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KR100811984B1 - 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 - Google Patents

연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 Download PDF

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KR100811984B1
KR100811984B1 KR1020070016193A KR20070016193A KR100811984B1 KR 100811984 B1 KR100811984 B1 KR 100811984B1 KR 1020070016193 A KR1020070016193 A KR 1020070016193A KR 20070016193 A KR20070016193 A KR 20070016193A KR 100811984 B1 KR100811984 B1 KR 100811984B1
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KR
South Korea
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fuel
flexible container
connector
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liquid fuel
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KR1020070016193A
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English (en)
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한지성
이한규
조성용
공상준
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 경량형 연료 카트리지의 새로운 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 연료 카트리지는 액체 연료를 저장하기 위한 내부 공간을 구비하는 유연한 용기와, 유연한 용기에 결합되며 액체 연료의 방출을 위한 개구부를 구비하는 커넥터와, 내부 공간으로부터 커넥터 사이에 설치되며 커넥터 부근의 유연한 용기의 밀착 상태에서 액체 연료의 방출을 위하여 내부 공간으로부터 커넥터의 개구부를 연결하는 유동 유로를 제공하는 채널형성수단을 포함한다. 본 발명에 의하면, 저장된 액체 연료의 방출시 커넥터 주변에 유연한 용기가 밀착되어 액체 연료의 방출을 방해하는 것을 방지함으로써 연료 카트리지의 연료 이용률을 향상시킬 수 있다.
연료 카트리지, 유연한 용기, 연료 이용률, 압력, 채널, 연료 전지

Description

연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지{Fuel cartridge and fuel cell using the same}
도 1은 종래 기술의 연료 탱크에 대한 도면.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지의 정면도.
도 2b는 도 2a의 연료 카트리지의 측면도.
도 3a는 비교예에 따른 연료 카트리지의 작동원리를 설명하기 위한 도면.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지의 작동원리를 설명하기 위한 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지에 채용가능한 채널형성수단의 개략도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지에 채용가능한 추가적인 구성을 설명하기 위한 개략도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지에 채용가능한 커넥터의 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지를 이용한 연료전지의 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 연료 카트리지
11 : 유연한 용기
13 : 커넥터
15 : 채널형성수단
본 발명은 비닐 팩 구조의 연료 카트리지에 관한 것으로, 특히 유연한 용기에 저장된 연료의 방출시 유출구 부근에서 용기 양면이 밀착되어 연료 유출이 방해되는 것을 방지할 수 있는 연료전지용 연료 카트리지에 관한 것이다.
연료전지는 수소 에너지로부터 전기 에너지를 발생시키는 미래의 친환경적 신에너지이다. 연료전지는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 고효율 무공해 발전장치이다. 연료전지의 연료로는 수소 이외에 메탄과 천연가스 등의 화석연료를 사용하는 기체상 연료와, 메탄올 및 히드라진 등의 액체상 연료를 사용할 수 있다. 이러한 연료전지는 전해질(electrolyte)의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 알칼리 연료전지 등으로 분류할 수 있으며, 이 연료전지들은 기본적으로 같은 원리에 의해 작동하지만, 이 연료전지들 각각에 사용되는 연료, 운전온도, 촉매, 전해질 등은 서로 다르다.
전술한 연료전지 중에서 고분자 전해질형 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell: PEMFC)는 고분자막을 전해질로 사용하기 때문에 전해질에 의한 부식이나 증발의 위험이 없으며 단위면적당 높은 전류밀도를 얻을 수 있고, 게다가 다른 종류의 연료전지에 비해 출력 특성이 월등히 높고 작동 온도가 낮기 때문에 자동차 등에 전력을 공급하기 위한 이동용 전원, 주택이나 공공건물 등에 전력을 공급하기 위한 분산용 전원, 및 전자기기 등에 전력을 공급하기 위한 소형 전원으로 개발이 활발히 추진되고 있다.
고분자막을 전해질로 사용하는 또 다른 종류의 연료전지로서 직접 메탄올형 연료전지(direct methanol fuel cell: DMFC)는 연료 개질기를 사용하지 않고 메탄올 등과 같은 액상의 연료를 직접 이용하고 100℃ 미만의 작동온도에서 운전되므로 휴대용이나 소형 전원으로 적합하다는 장점이 있다.
전술한 고분자 전해질형 연료전지나 직접 메탄올형 연료전지에 연료를 공급하는 연료 공급장치로는 추가적인 연료 공급을 용이하게 할 수 있는 구조로써 연료 카트리지가 많이 사용되고 있다. 게다가, 연료 카트리지의 제작에는 소형 연료전지의 부피 및 무게를 감소시키기 위하여 비닐 팩을 이용할 수 있다. 이러한 연료 카트리지의 일례가 일본 공개특허공보 제2005-032598호(2005년 2월 3일 공개)에 개시되어 있다.
도 1은 전술한 문헌에 공개된 종래 기술의 연료 탱크에 대한 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술의 연료 탱크(1)는 외장용기(2) 내의 메탄올 수용공간(A)에 설치되는 주머니 모양의 격벽(5)과, 외장용기(2) 내부의 한쪽에서 압박스프링(7)의 탄성에 의해 격벽(5)을 압박하도록 설치되는 플런저(3)와, 플런저(3) 와 격벽(5) 사이에 설치되는 탄성체(8)와, 격벽(5) 내에 저장된 액체 연료의 출입을 위한 개구부에 홀더(9)를 고정시키는 ○-형 링(6)을 포함한다. 홀더(9)에는 중공부(4a)를 갖는 중공형 커넥터(4)가 연결되어 있다.
전술한 연료 탱크(1)에서 플런저(3)는 격벽(5) 내에 저장된 액체 연료를 압출하기 위하여 압박스프링(7)의 탄성력에 의해 격벽(5)의 일측면을 압박하기 위한 수단이며, 그리고 탄성체(8)는 격벽(5)의 수축시 주름이 생겼을 때에도 양호한 접촉 상태를 유지하고 격벽(5) 내의 메탄올을 원활하게 압출해 내기 위한 수단이다.
전술한 연료 탱크(1)는 주머니 모양의 격벽(5)과, 플런저(3), 압박스프링(7), 탄성체(8)를 이용하여 연료 이용률을 높일 수 있는 연료 탱크를 제공한다. 하지만, 전술한 종래 기술의 연료 탱크(1)에서는 주머니 모양의 격벽(5)이 비닐 팩과 같은 유연한 용기인 경우, 연료 방출에 의하여 격벽(5)이 수축할 때, 홀더(9)가 연결되어 있는 개구부 부근에서 격벽(5)이 서로 밀착되어 개구부를 막을 수 있다. 이 경우, 격벽(5) 내에 남아 있는 연료는 더 이상 방출될 수 없기 때문에 전술한 연료 탱크의 연료 이용률은 감소하게 된다. 게다가, 전술한 종래 기술의 연료 탱크(1)는 액체 연료를 저장하는 격벽(5)의 일측면을 효과적으로 압박하기 위하여 플런저(3), 압박스프링(7), 탄성체(8)를 구비하므로 연료 탱크(1)의 부피와 무게가 증가하는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 내부 공간에 저장되는 연료의 이용률을 높이면서 경량화 및 소형화에 적합한 간단 한 구조의 연료 카트리지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 연료 카트리지를 이용하여 경량화 및 소형화에 적합한 연료전지를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에서는, 액체 연료를 저장하기 위한 내부 공간을 구비하는 유연한 용기와, 유연한 용기에 결합되며 액체 연료의 방출을 위한 개구부를 구비하는 커넥터와, 내부 공간으로부터 커넥터 사이에 설치되며 커넥터 부근의 유연한 용기의 밀착 상태에서 액체 연료의 방출을 위하여 내부 공간으로부터 커넥터의 개구부를 연결하는 유동 유로를 제공하는 채널형성수단을 포함하는 연료 카트리지를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 전해질막과 그 양면에 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 구비하고, 애노드 전극으로 공급되는 연료와 캐소드 전극으로 공급되는 산화제의 전기화학적 반응에 의해 전기 에너지를 생성하는 전기발생부; 및 전기발생부에 연료를 공급하는 전술한 본 발명의 일 측면에 따른 연료 카트리지를 포함하는 연료전지를 제공한다.
이하, 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지의 정면도이다. 도 2b는 도 2a의 연료 카트리지의 측면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 실시예의 연료 카트리지(10)는 액체 연료를 저장하는 유연한 용기(fluent container)(11), 액체 연료의 출입을 위하여 유연한 용기(11)에 결합하는 커넥터(connector)(13), 및 유연한 용기(11)의 내부 공간에 연장되며 그 한쪽 말단부가 커넥터(13)에 인접하게 위치하고 유연한 용기(11)의 수축시 유연한 용기(11) 내부에서 액체 연료의 유동 유로(flow field)를 제공하는 채널형성수단(channel-forming means)(15)을 포함한다.
유연한 용기(11)는 내부 공간에 액체 연료가 저장될 때 원하는 부피로 팽창하도록 일부분이 접힌 상태로 그 가장자리가 접합된 비닐 부재(12)로 구현될 수 있다. 도 2a에서 볼 때, 비닐 부재(12)는 두 장으로 이루어지며, 각각의 중간 부분이 도면의 지면 안쪽으로 접힌 한 쌍의 모서리(12a)와 이 모서리(12a)가 접힌 방향의 반대 방향으로 접힌 또 다른 한 쌍의 모서리(12b)를 구비하고, 두 장의 비닐 부재(12)는 그 가장자리(12c)가 접합되어 내부 공간을 갖는 주머니 형상으로 일체화된다.
유연한 용기(11)는 폴리에스테르(polyester), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(terephthalate) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나의 재료나, 고분자 재료 또는 시트상 플라스틱 재료로 구현될 수 있다.
커넥터(13)는 유연한 용기(11)의 개구부에 결합되며, 유연한 용기(11)에 저장된 액체 연료를 방출시켜 전기발생부로 공급하기 위한 연료공급장치, 예컨대, 연 료 펌프와 유연한 용기(11)를 연결하기 위한 수단이다. 커넥터(13)의 플렌지(flange)(13a)는 유연한 용기(11)의 개구부 안쪽 가장자리에 접합된다. 커넥터(13)는 유연한 용기(11)에 저장된 액체의 출입을 위한 개구부(13b)를 구비한다. 전술한 커넥터(13)는 플라스틱 재료로 구현될 수 있다.
채널형성수단(15)은 유연한 용기(11)에 결합된 커넥터(13)로부터 유연한 용기(11)의 내부 공간으로 연장되도록 설치된다. 채널형성수단(15)은 유연한 용기(11)의 두 비닐 부재(12)가 밀착하여 유연한 용기(11) 내부에 저장된 액체가 원활하게 방출되지 못할 때, 유연한 용기(11)의 내부 공간과 커넥터(13)의 개구부(13b) 사이에 액체의 유동 유로를 제공하여 유연한 용기(11)에 액체 대부분이 원활하게 유출되도록 작용한다.
도 3a는 비교예에 따른 연료 카트리지의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 비교예에 따른 연료 카트리지(10a)는 유연한 용기(11)와 유연한 용기(11)에 결합된 커넥터(13)로 구성된다. 연료 카트리지(10a)에서, 유연한 용기(11)에 저장된 액체 연료가 연료공급장치에 의해 강제적으로 방출되면, 유연한 용기(11)는 수축하여 양면 비닐 부재(12)가 밀착된다. 특히 커넥터(13) 부근에서 유연한 용기(11)의 두 비닐 부재(12)가 밀착되면, 유연한 용기(11)의 내부 공간에 저장된 액체 연료는 연료공급장치의 출력이 어느 정도 증가하여도 커넥터(13)의 개구부(13b)를 통해 외부로 방출되지 못하고 유연한 용기(11) 내에 잔류하게 된다.
하지만, 본 발명의 연료 카트리지(10)에서는 도 3b에 도시한 바와 같이 액체 연료의 방출시 커넥터(13) 부근에서 유연한 용기(11)의 두 비닐 부재(12)가 밀착되는 경우에도, 채널형성수단(15)이 밀착된 두 비닐 부재(12) 사이의 적어도 일부분에 공간을 형성하여, 즉 유연한 용기(11)의 내부 공간과 커넥터(13)의 개구부와의 사이에 액체 연료의 채널을 형성하여, 유연한 용기(11) 내에 남은 액체 연료 대부분이 원활하게 방출될 수 있도록 작용한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지에 채용가능한 채널형성수단의 개략도이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 채널형성수단은 유연한 용기의 비닐 부재(12) 에 설치된 적어도 하나의 주름부(12d)로 구현될 수 있다. 즉 채널형성수단은 두 주름부(12d) 사이의 공간이나 각 주름부(12d) 측면에 형성되는 공간(15a)으로 구현될 수 있다. 주름부(12d)는 다른 부분보다 단단하게 되도록 비닐 부재(12)의 일부분이 겹쳐져 접합된 부분을 말한다. 주름부(12d)는 액체 연료의 방출시 비닐 부재(12)가 밀착되는 경우에도 유연한 용기의 내부 공간과 커넥터의 개구부를 연결하는 적어도 하나의 연속적인 공간(15a)을 갖는다면 직선 모양, 물결 모양, 빗 모양 등의 다양한 모양으로 구현될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 채널형성수단은 유연한 용기의 비닐 부재(12) 안쪽 면에 적어도 일부분이 부착된 단단한 부재(solid member)(12e)로 구현될 수 있다. 즉 채널형성수단은 단단한 부재(12e)의 측면에 형성되는 공간(15a)으로 구현 될 수 있다. 단단한 부재(12e)는 액체 연료의 방출시 비닐 부재(12)가 밀착되는 경우에도 측면상에 공간(15a)을 형성할 수 있도록 사각 단면을 구비한 막대 모양의 부재로 구현될 수 있다. 또한 단단한 부재(12e)는 그 측면상에 공간(15a)을 효과적으로 형성하기 위하여 측면이 오목하게 형성된 구조를 구비할 수 있다. 예컨대, 단단한 부재(12e)는 단면이 아령 모양을 갖는 부재로 구현될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 본 발명의 채널형성수단은 유연한 용기의 비닐 부재(12) 안쪽 면에 적어도 일부분이 부착된 중공관(12f)으로 구현될 수 있다. 중공관(12f)은 중공부(15b)를 구비하고 유연한 용기의 내부 공간과 커넥터의 개구부 사이에 중공부(15b)에 의한 유동 유로가 형성하도록 설치된다.
한편, 전술한 중공관(12f)은 하나의 중공부(15b) 이외에 또 다른 중공부를 구비한 중공관으로 구현될 수 있다. 복수의 중공부를 구비한 중공관에서, 복수의 중공부는 서로 다른 길이를 갖도록 설치될 수 있다. 예컨대, 중공관은 제1 중공부가 제1 유동 유로를 형성하고 제2 중공부가 제2 유동 유로를 형성하면서 제1 중공부의 말단부가 중공관의 말단부에 위치하고 제2 중공부의 말단부가 중공관의 중간 부분에 위치하도록 설치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지에 채용가능한 추가적인 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 연료 카트리지(10)는 유연한 용기(11), 유연한 용기(11)에 결합된 커넥터(13), 유연한 용기(11)의 내부 공간과 커넥터(13)와의 사이에 액체 연료의 제1 및 제2 유동 유로를 형성하는 제1 중공관(12f)과 제2 중공 관(12g), 및 유연한 용기(11)의 보호 및 지지를 위하여 유연한 용기(11)를 포위하는 외부용기(17)를 포함하여 이루어진다.
제1 중공관(12f)은 제1 유동 유로를 형성하는 제1 중공부를 구비하고 제2 중공관(12g)은 제2 유동 유로를 형성하는 제2 중공부를 구비하며, 제2 중공관(12g)은 각 중공관이 유연한 용기(11)의 서로 다른 영역에 위치하도록 제1 중공관(12f)의 길이보다 짧은 길이를 갖도록 설치된다.
외부용기(17)는 유연한 용기(11)의 운반, 보관, 보호 등의 작용을 하며, 플라스틱, 목재, 금속 등의 다양한 재료로 구성될 수 있다.
커넥터(13)는 커넥터(13)는 유연한 용기(11)로부터 방출된 액체 연료를 이송하는 이송관과의 용이한 결합을 위하여 외부용기(17)에 고정적으로 결합되며 외부용기(17) 밖으로 노출된다. 또한 커넥터(13)는 이송관과의 용이한 결합을 위하여 착탈식 결합 구조를 구비할 수 있다. 착탈식 결합 구조로는 파이프 커플링(pipe coupling)을 이용한 결합 구조가 이용될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지에 채용가능한 커넥터의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 커넥터는 플렌지(13a) 및 중공부를 구비하는 제1 프레임(30), 제1 프레임(30)의 내부 면에서 일체로 연장되며 제1 프레임(30)의 중공부를 막고 관통홀(31a)을 구비하는 제2 프레임(31), 관통홀(31a)에 끼워지는 아령 형상의 제3 프레임(32), 및 제2 프레임(31)과 제3 프레임(32) 사이에 설치되는 탄성부재(34)를 포함하여 이루어진다.
제1 프레임(30)은 비닐 부재(12)의 개구부를 관통하며, 제1 프레임(30)의 플렌지(13a)는 개구부 가장자리에 고정적으로 접합된다. 여기서 비닐 부재(12)는 앞서 설명한 본 발명의 연료 카트리지(10)의 유연한 용기(11)를 구성하는 비닐 부재를 말한다. 제1 프레임(30)의 말단부에는 결합홈(30a)이 설치된다. 결합홈(30a)은 나사산 구조 등의 결합 구조로 대체될 수 있다.
제3 프레임(32)은 아령 형상의 중간부에 해당하는 몸통부(32a)와 이 몸통부(32a)의 일단에 결합되는 머리부(33a) 및 몸통부(32a)의 타단에 결합되는 또 다른 머리부(33b)를 구비한다. 몸통부(32a)는 중공부를 구비하며 중공부와 연결되는 측면 개구부(33c)를 구비한다. 그리고 또 다른 머리부(33b)는 몸통부(32a)의 중공부와 연결되는 관통홀(33d)를 구비한다. 제3 프레임(32)의 머리부(33a)는 제1 프레임(30)의 중공부보다 작은 단면적 또는 직경을 구비한다.
탄성부재(34)는 제2 프레임(31)과 머리부(33b) 사이에서 제3 프레임(32)의 몸통부(32a)를 둘러싸도록 설치된다. 탄성부재(34)는 연료 카트리지의 장착시 커넥터에 결합되는 이송관의 돌출부로부터 가해지는 힘(F)에 의해 압축된다. 탄성부재(34)로는 코일 모양의 스프링 등이 사용될 수 있다.
전술한 커넥터의 작용을 설명하면 다음과 같다. 커넥터와 이송관의 결합시 제3 프레임(32)에 외부 힘(F)이 가해지면, 제3 프레임(32)은 제2 프레임(31)의 관통홀(31a) 속으로 일정 부분 밀려 들어가며 이동한다. 그리고 제3 프레임(32)의 몸통부(32a)의 측면 개구부(33c)가 연료 카트리지의 유연한 용기의 내부 공간에 노출된다. 따라서 유연한 용기의 내부 공간에 저장된 연료가 제3 프레임(32)의 몸통 부(32a)의 측면 개구부(33), 몸통부(32a)의 중공부, 및 제3 프레임(32)의 한쪽 머리부(33b)의 관통홀(33d)을 순차적으로 통과하여 외부로 방출된다. 그리고 커넥터와 이송관의 분리시 제3 프레임(32)에 가해지는 외부 힘(F)이 제거되면, 제3 프레임(32)은 탄성부재(34)의 탄성력에 의해 제2 프레임(31)의 관통홀(31a)을 통해 일정 부분 밀려나가며 이동한다. 그리고 제3 프레임(32)의 머리부(33a)가 제2 프레임(31)의 관통홀(31a)을 막아 연료 카트리지의 유연한 용기의 내부 공간에 저장된 연료가 방출되지 않도록 작용한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료 카트리지를 이용한 연료전지의 개략도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 연료전지는 전기발생부(40)와, 전술한 본 발명의 실시예들 중 어느 하나에 따른 연료 카트리지(10)와, 연료 카트리지(10)에 저장된 액체 연료를 방출시키고 방출된 액체 연료를 전기발생부(40)로 공급하는 연료공급장치(42), 및 전기발생부(40)에 산화제를 공급하는 산화제공급장치(44)를 포함하여 이루어진다.
전기발생부(10)는 고분자 전해질막과 이 고분자 전해질막의 양면에 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 이루어진 막-전극 어셈블리(membrane-electrode assembly: MEA)를 구비한다. 전기발생부(10)는 애노드 전극으로 공급되는 연료와 캐소드 전극으로 공급되는 산화제의 전기화학 반응에 의해 전기 에너지를 생성한다. 애노드 전극으로 공급되는 연료는 액체상의 연료 또는 기체상의 연료를 포함한다. 전기발생부(10)가 연료로써 기체 연료를 이용하는 경우, 본 실시예의 연료전지 는 액체 연료를 개질하여 수소가 풍부한 기체 연료를 발생시키는 연료개질장치를 추가로 포함할 수 있다. 전술한 전기발생부(10)는 고분자 전해질형 연료전지 방식의 스택 또는 직접 메탄올형 연료전지 방식의 스택으로 구현될 수 있다.
고분자 전해질형 연료전지의 경우, 연료개질장치는 개질원료와 수증기를 고온 환경에서 접촉시켜 수소를 주성분으로 하는 개질 가스를 생성하는 수증기개질 장치로 구현될 수 있고, 수증기개질 장치의 개질촉매로는 니켈(Ni), 로듐(Rh) 또는 루테늄(Ru)계 촉매를 이용할 수 있다.
연료 카트리지(10)에 저장되는 액체 연료로는 메탄올, 에탄올, 석유 등의 탄화수소계 연료나 액체상의 바이오 매스 등이 이용될 수 있다.
연료공급장치(42)는 연료 카트리지(10)에 저장된 액체 연료를 임의의 압력으로 압출하여 이송할 수 있는 장치를 포함한다. 연료공급장치(42)는 착탈이 용이한 이송관을 통해 연료 카트리지에 연결될 수 있다. 연료공급장치(42)로는 액체 펌프 등이 이용될 수 있다.
산화제공급장치(44)는 전기발생부(40)의 캐소드 전극으로 산화제를 공급하는 장치이다. 산화제로는 공기, 순수 산소 등이 이용될 수 있다. 산화제공급장치(44)로는 송풍기(blower), 콤프레셔(compressor), 공기 펌프 등이 사용될 수 있지만, 정량의 유량 제어가 용이하고 가격이 싼 공기 펌프를 이용하는 것이 바람직하다. 공기 펌프로는 로터리 베인(rotary vane) 펌프, 다이어프램(diaphragm) 펌프 등이 사용될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그것들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정해지는 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 유연한 용기를 이용한 연료 카트리지에 저장되는 액체 연료의 이용률을 높일 수 있고, 따라서 동일한 공급 연료량에 대하여 연료 카트리지의 부피 및 무게를 감소시킬 수 있다. 이러한 연료 카트리지를 이용하면 기존의 연료전지보다 경량화 및 소형화된 연료전지를 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 액체 연료를 저장하기 위한 내부 공간을 구비하는 유연한 용기;
    상기 유연한 용기에 결합되며 상기 액체 연료의 방출을 위한 개구부를 구비하는 커넥터; 및
    상기 내부 공간으로부터 상기 커넥터 사이에 설치되며 상기 커넥터 부근의 상기 유연한 용기의 밀착 상태에서 상기 액체 연료의 방출을 위하여 상기 내부 공간으로부터 상기 커넥터의 개구부를 연결하는 유동 유로를 제공하는 채널형성수단을 포함하는 연료 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널형성수단은 상기 유연한 용기의 일부분이 다른 부분보다 단단하게 되도록 겹쳐진 주름부 부근의 공간으로 설치되는 연료 카트리지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널형성수단은 상기 유연한 용기의 내부면에 부착되는 단단한 부재의 측면상의 공간으로 설치되는 연료 카트리지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단단한 부재는 상기 유연한 용기보다 단단하며 사각 단면을 갖는 부재 로 이루어지는 연료 카트리지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널형성수단은 상기 유연한 용기의 내부면에 그 일부가 고정된 중공관을 포함하는 연료 카트리지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중공관은 제1 유동 유로 및 제2 유동 유로를 형성하는 제1 중공부 및 제 2 중공부를 구비하며, 상기 제1 중공부의 말단부는 상기 중공관의 말단부에 위치하고 상기 제2 중공부의 말단부는 상기 중공관의 중간 부분에 위치하는 연료 카트리지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연한 용기는 고분자 재료 또는 시트상 플라스틱 재료로 이루어지는 연료 카트리지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연한 용기는 가장자리가 접합된 주머니 모양의 투명 비닐 부재로 이루어지는 연료 카트리지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연한 용기를 둘러싸며 상기 커넥터를 노출시키는 외부 용기를 추가적으로 포함하는 연료 카트리지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 커넥터의 플렌지는 상기 유연한 용기의 개구부에 고정적으로 결합되는 연료 카트리지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 액체 연료의 이송을 위한 이송관이 착탈식으로 결합하는 결합 구조를 구비하는 연료 카트리지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 개구부의 개도를 자체 탄성력으로 개방 및 폐쇄하는 개도조절수단을 구비하는 연료 카트리지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 연료는 수소를 함유한 액체상 연료를 포함하는 연료 카트리지.
  14. 전해질막과, 상기 전해질막의 양면에 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극 을 구비하고, 상기 애노드 전극으로 공급되는 연료와 상기 캐소드 전극으로 공급되는 산화제의 전기화학적 반응에 의해 전기 에너지를 생성하는 전기발생부; 및
    상기 전기발생부에 상기 연료를 공급하는 연료 카트리지를 포함하되,
    상기 연료 카트리지는,
    액체 연료를 저장하기 위한 내부 공간을 구비하는 유연한 용기와,
    상기 유연한 용기에 결합되며 상기 액체 연료의 방출을 위한 개구부를 구비하는 커넥터, 및
    상기 내부 공간으로부터 상기 커넥터 사이에 설치되며 상기 커넥터 부근의 상기 유연한 용기의 밀착 상태에서 상기 액체 연료의 방출을 위하여 상기 내부 공간으로부터 상기 커넥터의 개구부를 연결하는 유동 유로를 제공하는 채널형성수단을 포함하는 연료전지.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 연료 카트리지에 저장된 상기 연료를 임의의 압력으로 방출시키고 상기 방출된 연료를 상기 전기발생부에 공급하는 연료공급장치를 더 포함하는 연료전지.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기발생부에 상기 산화제를 공급하는 산화제공급장치를 더 포함하는 연료전지.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112093255A (zh) * 2020-08-22 2020-12-18 安徽百盛源包装材料有限公司 一种便于分次的食品包装袋

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0891060A (ja) * 1994-09-28 1996-04-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 燃料タンク
KR20030003097A (ko) * 2001-06-28 2003-01-09 포멕스 엘. 피. 연료 전지용 액체 연료 수용조
JP2005038803A (ja) 2003-07-03 2005-02-10 Tokai Corp 燃料電池用燃料容器
KR20050101319A (ko) * 2003-01-31 2005-10-21 소시에떼 비아이씨 연료전지용 연료 카트리지

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59186261U (ja) * 1983-05-28 1984-12-11 東罐興業株式会社 複合式容器の吸引管
JPH0245133Y2 (ko) * 1985-03-15 1990-11-29
JPS62193973A (ja) * 1985-09-30 1987-08-26 株式会社リコー 箱入り袋容器
JP2530300Y2 (ja) * 1990-08-01 1997-03-26 大日本印刷株式会社 包装袋
JP3533941B2 (ja) * 1998-05-08 2004-06-07 松下電器産業株式会社 超音波流量計測装置
US6045006A (en) * 1998-06-02 2000-04-04 The Coca-Cola Company Disposable liquid containing and dispensing package and an apparatus for its manufacture
US6994932B2 (en) * 2001-06-28 2006-02-07 Foamex L.P. Liquid fuel reservoir for fuel cells
US7074511B2 (en) * 2002-01-08 2006-07-11 The Gillette Company Fuel container and delivery apparatus for a liquid feed fuel cell system
JP4011931B2 (ja) * 2002-02-20 2007-11-21 大日本印刷株式会社 カートリッジ式トレー容器
WO2003086887A1 (en) * 2002-04-11 2003-10-23 Jung-Min Lee Pouch container for holding non-moisture or low-moisture material to be mixed with separately-fed-liquid material
JP4505712B2 (ja) * 2003-07-07 2010-07-21 ソニー株式会社 ダイレクトメタノール型燃料電池用燃料タンク及びこれを用いたダイレクトメタノール型燃料電池システム
JP4496731B2 (ja) 2003-07-07 2010-07-07 ソニー株式会社 燃料タンク及びこれを用いた燃料電池システム
JP4152360B2 (ja) * 2004-07-29 2008-09-17 三洋電機株式会社 燃料電池システム
KR100626088B1 (ko) * 2005-04-26 2006-09-20 삼성에스디아이 주식회사 바이스테이블 구조를 구비한 액체연료 카트리지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0891060A (ja) * 1994-09-28 1996-04-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 燃料タンク
KR20030003097A (ko) * 2001-06-28 2003-01-09 포멕스 엘. 피. 연료 전지용 액체 연료 수용조
KR20050101319A (ko) * 2003-01-31 2005-10-21 소시에떼 비아이씨 연료전지용 연료 카트리지
JP2005038803A (ja) 2003-07-03 2005-02-10 Tokai Corp 燃料電池用燃料容器

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