KR101713494B1 - 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치 - Google Patents

전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치 Download PDF

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김홍열
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Abstract

본 발명은 수분을 함유하고 있는 수소기체에서 수분을 제거할 수 있는 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 막전극접합체, 다공성 티타늄 지지대, 유로판, 오링, 엔드 플레이트, 캐소드측 쿨러 및 압력조절기로 구성되는 전기화학적 수소압축 및 온도조절장치에 있어서, 상기 캐소드측 압력을 고압으로 유지하고, 온도를 저온으로 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 것과, 상기 캐소드측의 온도와 압력을 각각 섭씨 15와 30Bar 내외로 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치{Hydrogen gas water removal apparatus using an electrochemical hydrogen compressor}
본 발명은 전기화학적 방식에 의한 고분자전해질 수소압축기와 냉각장치인 온도조절부를 결합하여 소량의 수소 중 수분을 간편하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라 장치의 단순화와 비용의 절감을 달성할 수 있는 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치에 관한 것이다.
차세대 청정에너지로 각광을 받고 있는 수소는 최근 세계적으로 사용량이 늘고 있으며 따라서 그 생산량도 다른 가스에 비해 급격히 증가하고 있다.
수소의 생산 방식은 메탄가스 등의 화석연료를 수증기 개질하여 얻은 후 정제하여 사용하는 방식이 주종을 이루고 있으나 최근에는 화석연료의 유한성과 환경문제를 극복하고자 물의 전기분해를 이용하는 방식을 적극적으로 개발하여 적용하고 있다.
특히 물의 전기분해로 수소를 얻는 방법 중 고분자전해질 수전해로 얻은 수소는 미량의 수분 이외에 불순물이 거의 없어 정제가 필요 없으며 전류밀도와 에너지 효율이 높아 점차 보편화 되고 있는 방식이다.
이 방식으로 생산된 수소는 반도체 세정액으로 쓰이는 수소용존수의 제조 등 수분이 함유되어 있어도 사용에 지장이 없는 적용분야에는 그대로 사용이 가능하나, 금속의 환원공정이나 내연기관의 연료 등 수분을 제거해야만 사용할 수 있는 적용분야에서는 반드시 수분제거공정이 필요하게 된다.
기체의 수분제거장치로는 냉각에 의한 수분응축제거방식이 일반적이며 실리카겔과 같은 수분흡수필터를 사용하여 수분을 제거하는 방식도 있다.
냉각에 의한 수분제거방식은 이슬점이 섭씨 0도 이하로 내려가면 수분이 얼기 시작하여 시간이 지나면 얼음이 기체의 통로를 완전히 막아 기체의 통과가 불가능하므로 복수개의 수분제거 장치를 설치하여 얼은 통로의 얼음을 제거하는 동안 다른 통로의 수분제거 장치를 사용하고 이를 번갈아 시행하여 연속적인 수분제거공정이 이루어지게 된다.
수분흡수필터를 사용하는 경우에도 실리카겔 등의 수분흡수소재가 포화흡수상태까지 이르면 더 이상의 수분제거가 불가능하므로 복수개의 수분흡수필터를 설치하여 포화흡수상태의 소재를 건조시키는 동안 다른 수분흡수필터를 사용하고 이를 번갈아 시행하여 연속적인 수분제거공정이 이루어지게 된다.
수소의 경우에도 상기한 예와 같은 기체의 수분제거방식이 일반적이며 따라서 수분제거공정을 위한 장치의 부피가 커지고 장치의 정밀한 제어가 필요하며 이에 따라 장치의 가격이 높아지게 되는 문제점이 있다.
국내등록특허공보 등록번호 제10-1461917호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 수분을 함유한 수소기체 중의 수분제거를 위해 전기화학적 방식에 의한 고분자전해질 수소압축기와 냉각장치를 결합하여 소량의 수소 중 수분을 간편하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라 단순화와 비용의 절감을 달성할 수 있는 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 막전극접합체(MEA(membrane-electrode assembly)), 다공성 티타늄 지지대, 유로판, 오링, 엔드 플레이트, 캐소드 측 쿨러 및 압력조절기로 구성되는 전기화학적 수소압축 및 온도조절장치에 있어서, 상기 캐소드측 압력을 고압으로 유지하고 온도를 조언으로 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치를 제공한다.
상기 막전극접합체는 고체 고분자 전해질막, 상기 고체 고분자 전해질막의 양면에 각각 형성된 촉매층 및 상기 촉매층 상에 각각 형성된 전극층으로 구성되고, 상기 다공성 티타늄 지지대는 상기 막전극접합체에 가해지는 고압을 견디기 위한 보조부품이며, 상기 유로판은 티타늄으로 제작된 것으로서 상기 막전극접합체의 양면을 지지하며 유체의 흐름과 전류의 흐름을 동시에 만족시키기 위한 것이고, 상기 캐소드 측 쿨러와 압력조절기는 수소의 수분제거에 적합한 온도와 압력을 최적화하기 위한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치는 기존의 냉각응축방식이나 수분흡수소재를 사용한 수분제거방식에 비해 한 개의 셀이나 스택으로 연속 수분제거공정이 가능해지고 소음이 없으며 장치가 단순하고 제조비용이 작아 경제적이며 사용이 편리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고,
도 2는 티타늄 유로판을 개략적으로 나타내는 평면도이고,
도 3은 티타늄 유로판을 개략적으로 나타내는 저면도이고,
도 4는 도 2의 A - A선에 따른 단면도이고,
도 5는 본 발명인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치의 실험을 위한 주변 제어장치의 배치를 개략적으로 나타내는 단면도이고,
도 6은 본 발명인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치의 실험을 위한 주변 제어장치의 배치를 촬영한 사진이고,
도 7은 본 발명인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치의 전압 및 전류 관계를 측정한 결과를 나타내는 그래프이고,
도 8은 본 발명인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치의 캐소드측의 온도와 압력에 따른 수소의 이슬점을 측정한 결과를 나타내는 그래프이고,
도 9는 본 발명인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치의 캐소드측의 온도와 압력에 따른 전위를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 물론 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
본 발명의 일실시예인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치는 도 1에서 보는 바와 같이 크게, 전기화학적 수소압축기(100), 온도조절부(120) 및 압력조절기(131)를 포함하여 이루어진다.
상기 전기화학적 수소압축기(10)는 애노드(103) 및 캐소드(102)를 포함하는 막전극 접합체(100, MEA(membrane-electrode assembly))와; 상기 막전극 접합체(100)의 애노드(103)로 수소를 공급하는 수소공급수단(미도시);을 포함하여 구성된다.
상기 막전극 접합체(100)의 하부를 상기 애노드(103)로 사용할 수 있으며, 상기 막전극 접합체(100)의 하부 타측에 형성될 수 있는 입구(107) 및 상기 입구(107)에 기밀하게 연결될 수 있는 호스 등의 유입라인(110)을 통해 상기 수소공급수단(미도시)이 공급하는 상온 상압의 수분을 함유한 수소를 상기 애노드(103) 전극으로 유입시킬 수 있다.
상기 막전극 접합체(100)의 입구(107)로 유입된 수소는 유로가 형성된 애노드(103)의 하부방향에 구비되는 티타늄 유로판(105)을 통과하면서 확산에 의해 상기 애노드(103)와 상기 티타늄 유로판(105) 사이에 구비되는 다공성 티타늄 보조 지지대(104)를 지나 다공성 상기 애노드(103) 전극으로 유입되어 촉매 표면에서 반응식 H2 → 2H+ + 2e- 에 따라 산화되고, 일부 수소는 상기 막전극 접합체(100)의 하부 일측에 형성될 수 있는 출구(108)를 통해 상기 막전극 접합체(100)의 외부로 방출될 수 있다.
상기 애노드(103)의 상부에 구비되는 고분자 전해질막(101)을 통과한 수소이온은 상기 고분자 전해질막(101)의 상부에 구비되는 상기 캐소드(102) 전극에서 반응식 2H+ + 2e- → H2 에 따라 환원되어 상기 캐소드(102)의 상부에 구비될 수 있는 티타늄 유로판(106)을 지나 상기 막전극 접합체(100)의 상부 타측에 형성될 수 있는 출구(109)를 통해 상기 막전극 접합체(100)의 외부로 방출될 수 있다.
상기 전기화학적 수소압축기(10)를 구성하는 상기 막전극 접합체(100)와 수소공급수단(미도시)는 국내등록특허공보 등록번호 제10-1461917호 등을 통해 널리 공지된 사항임으로, 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다.
다음으로, 상기 온도조절부(120)는 상기 전기화학적 수소압축기(10)의 캐소드(102)의 상부방향에 구비될 수 있는 엔드플레이트(110)의 상부에 장착구비되어 상기 캐소드(102)의 온도를 조절할 수 있다.
상기 온도조절부(120)는 열전소자(121) 등으로 이루어져 셀의 냉각을 위한 쿨러로 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 압력조절기(131)는 상기 캐소드(102)의 출구(109)와 기밀하게 연결되는 호스 등의 방출라인(130)에 구비되어 상기 캐소드(102)의 출구(109)와 상기 방출라인(130)을 통해 방출되는 수소의 압력을 조절하게 된다.
상기 방출라인(130)에는 상기 압력조절기(131)와 일정간격을 유지하는 압력게이지(132)가 구비될 수 있고, 상기 압력게이지(132)를 통해 작업자가 상기 캐소드(102)의 출구(109)와 상기 방출라인(130)을 통해 방출되는 수소의 압력수치를 육안으로 보다 용이하게 확인할 수 있다.
상기 애노드(103) 전극으로 유입된 상온 상압의 수분을 함유하고 있는 수소는 상기 애노드(103) 촉매 표면에서 산화되어 수소이온이 상기 고분자 전해질막(101)을 통과할 때 물 분자와 결합된 상태로 상기 캐소드(102) 촉매 표면까지 이동하게 된다.
따라서, 상기 캐소드(102)에서는 수소이온이 수소분자로 환원되면서 수소이온과 함께 이동한 물 분자가 남게 되어 수소의 습도가 유지될 수 있다.
수소의 습도를 유지시키는 수분은 상기 캐소드(102) 촉매표면까지는 반드시 존재해야만 수소이온의 이동이 가능하여 상기 산화환원반응이 지속될 수 있다.
그러나, 수소의 습도를 유지시키는 수분은 상기 캐소드(102) 촉매 표면을 떠날때 수소와 함께 상기 캐소드(102)의 외부방향으로 함께 방출됨으로, 수소의 습도가 높아지게 되는데, 이를 억제하기 위해서는 상기 캐소드(102) 전극 공간의 압력을 높이고 온도를 낮춰 물 분자가 상기 캐소드(102) 촉매 표면을 가능한 떠나지 않게 함으로서 발생되는 수소의 습도를 낮출 수 있다.
특히, 상기 캐소드(102)의 외부방향으로 방출되는 수소에 포함된 수분을 제거하기 위해, 상기 온도조절부(120)가 상기 캐소드(102)의 온도를 일예로, 섭씨 15도로 저온상태로 유지하고, 상기 압력조절기(131)가 수소의 압력을 30Bar의 고압상태로 유지하게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명은 기존의 냉각응축방식이나 수분흡수소재를 사용한 수분제거방식에 비해 한 개의 셀이나 스택으로 연속 수분제거공정이 가능해지고 소음이 없으며 장치가 단순하고 제조비용이 작아 경제적이며 사용이 편리한 이점이 있다.
[실험예]
상기와 같은 내용을 확인하기 위하여 상기 전기화학적 수소압축기(100), 상기 온도조절부(120) 및 상기 압력조절기(131)를 포함하여 이루어지는 전기화학적 수소압축리를 이용한 수소기체 수분제거장치를 제작하였고, 수소의 산화환원과정에서의 전압전류관계와 캐소드(102)로부터 방출되는 수소의 압력 및 온도에 따른 수분 함유량을 측정하였다.
먼저, 상기 막전극 접합체(100, MEA)를 제작하였으며, 상기 막전극 접합체(100, MEA)는 가로, 세로 각 5cm의 전극(활성면적 : 25㎠)과 고분자전해질로 듀퐁사의 Nafion 112를 사용하였다.
상기 애노드(103) 전극과 상기 캐소드(102) 전극 공히 도레이사의 발수처리된 카본페이퍼(두께 0.19 mm) 위에 존슨매티사의 20 wt% Pt/C를 사용하여 0.4 mg/㎠ 의 백금 촉매를 나피온 용액과 혼합한 잉크를 만들어 스프레이 코팅하였다.
이와 같이 상기 애노드(103) 전극과 상기 캐소드(102) 전극을 제작한 후 전처리된 Nafion 112를 상기 애노드(103) 전극과 상기 캐소드(102) 전극 사이에 두고 섭씨 140도에서 50 기압의 압력을 열압착하여 상기 막전극 접합체(100, MEA)를 제작하여 사용하였다.
일반적으로 고압에서 사용되는 고분자전해질은 기계적 물성을 고려해 Nafion 117 (두께 0.18 mm)을 사용하나 전기화학적 수소압축셀에서 과전압의 대부분을 차지하는 전해질 저항을 줄이기 위해 본 발명에서는 Nafion 112 (두께 0.05 mm)를 사용하였다.
Nafion 112를 사용한 MEA를 장착하고 본 실험에서 캐소드 측 압력을 50 Bar까지 올려 본 결과 기계적 물성에 문제가 없었으며 반면에 과전압은 매우 낮은 장점이 있었다.
도 2는 티타늄 유로판을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 3은 티타늄 유로판을 개략적으로 나타내는 저면도이고, 도 4는 도 2의 A - A선에 따른 단면도이다.
제작된 상기 막전극 접합체(100, MEA)는 상기 캐소드(102)측에서 가압하기 위해 상기 티타늄 유로판(105)의 상부에 0.35mm 상하두께를 갖는 다공성 티타늄 보조지지대(104)를 올려놓았다.
그리고, 상기 캐소드(102)의 상부에 구비되는 티타늄 유로판(106)의 상부 및 상기 애노드(103)의 하부방향에 구비되는 티타늄 유로판(105)의 하부에 체결부재(20)를 통해 각각 도 2 내지 도 4에 도시된 엔드플레이트(110)를 체결하였다.
상기 캐소드(102)의 상부에 구비되는 티타늄 유로판(106)의 상부에 체결되는 상기 엔드플레이트(110)와 상기 티타늄 유로판(106) 사이에 사각틀 형상 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있는 불소계의 오링(140)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 애노드(103)의 하부방향에 구비되는 티타늄 유로판(105)의 하부에 체결되는 상기 엔드플레이트(110)와 상기 티타늄 유로판(105) 사이에도 사각틀 형상 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있는 불소계의 오링(140)이 구비될 수 있다.
상기 체결부재(20)는 상기 엔드플레이트(110)의 각 모서리부위를 수직관통하는 체결볼트(201)와, 상기 체결볼트(201)의 하부에 나사결합되어 상기 티타늄 유로판(105)의 하부에 체결되는 상기 엔드플레이트(110)의 저면에 밀착되는 체결너트(202)로 구성될 수 있다.
상기 캐소드(102)의 상부방향에 구비될 수 있는 상기 엔드플레이트(110)의 상부에 열전소자(121) 등으로 이루어져 쿨러로 사용될 수 있는 상기 온도조절부(120)를 부착하였다.
냉각을 위해 상기 온도조절부(120)를 이루는 쿨러로 사용되는 열전소자(121)의 냉각부분을 상기 캐소드(102)의 상부방향에 구비될 수 있는 상기 엔드플레이트(110)의 상부면 방향으로 배치하고, 상기 열전소자(121)의 하부에 구비되는 금속온도전도체(122)를 통하여 상기 캐소드(102)를 냉각하였다.
상기 온도조절부(120)를 이루는 쿨러로 사용되는 열전소자(121)의 온열부분은 방열판(123)과 팬(미도시)을 사용하여 열을 외부로 발산시켰다.
상기 캐소드(102)의 온도를 측정하기 위해 도면에서는 도시되지 않았으나, 상기 캐소드(102)의 상부방향에 구비될 수 있는 상기 엔드플레이트(110)의 중앙에 홀을 형성하여 열전대를 삽입한 후 측정된 온도를 이용하여 상기 캐소드(102)의 온도를 상기 열전소자(121)를 이용하여 제어하였다.
상기 캐소드(102)로부터 방출되는 수소의 압력은 수소의 출구(109)와 기밀하게 연결되는 상기 방출라인(130)에 일정간격으로 구비되는 상기 압력조절기(131)와 상기 압력게이지(132)를 부착하여 원하는 압력에 도달시킨 후 필요한 실험을 실시하였다.
도 5는 본 발명인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치의 실험을 위한 주변 제어장치의 배치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 6은 본 발명인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치의 실험을 위한 주변 제어장치의 배치를 촬영한 사진이다.
상기 막전극 접합체(100, MEA)의 셀의 구동을 위해 도 5에서 보는 바와 같이 직류전원공급기(30)를 사용하여 일정전류에서 전압을 측정하였으며, 상기 애노드(103)로의 수소공급은 고분자전해질 수전해장치에서 발생되는 수소의 상태와 유사한 조건을 만들어 상기 애노드(103)로 공급하였다.
상기 캐소드(102)에서 발생된 수소는 제어된 온도와 압력에서 나오는 수소를 수분측정기(40)로 보내어 이슬점을 측정하였다.
먼저, 상기 막전극 접합체(100, MEA)의 셀의 적합한 가동전류를 정하기 위해 전압, 전류 관계를 측정하였다.
상기 애노드(103)로 유입되는 수소의 조건은 고분자전해질 수전해장치에서 발생되는 수소와 유사한 상태로 하기 위해 가습온도를 섭씨 35도로 하고 이에 따라 상기 막전극 접합체(100, MEA)의 셀의 온도도 동일하게 제어하였다.
수소의 유량은 전류에 따른 양론비와 동일하게 유량계를 통해 공급하였으며, 상기 막전극 접합체(100, MEA)의 셀에서 유출되는 수소의 버블을 통하여 확인하였다.
도 7은 본 발명인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치의 전압 및 전류 관계를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
상기 애노드(103)와 상기 캐소드(102)의 압력은 공히 대기압으로 유지하였으며, 측정결과, 도 7에서 보이듯이 10A 이하의 낮은 전류에서는 전류에 따른 전압의 증가가 직선적으로 증가하였으며 10A 이상의 높은 전류에서는 전압이 급격히 높아졌다.
이는 공급되는 수소의 가습온도가 섭씨 35도로 비교적 낮아 수소이온의 이동에 필요한 수분의 공급이 부족하여 전류가 증가하면서 이온전도저항이 급격히 높아진 것으로 사료된다.
이 결과를 통하여 주어진 조건에서 적합한 가동전류를 10A (전류밀도 0.4 A/cm2)로 결정 하였다.
상기와 같은 조건에서 전류를 10A로 맞추고 상기 온도조절부(120)를 이루는 쿨러를 가동하여 상기 캐소드(102)의 온도가 섭씨 25도가 되도록 하였다.
상기 캐소드(102)로부터 방출되는 수소의 압력을 대기압에서부터 40 Bar까지 증가시킨 상태로 상기 캐소드(102)로부터 방출되는 수소를 상기 수분측정기(40)에 공급하여 수소의 이슬점을 측정하였다.
측정이 완료되고 압력을 대기압으로 내린 후 상기 온도조절부(120)를 이루는 쿨러를 조절하여 상기 캐소드(102)의 온도를 섭시 15도로 낮추고 다시 대기압에서 40Bar까지 압력을 증가시키며 수소의 이슬점을 측정하였으며, 이 결과를 도 8로 나타내었다.
도 8은 본 발명인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치의 캐소드측의 온도와 압력에 따른 수소의 이슬점을 측정한 결과를 나타내는 그래프이고,
상기 캐소드(102)의 압력이 대기압인 경우, 수소의 습도는 상기 캐소드(10)의 온도 10도 정도의 차이에서 온도에 상관없이 상기 애노드(103)의 수분함량과 비슷한 이슬점을 보였다.
상기 캐소드(102)로부터 방출되는 수소의 압력을 10bar로 올렸을 경우, 도 8에서 보는 바와 같이 수소의 이슬점은 급격히 영하로 떨어졌으며, 이와 함께 상기 캐소드(102)의 온도 10도의 차이가 약간의 이슬점 차이를 보이기 시작하였다.
이어서, 상기 캐소드(102)로부터 방출되는 수소의 압력이 20bar에서 40bar까지 상승될 수록 일정한 패턴으로 압력과 온도에 따른 이슬점 강하가 측정되었다.
상기 결과와 같이 수소의 수분제거를 위해서는 상기 캐소드(102)로 배출되는 수소의 압력을 올리고 온도를 낮추어 효과를 극대화 시킬 수 있으나 이에 따른 에너지 소모를 함께 최적화시키기 위해 상기 막전극 접합체(100, MEA)의 셀의 전위변화를 측정하여 최적의 수분제거 압력과 온도를 결정하였다.
도 9는 본 발명인 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치의 캐소드측의 온도와 압력에 따른 전위를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9에서 보는 바와 같이 상기 캐소드(102)의 온도가 각각 섭씨 15도 및 섭씨 25도인 경우, 수소의 압력 30Bar까지는 두가지 온도 모두 상기 막전극 접합체(100, MEA)의 셀의 전위가 점진적으로 증가하였으나, 수소의 압력 40Bar부터는 급격한 증가를 보여주었다.
수소의 압력이 40Bar 전후를 넘으면 상기 캐소드(102)로부터 방출되는 수분이 전기삼투에 의한 수분이동의 방향과 반대로 작용하는 힘이 커져 과전압이 증가한 것으로 사료된다.
상기 캐소드(102)의 온도에 의한 과전압의 차이도 수소의 압력 30Bar 이내에서는 그다지 크지 않음으로 수소의 수분제거를 위한 캐소드(102)의 적합한 온도와 상기 캐소드(102)로부터 방출되는 수소의 압력은 각각 섭씨 15도와 30Bar로 정할 수 있다.
이와 같은 실험을 통하여 유도된 상기 캐소드(102)의 적합한 온도와 상기 캐소드(102)로부터 방출되는 수소의 압력인 섭씨 15도와 30Bar에서 도 8에서 보는 바와 같이 수소의 이슬점은 약 영하 13도였으며, 이는 상기 전기화학적 수소압축기(10)와 온도제어를 통하여 수소의 수분을 간편하게 제거할 수 있는 장치라 할 수 있을 것으로 사료된다.
100; 전기화학적 수소압축기, 120; 온도조절부,
131; 압력조절기.

Claims (1)

  1. 애노드 및 캐소드를 포함하는 막전극 접합체와, 상기 막전극 접합체의 애노드로 수소를 공급하는 수소공급수단을 포함하여 구성되는 전기화학적 수소압축기와;
    상기 전기화학적 수소압축기의 캐소드의 상부방향에 구비되는 앤드플레이트의 중앙에 형성된 홀에 삽입되어 상기 캐소드의 온도를 측정하는 열전대와;
    상기 전기화학적 수소압축기의 캐소드의 상부방향에 구비되는 앤드플레이트의 상부에 부착되어 상기 열전대의 측정온도를 근거로 하부에 구비되는 금속온도전도체를 통해 상기 캐소드를 냉각시키는 열전소자로 이루어지는 온도조절부와;
    상기 온도조절부를 이루는 열전소자의 온열부분에 구비되어 상기 열전소자의 온열부분의 열을 외부로 발산시키는 방열판 및 팬과;
    상기 전기화학적 수소압축기의 캐소드로부터 방출되는 수소의 압력을 조절하는 압력조절기;를 포함하여 이루어지고, 상기 캐소드로부터 방출되는 수소에 포함된 수분을 제거하기 위해 상기 온도조절부가 상기 캐소드의 온도를 섭씨 15도의 저온상태로 유지 및 상기 압력조절기가 수소의 압력을 30bar로 고압상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수소압축기를 이용한 수소기체 수분제거장치.
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