KR101140252B1 - High efficiency gas-liquid separator for stand-alone fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A gas-liquid separator for a stand-alone fuel cell system is provided to reuse water generated by electrochemical reaction of fuel cell or catalystic reaction of s fuel modifier, thereby not needing re-supply of water to a stand-alone fuel cell system. CONSTITUTION: A gas-liquid separator comprises a main body(110), a flow channel division member(120), and gas-liquid separation member(130). The main body, in which through-holes are formed in a line on front side and back side, comprises a gas inlet(111), a liquid storage part(113), a liquid outlet(114), and a control part for controlling the exhaustion of the liquid, and is installed to a fuel tank or a water tank attachably and detachably by a fixation member. The flow channel division member comprises a through-hole(121) formed with the above through-holes in a line. The gas-liquid separation member separates liquid contained in the gas.

Description

독립형 연료전지 시스템용 고효율 기액분리기{HIGH EFFICIENCY GAS-LIQUID SEPARATOR FOR STAND-ALONE FUEL CELL SYSTEM}High-efficiency gas-liquid separator for stand-alone fuel cell system {HIGH EFFICIENCY GAS-LIQUID SEPARATOR FOR STAND-ALONE FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 독립형 연료전지 시스템용 고효율 기액분리기에 관한 것으로, 더 상세하게는 독립적으로 운용되는 연료전지 시스템에 있어서 연료개질기의 촉매반응이나 연료전지의 전기화학반응에서 생성되는 물을 고효율로 회수하여 재사용할 수 있는 독립형 연료전지 시스템용 고효율 기액분리기에 관한 것이다.The present invention relates to a high-efficiency gas-liquid separator for a stand-alone fuel cell system, and more particularly, to recover and reuse water generated in a catalytic reaction of a fuel reformer or an electrochemical reaction of a fuel cell with high efficiency in an independently operated fuel cell system. A high efficiency gas-liquid separator for a standalone fuel cell system can be provided.

일반적으로 연료전지 시스템은 수소를 함유한 연료와 산소를 함유한 공기를 이용하여 수소와 산소의 전기화학반응을 유발시킴으로써 전기에너지를 발생시키는 발전 시스템이다. In general, a fuel cell system is a power generation system that generates electric energy by causing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen using a fuel containing hydrogen and air containing oxygen.

연료전지의 음극(anode)으로 공급되는 수소는 촉매를 만나 수소 이온과 전자로 분리된 후, 수소 이온은 전해질(electrolyte)을 통해서 양극(cathode)으로 이동하고, 전자(electron)는 외부 회로를 통하여 양극으로 이동한다. 양극으로 공급되는 산소 기체는 촉매의 도움을 얻어 산소 원자로 해리된 후 전해질로부터 이동한 수소 이온 및 외부회로로 이동한 전자와 반응하여 물을 생성한다. Hydrogen supplied to the anode of the fuel cell meets a catalyst and is separated into hydrogen ions and electrons, and then the hydrogen ions move through the electrolyte to the cathode, and the electrons pass through an external circuit. Move to the anode. Oxygen gas supplied to the anode, with the aid of a catalyst, dissociates into oxygen atoms and reacts with hydrogen ions transferred from the electrolyte and electrons transferred to an external circuit to generate water.

이러한 연료전지는 전해질의 종류와 작동 원리에 따라 크게 알칼리형 연료전지, 인산형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 직접 메탄올형 연료전지, 용융 탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지로 분류할 수 있으며, 대부분의 연료전지는 수소를 연료로 사용한다. 그러나 현재와 같이 수소연료에 대한 보급체계가 구축되어 있지 않은 상태에서 수소를 이용한 연료전지의 사용은 한계가 있다. These fuel cells can be classified into alkaline fuel cells, phosphoric acid fuel cells, polymer electrolyte fuel cells, direct methanol fuel cells, molten carbonate fuel cells, and solid oxide fuel cells according to the type of electrolyte and the principle of operation. Most fuel cells use hydrogen as fuel. However, there is a limit to the use of fuel cells using hydrogen in the absence of a supply system for hydrogen fuel.

따라서 천연가스, 에탄올, 가솔린, 디젤 등과 같은 탄화수소계열의 연료를 개질(reforming)하여 수소를 생산한 후 연료전지를 사용하는 과도기적 시스템이 필요하다. 현재 개발되고 있는 연료전지 시스템은 이러한 이유로 연료개질기(fuel reformer)를 장착하고 있다. 연료개질기는 운전방식에 따라서 수증기 개질(steam reforming), 부분산화 개질(partial oxidation reforming), 자열 개질(auto-thermal reforming)로 구분할 수 있다. 3가지 연료개질 반응 모두 생성물로 물이 발생한다.Therefore, there is a need for a transitional system that uses a fuel cell after producing hydrogen by reforming a hydrocarbon-based fuel such as natural gas, ethanol, gasoline, or diesel. The fuel cell systems currently being developed are equipped with fuel reformers for this reason. Fuel reformers can be classified into steam reforming, partial oxidation reforming and auto-thermal reforming, depending on the mode of operation. All three fuel reforming reactions produce water as a product.

이와 같이 연료전지 시스템은 동작 중에 개질반응이나 전기화학반응을 통해 물이 발생이 된다. 발생된 물은 외부로 배출되어 버리기보다는 다시 회수하여 연료개질기의 연료나 연료전지 고분자전해질막을 가습하기 위하여 재사용될 수 있다. 특히 수증기 개질이나 자열 개질 방식의 경우, 물은 연료와 함께 반응물로서 중요한 역할을 수행한다. As such, the fuel cell system generates water through reforming or electrochemical reactions during operation. Rather than being discharged to the outside, the generated water can be recovered and reused to humidify the fuel of the fuel reformer or the fuel cell polymer electrolyte membrane. Especially in the case of steam reforming or autothermal reforming, water plays an important role as reactant with fuel.

그러나 현재 가정용이나 빌딩용으로 제작된 연료전지 시스템의 경우, 건물로 공급되는 상수도관에 의해서 풍부한 물을 공급받을 수 있다. 이렇게 상수도로부터 공급받은 물은 필터를 거쳐 탈이온수로 바뀐 뒤, 연료개질기나 고분자전해질막 가습용으로 사용된다. 따라서 연료전지 시스템에서 생성되는 물을 고효율로 회수할 필요는 없다.However, current fuel cell systems built for homes or buildings can be supplied with abundant water by water pipes to buildings. The water supplied from the tap water is converted into deionized water through a filter and then used for humidifying a fuel reformer or a polymer electrolyte membrane. Therefore, it is not necessary to recover water generated in the fuel cell system with high efficiency.

한편, 연료전지 시스템이 이동식으로 개발되어 독립된 형태로 운용할 경우, 외부로부터 물공급이 원활하지 않기 때문에 물 회수는 중요한 문제가 된다. 특히 연료전지 시스템이 군용으로 사용될 경우, 물은 연료와 함께 중요한 전략적 보급 물자 중에 하나이므로, 운용 중에 되도록 물의 재보급이 없도록 전지 시스템을 설계하여야 한다.On the other hand, when the fuel cell system is developed in a portable manner and operated in a separate form, water recovery is an important problem because water supply is not smooth from the outside. In particular, when a fuel cell system is used for military purposes, water is one of the important strategic supplies with fuel, so the cell system should be designed so that there is no resupply of water during operation.

이동용 연료전지 시스템의 경우 물탱크의 부피를 줄이면서, 외부에서 추가적인 물공급을 최대한 억제하기 위해서는 내부 공정 반응 간의 생성되는 물을 최대한 회수해야 한다. 앞서 언급하였듯이 연료전지는 수소와 산소의 전기화학반응을 통해 전기, 물, 열을 생성한다. 연료개질기 역시 생성물로 물이 발생한다. 이때 생성되는 물을 외부로 배출하기보다는 최대한 회수하여 재활용해야 한다. 일반적으로 연료전지 공정반응 중에 생성되는 물을 회수하기 위해서는 기액분리기가 필요하다. 현재까지 개발된 기액분리기는 내부 형상을 조절하여 온도나 압력을 변화시켜 기체에서 물을 회수하도록 설계되어 있었다. In the case of a mobile fuel cell system, it is necessary to recover as much water as possible between internal process reactions in order to reduce the volume of the water tank and to minimize the additional water supply from the outside. As mentioned earlier, fuel cells generate electricity, water and heat through the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen. Fuel reformers also produce water as a product. At this time, the generated water should be recovered and recycled as much as possible rather than discharged to the outside. In general, a gas-liquid separator is required to recover water generated during a fuel cell process reaction. The gas-liquid separator developed to date has been designed to recover water from a gas by controlling its internal shape and changing its temperature or pressure.

그러나 기체는 온도에 따라 상대습도 및 포화수증기압이 변화하기 때문에 기액분리기에서 최대한 많은 양의 물을 회수하기 위해서는 기액분리기의 온도를 최대한 낮게 유지해야 한다. However, since the relative humidity and the saturated steam pressure change with gas, the temperature of the gas-liquid separator should be kept as low as possible in order to recover the maximum amount of water from the gas-liquid separator.

고분자 전해질형 연료전지 스택은 전기화학반응이 일어나는 단위전지를 수십 또는 수백개 적층한 구조로서, 약 80℃로 운전온도가 유지되므로 연료전지 스택 이전이나 이후의 공정라인의 기체 온도는 약 65~75℃이다. 이러한 공정라인의 기체는 기액분리기를 지나면서 내부의 물이 회수된다. 앞서 언급하였듯이 일반적인 기액분리기는 기계적인 형상에 따른 온도 및 압력변화, 혹은 스펀지 등을 삽입하여 물을 회수하도록 설계되어 있다.  The polymer electrolyte fuel cell stack is a structure in which dozens or hundreds of unit cells in which electrochemical reactions are stacked. Since the operating temperature is maintained at about 80 ° C., the gas temperature of the process line before or after the fuel cell stack is about 65 to 75. ℃. The gas in this process line passes through the gas-liquid separator, and the water inside is recovered. As mentioned above, a general gas-liquid separator is designed to recover water by inserting a temperature or pressure change or a sponge according to a mechanical shape.

그러나 연료전지 스택으로부터 65~75℃의 기체가 기액분리기로 연속적으로 공급될 경우, 기액분리기 역시 약 65~75℃로 온도가 상승되어 동작하게 된다. 상식적으로 온도를 낮추면 더 많은 물을 회수할 수 있지만, 온도를 낮추기 위해서는 추가적인 냉각장치가 필요하다. 그러나 기액분리기에 냉각장치를 설치하게 되면, 추가적인 전력이 소모될 수 있고 설치비용도 증가하므로, 현재 대부분의 연료전지 시스템에 사용되는 기액분리기는 냉각을 위한 추가장치 없이 단독으로 사용하고 있다. 이와 같이 기체의 상대습도 및 포화수증기압을 고려하였을 때, 기존의 기액분리기의 운용방법과 형상으로는 기체에서 물을 고효율로 회수한다는 것은 한계가 있다. However, when gas of 65-75 ° C. is continuously supplied from the fuel cell stack to the gas-liquid separator, the gas-liquid separator also operates by increasing the temperature to about 65-75 ° C. Common sense is to lower the temperature to recover more water, but to cool it, additional cooling is required. However, if the cooling device is installed in the gas-liquid separator, additional power may be consumed and the installation cost may be increased. Therefore, the gas-liquid separator used in most fuel cell systems is currently used alone without an additional device for cooling. Thus, considering the relative humidity and saturated steam pressure of the gas, there is a limit to the high efficiency of water recovery from the gas in the operation method and shape of the existing gas-liquid separator.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 독립형 연료전지 시스템에 있어서 연료개질기의 촉매반응이나 연료전지의 전기화학반응에서 생성되는 물을 고효율로 회수하여 재사용할 수 있는 연료전지 시스템용 고효율 기액분리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and in a standalone fuel cell system, a fuel cell system capable of efficiently recovering and reusing water generated in a catalytic reaction of a fuel reformer or an electrochemical reaction of a fuel cell. It is an object of the present invention to provide a highly efficient gas liquid separator.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 연료전지 스택으로부터 기체가 유입되는 기체 유입구와, 상기 기체에 함유된 액체가 분리된 후에 분리된 액체를 저장하는 액체 저장부와, 액체 저장부에 저장된 액체를 배출하는 액체 배출구와, 액체 배출구에 설치되어 액체의 배출을 제어하는 제어부를 포함하고, 전면과 후면에 관통홀이 일렬로 형성되어 있고, 후면이 고정부재에 의해 연료탱크 또는 물탱크에 탈착 가능하게 고정 설치되는 본체; In order to achieve the above object, the present invention provides a gas inlet through which a gas is introduced from a fuel cell stack, a liquid storage unit for storing a liquid separated after the liquid contained in the gas is separated, and a liquid stored in the liquid storage unit. A liquid discharge port for discharging, and a control unit installed at the liquid discharge port to control the discharge of the liquid, and the through holes are formed in a line in the front and rear, and the rear side is detachably attached to the fuel tank or the water tank by the fixing member. A main body fixedly installed;

상기 본체 내부에 수직 설치되어 상기 관통홀과 일직선상으로 형성된 관통홀을 구비하고, 상기 관통홀을 통해 삽입된 상기 고정부재에 의해 상기 기체를 간접 냉각하면서 상기 본체 내부의 공간 상반부를 좌우로 구획하는 유로구획부재; A vertically installed inside of the main body and having a through hole formed in a straight line with the through hole and partitioning an upper half of the space inside the main body from side to side while indirectly cooling the gas by the fixing member inserted through the through hole; Flow path block member;

상기 고정부재가 삽입되어 상기 본체를 지지하면서 상기 유로구획부재를 간접 냉각하도록 상기 본체의 전?후면 및 상기 유로구획부재에 일렬로 형성된 관통홀; A through hole formed in a row on the front and rear surfaces of the main body and the flow path partition member to indirectly cool the flow path partition member while the fixing member is inserted to support the main body;

상기 본체 내부에 설치되어 상기 기체에 함유된 액체를 분리시키는 기액분리부재; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.A gas-liquid separation member installed inside the main body to separate the liquid contained in the gas; Characterized in that it comprises a.

본 발명에 있어서, 상기 고정부재는 그 일측이 상기 연료탱크 또는 물탱크에 고정되고 그 타측이 상기 관통홀을 통해 상기 본체 바깥쪽으로 뻗어, 상기 본체를 지지하는 판상(板狀)의 브라켓인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the fixing member is one side is fixed to the fuel tank or the water tank and the other side is a plate-shaped bracket that extends out of the main body through the through hole, to support the main body It is done.

본 발명에 있어서, 상기 관통홀은 같은 크기로 종방향으로 길게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the through hole is characterized in that it is formed long in the longitudinal direction with the same size.

본 발명에 있어서, 상기 관통홀을 통해 상기 본체 바깥쪽으로 노출된 상기 고정부재의 선단부에는 고정구를 횡방향으로 삽입하기 위한 삽입홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the front end portion of the fixing member exposed to the outside of the main body through the through hole is characterized in that the insertion hole for inserting the fastener in the transverse direction is formed.

본 발명에 있어서, 상기 고정구는 강성 스프링인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the fixture is characterized in that the rigid spring.

본 발명에 있어서, 상기 기액분리부재는 상기 유로구획부재의 하단부와 이격되어 상기 본체 내부의 공간 상반부와 하반부를 구획하도록 횡방향으로 고정 설치된 다공성 분리판인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the gas-liquid separation member is characterized in that the porous separation plate is fixed in the transverse direction so as to be spaced apart from the lower end of the flow path partition member to partition the upper half and the lower half of the interior of the body.

본 발명에 있어서, 상기 기체 유입구는 상기 본체의 상단부 일측에 형성되고, 상기 액체 배출구는 상기 본체의 하단부에 형성되며, 상기 본체의 상단부 타측에는 상기 기액분리부재에 의해 액체가 분리된 상태의 기체가 빠져나가는 기체배출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the gas inlet is formed on one side of the upper end of the main body, the liquid outlet is formed on the lower end of the main body, the gas in the state that the liquid is separated by the gas-liquid separation member on the other end of the main body It is characterized in that the exiting gas outlet is formed.

본 발명에 있어서, 상기 연료탱크 또는 물탱크는 연료탱크 또는 물탱크인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the fuel tank or the water tank is characterized in that the fuel tank or the water tank.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the control unit is characterized in that the solenoid valve.

본 발명에 의하면, 이동식 연료전지 시스템에 사용되는 기액분리기의 후면을 열용량이 상대적으로 높은 연료탱크나 물탱크에 고정부재를 통해 부착함에 있어서, 고정부재가 기액분리의 전?후면과 기액분리기 내부의 유로구획부재에 형성된 관통홀을 통해 기액분리기를 지지하는 상태로 삽입되도록 구성함으로써, 기액분리기 내부로 유입되는 기체가 고정부재에 의해 간접적으로 냉각됨에 따라 낮은 온도를 유지할 수 있고, 이에 따라 포화수증기압이 감소되고 상대습도가 증가되면서 응결현상이 일어나 기체 중에 함유된 액체가 쉽게 분리되어 기액 분리의 효율을 증대시킬 수 있다. 이에 의해, 연료개질기의 촉매반응이나 연료전지의 전기화학반응에서 생성되는 물을 최대한 많이 회수하여 재사용할 수 있으므로, 독립적으로 운용되는 이동식 연료전지 시스템에 물을 재공급할 필요가 없게 된다.According to the present invention, in attaching a rear surface of a gas-liquid separator used in a mobile fuel cell system to a fuel tank or a water tank having a relatively high heat capacity, the fixing member is formed before and after the gas-liquid separation and inside the gas-liquid separator. By inserting the gas-liquid separator in a state of supporting the gas-liquid separator through the through-hole formed in the flow path partition member, the gas flowing into the gas-liquid separator is indirectly cooled by the fixing member, thereby maintaining a low temperature, thereby increasing the saturated steam pressure. As the relative humidity decreases and the relative humidity increases, condensation may occur, and the liquid contained in the gas may be easily separated to increase the efficiency of gas-liquid separation. As a result, water generated in the catalytic reaction of the fuel reformer or the electrochemical reaction of the fuel cell can be recovered and reused as much as possible, thereby eliminating the need to supply water to a mobile fuel cell system that is operated independently.

도 1은 본 발명에 따른 독립형 연료전지 시스템용 고효율 기액 분리기의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 독립형 연료전지 시스템용 고효율 기액 분리기를 연료탱크에 장착하기 전의 상태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 독립형 연료전지 시스템용 고효율 기액 분리기를 연료탱크에 장착한 후의 상태를 나타낸 도면.1 is a block diagram of a high efficiency gas-liquid separator for a standalone fuel cell system according to the present invention.
2 is a view showing a state before mounting the high-efficiency gas-liquid separator for a standalone fuel cell system in a fuel tank according to the present invention.
3 is a view showing a state after mounting the high-efficiency gas-liquid separator for a stand-alone fuel cell system in the fuel tank according to the present invention.

독립적으로 운용되는 연료전지 시스템에 있어서 물 균형은 매우 중요한 요소이다. 특히 연료전지가 군수 물자로 사용하게 될 경우, 운용 중에 물의 재보급이 있어야 한다는 사실은 장비 운용성을 판단하는 데 있어 중요한 변수로 작용한다. 따라서 독립형 연료전지 시스템의 개발에 있어, 최대한 물의 재보급 횟수를 줄일 수 있도록 설계하는 것이 중요하다. Water balance is an important factor in standalone fuel cell systems. In particular, when fuel cells are used for military supplies, the fact that water must be replenished during operation is an important variable in determining equipment operability. Therefore, in the development of a stand-alone fuel cell system, it is important to design to reduce the number of resupply of water as possible.

본 발명은 이러한 점에 중점을 두어 연료전지 시스템 주위에 반드시 설치되어 있는 연료탱크나 물탱크의 열용량을 이용하여 기액분리기 온도를 최대한 낮게 유지하도록 구성한 것이다. 이러한 구성에 의해, 기액분리의 효율을 증대시킴으로써 연료개질기의 촉매반응이나 연료전지의 전기화학반응에서 생성되는 물을 최대한 많이 회수하여 재사용할 수 있으므로, 물을 재공급할 필요가 없게 된다.Focusing on this point, the present invention is configured to keep the gas-liquid separator temperature as low as possible by using the heat capacity of the fuel tank or the water tank which is necessarily installed around the fuel cell system. With this arrangement, by increasing the efficiency of gas-liquid separation, water generated in the catalytic reaction of the fuel reformer or the electrochemical reaction of the fuel cell can be recovered and reused as much as possible, thus eliminating the need for resupply of water.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 고효율 기액분리기의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 고효율 기액분리기를 연료탱크에 장착하기 전의 상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 고효율 기액분리기를 연료탱크에 장착한 후의 상태를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram of a high-efficiency gas-liquid separator for a fuel cell system according to the present invention, Figure 2 is a view showing a state before mounting a high-efficiency gas-liquid separator for a fuel cell system according to the present invention in a fuel tank, Figure 3 A diagram illustrating a state after mounting the high efficiency gas-liquid separator for a fuel cell system according to the present invention in a fuel tank.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 기액분리기(100)는 본체(110), 본체(110) 내부에 수직 설치되어, 본체(110) 내부의 유로를 구획하는 유로구획부재(120), 및 본체(110) 내부에 설치되어 상기 기체에 함유된 액체를 분리시키는 기액분리부재(130)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the gas-liquid separator 100 according to the present invention is vertically installed inside the main body 110 and the main body 110, and includes a flow path partition member 120 that partitions a flow path inside the main body 110. And a gas-liquid separation member 130 installed inside the main body 110 to separate the liquid contained in the gas.

본체(110)의 상단부 일측에는 연료전지 시스템의 배관을 통해 유동되는 기체를 유입하기 위한 기체 유입구(111)가 형성되어 있고, 그 타측에는 본체(110)의 액체가 분리된 상태의 기체가 빠져나가는 기체배출구(112)가 형성되어 있다. 또한 본체(110) 내부에는, 기체에 함유된 액체가 분리된 후에 분리된 액체를 저장하는 액체 저장부(113)가 설치되어 있고, 본체(110)의 하단부에는 액체 저장부(113)에 저장된 액체를 배출하는 액체 배출구(114)와, 액체 배출구(114)에 설치되어 액체의 배출을 제어하는 제어부(도시하지 않음)가 설치되어 있다.On one side of the upper end of the main body 110 is formed a gas inlet 111 for introducing a gas flowing through the pipe of the fuel cell system, the other side of the gas in which the liquid of the main body 110 is separated The gas outlet 112 is formed. In addition, the liquid storage unit 113 for storing the liquid separated after the liquid contained in the gas is separated inside the main body 110 is installed, the liquid stored in the liquid storage unit 113 at the lower end of the main body 110 The liquid discharge port 114 for discharging the liquid, and a control unit (not shown) installed in the liquid discharge port 114 to control the discharge of the liquid is provided.

이러한 구조를 갖는 본체(110)는 도 3에 도시한 바와 같이 연료탱크(200)에 탈착 가능하게 고정 설치된다. 도면에서는 연료탱크(200)를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 물탱크도 적용 가능하며, 물탱크와 연료탱크 모두는 상대적으로 열용량이 큰 것이 바람직하다.The main body 110 having such a structure is detachably fixed to the fuel tank 200 as shown in FIG. 3. Although the fuel tank 200 is exemplified in the drawing, the present invention is not limited thereto, and a water tank is also applicable, and both the water tank and the fuel tank may have a relatively large heat capacity.

이와 같이, 본체(110)를 연료탱크(200) 또는 물탱크에 설치하기 위해서, 본체(110)의 전면과 후면의 상측 중앙부에는 같은 크기로 종방향으로 길게 형성된 관통홀(115)(도 2 참조)이 일렬로 형성되어 있고, 이 관통홀(115)에 대응하여 도 1과 같이 유로구획부재(120)에는 상기 관통홀(115)과 일직선상으로 형성된 관통홀(121)이 구비되어 있으며, 연료탱크(200)의 전면에는 상기한 관통홀(115, 121)에 삽입하기 위한 고정부재(210)가 설치되어 있다. In this way, in order to install the main body 110 in the fuel tank 200 or the water tank, the through hole 115 formed lengthwise in the longitudinal direction in the upper central portion of the front and rear of the main body 110 (see Fig. 2). ) Is formed in a row, and corresponding to the through-hole 115, the passage block member 120 is provided with a through-hole 121 formed in a line with the through-hole 115, as shown in FIG. The front surface of the tank 200 is provided with a fixing member 210 for insertion into the through holes (115, 121).

이 고정부재(210)는 판상의 브라켓으로서, 열용량이 상대적으로 높은 연료탱크(200) 또는 물탱크에 용접되어 고정됨으로써 접촉 열저항을 줄일 수 있다. 고정부재(210)를 기액분리기(100)와 연결할 때에는 접촉 저항을 줄여 열전달 효과를 향상시킬 수 있도록 페이스트(paste)를 사용할 수 있다. 이러한 고정부재(210)는 일측이 연료탱크(200) 또는 물탱크에 고정된 상태에서 타측이 본체(110)의 관통홀(115, 121)을 통해 본체(110) 바깥쪽으로 뻗는 구조로 되어 있으므로, 도 3에 도시한 바와 같이 본체(110)를 지지하면서 본체(110) 바깥으로 노출되는 상태로 본체(110)의 관통홀(115, 121)에 삽입된다. 고정부재(210)의 길이와 폭은 본체의 관통홀(115, 121)의 길이와 폭에 대략 상응한다. The fixing member 210 is a plate-shaped bracket, and is welded and fixed to the fuel tank 200 or the water tank having a relatively high heat capacity, thereby reducing contact thermal resistance. When the fixing member 210 is connected to the gas-liquid separator 100, a paste may be used to reduce the contact resistance to improve the heat transfer effect. Since the fixing member 210 has a structure in which one side is fixed to the fuel tank 200 or the water tank, the other side extends outward through the through holes 115 and 121 of the main body 110 to the outside of the main body 110. As shown in FIG. 3, the main body 110 is inserted into the through holes 115 and 121 of the main body 110 while being exposed to the outside of the main body 110 while supporting the main body 110. The length and width of the fixing member 210 approximately correspond to the length and width of the through holes 115 and 121 of the body.

이와 같이 관통홀(115, 121)을 통해 본체(110) 바깥쪽으로 노출된 고정부재(210)의 선단부에는 삽입홀(211)이 형성되어 있고, 이 삽입홀(211)을 통하여 고정구(도시하지 않음)가 횡방향으로 삽입됨으로써 기액분리기(100)의 본체(110)를 고정부재(210)에 밀착 지지시킴으로써 본체(110)의 이탈을 방지할 수 있다. 고정구로의 예로는 강성 스프링을 들 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.As described above, an insertion hole 211 is formed at the distal end of the fixing member 210 exposed to the outside of the main body 110 through the through holes 115 and 121, and a fastener (not shown) is provided through the insertion hole 211. ) Is inserted in the lateral direction, and the main body 110 of the gas-liquid separator 100 may be closely attached to the fixing member 210 to prevent the main body 110 from being separated. Examples of fasteners include, but are not limited to, rigid springs.

한편, 유로구획부재(120)는 본체(110) 내부의 유로(116) 상반부를 좌우로 구획하도록 수직 설치되어 있고, 기액분리부재(130)는 유로구획부재(120)의 하단부와 이격되어 본체(110) 내부의 유로 상반부와 하반부를 구획하도록 횡방향으로 고정 설치되어 있다. 여기서, 기액분리부재(130)는 다공성 분리판으로 이루어져 있다.On the other hand, the flow path partition member 120 is vertically installed so as to partition the upper half of the flow path 116 in the main body 110 to the left and right, the gas-liquid separation member 130 is spaced apart from the lower end of the flow path partition member 120 main body ( 110) It is fixed in the transverse direction so as to partition the upper half and the lower half of the flow path therein. Here, the gas-liquid separator 130 is made of a porous separator.

유로구획부재(120)는 상술한 바와 같이 관통홀(121)이 형성되어 있으므로, 이 관통홀(121)을 통해 삽입되는 고정부재(210)와 밀착됨으로써, 기체의 온도보다 상대적으로 낮은 온도의 연료탱크(200) 또는 물탱크에 의해 간접 냉각되어 기체 유입구(111)를 통해 유입된 기체를 낮은 온도로 유지할 수 있게 한다. 즉, 연료전지 스택으로부터 65~75℃의 기체가 본체(110)의 기체 유입구(111)를 통해 유입되더라도 유로구획부재(120)는 그 온도만큼 가열되지 않고 연료탱크(200)나 물탱크의 온도 수준으로 유지할 수 있다. Since the passage block member 120 has the through-hole 121 formed as described above, the flow path member 120 is in close contact with the fixing member 210 inserted through the through-hole 121, so that the fuel having a temperature lower than the temperature of the gas is lower. Indirect cooling by the tank 200 or water tank allows the gas introduced through the gas inlet 111 to be maintained at a low temperature. That is, even though gas of 65 to 75 ° C. is introduced from the fuel cell stack through the gas inlet 111 of the main body 110, the flow path partition member 120 is not heated as much as the temperature thereof, but the temperature of the fuel tank 200 or the water tank. You can keep it at the level.

일반적으로, 상대습도 및 포화수증기압은 온도의 함수이므로, 기액분리의 효율을 향상시키는 데 있어서 가장 중요한 변수는 온도이다. 온도가 내려가면 포화수증기압이 감소되고 상대습도가 증가되므로, 수증기는 어느 온도에서 포화상태가 되어 물방울 형태로 응결되게 된다. 본 발명은 이러한 원리를 이용하여, 연료전지 시스템에서 전기화학반응에 필요한 기체 또는 전기화학반응을 통해 생성된 기체를 간접적으로 냉각시켜 기체에 함유된 수분과 같은 액체(물)를 효율적으로 분리하도록 한 것이다.In general, since relative humidity and saturated steam pressure are a function of temperature, the most important variable in improving the efficiency of gas-liquid separation is temperature. As the temperature decreases, the saturated steam pressure decreases and the relative humidity increases, so the steam becomes saturated at a certain temperature and condenses in the form of droplets. The present invention utilizes this principle to indirectly cool a gas required for an electrochemical reaction or a gas generated through an electrochemical reaction in a fuel cell system to efficiently separate a liquid (water) such as moisture contained in the gas. will be.

특히 본 발명에 있어서는, 유로구획부재(120)에 의해 본체(110) 내부의 유로가 U자형상을 이루게 되므로, 기체 유입구(111)로부터 본체(110) 내에 유입된 기체는 유로구획부재(120)의 벽면에 충돌되어 그 흐름방향이 유로구획부재(120)의 벽면을 따른 방향으로 변환되게 된다. In particular, in the present invention, since the flow path inside the main body 110 is U-shaped by the flow path partition member 120, the gas introduced into the main body 110 from the gas inlet 111 is the flow path partition member 120. It hits the wall surface of the flow direction is converted to the direction along the wall surface of the flow path block member 120.

이러한 유로 형상에 따라, 본체(110) 내부로 유입된 기체는 유로구획부재(120)의 유로를 따라 아래 방향으로 흐르면서 기액분리부재(130)를 통하여 액체 저장부(113)로 통과하거나, 기액분리부재(130)를 통과하지 않고 유로구획부재(120)의 벽면을 따르면서 유로구획부재(120)와 기액분리부재(130) 사이의 공간을 통하여 기체 배출구(112)로 바로 배출될 수 있다. 그러나 기체의 모멘텀에 의하여 대부분의 기체는 기액분리부재(130)를 통과하여 액체 저장부(113)로 진입하였다가 다시 기액분리부재(130)를 거쳐 기체 배출구(112)의 출구 방향으로 빠져나간다. 한편, 기체에 함유된 수분은 유로구획부재(120)의 벽면의 근방에 순간적으로 체류된 상태로 있다가 계속 유입되는 기체 중의 수분과 결합되어 물방울 형태로 기액분리부재(130)를 거쳐 액체 저장부(113)에 저장되게 된다.According to the flow path shape, the gas introduced into the main body 110 flows downward along the flow path of the flow path partition member 120 and passes through the gas-liquid separation member 130 to the liquid storage unit 113 or separates the gas-liquid separation. It may be discharged directly to the gas outlet 112 through the space between the flow path partition member 120 and the gas-liquid separation member 130 while following the wall surface of the flow path partition member 120 without passing through the member 130. However, due to the momentum of the gas, most of the gas passes through the gas-liquid separating member 130 to enter the liquid storage unit 113 and then exits through the gas-liquid separating member 130 toward the outlet of the gas outlet 112. On the other hand, the moisture contained in the gas is temporarily stayed in the vicinity of the wall surface of the flow path partition member 120 is combined with the moisture in the gas that continues to flow through the gas-liquid separation member 130 in the form of droplets liquid storage unit It is stored at 113.

액체 저장부(113)에 저장된 액체는 솔레노이드 밸브 등으로 이루어진 제어부에 의해 그 배출을 제어하면서 액체 배출구(114)를 통해 외부로 배출되게 된다.The liquid stored in the liquid storage unit 113 is discharged to the outside through the liquid discharge port 114 while controlling the discharge by a control unit consisting of a solenoid valve and the like.

이와 같이, 본 발명은 유로구획부재(120)에 의해 기체를 간접적으로 냉각시켜 낮은 온도상태로 유지하게 하여 기액 분리 효율을 증가시킴으로써, 기체에서 물을 보다 효과적으로 회수하여 재사용할 수 있다. In this way, the present invention by indirectly cooling the gas by the flow path block member 120 to maintain a low temperature state to increase the gas-liquid separation efficiency, it is possible to more efficiently recover and reuse water from the gas.

이상, 본 발명은 바람직한 실시형태를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the preferable embodiment, this invention is not limited to this, It is obvious to those skilled in the art that it can be variously changed and applied in the range which does not deviate from the technical idea of this invention. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of the same should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 기액분리기
111 : 기체 유입구
112 : 기체 배출구
113 : 액체 저장부
114 : 액체 배출구
115, 121 : 관통홀
116 : 유로
120 : 유로구획부재
130 : 기액분리부재
200 : 연료탱크
210 : 고정부재
211 : 삽입홀100: gas-liquid separator
111: gas inlet
112 gas outlet
113: liquid reservoir
114: liquid outlet
115, 121: through hole
116: Euro
120: euro compartment member
130: gas-liquid separation member
200: fuel tank
210: fixing member
211: insertion hole

Claims (8)

연료전지 스택으로부터 기체가 유입되는 기체 유입구(111)와, 상기 기체에 함유된 액체가 분리된 후에 분리된 액체를 저장하는 액체 저장부(113)와, 액체 저장부(113)에 저장된 액체를 배출하는 액체 배출구(114)와, 액체 배출구(114)에 설치되어 액체의 배출을 제어하는 제어부를 포함하고, 전면과 후면에 관통홀(115)이 일렬로 형성되어 있고, 후면이 고정부재(210)에 의해 연료탱크(200) 또는 물탱크에 탈착 가능하게 고정 설치되는 본체(110);
상기 본체(110) 내부에 수직 설치되어 상기 관통홀(115)과 일직선상으로 형성된 관통홀(121)을 구비하고, 상기 관통홀(115, 121)을 통해 삽입된 상기 고정부재(210)에 의해 상기 기체를 간접 냉각하면서 상기 본체(110) 내부의 유로(116) 상반부를 좌우로 구획하는 유로구획부재(120);
상기 본체(110) 내부에 설치되어 상기 기체에 함유된 액체를 분리시키는 기액분리부재(130); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 연료전지 시스템용 기액분리기.A gas inlet 111 through which gas is introduced from the fuel cell stack, a liquid storage unit 113 for storing a liquid separated after the liquid contained in the gas is separated, and a liquid stored in the liquid storage unit 113 A liquid discharge port 114 and a control unit installed at the liquid discharge port 114 to control the discharge of the liquid, and the through holes 115 are formed in a line in the front and the rear, and the rear fixing member 210. A main body 110 detachably fixed to the fuel tank 200 or the water tank by;
The fixing member 210 is installed vertically in the main body 110 and has a through hole 121 formed in a straight line with the through hole 115 and inserted through the through holes 115 and 121. A flow path partition member (120) which divides the upper half of the flow path (116) inside the main body (110) from side to side while indirectly cooling the gas;
A gas-liquid separation member 130 installed inside the main body 110 to separate the liquid contained in the gas; Gas-liquid separator for stand-alone fuel cell system comprising a. 제1항에 있어서,
상기 고정부재(210)는 그 일측이 상기 연료탱크(200) 또는 물탱크에 고정되고 그 타측이 상기 관통홀(115, 121)을 통해 상기 본체(110) 바깥쪽으로 뻗어 노출되는 상태로 상기 본체(110)를 지지하는 판상(板狀)의 브라켓인 것을 특징으로 하는 독립형 연료전지 시스템용 기액분리기.The method of claim 1,
The fixing member 210 is fixed to the fuel tank 200 or the water tank, and the other side thereof extends outward from the main body 110 through the through holes 115 and 121 to be exposed. A gas-liquid separator for a standalone fuel cell system, characterized in that it is a plate-shaped bracket supporting 110. 제2항에 있어서,
상기 관통홀(115, 121)은 같은 크기로 종방향으로 길게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 독립형 연료전지 시스템용 기액분리기.The method of claim 2,
The through-holes (115, 121) is a gas-liquid separator for a stand-alone fuel cell system, characterized in that formed in the longitudinal direction in the same size. 제2항에 있어서,
상기 관통홀(115, 121)을 통해 상기 본체(110) 바깥쪽으로 노출된 상기 고정부재(210)의 선단부에는 고정구를 횡방향으로 삽입하기 위한 삽입홀(121)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 독립형 연료전지 시스템용 기액분리기.The method of claim 2,
Independent type, characterized in that the insertion hole 121 for inserting the fastener in the transverse direction is formed in the front end of the fixing member 210 exposed to the outside of the main body 110 through the through holes (115, 121) Gas-liquid separator for fuel cell systems. 제4항에 있어서,
상기 고정구는 강성 스프링인 것을 특징으로 하는 독립형 연료전지 시스템용 기액분리기.The method of claim 4, wherein
The fixture is a gas-liquid separator for a standalone fuel cell system, characterized in that the rigid spring. 제1항에 있어서,
상기 기액분리부재(130)는 상기 유로구획부재(120)의 하단부와 이격되어 상기 본체(110) 내부의 공간 상반부와 하반부를 구획하도록 횡방향으로 고정 설치된 다공성 분리판인 것을 특징으로 하는 독립형 연료전지 시스템용 기액분리기.The method of claim 1,
The gas-liquid separation member 130 is a standalone fuel cell, characterized in that the porous separation plate is fixed in the transverse direction so as to partition the upper half and the lower half of the space inside the main body 110 spaced apart from the lower end of the flow passage partition member 120. Gas-liquid separator for system. 제1항에 있어서,
상기 기체 유입구(111)는 상기 본체(110)의 상단부 일측에 형성되고, 상기 액체 배출구(114)는 상기 본체(110)의 하단부에 형성되며, 상기 본체(110)의 상단부 타측에는 상기 기액분리부재(130)에 의해 상기 액체가 분리된 상태의 기체가 빠져나가는 기체배출구(112)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 독립형 연료전지 시스템용 기액분리기.The method of claim 1,
The gas inlet 111 is formed on one side of the upper end of the main body 110, the liquid outlet 114 is formed on the lower end of the main body 110, the gas-liquid separation member on the other end of the upper end of the main body 110 The gas-liquid separator for a stand-alone fuel cell system, characterized in that the gas outlet 112 through which the gas in the liquid separated state is discharged by the 130. 제1항에 있어서,
상기 제어부는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 독립형 연료전지 시스템용 기액분리기.The method of claim 1,
The control unit is a gas-liquid separator for a stand-alone fuel cell system, characterized in that the solenoid valve.
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