KR102437060B1 - Hydrogen compressor with stacked structure - Google Patents

Hydrogen compressor with stacked structure Download PDF

Info

Publication number
KR102437060B1
KR102437060B1 KR1020200094918A KR20200094918A KR102437060B1 KR 102437060 B1 KR102437060 B1 KR 102437060B1 KR 1020200094918 A KR1020200094918 A KR 1020200094918A KR 20200094918 A KR20200094918 A KR 20200094918A KR 102437060 B1 KR102437060 B1 KR 102437060B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen
plate
water
flow path
delivery
Prior art date
Application number
KR1020200094918A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220014988A (en
Inventor
김동규
김민성
김민수
Original Assignee
중앙대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 중앙대학교 산학협력단 filed Critical 중앙대학교 산학협력단
Priority to KR1020200094918A priority Critical patent/KR102437060B1/en
Publication of KR20220014988A publication Critical patent/KR20220014988A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102437060B1 publication Critical patent/KR102437060B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

본 발명은 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기는, 수소가 이동할 수 있는 수소이동로가 형성되어 있는 수소전달용 제1플레이트; 상기 수소전달용 제1플레이트와 동일한 축선 상에 나란히 배치된 상태에서 적층되고, 물이 수용될 수 있는 수용공간이 형성되어 있는 워터 플레이트; 상기 수소이동로에서 유동하는 수소에 수분을 공급하여 줄 수 있도록, 상기 수소전달용 제1플레이트와 워터 플레이트 사이에 배치되고, 물은 통과시키되 이온과 분자는 통과되지 못하게 하는 반투과성 재질로 형성되는 물투과 멤브레인; 및 상기 수분을 함유한 수소의 이동경로 상에 배치되어 전압 인가에 따른 산화 환원 반응에 의해 수소를 압축된 상태로 이동시킬 수 있게 하는 막전극 접합체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a hydrogen compressor having a stacked stack structure. A hydrogen compressor having a stacked stack structure according to the present invention includes: a first plate for hydrogen transfer in which a hydrogen passage through which hydrogen can move is formed; a water plate laminated in a state of being arranged side by side on the same axis as the first plate for hydrogen delivery, and having an accommodating space in which water can be accommodated; Water that is disposed between the first plate for hydrogen transfer and the water plate so as to supply moisture to the hydrogen flowing in the hydrogen passage, and is formed of a semi-permeable material that allows water to pass through but ions and molecules do not pass through permeable membrane; and a membrane electrode assembly disposed on the movement path of the water-containing hydrogen and capable of moving hydrogen in a compressed state by a redox reaction according to voltage application.

Description

적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기{Hydrogen compressor with stacked structure}Hydrogen compressor with stacked structure

본 발명은 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 협소한 공간에서도 수소 압축 효율을 극대화시킬 수 있도록, 구조가 개선된 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기에 관한 것이다. The present invention relates to a hydrogen compressor having a stacked stack structure, and more particularly, to a hydrogen compressor having an improved stacked stack structure so as to maximize hydrogen compression efficiency even in a narrow space.

최근 화석에너지 중심의 에너지 정책을 신재생에너지로 전환하는 등 저탄소 경제구조로 전환하고자 하는 그린뉴딜 정책에 힘입어 수소 연료전지차가 각광받고 있는 실정이다. Recently, hydrogen fuel cell vehicles have been in the spotlight thanks to the Green New Deal policy, which seeks to shift to a low-carbon economic structure, such as converting fossil energy-centered energy policies to new and renewable energy.

수소 연료전지차는 가솔린 내연기관 대신 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 얻은 전기를 이용해 모터를 구동하는 방식으로 운행하는 친환경 자동차인 수소 연료전지차를 말하는 것으로, 엔진이 없기 때문에 배기가스 및 오염물질을 배출하지 않는다. A hydrogen fuel cell vehicle refers to an eco-friendly hydrogen fuel cell vehicle that operates by driving a motor using electricity obtained by reacting hydrogen and oxygen in the air instead of a gasoline internal combustion engine. does not

이러한 수소 연료전지차에 연료를 공급하는 수소 주유소의 경우 수소를 저장하는 수소 저장탱크가 마련되어 있는데, 수소 저장탱크는 공간 상의 제약 때문에 작은 체적에도 많은 양의 수소가 저장되어 있도록 설계될 것이 요구되고, 이러한 요구에 의해 규격이 큰 기계식 압축기에 비해 높은 전력 효율 및 공간 효율을 갖는 전기 화학적 압축기를 개발할 필요성이 제기된 것이다.In the case of a hydrogen gas station that supplies fuel to such a hydrogen fuel cell vehicle, a hydrogen storage tank for storing hydrogen is provided, and the hydrogen storage tank is required to be designed to store a large amount of hydrogen even in a small volume due to space constraints. The need to develop an electrochemical compressor having high power efficiency and space efficiency compared to a mechanical compressor having a large standard has been raised by demand.

또한, 종래의 수소 압축기에 의하면 수소가 공급되는 공급라인과는 별개로 마련되는 별도의 압축라인을 통해 수소가 압축되도록 구성됨으로써, 부품의 최적배치 및 제품의 슬림화를 불가능하게 하고, 압축 효율이 저해되는 문제점이 있었다.In addition, according to the conventional hydrogen compressor, hydrogen is compressed through a separate compression line provided separately from the supply line to which hydrogen is supplied, thereby making it impossible to optimize the arrangement of parts and slimming the product, and the compression efficiency is impaired. There was a problem being

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1461874호Republic of Korea Patent Publication Registration No. 10-1461874 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0986525호Republic of Korea Patent Publication No. 10-0986525

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 협소한 공간에서도 부품의 최적배치를 가능하게 하여 제품의 슬림화를 이룰 수 있게 하고, 짧은 시간에도 상대적으로 많은 양의 수소를 압축할 수 있게 하여 수소 압축 효율을 극대화시킬 수 있게 하는 수소 압축 효율을 극대화시킬 수 있게 하는 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기를 제공하고자 하는 것이다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to enable the optimal arrangement of parts even in a narrow space to achieve a slimmer product, and to produce a relatively large amount of hydrogen in a short time. An object of the present invention is to provide a hydrogen compressor having a stacked stack structure capable of maximizing the hydrogen compression efficiency that can maximize the hydrogen compression efficiency by compressing the .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기는, 수소가 이동할 수 있는 수소이동로가 형성되어 있는 수소전달용 제1플레이트; 상기 수소전달용 제1플레이트와 동일한 축선 상에 나란히 배치된 상태에서 적층되고, 물이 수용될 수 있는 수용공간이 형성되어 있는 워터 플레이트; 상기 수소이동로에서 유동하는 수소에 수분을 공급하여 줄 수 있도록, 상기 수소전달용 제1플레이트와 워터 플레이트 사이에 배치되고, 물은 통과시키되 이온과 분자는 통과되지 못하게 하는 반투과성 재질로 형성되는 물투과 멤브레인; 및 상기 수분을 함유한 수소의 이동경로 상에 배치되어 전압 인가에 따른 산화 환원 반응에 의해 수소를 압축된 상태로 이동시킬 수 있게 하는 막전극 접합체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A hydrogen compressor having a stacked stack structure according to the present invention for achieving the above object includes: a first plate for hydrogen delivery in which a hydrogen passage through which hydrogen can move is formed; a water plate laminated in a state of being arranged side by side on the same axis as the first plate for hydrogen delivery, and having an accommodating space in which water can be accommodated; Water that is disposed between the first plate for hydrogen transfer and the water plate so as to supply moisture to the hydrogen flowing in the hydrogen passage, and is formed of a semi-permeable material that allows water to pass through but ions and molecules do not pass through permeable membrane; and a membrane electrode assembly disposed on the movement path of the water-containing hydrogen and capable of moving hydrogen in a compressed state by a redox reaction according to voltage application.

본 발명은 상기 워터 플레이트를 중심으로 하여 상기 수소전달용 제1플레이트의 반대측에 마련되고, 상기 막전극 접합체와 대향 배치되는 수소전달용 제2플레이트; 및 상기 제2플레이트와 워터 플레이트 사이에 배치되는 물투과 멤브레인;을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.The present invention provides a second plate for hydrogen delivery provided on the opposite side of the first plate for hydrogen delivery with the water plate as a center, and disposed opposite to the membrane electrode assembly; and a water permeable membrane disposed between the second plate and the water plate.

본 발명은 상기 막전극 접합체와 수소전달용 제2플레이트 사이에 배치되는 가스 디퓨저 레이어(GDL : gas diffusion layer)을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. Preferably, the present invention further includes a gas diffusion layer (GDL) disposed between the membrane electrode assembly and the second plate for hydrogen transfer.

상기 수소전달용 제1플레이트의 수소이동로는, 상기 워트 플레이트로부터 공급되는 수분과의 접촉 효율을 향상시킬 수 있도록, 서펜타인(Serpentine) 형태의 유로를 가진 수분 접촉 유로; 및 상기 수분 접촉 유로를 경유한 수소가 상기 수소전달용 제2플레이트의 수소이동로 측에 전달될 수 있도록, 그 수분 접촉 유로와 상기 수소전달용 제2플레이트의 수소이동로를 소통시키는 토출유로;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.The hydrogen transfer path of the first plate for hydrogen transfer includes: a moisture contact path having a serpentine type path to improve contact efficiency with moisture supplied from the wort plate; and a discharge flow path for communicating the water contact flow path with the hydrogen flow path of the second plate for hydrogen delivery so that hydrogen passing through the water contact flow path can be transferred to the hydrogen flow path side of the second plate for hydrogen delivery. It is preferable to include

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기는, 수소의 이동로를 제공하는 수소전달용 제1플레이트, 그 수소에 수분을 공급하여 주기 위한 워터 플레이트 및 상기 수소전달용 제1플레이트와 워터 플레이트 사이에 배치되는 멤브레인을 동일한 축선 상에 적층 결합시킬 수 있도록 구성됨으로써, 수소 공급 라인과는 별개로 수소 압축 라인이 마련되는 타입에 비해 상대적으로 상대적으로 협소한 공간에서도 부품의 최적 배치를 가능하게 하여 제품 규격의 슬림화를 이룰 수 있게 하고, 수소 압축에 소요되는 시간을 줄여 압축 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.The hydrogen compressor having a stacked stack structure according to the present invention having the configuration as described above includes a first plate for hydrogen transfer that provides a passage for hydrogen, a water plate for supplying moisture to the hydrogen, and the hydrogen transfer Since the membrane disposed between the first plate and the water plate can be laminated and bonded on the same axis, it is possible to remove the components even in a relatively narrow space compared to a type in which a hydrogen compression line is provided separately from a hydrogen supply line. It has the effect of improving the compression efficiency by reducing the time required for hydrogen compression and making it possible to achieve a slim product standard by enabling the optimal arrangement.

또한, 본 발명은 수분을 물투과 멤브레인을 통해 수소전달용 제1플레이트에서 이동하는 수소에 공급하여 줄 수 있도록 구성됨으로써, 수소가 수분을 함유한 상태로 막전극 접합체에 공급되도록 하여 수소 이온화 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 됨에 따라, 수소 압축 효율을 극대화시킬 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다. In addition, the present invention is configured to supply water to the hydrogen moving in the first plate for hydrogen transfer through a water permeable membrane, so that hydrogen is supplied to the membrane electrode assembly in a state containing water to improve hydrogen ionization efficiency As it can be further improved, the advantage of maximizing hydrogen compression efficiency can be expected.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기의 수소 압축 원리를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명 일실시예의 사시도.
도 3은 본 발명 일실시예의 분리 사시도.
도 4는 본 발명 일실시예의 구성을 분리하여 보인 측면도.
도 5는 도 4의 Ⅴ부분을 확대하여 보인 분리 사시도.
도 6은 본 발명 일실시예의 수소 이동 경로를 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 6의 Ⅶ 부분을 확대하여 보인 도면.1 is a view for explaining a hydrogen compression principle of a hydrogen compressor having a stacked stack structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view of an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exploded perspective view of an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a side view showing the configuration of an embodiment of the present invention separated.
5 is an enlarged exploded perspective view of a portion V of FIG. 4;
6 is a view for explaining a hydrogen movement path according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged view of part VII of FIG. 6;

이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.In order to clarify the understanding of the present invention in the following description, descriptions of known techniques for the features of the present invention will be omitted. The following examples are detailed descriptions to help the understanding of the present invention, and it will be of course not to limit the scope of the present invention. Accordingly, equivalent inventions performing the same functions as the present invention will also fall within the scope of the present invention.

그리고, 이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 발명의 배경이 되는 기술에 대한 기재 내용과 중복되는 이하의 본 발명의 각 실시예에 관한 설명 역시 생략하기로 한다.And, in the following description, the same identification symbols mean the same configuration, and unnecessary redundant descriptions and descriptions of well-known technologies will be omitted. In addition, the description of each embodiment of the present invention that overlaps with the description of the technology that is the background of the invention will also be omitted.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a hydrogen compressor having a stacked stack structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기의 수소 압축 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명 일실시예의 사시도이며, 도 3은 본 발명 일실시예의 분리 사시도이며, 도 4는 본 발명 일실시예의 구성을 분리하여 보인 측면도이며, 도 5는 도 4의 Ⅴ부분을 확대하여 보인 분리 사시도이며, 도 6은 본 발명 일실시예의 수소 이동 경로를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 6의 Ⅶ 부분을 확대하여 보인 도면이다. 1 is a view for explaining the hydrogen compression principle of a hydrogen compressor having a stacked stack structure according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an exploded perspective view of an embodiment of the present invention 4 is a side view showing the configuration of an embodiment of the present invention in isolation, FIG. 5 is an enlarged exploded perspective view of part V of FIG. 4, and FIG. 6 is a view for explaining the hydrogen movement path of an embodiment of the present invention and FIG. 7 is an enlarged view of part VII of FIG. 6 .

도 2 내지 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기는, 작은 체적의 공간에도 많은 양의 수소를 저장시킬 수 있도록 수소를 압축시킨 상태로 공급하여 주기 위한 것으로, 수소전달용 제1플레이트(1)와 워터 플레이트(3)와 물투과 멤브레인(4)과 막전극 접합체(5)를 포함하여 이루어진다. 2 to 4, the hydrogen compressor having a stacked stack structure according to an embodiment of the present invention is supplied in a compressed state so that a large amount of hydrogen can be stored even in a small volume space. In order to do this, it comprises a first plate for hydrogen transfer (1), a water plate (3), a water permeable membrane (4), and a membrane electrode assembly (5).

상기 수소전달용 제1플레이트(1)는, 수소가 이동할 수 있는 수소이동로(10)가 형성되어 있는 것으로, 인접한 플레이트 형태의 요소들과 적층이 가능하도록 두께가 얇은 판 형태로 형성되는 것이 바람직하다. The first plate 1 for hydrogen transfer is formed with a hydrogen passage 10 through which hydrogen can move, and is preferably formed in a thin plate shape so that it can be stacked with adjacent plate-shaped elements. do.

상기 워터 플레이트(3)는, 도 3 및 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 상기 수소전달용 제1플레이트(1)와 적층 결합이 가능하도록, 그 수소전달용 제1플레이트(1)와 동일한 축선 상에 나란히 배치되고 얇은 판 형성된다. 이러한 워터 플레이트(3)는 내측에 물이 수용될 수 있는 수용공간(30)을 포함하여 이루어진다. The water plate 3 is, as well shown in FIGS. 3 and 5, the same axis as the first plate 1 for hydrogen delivery so as to be capable of laminating bonding with the first plate 1 for hydrogen delivery. It is placed side by side on the top and a thin plate is formed. The water plate 3 includes an accommodating space 30 in which water can be accommodated.

상기 물투과 멤브레인(4)은, 물은 통과시키되 이온과 분자는 통과되지 못하게 하는 반투과성 재질로 형성되는 것으로, 도 6 및 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 상기 수소전달용 제1플레이트(1)와 워터 플레이트(3) 사이에 배치되어서 상기 수소이동로(10)에서 유동하는 수소에 수분을 공급하여 주는 역할을 한다. The water-permeable membrane 4 is formed of a semi-permeable material that allows water to pass through but does not allow ions and molecules to pass through. As shown in FIGS. 6 and 7, the first plate for hydrogen transfer (1) It is disposed between the and the water plate 3 and serves to supply moisture to the hydrogen flowing in the hydrogen passage 10 .

이러한 물투과 멤브레인(4)은 상기 워터 플레이트(3)에 수용된 물이 임의로 흘러 나오지 않게 하되 수분이 미세구멍을 통해 상기 수소전달용 제1플레이트(1)의 수소에 전달될 수 있게 한다. The water permeable membrane 4 prevents the water contained in the water plate 3 from flowing out arbitrarily, but allows moisture to be transferred to the hydrogen of the first plate 1 for hydrogen transfer through micropores.

상기 막전극 접합체(5)(MEA)는, 상기 수분을 함유한 수소의 이동경로 상에 배치되어 전압 인가에 따른 산화 환원 반응에 의해 수소를 압축된 상태로 이동시킬 수 있게 하는 것으로, 도 4 및 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 수소 이온을 이동시켜주는 고분자 전해질막, 전해질막의 양면에 백금 촉매를 도포하여 구성되는 촉매전극인 양극(Anode, 공기극)과 음극(Cathode, 연료극)으로 이루어져서, 양극에서의 산화 반응에 의해 수소를 이온화시키고 이온화된 수소 이온을 고분자 전해질막을 통해 이동시킨 후 음극에서 환원 반응에 의해 수소를 압축시킬 수 있게 한다. 이러한 막전극 접합체(5)에 의한 산화 환원 반응의 메카니즘은 도 1에 잘 도시되어 있다. The membrane electrode assembly 5 (MEA) is disposed on the movement path of the water-containing hydrogen to allow the hydrogen to be moved in a compressed state by the redox reaction according to the voltage application, as shown in FIG. 4 and 6, a polymer electrolyte membrane that moves hydrogen ions, a catalytic electrode formed by coating a platinum catalyst on both sides of the electrolyte membrane, consists of an anode (Anode, cathode) and a cathode (Cathode, anode). It ionizes hydrogen by an oxidation reaction in , moves the ionized hydrogen ions through the polymer electrolyte membrane, and then compresses hydrogen by a reduction reaction at the anode. The mechanism of the redox reaction by the membrane electrode assembly 5 is well illustrated in FIG. 1 .

위에서 설명한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기는, 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 수소의 이동로를 제공하는 수소전달용 제1플레이트(1), 그 수소에 수분을 공급하여 주기 위한 워터 플레이트(3) 및 상기 수소전달용 제1플레이트(1)와 워터 플레이트(3) 사이에 배치되는 멤브레인을 동일한 축선 상에 적층 결합시킬 수 있도록 구성됨으로써, 수소 공급 라인과는 별개로 수소 압축 라인이 마련되는 타입에 비해 상대적으로 상대적으로 협소한 공간에서도 부품의 최적 배치를 가능하게 하여 제품 규격의 슬림화를 이룰 수 있게 하고, 수소 압축에 소요되는 시간을 줄여 압축 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.The hydrogen compressor having a stacked stack structure according to an embodiment of the present invention having the configuration as described above, as well shown in FIG. The water plate 3 for supplying moisture to the hydrogen and the membrane disposed between the first plate 1 for hydrogen delivery and the water plate 3 are laminated on the same axis to be laminated and bonded, so that hydrogen Compared to the type in which a hydrogen compression line is provided separately from the supply line, it enables the optimal arrangement of parts even in a relatively narrow space, making it possible to achieve slimmer product specifications and reducing the time required for hydrogen compression It has the advantage of improving efficiency.

또한, 본 실시예는, 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 수분을 상기 물투과 멤브레인(4)을 통해 상기 수소전달용 제1플레이트(1)에서 이동하는 수소에 공급하여 줄 수 있도록 구성됨으로써, 수소가 수분을 함유한 상태로 상기 막전극 접합체(5)에 공급되도록 하여 수소 이온화 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 됨에 따라, 수소 압축 효율을 극대화시킬 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다. In addition, this embodiment is configured to supply water to hydrogen moving in the first plate 1 for hydrogen transfer through the water permeable membrane 4, as shown in FIG. 7 , As hydrogen ionization efficiency can be further improved by supplying hydrogen to the membrane electrode assembly 5 in a state containing moisture, the advantage of maximizing hydrogen compression efficiency can be expected.

본 실시예는 상기 수소전달용 제1플레이트(1)와 동일한 구조를 가지는 수소전달용 제2플레이트(2)와, 앞에서 설명한 물투과 멤브레인(4)과 배치위치만 다를 뿐, 동일한 구조 및 동일한 기능을 발휘하는 물투과 멤브레인(4)을 포함하여 이루어진다. This embodiment is different from the second plate 2 for hydrogen transfer having the same structure as the first plate 1 for hydrogen transfer, and the water permeable membrane 4 described above, only the arrangement position, but the same structure and the same function It comprises a water-permeable membrane (4) to exert a.

상기 수소전달용 제2플레이트(2)는, 상기 수소의 이동경로 상에 배치되되 상기 워터 플레이트(3)를 중심으로 하여 상기 수소전달용 제1플레이트(1)의 반대측에 마련되고 상기 막전극 접합체(5)와 대향 배치되어서, 수분을 함유한 수소가 상기 수소전달용 제2플레이트(2)를 경유하여 상기 막전극 접합체(5)에 효율적으로 전달될 수 있게 한다.The second plate 2 for hydrogen delivery is provided on the opposite side of the first plate 1 for hydrogen delivery with the water plate 3 as a center, and is disposed on the hydrogen movement path, and the membrane electrode assembly It is disposed opposite to (5), so that hydrogen containing moisture can be efficiently transferred to the membrane electrode assembly (5) via the second plate (2) for hydrogen transfer.

상기 물투과 멤브레인(4)은, 상기 수소전달용 제2플레이트(2)와 워터 플레이트(3) 사이에 배치되어서, 상기 워터 플레이트(3)에 수용된 물이 임의로 흘러 나오지 않게 하되 수분이 미세구멍을 통해 상기 수소전달용 제2플레이트(2)의 수소에 전달될 수 있게 한다. The water permeable membrane 4 is disposed between the second plate 2 for hydrogen transfer and the water plate 3, so that the water contained in the water plate 3 does not flow out arbitrarily, but the moisture fills the micropores. through the hydrogen of the second plate for hydrogen transfer (2).

한편, 상기 막전극 접합체(5)와 수소전달용 제2플레이트(2) 사이에는 가스 디퓨저 레이어(6)(GDL: gas diffusion layer)가 배치되는 것이 바람직하다. Meanwhile, it is preferable that a gas diffusion layer (GDL) is disposed between the membrane electrode assembly 5 and the second plate 2 for hydrogen transfer.

이러한 가스 디퓨저 레이어(6)은 다공질 전도성 소재인 카본페이퍼 또는 메탈폼 재질로 이루어져서, 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상기 수소전달용 제2플레이트(2)에서 유동하는 가스의 막전극 접합체(5)로 향한 이동을 방해하지 않고, 상기 막전극 접합체(5)에 인가된 전압에 의한 산화반응이 수소가 이동하는 경로 전체에 걸쳐 골고루 일어나도록 하여, 수소 압축 효율 향상에 기여하게 된다. 도시되지는 않았지만, 인접한 플레이트들 사이에는 실링을 위해 가스켓이 설치되는데, 상기 가스 디퓨저 레이어(6)는 이러한 가스켓과 간섭되지 않는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. This gas diffuser layer 6 is made of carbon paper or metal foam material, which is a porous conductive material. ), the oxidation reaction by the voltage applied to the membrane electrode assembly 5 evenly occurs over the entire path through which hydrogen moves, thereby contributing to the improvement of hydrogen compression efficiency. Although not shown, a gasket is provided for sealing between adjacent plates, and the gas diffuser layer 6 is preferably disposed at a position not to interfere with the gasket.

본 실시예에 채용된 수소전달용 제1플레이트(1)의 수소이동로(10)는, 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 수분 접촉 유로(11)와 토출유로(12)를 포함하여 이루어진다. The hydrogen passage 10 of the first plate 1 for hydrogen transfer employed in this embodiment includes a water contact passage 11 and a discharge passage 12 as shown in FIG. 3 .

상기 수분 접촉 유로(11)는 서펜타인(Serpentine) 형태의 유로를 가짐으로써, 상기 제1플레이트(1)에서 유동하는 수소와 상기 워터 플레이트(3)로부터 공급되는 수분 간의 접촉 효율을 향상시킬 수 있게 한다. The water contact flow path 11 has a serpentine type flow path, so that the contact efficiency between the hydrogen flowing in the first plate 1 and the moisture supplied from the water plate 3 can be improved. let there be

상기 토출 유로(12)는, 상기 제1플레이트(1)의 수분 접촉 유로(11)를 통과한 수소가 인접하게 배치된 수소전달용 제2플레이트(2)의 수소이동로(10) 측으로 유입되게 할 수 있도록, 상기 수분 접촉 유로(11)와 상기 수소전달용 제2플레이트(2)를 소통시키는 역할을 한다. The discharge passage 12 is such that the hydrogen that has passed through the moisture contact passage 11 of the first plate 1 is introduced into the hydrogen passage 10 side of the second plate 2 for hydrogen transfer disposed adjacently. To do this, it serves to communicate the moisture contact flow path 11 and the second plate for hydrogen transfer (2).

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 수소가 이동하는 각 플레이트(1)(2)의 유로를 수분 접촉 유로(11)와 토출유로(12)로 구성함으로써, 수소와 수분 간의 접촉 효율을 향상시켜 최대 수소 압축 효율 달성을 가능하게 하는 장점을 도출한다. In the present embodiment having such a configuration, the flow path of each plate 1 and 2 through which hydrogen moves is composed of a moisture contact flow path 11 and a discharge flow path 12, thereby improving the contact efficiency between hydrogen and water to maximize It derives the advantages that make it possible to achieve hydrogen compression efficiencies.

이상 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다. Although various embodiments of the present invention have been described above, this embodiment and the drawings attached to this specification only clearly show a part of the technical idea included in the present invention, and the drawings included in the specification and drawings of the present invention It will be apparent that all modifications and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical spirit are included in the scope of the present invention.

1:수소전달용 제1플레이트 10:수소이동로
11:수분 접촉 유로 12:토출유로
2:수소전달용 제2플레이트 3:워터 플레이트
30:수용공간 4:물투과 멤브레인
5:막전극 접합체 6:가스 디퓨저 레이어 1: First plate for hydrogen delivery 10: Hydrogen transfer path
11: Water contact flow path 12: Discharge flow path
2: Second plate for hydrogen delivery 3: Water plate
30: accommodation space 4: water permeable membrane
5: Membrane electrode assembly 6: Gas diffuser layer

Claims (4)

수소가 이동할 수 있는 수소이동로가 형성되어 있는 수소전달용 제1플레이트;
상기 수소전달용 제1플레이트와 동일한 축선 상에 나란히 배치된 상태에서 적층되고, 물이 수용될 수 있는 수용공간이 형성되어 있는 워터 플레이트;
상기 수소이동로에서 유동하는 수소에 수분을 공급하여 줄 수 있도록, 상기 수소전달용 제1플레이트와 워터 플레이트 사이에 배치되고, 물은 통과시키되 이온과 분자는 통과되지 못하게 하는 반투과성 재질로 형성되는 물투과 멤브레인; 및
상기 수분을 함유한 수소의 이동경로 상에 배치되어 전압 인가에 따른 산화 환원 반응에 의해 수소를 압축된 상태로 이동시킬 수 있게 하는 막전극 접합체;를 포함하여 이루어지고,
상기 수소전달용 제1플레이트의 수소이동로는,
상기 워터 플레이트로부터 공급되는 수분과의 접촉 효율을 향상시킬 수 있도록, 서펜타인(Serpentine) 형태의 유로를 가진 수분 접촉 유로; 및
상기 수분 접촉 유로를 경유한 수소가 수소전달용 제2플레이트의 수소이동로 측에 전달될 수 있도록, 그 수분 접촉 유로와 상기 수소전달용 제2플레이트의 수소이동로를 소통시키는 토출유로;를 포함하여 이루어지며,
상기 토출유로는, 상기 수분 접촉 유로의 양측에 마련되고 상기 수분 접촉 유로와 소통되며,
상기 막전극 접합체는, 수소 이온을 이동시켜주는 고분자 전해질막과, 상기 전해질막의 양면에 백금 촉매가 도포되어 구성되는 촉매전극인 양극과 음극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기.a first plate for hydrogen transfer in which a hydrogen passage is formed through which hydrogen can move;
a water plate laminated in a state of being arranged side by side on the same axis as the first plate for hydrogen delivery, and having an accommodating space in which water can be accommodated;
Water that is disposed between the first plate for hydrogen transfer and the water plate so as to supply moisture to the hydrogen flowing in the hydrogen passage, and is formed of a semi-permeable material that allows water to pass through but ions and molecules do not pass through permeable membrane; and
A membrane electrode assembly disposed on the movement path of the water-containing hydrogen and capable of moving hydrogen in a compressed state by an oxidation-reduction reaction according to voltage application;
The hydrogen transfer path of the first plate for hydrogen transfer,
a water contact flow path having a serpentine type flow path to improve contact efficiency with moisture supplied from the water plate; and
A discharge flow path for communicating the water contact flow path with the hydrogen flow path of the second plate for hydrogen delivery so that hydrogen passing through the water contact flow path can be transferred to the hydrogen flow path side of the second plate for hydrogen delivery is done by
The discharge flow path is provided on both sides of the moisture contact flow path and communicates with the moisture contact flow path,
The membrane electrode assembly is a hydrogen compressor having a stacked stack structure, characterized in that it consists of a polymer electrolyte membrane that moves hydrogen ions, and an anode and a cathode, which are catalyst electrodes formed by coating a platinum catalyst on both sides of the electrolyte membrane. 제1항에 있어서,
상기 워터 플레이트를 중심으로 하여 상기 수소전달용 제1플레이트의 반대측에 마련되고, 상기 막전극 접합체와 대향 배치되는 수소전달용 제2플레이트; 및
상기 제2플레이트와 워터 플레이트 사이에 배치되는 물투과 멤브레인;을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기.According to claim 1,
a second plate for hydrogen delivery provided on the opposite side of the first plate for hydrogen delivery with the water plate as a center, and disposed opposite to the membrane electrode assembly; and
A hydrogen compressor having a stacked stack structure, characterized in that it further comprises; a water permeable membrane disposed between the second plate and the water plate. 제2항에 있어서,
상기 막전극 접합체와 수소전달용 제2플레이트 사이에 배치되는 가스 디퓨저 레이어를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층형 스택 구조를 가진 수소 압축기.3. The method of claim 2,
The hydrogen compressor having a stacked stack structure, characterized in that it further comprises a gas diffuser layer disposed between the membrane electrode assembly and the second plate for hydrogen delivery. 삭제delete
KR1020200094918A 2020-07-30 2020-07-30 Hydrogen compressor with stacked structure KR102437060B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200094918A KR102437060B1 (en) 2020-07-30 2020-07-30 Hydrogen compressor with stacked structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200094918A KR102437060B1 (en) 2020-07-30 2020-07-30 Hydrogen compressor with stacked structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220014988A KR20220014988A (en) 2022-02-08
KR102437060B1 true KR102437060B1 (en) 2022-08-25

Family

ID=80251517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200094918A KR102437060B1 (en) 2020-07-30 2020-07-30 Hydrogen compressor with stacked structure

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102437060B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016216826A (en) 2015-05-20 2016-12-22 東レ株式会社 Polymer electrolyte membrane and manufacturing method therefor
JP2018165386A (en) * 2017-03-28 2018-10-25 東京瓦斯株式会社 Compressed hydrogen production system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100986525B1 (en) 2008-02-25 2010-10-07 현대자동차주식회사 Evaporative cooling type fuel cell system and stack cooling method for the same
WO2014018389A1 (en) * 2012-07-24 2014-01-30 Nuvera Fuel Cells, Inc. Distributed hydrogen extraction system
KR101461874B1 (en) 2012-12-31 2014-11-13 현대자동차 주식회사 Full cell system and its humidifying and cooling method
KR20200086530A (en) * 2019-01-09 2020-07-17 현대자동차주식회사 Electrochemical hydrogen compressor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016216826A (en) 2015-05-20 2016-12-22 東レ株式会社 Polymer electrolyte membrane and manufacturing method therefor
JP2018165386A (en) * 2017-03-28 2018-10-25 東京瓦斯株式会社 Compressed hydrogen production system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220014988A (en) 2022-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4621815B2 (en) Fuel cell stack
US7531265B2 (en) Fuel cell
US7569301B2 (en) Fuel cell
JP5078689B2 (en) Fuel cell stack
US20050019643A1 (en) Fuel cell stack
JP4828841B2 (en) Fuel cell
US11932953B2 (en) Compression apparatus
JP4473519B2 (en) Fuel cell
JP2008103168A (en) Fuel cell
JP4957091B2 (en) Fuel cell
EP2736108B1 (en) Gasket for fuel cell
CN113383113A (en) Compression device
JP4695997B2 (en) Fuel cell system
KR102437060B1 (en) Hydrogen compressor with stacked structure
JP4494830B2 (en) Fuel cell stack
US20110039186A1 (en) Disc Type Solid Oxide Fuel Cell
JP5366793B2 (en) Fuel cell system
KR101181788B1 (en) Stack of disc type solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof
KR102447597B1 (en) Electrochemical hydrogen compressor
JP7122548B1 (en) compressor
JP5318458B2 (en) Fuel cell stack
KR20050006651A (en) Molten carbonate fuel cell with simplified central distribution separator
US20100129732A1 (en) Electrochemical Cell Stack Assembly
JP2004335145A (en) Fuel battery and its manufacturing method
US20080096081A1 (en) Fuel Cell

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant