case
220: cover
230:
250: heat exchanger
262: Fuel cell stack
264: Reformer
266: Catalytic combustor

Claims (2)

연료전지 스택이 지지되며, 상기 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기 유입구와 연료를 공급하는 연료 유입구 및 연료 배출구가 형성되는 케이스;
상기 케이스의 단부를 감싸도록 구비되는 커버; 및
상기 커버의 내부에 구비되어 유입된 공기를 연료전지의 작동 온도까지 가열하는 가열부를 포함하는 휴대용 연료전지 시스템.
A case in which a fuel cell stack is supported, an air inlet for supplying air to the fuel cell stack, a fuel inlet for supplying fuel and a fuel outlet are formed;
A cover provided to surround an end of the case; And
And a heating unit provided inside the cover to heat the introduced air to an operating temperature of the fuel cell.
진공 상태로 고온이 유지되는 케이스;
상기 케이스의 개구부에 체결되며, 반응물 유입관과 생성물 배출관이 각각 연결되는 커버;
상기 케이스의 내부에 배치되어 상기 반응물 유입관과 상기 생성물 배출관의 단부를 감싸도록 구비되는 열교환기;
상기 케이스의 내부에서 산화극과 환원극을 구비하며, 상기 반응물 유입관 중 공기 유입관을 통해 유입된 공기가 상기 환원극으로 공급되는 연료전지 스택;
상기 반응물 유입관 중 연료 유입관을 통해 유입된 연료를 개질시켜 상기 연료전지 스택의 산화극으로 공급하도록 구비되는 개질기; 및
상기 연료전지의 미반응 가스를 열원으로 하여 작동되는 촉매 연소기를 포함하는 휴대용 연료전지 시스템.A case in which a high temperature is maintained in a vacuum state;
A cover which is fastened to an opening of the case and to which the reactant inlet pipe and the product outlet pipe are respectively connected;
A heat exchanger disposed inside the case and surrounding the reactant inlet pipe and the end of the product outlet pipe;
A fuel cell stack having an oxidizing electrode and a reducing electrode inside the case, the air flowing through the air inlet pipe of the reactant inlet pipe being supplied to the reducing electrode;
A reformer for reforming the fuel introduced through the fuel inlet pipe of the reactant inlet pipe and supplying the reformed fuel to the oxidant electrode of the fuel cell stack; And
And a catalytic combustor operated by using an unreacted gas of the fuel cell as a heat source.

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