KR100664086B1 - Water separator and fuel cell with this - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 연료전지의 일례를 보인 계통도,1 is a system diagram showing an example of a conventional fuel cell;
도 2 및 도 3은 종래 연료전지의 기액분리기를 보인 개략도,2 and 3 is a schematic view showing a gas-liquid separator of a conventional fuel cell,
도 4는 본 발명 연료전지의 일례를 보인 계통도,4 is a system diagram showing an example of the fuel cell of the present invention;
도 5 내지 도 7은 본 발명 연료전지의 기액분리유닛을 보인 개략도,5 to 7 is a schematic view showing a gas-liquid separation unit of the fuel cell of the present invention,
도 8은 본 발명 연료전지의 다른실시예를 보인 계통도,8 is a system diagram showing another embodiment of the fuel cell of the present invention;
도 9는 본 발명 연료전지의 다른실시예에 적용하는 기액분리유닛를 보인 개략도.Figure 9 is a schematic view showing a gas-liquid separation unit applied to another embodiment of the fuel cell of the present invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
110 : 개질유닛 111 : 버너110: reforming unit 111: burner
120 : 스택유닛 121 : 연료극120: stack unit 121: fuel electrode
130 : 기액분리유닛 131,132 : 제1,제2 기액분리부130: gas-liquid separation unit 131,132: first and second gas-liquid separation unit
133 : 물저장부 151 : 연료공급라인133: water storage unit 151: fuel supply line
152 : 연료회수라인 161 : 저수통152: fuel recovery line 161: reservoir
162 : 냉각수라인 171 : 물라인162: cooling water line 171: water line
172 : 배수관 174,175 : 수위센서172: drain pipe 174,175: water level sensor
본 발명은 기액분리기 및 이를 적용한 연료전지에 관한 것으로, 특히 저렴하면서도 가스의 누설을 방지할 수 있고 물탱크 기능도 포함하는 기액분리기 및 이를 적용한 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a gas-liquid separator and a fuel cell using the same, and more particularly, to a gas-liquid separator and a fuel cell using the same, which can prevent gas leakage and include a water tank function.
일반적으로 연료전지(FUEL CELL SYSTEM)는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치이다. 연료전지는 작동온도와 주연료의 형태에 따라 알카리형(AFC), 인산염형(PAGC), 용융탄산염형(MCFC), 고체전해질형(SOFC), 고분자전해질형(PEMFC) 등으로 구분된다. 이 중에서 고분자전해질형 연료전지의 전해질은 액체가 아닌 고체 고분자 중합체(Membrane)로써 다른 연료전지와 구별된다. 이러한 고분자전해질형 연료전지는 통상 LNG, LPG 등의 탄화수소계(CH계열) 연료를 개질유닛에서 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H2)만을 정제하고, 이 정제된 수소를 스택유닛의 연료극으로 공급하여 그 연료극에서는 연료인 수소의 전기화학적 산화가, 그리고 공기극에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어나면서 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기에너지가 발생되도록 하는 것이다.In general, a fuel cell system is an electrochemical device that directly converts chemical energy of hydrogen and oxygen into electrical energy. Fuel cells are classified into alkali type (AFC), phosphate type (PAGC), molten carbonate type (MCFC), solid electrolyte type (SOFC), and polymer electrolyte type (PEMFC) according to operating temperature and type of main fuel. Among them, the electrolyte of the polymer electrolyte fuel cell is not a liquid but a solid polymer (Membrane) to distinguish it from other fuel cells. In such a polymer electrolyte fuel cell, hydrocarbon-based (CH-based) fuels such as LNG and LPG are usually purified in a reforming unit through a desulfurization process → reforming reaction → hydrogen purification process to purify only hydrogen (H 2 ) and stack the purified hydrogen. It is supplied to the anode of the unit so that the electrical energy is generated by the electrochemical oxidation of hydrogen as fuel at the anode and the electrochemical reduction of oxygen as oxidant at the cathode.
도 1은 종래 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)방식의 연료전지를 보인 계통도이다.1 is a system diagram showing a fuel cell of a conventional PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) method.
이에 도시된 바와 같이 종래의 연료전지는, 개질유닛(10)에서 탄화수소계열의 연료를 개질하여 수소를 정제하고, 이 정제된 수소를 스택유닛(20)의 연료극(21)으로 공급하는 한편 공기를 상기 스택유닛(20)의 공기극(22)으로 공급하여 상기 연료극(21)에서는 산화반응이, 공기극(22)에서는 환원반응이 일어나게 한다. 이 과정에서 생성되는 전자가 상기 연료극(21)에서 공기극(22)으로 이동하면서 전기를 발생시키고, 그 전기는 전기변환유닛(미도시)에서 교류전기로 전환시켜 각종 전기제품에 공급하도록 구성되어 있다.As shown in the drawing, the conventional fuel cell reforms hydrogen by reforming a hydrocarbon-based fuel in the reforming
이를 보다 상세히 살펴보면, LNG와 같은 탄화수소계열의 연료가 개질유닛(10)에서 각 단계를 거치면서 수소가 발생되고, 이 수소는 수분이 함유된 상태로 연료공급라인(31)을 통해 상기 스택유닛(20)의 연료극(21)으로 공급된다. 이 연료극(21)으로 공급되는 연료중에서 일부는 공기극(22)으로 공급되는 산소와 전기화학적 반응을 하여 소모되는 반면 일부는 산소와 반응하지 않은 상태의 남은 가스(off-gas)로 배출되어 연료회수라인(32)을 따라 다시 개질유닛(10)의 증기발생용 버너(11)로 회수되면서 연소용 연료로 재활용된다. Looking at this in more detail, hydrogen is generated as the hydrocarbon-based fuel such as LNG passes through each stage in the reforming
여기서, 상기 개질유닛(10)에서 정제되는 수소는 여러 단계를 거치면서 대략 100~120°정도의 온도로 배출되나 상기 스택유닛(20)은 대략 50°안팎의 온도를 유지하여야 연료전지의 전체 효율을 높일 수 있으므로 결국 상기 스택유닛(20)으로 유입되기 전에 수소의 온도를 스택유닛(20)의 요구온도만큼 낮출 필요가 있다. Here, the hydrogen purified in the reforming
한편, 탄화수소계열의 연료가 개질되는 과정에서 다량의 수분을 함유하게 되나 이 수분이 적정량 이상일 경우에는 오히려 연료전지의 성능을 저하시킬 수 있으 므로 수소에 함유된 수분의 일정량을 상기 스택유닛(20)으로 유입되기 전에 탈수시켜야 할 필요가 있다. 또, 상기 스택유닛(20)에서 사용되고 남은 가스에도 다량의 수분이 함유되어 있어 상기 개질유닛(10)에서의 연소효율을 높일 수 있으므로 회수되는 수소에서도 수분을 제거할 필요가 있다.On the other hand, the hydrocarbon-based fuel contains a large amount of water in the process of reforming, but when the moisture is more than the appropriate amount, rather than reducing the performance of the fuel cell, the amount of water contained in the hydrogen to the
이를 위해, 종래에는 도 1에서와 같이 상기 스택유닛(20)과 개질유닛(10)의 버너(11a) 사이에 제1 기액분리기(41)를 설치하고 상기 개질유닛(10)과 스택유닛(20)의 사이에 제2 개액분리기(42)를 설치하여 상기 스택유닛(20)에서 개질유닛(10)으로 회수되는 수소에서도 수분을 응축시켜 분리하는 동시에 상기 스택유닛(20)으로 공급되는 수소에서 일정량의 수분을 응축시켜 분리하고 있다. 상기 각 기액분리기(41)(42)에서 분리되는 응축수는 응축수회수라인(43,44)를 통해 물탱크(51)로 모여 상기 스택유닛(20) 등을 냉각하는 냉각수로 활용하고 있다.To this end, conventionally, the first gas-liquid separator 41 is installed between the
이러한 종래의 기액분리기(41)(42)는 도 2에서와 같은 높이 수두차(△H)를 이용하거나 도 3와 같이 각 기액분리기(41)(42)의 응축수수회수관(43)(44)마다 별도로 전동밸브(45)를 설치하여 그 전동밸브(45)를 이용한 방식이 널리 알려져 있다. 도면중 미설명 부호인 46은 수위센서, 52는 물라인, 61은 저수통, 62는 냉각수라인이다.The conventional gas-
그러나, 상기와 같은 높이수두차를 이용한 기액분리기(41)(42)는 수두차이에 의해 견디는 압력이 배수되는 압력보다 낮을 경우에는 응축수가 배수되지 않으며 반대의 경우에는 기액분리기(41)(42) 내부의 응축수가 모두 배수되어 상기 스택유닛(20)으로 공급되거나 개질유닛(10)으로 회수되어야할 수소가 배수관을 통해 빠져 나가는 현상이 발생할 우려가 있었다.However, the gas-
또, 전동밸브를 이용한 기액분리기(41)(42)는 그 전동밸브의 구동을 위해 별도의 전력소비가 발생할 뿐만 아니라 일정 수위를 유지할 수 있도록 수위센서(46)와 전동밸브(45)를 연결한 제어장치가 필요하여 원가상승을 초래하는 문제점이 있었다.In addition, the gas-liquid separator (41) (42) using the electric valve is connected to the water level sensor (46) and the electric valve (45) to maintain a constant water level as well as a separate power consumption for driving the electric valve. There is a problem that the cost increase because a control device is required.
또, 상기 기액분리기(41)(42)에서 분리되는 수분은 물임에도 불구하고 이 기액분리기(41)(42)와 물탱크를 별도로 구성함에 따라 그만큼 비용의 상승과 연료전지의 비대화를 초래하는 문제점도 있었다.In addition, even though the water separated from the gas-
본 발명은 상기와 같은 종래 기액분리기 및 이를 적용한 연료전지가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 수소로부터 수분을 분리 제거하는 기액분리기를 저렴하면서 오작동이 없는 신뢰성 높은 기액분리기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above problems with the conventional gas-liquid separator and the fuel cell to which the same is applied. The present invention provides a gas-liquid separator with low cost and no malfunction in a gas-liquid separator that separates and removes moisture from hydrogen. There is this.
또, 본 발명은 기액분리 기능과 물저장 기능을 공유할 수 있도록 하여 원가가 절감되고 소형화를 이룰 수 있는 연료전지를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a fuel cell that can share the gas-liquid separation function and the water storage function to reduce the cost and achieve miniaturization.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 수소와 산소의 전기화학적 반응을 일으켜 전기를 발생하는 스택의 연료극에서 반응하지 않고 배출되거나 상기 연료극으로 공급되는 수소가스 중에 함유된 수분을 응축시켜 분리하는 적어도 한 개 이상의 기 액분리부와, 상기 기액분리부에 직접 연통하도록 일체로 형성되고 그 내부공간에 상기 기액분리부에서 가스와 분리된 물을 저장하는 물저장부를 포함한 기액분리기를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, at least one that condenses and separates the moisture contained in the hydrogen gas discharged without being reacted at the anode of the stack that generates electricity by generating an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen to be supplied to the anode The gas-liquid separator and the gas-liquid separator are integrally formed to directly communicate with the gas-liquid separator, and a water storage unit for storing water separated from the gas in the gas-liquid separator in the inner space thereof.
또, 탄화수소계열의 연료에서 수소를 정제하는 개질유닛; 상기 개질유닛에 연결하여 정제된 수소와 공기를 공급받아 수소와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생산하는 스택유닛; 및 상기 스택유닛의 연료극에서 반응하지 않고 배출되는 수소가스 중에 함유된 수분을 응축시켜 분리하는 제1 기액분리부와, 상기 스택유닛의 연료극으로 공급되는 수소가스 중에 함유된 수분을 응축시켜 분리하는 제2 기액분리부와, 상기 제1 기액분리부와 제2 기액분리부에 직접 연통하도록 일체로 형성되고 그 내부공간에 상기 제1 기액분리부와 제2 기액분리부에서 가스와 분리된 물을 저장하는 한 개의 물저장부로 된 기액분리유닛;을 포함한 연료전지를 제공한다.In addition, a reforming unit for purifying hydrogen from a hydrocarbon-based fuel; A stack unit connected to the reforming unit and receiving purified hydrogen and air to generate electricity by an electrochemical reaction of hydrogen and air; And a first gas-liquid separator for condensing and separating moisture contained in hydrogen gas discharged without reacting at the anode of the stack unit, and condensing and separating moisture contained in hydrogen gas supplied to the anode of the stack unit. 2 gas-liquid separator, integrally formed to directly communicate with the first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator, and stores water separated from the gas in the first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator in the interior space thereof. It provides a fuel cell comprising; a gas-liquid separation unit consisting of a water storage unit.
또, 탄화수소계열의 연료에서 수소를 정제하는 개질유닛; 상기 개질유닛에 연결하여 정제된 수소와 공기를 공급받아 수소와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생산하는 스택유닛; 및 상기 스택유닛의 연료극에서 반응하지 않고 배출되는 수소가스 중에 함유된 수분을 응축시켜 분리하는 기액분리부와, 상기 기액분리부에 직접 연통하도록 일체로 형성되고 그 내부공간에 상기 기액분리부에서 가스와 분리된 물을 저장하는 물저장부로 된 제1 기액분리유닛; 상기 스택유닛의 연료극으로 공급되는 수소가스 중에 함유된 수분을 응축시켜 분리하는 기액분리부와, 상기 기액분리부에 직접 연통하도록 일체로 형성되고 그 내부공간에 상기 기액분리부에서 가스와 분리된 물을 저장하는 물저장부와로 된 제2 기액분리유닛;을 포함한 연료전 지를 제공한다.In addition, a reforming unit for purifying hydrogen from a hydrocarbon-based fuel; A stack unit connected to the reforming unit and receiving purified hydrogen and air to generate electricity by an electrochemical reaction of hydrogen and air; And a gas-liquid separator for condensing and separating moisture contained in the hydrogen gas discharged without reacting at the anode of the stack unit, and integrally formed to directly communicate with the gas-liquid separator, and the gas in the gas-liquid separator in the inner space thereof. A first gas-liquid separation unit comprising a water storage unit for storing the water separated from the first gas liquid; A gas-liquid separator for condensing and separating moisture contained in the hydrogen gas supplied to the fuel electrode of the stack unit, and integrally formed to directly communicate with the gas-liquid separator, and water separated from the gas in the gas-liquid separator in the inner space It provides a fuel cell comprising; a second gas-liquid separation unit consisting of a water storage unit for storing the.
이하, 본 발명에 의한 기액분리기 및 이를 적용한 연료전지를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a gas-liquid separator according to the present invention and a fuel cell to which the same is applied will be described in detail based on an embodiment shown in the accompanying drawings.
도 4는 본 발명 연료전지의 일례를 보인 계통도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명 연료전지의 기액분리유닛을 보인 개략도이다.4 is a system diagram showing an example of the fuel cell of the present invention, and FIGS. 5 to 7 are schematic views showing the gas-liquid separation unit of the fuel cell of the present invention.
이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 연료전지는, 탄화수소계열의 연료에서 수소를 정제하는 개질유닛(110)과, 상기 개질유닛(110)에 연결하여 정제된 수소를 공급받는 연료극(121)과 공기를 공급받는 공기극(122)을 구비하여 수소와 공기의 전기화학적 반응으로 전기와 열을 생산하는 스택유닛(120)과, 상기 스택유닛(120)에서 사용되지 않은 수소를 개질유닛(110)으로 재공급하거나 상기 개질유닛(110)에서 스택유닛(120)으로 수소를 공급할 때 그 수소에서 수분을 분리하는 기액분리유닛(130)을 포함한다.As shown in the drawing, the fuel cell according to the present invention includes a reforming
상기 개질유닛(110)은 버너(111)를 이용하여 탄화수소계열의 연료와 반응하기 위한 증기를 발생하는 증기발생단계와, 연료와 수증기가 개질 반응하여 수소를 발생시키는 증기반응단계와, 증기반응단계를 거치면서 부산물로 발생된 일산화탄소를 재반응시켜 수소를 추가 발생시키는 중온수반응단계와, 상기 중온수반응기를 통과한 연료에 공기를 공급하여 그 공기를 촉매로 연료중의 일산화탄소를 제거하는 부분산화반응단계를 차례대로 진행할 수 있도록 구성된다.The reforming
상기 스택유닛(120)은 전해질막(미도시)을 사이에 두고 연료극(121)과 공기극(122)이 배치되고, 그 연료극(121)과 공기극(122)의 외측면에는 연료유로와 공기 유로를 각각 구비한 분리판(미도시)이 배치되어 단위셀을 이룬다. 상기 단위셀을 복수 개 적층하여 상기한 스택유닛이 이루어진다.The
상기 기액분리유닛(130)은 개질유닛(110)의 부분산화반응단계를 위한 부품과 스택유닛(120)의 연료극(121) 사이를 연결하는 연료공급라인(151)과 상기 스택유닛(120)의 연료극(121)과 개질유닛(110)의 버너(111) 사이를 연결하는 연료회수라인(152)이 함께 연통하도록 기액분리 기능과 물저장 기능을 함께 가지도록 구성된다.The gas-
상기 기액분리유닛(130)은 도 5에서와 같이 상기 스택유닛(120)의 연료극(121)에서 반응하지 않고 배출되는 수소가스 중에 함유된 수분을 응축시켜 분리하는 제1 기액분리부(131)와, 상기 스택유닛(120)의 연료극(121)으로 공급되는 수소가스 중에 함유된 수분을 응축시켜 분리하는 제2 기액분리부(132)와, 상기 제1 기액분리부(131)와 제2 기액분리부(132)에 직접 연통하도록 일체로 형성되고 그 내부공간에 상기 제1 기액분리부(131)와 제2 기액분리부(132)에서 가스와 분리된 물을 저장하는 한 개의 물저장부(133)로 이루어진다.The gas-
상기 제1 기액분리부(131)는 상수 또는 저수통(161)에 연결되는 냉각수라인(162)이 관통하여 결합되고, 상기 제1 기액분리부(131)를 통과한 냉각수라인(162)이 다시 제2 기액분리부(132)를 관통하여 결합된다. 상기 냉각수라인(162)은 폐루프를 형성하면서 각 기액분리부(131)(132)에 관통 결합된다.The first gas-
또, 상기 제1 기액분리부(131)는 스택유닛(120)의 연료극(121) 출구에서 개질유닛(110)의 버너(111)에 연결되는 연료회수라(152)인이 그 내부공간에 연통하여 결합되고, 상기 제2 기액분리부(132)는 개질유닛(110)의 출구에서 스택유닛(120)의 연료극(121) 입구에 연결되는 연료공급라인(151)이 그 내부공간에 연통하여 결합된다.In addition, the first gas-
또, 상기 물저장부(133)는 스택유닛(120)에 폐루프 형상으로 연결되는 물라인(171)의 입구와 출구가 각각 소정의 깊이로 삽입되어 결합된다. 여기서, 상기 물라인(171)의 입구는 그 물저장부(133)에 채워지는 물에 잠기도록 상대적으로 깊게 삽입되는 반면 출구는 가급적 물에 잠기지 않도록 얕게 삽입되는 것이 바람직하다. In addition, the
상기 제1 기액분리부(131)와 제2 기액분리부(132)는 대략 동일한 형상과 크기로 형성되어 상기 물저장부(133)의 양측에 서로 연통되도록 배치되고, 상기 제1 기액분리부(131)와 제2 기액분리부(132)의 총 횡단면적은 물저장부(133)의 단면적과 대략 동일하게 형성하는 것이 각 부의 수면 높이를 동일하게 유지할 수 있어 바람직하나, 상기 물저장부(133)의 체적이 큰 경우에는 그 물저장부(133)에 보다 많은 양의 물이 저장될 수 있도록 물저장부(133)의 횡단면적을 양쪽 기액분리부(131)(132)의 총 횡단면적 보다 작게 형성하여야 한다.The first gas-
또, 상기 제1 기액분리부(131)와 물저장부(133)의 연통부(A) 단면적 또는 상기 제2 기액분리부(132)와 물저장부(133)의 연통부 단면적(B)은 상기 제1 기액분리부(131)와 제2 기액분리부(132)의 단면적 대비 1/5 이상으로 형성하는 것이 물이 각 기액분리부(131)(132)와 물저장부(133) 사이에서 원활하게 이동하는데 바람직하다.In addition, the cross-sectional area A of the communication portion A of the first gas-
상기 물저장부(133)에서 물이 과도하게 배수되거나 상기 제1 기액분리부(131) 또는 제2 기액분리부(132)에서 응축되는 물이 적은 경우에는 상기 각 기액분 리부(131)(132)와 물저장부(133) 사이의 연통부가 개방되면서 수소가 물저장부(133)로 이동하여 누설될 우려가 있으므로, 이를 감안하여 상기 연통부(A)(B)의 상단에 최저 수위센서(174)를 설치하여 만약 물의 수면이 그 최저 수위센서(174) 보다 낮게 되는 경우에는 연료전지가 정지되도록 하는 것이 바람직하다. 반대로, 물이 과도하게 많이 응축되는 경우에는 수소의 유통을 방해할 수 있으므로 이를 감안하여 연료공급라인(151)이나 연료회수라인(152)의 입출구 보다 낮게 최고 수위센서(175)를 설치하여 만약 물의 수면이 그 최고 수위센서(175) 보다 높게 되는 경우에는 연료전지가 정지되도록 하는 것이 바람직하다.When water is excessively drained from the
도면중 미설명 부호인 153은 공기공급라인, 172는 배수관, 173은 배수조절밸브이다.In the drawings,
상기와 같은 본 발명 기액분리기 및 이를 적용한 연료전지는 다음과 같은 작용효과를 갖는다.The gas-liquid separator of the present invention as described above and a fuel cell using the same have the following effects.
즉, 상기 개질유닛(110)에서 탄화수소계열의 연료를 개질하여 수소를 정제하고, 이 정제된 수소를 상기 스택유닛(120)의 연료극(121)으로 공급하는 한편 공기를 스택유닛(120)의 공기극(122)으로 공급하여 상기 연료극(121)에서는 산화반응이, 공기극(122)에서는 환원반응이 일어나게 한다. 이 과정에서 생성되는 전자가 상기 연료극(121)에서 공기극(122)으로 이동하면서 전기를 발생시키고, 그 전기는 교류전기로 전환되어 각종 전기제품에 공급된다.That is, the reforming
여기서, 상기 개질유닛(110)에서는 증기발생단계와, 증기반응단계와, 중온수반응단계와, 그리고 부분산화반응단계를 차례대로 진행하면서 수소를 분리 생산하 는데, 이 과정에서 상기 수소에 다량의 수분이 함유됨에 따라 연료전지의 효율을 높이기 위하여는 상기 스택유닛(120)으로 수소가 공급되기 전에 기액분리유닛을 설치하여 수소에서 일정량의 수분을 제거하여야 한다. 이를 위해, 상기 개질유닛(110)에서 스택유닛(120)으로 수소를 공급하기 전에 그 수소가 기액분리유닛(130)의 제2 기액분리부(132)를 통과하도록 함으로써 상기 수소가 제2 기액분리부(132)를 관통하는 냉각수라인(찬 냉각수)(162)과 열교환되어 일정량의 응축수(탈이온수)가 분리되고 이 응축수는 제2 기액분리부(132)에 채워졌다가 후술할 제1 기액분리부(131) 및 물저장부(133)와의 압력차에 따라 상기 물저장부에 채워지게 된다.Here, the reforming
그리고, 상기 스택유닛(120)의 연료극(121)을 통과하면서 반응하지 못한 수소는 다시 개질유닛(110)의 버너(111)로 재공급되어 연소용 연료로 사용하게 되는데, 이 경우에도 상기 버너(111)의 효율을 높이기 위하여는 수소에서 수분을 제거하여야 한다. 이를 위해, 상기 스택유닛(120)에서 개질유닛(110)으로 수소를 재공급하기 전에 그 수소가 기액분리유닛(130)의 제1 기액분리부(131)를 통과하도록 함으로써 상기 수소가 제1 기액분리부(131)를 관통하는 냉각수라인(찬 냉각수)(162)과 열교환되어 응축수(탈이온수)가 분리되고 이 응축수는 제1 기액분리부(131)에 채워졌다가 상기한 제2 기액분리부(132) 및 물저장부(133)와의 압력차에 따라 상기 물저장부(133)에 채워지게 된다.Hydrogen that has not reacted while passing through the
한편, 상기 기액분리유닛(230)은 도 6에서와 같이 양측 기액분리부(231)(232)가 물저장부(233) 보다 높게 위치하도록 형성할 수도 있다. 이 경우 물이 물저장부(233)에서 스택유닛(120)으로 공급되는 만큼 각 기액분리부(231)(232) 에서 물이 물저장부(233)로 보다 쉽게 이동할 수 있어 스택유닛(120)으로의 물 공급이 용이하게 될 수 있다.Meanwhile, the gas-
또, 상기 기액분리유닛(330)은 도 7에서와 같이 통체로 형성하고, 그 내부 상단에서 수직방향으로 차단판(311)(312)을 설치하여 제1,제2 기액분리부(331)(332)와 물저장부(333)를 형성할 수도 있다. 이 경우 상기 차단판(311)(312)은 적어도 그 하단이 통체의 바닥면과 소정의 높이만큼 이격되도록 하여 물이 유통할 수 있도록 하여야 한다.In addition, the gas-
도면중 미설명 부호인 251 및 351은 연료공급라인, 252 및 352는 연료회수라인, 262 및 362는 냉각수라인, 271 및 371은 물라인, 272 및 372는 배수관, 273 및 373은 배수조절밸브, 274 및 374는 최저 수위센서, 275 및 375는 최고 수위센서이다.In the drawings, 251 and 351 are fuel supply lines, 252 and 352 are fuel recovery lines, 262 and 362 are cooling water lines, 271 and 371 are water lines, 272 and 372 are drain lines, 273 and 373 are drain control valves, The 274 and 374 are the lowest level sensors, and the 275 and 375 are the highest level sensors.
본 발명에 의한 기액분리기 및 이를 적용한 연료전지에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.If there is another embodiment of the gas-liquid separator and the fuel cell to which the present invention is applied are as follows.
즉, 전술한 일실시예에서는 한 개의 기액분리유닛을 이용하여 스택유닛의 입구측에서의 기액분리기능과 출구에서의 기액분리기능을 동시에 하도록 하는 것이나, 본 실시예는 도 8에서 같이 상기 스택유닛(120)의 연료극(121)과 개질유닛(110)의 버너(111) 사이를 연결하는 연료회수라인(152)의 중간에 제1 기액분리유닛(180)이 설치되고 상기 개질유닛(110)과 스택유닛(120)의 연료극(121)을 연결하는 연료공급라인(151)의 중간에 제2 기액분리유닛(190)이 상기한 제1 기액분리유닛(180)과는 별도로 설치되어 구성된다.That is, in the above-described embodiment, one gas-liquid separation unit is used to simultaneously perform the gas-liquid separation function at the inlet side of the stack unit and the gas-liquid separation function at the outlet, but the present embodiment shows the
이 경우 상기 제1 기액분리유닛(180)과 제2 기액분리유닛(190)은 도 9에서와 같이 한 개씩의 기액분리부(181)(191)와 물저장부(182)(192)를 서로 연통하도록 일체로 형성하고, 제1 기액분리유닛(180)의 기액분리부(181)에는 연료회수라인(152)을 연통시키는 반면 제2 기액분리유닛(190)의 기액분리부(191)에는 연료공급라인(151)을 연통시킨다. 또, 상기 제1 기액분리유닛(180)의 기액분리부(181)를 관통하는 냉각수라인(162)은 제2 기액분리유닛(190)의 기액분리부(191)를 관통하기 전에 열교환기(200)가 설치되도록 하여 상기 열교환기(200)에서 제1 기액분리유닛(180)을 거치면서 흡수한 열을 일부 방출한 후 제2 기액분리유닛(190)에서 스택유닛(120)으로 공급되는 수소와 열교환되도록 하는 것이 바람직하다. 다른 구성이나 작용효과는 전술한 일실시예와 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다.In this case, the first gas-
본 발명에 의한 기액분리기 및 이를 구비한 연료전지는, 기액분리부와 물저장부를 일체로 연통 형성함에 따라 상기 기액분리부에서 생성되는 물이 물저장부로 곧바로 이동하여 저장되도록 할 수 있고 이를 통해 상기 기액분리부에 별도의 배수장치를 설치할 필요가 없어 원가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 오작동으로 인한 수소가스의 누설을 막아 연료전지의 신뢰성을 높일 수 있다.According to the gas-liquid separator and the fuel cell having the same, the gas-liquid separator and the water storage unit are integrally formed so that the water generated in the gas-liquid separator can be immediately moved to the water storage unit and stored therein. There is no need to install a separate drainage unit in the gas-liquid separator, which can reduce the cost and improve the reliability of the fuel cell by preventing the leakage of hydrogen gas due to malfunction.
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KR20200098099A (en) | 2019-02-11 | 2020-08-20 | 엘지전자 주식회사 | Heat exchanger and fuel cell system using the same |
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