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KR20100078804A - 연료순환구조를 갖는 연료전지시스템 및 그 구동 방법과 연료전지시스템을 포함하는 전자기기 - Google Patents

연료순환구조를 갖는 연료전지시스템 및 그 구동 방법과 연료전지시스템을 포함하는 전자기기 Download PDF

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KR20100078804A
KR20100078804A KR1020080137165A KR20080137165A KR20100078804A KR 20100078804 A KR20100078804 A KR 20100078804A KR 1020080137165 A KR1020080137165 A KR 1020080137165A KR 20080137165 A KR20080137165 A KR 20080137165A KR 20100078804 A KR20100078804 A KR 20100078804A
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KR
South Korea
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fuel
pressure
cell system
cartridge
fuel cell
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020080137165A
Other languages
English (en)
Inventor
정영수
조혜정
윤상호
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020080137165A priority Critical patent/KR20100078804A/ko
Priority to US12/645,694 priority patent/US8993196B2/en
Priority to EP20090180741 priority patent/EP2209154A3/en
Priority to JP2009296117A priority patent/JP5554558B2/ja
Priority to CN200910266209A priority patent/CN101771157A/zh
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Abstract

연료카트리지와 연료공급모듈을 포함하는 연료전지시스템에서 상기 연료카트리지는 2개 이상의 포트를 구비하고, 상기 2개 이상의 포토 중 제1 포트는 연료 유입 포트이고, 제2 포트는 연료 배출 포트일 수 있다. 상기 연료카트리지는 연료 파우치를 포함하거나 연료파우치 그 자체일 수 있다. 상기 연료공급모듈은 스택에 연료가 공급되기 전에 연료를 순환시키는 연료순환구조를 포함한다. 전원으로 상기 연료전지시스템이 전자기기에 구비될 수 있다.

Description

연료순환구조를 갖는 연료전지시스템 및 그 구동 방법과 연료전지시스템을 포함하는 전자기기{Fuel cell system having fuel circulation structure and method of operating the same and electronic apparatus comprising fuel cell system}
본 발명의 일 실시예는 연료순환구조를 갖는 연료전지시스템 및 그 구동 방법과 상기 연료전지시스템을 포함하는 전자기기에 관한 것이다.
DMFC(Direct Methanol Fuel Cell)와 같은 소형 연료전지시스템(이하, 연료전지 시스템)은 가정용 이나 휴대용 전자 제품의 에너지 공급원으로 사용될 수 있다.
도 1은 현재까지 소개된 연료전지시스템의 일반적 구성을 보여준다.
도 1을 참조하면, 연료전지시스템은 발전이 일어나는 스택(10), 스택(12)에 적정 농도의 연료를 공급하는 피드펌프(12), 피드펌프(12)에 공급되는 연료의 농도를 감지하는 연료농도센서(14), 연료카트리지(26)로부터 공급되는 고 농도 연료를 희석하는 혼합기(16), 혼합기(16)에 공급되는 연료의 양을 감지하는 연료유량센서(18), 연료카트리지(26)에 저장된 연료를 혼합기(16)에 공급하는 연료펌프(20), 연료펌프(20)의 동작을 제어하는 제어회로(22), 연료가 저장된 연료카트리지(26)를 포함한다.
이러한 연료전지시스템에서 시간당 스택(10)에 공급되는 연료는 소량이다. 따라서 혼합기(16)에 공급되는 연료는 매우 정밀하게 조정된다. 이를 위해 높은 정밀도를 갖는 고정밀 펌프가 연료펌프(20)로 사용되는데, 이러한 고정밀 펌프는 고가이다.
또한, 도 1의 연료전지시스템의 경우, 연료전지시스템의 이동 및/또는 연료카트리지(26) 내의 연료 잔량에 따라 연료카트리지(26) 내의 압력이 달라질 수 있다. 이에 따라 연료카트리지(26)로부터 연료펌프(20)로 공급되는 연료량이 달라질 수 있다. 이러한 결과로 스택(10)에 공급되는 연료의 농도를 일정하게 제어하기 어려울 수 있다. 이러한 이유로 도 1의 연료전지시스템의 경우, 불가피하게 연료유량센서(18)와 연료농도센서(14)를 구비할 수 밖에 없고, 연료공급 피드백 과정을 거치게 된다. 이에 따라 연료유량센서(14)와 연료농도센서(18)의 구동과 제어를 위한 프로그램과 연료공급 피드백 과정을 제어하기 위한 프로그램이 필요하다. 고정밀 연료펌프(20)와 연료유량센서(18)와 연료농도센서(14)의 구비함으로써 연료전지시스템의 가격이 높아질 수 있다.
또한, 동작 개시와 관련해서, 연료가 연료 카트리지(26)에서 연료펌프(20)까지 이동되는 시간 동안 셀프 프라이밍(self-priming)이 지연될 수 있다. 연료카트리지(26)와 연료펌프(20) 사이에 경로에 기체가 존재할 때, 셀프 프라이밍이 되기 까지 소요되는 시간은 더 길어질 수 있다. 특히, 연료펌프(20) 내에 기체가 존재할 경우, 연료 펌핑이 어려워 셀프 프라이밍이 일어나지 않을 수도 있다.
본 발명의 일 실시예는 연료순환구조를 갖는 연료전지시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는 이러한 연료전지시스템의 구동방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 상기 연료전지시스템을 포함하는 전자기기를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 2개 이상의 포트를 구비하고, 상기 2개 이상의 포토 중 제1 포트는 연료 유입 포트이고, 제2 포트는 연료 배출 포트인 연료카트리지를 제공한다.
이러한 연료카트리지는 외부에서 연료를 주입하기 위한 제3 포트를 더 구비할 수 있다.
상기 연료카트리지는 연료 파우치를 포함할 수 있다. 이때, 상기 연료 파우치는 일회용 또는 연료를 재충전할 수 있는 리필용일 수 있다. 이 경우에 외부에서 연료를 주입하기 위한 제3 포트가 더 구비되어 있고, 상기 제3 포트는 상기 연료 파우치 내부와 연결될 수 있다.
상기 연료카트리지는 연료 파우치 수용 공간과 상기 연료 파우치의 연료 일부를 저장하기 위한 저장 공간을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 포트는 상기 저장 공간에 연결될 수 있다. 이때, 상기 수용 공간에 수용되는 연료 파우치는 일회용 또는 리필용일 수 있다.
상기 수용공간과 상기 저장공간 사이에 격벽이 존재하고, 상기 격벽에 상기 수용공간에 수용되는 연료 파우치의 체결을 위한 체결부가 존재할 수 있다.
상기 제1 및 제2 포트는 동일 방향으로 구비될 수 있다.
상기 제1 포트는 상기 연료전지시스템의 내부로부터 유입되는 연료의 유입구이면서 상기 연료전지시스템 외부에서 주입되는 연료의 유입구일 수 있다.
상기 연료카트리지는 연료 파우치 그 자체일 수 있다.
상기 제1 및 제2 포트는 상기 연료전지시스템과 나사결합방식, 암수결합방식, 압착결합 방식 또는 별도의 체결수단을 이용한 체결방식으로 체결되는 체결구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 연료카트리지에 저장된 연료를 상기 연료카트리지가 포함된 외부 순환경로를 따라 순환시키는 연료순환시스템 및 상기 연료순환시스템으로부터 상기 연료순환시스템 밖으로 연료를 전달하는 연료전달 유닛을 구비하는 연료전지시스템의 연료공급모듈을 제공한다.
상기 연료순환시스템은 상기 연료카트리지에 저장된 연료가 상기 외부 순환경로 상에서 순환되도록 펌핑 동력을 제공하는 순환펌프, 상기 순환펌프로부터 공급되는 연료를 저장하고, 내부 압력이 설정된 압력으로 유지되면서 상기 연료전달 유닛에 연료를 공급하는 압력조절챔버 및 상기 압력조절챔버의 내부 압력이 상기 설정 압력이 될 때, 상기 압력조절챔버로부터 상기 연료카트리지로 연료의 전달을 허용하는 압력 조절기를 포함할 수 있다.
상기 순환펌프는 상기 압력 조절기에 따라 다른 연료공급방식을 가질 수 있 다.
상기 압력조절챔버의 내부 압력은 상기 연료전달 유닛의 외부압력보다 클 수있다.
상기 압력조절챔버의 내부 압력이 상기 설정 압력으로 유지되는 상태에서 상기 압력조절챔버의 내부 압력 변화를 감쇠하는 버퍼링 유닛이 더 구비될 수 있다.
상기 연료순환시스템과 상기 연료전달 유닛이 고정되는 매니 폴드를 포함하고, 상기 매니 폴드는 상기 압력조절챔버를 포함하고, 상기 연료순환시스템의 구성요소들 사이의 유로와 상기 연료순환시스템과 상기 연료전달 유닛 사이의 유로를 포함하는 구조를 가질 수 있다.
상기 압력 조절기는 연료의 흐름에 대해 일정 저항을 발생시키는 노즐을 포함할 수 있다.
상기 압력 조절기는 일정 압력 이상에서 오픈되는 밸브를 포함할 수 있다.
상기 매니폴드의 한 면에 상기 압력조절챔버의 내부 압력 변화에 따른 변형을 수용하기 위한 공간을 한정하는 커버가 구비되고, 상기 커버와 상기 매니폴드의 한 면 사이에 상기 내부 압력 변화를 감쇠시키기 위한 버퍼링막이 구비될 수 있다.
상기 순환펌프는 상기 압력조절챔버에 일정량으로 연료를 공급하도록 동작이 설정된 펌프일 수 있다.
상기 순환펌프는 상기 압력조절챔버에 공급하는 연료량이 주어진 범위에서 변할 수 있도록 동작이 설정된 펌프일 수 있다.
상기 매니 폴드에 상기 연료공급모듈의 내부 압력을 측정하기 위한 압력 센 서가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 연료카트리지, 연료공급모듈, 혼합기, 피드 펌프 및 스택을 포함하는 연료전지시스템을 제공한다. 이때, 상기 연료공급모듈은 상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 연료공급모듈일 수 있고, 상기 연료카트리지는 상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 연료카트리지 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 연료전지시스템을 포함하는 전자기기를 제공한다. 이때, 상기 연료전지시스템은 상술한 본 발명의 다른 실시예에 의한 연료전지시스템일 수 있다.
기존의 연료펌프에 비해 상대적으로 용량이 큰 순환펌프를 이용하므로 밸브까지 신속히 연료를 공급할 수 있다. 따라서 셀프 프라이밍 시간을 줄일 수 있고, 셀프 프라이밍이 되지 않는 경우를 방지할 수도 있다.
또한, 연료 공급 라인의 압력 변동에 대하여 유량 변화를 허용범위 이내로 줄일 수있다. 곧, 고압의 연료를 밸브를 통하여 고속으로 토출하기 때문에, 연료 공급 라인의 압력 변동에 기인한 연료 공급량의 변화를 허용범위 이내로 줄일 수 있다.
또한, 카트리지의 저항 및 연료 잔량에 따른 유량 변화를 줄일 수 있다. 곧, 고용량의 순환펌프를 사용하여 압력조절챔버(pressure regulating chamber) 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 카트리지의 방향 변화나 카트리지 내의 연료량 변화 등에 기인하여 카트리지에 압력차가 발생하더라도 밸브로부터의 혼합 기로 공급되는 연료량은 변화가 없다. 연료량의 변화가 있다고 하더라도 그 정도는 연료전지시스템의 동작에 영향을 주지않는 미미한 것으로 무시할 수 있다.
또한, 연료 유량 및 연료 농도 제어를 위한 센서 및 제어 프로그램이 불필요하다.
곧, 연료전지시스템의 유로 내부의 압력 변동에 대하여 허용 범위 내에서 일정한 연료 공급 속도를 유지할 수 있기 때문에, 연료 유량 및 농도 제어 센서와 같은 별도의 연료 공급 속도 제어 기구 및 제어 프로그램이 불필요하다.
또한, 밸브 작동 설정 값을 통하여 제어 없이 원하는 유량을 공급할 수 있다. 곧, 스택의 출력에 따른 밸브의 온 오프 주기를 설정함으로써 별도의 밸브 제어 없이 원하는 양의 연료를 공급할 수 있다.
또한, 연료전지시스템의 단가를 낮출 수 있다. 곧, 소량의 연료 공급을 위한 고가의 정밀 펌프가 불필요하고, 연료 유량 및 농도 제어를 위한 센서가 불필요하다. 상기 정밀 펌프와 센스 대신에 저가의 펌프와 밸브를 사용하여 연료 공급이 가능하므로 연료전지시스템의 가격을 낮출 수 있다.
또한, 시스템 확장이 용이할 수 있다. 곧, 하나의 시스템 내부에 복수의 스택이 구비된 경우, 상기 복수의 스택의 수만큼 밸브를 구비하여 각각의 스택에 원하는 연료량을 공급할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한, 연료순환구조를 갖는 연료전지시스템과 그 구동방법과 그를 포함하는 전자기기를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명확성을 위해 확대하여 도시된다.
먼저, 연료순환구조를 갖는 연료전지시스템에 대해서 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지시스템(100)(이하, 시스템)은 적어도 한 개의 MEA(Membrane Electrode Assembly)를 포함하여 발전을 일으키는 스택(stack)(40)과 스택(40)에 공급되는 연료를 저장하는 연료카트리지(52)를 포함한다. 스택(40)은 복수의 스택을 포함할 수 있다. 이때, 스택(40)에 연료를 공급하는데 관여하는 부재들의 일부 또는 전부는 스택의 수만큼 구비될 수 있다. 예를 들면, 하기될 연료전달 유닛(46)은 스택의 수만큼 구비될 수 있다. 연료카트리지(52)는 고농도의 연료, 예를 들면 농도 100%의 메탄올을 저장할 수 있다. 물론, 연료의 농도는 100% 보다 낮을 수 있다. 연료카트리지(52)는 적어도 2개의 포트(52a, 52b)를 구비할 수 있다. 제1 포트(52a)는 순환되는 연료가 입력되는 유입구 혹은 노즐일 수 있다. 제2 포트(52b)는 연료카트리지(52)로부터 연료가 배출되는 배출구 또는 노즐일 수 있다. 제1 포트(52a)는 외부에서 연료카트리지(52)에 연료를 주입하기 위해 사용하는 연료 주입구로 사용될 수도 있다. 외부에서 연료카트리지(52)에 연료를 주입하기 위해, 연료카트리지(52)는 제1 및 제2 포트(52a, 52b)외에 별도의 연료 주입구를 구비할 수 있다. 제1 포트(52a)는 압력 조절기(50)와 나사결합방식, 암수결합방식, 압착결합방식 또는 별도의 체결수단을 이용하여 체결될 수 있다. 제1 포트(52a)는 이러한 체결에 적합한 체결구조를 가질 수 있다. 제2 포트(52b)와 순환펌프(54) 역시 상기한 체결방식으로 체결될 수 있 고, 제2 포트(52b)는 그에 적합한 체결구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2 포트(52a, 52b)의 구비된 위치는 도면과 다를 수 있다. 예를 들면, 연료카트리지(52)는 도면기준으로 좌우측에 제1 및 제2 포트(52a, 52b)를 구비할 수도 있고, 제1 및 제2 포트(52a, 52b)를 모두 한 면에 구비할 수도 있다. 그리고 상기 별도의 연료 주입구는 다른 면에 구비할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 포트(52a, 52b)는 도 2에 도시한 바와 같은 돌출된 형태가 아니라 연료카트리지(52)에 오목하게 구비될 수도 있다. 상기 별도의 연료 주입구 또한 오목하게 구비될 수 있다. 연료카트리지(52)는 내부에 연료 파우치를 포함하는 구조일 수 있다. 또한, 연료카트리지(52) 자체가 연료 파우치일 수 있다. 이에 대해서는 후술된다. 연료카트리지(52)의 외형은 원통형, 사각형, 평판형 등 다양한 모양일 수 있다.
시스템(100)은 또한 스택(40)과 연료카트리지(52) 사이에 혼합기(44)와 압력조절챔버(48)를 포함한다. 혼합기(44)는 연료카트리지(52)로부터 공급되는 고농도 연료를 스택(40)에 공급하기에 적합한 낮은 농도로 희석한다. 이를 위해 혼합기(44)에 공급된 고농도의 연료는 스택(40)의 동작중 발생되는 부산물과 혼합기(44)에서 희석된다. 상기 부산물은 스택(40)의 동작중에 발생되는 물과 미반응 메탄올이 혼합된 저농도 메탄올이다. 상기 물과 미반응 메탄올은 재생기(recycler)(미도시)를 거쳐 혼합기(44)로 유입된다.
압력조절챔버(48)의 내부 압력은 일정한 압력으로 유지된다. 압력조절챔버(48)는 연료카트리지(52)로부터 순환펌프(54)를 통해 공급되는 연료를 주어진 압력으로 유지한다. 압력조절챔버(48)는 순환펌프(54)로부터 공급되는 연료를 저장하 기 위해 내부에 연료 저장 공간을 구비할 수 있다. 순환펌프(54)는 연료카트리지(52)의 출력단인 제2 포트(52b)와 압력조절챔버(48)의 연료 유입단(48a) 사이에 구비되어 양쪽과 연결되어 있다. 순환펌프(54)는 연료카트리지(52)의 연료를 흡입하여 압력조절챔버(48)로 연료를 공급한다. 이렇게 해서 연료카트리지(52)에 저장된 연료의 순환이 이루어진다.
압력조절챔버(48)의 내부 압력은 밸브(46)의 출력단(46b)에 가해지는 압력(이하, 외부압)보다 훨씬 클 수 있다. 예를 들면, 상기 외부압을 P2라 할 때, P2는 -5kPa<P2<5kPa 일 수 있고, 압력조절챔버(48)의 내부 압력은 150kPa 이상일 수 있고, 300kPa보다 작을 수 있다. 압력조절챔버(48)의 내부 압력은 ±5% 이내에서 일정하게 유지될 수 있다.
이와 같이 압력조절챔버(48) 내부의 압력이 상대적으로 높기 때문에, 연료카트리지(52)의 저항이나 연료 잔량의 변화 등에 의해 연료카트리지(52)의 압력이 변하더라도 압력조절챔버(48)의 내부 압력은 일정하게 유지될 수 있다. 압력조절챔버(48)는 외부 영향으로부터 압력조절챔버(48)의 내부 압력을 허용범위 이내로 일정하게 유지하기 위한 수단을 구비할 수 있다. 예를 들면, 압력조절챔버(48) 외부에 압력조절챔버(48)의 내부 압력의 변화를 완화할 수 있는 버퍼링막(53)을 구비할 수 있다. 순환펌프(54)의 동작 중에 맥동(pulsation)이 발생될 수 있고, 이러한 맥동이 압력조절챔버(48)에 전달되면서 압력조절챔버(48)의 내부 압력이 변화할 수 있다. 이때, 버퍼링막(53)의 일부는 상기 맥동의 운동에 따라 변위된다. 곧, 상기 맥동의 운동에 따라 버퍼링막(53)의 가운데 부분은 볼록해지기도 하고 오목해지기 도 한다. 상기 맥동이 사라지면 버퍼링막(53)은 원래의 모양을 유지한다. 이렇게 해서 압력조절챔버(48)의 내부 압력은 일정하게 유지될 수 있다. 압력조절챔버(48)는 연료 유입단(48a)과 연료 유출단(48b)을 구비한다. 연료 유출단(48b)은 압력조절챔버(48) 내부의 연료저장공간에 연결되어 있다. 연료 유입단(48a)을 통해 순환펌프(54)로부터 연료가 유입되고, 연료 유출단(48b)을 통해 밸브(46)의 유입단(46a)으로 연료가 공급된다. 밸브(46)의 유입단(46a)과 압력조절챔버(48)의 연료 유출단(48b)은 나사결합방식이나 암수결합방식이나 압착결합방식이나 별도의 체결부재를 이용한 결합방식으로 체결될 수 있다.
밸브(46)로부터 혼합기(44)에 공급되는 고농도 연료의 공급량은 밸브(46)의 단속을 통해서 조절될 수 있다. 밸브(46)의 단속 방식은 스택(40)의 출력에 따라 설정할 수 있다. 예를 들면, 스택(40)의 출력에 따라 밸브(46)의 온/오프 시간을 여러 개 설정함으로써, 별도의 센서 없이도 스택(40)의 출력에 맞게 스택(40)에 필요한 연료를 일정하게 공급할 수 있다. 밸브(46)는 혼합기(44)와 압력조절챔버(48) 사이에 구비된 것으로, 예를 들면 솔레노이드 밸브일 수 있다.
시스템(100)은 혼합기(44)와 스택(40) 사이에 피드펌프(42)를 포함한다. 피드펌프(42)는 스택(40)의 동작에 따라 혼합기(44)에서 공급되는 희석된 연료를 스택(40)에 공급한다. 시스템(100)은 또한 압력조절챔버(48)와 연료카트리지(52) 사이에 압력 조절기(pressure regulator)(50)를 구비한다. 압력조절기(50)의 한쪽은 압력조절챔버(48)에 연결되고, 다른 쪽은 연료카트리지(52)의 입력단인 제1 포트(52a)에 연결되어 있다. 압력 조절기(50)의 상기 한쪽은 압력조절챔버(48) 내부 에 구비된 상기 연료 저장 공간의 배출구에 연결될 수 있다. 순환펌프(54)로부터 압력조절챔버(48)로 이동된 연료는 압력 조절기(50)를 거쳐서 연료카트리지(52)로 이동된다.
연료의 이동경로를 볼 때, 순환펌프(54), 압력조절챔버(48), 압력 조절기(50) 및 연료카트리지(52)에 의해 연료 순환경로가 형성된다. 그리고 순환펌프(54), 압력조절챔버(48) 및 압력 조절기(50)는 연료카트리지(52)에 저장된 연료를 상기 순환경로를 따라 순환시키는 연료순환시스템 혹은 연료순환모듈을 구축할 수 있다. 상기 연료순환시스템의 관점에서 보면, 밸브(46)는 상기 연료순환시스템으로부터 공급되는 연료를 상기 연료순환시스템 밖으로 전달하는, 곧 스택(40) 측으로 전달하는 연료전달 유닛으로 볼 수도 있다.
압력 조절기(50)에 의해 압력조절챔버(48)의 내부 압력이 상기 외부압보다 높게 유지될 수 있다. 압력 조절기(50)는 압력조절챔버(48)의 내부 압력을 주어진 압력으로 높이는 수단일 수 있다. 압력 조절기(50)는 주어진 압력 이상에서 연료의 흐름을 허용하는 제1 수단 또는 연료의 흐름을 허용하되, 일정 저항을 생성하여 압력조절챔버(48)의 내부 압력이 높아지게 하는 제2 수단일 수 있다.
압력 조절기(50)가 상기 제1 수단인 경우, 시스템(100)이 동작이 시작된 후, 순환펌프(54)의 동작은 계속될 것이고, 순환펌프(54)는 기존의 연료펌프보다 큰 용량을 갖는 것이므로, 압력 조절기(50)를 오픈시킬 수 있는 압력 이상의 압력으로 압력조절챔버(48)에 연료를 공급할 수 있다. 따라서 압력조절챔버(48)의 내부 압력은 압력 조절기(50)를 오픈시킬 수 있는 압력까지 높아질 수 있다. 순환펌프(54)의 계속된 동작으로 압력조절챔버(48)의 내부 압력이 압력조절기(50)를 오픈시킬 수 있는 압력이 되었을 때, 압력 조절기(50)는 오픈되고 연료는 압력조절챔버(48)에서 연료카트리지(52)로 이동될 수 있다. 그러므로 시스템(100)의 제조 단계에서 압력조절챔버(48)의 내부 압력을 주어진 값으로 설정하였다면, 압력조절기(50)가 압력조절챔버(48)의 설정된 압력에서 오픈될 수 있도록 압력 조절기(50)를 설정할 수 있다. 이렇게 해서, 압력조절챔버(52)의 내부 압력은 설정된 압력으로 유지될 수 있다.
압력조절기(50)가 상기 제2 수단인 경우, 순환펌프(54)로부터 압력조절챔버(48)로 일정하게 공급되는 연료는 압력조절기(50)를 거쳐 연료카트리지(52)로 이동될 수 있다. 그러나 압력조절기(50)가 갖고 있는 연료 흐름에 대한 일정한 저항으로 인해 압력 조절기(50)를 통해 연료카트리지(52)로 이동되는 연료량보다 순환펌프(54)에서 압력조절챔버(48)로 공급되는 연료량이 많아진다. 이에 따라 압력조절챔버(48)의 내부 압력은 설정된 압력 이상으로 높아질 수 있다. 압력 조절기(50)가 갖는 일정 저항 값을 압력조절챔버(48)의 내부 압력이 설정된 압력이 될 때, 압력조절기(50)를 통해 유출되는 연료량과 압력조절챔버(48)에 유입되는 연료량과 같아지도록 설정함으로써 압력조절챔버(48)의 내부 압력은 설정된 압력으로 유지될 수 있다. 상기 제1 수단은 주어진 압력 이상에서만 오픈되는 밸브, 예를 들면 체크 밸브일 수 있다. 상기 제2 수단은 연료 흐름에 대해 일정 저항을 갖도록 만들어진 노즐일 수 있다. 압력조절기(50)가 상기 제1 수단일 때, 순환펌프(54)는 주어진 범위에서 압력조절챔버(48)로 연료를 공급하도록 설정할 수 있다. 압력조절기(50)가 상기 제2 수단일 때는 압력조절챔버(48)에 대한 연료 공급량이 일정하도록 순환펌프(54)의 연료 공급량을 설정할 수 있다. 압력조절기(50)가 상기 제2 수단일 때, 순환펌프(54)의 설정된 연료 공급량은 압력조절챔버(48)의 내부 압력이 설정 압력이 되었을 때, 압력조절기(50)를 통해 배출되는 연료량과 동일할 수 있다. 이렇게 함으로써, 압력조절챔버(48)의 내부 압력이 설정된 압력에 도달된 이후에도 압력이 계속 높아지는 것을 방지할 수 있다.
시스템(100)에서 연료카트리지(52)의 연료는 순환펌프(54)에 의해 강제적으로 순환되고, 압력조절챔버(48)는 상기 외부압보다 높은 압력으로 일정하게 유지된다. 따라서 연료카트리지(52)의 방향성이나 연료카트리지(52) 내의 연료 잔량과 무관하게 연료공급속도를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 압력조절챔버(48)가 높은 압력을 유지한 상태에서 연료가 밸브(46)를 통해 고속으로 토출되기 때문에, 연료공급라인의 압력편차에 기인한 토출량 변화를 줄일 수 있다.
또한, 순환펌프(54)를 이용하여 연료카트리지(52)로부터 연료를 강제 흡입하는 바, 순환펌프(54)와 연료카트리지(52) 사이의 연료 공급관에 혹 기체가 존재하더라도 상기 기체를 신속히 제거할 수 있고, 순환펌프(54)는 기존의 연료펌프보다 큰 용량을 갖기 때문에, 밸브(46)까지 연료를 신속히 공급할 수 있는 바, 셀프 프라이밍 시간을 줄일 수 있고, 셀프 프라이밍 장애도 방지할 수 있다.
다음, 시스템(100)에서 압력조절챔버(48)의 내부 압력이 상기 외부압보다 높게 유지될 때, 밸브(46)로부터 혼합기(44)에 공급되는 연료량은 일정하게 될 수 있 는데, 도 3을 참조하여 그 이유를 설명한다.
도 3을 참조하면, 압력조절챔버(48)의 내부 압력을 P1이라 하고, 일정하다고 가정한다. 그리고 밸브(46)의 출력단(46b)의 면적, 곧 토출구의 면적을 A2라 하고, 단위 시간당 토출되는 연료의 질량을 M2라 한다. 또한, 출력단(46b)의 압력, 곧 외부압은 상기한 바와 같이 P2라 한다.
이때, P1, P2, M2 및 A2는 다음 수학식 1로 정의된다.
Figure 112008090642384-PAT00001
수학식 1에서 ρ는 연료의 밀도, 예를 들면 메탄올의 밀도를 나타낸다.
상기 수학식 1에서 P2의 변화가 있을 때, M2의 변화량(수학식 1의 좌측값)이 허용범위(예컨대, 0.5g/분당) 이내가 되도록 하기 위해서는 P1 또는 A2를 변화시켜야 한다. A1과 연료의 밀도(ρ)는 일정하므로, 결과적으로 P2에 비해 P1을 크게 하면, P2의 변화에 따른 연료 토출량 M2의 변화는 허용범위 이내에서 일정하게 유지할 수 있다.
도 2의 시스템(100)에서 순환펌프(54)와 압력조절기(50)에 의해 압력조절챔버(48)의 내부 압력(P1)은 밸브(46)의 출력단(46b)의 외부압(P2)보다 훨씬 크기 때문에, 외부압(P2)이 변화하더라도 밸브(46)에서 혼합기(44)로 공급되는 연료량, 곧 연료 토출량(M2)을 허용범위 내에서 일정하게 유지할 수 있다.
도 2의 시스템(100)에서 밸브(46), 압력조절챔버(48), 압력조절기(50) 및 순 환펌프(54)를 포함하는 연료공급계통은 모듈화될 수 있는데, 도 4는 그 일 예를 보여준다. 도 5는 도 4에 도시한 연료공급모듈의 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 참조번호 80은 압력조절챔버를 포함하는 매니폴드(manifold)를 나타낸다. 도 4에 도시한 연료공급모듈에 포함된 구성요소들을 매니폴드(80)에 고정된다. 매니폴드(80)는 상기 연료공급모듈에 포함된 구성요소들 사이의 연료 공급로를 포함한다. 참조번호 82는 압력조절챔버의 커버를 나타낸다. 커버(82)는 압력조절챔버의 압력이 설정 압력보다 높거나 낮아질 때, 그 변화를 수용할 수 있는 공간을 제공한다. 참조번호 84는 압력조절기로써, 도 2의 압력조절기(50)에 대응될 수 있다. 참조번호 86은 순환펌프로써, 도 2의 순환펌프(54)에 대응될 수 있다. 순환범프(86)는 제1 고정부재(87)로 매니폴드(80)에 고정될 수 있다. 참조번호 88은 밸브로써 도 2의 밸브(46)에 대응될 수 있다. 참조번호 90은 연료공급모듈 내부의 압력을 측정하기 위한 압력센서를 나타낸다. 압력센서(90)는 제2 고정부재(91)로 매니폴드(80)에 고정될 수 있다.
도 5를 참조하면, 커버(82)와 매니폴드(80) 사이에 러버 필름(rubber film)(92)이 구비되어 있다. 러버필름(92)은 도 2의 버퍼링막(53)에 대응될 수 있다. 순환펌프(86)에서 발생된 맥동에 의해 압력조절챔버의 압력이 설정 압력과 달라질 때, 예컨대 설정압력보다 커질 때, 러버필름(92)은 커버(82) 안으로 볼록하게 변형될 수 있다. 반대로, 상기 맥동에 의해 압력조절챔버의 압력이 설정압력보다 작아질 때, 러버필름(92)은 매니폴드(80) 쪽으로 볼록하게 변형될 수 있다. 압력조절기(84)는 매니폴드측 체결부(80a), 릴리프 밸브(relief valve)(84a), 오 링(84b) 및 릴리프 밸브 고정부(84c)를 포함한다. 릴리프 밸브(84a)에 의해 압력조절챔버의 압력이 주어진 압력으로 유지될 수 있고, 릴리프 밸브(84a)가 오픈됨으로써 압력조절챔버에서 연료카트리지로 연료가 이동될 수 있다. 참조번호 94는 인젝션 노즐(injection nozzle)을 나타낸다. 인젝션 노즐(94)을 통해서 밸브(88)로부터 고압의 연료가 혼합기(44)로 공급된다. 인젝션 노즐(94)은 혼합기(44)에 체결된다. 따라서 인젝션 노즐(94)은 도 2의 밸브 출력단(42b)에 대응될 수 있다. 인젝션 노즐(94)은 오리피스 밸브(orifice valve)일 수 있다.
도 6은 도 4를 밑에서 보았을 때의 분해 사시도이다. 도 6에서 밸브(88)는 편의 상 도시하지 않았다.
다음에는 연료카트리지(52)의 변형예에 대해 설명한다.
도 7을 참조하면, 연료카트리지(52)는 내부에 서로 이격된 저장 공간(52c)과 수용 공간(52d)을 갖고 있다. 저장 공간(52c)에 파우치(pouch)(57)의 일부 연료가 저장된다. 수용 공간(52d)은 연료 파우치(57)를 수용하기 위한 공간이다. 저장 공간(52c)과 수용 공간(52d) 사이의 격벽(59)에 체결부(52e)가 구비되어 있다. 체결부(52e)에 파우치(57)의 연료 배출부(57a)가 체결되어 있다. 체결부(52e)와 연료 배출부(57a)는 나사결합방식, 암수결합방식, 압착결합방식 또는 별도의 체결수단을 이용한 체결방식 등으로 체결될 수 있다. 이러한 체결 방식은 시스템(100)의 다른 요소들 사이의 체결에도 적용될 수 있다. 연료카트리지(52)에서 제1 및 제2 포트(52a, 52b)는 저장 공간(52c)에 연결되어 있다. 제1 및 제2 포트(52a, 52b)는 이격되어 있고 동일한 방향으로 구비되어 있다. 제1 및 제2 포트(52a, 52b)는 도 8에 도시한 바와 같이 서로 다른 방향으로 구비될 수도 있다. 연료카트리지(52)는 연료 파우치(57)에 연료를 주입하기 위한 포트로써 연료 파우치(57)와 연결된 제3 포트(52f)를 구비할 수 있다. 제3 포트(52f)는 연료 배출부(57a)와 다른 방향, 예컨대 연료 배출부(57a)를 연료 파우치(57)의 위쪽 방향이라 할 때, 연료 배출부(57a) 아래쪽에 구비될 수 있고, 제3 포트(52f)의 바깥면은 외부에 노출될 수 있다.
한편, 연료카트리지(52)는 그 자체가 연료 파우치가 될 수 있는데, 도 9는 그 일 예를 보여준다.
도 9를 참조하면, 연료 파우치(57)에 제1 및 제2 포트(52a, 52b)가 직접 연결될 수 있다. 제1 및 제2 포트(52a, 52b)는 도면에서와 같이 같은 방향으로 구비될 수 있으나, 어느 한 포트는 다른 방향에 구비될 수도 있다. 제1 포트(52a)는 연료 파우치(57)에 연료를 충전하기 위한 외부 연료 주입구로 사용될 수도 있다. 그러나 연료 파우치(57)는 별도로 제3 포트(52f)를 구비하여 제3 포트(52f)를 통해 외부로부터 연료를 충전받을 수도 있다.
다음에는 시스템(100)을 대상으로 실시한 실험예에 대해서 설명한다.
<실험예 1>
실험예 1에서 외부압(P2)의 변화에 따라 밸브(46)로부터 공급되는 연료량(M2)의 변화를 측정하였다. 이 실험은 도 2의 밸브(46), 압력조절챔버(48), 압력조절기(50), 연료카트리지(52) 및 순환펌프(54)를 포함하는 연료공급시스템을 대상으로 하였다. 이 실험에서 스택과 스택에 연결된 요소들, 예를 들면 피드펌프(feed pump), 물과 미반응 메탄올 재생기(recycler) 등은 상기 연료공급시스템에 연결하 지 않았다. 이 실험은 압력조절챔버(48)의 내부 압력이 200kPa일 때(이하, 케이스 1)와 250kPa일 때(이하, 케이스 2)로 구분하여 실시하였다. 그리고 각 케이스에 대해서 외부압(P2)을 2-13kPa로 변화시켰다. 또한, 상기 연료공급시스템이 스택에 연결될 때, 목표 연료 공급량이 반으로 줄어들기 때문에, 이 실험에서는 목표 연료 공급량을 0.15cc/min로 설정하였다.
또한, 상기 연료공급시스템의 동작 조건은 다음 표 1과 같이 설정하였다.
200kPa 250kPa
모터전압(V) 2.4 5.4
밸브전압(V) 12 12
노즐 사이즈 1(mm) 0.1 0.2
노즐 사이즈 2(mm) 0.1 0.2
주기(period)(ms) 760 5000
온 타임(ON time)(ms) 0.035 0.03
표 1에서 "모터전압"은 순환펌프(54)의 모터 구동을 위해 인가하는 전압을나타낸다. 그리고 "밸브전압"은 밸브(46)의 구동을 위한 전압을 나타낸다. 또한, "노즐 사이즈1"은 혼합기(44)에 연결되는 밸브(46)의 출력단(46b)의 출구 사이즈를 나타낸다. 도 5에서는 인젝션 노즐(94)의 사이즈가 "노즐 사이즈 1"에 해당될 수 있다. 또한, "노즐 사이즈 2"는 압력조절기(50)의 포함된 노즐의 사이즈를 나타낸다. 또한, "주기(period)"는 밸브(46)의 온/오프 주기를 나타낸다. 또한, "온 타임(ON time)"은 밸브(46)가 오픈된 상태로 유지되는 시간, 곧 밸브(46)가 열려있는 시간을 나타낸다.
도 10 및 도 11은 실험예 1의 결과를 보여준다. 도 10은 상기 연료공급시스템의 동작에서 외부압에 따른 연료카트리지(52)의 연료잔량 변화를 보여준다.
도 10을 참조하면, 외부압의 변화에 따라 연료카트리지(52)의 연료잔량은 외부압의 변화에 따라 일정하게 감소하는 것을 볼 수 있다.
도 10의 결과로부터 밸브(46)의 출력단(46b)의 외부압에 관계없이 연료카트리지(52)에서 연료가 소모되는 양은 일정함을 알 수 있다. 이러한 결과는 밸브(46)로부터 토출되는 연료량이 외부압에 관계없이 일정함을 의미한다. 이러한 사실은 도 11로부터 입증된다.
도 11은 상기 연료공급시스템의 동작에서 외부압의 변화에 따라 밸브(46)의 출력단(46b)을 통해서 토출되는 연료량(M2)의 변화를 보여준다.
도 11를 참조하면, 외부압의 변화에 대해서 밸브(46)의 출력단(46b)으로부터 토출되는 연료량은 0.15cc/min 정도로 일정함을 알 수 있다. 도 11의 결과는 외부압에 관계없이 밸브(46)의 출력단(46b)으로부터 토출되는 연료량의 단위 시간당 변화율은 일정하다는 것을 의미한다. 달리 말하면, 외부압에 관계없이 밸브(46)를 통한 연료 공급 속도는 일정하다는 것을 의미한다.
도 10 및 도 11의 결과로부터 상기 연료공급시스템을 이용할 경우, 외부압에 관계없이 일정한 연료 공급이 가능함을 알 수 있다.
도 12는 상기 연료공급시스템에 대해서 시간에 따른 누적 연료 소모량 또는 누적 연료 토출량의 변화를 측정한 결과를 보여준다. 도 12의 결과는 14시간 측정한 것이다. 도 12를 참조하면, 시간에 따른 누적 연료 소모량(누적 연료 토출량)은 일정하게 증가한다. 이러한 결과로부터 상기 연료공급시스템의 경우, 장시간 사용하여도 도 10 및 도 11의 특성이 유지됨을 알 수 있다. 곧, 장시간 사용하더라도 연료카트리지(52)의 연료는 일정한 비율로 감소하고, 밸브(46)를 통한 연료 토출량 또한 일정하게 유지된다.
<실험예 2>
실험예 2는 실험예 1에 사용한 연료공급시스템을 포함하여 정상적으로 동작되는 연료전지시스템(도 2의 100)을 대상으로 실시한 실험이다. 본 실험은 15시간 이상 장시간 실시하였다. 이러한 실험을 위해서 실험예 1에 사용한 연료공급시스템을 스택과 스택에 연결된 부재들, 예컨대 에어 펌프, 피드 펌프, 재생기 등과 같은 연료전지시스템의 나머지 요소들에 연결하였다. 실험예 2에 사용한 연료전지시스템의 경우, 피드백 제어는 사용하지 않았고, 초기 유량 값은 설정 후 변경하지 않았다.
도 13은 실험예 2의 결과를 보여준다. 도 13에서 제1 그래프(G1)는 스택(40)의 출력를 나타낸다. 제2 그래프(G2)는 연료카트리지(52)의 연료감소를 나타낸다. 제3 그래프(G3)는 밸브(46)의 연료 토출량(M2), 곧 밸브(46)를 통해 혼합기(44)에 공급되는 연료량을 나타낸다. 제4 그래프(G4)는 스택(40)에 공급되는 연료의 농도 변화를 나타낸다. 그리고 세로축은 스택 파워를 나타내고, 제1 내지 제3 세로축(LA1-LA3)은 각각 연료카트리지(52)의 중량(weight)(g), 메탄올 농도(M) 및 연료 공급률(flow rate)(cc/min)을 나타낸다.
도 13을 참조하면, 장시간 동안 허용범위 내에서 연료 공급률과 연료 농도 모두 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 또한, 연료카트리지(52)의 연료감소율도 시간에 따라 일정함을 알 수 있다.
다음은 시스템(100)의 구동 과정에 대해 설명한다.
도 2를 참조하면, 순환펌프(54)의 동작으로 압력조절챔버(48)의 압력이 설정된 압력에 도달되면서 연료카트리지(52)의 고 농도 연료는 연료카트리지(52)에서 순환펌프(54), 압력조절챔버(48), 압력조절기(50) 및 연료카트리지(52) 순으로 순환된다. 이러한 연료 순환 과정에서, 압력조절기(50)의 구성에 따라 순환펌프(54)의 펌핑 형태는 달라질 수 있다. 예를 들면, 연료 흐름에 대해 저항을 갖도록 주어진 사이즈를 갖는 노즐이 압력 조절기(50)의 연료 배출구 쪽에 구비된 경우, 순환펌프(54)는 일정한 유량으로 압력조절챔버(48)에 연료를 공급할 수 있다. 다른 경우로써, 압력 조절기(50)의 연료 배출구에 일정 압력을 생성하는 밸브, 곧 일정한 압력에서 오픈되는 밸브가 구비된 경우, 순환펌프(54)는 압력조절챔버(48)로 공급되는 연료량을 주어진 범위에서 조절할 수 있다.
상기한 바와 같이 연료가 순환되면서 압력조절챔버(48)의 연료 유출단(48b)을 통해서 밸브(46)로 연료가 공급된다. 밸브(46)는 스택(40)의 출력 상태에 따라 이미 설정된 온/오프 시간에 따라서 고농도의 연료를 혼합기(44)에 공급한다. 혼합기(44)는 밸브(46)로부터 공급받은 고농도 연료와 스택(40)의 발전 동안에 발생되는 부산물을 혼합하여 스택(40)에 공급하기에 적합한 농도의 연료를 생산한다. 혼합기(44)에서 생산된 연료는 피드펌프(42)로 공급된다. 피드펌프(42)는 혼합기(44)로부터 공급받은 연료를 스택(40)에 공급한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 전자기기의 구성을 보여준다.
도 14를 참조하면, 전자기기(200)는 본체(200a)와 본체(200a)에 전력을 공급하는 전원(200b)을 포함한다. 이러한 전자기기는 가정용 전자제품이나 휴대용 전자제품일 수 있다. 예를 들면, 디지털 가전기기나 휴대용 전자기기 및 통신기기 또는 휴대용 디스플레이 등이 될 수 있다. 본체(200a)는 배터리를 더 포함할 수 있다. 이때, 배터리는 전원(200b)과 발전원리나 동작이 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 배터리는 전기로 충전되는 배터리일 수 있다. 전원(200b)은 연료전지시스템일 수 있는데, 예를 들면 도 2의 시스템(100)일 수도 있다. 전원(200b)은 외장형으로 구비될 수도 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 예시한 메모리 소자의 범위를 한정하려는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들면, 압력조절챔버(48)의 압력변화를 완화하기 위해 구비된 버퍼링막(53) 이나 버퍼 러버(92) 대신, 압력조절챔버(48)에 체결된 별도의 압력완화장치를 구비할 수도 있을 것이다. 또한, 연료공급모듈을 2개 모듈로 나누어 구성할 수도 있을 것이다. 또한, 연료공급모듈을 저농도 연료카트리지를 사용하는 경우에도 적용할 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 일 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
도 1은 연료전지시스템의 일반적 구성을 보여주는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지시스템의 구성을 보여주는 구성도이다.
도 3은 도 2의 시스템에서 압력조절챔버의 내부 압력이 외부압보다 높게 유지될 때, 연료가 일정하게 공급될 수 있음을 설명하는데 참조한 구성도이다.
도 4는 도 2의 시스템에서 연료공급모듈(시스템)을 구체화 예를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4를 위에서 본 분해 사시도이다.
도 6은 도 4를 아래에서 본 분해 사시도이다.
도 7 내지 도 9는 도 2의 시스템에서 연료카트리지의 변형예를 나타낸 평면도들이다.
도 10 내지 도 12는 실험예 1의 결과를 보여주는 그래프이다.
도 13은 실험예 2의 결과를 보여주는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 전자기기의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
40:스택 42:피드펌프(feed pump)
44:혼합기(mixer) 46, 88:밸브
46a:유입단 46b:출력단
48:압력조절챔버 48a:연료 유입단
48b:연료 유출단 50, 84:압력 조절기
52:연료카트리지(fuel cartridge) 52a 52b:제1 및 제2 포트(port)
54, 86:순환펌프 80:매니폴드(manifold)
80a:매니폴드측 체결부 82:커버
84a:릴리프 밸브(relief valve) 84b:오링(O-ring)
84c:릴리프 밸브 고정부 87, 91:제1 및 제2 고정부재
90:압력센서 94:인젝션 노즐(오리피스 밸브)
100:연료전지시스템 200:전자기기
200a:본체 200b:전원

Claims (32)

  1. 연료전지시스템에 구비되는 연료카트리지에 있어서,
    적어도 2개의 포트를 구비하고, 상기 적어도 2개의 포토 중 제1 포트는 연료 유입 포트이고, 제2 포트는 연료 배출 포트인 연료카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    외부에서 연료를 주입하기 위한 제3 포트를 더 구비하는 연료카트리지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    연료 파우치를 포함하는 연료카트리지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    연료 파우치 수용 공간과 상기 연료 파우치의 연료 일부를 저장하기 위한 저장 공간을 포함하는 연료카트리지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 포트는 상기 저장 공간에 연결된 연료카트리지.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 연료 파우치는 일회용 또는 연료를 재충전할 수 있는 리필용인 연료카트리지.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 수용 공간에 수용되는 연료 파우치는 일회용 또는 연료를 재충전할 수 있는 리필용인 연료카트리지.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 수용공간과 상기 저장공간 사이에 격벽이 존재하고, 상기 격벽에 상기 수용공간에 수용되는 연료 파우치의 체결을 위한 체결부가 존재하는 연료카트리지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 포트는 동일 방향으로 구비된 연료카트리지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 포트는 상기 연료전지시스템의 내부로부터 유입되는 연료의 유입구이면서 상기 연료전지시스템 외부에서 주입되는 연료의 유입구인 연료카트리지.
  11. 제 3 항에 있어서,
    외부에서 연료를 주입하기 위한 제3 포트가 더 구비되어 있고, 상기 제3 포 트는 상기 연료 파우치 내부와 연결되어 있는 연료카트리지.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    연료 파우치 그 자체인 연료카트리지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 포트는 상기 연료전지시스템과 나사결합방식, 암수결합방식, 압착결합 방식 또는 별도의 체결수단을 이용한 체결방식으로 체결되는 체결구조를 갖는 연료카트리지.
  14. 연료카트리지에 저장된 연료를 상기 연료카트리지가 포함된 외부 순환경로를 따라 순환시키는 연료순환시스템; 및
    상기 연료순환시스템으로부터 상기 연료순환시스템 밖으로 연료를 전달하는 연료전달 유닛을 구비하는 연료전지시스템의 연료공급모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 연료순환시스템은,
    상기 연료카트리지에 저장된 연료가 상기 외부 순환경로 상에서 순환되도록 펌핑 동력을 제공하는 순환펌프;
    상기 순환펌프로부터 공급되는 연료를 저장하고, 내부 압력이 설정된 압력으 로 유지되면서 상기 연료전달 유닛에 연료를 공급하는 압력조절챔버; 및
    상기 압력조절챔버의 내부 압력이 상기 설정 압력이 될 때, 상기 압력조절챔버로부터 상기 연료카트리지로 연료의 전달을 허용하는 압력 조절기를 포함하는 연료공급모듈.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 연료전달 유닛은 밸브인 연료공급모듈.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 순환펌프는 상기 압력 조절기에 따라 다른 연료공급방식을 갖는 연료공급모듈.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 압력조절챔버의 내부 압력은 상기 연료전달 유닛의 외부압력보다 큰 연료공급모듈.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 압력조절챔버의 내부 압력이 상기 설정 압력으로 유지되는 상태에서 상기 압력조절챔버의 내부 압력 변화를 감쇠하는 버퍼링 유닛이 더 구비된 연료공급모듈.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 연료순환시스템과 상기 연료전달 유닛이 고정되는 매니 폴드를 포함하고, 상기 매니 폴드는 상기 압력조절챔버를 포함하고, 상기 연료순환시스템의 구성요소들 사이의 유로와 상기 연료순환시스템과 상기 연료전달 유닛 사이의 유로를 포함하는 구조를 갖는 연료공급모듈.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 압력 조절기는 연료의 흐름에 대해 일정 저항을 발생시키는 노즐을 포함하는 연료공급모듈.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 압력 조절기는 일정 압력 이상에서 오픈되는 밸브를 포함하는 연료공급모듈.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 매니폴드의 한 면에 상기 압력조절챔버의 내부 압력 변화에 따른 변형을 수용하기 위한 공간을 한정하는 커버가 구비되고, 상기 커버와 상기 매니폴드의 한 면 사이에 상기 내부 압력 변화를 감쇠시키기 위한 버퍼링막이 구비된 연료공급모듈.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 순환펌프는 상기 압력조절챔버에 일정량으로 연료를 공급하도록 동작이 설정된 펌프인 연료공급모듈.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 순환펌프는 상기 압력조절챔버에 공급하는 연료량이 주어진 범위에서 변할 수 있도록 동작이 설정된 펌프인 연료공급모듈.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 연료공급모듈의 내부 압력을 측정하기 위한 압력 센서가 더 구비된 연료공급모듈.
  27. 연료카트리지, 연료공급모듈, 혼합기, 피드 펌프 및 스택을 포함하는 연료전지시스템에 있어서,
    상기 연료공급모듈은 청구항 14 내지 청구항 26 중 어느 하나인 연료전지시스템.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 연료카트리지는 청구항 1-11 및 13 중 어느 하나인 연료전지시스템.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 연료카트리지는 청구항 12의 연료카트리지인 연료전지시스템.
  30. 연료전지시스템을 포함하는 전자기기에 있어서,
    상기 연료전지시스템은 청구항 27의 연료전지시스템인 전자기기.
  31. 연료전지시스템을 포함하는 전자기기에 있어서,
    상기 연료전지시스템은 청구항 28의 연료전지시스템인 전자기기.
  32. 연료전지시스템을 포함하는 전자기기에 있어서,
    상기 연료전지시스템은 청구항 29의 연료전지시스템인 전자기기.
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Comment text: Patent Application

Patent event date: 20081230

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20131017

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20081230

Comment text: Patent Application

PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20141031

Patent event code: PE09021S01D

AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20150130

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20141031

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
PJ0201 Trial against decision of rejection

Patent event date: 20150302

Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal

Patent event code: PJ02012R01D

Patent event date: 20150130

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PJ02011S01I

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Decision date: 20160525

Appeal identifier: 2015101001143

Request date: 20150302

PB0901 Examination by re-examination before a trial

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20150302

Patent event code: PB09011R02I

Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal

Patent event date: 20150302

Patent event code: PB09011R01I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20141230

Patent event code: PB09011R02I

B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
PB0601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
J121 Written withdrawal of request for trial
PJ1201 Withdrawal of trial

Patent event code: PJ12011R01D

Patent event date: 20160525

Comment text: Written Withdrawal of Request for Trial

Appeal identifier: 2015101001143

Request date: 20150302

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Decision date: 20160525