KR20070039362A - Level detecting device and fuel cell system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지의 가동에 따라 생성되는 물 및 반응하지 못한 연료를 재활용하기 위한 연료 전지 시스템에 관한 것으로, 캐소드 전극 배출 기체 중 농도 조절 탱크의 용량에 따른 적당량만을 응축시킬 수 있는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system for recycling water and unreacted fuel generated by the operation of a fuel cell, and to a fuel cell system capable of condensing only an appropriate amount according to the capacity of a concentration control tank in a cathode electrode exhaust gas. It is about.

본 발명의 연료 전지 시스템은, 수용액 연료가 공급되는 애노드 전극 및 산화제가 공급되는 캐소드 전극을 포함하는 스택; 상기 캐소드 전극에서 배출되는 기체를 응축하기 위한 응축기; 및 상기 응축기에 의해 응축된 응축액 및 고농도 연료를 혼합하기 위한 농도 조절 탱크를 포함하는 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 농도 조절 탱크내 연료 수용액 축적량에 따라 상기 응축기의 응축동작이 제어되는 것을 특징으로 한다.A fuel cell system of the present invention includes a stack including an anode electrode supplied with an aqueous solution fuel and a cathode electrode supplied with an oxidant; A condenser for condensing the gas discharged from the cathode electrode; And a concentration control tank for mixing the condensate condensed by the condenser and the high concentration fuel, wherein the condensation operation of the condenser is controlled according to the accumulation amount of the fuel aqueous solution in the concentration control tank.

상기 구성과 같은 응축기의 응축량을 동적으로 조절할 수 있는 연료 전지 시스템을 실시함에 의해, 보다 작은 용량의 혼합 탱크로도 안정적인 동작을 보장할 수 있는 효과가 있다.By implementing a fuel cell system capable of dynamically adjusting the condensation amount of the condenser as described above, there is an effect that can ensure a stable operation even with a smaller mixing tank.

연료 전지, 응축기, recycle, level detect, 혼합 탱크 Fuel cell, condenser, recycle, level detect, mixing tank

Description

수위 감지 수단 및 연료 전지 시스템{Level Detecting Device and Fuel Cell System}Level Detecting Device and Fuel Cell System

도 1은 본 발명 일실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체 구조를 도시한 블록도,1 is a block diagram showing the overall structure of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명 일실시예에 따른 선형 수위 감지 수단의 구조를 도시한 구조도,2 is a structural diagram showing the structure of a linear water level detection means according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명 일실시예에 따른 비선형 수위 감지 수단의 구조를 도시한 구조도.Figure 3 is a structural diagram showing the structure of the non-linear water level detecting means according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 연료 전지의 가동에 따라 생성되는 물 및 반응하지 못한 연료를 재활용하기 위한 연료 전지 시스템에 관한 것으로, 특히 상기와 같은 재활용 연료의 농도를 일정하게 조절할 수 있는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system for recycling water and unreacted fuel generated by operation of a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell system capable of constantly adjusting the concentration of such recycled fuel.

일반적으로, 연료가 가지고 있는 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환하는 장치로서 연료 전지에 관한 다양한 기술이 제시되어 있으며, 이러한 연료 전지는 통상 수소이온의 이동이 가능한 전해질막을 중심으로 양면에 애노드(ANODE)과 캐소드(CATHODE)가 부착된 기본 형태를 가진다. 애노드(산화전극 또는 연료극)에서는 연료인 수소의 전기화학적 산화가 발생하며, 그리고 캐소드(환원전극 또는 공기극)에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어나며 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기에너지가 발생된다.In general, various technologies related to fuel cells have been proposed as a device for directly converting energy contained in fuel into electrical energy, and such fuel cells typically have anodes on both sides of an electrolyte membrane capable of transporting hydrogen ions. It has a basic form with a cathode attached. At the anode (electrode or anode), electrochemical oxidation of hydrogen as a fuel occurs, and at the cathode (reduction electrode or cathode), electrochemical reduction of oxygen as an oxidant occurs and electrical energy is generated by the movement of electrons generated at this time. .

상기 애노드에 최종적으로 공급되는 연료의 형태는 수소 또는 알코올(메탄올, 에탄올 등)이 될 수 있는데, 전자의 경우에는 LNG, LPG, 가솔린 등의 탄화수소계열 연료에서 탄소원자를 제거하고 수소 가스를 생성하기 위한 개질기가 필요하게 된다.The type of fuel finally supplied to the anode may be hydrogen or alcohol (methanol, ethanol, etc.). In the former case, a carbon atom is removed from a hydrocarbon-based fuel such as LNG, LPG, and gasoline to generate hydrogen gas. A reformer is needed.

후자의 경우인 직접 메탄올 연료 전지(DMFC; DIRECT METHANOL FUEL CELL)는 개질기를 사용하지 않고 발전장치인 스택(STACK)의 양극에 메탄올과 물이 일정 비율(약 10%:90%)로 혼합된 메탄올 혼합액을 직접 공급하는 방식으로 전극에서 개질반응이 일어나기 때문에 개질기가 불필요하게 되어 전체 시스템을 간소화 시킬 수 있다는 장점이 있다.In the latter case, a direct methanol fuel cell (DMFC) is a mixture of methanol and water in a proportion (approximately 10%: 90%) at the anode of the stack, STACK, without using a reformer. Since the reforming reaction occurs at the electrode by directly supplying the mixed liquid, there is an advantage that the reformer is unnecessary and the entire system can be simplified.

반면, 직접 메탄올 연료 전지에서는 스택에 직접 공급되는 메탄올 용액의 농도가 상당이 저농도(3~5%) 수준의 값으로 일정해야 하는 제한 조건이 있다. 한편, 캐소드에서의 환원작용의 결과 부산물로서 물이 생성되며, 상기 애노드 전극에 공급되었던 메탄올 수용액은 산화 작용에 따라 메탄올이 소비된 후 분리기를 통해 배출되는데, 배출된 액체 중에는 마저 산화되지 못한 메탄올이 포함되어 있다.On the other hand, in a direct methanol fuel cell, there is a limit condition that the concentration of the methanol solution supplied directly to the stack must be constant at a low concentration (3 to 5%) level. On the other hand, water is generated as a by-product as a result of the reduction action at the cathode, and the aqueous methanol solution supplied to the anode is discharged through the separator after methanol is consumed by the oxidation action, and methanol, which is not oxidized even in the discharged liquid, Included.

그런데, 상기 캐소드에서 생성되는 물과 상기 애노드에서 미반응된 메탄올을 그대로 외부로 유출하는 경우, 연료의 낭비를 가져올 뿐만 아니라, 상기 스택 공급용 메탄올 수용액을 만들기 위한 물을 저장하기 위한 공간의 낭비 및 다량의 물을 배출하기 위한 장치에 따른 공간의 낭비를 가져오게 된다.However, when the water generated in the cathode and the unreacted methanol are discharged to the outside as they are, they not only waste fuel, but also waste of space for storing water for making the aqueous methanol solution for stack supply. This results in a waste of space due to the device for discharging large amounts of water.

상기 낭비를 방지하고자 미반응된 메탄올과 반응물질인 물이 혼합된 캐소드 전극 배출 기체를 응축하고, 이에 적당량의 연료 메탄올을 가하여, 적정 농도의 메탄올 수용액으로 만들어 애노드 전극에 연료로서 공급하는 방식의 재활용 방법이 실시되고 있다. 이를 위해 연료 전지 시스템은 상기 미반응 메탄올, 반응 생성 물 및 고농도 메탄올을 혼합하기 위한 농도 조절 탱크를 구비하는데, 재활용도를 높이기 위해 캐소드 전극 배출 기체를 대부분 응축시킨다면, 빠른 시간 내에 상기 농도 조절 탱크의 용량을 초과할 것이며, 초과되어 응축시킨 액체를 다시 배출하는 구조를 구현한다면 필요없는 응축-배출 과정의 반복이 일어나며, 전체 시스템 공간의 낭비를 가져오게 된다는 문제점이 있었다.In order to prevent the waste, the cathode electrode exhaust gas in which unreacted methanol and reactant water are mixed is condensed, and an appropriate amount of fuel methanol is added thereto to make an appropriate concentration of methanol aqueous solution and supplied as fuel to the anode electrode. The method is implemented. To this end, the fuel cell system has a concentration control tank for mixing the unreacted methanol, the reaction product and the high concentration methanol, and if the cathode electrode exhaust gas is condensed most of the time to increase the recyclability, If the capacity is exceeded, and the structure to discharge the excess condensed liquid is implemented again, the unnecessary condensation-draining process is repeated, resulting in a waste of the entire system space.

상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 캐소드 전극 배출 기체 중 농도 조절 탱크의 용량에 따른 적당량만을 응축시킬 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.An object of the present invention devised to solve the above problems is to provide a fuel cell system capable of condensing only an appropriate amount according to the capacity of the concentration control tank in the cathode electrode exhaust gas.

또한 본 발명의 심화된 목적은 농도 조절 탱크에 저장된 연료 수용액의 양에 따라, 캐소드 전극 배출 기체의 응축량을 조절할 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.It is further an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of adjusting the amount of condensation of the cathode electrode exhaust gas according to the amount of the fuel aqueous solution stored in the concentration control tank.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료 전지 시스템은, 수용액 연료가 공급되는 애노드 전극 및 산화제가 공급되는 캐소드 전극을 포함하는 스택; 상기 캐소드 전극에서 배출되는 기체를 응축하기 위한 응축기; 및 상기 응축기에 의해 응축된 응축액 및 고농도 연료를 혼합하기 위한 농도 조절 탱크를 포함하는 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 농도 조절 탱크내 연료 수용액 축적량에 따라 상기 응축기의 응축동작이 제어되는 것을 특징으로 한다.A fuel cell system of the present invention for achieving the above object is a stack comprising an anode electrode supplied with an aqueous solution fuel and a cathode electrode supplied with an oxidant; A condenser for condensing the gas discharged from the cathode electrode; And a concentration control tank for mixing the condensate condensed by the condenser and the high concentration fuel, wherein the condensation operation of the condenser is controlled according to the accumulation amount of the fuel aqueous solution in the concentration control tank.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

예컨대, 순수 수소 및 수소를 함유하는 유기화합물 등의 연료 전지에 적용가능하며 물에 용해될 수 있는 모든 연료(주로, 메탄올, 포름산 같은 수용성 유기화합물이 될 것이다)를 사용하는 연료 전지 시스템에 적용이 가능하다. 그러나, 하기 발명의 실시예에서는 설명의 중복을 방지하고 이해의 편의를 위해 소정 농도의 수용액 상태로 공급되는 연료를 사용하는 연료 전지 시스템으로서 가장 널리 사용되는 직접 메탄올 연료 전지 시스템에 적용한 것으로 구체화하여 기술하기로 한다. 만약 탄화수소를 사용하는 연료 전지 시스템에 본 발명을 구현한 경우에는 탄화수 소에서 수소 기체를 생성하기 위한 개질기를 더 포함하게 됨은 너무나 자명하다.For example, it is applicable to fuel cells such as pure hydrogen and hydrogen-containing organic compounds, and is applicable to fuel cell systems using all fuels that can be dissolved in water (mostly will be water-soluble organic compounds such as methanol and formic acid). It is possible. However, in the following embodiments of the present invention, a fuel cell system using a fuel supplied in an aqueous solution of a predetermined concentration for the sake of convenience of understanding and for avoiding duplication of description is embodied as being applied to the most widely used direct methanol fuel cell system. Let's do it. If the present invention is implemented in a fuel cell system using hydrocarbons, it will be obvious to further include a reformer for generating hydrogen gas from hydrocarbons.

(( 실시예Example 1) One)

도 1에 도시한 바와 같은 본 실시예의 연료 전지 시스템은, 메탄올 수용액 연료가 공급되는 애노드 전극 및 산화제가 공급되는 캐소드 전극을 포함하는 스택; 상기 캐소드 전극에서 배출되는 기체를 응축하기 위한 응축기; 상기 응축기에 의해 응축된 응축액 및 고농도 메탄올을 혼합하기 위한 혼합 탱크; 상기 농도 조절 탱크의 메탄올 수용액 축적량을 선형적으로 측정하기 위한 선형 축적량계; 및 상기 혼합 탱크내 용액의 축적량 및 농도를 일정하게 유지시키기 위한 제어 장치를 포함한다.The fuel cell system of the present embodiment as shown in FIG. 1 includes a stack including an anode electrode supplied with an aqueous methanol solution fuel and a cathode electrode supplied with an oxidant; A condenser for condensing the gas discharged from the cathode electrode; A mixing tank for mixing the condensate condensed by the condenser and high concentration methanol; A linear accumulation meter for linearly measuring the accumulation amount of the aqueous methanol solution in the concentration control tank; And a control device for maintaining a constant amount and concentration of the solution in the mixing tank.

상기 스택(120)은 고분자 전해질막 양측에 애노드 전극과 캐소드 전극이 접합되는 구조의 막-전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 또한, 연료 전지스택(120)은 단위연료 전지 복수개가 세퍼레이터(separator) 또는 바이폴라 플레이트(bipola plate)를 게재하고 적층된 다중 셀 구조를 가지거나, 물리적으로 1개 층의 막-전극 어셈블리만을 포함하는 단일 셀 구조, 또는 물리적으로 1개 층의 막-전극 어셈블리만을 포함하는 이중 셀 구조를 가질 수 있다.The stack 120 may include a membrane-electrode assembly having a structure in which an anode electrode and a cathode electrode are bonded to both sides of the polymer electrolyte membrane. In addition, the fuel cell stack 120 may have a multi-cell structure in which a plurality of unit fuel cells display a separator or a bipola plate and have a stacked multi-cell structure, or physically include only one layer of membrane-electrode assembly. It may have a single cell structure, or a dual cell structure that physically comprises only one layer of membrane-electrode assembly.

또한, 상기 스택(120)은 애노드에 공급되는 혼합 연료와 캐소드에 공급되는 산화제를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 여기서, 혼합 연료는 수소 원자를 함유한 연료인 소정 농도를 가지는 메탄올 수용액이며, 산화제는 공기나 산소 등을 포함한다. 그리고 상기 스택의 부산물을 재활용하려는 본 발명의 지향 사상에 따라, 연료 전지스택(120)의 캐소드측 유출물은 제1 배관(122)을 통해 응축기로 유입되며, 응축기에서 모아진 액체 성분은 다시 제3 배관을 통해 혼합 탱크(130)에 유입되며, 연료 전지스택(120)의 애노드측 유출물은 제2 배관(124)을 통해 혼합 탱크(130)에 유입된다.In addition, the stack 120 generates electric energy using a mixed fuel supplied to the anode and an oxidant supplied to the cathode. Here, the mixed fuel is an aqueous methanol solution having a predetermined concentration which is a fuel containing hydrogen atoms, and the oxidant contains air, oxygen, or the like. The cathode-side effluent of the fuel cell stack 120 is introduced into the condenser through the first pipe 122, and the liquid component collected in the condenser is again reconstructed by a third method. The pipe is introduced into the mixing tank 130, and the anode side effluent of the fuel cell stack 120 is introduced into the mixing tank 130 through the second pipe 124.

상기 제1 배관을 통해 상기 응축기로 공급되는 캐소드측 부산물은 물과 크로스오버된 미반응 메탄올의 용액이 액체 및 기체 상태가 혼합된 상태(대부분 기체 성분임)로서 배출되며, 상기 응축기에 의해 상당량이 액체 상태로 응결되어 상기 제3 배관을 통해 혼합 탱크로 유입되며, 미처 응결되지 못한 기체 상태의 성분은 대기중으로 배출된다.The cathode side by-product supplied to the condenser through the first pipe is discharged as a mixture of liquid and gaseous state (mostly gaseous components) of water and cross-over unreacted methanol, and a considerable amount by the condenser Condensed in a liquid state and flows into the mixing tank through the third pipe, and gaseous components which have not yet condensed are discharged into the atmosphere.

상기 응축기는 상기 제1 배관에서 상기 유출 기체의 열을 흡수하는 열교환부와 상기 열교환부가 흡수한 열을 연료 전지 시스템 외부로 배출하기 위한 방열부로 이루어질 수 있으며, 그 구체적인 구현 방법은 다양하다. 예컨대, 상기 열교환부는 상기 유출 기체와 접하는 응결판으로 구현할 수 있으며, 상기 방열부는 상기 응결판과 열전도가 가능한 상태로 연결된 방열판 및 상기 방열판을 냉각시키기 위해 외부 공기를 불어넣기 위한 냉각팬을 포함할 수 있다. 또는 열교환부로서 라디에이터 그릴 같은 노출 배관을 포함하고, 방열부로서 상기 노출 배관을 냉각시키기 위해 외부 공기를 불어넣기 위한 냉각팬을 포함할 수 있다.The condenser may include a heat exchanger for absorbing the heat of the effluent gas in the first pipe and a heat radiator for discharging the heat absorbed by the heat exchanger to the outside of the fuel cell system. For example, the heat exchange part may be implemented by a condensing plate in contact with the effluent gas, and the heat dissipation part may include a heat sink connected to the condensation plate in a state capable of thermal conduction, and a cooling fan for blowing external air to cool the heat sink. have. Or an exposure pipe such as a radiator grille as a heat exchanger, and a cooling fan for blowing external air to cool the exposed pipe as a heat dissipation part.

상기 혼합 탱크는 상기 스택으로 일정한 농도의 메탄올 수용액을 공급하기 위한 것으로서, 상기 스택의 애노드측 산출물, 상기 응축기의 응축물 및 연료 탱크 에서 공급되는 고농도 메탄올을 혼합하여, 적정 농도의 메탄올 수용액을 제조하여 상기 스택의 애노드로 공급한다. 상기 동작을 수행하기 위해, 상기 혼합 탱크에서 상기 스택으로 메탄올 수용액을 능동적으로 공급하기 위해 수용액 공급 펌프를 구비할 수 있으며, 상기 연료 탱크에서 혼합 탱크로 고농도 메탄올을 능동적으로 공급하기 위해 연료 공급 펌프를 구비할 수 있다. 상기 제1 배관 내지 제3 배관에도 유체 유동량을 조절하기 위한 밸브나 펌프등의 조절 장치를 구비할 수도 있으나, 펌프 등의 추가로 인한 이점이 상기 수용액/연료 공급 펌프 만큼 크지는 않다. 또한, 연료 전지의 시동 초기에 메탄올 수용액을 만들기 위한 물을 공급하기 위한 물 탱크 및 물 공급 펌프를 더 포함할 수도 있다. 상기 다양한 펌프 같은 유체 유동량 조절 수단들은 상기 제어부의 제어를 받아서 동작하도록 구현하여, 상기 제어부가 상기 혼합 장치내 메탄올 수용액의 농도 및/또는 축적량을 조절하도록 구현하는 것이 바람직하다.The mixing tank is for supplying a constant concentration of aqueous methanol solution to the stack, by mixing the output of the anode side of the stack, the condensate of the condenser and the high concentration methanol supplied from the fuel tank, to prepare a suitable aqueous methanol solution Feed to the anode of the stack. In order to perform the operation, an aqueous solution supply pump may be provided to actively supply an aqueous methanol solution from the mixing tank to the stack, and a fuel supply pump may be provided to actively supply a high concentration of methanol from the fuel tank to the mixing tank. It can be provided. Although the first pipe to the third pipe may be provided with a control device such as a valve or a pump for adjusting the fluid flow amount, the advantage of the addition of the pump is not as great as the aqueous solution / fuel supply pump. In addition, the fuel cell may further include a water tank and a water supply pump for supplying water for making an aqueous methanol solution at the start of the fuel cell. The fluid flow rate adjusting means such as the various pumps are implemented to operate under the control of the control unit, it is preferable to implement the control unit to adjust the concentration and / or accumulation amount of the aqueous methanol solution in the mixing device.

상기 제어 장치는 연료 전지 시스템의 각 구성요소들의 전반적인 동작을 제어하는 메인 CPU 가 되도록 구현할 수도 있고, 별도로 상기 혼합 탱크 제어만을 전담하는 단순한 논리 연산 소자(예컨대, 로직 게이트 칩)로 구현할 수도 있다. 메인 MCU로 구현하는 경우 후술할 본 실시예의 농도 제어 방법은, 상기 메인 CPU에서 실행시키는 프로그램 형태로 구현할 수 있다.The control device may be implemented to be a main CPU that controls the overall operation of each component of the fuel cell system, or may be separately implemented as a simple logic operation element (eg, logic gate chip) dedicated to the mixing tank control. When implemented with a main MCU, the concentration control method of the present embodiment to be described later may be implemented in the form of a program to be executed in the main CPU.

상기 선형 축적량계는 상기 혼합 탱크에 저장된 메탄올 수용액의 축적된 용량을 연속적인 값으로 측정하기 위한 것으로, 예컨대, 도 2에 도시한 바와 같은 장치로 구현할 수도 있다.The linear accumulator is for measuring the accumulated capacity of the aqueous methanol solution stored in the mixing tank as a continuous value, for example, may be implemented by the apparatus as shown in FIG.

도시한 선형 축적량계는, 탱크(130) 내부에 저장된 액체의 표면에 띄워지는 부표(144); 상기 부표(144)의 위치 변화를 하기 검출신호 생성기(148)로 전달하기 위한 변위 전달 수단(146); 상기 부표(144)의 위치 변화 정도에 따르는 전기적 신호를 발생하기 위한 검출신호 생성기(148)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 부표(144)에 의한 축적량 감지를 보다 정확히 하기 위해, 부표(144)의 수면 방향 이동을 방지하기 위한 부표 가이드를 더 포함할 수 있다.The linear accumulator shown includes a buoy 144 which floats on the surface of the liquid stored inside the tank 130; Displacement transfer means (146) for transmitting a change in position of the buoy (144) to a detection signal generator (148) below; It characterized in that it comprises a detection signal generator 148 for generating an electrical signal according to the degree of position change of the buoy 144. In addition, in order to more accurately detect the accumulation amount by the buoy 144, a buoy guide for preventing the surface movement of the buoy 144 may be further included.

상기 부표(144)는 상기 탱크(130) 내부에 저장되는 메탄올 수용액보다 밀도가 작아야 한다. 상기 변위 전달 수단(146)은 일단이 부표와 연결되며 타단이 탱크 외부로 유출되는 부표 연결봉(146a), 일단이 상기 부표 연결봉과 연접하여 있으며 타단이 상기 검출신호 생성기에 연결되어 있는 지레 수단(146b)을 포함할 수 있다. 상기 지레 수단(146b)의 타단의 변위는 상기 검출신호 생성기(148) 내의 가변 저항을 조절하도록 구현할 수 있으며, 가변 저항은 회전 손잡이의 회전량에 의해 저항값이 조절되는 방식의 가변 저항기를 적용할 수 있다.The buoy 144 should be less dense than the aqueous methanol solution stored in the tank 130. The displacement transmission means 146 has a buoy connecting rod 146a, one end of which is connected to the buoy, the other end of which is connected to the buoy connecting rod, and the other end of which is connected to the detection signal generator. ) May be included. The displacement of the other end of the lever means 146b may be implemented to adjust the variable resistance in the detection signal generator 148, and the variable resistor may apply a variable resistor in a manner in which the resistance value is adjusted by the amount of rotation of the rotary knob. Can be.

상기 검출신호 생성기(148) 내의 가변 저항값은 직렬 연결된 전압 분배기(Voltage divider)와 같은 수단을 사용하여 전압값이나 전류값으로 용이하게 변환할 수 있다. 전압값 또는 전류값으로 변경된 축적량 측정값은 아날로그값인 그대로 상기 제어 장치로 입력되거나, 디지탈값으로 변환되어 상기 제어 장치로 입력될 수 있다. 전자의 경우는 상기 제어 장치가 DSP(Digital Signal Processing) 기능이 있는 디지털 연산 소자이거나, 아날로그 연산 소자(예컨데, Operationa Amplifier)인 경우에 적용될 수 있다.The variable resistance value in the detection signal generator 148 may be easily converted into a voltage value or a current value using a means such as a voltage divider connected in series. The accumulated amount measured value changed into a voltage value or a current value may be input to the control device as it is an analog value, or may be converted into a digital value and input to the control device. The former case may be applied when the control device is a digital operation element having a DSP (Digital Signal Processing) function or an analog operation element (for example, Operationa Amplifier).

상기 선형 축적량계는 이 밖에도 다양한 방법으로 구현이 가능한데, 예컨대, 상기 혼합 탱크내 하나 이상의 지점에 설치된 초음파 센서 세트(초음파 발생기 및 센서)를 적용할 수도 있다. 이는 공기중에서 방사된 초음파가 메탄올 수용액 표면에서 반사되는 성질을 이용하거나, 메탄올 수용액과 공기 중의 초음파 속도차를 이용한 것이다. 전자의 경우에는 하나의 세트를 이루는 초음파 발생기 및 센서 쌍은 거의 동일한 지점에 위치하고, 후자의 경우에는 하나의 세트를 이루는 초음파 발생기 및 센서 쌍은 탱크 내에서 서로 마주 보는 지점에 위치하는 것이 바람직하다. 어느 경우에 있어서도, 상기 초음파 센서 쌍을 하나만 설치하면, 자동차와 같은 혼합 탱크의 배치 방향이 중력 방향에 대하여 일정한 경우에만 정확한 동작이 이루어진다. 따라서, 상기 혼합 탱크의 방향 자유도(rotate-free)를 보다 높이기 위해서는 상기 혼합 탱크 내면 다수의 지점에 균일한 분포로 상기 초음파 센서 쌍들을 설치하는 것이 바람직하다.The linear accumulator can be implemented in various ways, for example, it is also possible to apply an ultrasonic sensor set (ultrasonic generator and sensor) installed at one or more points in the mixing tank. This is because the ultrasonic waves radiated in the air are reflected on the surface of the aqueous methanol solution, or the ultrasonic velocity difference between the aqueous methanol solution and the air is used. In the former case, one set of ultrasonic generator and sensor pairs is located at about the same point, and in the latter case, one set of ultrasonic generator and sensor pairs is preferably located at points facing each other in the tank. In any case, if only one pair of the ultrasonic sensors is provided, accurate operation is performed only when the arrangement direction of the mixing tank such as a vehicle is constant with respect to the gravity direction. Therefore, in order to further increase the direction-free degree of the mixing tank, it is preferable to install the ultrasonic sensor pairs in a uniform distribution at a plurality of points on the inner surface of the mixing tank.

이하, 본 실시예의 연료 전지 시스템을 구성하는 각 요소들에 대한 동작을 설명하기로 한다.Hereinafter, operations of the elements constituting the fuel cell system of the present embodiment will be described.

본 실시예의 연료 전지 시스템이 최초로 기동될 때에는, 구현에 따라 미도시한 별도의 물 탱크에서 입력 받거나, 디폴트로서 사용자가 주입한 물이, 상기 혼합 탱크로 채워진다. 상기 물과 함께 소정의 적정 농도의 메탄올 수용액이 조성되도록 상기 연료 공급 장치로부터 고농도의 메탄올이 상기 혼합 탱크로 유입된다.When the fuel cell system of the present embodiment is started for the first time, water input from a separate water tank (not shown) or injected by a user as a default is filled with the mixing tank. A high concentration of methanol is introduced into the mixing tank from the fuel supply device so that a predetermined amount of aqueous methanol solution is formed together with the water.

이후, 상기 혼합 탱크의 메탄올 수용액이 상기 스택의 애노드로 공급되며, 상기 스택의 캐소드로 산화제인 공기가 공급되는 상태에서, 상기 스택에 의한 발전이 이루어진다. 상기 스택에서 생성되는 직류 전원은 전력 변환 장치를 경유하여 외부 부하로 공급되거나, 연료 전지 시스템 내의 배터리로 축전된다.Thereafter, an aqueous methanol solution of the mixing tank is supplied to the anode of the stack, and power is generated by the stack while air, which is an oxidant, is supplied to the cathode of the stack. The DC power generated in the stack is supplied to an external load via a power converter or is stored in a battery in the fuel cell system.

상기 애노드로 공급된 메탄올 수용액을 조성하는 메탄올 성분은 상당 부분이 상기 애노드에서 산화되어 최종적으로 애노드 측에서 발생하는 이산화탄소와 캐소드측에서 발생하는 수증기로 변환된다. 그러나, 애노드 전극과 캐소드 전극을 구획하는 전해질막의 불완전한 특성 때문에, 상당량의 메탄올 분자가 크로스오버(cross-over)되어 캐소드 전극으로 전달되고, 이 중 일부는 캐소드 전극에서 산화되어 수증기와 이산화탄소로 변환되고, 다른 일부는 미반응된 메탄올로 남아 있게 되는데, 캐소드 전극의 높은 온도 때문에 상당 부분이 기체 상태로 된다. 애초의 메탄올 수용액에 포함되어 있던 물은 연료 전지의 화학반응에 관여하지 않으므로, 제2 배관을 통해 전량 혼합 탱크로 회수되는 것이 논리적이지만, 실제로는 상당량이 메탄올 분자 및 양성자 이온과 함께 캐소드로 넘어가며, 캐소드로 넘어 온 메탄올 수용액 중의 물도 캐소드 전극의 높은 온도 때문에 상당 부분이 기체 상태로 된다.Methanol constituting the aqueous methanol solution supplied to the anode is converted to carbon dioxide generated on the anode side and water vapor generated on the cathode side in the substantial portion is oxidized at the anode. However, due to the incomplete nature of the electrolyte membrane partitioning the anode electrode and the cathode electrode, a significant amount of methanol molecules are cross-over and transferred to the cathode electrode, some of which are oxidized at the cathode electrode and converted into water vapor and carbon dioxide The other part remains unreacted methanol, and a large part becomes gaseous due to the high temperature of the cathode electrode. Since the water contained in the original aqueous methanol solution is not involved in the chemical reaction of the fuel cell, it is logical to recover the entire amount through the second pipe to the mixing tank, but in reality, a considerable amount is passed to the cathode together with the methanol molecules and the proton ions. The water in the aqueous methanol solution that has passed to the cathode also becomes gaseous due to the high temperature of the cathode electrode.

상기와 같이, 물 분자, 메탄올 분자 및 이산화탄소 분자를 포함하는 액체와 기체 상태 물질이 뒤섞인 상기 캐소드의 유출물은 제1 배관을 따라 상기 응축기로 공급된다. 비교적 낮은 온도를 가지는 상기 응축기의 노출 배관(또는 응축판)에 접하는 상기 제1 배관 내의 캐소드 유출물은 액체 상태로 응결되는데, 응결되는 양은 상기 제1 배관 내의 캐소드 유출물과 상기 노출 배관(또는 응축판)의 온도차에 비 례한다. 상기 제1 배관 내의 캐소드 유출물과 상기 노출 배관(또는 응축판)의 온도차는 상기 냉각팬에 의해 조절된다. 즉, 상기 냉각팬에 의해 상기 노출 배관(또는 응축판)으로 불어 넣어지는 외부 공기의 양 및/또는 유속에 따라, 상기 상기 노출 배관(또는 응축판)의 냉각량이 제어되고, 이는 상기 제1 배관 내의 캐소드 유출물과 상기 노출 배관(또는 응축판)의 온도차의 조절을 가져와, 궁극적으로 상기 캐소드 유출물의 응결량을 조절할 수 있게 된다.As above, the effluent of the cathode, which is a mixture of liquid and gaseous substances comprising water molecules, methanol molecules and carbon dioxide molecules, is fed to the condenser along the first piping. The cathode effluent in the first conduit, which is in contact with the exposed conduit (or condensation plate) of the condenser having a relatively low temperature, condenses in a liquid state, and the amount of condensation is the cathode effluent in the first conduit and the exposed conduit (or condensation). It is proportional to the temperature difference of the plate). The temperature difference between the cathode effluent in the first pipe and the exposed pipe (or condensation plate) is controlled by the cooling fan. That is, the amount of cooling of the exposed pipe (or condensation plate) is controlled according to the amount and / or flow rate of external air blown into the exposed pipe (or condensation plate) by the cooling fan, which is the first pipe By controlling the temperature difference between the cathode effluent and the exposed piping (or condensate plate), it is possible to ultimately control the amount of solidification of the cathode effluent.

상기 응축기에 의해 액체 상태로 변한 캐소드 유출물은 상기 제3 배관을 통해 상기 혼합 탱크로 반입되며, 미처 응결되지 못하고 기체 상태로 남아 있는 캐소드 유출물은 상기 응축기, 제3 배관 및 혼합 탱크 중 외부로의 배출 경로가 형성된 곳에서 대기로 배출된다.The cathode effluent changed into the liquid state by the condenser is brought into the mixing tank through the third pipe, and the cathode effluent, which has not yet condensed and remains in the gaseous state, is moved out of the condenser, the third pipe and the mixing tank. It is discharged to the atmosphere where the discharge path is formed.

상기 혼합 탱크로 유입되는 유출물은 상기 애노드로 공급되는 적정 농도보다 낮은 농도의 메탄올 수용액이므로, 상기 연료 공급 장치에서 적당량의 고농도 메탄올을 공급할 필요가 있다. 이는 상기 혼합 탱크내 메탄올 수용액의 농도를 일정하게 유지시키기 위함이다.Since the effluent flowing into the mixing tank is an aqueous methanol solution at a concentration lower than the proper concentration supplied to the anode, it is necessary to supply an appropriate amount of high concentration methanol from the fuel supply device. This is to maintain a constant concentration of the aqueous methanol solution in the mixing tank.

상기 혼합 탱크내 메탄올 수용액의 농도를 일정하게 유지하기 위해서는 상기 혼합 탱크 내 메탄올 수용액의 농도를 주기적으로 측정하는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 혼합 탱크내의 저면에 농도 센서를 설치하도록 구현할 수 있고, 다른 인자들로부터 상기 혼합 탱크내 메탄올 수용액의 농도를 소정의 계산식에 따라 추정하도록 구현할 수도 있다. 후자의 경우에 필요한 추가 구성요소는 후술하기로 하겠다. 농도센서로는 메탄올 등의 연료의 농도에 따라 부피가 변화하는 이온전도 고분 자 수지 또는 복합 수지 등을 이용할 수 있다.In order to maintain a constant concentration of the aqueous methanol solution in the mixing tank, it is preferable to periodically measure the concentration of the aqueous methanol solution in the mixing tank. To this end, it can be implemented to install a concentration sensor on the bottom surface of the mixing tank, it can be implemented to estimate the concentration of the aqueous methanol solution in the mixing tank from other factors according to a predetermined formula. Additional components required in the latter case will be described later. As the concentration sensor, an ion conductive polymer resin or a composite resin whose volume changes depending on the concentration of fuel such as methanol may be used.

상기 선형 축적량계는, 상기 혼합 탱크의 메탄올 수용액 축적량(수위)을 연속적인 값으로 측정하여 주기적으로 상기 제어 장치에 제공한다. 상기 제어 장치는 상기 냉각팬의 속도를 제어하는데, 상기 축적량이 많을수록 상기 냉각팬의 속도를 느리게 하고, 상기 축적량이 적을수록 상기 냉각팬의 속도를 빠르게 하는 방식으로 제어를 수행한다. 상기 제어 장치가 OP 앰프(Operational Amplifier)와 같은 아날로그 처리 수단인 경우에는 상기 냉각기에 대한 제어 신호도 연속적인(linear) 값들을 가지게 되며, 상기 제어 장치가 일반 CUP나 DSP 칩인 경우에는 상기 냉각기에 대한 제어 신호가 불연속적인(discrete) 다단계 값들을 가지게 된다.The linear accumulation meter measures the accumulation amount (water level) of the methanol aqueous solution in the mixing tank as a continuous value and periodically provides it to the control device. The control device controls the speed of the cooling fan, and the greater the amount of accumulation, the slower the speed of the cooling fan, and the smaller the amount of accumulation, the faster the speed of the cooling fan. When the control device is an analog processing means such as an operational amplifier, the control signal for the cooler also has linear values, and when the control device is a general CUP or DSP chip, The control signal will have discrete multistep values.

이하, 본 실시예의 연료 전지 시스템의 성능을 양적으로 향상시키기 위해 부가될 수 있는, 다양한 추가 구성 요소들에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, various additional components, which can be added to quantitatively improve the performance of the fuel cell system of the present embodiment, will be described.

제어장치(150)는 소정의 프로그램이 저장되는 메모리와 이 메모리에 결합되어 프로그램에 의해 연료 전지시스템을 제어하는 중앙처리장치를 포함할 수 있다. 그리고 제어장치(150)는 연료 전지스택(120)의 구조 및 특성에 따라 결정되는 혼합 연료의 기준 농도값을 메모리에 보유할 수 있다. 또한, 제어장치(150)는 소정 범위내에서 혼합 연료의 농도값의 변화에 따라 변화되는 출력 전압값 및 출력 전류값에 대한 데이터를 보유할 수 있다. 예컨대, 제어장치(150)는 혼합 연료의 농도값과 이에 상응하는 출력 전압값 및 출력 전류값이 저장된 룩업테이블을 구비할 수 있다.The controller 150 may include a memory in which a predetermined program is stored and a central processing unit coupled to the memory to control the fuel cell system by the program. In addition, the controller 150 may maintain a reference concentration value of the mixed fuel determined in accordance with the structure and characteristics of the fuel cell stack 120 in the memory. In addition, the controller 150 may retain data about an output voltage value and an output current value that change according to a change in the concentration value of the mixed fuel within a predetermined range. For example, the controller 150 may include a lookup table in which concentration values of the mixed fuel, corresponding output voltage values, and output current values are stored.

구현에 따라, 상기 혼합 탱크에 별도의 농도 센서를 구비하지 않고, 상기 룩 업테이블에 따라 상기 스택 또는 전력변환장치의 출력 전압값 및 출력 전류값으로부터, 소정 계산식을 적용하여 상기 혼합 탱크내 메탄올 수용액의 농도를 추정하도록 구성할 수도 있다. 이때 보다 추정 계산의 정확도를 높이기 위해 상기 스택의 온도를 측정하여 상기 계산식에 적용하도록 구현할 수도 있다. In some embodiments, an aqueous solution of methanol in the mixing tank may be provided by applying a predetermined equation from the output voltage value and the output current value of the stack or power converter according to the look up table, without having a separate concentration sensor in the mixing tank. It may be configured to estimate the concentration of. In this case, the temperature of the stack may be measured and applied to the calculation formula in order to increase the accuracy of the estimation calculation.

구현에 따라, 제어장치(150)는 전력변환장치(160)로부터 연료 전지스택(120)의 출력 전압 및 출력 전류에 대한 소정 레벨의 전기 신호를 입력받을 수 있다. 그리고, 입력된 전기 신호에 상응하는 연료 농도값에 따라 열교환기(170)를 제어한다. 이 경우는 상기 전력변환장치에 연결된 외부 부하의 전력 소요량에 따라 상기 스택의 애노드로 공급되는 메탄올 수용액의 농도를 조절함으로써, 발전량을 조절하기 위한 것이다.In some embodiments, the controller 150 may receive an electric signal of a predetermined level for the output voltage and the output current of the fuel cell stack 120 from the power converter 160. Then, the heat exchanger 170 is controlled according to the fuel concentration value corresponding to the input electric signal. In this case, the amount of power generated is controlled by adjusting the concentration of the aqueous methanol solution supplied to the anode of the stack according to the power requirement of the external load connected to the power converter.

상기 제1 배관 및 제3 배관을 통해 상기 혼합 탱크로 유입되는 수용액의 불순물 특히 이산화탄소를 제거하기 위해, 상기 제1 배관 및 제3 배관과 상기 혼합 탱크 사이에 순환처리장치를 설치할 수도 있다. 이 경우 캐소드측 산출 액체 및 애노드측 응결 액체는 상기 순환처리장치를 일단 경유한 후 상기 혼합 탱크로 유입된다.In order to remove impurities, particularly carbon dioxide, of the aqueous solution flowing into the mixing tank through the first pipe and the third pipe, a circulation treatment device may be installed between the first pipe and the third pipe and the mixing tank. In this case, the cathode-side output liquid and the anode-side condensation liquid are introduced into the mixing tank after passing through the circulation processing device once.

상기 순환처리장치(180)는 연료 전지스택(110)의 애노드측 유출구에서 나오는 미반응 연료를 저장하고 이산화탄소 등의 반응생성물을 적절하게 배출시킨다. 그리고 연료 전지스택(110)의 캐소드측 유출구에서 나오는 물을 저장하고, 질소와 산소 등의 반응생성물을 적절하게 배출시킨다. 또한, 순환처리장치(180)는 미반응 연료와 물이 혼합된 저농도 연료를 펌프(142)를 통해 연료혼합장치(132)에 공급한 다. 이러한 순환처리장치(180)는 예컨대, 애노드측 유출물이 유입되는 하반부와 캐소드측 유출물이 유입되는 상반부, 및 기상은 상반부로 투과시키고 액상은 하반부로 투과시키도록 이들 하반부와 상반부 사이에 삽입설치되는 선택적 투과막을 포함할 수 있다.The circulation processing device 180 stores the unreacted fuel from the anode side outlet of the fuel cell stack 110 and properly discharges the reaction product such as carbon dioxide. The water exiting from the cathode side outlet of the fuel cell stack 110 is stored, and reaction products such as nitrogen and oxygen are properly discharged. In addition, the circulation processing device 180 supplies a low concentration fuel in which unreacted fuel and water are mixed to the fuel mixing device 132 through the pump 142. Such a circulation processing device 180 is installed between the lower half and the upper half so that, for example, the lower half into which the anode side effluent flows and the upper half into which the cathode side effluent flows, and the gaseous phase permeate into the upper half, and the liquid phase permeate into the lower half. It may comprise a selective permeable membrane.

상기 혼합 탱크(130)는 연료 공급장치(110)로부터 입력받은 고농도 메탄올 및 응축기(160)로부터 입력받은 저농도 메탄올 수용액의 혼합이 원할하게 이루어질수 있는 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 저농도 메탄올과 고농도 메탄올의 유입이 다공성 부재를 통과하도록 구현할 수 있다.The mixing tank 130 may have a structure in which a high concentration of methanol input from the fuel supply device 110 and a low concentration of methanol aqueous solution input from the condenser 160 may be smoothly mixed. For example, the inflow of low concentration methanol and high concentration methanol may be implemented to pass through the porous member.

전기적 연산장치의 일종인 상기 제어 장치(150)는 그 구동 전원을 공급받아야 하는데, 제어 장치에 대한 구동 전원을 상기 전력 변환장치(180)로부터 입력받거나, 연료 전지 시스템의 출력 안정화를 위한 배터리로부터 입력받거나, 제어 장치(150)를 위한 별도의 배터리로부터 입력받도록 구현할 수 있다.The control device 150, which is a kind of electrical computing device, needs to be supplied with driving power. The driving power for the control device is input from the power converter 180 or from a battery for stabilizing the output of a fuel cell system. It may be implemented to receive from, or from a separate battery for the control device 150.

(( 실시예Example 2) 2)

본 실시예의 연료 전지 시스템은, 수용액 연료가 공급되는 애노드 전극 및 산화제가 공급되는 캐소드 전극을 포함하는 스택; 상기 캐소드 전극에서 배출되는 기체를 응축하기 위한 응축기; 및 상기 응축기에 의해 응축된 응축액 및 고농도 메탄올을 혼합하기 위한 농도 조절 탱크; 상기 농도 조절 탱크의 메탄올 수용액 축적량을 단계적으로 측정하기 위한 비선형 다단 축적량계; 및 상기 혼합 탱크내 용액의 축적량 및 농도를 일정하게 유지시키기 위한 제어 장치를 포함하며, 전체 연결 구조는 선형 축적량계를 비선형 다단 축적량계로 치환한 것을 제외하면 도 1에 도시한 바와 같은 상기 제1 실시예의 구성도와 동일하다.The fuel cell system of the present embodiment includes a stack including an anode electrode supplied with an aqueous solution fuel and a cathode electrode supplied with an oxidant; A condenser for condensing the gas discharged from the cathode electrode; And a concentration control tank for mixing the condensate condensed by the condenser and the high concentration methanol; A nonlinear multi-stage accumulator for measuring the accumulation amount of the aqueous methanol solution in the concentration control tank step by step; And a control device for maintaining a constant accumulation amount and concentration of the solution in the mixing tank, wherein the entire connection structure includes the first embodiment as shown in FIG. 1 except that the linear accumulation meter is replaced with a nonlinear multistage accumulation meter. It is the same as the block diagram of an example.

상기 스택, 전력 변환 장치, 응축기 및 연료 공급 장치는 상기 제1 실시예의 경우와 거의 동일하므로, 중복되는 그 상세 구조 및 동작 설명은 생략하겠다. 또한, 본 실시예의 연료 전지 시스템의 성능을 양적으로 향상시키기 위해 부가될 수 있는 다양한 추가 구성 요소들도 상기 제1 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다. 이하, 본 실시예에서 구별되는 상기 다단 축적량계 및 이에 따른 상기 제어 장치의 동작에 대해서 설명하겠다.Since the stack, the power converter, the condenser and the fuel supply device are almost the same as in the case of the first embodiment, the detailed structure and operation description thereof will be omitted. In addition, various additional components that may be added to quantitatively improve the performance of the fuel cell system of the present embodiment are also the same as the first embodiment, and thus description thereof is omitted. Hereinafter, the operation of the multi-stage accumulation meter and the control device according to the present embodiment will be described.

상기 제어 장치는 연료 전지 시스템의 각 구성요소들의 전반적인 동작을 제어하는 메인 MCU 가 되도록 구현할 수도 있고, 별도로 상기 혼합 탱크 제어만을 전담하는 단순한 논리 연산 소자(예컨대, 로직 게이트 칩)로 구현할 수도 있다. 메인 MCU로 구현하는 경우 후술할 본 실시예의 농도 제어 방법은, 상기 메인 MCU에서 실행시키는 프로그램 형태로 구현할 수 있다.The control device may be implemented to be a main MCU that controls the overall operation of each component of the fuel cell system, or may be separately implemented as a simple logic operation element (eg, a logic gate chip) dedicated to the mixing tank control. When implemented in the main MCU The concentration control method of the present embodiment to be described later, may be implemented in the form of a program to be executed in the main MCU.

상기 제어 장치를 OP 앰프(Operational Amplifier)와 같은 아날로그 처리 수단으로 구현할 수도 있으나, 입력되는 축적량값이 불연속적(descrete)인 값이므로 효율적인 구성이 되지 못한다. 상기 제어 장치가 일반 MCP인 경우에는 상기 냉각기에 대한 제어 신호도 불연속적인(discrete) 다단계 값들을 가지게 된다. Although the control device may be implemented by an analog processing means such as an operational amplifier, an input accumulation amount value is a discrete value and thus an efficient configuration may not be achieved. If the control device is a general MCP, the control signal for the cooler will also have discrete multistep values.

도 3에 도시한 바와 같은 비선형 다단 축적량계는 혼합 탱크(230)에 저장된 메탄올 수용액의 축적된 용량을 연속적인 값으로 측정하기 위한 것으로, 종래의 단일 축적량계와 구별을 위해 최소한 3개의 측정지점을 가지는데, 보다 측정지점이 많을수록 상기 제어부에 의한 응축작용 제어가 세밀해진다. 상기 최소한의 3 측정지점은 응축 작용의 최소화(예: 정지)를 유발하는 만수위, 응축 작용의 최대화를 유발하는 최저수위, 다량 응축 동작과 소량 응축 동작 중 하나를 선택하기 위한 기준점이 되는 중간수위이다.The nonlinear multi-stage accumulator as shown in FIG. 3 is for measuring the accumulated volume of the methanol aqueous solution stored in the mixing tank 230 at a continuous value, and at least three measuring points are distinguished from the conventional single accumulator. The more measurement points, the finer the control of condensation by the controller. The minimum three measurement points are the high water level causing minimization (e.g. stopping) of the condensation action, the low water level leading to the maximization of the condensation action, and the intermediate water level being a reference point for selecting one of the mass condensation action and the small amount condensation action. .

상기 비선형 다단 축적량계(240)는 다양한 센서 소자를 적용하여 구현할 수 있는데, 도 3에 도시한 바와 같이 각 측정 수위의 위치에 설치된 단순한 on/off 방식의 수위 감지 소자 다수개의 집합(242), 및 상기 수위 감지 소자 집합(242) 출력의 논리 조합을 단계적인 전기적 신호로 변환하기 위한 검출신호 생성부(244)로 구현하는 것이 용이하다.The nonlinear multi-stage accumulator 240 may be implemented by applying various sensor elements, as shown in FIG. 3, a set of a plurality of simple level on / off level sensing elements installed at each measurement level, 242, and It is easy to implement with the detection signal generator 244 for converting the logical combination of the output of the water level sensing element set 242 into a stepwise electrical signal.

상기 비선형 다단 축적량계는, 상기 혼합 탱크의 메탄올 수용액 축적량(수위)을 불연속적인 다단계 값으로 측정하여 상기 제어 장치에 제공한다. 상기 측정값의 제공은 일정한 주기에 따라 이루어지거나, 또는 이전에 제공하였던 단계에서 변경이 일어났을 때 이루어지도록 구현할 수 있다. The nonlinear multistage accumulator measures the amount of accumulated aqueous solution of methanol in the mixing tank (water level) as a discrete multistage value and provides it to the control device. The provision of the measured value may be performed at regular intervals or when a change occurs in a previously provided step.

상기 제어 장치는 상기 비선형 다단 축적량계로부터 입력받은 측정값의 각 단계에 따라 상기 냉각팬의 속도를 제어하는데, 만수위인 경우 냉각팬의 속도를 최소화(정지)시키고, 최저수위인 경우에는 냉각팬의 속도를 최대화시키며, 만수위에 가까운 단계값일수록 냉각팬의 속도를 빠르게 하며, 최저수위에 가까운 단계값일수록 냉각팬의 속도를 느리게 조절한다.The control device controls the speed of the cooling fan according to each step of the measured value received from the nonlinear multi-stage accumulator. When the water level is full, the speed of the cooling fan is minimized (stopped). To maximize the speed, the closer to the full water level, the faster the cooling fan. The closer to the lowest water level, the slower the cooling fan.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

상기 구성과 같은 수위 감지 수단을 실시함에 의해, 탱크내에 저장된 액체의 축적량을 선형적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.By implementing the water level sensing means as described above, there is an effect of linearly measuring the accumulation amount of the liquid stored in the tank.

상기 구성과 같은 응축기의 응축량을 동적으로 조절할 수 있는 연료 전지 시스템을 실시함에 의해, 보다 작은 용량의 혼합 탱크로도 안정적인 동작을 보장할 수 있는 효과가 있다.By implementing a fuel cell system capable of dynamically adjusting the condensation amount of the condenser as described above, there is an effect that can ensure a stable operation even with a smaller mixing tank.

Claims (13)

탱크 내부에 저장된 액체의 표면에 띄워지는 부표; Buoy floating on the surface of the liquid stored inside the tank; 상기 부표의 위치 변화를 하기 검출신호 생성기로 전달하기 위한 변위 전달 수단;Displacement transfer means for transferring a change in position of the buoy to a detection signal generator; 상기 부표의 위치 변화 정도에 따르는 전기적 신호를 발생하기 위한 검출신호 생성기Detection signal generator for generating an electrical signal according to the degree of change in the position of the buoy 를 포함하는 수위 감지 수단.Level detection means comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 부표의 수면 방향 이동을 방지하기 위한 부표 가이드Buoy guides to prevent buoyancy movement 를 더 포함하는 수위 감지 수단.Water level detection means further comprising. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 검출신호 생성기는, The detection signal generator, 외부에서 가해진 기계적인 동작에 따라 조절되는 저항값을 가지는 가변 저항기인 것을 특징으로 하는 수위 감지 수단. And a variable resistor having a resistance value adjusted according to an externally applied mechanical operation. 수용액 연료가 공급되는 애노드 및 산화제가 공급되는 캐소드를 포함하는 스택;A stack comprising an anode supplied with an aqueous solution fuel and a cathode supplied with an oxidant; 상기 캐소드에서 배출되는 기체를 응축하기 위한 응축기; A condenser for condensing the gas discharged from the cathode; 상기 응축기에 의해 응결된 응축액 및 고농도 연료를 혼합하기 위한 혼합 탱크;A mixing tank for mixing the condensate condensed by the condenser and the high concentration fuel; 상기 혼합 탱크의 연료 수용액 축적량을 선형적으로 측정하기 위한 선형 축적량계; 및A linear accumulation meter for linearly measuring the accumulation amount of the fuel aqueous solution in the mixing tank; And 상기 혼합 탱크내 용액의 축적량을 일정하게 유지시키기 위한 제어 장치Control device for maintaining a constant accumulation amount of the solution in the mixing tank 를 포함하는 연료 전지 시스템.Fuel cell system comprising a. 제4항에 있어서, 상기 응축기는,The method of claim 4, wherein the condenser, 캐소드 배출 기체의 열을 흡수하기 위한 열교환부; 및A heat exchanger for absorbing heat of the cathode discharge gas; And 상기 열교환부가 흡수한 열을 시스템 외부로 배출하기 위한 방열부Heat dissipation unit for discharging the heat absorbed by the heat exchanger to the outside 를 포함하는 연료 전지 시스템.Fuel cell system comprising a. 제5항에 있어서, 상기 방열부는,The method of claim 5, wherein the heat dissipation unit, 상기 열교환부를 냉각시키기 위해 외부 공기를 불어넣기 위한 냉각팬이며,Cooling fan for blowing outside air to cool the heat exchange unit, 상기 제어 장치는 상기 선형 측정량계의 검출값에 따라 상기 냉각팬의 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.And the control device adjusts the speed of the cooling fan in accordance with the detection value of the linear measurement meter. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 제어 장치에 입력되는 상기 선형 측정량계의 검출값은 연속적인 값이 며, The detection value of the linear metrology meter input to the control device is a continuous value, 상기 제어 장치에서 출력하는 상기 냉각팬의 속도 제어 신호는 연속적인 값인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.And a speed control signal of the cooling fan output from the control device is a continuous value. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 제어 장치에 입력되는 상기 선형 측정량계의 검출값은 연속적인 값이며, The detection value of the linear metrology meter input to the control device is a continuous value, 상기 제어 장치에서 출력하는 상기 냉각팬의 속도 제어 신호는 단계적인 값인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.And a speed control signal of the cooling fan output from the control device is a step value. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 4 to 8, 상기 선형 축적량계는 제1항 내지 제3항의 수위 감지 수단인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The linear accumulator is a fuel cell system, characterized in that the water level sensing means of claim 1. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 4 to 8, 상기 연료는 수용성 유기화합물인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system, characterized in that the fuel is a water-soluble organic compound. 수용액 연료가 공급되는 애노드 전극 및 산화제가 공급되는 캐소드 전극을 포함하는 스택; A stack comprising an anode electrode supplied with an aqueous solution fuel and a cathode electrode supplied with an oxidant; 상기 캐소드 전극에서 배출되는 기체를 응축하기 위한 응축기; A condenser for condensing the gas discharged from the cathode electrode; 및 상기 응축기에 의해 응축된 응축액 및 고농도 메탄올을 혼합하기 위한 농도 조절 탱크;And a concentration control tank for mixing the condensate condensed by the condenser and the high concentration methanol; 상기 농도 조절 탱크의 메탄올 수용액 축적량을 단계적으로 측정하기 위한 비선형 다단 축적량계;A nonlinear multi-stage accumulator for measuring the accumulation amount of the aqueous methanol solution in the concentration control tank step by step; 상기 혼합 탱크내 용액의 축적량을 일정하게 유지시키기 위한 제어 장치Control device for maintaining a constant accumulation amount of the solution in the mixing tank 를 포함하는 연료 전지 시스템.Fuel cell system comprising a. 제11항에 있어서, 상기 응축기는,The method of claim 11, wherein the condenser, 캐소드 배출 기체의 열을 흡수하기 위한 열교환부; 및A heat exchanger for absorbing heat of the cathode discharge gas; And 상기 열교환부가 흡수한 열을 시스템 외부로 배출하기 위한 방열부Heat dissipation unit for discharging the heat absorbed by the heat exchanger to the outside 를 포함하는 연료 전지 시스템.Fuel cell system comprising a. 제12항에 있어서, 상기 방열부는,The method of claim 12, wherein the heat dissipation unit, 상기 열교환부를 냉각시키기 위해 외부 공기를 불어넣기 위한 냉각팬이며,Cooling fan for blowing outside air to cool the heat exchange unit, 상기 제어 장치는 상기 선형 측정량계의 검출값에 따라 상기 냉각팬의 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.And the control device adjusts the speed of the cooling fan in accordance with the detection value of the linear measurement meter.
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KR100972989B1 (en) * 2008-02-15 2010-07-30 한국과학기술연구원 Hybrid type power supplying apparatus

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