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技術 燃料電池システム及びこれに使用するための混合燃料供給装置と水供給装置

出願人 三星エスディアイ株式会社
発明者 李聖哲金周龍孔相ジュン李東潤李贊鎬徐東明河明珠李東旭
出願日 2006年2月28日 (14年9ヶ月経過) 出願番号 2006-053544
公開日 2007年3月1日 (13年9ヶ月経過) 公開番号 2007-053072
状態 特許登録済
技術分野 燃料電池(システム) 燃料電池(本体)
主要キーワード ガス充填容器 気液共存状態 混合部内 水回収管 設置構成 燃料混合器 コアンダ ブタン燃料
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重要な関連分野

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図面 (10)

課題

気体状の燃料の圧力を利用して別途動力装置を用いずに混合燃料及び水を改質器に供給する装置を採用した燃料電池システムを提供する。

解決手段

少なくとも一部は気体状の燃料を貯蔵する燃料容器111と、内部に水を貯蔵する水容器164と、前記燃料容器111の内部圧力を前記水容器164に伝達するための加圧管124と、前記混合燃料を生成して混合燃料供給管123を通じて外部と流体的に連通されている混合器130と、前記水容器164と前記混合器130を流体的に連通する水供給管122と、前記燃料容器111と前記混合器130を流体的に連通する燃料供給管121と、を含む。

概要

背景

一般に、燃料電池水素酸素電気化学反応によって化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電ステムである。前記水素は、純粋な水素を直接燃料電池システムに供給することもでき、メタノールエチルアルコール天然ガスなどのような物質改質して水素を供給することもできる。また、前記酸素は、純粋な酸素を直接燃料電池システムに供給することもでき、空気ポンプ等を利用して通常の空気に含まれた酸素を供給することもできる。

このような燃料電池は、常温または100℃以下で作動する高分子電解質型及びアルカリ型燃料電池、150〜200℃程度で作動する燐酸型燃料電池、600〜700℃の高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池及び1000℃以上の高温で作動する固体酸化物形燃料電池などに分類される。これらの燃料電池は基本的に同じ原理によって作動するが、使用される燃料の種類、触媒電解質などはそれぞれ違う

この中で、高分子電解質型燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell:PEMFC)は、メタノール、エチルアルコール、天然ガスなど水素を含む物質を改質して生成された水素を使用し、他の燃料電池に比べて出力特性が優れており、作動温度が低いだけでなく、早い始動特性及び応答特性を持つ。したがって自動車などに用いられる移動用電源は言うまでもなく住宅や公共建物などに用いられる分散用電源及びポータブル電子機器などに用いられる小型携帯器機用電源などで利用することができ、その応用範囲が広いという長所がある。

基本的に高分子電解質型燃料電池は、燃料を貯蔵する燃料容器、燃料を改質して水素を発生させる改質器、水素と酸素の電気化学的な反応によって所定の電圧及び電流を発生させる電気発生部、を含む。電気発生部は、電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの単位燃料電池を含むが、複数の単位燃料電池が積層されたスタック(stack)構造を持つこともできる。

このような構造の高分子電解質型燃料電池は、燃料容器に貯蔵された燃料を改質器に供給し、改質器が燃料を改質して水素を発生させて電気発生部が水素と酸素を電気化学的に反応して電気エネルギーを発生させる。

このような燃料電池システムにおいて、電気を実質的に発生させるスタック構造の電気発生部は、膜/電極アセンブリー(Membrane Electrode Assembly:MEA)とバイポーラープレート(bipolar plate)からなる単位燃料電池が、数個ないし数十個に積層された構造を持つ。

膜/電極アセンブリーは、電解質膜を間に置いてアノード電極カソード電極が付着された構造を持つ。そして、バイポーラープレートは、燃料電池の反応に必要な水素と酸素が供給される通路役割及び各膜/電極アセンブリーのアノード電極とカソード電極を直列的に接続する伝導体の役割を同時に果たしている。バイポーラープレートによってアノード電極には水素が供給され、カソード電極には酸素が供給される。この過程において、アノード電極では水素の酸化反応が起きるようになり、カソード電極では酸素の還元反応が起きるようになって、この時生成される電子の移動によって電気を得ることができる。

改質器は、燃料と水の混合物改質反応によって前記電気発生部の電気生成に必要な水素を豊富に含む改質ガスに変化させるだけでなく、このような改質ガスに含まれて燃料電池の触媒を被毒させる一酸化炭素を取り除く。したがって、通常的な改質器は、燃料を改質して水素を豊富に含む改質ガスを発生させる改質部と、このような改質ガスに混合された一酸化炭素を取り除く一酸化炭素除去部とを含む。

前記改質部は、水蒸気改質(Steam Reforming:SR)、部分酸化(Partial Oxidation:POX)、自熱反応(Autothermal Reaction:ATR)などの触媒反応を通じて、燃料を水素を豊富に含む改質ガスに変化させる。前記一酸化炭素除去部は、水性ガス転換(Water Gas Shift:WGS)、選択的酸化(Preferential COOxidation:PROX)などのような触媒反応または分離膜を利用した水素の精製などを通じて前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を取り除く。

一方、高分子電解質型燃料電池システムに使用される燃料としては、水素を含む多様な物質が使用され得るが、主に炭化水素系列物質が使用される。この中で、市場ブタンは容易に手に入れることができ、改質反応に必要な熱源を提供する燃焼燃料として同時に使用することができるという長所があり、最近注目されている。

ブタンは、沸点が低く比較的小さな圧力で容易に液化されるため、通常的に所定の圧力をかけて液化された状態で燃料容器に充填されて供給される。このような燃料容器を装着してブタンを燃料として使用する燃料電池システムの場合、燃料容器のノズル開放すれば気化された燃料が自然に燃料容器外部に放出されるので、別途燃料供給装置を用いずに燃料電池システムに燃料を供給することができる。

しかし、燃料電池の運転に必要な水は別途の供給装置を利用して供給しなければならないので、燃料供給装置を省略する利点が相殺されて、燃料電池システムの全体的に大きくなり、しかも余計な電力消費しなければならない。

一方、前記従来の燃料電池システムに関する技術を記載した文献としては、下記特許文献1等がある。
特開2004−319330号公報

概要

気体状の燃料の圧力を利用して別途の動力装置を用いずに混合燃料及び水を改質器に供給する装置を採用した燃料電池システムを提供する。少なくとも一部は気体状の燃料を貯蔵する燃料容器111と、内部に水を貯蔵する水容器164と、前記燃料容器111の内部圧力を前記水容器164に伝達するための加圧管124と、前記混合燃料を生成して混合燃料供給管123を通じて外部と流体的に連通されている混合器130と、前記水容器164と前記混合器130を流体的に連通する水供給管122と、前記燃料容器111と前記混合器130を流体的に連通する燃料供給管121と、を含む。

目的

したがって、本発明は、上述した問題点を考慮して導出されたもので、その目的は、付加的な動力装置を用いずに水を供給する水供給装置を持つ燃料電池システムを提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

少なくとも一部は気体状の燃料貯蔵する燃料容器と、内部に水を貯蔵する水容器と、前記燃料容器の内部圧力を前記水容器に伝達するための加圧管と、前記混合燃料を生成して混合燃料供給管を通じて外部と流体的の連通されている混合器と、前記水容器と前記混合器とを流体的に連通するように接続する水供給管と、前記燃料容器と前記混合器を流体的に連通するように接続する燃料供給管と、を含むことを特徴とする混合燃料供給装置

請求項2

前記燃料は、炭化水素系列物質を含むことを特徴とする請求項1に記載の混合燃料供給装置。

請求項3

前記燃料は、ブタンを含むことを特徴とする請求項2に記載の混合燃料供給装置。

請求項4

前記燃料容器は、移動式ブタン燃料容器を含むことを特徴とする請求項3に記載の混合燃料供給装置。

請求項5

前記燃料容器の出力端には、分配器がさらに装着されることを特徴とする請求項1に記載の混合燃料供給装置。

請求項6

前記分配器には、前記加圧管及び前記燃料供給管が連通して設置されることを特徴とする請求項5に記載の混合燃料供給装置。

請求項7

前記加圧管は、第1流量調節バルブを含むことを特徴とする請求項1に記載の混合燃料供給装置。

請求項8

前記燃料供給管は、第2流量調節バルブを含むことを特徴とする請求項7に記載の混合燃料供給装置。

請求項9

前記加圧管には第1ソレノイドバルブを設置し、前記第1ソレノイドバルブを駆動及び制御する動力部及び制御部をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の混合燃料供給装置。

請求項10

前記燃料供給管には前記動力部及び前記制御部で駆動及び制御する第2ソレノイドバルブを設置することを特徴とする請求項9に記載の混合燃料供給装置。

請求項11

前記水容器は、前記制御部と電気的に接続された水位感知部をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の混合燃料供給装置。

請求項12

前記混合器は、前記燃料供給管、前記混合燃料供給管及び前記水供給管が互いに流体的に連通できるように混合部で設置構成され、前記燃料供給管及び前記混合燃料供給管には、互いにほぼ同一の直径を持ってそれぞれの一端が接続して設置されて一直線の中空管に形成されることを特徴とする請求項1に記載の混合燃料供給装置。

請求項13

前記水供給管の直径は、前記燃料供給管の直径及び前記混合燃料供給管の直径より小さいことを特徴とする請求項12に記載の混合燃料供給装置。

請求項14

前記混合器の前記混合部に接続して設置された前記水供給管の一端にノズルが形成されたことを特徴とする請求項12に記載の混合燃料供給装置。

請求項15

前記混合器は、前記燃料供給管から前記混合燃料供給管方向に縮径していく中空管を前記混合部内部にさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の混合燃料供給装置。

請求項16

流動する燃料を使用する燃料電池システム内具備される燃料混合器において、所定の吐出圧を持つ前記燃料を通過させるベンチュリ管と、前記ベンチュリ管を通じる前記燃料の流動する際に負圧が発生する地点に入口が形成され、前記負圧によって水を供給する構造を持つ水供給管と、を含むことを特徴とする燃料混合器。

請求項17

前記水供給管の入口には、ノズルが設置されることを特徴とする請求項16に記載の燃料混合器。

請求項18

前記ノズルは、前記燃料の進行方向に対して所定の角度を持つように設置されることを特徴とする請求項17に記載の燃料混合器。

請求項19

前記ノズルと隣接する前記ベンチュリ管の一部には、前記ベンチュリ管の中心部に湾曲された先端が形成されることを特徴とする請求項18に記載の燃料混合器。

請求項20

少なくとも一部は気体状の燃料を貯蔵する燃料容器と、内部に水を貯蔵する水容器と、前記混合燃料を生成し、混合燃料供給管を通じて外部と流体的に連通されている混合器と、前記燃料容器と前記混合器を流体的に連通する燃料供給管と、前記混合器に設置されて前記燃料供給管から吐出される燃料を通過させるベンチュリ管と、前記ベンチュリ管を通じる前記燃料の流動する際の負圧が発生する地点に入口が形成され、前記負圧によって水を供給する構造を持つ水供給管を含むことを特徴とする混合燃料供給装置。

請求項21

前記燃料容器の内部圧力を前記水容器に伝達するための加圧管をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の混合燃料供給装置。

請求項22

前記燃料は、炭化水素系列の物質を含むことを特徴とする請求項21に記載の混合燃料供給装置。

請求項23

前記燃料は、ブタンを含むことを特徴とする請求項22に記載の混合燃料供給装置。

請求項24

前記燃料容器は、移動式ブタン燃料容器を含むことを特徴とする請求項23に記載の混合燃料供給装置。

請求項25

前記燃料容器の出力端には、分配器がさらに装着されることを特徴とする請求項21に記載の混合燃料供給装置。

請求項26

前記分配器には、前記加圧管及び前記燃料供給管が連通して設置されることを特徴とする請求項25に記載の混合燃料供給装置。

請求項27

前記加圧管は、第1流量調節バルブを含むことを特徴とする請求項21に記載の混合燃料供給装置。

請求項28

前記燃料供給管は、第2流量調節バルブを含むことを特徴とする請求項27に記載の混合燃料供給装置。

請求項29

前記加圧管には第1ソレノイドバルブを設置し、前記第1ソレノイドバルブを駆動及び制御する動力部及び制御部をさらに含むことを特徴とする請求項21に記載の混合燃料供給装置。

請求項30

前記燃料供給管には、前記動力部及び前記制御部で駆動及び制御する第2ソレノイドバルブを設置することを特徴とする請求項29に記載の混合燃料供給装置。

請求項31

前記水容器は、前記制御部と電気的に接続された水位感知部をさらに含むことを特徴とする請求項30に記載の混合燃料供給装置。

請求項32

前記水供給管の入口には、ノズルが設置されることを特徴とする請求項20に記載の混合燃料供給装置。

請求項33

前記ノズルは、前記燃料の進行方向に対して所定の角度を持つように設置されることを特徴とする請求項32に記載の混合燃料供給装置。

請求項34

前記ノズルと隣接する前記ベンチュリ管の一部には、前記ベンチュリ管の中心部に湾曲された先端が形成されることを特徴とする請求項33に記載の混合燃料供給装置。

請求項35

水を供給する水供給装置と、少なくとも一部は気体状の燃料を貯蔵する燃料容器と、前記水と前記燃料が混合された混合燃料から化学触媒反応によって水素を発生させる改質器と、前記水素と酸素電気化学反応エネルギー電気エネルギーに変換させて電気を生産する電気発生部を含み、前記水供給装置は、内部に水を貯蔵して水供給管を通じて前記改質器と流体的に連通可能とされている水容器と、前記水容器から前記改質器に水を供給するように前記水容器内部に圧力を付与する圧力付与手段と、を含むことを特徴とする燃料電池システム

請求項36

前記圧力付与手段は、前記燃料容器であり、前記燃料容器の内部圧力を前記水容器に伝達するための加圧管をさらに含むことを特徴とする請求項35に記載の燃料電池システム。

請求項37

前記燃料は、炭化水素を含むことを特徴とする請求項36に記載の燃料電池システム。

請求項38

前記燃料容器は、移動式ブタン燃料容器を含むことを特徴とする請求項37に記載の燃料電池システム。

請求項39

水と燃料が混合された混合燃料を供給する混合燃料供給装置と、前記混合燃料から化学触媒反応によって水素を発生させる改質器と、前記水素と酸素の電気化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させて電気を発生させる電気発生部を含み、前記混合燃料供給装置は、少なくとも一部は気体状の燃料を貯蔵する燃料容器と、内部に水を貯蔵する水容器と、前記混合燃料を生成して混合燃料供給管を通じて外部と流体的に連通可能とされている混合器と、前記燃料容器と前記混合器を流体的に連通可能とする燃料供給管と、前記混合器に設置されて前記燃料供給管から吐出される燃料を通過させるベンチュリ管と、前記ベンチュリ管を通じる前記燃料の流動の時負圧が発生する地点に入口が形成され、前記負圧によって水を供給する構造を持つ水供給管と、を含むことを特徴とする燃料電池システム。

請求項40

前記燃料容器の内部圧力を前記水容器に伝達するための加圧管をさらに含むことを特徴とする請求項39に記載の燃料電池システム。

請求項41

前記燃料は、炭化水素系列の物質を含むことを特徴とする請求項40に記載の燃料電池システム。

請求項42

前記燃料は、ブタンを含むことを特徴とする請求項41に記載の燃料電池システム。

請求項43

前記燃料容器は、移動式ブタン燃料容器を含むことを特徴とする請求項42に記載の燃料電池システム。

請求項44

内部に水を貯蔵し、水供給管を通じて外部で流体的に連通されている水容器と、前記水容器から外部に水を排出するように前記水容器内部に圧力を付与する圧力付与手段を含むことを特徴とする水供給装置。

請求項45

前記圧力付与手段は、少なくとも一部は気体状の物質を貯蔵する容器であり、前記容器の内部圧力を前記水容器に伝達するための加圧管をさらに含むことを特徴とする請求項44に記載の水供給装置。

請求項46

前記加圧管に流量調節バルブをさらに設置することを特徴とする請求項45に記載の水供給装置。

請求項47

前記物質は、炭化水素系列の物質を含むことを特徴とする請求項1に記載の水供給装置。

技術分野

0001

本発明は、燃料電池システムに関し、特に気体状の燃料を利用して別途動力装置を用いずに混合燃料及び水を供給する装置を採用した燃料電池システムに関する。

背景技術

0002

一般に、燃料電池水素酸素電気化学反応によって化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電ステムである。前記水素は、純粋な水素を直接燃料電池システムに供給することもでき、メタノールエチルアルコール天然ガスなどのような物質改質して水素を供給することもできる。また、前記酸素は、純粋な酸素を直接燃料電池システムに供給することもでき、空気ポンプ等を利用して通常の空気に含まれた酸素を供給することもできる。

0003

このような燃料電池は、常温または100℃以下で作動する高分子電解質型及びアルカリ型燃料電池、150〜200℃程度で作動する燐酸型燃料電池、600〜700℃の高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池及び1000℃以上の高温で作動する固体酸化物形燃料電池などに分類される。これらの燃料電池は基本的に同じ原理によって作動するが、使用される燃料の種類、触媒電解質などはそれぞれ違う

0004

この中で、高分子電解質型燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell:PEMFC)は、メタノール、エチルアルコール、天然ガスなど水素を含む物質を改質して生成された水素を使用し、他の燃料電池に比べて出力特性が優れており、作動温度が低いだけでなく、早い始動特性及び応答特性を持つ。したがって自動車などに用いられる移動用電源は言うまでもなく住宅や公共建物などに用いられる分散用電源及びポータブル電子機器などに用いられる小型携帯器機用電源などで利用することができ、その応用範囲が広いという長所がある。

0005

基本的に高分子電解質型燃料電池は、燃料を貯蔵する燃料容器、燃料を改質して水素を発生させる改質器、水素と酸素の電気化学的な反応によって所定の電圧及び電流を発生させる電気発生部、を含む。電気発生部は、電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの単位燃料電池を含むが、複数の単位燃料電池が積層されたスタック(stack)構造を持つこともできる。

0006

このような構造の高分子電解質型燃料電池は、燃料容器に貯蔵された燃料を改質器に供給し、改質器が燃料を改質して水素を発生させて電気発生部が水素と酸素を電気化学的に反応して電気エネルギーを発生させる。

0007

このような燃料電池システムにおいて、電気を実質的に発生させるスタック構造の電気発生部は、膜/電極アセンブリー(Membrane Electrode Assembly:MEA)とバイポーラープレート(bipolar plate)からなる単位燃料電池が、数個ないし数十個に積層された構造を持つ。

0008

膜/電極アセンブリーは、電解質膜を間に置いてアノード電極カソード電極が付着された構造を持つ。そして、バイポーラープレートは、燃料電池の反応に必要な水素と酸素が供給される通路役割及び各膜/電極アセンブリーのアノード電極とカソード電極を直列的に接続する伝導体の役割を同時に果たしている。バイポーラープレートによってアノード電極には水素が供給され、カソード電極には酸素が供給される。この過程において、アノード電極では水素の酸化反応が起きるようになり、カソード電極では酸素の還元反応が起きるようになって、この時生成される電子の移動によって電気を得ることができる。

0009

改質器は、燃料と水の混合物改質反応によって前記電気発生部の電気生成に必要な水素を豊富に含む改質ガスに変化させるだけでなく、このような改質ガスに含まれて燃料電池の触媒を被毒させる一酸化炭素を取り除く。したがって、通常的な改質器は、燃料を改質して水素を豊富に含む改質ガスを発生させる改質部と、このような改質ガスに混合された一酸化炭素を取り除く一酸化炭素除去部とを含む。

0010

前記改質部は、水蒸気改質(Steam Reforming:SR)、部分酸化(Partial Oxidation:POX)、自熱反応(Autothermal Reaction:ATR)などの触媒反応を通じて、燃料を水素を豊富に含む改質ガスに変化させる。前記一酸化炭素除去部は、水性ガス転換(Water Gas Shift:WGS)、選択的酸化(Preferential COOxidation:PROX)などのような触媒反応または分離膜を利用した水素の精製などを通じて前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を取り除く。

0011

一方、高分子電解質型燃料電池システムに使用される燃料としては、水素を含む多様な物質が使用され得るが、主に炭化水素系列物質が使用される。この中で、市場ブタンは容易に手に入れることができ、改質反応に必要な熱源を提供する燃焼燃料として同時に使用することができるという長所があり、最近注目されている。

0012

ブタンは、沸点が低く比較的小さな圧力で容易に液化されるため、通常的に所定の圧力をかけて液化された状態で燃料容器に充填されて供給される。このような燃料容器を装着してブタンを燃料として使用する燃料電池システムの場合、燃料容器のノズル開放すれば気化された燃料が自然に燃料容器外部に放出されるので、別途の燃料供給装置を用いずに燃料電池システムに燃料を供給することができる。

0013

しかし、燃料電池の運転に必要な水は別途の供給装置を利用して供給しなければならないので、燃料供給装置を省略する利点が相殺されて、燃料電池システムの全体的に大きくなり、しかも余計な電力消費しなければならない。

0014

一方、前記従来の燃料電池システムに関する技術を記載した文献としては、下記特許文献1等がある。
特開2004−319330号公報

発明が解決しようとする課題

0015

したがって、本発明は、上述した問題点を考慮して導出されたもので、その目的は、付加的な動力装置を用いずに水を供給する水供給装置を持つ燃料電池システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0016

上述した目的を果たすために本発明による混合燃料供給装置は、少なくとも一部は気体状の燃料を貯蔵する燃料容器、内部に水を貯蔵する水容器、前記燃料容器の内部圧力を前記水容器に伝達するための加圧管、前記混合燃料を生成して混合燃料供給管を通じて外部と流体的に連通されている混合器、前記水容器と前記混合器を流体的に連通する水供給管及び前記燃料容器と前記混合器を流体的に連通する燃料供給管を含むことを特徴とする。

0017

また、前記燃料は炭化水素系列の物質を含むことができ、特にブタンを含むことができ、この時前記燃料容器は移動式ブタン燃料容器とすることができる。

0018

さらに、前記燃料容器の出力端には分配器を装着することができ、前記分配器には前記加圧管及び前記燃料供給管を連通して設置することができる。前記加圧管は第1流量調節バルブを含むことができ、前記燃料供給管は第2流量調節バルブを含むことができる。

0019

一方、前記加圧管には第1ソレノイドバルブを設置し、前記第1ソレノイドバルブを駆動及び制御する動力部及び制御部をさらに含むことができるが、この時前記燃料供給管には前記動力部及び前記制御部で駆動及び制御する第2ソレノイドバルブを設置することができ、前記水容器は前記制御部と電気的に接続された水位感知部をさらに含むことができる。

0020

また、前記混合器は、前記燃料供給管、前記混合燃料供給管及び前記水供給管が互いに流体的に連通可能となるように混合部に設置された構成であり、前記燃料供給管及び前記混合燃料供給管は互いにほぼ同一の直径を有しており、それぞれの一端を接続して設置した一直線の中空管が形成されるが、前記水供給管の直径は、前記燃料供給管の直径及び前記混合燃料供給管の直径より小さい場合がある。

0021

さらに、前記混合器は前記混合部に接続して設置された前記水供給管の一端にノズルを形成することが可能であり、前記混合器は前記燃料供給管から前記混合燃料供給管の方向に縮径していく中空管を前記混合部内部にさらに含むことができる。

0022

本発明の実施形態によって流動する燃料を使用する燃料電池システム内具備される燃料混合器において、所定の吐出圧を持つ前記燃料を通過させるベンチュリ管及び前記ベンチュリ管を通じた前記燃料の流動する際に負圧が発生する地点に入口が形成され、前記負圧によって水を供給する構造を持つ水供給管を含むことができる。

0023

前記水供給管の入口にはノズルを設置することが可能で、前記ノズルを前記燃料の進行方向に対して所定の角度を持つように設置し得る。前記ノズルと隣接する前記ベンチュリ管の一部には、前記ベンチュリ管の中心部に湾曲された先端を形成することができる。

0024

本発明の他の実施形態による混合燃料供給装置は、少なくとも一部は気体状の燃料を貯蔵する燃料容器、内部に水を貯蔵する水容器、前記混合燃料を生成して混合燃料供給管を通じて外部と流体的に連通されている混合器、前記燃料容器と前記混合器を流体的に連通する燃料供給管、前記混合器に設置されて前記燃料供給管から吐出される燃料を通過させるベンチュリ管及び前記ベンチュリ管を通じる前記燃料の流動する際に負圧が発生する地点に入口が形成され、前記負圧によって水を供給する構造を持つ水供給管を含むことを特徴とする。

0025

前記燃料容器の内部圧力を前記水容器に伝達するための加圧管をさらに含むことができる。前記燃料は炭化水素系列の物質を含むことができる。さらに、前記燃料はブタンを含むことができ、この時前記燃料容器は移動式ブタン燃料容器を含むことができる。

0026

前記燃料容器の出力端には分配器をさらに装着することが可能で、前記分配器には前記加圧管及び前記燃料供給管を連通して設置することができる。前記加圧管は、第1流量調節バルブを含むことができ、前記燃料供給管は第2流量調節バルブを含むことができる。

0027

一方、前記加圧管には第1ソレノイドバルブを設置し、前記第1ソレノイドバルブを駆動及び制御する動力部及び制御部をさらに含むことができる。この時前記燃料供給管には、前記動力部及び前記制御部で駆動及び制御する第2ソレノイドバルブを設置することができ、前記水容器は前記制御部と電気的に接続された水位感知部をさらに含むことを特徴とする。

0028

前記水供給管の入口にはノズルを設置することが可能で、前記ノズルは前記燃料の進行方向に対して所定の角度を持つように設置し得る。前記ノズルと隣接する前記ベンチュリ管の一部は前記ベンチュリ管の中心部に湾曲された先端を形成することができる。

0029

本発明の実施形態による燃料電池システムは、水を供給する水供給装置、少なくとも一部は気体状の燃料を貯蔵する燃料容器、前記水と前記燃料が混合された混合燃料から化学触媒反応によって水素を発生させる改質器、前記水素と酸素の電気化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させて電気を生産する電気発生部を含み、前記水供給装置は、内部に水を貯蔵して、水供給管を通じて前記改質器と流体的に連通されている水容器、前記水容器から前記改質器で水を供給可能なように前記水容器内部に圧力を付与する圧力付与手段を含むことを特徴とする。

0030

前記圧力付与手段は、前記燃料容器であり、前記燃料容器の内部圧力を前記水容器に伝達するための加圧管をさらに含むことができる。前記燃料は炭化水素を含むことができ、前記燃料容器は移動式ブタン燃料容器を含むことができる。

0031

本発明の他の実施形態による燃料電池システムは、水と燃料が混合された混合燃料を供給する混合燃料供給装置、前記混合燃料から化学触媒反応によって水素を発生させる改質器、前記水素と酸素の電気化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させて電気を発生させる電気発生部を含み、前記混合燃料供給装置は、少なくとも一部は気体状の燃料を貯蔵する燃料容器、内部に水を貯蔵する水容器、前記混合燃料を生成して、混合燃料供給管を通じて外部と流体的に連通されている混合器、前記燃料容器と前記混合器を流体的に連通する燃料供給管、前記混合器に設置されて前記燃料供給管から吐出される燃料を通過させるベンチュリ管及び前記ベンチュリ管を通じる前記燃料の流動時に負圧が発生する地点に入口が形成され、前記負圧によって水を供給する構造を持つ水供給管を含むことを特徴とする。

0032

また、前記燃料容器の内部圧力を前記水容器に伝達するための加圧管をさらに含むことができる。前記燃料は炭化水素系列の物質を含むことができ、特にブタンを含むことができ、この時前記燃料容器は移動式ブタン燃料容器を含むことができる。

0033

本発明の実施形態による水供給装置は、内部に水を貯蔵し、水供給管を通じて外部に流体的に連通可能とされている水容器、前記水容器で外部に水を排出するように前記水容器内部に圧力を付与する圧力付与手段を含むことを特徴とする。

0034

前記圧力付与手段は、少なくとも一部は気体状の物質を貯蔵する容器で、前記容器の内部圧力を前記水容器に伝達するための加圧管をさらに含むことができる。前記加圧管に流量調節バルブをさらに設置することができ、前記物質は炭化水素系列の物質を含むことができる。

発明の効果

0035

以上、上述したように本発明による燃料電池システム及びこれに使用するための混合燃料供給装置と水供給装置によれば、別途の動力装置を用いずに燃料電池システムに水を供給するので、よりコンパクトで、かつ高効率の燃料電池システムを提供することが可能である。

発明を実施するための最良の形態

0036

以下、添付した図面に基づいて本発明を明確にするための好ましい実施形態を詳しく説明する。図面において、同じ参照符号は同じまたは類似する構成要素を示す。

0037

図1は、本発明の実施形態による水供給装置170を含む燃料電池システムの概略図である。本発明による燃料電池システムにおいて燃料とは、本実施形態では一般に市場で販売されているブタン燃料を意味するが、これに限定せず気体状の炭化水素系列物質であるLNGプロパン、純粋ブタンなどを含むことができる。前記ブタン燃料は、純粋ブタン及びプロパンが一定の割合で混合されている。また、前記ブタン燃料と水の混合物を混合燃料と定義する。

0038

図1を参照すれば、本発明による燃料電池システムは、燃料容器111、水を供給する水供給装置170、前記混合燃料から水素を発生させる改質器140、前記水素と酸素の化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させて電気を生産する電気発生部150及び改質器140と電気発生部150とに酸素を供給する空気ポンプ161,162を含んで構成される。

0039

前記燃料電池システムは、高分子電解質型燃料電池方式を採用し、改質器140を通じて前記混合燃料から水素ガスを発生させ、前記水素ガスを電気発生部150に供給して水素と酸素の電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる。

0040

水供給装置170は、燃料容器111、分配器112、加圧管124、水容器164、水供給管122及び第1チェックバルブ128で構成される。

0041

燃料容器111は、密閉型耐圧性容器であり、内部にブタン燃料を貯蔵し、前記ブタン燃料を放出するノズル(図示せず)を含む。燃料容器111は、一般に市場で販売されている移動式ブタン燃料容器を使用することもできるが、以下では燃料容器111に移動式ブタン燃料容器を使用する場合について説明する。

0042

一般に、温度50℃で容器中のガス圧力の1.5倍の圧力をかける時にも変形せず、温度50℃で容器中のガス圧力の1.8倍の圧力をかける時に破裂しないように、または圧力1.3MPaを加える時にも変形せず圧力1.5MPaを加える時に破裂しないように容器を製作することができる。

0043

前記移動式ブタン燃料容器に貯蔵されて販売する通常のブタン燃料は、プロパン30%程度とブタン70%程度を交ぜた混合物である。ブタンの他にプロパンを混合する理由は、純粋なブタンの沸点が−0.5℃なので、冬季及び気温の低い場所ではブタンの気化が自然に行われることが難しいためである。また、前記ブタン燃料は比較的低圧力で液化が可能であるが、液化の時には体積が元の体積と比較して1/200以下になるため、通常加圧して液状で燃料容器111に貯蔵する。

0044

燃料容器111を液状のブタン燃料で満たせば、液状のブタン燃料の一部は気化され、前記気化されたブタン燃料によって燃料容器111の内圧は上昇する。前記内圧が所定の圧力に至ればそれ以上液状のブタン燃料の気化は起きないで所定の圧力が維持される。この時の状態を気液共存状態と言い、この時維持される圧力を蒸圧力または飽和蒸圧力と言う。前記蒸圧力は、密閉容器にある液体の量に関係なく液体が同じ成分と温度であれば一定に維持される。

0045

図2はプロパンとブタンの混合液の蒸圧力を示すグラフである。図2を参照すれば、例えば、20℃でプロパンとブタンの混合費が3:7の混合液の蒸圧力は4kg/cm2である。すなわち、燃料容器111は20℃の常温で大圧力の4倍の内圧を維持している。したがって、燃料容器111のノズルを開放すれば、前記内圧によって燃料容器111内部の上部空間を満たしている気体状のブタン燃料の一部が自然に外部に放出される。すると、上部空間のガス量が減少するから前記内圧が低くなって液面に加えられる圧力も減少し、液状のブタン燃料は再度気化する。したがって別途の燃料供給装置が具備されなくともノズルの開放によってブタン燃料を持続的に供給することができる。

0046

また、図1を参照すれば、前記ブタン燃料は、燃料容器111のノズルに連通して設置された分配器112を通じて分岐されて別途の付加装置を用いずに自然に放出される。分配器112の燃料出力端には、加圧管124、燃料供給管121のそれぞれの一端が連通して設置される。加圧管124の他端は水容器164の内部に連通し、水容器164の内部に貯蔵された水が加圧管124を通じて分配器112に逆流されない位置と方向に接続して設置される。

0047

燃料供給管121の他端は、改質器140に連通して設置される。一方、水供給管122の一端は、水容器164の内部に連通され、水容器164の内部に貯蔵された水が円滑に供給され得る位置と方向に接続して設置される。水供給管122の他端は、改質器140に連通して設置される。一方水容器164に連通された水回収管129には、第1チェックバルブ128が設置される。第1チェックバルブ128は、水回収管129から水容器164へ液体が流れることのみ可能とする。

0048

前記構成を通じて燃料容器111は、分配器112と加圧管124とを通じて水容器164に連通されている。そうすると、前述したように燃料容器111内部は所定の内圧を持っているので、燃料容器111内部の気化された燃料が水容器164に所定量供給されて水容器164の内圧を増加させる。また、第1チェックバルブ128の作用によって水回収管129を通じて水容器164へ水が流入されることは容易である一方、水容器164から水回収管129を通じて水が放出されることが抑制される。したがって、水容器164に貯蔵された水は、水供給管122を通じて放出されて改質器140に供給される。また燃料容器111に貯蔵されたブタン燃料は、分配器112から分岐されて燃料供給管121を通じて改質器140に供給される。

0049

一方、前記実施形態で水容器164内部を加圧する手段として燃料容器111を使用したが、これに限定せず、水容器164と流体的に連通するように接続して圧力を上昇させることができる別途のガス充填容器などを使用することができる。

0050

通常供給されるブタン燃料には、使用時の安全のために付臭剤、例えば、テトラヒドロチオフェン(tetra hydro thiophene:THT)及び/またはタシャリブチルメルカブタン(tertiary butyl mercaptan:TBM)などを微量添加する。ところが、このような付臭剤はイオウ化合物で、イオウ成分が除去されないでそのまま改質燃料として使用する場合、燃料電池システムの触媒が非活性化されて寿命が短縮されるという悪影響がある。よって、改質ガスを生成させる燃料としてブタン燃料を使用するためには、脱イオウ部(図示せず)を経てブタン燃料内のイオウ成分を取り除いた後、後述する改質器140に供給することができる。

0051

改質器140は、水蒸気改質触媒反応を通じてブタン燃料と水とが混合された前記混合燃料を改質して水素を主成分にする改質ガスを生成し、水性ガス転換触媒反応と選択的酸化触媒反応を通じて前記改質ガスに含まれた一酸化炭素を低減する。また、前記選択的酸化触媒反応に必要な酸素は、空気ポンプ161を通じて通常の空気に含まれた酸素を供給する。

0052

一方、改質器140は、前記触媒反応に必要な熱源を供給するために燃料容器111に貯蔵されたブタン燃料の一部の供給を受けて燃焼させる熱源部(図示せず)をさらに含むことができる。前記水蒸気改質触媒反応と水性ガス転換触媒反応と選択的酸化触媒反応を反応式で染示すと、下記反応式1、反応式2、及び反応式3のようである。

0053

[反応式1]
水蒸気改質触媒反応:n−C4H10+8H2O→4CO2+13H2ΔH298=485.3KJ/mol
[反応式2]
水性ガス転換触媒反応:CO+H2O→CO2+H2ΔH298=−41.1KJ/mol
[反応式3]
選択的酸化触媒反応:CO+1/2O2→CO2ΔH298=−284.1KJ/mol

0054

電気発生部150は、改質器140を通じて改質した水素と空気ポンプ162を通じて供給された酸素を電気化学反応させて電気エネルギーを発生させる。電気発生部150は、水素と酸素をそれぞれ酸化還元させる膜/電極アセンブリー154と、水素と酸素を膜/電極アセンブリーに供給するためのバイポーラープレート155を含むことができる。

0055

膜/電極アセンブリー154は、両側面を成すアノード電極152とカソード電極153との間に電解質膜151が介在された一般的な膜/電極アセンブリーの構造を持つことができる。電気発生部150の電気化学反応を反応式で示すと下記反応式4のようである。

0056

[反応式4]
アノード電極:H2→2H++2e−
カソード電極:1/2O2+2H++2e−→H2O
全体反応式:H2+1/2O2→H2O+電流+熱

0057

電気発生部150の一端には、コンデンサ163が設置される。コンデンサ163は電気発生部150から排出されたガスの中で水蒸気凝縮し、凝縮された水はコンデンサ163と水容器164のと間に連通して設置された水回収管129を通じて水容器164に移送される。

0058

図3は、本発明の他の実施形態による水供給装置270の概略図である。図3を参照すれば、本発明の第2実施形態による水供給装置270には、前記水供給装置170に付け加えて第1流量調節バルブ125が設置される。第1流量調節バルブ125は、加圧管124に接続して設置される。

0059

前記構成を通じて第1流量調節バルブ125を操作することで燃料容器111から水容器164に供給されるブタン燃料の量を調節して水容器164の内圧を調節することで、水容器164から水供給管122を通じて排出される水の量を調節する。説明の便宜上、前記本発明の第1実施形態による水供給装置170と類似する他の構成の説明は省略する。

0060

図4は、本発明の実施形態による混合燃料供給装置190を含む燃料電池システムの概略図である。図4を参照すれば、本発明の第3実施形態による混合燃料供給装置190を含む燃料電池システムは、前記混合燃料を供給する混合燃料供給装置190、前記混合燃料から水素を発生させる改質器140、前記水素と酸素の化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させて電気を生産する電気発生部150及び改質器140と電気発生部150とに酸素を供給する空気ポンプ161,162を含んで構成する。

0061

混合燃料供給装置190は、燃料容器111、分配器112、加圧管124、水容器164、水供給管122、混合器130、燃料供給管121、混合燃料供給管123及び第1チェックバルブ128で構成される。

0062

分配器112は、燃料容器111のノズルに連通して設置され、分配器112の出力端には加圧管124、燃料供給管121のそれぞれの一端が連通して設置される。加圧管124の他端は、水容器164の内部に連通し、水容器164の内部に貯蔵された水が加圧管124を通じて分配器112に逆流されない位置と方向とに接続して設置される。

0063

燃料供給管121の他端は、混合器130の内部に連通して設置される。また、水供給管122の一端は、水容器164の内部に連通され、水容器164の内部に貯蔵された水が円滑に供給され得る位置と方向とに接続して設置される。水供給管122の他端は、混合器130の内部に連通して設置される。また混合燃料供給管123の一端は、混合器130の内部に連通して設置され、混合燃料供給管123の他端は改質器140に設置される。一方、水容器164に連通された水回収管129には第1チェックバルブ128が接続して設置される。

0064

前記構成を通じて燃料容器111は、分配器112と加圧管124とを通じて水容器164に連通されている。前述したように、燃料容器111内部は所定の内圧を持っているから、燃料容器111内部の気化された燃料が水容器164に所定量供給されて水容器164の内圧を増加させる。また第1チェックバルブ128は流体を一方向のみに流す作用をするから、水回収管129を通じて水容器164に容易に水が流入させる。さらに、水容器164から水回収管129を通じて水を放出させることを抑制する。

0065

したがって、水容器164に貯蔵された水は、水供給管122を通じて放出されて混合器130に供給される。また、燃料容器111に貯蔵されたブタン燃料は、分配器112から一部が分岐されて燃料供給管121を通じて混合器130に供給される。混合器130では前記水と前記ブタン燃料とが混合して混合燃料が生成され、前記混合燃料は混合燃料供給管123を通じて改質器140に供給される。

0066

一方、前記実施形態で水容器164の内部を加圧する手段として燃料容器111を使用したが、これに限定せず水容器164と流体的に連通されて気体圧を加えることができる別途のガス充填容器などを使用することができる。説明の便宜上、前記本発明の第1実施形態による水供給装置170を含む燃料電池システムと類似な構造の改質器140、電気発生部150及び空気ポンプ161,162などの説明は省略する。

0067

図5は、本発明の他の実施形態による混合燃料供給装置290の概略図である。図5を参照すれば、本発明の第4実施形態による混合燃料供給装置290には、図4の本発明の第3実施形態による混合燃料供給装置190に加えて、第1流量調節バルブ125、第2流量調節バルブ126及び第2チェックバルブ127が設置される。第1流量調節バルブ125は加圧管124に接続して設置され、第2流量調節バルブ126は燃料供給管121に接続して設置され、第2チェックバルブ127は水供給管122に接続して設置される。

0068

前記構成を通じて第1流量調節バルブ125を操作することで燃料容器111から水容器164に供給されるブタン燃料の量を調節して水容器164の内圧を調節することで、水容器164から水供給管122を通じて排出される水の量を調節する。また、混合器130に供給される前記水の量に対応するように第2流量調節バルブ126を操作することで混合器130に供給されるブタン燃料の量を調節する。したがって、第1流量調節バルブ125と第2流量調節バルブ126それぞれの開度を適切に調節することで混合器130での水とブタン燃料の混合量及び混合比を容易に調節して燃料電池の出力を任意にコントロール可能である。

0069

一方、第2チェックバルブ127は、流体を一方向のみに流す作用をするから、水容器164から水供給管122を通じて混合器130に容易に水を放出可能である一方で、混合器130から水供給管122を通じて水容器164に水が流入することを抑制する。したがって、混合器130に流入された燃料によって混合器130の内圧が増加して、水または燃料などが水容器164に逆流することを防止することができる。

0070

図6は、本発明の他の実施形態による混合燃料供給装置390の概略図である。図6を参照すれば、本発明の第5実施形態による混合燃料供給装置390には、図4の本発明の第3実施形態の混合燃料供給装置290に加えて、第1ソレノイドバルブ184、第2ソレノイドバルブ185、動力部181、制御部182、水位感知部183及び第2チェックバルブ127が設置される。

0071

第1ソレノイドバルブ184は加圧管124に接続して設置され、第2ソレノイドバルブ185は燃料供給管121に接続して設置され、これらはそれぞれ動力部181に接続される。動力部181の駆動源は電気または空圧力などとすることが可能である。動力部181は制御部182に接続され、制御部182は水容器164に設置された水位感知部183に接続される。また第2チェックバルブ127は水供給管122に接続して設置される。

0072

前記構成を通じて、制御部182はあらかじめ入力された設定値によって必要な時に動力部181に所定の信号を入力して動力部181を駆動して、動力部181に接続された第1ソレノイドバルブ184の開度を調節する。これによって、燃料容器111から水容器164に供給されるブタン燃料の量を調節して水容器164の内圧を調節することにより、水容器164から水供給管122を通じて混合器130に供給される水の量を調節する。また、制御部182はあらかじめ入力された設定値によって必要な時に動力部181に所定の信号を入力して動力部181を駆動し、第2ソレノイドバルブ185の開度を調節する。これによって、混合器130に供給される前記水の量に対応するように混合器130に供給されるブタン燃料の量を調節する。

0073

このように制御部182を通じて第1ソレノイドバルブ184と第2ソレノイドバルブ185それぞれの開度を自動で調節することにより混合器130に供給される水とブタン燃料の量を調節して、混合器130での水とブタン燃料との混合量及び混合費を容易に自動で調節して所望の燃料電池の出力にコントロールすることができる。

0074

また、水位感知部183は水容器164の水位を感知して制御部182に所定信号伝送し、所定水位以下の時には制御部182から所定の信号を動力部181に送る。そして、動力部181は第1ソレノイドバルブ184と第2ソレノイドバルブ185とを作動させて混合器130に供給する水とブタン燃料とを漸次的に減少させながら遮断する。したがって、安全に燃料電池の運転を停止させることができる。

0075

以後に別途の水供給などによって水容器164の水位が所定水位以上の時には、水位感知部183で該水位を感知して動力部181が第1ソレノイドバルブ184と第2ソレノイドバルブ185とを作動させる。これにより、再度水とブタン燃料とを供給して燃料電池の運転を再開することができる。

0076

一方、前述のように第2チェックバルブ127は、流体を一方向のみに流す作用をするため、水容器164から水供給管122を通じて混合器130に水を容易に放出する。さらに、混合器130から水供給管122を通じて水容器164に水が流入されることを抑制する。したがって、混合器130に流入した燃料によって混合器130の内圧が上昇することによる水または燃料などの水容器164への逆流を防止することができる。

0077

前記実施形態には第1ソレノイドバルブ184及び第2ソレノイドバルブ185がすべて含まれたが、第2ソレノイドバルブ185を省略して第1ソレノイドバルブ184のみ設置して気化器130に供給される水の量のみを調節する構成も可能である。

0078

図7は、本発明の実施形態による混合器130の垂直断面図である。図7を参照すれば、混合器130は燃料供給管121、水供給管122及び混合燃料供給管123が混合部132で連通して設置された構成である。特に、燃料供給管121と混合燃料供給管123はほぼ同一の直径を有しており、一列に連通して接続された状態で設置されて一体に形成されている。

0079

一方、図7における水供給管122は、燃料供給管121及び混合燃料供給管123に直角となるように設置したが、混合器130の構造はこれに限定されない。水供給管122は、液状の水が流動するため、気体状のブタン燃料が流れる燃料供給管121及び混合燃料供給管123より直径が小さい場合がある。

0080

前記構成を通じて気体状の燃料は、燃料供給管121を通じて混合部132に流入され、液状の水は、前記ブタン燃料の水容器164に対する加圧作用によって水供給管122を通じて混合部132に流入される。混合部132では、前記燃料と水が混合して混合燃料を生成し、前記混合燃料は混合燃料供給管123を通じて移送される。

0081

図8は、本発明の他の実施形態による混合器230の垂直断面図である。図8を参照すれば、本発明の第7実施形態による混合器230は、燃料供給管121、水供給管122及び混合燃料供給管123が混合部132近傍で連通して設置される。特に、燃料供給管121と混合燃料供給管123とはほぼ同一の直径を持ち、一列に連通して接続された状態で設置されており、一体に形成されている。

0082

水供給管122が混合部132に連通して設置された末端部内部には、噴霧ノズル133が形成されている。また、燃料供給管121及び混合燃料供給管123が接続して設置された混合部132近傍の内部は内部管131が設置された二重管構造を持つ。内部管131の一端は、ブタン燃料が流入される燃料供給管121内部に接して設置され、他端は混合燃料供給管123に向けて延長されて直径が徐々に減少する。内部管131の他端には、混合部132の噴霧ノズル133に隣接して所定の直径の開口が形成される。

0083

前記構成を通じて、気体状のブタン燃料は、燃料供給管121を通じて流入されて直径が徐々に減少する内部管131の内部に沿って流動し、混合部132に吐出される。すると、ベルヌイ(Bernoulli)の定理によって前記ブタン燃料の流速が増加して、燃料供給部132近傍の圧力が低くなって負圧が発生する。

0084

一方、前述したブタン燃料の水容器164に対する加圧作用及び混合部132近傍の前記負圧によって、水は水供給管122を通じてさらに容易に流入され、噴霧ノズル133を通じて混合部132に噴射される。混合部132では、前記燃料と水が混合して混合燃料が生成されて、前記混合燃料は混合燃料供給管123を通じて移送される。

0085

一方、前記実施形態で、噴霧ノズル133の位置は内部管131の他端の外部としたが、これに限定せず内部管131の末端の内部とすることも可能である。

0086

図9は、本発明のまた他の実施形態による混合器330の垂直断面図である。図9を参照すれば、本発明の第8実施形態による混合器330は、燃料供給管121と水供給管122と混合燃料供給管123とが混合部132で連通して設置される構成である。特に、燃料供給管121と混合燃料供給管123とはほぼ同一の直径を有し、一列に連通して接続された状態で設置されており、一体に形成されている。また、これらが接続される地点の内部にはベンチュリ管136が設置される。ベンチュリ管136は通常のベンチュリ管の形状と同様に中間部分に行くほど直径は徐々に小さくなり、両端に行くほど直径は徐々に大きくなる。

0087

水供給管122が混合部132に連通して設置された内部にはノズル134が形成される。前記ノズル134は、混合燃料供給管123側のベンチュリ管136一端部に位置する。該位置はベンチュリ管136の直径が拡がり始める境界部分である。また、ベンチュリ管136を流動する燃料がノズル134に流入しないようにするために、ノズル134の形成方向は、燃料が流動する方向に逆らわないよう、混合燃料供給管123に向けて、所定の角度を為す斜め方向に形成されている。

0088

ノズル134とベンチュリ管136とが会合する部分には、コアンダ(Coanda)先端135が形成される。コアンダ先端135には、ノズル134と隣接したベンチュリ管136の表面がベンチュリ管136の中心部に湾曲されて形成される。

0089

前記構成を通じて、気体状のブタン燃料は燃料供給管121を通じて流入され、縮径していくベンチュリ管136を通過しながら流速が増加して混合部132に吐出される。すると、ベルヌイの定理によって混合部132の圧力は下がり負圧が発生する。

0090

一方、コアンダ先端135は下方に湾曲されているため、コアンダ先端135表面を流れるブタン燃料はコアンダ効果によって下方に湾曲されて流動する。また、コアンダ先端135を通過してノズル134近傍を流動する前記ブタン燃料は、慣性効果によって引き続き下方に湾曲されて流動するので、ノズル134に流入される前記ブタン燃料の量を最小化することができる。したがってノズル134に流入される前記ブタン燃料に阻害されることなくノズル134を通じて水を容易に噴霧し得る。

0091

したがって、前述したブタン燃料の水容器164に対する加圧作用及び混合部132の前記負圧によって、水はさらに容易に水供給管122を通じて流入されてノズル134を通じて混合部132に噴霧される。混合部132では前記燃料と前記水が混合して混合燃料を生成し、前記混合燃料は混合燃料供給管123を通じて移送される。

0092

以上添付した図面を参照して本発明について詳細に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解することができる。

図面の簡単な説明

0093

本発明の実施形態による水供給装置を含む燃料電池システムの概略図である。
プロパンとブタンの混合液の蒸圧力を示すグラフである。
本発明の他の実施形態による水供給装置の概略図である。
本発明の実施形態による混合燃料供給装置を含む燃料電池システムの概略図である。
本発明の他の実施形態による混合燃料供給装置の概略図である。
本発明の他の実施形態による混合燃料供給装置の概略図である。
本発明の実施形態による混合器の垂直断面図である。
本発明の他の実施形態による混合器の垂直断面図である。
本発明の他の実施形態による混合器の垂直断面図である。

符号の説明

0094

111燃料容器
121燃料供給管
122水供給管
123混合燃料供給管
124加圧管
129水回収管
130混合器
140改質器
150電気発生部
164水容器
170水供給装置
190 混合器
230 混合器
270 水供給装置
290混合燃料供給装置
330 混合燃料供給装置
390 混合燃料供給装置

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  • 住友電気工業株式会社の「 レドックスフロー電池」が 公開されました。( 2020/10/01)

    【課題・解決手段】水平方向に横並びされる複数のセルスタックを含むスタック群と、前記スタック群の上方に配置され、各セルスタックに供給される電解液を冷却する熱交換部とを備えるレドックスフロー電池。... 詳細

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