KR101007673B1

KR101007673B1 - 수소발생장치 및 연료전지 발전장치

Info

Publication number: KR101007673B1
Application number: KR1020080050395A
Authority: KR
Inventors: 채경수; 장재혁; 정창렬; 길재형; 구보성
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2011-01-13
Also published as: KR20090124280A

Abstract

수소발생장치 및 연료전지 발전장치가 개시된다. 수소이온을 포함하는 전해질 수용액을 담고 있는 전해조, 전해조에 수용되며 전자를 발생시키는 산화전극, 전해조에 수용되며 산화전극으로부터 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원전극 및 산화전극과 환원전극 사이에 전기적으로 연결되어, 산화전극으로부터 환원전극으로 이동하는 전자의 양을 제어하는 트랜지스터를 포함하는 수소발생장치는 사용자의 요구에 따라 원하는 수소의 양을 정확하게 제어가능하고, 무조건 많은 수소를 발생시켜 남는 수소를 공기 중에 흘려 버리지 아니하여도 되므로 연료의 낭비를 줄일 수 있으며, 수소를 정확하게 공급해 주기 위해서 필요한 기체 펌프나 액체 펌프가 필요 없게 되어 소음 및 전력 소모를 줄일 수 있다.

전류량, 트랜지스터, MOS, 수소, 발생

Description

수소발생장치 및 연료전지 발전장치{Hydrogen generating apparatus and Fuel cell power generation apparatus}

본 발명은 수소발생량을 조절할 수 있는 수소발생장치 및 연료전지 발전장치에 관한 것이다.

본 발명은 수소발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 전지에 공급되는 수소의 발생량 조절이 가능한 수소발생장치에 관한 것이다.

연료전지란 연료(수소, LNG, LPG, 등)와 공기의 화학 에너지를 전기 화학적 반응에 의해 전기 및 열로 직접 변환시키는 장치이다. 기존의 발전기술이 연료의 연소, 증기 발생, 터빈 구동, 구동 과정을 취하는 것과 달리 연소 과정이나 가 없으므로 효율이 높을 뿐만 아니라 환경문제를 유발하지 않는 새로운 개념의 발전 기술이다.

도 1은 연료전지의 작동원리를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 연료극(11), 공기극(13) 및 전해질층에 해당하는 멤브레 인(12)이 도시되어 있다. 연료전지(10)의 연료극(11)은 수소(H₂)를 공급받아 수소 이온(H⁺)와 전자(e-)로 분해된다. 수소 이온은 멤브레인(12)을 거쳐 공기극(13)으로 이동하고, 전자는 외부 회로(14)를 거쳐 전류를 발생시키며 공기극(13)으로 이동한다. 그리고 공기극(13)에서 수소 이온과 전자, 그리고 공기 중의 산소가 결합하여 물이 된다. 상술한 연료전지(10)에서의 화학 반응식은 하기의 화학식 1과 같다.

연료극: H₂ → 2H⁺ + 2e^-

공기극: 1/2 O₂ + 2H⁺ + 2e^- → H₂0

전반응: H₂ + 1/2 O₂ → H₂0

즉, 연료극(11)에서 분리된 전자가 외부 회로를 거쳐 전류를 발생시킴으로써 전지의 기능을 수행하게 된다. 이러한 연료전지(10)는 SOx와 NOx 등의 을 거의 배출하지 않고 이산화탄소의 발생도 적어 무공해 발전이며, 저소음, 무진동 등의 장점이 있다.

연료전지(10)는 연료극(11)에서 전자를 발생시키기 위하여 수소가 필요한데, 수소 저장 탱크 등을 이용하면 부피가 커지고, 보관에 위험이 따른다. 또한, 최근 각광받는 휴대용 전자 기기(휴대폰, 노트북 등)가 고용량의 전원 공급 장치를 요구함에 따라 연료전지 발전 시스템은 이러한 요구를 맞추어 줄 수 있으며, 부피가 작고 높은 성능을 가질 필요가 있다. 따라서, 수소를 함유한 일반연료로부터 연료전 지(10)가 요구하는 수소를 많이 포함하는 가스로 변화시키는 수소발생장치가 요구되는 실정이다.

ICAO(International Civil Aviation Organization)에서 비행기 반입이 승인된 메탄올이나 개미산 등을 이용하여 연료를 개질하고 수소를 발생시키거나, 직접 메탄올이나 에탄올, 개미산 등을 연료전지에서 직접 연료로 사용하는 방식이 사용된다.

하지만, 전자는 높은 개질 온도가 요구되며, 시스템이 복잡해지고, 구동 전력이 소모되어 순수 수소 이외에 불순물들(CO₂, CO)이 포함되는 문제점이 있다. 그리고 후자는 낮은 양극 화학 반응과 탄화수소(hydrocarbon)의 멤브레인을 통한 크로스 오버(cross-over)에 의해 전력 밀도가 매우 낮아진다는 문제점이 있다.

이에 비해 전기분해를 이용한 수소발생장치를 이용하면 전해질과 전극만으로순순한 수소를 실온에서 생성가능한 연료전지 발전 시스템을 구성할 수 있다. 이러한 수소발생장치는 필요한 만큼만 수소를 발생하도록 조절 될 수 있어야, 수소발생장치의 수명을 더 연장시킬 수 있는 바, 전극체 간의 전류 흐름을 제어하여 수소 발생량을 제어하는 방법에 대해 보다 더 심도있는 연구가 필요한 실정이다.

본 발명은 산화전극에서 환원전극으로 흐르는 전자의 흐름을 제어하여 수소발생량을 조절 할 수 있는 수소발생장치 및 이를 포함하는 연료전지 발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수소이온을 포함하는 전해질 수용액을 담고 있는 전해조, 전해조에 수용되며 전자를 발생시키는 산화전극, 전해조에 수용되며 산화전극으로부터 전자를 받아 전해질 수용액으로부터 수소를 발생시키는 환원전극 및 산화전극과 환원전극 사이에 전기적으로 연결되어, 산화전극으로부터 환원전극으로 이동하는 전자의 양을 제어하는 트랜지스터를 포함하는 수소발생장치가 제공된다.

트랜지스터는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 이용할 수 있다.

수소발생장치는 환원전극의 수소의 발생량을 측정하는 유량 측정기 및 설정치가 기록되고, 유량측정기에서 측정된 수소 발생량과 설정치를 비교하여 설정치에 상응하는 수소가 발생되도록 트랜지스터에 인가하는 전압의 크기를 조절하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 컨트롤러는 사용자로부터 직접 설정치를 입력 받는 입력부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 수소발생장치 및 수소발생장치에서 생성된 수소를 공급받고, 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 직류 전류를 생산하는 연료전지를 포함하는 연료전지 발전 시스템으로서, 수소발생장치는 수소이온을 포함하는 전해질 수용액을 담고 있는 전해조, 전해조에 수용되며 전자를 발생시키 는 산화전극, 전해조에 수용되며 산화전극으로부터 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원전극 및 산화전극과 환원전극 사이에 전기적으로 연결되어, 산화전극으로부터 환원전극으로 이동하는 전자의 양을 제어하는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전 시스템이 제공된다.

수소발생장치는 환원전극의 수소의 발생량을 측정하는 유량 측정기 및 설정치가 기록되고, 유량측정기에서 측정된 수소 발생량과 설정치를 비교하여 설정치에 상응하는 수소가 발생되도록 트랜지스터에 인가하는 전압의 크기를 조절하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 컨트롤러는 사용자로부터 직접 설정치를 입력 받는 입력부를 포함할 수 있다. 설정치는 컨트롤러는 연료전지에서 단위시간 당 소모된 수소량일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 사용자의 요구에 따라 원하는 수소의 양을 정확하게 제어가능하고, 무조건 많은 수소를 발생시켜 남는 수소를 공기 중에 흘려 버리지 아니하여도 되므로 연료의 낭비를 줄일 수 있으며, 수소를 정확하게 공급해 주기 위해서 필요한 기체 펌프나 액체 펌프가 필요 없게 되어 소음 및 전력 소모를 줄일 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 수소발생장치, 연료전지 발전 시스템의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 수소발생장치의 일 실시예를 나타낸 개념도이다. 도 2를 참조하면, 전해조(21), 산화전극(22), 환원전극(23), 제1 전선(24), 제2 전선(25), 전해질 수용액(26) 및 트랜지스터(31), 유량 측정기(33) 및 컨트롤러(32)를 포함하는 제어부(30)가 도시되어 있다.

전해조(21)는 내부에 전해질(electrolyte) 수용액(26)을 담고 있다. 전해질 수용액(26)은 수소 이온을 포함하고 있으며, 수소발생장치(20)는 전해질 수용액(26)에 포함된 수소 이온을 이용하여 수소 가스를 발생시키게 된다. 전해질 수용액(26)에서 LiCl, KCl, NaCl, KNO₃, NaNO₃, CaCl₂, MgCl₂, K₂SO₄, Na₂SO₄, MgSO₄, AgCl 등이 전해질로 사용될 수 있다.

전해조(21)는 내부에 산화전극(22) 및 환원전극(23)을 포함하고 있으며, 산 화전극(22) 및 환원전극(23)은 전체 또는 그 일부가 전해질 수용액 내에 담가져 있다.

본 실시예에서, 산화전극(22)은 마그네슘 이외에 알루미늄(Al), 아연(Zn) 등의 알칼리 금속 계열의 원소, 철(Fe) 등 상대적으로 이온화 경향이 큰 금속으로 이루어질 수 있다. 그리고 환원전극(23)은 스테인리스 스틸 이외에 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 철(Fe) 등으로 산화전극(22)을 이루는 금속과 비교할 때 상대적으로 이온화 경향이 작은 금속으로 이루어질 수 있다.

이하에서는 본 발명의 이해와 설명의 편의를 위하여 산화전극(22)이 마그네슘(Mg)으로, 환원전극(23)이 스테인리스 스틸(Stainless Steel)로 구성된 것을 상정하고, 수소발생장치(20)에서의 수소발생 매커니즘에 대해 설명하기로 한다.

산화전극(22)은 활성 전극이다. 산화전극(22)에서는 마그네슘(Mg) 전극과 물(H₂)의 이온화 에너지의 차이 때문에 마그네슘 전극이 물 속에서 전자(e-)를 내어 놓으며 마그네슘 이온(Mg²⁺)으로 산화된다. 이 때 생성되는 전자는 제1 전선(24), 제어부(30) 및 제2 전선(25)를 통해 환원전극(23)으로 이동하게 된다.

환원전극(23)은 비활성 전극이다. 환원전극(23)에서는 물이 산화전극(22)으로부터 이동한 전자를 받아 수소로 분해된다.

상술한 화학 반응은 하기의 화학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

산화전극: Mg → Mg² ⁺ + 2e^-

환원전극: 2H₂0 + 2e^- → H₂ + 2(OH)^-

전반응: Mg + 2H₂O → Mg(OH)₂ + H₂

상술한 화학 반응의 반응 속도를 결정짓는 요소로는 산화전극(22) 및 환원전극(23)의 전극 면적, 전해질 수용액(26)의 농도, 전해질 수용액(26)의 종류, 산화전극(22) 및 환원전극(23)의 개수, 산화전극(22)과 환원전극(23) 사이의 연결 방법, 산화전극(22)과 환원전극(23) 사이의 전기적 저항 등이 있다.

상술한 요소들을 변화시키면, 반응 조건에 따라 산화전극(22)과 환원전극(23) 사이에 흐르는 전류의 양(즉, 전자의 양)이 달라지면서, 화학식 2와 같은 전기화학적 반응 속도가 달라지게 된다. 전기화학적 반응 속도가 달라지게 되면 환원전극(23)에서 발생되는 수소의 양이 변화하게 된다.

본 실시예의 수소발생장치(20)는 산화전극(22)과 환원전극(23)을 연결하는 제1 전선(24)과 제2 전선(25) 사이에 트랜지스터(31)를 두어, 전기화학적 반응에 의해 산화전극(22)에서 생성된 전자를 환원전극(23)으로 전달하는 속도, 즉 전류량을 조절한다.

트랜지스터(31)는 산화전극(22)과 환원전극(23) 사이에 구비되며, 트랜지스터(31)에 가하는 전압을 조절하여 산화전극(22)에서 환원전극(23)으로 흐르는 전자의 흐름을 제어할 수 있다.

트랜지스터(31)는 실리콘이나 으로 만들어진 P형 와 N형 반도체를 세 개의 층으로 접합하여 만들어진다. E(emitter)로 표시되는 에미터에서는 총 전류가 흐르 게 되고 얇은 막으로 된 (B: base)가 전류흐름을 제어하며 증폭된 신호가 (C: collector)로 흐르게 된다. 컨트롤러와 트랜지스터의 베이스가 연결되어 베이스에 신호를 주면 그에 따라, 컬렉터에서 에미터로 흐르는 전류의 양을 조절할 수 있다.

이러한 트랜지스터 중 하나로 MOSFET을 들 수 있다. 도 3는 본 발명의 일 측면에 따른 MOSFET의 기본구조에 관한 개념도이다. 도 3를 참조하면, 소스(S)(42), 드레인(D)(43), 게이트(G)(46) 및 서브스트레이트(41)가 도시되어 있다.

MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)는 오늘날 사용하고 있는 반도체를 구성하는 기본 단위이다. 바이폴라 트랜지스터와는 달리 디지털 논리회로의 스위치 소자로 사용되고 있다. 이들 구조는 이름과 같이 실리콘 서브스트레이트(34) 위에 박막의 옥사이드 절연물(45) 및 그 위에 메탈 성분(44)의 게이트(46)로 구성된 수직 구조를 가지고 있으며, 게이트(46) 양쪽에는 소스(42)와 드레인(43)이라는 단자를 가지고 하나의 트랜지스터를 형성한다.

게이트(46)와 실리콘 서브스트레이트(34) 사이의 경계면에는 매우 큰 전위장벽이 있어 실리콘 서브스트레이트(34)의 전하가 게이트(46)로 이동하기 어렵다. 더욱이 메탈 성분(44) 아래 옥사이드 절연물(45)이 존재하여 더 더욱이 이동하기 어렵다. MOSFET는 N형 FET(NMOS) 와 P형 FET(PMOS)가 있다. NMOS는 주체(Majority carrier)가 전자이며, PMOS는 주체가 정공이다. 이렇듯 주체가 다르며 재빠른 주체를 가진 NMOS가 PMOS 보다 스위칭 속도가 빠르다.

소스(42)는 전류의 주체인 전하 공급처이며, 드레인(43)은 소스(42)로부터 오는 전하를 받아 들이는 기능을 한다. 즉 NMOS 의 경우 소스(42)에 있는 전자가 드레인(43)으로 흘러 들러간다. 게이트(46)는 이들 전하가 소스(42)로부터 드레인(43)으로 이동하는 것을 제어 한다.

P형 실리콘 서브스트레이트(34)에는 전자와 정공이 모두 존재하나 주체는 정공이며 소수캐리어(minority carrier)인 전자는 매우 적은 양이 존재한다. 이때 전자와 정공의 수를 곱한 값은 항상 일정하게 존재한다.

게이트(46)에 양의 전압이 인가되면 소수캐리어인 전자는 게이트(46) 아래로 몰려가 얇은 층을 형성한다. 즉 서로 다른 이 세 영역의 장벽이 낮아져 소스(42)와 드레인(43)간에 전자의 이동에 제한이 없어진다. 이때, 드레인(43)에 소스(42)보다 큰 양의 전압이 인가되면 소스(42)에 있던 전자는 더 높은 전위가 있는 드레인(43)으로 이동하게 되는 것이다. 즉 소스(42)와 드레인(43) 간에 전류가 발생하게 된다.

반대로 게이트(46) 전압이 P형 서브스트레이트(34) 보다 같거나 낮으면 소수캐리어는 게이트(46) 밑으로 가지 않아 소스(42)와 드레인(43) 사이가 연결 되지 아니한다. 높은 전위로 드레인(43)이 전자를 끌어 당겨도 소스(42)의 전자는 드레인(43)으로 이동하지 못한다.

도 4는 이러한 게이트에 가해지는 전압과 소스(42)에서 드레인(43)으로 흐르는 전류와의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, MOSFET의 게이트(46)에 가해지는 전압에 따라 드레인(43)에서 소스(42)로 흐르는 전류의 양이 달라지므로, 게이트(46)에 가하는 전압을 조절하여 수소발생장치의 전극간의 전류량을 조절 가능하고, 결과적으로 수소발생량의 조절이 가능하다.

유량 측정기(33)는 수소발생장치(20)의 환원전극(23)에서 생성된 수소의 발생량을 유량(flow rate) 단위로 측정한다. 상술한 것과 같이 본 발명의 실시예에 따른 수소발생장치(20)를 연료전지에 결합시켜 사용하기 위해서는 수소의 총 발생량이 아닌 일정 시간 동안 소정의 수소 발생량이 유지되어야 하므로, 수소의 발생량을 유량 단위, 즉 ml/min 단위로 측정한다. 물론 이외에도 유량을 측정할 수 있다면 다른 측정 단위를 이용하는 것도 가능하다.

컨트롤러(32)는 수소 발생량과 관련된 설정치가 기록된다. 수소발생장치(20)가 별도의 입력부를 구비하고 있어 사용자로부터 직접 입력 받거나 수소발생장치(20)와 결합된 연료전지로부터 연료전지에서 단위시간 당 소모된 수소량을 설정치로 입력 받을 수 있다. 연료전지로부터 소모된 수소량을 주기적으로 또는 실시간으로 입력 받아 컨트롤러에 기록되는 설정치가 갱신할 수 있으며, 이 경우 지속적으로 수소발생량의 조절이 가능한다.

컨트롤러(32)는 기록된 설정치와, 유량 측정기(33)에서 측정한 수소의 발생량을 비교한다. 수소의 발생량이 설정치보다 작은 경우 수소 발생량을 증가시키도록 트랜지스터(31)를 제어하고, 수소의 발생량이 설정치보다 많은 경우 수소 발생량을 감소시키도록 트랜지스터(31)를 제어한다. 컨트롤러(32)가 트랜지스터(31)에 가하는 전압의 크기를 줄이면 전극 간에 이동하는 전자의 양이 감소하여 수소발생량도 줄어들고, 반대로 전압의 크기를 증가시키면 전자의 양이 증가하여 수소발생량도 증가한다.

즉, 컨트롤러(32)는 설정치보다 수소발생량이 적은 경우 트랜지스터에 가하 는 전압을 증가시키고, 설정치보다 수소발생량이 많은 경우 트랜지스터에 가하는 전압의 크기를 감소시킴으로써, 산화전극(22)으로부터 환원전극(23)으로 이동하는 전자의 양을 조정하여 수소 발생량을 조절할 수 있다.

상기한 트랜지스터(31), 유량제어장치(33) 및 컨트롤러(32)를 포함하여 전자의 흐름을 제어하는 제어부(30)가 되고, 이러한 제어부(30)는 연료전지(10)의 전력 회로를 함께 사용하며, 연료전지 발전 시스템의 제어장치에 포함될 수 있다. 즉, 연료전지 발전 시스템의 제어장치에 제어부(30)가 포함됨으로써 원칩(one chip)화가 가능하다.

본 발명의 수소발생장치는 연료전지와 연결되어 연료전지 발전 시스템을 구성할 수 있다. 도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 연료전지 발전 시스템을 나타낸 개념도로서, 연료극(11), 공기극(13) 및 전해질층에 해당하는 멤브레인(12)을 포함하는 연료전지(10)와 수소발생장치(20)가 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 연료전지 발전 시스템은 수소발생장치(20)와, 수소발생장치에서 생성된 수소를 공급받고, 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 직류 전류를 생산하는 연료전지(10)를 포함한다.

이러한 연료전지 발전 시스템에 이용되는 수소발생장치에 관하여는 전술한 본 발명의 일 측면에 따른 수소발생장치에 관한 설명으로 갈음 하고, 연료전지(10)는 도 1에 대한 설명에서 자세히 언급하였으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

도 1은 연료전지의 작동원리를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 수소발생장치의 일 실시예를 나타낸 개념도.

도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 수소발생장치의 트랜지스터의 일 실시예를 나타낸 개념도.

도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 수소발생장치의 트랜지스터에 가해지는 전압과 흐르는 전류간의 관계를 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 연료전지 발전 시스템을 나타낸 개념도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 연료전지

11: 연료극 12: 멤브레인

13: 공기극 14: 외부 회로

20: 수소발생장치

21: 전해조

22: 산화전극 23: 환원전극

24: 제1 전선 25: 제2 전선

26: 전해질 수용액 27: 수소발생부

30: 제어부 31: 트랜지스터

32: 컨트롤러 33: 유량측정기

41: 서브스트레이트 42: 소스(S)

43: 드레인(D) 44: 메탈 성분

45: 옥사이드 절연물 46: 게이트(G)

Claims

수소이온을 포함하는 전해질 수용액을 담고 있는 전해조;

상기 전해조에 수용되며 전자를 발생시키는 산화전극;

상기 전해조에 수용되며 상기 산화전극으로부터 상기 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원전극; 및

상기 산화전극과 상기 환원전극에 전기적으로 연결되어, 인가되는 전압에 따라 상기 산화전극으로부터 상기 환원전극으로 이동하는 전자의 양을 제어하는 트랜지스터를 포함하는 수소발생장치.
제1항에 있어서,

상기 트랜지스터는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)인 것을 특징으로 하는 수소발생장치.
제1항에 있어서,

상기 환원전극의 수소의 발생량을 측정하는 유량 측정기; 및

설정치가 기록되고, 상기 유량측정기에서 측정된 상기 수소 발생량과 상기 설정치를 비교하여 상기 설정치에 상응하는 수소가 발생되도록 상기 트랜지스터에 인가하는 전압의 크기를 조절하는 컨트롤러를 더 포함하는 수소발생장치.
제3항에 있어서,

상기 컨트롤러는

사용자로부터 직접 설정치를 입력 받는 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소발생장치.
수소발생장치; 및

상기 수소발생장치에서 생성된 수소를 공급받고, 상기 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 직류 전류를 생산하는 연료전지를 포함하는 연료전지 발전장치로서,

상기 수소발생장치는,

수소이온을 포함하는 전해질 수용액을 담고 있는 전해조;

상기 전해조에 수용되며 전자를 발생시키는 산화전극;

상기 전해조에 수용되며 상기 산화전극으로부터 상기 전자를 받아 수소를 발생시키는 환원전극; 및

상기 산화전극과 상기 환원전극에 전기적으로 연결되어, 인가되는 전압에 따라 상기 산화전극으로부터 상기 환원전극으로 이동하는 전자의 양을 제어하는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
제5항에 있어서,

상기 트랜지스터는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)인 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
제5항에 있어서,

상기 환원전극의 수소의 단위시간 당 발생량을 측정하는 유량 측정기; 및

설정치가 기록되고, 상기 유량측정기에서 측정된 상기 수소 발생량과 상기 설정치를 비교하여 상기 설정치에 상응하는 수소가 발생되도록 상기 트랜지스터에 인가하는 전압의 크기를 조절하는 컨트롤러를 더 포함하는 연료전지 발전장치.
제7항에 있어서,

상기 컨트롤러는 사용자로부터 직접 설정치를 입력 받는 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
제7항에 있어서,

상기 설정치는 상기 연료전지에서 단위시간 당 소모된 수소량인 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.