KR20200002059A - 연료전지 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 시스템을 제공한다.
상기 연료전지 시스템은, 공기가 공급되는 공기극과, 연료가 공급되는 연료극을 포함하는 연료전지 스택과, 상기 연료극으로 연료를 공급하는 연료극 공급라인 상에 구비되는 제1 밸브와, 상기 연료극으로부터 연료극 배기가스를 배출하는 연료극 배출라인 상에 구비되는 제2 밸브와, 상기 연료전지 스택의 정지 시에, 상기 연료전지 스택으로 공기가 유입되는 것을 방지하도록, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 폐쇄하는 제어부를 포함한다.
상기 연료전지 시스템은, 공기가 공급되는 공기극과, 연료가 공급되는 연료극을 포함하는 연료전지 스택과, 상기 연료극으로 연료를 공급하는 연료극 공급라인 상에 구비되는 제1 밸브와, 상기 연료극으로부터 연료극 배기가스를 배출하는 연료극 배출라인 상에 구비되는 제2 밸브와, 상기 연료전지 스택의 정지 시에, 상기 연료전지 스택으로 공기가 유입되는 것을 방지하도록, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 폐쇄하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 연료전지 스택을 보호하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지란 연료가 가지고 있는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치로서, 천연가스 등의 연료를 개질하여 얻은 개질가스 중의 수소와, 공기 중의 산소를 스택(stack)의 연료극(anode)과 공기극(cathode)에서 전기화학반응시켜서 전기를 생산하는 발전시스템이다.
연료전지에는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 알칼리형 연료전지(AFC) 등이 있으며, 최근에는 상대적으로 개질기 부분이 단순화될 수 있고, 일산화탄소에 대한 촉매 피독 등의 문제가 없어 다양한 연료가 사용될 수 있으며, 고온에서 운전되기 때문에 고가의 촉매 의존도가 다른 연료전지에 비하여 낮은 고체산화물 연료전지(SOFC)가 주목 받고 있다.
연료전지 시스템은, 정상적인 시스템 정지 또는, 긴급상황에서의 비정상적인 시스템 정지 시에, 연료와 공기의 공급이 차단된다. 이때 연료전지 스택에 공기가 유입되면 연료전지를 구성하는 부품이 산화되어 연료전지의 내구성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
예를 들어, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 연료극에는 환원상태의 금속이 사용되며 예를 들어 니켈(Ni)의 경우, 시스템의 시동이 정지되고 산소가 유입되면 산화(NiO)되는 특징이 있다. 이와 같이 스택을 구성하는 물질이 산화되면 부피가 팽창하여 셀이 파괴될 수 있고, 이로 인해 연료전지 시스템의 운전이 불가능하여 고가의 스택을 교체해야 하는 문제가 있다.
이를 방지하기 위해 시스템 정지 시에 질소를 비롯한 불활성 기체를 공급하는 방법이 있으나, 현장에서 질소 공급장치를 설치하기 곤란하여 문제가 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연료전지 시스템의 정지 시에, 외부의 공기가 연료극으로 유입되는 것을 차단하여, 외부공기에 의한 연료극의 산화를 방지하는 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 연료전지 시스템의 정지 시에, 연료극의 압력을 조절하여 연료극으로 유입되는 공기를 차단하여 연료극이 산화되는 것을 방지하는, 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은, 공기가 공급되는 공기극과, 연료가 공급되는 연료극을 포함하는 연료전지 스택과, 상기 연료극으로 연료를 공급하는 연료극 공급라인 상에 구비되는 제1 밸브와, 상기 연료극으로부터 연료극 배기가스를 배출하는 연료극 배출라인 상에 구비되는 제2 밸브와, 상기 연료전지 스택의 정지 시에, 상기 연료전지 스택으로 공기가 유입되는 것을 방지하도록, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 폐쇄하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 연료전지 시스템의 정지 시에, 연료극과 연결된 연료극 공급라인과 연료극 배출라인을 통해, 외부의 공기가 연료극으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 외부에서 유입된 산소를 포함한 공기에 의해 연료극에서 산화가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 대기에 개방된 냉각수탱크를 구비하여, 연료극 압력과 대기압에 의해 냉각수탱크 내부의 기체 압력이 변화함으로써, 연료극과 공기극의 압력차를 최소화하여, 공기극에서 유입된 공기에 의해 연료극에서 산화가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 냉각수탱크를 대기에 개방시키는 경우에도, 외부 공기가 냉각수탱크를 통해 연료극으로 역류하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 냉각부의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 냉각부의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 냉각부의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 냉각부의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 연료전지 시스템의 기술적인 특징을 이해시키기에 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
도 1에는 본 발명에 적용되는 연료전지 시스템(100)의 개략도가 도시된다.
도 1을 참조하면, 연료전지 시스템(100)은 연료전지 스택(200)을 포함한다. 연료전지 스택(200)은 공기를 공급받는 공기극(220)과, 연료를 공급받는 연료극(210)과, 전해질(230)을 포함할 수 있다. 여기서 특히 연료극(210)은 공기가 유입되면 산화하는 부품이 포함될 수 있다. 연료극(210)의 전단에는 연료 또는, 개질가스를 공급하는 연료극 공급라인(510)이 연결되고, 연료극(210)의 후단에는 연료극(210)으로부터 연료극 배기가스가 배출되는 연료극 배출라인(521)이 연결될 수 있다. 또한, 공기극(220)의 전단에는 공기를 공급하는 공기극 공급라인(530)이 연결되고, 공기극(220)의 후단에는 공기극 배기가스를 배출하는 공기극 배출라인(541)이 연결될 수 있다.
또한, 연료전지 시스템(100)은 버너(350)와 열교환기(301)를 더 포함할 수 있다. 열교환기(301)는 외부에서 공급되는 연료와 공기를 연료전지 스택(200)에 공급하기 적절한 온도로 가열할 수 있다. 버너(350)는, 연료가스와 공기를 공급받아 고온의 연소 배가스를 생성하고, 생성된 연소 배가스는 연료전지 시스템(100) 내의 열원으로 공급될 수 있다.
연료전지 시스템(100)이 정지하면, 연료전지 스택(200)으로의 공기와 연료의 공급이 차단된다. 이때 연료전지 시스템(100)을 정지하는 경우에도, 연료극 공급라인(510)과 연료극 배출라인(521)을 통해서 연료극(210)으로 외부의 공기가 유입되어 연료극(210)이 산화될 수 있어서 문제가 된다.
또한, 연료극 공급라인(510)과 연료극 배출라인(521)으로 유입되는 외부 공기를 차단한 경우에도, 연료전지 시스템(100)이 정지하면 연료극(210)의 압력이 낮아지면서 공기극(220)의 산소가 연료극(210)으로 역류(크로스오버, 투과)하는 문제가 발생할 수 있다. 구체적으로, 연료전지 시스템(100)이 정지하면 연료극(210)의 반응이 정지하고, 이에 따라 연료극(210)의 온도가 낮아져서, 연료극(210)의 압력이 낮아진다. 이와 같이 연료극(210)의 압력이 낮아지면 상대적으로 압력이 높은 공기극(220)의 산소가 연료극(210)으로 역류되어 연료극(210)에서 산화가 발생할 수 있다. 따라서 연료전지 시스템(100) 정지 시에, 연료극 배출라인으로부터 역류와 공기극(220)에서 유입되는 공기에 의한 연료극(210)의 산화를 방지하기 위해서는 연료극(210)의 압력을, 공기극(220)보다 낮아지지 않게 유지하는 것이 필요하다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 연료전지 시스템(100)은, 연료전지 스택(200)과, 제1 밸브(410)와, 제2 밸브(420)와, 제어부를 포함한다.
연료전지 스택(200)은, 상기한 바와 같이, 공기를 공급받는 공기극(220)과, 연료를 공급받는 연료극(210)과, 전해질(230)을 포함할 수 있다.
제1 밸브(410)는, 연료극(210)으로 연료를 공급하는 연료극 공급라인(510) 상에 구비될 수 있다. 제2 밸브(420)는, 연료극(210)으로부터 연료극 배기가스를 배출하는 연료극 배출라인(521) 상에 구비될 수 있다.
제어부는, 연료전지 스택(200)의 정지 시에, 연료전지 스택(200)으로 공기가 유입되는 것을 방지하도록, 제1 밸브(410)와 제2 밸브(420)를 폐쇄할 수 있다.
본 발명에 따르면, 연료전지 시스템(100)의 정지 시에, 제어부가 제1 밸브(410)와 제2 밸브(420)를 폐쇄함으로써, 연료극(210)과 연결된 연료극 공급라인(510)과 연료극 배출라인(521)을 통해, 외부의 공기가 연료극(210)으로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 외부에서 유입된, 산소를 포함한 공기에 의해 연료극(210)에서 산화가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
구체적으로 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(100)은 개질기(310)를 더 포함할 수 있다. 개질기(310)는 연료가스를 공급받아 개질반응에 의해 개질가스를 생성하여 연료극(210)으로 배출할 수 있다.
그리고, 연료극 공급라인(510)은, 개질기(310)의 상류 측에 구비되어 연료가스를 공급받고, 제1 밸브(410)가 설치되는 연료가스 공급라인(511)과, 개질기(310)의 하류 측에 구비되어 개질기(310)로부터 연료극(210)으로 개질가스를 공급하는 개질가스 공급라인(512)을 포함할 수 있다.
구체적으로 제1 밸브(410)는 개질기(310) 전단의 연료가스 공급라인(511)에 설치될 수 있다. 그리고, 연료전지 시스템(100)이 정지된 후에도, 개질기(310)는, 개질반응이 가능한 온도까지는 개질반응을 진행하고 생성된 개질가스를 연료극(210)으로 계속 공급할 수 있다. 이에 따라 개질가스의 공급에 의해 연료극(210)의 압력을 유지 또는 증가시킬 수 있다.
다만, 제1 밸브(410)의 위치는 상기한 바에 한정하는 것은 아니며, 연료극(210)으로의 외부 공기 유입을 차단할 수 있다면 개질가스 공급라인(512)에 설치될 수도 있다.
한편, 연료전지 시스템(100)은, 버너(350)를 더 포함할 수 있다. 버너(350)는, 연료가스와 공기를 공급받고, 열원으로서 작동할 수 있다. 일례로 버너(350)는 생성된 연소 배가스를 통해 연료전지 스택(200)을 구동하는 열원을 제공할 수 있다. 또한, 버너(350)에 공급되는 연료가스는, 연료극 배출라인(521)을 통해 연료극(210)으로부터 공급되는 연료극 배기가스를 포함하고, 제2 밸브(420)는, 연료극(210)과 버너(350)를 연결하는 연료극 배출라인(521) 상에 설치될 수 있다.
구체적으로 버너(350)는 연료전지의 운전을 위한 열원을 공급할 수 있다. 즉 연료가스와 공기를 공급받아 고온의 연소 배가스를 생성할 수 있고, 생성된 고온의 연소 배가스는 연료전지 스택(200)에 필요한 열원을 제공할 수 있다. 예를 들어 버너(350)는, 도시된 일례와 같이 개질기(310)에 열을 전달하여 개질반응에 필요한 열을 제공하거나, 공기극(220)으로 유입되는 공기를 가열할 수 있다.
버너(350)는, 공기극 배출라인(541)을 통해 공기극(220)으로부터 공기를 공급받고, 연료극 배출라인(521)을 통해 연료극(210)에서 연료가스를 공급받을 수 있다. 또한, 연료전지 스택(200)으로부터 배출되는 가스 이외에, 별도로 버너 연료공급라인(551)과 버너 공기공급라인(552)을 통해 연료가스와 공기를 공급받을 수도 있다. 또한 버너(350)에서 생성된 연소 배가스는, 열교환기(301)를 통해 열을 전달한 후, 연소배가스라인(560)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
다만, 버너(350)에서 생성된 연소 배가스의 흐름은 상기한 바에 한정하는 것은 아니고, 다양한 변형실시가 가능하다.
또한, 제2 밸브(420)는, 연료극 배출라인(521)에 설치됨으로써, 버너(350)의 상류 측에 설치될 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따르면, 제2 밸브(420)가 버너(350)의 후단인 연소배가스라인(560)에 설치되는 경우에 비해, 외부공기가 연료극(210)으로 역류하는 것을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다.
다만, 제2 밸브(420)의 위치는 상기한 바에 한정하는 것은 아니며, 연료극(210)으로 외부공기가 역류하는 것을 차단할 수 있다면, 연료극 배기가스가 배출되는 라인 상에 다양하게 구비될 수 있다.
여기서, 외부에서 공급되는 공기는 공기공급라인(530)을 통해 공기극(220)으로 공급될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(100)은, 압력조절부를 더 포함할 수 있다. 압력조절부는, 연료전지 스택(200)의 정지 시에 제1 밸브(410)와 제2 밸브(420)가 폐쇄되면, 공기극(220)의 공기가 연료극(210)으로 유입되는 것을 방지하도록 연료극(210)의 압력을 조절할 수 있다.
여기서 압력조절부의 구성에는 제한이 없으며, 연료전지 스택(200)의 정지 시에 연료극(210)의 압력을 공기극(220)보다 낮아지지 않게 조절할 수 있다면 다양한 구성이 적용될 수 있다. 예를 들어 압력조절부는 일례로 후술하는 냉각부(700)의 냉각수탱크(710)에 의해 구현될 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 냉각부(700)를 더 포함할 수 있다. 냉각부(700)는, 연료극(210)에서 배출되는 연료극 배기가스를 냉각시킬 수 있다. 또한 냉각부(700)는, 연료극 배출라인(521) 상에 구비되되, 제2 밸브(420)의 상류 측에 구비될 수 있다.
또한 냉각부(700)는, 냉각수탱크(710)를 포함할 수 있다. 냉각수탱크(710)는, 내부에 냉각수(W1)가 수용되고, 연료극 배출라인(521)을 통해 내부의 공기가 연료극(210)과 연통될 수 있다. 또한, 냉각수탱크(710)는 내부에 수용된 냉각수(W1)가 대기와 연통되도록 대기에 개방될 수 있다. 이에 따라 대기압을 통해 연료극(210)과 공기극(210)의 압력차가 최소화될 수 있다.
구체적으로, 연료전지 시스템(100)을 정지하고, 제1 밸브(410)와 제2 밸브(420)를 차단한 후에, 연료극(210)의 온도가 하강하면서 연료극(210)의 압력이 낮아질 수 있다. 여기서 연료극 배출라인(521)을 통해 연료극(210)과 연통된 냉각수탱크(710) 내부의 기체의 압력(P1)도 낮아질 수 있다. 이때 냉각수탱크(710)는 대기에 개방되므로, 냉각수탱크(710) 내부에 대기압(외부압, P2)이 작용할 수 있다. 이에 따라 대기압(외부압, P2)에 의해 냉각수탱크(710) 내부의 기체의 압력(P1)이 대기와 동일하게 유지함으로써, 연료극(210)의 압력을 공기극(220)의 압력과 비슷하게 유지할 수 있다
한편, 냉각부(700)는 연통라인(730)을 더 포함할 수 있다. 연통라인(730)은 일단이 냉각수탱크(710)에 연결되고, 타단은 연소배가스라인(560)에 연결되어 대기에 개방될 수 있다. 이에 따라 냉각부(700)는, 냉각수탱크(710)에 수용된 냉각수(W1)가 대기에 개방될 수 있다.
그리고, 연통라인(730)은 트랩부(740)를 포함할 수 있다. 트랩부(740)는 연소배가스라인(560)에 개방된 타단을 통해 외부 공기가 냉각수탱크(710)로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로 도 2를 참조하면, 트랩부(740)는 제1 트랩(741)을 포함할 수 있다. 제1 트랩(741)은, U자 형태로 마련될 수 있고, 외부 공기가 차단되게 물(W2)이 고인 상태를 유지할 수 있다. 여기서 제1 트랩(741)에 고인 물(W2)은 냉각수탱크(710)의 냉각수(W1)일 수 있다.
제1 트랩(741)에 고인 물(W2)은, 냉각수탱크(710) 내부의 공기압력(P1)이 하강하여, 대기압(P2)에 의해 제1 트랩(741)의 물(W2)이 냉각수탱크(710) 측으로 이동하는 경우에도 제1 트랩(741)에 잔류함으로써, 외부 공기가 연통라인(730)을 통해 냉각수탱크(710)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 연통라인(730)은 제3 밸브(430)를 더 포함할 수 있다. 제3 밸브(430)는 트랩부(740)의 후단의, 대기와 연통되는 측에 구비되고, 연통라인(730)을 개폐할 수 있다. 제3 밸브(430)는, 연료전지 시스템의 정상 운전 시에는 폐쇄되고, 연료전지 시스템의 정지 시에는 개방될 수 있다.
구체적으로, 연료전지 시스템의 운전 중에, 시스템 내부의 압력이 높을 경우, 냉각수탱크(710)에 저장된 물(W1)과 제1 트랩(741)의 물(W2)이 모두 연통라인(730)을 통해 외부로 유출되는 문제가 발생할 수 있다. 본 발명에 따르면, 연료전지 시스템의 운전 중에 내부 압력이 높은 경우에도 제3 밸브(430)에 의해 냉각수탱크(710)에 저장된 물(W1)과 제1 트랩(741)의 물(W2)이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 냉각수탱크(710)에 저장된 물(W1)과 제1 트랩(741)의 물(W2)의 외부 유출 방지는, 반드시 제3 밸브(430)에 의하는 것은 아니며, 다양한 방식으로 차단할 수 있다. 예를 들어 제1 트랩(741)의 수두에 의해 외부와 차단될 수도 있다.
도 3에는 본 발명에 따른 냉각부(700)의 다른 실시예가 도시된다. 도 3에 도시된 다른 실시예는 도 2에 도시된 일 실시예와 대비하여 연통라인(730)의 구체적인 구성에 있어서 차이가 있다.
도 3을 참조하면, 다른 실시예에 따르면 트랩부(740)는, 제2 트랩(742)과, 제3 트랩(743)과, 제4 트랩(744)를 포함할 수 있다.
제2 트랩(742)은, U자 형태로 마련될 수 있고, 외부 공기가 차단되게 물(W2)이 고인 상태를 유지할 수 있다. 또한, 제3 트랩(743)은, 제2 트랩(742)과 연속되게 연결되며 U자 형태로 마련될 수 있고, 외부 공기가 차단되게 물(W2)이 고인 상태를 유지할 수 있다. 제2 트랩(742)과 제3 트랩(743)에서 고인 물(W2)의 역할은, 상기한 일 실시예의 제1 트랩(741)의 물(W2)과 동일하다. 그리고 제2 트랩(742)과 제3 트랩(743)은 상단연결부(745)로 연결될 수 있다.
이와 같이 다른 실시예에 의한 트랩부(740)는 U자 형태의 트랩구조가 이중으로 구비되어 외부 공기의 유입을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다.
제4 트랩(744)은, 제3 트랩(743)의 상류 측에, 제3 트랩(743)보다 높은 위치에 구비되고, 내부에 물(W2)이 수용되는 수용공간이 구비될 수 있다. 예를 들어, 제4 트랩(744)은, 제2 트랩(742)과 제3 트랩(743)의 사이에 구비되되, 상단연결부(745)에 인접하게 구비될 수 있다. 즉 제4 트랩(744)은, 제2 및 제3 트랩(742,743)에 비해 높은 위치에 구비될 수 있다. 또한, 제4 트랩(744)은 내부에 물(W2)을 수용할 수 있는 수용공간이 구비될 수 있다. 이에 따라 제3 트랩(743)의 물(W2)이 역류하는 경우, 역류한 물(W2)은 제4 트랩(744)의 수용공간으로 모여서 수용될 수 있다.
이에 따라 제4 트랩(744)은, 냉각수탱크(710)의 내부 압력(P1)이 급격히 하강하는 경우, 트랩부(740)의 물(W2)이 모두 냉각수탱크(710)의 내부로 이동하는 것을 방지함으로써, 외부의 공기가 냉각수탱크(710)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제4 트랩(744)의 부피는, 제3 트랩(743)의 부피의 20~150%일 수 있다.
이와 같이 제4 트랩(744)의 부피의 비율이 정해짐으로써, 제2 트랩(742)이 개방되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제2 및 제3 트랩(742,743)의 물(W2)이 모두 냉각수탱크(710)의 내부로 이동하는 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
다만, 상기 제4 트랩(744)의 부피의 비율은 상기한 바에 한정하는 것은 아니며, 트랩부(740)의 물(W2)이 역류하는 것을 방지할 수 있다면 다양한 범위로 변형될 수 있다.
따라서, 본 발명은 트랩부(740)에 의해, 냉각수탱크(710)를 대기에 개방시키는 경우에도, 외부 공기가 냉각수탱크(710)를 통해 연료극(210)으로 역류하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 연료전지 시스템을 이용하면, 연료전지 시스템의 정지 시에, 연료극과 연결된 연료극 공급라인과 연료극 배출라인을 통해, 외부의 공기가 연료극으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 외부에서 유입된 산소를 포함한 공기에 의해 연료극에서 산화가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 대기에 개방된 냉각수탱크를 구비하여, 외부압력(대기압)에 의해 냉각수탱크 내부의 공기의 압력이 상승함으로써, 연료극과 공기극의 압력차를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 냉각수탱크를 대기에 개방시키는 경우에도, 외부 공기가 냉각수탱크를 통해 연료극으로 역류하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다.
100: 연료전지 시스템
200: 연료전지 스택
210: 연료극 220: 공기극
310: 개질기 350: 버너
410: 제1 밸브 420: 제2 밸브
430: 제3 밸브 510: 연료극 공급라인
511: 연료가스 공급라인 512: 개질가스 공급라인
521: 연료극 배출라인 530: 공기극 공급라인
541: 공기극 배출라인 551: 버너 연료공급라인
552: 버너 공기공급라인 560: 연소배가스라인
700: 냉각부 710: 냉각수탱크
730: 연통라인 740: 트랩부
741: 제1 트랩 742: 제2 트랩
743: 제3 트랩 744: 제4 트랩
210: 연료극 220: 공기극
310: 개질기 350: 버너
410: 제1 밸브 420: 제2 밸브
430: 제3 밸브 510: 연료극 공급라인
511: 연료가스 공급라인 512: 개질가스 공급라인
521: 연료극 배출라인 530: 공기극 공급라인
541: 공기극 배출라인 551: 버너 연료공급라인
552: 버너 공기공급라인 560: 연소배가스라인
700: 냉각부 710: 냉각수탱크
730: 연통라인 740: 트랩부
741: 제1 트랩 742: 제2 트랩
743: 제3 트랩 744: 제4 트랩
Claims (11)
- 공기가 공급되는 공기극과, 연료가 공급되는 연료극을 포함하는 연료전지 스택;
상기 연료극으로 연료를 공급하는 연료극 공급라인 상에 구비되는 제1 밸브;
상기 연료극으로부터 연료극 배기가스를 배출하는 연료극 배출라인 상에 구비되는 제2 밸브; 및,
상기 연료전지 스택의 정지 시에, 상기 연료전지 스택으로 공기가 유입되는 것을 방지하도록, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 폐쇄하는 제어부를 포함하는, 연료전지 시스템. - 제1항에 있어서,
연료가스와 공기를 공급받고, 열원으로서 작동하기 위한 버너를 더 포함하고,
상기 버너에 공급되는 연료가스는, 상기 연료극 배출라인을 통해 상기 연료극으로부터 공급되는 상기 연료극 배기가스를 포함하고,
상기 제2 밸브는, 상기 연료극과 상기 버너를 연결하는 상기 연료극 배출라인 상에 설치되는, 연료전지 시스템. - 제1항에 있어서,
연료가스를 공급받아 개질반응에 의해 개질가스를 생성하여 연료극으로 배출하는 개질기를 더 포함하고,
상기 연료극 공급라인은, 상기 개질기의 상류 측에 구비되어 연료가스를 공급받고, 상기 제1 밸브가 설치되는 연료가스 공급라인과, 상기 개질기의 하류 측에 구비되어 상기 개질기로부터 상기 연료극으로 상기 개질가스를 공급하는 개질가스 공급라인을 포함하는, 연료전지 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 정지 시에 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브가 폐쇄되면, 상기 공기극의 공기가 상기 연료극으로 유입되는 것을 방지하도록, 상기 연료극의 압력을 조절하는 압력조절부를 더 포함하는, 연료전지 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 연료극에서 배출되는 연료극 배기가스를 냉각시키고, 상기 연료극 배출라인 상의, 상기 제2 밸브의 상류 측에 구비되는 냉각부를 더 포함하고,
상기 냉각부는, 내부에 냉각수가 수용되고, 상기 연료극 배출라인을 통해 내부의 공기가 상기 연료극과 연통되며, 대기압을 통해 상기 연료극과 상기 공기극의 압력차를 최소화시키도록, 상기 냉각수가 대기에 개방되는 냉각수탱크를 포함하는, 연료전지 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 냉각부는, 상기 냉각수를 대기와 연통시키고, 외부 공기가 냉각수탱크의 내부로 유입되는 것을 방지하는 트랩부를 포함하는 연통라인을 포함하는, 연료전지 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 트랩부는, 상기 냉각수탱크에 연결되고 물이 고일 수 있도록 U자 형태로 형성된 제1 트랩을 포함하는, 연료전지 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 연통라인은, 상기 트랩부의 후단의, 대기와 연통되는 측에 구비되고, 상기 연통라인을 개폐하는 제3 밸브를 더 포함하는, 연료전지 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 제3 밸브는, 상기 연료전지 스택의 운전 시에 폐쇄되고, 상기 연료전지 스택의 정지 시에 개방되는, 연료전지 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 트랩부는,
상기 냉각수탱크에 연결되고 U자 형태로 구비된 제2 트랩;
상기 제2 트랩의 하류 측에 연속되게 구비되고 U자 형태로 구비된 제3 트랩; 및,
상기 제3 트랩의 상류 측에 구비되되, 상기 제3 트랩보다 높은 위치에 구비되고, 내부에 물이 수용되는 수용공간이 마련되는 제4 트랩을 포함하는, 연료전지 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 제4 트랩의 부피는, 상기 제3 트랩의 부피의 20~150% 인 연료전지 시스템.
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- 2019-06-10 EP EP19179280.3A patent/EP3588646A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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