KR20090110704A - 수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전 시스템 - Google Patents

수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전 시스템이 개시된다. 전해질 수용액을 담는 전해조, 전해조 내부에 위치하며 전자를 발생시키는 산화 전극, 전해조 내부에 위치하며 산화 전극에서 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원 전극, 수소에 동반된 수분을 응축시켜 수소를 분리하도록 수소의 이동 경로에 배치되는 응축판, 및 수소에 동반된 수분에 의해 가열된 응축판을 냉각시키는 열교환기를 포함하는 수소 발생 장치는, 수소 발생 시 수소와 동반되는 수분을 제거하고, 이 수분을 전해조로 순환시켜 재이용함으로써, 수소 발생 효율이 향상될 수 있다.
수소 발생, 연료 전지, 응축판

Description

수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전 시스템{Apparatus for generating hydrogen and fuel cell generation system}
본 발명은 수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전 시스템에 관한 것이다.
연료 전지란 연료(수소, LNG, LPG, 등)와 공기의 화학 에너지를 전기 화학적 반응에 의해 전기 및 열로 직접 변환시키는 장치이다. 기존의 발전 기술이 연료의 연소, 증기 발생, 터빈 구동, 구동 과정을 취하는 것과 달리 연소 과정이나 가 없으므로 효율이 높을 뿐만 아니라 환경문제를 유발하지 않는 새로운 개념의 발전 기술이다.
연료 전지의 연료로서의 수소를 발생시키기 위한 방법은, 알루미늄의 산화 반응, 금속 보로하이드라드계의 가수 분해 및 금속 전극체 반응으로 나뉘어 질 수 있으며, 그 중 수소의 발생을 효율적으로 조절 가능한 방법으로 금속 전극체를 이용한 방법이 있다. 이는 주로 마그네슘의 전극이 Mg2+ 이온으로 이온화 되면서 얻어지는 전자를 다시 도선을 통하여 다른 금속체에 연결하여 물의 분해 반응으로 수소를 발생시키는 방법으로서, 연결된 도선의 단락, 사용되는 전극체 간의 간격 및 사이즈와 관계되어 수소의 발생을 조절 할 수 있다.
그러나, 이때의 화학 반응은 발열 반응으로서 많은 열이 발생함에 따라, 발생된 수소에 많은 양의 수증기도 함께 포함됨으로써, 물 이용 효율이 감소하여 수소 발생의 총량이 감소하게 될 뿐 아니라, 수소 저장 장치에 수소를 저장하는 경우에도 저장 효율이 급격히 감소되어 문제가 되고 있다.
본 발명은, 수소 발생 시 동반되는 수분을 제거하여 효율을 향상시킬 수 있는 수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전해질 수용액을 담는 전해조, 전해조 내부에 위치하며 전자를 발생시키는 산화 전극, 전해조 내부에 위치하며 산화 전극에서 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원 전극, 수소에 동반된 수분을 응축시켜 수소를 분리하도록 수소의 이동 경로에 배치되는 응축판, 및 수소에 동반된 수분에 의해 가열된 응축판을 냉각시키는 열교환기를 포함하는 수소 발생 장치가 제공된다.
응축판은, 수소를 가로막도록 배치되고 수소가 통과하도록 기공이 형성될 수 있다.
응축판은 다공질 구조로 이루어질 수 있다.
응축판은 응축된 수분이 전해조로 순환되도록 배치될 수 있다.
응축판은, 응축된 수분이 전해조로 흘러내리도록 기울어지게 배치될 수 있 다.
응축판은, 응축된 수분이 전해조의 중앙으로 흘러내리도록 양측에서 중앙으로 기울어지게 배치될 수 있다.
응축판은 복수로 배치될 수 있다.
복수의 응축판은, 두께가 서로 상이하며, 수소의 이동 경로를 따라 두께가 감소하도록 배치될 수 있다.
복수의 응축판은, 수소를 가로막도록 배치되고 수소가 통과하도록 기공이 형성될 수 있다.
복수의 응축판은, 기공의 크기가 서로 상이하며, 수소의 이동 경로를 따라 기공의 크기가 감소하도록 배치될 수 있다.
응축판의 표면은, 방수제로 코팅(coating)될 수 있다.
응축판은 열전도성 물질을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
응축판은 카본(carbon), 구리(copper) 및 알루미늄(aluminum)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
수소에 동반된 잔여 수분을 흡수하도록 수소의 이동 경로 중 응축판 이후에 배치되는 흡습층을 더 포함할 수 있다.
전해조의 이동이 용이하도록 전해조에 회전 가능하게 결합되는 휠(wheel)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전해질 수용액을 담는 전해조, 전해조 내부에 위치하며 전자를 발생시키는 산화 전극, 전해조 내부에 위치하며 산화 전극 에서 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원 전극, 수소에 동반된 수분을 응축시켜 수소를 분리하도록 수소의 이동 경로에 배치되는 응축판, 및 수소에 동반된 수분에 의해 가열된 응축판을 냉각시키는 열교환기, 및 환원 전극에서 생성된 수소의 화학 에너지를 변환하여 전기 에너지를 생산하는 연료 전지를 포함하는 연료 전지 발전 시스템이 제공된다.
응축판은, 수소를 가로막도록 배치되고 수소가 통과하도록 기공이 형성될 수 있다.
응축판은 다공질 구조로 이루어질 수 있다.
응축판은 응축된 수분이 전해조로 순환되도록 배치될 수 있다.
응축판은, 응축된 수분이 전해조로 흘러내리도록 기울어지게 배치될 수 있다.
응축판은, 응축된 수분이 전해조의 중앙으로 흘러내리도록 양측에서 중앙으로 기울어지게 배치될 수 있다.
응축판은 복수로 배치될 수 있다.
복수의 응축판은, 두께가 서로 상이하며, 수소의 이동 경로를 따라 두께가 감소하도록 배치될 수 있다.
복수의 응축판은, 수소를 가로막도록 배치되고 수소가 통과하도록 기공이 형성될 수 있다.
복수의 응축판은, 기공의 크기가 서로 상이하며, 수소의 이동 경로를 따라 기공의 크기가 감소하도록 배치될 수 있다.
응축판의 표면은, 방수제로 코팅(coating)될 수 있다.
응축판은 열전도성 물질을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
응축판은 카본(carbon), 구리(copper) 및 알루미늄(aluminum)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
수소에 동반된 잔여 수분을 흡수하도록 수소의 이동 경로 중 응축판 이후에 배치되는 흡습층을 더 포함할 수 있다.
전해조의 이동이 용이하도록 전해조에 회전 가능하게 결합되는 휠(wheel)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 발생 장치는, 수소 발생 시 수소와 동반되는 수분을 제거하고, 이 수분을 전해조로 순환시켜 재이용함으로써, 수소 발생 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 발전 시스템은, 수소 발생 시 동반되는 수분을 제거하여 전해조로 순화시킴으로써, 전기 에너지 발생 효율이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전 시스템의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 수소 발생 장치를 나타낸 단면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 수소 발생 장치를 나타낸 평면도이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 수소 발생 장치(100), 전해조(110), 접속 단자(112), 산화 전극(120), 환원 전극(130), 전해질 수용액(135), 응축판(140), 기공(142), 열교환기(150), 흡습층(155), 휠(wheel, 160), 하우징(housing, 170), 수소 배출구(172), 커버(cover, 180)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따르면, 수소의 이동 경로 상에 응축판(140)을 배치하여, 수소 발생 시 수소와 동반되는 수분을 제거하고, 이 수분을 전해조(110)로 순환시켜 재이용함으로써, 수소 발생 효율이 향상될 수 있는 수소 발생 장치(100)가 제시된다.
하우징(170)은, 수소가 배출되도록 상부에 수소 배출구(172)가 형성될 수 있고, 전해조(110)를 교환할 수 있도록 하부에 개구부가 형성될 수 있으며, 개구부를 개폐할 수 있도록 일측에 커버(180)가 결합될 수 있다.
또한, 하우징(170)의 수소 배출구(172)에 인접하여 흡습층(155)이 배치될 수 있고, 흡승층의 하부에는 복수의 응축판(140)이 배치될 수 있으며, 하우징(170)의 양측에는 응축판(140)의 열을 제거하는 열교환기(150)가 결합 될 수 있다. 또한, 하우징(170)에는, 수소 발생 장치(100)의 수소 발생을 제어할 수 있는 제어부가 결 합될 수도 있다. 이하, 각 구성 요소에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
전해조(110)는, 분해 반응에 의해 수소를 방출하는 전해질 수용액(135)이 담길 수 있다. 또한, 전해조(110)의 내부에는 산화 전극(120) 및 환원 전극(130)이 위치하여, 전해조(110) 내부에 담긴 전해질 수용액(135)에 의해 수소 발생 반응이 일어날 수 있다.
이 경우, 전해조(110)의 바닥에는, 전해조(110)의 이동이 용이하도록 휠(160)이 회전 가능하게 결합될 수 있으며, 이에 따라, 전해조(110)에서 수소 발생 반응이 모두 끝난 경우, 하우징(170)의 커버(180)를 열고, 휠(160)을 이용하여 전해조(110)를 밀거나 끌어 당김으로써 용이하게 전해조(110)를 교환할 수 있으므로, 보다 효과적으로 수소 발생을 지속할 수 있다.
또한, 전해조(110)의 일측에는 하우징(170)에 결합된 제어부와 전기적으로 연결될 수 있는 접속 단자(112)가 형성될 수 있으며, 이 접속 단자(112)는 전해조(110) 내에 위치한 산화 전극(120) 및 환원 전극(130)과 전기적으로 연결될 수 있으므로, 제어부는 이들 산화 전극(120) 및 환원 전극(130) 간의 통전을 제어하여, 수소 발생량을 조절할 수 있다.
전해질 수용액(135)은 LiCl, KCl, NaCl, KNO3, NaNO3, CaCl2, MgCl2, K2SO4, Na2SO4, MgSO4, AgCl 등이 사용될 수 있으며, 전해질 수용액(135)은 수소 이온을 포함할 수 있다.
산화 전극(120)은, 활성 전극으로, 전해조(110) 내부에 위치하고 전자를 발 생시킬 수 있다. 산화 전극(120)은, 예를 들어, 마그네슘(Mg)으로 이루어질 수 있으며, 이 산화 전극(120)과 수소의 이온화 경향의 차이 때문에 산화 전극(120)이 전해질 수용액(135) 속에서 전자를 내어 놓으며 마그네슘 이온(Mg2+)으로 산화될 수 있다.
이 때 생성되는 전자는 환원 전극(130)으로 이동될 수 있다. 따라서, 산화 전극(120)은 전자를 생성함에 따라서 소모하게 되며 일정 시간이 경과한 후 교체할 수 있도록 한다. 또한, 산화 전극(120)은 후술할 환원 전극(130)에 비하여 상대적으로 이온화 경향이 큰 금속으로 이루어질 수 있다.
환원 전극(130)은, 비활성 전극으로 산화 전극(120)과 달리 소모되지 않기 때문에 산화 전극(120)의 두께보다 얇게 구현할 수 있다. 환원 전극(130)은, 전해조(110) 내부에 위치하고, 산화 전극(120)에서 발생된 전자를 받아 수소를 발생시킬 수 있다.
환원 전극(130)은, 예를 들어, 스테인리스 스틸(Stainless Steel) 또는 알루미늄(Al)로 이루어질 수 있으며, 전자와 반응하여 수소를 발생시킬 수 있다. 즉, 환원 전극(130)에서의 화학 반응을 살펴보면, 환원 전극(130)에서는, 전해질 수용액(135)이 산화 전극(120)으로부터 이동한 전자를 받아 수소로 분해된다. 산화 전극(120) 및 환원 전극(130)의 반응은 다음의 화학식 1과 같다.
산화 전극(120): Mg → Mg2 + + 2e-
환원 전극(130): 2H20 + 2e- → H2 + 2(OH)-
전반응: Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2
응축판(140)은, 수소에 동반된 수분을 응축시켜 수소를 분리하도록 수소의 이동 경로에 배치될 수 있다. 즉, 전술한 산화 전극(120)과 환원 전극(130)을 통한 화학 반응은 발열 반응으로서, 전해질 수용액(135)의 온도는, 예를 들어, 섭씨 70도 내지 80도까지 상승할 수 있어, 발생되는 수소에는 많은 양의 수분이 동반될 수 있으므로, 이 수분 제거를 위하여 응축판(140)이 이용될 수 있는 것이다.
다시 말해, 응축판(140)은, 전해조(110)의 상부에 배치되어, 전해조(110)에서 발생되는 수소에 동반되어 있는 수분을 응축시켜 수분이 제거되도록 할 수 있으므로, 전해조(110)에서 발생되는 수소의 습도를 크게 낮출 수 있다.
또한, 응축판(140)은, 수소의 이동 경로 상에 수소를 가로막도록 배치되고, 수소가 통과하도록 기공(142)이 형성될 수 있다. 즉, 응축판(140)은 수소를 가로막도록 전해조(110)의 상부에 배치되며 수소가 빠져나갈 수 있도록 기공(142)이 형성될 수 있으므로, 전해조(110)에서 발생된 수소가 보다 효율적으로 응축판(140)과 접촉하여 수소에 동반된 수분이 보다 효과적으로 응축될 수 있다.
본 실시예에 따른 수소 발생 장치(100)의 응축판(140)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기울어지게 배치되거나, 도 3에 도시된 바와 같이, 수평으로 배치될 수 있으며, 이외에도 당업자가 실시 가능한 범위에서, 수소의 이동 경로 상에 수소를 가로막도록 배치되는 다양한 구조가 본 발명의 권리 범위에 포함될 수 있음 은 물론이다.
이 때, 응축판(140)은 다공질 구조로 이루어질 수 있어, 전해조(110)에서 발생된 수소와의 접촉 면적이 크게 증가될 수 있으므로, 응축 효율이 더욱 향상될 수 있다.
한편, 응축판(140)은 응축된 수분이 전해조(110)로 순환되도록 배치될 수 있다. 즉, 응축판(140)은, 응축된 수분이 표면을 따라 전해조(110)로 흘러내리도록 전해조(110)를 향해 기울어지게 배치될 수 있으며, 이에 따라, 전해질 수용액(135)이 수분으로 수소에 동반되어 손실되는 양을 줄이고 재이용할 수 있어, 수소 발생 장치(100)의 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 응축판(140)은 응축된 수분이 표면을 따라 전해조(110)의 중앙으로 흘러내리도록 양측에서 중앙으로 기울어지게, 즉, 'V'자와 같은 형태로 배치될 수 있으며, 이에 따라, 응축판(140)의 표면에서 응축되어 흘러내리는 수분이 전해조(110)의 밖으로 손실되지 않고 전해조(110)의 내부로 흘러 들어 갈 수 있다.
또한, 응축판(140)은 복수로 배치될 수 있다. 즉, 복수의 응축판(140)은, 전해조(110)의 상부에 서로 이격되도록 적층됨으로써, 수분을 동반한 수소를 여러 번 걸러내어 응축 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 응축판(140)은, 두께가 서로 상이하도록 형성될 수 있으며, 수소의 이동 경로를 따라 두께가 점차 감소하도록 배치될 수 있다. 즉, 수분 함유량이 높은 이동 경로의 초반, 즉, 하부에는 두꺼운 응축판(140)을 배치하여 수분의 열을 보다 활발히 흡수함으로써 효과적으로 수분을 응축시킬 수 있고, 이동 경로의 후반, 즉, 상부로 갈수록 점차 얇은 응축판(140)을 배치하여 수소에 동반된 잔여 수분을 응축시킬 수 있으므로, 수소에 동반된 수분을 보다 효과적으로 응축시킬 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 응축판(140)은, 기공의 크기가 서로 상이하게 형성될 수 있으며, 수소의 이동 경로를 따라 기공의 크기가 점차 감소하도록 배치될 수 있다. 즉, 기공의 크기가 점차 감소하도록 복수의 응축판(140)을 수소의 이동 경로 상에 배치함으로써, 이동 경로의 후반, 즉, 상부에 배치된 응축판(140)으로부터 응축되어 흘러내린 수분에 의해, 이동 경로의 초반, 즉, 하부에 배치된 응축판(140)의 기공이 막히는 것을 방지할 수 있어, 결과적으로, 보다 효과적으로 수소에 동반된 수분을 응축시킬 수 있음과 동시에, 응축된 수분을 보다 효과적으로 전해조(110)로 순환시켜 재이용할 수 있다.
한편, 응축판(140)은 열전도성 물질, 다시 말해, 카본(carbon), 구리(copper), 알루미늄(aluminum) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으므로, 수소에 동반된 수분으로부터 보다 효과적으로 열을 빼앗아 수분을 응축시킬 수 있다.
이 때, 응축판(140)의 표면을 방수제를 이용하여 코팅(coating)함으로써, 응축판(140)이 수분을 흡수하는 것을 방지하여, 지속적으로 수소에 동반된 수분을 응축시켜 제거할 수 있음과 동시에, 응축된 수분이 전해조(110)로 순환되는 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
열교환기(150)는, 수소에 동반된 수분에 의해 가열된 응축판(140)을 냉각시킬 수 있다. 응축판(140)은 수분을 응축시키면서 수분으로부터 열을 받아 온도가 높아질 수 있고, 응축판(140)의 온도가 상승하게 되면 수분 응축 효율이 떨어질 수 있으므로, 열교환기(150)에 의해 응축판(140)의 온도를 낮춤으로써 지속적이고 효과적으로 수분 응축이 일어나도록 할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(170)은 사각 기둥 형상이고, 열교환기(150)는 하우징(170)의 각 측면에 응축판(140)과 인접하도록 배치될 수 있으며, 이 경우, 전해조(110)도 사각 기둥 형상의 용기일 수 있으므로, 전해조(110)가 일정한 방향성을 가지게 되어 전해조(110)의 교체 시, 접속 단자(112)가 하우징(170)의 제어부와 용이하게 접속될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(170)은 원 기둥 형상이고, 열교환기(150)는 하우징(170)의 외주면에 응축판(140)과 인접하도록 배치될 수 있으며, 이에 따라, 응축판(140)의 열 교환 효율이 더욱 향상되어, 결과적으로 수소에 동반된 수분이 보다 효과적으로 응축될 수 있다.
흡습층(155)은, 수소에 동반된 잔여 수분을 흡수하도록 수소의 이동 경로 중 응축판(140) 이후에 배치될 수 있다. 수분을 동반한 수소는 응축판(140)을 지나면서 응축에 의해 수분으로부터 분리될 수 있으나, 응축판(140)을 지나고서도 남아 있는 잔여 수분이 존재할 수 있으므로, 흡습층(155)을 이용하여 이 잔여 수분을 제거할 수 있다.
즉, 흡습층(155)은 응축판(140)의 상부에 배치됨으로써, 응축판(140)을 지난 수소에 동반된 잔여 수분을 제거할 수 있고, 이에 따라, 수소는 더욱 건조될 수 있어, 저온 저습이 요구되는 수소 충전 장치 또는 연료 공급 채널의 출구가 막힌 스 택(dead end stack) 구조의 연료 전지 등에 수소를 공급할 수 있다. 이 중, 연료 전지에 대하여는 이하, 연료 전지 발전 시스템의 일 실시예를 제시하는 부분에서 다시 설명하도록 한다.
다음으로, 본 발명의 다른 측면에 따른 연료 전지 발전 시스템에 대하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 측면에 따른 연료 전지 발전 시스템을 나타낸 개략도이다. 도 6을 참조하면, 연료 전지 발전 시스템(200), 전해조(210), 접속 단자(212), 산화 전극(220), 환원 전극(230), 전해질 수용액(235), 응축판(240), 기공(242), 열교환기(250), 흡습층(255), 휠(260), 하우징(270), 수소 배출구(272), 커버(280), 연료 전지(295)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따르면, 수소 발생 시 동반되는 수분을 제거하여 전해조(210)로 순화시킴으로써, 안정적으로 작동할 수 있으며 전기 에너지 발생 효율이 향상될 수 있는 연료 전지 발전 시스템(200)이 제시된다.
본 실시예의 경우, 전해조(210), 접속 단자(212), 산화 전극(220), 환원 전극(230), 전해질 수용액(235), 응축판(240), 기공(242), 열교환기(250), 휠(260), 하우징(270), 수소 배출구(272) 및 커버(280)에 대한 구성 및 작용은 전술한 일 실시예와 동일 또는 상응하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 하고, 이하, 전술한 일 실시예와 차이점인 연료 전지(295)에 대하여 설명하도록 한다.
연료 전지(295)는, 환원 전극(230)에서 생성된 수소의 화학 에너지를 변환하 여 전기 에너지를 생산할 수 있다. 즉, 응축판(240) 및 흡습층(255)을 구비한 수소 발생 장치에서 발생된 수소는 연료 전지(295)의 연료극으로 이동될 수 있고, 이에 따라, 상술한 수소 발생 장치(295)에서 생성된 수소의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전류를 생산할 수 있다.
이 때, 연료 전지(295)는, 연료 공급 채널의 출구가 막힌 스택(dead end stack) 구조로 형성될 수 있다. 즉, 상술한 수소 발생 장치에서 발생되는 수소는, 수소 발생 시 동반되는 수분이 제거된 저습 상태의 수소일 수 있으므로, 연료 공급 채널의 출구가 막혀 있더라도, 고장이나 오작동 없이 효과적으로 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 수소 발생 장치를 나타낸 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 수소 발생 장치를 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 측면에 따른 연료 전지 발전 시스템을 나타낸 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 수소 발생 장치 110: 전해조
112: 접속 단자 120: 산화 전극
130: 환원 전극 135: 전해질 수용액
140: 응축판 142: 기공
150: 열교환기 160: 휠(wheel)
170: 하우징 172: 수소 배출구
180: 커버(cover)

Claims (30)

  1. 전해질 수용액을 담는 전해조;
    상기 전해조 내부에 위치하며 전자를 발생시키는 산화 전극;
    상기 전해조 내부에 위치하며 상기 산화 전극에서 상기 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원 전극;
    상기 수소에 동반된 수분을 응축시켜 상기 수소를 분리하도록 상기 수소의 이동 경로에 배치되는 응축판; 및
    상기 수소에 동반된 수분에 의해 가열된 상기 응축판을 냉각시키는 열교환기를 포함하는 수소 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응축판은, 상기 수소를 가로막도록 배치되고 상기 수소가 통과하도록 기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 응축판은 다공질 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 응축판은 상기 응축된 수분이 상기 전해조로 순환되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 응축판은, 상기 응축된 수분이 상기 전해조로 흘러내리도록 기울어지게 배치되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 응축판은, 상기 응축된 수분이 상기 전해조의 중앙으로 흘러내리도록 양측에서 중앙으로 기울어지게 배치되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 응축판은 복수로 배치되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 응축판은, 두께가 서로 상이하며, 상기 수소의 이동 경로를 따라 두께가 감소하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 응축판은, 상기 수소를 가로막도록 배치되고 상기 수소가 통과하도록 기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 응축판은, 상기 기공의 크기가 서로 상이하며, 상기 수소의 이동 경로를 따라 상기 기공의 크기가 감소하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 응축판의 표면은, 방수제로 코팅(coating)되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 응축판은 열전도성 물질을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 응축판은 카본(carbon), 구리(copper) 및 알루미늄(aluminum)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 수소에 동반된 잔여 수분을 흡수하도록 상기 수소의 이동 경로 중 상기 응축판 이후에 배치되는 흡습층을 더 포함하는 수소 발생 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전해조의 이동이 용이하도록 상기 전해조에 회전 가능하게 결합되는 휠(wheel)을 더 포함하는 수소 발생 장치.
  16. 전해질 수용액을 담는 전해조;
    상기 전해조 내부에 위치하며 전자를 발생시키는 산화 전극;
    상기 전해조 내부에 위치하며 상기 산화 전극에서 상기 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원 전극;
    상기 수소에 동반된 수분을 응축시켜 상기 수소를 분리하도록 상기 수소의 이동 경로에 배치되는 응축판;
    상기 수소에 동반된 수분에 의해 가열된 상기 응축판을 냉각시키는 열교환기; 및
    상기 환원 전극에서 생성된 상기 수소의 화학 에너지를 변환하여 전기 에너지를 생산하는 연료 전지를 포함하는 연료 전지 발전 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 응축판은, 상기 수소를 가로막도록 배치되고 상기 수소가 통과하도록 기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 응축판은 다공질 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 응축판은 상기 응축된 수분이 상기 전해조로 순환되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 응축판은, 상기 응축된 수분이 상기 전해조로 흘러내리도록 기울어지게 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 응축판은, 상기 응축된 수분이 상기 전해조의 중앙으로 흘러내리도록 양측에서 중앙으로 기울어지게 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 응축판은 복수로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 복수의 응축판은, 두께가 서로 상이하며, 상기 수소의 이동 경로를 따라 두께가 감소하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 복수의 응축판은, 상기 수소를 가로막도록 배치되고 상기 수소가 통과하도록 기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 복수의 응축판은, 상기 기공의 크기가 서로 상이하며, 상기 수소의 이동 경로를 따라 상기 기공의 크기가 감소하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  26. 제16항에 있어서,
    상기 응축판의 표면은, 방수제로 코팅(coating)되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  27. 제16항에 있어서,
    상기 응축판은 열전도성 물질을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 응축판은 카본(carbon), 구리(copper) 및 알루미늄(aluminum)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  29. 제16항에 있어서,
    상기 수소에 동반된 잔여 수분을 흡수하도록 상기 수소의 이동 경로 중 상기 응축판 이후에 배치되는 흡습층을 더 포함하는 연료 전지 발전 시스템.
  30. 제16항에 있어서,
    상기 전해조의 이동이 용이하도록 상기 전해조에 회전 가능하게 결합되는 휠(wheel)을 더 포함하는 연료 전지 발전 시스템.
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