KR100785820B1 - Fuel supplying equipment for direct methanol fuel cell - Google Patents

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황상문
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Abstract

A fuel supply unit for a direct methanol fuel cell is provided to minimize the volume of a methanol storage tank, and to allow recycle of unreacted methanol, thereby maximizing the fuel utilization efficiency. A fuel supply unit for a direct methanol fuel cell comprises a fuel storage tank, pumps and valves. The fuel supply unit comprises: a fuel storage tank(31) for storing pure methanol; a dilution tank connected to the fuel tank and a direct methanol fuel cell(32) and including a pair of sensors spaced apart from each other by a small distance along the longitudinal direction for detecting the liquid level and concentration; and a controller(34) electrically connected to the sensor. The dilution tank and the fuel cell are connected to each other by way of a first pipe(P1) for supplying diluted methanol, a second pipe(P2) for discharging unreacted methanol and carbon dioxide, and a third pipe(P3) for discharging water.

Description

직접 메탄올 연료전지용 연료 공급 장치{Fuel supplying equipment for direct methanol fuel cell}Fuel supplying equipment for direct methanol fuel cell

도 1은 종래 비순환식 직접 메탄올 연료전지 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a conventional acyclic direct methanol fuel cell system.

도 2는 본 발명 일시시예 연료 공급 장치가 결합된 연료전지 시스템의 구성도.2 is a block diagram of a fuel cell system in which a fuel supply device of the present invention is coupled.

도 3은 본 발명 연료 공급 장치를 구성하는 일실시예 희석 탱크의 내부 구조를 보인 사시도.Figure 3 is a perspective view showing the internal structure of an embodiment dilution tank constituting the fuel supply device of the present invention.

도 4는 본 발명 연료 공급 장치를 구성하는 일실시예 희석 탱크의 내부 구조를 보인 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing the internal structure of an embodiment dilution tank constituting the fuel supply device of the present invention.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))          ((Explanation of symbols for main part of drawing))

11,31.연료 탱크 12,32. 연료전지           Fuel tanks 12,32. Fuel cell

33. 희석 탱크 33A. 수위 센서           33. Dilution tank 33A. Water level sensor

33B. 터미널 센서 34. 제어기           33B. Terminal Sensor 34. Controller

F. 팬 P1. 제1배관           F. Fan P1. 1st pipe

P2. 제2배관 P3. 제3배관           P2. Second pipe P3. 3rd pipe

본 발명은, 직접 메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell)의 연료로서 100% 순수 메탄올을 저장하는 연료 탱크와 희석 탱크를 결합하고, 연료전지에서 배출되는 미반응 메탄올과 물을 희석 탱크로 회수하면서 이 희석 탱크로 회수된 미반응 메탄올의 상태에 따라 순수 메탄올을 희석 탱크로 주입하여 직접 메탄올 연료전지에 적합한 농도를 갖는 연료로서의 희석 메탄올을 제조 공급함으로써, 메탄올의 사용 효율을 극대화하는 동시에, 연료 탱크의 용량을 획기적으로 줄일 수 있도록 한, 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급 장치에 관한 것이다.The present invention combines a dilution tank with a fuel tank that stores 100% pure methanol as a fuel of a direct methanol fuel cell (DMFC), and recovers unreacted methanol and water discharged from the fuel cell to the dilution tank. While injecting pure methanol into the dilution tank according to the state of the unreacted methanol recovered in this dilution tank, the distillation methanol is manufactured and supplied as a fuel having a concentration suitable for the methanol fuel cell, thereby maximizing the use efficiency of methanol and The present invention relates to a fuel supply device for a direct methanol fuel cell, which can drastically reduce the capacity of a tank.

연료전지란 연료의 산화로 인해 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 전지로서, 산화·환원반응을 이용한다는 점에 있어서는 보통의 화학전지와 동일하나, 폐쇄계 내에서 전지 반응을 하는 화학전지와는 달리, 반응물이 연속적으로 외부에서 공급되면서 반응 생성물은 연속적으로 계외로 배출되는 하나의 발전 장치 역할을 수행한다A fuel cell is a battery that directly converts chemical energy generated by oxidation of a fuel into electrical energy. It is the same as a conventional chemical cell in that it uses an oxidation / reduction reaction, but it is different from a chemical cell that reacts in a closed system. Alternatively, the reaction product acts as a power generation unit where the reactants are continuously supplied externally while the reaction products are continuously discharged out of the system.

가장 대표적인 것으로는, 수소―산소 연료전지가 있으며, 이러한 연료전지들은 모두 알칼리 수용액을 전해질로 이용하고 순수한 수소와 산소를 반응물로 사용하였다.The most representative ones are hydrogen-oxygen fuel cells, all of which use alkaline aqueous solution as electrolyte and pure hydrogen and oxygen as reactants.

상기와 같이 알칼리 전해질을 사용하는 연료전지를 제 1세대, 귀금속 촉매를 사용하지 않은 고온형의 용융탄산염 연료전지를 제2세대, 그리고 보다 높은 효율로 발전 가능한 고체 전해질 연료전지를 제3세대의 연료전지라 하며, 현재 가장 실용화에 가까운 것은 제1세대 연료전지로서 인산 전해질을 사용하는 인산형 연료전지이다.The fuel cell using alkaline electrolyte as the first generation, the high-temperature molten carbonate fuel cell without the noble metal catalyst is the second generation, and the solid electrolyte fuel cell capable of generating higher efficiency is the third generation fuel. It is called a battery, and the closest practical use is a phosphate fuel cell using a phosphate electrolyte as a first generation fuel cell.

상기의 연료전지는 화석 연료를 개질시킨 수소를 주성분으로 하는 수소 가스와 공기 속의 산소를 이용한 수소―공기 연료전지로서, 에너지 변환 효율이 우수하고 공해 요인이 전무하며 기존의 화력발전 등을 대체할 수 있기 때문에 실용화를 위한 개발 연구가 급속히 진행되고 있다.The fuel cell is a hydrogen-air fuel cell using hydrogen gas mainly containing hydrogen reformed fossil fuel and oxygen in the air, and has excellent energy conversion efficiency, no pollution factor, and can replace conventional thermal power generation. Therefore, development research for commercialization is rapidly progressing.

그러나, 수소를 사용하는 연료전지는 수소 취급에 따른 어려움이 있으며, 메탄올 등의 액체 연료를 사용하는 경우에는 이로부터 수소를 만들어내기 위한 개질 장치가 필요로 되는 등 부대 설비가 커지게 되는 문제가 있으며, 일정 규모 이상의 발전 설비로나 개발이 가능할 뿐 소형화가 불가능하거나 매우 어렵다.However, a fuel cell using hydrogen has a difficulty in handling hydrogen, and when using a liquid fuel such as methanol, there is a problem in that an additional facility is required, such as a reforming apparatus for generating hydrogen therefrom. For example, it is possible to develop a power plant of a certain size or more, but miniaturization is impossible or very difficult.

따라서, 액체 상태의 메탄올을 직접 연료로 사용할 수 있는 직접 메탄올 연료전지가 개발되었는 바, 직접 메탄올 연료전지는, 고분자 전해질막의 양측에 음극(anode)과 양극(cathod)이 결합된 구조로서, 음극측으로 공급된 메탄올과 물이 반응하여 수소 이온과 전자를 생성하고, 생성된 수소 이온과 전자는 각각 전해질막과 외부 회로를 통하여 양극측으로 이동한 후 수소 이온과 전자가 산소와 결합하여 물을 생성시키는 과정을 통하여 전기 에너지가 발생하게 된다.Therefore, a direct methanol fuel cell has been developed that can use liquid methanol directly as a fuel. The direct methanol fuel cell has a structure in which an anode and a cathode are coupled to both sides of the polymer electrolyte membrane, and toward the cathode side. The supplied methanol and water react to generate hydrogen ions and electrons, and the generated hydrogen ions and electrons move to the anode side through the electrolyte membrane and the external circuit, respectively, and then hydrogen ions and electrons combine with oxygen to generate water. Through the electrical energy is generated.

상기와 같은 직접 메탄올 연료전지는, 가스가 아닌 액체 상태의 연료인 메탄올을 사용하여 안전할 뿐 아니라, 소형화와 경량화가 가능하기 때문에 최근에는 휴 대용 배터리로서 집중적으로 개발되고 있다.The direct methanol fuel cell as described above has been developed intensively as a portable battery in recent years because it is safe to use methanol, which is a liquid fuel, not a gas, and can be miniaturized and lightweight.

즉, 직접 메탄올 연료전지는, 작동 온도가 150℃정도의 비교적 저온이며, 액체인 메탄올을 연료로 직접 사용하기 때문에 소형화에 가장 적합한 연료전지로 평가되고 있으나, 메탄올의 크로스 오버(cross over) 등과 같은 단점이 있다.In other words, the direct methanol fuel cell has been evaluated as the most suitable fuel cell for miniaturization because it has a relatively low operating temperature of about 150 ° C. and uses liquid methanol directly as a fuel. There are disadvantages.

상기 크로스 오버란, 음극에서 생성된 수소 이온만이 전해질막을 통과하여 양극으로 이동하여야 하나, 현재의 고분자 전해질막이 가지고 있는 기능적 한계에 의해 메탄올이 전해질막을 통과하여 양극측으로 이동하는 현상으로서, 양극으로 유입된 메탄올은 양극의 백금 촉매와 반응하여 일차적으로는 전기화학적 포텐셜을 저하시켜 발전 효율을 떨어뜨리게 될 뿐 아니라, 열을 발생시켜 백금 촉매의 연소를 초래함으로써 연료전지의 기능을 상실시키게 된다.The crossover is a phenomenon in which only hydrogen ions generated at the cathode move through the electrolyte membrane to the anode, but methanol moves through the electrolyte membrane to the anode side due to functional limitations of the current polymer electrolyte membrane. Methanol reacts with the platinum catalyst of the anode to primarily reduce the electrochemical potential, thereby lowering the power generation efficiency, and also generate heat to cause the combustion of the platinum catalyst, thereby losing the function of the fuel cell.

따라서, 직접 메탄올 연료전지에서는 메탄올의 크로스 오버가 해결해야 할 가장 중요한 문제들 중의 하나로서, 이를 방지하기 위해서는 새로운 전해질막이 개발되어야 하는데, 현재는, 고분자 전해질막의 표면을 개질하여 메탄올 투과율을 떨어뜨리거나, 연료로서 순수 메탄올을 사용하지 않고 약 3wt%정도로 희석하여 사용하는 방법이 이용되고 있다.Therefore, in a direct methanol fuel cell, crossover of methanol is one of the most important problems to be solved. In order to prevent this, a new electrolyte membrane has to be developed. Currently, the surface of the polymer electrolyte membrane is modified to reduce methanol permeability or For example, a method of diluting to about 3wt% without using pure methanol as a fuel has been used.

그러나, 상기와 같이 메탄올을 희석하여 사용하게 되는 경우, 예를 들어, 1리터의 순수 메탄올이 필요로 될 때 희석 메탄올은 약 33리터가 되는 바, 순수 메탄올을 사용하는 경우보다 희석 메탄올을 저장 사용하기 위한 연료 탱크의 용량이 필요 이상으로 커지게 될 뿐 아니라, 연료전지로 공급된 희석 메탄올이 완전히 반응하지 못하고 물과 함께 배출됨으로써 메탄올의 사용 효율이 떨어지는 문제가 있 다.However, when methanol is diluted and used as described above, for example, when 1 liter of pure methanol is required, the diluted methanol becomes about 33 liters. In addition to increasing the capacity of the fuel tank to more than necessary, there is a problem that the use efficiency of methanol is lowered because the diluted methanol supplied to the fuel cell is not completely reacted and is discharged with water.

즉, 종래의 직접 메탄올 연료전지의 연료 공급 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 사전에 희석된 메탄올을 저장 공급하기 위한 연료 탱크(11)가 클 뿐 아니라, 연료전지(12)에서 반응하지 못한 미반응 메탄올이 물과 함께 배출되는 비순환식이기 때문에 소형화에 기본적인 어려움이 있으며, 연료의 사용 효율도 낮다.That is, in the conventional fuel supply method of the direct methanol fuel cell, as shown in FIG. 1, the fuel tank 11 for storing and supplying the diluted methanol is not only large, but also does not react in the fuel cell 12. Since the unreacted methanol is acyclic, which is discharged together with water, there is a fundamental difficulty in miniaturization, and the fuel use efficiency is low.

본 발명은 직접 메탄올 연료전지를 가동시키기 위하여 희석 메탄올을 사용하는 연료전지 시스템이 가지고 있는 소형화의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 100% 순수 메탄올을 저장 사용하도록 하되, 연료전지에서 배출되는 미반응 메탄올과 물을 회수하고, 회수된 미반응 메탄올의 상태에 따라 미반응 메탄올에 순수 메탄올을 적절히 혼합한 후 희석 메탄올을 연료전지로 공급할 수 있도록 함으로써, 사전에 회석된 메탄올을 저장하는데 따른 연료 탱크의 용량을 회기적으로 줄일 수 있도록 하는 동시에, 미반응 메탄올을 회수하여 순환 반복 사용하도록 함으로써 메탄올의 사용 효율을 극대화시킬 수 있는, 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The present invention was devised to solve the problem of miniaturization of a fuel cell system using dilute methanol to directly operate a methanol fuel cell, and to store and use 100% pure methanol. By recovering methanol and water, and properly mixing pure methanol with unreacted methanol according to the state of the recovered unreacted methanol, and supplying dilute methanol to the fuel cell, It is an object of the present invention to provide a direct methanol fuel cell fuel supply device capable of maximally reducing the capacity, and maximizing the use efficiency of methanol by recovering unreacted methanol and circulating repeatedly.

본 발명의 상기 목적은, 연료 탱크와 연료전지 사이에 연결되는 희석 탱크에 의해 달성된다.This object of the invention is achieved by a dilution tank connected between the fuel tank and the fuel cell.

본 발명의 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급 장치는, 직접 메탄올 연료전지에 연료로서의 희석 메탄올을 공급하는 장치로서, 100% 순수 메탄올을 저장 공급한 상태에서 이를, 연료전지로부터 배출된 후 회수된 미반응 메탄올과 혼합 사용하도록 함에 본 발명의 기술적 특징이 있다.The fuel supply device for a direct methanol fuel cell of the present invention is a device for supplying dilute methanol as a fuel to a direct methanol fuel cell. The unreacted methanol recovered after being discharged from a fuel cell in a state where 100% pure methanol is stored and supplied. There is a technical feature of the present invention to use in combination with.

즉, 본 발명의 연료 공급 장치는, 직접 메탄올 연료전지에서 사용된 후 물과 함께 배출되는 미반응 메탄올을 회수하고, 회수된 미반응 메탄올의 양, 농도 등의 상태에 따라 미반응 메탄올에 순수 메탄올을 혼합한 후 미반응 메탄올과 순수 메탄올을 혼합한 연료로서의 희석 메탄올을 연료전지로 공급하는 장치이다.That is, the fuel supply apparatus of the present invention recovers the unreacted methanol discharged with water after being used in a direct methanol fuel cell, and pure methanol to the unreacted methanol according to the amount and concentration of the unreacted methanol recovered. And dilute methanol as a fuel mixed with unreacted methanol and pure methanol to the fuel cell.

상기와 같은 본 발명의 연료 공급 장치는,The fuel supply device of the present invention as described above,

순수 메탄올을 저장 공급하기 위한 연료 탱크와;A fuel tank for storing and supplying pure methanol;

일측과 타측이 각각 연료 탱크 및 연료전지에 연결되며, 연료전지로부터 미반응 메탄올이 회수되는 동시에 연료 탱크로부터 공급받은 순수 메탄올과 미반응 메탄올이 혼합되는 회수 탱크와;A recovery tank having one side and the other side connected to a fuel tank and a fuel cell, respectively, in which unreacted methanol is recovered from the fuel cell and mixed with pure methanol and unreacted methanol supplied from the fuel tank;

회수된 미반응 메탄올의 상태를 파악한 후 연료로서 적합하도록 미반응 메탄올과 순수 메탄올 및 물이 혼합 공급되는 것을 제어하기 위한 제어기 등으로 구성되며, 상기 회수 탱크와 제어기에 본 발명의 특징이 있는 바, 이를 살펴보면 다음과 같다.After determining the state of the recovered unreacted methanol, and comprises a controller for controlling the supply of a mixture of unreacted methanol, pure methanol and water so as to be suitable as a fuel, the recovery tank and the controller is characterized by the present invention, This is as follows.

회수 탱크는, 연료 탱크와 연료전지에 각각 연결되어 연료 탱크로부터 순수 메탄올을 공급 받는 동시에 연료전지로부터 배출된 미반응 메탄올이 회수되며, 순수 메탄올과 미반응 메탄올이 혼합되어 연료로서의 희석 메탄올이 만들어지는 탱크 이다.The recovery tank is connected to a fuel tank and a fuel cell, respectively, to receive pure methanol from the fuel tank, and to recover the unreacted methanol discharged from the fuel cell, and to mix the pure methanol and the unreacted methanol to produce dilute methanol as a fuel. It's a tank.

그리고, 상기 희석 탱크로는, 미반응 메탄올 외에 연료전지에서 배출되는 물과 이산화탄소 등도 유입되는데, 물은 희석 메탄올 제조에 사용되거나 과잉될 경우에는 희석 탱크 외부로 배출되며, 이산화탄소는 모두 희석 탱크 외부로 배출된다.In addition, water and carbon dioxide discharged from the fuel cell are also introduced into the dilution tank, in addition to the unreacted methanol, when the water is used for the production of dilution methanol or is excessively discharged to the outside of the dilution tank, and all of the carbon dioxide is outside the dilution tank. Discharged.

또한, 희석 탱크 내부의 하부에는 금속제 터미널 센서가 구비되며, 이 터미널 센서와 이격된 상태로 그 상부에는 판상의 금속제 수위 센서가 구비되는 바, 수위 센서는 상·하 길이 방향을 따라, 예를 들어, 삼각형, 사다리꼴 등과 같이 그 폭이 달라지면서 단면적이 변화하는 형상으로서, 회수된 물이 혼합된 미반응 메탄올의 수위에 따라 저항값이 변화하게 된다.In addition, a metal terminal sensor is provided at a lower part of the dilution tank, and a plate-shaped metal level sensor is provided at an upper part thereof while being spaced apart from the terminal sensor. The cross-sectional area changes as the width changes, such as triangle, trapezoid, etc., and the resistance value changes according to the level of unreacted methanol mixed with recovered water.

즉, 회수된 미반응 메탄올이 터미널 센서와 수위 센서를 연결하는 도체의 역할을 하게 되고, 그 수위에 따라 변화된 수위 센서의 저항값이 전기 신호가 되며, 이 전기 신호에 의해 미반응 메탄올 회수량과 농도, 순수 메탄올 주입량, 희석 메탄올 공급량 등이 조절된다.That is, the recovered unreacted methanol acts as a conductor connecting the terminal sensor and the water level sensor, and the resistance value of the level sensor changed according to the water level becomes an electric signal. The concentration, the pure methanol injection amount, the dilution methanol supply amount and the like are adjusted.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.Details of the effects and the resulting effects, including the object and technical configuration of the present invention will be clearly understood by the following description with reference to the drawings showing a preferred embodiment of the present invention.

도 2에 본 발명 일실시예 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급 장치가 결합된 연료전지 시스템의 구성도를, 도 3에 본 발명의 연료 공급 장치를 구성하는 일실시예 회수 탱크의 내부 구조도를 도시하였다.2 is a block diagram of a fuel cell system in which a fuel supply device for an embodiment direct methanol fuel cell is combined, and FIG. 3 is a diagram illustrating an internal structure of an embodiment recovery tank constituting the fuel supply device according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 연료 공급 장치는,As shown, the fuel supply device of the present invention,

순수 메탄올을 저장하기 위한 연료 탱크(31)와;A fuel tank 31 for storing pure methanol;

상기 연료 탱크(31)와 직접 메탄올 연료전지(32)에 각각 연결되며, 상·하로 근접 이격된 수위 센서(33A)와 터미널 센서(33B)가 내부에 설치된 희석 탱크(33)와;A dilution tank 33 connected to the fuel tank 31 and the methanol fuel cell 32 directly, and having a water level sensor 33A and a terminal sensor 33B spaced close up and down, respectively;

상기 수위 센서(33A)와 터미널 센서(33B)에 전기적으로 연결되며, 순수 메탄올 공급량, 연료전지로의 희석 메탄올 공급량 등을 제어하기 위한 제어기(34) 등으로 구성된다.It is electrically connected to the water level sensor 33A and the terminal sensor 33B, and consists of a controller 34 for controlling pure methanol supply amount, diluted methanol supply amount to a fuel cell, and the like.

이때, 상기 연료전지(32)는 단위 연료전지 또는 다수의 단위 연료전지가 결합된 연료전지 스택 중의 하나이며, 연료 탱크(31)는 전형적인 고정 연결식 탱크일 수도 있으나, 탱크 자체를 교환하는 카트리지 방식을 적용할 수도 있는 바, 대형의 직접 메탄올 연료전지의 경우에는 고정 연결식 탱크를 소형 또는 휴대용 직접 메탄올 연료전지의 경우에는 카트리지 방식이 바람직하다.In this case, the fuel cell 32 is one of a unit fuel cell or a fuel cell stack in which a plurality of unit fuel cells are combined, and the fuel tank 31 may be a typical fixed connection tank, but a cartridge method of exchanging the tank itself may be employed. It is also possible to apply fixed cartridge tanks for large direct methanol fuel cells and cartridge systems for small or portable direct methanol fuel cells.

그리고, 상기 희석 탱크(33)는, 연료 탱크(31)와 단일 배관으로 연결되어 연료 탱크에 저장되어 있던 순수 메탄올을 공급받게 되나, 연료전지(32)와는 세개의 배관으로 연결되는 바, 제1배관(P1)은, 희석 탱크(33)에서 연료전지(32)로 연료인 희석 메탄올을 공급하기 위한 배관이며, 제2배관(P2)은, 연료전지(32)의 음극에서 발생한 미반응 메탄올(또는, 잉여 메탄올)과 이산화탄소를 희석 탱크(33)로 배출하기 위한 배관이며, 제3배관(P3)은, 연료전지(32)의 양극에서 생성된 물을 희석 탱크(33)로 배출하기 위한 배관이다.The dilution tank 33 is connected to the fuel tank 31 by a single pipe to receive pure methanol stored in the fuel tank, but is connected to the fuel cell 32 by three pipes. The pipe P1 is a pipe for supplying dilute methanol as fuel from the dilution tank 33 to the fuel cell 32, and the second pipe P2 is an unreacted methanol generated at the cathode of the fuel cell 32. Alternatively, a pipe for discharging excess methanol) and carbon dioxide to the dilution tank 33, and the third pipe (P3) is a pipe for discharging water generated at the anode of the fuel cell 32 to the dilution tank 33. to be.

즉, 연료전지(32)에서 필요로 되는 연료와 공기는 각각 희석 탱크(33) 및 별 도의 공기 주입 배관(또는 통공)을 통하여 공급되며, 연료전지 내부에서의 반응물 중 미반응 메탄올과 이산화탄소는 상기 제2배관(P2)을 통하여 희석 탱크(33)로 배출된다.That is, the fuel and air required in the fuel cell 32 are supplied through the dilution tank 33 and separate air inlet pipes (or through holes), respectively. It is discharged to the dilution tank 33 through the second pipe (P2).

이때, 미반응 메탄올과 함께 희석 탱크(33)로 배출되는 이산화탄소는 희석 탱크(33) 내부에서 상부 즉, 대기 중으로 배출되고, 미반응 메탄올은 희석 탱크(33) 내부 저면으로 이동한다.At this time, the carbon dioxide discharged to the dilution tank 33 together with the unreacted methanol is discharged to the upper portion of the dilution tank 33, that is, to the atmosphere, and the unreacted methanol moves to the inner bottom of the dilution tank 33.

그리고, 양극에서 생성된 물과 잉여 공기는 상기 제3배관(P3)을 통하여 희석 탱크(33)로 배출되고, 잉여공기는 저면으로부터 상부를 향하여 기포상태로 떠오르게 되는 바, 희석 탱크(33) 내부에 무동력 팬(F)을 구비하면, 공기의 기포의 부력에 의해 상기 팬(F)이 회전하게 되고, 이 팬(F)의 회전에 의해 희석 탱크(33) 내의 미반응 메탄올, 양극에서 생성된 물, 순수 메탄올 등이 교반되면서 그들의 혼합 균일성이 좋아지게 됨으로써, 일정한 농도의 연료인 희석 메탄올을 연료전지에 공급할 수 있게 된다.Then, the water and surplus air generated in the anode is discharged to the dilution tank 33 through the third pipe (P3), the surplus air rises in a bubble state from the bottom to the top, the inside of the dilution tank 33 When the non-powered fan F is provided, the fan F is rotated by the buoyancy of air bubbles, and the rotation of the fan F generates the unreacted methanol and the anode in the dilution tank 33. As water, pure methanol, and the like are agitated, the mixing uniformity is improved, so that dilute methanol, which is a constant concentration of fuel, can be supplied to the fuel cell.

그러나, 상기 팬(F)을 모터가 결합된 동력 팬으로 구성할 수도 있다.However, the fan F may also be configured as a power fan to which a motor is coupled.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 장치가 작동되는 방법을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the method of operating the device of the present invention configured as described above are as follows.

최초 가동시 순수 메탄올과 물을 희석 탱크(33)에 주입하여 희석 메탄올을 만들게 되며, 희석 탱크(33) 내의 수위 센서(33A)와 터미널 센서(33B)를 통하여 희석 메탄올의 양과 농도 등의 제어기(34)가 검출한 후 검출 값이 적절하면, 희석 메탄올을 연료전지(32)로 공급함으로써 연료전지(32)의 발전이 시작된다.In the initial operation, pure methanol and water are injected into the dilution tank 33 to make dilute methanol. The controller such as the amount and concentration of dilute methanol through the water level sensor 33A and the terminal sensor 33B in the dilution tank 33 ( If the detection value is appropriate after the detection by 34, the generation of the fuel cell 32 is started by supplying the diluted methanol to the fuel cell 32.

연료전지(32)가 가동됨에 따라 연료전지(32)로부터 배출된 물, 미반응 메탄올은 희석 탱크(33)로 유입되고, 제어기(34)는 유입된 물과 미반응 메탄올의 전체 양과 농도를 검출한 후 적절한 수위 및 농도의 희석 메탄올 제조에 필요로 되는 순수 메탄올을 연료 탱크(31)로부터 희석 탱크(33)로 공급하게 되며, 수위와 농도가 맞춰진 희석 메탄올은 연료전지(32)로 계속 공급되는 동시에 미반응 메탄올이 계속 희석 탱크(33)로 유입되는 순환 과정이 지속된다.As the fuel cell 32 operates, water discharged from the fuel cell 32 and unreacted methanol flow into the dilution tank 33, and the controller 34 detects the total amount and concentration of the introduced water and unreacted methanol. After that, pure methanol, which is required for the preparation of the dilute methanol at the appropriate level and concentration, is supplied from the fuel tank 31 to the dilution tank 33, and the dilute methanol having the level and concentration adjusted is continuously supplied to the fuel cell 32. At the same time, the circulation process in which unreacted methanol continues to flow into the dilution tank 33 is continued.

이때, 미반응 메탄올과 함께 희석 탱크(33)로 배출되는 이산화탄소는, 희석 탱크(33) 내부에서 상부 즉, 대기중으로 배출되고, 미반응 메탄올은 희석 탱크(33) 내부 저면으로 이동한다. 그리고, 양극에서 생성된 물과 잉여 공기는 희석 탱크(33)로 배출되고, 잉여공기는 저면으로부터 상부를 향하여 기포상태로 상승하면서 희석 탱크(33) 내부의 팬(F)을 회전시키게 되고, 팬(F)의 회전력에 의해 미반응 메탄올, 물 및 순수 메탄올이 균일하게 혼합된다.At this time, the carbon dioxide discharged to the dilution tank 33 together with the unreacted methanol is discharged to the upper portion, i.e., into the atmosphere, inside the dilution tank 33, and the unreacted methanol moves to the inner bottom of the dilution tank 33. Then, the water and surplus air generated in the anode is discharged to the dilution tank 33, the surplus air is rotated in a bubble state from the bottom to the top to rotate the fan (F) inside the dilution tank 33, the fan Unreacted methanol, water, and pure methanol are mixed uniformly by the rotational force of (F).

상기와 같이 구성된 본 발명의 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급 장치는, 연료전지(32)와 다수의 배관으로 연결되고, 이 배관들을 통하여 미반응 메탄올, 순수 메탄올 및 희석 메탄올 등이 반복 순환되는 바, 이들을 순환시키기 위하여 제어기(34)에 의해 그 동작이 제어되는 각종 펌프류와 밸브류가 구비되나, 이는 순환식 배관에서 당연히 결합되어야만 하는 기본적인 필수 부품으로서, 편의상 그 설명을 생략하였다.The fuel supply device for a direct methanol fuel cell of the present invention configured as described above is connected to the fuel cell 32 by a plurality of pipes, and the unreacted methanol, pure methanol, dilute methanol, etc. are repeatedly circulated through these pipes. Various pumps and valves are provided to control the operation by the controller 34 in order to circulate, but this is a basic essential part that must be combined naturally in the circulation pipe, and the description thereof is omitted for convenience.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급 장치는, 순수 메탄올을 연료전지 투입직전 연료전지로부터 회수된 미반응 메탄올과 희석하여 사용하기 때문에 사전에 희석 메탄올을 저장 사용하는 경우의 연료 탱크에 비하여 연료 탱크의 용량을 최소화할 수 있어 연료전지 시스템의 소형화가 가능하며, 연료전지에서 반응하지 못한 미반응 메탄올이 계속적으로 순환 사용되기 때문에 연료 사용 효율을 최대화할 수 있는 장점이 있다.As described above, the fuel supply device for the direct methanol fuel cell of the present invention uses pure methanol after diluting it with unreacted methanol recovered from the fuel cell immediately before the fuel cell is charged. Compared to the tank, the capacity of the fuel tank can be minimized, thereby miniaturizing the fuel cell system, and since the unreacted methanol that has not reacted in the fuel cell is continuously circulated and used, there is an advantage of maximizing fuel efficiency.

Claims (5)

삭제delete 직접 메탄올 연료전지에 연료를 공급하기 위하여 연료 저장 탱크, 펌프류 및 밸브류 등을 포함하여 구성된 연료 공급 장치에 있어서,In the fuel supply device comprising a fuel storage tank, pumps, valves, etc. to supply fuel directly to the methanol fuel cell, 순수 메탄올을 저장하기 위한 연료 탱크(31)와;A fuel tank 31 for storing pure methanol; 상기 연료 탱크(31)와 직접 메탄올 연료전지(32)에 각각 연결되며, 상·하로 근접 이격되어 액체의 수위와 농도를 검출하기 위한 한 쌍의 센서(33A)(33B)가 내장된 희석 탱크(33)와;A dilution tank connected to the fuel tank 31 and the methanol fuel cell 32 directly, and having a pair of sensors 33A and 33B for detecting liquid level and concentration of the liquid, which are spaced close up and down, 33); 상기 한 쌍의 센서(33A)(33B)와 전기적으로 연결된 제어기(34)를 포함하여 구성되며,And a controller 34 electrically connected to the pair of sensors 33A and 33B, 상기 희석 탱크(33)와 연료전지(32)는, 희석 메탄올 공급용 제1배관(P1)과;The dilution tank 33 and the fuel cell 32 may include a first pipe P1 for diluting methanol supply; 미반응 메탄올과 이산화탄소 배출용 제2배관(P2)과; 물 배출용 제3배관(P3)으로 연결된 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급 장치.A second pipe (P2) for discharging unreacted methanol and carbon dioxide; Fuel supply device for direct methanol fuel cell, characterized in that connected to the third pipe (P3) for water discharge. 제 2항에 있어서, 상기 희석 탱크(33) 내부에는 팬(F)이 부가적으로 설치된 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급 장치.The fuel supply device for direct methanol fuel cell according to claim 2, wherein a fan (F) is additionally installed in the dilution tank (33). 제 2항에 있어서, 한 쌍의 센서(33A)(33B)는, 각각 판상의 금속제 수위 센서(33A)와 금속제 터미널 센서(33B)인 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급 장치.The fuel supply device for direct methanol fuel cell according to claim 2, wherein the pair of sensors (33A) (33B) are each a plate-shaped metal level sensor (33A) and a metal terminal sensor (33B). 제 4항에 있어서, 상기 수위 센서(33A)는, 상·하 길이 방향을 따라 단면적이 점차적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급 장치.5. The fuel supply device for direct methanol fuel cell according to claim 4, wherein the water level sensor (33A) gradually changes in cross-sectional area along the vertical direction.
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