KR20130037513A - 연료전지용 순수 분리 공급 장치 및 방법 - Google Patents

연료전지용 순수 분리 공급 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템의 각 부에서 요구하는 전기전도도에 맞춰 순수를 분리 공급하는 연료전지용 순수 분리 공급 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 의하면, 연료전지 시스템 내부 또는 외부에서 공급된 물을 수처리하여 순수를 생산하며, 생산된 순수를 사용하여 개질기에 개질수를 공급하고 연료전지 스택에 냉각수를 공급하되, 생산된 순수는 한 쌍의 저장조에 서로 분리되어 저장된 후 각각 개질수와 냉각수로 공급되며, 상기 개질수와 상기 냉각수는 서로 다른 전기전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 방법 및 이를 위한 장치가 제공된다.

Description

연료전지용 순수 분리 공급 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SEPARATEING AND SUPPLYING PURE WATER TO FUEL CELL}
본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 시스템의 각 부에서 요구하는 전기전도도에 맞춰 순수를 분리 공급하는 연료전지용 순수 분리 공급 장치 및 방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가스인 수소와 산화가스인 산소(또는 공기)가 반응하면서 일어나는 전기화학적 반응에 의하여 연소 과정 없이 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 폐쇄계 내에서 전기를 생산하게 되는 기존의 전지와 달리 외부로부터 수소와 산소를 공급받아 연속적으로 전기를 생산하는 고효율의 청정 에너지 변환장치이다.
이와 같이 외부에서 공급되는 수소와 산소를 사용하여 전기를 생산하는 연료전지의 최종 생성물질은 물과 열 및 직류 전기로서, NOx, SOx 등의 유해 가스 배출이 1% 이하인 청정 고효율 발전 시스템이기 때문에 환경 오염을 상당 부분 줄일 수 있을 뿐 아니라, 효율이 25% 이하인 기존의 내연기관에 비하여 50% 이상으로 매우 높아 차세대 에너지원으로 실용화하기 위하여 널리 연구되고 있다.
그리고, 고효율의 청정 발전 시스템인 연료전지는, 사용되는 전해질의 종류에 따라, 150～200℃ 부근에서 작동하는 인산형, 상온 내지 100℃ 이하에서 작동하는 고분자 전해질형 또는 알칼리형, 600～700℃의 고온에서 작동하는 용융탄산염형 및 1000℃ 정도의 고온에서 작동하는 고체산화물형 연료전지 등으로 크게 분류되며, 각 연료전지는 기본적으로 동일한 원리에 의해서 작동하나 연료의 종류, 운전 온도, 촉매 및 전해질에 따라 위와 같이 구분된다.
특히, 전술한 바와 같은 여러 종류의 연료전지들 중에서 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC)는, 고체인 고분자를 전해질로 사용하기 때문에 전해질 관리가 용이하고, 전해질에 의한 부식이나 전해질이 증발되는 문제가 없으며, 단위 면적당 전류밀도가 높아 타 연료전지에 비하여 출력 특성이 월등히 높은 동시에 작동 온도가 낮을 뿐 아니라, 설비 유지 및 보수가 간편하고 빠른 시동 및 응답 특성을 가지고 있어 자동차용 등과 같은 이동용 전원이나, 주택과 공공 건물 등의 분산용 전원 및 전자기기용 소형 전원으로 이용하기 위하여 개발이 활발히 추진되고 있다.
도 1은 종래의 고분자 전해질 연료전지 시스템의 개략도이며, 한국공개특허공보 제10-2010-0111812호 "연료전지시스템 운전방법"에 개시되었다.
연료전지 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 탄화수소계 연료(LNG, LPG, 등유 등)를 개질하여 수소를 생성하는 개질기(1)와, 개질기(1)에서 생성된 수소를 이용하여 전기를 발생시키는 연료전지 스택(2), 연료전지 스택(2)에서 생산된 직류를 사용처에서 사용할 수 있도록 교류로 변환하는 전력변환장치(3), 및 이들에 연료, 공기, 또는 물 등의 반응물을 공급하는 유량공급장치를 포함한 BOP(Balance of Plant)(4)와, 이들의 작동을 제어하는 제어기(5)로 구성된다.
여기서, 개질기(1)에는 개질반응 원료로서의 연료가스(PNG)와, 수증기, 일산화탄소 제거를 위한 공기가 공급되고 또한, 흡열반응인 개질반응에 필요한 열을 공급하기 위해 개질기(1)의 버너로 버너가스(BNG)와 공기가 공급되며, 연료전지 스택(2)에는 개질기(1)에서 개질된 개질가스와 공기가 공급된다. 이때, 연료가스와 버너가스는 동일한 종류의 탄화수소계 연료이다.
그리고 연료전지 스택(2)은, 개질가스에 포함된 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA ; Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL ; Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.
이때, 연료전지 스택(2)에서 연료인 수소를 함유한 개질가스와 산화제인 산소를 함유한 공기가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소(개질가스)는 애노드('연료극' 혹은 '수소극', '산화극'이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드('공기극' 혹은 '산소극', '환원극'이라고도 함)로 공급된다.
애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.
캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 인해 전류가 생성된다.
여기서, 연료전지 스택에 냉각수를 공급하여 연료전지 스택의 온도를 반응에 필요한 온도범위로 제한하는 한편, 연료전지 시스템의 효율 향상을 위해 냉각수를 다시 재순환시키게 되는데, 도 2는 이처럼 냉각수가 열교환기를 거쳐 재순환되는 종래의 예를 도시한 것으로, 일본공개특허공보 특개2010-23845호에 개시되었다.
도 2에 도시된 예는, 연료전지 스택(10)의 내부에서 냉각라인(20)을 따라 냉각수가 흐르고, 연료전지 스택(10)으로부터 배출된 냉각수는 열교환기(30)를 거쳐 온도가 낮춰진 후 저장탱크(40)에 저장되며, 저장탱크(40)에서 다시 연료전지 스택(10)의 내부로 냉각수가 공급된다. 이때, 개질반응에 필요한 개질수 역시 이 저장탱크(40)에서 공급되며, 개질라인(50)을 따라 개질기(60)로 들어간다. 여기서, 미설명된 도면부호 70,80,90은 가습기, 축열조, 제어장치를 각각 가리킨다.
즉, 동일한 저장탱크(40)에 저장된 물이 개질기(60) 쪽으로는 개질수로 공급되는 한편, 연료전지 스택(10)으로는 냉각수로 공급되며, 연료전지 스택(10)에 공급된 냉각수는 다시 저장탱크(40)로 재순환되는 것이다.
연료전지 스택의 냉각을 위해 지속적으로 순환하는 순수는 각 부품을 지나면서 용출되는 이온성분이 축적되어 전기전도도가 증가하게 되며, 각 공정에서 요구되는 수준보다 높은 전기전도도의 순수를 공급하면 부식, 스케일에 의한 막힘 현상, 촉매의 피독, 부품의 현저한 내구성 감소와 같은 문제가 발생한다.
그런데, 각각의 공정에서 요구되는 순수의 전기전도도는 서로 다르며, 동일하게 낮은 전기전도도의 순수를 공급하면 각 부품의 정상적인 작동이 불가능하고, 반대로 동일하게 높은 전기전도도의 순수를 공급하면 수처리 장치의 내구성이 감소하게 된다.
아울러, 연료전지 스택을 거쳐 재순환된 냉각수는 온도가 상승한 상태로 저장탱크로 유입되고, 이에 따라 저장탱크에서 개질기로 공급되는 개질수의 온도도 변하게 되는데, 개질수는 유량이 매우 적기 때문에 온도변화에 따른 영향을 많이 받으며 정확한 유량을 맞추기도 어렵다. 이처럼 개질 반응 및 시프트 반응에 공급되는 순수량이 불안정하면 연료전지 시스템의 정상적인 운전이 불가능해진다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예는, 연료전지 시스템의 각 공정에서 요구하는 전기전도도에 대응되는 순수를 각각 구분하여 공급할 수 있는 연료전지용 순수 분리 공급 장치 및 방법의 제공을 목적으로 한다.
또한, 개질기에 공급되는 개질수가, 연료전지 스택을 순환하는 냉각수의 온도에 영향받는 것을 최소화함으로써, 개질수의 안정적인 공급 및 이에 따른 연료전지 시스템의 안정적인 작동을 보장하는 연료전지용 순수 분리 공급 장치 및 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 연료전지 시스템 내부 또는 외부에서 공급된 물을 수처리하여 순수를 생산하는 순수 제조장치; 상기 순수 제조장치에 의해 수처리된 순수를 개질기로 공급하는 제1저장조; 상기 순수 제조장치에 의해 수처리된 순수를 연료전지 스택의 냉각수로 공급하는 제2저장조;를 포함하며, 상기 제1저장조와 상기 제2저장조가 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 장치가 제공된다.
또한, 연료전지 시스템 내부 또는 외부에서 공급된 물을 수처리하여 순수를 생산하며, 생산된 순수를 사용하여 개질기에 개질수를 공급하고 연료전지 스택에 냉각수를 공급하되, 생산된 순수는 한 쌍의 저장조에 서로 분리되어 저장된 후 각각 개질수와 냉각수로 공급되며, 상기 개질수와 상기 냉각수는 서로 다른 전기전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치 및 방법에 의하면, 연료전지 시스템의 각 공정에서 요구하는 전기전도도의 순수를 구분하여 공급함으로써, 연료전지 시스템의 내구성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 연료전지 스택을 순환하는 냉각수의 온도에 의해 개질수가 받는 영향이 최소화되어, 개질수의 공급을 정밀하게 제어할 수 있고 개질기와 연료전지 시스템의 안정적인 작동이 보장된다.
도 1은 종래의 고분자 전해질 연료전지 시스템의 개략도.
도 2는 동일한 저장탱크에서 개질수와 함께 냉각수가 공급되는 예를 도시한 연료전지 시스템 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급의 순서도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치의 구성도.
도 7은 도 6의 저장유닛의 상세도.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
실시예
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치(100)는, 순수(pure water)를 생산하는 순수 제조장치(200)와, 생산된 순수를 개질기(500)로 공급하는 제1저장조(300), 및 연료전지 스택(600)에 냉각수로 공급하는 제2저장조(400)를 포함하며, 이때 제1저장조(300)와 제2저장조(400)는 서로 분리되어 있다.
또한, 개질기(500)는 제1저장조(300)의 순수를 개질수로 공급받고, 연료전지 스택(600)은 제2저장조(400)의 순수를 냉각수로 공급받으며, 연료전지 스택(600)에서 배출되는 냉각수는 재순환라인(700)을 통해 제2저장조(400)로 재순환된다.
여기서, 순수 제조장치(200)는 연료전지 시스템의 내부 또는 외부에서 공급된 물을 수처리하여 순수를 생산하며, 예를 들어 전기식 탈이온 처리장치(미도시)로 구성될 수 있다.
전기식 탈이온 처리장치는 양극(+)과 음극(-) 사이에서 이온 교환막에 의해 구획되는 탈염실과 농축실이 구비되고, 탈염실에는 이온 교환수지가 충전된다. 이때, 탈염실로 유입된 이온(ion)은 그 친화력과 농도 및 이온 강도에 따라 이온 교환수지와 반응하고, 전위의 경사방향으로 수지 내부를 이동하여 이온 교환막에 도달한다.
그리고, 양이온(cation)은 양이온 교환막을 투과하고, 음이온(anion)은 음이온 교환막을 투과하여 각각 농축실로 이동하며 이에 따라, 공급된 물을 순수와 농축수로 분리하게 된다.
순수 제조장치(200)의 일측에는 제1저장조(300)와 제2저장조(400)가 설치되는데, 제1저장조(300)는 제1순수이송라인(310)에 의해 순수 제조장치(200)의 순수 배출관(210)과 연결되며, 제2저장조(400)는 제2순수이송라인(410)에 의해 순수 제조장치(200)의 순수 배출관(210)과 연결된다.
따라서, 순수 제조장치(200)에서 생산된 순수는 순수 배출관(210)을 나와 제1순수이송라인(310)을 통해 제1저장조(300)로 유입되고, 제2순수이송라인(410)을 통해 제2저장조(400)로 유입된다. 이때, 순수 제조장치(200)에서 각각 다른 이온전도도의 순수를 생산하여 제1저장조(300)와 제2저장조(400)에 서로 다른 이온전도도의 순수를 공급할 수 있음은 물론이다.
여기서, 순수가 제1저장조(300)와 제2저장조(400) 중 선택적으로 어느 하나에만 공급되거나, 제1저장조(300)와 제2저장조(400)에 동시에 공급될 수 있도록 순수 배출관(210)에 제어밸브(220)가 구비되는 것이 바람직하며, 이는 도 4에 도시된 바와 같이 순수 제조장치(200)에서 생산된 순수의 양이 필요로 하는 개질수와 냉각수의 양의 합보다 부족할 때, 제1저장조(300)에만 순수를 공급함으로써 개질수의 공급이 우선적으로 이루어지도록 하기 위함이다.
즉, 순수 제조장치(200)에서 생산된 순수의 양을 측정한 후(S10), 생산된 순수의 양이 개질수와 냉각수로 필요로 하는 양을 충족시키는지 판단하고(S20), 순수의 공급을 위해 제1순수이송라인(310)과 제2순수이송라인(410)을 개방하되(S30,S40), 부족하다면 제1순수이송라인(310)만을 선택 개방하여 개질수의 공급이 우선적으로 이루어지게 한다(S40). 이때, 유량의 측정과 판단 및 제어밸브의 개폐는 별도의 제어기(230)를 통해 이루어질 수 있다.
순수의 공급은 순수 제조장치(200)의 압력을 높게 하여 압력차로 공급하거나, 제1저장조(300)와 제2저장조(400)의 위치를 낮게 하여 위치에너지를 이용하거나 또는, 순수 배출관(210)에 펌프와 같은 동력장치를 설치하여 공급할 수 있으며, 연료전지 시스템 작동시 제1저장조(300)의 순수와 제2저장조(400)의 순수가 역류하여 서로 섞이지 않도록 하는 것이 바람직하다.
제1저장조(300)의 일측에는 개질기(500)가 구비되고, 제1저장조(300)와 개질기(500)는 개질수 공급라인(510)으로 연결되어 제1저장조(300)의 순수가 개질기(500)에 개질수로 공급된다. 아울러, 제2저장조(400)의 일측에는 연료전지 스택(600)이 구비되고, 제2저장조(400)와 연료전지 스택(600)은 냉각수 공급라인(610)으로 연결되어 제2저장조(400)의 순수가 연료전지 스택(600)에 냉각수로 공급된다.
한편, 연료전지 스택(600)과 제2저장조(400)는 재순환라인(700)으로 연결되어, 연료전지 스택(600)을 거쳐 배출되는 냉각수가 이 재순환라인(700)을 통해 다시 제2저장조(400)로 순환된다. 이때, 냉각수가 연료전지 스택(600)을 거치는 과정에서 온도가 상승하여 배출되는데, 재순환라인(700)의 일측에는 열교환기(710)가 설치되며 냉각수는 열교환기(710)를 거치면서 가지고 있는 열을 방출하고 온도가 낮춰져서 제2저장조(400)로 유입된다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치(100)는, 개질기(500)에 개질수로 공급되는 순수를 저장하는 제1저장조(300)와, 연료전지 스택(600)에 냉각수로 공급되는 순수를 저장하는 제2저장조(400)를 각각 별도로 구비하며, 연료전지 스택(600)으로부터 배출된 냉각수가 재순환라인(700)을 따라 제2저장조(400)로 유입된 후, 순수 제조장치(200)로부터 공급된 순수와 혼합되어 다시 연료전지 스택(600)에 냉각수로 공급된다.
이에 따라, 개질수의 공급은 제2저장조(400)로부터 분리된 제1저장조(300)에서 독립적으로 실시되며, 연료전지 스택(600)으로부터 배출되는 냉각수에 의해 이온전도도나 온도의 영향을 받는 것이 방지된다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 제2저장조(400)의 냉각수를 이용하거나 별도의 제3저장조를 마련함으로써, 연료전지 스택(600)의 가습을 위한 순수를 별도로 공급하는 것도 가능하며, 이는 이하 설명되는 다른 실시예들에서도 마찬가지이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치의 구성도이다.
도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치(100')는 전술한 실시예와 전체적으로 유사하며 다만, 전술한 실시예에서는 순수 제조장치(200)에 대하여 제1저장조(300)와 제2저장조(400)가 병렬로 배치되었지만, 본 실시예에서는 직렬로 배치된다는 점에서 차이가 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치(100')는, 순수를 생산하는 순수 제조장치(200)와, 생산된 순수를 저장하는 제1저장조(300) 및 제2저장조(400)와, 제1저장조(300)의 순수를 개질수로 공급받는 개질기(500)와, 제2저장조(400)의 순수를 냉각수로 공급받는 연료전지 스택(600), 및 연료전지 스택(600)에서 배출되는 냉각수를 제2저장조(400)로 재순환시키는 재순환라인(700)을 포함한다.
여기서, 순수 제조장치(200)의 일측에 제1저장조(300)와 제2저장조(400)가 설치되는데, 제1저장조(300)는 순수 배출관(210)에 의해 순수 제조장치(200)와 연결되어 순수를 공급받고, 제2저장조(400)는 연결라인(350)에 의해 제1저장조(300)와 연결되어 제1저장조(300)의 순수를 공급받는다.
또한, 개질기(500)는 개질수 공급라인(510)에 의해 제1저장조(300)와 연결되어 제1저장조(300)에 저장된 순수를 개질수로 공급받으며, 연료전지 스택(600)은 냉각수 공급라인(610)에 의해 제2저장조(400)와 연결되어 제2저장조(400)에 저장된 순수를 냉각수로 공급받는데, 연료전지 스택(600)으로부터 배출되는 냉각수는 연료전지 스택(600)과 제2저장조(400)를 연결하는 재순환라인(700)을 따라 다시 제2저장조(400)로 유입된다.
즉, 연료전지 스택(600)의 초기 작동시에는 제1저장조(300)로부터 제2저장조(400)로 공급된 순수를 냉각수로 공급받지만, 이후에는 연료전지 스택(600)을 거쳐 재순환된 냉각수와 제1저장조(300)로부터 공급된 순수가 혼합되어 연료전지 스택(600)에 냉각수로 공급되는 것이다.
이에 따라, 개질수의 공급은 제2저장조(400)로부터 분리된 제1저장조(300)에서 독립적으로 실시되며, 연료전지 스택(600)으로부터 배출되는 냉각수에 의해 이온전도도나 온도의 영향을 받는 것이 방지된다.
아울러, 재순환라인(700)에는 열교환기(710)가 설치되어 연료전지 스택(600)으로부터 배출된 냉각수의 온도를 낮춰주게 되며, 이처럼 제1저장조(300)와 제2저장조(400)가 직렬로 배치됨으로써, 제1저장조(300)에서 개질수의 공급이 우선적으로 이루어진 후에 제1저장조(300)의 순수가 제2저장조(400)로 공급되면서 냉각수의 공급이 이루어지게 된다.
예를 들어, 제1저장조(300)에 연결되는 연결라인(350)이 개질수 공급라인(510)보다 높은 위치에 연결됨으로써, 제1저장조(300)에 저장되는 순수가 개질수 공급라인(510)을 통해 공급되면서 어느 정도 제1저장조(300)의 수위가 채워진 후에 연결라인(350)을 통해 제2저장조(400)로 공급되게끔 구성할 수 있을 것이다.
한편, 제1저장조(300)가 순수의 임시저장탱크 역할을 하도록, 제2저장조(400)에 저장된 냉각수의 수위가 소정 레벨 이하인 경우, 제1저장조(300)의 순수를 제2저장조(400)로 공급하는 것도 가능하다.
이 경우, 제2저장조(400)에 수위센서(미도시)를 설치하고, 수위센서로부터 신호를 받아 연결라인(350)에 설치된 개폐밸브(미도시)를 개방함으로써, 제1저장조(300)의 순수를 제2저장조(400)에 공급할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치의 구성도이고, 도 7은 도 6의 저장유닛의 상세도이다.
도 6에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 순수 분리 공급 장치(100")는 전술한 도 5의 실시예와 전체적으로 유사하며 다만, 전술한 실시예에서는 제1저장조(300)와 제2저장조(400)가 서로 이격하여 직렬로 배치되었지만, 본 실시예에서는 하나의 저장유닛(800) 내에 함께 배치되어, 제1저장조(300)에 저장되는 순수가 소정 수위를 넘으면 제2저장조(400)로 오버플로우(overflow)된다는 점에서 차이가 있다.
이때, 저장유닛(800)은 도 7에 도시된 바와 같이, 내부에 공간부가 형성된 원통 또는 다면체 형태의 몸체(810)가 외관을 구성하며, 몸체(810) 내부의 공간부는 격벽(820)에 의해 각각 제1저장조(300)와 제2저장조(400)로 구획된다.
그리고, 격벽(820)은 몸체 내부의 바닥면에서 상향 연장 형성되되, 격벽(820)의 상단은 몸체(810)의 천장으로부터 이격하여 간격을 두게 되며, 이 간격을 통해 제1저장조(300)에 저장되는 순수가 제2저장조(400)로 오버플로우된다.
제1저장조(300)의 측벽 일측에는 순수 배출관(210)이 연결되는 순수 유입구(830)가 관통 형성되고, 제1저장조(300)의 바닥면 일측에는 개질수 공급라인(510)이 연결되는 개질수 배출구(840)가 관통형성된다.
또한, 제2저장조(400)의 측벽 일측에는 재순환라인(700)이 연결되는 냉각수 유입구(850)가 관통 형성되고, 제2저장조(400)의 바닥면 일측에는 냉각수 공급라인(610)이 연결되는 냉각수 배출구(860)가 관통형성된다.
따라서, 순수 제조장치(200)에서 생산된 순수는 순수 배출관(210)을 따라 유동하여 순수 유입구(830)를 통해 제1저장조(300)로 유입된 후, 개질수 배출구(840)를 통해 배출되어 개질수 공급라인(510)을 따라 개질기(500)에 개질수로 공급된다.
그리고, 제1저장조(300)에 저장된 순수가 어느 정도 수위를 채우게 되면, 격벽(820)을 넘어 제2저장조(400)로 유입되며, 냉각수 배출구(860)를 통해 배출되어 냉각수 공급라인(610)을 따라 연료전지 스택(600)에 냉각수로 공급된다.
이때, 연료전지 스택(600)에 공급된 냉각수는 재순환라인(700)을 따라 열교환기(710)를 거쳐 냉각수 유입구(850)를 통해 제2저장조(400)로 다시 유입된 후, 제1저장조(300)에서 오버플로우된 순수와 혼합되어 다시 연료전지 스택(600)으로 공급된다.
이처럼, 제1저장조(300)와 제2저장조(400)가 격벽(820)에 의해 구획되고, 제1저장조(300)의 순수가 제2저장조(400)로 오버플로우되도록 구성됨에 따라, 개질수의 공급은 제1저장조(300)에서 독립적으로 실시되며, 연료전지 스택(600)으로부터 배출되는 냉각수에 의해 이온전도도나 온도의 영향을 받는 것이 방지된다.
아울러, 전술한 도 5의 실시예와 마찬가지로, 개질수의 공급이 우선적으로 이루어지도록 함에 있어서 별도의 밸브제어를 필요로 하지 않는다.
한편, 제1저장조(300)가 순수의 임시저장탱크 역할을 하도록, 제2저장조(400)에 저장된 냉각수의 수위가 소정 레벨 이하인 경우, 제1저장조(300)의 순수를 제2저장조(400)로 공급하는 것도 가능한데, 이 경우, 제2저장조(400)에 수위센서(미도시)를 설치하고, 수위센서로부터 신호를 받아 순수 제조장치(200)의 순수 공급량을 늘림으로써, 제1저장조(300)의 순수가 제2저장조(400)로 오버플로우하도록 할 수 있다.
100,100',100" : 연료전지용 순수 분리 공급 장치
200 : 순수 제조장치
210 : 순수 배출관
300 : 제1저장조
400 : 제2저장조
500 : 개질기
600 : 연료전지 스택
700 : 재순환라인
800 : 저장유닛

Claims (15)

  1. 연료전지 시스템 내부 또는 외부에서 공급된 물을 수처리하여 순수를 생산하는 순수 제조장치;
    상기 순수 제조장치에 의해 수처리된 순수를 개질기로 공급하는 제1저장조;
    상기 순수 제조장치에 의해 수처리된 순수를 연료전지 스택의 냉각수로 공급하는 제2저장조;를 포함하며,
    상기 제1저장조와 상기 제2저장조가 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2저장조와 상기 연료전지 스택 사이에는 연료전지 스택에서 배출되는 냉각수를 상기 제2저장조로 재순환시키는 재순환라인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1저장조와 상기 제2저장조는 상기 순수 제조장치에 병렬 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1저장조와 상기 제2저장조는 직렬로 연결되되, 상기 제1저장조의 순수가 상기 개질기에 우선 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1저장조와 상기 제2저장조는 연결관에 의해 연결되며, 상기 연결관은 상기 제1저장조의 개질수 공급라인보다 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1저장조와 상기 제2저장조는 일체의 저장유닛으로 구성되되, 상단이 개방된 격벽에 의해 분리 형성되며, 상기 제1저장조의 순수가 상기 격벽을 오버플로우(overflow)하여 상기 제2저장조로 유입되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 저장유닛은,
    상기 제1저장조의 측벽 일측에 관통 형성되는 순수 유입구와, 상기 제1저장조의 바닥면 일측에 관통 형성되는 개질수 배출구와, 상기 제2저장조의 측벽 일측에 관통 형성되는 냉각수 유입구와, 상기 제2저장조의 바닥면 일측에 관통 형성되는 냉각수 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 장치.
  8. 연료전지 시스템 내부 또는 외부에서 공급된 물을 수처리하여 순수를 생산하며, 생산된 순수를 사용하여 개질기에 개질수를 공급하고 연료전지 스택에 냉각수를 공급하되, 생산된 순수는 한 쌍의 저장조에 서로 분리되어 저장된 후 각각 개질수와 냉각수로 공급되며, 상기 개질수와 상기 냉각수는 서로 다른 전기전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    생산된 순수를 저장하는 어느 하나의 저장조에 연료전지 스택으로부터 배출되는 냉각수를 유입시켜 순수와 혼합한 후, 연료전지 스택에 냉각수로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    생산된 순수의 양이 개질기에서 필요로 하는 개질수의 양과 연료전지 스택에서 필요로 하는 냉각수의 양의 합보다 적다면, 생산된 순수가 개질수를 공급하는 저장조에 우선적으로 저장되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 한 쌍의 저장조는 순수 제조장치에 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 한 쌍의 저장조는 순수 제조장치에 연결된 제1저장조와 상기 제1저장조에 직렬로 연결된 제2저장조로 구성되고, 상기 순수 제조장치에서 생산된 순수를 사용하여 개질기에 개질수를 공급하고 연료전지 스택에 냉각수를 공급하되, 생산된 순수는 개질수를 공급하는 상기 제1저장조에 먼저 저장되고, 상기 제1저장조에 저장된 순수가 상기 제2저장조로 유입되어 냉각수로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1저장조의 순수는 개질기에 우선 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1저장조와 상기 제2저장조를 연결하는 연결라인이 상기 제1저장조의 개질수 공급라인보다 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 방법.
  15. 청구항 8에 있어서,
    상기 한 쌍의 저장조는 하나의 저장유닛 내 공간부가 상단이 개방된 격벽으로 구획되어 분리 형성되며, 제1저장조에 저장된 순수가 상기 격벽을 오버플로우(overflow)하여 제2저장조로 유입되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 순수 분리 공급 방법.
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