KR20120114182A - A seawater electrolysi and fuel cell complex system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 해수전해 및 연료전지 복합시스템은 해수전해설비와 이러한 해수전해설비의 음극에서 발생되어 버려지는 부생수소를 활용한 연료전지시스템에 관한 것이다.The seawater electrolysis and fuel cell composite system of the present invention relates to a seawater electrolysis facility and a fuel cell system utilizing by-product hydrogen generated at the cathode of such seawater electrolysis facility.
발전소 등의 냉각수계통수로 사용되는 해수가 그냥 유입될 경우 설비 내에서 미생물의 번식이나 해수 중의 조류 또는 패각류의 번식에 의해 배관 내의 유로를 막아 시스템 내 해수의 흐름에 심각한 방해를 받을 수 있다.If the seawater used as the cooling water system of a power plant is just introduced, the flow of microbes in the facility or the growth of algae or shellfish in the seawater may block the flow path in the pipe and seriously interfere with the flow of seawater in the system.
또한, 해수담수화설비나 선박평형수처리의 경우 미생물 등의 살균소독을 필요로 한다.
In addition, the seawater desalination plant or ballast water treatment requires sterilization and disinfection of microorganisms.
이러한 문제는 목적하는 시스템의 해수 흐름상에 전해장치를 설치하여 해수를 전해 반응시켜 해수로부터 차아염소산나트륨을 생성시켜 해수에 공급함으로써 극복될 수 있다. 일반적인 해수의 전해설비는 필터 수단을 통해 입자가 큰 부유물질을 제거하여 이를 무격막 전해조로 공급하고, 무격막 전해조에 설치된 양극과 음극에 직류전원을 공급하면 전해반응을 통해 해수 내에 염화나트륨(NaCl) 성분으로부터 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생성시키는 설비이다.
This problem can be overcome by installing an electrolyzer on the seawater stream of the desired system to electrolyze the seawater to produce sodium hypochlorite from the seawater and supply it to the seawater. In general, seawater electrolysis equipment removes suspended particles having large particles through a filter means and supplies them to the membrane-free electrolytic cell, and supplies DC power to the anode and cathode installed in the membrane-free electrolytic cell. A facility to produce sodium hypochlorite (NaOCl) from the components.
보다 자세히 살펴보면, 먼저 무격막 전해조로 해수가 유입되고 전극에 직류전원이 공급되면, 해수의 NaCl 성분을 갖는 해수는 양극에서는 Cl- 이온이 반응식 1과 같이 산화되어 Cl2로 된다. In more detail, first, when seawater flows into the membrane-free electrolyzer and DC power is supplied to the electrode, seawater having NaCl component of seawater is oxidized to Cl 2 by Cl − ions at the anode as shown in Scheme 1.
이때 음극에서도 반응식 2와 같이 물이 분해되어 OH- 이온과 수소가스가 생성되게 된다.At this time, water is decomposed in the cathode as in Scheme 2 to generate OH - ions and hydrogen gas.
양극에서 발생되는 염소 가스와 음극에서 생성된 NaOH는 벌크 상에서 반응식 4의 반응에 의해 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생성하게 된다. 이때 양극에서는 반응식 5와 같이 물이 분해되는 부반응으로 인해 O2가 Cl2 가스가 동반되어 발생하게 되며, 이는 전해설비의 염소발생효율과 상관관계를 가진다.Chlorine gas generated at the anode and NaOH produced at the cathode produce sodium hypochlorite (NaOCl) by the reaction of Scheme 4 in bulk. In this case, O 2 is generated by Cl 2 gas due to side reactions in which water is decomposed, as in Equation 5, which has a correlation with chlorine generation efficiency of the electrolytic facility.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
2Cl- → Cl2 + 2e- 2Cl - → Cl 2 + 2e -
[반응식 2]Scheme 2
2H2O + 2e- → H2 + 2OH- 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH -
[반응식 3]Scheme 3
Na+ + OH- → NaOHNa + + OH - → NaOH
[반응식 4]Scheme 4
2NaOH + Cl2 → NaClO + NaCl+H2O2NaOH + Cl 2 → NaClO + NaCl + H 2 O
[반응식 5]Scheme 5
2H2O → O2 + 4H+ + 4e- 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e -
이러한 전해 설비에서는 음극에서 발생되는 폭발성의 위험을 갖는 수소의 처리가 매우 중요하다.In such electrolytic installations, the treatment of hydrogen with the explosive risk occurring at the cathode is very important.
한편, 종래의 일예로서 해수전해를 위한 무격막식 전해조 시스템이 사용되었다. 즉, 해수는 직렬 다단으로 구성된 무격막식 전해조의 하부로 유입되어 전해조에서 전해반응을 거친 후 전해조의 상부 배출부를 통해 배출된다. 이때 전해조 내부에 적어도 한 쌍 이상의 양극과 음극의 전극(도시 없음)이 설치되고 이 전극들 사이에 정류기에 의해 직류전원이 공급되어 차아염소산나트륨을 생성하게 된다.On the other hand, as a conventional example, a membrane-free electrolytic cell system for seawater electrolysis was used. That is, the sea water is introduced into the bottom of the non-diaphragm-type electrolytic cell composed of a series of stages, undergoes an electrolytic reaction in the electrolytic cell, and is discharged through the upper discharge part of the electrolytic cell. In this case, at least one pair of positive and negative electrodes (not shown) are installed inside the electrolytic cell, and a DC power is supplied by the rectifier between the electrodes to generate sodium hypochlorite.
이러한 전해과정을 통해 생성되는 상술된 부생가스들은 배관을 거쳐 최종 차아염소산나트륨 저장조로 유입되고, 차아염소산나트륨 저장조에서 브로워 등의 희석수단을 통해 희석되어 대기로 방출시켜 버려지게 된다.
The above-mentioned by-product gas generated through the electrolytic process is introduced into the final sodium hypochlorite storage tank via a pipe, and diluted in a sodium hypochlorite storage tank through dilution means such as a brower to be discharged to the atmosphere.
그런데 이러한 종래의 기술에서는 에너지원으로 활용될 수 있는 부생수소가 대기로 배출되어 자원적 손실을 초래하는 문제점이 있다.However, this conventional technology has a problem that by-product hydrogen that can be utilized as an energy source is discharged to the atmosphere causing resource loss.
또한, 대기로 방출되는 수소에 의해 항시 폭발의 위험성을 내재하고 있는 문제점이 있다.In addition, there is a problem inherent in the risk of explosion at all times by the hydrogen released into the atmosphere.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 해수전해에서 발생되는 부생수소를 재활용하여 연료전지를 통해 전력생산을 수행하고 이를 해수전해의 전력으로 재공급하거나, 생산전력을 전력공급원으로 사용할 수 있도록 개선된 해수전해 및 연료전지 복합시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, by recycling the by-product hydrogen generated from seawater electrolysis to perform power production through a fuel cell and to supply it to the power of seawater electrolysis, or to produce power as a power supply source The aim is to provide an improved seawater electrolysis and fuel cell composite system for use.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해수전해 및 연료전지 복합시스템은, 유입된 해수를 전기분해하는 해수전해유닛과; 상기 해수전해유닛으로 해수를 공급하는 해수 공급부와; 상기 해수전해유닛에서 전기분해된 전기분해수를 액체와 기체로 분리하는 기액분리기와; 상기 기액분리기에서 분리된 차아염소산나트륨 용액을 저장하는 차아염소산나트륨 저장조와; 상기 기액분리기에서 분리된 가스성분에 포함된 수분을 제거하는 수분제거유닛과; 상기 수분제거유닛에서 수분이 제거된 가스로부터 고순도의 수소가스를 정제하는 가스 정제기; 및 상기 가스 정제기를 통해 공급되는 수소가스를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Seawater electrolysis and fuel cell composite system of the present invention for achieving the above object, the seawater electrolysis unit for electrolyzing the introduced seawater; A seawater supply unit for supplying seawater to the seawater electrolysis unit; A gas-liquid separator for separating the electrolyzed water electrolyzed in the seawater electrolytic unit into a liquid and a gas; A sodium hypochlorite storage tank for storing the sodium hypochlorite solution separated in the gas-liquid separator; A water removal unit for removing water contained in the gas component separated by the gas-liquid separator; A gas purifier for purifying hydrogen gas of high purity from the gas from which water is removed from the water removing unit; And a fuel cell for producing electric power using hydrogen gas supplied through the gas purifier.
여기서, 상기 해수전해유닛은, 해수유입구와 전해수 배출구를 가지며, 내부에 양극 및 음극이 설치되는 무격막 전해조; 및 상기 양극 및 음극 각각으로 직류전원을 공급하기 위한 전원공급부;를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the seawater electrolytic unit, having a seawater inlet and an electrolytic water outlet, a membrane-free electrolytic cell having a positive electrode and a negative electrode therein; And a power supply unit for supplying DC power to each of the anode and the cathode.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 해수전해 및 연료전지 복합시스템은, 유입된 해수를 전기분해하는 해수전해유닛과; 상기 해수전해유닛으로 해수를 공급하는 해수 공급부와; 상기 해수전해유닛에서 전기분해된 전기분해수를 액체와 기체로 분리하는 기액분리기와; 상기 해수전해유닛에서 생성된 차아염소산나트륨 용액을 저장하는 차아염소산나트륨 저장조와; 상기 기액분리기에서 분리된 가스성분에 포함된 수분을 제거하는 수분제거유닛과; 상기 기액분리기를 통해 공급되는 수소가스를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a seawater electrolytic and fuel cell composite system according to another aspect of the present invention for achieving the above object, the seawater electrolytic unit for electrolyzing the incoming seawater; A seawater supply unit for supplying seawater to the seawater electrolysis unit; A gas-liquid separator for separating the electrolyzed water electrolyzed in the seawater electrolytic unit into a liquid and a gas; Sodium hypochlorite storage tank for storing the sodium hypochlorite solution generated in the seawater electrolysis unit; A water removal unit for removing water contained in the gas component separated by the gas-liquid separator; And a fuel cell for producing electric power by using hydrogen gas supplied through the gas-liquid separator.
여기서, 상기 해수전해유닛은, 내부에 설치되는 격막에 의해 양극실과 음극실로 구분되는 유격막 전해조; 및 상기 유격막 전해조의 양극실 및 음극실로 직류전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하며, 상기 양극실과 음극실 각각은 해수 유입구 및 전해수 배출구를 가지는 것이 바람직하다.Here, the seawater electrolytic unit, the diaphragm electrolytic cell divided into a cathode chamber and a cathode chamber by a diaphragm installed therein; And a power supply unit for supplying DC power to the anode chamber and the cathode chamber of the diaphragm electrolyzer, wherein each of the anode chamber and the cathode chamber has a seawater inlet port and an electrolytic water outlet port.
또한, 상기 음극실의 전해수 배출구와 상기 기액분리기를 연결하는 음극 전해수 공급라인과; 상기 양극실의 전해수 배출구와 상기 차아염소산나트륨 저장조를 연결하는 양극 전해수 배출라인; 및 상기 기액분리기의 액체 배출구와 상기 양극 전해수 배출라인을 연결하여, 분리된 액체를 상기 차아염소산나트륨 저장조로 공급하도록 하는 음극 전해수 공급라인; 및 상기 기액분리기의 가스 배출구에 연결되며, 상기 수분제거유닛 및 연료전지가 차례로 설치되는 가스 공급라인;을 더 포함하는 것이 좋다.In addition, the cathode electrolytic water supply line for connecting the electrolytic water outlet of the cathode chamber and the gas-liquid separator; An anode electrolytic water discharge line connecting the electrolyte discharge port of the anode chamber and the sodium hypochlorite storage tank; And a cathode electrolytic water supply line connecting the liquid outlet port of the gas-liquid separator and the anode electrolytic water discharge line to supply the separated liquid to the sodium hypochlorite storage tank. And a gas supply line connected to the gas outlet of the gas-liquid separator, in which the water removal unit and the fuel cell are sequentially installed.
또한, 상기 음극실의 전해수 배출구와 상기 기액분리기를 연결하는 음극 전해수 공급라인과; 상기 양극실의 전해수 배출구와 상기 차아염소산나트륨 저장조를 연결하는 양극 전해수 배출라인; 및 상기 기액분리기의 액체 배출구와 상기 양극 전해수 배출라인을 연결하여, 분리된 탄산수소나트륨 용액를 상기 차아염소산나트륨 저장조로 공급하도록 하는 음극 전해수 공급라인과; 상기 기액분리기의 가스 배출구에 연결되며, 상기 수분제거유닛 및 연료전지가 차례로 설치되는 가스 공급라인; 및 상기 기액분리기에서 분리된 탄산수소나트륨 수용액의 일부를 상기 음극실로 순환공급하는 순환공급부;를 더 포함하는 것이 좋다.In addition, the cathode electrolytic water supply line for connecting the electrolytic water outlet of the cathode chamber and the gas-liquid separator; An anode electrolytic water discharge line connecting the electrolyte discharge port of the anode chamber and the sodium hypochlorite storage tank; And a cathode electrolytic water supply line connecting the liquid outlet port of the gas-liquid separator and the anode electrolytic water discharge line to supply the separated sodium bicarbonate solution to the sodium hypochlorite storage tank; A gas supply line connected to a gas outlet of the gas-liquid separator, in which the water removal unit and the fuel cell are installed in sequence; And a circulation supply unit which circulates and supplies a part of the aqueous sodium hydrogen carbonate solution separated by the gas-liquid separator to the cathode chamber.
또한, 상기 해수 공급부는, 상기 양극실로 해수를 공급하는 제1해수 공급라인과; 상기 제1해수공급라인에 설치되는 제1펌프와; 상기 제1해수 공급라인에 설치되는 필터부와; 상기 음극실로 해수를 공급하는 제2해수 공급라인과; 상기 제2해수 공급라인에 설치되는 제2펌프;를 포함하며, 상기 제2해수 공급라인에는 상기 순환공급부가 연결되는 것이 좋다.The seawater supply unit may include a first seawater supply line for supplying seawater to the anode chamber; A first pump installed at the first sea water supply line; A filter unit installed in the first sea water supply line; A second seawater supply line for supplying seawater to the cathode chamber; And a second pump installed in the second seawater supply line, wherein the circulation supply unit is connected to the second seawater supply line.
또한, 상기 음극실의 전해수 배출구와 상기 기액분리기를 연결하는 음극 전해수 공급라인과; 상기 양극실의 전해수 배출구와 상기 차아염소산나트륨 저장조를 연결하는 양극 전해수 배출라인; 및 상기 기액분리기의 액체 배출구에서 배출되는 탄산수소나트륨 수용액를 상기 음극실 및 양극실 각각으로 순환 공급하는 순환공급부; 및 상기 기액분리기의 가스 배출구에 연결되며, 상기 수분제거유닛 및 연료전지가 차례로 설치되는 가스 공급라인;을 더 포함하는 것이 좋다.In addition, the cathode electrolytic water supply line for connecting the electrolytic water outlet of the cathode chamber and the gas-liquid separator; An anode electrolytic water discharge line connecting the electrolyte discharge port of the anode chamber and the sodium hypochlorite storage tank; And a circulation supply unit configured to circulate and supply the aqueous sodium bicarbonate solution discharged from the liquid discharge port of the gas-liquid separator to each of the cathode chamber and the anode chamber. And a gas supply line connected to the gas outlet of the gas-liquid separator, in which the water removal unit and the fuel cell are sequentially installed.
또한, 상기 제2해수 공급라인을 통해 음극실로 공급되는 해수는 1?10%의 염화나트륨 수용액인 것이 좋다.In addition, the seawater supplied to the cathode chamber through the second seawater supply line is preferably 1 ~ 10% sodium chloride solution.
또한, 상기 수분제거유닛은, 수분제거필터, 수분제거흡수제, 저온응축유닛 중에서 선택된 어느 하나인 것이 좋다.In addition, the moisture removal unit is preferably any one selected from a water removal filter, a water removal absorbent, a low temperature condensation unit.
또한, 연료전지는 고분자전해질형 연료전지인 것이 좋다.In addition, the fuel cell is preferably a polymer electrolyte fuel cell.
또한, 상기 차아염소산나트륨 용액의 생성농도는 500?6,000ppm의 범위를 가지는 것이 좋다.In addition, the production concentration of the sodium hypochlorite solution is preferably in the range of 500 ~ 6,000ppm.
또한, 상기 기액분리기는, 사이클론 방식 기액분리기를 포함하는 것이 좋다.In addition, the gas-liquid separator, it is preferable that the cyclone-type gas-liquid separator.
또한, 상기 격막은, 이온선택성막 또는 별도의 이온선택성이 없이 양이온은 음극으로, 음이온은 양극으로 이동이 가능한 미세기공의 격막을 포함하는 것이 좋다.In addition, the diaphragm may include a microporous diaphragm capable of moving an ion selective membrane or a cation as a cathode and an anion as an anode without any other ion selectivity.
또한, 상기 순환공급부를 통해 상기 음극실로 공급되는 수산화나트륨 수용액은 상기 기액분리기에서 배출되는 총배출량 대비 1?30%인 것이 좋다.In addition, the sodium hydroxide aqueous solution supplied to the cathode chamber through the circulation supply unit is preferably 1 ~ 30% of the total amount discharged from the gas-liquid separator.
본 발명의 해수전해 및 연료전지 복합시스템에 의하면, 해수전해에서 생성되어 버려지는 수소를 활용하여 전력을 생산할 수 있으므로, 자원을 재활용할 수 있게 된다.According to the seawater electrolysis and fuel cell composite system of the present invention, power can be produced by utilizing hydrogen generated in seawater electrolysis, and thus resources can be recycled.
또한, 본 발명은 해수전해설비에 있어서 가장 큰 문제점 중에 하나인 수소의 폭발위험성을 자원재활용을 통해 해결할 수 있게 된다.In addition, the present invention can solve the explosion risk of hydrogen, one of the biggest problems in the seawater electrolysis facility through the recycling of resources.
또한, 본 발명은 버려지는 수소를 원료로 신재생에너지 중 하나인 연료전지의 에너지원으로 공급하여 전력을 생산함으로 버려지는 자원을 활용할 수 있는 이점이 있다.
In addition, the present invention has the advantage that it can utilize the resources discarded by producing the power by supplying the discarded hydrogen as a raw material to the energy source of the fuel cell which is one of the renewable energy.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 해수전해설비 및 연료전지 복합시스템 공정 구성도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 해수전해설비 및 연료전지 복합시스템 공정 구성도.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 해수전해설비 및 연료전지 복합시스템 공정 구성도.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 해수전해설비 및 연료전지 복합시스템 공정 구성도.Brief Description of the Drawings Fig. 1 is a block diagram of a seawater electrolytic facility and a fuel cell hybrid system according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a process diagram of the seawater electrolysis facility and fuel cell composite system according to a second embodiment of the present invention.
Figure 3 is a process diagram of the seawater electrolysis facility and fuel cell composite system according to a third embodiment of the present invention.
Figure 4 is a process diagram of the seawater electrolysis facility and fuel cell composite system according to a fourth embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 해수전해 및 연료전지 복합시스템을 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a seawater electrolytic and fuel cell composite system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 해수전해 및 연료전지 복합시스템(100)은, 해수전해유닛(110)과, 해수 공급부(120)와, 기액분리기(130)와, 차아염소산나트륨 저장조(140)와, 수분제거유닛(150)과, 가스 정제기(160), 연료전지(170)를 구비한다.
2, the seawater electrolysis and fuel
상기 해수전해유닛(110)은 무격만 전해조(111)와, 전원공급부(113)를 구비한다. 상기 무격막 전해조(111)는 해수유입구(111a)와, 전해수 배출구(111b)를 가지며, 그 내부에는 미도시된 양극 및 음극이 구비되어 있다. 따라서 상기 전원공급(113)로부터 무격막 전해조(111) 내의 양극 및 음극으로 직류전류가 공급되면, 상기 양극 및 음극 각각에서는 유입된 해수를 전기분해하여 분해수를 생성하게 된다. 즉, 앞서 반응식 1 내지 5를 통해 설명한 바와 같이, 무격막 전해조(111) 내부에서는 해수의 전기분해 작용에 의해서 차아염소산나트륨이 생성되고, 부반응으로 인해 산소, 염소 및 수소가스 등이 생성된다.The seawater
여기서 상기 전원공급부(113)는 교류를 직류로 변환하여 공급하는 정류기를 포함하여 구성된다. 상기 전해수 배출구(111b)는 전해수 공급라인(118)에 의해 기액분리기(130)로 공급된다.Here, the
또한, 상기 무격막 전해조(110)는 대략 직육면체의 전해조 내부에 메쉬 또는 판형의 전극이 교대로 배열된 구조를 가질 수도 있으며, 이외에도 원주가 다른 원통형 전극이 동심원상에 배열되는 원통형상의 전해조의 구성을 가질 수도 있다. 이와 같이 무격막 전해조(110)는 그 형상 및 구조가 다양하게 이루어질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
In addition, the
상기 해수 공급부(120)는 해수 공급라인(121) 상에 설치되는 공급펌프(122)와, 해수 공급라인(121) 상에 설치되는 필터부(123)를 구비한다. 따라서 공급펌프(122)를 이용하여 해수를 해수 공급라인(121)을 따라 무격막 전해조(111)로 강제로 펌핑하여 공급한다. 그리고 해수 공급라인(121)을 따라 공급되는 해수는 상기 필터부(123)에서 불순물 등이 필터링 되어 무격막 전해조(111)로 공급된다. 상기 필터부(123)는 유입 해수로부터 부유물질을 걸러내는 스크린, 필터, 스트레너 등을 포함할 수 있다.
The
상기 기액분리기(130)는 상기 무격막 전해조(110)에서 전기분해된 분해수 및 전기분해시 발생된 가스를 분리하기 위한 것이다. 이러한 기액분리기(130)는 분리기 본체(131)와, 분리기 본체(131)에 설치되어 전해수가 유입되는 유입구(132)와, 분리기 본체(131)에 설치되어 분리된 액체를 배출하는 액체 배출구(133) 및 분리된 가스를 배출하는 가스 배출구(134)를 구비한다. 이러한 기액분리기(130)는 사이클론방식의 기액분리기를 포함할 수 있다.The gas-
상기 액체 배출구(133)는 차아염소산나트륨 공급라인(141)에 의해 차아염소산나트륨 저장조(140)와 연결된다. 따라서 기액분리기(130)에서 분리된 액체 즉, 차아염소산 나트륨 용액은 저장조(140)로 공급되어 저장된다.The
상기 가스 배출구(134)에는 가스 공급라인(119)이 연결되고, 그 가스 공급라인(119)에는 수분제거유닛(150)과, 가스 정제기(160), 연료전지(170)가 차례로 연결된다.
A
그리고 기액분리기(130)에서 분리된 가스 즉, 수소가스 및 산소 등이 소량의 수분과 함께 가스 배출구(134)를 통해 배출되어 수분제거기(150)로 이동된다. 여기서, 기액분리기(130)에서 완전히 제거되지 않은 일부 수분은 수분제거유닛(150)에서 완전히 제거되어 순수한 가스성분만이 수분제거유닛(150)을 통해 가스 정제기(160)로 공급된다.The gas separated from the gas-
여기서 수분제거유닛(150)은, 기액분리기(130)에서 미처 분리되지 않은 소량의 수분을 제거하기 위한 것으로서, 수분제거필터, 수분제거흡착제, 저온응축법에 의한 수분 흡수장치 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 다양한 공지의 수분제거수단이 적용될 수 있다.
Here, the
상기 가스 정제기(160)는 가스 공급라인(119)을 따라 이동되는 가스성분 중에서 불필요한 불순가스를 제거하기 위한 것으로서, 흡착제, 가스 분리막 등을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 가스 정제기(160)에서는 혼합가스에 포함된 산소 및 수소가스 중에서 순수한 수소가스만을 배출하고 나머지 산소 및 기타 불순가스는 흡착 등의 방식으로 제거하여 처리하게 된다.The
이러한 가스 정제기(160)는 고순도의 수소를 정제하여 공급하되, 바람직하게는 수소폭발한계범위 이상인 95% 이상으로 유지되도록 하여 배출하는 것이 바람직하다.
The
상기 연료전지(170)는 고순도의 수소가스를 공급받아 수소가스와의 반응을 통해 전력을 생성하고, 부생물로 물과 열을 발생시킨다. 이러한 연료전지(170)는 고분자전해질형 연료전지인 것이 바람직하다. 이러한 연료전지(170)의 구성 및 연료전지를 이용한 전력생산방식은 공지의 기술로부터 이해될 수 있는 것이므로, 자세한 구성은 생략하기로 한다. 다만, 상기 연료전지(170)에서는 공급된 고순도의 수소가스가 산소와의 화학반응을 통해 전기에너지를 생산하면서, 동시에 물과 열을 발생시키게 된다. 따라서, 생성된 전기에너지 외의 물과 열은 외부로 배출되게 처리될 수 있게 된다.
The
한편, 상기 구성에 있어서 차아염소산나트륨 용액의 생성 농도는 바람직하게는 500?6,000ppm의 유효염소농도를 유지하도록 하며, 더욱 바람직하게는 1,000?2,000ppm의 유효염소농도를 유지하도록 하는 것이 좋다. 이때 500ppm 이하에서는 차아염소산나트륨 용액의 공급량을 증가시켜서 설비의 부담을 줄 수 있으며, 6,000ppm 이상에서는 전류효율이 낮아지고, 이에 따라 해수 중 경도물질에 의한 음극스케일 축적량이 과다해져 음극의 세정주기가 짧아지며, 음극에서 생성되는 단위시간당 수소발생량이 높아져 후속설비와 연료전지의 설비규모를 증가시켜야 하므로, 상기 범위(500?6,000ppm) 내에서 차아염소산나트륨 용액의 유효염소농도를 유지시키는 것이 좋다. 이러한 차아염소산나트륨 용액의 유효염소농도는 공급되는 해수의 농도를 조절하여 공급함으로써 가능하게 된다.
On the other hand, the production concentration of the sodium hypochlorite solution in the above configuration is preferably to maintain an effective chlorine concentration of 500 ~ 6,000ppm, more preferably to maintain an effective chlorine concentration of 1,000 ~ 2,000ppm. At this time, the amount of sodium hypochlorite solution can be increased at 500ppm or less, thereby burdening the facility, and at 6,000ppm or higher, the current efficiency is lowered. Accordingly, the negative electrode scale accumulation by the hardness material in seawater is excessive, and the cleaning cycle of the cathode is increased. It becomes short, and since the amount of hydrogen generated per unit time generated at the cathode increases to increase the size of the subsequent equipment and the fuel cell, it is preferable to maintain the effective chlorine concentration of the sodium hypochlorite solution within the above range (500 to 6,000 ppm). The effective chlorine concentration of such sodium hypochlorite solution is made possible by controlling the concentration of the supplied seawater.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 해수전해 및 연료전지 복합시스템(100)에 의하면, 해수를 전기분해하여 차아염소산나트륨 용액을 생성하는 과정에서 생성되는 부생가스 즉, 수소가스를 버리지 않고, 활용하여 전력을 생산할 수 있게 된다. 따라서 버려지는 수소가스를 재활용하여 자원으로 사용할 수 있는 이점이 있다.As described above, according to the seawater electrolysis and fuel cell
또한, 해수전해설비의 가장 큰 문제점 중에 하나였던 수소의 폭발위험성을 자원재활용을 통해 해결할 수 있으므로, 안전성을 확보하면서도 자원을 재활용하는 이점을 기대할 수 있으며, 전력을 생성하여 공급할 수 있으므로, 에너지의 사용비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
In addition, since the explosion risk of hydrogen, which was one of the biggest problems of seawater electrolysis facilities, can be solved through the recycling of resources, it is possible to expect the advantages of recycling resources while ensuring safety, and to generate and supply electric power, thus using energy. This has the advantage of reducing costs.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 해수전해 및 연료전지 복합시스템(200)은, 해수전해유닛(210)과, 해수 공급부(220)와, 기액분리기(230)와, 차아염소산나트륨 저장조(240)와, 수분제거유닛(250)과, 가스 정제기(260), 연료전지(270)를 구비한다.2, the seawater electrolysis and fuel cell
상기 해수전해유닛(210)은 유격막 전해조(211)와, 전원공급부(213)를 구비한다. 상기 유격막 전해조(211)는 격막(215)에 의해서 그 내부가 양극실(210a)과 음극실(210b)로 구분된다. 양극실(210a)에는 양극(216)이 설치되고, 음극실(210b)에는 음극(217)이 설치된다. 그리고 상기 양극실(210a)에는 해수 유입구(211a)와 전해수 배출구(211b)가 마련되고, 음극실(210b)에도 해수 유입구(212a)와 전해수 배출구(212b)가 각각 설치된다. 상기 격막(215)은 이온선택성 막이나 별도의 이온선택성을 갖지 않는(양이온은 음극으로 음이온은 양극으로의 이동이 가능한) 미세기공의 세라믹필터 또는 미세기공의 바이코어와 같은 미세기공성 격막을 포함할 수 있다.The seawater
상기 구성에 의하면, 상기 전원공급(213)로부터 양극(216) 및 음극(217) 각각으로 직류전류가 공급되면, 상기 양극(216) 및 음극(217) 각각에서는 유입된 해수를 전기분해하여 분해수를 생성하게 된다.According to the above configuration, when a direct current is supplied from the
즉, 양극실(210a)에서는 해수를 전기분해하여 차아염소산나트륨과 산소 가스 등을 생성하게 되고, 이와 같이 생성된 차아염소산나트륨 및 산소 가스는 양극 전해수 배출라인(218a)을 통해 차아염소산나트륨 저장조(240)로 공급된다.That is, in the
그리고 음극실(210b)에서는 해수를 전기분해하여 수산화나트륨과 수소 가스 등을 생성하게 되고, 이와 같이 생성된 수산화나트륨 용액 및 수소 가스는 음극 전해수 배출라인(218b)을 통해 기액분리기(230)로 공급된다. 여기서 유격막 전해조(210)에서의 해수의 전기분해에 의한 구체적인 내용은 공지의 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.In the
상기 전원공급부(213)는 정류기를 포함하여, 직류전류를 양극(216) 및 음극(217) 각각으로 공급한다.
The
상기 해수 공급부(220)는 해수 공급라인(221) 상에 설치되는 공급펌프(222)와, 해수 공급라인(221) 상에 설치되는 필터부(223)를 구비한다. 따라서, 공급펌프(222)를 이용하여 해수를 해수 공급라인(221)을 따라 유격막 전해조(211)의 양극실(210a) 및 음극실(210b) 각각으로 강제로 펌핑하여 공급한다. 그리고 해수 공급라인(221)을 따라 공급되는 해수는 상기 필터부(223)에서 불순물 등이 필터링 되어 유격막 전해조(211)로 공급된다. 상기 필터부(223)는 유입해수로부터 부유물질을 걸러내는 스크린, 필터, 스트레너 등을 포함할 수 있다.
The
상기 기액분리기(230)는 유격막 전해조(210)의 음극실(210b)에서 전기분해된 분해수 및 전기분해시 발생된 가스를 분리하기 위한 것이다. 이러한 기액분리기(230)는 분리기 본체(231)와, 분리기 본체(231)에 마련되어 전해수가 유입되는 유입구(232)와, 분리기 본체(231)에 설치되어 분리된 액체를 배출하는 액체 배출구(233) 및 분리된 가스를 배출하는 가스 배출구(234)를 구비한다. 이러한 기액분리기(230)는 사이클론방식의 기액분리기를 포함할 수 있다.The gas-
상기 액체 배출구(233)는 음극 전해수 공급라인(241)에 의해 양극 전해수 배출라인(218a) 즉, 차아염소산나트륨 공급라인에 연결된다. 따라서 기액분리기(230)에서 분리된 음극 전해수 즉, 수산화나트륨 수용액은 저장조(240)로 공급되어 저장된다.The
상기 가스 배출구(234)에는 가스 공급라인(219)이 연결되고, 그 가스 공급라인(219)에는 수분제거유닛(250)과, 연료전지(270)가 차례로 연결된다.
A
여기서 수분제거유닛(250)은, 기액분리기(230)에서 미처 분리되지 않은 소량의 수분을 제거하기 위한 것으로서, 수분제거필터, 수분제거흡착제, 저온응축법에 의한 수분 흡수장치 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 다양한 공지의 수분제거수단이 적용될 수 있다.
Here, the
상기 수분제거유닛(250)에서 수분이 제거된 고순도의 가스 즉, 수소가스는 연료전지(270)로 공급된다. 여기서 도 1의 제1실시예와는 달리 제2실시예에서는 가스 정제기가 불필요하며, 그 이유는 유격막 전해조(211)를 이용하여 전기분해함으로써, 산소가스가 발생된 전해수 용액은 양극실(210a)에서 직접 차아염소산나트륨 저장조(240)로 공급되기 때문에, 가스 공급라인(219)으로는 산소가스 등의 불순 가스가 포함되지 않기 때문이다.
The high purity gas from which the water is removed from the
따라서 수분제거유닛(250)을 통과한 수소가스는 고순도로서, 앞서 설명한 바와 같이, 수소폭발한계범위 이상인 95% 이상으로 유지되도록 하여 연료전지(270)로 공급된다. 상기 연료전지(270)는 앞서 도 1에서 설명한 연료전지(170)와 동일한 구성 및 작용을 하므로 자세한 설명은 생략한다.
Therefore, the hydrogen gas passing through the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 해수전해 및 연료전지 복합시스템(200)은 유격막 전해조(211)를 포함하는 해수전해유닛(210)을 사용함으로써, 전기 분해시 발생되는 가스들 중 수소가스와 산소가스 등을 분류하여 배출함으로써, 가스 배출라인(219)에서 수조정제기를 구비하지 않고도 고순도의 수소가스를 배출하여 연료전지(270)에서 전력을 생산할 수 있게 된다.
As described above, the seawater electrolysis and fuel cell
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 해수전해 및 연료전지 복합시스템(300)은, 해수전해유닛(310)과, 해수 공급부(320)와, 기액분리기(330)와, 차아염소산나트륨 저장조(340)와, 수분제거유닛(350)과, 연료전지(370) 및 순환공급부(380)를 구비한다.Referring to FIG. 3, the seawater electrolysis and fuel cell
상기 해수전해유닛(310)은 앞서 도 2를 통해 설명한 해수전해유닛(210)과 동일한 구성을 가진다. 즉, 해수전해유닛(310)은 유격막 전해조(311)와, 전원공급부(313)을 구비한다.The
상기 유격막 전해조(311)는 격막(315)에 의해서 그 내부가 양극실(310a)과 음극실(310b)로 구분된다. 양극실(310a)에는 양극(316)이 설치되고, 음극실(310b)에는 음극(317)이 설치된다. 그리고 상기 양극실(310a)에는 해수 유입구(311a)와 전해수 배출구(311b)가 마련되고, 음극실(310b)에도 해수 유입구(312a)와 전해수 배출구(312b)가 각각 설치된다. 상기 격막(315)은 이온선택성막이나 또는 별도의 이온선택성을 갖지 않는(양이온은 음극으로 음이온은 양극으로의 이동이 가능한) 미세기공의 세라믹필터 또는 미세기공의 바이코어와 같은 미세기공성 격막을 포함할 수 있다.The
상기 구성에 의하면, 상기 전원공급부(313)로부터 양극(316) 및 음극(317) 각각으로 직류전류가 공급되면, 상기 양극(316) 및 음극(317) 각각에서는 유입된 해수를 전기분해하여 분해수를 생성하게 된다.According to the above configuration, when a DC current is supplied from the
즉, 양극실(310a)에서는 해수를 전기분해하여 차아염소산나트륨과 산소 가스 등을 생성하게 되고, 이와 같이 생성된 차아염소산나트륨 용액은 양극 전해수 배출라인(218a)을 통해 차아염소산나트륨 저장조(340)로 공급된다.That is, in the
그리고 음극실(310b)에서는 해수를 전기분해하여 수산화나트륨 용액과 수소 가스 등을 생성하게 되고, 이와 같이 생성된 수산화나트륨 용액 및 가스는 음극 전해수 배출라인(318b)을 통해 기액분리기(330)로 공급된다. 여기서 유격막 전해조(310)에서의 해수의 전기분해에 의한 구체적인 내용은 공지의 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.In the
상기 전원공급부(313)는 정류기를 포함하여, 직류전류를 양극(316) 및 음극(317) 각각으로 공급한다.
The
해수 공급부(320)는 상기 유격막 전해조(310)의 양극실(310a)로 해수를 공급하기 위한 제1해수 공급라인(321)과, 제1해수 공급라인(321)에 설치되는 제1펌프(322) 및 필터부(323)와, 해수를 음극실(310b)로 공급하기 위한 제2해수 공급라인(324)과, 제2해수 공급라인(324)에 설치되는 제2펌프(325)를 구비한다. 즉, 해수 공급부(320)는 유격막 전해조(311)의 양극실(310a)과 음극실(310b) 각각으로 해수를 독립적으로 공급하도록 구성된다.
The
상기 기액분리기(330)는 음극실(310b)에서 전기분해된 전해수가 공급되는 음극 전해수 배출라인(318b)에 연결되어, 음극 전해수를 기액분리하여 액체(수산화나트륨 용액과 수소가스를 분리한다. 이러한 기액분리기(330)는 앞서 도 2에서 설명한 기액분리기(230)와 동일한 구성 즉, 분리기 본체(331)와, 분리기 본체(331)에 마련되어 전해수가 유입되는 유입구(332)와, 분리기 본체(331)에 설치되어 분리된 액체를 배출하는 액체 배출구(333) 및 분리된 가스를 배출하는 가스 배출구(334)를 구비한다. 이러한 기액분리기(330)는 사이클론방식의 기액분리기를 포함할 수 있다.The gas-
상기 액체 배출구(333)는 수산화나트륨 공급라인(341)에 의해 차아염소산나트륨 저장조(340)와 연결된다. 그리고 상기 수산화나트륨 공급라인(341)에는 상기 순환공급부(380)가 연결되어 일부 수산화나트륨 용액을 상기 제2해수 공급라인(324)을 통해 음극실(310b)로 재 공급하게 된다.The
여기서 순환공급부(380)는 수산화나트륨 공급라인(341)에서 분기되어 상기 제2해수 공급라인(324)에 연결된 순환라인을 포함한다. 그리고 상기 순환공급부(380)를 통해 음극실(310b)로 순환되는 수산화나트륨 용액은 기액분리기(330)에서 배출되는 총 량 대비 10?90%로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 10% 이하에서는 재순환을 통해 음극실(310b)의 이온농도를 높여서 양극실(310a)에서 음극실(310b)로의 스케일물질의 이동을 배제하기 위한 목적을 달성할 수 있으며, 90% 이상에서는 양극에서 생성된 차아염소산나트륨 용액이 일부 음극의 수산화나트륨 용액과 혼합되어도 낮은 pH로 인하여 부식성 있는 염소상태로 존재하게 되기 때문이다. 따라서 바람직하게는 수산화나트륨 용액의 순환 공급량을 50?60%로 하여 구성할 수 있다.
The
한편, 상기 기액분리기(330)의 가스 배출구(334)에는 가스 공급라인(319)이 연결되고, 그 가스 공급라인(319)에는 수분제거유닛(350)과, 연료전지(370)가 차례로 연결된다. 상기 수분제거유닛(350) 및 연료전지(370)의 구성 및 작용효과는 앞서 도 1 및 도 2를 통해 설명한 구성요소와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
On the other hand, a
한편, 상기 음극실(310b)로 공급되는 해수 즉, 염화나트륨 수용액은 1?10%의 농도로 주입하는 것이 바람직하다. 즉, 1% 이하의 염화나트륨 수용액에서는 운전전압이 높아져서 단위전력량이 증가하게 되고, 10% 이상에서는 염화나트륨 소비량을 증가시켜 운전비를 증가시키는 문제점을 내포하기 때문이다.
On the other hand, the sea water, that is, the aqueous sodium chloride solution supplied to the
또한, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 해수전해설비 및 연료전지 복합시스템(400)은, 해수전해유닛(410)과, 해수 공급부(420)와, 기액분리기(430)와, 차아염소산나트륨 저장조(440)와, 수분제거유닛(450)과, 연료전지(470) 및 순환공급부(480)를 구비한다.
4, the seawater electrolysis facility and fuel cell
상기 해수전해유닛(310)은 앞서 도 2를 통해 설명한 해수전해유닛(210)과 동일한 구성을 가진다. 즉, 해수전해유닛(410)은 유격막 전해조(411)와, 전원공급부(413)을 구비한다.The
상기 유격막 전해조(411)는 격막(415)에 의해서 그 내부가 양극실(410a)과 음극실(410b)로 구분된다. 양극실(410a)에는 양극(416)이 설치되고, 음극실(410b)에는 음극(417)이 설치된다. 그리고 상기 양극실(410a)에는 해수 유입구(411a)와 전해수 배출구(411b)가 마련되고, 음극실(410b)에도 해수 유입구(412a)와 전해수 배출구(412b)가 각각 설치된다. 상기 격막(415)은 이온선택성막이나 또는 별도의 이온선택성을 갖지 않는(양이온은 음극으로 음이온은 양극으로의 이동이 가능한) 미세기공의 세라믹필터 또는 미세기공의 바이코어와 같은 미세기공성 격막을 포함할 수 있다.The
상기 구성에 의하면, 상기 전원공급부(413)로부터 양극(416) 및 음극(417) 각각으로 직류전류가 공급되면, 상기 양극(416) 및 음극(417) 각각에서는 유입된 해수를 전기분해하여 분해수를 생성하게 된다.According to the above configuration, when a DC current is supplied from the
즉, 양극실(410a)에서는 해수를 전기분해하여 차아염소산나트륨과 산소 가스 등을 생성하게 되고, 이와 같이 생성된 차아염소산나트륨 용액은 양극 전해수 배출라인(418a)을 통해 차아염소산나트륨 저장조(440)로 공급된다.That is, in the
그리고 음극실(410b)에서는 해수를 전기분해하여 수산화나트륨 용액과 수소 가스 등을 생성하게 되고, 이와 같이 생성된 수산화나트륨 용액 및 가스는 음극 전해수 배출라인(418b)을 통해 기액분리기(430)로 공급된다. 여기서 유격막 전해조(410)에서의 해수의 전기분해에 의한 구체적인 내용은 공지의 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.In the
상기 전원공급부(413)는 정류기를 포함하여, 직류전류를 양극(416) 및 음극(417) 각각으로 공급한다.
The
해수 공급부(420)는 상기 유격막 전해조(410)의 양극실(410a)로 해수를 공급하기 위한 제1해수 공급라인(421)과, 제1해수 공급라인(421)에 설치되는 제1펌프(422) 및 필터부(423)와, 해수를 음극실(410b)로 공급하기 위한 제2해수 공급라인(424)과, 제2해수 공급라인(424)에 설치되는 제2펌프(425)를 구비한다. 즉, 해수 공급부(420)는 유격막 전해조(410)의 양극실(410a)과 음극실(410b) 각각으로 해수를 독립적으로 공급하도록 구성된다.
The
상기 기액분리기(430)는 음극실(410b)에서 전기분해된 음극 전해수가 공급되는 음극 전해수 배출라인(418b)에 연결되어, 음극 전해수를 기액분리하여 액체(수산화나트륨 용액)와 수소가스를 분리한다. 이러한 기액분리기(430)는 앞서 설명한 기액분리기(230)와 동일한 구성 즉, 분리기 본체(431)와, 분리기 본체(431)에 마련되어 전해수가 유입되는 유입구(432)와, 분리기 본체(431)에 설치되어 분리된 액체를 배출하는 액체 배출구(433) 및 분리된 가스를 배출하는 가스 배출구(434)를 구비한다. 이러한 기액분리기(430)는 사이클론방식의 기액분리기를 포함할 수 있다.The gas-
상기 액체 배출구(433)는 상기 순환공급부(480)에 연결되어 배출되는 수산화나트륨 용액을 양극실(410a)와 음극실(410b) 각각으로 순환 공급할 수 있게 된다.
The
여기서, 상기 순환공급부(480)는 순환라인(481)과, 순환라인(481)에서 각각 분기되어 상기 양극실(410a)와 음극실(410b) 각각으로 연결되는 제1 및 제2분기라인(482,483)을 구비한다. 상기 제1분기라인(482)은 제1해수 공급라인(421)에 연결될 수도 있고, 직접 양극실(410a)에 연결될 수도 있다. 또한, 제2분기라인(483)도 제2해수 공급라인(424)에 연결될 수도 있고, 직접 음극실(410b)에 연결될 수도 있다. 이 경우, 상기 제2분기라인(483)을 통해 음극실(410b)로 재공급되는 수산화나트륨 수용액의 순환 공급량은 전체 순환공급량 대비 1?30%가 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 즉, 1% 이하로 주입하는 경우, 수산화나트륨의 주입으로 인해 발생되는 음극실의 스케일 저감 효과를 발휘하지 못하는 조건이 되며, 30% 이상으로 주입될 경우에는 수산화나트륨의 과다 사용과, 격막의 화학적 내구성을 약화시킬 수 있는 문제점을 내포하기 때문이다. 이와 같이 각각의 분기라인(482,483)을 통해 순환 공급되는 수산화나트륨 용액의 공급량은 각 분기라인(482,483)의 이송용량을 다르게 설정하여 제어할 수도 있고, 분기점에 별도의 3웨이밸브(미도시) 등을 설치하여 분기량을 조절할 수도 있다.
Here, the
한편, 상기 기액분리기(430)의 가스 배출구(434)에는 가스 공급라인(419)이 연결되고, 그 가스 공급라인(419)에는 수분제거유닛(450)과 연료전지(470)가 차례로 설치된다. 이러한 수분제거유닛(450) 및 연료전지(470)의 구성 및 작용효과는 앞서 도 1 내지 도 3을 통해 설명한 구성요소와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.On the other hand, a
또한, 상기 양극실(410a) 및 음극실(410b) 각각으로 공급되는 해수는 앞서 도 3에서, 유격막 전해조(311)의 양극실(310a)과 음극실(31b)로 공급하는 해수와 동일한 농도를 유지하도록 하여 공급하게 된다.
In addition, the seawater supplied to each of the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제3 및 제4실시예에 따른 해수전해 및 연료전지 복합시스템(300,400)은 유격막 전해조(311,411)를 포함하는 해수전해유닛(310,410)을 사용함으로써, 전기 분해시 발생되는 가스들 중 수소가스와 산소가스 등을 분류하여 배출함으로써, 가스 공급라인에서 수소정제기를 구비하지 않고도 고순도의 수소가스를 배출하여 연료전지에서 전력을 생산할 수 있게 된다.As described above, the seawater electrolytic and fuel cell
또한, 음극실에서 생성된 수산화나트륨 수용액 중 일부를 음극실로만 순환공급하거나, 또는 음극실과 양극실 각각으로 순환공급하여 재사용할 수 있도록 할 수 있게 된다.
In addition, some of the sodium hydroxide aqueous solution produced in the cathode chamber can be circulated supply only to the cathode chamber, or circulated supply to each of the cathode chamber and the anode chamber can be reused.
110..해수전해유닛
120..해수 공급부
130..기액분리기
140..차아염소산나트륨 저장조
150..수분제거유닛
160..가스 정제기
170..연료전지110. Seawater Electrolysis Unit
120. Sea water supply
130..Gas Separator
140..Sodium hypochlorite reservoir
150. Water removal unit
160..Gas Purifier
170. Fuel Cell
Claims (15)
상기 해수전해유닛으로 해수를 공급하는 해수 공급부와;
상기 해수전해유닛에서 전기분해된 전기분해수를 액체와 기체로 분리하는 기액분리기와;
상기 기액분리기에서 분리된 차아염소산나트륨 용액을 저장하는 차아염소산나트륨 저장조와;
상기 기액분리기에서 분리된 가스성분에 포함된 수분을 제거하는 수분제거유닛과;
상기 수분제거유닛에서 수분이 제거된 가스로부터 고순도의 수소가스를 정제하는 가스 정제기; 및
상기 가스 정제기를 통해 공급되는 수소가스를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.A seawater electrolytic unit for electrolyzing the introduced seawater;
A seawater supply unit for supplying seawater to the seawater electrolysis unit;
A gas-liquid separator for separating the electrolyzed water electrolyzed in the seawater electrolytic unit into a liquid and a gas;
A sodium hypochlorite storage tank for storing the sodium hypochlorite solution separated by the gas-liquid separator;
A water removal unit for removing water contained in the gas component separated by the gas-liquid separator;
A gas purifier for purifying hydrogen gas of high purity from the gas from which water is removed from the water removing unit; And
And a fuel cell for producing electric power by using hydrogen gas supplied through the gas purifier.
해수유입구와 전해수 배출구를 가지며, 내부에 양극 및 음극이 설치되는 무격막 전해조; 및
상기 양극 및 음극 각각으로 직류전원을 공급하기 위한 전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합 시스템.According to claim 1, The seawater electrolytic unit,
A membrane-free electrolytic cell having a seawater inlet and an electrolyzed water outlet, and having an anode and a cathode installed therein; And
And a power supply unit for supplying DC power to the anode and the cathode, respectively.
상기 해수전해유닛으로 해수를 공급하는 해수 공급부와;
상기 해수전해유닛에서 전기분해된 전기분해수를 액체와 기체로 분리하는 기액분리기와;
상기 해수전해유닛에서 생성된 차아염소산나트륨 용액을 저장하는 차아염소산나트륨 저장조와;
상기 기액분리기에서 분리된 가스성분에 포함된 수분을 제거하는 수분제거유닛과;
상기 기액분리기를 통해 공급되는 수소가스를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.A seawater electrolytic unit for electrolyzing the introduced seawater;
A seawater supply unit for supplying seawater to the seawater electrolysis unit;
A gas-liquid separator for separating the electrolyzed water electrolyzed in the seawater electrolytic unit into a liquid and a gas;
Sodium hypochlorite storage tank for storing the sodium hypochlorite solution generated in the seawater electrolysis unit;
A water removal unit for removing water contained in the gas component separated by the gas-liquid separator;
And a fuel cell for producing electric power by using hydrogen gas supplied through the gas-liquid separator.
내부에 설치되는 격막에 의해 양극실과 음극실로 구분되는 유격막 전해조; 및
상기 유격막 전해조의 양극실 및 음극실로 직류전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하며,
상기 양극실과 음극실 각각은 해수 유입구 및 전해수 배출구를 가지는 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.The method of claim 4, wherein the seawater electrolytic unit,
A diaphragm electrolyzer divided into an anode chamber and a cathode chamber by a diaphragm installed therein; And
And a power supply unit for supplying DC power to the anode chamber and the cathode chamber of the diaphragm electrolyzer.
And the anode chamber and the cathode chamber each have a seawater inlet and an electrolyzed water outlet.
상기 음극실의 전해수 배출구와 상기 기액분리기를 연결하는 음극 전해수 공급라인과;
상기 양극실의 전해수 배출구와 상기 차아염소산나트륨 저장조를 연결하는 양극 전해수 배출라인; 및
상기 기액분리기의 액체 배출구와 상기 양극 전해수 배출라인을 연결하여, 분리된 액체를 상기 차아염소산나트륨 저장조로 공급하도록 하는 음극 전해수 공급라인; 및
상기 기액분리기의 가스 배출구에 연결되며, 상기 수분제거유닛 및 연료전지가 차례로 설치되는 가스 공급라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.
The method of claim 4, wherein
A cathode electrolytic water supply line connecting the electrolytic water outlet of the cathode chamber and the gas-liquid separator;
An anode electrolytic water discharge line connecting the electrolyte discharge port of the anode chamber and the sodium hypochlorite storage tank; And
A cathode electrolytic water supply line connecting the liquid outlet port of the gas-liquid separator and the anode electrolytic water discharge line to supply the separated liquid to the sodium hypochlorite storage tank; And
And a gas supply line connected to the gas outlet of the gas-liquid separator, wherein the water supply unit and the fuel cell are sequentially installed.
상기 음극실의 전해수 배출구와 상기 기액분리기를 연결하는 음극 전해수 공급라인과;
상기 양극실의 전해수 배출구와 상기 차아염소산나트륨 저장조를 연결하는 양극 전해수 배출라인; 및
상기 기액분리기의 액체 배출구와 상기 양극 전해수 배출라인을 연결하여, 분리된 탄산수소나트륨 용액를 상기 차아염소산나트륨 저장조로 공급하도록 하는 음극 전해수 공급라인과;
상기 기액분리기의 가스 배출구에 연결되며, 상기 수분제거유닛 및 연료전지가 차례로 설치되는 가스 공급라인; 및
상기 기액분리기에서 분리된 탄산수소나트륨 수용액의 일부를 상기 음극실로 순환공급하는 순환공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.The method of claim 4, wherein
A cathode electrolytic water supply line connecting the electrolytic water outlet of the cathode chamber and the gas-liquid separator;
An anode electrolytic water discharge line connecting the electrolyte discharge port of the anode chamber and the sodium hypochlorite storage tank; And
A cathode electrolytic water supply line connecting the liquid outlet of the gas-liquid separator and the anode electrolytic water discharge line to supply the separated sodium bicarbonate solution to the sodium hypochlorite storage tank;
A gas supply line connected to a gas outlet of the gas-liquid separator, in which the water removal unit and the fuel cell are installed in sequence; And
And a circulation supply unit for circulating and supplying a part of the aqueous sodium hydrogen carbonate solution separated from the gas-liquid separator to the cathode chamber.
상기 양극실로 해수를 공급하는 제1해수 공급라인과;
상기 제1해수공급라인에 설치되는 제1펌프와;
상기 제1해수 공급라인에 설치되는 필터부와;
상기 음극실로 해수를 공급하는 제2해수 공급라인과;
상기 제2해수 공급라인에 설치되는 제2펌프;를 포함하며,
상기 제2해수 공급라인에는 상기 순환공급부가 연결되는 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.The method of claim 6, wherein the sea water supply unit,
A first seawater supply line for supplying seawater to the anode chamber;
A first pump installed at the first sea water supply line;
A filter unit installed in the first sea water supply line;
A second seawater supply line for supplying seawater to the cathode chamber;
And a second pump installed at the second sea water supply line.
The second seawater supply line is connected to the circulation supply unit seawater electrolytic and fuel cell complex system.
상기 음극실의 전해수 배출구와 상기 기액분리기를 연결하는 음극 전해수 공급라인과;
상기 양극실의 전해수 배출구와 상기 차아염소산나트륨 저장조를 연결하는 양극 전해수 배출라인; 및
상기 기액분리기의 액체 배출구에서 배출되는 탄산수소나트륨 수용액를 상기 음극실 및 양극실 각각으로 순환 공급하는 순환공급부; 및
상기 기액분리기의 가스 배출구에 연결되며, 상기 수분제거유닛 및 연료전지가 차례로 설치되는 가스 공급라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.The method of claim 4, wherein
A cathode electrolytic water supply line connecting the electrolytic water outlet of the cathode chamber and the gas-liquid separator;
An anode electrolytic water discharge line connecting the electrolyte discharge port of the anode chamber and the sodium hypochlorite storage tank; And
A circulation supply unit configured to circulate and supply the aqueous sodium bicarbonate solution discharged from the liquid discharge port of the gas-liquid separator to each of the cathode chamber and the anode chamber; And
And a gas supply line connected to the gas outlet of the gas-liquid separator, wherein the water supply unit and the fuel cell are sequentially installed.
수분제거필터, 수분제거흡수제, 저온응축유닛 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.10. The method of claim 1, wherein the water removal unit,
Seawater electrolysis and fuel cell complex system, characterized in that any one selected from the water removal filter, water removal absorbent, low temperature condensation unit.
연료전지는 고분자전해질형 연료전지인 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.10. The method according to any one of claims 1 to 9,
The fuel cell is a seawater electrolyte and fuel cell complex system, characterized in that the polymer electrolyte fuel cell.
상기 차아염소산나트륨 용액의 생성농도는 500?6,000ppm의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.10. The method according to any one of claims 1 to 9,
The generation concentration of the sodium hypochlorite solution is a seawater electrolyte and fuel cell composite system characterized in that it has a range of 500 ~ 6,000ppm.
사이클론 방식 기액분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.The gas-liquid separator according to any one of claims 1 to 9,
Seawater electrolytic and fuel cell composite system comprising a cyclone-type gas-liquid separator.
이온선택성막 또는 별도의 이온선택성이 없이 양이온은 음극으로, 음이온은 양극으로 이동이 가능한 미세기공의 격막을 포함하는 것을 특징으로 하는 해수전해 및 연료전지 복합시스템.The method according to any one of claims 4 to 8, wherein the diaphragm,
A seawater electrolytic and fuel cell complex system comprising an ion selective membrane or a diaphragm capable of moving a cation to a cathode and an anion to a cathode without an ion selective membrane.
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