KR101342508B1 - 기액 분리기 및 이를 구비한 연료전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

기액 분리기는 하우징, 제1 흡수 부재, 제2 흡수 부재, 및 액체 펌프를 포함한다. 하우징은 유입 포트와 기체 배출 포트 및 액체 배출 포트를 포함한다. 제1 흡수 부재는 하우징의 내부 공간에서 액체 배출 포트와 접하도록 배치되고, 유입 포트로 유입된 기액 혼합물 중 액체를 흡수한다. 제2 흡수 부재는 하우징의 내부 공간에서 제1 흡수 부재와 분리 배치되고, 제1 흡수 부재보다 작은 부피를 가진다. 액체 펌프는 액체 배출 포트에 연결 설치되어 제1 흡수 부재로 흡수된 액체를 하우징의 외부로 배출시킨다. 제1 흡수 부재와 제2 흡수 부재 사이에는 유입 포트와 기체 배출 포트를 연결하는 기체 이동 경로가 형성된다.

Description

기액 분리기 및 이를 구비한 연료전지 시스템 {GAS-LIQUID SEPARATOR AND FUEL CELL SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 기액 분리기 및 이를 구비한 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 연료(탄화수소계 연료, 수소가스, 또는 수소 개질가스)와 산화제(공기 또는 산소)의 전기화학적 반응을 이용하여 전기를 생산하는 장치이다. 여러 종류의 연료전지들 중 직접 메탄올형 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)는 연료전지 스택의 애노드 전극에 메탄올을 직접 공급하여 캐소드 전극에 공급된 산소와의 반응으로 전기를 생산한다.
직접 메탄올형 연료전지 시스템에서 연료인 고농도 메탄올은 카트리지 또는 연료 탱크에 저장되고, 연료 펌프에 의해 혼합기로 이송되어 물과 혼합됨으로써 0.5M 내지 2M 정도의 저농도로 희석된다. 희석된 저농도 메탄올은 공급 펌프를 통해 연료전지 스택의 애노드 전극으로 공급된다.
전기 생산 과정에서 연료전지 스택의 애노드 전극에서는 이산화탄소가 함유된 미반응 연료가 배출되고, 캐소드 전극에서는 수분이 함유된 미반응 공기가 배출된다. 연료전지 스택에서 배출되는 기액 혼합물은 기액 분리기와 열교환기를 거쳐 액체와 기체로 분리되며, 분리된 액체는 연료전지 스택의 애노드 전극으로 공급되어 재사용된다.
전술한 연료전지 시스템이 각종 모바일 기기에 적용되기 위해서는 모바일 기기의 작동 중 움직임을 고려하여 중력 방향에 관계없이 기액 분리기가 원활하게 작동해야 한다. 그리고 휴대성을 위해 전체 연료전지 시스템의 부피를 줄여야 하므로 연료전지 스택에서 배출되는 기액 혼합물에 대한 액체 회수 효율을 높여 기액 분리기와 열교환기를 소형화할 필요가 있다.
본 발명은 중력 방향에 관계없이 원활한 기액 분리 작용을 수행하여 모바일 기기에 용이하게 적용될 수 있는 기액 분리기 및 이를 구비한 연료전지 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 연료전지 스택에서 배출되는 기액 혼합물에 대한 액체 회수 효율을 높여 부피를 줄일 수 있는 기액 분리기 및 이를 구비한 연료전지 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기액 분리기는, 유입 포트와 기체 배출 포트 및 액체 배출 포트를 포함하는 하우징과, 하우징의 내부 공간에서 액체 배출 포트와 접하도록 배치되고 유입 포트로 유입된 기액 혼합물 중 액체를 흡수하는 제1 흡수 부재와, 하우징의 내부 공간에서 제1 흡수 부재와 분리 배치되고 제1 흡수 부재보다 작은 부피를 가지는 제2 흡수 부재와, 액체 배출 포트에 연결 설치되는 액체 펌프를 포함한다. 제1 흡수 부재와 제2 흡수 부재 사이에 유입 포트와 기체 배출 포트를 연결하는 기체 이동 경로가 형성된다.
제1 흡수 부재와 제2 흡수 부재는 친수성 및 다공성 부재로 형성될 수 있다. 기체 이동 경로는 하우징의 중심으로부터 제2 흡수 부재 측으로 편향되어 위치할 수 있다. 제1 흡수 부재와 제2 흡수 부재는 같은 두께를 가지며, 제2 흡수 부재의 크기는 제1 흡수 부재 크기의 0.01배 내지 0.25배일 수 있다.
제2 흡수 부재는 하우징의 내면 일부와 접하며 하우징의 내면을 따라 일정한 폭으로 형성될 수 있다. 제2 흡수 부재의 폭은 1mm 내지 5mm일 수 있다.
기액 분리기는 보조 흡수 부재를 더 포함할 수 있다. 보조 흡수 부재는 하우징의 내면에서 제1 흡수 부재와 제2 흡수 부재를 연결하며, 제1 흡수 부재 및 제2 흡수 부재보다 작은 두께를 가질 수 있다.
하우징은 서로 마주하는 한 쌍의 제1 측벽과, 한 쌍의 제1 측벽과 직교하며 제1 측벽보다 작은 길이를 가지는 한 쌍의 제2 측벽을 포함할 수 있다. 유입 포트는 한 쌍의 제2 측벽 중 어느 하나의 제2 측벽에 형성되고, 액체 배출 포트는 한 쌍의 제1 측벽 중 어느 하나의 제1 측벽에 형성될 수 있다.
기체 배출 포트는 유입 포트가 형성된 제2 측벽에서 유입 포트와 떨어져 위치할 수 있다. 제1 흡수 부재는 유입 포트가 형성된 제2 측벽 전체와 떨어져 위치하고, 제2 흡수 부재는 유입 포트가 형성된 제2 측벽의 일부와 접하며 제2 측벽과 나란하게 형성될 수 있다.
다른 한편으로, 기체 배출 포트는 한 쌍의 제1 측벽 중 다른 하나의 제1 측벽에 형성될 수 있다. 제1 흡수 부재는 유입 포트가 형성된 제2 측벽 전체 및 기체 배출 포트가 형성된 제1 측벽의 일부와 떨어져 위치하고, 제2 흡수 부재는 유입 포트가 형성된 제2 측벽의 일부와 접하며 제2 측벽과 나란하게 형성될 수 있다.
다른 한편으로, 기체 배출 포트는 한 쌍의 제1 측벽 중 다른 하나의 제1 측벽에 형성될 수 있다. 제1 흡수 부재는 유입 포트가 형성된 제2 측벽 전체 및 기체 배출 포트가 형성된 제1 측벽 전체와 떨어져 위치하고, 제2 흡수 부재는 기체 배출 포트가 형성된 제1 측벽의 내면 일부와 접하며 제1 측벽과 나란하게 형성될 수 있다. 기액 분리기는 유입 포트가 형성된 제2 측벽을 향한 제1 흡수 부재의 측면에 제공된 차단벽을 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 기체 배출 포트는 한 쌍의 제2 측벽 중 다른 하나의 제2 측벽에 형성될 수 있다. 제1 흡수 부재는 유입 포트가 형성된 제2 측벽 전체와, 한 쌍의 제1 측벽 중 다른 하나의 제1 측벽 전체, 및 기체 배출 포트가 형성된 제2 측벽의 일부와 떨어져 위치할 수 있다. 제2 흡수 부재는 다른 하나의 제1 측벽 전체와 접하며 제1 측벽과 나란하게 형성될 수 있다. 기액 분리기는 유입 포트가 형성된 제2 측벽을 향한 제1 흡수 부재의 측면에 제공된 차단벽을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 산화제와 연료의 반응에 의해 전기 에너지를 생성하며 제1 기액 혼합물을 배출하는 연료전지 스택과, 연료전지 스택으로부터 제1 기액 혼합물을 공급받고 제1 기액 혼합물을 기체와 액체로 분리하는 제1 기액 분리기와, 제1 기액 분리기로부터 기체를 공급받고 공급받은 기체를 냉각하여 제1 기액 혼합물보다 낮은 온도의 제2 기액 혼합물을 배출하는 제1 열교환기와, 제1 열교환기로부터 제2 기액 혼합물을 공급받고 제2 기액 혼합물을 기체와 액체로 분리하며 분리된 액체를 제1 기액 분리기로 공급하는 제2 기액 분리기를 포함한다.
연료전지 시스템은 혼합기와 제2 열교환기를 더 포함할 수 있다. 혼합기는 제1 기액 분리기와 연결되어 제1 기액 분리기로부터 공급된 액체를 이용해 연료를 희석시키고, 희석된 연료를 연료전지 스택으로 공급할 수 있다. 제2 열교환기는 혼합기와 연료전지 스택 사이에 설치되어 연료전지 스택으로 공급되는 연료의 온도를 낮출 수 있다.
제2 기액 분리기는, 유입 포트와 기체 배출 포트 및 액체 배출 포트를 포함하는 하우징과, 하우징의 내부 공간에서 액체 배출 포트와 접하도록 배치되고 유입 포트로 유입된 기액 혼합물 중 액체를 흡수하는 제1 흡수 부재와, 하우징의 내부 공간에서 제1 흡수 부재와 분리 배치되고 제1 흡수 부재보다 작은 부피를 가지는 제2 흡수 부재와, 액체 배출 포트에 연결 설치되는 액체 펌프를 포함할 수 있다. 제1 흡수 부재와 제2 흡수 부재 사이에 유입 포트와 기체 배출 포트를 연결하는 기체 이동 경로가 형성될 수 있다.
제1 흡수 부재와 제2 흡수 부재는 친수성 및 다공성 부재로 형성될 수 있다. 기체 이동 경로는 하우징의 중심으로부터 제2 흡수 부재 측으로 편향되어 위치할 수 있다. 제1 흡수 부재와 제2 흡수 부재는 같은 두께를 가지며, 제2 흡수 부재의 크기는 제1 흡수 부재 크기의 0.01배 내지 0.25배일 수 있다.
기액 분리기는 소수성 소재를 사용하지 않으므로 압력 손실이 없고, 기체 배출 포트로 액체가 누설되는 것을 억제하여 액체 회수 효율을 높이며, 액체 펌프를 이용하여 제1 흡수 부재로 흡수된 물을 강제로 배출함에 따라 중력 방향에 관계없이 높은 기액 분리 성능을 발휘할 수 있다. 연료전지 시스템은 액체 회수 효율을 높여 열교환기와 기액 분리기를 소형화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 분리기를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 기액 분리기 중 덮개부를 제외한 나머지 부분을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 분리기의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기액 분리기 중 덮개부를 제외한 나머지 부분을 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기액 분리기 중 덮개부를 제외한 나머지 부분을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기액 분리기 중 덮개부를 제외한 나머지 부분을 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 8은 도 7에 도시한 연료전지 스택의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 분리기를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 기액 분리기 중 덮개부를 제외한 나머지 부분을 나타낸 평면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 분리기의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 제1 실시예의 기액 분리기(100)는 유입 포트(11)와 기체 배출 포트(12) 및 액체 배출 포트(13)를 포함하는 하우징(20)과, 하우징(20)의 내부 공간에 형성된 제1 흡수 부재(31) 및 제2 흡수 부재(32)와, 액체 배출 포트(13)에 연결 설치된 액체 펌프(14)를 포함한다.
제1 흡수 부재(31)는 액체 배출 포트(13)와 접하고, 제2 흡수 부재(32)는 제1 흡수 부재(31)와 분리 배치된다. 그리고 제1 흡수 부재(31)와 제2 흡수 부재(32) 사이에 유입 포트(11)와 기체 배출 포트(12)를 연결하는 기체 이동 경로(15)가 형성된다.
하우징(20)은 바닥부(21)와 덮개부(22) 및 바닥부(21)와 덮개부(22)를 연결하는 측벽(23)을 포함한다. 측벽(23)은 다양한 모양으로 배치되며, 예를 들어 직사각 모양으로 배치될 수 있다. 이 경우 하우징(20)은 서로 마주하는 한 쌍의 제1 측벽(231)과, 한 쌍의 제1 측벽(231)과 직교하며 제1 측벽(231)보다 작은 길이를 가지는 제2 측벽(232)을 포함한다. 하우징(20)의 모양은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.
유입 포트(11)는 어느 하나의 제2 측벽(232)에 형성되고, 액체 배출 포트(13)는 어느 하나의 제1 측벽(231)에 형성된다. 그리고 기체 배출 포트(12)는 유입 포트(11)와 같은 제2 측벽(232)에 형성될 수 있다. 이때 유입 포트(11)는 제2 측벽(232)의 일측 가장자리에 위치하고, 기체 배출 포트(12)는 제2 측벽(232)의 타측 가장자리에 위치한다.
제1 흡수 부재(31)는 액체 배출 포트(13)와 접하며, 유입 포트(11) 및 기체 배출 포트(12)가 형성된 제2 측벽(232) 전체와 일정한 거리를 두고 형성된다. 제1 흡수 부재(31)는 측벽(23)의 높이와 동일한 두께로 형성되어 하우징(20)의 내부 공간 일부를 채운다. 제1 흡수 부재(31)는 한 쌍의 제1 측벽(231) 일부 및 유입 포트(11)와 기체 배출 포트(12)가 형성되지 않은 다른 제2 측벽(232) 전체와 접촉한다.
제2 흡수 부재(32)는 유입 포트(11) 및 기체 배출 포트(12)가 형성된 제2 측벽(232)과 접하며 제2 측벽(232)과 나란하게 형성된다. 제2 흡수 부재(32)는 제1 흡수 부재(31)와 유입 포트(11) 및 기체 배출 포트(12) 모두와 일정한 거리를 유지한다. 따라서 제1 흡수 부재(31)와 제2 흡수 부재(32) 사이에 유입 포트(11)와 기체 배출 포트(12)를 연결하는 기체 이동 경로(15)가 형성된다.
제2 흡수 부재(32)의 두께는 측벽(23)의 높이와 동일하다. 제2 흡수 부재(32)는 유입 포트(11) 및 기체 배출 포트(12)간 거리보다 작은 길이(L)(도 2 참조)를 가지며, 일정한 폭(w)(도 2 참조)으로 형성되어 하우징(20)의 내부에서 기체 이동 경로(15)가 길어지지 않도록 한다.
제1 흡수 부재(31)와 제2 흡수 부재(32)는 젖음성이 우수하고 압력 손실을 유발하지 않은 친수성 소재로 제조되며, 복수의 기공이 형성된 다공성 부재로 형성된다. 따라서 제1 흡수 부재(31)와 제2 흡수 부재(32)는 기액 혼합물 중 액체 성분을 용이하게 흡수할 수 있다. 제1 흡수 부재(31)로 흡수된 액체는 액체 펌프(14)의 펌핑력에 의해 하우징(20)의 외부로 배출되며, 도시하지 않은 연료전지 스택으로 공급되어 재사용된다.
액체 배출 포트(13)는 유입 포트(11)와 멀리 떨어진 제1 측벽(231)의 일측 가장자리에 위치할 수 있다. 이 경우 제1 흡수 부재(31) 내부에서 액체의 이동 경로가 길어져 제1 흡수 부재(31) 전체로 액체를 흡수할 수 있으므로 제1 흡수 부재(31)의 이용 효율과 액체 흡수 능력을 높일 수 있다.
기체 이동 경로(15)와 마주하는 바닥부(21)의 일면과 덮개부(22)의 일면에 보조 흡수 부재(33)가 형성된다. 보조 흡수 부재(33)는 하우징(20)의 두께 방향(도 3의 세로 방향)을 따라 서로 떨어져 위치하도록 제1 흡수 부재(31) 및 제2 흡수 부재(32)보다 작은 두께로 형성된다. 보조 흡수 부재(33)는 제1 흡수 부재(31) 및 제2 흡수 부재(32)와 같은 친수성 및 다공성 부재로 형성된다.
보조 흡수 부재(33)는 제1 흡수 부재(31) 및 제2 흡수 부재(32)와 접하여 제1 흡수 부재(31)와 제2 흡수 부재(32)를 연결한다. 따라서 제2 흡수 부재(32)로 흡수된 액체의 일부는 보조 흡수 부재(33)를 거쳐 제1 흡수 부재(31)로 전달될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에서는 보조 흡수 부재(33)가 기체 이동 경로(15)와 마주하는 바닥부(21)의 일면과 덮개부(22)의 일면에 형성된 경우를 예로 들어 도시하였으나, 보조 흡수 부재(33)는 제2 측벽(232) 중 제2 흡수 부재(32)가 형성되지 않은 부위와, 제1 측벽(231) 중 제1 흡수 부재(31)가 형성되지 않은 부위 중 적어도 한 곳에 추가로 형성될 수도 있다.
이와 같이 하우징(20) 내부에서 기체 이동 경로(15)는 제1 흡수 부재(31)와 제2 흡수 부재(32) 및 보조 흡수 부재(33)로 둘러싸인다. 만일 제2 흡수 부재(32)와 보조 흡수 부재(33)가 없는 경우를 가정하면, 금속 또는 플라스틱으로 형성된 하우징(20)의 내면이 그대로 노출된다. 이 경우 유입 포트(11)로 유입된 기액 혼합물 중 제1 흡수 부재(31)로 흡수되지 못한 여분의 액체가 하우징(20)의 내면을 타고 이동하여 기체 배출 포트(12)로 배출될 수 있다.
유입 포트(11)를 통해 하우징(20)의 내부 공간으로 투입된 기액 혼합물은 기체 이동 경로(15)를 따라 흐른다. 이 과정에서 기액 혼합물 중 액체 성분은 제1 흡수 부재(31)로 흡수되고, 제1 흡수 부재(31)로 흡수된 액체는 액체 펌프(14)의 펌핑력에 의해 하우징(20)의 외부로 배출된다. 그리고 나머지 기체 성분은 기체 배출 포트(12)를 통해 배출된다.
이러한 기액 분리 과정에서 제2 흡수 부재(32)는 제1 흡수 부재(31)와 분리어 액체 배출 포트(13)와 접하지 않으므로 제2 흡수 부재(32)로 흡수된 액체는 재사용되기 어렵다. 물론 제2 흡수 부재(32)는 보조 흡수 부재(33)에 의해 제1 흡수 부재(31)와 연결되어 있지만 작은 두께의 보조 흡수 부재(33)가 전달할 수 있는 액체 양은 크지 않다. 따라서 제2 흡수 부재(32)는 제1 흡수 부재(31)로 흡수되지 못한 여분의 액체가 하우징(20)의 내면을 타고 이동하는 것을 억제할 만큼의 최소 크기로 형성된다.
즉 제2 흡수 부재(32)는 제1 흡수 부재(31)보다 작은 부피로 형성된다. 제2 흡수 부재(32)가 제1 흡수 부재(31)보다 큰 부피로 형성되면, 제1 흡수 부재(31)보다 제2 흡수 부재(32)가 더 많은 양의 액체를 흡수하고, 제2 흡수 부재(32)로 흡수된 액체는 중력에 의해 특정 방향으로 몰리게 된다. 기체 배출 포트(12)가 지면을 향하는 경우 제2 흡수 부재(32)의 액체는 기체 배출 포트(12)를 통해 배출되며, 유입 포트(11)가 지면을 향하는 경우 기액 분리기(100)의 성능이 현저하게 저하된다.
제1 흡수 부재(31)와 제2 흡수 부재(32)가 같은 두께를 가질 때, 제2 흡수 부재(32)의 크기는 제1 흡수 부재 크기의 0.01배 내지 0.25배일 수 있다. 이때 크기는 면적이 될 수 있다.
제2 흡수 부재(32)의 크기가 제1 흡수 부재(31) 크기의 0.01배 미만이면 제2 흡수 부재(32)의 액체 흡수 능력이 저하되고, 제1 흡수 부재(31) 및 제2 흡수 부재(32)로 흡수되지 못한 여분의 액체가 발생하여 기체 배출 포트(12)를 통해 배출될 수 있다. 제2 흡수 부재(32)의 크기가 제1 흡수 부재(31) 크기의 0.25배를 초과하면 제2 흡수 부재(32)로 흡수된 액체가 중력에 의해 특정 방향으로 몰리면서 기체 배출 포트(12)를 통해 배출되거나 기액 분리기(100)의 성능이 저하될 수 있다.
또한, 제2 흡수 부재(32)가 커질수록 기체 이동 경로(15)는 제2 흡수 부재(32)를 둘러싸는 경로가 되므로 기체 이동 경로(15)가 길어진다. 이 경우 제2 흡수 부재(32)로 침투하는 공기의 비율이 증가하여 제2 흡수 부재(32)로 흡수된 물을 밀어내는 작용을 하므로 기체 배출 포트(12)를 향한 액체 누설이 가속화된다.
따라서 제2 흡수 부재(32)는 제2 측벽(232)의 내면을 따라 5mm 이하의 일정한 폭으로 형성되고, 기체 이동 경로(15)는 하우징(20)의 중심을 기준으로 제2 흡수 부재(32) 측으로 편향되어 위치한다. 즉 기체 이동 경로(15)는 하우징(20)의 중심을 가로지르지 않고 제2 흡수 부재(32) 측으로 편향되어 그 길이를 최소화한다.
제2 흡수 부재(32)의 폭(w)(도 2 참조)은 1mm 내지 5mm일 수 있다. 제2 흡수 부재(32)의 폭(w)이 1mm 미만이면 제2 흡수 부재(32)의 액체 보유 능력이 저하되고, 제1 흡수 부재(31) 및 제2 흡수 부재(32)로 흡수되지 못한 여분의 액체가 발생하여 기체 배출 포트(12)를 통해 배출될 수 있다. 제2 흡수 부재(32)의 폭(w)이 5mm보다 크면 제2 흡수 부재(32)로 흡수된 액체가 중력에 의해 특정 방향으로 몰리면서 기체 배출 포트(12)를 통해 배출되거나 기액 분리기(100)의 성능이 저하될 수 있다.
이와 같이 제1 실시예의 기액 분리기(100)에서 제1 흡수 부재(31)는 액체 배출 포트(13)와 접하고, 제1 흡수 부재(31)와 분리된 제2 흡수 부재(32)는 제1 흡수 부재(31)보다 작은 부피를 가지면서 일정한 폭으로 형성된다. 따라서 기체 이동 경로(15)는 하우징(20)의 중심을 가로지르지 않고 제2 흡수 부재(32)를 향해 편향되어 최단 거리를 형성한다.
제1 실시예의 기액 분리기(100)는 종래와 달리 소수성 소재를 사용하지 않으므로 소수성 소재 사용에 따른 압력 손실이 없다. 그리고 친수성 및 다공성 소재로 형성된 제1 흡수 부재(31)가 액체를 충분히 함유하고 액체 펌프(14)를 이용해 지속적으로 제1 흡수 부재(31)의 액체를 하우징(20)의 외부로 배출하므로 높은 기액 분리 성능을 구현할 수 있다.
또한, 제1 흡수 부재(31)의 액체 배출은 중력을 이용하지 않고 액체 펌프(14)를 이용하여 강제적으로 이루어지므로, 기액 분리기(100)는 세워지거나 뒤집어지는 등 여러 경우에 있어서도 높은 기액 분리 성능을 발휘할 수 있다. 즉 중력 방향에 관계없이 기액 분리 성능을 유지할 수 있으므로, 기액 분리기(100)는 모바일 기기에 적합한 무방향성을 확보할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기액 분리기 중 덮개부를 제외한 나머지 부분을 나타낸 평면도이다.
도 4를 참고하면, 제2 실시예의 기액 분리기(110)에서 유입 포트(11)는 한 쌍의 제2 측벽(232) 중 어느 하나의 제2 측벽(232)에 형성되고, 액체 배출 포트(13)는 한 쌍의 제1 측벽(231) 중 어느 하나의 제1 측벽(231)에 형성된다. 기체 배출 포트(12)는 한 쌍의 제1 측벽(231) 중 다른 하나의 제1 측벽(231)에 형성된다. 기체 배출 포트(12)는 제1 측벽(231) 중 유입 포트(11)가 형성된 제2 측벽(232)을 향한 일측 가장자리에 형성된다.
기체 배출 포트(12)의 위치를 제외한 나머지 구성은 전술한 제1 실시예와 동일하며, 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
전술한 제1 실시예와 제2 실시예의 기액 분리기(100, 110)에서 기체 이동 경로(15)는 유입 포트(11)가 형성된 제2 측벽(232)의 내측에서 제2 측벽(232)과 나란하게 형성된다. 이때 제2 측벽(232)은 제1 측벽(231)보다 작은 길이를 가지므로 기체 이동 경로(15)는 하우징(20)의 내부에서 최단 거리로 형성된다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기액 분리기 중 덮개부를 제외한 나머지 부분을 나타낸 평면도이다.
도 5를 참고하면, 제3 실시예의 기액 분리기(120)에서 유입 포트(11)는 한 쌍의 제2 측벽(232) 중 어느 하나의 제2 측벽(232)에 형성되고, 액체 배출 포트(13)는 한 쌍의 제1 측벽(231) 중 어느 하나의 제1 측벽(231)에 형성된다. 기체 배출 포트(12)는 한 쌍의 제1 측벽(231) 중 다른 하나의 제1 측벽(231)에 형성된다. 기체 배출 포트(12)는 제1 측벽(231) 중 유입 포트(11)가 형성되지 않은 제2 측벽(232)을 향한 일측 가장자리에 형성된다.
제1 흡수 부재(31)는 유입 포트(11)가 형성된 제2 측벽(232) 전체 및 기체 배출 포트(12)가 형성된 제1 측벽(231) 전체와 거리를 두고 위치한다.
제3 실시예의 기액 분리기(120)에서 기체 이동 경로(15)는 유입 포트(11)가 형성된 제2 측벽(232) 및 기체 배출 포트(12)가 형성된 제1 측벽(231)의 내측에서 제2 측벽(232) 및 제1 측벽(231)과 나란하게 형성된다. 즉 기체 이동 경로(15)는 4개의 측벽(23) 중 2개의 측벽(231, 232)의 내측에서 2개의 측벽(231, 232)과 나란하게 형성된다.
유입 포트(11)가 형성된 제2 측벽(232)과 마주하는 제1 흡수 부재(31)의 측면에 차단벽(16)이 형성될 수 있다. 차단벽(16)은 제1 흡수 부재(31)와 기체의 접촉 면적을 줄인다. 차단벽(16)은 기체 배출 포트(12)가 형성된 제1 측벽(231)과 마주하는 제1 흡수 부재(31)의 측면 일부에도 형성될 수 있다. 제2 흡수 부재(32)는 기체 배출 포트(12)가 형성된 제1 측벽(231)의 일부와 접하며 제1 측벽(231)과 나란하게 형성된다.
기체 배출 포트(12)와 제2 흡수 부재(32)의 위치 및 제1 흡수 부재(31)의 모양을 제외한 나머지 구성은 전술한 제2 실시예와 동일하며, 제2 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기액 분리기 중 덮개부를 제외한 나머지 부분을 나타낸 평면도이다.
도 6을 참고하면, 제4 실시예의 기액 분리기(130)에서 유입 포트(11)는 한 쌍의 제2 측벽(232) 중 어느 하나의 제2 측벽(232)에 형성되고, 액체 배출 포트(13)는 한 쌍의 제1 측벽(231) 중 어느 하나의 제1 측벽(231)에 형성된다. 기체 배출 포트(12)는 한 쌍의 제2 측벽(232) 중 다른 하나의 제2 측벽(232)에 형성된다.
제1 흡수 부재(31)는 유입 포트(11)가 형성된 제2 측벽(232) 전체와, 액체 배출 포트(13)가 형성되지 않은 다른 하나의 제1 측벽(231) 전체, 및 기체 배출 포트(12)가 형성된 제2 측벽(232)의 일부와 거리를 두고 위치한다.
제4 실시예의 기액 분리기(130)에서 기체 이동 경로(15)는 유입 포트(11)가 형성된 제2 측벽(232) 전체와, 액체 배출 포트(13)가 형성되지 않은 다른 하나의 제1 측벽(231) 전체, 및 기체 배출 포트(12)가 형성된 제2 측벽(232)의 일부와 나란하게 형성된다.
유입 포트(11)가 형성된 제2 측벽(232)과 마주하는 제1 흡수 부재(31)의 측면에 차단벽(16)이 형성될 수 있다. 차단벽(16)은 제1 흡수 부재(31)와 기체의 접촉 면적을 줄인다. 차단벽(16)은 액체 배출 포트(13)가 형성되지 않은 다른 하나의 제1 측벽(231)과 마주하는 제1 흡수 부재(31)의 측면 일부에도 형성될 수 있다. 제2 흡수 부재(32)는 액체 배출 포트(13)가 형성되지 않은 다른 하나의 제1 측벽(231) 전체와 접하며 제1 측벽(231)과 나란하게 형성된다.
기체 배출 포트(12)의 위치와 제1 흡수 부재(31) 및 제2 흡수 부재(32)의 모양을 제외한 나머지 구성은 전술한 제3 실시예와 동일하며, 제3 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예의 기액 분리기(100, 110, 120, 130)는 다음에 설명하는 연료전지 시스템에서 제2 기액 분리기로 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예의 연료전지 시스템(200)은 메탄올과 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기 에너지를 생성하는 직접 메탄올형 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) 방식을 적용할 수 있다.
그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 실시예의 연료전지 시스템(200)은 에탄올, 액화석유가스(LPG), 액화천연가스(LNG), 가솔린, 부탄가스 등과 같이 수소를 함유한 액체 또는 기체 연료를 산소와 반응시키는 직접 산화형 연료전지(Direct Oxidation Fuel Cell) 방식으로도 구성될 수 있다. 또한, 본 실시예의 연료전지 시스템(200)은 수소가 풍부한 수소 개질가스를 연료로 사용하는 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 방식으로도 구성될 수 있다.
본 실시예의 연료전지 시스템(200)은 연료와 산화제를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 연료전지 스택(40)과, 연료전지 스택(40)으로 연료를 공급하는 연료 공급부(50)와, 연료전지 스택(40)으로 산화제를 공급하는 산화제 공급부(60)와, 연료전지 스택(40)에서 배출되는 제1 기액 혼합물 중 액체를 회수하여 연료전지 스택(40)으로 재공급하는 회수부(70)를 포함한다.
연료 공급부(50)와 산화제 공급부(60)는 각각 연료전지 스택(40)에 연결 설치된다. 산화제 공급부(60)는 연료전지 스택(40)에 직접 연결되고, 연료 공급부(50)는 회수부(70)를 거쳐 연료전지 스택(40)에 연결된다.
연료 공급부(50)는 액상의 연료를 저장하는 연료 탱크(51)(또는 카트리지) 및 연료 펌프(52)를 포함한다. 연료 펌프(52)는 소정의 펌핑력에 의해 연료 탱크(51)에 저장된 액상의 연료를 배출시켜 연료전지 스택(40)으로 공급한다. 연료 탱크(51)에 저장된 연료는 농축 연료로서 고농도 메탄올일 수 있다.
산화제 공급부(60)는 소정의 펌핑력에 의해 외부 공기를 연료전지 스택(40)으로 공급하는 산화제 펌프(61)를 포함한다. 연료전지 스택(40)과 산화제 공급부(60) 사이에는 산화제의 공급량을 조절하는 제어 밸브(62)가 설치될 수 있다.
도 8은 도 7에 도시한 연료전지 스택의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 7과 도 8을 참고하면, 연료전지 스택(40)은 연료와 산화제 사이의 산화/환원 반응을 유도하여 전기 에너지를 생성하는 복수의 전기 생성부(41)를 구비한다. 각각의 전기 생성부(41)는 전기를 발생시키는 단위 셀을 의미한다.
전기 생성부(41)는 연료와 산화제를 산화/환원 반응시키는 막-전극 접합체(42)(Membrane Electrode Assembly, MEA)와, 막-전극 접합체(42)로 연료와 산화제를 공급하는 세퍼레이터(43, 44)('바이폴라 플레이트'라고도 한다)를 포함한다.
전기 생성부(41)는 막-전극 접합체(42)를 사이에 두고 이의 양측에 한 쌍의 세퍼레이터(43, 44)가 배치된 구조로 이루어진다. 막-전극 접합체(42)는 중앙에 배치된 전해질막과, 전해질막의 일측에 배치된 캐소드 전극과, 전해질막의 다른 일측에 배치된 애노드 전극을 포함한다.
세퍼레이터(43, 44)는 막-전극 접합체(42)에 밀착 배치되어 막-전극 접합체(42)의 양측에 각각 연료 통로와 공기 통로를 형성한다. 이때 연료 통로는 막-전극 접합체(42)의 애노드 전극 측에 배치되고, 공기 통로는 막-전극 접합체(42)의 캐소드 전극 측에 배치된다.
애노드 전극에서는 연료의 산화 반응에 의해 연료 중의 수소가 전자와 수소 이온으로 분해된다. 수소 이온은 전해질막을 통과해 캐소드 전극으로 이동한다. 그리고 전자는 세퍼레이터(43)를 통해 이웃한 막-전극 접합체(42)의 캐소드 전극으로 이동하며, 이때 전자의 흐름으로 전류가 발생한다. 캐소드 전극에서는 제공받은 수소 이온과 산소의 환원 반응에 의해 수분이 발생한다.
연료전지 스택(40)의 최외곽에는 복수의 전기 생성부(41)를 일체로 고정시키는 한 쌍의 엔드 플레이트(45, 46)가 배치된다. 일측 엔드 플레이트(45)에는 산화제를 제공받기 위한 제1 주입부(451)와, 연료를 제공받기 위한 제2 주입부(452)가 형성된다. 타측 엔드 플레이트(46)에는 수분을 함유한 미반응 공기를 배출하기 위한 제1 배출부(461)와, 미반응 연료 및 기타 물질(예를 들어 이산화탄소)을 배출하기 위한 제2 배출부(462)가 형성된다.
회수부(70)는 제1 배출부(461) 및 제2 배출부(462)와 연결되어 연료전지 스택(40)에서 배출되는 제1 기액 혼합물을 제공받는다. 회수부(70)는 제1 기액 혼합물에 대한 액체 회수 효율을 높일 수 있도록 2개의 기액 분리기(71, 72)와 2개의 열교환기(73, 74) 및 하나의 혼합기(75)를 포함한다. 이때 2개의 기액 분리기(71, 72)는 중력 방향에 관계없이 기액 분리 작용이 가능한 이른바 무방향성 기액 분리기로 이루어진다.
제1 기액 분리기(71)는 연료전지 스택(40)의 제1 배출부(461) 및 제2 배출부(462)와 직접 연결되어 제1 배출부(461)로부터 수분을 함유한 미반응 공기를 제공받고, 제2 배출부(462)로부터 이산화탄소를 함유한 미반응 연료를 제공받는다. 제1 기액 분리기(71)는 원심 분리형으로 구성될 수 있다.
원심 분리형 제1 기액 분리기(71)는 케이스(도시하지 않음) 안에 회전 가능하게 설치된 로터(도시하지 않음)와, 로터를 회전시키는 모터(도시하지 않음)를 포함한다. 모터의 작동으로 로터가 회전하면 케이스 내부에 원심력이 발생하고, 이 원심력에 의해 제1 기액 혼합물은 기체와 액체로 분리된다.
이러한 제1 기액 분리기(71)는 중력 방식이나 멤브레인 방식이 아닌 원심 분리 방식으로 작동하므로 설치 방향에 관계없이 균일한 기액 분리 성능을 구현할 수 있다. 즉 케이스가 세워지거나 뒤집히는 등 위치 변화가 생기더라도 제1 기액 분리기(71)의 성능에는 변화가 없다.
제1 기액 분리기(71)에서 배출된 기체는 제1 열교환기(73)로 이동하고, 분리된 액체는 혼합기(75)로 이동한다. 제1 열교환기(73)는 제공받은 기체를 냉각하여 기체의 일부를 액체로 응축시킨다. 연료전지 스택(40)에서 배출되는 미반응 연료 및 수분은 대략 60℃ 이상의 높은 온도를 가지므로, 제1 열교환기(73)에서 기체의 온도를 낮추면 기체의 일부를 액체로 응축시킬 수 있다.
제1 열교환기(73)에서 배출된 제2 기액 혼합물은 제2 기액 분리기(72)로 이동한다. 제2 기액 혼합물은 제1 기액 혼합물보다 낮은 온도를 가진다. 제2 기액 분리기(72)는 도 1 내지 도 6에 도시한 제1 실시예 내지 제4 실시예의 기액 분리기(100, 110, 120, 130) 중 어느 하나의 기액 분리기로 이루어진다. 제2 기액 분리기(72)는 제1 기액 분리기(71)와 연결되며, 제2 기액 분리기(72)와 제1 기액 분리기(71) 사이에 액체 펌프(14)가 설치된다.
제2 기액 분리기(72)는 제공받은 제2 기액 혼합물을 액체와 기체로 분리시킨다. 제2 기액 분리기(72)에서 분리된 기체는 외부로 배출되고, 액체는 액체 펌프(14)의 펌핑력에 의해 제1 기액 분리기(71)로 제공된다. 제2 기액 분리기(72)에서 배출된 액체가 다시 제1 기액 분리기(71)로 투입됨에 따라, 연료전지 스택(40)에서 배출되는 기액 혼합물은 총 3번의 기액 분리 과정을 거친다. 따라서 회수부(70)는 액체 회수 효율을 향상시킬 수 있다.
혼합기(75)에는 제1 기액 분리기(71)에서 배출된 액체가 유입된다. 이때의 액체는 미반응 연료와 수분이 혼합된 상태로 존재한다. 또한, 혼합기(75)는 연료 공급부(50)와 연결된다. 따라서 혼합기(75)에는 연료 공급부(50)에서 전달된 고농도 연료가 유입되는데, 고농도 연료는 혼합기(75)에서 수분과 혼합되어 0.5M 내지 2M 정도의 저농도로 희석된다.
혼합기(75)에서 저농도로 희석된 연료는 제2 열교환기(74)로 전달되고, 제2 열교환기(74)는 제공받은 연료의 온도를 낮추어 연료전지 스택(40)의 제2 주입부(452)로 공급한다. 제2 열교환기(74)와 연료전지 스택(40) 사이에는 연료의 농도를 감지하는 농도 센서(76)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 연료전지 시스템(200)에서는 제1 기액 분리기(71)를 이용하여 액체를 분리시키고, 제1 기액 분리기(71)에서 분리된 기체를 제1 열교환기(73)에서 냉각시키므로, 미반응 연료와 미반응 공기의 온도 차이로 인해 연료가 기화되는 것을 최소화하거나 줄일 수 있다.
만일 열교환기에서 미반응 공기를 응축한 후에 기액 분리기에서 미반응 공기와 미반응 연료를 혼합하여 분리시키면, 상대적으로 낮은 온도의 미반응 공기가 가열되어 응축된 액체가 기하되는 현상이 발생한다. 이 경우 미반응 공기를 응축한 효과가 감소하고, 기화 상태를 수용하기 위해 부피가 큰 응축기가 필요하게 된다.
그러나 본 실시예에서는 제1 기액 분리기(71)에서 기체와 액체를 분리한 다음 제1 열교환기(73)에서 기체만을 냉각시킴에 따라, 종래에 액체와 기체를 모두 냉각하는 장치에 비해 열교환기의 크기를 상당히 줄일 수 있다. 또한, 열교환기가 2개로 구비되므로 제1 열교환기(73)를 소형화할 수 있다.
또한, 제1 열교환기(73)에서 배출된 제2 기액 혼합물이 제2 기액 분리기(72)로 유입되어 기체와 액체로 분리되고, 분리된 액체가 다시 제1 기액 분리기(71)로 제공됨에 따라, 액체 회수 효율이 높아진다. 따라서 기액 분리기(71, 72) 및 열교환기(73, 74)의 부피를 줄여 전체 연료전지 시스템(200)을 소형화할 수 있다.
또한, 제2 열교환기(74)를 이용하여 연료전지 스택(40)으로 유입되는 연료의 온도를 적절하게 조절할 수 있다. 즉 2개의 열교환기(73, 74)를 설치하여 단계적으로 온도를 낮추므로 하나의 열교환기를 사용하는 경우에 비해 연료의 온도를 더 낮출 수 있고, 열교환기(73, 74)의 크기를 더 작게 할 수 있다. 제1 열교환기(73)와 제2 열교환기(74)를 합한 크기는 종래 열교환기 하나의 크기보다 작을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100, 110, 120, 130: 기액 분리기
11: 유입 포트 12: 기체 배출 포트
13: 액체 배출 포트 14: 액체 펌프
15: 기체 이동 경로 16: 차단벽
20: 하우징 31: 제1 흡수 부재
32: 제2 흡수 부재 33: 보조 흡수 부재
40: 연료전지 스택 41: 전기 생성부
42: 막-전극 접합체 43, 44: 세퍼레이터
50: 연료 공급부 60: 산화제 공급부
70: 회수부 71: 제1 기액 분리기
72: 제2 기액 분리기 73: 제1 열교환기
74: 제2 열교환기 75: 혼합기
76: 농도 센서

Claims (21)

  1. 유입 포트와 기체 배출 포트 및 액체 배출 포트를 포함하는 하우징;
    상기 하우징의 내부 공간에서 상기 액체 배출 포트와 접하도록 배치되고, 상기 유입 포트로 유입된 기액 혼합물 중 액체를 흡수하는 제1 흡수 부재;
    상기 하우징의 내부 공간에서 상기 제1 흡수 부재와 분리 배치되고, 상기 제1 흡수 부재보다 작은 부피를 가지는 제2 흡수 부재; 및
    상기 액체 배출 포트에 연결 설치되는 액체 펌프
    를 포함하며,
    상기 제1 흡수 부재와 상기 제2 흡수 부재 사이에 상기 유입 포트와 상기 기체 배출 포트를 연결하는 기체 이동 경로가 형성되는 기액 분리기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 흡수 부재와 상기 제2 흡수 부재는 친수성 및 다공성 부재로 형성되는 기액 분리기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기체 이동 경로는 상기 하우징의 중심으로부터 상기 제2 흡수 부재 측으로 편향되어 위치하는 기액 분리기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 흡수 부재와 상기 제2 흡수 부재는 같은 두께를 가지며,
    상기 제2 흡수 부재의 면적은 상기 제1 흡수 부재 면적의 0.01배 내지 0.25배인 기액 분리기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 흡수 부재는 상기 하우징의 내면 일부와 접하며 상기 하우징의 내면을 따라 일정한 폭으로 형성되는 기액 분리기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 흡수 부재의 폭은 1mm 내지 5mm인 기액 분리기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 하우징의 내면에서 상기 제1 흡수 부재와 상기 제2 흡수 부재를 연결하며, 상기 제1 흡수 부재 및 상기 제2 흡수 부재보다 작은 두께를 가지는 보조 흡수 부재를 포함하는 기액 분리기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    서로 마주하는 한 쌍의 제1 측벽; 및
    상기 한 쌍의 제1 측벽과 직교하며 상기 제1 측벽보다 작은 길이를 가지는 한 쌍의 제2 측벽
    을 포함하는 기액 분리기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유입 포트는 상기 한 쌍의 제2 측벽 중 어느 하나의 제2 측벽에 형성되고,
    상기 액체 배출 포트는 상기 한 쌍의 제1 측벽 중 어느 하나의 제1 측벽에 형성되는 기액 분리기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기체 배출 포트는 상기 유입 포트가 형성된 상기 제2 측벽에서 상기 유입 포트와 떨어져 위치하고,
    상기 제1 흡수 부재는 상기 유입 포트가 형성된 상기 제2 측벽 전체와 떨어져 위치하며,
    상기 제2 흡수 부재는 상기 유입 포트가 형성된 상기 제2 측벽의 일부와 접하며 상기 제2 측벽과 나란하게 형성되는 기액 분리기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 기체 배출 포트는 상기 한 쌍의 제1 측벽 중 상기 액체 배출 포트가 형성되지 않은 다른 하나의 제1 측벽에 형성되고,
    상기 제1 흡수 부재는 상기 유입 포트가 형성된 상기 제2 측벽 전체 및 상기 기체 배출 포트가 형성된 상기 제1 측벽의 일부와 떨어져 위치하며,
    상기 제2 흡수 부재는 상기 유입 포트가 형성된 상기 제2 측벽의 일부와 접하며 상기 제2 측벽과 나란하게 형성되는 기액 분리기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 기체 배출 포트는 상기 한 쌍의 제1 측벽 중 다른 하나의 제1 측벽에 형성되고,
    상기 제1 흡수 부재는 상기 유입 포트가 형성된 상기 제2 측벽 전체 및 상기 기체 배출 포트가 형성된 상기 제1 측벽 전체와 떨어져 위치하며,
    상기 제2 흡수 부재는 상기 기체 배출 포트가 형성된 상기 제1 측벽의 내면 일부와 접하며 상기 제1 측벽과 나란하게 형성되는 기액 분리기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유입 포트가 형성된 상기 제2 측벽을 향한 상기 제1 흡수 부재의 측면에 제공된 차단벽을 포함하는 기액 분리기.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 기체 배출 포트는 상기 한 쌍의 제2 측벽 중 다른 하나의 제2 측벽에 형성되고,
    상기 제1 흡수 부재는 상기 유입 포트가 형성된 상기 제2 측벽 전체와, 상기 한 쌍의 제1 측벽 중 다른 하나의 제1 측벽 전체, 및 상기 기체 배출 포트가 형성된 상기 제2 측벽의 일부와 떨어져 위치하며,
    상기 제2 흡수 부재는 상기 다른 하나의 제1 측벽 전체와 접하며 상기 제1 측벽과 나란하게 형성되는 기액 분리기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유입 포트가 형성된 상기 제2 측벽을 향한 상기 제1 흡수 부재의 측면에 제공된 차단벽을 포함하는 기액 분리기.
  16. 산화제와 연료의 반응에 의해 전기 에너지를 생성하며 제1 기액 혼합물을 배출하는 연료전지 스택;
    상기 연료전지 스택으로부터 상기 제1 기액 혼합물을 공급받고, 상기 제1 기액 혼합물을 기체와 액체로 분리하는 제1 기액 분리기;
    상기 제1 기액 분리기로부터 기체를 공급받고, 공급받은 기체를 냉각하여 상기 제1 기액 혼합물보다 낮은 온도의 제2 기액 혼합물을 배출하는 제1 열교환기; 및
    상기 제1 열교환기로부터 상기 제2 기액 혼합물을 공급받고, 상기 제2 기액 혼합물을 기체와 액체로 분리하며, 분리된 액체를 액체 펌프를 이용하여 상기 제1 기액 분리기로 재공급하는 제2 기액 분리기
    를 포함하며,
    상기 제2 기액 분리기는 유입 포트와 기체 배출 포트 및 액체 배출 포트를 형성하는 하우징과, 상기 하우징의 내부 공간에서 상기 액체 배출 포트와 접하도록 배치되고 상기 유입 포트로 유입된 기액 혼합물 중 액체를 흡수하는 제1 흡수 부재와, 상기 하우징의 내부 공간에서 상기 제1 흡수 부재와 분리 배치되고 상기 제1 흡수 부재보다 작은 부피를 가지는 제2 흡수 부재를 포함하며,
    상기 제1 흡수 부재와 상기 제2 흡수 부재 사이에 상기 유입 포트와 상기 기체 배출 포트를 연결하는 기체 이동 경로가 형성되고,
    상기 액체 펌프는 상기 액체 배출 포트와 연결되어 상기 제1 흡수 부재의 액체를 배출시키는 연료전지 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 기액 분리기와 연결되어 상기 제1 기액 분리기로부터 공급받은 액체를 이용해 연료를 희석시키고, 희석된 연료를 상기 연료전지 스택으로 공급하는 혼합기; 및
    상기 혼합기와 상기 연료전지 스택 사이에 설치되어 상기 연료전지 스택으로 공급되는 연료의 온도를 낮추는 제2 열교환기
    를 포함하는 연료전지 시스템.
  18. 삭제
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 흡수 부재와 상기 제2 흡수 부재는 친수성 및 다공성 부재로 형성되는 연료전지 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기체 이동 경로는 상기 하우징의 중심으로부터 상기 제2 흡수 부재 측으로 편향되어 위치하는 연료전지 시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1 흡수 부재와 상기 제2 흡수 부재는 같은 두께를 가지며,
    상기 제2 흡수 부재의 면적은 상기 제1 흡수 부재 면적의 0.01배 내지 0.25배인 연료전지 시스템.
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