KR20070080485A - 직접액체연료전지의 기액 분리장치 - Google Patents

직접액체연료전지의 기액 분리장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20070080485A
KR20070080485A KR1020060011834A KR20060011834A KR20070080485A KR 20070080485 A KR20070080485 A KR 20070080485A KR 1020060011834 A KR1020060011834 A KR 1020060011834A KR 20060011834 A KR20060011834 A KR 20060011834A KR 20070080485 A KR20070080485 A KR 20070080485A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid
gas
chamber
extraction membrane
housing
Prior art date
Application number
KR1020060011834A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100751365B1 (ko
Inventor
강상균
손동기
조웅호
최상현
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020060011834A priority Critical patent/KR100751365B1/ko
Priority to CNB2006101212385A priority patent/CN100487967C/zh
Priority to JP2006155432A priority patent/JP4563344B2/ja
Priority to US11/445,234 priority patent/US7611568B2/en
Publication of KR20070080485A publication Critical patent/KR20070080485A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100751365B1 publication Critical patent/KR100751365B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A21—BAKING; EDIBLE DOUGHS
    • A21C—MACHINES OR EQUIPMENT FOR MAKING OR PROCESSING DOUGHS; HANDLING BAKED ARTICLES MADE FROM DOUGH
    • A21C11/00—Other machines for forming the dough into its final shape before cooking or baking
    • A21C11/16—Extruding machines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A21—BAKING; EDIBLE DOUGHS
    • A21C—MACHINES OR EQUIPMENT FOR MAKING OR PROCESSING DOUGHS; HANDLING BAKED ARTICLES MADE FROM DOUGH
    • A21C1/00—Mixing or kneading machines for the preparation of dough
    • A21C1/06—Mixing or kneading machines for the preparation of dough with horizontally-mounted mixing or kneading tools; Worm or screw mixers
    • A21C1/065—Worm or screw mixers, e.g. with consecutive mixing receptacles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A21—BAKING; EDIBLE DOUGHS
    • A21C—MACHINES OR EQUIPMENT FOR MAKING OR PROCESSING DOUGHS; HANDLING BAKED ARTICLES MADE FROM DOUGH
    • A21C1/00—Mixing or kneading machines for the preparation of dough
    • A21C1/14—Structural elements of mixing or kneading machines; Parts; Accessories
    • A21C1/145—Controlling; Testing; Measuring
    • A21C1/1455—Measuring data of the driving system, e.g. torque, speed, power
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)

Abstract

개시된 직접액체연료전지의 기액 분리장치는: 상부에 개공부가 형성된 하우징; 상기 개공부를 커버하도록 부착되어 상기 기체를 선택적으로 투과시키는 기체추출막; 상기 하우징의 내부를 상기 기체추출막과 연통된 제1챔버와 상기 기체추출막과 연통되지 않는 제2챔버로 한정하도록 설치되며, 상기 제1챔버 내로 유입된 상기 액체를 선택적으로 상기 제2챔버로 투과시키는 액체추출막; 상기 액체 및 기체를 상기 하우징의 내부로 안내하는 인입구; 및 상기 제2챔버에 연결되어 상기 제2챔버 내의 액체를 밖으로 안내하는 배출구;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

직접액체연료전지의 기액 분리장치{Liquid-gas separator for direct liquid feed fuel cell}
도 1은 직접액체연료전지의 기본적인 구성을 보여주는 단면도이다.
도 2는 연료전지에 사용되는 기액분리장치의 모형도이다.
도 3은 본 발명의 기액 분리장치가 적용되는 직접액체 연료전지 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액분리장치(100)의 단면도이다.
도 5는 도 4의 기액분리장치를 기울어지게 배치한 경우의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기액분리장치(200)의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기액분리장치(300)의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기액분리장치(400)의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
100, 200: 기액분리장치 110,210: 하우징
115,215: 기체추출막 120,220: 액체추출막
130,230: 인입구 140,240: 배출구
본 발명은 직접액체 연료전지의 애노드 전극에서 배출된 미반응 액체연료와 이산화탄소를 분리하여 배출하는 기액분리장치에 관한 것이다.
직접액체연료전지(Direct Liquid Feed Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올 등의 유기화합물 연료와 산화제인 산소와의 전기화학반응에 의해 전기를 생성하는 발전장치로서 에너지밀도 및 전력밀도가 매우 높으며, 메탄올 등 액체연료를 직접 사용하기 때문에 연료개질기(reformer) 등 주변장치가 필요치 않으며 연료의 저장 및 공급이 쉽다는 장점을 가지고 있다.
직접액체연료전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 애노드 전극(2)과 캐소드 전극(3) 사이에 전해질막(1)이 개재되어 있는 구조를 가진다. 각 애노드 전극(2)과 캐소드 전극(3)의 구조는 연료의 공급 및 확산을 위한 연료확산층(diffusion layer, 22, 32)과 연료의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층(21, 31), 그리고 전극 지지체(23, 33)을 구비한다. 전극 반응을 위한 촉매는 저온에서도 우수한 특성을 갖는 백금과 같은 귀금속 촉매가 사용이 되며 반응 부생성물인 일산화탄소에 의한 촉매피독 현상(catalyst poisoning)을 방지하기 위하여 루테늄, 로듐, 오스늄, 니켈등과 같은 전이금속의 합금촉매가 사용된다. 전극 지지체는 탄소종이, 탄소직물 등이 사용되며 연료의 공급과 반응 생성물의 배출이 용이하도록 발수처리(water-proofed)하여 사용한다. 전해질막(1)은 두께가 50-200 ㎛ 인 고분자막으로서 수분을 함유하며 이온전도성을 갖는 수소이온교환막이다.
직접액체연료전지 중, 메탄올과 물을 혼합 연료로 사용하는 직접메탄올연료 전지 (Direct Methanol Fuel Cell, 이하 DMFC)의 전극반응은 연료가 산화되는 애노드 반응과 수소이온과 산소의 환원에 의한 캐소드 반응으로 구성되며 반응식은 다음과 같다.
CH3OH +H2O --> CO2 +6 H+ + 6 e- (Anode reaction)
3/2 O2 +6 H+ + 6 e- --> 3 H2O (Cathode reaction)
CH3OH + 3/2 O2 --> 2 H2O + CO2 (Overall reaction)
산화반응(반응식 1)이 일어나는 애노드 전극(2)에서는, 메탄올과 물의 반응에 의하여 이산화탄소, 수소이온 및 전자가 생성이 되며, 생성된 수소이온은 전해질막(1)을 통해서 캐소드 전극(3)으로 전달된다. 환원반응(반응식 2)이 일어나는 캐소드 전극(3)에서는, 수소이온과 외부 회로를 통해 전달된 전자 그리고 산소 간의 반응에 의해 물이 생성된다. 따라서 DMFC 총괄반응(반응식 3)은 메탄올과 산소가 반응하여 물과 이산화탄소를 생성하는 반응이 된다. 이때, 메탄올 1분자가 산소와 반응하여 2 몰의 물이 생성된다.
이때 사용되는 액체연료는 순수한 메탄올이 아닌 시스템 내부에서 발생하거나 혹은 이미 저장되어있는 물과 혼합되어 사용되어야 하며, 고농도 연료를 사용 할 경우 전해질막(수소이온교환막)에서의 연료의 크로스오버(cross-over, 연료가 이온교환막을 통과하는 현상)로 인한 발전 성능감소가 크기 때문에 일반적으로 0.5 ~ 2 M (2 ~ 8 vol.%)의 저농도 메탄올로 희석하여 사용하게 된다.
도 2는 연료전지에 사용되는 기액분리장치의 모형도이다. 휴대용 연료전지에 사용되는 기액분리장치(10)는 특성상 사용하는 위치가 고정되지 않는다. 정상적인 위치(도 2의 A)에서는 애노드 전극으로부터의 희석된 미반응 연료와 이산화탄소가 인입구(inlet)(11)로 들어와서 이산화탄소는 몸체의 천정에 형성된 홀(12)을 통해서 외부로 배출되며, 미반응 연료는 몸체의 하부(lower part)에 형성된 배출구(outlet)(13)를 통해서 연료전지로 회수된다.
그러나, 기액분리장치(10)가 거꾸로 된 상태(도 2의 B)에서는 미반응 연료 및 이산화탄소의 배출구(12,13) 방향이 바뀌게 된다. 따라서, 이산화탄소가 애노드전극으로 들어갈 수 있으며, 또한, 미반응 연료가 외부로 유출될 수 있다.
한편, 기액분리장치(10)의 인입구(11)로 인입되는 물질에는 촉매 또는 금속의 파티클(particle)과, 금속 이온, 예컨대 Fe 이온이 포함될 수 있다. 이러한 촉매 및 금속 파티클은 펌프의 오동작을 일으킬 수 있으며, 금속이온은 스택을 오염시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기액분리기능과 불순물을 필터링하는 필터를 구비한 직접액체 연료전지의 기액분리장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 직접액체연료전지의 기액 분리장치는: 직접액체연료전지로부터의 액체와 기체를 수납하며, 상기 액체와 기체를 분리하여 배출하는 기액 분리장치에 있어서,
상부에 개공부가 형성된 하우징;
상기 개공부를 커버하도록 부착되어 상기 기체를 선택적으로 투과시키는 기체추출막;
상기 하우징의 내부를 상기 기체추출막과 연통된 제1챔버와 상기 기체추출막과 연통되지 않는 제2챔버로 한정하도록 설치되며, 상기 제1챔버 내로 유입된 상기 액체를 선택적으로 상기 제2챔버로 투과시키는 액체추출막;
상기 액체 및 기체를 상기 하우징의 내부로 안내하는 인입구; 및
상기 제2챔버에 연결되어 상기 제2챔버 내의 액체를 밖으로 안내하는 배출구;를 구비하는 것을 특징으로 한다
상기 액체추출막은, 50 ㎛ 이하의 기공을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 제2챔버에는, 상기 액체추출막의 기공 보다 큰 기공을 가진 제1 부재가 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 상기 제2챔버에는, 0.1 ~ 1 mm 크기의 이온교환 비드가 채워진다.
상기 기체추출막은, 폴리테트라플루오르에틸렌으로 제조될 수 있다.
또한, 상기 기체추출막은, 상기 폴리테트라플루오르에틸렌과 다공성 강화부 재가 압착된 것이 바람직하다.
상기 액체추출막은, 상기 기체추출막과 실질적으로 나란하게 설치된 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 직접액체연료전지의 기액 분리장치는:
외주에 개공부가 형성된 하우징;
상기 개공부를 커버하도록 부착되어 상기 기체를 선택적으로 투과시키는 기체추출막;
상기 하우징의 내부를 상기 기체추출막과 연통된 제1챔버와 상기 기체추출막과 연통되지 않는 제2챔버로 한정하도록 설치되며, 상기 제1챔버 내로 유입된 상기 액체를 선택적으로 상기 제2챔버로 투과시키는 액체추출막;
상기 액체 및 기체를 상기 하우징의 내부로 안내하는 인입구; 및
상기 제2챔버에 연결되어 상기 제2챔버 내의 액체를 밖으로 안내하는 배출구;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2챔버는 상기 제1챔버의 내부에 형성될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 직접액체연료전지의 기액분리장치의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 기액 분리장치가 적용되는 직접액체 연료전지 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 직접액체연료전지 시스템은 직접액체 연료전지, 예컨대 연 료전지 스택(190)과, 애노드 전극으로부터 방출된 희석된 미반응 액체연료와 반응생성물인 이산화탄소를 받아서 이산화탄소는 외부로 방출하고 액체연료는 워터펌프(191)로 스택(190)의 애노드 전극으로 보내는 기액분리장치(100)와, 상기 스택(190)으로 연료탱크(195)의 희석된 액체연료(메탄올)을 이송하는 연료펌프(192)와, 상기 스택(190)으로 공기를 이송하는 블로우(193)를 구비한다. 캐소드 전극에서 생성되는 물은 외부로 방출된다. 한편, 캐소드 전극으로부터 생성된 물은 기액분리장치(100) 또는 연료탱크(195)로 순환될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액분리장치(100)의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 기액분리장치(100)는 상부면에 개공부(111)가 형성된 하우징(110)을 구비한다. 상기 하우징(110)은 상기 개공부(111)를 제외한 부분은 기체 및 액체가 통과하지 않는 벽으로 형성되어 있다. 상기 개공부(111)에는 기체추출막(gas extracting membrane)(115)이 설치되어 있다. 하우징(110) 내의 하부에는 상기 기체추출막(115)과 나란하게 액체추출막(liquid extracting membrane)(120)이 설치되어 있다. 상기 액체추출막(120)은 하우징(110) 내부를 그 상부의 제1챔버(112)와 그 하부의 제2챔버(114)로 나눈다. 상기 하우징(110)은 금속, 플라스틱 재질 또는 플렉서블 비닐로 제조될 수 있다.
상기 제1챔버(112)의 하우징(110)에는 외부, 예컨대 연료전지 스택(190)의 애노드전극으로부터의 액체연료와 이산화탄소를 하우징(110) 내부로 안내하는 인입구(130)가 형성된다. 그리고 상기 제2챔버(114)의 하우징(110)에는 배출구(140)이 형성되어서 도 3의 연료전지 스택(190)의 애노드 전극으로 챔버(130) 내의 미반응 연료를 이송시킨다(도 3의 워터 펌프(191)를 사용할 수 있다).
상기 제2챔버(114)에는 친수성 부재로 채워져 있을 수 있다.
상기 액체추출막(120)은 50 ㎛ 이하의 기공이 형성된 친수성 폼부재일 수 있다. 액체추출막(120)은 제1챔버(112) 내의 액체연료를 필터링하여 제1챔버(112) 내에 유입된 촉매 또는 금속의 파티클(particle)을 필터링하는 역할을 한다. 또한, 제1챔버(112)의 액체연료를 제2챔버(114)로 배출시킨다.
친수성 부재(122)는 상기 액체추출막(120) 보다 큰 기공, 예컨대 100 ㎛ ~ 1 mm 크기의 기공이 형성된 친수성 폼부재일 수 있다. 친수성 부재(122)는 액체추출막(120)의 액체 배출작용을 용이하게 해준다. 상기 친수성 부재(122)는 상기 챔버(130) 내를 채우도록 설치되는 것이 바람직하다. 상기 제2챔버(114)는 이온교환 비드(미도시)로 채워질 수도 있다. 상기 이온교환비드는 대략 100 ~ 1000 ㎛ 크기일 수 있다. 상기 이온교환 비드는 액체연료와 함께 액체추출막(120)을 통과한 양이온을 필터링할 수 있다.
상기 기체추출막(115)은 소수성이고 다공성인 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroetylene: PTFE)으로 제조될 수 있다. 상기 기체추출막(115)은 폴리테트라플루오르에틸렌과 통기성 천과 같은 다공성 강화부재(미도시)가 압착되어서 일정한 형상을 유지하는 것이 바람직하다. 상기 기체추출막(115)은 제1챔버(112) 내의 액체의 배출을 막으며, 기체, 예컨대 이산화탄소의 배출을 허여한다.
상기 액체추출막(120)은 내부 액체와 마주보는 제1표면(120a)과, 친수성 부재(122)와 접촉되는 제2표면(120b)을 가진다. 제1챔버(112)의 기체가 액체와 접촉 하지 않는 제1표면(120a)을 통해서 기공이 액체로 채워져 있는 액체추출막(120)으로 스며들기 위해서는 액체추출막(120)의 제1표면(120a)의 모세관력을 극복하여야 하며, 액체추출막(120)에서 친수성 부재(122)로 이동하기 위해서는 제2표면(120b)의 모세관력을 극복하여야 한다.
한편, 액체와 접촉되는 제1표면(120a)에는 모세관력이 발생되지 않으므로, 액체는 모세관력에 의한 영향을 받지 않고 접촉된 액체추출막(120)를 통과해서 친수성 부재(122)로 이동되며, 친수성 부재(122)는 액체추출막(120)으로부터의 액체를 받아서 용이하게 챔버(130)로 배출하도록 한다.
한편, 액체와 접촉되지 않는 제1표면(120a)에서는 제1표면(120a) 모세관력이 존재하므로, 기체압력(P1)이 제1표면(120a) 모세관력과 제2표면(120b) 모세관력의 합 보다 커야 액체추출막(120)의 기공에 있는 액체가 친수성 부재(122)를 거쳐서 챔버(130)로 이동될 수 있다. 액체와 접촉되지 않는 영역의 액체추출막(120)이 웨팅되는 것은 기액장치의 위치에 관계없이 모세관력에 의해 항상 일어난다. 한편, 원통관(110) 내의 기체는 원통관(130) 내의 내부압력에 따라서 기체추출막(115)을 통해서 대기로 배출된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 기액분리장치(100)는 제1챔버(112) 내의 액체가 기체추출막(115)을 완전히 커버하지 않고 액체의 일부가 액체추출막(120)과 접촉된 경우 기체 및 액체를 분리할 수 있다.
도 5는 도 4의 기액분리장치를 기울어지게 배치한 경우의 단면도이다. 인입 구(130)으로 들어온 기체 및 액체 중 액체는 액체추출막(120) 및 친수성 부재(122)를 통해서 제2챔버(114)(130)로 이동하며, 기체는 접촉하는 기체추출막(115)을 통해서 대기로 배출된다.
이와 같이 본 발명에 따른 기액분리장치(100)는 제1챔버(112) 내의 액체가 기체추출막(115)을 완전히 커버하거나 액체가 액체추출막(120)에 전혀 접촉되지 않은 경우를 제외하고는 대부분의 경우 기액분리 기능을 수행한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기액분리장치(200)의 단면도이며, 제1 실시예의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 기액분리장치(200)의 하우징(210)에는 카트리지(220)가 착탈가능하도록 형성된 출입구(210a)가 형성되어 있다. 상기 카트리지(220)는 바닥면과 벽(222)으로 이루어진 몸체(221)를 구비한다. 상기 벽(222)에는 배출구(140)에 대응되는 홀(223)이 형성되어 있다. 제2챔버(114)로부터 배출되는 액체연료는 상기 홀(223) 및 상기 배출구(140)을 통해서 애노드 전극으로 공급된다.
상기 카트리지(220)는 액체추출막(120)과, 친수성 부재(122)가 오염되거나 손상된 경우 새로운 카트리지로 교체될 수 있다. 상기 카트리지(220)의 교환은 상기 기체추출막(115)가 아래에 위치하도록 한 상태에서 하는 것이 바람직하다.
제2실시예에 의한 기액분리장치(200)의 작용은 제1 실시예의 기액분리장치(100)의 작용과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기액분리장치(300)의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 기액분리장치(300)는 외주에 개공부(311)가 형성된 하우징(310)을 구비한다. 상기 하우징(310)은 상기 개공부(311)를 제외한 부분은 기체 및 액체가 통과하지 않는 벽으로 형성되어 있다. 상기 개공부(311)에는 기체추출막(gas extracting membrane)(315)이 설치되어 있다. 하우징(310)의 중앙에는 상기 기체추출막(315)과 나란하게 액체추출막(liquid extracting member)(320)이 설치되어 있다. 상기 액체추출막(320)은 하우징(310) 내부를 외부의 제1챔버(312)와 내부의 제2챔버(314)로 나눈다. 상기 제1챔버(312)는 기체추출막(315)와 연통되며, 제2챔버(314)는 상기 기체추출막(315)와 연통되지 않는다. 상기 제2챔버(314)는 제1챔버(312)의 내부에 형성된다. 상기 하우징(310)은 금속, 플라스틱 재질 또는 플렉서블 비닐로 제조될 수 있다.
상기 제1챔버(312)의 하우징(310)에는 외부, 예컨대 연료전지 스택(390)의 애노드전극으로부터의 액체연료와 이산화탄소를 하우징(310) 내부로 안내하는 인입구(330)가 형성된다. 그리고 상기 제2챔버(314)의 하우징(310)에는 배출구(340)가 형성되어서 도 3의 연료전지 스택(390)의 애노드 전극으로 챔버(330) 내의 미반응 연료를 이송시킨다(도 3의 워터 펌프(191)를 사용할 수 있다).
상기 제2챔버(314)에는 친수성 부재로 채워져 있을 수 있다.
상기 액체추출막(320)은 50 ㎛ 이하의 기공이 형성된 친수성 폼부재일 수 있다. 액체추출막(320)은 제1챔버(312) 내의 액체연료를 필터링하여 제1챔버(312) 내에 유입된 촉매 또는 금속의 파티클(particle)을 필터링하는 역할을 한다. 또한, 제1챔버(312)의 액체연료를 제2챔버(314)로 배출시킨다.
친수성 부재(322)는 100 ㎛ ~ 1 mm 크기의 기공이 형성된 친수성 폼부재일 수 있다. 친수성 부재(322)는 액체추출막(320)의 액체 배출작용을 용이하게 해준다. 상기 친수성 부재(322)는 상기 챔버(330) 내를 채우도록 설치되는 것이 바람직하다. 상기 제2챔버(314)는 이온교환 비드(미도시)로 채워질 수도 있다. 상기 이온교환비드는 대략 100 ~ 1000 ㎛ 크기일 수 있다. 상기 이온교환 비드는 액체연료와 함께 액체추출막(320)를 통과한 양이온을 필터링할 수 있다.
제3 실시예에 따른 기액분리장치(300)는 인입구(330)로 인입된 액체가 액체추출막(320)과 접촉되는 상태에서는 기액분리 작용을 한다. 그 작용은 제1 실시예의 기액분리장치(100)의 작용과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기액분리장치(400)의 단면도이며, 제3 실시예의 기액분리장치(300)의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 기액분리장치(400)의 하우징(410)에는 카트리지(420)가 착탈가능하도록 형성된 출입구(410a)가 형성되어 있다. 상기 카트리지(420)의 벽(422)에는 배출구(340)에 대응되는 홀(423)이 형성되어 있다. 제2챔버(314)로부터 배출되는 액체연료는 상기 홀(423) 및 상기 배출구(340)을 통해서 애노드 전극으로 공급된다.
상기 카트리지(420)는 액체추출막(320)과, 친수성 부재(322)가 오염되거나 손상된 경우 상기 출입구(410a)를 통해서 새로운 카트리지로 교체될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본원 발명에 따른 기액분리장치는 모바일용 직접액체 연료전지에 사용시, 사용하는 자세의 변경에 큰 제약없이 기체와 액체를 분리한다. 또한, 상기 기액분리장치는 외부로부터 유입된 파티클과 양이온을 필터링하므로 연료전지에서의 펌프 등의 오동작을 방지할 수 있다. 따라서 상기 기액분리장치를 구비한 연료전지는 사용하는 방향에 관계없이 성능을 발휘한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 직접액체연료전지로부터의 액체와 기체를 수납하며, 상기 액체와 기체를 분리하여 배출하는 기액 분리장치에 있어서,
    상부에 개공부가 형성된 하우징;
    상기 개공부를 커버하도록 부착되어 상기 기체를 선택적으로 투과시키는 기체추출막;
    상기 하우징의 내부를 상기 기체추출막과 연통된 제1챔버와 상기 기체추출막과 연통되지 않는 제2챔버로 한정하도록 설치되며, 상기 제1챔버 내로 유입된 상기 액체를 선택적으로 상기 제2챔버로 투과시키는 액체추출막;
    상기 액체 및 기체를 상기 하우징의 내부로 안내하는 인입구; 및
    상기 제2챔버에 연결되어 상기 제2챔버 내의 액체를 밖으로 안내하는 배출구;를 구비하는 것을 특징으로 하는 직접액체연료전지의 기액분리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체추출막 및 상기 제2챔버를 포함하는 카트리지를 더 구비하며,
    상기 하우징에는 상기 카트리지가 착탈가능하도록 출입구가 형성된 특징으로 하는 기액분리장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액체추출막은, 50 ㎛ 이하의 기공을 가지는 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2챔버에는, 상기 액체추출막의 기공 보다 큰 기공을 가진 제1 부재가 설치된 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2챔버에는, 0.1 ~ 1 mm 크기의 이온교환 비드가 채워진 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기체추출막은, 폴리테트라플루오르에틸렌으로 제조된 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기체추출막은, 상기 폴리테트라플루오르에틸렌과 다공성 강화부재가 압착된 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액체추출막은, 상기 기체추출막과 실질적으로 나란하게 설치된 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  9. 직접액체연료전지로부터의 액체와 기체를 수납하며, 상기 액체와 기체를 분리하여 배출하는 기액 분리장치에 있어서,
    외주에 개공부가 형성된 하우징;
    상기 개공부를 커버하도록 부착되어 상기 기체를 선택적으로 투과시키는 기체추출막;
    상기 하우징의 내부를 상기 기체추출막과 연통된 제1챔버와 상기 기체추출막과 연통되지 않는 제2챔버로 한정하도록 설치되며, 상기 제1챔버 내로 유입된 상기 액체를 선택적으로 상기 제2챔버로 투과시키는 액체추출막;
    상기 액체 및 기체를 상기 하우징의 내부로 안내하는 인입구; 및
    상기 제2챔버에 연결되어 상기 제2챔버 내의 액체를 밖으로 안내하는 배출구;를 구비하는 것을 특징으로 하는 직접액체연료전지의 기액분리장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액체추출막 및 상기 제2챔버를 포함하는 카트리지를 더 구비하며,
    상기 하우징에는 상기 카트리지가 착탈가능하도록 출입구가 형성된 특징으로 하는 기액분리장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 액체추출막은, 50 ㎛ 이하의 기공을 가지는 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2챔버에는, 상기 액체추출막의 기공 보다 큰 기공을 가진 제1 부재가 설치된 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2챔버에는, 0.1 ~ 1 mm 크기의 이온교환 비드가 채워진 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  14. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 기체추출막은, 폴리테트라플루오르에틸렌으로 제조된 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기체추출막은, 상기 폴리테트라플루오르에틸렌과 다공성 강화부재가 압착된 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2챔버는 상기 제1챔버의 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
KR1020060011834A 2006-02-07 2006-02-07 직접액체연료전지의 기액 분리장치 KR100751365B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060011834A KR100751365B1 (ko) 2006-02-07 2006-02-07 직접액체연료전지의 기액 분리장치
CNB2006101212385A CN100487967C (zh) 2006-02-07 2006-05-31 用于直接液体供给燃料电池的液-气分离器
JP2006155432A JP4563344B2 (ja) 2006-02-07 2006-06-02 直接液体燃料電池の気液分離装置
US11/445,234 US7611568B2 (en) 2006-02-07 2006-06-02 Liquid-gas separator for direct liquid feed fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060011834A KR100751365B1 (ko) 2006-02-07 2006-02-07 직접액체연료전지의 기액 분리장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070080485A true KR20070080485A (ko) 2007-08-10
KR100751365B1 KR100751365B1 (ko) 2007-08-22

Family

ID=38332676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060011834A KR100751365B1 (ko) 2006-02-07 2006-02-07 직접액체연료전지의 기액 분리장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7611568B2 (ko)
JP (1) JP4563344B2 (ko)
KR (1) KR100751365B1 (ko)
CN (1) CN100487967C (ko)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007273167A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Toshiba Corp 燃料電池
KR100748347B1 (ko) * 2006-08-17 2007-08-09 삼성에스디아이 주식회사 기액분리장치 및 이를 갖는 연료전지 시스템
MX2010007856A (es) * 2008-01-18 2011-03-04 Fresenius Medical Care Holdings Inc Eliminacion de gas de dioxido de carbono de un circuito fluido de un dispositivo de dialisis.
MX343491B (es) * 2008-10-30 2016-11-07 Porous Media Corp Sistemas de ventilación y filtración con membrana permeable a gas.
CN101997127B (zh) * 2009-08-21 2013-01-30 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于直接液体进料燃料电池系统的气液分离器
US8348406B2 (en) 2010-07-30 2013-01-08 Xerox Corporation Liquid ink delivery system including a flow restrictor that resists air bubble formation in a liquid ink reservoir
US8506061B2 (en) 2010-08-23 2013-08-13 Xerox Corporation Method and apparatus for purging and supplying ink to an inkjet printing apparatus
US8550612B2 (en) 2010-10-20 2013-10-08 Xerox Corporation Method and system for ink delivery and purged ink recovery in an inkjet printer
US8403457B2 (en) 2011-02-04 2013-03-26 Xerox Corporation Waste ink reclamation apparatus for liquid ink recirculation system
US8696794B2 (en) * 2011-05-20 2014-04-15 Hamilton Sundstrand Space Systems International, Inc. Microgravity passive phase separator
KR101140252B1 (ko) 2011-10-13 2012-04-26 국방과학연구소 독립형 연료전지 시스템용 고효율 기액분리기
US8662649B2 (en) 2012-01-18 2014-03-04 Xerox Corporation Method and system for printing recycled ink with process black neutralization
US8840230B2 (en) 2012-06-04 2014-09-23 Xerox Corporation Ink waste tray configured with one way filter
US10446852B2 (en) * 2016-03-14 2019-10-15 Iowa State University Research Foundation, Inc. Fuel-cell system and method of generating energy from crude fuel
CN109935859A (zh) * 2017-12-18 2019-06-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池用膜分离式气液分离器

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4399235A (en) * 1981-05-11 1983-08-16 The Dow Chemical Company High density ion exchange resins
US4525182A (en) * 1983-08-29 1985-06-25 Millipore Corporation I.V. Filter apparatus
JPH04229958A (ja) * 1990-12-27 1992-08-19 Aisin Aw Co Ltd 液体燃料電池の気液分離器
US5827429A (en) * 1996-01-18 1998-10-27 Filtertek Inc. Intravenous filter device
US5989318A (en) * 1998-05-19 1999-11-23 International Fuel Cells Corporation Apparatus for separating water from a two-phase stream
US6579457B1 (en) * 1999-06-29 2003-06-17 The Procter & Gamble Company Liquid transport member for high flux rates between a port region and an opening
US6869716B2 (en) * 2001-06-14 2005-03-22 Mti Microfuel Cells Inc. Flow through gas separator
US6942718B1 (en) * 2002-01-31 2005-09-13 Ball Aerospace & Technologies Corp. Orientation insensitive combined liquid reservoir and gas/liquid separator
JP2003317791A (ja) * 2002-04-24 2003-11-07 Hitachi Maxell Ltd 液体燃料電池
ITTO20020912A1 (it) * 2002-10-21 2004-04-22 Borla Ind Filtro piatto per lo sfogo di gas in linee medicali intravenose.
JP4250509B2 (ja) * 2002-11-22 2009-04-08 株式会社東芝 燃料電池用混合タンク及び燃料電池システム
JP2004206917A (ja) * 2002-12-24 2004-07-22 Kyoshin Kk 燃料電池用気液分離タンク
US7141097B2 (en) * 2003-01-15 2006-11-28 Filtertek Inc. Bacterial retentive, air venting, intravenous filter
US7514168B2 (en) 2003-07-22 2009-04-07 Panasonic Corporation Gas-liquid separator and fuel cell
JP2005238217A (ja) * 2003-07-22 2005-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 気液分離器および燃料電池
US8084166B2 (en) 2003-09-16 2011-12-27 The Gillette Company Enhanced fuel delivery for direct methanol fuel cells
JP4867349B2 (ja) 2003-12-09 2012-02-01 日本電気株式会社 燃料カートリッジ、燃料電池、および当該燃料電池を含む携帯型電気機器
US7238224B2 (en) * 2004-10-29 2007-07-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fluid-gas separator
KR100670348B1 (ko) * 2005-06-24 2007-01-16 삼성에스디아이 주식회사 직접액체연료전지의 기액 분리장치
US7449051B2 (en) * 2005-07-11 2008-11-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Separation of liquid and gas from froth

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007214103A (ja) 2007-08-23
JP4563344B2 (ja) 2010-10-13
CN100487967C (zh) 2009-05-13
US20070180992A1 (en) 2007-08-09
CN101017907A (zh) 2007-08-15
KR100751365B1 (ko) 2007-08-22
US7611568B2 (en) 2009-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100751365B1 (ko) 직접액체연료전지의 기액 분리장치
KR100670348B1 (ko) 직접액체연료전지의 기액 분리장치
CN100463274C (zh) 用于直接液体供应燃料电池的液体-气体分离器
JP2003290645A (ja) 燃料カートリッジ及び反応チャンバ
JP2004536419A (ja) 燃料電池膜および一体化されたガス分離を有するシステム
CN1719651A (zh) 燃料电池
JP4768236B2 (ja) 燃料電池、その燃料供給システム、燃料カートリッジ並びに電子機器
WO2006100782A1 (ja) 燃料電池
JP4658784B2 (ja) 液体燃料カートリッジおよびそれを備えた直接液体燃料電池
JP4390482B2 (ja) 燃料電池システム
JP5059416B2 (ja) 燃料電池
JP2006024401A (ja) 燃料電池
JP4963871B2 (ja) 気液分離装置
JP2005317436A (ja) 燃料電池システムおよび機器
JP2008218030A (ja) 燃料電池
JP4843906B2 (ja) 燃料電池システムおよび機器
KR20070042815A (ko) 연료전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지 시스템
KR20070038709A (ko) 연료전지 시스템
KR20230165923A (ko) 시트형 애노드 공급식 금속-이산화탄소 전지 및 이를 포함하는 수소 생성 및 이산화탄소 저장 시스템
JP4744291B2 (ja) 燃料電池
JP2008218012A (ja) 燃料電池
WO2007011073A1 (ja) パッシブ型水素製造装置及びそれを用いたパッケージ型燃料電池発電装置
KR20090021626A (ko) 패시브형 연료전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120720

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130723

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee