水素発生器及び燃料電池発電システム
【課題】本発明は、フレーム内部に充填されている吸湿剤に水素を通過させることにより、水素発生時惹起される電解質水溶液の逆流現象を防止して、結果的に、水素発生器の水素発生効率を向上させることができるフィルタと、これを備えた水素発生器及び燃料電池発電システムを提供する。
【解決手段】本発明によるフィルタは、気体に同伴された水を除去するフィルタであって、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、開口部に結合され、貫通孔が形成されていて気体を通過させるカバーと、フレームの内部に充填され、水を吸収する吸湿剤と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】本発明によるフィルタは、気体に同伴された水を除去するフィルタであって、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、開口部に結合され、貫通孔が形成されていて気体を通過させるカバーと、フレームの内部に充填され、水を吸収する吸湿剤と、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルタ、これを備えた水素発生器及び燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池とは燃料、例えば、水素、ＬＮＧ、ＬＰＧ、メタノールなどの燃料と空気の化学エネルギーを電気化学的反応により電気及び熱に直接変換させる装置である。既存の発電技術が燃料の燃焼、蒸気発生、タービン駆動、発電機駆動過程を経ることとは異なって、燃焼過程や駆動装置を備えないため、効率が高く、さらに環境問題を生じさせない新たな概念の発電技術である。
【０００３】
燃料電池中、小型携帯用電子機器への適用のために研究中である燃料電池としては、 水素を燃料として用いる高分子電解質燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell、以下、'ＰＥＭＦＣ'という)、及び、メタノール燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell、以下、'ＤＭＦＣ'という)のように液体燃料を直接燃料として用いる直接液体燃料電池がある。水素を燃料として用いるＰＥＭＦＣは、出力密度は高いが、水素を供給する別途の装置を要するため、水素を供給するために水素貯蔵タンクなどを用いることになると嵩が大きくなり、保管にも危険性がある。
【０００４】
従来の高分子型電解質燃料電池の水素発生に用いられる方法は、アルミニウムの酸化反応、金属ボロハイドライド系の加水分解、及び、金属電極体反応に分けることができ、その中、水素発生を効率的に調節可能な方法として金属電極体を用いる方法がある。これは主として、マグネシウムの電極がＭｇ２＋イオンにイオン化され得られた電子を、再び導線を用いて他の金属体に連結して水の分解反応により水素を発生させる方法であって、連結された導線の短絡、使用される電極体間の間隔及び大きさに応じて水素の発生を調節することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来技術による水素発生方法の場合、水素発生時反応水溶液が燃料電池スタックへ逆流し、それが問題となってきた。これにより、水素発生時の水溶液逆流現象を除去するフィルタと、これを備えた水素発生器及び燃料電池発電システムが求められている。
【０００６】
こうした技術の問題点を解決するために、本発明は、フレーム内部に充填される吸湿剤に水素を通過させることにより水素発生時、電解質水溶液の逆流現象を除去するフィルタと、これを備えた水素発生器及び燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、気体に同伴された水を除去するフィルタであって、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、開口部に結合され、貫通孔が形成されていて気体を通過させるカバーと、フレーム内部に充填され、水を吸収する吸湿剤と、を備えるフィルタが提供される。
【０００８】
吸湿剤は複数の微細孔性粒子を含むことができる。
吸湿剤は、シリカ、ゼオライト、微細孔性ガラス、及び微細孔性チャコールからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【０００９】
吸湿剤は、エアロゲルを含むことができる。
吸湿剤は、硫黄、およびセレニウムの少なくとも何れか一つを含むことができる。
貫通孔のサイズは微細孔性粒子のサイズより小さくてもよい。
吸湿剤中に挿入され、水素の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備えることができる。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、電解質水溶液を分解し水素を発生させる装置であって、電解質水溶液が入っている電解槽と、電解槽内部に結合され、電子を発生させるアノード（anode）と、電解槽内部に結合され、アノードから電子を受けて水素を発生させるカソード(cathode)と、電解槽に結合され、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、開口部に結合され、貫通孔が形成されていて水素を通過させるカバーと、フレームの内部に充填され、水素に同伴された電解質水溶液を吸収する吸湿剤と、を備える水素発生器が提供される。
【００１１】
吸湿剤は複数の微細孔性粒子を含むことができる。
吸湿剤はシリカ、ゼオライト、微細孔性ガラス、及び微細孔性チャコールからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
吸湿剤は、エアロゲルを含むことができる。
吸湿剤は、硫黄、及びセレニウムの少なくとも何れか一つを含むことができる。
貫通孔のサイズは微細孔性粒子のサイズより小さくてもよい。
吸湿剤中に挿入され、水素の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備えることができる。
アノード及びカソードと電気的に接続され、アノードとカソードとの間の通電を制御するコントロールユニットをさらに備えることができる。
【００１２】
本発明のさらに他の実施形態によれば、電解質水溶液を分解し発生された水素を用いて電気エネルギーを生産するシステムであって、電解質水溶液が入っている電解槽と、電解槽内に結合され、電子を発生させるアノードと、電解槽内部に結合され、アノードから電子を受けて水素を発生させるカソードと、電解槽に結合され、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、開口部に結合され、貫通孔が形成されていて水素を通過させるカバーと、フレームの内に充填され、水素に同伴された電解質水溶液を吸収する吸湿剤と、カソードから生成された水素の化学エネルギーを変換して電気エネルギーを生産する燃料電池と、を備える燃料電池発電システムが提供される。
【００１３】
吸湿剤は複数の微細孔性粒子を含むことができる。
吸湿剤はシリカ、ゼオライト、微細孔性ガラス、及び微細孔性チャコールからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
吸湿剤は、エアロゲルを含むことができる。
吸湿剤は、硫黄、及びセレニウムの少なくとも何れか一つを含むことができる。
貫通孔のサイズは微細孔性粒子のサイズより小さくてもよい。
吸湿剤中に挿入され、水素の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備えることができる。
アノード及びカソードと電気的に接続され、アノードとカソードとの間の通電を制御するコントロールユニットをさらに備えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施例によれば、フレーム内部に充填される吸湿剤に水素を通過させることにより、水素発生時惹起される電解質水溶液の逆流現象を除去し、結果的に、水素発生器の水素発生効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明によるフィルタ、これを備えた水素発生器及び燃料電池発電システムの実施例を添付図面を参照して詳しく説明するが、添付図面を参照して説明することにおいて、同一かつ対応する構成要素は同一の図面番号を付し、これに対する重複される説明は省略する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態によるフィルタの一実施例を示す斜視図であり、図２は本発明の一実施形態によるフィルタの一実施例を示す断面図である。図１及び図２を参照するとフィルタ１００、フレーム１１０、吸湿剤１２０、カバー１３０、貫通孔１３２、迂回板１４０が示されている。
【００１７】
本実施例によれば、フレーム１１０内部に充填される吸湿剤１２０を用いて気体に同伴された水を除去することにより、水の水素発生器への逆流を防止するフィルタ１００が提供される。
【００１８】
フレーム１１０には、その内部に吸湿剤１２０を充填することができ、両側に開口部を形成することができる。これにより、電解質水溶液のような、水が同伴された気体、例えば、水素は吸湿剤１２０を通過することにより水素に同伴された水が除去されることができる。
【００１９】
カバー１３０は、フレーム１１０に形成される開口部にそれぞれ結合されて、両面間に貫通孔１３２が形成されていて、気体、例えば、水素を通過させることができる。また、カバー１３０に形成される貫通孔１３２のサイズは吸湿剤１２０を構成する微細孔性粒子のサイズより小さくてもよく、これにより、微細孔性粒子が貫通孔１３２を抜け出られなくカバー１３０により支持され、気体、例えば、水素に同伴された水を吸収することができる。
【００２０】
本実施例の場合、カバー１３０とフレーム１１０とが別の構成要素として構成された場合を一例として提示したが、これに限定されなく、フィルタ１００の製造工程上、カバー１３０とフレーム１１０とが一体に構成され製造できることは勿論である。
【００２１】
吸湿剤１２０は、複数の微細孔性粒子からなり、フレーム１１０の内部に充填され、気体、例えば、水素に同伴された水を吸収することができる。吸湿剤１２０は各粒子の内部にマイクロサイズ(micro size)の小さい気孔が分布されていて、電解質水溶液のような水を容易に吸収することができる。また、気体、例えば、水素は、これらの吸湿剤１２０の粒子の間で、または内部気孔を介して圧力増加なしで外部に円滑に出ることができる。
【００２２】
このような物質として、吸湿剤１２０はモレキュラーシブ(molecular sieve)からなることができ、例えば、シリカ、ゼオライト、 微細孔性ガラス、及び微細孔性チャコールの中の少なくても一つを含むことができる。
【００２３】
また、吸湿剤１２０はエアロゲルを含むことができ、エアロゲルの粒子も微細孔性粒子であって、電解質水溶液のような水を容易に吸水することができる。
【００２４】
一方、エアロゲルの粒子からなった吸湿剤１２０は硫黄、またはセレニウムを含んでもよく、硫黄とセレニウムとを両方とも含んでもよい。硫黄、またはセレニウムを含むことにより、気体、例えば、水素に同伴された重金属イオン、塩などの不純物を除去できるので、結果的に、より純粋な気体を得ることができる。
【００２５】
迂回板１４０は、吸湿剤１２０の中に挿入され、気体、例えば、水素の移動経路を迂回させることができる。すなわち、迂回板１４０の一側がフレーム１１０の内側面に結合され、迂回板１４０が複数の微細孔性粒子の間に挿入されることにより、気体、例えば、水素がカバー１３０の一側に形成された開口部から他側に形成された開口部に移動する際に、迂回板１４０により迂回され、移動経路が長くなるので、気体、例えば、水素は吸湿剤１２０とより一層長く接触することになり、水をより効果的に除去できるようになる。
【００２６】
本実施例の場合、フレーム１１０の内部に、迂回板１４０が別個の構成要素として結合された場合を一例として提示して説明したが、これに限定されなく、フィルタ１００の製造工程上、フレーム１１０と迂回板１４０とが一体に構成され製造されることもできることは勿論である。
【００２７】
本実施例によれば、複数の微細孔性粒子から構成された吸湿剤１２０を使用することにより、気体、例えば、水素に同伴された水を効果的に除去することができ、迂回板１４０を使用することにより、気体、例えば、水素の移動経路をより長くすることで、より効果的に気体、例えば、水素に同伴された水を除去して純粋な水素を得ることができる。
【００２８】
次に、本発明の他の実施形態による水素発生器の一実施例による水素発生器を説明する。
図３は本発明の他の実施形態による水素発生器の一実施例を示す斜視図であり、図４は本発明の他の実施形態による水素発生器の一実施例を示す分解斜視図である。図３及び図４を参照すると、水素発生器２００、電解槽２５０、放出口２５５、アノード２６０、カソード２６５、フィルタ２７０、フレーム２１０、吸湿剤２２０、カバー２３０、貫通孔２３２、迂回板２４０、コントロールユニット２８０が示されている。
【００２９】
本実施例によれば、フレーム２１０とカバー２３０により支持されている吸湿剤２２０を用いて気体に同伴された水を除去することにより、電解槽２５０の内部の電解質水溶液が、発生される水素と共に逆流することを防止する水素発生器２００が提示される。
【００３０】
本実施例の場合、フレーム２１０、吸湿剤２２０、カバー２３０、貫通孔２３２、迂回板２４０は本発明の一実施形態によるフィルタ１００の一実施例と同一かつ対応するため、これに対する説明は省略し、以下では、前述した一実施例との相違点である電解槽２５０、アノード２６０、カソード２６５、コントロールユニット２８０に対する構成、結合関係、及び機能について説明する。
【００３１】
電解槽２５０には、分解反応により水素を放出させる電解質水溶液を入れることができる。電解槽２５０の一側には開口部が形成され、この開口部にフィルタ２７０が結合されることができ、フィルタ２７０に形成された開口部の水素が放出される側面のフィルタ２７０のカバー２３０の上側のフレーム２１０には放出口２５５が結合されることができる。
【００３２】
また、電解槽２５０の他側にはアノード２６０及びカソード２６５と電気的に接続されるコントロールユニット２８０が結合されることができ、電解槽２５０の内部にはアノード２６０、カソード２６５が結合され、電解槽２５０の内部に入っている電解質水溶液により水素発生反応が起こることができる。
【００３３】
電解質水溶液としては、ＬｉＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＮＯ３、ＮａＮＯ３、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、Ｋ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、ＭｇＳＯ４、ＡｇＣｌなどを使用でき、電解質水溶液は水素イオンを含むことができる。
【００３４】
本実施例においては、フィルタ２７０のフレーム２１０、電解槽２５０及び放出口２５５が一つに連結されている構造を一例として提示したが、これに限定されず、フィルタ２７０のフレーム２１０、電解槽２５０、放出口２５５がそれぞれ分離される構造に製造され、これらを別途の結合手段で結合することもできることは勿論である。
【００３５】
また、電解槽２５０に放出口２５５が一体に形成され、フィルタ２７０のカバー２３０が放出口２５５の位置に対応され位置するように、電解槽２５０の内部にフィルタ２７０のフレーム２１０を挿入することもできる。
【００３６】
アノード２６０は、活性電極であり、電解槽２５０の内部に結合され、電子を発生させることができる。アノード２６０は、例えば、マグネシウム(Mg)からなることができ、このアノード２６０と水素とのイオン化傾向の差によりアノード２６０が水中に電子を出し、マグネシウムイオン(Mg2+)に酸化されることができる。
【００３７】
この際に、生成される電子は、アノード２６０と電気的に接続されているコントロールユニット２８０へ移動し、コントロールユニット２８０と電気的に接続されているカソード２６５に移動することができる。従って、アノード２６０は電子の生成により消耗されて、一定時間が経過すると、交換することになる。また、アノード２６０は後述するカソード２６５に比して相対的にイオン化傾向が大きい金属からなることができる。
【００３８】
カソード２６５は、非活性電極であり、アノード２６０とは異なって消耗されないのでアノード２６０の厚みより薄く具現することができる。カソード２６５は、電解槽２５０の内部に結合され、アノード２６０から発生された電子を受けて水素を発生させることができる。カソード２６５は、例えば、ステンレススチール(Stainless Steel)からなることができ、電子と反応して水素を発生させることができる。すなわち、カソード２６５での化学反応は、水が、アノード２６０から移動してきた電子を受けて水素に分解される。
前述した化学反応式は下記の反応式（化１）のように表される。
【００３９】
（化１）
アノード２６０：Ｍｇ→Ｍｇ２＋＋２ｅ−
カソード２６５：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋２（ＯＨ）−
全体反応：Ｍｇ＋２Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２＋Ｈ２
【００４０】
コントロールユニット２８０は、アノード２６０及びカソード２６５と電気的に接続され、アノード２６０とカソード２６５との間の通電を制御することができる。すなわち、コントロールユニット２８０は、燃料電池に要求される水素量の伝達を受けて、その要求値が大きいとアノード２６０からカソード２６５に流れる電子量を増加させ、その要求値が小さいとアノード２６０からカソード２６５に流れる電子量を減少させる。
【００４１】
例えば、コントロールユニット２８０は、可変抵抗で構成され、可変抵抗値を変化させることによりアノード２６０とカソード２６５との間に流れる電流量を調節したり、オン/オフスイッチで構成され、オン/オフタイミングを調節することによりアノード２６０とカソード２６５との間に流れる電流量を調節することができる。
【００４２】
本実施例によれば、水素に同伴された電解質水溶液を除去できるフィルタ２７０を用いることにより、燃料電池に必要な純粋水素を、より安定的で効率的に供給できる水素発生装置を提供することができる。
【００４３】
次に、本発明のさらに他の実施形態による燃料電池発電システムの一実施例を説明する。
図５は本発明のさらに他の実施形態による燃料電池発電システムの一実施例を示す概略図である。図５を参照すると、燃料電池発電システム３００、水素発生器３９０、燃料電池３９５が示されている。
【００４４】
本実施例によれば、フレームとカバーで支持されている吸湿剤を用いて、気体に同伴された水を除去することにより、電解槽内の電解質水溶液が、発生される水素と共に逆流することを防止し、安定的に電気エネルギーを生産する燃料電池３９５システムが提示される。
【００４５】
本実施例の場合、水素発生器３９０に対する構成は本発明の他の実施形態による水素発生器２００の一実施例と同一かつ対応するので、これに対する説明は省略し、以下では、前述した一実施例との相違点である燃料電池３９５に対して説明する。
【００４６】
燃料電池３９５は、カソードから生成された水素の化学エネルギーを変換して電気エネルギーを生産することができる。すなわち、水を除去するフィルタを備えた水素発生器３９０から発生された純粋水素は燃料電池３９５の燃料極へ移動でき、これにより、前述した水素発生器３９０から生成された水素の化学エネルギーを電気エネルギーに変換して直流電流を生産することができる。
【００４７】
本実施例によれば、フィルタを備えた水素発生器３９０から発生された水素を燃料電池３９５に供給して電気エネルギーを生産することにより、より効率的で安定的な燃料電池発電システム３００を具現することができる。
前述した実施例以外の多くの実施例が本発明の特許請求の範囲内に存在する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態によるフィルタの一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態によるフィルタの一実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態による水素発生器の一実施例を示す斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態による水素発生器の一実施例を示す分解斜視図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態による燃料電池発電システムの一実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００ フィルタ
１１０ フレーム
１２０ 吸湿剤
１３０ カバー
１３２ 貫通孔
１４０ 迂回板
２００ 水素発生器
３００ 燃料電池発電システム
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルタ、これを備えた水素発生器及び燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池とは燃料、例えば、水素、ＬＮＧ、ＬＰＧ、メタノールなどの燃料と空気の化学エネルギーを電気化学的反応により電気及び熱に直接変換させる装置である。既存の発電技術が燃料の燃焼、蒸気発生、タービン駆動、発電機駆動過程を経ることとは異なって、燃焼過程や駆動装置を備えないため、効率が高く、さらに環境問題を生じさせない新たな概念の発電技術である。
【０００３】
燃料電池中、小型携帯用電子機器への適用のために研究中である燃料電池としては、 水素を燃料として用いる高分子電解質燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell、以下、'ＰＥＭＦＣ'という)、及び、メタノール燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell、以下、'ＤＭＦＣ'という)のように液体燃料を直接燃料として用いる直接液体燃料電池がある。水素を燃料として用いるＰＥＭＦＣは、出力密度は高いが、水素を供給する別途の装置を要するため、水素を供給するために水素貯蔵タンクなどを用いることになると嵩が大きくなり、保管にも危険性がある。
【０００４】
従来の高分子型電解質燃料電池の水素発生に用いられる方法は、アルミニウムの酸化反応、金属ボロハイドライド系の加水分解、及び、金属電極体反応に分けることができ、その中、水素発生を効率的に調節可能な方法として金属電極体を用いる方法がある。これは主として、マグネシウムの電極がＭｇ２＋イオンにイオン化され得られた電子を、再び導線を用いて他の金属体に連結して水の分解反応により水素を発生させる方法であって、連結された導線の短絡、使用される電極体間の間隔及び大きさに応じて水素の発生を調節することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来技術による水素発生方法の場合、水素発生時反応水溶液が燃料電池スタックへ逆流し、それが問題となってきた。これにより、水素発生時の水溶液逆流現象を除去するフィルタと、これを備えた水素発生器及び燃料電池発電システムが求められている。
【０００６】
こうした技術の問題点を解決するために、本発明は、フレーム内部に充填される吸湿剤に水素を通過させることにより水素発生時、電解質水溶液の逆流現象を除去するフィルタと、これを備えた水素発生器及び燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、気体に同伴された水を除去するフィルタであって、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、開口部に結合され、貫通孔が形成されていて気体を通過させるカバーと、フレーム内部に充填され、水を吸収する吸湿剤と、を備えるフィルタが提供される。
【０００８】
吸湿剤は複数の微細孔性粒子を含むことができる。
吸湿剤は、シリカ、ゼオライト、微細孔性ガラス、及び微細孔性チャコールからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【０００９】
吸湿剤は、エアロゲルを含むことができる。
吸湿剤は、硫黄、およびセレニウムの少なくとも何れか一つを含むことができる。
貫通孔のサイズは微細孔性粒子のサイズより小さくてもよい。
吸湿剤中に挿入され、水素の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備えることができる。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、電解質水溶液を分解し水素を発生させる装置であって、電解質水溶液が入っている電解槽と、電解槽内部に結合され、電子を発生させるアノード（anode）と、電解槽内部に結合され、アノードから電子を受けて水素を発生させるカソード(cathode)と、電解槽に結合され、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、開口部に結合され、貫通孔が形成されていて水素を通過させるカバーと、フレームの内部に充填され、水素に同伴された電解質水溶液を吸収する吸湿剤と、を備える水素発生器が提供される。
【００１１】
吸湿剤は複数の微細孔性粒子を含むことができる。
吸湿剤はシリカ、ゼオライト、微細孔性ガラス、及び微細孔性チャコールからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
吸湿剤は、エアロゲルを含むことができる。
吸湿剤は、硫黄、及びセレニウムの少なくとも何れか一つを含むことができる。
貫通孔のサイズは微細孔性粒子のサイズより小さくてもよい。
吸湿剤中に挿入され、水素の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備えることができる。
アノード及びカソードと電気的に接続され、アノードとカソードとの間の通電を制御するコントロールユニットをさらに備えることができる。
【００１２】
本発明のさらに他の実施形態によれば、電解質水溶液を分解し発生された水素を用いて電気エネルギーを生産するシステムであって、電解質水溶液が入っている電解槽と、電解槽内に結合され、電子を発生させるアノードと、電解槽内部に結合され、アノードから電子を受けて水素を発生させるカソードと、電解槽に結合され、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、開口部に結合され、貫通孔が形成されていて水素を通過させるカバーと、フレームの内に充填され、水素に同伴された電解質水溶液を吸収する吸湿剤と、カソードから生成された水素の化学エネルギーを変換して電気エネルギーを生産する燃料電池と、を備える燃料電池発電システムが提供される。
【００１３】
吸湿剤は複数の微細孔性粒子を含むことができる。
吸湿剤はシリカ、ゼオライト、微細孔性ガラス、及び微細孔性チャコールからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
吸湿剤は、エアロゲルを含むことができる。
吸湿剤は、硫黄、及びセレニウムの少なくとも何れか一つを含むことができる。
貫通孔のサイズは微細孔性粒子のサイズより小さくてもよい。
吸湿剤中に挿入され、水素の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備えることができる。
アノード及びカソードと電気的に接続され、アノードとカソードとの間の通電を制御するコントロールユニットをさらに備えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施例によれば、フレーム内部に充填される吸湿剤に水素を通過させることにより、水素発生時惹起される電解質水溶液の逆流現象を除去し、結果的に、水素発生器の水素発生効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明によるフィルタ、これを備えた水素発生器及び燃料電池発電システムの実施例を添付図面を参照して詳しく説明するが、添付図面を参照して説明することにおいて、同一かつ対応する構成要素は同一の図面番号を付し、これに対する重複される説明は省略する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態によるフィルタの一実施例を示す斜視図であり、図２は本発明の一実施形態によるフィルタの一実施例を示す断面図である。図１及び図２を参照するとフィルタ１００、フレーム１１０、吸湿剤１２０、カバー１３０、貫通孔１３２、迂回板１４０が示されている。
【００１７】
本実施例によれば、フレーム１１０内部に充填される吸湿剤１２０を用いて気体に同伴された水を除去することにより、水の水素発生器への逆流を防止するフィルタ１００が提供される。
【００１８】
フレーム１１０には、その内部に吸湿剤１２０を充填することができ、両側に開口部を形成することができる。これにより、電解質水溶液のような、水が同伴された気体、例えば、水素は吸湿剤１２０を通過することにより水素に同伴された水が除去されることができる。
【００１９】
カバー１３０は、フレーム１１０に形成される開口部にそれぞれ結合されて、両面間に貫通孔１３２が形成されていて、気体、例えば、水素を通過させることができる。また、カバー１３０に形成される貫通孔１３２のサイズは吸湿剤１２０を構成する微細孔性粒子のサイズより小さくてもよく、これにより、微細孔性粒子が貫通孔１３２を抜け出られなくカバー１３０により支持され、気体、例えば、水素に同伴された水を吸収することができる。
【００２０】
本実施例の場合、カバー１３０とフレーム１１０とが別の構成要素として構成された場合を一例として提示したが、これに限定されなく、フィルタ１００の製造工程上、カバー１３０とフレーム１１０とが一体に構成され製造できることは勿論である。
【００２１】
吸湿剤１２０は、複数の微細孔性粒子からなり、フレーム１１０の内部に充填され、気体、例えば、水素に同伴された水を吸収することができる。吸湿剤１２０は各粒子の内部にマイクロサイズ(micro size)の小さい気孔が分布されていて、電解質水溶液のような水を容易に吸収することができる。また、気体、例えば、水素は、これらの吸湿剤１２０の粒子の間で、または内部気孔を介して圧力増加なしで外部に円滑に出ることができる。
【００２２】
このような物質として、吸湿剤１２０はモレキュラーシブ(molecular sieve)からなることができ、例えば、シリカ、ゼオライト、 微細孔性ガラス、及び微細孔性チャコールの中の少なくても一つを含むことができる。
【００２３】
また、吸湿剤１２０はエアロゲルを含むことができ、エアロゲルの粒子も微細孔性粒子であって、電解質水溶液のような水を容易に吸水することができる。
【００２４】
一方、エアロゲルの粒子からなった吸湿剤１２０は硫黄、またはセレニウムを含んでもよく、硫黄とセレニウムとを両方とも含んでもよい。硫黄、またはセレニウムを含むことにより、気体、例えば、水素に同伴された重金属イオン、塩などの不純物を除去できるので、結果的に、より純粋な気体を得ることができる。
【００２５】
迂回板１４０は、吸湿剤１２０の中に挿入され、気体、例えば、水素の移動経路を迂回させることができる。すなわち、迂回板１４０の一側がフレーム１１０の内側面に結合され、迂回板１４０が複数の微細孔性粒子の間に挿入されることにより、気体、例えば、水素がカバー１３０の一側に形成された開口部から他側に形成された開口部に移動する際に、迂回板１４０により迂回され、移動経路が長くなるので、気体、例えば、水素は吸湿剤１２０とより一層長く接触することになり、水をより効果的に除去できるようになる。
【００２６】
本実施例の場合、フレーム１１０の内部に、迂回板１４０が別個の構成要素として結合された場合を一例として提示して説明したが、これに限定されなく、フィルタ１００の製造工程上、フレーム１１０と迂回板１４０とが一体に構成され製造されることもできることは勿論である。
【００２７】
本実施例によれば、複数の微細孔性粒子から構成された吸湿剤１２０を使用することにより、気体、例えば、水素に同伴された水を効果的に除去することができ、迂回板１４０を使用することにより、気体、例えば、水素の移動経路をより長くすることで、より効果的に気体、例えば、水素に同伴された水を除去して純粋な水素を得ることができる。
【００２８】
次に、本発明の他の実施形態による水素発生器の一実施例による水素発生器を説明する。
図３は本発明の他の実施形態による水素発生器の一実施例を示す斜視図であり、図４は本発明の他の実施形態による水素発生器の一実施例を示す分解斜視図である。図３及び図４を参照すると、水素発生器２００、電解槽２５０、放出口２５５、アノード２６０、カソード２６５、フィルタ２７０、フレーム２１０、吸湿剤２２０、カバー２３０、貫通孔２３２、迂回板２４０、コントロールユニット２８０が示されている。
【００２９】
本実施例によれば、フレーム２１０とカバー２３０により支持されている吸湿剤２２０を用いて気体に同伴された水を除去することにより、電解槽２５０の内部の電解質水溶液が、発生される水素と共に逆流することを防止する水素発生器２００が提示される。
【００３０】
本実施例の場合、フレーム２１０、吸湿剤２２０、カバー２３０、貫通孔２３２、迂回板２４０は本発明の一実施形態によるフィルタ１００の一実施例と同一かつ対応するため、これに対する説明は省略し、以下では、前述した一実施例との相違点である電解槽２５０、アノード２６０、カソード２６５、コントロールユニット２８０に対する構成、結合関係、及び機能について説明する。
【００３１】
電解槽２５０には、分解反応により水素を放出させる電解質水溶液を入れることができる。電解槽２５０の一側には開口部が形成され、この開口部にフィルタ２７０が結合されることができ、フィルタ２７０に形成された開口部の水素が放出される側面のフィルタ２７０のカバー２３０の上側のフレーム２１０には放出口２５５が結合されることができる。
【００３２】
また、電解槽２５０の他側にはアノード２６０及びカソード２６５と電気的に接続されるコントロールユニット２８０が結合されることができ、電解槽２５０の内部にはアノード２６０、カソード２６５が結合され、電解槽２５０の内部に入っている電解質水溶液により水素発生反応が起こることができる。
【００３３】
電解質水溶液としては、ＬｉＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＮＯ３、ＮａＮＯ３、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、Ｋ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、ＭｇＳＯ４、ＡｇＣｌなどを使用でき、電解質水溶液は水素イオンを含むことができる。
【００３４】
本実施例においては、フィルタ２７０のフレーム２１０、電解槽２５０及び放出口２５５が一つに連結されている構造を一例として提示したが、これに限定されず、フィルタ２７０のフレーム２１０、電解槽２５０、放出口２５５がそれぞれ分離される構造に製造され、これらを別途の結合手段で結合することもできることは勿論である。
【００３５】
また、電解槽２５０に放出口２５５が一体に形成され、フィルタ２７０のカバー２３０が放出口２５５の位置に対応され位置するように、電解槽２５０の内部にフィルタ２７０のフレーム２１０を挿入することもできる。
【００３６】
アノード２６０は、活性電極であり、電解槽２５０の内部に結合され、電子を発生させることができる。アノード２６０は、例えば、マグネシウム(Mg)からなることができ、このアノード２６０と水素とのイオン化傾向の差によりアノード２６０が水中に電子を出し、マグネシウムイオン(Mg2+)に酸化されることができる。
【００３７】
この際に、生成される電子は、アノード２６０と電気的に接続されているコントロールユニット２８０へ移動し、コントロールユニット２８０と電気的に接続されているカソード２６５に移動することができる。従って、アノード２６０は電子の生成により消耗されて、一定時間が経過すると、交換することになる。また、アノード２６０は後述するカソード２６５に比して相対的にイオン化傾向が大きい金属からなることができる。
【００３８】
カソード２６５は、非活性電極であり、アノード２６０とは異なって消耗されないのでアノード２６０の厚みより薄く具現することができる。カソード２６５は、電解槽２５０の内部に結合され、アノード２６０から発生された電子を受けて水素を発生させることができる。カソード２６５は、例えば、ステンレススチール(Stainless Steel)からなることができ、電子と反応して水素を発生させることができる。すなわち、カソード２６５での化学反応は、水が、アノード２６０から移動してきた電子を受けて水素に分解される。
前述した化学反応式は下記の反応式（化１）のように表される。
【００３９】
（化１）
アノード２６０：Ｍｇ→Ｍｇ２＋＋２ｅ−
カソード２６５：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋２（ＯＨ）−
全体反応：Ｍｇ＋２Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２＋Ｈ２
【００４０】
コントロールユニット２８０は、アノード２６０及びカソード２６５と電気的に接続され、アノード２６０とカソード２６５との間の通電を制御することができる。すなわち、コントロールユニット２８０は、燃料電池に要求される水素量の伝達を受けて、その要求値が大きいとアノード２６０からカソード２６５に流れる電子量を増加させ、その要求値が小さいとアノード２６０からカソード２６５に流れる電子量を減少させる。
【００４１】
例えば、コントロールユニット２８０は、可変抵抗で構成され、可変抵抗値を変化させることによりアノード２６０とカソード２６５との間に流れる電流量を調節したり、オン/オフスイッチで構成され、オン/オフタイミングを調節することによりアノード２６０とカソード２６５との間に流れる電流量を調節することができる。
【００４２】
本実施例によれば、水素に同伴された電解質水溶液を除去できるフィルタ２７０を用いることにより、燃料電池に必要な純粋水素を、より安定的で効率的に供給できる水素発生装置を提供することができる。
【００４３】
次に、本発明のさらに他の実施形態による燃料電池発電システムの一実施例を説明する。
図５は本発明のさらに他の実施形態による燃料電池発電システムの一実施例を示す概略図である。図５を参照すると、燃料電池発電システム３００、水素発生器３９０、燃料電池３９５が示されている。
【００４４】
本実施例によれば、フレームとカバーで支持されている吸湿剤を用いて、気体に同伴された水を除去することにより、電解槽内の電解質水溶液が、発生される水素と共に逆流することを防止し、安定的に電気エネルギーを生産する燃料電池３９５システムが提示される。
【００４５】
本実施例の場合、水素発生器３９０に対する構成は本発明の他の実施形態による水素発生器２００の一実施例と同一かつ対応するので、これに対する説明は省略し、以下では、前述した一実施例との相違点である燃料電池３９５に対して説明する。
【００４６】
燃料電池３９５は、カソードから生成された水素の化学エネルギーを変換して電気エネルギーを生産することができる。すなわち、水を除去するフィルタを備えた水素発生器３９０から発生された純粋水素は燃料電池３９５の燃料極へ移動でき、これにより、前述した水素発生器３９０から生成された水素の化学エネルギーを電気エネルギーに変換して直流電流を生産することができる。
【００４７】
本実施例によれば、フィルタを備えた水素発生器３９０から発生された水素を燃料電池３９５に供給して電気エネルギーを生産することにより、より効率的で安定的な燃料電池発電システム３００を具現することができる。
前述した実施例以外の多くの実施例が本発明の特許請求の範囲内に存在する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態によるフィルタの一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態によるフィルタの一実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態による水素発生器の一実施例を示す斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態による水素発生器の一実施例を示す分解斜視図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態による燃料電池発電システムの一実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００ フィルタ
１１０ フレーム
１２０ 吸湿剤
１３０ カバー
１３２ 貫通孔
１４０ 迂回板
２００ 水素発生器
３００ 燃料電池発電システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体に同伴された水を除去するフィルタ(filter)であって、
両側に開口部がそれぞれ形成されるフレーム(frame)と、
前記開口部に結合され、貫通孔が形成されていて前記気体を通過させるカバー(cover)と、
前記フレームの内部に充填され、前記水を吸収する吸湿剤と、
を備えるフィルタ。
【請求項２】
前記吸湿剤は、複数の微細孔性(porous)粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記吸湿剤は、シリカ(silica)、ゼオライト（zeolite)、微細孔性ガラス(microporous glass)、微細孔性チャコール(microporous charcoal)からなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記吸湿剤は、エアロゲル（aerogel）を含むことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ。
【請求項５】
前記吸湿剤は、硫黄（Ｓ）及びセレニウム（Ｓｅ）の少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項４に記載のフィルタ。
【請求項６】
前記貫通孔のサイズが、前記微細孔性粒子のサイズより小さいことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ。
【請求項７】
前記吸湿剤中に挿入され、前記気体の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備える請求項１に記載のフィルタ。
【請求項８】
電解質水溶液を分解して水素を発生する装置であって、
前記電解質水溶液が入っている電解槽と、
前記電解槽の内部に結合され、電子を発生させるアノード（陽極）と、
前記電解槽の内部に結合され、前記アノードからの前記電子を受けて前記水素を発生させるカソード（陰極）と、
前記電解槽に結合され、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、
前記開口部に結合され、貫通孔が形成されていて前記水素を通過させるカバーと、
前記フレームの内部に充填され、前記水素に同伴された前記電解質水溶液を吸収する吸湿剤と、
を備える水素発生器。
【請求項９】
前記吸湿剤が、複数の微細孔性粒子を含むことを特徴とする請求項８に記載の水素発生器。
【請求項１０】
前記吸湿剤が、シリカ、ゼオライト、微細孔性ガラス、及び微細孔性チャコールからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項９に記載の水素発生器。
【請求項１１】
前記吸湿剤が、エアロゲルを含むことを特徴とする請求項９に記載の水素発生器。
【請求項１２】
前記吸湿剤が、硫黄、及びセレニウムの少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の水素発生器。
【請求項１３】
前記貫通孔のサイズが、前記微細孔性粒子のサイズより小さいことを特徴とする請求項９に記載の水素発生器。
【請求項１４】
前記吸湿剤中に挿入され、水素の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備える請求項９に記載の水素発生器。
【請求項１５】
前記アノード及び前記カソードと電気的に接続され、前記アノードと前記カソードとの間の通電を制御するコントロールユニット(control unit)をさらに備える請求項９に記載の水素発生器。
【請求項１６】
電解質水溶液の分解により発生された水素を用いて電気エネルギーを生産するシステムであって、
前記電解質水溶液が入っている電解槽と、
前記電解槽の内部に結合され、電子を発生させるアノードと、
前記電解槽の内部に結合され、前記アノードから前記電子を受けて前記水素を発生させるカソードと、
前記電解槽に結合され、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、
前記開口部に結合され、貫通孔が形成されていて前記水素を通過させるカバーと、
前記フレームの内部に充填され、前記水素に同伴された前記電解質水溶液を吸収する吸湿剤と、
前記カソードから生成された前記水素の化学エネルギーを変換して前記電気エネルギーを生産する燃料電池と
を備える燃料電池発電システム。
【請求項１７】
前記吸湿剤が、複数の微細孔性粒子を含むことを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１８】
前記吸湿剤が、シリカ、ゼオライト、微細孔性ガラス、微細孔性チャコールからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１９】
前記吸湿剤が、エアロゲルを含むことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２０】
前記吸湿剤が、硫黄及びセレニウムの少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１９に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２１】
前記貫通孔のサイズが、前記微細孔性粒子のサイズより小さいことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２２】
前記吸湿剤中に挿入され、水素の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備える請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２３】
前記アノード及び前記カソードと電気的に接続され、前記アノードと前記カソードとの間の通電を制御するコントロールユニットをさらに備える請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１】
気体に同伴された水を除去するフィルタ(filter)であって、
両側に開口部がそれぞれ形成されるフレーム(frame)と、
前記開口部に結合され、貫通孔が形成されていて前記気体を通過させるカバー(cover)と、
前記フレームの内部に充填され、前記水を吸収する吸湿剤と、
を備えるフィルタ。
【請求項２】
前記吸湿剤は、複数の微細孔性(porous)粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記吸湿剤は、シリカ(silica)、ゼオライト（zeolite)、微細孔性ガラス(microporous glass)、微細孔性チャコール(microporous charcoal)からなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記吸湿剤は、エアロゲル（aerogel）を含むことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ。
【請求項５】
前記吸湿剤は、硫黄（Ｓ）及びセレニウム（Ｓｅ）の少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項４に記載のフィルタ。
【請求項６】
前記貫通孔のサイズが、前記微細孔性粒子のサイズより小さいことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ。
【請求項７】
前記吸湿剤中に挿入され、前記気体の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備える請求項１に記載のフィルタ。
【請求項８】
電解質水溶液を分解して水素を発生する装置であって、
前記電解質水溶液が入っている電解槽と、
前記電解槽の内部に結合され、電子を発生させるアノード（陽極）と、
前記電解槽の内部に結合され、前記アノードからの前記電子を受けて前記水素を発生させるカソード（陰極）と、
前記電解槽に結合され、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、
前記開口部に結合され、貫通孔が形成されていて前記水素を通過させるカバーと、
前記フレームの内部に充填され、前記水素に同伴された前記電解質水溶液を吸収する吸湿剤と、
を備える水素発生器。
【請求項９】
前記吸湿剤が、複数の微細孔性粒子を含むことを特徴とする請求項８に記載の水素発生器。
【請求項１０】
前記吸湿剤が、シリカ、ゼオライト、微細孔性ガラス、及び微細孔性チャコールからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項９に記載の水素発生器。
【請求項１１】
前記吸湿剤が、エアロゲルを含むことを特徴とする請求項９に記載の水素発生器。
【請求項１２】
前記吸湿剤が、硫黄、及びセレニウムの少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の水素発生器。
【請求項１３】
前記貫通孔のサイズが、前記微細孔性粒子のサイズより小さいことを特徴とする請求項９に記載の水素発生器。
【請求項１４】
前記吸湿剤中に挿入され、水素の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備える請求項９に記載の水素発生器。
【請求項１５】
前記アノード及び前記カソードと電気的に接続され、前記アノードと前記カソードとの間の通電を制御するコントロールユニット(control unit)をさらに備える請求項９に記載の水素発生器。
【請求項１６】
電解質水溶液の分解により発生された水素を用いて電気エネルギーを生産するシステムであって、
前記電解質水溶液が入っている電解槽と、
前記電解槽の内部に結合され、電子を発生させるアノードと、
前記電解槽の内部に結合され、前記アノードから前記電子を受けて前記水素を発生させるカソードと、
前記電解槽に結合され、両側に開口部がそれぞれ形成されるフレームと、
前記開口部に結合され、貫通孔が形成されていて前記水素を通過させるカバーと、
前記フレームの内部に充填され、前記水素に同伴された前記電解質水溶液を吸収する吸湿剤と、
前記カソードから生成された前記水素の化学エネルギーを変換して前記電気エネルギーを生産する燃料電池と
を備える燃料電池発電システム。
【請求項１７】
前記吸湿剤が、複数の微細孔性粒子を含むことを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１８】
前記吸湿剤が、シリカ、ゼオライト、微細孔性ガラス、微細孔性チャコールからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１９】
前記吸湿剤が、エアロゲルを含むことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２０】
前記吸湿剤が、硫黄及びセレニウムの少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１９に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２１】
前記貫通孔のサイズが、前記微細孔性粒子のサイズより小さいことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２２】
前記吸湿剤中に挿入され、水素の移動経路を迂回させる迂回板をさらに備える請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２３】
前記アノード及び前記カソードと電気的に接続され、前記アノードと前記カソードとの間の通電を制御するコントロールユニットをさらに備える請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１６７３７３（Ｐ２０１２−１６７３７３Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５６０９２（Ｐ２０１２−５６０９２）
【出願日】平成２４年３月１３日（２０１２．３．１３）
【分割の表示】特願２００８−２３５２００（Ｐ２００８−２３５２００）の分割
【原出願日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１３日（２０１２．３．１３）
【分割の表示】特願２００８−２３５２００（Ｐ２００８−２３５２００）の分割
【原出願日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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