KR100994438B1 - 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치는, 아연볼과 전해질이 수용되는 수용공간을 가지는 음극 주머니; 상기 음극 주머니 내부에 배치되어 상기 전해질 내에서의 아연볼과 산소 간의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 집전체; 상기 음극 주머니와 집전체를 커버하는 커버블럭; 및 상기 음극 주머니의 수용공간과 상기 커버블럭의 외부를 소통 및 소통방지시키기 위하여, 상기 커버블럭에 설치되는 개폐블럭;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치{Zinc-air fuel cell electrolyte emission system}

본 발명은 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해질 내에서 아연과 산소 간의 반응시 생성되는 불순물을 그 전해질과 함께 원활하게 배출시킬 수 있는 전해질 배출 구조를 마련하고, 그 전해질 배출 구조의 간소화를 통해 경량화 및 전력소비의 절감을 이룰 수 있도록 구조가 개선된 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치에 관한 것이다.

최근에 자연을 보존하고자 하는 환경정책과 그린 에너지 정책에 부합하여 매연이 발생되지 않는 전기자동차, 모터바이크, 전기버스 등이 화제가 되고 있는 실정이다.

아연-공기 연료전지는 전해질 내에서 아연과 공기 중의 산소가 반응하여 생성되는 전자를 집전하여 전기를 생성하는 것으로, 근자에 연료에서 생성되는 수소를 이용하여 전기를 생성하는 전통적인 연료전지를 대체하는 연료전지로서 개발이 활발하게 이루어지고 있는 추세이다.

이러한 아연-공기 연료전지는 전자 생성을 위한 반응계의 구조가 간소하여 경량화 및 전력소비 절감을 통해 고용량 배터리의 구현을 통해 사용효율을 높이고자 하는 전기자동차의 개발추세에 부합하는 것으로 부각되고 있다.

특히, 아연-공기 연료전지의 경우 반응계를 이루는 복수의 셀들이 구비되고, 각 셀들 간의 유기적 연결을 위한 부품들이 마련되어야 하며, 각 셀들에서 전해질이 함유되어 있기 때문에 그 전해질에 함유되어 있는 불순물의 제거가 원활하게 이루어지도록 설계되어야 한다.

그러나, 종래기술에 의하면, 상기 전해질에 함유되어 있는 불순물의 제거 및 그 전해질의 순환이 원활하게 이루어지지 못해 반응효율이 좋지 못하였고 상기 전해질 교체비용이 증가되는 단점이 있었다.

따라서, 최근의 기술동향과 정책에 부합할 수 있도록, 상기 전해질을 여과시켜 배출하고 그 배출된 전해질을 다시 활용하는 장치을 갖추면서도 그 장치의경량화 및 전력소비 절감을 이룰 수 있는 제품개발이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 구성의 간소화를 이룰 수 있는 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제품의 경량화 및 전력소비 절감을 이룰 수 있는 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 아연볼과 전해질이 수용되는 수용공간을 가지는 음극 주머니; 상기 음극 주머니 내부에 배치되어 상기 전해질 내에서의 아연볼과 산소 간의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 집전체; 상기 음극 주머니와 집전체를 커버하는 커버블럭; 및 상기 음극 주머니의 수용공간과 상기 커버블럭의 외부를 소통 및 소통방지시키기 위하여, 상기 커버블럭에 설치되는 개폐블럭;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 커버블럭은, 상기 음극 주머니의 수용공간과 그 커버블럭의 외부를 서로 소통시킴으로써 상기 전해질의 유출경로를 제공하는 슬릿;을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 개폐블럭은, 상기 커버블럭에 회전가능하게 설치되고 상기 슬릿 내에 배치되며, 상기 음극 주머니의 수용공간과 상기 슬릿을 서로 소통되게 하는 입구를 폐쇄시키는 폐쇄부와 상기 입구를 개방시킬 수 있도록 그 개폐블럭을 관통하여 형성된 개방부를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 커버블럭은 일방향을 따라 복수개 배열되고, 상기 음극 주머니와 집전체와 개폐블럭은, 각각 상기 커버블럭의 개수에 대응되는 개수로 구비되며, 상기 각 개폐블럭을 하나의 구동원에 의해 함께 동작시키기 위한 구동수단;을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 각 개폐블럭은 상기 각 커버블럭에 회전가능하게 설치되고, 상기 구동수단은, 상기 각 개폐블럭에 마련되어 있는 스프라켓과, 상기 각 개폐블럭의 스프라켓에 권회되어 폐루프를 형성하는 체인을 구비하여서, 상기 체인을 구동시켜 상기 각 스프라켓이 함께 회전되도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 커버블럭은, 공기는 통과하고 전해질은 통과할 수 없는 미세기공이 형성되어 있는 기공부를 가지는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치는, 전해질 배출이 선택적으로 이루어질 수 있게 하는 개폐블럭을 구비하도록 구성됨으로써, 구성의 간소화 및 제품 성형의 용이함을 이룰 수 있는 장점을 가지고, 이러한 장점에 의해 전기자동차의 전기 사용효율 및 소용량 배터리의 사용효율을 높일 수 있는 궁극적인 목표를 달성할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치의 일요부를 보인 사시도.
도 3은 본 발명 일실시예의 일부를 구성하는 유니트에 대한 사시도.
도 4는 도 2의 평면도.
도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ 단면도.
도 6은 도 5에서의 동작상태와는 다른 동작상태를 보인 도면.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치의 일요부를 보인 사시도이며, 도 3은 본 발명 일실시예의 일부를 구성하는 유니트에 대한 사시도이며, 도 4는 도 2의 평면도이며, 도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ 단면도이며, 도 6은 도 5에서의 동작상태와는 다른 동작상태를 보인 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치는, 예컨대 전기자동차, 모터바이크 및 전기버스와 같은 전기구동 장치의 동력원인 모터를 구동시키기 위한 전기를 생성하기 위한 것으로, 음극 주머니(14)와 집전체(16)와 커버블럭(18)과 개폐블럭(20)을 포함하여 이루어진다.

먼저, 도 3을 중심으로 나머지 도면을 참조하여, 단일 셀 형태로 구성됨으로써 본 발명의 일실시예를 구성하는 단위 셀 유니트에 대해 설명하기로 한다.

상기 단위 셀 유니트의 구성을 이루는 음극 주머니(14)는, 내부에 아연볼(10)과 전해질이 수용되는 수용공간(12)을 가진다. 여기서, 상기 아연볼(10)은 구 형상을 가진다.

이러한 금속볼(10)은, 도 5의 A 부분에 도시된 바와 같이, 상기 전해질 내에서 외부로부터 유입되는 산소와 산화환원 반응을 함으로써, 전자를 내어 놓고 산화아연을 생성하게 된다. 상기 집전체(16)는 상기 반응에 의해 생성된 전자를 집전하여 전기를 생성하게 되고, 그 생성된 전기는 배터리(미도시)에 저장된다.

상기 집전체(16)는 상기 수용공간(12)을 2분할하는 구획판(16a)과, 그 구획판(16a)으로부터 연장되는 복수의 리브(16b)들을 구비한다. 상기 각 리브(16b)들은 상기 구획판(16a)에 의해 구획된 공간을 재차 분할하게 됨으로써, 상기 수용공간(12)을 복수개로 구획하게 된다.

이러한 집전체(16)는, 상기 각 리브(16b)들 사이사이에 상기 아연볼(10)을 배치되게 함으로써, 상기 아연볼(10)과의 접촉면적을 크게 하여서 집전효율을 높일 수 있는 것이다. 상기 집전체(16)의 재질은 집전이 가능하도록 구리, 황동, 청동, 니켈 등 전도성물질이며, 내식성 및 전자 집전 능력을 향상시키기 위해, 금, 은, 백금 등올 도금 처리하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 집전체(16)는 전해질이 통과될 수 있는 복수의 구멍을 가지고, 상기 음극 주머니(14) 또한 상기 전해질 통과를 위한 복수의 구멍을 가진다.

한편, 본 실시예에서 상기 집전체(16)와 음극 주머니(14)는 일체로 형성되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않고, 예컨대 집전체(16)와 음극 주머니(14)를 각각 별개로 성형한 후 조립할 수 있도록 구성되는 것도 가능하다.

상기 커버블럭(18)은, 상기 음극 주머니(14)와 집전체(16)를 폐쇄시키는 역할을 한다. 즉, 상기 커버블럭(18)의 내측에 상기 음극 주머니(14)가 배치되고 상기 음극 주머니(14)의 내측에 상기 집전체(16)가 위치된다.

상기 커버블럭(18)은, 도 5의 B에 도시된 바와 같이, 상기 음극 주머니(14)의 수용공간(12)과 그 커버블럭(18)의 외부를 서로 소통시킴으로써 상기 전해질의 유출경로를 제공하는 슬릿(18a)을 구비한다. 즉, 상기 슬릿(18a)이 폐쇄된 경우에 상기 음극 주머니(14)의 수용공간(12)의 전해질이 상기 커버블럭(18)을 빠져 나와 외부로 유출될 수 없고, 상기 슬릿(18a)이 개방된 상태에서 상기 전해질의 유출이 가능하게 되는 것이다.

상기 개폐블럭(20)은, 상기 커버블럭(18)에 설치되어, 상기 음극 주머니(14)의 수용공간(12)과 상기 커버블럭(18)의 외부를 선택적으로 소통시키는 역할을 한다. 본 실시예에서, 상기 개폐블럭(20)은, 상기 커버블럭(18)에 회전가능하게 설치되고, 폐쇄부(20a)와 개방부(20b)를 구비한다.

상기 폐쇄부(20a)는 상기 수용공간(12)과 슬릿(18a)을 서로 소통되게 하는 입구를 폐쇄시키는 역할을 하고, 상기 개방부(20b)는 상기 입구를 개방시키는 역할을 하는 것으로 상기 개폐블럭(20)을 관통하여 형성된다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 개폐블럭(20)의 회전에 의해 상기 입구가 개방됨으로써 상기 수용공간(12)과 슬릿(18a)이 소통되는 경우에는 상기 수용공간(12)의 전해질이 상기 슬릿(18a)을 통해 외부로 배출된다. 반대로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 입구가 폐쇄되도록 상기 개폐블럭(20)이 회전된 경우에는 상기 폐쇄부(20a)가 상기 입구를 폐쇄하여 전해질 배출이 불가능하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 전해질 배출이 선택적으로 이루어질 수 있도록 상기 개폐블럭(20)을 구비되게 함으로써, 구성의 간소화 및 제품 성형의 용이함을 이룰 수 있게 된다. 즉, 상기 개폐블럭(20)은 속이 찬 원형 파이프를 원자재로 하여 그 파이프를 단순히 관통시키는 것에 의해 상기 폐쇄부(20a)와 개방부(20b)를 구성할 수 있게 됨으로써, 구성의 간소화 뿐만 아니라 성형의 용이함을 이룰 수 있는 것이다.

또한, 상기 개폐블럭(20)은 KOH 또는 NaOH와 같은 강염기성 전해질의 사용으로 인해, PTFE(Polytetrafluoroethylene), FEP(Fluorinated Ethylene Propylene), PE(Polyethylene)와 같은 내염기성 물질의 사용이 권장되고, 아연볼과 전해질의 하중에 견디기 위한 일정 강성을 가진 물질이 사용되는 것이 바람직하다.

결국, 이러한 구성의 간소화는 제품의 경량화를 이룰 수 있게 함으로써 전기자동차의 전기 사용효율 및 소용량 배터리의 사용효율을 높일 수 있는 요인으로 작용하게 된다.

한편, 상기 커버블럭(18)에 형성된 복수의 접속구(18b)들은, 상기 전해질의 순환경로를 제공하는 것으로, 어느 일측으로 전해질이 유입되고 다른 일측으로 전해질이 배출되게 하는 역할을 한다.

그리고, 상기 커버블럭(18)은, 도 3의 C부분에 도시된 바와 같이, 공기는 통과하고 전해질은 통과할 수 없는 미세기공이 형성되어 있는 기공부(18c)를 구비한다.

상술한 바와 같이, 도 3에 도시된 본 발명을 이루는 단위 셀 유니트는 도 2에 도시된 바와 같이 복수개로 배열된다. 이와 같이, 단위 셀 유니트가 복수개로 구비됨으로서 원하는 전기를 효율적으로 생성할 수 있게 된다.

본 실시예는, 상기 복수개로 이루어진 개폐블럭(20)을 하나의 구동원에 의해 함께 동작시키기 위한 구동수단을 구비한다.

상기 구동수단은, 상기 각 개폐블럭(20)에 마련되어 있는 스프라켓(22)과, 상기 각 개폐블럭(20)의 스프라켓(22)에 권회되어 폐루프를 형성하는 체인(24)을 구비하여서, 상기 체인(24)을 구동시켜 상기 각 스프라켓(22)이 함께 회전되게 한다.

이러한 구동수단을 가지는 본 실시예는 하나의 동력원으로 복수의 개폐블럭(20)을 함께 구동시킬 수 있게 됨으로써, 부품 구동을 위한 소비전력을 절감시킬 수 있는 장점을 가진다. 이러한 장점에 의해 전기자동차의 배터리 사용효율이 더욱 높아질 것이 기대된다.

한편, 도면 중 미설명부호 26은 본 발명에 의한 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치을 커버하는 케이스이고, 28은 본 발명에 의한 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치에 아연볼을 공급하여 주기 위한 연료공급블럭이며, 30은 상기 케이스(26) 내부로의 공기의 유입 및 상기 케이스(26) 외부로의 공기의 배출을 원활하게 하기 위한 송풍팬이다.

이상, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며 본 발명이 속하는 기술분야에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있음은 자명하다.

10:아연볼 12:수용공간
14:음극 주머니 16:집전체
16a:구획판 16b:리브
18:커버블럭 18a:슬릿
18b:접속구 18c:기공부
20:개폐블럭 20a:폐쇄부
20b:개방부 22:스프라켓
24:체인 26:케이스
28:연료공급블럭 30:송풍팬

Claims (6)

1. 삭제
2. 아연볼(10)과 전해질이 수용되는 수용공간(12)을 가지는 음극 주머니(14);
   상기 음극 주머니(14) 내부에 배치되어 상기 전해질 내에서의 아연볼(10)과 산소 간의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 집전체(16);
   상기 음극 주머니(14)와 집전체(16)를 커버하기 위한 것으로, 상기 음극 주머니(14)의 수용공간(12)과 그 커버블럭(18)의 외부를 서로 소통시킴으로써 상기 전해질의 유출경로를 제공하는 슬릿(18a)을 구비하는 커버블럭(18); 및
   상기 음극 주머니(14)의 수용공간(12)과 상기 커버블럭(18)의 외부를 소통 및 소통방지시키기 위하여, 상기 커버블럭(18)에 설치되는 개폐블럭(20);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 개폐블럭(20)은, 상기 커버블럭(18)에 회전가능하게 설치되고 상기 슬릿(18a) 내에 배치되며, 상기 음극 주머니(14)의 수용공간(12)과 상기 슬릿(18a)을 서로 소통되게 하는 입구를 폐쇄시키는 폐쇄부(20a)와 상기 입구를 개방시킬 수 있도록 그 개폐블럭(20)을 관통하여 형성된 개방부(20b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 커버블럭(18)은 일방향을 따라 복수개 배열되고,
   상기 음극 주머니(14)와 집전체(16)와 개폐블럭(20)은, 각각 상기 커버블럭(18)의 개수에 대응되는 개수로 구비되며,
   상기 각 개폐블럭(20)을 하나의 구동원에 의해 함께 동작시키기 위한 구동수단;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 동작되도록 구성된 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 각 개폐블럭(20)은 상기 각 커버블럭(18)에 회전가능하게 설치되고,
   상기 구동수단은, 상기 각 개폐블럭(20)에 마련되어 있는 스프라켓(22)과, 상기 각 개폐블럭(20)의 스프라켓(22)에 권회되어 폐루프를 형성하는 체인(24)을 구비하여서, 상기 체인(24)을 구동시켜 상기 각 스프라켓(22)이 함께 회전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 커버블럭(18)은, 공기는 통과하고 전해질은 통과할 수 없는 미세기공이 형성되어 있는 기공부(18c)를 가지는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 전해질 배출 장치.

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