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KR102775843B1 - 수증기 발생 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 - Google Patents

수증기 발생 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 Download PDF

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KR102775843B1
KR102775843B1 KR1020240007231A KR20240007231A KR102775843B1 KR 102775843 B1 KR102775843 B1 KR 102775843B1 KR 1020240007231 A KR1020240007231 A KR 1020240007231A KR 20240007231 A KR20240007231 A KR 20240007231A KR 102775843 B1 KR102775843 B1 KR 102775843B1
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KR
South Korea
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guide
steam
buffer
bulkhead
inlet
Prior art date
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KR1020240007231A
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English (en)
Inventor
김호인
이준우
최성호
Original Assignee
주식회사 미코파워
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Publication date
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Abstract

수증기 발생 장치가 개시된다. 수증기 발생 장치는 개질수를 공급받아 수증기를 생성하는 수증기 생성 유닛; 및 상기 수증기 생성 유닛으로부터 배출된 수증기의 압력변화를 완화시키는 버퍼 유닛;을 포함한다.

Description

수증기 발생 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템{APPARATUS OF GENERATING WATER VAPOR AND FUEL CELL SYSTEM HAVING THE APPARATUS}
본 발명은 탄화수소 연료를 개질하는 연료 개질 장치에 수증기를 공급하는 수증기 발생 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지(Fuel Cell)는 수소와 산소의 반응을 이용하여 전기를 생성한다. 연료전지에서는 도시가스와 같은 탄화수소계열의 연료로 외부 개질을 통하여 일부 수소를 생성하게 되고, 이를 연료전지의 연료로 사용한다. 연료전지는 연료로서 수소를 직접 사용하는 경우에 가장 효율이 높으나, 이 경우 수소저장탱크가 연료전지가 설치되는 곳에 직접 설치되어야 하고, 이로 인한 심각한 안전성 문제를 초래할 수 있다. 따라서 상대적으로 고온에서 작동하는 연료전지의 경우, 일반적으로 연료전지 시스템 내에서 탄화수소 연료를 개질하여 수소를 생성한 후 이를 연료전지의 연료로 사용한다.
이러한 탄화수소 연료를 개질하는 방법으로는 수증기와 탄화수소 연료를 반응시켜 수소를 생성하는 수증기 개질 방법이 주로 사용되고 있다. 수증기 개질 방법에서는 수증기와 탄화수소 연료의 반응에 의해 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 등이 주로 생성되고, 이들이 연료전지에 연료가스로 공급된다.
하지만, 이러한 수증기 개질 방법에 있어서, 수증기 발생 장치에서 개질수의 상변화로 인해 폭압이 발생하는 경우, 개질 장치에 공급되는 수증기의 양이 불균일해지고 그 결과 연료전지 스택으로 공급되는 연료가스가 불균일해지므로, 연료전지 스택의 발전 효율 저하 및 손상을 야기할 수 있다.
본 발명의 일 목적은 연료 개질 장치에 수증기를 안정적으로 균일하게 제공할 수 있는 수증기 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 수증기 발생 장치를 포함하는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 수증기 발생 장치는, 개질수를 공급받아 수증기를 생성하는 수증기 생성 유닛; 및 상기 수증기 생성 유닛으로부터 배출된 수증기의 압력변화를 완화시키는 버퍼 유닛;을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 버퍼 유닛은, 상기 수증기 생성 유닛의 출구에 연결되는 인입부; 상기 인입부와 연결되고, 상기 인입부 내부공간의 단면적보다 큰 크기의 단면적을 갖는 버퍼공간을 형성하는 버퍼부; 및 상기 인입부와 대향하도록 상기 버퍼부에 연결된 인출부;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 버퍼부는 상기 버퍼공간 내부에 배치되고, 수증기 이동 유로의 길이를 증가시키거나 상기 유로의 단면적을 감소시키는 하나 이상의 가이드 격벽을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가이드 격벽은, 상기 버퍼 공간 내부에서 서로 이격되게 배치된 제1 가이드 격벽 및 제2 가이드 격벽를 포함하고, 상기 제1 및 제2 가이드 격벽 각각에는 서로 독립적으로 복수의 관통홀들이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 관통홀의 개구율은 10 내지 40%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가이드 격벽은, 상기 버퍼공간의 가운데 부분에 배치되고, 제1 관통홀이 형성된 제1 가이드 격벽; 상기 제1 가이드 격벽과 상기 인입부가 연결된 상기 버퍼부의 제1 부분 사이에 배치되고, 제2 관통홀이 형성된 제2 가이드 격벽; 및 상기 제1 가이드 격벽과 상기 인출부가 연결된 제2 부분 사이에 배치되고, 하나 이상의 제3 관통홀이 형성된 제3 가이드 격벽을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 관통홀은 상기 제1 가이드 격벽의 가운데 부분에 형성되고, 상기 제2 및 제3 관통홀 각각은 상기 제2 및 제3 가이드 격벽의 가장자리에 인접하게 각각 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 관통홀의 개구율은 2 내지 6%이고, 상기 제2 및 제3 관통홀 각각의 개구율은 10 내지 20%인 일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가이드 격벽은, 상기 인입부와 상기 제2 가이드 격벽 사이에 배치되고, 가운데 부분에 제4 관통홀이 형성된 제4 가이드 격벽; 및 상기 인출부와 상기 제3 가이드 격벽 사이에 배치되고, 가눙데 부분에 제5 관통홀이 형성된 제5 가이드 격벽;을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제4 및 제5 관통홀 각각의 개구율은 15 내지 25%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가이드 격벽은, 상기 버퍼공간의 가운데 부분에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제1 가이드 격벽; 상기 제1 가이드 격벽과 상기 인입부가 연결된 상기 버퍼부의 제1 부분 사이에 배치되고, 상기 제1 가장자리 부분에 반대되는 상기 버퍼 공간의 제2 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제2 가이드 격벽; 및 상기 제1 가이드 격벽과 상기 인출부가 연결된 제2 부분 사이에 배치되고, 상기 제1 가장자리 부분에 반대되는 상기 버퍼 공간의 제2 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제3 가이드 격벽;을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 가이드 격벽의 절개된 부분에 의한 개구율은 2 내지 6%이고, 상기 제2 및 제3 가이드 격벽 각각의 절개된 부분에 의한 개구율은 10 내지 20%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가이드 격벽은, 상기 인입부와 상기 제2 가이드 격벽 사이에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제4 가이드 격벽; 및 상기 인출부와 상기 제3 가이드 격벽 사이에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제5 가이드 격벽;을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제4 및 제5 가이드 격벽 각각의 절개된 부분에 의한 개구율은 15 내지 25%일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 개질수를 수증기로 변환시키는 수증기 발생 장치; 상기 수증기를 이용한 탄화수소 연료의 개질반응을 통해 수소를 포함하는 연료 가스를 생성하는 개질 장치; 및 상기 연료 가스 및 공기를 이용하여 전기를 생성하는 연료전지 스택을 포함하고, 상기 수증기 발생 장치는, 상기 개질수를 공급받아 수증기를 생성하는 수증기 생성 유닛; 및 상기 수증기 생성 유닛으로부터 배출된 수증기의 압력변화를 완화시켜 상기 개질 장치로 공급하는 버퍼 유닛;을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 버퍼 유닛은, 상기 수증기 생성 유닛의 출구에 연결되는 인입부; 상기 인입부와 연결되고, 상기 인입부 내부공간의 단면적보다 큰 크기의 단면적을 갖는 버퍼공간을 형성하는 버퍼부; 및 상기 인입부와 대향하도록 배치되고, 상기 버퍼부와 상기 개질 장치를 연결하는 인출부;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 버퍼부는 상기 버퍼공간 내부에 배치되고, 수증기 이동 유로의 길이를 증가시키거나 상기 유로의 단면적을 감소시키는 하나 이상의 가이드 격벽을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가이드 격벽은, 상기 버퍼 공간 내부에서 서로 이격되게 배치된 제1 가이드 격벽 및 제2 가이드 격벽를 포함하고, 상기 제1 및 제2 가이드 격벽 각각에는 서로 독립적으로 복수의 관통홀들이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 관통홀의 개구율은 10 내지 40%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가이드 격벽은, 상기 버퍼공간의 가운데 부분에 배치되고, 제1 관통홀이 형성된 제1 가이드 격벽; 상기 제1 가이드 격벽과 상기 인입부가 연결된 상기 버퍼부의 제1 부분 사이에 배치되고, 제2 관통홀이 형성된 제2 가이드 격벽; 및 상기 제1 가이드 격벽과 상기 인출부가 연결된 제2 부분 사이에 배치되고, 하나 이상의 제3 관통홀이 형성된 제3 가이드 격벽을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 관통홀은 상기 제1 가이드 격벽의 가운데 부분에 형성되고, 상기 제2 및 제3 관통홀 각각은 상기 제2 및 제3 가이드 격벽의 가장자리에 인접하게 각각 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 관통홀의 개구율은 2 내지 6%이고, 상기 제2 및 제3 관통홀 각각의 개구율은 10 내지 20%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가이드 격벽은, 상기 인입부와 상기 제2 가이드 격벽 사이에 배치되고, 가운데 부분에 제4 관통홀이 형성된 제4 가이드 격벽; 및 상기 인출부와 상기 제3 가이드 격벽 사이에 배치되고, 가눙데 부분에 제5 관통홀이 형성된 제5 가이드 격벽;을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가이드 격벽은, 상기 버퍼공간의 가운데 부분에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제1 가이드 격벽; 상기 제1 가이드 격벽과 상기 인입부가 연결된 상기 버퍼부의 제1 부분 사이에 배치되고, 상기 제1 가장자리 부분에 반대되는 상기 버퍼 공간의 제2 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제2 가이드 격벽; 및 상기 제1 가이드 격벽과 상기 인출부가 연결된 제2 부분 사이에 배치되고, 상기 제1 가장자리 부분에 반대되는 상기 버퍼 공간의 제2 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제3 가이드 격벽;을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가이드 격벽은, 상기 인입부와 상기 제2 가이드 격벽 사이에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제4 가이드 격벽; 및 상기 인출부와 상기 제3 가이드 격벽 사이에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제5 가이드 격벽;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 수증기 발생 장치에 따르면, 상기 수증기 생성 유닛의 배출구에 연결된 버퍼 유닛을 통해 수증기의 압력변화를 완화할 수 있으므로, 개질 장치에서의 개질 성능을 향상시킬 수 있고, 그 결과 연료전지 스택의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수증기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 버퍼 유닛의 일 실시예 및 이에 적용된 가이드 격벽을 각각 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 버퍼 유닛의 다른 실시예들 및 이에 적용된 가이드 격벽을 각각 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 도 1에 도시된 버퍼 유닛의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1에 도시된 버퍼 유닛의 또 다른 실시예 및 이에 적용된 가이드 격벽을 각각 설명하기 위한 도면들이다.
도 6는 도 1에 도시된 버퍼 유닛의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
<수증기 발생장치(Steam Generator)>
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수증기 발생장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 버퍼 유닛의 일 실시예 및 이에 적용된 가이드 격벽을 각각 설명하기 위한 도면들이고, 도 3a, 도 3b, 도 4는 도 1에 도시된 버퍼 유닛의 다른 실시예들 및 이에 적용된 가이드 격벽을 각각 설명하기 위한 도면들이며, 도 5a, 도 5b 및 도 6은 도 1에 도시된 버퍼 유닛의 또 다른 실시예들 및 이에 적용된 가이드 격벽을 각각 설명하기 위한 도면들이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수증기 발생 장치(1000)는, 개질수를 공급받아 수증기를 생성하는 수증기 생성 유닛(1100); 및 상기 수증기 생성 유닛(1100)으로부터 배출된 수증기의 압력변화를 완화시키는 버퍼 유닛(1200);을 포함할 수 있다.
상기 수증기 생성 유닛(1100)은 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10), 천연가스(natural gas), 석탄가스(coal gas) 등 화학적으로 수소를 함유하는 탄화수소 연료로부터 수증기를 이용한 개질 반응을 통해 수소를 생성하는데 필요한 수증기를 생성할 수 있다. 일 실시예로, 상기 탄화수소 연료로서 메탄(CH4)이 공급되는 경우, 하기에서 설명될 개질 장치(도 5의 '12000' 참조) 내부에서는 하기 반응식 1에 따라 메탄과 수증기를 반응시켜 수소를 생성할 수 있다.
[반응식 1]
상기의 반응과 함께, 상기 개질 장치 내부에서는 반응 온도, 수증기와 탄소 성분의 비 등에 따라 하기 반응식 2와 같이 탄소(C)를 생성하는 부반응이 일어날 수 있고, 상기 부반응에 의해 생성된 탄소가 연료전지 스택에 공급되는 경우, 연료전지의 연료극을 훼손하여 연료전지의 성능을 급격하게 저하시키는 문제점이 발생시킬 수 있다. 따라서 상기와 같은 탄소 생성 부반응을 억제하기 위해서는, 상기 개질 장치에 고온의 수증기를 안정적으로 공급하여야 한다.
[반응식 2]
상기 수증기를 생성할 수 있다면, 상기 수증기 생성 유닛(1100)의 구성은 특별히 제한되지 않는다.
일 실시예에 있어서, 상기 수증기 생성 유닛(1100)은 컨테이너(1110), 공간 구획 부재(1120) 및 기화관(1140)을 포함할 수 있다. 한편, 상기 수증기 생성 유닛(1100)은 예열 부재(1130)를 더 포함할 수 있다.
상기 컨테이너(1110)는 내부 공간(1001, 1002)을 구비할 수 있고, 상기 공간 구획 부재(1120)는 상기 컨테이너(1110) 내부에 배치되어 상기 컨테이너(1110)의 내부 공간(1001, 1002)을 2개의 공간, 즉, 수증기 배출 공간(1001)과 가열 공간(1002)으로 분할할 수 있다. 그리고 상기 컨테이너(1110) 중 상기 수증기 배출 공간(1001)을 형성하는 부분에는 수증기가 배출되는 수증기 배출구(1111)가 형성될 수 있고, 이러한 수증기 배출구(1111)는 상기 버퍼 유닛(1200)에 연결될 수 있다.
상기 컨테이너(1110)와 상기 공간 구획 부재(1120)는 고온에서 안정한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 컨테이너(1110) 및 상기 공간 구획 부재(1120)는 서로 독립적으로 고온에서 안정한 금속, 합금, 세라믹, 금속 복합체, 금속과 세라믹의 복합체 등의 재질로 형성될 수 있다. 한편, 상기 컨테이너(1110)와 상기 공간 구획 부재(1120)는 서로 동일한 재질로 형성될 수도 있고, 서로 다른 재질로 형성될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수증기 배출 공간(1001)은 상기 수증기 배출구(1111)와 직접 연결되는 제1 공간(1001a) 및 상기 제1 공간(1001a)의 하부에 위치하고 수증기로 변화하지 않았거나 수증기가 냉각되어 발생된 물이 일시적으로 저장되는 제2 공간(1001b)을 포함할 수 있고, 상기 제2 공간(1001b)에 저장된 물은 상기 가열 공간(1002)에 공급된 열에너지에 의해 수증기로 변환될 수 있다. 상기 제2 공간(1001b)에 저장된 물에 상기 가열 공간(1002)에 제공된 열에너지를 효과적으로 공급하기 위하여, 상기 제2 공간(1001b)은 상부측이 상기 제1 공간(1001a)과 연결되고 측부 및/또는 바닥부가 상기 가열 공간(1002)에 의해 둘러싸이도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 물을 수용할 수 있고 상기 가열 공간(1002)으로부터 열에너지를 효과적으로 제공받을 수 있다면 상기 제2 공간(1001b)의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 제2 공간(1001b)은 상기 가열 공간(1002)에 의해 측부가 둘러싸인 원기둥, 사각기둥, 원뿔, 사각뿔 등의 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 공간(1001a) 및 제2 공간(1001b)을 형성하기 위하여, 상기 공간 구획 부재(1120)는 제1 구획부(1121) 및 제2 구획부(1122)를 포함할 수 있다. 상기 제1 구획부(1121)는 가운데 부분에 형성된 소정 형상의 개구부를 구비하고, 상기 컨테이너(1110)의 측벽에 결합되며, 상기 제1 공간(1001a)과 상기 가열 공간(1002)을 구획할 수 있다. 상기 제2 구획부(1122)는 상기 제1 구획부(1121)의 개구부로부터 하부로 연장되어 상기 제2 공간(1001b)을 형성하고, 상기 제2 공간(1001b)과 상기 가열 공간(1002)을 구획할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 공간 구획 부재(1120)는 상기 제2 구획부(1122)의 표면으로부터 상기 기화관(1140) 방향으로 돌출되는 복수의 가이드 돌기부(1123)를 포함할 수 있다. 상기 가이드 돌기부(1123)는 상기 기화관(1140)의 하부를 지지하여 상기 기화관(1140)의 배치 위치를 가이드 및 유지할 수 있다.
상기 예열 부재(1130)는 외부의 물 공급 장치(미도시)로부터 물을 공급받은 후 이를 예열할 수 있고, 예열된 물 또는 수증기를 상기 기화관(1140)으로 공급할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 예열 부재(1130)는 챔버(1131), 복수의 베플(1132), 인입구(1133) 및 배출구(1134)를 포함할 수 있다.
상기 챔버(1131)는 상기 컨테이너(1110) 내부 중 상기 가열 공간(1002)의 바닥면 상에 배치되고, 외부 물 공급 장치(미도시)로부터 공급된 물을 수용하여 예열하는 예열 공간을 제공할 수 있다.
상기 복수의 베플(1132)은 상기 챔버(1131)의 예열 공간 내부에 배치되어, 상기 예열 공간을 이동하는 물 또는 수증기의 유로 길이를 증가시키고, 상기 예열 공간 내에 배압(back pressure)이 발생하는 것을 감소시키거나 방지할 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 베플(1132)은 상기 예열 공간의 상부면을 형성하는 상기 챔버(1131)의 상부면으로부터 하부로 돌출된 하나 이상의 제1 베플 및 상기 예열 공간의 하부면을 형성하는 상기 챔버(1131)의 하부면으로부터 상부로 돌출된 하나 이상의 제2 베플을 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 베플은 교대로 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 베플의 높이, 이격간격, 개수, 위치 등은 특별히 제한되지 않고, 요구되는 성능에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 베플은 챔버 내부에 균일하게 배치되거나, 상기 배출구(1134)보다 상기 인입구(1133)에 인접한 위치에 배치되거나, 상기 인입구(1133)보다 상기 배출구(1134)에 인접한 위치에 배치될 수 있다.
상기 인입구(1133)는 상기 챔버(1131)의 예열 공간과 상기 외부 물 공급 장치(미도시)를 연결시킬 수 있고, 상기 배출구(1134)는 상기 챔버(1131)의 예열 공간과 상기 기화관(1140)을 연결시킬 수 있다.
일 실시예로, 상기 예열 공간 내에서의 유로 길이를 증가시키기 위해, 상기 인입구(1133)는 상기 챔버(1131)의 제1 단부 측에 인접하게 형성될 수 있고, 상기 배출구(1134)는 상기 제1 단부와 반대되는 상기 챔버(1131)의 제2 단부 측에 인접하게 형성될 수 있다.
상기 기화관(1140)은 상기 가열 공간(1002) 내부에서 상기 제2 공간(1001b)을 둘러싸는 코일 형태로 배치될 수 있다. 상기 기화관(1140)은 상기 예열 부재(1130)의 배출구(1134)에 연결되는 제1 단부 및 상기 수증기 배출 공간(1001) 내에 위치하는 제2 단부를 구비하고, 상기 가열 공간(1002)을 경유하여 상기 수증기 배출 공간(1001)까지 연장되도록 배치될 수 있다.
상기 기화관(1140)을 상기와 같이 설치하는 경우, 상기 예열 부재(1130)로부터 상기 기화관(1140)에 공급된 물은 상기 가열 공간(20)을 이동하면서 수증기로 변환될 수 있고, 변환된 수증기는 상기 기화관(1140)의 제2 단부를 통해 상기 수증기 배출 공간(1001) 내에 배출될 수 있다. 그리고 상기 기화관(1140)으로부터 상기 수증기 배출 공간(1001) 내에 배출된 수증기는 상기 수증기 배출구(1111)를 통해 상기 버퍼 유닛(1200)으로 공급될 수 있다.
상기 버퍼 유닛(1200)은 상기 수증기 생성 유닛(1100)으로부터 배출된 수증기를 공급받은 후 이의 압력변화를 완화시켜 개질 장치(도 7의 '12000' 참조)로 공급할 수 있다. 상기 수증기 생성 유닛(1100) 내부에서의 개질수의 상변화로 인한 폭압의 발생, 개질수 공급 펌프의 동작에 따른 개질수 공급량의 변화로 상기 개질 장치에 공급되는 수증기의 양이 불규칙해지고, 그 결과 상기 연료전지 스택(도 7의 '13000' 참조)에 공급되는 개질 연료가스의 양 또한 불규칙하게 되어 상기 연료전지 스택에서 불완전한 반응을 야기하거나 손상을 야기하는 문제점이 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 상기 버퍼 유닛(1200)을 통해, 상기 개질수의 상변화로 인한 폭압의 발생, 상기 개질수 공급 펌프의 동작에 따른 개질수 공급량의 유동 등에 의해 야기되는 수증기의 압력변화를 완화시킨 후 이를 상기 개질 장치로 공급하므로, 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 버퍼 유닛(1200)은 인입부(1210), 버퍼부(1220) 및 인출부(1230)를 포함할 수 있다.
상기 인입부(1210)는 상기 수증기 생성 유닛(1100)의 배출구(1111)에 연결될 수 있고, 내부에 수증기가 이동할 수 있는 인입 유로가 형성될 수 있다.
상기 버퍼부(1220)는 상기 인입부(1210)와 연결되고, 상기 인입부(1210) 내부에 형성된 인입 유로의 단면적보다 큰 크기의 단면적을 갖는 버퍼공간을 형성할 수 있다. 상기 버퍼 공간의 최대 단면적은 상기 인입 유로의 단면적보다 약 3 내지 15배 더 클 수 있다. 상기 버퍼 공간은 일정한 직경을 갖도록 형성될 수도 있으나, 위치에 따라 직경이 변화하도록 형성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 버퍼 공간 중 가운데 부분의 직경이 상기 인입부(1210) 및 상기 인출부(1230)에 인접한 부분의 직경보다 더 클 수 있다.
상기 인출부(1230)는 상기 인입부(1210)와 대향하도록 상기 버퍼부(1220)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 인출부(1230) 내부에는 상기 버퍼 공간과 연결된 인출 유로가 형성될 수 있고, 상기 인출 유로의 직경은 상기 인입 유로의 직경과 동일 또는 유사할 수 있다. 예를 들면, 상기 인출 유로의 직경은 상기 인입 유로의 직경의 약 70 내지 120%, 또는 약 80 내지 110%일 수 있다.
이와 같이, 수증기의 이동방향에 대해 상대적으로 큰 단면적을 갖는 버퍼 공간을 구비하는 버퍼 유닛(1200)이 상기 수증기 생성 유닛(1100)의 배출구(1111)에 연결되는 경우, 하기 수식 3에 따라 수증기의 이동속도가 급격하게 감소될 수 있고, 그 결과 상기 수증기 생성 유닛(1100) 및/또는 상기 수증기 생성 유닛(1100)에 개질수를 공급하는 개질수 공급 펌프에 의해 야기되는 상기 수증기의 압력변화가 현저하게 감소될 수 있다.
[수식 3]
V=Q/A
상기 수식 3에서, V는 수증기의 속도를 나타내고, Q는 수증기의 유량을 나타내며, A는 수증기 유로의 단면적을 나타낸다.
일 실시예에 있어서, 상기 버퍼 유닛(1200)은 상기 버퍼 공간 내부에 배치된 하나 이상의 가이드 격벽(1240)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 격벽(1240)은 상기 버퍼 공간 내부에서 서로 이격되게 배치된 제1 가이드 격벽(1240a) 및 제2 가이드 격벽(1240b)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 가이드 격벽(1240a, 1240b) 각각에는 서로 독립적으로 복수의 관통홀들(1241a, 1241b)이 형성될 수 있다. 상기 관통홀들(1241a, 1241b) 각각의 크기 및 상기 관통홀들(1241a, 1241b)에 의한 개구율 등을 변경하여 수증기의 압력변화를 완화시키는 효과를 조절할 수 있다. 일 실시예로, 상기 관통홀들(1241a, 1241b)의 직경은 약 2 내지 4 cm일 수 있고, 상기 관통홀들(1241a, 1241b)에 의한 개구율은 약 10 내지 40%일 수 있다.
다른 실시예로, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 격벽(1240-1)은 상기 버퍼 공간 내부에서 서로 이격되게 배치된 제1 가이드 격벽(1240a-1), 제2 가이드 격벽(1240b-1) 및 제3 가이드 격벽(1240c-1)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 가이드 격벽(1240a-1)은 상기 버퍼 공간의 가운데 부분에 배치될 수 있고, 상기 제2 가이드 격벽(1240b-1) 및 제3 가이드 격벽(1240c-1)는 상기 제1 가이드 격벽(1240a-1)과 상기 인입부(1210-1) 사이 및 상기 제1 가이드 격벽(1240a-1)과 상기 인출부(1230-1) 사이에 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 가이드 격벽(1240a-1)에는 가운데 부분에 형성된 제1 관통홀(1241a-1)이 형성될 수 있고, 상기 제2 가이드 격벽(1240b-1)에는 가장자리 부분에 하나 이상, 예를 들면 복수의 제2 관통홀(1241b-1)이 형성될 수 있으며, 상기 제3 가이드 격벽(1240c-1)에는 가장자리 부분에 하나 이상, 예를 들면 복수의 제3 관통홀(1241c-1)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 및 제3 관통홀(1241b-1, 1241c-1) 각각은 상기 제1 관통홀(1241a-1)과 중첩하지 않거나 일부, 예를 들면, 10% 이하의 면적 비율로 중첩하도록 상기 제2 및 제3 가이드 격벽(1240b-1, 1240c-1)의 가장자리 부분에 각각 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 관통홀(1240a-1)의 개구율은 상기 제2 및 제3 관통홀(1240b-1, 1240c-1) 각각의 개구율보다 작을 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 관통홀(1240a-1)의 개구율은 약 2 내지 6%, 예를 들면, 약 3 내지 5%일 수 있고, 상기 제2 및 제3 관통홀(1240b-1, 1240c-1) 각각의 개구율은 약 10 내지 20%, 예를 들면, 약 13 내지 17%일 수 있다.
한편, 도 3b에 도시된 것과 달리, 상기 제1 가이드 격벽(1240a-1)에는 가장자리 부분을 따라 배열된 복수의 제1 관통홀(1241a-1)이 형성될 수 있고, 상기 제2 및 제3 가이드 격벽(1240b, 1240c)에는 가운데 부분에 제2 및 제3 관통홀(1241b, 1241c)이 각각 형성될 수 있다.
또 다른 실시예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 격벽(1240-2)은 상기 도 3a 및 도 3b에 도시된 것과 동일한 구조를 갖는 제1 내지 제3 가이드 격벽(1240a-2, 1240b-2, 1240c-2) 외에 상기 인입부(1210-2)에 인접하게 배치된 제4 가이드 격벽(1240d-2) 및 상기 인출부(1230)에 인접하게 배치된 제5 가이드 격벽(1240e-2)을 더 포함할 수 있다. 상기 제4 및 제5 가이드 격벽(1240d-2, 1240e-2) 각각의 가운데 부분에는 제4 및 제5 관통홀이 각각 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 제4 및 제5 관통홀 각각의 개구율은 상기 제1 내지 제3 관통홀 각각의 개구율보다 더 클 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 관통홀의 개구율은 약 2 내지 6%, 예를 들면, 약 3 내지 5%일 수 있고, 상기 제2 및 제3 관통홀 각각의 개구율은 약 10 내지 20%, 예를 들면, 약 13 내지 17%일 수 있으며, 상기 제4 및 제5 관통홀 각각의 개구율은 약 15 내지 25%, 예를 들면, 약 18 내지 22%일 수 있다.
또 다른 실시예로, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 격벽(1240)은 상기 버퍼 공간 내부에서 서로 이격되게 배치된 제1 가이드 격벽(1240a-3), 제2 가이드 격벽(1240b-3) 및 제3 가이드 격벽(1240c-3)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 가이드 격벽(1240a-3)은 상기 버퍼 공간의 가운데 부분에 배치될 수 있고, 상기 제2 가이드 격벽(1240b-3) 및 제3 가이드 격벽(1240c-3)는 상기 제1 가이드 격벽(1240a-3)과 상기 인입부(1210-3) 사이 및 상기 제1 가이드 격벽(1240a-3)과 상기 인출부(1230-3) 사이에 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 가이드 격벽(1240a-3)은 상기 버퍼 공간 중 제1 가장자리 부분에 수증기가 이동할 수 있는 유로를 형성할 수 있도록, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개된 배플 구조를 가질 수 있고, 상기 제2 및 제3 가이드 격벽(1240b-3, 1240c-3) 각각은 상기 제1 가장자리 부분에 반대되는 상기 버퍼 공간의 제2 가장자리 부분에 수증기가 이동할 수 있는 유로를 형성할 수 있도록, 상기 버퍼 공간의 제2 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개된 배플 구조를 가질 수 있다. 이와 같이, 상기 제1 내지 제3 가이드 격벽(1240a-3, 1240b-3, 1240c-3)이 배플 구조를 갖는 경우, 관통홀이 막힘으로써 발생되는 버퍼 공간의 압력 증가를 방지할 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 가이드 격벽(1240a-3)의 절개된 부분에 의한 개구율은 상기 제2 및 제3 가이드 격벽(1240b-3, 1240c-3) 각각의 절개된 부분에 의한 개구율보다 작을 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 가이드 격벽(1240a-3)의 절개된 부분에 의한 개구율은 약 2 내지 6%, 예를 들면, 약 3 내지 5%일 수 있고, 상기 제2 및 제3 가이드 격벽(1240b-3, 1240c-3) 각각의 절개된 부분에 의한 개구율은 약 10 내지 20%, 예를 들면, 약 13 내지 17%일 수 있다.
또 다른 실시예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 격벽(1240-4)은 상기 도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 동일한 구조를 갖는 제1 내지 제3 가이드 격벽(1240a-4, 1240b-4, 1240c-4) 외에 상기 인입부(1210-4)에 인접하게 배치된 제4 가이드 격벽(1240d-4) 및 상기 인출부(1230-4)에 인접하게 배치된 제5 가이드 격벽(1240e-4)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 제4 및 제5 가이드 격벽(1240d-4, 1240e-4) 각각은 상기 버퍼 공간 중 상기 제1 가이드 격벽(1240a-4)과 동일한 방향인 제1 가장자리 부분에 수증기가 이동할 수 있는 유로를 형성할 수 있도록, 상기 버퍼 공간의 상기 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개된 배플 구조를 가질 수 있다.
일 실시예로, 상기 제4 및 제5 가이드 격벽(1240d-4, 1240e-4) 각각의 절개된 부분에 의한 개구율은 상기 제1 내지 제3 가이드 격벽(1240a-4, 1240b-4, 1240c-4) 각각의 절개된 부분에 의한 개구율보다 더 클 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 가이드 격벽(1240a-4) 의 절개된 부분에 의한 개구율은 약 2 내지 6%, 예를 들면, 약 3 내지 5%일 수 있고, 상기 제2 및 제3 가이드 격벽(1240b-4, 1240c-4) 각각의 절개된 부분에 의한 개구율은 약 10 내지 20%, 예를 들면, 약 13 내지 17%일 수 있으며, 상기 제4 및 제5 가이드 격벽(1240d-4, 1240e-4) 각각의 절개된 부분에 의한 개구율은 약 15 내지 25%, 예를 들면, 약 18 내지 22%일 수 있다.
한편, 상기 인입부(1210)는 상기 수증기 생성 유닛(1100)의 배출구(1111)로부터 연장된 제1 배관과 결합하기 위한 제1 체결기구를 포함할 수 있고, 상기 인출부(1230)는 개질 장치로부터 연장된 제2 배관과 결합하기 위한 제2 체결기구를 포함할 수 있다.
본 발명의 수증기 발생 장치에 따르면, 상기 수증기 생성 유닛(1100)의 배출구(1111)에 연결된 버퍼 유닛(1200)을 통해 수증기의 압력변화를 완화할 수 있으므로, 개질 장치에서의 개질 성능을 향상시킬 수 있고, 그 결과 연료전지 스택의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
<연료전지 시스템(Fuel Cell System)>
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 4와 함께 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(10000)은 수증기 발생장치(11000), 개질 장치(12000), 연료전지 스택(13000) 및 연소기(14000)을 포함할 수 있다.
상기 수증기 발생장치(11000)는 외부 물 공급 장치(미도시)로 부터 개질수를 공급받아 이를 수증기로 변환 후 상기 개질 장치(12000)로 공급할 수 있다. 상기 수증기 발생장치(11000)로는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 수증기 발생장치(1000)가 적용될 수 있으므로 이에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다.
상기 개질 장치(12000)는 외부 연료 공급 장치(미도시)로부터 공급된 탄화수소 연료 및 상기 수증기 발생장치(11000)로부터 공급된 수증기를 반응시켜 수소를 포함하는 연료 가스를 생성할 수 있다. 이러한 개질 장치(12000)로는 공지의 연료 개질 장치가 제한 없이 적용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 연료전지 스택(13000)은 상기 개질 장치(12000)로부터 제공된 연료가스의 수소 및 외부 공기 공급 장치(미도시)로부터 제공된 공기의 산소를 이용하여 전기를 생성할 수 있다. 이러한 연료전지 스택(13000)으로는 고체산화물형 연료전지 스택, 고체 고분자형 연료전지 스택, 인산형 연료전지 스택, 용융탄산염형 연료전지 스택 등이 제한 없이 적용될 수 있다.
상기 연소기(14000)는 상기 연료전지 스택(13000)에서 배출된 애노드 오프가스 및 캐소드 오프가스를 연소시켜 고온의 연소가스를 생성할 수 있고, 상기 고온의 연소가스를 상기 수증기 발생 장치(11000)의 가열 공간(도 1의 '1002' 참조)에 공급할 수 있다. 또한, 상기 연소기(14000)는 상기 개질 장치(12000)에 상기 탄화수소 연료와 상기 수증기의 반응에 필요한 열에너지를 공급할 수 있다. 이러한 연소기(14000)로는 공지의 연소 장치가 제한 없이 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000: 수증기 발생 장치 1100: 수증기 생성 유닛
1200: 버퍼 유닛 1210: 인입부
1220: 버퍼부 1230: 인출부

Claims (25)

  1. 개질수를 공급받아 수증기를 생성하는 수증기 생성 유닛; 및
    상기 수증기 생성 유닛으로부터 배출된 수증기의 압력변화를 완화시키는 버퍼 유닛;을 포함하고,
    상기 버퍼 유닛은, 상기 수증기 생성 유닛의 출구에 연결되는 인입부; 상기 인입부와 연결되고, 상기 인입부와 연결되는 버퍼공간을 형성하고, 상기 버퍼 공간에 배치되어 수증기 이동 유로의 길이를 증가시키거나 상기 유로의 단면적을 감소시키는 복수 개의 가이드 격벽을 포함하는 버퍼부; 및 상기 인입부와 대향하도록 상기 버퍼부에 연결된 인출부;를 포함하는, 수증기 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼 유닛은,
    상기 수증기 생성 유닛의 출구에 연결되는 인입부;
    상기 인입부와 연결되고, 상기 인입부 내부공간의 단면적보다 큰 크기의 단면적을 갖는 버퍼공간을 형성하는 버퍼부; 및
    상기 인입부와 대향하도록 상기 버퍼부에 연결된 인출부;를 포함하는, 수증기 발생 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 격벽은, 상기 버퍼 공간 내부에서 서로 이격되게 배치된 제1 가이드 격벽 및 제2 가이드 격벽를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 가이드 격벽 각각에는 서로 독립적으로 복수의 관통홀들이 형성된, 수증기 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 관통홀의 개구율은 10 내지 40%인, 수증기 발생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 격벽은,
    상기 버퍼공간의 가운데 부분에 배치되고, 제1 관통홀이 형성된 제1 가이드 격벽;
    상기 제1 가이드 격벽과 상기 인입부가 연결된 상기 버퍼부의 제1 부분 사이에 배치되고, 제2 관통홀이 형성된 제2 가이드 격벽; 및
    상기 제1 가이드 격벽과 상기 인출부가 연결된 제2 부분 사이에 배치되고, 하나 이상의 제3 관통홀이 형성된 제3 가이드 격벽을 포함하는, 수증기 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 관통홀은 상기 제1 가이드 격벽의 가운데 부분에 형성되고,
    상기 제2 및 제3 관통홀 각각은 상기 제2 및 제3 가이드 격벽의 가장자리에 인접하게 각각 형성된, 수증기 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 관통홀의 개구율은 2 내지 6%이고,
    상기 제2 및 제3 관통홀 각각의 개구율은 10 내지 20%인, 수증기 발생 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가이드 격벽은, 상기 인입부와 상기 제2 가이드 격벽 사이에 배치되고, 가운데 부분에 제4 관통홀이 형성된 제4 가이드 격벽; 및 상기 인출부와 상기 제3 가이드 격벽 사이에 배치되고, 가운데 부분에 제5 관통홀이 형성된 제5 가이드 격벽;을 더 포함하는, 수증기 발생 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제4 및 제5 관통홀 각각의 개구율은 15 내지 25%인, 수증기 발생 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 격벽은,
    상기 버퍼공간의 가운데 부분에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제1 가이드 격벽;
    상기 제1 가이드 격벽과 상기 인입부가 연결된 상기 버퍼부의 제1 부분 사이에 배치되고, 상기 제1 가장자리 부분에 반대되는 상기 버퍼 공간의 제2 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제2 가이드 격벽; 및
    상기 제1 가이드 격벽과 상기 인출부가 연결된 제2 부분 사이에 배치되고, 상기 제1 가장자리 부분에 반대되는 상기 버퍼 공간의 제2 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제3 가이드 격벽;을 포함하는, 수증기 발생 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 가이드 격벽의 절개된 부분에 의한 개구율은 2 내지 6%이고,
    상기 제2 및 제3 가이드 격벽 각각의 절개된 부분에 의한 개구율은 10 내지 20%인, 수증기 발생 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가이드 격벽은, 상기 인입부와 상기 제2 가이드 격벽 사이에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제4 가이드 격벽; 및 상기 인출부와 상기 제3 가이드 격벽 사이에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제5 가이드 격벽;을 더 포함하는, 수증기 발생 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제4 및 제5 가이드 격벽 각각의 절개된 부분에 의한 개구율은 15 내지 25%인, 수증기 발생 장치.
  15. 개질수를 수증기로 변환시키는 수증기 발생 장치;
    상기 수증기를 이용한 탄화수소 연료의 개질반응을 통해 수소를 포함하는 연료 가스를 생성하는 개질 장치; 및
    상기 연료 가스 및 공기를 이용하여 전기를 생성하는 연료전지 스택을 포함하고,
    상기 수증기 발생 장치는,
    상기 개질수를 공급받아 수증기를 생성하는 수증기 생성 유닛; 및
    상기 수증기 생성 유닛으로부터 배출된 수증기의 압력변화를 완화시켜 상기 개질 장치로 공급하는 버퍼 유닛;을 포함하고,
    상기 버퍼 유닛은, 상기 수증기 생성 유닛의 출구에 연결되는 인입부; 상기 인입부와 연결되고, 상기 인입부와 연결되는 버퍼공간을 형성하고, 수증기 이동 유로의 길이를 증가시키거나 상기 유로의 단면적을 감소시키는 복수 개의 가이드 격벽을 포함하는 버퍼부; 및 상기 인입부와 대향하도록 상기 버퍼부에 연결된 인출부;를 포함하는, 연료전지 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 버퍼 유닛은,
    상기 수증기 생성 유닛의 출구에 연결되는 인입부;
    상기 인입부와 연결되고, 상기 인입부 내부공간의 단면적보다 큰 크기의 단면적을 갖는 버퍼공간을 형성하는 버퍼부; 및
    상기 인입부와 대향하도록 배치되고, 상기 버퍼부와 상기 개질 장치를 연결하는 인출부;를 포함하는, 연료전지 시스템.
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서,
    상기 가이드 격벽은, 상기 버퍼 공간 내부에서 서로 이격되게 배치된 제1 가이드 격벽 및 제2 가이드 격벽를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 가이드 격벽 각각에는 서로 독립적으로 복수의 관통홀들이 형성된, 연료전지 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 관통홀의 개구율은 10 내지 40%인, 연료전지 시스템.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 가이드 격벽은,
    상기 버퍼공간의 가운데 부분에 배치되고, 제1 관통홀이 형성된 제1 가이드 격벽;
    상기 제1 가이드 격벽과 상기 인입부가 연결된 상기 버퍼부의 제1 부분 사이에 배치되고, 제2 관통홀이 형성된 제2 가이드 격벽; 및
    상기 제1 가이드 격벽과 상기 인출부가 연결된 제2 부분 사이에 배치되고, 하나 이상의 제3 관통홀이 형성된 제3 가이드 격벽을 포함하는, 연료전지 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 관통홀은 상기 제1 가이드 격벽의 가운데 부분에 형성되고,
    상기 제2 및 제3 관통홀 각각은 상기 제2 및 제3 가이드 격벽의 가장자리에 인접하게 각각 형성된, 연료전지 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 관통홀의 개구율은 2 내지 6%이고,
    상기 제2 및 제3 관통홀 각각의 개구율은 10 내지 20%인, 연료전지 시스템.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 가이드 격벽은, 상기 인입부와 상기 제2 가이드 격벽 사이에 배치되고, 가운데 부분에 제4 관통홀이 형성된 제4 가이드 격벽; 및 상기 인출부와 상기 제3 가이드 격벽 사이에 배치되고, 가운데 부분에 제5 관통홀이 형성된 제5 가이드 격벽;을 더 포함하는, 연료전지 시스템.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 가이드 격벽은,
    상기 버퍼공간의 가운데 부분에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제1 가이드 격벽;
    상기 제1 가이드 격벽과 상기 인입부가 연결된 상기 버퍼부의 제1 부분 사이에 배치되고, 상기 제1 가장자리 부분에 반대되는 상기 버퍼 공간의 제2 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제2 가이드 격벽; 및
    상기 제1 가이드 격벽과 상기 인출부가 연결된 제2 부분 사이에 배치되고, 상기 제1 가장자리 부분에 반대되는 상기 버퍼 공간의 제2 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제3 가이드 격벽;을 포함하는, 연료전지 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 가이드 격벽은, 상기 인입부와 상기 제2 가이드 격벽 사이에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제4 가이드 격벽; 및 상기 인출부와 상기 제3 가이드 격벽 사이에 배치되고, 상기 버퍼 공간의 제1 가장자리 부분에 대응되는 부분이 절개되어 유로를 형성하는 제5 가이드 격벽;을 더 포함하는, 연료전지 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004292183A (ja) * 2003-03-25 2004-10-21 Osaka Gas Co Ltd 原燃料改質用水蒸気生成装置
KR102472119B1 (ko) * 2022-07-25 2022-11-29 주식회사 미코파워 수증기 발생 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템

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