KR101181840B1 - 연료 전지용 연료 카트리지 - Google Patents

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KR101181840B1
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Abstract

본 발명의 일 측면은 전극에 대한 연료의 상대 위치가 변화하는 경우에도 연료의 잔량을 정확하게 측정하는 연료 전지용 연료 카트리지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지는, 하우징, 상기 하우징에 내장되며, 서로 평행한 제1 평면부와 제2 평면부를 직교하는 측면부로 연결하여 내부 공간을 형성하고, 상기 내부 공간에 채워지는 연료의 잔량에 따라 수축/팽창하며, 상부에 연료 통로를 형성하는 파우치, 및 상기 하우징 내에서 상기 파우치를 사이에 두고 상기 측면부 양측에 배치되어, 평면으로 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 대향 방향을 복수로 형성한다.

Description

연료 전지용 연료 카트리지 {FEUL CARTRIDGE FOR FUEL CELL}
본 기재는 파우치 내에 남아 있는 연료의 잔량을 측정하는 연료 전지용 연료 카트리지에 관한 것이다.
일반적으로 연료 전지를 포함하는 전원 시스템은 연료 용기에 충전되어 있는 발전용 연료를 공급받아 전력을 생산한다. 따라서 사용 중인 연료 용기 내의 발전용 연료가 줄어진 경우, 신속히 새로운 연료 용기로 교환하여야 한다. 이를 위하여, 사용 중인 연료 용기에서 발전용 연료의 잔량을 파악해 둘 필요가 있다. 예를 들면, 용기 내에 액체가 남아 있는지 여부를 검출하는 방법에는 광센서 방식, 저항검출 방식 및 정전용량 방식이 있다.
광센서 방식은 액체를 광원과 수광기 사이에 놓이게 하고 투과되는 광량의 변화에 따라 액체의 유무를 검출한다. 저항검출 방식은 액체를 전극 사이에 놓이게 하고 전극 사이에 형성되는 저항치 변화에 따라 액체의 유무를 검출한다. 정전용량 방식은 액체를 전극 사이에 놓이게 하고 전극 사이에 형성되는 정전용량 변화에 따라 액체의 유무를 검출한다.
이때, 센싱부, 즉 광원과 수광기, 저항 검출을 위한 전극, 또는 정전용량 측정을 위한 전극을 연료 용기에 설치하게 되는데, 연료 용기가 고정된 상태로 유지되지 않고 유동되거나 특정 방향으로 기울어지는 경우, 연료 용기 내에서 연료의 채워진 형상이 변화될 수 있다. 즉 센싱부에 대한 연료의 상대 위치가 변하게 된다. 이로 인하여, 연료 용기 내의 실제 잔량과 센싱부에 의한 측정 잔량 사이에 오차가 발생된다.
본 발명의 일 측면은 전극에 대한 연료의 상대 위치가 변화하는 경우에도 연료의 잔량을 정확하게 측정하는 연료 전지용 연료 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지는, 하우징, 상기 하우징에 내장되며, 서로 평행한 제1 평면부와 제2 평면부를 직교하는 측면부로 연결하여 내부 공간을 형성하고, 상기 내부 공간에 채워지는 연료의 잔량에 따라 수축/팽창하며, 상부에 연료 통로를 형성하는 파우치, 및 상기 하우징 내에서 상기 파우치를 사이에 두고 상기 측면부 양측에 배치되어, 평면으로 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 대향 방향을 복수로 형성한다.
상기 파우치는 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부를 직사각형으로 형성하여, 가변적인 직육면체를 형성할 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제1 장변에 배치되는 판상의 제1 장변부와, 상기 제1 장변부에 직각으로 연결되어 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제1 단변에 배치되는 판상의 제1 단변부를 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제2 장변에 배치되어 상기 제1 장변부와 마주하는 판상의 제2 장변부와, 상기 제2 장변부에 직각으로 연결되어 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제2 단변에 배치되어 상기 제1 단변부에 마주하는 판상의 제2 단변부를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제1 장변과 제2 장변의 일측에 배치되는 판상의 제11 장변부와 제12 장변부, 및 상기 제11 장변부와 상기 제12 장변부에 직각으로 연결되어 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제1 단변에 배치되는 판상의 제1 단변부를 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 제1 단변부의 반대측에서, 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 상기 제1 장변과 상기 제2 장변에 배치되어, 상기 제11 장변부와 상기 제12 장변부에 각각 마주하는 판상의 제21 장변부와 제22 장변부, 및 상기 제21 장변부와 상기 제22 장변부에 직각으로 연결되어 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 상기 제2 단변에 배치되어 상기 제1 단변부에 마주하는 판상의 제2 단변부를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 측면부의 중간에서 상기 파우치에 저장된 연료를 서로의 사이에 두고 제1 캐패시터를 형성할 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 파우치의 상기 제1 평면부 측과 상기 제2 평면부 측에서 공기를 서로의 사이에 두어 제2 캐패시터와 제3 캐패시터를 더 형성할 수 있다.
상기 대향 방향은 상기 제1 평면부, 상기 제2 평면부와 평행하고, 일방향으로 설정되는 제1 대향 방향과, 상기 제1 평면부, 상기 제2 평면부와 평행하고, 상기 제1 대향 방향에 직교하는 제2 대향 방향을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지는, 서로 평행한 1쌍의 평면부를 직교하는 측면부로 연결하여 다각기둥 형상의 내부 공간을 형성하고, 상기 내부 공간에 채워지는 연료의 잔량에 따라 수축/팽창하는 파우치, 및 상기 파우치를 사이에 두고 상기 측면부의 양측에 배치되어, 적어도 부분적으로 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 대향 방향을 복수로 형성하고, 상기 평면부의 변들 전체에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 하나가 배치된다.
상기 다각 기둥 형상은 삼각 기둥, 사각 기둥, 오각 기둥 및 육각 기둥 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 파우치는 삼각 기둥으로 형성되고, 순차적으로 배치되는 제1 변, 제2 변 및 제3 변을 가지는 삼각형으로 상기 평면부를 형성하며, 상기 제1 전극은 상기 제1 변과 상기 제2 변 측에 배치되고, 상기 제2 전극은 상기 제3 변 측에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극은 상기 제2 변에 더 배치될 수 있다.
상기 파우치는 오각 기둥으로 형성되고, 순차적으로 배치되는 제1 변, 제2 변, 제4 변 및 제5 변을 가지는 오각형으로 상기 평면부를 형성하며, 상기 제1 전극은 상기 제1 변과 상기 제2 변 및 상기 제3 변 측에 배치되고, 상기 제2 전극은 상기 제4 변과 상기 제5 변 측에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극은 상기 제3 변 측에 더 배치될 수 있다.
상기 파우치는 육각 기둥으로 형성되고, 순차적으로 배치되는 제1 변, 제2 변, 제4 변, 제5 변 및 제6 변을 가지는 육각형으로 상기 평면부를 형성하며, 상기 제1 전극은 상기 제1 변과 상기 제2 변 및 상기 제3 변 측에 배치되고, 상기 제2 전극은 상기 제4 변과 상기 제5 변 및 상기 제6 변 측에 배치될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 평면부를 측면부로 연결하여 파우치를 형성하고, 파우치의 양측에 제1, 제2 전극을 대향 배치하며, 이때, 제1, 제2 전극의 대향 방향을 복수로 형성하여, 연료의 잔량에 따른 제1, 제2 전극 사이에 형성되는 정전용량의 변화를 측정함으로써 제1, 제2 전극에 대한 연료의 상대 위치가 변하는 경우에도 연료의 잔량을 정확하게 측정하는 효과가 있다. 즉 연료 카트리지가 기울어지거나 뒤집어진 상태에서도 연료의 잔량을 정확하게 측정할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지의 사시도이다.
도2는 도1의 파우치의 사시도이다.
도3은 도1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도4는 도1의 평면도이다.
도5는 도1의 전극 사이에 형성되는 캐패시터의 등가회로이다.
도6은 도1의 연료 카트리지에서 연료의 잔량과 정전용량의 관계를 도시한 그래프이다.
도7은 도1의 연료 카트리지가 뒤집힌 상태에서 연료를 인출 및 주입할 때, 잔량과 정전용량의 관계를 도시한 그래프이다.
도8은 도1의 파우치가 뒤집힌 상태에서 연료를 인출 및 주입할 때, 잔량과 정전용량의 관계를 도시한 그래프이다.
도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지의 사시도이다.
도10는 도9의 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 자른 단면도이다.
도11은 도9의 평면도이다.
도12은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지의 평면도이다.
도13는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지의 평면도이다.
도14은 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지의 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지의 사시도이다. 도1을 참조하면, 제1 실시예의 연료 전지용 연료 카트리지(100, 이하 "연료 카트리지"라 한다)는 하우징(5), 하우징(5)에 내장되어 연료로 채워지는 파우치(3), 하우징(5) 내에서 파우치(3)를 사이에 두고 파우치(3)의 양측에 배치되는 제1 전극(1)과 제2 전극(2)을 포함한다.
하우징(5)은 기계적인 강도를 가지고 연료 카트리지(100)의 외관을 형성하여, 신축성을 가지는 파우치(3)를 충격이나 열과 같은 외부 환경으로 보호한다. 일례를 들면, 도1에 도시된 바와 같이, 하우징(5)은 직육면체로 형성될 수 있다.
제1, 제2 전극(1, 2)은 파우치(3)의 양측에 배치되어 연료를 사이에 두거나, 연료와 공기를 사이에 두고 캐패시터를 형성한다. 따라서 연료 카트리지(100)는 제1, 제2 전극(1, 2) 사이에 설정되는 정전용량의 변화를 측정하여 파우치(3)에 남은 연료량을 파악할 수 있다.
예를 들면, 파우치(3)에 채워진 연료가 제1, 제2 전극(1, 2) 사이에 완전히 채워지는 경우, 제1, 제2 전극(1, 2)과 이들 사이에 위치하는 연료에 의하여 1개의 캐패시터가 형성된다.
또한 파우치(3)에 채워진 연료가 제1, 제2 전극(1, 2) 사이에 부분적으로 채워지는 경우, 제1, 제2 전극(1, 2)과 이들 사이에 위치하는 공기, 연료 및 공기에 이하여 3개의 캐패시터가 형성된다. 3개의 캐패시터는 제1, 제2 전극(1, 2)에 의하여 병렬 구조를 이룬다.
하우징(5), 파우치(3) 및 제1, 제2 전극(1, 2)의 형상은 연료 카트리지(100)가 사용되는 기기나 장소에 따라 적절하게 선택될 수 있고, 서로 대응하는 구조를 형성한다. 일례를 들면, 하우징(5)과 파우치(3)가 직육면체로 형성되고, 제1, 제2 전극(1, 2)이 직육면체에 마주하는 판상의 직각 구조로 형성될 수 있다. 제1, 제2 전극(1, 2)은 파우치(3)의 측방을 둘러싸고 서로 마주한다.
도2는 도1의 파우치의 사시도이다. 도2를 참조하면, 파우치(3)는 신축성 재질로 형성되므로 내부 압력을 받지 않는 상태에서는 하우징(5)에 내장될 수 있는 직육면체를 형성하며, 내부에 남은 연료량이 줄어들어 수축될 때, 직육면체의 개략적인 형태를 유지하면서도 중력에 의하여 직육면체에서 벗어나는 형상을 이루게 된다. 즉 파우치(3)는 가변적인 직육면체를 형성한다. 편의상, 변형되기 전 직육면체 형상을 기준으로 파우치(3)를 설명한다.
파우치(3)는 서로 평행한 직사각형의 제1 평면부(31), 제2 평면부(32) 및 제1, 제2 평면부(31, 32)를 연결하는 측면부(33)를 포함한다. 예를 들면, 제1 평면부(31)는 연료 카트리지(100)가 도1과 같은 정상 상태를 유지하는 경우 상부에 위치하고, 제2 평면부(32)는 그 하부에 위치한다. 제1, 제2 평면부(31, 32) 및 측변부(33)는 폴리에틸렌과 같은 신축성 재질로 형성되어, 내부 공간에 남은 연료량에 따라 수축하거나 팽창한다.
측면부(33)는 제1, 제2 평면부(31, 32)에 직교하는 상태로 제1, 제2 평면부(31, 32)를 연결하여 내부 공간을 형성한다. 즉 제1, 제2 평면부(31, 32)는 xy 평면을 형성하고, 측면부(33)는 z축 방향의 폭을 가지고, 제1, 제2 평면부(31, 32)를 설정하는 변들의 전체 길이에 대응하는 띠 상태로 형성될 수 있다.
파우치(3)는 내부 공간에 채워진 연료를 연료 전지(미도시)로 인출하거나 외부에서 내부 공간으로 연료를 주입할 때, 연료 통로를 제공하는 커넥터(34)를 구비한다. 예를 들면, 커넥터(34)는 제1 평면부(31) 또는 제2 평면부(31)의 중앙에 일단으로 연결되고, 연료펌프(미도시)에 다른 일단으로 연결된다.
도3은 도1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이고, 도4는 도1의 평면도이다. 도4를 참조하면, 제1, 제2 전극(1, 2)은 파우치(3)의 측면부(33) 양측에서 평면으로 서로 마주하며, 이때, 대향 방향을 복수로 형성한다. 도4에 2개의 제1, 제2 대향 방향(D1, D2)이 예시되어 있다.
제1 대향 방향(D1)은 제1, 제2 평면부(31, 32)와 평행하고, 일방향(x축 방향)으로 설정된다. 제2 대향 방향(D2)은 제1, 제2 평면부(31, 32)와 평행하고, 제1 대향 방향(D1)에 직교하는 방향으로 설정된다. 파우치(3)의 측면부(33) 각 면에서 제1, 제2 전극(1, 2)이 서로 마주한다. 따라서 연료 카트리지(100)가 특정 방향으로 기울어지는 경우에도, 제1, 제2 전극(1, 2) 사이에 연료가 위치하게 되어 연료의 잔량을 측정할 수 있게 된다.
설명의 편의를 위하여, 파우치(3)의 제1, 제2 평면부(31, 32)를 구체적으로 설명한다. 즉 편의상 같이 설명하면, 제1, 제2 평면부(31, 32)는 동일 크기의 직사각형으로 형성되고, 서로 마주하는 제1, 제2 장변(L1, L2), 이에 직교하면서 서로 마주하는 제1, 제2 단변(S1, S2)을 가진다.
제1 전극(1)은 판상으로 형성되어 서로 직각으로 연결되는 제1 장변부(11)와 제1 단변부(12)를 포함한다. 제1 장변부(11)는 제1, 제2 평면부(31, 32)의 제1 장변(L1)에 배치되고, 제1 단면부(12)는 제1, 제2 평면부((31, 32)의 제1 단변(S1)에 배치된다.
제2 전극(2)은 판상의 형성되어 서로 직각으로 연결되는 제2 장변부(21)와 제2 단변부(22)를 포함한다. 제2 장변부(21)는 제1, 제2 평면부(31, 32)의 제2 장변(L2)에 배치되어, 제1 장변부(11)와 마주한다. 제2 단변부(22)는 제1, 제2 평면부(31, 32)의 제2 단변(S2)에 배치되어 제1 단변부(12)에 마주한다.
따라서 제1, 제2 전극(1, 2)의 제1, 제2 장변부(11, 21)는 파우치(3)의 제1, 제2 장변(L1, L2)에서 제2 대향 방향(D2)으로 서로 마주하여 정전용량을 측정하고, 제1, 제2 전극(1, 2)의 제1, 제2 단변부(12, 22)는 파우치(3)의 제1, 제2 단변(S1, S2)에서 제1 대향 방향(D1)으로 서로 마주하여 정전용량을 측정한다.
도5는 도1의 전극 사이에 형성되는 캐패시터의 등가회로이다. 도3 및 도5를 참조하면, 제1, 제2 전극(1, 2)은 측면부(33)의 중간에서 파우치(3)에 저장된 연료를 서로의 사이에 두고 제1 캐패시터(C11)를 형성한다. 즉 측면부(33)의 중간에 대응하는 제1, 제2 장변부(11, 21) 사이 및 제1, 제2 단변부(12, 22) 사이에서 제1 캐패시터(C11)가 형성된다.
제1, 제2 전극(1, 2)은 제1 캐패시터(C11)의 양측, 즉 파우치(3)의 제1 평면부(31) 측과 제2 평면부(32) 측에 위치하는 공기를 서로의 사이에 두어 제2 캐패시터(C12)와 제3 캐패시터(C13)를 형성한다. 즉, 측면부(33)의 제1, 제2 평면부(31, 32) 양측에 대응하는 제1, 제2 장변부(11, 21) 사이 및 제1, 제2 단변부(12, 22) 사이에서 제2, 제3 캐패시터(C12, C13)가 형성된다.
실질적으로, 파우치(3) 내의 연료량이 줄어들면, 제1, 제2 전극(1, 2)과 파우치(3) 사이가 이격되어 그 사이에 공기가 개재될 수 있고, 또한 중력에 의하여 파우치(3)의 제2 평면부(32)가 아래로 처지면서 파우치(3)의 측면부(33)과 제1, 제2 전극(1, 2) 사이에 간격이 형성되어 공기가 개재될 수 있다. 따라서 제1 캐패시터(C11)는 제1 전극(1) 공기, 연료, 공기 제2 전극(2)과 같이 직렬 구조의 캐패시터를 형성되며, 이때, 공기에 대한 정전용량을 제거함으로써 연료에 대한 정전용량(C1)만을 산출할 수 있다.
제1, 제2 전극(1, 2) 사이에서 측정되는 전체 정전용량(C)은 연료에 대한 정전용량(C1)과 공기에 대한 정전용량(C2, C3)의 합으로 산출된다(수학식 1 참조).
C = C1 + (C2 + C3)
= ε0 ×ε1 ×t ×W×L/d + (ε0×ε2×(1-t)×W×L/d) - 수학식 1
ε0는 진공의 유전율이고, ε1는 연료인 메탄올의 유전율이며, ε2는 공기의 유전율이며, t는 전체 연료량에 대한 연료 잔량의 백분율로서 0보다 크고 1보다 작으며, W×L은 제1, 제2 전극(1, 2)의 대향하는 면적(폭×길이)이고, d는 대향 방향으로 설정되는 제1, 제2 전극(1, 2)의 거리이다.
수학식 1에서, 연료 잔량의 백분율(t)이 변수이고, 나머지는 모두 상수이다. 따라서 연료 잔량에 따라 전체 정전용량(C)이 결정되므로 정전용량(C)에 따라 파우치(3) 내의 남은 연료량을 알 수 있다.
도6은 도1의 연료 카트리지에서 연료의 잔량과 정전용량의 관계를 도시한 그래프이다. 도6을 참조하면, 연료 카트리지(100)에서 연료인 메탄올의 잔량(%)과 정전용량(C)의 변화가 선형으로 나타나는 것을 알 수 있다.
도7은 도1의 연료 카트리지가 뒤집힌 상태에서 연료를 인출 및 주입할 때, 잔량과 정전용량의 관계를 도시한 그래프이다. 도6을 참조하면, 연료 카트리지(100)를 뒤집은 상태에서 파우치(3)로부터 연료를 인출하거나 파우치(3)에 연료를 주입할 때, 연료인 메탄올의 잔량과 정전용량(C)의 변화가 대체로 도6과 비슷한 선형으로 나타나는 것을 알 수 있다.
도8은 도1의 파우치가 뒤집힌 상태에서 연료를 인출 및 주입할 때, 잔량과 정전용량의 관계를 도시한 그래프이다. 도7을 참조하면, 파우치(3)를 뒤집어 커넥터(34)가 하방에 위치한 상태에서 파우치(3)로부터 연료를 인출하거나 파우치(3)에 연료를 주입할 때, 연료인 메탄올의 잔량과 정전용량(C)의 변화가 대체로 도6과 비슷한 선형으로 나타나는 것을 알 수 있다.
또한, 연료 카트리지(100)는 제1, 제2 장변(L1, L2) 중 일측으로 기울어지는 경우, 제1, 제2 전극(1, 2)의 제1, 제2 단변부(12, 22)가 서로 대향하여 정전용량(C)을 측정할 수 있다. 연료 카트리지(100)는 제1, 제2 단변(S1, S2) 중 일측으로 기울어지는 경우, 제1, 제2 전극(1, 2)의 제1, 제2 장변부(11, 21)가 서로 대향하여 정전용량(C)을 측정할 수 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 제1 실시예 및 앞에서 설명된 실시예와 비교하여 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지의 사시도이고, 도10는 도9의 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 자른 단면도이며, 도11은 도9의 평면도이다.
제1 실시예의 연료 카트리지(100)에서 제1, 제2 전극(1, 2)은 각각 직각으로 형성되어 파우치(3)에서 측면부(33) 2곳에 위치한다. 제2 실시예의 연료 카트리지(200)에서 제1, 제2 전극(201, 202)은 각각 2개의 직각으로 형성되어 파우치(3)에서 측면부(33)의 3곳에 위치한다. 즉 측면부(33)의 일측에는 제1, 제2 전극(201, 202)의 일부분이 같이 형성되어 있다.
예를 들면, 제1 전극(201)은 각각 판상으로 형성되어, 서로 평행한 제11, 제12 장변부(211, 212)와 이에 직각으로 연결되는 제1 단변부(213)를 포함한다. 제11, 제12 장변부(211, 212)는 제1 단변(S1)에 인접하여 제1, 제2 평면부(31, 32)의 제1, 제2 장변(L1, L2)의 일부에 배치되고, 제1 단변부(213)는 제1, 제2 평면부(31, 32)의 제1 단변(S1)에 배치된다.
제2 전극(2)은 각각 판상으로 형성되어, 서로 평행한 제21, 22 장변부(221, 222)와 이에 직각으로 연결되는 제2 단변부(223)를 포함한다. 제21, 제22 장변부(221, 222)는 제2 단변(S2)에 인접하여 제1, 제2 평면부(31, 32)의 제1, 제2 장변(L1, L2)의 일부에 배치되어 제11, 제12 장변부(211, 212)에 각각 마주한다. 제2 단변부(223)는 제1, 제2 평면부(31, 32)의 제2 단변(S2)에 배치되어 제1 단변부(213)에 마주한다.
도11에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 전극(201, 202)은 3개의 제1, 제2, 제3 대향 방향(D1, D22, D23)을 형성한다. 제1 대향 방향(D1)은 제1, 제2 평면부(31, 32)와 평행하고, 일방향(x축 방향)으로 설정된다. 제2, 제3 대향 방향(D22, D23)은 제1, 제2 평면부(31, 32)와 평행하고, 서로 교차하면서 또한 제1 대향 방향(D1)과 교차한다. 파우치(3)의 측면부(33) 각 면에서 제1, 제2 전극(201, 202)이 서로 마주한다. 따라서 연료 카트리지(200)가 특정 방향으로 기울어지는 경우에도, 제1, 제2 전극(201, 202) 사이에 연료가 위치하게 되어 연료의 잔량을 측정할 수 있게 된다.
이하 제3 내지 제5 실시예에서는 파우치와 제1, 제2 전극에 대하여 주로 설명한다. 이때, 제3 내지 제5 실시예에서 z축 방향으로 설정되는 제1, 제2, 제3 캐패시터의 구성은 제1, 제2 실시예에서 동일하므로 이에 대한 도시 및 설명을 생략한다. 그리고 제3 내지 제5 실시예에서 xy 평면의 설정되는 평면부와 제1, 제2 전극의 배치에 대하여 설명한다.
도12은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지의 평면도이다. 도12를 참조하면, 제3 실시예의 연료 카트리지(300)에서, 파우치(303)는 삼각 기둥으로 형성되고, 중앙에 커넥터(34)가 구비되는 평면부(331)를 구비한다. 평면부(331)는 순차적으로 배치되는 제1 변(L31), 제2 변(L32) 및 제3 변(L33)으로 설정된다.
제1 변(L31), 제2 변(L32) 및 제3 변(L33) 각각에는 제1, 제2 전극(301, 302) 중 하나의 일부가 배치된다. 예를 들면, 제1 전극(301)은 서로 절곡 연결되어 제1 변(L31)과 제2 변(L32) 측에 배치되고, 제2 전극(302)은 제3 변(L33) 측에 배치된다. 도시된 바와 같이, 제2 전극(302)는 제3변(L33) 측에서 절곡 연결되어 제2 변(L32)에 더 배치될 수도 있다.
제1 실시예에서는 제1, 제2 전극(1, 2)이 평행한 상태로 마주하는데, 제3 실시예에서 제1, 제2 전극(301, 302)는 간격이 평행하지 않은 즉 간격이 변하는 상태로 마주한다. 제1, 제2 전극(301, 302)의 대향 방향은 서로 마주하는 것으로 설정되도록 제1, 제2 전극(301, 302)을 미세 구간으로 분할하는 개수로 설정된다. 즉, 제1, 제2 전극(301, 302) 사이의 정전용량은 나누어진 미세 구간 각각에서 설정되는 정전용량 합으로 측정된다. 따라서 파우치(303)가 어느 방향으로 기울어진 경우에도 제1, 제2 전극(301, 302)이 서로 마주하는 부분을 형성하여 연료의 잔량 측정할 수 있다. 하우징(305)은 파우치(303)의 형상에 대응하는 삼각 기둥으로 형성될 수 있다.
도13는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지의 평면도이다. 도13을 참조하면, 제4 실시예의 연료 카트리지(400)에서, 파우치(403)는 오각 기둥으로 형성되고, 중앙에 커넥터(34)가 구비된 평면부(431)를 구비한다. 평면부(41)는 순차적으로 배치되는 제1 변(L41), 제2 변(L42), 제3 변(L43), 제4 변(L44) 및 제5 변(L45)으로 설정된다.
제1 내지 제5 변(L41, L42, L43, L44, L45) 각각에는 제1, 제2 전극(401, 402) 중 하나의 일부가 배치된다. 예를 들면, 제1 전극(401)은 서로 절곡 연결되어 제1 변(L41)과 제2 변(L42) 및 제3 변(L43) 측에 배치되고, 제2 전극(402)은 제4 변(L44)과 제5 변(L45) 측에 배치된다. 도시된 바와 같이, 제2 전극(402)는 제3변(L43) 측에서 절곡 연결되어 제2 변(L32)에 더 배치될 수도 있다. 제1, 제2 전극(401, 402)의 대향 방향은 서로 마주하는 것으로 설정되도록 제1, 제2 전극(401, 402)을 미세 구간으로 분할하는 개수로 설정된다. 하우징(405)은 파우치(403)의 형상에 대응하는 오각 기둥으로 형성될 수 있다.
도14은 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 전지용 연료 카트리지의 평면도이다. 도14를 참조하면, 제5 실시예의 연료 카트리지(500)에서, 파우치(503)는 오각 기둥으로 형성되고, 중앙에 커넥터(34)가 구비된 평면부(531)를 구비한다. 평면부(531)는 순차적으로 배치되는 제1 변(L51), 제2 변(L52), 제3 변(L53), 제4 변(L54), 제5 변(L55) 및 제6 변(L56)으로 설정된다.
제1 내지 제6 변(L51, L52, L53, L54, L55, L56) 각각에는 제1, 제2 전극(501, 502) 중 하나의 일부가 배치된다. 예를 들면, 제1 전극(501)은 서로 절곡 연결되어 제1 변(L51)과 제2 변(L52) 및 제3 변(L53) 측에 배치되고, 제2 전극(502)은 제4 변(L54)과 제5 변(L55) 및 제6 변(L56) 측에 배치된다.
도14에 3개의 제1, 제2, 제3 대향 방향(D51, D52, D53)이 예시되어 있다. 제1 대향 방향(D51)은 평면부(541)와 평행하고, 일방향으로 제1, 제4 변(L51, L54) 사이에 설정된다. 제2 대향 방향(D52)은 평면부(541)와 평행하고, 제1 대향 방향(D51)과 교차하면서 제2, 제5 변(L52, L55) 사이에 설정된다. 제3 대향 방향(D53)은 평면부(541)와 평행하고, 제1, 제2 대향 방향(D51, D52)과 교차하면서 제3, 제6 변(L53, L56) 사이에 설정된다. 따라서 연료 카트리지(500)가 특정 방향으로 기울어지는 경우에도, 제1, 제2 전극(1, 2) 사이에 연료가 위치하게 되어 연료의 잔량을 측정할 수 있게 된다. 하우징(505)은 파우치(503)의 형상에 대응하는 육각 기둥으로 형성될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 201, 301, 401, 501 : 제1 전극 2, 202, 302, 402, 502 : 제2 전극
3, 303, 403, 503 : 파우치 5, 305, 405, 505 : 하우징
11, 21 : 제1, 제2 장변부 12, 22 : 제1, 제2 단변부
31 : 제1 평면부 32 : 제2 평면부
33 : 측면부 34 : 커넥터
100, 200, 300, 400, 500 : 연료 카트리지 211, 212 : 제11, 제12 장변부
213, 223 : 제1, 제2 단변부 221, 222 : 제21, 22 장변부
331, 431, 531 : 평면부 C11, C12, C13 : 제1, 제2, 제3 캐패시터
D1, D51 : 제1 대향 방향 D2, D22, D52 : 제2 대향 방향
D23, D53 : 제3 대향 방향 L1, L2 : 제1, 제2 장변
L31, L41, L51 : 제1 변 L32, L42, L52 : 제2 변
L33, L43, L53 : 제3 변 L44, L54 : 제4 변
L45, L55 : 제5 변 L56 : 제6 변
S1, S2 : 제1, 제2 단변

Claims (14)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 내장되며, 서로 평행한 제1 평면부와 제2 평면부를 직교하는 측면부로 연결하여 내부 공간을 형성하고, 상기 내부 공간에 채워지는 연료의 잔량에 따라 수축/팽창하며, 상부에 연료 통로를 형성하는 파우치; 및
    상기 하우징 내에서 상기 파우치를 사이에 두고 상기 측면부 양측에 배치되어, 평면으로 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극을 포함하며,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은,
    각각 절곡 구조로 형성되어 서로 마주하는 대향 방향을 복수로 형성하고,
    일측에서 상기 측면부보다 작게 형성되는 연료 전지용 연료 카트리지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 파우치는,
    상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부를 직사각형으로 형성하여, 가변적인 직육면체를 형성하는 연료 전지용 연료 카트리지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전극은,
    상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제1 장변에 배치되는 판상의 제1 장변부와,
    상기 제1 장변부에 직각으로 연결되어 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제1 단변에 배치되는 판상의 제1 단변부를 포함하고,
    상기 제2 전극은,
    상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제2 장변에 배치되어 상기 제1 장변부와 마주하는 판상의 제2 장변부와,
    상기 제2 장변부에 직각으로 연결되어 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제2 단변에 배치되어 상기 제1 단변부에 마주하는 판상의 제2 단변부를 포함하는 연료 전지용 연료 카트리지.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전극은,
    상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제1 장변과 제2 장변의 일측에 배치되는 판상의 제11 장변부와 제12 장변부, 및
    상기 제11 장변부와 상기 제12 장변부에 직각으로 연결되어 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 제1 단변에 배치되는 판상의 제1 단변부를 포함하고,
    상기 제2 전극은,
    상기 제1 단변부의 반대측에서, 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 상기 제1 장변과 상기 제2 장변에 배치되어, 상기 제11 장변부와 상기 제12 장변부에 각각 마주하는 판상의 제21 장변부와 제22 장변부, 및
    상기 제21 장변부와 상기 제22 장변부에 직각으로 연결되어 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 상기 제2 단변에 배치되어 상기 제1 단변부에 마주하는 판상의 제2 단변부를 포함하는 연료 전지용 연료 카트리지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은,
    상기 측면부의 중간에서 상기 파우치에 저장된 연료를 서로의 사이에 두고 제1 캐패시터를 형성하는 연료 전지용 연료 카트리지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은,
    상기 파우치의 상기 제1 평면부 측과 상기 제2 평면부 측에서 공기를 서로의 사이에 두어 제2 캐패시터와 제3 캐패시터를 더 형성하는 연료 전지용 연료 카트리지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 대향 방향은,
    상기 제1 평면부, 상기 제2 평면부와 평행하고, 일방향으로 설정되는 제1 대향 방향과,
    상기 제1 평면부, 상기 제2 평면부와 평행하고, 상기 제1 대향 방향에 직교하는 제2 대향 방향을 포함하는 연료 전지용 연료 카트리지.
  8. 서로 평행한 1쌍의 평면부를 직교하는 측면부로 연결하여 다각기둥 형상의 내부 공간을 형성하고, 상기 내부 공간에 채워지는 연료의 잔량에 따라 수축/팽창하는 파우치; 및
    상기 파우치를 사이에 두고 상기 측면부의 양측에 배치되고 상기 측면부보다 작게 형성되어, 적어도 부분적으로 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극을 포함하며,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은,
    각각 절곡 구조로 형성되어 서로 마주하는 대향 방향을 복수로 형성하고,
    상기 평면부의 변들 전체에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 하나가 배치되는 연료 전지용 연료 카트리지.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 다각 기둥 형상은 삼각 기둥, 사각 기둥, 오각 기둥 및 육각 기둥 중 하나로 형성되는 연료 전지용 연료 카트리지.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 파우치는 삼각 기둥으로 형성되고, 순차적으로 배치되는 제1 변, 제2 변 및 제3 변을 가지는 삼각형으로 상기 평면부를 형성하며,
    상기 제1 전극은 상기 제1 변과 상기 제2 변 측에 배치되고,
    상기 제2 전극은 상기 제3 변 측에 배치되는 연료 전지용 연료 카트리지.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제2 변에 더 배치되는 연료 전지용 연료 카트리지.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 파우치는 오각 기둥으로 형성되고, 순차적으로 배치되는 제1 변, 제2 변, 제4 변 및 제5 변을 가지는 오각형으로 상기 평면부를 형성하며,
    상기 제1 전극은 상기 제1 변과 상기 제2 변 및 상기 제3 변 측에 배치되고,
    상기 제2 전극은 상기 제4 변과 상기 제5 변 측에 배치되는 연료 전지용 연료 카트리지.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제3 변 측에 더 배치되는 연료 전지용 연료 카트리지.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 파우치는 육각 기둥으로 형성되고, 순차적으로 배치되는 제1 변, 제2 변, 제4 변, 제5 변 및 제6 변을 가지는 육각형으로 상기 평면부를 형성하며,
    상기 제1 전극은 상기 제1 변과 상기 제2 변 및 상기 제3 변 측에 배치되고,
    상기 제2 전극은 상기 제4 변과 상기 제5 변 및 상기 제6 변 측에 배치되는 연료 전지용 연료 카트리지.
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