KR20030043917A - 수소·산소 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관한 수소·산소 공급 시스템은 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀에 순수(純水)를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성되어 있으며, 상기 전해셀의 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 수소의 압력을 검지 가능한 제1 압력 검지수단과, 상기 전해셀의 상기 양극측을 통해 공급되는 상기 산소의 압력을 검지 가능한 제2 압력 검지수단과, 상기 제1 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호와 상기 제2 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호를 비교하여 소정의 차압신호를 발생시킬 수 있는 차압 검지수단과, 상기 차압신호를 토대로 상기 수소의 압력을 조정 가능한 제1 릴리프(relief) 기구와, 상기 차압신호를 토대로 상기 산소의 압력을 조정 가능한 제2 릴리프 기구를 구비하고, 상기 제1 및 제2 릴리프 기구로 상기 전해셀 내의 상기 양극측 압력과 상기 음극측 압력이 조정된다.

Description

수소·산소 공급 시스템{HYDROGEN/OXYGEN SUPPLY SYSTEM}

수소·산소 공급 시스템을 구성하는 수전해 장치로는 전해질 역할을 하는 부재로서 고체 전해질막을 구비한 전해셀을 이용한 장치가 종래부터 알려져 있다. 종래 기술에 관한 전해셀은 고체 고분자 전해질막의 양면에 전극 촉매층(양극측 및 음극측 촉매층)이 설치된 고체 고분자 전해질막/전극 접합체막(이하, 「고체 전해질막」이라 한다.)과, 이 고체 전해질막을 사이에 끼우도록 설치된 전극판(양극측 및 음극측 전극판)과, 고체 전해질막과 전극판 사이에 설치된 급전체(양극측 및 음극측 급전체) 등으로 구성되어 있다.

상기 종래 기술에 관한 전해셀에서는, 양극측에 순수를 공급하여 전극판에 통전함으로써 주로 양극측 촉매층에서 순수가 분해되어 산소가스가 발생하게 된다. 그리고, 산소가스와 동시에 생성된 H+ 이온은 전기장의 움직임에 따라 고체 전해질막 내를 이동하기 때문에 음극측 촉매층에서는 전자를 얻어 수소가스가 발생하게 된다.

즉, 종래 기술은 상술한 전해셀, 전해셀로 통전하기 위한 제어수단, 전해셀(의 양극측)에 순수(純水)를 공급하기 위해 설치된 순수 탱크, 전해셀에서 생성된 수소가스를 저류(貯留)하는 수소 분리탱크, 전해셀에서 생성된 산소를 저장하는 산소 분리탱크 및 이들 각 요소를 접속하는 배관부 등으로 수소·산소 공급 시스템이 구성되어 있다.

종래기술에 관한 수소·산소 공급 시스템은 전해셀을 구성하는 고체 전해질막이 매우 얇고(50∼200㎛) 부드러운 부재이므로 시스템의 운전 상태, 혹은 가스 공급량의 변동(즉, 가스 공급량의 변동에 따른 생성 가스량의 변동) 등으로 고체 전해질막에 스트레스가 생기면(고체 전해질막에 공급되는 전류값이 급변하면, 혹은 고체 전해질막의 양면에 필요 이상의 압력차가 생기면), 소정 성능을 발휘하지 못할 뿐 아니라 상술한 스트레스 등으로 고체 전해질막이 파손되는(핀 홀(pin hole) 등이 발생하는) 문제가 있었다.

또한, 종래 기술에 관한 전해셀을 구성하는 고체 전해질막은 순수를 전기 분해하여 수소 및 산소를 생성하기 위한 중요한 요소이므로, 고체 전해질막에 상술한 결함이 발생하면 수소·산소 공급 시스템을 적절히 운전할 수 없는 문제가 있었다. 즉, 필요로 되는 가스 품질을 유지할 수 없으며, 수소·산소 공급 시스템의 장수명화를 실현할 수 없는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명의 제1 예는 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 고체 전해질막에 불필요한 스트레스를 부하하지 않도록(즉, 고체 전해질막을 적절히 보호하도록) 구성된 수소·산소 공급 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 종래 기술에 관한 수소·산소 공급 시스템은 전해셀을 구성하는 고체 전해질막이 매우 얇고(50∼200㎛) 부드러운 부재이므로 시스템의 운전 상태, 혹은 가스 공급량의 변동(즉, 가스 공급량의 변동에 따른 생성 가스량의 변동) 등으로 고체 전해질막에 스트레스가 생겨 고체 전해질막이 소정의 성능을 발휘하지 못해 생성되는 수소 및 산소의 품질을 적절히 유지하기 곤란한 문제가 있었다.

그리고, 시스템을 연속 운전할 경우, 순수의 공급량, 혹은 가스의 수요량·공급량 등이 크게 변동되면 소정의 품질을 갖는 수소 및 산소를 생성시키기 곤란한 문제가 있었다.

그래서, 본 발명의 제2 예는 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 고체 전해질막에 불필요한 스트레스를 부하하지 않고(즉, 고체 전해질막을 적절히 보호하여) 생성 가스의 품질을 효과적으로 유지 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 유동하는 순수 및 생성 가스 등을 적절히 제어하여 생성 가스(공급 가스)의 품질을 효과적으로 유지 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템을 제공하는 것을 다른 과제로 한다.

또한, 종래 기술에 관한 수소·산소 공급 시스템은 전해셀을 구성하는 고체 전해질막이 매우 얇고 부드러운 부재이므로 시스템의 운전 상태, 혹은 가스 공급량의 변동(즉, 가스 공급량의 변동에 따른 생성 가스량의 변동) 등이 생기면, 고체 전해질막에 의해 적절한 가스생성이 곤란해진다(소정 성능을 발휘하지 못하게 된다). 또한, 상술했듯이 섬세한(delicate) 부재인 고체 전해질막에 스트레스가 생기면(고체 전해질막에 공급되는 전류값이 급변하면, 혹은 고체 전해질막의 양면에 필요 이상의 압력차가 생기면), 소정 성능을 발휘하지 못할 뿐 아니라 이러한 스트레스 등으로 고체 전해질막이 파손되거나(핀 홀 등이 발생하거나), 시스템 전체에 결함이 생기는 일도 있다.

즉, 종래 기술에 관한 수소·산소 공급 시스템은 여러 원인에 기인하여 생성 가스의 품질 저하나 고체 전해질막의 파손 등이 생김과 동시에, 경우에 따라서는 시스템 전체의 작동에 결함이 생기는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명의 제3 예는 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 고체 전해질막에서 생성되어 공급되는 가스의 품질 등이 저하되는 것을 방지하기 위해, 혹은 시스템 전체의 작동을 효과적으로 유지하기 위해 적절히 감시수단 등을 설치하여 필요에 따라 알람 등을 울리도록 구성된 수소·산소 공급 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 종래 기술에 관한 수소·산소 공급 시스템은 전해셀을 구성하는 고체 전해질막이 매우 얇고(500∼200㎛) 부드러운 부재이므로 시스템의 운전 상태, 혹은 가스 공급량의 변동(즉, 가스 공급량의 변동에 따른 생성 가스량의 변동) 등으로 고체 전해질막에 스트레스가 생기면(고체 전해질막에 공급되는 전류값이 급변하면, 혹은 고체 전해질막의 양면에 필요 이상의 압력차가 생기면), 소정의 성능을 발휘하지 못할 뿐 아니라 상술한 스트레스 등으로 고체 전해질막이 파손되는(핀 홀 등이 발생하는) 문제가 있었다.

또한, 종래 기술에 관한 전해셀을 구성하는 고체 전해질막은 순수를 전기 분해하여 수소 및 산소를 생성하기 위한 중요한 요소이기 때문에, 고체 전해질막에 상술한 것과 같은 결함이 생기면 수소·산소 공급 시스템을 적절히 운전할 수 없는 문제가 있었다. 즉, 필요로 되는 가스 품질을 유지할 수 없고, 수소·산소 공급 시스템의 장수명화를 실현할 수 없는 문제가 있었다.

또한, 종래 기술은 통상적으로 전해셀로 통전되는 전류량이 일정하기 때문에, 전해셀에서는 이러한 일정한 전류량을 토대로 일정량의 수소 등이 생성되게 된다. 따라서, 유스 포인트(Use Point)에서 사용되는 수소 등의 양이 전해셀에서 생성되는 양 미만일 경우에는 잉여로 수소가 생성되게 된다. 이 잉여 수소는 통상적으로 단순히 방출되는 것에 불과한 것이기 때문에, 종래 기술에서는 그 분량만큼 이상의 전력이 소비되어 에너지 효율이 악화되는 문제가 있었다.

즉, 종래 기술에 관한 수소·산소 공급 시스템은 전해셀의 운전 상태 등을 특별히 제어하지 않기 때문에 상술과 같은 결함이 발생하며, 이들 결함을 미리 검지할 수도 없었다. 따라서, 종래 기술로는 전해셀, 나아가서는 수소·산소 공급 시스템의 장수명화, 고효율화를 도모하기 곤란했다.

그래서, 본 발명의 제4 예는 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 생성 가스의 사용량 등을 토대로 전해셀 등을 적절히 제어하면서 구동시켜 장수명화, 고효율화를 도모하는 것이 가능한 수소·산소 공급 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 순수(純水)를 전기 분해하여 수소가스 및 산소가스를 발생시키는 수전해 장치에 관한 것으로, 상세하게는 수전해 장치로 구성된 수소·산소 공급 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 제1 예는 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀에 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서, 상기 전해셀의 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 수소의 압력을 검지 가능한 제1 압력 검지수단과, 상기 전해셀의 상기 양극측을 통해 공급되는 상기 산소의 압력을 검지 가능한 제2 압력 검지수단과, 상기 제1 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호와 상기 제2 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호를 비교하여 소정의 차압신호를 발생시킬 수 있는 차압 검지수단과, 상기 차압신호를 토대로 상기 수소의 압력을 조정 가능한 제1 릴리프 기구와, 상기 차압신호를 토대로 상기 산소의 압력을 조정 가능한 제2 릴리프 기구를 구비하고, 상기 제1 및 제2 릴리프 기구로 상기 전해셀 내의 상기 양극측 압력과 상기 음극측 압력이 조정되는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 상기 제 1 및 제2 압력 검지수단으로 상기 양극측 및 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 산소 및 상기 수소의 압력을 항상 감시하고, 이들 검지수단 및 상기 차압 검지수단으로 얻어지는 차압신호로 각 압력을 조정 가능한 상기 제1 및 제2 릴리프 기구를 제어 가능하기 때문에, 상기 고체 전해질막 주위(양극측 및 음극측)의 압력을 정해진 범위내로 유지할 수 있다. 따라서, 상기 고체 전해질막에 불필요한 스트레스(압력 등)를 부하하지 않게 되기 때문에 효과적으로 상기 고체 전해질막을 보호하는 것이 가능한 수소·산소 공급 시스템을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 제1 릴리프기구가 상기 수소를 저류하고 있는 수소 분리탱크에 설치된 제1 릴리프 배관부와, 상기 제1 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제1 릴리프 밸브로 구성되며, 상기 제2 릴리프 기구가 상기 전해셀에서 생성된 상기 산소를 저류하고 있는 산소 분리탱크에 설치된 제2 릴리프 배관부와, 상기 제2 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제2 릴리프 밸브로 구성되는 것이 바람직하다.

이 바람직한 구성에서는 상기 각 릴리프 기구가 상기 릴리프 배관부와 상기 릴리프 밸브로 형성되어 있으며, 상기 각 릴리프 밸브가 상기 차압신호를 토대로 개폐 가능(상기 각 릴리프 배관부의 유로 지름을 조정 가능)하게 구성되어 있다. 따라서, 이 바람직한 구성에 의하면 특별히 복잡한 구성을 갖지 않고, 상기 고체 전해질막 주위의 압력을 조정하여 상기 고체 전해질막을 보호하는 것이 가능한 수소·산소 공급 시스템을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 산소 분리탱크 내의 순수를 외기에 접촉시키지 않고 순환시킬 수 있는 순수 순환 배관부가 상기 산소 분리탱크에 설치되어 있으며, 상기 순수 순환 배관부를 통해 상기 전해셀의 상기 양극측에 상기 순수가 공급되는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 상기 전해셀로는 상기 순수 순환 배관부를 통해 상기 순수가 정상적으로 공급되게 되기 때문에, 시스템을 연속 운전하는 경우라도 상기 고체 전해질막에 불필요한 스트레스를 부하하지 않고 효과적으로 상기 고체 전해질막을 보호하는 것이 가능한 수소·산소 공급 시스템을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 예에 관한 수소·산소 공급 시스템에서는 상기 순수 순환 배관부에 수질 경보수단, 수온 경보수단 및 순환수량 경보수단 중 적어도 하나가 설치되어 있는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 상기 전해셀에 공급되고 있는 상기 순수의 전기 전도도, 수온 및 수량 중 적어도 하나를 감시하고 있기 때문에 순도가 낮은 상기 순수나 온도가 비정상적인 상기 순수, 혹은 양이 비정상적인 상기 순수가 공급되기 전에 경보 등을 울리는 것이 가능해진다. 따라서, 이 바람직한 구성에 의하면 불순물 등에 의한 상기 고체 전해질막의 오염, 온도 상승에 따른 막 열화 및 물이 공급되지 않아 소손(燒損)될 우려 등을 사전에 인식할 수 있게 되기 때문에, 상기 고체 전해질막에 불필요한 스트레스를 부하하지 않고 효과적으로 상기 고체 전해질막을 보호하는 것이 가능한 수소·산소 공급 시스템을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 전해셀에 소정값의 전류를 공급함으로써 상기 수소 및 상기 산소가 생성되도록 구성되어 있으며, 상기 전해셀에 상기 전류를 공급하지 않는 상태로부터 상기 소정값의 전류를 공급하는 상태에 달할 때까지 소정 시간을 갖도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이 바람직한 구성에서는 상기 전해셀에 순간적으로 상기 소정값의 전류를 공급하는 것이 아니라 상기 소정값의 전류를 공급할 때까지 소정 시간(예를 들면, 0∼600A까지의 전류를 공급할 때 30초 정도의 시간)을 갖도록 구성되어 있다. 따라서, 이 바람직한 구성에 의하면, 상기 고체 전해질막에 갑자기 전류가 부하되는 일은 없기 때문에 상기 고체 전해질막에 대한 전기적인 스트레스를 부하하지 않게 되어, 효과적으로 상기 고체 전해질막을 보호하는 것이 가능한 수소·산소 공급 시스템을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 전해셀이 상기 순수로 채워진 후에 상기 전해셀에 대한 전류의 공급이 개시되는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 상기 전해셀이 상기 순수로 채워지고 나서 상기 전류가 공급되기 때문에, 상기 고체 전해질막에 대한 전기적인 스트레스를 부하하 않는 것이 가능해져 효과적으로 상기 고체 전해질막을 보호할 수 있다. 즉, 상기 전해셀 내에 순수가 채워지지 않은 상태에서 통전되면, 국부적으로 온도가 상승하여 소손될 우려 등이 있는데, 이 바람직한 구성에 의하면, 순수의 공급 상태와 통전 개시시를 적절히 제어함으로써 전기 분해에 따른 발열을 순수로 냉각 가능하기 때문에, 이러한 문제점을 효과적으로 해소할 수 있다.

본 발명의 제2 예는 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀에 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서, 상기 음극측이 상기 양극측보다도 높은 압력, 혹은 상기 양극측이 상기 음극측보다도 높은 압력 중 어느 한 압력으로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 상기 전해셀 내의 상기 음극측(혹은 상기 양극측)의 압력이 높게 설정되어 있기 때문에, 상기 양극측에서 상기 음극측으로(혹은 상기음극측에서 상기 양극측으로) 생성 가스 등이 투과되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 음극측(혹은 상기 양극측)의 압력을 높게 설정함으로써 상기 음극측에서 생성되는 상기 수소로(혹은 상기 양극측에서 생성되는 상기 산소로) 상기 양극측에서 생성되는 상기 산소(혹은 상기 음극측에서 생성되는 상기 수소)의 혼입을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 이러한 구성에 의하면 고품질 생성 가스(고순도의 수소가스 혹은 고순도의 산소가스)를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 제2 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 전해셀의 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 수소의 압력을 검지 가능한 제1 압력 검지수단과, 상기 전해셀의 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 산소의 압력을 검지 가능한 제2 압력 검지수단과, 상기 제1 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호와 상기 제2 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호를 비교하여 소정의 차압신호를 발생시킬 수 있는 차압 검지수단과, 상기 차압신호를 토대로 상기 수소의 압력을 조정 가능한 제1 릴리프 기구와, 상기 차압신호를 토대로 상기 산소의 압력을 조정 가능한 제2 릴리프 기구를 구비하고, 상기 제1 및 제2 릴리프 기구로 상기 전해셀 내의 상기 양극측 압력과 상기 음극측 압력이 조정되는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 상기 제1 및 제2 압력 검지수단으로 상기 양극측 및 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 산소 및 상기 수소의 압력을 항상 감시하고, 이들 검지수단 및 상기 차압 검지수단으로 얻어지는 차압신호에 의해 각 압력을 조정 가능한 상기 제1 및 제2 릴리프 기구를 제어할 수 있다. 따라서, 이 바람직한 구성에 의하면 쉽게, 특히 스트레스를 주지 않고 상기 고체 전해질막의 상기음극측 압력을 높게 설정할 수 있기 때문에 효과적으로 상기 고제 전해질막을 보호하여 고품질 생성 가스(고순도 수소가스 혹은 고순도 산소가스)를 얻는 것이 가능해 진다.

또한, 본 발명의 제2 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 제 1 릴리프 기구가 상기 수소를 저류하고 있는 수소 분리탱크에 설치된 제1 릴리프 배관부와, 상기 제1 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제1 릴리프 밸브로 구성되고, 상기 제2 릴리프 기구가 상기 전해셀에서 생성된 상기 산소를 저류하고 있는 산소 분리탱크에 설치된 제2 릴리프 배관부와, 상기 제2 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제2 릴리프 밸브로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이 바람직한 구성에서는 상기 각 릴리프 기구가 상기 릴리프 배관부와 상기 릴리프 밸브로 형성되어 있으며, 상기 각 릴리프 밸브가 상기 차압신호를 토대로 개폐 가능(상기 각 릴리프 배관부의 유로 지름을 조정 가능)하도록 구성되어 있다. 따라서, 이 바람직한 구성에 의하면, 특별히 복잡한 구성을 갖지 않고, 상기 고체 전해질막 주위의 압력을 조정하여 상기 고체 전해질막을 보호하여 고품질의 생성 가스를 얻는 것이 가능한 수소·산소 공급 시스템을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 산소 분리탱크 내에 전해셀을 수납함과 동시에 상기 산소 분리탱크 내의 순수를 외기에 접촉시키지 않고 순환시킬 수 있는 순수 순환 배관부가 상기 산소 분리탱크에 설치되어 있으며, 상기 순수 순환 배관부를 통해 상기 전해셀의 상기 양극측으로 상기 순수가 공급되는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 상기 전해셀로는 상기 순수 순환 배관부를 통해 상기 순수가 정상적으로 공급되게 되기 때문에, 안정된 품질의 생성 가스를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 구성에 의하면, 시스템을 연속 운전할 경우라도 상기 고체 전해질막에 불필요한 스트레스를 부하하지 않고 상기 순수가 안정되게 공급되기 때문에 상기 고체 전해질막을 효과적으로 보호하여 안정된 품질의 생성 가스를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 수소를 공급하기 위한 수소가스 공급 배관부와 상기 수소가스 공급 배관부에 설치된 수소가스 유량 제어수단을 갖고, 상기 수소가스 유량 제어수단이 유량 검지수단과 정격유량 제어 밸브로 구성되어 있으며, 상기 수소의 공급유량을 상기 유량 검지수단으로 검지하고, 상기 유량 검지수단에서의 검지신호를 토대로 상기 정격유량 제어 밸브를 조정함으로써 상기 수소가스 공급 배관부 속을 유통하는 상기 수소가 정격유량이 되도록 제어되는 구성인 것이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 상기 수소가스 공급 배관부의 후류측에서 상기 수소·산소 공급 시스템에서 생성 가능한 상기 수소가 허용량을 넘게 수요되어 그 수요에 대응하도록 상기 전해셀에 어떠한 신호가 송신된 경우더라도, 상기 수소가스 공급 배관부에서 상기 수소의 공급량을 정격유량으로 제한하고 있기 때문에 과잉(상기 전해셀의 적절한 생성량을 넘는) 수소가 상기 수소가스 공급 배관부 내를 유통하는 일은 없다. 따라서, 이 바람직한 구성에 의하면, 상기 수소가스 공급 배관부 후류측에서의 상기 수소의 사용량이 어떻게 변동되었다 해도 상기 수소가스 공급 배관부에서 정격유량 이상의 상기 수소가 흐르는 일은 없기 때문에, 상기 전해셀의 과잉 운전을 효과적으로 방지하여 상기 수소의 품질을 일정하게 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 여기서는 생성 가스로서 고순도의 수소를 얻기 위한 시스템을 나타내고 있는데, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것이 아니라 고순도의 산소가스를 얻기 위한 시스템으로 해도 좋다. 이러한 시스템은 상기 산소를 공급하기 위한 산소가스 공급 배관부와 상기 산소가스 공급 배관부에 설치된 산소가스 유량 제어수단을 갖고, 상기 산소가스 유량 제어수단이 유량 검지수단과 정격유량 제어 밸브로 구성되어 있으며, 상기 산소의 공급유량을 상기 유량 검지수단으로 검지하고, 상기 유량 검지수단에서의 검지신호를 토대로 상기 정격유량 제어 밸브를 조정함으로써 상기 산소가스 공급 배관부 속을 유통하는 상기 산소가 정격유량이 되게 제어되도록 구성되면 좋다.

또한, 본 발명의 제2 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 전해셀에 상기 순수를 공급하기 위한 순수 탱크가 설치되어 있으며, 상기 순수 탱크 속의 상기 순수가 상기 전해셀에서 생성되는 상기 산소로 버블링(bubbling)되는 구성인 것이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 상기 순수를 상기 산소로 버블링함으로써 상기 순수중의 불순물인 공기(중의 특히 질소)를 효과적으로 배제 가능하기 때문에, 더 높은 순도의 수소 혹은 산소를 얻는 것이 가능해 진다.

본 발명의 제3 예는 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀에 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 한쪽이 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서, 상기 수소를 공급하기 위한 수소가스 공급 배관부와 상기 산소를 공급하기 위한 산소가스 공급 배관부가 설치되어 있으며, 상기 산소가스 공급 배관부에 수소가스 검출수단이 설치된 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 상기 산소가스 공급 배관부에 상기 수소가스 검출수단을 설치함으로써, 상기 산소중의 상기 수소의 혼입량 또는 농도 등을 검지하는 것이 가능해진다. 따라서, 이 구성에 의하며, 상기 수소가스 검출수단에서 상기 수소 혼입량(농도)의 변동 등을 감시함으로써 상기 고체 전해질막에서의 핀 홀 등의 발생을 검지하는 것이 가능해지며, 생성 가스의 품질이 저하되는 것 등을 방지할 수 있다. 또한, 여기서는 상기 수소가스 검출수단으로 상기 산소중의 수소를 검지한 후의 제어 등은 특별히 나타나지 않았지만, 필요에 따라 적절히 알람을 발생하기 위한 경보수단 등을 설치해도 좋다. 또한, 여기서는 수소를 주로 사용할 경우의 구성(즉, 고순도의 수소를 얻기 위해 산소중의 수소 농도를 감시하는 구성)에 대해 설명했지만, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것이 아니라 산소를 주로 사용할 경우에는 상술한 구성과 같은 사상을 토대로 고순도의 산소를 얻기 위해 수소중의 산소 농도를 감시하는 구성으로 해도 좋다.

또한, 본 발명의 제3 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 음극측이 상기 양극측보다도 높은 압력으로 설정되어 있는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에서는 상기 전해셀 내의 상기 음극측(수소가스 발생측)은 상기 양극측(산소가스 생성측)보다도 높은 압력이 되도록 구성되어 있기 때문에, 상기 고체 전해질막에 핀 홀 등이 발생하면 바로 상기 음극측에서 상기 양극측으로 상기 수소가 혼입되고, 상기 수소가 혼입된 상기 산소가 상기 산소가스 공급 배관부를 통해 공급되게 된다. 따라서, 이 바람직한 구성에 의하면, 상기 고체 전해질막에 핀 홀 등이 발생한 경우에는 이러한 파손(핀 홀 등)을 조기에 발견하는 것이 가능해지기 때문에, 시스템을 효과적으로 보수 관리할 수 있다.

또한, 상술한 구성은 수소를 주로 사용하는 경우로, 산소를 주로 사용하는 경우에는 상기 양극측이 상기 음극측보다도 높은 압력으로 설정되어 있는 구성이 바람직하다. 이러한 구성으로 하면, 효과적으로 수소중의 산소 농도를 감시하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 제3 예는 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀에 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서, 상기 수소를 반송할 수 있는 수소가스 반송 배관부를 이용해 상기 전해셀과 상기 수소를 저류 가능하게 구성된 수소 분리탱크가 접속되며, 상기 수소가스 반송 배관부 및 상기 수소 분리탱크를 통해 상기 전해셀에서 생성된 상기 수소가 공급되도록 구성되어 있으며, 상기 수소가스 반송 배관부에는 수소가스 반송 밸브와 상기 수소가스 반송 밸브를 우회하도록 형성된 바이패스(bypath) 배관부가 설치되며, 상기 바이패스 배관부에는 역지 밸브가 설치되어 있으며, 상기 바이패스 배관부에 소정의 압력이 작용한 경우에 상기 전해셀로부터 상기 수소 분리탱크에 상기 수소를 유통시키도록 상기 역지 밸브가 개방되는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에서는 상기 역지 밸브는 소정값 이상의 압력이 작용한 경우에만 개방되기 때문에 통상적으로는 상기 역지 밸브가 설치된 상기 바이패스 배관부에서는 상기 전해셀로부터 상기 수소 분리탱크로 상기 수소는 유통되지 않는다. 즉, 소정값 이상의 압력이 작용했을 때, 비로소 상기 역지 밸브가 개방되어 상기 바이패스 배관부를 통해 상기 전해셀로부터 상기 수소 분리탱크로 상기 수소가 유통하게 된다. 따라서, 이러한 구성에 의하면, 상기 수소가스 반송 밸브에 어떠한 결함이 생겨 상기 수소가 상기 수소가스 반송 배관부 속을 유통할 수 없는 상태가 되었다 해도, 상술했듯이 상기 바이패스 배관부에 소정값 이상의 압력이 작용한 경우에는 상기 역지 밸브를 통해 상기 수소가 반송되게 된다. 따라서, 상기 수소가스 반송 밸브에 결함이 생겼다 해도, 그 때의 압력이 상기 전해셀로 역류하기 전에 상기 역지 밸브가 열려 상기 수소가스 반송 배관부, 상기 바이패스 배관부 및 상기 역지 밸브를 통해 상기 수소를 적절히 유통시키는 것이 가능해지기 때문에 상기 전해셀을 구성하는 상기 고체 전해질막의 파손 등을 효과적으로 방지하고, 나아가서는 시스템 전체의 적절한 운전 상태를 효과적으로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 예는 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀에 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서, 상기 수소를 반송할 수 있는 수소가스 반송 배관부를 이용해 상기 전해셀과 상기 수소를 저류 가능하게 구성된 수소 분리탱크가 접속되고, 상기 수소 분리탱크 속의 순수를 상기 전해셀 측으로 순환시킬 수 있도록 상기 수소 분리탱크에는 순수 귀환 배관부가 접속되어 있으며, 상기 순수 귀환 배관부에는 수소 방출 배관부를 갖는 가스 스크러버(scrubber)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 수소 압력하에서 귀환 순수중에 용존되어 있는 수소가스를 일단 가스 스크러버로 대기압에 개방함으로써 안전하게 계외로 방출하고, 그 후 순수 탱크(보급수 탱크)로 귀환시킬 수 있다. 따라서, 순수 탱크(보급수 탱크) 내에서 귀환 순수로부터의 용존 수소의 방출을 방지하여 순수 탱크(보급수 탱크) 내의 공기와 수소의 혼합을 방지하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제4 예는 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀에 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서, 상기 전해셀의 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 수소의 압력을 검지하는 제1 압력 검지수단과, 상기 제1 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호를 토대로 상기 전해셀에 공급되는 전류를 제어하는 전류값 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 상기 수소의 압력 변동(이른바 수소 사용량의 변동)을 나타내는 상기 압력 검지신호를 토대로 상기 전류값 제어수단으로부터 상기 전해셀(수전해 장치)에 적절한 전류가 공급되기 때문에, 생성되는 상기 수소 및 상기 전해셀(수전해 장치)로 공급되는 전류를 낭비하지 않는 것이 가능해진다. 즉, 상기 수소를 사용하는 만큼만 상기 전해셀을 구동시키기 때문에, 고효율화를 실현 가능한 수소·산소 공급 시스템을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제4 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은, 상기 전류값 제어수단에서 정류기를 이용한 정류기 PID 제어가 행해지는 구성이 바람직하다. 여기서, 정류기를 이용한 정류기 PID 제어란 상기 전해셀에 의해 생성되는 수소의 현재 압력값인 압력 검지신호를 시퀀서(sequencer) 또는 조절계로 송신해 PID 제어하고, 여기서 얻어진 지령값을 정류기로 송신해 이 지령값을 토대로 한 전류를 정류기로부터 상기 전해셀에 공급하여 제어하는 것을 말한다.

또한, 본 발명의 제4 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 전해셀에서 생성된 상기 산소를 저류하는 산소 분리탱크와, 상기 산소 분리탱크 내의 순수를 외기에 접촉시키지 않고 순환시킬 수 있는 순수 순환 배관부가 설치되어 있으며, 상기 순수 순환 배관부를 통해 상기 산소 분리탱크로부터 상기 전해셀의 상기 양극측으로 상기 산소 분리탱크 내의 상기 순수가 공급되는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 폐회로인 상기 순수 순환 배관부를 통해 상기 전해셀로 순수가 공급되기 때문에, 상기 전해셀 및 상기 산소 분리탱크는 비교적 높은 밀폐성을 유지할 수 있다. 즉, 상기 전해셀을 구동시키지 않아도 소정의 가스 압력을 얻을 수 있다. 따라서, 생성 가스의 압력에 특별히 변동이 없는 경우에는상기 전해셀에 대한 전류의 공급을 정지하는 것도 가능하다. 따라서, 이 바람직한 구성에 관한 수소·산소 공급 시스템은 적절한 압력의 생성 가스 등을 계속 공급하면서 상기 전해셀을 0∼100% 범위에서 구동시키는 것이 가능해진다. 또한, 이 바람직한 구성에 의하면, 상기 전해셀에 대해서는 상기 순수 순환 배관부를 통해 상기 순수가 정상적으로 공급되게 되기 때문에, 안정된 품질의 생성 가스를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 구성에 의하면, 시스템을 연속 운전할 경우더라도 상기 고체 전해질막에 불필요한 스트레스를 부하하지 않고 상기 순수가 안정되게 공급되기 때문에, 상기 고체 전해질막을 효과적으로 보호하여 안정된 품질의 생성 가스를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제4 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 순수 순환 배관부에 수질 경보수단, 수온 경보수단 및 순환수량 경보수단 중 적어도 하나가 설치되어 있는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하며, 상기 전해셀로 공급되는 상기 순수의 전기 전도도, 수온 및 수량 중 적어도 하나를 감시하고 있기 때문에, 순도가 낮은 상기 순수나 온도가 비정상적인 상기 순수, 혹은 양이 비정상적인 상기 순수가 공급되기 전에 경보 등을 울리는 것이 가능해진다. 따라서, 이 바람직한 구성에 의하면, 불순물 등에 의한 상기 고체 전해질막의 오염, 온도 상승에 따른 막 열화 및 물이 공급되지 않아 소손될 우려 등을 사전에 인식 가능하게 되기 때문에, 상기 고체 전해질막에 불필요한 스트레스를 부하하지 않고 효과적으로 상기 고체 전해질막을 보호하는 것이 가능한 수소·산소 공급 시스템을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제4 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 수소를 공급하기 위한 수소가스 공급 배관부와 상기 수소가스 공급 배관부에 설치된 수소가스 유량 제어수단을 갖고, 상기 수소가스 유량 제어수단이 유량 검지수단과 정격유량 제어 밸브로 구성되어 있으며, 상기 수소의 공급유량을 상기 유량 검지수단으로 검지하고, 상기 유량 검지수단에서의 검지신호를 토대로 상기 정격유량 제어 밸브를 조정함으로써 상기 수소가스 공급 배관부 속을 유통하는 상기 수소가 정격유량을 넘지 않도록 제어되는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 상기 수소가스 공급 배관부의 후류측에서 상기 수소·산소 공급 시스템에서 생성 가능한 수소가 허용량을 넘게 수요되어 그 수요에 대응하도록 상기 전해셀에 어떠한 신호가 송신된 경우라도, 상기 수소가스 공급 배관부에서 상기 수소의 공급량을 정격유량으로 제한하고 있기 때문에 과잉(상기 전해셀의 적절한 생성량을 넘는) 수소가 상기 수소가스 공급 배관부 내를 유통하는 일은 없다. 따라서, 상기 수소가스 공급 배관부 후류측의 상기 수소의 사용량이 어떻게 변동되었다 해도 상기 수소가스 공급 배관부에서 정격유량 이상의 상기 수소가 흐르는 일은 없기 때문에, 상기 전해셀의 과잉 운전을 방지하여 상기 전해셀(특히 고체 전해질막)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 상기 수소의 사용량이 어떻게 변동되었다 해도 상기 수소가스 공급 배관부에서 정격유량 이상의 상기 수소가 흐르는 일은 없기 때문에, 공급되는 상기 수소의 품질을 일정하게 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 여기서는 생성 가스로서 고순도의 수소를 얻기 위한 시스템을 나타내고 있는데, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것이 아니라, 고순도의산소가스를 얻기 위한 시스템으로 해도 좋다. 이러한 시스템은 상기 산소를 공급하기 위한 산소가스 공급 배관부와, 상기 산소가스 공급 배관부에 설치된 산소가스 유량 제어수단을 갖고, 상기 산소가스 유량 제어수단이 유량 검지수단과 정격유량 제어 밸브로 구성되어 있으며, 상기 산소의 공급유량을 상기 유량 검지수단으로 검지하고, 상기 유량 검지수단에서의 검지신호를 토대로 상기 정격유량 제어 밸브를 조정함으로써, 상기 산소가스 공급 배관부 속을 유통하는 상기 산소가 정격유량을 넘지 않게 제어되도록 구성되면 좋다.

또한, 본 발명의 제4 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 전해셀에서 생성된 상기 수소를 저류하는 수소 분리탱크와 상기 수소 분리탱크 내의 순수를 상기 전해셀 측으로 귀환시키는 순수 귀환 배관부가 설치되어 있으며, 상기 순수 귀환 배관부에는 수소 방출 배관부를 갖는 가스 스크러버가 배치되어 있는 구성이 바람직하다.

본 발명의 제4 예에 관한 시스템은 상기 전해셀과 상기 수소 분리탱크가 수소가스 반송 배관부에 접속되고, 상기 수소 분리탱크와 순수 탱크가 상기 순수 귀환 배관부에 접속됨으로써 상기 수소 분리탱크 내의 순수를 상기 전해셀 측으로 귀환시키도록 구성되어 있다. 즉, 상기 순수 탱크, 상기 전해 탱크 및 상기 수소 분리탱크는 상기 순수 공급 배관부, 상기 수소가스 반송 배관부 및 상기 순수 귀환 배관부에 의해 폐회로로 구성되어 있다. 그리고 상기 수소 분리탱크로부터 상기 순수 귀환 배관부로 반송되는 순수에는 수소가 용존되어 있어, 만약 이 폐회로 속의 순환을 연속 반복한다고 하면 그 용존률은 계속 높아져 시스템 구성상 바람직하지않다. 즉, 상기 수소 분리탱크로부터 배출되는 순수중에는 수소 발생 압력하의 용존 수소가 포함되어 있어 이들을 그대로 상기 순수 탱크로 귀환시켰을 경우, 압력이 대기압에 개방되기 때문에 감압에 따라 차압분의 용존수소가 가스화되어 방출된다. 그러면, 상기 순수 탱크 내에서 수소와 공기가 혼합되어 서서히 수소 농도가 상승하여 각종 결함이 생길 가능성이 있다. 그래서 본 발명의 제4 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 순수 귀환 배관부의 소정 개소에 상기 가스 스크러버를 배치하여 상술한 결함을 해소하도록 구성되어 있다.

또한, 본 발명의 제4 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 음극측이 상기 양극측보다도 높은 압력으로 설정되어 있는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 상기 전해셀 내의 상기 음극측의 압력이 높게 설정되어 있기 때문에, 상기 양극측으로부터 상기 음극측으로 생성 가스 등이 투과되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 상기 음극측의 압력을 높게 설정함으로써 상기 음극측에서 생성되는 상기 수소로 상기 양극측에서 생성되는 상기 산소가 혼입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 고품질의 생성 가스를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 여기서는 생성 가스로서 고순도의 수소가스를 얻기 위한 시스템을 나타내고 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것이 아니라 고순도의 산소가스를 얻기 위한 시스템으로 해도 좋으며, 이러한 시스템을 구성하기 위해서는 상기 양극측을 상기 음극측보다도 높은 압력으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 이 바람직한 구성에 의하면, 주로 사용하는 가스의 압력을 높임으로써, 고순도의 생성 가스를 효율적으로 빼내는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 제4 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 전해셀에 소정값의 전류를 공급하여 상기 수소 및 상기 산소가 생성되도록 구성되어 있으며, 상기 전해셀에 상기 전류를 공급하지 않은 상태로부터 상기 소정값의 전류를 공급하는 상태에 달할 때까지 소정 시간을 갖도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이 바람직한 구성에서는 상기 전해셀에 순간적으로 상기 소정값의 전류를 공급하는 것이 아니라, 상기 소정값의 전류를 공급할 때까지 소정 시간(예를 들면 0∼600A까지의 전류를 공급할 때 30초 정도의 시간)을 갖도록 구성되어 있다. 따라서, 이 바람직한 구성에 의하면 상기 고체 전해질막에 갑자기 전류가 부하되는 일은 없기 때문에, 상기 고체 전해질막에 대한 전기적인 스트레스를 부하하지 않아 효과적으로 상기 고체 전해질막을 보호하는 것이 가능해 지며, 수소·산소 공급 시스템의 장수명화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 제4 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 전해셀이 순수로 채워진 후, 상기 전해셀에 대한 전류의 공급이 개시되는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 상기 전해셀이 상기 순수로 채워지고 나서 상기 전류가 공급되기 때문에, 상기 고체 전해질막에 대한 전기적인 스트레스를 부하하지 않는 것이 가능해져 효과적으로 상기 고체 전해질막을 보호할 수 있다. 즉, 상기 전해셀 내에 순수가 채워지지 않은 상태에서 통전되면, 국부적으로 온도가 상승하여 소손 등이 일어날 우려가 있지만, 이 바람직한 구성에 의하면, 순수의 공급 상태와 통전 개시시를 적절히 제어함으로써 전기 분해에 따른 발열을 순수로 냉각 가능하기 때문에, 이러한 문제점을 효과적으로 해소할 수 있고, 시스템의 장수명화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 제4 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상기 전해셀의 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 수소의 압력을 검지하는 상기 제1 압력 검지수단과, 상기 전해셀의 상기 양극측을 통해 공급되는 상기 산소의 압력을 검지하는 제2 압력 검지수단과, 상기 제1 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호와 상기 제2 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호를 비교하여 소정의 차압신호를 발생시킬 수 있는 차압 검지수단과, 상기 차압신호를 토대로 상기 수소의 압력을 조정 가능한 제1 릴리프 기구와, 상기 차압신호를 토대로 상기 산소의 압력을 조정 가능한 제2 릴리프 기구를 구비하고, 상기 제1 및 제2 릴리프 기구로 상기 전해셀 내의 상기 음극측 압력과 상기 양극측 압력이 조정되고 있는 구성이 바람직하다.

이 바람직한 구성에 의하면, 상기 제1 및 제2 압력 검지수단으로 상기 양극측 및 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 산소 및 상기 수소의 압력을 항상 감시하고, 이들의 검지수단 및 상기 차압 검지수단으로 얻어지는 차압신호에 의해 각 압력을 조정 가능한 상기 제1 및 제2 릴리프 기구를 제어 가능하기 때문에, 상기 고체 전해질막의 주위(양극측 및 음극측)의 압력을 정해진 범위 내로 유지할 수 있다. 따라서, 이 바람직한 구성에 의하면, 상기 고체 전해질막에 불필요한 스트레스(압력 등)를 부하하지 않게 되기 때문에 효과적으로 상기 고체 전해질막을 보호하고, 수소·산소 공급 시스템의 장수명화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 제4 예에 관한 수소·산소 공급 시스템은, 상기 제1 릴리프 기구가 상기 수소를 저류하고 있는 수소 분리탱크에 설치된 제1 릴리프 배관부와,상기 제1 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제1 릴리프 밸브로 구성되고, 상기 제2 릴리프 기구가 상기 산소를 저류하고 있는 산소 분리탱크에 설치된 제2 릴리프 배관부와, 상기 제2 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제2 릴리프 밸브로 구성되는 것이 바람직하다.

이 바람직한 구성에서는 상기 각 릴리프 기구가 상기 릴리프 배관부와 상기 릴리프 밸브로 형성되어 있으며, 상기 각 릴리프 밸브가 상기 차압신호를 토대로 개폐 가능(상기 각 릴리프 배관부의 유로 지름을 조정 가능)하도록 구성되어 있다. 따라서, 이 바람직한 구성에 의하면, 특별히 복잡한 구성을 갖지 않고, 상기 고체 전해질막 주위의 압력을 조정하여 상기 고체 전해질막을 보호하는 것이 가능한 수소·산소 공급 시스템을 얻을 수 있다.

<도면의 간단한 설명>

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템의 개략적인 계통도이다.

도 2는 도 1에 도시된 수소·산소 공급 시스템을 구성하는 수전해 장치를 이루는 전해셀의 일예를 도시하는 개략도이며, 도 2(a)는 전해셀의 평면도, 도 2(b)는 도 2(a)의 일부를 단면으로 한 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 화살표 방향으로 본 측면도이다.

도 3은 도 2(a)의 Ⅱ-Ⅱ선 단면 중 요부를 도시하는 단면도이다.

도 4는 도 2(a)의 Ⅲ-Ⅲ선 단면 중 요부를 도시하는 단면도이다.

도 5는 본 실시예에 관한 전해셀을 구성하는 전극판 유닛의 분해 사시도이다.

도 6은 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템을 운전할 때의 플로우차트이다.

도 7은 본 실시예에 관한 순수 공급 제어의 일예를 도시하는 플로우차트이다.

도 8은 본 실시예에 관한 전류값 제어의 일예를 도시하는 플로우차트이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템의 개략적인 계통도의 일부를 도시하는 도이다.

도 10은 도 1의 수소·산소 공급 시스템을 구성하는 수소가스 검출수단 주변의 다른 구성을 도시하는 부분 확대도이다.

이하, 도면을 토대로 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템의 개략적인 계통도를 도시한 것이다.

본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 전해셀로 구성된 수전해 장치(1)를 중심으로 이 수전해 장치(1)에 순수를 공급하기 위한 순수 탱크(3) 및 수전해 장치(1)에서 발생된 수소를 저류하여 공급하기 위한 수소 분리탱크(4) 등으로 구성되어 있다. 이하, 더 상세히 설명한다.

본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 수전해 장치(1)를 구비한 산소 분리탱크(전해 탱크)(2)로 순수를 공급하기 위해 순수 공급 배관부(5)를 통해 순수 탱크(3)가 접속되어 있다. 또한 순수 공급 배관부(5)에는 순수 탱크(3)에 저류된순수를 전해 탱크(2)로 보급(공급)하기 위해 보급수 펌프(6)가 설치되어 있다.

순수 탱크(3)에는 순수 탱크(3) 내의 순수 저류량을 검지하는 순수 탱크 수위계(3L)가 설치되어 있으며, 이 순수 탱크 수위계(3L)로 얻어진 검지신호는 순수 탱크(3)에 순수를 공급하기 위해 설치된 순수 공급부의 순수 공급 밸브(3A)로 송신된다. 그리고, 순수 탱크(3) 내의 순수 저류량은 순수 탱크 수위계(3L)의 검지신호를 토대로 순수 공급 밸브(3A)를 조정함으로써 적절히 제어된다.

전해 탱크(2) 내에는 전해 탱크(2) 내의 순수 저류량을 검지하는 전해 탱크 수위계(2L)가 설치되어 있으며, 이 전해 탱크 수위계(2L)로 얻어진 검지신호는 보급수 펌프로 송신된다. 그리고, 전해 탱크(2) 내의 순수 저류량은 전해 탱크 수위계(2L)의 검지신호를 토대로 보급수 펌프(6)의 구동 상태를 적절히 조정함으로써 제어된다.

또한, 전해 탱크(2)에는 전해 탱크(2) 내의 순수를 순환하여 재이용하기 위해 순수 순환 배관부(7)가 설치되어 있으며, 이 순수 순환 배관부(7)는 전해 탱크(2) 내의 순수를 전해 탱크(2) 밖으로 빼낸 후에 다시 수전해 장치(1)(를 구성하는 전해셀)의 순수 공급 구멍(후술한다)으로 공급 가능하도록 배관 구성되어 있다. 그리고, 이 순수 순환 배관부(7)에는 순수를 순환시키기 위한 순환수 펌프(8), 순수를 열교환하기 위한(순수의 온도를 저하시키기 위한) 열 교환기(9), 순수의 순도를 높이기 위한 폴리셔(polisher)(10) 및 순수를 여과하거나 하기 위한 필터(11) 등이 설치되어 있다. 폴리셔(10)로는, 예를 들면 이온 교환 수지 등으로 이루어지는 비재생 폴리셔가 이용된다.

또한, 이 순수 순환 배관부(7)에는 순수 순환 배관부(7) 속의 순수의 수질(전기 전도도)을 감시하여 필요한 경우(소정의 전기 전도도(예를 들면, 0.2㎲/㎝)를 넘은 경우 등)에는 경보를 울리는 수질 경보수단(12) 및 순수 순환 배관부(7) 속 순수의 온도를 감시하여 필요한 경우(소정의 온도 범위(예를 들면 40∼45℃)를 넘는 경우 등)에는 경보를 울리는 수온 경보수단(13)이 설치되어 있다.

또한, 이 순수 순환 배관부(7)를 순환하는 순수는 산소가스를 용존한 순수이기 때문에, 순수로부터 순수 순환 배관부(7) 속에 용존 산소가 배출되는 경우가 있다. 이렇게 산소가스가 배출되면, 순수 순환 배관부(7)에 설치되어 있는 순환수 펌프(8), 폴리셔(10), 혹은 필터(11) 등에 산소가스가 괴고, 이러한 산소가스가 순수의 순환에 결함을 발생시킬 우려가 있다. 그래서, 본 실시예에서는 순환수 펌프(8), 폴리셔(10) 및 필터(11) 중 적어도 어느 한 개소에 가스 배출구가 설치되어 있다.

전해 탱크(2) 내의 수전해 장치(1)에서 생성된 수소가스는 약간의 순수와 함께 수소가스 반송 배관부(14)를 통해 수소 분리탱크(4)로 보내진다. 이 수소가스 반송 배관부(14)에는 수소가스 반송 밸브(18)가 설치됨과 동시에 수소가스 반송 배관부(14) 상의 수소가스 반송 밸브(18)를 우회하도록 바이패스 배관부(19)가 설치되어 있다. 그리고, 이 바이패스 배관부(19)에는 역지 밸브(20)가 설치되어 있다.

수소 분리탱크(4)에는 수소 분리탱크(4) 내의 순수 저류량을 감지하는 수소 분리탱크 수위계(4L)가 설치되어 있으며, 이 수소 분리탱크 수위계(4L)에서 얻어진 검지신호는 수소 분리탱크(4)로부터 순수 탱크(3)로 순수를 귀환시키기 위해(순수를 배출하여 재이용하기 위해) 설치된 순수 귀환 배관부(15)의 순수 배출 밸브(4A)로 송신된다. 그리고, 수소 분리탱크 수위계(4L)로 수소 분리탱크(4) 내에 소정량 이상의 순수가 저류되어 있다고 판단되면, 수소 분리탱크 수위계(4L)의 검지신호를 토대로 순수 배출 밸브(4A)를 조정함으로써 적절히 수소 분리탱크(4) 내의 순수 저류량이 제어되게 된다.

또한, 순수 귀환 배관부(15) 내를 유통하는 순수는, 약간이지만 수소를 용존하고 있다. 그래서, 본 실시예에서는 순수 귀환 배관부(15)에 가스 스크러버(16)를 배치하고, 이 가스 스크러버(16)에는 수소 방출 배관부(17)가 접속되어 있다. 따라서, 본 실시예에서는 수소 분리탱크(4)로부터 배출되는 순수에 용존되어 있는 수소가 적당히 제거되게 된다.

수소 분리탱크(4)에 저류되어 있는 수소가스는 수소가스의 사용 개소(도시 생략)로 수소가스 공급부(21)를 통해 반송 공급된다. 그리고, 이 수소가스 공급 배관부(21)에는 수소가스의 공급량을 조정하는 수소가스 공급 밸브(22)와 수소가스를 제습하기 위한 수소가스 제습수단(23)과 수소가스의 유량을 정격유량으로 유지하기 위한 수소가스 유량 제어수단(24)이 설치되어 있다. 이 수소가스 유량 제어수단(24)은 수소가스 공급 밸브(22)를 통해 수소가스 공급 배관부(21)를 유통하고 있는 수소가스의 유량을 검지하는 유량 검지수단(24A)과 이 유량 검지수단(24A)으로 얻어진 검지신호를 토대로 제어 가능한 정격유량 제어 밸브(24B)로 구성되어 있다.

여기서, 수소가스 제습수단(23)은 예를 들면 중공사막(中空絲膜) 등으로 구성되어 있다. 그리고, 이 수소가스 제습수단(23)은 중공사막 내부로 수소가스를 유통시켜 중공사막의 외부로 건조 공기를 유통시킴으로써 수소가스를 제습한다. 또한, 도 1에는 특별히 도시하지 않았지만, 보다 고순도(예를 들면 7N(99.99999)이상)의 수소가스를 얻고자 할 경우에는 수소가스 제습수단(23)의 후류측, 또는 수소가스 제습수단 대신 제올라이트, 활성 알루미나 등의 모레큐라 시브(morecular sieve)로 구성된 정제기(精製器)을 설치하는 구성이 바람직하다. 본 실시예는 중공사막 등을 이용한 수소가스 제습수단(23)(혹은 정제기)으로 수소가스를 제습하는 구성이므로, 종래 기술에서 필요했던 파라듐(palladium) 정제기 등을 이용할 필요가 없어진다.

또한, 수소가스 공급 밸브(22)는 후술했듯이, 수소 분리탱크(4)의 압력을 토대로 제어된다. 이 때문에, 수소 분리탱크(4)에는 제1 압력 검지수단(25)이 설치되어 있다.

또한, 수소 분리탱크(4)에는 제1 릴리프 밸브(26)를 갖는 제1 릴리프 배관부(27)가 설치되어 있다. 그리고, 이 제1 릴리프 밸브(26)는 후술했듯이, 전해 탱크(2)의 압력과 수소 분리탱크(4)의 압력을 토대로 제어되도록 구성되어 있다.

또한, 전해 탱크(2) 내의 수전해 장치(1)에서 생성된 산소가스는 전해 탱크(2)의 상부에 저류되어 산소가스의 사용 개소(도시 생략)로 산소가스 공급 배관부(31)를 통해 반송 공급된다. 그리고, 이 산소가스 공급 배관부(31)에는 산소가스의 공급량을 조정하는 산소가스 공급 밸브(32)와 산소가스를 제습하기 위한 산소가스 제습수단(33)과 산소가스 공급 배관부(31)를 유통하고 있는 산소가스 중의 수소 농도를 검출하기 위한 수소가스 검출수단(34)이 설치되어 있다.

또한, 이 수소가스 검출수단(34)에 의한 수소 농도의 검출은 소량의 샘플을 이용하여(추출하여) 실시하는 것이 가능하기 때문에, 수소가스 검출수단(34) 주변은, 예를 들면 도 10과 같이 구성해도 좋다. 즉, 도 10에 도시했듯이, 산소가스 공급 밸브(32)의 후류측에서 산소가스 공급 배관부(31)로부터 분기하는 분기 배관부(31A)를 설치하여 이 분기 배관부(31A)와의 분기점으로부터 후류측의 산소가스 공급 배관부(31)에 컨트롤 밸브(38)를 설치하고, 분기 배관부(31A)에 산소가스 제습수단(33)과 수소가스 검출수단(34)을 설치하도록 구성해도 좋다.

여기서, 산소가스 공급 밸브(32)는 후술했듯이, 전해 탱크(2)의 압력과 수소 분리탱크(4)의 압력을 토대로 제어된다. 또한, 이 산소가스 공급 밸브(32)는 필요에 따라 전해 탱크(2)의 압력(산소가스의 압력)만을 토대로 제어되는 경우도 있다. 이 때문에, 전해 탱크(2)에는 제2 압력 검지수단(35)이 설치되어 있다. 또한, 산소가스 제습수단(33)은 예를 들면 중공사막 등으로 구성되어 있다. 그리고, 이 산소가스 제습수단(33)은 중공사막의 내부로 산소가스를 유통시키고, 중공사막의 외부로 건조 공기를 유통시킴으로써 산소가스를 제습하고 있다.

또한, 전해 탱크(2)에는 제2 릴리프 밸브(36)를 갖는 제2 릴리프 배관부(37)가 설치되어 있다. 그리고, 이 제2 릴리프 밸브(36)는 후술했듯이, 전해 탱크(2)의 압력과 수소 분리탱크(4)의 압력을 토대로 제어되도록 구성되어 있다.

또한, 본 실시예에서는 제1 압력 검지수단(25)의 검지값과 제2 압력 검지수단(35)의 검지값을 비교하여 소정의 신호를 여러 밸브(26), (36)로 송신할 수 있는차압 검지수단(45)이 설치되어 있다. 또한, 본 실시예에서는 제1 압력 검지수단(25)으로부터의 압력 검지신호를 받아 수전해 장치(1)로 적절한 전류를 공급하는 전류값 제어수단(28)이 설치되어 있다. 또한, 차압 검지수단(45)으로 얻어진 신호는 필요에 따라 밸브(22), (32)를 제어할 때도 이용된다.

이상과 같이, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 수전해 장치(1)로 구성되어 있으며, 이 수전해 장치(1)는 순수와 소정의 전류를 공급함으로써 수소 및 산소를 발생시킬 수 있는 전해셀로 구성되어 있다.

다음으로, 이 전해셀의 구조를 도면을 토대로 설명한다.

도 2는 도 1에 관한 수소·산소 공급 시스템을 구성하는 수전해 장치를 이루는 전해셀의 일예의 개략도를 도시한 것으로, 도 2(a)는 전해셀의 평면도를 도시하고 있으며, 도 2(b)는 도 2(a)의 일부를 단면으로 한 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 화살표 방향으로 바라본 측면도를 도시하고 있다. 또한, 도 3은 도 2(a)의 Ⅱ-Ⅱ선 단면 중 요부를 도시하는 단면도이다. 또한, 도 4는 도 2(a)의 Ⅲ-Ⅲ선 단면 중 요부를 도시하는 단면도이다. 또한, 도 5는 본 실시예에 관한 전해셀을 구성하는 전극판 유닛의 분해 사시도를 도시한 것이다. 본 실시예에서는, 이 도 5에 도시한 전극판 유닛과 고체 전해질막 등으로 전해셀이 구성되어 있다.

도 2∼도 4에 도시한 전해셀(1)은 고체 고분자 전해질막 양면에 전극 촉매층(양극측 및 음극측 촉매층)이 설치된 고체 전해질막(102)과 전극판 유닛(103)을 복수 적층하여 구성되어 있다. 즉, 고체 전해질막(102)이 전극판 유닛(103) 사이에 끼워지도록 고체 전해질막(102)과 전극판 유닛(103)을 소정수 적층하여 구성되어 있다. 그리고, 고체 전해질막(102) 및 전극판 유닛(103)이 양단측 각각에 설치된 단판(122) 사이에 끼워져 고정 볼트(123)로 고정됨으로써 전해셀(1)이 구성되어 있다.

또한, 본 실시예에 관한 전해셀(1)에는 고정 볼트(123)에 복수의 접시 스프링(125)을 통해 너트(124)가 부착되어 있다. 그리고, 전해셀 조립시에는 고체 전해질막(102) 및 전극판 유닛(103) 등을 적층한 후에 프레스기로 고정한 상태에서 고정 볼트(123) 등으로 체결된다.

전극판 유닛(103)은 티탄판제 전극판(104)의 양면측에 다공질 급전체(105)와 스페이서(106)와 실 부재(107) 등이 배설되어 구성되어 있다. 또한, 후술했듯이, 스페이서(106) 등에는 발생한 산소가스를 빼내기 위해 이용되는 산소용 구멍(113), 발생한 수소가스를 빼내기 위해 이용되는 수소용 구멍(114), 전기 분해에 이용되는 순수를 공급하기 위해 이용되는 순수용 구멍(115), (116)이 형성되어 있다.

다음으로, 도 5를 이용해 전극판(104) 및 그 주변의 구조를 상세히 설명한다.

전극판(104)은 그 안쪽 부분인 판 부분(104a)과 이 판 부분(104a)의 바깥 둘레부에 설치된 둘레 가장자리부(104b) 등으로 형성되어 있다. 또한, 이 판 부분(104a)과 둘레 가장자리부(104b) 사이에는 외측 돌출줄기(112a) 및 내측 돌출줄기(112b)가 형성되어 있다. 즉, 둘레 가장자리부(104b)의 안쪽 가장자리를 따라 실 부재(107)용 홈(111)이 굴곡으로 형성되어 있다. 이 홈(111)의 외측 및 내측은 홈(111)에 따른 돌출갈래(112a), (112b)가 되도록 굴곡되어 있다.

또한, 전극판(104)은 티탄판을 형 프레스로 성형함으로써 얻을 수 있다. 또한, 전극판 유닛(103)을 적층했을 때 접촉되는(및 접촉할 우려가 있는) 전극판(104)의 소정 부분에는 전기적 절연을 위해 코팅이 되어 있다. 예를 들면 실 부재용 홈(111)의 밑부분에는 테플론(polytetrafluoroetylene)이 코팅되어 있다.

전극판(104)의 양면측에는 그 중앙부에 각각 다공질 급전체(105A), (105C)가 배치되며, 다공질 급전체(105)의 양측에 스페이서(106)가 각각 배치되어 있다. 또한, 이 스페이서(106)는 내측 돌출줄기(112b)가 존재함으로써 하면측 스페이서(106c), (106d)가 상면측 스페이스(106a), (106b)보다도 크게 형성되어 있다.

그리고, 내측 돌출줄기(112b)의 뒷측(하면측) 데드 스페이스에는 환상(環狀) 스페이서(106e)가 끼워져 있다. 전극판(104) 및 스페이서(106)에는 대응하는 위치에 유체 통로구멍(산소용 구멍(113), 수소용 구멍(114), 순수용 구멍(115), (116))이 뚫려 있다. 구체적으로는 도 3, 도 4 및 도 5에 도시했듯이 전극판(104)의 왼쪽 스페이서(106a), (106c) 및 대응하는 전극판(104)의 소정 위치에 뚫려 있는 것은 산소용 구멍(113) 및 수소용 구멍(114)이며, 오른쪽 스페이서(106b), (106d) 및 대응하는 전극판(104)의 소정 위치에 뚫려있는 것은 순수용 구멍(115), (116)이다.

도 3, 도 4 및 도 5는 전극판(104)의 상면측 스페이스가 수소 발생실(C)이 되며, 하면측 스페이스가 산소 발생실(A)이 된다. 그리고, 전극판(104)에 굴곡으로 형성된 홈(111)에는 이들 수소 발생실(C)과 산소 발생실(A)을 외부에서 밀봉(seal)하기 위한 실 부재(107)가 끼워진다.

또한, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시했듯이, 전극판(104)의 상면 왼쪽 스페이서(106a) 하면의 산소용 구멍(113) 주위에는 Ｏ링홈(117)이 형성되어 있으며, 수소용 구멍(114)으로부터 다공질 급전체에 대향하는 가장자리까지 수소용 홈(118)이 형성되어 있다. 이 스페이서(106a) 상면의 산소용 구멍(113) 주위에도 Ｏ링홈(117)이 형성되어 있다.

또한, 전극판(104)의 하면 왼쪽 스페이서(106c) 상면의 수소용 구멍(114) 주위에는 Ｏ링홈(117)이 형성되어 있으며, 산소용 구멍(113)으로부터 다공질 급전체(105)에 대향하는 가장자리까지 산소용 구멍(119)이 형성되어 있다. 이 스페이서(106c) 하면의 수소용 구멍(114) 주위에도 Ｏ링홈(117)이 형성되어 있다.

또한, 전극판(104)의 상면 오른쪽 스페이서(106b)의 상면 및 하면과 함께 순수용 구멍(115), (116)의 주위에는 Ｏ링홈(117)이 형성되어 있다. 또한, 전극판(104)의 하면 오른쪽 스페이서(106d) 상면의 순수용 구멍(115), (116)으로부터 다공질 급전체(105)에 대향하는 가장자리까지 순수용 홈(120)이 형성되어 있다. 또한, 각 Ｏ링홈(117)에는 Ｏ링(121)이 끼워진다.

하면 오른쪽 스페이서(106d)에 형성된 순수용 홈(120)은 다른 스페이서(106a), (106c)에 형성된 수소용 홈(118) 및 산소용 홈(119)과 다른 형으로 형성되어 있다. 즉, 수소용 홈(118) 및 산소용 홈(119)은 독립된 한 개의 홈으로서 수소용 구멍(114) 및 산소용 구멍(113)으로부터 각각 형성되어 있다.

그러나, 순수용 홈(120)은 두개의 순수용 구멍(115), (116)으로부터 이들 구멍으로 연통하는 넓은 오목부분(120a)과, 이 오목부분(120a)으로부터 다공질 급전체(105)에 대향하는 가장자리까지 복수 개 형성된 작은 홈(120b)으로 구성되어 있다. 순수용 홈(120)의 오목부분(120a), 작은 홈(120b)은 대략 부채형상으로 형성되어 있다. 이는 피분해 수인 순수가 다공질 급전체(105)로 가능한 한 균일하게 미치도록 고안된 것이다.

또한, 본 실시예에서는 강도를 향상시키는 등의 목적을 위해 스페이서(106)가 티탄 등의 금속으로 형성되어 있기 때문에 각 스페이서(106)와 전극판(104) 사이에는 각 스페이서(106a), (106b), (106c), (106d)의 크기에 따른 절연 시트(109a), (109b), (109c), (109d)가 설치되어 있다. 이 절연 시트(109)에는 각각 소정의 위치에(대응하는 위치에) 유체 통로 구멍(산소용 구멍(113), 수소용 구멍(114), 순수용 구멍(115), (116))이 뚫려 있다. 또한, 수소용 구멍(114)에는 도 1에 도시한 수소가스 반송 배관부(14)가 접속되어 있다.

또한, 본 실시예에 관한 전해셀(1)은 전극판(104)의 일부인 둘레 가장자리부(104b)(판 부분(104a)의 바깥 둘레부로, 외측 돌출줄기(112a)의 바깥 둘레부)에 심(shim)(110)을 배설하도록 구성되어 있다.

본 실시예에서는 상술했듯이, 도 2∼도 5에 도시한 전해셀로 구성된 수전해 장치(전해셀)(1)로 수소·산소 공급 시스템이 형성되어 있다. 따라서, 도 1에 도시했듯이, 전해 탱크(2) 내에 설치된 수전해 장치(1)에서는 전해 탱크(2) 내의 순수가 두개의 순수용 구멍(115), (116)으로부터 순수용 홈(120)을 통해 산소 발생실(A)이 되는 전극판(104)의 하면측 다공질 급전체(105)로 순수가 공급된다. 순수는 Ｏ링(121)에 의해 수소 발생실(C)로 유입되는 것이 저지된다.

산소 발생실(A)에서 발생한 산소가스는 산소용 홈(119)으로부터 산소용 구멍(113)을 통해 전해 탱크(2) 속으로 방출되고, 전해 탱크(2) 속으로부터 산소가스 공급 배관부(31) 등을 통해 산소가스 사용 개소 등으로 공급된다. 수전해 장치(1) 속에서 산소가스는 Ｏ링(121)에 의해 수소 발생실(C)로 유입되는 것이 저지된다.

또한, 수소 발생실(C)에서 발생한 수소가스는 수소용 홈(118), 수소용 구멍(114) 및 수소가스 반송 배관부(14)를 통해 수소 분리탱크(4)로 반송된다. 수소가스는 Ｏ링(121)에 의해 산소 발생실(A)로 유입되는 것이 저지된다.

또한, 당연하지만, 본 실시예에 관한 수전해 장치 내에서는 발생한 수소가스 및 산소가스는 실 부재(107)에 의해 전극판 유닛(103)들 사이에서 외부로 누출되는 것이 방지되어 있다.

본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상술한 도 1∼도 5에 도시했듯이 구성되어 있으며, 이러한 시스템에서는 적절히 순수 공급, 전류값 등이 제어되고 있다.

도 6은 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템을 운전할 때의 플로우차트를 도시한 것이다. 이하, 도 6 등의 필요한 도면을 이용해 제어 방법을 구체적으로 설명한다.

도 6에 도시했듯이, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 우선, 스텝 601에서 전해 탱크(2)로 순수가 공급된다. 구체적으로는 보급수 펌프(6)를 구동시켜 순수 탱크(3)로부터 전해 탱크(2)로 순수를 공급한다.

다음으로, 스텝 602에서는 전해 탱크(2) 내의 순수의 저류량(수위)이 전해탱크 수위계(2L)로 검지된다.

다음으로, 스텝 603에서는 스텝 602에서의 수위 검지신호를 토대로 전해 탱크(2) 내의 수위가 소정량인지 아닌지 판단된다. 그리고, 여기서 수위가 소정량에 달한 경우에는(스텝 603에서「Yes」라 판단된 경우에는), 이어 스텝 604의 처리가 행해진다. 또한 수위가 소정량에 달하지 않은 경우에는(스텝 603에서 「No」라 판단된 경우에는), 보급수 펌프(6)를 구동시킨 상태에서 다시 스텝 602 이후의 처리가 행해진다.

다음으로, 스텝 604에서는 스텝 603의 판단을 토대로 순수 탱크(3)로부터 전해 탱크(2)에 대한 급수가 정지된다. 즉, 보급수 펌프(6)를 정지시킨다.

다음으로, 스텝 605에서는 전해셀(1)로 공급되는 순환수량이 검지된다. 즉, 이 스텝 605에서는 전해셀(1)에 대한 통전 전에 순환수 펌프(8)를 구동시켜 전해셀(1)에 순수를 공급하고 있기 때문에, 그 순환수량을 검지한다.

다음으로, 스텝 606에서는 스텝 605에서의 순환수량 검지신호를 토대로 전해셀(1)로 소정 수량이 공급되고 있는지 판단된다. 그리고, 여기서 순환수량이 소정량에 달한 경우에는(스텝 606에서 「Yes」라 판단된 경우에는), 이어 스텝 607의 처리가 행해진다. 또한, 순환수량이 소정량에 달하지 않은 경우에는(스텝 606에서 「No」라 판단된 경우에는), 스텝 607로 진행되지 않고 다시 스텝 605 이후의 처리가 행해진다(즉, 순환수 펌프(8)의 구동 및 순환수량의 검지 등이 계속 행해진다).

다음으로, 스텝 607에서는 수전해 장치(1)에 대한 통전이 개시된다. 즉, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템에서는 수전해 장치(전해셀)(1) 내에 소정량의 순수가 순환된 상태가 되고 나서 비로소 수전해 장치(1)에 대한 전류의 공급이 개시된다. 이렇게 순환수 유량을 확인한 후에 통전을 개시하는 것은 수전해 장치(1)에 순수가 충분히 보급되지 않은 상태에서 통전하면, 수전해 장치(1)를 구성하는 고체 전해질막(102)이 파손될 가능성이 있기 때문이다. 즉, 본 실시예에서는 고체 전해질막(102)을 보호하기 위해 순수의 순환량을 확인한 후에 수전해 장치(1)로 통전하고 있다.

또한, 여기서 수전해 장치(1)에 대한 전류는 전류값을 0%(0A)에서 100%(예를 들면, 600A)로 올리는데 까지 소정 시간(예를 들면, 30초 정도)이 필요하게 공급한다. 이렇게 전류를 공급함으로써 고체 전해질막(102)으로 서서히 전류가 부하되게 되기 때문에, 고체 전해질막(102)의 보호를 도모하는 것이 가능해진다. 즉, 수전해 장치(1)로 공급되는 전류가 급격히 변동(극단적인 경우로 ON/OFF)되면, 오버슈트(overshoot)되어 과대 전류가 전해셀로 가해져 고체 전해질막을 손상시킬 가능성이 있지만, 상술한 본 실시예에 관한 전류 공급수단(단계적인 전류 공급수단)에 의하면 이러한 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

다음으로, 스텝 608에서는 도 1에 도시된 수소·산소 공급 시스템에 의한 연속된 수소·산소 공급 공정이 행해진다. 구체적으로는 적절한 순수공급 및 전류값 등이 제어된다. 이들 제어에 대해서는 뒤에 구체적으로 설명한다.

다음으로 스텝 609에서는 수소·산소 공급 공정을 종료할지가 판단된다. 그리고, 여기서 수소·산소 공급 공정을 종료한다고 판단된 경우에는(스텝 609에서 「Yes」라 판단된 경우에는), 이어 스텝 610의 처리가 행해진다. 또한, 수소·산소공급 공정을 종료하지 않는다고 판단된 경우에는(스텝 609에서 「No」라 판단된 경우에는), 다시 스텝 608 이후의 처리가 행해진다.

다음으로, 스텝 610에서는 스텝 609에서의 수소·산소 공급 공정의 종료 판단을 토대로 수전해 장치(1)에 대한 통전을 종료시킨다. 또한, 이 도 6의 플로우차트에는 특별히 도시하지 않았지만, 스텝 610에서는 수전해 장치(1)가 순수로 충분히 채워진 상태에서 통전을 종료시킨다. 구체적으로는 수전해 장치(1)에 대한 통전을 정지하고 나서 수초(3초 정도) 후에 순환수 펌프(8)를 정지한다. 이것도 고체 전해질막(102)에 불필요한 부하를 주지 않기 위함이다.

이상, 도 6의 스텝 601에서 스텝 610까지의 공정을 토대로 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템의 운전이 제어된다. 그러나, 상술한 도 6의 플로우차트에서는 수소·산소 공급 공정의 설명이 불충분하기 때문에, 다음으로 스텝 608에서 행해지는 수소·산소 공급 공정을 구체적으로 설명한다.

스텝 608에서 행해지는 수소·산소 공급 공정 중에는 전해 탱크(2)에 대한 순수공급 제어 및 수전해 장치(1)에 대한 전류값 제어 등을 예로 들 수 있다. 이하 상세히 설명한다.

도 7은 본 실시예에 관한 순수 공급 제어의 일예를 플로우차트로 도시한 것이다.

도 7에 도시했듯이, 본 실시예에서는 우선 스텝 701에서 전해 탱크(2) 내의 순수 저수량이 검지된다. 여기서는, 전해 탱크 수위계(2L)로 전해 탱크(2) 내의 순수 저류량(수위)이 검지된다.

다음으로, 스텝 702에서는 스텝 701에서의 수위 검지신호를 토대로 전해 탱크(2) 내의 수위가 소정값 이하인지 아닌지 판단된다. 그리고, 여기서 수위가 소정값 이하라고 판단된 경우에는(스텝 702에서 「Yes」라 판단된 경우에는), 이어 스텝 703의 처리가 행해진다. 또한, 수위가 소정값 이하가 아닌 경우에는(스텝 702에서 「No」라 판단된 경우에는), 다시 스텝 701 이후의 처리가 행해진다.

다음으로, 스텝 703에서는 스텝 702의 판단을 토대로 보급수 펌프(6)의 구동이 개시된다. 즉, 보급수 펌프(6)를 구동시켜 순수 공급 배관부를 통해 순수 탱크(3)로부터 전해 탱크(2)로 순수를 보급한다.

다음으로, 스텝 704에서는 전해 탱크(2) 내의 순수 저수량이 검지된다. 여기서는, 스텝 701과 마찬가지로 전해 탱크 수위계(2L)로 전해 탱크(2) 내의 순수 저류량(수위)이 검지된다.

다음으로, 스텝 705에서는 스텝 704에서의 수위 검지신호를 토대로 전해 탱크(2) 내의 수위가 소정 범위내에 있는지 판단된다. 그리고, 여기서 수위가 소정 범위 내에 있다고 판단된 경우에는(스텝 705에서 「Yes」라 판단된 경우에는), 이어 스텝 706의 처리가 행해진다. 또한, 수위가 소정 범위 내에 없다고 판단된 경우에는(스텝 705에서 「No」라 판단된 경우에는), 보급수 펌프(6)를 구동시킨 상태에서 다시 스텝 704 이후의 처리가 행해진다.

다음으로, 스텝 706에서는 스텝 705의 판단을 토대로 순수 탱크(3)로부터 전해 탱크(2)에 대한 급수가 정지된다. 즉, 보급수 펌프(6)를 정지시킨다. 그리고, 이 스텝 706 후에는 다시 스텝 701 이후의 처리가 행해진다.

이상의 스텝 701에서 스텝 706의 공정이 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템의 기본적인 순수 공급(보급) 제어이다.

또한, 이 도 7에서는 특별히 도시하지 않았지만, 본 실시예에서는 전해 탱크(2) 내의 순수가 전해 탱크(2)에 폐회로로서 설치된 순수 순환 배관부(7)를 통해 순환되면서 수전해 장치(1)로 공급되도록 구성되어 있다.

구체적으로는 본 실시예에서는 순수 순환 배관부(7)에 설치된 순환수 펌프(8)에 의해 전해 탱크(2) 내의 순수가 순환되며, 순수 순환 배관부(7)에 설치된 열 교환기(9), 폴리셔(10) 및 필터(11)를 통해 수전해 장치(1)의 순수용 구멍(115), (116)에 순수가 공급된다. 또한, 이 순수 순환 배관부(7)에는 수질 경보수단(12), 수온 경보수단(13) 및 순환수량 경보수단도 설치되어 있다.

본 실시예에서는 이렇게 여러 요소를 설치한 폐회로인 순수 순환 배관부(7)를 통해 수전해 장치(1)에 순수가 공급되기 때문에, 적절한 성상을 가진 순수의 공급이 가능해진다.

즉, 열교환기(9)를 설치함으로써 수전해 장치(1)의 발열로 온도가 상승한 순수를 열교환하는 것이 가능해지기 때문에, 효율적으로 수전해 장치(1)를 구동시킬 수 있다. 또한, 폴리셔(10)를 설치함으로써 순수의 순도를 높인 상태에서 수전해 장치(1)로 순수를 공급 가능하게 된다. 또한, 필터(11)를 설치함으로써 순수 중에 포함된 불순물을 제거하여 수전해 장치(1)로 순수를 공급할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 수질 경보수단(12) 및 수온 경보수단(13)이 설치되어 있기 때문에, 상술한 열 교환기(9), 폴리셔(10) 및 필터(11)에 어떠한 결함이 발생했다 하더라도(혹은 발생할 것 같더라도), 그것을 검지하여 부적절한(순도가 낮은 혹은 불순물이 많은 등의) 순수가 공급되기 전에 열 교환기(9), 폴리셔(10) 혹은 필터(11)의 결함에 대처 가능하며, 필요에 따라 용이하게 교환하거나 할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 순환수량 경보수단이 설치되어 있기 때문에 순화수량이 처리량(소정 처리량)을 하회하여 전해셀이 손상되는 것을 방지하고 있다. 즉, 전해셀로 공급되는 수량이 부족하면, 전해셀 내에서 물이 불균일하게 흘러 국부적인 발열에 의해 고체 전해질막이 손상될 우려가 있지만, 본 실시예에서는 순환수량 경보수단을 설치함으로써 순환수량이 저하되는 것을 사전에 알 수 있어 이러한 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 의하면 계속적으로 적절한 성상을 갖는 순수를 수전해 장치(1)로 공급할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 앞에서 말했듯이, 순수 순환 배관부(7)의 적절한 개소에 가스 배출구를 설치했기 때문에, 순수 순환 배관부(7) 속의 산소가스가 순수의 순환에 결함을 발생시키지 않도록 필요에 따라 적절히 가스를 배출할 수 있다.

이렇게 본 실시예에서는 순수의 수질이나 온도를 제어하여 적절한 성상을 갖는 순수를 수전해 장치(1)로 공급하고 있기 때문에, 고체 전해질막(102)의 수명을 연장하는 것이 가능해짐과 동시에, 수전해 장치(1)의 전해 효율도 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 수소 분리 탱크(4)에서 수소가스와 분리된 순수도 순수 귀환 배관부(15)(및 순수 탱크(3) 등)를 통해 재이용 가능(수전해 장치(1)로 공급 가능)하도록 구성되어 있다.

또한, 본 실시예에서는 상술했듯이, 순수 탱크(3)와 전해 탱크(2)가 순수 공급 배관부(5)로 접속되고, 전해 탱크(2) 속의 수전해 장치(1)와 수소 분리 탱크(4)가 수소가스 반송 배관부(14)로 접속되며, 수소 분리탱크(4)와 순수 탱크(3)가 순수 귀환 배관부(15)로 접속되어 있다. 즉, 순수 탱크(3), 전해 탱크(2) 및 수소 분리탱크(4)는 순수 공급 배관부(5), 수소가스 반송 배관부(14) 및 순수 귀환 배관부(15)에 의해 폐회로로 구성되어 있다. 수소 분리탱크(4)로부터 순수 귀환 배관부(15)로 반송되는 순수에는 수소가 용존되어 있어, 만약 이 폐회로 속의 순환을 연속하여 반복하면 그 용존률이 계속 높아져 시스템 구성상 바람직하지 않다. 즉, 수소 분리탱크(4)로부터 배출되는 순수중에는 수소 발생 압력하의 용존 수소가 포함되어 있으며, 이것을 그대로 순수 탱크(보급수 탱크)(3)로 귀환시킨 경우, 압력이 대기압에 개방되기 때문에 감압에 따라 차압분의 용존 수소가 가스화되어 방출된다. 그렇게 하면, 순수 탱크(3) 내에서 수소와 공기가 혼합되고, 서서히 수소 농도가 상승하여 각종 결함이 생길 가능성이 있다.

그래서, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 이러한 순수 귀환 배관부(15)의 소정 개소에 가스 스크러버(16)를 배치하여 상술한 결함을 해소하도록 구성되어 있다.

다음으로, 수전해 장치(1)에 대한 전류값 제어에 대해 설명한다.

도 8은 본 실시예에 관한 전류값 제어의 일예를 플로우차트로 도시한 것이다.

도 8에 도시했듯이, 본 실시예에서는 우선 스텝 801에서 수소 분리탱크(4)에 설치된 제1 압력 검지수단(25)으로 수소가스의 압력을 검지한다. 여기서 수소 분리탱크(4) 내의 수소가스의 압력은 수소가스 생성량(수전해 장치(1)에서 생성되며, 수소가스 반송 배관부(14)를 통해 수소 분리탱크(4)로 반송되는 수소가스량)과 수소가스 공급량(수소 가스 공급 배관부(21)를 통해 수소 분리탱크(4)로부터 수소가스 사용 개소로 공급되는 수소가스량)의 밸런스에 의해 변동되는 것이다.

다음으로, 스텝 802에서는 스텝 801에서의 압력 검지신호를 토대로 수소 분리탱크(4) 내의 수소가스 압력이 소정값 이하인지 판단된다. 수소가스 압력이 소정값 이하가 되면, 필요로 되는 수소가스가 공급되기 곤란해지기 때문이다. 그리고, 여기서 수소가스 압력이 소정값 이하라 판단된 경우에는(스텝 802에서 「Yes」라 판단된 경우에는), 이어 스텝 803의 처리가 행해진다. 또한, 수소가스 압력이 소정값 이하가 아니라 판단된 경우에는(스텝 802에서 「No」라 판단된 경우에는), 다시 스텝 801 이후의 처리가 행해진다.

다음으로, 스텝 803에서는 스텝 802의 판단을 토대로 제1 압력 검지수단(25)으로부터 전류값 제어수단(28)으로 압력 검지신호를 송신하고, 이 압력 검지신호를 토대로 전류값 제어수단(28)으로부터 수전해 장치(1)로 적절한 값의 전류가 공급된다. 여기서 공급되는 전류는 필요로 하는 공급 수소가스량(혹은 수소가스압 등) 및 수소가스압 변동률(단위 시간당 수소가스압 변동량) 등에 따라 적당히 적절한 값이 선택되어 수전해 장치(1)에 공급된다.

다음으로, 스텝 804에서는 수소 분리탱크(4)에 설치된 제1 압력검지수단(25)으로 수소가스의 압력을 검지한다.

다음으로, 스텝 805에서는 스텝 804에서의 압력 검지신호를 토대로 수소 분리탱크(4) 내의 수소가스 압력이 소정 범위 내에 있는지 판단된다. 그리고, 여기서 수소가스 압력이 소정 범위 내에 있다고 판단된 경우에는(스텝 805에서 「Yes」라 판단된 경우에는), 이어 스텝 806의 처리가 행해진다. 또한, 수소가스 압력이 소정 범위 내에 없다고 판단된 경우에는(스텝 805에서 「No」라 판단된 경우에는), 다시 스텝 803 이후의 처리가 행해진다.

다음으로, 스텝 806에서는 스텝 805의 판단을 토대로 수전해 장치(1)에 대한 전류값 제어수단(28)으로부터의 전류 공급이 정지된다. 그리고, 이 스텝 806 후에는 다시 스텝 801 이후의 처리가 행해진다.

본 실시예에서는 상술했듯이, 스텝 801로부터 스텝 806의 공정에 나타냈듯이, 수전해 장치(1)에 전류가 공급된다. 즉, 본 실시예에서는 수소가스 생성량과 수소가스 공급량의 밸런스를 제1 압력 검지수단(25)으로 검지하고, 이 검지신호를 전류값 제어수단(28)으로 송신해 검지신호에 따른(압력 변동에 따른) 전류값이 수전해 장치(1)로 공급되고 있다.

또한, 본 실시예에서는 전류값 제어수단(28)으로서는 정류기 등이 이용된다. 즉, 본 실시예에서는 정류기 등으로 정류기 PID 제어가 행해진다. 구체적으로는 이 전류값 제어수단(28)은 제1 압력 검지수단(25)으로 얻어지는 압력 검지신호가 송신되는 시퀀서 또는 조절계와 정류기 등으로 구성되어 있으며, 수소의 현재 압력값(압력 검지신호)을 시퀀서 또는 조절계로 송신하여 PID 제어하고, 여기서 얻어진 지령값을 정류기로 송신하여 이 지령값을 토대로 전류를 정류기에서 전해셀로 공급하여 전해셀(수전해 장치)이 제어된다.

한편, 종래 기술에서는 수전해 장치에 대한 전류 공급은 항상 일정 전류를 공급하는 경우, 혹은 ON/OFF 제어를 토대로 전류를 공급하는 경우 등이 일반적이었다. 이러한 구성에서 적절한 수소가스의 공급을 실현하고자 하면, 수소가스의 필요한 압력에 대응하기 위해 수소가스를 저류하기 위한 큰 탱크(즉, 사용 압력의 하한치로부터 상한치까지 대응 가능한 탱크)가 필요했다.

그리고, 사용되는 수소가스 압력의 변동에 대응하기 위해 미리 이러한 탱크 내에 소정량의 수소가스를 저류할 필요가 있으며, 사용되는 수소가스 압력이 상한치에서 하한치 쪽으로 이행될 경우에는 수소가스를 대기에 개방하는 등 필요로 되는 수소가스 압력에 대응했다. 또한, 사용되는 수소가스 압력이 상한치 쪽으로 이행될 경우에는 종래 기술의 전류공급 방법(항상 일정 혹은 ON/OFF 제어) 등으로는 신속한 대응(필요한 수소가스 압력의 상승에 따른 수소가스의 생성)이 곤란하기 때문에, 탱크 내에는 항상 소정량(예를 들면, 100% 운전으로 30분∼2시간분의 가스 발생량)의 수소가스를 저류해 둘 필요가 있었다.

또한, 알카리수 전해일 경우, 전해셀 내의 격막(음극실과 양극실 사이의 칸막이)가 다공질체이기 때문에 장치의 출력이 저하되면(15% 이하가 되면), 음극측과 양극측의 압력을 균일하게 유지하지 못하게 되어 수소와 산소가 격막을 통과하여 혼합되어 버릴 우려가 있다. 이 때문에, 장치 정지/재기동 시에는 장치 내의 가스를 N₂퍼지(purge)하여 빼내는 작업이 필요로 된다.

그러나, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 상술했듯이, 수소가스의 사용량에 따라 전류값 제어수단(28)으로부터 수전해 장치(1)로 적절한 전류가 공급되는 구성이기 때문에, 생성되는 수소가스 및 수전해 장치(1)에 공급되는 전류를 낭비하지 않는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 폐회로인 순수 순환 배관부(7)를 통해 수전해 장치(1)로 순수가 공급되기 때문에 수전해 장치(1) 및 전해 탱크(2)는 비교적 높은 밀폐성을 유지할 수 있다. 즉, 수전해 장치(1)를 구동시키지 않고도 소정의 수소가스 압력을 얻을 수 있다. 따라서, 수소가스의 압력에 특별히 변동이 없는 경우(수소가스가 사용되지 않는 경우)에는 수전해 장치(1)에 대한 전류의 공급을 정지하는 것도 가능하다.

따라서, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 적절한 압력의 수소 등을 공급하면서 수전해 장치(1)를 0∼100% 범위에서 구동시키는 것이 가능해진다.

또한, 본실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 제1 압력 검지수단(25)으로 수소 분리탱크(4) 내의 수소가스 압력을 검지하고, 제2 압력 검지수단(35)으로 전해 탱크(2) 내의 산소가스 압력을 검지하여 각각의 검지신호가 차압 검지수단(45)으로 송신된다. 그리고, 이 차압 검지수단(45)으로 얻어지는 수소가스 압력과 산소가스 압력의 차압신호를 토대로 수소가스 공급 밸브(22), 제1 릴리프 밸브(26), 산소가스 공급 밸브(32) 및 제2 릴리프 밸브(36)가 적당히 조정된다.

본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 수소가스 압력을 산소가스 압력보다도 약간(0.05∼0.1MPa 정도) 높게 설정하여 고순도의 수소가스를 얻는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상술한 차압신호를 토대로 수전해 장치(1) 내에서 수소가스 압력보다도 수소가스 압력이 0.05∼0.1MPa 정도 높게 되도록 각 밸브(26), (36)가 조정된다. 또한, 필요에 따라 밸브(22), (32)도 조정된다.

또한, 본 실시예에서는 상술한 각 릴리프 밸브(26), (36)가 인터록(interlock)으로도 기능하게 된다.

즉, 차압 검지수단(45)으로 얻어진 차압신호에 어떠한 이상이 생긴 경우에는 고체 전해질막(102) 등을 보호하기 위해 각 릴리프 밸브(26), (36)를 적절히 조정하여 수소가스 및 산소가스 중 적어도 하나를 각 릴리프 배관부(27), (37)를 통해 방출한다.

또한, 릴리프 밸브(26), (36)를 이용한 인터록은 상술한 구성에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 예를 들면 각 릴리프 밸브(26), (36)로는 스프링 릴리프 밸브 등을 이용하는 것이 가능하며, 각 릴리프 밸브관(27), (37) 내의 압력이 소정 압력을 넘는 경우에는 각 릴리프 밸브(26), (36)가 적절히 개방되도록 구성되어 있어도 좋다.

또한, 본 실시예에 관한 수소·산소 시스템은 전해 탱크(2)로부터 산소 사용 개소(도시 생략)로 산소가스를 공급하기 위해 설치된 산소가스 공급 배관부(31)(도 1 참조), 혹은 분기 배관부(31A)(도 10 참조)에 산소가스 검출수단(34)이 설치되어 있다. 이 산소가스 검출수단(34)은 산소가스 중의 수소 농도를 검출하기 위해 열전도율식, 밀도식 등의 온라인 가스 분석계 등으로 구성되어 있다.

본 실시예에 의하면, 이 산소가스 공급 배관부(31)에서 산소가스 중의 수소가스 농도를 검출함으로써 고체 전해질막(102)에서의 핀 홀 발생 등을 검지할 수 있다. 즉, 본 실시예에 의하면, 상술했듯이 수전해 장치(1) 내의 압력은 산소가스 발생측(산소 발생실(A)측)보다도 수소 가스 발생측(수소 발생실(C)측)이 높아지도록 구성되어 있기 때문에, 고체 전해질막(102)에 핀 홀 등이 발생하면 수소 발생실(C)로부터 산소 발생실(A)로 수소가스가 혼입되어, 수소가스가 혼입된 산소가스가 산소가스 공급 배관부(31)를 통해 공급되게 된다.

따라서, 본 실시예에 의하면 도 1(혹은 도 10)에 도시했듯이, 산소가스 공급 배관부(31)(혹은 분기 배관부(31A))에 수소가스 검출수단(34)을 설치하여 산소가스중의 수소가스 농도를 감시함으로써, 고체 전해질막(102)의 파손(핀 홀) 등을 조기에 발견하여 시스템을 효과적으로 보수 관리하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 수소 분리탱크(4)로부터 수소 사용 개소(도시 생략)로 수소가스를 공급하기 위해 설치된 수소가스 공급 배관부(21)에 수소가스 유량 제어수단(24)이 설치되어 있다. 이 수소가스 유량 제어수단(24)은 상술했듯이, 유량 검지수단(24A)과 정격유량 제어 밸브(24B)로 구성되어 있다. 그리고, 이 유량 검지수단(24A)은 수소가스 공급 배관부(21) 속을 흐르는 수소가스의 유량을 항상 감시하여 이 수소가스의 유량에 따라 정격유량 제어 밸브(24B)로 적절한 제어신호를 송신하도록 구성되어 있다.

즉, 본 실시예에 의하면, 수소가스 공급 배관부(21)의 후류측에서(즉, 수소가스 사용 개소에서) 대량의 수소가스가 사용되었다 해도 수소가스 공급 배관부(21) 속을 흐르는 수소가스가 정격유량을 넘기 전에 유량 검지수단(24A)으로부터 정격유량 제어 밸브(25B)로 제어신호가 송신되어 정격유량 이상의 수소가스가 흐르지 않도록 정격유량 제어 밸브(24B)가 조정된다. 따라서 본 실시예에 의하면, 수소가스 공급 배관부(21) 후류측에서의 수소가스 사용량이 어떻게 변동되었다 해도 수소가스 공급 배관부(21)에서 정격유량 이상의 수소가스가 흐를 일은 없기 때문에 수소가스의 품질을 일정하게 유지할 수 있다.

이러한 수소가스 유량 제어수단(24)을 갖는 구성에 의하면, 유저가 버퍼 탱크 등을 이용하는 경우 결함을 효과적으로 방지 가능하다. 구체적으로는 버퍼 탱크를 이용하는 경우에는 수소의 사용량이 평상시와 피크시에 크게 변동되는 경우가 있다. 이러한 경우, 피크시의 사용량에 맞춰 수소·산소 공급 시스템을 구성하면 용량이 커지게 되어 가동률이 저하되고, 경제성도 나쁘다. 이 때문에, 버퍼 탱크의 압력에 폭을 두어 사용하고 있다(예를 들면 0.9MPa에서 0.4MPa 폭으로 사용하고 있다). 이 동안은 수전해 장치(1)의 정격 발생량 이상의 가스를 사용하게 된다. 이러한 구성에서, 수전해 장치(1)를 정격 운전하기 위해서는 본 실시예에 나타냈듯이 정격 이상의 가스가 흐르지 않도록 유량을 제어할 필요가 있다. 이로써, 수전해 장치(1)가 안정되어 계속 가동됨과 동시에 후단의 제습기 입구의 가스 성상(압력 등)도 일정하게 제어할 수 있으며, 공급 가스의 품질을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 이러한 구성이라면, 수전해 장치(전해셀)(1)가 성능 이상으로 사용되는 것도 방지 가능해지기 때문에 시스템의 장수명화를 도모할 수 있다.

또한, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템에서는, 수전해 장치(1)와 수소 분리탱크(4) 사이에 설치된 수소가스 운송 배관부(14)에는 수소가스 반송 밸브(18)가 설치되어 있으며, 수소가스 반송 배관부(14) 상의 수소가스 반송 밸브(18)를 우회하도록 바이패스 배관부(19)가 설치되어 있다. 그리고, 이 바이패스 배관부(19)에는 역지 밸브(20)가 설치되어 있다. 여기서, 역지 밸브(20)는 소정값 이상의 압력이 사용되지 않는 경우에는 개방되지 않으며, 수전해 장치(1)로부터 수소 분리탱크(4)로 수소가스가 유통되지 않게 구성되어 있다. 즉, 본 실시예는 소정값 이상(예를 들면 0.1MPa 이상)의 압력이 작용했을 때, 비로소 역지 밸브(20)가 개방되어 바이패스 배관부(19)를 통해 수전해 장치(1)로부터 수소 분리탱크(4)로 수소가스가 유통되도록 구성되어 있다.

따라서, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템에 의하면, 수소가스 반송 밸브(18)에 어떠한 결함이 생겨 수소가스가 수소 가스 반송 배관부(14) 속을 유통하지 않는 상태가 되었다 해도 상술했듯이, 바이패스 배관부(19)에 소정값 이상의 압력이 작용한 경우에는 역지 밸브(20)를 통해 수소가스가 반송되게 된다. 따라서, 본 실시예에 의하면 수소가스 반송 밸브(18)에 결함이 생겼다 해도 그때의 압력이 수전해 장치(1)로 역류하기 전에 역지 밸브(20)가 열려 수소가스 반송 배관부(14), 바이패스 배관부(19) 및 역지 밸브(20)를 통해 수소가스를 적절히 유통시키는 것이 가능해지기 때문에 수전해 장치(1)를 구성하는 고체 전해질막(102)의 파손 등을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 여러 검지수단 등으로 가스 압력 및 각 탱크(2), (4) 내의 수위를 각각 소정값이 되도록 제어 가능하게 구성되어 있다.

구체적으로는 전해 탱크(2)는 도 1에 도시한 구성에서는 제2 압력 제어수단(35), 차압 검지수단(45) 및 제2 릴리프 밸브(36) 등으로 탱크 내 압력이 소정값이 되도록 제어되며, 도 10에 도시한 구성에서는 컨트롤 밸브(38) 등으로 탱크 내 압력이 소정값이 되도록 제어된다. 또한, 전해 탱크 수위계(2L) 및 보급수 펌프(6)로 탱크 내 수위가 소정값이 되도록 제어된다. 그리고, 수소 분리탱크(4)는 제1 압력 제어수단(25), 차압 검지수단(45) 및 제1 릴리프 밸브(26) 등으로 탱크 내 압력이 소정값이 되도록 제어되며, 또한 수소 분리탱크 수위계(4L) 및 순수 배출 밸브(4A)로 탱크 내 수위가 소정값이 되도록 제어된다. 또한, 수전해 장치(1) 내의 산소 발생실(A)과 수소 발생실(C)의 압력도 앞에 말했듯이, 적절히 소정값이 되도록 제어된다.

본 실시예에서는 이상과 같이 각 가스 압력 및 각 탱크(2), (4) 내의 수위를 각각 소정값이 되도록 제어 가능하다. 즉, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 일정 조건을 토대로 운전 가능하게 구성되어 있다.

따라서, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 기본적으로 일정 조건을 토대로 운전시키는 것이 가능하기 때문에, 고품질의 가스(특히, 고순도의 수소가스)를 얻을 수 있다. 또한, 일정 조건으로 운전 가능하기 때문에 시스템을 구성하고 있는 각 요소에 스트레스가 생기기 어렵게 되어 각 구성 요소는 물론, 시스템 전체로서도 수명을 연장시키는 것이 가능해진다.

또한, 상술했듯이 본 실시예에서는 가스압 제어뿐 아니라, 수위도 아울러 제어하기 때문에 가스압만을 제어할 경우보다도 용이하게 가스압을 제어하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는 하나의 수전해 장치(1)로 수소·산소 공급 시스템을 구성하는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명은 이 구성에 제한되는 것이 아니라, 예를 들면 복수의 수전해 장치(1)로 수소·산소 공급 시스템을 구성해도 좋다. 이 때, 각 수전해 장치(1)에는 각각 전해 탱크(2) 등을 설치하여 각 수전해 장치(1)를 블록화하여 수소·산소 공급 시스템을 구성해도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 시스템 전체는 물론이거니와 각각의 블록에 대해서도 수전해 장치(1) 등의 결함을 검지 가능하기 때문에 시스템의 어느 개소에 고장 등이 발생한 경우라도 그 고장난 블록만을 정지시켜 교환하거나 할 수 있다. 따라서, 이러한 블록화를 실현한 수소·산소 공급 시스템이라면, 수전해 장치(1) 등에 고장이 발생한 경우더라도 시스템 전체를 정지시킬 필요가 없기 때문에, 안정된 가스 공급을 실현 가능한 시스템으로 할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 수소가스를 얻는 것(고순도의 수소가스를 얻는 것)을 주목적으로 하는 수소·산소 공급 시스템에 대해 설명했지만, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것이 아니라, 필요에 따라 고순도의 산소가스를 얻는 것을 주목적으로 하는 시스템으로 해도 좋다. 즉, 본 실시예에서는 수소가스 중에 산소가스가 용존하는 것을 방지하기 위해 수소가스의 압력을 약간 높게 설정하고 있지만, 고순도의 산소가스를 얻기 위해 산소가스의 압력을 약간 높게 설정하여 수소·산소 공급 시스템을 구성해도 좋다. 또한, 산소가스 공급 배관부에 유량 검지수단, 유량 제어수단을 설치하는 구성으로 해도 좋다.

또한, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템의 각 요소를 접속하기 위한 배관부에 대해서는 특별히 설명하지 않았지만, 본 발명에서는 산소가스를 많이 갖는 유체를 반송시키는 배관부(O₂리치라인)와 수소가스를 많이 갖는 유체를 반송시키는 배관부(H₂리치라인)에 각각 적절한 특성을 갖는 배관으로 수소·산소 공급 시스템을 구성해도 좋다.

구체적으로, 예를 들면 0₂리치라인은 스테인리스강 표면에 전해 연마 처리한 후, 산화성 분위기 속에서 가열함으로써 철계 산화물을 주로 하는 금속 산화물의 착색 산화 피막이 표면에 형성된 스테인리스강(일본국 특허 공개공보 평 10-140322호 참조)으로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 스테인리스강은 산소가스를 많이 갖는 유체에 대한 금속 이온의 용출량이 극히 적은 특성을 갖는다. 따라서, 이러한 스테인리스강으로 O₂리치라인을 구성하면, 산소가스 속으로 불필요한 금속 이온이 용출되는 것을 효과적으로 방지 가능한 시스템을 실현할 수 있다.

또한, 예를 들면 H₂리치라인은 스테인리스강 표면을 청정화 처리한 후, 산화성 분위기 속에서 가열 처리하여 청정화 처리면 위에 착색 산화피막을 형성하고, 그 후에 이 착색 산화피막을 용해 제거한 스테인리스강(일본국 특허 공개공보 평 10-25561호 참조)으로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 스테인리스강은 수소가스를 많이 갖는 유체에 대한 금속 이온의 용출량이 극히 적다는 특성을 갖는다. 따라서, 이러한 스테인리스강으로 H₂리치라인을 구성하면, 수소가스 속으로 불필요한 금속 이온이 용출되는 것을 효과적으로 방지 가능한 시스템을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 상술한 배관부뿐 아니라 각 탱크(2), (4)에 대해서도 전해 탱크(2)는 O₂리치라인과 같은 스테인리스강으로 구성하고, 수소 분리탱크는 H₂리치라인과 같은 스테인리스강으로 구성하는 것이 바람직하다. 이 바람직한 구성에 의하면, 각 탱크(2), (4)로도 금속 이온이 용출되는 것을 방지 가능해지기 때문에 이러한 탱크를 이용하면 순도가 높은 가스를 공급 가능한 시스템을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 자체 시스템에서 생성된 산소가스로 순수 탱크(3) 내의 순수를 버블링하도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 공기(중의 특히 질소)가 유일한 불순물이며, 이러한 공기는 주로 순수 탱크(3)를 통해 시스템 속에 혼입된다. 따라서, 이러한 공기를 배제하면 더 높은 순도의 수소 혹은 산소를 얻는 것이 가능해진다.

그래서, 본 발명은 이러한 불순물인 공기를 배제하기 위해, 순수 탱크(3) 속을 산소가스로 버블링하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이 때, 버블링을 위해서는 본래 릴리프될 산소가스 등을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 구성에 의하면, 본래 릴리프되어야 할 산소가스 등을 이용함으로써, 특별히 새로운 설비 등을이용하지 않고 순도가 높은 수소가스 혹은 산소가스를 얻는 것이 가능한 수소·산소 공급 시스템을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 수전해 장치(1)를 전해 탱크(산소 분리탱크로도 기능하는 탱크)(2) 내에 수용한 이른바 「고압형」수소·산소 공급 시스템에 대해 설명했는데, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것이 아니라 필요에 따라 「저압형」시스템으로 구성해도 좋다.

구체적으로는 수전해 장치(1)를 특별히 탱크 등 내에 수용하지 않고 설치하여 수전해 장치(1)의 수소 공급측에 산소 분리탱크를 설치하도록 구성해도 좋다.

여기서, 도 9는 수소·산소 공급 시스템의 「저압형」의 일례를 도시한 것이다. 이 도 9에서 도 1 등을 이용해 설명한 요소와 같은 것에 대해서는 같은 부호를 붙였다. 도 9에 도시된 수소·산소 공급 시스템은 산소 분리탱크(2) 밖에 설치된 전해셀(1)로 순수 순환 배관부(7)를 통해 순수가 공급되며, 이 전해셀로는 도 1 등을 이용해 설명한 「고압형」 수소·산소 공급 시스템과 마찬가지로 전류값 제어수단(28)을 통해 전력(전류)이 공급된다. 또한, 전해셀(1)에서 생성된 수소가스는 수소가스 반송 배관부(14)를 통해 수소 분리탱크(도시 생략)로 반송된다. 또한, 전해셀에서 생성된 산소가스는 산소가스 반송 배관부(94)를 통해 산소 분리탱크(2)로 반송된다.

도 9에 도시한 「저압형」 수소·산소 공급 시스템은 이상과 같이 구성되어 있으며, 전해셀(1)이 탱크 밖에 설치되어 있는 점(및 이에 따른 산소가스 반송 배관부(94)의 존재 등)을 제외하면, 기본적으로는 도 1 등을 이용해 설명한 「고압형」의 수소·산소 공급 시스템과 같은 구성을 갖고 있다. 즉, 이 도 9에 도시한 「저압형」에 대해서도 「고압형」의 경우와 마찬가지로 여러 센서 등을 설치할 수 있으며, 상술한 여러 제어 등을 실현하는 것이 가능해지기 때문에, 「고압형」과 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 명세서 중에서 「소정값」이란, 정해진 어느 값을 나타내는 경우만이 아니라, 정해진 어느 범위(어느 범위내의 값, 혹은 범위내의 복수값)를 나타내는 경우도 포함하는 개념이다.

또한, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템은 여러 분야에서 사용 가능하며, 이 용도로는 에너지 관련(연료 전지, 수소 에너지 등), 반도체 관련(프로세스 가스, 발암 연소 등), 전력 관련(터빈 발전기의 냉각 가스 등), 금속 관련(환원로, 표면 처리 등) 등을 들 수 있다.

상술한 여러 용도 중에서, 예를 들면 터빈 발전기의 냉각 가스를 생성하기 위해 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템을 이용할 경우로는 구체적으로 이하와 같은 사용 방법을 생각할 수 있다.

종래부터 터빈 발전기를 냉각하는 기술로는 수소가스를 이용하는 기술이 알려져 있다. 그리고, 그를 위해 종래 기술에서는 터빈 발전기를 소유한 발전소 내에 수소가스를 저류하거나 하기 위한 장치 등이 설치되어 있다.

터빈 발전기의 통상적인 운전 상태시에는 필요로 되는 수소량은 수 ㎥/h 정도이다. 그러나, 터빈 발전기의 정기 점검시에는 발전기 내부를 개방 점거하기 위해 점거 종료후 발전기 운전시에 발전기 내부를 수소 치환할 필요가 있으며, 그때대량의 수소가스가 필요하게 된다. 이 정기 점거후 수소 치환시에 필요로 되는 수소가스량은 발전기의 용량이나 방식에 따라 다르지만, 대략 수백 ㎥/h 정도이다. 즉, 이 수소 치환시에 수백 ㎥/h 정도의 수소가스가 한꺼번에 사용되게 된다. 따라서, 종래 기술은 이 피크시(수소 치환시)에 맞춘 큰 장치(피스시에 맞춘 수소 발생 장치 등)가 필요로 된다.

한편, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템을 이용하면, 상기 수소 치환을 행할 경우라도 종래와 같은 큰 장치를 이용할 필요가 없어진다. 구체적으로는 평상시의 필요량보다도 조금 큰 용량의 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템을 설치하고, 이 시스템에서 생성되는 수소가스의 잉여분을 컴프레서로 승압하여 그 잉여분을 조금씩 탱크에 저장한다. 이렇게 하여, 평소 운전시에 수소가스를 저장함으로써 특별히 복잡한 장치 혹은 대형 장치를 이용하지 않고 정기점검 후에 필요로 되는 양의 수소가스를 용이하게 저류하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 실시예에 관한 수소·산소 공급 시스템을 이용하면, 장치의 소형화를 실현하는 것이 가능해져 경제적으로 운전할 수 있다.

Claims (28)

1. 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀에 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서,

   상기 전해셀의 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 수소의 압력을 검지 가능한 제1 압력 검지수단과,

   상기 전해셀의 상기 양극측을 통해 공급되는 상기 산소의 압력을 검지 가능한 제2 압력 검지수단과,

   상기 제1 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호와 상기 제2 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호를 비교하여 소정의 압력신호를 발생시킬 수 있는 차압 검지수단과,

   상기 차압신호를 토대로 상기 수소의 압력을 조정 가능한 제1 릴리프 기구와,

   상기 차압신호를 토대로 상기 산소의 압력을 조정 가능한 제2 릴리프 기구를 구비하고,

   상기 제1 및 제2 릴리프 기구로 상기 전해셀 내의 상기 양극측 압력과 상기 음극측 압력이 조정되는 것을 특징으로 하는 수소·산소 공급 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 릴리프 기구가 상기 수소를 저류하고 있는 수소 분리탱크에 설치된 제1 릴리프 배관부와, 상기 제1 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제1 릴리프 밸브로 구성되며,

   상기 제2 릴리프 기구가 상기 전해셀에서 생성된 상기 산소를 저류하고 있는 산소 분리탱크에 설치된 제2 릴리프 배관부와, 상기 제2 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제2 릴리프 밸브로 구성되어 있는 수소·산소 공급 시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 산소 분리탱크 내의 순수를 외기에 접촉시키지 않고 순환시킬 수 있는 순수 순환 배관부가 상기 산소 분리탱크에 설치되어 있으며,

   상기 순수 순환 배관부를 통해 상기 전해셀의 상기 양극측으로 상기 순수가 공급되는 수소·산소 공급 시스템.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 순수 순환 배관부에 수질 경보수단, 수온 경보수단 및 순환수량 경보수단 중 적어도 하나가 설치되어 있는 수소·산소 공급 시스템.
5. 제 1 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전해셀로 소정값의 전류를 공급하여 상기 수소 및 상기 산소가 생성되도록 구성되어 있으며,

   상기 전해셀에 상기 전류를 공급하지 않은 상태로부터 상기 소정값의 전류를 공급하는 상태에 달할 때까지 소정 시간을 갖도록 구성되어 있는 수소·산소 공급 시스템.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전해셀이 순수로 채워진 후에 상기 전해셀에 대한 전류의 공급이 개시되는 수소·산소 공급 시스템.
7. 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀로 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서,

   상기 음극측이 상기 양극측보다도 높은 압력, 혹은 상기 양극측이 상기 음극측보다도 높은 압력 중 어느 한 압력으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 수소·산소 공급 시스템.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 전해셀의 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 수소의 압력을 검지 가능한 제1 압력 검지수단과,

   상기 전해셀의 상기 양극측을 통해 공급되는 상기 산소의 압력을 검지 가능한 제2 압력 검지수단과,

   상기 제1 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호와 상기 제2 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호를 비교하여 소정의 차압신호를 발생시킬 수 있는 차압 검지수단과,

   상기 차압신호를 토대로 상기 수소의 압력을 조정 가능한 제1 릴리프 기구와,

   상기 차압신호를 토대로 상기 산소의 압력을 조정 가능한 제2 릴리프 기구를 구비하고,

   상기 제1 및 제2 릴리프 기구로 상기 전해셀 내의 상기 양극측 압력과 상기 음극측 압력이 조정되는 수소·산소 공급 시스템.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 제1 릴리프 기구가 상기 수소를 저류하고 있는 수소 분리탱크에 설치된 제1 릴리프 배관부와, 상기 제1 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제1 릴리프 밸브로 구성되며,

   상기 제2 릴리프 기구가 상기 전해셀에서 생성된 상기 산소를 저류하고 있는 산소 분리탱크에 설치된 제2 릴리프 배관부와, 상기 제2 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제2 릴리프 밸브로 구성되는 수소·산소 공급시스템.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 산소 분리탱크 내에 전해셀을 수납함과 동시에 상기 산소 분리탱크 내의 순수를 외기에 접촉시키지 않고 순환시킬 수 있는 순수 순환 배관부가 상기 산소 분리탱크에 설치되어 있으며,

    상기 순수 순환 배관부를 통해 상기 전해셀의 상기 양극측으로 상기 순수가 공급되는 수소·산소 공급 시스템.
11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 수소를 공급하기 위한 수소가스 공급 배관부와, 상기 수소가스 공급 배관부에 설치된 수소가스 유량 제어수단을 갖고,

    상기 수소가스 유량 제어수단이 유량 검지수단과 정격유량 제어 밸브로 구성되어 있으며,

    상기 수소의 공급유량을 상기 유량 검지수단으로 검지하고, 상기 유량 검지수단에서의 검지신호를 토대로 상기 정격유량 제어 밸브를 조정함으로써 상기 수소가스 공급 배관부 속을 유통하는 상기 수소가 정격유량이 되도록 제어되는 수소·산소 공급 시스템.
12. 제 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전해셀로 상기 순수를 공급하기 위한 순수 탱크가 설치되어 있으며, 상기 순수 탱크 속의 상기 순수가 상기 전해셀에서 생성되는 상기 산소로 버블링되는 수소·산소 공급 시스템.
13. 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀로 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서,

    상기 수소를 공급하기 위한 수소가스 공급 배관부와, 상기 산소를 공급하기 위한 산소가스 공급 배관부가 설치되어 있으며,

    상기 산소가스 공급 배관부에 수소가스 검출수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 수소·산소 공급 시스템.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 음극측이 상기 양극측보다도 높은 압력으로 설정되어 있는 수소·산소 공급 시스템.
15. 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 분리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀로 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서,

    상기 수소를 반송할 수 있는 수소가스 반송 배관부로 상기 전해셀과 상기 수소를 저류 가능하게 구성된 수소 분리탱크가 접속되며,

    상기 수소가스 반송 배관부 및 상기 수소 분리탱크를 통해 상기 전해셀에서 생성된 상기 수소가 공급되도록 구성되어 있으며,

    상기 수소가스 반송 배관부에는 수소가스 반송 밸브와, 상기 수소가스 반송 밸브를 우회하도록 형성된 바이패스 배관부가 설치되며,

    상기 바이패스 배관부에는 역지 밸브가 설치되어 있으며,

    상기 바이패스 배관부로 소정의 압력이 작용한 경우, 상기 전해셀로부터 상기 수소 분리탱크로 상기 수소를 유통시키도록 상기 역지 밸브가 개방되는 것을 특징으로 하는 수소·산소 공급 시스템.
16. 고체 전해질막에 의해 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀로 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서,

    상기 수소를 반송할 수 있는 수소가스 반송 배관부로 상기 전해셀과 상기 수소를 저류 가능하게 구성된 수소 분리탱크가 접속되며,

    상기 수소 분리탱크 속의 순수를 상기 전해셀 측으로 순환시킬 수 있도록 상기 수소 분리탱크에는 순수 귀환 배관부가 접속되어 있으며,

    상기 순수 귀환 배관부에는 수소 방출 배관부를 갖는 가스 스크러버가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 수소·산소 공급 시스템.
17. 고체 전해질막에서 양극측과 음극측으로 격리된 전해셀을 갖고, 상기 전해셀에 순수를 공급하여 상기 음극측에서 수소가 생성되고, 상기 양극측에서 산소가 생성되며, 상기 수소 및 산소 중 적어도 하나가 사용 개소로 공급 가능하게 구성된 수소·산소 공급 시스템에 있어서,

    상기 전해셀의 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 수소의 압력을 검지하는 제1 압력 검지수단과,

    상기 제1 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호를 토대로 상기 전해셀에 공급되는 전류를 제어하는 전류값 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 수소·산소 공급 시스템.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 전류 제어수단에서 정류기를 이용한 정류기 PID 제어가 행해지는 수소·산소 공급 시스템.
19. 제 17항 또는 제18항에 있어서,

    상기 전류값 제어수단이 시퀀서와 정류기를 갖고,

    상기 시퀀서는 상기 제1 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호를 토대로PID 제어를 행하여 지령값을 형성하고,

    상기 정류기는 상기 지령값을 토대로 상기 전해셀로 전류를 공급하는 수소·산소 공급 시스템.
20. 제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전해셀에서 생성된 상기 산소를 저류하는 산소 분리탱크와, 상기 산소 분리탱크 내의 순수를 외기로 접촉시키지 않고 순환시킬 수 있는 순수 순환 배관부가 설치되어 있으며,

    상기 순수 순환 배관부를 통해 상기 산소 분리탱크로부터 상기 전해셀의 상기 양극측으로 상기 산소 분리탱크 내의 상기 순수가 공급되는 수소·산소 공급 시스템.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 순수 순환 배관부에 수질 경보수단, 수온 경보수단 및 순환수량 경보수단 중 적어도 하나가 설치되는 수소·산소 공급 시스템.
22. 제 17항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 수소를 공급하기 위한 수소가스 공급 배관부와, 상기 수소가스 공급 배관부에 설치된 수소가스 유량 제어수단을 갖고,

    상기 수소가스 유량 제어수단이 유량 검지수단과 정격유량 제어 밸브로 구성되어 있으며,

    상기 수소의 공급유량을 상기 유량 검지수단으로 검지하고, 상기 유량 검지수단에서의 검지신호에 따라 상기 정격유량 제어 밸브를 조정함으로써 상기 수소가스 공급 배관부 속을 유통하는 상기 수소가 정격유량을 넘지 않도록 제어되는 수소·산소 공급 시스템.
23. 제 17항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전해셀에서 생성된 상기 수소를 저류하는 수소 분리탱크와, 상기 수소 분리탱크 내의 순수를 상기 전해셀 측으로 귀환시키는 순수 귀환 배관부가 설치되어 있으며,

    상기 순수 귀환 배관부에는 수소 방출 배관부를 갖는 가스 스크러버가 배치되어 있는 수소·산소 공급 시스템.
24. 제 17항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 음극측이 상기 양극측보다도 높은 압력으로 설정되어 있는 수소·산소 공급 시스템.
25. 제 17항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전해셀로 소정값의 전류를 공급하여 상기 수소 및 상기 산소가 생성되도록 구성되어 있으며,

    상기 전해셀에 상기 전류를 공급하지 않은 상태로부터 상기 소정값의 전류를 공급하는 상태에 달할 때까지 소정 시간을 갖도록 구성되어 있는 수소·산소 공급 시스템.
26. 제 17항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전해셀이 순수로 채워진 후에 상기 전해셀에 대한 전류의 공급이 개시되는 수소·산소 공급 시스템.
27. 제 17항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전해셀의 상기 음극측을 통해 공급되는 상기 수소의 압력을 검지하는 상기 제1 압력 검지수단과,

    상기 전해셀의 상기 양극측을 통해 공급되는 상기 산소의 압력을 검지하는 제2 압력 검지수단과,

    상기 제1 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호와 상기 제2 압력 검지수단으로 얻어진 압력 검지신호를 비교하여 소정의 차압신호를 발생시킬 수 있는 차압 검지수단과,

    상기 차압신호를 토대로 상기 수소의 압력을 조정 가능한 제1 릴리프 기구와,

    상기 차압신호를 토대로 상기 산소의 압력을 조정 가능한 제2 릴리프 기구를 구비하고,

    상기 제1 및 제2 릴리프 기구로 상기 전해셀 내의 상기 음극측 압력과 상기 양극측 압력이 조정되는 수소·산소 공급 시스템.
28. 제 27항에 있어서,

    상기 제1 릴리프 기구가 상기 수소를 저류하고 있는 수소 분리탱크에 설치된 제1 릴리프 배관부와, 상기 제1 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제1 릴리프 밸브로 구성되며,

    상기 제2 릴리프 기구가 상기 산소를 저류하고 있는 산소 분리탱크에 설치된 제2 릴리프 배관부와, 상기 제2 릴리프 배관부에 설치된 상기 차압신호를 토대로 제어 가능한 제2 릴리프 밸브로 구성되어 있는 수소·산소 공급 시스템.