수소연료 전지 발전 시스템 성능 실험 장치
 PERFORMANCE TEST EQUIPMENT of HYDROGEN FUEL CELL
POWER GENERATION SYSTEM

 KTE-7000HS

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수소연료전지 발전 시스템 메뉴얼 다운로드

■  장비 소개

◐전기분해 이용 수소연료전지 실험장비는 전해조, 수소연료전지, 제습장치, DC램프, 물탱크, 제어 스위치 및 계기판 등으로 이루어져 있다. 물탱크에는 증류된 순수한 물이 저장이 되고 이 물은 전해조를 통해 산소와 수소로 분해 된다. 이 때, 전기분해의 제조 효율을 위해 4V의 전압이 유지된다. 분해된 산소는 방출되며 수소는 제습장치를 통해 섞여 있던 물을 제거 한 후 연료전지로 보내진다. 이 때 수소의 유량은 유량계를 통해 계측할 수 있으며, 이는 밸브를 이용하여 조절이 가능하다. 연료전지를 통해 만들어진 전기는 설치된 DC램프를 켜는데 사용이 되며, DC램프의 개수를 조절하면서 연료전지의 부하를 바꿀 수 있다. 계기판을 통해서는 전기분해 및 연료전지에 관련된 전압, 전류 값을 확인할 수 있다.

■  장비 특징

◐ 이 장치는 콘솔타입으로 제작되어, 어느 장소이든 전원만 있으면 이동하여 실험이 가능하도록 제작되어야 한다.

◐ 이 장치는 전기분해를 이용한 수소제조 방식이어야 한다.

◐ 전기분해를 하기위한 전력은 DC전원 공급 부로부터 얻는다. AC전원을 이용하여 AC전원을 DC로 변환하여 전해조 부에 DC전원을 공급 할 수 있어야 한다.

◐ 전기분해를 통해 생성된 수소는 연료전지에 공급되어 전기를 생산할 수 있어야한다.

◐ 필요에 따라서 발전된 전기로 램프를 점등시켜 발전된 전기를 시각적으로 나타낼 수 있다.

◐ 물이 거의 없는 수소는 99% 이상의 순도를 가진 건조기의 수분 흡수를 통해 가스/물 분리기 내 응축수가 일정한 양으로 누적되면, 플로트가 상승하여 가스/물 분리기 바닥 배출구에서 재순환용 물탱크로 방출 할 수 있어야 한다.

■  교육 내용

1. 연료전지의 발전 효율 실습하기

2. 연료전지를 활용한 DC LOAD(LED) 실습하기

3. 연료전지를 활용한 DC LOAD(MOTOR) 실습하기

4. 태양광 및 연료전지 출력 비교 분석 실습하기

5. 연료전지의 부하변화에 따른 성능 비교 실습하기

6. 전기분해를 이용한 수소연료전지 성능 실험하기

7. 전기분해를 이용한 수소연료전지 부하변화에 따른 성능 비교 실습하기

■  수소연료전지 작동 원리 및 기술적 과정

◐양극 챔버에 전해수 공급

*  전해수는 전기 저항이 1MΩ/㎝를 초과하고, 이를 위해 전자 및 분석 산업에서 물이 탈이온화 되고 재증류되었어야 한다.

◐ 전해수는 전해조에서의 양 극에서 즉시 분해된다.

*  2H2O = 4H+ + 2O-2

◐분해 된 산소 음이온 (O-2)은 산소(O2)를 형성하기 위해 전자를 방출하고 전자를 방출한 산소는 물탱크로 방출된다.

*  물은 순환적으로 사용될수 있으며 산소는 물탱크 상단 덮개의 작은 구멍으로 방출된다.

◐ 분해 된 수소는 아쿠아 이온(H+·XH2O)형태로 SPE 이온막을 통한 전기장력의 작용에 따르는 수소 양자는 수소를 형성하는 전자를 흡수하기 위해 음극에 도달한 다음, 음극 챔버에서 제거할 전해조에서 대부분의 물을 가져오는 가스/물 분리기로 방출된다.

◐ 방출된 수소(H+)는 완벽히 습기를 제거하기 위해 건조기를 세번 거추어 수소연료전지로 이동하게 되고 수소연료전지에서 전기를 생성하게 된다.

■  전기적 제어

◐ 전체적인 전기 시스템은 4개 부분으로 구성되어 있다.

*  전해용 전원 시스템, 메인 제어장치, 메인 제어장치, 보조 제어장치 및 디스플레이 패널

◐과압 경고

  • 발생기 작동 중에 심하게 흔들리거나 부품 어딘가 고장이 생길시에 출력 압력을 통제할 수 없고 압력이 0.42 MPa로 상승하게 되면, 과압 보호 인식을 위해 발생기는 간격을 두고 네 차례 ‘삐’ 소리를 내며 전해용 전원 장치를 자동으로 차단하고 전해를 중지한다

  • 이때, 경고등(적색)이 켜지고 수소 출력은 0을 나타낸다

◐ 수위 경고

  • 발생기 작동 중에 물탱크 내 수위가 최소 한계로 떨어지거나 0 출력 압력 하에서 발생기의 장시간 작동으로 인해 가스/물 분리기 내 물고임이 최대 한계로 상승하면 대략 6초 마다 한번씩 ‘삐’ 소리를 내고 전해를 중지한다.

■  기술적 파라미터

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■  물 전기분해 및 수소연료전지 기초 원리

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■  수소연료전지

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■  수소연료전지 실험장치의 구성

▒ 제어판

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◐ 토글스위치를 on/off 하여 제어가 가능하도록 구성되어 있습니다.

◐ 디지털 계기를 통해 각 부의 전압 전류 및 수소 발생량을 확인 할 수 있습니다.

▒ 수소 연료전지 실험장치 부품 배치도

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◌ 전해조 ◌

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◐ 전해조의 양극 챔버에 전해수를 담은 후 전해수는 양극에서 즉시 분해 됩니다.

     *   2H2O = 4H+ + 2O-2

◐ 전해조의 각부 명칭

      - hydrogen outlet : 수소 배출구

      -water outlet : 물 배출구

      - oxygen/water outlet: 산소/물 배출구

      - water inlet : 전해수 투입 포트

      - anode plate : 양극판

      - cathod plate : 음극판

◌ 수소 연료 전지 ◌

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◐ 제습된 수소는 수소 연료 전지로 이동하여 전자의 이동으로 인하여 전기를 발생 시킵니다.

◐ 대기의 산소를 이용하여 화학 반응을 합니다.

◐ 화학반응으로 인한 H2O (물)은 미스트 형식으로 대기로 배출됩니다.

◌ 물탱크 ◌

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◐ 수소를 발생시키기 위한 증류수 저장 수조입니다.

◐ 전해수는 전기 저항이 1MΩ/㎝를 초과하고, 이를 위해 전자 및 분석 산업에서 물이 탈이온화  되고 재증류되었어야 한다.

◐ oxygen Outlet : 산소 배출구

◐ water Outlet : 물 배출구

◌ 가스/물 분리기 ◌

HS-가스 물 분리기.png

◐ 가스/물 분리기 내 응축수가 일정한 양으로 누적되면, 안에 내장되어있는 플로트가 상승하여 물이 가스배관을 통해 못나가게 하고 가스만 배출할수 있게 도와준다.

* Hydrogen outlet : 수소 배출구

* Electrode : 전극

* Red Sealing Pad : 빨간 씰링 패드

* Centrum : 중심 깔대기

* Water Return Joint : 물 변환 조인트

* H2/Water Inlet : 수소/물 주입구

* Hole : 중심 깔대기 구멍

* Plexiglass Tabletting : 플렉싱 유리 태블릿

* Outer cover : 외피

* Float : 부유물

◌ 부하부 ◌

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◐ 수소연료전지로부터 생성된 전력을 이용하여 각각 DC램프를 점등 할 수 있습니다.

▒ 물과 수소의 이송 경로를 나타낸 예시도

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■  소개 동영상

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클릭.png

◐ 전기분해 이용 수소연료전지 실험장비 소개 동영상

​장비활용​

KTE-DA100M

​본 장비를 이용하여 PLC제어 등의 실습을 통해 데이터 취득 및 실시간 모니터링이 가능합니다.

신재셍에너지 DA100 사진.png

KTE-DA100M

​태양광모듈, 풍력발전, 충전컨트롤러, 배터리, 계통연계 인버터, 독립형 인터버, 상용전원 등 각 부위별 DC전압, DC전류, AC 전압, AC 전류 등 실시간 모니터링 기능이 가능합니다.

신재생 에너지 sq 사진.png

KTE-7000SQ

​본 장비는 휴대용 가방형으로 제작되어 이동이 용이하고 실배선 시퀀스 제어를 이용한 실습이 가능하여 시퀀스 기본원리의 이해를 돕습니다.

신재생 에너지 PLC 사진.png

KTE-7000PL

​본 장비는 휴대용 가방형으로 제작되어 이동이 용이하고  PLC 컨트롤을 이용한 실습이 가능하여 실무능력 향상에 도움이 됩니다.​

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