발명의 명칭:수증기발생장치및이를포함하는연료전� �시스템 기술분야

[1] 본발명은탄화수소연료를개질하는연료개질장 치에안정적으로수증기를 공급하는수증기발생장치및이를포함하는연료 전지시스템에관한것이다. 배경기술

[2] 연료전지는수소와산소의반응을이용하여전기 를생성한다.

연료전지（3010에서는도시가스와같은탄화수� �계열의연료로외부개질을 통하여일부수소를생성하게되고,이를연료전� �의연료로사용한다.이러한 연료전지는수소를직접사용하는경우에가장효 율이높으나이를위해 수소저장탱크를연료전지가설치되는곳에직접 설치하는것은안전성에많은 문제를초래한다.따라서현재에는탄화수소연� �를개질하여수소를생성하고 이를연료전지의연료로사용한다.

[3] 이러한탄화수소연료를개질하는방법으로수증 기와탄화수소연료를

반응시켜수소를생성하는수증기개질방법이주 로사용되고있다.이러한 수증기개질방법에서는수증기와탄화수소연료 의반응에의해수소, 일산화탄소,이산화탄소등이주로생성되고이� �이연료전지에연료가스로 공급된다.

[4] 하지만,이러한수증기개질방법에 있어서 ,수증기의양이탄화수소연료양에 비해적거나반응온도가낮아지는경우이들의반 응에의해연료전지의전극을 급격하게훼손할수있는탄소（（：）가생성되 는문제점이있다.따라서이러한 탄소（0의생성을방지하기위해서는,탄화수소� ��료와수증기의반응이 일어나는연료개질장치에수증기를안정적이고 균일하게제공하여야한다. 발명의상세한설명

기술적과제

[5] 본발명의일목적은연료개질장치에수증기를안 정적으로균일하게제공할 수있는수증기발생장치를제공하는것이다.

[6] 본발명의다른목적은상기수증기발생장치를포 함하는연료전지시스템을 제공하는것이다.

과제해결수단

[7] 본발명의실시예에따른수증기발생장치는내부 공간을구비하는챔버;상기 챔버의측벽에결합되고가운데부분에형성된개 구부를구비하는제 ₁ 구획부 및상기개구부로부터하부로연장된제 2구획부를포함하고,상기내부공간을 수증기배출공간과가열공간으로분할하는공간 구획부재 ;상기가열공간 내에서상기제 2구획부를둘러싸는코일형태로배치되고,상기� ��버외부에 배치된물공급장치에연결된제 1단부및상기수증기배출공간에위치하는 2020/175930 1»（：1^1{2020/002803 제 2단부를구비하는제 1기화관;상기가열공간내에서상기제 1기화관을 둘러싸는코일형태로배치되고,상기물공급장� �에 연결된제 3단부및상기 수증기 배출공간에 위치하는제 4단부를구비하는제 2기화관;상기제 1 기화관과상기제 2기화관사이에 배치되고,상기제 1기화관을상기 제 2구획부 방향으로가압하는내부케이지;및상기제 2기화관을둘러싸도록배치되고, 상기 제 2기화관을상기제 1기화관방향으로가압하는외부케이지를포함� �다.

[8] 일실시예에 있어서,상기제 1기화관또는상기제 2기화관은벨로즈형튜브로 형성될수있다.

[9] 일실시예에 있어서 ,상기수증기 발생장치는상기제 1기화관또는상기제 2 기화관내부에 배치되고,수증기가통과할수있는다공성구조� �가지는수증기 압력변화저감부재를더포함할수있다.

[1이 일실시예에 있어서,상기공간구획부재는상기제 2구획부의표면으로부터 돌출되어상기제 1기화관을지지하는복수의제 1가이드돌기부를더포함할수 있다.

[11] 일실시예에 있어서,상기내부케이지는제 1직경의원형고리 형상을갖고 상기 제 1기화관을둘러싸도록배치된제 1상부테두리부;상기 제 1직경의 원형 고리 형상을갖고,상기 제 1상부테두리부의하부에 배치되며,상기제 1 기화관을둘러싸도록배치된제 1하부테두리부;상기 제 1상부테두리부와상기 제 1하부테두리부를연결하고,서로이격되게 배치되며 ,상기제 1상부 테두리부및상기 제 1하부테두리부와함께상기제 1기화관을가압하는복수의 제 1연결부;및상기제 1연결부로부터돌출되어상기제 2기화관을지지하는 복수의 제 2가이드돌기부를포함할수있다.

[12] 일실시예에 있어서,상기외부케이지는제 2직경의원형고리 형상을갖고, 상기 제 2기화관을둘러싸도록배치된제 2상부테두리부;상기 제 2직경의 원형 고리 형상을갖고,상기 제 2기화관을둘러싸도록배치되며 ,상기 제 2상부 테두리부의하부에 배치된제 2하부테두리부;및상기제 2상부테두리부와 상기 제 2하부테두리부를연결하고,서로이격되게배치� ��며 ,상기 제 2상부 테두리부및상기 제 2하부테두리부와함께상기제 2기화관을가압하는복수의 제 2연결부를포함할수있다.

[13] 일실시예에 있어서,상기외부케이지는상기 제 2직경의 원형고리 형상을 갖고,상기 제 2기화관을둘러싸도록배치되며 ,상기 제 2상부테두리부와상기 제 2하부테두리부사이에 배치되며상기제 2연결부에의해상기제 2상부 테두리부와상기제 2하부테두리부에 결합되는중간테두리부를더포함할수 있다.

[14] 일실시예에 있어서,상기수증기 발생장치는상기제 2구획부에의해

형성되는제 2공간에 대응되는상기 챔버의외면에 결합되어상기 챔버내부의 온도를측정하는온도센서를더포함할수있다.

[15] 일실시예에 있어서,상기수증기 발생장치는상기제 2구획부에의해 2020/175930 1»（：1^1{2020/002803 형성되는제 2공간내에 배치되어상기제 2공간에존재하는액체물을감지하는 물감지기를더포함할수있다.

[16] 본발명의실시예에따른연료전지시스템은물공 급장치로부터제공된액체 물을수증기로변환하는수증기발생장치 ;상기수증기발생장치로부터 제공받은수증기 및탄화수소연료를반응시켜수소를포함하는연 료가스를 생성하는연료개질장치;및상기 연료개질장치로부터 제공된상기 연료가스 및외부공기 공급장치로부터 제공된공기를이용하여 전기를생성하는 연료전지스택을포함할수있고,이 경우,상기수증기 발생장치는내부공간을 구비하는챔버;상기 챔버의측벽에 결합되고가운데부분에 형성된개구부를 구비하는제 1구획부및상기 개구부로부터하부로연장된제 2구획부를 포함하고,상기 내부공간을수증기 배출공간과가열공간으로분할하는공간 구획부재;상기 가열공간내에서상기 제 2구획부를둘러싸는코일형태로 배치되고,상기 챔버외부에 배치된물공급장치에 연결된제 1단부및상기 수증기 배출공간에 위치하는제 2단부를구비하는제 1기화관;상기가열공간 내에서상기제 1기화관을둘러싸는코일형태로배치되고,상기� ��공급장치에 연결된제 3단부및상기수증기 배출공간에위치하는제 4단부를구비하는제 2 기화관;상기제 1기화관과상기 제 2기화관사이에 배치되고,상기 제 1기화관을 상기 제 2구획부방향으로가압하는내부케이지;및상기 제 2기화관을 둘러싸도록배치되고,상기제 2기화관을상기 제 1기화관방향으로가압하는 외부케이지를포함할수있으며,상기 챔버는상기수증기 배출공간을상기 연료개질장치에 연결하는수증기 배출구를구비할수있다.

[17] 일실시예에 있어서,상기수증기 발생장치는상기 연료전지스택에서 배출된 가스를연소시켜 이를상기가열공간에공급하는연소기를더포함 할수있다. 발명의효과

[18] 본발명의수증기발생장치에따르면,상기 제 1및제 2기화관을상기 연료 개질장치에직접 연결하지 않고상기 챔버의수증기 배출공간을통하여상기 연료개질장치에 연결하므로,상기 연료개질장치에보다균일하게수증기를 공급할수있다.

[19] 그리고상기 제 1및제 2기화관으로벨로즈형튜브를적용하는경우,수� ��기 발생효율을향상시킬수있을뿐만아니라상기 연료개질장치에공급되는 수증기의 압력변화를더욱감소시킬수있다.나아가상기 제 1및제 2기화관 내에수증기 압력변화저감부재를배치시키는경우,상기 연료개질장치에 공급되는수증기의 압력변화를추가적으로감소시킬수있다.

[2이 한편,본발명의수증기발생장치에따르면,내부� ��이지 및외부케이지를 통해제 1및제 2기화관을고정할수있으므로,상기수증기 발생장치의구조적 안정성을향상시킬수있을뿐만아니라적용되는 기화관의직경을감소시킬수 있고,이로인해물의 기화효율을더욱향상시킬수있다. 2020/175930 1»（：1^1{2020/002803 도면의간단한설명

[21] 도 1은본발명의실시예에따른수증기발생장치를� �명하기위한단면도이다.

[22] 도 2및도 3은도 1에도시된내부케이지 및외부케이지의 일실시예들을각각 설명하기 위한사시도들이다.

[23] 도 4는도 1에도시된제 1및제 2튜브관의 일실시예를설명하기 위한단면

사시도이다.

[24] 도 5는본발명의 일실시예에 따른수증기 압력변화저감부재를설명하기

위한단면도이다.

[25] 도 6은본발명의실시예에따른연료전지시스템을� �명하기위한도면이다.

[26] 도 %및도개는평면튜브형 기화관및벨로즈형기화관을각각적용한수증기 발생장치들에 대해측정된압력변화를나타내는그래프들이다 .

발명의실시를위한형태

[27] 이하,첨부한도면을참조하여본발명의실시예� � 대해상세히 설명한다.본 발명은다양한변경을가할수있고여러 가지 형태를가질수있는바,특정실시 예들을도면에 예시하고본문에상세하게설명하고자한다.그� �나이는본 발명을특정한개시 형태에 대해 한정하려는것이 아니며,본발명의사상및 기술범위에포함되는모든변경,균등물내지 대체물을포함하는것으로 이해되어야한다.각도면을설명하면서유사한� �조부호를유사한구성요소에 대해사용하였다.첨부된도면에 있어서,구조물들의치수는본발명의 명확성을 기하기 위하여실제보다확대하여도시한것이다.

[28] 제 1,제 2등의용어는다양한구성요소들을설명하는데� �용될수있지만,상기 구성요소들은상기용어들에 의해한정되어서는안된다.상기용어들은하나� � 구성요소를다른구성요소로부터구별하는목적 으로만사용된다.예를들어,본 발명의 권리범위를벗어나지 않으면서 제 1구성요소는제 2구성요소로명명될 수있고,유사하게제 2구성요소도제 1구성요소로명명될수있다.

[29] 본출원에서사용한용어는단지특정한실시 예를설명하기위해사용된

것으로서본발명을한정하려는의도가아니다.� �수의표현은문맥상명백하게 다르게뜻하지 않는한,복수의표현을포함한다.본출원에서, "포함하다”또는 "가지다”등의용어는명세서상에 기재된특징,단계,동작,구성요소,부분품 또는이들을조합한것이존재함을지정하려는것 이지 ,하나또는그이상의 다른특징들이나단계,동작,구성요소,부분품또 는이들을조합한것들의존재 또는부가가능성을미리 배제하지 않는것으로이해되어야한다.

[3이 다르게정의되지 않는한,기술적이거나과학적인용어를포함해� � 여기서

사용되는모든용어들은본발명이속하는기술분 야에서통상의지식을가진 자에 의해 일반적으로이해되는것과동일한의미를가지고 있다.일반적으로 사용되는사전에정의되어 있는것과같은용어들은관련기술의문맥상가지 는 의미와일치하는의미를가지는것으로해석되어 야하며,본출원에서 명백하게 2020/175930 1»（：1/10公020/002803 정의하지 않는한,이상적이거나과도하게형식적인의미� �해석되지 않는다.

<수증기발생장치 (Steam Generator) ñ

도 1은본발명의실시예에따른수증기발생장치를� �명하기위한단면도이고, 도 2및도 3은도 1에도시된내부케이지 및외부케이지의 일실시예들을각각 설명하기 위한사시도들이며,도 4는도 1에도시된제 1및제 2기화관의 일 실시예를설명하기위한단면사시도이다.그리� �도 5는본발명의 일실시예에 따른수증기 압력변화저감부재를설명하기위한단면도이다 .

34] 도 1내지도 5를참조하면,본발명의실시예에 따른수증기 발생장치 (100)는 메탄 (CH ₄ ),에탄 ₂ H ₆ ),프로판 (C ₃ H ₈ ),부탄 (C ₄ H ₁₀ ),천연가스 (natural gas), 석탄가스 (coal gas)등화학적으로수소를함유하는탄화수소연� �로부터 연료 전지의 반응에필요한수소를생성하는연료개질장치 (도 6의 1200)에수증기를 제공할수있다.일실시예로,상기탄화수소연료� ��서 메탄 (CH ₄ )이 공급되는 경우,상기 연료개질장치 (1200)는하기반응식 1에따라상기 메탄과상기 수증기 발생장치 (loo및도 6의 noo)로부터 공급된수증기를반응시켜상기 수소를생성할수있다.

[반응식 1]

BCU _: I \li -J. > ^* ) ^S /T ₂ - f (乂 ⁱ ₂

[37] 이러한반응과함께상기 연료개질장치 (도 6의 1200)내부에서의반응온도및 수증기와탄소성분의 비에따라하기반응식 2와같은탄소 (C)를생성하는 부반응이 일어날수있고,이와같이 생성된탄소가연료전지스택 (도 6의

1300)에 공급되는경우연료전지의 연료극을훼손하여 연료전지의성능을 급격하게 저하시킬수있다.따라서 이러한탄소생성부반응을억제하기

] ] ] ] ] ] ] ]

29035681 위해서는상기 연료개질장치에수증기를안정적으로공급하여 야한다.

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[반응식 2]

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본발명의실시예에따른상기수증기 발생장치 (100)는챔버 (110),공간구획 부재 (120),제 1기화관 (130),제 2기화관 (140),내부케이지 (150),외부케이지 (160) 및가열장치 (미도시)를포함할수있다.

[41 상기 챔버 (no)는내부공간 (10, 20)을구비할수있고,상기 공간구획

부재 (120)는상기 챔버 (no)내부에 배치되어상기 챔버 (no)의 내부공간 (io,

20)을 2개의공간,즉,수증기 배출공간 (10)과가열공간 (20)으로분할할수있다. 그리고상기 챔버 (110)중상기수증기 배출공간 (10)을형성하는부분에는 수증기가배출되는수증기 배출구 (111)가형성될수있고,이러한수증기 배출구 (111)는상기 연료개질장치 (도 6의 1200)에 연결될수있다.

상기 챔버 (110)와상기 공간구획부재 (120)는고온에서 안정한재질로형성될 수있다.예를들면,상기 챔버 (110)및상기 공간구획부재 (120)는서로 2020/175930 1»（：1^1{2020/002803 독립적으로고온에서 안정한금속,합금,세라믹，금속복합체，금속� ��세라믹의 복합체등의 재질로형성될수있다.한편,상기 챔버 ( 0)와상기 공간구획 부재 (120)는서로동일한재질로형성될수도있고,서로 다른재질로형성될 수도있다.

[43] 일실시예에 있어서,상기수증기 배출공간 (10)은상기수증기 배출구 (111)와 직접 연결되는제 1공간 (10幻및상기 제 1공간 (10幻의하부에 위치하고수증기로 변화하지 않았거나수증기가냉각되어발생된물이 일시적으로저장되는제 2 공간 (10비을포함할수있고,상기 제 2공간 (10비에 저장된물은상기가열 공간 (20)에공급된열에너지에의해수증기로변환될� �있다.상기 제 2 공간 (10비에 저장된물에상기 가열공간 (20)에 제공된열에너지를효과적으로 공급하기 위하여,상기제 2공간 (1아5)은상부측이상기 제 1공간 (10幻과연결되고 측부및/또는바닥부가상기가열공간 (20)에의해둘러싸이도록형성될수있다. 이와같이,상기물을수용할수있고상기 가열공간 (20)으로부터 열에너지를 효과적으로제공받을수있다면상기 제 2공간 (101 ₎ )의 형상은특별히제한되지 않는다.예를들면,상기제 2공간 (1아5)은상기가열공간 (20)에의해측부가 둘러싸인원기둥,사각기둥,원뿔,사각뿔등의 형상을가질수있다.

[44] 일실시예에 있어서 ,상기제 1공간 (10)및제 2공간 (20)을형성하기 위하여 , 상기 공간구획부재 (120)는제 1구획부 (121)및제 2구획부 (122)를포함할수 있다.상기 제 1구획부 (121)는가운데부분에 형성된소정 형상의 개구부를 구비하고,상기 챔버 (110)의측벽에결합되며,상기 제 1공간 (10幻과상기가열 공간 (20)을구획할수있다.상기 제 2구획부 (122)는상기제 1구획부 (121)의 개구부로부터하부로연장되어상기제 2공간 (101))을형성하고,상기제 2 공간 (10비과상기 가열공간 (20)을구획할수있다.

[45] 일실시예에 있어서,상기공간구획부재 (120)는상기 제 2구획부 (122)의

표면으로부터상기제 1기화관 (130)방향으로돌출되는복수의제 1가이드 돌기부 (123)를포함할수있다.상기 제 1가이드돌기부 (123)는상기 제 1 기화관 (130)의하부를지지하여상기 제 1기화관 (130)의 결합위치를가이드할 수있다.

[46] 상기제 1기화관 (130)은상기가열공간 (20)내부에서상기제 2공간 (101))을

둘러싸는코일형태로배치될수있다.상기제 1기화관 (130)은상기 챔버 ( 0) 외부에서 외부의물공급장치 (미도시)에 연결되는제 1단부및상기수증기 배출 공간 (10)내에 위치하는제 2단부를구비하고,상기 가열공간 (20)을상기와같은 형태로경유하여상기수증기 배출공간 (10)까지 연장되도록배치될수있다.

[47] 상기제 2기화관 (140)은상기제 1기화관 (130)의외부를둘러싸는코일형태로 배치될수있다.상기 제 2기화관 (140)은상기 챔버 ( 0)외부에서상기물공급 장치에 연결되는제 3단부및상기수증기 배출공간 (10)내에 위치하는제 2 단부를구비하고,상기가열공간 (20)을상기와같은형태로경유하여상기 수증기 배출공간 (10)까지 연장되도록배치될수있다. 2020/175930 1»（：1^1{2020/002803

[48] 상기제 1및제 2기화관 (130, 140)을상기와같이 설치하는경우,상기 외부의물 공급장치로부터상기 제 1및제 2기화관 (130, 140)에공급된물은상기 가열 공간 (20)을이동하면서수증기로변환되고,변환된수� ��기는상기수증기 배출 공간 (10)내에 배출될수있다.그리고상기 제 1및제 2기화관 (130, 140)으로부터 상기수증기 배출공간 (10)내에 배출된수증기는상기수증기 배출구 (111)를 통해상기 연료개질장치 (도 6의 1200)로공급될수있다.또한,본발명에서와 같이 단일기화관이 아니라 2개 이상의기화관을적용하는경우,기화관의 직경을감소시킬수있어서수증기 변환효율을현저하게향상시킬수있다.

[49] 일실시예에 있어서 ,상기제 1및제 2기화관 (130, 140)각각은도 4에도시된 바와같이내부면에주름이 형성된벨로즈형 튜브를포함할수 있다.이와같이상기 제 1및제 2기화관 (130, 140)이 벨로즈형 (bellows type) 튜브로형성된경우,상기 제 1및제 2기화관 (130, 140)의내부주름에의한 표면적증가로인하여물을보다고효율로수증기 로변환시킬수있을뿐만 아니라상기제 1및제 2기화관 (130, 140)으로부터 배출되는수증기의 압력 변화를감소시킬수있다.

[5이 상기내부케이지 (150)는상기제 1기화관 (130)과상기 제 2기화관 (140)사이에 배치되고,상기 제 1기화관 (130)을상기 제 2공간 (101))을형성하는상기 공간 구획부재 (120)의 제 2구획부 (122)방향으로가압하여 이를고정할수있을뿐만 아니라상기제 2기화관 (140)을지지할수있다.

[51] 일실시예에 있어서,도 2에도시된바와같이,상기내부케이지 (150)는제 1 상부테두리부 (151),제 1하부테두리부 (152),복수의 제 1연결부 (154)및복수의 제 2가이드돌기부 (155)를포함할수있다.

[52] 상기제 1상부테두리부 (151)및상기제 1하부테두리부 (152)는각각일정한 폭을갖는원형고리 형상을가질수있고,상기제 1기화관 (130)을둘러싸면서 이를가압하도록배치될수있다.상기 제 1하부테두리부 (152)는상기제 1상부 테두리부 (151)의하부에 배치될수있고,상기제 1상부테두리부 (151)와동일한 직경을가질수있다.

[53] 상기복수의 제 1연결부 (154)는상기 제 1상부테두리부 (151)및상기제 1하부 테두리부 (152)를연결하고,서로이격되게배치되며 ,상기 제 1상부

테두리부 (151)및상기제 1하부테두리부 (152)와함께상기 제 1기화관 (130)을 가압할수있다.

[54] 상기복수의 제 2가이드돌기부 (155)는상기복수의 제 1연결부 (154)

각각으로부터 외부방향,즉,상기 외부케이지 (160)방향으로돌출되고,상기제 2 기화관 (140)을지지할수있다.상기복수의제 2가이드돌기부 (155)의 이격간격 및돌출길이는상기제 2기화관 (140)의 직경에따라적절하게조절될수있다.

[55] 상기외부케이지 (160)는상기제 2기화관 (140)을둘러싸도록배치되고,상기 제 2기화관 (140)을상기제 1기화관 (130)방향으로가압하여 이를고정할수 있다. 2020/175930 1»（：1^1{2020/002803

[56] 일실시예에있어서,도 3에도시된바와같이,상기외부케이지 (160)는제 2 상부테두리부 (161),제 2하부테두리부 (162),중간테두리부 (163)및복수의제 2 연결부 (164)를포함할수있다.

[57] 상기제 2상부테두리부 (161),상기제 2하부테두리부 (162)및상기중간

테두리부 (163)는각각일정한폭을갖는원형고리형상을가� ��수있고,상기제 2 기화관 (140)을둘러싸면서이를가압하도록배치될수있� ��.상기제 2하부 테두리부 (162)는상기제 2상부테두리부 (161)하부에배치되고,상기중간 테두리부 (163)는상기제 2상부테두리부 (161)와상기제 2하부테두리부 (162) 사이에배치될수있으며,이들은모두동일한직� �을가질수있다.

[58] 상기복수의제 2연결부 (164)는상기제 2상부테두리부 (161),상기제 2하부 테두리부 (162)및중간테두리부 (163)를연결할수있고,이들과함께상기제 2 기화관 (140)을상기제 1기화관 (130)방향으로가압할수있다.

[59] 상기가열장치 (미도시)는상기제 1및제 2기화관 (130, 140)을이동하는물을 수증기로변환하기위하여상기가열공간 (20)에열에너지를공급할수있다.

[6이 일실시예에있어서,상기가열장치는상기가열� �간에고온가스가공급하는 고온가스공급장치 (도 6의 1400참조)를포함할수있다.이경우,상기챔버 (110) 중상기가열공간 (20)을형성하는부분에는상기고온가스공급장� �로부터고온 가스가주입되는가스공급구 (112 및상기가열공간 (20)으로부터고온가스가 배출되는가스배출구 (112비가형성될수있다.상기가열공간 (20)의온도를 상승시킬수있다면,상기고온가스는특별히제� �되지않는다.일예로,상기 고온가스로는연료전지스택 (도 2의 1300)에서배출된가스를사용할수있다. 즉,상기가열장치는상기연료전지스택에서배� �된가스를연소기 (도 2의 1400) 등을이용하여연소시킨후송풍기등을통해연소 된고온가스를상기가열 공간 (20)에공급할수있다.

[61] 다른실시예에있어서,상기가열장치는상기가� �공간 (20)을형성하는상기 챔버 (110)의측벽에설치된전열히터 (미도시)등을포함할수있다.

[62] 한편,일실시예에있어서,본발명의실시예에따� ��수증기발생장치 (100)는 상기챔버 (110)중상기제 2공간 (1아 ₅₎ 의하부에결합되어상기챔버 (110)내부의 온도를측정하는온도센서 (170)를더포함할수있다.

[63] 한편,일실시예에있어서,도 5에도시된바와같이,본발명의실시예에따른 수증기발생장치 (100)는상기제 1및제 2기화관 (130, 140)각각의내부에 배치되어,상기제 1및제 2기화관 (130, 140)으로부터배출되는수증기의 압력변화를저감시키는수증기압력변화저감부 재 (180)를더포함할수있다.

[64] 상기수증기압력변화저감부재 (180)는상기제 1및제 2기화관 (130, 140)중 수증기가배출되는단부에인접하게배치될수있 고,수증기가통과할수있는 다공성구조를가질수있다.예를들면,상기수증� ��압력변화저감부재 (180)는 상기제 1및제 2기화관 (130, 140)내부에삽입배치된메쉬구조체또는발포 구조체를포함할수있다.이러한수증기압력변� �저감부재 (180)는 라이덴프로스트효과 (LeidenFrost effect)로인한수증기의압력변화현상을 억제시킬수있다.

[65] 한편,일실시예에 있어서,본발명의실시예에따른수증기발생장� � (100)는 상기제 2공간 (10b)내에배치되어상기제 2공간 (10b)에존재하는액체물을 감지할수있는물감지기 (미도시)를더포함할수있다.상기고온가스의온 도 감소나가열장치의고장등과같은이상상황의발 생으로상기기화관 (130)에서 액체물이수증기로변환되지않고상기제 2공간 (10b)에저장되는등과같이 상기연료개질장치 (도 2의 1200)에수증기가공급되지않는경우,앞에서 설명한바와같이연료전지의연료극을훼손시키 는탄소가다량으로생성될수 있다.상기물감지기는상기제 2공간 (10b)에존재하는액체물을감지함으로써 상기와같은이상상황의발생을조기에알려줄수 있으므로,연료전지시스템의 안정성을현저하게향상시킬수있다.상기제 2공간 (10b)에존재하는액체물을 감지할수있다면,상기물감지기 (150)의구성은특별히제한되지않는다.

[66] 본발명의수증기발생장치에따르면,상기제 1및제 2기화관을상기연료

개질장치에직접연결하지않고상기챔버 (no)의수증기배출공간 (10)을 통하여상기연료개질장치 (도 6의 1200)에연결하므로,상기연료개질장치에 보다균일하게수증기를공급할수있다.종래의� �증기발생장치에서는, 일반적으로외부의물공급장치 (미도시)는펌프장치를이용하여물을기화관에 공급하고상기기화관을상기연료개질장치에직 접연결한다.이경우,상기 펌프장치의맥동에의해상기연료개질장치에공 급되는수증기또한상기 펌프장치의맥동에따라불균일하게공급된다.� �지만,본발명에서와같이 상기제 1및제 2기화관을상기챔버의수증기배출공간을통하� �상기연료 개질장치에연결하는경우,상기수증기배출공� �이상기펌프장치의맥동을 완화시킬수있다.

[67] 그리고상기제 1및제 2기화관으로벨로즈형튜브를적용하는경우,수� ��기 발생효율을향상시킬수있을뿐만아니라상기연 료개질장치에공급되는 수증기의압력변화를더욱감소시킬수있다.나� �가상기제 1및제 2기화관 내에수증기압력변화저감부재를배치시키는경 우,상기연료개질장치에 공급되는수증기의압력변화를추가적으로감소 시킬수있다.

[68] 한편,본발명의수증기발생장치에따르면,내부� ��이지및외부케이지를

통해제 1및제 2기화관을고정할수있으므로,상기수증기발생� ��치의구조적 안정성을향상시킬수있을뿐만아니라적용되는 기화관의직경을감소시킬수 있고,이로인해물의기화효율을더욱향상시킬� �있다.

[69]

P이 ＜연료전지시스템 (Fuel Cell System) ñ

PI] 도 6은본발명의실시예에따른연료전지시스템을� �명하기위한도면이다.

2] 도 6을참조하면,본발명의실시예에따른연료전지� ��스템 (1000)은수증기 발생장치 (noo),연료개질장치 (1200)및연료전지스택 (1300)을포함할수있다. 2020/175930 1»（：1/10公020/002803 상기수증기 발생장치 (1100)는외부물공급장치 (미도시)로부터 액체물을 공급받아이를수증기로변환후상기 연료개질장치 (1200)로공급한다.상기 수증기 발생장치 (1100)로는도 1을참조하여설명한수증기발생장치 (100)가 적용될수있으므로이에 대한중복된상세한설명은생략한다.

[74] 상기 연료개질장치 (1200)는외부연료공급장치 (미도시)로부터공급된

탄화수소연료및상기수증기 발생장치 ( 00)로부터 공급된수증기를반응시켜 수소를포함하는연료가스를생성할수있다.이� �한연료개질장치 (1200)로는 공지의또는앞으로개발될연료개질장치가제한 없이 적용될수있으므로, 이에 대한상세한설명은생략한다.

상기 연료전지스택 (1300)은상기 연료개질장치 (1200)로부터 제공된 연료가스의수소및외부공기 공급장치 (미도시)로부터제공된공기의산소를 이용하여 전기를생성할수있다.이러한연료전지스택 (1300)으로는

고체산화물형 연료전지스택,고체고분자형 연료전지스택,인산형 연료전지 스택,용융탄산염형 연료전지스택등이제한없이 적용될수있다.

[76] 한편,본발명의실시예에따른연료전지시스템 (1000)에 있어서,상기수증기 발생장치 (1100)의 가열장치는도 6에도시된바와같은연소기 (1400)를포함할 수있다.

상기 연소기 (1400)는상기 연료전지스택 (1300)에서 배출된가스를연소시켜 이를상기수증기 발생장치 (1100)의가열공간 (20)에고온가스로공급할수 있다.또한,상기 연소기 (1400)는상기 연료개질장치 (1200)에상기탄화수소 연료와상기수증기의 반응에필요한열에너지를공급할수있다.이러� � 연소기 (1400)로는공지의 연소장치가제한없이 적용될수있다.

[78]

]] 도 %및도개는평면튜브형 기화관및벨로즈형기화관을각각적용한수증기 21

7 78879 ^{7 735} 1 발생장치들에 대해측정된압력변화를나타내는그래프들이다 .

80] 도 %및도개를참조하면,평면튜브형 기화관을적용한수증기

발생장치에서는최대압력이 5.2 1 ¾로측정되었고,벨로즈형 기화관을적용한 수증기 발생장치에서는최대 압력이 3.7 1 ¾로측정되었다.즉,벨로즈형 기화관을적용한수증기 발생장치가평면튜브형기화관을적용한수증기 발생장치에 비해최대 압력이 약 1.5 1 ¾감소한것으로나타났다. 상기에서는본발명의바람직한실시예를참조하 여 설명하였지만,해당기술 분야의숙련된당업자는하기의특허 청구범위에 기재된본발명의사상및 영역으로부터 벗어나지 않는범위내에서본발명을다양하게수정 및변경시킬 수있음을이해할수있을것이다.

83； ［부호의 설명］

84； 100, 1100:수증기 발생장치 110:챔버

85 120:공간구획부재 130:제 1기화관 2020/175930 1»（：1/10公020/002803

[86] 140:제 2기화관 150:내부케이지

[87] 160:외부케이지 1000:연료전지시스템

[88] 1200:연료개질장치 1300:연료전지스택