KR101291571B1 - 연료 전지용 물 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료 전지용 물 공급 장치에 관한 것으로, 연료 전지로 공급되는 물을 내부에 연료 전지용 물 저장조를 상부 측에 공기 배출관부재가 연결된 공기 차단 케이싱부재와 압력 조절관부재로 연결하고, 상기 공기 차단 케이싱부재 내부로 가스를 공급하여 외부 공기가 상기 연료 전지용 물 저장조로 유입되는 것을 차단하는 가스 차단층을 형성한 것이다.

Description

연료 전지용 물 공급 장치{Water Supply Apparatus for Fuel Cell}

본 발명은 연료 전지용 물 공급 장치에 관한 것으로 더 상세하게는 연료 전지 내에서 사용되는 물의 수질을 일정하게 유지하여 공급할 수 있도록 한 발명인 것이다.

일반적으로 연료전지는 연료의 산화에 의해 발생되는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시켜 전기를 발생시키는 것이다.

상기 연료전지는 탄화 수소 계열의 연료를 개질하여 정제되거나 그 외의 방식으로 생산된 수소 또는 탄화수소 계열의 연료와 공기를 직접 연료전지 스택에 공급하여 전기화학적으로 반응시킴으로써 전기 에너지를 발생시키는 것이다.

더 상세히 설명하면, 다음과 같다.

연료전지 스택은 음극(Anode)과 양극(Cathode), 상기 음극(Anode)과 양극(Cathode) 사이에 개재되는 전해질 막을 포함한 막-전극 접합체(MEA) 및 상기 막-전극 접합체를 분리하는 분리판을 포함한 단위 셀이 복수로 적층된 구조를 가지는 것이다.

상기 음극에는 수소 또는 수소를 포함한 가스가 공급되고, 상기 양극에는 산소를 포함한 가스가 공급되는 것이다.

그러면, 음극에서는 수소의 전기화학적 산화가 발생하고, 양극에서는 산소의 전극 화학적 환원이 발생하는 것이다.

상기 산화, 환원 반응은 전자를 생성하게 되고, 상기 전자는 상기 음극에서 양극으로 이동하면서 전기를 발생시키게 되는 것이다.

한편 연료 전지에서는 연료 전지의 효율을 증가시키기 위해 공기를 가습하여 공급하고 있으며, 연료 전지 내부의 스택 내에서 화학 반응 시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각수를 필요로 한다.

상기 연료 전지에서 사용되는 물의 수질은 연료 전지 성능을 향상시키는 중요한 요소이다.

상기 공기 중에 노출되면 공기 중의 이산화 탄소가 용해되어 물의 수질 즉, 이온 융해도 또는 전도도 등에 영향을 주어 연료 전지의 성능을 저하시키는 문제점이 있었던 것이다.

상기한 문제점을 해결하기 위해서는 연료 전지용 물을 저장하는 저장조를 완전 밀폐하거나, 능동적으로 탄산 등의 이온을 제거할 수 있는 이온 제거기를 추가로 구비해야 한다.

그러나, 완전히 밀폐된 저장조는 내부의 온도 변화로 인하여 내부의 압력 변동 등이 발생하고, 이러한 이유로 내부에 저장된 물을 외부로 배출하거나 새로운 물을 유입하는 데 있어 어려움이 있는 문제점이 있는 것이다.

또한 이온 제거기를 더 구비하는 경우 이온 제거기를 작동해야하는 전기 에너지가 소모되므로, 연료 전지에서 발생된 전기 에너지가 상기 이온 제거기를 작동시키는 데 일부 사용할 수 밖에 없어 연료 전지의 발전 효율이 저하되는 문제점이 있고, 추가적인 이온 제거기에 의한 제조 비용이 증대되는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명의 목적은 연료 전지 내로 공급되는 물의 수질을 유지하며 연료 전지 내로 물의 공급이 원활한 연료 전지용 물 공급 장치를 제공하는 데 있다.

이러한 본 발명의 과제는 내부에 물이 저장되는 연료 전지용 물 저장조와;

상기 연료 전지용 물 저장조에 연결되며 상기 연료 전지용 물 저장조 내부 공기를 상기 연료 전지용 물 저장조의 외부로 배출하는 압력 조절관부재와;

상기 압력 조절관부재가 하부 측에 연결되며 상기 연료 전지용 물 저장조의 내 공기가 유입되는 공기 차단 케이싱부재와;

상기 공기 차단 케이싱부재의 상부 측에 연결되며 상기 공기 차단 케이싱부재의 내부를 외부와 연통시키는 공기 배출관부재와;

상기 공기 차단 케이싱부재 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함한 연료 전지용 물 공급 장치를 제공함으로써 해결되는 것이다.

본 발명은 연료 전지 내부에서 사용되는 물의 수질을 일정하게 유지하여 연료 전지의 효율을 향상시키는 효과가 있는 것이다.

또 본 발명은 일정한 수질의 물을 원활하게 공급하여 연료 전지의 성능을 장기간 균일하게 유지하도록 하는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명인 연료 전지용 물 공급 장치를 도시한 개략도
도 2는 본 발명인 연료 전지용 물 공급 장치의 일 실시 예를 개략적으로 도시한 블록도

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 도시한 바와 같이 본 발명인 연료 전지용 물 공급 장치는 내부에 물이 저장되는 연료 전지용 물 저장조(10)를 포함한다.

연료 전지에는 반응 가스의 가습 또는 스택(1) 내부에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각수가 공급되며, 상기 연료 전지용 물 저장조(10)는 상기한 바와 같이 연료 전지 내로 공급되어 사용되는 물을 저장하는 것이다.

또 상기 연료 전지용 물 저장조(10)에는 상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내부 공기를 상기 연료 전지용 물 저장조(10)의 외부로 배출하는 압력 조절관부재(20)가 연결된다.

상기 압력 조절관부재(20)는 상기 연료 전지용 물 저장조(10)의 상부에 연결되어 상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내부의 공기를 외부로 배출하고, 상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내부의 압력을 대기압으로 유지하는 것이다.

상기 압력 조절관부재(20)의 상부는 가스가 공급되어 채워지는 공간부가 내부에 형성된 공기 차단 케이싱부재(30)에 연결된다.

상기 공기 차단 케이싱부재(30)는 하부에 상기 압력 조절관부재(20)가 연결되며, 상부에 상기 공기 차단 케이싱부재(30)의 내부를 외부와 연통시키는 공기 배출관부재(40)가 연결되는 것이다.

상기 연료 전지용 물 저장조(10)는 상기 압력 조절관부재(20)로 상기 공기 차단 케이싱부재(30)에 연통되고, 상기 공기 차단 케이싱부재(30)는 상기 공기 배출관부재(40)에 의해 외부와 연통되는 것이다.

따라서 상기 연료 전지용 물 저장조(10)는 상기 압력 조절관부재(20)로 외부와 연통된 상기 공기 차단 케이싱부재(30)와 연결되므로 결과적으로 외부와 연통되고 내부의 압력이 온도와 관계없이 대기압으로 일정하게 유지되는 것이다.

또한, 상기 공기 차단 케이싱부재(30)에는 내부의 공간부로 가스를 공급하는 가스 공급부(50)가 연결된다.

상기 가스 공급부(50)는 상기 공기 차단 케이싱부재(30)의 공간부 내로 가스를 공급하는 가스 공급관부재(70)를 포함하며, 상기 공기 차단 케이싱부재(30)의 공간부 내로 가스를 공급하여 상기 공기 배출관을 통해 유입되는 외부의 공기가 상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내부로 유입되는 것을 차단하는 가스 차단층을 형성한다.

상기 가스 차단층은 상기 압력 조절관부재(20)와 상기 공기 배출관 사이에 형성되어 상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내로 외부공기가 유입되는 것을 차단하는 것이다.

상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내의 온도가 하강하여 상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내 압력이 대기압보다 낮아지면 상기 압력 조절관부재(20)를 통해 상기 가스 차단층을 형성하는 가스가 내부로 유입되는 것이다.

또, 상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내의 온도가 상승하여 상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내 압력이 대기압보다 높아지면 상기 압력 조절관부재(20)를 통해 상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내의 공기가 상기 공기 차단 케이싱부재(30) 내로 유입된 후 상기 공기 배출관부재(40)를 통해 외부로 배출되는 것이다.

상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내부에는 상기한 바와 같이 외부 공기가 유입되지 않는 상태로 내부의 온도 변화와 관계없이 압력이 일정하게 유지되어 상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내로 물의 유입 및 배출이 원활하게 이루어지는 것이다.

상기 가스 공급부(50)는 도 2에서 도시한 바와 같이 연료 전지의 스택(1)에서 배출되는 질소 가스를 상기 공기 차단 케이싱부재(30)의 내부로 공급하는 가스 공급관부재(70)인 것이 바람직하다.

상기 공기 차단 케이싱부재(30)의 내부에는 상기한 바와 같이 연료 전지의 스택(1)에서 배출된 질소 가스가 공급되므로 가스 차단층을 형성하기 위한 별도의 가스 공급부(50)를 필요로 하지 않는 것이다.

한편, 본 발명은 연료 전지의 스택(1)에서 발생하는 응축수를 상기 연료 전지용 물 저장조(10) 내로 공급하는 응축수 배출관부재(60)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 응축수 배출관부재(60)는 연료전지의 스택(1)과 상기 연료 전지용 물 저장조(10)를 연결하여 연료 전지의 스택(1)에서 발생하는 응축수를 상기 연료 전지용 물 저장조(10)로 공급하여 재활용하도록 하는 것이다.

본 발명은 상기 연료 전지용 물 저장조(10)의 물을 상기 스택(1)의 냉각수로 공급하는 제 1 공급관부재(80)와, 제 1 반응 가스 공급부(2) 및 제 2 반응 가스 공급부(3)에 의해 상기 스택(1) 내로 공급되는 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스 즉, 스택(1)의 반응 가스를 가습하는 가습부(4) 내로 상기 연료 전지용 물 저장조(10)의 물을 공급하는 제 2 공급관부재(90)를 포함하는 것이다.

즉, 본 발명은 상기 연료 전지의 스택(1)에서 발생하는 응축수 및 질소 가스를 이용하여 연료 전지에서 사용되는 물을 일정한 수질 즉, 외부 공기와의 접촉 없이 유지하여 재활용함으로써 연료 전지의 성능을 균일하게 유지하고, 효율을 향상시키는 것이다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

1 : 스택 2 : 제 1 반응 가스 공급부
3 : 제 2 반응 가스 공급부 4 : 가습부
10 : 연료 전지용 물 저장조 20 : 압력 조절관부재
30 : 공기 차단 케이싱부재 40 : 공기 배출관부재
50 : 가스 공급부 60 : 응축수 배출관부재
70 : 가스 공급관부재 80 : 제 1 공급관부재
90 : 제 2 공급관부재

Claims (4)

1. 내부에 물이 저장되는 연료 전지용 물 저장조와;
   상기 연료 전지용 물 저장조에 연결되며 상기 연료 전지용 물 저장조 내부 공기를 상기 연료 전지용 물 저장조의 외부로 배출하는 압력 조절관부재와;
   상기 압력 조절관부재가 하부 측에 연결되며 상기 연료 전지용 물 저장조의 내 공기가 유입되는 공기 차단 케이싱부재와;
   상기 공기 차단 케이싱부재의 상부 측에 연결되며 상기 공기 차단 케이싱부재의 내부를 외부와 연통시키는 공기 배출관부재와;
   상기 공기 차단 케이싱부재 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 물 공급 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 가스 공급부는 연료 전지의 스택에서 배출되는 질소 가스를 상기 공기 차단 케이싱부재의 내부로 공급하는 가스 공급관부재인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 물 공급 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   연료 전지의 스택에서 발생하는 응축수를 상기 연료 전지용 물 저장조 내로 공급하는 응축수 배출관부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 물 공급 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 연료 전지용 물 저장조의 물을 스택의 냉각수로 공급하는 제 1 공급관부재와, 상기 스택 내로 공급되는 반응 가스를 가습하는 가습부 내로 상기 연료 전지용 물 저장조의 물을 공급하는 제 2 공급관부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 물 공급 장치.

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