KR20160129681A - Water electrolysis apparatus and driving method thereof - Google Patents

Water electrolysis apparatus and driving method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20160129681A
KR20160129681A KR1020150144049A KR20150144049A KR20160129681A KR 20160129681 A KR20160129681 A KR 20160129681A KR 1020150144049 A KR1020150144049 A KR 1020150144049A KR 20150144049 A KR20150144049 A KR 20150144049A KR 20160129681 A KR20160129681 A KR 20160129681A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water
storage tank
circulating water
heat exchanger
circulation
Prior art date
Application number
KR1020150144049A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101693826B1 (en
Inventor
백상철
안철수
김호석
홍병선
Original Assignee
주식회사 두산
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 주식회사 두산 filed Critical 주식회사 두산
Publication of KR20160129681A publication Critical patent/KR20160129681A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101693826B1 publication Critical patent/KR101693826B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C25B9/08—
    • 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
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

A water electrolysis apparatus comprises a water electrolysis stack, a storage tank, a heat exchanger, and a bypass pipe. The water electrolysis stack produces hydrogen and oxygen by using a water electrolysis reaction. The storage tank is supplied with circulating water including the oxygen from the water electrolysis stack so as to separate the oxygen from the circulating water, and resupplies the circulating water to the stack. The heat exchanger is installed on a circulating pipe which connects the storage tank with the water electrolysis stack to decrease a temperature of the circulating water. The bypass pipe is connected to the circulating pipe in parallel to be installed on the same, and bypasses the heat exchanger to supply the circulating water of the storage tank to the water electrolysis stack.

Description

수전해 장치 및 이의 운전 방법 {WATER ELECTROLYSIS APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a water electrolysis apparatus and a method of operating the same,

본 발명은 수전해 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 순환수 저장 탱크와 열 교환기를 구비한 수전해 장치 및 이의 운전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water electrolysis apparatus, and more particularly, to a water electrolysis apparatus having a circulating water storage tank and a heat exchanger and a method of operating the same.

통상의 수전해 장치는 수전해 반응을 이용하여 수소와 산소를 생산하는 알칼리 수전해 스택과, 수전해의 재료인 순환수(알칼리 용액)를 저장하는 저장 탱크와, 순환수를 냉각시키는 공랭식 열 교환기와, 수소를 정제하는 수소 정제기와, 수소의 배출 압력을 조절하는 압력 조절기 등을 포함한다.A conventional electrolytic water electrolysis apparatus includes an alkaline anhydrous electrolytic stack for producing hydrogen and oxygen by using a hydrothermal reaction, a storage tank for storing circulating water (alkali solution) which is a material of electrolytic water, an air-cooled heat exchanger A hydrogen purifier for purifying hydrogen, a pressure regulator for regulating the discharge pressure of hydrogen, and the like.

저장 탱크에는 순환수가 유입되는 유입구와, 산소를 배출하는 산소 배출구가 형성된다. 그런데 유입구를 통해 유입되는 순환수는 수위를 출렁이게 만들어 수위 센서의 오작동을 유발할 수 있으며, 산소 배출 과정에서 저장 탱크의 내벽에 형성된 응축수가 산소와 함께 배출되어 순환수의 손실을 유발할 수 있다.An inlet port through which the circulating water flows and an oxygen outlet port through which oxygen is discharged are formed in the storage tank. However, the circulating water flowing through the inlet may cause the water level sensor to malfunction by causing the water level to become loose, and the condensed water formed on the inner wall of the storage tank may be discharged together with oxygen during the oxygen discharge process to cause the loss of the circulating water.

통상의 수전해 장치는 순환수를 순환시키는 단일 순환 경로를 가지고 있으며, 알칼리 수전해 스택의 반응열에 의해 순환수의 온도가 상승하여 알칼리 수전해 스택의 운전 온도(대략 40℃ 내지 50℃)를 초과하면 공랭식 열 교환기에 장착된 팬(fan)을 가동하여 순환수의 온도를 낮추게 된다.A conventional electrolytic water electrolyzer has a single circulation path for circulating the circulating water and the temperature of the circulating water rises due to the reaction heat of the alkaline electrolytic solution stack to exceed the operation temperature of the alkaline electrolytic solution stack (about 40 ° C to 50 ° C) , The fan installed in the air-cooled heat exchanger is operated to lower the temperature of the circulating water.

그런데 팬을 가동하지 않더라도 공랭식 열 교환기의 넓은 표면적에 의해 순환수의 열이 방출되므로 초기 기동에 많은 시간을 소비하게 된다. 또한, 겨울철과 같이 외부 온도가 낮은 경우 기동 시간은 더 늘어나며, 정격 운전시 발생하는 반응열만으로 순환수의 온도를 유지하기 어렵기 때문에 히터를 동작시켜야 한다. 그런데 히터 동작은 전력 소모를 증가시켜 수전해 장치의 효율을 감소시킨다.However, even if the fan is not operated, the large surface area of the air-cooled heat exchanger causes the heat of the circulating water to be released. In addition, when the outside temperature is low as in winter, the start-up time is further increased, and it is difficult to maintain the circulating water temperature only by the reaction heat generated in the rated operation. However, heater operation increases the power consumption and reduces the efficiency of the electrolytic device.

본 발명은 순환수의 순환 경로를 개선하여 초기 기동 시간을 줄이고, 히터 사용을 최소화하여 전력 소모를 낮추며, 저온의 외부 공기 유입을 차단하여 안정적인 운전을 할 수 있는 수전해 장치 및 이의 운전 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a faucet-freezing device capable of reducing the initial start-up time, minimizing the use of the heater by reducing the circulation path of the circulating water, lowering the power consumption, I want to.

또한, 본 발명은 저장 탱크의 내부 구조를 개선하여 수위 센서의 오작동을 방지함과 아울러 응축수가 산소와 함께 배출되지 않도록 하여 순환수의 손실을 억제할 수 있는 수전해 장치 및 이의 운전 방법을 제공하고자 한다.It is another object of the present invention to provide a water electrolysis apparatus and a method of operating the water electrolysis apparatus capable of preventing the malfunction of the water level sensor by improving the internal structure of the storage tank and preventing the discharge of the condensed water together with oxygen, do.

본 발명의 일 실시예에 따른 수전해 장치는, ⅰ) 수전해 반응을 이용하여 수소와 산소를 생산하는 수전해 스택과, ⅱ) 수전해 스택으로부터 산소가 포함된 순환수를 제공받아 산소와 순환수를 분리하고, 순환수를 수전해 스택으로 재공급하기 위한 저장 탱크와, ⅲ) 저장 탱크와 수전해 스택을 연결하는 순환 배관에 설치되어 순환수의 온도를 낮추는 열 교환기와, ⅳ) 순환 배관에 병렬로 연결 설치되고, 열 교환기를 바이패스하여 저장 탱크의 순환수를 수전해 스택으로 공급하기 위한 바이패스 배관을 포함한다.A water electrolytic solution according to an embodiment of the present invention includes: a) a water receiving electrolytic stack for producing hydrogen and oxygen using a hydrothermal reaction; and (ii) circulating water containing oxygen from a water electrolytic solution stack, And iii) a heat exchanger installed in a circulation pipe connecting the storage tank and the hydroelectric stack to lower the temperature of the circulating water; iv) a circulation pipe And bypass piping for bypassing the heat exchanger to supply the circulating water of the storage tank to the stack.

수전해 장치는, 열 교환기의 전단에서 순환 배관과 바이패스 배관의 연결 지점에 설치되어 저장 탱크의 순환수를 순환 배관과 바이패스 배관 중 어느 하나에 선택적으로 공급하는 삼방향 밸브를 더 포함할 수 있다.The water electrolytic water treatment apparatus may further include a three-way valve installed at a connection point between the circulation pipe and the bypass pipe at the front end of the heat exchanger to selectively supply the circulating water of the storage tank to either the circulation pipe or the bypass pipe have.

다른 한편으로, 수전해 장치는 순환 배관과 바이패스 배관에 각각 설치되면서 어느 하나가 선택적으로 개방되는 제1 밸브 및 제2 밸브를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the water electrolytic water treatment apparatus may further include a first valve and a second valve, each of which is selectively opened while being installed in the circulation pipe and the bypass pipe, respectively.

저장 탱크는 측벽의 상측에 형성된 순환수 유입구와, 내부 공간에 설치된 수위 센서와, 순환수 유입구와 수위 센서 사이에 배치되어 내부 공간을 두 개의 격실로 구분하는 격벽을 포함할 수 있다.The storage tank may include a circulation water inlet formed on the upper side of the side wall, a water level sensor installed in the internal space, and a partition disposed between the circulation water inlet and the water level sensor to divide the internal space into two compartments.

격벽은 저장 탱크의 바닥과 이격되어 순환수가 이동하는 공간을 제공할 수 있고, 저장 탱크의 덮개와 이격되어 산소가 이동하는 공간을 제공할 수 있다. 격벽은 순환수 유입구와 인접 배치되어 순환수 유입구를 통해 유입된 순환수가 격벽을 타고 아래로 흐르도록 할 수 있다.The partition wall may be spaced apart from the bottom of the storage tank to provide a space through which the circulating water moves, and may provide space for oxygen to move away from the cover of the storage tank. The partition wall is disposed adjacent to the circulation water inlet so that the circulation water introduced through the circulation water inlet flows down the partition wall.

저장 탱크는 덮개에 형성된 산소 배출구와, 산소 배출구와 접하면서 내부를 향해 돌출된 관 모양의 돌출부를 포함할 수 있으며, 돌출부의 하단은 순환수의 최대 수위보다 높게 위치할 수 있다. 돌출부의 하단에는 그물망이 설치될 수 있다. 저장 탱크는 돌출부와 격벽 사이에 위치하는 보조 격벽을 더 포함할 수 있다.The storage tank may include an oxygen discharge port formed in the cover and a tubular protrusion protruding inwardly in contact with the oxygen discharge port. The lower end of the protrusion may be positioned higher than the maximum water level of the circulating water. A mesh may be provided at the lower end of the protrusion. The storage tank may further include a secondary partition located between the projection and the partition.

본 발명의 일 실시예에 따른 수전해 장치는 수전해 스택과 저장 탱크 및 열 교환기를 순환하는 순환수의 순환 경로와, 열 교환기를 바이패스하여 저장 탱크의 순환수를 수전해 스택으로 공급하는 바이패스 경로와, 저장 탱크에 설치된 온도 센서와, 순환수의 경로를 제어하는 제어부를 포함하며, 수전해 장치의 운전 방법은, ⅰ) 저장 탱크의 순환수 온도를 측정하는 제1 단계와, ⅱ) 제어부에 기 설정된 기준값과 측정값을 비교하여 측정값이 기준값 이하이면 열 교환기를 바이패스하여 순환수를 순환시키고, 측정값이 기준값보다 높으면 열 교환기를 통과하여 순환수를 순환시키는 제2 단계와, ⅲ) 측정값이 기준값보다 높으면 수전해 스택에 전압을 인가하여 수전해를 진행하는 제3 단계를 포함한다.The water electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention includes a circulation path for circulating water circulating through the electrolytic solution stack, the storage tank, and the heat exchanger, and a circulation path for bypassing the heat exchanger to supply the circulating water of the storage tank to the stack, A temperature sensor installed in the storage tank and a control unit for controlling a path of the circulating water, the method comprising the steps of: i) measuring the circulating water temperature of the storage tank; ii) A second step of bypassing the heat exchanger to circulate the circulating water when the measured value is less than the reference value and circulating the circulating water through the heat exchanger if the measured value is higher than the reference value; And iii) if the measured value is higher than the reference value, a voltage is applied to the electrolytic solution stack to carry out the electrolytic solution.

저장 탱크에는 히터가 설치될 수 있고, 제2 단계에서 제어부는 측정값이 기준값 이하일 때 히터를 켜고, 열 교환기를 바이패스하여 순환수를 순환시킨 다음 측정값이 기준값보다 높으면 히터를 끄고, 열 교환기를 통과하여 순환수를 순환시킬 수 있다.In the second step, the controller turns on the heater when the measured value is lower than the reference value, circulates the circulating water by bypassing the heat exchanger, turns off the heater if the measured value is higher than the reference value, To circulate the circulating water.

순환 경로와 바이패스 경로의 연결 지점에 삼방향 밸브가 설치될 수 있고, 제어부는 삼방향 밸브의 두 출구 중 어느 하나를 선택적으로 개방하여 순환수 흐름을 제어할 수 있다.A three-way valve may be provided at a connection point between the circulation path and the bypass path, and the control unit may selectively open one of the two outlets of the three-way valve to control the circulation water flow.

다른 한편으로, 순환 경로와 바이패스 경로 각각에 제1 밸브와 제2 밸브가 설치될 수 있고, 제어부는 제1 밸브와 제2 밸브 중 어느 하나를 선택적으로 개방하여 순환수 흐름을 제어할 수 있다.On the other hand, a first valve and a second valve may be installed in each of the circulation path and the bypass path, and the control unit may selectively open one of the first valve and the second valve to control the circulating water flow .

수전해 장치의 운전 방법은 제3 단계 이후, 저장 탱크의 순환수 온도를 측정하는 제4 단계와, 제어부에 기 설정된 기준값과 측정값을 비교하여 측정값이 기준값 이하이면 열 교환기를 바이패스하여 순환수를 순환시키고, 측정값이 기준값보다 높으면 열 교환기를 통과하여 순환수를 순환시키는 제5 단계를 더 포함할 수 있다.A fourth step of measuring the circulating water temperature of the storage tank after the third step, and a fourth step of comparing the measured value with a preset reference value. When the measured value is less than the reference value, the heat exchanger is bypassed And circulating the circulating water through the heat exchanger if the measured value is higher than the reference value.

본 발명에 따른 수전해 장치는 액적 상태의 순환수 손실을 최소화할 수 있고, 수위 센서의 오작동을 방지할 수 있다. 또한, 수전해 장치는 외기 온도에 따라 저장 탱크의 순환수가 열 교환기를 거치지 않도록 함으로써 저온 환경에서 기동 시간을 단축할 수 있고, 수전해 스택의 운전 온도를 조절하여 안정적인 작동을 수행할 수 있다.The water electrolytic apparatus according to the present invention can minimize the loss of the circulating water in the droplet state and can prevent the malfunction of the water level sensor. In addition, the water electrolytic water treatment apparatus can prevent the circulation water of the storage tank from passing through the heat exchanger according to the ambient temperature, thereby shortening the startup time in a low temperature environment and controlling the operation temperature of the water electrolytic stack to perform stable operation.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수전해 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수전해 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 수전해 장치의 기동 운전 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 수전해 장치의 정격 운전 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 도 1에 도시한 수전해 장치 중 저장 탱크의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시한 저장 탱크의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수전해 장치 중 저장 탱크의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 수전해 장치 중 저장 탱크의 단면도이다.1 is a configuration diagram of a water electrolytic apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram of a water electrolysis apparatus according to a second embodiment of the present invention.
3 is a flowchart showing a starting operation method of the water electrolytic apparatus according to the first and second embodiments of the present invention.
4 is a flowchart showing a rated operation method of the water electrolytic apparatus according to the first and second embodiments of the present invention.
5 is a perspective view of the storage tank of the water electrolysis apparatus shown in Fig.
6 is a sectional view of the storage tank shown in Fig.
7 is a perspective view of a storage tank of a water electrolytic apparatus according to a third embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view of a storage tank of a water electrolytic apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수전해 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a water electrolytic apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 수전해 장치(100)는 수전해 스택(10), 저장 탱크(20), 열 교환기(30), 바이패스 배관(43), 및 삼방향 밸브(50)를 포함한다. 수전해의 재료인 알칼리 용액(순환수)은 수전해 스택(10)과 저장 탱크(20)를 순환한다.1, the water electrolytic water treatment apparatus 100 includes a water electrolytic stack 10, a storage tank 20, a heat exchanger 30, a bypass pipe 43, and a three-way valve 50. The alkaline solution (circulating water), which is the material of the water electrolytic solution, circulates through the electrolytic solution stack 10 and the storage tank 20.

수전해 스택(10)은 단일 또는 복수의 수전해 셀로 구성되며, 수전해 셀은 양극과 음극 사이에 고분자 전해질막이 배치된 구조로 이루어진다. 고분자 전해질막에 전압을 인가하면 수전해 스택(10)에 제공된 알칼리 용액이 전기 분해되어 수소와 산소가 발생한다. 수소는 음극을 통해 배출되고, 산소는 양극을 통해 배출된다.The electrolytic cell stack 10 is composed of a single electrolytic cell or a plurality of electrolytic cell, and the electrolytic cell has a structure in which a polymer electrolyte membrane is disposed between the anode and the cathode. When a voltage is applied to the polymer electrolyte membrane, the alkali solution supplied to the electrolytic solution stack 10 is electrolyzed to generate hydrogen and oxygen. Hydrogen is discharged through the cathode, and oxygen is discharged through the anode.

저장 탱크(20)는 제1 배관(41)을 통해 수전해 스택(10)의 양극과 연결되어 수전해 스택(10)으로부터 산소가 포함된 순환수를 공급받는다. 저장 탱크(20)는 산소와 수증기를 분리하여 배기시킨다. 즉, 저장 탱크(20)는 산소와 순환수를 분리시키는 기액 분리기로 작용한다.The storage tank 20 is connected to the anode of the electrolytic solution stack 10 through the first pipe 41 and receives the circulating water containing oxygen from the electrolytic solution stack 10. The storage tank 20 separates and exhausts oxygen and water vapor. That is, the storage tank 20 serves as a gas-liquid separator for separating oxygen and circulating water.

수전해 장치(100)는 수전해 스택(10)과 연결되어 수소를 정제하는 수소 정제기와, 수소의 배출 압력을 조절하는 압력 조절기 등을 더 포함하나, 편의상 도 1에서는 이들의 도시를 생략하였다.The water electrolytic solution apparatus 100 further includes a hydrogen purifier connected to the electrolytic solution stack 10 to purify hydrogen, a pressure regulator for regulating the discharge pressure of hydrogen, and the like.

저장 탱크(20)는 제2 배관(순환 배관)(42)에 연결되며, 산소가 분리된 순환수는 순환 배관(42)을 통해 수전해 스택(10)으로 공급된다. 순환 배관(42)에는 저장 탱크(20) 내부의 순환수를 펌핑하는 펌프(60)와, 순환수의 온도를 낮추는 열 교환기(30)가 설치된다.The storage tank 20 is connected to the second piping (circulation piping) 42, and the oxygen-separated circulating water is supplied to the power receiving stack 10 through the circulation piping 42. A pump 60 for pumping the circulating water in the storage tank 20 and a heat exchanger 30 for lowering the temperature of the circulating water are installed in the circulating pipe 42.

수전해 스택(10)은 대략 40℃ 내지 50℃ 범위에서 운전되며, 수전해 장치(100)의 정격 운전 시 저장 탱크(20)로 유입되는 순환수의 온도는 수전해 스택(10)의 운전 온도보다 높다. 열 교환기(30)는 순환수의 온도를 낮추어 수전해 스택(10)이 적정 운전 온도를 유지하도록 한다.The temperature of the circulation water flowing into the storage tank 20 during the rated operation of the water electrolytic solution 100 is lower than the operation temperature of the electrolytic solution stack 10 Respectively. The heat exchanger (30) lowers the temperature of the circulating water so that the power receiving stack (10) maintains the proper operating temperature.

열 교환기(30)는 팬(fan)을 구비한 공랭식 열 교환기일 수 있으며, 순환수를 팬에 의해 흡입된 대기 공기와 열 교환하여 순환수를 냉각시킨다. 열 교환기(30) 내부에서 순환 배관(42)은 순환수의 방열 면적을 최대로 늘리기 위하여 지그재그 형태로 꺾인 형태로 구성될 수 있다.The heat exchanger 30 may be an air-cooled heat exchanger having a fan, and the circulating water is heat-exchanged with the atmospheric air sucked by the fan to cool the circulating water. In the heat exchanger 30, the circulation pipe 42 may be formed in a zigzag shape in order to maximize the heat radiation area of the circulating water.

제3 배관(바이패스 배관)(43)은 순환 배관(42)에 병렬로 연결 설치되며, 저장 탱크(20)의 순환수가 열 교환기(30)를 거치지 않고 수전해 스택(10)으로 공급되도록 한다. 삼방향 밸브(50)는 펌프(60)와 열 교환기(30) 사이에서 순환 배관(42)과 바이패스 배관(43)의 연결 지점에 설치되고, 바이패스 배관(43)의 반대측 단부는 열 교환기(30) 후단의 순환 배관(42)에 연결된다.The third piping (bypass piping) 43 is connected to the circulation piping 42 in parallel so that circulating water in the storage tank 20 is supplied to the power receiving stack 10 without passing through the heat exchanger 30 . Way valve 50 is installed between the pump 60 and the heat exchanger 30 at the connection point between the circulation pipe 42 and the bypass pipe 43 and the opposite end of the bypass pipe 43 is connected to the heat exchanger 30. [ Is connected to the circulation pipe (42) at the rear end of the pipe (30).

삼방향 밸브(50)는 순환수를 제공받는 입구(51)와, 열 교환기(30)를 향한 제1 출구(52)와, 바이패스 배관(43)에 연결된 제2 출구(53)를 포함한다. 삼방향 밸브(50)는 제어부(70)의 제어 신호에 의해 제1 출구(52)와 제2 출구(53) 중 어느 하나를 개방하여 펌프(60)에 의해 펌핑된 순환수를 열 교환기(30)와 바이패스 배관(43) 중 어느 하나로 공급한다.The three-way valve 50 includes an inlet 51 provided with circulating water, a first outlet 52 toward the heat exchanger 30 and a second outlet 53 connected to the bypass pipe 43 . Way valve 50 opens either the first outlet 52 or the second outlet 53 by the control signal of the controller 70 to circulate the circulating water pumped by the pump 60 to the heat exchanger 30 And the bypass pipe 43, as shown in Fig.

전술한 공랭식 열 교환기(30)는 팬을 가동시키지 않을 때에도 자연 방열로 인해 열 손실이 발생한다. 즉, 열 교환기(30)는 대기 공기 중에 노출되어 있으므로 겨울철과 같이 외부 온도가 낮은 경우 자연 방열에 의한 순환수의 열 손실이 커진다. 이 경우 수전해 스택(10)은 정상적인 운전 운도를 유지하기 어려워진다.The above-described air-cooled heat exchanger 30 generates heat loss due to natural heat dissipation even when the fan is not operated. That is, since the heat exchanger 30 is exposed to the atmospheric air, the heat loss of the circulating water due to natural heat radiation becomes large when the outside temperature is low as in winter. In this case, the power receiving stack 10 becomes difficult to maintain the normal operation lane.

수전해 장치(100)는 삼방향 밸브(50)와 바이패스 배관(43)을 구비함으로써 외기 온도가 수전해 스택(10)의 운전 온도와 큰 차이가 발생할 때, 저장 탱크(20)의 순환수가 열 교환기(30)를 바이패스하여 수전해 스택(10)으로 바로 공급되도록 한다. 따라서 수전해 장치(100)는 수전해 스택(10)의 운전 온도 하강을 방지하여 외부 온도가 낮을 때에도 안정적인 운전을 행할 수 있다.The water electrolytic solution apparatus 100 is provided with the three-way valve 50 and the bypass pipe 43 so that when the outside air temperature is received by a large difference from the operation temperature of the stack 10, The heat exchanger 30 is bypassed and supplied directly to the power receiving stack 10. [ Therefore, the water electrolytic solution apparatus 100 can prevent the operation temperature of the electrolytic solution stack 10 from dropping, thereby enabling stable operation even when the external temperature is low.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수전해 장치의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a water electrolysis apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 제2 실시예의 수전해 장치(200)는 삼방향 밸브 대신 순환 배관(42)과 바이패스 배관(43)에 각각 제1 밸브(55)와 제2 밸브(56)가 설치된 구성으로 이루어진다.2, the water electrolytic apparatus 200 of the second embodiment includes a first valve 55 and a second valve 56 installed in the circulation pipe 42 and the bypass pipe 43, respectively, instead of the three-way valve .

바이패스 배관(43)의 일단은 펌프(60)와 열 교환기(30) 사이에서 순환 배관(42) 상의 제1 지점(P1)에 연결되고, 바이패스 배관(43)의 타단은 열 교환기(30) 후단에서 순환 배관(42) 상의 제2 지점(P2)에 연결된다. 제1 밸브(55)는 제1 지점(P1)과 열 교환기(30) 사이에 설치되며, 제2 밸브(56)는 바이패스 배관(43)에 설치된다.One end of the bypass pipe 43 is connected to the first point P1 on the circulation pipe 42 between the pump 60 and the heat exchanger 30 and the other end of the bypass pipe 43 is connected to the heat exchanger 30 To the second point P2 on the circulation pipe 42 at the rear end. The first valve 55 is installed between the first point P1 and the heat exchanger 30 and the second valve 56 is installed in the bypass pipe 43. [

제1 밸브(55)와 제2 밸브(56)는 제어부(70)의 제어 신호에 의해 둘 중 하나가 선택적으로 개방된다. 제1 밸브(55) 개방 시 펌프(60)에 의해 펌핑된 순환수는 열 교환기(30)를 거쳐 수전해 스택(10)으로 공급되고, 제2 밸브(56) 개방 시 펌프(60)에 의해 펌핑된 순환수는 열 교환기(30)를 거치지 않고 수전해 스택(10)으로 바로 공급된다.One of the first valve 55 and the second valve 56 is selectively opened by a control signal from the controller 70. The circulating water pumped by the pump 60 when the first valve 55 is opened is supplied to the power receiving stack 10 via the heat exchanger 30 and the pump 60 is opened when the second valve 56 is opened The pumped circulating water is supplied directly to the electrolytic stack 10 without passing through the heat exchanger 30.

제2 실시예의 수전해 장치(200)는 삼방향 밸브 대신 제1 및 제2 밸브(55, 56)를 구비한 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 같은 구성으로 이루어진다.The water electrolytic solution apparatus 200 of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the first and second valves 55 and 56 are provided instead of the three-way valve.

도 3은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 수전해 장치의 기동 운전 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart showing a starting operation method of the water electrolytic apparatus according to the first and second embodiments of the present invention.

도 3을 참고하면, 수전해 장치의 기동 운전 방법은 저장 탱크의 순환수 온도를 측정하는 제1 단계(S10)와, 기 설정된 기준값과 측정값을 비교하여 측정값이 기준값 이하이면 열 교환기를 바이패스하여 순환수를 순환시키고, 측정값이 기준값보다 높으면 열 교환기를 통과하여 순환수를 순환시키는 제2 단계(S20)와, 측정값이 기준값보다 높으면 수전해 스택에 전압을 인가하여 수전해를 진행하는 제3 단계(S30)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the start-up operation method of the water electrolysis apparatus includes a first step (S10) of measuring a circulating water temperature of a storage tank, a step of comparing a measured reference value with a preset reference value, A second step (S20) of circulating the circulating water through the heat exchanger if the measured value is higher than the reference value; and a second step (S20) of if the measured value is higher than the reference value, (Step S30).

도 1 내지 도 3을 참고하면, 저장 탱크(20)는 순환수 온도를 측정하는 온도 센서(21)와, 순환수를 가열하는 히터(22)를 포함한다. 제어부(70)는 온도 센서(21)와 연결되어 온도 센서(21)로부터 측정 신호를 입력받으며, 히터(22)와 연결되어 히터(22)의 온/오프를 제어한다. 제어부(70)에는 기준값이 저장되어 있는데, 기준값은 예를 들어 수전해 스택의 정상적인 운전 범위인 40℃ 내지 50℃ 범위에 속할 수 있다.1 to 3, the storage tank 20 includes a temperature sensor 21 for measuring the circulating water temperature and a heater 22 for heating the circulating water. The controller 70 is connected to the temperature sensor 21 and receives a measurement signal from the temperature sensor 21 and is connected to the heater 22 to control the heater 22 on and off. The reference value is stored in the controller 70, and the reference value may be in a range of 40 ° C to 50 ° C, which is a normal operating range of the electrolytic solution stack, for example.

제1 단계(S10)에서 온도 센서(21)가 저장 탱크(20)의 순환수 온도를 측정하고, 제2 단계(S20)에서 제어부(70)는 기준값과 측정값을 비교한다. 측정값이 기준값 이하이면 제어부(70)는 히터(22)를 켜고, 바이패스 배관(43)을 개방하여 저장 탱크(20)의 순환수가 열 교환기(30)를 거치지 않고 수전해 스택(10)으로 바로 공급되도록 한다.The temperature sensor 21 measures the circulating water temperature of the storage tank 20 in the first step S10 and the control unit 70 compares the measured value with the measured value in the second step S20. The control unit 70 turns on the heater 22 and opens the bypass pipe 43 so that the circulating water in the storage tank 20 is supplied to the stack 10 without passing through the heat exchanger 30 To be supplied immediately.

수전해 스택(10)과 저장 탱크(20)를 순환하는 순환수는 히터(22)에 의해 지속적으로 온도가 상승한다. 측정값이 기준값보다 높으면 제어부(70)는 히터(22)를 끄고, 열 교환기(30)와 연결된 순환 배관(42)을 개방하여 저장 탱크(20)의 순환수가 열 교환기(30)를 거친 후 수전해 스택(10)으로 공급되도록 한다. 순환 배관(42)의 개방과 동시에 바이패스 배관(43)은 폐쇄된다.The temperature of the circulating water circulating through the water receiving tank stack 10 and the storage tank 20 is continuously increased by the heater 22. [ If the measured value is higher than the reference value, the controller 70 turns off the heater 22 and opens the circulation pipe 42 connected to the heat exchanger 30 to circulate the circulating water in the storage tank 20 through the heat exchanger 30, To be supplied to the stack 10. Simultaneously with the opening of the circulation pipe 42, the bypass pipe 43 is closed.

수전해 장치(100)가 삼방향 밸브(50)를 포함하는 경우, 제어부(70)는 삼방향 밸브(50)의 제1 출구(52)와 제2 출구(53) 중 어느 하나를 선택적으로 개방하여 순환수의 흐름을 제어한다. 수전해 장치(200)가 제1 및 제2 밸브(55, 56)를 포함하는 경우, 제어부(70)는 제1 밸브(55)와 제2 밸브(56) 중 어느 하나를 선택적으로 개방하여 순환수의 흐름을 제어한다.When the water electrolytic water treatment apparatus 100 includes the three-way valve 50, the control unit 70 selectively opens any one of the first outlet 52 and the second outlet 53 of the three-way valve 50 Thereby controlling the flow of the circulating water. When the water electrolytic water treatment apparatus 200 includes the first and second valves 55 and 56, the control unit 70 selectively opens one of the first valve 55 and the second valve 56, Control the flow of water.

제3 단계(S30)에서 제어부(70)는 수전해 스택(10)에 전압이 인가되도록 하며, 이로써 수전해 스택(10)의 정격 운전이 시작된다.In the third step S30, the controller 70 applies a voltage to the power receiving stack 10, thereby starting the rated operation of the power receiving stack 10.

전술한 기동 운전 방법에 따르면, 기동 초기에는 순환수가 열 교환기(30)를 거치지 않도록 하여 열 교환기(30) 통과에 따른 순환수의 열 손실을 최소화한다. 따라서 순환수를 빠른 시간 안에 승온시켜 정격 운전을 위한 기동 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 히터(22) 사용 시간을 줄여 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 저온 환경에서 수전해 장치(100, 200)를 안정적으로 운전할 수 있다.According to the start-up operation method described above, the circulation water does not pass through the heat exchanger 30 at the start-up time, thereby minimizing the heat loss of the circulation water passing through the heat exchanger 30. [ Therefore, it is possible to shorten the startup time for the rated operation by raising the circulation water in a short time. In addition, power consumption can be minimized by reducing the use time of the heater 22, and the water electrolysis apparatuses 100 and 200 can be stably operated in a low-temperature environment.

도 4는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 수전해 장치의 정격 운전 방법을 나타낸 순서도이다. 도 4에 도시한 운전 방법은 저온 환경에서의 운전 방법일 수 있으며, 이때의 '저온'은 작업자에 의해 제어부에 기 설정 및 저장된 임의의 온도로 정의된다.4 is a flowchart showing a rated operation method of the water electrolytic apparatus according to the first and second embodiments of the present invention. The operation method shown in FIG. 4 may be an operation method in a low-temperature environment, and the 'low temperature' at this time is defined as an arbitrary temperature preset and stored in the control unit by the operator.

도 4를 참고하면, 수전해 장치의 정격 운전 방법은 저장 탱크의 순환수 온도를 측정하는 제4 단계(S40)와, 기 설정된 기준값과 측정값을 비교하여 측정값이 기준값 이하이면 열 교환기를 바이패스하여 순환수를 순환시키고, 측정값이 기준값보다 높으면 열 교환기를 통과하여 순환수를 순환시키는 제5 단계(S50)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the rated operation method of the water electrolytic water treatment apparatus includes a fourth step (S40) of measuring the circulating water temperature of the storage tank, and a step of comparing the measured value with a preset reference value. And a fifth step (S50) of circulating the circulation water through the heat exchanger if the measured value is higher than the reference value.

도 1과 도 2 및 도 4를 참고하면, 수전해 장치(100, 200)의 정격 운전 중 외기 온도가 낮으면 수전해 스택(10)의 운전 온도가 기준값보다 낮아질 수 있다.Referring to FIGS. 1, 2 and 4, when the outside air temperature is low during the rated operation of the water electrolysis apparatuses 100 and 200, the operation temperature of the electrolytic solution stack 10 may be lower than the reference value.

제5 단계(S50)에서 제어부(70)는 기준값과 측정값을 비교하고, 측정값이 기준값 이하이면 바이패스 배관(43)을 개방하여 저장 탱크(20)의 순환수가 열 교환기(30)를 거치지 않도록 한다. 순환수는 열 교환기(30)에 의한 열 손실 없이 수전해 스택(10)의 반응열에 의해 점점 승온된다.The control unit 70 compares the reference value with the measured value and if the measured value is less than the reference value, the bypass pipe 43 is opened to allow the circulating water in the storage tank 20 to pass through the heat exchanger 30 . The circulating water is gradually heated by the heat of reaction of the power receiving stack 10 without heat loss by the heat exchanger 30. [

순환수 승온에 의해 측정값이 기준값보다 높아지면 제어부(70)는 열 교환기(30)와 연결된 순환 배관(42)을 개방하여 저장 탱크(20)의 순환수가 열 교환기(30)를 거치도록 한다. 순환수는 열 교환기(30)에서 냉각되어 수전해 스택(10)의 운전 온도를 유지하면서 순환한다. 순환 배관(42)의 개방과 동시에 바이패스 배관(43)은 폐쇄된다.The control unit 70 opens the circulation pipe 42 connected to the heat exchanger 30 so that the circulation water of the storage tank 20 passes through the heat exchanger 30. The circulating water is cooled in the heat exchanger (30) and circulates while maintaining the operating temperature of the power receiving stack (10). Simultaneously with the opening of the circulation pipe 42, the bypass pipe 43 is closed.

전술한 정격 운전 방법에 따르면, 저온 환경에서 순환수의 열 손실을 최소화하여 수전해 스택(10)의 정상적인 운전 온도를 유지할 수 있다. 따라서 전술한 기동 운전 방법과 마찬가지로 저온 환경에서 수전해 장치(100, 200)를 안정적으로 운전할 수 있다.According to the above-described rated operating method, it is possible to minimize the heat loss of the circulating water in a low-temperature environment and to maintain the normal operating temperature of the electrolytic stack 10. Therefore, the water electrolysis apparatuses 100 and 200 can be stably operated in a low temperature environment as in the above-described starting operation method.

도 5는 도 1에 도시한 수전해 장치 중 저장 탱크의 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시한 저장 탱크의 단면도이다.FIG. 5 is a perspective view of the storage tank of the water electrolysis apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 6 is a sectional view of the storage tank shown in FIG.

도 5와 도 6을 참고하면, 저장 탱크(20)는 바닥(201)과 덮개(202) 및 적어도 하나의 측벽(203)을 포함한다. 저장 탱크(20)에는 순환수 유입구(23), 순환수 배출구(24), 및 산소 배출구(25)가 형성되며, 저장 탱크(20) 내부에 수위 센서(26), 온도 센서(21), 및 히터(22)가 설치된다.5 and 6, the storage tank 20 includes a bottom 201, a lid 202, and at least one side wall 203. The storage tank 20 is provided with a circulation water inlet 23, a circulation water discharge port 24 and an oxygen discharge port 25. A water level sensor 26, a temperature sensor 21, A heater 22 is installed.

순환수 유입구(23)는 측벽(203)의 상측에 위치하고, 순환수 배출구(24)는 측벽(203)의 하측에 위치한다. 산소 배출구(25)는 덮개(202)에 위치한다. 순환수 유입구(23)를 통해 산소와 순환수가 저장 탱크(20) 내부로 유입되면, 순환수는 자유 낙하하면서 떨어지고, 산소는 순환수 위에 모인다.The circulation water inlet 23 is located on the upper side of the side wall 203 and the circulation water outlet 24 is located on the lower side of the side wall 203. The oxygen outlet 25 is located in the lid 202. When the oxygen and the circulating water flow into the storage tank 20 through the circulating water inlet 23, the circulating water drops down freely and the oxygen collects on the circulating water.

수전해 장치(100)의 운전 과정에서 저장 탱크(20) 내부에서는 자연적으로 순환수와 산소가 분리되며, 지속적으로 공급되는 산소에 의해 저장 탱크(20) 내부의 압력이 상승한다. 산소는 압력에 의해 산소 배출구(25)로 자동 배출되고, 산소가 분리된 순환수는 펌핑되어 순환수 배출구(24)를 통해 외부로 배출된다.During the operation of the water electrolytic water treatment apparatus 100, the circulating water and oxygen are separated naturally from the inside of the storage tank 20, and the pressure inside the storage tank 20 is increased by the oxygen continuously supplied. The oxygen is automatically discharged to the oxygen outlet 25 by the pressure, and the circulating water in which the oxygen is separated is pumped and discharged to the outside through the circulating water outlet 24.

수위 센서(26)는 저장 탱크(20) 내부의 순환수 수위를 감지하는데, 자유 낙하하는 순환수로 인해 수위가 출렁이게 되면 오작동을 일으킬 수 있다. 저장 탱크(20)는 수위 센서(26)의 오작동을 방지하기 위한 격벽(27)을 포함한다.The water level sensor 26 senses the circulating water level in the storage tank 20 and may cause a malfunction if the water level rises due to the circulating water falling freely. The storage tank 20 includes a partition 27 for preventing the malfunction of the water level sensor 26. [

격벽(27)은 순환수 유입구(23)와 수위 센서(26) 사이에 배치되며, 특히 순환수 유입구(23)와 인접 배치될 수 있다. 격벽(27)은 저장 탱크(20)의 바닥(201)과 소정 거리로 이격되어 격벽(27)과 바닥(201) 사이 공간을 통해 순환수가 이동하도록 한다. 또한, 격벽(27)은 저장 탱크(20)의 덮개(202)와 소정 거리로 이격되어 덮개(202)와 격벽(27) 사이 공간을 통해 산소가 이동하도록 한다.The partition 27 is disposed between the circulating water inlet 23 and the water level sensor 26, and may be disposed adjacent to the circulating water inlet 23 in particular. The partition wall 27 is spaced apart from the bottom 201 of the storage tank 20 by a predetermined distance to allow the circulation water to move through the space between the partition 27 and the bottom 201. The partition wall 27 is spaced apart from the cover 202 of the storage tank 20 by a predetermined distance to allow oxygen to move through the space between the cover 202 and the partition wall 27.

이와 같이 격벽(27)은 저장 탱크(20) 내부를 순환수가 유입되는 제1 격실과, 수위 센서(26)가 위치하는 제2 격실로 구분한다. 제1 격실로 유입된 순환수는 제2 격실로 이동하며, 격벽(27)에 의한 두 격실의 수위 차이는 존재하지 않는다. 격벽(27)은 유입 순환수의 충격으로 인해 발생하는 출렁임과 이에 따른 수위 변화를 최소화한다.As described above, the partition 27 is divided into a first compartment into which the circulating water flows into the storage tank 20 and a second compartment in which the water level sensor 26 is located. The circulating water flowing into the first compartment moves to the second compartment, and there is no difference in the water level of the two compartments due to the partition 27. The partition wall 27 minimizes the fluctuation caused by the impact of the influent circulating water and the change of the water level accordingly.

더욱이 격벽(27)이 순환수 유입구(23)와 인접 배치됨에 따라, 유입된 순환수는 격벽(27)을 타고 떨어지므로 낙하에 따른 출렁임을 보다 효과적으로 줄일 수 있다. 저장 탱크(20)는 격벽(27)을 이용하여 수위 변화를 최소화함으로써 수위 센서(26)의 오작동을 방지할 수 있다.In addition, since the partition wall 27 is disposed adjacent to the circulation water inlet 23, the circulating water flowing into the partition 27 rides on the partition 27, so that it is possible to more effectively reduce swelling due to the falling. The storage tank 20 can prevent the malfunction of the water level sensor 26 by minimizing the water level change using the partition wall 27. [

한편, 순환수와 외기의 온도 차이에 의해 저장 탱크(20)의 덮개(202)에는 다량의 응축수가 존재한다. 산소 배출구(25)를 통해 산소가 배출되는 과정에서 응축수가 함께 배출되면 순환수의 손실로 이어진다. 순환수가 손실되면 순환수의 교체 주기가 단축되고, 순환수의 수소이온농도(pH)가 낮아져 수전해 스택(10)의 수소 발생량이 감소한다.On the other hand, a large amount of condensed water exists in the lid 202 of the storage tank 20 due to the temperature difference between the circulating water and the outside air. When the condensed water is discharged together with the oxygen exhausted through the oxygen outlet 25, it leads to the loss of the circulating water. If the circulation water is lost, the replacement cycle of the circulating water is shortened, and the hydrogen ion concentration (pH) of the circulating water is lowered, and the hydrogen generation amount of the electrolytic solution stack 10 is decreased.

저장 탱크(20)는 순환수의 손실을 방지하기 위한 돌출부(28)를 포함한다. 돌출부(28)는 산소 배출구(25)와 접하면서 저장 탱크(20) 내부를 향해 돌출된 관(tube)으로 이루어진다. 돌출부(28)는 순환수와 접하지 않도록 순환수의 최대 수위보다 높게 위치한다. 즉 돌출부(28)의 하단은 항상 수면보다 높게 위치한다.The storage tank (20) includes a protrusion (28) for preventing the loss of circulating water. The protruding portion 28 is formed of a tube protruding toward the inside of the storage tank 20 while being in contact with the oxygen outlet 25. [ The protruding portion 28 is positioned higher than the maximum water level of the circulating water so as not to come in contact with the circulating water. The lower end of the protruding portion 28 is always positioned higher than the water surface.

산소 배출구(25)는 돌출부(28)로 인해 저장 탱크(20)의 내부 공간에 직접 노출되지 않으므로, 응축수가 산소와 함께 배출되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서 저장 탱크(20)는 순환수의 손실을 최소화하여 순환수의 교체 주기를 늘리며, 순환수의 수소이온농도(pH) 저하 및 이에 따른 수소 발생량 저감을 방지할 수 있다.Since the oxygen outlet 25 is not directly exposed to the inner space of the storage tank 20 due to the projections 28, the discharge of the condensed water with oxygen can be minimized. Therefore, the storage tank 20 minimizes the loss of the circulating water, increases the replacement cycle of the circulating water, and can prevent the decrease of the hydrogen ion concentration (pH) of the circulating water and hence the reduction of the hydrogen generation amount.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수전해 장치 중 저장 탱크의 사시도이다.7 is a perspective view of a storage tank of a water electrolytic apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 제3 실시예의 수전해 장치에서 저장 탱크(20)는 돌출부(28)의 하단에 배치된 그물망(29)을 더 포함한다. 그물망(29)은 돌출부(28) 내부로 응축수의 방울이 유입되는 것을 억제하는 기능을 한다. 저장 탱크(20)는 돌출부(28)와 그물망(29)을 이용하여 산소 배출구(25)를 통한 응축수 배출을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.Referring to Fig. 7, in the water electrolytic apparatus of the third embodiment, the storage tank 20 further includes a net 29 disposed at the lower end of the protrusion 28. Fig. The mesh (29) functions to suppress the inflow of the droplets of the condensed water into the protruding portion (28). The storage tank 20 can more effectively suppress the discharge of the condensed water through the oxygen outlet 25 by using the projection 28 and the mesh 29. [

제3 실시예의 수전해 장치는 저장 탱크(20)의 돌출부(28) 하단에 그물망(29)이 설치된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예와 같은 구성으로 이루어진다.The water electrolytic water treatment apparatus of the third embodiment has the same configuration as the first or second embodiment except that a mesh network 29 is provided at the lower end of the protruding portion 28 of the storage tank 20.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 수전해 장치 중 저장 탱크의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of a storage tank of a water electrolytic apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

도 8을 참고하면, 제4 실시예의 수전해 장치에서 저장 탱크(20)는 돌출부(28)와 격벽(27) 사이에 위치하는 보조 격벽(275)을 더 포함한다. 보조 격벽(275)은 저장 탱크(20)의 덮개(202)에 고정되거나, 덮개(202)와 극히 작은 거리를 두고 이격된다. 보조 격벽(275)의 하단은 돌출부(28)의 하단과 같은 높이를 유지하거나 이보다 낮은 높이를 유지할 수 있다.8, in the water electrolytic apparatus of the fourth embodiment, the storage tank 20 further includes an auxiliary partition wall 275 located between the projection 28 and the partition wall 27. As shown in FIG. The auxiliary partition wall 275 is fixed to the cover 202 of the storage tank 20 or is spaced at a very small distance from the cover 202. [ The lower end of the auxiliary partition wall 275 can maintain the same height as the lower end of the projection 28 or can maintain a lower height.

보조 격벽(275)은 순환수 유입구(23)를 통해 유입되는 순환수가 돌출부(28)로 튀는 것을 차단하는 기능을 한다. 저장 탱크(20)는 보조 격벽(275)을 이용하여 산소 배출구(25)를 통한 순환수 배출 및 이에 따른 순환수 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.The auxiliary partition wall 275 functions to prevent the circulation water flowing through the circulation water inlet 23 from splashing into the projection 28. The storage tank 20 can effectively suppress the discharge of the circulating water through the oxygen outlet 25 and the loss of the circulating water by using the auxiliary partition wall 275. [

제4 실시예의 수전해 장치는 저장 탱크(20)에 보조 격벽(275)이 설치된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예 중 어느 한 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 한편, 도 3과 도 4를 참조로 하여 설명한 수전해 장치의 운전 방법은 전술한 제3 실시예와 제4 실시예에도 동일하게 적용된다.The water electrolytic water treatment apparatus of the fourth embodiment has the same construction as that of any of the first to third embodiments described above, except that the auxiliary partition wall 275 is provided in the storage tank 20. The operation method of the electrolytic water electrolyzer described with reference to FIGS. 3 and 4 is also applied to the third and fourth embodiments.

이와 같이 본 발명에 따른 수전해 장치(100, 200)는 산소를 포함한 순환수가 회수되는 저장 탱크(20)에 있어서, 액적 상태의 순환수 손실을 최소화할 수 있고, 수위 센서(26)의 오작동을 방지할 수 있다. 또한, 수전해 장치(100, 200)는 외기 온도에 따라 저장 탱크(20)의 순환수가 열 교환기(30)를 거치지 않도록 함으로써 저온 환경에서 기동 시간을 단축할 수 있고, 수전해 스택(10)의 운전 온도를 조절하여 안정적인 작동을 수행할 수 있다.As described above, in the storage tank 20 in which the circulating water containing oxygen is recovered, loss of circulating water in a droplet state can be minimized and malfunction of the water level sensor 26 can be prevented . The water electrolysis apparatuses 100 and 200 can prevent the circulation water of the storage tank 20 from passing through the heat exchanger 30 according to the ambient temperature so that the startup time can be shortened in a low temperature environment, The operation temperature can be adjusted to perform stable operation.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

100, 200: 수전해 장치 10: 수전해 스택
20: 저장 탱크 21: 온도 센서
22: 히터 23: 순환수 유입구
24: 순환수 배출구 25: 산소 배출구
26: 수위 센서 27: 격벽
275: 보조 격벽 28: 돌출부
29: 그물망 30: 열 교환기
41: 제1 배관 42: 제2 배관(순환 배관)
43: 제3 배관(바이패스 배관) 50: 삼방향 밸브
55: 제1 밸브 55: 제2 밸브
60: 펌프 70: 제어부100, 200: Water electrolytic apparatus 10: Water electrolytic stack
20: Storage tank 21: Temperature sensor
22: heater 23: circulating water inlet
24: Circulating water outlet 25: Oxygen outlet
26: water level sensor 27:
275: auxiliary barrier rib 28:
29: net 30: heat exchanger
41: first piping 42: second piping (circulation piping)
43: Third piping (bypass piping) 50: Three way valve
55: first valve 55: second valve
60: pump 70:

Claims (14)

수전해 반응을 이용하여 수소와 산소를 생산하는 수전해 스택;
상기 수전해 스택으로부터 산소가 포함된 순환수를 제공받아 산소와 순환수를 분리하고, 순환수를 상기 수전해 스택으로 재공급하기 위한 저장 탱크;
상기 저장 탱크와 상기 수전해 스택을 연결하는 순환 배관에 설치되어 순환수의 온도를 낮추는 열 교환기; 및
상기 순환 배관에 병렬로 연결 설치되고, 상기 열 교환기를 바이패스하여 상기 저장 탱크의 순환수를 상기 수전해 스택으로 공급하기 위한 바이패스 배관
을 포함하는 수전해 장치.A hydrotreating stack producing hydrogen and oxygen using a hydrothermal reaction;
A storage tank for receiving circulating water containing oxygen from the electrolytic solution stack to separate oxygen and circulating water and re-supplying the circulating water to the electrolytic solution stack;
A heat exchanger installed in a circulation pipe connecting the storage tank and the electrolytic solution stack to lower the temperature of the circulating water; And
A bypass pipe connected to the circulation pipe in parallel for bypassing the heat exchanger to supply the circulating water of the storage tank to the power receiving stack,
And the water electrolytic device. 제1항에 있어서,
상기 열 교환기의 전단에서 상기 순환 배관과 상기 바이패스 배관의 연결 지점에 설치되어 상기 저장 탱크의 순환수를 상기 순환 배관과 상기 바이패스 배관 중 어느 하나에 선택적으로 공급하는 삼방향 밸브를 더 포함하는 수전해 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a three-way valve installed at a connection point between the circulation pipe and the bypass pipe at a front end of the heat exchanger to selectively supply the circulation water of the storage tank to either the circulation pipe or the bypass pipe, Water electrolytic device. 제1항에 있어서,
상기 순환 배관과 상기 바이패스 배관에 각각 설치되고, 어느 하나가 선택적으로 개방되는 제1 밸브 및 제2 밸브를 더 포함하는 수전해 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a first valve and a second valve which are respectively installed in the circulation pipe and the bypass pipe and in which one of them is selectively opened. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저장 탱크는 측벽의 상측에 형성된 순환수 유입구와, 내부 공간에 설치된 수위 센서와, 순환수 유입구와 수위 센서 사이에 배치되어 내부 공간을 두 개의 격실로 구분하는 격벽을 포함하는 수전해 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the storage tank includes a circulation water inlet formed on the upper side of the side wall, a water level sensor installed in the internal space, and a partition disposed between the circulation water inlet and the water level sensor to divide the internal space into two compartments. 제4항에 있어서,
상기 격벽은 상기 저장 탱크의 바닥과 이격되어 순환수가 이동하는 공간을 제공하고, 상기 저장 탱크의 덮개와 이격되어 산소가 이동하는 공간을 제공하는 수전해 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the partition wall is spaced apart from the bottom of the storage tank to provide a space through which the circulating water moves and is spaced apart from the cover of the storage tank to provide space for oxygen to move. 제4항에 있어서,
상기 격벽은 상기 순환수 유입구와 인접 배치되어 상기 순환수 유입구를 통해 유입된 순환수가 상기 격벽을 타고 아래로 흐르도록 하는 수전해 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the partition wall is disposed adjacent to the circulation water inlet so that the circulation water flowing through the circulation water inlet flows down the partition wall. 제4항에 있어서,
상기 저장 탱크는 덮개에 형성된 산소 배출구와, 산소 배출구와 접하면서 내부를 향해 돌출된 관 모양의 돌출부를 포함하며,
상기 돌출부의 하단은 순환수의 최대 수위보다 높게 위치하는 수전해 장치.5. The method of claim 4,
The storage tank includes an oxygen discharge port formed in the cover, and a tubular protrusion protruding inwardly in contact with the oxygen discharge port,
And the lower end of the protruding portion is located higher than the maximum water level of the circulating water. 제7항에 있어서,
상기 돌출부의 하단에 그물망이 설치되는 수전해 장치.8. The method of claim 7,
Wherein a mesh is provided at a lower end of the protruding portion. 제7항에 있어서,
상기 저장 탱크는 상기 돌출부와 격벽 사이에 위치하는 보조 격벽을 더 포함하는 수전해 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the storage tank further comprises a secondary partition located between the projection and the partition. 수전해 스택과 저장 탱크 및 열 교환기를 순환하는 순환수의 순환 경로와, 열 교환기를 바이패스하여 저장 탱크의 순환수를 수전해 스택으로 공급하는 바이패스 경로와, 저장 탱크에 설치된 온도 센서와, 순환수의 경로를 제어하는 제어부를 포함하는 수전해 장치의 운전 방법으로서,
상기 저장 탱크의 순환수 온도를 측정하는 제1 단계;
상기 제어부에 기 설정된 기준값과 측정값을 비교하여 측정값이 기준값 이하이면 상기 열 교환기를 바이패스하여 순환수를 순환시키고, 측정값이 기준값보다 높으면 상기 열 교환기를 통과하여 순환수를 순환시키는 제2 단계; 및
측정값이 기준값보다 높으면 상기 수전해 스택에 전압을 인가하여 수전해를 진행하는 제3 단계
를 포함하는 수전해 장치의 운전 방법.A bypass path for bypassing the heat exchanger and supplying the circulating water of the storage tank to the stack, a temperature sensor installed in the storage tank, a circulation path for circulating the circulating water circulating through the water storage tank and the heat exchanger, A method of operating a water electrolytic water treatment apparatus including a control unit for controlling a path of circulating water,
A first step of measuring a circulating water temperature of the storage tank;
The control unit compares the measured value with a predetermined value and if the measured value is less than the reference value, bypasses the heat exchanger to circulate the circulating water, and if the measured value is higher than the reference value, circulates the circulating water through the heat exchanger step; And
If the measured value is higher than the reference value, the voltage is applied to the electrolytic solution stack to proceed the electrolytic solution step
And the operation of the water electrolytic water treatment apparatus. 제10항에 있어서,
상기 저장 탱크에 히터가 설치되고,
상기 제2 단계에서 상기 제어부는 측정값이 기준값 이하일 때 상기 히터를 켜고, 상기 열 교환기를 바이패스하여 순환수를 순환시킨 다음 측정값이 기준값보다 높으면 상기 히터를 끄고, 상기 열 교환기를 통과하여 순환수를 순환시키는 수전해 장치의 운전 방법.11. The method of claim 10,
A heater is installed in the storage tank,
In the second step, the controller turns on the heater when the measured value is less than the reference value, circulates the circulating water by bypassing the heat exchanger, turns off the heater when the measured value is higher than the reference value, A method of operating a water electrolytic device circulating water. 제11항에 있어서,
상기 순환 경로와 상기 바이패스 경로의 연결 지점에 삼방향 밸브가 설치되고,
상기 제어부는 상기 삼방향 밸브의 두 출구 중 어느 하나를 선택적으로 개방하여 순환수 흐름을 제어하는 수전해 장치의 운전 방법.12. The method of claim 11,
A three-way valve is installed at a connection point between the circulation path and the bypass path,
Wherein the control unit selectively opens any one of the two outlets of the three-way valve to control the flow of the circulating water. 제11항에 있어서,
상기 순환 경로와 상기 바이패스 경로 각각에 제1 밸브와 제2 밸브가 설치되고,
상기 제어부는 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브 중 어느 하나를 선택적으로 개방하여 순환수 흐름을 제어하는 수전해 장치의 운전 방법.12. The method of claim 11,
A first valve and a second valve are installed on the circulation path and the bypass path respectively,
Wherein the controller selectively opens one of the first valve and the second valve to control the flow of the circulating water. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 단계 이후,
상기 저장 탱크의 순환수 온도를 측정하는 제4 단계; 및
상기 제어부에 기 설정된 기준값과 측정값을 비교하여 측정값이 기준값 이하이면 상기 열 교환기를 바이패스하여 순환수를 순환시키고, 측정값이 기준값보다 높으면 상기 열 교환기를 통과하여 순환수를 순환시키는 제5 단계
를 더 포함하는 수전해 장치의 운전 방법.14. The method according to any one of claims 10 to 13,
After the third step,
A fourth step of measuring a circulating water temperature of the storage tank; And
The control unit compares the measured value with a preset value and if the measured value is less than the reference value, bypasses the heat exchanger to circulate the circulated water, and if the measured value is higher than the reference value, circulates the circulated water through the heat exchanger step
Further comprising the steps of:
KR1020150144049A 2015-04-30 2015-10-15 Water electrolysis apparatus and driving method thereof KR101693826B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20150062030 2015-04-30
KR1020150062030 2015-04-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160129681A true KR20160129681A (en) 2016-11-09
KR101693826B1 KR101693826B1 (en) 2017-01-06

Family

ID=57529345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150144049A KR101693826B1 (en) 2015-04-30 2015-10-15 Water electrolysis apparatus and driving method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101693826B1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180078521A (en) * 2016-12-30 2018-07-10 주식회사 두산 Method for controlling a fuel cell system and a fuel cell system
WO2020018998A1 (en) 2018-07-20 2020-01-23 Alliance For Sustainable Energy, Llc Renewable power to renewable natural gas using biological methane production
CN112899726A (en) * 2021-01-18 2021-06-04 阳光电源股份有限公司 Water electrolysis hydrogen production system and control method thereof
CN112899706A (en) * 2021-01-18 2021-06-04 阳光电源股份有限公司 Water electrolysis hydrogen production system and control method thereof
CN113007771A (en) * 2021-05-06 2021-06-22 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 Hydrogen storage and heating dual-cycle heat storage and supply device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200127076A (en) 2019-04-30 2020-11-10 아크로랩스 주식회사 A reliable electrolyser system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003105578A (en) * 2001-09-28 2003-04-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Gas generator
KR20070043262A (en) * 2005-10-20 2007-04-25 주식회사 케이씨텍 Chemical tank
KR20100003335U (en) * 2009-06-25 2010-03-25 김광유 A producer of sodium hypochlorite with auto valve and flow sensor
KR20110109441A (en) * 2010-03-31 2011-10-06 (주) 테크윈 A production system of sodium hypochlorite

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003105578A (en) * 2001-09-28 2003-04-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Gas generator
KR20070043262A (en) * 2005-10-20 2007-04-25 주식회사 케이씨텍 Chemical tank
KR20100003335U (en) * 2009-06-25 2010-03-25 김광유 A producer of sodium hypochlorite with auto valve and flow sensor
KR20110109441A (en) * 2010-03-31 2011-10-06 (주) 테크윈 A production system of sodium hypochlorite

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180078521A (en) * 2016-12-30 2018-07-10 주식회사 두산 Method for controlling a fuel cell system and a fuel cell system
WO2018124785A3 (en) * 2016-12-30 2018-08-23 주식회사 두산 Fuel cell device and control method therefor
CN110140249A (en) * 2016-12-30 2019-08-16 株式会社斗山 Fuel-cell device and its control method
CN110140249B (en) * 2016-12-30 2022-07-22 株式会社斗山 Fuel cell device and control method thereof
WO2020018998A1 (en) 2018-07-20 2020-01-23 Alliance For Sustainable Energy, Llc Renewable power to renewable natural gas using biological methane production
CN112567074A (en) * 2018-07-20 2021-03-26 可持续能源联合有限责任公司 Renewable natural gas production using biomethane in a renewable manner
EP3824117A4 (en) * 2018-07-20 2022-04-27 Alliance for Sustainable Energy, LLC Renewable power to renewable natural gas using biological methane production
CN112899726A (en) * 2021-01-18 2021-06-04 阳光电源股份有限公司 Water electrolysis hydrogen production system and control method thereof
CN112899706A (en) * 2021-01-18 2021-06-04 阳光电源股份有限公司 Water electrolysis hydrogen production system and control method thereof
CN112899726B (en) * 2021-01-18 2023-11-07 阳光氢能科技有限公司 Water electrolysis hydrogen production system and control method thereof
CN112899706B (en) * 2021-01-18 2023-11-07 阳光氢能科技有限公司 Water electrolysis hydrogen production system and control method thereof
CN113007771A (en) * 2021-05-06 2021-06-22 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 Hydrogen storage and heating dual-cycle heat storage and supply device

Also Published As

Publication number Publication date
KR101693826B1 (en) 2017-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101693826B1 (en) Water electrolysis apparatus and driving method thereof
EP1264008B1 (en) Water electrolysis system
JP5371554B2 (en) Solid oxide fuel cell system
JP3209320U (en) Hydrogen / oxygen mixed gas generator
KR20150062818A (en) Redox flow battery with temperature controller of electrolyte
JP2007294227A (en) Fuel cell system and its operation method
CN110042410B (en) Water electrolysis system
KR20200127076A (en) A reliable electrolyser system
JP2015166478A (en) water electrolysis system
US10818944B2 (en) Heat exchange device for cooling water of fuel cell and fuel cell system comprising the same
KR20170132005A (en) Redox flow battery
JP2015113496A (en) Water electrolysis system and freeze prevention method for the same
WO2018084117A1 (en) Electrolyzed water server
US7531259B2 (en) Fuel cell cooling and water management system
JP2006167683A (en) Apparatus for producing hydrogen water
WO2013150799A1 (en) Fuel cell system
JP2021088734A (en) Hydrogen compressing device
JPH044572A (en) Vapor generator of fuel cell power generation system
KR101848614B1 (en) Thermal Management System for vehicles
KR101382317B1 (en) Fuel cell system and purging method thereof
JP2021022535A (en) Fuel cell system
JP2016152191A (en) Fuel cell system
JP2000357527A (en) Fuel cell system
JP6230925B2 (en) Fuel cell system
KR102171126B1 (en) Multifunctional apparatus for fuel cell and fuel cell system comprising the same

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