KR100952839B1 - Water tank for fuel cell and fuel cell system using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물공급을 원활하게 하고 시스템의 안정성을 높일 수 있는 연료전지용 물저장 장치 및 이를 이용하는 연료전지 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 연료전지용 물저장 장치는 회수된 물을 유입하기 위한 유입구와 내부에 저장된 물을 유출하기 위한 유출구 및 하부에 결합된 배수구를 구비한 배슬과, 배슬의 내부 공간을 유입구가 있는 제1 영역과 유출구가 있는 제2 영역으로 구획하며 제1 영역에 존재하는 이물질의 적어도 일부가 제2 영역으로 이동하는 것을 막는 분리판과, 유출구에서 제2 영역으로 연장되는 유출관과, 유출관의 말단부에 설치되는 다공성 필터를 포함한다.The present invention relates to a fuel cell water storage device and a fuel cell system using the same capable of smoothly supplying water and increasing the stability of the system. A water storage device for a fuel cell of the present invention includes a basin having an inlet for introducing recovered water, an outlet for discharging the water stored therein, and a drain hole coupled to the lower portion, and a first area having an inlet for the inner space of the basin. And a separating plate partitioning into a second region having an outlet and preventing at least a portion of foreign matter present in the first region from moving to the second region, an outlet tube extending from the outlet to the second region, and a distal end portion of the outlet tube. It includes a porous filter installed.

물저장 장치, 연료전지, 다공성 필터, 이물질, 분리판, 필터판 Water storage device, fuel cell, porous filter, foreign substance, separator, filter plate

Description

연료전지용 물저장 장치 및 이를 이용하는 연료전지 시스템{Water tank for fuel cell and fuel cell system using the same}Water storage device for fuel cell and fuel cell system using same {Water tank for fuel cell and fuel cell system using the same}

본 발명은 물공급을 원활하게 하고 시스템의 안정성을 높일 수 있는 연료전지용 물저장 장치 및 이를 이용하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell water storage device and a fuel cell system using the same capable of smoothly supplying water and increasing the stability of the system.

연료전지는 연료와 산화제의 전기화학적 반응에 의해 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 장치이다. 연료전지는 기존의 터빈 발전기와 같이 구동장치가 없으므로 효율이 높을 뿐만 아니라 대기오염, 진동, 소음과 같은 환경문제를 유발하지 않으므로 차세대 발전 기술로 주목받고 있다.A fuel cell is a device that converts chemical energy directly into electrical energy by an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant. Fuel cells are attracting attention as the next generation power generation technology because they do not have a driving device like conventional turbine generators, so they have high efficiency and do not cause environmental problems such as air pollution, vibration and noise.

연료전지는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지, 알칼리형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체산화물형 연료전지 등으로 구분될 수 있다. 각 연료전지는 기본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만, 연료의 종류, 운전 온도, 촉매와 전해질이 서로 다르다. 이러한 연료전지들은 산업용, 가정용, 레저용 등의 다양한 용도로 연구개발되고 있다. 특히, 일부 연료전지들은 자동차, 선박 등과 같은 이동 수단의 전원공급장치로서 활발히 연구개발되고 있다.The fuel cell may be classified into a phosphate fuel cell, an alkaline fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, and the like according to the type of electrolyte. Each fuel cell operates basically on the same principle, but differs in fuel type, operating temperature, catalyst and electrolyte. These fuel cells are being researched and developed for various purposes such as industrial, home, and leisure. In particular, some fuel cells have been actively researched and developed as power supply devices for vehicles such as automobiles and ships.

전술한 연료전지들 가운데 고분자 전해질형 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEFC)는 액체 전해질이 아닌 고체 고분자막을 전해질로 사용하며, 메탄올, 천연가스 등의 탄화수소계 연료를 개질하여 얻은 리포메이트를 연료로 사용한다. 여기서, 리포메이트는 수소가 풍부한 기상 연료를 가리킨다. 고분자 전해질형 연료전지는 인산형 연료전지에 비하여 출력 특성이 월등히 높고, 작동 온도가 낮으며, 아울러 빠른 시동 및 응답특성과 함께, 휴대용 전자기기의 전원과 같은 이동용(transportable) 전원이나 요트용 동력원과 같은 수송용 전원은 물론, 주택, 공공건물의 정지형 발전소와 같은 분산용 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 갖는다.Among the fuel cells described above, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEFC) uses a solid polymer membrane as an electrolyte, not a liquid electrolyte, and uses a reformate obtained by reforming a hydrocarbon-based fuel such as methanol and natural gas. Used as. Here, the reformate refers to hydrogen-rich gaseous fuel. Compared to phosphate fuel cells, polymer electrolyte fuel cells have significantly higher output characteristics, lower operating temperatures, fast start-up and response characteristics, and a portable power source such as a portable electronic device or a yacht power source. As well as the transportation power source, the application range of the distributed power source, such as stationary power plants of houses, public buildings has a wide range of applications.

한편, 소위 직접 메탄올형 연료전지로 불리는 직접 액체 연료전지는 고체 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 메탄올 수용액과 같은 액상 연료를 사용하면서 개질 장치를 필요로 하지 않기 때문에 고분자 전해질형 연료전지보다 소형화에 유리한 장점이 있다.On the other hand, a direct liquid fuel cell, called a direct methanol fuel cell, is a fuel cell that uses a solid polymer membrane as an electrolyte, and is smaller in size than a polymer electrolyte fuel cell because it does not require a reformer while using a liquid fuel such as an aqueous methanol solution. There is an advantage to this.

연료전지 시스템은 연료와 산화제의 전기화학적 반응에 의해 전기를 발생시키는 스택과, 스택의 운전을 지원하거나 제어하는 주변장치(balance of plant)로 구분할 수 있다. 주변장치는 물저장 장치, 열교환기, 제어장치, 이송장치 등을 포함할 수 있다.A fuel cell system may be classified into a stack that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant, and a balance of plant that supports or controls the operation of the stack. Peripherals may include water storage devices, heat exchangers, controls, transfer devices, and the like.

연료전지 시스템은 시스템 효율 및 안정성을 높이기 위하여 시스템 내에서 생성되는 열과 물을 재활용하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 연료전지 시스템은 시스템 내부에서 발생하는 물을 회수하여 개질 장치의 개질 반응이나 스택의 가습에 사용하도록 구성될 수 있다. 통상 연료전지 시스템에서 물은 스택의 캐소드 출 구, 애노드 출구, 스택의 애노드 입구측 기액분리기 출구, 개질 장치의 배가스 출구 등에서 발생한다. 이러한 연료전지 시스템의 경우, 물을 회수하여 저장한 후 저장된 물을 다시 스택이나 개질 장치에 공급하기 위한 물저장 장치가 필요하다.The fuel cell system may be configured to recycle heat and water generated within the system to increase system efficiency and stability. For example, the fuel cell system may be configured to recover water generated inside the system and use it for reforming the reforming unit or humidifying the stack. In a fuel cell system, water is usually generated at the cathode outlet of the stack, the anode outlet, the gas-liquid separator outlet at the anode inlet side of the stack, and the exhaust gas outlet of the reformer. In the case of such a fuel cell system, a water storage device for recovering and storing water and then supplying the stored water back to the stack or reforming device is required.

물저장 장치에 유입되는 물은 주변장치나 배관을 지나오면서 여러 가지 이물질을 포함할 수 있다. 따라서, 회수된 물을 재사용하기 위해서는 물에 포함되어 있는 이물질을 제거해야 한다. 이를 위해, 기존의 연료전지 시스템에서는 물회수 용기 내부에 다공성 필터가 연결된 흡입배관을 사용하고 있다.Water entering a water storage device may contain various foreign objects as it passes through peripheral devices or piping. Therefore, in order to reuse the recovered water, it is necessary to remove foreign substances contained in the water. To this end, the existing fuel cell system uses a suction pipe connected to the porous filter inside the water recovery container.

그러나, 물저장 장치에 저장된 물을 스택이나 개질 장치로 공급할 때, 다공성 필터의 표면은 이물질에 의해 쉽게 막히게 된다. 이 경우, 압력 손실이 발생하여 원하는 양의 물공급이 이루어지지 못한다. 따라서, 이물질이 다공성 필터의 표면을 막지 않는 물저장 장치 구조가 요구되고 있다.However, when supplying the water stored in the water storage device to the stack or reformer, the surface of the porous filter is easily blocked by foreign matter. In this case, pressure loss occurs and the desired amount of water supply is not achieved. Therefore, there is a need for a water storage device structure in which foreign matter does not block the surface of the porous filter.

본 발명의 목적은 다공성 필터 표면이 이물질에 의해 막히는 것을 방지함으로써 다공성 필터 수명을 연장할 수 있는 연료전지용 물저장 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a water storage device for a fuel cell that can extend the life of the porous filter by preventing the porous filter surface is blocked by foreign matter.

본 발명의 또 다른 목적은 물 공급을 원활하게 함으로써 시스템 안정성을 향상시킬 수 있는 전술한 물저장 장치를 이용하는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a fuel cell system using the aforementioned water storage device, which can improve system stability by smoothing water supply.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 의하면, 회수된 물을 유입하기 위한 유입구와 내부에 저장된 물을 유출하기 위한 유출구 및 하부에 결합된 배수구를 구비한 배슬; 배슬의 내부 공간을 유입구가 있는 제1 영역과 유출구가 있는 제2 영역으로 구획하며, 제1 영역에 존재하는 이물질이 제2 영역으로 이동하는 것을 막는 분리판; 유출구에서 제2 영역으로 연장되는 유출관; 및 유출관의 말단부에 설치되는 다공성 필터를 포함하는 연료전지용 물저장 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention to solve the above technical problem, the inlet for introducing the recovered water and the outlet having an outlet for outflowing the water stored therein and the drain coupled to the bottom; A separation plate that divides the inner space of the basin into a first region having an inlet and a second region having an outlet, and prevents foreign matter existing in the first region from moving to the second region; An outlet tube extending from the outlet to the second region; And a porous filter installed at an end of the outlet pipe.

바람직하게, 배슬은 하부면 가장자리에서 하부면 중앙부로 경사져 내려가는 경사면을 구비한다.Preferably, the vessel has an inclined surface that slopes down from the bottom edge to the center of the bottom surface.

배슬의 하부면에 인접한 분리판의 하단부는 상기 경사면 상에서 구부러져 경사면과 소정 간격을 두고 경사면을 따라 배수구 위까지 연장될 수 있다. 이 경우, 분리판의 하단부와 상기 경사면 사이에는 제1 영역과 제2 영역을 유체소통가능하게 연결하는 개구부가 설치된다.A lower end portion of the separator plate adjacent to the lower surface of the basin may be bent on the inclined surface and extend along the inclined surface to the drainage hole at a predetermined distance from the inclined surface. In this case, an opening that connects the first region and the second region in fluid communication is provided between the lower end of the separator and the inclined surface.

배슬의 하부면에 인접한 분리판의 하단부는 배수구가 제1 영역 내에 위치하도록 경사면에 밀착될 수 있다. 이 경우, 분리판의 적어도 일부분은 제1 영역에 존재하는 물은 통과시키고 이물질은 통과시키지 않는 필터판일 수 있다. 필터판은 스테인리스 스틸, 플라스틱 재질 중 적어도 어느 하나의 재료로 이루어질 수 있다.The lower end of the separator plate adjacent the bottom surface of the basin may be in close contact with the inclined surface such that the drain hole is located in the first area. In this case, at least a portion of the separator plate may be a filter plate that allows water present in the first region to pass but does not allow foreign substances to pass therethrough. The filter plate may be made of at least one of stainless steel and a plastic material.

연료전지용 물저장 장치는 배수구에 결합되는 밸브를 더 포함할 수 있다.The water storage device for the fuel cell may further include a valve coupled to the drain.

연료전지용 물저장 장치는 배수구와 밸브를 연결하는 투명 배관을 더 포함할 수 있다.The water storage device for the fuel cell may further include a transparent pipe connecting the drain and the valve.

연료전지용 물저장 장치는 배슬에 저장되는 물의 양을 측정하는 레벨센서를 더 포함할 수 있다.The water storage device for the fuel cell may further include a level sensor for measuring the amount of water stored in the vessel.

연료전지용 물저장 장치는 유출구에 연결되는 펌프를 더 포함할 수 있다.The water storage device for the fuel cell may further include a pump connected to the outlet.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 연료전지 스택; 및 연료전지 스택의 애노드 및 캐소드 중 적어도 하나에 물을 공급하는 물저장 장치를 포함하고, 상기 물저장 장치는, 연료전지 스택에서 회수된 물을 유입하기 위한 유입구와 내부에 저장된 물을 유출하기 위한 유출구 및 하부에 결합된 배수구를 구비한 배슬; 배슬의 내부 공간을 유입구가 있는 제1 영역과 유출구가 있는 제2 영역으로 구획하며, 제1 영역에 존재하는 이물질이 제2 영역으로 이동하는 것을 막는 분리판; 유출구에서 제2 영역으로 연장되는 유출관; 및 유출관의 말단부에 설치되는 다공성 필터를 구비하는 연료전지 시스템이 제공된다.According to another aspect of the invention, the fuel cell stack; And a water storage device for supplying water to at least one of an anode and a cathode of the fuel cell stack, wherein the water storage device comprises: an inlet for introducing water recovered from the fuel cell stack and water stored therein; A basin having an outlet and a drain connected to the bottom; A separation plate that divides the inner space of the basin into a first region having an inlet and a second region having an outlet, and prevents foreign matter existing in the first region from moving to the second region; An outlet tube extending from the outlet to the second region; And a porous filter installed at the distal end of the outlet pipe.

바람직하게, 배슬은 하부면에 가장자리에서 하부면 중앙부로 경사져 내려가 는 경사면을 구비한다.Preferably, the vessel has an inclined surface inclined downward from the edge to the center of the lower surface.

배슬의 하부면 측에 위치하는 분리판의 하단부는 상기 경사면 상에서 구부려져 경사면과 소정 간격을 두고 경사면을 따라 상기 배수구 위까지 연장될 수 있다. 이 경우, 분리판의 하단부와 상기 경사면 사이에는 제1 영역과 제2 영역을 유체소통가능하게 연결하는 개구부가 설치된다.The lower end of the separation plate located on the lower side of the basin may be bent on the inclined surface and may extend up to the drain hole along the inclined surface at a predetermined distance from the inclined surface. In this case, an opening that connects the first region and the second region in fluid communication is provided between the lower end of the separator and the inclined surface.

분리판의 적어도 일부분은 제1 영역에 존재하는 물은 통과시키고 이물질은 통과시키지 않는 필터판일 수 있다.At least a portion of the separator plate may be a filter plate that allows water present in the first region to pass but does not allow foreign matter to pass therethrough.

연료전지 시스템은 연료전지 스택의 애노드에 리포메이트를 공급하는 연료개질장치를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 물저장 장치는 개질 장치에서 나오는 물을 저장하고 저장된 물을 개질 장치에 공급할 수 있다.The fuel cell system may further include a fuel reformer for supplying a reformate to the anode of the fuel cell stack. In this case, the water storage device may store the water coming from the reformer and supply the stored water to the reformer.

본 발명에 의하면, 연료전지용 물저장 장치에 이물질이 유입되더라도 이물질이 다공성 필터로 접근하는 것을 저지하고 이물질을 배수구 방향으로 쉽게 유도함으로써 물공급 과정에서 다공성 필터 표면이 이물질에 의해 막히는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 원활한 물공급에 의해 개질 장치에서의 안정적인 수소 발생과 스택에서의 안정적인 전력 발생이 가능해진다. 아울러, 물저장 장치의 안정적인 동작에 의해 연료전지 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, even if foreign matters are introduced into the water storage device for the fuel cell, the foreign matters are prevented from approaching the porous filter and the foreign matters are easily guided in the direction of the drain, thereby preventing the surface of the porous filter from being blocked by the foreign matters during the water supply process. . Therefore, smooth water supply enables stable hydrogen generation in the reformer and stable power generation in the stack. In addition, the stable operation of the water storage device can improve the reliability of the fuel cell system.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1a 및 도 1b는 기존의 연료전지용 물저장 장치에 이용되는 다공성 필터를 설명하기 위한 사진들이다. 이 사진들은 실제 연료전지 시스템의 물저장 장치에 사용된 다공성 필터의 사용 전후의 상태를 보여준다. 도 1a의 다공성 필터는 사용 전의 상태를 보여주며, 도 1b의 다공성 필터는 사용 후의 상태를 보여준다.1A and 1B are photographs for describing a porous filter used in a conventional water storage device for fuel cells. These pictures show the state before and after the use of the porous filter used in the water storage system of the actual fuel cell system. The porous filter of FIG. 1A shows the state before use, and the porous filter of FIG. 1B shows the state after use.

본 실험예에서는 기존 연료전지 시스템의 물저장 장치에 다공성 필터를 장착하고 약 50시간 정도 사용한 다공성 필터의 상태를 관찰하였다. 여기서, 기존의 연료전지 시스템은 다공성 필터가 장착된 유출관의 일단이 단순 원통 구조의 물 탱크에 저장된 물 속에 잠겨 있는 물저장 장치를 구비하는 시스템을 가리킨다. 그리고 물저장 장치에 저장된 물은 유출관의 타단에 결합된 펌프에 의해 개질 장치로 공급되었다.In this experimental example, the porous filter was installed in the water storage device of the conventional fuel cell system and the state of the porous filter used for about 50 hours was observed. Here, the conventional fuel cell system refers to a system having a water storage device in which one end of an outlet pipe equipped with a porous filter is immersed in water stored in a water tank having a simple cylindrical structure. The water stored in the water storage device was supplied to the reformer by a pump coupled to the other end of the outlet pipe.

다공성 필터로는 통상 연료전지 시스템에 적용되는 물저장 용기에 적합하도록 그 길이는 대략 5㎝를 초과하지 않으며, 물 내부 환경에서 자체 부식되지 않는 스테인레스 스틸이나 폴리머 재질을 사용하는 것이 바람직하다.As the porous filter, the length of the porous filter does not exceed approximately 5 cm so as to be suitable for a water storage container applied to a fuel cell system, and it is preferable to use stainless steel or a polymer material which does not corrode itself in the water environment.

실험 종료 후 다공성 필터의 표면을 살펴본 결과, 도 1b에 도시한 바와 같이 다공성 필터의 표면이 이물질로 덮여지고 그 세공(pore)의 상당 부분이 막힌 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 상태로는 압력 손실의 증가로 인해 펌프 흡입시 감압에 의한 진공 현상(cavitation)이 발생하게 되고, 그것에 의해 물속의 용존 기체의 기화로 인해 정량의 물공급이 어렵게 된다.As a result of examining the surface of the porous filter after the end of the experiment, it was observed that the surface of the porous filter was covered with foreign matter and a large portion of the pores were blocked as shown in FIG. 1B. In this state, an increase in pressure loss causes vacuum cavitation due to decompression at the time of pump suction, thereby making it difficult to supply a fixed amount of water due to vaporization of dissolved gas in water.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 물저장 장치의 개략적인 구성도이다. 도 3은 도 2의 연료전지용 물저장 장치의 횡단면도이다.2 is a schematic configuration diagram of a water storage device for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view of the water storage device for a fuel cell of FIG.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 물저장 장치(10)는 배슬(vessel, 11), 분리판(13), 유출관(15) 및 다공질 필터(16)를 포함한다.2 and 3, the water storage device 10 of the present embodiment includes a vessel 11, a separator plate 13, an outlet pipe 15, and a porous filter 16.

배슬(11)은 내부 공간을 갖는 통 형상의 용기이다. 배슬(11)은 개략적으로 중력 방향을 기준으로 할 때 배슬(11)의 상부측에 유입구(11a) 및 유출구(11b)를 구비하고, 하부측에 배수구(11c)를 구비한다. 유입구(11a)는 외부 장치 예컨대 연료전지 스택이나 개질 장치로부터 회수된 물을 유입하기 위한 것이다. 유출구(11b)는 배슬(11) 내부에 저장된 물을 외부로 방출하기 위한 것이다. 배수구(11c)는 회수된 물에 포함된 이물질(12)이 어느 정도 가라앉았을 때, 수집된 이물질(12)을 배출하기 위한 것이다.The vessel 11 is a cylindrical container having an inner space. The vessel 11 has an inlet port 11a and an outlet port 11b on the upper side of the vessel 11 when roughly based on the gravity direction, and a drain port 11c on the lower side. The inlet port 11a is for introducing water recovered from an external device such as a fuel cell stack or a reforming device. The outlet 11b is for discharging the water stored in the vessel 11 to the outside. The drain port 11c is for discharging the collected foreign matter 12 when the foreign matter 12 contained in the recovered water has subsided to some extent.

또한, 배슬(11)은 그 하부면에 그 가장자리 영역에서 중앙부로 향하여 경사져 내려가는 경사면(11d)을 구비한다. 경사면(11d)은 배슬(11) 내부에 유입된 이물질(12)이 중력에 의해 자연적으로 가라앉으면서 배수구(11c)에 모일 수 있도록 설치된다.In addition, the base 11 is provided with the inclined surface 11d which inclines toward the center part from the edge area in the lower surface. The inclined surface 11d is installed so that the foreign matter 12 introduced into the vessel 11 may be collected in the drain 11c while naturally sinking by gravity.

또한 본 실시예에 있어서, 배슬(11)은 도면에 도시하지 않았지만 실질적으로 이물질이 없는 오염되지 않은 물을 공급하기 위한 별도의 유입구를 더 구비할 수 있다.In addition, in the present embodiment, the vessel 11 may be further provided with a separate inlet for supplying uncontaminated water substantially free of foreign matter although not shown in the drawings.

분리판(13)은 배슬(11)의 내부 공간을 유입구(11a) 및 배수구(11c)가 포함된 제1 영역(A1)과, 유출구(11b)가 포함된 제2 영역(B1)으로 구획한다. 분리판(13)은 배슬(11)의 측면 내벽과 하부면(11d)에 밀착되어 제1 영역(A1)으로 유입된 이물질(12)이 제2 영역(B1)으로 이동하지 못하도록 작용한다. 이때, 분리판(13)의 적어도 일부분은 물을 통과시키는 필터판으로 형성된다. 필터판은 물 분자보다 크기가 큰 이물질(12)의 이동을 차단할 수 있는 미세한 크기의 구멍들을 구비한다. 예컨대, 필터판은 스테인리스 스틸, 플라스틱 재질 중 적어도 어느 하나의 재료로 이루어진다. The separating plate 13 divides the inner space of the vessel 11 into a first region A1 including an inlet 11a and a drain 11c, and a second region B1 including an outlet 11b. . The separating plate 13 is in close contact with the inner side wall and the lower surface 11d of the vessel 11 to prevent foreign matter 12 introduced into the first region A1 from moving to the second region B1. At this time, at least a part of the separator plate 13 is formed of a filter plate through which water passes. The filter plate is provided with finely sized holes that can block the movement of foreign matter 12 having a size larger than that of water molecules. For example, the filter plate is made of at least one of stainless steel and a plastic material.

유출관(15)은 배슬(11) 내부에 저장된 물을 외부로 방출하기 위한 내부 배관이다. 유출관(15)의 일단은 배슬(11)에 저장된 물속에 잠기며, 또 다른 일단은 유출구(11b)에 연결되거나 또는 유출구(11b)를 경유하여 펌프(19)에 연결된다.The outlet pipe 15 is an internal pipe for discharging water stored in the vessel 11 to the outside. One end of the outlet pipe 15 is immersed in the water stored in the vessel 11, and the other end is connected to the outlet 19b or to the pump 19 via the outlet 11b.

다공질 필터(16)는 배슬(11)에 저장된 물속에 감겨 있는 유출관(15)의 일단에 연결된다. 다공질 필터(16)는 물속에 포함되어 있는 이물질이 물공급과 함께 외부로 방출되는 것을 차단한다.The porous filter 16 is connected to one end of the outlet pipe 15 wound in the water stored in the vessel 11. The porous filter 16 blocks foreign substances contained in the water from being discharged to the outside along with the water supply.

또한, 본 실시예의 물저장 장치(10)는 배수구(11c)에 연결되는 밸브(17)를 포함할 수 있다. 게다가, 물저장 장치(10)는 배수구(11c)와 밸브(17) 사이에 배관(18)을 구비할 수 있으며, 이때, 배관(18)은 배관 내부에 수집되는 이물질(12)의 양을 외부에서 손쉽게 확인할 수 있는 투명 배관인 것이 바람직하다.In addition, the water storage device 10 of the present embodiment may include a valve 17 connected to the drain 11c. In addition, the water storage device 10 may be provided with a pipe 18 between the drain 11c and the valve 17, where the pipe 18 is external to the amount of foreign matter 12 collected inside the pipe. It is preferable that the transparent pipe can be easily confirmed from.

전술한 물저장 장치(10)에 있어서, 배슬의 유출구(11b)에는 펌프(19)가 연결될 수 있다. 이때, 펌프(19)는 배슬의 유출구(11b)를 관통하여 노출되는 유출관(15)의 일단에 연결될 수 있다. 펌프(19)는 배슬(11) 내에 저장된 물을 소정 압력으로 외부로 공급한다.In the above-described water storage device 10, the pump 19 may be connected to the outlet 11b of the vessel. At this time, the pump 19 may be connected to one end of the outlet pipe 15 exposed through the outlet port 11b of the vessel. The pump 19 supplies water stored in the vessel 11 to the outside at a predetermined pressure.

본 실시예의 물저장 장치(10)는 이물질(12) 배출을 용이하게 하는 배슬(11) 의 하부면(11d)과 배수구(11c) 구조, 배슬(11) 내부에 설치된 분리판(13)의 배치 구조, 및 분리판(13)의 적어도 일부로 형성되어 있는 필터판과 다공질 필터(16)의 이중 필터 구조를 갖는다. 따라서, 물저장 장치(10)에 이용되는 다공질 필터(16)의 표면에 이물질이 덮이는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 그것에 의해 다공질 필터(16)의 수명을 연장시키며 물공급을 원활하게 하고, 나아가 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다. The water storage device 10 according to the present embodiment has a structure of a bottom surface 11d and a drain hole 11c of the vessel 11 to facilitate the discharge of the foreign substance 12, and the separation plate 13 installed inside the vessel 11. And a double filter structure of the filter plate and the porous filter 16 formed of at least a part of the separator plate 13. Therefore, it is possible to effectively prevent the foreign material from being covered on the surface of the porous filter 16 used for the water storage device 10, thereby extending the life of the porous filter 16 and to facilitate the water supply, Furthermore, the stability of the system can be improved.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 물저장 장치의 개략적인 구성도이다. 도 5a는 도 4의 연료전지용 물저장 장치의 평면도이고, 도 5b는 도 4의 연료전지용 물저장 장치의 변형예의 평면도이다.4 is a schematic configuration diagram of a water storage device for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention. 5A is a plan view of the water storage device for fuel cells of FIG. 4, and FIG. 5B is a plan view of a modification of the water storage device for fuel cells of FIG. 4.

도 4 및 도 5a를 참조하면, 본 실시예의 물저장 장치(10a)는 배슬(11), 제1 실시예의 분리판과 다른 구조의 분리판(14), 유출관(15) 및 다공질 필터(16)를 포함한다.4 and 5A, the water storage device 10a of this embodiment includes a bass 11, a separator 14 having a structure different from that of the separator of the first embodiment, an outlet pipe 15, and a porous filter 16. ).

배슬(11), 유출관(15), 다공질 필터(16), 밸브(17), 배관(18) 등은 제1 실시예에서 이미 설명한 바와 같다.The vessel 11, the outflow pipe 15, the porous filter 16, the valve 17, the pipe 18, and the like are as described above in the first embodiment.

분리판(14)은 배슬(11)의 내부 공간을 유입구(11a)가 포함된 제1 영역(A1)과, 유출구(11b)가 포함된 제2 영역(B1)으로 구획한다. 배슬의 경사면(11d)에 인접한 분리판(14)의 하단부는 경사면(11d)의 중간 상부에서 구부려져 경사면(11d)과 소정의 간격을 두고 경사면(11d)을 따라 배수구(11c) 쪽으로 연장된다. 이때, 분리판(14)의 하단부는 경사면(11d)에 닿지 않으며, 따라서 배수구(11c)의 상부에서 경사면(11d)과 분리판(14)의 하단부 사이에는 개구부(20)가 형성된다. 개구부(20)는 제1 영역(A1)으로 유입된 물이 제2 영역(B1)으로 자유롭게 이동할 수 있도록 작용한다. 이때, 개구부(20)의 위치가 배슬(11) 하부의 배수구(11c) 부근에 인접하므로, 제1 영역(A1)의 물속에 포함되어 있던 이물질(12)은 제1 영역(A1)에서 제2 영역(B1)으로 이동하기보다 배수구(11c)에 연결된 배관(18) 속에 모이게 된다. 여기서, 이물질(12)은 물 분자보다 무거운 이물질이 될 것이다. 전술한 분리판(14)은 물과 이물질(12) 모두가 통과하지 못하는 재료로 이루어진다.The separating plate 14 divides the inner space of the vessel 11 into a first region A1 including the inlet 11a and a second region B1 including the outlet 11b. The lower end portion of the separating plate 14 adjacent to the inclined surface 11d of the vessel is bent at the middle upper portion of the inclined surface 11d and extends toward the drain 11c along the inclined surface 11d at a predetermined distance from the inclined surface 11d. At this time, the lower end of the separating plate 14 does not touch the inclined surface 11d, and thus, the opening 20 is formed between the inclined surface 11d and the lower end of the separating plate 14 at the upper portion of the drain 11c. The opening 20 functions to freely move the water introduced into the first area A1 to the second area B1. At this time, since the position of the opening portion 20 is adjacent to the drain port 11c near the bottom of the vessel 11, the foreign matter 12 contained in the water of the first region A1 is the second region in the first region A1. Rather than moving to the area B1, they are collected in the pipe 18 connected to the drain 11c. Here, the foreign material 12 will be a foreign material heavier than the water molecules. The aforementioned separation plate 14 is made of a material through which both water and the foreign matter 12 cannot pass.

본 실시예의 물저장 장치(10a)는 이물질(12) 배출을 용이하게 하는 배슬(11)의 하부면(11d)과 배수구(11c) 구조, 및 이물질(12)이 다공성 필터(16)에 직접적으로 접근하는 것을 차단하기 위한 분리판(14)의 배치 구조를 갖는다. 따라서, 물저장 장치(10a)에 이용되는 다공질 필터(16)의 표면에 이물질이 덮이는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 그것에 의해 다공질 필터(16)의 수명을 연장시키며 물공급을 원활하게 하고, 나아가 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다. The water storage device 10a of the present embodiment has a structure of the bottom surface 11d and the drain hole 11c of the vessel 11 which facilitates the discharge of the foreign matter 12, and the foreign matter 12 directly on the porous filter 16. It has an arrangement structure of the separating plate 14 to block access. Therefore, it is possible to effectively prevent foreign matter from being covered on the surface of the porous filter 16 used for the water storage device 10a, thereby extending the life of the porous filter 16 and smoothly supplying water. Furthermore, the stability of the system can be improved.

도 6은 본 발명의 물저장 장치를 이용하는 연료전지 시스템의 블록도이다.6 is a block diagram of a fuel cell system using the water storage device of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 연료전지 시스템은 제2 실시예에서 앞서 설명한 물저장 장치(10a), 연료전지 스택(25), 연료저장탱크(30), 개질장치(40) 및 산화제공급장치(50)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the fuel cell system of the present embodiment includes the water storage device 10a, the fuel cell stack 25, the fuel storage tank 30, the reformer 40, and the oxidant supply device described above in the second embodiment. And 50.

연료전지 스택(25)은 고분자 전해질형 연료전지 방식의 연료전지 스택이다. 연료전지 스택(25)은 애노드에 공급되는 리포메이트(refomate)와 캐소드에 공급되는 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산한다.The fuel cell stack 25 is a fuel cell stack of a polymer electrolyte fuel cell method. The fuel cell stack 25 generates electricity by electrochemically reacting a reformate supplied to the anode and an oxidant supplied to the cathode.

개질장치(40)는 연료저장탱크(30)에서 공급되는 원료를 개질하여 수소를 풍부하게 함유한 리포메이트를 생산한다. 생산된 리포메이트는 연료전지 스택(25)에 공급된다. 원료는 메탄올, 에탄올, 천연가스, 석유 등의 탄화수소계 연료를 포함한다. 개질장치(40)는 수증기개질장치를 포함할 수 있다.The reformer 40 reforms the raw material supplied from the fuel storage tank 30 to produce a reformate rich in hydrogen. The produced reformate is supplied to the fuel cell stack 25. The raw materials include hydrocarbon fuels such as methanol, ethanol, natural gas and petroleum. The reformer 40 may include a steam reformer.

산화제공급장치(50)는 연료전지 스택(25)에 산화제를 공급한다. 산화제는 대기 중의 공기를 포함한다. 산화제공급장치(50)는 공기 펌프를 포함할 수 있다.The oxidant supply device 50 supplies the oxidant to the fuel cell stack 25. The oxidant includes air in the atmosphere. The oxidant supply device 50 may include an air pump.

본 실시예의 연료전지 시스템에 있어서, 물저장 장치(10a)는 연료전지 스택(25)의 애노드 아웃렛과 캐소드 아웃렛에서 방출되는 물을 회수하여 저장한다. 이때, 회수된 물에는 원하지 않는 이물질이 포함될 수 있다. 이물질이 포함된 물을 연료전지 스택(25)이나 개질장치(40)에 공급하면, 연료전지 스택(25)이나 개질장치(40) 내부에 배치된 촉매 등에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 물저장 장치(10a)는 위의 제2 실시예에서 언급한 바와 같이 회수된 물속에 포함되어 있는 이물질을 제거할 수 있도록 구성된다.In the fuel cell system of the present embodiment, the water storage device 10a recovers and stores water discharged from the anode outlet and the cathode outlet of the fuel cell stack 25. At this time, the recovered water may include unwanted foreign matter. When water containing foreign matters is supplied to the fuel cell stack 25 or the reformer 40, it may adversely affect a catalyst disposed in the fuel cell stack 25 or the reformer 40. Therefore, the water storage device 10a is configured to remove foreign substances contained in the recovered water as mentioned in the second embodiment.

특히, 물저장 장치(10a)는 장치 내에 사용되는 다공성 필터 표면에 이물질이 쉽게 덮이지 않도록 구성됨으로써 다공성 필터의 수명을 연장하고, 그것에 의해 연료전지 시스템 내에 원활한 물공급을 보장함으로써 연료전지 스택(25)의 장시간 안정적인 출력과 성능을 보장할 수 있다.In particular, the water storage device 10a is configured such that foreign matter is not easily covered on the surface of the porous filter used in the device, thereby prolonging the life of the porous filter, thereby ensuring a smooth water supply in the fuel cell system. ) Can ensure stable output and performance for a long time.

전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.The scope of the above-described invention is defined in the following claims, which are not bound by the description of the specification, and all modifications and variations belonging to the equivalent scope of the claims will belong to the scope of the present invention.

도 1a 및 도 1b는 기존의 연료전지용 물저장 장치에 이용되는 다공성 필터를 설명하기 위한 사진들이다.1A and 1B are photographs for describing a porous filter used in a conventional water storage device for fuel cells.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 물저장 장치의 개략적인 구성도.2 is a schematic configuration diagram of a water storage device for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 연료전지용 물저장 장치의 횡단면도.3 is a cross-sectional view of the water storage device for a fuel cell of FIG.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 물저장 장치의 개략적인 구성도.4 is a schematic configuration diagram of a water storage device for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.

도 5a는 도 4의 연료전지용 물저장 장치의 평면도.5A is a plan view of the water storage device for a fuel cell of FIG.

도 5b는 도 4의 연료전지용 물저장 장치의 변형예의 평면도.5B is a plan view of a modification of the water storage device for a fuel cell of FIG.

도 6은 본 발명의 물저장 장치를 이용하는 연료전지 시스템의 블록도.6 is a block diagram of a fuel cell system using the water storage device of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10, 10a : 물저장 장치 11 : 배슬10, 10a: water storage device 11: sea bass

11a : 유입구 11b : 유출구11a: inlet 11b: outlet

11c : 배수구 11d : 경사면11c: Drain 11d: slope

12 : 이물질 13 : 제1 분리판12: foreign matter 13: the first separator

14 : 제2 분리판 15 : 유출관14 second separator 15 outlet pipe

16 : 다공성 필터 17 : 밸브16 porous filter 17 valve

18 : 투명배관 19 : 펌프18: transparent piping 19: pump

21 : 레벨센서21: level sensor

Claims (14)

회수된 물을 유입하기 위한 유입구와 내부에 저장된 물을 유출하기 위한 유출구 및 하부에 결합된 배수구를 구비한 배슬;A vessel having an inlet for introducing the recovered water, an outlet for discharging the water stored therein, and a drain hole coupled to the lower portion; 상기 배슬의 내부 공간을 상기 유입구가 있는 제1 영역과 상기 유출구가 있는 제2 영역으로 구획하며, 상기 제1 영역에 존재하는 이물질이 상기 제2 영역으로 이동하는 것을 막는 분리판;A separation plate that divides the inner space of the vessel into a first region having the inlet and a second region having the outlet, and prevents foreign substances existing in the first region from moving to the second region; 상기 유출구에서 상기 제2 영역으로 연장되는 유출관; 및An outlet pipe extending from the outlet port to the second region; And 상기 유출관의 말단부에 설치되는 다공성 필터를 포함하는 연료전지용 물저장 장치.Water storage device for a fuel cell comprising a porous filter installed in the distal end of the outlet pipe. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배슬은 그 하부면 가장자리 영역에서 상기 하부면 중앙부로 경사져 내려가는 경사면을 구비하는 연료전지용 물저장 장치.The vessel has a water storage device for a fuel cell having an inclined surface inclined downward from the lower edge region of the lower surface. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 배슬의 하부면에 인접한 상기 분리판의 하단부는 상기 경사면 상에서 상기 경사면에 평행하게 상기 배수구 위까지 연장 성형되어 상기 분리판 하단의 연장 성형부분과 상기 경사면 사이에는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 유체소통가능하게 연결하는 개구부가 형성되는 연료전지용 물저장 장치.A lower end portion of the separation plate adjacent to the lower surface of the basin extends to the drain hole on the inclined surface in parallel to the inclined surface such that the first region and the second region are formed between the extended molding portion of the lower end of the separation plate and the inclined surface. The water storage device for a fuel cell formed with an opening for fluid communication. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배슬의 하부면에 인접한 상기 분리판의 하단부는 상기 배수구가 상기 제1 영역 내에 위치하도록 상기 경사면에 밀착되며,The lower end of the separation plate adjacent to the lower surface of the vessel is in close contact with the inclined surface so that the drain hole is located in the first area, 상기 분리판의 적어도 일부분은 상기 제1 영역에 존재하는 물은 통과시키고 상기 이물질은 통과시키지 않는 필터판인 연료전지용 물저장 장치.And at least a portion of the separator is a filter plate which allows water present in the first region to pass but does not allow foreign substances to pass therethrough. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 필터판은 스테인리스 스틸, 플라스틱 재질 중 적어도 어느 하나의 재료로 이루어지는 연료전지용 물저장 장치.The filter plate is a fuel cell water storage device made of at least one of stainless steel, plastic material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배수구에 결합되는 밸브를 더 포함하는 연료전지용 물저장 장치.Water storage device for a fuel cell further comprises a valve coupled to the drain. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 배수구와 상기 밸브를 연결하는 투명 배관을 더 포함하는 연료전지용 물저장 장치.Water storage device for a fuel cell further comprises a transparent pipe for connecting the drain and the valve. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배슬에 저장되는 물의 양을 측정하는 레벨센서를 더 포함하는 연료전지용 물저장 장치.Water storage device for a fuel cell further comprises a level sensor for measuring the amount of water stored in the vessel. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유출구에 연결되는 펌프를 더 포함하는 연료전지용 물저장 장치.A water storage device for a fuel cell further comprising a pump connected to the outlet. 연료전지 스택; 및Fuel cell stacks; And 상기 연료전지 스택의 애노드 및 캐소드 중 적어도 하나에 물을 공급하는 물저장 장치를 포함하고, 상기 물저장 장치는,A water storage device for supplying water to at least one of the anode and the cathode of the fuel cell stack, wherein the water storage device, 상기 연료전지 스택에서 회수된 물을 유입하기 위한 유입구와 내부에 저장된 물을 유출하기 위한 유출구 및 하부에 결합된 배수구를 구비한 배슬;A vessel having an inlet for introducing water recovered from the fuel cell stack, an outlet for discharging water stored therein, and a drain hole coupled to the lower portion; 상기 배슬의 내부 공간을 상기 유입구가 있는 제1 영역과 상기 유출구가 있는 제2 영역으로 구획하며, 상기 제1 영역에 존재하는 이물질이 상기 제2 영역으로 이동하는 것을 막는 분리판;A separation plate that divides the inner space of the vessel into a first region having the inlet and a second region having the outlet, and prevents foreign substances existing in the first region from moving to the second region; 상기 유출구에서 상기 제2 영역으로 연장되는 유출관; 및An outlet pipe extending from the outlet port to the second region; And 상기 유출관의 말단부에 설치되는 다공성 필터를 구비하는 연료전지 시스템.A fuel cell system having a porous filter installed at the distal end of the outlet pipe. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 배슬은 그 하부면에 가장자리 영역에서 상기 하부면 중앙부로 경사져 내려가는 경사면을 구비하는 연료전지 시스템.And the basin has an inclined surface that is inclined downward from the edge region to the center portion of the lower surface. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 배슬의 하부면에 인접한 상기 분리판의 하단부는 상기 경사면 상에서 상기 경사면에 평행하게 상기 배수구 위까지 연장 성형되어 상기 분리판 하단의 연장 성형부분과 상기 경사면 사이에는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 유체소통가능하게 연결하는 개구부가 설치되는 연료전지 시스템.A lower end portion of the separation plate adjacent to the lower surface of the basin extends to the drain hole on the inclined surface in parallel to the inclined surface such that the first region and the second region are formed between the extended molding portion of the lower end of the separation plate and the inclined surface. The fuel cell system is provided with an opening for connecting the fluid communication. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 배슬의 하부면에 인접한 상기 분리판의 하단부는 상기 배수구가 상기 제1 영역 내에 위치하도록 상기 경사면에 밀착되며,The lower end of the separation plate adjacent to the lower surface of the vessel is in close contact with the inclined surface so that the drain hole is located in the first area, 상기 분리판의 적어도 일부분은 상기 제1 영역에 존재하는 물은 통과시키고 상기 이물질은 통과시키지 않는 필터판인 연료전지 시스템.At least a portion of the separator plate is a fuel cell system that passes through the water present in the first region and the foreign matter does not pass through the filter plate. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 연료전지 스택의 애노드에 리포메이트를 공급하는 개질 장치를 더 포함하며,Further comprising a reforming device for supplying a reformate to the anode of the fuel cell stack, 상기 물저장 장치는 상기 개질 장치에서 나오는 물을 저장하고 저장된 물을 상기 개질 장치에 공급하는 연료전지 시스템.The water storage device is a fuel cell system for storing the water from the reformer and supplying the stored water to the reformer.
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