KR20200105306A - 연료전지의 물 배출 장치 및 그 시스템 - Google Patents

연료전지의 물 배출 장치 및 그 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20200105306A
KR20200105306A KR1020190024315A KR20190024315A KR20200105306A KR 20200105306 A KR20200105306 A KR 20200105306A KR 1020190024315 A KR1020190024315 A KR 1020190024315A KR 20190024315 A KR20190024315 A KR 20190024315A KR 20200105306 A KR20200105306 A KR 20200105306A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
outlet
pipe
inlet
separation pipe
Prior art date
Application number
KR1020190024315A
Other languages
English (en)
Inventor
조민경
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020190024315A priority Critical patent/KR20200105306A/ko
Priority to US16/560,580 priority patent/US11056697B2/en
Publication of KR20200105306A publication Critical patent/KR20200105306A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

상방을 향하도록 형성된 입구가 연료전지 스택에 연결되고, 기체와 액체를 분리하여 배출하도록 제1출구 및 제2출구가 포함된 분리관; 및 분리관의 하부에 형성된 제1출구에 연결되어 하방으로 연장되되, 일부 영역에서 상방으로 절곡된 절곡부가 포함된 배출관;를 포함하는 연료전지의 물 배출 장치가 소개된다.

Description

연료전지의 물 배출 장치 및 그 시스템{APPARATUS FOR DISCHARGING WATER OF THE FUEL CELL AND SYSTEM OF THE SAME}
본 발명은 연료전지의 물 배출 장치 및 그 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 연료전지에서 반응에 의해 발생한 생성수를 외부로 배출하여 플러딩을 방지하는 기술에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환장치로서, 산업용, 가정용 및 차량용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자 제품, 휴대기기의 전력을 공급하는 데에도 이용될 수 있다.
특히, 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)에서는 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체(MEA:Membrane-Electrode Assembly)가 위치하고, 막전극접합체는 수소이온을 이동시켜 줄 수 있는 고체 고분자 전해질막과, 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 전극층인 캐소드(Cathode) 및 애노드(Anode)로 구성된다.
특히, 캐소드를 통하여 공급된 산소가 포함된 공기와 애노드를 통하여 공급된 수소가 막전극접합체 내부에서 반응하여 전력을 생산하고, 이에 따라 생성수가 발생한다.
연료전지 스택의 내부는 드라이아웃(Dry-out)에 따른 열화를 방지하기 위하여 적절한 가습을 요구됨과 동시에 내부에 생성수가 누적되는 경우 플러딩(Flooding)이 발생하여 촉매의 반응을 저지하므로 산소와 수소의 원활한 반응을 위해서는 막전극접합체 내부에서 생성된 생성수를 외부로 배출하는 것이 중요하다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-0700073 B1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연료전지 스택의 내부에서 발생한 생성수를 캐소드 출구로 원활하게 배출하는 연료전지의 물 배출 장치를 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지의 물 배출 장치는 상방을 향하도록 형성된 입구가 연료전지 스택에 연결되고, 기체와 액체를 분리하여 배출하도록 제1출구 및 제2출구가 포함된 분리관; 및 분리관의 하부에 형성된 제1출구에 연결되어 하방으로 연장되되, 일부 영역에서 상방으로 절곡된 절곡부가 포함된 배출관;을 포함한다.
분리관은 입구를 통하여 연료전지 스택에서 유입된 기체와 액체를 분리하여 제1출구로 액체를 배출시키고, 제2출구로 기체를 배출시킬 수 있다.
분리관은 제1출구가 하방을 향하고, 입구 및 제2출구가 상방을 향하는 Y자 형상일 수 있다.
제2출구에는 유체의 유동을 일 방향으로만 허용하는 체크밸브가 형성될 수 있다.
제2출구의 체크밸브는 분리관 내부의 기체가 외부로 배출되는 것은 허용하되 분리관 외부의 기체가 내부로 유입되는 것을 저지할 수 있다.
배출관의 절곡부는 중력 방향의 높이가 더 높은 위치까지 상방으로 절곡되었다가 다시 하방으로 절곡된 S자 형상일 수 있다.
배출관은 소수성(Hydrophobic) 재질을 가질 수 있다.
배출관은 내면이 거친 표면을 갖도록 형성될 수 있다.
분리관의 내부에 위치되고, 연료전지 스택에서 분리관의 입구로 유입된 기체에서 액체를 분리시키는 응결판;를 더 포함할 수 있다.
응결판은 폴리프로필렌(Polypropylene) 재질을 갖고, 평면상으로 연장된 판 형상일 수 있다.
응결판은 분리관의 입구에서 제1출구로 연장되도록 절곡된 형상을 가질 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지의 물 배출 시스템은 수소와 공기를 공급받아 내부에서 수소와 산소를 반응시키는 연료전지 스택; 상방을 향하도록 형성된 입구가 연료전지 스택의 공기 배출구에 연결되고, 기체와 액체를 분리하여 배출하도록 제1출구 및 제2출구가 포함된 분리관; 및 분리관의 하부에 형성된 제1출구에 연결되어 하방으로 연장되되, 일부 영역에서 상방으로 절곡된 절곡부가 포함된 배출관;를 포함한다.
본 발명의 연료전지의 물 배출 장치에 따르면, 사이펀 원리와 표면 장력을 이용하여 연료전지 스택에서 배출된 물을 간헐적이고 순간적으로 배출시키는 효과를 갖는다.
또한, 연료전지 스택의 공기 배출구에서 순간적인 음압을 형성하여 연료전지 스택에서 외부로 물을 배출하는 효과를 향상시킴으로써 연료전지 스택의 플러딩을 방지하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 물 배출 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 물 배출 시스템을 도시한 것이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 물 배출 장치를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 물 배출 시스템을 도시한 것이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 물 배출 시스템은 수소와 공기를 공급받아 내부에서 수소와 산소를 반응시키는 연료전지 스택(A); 상방을 향하도록 형성된 입구(110)가 연료전지 스택(A)의 공기 배출구(O)에 연결되고, 기체와 액체를 분리하여 배출하도록 제1출구(120) 및 제2출구(130)가 포함된 분리관(100); 및 분리관(100)의 하부에 형성된 제1출구(120)에 연결되어 하방으로 연장되되, 일부 영역에서 상방으로 절곡된 절곡부(210)가 포함된 배출관(200);를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 물 배출 장치는 상방을 향하도록 형성된 입구(110)가 연료전지 스택(A)에 연결되고, 기체와 액체를 분리하여 배출하도록 제1출구(120) 및 제2출구(130)가 포함된 분리관(100); 및 분리관(100)의 하부에 형성된 제1출구(120)에 연결되어 하방으로 연장되되, 일부 영역에서 상방으로 절곡된 절곡부(210)가 포함된 배출관(200);을 포함한다.
연료전지 스택(A)은 내부에 막전극접합체(MEA)가 포함되고, 막전극접합체 내부의 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode)로 각각 수소와 공기가 공급된다. 즉, 연료전지 스택(A)은 수소와 공기를 각각 공급받아 내부의 촉매에서 수소와 산소를 반응시킨다. 수소와 산소는 반응하여 전기 에너지를 발전시키고, 부산물로 열과 생성수(물)를 발생시킨다.
연료전지 스택(A)의 내부에서 수소와 산소의 원활한 반응을 위하여는 적절한 습도가 유지되어야 한다. 특히, 연료전지 스택(A)의 드라이아웃(Dry-out)을 방지하기 위하여 연료전지의 캐소드 측으로 공기를 공급함에 있어서 가습기의 구성을 별도로 포함할 수 있다.
반대로, 연료전지 스택(A)의 내부에 수분이 과다하여 플러딩(Flooding)이 발생하는 경우에도 수소와 산소가 원활하게 반응할 수 없는 문제가 있다. 이에 따라, 연료전지 스택(A)의 캐소드 측으로 공급되었다가 배출되는 공기로 연료전지 스택(A)의 내부에 잔존하는 생성수를 외부로 배출할 수 있다.
분리관(100)은 입구(110)가 연료전지 스택(A)의 공기 배출구(O)에 연결되어 연료전지 스택(A)에서 배출되는 공기 중의 수분을 제거 수 있다. 특히, 분리관(100)은 입구(110)를 통하여 유입된 공기와 수분을 분리하여 제1출구(120) 및 제2출구(130)로 각각 배출시킬 수 있다.
분리관(100)의 입구(110)는 상방을 향하도록 형성되어 분리관(100)의 입구(110)에서 유입된 공기와 수분의 혼합 상태로부터 분리된 수분을 분리관(100)의 하부에 형성된 제1출구(120)로 배출할 수 있다.
배출관(200)은 분리관(100)의 하부에 형성된 제1출구(120)에 연결되어 분리관(100)의 하방에 위치될 수 있다. 배출관(200)은 제1출구(120)에서 하방으로 연장되되 일부 영역에서는 상방으로 절곡된 절곡부(210)가 형성되어 분리관(100)의 제1출구(120)에서 배출관(200)의 내부로 유입된 액체가 배출관(200)에 일정량 저장될 수 있다.
즉, 배출관(200)은 일부 영역에서 상방으로 절곡된 절곡부(210)에 의해 배출관(200)에 일정량의 액체가 저장될 수 있고, 분리관(100)을 통하여 배출관(200) 내부로 액체가 유입되어 일정량 이상이 되면 사이펀(Siphon) 원리에 의해 외부로 배출될 수 있다.
특히, 절곡부(210)에 저장된 액체 분자 사이에 작용하는 표면장력에 의해 표면장력이 깨지는 순간에 절곡부(210)에 저장된 액체는 간헐적으로 외부로 배출되고, 액체의 배출시 사이펀 원리에 따른 압력의 평형 상태를 초과한 액체가 배출될 수 있다.
이에 따라, 사이펀 원리와 표면 장력에 의해 배출관(200)에 분리된 액체는 간헐적으로 배출되고, 내부에 순간적인 음압을 형성하여 연료전지 스택(A)의 물 배출을 원활하게 하는 효과를 갖는다.
구체적으로, 분리관(100)은 입구(110)를 통하여 연료전지 스택(A)에서 유입된 기체와 액체를 분리하여 제1출구(120)로 액체를 배출시키고, 제2출구(130)로 기체를 배출시킬 수 있다.
분리관(100)의 입구(110)에는 연료전지 스택(A)을 통과한 공기와 연료전지 스택(A)의 내부에서 생성된 생성수가 혼합된 상태로 유입되고, 응결된 수분은 중력에 의해 분리관(100)의 하부에 형성된 제1출구(120)로 배출되고, 공기는 제2출구(130)로 배출되도록 분리될 수 있다.
이에 따라, 응결된 수분을 분리하여 제1출구(120)로 배출시킴으로써 배출관(200)에 일정량의 액체가 저장된 상태를 유지할 수 있다.
분리관(100)은 제1출구(120)가 하방을 향하고, 입구(110) 및 제2출구(130)가 상방을 향하는 Y자 형상일 수 있다. 즉, 분리관(100)은 3방향으로 분기된 Y자 형상일 수 있고, 입구(110) 및 제2출구(130)는 상방을 향하고, 제1출구(120)는 하방을 향할 수 있다. 이에 따라, 입구(110)에서 유입된 수분과 공기가 분리되어 수분은 하방으로 향하는 제1출구(120)로 배출되고 공기는 상방으로 향하는 제2출구(130)로 배출될 수 있다.
제2출구(130)에는 유체의 유동을 일 방향으로만 허용하는 체크밸브(131)가 형성될 수 있다. 특히, 체크밸브(131)는 분리관(100) 내부의 공기가 외부로 유출되는 방향으로만 유동되도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 제2출구(130)의 체크밸브(131)는 분리관(100) 내부의 기체가 외부로 배출되는 것은 허용하되 분리관(100) 외부의 기체가 내부로 유입되는 것을 저지할 수 있다.
이에 따라, 제1출구(120)를 통한 간헐적이고 순간적인 물 배출에 의해 분리관(100) 내부에 음압이 형성되는 경우에 제2출구(130)를 통하여 외부의 공기가 유입되는 현상을 방지하여 연료전지 스택(A)에서의 물 배출이 원활해지는 효과를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
특히, 체크밸브(131)는 밸브 갓과 밸브 봉으로 구성된 포핏 밸브(Poppet valve)일 수 있다. 이에 따라, 분리관(100)과 외부 사이의 압력 차이를 견디는 튼튼한 구조를 가질 수 있다.
배출관(200)의 절곡부(210)는 중력 방향의 높이가 더 높은 위치까지 상방으로 절곡되었다가 다시 하방으로 절곡된 S자 형상일 수 있다. 즉, 배출관(200)은 분리관(100)의 하부에 위치된 제1출구(120)에서 하방으로 연장되되, 중간의 일부 영역에서는 중력 방향의 높이가 더 높은 위치까지 절곡되었다가 다시 하방으로 절곡된 형상일 수 있다. 이에 따라, 배출관(200)에는 절곡부(210)의 상방으로 절곡된 높이까지 일정량의 물이 축적될 수 있다.
특히, 배출관(200)은 소수성(Hydrophobic) 재질을 가질 수 있다. 특히, 분리관(100)에서 배출되어 축적된 물의 표면 장력이 증가되도록 물과 배출관(200)의 표면 사이의 접착력이 상대적으로 작은 소수성 실리콘 재질을 가질 수 있다.
또한, 배출관(200)은 내면이 거친 표면을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 배출관(200)의 표면이 울퉁불퉁하고 거칠게 형성되어 내부에 축적된 물의 표면 장력이 상대적으로 증가될 수 있다.
이에 따라, 배출관(200)의 내부에서 표면 장력이 깨지면서 물이 순간적으로 배출되는 주기 및 배출량이 증가하여 분리관(100) 및 배출관(200)에 형성되는 음압차가 증대되어 연료전지 스택(A)의 물 배출 효과가 향상되는 효과를 갖는다.
분리관(100)의 내부에 위치되고, 연료전지 스택(A)에서 분리관(100)의 입구(110)로 유입된 기체에서 액체를 분리시키는 응결판(300);를 더 포함할 수 있다. 응결판(300)은 분리관(100)의 입구(110)로부터 유입된 공기 중의 수분을 응결시킬 수 있다. 이에 따라, 공기 중의 수분이 응결판(300)에 접촉하면서 응결되어 제1출구(120)를 통하여 배출관(200)으로 배출되어 배출관(200)에서의 배출되는 물의 양을 증가시킴으로써 배출관(200)을 통한 물 배출이 더 원활해지는 효과를 갖는다.
특히, 응결판(300)은 폴리프로필렌(Polypropylene) 재질을 갖고, 평면상으로 연장된 판 형상일 수 있다. 응결판(300)은 길이 방향으로 연장된 막대(Stick) 형상을 갖고, 연료전지 스택(A)의 공기 배출구(O)에서 배출된 공기와 접촉하는 면적이 증가되도록 평면상으로 연장된 판 형상일 수 있다.
이에 따라, 입구(110)를 통해 분리관(100)으로 유입된 공기 중의 수분을 최대한 응결시켜 분리관(100)으로 배출시킬 수 있어 분리관(100)의 음압 형성을 극대화시킴으로써 연료전지 스택(A)의 내부에 잔존한 물 배출을 향상시키는 효과를 갖는다.
또한, 응결판(300)은 분리관(100)의 입구(110)에서 제1출구(120)로 연장되도록 절곡된 형상을 가질 수 있다. 응결판(300)은 분리관(100)의 입구(110)에서 제1출구(120)로 연장되면서 Y자 형상으로 분기된 분리관(100)의 내부에서 위치가 고정되도록 절곡된 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 응결판(300)은 중력에 의해 분리관(100)의 하부에 위치된 제1출구(120)를 통해 배출되지 않고, 위치가 고정되면서 분리관(100)의 입구(110)에서 응결시킨 물을 제1출구(120)로 유동시켜 배출시키는 효과를 갖는다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
A : 연료전지 스택 O : 공기 배출구
100 : 분리관 110 : 입구
120 : 제1출구 130 : 제2출구
200 : 배출관 210 : 절곡부
300 : 응결판

Claims (12)

  1. 상방을 향하도록 형성된 입구가 연료전지 스택에 연결되고, 기체와 액체를 분리하여 배출하도록 제1출구 및 제2출구가 포함된 분리관; 및
    분리관의 하부에 형성된 제1출구에 연결되어 하방으로 연장되되, 일부 영역에서 상방으로 절곡된 절곡부가 포함된 배출관;을 포함하는 연료전지의 물 배출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    분리관은 입구를 통하여 연료전지 스택에서 유입된 기체와 액체를 분리하여 제1출구로 액체를 배출시키고, 제2출구로 기체를 배출시키는 것을 특징으로 하는 연료전지의 물 배출 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    분리관은 제1출구가 하방을 향하고, 입구 및 제2출구가 상방을 향하는 Y자 형상인 것을 특징으로 하는 연료전지의 물 배출 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제2출구에는 유체의 유동을 일 방향으로만 허용하는 체크밸브가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 물 배출 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    제2출구의 체크밸브는 분리관 내부의 기체가 외부로 배출되는 것은 허용하되 분리관 외부의 기체가 내부로 유입되는 것을 저지하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 물 배출 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    배출관의 절곡부는 중력 방향의 높이가 더 높은 위치까지 상방으로 절곡되었다가 다시 하방으로 절곡된 S자 형상인 것을 특징으로 하는 연료전지의 물 배출 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    배출관은 소수성(Hydrophobic) 재질을 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지의 물 배출 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    배출관은 내면이 거친 표면을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 물 배출 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    분리관의 내부에 위치되고, 연료전지 스택에서 분리관의 입구로 유입된 기체에서 액체를 분리시키는 응결판;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 물 배출 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    응결판은 폴리프로필렌(Polypropylene) 재질을 갖고, 평면상으로 연장된 판 형상인 것을 특징으로 하는 연료전지의 물 배출 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    응결판은 분리관의 입구에서 제1출구로 연장되도록 절곡된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지의 물 배출 장치.
  12. 수소와 공기를 공급받아 내부에서 수소와 산소를 반응시키는 연료전지 스택;
    상방을 향하도록 형성된 입구가 연료전지 스택의 공기 배출구에 연결되고, 기체와 액체를 분리하여 배출하도록 제1출구 및 제2출구가 포함된 분리관; 및
    분리관의 하부에 형성된 제1출구에 연결되어 하방으로 연장되되, 일부 영역에서 상방으로 절곡된 절곡부가 포함된 배출관;를 포함하는 연료전지의 물 배출 시스템.
KR1020190024315A 2019-02-28 2019-02-28 연료전지의 물 배출 장치 및 그 시스템 KR20200105306A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190024315A KR20200105306A (ko) 2019-02-28 2019-02-28 연료전지의 물 배출 장치 및 그 시스템
US16/560,580 US11056697B2 (en) 2019-02-28 2019-09-04 Apparatus and system for discharging water of fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190024315A KR20200105306A (ko) 2019-02-28 2019-02-28 연료전지의 물 배출 장치 및 그 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200105306A true KR20200105306A (ko) 2020-09-07

Family

ID=72236114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190024315A KR20200105306A (ko) 2019-02-28 2019-02-28 연료전지의 물 배출 장치 및 그 시스템

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11056697B2 (ko)
KR (1) KR20200105306A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100700073B1 (ko) 2006-02-28 2007-03-28 (주)퓨얼셀 파워 응측수 배출구조를 갖는 연료 전지

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100949337B1 (ko) * 2008-02-19 2010-03-26 삼성에스디아이 주식회사 유체 회수장치 및 이를 구비한 연료전지 시스템
JP6642564B2 (ja) * 2015-03-05 2020-02-05 ブラザー工業株式会社 燃料電池システムにおける気液分離器
KR101684111B1 (ko) 2015-05-14 2016-12-07 현대자동차주식회사 연료전지 차량용 소음기의 드레인 튜브 장치
JP2017097977A (ja) 2015-11-19 2017-06-01 富士電機株式会社 電極カートリッジ及び金属空気電池、微生物燃料電池並びにアルカリ水生成装置
KR102298888B1 (ko) 2017-03-27 2021-09-08 현대자동차주식회사 연료전지용 가습기

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100700073B1 (ko) 2006-02-28 2007-03-28 (주)퓨얼셀 파워 응측수 배출구조를 갖는 연료 전지

Also Published As

Publication number Publication date
US11056697B2 (en) 2021-07-06
US20200280081A1 (en) 2020-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108432011B (zh) 带有集成的脱水器的用于燃料电池系统的加湿器、燃料电池系统以及带有这种燃料电池系统的车辆
CN100394637C (zh) 聚合物电解质燃料电池
JP2000090954A (ja) 燃料電池スタック
US7842426B2 (en) Use of a porous material in the manifolds of a fuel cell stack
CN106102881B (zh) 中空纤维膜组件
US20130130141A1 (en) Direct oxidation fuel cell system
KR101096303B1 (ko) 연료 전지 발전 시스템 및 그 제조 방법
JP2007258168A (ja) 燃料電池フローフィールドプレートの気体入口圧力調節構造
JP4234944B2 (ja) 燃料電池
CN109888326A (zh) 具有一体式圆柱阳极的空气自呼吸无膜微流体燃料电池
KR20200105306A (ko) 연료전지의 물 배출 장치 및 그 시스템
US20070281191A1 (en) Fuel cell apparatus
KR101315622B1 (ko) 분기유로를 이용한 연료전지 스택
JP2009064619A (ja) 燃料電池システム
KR101283247B1 (ko) 연료전지 시스템
EP2827419B1 (en) Fuel cell system
JP2013196876A (ja) 燃料電池
JP2000357529A (ja) 燃料電池システム
JP2008121910A (ja) 湿度交換型加湿器およびそれを用いた燃料電池発電システム
US20200358113A1 (en) Humidifier
KR102118370B1 (ko) 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택
KR101920786B1 (ko) 연료전지 스택용 가습장치 및 이를 이용한 연료전지 시스템
KR101297253B1 (ko) 연료 전지 스택의 가스 및 냉각액 입출구 구조
KR100664086B1 (ko) 기액분리기 및 이를 적용한 연료전지
KR20140037479A (ko) 연료전지용 가습 장치