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​수소연료전지 발전시스템 성능실험장치

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 있습니다.

  • 물탱크에는 증류된 순수한 물이 저장이 되고 이 물은 전해조를 통해 산소와 수소로 분해 됩니다. 

  • 이 때, 전기분해의 제조 효율을 위해 4V의 전압이 유지됩니다.

  • 분해된 산소는 방출되며 수소는 제습장치를 통해 섞여 있던 물을 제거 한 후 연료전지로 보내집니다.

  • 이 때 수소의 유량은 유량계를 통해 계측할 수 있으며, 이는 밸브를 이용하여 조절이 가능합니다.

  • 연료전지를 통해 만들어진 전기는 설치된 DC램프를 켜는데 사용이 되며, DC램프의 개수를 조절하면서 연료전지의 부하를 바꿀 수 있습니다.

  • 계기판을 통해서는 전기분해 및 연료전지에 관련된 전압, 전류 값을 확인할 수 있습니다.

■  장비 특징

  • 이 장치는 콘솔타입으로 제작되어, 어느 장소이든 전원만 있으면 이동하여 실험이 가능하도록 제작되어야 합니다.

  • 이 장치는 전기분해를 이용한 수소제조 방식이어야 합니다.

  • 전기분해를 하기위한 전력은 DC전원 공급 부로부터 얻습니다.

  • AC전원을 이용하여 AC전원을 DC로 변환하여 전해조 부에 DC전원을 공급 할 수 있어야 합니다.

  • 전기분해를 통해 생성된 수소는 연료전지에 공급되어 전기를 생산할 수 있어야 합니다.

  • 필요에 따라서 발전된 전기로 램프를 점등시켜 발전된 전기를 시각적으로 나타낼 수 있습니다.

  • 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 합니다.

■  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 합니다.

  • 전해수는 전해조에서의 양 극에서 즉시 분해됩니다.

*  2H2O = 4H+ + 2O-2

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

* 물은 순환적으로 사용될 수 있으며 산소는 물탱크 상단 덮개의 작은 구멍으로 배출됩니다. ​

  • 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 방출됩니다.

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

■  전기적 제어

  • 전체적인 전기 시스템은 4개 부분으로 구성되어 있습니다.

*  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 중지합니다.

    • 이때, 경고등(적색)이 켜지고 수소 출력은 0을 나타냅니다

  • 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 중지합니다.

■  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 ◌

HS-전해조.png

  • 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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  1.  수소를 발생시키기 위한 증류수 저장 수조입니다.

  2.  전해수는 전기 저항이 1MΩ/㎝를 초과하고, 이를 위해 전자 및 분석 산업에서 물이 탈이온화  되고 재증류 되었어야 합니다.

  3.  oxygen Outlet : 산소 배출구

  4.  water Outlet : 물 배출구

◌ 가스/물 분리기 ◌

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

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

7000HS-소개 동영상.png
클릭.png

◐ 전기분해 이용 수소연료전지 실험장비 소개 동영상

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KTE-7000PL.png
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