KR100823205B1 - Dilluted fuel mixing tank for direct methanol fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명 제1실시예 혼합탱크의 사시도.1 is a perspective view of a mixing tank of a first embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명 제1실시예 혼합탱크의 사시도.Figure 2 is a perspective view of the mixing tank of the first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명 제2실시예 혼합탱크의 사시도.3 is a perspective view of a mixing tank of a second embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명 혼합탱크에 사용 가능한 산기관을 보인 것으로,Figure 4 shows the diffuser that can be used in the mixing tank of the present invention,
(가)는 링형 상기관의 사시도이고, (A) is a perspective view of the ring-shaped tube,
(나)는 직선형 산기관의 사시도이다. (B) is a perspective view of a straight diffuser.
도 5는 본 발명 제3실시예 혼합탱크의 사시도.5 is a perspective view of a mixing tank of a third embodiment of the present invention;
((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)) ((Explanation of symbols for main part of drawing))
11. 하부조 12. 격벽 13. 상부조 11.
14. 밸브부재 15,15'. 산기관 16. 터미널센서 14. Valve
17. 수위센서 E1. 제1배출구 E2. 제2배출구 17. Water level sensor E1. First outlet E2. 2nd outlet
G. 요홈 H1. 물유입공 H2. 가스유입공 G. Groove H1. Water Inlet H2. Gas inlet
H3. 통공 I1. 제1주입구 I2. 제2주입구 H3. Through I1. First inlet I2. 2nd entrance
I3. 제3주입구 P1. 가스관 P2. 수관 I3. Third inlet P1. Gas pipe P2. water tube
R1. 하부공간 R2. 상부공간 R1. Subspace R2. Upper space
본 발명은, 직접 메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell)에서 사용된 후 배출되는 잉여 메틴올과 물을 회수한 후 순수 메탄올과 혼합하여 직접 메탄올 연료전지용으로 희석한 회석연료를 혼합하여 공급할 수 있도록 한, 직접 메탄올 연료전지용 희석연료 혼합탱크에 관한 것이다.The present invention recovers excess methol and water discharged after being used in a direct methanol fuel cell (DMFC), and then mixes with pure methanol to supply a mixture of dilution fuel diluted for direct methanol fuel cells. A direct dilution fuel mixing tank for methanol fuel cells.
연료전지란 연료의 산화로 인해 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 전지로서, 산화·환원반응을 이용한다는 점에 있어서는 보통의 화학전지와 동일하나, 폐쇄계 내에서 전지 반응을 하는 화학전지와는 달리, 반응물이 연속적으로 외부에서 공급되면서 반응 생성물은 연속적으로 계외로 배출되는 하나의 발전 장치 역할을 수행한다A fuel cell is a battery that directly converts chemical energy generated by oxidation of a fuel into electrical energy. It is the same as a conventional chemical cell in that it uses an oxidation / reduction reaction, but it is different from a chemical cell that reacts in a closed system. Alternatively, the reaction product acts as a power generation unit where the reactants are continuously supplied externally while the reaction products are continuously discharged out of the system.
가장 대표적인 것으로는, 수소―산소 연료전지가 있으며, 이러한 연료전지들은 모두 알칼리 수용액을 전해질로 이용하고 순수한 수소와 산소를 반응물로 사용하였다.The most representative ones are hydrogen-oxygen fuel cells, all of which use alkaline aqueous solution as electrolyte and pure hydrogen and oxygen as reactants.
상기와 같이 알칼리 전해질을 사용하는 연료전지를 제 1세대, 귀금속 촉매를 사용하지 않은 고온형의 용융탄산염 연료전지를 제2세대, 그리고 보다 높은 효율로 발전 가능한 고체 전해질 연료전지를 제3세대의 연료전지라 하며, 현재 가장 실용 화에 가까운 것은 제1세대 연료전지로서 인산 전해질을 사용하는 인산형 연료전지이다.The fuel cell using alkaline electrolyte as the first generation, the high-temperature molten carbonate fuel cell without the noble metal catalyst is the second generation, and the solid electrolyte fuel cell capable of generating higher efficiency is the third generation fuel. It is called a battery, and the closest practical use is a phosphate fuel cell using a phosphate electrolyte as the first generation fuel cell.
상기의 연료전지는 화석 연료를 개질시킨 수소를 주성분으로 하는 수소 가스와 공기 속의 산소를 이용한 수소―공기 연료전지로서, 에너지 변환 효율이 우수하고 공해 요인이 전무하며 기존의 화력발전 등을 대체할 수 있기 때문에 실용화를 위한 개발 연구가 급속히 진행되고 있다.The fuel cell is a hydrogen-air fuel cell using hydrogen gas mainly containing hydrogen reformed fossil fuel and oxygen in the air, and has excellent energy conversion efficiency, no pollution factor, and can replace conventional thermal power generation. Therefore, development research for commercialization is rapidly progressing.
그러나, 수소를 사용하는 연료전지는 수소 취급에 따른 어려움이 있으며, 메탄올 등의 액체 연료를 사용하는 경우에는 이로부터 수소를 만들어내기 위한 개질 장치가 필요로 되는 등 부대 설비가 커지게 되는 문제가 있으며, 일정 규모 이상의 발전 설비로나 개발이 가능할 뿐 소형화가 불가능하거나 매우 어렵다.However, a fuel cell using hydrogen has a difficulty in handling hydrogen, and when using a liquid fuel such as methanol, there is a problem in that an additional facility is required, such as a reforming apparatus for generating hydrogen therefrom. For example, it is possible to develop a power plant of a certain size or more, but miniaturization is impossible or very difficult.
따라서, 액체 상태의 메탄올을 직접 연료로 사용할 수 있는 직접 메탄올 연료전지가 개발되었는 바, 직접 메탄올 연료전지는, 고분자 전해질막의 양측에 음극(anode)과 양극(cathod)이 결합된 구조로서, 음극측으로 공급된 메탄올과 물이 반응하여 수소 이온과 전자를 생성하고, 생성된 수소 이온과 전자는 각각 전해질막과 외부 회로를 통하여 양극측으로 이동한 후 수소 이온과 전자가 산소와 결합하여 물을 생성시키는 과정을 통하여 전기 에너지가 발생하게 된다.Therefore, a direct methanol fuel cell has been developed that can use liquid methanol directly as a fuel. The direct methanol fuel cell has a structure in which an anode and a cathode are coupled to both sides of the polymer electrolyte membrane, and toward the cathode side. The supplied methanol and water react to generate hydrogen ions and electrons, and the generated hydrogen ions and electrons move to the anode side through the electrolyte membrane and the external circuit, respectively, and then hydrogen ions and electrons combine with oxygen to generate water. Through the electrical energy is generated.
상기와 같은 직접 메탄올 연료전지는, 가스가 아닌 액체 상태의 연료인 메탄올을 사용하기 때문에 상대적으로 안전할 뿐 아니라, 소형화와 경량화가 가능하기 때문에 최근에는 휴대용 배터리로서 집중적으로 개발되고 있다.The direct methanol fuel cell as described above has recently been intensively developed as a portable battery because it is relatively safe because it uses methanol as a liquid fuel rather than a gas, and can be made smaller and lighter.
즉, 직접 메탄올 연료전지는, 작동 온도가 150℃정도의 비교적 저온이며, 액 체인 메탄올을 연료로 직접 사용하기 때문에 소형화에 가장 적합한 연료전지로 평가되고 있으나, 메탄올의 크로스 오버(cross over) 등과 같은 단점이 있다.That is, the direct methanol fuel cell has been evaluated as the most suitable fuel cell for miniaturization because it has a relatively low operating temperature of about 150 ° C. and uses liquid chain methanol directly as a fuel. There are disadvantages.
상기 크로스 오버란, 음극에서 생성된 수소 이온만이 전해질막을 통과하여 양극으로 이동하여야 하나, 현재의 고분자 전해질막이 가지고 있는 기능적 한계에 의해 메탄올 자체가 전해질막을 통과하여 양극측으로 이동하는 현상으로서, 양극으로 유입된 메탄올은 양극의 백금 촉매와 반응하여 일차적으로는 전기화학적 포텐셜을 저하시켜 발전 효율을 떨어뜨리게 될 뿐 아니라, 열을 발생시켜 백금 촉매의 연소를 초래함으로써 연료전지의 기능을 상실시키게 된다.The crossover is a phenomenon in which only hydrogen ions generated at the cathode move through the electrolyte membrane to the anode, but methanol itself moves through the electrolyte membrane to the anode side due to the functional limitations of the current polymer electrolyte membrane. The introduced methanol reacts with the platinum catalyst of the anode to primarily reduce the electrochemical potential, thereby lowering the power generation efficiency, and also generate heat to cause combustion of the platinum catalyst, thereby losing the function of the fuel cell.
따라서, 직접 메탄올 연료전지에서는 메탄올의 크로스 오버가 해결해야 할 가장 중요한 문제들 중의 하나로서, 이를 방지하기 위해서는 새로운 전해질막이 개발되어야 하는데, 현재는, 고분자 전해질막의 표면을 개질하여 메탄올의 투과율을 떨어뜨리거나, 연료로서 순수 메탄올을 사용하지 않고 약 3wt%정도로 희석하여 사용하는 방법이 이용되고 있다.Therefore, in a direct methanol fuel cell, crossover of methanol is one of the most important problems to be solved. In order to prevent this, a new electrolyte membrane has to be developed. Currently, the surface of the polymer electrolyte membrane is modified to reduce the permeability of methanol. Alternatively, a method of diluting to about 3 wt% without using pure methanol as a fuel is used.
그러나, 상기와 같이 메탄올을 물로 희석한 희석연료를 사용하게 되는 경우, 예를 들어, 1리터의 순수 메탄올이 필요로 될 때 희석연료는 약 33리터가 되는 바, 순수 메탄올을 사용하는 경우보다 희석연료를 저장 사용하기 위한 연료탱크의 용량이 필요 이상으로 커지게 될 뿐 아니라, 연료전지로 공급된 희석연료가 완전히 반응하지 못하고 물과 함께 배출됨으로써 메탄올의 사용효율이 떨어지는 문제가 있다.However, when using a diluted fuel diluted with methanol as described above, for example, when one liter of pure methanol is required, the diluted fuel becomes about 33 liters, which is more diluted than when using pure methanol. The capacity of the fuel tank for storing and using the fuel becomes larger than necessary, and the dilution fuel supplied to the fuel cell does not completely react and is discharged together with water, thereby lowering the efficiency of using methanol.
즉, 종래의 직접 메탄올 연료전지의 연료 공급 방법은, 사전에 희석된 메탄 올을 저장 공급하기 위한 희석연료 탱크가 클 뿐 아니라, 연료전지 내에서 반응하지 못한 미반응 메탄올이 물과 함께 배출되는 비순환식이기 때문에, 소형화에 기본적인 어려움이 있으며, 연료의 사용효율도 낮은 문제가 있다.In other words, the fuel supply method of the conventional direct methanol fuel cell is not only a large dilution fuel tank for storing and supplying the methanol diluted in advance, but also a non-circulating non-reacted methanol that is not reacted in the fuel cell with water. Since it is a formula, there is a fundamental difficulty in miniaturization, and there is also a problem of low use efficiency of fuel.
본 발명은 직접 메탄올 연료전지를 가동시키기 위하여 물에 메탄올을 희석한 희석연료를 사용하는 연료전지 시스템이 가지고 있는 소형화의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 연료전지에서 배출되는 미반응 메탄올과 물을 회수하고, 회수된 미반응 메탄올의 상태에 따라 미반응 메탄올과 물의 혼합액에 순수 메탄올을 적절히 혼합하는 방법으로 순수 메탄올을 희석한 후 연료전지로 공급할 수 있도록 함으로써, 사전에 회석된 메탄올을 저장하는데 따른 연료탱크의 용량을 획기적으로 줄일 수 있도록 하는 동시에, 미반응 메탄올을 회수하여 순환 반복 사용하도록 함으로써 메탄올의 사용효율을 극대화시킬 수 있는, 직접 메탄올 연료전지용 희석연료 혼합탱크를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The present invention was devised to solve the problem of miniaturization of a fuel cell system using dilute fuel diluted with methanol in water to directly operate a methanol fuel cell, and to remove unreacted methanol and water discharged from a fuel cell. According to the recovered and unreacted methanol, the pure methanol is diluted and then supplied to the fuel cell by appropriately mixing pure methanol with a mixture of unreacted methanol and water. It is an object of the present invention to provide a dilution fuel mixing tank for direct methanol fuel cells that can significantly reduce the capacity of the fuel tank and maximize the use efficiency of methanol by recovering unreacted methanol and circulating it repeatedly. have.
본 발명의 상기 목적은, 내부공간이 격벽에 의해 구획되어 각각 상·하부공간을 가진 상·하부조로 분리되는 2중조(槽) 구조와, 하부조의 하부에 구비된 한 쌍의 주입구와, 주입구 위의 하부조 일측에 구비된 배출구와, 주입구와 배출구가 각각 구비된 상부조에 의해 달성된다.The above object of the present invention is a double tank structure in which the inner space is divided by a partition wall and divided into upper and lower basins each having an upper and lower space, a pair of inlets provided in the lower part of the lower tank, and an inlet above A discharge port provided on one side of the lower tank of, and the injection port and the discharge port is achieved by the upper tank provided respectively.
본 발명의 직접 메탄올 연료전지용 희석연료 혼합탱크는, 직접 메탄올 연료전지(이하에서는 "연료전지"라고만 함.)용 연료로서 사용되는 희석된 메탄올을 공급하는 장치로서, 연료전지에서 배출되는 미반응 잉여 메탄올과 물에 100% 순수 메탄올을 혼합 희석함에 본 고안의 기술적 특징이 있다.Dilution fuel mixing tank for direct methanol fuel cell of the present invention is a device for supplying diluted methanol used as fuel for direct methanol fuel cell (hereinafter referred to as "fuel cell"), and the unreacted surplus discharged from the fuel cell There is a technical feature of the present invention in mixing and diluting 100% pure methanol in methanol and water.
즉, 본 발명의 희석연료 혼합탱크는, 연료전지에서 사용된 후 배출되는 잉여 메탄올과 물을 회수하고, 물과 혼합된 상태인 잉여 메탄올의 양, 농도 등에 따라 순수 메탄올의 양을 조절 혼합한 후 잉여 메탄올과 순수 메탄올 및 물이 혼합된 희석연료를 연료전지로 공급하는 장치이다.That is, the diluted fuel mixing tank of the present invention recovers excess methanol and water discharged after being used in a fuel cell, and adjusts and mixes the amount of pure methanol according to the amount, concentration, etc. of the excess methanol mixed with water. It is a device for supplying a diluent fuel mixed with excess methanol, pure methanol and water to a fuel cell.
상기와 같은 역할을 하는 본 발명의 희석연료 혼합탱크는, 내부가 격벽에 의해 상부조와 하부조로 구분되며, 상·하부조는 격벽에 관통 형성된 물유입공과 가스유입공에 의해 서로 연결된다.Dilution fuel mixing tank of the present invention serves as described above, the inner partition is divided into an upper tank and a lower tank, the upper and lower tanks are connected to each other by a water inlet hole and a gas inlet hole formed through the partition wall.
그리고, 혼합탱크의 하부조에는 순수 메탄올 탱크에 연결됨으로써 순수 메탄올 탱크로부터 순수 메탈올을 공급받기 위한 제1주입구와, 연료전지의 일측에 연결됨으로써 연료전지로부터 잉여 메탄올과 물 및 이산화탄소 가스를 공급받기 위한 제2주입구와, 하부조 내부에서 혼합 희석된 희석연료를 연료전지로 공급하기 위한 제1배출구가 각각 구비된다. 이하에서는, 연료전지의 일측에서 배출되는 상기 잉여 메탄올과 물 및 이산화탄소 가스 모두를 "유체"라고 표현하기로 한다.)In addition, the lower tank of the mixing tank is connected to a pure methanol tank to receive a first inlet for supplying pure metalol from the pure methanol tank, and to one side of the fuel cell to receive excess methanol, water, and carbon dioxide gas from the fuel cell. And a second inlet for supplying the diluted fuel mixed and diluted in the lower tank to the fuel cell, respectively. Hereinafter, both the excess methanol and water and carbon dioxide gas discharged from one side of the fuel cell will be referred to as "fluid".)
또한, 혼합탱크의 상부조에는 연료전지의 타측에 연결된 후 연료전지에서 배출되는 공기와 물이 주입되는 제3주입구와, 이 물 중 과잉의 물과 공기 및 하부조에서 가스유입공을 통하여 유입된 이산화탄소 가스를 함께 외부로 배출하기 위한 제2배출구가 구비되는 구조로서, 본 발명의 혼합탱크에서 순수 메탄올이 희석된 후 연료전지로 공급되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.In addition, the upper tank of the mixing tank is connected to the other side of the fuel cell and the third inlet through which the air and water discharged from the fuel cell are injected, and the excess water, the air and the lower tank introduced through the gas inlet from the tank. As a structure having a second outlet for discharging carbon dioxide gas to the outside, a process in which pure methanol is diluted in a mixing tank of the present invention and then supplied to a fuel cell is as follows.
하부조 하부의 제1주입구를 통하여 순수 메탄올 탱크로부터 순수 메탄올이 주입되고, 제2주입구를 통하여 연료전지로부터 유체가 주입됨으로써, 하부조에서는 순수 메탄올의 희석이 이루어지게 되고, 하부조에서 생성된 희석연료는 하부조의 제1배출구를 통하여 연료전지로 공급되며, 제2주입구로 유입된 이산화탄소 가스는 격벽의 가스유입공을 통하여 상부조로 유입된 후 상부조의 제2배출구를 통하여 혼합탱크 외부로 배출된다.Pure methanol is injected from the pure methanol tank through the first inlet of the lower tank, and fluid is injected from the fuel cell through the second inlet, thereby diluting the pure methanol in the lower tank, and dilution generated in the lower tank. The fuel is supplied to the fuel cell through the first outlet of the lower tank, and the carbon dioxide gas introduced into the second inlet flows into the upper tank through the gas inlet hole of the partition wall and then is discharged to the outside of the mixing tank through the second outlet of the upper tank.
그리고, 연료전지의 타측에서 상부조의 제3주입구로 유입되는 물은, 격벽의 물유입공을 통하여 하부조로 공급됨으로써 순수 메탄올의 희석에 추가 사용되며, 하부조 내부에 생성되는 희석연료의 양과 농도 등에 따라 순수 메탄올의 주입량이 조절되고, 물이 필요 이상 많이 공급되는 경우 상부조의 제3주입구로 유입되는 물은 이산화탄소 가스와 함께 제2배출구를 통하여 혼합탱크 외부로 배출된다.In addition, the water flowing into the third inlet of the upper tank from the other side of the fuel cell is supplied to the lower tank through the water inlet hole of the partition wall to be further used for diluting pure methanol, and the amount and concentration of the diluted fuel generated in the lower tank. Accordingly, when the amount of pure methanol is adjusted and water is supplied more than necessary, the water flowing into the third inlet of the upper tank is discharged to the outside of the mixing tank through the second outlet with carbon dioxide gas.
따라서, 격벽에 형성된 물유입공에는 물유입공을 자동으로 개폐할 수 있는 밸브부재가 결합되는 것이 바람직한데, 밸브부재로는, 하부조의 수위에 따라 전기적 신호에 의해 자동으로 작동되는 자동밸브나 수위에 따라 움직이는 플로우트가 구비된 플로우트 밸브 등을 그 예로 들 수가 있다.Therefore, it is preferable that a valve member capable of automatically opening and closing the water inlet hole is coupled to the water inlet hole formed in the partition wall. As the valve member, an automatic valve or a water level which is automatically operated by an electrical signal according to the water level of the lower tank. The float valve etc. equipped with the float which moves according to the example are mentioned as an example.
그리고, 격벽에 구비된 가스유입공은, 하부조로 주입된 이산화탄소 가스가 하부조로 이동하는 이동로의 역할을 하는 것인바, 제3주입구를 통하여 상부조로 유입된 물이 가스유입공을 통하여 하부조로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 상부조 측 가스유입공에 즉, 격벽의 상면에 가스유입공과 상·하 방향으로 일치하는 중공을 가진 가스관을 결합시키는 것이 바람직하다.In addition, the gas inlet hole provided in the partition wall serves as a movement path in which carbon dioxide gas injected into the lower tank moves to the lower tank, and water introduced into the upper tank through the third inlet flows into the lower tank through the gas inlet hole. In order to prevent that from happening, it is preferable to couple a gas pipe having a hollow coincident with the gas inflow hole in the up and down directions to the upper tank side gas inflow hole, that is, the upper surface of the partition wall.
또한, 상기와 같이 가스관을 구비하는 경우, 상부조 바닥 즉, 격벽 상면에서부터의 제2배출구 높이보다 가스관의 상단부 높이를 높게 하여야만 제3주입구로 주입된 후 제2배출구로 배출되는 물이 가스관의 상단부를 통하여 하부조로 유입되지 않게 된다.In addition, when the gas pipe is provided as described above, the upper end of the gas pipe must be made higher than the height of the second outlet port from the upper tank bottom, that is, the upper surface of the partition wall, and the water discharged into the third inlet port is discharged to the second outlet port. It will not flow into the basin through.
상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.Details of the effects and the resulting effects, including the object and technical configuration of the present invention will be clearly understood by the following description with reference to the drawings showing a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 본 발명 혼합탱크의 사시도를, 도 2에 본 발명 혼합탱크의 단면도를 도시하였다.1 is a perspective view of the mixing tank of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the mixing tank of the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명의 혼합탱크는,As shown in the mixing tank of the present invention,
상향 개방형의 하부공간(R1)을 가지며, 순수 메탄올 탱크(도면 미도시)로부터 순수 메탄올을 하부공간(R1)에 주입하기 위한 제1주입구(I1) 및 연료전지(도면 미도시) 일측에서 배출되는 유체를 하부공간(R1)에 주입하기 위한 제2주입구(I2)가 각각 구비되고, 하부공간(R1)에서 혼합 생성된 희석연료를 연료전지로 공급하기 위한 제1배출구(E1)가 제1·2주입구(I1)(I2)보다 높은 위치에 구비된 하부조(11)와;The lower space R1 is upwardly open and discharged from one side of the first inlet I1 and a fuel cell (not shown) for injecting pure methanol from the pure methanol tank (not shown) into the lower space R1. Second inlets I2 for injecting fluid into the lower space R1 are respectively provided, and a first outlet E1 for supplying the dilution fuel mixed and produced in the lower space R1 to the fuel cell is provided. A
상기 하부조(11)의 상단 내경부 전체에 결합되며, 물유입공(H1) 및 상향 직립 가스관(P1)을 구비한 가스유입공(H2)이 각각 관통 형성된 판상의 격벽(12)과;A plate-shaped
상기 하부조(11)의 상단부에서 연장 형성되고, 격벽(12)에 의해 하부조(11) 의 하부공간(R1)과 구획되는 하향 개방형의 상부공간(R2)을 가지며, 연료전지에서 배출되는 물과 공기가 유입되는 제3주입구(I3)와 과잉의 물과 공기 및 상기 가스관(P1)을 통하여 유입된 이산화탄소 가스 등을 배출하기 위한 제2배출구(E2)가 각각 구비된 상부조(13) 등으로 구성된다.Water extending from the upper end of the
이때, 하부조(11)의 제2주입구(I2)를 통하여 유입된 이산화탄소 가스는, 가스유입공(H2)→가스관(P1)→제2배출구(E2)의 경로를 통하여 외부로 배출되고, 상부조(13)의 제3주입구(I3)를 통하여 유입된 물은 격벽(12)의 물유입공(H1)을 통하여 하부조(11)로 유입되거나 상기 제2배출구(E2)를 통하여 혼합탱크 외부로 배출된다.At this time, the carbon dioxide gas introduced through the second inlet I2 of the
따라서, 제3주입구(I3)를 통한 물 유입량이 물유입공(H1)을 통한 하부조(11)로의 유입량보다 많거나 하부조(11)의 상황에 의해 물유입공(H1)이 닫히는 경우, 제3주입구(I3)로 유입된 물이 가스관(P1)을 통하여 하부조(11)로 유입될 수도 있는바, 이를 방지하기 위하여 제2배출구(E2)보다 가스관(P1)의 높이를 높게 하는 것이 좋다.Therefore, when the water inflow through the third inlet I3 is greater than the inflow into the
또한, 상부조(13)의 천정면보다도 가스관(P1)의 높이를 높게 즉, 가스관(P1) 부위와 상·하로 대응하는 위치의 상부조(13) 상면을 돌출시켜 상부조(13) 내의 천정면에 하향 개방형의 요홈(G)이 형성되도록 하고, 이 요홈(G)의 내면과 가스관(P1)이 접촉하지 않도록 요홈(G)의 내부에 가스관(P1)의 상단부를 위치시키는 것도 바람직하다.Further, the height of the gas pipe P1 is higher than that of the ceiling surface of the
상기와 같이 하면, 상부조(13) 내부로 유입된 물의 수위가 상부조(13) 내부의 천정면에 접하게 되는 경우에도, 요홈(G) 내의 가스압에 의해 물의 수면이 요 홈(G) 내부를 통하여 더 이상 상승하지 않게 되면서 가스관(P1) 상단부를 통한 하부조(13)로의 물 유입이 방지된다.In this way, even when the level of water introduced into the
물론, 상부조(13)로 유입되는 물의 압력과, 제2배출구(E2)를 통한 물의 배출압력 및 이산화탄소 가스의 압력에 따라 상기와 같은 현상에 다소의 변화가 초래될 수도 있으나, 요홈(G)을 형성시키는 편이 가스관(P1) 상단부를 통한 하부조(11)로의 물 유입 방지에는 더욱 효과적임은 틀림없다.Of course, depending on the pressure of the water flowing into the
그리고, 격벽(12)의 물유입공(H1)은 필요에 따라 밸브부재에 의해 자동으로 개폐되도록 하는 것이 바람직한바, 밸브부재를 결합하기 위해서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 물유입공(H1)과 연결되는 즉, 물유입공(H1)과 상·하 방향으로 일치하는 중공이 형성된 수관(水管, P2)을 격벽(12)의 저면에 결합시키는 것도 좋다.And, it is preferable that the water inlet hole (H1) of the
또한, 상기 물유입공(H1)의 자동 개폐를 위한 밸브부재(14)의 가장 간단한 구조로는, 플로우트(F)와 밸브(V)가 결합된 플로우트 밸브를 예로 들 수가 있다.In addition, as the simplest structure of the
상기와 같이 구성된 본 발명의 혼합탱크는, 순수 메탄올과 잉여 메탄올 및 물을 혼합하되 가능한 이들을 균일하게 혼합하는 것이 바람직한바, 하부조(11) 내부에 동력 또는 무동력 교반기(도면 미도시)를 설치할 수도 있다.In the mixing tank of the present invention configured as described above, it is preferable to mix pure methanol with excess methanol and water, and to mix them as uniformly as possible, and a power or non-powered stirrer (not shown) may be installed inside the
이때, 상기 무동력 교반기란, 하부조(11)의 제2주입구(I2)를 통하여 유입되는 이산화탄소 가스의 부상력을 교반기의 회전 동력으로 이용하는 교반기 즉, 하부조의 하부에서 상부로 상승하는 이산화탄소 가스의 상승력에 의해 회전하는 바람개비형 팬을 가진 교반기를 뜻한다.In this case, the non-powered stirrer is a lift force of the stirrer that uses the floating force of the carbon dioxide gas introduced through the second inlet I2 of the
그 외에, 메탄올과 물의 균일한 혼합을 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부조(11) 내 하부에 다수의 통공(H3)을 가지면서 각각 제1주입구(I1) 또는 제2주입구(I2)에 연결되는 한 쌍의 산기관(15)(15')을 결합하는 것도 바람직하다.In addition, in order to uniformly mix methanol and water, as shown in FIG. 4, each of the first inlet I1 or the second inlet I2 has a plurality of through holes H3 in the lower part of the
즉, 제1주입구(I1)를 통하여 주입되는 순수 메탄올 및 제2주입구(I2)를 통하여 주입되는 유체가 각각의 산기관(15)(15')을 통하여 하부조(11) 내부로 가능한 한 분산된 상태로 주입되도록 함으로써, 순수 메탄올과 유체가 더욱 균일하고 신속하게 혼합될 수 있게 된다.That is, the pure methanol injected through the first inlet I1 and the fluid injected through the second inlet I2 are dispersed as much as possible into the
그리고, 하부조(11)에서 순수 메탄올을 희석시키기 위해서는 희석연료의 메탄올 농도와 양을 계속적으로 파악하고, 그에 따라 순수 메탄올, 물 등이 공급되도록 하여야 하기 때문에, 하부조(11)에 채워진 희석연료의 양과 농도를 감지할 수 있는 수단을 구비하는 것이 바람직하며, 그러한 수단은 다양한 종류가 있는바, 그 한 예를 살펴보면 다음과 같다.In order to dilute pure methanol in the
도 5에 도시된 바와 같이, 하부조(11) 내 하부에 금속제 터미널센서(16)를 결합하고, 이 터미널센서(16)와 이격된 상태로 그 상부에, 예를 들어, 삼각형, 사다리꼴 등과 같이 그 폭이 달라지면서 단면적이 변화하는 판상의 금속제 수위센서(17)를 구비하며, 터미널센서(16)와 수위센서(17)에 전기적으로 연결되는 제어기(18)를 혼합탱크 외부에 구비함으로써 희석연료의 농도와 양 등에 따라 제어기(18)를 통하여 순수 메탄올 공급량, 연료전지로의 희석연료 공급량 등을 제어할 수 있게 된다.As shown in FIG. 5, the
즉, 희석연료가 터미널센서(16)와 수위센서(17)를 연결하는 도체의 역할을 하게 되고, 그 수위에 따라 변화되는 수위센서(17)의 저항값이 전기신호가 되며, 이 전기신호에 의해 회석연료의 양과, 농도, 순수 메탄올 주입량, 희석연료 공급량 등이 조절된다.That is, the diluted fuel serves as a conductor connecting the
이때, 혼합탱크로 주입되거나 배출되는 각종 유체는 펌프에 의해 이루어지고, 상기 제어기(18)는 터미널센서(16)와 수위센서(17)로부터의 신호에 의해 각 펌프를 제어하게 되는데, 유체의 회수, 공급 등을 위한 배관에는 각종 펌프류와 밸브류가 당연히 결합되어야만 하는 기본적인 필수부품으로서, 편의상 그 설명은 생략하였다.At this time, various fluids injected or discharged into the mixing tank are made by a pump, and the
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 직접 메탄올 연료전지용 희석연료 혼합탱크는, 순수 메탄올을 연료전지 투입직전 연료전지로부터 회수된 미반응 메탄올 및 물과 희석하여 사용하기 때문에 사전에 희석 메탄올을 저장 사용하는 경우의 연료탱크에 비하여 연료탱크의 용량을 최소화할 수 있어 연료전지 시스템의 소형화가 가능하며, 연료전지에서 반응하지 못한 미반응 메탄올이 계속적으로 순환 사용되기 때문에 연료의 사용효율을 최대화할 수 있는 장점이 있다.As described above, the dilute fuel mixing tank for direct methanol fuel cell of the present invention uses dilute methanol beforehand since pure methanol is diluted with unreacted methanol and water recovered from the fuel cell immediately before fuel cell input. Fuel tank system can be miniaturized by minimizing the capacity of the fuel tank compared to the fuel tank in this case, and maximized the efficiency of use of fuel because unreacted methanol that is not reacted in the fuel cell is continuously circulated and used. There is this.
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