KR101442694B1 - Apparatus for supplying air for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료전지용 공기공급장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있으며 저소음 소형화에 기여할 수 있는 연료전지용 공기공급장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 연료전지는 무공해 전력 공급장치로서 차세대 청정 에너지 발전 시스템 중의 하나로 각광받고 있다. 연료전지를 이용한 발전 시스템은 대형 건물의 자가발전기, 전기자동차 전원, 이동 전원(portable power supply) 등으로 이용될 수 있고, 천연 가스, 도시 가스, 나프타, 메탄올, 폐기물 가스 등 다양한 연료를 사용할 수 있는 장점이 있다.In general, fuel cells are regarded as one of next generation clean energy generation systems as pollution-free power supply devices. The fuel cell-based power generation system can be used in a large-scale building such as an autogenerator, an electric vehicle power source, a portable power supply, etc., and can use various fuels such as natural gas, city gas, naphtha, methanol, There are advantages.
연료전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되며, 사용되는 전해질(electrolyte)에 따라 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자 전해질 연료전지(PEFC), 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리 연료전지(AFC) 등으로 구분될 수 있다.Fuel cells are fundamentally operated on the same principle and can be used in accordance with the electrolyte used such as a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC ), An alkali fuel cell (AFC), and the like.
전술한 연료전지들 가운데 고분자 전해질 연료전지는 사용되는 연료에 따라 고분자 전해질막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell or proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)와 직접 메탄올형 연료전지(direct methanol fuel cell, DMFC)로 구분될 수 있다.Among the above-described fuel cells, the polymer electrolyte fuel cell is classified into a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) and a direct methanol fuel cell (DMFC) according to the fuel used. .
이 중, 고분자 전해질막 연료전지는 고체 고분자를 전해질로 사용하기 때문에 전해질에 의한 부식이나 증발의 위험이 없으며 단위면적당 높은 전류밀도를 얻을 수 있고, 게다가 다른 종류의 연료전지에 비해 출력 특성이 월등히 높고 작동 온도가 낮기 때문에 자동차 등에 전력을 공급하기 위한 이동용 전원, 주택이나 공공건물 등에 전력을 공급하기 위한 분산용 전원, 및 전자기기 등에 전력을 공급하기 위한 소형 전원으로서 그것의 연구가 활발히 추진되고 있다.Since the polymer electrolyte membrane fuel cell uses a solid polymer as an electrolyte, there is no danger of corrosion or evaporation due to electrolyte, and a high current density per unit area can be obtained. Furthermore, the output characteristic is much higher than other types of fuel cells Since the operating temperature is low, it is being actively studied as a mobile power source for supplying electric power to automobiles, a dispersive power source for supplying power to houses or public buildings, and a small power source for supplying power to electronic devices and the like.
고분자 전해질 연료전지는 기본적으로 애노드 전극과 캐소드 전극 및 이 전극들 사이에 위치하는 고분자 전해질막으로 이루어진 막전극집합체(membrane electrode assembly, MEA), 및 연료 또는 산화제 유동용 채널을 구비하며 애노드 전극 또는 캐소드 전극의 전기를 수집하는 기능을 담당하도록 막전극집합체의 양면에 적층되는 세퍼레이터(separator) 또는 커런트 컬렉터(current collector)를 포함하여 구성될 수 있다.The polymer electrolyte fuel cell basically comprises a membrane electrode assembly (MEA) composed of an anode electrode, a cathode electrode, and a polymer electrolyte membrane disposed between the anode and the cathode, and a channel for fuel or oxidant flow, And a separator or a current collector stacked on both sides of the membrane electrode assembly to perform a function of collecting electricity of the membrane electrode assembly.
아울러, 고분자 전해질 연료전지는 캐소드 전극에 강제로 공기를 공급하는 장치의 사용 유무에 따라 크게 액티브 방식(active type)과 패시브 방식(passive type)으로 구분될 수 있다.In addition, the polymer electrolyte fuel cell can be largely classified into an active type and a passive type according to whether a device for forcibly supplying air to the cathode electrode is used or not.
이 중, 캐소드 전극으로 대기 중의 순환 공기(ambient air)를 공급하는 패시브 방식 또는 세미패시브 방식(semipassive type)의 고분자 전해질 연료전지의 경우에는, 캐소드 전극 측이 대기에 개방된 상태로 운전되기는 하지만, 캐소드 전극 측에서 공기의 대류가 충분하게 이루어지지 않고 공기가 정체될 경우에는 연료전지의 효율이 저하되는 문제점이 있고, 운전시 발생하는 열로 인해 연료전지의 성능이 저하되는 문제점이 있다.In the case of a passive or semipassive type polymer electrolyte fuel cell in which ambient air is supplied to the cathode electrode as the cathode electrode, the cathode electrode side is operated in an open state to the atmosphere, When the air is not sufficiently convected on the cathode electrode side, the efficiency of the fuel cell is deteriorated, and the performance of the fuel cell is deteriorated due to heat generated during operation.
한편, 캐소드 전극 측에 강제로 공기를 공급하기 위한 공기공급장치로서 공기 펌프 또는 팬이 사용될 수 있으나, 공기 펌프 또는 팬을 사용할 경우에는 장치의 소형화가 어렵고, 구동시 진동 및 소음이 발생되는 문제점이 있기 때문에, 조용한 환경에서 동작되어야 하는 연료전지에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.On the other hand, an air pump or a fan can be used as an air supply device for supplying air forcefully to the cathode electrode side. However, when an air pump or a fan is used, it is difficult to miniaturize the device, There is a problem that it is difficult to apply to a fuel cell which must be operated in a quiet environment.
이에 따라, 최근에는 패시브 방식 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있으며 저소음 및 소형화에 기여할 수 있는 연료전지용 공기 공급장치에 대한 여러가지 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.Recently, various studies have been made on the air supply device for a fuel cell which can improve the efficiency of the passive type fuel cell and contribute to low noise and miniaturization, but it is still insufficient and development thereof is urgently required.
본 발명은 연료전지의 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 연료전지용 공기공급장치를 제공한다.The present invention provides an air supply device for a fuel cell capable of improving the efficiency and performance of the fuel cell.
특히, 본 발명은 이온풍을 이용하여 공기의 강제적인 유동을 유발할 수 있는 연료전지용 공기공급장치를 제공한다.Particularly, the present invention provides an air supply device for a fuel cell capable of forcibly causing air to flow using an ion wind.
또한, 본 발명은 저소음 특성을 가지며, 소형화에 기여할 수 있는 연료전지용 공기공급장치를 제공한다.Further, the present invention provides an air supply apparatus for a fuel cell having low noise characteristics and contributing to downsizing.
또한, 본 발명은 구조를 간소화할 수 있으며, 다양한 위치에서 다양한 방향으로 공기를 공급할 수 있는 연료전지용 공기공급장치를 제공한다.The present invention also provides an air supply apparatus for a fuel cell which can simplify the structure and supply air in various directions at various positions.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전해질 멤브레인, 상기 전해질 멤브레인의 일면에 제공되며 대기중에 노출되는 캐소드(cathode), 상기 전해질의 타면에 제공되는 애노드(anode)를 포함하는 연료전지에 공기를 공급하기 위한 공기공급장치는, 캐소드에 인접하도록 대기중에 노출되는 소스전극; 및 소스전극에 인접하게 대기중에 노출되며, 소스전극과 상호 협조적으로 이온풍(ionic wind)을 발생시키는 그라운드전극;을 포함하고, 이온풍에 의해 캐소드 주변의 공기가 강제로 유동된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrolyte membrane comprising: an electrolyte membrane; a cathode provided on one surface of the electrolyte membrane and exposed to the atmosphere; an anode provided on the other surface of the electrolyte; An air supply device for supplying air to the fuel cell, the air supply device comprising: a source electrode exposed to the atmosphere so as to be adjacent to the cathode; And a ground electrode exposed in the atmosphere adjacent to the source electrode and cooperatively generating ionic wind with the source electrode, and air around the cathode is forced to flow by the ion wind.
소스전극 및 그라운드전극은 캐소드를 향해 또는 캐소드 주변의 공기를 강제로 유동시킬 수 있는 다양한 구조로 배치될 수 있다. 일 예로, 소스전극 및 그라운드전극은 서로 수평하게 배치되어 캐소드에 수평한 방향으로 이온풍을 발생시킬 수 있다. 다른 일 예로, 그라운드전극은 중공 형태로 제공되고, 소스전극은 그라운드전극의 내측에 배치되어 캐소드에 수직한 방향으로 이온풍을 발생시킬 수 있다. 다르게는 캐소드에 경사진 방향 또는 여타 다른 방향으로 이온풍이 발생하도록 구성하는 것도 가능하다.The source electrode and the ground electrode can be arranged in a variety of structures that can force air to or around the cathode. For example, the source electrode and the ground electrode may be horizontally arranged to generate ion wind in a horizontal direction to the cathode. In another example, the ground electrode may be provided in a hollow form, and the source electrode may be disposed inside the ground electrode to generate an ion wind in a direction perpendicular to the cathode. Alternatively, it is also possible to configure the cathode to generate an ion wind in an inclined direction or in other directions.
또한, 캐소드에는 대기중에 노출되는 복수개의 공기유동홀이 형성되며, 대기 중의 순환 공기는 공기유동홀을 통해 유동될 수 있다. 공기유동홀은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 공기유동홀의 구조 및 배열 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 복수개의 공기유동홀은 소정 간격을 두고 이격되도록 일렬로 나란하게 배열되거나, 격자 형태로 배열될 수 있다.In addition, the cathode has a plurality of air flow holes exposed in the atmosphere, and circulated air in the atmosphere can flow through the air flow holes. The air flow holes may be formed in various shapes according to the required conditions and design specifications, and the present invention is not limited or limited by the structure and arrangement of the air flow holes. In one example, the plurality of air flow holes may be arranged in a line or in a lattice shape so as to be spaced apart at a predetermined interval.
소스전극 및 그라운드전극은 캐소드에 인접하도록 대기중에 노출되도록 장착된다. 일 예로, 소스전극 및 그라운드전극은 캐소드의 외면에 장착될 수 있다. 경우에 따라서는 소스전극 및 그라운드전극이 여타 다른 부재를 매개로 연료전지와 이격되게 장착되는 것도 가능하다.The source electrode and the ground electrode are mounted so as to be exposed to the atmosphere so as to be adjacent to the cathode. In one example, the source electrode and the ground electrode may be mounted on the outer surface of the cathode. In some cases, the source electrode and the ground electrode may be mounted apart from the fuel cell via other members.
본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치에 의하면, 연료전지의 효율 및 성능을 향상시킬 수 있다.According to the air supply device for a fuel cell according to the present invention, the efficiency and performance of the fuel cell can be improved.
특히, 본 발명에 따르면 이온풍을 이용하여 대기중에 노출된 캐소드 주변 공기의 강제적인 유동을 유발시킴으로써, 연료전지의 효율 및 성능을 향상시킬 수 있다.In particular, according to the present invention, it is possible to improve the efficiency and performance of a fuel cell by using the ion wind to induce a forced flow of the air around the cathode exposed in the air.
또한, 본 발명에 따르면 별도의 공기 펌프 또는 팬을 사용하지 않고 단순히 소스전극 및 그라운드전극을 이용하여 이온풍을 발생시킬 수 있기 때문에, 저소음 특성을 가지며, 소형화에 기여할 수 있다.Further, according to the present invention, it is possible to generate an ion wind by simply using a source electrode and a ground electrode without using a separate air pump or fan, so that it has low noise characteristics and contributes to downsizing.
또한, 본 발명에 따르면 구조를 간소화할 수 있으며, 구조적인 제약없이 다양한 위치에서 다양한 방향으로 이온풍을 공급할 수 있는 이점이 있다.Further, according to the present invention, the structure can be simplified, and there is an advantage that the ion wind can be supplied in various directions at various positions without structural constraints.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기공급장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치로서, 전압에 따른 출력 밀도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치로서, 연료전지의 발생 출력과 공기공급장치의 소모 출력의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기공급장치를 각각 설명하기 위한 도면이다.1 is a perspective view for explaining an air supply device for a fuel cell according to the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating an air supply apparatus for a fuel cell according to the present invention.
3 is a view for explaining a modified example of the air supply device for a fuel cell according to the present invention.
4 and 5 are views for explaining an air supply apparatus for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph for explaining the output density according to the voltage of the air supply device for a fuel cell according to the present invention.
FIG. 7 and FIG. 8 are graphs for explaining the correlation between the generated output of the fuel cell and the consumed output of the air supply apparatus, according to the present invention.
9 to 13 are views for explaining the air supply apparatus for a fuel cell according to another embodiment of the present invention, respectively.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments. For reference, the same numbers in this description refer to substantially the same elements and can be described with reference to the contents described in the other drawings under the above-mentioned rules, and the contents which are judged to be obvious to the person skilled in the art or repeated can be omitted.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치를 설명하기 위한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.2 is a cross-sectional view for explaining an air supply device for a fuel cell according to the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of the air supply device for a fuel cell according to the present invention. Fig.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치는 대기 중의 순환 공기(ambient air)를 공급하는 패시브 방식 또는 세미패시브 방식(semipassive type)의 연료전지(100)에 공기를 공급하기 위해 사용될 수 있다.1 and 2, the air supply device for a fuel cell according to the present invention supplies air to a passive or semipassive
연료전지(100)는 전해질 멤브레인(110), 캐소드(cathode)(120) 및 애노드(anode)(130)를 포함하는 막전극집합체(membrane electrode assembly, MEA), 및 연료 또는 산화제 유동용 채널을 구비하며 애노드(130) 또는 캐소드(120)의 전기를 수집하는 기능을 담당하도록 막전극집합체의 양면에 적층되는 세퍼레이터(separator) 또는 커런트 컬렉터(current collector)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 캐소드(120)에는 대기 중의 순환 공기(ambient air)가 공급되도록 구성된다.The
상기 막전극집합체는 애노드(130)로 공급되는 연료와 캐소드(120)로 공급되는 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 발생시킨다.The membrane electrode assembly electrochemically reacts fuel supplied to the
상기 연료로서는 메탄올, 에탄올, 부탄가스 등의 탄화수소계 연료나 순수 수소가 사용될 수 있으며, 연료의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.As the fuel, a hydrocarbon-based fuel such as methanol, ethanol, butane gas, or pure hydrogen may be used, and the present invention is not limited or limited by the kind and characteristics of the fuel.
상기 전해질 멤브레인(110)은 소정 두께를 갖는 고체 고분자로 제작될 수 있다. 일 예로, 전해질 멤브레인(110)은 수소이온 전도성 고분자로 제작될 수 있는 바, 수소이온 전도성 고분자로는 불소계 고분자, 케톤계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 에스테르계 고분자, 아미드계 고분자, 이미드계 고분자, 설폰계 고분자, 스티렌계 고분자, 탄화수소 고분자 등이 사용될 수 있으며, 그 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The
상기 캐소드(120)는 촉매층(catalyst layer)(미도시) 및 지지층(backing layer)(미도시)을 포함하여 이루어질 수 있고, 애노드(130)는 촉매층(미도시) 및 지지층(미도시)을 포함하여 이루어질 수 있다.The
상기 캐소드(120) 및 애노드(130)의 촉매층은 전해질 멤브레인(110)의 양면에 접하며 외부로부터 공급되는 연료가 화학적으로 빠르게 산화 반응하고 외부로부터 유입되는 산소가 화학적으로 빠르게 환원 반응할 수 있도록 반응 촉진 역할을 담당할 수 있다.The catalyst layers of the
상기 캐소드(120) 및 애노드(130)의 촉매층은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이금속)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 촉매를 포함하여 구성될 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 캐소드 및 애노드의 촉매층이 담지체에 담지된 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe,Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이금속)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 촉매를 포함할 수 있다. 참고로, 상기 담지체는 전도성을 가지는 물질이라면 어느 것이라도 좋으며, 일 예로 탄소 담지체가 사용될 수 있다.The catalytic layer of the
상기 캐소드(120) 및 애노드(130)의 지지층은 캐소드(120) 및 애노드(130)의 촉매층을 지지하는 역할을 하면서 연료, 물, 공기 등의 분산 작용과, 생성된 전기의 집전 작용, 및 각 촉매층 물질의 소실 방지 작용을 한다. 일 예로, 상기 지지층은 탄소천(carbon cloth), 탄소종이(carbon paper)와 같은 탄소 기재로 구현될 수 있다.The supporting layer of the
또한, 상기 캐소드(120)에는 대기중에 노출되는 복수개의 공기유동홀(122)이 형성되며, 대기 중의 순환 공기는 공기유동홀(122)을 통해 유동될 수 있다. 상기 공기유동홀(122)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 공기유동홀(122)의 구조 및 배열 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 공기유동홀(122)은 원형, 타원형, 장방형, 다각형 모양 등으로 형성될 수 있다.In addition, the
도 1을 참조하면, 복수개의 장방형 공기유동홀(122)은 소정 간격을 두고 이격되도록 일렬로 나란하게 배열될 수 있다. 경우에 따라서는 도 3과 같이, 복수개의 사각 공기유동홀(122')이 격자 형태로 배열되도록 구성하는 것도 가능하다.Referring to FIG. 1, a plurality of rectangular air flow holes 122 may be arranged in a line so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance. In some cases, as shown in FIG. 3, a plurality of rectangular air flow holes 122 'may be arranged in a lattice form.
본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치는 소스전극(210) 및 그라운드전극(220)을 포함하며, 상기 캐소드(120) 주변의 공기를 강제 유동시키기 위한 이온풍을 발생시키도록 구성된다.The air supply apparatus for a fuel cell according to the present invention includes a
상기 소스전극(210)은 캐소드(120)에 인접하도록 대기중에 노출되도록 장착된다. 일 예로, 상기 소스전극(210)은 캐소드(120)의 외면에 장착될 수 있다. 경우에 따라서는 소스전극이 여타 다른 부재를 매개로 연료전지와 이격되게 장착되는 것도 가능하다.The
상기 소스전극(210)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 소스전극(210)은 사각 플레이트 형태로 형성될 수 있다.The
상기 접지전극은 소스전극(210)에 인접하게 대기중에 노출되도록 장착되며, 상기 소스전극(210)과 상호 협조적으로 이온풍(ionic wind)을 발생시킬 수 있다. 일 예로, 상기 접지전극은 소스전극(210)과 서로 수평하게 나란히 배치되도록 캐소드(120)의 외면에 장착될 수 있다.The ground electrode is mounted adjacent to the
상기 접지전극은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 접지전극은 소스전극(210)에 대응하는 사각 플레이트 형태로 형성될 수 있다.The ground electrode may be provided in various forms according to required conditions and design specifications. For example, the ground electrode may be formed in the shape of a square plate corresponding to the
이와 같은 구조에 의해, 상기 소스전극(210)에 고전압이 인가되면, 소스전극(210)과 그라운드전극(220) 간의 전압차에 의해 소스전극(210)과 그라운드전극(220) 사이에 코로나 방전이 발생되고, 이에 따른 전하의 이동으로 인해 이온풍이 발생될 수 있다.When a high voltage is applied to the
참고로, 상기 소스전극(210) 및 그라운드전극(220)이 서로 수평하게 배치되는 구조에서는, 상기 소스전극(210)에 전압이 인감됨에 따라 캐소드(120)에 수평한 방향으로 이온풍이 발생될 수 있다.In the structure in which the
상기와 같이 소스전극(210) 및 그라운드전극(220)의 사이에서 발생된 이온풍은 캐소드(120) 측으로 공기를 공급하거나, 전술한 공기유동홀(122)을 통과하는 공기를 강제로 유동시킬 수 있게 함으로써, 공기유동홀(122)을 통과하는 공기의 대류 현상을 보다 활성화시킬 수 있게 한다.As described above, the ion wind generated between the
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 소스전극(210) 및 그라운드전극(220)에 의해 캐소드(120)에 수평한 방향으로 이온풍이 발생하도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 다르게는 캐소드(120)에 수직한 방향으로 이온풍이 발생하도록 구성할 수 있다.In the embodiment of the present invention described above, the ion wind is generated in a horizontal direction in the
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기공급장치를 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.4 and 5 are views for explaining an air supply apparatus for a fuel cell according to another embodiment of the present invention. In addition, the same or equivalent portions as those in the above-described configuration are denoted by the same or equivalent reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기공급장치는, 캐소드(120')에 인접하도록 대기중에 노출되는 소스전극(210'), 및 상기 소스전극(210')에 인접하게 대기중에 노출되며 소스전극(210')과 상호 협조적으로 이온풍(ionic wind)을 발생시키는 그라운드전극(220')을 포함하되, 상기 그라운드전극(220')은 중공 형태로 제공되고, 상기 소스전극(210')은 그라운드전극(220')의 내측에 배치되어 캐소드(120)에 수직한 방향으로 이온풍을 발생시킬 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, the air supply device for a fuel cell according to another embodiment of the present invention includes a source electrode 210 'exposed to the atmosphere so as to be adjacent to the cathode 120' And a ground electrode 220 'that is exposed to the atmosphere adjacent to the source electrode 210' and generates ionic wind cooperatively with the source electrode 210 ', wherein the ground electrode 220' is provided in a hollow form The source electrode 210 'may be disposed inside the ground electrode 220' to generate an ion wind in a direction perpendicular to the cathode 120 '.
일 예로, 상기 그라운드전극(220')은 중공 원통 형태로 형성되어 캐소드(120)에 수직하게 배치될 수 있으며, 상기 소스전극(210')은 대략 침 전극 형태로 형성되어 그라운드전극(220')의 대략 중앙부에 배치될 수 있다. 따라서, 소스전극(210')에 전원이 인가됨에 따라 캐소드(120)에 수직한 방향으로 이온풍이 발생될 수 있다.For example, the ground electrode 220 'may be formed in a hollow cylindrical shape and disposed perpendicularly to the
전술 및 도시한 본 발명에 실시예에서는 캐소드에 수평한 방향 또는 수직한 방향으로 이온풍이 발생하도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 캐소드에 경사진 방향으로 이온풍이 발생하도록 구성하는 것도 가능하다.In the above-described embodiments of the present invention, the ion wind is generated in the horizontal or vertical direction on the cathode. However, in some cases, the cathode may be configured to generate an ion wind in an inclined direction Do.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치로서, 전압에 따른 출력 밀도를 설명하기 위한 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치로서, 연료전지의 발생 출력에서 공기공급장치의 소모 출력을 제외한 순수 가용 가능한 출력을 설명하기 위한 그래프이며, 도 8은 본 발명에 따른 연료전지용 공기공급장치로서, 공기공급장치의 소모 출력을 발생 출력으로 나눈 기생 출력비를 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 6 is a graph for explaining the output density according to the voltage of the air supply device for a fuel cell according to the present invention. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the output power FIG. 8 is a graph for explaining the parasitic output ratio of the air supply device divided by the generation output of the air supply device according to the present invention. FIG. 8 is a graph for explaining purely available output, .
도 6을 참조하면, 소스전극에 인가되는 인가 전압이 증가할수록 연료전지의 출력이 증가함을 알 수 있다. 그러나, 도 7 및 도 8과 같이, 공기공급장치의 소모 출력이 일정 이상 높아질 경우에는 연료전지의 순수 가용 출력이 낮아지기 때문에, 공급공급장치의 소모 출력은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 일정 수준으로 조절되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the output of the fuel cell increases as the applied voltage to the source electrode increases. However, as shown in FIGS. 7 and 8, when the exhaust power of the air supply apparatus becomes higher than a certain level, the purely available power of the fuel cell becomes lower. Therefore, the exhaust power of the supply and supply apparatus is set to a certain level It is preferable to be adjusted.
한편, 도 9 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기공급장치를 각각 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.9 to 13 are views for respectively illustrating an air supply device for a fuel cell according to another embodiment of the present invention. In addition, the same or equivalent portions as those in the above-described configuration are denoted by the same or equivalent reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기공급장치는 서로 이격되게 제공되는 복수개의 소스전극(1210) 및 서로 이격되게 제공되는 복수개의 그라운드전극(1220)을 포함하되, 상기 소스전극(1210) 및 그라운드전극(1220)는 서로 교호되게 배치될 수 있다.9, the air supply device for a fuel cell according to another embodiment of the present invention includes a plurality of
이와 같은 구조는 복수개의 소스전극(1210) 및 복수개의 그라운드전극(1220)의 사이에서 발생된 이온풍이 서로 교차되면 산란될 수 있게 함으로써, 이온풍에 의한 강제 공기 유동이 보다 효과적으로 이루어질 수 있게 한다.Such a structure allows the ion wind generated between the plurality of
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기공급장치는 서로 이격되게 제공되는 복수개의 소스전극(2210) 및 서로 이격되게 제공되는 복수개의 그라운드전극(2220)을 포함하되, 복수개의 소스전극(2210)은 캐소드를 향해 복수개의 그라운드전극(2220)에 서로 중첩되지 않도록(Non-overlapping) 배치될 수 있다.10, the air supply device for a fuel cell according to another embodiment of the present invention includes a plurality of
이와 같은 구조는 소스전극(2210) 및 그라운드전극(2220)의 사이에서 발생된 이온풍이 그라운드전극(2220)에 의해 막히지 않고 바로 연료전지의 캐소드 측으로 공급될 수 있게 함으로써, 이온풍에 의한 강제 공기 유동이 보다 효과적으로 이루어질 수 있게 한다.Such a structure allows the ion wind generated between the
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기공급장치는 소스전극(3210) 및 그라운드전극(3220)을 포함하되, 소스전극(3210)은 그라운드전극(3210)보다 상대적으로 높은 위치에 배치될 수 있으며, 소스전극(3210) 및 그라운드전극(3220)의 사이에서 발생된 이온풍은 캐소드 측으로 경사지게 공급될 수 있다.11, the air supply device for a fuel cell according to another embodiment of the present invention includes a
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기공급장치는 소정 행렬을 이루도록 배치되는 복수개의 중공 형태의 그라운드전극(4220), 및 상기 각 그라운드전극(4220)에 대응되게 배치되는 복수개의 소스전극(4210)을 포함한다. 이와 같은 구조는 단일 그라운드전극 및 소스전극이 배치된 구조(예를 들어 도 4)에 비해, 데드존(dead zone)을 최소화할 수 있으며, 이온풍이 발생되는 면적을 극대화할 수 있게 한다. 아울러, 상기 그라운드전극(4220)의 행렬은 연료전지의 형태 및 크기에 대응하여 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있으며, 바람직하게 그라운드전극의 행렬은 공기유동홀 영역 크기에 대응하여 설정될 수 있다.12, the air supply apparatus for a fuel cell according to another embodiment of the present invention includes a plurality of
도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 공기공급장치는 중공 형태의 그라운드전극(220'), 및 상기 그라운드전극(220')에 내부에 배치되는 소스전극(210')을 포함하되, 캐소드 측에는 공기방출홀(102)이 형성될 수 있다. 즉, 그라운드전극(220') 및 소스전극(210')은 캐소드(120)의 외면에 결합되는 가이드플레이트(124')에 장착될 수 있으며, 공기방출홀(102)이 가이드플레이트(102) 상에 형성될 수 있다. 이와 같은 구조는 공기유동홀을 통해 막전극집합체로 공급된 후 처리된 공기가 공기방출홀(102)을 통해 외부로 배출될 수 있게 함으로써, 공기 유동이 보다 효과적으로 이루어질 수 있게 한다.Referring to FIG. 13, the air supply device for a fuel cell according to another embodiment of the present invention includes a hollow ground electrode 220 'and a source electrode 210' disposed in the ground electrode 220 ' And an
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that
100 : 연료전지 110 : 전해질 멤브레인
120 : 캐소드 130 : 애노드
210 : 소스전극 220 : 그라운드전극100: fuel cell 110: electrolyte membrane
120: cathode 130: anode
210: source electrode 220: ground electrode
Claims (10)
대기중에 노출되며, 상기 캐소드의 외면에 부착되는 플레이트 형태의 소스전극; 및
상기 소스전극에 인접하게 대기중에 노출되며, 상기 소스전극과 서로 평행을 이루도록 상기 캐소드의 외면에 부착되어, 상기 소스전극과 상호 협조적으로 상기 캐소드의 외면에 수평한 방향을 향해 이온풍(ionic wind)을 발생시키는 플레이트 형태의 그라운드전극;을 포함하고,
상기 이온풍에 의해 상기 캐소드 주변의 공기는 캐소드의 외면에 수평한 방향으로 강제로 교란되는 특징으로 하는 연료전지용 공기공급장치.An electrolyte membrane, a cathode provided on one side of the electrolyte membrane and exposed to the atmosphere, and an anode provided on the other side of the electrolyte, wherein the cathode is operated by receiving ambient air, In a fuel cell of a passive type, a supply device for forcibly disturbing the air on the cathode side,
A source electrode in the form of a plate that is exposed to the atmosphere and attached to an outer surface of the cathode; And
An ionic wind is applied to an outer surface of the cathode so as to cooperate with an outer surface of the cathode so as to be parallel to the source electrode, And a ground electrode,
Wherein the air around the cathode is forcedly disturbed by the ion wind in a horizontal direction on the outer surface of the cathode.
대기중에 노출되며, 상기 캐소드의 외면에 수직한 축선을 갖는 중공 원판 형태로 제공되어 상기 캐소드의 외면에 부착되는 그라운드전극; 및
상기 그라운드전극에 인접하게 대기중에 노출되며, 상기 그라운드전극의 내부에 축선 방향을 따라 배치되어, 상기 그라운드전극과 상호 협조적으로 상기 캐소드의 외면에 수직한 방향을 향해 이온풍(ionic wind)을 발생시키는 침 형태(needle type)의 소스전극;을 포함하고,
상기 이온풍에 의해 상기 캐소드 주변의 공기는 캐소드의 외면에 수직한 방향으로 강제로 교란되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급장치.An electrolyte membrane, a cathode provided on one side of the electrolyte membrane and exposed to the atmosphere, and an anode provided on the other side of the electrolyte, wherein the cathode is operated by receiving ambient air, In a fuel cell of a passive type, a supply device for forcibly disturbing the air on the cathode side,
A ground electrode exposed in the atmosphere and provided in the form of a hollow disk having an axis perpendicular to an outer surface of the cathode, the ground electrode being attached to an outer surface of the cathode; And
And a cathode electrode disposed in the vicinity of the ground electrode and exposed to the atmosphere and disposed along the axial direction within the ground electrode so as to cooperate with the ground electrode to generate ionic wind in a direction perpendicular to the outer surface of the cathode A source electrode of a needle type,
Wherein the air around the cathode is forcedly disturbed by the ion wind in a direction perpendicular to the outer surface of the cathode.
상기 캐소드는 대기중에 노출되는 복수개의 공기유동홀을 포함하며,
상기 이온풍은 상기 공기유동홀을 통과하는 공기를 강제로 유동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급장치.The method according to claim 1 or 3,
Wherein the cathode includes a plurality of air flow holes exposed in the atmosphere,
And the air flow forcibly flows air passing through the air flow holes.
상기 복수개의 공기유동홀은 일렬로 나란하게 배열되거나 격자 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급장치.5. The method of claim 4,
Wherein the plurality of air flow holes are arranged in a line in a row or arranged in a lattice form.
상기 소스전극 및 상기 그라운드전극은 서로 이격되게 각각 복수개가 제공되되,
복수개의 상기 소스전극 및 상기 그라운드전극은 서로 교호되게 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급장치.The method according to claim 1,
Wherein the source electrode and the ground electrode are spaced apart from each other,
Wherein the plurality of the source electrodes and the ground electrodes are interdigitated with each other.
상기 소스전극 및 상기 그라운드전극은 서로 이격되게 각각 복수개가 제공되되,
복수개의 상기 소스전극 및 상기 그라운드전극은 상기 캐소드를 향해 비중첩되게 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급장치.The method according to claim 1,
Wherein the source electrode and the ground electrode are spaced apart from each other,
Wherein the plurality of the source electrodes and the ground electrodes are disposed so as not to overlap each other toward the cathode.
상기 그라운드전극은 상기 연료전지에 대응하여 행렬을 이루도록 복수개가 제공되며, 상기 소스전극은 상기 그라운드전극에 대응되게 복수개가 제공되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급장치.The method of claim 3,
Wherein a plurality of the ground electrodes are provided to form a matrix corresponding to the fuel cells, and a plurality of the source electrodes are provided corresponding to the ground electrodes.
상기 그라운드전극 및 상기 소스전극은 상기 캐소드의 외면에 결합되는 가이드플레이트에 장착되며,
상기 가이드플레이트에는 상기 가이드플레이트의 내측의 공기가 외부로 방출되기 위한 공기방출홀이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 공기공급장치.The method according to claim 1 or 3,
The ground electrode and the source electrode are mounted on a guide plate coupled to an outer surface of the cathode,
Wherein the guide plate is provided with an air discharge hole for discharging the air inside the guide plate to the outside.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1027671A (en) * | 1996-07-09 | 1998-01-27 | Toto Ltd | Corona discharge device |
KR20000034849A (en) * | 1998-11-25 | 2000-06-26 | 권오승 | System for generating ionized gas using high-voltage discharging |
KR20070014678A (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-01 | 삼성에스디아이 주식회사 | Fuel cell system |
KR20070056296A (en) * | 2005-11-29 | 2007-06-04 | 삼성에스디아이 주식회사 | Direct oxydation fuel cell |
-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1027671A (en) * | 1996-07-09 | 1998-01-27 | Toto Ltd | Corona discharge device |
KR20000034849A (en) * | 1998-11-25 | 2000-06-26 | 권오승 | System for generating ionized gas using high-voltage discharging |
KR20070014678A (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-01 | 삼성에스디아이 주식회사 | Fuel cell system |
KR20070056296A (en) * | 2005-11-29 | 2007-06-04 | 삼성에스디아이 주식회사 | Direct oxydation fuel cell |
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