KR100533008B1 - Fuel cell system having water trap apparatus - Google Patents

Fuel cell system having water trap apparatus Download PDF

Info

Publication number
KR100533008B1
KR100533008B1 KR10-2003-0062721A KR20030062721A KR100533008B1 KR 100533008 B1 KR100533008 B1 KR 100533008B1 KR 20030062721 A KR20030062721 A KR 20030062721A KR 100533008 B1 KR100533008 B1 KR 100533008B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
air
fuel
generator
cathode
supply line
Prior art date
Application number
KR10-2003-0062721A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20050025493A (en
Inventor
조태희
박명석
최홍
김규정
이명호
김철환
황용준
고승태
허성근
Original Assignee
엘지전자 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 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR10-2003-0062721A priority Critical patent/KR100533008B1/en
Publication of KR20050025493A publication Critical patent/KR20050025493A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100533008B1 publication Critical patent/KR100533008B1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명의 물포집장치를 가지는 연료전지 시스템은 양극에서의 전기화학적인 산화와 음극에서의 전기화학적인 환원에 의해 발전이 이루어지는 발전기와, 연료가 저장된 연료탱크와, 상기 연료탱크와 발전기의 양극을 연통시키는 연료공급라인과, 상기 발전기의 음극 입구부에 연통되는 공기공급라인과, 상기 발전기의 양극 출구부에 연통되어 반응 후의 연료를 배출하는 연료배출라인과, 상기 발전기의 음극 출구부에 연통되어 반응 후의 공기를 배출하는 공기배출라인과, 상기 연료배출라인과 공기배출라인에 각각 연결되어 반응후의 연료와 공기를 액체와 기체로 분리하기 위한 기액분리기들과, 상기 공기공급라인에 설치되어 공기를 가습시키는 가습기를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서, 상기 공기공급라인의 가습기 후위에 설치되어 가습기에서 가습되어 공기공급라인을 통하여 발전기의 음극에 공급되는 공기중에 포함되어 있는 액체상태의 H2O를 포집하기 위한 워터 트랩을 포함하여 구성됨으로써, 상기 공기공급라인을 통하여 발전기의 음극에 공급되는 공기 중에 포함된 액체상태의 H2O를 워터 트랩에서 포집하여 공기와 수증기 상태의 H2O만 발전기의 음극에 공급되도록 함으로써, 음극에 공급된 공기와 수증기 상태의 H2O가 촉매와 활발한 반응이 진행되게 되어 시스템의 발전성능이 향상 된다.A fuel cell system having a water collecting device of the present invention comprises a generator in which power generation is performed by electrochemical oxidation at an anode and electrochemical reduction at a cathode, a fuel tank in which fuel is stored, and an anode of the fuel tank and the generator. A fuel supply line to communicate with, an air supply line communicating with the cathode inlet of the generator, a fuel discharge line communicating with the anode outlet of the generator and discharging the fuel after the reaction, and a cathode outlet of the generator Air discharge lines for discharging air after the reaction, gas-liquid separators connected to the fuel discharge line and the air discharge line to separate the fuel and air after the reaction into liquid and gas, and installed in the air supply line In the fuel cell system comprising a humidifier for humidifying, the humidifier is installed after the humidifier of the air supply line Standing the humidified air that is being configured to include a water trap for trapping H 2 O of the liquid contained in the air supplied to the cathode of the generator through the air supply line, and supplied to the cathode of the generator through the air supply line H 2 O in the liquid state contained in the water trap is trapped in the water trap so that only air and water vapor H 2 O are supplied to the cathode of the generator, so that the air supplied to the cathode and H 2 O in the water vapor state are active with the catalyst. As it progresses, the power generation performance of the system is improved.

Description

물포집장치를 가지는 연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM HAVING WATER TRAP APPARATUS}FUEL CELL SYSTEM HAVING WATER TRAP APPARATUS}

본 발명은 외부로 부터 공급되는 연료와 공기의 전기화학반응을 통하여 전기를 생성하는 연료전지 시스템에 관한 것으로, 특히 음극으로 공급되는 공기중에 포함에되어 있는 액체상태의 H2O를 포집하여 음극에 공기와 수증기 상태의 H2O만 공급되도록 함으로써 공기와 수증기 상태의 H2O에 의해 촉매에 활발한 반응이 일어날 수 있도록 한 물포집장치를 가지는 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system that generates electricity through an electrochemical reaction between fuel and air supplied from the outside, and particularly, collects H 2 O in a liquid state contained in air supplied to the cathode to the cathode. The present invention relates to a fuel cell system having a water collecting device in which only H 2 O in an air and steam state is supplied to enable an active reaction to a catalyst by H 2 O in an air and steam state.

일반적으로, 연료전지 시스템(fuel cell system)은 연료가 가지고 있는 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환하는 장치로서, 이러한 연료전지 시스템의 발전기는 통상 고분자 전해질 막을 중심으로 양쪽에 양극(anode)과 음극(cathode)이 부착되어 있고, 양극(산화전극 또는 연료극)에서는 연료인 수소의 전기화학적 산화가, 그리고 음극(환원전극 또는 공기극)에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어나며 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기에너지가 발생된다.In general, a fuel cell system is a device that directly converts the energy contained in the fuel into electrical energy, and the generator of such a fuel cell system usually has an anode and a cathode on both sides of a polymer electrolyte membrane. ), Electrochemical oxidation of hydrogen as a fuel at the anode (anode or anode), and electrochemical reduction of oxygen as oxidant at the cathode (reduction electrode or cathode). Energy is generated.

이와 같은 연료전지에 공급되는 수소는 LNG, LPG, CH3OH, 가솔린 등의 탄화수소계(CH계열) 연료를 개질기에서 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H2)만을 정제하여 가스형태로 사용하는 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)와, 고체상태의 BH4 - 를 수용액 상태로 만들어 직접 연료로 사용하는 BFC(Boron Fuel Cell) 등이 소개되고 있다.Hydrogen supplied to such a fuel cell is purified by purifying only hydrogen (H 2 ) from a hydrocarbon-based (CH-based) fuel such as LNG, LPG, CH 3 OH, and gasoline through a desulfurization process → reforming reaction → hydrogen purification process. PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) used in the form, and BFC (Boron Fuel Cell) which directly uses BH 4 - in the form of an aqueous solution and uses it as a fuel are introduced.

종래 BFC의 개략적인 구성이 도 1에 도시되어 있는 바, 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.A schematic configuration of a conventional BFC is illustrated in FIG. 1, which will be briefly described as follows.

도시된 바와 같이, 종래의 연료전지(1)는 전기를 발생하는 발전기(10)의 일측에 수용액 상태의 BH4 - 를 저장하기 위한 연료탱크(2)가 구비되어 있는데, 그 연료탱크(2)와 발전기(10)의 양극에는 연료공급라인(3)과 연료배출라인(4)이 연결되어 있으며, 그 연료공급라인(3)에는 연료를 펌핑하기 위한 연료펌프(5)가 설치되어 있다.As shown, the conventional fuel cell 1 is provided with a fuel tank 2 for storing BH 4 in an aqueous state on one side of the generator 10 generating electricity, the fuel tank (2) And the anode of the generator 10 is connected to the fuel supply line 3 and the fuel discharge line 4, the fuel supply line 3 is provided with a fuel pump 5 for pumping fuel.

그리고, 상기 발전기(10)의 음극에는 공기공급라인(6)과 공기배출라인(7)이 설치되어 있는데, 그 공기공급라인(6)에는 공급되는 공기를 펌핑하기 위한 에어 필터(8), 에어 컴프레서(9), 가습기(11)가 설치되어 있다.In addition, an air supply line 6 and an air discharge line 7 are installed at the cathode of the generator 10. The air supply line 6 has an air filter 8 for pumping the supplied air and air. The compressor 9 and the humidifier 11 are provided.

또한, 상기 연료배출라인(4)과 공기배출라인(7)에는 각각 기액분리기(12)(12')가 설치되어 있고, 그 기액분리기(12)(12')에서 분리된 연료와 물이 연료탱크(2)로 포집될 수 있도록 포집라인(13)이 연결되어 있으며, 그 포집라인(13)에는 기액분리기(12)(12')에서 분리된 반응후의 연료 또는 물을 연료탱크(2)로 펌핑하기 위한 순환펌프(14)가 설치되어 있다.Further, gas-liquid separators 12 and 12 'are respectively installed in the fuel discharge line 4 and the air discharge line 7, and the fuel and water separated from the gas-liquid separators 12 and 12' are fuel. A collection line 13 is connected to the tank 2 so that the fuel or water after the reaction separated in the gas-liquid separator 12 and 12 'is connected to the fuel tank 2. A circulation pump 14 for pumping is installed.

도면중 미설명 부호 15,15'는 밸브이다.In the drawings, reference numerals 15 and 15 'denote valves.

상기와 같이 구성되어 있는 종래 연료전지 시스템은 기기의 동작 스위치가 온되면 연료펌프(5)에서 연료탱크(2)에 저장되어 있는 수용액 상태의 BH4 - 를 펌핑하여 연료공급라인(3)을 통하여 발전기(10)의 양극(연료극)에 공급함과 동시에 에어컴프레서(8)를 동작시켜서 공기공급라인(6)을 통하여 발전기(10)의 음극(공기극)으로 공기가 공급되도록 한다.In the conventional fuel cell system configured as described above, when the operation switch of the device is turned on, the fuel pump 5 pumps BH 4 in an aqueous state stored in the fuel tank 2 through the fuel supply line 3. The air compressor 8 is operated at the same time as supplying to the positive electrode (fuel electrode) of the generator 10 so that air is supplied to the negative electrode (air electrode) of the generator 10 through the air supply line 6.

상기와 같이 발전기(10)에 공급되는 수용액 상태의 BH4 - 와 공기는 발전기(10)에서 고분자전해질막을 사이에 두고 양측에 촉매가 탄소천으로 감싸도록 설치된 양극과 음극에 공급되어, 양극에서는 수소의 전기화학적 산화가 진행되고, 음극에서는 산소의 전기화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기가 발생되는데, 이때 발생되는 전기를 집전판(미도시)에서 집전하여 에너지원으로 사용하게 된다.As described above, the BH 4 and the air in the aqueous solution state supplied to the generator 10 are supplied to the anode and the cathode installed so that the catalyst is wrapped with carbon cloth on both sides with the polymer electrolyte membrane interposed therebetween. The electrochemical oxidation of, the electrochemical reduction of oxygen occurs at the cathode, the electricity is generated by the movement of the electrons generated at this time, the electricity generated at this time is collected in a current collector (not shown) to use as an energy source do.

이때의 반응식은 The reaction formula at this time

양극에서는 BH4 - + 8OH- → BO2 -(액) + 6H2O(기) + 8e- The anode BH 4 - + 8OH - → BO 2 - (liquid) + 6H 2 O (group) + 8e -

부반응으로 2H2O + NaBH4 → NaBO2(액) + 4H2(기)As a side reaction, 2H 2 O + NaBH 4 → NaBO 2 (liquid) + 4H 2 (group)

음극에서는 2O2 + 4H2O(가습공기)+ 8e-→ 8OH- + H2O(액),NaOH,Air(기)로, 반응후에 양극과 음극에서 발생되는 액체와 가스는 각각의 기액분리기(12)(12')에서 분리되고, 그와 같이 분리된 반응후의 연료와 물은 순환펌프(14)에 의해 다시 순환되어 연료탱크(2)로 보내져서 재 사용된다.In the negative electrode 2O 2 + 4H 2 O (humidified air) + 8e - → 8OH - + H 2 O ( liquid), NaOH, to Air (group), a liquid and a gas generated from the positive electrode and the negative electrode after the reaction each of the gas-liquid separator The fuel and water after the reaction separated in (12) and (12 ') are circulated again by the circulation pump 14 and sent to the fuel tank 2 for reuse.

그러나, 상기와 같은 종래의 연료전지는 발전기(10)의 음극으로 공급되는 공기와 H2O 중에 수증기 상태의 H2O뿐 아니라 액체상태의 H2O가 포함되어 있어서, 액체상태의 H2O가 음극의 촉매를 감싸게 되어 공기나 수증기상태의 H2O가 촉매와 반응하는 것을 저해하므로 발전기의 발전성능을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.However, in the conventional fuel cell as described above, as well as H 2 in the vapor state O in the cathode air and H 2 O supplied to the generator 10 includes a H 2 O in a liquid state, the liquid H 2 O Since it surrounds the catalyst of the negative electrode to inhibit the reaction of H 2 O in the air or steam state with the catalyst had a problem of lowering the power generation performance of the generator.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 액체상태의 H2O가 발전기의 음극으록 공급되는 것을 방지하여 음극의 촉매가 공기와 수증기상태의 H2O에 의해 활발한 반응이 진행되도록 함으로써 발전기의 발전성능을 향상시킬 수 있도록 한 물포집장치를 가지는 연료전지 시스템을 제공함에 있다.The object of the present invention devised in view of the above problems is to prevent the H 2 O in the liquid state is supplied to the cathode of the generator so that the active catalyst proceeds by the H 2 O in the air and water vapor state by the catalyst of the cathode The present invention provides a fuel cell system having a water collecting device to improve the power generation performance of a generator.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,양극에서의 전기화학적인 산화와 음극에서의 전기화학적인 환원에 의해 발전이 이루어지는 발전기와, 연료가 저장된 연료탱크와, 상기 연료탱크와 발전기의 양극을 연통시키는 연료공급라인과, 상기 발전기의 음극 입구부에 연통되는 공기공급라인과, 상기 발전기의 양극 출구부에 연통되어 반응 후의 연료를 배출하는 연료배출라인과, 상기 발전기의 음극 출구부에 연통되어 반응 후의 공기를 배출하는 공기배출라인과, 상기 연료배출라인과 공기배출라인에 각각 연결되어 반응후의 연료와 공기를 액체와 기체로 분리하기 위한 기액분리기들과, 상기 공기공급라인에 설치되어 공기를 가습시키는 가습기를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서,In order to achieve the object of the present invention as described above, the generator is generated by the electrochemical oxidation at the anode and the electrochemical reduction at the cathode, the fuel tank in which the fuel is stored, and the anode of the fuel tank and the generator A fuel supply line to communicate with, an air supply line communicating with the cathode inlet of the generator, a fuel discharge line communicating with the anode outlet of the generator and discharging the fuel after the reaction, and a cathode outlet of the generator Air discharge lines for discharging air after the reaction, gas-liquid separators connected to the fuel discharge line and the air discharge line to separate the fuel and air after the reaction into liquid and gas, and installed in the air supply line A fuel cell system comprising a humidifier to humidify,

상기 공기공급라인의 가습기 후위에 설치되어 가습기에서 가습되어 공기공급라인을 통하여 발전기의 음극에 공급되는 공기중에 포함되어 있는 액체상태의 H2O를 포집하기 위한 워터 트랩을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물포집장치를 가지는 연료전지 시스템이 제공된다.It is installed after the humidifier of the air supply line is humidified in the humidifier and comprises a water trap for trapping the liquid H 2 O contained in the air supplied to the cathode of the generator through the air supply line A fuel cell system having a water collecting device is provided.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 물포집장치를 가지는 연료전지 시스템을 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the embodiment of the accompanying drawings a fuel cell system having a water collecting device of the present invention configured as described above in detail as follows.

도 2는 본 발명의 물포집장치를 가지는 연료전지 시스템의 개략구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연료전지 시스템(100)은 수용액 상태의 BH4와 공기의 전기화학반응에 의해 발전이 이루어지는 발전기(Generator)(101)와 일정거리를 두고 발전기(101)의 양극(anode)(132)에 공급되는 수용액 상태의 BH4를 저장하는 연료탱크(Fuel Tank)(102)가 설치되어 있다.Figure 2 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system having a water collecting device of the present invention, as shown, the fuel cell system 100 of the present invention is generated by the electrochemical reaction of BH 4 and air in an aqueous solution state A fuel tank 102 for storing BH 4 in an aqueous state supplied to the anode 132 of the generator 101 at a predetermined distance from the generator 101 is provided. .

그리고, 상기 연료탱크(102)의 하부와 발전기(101)의 양극(anode)(132) 입구부는 연료를 공급할 수 있도록 연료공급라인(103)으로 연결되어 있고, 양극(132)의 출구부에는 연료배출라인(104)이 연결되어 있으며, 상기 연료공급라인(103)에는 연료를 펌핑하기 위한 연료펌프(105)가 설치되어 있다.The lower portion of the fuel tank 102 and the inlet portion of the anode 132 of the generator 101 are connected to the fuel supply line 103 so as to supply fuel, and the outlet portion of the anode 132 is fueled. A discharge line 104 is connected, and the fuel supply line 103 is provided with a fuel pump 105 for pumping fuel.

또한, 상기 발전기(101)의 음극(cathode)(133) 입구부에는 공기가 공급되어질 수 있도록 공기공급라인(109)이 설치되어 있고, 음극(cathode)(133)의 출구부에는 반응하고난 후의 공기가 배출되어질 수 있도록 공기배출라인(110)이 설치되어 있다.In addition, an air supply line 109 is installed at the inlet of the cathode 133 of the generator 101 so that air can be supplied, and an outlet of the cathode 133 after reacting. The air discharge line 110 is installed so that air can be discharged.

그리고, 상기 공기공급라인(109)에는 발전기(101)로 공급되는 공기를 필터링하기 위한 에어필터(111), 공기를 송풍하기 위한 에어컴프레서(Air Compressor)(112), 공기를 가습하기 위한 가습기(Humidifier)(113)가 차례로 설치되어 있고, 그 가습기(113)의 후위에는 가습기(113)에서 발전기(101)의 음극(133)으로 공급되는 공기중에 포함되어 있는 액체상태의 H2O를 포집하기 위한 워터 트랩(Water trap)(150)이 설치되어 있다.The air supply line 109 includes an air filter 111 for filtering air supplied to the generator 101, an air compressor 112 for blowing air, and a humidifier for humidifying air ( Humidifier (113) is provided in sequence, and the rear of the humidifier 113 to collect the H 2 O in the liquid state contained in the air supplied from the humidifier 113 to the cathode 133 of the generator 101. Water trap (150) is provided for.

또한, 상기 워터 트랩(150)에서 포집된 액체상태의 H2O는 워터 트랩(150)과 가습기(113) 사이에 연결된 물회수라인(151)을 통하여 가습기(113)로 회수되어 가습을 위한 물로 이용되어질 수 있도록 되어 있다.In addition, the liquid H 2 O collected in the water trap 150 is recovered to the humidifier 113 through a water recovery line 151 connected between the water trap 150 and the humidifier 113 to the water for humidification. It can be used.

그리고, 상기 연료배출라인(104)과 공기배출라인(110)에서 배출되는 연료와 공기는 각각의 기액분리기(120)(120')에 연결되어 있고, 그 기액분리기(120)(120')들과 연료탱크(102)는 물재활용라인(122)으로 연결되어 있으며, 그 물재활용라인(122)에는 기액분리기(120)에서 분리된 연료와 물을 연료탱크(102)로 펌핑할 수 있도록 순환펌프(123)가 설치되어 있다.In addition, the fuel and air discharged from the fuel discharge line 104 and the air discharge line 110 are connected to the respective gas-liquid separators 120 and 120 ', and the gas-liquid separators 120 and 120'. And the fuel tank 102 is connected to the water recycling line 122, the water recycling line 122, the circulation pump to pump the fuel and water separated from the gas-liquid separator 120 to the fuel tank 102 123 is provided.

상기 발전기(101)는 여러개의 단일셀을 연속적으로 적층(stack)한 형태 또는 단일셀(single cell) 형태가 가능한데, 도 3과 도 4를 참고하여 단일셀구조를 설명하면, 전해질 막(131)의 양측에 가스를 확산시키기 위한 양극(132)과 음극(133)이 접합되어 이루어진 막-전극 접합체(MEA:membrane-electrode assembly)(134)와, 그 막-전극 접합체(134)의 양측에 밀착되도록 조립되어 양극(132)과 음극(133)에서 연료가스 및 산소함유가스의 유로(135)를 형성하는 분리판(separator)(136)과, 그 분리판(136)의 양측에 배치되어 양극(132)과 음극(133)의 집전극이 되는 집전판(137)으로 구성되어 있다.The generator 101 may have a form in which a plurality of single cells are continuously stacked or a single cell. A single cell structure is described with reference to FIGS. 3 and 4, and an electrolyte membrane 131. A membrane-electrode assembly (MEA) formed by bonding the anode 132 and the cathode 133 for diffusing a gas to both sides of the electrode, and the membrane-electrode assembly 134 closely adheres to both sides of the membrane-electrode assembly 134. A separator 136 which is assembled so as to form a flow path 135 of fuel gas and oxygen-containing gas at the anode 132 and the cathode 133, and disposed on both sides of the separator 136. 132 and a collector plate 137 serving as a collector electrode of the cathode 133.

상기 막-전극 접합체(134)의 전해질 막(131)은 고분자재료로 이루어진 이온교환막으로서 대표적으로 상품화된 전해질 막(131)으로는 듀폰사의 Nafion막이 있으며 수소이온의 전달체 역할을 하는 동시에 산소와 수소의 접촉을 막는 역할을 하게 되고, 양극(132)과 음극(133)은 도 4에서와 같이, 백금(Pt) 촉매층(141)을 지지하는 지지체로서 다공성의 탄소천(carbon cloth)(142)이 전해질 막(131)의 양측에 접합된 구조로 되어 있다. The electrolyte membrane 131 of the membrane-electrode assembly 134 is an ion exchange membrane made of a polymer material, and the commercially available electrolyte membrane 131 includes a Nafion membrane of DuPont, which serves as a carrier of hydrogen ions, As shown in FIG. 4, the anode 132 and the cathode 133 serve as a support for supporting the platinum (Pt) catalyst layer 141, and the porous carbon cloth 142 is electrolyte. It has a structure bonded to both sides of the film 131.

상기 분리판(136)은 치밀질의 카본 플레이트로 이루어지고, 내측에는 유체가 흐르도록 복수개의 유로홈이 형성되어 있다.The separating plate 136 is made of a dense carbon plate, and a plurality of flow path grooves are formed in the fluid to flow therein.

상기 집전판(137)은 전기전도성이 우수하고, 내식성이 우수하며, 수소취성이 발생되지 않는 것이 바람직 할 것이며, 구체적으로는 티타늄, 스테인레스, 동 등 상기 요구성능이 만족되는 것이라면 어느 것이라도 좋다.It is preferable that the current collector plate 137 is excellent in electrical conductivity, excellent in corrosion resistance, and does not generate hydrogen embrittlement. Specifically, any one of the current collector plate 137 may be satisfied as long as the required performance is satisfied.

상기와 같이 구성된 본 발명의 물포집장치가 구비된 연료전지 시스템에서는 기기의 동작스위치가 온(On)되면 배터리에서 공급되는 전원이 전력변환기를 통하여 연료펌프(105)에 공급되어 연료펌프(105)를 동작시킴에 따라 연료탱크(102)에 저장되어 있는 수용액 상태의 BH4를 펌핑하여 연료공급라인(103)을 통하여 발전기(101)의 양극(132)으로 공급하게 된다.In the fuel cell system having the water collecting device of the present invention configured as described above, when the operation switch of the device is turned on, power supplied from the battery is supplied to the fuel pump 105 through the power converter to supply the fuel pump 105. By operating the pump BH 4 in the aqueous solution state stored in the fuel tank 102 is supplied to the anode 132 of the generator 101 through the fuel supply line 103.

그리고, 상기 에어컴프레서(112)에서는 공기공급라인(109)을 통하여 발전기(101)의 음극(133)에 공기를 공급하게 되는데, 그와 같이 공급되는 공기는 에어필터(111)에서 필터링된 후 가습기(113)에서 적정 습도로 가습이되어 공급되어 진다.In addition, the air compressor 112 supplies air to the cathode 133 of the generator 101 through the air supply line 109. The air supplied as such is humidified after being filtered by the air filter 111. At 113, humidified to the appropriate humidity is supplied.

상기와 같이 발전기(101)의 내부로 공급되어진 수용액 상태의 BH4는 전해질 막(131)을 사이에 두고 양극(132)의 외측면에 형성된 유로(135)를 따라 흐르며 확산이 되고, 공기는 음극(133)의 외측면에 형성된 유로(135)를 따라 흐르며 확산이 되며, 양극(132)에서는 전기화학적인 산화가 진행되며 음극(133)에서는 전기화학적인 환원이 진행되어 전자의 이동으로 전기가 발생이되는데, 그때 발생되는 전기를 집전판(137)에서 집전하여 전원으로 이용하게 된다.As described above, the BH 4 in the aqueous state supplied into the generator 101 flows along the flow path 135 formed on the outer surface of the positive electrode 132 with the electrolyte membrane 131 interposed therebetween, and the air is negative. Diffusion flows along the flow path 135 formed on the outer side of the 133, the electrochemical oxidation proceeds at the anode 132, the electrochemical reduction proceeds at the cathode 133, the electricity is generated by the movement of electrons In this case, the electricity generated at that time is collected in the current collector plate 137 and used as a power source.

상기 발전기(101)에서의 발생되는 반응의 반응식은The reaction formula of the reaction generated in the generator 101 is

Anode : BH4 - + 8OH- →BO2 - + 6H2O + 8e- E0 = 1.24 V Anode: BH 4 - + 8OH - → BO 2 - + 6H 2 O + 8e - E 0 = 1.24 V

Cathode : 2O2 + 4H2O + 8e- →BOH- E0 = 0.4 V Cathode: 2O 2 + 4H 2 O + 8e - → BOH - E 0 = 0.4 V

Total : BH4 - + 2O2 →2H2O + BO2 E 0 = 1.64 V이다.Total: BH 4 - + 2O a 2 → 2H 2 O + BO 2 E 0 = 1.64 V.

상기와 같이 연료로 사용되는 수용액 상태의 BH4 -에는 안정된 용액으로 만들기 위하여 일정양의 Na을 혼합하는데 그에 따른 부반응으로,As above, BH 4 - in aqueous solution used as fuel is mixed with a certain amount of Na to make a stable solution.

Anode : 2H2O + NaBH4 + 4H2 의 반응이 진행된다.Anode: 2H 2 O + NaBH 4 + 4H 2 The reaction proceeds.

그리고, 상기와 같이 양극에서 반응후의 연료와 가스 및 음극에서 반응후 배출되는 공기와 물은 연료배출라인(104)과 공기배출라인(110)을 통하여 기액분리기(120)(120')로 배출되고, 그 기액분리기(120)(120')에서 분리된 반응후의 연료와 물은 순환펌프(124)에 의해 연료탱크(102)로 펌핑되어 재사용되어 지고, 가스는 그대로 배출되어 진다.Then, the air and water discharged after the reaction in the anode and the fuel and gas and the cathode as described above is discharged to the gas-liquid separator (120, 120 ') through the fuel discharge line 104 and the air discharge line (110). The fuel and water after the reaction separated in the gas-liquid separators 120 and 120 'are pumped to the fuel tank 102 by the circulation pump 124 and reused, and the gas is discharged as it is.

또한, 상기와 같이 발전이 이루어질때에 공기공급라인(109)을 통하여 공급되는 공기는 가습기(113)에서 가습이 되어 공기와 H2O가 발전기(101)의 음극(133)으로 공급되어지는데, 이때 공기공급라인(109)을 통하여 음극(133)으로 공급되는 공기와 H2O 중 액체상태의 H2O는 워터 트랩(150)에서 분리되어 워터 트랩(150)의 내측 저부에 포집되며, 공기와 수증기 상태의 H2O만 발전기(101)의 음극(133)에 공급되어 촉매층(141)의 촉매와 활발한 반응을 하게 된다.In addition, when the power generation is made as described above, the air supplied through the air supply line 109 is humidified in the humidifier 113, the air and H 2 O is supplied to the cathode 133 of the generator 101, At this time, the air supplied to the cathode 133 through the air supply line 109 and H 2 O of the liquid state of H 2 O is separated from the water trap 150 is collected in the inner bottom of the water trap 150, air And only H 2 O in the steam state is supplied to the cathode 133 of the generator 101 is to actively react with the catalyst of the catalyst layer 141.

또, 상기와 같이 워터 트랩(150)에 포집된 액체상태의 H2O는 물회수라인(151)을 통하여 가습기(113)로 회수되어 가습을 위한 물로 활용되어지게 된다.In addition, the liquid H 2 O collected in the water trap 150 as described above is recovered to the humidifier 113 through the water recovery line 151 to be used as water for humidification.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 물포집장치를 가지는 연료전지 시스템은 발전기의 음극에 공기를 공급하는 공기공급라인에 액체상태의 H2O를 포집하기 위한 워터 트랩을 설치하여, 가습기에서 공기공급라인을 통하여 발전기의 음극에 공급되는 물과 H2O중에 포함된 액체상태의 H2O를 워터 트랩에서 포집하여 공기와 수증기 상태의 H2O만 발전기의 음극에 공급되도록 함으로써, 음극에 공급된 공기와 수증기 상태의 H2O가 촉매와 활발한 반응이 진행되게 되어 시스템의 발전성능이 향상되어지는 효과가 있다.As described in detail above, the fuel cell system having the water collecting device of the present invention is installed in the air supply line for supplying air to the cathode of the generator to install a water trap for collecting the liquid H 2 O, the air in the humidifier Water supplied to the cathode of the generator through the supply line and H 2 O in the liquid state contained in H 2 O are collected in the water trap so that only air and steam H 2 O are supplied to the cathode of the generator, thereby supplying it to the cathode. The active reaction of the H 2 O in the air and water vapor state with the catalyst proceeds to improve the power generation performance of the system.

또한, 상기와 같이 워터 트랩에 포집된 액체 상태의 H2O를 물회수라인을 통하여 가습기로 회수되어 가습을 위한 물로 이용되도록 함으로써 가습기에 잦은 물보충을 하지 않아도 되는 효과가 있다.In addition, the liquid H 2 O collected in the water trap as described above is recovered by the humidifier through the water recovery line to be used as water for the humidification, there is an effect that does not need to frequently supplement the water in the humidifier.

도 1은 종래 연료전지 시스템을 보인 개략구성도.1 is a schematic configuration diagram showing a conventional fuel cell system.

도 2는 본 발명의 물포집장치를 가지는 연료전지 시스템의 개략구성도.2 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system having a water collecting device of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 단위셀구조를 보인 단면도.3 is a cross-sectional view showing a unit cell structure according to the present invention.

도 4는 도 3의 A부를 보인 확대도.4 is an enlarged view illustrating a portion A of FIG. 3.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

101 : 발전기 102 : 연료탱크101: generator 102: fuel tank

103 : 연료공급라인 104 : 연료배출라인103: fuel supply line 104: fuel discharge line

109 : 공기공급라인 110 : 공기배출라인109: air supply line 110: air discharge line

120,120' : 기액분리기 132 : 양극120,120 ': Gas-liquid separator 132: Anode

133 : 음극 150 : 워터 트랩133: cathode 150: water trap

151 : 물회수라인151: water recovery line

Claims (2)

양극에서의 전기화학적인 산화와 음극에서의 전기화학적인 환원에 의해 발전이 이루어지는 발전기와, 연료가 저장된 연료탱크와, 상기 연료탱크와 발전기의 양극을 연통시키는 연료공급라인과, 상기 발전기의 음극 입구부에 연통되는 공기공급라인과, 상기 발전기의 양극 출구부에 연통되어 반응 후의 연료를 배출하는 연료배출라인과, 상기 발전기의 음극 출구부에 연통되어 반응 후의 공기를 배출하는 공기배출라인과, 상기 연료배출라인과 공기배출라인에 각각 연결되어 반응후의 연료와 공기를 액체와 기체로 분리하기 위한 기액분리기들과, 상기 공기공급라인에 설치되어 공기를 가습시키는 가습기를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서,A generator that generates power by electrochemical oxidation at the anode and electrochemical reduction at the cathode, a fuel tank in which the fuel is stored, a fuel supply line communicating the anode of the fuel tank with the generator, and a cathode inlet of the generator An air supply line communicating with the unit, a fuel discharge line communicating with the anode outlet of the generator and discharging the fuel after the reaction, an air discharge line communicating with the cathode outlet of the generator and discharging the air after the reaction; A fuel cell system comprising a gas-liquid separator connected to a fuel discharge line and an air discharge line, respectively, to separate the fuel and air after the reaction into a liquid and a gas, and a humidifier installed at the air supply line to humidify the air. 상기 공기공급라인의 가습기 후위에 설치되어 가습기에서 가습되어 공기공급라인을 통하여 발전기의 음극에 공급되는 공기중에 포함되어 있는 액체상태의 H2O를 포집하기 위한 워터 트랩을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물포집장치를 가지는 연료전지 시스템.It is installed after the humidifier of the air supply line is humidified in the humidifier and comprises a water trap for trapping the liquid H 2 O contained in the air supplied to the cathode of the generator through the air supply line A fuel cell system having a water collecting device. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 워터 트랩에 포집된 물을 가습기로 공급하여 가습을 위한 물로 이용될 수 있도록 워터 트랩과 가습기를 연결하는 물회수라인을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 물포집장치를 가지는 연료전지 시스템.And a water collection line connecting the water trap and the humidifier to supply the water trapped in the water trap to the humidifier to be used as water for humidification.
KR10-2003-0062721A 2003-09-08 2003-09-08 Fuel cell system having water trap apparatus KR100533008B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0062721A KR100533008B1 (en) 2003-09-08 2003-09-08 Fuel cell system having water trap apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0062721A KR100533008B1 (en) 2003-09-08 2003-09-08 Fuel cell system having water trap apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050025493A KR20050025493A (en) 2005-03-14
KR100533008B1 true KR100533008B1 (en) 2005-12-02

Family

ID=37383796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0062721A KR100533008B1 (en) 2003-09-08 2003-09-08 Fuel cell system having water trap apparatus

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100533008B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101000584B1 (en) 2007-07-20 2010-12-10 현대자동차주식회사 Water trap device of fuel cell vehicle
US20140193725A1 (en) * 2013-01-04 2014-07-10 Lilliputian Systems, Inc. Fuel Cell System Having Water Vapor Condensation Protection

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050025493A (en) 2005-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100859458B1 (en) Stack structure for fuel cell
KR100531824B1 (en) Fuel circulation control apparatus of fuel cell system
KR100464051B1 (en) Fuel cell system
KR100533008B1 (en) Fuel cell system having water trap apparatus
KR100539753B1 (en) Water supply apparatus of fuel cell system
KR20040074730A (en) Boron fuel cell system
KR100864654B1 (en) Fuel tank structure of fuel cell
CN1612398A (en) Water supply device for fuel cell system
KR100524721B1 (en) Fuel tank of fuel cell system
CN1612384A (en) Fuel cell system with water collecting device
KR100829428B1 (en) Fuel tank for fuel cell
KR100830939B1 (en) Apparatus for removing hydrogen gas of fuel cell
KR100859457B1 (en) Stack structure for fuel cell
KR100531823B1 (en) Water interception pparatus of fuel cell system
KR100504871B1 (en) Filtering apparatus of fuel cell system
KR20040074733A (en) Fuel cell system
KR20040000556A (en) Fuel tank for fuel cell
KR20040074735A (en) Fuel cell system
KR100486561B1 (en) Hydrogen gas recycling fuel cell
CN1612393A (en) Fuel recovery regulating device for fuel cell system
KR20040003656A (en) Apparatus for removing water film of fuel cell and the method thereof
KR100700183B1 (en) Water circulation apparatus for fuel cell
KR20040098124A (en) Operating method of fuel cell system
KR20040003659A (en) Cooling/humidifying device of fuel cell
KR100652611B1 (en) Fuel supply apparatus for fc

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080926

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee