KR20040009653A

KR20040009653A - Apparatus for fuel supply in fuel cell

Info

Publication number: KR20040009653A
Application number: KR1020020043663A
Authority: KR
Inventors: 장창용
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-01-31

Abstract

본 발명은 연료전지의 연료공급장치에 관한 것으로서, 전해질막을 사이에 두고 양쪽에 각각 연료극과 공기극이 배치됨과 아울러 그 중 연료극에는 수소 또는 수소를 함유한 연료물질이 공급되는 반면 공기극에는 산소를 함유한 산화제가 공급되어 상기한 연료물질과 산화제의 전기 화학적 반응에 의해 전기와 열을 발생시키는 스택과, 상기 스택에 연통 되어 상기 스택에서 생성되는 전기가 소모되는 부하출력을 검출하여 부하출력이 상승할 시, 상기 스택의 연료공급측에 수소를 추가 공급하는 수소공급부와, 상기 스택에 연통 되어 상기 스택에서 생성되는 전기가 소모되는 부하출력을 검출하여 부하출력이 상승할 시, 상기 스택의 연료공급측에 산소를 추가 공급하는 산소공급부가 구비되어 구성됨으로써, 상기 연료전지의 부하출력이 급격히 증가할 시, 추가적으로 수소 및 산소를 공급하여, 수소 및 산소 부족에 의한 사고를 방지할 수 있도록 한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel supply device for a fuel cell, wherein a fuel electrode and an air electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane, and a fuel material containing hydrogen or hydrogen is supplied to the fuel electrode, while the air electrode contains oxygen. When the load output is increased by detecting a stack output that is supplied with oxidant to generate electricity and heat by the electrochemical reaction between the fuel material and the oxidant, and a load output that is connected to the stack and consumes electricity generated in the stack. And a hydrogen supply unit for supplying hydrogen to the fuel supply side of the stack and a load output that communicates with the stack and consumes electricity generated in the stack to increase oxygen when the load output increases. By providing an oxygen supply unit for additional supply, the load output of the fuel cell is rapidly increased When, by supplying additional hydrogen and oxygen, to one in order to prevent accidents caused by lack of oxygen and hydrogen.

Description

Fuel supply device for fuel cell {APPARATUS FOR FUEL SUPPLY IN FUEL CELL}

본 발명은 연료전지의 연료공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세히 설명하면 연료전지의 부하출력에 따라 스택에 공급되는 산소 및 수소의 공급이 원활히 이루어지도록 하는 연료전지의 연료공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel supply device for a fuel cell, and more particularly, to a fuel supply device for a fuel cell to smoothly supply oxygen and hydrogen supplied to a stack according to a load output of the fuel cell.

일반적으로 연료전지는 연료가 가지고 있는 에너지를 전기적 에너지로 직접 변환시키는 장치로서, 통상 전해질을 사이에 두고 양극(anode)과, 음극(cathode)으로 된 한 쌍의 전극을 배치함과 아울러 그 중 양극(산화전극 또는 연료극)에는 수소 또는 수소를 함유하는 연료가스를 접촉시키는 반면 다른 한 쪽의 음극(환원전극 또는 공기극)에는 산소를 함유하는 산화가스를 접촉시키고 이 과정에서 이온화된 연료가스와 산화가스의 전기 화학적 반응을 통해 전기와 열을 함께 얻는 시스템이다.In general, a fuel cell is a device that directly converts energy contained in a fuel into electrical energy. Usually, a pair of electrodes including an anode and a cathode are disposed with an electrolyte interposed therebetween. The anode or fuel electrode is brought into contact with a fuel gas containing hydrogen or hydrogen, while the other cathode (reduction electrode or cathode) is brought into contact with an oxidizing gas containing oxygen and ionized fuel gas and the oxidizing gas in this process. A system that obtains electricity and heat together through an electrochemical reaction.

이러한 연료전지는 도 1에 도시된 바와 같이 가솔린이나 여타의 탄화수소(LNG, LPG, CH₃OH...)계열의 연료가 채워져 있는 연료탱크(1)와, 상기 연료탱크(1)에 연결되어 공급되는 연료로부터 수소를 만들어 내는 개질기(reformer)(2)와, 상기 개질기(2)에 연결되어 상기 개질기(2)로부터 생성된 수소의 산화반응 및 별도로 공급되는 산소의 환원반응이 동시에 일어나면서 전기와 열이 함께 발생되는 스택(stack)(3)과, 상기 스택(3)에 연결되어 그 스택(3)에서 얻어진 직류전기를 상용전기인 교류전기로 변환시키는 전력변환기(4) 등이 구비되어 이루어진다.Such a fuel cell is connected to a fuel tank 1 filled with gasoline or other hydrocarbon (LNG, LPG, CH ₃ OH ...) fuel as shown in FIG. 1, and connected to the fuel tank 1. A reformer 2 for producing hydrogen from the supplied fuel, and an oxidation reaction of hydrogen generated from the reformer 2 connected to the reformer 2 and a reduction reaction of oxygen supplied separately occur simultaneously. And a stack (3) for generating heat and a power converter (4) connected to the stack (3) and converting the direct current electric current obtained from the stack (3) into alternating current electric electricity, Is done.

도면중 미 설명 부호인 2a는 반응로, 2b는 버너, 3a는 전해질막, 3b는 연료극, 3c는 공기극, 6은 급수펌프, 7은 가습기이다.In the figure, 2a is a reactor, 2b is a burner, 3a is an electrolyte membrane, 3b is a fuel electrode, 3c is a cathode, 6 is a feed water pump, and 7 is a humidifier.

상기와 같은 종래 구조의 연료전지를 이용하여 전기를 발생시키는 개략적인 과정은 다음과 같다.A schematic process of generating electricity using the fuel cell of the conventional structure as described above is as follows.

즉, 상기 제어부(미도시)에 의해 상기 연료탱크(1)로부터 가솔린이나 탄화수소계열의 연료가 상기 개질기(2)의 반응로(2a)로 유입되고 나면, 그 반응로(2a)에 채워진 연료에 수증기 및 산소가 공급됨과 아울러 상기 개질기(2)의 버너(2b)가 동작하여 개질 반응이 진행되고, 이 개질 반응을 통해 생성되는 수소가 상기 스택(3)의 연료극(3b)으로 공급됨과 아울러 다른 한 쪽의 공기극(3c)으로는 산소(O₂)가 공급되어 상기 연료극(3b)에서는 산화반응이 또 공기극(3c)에서는 환원반응이 일어나게 되며, 이 과정에서 생성되는 전자가 상기 연료극(3b)에서 공기극(3c)으로 이동하면서 전기 와 열이 발생되고, 이 전기는 상기 전력변환기(4)를 거치면서 교류전기로 전환되어 각종 전기제품을 구동시키는데 사용된다.That is, after the gasoline or hydrocarbon-based fuel flows into the reactor 2a of the reformer 2 from the fuel tank 1 by the controller (not shown), the fuel filled in the reactor 2a The steam and oxygen are supplied, and the burner 2b of the reformer 2 is operated to perform a reforming reaction, and hydrogen generated through the reforming reaction is supplied to the fuel electrode 3b of the stack 3 and other Oxygen (O ₂ ) is supplied to one of the cathodes 3c, and an oxidation reaction occurs at the anode 3b and a reduction reaction occurs at the cathode 3c. The electrons generated in this process are the anodes 3b. Electricity and heat are generated while moving from the cathode to the cathode 3c, and the electricity is converted into alternating current through the power converter 4 and used to drive various electrical appliances.

또한, 상기 연료전지에 있어서는 상기 스택(3)의 전해질막(3a)이 건조해지면 수소이온(H⁺)의 전도도가 떨어지게 되거나 전해질막이 수축되면서 막과 전극 사이의 접촉저항이 증가하게 되므로 상기 스택(3)으로의 수소 공급 시, 항상 물을 함께 공급하도록 한다.In the fuel cell, when the electrolyte membrane 3a of the stack 3 is dried, the conductivity of hydrogen ions (H ⁺ ) decreases or the electrolyte membrane shrinks, thereby increasing the contact resistance between the membrane and the electrode. When supplying hydrogen to 3), always supply water together.

그러나 상기와 같은 종래 구조의 연료전지는 상기 스택에 공급되는 수소 및 산소 공급량이 부하단의 부하출력에 비해 응답속도가 늦으므로, 급격한 부하변동이발생할 시, 공급되는 수소 및 산소량이 부족하게 되어 운전 중 사고가 발생될 문제가 있다.However, in the fuel cell having the conventional structure as described above, since the response speed of hydrogen and oxygen supplied to the stack is slower than the load output of the load stage, when the sudden load change occurs, the amount of hydrogen and oxygen supplied is insufficient. There is a problem that an accident will occur.

상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 연료전지 부하단의 부하출력에 대해 신속하게 응답할 수 있도록 스택에 수소 및 산소의 공급이 원활히 이루어지도록 하는 연료전지의 연료공급장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention devised in view of the above is to provide a fuel cell fuel supply device for smoothly supplying hydrogen and oxygen to a stack so as to quickly respond to a load output of a fuel cell load stage. have.

도 1은 일반적인 연료전지를 도시한 블록 다이어그램,1 is a block diagram showing a typical fuel cell,

도 2는 본 발명의 일 실시예인 연료공급장치가 장착된 연료전지를 도시한 블록 다이어그램,2 is a block diagram showing a fuel cell equipped with a fuel supply device according to an embodiment of the present invention;

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **

11 : 연료탱크 12 : 개질기11 fuel tank 12 reformer

12a : 반응로 12b : 버너12a: reactor 12b: burner

13 : 스택 13a : 전해질막13: stack 13a: electrolyte membrane

13b : 연료극 13c : 공기극13b: fuel electrode 13c: air electrode

14 : 전력변환기 15 : 수소공급로14: power converter 15: hydrogen supply path

20 : 가습부 30 : 수소공급부20: humidification unit 30: hydrogen supply unit

31 : 유량계 32 : 수소압축기31: flow meter 32: hydrogen compressor

33 : 삼방밸브 34 : 수소저장로33: three-way valve 34: hydrogen storage passage

35 : 수소저장용기 36 : 수소압력계35: hydrogen storage container 36: hydrogen pressure gauge

37 : 수소추가공급로 37a : 제1개폐밸브37: additional hydrogen supply passage 37a: first opening and closing valve

40 : 산소공급부 41 : 산소발생기40: oxygen supply unit 41: oxygen generator

42 : 산소저장로 42a : 산소압축기42: oxygen storage 42a: oxygen compressor

43 : 산소저장용기 44 : 산소압력계43: oxygen storage container 44: oxygen pressure gauge

45 : 산소추가공급로 45a : 제3개폐밸브45: additional oxygen supply passage 45a: third opening and closing valve

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 연료전지의 연료공급장치는 전해질막을 사이에 두고 양쪽에 각각 연료극과 공기극이 배치됨과 아울러 그 중 연료극에는 수소 또는 수소를 함유한 연료물질이 공급되는 반면 공기극에는 산소를 함유한 산화제가 공급되어 상기한 연료물질과 산화제의 전기 화학적 반응에 의해 전기와 열을 발생시키는 스택과, 상기 스택에 연통 되어 상기 스택에서 생성되는 전기가 소모되는 부하출력을 검출하여 부하출력이 상승할 시, 상기 스택의 연료공급측에 수소를 추가 공급하는 수소공급부와, 상기 스택에 연통 되어 상기 스택에서 생성되는 전기가 소모되는 부하출력을 검출하여 부하출력이 상승할 시, 상기 스택의 연료공급측에 산소를 추가 공급하는 산소공급부가 구비되어 구성된다.A fuel supply device for a fuel cell for achieving the object of the present invention as described above, the anode and the cathode are disposed on both sides of the electrolyte membrane, and the fuel electrode is supplied with hydrogen or hydrogen-containing fuel material, while the cathode Oxygen-containing oxidant is supplied to the stack to generate electricity and heat by the electrochemical reaction of the fuel material and the oxidant, and to detect the load output that is in communication with the stack consumes the electricity generated in the stack When the output is increased, the hydrogen supply unit for supplying additional hydrogen to the fuel supply side of the stack, and the load output is communicated to the stack to consume the electricity generated in the stack to increase the load output, An oxygen supply unit for supplying oxygen to the fuel supply side is provided.

이하 본 발명의 일 실시예인 연료전지의 연료공급장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a fuel supply device of a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예인 연료공급장치가 장착된 연료전지를 도시한 블록 다이어그램으로써, 도 2에 도시한 바와 같이 연료공급장치가 장착된 연료전지는가솔린이나 여타의 탄화수소(LNG, LPG, CH₃OH...)계열의 연료가 채워져 있는 연료탱크(11)와, 상기 연료탱크(11)에 연결되어 공급되는 연료로부터 수소를 만들어 내는 개질기(reformer)(12)와, 상기 개질기(12)에 연결되어 상기 개질기(12)로부터 생성된 수소의 산화반응 및 별도로 공급되는 산소의 환원반응이 동시에 일어나면서 전기와 열이 함께 발생되는 스택(stack)(13)과, 상기 스택(13)의 연료공급측에 연통 되어 응축수를 수증기 상태로 전환시켜 상기 스택(13)으로 공급하는 가습부(20)와, 상기 스택(13)에 연통 되어 상기 스택(13)에서 생성되는 전기가 소모되는 부하출력을 검출하여 부하출력이 상승할 시, 상기 스택(13)의 연료공급측에 수소를 추가 공급하는 수소공급부(30)와, 상기 스택(13)에 연통 되어 상기 스택(13)에서 생성되는 전기가 소모되는 부하출력을 검출하여 부하출력이 상승할 시, 상기 스택(13)의 연료공급측에 산소를 추가 공급하는 산소공급부(40)와, 상기 스택(13)에 연결되어 그 스택(13)에서 얻어진 직류전기를 상용전기인 교류전기로 변환시키는 전력변환기(14) 등이 구비되어 구성된다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a fuel cell equipped with a fuel supply device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, a fuel cell equipped with a fuel supply device includes gasoline or other hydrocarbons (LNG, LPG, A fuel tank 11 filled with a CH ₃ OH ... series fuel, a reformer 12 for producing hydrogen from a fuel supplied by being connected to the fuel tank 11, and the reformer 12 And a stack 13 of electricity and heat generated while the oxidation reaction of hydrogen generated from the reformer 12 and the reduction reaction of oxygen supplied separately occur simultaneously. A humidifying part 20 communicating with the fuel supply side to convert the condensed water into a water vapor state and supplying the condensed water to the stack 13, and a load output in which the electricity generated in the stack 13 is consumed by communicating with the stack 13. When the load output increases by detecting The load output is increased by detecting a hydrogen supply unit 30 that additionally supplies hydrogen to the fuel supply side of the stack 13, and a load output that communicates with the stack 13 to consume electricity generated in the stack 13. At this time, the oxygen supply unit 40 for supplying additional oxygen to the fuel supply side of the stack 13 and connected to the stack 13 to convert the direct current electric current obtained from the stack 13 into an alternating current electric electricity A power converter 14 or the like is provided and configured.

상기 스택(13)은 전해질막(13a)을 사이에 두고 그 양쪽에 각각 수소 또는 수소를 함유한 연료물질이 공급되는 연료극(또는 양극)(anode)(13b)과 산소를 함유하는 산화제가 공급되는 공기극(또는 음극)(cathode)(13c)이 배치되어 이루어진다.The stack 13 is supplied with a fuel electrode (or anode) 13b to which hydrogen or a hydrogen-containing fuel material is supplied, respectively, with an electrolyte membrane 13a interposed therebetween, and an oxidant containing oxygen. An air cathode (or cathode) 13c is disposed.

상기 수소공급부(30)는 상기 스택(13)의 연료극(13b)에 연통 되어 상기 개질기(12)에서 발생된 수소를 공급하는 연료공급측인 수소공급로(15)에 장착된 유량계(31) 및 수소압축기(32)와, 상기 수소공급로(15)에 장착된 삼방밸브(33)에서 분기된 수소저장로(34)를 통해 상기 수소압축기(32)에서 압축된 수소를 저장하는수소저장용기(35)와, 상기 수소저장용기(35)의 압력을 측정하는 수소압력계(36)와, 상기 수소저장용기(35)와 상기 수소공급로(15)를 연통하고 중간에 제1개폐밸브(37a)가 장착되어 수소를 추가 공급하는 수소추가공급로(37)와, 상기 스택(13)에서 생성된 전기의 부하출력 및 상기 유량계(31)의 유량을 검출하고 상기 제1개폐밸브(37a)를 조절하여 수소의 추가 공급을 제어하며, 상기 수소압력계(36)의 신호를 받아 상기 삼방밸브(33)를 조절하여 수소저장용기(35)에 저장되는 수소량을 제어하는 컨트롤러(50)가 구비되어 구성된다.The hydrogen supply unit 30 is connected to the fuel electrode 13b of the stack 13 and flow rate 31 and hydrogen mounted on the hydrogen supply passage 15 which is a fuel supply side supplying hydrogen generated from the reformer 12. Hydrogen storage vessel 35 for storing the hydrogen compressed in the hydrogen compressor 32 through the hydrogen storage passage 34 branched from the compressor 32, the three-way valve 33 mounted to the hydrogen supply passage (15) ), The hydrogen pressure gauge 36 for measuring the pressure of the hydrogen storage container 35, the hydrogen storage container 35 and the hydrogen supply passage 15 in communication with the first opening and closing valve 37a A hydrogen additional supply passage 37 for supplying additional hydrogen and a load output of electricity generated in the stack 13 and a flow rate of the flow meter 31 and adjust the first opening / closing valve 37a Control the additional supply of hydrogen, the hydrogen storage vessel 35 by adjusting the three-way valve 33 in response to the signal of the hydrogen pressure gauge 36 Consists is provided with a controller 50 for controlling the amount can be stored.

상기 산소공급부(40)는 외부 공기를 유입하여 산소를 발생시키는 산소발생기(41)와, 상기 산소발생기(41)에 연통 되고 산소압축기(42a) 및 제2개폐밸브(42b)가 장착된 산소저장로(42)를 통해 상기 산소발생기(41)에서 발생된 산소를 저장하는 산소저장용기(43)와, 상기 산소저장용기(43)의 압력을 측정하는 산소압력계(44)와, 상기 산소저장용기(43)와 상기 스택(13)을 연통하고 중간에 제3개폐밸브(45a)가 장착되어 산소를 추가 공급하는 산소추가공급로(45)와, 상기 스택(13)에서 생성된 전기의 부하출력을 검출하고 상기 제3개폐밸브(45a)를 조절하여 산소의 추가 공급의 제어와, 상기 산소압력계(44)의 신호를 받아 상기 산소압축기(42a) 및 제2개폐밸브(42b)를 조절하여 상기 산소저장용기(43)에 저장되는 산소량의 제어는 상기 컨트롤러(50)에 의해 제어된다.The oxygen supply unit 40 communicates with an oxygen generator 41 which generates oxygen by introducing external air, and communicates with the oxygen generator 41, and stores an oxygen compressor 42a and a second open / close valve 42b. Oxygen storage vessel 43 for storing the oxygen generated from the oxygen generator 41 through the furnace 42, oxygen pressure gauge 44 for measuring the pressure of the oxygen storage vessel 43, and the oxygen storage vessel An oxygen additional supply passage 45 for communicating additionally with the stack 13 and having a third opening / closing valve 45a in the middle, and additionally supplying oxygen, and a load output of electricity generated in the stack 13. And control the third open / close valve (45a) to control the additional supply of oxygen and the oxygen compressor (42a) and the second open / close valve (42b) by receiving a signal from the oxygen pressure gauge (44). The control of the amount of oxygen stored in the oxygen storage container 43 is controlled by the controller 50.

도면중 미 설명 부호인 12a는 반응로, 12b는 버너이다.In the figure, reference numeral 12a is a reactor and 12b is a burner.

상기와 같이 구성된 연료전지의 연료공급장치는 다음과 같은 작동 및 작용효과를 갖는다.The fuel supply device of the fuel cell configured as described above has the following operation and action effects.

상기 연료탱크(11)로부터 공급되는 연료액이 물 및 공기와 혼합되어 상기 개질기(12)로 유입되고, 그 연료액의 일부는 상기 개질기(12)의 버너(12b)로 유입되어 연소되고, 나머지는 상기 반응로(12a)로 유입되어 탈황반응 및 개질 반응 그리고 수소정제반응을 거치면서 수소를 발생시키게 되고, 이 수소는 상기 스택(13)의 연료극(13b)으로 공급되어 공기극(13c)으로 공급되는 산소와 함께 전기 화학적 반응을 거치면서 전기와 열을 발생시키게 되며, 이 중 전기는 전력변환기(14)를 거쳐 각각의 전기제품에 인가되면서 전원으로 사용된다.The fuel liquid supplied from the fuel tank 11 is mixed with water and air to flow into the reformer 12, and a part of the fuel liquid flows into the burner 12b of the reformer 12 and burns. Hydrogen is introduced into the reactor 12a to generate hydrogen through desulfurization, reforming and hydrogen purification, and the hydrogen is supplied to the fuel electrode 13b of the stack 13 and supplied to the cathode 13c. It generates electricity and heat while undergoing an electrochemical reaction with oxygen, which is used as a power source while being applied to each electric product through the power converter 14.

이때, 상기 연료전지에 있어서는 상기 스택(13)의 전해질막(13a)이 건조해지면 수소이온(H⁺)의 전도도가 떨어지게 되거나 전해질막(13a)이 수축되면서 막과 전극 사이의 접촉저항이 증가하게 되므로 상기 스택(13)으로의 수소 공급 시, 항상 물을 함께 공급하도록 한다.At this time, in the fuel cell, when the electrolyte membrane 13a of the stack 13 is dried, the conductivity of hydrogen ions (H ⁺ ) decreases or the electrolyte membrane 13a shrinks so that the contact resistance between the membrane and the electrode increases. Therefore, when supplying hydrogen to the stack 13, always supply water together.

또한, 상기 스택(13)에서 생성되어 상기 전력변환기(14)를 통해 각각의 전기제품에 인가되는 전력의 부하출력을 검출하고, 그 부하출력이 급격히 증가하여 상기 개질기(12) 및 외부공기를 통해 상기 스택(13)에 공급되는 수소 및 산소의 양이 일시적으로 부족하게 될 시에는 상기 부하출력을 검출하여 발생된 신호가 상기 컨트롤러(50)에 입력되고, 입력된 신호를 인식한 상기 컨트롤러(50)는 상기 제1개폐밸브(37a)를 열고 상기 수소저장용기(35)에 저장된 수소가 상기 수소추가공급로(37)를 통해 상기 스택(13)의 연료극(13b)에 추가적으로 공급되며, 마찬가지로 입력된 신호를 인식한 상기 컨트롤러(50)는 상기 제3개폐밸브(45a)를 열고 상기 산소저장용기(43)에 저장된 수소가 상기 산소추가공급로(45)를 통해 상기 스택(13)의 공기극(13c)에 추가적으로 공급되어 부하출력의 변동에 신속하게 대응하도록 한다.In addition, the load output of the power generated in the stack 13 and applied to each electric product through the power converter 14 is detected, and the load output is rapidly increased through the reformer 12 and external air. When the amount of hydrogen and oxygen supplied to the stack 13 is temporarily insufficient, a signal generated by detecting the load output is input to the controller 50, and the controller 50 recognizes the input signal. ) Opens the first opening / closing valve 37a and hydrogen stored in the hydrogen storage container 35 is additionally supplied to the fuel electrode 13b of the stack 13 through the hydrogen additional supply passage 37. The controller 50 recognizes the received signal and opens the third opening / closing valve 45a and the hydrogen stored in the oxygen storage container 43 passes through the oxygen additional supply passage 45 to the air electrode of the stack 13. Additionally supplied in 13c) To respond quickly to fluctuations in power.

상기 제1개폐밸브(37a) 및 제3개폐밸브(45a)는 수동조작도 가능하다.The first open / close valve 37a and the third open / close valve 45a may also be operated manually.

상기 수소저장용기(35) 및 산소저장용기(43)에 수소 및 산소가 저장되는 과정은 다음과 같다.The process of storing hydrogen and oxygen in the hydrogen storage vessel 35 and the oxygen storage vessel 43 is as follows.

상기 수소압력계(36) 및 산소압력계(44)를 통해 상기 수소저장용기(35)에 저장된 수소량 및 상기 산소저장용기(43)에 저장된 산소량을 감지하고, 그 수소의 양이 부족할 시에는 상기 수소압축기(32)를 작동시켜 수소를 압축하고, 상기 컨트롤러(50)에 의해 상기 삼방밸브(33)가 작동되어 상기 수소공급로(15)를 통해 상기 스택(13)의 연료극(13b)에 공급되는 수소의 일부를 상기 수소저장로(34)를 통해 상기 수소저장용기(35)에 저장한다. 또한, 상기 양이 부족할 시에는 상기 컨트롤러(50)에 의해 상기 산소발생기(41) 및 산소압축기(42a)를 작동시켜 생성된 산소를 압축하고, 상기 컨트롤러(50)에 의해 상기 제2개폐밸브(42b)를 열어 상기 산소저장로(42)를 통해 상기 산소를 상기 산소저장용기(43)에 저장한다.The amount of hydrogen stored in the hydrogen storage container 35 and the amount of oxygen stored in the oxygen storage container 43 are sensed through the hydrogen pressure gauge 36 and the oxygen pressure gauge 44, and when the amount of hydrogen is insufficient, the hydrogen is detected. The compressor 32 is operated to compress hydrogen, and the three-way valve 33 is operated by the controller 50 to be supplied to the fuel electrode 13b of the stack 13 through the hydrogen supply passage 15. A part of hydrogen is stored in the hydrogen storage container 35 through the hydrogen storage path 34. In addition, when the quantity is insufficient, the oxygen generator 41 and the oxygen compressor 42a are operated by the controller 50 to compress the generated oxygen, and the controller 50 opens the second opening / closing valve ( 42b) is opened to store the oxygen in the oxygen storage container 43 through the oxygen storage path 42.

이와 같이 본 발명에 의한 연료전지의 연료공급장치는 상기 연료전지의 부하출력이 급격히 증가할 시, 일시적으로 상기 스택에 공급되는 수소 및 산소의 양이 부족하게되면, 상기 수소저장용기 및 산소저장용기에 저장된 수소 및 산소를 추가적으로 공급하여 수소 및 산소 부족에 의한 사고를 방지할 수 있도록 한 것이다.As described above, in the fuel supply device of the fuel cell according to the present invention, when the load output of the fuel cell increases rapidly, when the amount of hydrogen and oxygen supplied to the stack temporarily becomes insufficient, the hydrogen storage vessel and the oxygen storage vessel By supplying additional hydrogen and oxygen stored in the hydrogen to prevent accidents due to lack of oxygen.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 연료전지의 연료공급장치는 개질기 및 외부공기를 통해 상기 스택에 공급되는 수소 및 산소 이외에 수소공급부 및 산소공급부를 두어 연료전지의 부하출력이 급격히 증가하여 일시적으로 수소 및 산소의 공급량이 부족하게 될 시, 추가적으로 수소 및 산소를 공급하여 수소 및 산소부족에 의한 사고를 방지하여 연료전지의 원활한 작동을 이룰 수 있는 효과가 있다.As described above, the fuel supply device of the fuel cell according to the present invention has a hydrogen supply unit and an oxygen supply unit in addition to hydrogen and oxygen supplied to the stack through a reformer and external air, so that the load output of the fuel cell is rapidly increased and the hydrogen is temporarily increased. And when the supply amount of oxygen is insufficient, there is an effect that can achieve a smooth operation of the fuel cell by additionally supplying hydrogen and oxygen to prevent accidents due to hydrogen and oxygen shortage.

Claims

A fuel electrode and an air electrode are disposed on both sides with an electrolyte membrane interposed therebetween, and a fuel material containing hydrogen or hydrogen is supplied to the fuel electrode, while an oxygen-containing oxidant is supplied to the air electrode, so that the electrochemical of the fuel material and the oxidant is provided. A stack that generates electricity and heat by reaction;

A hydrogen supply unit which communicates with the stack and detects a load output in which the electricity generated in the stack is consumed and additionally supplies hydrogen to a fuel supply side of the stack when the load output is increased;

A fuel cell, characterized by comprising an oxygen supply unit communicating with the stack to detect the load output of the electricity consumed in the stack and when the load output is increased, an oxygen supply unit for additionally supplying oxygen to the fuel supply side of the stack. Fuel supply system.

The method of claim 1, wherein the hydrogen supply unit

A flow meter and a hydrogen compressor connected to a fuel electrode of the stack and mounted in a hydrogen supply path for supplying hydrogen generated from a reformer;

A hydrogen storage vessel storing hydrogen compressed by the compressor through a hydrogen storage passage branched from a three-way valve mounted to the hydrogen supply passage;

Hydrogen pressure gauge for measuring the pressure of the hydrogen storage vessel,

A hydrogen additional supply passage communicating with the hydrogen storage container and the hydrogen supply passage and equipped with a first opening / closing valve in the middle to supply additional hydrogen;

The load output of electricity generated in the stack and the flow rate of the flow meter are detected, and the first opening / closing valve is controlled to control the additional supply of hydrogen, and the three-way valve is controlled by receiving the signal of the hydrogen pressure gauge. A fuel supply device for a fuel cell, characterized in that provided with a controller for controlling the amount of stored hydrogen.

The method of claim 1, wherein the oxygen supply unit

An oxygen generator that generates oxygen by introducing external air,

An oxygen storage container communicating with the oxygen generator and storing oxygen generated by the oxygen generator through an oxygen storage path equipped with an oxygen compressor and a second opening / closing valve;

An oxygen pressure gauge for measuring the pressure of the oxygen storage container;

An oxygen additional supply passage communicating with the oxygen storage container and the stack and equipped with a third opening / closing valve in the middle to further supply oxygen;

Detects the load output of electricity generated in the stack, controls the third opening and closing valve to control the additional supply of oxygen, and receives the signal of the oxygen pressure gauge to adjust the oxygen compressor and the second opening and closing valve to control the oxygen storage container. And a controller for controlling the amount of oxygen stored in the fuel cell.