KR100650547B1 - 벤츄리 타입 마이크로 펌프 및 이를 이용한 연료전지시스템 - Google Patents

벤츄리 타입 마이크로 펌프 및 이를 이용한 연료전지시스템 Download PDF

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김민수
최종원
윤재성
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재단법인서울대학교산학협력재단
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Abstract

본 발명은 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템에 대한 발명이다. 보다 상세하게는, 별도의 밸브나 마이크로 펌프의 구동부에 지속적인 전력의 공급이 없이도 연료전지에 안정적인 공기의 공급이 가능하고 또한 많은 양의 공기를 흡입해야하는 경우에도 별도의 제어 필요없이 벤츄리관에 의한 압력차에 의해서 흡입공기의 양이 조절되어 소형화가 가능하고 구조가 간단하며 내구성이 우수한 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템에 대한 발명이다.
본 발명은, 벤츄리 타입 마이크로펌프에 있어서 구동부 와 구동부(214)를 수용하는 구동기수용부(212)를 구비하고, 구동부(214)와 일치하게 위치하여 구동부(214)의 작동에 의해서 공기를 유입 또는 배출시킬 수 있는 펌핑체임버(208)를 구비하고, 펌핑체임버(208)와 연결되어 벤츄리 모양으로 된 벤츄리관(204)를 구비하고, 벤츄리관(204)의 폭이 가장 좁은 부분과 일치하게 흡기구(216)을 구비하고, 상기 벤츄리관(204)의 펌핑체임버(208)의 반대 방향 가장자리에는 배기구(206)를 구비하는 것을 특징으로 하는 벤츄리 타입 마이크로 펌프에 대한 발명을 제공한다.
MEMS(Micro Electro Mechanical System), 마이크로 펌프, 연료전지, 벤츄리관

Description

벤츄리 타입 마이크로 펌프 및 이를 이용한 연료전지 시스템{Venturi Type Micro Pump, and Fuel Cell System Therewith}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템 에 대한 개략도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 벤츄리 타입의 마이크로 펌프의 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 역류방지턱을 구비한 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 하부기판 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 벤츄리 타입의 마이크로 펌프에서 흡기시의 공기의 흐름도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 벤츄리 타입이 마이크로 펌프에서 배기시의 공기의 흐름도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 역류방지턱을 구비한 마이크로 펌프의 흡기시의 공기흐름도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연료전지의 평면도의 사시도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연료전지 반응부의 사시도,
도 9는 전력제어부를 구비한 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템 개략도이다.
<도면의 주요부에 대한 부호의 설명>
100 : 벤츄리 타입 마이크로 펌프 102 : 연료전지
104 : 전력제어부 200 : 하부기판
202 : 벤츄리관중앙부 204 : 벤츄리관
206 : 배기구 208 : 펌핑체임버
210 : 상부기판 212 : 구동기수용부
214 : 구동부 216 : 흡기구
300 : 역류방지턱 412 : 반응부
402 : 공기흡입구 404 : 공기 및 수분배출구
406 : 전해질막 408 : 연료저장부
410 : 수분 및 공기 이동통로 500 : 전력저장부
본 발명은 벤츄리 타입 마이크로 펌프 및 이를 이용한 연료전지 시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 벤츄리관 내외부의 압력차에 의해서 흡입 공기의 양이 조절되는 것을 특징으로 하여 소형화가 가능하고 구조가 간단하며 내구성이 우수한 벤츄리 타입 마이크로 펌프 및 이를 이용한 연료전지 시스템에 대한 것이다.
최근 국제적으로 초소형 연료전지와 마이크로 유체 시스템에 대해서 많은 관 심과 개발이 증가하고 있다. 마이크로 유체시스템은 임상진단, 신약개발을 위한 화학분석, 소형 냉각 시스템, 소형 연료전지 등에 사용되고 있고 이들을 구현시키는데 없어서는 안 될 필수 부품이다.
마이크로 펌프는 적층형 pzt(티탄산지르콘아연)소자와 벨로스(Bellows) 조합시킨 공진구동 마이크로 펌프, 형상기억합금과 다이아프램(Diaphragm)을 조합시킨 마이크로 펌프, 열공압 엑츄에이터(Actuator)와 폴리이마이드(Polyimide)막을 조합한 마이크로 펌프 등이 있다.
연료전지는 구동되는 운전온도에 따라 구분된다. 고온형 연료전지로는 MCFC(Molten Carbonate Fuel Cell, 용융탄산염 연료전지), SOFC(Solid Oxide Fuel Cell, 고체산화물 연료전지) 등이 있고, 저온형 연료전지로는 PAFC(Phosphoric Acid Fuel Cell, 인산형 연료전지), PEMFC(Proton Exchange Membrane 혹은 Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, 고분자전해질 연료전지), DMFC(Direct Methanol Fuel Cell, 직접메탄올 연료전지), AFC(Alkaline FuelCell, 알칼리 연료전지) 등이 있다. 이외에도 최근에는 MEMS 기술을 활용한 극소형 Micro-fuel cell(마이크로 연료전지)도 연구가 활발히 진행되고 있다.
종래의 마이크로 펌프는 공기 흡입량의 불규칙적인 변화에 대해서 제어가 되지 않아서 펌프 내외부로의 공기의 흡기와 배기가 안정적이지 않은 것이 일반적이었고, 종래의 메탄올 연료전지는 공기를 공급을 위해서 부피가 큰 공기 공급시스템을 사용하고 있었으며, 안정적인 공기의 흡입을 위해서 별도의 흡기 제어장치를 필요로 했다.
대한민국 공개특허공보 제2003-0034192호에 개시된 압전 액추에이터 및 이를 사용하는 펌프는 단방향의 밸브와 소형의 구동회로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그런데 상기 마이크로 펌프의 경우에는 공기 흡입량의 불규칙적인 변화에 대해서 제어가 되지 않아 공기의 흡기와 배기가 안정하지 못한 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제2003-0091485호에 개시된 직접액체 연료 전지의 연료공급방법 및 이를 적용한 직접액체연료 전지장치는 전해질막과 이의 양측에 마련되는 것으로 액체연료가 공급되는 애노드 전극 및 공기가 공급되는 캐소드 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다. 그런데 개시된 직접액체 연료 전지장치의 경우에는 공기공급장치, 연료공급장치, 각 장치를 운전하기 위한 전력공급장치 등을 갖춰야하고 안정적인 전력을 얻기 위해서는 안정적인 공기의 공급이 선행되어야 하는데 공기의 제어를 위해서 별도의 장치를 부가해야 하기 때문에 전체 시스템의 크기가 커지는 문제점이 있었다.
즉 종래의 연료전지 시스템을 마이크로 연료전지에 적용하기 위해서는 각 장치들의 크기를 줄이거나 없애야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 마이크로 연료전지 시스템의 구현을 위해서 마이크로 펌프에 벤츄리 타입의 관을 부가하여 안정적인 공기를 흡기할 수 있고, 연료전지에서 발생한 전력의 일부를 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 구동부에 제공하는 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 벤츄리 타입 마이크로 펌프에서 제공되는 공기를 제공받으 며, 전체 시스템의 크기를 극소형으로 할 수 있는 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 벤츄리 타입 마이크로펌프에 있어서 구동부(214)와 상기 구동부(214)를 수용한 구동기수용부(212)를 구비하고,상기 구동부(214)와 일치하게 위치하여 상기 구동부(214)의 작동에 의해서 공기를 유입 또는 배출시킬 수 있는 펌핑체임버(208)를 구비하고, 상기 펌핑체임버(208)와 연결되어 벤츄리 모양으로 된 벤츄리관(204)를 구비하고, 상기 벤츄리관(204)의 폭이 가장 좁은 부분과 일치하게 흡기구(216)을 구비하고, 상기 벤츄리관(204)의 펌핑체임버(208)의 반대 방향 가장자리에는 배기구(206)를 구비하는 것을 특징으로 하는 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 제공한다.
또한, 본 발명은, 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 구비한 연료전지 시스템에서 상기 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 배기구(206)와 연결하여 연료전지(102)의 공기흡입구(402)를 연결하고 공기흡입구(402)에서 공기가 흡입되는 직선 방향으로 연료전지의 반대쪽 위치에 공기 및 수분배출구(404)를 구비하며, 공기흡입구(402)와 공기 및 수분배출구(404)의 정렬과 평행하게 반응부(412)를 여러 개 칼럼(column)으로 배열하는 것을 특징으로 하는 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서,동일한 구성요 소에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤츄리 타입 마이크로 펌프 및 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템의 개략도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템은 벤츄리 타입 마이크로 펌프(100)와 연료전지(102), 그리고 전력제어부(104)로 이루어져 있다.
벤츄리 타입 마이크로 펌프(100)는 구동부의 압축과 팽창을 통해서 외기에 있던 공기를 벤츄리관을 통해 벤츄리 타입 마이크로 펌프(100) 내부로 흡입한 후 연료전지(102)에 공급하는 기능을 수행한다.
연료전지(102)는 벤츄리 타입 마이크로 펌프(100)에서 공급되는 공기와 저장하고 있는 연료를 반응시켜 전력을 생산한다. 연료는 메탄올에 한정하지 않고 연료전지의 재료로 사용할 수 있는 다양한 종류의 연료를 사용할 수 있다.
전력제어부(104)는 연료전지(102)에서 생산된 전력의 일부를 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 구동부에 재공급하는 역할을 한다. 이때 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 구동부에 공급되는 전력의 양을 조절하여 벤츄리 타입 마이크로 펌프(100)가 연료전지(102)에 공급하는 공기의 양을 조절할 수 있다. 연료전지(102)에 공급되는 공기의 양을 조절하여 연료전지(102)에서 생산되는 전력의 총량을 조절할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 분해 사시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤츄리 타입 마이크로 펌프는, 전기공급에 의해 팽창 또는 수축되는 구동부(214)에 의해 공기를 흡입 또는 배출시키는 펌핑체임버(208)와 펌핑체임버의 작동에 의해 공기가 이동하는 통로가 되는 벤츄리관과 벤츄리관(204)을 통과하는 공기의 압력저하에 의해 외부 공기가 유입되는 흡기부(216) 및 펌핑된 공기가 배출되는 배기구를 포함한다. 이러한 벤츄리 타입 마이크로 펌프는 도 2에 도시된 바와 같이, 상부기판과 하부기판으로 나누어 형성하는 것이 바람직하다.
상부기판(210)에는 흡기구(216), 구동기수용부(212), 구동부(214)가 구비되고, 하부기판(200)에는 펌핑체임버(208), 벤츄리관중앙부(202), 벤츄리관(204), 역류방지턱(216), 배기구(206)가 구비된다.
흡기구(216)는 외부의 공기를 벤츄리관(204)의 내외부의 압력차에 의해서 흡 입되는 곳이다. 흡기구(216)는 하부기판(200)상에 구비된 벤츄리관중앙부(202)의 위치와 일치되도록 상부기판(210)에 위치시켜야 한다.
구동기수용부(212)는 구동부(214)가 결합되는 곳으로서, 결합방법으로는 UV 경화제, 에폭시, 저온용 폴리머 접착제 등을 포함하는 접착 부재를 사용할 수 있고 수소 결합을 이용하는 등 다양한 방법을 사용할 수 있다. 구동기수용부(212)는 판 면에 포토 및 식각 공정을 거쳐서 형성시킬 수 있다. 식각 공정은 RIE(Reactive Ion Etching)나 플라즈마 식각 등의 건식식각법을 사용할 수 있고 습식 식각법을 사용할 수도 있다.
구동부(214)는 전력의 공급에 의해서 수축과 팽창이 되는 소재를 사용해야 한다. 이 소재로서 압전소자, 공진구동, 형상기억합금 등을 사용할 수 있다. 구동부(214)는 전력공급 유무에 따라 자신의 체적을 팽창 또는 수축하여 펌핑체임버(208) 사이의 내부 용적을 변화시켜 펌핌체임버(208) 내부로 공기를 유입시키거나 또는 펌핑체임버(208)내부의 공기를 유출시킨다.
펌핑체임버(208)는 그 일측이 벤츄리관(204)의 일측과 연결되어 있다. 펌핑체임버(208)는 구동부(214)가 팽창할 때 펌핑체임버(208) 내부의 공기를 자신과 연결되어 있는 벤츄리관(204) 방향으로 공기를 배출한다. 이와 반대로 구동부(214)가 수축하는 경우에는 벤츄리관(204)내에 있던 공기를 펌핑체임버(208) 내부로 흡입하게 된다.
벤츄리관(204)은 그 일측이 펌핑체임버(208)와 연결되고, 그 반대쪽은 배기구(206)로 이루어진다. 벤츄리관(204)은 벤츄리관중앙부(202)의 폭이 연결된 다른 관보다 현저히 좁게 형성하는 것을 특징으로 하는 관이다. 벤츄리관중앙부(202)에서의 유속은 다른 부분보다 빠르게 되는바, 벤츄리관중앙부(202)의 압력은 연결된 다른 부분보다 낮아진다.
전술한 바와 같이, 상부기판(210)의 흡기구(216)의 위치는 벤츄리관 중앙부(202)와 일치하게 되므로, 구동부(214)의 작동에 의해 펌핑체임버(208)로 공기가 유입 또는 벤츄리관(204)에서 배기구(206) 방향으로에서 공기가 유출되는 경우 외부공기는 흡기구(216)를 통해 마이크로 펌프 내부로 유입된다.
배기구(206)는 벤츄리관(204)의 펌핑체임버(208) 반대편 가장자리에 위치하고 있다. 배기구(206)의 일측은 벤츄리관(204)과 연결되어 있고 반대측은 연료전지(102)의 공기흡입구와 연결되어 있다. 배기구(206)는 벤츄리관(204)에서 나온 공기를 연료전지(102)의 공기흡입구를 통해서 연료전지에 공급하는 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 제작에 있어서 기계적인 가공법에 의해서 하부기판(200)과 상부기판(210)을 가공할 수 있으나, 반도체 소자 공정을 통해서 마이크로 시스템을 제작하는 것도 가능하다.
구동기수용부(212), 배기구(206), 벤츄리관(204), 펌핑체임버(208)는 상·하부기판에 포토 및 식각 공정을 거쳐서 형성시킬 수 있다. 식각 공정은 RIE(Reactive Ion Etching)나 플라즈마 식각 등의 건식식각법을 사용할 수 있고 습식 식각법을 사용할 수도 있다.
하부기판(200)과 상부기판(210)의 재료로서는 유리, 파이렉스 글래스(Pyrex glass), 석영, 실리콘(Silicom), 폴리머(Polymer) 등을 사용할 수 있다.
하부기판(200)과 상부기판(210)을 형성한 후에 하부기판(200)과 상부기판(210)을 결합하는데, 결합방법으로는 UV 경화제, 에폭시, 저온용 폴리머 접착제 등을 포함하는 접착 부재를 사용할 수 있고 수소 결합을 이용하는 등 다양한 방법을 사용할 수 있다
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤츄리 타입 마이크로 펌프에 있어서 하부기판에 역류방지턱을 구비하도록 한 사시도이다.
역류방지턱(300)은 펌핑체임버(208)의 팽창시 배기구(206)로부터의 공기가 심하게 역류하는 것을 방지하기 위한 것이다. 이를 위해 역류방지턱(300)은 벤츄리관중앙부(202)와 배기구(206)사이에 형성된다. 역류방지턱(300)은 벤츄리관중앙부(202)에서 배기구(206)쪽으로 둔각으로 가공하고 흡기시 연료전지(102)에서 벤츄리관(204)내로 공기가 역류하는 것을 방지한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 흡기시의 공기 흐름도를 개략적으로 도시한 것이다.
구동부(214)의 수축에 의해서 벤츄리관(204) 내부에 있던 공기가 펌핑체임버(208)의 내부로 흡입된다. 이때 공기는 벤츄리관중앙부(202)를 빠른 속도로 지나가게 되어 벤츄리관중앙부(202)의 압력이 다른 부분보다 낮아지게 되고, 흡기구(216) 외부의 공기는 압력차에 의해서 벤츄리관(204)의 내부로 흡입된다
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 배기시의 공기 흐름도를 개략적으로 도시한 것이다.
구동부(214)의 팽창에 의해서 펌핑체임버(208)내의 공기가 배기구(206) 쪽으 로 유출되고, 공기는 벤츄리관중앙부(202)를 빠른 속도로 지나가게 된다. 공기의 이동으로 인해 벤츄리관중앙부(202)의 압력이 부분보다 낮아지게 되고, 흡기구(216) 외부의 공기는 압력차에 의해서 벤츄리관(204) 내부로 흡입된다.
상기 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기의 흐름도에서 볼 수 있는 특징은 흡기시든 또는 배기시든 외부의 공기는 흡기구를 통해서 벤츄리관 내부로 흡입된다는 것이다. 그렇기 때문에 밸브를 구비한 마이크로펌프에 비해서 안정적인 공기 공급 시스템이 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 역류방지턱을 구비한 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 흡기시의 공기흐름도를 개략적으로 도시한 것이다.
구동부(214)가 수축하면서 벤츄리관(204) 내부에 있는 공기를 펌핑체임버(208)의 내부로 흡입하고 공기는 벤츄리관중앙부(202)를 빠른 속도로 움직이게 된다. 이때 벤츄리관중앙부(202)의 압력이 다른 부분보다 낮아져서 공기는 흡기구(216)의 밖에서 벤츄리관의 내부로 들어오게 된다. 그러나, 도면에서 보이는 것과 같이 배기구(206)의 우측, 즉 연료전지(102)의 공기흡입구(402)에서 벤츄리관 내부로 들어오는 공기는 역류방지턱(300)에 의해 역류 되는 것이 방지된다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연료전지(102)의 평면도이다.
연료전지(102)는 공기흡입구(402), 공기 및 수분배출구(404), 수분 및 공기 이동통로(410), 반응부(412)를 포함하고 있으며, 반응부(412)는 다시 전해질막(406), 연료저장부(408)를 포함한다.
공기흡입구(402)는 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 배기구(206)과 연결되어 있 다. 공기흡입구(402)는 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 배기구에서 나온 공기를 연료전지(102)로 유입하는 역할을 한다.
공기 및 수분배출구(404)는 공기흡입구(402)의 대향방향으로 위치하고 있다. 공기 및 수분배출구(404)는 연료전지(102) 내부에서 반응이 끝난 반응 결과물을 배출시키는 역할을 한다. 벤츄리 타입 마이크로 펌프(100)가 공기를 강제적으로 연료전지(102) 내부로 공급하기 때문에 반응 결과물은 연료전지(102) 내부에 잔류하지 않고 즉시 밖으로 배출하게 되다. 이로써 반응결과물이 연료전지(102) 내에 남아 있어 생길 수 있는 연료전지(102)의 효율저하를 방지할 수 있다.
반응부(412)는 공기흡입구(402)과 공기 및 수분배출구(404)와의 사이에 위치시킨다. 반응효율을 높이기 위해서 공기와 연료의 접촉시간을 최대한으로 유지할 필요성이 있다. 따라서 흡입된 공기가 지나가는 방향과 평행하게 반응부(412)를 여러개의 칼럼(column)으로 위치시킨다. 흡입된 공기는 여러 개의 칼럼(column)으로 나누어져 반응하면서 반응부(412)를 지나 공기 및 수분배출구(404)로 배출되게 된다.
수분 및 공기 이동통로(410)는 반응부(412) 사이로 공기가 이동할 수 있는 통로이다. 수분 및 공기 이동통로(410)는 직선뿐만 아니라 반원형, 타원형, 지그재그형 등의 여러가지 형상을 구비할 수 있다
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연료전지(102)의 반응부(412)의 사시도이다. 반응부(412)는 전해질막(406), 연료저장부(408), 수분 및 공기이동통로(410)를 포함한다.
전해질막(406)은 내피온 117(Nafion, 양이온만을 선택적으로 통과시키는 막) 과 112 등의 재료를 사용한다. 전해질막은 연료와 물이 혼합된 연료저장부(408)의 양측에 붙여서 공기와의 접촉시간을 늘려 연료전지(102)의 효율을 높일 수 있게 구성한다.
연료저장부(408)는 메탄올과 물로 구성된다. 여기서 메탄올 이외에 연료전지로 사용될 수 있는 다양한 연료를 사용할 수 있다
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전력제어부를 구비한 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지의 개략도이다.
전력제어부(104)는 전력저장부(500)를 포함하고 있다. 전력제어부(104)는 연료전지(102)에서 생산된 전력의 일부를 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 구동부(214)에 입력할 때 전력량을 제어하는 역할을 한다. 연료전지(102)가 많은 양의 공기를 필요로 하는 경우 구동부(214)는 수축과 팽창 속도를 높여야 한다. 이와 비례하여 구동부(214)에 많은 전력의 공급도 필요하다. 전력제어부는 이와 같이 구동부(214)가 많은 전력을 요구하는 경우나 그 반대의 경우에 구동부(214)에 적합한 전력을 공급할 수 있도록 제어하는 것이다.
전력저장부(500)는 연료전지(102)에서 전력제어부(104)에 공급된 전력의 일부를 저장해 놓았다가 다음 연료전지(102)의 시동시 저장되어 있는 전력을 사용하므로서 별도의 시동시스템을 구비하지 않고 시동을 할 수 있게 해준다. 즉 연료전지 시스템의 생산시 일정량의 전력을 전력저장부(500)에 저장하여 생산한다면 시동시스템의 필요성이 없어지게 되어 연료전지 시스템을 극소형화 시킬 수 있을 것이 다.
이와 같이 형성된 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 벤츄리 타입 마이크로펌프를 이용한 연료전지 시스템은 별도의 밸브가 없어도 작동되며 벤츄리 타입 마이크로 펌프 내에서 공기의 이동으로 인해 생긴 벤츄리관 내·외부의 압력차를 이용하여 흡기하는 것을 특징으로 한다. 구동부(214)는 구동을 위해 별도의 전력생산장치를 사용하지 않고 연료전지에서 생산된 전력을 사용하며 연료전지(102)에서 반응을 끝낸 공기는 강제적으로 외기로 배출된다. 전력제어부(104)에서 마이크로 펌프에 전력을 공급함에 있어 구동부(214)의 압축 및 팽창속도를 제어함으로서 연료전지의 전력생산량을 조절할 수 있다. 이상과 같은 특징을 유지하는 한 본 발명의 다른 형태로 실시하는 것도 가능하다
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특징에서 벗어 나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 시시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하가 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면,별도의 밸브를 가지지 않고 흡입공기량의 불규칙한 변화요구에도 별도의 제어장치 없이 연료전지에 안정적인 공기의 공급이 가능하다. 연료전지에서 반응이 끝난 반응 결과물의 배출이 용이하다.
마이크로 펌프의 구동부는 연료전지에서 생산된 전력을 사용할 수 있기 때문에 별도의 전력생산장치가 필요 없고 전력제어부를 통해 마이크로 펌프에 공급되는 전력을 제어함으로써 연료전지에서 생산되는 전력의 양도 조절이 가능하다.
전력제어부에 전력저장부가 있어 첫 시동을 제외한 재시동의 경우에는 시동시 별도의 전력의 공급이 필요 없다. 따라서, 현재 개발되고 있는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)분야에서 요구하는 극소형 연료전지 시스템의 구현이 가능하게 된다.

Claims (6)

  1. 벤츄리 타입 마이크로펌프에 있어서,
    구동부(214)와 상기 구동부(214)를 수용하는 구동기수용부(212)를 구비하고,상기 구동부(214)와 일치하게 위치하여 상기 구동부(214)의 작동에 의해서 공기를 유입 또는 배출시킬 수 있는 펌핑체임버(208)를 구비하고, 상기 펌핑체임버(208)와 연결되어 벤츄리 모양으로 된 벤츄리관(204)를 구비하고, 상기 벤츄리관(204)의 폭이 가장 좁은 부분과 일치하게 흡기구(216)을 구비하고, 상기 벤츄리관(204)의 펌핑체임버(208)의 반대 방향 가장자리에는 배기구(206)를 구비하는 것을
    특징으로 하는 벤츄리 타입 마이크로 펌프
  2. 제 1항에 있어서,
    상부기판(210)에는 상기 흡기구(216), 상기 구동부(214), 상기 구동기수용부(212)를 구비하고, 하부기판에는 상기 펌핑체임버(208), 상기 벤츄리관(204), 상기 배기구(206)를 구비하는 것을
    특징으로 하는 벤츄리 타입 마이크로 펌프
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤츄리관의(204)의 벤츄리관중앙부(202) 기준으로 상기 배기구(206)쪽으로 상기 배기구 쪽으로 둔각을 이루도록 역류방지턱(216)을 구비되는 것
    을 특징으로 하는 벤츄리 타입의 마이크로 펌프
  4. 제 1 항에 따른 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 구비한 연료전지 시스템에서,
    상기 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 배기구(206)와 연결하여 연료전지(102)의 공기흡입구(402)를 연결하고 공기흡입구(402)에서 공기가 흡입되는 직선 방향으로 연료전지의 반대쪽 위치에 공기 및 수분배출구(404)를 구비하며, 공기흡입구(402)와 공기 및 수분배출구(404)의 정렬과 평행하게 반응부(412)를 여러 개 칼럼(column)으로 배열하는 것을
    특징으로 하는 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지(102)와 도선으로 전력제어부(104)를 연결하고,상기 전력 제어부는 벤츄리 타입 마이크로 펌프의 구동부(214)와 연결하는 것을
    특징으로 하는 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전력제어부(104)는 전력저장부(500)를 구비하는 것을
    특징으로 하는 벤츄리 타입 마이크로 펌프를 이용한 연료전지 시스템
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11351200A (ja) 1998-05-23 1999-12-21 Lucas Ind Plc ベンチュリポンプおよびこれに使用するスロ―ト部材インサ―ト方法
JP2003178783A (ja) 2001-10-02 2003-06-27 Ngk Insulators Ltd 燃料電池発電装置
JP2004332705A (ja) 2003-05-09 2004-11-25 Honda Motor Co Ltd マイクロポンプ
JP2005299597A (ja) 2004-04-15 2005-10-27 Tama Tlo Kk マイクロポンプ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11351200A (ja) 1998-05-23 1999-12-21 Lucas Ind Plc ベンチュリポンプおよびこれに使用するスロ―ト部材インサ―ト方法
JP2003178783A (ja) 2001-10-02 2003-06-27 Ngk Insulators Ltd 燃料電池発電装置
JP2004332705A (ja) 2003-05-09 2004-11-25 Honda Motor Co Ltd マイクロポンプ
JP2005299597A (ja) 2004-04-15 2005-10-27 Tama Tlo Kk マイクロポンプ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101378594B1 (ko) 2012-05-22 2014-03-25 한밭대학교 산학협력단 마이크로 펌프 및 이를 이용한 유동펌프, 수송펌프, 송풍기 및 디지탈 스피커

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