KR102357409B1 - 연료전지 반응수 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 반응수 처리 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 수중에서 항해하는 잠수정 등이 기울어질 때, 잠수정의 무게중심 변화를 최소화할 수 있는 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 잠수정의 연료전지 모듈에서 발생된 연료전지 반응수 처리 시스템에 있어서, 상기 반응수가 이송되는 주입 유로; 상기 주입 유로를 사이에 두고 수평방향으로 서로 소정 거리 이격된채 상기 주입 유로에 각각 연결되어 상기 반응수를 수용하는 제1 메인 탱크 및 제2 메인 탱크; 상기 제1 메인 탱크의 수직하부에서 상기 제1 메인 탱크와 제1 유로로 연결되어 상기 제1 메인 탱크 내부의 반응수를 제공받는 제1 보조 탱크; 상기 제2 메인 탱크의 수직하부에서 상기 제2 메인 탱크와 제2 유로로 연결되어 상기 제2 메인 탱크 내부의 반응수를 제공받는 제2 보조 탱크; 를 포함하는 연료전지 반응수 처리 시스템을 제공하여 잠수정의 무게중심 변화를 최소화하여 잠수정의 부력 변화를 최소화하는 강점이 있다.

Description

연료전지 반응수 처리 시스템{FUEL CELL REACTION WATER TREATMENT SYSTEM}
본 발명은 연료전지 반응수 처리 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 수중에서 항해하는 잠수정 등이 기울어질 때, 잠수정의 무게중심 변화를 최소화할 수 있는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지(fuel cell)는 수소와 산소의 화학 반응에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치이다.
이러한 연료전지는 LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린 등의 탄화수소 계열의 물질로부터 수소를 얻거나, 물의 전기 분해 등의 방법을 통해 얻어진 수소를 에너지 발전에 이용할 수 있다.
또한, 연료전지의 공기극(cathode)에는 산화제인 산소의 환원반응, 연료극(anode)에는 연료인 수소의 산화반응이 일어나는 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 물 등을 발생시킨다.
한편, 연료전지는 잠수정을 구동시키기 위해 사용될 수 있다.
이러한 잠수정에 적용되는 연료전지는 산소 및 수소를 연료로 하는 연료전지가 적용되며, 산소와 수소의 반응에 의해 반응수가 생성될 수 있다.
다만, 연료전지에서 산소는 대부분 공기를 통해 얻을 수 있으나, 잠수정과 같이 주변에서 공기를 얻을 수 없는 경우에는 잠수정 내에 구비된 별도의 산소탱크로부터 산소를 공급받아 사용한다.
이러한 잠수정 내에서 산소와 수소의 반응에 의해 생성된 반응수는 별도의 저장탱크에 저장될 수 있다.
그러나, 잠수정은 수중에서 항해하기 때문에 부력이 발생하며, 항해 도중 생성된 반응수를 외부로 배출하면 잠수정의 부력이 변화하게 된다.
이러한 부력의 변화는 잠수정의 항해를 방해할 수 있기 때문에, 부력 변화를 방지하기 위하여 항해 중에는 일반적으로 반응수를 외부로 배출하지 않는다.
한편, 반응수가 저장탱크에 차있는 상태에서 잠수정이 기울어지면, 반응수가 저장탱크 내부에서 잠수정의 기울기에 따라 저장탱크의 한쪽으로 쏠리는 현상이 발생한다.
이때, 반응수의 양이 많으면 반응수의 이동이 잠수정의 무게중심 또는 거동에 영향을 줄 수 있다.
따라서, 수중에서 항해하는 잠수정 등이 기울어질 때, 잠수정의 무게중심 변화를 최소화할 수 있는 연료전지 시스템의 필요성이 있다.
JP 2004-039348 A
위와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 본 발명은 수중에서 항해하는 잠수정 등이 기울어질 때, 잠수정의 무게중심 변화를 최소화할 수 있는 연료전지 반응수 처리 시스템을 제공하는 것이 목적이다.
잠수정의 연료전지 모듈에서 발생된 연료전지 반응수 처리 시스템에 있어서, 상기 반응수가 이송되는 주입 유로; 상기 주입 유로를 사이에 두고 수평방향으로 서로 소정 거리 이격된채 상기 주입 유로에 각각 연결되어 상기 반응수를 수용하는 제1 메인 탱크 및 제2 메인 탱크; 상기 제1 메인 탱크의 수직하부에서 상기 제1 메인 탱크와 제1 유로로 연결되어 상기 제1 메인 탱크 내부의 반응수를 제공받는 제1 보조 탱크; 상기 제2 메인 탱크의 수직하부에서 상기 제2 메인 탱크와 제2 유로로 연결되어 상기 제2 메인 탱크 내부의 반응수를 제공받는 제2 보조 탱크; 를 포함하는 연료전지 반응수 처리 시스템을 포함하되,
상기 연료전지 모듈에서 발생된 연료전지 반응수가 상기 제1 메인 탱크 및 상기 제2 메인 탱크에 균분되어 저장되도록 상기 주입 유로에 공급 유로가 연결되고, 상기 주입 유로는 상기 제1 메인 탱크 내부의 반응수와 상기 제2 메인 탱크 내부의 반응수가 서로 혼입되는 것을 차단하도록 상기 주입 유로에 하나 이상의 제 5밸브로 이루어진 차단밸브가 설치되고, 상기 하나 이상의 제5 밸브 중 어느 하나는 상기 공급 유로의 분지된 양측 중 상기 제1 메인 탱크와 연결된 일측에 마련되고, 상기 하나 이상의 제5 밸브 중 다른 하나는 상기 공급 유로의 분지된 양측 중 상기 제2 메인 탱크와 연결된 타측에 마련되며, 상기 제1 메인 탱크와 상기 제2 메인 탱크가 서로 연결된 메인 기체 통로를 포함한다.
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또한, 상기 제1 유로에는 상기 제1 메인 탱크로부터 상기 제1 보조 탱크로만 이송가능하고, 상기 제2 유로에는 상기 제2 메인 탱크로부터 상기 제2 보조 탱크로만 이송가능한 일방향 밸브가 각각 마련된 것을 특징으로 하는 연료전지 반응수 처리 시스템을 포함한다
또한, 상기 주입 유로는 상기 제1 메인 탱크의 하부와 상기 제2 메인 탱크의 하부를 서로 연결하는 것을 특징으로 하는 연료전지 반응수 처리 시스템을 포함한다.
또한, 상기 제1 메인 탱크와 상기 제2 메인 탱크는 상기 잠수정의 길이방향 또는 폭방향에 대해 서로 대칭으로 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지 반응수 처리 시스템을 포함한다.
또한, 상기 제1 메인 탱크와 상기 제2 메인 탱크를 연결하는 바이패스 유로; 상기 바이패스 유로에 마련되며, 상기 잠수정이 기울어짐에 따라 상기 제1 메인 탱크와 상기 제2 메인 탱크 중에서 상대적으로 높이가 낮아진 메인 탱크의 반응수를 상대적으로 높이가 높아진 메인 탱크로 이송하는 발란스 펌프; 를 더 포함하는 연료전지 반응수 처리 시스템을 포함한다.
삭제
또한, 상기 메인 기체 통로는 상기 제1 메인 탱크와 상기 제2 메인 탱크 각각의 상부에 연결된 것을 특징으로 하는 연료전지 반응수 처리 시스템을 포함한다.
또한, 상기 제1 보조 탱크와 상기 제1 메인 탱크를 연결하는 제1 보조 기체 통로; 상기 제2 보조 탱크와 상기 제2 메인 탱크를 연결하는제2 보조 기체 통로; 를 포함하되, 상기 제1 보조 기체 통로 및 상기 제2 보조 기체 통로 각각에는 에어밸브가 마련된 것을 특징으로 하는 연료전지 반응수 처리 시스템을 포함한다.
위와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 서로 대칭형의 제1 메인 탱크 및 제2 메인 탱크가 독립적으로 반응수를 균분하여 수용하므로 잠수정의 무게중심 변화를 최소화하고 잠수정의 부력 변화를 최소화하는 강점이 있다.
둘째, 발란스 펌프가 잠수정의 기울어짐에 따라서 제1 메인 탱크 및 제2 메인 탱크의 반응수를 상호 이동시키므로 무게중심이 일측으로 기우는 것이 방지된다.
셋째, 제1 메인 탱크 내부의 반응수와 제2 메인 탱크 내부의 반응수가 서로 교차 이송 되는 것을 차단하는 차단밸브를 포함하므로, 무게중심이 일측으로 기우는 것이 방지된다.
넷째, 서로 대칭형의 제1 메인 탱크 및 제2 메인 탱크에는 각각 보조 탱크가 마련되어 독립적으로 반응수를 추가수용하므로 잠수정의 무게중심 변화를 최소화함과 동시에 무게중심을 하방향으로 보다 낮추어 잠수정의 부력 변화를 최소화하는 효과가 있다.
다섯째, 주입 유로가 제1 메인 탱크의 하부와 제2 메인 탱크의 하부를 서로 연결하므로, 제1 메인 탱크 및 제2 메인 탱크의 반응수 주입을 위한 에너지 소모가 최소화되고, 주입시 반응수의 낙하소음이 사라지므로 잠수정의 본 기능을 수행할 수 있는 이점이 있다.
여섯째, 제1 메인 탱크와 제2 메인 탱크가 잠수정의 길이방향 또는 폭방향에 대해 서로 대칭으로 배치되기 때문에 잠수정의 기울어짐에 대하여 효과적으로 무게중심 변화를 억제시킬 수 있다.
일곱째, 제1 메인 탱크와 제2 메인 탱크는 메인 기체 통로로 서로 연결되므로 제1 메인 탱크 및 제2 메인 탱크의 반응수를 상호 이동이 원활하게 수행되므로 잠수정의 무게중심 변화 최소화 시간이 단축되는 효과가 있다.
여덟째, 메인 탱크와 보조 탱크 사이에 보조 기체 통로가 마련되므로 메인 탱크의 반응수가 보조 탱크로 보다 원활하게 이송되는 이점이 있다.
아홉째, 메인 기체 통로는 제1 메인 탱크와 제2 메인 탱크 각각의 상부에 연결되므로 반응수에 의한 간섭이 최소화되는 장점이 있다.
열째, 제1 메인 탱크와 제2 메인 탱크 내부의 반응수를 상호 이동시킴으로써, 잠수정이 일측으로 기울어지는 동안 무게중심의 변화를 최소화할 수 있으며, 원상태로 복귀하는 동안에도 원래의 무게중심을 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 반응수 처리 시스템을 포함하는 잠수정의 블록 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 반응수 처리 시스템의 개략 평면도
도 3은 도 2의 연료전지 반응수 처리 시스템이 기울어진 모습
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 반응수 처리 시스템의 개략 평면도
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 도 1을 참조하면, 잠수정(1)은 해수면 아래에서 항해할 수 있으며, 자체적으로 구동을 위한 에너지를 발생시킬 수 있다. 이러한 잠수정(1)은 연료전지 반응수 처리 시스템(10), 연료전지 모듈(20), 수소 공급부(30), 산소 공급부(40), 전력 변환부(50), 추진 장치(60), 전원 장치(70), 통제 장치(80)을 포함할 수 있다.
연료전지 모듈(20)은 수소 공급부(30)로부터 수소를 공급받고, 산소 공급부(40)로부터 산소를 공급받아 전기에너지를 생성할 수 있다. 이러한 연료전지 모듈(20)은 수소와 산소의 산화 환원 반응을 통하여 전기에너지를 생성할 수 있다. 한편, 연료전지 모듈(20)의 애노드 전극(미도시)에서는 아래 (반응식 1)과 같이 산화반응이 일어난다.
H2 → 2H+ + 2e- (반응식 1)
또한, 연료전지 모듈(20)의 캐소드 전극(미도시)에서는 아래 (반응식 2)와 같이 환원반응이 일어난다.
1/2 O2 + 2H+ + 2e- → H2O (반응식 2)
연료전지 모듈(20)에서 발생하는 총 반응은 아래 (반응식 3)과 같다.
H2 + 1/2 O2 → H2O (반응식 3)
이처럼, 연료전지 모듈(20)에서는 수소와 산소를 공급받아 전기에너지를 생성할 수 있으며, 전기에너지를 생성하는 과정에서 반응수(H2O)가 발생할 수 있다. 이러한 반응수는 잠수정(1)의 부력이 변하는 것을 방지하기 위하여 외부로 배출되지 않고, 연료전지 반응수 처리 시스템(10)으로 이동하여 저장될 수 있다.
수소 공급부(30)는 연료전지 모듈(20)에 수소를 공급할 수 있다. 이러한 수소 공급부(30)는 연료전지 모듈(20)에 수소를 공급할 때, 소정의 압력으로 낮추어 공급할 수 있다.
산소 공급부(40)는 연료전지 모듈(20)에 산소를 공급할 수 있다. 이러한 산소 공급부(40)는 연료전지 모듈(20)에 산소를 공급할 때, 소정의 압력으로 낮추어 공급할 수 있다.
전력 변환부(50)는 연료전지 모듈(20)에서 발생한 전기에너지를 추진 장치(60) 및 전원 장치(70)로 공급하기 위하여 전력을 변환할 수 있다. 또한, 전력 변환부(50)는 변환된 전력을 추진 장치(60) 및 전원 장치(70)로 공급할 수 있다.
추진 장치(60)는 잠수정(1)에 필요한 동력을 발생시킬 수 있다. 이러한 추진 장치(60)는 전력 변환부(50)로부터 전력을 공급받아서 동력을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 추진 장치(60)는 모터, 프로펠러 등을 포함할 수 있다.
전원 장치(70)는 추진 장치(60)에 전원을 공급할 수 있다.
통제 장치(80)는 연료전지 모듈(20), 전력 변환부(50), 추진 장치(60) 및 전원 장치(70)가 구동되도록 제어할 수 있다. 이러한 통제 장치(80)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치, 센서 등의 측정장치 및 메모리에 의해 구현될 수 있으며, 그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명을 생략한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 반응수 처리 시스템(10)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
이하, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 반응수 처리 시스템(10)은 연료전지 모듈(20)에서 발생되는 반응수를 저장할 수 있다. 다시 말해, 연료전지 반응수 처리 시스템(10)은 연료전지 모듈(20)으로부터 유입된 반응수가 수용되는 공간을 제공할 수 있다. 이러한 연료전지 반응수 처리 시스템(10)은 메인 탱크(100), 보조 탱크(200), 이송 펌프(300), 기체 통로(400), 액체 통로(500), 공급 유로(600), 밸브부(700) 및 제어부(800)를 포함할 수 있다.
메인 탱크(100)는 반응수가 수용되는 공간을 제공할 수 있다. 이러한 메인 탱크(100)는 공급 유로(600)와 연결될 수 있으며, 공급 유로(600)를 통하여 연료전지 모듈(20)로부터 발생하는 반응수가 메인 탱크(100)로 유입될 수 있다. 이러한 메인 탱크(100)는 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 메인 탱크(120)는 공급 유로(600)에 대하여 제1 메인 탱크(110)와 대칭인 위치에 배치될 수 있으며, 제1 메인 탱크(110)와 동일한 크기를 가질 수 있다.
다시 말해, 제1 메인 탱크(110)와 제2 메인 탱크(120)는 잠수정의 길이방향 또는 폭방향에 대해 서로 대칭으로 배치된 것이 바람직할 수 있다.
한편, 연료전지 모듈에서 발생된 연료전지 반응수는 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120)에 균분되어 저장되는 것이 바람직할 수 있다.
보조 탱크(200)는 메인 탱크(100)로부터 배출된 반응수가 수용되는 공간을 제공할 수 있다. 이러한 보조 탱크(200)에는 액체 통로(500)를 통하여 메인 탱크(100)로부터 배출된 반응수가 유입될 수 있다. 또한, 보조 탱크(200)는 메인 탱크(100)의 직하방에 배치될 수 있다. 이처럼, 보조 탱크(200)가 메인 탱크(100)의 직하방에 배치됨으로써, 메인 탱크(100)에 유입된 반응수는 별도의 동력 없이 중력에 의해 보조 탱크(200)로 유입될 수 있다. 이러한 보조 탱크(200)는 제1 보조 탱크(210) 및 제2 보조 탱크(220)를 포함할 수 있다.
제1 보조 탱크(210)는 제1 메인 탱크(110)의 직하방에 배치될 수 있으며, 후술할 제1 유로(510)를 통하여 제1 메인 탱크(110)와 연결될 수 있다. 이러한 제1 보조 탱크(210)는 제1 메인 탱크(110)로부터 제1 유로(510)를 통하여 유입된 반응수가 수용되는 공간을 제공할 수 있다.
다시 말해서, 제1 보조 탱크(210)는 제1 메인 탱크(110)의 수직하부에서 제1 메인 탱크(110)와 연결되어 제1 메인 탱크(110) 내부의 반응수를 제공받는다.
제2 보조 탱크(220)는 제2 메인 탱크(120)의 직하방에 배치될 수 있으며, 후술할 제2 유로(520)를 통하여 제2 메인 탱크(120)와 연결될 수 있다. 이러한 제2 보조 탱크(220)는 제2 메인 탱크(120)로부터 제2 유로(520)를 통하여 유입된 반응수가 수용되는 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 보조 탱크(220)는 공급 유로(600)에 대하여 제1 보조 탱크(210)와 대칭인 위치에 배치될 수 있으며, 제1 보조 탱크(210)와 동일한 크기를 가질 수 있다.
다시 말해서, 제2 보조 탱크(220)는 제2 메인 탱크(120)의 수직하부에서 제2 메인 탱크(120)와 연결되어 제2 메인 탱크(120) 내부의 반응수를 제공받는다.
이송 펌프(300)는 공급 유로(600)를 통하여 연료전지 모듈(20)로부터 메인 탱크(100)에 반응수를 공급할 수 있다. 이러한 이송 펌프(300)는 연료전지 모듈(20)과 공급 유로(600)를 연결시킬 수 있다.
기체 통로(400)는 보조 탱크(200)로부터 메인 탱크(100)로 기체가 유동하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 이러한 기체 통로(400)는 제1 기체 통로(410), 제2 보조 기체 통로(420) 및 메인 기체 통로(430)를 포함할 수 있다.
제1 보조 기체 통로(410)는 제1 보조 탱크(210)로부터 제1 메인 탱크(110)로 기체가 유동하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 이러한 제1 보조 기체 통로(410)의 일측은 제1 메인 탱크(110)의 상측과 연통 가능하게 연결되며, 제1 보조 기체 통로(410)의 타측은 제1 보조 탱크(210)의 상측과 연통 가능하게 연결될 수 있다.
제2 보조 기체 통로(420)는 제2 보조 탱크(220)로부터 제2 메인 탱크(120)로 기체가 유동하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 이러한 제2 보조 기체 통로(420)의 일측은 제2 메인 탱크(120)의 상측과 연통 가능하게 연결되며, 제2 보조 기체 통로(420)의 타측은 제2 보조 탱크(220)의 상측과 연통 가능하게 연결될 수 있다.
메인 기체 통로(430)는 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120) 중 어느 하나에서 다른 하나로 기체가 유동하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 이러한 메인 기체 통로(430)의 일측은 제1 메인 탱크(110)의 상측과 연통 가능하게 연결되며, 메인 기체 통로(430)의 타측은 제2 메인 탱크(120)의 상측과 연통 가능하게 연결될 수 있다.
다시 말해서, 메인 기체 통로(430)는 제1 메인 탱크(110)와 제2 메인 탱크(120) 각각의 상부에 연결될 수 있다.
액체 통로(500)는 메인 탱크(100)와 보조 탱크(200)를 연결하며, 메인 탱크(100)에 유입된 반응수가 보조 탱크(200)로 유동하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 이러한 액체 통로(500)는 제1 유로(510) 및 제2 유로(520)를 포함할 수 있다.
제1 액체 통로(510)는 제1 메인 탱크(110)로부터 제1 보조 탱크(210)로 반응수가 유동하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 이러한 제1 유로(510)의 일측은 제1 메인 탱크(110)의 하측에 연결될 수 있으며, 제1 유로(510)의 타측은 제1 보조 탱크(210)에 연결될 수 있다.
제2 액체 통로(520)는 제2 메인 탱크(120)로부터 제2 보조 탱크(220)로 반응수가 유동하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 이러한 제2 유로(520)의 일측은 제2 메인 탱크(120)의 하측에 연결될 수 있으며, 제2 유로(520)의 타측은 제2 보조 탱크(220)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 유로(520)는 공급 유로(600)에 대하여 제1 유로(510)와 대칭인 위치에 배치될 수 있다.
공급 유로(600)는 연료전지 모듈(20)에서 발생되는 반응수가 메인 탱크(100)로 유동하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 또한, 공급 유로(600)는 연료전지 모듈(20)과 메인 탱크(100)를 연결시킬 수 있다. 이러한 공급 유로(600)는 양측으로 분지될 수 있으며, 분지된 양측 중 일측은 제1 메인 탱크(110)의 하측과 연통 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 분지된 양측 중 타측은 제2 메인 탱크(120)의 하측과 연통 가능하게 연결될 수 있다. 이러한 공급 유로(600)의 분지된 양측 통로를 통해서 제1 메인 탱크(110)와 제2 메인 탱크(120) 사이에 반응수가 이동할 수 있다.
주입 유로(610)는 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120) 사이를 서로 연결한다.
보다 상세하게는, 주입 유로(610)는 제1 메인 탱크(110)의 하부와 제2 메인 탱크(120)의 하부를 서로 연결하는 것이 바람직할 수 있다.
주입 유로(610)는 공급 유로(600)에 연결된다.
밸브부(700)는 제1 밸브(710), 제2 밸브(720), 제3 밸브(730), 제4 밸브(740) 및 제5 밸브(750)을 포함할 수 있다.
제1 메인 탱크(110)와 제1 보조 탱크(210)를 연결하는 제1 유로(510) 및 제2 메인 탱크(120)와 제2 보조 탱크(220)를 연결하는 제2 유로(520)에는 하방향으로만 이송가능한 일방향 밸브가 각각 마련된 것이 바람직할 수 있다.
이 때, 제1 밸브(710) 및 제2 밸브(720)가 일방향 밸브일 수 있다.제1 밸브(710)는 제1 보조 탱크(210)로부터 제1 메인 탱크(110)로 반응수가 역류하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 제1 밸브(710)는 제1 유로(510)에 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 밸브(710)는 제1 유로(510)에 반응수가 일 방향으로 유동하도록 할 수 있는 체크 밸브일 수 있다. 다시 말해, 제1 밸브(710)는 제1 보조 탱크(210)에 반응수가 유입될 공간이 있을 때는 제1 메인 탱크(110)로부터 제1 보조 탱크(210)로 반응수가 유동하도록 제1 유로(510)를 개방시킬 수 있다. 또한, 제1 밸브(710)는 제1 보조 탱크(210)에 반응수가 가득 차서 유입될 공간이 없으면, 제1 보조 탱크(210)로부터 제1 메인 탱크(110)로 반응수가 유동하는 것을 방지할 수 있다.
이처럼, 제1 밸브(710)는 제1 보조 탱크(210)가 가득 찼을 때, 제1 보조 탱크(210)가 기울어져서 제1 메인 탱크(110)로 반응수가 유입되는 것을 방지할 수 있다.제2 밸브(720)는 제2 보조 탱크(220)로부터 제2 메인 탱크(120)로 반응수가 역류하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 제2 밸브(720)는 제2 유로(520)에 마련될 수 있다. 예를 들어, 제2 밸브(720)는 제2 유로(520)에 반응수가 일 방향으로 유동하도록 할 수 있는 체크 밸브일 수 있다. 다시 말해, 제2 밸브(720)는 제2 보조 탱크(220)에 반응수가 유입될 공간이 있을 때는 제2 메인 탱크(120)로부터 제2 보조 탱크(220)로 반응수가 유동하도록 제2 유로(520)를 개방시킬 수 있다. 또한, 제2 밸브(720)는 제2 보조 탱크(220)에 반응수가 가득 차서 유입될 공간이 없으면, 제2 보조 탱크(220)로부터 제2 메인 탱크(120)로 반응수가 유동하는 것을 방지할 수 있다. 이처럼, 제2 밸브(720)는 제2 보조 탱크(220)가 가득 찼을 때, 제2 보조 탱크(220)가 기울어져서 제2 메인 탱크(120)로 반응수가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
제1 보조 기체 통로(410) 및 제2 보조 기체 통로(420) 각각에는 에어밸브가 마련될 수 있다.
에어밸브는 제3 밸브(730) 및 제4 밸브(740)일 수 있다.
제3 밸브(730)는 제1 메인 탱크(110)로부터 제1 보조 탱크(210)로 기체가 유동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 제3 밸브(730)는 제1 보조 기체 통로(410)에 마련될 수 있다. 예를 들어, 제3 밸브(730)는 제1 보조 기체 통로(410)에 기체가 일 방향으로 유동하도록 할 수 있는 체크 밸브일 수 있다. 다시 말해, 제3 밸브(730)는 제1 보조 탱크(210)로부터 제1 메인 탱크(110)로 유동하는 기체는 통과시키고, 제1 메인 탱크(110)로부터 제1 보조 탱크(210)로 유동하는 기체는 차단함으로써, 제1 보조 탱크(210)에 잔존하는 기체의 양을 최소화 시킬 수 있다. 이처럼, 제1 보조 탱크(210)에 잔존하는 기체의 양을 최소화 함으로써, 제1 보조 탱크(210)에 최대로 많은 양의 반응수를 수용할 수 있다.
제4 밸브(740)는 제2 메인 탱크(120)로부터 제2 보조 탱크(220)로 기체가 유동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 제4 밸브(740)는 제2 보조 기체 통로(420)에 마련될 수 있다. 예를 들어, 제4 밸브(740)는 제2 보조 기체 통로(420)에 기체가 일 방향으로 유동하도록 할 수 있는 체크 밸브일 수 있다. 다시 말해, 제4 밸브(740)는 제2 보조 탱크(220)로부터 제2 메인 탱크(120)로 유동하는 기체는 통과시키고, 제2 메인 탱크(120)로부터 제2 보조 탱크(220)로 유동하는 기체는 차단함으로써, 제2 보조 탱크(220)에 잔존하는 기체의 양을 최소화 시킬 수 있다. 이처럼, 제2 보조 탱크(220)에 잔존하는 기체의 양을 최소화 함으로써, 제2 보조 탱크(220)에 최대로 많은 양의 반응수를 수용할 수 있다.
제5 밸브(750)는 제5 밸브(750)는 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120)가 소정의 각도로 기울면, 공급 유로(600)를 통하여 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120) 중 어느 하나에서 다른 하나로 반응수가 유동하는 것을 방지할 수 있다.
다시 말해서, 제5 밸브(750)는 주입 유로(610)에 마련되어 제1 메인 탱크(110) 내부의 반응수와 제2 메인 탱크(120) 내부의 반응수가 서로 교차 이송 되는 것을 차단하는 차단밸브인 것이다.
즉, 차단밸브는 제1 메인 탱크(110) 내부의 반응수와 제2 메인 탱크(120) 내부의 반응수가 서로 혼입되는 것을 차단한다.
또한, 제5 밸브(750)는 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120)가 평형일 때는 공급 유로(600)를 개방할 수 있다. 이러한 제5 밸브(750)는 하나 이상으로 제공될 수 있으며, 하나 이상의 제5 밸브(750)는 공급 유로(600)에 마련될 수 있다. 더 자세한 예시로, 하나 이상의 제5 밸브(750) 중 어느 하나는 공급 유로(600)의 분지된 양측 중 제1 메인 탱크(110)와 연결된 일측에 마련될 수 있으며, 하나 이상의 제5 밸브(750) 중 다른 하나는 공급 유로(600)의 분지된 양측 중 제2 메인 탱크(120)와 연결된 타측에 마련될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부(800)는 감지 유닛(미도시)로부터 메인 탱크(100)의 기울기 상태를 전달받아 제5 밸브(750)를 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부(400)는 메인 탱크(100)가 기울어지면 공급 유로(600)를 통하여 제1 메인 탱크(110)와 제2 메인 탱크(120) 사이에 반응수가 유동하는 것을 방지하도록 제5 밸브(750)를 제어할 수 있다. 이러한 제어부(800) 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치, 센서 등의 측정장치 및 메모리에 의해 구현될 수 있으며, 그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명을 생략한다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 연료전지 반응수 처리 시스템(10)의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
연료전지 모듈(20)에서 발생하는 반응수는 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120)로 유입될 수 있다. 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120)로 유입된 반응수는 제1 유로(510) 및 제2 유로(520)를 통하여 제1 보조 탱크(210) 및 제2 보조 탱크(220)로 유입될 수 있다. 이러한 제1 보조 탱크(210) 및 제2 보조 탱크(220)가 가득 차면 제1 밸브(710) 및 제2 밸브(720)에 의해 제1 보조 탱크(210) 및 제2 보조 탱크(220)로부터 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120)로 유체의 이동이 방지될 수 있다.
이처럼, 연료전지 반응수 처리 시스템(10)이 일측으로 기울어지더라도 제1 보조 탱크(210) 및 제2 보조 탱크(220)의 반응수는 일측으로 쏠리지 않아, 연료전지 반응수 처리 시스템(10)의 무게중심 변화에 영향을 주지 않을 수 있다. 다시 말해, 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120)의 반응수의 이동만이 연료전지 반응수 처리 시스템(10)의 무게중심 변화에 영향을 주므로, 연료전지 반응수 처리 시스템(10)의 무게중심 변화를 최소화하는 효과가 있다.
한편, 이러한 구성 이외에도, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 바이패스 유로(900) 및 발란스 펌프(1000)를 더 포함할 수 있다. 이하, 도 4를 더 참조하여, 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 제2 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예와 비교하였을 때의 차이점을 위주로 설명하며 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예를 원용한다.
바이패스 유로(900)는 제1 메인 탱크(110)와 제2 메인 탱크(120)를 연결할 수 있다. 이러한 바이패스 유로(900)의 일측은 제1 메인 탱크(110)의 양측 중 제2 메인 탱크(120)와 더 멀리 이격된 일측의 하단부와 연결될 수 있다. 또한, 바이패스 유로(900)의 타측은 제2 메인 탱크(120)의 양측 중 제1 메인 탱크(110)와 더 멀리 이격된 일측의 하단부와 연결될 수 있다.
발란스 펌프(1000)는 바이패스 유로(900)를 통하여 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120) 중 어느 하나에서 다른 하나로 반응수를 이동시킬 수 있다.
다시 말해, 발란스 펌프(1000)는 바이패스 유로(900)에 마련되며, 잠수정이 기울어짐에 따라 제1 메인 탱크(110)와 제2 메인 탱크(120) 중에서 상대적으로 높이가 낮아진 메인 탱크의 반응수를 상대적으로 높이가 높아진 메인 탱크로 이송시킨다.
왜냐하면, 잠수정이 기울어짐에 따라 기울어진 방향으로 무게중심이 이동하게 되고, 이에 따라서 무게중심을 다시 이동 전으로 되돌리기 위함이다.
즉, 일측으로 기울어짐에 따른 무게중심의 이동거리만큼 반응수를 타측인 반대측으로 이송시키는 것이며, 반응수의 이송량은 무게중심의 변화량이 제로에 수렴하도록 제어부(800)에 의하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 제1 메인 탱크(110)와 제2 메인 탱크(120)가 일측(도 3의 좌측)으로 기울어지면 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120)에는 일측(도 3의 좌측)으로 반응수가 쏠릴 수 있다. 이때, 연료전지 반응수 처리 시스템(10)의 무게중심은 일측으로 기울게 된다. 이러한 무게중심이 일측으로 기우는 것을 방지하기 위하여 발란스 펌프(1000)는 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120) 중 일측에 위치한 어느 하나로부터 타측(도 3의 타측)에 위치한 다른 하나로 반응수를 이동시킬 수 있다. 이처럼, 발란스 펌프(1000)가 반응수를 이동시키게 되면, 무게중심이 일측으로 치우치는 것을 완화시킬 수 있다. 이러한 발란스 펌프(1000)의 구동은 제어부(800)에 의하여 제어될 수 있다.
제어부(800)는 메인 탱크(100)의 기울기 상태를 전달받아, 제5 밸브(750) 및 발란스 펌프(1000)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 메인 탱크(110)와 제2 메인 탱크(120)가 일측(도 3의 좌측)으로 기울어지면, 바이패스 유로(900)를 통하여 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120) 중 일측(도 3의 좌측)에 위치한 어느 하나로부터 타측(도 3의 우측)에 위치한 다른 하나로 반응수가 이동하도록 발란스 펌프(1000)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(800)는 제1 메인 탱크(110)와 제2 메인 탱크(120)가 기울어졌을 때, 공급 유로(600)를 통하여 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120) 중 타측(도 3의 우측)에 위치한 어느 하나에서 일측(도 3의 좌측)에 위치한 다른 하나로 반응수가 유동하는 것을 방지하도록 제5 밸브(750)를 제어할 수 있다.
한편, 제어부(800)는 기울어진 연료전지 반응수 처리 시스템(10)의 무게중심이 평형일 때의 무게중심과 동일해질 때까지 발란스 펌프(1000)를 구동시킬 수 있다. 또한, 제어부(800)는 일측으로 기울었던 연료전지 반응수 처리 시스템(10)이 평형 상태로 돌아가는 동안 연료전지 반응수 처리 시스템(10)의 무게중심이 평형 상태의 무게 중심과 동일하도록 제1 메인 탱크(110) 및 제2 메인 탱크(120) 중 반응수가 많은 어느 하나에서 반응수가 적은 다른 하나로 반응수를 이동시키도록 발란스 펌프(1000)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(800)는 연료전지 반응수 처리 시스템(10)이 평형이 되면 제5 밸브(750)를 제어함으로써, 제1 메인 탱크(110)와 제2 메인 탱크(120) 내부의 반응수 유량이 동일해지도록 반응수를 이동시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 반응수 처리 시스템(10)은 일측으로 기울어지는 동안 무게중심의 변화를 최소화할 수 있으며, 원상태로 복귀하는 동안에도 원래의 무게중심을 유지할 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1 : 잠수정
10 : 연료전지 반응수 처리 시스템
20 : 연료전지 모듈
30 : 수소 공급부
40 : 산소 공급부
50 : 전력 변환부
60 : 추진 장치
70 : 전원 장치
80 : 통제 장치
100 : 메인 탱크
110 : 제1 메인 탱크
120 : 제2 메인 탱크
200 : 보조 탱크
210 : 제1 보조 탱크
220 : 제2 보조 탱크
300 : 이송 펌프
400 : 기체 통로
410 : 제1 보조 기체 통로
420 : 제2 보조 기체 통로
430 : 메인 기체 통로
500 : 액체 통로
510 : 제1 유로
520 : 제2 유로
600 : 공급 유로
610 : 주입 유로
700 : 밸브부
710 : 제1 밸브
720 : 제2 밸브
730 : 제3 밸브
740 : 제4 밸브
750 : 제5 밸브
800 : 제어부
900 : 바이패스 유로
1000 : 발란스 펌프

Claims (10)

  1. 잠수정의 연료전지 모듈에서 발생된 연료전지 반응수 처리 시스템에 있어서,
    상기 반응수가 이송되는 주입 유로;
    상기 주입 유로를 사이에 두고 수평방향으로 서로 소정 거리 이격된채 상기 주입 유로에 각각 연결되어 상기 반응수를 수용하는 제1 메인 탱크 및 제2 메인 탱크;
    상기 제1 메인 탱크의 하부에서 상기 제1 메인 탱크와 제1 유로로 연결되어 상기 제1 메인 탱크 내부의 반응수를 제공받는 제1 보조 탱크;
    상기 제2 메인 탱크의 하부에서 상기 제2 메인 탱크와 제2 유로로 연결되어 상기 제2 메인 탱크 내부의 반응수를 제공받는 제2 보조 탱크; 를 포함하되,
    상기 연료전지 모듈에서 발생된 연료전지 반응수가 상기 제1 메인 탱크 및 상기 제2 메인 탱크에 균분되어 저장되도록 상기 주입 유로에 공급 유로가 연결되고,
    상기 주입 유로는 상기 제1 메인 탱크 내부의 반응수와 상기 제2 메인 탱크 내부의 반응수가 서로 혼입되는 것을 차단하도록 상기 주입 유로에 하나 이상의 제 5밸브로 이루어진 차단밸브가 설치되고,
    상기 하나 이상의 제5 밸브 중 어느 하나는 상기 공급 유로의 분지된 양측 중 상기 제1 메인 탱크와 연결된 일측에 마련되고,
    상기 하나 이상의 제5 밸브 중 다른 하나는 상기 공급 유로의 분지된 양측 중 상기 제2 메인 탱크와 연결된 타측에 마련되며,
    상기 제1 메인 탱크와 상기 제2 메인 탱크가 서로 연결된 메인 기체 통로를 포함하는,
    연료전지 반응수 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주입 유로는 상기 제1 메인 탱크의 하부와 상기 제2 메인 탱크의 하부를 서로 연결하는 것을 특징으로 하는,
    연료전지 반응수 처리 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 유로에는 상기 제1 메인 탱크로부터 상기 제1 보조 탱크로만 이송가능하고, 상기 제2 유로에는 상기 제2 메인 탱크로부터 상기 제2 보조 탱크로만 이송가능한 일방향 밸브가 각각 마련된 것을 특징으로 하는,
    연료전지 반응수 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 메인 탱크와 상기 제2 메인 탱크는 상기 잠수정의 길이방향 또는 폭방향에 대해 서로 대칭으로 배치된 것을 특징으로 하는,
    연료전지 반응수 처리 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 메인 탱크와 상기 제2 메인 탱크를 연결하는 바이패스 유로;
    상기 바이패스 유로에 마련되며, 상기 잠수정이 기울어짐에 따라 상기 제1 메인 탱크와 상기 제2 메인 탱크 중에서 상대적으로 높이가 낮아진 메인 탱크의 반응수를 상대적으로 높이가 높아진 메인 탱크로 이송시키는 발란스 펌프; 를 더 포함하는,
    연료전지 반응수 처리 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 메인 기체 통로는 상기 제1 메인 탱크와 상기 제2 메인 탱크 각각의 상부에 연결된 것을 특징으로 하는,
    연료전지 반응수 처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 보조 탱크와 상기 제1 메인 탱크를 연결하는 제1 보조 기체 통로;
    상기 제2 보조 탱크와 상기 제2 메인 탱크를 연결하는 제2 보조 기체 통로; 를 포함하되,
    상기 제1 보조 기체 통로 및 상기 제2 보조 기체 통로 각각에는 에어밸브가 마련된 것을 특징으로 하는,
    연료전지 반응수 처리 시스템.
KR1020200044128A 2020-04-10 2020-04-10 연료전지 반응수 처리 시스템 KR102357409B1 (ko)

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