KR101310152B1 - Structure of water electrolysis stack for higy capacity - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고용량화를 위한 수전해 스택 구조에 관한 것이다. 본 발명은, 각각이 수전해 단위셀을 포함하는 제 1 스택 내지 제 n 스택(n은 2 이상의 자연수)을 고용량화를 위해 병렬의 연결 구조로 형성하여 개별적 증설 또는 제거 가능하도록 함으로써, 수전해 장치가 운행 중인 경우에도 필요시 연료전지 용량의 증설이 가능하며, 요구 출력에 따라 밸브와 스위치의 온/오프(ON/OFF) 제어를 통해 요구 생산에 부합되도록 하는 효과를 제공한다.The present invention relates to an electrolytic stack structure for high capacity. According to the present invention, the electrolytic device is capable of individually expanding or removing the first to nth stacks (n is a natural number of two or more), each of which includes the electrolytic unit cells, in a parallel connection structure for high capacity. Fuel cell capacity can be expanded when needed, and on / off control of valves and switches is provided to meet the required production.

Description

고용량화를 위한 수전해 스택 구조{Structure of water electrolysis stack for higy capacity} Structure of water electrolysis stack for higy capacity

본 발명은 고용량화를 위한 수전해 스택 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 수전해 장치에서의 수전해를 통한 수소와 산소의 생산 용량을 높이거나 생산용량 증설이 필요한 경우 발전효율을 극대화하기 위한 고용량화를 위한 수전해 스택 구조에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrolytic stack structure for high capacity, and more specifically, to increase the capacity of hydrogen and oxygen through the electrolysis in the electrolytic device or to increase the capacity for maximizing the power generation efficiency when the production capacity needs to be increased. A hydrophilic stack structure for

종래의 수전해 스택의 경우 고출력을 위해 스택의 적층수를 높인 하나의 대용량 스택을 이용하여 수전해를 수행하였다. In the case of the conventional electrolytic stack, hydrolysis was performed using one large-capacity stack in which the number of stacks of the stack was increased for high power.

이 경우 수소와 산소의 요구 생산량이 높은 경우 생산된 수소와 산소에 의한 기포 체적의 증가로 인한 절연저항의 증가, 그리고 수전해 면적의 감소로 수전해 효율이 급격하게 감소한다. In this case, when the required production of hydrogen and oxygen is high, the electrolytic efficiency is drastically reduced due to the increase in insulation resistance due to the increase in the bubble volume by the produced hydrogen and oxygen, and the decrease in the area of the electrolytic.

또한, 하나의 고용량 스택을 이용하거나 직렬 연결 방식으로 증설된 스택 구조의 경우 일부 수전해 단위셀과 스택의 고장시 수리를 위하여 수전해를 중단해야하는 문제점이 발생할 수 있다. 이런 문제점을 보다 구체적으로 살펴보면, 실링재, 분리판, 막과 전극의 조립 후에 용량을 증설하기 위해서는 스택을 교체해야 하는 어려움이 있고, 향후에 필요한 용량까지를 고려할 경우 비용이 과하게 소요되는 문제점이 있다. 아울러 연료전지의 고장 수리나 증설 시에는 발전을 중단해야하는 문제점 있었다. In addition, in the case of a stack structure using one high-capacity stack or a series connection method, a problem may arise in that the electrolytic unit must be stopped to repair some of the unit cell units and the stack. Looking at this problem in more detail, there is a difficulty in replacing the stack to increase the capacity after assembling the sealing material, the separator, the membrane and the electrode, and there is a problem that the cost is excessive when considering the required capacity in the future. In addition, there was a problem that power generation should be stopped when troubleshooting or expanding the fuel cell.

또한, 수전해는 특성상 대량 생산시 기포증가로 효율이 저하가 발생하는 문제가 있으며, 불필요한 생산된 수소와 산소가 인접한 수전해 단위셀의 효율의 저하의 원인이 되는 문제점이 있었다.
In addition, the electrolytic has a problem in that the efficiency decreases due to the increase in bubbles during mass production due to its characteristics, and there is a problem that unnecessary hydrogen and oxygen are caused to decrease the efficiency of the adjacent unit of the electrolytic unit cell.

[관련기술문헌][Related Technical Literature]

1. 수전해 장치(특허출원번호 제 10-2002-7006443호)
1. Water electrolysis device (Patent Application No. 10-2002-7006443)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수전해 스택을 이용하여 고용량화 연결 또는 점진적인 요량 증설의 필요시에 효율저하를 최소화하면서 수전해 용량을 증대시키기 위한 고용량화를 위한 수전해 스택 구조를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above problems, to provide an electrolytic stack structure for the high capacity to increase the electrolytic capacity while minimizing the efficiency reduction when the need for high capacity connection or gradual capacity expansion using the electrolytic stack. It is for.

또한, 본 발명은 수전해 스택의 수소와 산소의 수전해 생산량을 조절하기 위하여 요구 출력에 부합하는 스택 개수에 스택 별 밸브와 스위치의 온/오프(ON/OFF) 제어를 통해 물과 전기를 공급하여 효율 높은 수전해가 가능하도록 하기 위한 고용량화를 위한 수전해 스택 구조를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention supplies water and electricity through the ON / OFF control of the valves and switches for each stack to the number of stacks corresponding to the required output in order to adjust the amount of hydrogen and oxygen electrolytic production of the electrolytic stack In order to provide a high-capacity electrolytic stack structure for high efficiency to enable high-performance electrolysis.

또한, 본 발명은 수전해 시 발생하는 수소와 산소가 연결 셀 혹은 스택에 주는 영향을 최소화하는 것이 가능하여, 고용량의 스택과 직렬연결 스택의 문제점을 해결할 수 있도록 하기 위한 고용량화를 위한 수전해 스택 구조를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention it is possible to minimize the effect of hydrogen and oxygen generated in the electrolysis to the connection cell or stack, the electrolytic stack structure for high capacity to solve the problems of high capacity stack and series connection stack It is to provide.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 고용량화를 위한 수전해 스택 구조는, 각각이 수전해 단위셀을 포함하는 제 1 스택 내지 제 n 스택(n은 2 이상의 자연수)을 고용량화를 위해 병렬의 연결 구조로 형성하여 개별적 증설 또는 제거 가능하도록 한다. In order to achieve the above object, the electrolytic stack structure for high capacity according to an embodiment of the present invention includes a first to nth stack (n is a natural number of 2 or more), each of which includes an electrolytic unit cell, for high capacity. Formed in parallel connection structure, it can be added or removed individually.

이때, 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택 각각은 배관 상에 설치되어 내부로 물(H2O)의 공급 및 차단을 수행하는 밸브, 그리고 전선 상에 설치되어 내부로 외부 전원의 공급 및 차단을 수행하는 스위치를 포함하는 것이 바람직하다. In this case, each of the first to nth stacks is installed on a pipe to supply and block water (H 2 O) to the inside, and is installed on a wire to supply and cut off external power to the inside. It is preferable to include a switch.

또한, 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택의 밸브 및 스위치 각각은 제어부에 의해 수소 및 산소의 생산량 조절을 위해 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택의 스택단위로 온/오프 제어되는 것이 바람직하다.In addition, each of the valves and switches of the first to nth stacks is preferably controlled on / off by the stack unit of the first to nth stacks to control the production of hydrogen and oxygen by the controller.

또한, 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택의 밸브는 중앙밸브로부터 배관을 타고 병렬로 연결된 구조로 형성되는 것이 바람직하다. In addition, the valve of the first stack to the n-th stack is preferably formed in a structure connected in parallel via a pipe from the central valve.

또한, 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택의 스위치는 중앙스위치로부터 전선을 타고 병렬로 연결된 구조로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the switches of the first to n-th stack is preferably formed in a structure connected in parallel by a wire from the central switch.

또한, 상기 중앙밸브 및 상기 중앙스위치는 제어부에 의해 수소 및 산소의 생산을 시작/중단으로 동작하기 위해 사용되는 것이 바람직하다.In addition, the central valve and the central switch is preferably used by the control unit to operate to start / stop the production of hydrogen and oxygen.

또한, 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택은 내부의 상기 수전해 단위셀에 의해 생성된 수소를 배출하는 수소배출구, 그리고 상기 수전해 단위셀에 의해 생성된 산소를 배출하는 산소배출구를 개별적으로 형성하고 있는 것이 바람직하다.In addition, the first to n-th stack is a hydrogen discharge port for discharging the hydrogen generated by the electrolytic unit cell therein, and the oxygen discharge port for discharging the oxygen generated by the electrolytic unit cell therein individually It is desirable to have.

또한, 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택의 상기 수소배출구와 상기 산소배출구 각각은 미리 설정된 거리에 있는 하나의 배관 또는 버퍼탱크로 연결되는 것이 바람직하다.
In addition, each of the hydrogen outlet and the oxygen outlet of the first to nth stack is preferably connected to one pipe or buffer tank at a predetermined distance.

본 발명의 실시예에 따른 고용량화를 위한 수전해 스택 구조는, 수전해 장치가 운행 중인 경우에도 필요시 연료전지 용량의 증설이 가능하며, 요구 출력에 따라 밸브와 스위치의 온/오프(ON/OFF) 제어를 통해 요구 생산에 부합되도록 하는 효과를 제공한다.The electrolytic stack structure for high capacity according to an embodiment of the present invention, the fuel cell capacity can be expanded if necessary, even when the electrolytic device is in operation, the valve and the switch on / off according to the required output (ON / OFF) Control provides the effect of meeting the required production.

뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고용량화를 위한 수전해 스택 구조는, 수전해의 부하에 따른 최고 효율의 생산을 하며, 발생 기포로 인한 수전해 효율저하와 소요 동력을 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.
In addition, the electrolytic stack structure for high capacity according to another embodiment of the present invention, the production of the highest efficiency according to the load of the electrolytic, and the effect of minimizing the electrolytic efficiency decrease and power consumption due to bubbles generated To provide.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고용량화를 위한 수전해 스택 구조를 구성하는 수전해 단위셀을 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1에 따른 수전해 단위셀에 대한 수전해의 I-V 인가 곡선을 나타내는 그래프.
도 3은 수전해의 인가전류 증가로 인한 기포에 따른 절연저항의 점유 면적 증가를 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1의 수전해 단위셀을 이용해 수전해 장치 구성시 수전해 단위셀이 다수 개로 형성된 고용량의 스택의 문제점을 설명하기 위한 도면.
도 5는 고용량화를 위한 수전해 스택 구조를 직렬로 구성한 상태의 단점을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고용량화를 위한 수전해 스택 구조를 나타내는 도면.
도 7은 도 6의 고용량화를 위한 수전해 스택 구조를 제어하기 위한 제어부와 스택들과의 관계를 나타내는 도면.1 is a view for explaining a hydrophilic unit cell constituting the electrolytic stack structure for high capacity according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing IV application curves of the electrolytic solution to the electrolytic unit cell according to FIG. 1. FIG.
3 is a view for explaining an increase in the area occupied by the insulation resistance according to the bubble caused by the increase in the applied current of the electrolytic.
4 is a view for explaining a problem of a high capacity stack in which a plurality of electrolytic unit cells are formed when the electrolytic unit is configured using the electrolytic unit cell of FIG. 1;
5 is a view for explaining the disadvantage of the state configured in series with the electrolytic stack structure for high capacity.
FIG. 6 is a view showing an electrolytic stack structure for high capacity according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a control unit and stacks for controlling an electrolytic stack structure for increasing capacity of FIG. 6. FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고용량화를 위한 수전해 스택 구조를 구성하는 수전해 단위셀(1)을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 알칼리 전해질을 이용한 알칼리 수전해는 물을 원료로 공급하고 전기를 인가하면 알칼리 수전해가 일어나며, 하기의 화학식 1에 의해 수소와 산소가 생성된다.FIG. 1 is a view for explaining an electrolytic unit cell 1 constituting an electrolytic stack structure for high capacity according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, in the alkaline hydroelectrolyte using an alkaline electrolyte, alkali water electrolysis occurs when water is supplied as a raw material and electricity is applied, and hydrogen and oxygen are generated by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112011072886513-pat00001
Figure 112011072886513-pat00001

수전해 단위셀(1)은 물(H2O)을 전기화학적으로 분해하여 수소가스와 산소가스를 생산하는 하나의 단위로, 양극촉매와 음극촉매에서 각각 일어나는 전기화학적 반응을 표현하면 상기의 화학식 1과 같다. The electrolytic unit cell 1 is a unit that produces hydrogen gas and oxygen gas by electrochemically decomposing water (H 2 O), and represents an electrochemical reaction occurring in the anode catalyst and the cathode catalyst, respectively. Same as 1.

수전해 단위셀(1)은 음극에서 분해된 수산화이온(2OH-)을 통과하여 양극촉매로 이동시키는 전해질 막인 "격막"(15), 전자 이동와 반응물 및 생성물의 공급과 배출의 기능을 가지는 "제 1 및 제 2 분리판"(11 및 12), 양극 전원과 연결된 제 1 분리판(11)의 상하의 끝단에 형성되는 실링목적의 "제 1 가스켓(13)"과 음극 전원과 연결된 제 2 분리판(12)의 상하의 끝단에 형성되는 실링목적의 "제 2 가스켓(14)"을 포함한다. The electrolytic unit cell 1 is a "membrane" (15), which is an electrolyte membrane that passes through the decomposed hydroxide ion (2OH-) at the cathode and moves to the anode catalyst. First and second separator plates 11 and 12, the "first gasket 13" for sealing purposes formed at the upper and lower ends of the first separator plate 11 connected to the positive power source and the second separator plate connected to the negative electrode power source. And a " second gasket 14 " for sealing purposes formed at the top and bottom ends of (12).

여기서 제 1 분리판(11) 및 제 2 분리판(12)은 격막(15)을 중심으로 대칭되게 각각 네 개의 돌출부를 갖도록 형성되어 반응물 및 생성물의 유체의 유동을 돕는 유로로 사용된다. Here, the first separator 11 and the second separator 12 are formed to have four protrusions symmetrically about the diaphragm 15 to be used as flow paths to help the fluid of the reactant and the product flow.

제 2 분리판(12)의 돌출부 사이로 물이 공급되면, 이와 접촉하는 격막(30)에서 제 2 분리판(12) 사이에 형성된 전극촉매 측은 음극(cathode)이 되며, 제 1 분리판(11)의 돌출부 사이로 돌출부 사이에 생성물과 음극측에서 생성물(예를들면, 산소와 전자)과 음극측에서 이동한 수산화이온(2OH-)이 유동하며, 제 1 분리판(11)과 격막(15) 사이에 형성된 전극촉매 측은 양극(Anode)가 된다. When water is supplied between the protrusions of the second separator 12, the electrode catalyst side formed between the second separator 12 in the diaphragm 30 in contact with the second separator 12 becomes a cathode, and the first separator 11 Between the protrusions, the product (eg oxygen and electrons) and the hydroxide ions (2OH-) moved on the cathode side flow between the protrusions and between the first separator 11 and the diaphragm 15. The electrocatalyst side formed on the side becomes an anode.

이 경우, 알칼리 전해질을 이용하는 알칼리 수전해는 물을 원료로 공급하고 전기를 인가하면 수소와 산소가 생성되며, 이론적인 인가전압은 1.23V로 일정하다.
In this case, in the alkaline hydroelectrolyte using the alkaline electrolyte, hydrogen and oxygen are generated when water is supplied as a raw material and electricity is applied, and the theoretical applied voltage is constant at 1.23V.

도 2는 도 1에 따른 수전해 단위셀(1)에 대한 수전해의 I-V 인가 곡선을 나타내는 그래프이다. 도 3은 수전해의 인가전류 증가로 인한 기포에 따른 절연저항의 점유 면적 증가를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 2 is a graph showing I-V application curves of the water electrolyte with respect to the water cell unit cell 1 according to FIG. 1. 3 is a view for explaining an increase in the area occupied by the insulation resistance according to the bubble due to the increase in the applied current of the electrolytic.

도 2 및 도 3을 참조하면, 산소과전압, 수소과전압, 기포저항, 터미널 저항 등으로 인하여 실제의 인가전압은 인가전류의 증가에 따라서 현저하게 증가한다. 2 and 3, due to the oxygen overvoltage, hydrogen overvoltage, bubble resistance, terminal resistance, etc., the actual applied voltage increases markedly with the increase of the applied current.

인가전류의 증가에 따라 도 3(a)에서 도 3(b)로의 상태 변화에서 알 수 있듯이, 수전해 단위셀(1)에서 생산되는 수소와 산소의 발생 기포에 의한 절연저항체의 증가에 따라 저항의 급격한 증가한다. As can be seen from the state change from FIG. 3 (a) to FIG. 3 (b) as the applied current increases, the resistance is increased by the increase of the insulation resistor caused by the bubbles of hydrogen and oxygen produced in the electrolytic unit cell 1. Will increase sharply.

이에 따라, 인가전력에 대한 수소와 산소의 생산량이 현저하게 감소된다.As a result, the production of hydrogen and oxygen to the applied power is significantly reduced.

수전해 단위셀(1)의 인가전력(인가 I-V 곡선) 특징으로 인하여, 인가전류의 증가에 따라 인가전압이 상승하며, 수소와 산소의 기포에 의한 절연저항의 점유면적 증가에 따라 수전해 면적의 감소, 그리고 인가전압의 증가에 따라 수소와 산소의 생산 효율은 급격하게 저하되는 문제점이 발생한다. Due to the characteristic of the applied power (applied IV curve) of the unit cell 1, the applied voltage increases with the increase of the applied current, and the area of the electrolytic area increases with the increase of the occupied area of the insulation resistance caused by the bubbles of hydrogen and oxygen. With the decrease and the increase in the applied voltage, there is a problem that the production efficiency of hydrogen and oxygen is sharply lowered.

결론적으로 수전해 단위셀(1)에서의 수소와 산소의 생산량 증산은 기포의 증가로 인한 수전해 효율의 저하로 이어진다.
In conclusion, the increase in the production of hydrogen and oxygen in the electrolytic unit cell 1 leads to a decrease in the electrolytic efficiency due to the increase of bubbles.

도 4는 도 1의 수전해 단위셀(1)을 이용해 수전해 장치 구성시 수전해 단위셀(1)이 다수 개로 형성된 고용량의 스택의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 4 is a diagram for describing a problem of a high capacity stack in which a plurality of electrolytic unit cells 1 are formed when the electrolytic unit is constructed using the electrolytic unit cell 1 of FIG. 1.

도 1 및 도 4를 참조하면, 도 1과 같이 격막(30)과 격막(30) 양측에 산소를 분리하는 제 1 분리판(11)과 수소를 분리하는 제 2 분리판(12)으로 이루어진 단셀 수전해 장치는 수소와 산소의 생산량이 적다.1 and 4, as shown in FIG. 1, a single cell including a separator 30, a first separator 11 separating oxygen and a second separator 12 separating hydrogen are formed on both sides of the membrane 30. Hydroelectrolyzers produce less hydrogen and oxygen.

따라서, 도 4와 같이 필요한 수소와 산소의 생산량에 맞추어 수전해 단위셀(1)을 적층한 형태의 복수의 셀로 구성된 수전해 장치를 구성함으로써, 산소와 수소의 생산량을 증량할 수 있다. Therefore, the amount of production of oxygen and hydrogen can be increased by constructing a water electrolysis device composed of a plurality of cells in which the electrolytic unit cells 1 are stacked in accordance with the required amount of hydrogen and oxygen as shown in FIG. 4.

도 4와 같이, 복수의 수전해 단위셀(1)을 적층한 대용량 적층 수전해 스택에 대한 용량 증설시, 수소와 산소의 대량 발생시 기포의 점유면적 증가로 전해 효율이 크게 감소하는 문제점이 발생한다.As shown in FIG. 4, when the capacity is increased for a large-capacity stacked electrolytic stack in which a plurality of electrolytic unit cells 1 are stacked, a problem in that the electrolytic efficiency is greatly reduced due to an increase in the occupied area of bubbles when a large amount of hydrogen and oxygen are generated. .

따라서, 도 1의 저용량 수전해 스택으로 시작하여 필요시 스택을 증설하거나, 저용량 스택을 이용한 조합 구성을 형성하여 수소와 산소의 고효율 대량 생산이 가능하도록 해야 하므로, 이에 대한 설명을 도 5 내지 도 7을 참조로 하도록 한다.
Therefore, starting with the low-capacity electrolytic stack of FIG. 1, if necessary, the stack may be expanded or a combination configuration using the low-capacity stack may be formed to enable high-efficiency mass production of hydrogen and oxygen. For reference.

도 5는 고용량화를 위한 수전해 스택 구조를 직렬로 구성한 상태의 단점을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고용량화를 위한 수전해 스택 구조를 나타내는 도면이다. 도 7은 도 6의 고용량화를 위한 수전해 스택 구조를 제어하기 위한 제어부(60)와 스택들과의 관계를 나타내는 도면이다.5 is a view for explaining the disadvantage of the state configured in series with the electrolytic stack structure for high capacity. FIG. 6 is a view showing an electrolytic stack structure for high capacity according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between the stack and the control unit 60 for controlling the electrolytic stack structure for increasing the capacity of FIG. 6.

먼저, 도 5의 고용량화를 위해 수전해 스택 구조를 직렬로 증설한 경우를 살펴보면, 제 1 스택(Stack1) 입구에 제 1 스택밸브(21)와 제 1 스택스위치(31)를 설치하고, 제 1 스택(Stack1)의 제 1 스틱밸브(21)로 물(H2O)을, 제 1 스택스위치(31)의 제어로 전류를 공급하며, 제 1 스택(Stack1)에서 수전해된 수소와 산소가 연결된 제 2 스택(Stack2)에 영향을 미치며, 제 3 스택(Stack3)은 첫 번째와 두 번째 스택의 수전해 후의 수소와 산소의 영향을 받는 수전해 방식이다. First, in order to increase the capacity of the electrolytic stack structure in series for the high capacity of FIG. 5, the first stack valve 21 and the first stack switch 31 are installed at the inlet of the first stack Stack1, and the first stack switch 31 is installed. Water (H 2 O) is supplied to the first stick valve (21) of the stack (Stack1), and current is controlled by the control of the first stack switch (31). Hydrogen and oxygen electrolyzed in the first stack (Stack1) The second stack Stack2 is connected, and the third stack Stack3 is a hydroelectrolysis method that is affected by hydrogen and oxygen after the electrolysis of the first and second stacks.

이 경우, 계속적으로 직렬 증설시 이전 스택들로부터의 수소와 산소의 영향으로 수전해 효율이 급격하게 감소하는 문제점이 발생한다. In this case, there is a problem that the electrolytic efficiency is drastically reduced due to the influence of hydrogen and oxygen from the previous stacks during continuous series expansion.

또한, 직렬 연결시에 수전해를 중지시켜야 하는 문제점, 다수의 스택에서 1개의 스택이 오동작하거나 작동을 하지 않을 경우 동작하지 않는 스택의 수리를 위하여 전체 수전해 스택에 대한 수전해를 중단해야 하는 문제점이 발생한다.In addition, the problem of stopping the electrolysis in the serial connection, the problem of stopping the electrolysis of the entire electrolytic stack in order to repair a stack that does not work if one stack malfunctions or does not work in multiple stacks This happens.

또한, 직렬 증설의 경우 후술할 병렬 증설 방식과 비교하여 수소와 산소의 생산량이 낮으며, 상술한 바와 같이 기포의 연결 배출로 인한 절연저항의 증가로 전해효율이 감소하며 정상상태 도달까지의 기동시간이 늦고 수소와 산소의 생산이 비안정적인 단점이 있다.
In addition, in the case of series expansion, the production of hydrogen and oxygen is lower than the parallel expansion method described later. As described above, the electrolysis efficiency decreases due to the increase in insulation resistance due to the connection discharge of bubbles. This is late and the production of hydrogen and oxygen is unstable.

한편, 도 6(c)을 참조하면, 고용량화를 위한 수전해 스택을 병렬로 연결할 경우 제 1 스택(Stack1)은 제 1 스택밸브(21) 및 제 1 스택스위치(31), 제 2 스택(Stack2)은 제 2 스택밸브(22) 및 제 2 스택스위치(32), 제 3 스택(Stack3)은 제 3 스택밸브(23) 및 제 3 스택스위치(33)를 구비한다. 한편, 도 6(c)는 하나의 예시로, 제 3 스택(Stack3)의 옆에 추가적인 스택이 병렬로 연결된 구조로 형성될 수 있다.On the other hand, referring to Figure 6 (c), when connecting the electrolytic stack for high capacity in parallel the first stack (Stack1) is the first stack valve 21, the first stack switch 31, the second stack (Stack2) ) Is the second stack valve 22 and the second stack switch 32, the third stack (Stack3) is provided with a third stack valve 23 and the third stack switch (33). 6 (c) is an example, and may be formed in a structure in which additional stacks are connected in parallel next to the third stack Stack3.

한편, 제 1 스택밸브(21), 제 2 스택밸브(22) 및 제 3 스택밸브(23)는 중앙밸브(20)로부터 배관을 타고 병렬로 연결된 구조로 형성되며, 제 1 스택스위치(31), 제 2 스택스위치(32) 및 제 3 스택스위치(33)도 중앙스위치(30)로부터 전선을 타고 병렬로 연결된 구조로 형성된다. On the other hand, the first stack valve 21, the second stack valve 22 and the third stack valve 23 is formed in a structure connected in parallel via a pipe from the central valve 20, the first stack switch 31 In addition, the second stack switch 32 and the third stack switch 33 is also formed in a structure connected in parallel by a wire from the central switch (30).

이에 따라, 제어부(60)는 요구 수전해 생산량이 낮은 경우 제 1 스택(Stack1)의 제 1 스택밸브(21)와 제 1 스택스위치(31)의 온/오프(ON/OFF) 제어를 통해 각각 물(H2O)과 전류를 공급한다. Accordingly, the controller 60 controls the on / off control of the first stack valve 21 and the first stack switch 31 of the first stack Stack1 when the required amount of received electrolytic production is low. Supply water (H 2 O) and current.

또한 제어부(60)는 중앙밸브(20) 및 중앙스위치(30)를 수소 및 산소의 생산을 시작/중단하기 위해 온/오프로 제어한다. In addition, the control unit 60 controls the central valve 20 and the central switch 30 on / off to start / stop the production of hydrogen and oxygen.

이후, 제어부(60)는 요구 수전해 생산량이 높아질 경우 제 2 스택(Stack2)의 제 2 스택밸브(22)와 제 2 스택스위치(32), 제 3 스택(Stack3)의 제 3 스택밸브(23)와 제 3 스택스위치(33)를 선택적으로 온/오프(On/Off) 제어함으로써, 동작하도록 하는 방식을 취한다. Subsequently, the controller 60 controls the second stack valve 22 of the second stack Stack 2, the second stack switch 32, and the third stack valve 23 of the third stack 3 when the required amount of received electrolytic production is increased. ) And the third stack switch 33 is selectively turned on / off to operate.

제 1 내지 제 3 스택(Stack 1 내지 Stack3)의 수소배출구 및 산소배출구가 각각 제 1 스택 수소배출구(41) 및 제 1 스택 산소배출구(51), 제 2 스택 수소배출구(42) 및 제 2 스택 산소배출구(52), 제 3 스택 수소배출구(43) 및 제 1 스택 산소배출구(53)로 개별적으로 형성되어 있으므로, 각자 이웃 스택에서 발생된 수소와 산소의 영향을 받지 않고 필요한 생산량을 고효율로 수행가능하다. The hydrogen outlet and the oxygen outlet of the first to third stacks Stack 1 to Stack3 are respectively the first stack hydrogen outlet 41 and the first stack oxygen outlet 51, the second stack hydrogen outlet 42, and the second stack. Since the oxygen outlet 52, the third stack hydrogen outlet 43, and the first stack oxygen outlet 53 are individually formed, each of them can perform the required production with high efficiency without being affected by the hydrogen and oxygen generated in the neighboring stacks. It is possible.

한편, 제 1 내지 제 3 스택(Stack 1 내지 Stack3)의 수소배출구와, 제 1 내지 제 3 스택(Stack 1 내지 Stack3)의 산소배출구는 미리 설정된 거리에 있는 하나의 배관 또는 버퍼탱크로 연결되어 생산된 수소 및 산소를 분리하여 저장가능하다. Meanwhile, hydrogen outlets of the first to third stacks Stack 1 to Stack 3 and oxygen outlets of the first to third stacks Stack 1 to Stack 3 are connected to one pipe or buffer tank at a predetermined distance to produce the hydrogen outlet. Separated hydrogen and oxygen can be stored separately.

이와 같이 병렬로 스택을 증설할 경우 다수의 스택에서 어느 하나의 스택이 오작동하거나 작동을 하지 않을 경우에도 발전의 중단없이 해당 스택의 수리가 가능하며, 직렬연결 방식과 비교하여 생산 효율이 높고, 정상상태 도달까지의 기동시간이 빠르고 수소와 산소의 생산이 안정적이다.When stacks are expanded in parallel, the stack can be repaired without interruption of power generation if any one stack malfunctions or fails in multiple stacks, and production efficiency is higher compared to the serial connection method. The start-up time to reach the state is fast and the production of hydrogen and oxygen is stable.

또한, 병렬연결의 경우 요구 출력에 부합되는 스택 개수에만 원료인 물(H2O)과 전원의 공급을 밸브와 스위치를 통하여 동시에 이루어져 발전을 하여 수소와 산소의 대량 생산시에 발생하는 효율의 저하는 방지함으로써, 고효율 수전해가 가능한 효과를 제공한다.
In addition, in the case of parallel connection, water (H 2 O) and power, which are raw materials, are supplied simultaneously through valves and switches only to the number of stacks that meet the required output to generate power, thereby reducing the efficiency of mass production of hydrogen and oxygen. By avoiding this, the high efficiency of the electrolysis is provided.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
As described above, preferred embodiments of the present invention have been disclosed in the present specification and drawings, and although specific terms have been used, they have been used only in a general sense to easily describe the technical contents of the present invention and to facilitate understanding of the invention , And are not intended to limit the scope of the present invention. It is to be understood by those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

1: 수전해 단위셀 11: 제 1 분리판
12: 제 2 분리판 13: 제 1 가스켓
14: 제 2 가스켓 15: 격막
20: 중앙밸브 21: 제 1 스택밸브
22: 제 2 스택밸브 23: 제 3 스택밸브
30: 중앙스위치 31: 제 1 스택스위치
32: 제 2 스택스위치 33: 제 3 스택스위치
41: 제 1 스택 수소배출구 42: 제 2 스택 수소배출구
43: 제 3 스택 수소배출구 51: 제 1 스택 산소배출구
52: 제 2 스택 산소배출구 53: 제 3 스택 산소배출구
60: 제어부1: Electrolytic Unit Cell 11: First Separator
12: second separator plate 13: first gasket
14 second gasket 15 diaphragm
20: center valve 21: first stack valve
22: second stack valve 23: third stack valve
30: center switch 31: first stack switch
32: second stack switch 33: third stack switch
41: first stack hydrogen outlet 42: second stack hydrogen outlet
43: third stack hydrogen outlet 51: first stack oxygen outlet
52: second stack oxygen outlet 53: third stack oxygen outlet
60:

Claims (8)

각각이 수전해 단위셀을 포함하는 제 1 스택 내지 제 n 스택(n은 2 이상의 자연수)을 고용량화를 위해 병렬의 연결 구조로 형성하여 개별적 증설 또는 제거 가능하며,
상기 제 1 스택 내지 제 n 스택 각각은,
배관 상에 설치되어 내부로 물(H2O)의 공급 및 차단을 수행하는 밸브; 및
전선 상에 설치되어 내부로 외부 전원의 공급 및 차단을 수행하는 스위치; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고용량화를 위한 수전해 스택 구조.
Each of the first to nth stacks (n is a natural number of two or more), each of which includes an electrolytic unit cell, is formed in a parallel connection structure for high capacity, and can be individually expanded or removed.
Each of the first stack to the nth stack,
A valve installed on the pipe to supply and block water (H 2 O) therein; And
A switch installed on a wire and configured to supply and cut off external power to the inside; The electrolytic stack structure for high capacity comprising a.
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택의 밸브 및 스위치 각각은,
제어부에 의해 수소 및 산소의 생산량 조절을 위해 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택의 스택단위로 온/오프 제어되는 것을 특징으로 하는 고용량화를 위한 수전해 스택 구조.
The method according to claim 1, wherein each of the valves and switches of the first to nth stack,
The on-off control of the electrolytic stack structure for high capacity, characterized in that the control unit is controlled on / off the stack unit of the first stack to the n-th stack to control the production of hydrogen and oxygen.
청구항 1에 있어서, 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택의 밸브는,
중앙밸브로부터 배관을 타고 병렬로 연결된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 고용량화를 위한 수전해 스택 구조.
The method according to claim 1, wherein the valve of the first to nth stack,
The electrolytic stack structure for high capacity, characterized in that formed in a structure connected in parallel via a pipe from the central valve.
청구항 4에 있어서, 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택의 스위치는,
중앙스위치로부터 전선을 타고 병렬로 연결된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 고용량화를 위한 수전해 스택 구조.
The method according to claim 4, wherein the switch of the first to nth stack,
The electrolytic stack structure for high capacity, characterized in that formed in a structure connected in parallel by the wire from the central switch.
청구항 5에 있어서, 상기 중앙밸브 및 상기 중앙스위치는,
제어부에 의해 수소 및 산소의 생산을 시작/중단으로 동작하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 고용량화를 위한 수전해 스택 구조.
The method according to claim 5, The central valve and the central switch,
An electrolytic stack structure for high capacity, characterized in that it is used by the control unit to start / stop the production of hydrogen and oxygen.
청구항 1에 있어서, 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택은,
내부의 상기 수전해 단위셀에 의해 생성된 수소를 배출하는 수소배출구; 및
상기 수전해 단위셀에 의해 생성된 산소를 배출하는 산소배출구; 를 개별적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고용량화를 위한 수전해 스택 구조.
The method according to claim 1, wherein the first to n-th stack,
A hydrogen outlet port for discharging hydrogen generated by the electrolytic unit cell therein; And
An oxygen outlet for discharging oxygen generated by the unit cell; The electrolytic stack structure for high capacity, characterized in that to form individually.
청구항 7에 있어서, 상기 제 1 스택 내지 제 n 스택의 상기 수소배출구와 상기 산소배출구 각각은,
미리 설정된 거리에 있는 하나의 배관 또는 버퍼탱크로 연결되는 것을 특징으로 하는 고용량화를 위한 수전해 스택 구조.
The method of claim 7, wherein each of the hydrogen outlet and the oxygen outlet of the first to nth stack,
An electrolytic stack structure for high capacity, characterized in that connected to one pipe or buffer tank at a predetermined distance.
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