KR20240047517A

KR20240047517A - Electrochemical hydrogen compressor with repeatable compression

Info

Publication number: KR20240047517A
Application number: KR1020220126672A
Authority: KR
Inventors: 한지훈; 김성현; 이규희; 이은상
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2022-10-05
Filing date: 2022-10-05
Publication date: 2024-04-12

Abstract

전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반복 압축 기능을 제공하는 전기화학적 수소 압축기가 개시된다. 상기 반복 압축 기능을 제공하는 전기화학적 수소 압축기는, 두 개의 엔드 플레이트 및 상기 두 개의 엔드 플레이트 사이에 구비되는 복수 개의 셀을 포함하며, 상기 복수 개의 셀 각각은, 복수 회 수소 압축을 수행하는 반복 수소 압축을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.An electrochemical hydrogen compressor providing a repetitive compression function according to various embodiments of the present invention for realizing the above-described problems is disclosed. The electrochemical hydrogen compressor that provides the repetitive compression function includes two end plates and a plurality of cells provided between the two end plates, each of the plurality of cells performing repeated hydrogen compression multiple times. It may be characterized by performing compression.

Description

ELECTROCHEMICAL HYDROGEN COMPRESSOR WITH REPEATABLE COMPRESSION}

본 발명은 스택 내에서 수소를 전기화학적으로 압축할 수 있는 전기화학적 수소압축기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 수소의 반복 압축을 통해 스택 내 셀의 양을 최소화한 상태에서 수소 고압 압축 능력을 극대화할 수 있는 반복 수소 압축기에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical hydrogen compressor capable of electrochemically compressing hydrogen within a stack. More specifically, the present invention relates to an electrochemical hydrogen compressor capable of maximizing hydrogen high-pressure compression ability while minimizing the amount of cells in the stack through repeated compression of hydrogen. It relates to a repeatable hydrogen compressor.

기후변화에 대응하기 위한 방법으로 탄화수소계 화석 연료 에너지 대신 수소 에너지를 활용하기 위한 대한 관심이 높아지고 있다. 수소는 열기관을 사용한 발전보다 이론적으로 높은 에너지 효율로 전력으로 변환이 가능하며, 유해 물질을 배출하지 않는 장점이 있다. 이에 따라, 재생에너지로부터 수소를 생산하는 기술, 수소를 연료로 하여 발전하는 연료전지 등 수소를 이용하는 기술에 대한 많은 연구개발들이 이루어지고 있다.There is growing interest in using hydrogen energy instead of hydrocarbon-based fossil fuel energy as a way to respond to climate change. Hydrogen can theoretically be converted into electricity with higher energy efficiency than power generation using heat engines, and has the advantage of not emitting harmful substances. Accordingly, much research and development is being conducted on technologies that use hydrogen, such as technologies for producing hydrogen from renewable energy and fuel cells that generate electricity using hydrogen as fuel.

수소는 상온에서 단위부피당 에너지 밀도가 매우 낮기 때문에, 수소를 에너지 캐리어로 활용하기 위해서는 수소를 압축하여 저장하는 기술이 필요하다.Because hydrogen has a very low energy density per unit volume at room temperature, technology to compress and store hydrogen is needed to utilize hydrogen as an energy carrier.

수소를 압축하는 기술로는, 크게 기계식 수소 압축 기술과 비기계식 수소 압축 기술이 존재한다. 비기계적 수소 압축 기술은, 기계식 대비 에너지 소모량이 적고 고순도로 수소를 압축하는 것이 가능하여 최근 들어 활용이 증가하는 추세이다.Technologies for compressing hydrogen largely include mechanical hydrogen compression technology and non-mechanical hydrogen compression technology. Non-mechanical hydrogen compression technology has been increasingly used in recent years because it consumes less energy and can compress hydrogen with high purity compared to mechanical technology.

비기계식 수소 압축기 중 하나인 전기화학적 수소 압축기는, 스택(stack) 내에서 수소를 전기화학적으로 압축할 수 있는 장치이다. 스택은 수십 개에서 수백 개의 셀(cell)이 직렬 형태로 적층되어 구현될 수 있다. 스택 내 존재하는 복수 개의 셀 각각은, 전해질막(즉, 멤브레인)을 기준으로 애노드(anode)와 캐소드(cathode)가 배치되며, 수소의 전기적 산화/환원을 위해 촉매층을 포함하여 구비될 수 있다. 여기서, 촉매층은 산화/환원 반응의 촉매 역할을 수행하기 위한 것으로, 예컨대, 백금, 팔라듐, 금, 은, 로듐 등을 통해 구성될 수 있다. An electrochemical hydrogen compressor, one of the non-mechanical hydrogen compressors, is a device that can electrochemically compress hydrogen within a stack. A stack can be implemented by stacking dozens to hundreds of cells in series. Each of the plurality of cells present in the stack has an anode and a cathode arranged based on an electrolyte membrane (i.e., membrane), and may be provided with a catalyst layer for electrical oxidation/reduction of hydrogen. Here, the catalyst layer is intended to serve as a catalyst for oxidation/reduction reactions, and may be made of, for example, platinum, palladium, gold, silver, rhodium, etc.

즉, 각 셀에 인가되는 전기에너지를 통해 수소의 전기화학 반응이 야기되며, 전하가 한쪽 방향으로 이동한다는 점과 전해질막의 기밀성에 의해 수소가 압축될 수 있다.In other words, an electrochemical reaction of hydrogen is caused by the electrical energy applied to each cell, and hydrogen can be compressed due to the fact that the charge moves in one direction and the airtightness of the electrolyte membrane.

한편, 스택 내 셀의 적층 수가 많을수록 수소 압축 횟수가 증가함에 따라 고압의 수소 압축에 유리할 수 있다. 다만, 스택 내 셀의 적층 수를 증가시키는 경우, 수소의 산화/환원 반응을 야기시키는 촉매층 또한 증가시켜 구비하여야 한다. 촉매층은, 비교적 고가의 물질로 구성되기 때문에, 이는 비용적으로 부담이 될 수 있다. 또한, 셀의 적층 수가 늘어남에 따라 스택의 크기가 커지게 되며, 이는 결과적으로 수소 압축기가 구비되는 크기를 증가시킬 우려가 있다.Meanwhile, as the number of cells in the stack increases, the number of hydrogen compressions increases, which may be advantageous for high-pressure hydrogen compression. However, when increasing the number of cells in the stack, the catalyst layer that causes the oxidation/reduction reaction of hydrogen must also be increased. Since the catalyst layer is made of relatively expensive materials, it can be a cost burden. Additionally, as the number of cells stacked increases, the size of the stack increases, which may ultimately increase the size of the hydrogen compressor provided.

이에 따라, 당 업계에는 스택 내의 셀의 절대적 수량을 최소화하면서, 수소의 고압 압축 능력을 극대화시킬 수 있는 전기화학적 수소 압축기에 대한 연구개발 수요가 존재할 수 있다.Accordingly, there may be a research and development demand in the industry for an electrochemical hydrogen compressor that can maximize the high-pressure compression ability of hydrogen while minimizing the absolute number of cells in the stack.

대한민국 공개특허공보 10-2016-0047515Republic of Korea Patent Publication 10-2016-0047515

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스택 내의 셀의 절대적 수량을 최소화하면서, 수소의 고압 압축 능력을 극대화시킬 수 있는 전기화학적 수소 압축기를 제공하기 위함이다.The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an electrochemical hydrogen compressor that can maximize the high-pressure compression ability of hydrogen while minimizing the absolute number of cells in the stack.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반복 압축 기능을 제공하는 전기화학적 수소 압축기가 개시된다. 상기 전기화학적 수소 압축기는, 두 개의 엔드 플레이트 및 상기 두 개의 엔드 플레이트 사이에 구비되는 복수 개의 셀을 포함하며, 상기 복수 개의 셀 각각은, 복수 회 수소 압축을 수행하는 반복 수소 압축을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. An electrochemical hydrogen compressor providing a repetitive compression function according to an embodiment of the present invention to solve the above-described problems is disclosed. The electrochemical hydrogen compressor includes two end plates and a plurality of cells provided between the two end plates, wherein each of the plurality of cells performs repeated hydrogen compression to perform hydrogen compression multiple times. You can do this.

대안적인 실시예에서, 상기 두 개의 엔드 플레이트는, 상기 복수 개의 셀을 기준으로 제1방향에 구비되는 제1엔드 플레이트 및 상기 복수 개의 셀을 기준으로 제2방향에 구비되는 제2엔드 플레이트를 포함하며, 상기 수소의 압축은, 하나의 엔드 플레이트로부터 다른 하나의 엔드 플레이트 방향으로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an alternative embodiment, the two end plates include a first end plate provided in a first direction with respect to the plurality of cells and a second end plate provided in a second direction with respect to the plurality of cells. In addition, the compression of hydrogen may be performed in the direction from one end plate to the other end plate.

대안적인 실시예에서, 상기 전기화학적 수소 압축기는, 상기 제1엔드 플레이트 및 상기 제2엔드 플레이트를 연결하는 연결부를 더 포함하며, 상기 연결부는, 상기 하나의 엔드 플레이트를 통해 배출된 압축 수소를 상기 다른 하나의 엔드 플레이트로 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an alternative embodiment, the electrochemical hydrogen compressor further includes a connection part connecting the first end plate and the second end plate, wherein the connection part stores compressed hydrogen discharged through the one end plate. It may be characterized as being transmitted to another end plate.

대안적인 실시예에서, 상기 전기화학적 수소 압축기는, 수소의 압력을 측정하는 측정부 및 상기 측정부를 통해 측정된 수소의 압력에 기초하여 반복 수소 압축 수행 여부를 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the electrochemical hydrogen compressor may further include a measuring unit that measures the pressure of hydrogen and a control unit that determines whether to perform repeated hydrogen compression based on the pressure of hydrogen measured through the measuring unit.

대안적인 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 측정부에서 측정된 수소의 압력이 미리 정해진 압력 미만인 경우, 상기 연결부를 통해 상기 하나의 엔드 플레이트로의 압축 수소 전달을 허용하며, 상기 측정부에서 측정된 수소의 압력이 미리 정해진 압력 이상인 경우, 상기 다른 하나의 엔드 플레이트로 압축 수소를 배출하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an alternative embodiment, the control unit allows delivery of compressed hydrogen to the one end plate through the connection unit when the pressure of hydrogen measured in the measuring unit is less than a predetermined pressure, When the pressure of hydrogen is higher than a predetermined pressure, the compressed hydrogen may be discharged to the other end plate.

대안적인 실시예에서, 상기 전기화학적 수소 압축기는, 상기 복수 개의 셀에 바이어스를 인가하는 바이어스 공급부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 측정부에서 측정된 수소의 압력에 기초하여 상기 바이어스 공급부의 동작을 제어할 수 있다.In an alternative embodiment, the electrochemical hydrogen compressor further includes a bias supply unit that applies a bias to the plurality of cells, and the control unit operates the bias supply unit based on the pressure of hydrogen measured by the measurement unit. can be controlled.

대안적인 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 측정부에서 측정된 수소의 압력에 미리 정해진 압력 미만인 경우, 상기 복수 개의 셀 각각에 역방향 바이어스를 인가하도록 상기 바이어스 공급부를 제어하며, 상기 측정부에서 측정된 수소의 압력에 미리 정해진 압력 이상인 경우, 상기 복수 개의 셀 각각에 순방향 바이어스를 인가하도록 상기 바이어스 공급부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an alternative embodiment, the control unit controls the bias supply unit to apply a reverse bias to each of the plurality of cells when the pressure of hydrogen measured by the measuring unit is less than a predetermined pressure, and the When the hydrogen pressure is higher than a predetermined pressure, the bias supply unit may be controlled to apply a forward bias to each of the plurality of cells.

대안적인 실시예에서, 상기 복수 개의 셀 각각에 인가되는 바이어스의 방향이 변경되는 경우, 수소의 압축 진행 방향이 변경되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an alternative embodiment, when the direction of bias applied to each of the plurality of cells is changed, the direction of hydrogen compression may be changed.

대안적인 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 측정부를 통해 측정된 수소의 압력과 미리 정해진 압력 간의 차이에 기초하여 상기 복수 개의 셀을 통해 수행되는 수소 압축의 반복 횟수를 결정하고, 상기 반복 횟수에 기초하여 압축이 완료된 수소의 배출 방향을 결정할 수 있다.In an alternative embodiment, the control unit determines the number of repetitions of hydrogen compression performed through the plurality of cells based on the difference between the pressure of hydrogen measured through the measuring unit and a predetermined pressure, and based on the number of repetitions Thus, the discharge direction of the compressed hydrogen can be determined.

대안적인 실시예에서, 상기 복수 개의 셀 각각은, 막전극접합체(MEA, Membrane-Electrode Assembly) 및 분리판을 포함하여 구성되며, 상기 막전극접합체는, 애노드, 캐소드 및 전해질막을 포함하고, 상기 수소는, 상기 애노드로 주입되어 상기 전해질막을 지나 상기 캐소드에서 압축되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an alternative embodiment, each of the plurality of cells includes a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator, wherein the membrane-electrode assembly includes an anode, a cathode, and an electrolyte membrane, and the hydrogen may be injected into the anode, pass through the electrolyte membrane, and be compressed at the cathode.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 스택 내의 셀의 절대적 수량을 최소화하면서, 수소의 고압 압축 능력을 극대화시킬 수 있는 전기화학적 수소 압축기를 제공할 수 있다.According to various embodiments of the present invention, an electrochemical hydrogen compressor can be provided that can maximize the high-pressure compression ability of hydrogen while minimizing the absolute number of cells in the stack.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

다양한 양상들이 아래 도면들을 참조로 기재되며, 여기서 유사한 참조 번호들은 총괄적으로 유사한 구성요소들을 지칭하는데 이용된다. 이하의 실시예에서, 설명 목적을 위해, 다수의 특정 세부사항들이 하나 이상의 양상들의 총체적 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 그러한 양상(들)이 이러한 구체적인 세부사항들 없이 실시될 수 있음은 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 전기화학적 수소 압축기의 수소 압축 과정을 예시적인 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 전기화학적 방식의 수소 압축 원리를 설명하기 위한 예시도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 스택 내 포함된 하나의 셀에 관련한 예시적인 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 반복 압축 기능을 제공하는 전기화학적 수소 압축기의 예시적인 블록 구성도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 반복 압축을 수행하는 과정에 관련한 예시적인 순서도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 반복 압축 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예와 관련된 반복 압축을 수행하는 과정에 관련한 예시적인 순서도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예와 관련된 반복 압축 과정을 설명하기 위한 예시도이다.Various aspects are described with reference to the drawings below, where like reference numerals are used to collectively refer to like elements. In the examples below, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth to provide a comprehensive understanding of one or more aspects. However, it will be clear that such aspect(s) may be practiced without these specific details.
1 is an exemplary diagram illustrating a hydrogen compression process in an electrochemical hydrogen compressor related to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows an exemplary diagram for explaining the principle of electrochemical hydrogen compression related to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows an exemplary cross-sectional view of one cell included in a stack related to one embodiment of the present invention.
Figure 4 shows an exemplary block diagram of an electrochemical hydrogen compressor providing iterative compression functionality related to one embodiment of the present invention.
Figure 5 shows an exemplary flowchart relating to a process for performing iterative compression related to one embodiment of the present invention.
Figure 6 is an exemplary diagram for explaining an iterative compression process related to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows an exemplary flowchart relating to a process for performing iterative compression related to another embodiment of the present invention.
Figure 8 is an exemplary diagram for explaining an iterative compression process related to another embodiment of the present invention.

다양한 실시예들 및/또는 양상들이 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나 이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 감지될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다. 구체적으로, 본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다.Various embodiments and/or aspects are disclosed with reference to the drawings. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth to facilitate a general understanding of one or more aspects. However, it will be appreciated by those skilled in the art that this aspect(s) may be practiced without these specific details. The following description and accompanying drawings set forth in detail certain example aspects of one or more aspects. However, these aspects are illustrative and some of the various methods in the principles of the various aspects may be utilized, and the written description is intended to encompass all such aspects and their equivalents. Specifically, as used herein, “embodiment,” “example,” “aspect,” “example,” etc. are not to be construed as indicating that any aspect or design described is better or advantageous over other aspects or designs. Maybe not.

이하, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다.Hereinafter, regardless of the reference numerals, identical or similar components will be assigned the same reference numbers and duplicate descriptions thereof will be omitted. Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings.

비록 제 1, 제 2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.Although first, second, etc. are used to describe various elements or components, these elements or components are of course not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one device or component from another device or component. Therefore, it goes without saying that the first element or component mentioned below may also be a second element or component within the technical spirit of the present invention.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.

더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, the term “or” is intended to mean an inclusive “or” and not an exclusive “or.” That is, unless otherwise specified or clear from context, “X utilizes A or B” is intended to mean one of the natural implicit substitutions. That is, either X uses A; X uses B; Or, if X uses both A and B, “X uses A or B” can apply to either of these cases. Additionally, the term “and/or” as used herein should be understood to refer to and include all possible combinations of one or more of the related listed items.

또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Additionally, the terms “comprise” and/or “comprising” mean that the feature and/or element is present, but exclude the presence or addition of one or more other features, elements and/or groups thereof. It should be understood as not doing so. Additionally, unless otherwise specified or the context is clear to indicate a singular form, the singular terms herein and in the claims should generally be construed to mean “one or more.”

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어”있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be “connected” or “connected” to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to that other component, but that other components may also exist in between. It should be. On the other hand, when a component is said to be “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.

이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.The suffixes “module” and “part” for the components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in and of themselves.

구성 요소(elements) 또는 층이 다른 구성 요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성 요소 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 구성 요소가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.When an element or layer is referred to as “on” or “on” another element or layer, it means that it is not only directly on top of, but also intervening with, the other element or layer. Includes all intervening cases. On the other hand, when a component is referred to as “directly on” or “directly on,” it indicates that there is no intervening other component or layer.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소 또는 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.Spatially relative terms such as “below”, “beneath”, “lower”, “above”, “upper”, etc. are used as a single term as shown in the drawing. It can be used to easily describe a component or its correlation with other components. Spatially relative terms should be understood as terms that include different directions of the element during use or operation in addition to the direction shown in the drawings.

예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성 요소를 뒤집을 경우, 다른 구성 요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성 요소는 다른 구성 요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성 요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.For example, if a component shown in a drawing is turned over, a component described as “below” or “beneath” another component would be placed “above” the other component. You can. Accordingly, the illustrative term “down” may include both downward and upward directions. Components can also be oriented in different directions, so spatially relative terms can be interpreted according to orientation.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명하는데 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.The purpose and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them, will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. In explaining the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of the functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명이 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. These embodiments are merely provided to ensure that the present invention is complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the disclosure to which the present invention pertains, and that the present invention is only defined by the scope of the claims. . Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

연료전지란 연료의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생성하는 능력을 갖는 전지(cell)를 의미하며, 종래의 전지와는 다르게 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 특징을 갖는다.A fuel cell refers to a cell that has the ability to generate direct current by converting the chemical energy of fuel directly into electrical energy. Unlike conventional batteries, it continuously produces electricity by supplying fuel and air from the outside. It has characteristics.

최근에는 환경 친화적인 측면에서 매우 유용함에 따라, 연료전지가 다양한 장치에 응용되어 많은 연구와 개발이 이루어지고 있는 실정이다. 예컨대, 수소 연료전지를 사용하는 차량의 경우, 연료로 사용되는 수소를 수소저장탱크에 미리 충전시킨 뒤, 수소저장탱크에 저장된 수소를 관련 배관을 통해 연료전지 스택으로 공급하여 전기를 생산하며, 연료전지 스택에서 생산된 전기로 모터를 구동시켜 차량을 주행시킨다. 수소는 상온에서 단위부피당 에너지 밀도가 매우 낮기 때문에, 수소를 에너지 캐리어로 활용하기 위해서는 수소를 압축하여 저장하여야 하며, 수소 압축 기술로는, 기계식 수소 압축 기술과 비기계식 수소 압축 기술이 존재한다. 비기계적 수소 압축 기술은, 기계식 대비 에너지 소모량이 적고 고순도로 수소를 압축하는 것이 가능하여 최근 들어 활용이 증가하는 추세이다.Recently, as fuel cells are very useful in terms of environmental friendliness, a lot of research and development is being conducted to apply fuel cells to various devices. For example, in the case of a vehicle using a hydrogen fuel cell, the hydrogen used as fuel is pre-charged in a hydrogen storage tank, and then the hydrogen stored in the hydrogen storage tank is supplied to the fuel cell stack through related pipes to produce electricity and fuel. The electricity produced from the battery stack drives the motor to drive the vehicle. Since hydrogen has a very low energy density per unit volume at room temperature, in order to utilize hydrogen as an energy carrier, hydrogen must be compressed and stored. There are two types of hydrogen compression technology: mechanical hydrogen compression technology and non-mechanical hydrogen compression technology. Non-mechanical hydrogen compression technology has been increasingly used in recent years because it consumes less energy and can compress hydrogen with high purity compared to mechanical technology.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기화학식 수소 압축기는 스택 내에서 수소를 전기화학적으로 압축시킬 수 있다. 전기화학식 수소 압축기는 요구되는 압축 수준을 충족하기 위해 복수의 셀들을 적층하여 조립한 스택 형태로 사용할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, an electrochemical hydrogen compressor can electrochemically compress hydrogen within a stack. Electrochemical hydrogen compressors can be used in the form of a stack assembled by stacking multiple cells to meet the required compression level.

스택은 도 1에 도시된 바와 같이, 수십 개에서 수백 개의 셀이 직렬로 적층된 형태로 구성될 수 있다. 스택 내의 양 단 끝에는 두 개의 엔드 플레이트(110)가 존재하며, 두 개의 엔드 플레이트 사이에 복수 개의 셀(120)이 적층되어 구비될 수 있다. 또한 두 개의 엔드 플레이트(110) 각각에 대응하여 2개의 전극(111a, 112a)이 구비될 수 있으며, 해당 전극들을 통해 전력이 공급될 수 있다. As shown in FIG. 1, the stack may consist of tens to hundreds of cells stacked in series. There are two end plates 110 at both ends of the stack, and a plurality of cells 120 may be stacked between the two end plates. Additionally, two electrodes 111a and 112a may be provided corresponding to each of the two end plates 110, and power may be supplied through the corresponding electrodes.

도 1에 도시된 바와 같이, 저압의 수소(LP(Low Pressure) H₂)는 하나의 엔드 플레이트로 공급되어 복수 개의 셀(120)을 거쳐 다른 하나의 엔드 플레이트 방향으로 압축되어 배출된다. 즉, 하나의 엔드 플레이트로 공급된 저압의 수소는 복수 개의 셀(120)을 거쳐 압축되며, 압축된 고압의 수소(HP(High Pressure) H₂)가 다른 하나의 엔드 플레이트 방향에서 배출되게 된다.As shown in FIG. 1, low-pressure hydrogen (LP (Low Pressure) H ₂ ) is supplied to one end plate, passes through a plurality of cells 120, and is compressed and discharged toward the other end plate. That is, the low-pressure hydrogen supplied to one end plate is compressed through a plurality of cells 120, and the compressed high-pressure hydrogen (HP (High Pressure) H ₂ ) is discharged from the other end plate.

스택에 포함된 복수 개의 셀(120) 각각에서는 수소에 대한 압축이 수행될 수 있다. 도 2는 스택에 포함된 복수 개의 셀(120) 중 하나의 셀에 관련한 예시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 셀(120a)은 분리판(121), 애노드(122), 전해질막(123) 및 캐소드(124)로 구성되어 수소에 대한 압축을 수행할 수 있다. Compression of hydrogen may be performed in each of the plurality of cells 120 included in the stack. FIG. 2 is an exemplary diagram related to one cell among a plurality of cells 120 included in the stack. As shown in FIG. 2, one cell 120a is composed of a separator 121, an anode 122, an electrolyte membrane 123, and a cathode 124 and can perform compression of hydrogen.

도 3를 참조하면, 저압 수소가 셀의 애노드(122)로 주입될 수 있다. 애노드(122)를 통해 주입된 수소는 전극 촉매 표면에서 수소이온()과 전자()로 분해될 수 있다. 이 경우, 수소이온은 전해질막(123)을 통하여 캐소드(124)로 이동하게 되며, 전자는 애노드(122)와 캐소드(124)를 연결하는 외부 도선을 통해 캐소드(124)로 이동할 수 있다.Referring to Figure 3, low pressure hydrogen may be injected into the anode 122 of the cell. Hydrogen injected through the anode 122 generates hydrogen ions ( ) and electrons ( ) can be decomposed into In this case, hydrogen ions can move to the cathode 124 through the electrolyte membrane 123, and electrons can move to the cathode 124 through an external conductor connecting the anode 122 and the cathode 124.

실시예에서, 전해질막(123)에는 산화, 환원 반응의 촉매 역할을 수행하는 촉매층을 포함할 수 있다. 촉매는, 수소의 산화 반응을 촉진시키기 위한 것으로 예를 들어, 백금, 팔라듐, 금, 은, 로듐 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In an embodiment, the electrolyte membrane 123 may include a catalyst layer that acts as a catalyst for oxidation and reduction reactions. The catalyst is used to promote the oxidation reaction of hydrogen and may include, but is not limited to, platinum, palladium, gold, silver, rhodium, etc.

캐소드(124)로 이동된 수소이온과 전자는 캐소드(124)의 전극 촉매 표면에서 다시 수소를 생산하게 된다. 캐소드(124)의 수소 압력에 의한 에너지 보다 가해지는 전기에너지가 크면 반응이 지속적으로 일어남에 따라, 수소의 압축이 이루어질 수 있다. 즉, 저압의 수소는, 애노드(122)로 주입되어 전해질막(123)을 지나 캐소드(124)에서 압축되어 고압의 수소로 변환될 수 있다.The hydrogen ions and electrons moved to the cathode 124 produce hydrogen again on the electrode catalyst surface of the cathode 124. If the applied electrical energy is greater than the energy due to the hydrogen pressure of the cathode 124, the reaction continues to occur, and hydrogen can be compressed. That is, low-pressure hydrogen is injected into the anode 122, passes through the electrolyte membrane 123, and is compressed at the cathode 124 to be converted into high-pressure hydrogen.

다시 말해, 스택 내 포함된 복수 개의 셀(120) 각각은 수소에 대한 압축을 수행함에 따라, 하나의 엔드 플레이트를 통해 공급된 수소가 복수 개의 셀(120) 각각을 통과할수록 수소가 보다 고압으로 압축될 수 있다. 즉, 하나의 엔드 플레이트로부터 다른 하나의 엔드 플레이트 방향으로 갈수록 수소의 압축 정도가 커지게 되며, 결과적으로 다른 하나의 엔드 플레이트에서 고압으로 압축된 수소가 배출되게 된다.In other words, as each of the plurality of cells 120 included in the stack performs compression on hydrogen, as hydrogen supplied through one end plate passes through each of the plurality of cells 120, the hydrogen is compressed to a higher pressure. It can be. That is, the degree of hydrogen compression increases as it moves from one end plate to the other end plate, and as a result, hydrogen compressed at high pressure is discharged from the other end plate.

한편, 스택 내의 각 셀에서 수소 압축이 수행되므로, 스택 내에 적층되는 셀의 수가 많을수록 수소가 압축되는 횟수가 증가함에 따라 고압의 수소 압축에 유리할 수 있다. 다만, 셀 각각에는 수소의 산화/환원 반응을 야기시키는 촉매층이 포함되어 있으며, 해당 촉매층은 비교적 고가의 물질(예컨대, 백금, 팔라듐, 금, 은, 로듐 등)으로 구성될 수 있다. 따라서, 고압의 수소 압축을 위해 단순히 스택 내 적층되는 셀의 개수를 늘리는 것은 비용적으로 큰 부담이 될 수 있다. 또한, 셀의 개수가 증가되는 경우, 스택의 크기가 커져 결과적으로 수소 압축기의 크기가 커지게 된다는 단점이 있다.Meanwhile, since hydrogen compression is performed in each cell in the stack, as the number of cells stacked in the stack increases, the number of times hydrogen is compressed increases, which can be advantageous for high-pressure hydrogen compression. However, each cell includes a catalyst layer that causes an oxidation/reduction reaction of hydrogen, and the catalyst layer may be made of a relatively expensive material (eg, platinum, palladium, gold, silver, rhodium, etc.). Therefore, simply increasing the number of cells stacked in a stack for high-pressure hydrogen compression can be a significant cost burden. Additionally, when the number of cells increases, the size of the stack increases, which has the disadvantage of increasing the size of the hydrogen compressor.

따라서, 본 발명은 스택 내의 셀의 절대적 수량을 최소화하면서, 수소의 고압 압축 능력을 극대화시킬 수 있는 전기화학적 수소 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 스택 내 포함된 복수 개의 셀 각각에서 복수 회 압축을 수행하도록 하는 반복 수소 압축 기능을 제공하여, 스택 내 셀의 양을 최소화한 상태에서 수소 고압 압축 능력을 극대화시킬 수 있다. 이하에서는, 도 4 내지 도 8을 참조하여 반복 압축 기능을 제공하는 전기화학적 수소 압축기에 대하여 구체적으로 후술하도록 한다. Therefore, the purpose of the present invention is to provide an electrochemical hydrogen compressor that can maximize the high-pressure compression ability of hydrogen while minimizing the absolute number of cells in the stack. The present invention provides a repetitive hydrogen compression function that allows compression to be performed multiple times in each of the plurality of cells included in the stack, thereby maximizing hydrogen high-pressure compression ability while minimizing the amount of cells in the stack. Hereinafter, an electrochemical hydrogen compressor that provides a repetitive compression function will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 8.

도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 반복 압축 기능을 제공하는 전기화학적 수소 압축기(이하, 전기화학적 수소 압축기)의 예시적인 블록 구성도를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기화학적 수소 압축기(100)는 두 개의 엔드 플레이트(110), 복수 개의 셀(120), 연결부(130), 측정부(140), 바이어스 공급부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시되는 컴포넌트들은 예시적인 것으로, 추가적인 컴포넌트들이 존재하거나 또는 도 4에 도시되는 컴포넌트들 중 일부는 생략될 수 있다.FIG. 4 shows an exemplary block diagram of an electrochemical hydrogen compressor (hereinafter referred to as electrochemical hydrogen compressor) providing a repetitive compression function related to one embodiment of the present invention. As shown in Figure 4, the electrochemical hydrogen compressor 100 of the present invention includes two end plates 110, a plurality of cells 120, a connection part 130, a measuring part 140, and a bias supply part 150. and a control unit 160. The components shown in FIG. 4 are examples, and additional components may exist or some of the components shown in FIG. 4 may be omitted.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기화학적 수소 압축기(100)는 두 개의 엔드 플레이트(110)를 포함할 수 있다. 도 6 및 도 8을 참조하면, 두 개의 엔드 플레이트(110)는 복수 개의 셀(120)을 기준으로 제1방향에 구비되는 제1엔드 플레이트(111) 및 복수 개의 셀을 기준으로 제2방향에 구비되는 제2엔드 플레이트(112)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 제1방향은 고압의 수소가 배출되는 방향일 수 있으며, 제2방향은 저압의 수소가 공급되는 방향일 수 있다. 전술한 제1방향 및 제2방향은 설명을 돕기 위한 것일 뿐, 저압의 수소가 공급되는 방향 및 고압의 수소가 배출되는 방향은 전술한 설명에 제한되지 않는다. 또한, 실시예에서, 본 발명은 반복 압축 기능을 제공함에 따라, 제2방향을 통해 고압으로 압축된 수소가 배출될 수도 있다.According to one embodiment of the present invention, the electrochemical hydrogen compressor 100 may include two end plates 110. Referring to Figures 6 and 8, the two end plates 110 are provided in a first direction with respect to the plurality of cells 120, and the first end plate 111 is provided in the second direction with respect to the plurality of cells. It may include a second end plate 112 provided. In an embodiment, the first direction may be a direction in which high-pressure hydrogen is discharged, and the second direction may be a direction in which low-pressure hydrogen is supplied. The above-described first and second directions are only for illustrative purposes, and the direction in which low-pressure hydrogen is supplied and the direction in which high-pressure hydrogen is discharged are not limited to the above description. Additionally, in an embodiment, the present invention provides a repetitive compression function, so that hydrogen compressed at high pressure may be discharged through the second direction.

일 실시예에서, 수소의 압축은 하나의 엔드 플레이트로부터 다른 하나의 엔드 플레이트 방향으로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 도 6 및 도 8을 참조하면, 제2엔드 플레이트(112)로 공급된 저압의 수소(LP(Low Pressure) H₂)는, 복수 개의 셀(120)을 지나 고압으로 압축되어 제1엔드 플레이트(111) 방향으로 배출될 수 있다. 실시예에서, 제2엔드 플레이트(112) 및 제1엔드 플레이트(111) 각각에 대응하여 2개의 전극(111a, 112a)이 구비될 수 있으며, 해당 전극들에 인가된 바이어스를 통해 복수 개의 셀(120) 각각에서 수소가 압축될 수 있다. 실시예에서, 2개의 전극에는 바이어스 공급부(150)가 연결되며, 순방향 및 역방향에 관련한 바이어스가 인가될 수 있다. 전극에 바이어스가 인가됨에 따라 저압의 수소가 복수 개의 셀(120)을 통과하면서 압축될 수 있다.In one embodiment, the compression of hydrogen may be performed in the direction from one end plate to the other. Referring to FIGS. 6 and 8, low-pressure hydrogen (LP (Low Pressure) H ₂ ) supplied to the second end plate 112 is compressed to high pressure through a plurality of cells 120 and is compressed to the first end plate ( 111) direction. In an embodiment, two electrodes 111a and 112a may be provided corresponding to each of the second end plate 112 and the first end plate 111, and a plurality of cells (111a, 112a) may be formed through bias applied to the corresponding electrodes. 120) Hydrogen can be compressed in each. In an embodiment, a bias supply unit 150 is connected to the two electrodes, and biases related to the forward and reverse directions may be applied. As a bias is applied to the electrode, low-pressure hydrogen may be compressed while passing through the plurality of cells 120.

일 실시예에 따르면, 전기화학적 수소 압축기(100)는 복수 개의 셀(120)을 포함할 수 있다. 복수 개의 셀(120) 각각은, 막전극접합체(MEA, Membrane-Electrode Assembly) 및 분리판(121)을 포함하여 구성될 수 있다. 분리판은, 각 셀 사이에 구비되는 것으로, 막전극접합체의 외면에 구비될 수 있다. 즉, 분리판을 기준으로 각 셀이 구분될 수 있다. 실시예에서, 분리판(121)은 전극에 밀착되어 연료와 산화제를 스택 내부로 균일하게 공급할 수 있다. 또한, 분리판(121)은 스택 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출시키는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 분리판(121)은 우수한 전기전도성, 내식성, 낮은 기체투과율을 가지며, 높은 기계적 강도와 가공성을 갖도록 구비될 수 있다. 예컨대, 분리판은 흑연계 또는 금속계 중 적어도 하나에 관련한 것일 수 있다.According to one embodiment, the electrochemical hydrogen compressor 100 may include a plurality of cells 120. Each of the plurality of cells 120 may be configured to include a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator plate 121. The separator plate is provided between each cell and may be provided on the outer surface of the membrane electrode assembly. That is, each cell can be divided based on the separator plate. In an embodiment, the separator plate 121 may be in close contact with the electrode to uniformly supply fuel and oxidant into the stack. Additionally, the separation plate 121 may serve to radiate heat generated inside the stack to the outside. This separation plate 121 has excellent electrical conductivity, corrosion resistance, low gas permeability, and can be provided with high mechanical strength and processability. For example, the separator may be related to at least one of graphite-based or metal-based.

막전극접합체는, 도 2에 도시된 바와 같이, 애노드(122), 캐소드(124) 및 전해질막(123)을 포함할 수 있다. 저압의 수소는 셀의 애노드(122)로 주입되며, 전극 촉매 표면에서 수소이온()과 전자()로 분해될 수 있다. 이 경우, 수소이온은 전해질막(123)을 통하여 캐소드(124)로 이동하게 되며, 전자는 애노드(122)와 캐소드(124)를 연결하는 외부 도선을 통해 캐소드(124)로 이동할 수 있다.As shown in FIG. 2, the membrane electrode assembly may include an anode 122, a cathode 124, and an electrolyte membrane 123. Low-pressure hydrogen is injected into the anode 122 of the cell, and hydrogen ions ( ) and electrons ( ) can be decomposed into In this case, hydrogen ions can move to the cathode 124 through the electrolyte membrane 123, and electrons can move to the cathode 124 through an external conductor connecting the anode 122 and the cathode 124.

캐소드(124)로 이동된 수소이온과 전자는 캐소드(124)의 전극 촉매 표면에서 다시 수소를 생산하게 된다. 캐소드(124)의 수소 압력에 의한 에너지 보다 가해지는 전기에너지가 크면 반응이 지속적으로 일어남에 따라, 수소의 압축이 이루어질 수 있다. 즉, 저압의 수소는, 애노드(122)로 주입되어 전해질막(123)을 지나 캐소드(124)에서 고압의 수소로 압축되게 된다. The hydrogen ions and electrons moved to the cathode 124 produce hydrogen again on the electrode catalyst surface of the cathode 124. If the applied electrical energy is greater than the energy due to the hydrogen pressure of the cathode 124, the reaction continues to occur, and hydrogen can be compressed. That is, low-pressure hydrogen is injected into the anode 122, passes through the electrolyte membrane 123, and is compressed into high-pressure hydrogen at the cathode 124.

스택 내에는 복수 개의 셀(120)이 구비되며, 각 셀은 이전 셀에서 전달받은 수소를 더욱 고압으로 압축하게 되며, 최종 압축된 수소가 엔드 플레이트 방향(예컨대, 제1엔드 플레이트 방향)으로 배출되게 된다.A plurality of cells 120 are provided within the stack, and each cell compresses the hydrogen delivered from the previous cell to a higher pressure, and the final compressed hydrogen is discharged toward the end plate (e.g., toward the first end plate). do.

실시예에 따르면, 수소의 압축 정도는, 스택 내 구비되는 셀의 수에 기초하여 결정될 수 있다. 일 예로, 수소를 고압으로 압축하고자 할수록 많은 수의 셀을 적층하여 셀을 구성할 수 있다. 다만, 셀의 수를 증가시키는 경우, 셀에 포함된 촉매층의 증가로 인해 스택의 구비 비용이 증가할 수 있으며, 크기 차원에서도 비효율적일 수 있다. 즉, 촉매층이 비교적 고가이기 때문에 셀의 구비 개수를 늘려 수소의 압축을 크게 결정하는 것은 상용화 측면에서 한계가 있으며, 수소 압축기의 부피가 커질 수 있다는 단점이 있다.According to an embodiment, the degree of hydrogen compression may be determined based on the number of cells provided in the stack. For example, the higher the pressure to compress hydrogen, the more cells can be stacked to form a cell. However, when increasing the number of cells, the cost of providing a stack may increase due to an increase in the catalyst layer included in the cell, and it may also be inefficient in terms of size. In other words, since the catalyst layer is relatively expensive, increasing the number of cells to increase the compression of hydrogen has limitations in terms of commercialization and has the disadvantage of increasing the volume of the hydrogen compressor.

일 실시예에 따르면, 전기화학적 수소 압축기(100)는 연결부(130)를 포함할 수 있다. 연결부(130)는 하나의 엔드 플레이트를 통해 배출된 압축 수소를 다른 하나의 엔드 플레이트로 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다. 연결부(130)는 압축되어 배출되는 수소를 재차 입력단으로 이송하는 역할을 수행할 수 있다.According to one embodiment, the electrochemical hydrogen compressor 100 may include a connection portion 130. The connection portion 130 may be configured to transfer compressed hydrogen discharged through one end plate to the other end plate. The connection portion 130 may serve to transport compressed and discharged hydrogen back to the input terminal.

연결부(130)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1엔드 플레이트(111)와 제2엔드 플레이트(112)를 연결하도록 구비될 수 있다. 실시예에서, 최초 시점에 제2엔드 플레이트(112)로 저압의 수소가 공급되게 되며, 이는 복수 개의 셀(120)을 통과하여 고압으로 압축되어 제1엔드 플레이트(111) 방향으로 배출될 수 있다.As shown in FIG. 6, the connecting portion 130 may be provided to connect the first end plate 111 and the second end plate 112. In an embodiment, low-pressure hydrogen is supplied to the second end plate 112 at the beginning, and this may pass through a plurality of cells 120, be compressed to high pressure, and be discharged in the direction of the first end plate 111. .

일 실시예에 따르면, 제1엔드 플레이트(111)로 배출된 고압의 수소는 연결부(130)를 통해 제2엔드 플레이트(112)로 전달되어 재차 복수 개의 셀(120)을 통과하여 보다 고압의 수소로 압축되어 제1엔드 플레이트(111) 방향으로 배출될 수 있다. 즉, 복수 개의 셀(120)을 최초로 통과하면서 압축된 고압의 수소가 연결부(130)를 통해 순환되어 반복되어 복수 개의 셀(120)을 통과하게 되므로, 보다 고압으로 압축된 수소가 획득될 수 있다. 즉, 연결부(130)의 구성을 통해 압축된 수소가 순환되어 반복 압축됨에 따라, 셀의 수를 증가시키기 않고도 수소 고압 압축 능력을 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.According to one embodiment, the high-pressure hydrogen discharged to the first end plate 111 is transferred to the second end plate 112 through the connection portion 130 and passes through the plurality of cells 120 again to produce higher-pressure hydrogen. It can be compressed and discharged in the direction of the first end plate 111. That is, the high-pressure hydrogen compressed while first passing through the plurality of cells 120 is circulated through the connection portion 130 and repeatedly passes through the plurality of cells 120, so that hydrogen compressed at a higher pressure can be obtained. . In other words, as the compressed hydrogen is circulated and repeatedly compressed through the configuration of the connection portion 130, there is an advantage that the hydrogen high-pressure compression ability can be maximized without increasing the number of cells.

일 실시예에 따르면, 전기화학적 수소 압축기(100)는 수소의 압력을 측정하는 측정부(140)를 포함할 수 있다. 측정부(140)는 압축이 완료된 수소의 압력을 측정할 수 있다. 측정부는 압력을 전기 신호로 전환하여 압력에 대한 측정값을 획득할 수 있다.According to one embodiment, the electrochemical hydrogen compressor 100 may include a measuring unit 140 that measures the pressure of hydrogen. The measuring unit 140 can measure the pressure of hydrogen that has been compressed. The measuring unit can obtain a measured value for pressure by converting the pressure into an electrical signal.

실시예에서, 측정부(140)를 통해 측정된 수소의 압력은, 수소를 반복하여 압축을 수행할지 여부를 결정하는 기준이 될 수 있다. 예를 들어, 압축된 수소(즉, 제1엔드 플레이트 방향으로 배출된 고압의 수소)의 압력은 측정부(140)에 의해 측정될 수 있으며, 측정된 압력이 미리 정해진 압력(예컨대, 목표로 하는 수소의 압력) 이상인 경우, 해당 압축 수소는 반복 압축되지 않고 그대로 배출될 수 있다. 다른 예를 들어, 측정부(140)에 의해 측정된 수소의 압력이 미리 정해진 압력 미만인 경우, 압축 수소는 연결부(130)를 통해 순환되어 반복 압축될 수 있다.In an embodiment, the pressure of hydrogen measured through the measuring unit 140 may be a standard for determining whether to repeatedly compress hydrogen. For example, the pressure of compressed hydrogen (i.e., high-pressure hydrogen discharged toward the first end plate) may be measured by the measuring unit 140, and the measured pressure may be adjusted to a predetermined pressure (e.g., target pressure). If the pressure is higher than the pressure of hydrogen, the compressed hydrogen can be discharged as is without being repeatedly compressed. For another example, when the pressure of hydrogen measured by the measuring unit 140 is less than a predetermined pressure, the compressed hydrogen may be circulated through the connecting unit 130 and compressed repeatedly.

일 실시예에 따르면, 전기화학적 수소 압축기(100)는 전기에너지를 공급하는 바이어스 공급부(150)를 포함할 수 있다. 바이어스 공급부(150)는 복수 개의 셀에 바이어스를 인가할 수 있다. 바이어스 공급부(150)는 제1엔드 플레이트(111) 및 제2엔드 플레이트(112) 각각에 대응하여 구비되는 제1전극(111a) 및 제2전극(112a)에 연결되어 구비될 수 있다. 바이어스 공급부(150)는 제1전극(111a) 및 제2전극(112a)에 전기에너지를 공급함으로써, 각 전극 사이에 구비된 복수 개의 셀(120) 각각에 바이어스를 인가할 수 있다.According to one embodiment, the electrochemical hydrogen compressor 100 may include a bias supply unit 150 that supplies electrical energy. The bias supply unit 150 may apply bias to a plurality of cells. The bias supply unit 150 may be connected to the first electrode 111a and the second electrode 112a provided to correspond to the first end plate 111 and the second end plate 112, respectively. The bias supply unit 150 may apply a bias to each of the plurality of cells 120 provided between each electrode by supplying electrical energy to the first electrode 111a and the second electrode 112a.

실시예에서, 바이어스 공급부(150)는 복수 개의 셀(120)에 인가되는 바이어스의 방향을 변경할 수 있다. 예컨대, 바이어스 공급부(150)는 제어부(160)의 제어에 의해 제1전극(111a) 및 제2전극(112a)에 인가되는 바이어스 방향을 변경할 수 있다. 즉, 바이어스 공급부(150)는 복수 개의 셀(120)에 순방향 바이어스 및 역방향 바이어스를 인가할 수 있다.In an embodiment, the bias supply unit 150 may change the direction of bias applied to the plurality of cells 120. For example, the bias supply unit 150 may change the bias direction applied to the first electrode 111a and the second electrode 112a under the control of the control unit 160. That is, the bias supply unit 150 can apply forward bias and reverse bias to the plurality of cells 120.

일 실시예에 따르면, 전기화학적 수소 압축기(100)는 제어부(160)를 포함할 수 있다. 제어부(160)는 전기화학적 수소 압축기(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(160)는 측정부를 통해 측정된 수소의 압력에 기초하여 반복 수소 압축 수행 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 제어부(160)는 스택을 통해 압축된 수소의 압력이 목표하는 압력 미만인 경우, 반복 수소 압축을 수행할 수 있다.According to one embodiment, the electrochemical hydrogen compressor 100 may include a control unit 160. The control unit 160 may control the overall operation of the electrochemical hydrogen compressor 100. The control unit 160 may determine whether to perform repeated hydrogen compression based on the hydrogen pressure measured through the measuring unit. For example, the control unit 160 may perform repeated hydrogen compression when the pressure of hydrogen compressed through the stack is less than the target pressure.

실시예에서, 제어부(160)는 연결부(130) 및 바이어스 공급부(150) 중 적어도 하나를 제어하여 반복 수소 압축을 수행할 수 있다. 여기서, 반복 수소 압축은, 스택 내 포함된 복수 개의 셀 각각이, 복수 회 반복하여 수소 압축을 수행하는 것을 의미할 수 있다.In an embodiment, the control unit 160 may control at least one of the connection unit 130 and the bias supply unit 150 to perform repeated hydrogen compression. Here, repetitive hydrogen compression may mean that each of a plurality of cells included in the stack repeatedly performs hydrogen compression multiple times.

일 실시예에 따르면, 제어부(160)는 측정부(140)에서 측정된 수소의 압력이 미리 정해진 압력 미만인 경우, 연결부(130)를 통해 다른 하나의 엔드 플레이트로 압축 수소를 전달할 수 있다. 또한, 제어부(160)는 측정부(140)에서 측정된 수소의 압력이 미리 정해진 압력 이상인 경우, 하나의 엔드 플레이트로 압축 수소를 배출할 수 있다.According to one embodiment, when the pressure of hydrogen measured by the measuring unit 140 is less than a predetermined pressure, the control unit 160 may transfer compressed hydrogen to another end plate through the connection unit 130. Additionally, the control unit 160 may discharge compressed hydrogen through one end plate when the pressure of hydrogen measured by the measuring unit 140 is higher than a predetermined pressure.

다른 실시예에 따르면, 제어부(160)는 측정부(140)를 통해 측정된 수소의 압력(즉, 압축된 수소의 압력)이 미리 정해진 압력 미만인 경우, 복수 개의 셀 각각에 역방향 바이어스를 인가하도록 바이어스 공급부(150)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(160)는 측정부에서 측정된 수소의 압력이 미리 정해진 압력 이상인 경우, 복수 개의 셀 각각에 순방향 바이어스를 인가하도록 바이어스 공급부를 제어할 수 있다. According to another embodiment, when the pressure of hydrogen (i.e., the pressure of compressed hydrogen) measured through the measuring unit 140 is less than a predetermined pressure, the control unit 160 biases to apply a reverse bias to each of the plurality of cells. The supply unit 150 can be controlled. Additionally, the control unit 160 may control the bias supply unit to apply a forward bias to each of the plurality of cells when the hydrogen pressure measured by the measuring unit is higher than a predetermined pressure.

제어부(160)가 압축된 수소의 압력에 기초하여 연결부(130) 및 바이어스 공급부(150)를 제어하여 반복 수소 압축을 수행하는 구성에 대한 구체적인 설명은, 이하에서 도 5 내지 도 8을 참조하여 후술하도록 한다.A detailed description of the configuration in which the control unit 160 performs repeated hydrogen compression by controlling the connection unit 130 and the bias supply unit 150 based on the pressure of compressed hydrogen will be described later with reference to FIGS. 5 to 8. Let's do it.

도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 반복 압축을 수행하는 과정에 관련한 예시적인 순서도를 도시한다. 도 5에 도시된 반복 압축을 수행하는 과정에 포함된 단계들은, 필요에 의해 순서가 변경될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 단계가 생략 또는 추가될 수 있다. 즉, 도 5에 단계들은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 권리 범위는 이에 제한되지 않는다.Figure 5 shows an exemplary flowchart relating to a process for performing iterative compression related to one embodiment of the present invention. The order of the steps included in the process of performing the iterative compression shown in FIG. 5 may be changed as needed, and at least one or more steps may be omitted or added. That is, the steps in FIG. 5 are only an example of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예에서, 측정부(140)를 통해 수소의 압력이 측정될 수 있다(S110). 실시예에서, 측정부(140)는 제1엔드 플레이트(111) 및 제2엔드 플레이트(112) 중 적어도 하나에 연결되어 구비될 수 있으며, 압축되어 배출되는 수소의 압력을 측정할 수 있다.In an embodiment, the pressure of hydrogen may be measured through the measuring unit 140 (S110). In an embodiment, the measuring unit 140 may be connected to at least one of the first end plate 111 and the second end plate 112, and may measure the pressure of hydrogen that is compressed and discharged.

이 경우, 제어부(160)는 측정부(140)를 통해 측정된 수소의 압력과 미리 정해진 압력을 비교할 수 있다(S120). 미리 정해진 압력은, 달성하고자 하는 압력, 즉, 목표로 하는 수소의 압축 정도를 의미할 수 있다.In this case, the control unit 160 may compare the hydrogen pressure measured through the measuring unit 140 with a predetermined pressure (S120). The predetermined pressure may mean the pressure to be achieved, that is, the target compression degree of hydrogen.

실시예에 따르면, 측정된 압력과 미리 정해진 압력의 비교 결과, 측정된 압력이 미리 정해진 압력 미만인 경우(S130), 제어부(160)는 연결부(130)를 통해 하나의 엔드 플레이트로 압축 수소 전달을 허용할 수 있다(S131). 예컨대, 도 6을 참조하면, 제어부(160)는 측정된 압력이 미리 정해진 압력 미만인 경우, 연결부(130)가 개방되도록 제어하며, 측정된 압력이 미리 정해진 압력 이상인 경우, 연결부(130)가 차단되도록 할 수 있다. 즉, 제어부(160)는 1차적으로 압축이 수행된(즉, 복수 개의 셀을 1회 통과하여 압축된 경우) 수소의 압력의 설정한 목표 압력에 미치지 못하는 경우에, 연결부(130)를 개방하여 해당 수소(즉, 1차 압축된 수소)가 다시 입력단으로 순환되도록 할 수 있다. 이에 따라, 1차 압축된 수소가 다시 입력단으로 돌아가 복수 개의 셀(120)을 재차 통과하며 더욱 고압으로 압축되어 배출될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 재차 압축된 수소의 압력은 측정부(140)를 통해 측정될 수 있으며, 제어부(160)는 해당 수소의 압력(예컨대, 2차 압축된 수소의 압력)과 미리 정해진 압력에 대한 재차 비교를 수행하여 재차 반복 압축 여부를 결정할 수 있다.According to the embodiment, as a result of comparing the measured pressure and the predetermined pressure, if the measured pressure is less than the predetermined pressure (S130), the control unit 160 allows compressed hydrogen to be transferred to one end plate through the connection unit 130. You can do it (S131). For example, referring to FIG. 6, when the measured pressure is less than a predetermined pressure, the control unit 160 controls the connection part 130 to be opened, and when the measured pressure is more than a predetermined pressure, the control unit 160 controls the connection part 130 to be blocked. can do. That is, the control unit 160 opens the connection unit 130 when the pressure of hydrogen that has been primarily compressed (i.e., compressed by passing through a plurality of cells once) does not reach the set target pressure. The hydrogen (i.e., primary compressed hydrogen) can be circulated back to the input stage. Accordingly, the primary compressed hydrogen returns to the input stage, passes through the plurality of cells 120 again, and can be compressed to a higher pressure and discharged. In an additional embodiment, the pressure of the re-compressed hydrogen may be measured through the measurement unit 140, and the control unit 160 may measure the pressure of the hydrogen (e.g., the pressure of the second compressed hydrogen) and the predetermined pressure. By performing the comparison again, it is possible to determine whether to repeat compression again.

또한, 측정된 압력과 미리 정해진 압력의 비교 결과, 측정된 압력이 미리 정해진 압력 이상인 경우(S140), 제어부(160)는 연결부(130)를 통해 다른 하나의 엔드 플레이트로 압축 수소를 배출할 수 있다(S141). 다시 말해, 압축이 수행된 수소의 압력이 목표로 하는 압력에 도달하는 경우에는, 그대로 다른 하나의 엔트 플레이트 방향으로 배출되도록 할 수 있다. 즉, 목표 압력에 도달하는 경우에는 연결부(130)를 차단시켜, 목표 압력에 도달한 수소가 그대로 배출되도록 할 수 있다.In addition, as a result of comparing the measured pressure and the predetermined pressure, if the measured pressure is greater than the predetermined pressure (S140), the control unit 160 may discharge compressed hydrogen to another end plate through the connection part 130. (S141). In other words, when the pressure of compressed hydrogen reaches the target pressure, it can be discharged directly toward the other end plate. That is, when the target pressure is reached, the connection part 130 is blocked so that the hydrogen that has reached the target pressure is discharged as is.

즉, 제어부(160)는 측정부(140)를 통해 측정된 수소의 압력(즉, 압축된 수소의 압력)과 미리 정해진 압력을 비교하여, 연결부(130)의 개방 여부를 결정할 수 있다. 이는, 복수 개의 셀(120)을 최초로 통과하면서 압축된 고압의 수소가 목표치 보다 저압인 경우, 연결부(130)를 통해 순환되어 재차 복수 개의 셀(120)을 통과되도록 하므로, 보다 고압으로 압축된 수소를 획득할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 연결부(130)의 구성을 통해 압축된 수소가 순환되어 반복 압축됨에 따라, 셀의 수를 증가시키기 않고도 수소 고압 압축 능력을 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.That is, the control unit 160 may determine whether to open the connection unit 130 by comparing the pressure of hydrogen (i.e., the pressure of compressed hydrogen) measured through the measurement unit 140 with a predetermined pressure. This means that when the high-pressure hydrogen compressed while first passing through the plurality of cells 120 is lower than the target value, it is circulated through the connection part 130 and passes through the plurality of cells 120 again, so that the hydrogen compressed at a higher pressure There is an advantage in being able to obtain. In other words, as the compressed hydrogen is circulated and repeatedly compressed through the configuration of the connection portion 130, there is an advantage that the hydrogen high-pressure compression ability can be maximized without increasing the number of cells.

도 7은 본 발명의 다른 실시예와 관련된 반복 압축을 수행하는 과정에 관련한 예시적인 순서도를 도시한다. 도 7에 도시된 반복 압축을 수행하는 과정에 포함된 단계들은, 필요에 의해 순서가 변경될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 단계가 생략 또는 추가될 수 있다. 즉, 도 7에 단계들은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 권리 범위는 이에 제한되지 않는다.Figure 7 shows an exemplary flowchart relating to a process for performing iterative compression related to another embodiment of the present invention. The order of steps included in the process of performing the iterative compression shown in FIG. 7 may be changed as needed, and at least one step may be omitted or added. That is, the steps in FIG. 7 are only one embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예에서, 측정부(140)를 통해 수소의 압력이 측정될 수 있다(S210). 실시예에서, 측정부(140)는 제1엔드 플레이트(111) 및 제2엔드 플레이트(112) 중 적어도 하나에 연결되어 구비될 수 있으며, 압축되어 배출되는 수소의 압력을 측정할 수 있다.In an embodiment, the pressure of hydrogen may be measured through the measuring unit 140 (S210). In an embodiment, the measuring unit 140 may be connected to at least one of the first end plate 111 and the second end plate 112, and may measure the pressure of hydrogen that is compressed and discharged.

이 경우, 제어부(160)는 측정부(140)를 통해 측정된 수소의 압력과 미리 정해진 압력을 비교할 수 있다(S220). 미리 정해진 압력은, 달성하고자 하는 압력, 즉, 목표로 하는 수소의 압축 정도를 의미할 수 있다.In this case, the control unit 160 may compare the hydrogen pressure measured through the measuring unit 140 with a predetermined pressure (S220). The predetermined pressure may mean the pressure to be achieved, that is, the target compression degree of hydrogen.

실시예에 따르면, 측정된 압력과 미리 정해진 압력의 비교 결과, 측정된 압력이 미리 정해진 압력 미만인 경우(S230), 제어부(160)는 바이어스 공급부(150)를 제어하여 복수 개의 셀 각각에 역방향 바이어스를 인가할 수 있다(S231). 구체적으로 도 8을 참조하면, 제어부(160)는 측정된 압력이 미리 정해진 압력 미만인 경우, 바이어스 공급부(150)가 도 8의 (b)와 같이, 복수 개의 셀(120)에 역방향 바이어스를 인가하도록 제어할 수 있다. 실시예에서, 복수 개의 셀(120) 각각에 인가되는 바이어스의 방향이 변경되는 경우, 수소의 압축 진행 방향이 변경될 수 있다. 즉, 도 8의 (a)를 참조하면, 기존 순방향 바이어스가 인가됨에 따라, 제2엔드 플레이트(112)에서 제1엔드 플레이트(111) 방향으로 수소의 압축이 수행되는 것이, 역방향 바이어스가 인가되는 경우, 반대로, 제1엔드 플레이트(111)로부터 제2엔드 플레이트(112) 방향으로 변경될 수 있다. According to the embodiment, as a result of comparing the measured pressure and the predetermined pressure, if the measured pressure is less than the predetermined pressure (S230), the control unit 160 controls the bias supply unit 150 to apply a reverse bias to each of the plurality of cells. Approval is possible (S231). Specifically, referring to FIG. 8, when the measured pressure is less than a predetermined pressure, the bias supply unit 150 applies a reverse bias to the plurality of cells 120, as shown in (b) of FIG. 8. You can control it. In an embodiment, when the direction of bias applied to each of the plurality of cells 120 is changed, the direction of hydrogen compression may be changed. That is, referring to (a) of FIG. 8, as the existing forward bias is applied, hydrogen is compressed in the direction from the second end plate 112 to the first end plate 111 when the reverse bias is applied. In this case, on the contrary, the direction may change from the first end plate 111 to the second end plate 112.

즉, 최초 순방향 바이어스에 의해 제2엔드 플레이트(112)로부터 복수 개의 셀(120)을 지나 압축되어 제1엔드 플레이트(111) 방향으로 이동하여 압축된 고압의 수소가 배출되며, 측정부(140)를 통해 해당 배출된 수소(즉, 1차 압축된 수소)의 압력이 측정될 수 있다. 1차 압축된 수소의 압력이 목표로 하는 압력값에 도달하지 못하는 경우, 제어부(160)의 제어에 의해 바이어스 공급부(150)는 도 8의 (b)와 같이, 복수 개의 셀(120)에 역방향 바이어스를 인가하게 되며, 이에 따라, 1차 압축된 수소는 제1엔드 플레이트(111)로부터 복수 개의 셀(120)을 지나 압축되어 제2엔드 플레이트(112) 방향으로 이동하여 배출될 수 있다. 다시 말해, 압축된 수소의 압력이 설정된 목표값에 도달하지 못하는 경우, 인가되는 바이어스 방향을 변경하여 압축의 진행 방향을 변경함으로써, 수소의 반복 압축이 수행되도록 할 수 있다. That is, by the initial forward bias, the compressed high-pressure hydrogen is compressed from the second end plate 112 through the plurality of cells 120, moves toward the first end plate 111, and is discharged from the measuring unit 140. The pressure of the discharged hydrogen (i.e., primary compressed hydrogen) can be measured. If the pressure of the first compressed hydrogen does not reach the target pressure value, the bias supply unit 150 is controlled by the control unit 160 to reverse direction to the plurality of cells 120, as shown in (b) of FIG. 8. A bias is applied, and accordingly, the primary compressed hydrogen is compressed from the first end plate 111 through the plurality of cells 120 and moves toward the second end plate 112 to be discharged. In other words, when the pressure of compressed hydrogen does not reach the set target value, repeated compression of hydrogen can be performed by changing the direction of compression by changing the applied bias direction.

또한, 측정된 압력과 미리 정해진 압력의 비교 결과, 측정된 압력이 미리 정해진 압력 이상인 경우(S240), 제어부(160)는 바이어스 공급부(150)를 제어하여 복수 개의 셀 각각에 순방향 바이어스를 인가할 수 있다(S241). 즉, 제어부(160)는 측정된 압력이 목표로 하는 설정값 이상인 경우, 바이어스의 방향의 변경하지 않을 수 있다. 다시 말해, 기존과 동일한 바이어스 방향을 유지하여 수소의 반복 압축이 수행되지 않도록 할 수 있다.Additionally, as a result of comparing the measured pressure and the predetermined pressure, if the measured pressure is greater than or equal to the predetermined pressure (S240), the control unit 160 may control the bias supply unit 150 to apply a forward bias to each of the plurality of cells. There is (S241). That is, the control unit 160 may not change the direction of the bias when the measured pressure is greater than or equal to the target set value. In other words, repeated compression of hydrogen can be prevented by maintaining the same bias direction as before.

전술한 바와 같이, 제어부(160)는 측정부를 통해 측정된 압력과 미리 정해진 압력을 비교하여 바이어스의 방향을 변경할지 여부를 결정할 수 있다. 이는, 복수 개의 셀(120)을 최초로 통과하면서 압축된 고압의 수소가 목표치 보다 저압인 경우, 바이어스를 역방향으로 인가하여 재가 복수 개의 셀(120)을 통과되도록 하므로, 보다 고압으로 압축된 수소를 획득할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 바이어스의 방향을 변경하는 구성을 통해 수소의 압축 진행 방향이 변경되어 반복 압축됨에 따라, 셀의 수를 증가시키기 않고도 수소 고압 압축 능력을 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.As described above, the control unit 160 can determine whether to change the direction of the bias by comparing the pressure measured through the measuring unit with a predetermined pressure. This means that when the high-pressure hydrogen compressed while first passing through the plurality of cells 120 is lower than the target value, the bias is applied in the reverse direction to allow the ash to pass through the plurality of cells 120, thereby obtaining hydrogen compressed at a higher pressure. There is an advantage to being able to do it. In other words, by changing the direction of the bias, the direction of hydrogen compression is changed and compressed repeatedly, which has the advantage of maximizing the hydrogen high-pressure compression ability without increasing the number of cells.

추가적인 실시예에서, 제어부(160)는 측정부(140)를 통해 측정된 수소의 압력과 미리 정해진 압력 간의 차이에 기초하여 복수 개의 셀을 통해 수행되는 수소 압축의 반복 횟수를 결정하고, 결정된 반복 횟수에 기초하여 압축이 완료된 수소의 배출 방향을 결정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(160)는 압축이 완료된 수소의 압력 및 미리 정해진 압력에 기초하여 압력 증가값을 산출할 수 있다. 여기서 압력 증가값은, 목표로 하는 압력에 달성하기 위해 추가적으로 반복 압축이 수행되어야 하는 압력 값에 관한 것으로, 미리 정해진 압력에서 압축이 완료된 수소의 압력을 차감함에 따라 산출될 수 있다.In an additional embodiment, the control unit 160 determines the number of repetitions of hydrogen compression performed through a plurality of cells based on the difference between the pressure of hydrogen measured through the measuring unit 140 and the predetermined pressure, and determines the number of repetitions determined. Based on this, the discharge direction of the compressed hydrogen can be determined. Specifically, the control unit 160 may calculate the pressure increase value based on the pressure of compressed hydrogen and a predetermined pressure. Here, the pressure increase value relates to the pressure value at which additional repeated compression must be performed to achieve the target pressure, and can be calculated by subtracting the pressure of compressed hydrogen from the predetermined pressure.

제어부(160)는 압력 증가값에 기초하여 복수 개의 셀을 통한 반복 압축 횟수를 결정할 수 있다. 예컨대, 압력 증가값이 클수록 복수 개의 셀을 통한 반복 압축 횟수가 커질 수 있다. 구체적인 실시예에서, 압력 증가값이 200bar인 경우, 제어부(160)는 반복 압축 횟수를 3회로 결정할 수 있다. 이러한 반복 압축 횟수는, 복수 개의 셀의 개수 및 성능에 기반하여 산정될 수 있다. 즉, 복수 개의 셀 각각에서 추가적으로 3회씩의 압축이 더 수행되는 경우, 목표로 하는 설정값에 대응하도록 수소를 압축시킬 수 있게 된다. 복수 개의 셀 각각이 추가적으로 3회 반복 압축을 수행하기 위해서는 3회의 바이어스 변경이 발생되어야 할 수 있다. 이에 따라, 제어부(160)는 3회의 바이어스 변경 후 수소 압축이 진행되는 방향을 예측하여 압축이 완료된 수소의 배출 방향을 결정할 수 있다.The controller 160 may determine the number of repeated compressions through a plurality of cells based on the pressure increase value. For example, as the pressure increase value increases, the number of repeated compressions through a plurality of cells may increase. In a specific embodiment, when the pressure increase value is 200 bar, the controller 160 may determine the number of repeated compressions to be 3. The number of times of such repeated compression can be calculated based on the number and performance of a plurality of cells. That is, when compression is performed three additional times in each of the plurality of cells, hydrogen can be compressed to correspond to the target set value. In order for each of the plurality of cells to additionally perform three repeated compressions, three bias changes may need to occur. Accordingly, the control unit 160 can predict the direction in which hydrogen compression proceeds after changing the bias three times and determine the discharge direction of hydrogen after compression.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Above, embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, but those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. You will be able to understand it. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

제시된 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근들의 일례임을 이해하도록 한다. 설계 우선순위들에 기반하여, 본 발명의 범위 내에서 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조가 재배열될 수 있다는 것을 이해하도록 한다. 첨부된 방법 청구항들은 샘플 순서로 다양한 단계들의 엘리먼트들을 제공하지만 제시된 특정한 순서 또는 계층 구조에 한정되는 것을 의미하지는 않는다.It is to be understood that the specific order or hierarchy of steps in the processes presented is an example of illustrative approaches. It is to be understood that the specific order or hierarchy of steps in processes may be rearranged within the scope of the present invention, based on design priorities. The appended method claims present elements of the various steps in a sample order but are not meant to be limited to the particular order or hierarchy presented.

100: 전기화학식 수소 압축기
110: 두 개의 엔드 플레이트
111: 제1엔드 플레이트
112: 제2엔드 플레이트
111a: 제1전극
112a: 제2전극
120: 복수 개의 셀
121: 분리판
122: 애노드
123: 전해질막
124: 캐소드
130: 연결부
140: 측정부
150: 바이어스 공급부
160: 제어부100: Electrochemical hydrogen compressor
110: two end plates
111: first end plate
112: second end plate
111a: first electrode
112a: second electrode
120: Multiple cells
121: Separator plate
122: anode
123: Electrolyte membrane
124: cathode
130: connection part
140: measuring unit
150: Bias supply unit
160: control unit

Claims

two end plates; and
a plurality of cells provided between the two end plates;
Includes,
Each of the plurality of cells,
Characterized in performing repeated hydrogen compression, performing hydrogen compression multiple times,
Electrochemical hydrogen compressor with repetitive compression capability.

According to paragraph 1,
The two end plates are,
a first end plate provided in a first direction with respect to the plurality of cells; and
a second end plate provided in a second direction based on the plurality of cells;
Includes,
The compression of hydrogen is,
Characterized in that it is carried out in the direction from one end plate to another end plate,
Electrochemical hydrogen compressor with repetitive compression capability.

According to paragraph 2,
The electrochemical hydrogen compressor,
a connection portion connecting the first end plate and the second end plate;
It further includes,
The connection part is,
Characterized in that the compressed hydrogen discharged through the one end plate is transferred to the other end plate,
Electrochemical hydrogen compressor with repetitive compression capability.

According to paragraph 3,
The electrochemical hydrogen compressor,
A measuring unit that measures the pressure of hydrogen; and
a control unit that determines whether to perform repeated hydrogen compression based on the hydrogen pressure measured through the measuring unit;
Containing more,
Electrochemical hydrogen compressor with repetitive compression capability.

According to paragraph 4,
The control unit,
When the pressure of hydrogen measured in the measuring unit is less than a predetermined pressure, compressed hydrogen is allowed to be delivered to the one end plate through the connecting unit,
Characterized in discharging compressed hydrogen to the other end plate when the pressure of hydrogen measured by the measuring unit is higher than a predetermined pressure,
Electrochemical hydrogen compressor with repetitive compression capability.

According to paragraph 4,
The electrochemical hydrogen compressor,
a bias supply unit that applies bias to the plurality of cells;
It further includes,
The control unit,
Controlling the operation of the bias supply unit based on the pressure of hydrogen measured in the measuring unit,
Electrochemical hydrogen compressor with repetitive compression capability.

According to clause 6,
The control unit,
If the pressure of hydrogen measured by the measuring unit is less than a predetermined pressure, the bias supply unit is controlled to apply a reverse bias to each of the plurality of cells,
Characterized in that the bias supply unit is controlled to apply a forward bias to each of the plurality of cells when the pressure of hydrogen measured by the measuring unit is higher than a predetermined pressure.
Electrochemical hydrogen compressor with repetitive compression capability.

According to clause 6,
When the direction of bias applied to each of the plurality of cells is changed, the direction of hydrogen compression is changed.
Electrochemical hydrogen compressor with repetitive compression capability.

According to clause 6,
The control unit,
Determine the number of repetitions of hydrogen compression performed through the plurality of cells based on the difference between the pressure of hydrogen measured through the measuring unit and the predetermined pressure, and determine the discharge direction of the compressed hydrogen based on the number of repetitions. doing,
Electrochemical hydrogen compressor with repetitive compression capability.

According to paragraph 1,
Each of the plurality of cells,
It consists of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator plate.
The membrane electrode assembly,
Includes an anode, cathode and electrolyte membrane,
The hydrogen is
Characterized in that it is injected into the anode, passes through the electrolyte membrane, and is compressed at the cathode.
Electrochemical hydrogen compressor with repetitive compression capability.