KR101309929B1 - 에어로졸 공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어로졸을 분사토록 구성된 노즐, 상기 노즐에 연결되어 에어로졸을 공급하는 에어로졸라인 및 상기 노즐에 연결되어 노즐에 가스를 제공하는 가스공급라인을 포함하여 구성된 에어로졸 공급장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 상기 에어로졸라인을 통해 노즐에 공급되는 분말의 농도를 일정하게 하는 효과가 있다.

Description

에어로졸 공급장치{DEVICE FOR SUPPLYING AEROSOL}
본 발명은 에어로졸 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에어로졸을 분사토록 구성된 노즐, 상기 노즐에 연결되어 에어로졸을 공급하는 에어로졸라인 및 상기 노즐에 연결되어 노즐에 가스를 제공하는 가스공급라인을 포함하여, 상기 에어로졸라인을 통해 노즐에 공급되는 분말의 농도를 일정하게 하는 효과가 있는 에어로졸 공급장치에 관한 것이다.
연료전지는 수소 또는 탄화수소 계열 연료와 산소로 대표되는 산화제의 전기화학 반응을 이용하여 전기 에너지를 얻는 에너지원으로서, 미래를 대비하는 하는 가장 유망한 청정 에너지원 중 하나로 최근 크게 주목받고 있다.
이러한 연료전지는 크게 전기를 생성하는 스택, 스택으로 연료를 공급하는 연료 공급부 및 스택으로 산화제(공기)를 공급하는 산화제 공급부로 이루어진다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 스택을 이루는 단위전지(100)는 막전극조립체(110)와 분리판(120)이 적층된 구조로 이루어지며, 막전극조립체 또는 분리판에는 코팅층(130)이 형성되어 있다.
상기 코팅층(130)을 형성하는 에어로졸 디포지션(ADM: aerosol deposition method)을 위해서는 분말운송가스와 코팅할 분말이 고르게 분산되어 혼합된 에어로졸 형성이 필요하다.
도 2는 종래의 에어로졸 디포지션 장치(200)의 개요도이다. 종래에는 분말(210)이 담겨있는 에어로졸 챔버(220)의 바닥에 가스라인(230)이 분말(210)에 묻혀 있는 형태로 설치한 다음 가스를 공급하여 분말(210)을 유동시켜 에어로졸을 형성하는 방법을 사용한다.
또한, 에어로졸 챔버를 바이브레이터(240)를 이용하여 진동을 줌으로써 에어로졸 챔버(220) 내부의 분말(210)의 높이가 균일하게 될 수 있도록 하는 방법을 사용하고 있다.
그런데, 종래의 에어로졸 디포지션에 의한 방법으로 코팅층을 형성하는 경우 가스의 유량에 따라서 코팅층의 형성여부 및 코팅층의 품질이 크게 달라지는 문제가 있다.
또한, 종래의 방식으로 에어로졸을 형성하여 노즐(250)에 이송하는 경우, 가스의 유량이 증가함에 따라서 에어로졸 농도가 높아져 균일하게 에어로졸을 형성하지 못하고 분말(210)이 덩어리져서 나가거나 한꺼번에 필요 이상의 많은 양의 분말(210)이 노즐(250)에 공급됨으로써 노즐이 막히게 되는 문제가 있다.
따라서 에어로졸의 공급양을 일정하게 유지하는 에어로졸 공급장치 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 에어로졸을 분사토록 구성된 노즐, 상기 노즐에 연결되어, 에어로졸을 공급하는 에어로졸라인 및 상기 노즐에 연결되어, 상기 에어로졸라인을 통해 노즐에 공급되는 에어로졸에 포함된 분말의 농도를 일정하게 하도록, 노즐에 가스를 제공하는 가스공급라인을 포함하는 에어로졸 공급장치를 제공한다.
또한, 상기 가스공급라인이, 상기 노즐에서 에어로졸과 가스가 균일하게 쉽게 혼합되도록, 상기 에어로졸라인 주위에 적절하게 배치되는 에어로졸 공급장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 에어로졸을 분사토록 구성된 노즐, 상기 노즐에 연결되어, 에어로졸을 공급하는 에어로졸라인 및 상기 노즐에 연결되어, 상기 에어로졸라인을 통해 노즐에 공급되는 분말의 농도를 일정하게 하도록, 노즐에 가스를 제공하는 가스공급라인을 포함하는 에어로졸 공급장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 가스공급라인은, 적어도 하나 이상 형성되되, 상기 노즐에서 에어로졸과 가스가 균일하게 혼합되도록, 상기 에어로졸라인 주위에 배치되는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 가스공급라인은, 상기 노즐에서 에어로졸과 가스의 혼합이 쉽게 이루어지도록, 상기 노즐의 측면에 연결되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 에어로졸을 분사토록 구성된 노즐, 상기 노즐에 연결되어 에어로졸을 공급하는 에어로졸라인 및 상기 노즐에 연결되어 노즐에 가스를 제공하는 가스공급라인을 포함하여, 상기 에어로졸라인을 통해 노즐에 공급되는 에어로졸에 포함된 분말의 농도를 일정하게 하는 효과가 있다.
또한, 상기 가스공급라인은, 상기 에어로졸라인 주위에 적어도 하나 이상 적절히 배치되어 상기 노즐에서 에어로졸과 가스가 균일하게 쉽게 혼합되도록 하는 효과가 있다.
또한, 상기 노즐은 내부에서 와류가 형성되어 분말이 가스와 고르게 분산되어 분말이 균일하게 분사되는 효과가 있다.
도 1은 연료전지 스택의 단위전지를 개략적으로 도시한 측면도
도 2는 종래의 에어로졸 디포지션 장치의 개요도
도 3은 본 발명에 따른 에어로졸 공급장치의 일 실시예를 도시한 개략도
도 4는 본 발명에 따른 에어로졸 공급장치의 다른 실시예를 도시한 개략도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에어로졸 공급장치를 상세하게 설명한다.
도 3에서 본 발명에 따른 에어로졸 공급장치의 일 실시예를 나타내고, 도 4에서 본 발명에 따른 에어로졸 공급장치의 다른 실시예를 나타낸다.
본 발명에 따른 에어로졸 공급장치의 일 실시예는, 에어로졸을 분사토록 구성된 노즐(10), 상기 노즐(10)에 연결되어, 에어로졸을 공급하는 에어로졸라인(20) 및 상기 노즐(10)에 연결되어, 상기 에어로졸라인(20)을 통해 노즐(10)에 공급되는 에어로졸에 포함된 분말의 농도를 일정하게 하도록, 노즐(10)에 가스를 제공하는 가스공급라인(30)을 포함하여 구성된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 종래기술은 균일하게 에어로졸을 형성하지 못하고 분말이 덩어리져서 나가거나, 한꺼번에 필요 이상의 많은 양의 분말이 노즐(10)에 공급됨으로써 노즐(10)이 막히게 되는 문제가 있었다.
이에, 본 발명은 도 3 및 4에 나타난 바와 같이 노즐(10)에 별도의 가스공급라인(30)을 연결하여, 노즐(10) 내부에 가스를 공급한다.
즉, 에어로졸라인(20)을 통해 공급되는 에어로졸의 농도가 불균일한 경우, 상기 가스공급라인(30)으로부터 가스를 노즐(10) 내부로 공급하여, 전체 혼합가스의 농도가 일정하게 되도록 한다. 이와 같이 가스공급라인(30)으로부터 가스가 조절되어 공급되어, 전체 혼합가스의 분말의 농도가 일정하게 유지되도록 제어된다.
따라서, 본 발명에 의하면 노즐(10)의 하부에 마련된 슬릿 형태의 구멍에서 분사되는 혼합가스의 분말의 양이 일정하므로, 단위전지의 막전극조립체 또는 분리판의 코팅층이 균일하게 형성되어, 연료전지의 성능을 향상시키는 효과가 있다.
다음, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 에어로졸 공급장치의 일 실시예를 설명한다.
본 발명의 상기 가스공급라인(30)은, 적어도 하나 이상 형성되되, 상기 노즐(10)에서 에어로졸과 가스가 균일하게 혼합되도록, 상기 에어로졸라인(20) 주위에 배치되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 에어로졸라인(20)으로부터 노즐(10)로 공급되는 에어로졸과 가스공급라인(30)으로부터 노즐(10)로 공급되는 가스가 노즐(10) 내부에서 혼합된다. 이 때, 공급되는 가스량에 따라 혼합된 가스의 분말 농도가 조절된다.
여기서, 혼합된 가스의 분말 농도를 조절하기 위해 필요한 가스량은 경우에 따라 다르다. 따라서, 가스공급라인(30)은 적어도 하나 이상 설치되는 것이 바람직하다.
즉, 에어로졸라인(20)을 통해 노즐(10)로 공급된 분말의 양이 너무 많은 경우에는 농도를 낮추기 위해 많은 양의 가스량이 필요하다. 이 경우에는 가스공급라인(30)을 여러 개 설치하여 가스를 공급하여 용이하게 혼합가스의 농도를 조절하는 것이 바람직하다.
그리고, 노즐(10) 내부에서 에어로졸과 가스가 균일하게 섞이는 것이 바람직하다. 이와 갈이 에어로졸과 가스가 균일하게 섞여 분말이 노즐(10) 내부에 고르게 퍼져 있는 경우에는, 노즐(10)로부터 분사되는 혼합가스의 분말이 균일하게 분사되어, 피코팅물인 단위전지의 막전극조립체 또는 분리판에 균일한 코팅층을 형성한다. 이것은 연료전지의 성능 향상을 가져 오는 효과가 있다.
그런데, 가스공급라인(30)이 하나만 형성되는 경우에는, 에어로졸과 가스가 균일하게 섞이는 데에 덜 효과적이다.
즉, 한쪽에서는 에어로졸라인(20)을 통해 에어로졸이 공급되고, 다른 쪽에서는 가스공급라인(30)을 통해 가스가 공급되면, 에어로졸과 가스가 골고루 섞이기가 힘들다. 이 경우에는 노즐(10)로부터 분사되는 혼합가스의 분말도 균일하지 못할 수 있다.
따라서, 가스공급라인(30)은 복수로 설치되는 것이 바람직하며, 복수의 가스공급라인(30)이 에어로졸라인(20) 주위에 적절히 배치되는 것이 더 바람직하다.
도 3을 참조하면, 에어로졸라인(20)은 노즐(10) 상부 중앙에 위치하며 상기 에어로졸라인(20) 양쪽에 가스공급라인(30)이 각각 설치된다.
이와 같이 가스공급라인(30)이 설치되면, 상기에서 설명한 바와 같이 가스공급라인(30) 하나만 설치되는 경우보다 노즐(10) 내부에서 혼합가스의 와류가 형성되어 에어로졸과 가스가 효과적으로 혼합되게 된다.
그리고, 도 3에서는 에어로졸라인(20) 양쪽에 가스공급라인(30)이 각각 설치된 것을 나타내나, 반드시 이에 한정되지 않음은 물론이다. 즉, 필요에 따라 더 많은 수의 가스공급라인(30)이 설치될 수 있으며, 에어로졸라인(20) 주위에 적절하게 배치할 수 있다.
또한, 상기 가스공급라인(30)과 에어로졸라인(20)은 노즐(10)의 내부까지 인입될 필요는 없으며, 도시된 바와 같이 노즐(10)에 연결만 되어 있는 형태이고, 노즐(10)과는 용접을 이용하여 접합하거나, 도시하지는 않았으나 피팅 부품을 사용하여 연결이 가능하다.
다음, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 에어로졸 공급장치의 다른 실시예를 설명한다.
본 발명의 상기 가스공급라인(30)은, 상기 노즐(10)에서 에어로졸과 가스의 혼합이 쉽게 이루어지도록, 상기 노즐(10)의 측면에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 복수의 가스공급라인(30)을 에어로졸라인(20) 주위에 적절하게 배치하면, 노즐(10) 내부에서 와류가 형성되어 에어로졸과 가스가 균일하게 혼합되는 데에 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시예는 상기 일 실시예를 응용한 실시예이다.
구체적으로, 도 3의 일 실시예에서는 가스공급라인(30)이 노즐(10)의 상부에서 연결되나, 도 4의 다른 실시예에서는 가스공급라인(30)이 노즐(10)의 측면에서 연결되는 것이 특징이다.
즉, 본 발명은 별도의 가스라인을 통해 가스를 노즐(10)에 공급하여 에어로졸과 혼합하여, 노즐(10) 내부에 수용된 혼합가스의 분말의 농도를 일정하게 하나, 이에 더하여 노즐(10) 내부에서 분말이 균일하게 분포되도록 함으로써 분말이 피코팅물에 균일하게 분사되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 일 실시예에서도 가스공급라인(30)이 복수로 구비되어, 노즐(10) 내부에서 에어로졸과 가스가 어느 정도 균일하게 섞이게 되나, 가스공급라인(30)과 에어로졸라인(20)이 나란하게 형성되어 노즐(10) 내부에서 와류가 효과적으로 형성되지 못한다.
이에 반해, 본 발명의 다른 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 가스공급라인(30)이 에어로졸라인(20)이 나란하지 않게, 직각을 이루도록 노즐(10) 측면에서 결합한다.
이 경우에, 에어로졸라인(20)에서 공급되는 에어로졸과 가스라인에서 공급되는 가스가 서로 간섭되어 와류가 보다 잘 일어난다.
이에 따라, 노즐(10) 내부에서 에어로졸과 가스가 보다 잘 섞이게 되어, 노즐(10) 내부에 혼합가스의 분말이 균일하게 분포된다.
또한, 도 3에는 가스공급라인(30)이 에어로졸라인(20)과 직각을 이루도록 노즐(10) 측면에서 연결되는 것이 나타나 있으나, 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉, 가스공급라인(30)과 에어로졸라인(20)이 이루는 각도는 사용자가 임의로 선택할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 노즐(10)로부터 분사되는 분말이 균일하여, 단위전지의 막전극조립체 또는 분리판의 코팅층이 균일하게 형성되어, 연료전지의 성능을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.
10 ... 노즐 20 ... 에어로졸라인
30 ... 가스공급라인

Claims (3)

  1. 에어로졸이 분사되도록 제공되며, 하부에 슬릿 형태의 구멍이 형성된 노즐(10);
    상기 노즐(10)의 상부에 연결되며, 상기 노즐(10)로 분말에 함유된 에어로졸을 공급하는 에어로졸라인(20); 및
    상기 노즐(10)에서 상기 에어로졸라인(20)의 주변부에 배치되어 연결되며, 상기 노즐(10)로 가스를 공급하는 가스공급라인(30);
    을 포함하되,
    상기 노즐(10)의 내부에서 에어로졸과 가스가 혼합되어 분말이 함유된 혼합가스가 될 때, 와류가 발생되어 혼합가스내에서 분말이 균일하게 분포되도록, 상기 가스공급라인은 상기 에어로졸라인에 직각되게 상기 노즐의 측부에 적어도 하나 이상 연결되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 공급장치.
  2. 삭제
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