KR101688478B1 - 리싸이클러와 이를 포함하는 연료전지의 물 관리 시스템과 이를 포함하는 연료전지 및 워터레벨 측정방법 - Google Patents

리싸이클러와 이를 포함하는 연료전지의 물 관리 시스템과 이를 포함하는 연료전지 및 워터레벨 측정방법 Download PDF

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Abstract

리싸이클러(recycler)와 이를 포함하는 연료전지의 물 관리 시스템과 이를 포함하는 연료전지 및 워터레벨 측정방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 연료전지의 리싸이클러(recycler)는 두 전극들과, 상기 두 전극들 사이에 구비된 회전자(rotor)와, 상기 전극들과 상기 회전자를 감싸는 절연성 컨테이너를 포함한다. 상기 리싸이클러는 컨테이너 커버를 더 포함할 수 있다. 이러한 리싸이클러 내의 분리된 물의 전도도를 측정하여 상기 분리된 물의 레벨을 측정한다.

Description

리싸이클러와 이를 포함하는 연료전지의 물 관리 시스템과 이를 포함하는 연료전지 및 워터레벨 측정방법{Recycler, water management system of fuel cell, fuel cell comprising the same and method of manufacturing water level}
본 발명은 연료전지에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 연료전지의 리싸이클러와 이를 포함하는 연료전지의 물 관리 시스템과 이를 포함하는 연료전지 및 워터레벨 측정방법에 관한 것이다.
DMFC(Direct Methanol Fuel Cell)는 연료, 예를 들면 메탄올을 직접 사용하여 전력을 생산한다. DMFC는 일반적으로 물로 희석된 연료를 사용한다. 메탄올의 희석을 위해 전력 생산 과정에서 부산물로 생성되는 물이 사용될 수 있다.
DMFC의 안정적인 운전을 위해 메탄올은 적정 농도로 유지된다. 메탄올의 농도를 적절하게 유지하기 위해서 연료전지의 전력 생산 과정에서 부산물로 생성되는 물이 사용되므로, 전력 생산 과정에서 부산물로 생성되는 물에 대한 관리가 이루어지고 있다.
연료전지는 장착되는 장치에 따라 고정된 방향을 갖거나 수시로 방향이 달라질 수 있다. 연료전지의 방향성에 따라 전력 생산 과정에서 부산물로 생성되는 물의 방향성도 달라질 수 있다. 이에 따라 상기 부산물로 발생되는 물의 회수량이 일정하지 않을 수 있다. 물의 회수량이 일정하지 않을 경우, 메탄올의 농도가 달라질 수 있고, 결과적으로는 연료전지 운전의 안정성이 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 연료전지의 방향성과 온도 및 습도에 영향을 받지않는 연료전지의 리싸이클러(recycler), 곧 물 회수기를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 이러한 리싸이클러를 포함하는 연료전지의 물 관리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 이러한 물 관리 시스템을 포함하는 연료전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 이러한 물 관리 시스템을 이용한 워터레벨 측정방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 리싸이클러(recycler)는 두 전극들과, 상기 두 전극들 사이에 구비된 회전자(rotor)와, 상기 전극들과 상기 회전자를 감싸는 절연성 컨테이너를 포함한다.
상기 리싸이클러는 컨테이너 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 회전자는 스택으로부터 유입되는, 수증기를 포함하는 기체를 기체와 액체로 분리한다. 상기 액체는 물이거나 물과 연료를 포함하는 것일 수 있다.
상기 기체는 CO2를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극은 금속 등과 같은 전도성 물질일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 물 관리 시스템은 열 교환기, 리싸이클러, 컨트롤러를 포함하고, 상기 리싸이클러는 두 전극들과, 상기 두 전극들 사이에 구비된 회전자(rotor)와, 상기 전극들과 상기 회전자를 감싸는 절연성 컨테이너를 포함한다.
상기 컨트롤러는 상기 리싸이클러 내의 분리된 물의 양을 측정하기 위해 상기 분리된 물의 전도도를 측정하는 워터 레벨 센서와, 상기 분리된 물의 온도를 측정하기 위한 온도 센서와, 상기 측정된 온도에 따라 조정된, 상기 분리된 물의 전도도에 따라 상기 열 교환기의 구동신호를 발생시키는 피드백 컨트롤러 및 상기 피드백 컨트롤러로부터 주어지는 구동신호에 따라 상기 열 교환기를 구동을 제어하는 팬 드라이버를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 분리된 물의 전도도를 조정하기 위한 조정기(calibrator)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지는 연료 카트리지, 스택(stack), 연료공급계통 및 물 관리 시스템을 포함하고, 상기 물 관리 시스템은 열 교환기, 리싸이클러, 컨트롤러를 포함하고, 상기 리싸이클러는 두 전극들과, 상기 두 전극들 사이에 구비된 회전자와, 상기 전극들과 상기 회전자를 감싸는 절연성 컨테이너를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지 리싸이클러의 워터레벨 측정회로는 리싸이클러 및 상기 리싸이클러에 연결되고, 기준 전도도(Gr)를 제공하는 부하(load)를 포함하고, 상기 리싸이클러는 제1 및 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 구비된 회전자와, 상기 전극들과 상기 회전자를 감싸는 절연성 컨테이너를 포함하고, 상기 부하의 일측이 상기 제1 전극에 연결된다.
상기 부하의 타측과 상기 리싸이클러의 제2 전극 사이에 전압(Vc)이 인가되고, 상기 리싸이클러와 상기 부하 사이에서 출력전압(Vo)이 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지 리싸이클러의 워터 레벨 측정방법은 상기 본 발명의 일 실시예에 의한 리싸이클러내에서 분리된 물의 레벨을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 워터 레벨 측정방법은 상기 분리된 물의 온도(T1)를 측정하는 단계 및 상기 분리된 물의 측정된 온도(T1)에 따라 상기 물의 레벨을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 물의 레벨을 측정하는 단계는 상기 리싸이클러에 전압(Vc)을 인가하는 단계와, 상기 분리된 물의 설정된 기준온도(To)와 상기 전압(Vc) 인가에 따른 출력전압(Vo)을 측정하는 단계와, 상기 분리된 물의 전도도(Go)를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 측정된 온도(T1)에 따라 상기 측정된 물의 레벨을 조정하는 단계는, 상기 측정된 온도(T1)에서 전도도(G1)를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 측정된 온도(T1)에 따라 상기 측정된 물의 레벨을 조정한 다음, 조정된 측정된 물의 레벨에 따라 열 교환기의 동작을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지는 연료전지의 방향성과 온도 및 습도에 영향을 받지않는 물 회수기, 곧 리싸이클러를 포함한다. 따라서 물의 회수량을 정해진 범위로 안정적으로 유지할 수 있다. 그러므로 연료전지가 어느 장치에 사용되더라도 연료의 농도를 정해진 범위로 적절하게 유지할 수 있고, 이에 따라 연료전지 동작의 안정성을 확보할 수 있는 바, 안정적으로 전력을 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 물 관리 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1의 리싸이클러(recycler)에 대한 일 실시예를 나타낸 사시도 및 결합도이다.
도 3은 도 1의 물 관리 시스템에 포함된 컨트롤러의 구성에 대한 일 실시예를 나타낸 블록도이다.
도 4는 리싸이클러에서 회전자의 회전에 의해 컨테이너 내면에 분리된 물과 분리된 물의 전도도 측정에 사용된 전극을 나타낸 사시도이다.
도 5는 리싸이클러의 분리된 물의 전도도를 측정하기 위한 회로의 일 실시예를 나타낸다.
도 6은 리싸이클러의 분리된 물의 전도도와 리싸이클러 내의 분리된 물의 양의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 7은 리싸이클러 내의 분리된 물의 온도에 따른 분리된 물의 전도도의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지를 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지 리싸이클러의 워터레벨 측정방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 도 9의 워터레벨 측정단계(S1)의 세부 단계를 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 리싸이클러(recycler)와 이를 포함하는 연료전지의 물 관리 시스템과 이를 포함하는 연료전지 및 워터레벨 측정방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 물 관리 시스템에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 연료전지의 물 관리 시스템은 열 교환기(20)와 리싸이클러(30)와 컨트롤러(60)를 포함한다. 열 교환기는 전력이 생산되는 연료전지의 스택(stack)의 전력 생산 과정에서 발생되는 부산물을 냉각하는 역할을 한다. 열 교환기(20)에 의해 냉각된 부산물은 리싸이클러(30)로 유입된다. 상기 부산물은 스택의 캐소드(cathode)와 애노드(anode)에서 발생되는 것으로써, 예를 들면 수증기(H2O)나 CO2 등일 수 있고, 캐소드에서 반응에 사용되고 남은 공기일 수도 있다. 리싸이클러(30)는 물 회수기 또는 물 재생기라고도 하며, 메탄올 등과 같은 연료를 희석하는데 필요한 물을 공급한다. 리싸이클러(30)는 열 교환기(20)를 통해 유입되는 상기 부산물을 기체와 액체로 분리한다. 리싸이클러(30)에 의해 분리된 기체는 배출하고, 액체는 전력 생산 과정에 다시 사용될 수 있다. 분리된 액체 중에서 전력 생산 과정에 필요한 양 외의 나머지 양은 배출될 수 있다. 리싸이클러(30)에서 분리된 액체는 물일 수 있다.
한편, 상기 스택의 애노드와 리싸이클러(30)가 연결될 수도 있다. 이 경우, 전력 생산 과정에서 애노드에 남은 희석된 연료가 리싸이클러(30)에 유입될 수 있다. 따라서 리싸이클러(30)에서 분리된 액체는 희석된 연료를 포함할 수도 있다. 하기 설명에서는 리싸이클러(30)에서 분리된 액체는 편의 상 물인 것으로 기술한다.
컨트롤러(60)는 열 교환기(20)의 동작을 제어한다. 또한, 컨트롤러(60)는 리싸이클러(30)에 의해 분리된 물의 레벨, 예컨대 물의 양을 감지하고, 리싸이클러(30)로부터 배출되는 물의 온도를 측정하여 상기 감지된 물의 양을 보정(calibration)한다. 컨트롤러(60)는 감지된 물의 양에 따라 열 교환기(20)의 동작을 제어할 수 있다.
도 2는 도 1의 리싸이클러(30)에 대한 일 예를 보여준다.
도 2를 참조하면, 리싸이클러(30)는 컨테이너(32), 제1 전극(34), 회전자(rotor)(36), 제2 전극(38) 및 커버(40)를 포함할 수 있다. 제1 전극(34)은 하부전극일 수 있고, 컨테이너(32)의 바닥면과 동일한 형태이거나 바닥면과 유사한 형태를 가질 수 있다. 제1 전극(34)은 금속일 수 있고, 금속외에 도전성이 높은 다른 물질일 수도 있다. 제1 전극(34)은 연료에 대한, 특히 희석된 메탄올 용액에 대한 부식성(corrosion)이 우수한 물질일 수 있다. 회전자(36)는 모터(미도시)에 의해 구동되며, 스택으로부터 리싸이클러(30)에 유입되는 상기 부산물이나 상기 희석된 연료에 원심력을 가한다. 리싸이클러(30)에 유입된 상기 부산물이나 상기 희석된 연료는 회전자(36)와 컨테이너(32) 사이에 유입되고, 표면장력과 회전자(36)의 회전에 따라 마찰력을 받게 된다. 이러한 마찰력을 받은 상기 부산물이나 상기 희석된 연료는 회전자(36)의 회전에 의해 원심력을 받게 된다. 이에 따라 밀도가 높은 물은 컨테이너(32)의 내면에 모이고, 밀도가 낮은 기체는 컨테이너(32)의 중심부로 모여 배출될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 제2 전극(38)과 커버(40)는 상기 기체의 배출을 위한 홀을 가질 수 있다. 또한, 컨테이너(32)는 분리된 물의 배출을 위한 배출구(미도시)를 가질 수 있다. 제2 전극(38)은 상부전극일 수 있고, 회전자(36) 위에 위치할 수 있다. 제2 전극(38)은 제1 전극(34)과 동일한 물질일 수 있다. 제1 및 제2 전극(34, 38)은 회전자(36)와 이격되어 있다. 커버(40)는 컨테이너(32)의 덮개일 수 있다. 컨테이너(32)는 상술한 바와 같이 제1 및 제2 전극(34, 38)과 회전자(36)를 감싸는 것으로, 기체와 액체를 분리하는 과정에서 컨테이너(32)의 내면에는 소정 부피의 분리된 물(미도시)이 존재할 수 있다. 컨테이너(32)는 절연성 물질이고, 연료에 대해, 특히 물로 희석된 메탄올 용액에 대해 내부식성이 우수한 절연 물질일 수 있다. 상기 컨테이너(32) 내면에 존재하는 분리된 물의 전도도는 제1 및 제2 전극(34, 38)에 전압을 인가하여 측정될 수 있다. 제1 전극(34)에는 도 5에 도시한 바와 같이 부하(75)를 통해 전압이 인가될 수 있다.
도 3은 도 1의 컨트롤러(60)에 대한 일 예를 보여준다.
도 3을 참조하면, 컨트롤러(60)는 워터 레벨 센서(62), 온도센서(64), 조정기(calibrator)(66), 피드백 컨트롤러(feedback controller)(68) 및 팬 드라이버(70)를 포함한다. 워터 레벨 센서(62)는 제1 및 제2 전극(34, 38)에 전압을 인가하여 리싸이클러(30)내에서 분리된 물의 전도도를 측정할 수 있고, 이 전도도에 근거하여 리싸이클러(30)내에서 분리된 물의 양을 감지할 수 있다. 온도센서(64)는 리싸이클러(30)로부터 배출되는 물의 온도를 측정하는 것으로, 예를 들면 써미스터(thermistor)일 수 있다. 조정기(66)는 온도센서(64)에서 측정된 온도값에 근거하여 워터 레벨 센서(62)에 의해 측정된 물의 양에 대한 값을 최종적으로 조정한다. 조정기(66)에 의해 조정된 값은 피드백 컨트롤러(68)로 주어진다. 피드백 컨트롤러(68)는 조정기(66)로부터 주어지는 신호(signal)에 따라 팬 드라이버(70)에 구동신호를 인가한다. 팬 드라이버(70)는 열 교환기(20)의 동작을 제어하기 위한 것으로, 피드백 컨트롤러(68)로부터 주어지는 제어 신호에 따라 열 교환기(20)의 동작을 제어한다.
도 4는 리싸이클러(30)에서 회전자(36)의 회전에 의해 컨테이너(32)의 내면에 분리된 물(65)을 보여준다.
도 4를 참조하면, 분리된 물(65)은 높이(H)를 갖고, 제2 전극(38)과 접촉되는 면적을 갖는다. 따라서 분리된 물(65)의 전기적 저항(resistance)은 ρ*(높이/면적)로 표현할 수 있다. 여기서 높이는 상기 분리된 물(65)의 높이이고, 면적은 분리된 물(65)의 제2 전극(38)과 접촉되는 면적이다. 면적은 부피(volume)/높이이다. 따라서 상기 저항은 ρ*(높이2/부피)으로 표현할 수 있다.
전도도(G)는 (1/저항)이므로, 전도도(G)는 부피/(ρ*높이2)가 된다. ρ는 매체의 특성 상수이고, 높이(H)는 일정한 값을 가지므로 1/(ρ*높이2)는 k 상수로 치환할 수 있다.
이에 따라 전도도(G)는 다음과 같이 표현할 수 있다.
G = k*부피
리싸이클러(30)에서 분리된 물의 부피는 방향성에 무관하다. 그러므로 분리된 물의 전도도 또한 방향성과 무관하게 된다. 곧, 연료전지가 어느 방향을 향하던지 혹은 리싸이클러(30)가 어느 방향을 향하던지 리싸이클러(30)에서 분리된 물의 전도도는 영향을 받지 않는다. 따라서 리싸이클러(30)의 분리된 물(65)의 전도도를 측정하면, 리싸이클러(30)의 방향성과 관계없이 분리된 물(65)의 양을 측정할 수 있다.
도 5는 리싸이클러(30)의 분리된 물의 전도도를 측정하기 위한 회로의 일 실시예를 보여준다. 편의 상, 리싸이클러(30)에서 컨테이너는 도시하지 않았다.
도 5를 참조하면, 리싸이클러(30)와 기준 전도도(Gr)를 갖는 부하(load)(75)가 직렬로 연결되어 있다. 부하(75)의 일측은 리싸이클러(30)의 제1 전극(34)에 연결되고, 타측에는 저전압이 인가된다. 부하(75)의 상기 타측은 접지될 수 있다. 리싸이클러(38)의 제2 전극(38)과 부하(75)의 상기 타측 사이에 리싸이클러(30)의 전도도를 측정하기 위한, 곧 분리된 물(65)의 전도도를 측정하기 위한 전압(Vc)이 인가된다. 리싸이클러(38)와 부하(75) 사이에서 출력전압(Vo)이 측정된다.
도 5의 회로에서 리싸이클러(30) 내의 분리된 물(65)의 전도도(Go)는 기준 온도(To)에서 다음 수학식 1을 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Go=Gr*Vo/(Vc-Vo)
도 6은 분리된 물의 전도도와 리싸이클러 내의 분리된 물의 양의 관계를 보여준다. 도 6에서 가로축은 시간을, 세로축은 전도도를 나타낸다. 그리고 그래프의 계단 상에 기입된 수치는 측정된 물의 양을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 전도도가 크면, 분리된 물의 양도 많고, 전도도가 작으면, 분리된 물의 양도 적은 것을 알 수 있다. 도 6의 결과를 통해서 분리된 물에 대한 전도도 변화는 분리된 물의 양의 변화를 정확히 나타냄을 알 수 있다.
도 7은 리싸이클러(30) 내의 분리된 물의 온도에 따른 분리된 물의 전도도의 변화를 보여준다. 분리된 물의 온도는 리싸이클러(30)에서 배출되는 물의 온도를 측정하여 알 수 있다. 리싸이클러(30)에서 배출되는 물의 온도는 컨트롤러(60)의 온도센서(64)를 이용하여 측정할 수 있다.
도 7을 참조하면, 분리된 물의 전도도는 분리된 물의 온도에 비례하는 것을 알 수 있다. 이에 따라 분리된 물의 온도가 설정된 기준온도 To에서 T1으로 변하였을 때, 분리된 물의 전도도(G1)는 다음 수학식 2로 산출할 수 있다.
[수학식 2]
G1=kt*(T1-To)+Go
수학식 2에서, kt는 온도 계수이다. kt는 0.1 정도일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지를 보여준다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지는 카트리지(80)와 파워유닛(90)을 포함한다. 파워유닛(90)은 전력을 생산하는 스택(92), 카트리지(80)로부터 스택(92)으로 연료를 공급하는 연료공급계통(94), 물 관리 시스템(96) 및 제어부(98)을 포함한다. 물 관리 시스템(96)은 도 2에 예시한 리싸이클러(30)를 포함하는 도 1의 물 관리 시스템과 동일할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 리싸이클러 내의 분리된 물의 양을 측정하기 위한 방법을 보여준다.
도 9를 참조하면, 초기화 과정(S1)이 실시된다. 초기화 과정(S1) 이후, 분리된 물의 양을 측정하는 과정, 곧 워터레벨을 측정하는 과정(S2)이 실시된다. 이후, 측정된 워터레벨이 정상범위인지 판단한다(S3). 워터레벨이 정상범위에 있으면(Yes), 팬 상태를 그대로 유지한다(S4). 상기 팬 상태는 열 교환기의 상태를 의미한다. 워터레벨이 정상범위가 아닌 경우(No), 워터레벨이 정해진 상한보다 높은지 혹은 분리된 물의 양이 정해진 양보다 많은지 판단한다(S5). 리싸이클러 내의 분리된 물의 상한은 리싸이클러가 수용할 수 있는 최대 용량을 넘지 않는 범위에서 스택의 출력이 최대일 때, 이를 안정적으로 유지하는데 필요한 물을 계속적으로 공급할 수 있는 양일 수 있다. 제5 단계(S5)에서는 워터레벨이 정해진 하한보다 낮은지 혹은 분리된 물의 양이 정해진 양보다 적은지 판단할 수도 있다. 리싸이클러 내의 분리된 물의 하한은 스택의 최소 출력을 안정적으로 유지하는데 필요한 물을 계속적으로 공급할 수 있는 양일 수 있다. 연료전지의 용량에 따라 리싸이클러의 분리된 물의 상한과 하한은 달라질 수 있다. 계속해서, 제5 단계(S5)에서 워터레벨이 상한보다 높은 것으로 판단되면(Yes), 워터레벨의 상한을 유지한다(S6). 워터레벨의 상한을 유지하기 위해 상한을 초과하는 양의 물은 강제 배출시킬 수도 있다. 이후에는 팬의 동작 성능을 낮춰서 리싸이클러에서 분리되는 물의 양을 상한 이하로 줄일 수 있다. 제5 단계(S5)에서 워터레벨이 상한보다 낮은 것으로 판단되면(No), 워터레벨의 하한을 유지한다(S7). 워터레벨의 하한을 유지하기 위한 조치의 일 예로 팬, 곧 열 교환기의 성능을 높일 수 있다.
워터레벨을 측정하는 단계(S2)는 도 10에 도시한 바와 같이 세분화할 수 있다.
도 10을 참조하면, 워터레벨 측정단계(S2)는 기준온도(To)에서 전도도(Go)를 측정하는 과정(S21), 리싸이클러 내에서 분리된 물의 온도가 변화되었는지를 판단하는 과정(S22), 온도가 변화된 경우, 온도변화에 따른 전도도를 조정하는 과정(S23) 및 조정된 전도도(G1)를 이용한 워터레벨 측정과정(S24)을 포함할 수 있다. 온도변화에 따른 전도도를 조정하는 과정(S23)은 온도가 To-->T1으로 변화되었을 때, 전도도(G1)를 산출하는 과정이므로, 온도 T1을 측정하는 과정과 측정된 온도(T1)를 설정된 기준 온도(To)와 비교하는 과정을 포함할 수 있다. 이러한 비교 과정을 통해 측정된 온도(T1)가 설정된 기준 온도(To)와 다른 경우, 상술한 수학식 2를 이용하여 조정된 전도도(G1)를 산출할 수 있다.
전도도(Go)를 측정하는 과정(S21)은 도 5에서 설명한 바와 같이 리싸이클러(30)에 전압(Vc)을 인가하는 과정, 인가전압(Vc)에 따른 리싸이클러(30)의 출력전압(Vo)을 측정하는 과정, 분리된 물의 설정된 기준온도(To)를 측정하는 과정 및 수학식 1을 이용하여 전도도(Go)를 산출하는 과정을 포함할 수 있다.
리싸이클러 내에서 분리된 물의 온도가 변화되었는지를 판단하는 과정(S22)에서 분리된 물의 온도가 변화되지 않은 경우(곧, 물의 온도가 허용된 범위로 유지되는 경우), 산출된 전도도(Go)에 따른 워터레벨이 측정된다(S25)
한편, 도 9의 팬 상태를 유지하는 단계(S4)는 PI 컨트롤러(PI controller)로부터 팬 제어 신호를 계산하는 과정과 상기 PI 컨트롤러로부터 계산된 팬 제어신호를 이용하여 팬 구동신호를 설정하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 도 9의 제5 단계(S5)는 상기 조정된 전도도(G1)가 설정된 상한의 전도도보다 큰지를 판단하는 과정과 이러한 판단과정에서 상기 조정된 전도도(G1)가 상기 설정된 상한의 전도도보다 작을 때, 상기 조정된 전도도(G1)가 설정된 하한의 전도도보다 작은지를 판단하는 과정을 포함할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
20:열 교환기(팬) 30:리싸이클러(recycler)
32:컨테이너 34, 38:제1 및 제2 전극
36:회전자 40:컨테이너 커버
60:컨트롤러 62:워터레벨 센서
64:온도센서 65:분리된 물
66:조정기(calibrator) 68:피드백 컨트롤러
70:팬 드라이버 75:부하(load)
80:연료 카트리지 90:파워유닛
92:스택 94:연료공급계통
98:컨트롤러 96:물 관리 시스템

Claims (12)

  1. 제1 및 제2 전극;
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 구비된 회전자(rotor); 및
    상기 제1 및 제2 전극과 상기 회전자를 감싸고 수용하는 절연성 컨테이너;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 전극 중 하나는 상기 회전자 위에, 나머지는 상기 회전자 아래에 각각 배치된 연료전지의 리싸이클러(recycler).
  2. 제 1 항에 있어서,
    컨테이너 커버를 더 포함하는 연료전지의 리싸이클러.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 전도성 물질인 연료전지의 리싸이클러.
  4. 열 교환기; 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 따른 리싸이클러; 및 컨트롤러를 포함하는 연료전지의 물 관리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 리싸이클러 내에서 분리된 물의 전도도를 측정하는 워터 레벨 센서;
    상기 측정된 물의 전도도에 따라 상기 열 교환기의 구동신호를 발생시키는 피드백 컨트롤러; 및
    상기 피드백 컨트롤러로부터 발생된 구동신호에 따라 상기 열 교환기의 구동을 제어하는 팬 드라이버를 포함하는 연료전지의 물 관리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 리싸이클러 내에서 분리된 물의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
    상기 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 분리된 물의 전도도를 조정하는 조정기(calibrator)를 더 포함하는 연료전지의 물 관리 시스템.
  7. 연료 카트리지, 스택(stack), 연료공급계통 및 청구항 4의 물 관리 시스템을 포함하는 연료전지.
  8. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 따른 리싸이클러(recycler); 및
    상기 리싸이클러에 연결되고, 기준 전도도(Gr)를 제공하는 부하(load)를 포함하고,
    상기 부하의 일측이 상기 리싸이클러의 제1 전극에 연결된 연료전지 리싸이클러의 워터레벨 측정회로.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 부하의 타측과 상기 리싸이클러의 제2 전극 사이에 전압(Vc)이 인가되고, 상기 리싸이클러와 상기 부하 사이에서 출력전압(Vo)이 측정되는 연료전지 리싸이클러의 워터레벨 측정회로.
  10. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 리싸이클러(recycler)내에서 분리된 물의 전도도를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 물의 전도도에 따라 워터 레벨을 측정하는 단계를 포함하는 연료전지 리싸이클러의 워터 레벨 측정방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 분리된 물의 전도도를 측정하는 단계는,
    상기 리싸이클러에 전압(Vc)을 인가하는 단계;
    상기 리싸이클러 내에서 분리된 물의 설정된 기준온도(To)와 상기 전압(Vc) 인가에 따른 출력전압(Vo)을 측정하는 단계; 및
    하기 수학식 1을 이용하여 물의 전도도(Go)를 산출하는 단계를 포함하는 연료전지 리싸이클러의 워터 레벨 측정방법:
    <수학식 1>
    Go = Gr * Vo/(Vc-Vo)
    수학식 1에서, Go: 분리된 물의 전도도, Gr:기준 전도도, Vc:인가전압, Vo:인가전압(Vc)에 따른 리싸이클러 출력전압.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 물의 전도도를 측정하는 단계는,
    상기 리싸이클러 내에서 분리된 물의 온도(T1)를 측정하는 단계; 및
    하기 수학식 2를 이용하여 상기 산출된 물의 전도도(Go)를 보정하는 단계를 더 포함하는 연료전지 리싸이클러의 워터 레벨 측정방법.
    <수학식 2>
    G1=kt * (T1-To)+Go
    수학식 2에서, G1:온도 T1에서의 분리된 물의 전도도, kt:온도계수, T1:분리된물의 온도, To:기준온도.
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