KR101770241B1 - Fuel cell and power supplying system therof - Google Patents

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KR101770241B1
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경상대학교산학협력단
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Abstract

연료 전지가 개시된다. 본 연료 전지는, 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 바디부, 바디부의 내부에 배치되어, 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부, 바디부의 내부에 배치되어, 전자를 전달받는 양극부, 및 바디부의 내부에서, 음극부와 양극부를 분리시키는 분리막을 포함한다. 이에 따라, 양 단이 개방된 튜브형 구조의 내부를 통과하는 물질을 이용하여 전압 또는 전류를 발생시키는 새로운 형태의 연료 전지를 제공할 수 있다.A fuel cell is disclosed. The fuel cell includes a tubular structure body portion having openings at both ends thereof, a cathode portion disposed inside the body portion for collecting electrons from the material flowing through the opening portion, a cathode portion disposed inside the body portion, And a separator separating the cathode and the anode from each other in the interior of the body. Accordingly, it is possible to provide a new type of fuel cell that generates voltage or current by using a material passing through the inside of the tubular structure having both ends opened.

Description

연료 전지 및 전원 공급 시스템{Fuel cell and power supplying system therof}[0001] Fuel cell and power supply system [0002]

본 발명은 연료 전지 및 전원 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양 단이 개방된 튜브형 구조의 내부를 통과하는 물질을 이용하여 전압 또는 전류를 발생시키는 연료 전지 및 그 전원 공급 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell and a power supply system, and more particularly, to a fuel cell and a power supply system for generating a voltage or an electric current using materials passing through an inside of a tubular structure having open ends.

전자 기술의 발전에 힘입어, 점차 다양한 형태의 전자기기가 개발되고 있다. 전자기기는 기본적으로 전기 에너지를 사용하기 때문에 전자기기에 전원을 공급하기 위한 전지에 대한 개발 노력도 함께 이루어지고 있다.With the development of electronic technology, various types of electronic devices are being developed. Since electronic devices basically use electric energy, efforts are being made to develop batteries for supplying power to electronic devices.

최근에는 이러한 기술 발전에 따라, 폐수, 갯벌 등에 존재하는 물질을 이용하여 전기를 발생시키는 전원 공급 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.In recent years, researches on a power supply system for generating electricity using materials existing in wastewater, tidal flats, etc. have been actively carried out in accordance with such technological advancements.

이에 따라, 상술한 물질 등을 이용하여 전기를 발생시키는 다양한 형태의 연료 전지 및 전원 공급 시스템이 요청되고 있다.Accordingly, various types of fuel cells and a power supply system for generating electricity using the above-described materials are being demanded.

본 발명은, 양 단이 개방된 튜브형 구조의 내부를 통과하는 물질을 이용하여 전기를 발생시키는 연료 전지 및 전원 공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a fuel cell and a power supply system that generate electricity by using a material passing through the inside of a tubular structure having both ends opened.

본 발명의 일 실시 에에 따른 연료 전지는, 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 바디부, 상기 바디부의 내부에 배치되어, 상기 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부, 상기 바디부의 내부에 배치되어, 상기 전자를 전달받는 양극부, 및 상기 바디부의 내부에서, 상기 음극부와 상기 양극부를 분리시키는 분리막을 포함한다.A fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a body portion of a tubular structure having openings at both ends thereof, a cathode portion disposed inside the body portion and collecting electrons from a material flowing through the opening portion, And a separator for separating the cathode and the anode from the inside of the body.

상기 음극부 및 상기 양극부 중 적어도 하나는, 말굽(horseshoe) 형태일 수 있다.At least one of the cathode portion and the anode portion may be in the form of a horseshoe.

상기 음극부 및 상기 양극부 중 적어도 하나는, 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조일 수 있다.At least one of the cathode portion and the anode portion may be a tubular structure having openings at both ends thereof.

상기 음극부 및 상기 양극부는, 상기 분리막을 사이에 두고 서로 대향 배치될 수 있다.The cathode portion and the anode portion may be disposed opposite to each other with the separator interposed therebetween.

상기 음극부는 상기 분리막의 일 면과 접촉하고, 상기 양극부는 상기 분리막의 타 면과 접촉하여, 상기 음극부, 상기 분리막, 및 상기 양극부는 평행하게 배치되며, 상기 음극부가 배치되는 통로에는 수소가 통과하며, 상기 양극부가 배치되는 통로에는 산소가 통과하며, 상기 음극부 및 상기 양극부는 공극을 가질 수 있다.Wherein the cathode portion is in contact with one surface of the separation membrane, the anode portion is in contact with the other surface of the separation membrane, the cathode portion, the separation membrane and the anode portion are arranged in parallel, Oxygen passes through the passage where the anode portion is disposed, and the cathode portion and the anode portion may have a gap.

상기 음극부 및 상기 양극부 중 적어도 하나는, 표면에 복수 개의 돌기(protrusion)가 각각 형성될 수 있다.At least one of the cathode portion and the anode portion may have a plurality of protrusions formed on its surface.

상기 음극부 및 상기 양극부 중 적어도 하나는, 상기 바디부의 내측 표면에 접촉할 수 있다.At least one of the cathode portion and the anode portion may contact the inner surface of the body portion.

상기 음극부 및 상기 양극부 중 적어도 하나를 상기 바디부 내부에 고정시키는 지지부를 더 포함하며, 상기 음극부 및 상기 양극부 중 적어도 하나는 상기 바디부와 이격 배치되어 상기 지지부에 의해 고정될 수 있다.At least one of the cathode portion and the anode portion may be spaced apart from the body portion and fixed by the support portion, and at least one of the anode portion and the anode portion may be spaced apart from the body portion, .

상기 지지부는 도전 물질일 수 있다.The support may be a conductive material.

상기 바디부에 형성되며, 생성된 전압 또는 전류를 2차 전지로 제공하는 도전 패드를 더 포함할 수 있다.And a conductive pad formed on the body portion and providing the generated voltage or current to the secondary battery.

상기 바디부의 외 측에 배치되며, 상기 연료 전지에서 생성된 전압 또는 전류를 이용하여 충전되는 2차 전지부를 더 포함할 수 있다.And a secondary battery unit disposed on the outer side of the body unit and being charged using a voltage or current generated in the fuel cell.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 시스템은, 상기 전원 공급 시스템에 형성된 개구를 통해 유입되는 물질을 이용하여 전압 또는 전류를 발생시키는 전지부, 상기 전지부에서 발생된 전압 또는 전류의 크기를 조절하는 변압 회로부, 및 상기 변압 회로부에서 조절된 크기의 전압 또는 전류를 이용하여 충전되는 2차 전지부를 포함하며, 상기 전지부는 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조일 수 있다.Meanwhile, the power supply system according to an embodiment of the present invention may include a charge unit that generates a voltage or a current using a material that flows through an opening formed in the power supply system, a voltage or current generated in the charge unit, And a secondary battery unit that is charged using a voltage or current of a size adjusted by the voltage transformer circuit unit. The battery unit may have a tubular structure having openings at both ends thereof.

상기 변압 회로부는, 상기 전지부의 외 측 표면을 덮는 튜브형 구조로 형성되고, 상기 2차 전지부는, 상기 변압 회로부의 외 측 표면을 덮는 튜브형 구조로 형성될 수 있다.The transformer circuit portion may be formed in a tubular structure that covers an outer surface of the battery portion, and the secondary battery portion may be formed in a tubular structure that covers an outer surface of the transformer circuit portion.

상기 전지부, 상기 변압 회로부, 및 상기 2차 전지부를 지지하는 제1 바디부를 더 포함하며, 상기 제1 바디부는 양단에 상기 개구가 형성되는 튜브형 구조이고, 상기 전지부는 상기 바디부의 내부에서 상기 물질이 지나는 통로 상에 기설정된 형태로 배치될 수 있다.The battery device according to claim 1, further comprising: a tubular structure having openings formed at both ends of the first body portion, the battery portion having a first end and a second end, Can be arranged in a predetermined form on the passageway through which they pass.

상기 전지부는, 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 제2 바디부, 상기 제2 바디부의 내부에 배치되어 상기 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부, 상기 제2 바디부의 내부에 배치되어 상기 전자를 전달받는 양극부, 및 상기 제2 바디부의 내부에서 상기 음극부와 상기 양극부를 분리시키는 분리막을 포함할 수 있다.The battery unit includes a second body portion having a tubular structure having openings at both ends thereof, a cathode portion disposed inside the second body portion and collecting electrons from a material flowing through the opening, And a separator separating the cathode and the anode from each other in the second body.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료 전지는 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 바디부, 및 상기 바디부의 일 단에서 타 단 방향으로 직렬로 배치되는 복수 개의 셀을 포함하며, 상기 복수 개의 셀 각각은, 상기 바디부의 내부에 배치되어, 상기 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부, 상기 바디부의 내부에 배치되어, 상기 전자를 전달받는 양극부, 및 상기 바디부의 내부에서, 상기 음극부와 상기 양극부를 분리시키는 분리막을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell including a tubular structure body having openings at both ends, and a plurality of cells arranged in series in the other end direction at one end of the body, Each of the plurality of cells includes a cathode portion disposed inside the body portion and configured to collect electrons from a substance introduced through the opening portion, an anode portion disposed inside the body portion and receiving the electrons, and an anode portion disposed inside the body portion, And a separator separating the cathode and the anode from each other.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 시스템은, 상기 전원 공급 시스템에 형성된 개구를 통해 유입되는 물질을 이용하여 전압 또는 전류를 발생시키는 전지부, 상기 전지부에서 발생된 전압 또는 전류의 크기를 조절하는 변압 회로부, 및 상기 변압 회로부에서 조절된 크기의 전압 또는 전류를 이용하여 충전되는 2차 전지부를 포함하며, 상기 전지부는 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조이며, 상기 전지부는, 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 바디부, 및 상기 바디부의 일 단에서 타 단 방향으로 직렬로 배치되는 복수 개의 셀을 포함하며, 상기 복수 개의 셀 각각은, 상기 바디부의 내부에 배치되어, 상기 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부, 상기 바디부의 내부에 배치되어, 상기 전자를 전달받는 양극부, 및 상기 바디부의 내부에서, 상기 음극부와 상기 양극부를 분리시키는 분리막을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a power supply system including: a power supply unit for generating a voltage or a current using a material introduced through an opening formed in the power supply system; And a secondary battery unit that is charged using a voltage or current of a magnitude controlled by the voltage transformer circuit unit, wherein the battery unit is a tubular structure having openings at both ends thereof, And a plurality of cells arranged in series in the other end direction at one end of the body portion, wherein each of the plurality of cells is disposed inside the body portion, A cathode portion disposed inside the body portion to receive the electrons, a cathode portion disposed inside the body portion, And a separator separating the cathode and the anode from each other within the body.

한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 연료 전지는, 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 바디부, 상기 바디부의 내부에 배치되어, 상기 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부, 및 상기 바디부의 내부에 배치되어, 상기 전자를 전달받는 양극부를 포함하며, 상기 음극부는 글루코오스 산화효소로부터 전자를 포집하며, 상기 양극부는 상기 전달받은 전자를 이용하여 시토크롬c 및 시트크롬산화효소 중 어느 하나를 물로 환원시킬 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell comprising: a tubular structure body having openings at both ends thereof; an anode disposed in the body and collecting electrons from the material flowing through the opening; And a cathode part disposed inside the body part and receiving the electron, wherein the cathode part captures electrons from the glucose oxidase, and the anode part uses cytochrome c and a sheet chromium oxidation enzyme Can be reduced to water.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 양 단이 개방된 튜브형 구조의 내부를 통과하는 물질을 이용하여 전압 또는 전류를 발생시키는 새로운 형태의 연료 전지 및 전원 공급 시스템을 제공할 수 있으므로, 사용자의 편의를 도모할 수 있다. According to various embodiments of the present invention, it is possible to provide a new type of fuel cell and a power supply system that generate voltage or current using materials passing through the inside of the open tubular structure, .

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 전지를 나타내는 도면.
도 2a 내지 도 2e는 본 연료 전지의 다양한 구조를 나타내는 도면.
도 3은 도 2c의 연료 전지를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1의 연료 전지를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료 전지를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 나타내는 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료 전지를 나타내는 도면.
도 8a 및 도 8b는 본 연료전지의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.
도 9a 및 도 9b는 미생물을 이용한 본 바이오 연료전지의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 연료 전지의 동작 원리를 나타내는 도면.
1 shows a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2A to 2E are views showing various structures of the present fuel cell.
3 is a view for more specifically explaining the fuel cell of FIG. 2C; FIG.
Fig. 4 is a view for more specifically explaining the fuel cell of Fig. 1; Fig.
5 illustrates a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
6 shows a power supply system according to an embodiment of the invention.
7A and 7B illustrate a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
8A and 8B are diagrams for explaining the operation principle of the present fuel cell.
9A and 9B are views for explaining the operation principle of the present biofuel cell using microorganisms.
10 is a view showing an operation principle of the present fuel cell.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 전지를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 연료 전지(100)는 바디부(110), 음극부(120), 양극부(130), 및 분리막(140)을 포함한다.1 is a view showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a fuel cell 100 includes a body 110, a cathode 120, an anode 130, and a separator 140.

연료 전지(100)는 양 단이 개방된 튜브형 구조를 가진다. 연료 전지(100)의 양 단이 개방된 튜브형 구조의 내부를 통해 전압 또는 전류를 발생시키기 위한 물질이 통과할 수 있다.The fuel cell 100 has a tubular structure with both open ends. Materials for generating a voltage or an electric current can pass through the inside of the open tubular structure of both ends of the fuel cell 100.

일 예로서, 연료 전지(100)는 갯벌, 강가, 저수지 등에 배치될 수 있으며, 양 단이 개방된 연료 전지(100)의 내부를 통해 갯벌의 다양한 유기물, 바닷물, 또는 강가나 저수지의 다양한 유기물 등이 자연스럽게 통과할 수 있다.For example, the fuel cell 100 may be disposed in a tidal flat, a river, a reservoir, or the like. The fuel cell 100 may include various organic matters such as tidal flats, seawater, This can be done naturally.

연료 전지(100)의 양 단이 개방된 튜브형 구조의 내부를 통해 전압 또는 전류를 발생시키기 위한 물질의 다양한 예에 대해서는 후술하는 도 8 내지 도 10에서 설명하기로 한다. Various examples of materials for generating a voltage or an electric current through the inside of the tubular structure having open ends of the fuel cell 100 will be described later with reference to FIGS. 8 to 10.

바디부(110)는 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조이다. 구체적으로, 바디부(110)는 튜브형 구조를 형성하여 변형되는 것을 예방하는 프레임일 수 있다.The body portion 110 is a tubular structure having openings at both ends thereof. Specifically, the body portion 110 may be a frame that prevents the body portion 110 from being deformed by forming a tubular structure.

음극부(120)는 바디부(110)의 내부에 배치되어, 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집할 수 있다. 구체적으로, 음극부(120)는 다양한 형태의 유기물로부터 또는 유기물이 분해될 때 발생되는 에너지로부터 생성되는 전자를 포집할 수 있다. The cathode portion 120 is disposed inside the body portion 110, and is capable of collecting electrons from a material flowing through the opening. Specifically, the cathode portion 120 can collect electrons generated from various types of organic materials or energy generated when organic materials are decomposed.

음극부(120)는 갯벌, 바닷물, 또는 폐수 등에 포함된 혐기성 유기물 또는 호기성 유기물로부터 전자를 포집할 수 있다. 또한, 음극부(120)는 강가나 저수지 등에 포함된 다양한 유기물을 전자를 포집할 수 있다.The cathode part 120 can collect electrons from anaerobic organic matter or aerobic organic matter contained in tidal flats, seawater, wastewater or the like. In addition, the cathode part 120 can collect electrons from various organic materials contained in a river, a reservoir, and the like.

양극부(130)는 바디부(110)의 내부에 배치되어, 전자를 전달받는다. 구체적으로, 양극부(130)는 내부의 물을 공기로 포화시킴으로써, 일정한 전위차를 유지시켜 원활한 생물전기화학반응을 수행하게 하여, 음극부(120)로부터 전자를 전달받아 물로 환원시킨다.The anode part 130 is disposed inside the body part 110 and receives electrons. Specifically, the anode part 130 saturates the internal water with air to maintain a constant potential difference to perform a smooth bioelectrochemical reaction, and the electrons are received from the cathode part 120 and reduced to water.

음극부(120) 및 양극부(130)는 흑연 부직포, 다공성 탄소, 백금 및 유리상탄소 등과 같은 물질로 이루어질 수 있다.The cathode part 120 and the anode part 130 may be made of a material such as graphite nonwoven fabric, porous carbon, platinum and glassy carbon.

분리막(140)은 바디부(110)의 내부에서, 음극부(120)와 양극부(130)를 분리시킨다. 분리막(140)은 기공을 포함하는 글래스 울, 글래스 비드, 흑연 펠트, 및 모래 등으로 이루어질 수 있다. 분리막(140)은 연료 전지(100) 내부를 통과하는 물질의 종류에 따라 이온 교환 또는 촉매 기능을 수행할 수 있다. The separator 140 separates the cathode portion 120 and the anode portion 130 from each other inside the body portion 110. The separation membrane 140 may be made of glass wool, glass beads, graphite felt, sand, etc., including pores. The separation membrane 140 may perform an ion exchange or a catalytic function according to the kind of material passing through the fuel cell 100.

본 연료 전지(100)는 양 단이 개방된 튜브형 구조를 가지며, 여기서, 튜브형 구조는 원형 또는 다각형 구조일 수 있다.The present fuel cell 100 has a tubular structure with both open ends, wherein the tubular structure may have a circular or polygonal structure.

또한, 본 연료 전지(100)는 바디부(110), 음극부(120), 양극부(130), 및 분리막(140) 전부 또는 일부가 플렉서블할 수 있다.The fuel cell 100 may be flexible in whole or in part of the body 110, the cathode 120, the anode 130, and the separator 140.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 전지(100)는 갯벌 또는 강가 등의 특정 위치에 고정되기 위하여, 연료 전지(100)의 일 영역에 부착된 고정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell 100 according to an embodiment of the present invention may further include a fixing unit (not shown) attached to one area of the fuel cell 100 to be fixed at a specific position such as a tidal flat or a river.

또는, 연료 전지(100)는 갯벌 또는 강가에 접촉되는 면적을 넓히기 위하여 다각형 튜브형 구조일 수 있으며, 갯벌 또는 강가에 접촉되는 면적을 최대화하기 위하여 얇은 판 형태의 튜브형 구조일 수도 있다. 즉, 도 1에서는 양 단이 개방된 튜브형 구조가 원기둥 형태이지만, 양 단이 개방된 튜브형 구조는 도시된 것과 달리 다각 기둥 형태일 수 있다.Alternatively, the fuel cell 100 may have a polygonal tubular structure in order to enlarge an area contacted with the tidal flats or river, and may be a thin plate-shaped tubular structure in order to maximize the area contacted with the tidal flats or the river. That is, although the tubular structure having both ends opened is cylindrical in FIG. 1, the tubular structure having both ends opened may be in the form of a polygonal column, as shown in FIG.

본 연료 전지(100)는 튜브형 구조의 내부를 통과하는 물질을 이용하여 전압 또는 전류를 발생시킬 수만 있다면, 상술한 기술 분야에 한정되지 않고 자동차에서 사용되는 연료 전지와 같이 다양한 기술 분야에서 적용될 수 있다. 일 예로서, 본 연료 전지(100)는 수소를 포함한 액체상 또는 바이오물질을 포함한 액체상 또는 수소를 포함한 기체상을 연료로 사용하는 연료 전지일 수 있다. 구체적으로, 튜브형 구조의 내부를 통과하는 물질로는, 메탄 가스, 수소 가스, 메탄올, 천연가스, 석탄가스 등을 포함할 수 있다.The present fuel cell 100 is not limited to the above-described technical fields and can be applied to various technical fields such as a fuel cell used in an automobile, as long as it can generate a voltage or a current by using a material passing through the inside of the tubular structure . As one example, the fuel cell 100 may be a liquid phase containing hydrogen, a liquid phase containing a biomaterial, or a fuel cell using a gas phase containing hydrogen as fuel. Specifically, the material passing through the inside of the tubular structure may include methane gas, hydrogen gas, methanol, natural gas, coal gas, and the like.

분리막(140)은 그 용도에 따라 촉매부(미도시)를 별도로 포함할 수 있다. 일 예로서, 촉매부(미도시)에서 사용되는 촉매로는 백금, 니켈, 니켈 화합물, Pt-RU, PT/C, Ziconia cermet, platinum on carbon, platinum on PTFE 등을 포함할 수 있다.The separation membrane 140 may separately include a catalyst section (not shown) depending on its application. As an example, the catalyst used in the catalyst part (not shown) may include platinum, nickel, nickel compounds, Pt-RU, PT / C, Ziconia cermet, platinum on carbon, platinum on PTFE and the like.

한편, 연료 전지(100)를 직렬로 복수 개를 연결하는 등의 방법으로, 전압을 승압시킬 수 있으며, 이에 따라, 자동차, 가정, 공장 등에 공급할 수 있다. 이에 대해서는 후술하는 도 7a 및 도 7b에서 구체적으로 살펴보기로 한다. On the other hand, the voltage can be stepped up by connecting a plurality of fuel cells 100 in series, for example, so that they can be supplied to automobiles, homes, factories, and the like. This will be described in detail with reference to FIGS. 7A and 7B, which will be described later.

도 2a 내지 도 2e는 본 연료 전지의 다양한 구조를 나타내는 도면이다. 도 2a 내지 도 2e를 참조하면, 연료 전지(100)는 음극부(120) 및 양극부(130)의 형태에 따라 다양한 구조를 가질 수 있다.2A to 2E are views showing various structures of the present fuel cell. Referring to FIGS. 2A to 2E, the fuel cell 100 may have various structures depending on the shapes of the cathode portion 120 and the anode portion 130.

도 2a를 참조하면, 도 1에서 도시된 연료 전지(100)의 단면도이다. 도 2a에 도시된 것처럼, 음극부(120) 및 양극부(130)는 분리막(140)을 사이에 두고, 서로 대향 배치될 수 있다.2A is a cross-sectional view of the fuel cell 100 shown in FIG. 1. FIG. As shown in FIG. 2A, the cathode portion 120 and the anode portion 130 may be disposed opposite to each other with the separator 140 therebetween.

도 2a에서 도시된 것처럼, 음극부(120) 및 양극부(130)는 바디부(110)의 내측 표면에 접촉된 구조를 가진다.2A, the cathode portion 120 and the anode portion 130 have a structure in contact with the inner surface of the body portion 110. As shown in FIG.

일 예로서, 음극부(120)와 분리막(140) 사이의 통로에서 폐수가 통과할 수 있으며, 분리막(140)의 좌우 통로에서 폐수가 통과할 수 있다. 이 경우, 음극부(120)는 폐수에 포함된 혐기성 유기물 또는 호기성 유기물을 이용할 수 있다.As an example, the waste water can pass through the passage between the cathode portion 120 and the separation membrane 140, and the waste water can pass through the right and left passages of the separation membrane 140. In this case, the cathode portion 120 can use anaerobic organic matter or aerobic organic matter contained in the wastewater.

도 2b를 참조하면, 음극부(120) 및 양극부(130)가 바디부(110)와 이격되어 배치되는 구조를 가진다. Referring to FIG. 2B, the cathode part 120 and the anode part 130 are disposed apart from the body part 110.

도 2a에 도시된 연료 전지(100)와 비교할 때, 도 2b에 도시된 연료 전지(100)는 음극부(120) 및 양극부(130)는 연료 전지(100)의 개구를 통과하는 물질을 많이 흡수하기 위하여 최대 표면적을 갖는 형태이다.2B, the cathode portion 120 and the anode portion 130 of the fuel cell 100 shown in FIG. 2B are formed by stacking a large amount of material passing through the openings of the fuel cell 100 It has a maximum surface area to absorb.

음극부(120) 및 양극부(130)는 나선형(spiral) 구조일 수도 있다.The cathode portion 120 and the anode portion 130 may have a spiral structure.

도 2b의 구체적 구조에 대해서는 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.The specific structure of FIG. 2B will be described later with reference to FIG.

도 2c 및 도 2d를 참조하면, 연료 전지(100)는 음극부(120) 및 양극부(130)가 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조일 수 있다. 구체적으로, 음극부(120) 및 양극부(130)는 각각 반원 모양의 폐루프(closed loop) 형태의 단면을 가질 수 있다.2C and 2D, the fuel cell 100 may have a tubular structure in which the cathode portion 120 and the anode portion 130 have openings with openings at both ends. Specifically, the cathode portion 120 and the anode portion 130 may each have a semicircular closed loop-shaped cross-section.

도 2c에서 도시된 것과 같이, 음극부(120) 및 양극부(130)는 바디부(110)의 내측 표면과 접촉할 수 있으며, 도 2d에서 도시된 것과 같이 음극부(120) 및 양극부(130)는 바디부(110)와 이격 배치될 수 있다.2C, the cathode portion 120 and the anode portion 130 may be in contact with the inner surface of the body portion 110, and the cathode portion 120 and the anode portion 130 130 may be spaced apart from the body 110.

다만, 도 2a 내지 도 2d에서는 음극부(120)와 양극부(130)가 서로 동일한 구조가 도시되어 있으나, 도시된 것과 달리 음극부(120)와 양극부(130)는 서로 상이할 수 있다. 일 예로서, 음극부(120)는 말굽(horseshoe) 형태 또는 알파벳 'U' 형태일 수 있지만, 양극부(130)는 직선 형태일 수도 있다.2A and 2B, the cathode portion 120 and the anode portion 130 have the same structure. However, the cathode portion 120 and the anode portion 130 may be different from each other. As an example, the cathode portion 120 may be in the form of a horseshoe or alphabet "U", but the anode portion 130 may be in a straight line.

바람직하게는, 음극부(120) 및 양극부(130)는 연료 전지(100)의 개구를 통과하는 물질을 많이 흡수하기 위하여 최대 표면적을 갖는 다양한 형태를 가질 수 있다.Preferably, the cathode portion 120 and the anode portion 130 may have various shapes with a maximum surface area to absorb a large amount of material passing through the openings of the fuel cell 100.

도 2e는 본 연료 전지의 다양한 구조를 나타내는 도면이다. 도 2e를 참조하면, 본 연료 전지(100)는 양 단이 개방된 튜브형 구조의 바디부(110) 내부에, 분리막(140)을 사이에 두고 음극부(120) 및 양극부(130)가 서로 대향 배치될 수 있다. 여기서, 음극부(120)는 분리막(140)의 일 면과 접촉하고, 양극부(130)는 분리막(140)의 타 면과 접촉한다.2E is a view showing various structures of the present fuel cell. Referring to FIG. 2E, the fuel cell 100 includes a tubular structure body 110 having both ends opened, and a cathode 120 and an anode 130 are connected to each other with a separator 140 interposed therebetween. Can be disposed opposite to each other. Here, the cathode portion 120 is in contact with one surface of the separation membrane 140, and the anode portion 130 is in contact with the other surface of the separation membrane 140.

또한, 음극부(120), 분리막(140), 및 양극부(130)는 평행하게 배치되며, 음극부(120)가 배치되는 통로에는 수소가 통과하며, 양극부(130)가 배치되는 통로에는 공기, 구체적으로 산소가 통과할 수 있다.In addition, the cathode 120, the separator 140, and the anode 130 are disposed in parallel with each other. Hydrogen passes through the passage in which the cathode 120 is disposed. In the passage through which the anode 130 is disposed, Air, specifically oxygen, can pass through.

음극부(120)가 배치되는 통로의 수소이온을 양극부(130)로 전달하기 위하여, 음극부(120)는 공극을 가진다. 또한, 양극부(130)는 음극부(120)로부터 전달받은 수소이온을 양극부(130)가 배치되는 통로로 전달하기 위하여, 양극부(130)는 공극을 갖는다. 수소이온의 전달과정은, 음극부(120)가 배치되는 통로에서 생성된 수소이온을 양극부(130)가 배치된 통로로 전달하기 위해 음극부(130)의 공극을 통하여 분리막(140)으로 수소이온이 전달된다. 분리막(140)은 전달받은 수소이온을 양극부(120)로 전달하고, 양극부(120)의 공극을 통하여 분리막(140)으로부터 전달받은 수소이온을 양극부(120)의 통로로 전달한다.In order to transfer the hydrogen ions in the passage where the cathode portion 120 is disposed to the anode portion 130, the cathode portion 120 has a gap. The anode portion 130 has a gap to transmit hydrogen ions transferred from the cathode portion 120 to a passage where the anode portion 130 is disposed. The hydrogen ions are transferred to the separation membrane 140 through the air gap of the cathode part 130 in order to transfer the hydrogen ions generated in the passage where the cathode part 120 is disposed to the passage in which the anode part 130 is disposed. Ions are transferred. The separation membrane 140 transfers the transferred hydrogen ions to the anode part 120 and transfers the hydrogen ions transferred from the separation membrane 140 to the anode part 120 through the air gap of the anode part 120.

도 3은 도 2c의 연료 전지를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for more specifically explaining the fuel cell of FIG. 2C.

도 3을 참조하면, 도 2c에서 도시된 연료 전지(100) 중 음극부(120)를 도시하고 있다.Referring to FIG. 3, a cathode portion 120 of the fuel cell 100 shown in FIG. 2C is shown.

도 2c에서 도시된 연료 전지(100)는 음극부(120)가 분리막(140)의 일 표면을 완전히 덮고 있는 형태이므로, 음극부(120)과 양극부(130) 사이의 이온 교환을 위하여, 음극부(120)는 도시된 것과 같이 작은 통로, 즉 개구(B1, B2, B3)를 가질 수 있다. 마찬가지로, 양극부(130) 또한 개구를 가질 수 있다.The fuel cell 100 shown in FIG. 2C has a structure in which the cathode portion 120 completely covers one surface of the separation membrane 140, so that for ion exchange between the cathode portion 120 and the anode portion 130, Portion 120 may have a small passageway, i.e. openings B1, B2, B3, as shown. Likewise, the anode portion 130 may also have openings.

작은 통로(B1, B2, B3)의 개수 및 형태는 다양하게 변형될 수 있다.The number and shape of the small passages B1, B2, B3 can be variously modified.

도 4는 도 1의 연료 전지를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for more specifically explaining the fuel cell of FIG.

도 4에서 도시된 연료 전지(100)는 도 2a 및 도 2d에 도시된 다양한 연료 전지 중 도 2b에서 도시된 연료 전지를 보다 구체화한 도면이다.The fuel cell 100 shown in Fig. 4 is a more specific view of the fuel cell shown in Fig. 2b among the various fuel cells shown in Figs. 2a and 2d.

도 4를 참조하면, 본 연료 전지(100)는 바디부(110), 음극부(120), 양극부(130), 및 분리막(140) 이외에, 지지부(150A, 150B) 및 전극 패드(160A, 160B)를 더 포함할 수 있다.4, the fuel cell 100 includes support parts 150A and 150B and electrode pads 160A and 160B in addition to the body part 110, the cathode part 120, the anode part 130, and the separation membrane 140, 160B.

바디부(110), 음극부(120), 양극부(130), 및 분리막(140)에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.A detailed description of the body 110, the cathode 120, the anode 130, and the separator 140 will be omitted.

다만, 음극부(120) 및 양극부(130) 중 적어도 하나는, 표면에 복수 개의 돌기(protrusion)가 각각 형성될 수 있다. 이에 따라, 연료 전지(100) 내부를 통과하는 물질과 접촉되는 면적을 증가시킬 수 있다.At least one of the cathode part 120 and the anode part 130 may have a plurality of protrusions formed on its surface. Accordingly, the area of contact with the material passing through the inside of the fuel cell 100 can be increased.

지지부(150A)는 음극부(120)를 바디부(110) 내부에 고정시키며, 지지부(150B)는 양극부(130)를 바디부(110) 내부에 고정시킬 수 있다.The supporting part 150A fixes the cathode part 120 inside the body part 110 and the supporting part 150B can fix the anode part 130 inside the body part 110. [

이에 따라, 음극부(120) 및 양극부(130) 중 적어도 하나는 바디부(110)와 이격 배치되어 지지부(150A, 150B)에 의해 고정될 수 있다.Accordingly, at least one of the cathode part 120 and the anode part 130 may be spaced apart from the body part 110 and fixed by the supporting parts 150A and 150B.

여기서, 지지부(150A, 150B)는 도전 물질일 수 있다.Here, the supports 150A and 150B may be conductive materials.

도전 패드(160A, 160B)는 바디부(110)에 형성되며, 생성된 전압 또는 전류를 외부의 2차 전지(미도시)로 제공할 수 있다.The conductive pads 160A and 160B are formed in the body 110 and can provide the generated voltage or current to an external secondary battery (not shown).

이에 따라, 외부 2차 전지(미도시)와 도전 패드(160A, 160B)가 연결되는 경우, 외부 2차 전지(미도시)에 전류 또는 전압을 제공할 수 있다. 다만, 이 경우, 연료 전지(100)는 외부 2차 전지(미도시)에 전류 또는 전압을 제공하기 위하여, 변압 회로부(미도시)를 더 포함할 수 있다.Accordingly, when an external secondary battery (not shown) and the conductive pads 160A and 160B are connected, current or voltage can be supplied to the external secondary battery (not shown). However, in this case, the fuel cell 100 may further include a transformer circuit portion (not shown) to provide a current or voltage to the external secondary battery (not shown).

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 전지(100)는 도 2b에 도시된 연료 전지(100)에, 개방된 바디부(110)의 일 영역을 통해 연료 전지(100) 외부로 돌출되는 지지부(미도시)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 지지부(미도시)를 통해 외부 2차 전지(미도시)에 전류 또는 전압을 제공할 수 있다.The fuel cell 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a support portion 110 protruding from the fuel cell 100 through one region of the opened body 110, (Not shown). Accordingly, current or voltage can be supplied to the external secondary battery (not shown) through the supporting portion (not shown).

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료 전지를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 바디부(110)의 외 측에 배치되며, 연료 전지(500)에서 생성된 전압 또는 전류를 이용하여 충전되는 2차 전지부(170)를 더 포함할 수 있다.5 is a view showing a fuel cell according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the secondary battery 170 may further include a secondary battery 170 disposed on the outer side of the body 110 and charged using a voltage or current generated by the fuel cell 500.

도 5에 따르면, 연료 전지(500)는 바디부(110)의 외 측에 배치되며, 바디부(110)의 외 측 표면을 둘러싸는 2차 전지부(170)를 더 포함할 수 있다.5, the fuel cell 500 may further include a secondary battery 170 disposed on the outer side of the body 110 and surrounding the outer surface of the body 110. As shown in FIG.

한편, 도 5에서 도시된 것과 달리, 연료 전지(미도시)는 도선을 통해 연료 전지(미도시) 외부에 배치된 2차 전지부(미도시)와 연결될 수도 있다. 5, the fuel cell (not shown) may be connected to a secondary battery unit (not shown) disposed outside the fuel cell (not shown) through a lead wire.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 전원 공급 시스템(600)은 전지부(110 내지 140), 변압 회로부(180), 및 2차 전지부(170)를 포함한다.6 is a diagram illustrating a power supply system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the power supply system 600 includes charge units 110 to 140, a voltage transformer circuit unit 180, and a secondary battery unit 170.

전원 공급 시스템(600)은 양 단이 개방된 튜브형 구조를 가진다. 전원 공급 시스템(600)에서 양 단이 개방된 튜브형 구조의 내부를 통해 전류 또는 전압을 발생시키기 위한 물질이 통과할 수 있다.The power supply system 600 has a tubular structure with both open ends. Material for generating a current or voltage through the interior of the tubular structure with both open ends in the power supply system 600 can pass.

전원 공급 시스템(600)은 속이 빈 튜브형 구조를 가지며, 튜브형 구조 형태의 2차 전지부(170)가 배치되고, 2차 전지부(170) 내측에 튜브형 구조 형태의 변압 회로부(180)가 배치되고, 변압 회로부(180) 내측에 기설정된 형태의 전지부(110 내지 140)가 배치되어, 양 단이 개방된 튜브형 구조를 형성한다. The power supply system 600 has a hollow tubular structure, in which a secondary battery unit 170 in the form of a tubular structure is disposed, a transformer circuit unit 180 in the form of a tubular structure is disposed inside the secondary battery unit 170 And the predetermined size of the battery units 110 to 140 are disposed inside the transformer circuit unit 180 to form a tubular structure with both open ends.

전지부(110 내지 140)는 전원 공급 시스템(600)에 형성된 개구를 통해 유입되는 물질을 이용하여 전압 또는 전류를 발생시킨다. 전압 또는 전류를 발생시키는 동작은 중복되므로, 생략하기로 한다.The electrodes 110 to 140 generate a voltage or an electric current by using a material introduced through an opening formed in the power supply system 600. [ Operations for generating a voltage or a current are duplicated and therefore will not be described.

변압 회로부(180)는 전지부(110 내지 140)에서 발생된 전압 또는 전류의 크기를 조절한다. 변압 회로부(180)는 DD 컨버터 및 DA 컨버터 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.The voltage transforming circuit unit 180 regulates the magnitude of the voltage or the current generated in the cell units 110 to 140. The transforming circuit portion 180 may be implemented with at least one of a DD converter and a DA converter.

전지부(110 내지 140)에서 발생된 전압은 1V 이하인 경우가 많으므로, 전지부(110 내지 140)에서 발생된 전압 또는 전류는 다양한 장치 또는 전자 기기에 적용되기에는 부족하다. 따라서, 변압 회로부(180)는 전지부(110 내지 140)에서 발생된 전압을 승압하여 다양한 장치 또는 전자 기기에 사용될 수 있는 형태로 전류 밀도를 변형할 수 있다. 또는, 변압 회로부(180)는 전압을 승압하는 것이 아니라, 전류 밀도를 조절하여 장치 또는 전자 기기에 사용될 수 있는 형태로 전류 밀도를 변형할 수 있다.Since the voltage generated in the charge units 110 to 140 is often less than 1 V, the voltage or current generated in the charge units 110 to 140 is insufficient to be applied to various devices or electronic devices. Accordingly, the voltage transforming circuit unit 180 can increase the voltage generated in the power units 110 to 140 to change the current density in a form that can be used in various devices or electronic devices. Alternatively, the voltage transforming circuit unit 180 can adjust the current density to change the current density in a form that can be used in a device or an electronic device, instead of boosting the voltage.

2차 전지부(170)는 변압 회로부(180)에서 조절된 크기의 전압 또는 전류를 이용하여 충전된다. The secondary battery 170 is charged using the voltage or current of the adjusted magnitude in the transformer circuit unit 180.

그 후, 2차 전지부(170)는 장치 또는 전자 기기에서 전기가 필요할 때에 충전된 전압 또는 전류를 장치 또는 전자 기기로 제공함으로써, 방전될 수 있다. 2차 전지부(170)는 충전 또는 방전이 가능한 2차 전지로 구현되는 것이 바람직하나, 1 이상의 커패시터를 이용하여 구현될 수도 있다.Thereafter, the secondary battery 170 can be discharged by supplying the charged voltage or current to the device or the electronic device when electricity is required in the device or the electronic device. The secondary battery 170 is preferably implemented as a secondary battery capable of charging or discharging, but may be implemented using one or more capacitors.

한편, 도 6에서 도시된 전원 공급 시스템(600)과 달리, 전지부(110 내지 140)는 변압 회로부(180)의 내측에 위치하며, 변압 회로부(180)에 의해 둘러싸인 원기둥 구조 형태일 수 있다. 일 예에 따르면, 전지부(110 내지 140), 변압 회로부(180), 및 2차 전지부(170) 모두가 원 기둥 형태이며, 전원 공급 시스템(100)의 단면은 원형일 수 있다.Unlike the power supply system 600 shown in FIG. 6, the battery units 110 to 140 are located inside the transformer circuit unit 180 and may have a cylindrical structure surrounded by the transformer circuit unit 180. According to an example, both the battery units 110 to 140, the voltage transforming circuit unit 180, and the secondary battery unit 170 are both in the form of a circular column, and the cross section of the power supply system 100 may be circular.

전원 공급 시스템(600)은, 전지부(110 내지 140), 변압 회로부(180), 및 2차 전지부(170)의 외 측에서 2차 전지부(170)를 둘러싸는 형태로 배치되며, 전지부(110 내지 140), 변압 회로부(180), 및 2차 전지부(170)를 지지하는 제1 바디부(미도시)를 더 포함할 수 있다.The power supply system 600 is disposed in the form of surrounding the secondary battery unit 170 at the outer sides of the battery units 110 to 140, the voltage transformer circuit unit 180 and the secondary battery unit 170, The transformer circuit unit 180, and the secondary battery unit 170, as shown in FIG.

전원 공급 시스템(600)은, 변압 회로부(180)와 전지부(110 내지 140) 사이에 배치되는 제2 바디부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제2 바디부(미도시)는 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조일 수 있다.The power supply system 600 may further include a second body unit (not shown) disposed between the transformer circuit unit 180 and the charge units 110 to 140. The second body portion (not shown) may be a tubular structure having openings at both ends thereof.

한편, 전원 공급 시스템(600)의 전지부(110 내지 140)는 도 1 내지 도 5에서 전술한 연료 전지(100)와 중복되므로, 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.Meanwhile, since the fuel cells 110 to 140 of the power supply system 600 are overlapped with the fuel cell 100 described with reference to FIGS. 1 to 5, the description of the overlapping portions will be omitted.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료 전지를 나타내는 도면이다. 7A and 7B are views showing a fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 7a를 참조하면, 연료 전지(700)는 바디부(710) 및 복수 개의 셀(720)을 포함한다.Referring to FIG. 7A, the fuel cell 700 includes a body portion 710 and a plurality of cells 720.

바디부(710)는 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조이다.The body portion 710 is a tubular structure having openings at both ends thereof.

복수 개의 셀(720)은 바디부(710)의 일 단에서 타 단 방향으로 직렬로 배치된다. The plurality of cells 720 are arranged in series from one end of the body portion 710 to the other end.

이에 따라, 본 연료 전지(700)는 바디부(710) 내부에 길이 방향으로 직렬로 배치된 복수 개의 셀(720)을 이용하여, 전압을 승압시킬 수 있다.Accordingly, the fuel cell 700 can increase the voltage by using a plurality of cells 720 arranged in series in the longitudinal direction inside the body part 710.

도 7b는 도 7a에서 도시된 연료 전지(700)를 보다 구체적으로 도시하고 있다. 복수 개의 셀 각각(720a, 720b, 720c, 720d 중 어느 하나)은, 바디부(710)의 내부에 배치되어, 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부(A), 바디부(710)의 내부에 배치되어, 전자를 전달받는 양극부(B), 및 바디부(710)의 내부에서, 음극부(A)와 양극부(B)를 분리시키는 분리막을 포함한다. 설명의 편의상, 도 7b에는 분리막이 도시되지는 않았다. FIG. 7B shows the fuel cell 700 shown in FIG. 7A more specifically. Each of the plurality of cells 720a, 720b, 720c, and 720d is disposed inside the body portion 710 and includes a negative electrode portion A for collecting electrons from a substance flowing through the opening portion, a body portion 710 And a separator for separating the cathode portion A and the anode portion B from each other inside the body portion 710. The anode portion B and the anode portion B are disposed inside the body portion 710, For convenience of explanation, a separator is not shown in Fig. 7B.

일 예로서, 복수 개의 셀(720) 각각의 음극부(A)는 서로 도선으로 연결될 수 있으며, 복수 개의 셀(720) 각각의 양극부(B)는 서로 도선으로 연결될 수 있다.As an example, the cathode portion A of each of the plurality of cells 720 may be connected to each other by a wire, and the anode portion B of each of the plurality of cells 720 may be connected to each other by a wire.

도 7a 및 도 7b에서는 복수 개의 셀(720)이 4개인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In FIGS. 7A and 7B, the number of cells 720 is four, but the present invention is not limited thereto.

복수 개의 셀 각각(720a, 720b, 720c, 720d 중 어느 하나)의 동작은 전술한 도 1 내지 도 5에서도 동작과 동일하므로, 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.Operations of each of the plurality of cells 720a, 720b, 720c, and 720d are the same as those of the above-described operations of FIGS. 1 to 5, and thus description of overlapping portions will be omitted.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 시스템은, 전원 공급 시스템에 형성된 개구를 통해 유입되는 물질을 이용하여 전압 또는 전류를 발생시키는 전지부, 전지부에서 발생된 전압 또는 전류의 크기를 조절하는 변압 회로부, 및 변압 회로부에서 조절된 크기의 전압 또는 전류를 이용하여 충전되는 2차 전지부를 포함하며, 전지부는 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조이며, 전지부는, 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 바디부, 및 바디부의 일 단에서 타 단 방향으로 직렬로 배치되는 복수 개의 셀을 포함하며, 복수 개의 셀 각각은, 바디부의 내부에 배치되어, 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부, 바디부의 내부에 배치되어, 전자를 전달받는 양극부, 및 바디부의 내부에서, 음극부와 양극부를 분리시키는 분리막을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a power supply system including: a power source for generating a voltage or a current using a material introduced through an opening formed in a power supply system; And a secondary battery unit that is charged using a voltage or current of a size adjusted by the voltage transformer circuit unit, wherein the battery unit is a tubular structure having openings at both ends thereof, And a plurality of cells arranged in series in the other end direction at one end of the body portion, wherein each of the plurality of cells is disposed inside the body portion, A cathode part disposed inside the body part for receiving electrons, and a cathode part for separating the anode part and the anode part from each other inside the body part, ≪ / RTI >

이에 따라, 본 전원 공급 시스템은 바디부 내부에 길이 방향으로 직렬로 배치된 복수 개의 셀을 이용하여, 전압을 승압시킬 수 있으며, 승압된 전압을 이용하여 2차 전지부를 충전할 수 있다.Accordingly, the present power supply system can increase the voltage by using a plurality of cells arranged in series in the longitudinal direction in the body, and can charge the secondary battery unit using the boosted voltage.

이 경우, 변압 회로부는 DA 변환을 수행할 수 있다. In this case, the transforming circuit portion can perform the DA conversion.

한편, 본 전원 긍급 시스템은 변압 회로부 없이 구현될 수도 있다.On the other hand, the power supply positive system may be implemented without a transformer circuit portion.

복수 개의 셀 각각의 동작은 전술한 도 6에서도 동작과 동일하므로, 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.The operation of each of the plurality of cells is the same as the operation in FIG. 6 described above, so the description of overlapping portions will be omitted.

도 8a 및 도 8b는 본 연료전지의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.8A and 8B are diagrams for explaining the operation principle of the present fuel cell.

도 8a를 참조하면, 연료극은 음극부일 수 있으며, 공기극은 양극부일 수 있다. 음극부 및 양극부는 전해질에 의해 서로 분리될 수 있다.Referring to FIG. 8A, the fuel electrode may be a cathode portion, and the air electrode may be an anode portion. The cathode portion and the anode portion may be separated from each other by an electrolyte.

연료극에서 수소가 수소 이온과 전자로 분해되며, 수소 이온은 전해질을 거쳐 공기극으로 이동한다. 전자는 외부 회로를 거쳐 전류를 발생시키며, 공기극에서는 수소 이온과 전자 그리고 산소가 결합하여 물로 환원된다.In the anode, hydrogen is decomposed into hydrogen ions and electrons, and hydrogen ions move to the air electrode through the electrolyte. The electrons generate an electric current through an external circuit, and hydrogen ions, electrons, and oxygen combine with each other in the air electrode to be reduced to water.

구체적으로, 수소 입자가 연료 전지의 음극부에서 들어오고, 양극부에서 산소가 주입된다. 이 경우, 백금이 촉매 작용을 하여 수소 분자로부터 전자를 생산하고, 생산된 전자가 전해질을 지나 양극부 측의 산소와 반응하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.Specifically, hydrogen particles enter the cathode portion of the fuel cell and oxygen is injected from the anode portion. In this case, platinum catalyzes to produce electrons from hydrogen molecules, and the produced electrons can react with oxygen on the anode side through the electrolyte to produce electrical energy.

도 8b를 참조하면, 연료 전지의 다양한 종류를 확인할 수 있다. 연료 전지는 PAFC(Phosporic Acid Fuel Cell), 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell), 고분자전해질 연료전기(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell), 직접메탄올 연료전지(Direct Methannol Fuel Cell), 알칼리성 전해액 연료전기(Alkarine Fuel Cell) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8B, various types of fuel cells can be identified. Fuel cells can be classified into two types, namely, PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell), Molten Carbonate Fuel Cell, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Solid Oxide Fuel Cell, Direct Methanol Fuel Cell, Alkarine Fuel Cell, and the like.

도 9a 및 도 9b는 미생물을 이용한 본 바이오 연료전지의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.9A and 9B are views for explaining the operation principle of the present biofuel cell using microorganisms.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 미생물을 이용한 바이오 연료 전지(microbial-based biofuel cells)는 도 8a 및 도 8b에서 설명한 연료 전지의 동작 원리와 동일하다. 다만, 음극부에서 바이오 물질(미생물, 산화효소)을 이용하여 수소를 생산하고, 양극부에서 백금을 그대로 활용하거나, 환원효소를 이용할 수 있다.Referring to FIGS. 9A and 9B, microbial-based biofuel cells using the microorganisms are the same as those of the fuel cell illustrated in FIGS. 8A and 8B. However, hydrogen may be produced using a biomaterial (microorganism, oxidase) in the cathode portion, platinum may be used as it is in the anode portion, or a reducing enzyme may be used.

9a를 참조하면, 미생물을 이용한 바이오 연료 전지는, 외부로부터 들어오는 폐수 등으로부터 미생물과의 반응기를 이용하여 수소(Fuel product)만을 셀 내부로 공급할 수 있다. 이 경우, 공급되는 수소를 이용하여 Anode에서 전자를 전달받아, Cathode로 전자를 전달하며, Cathode에서는 전자를 제공한다.9a, a biofuel cell using a microorganism can supply only hydrogen (a fuel product) into a cell by using a reactor with a microorganism from wastewater or the like coming from the outside. In this case, electrons are received from the anode using supplied hydrogen, electrons are transferred to the cathode, and electrons are provided from the cathode.

도 9b에서는 미생물과 폐수를 동시에 셀 내부에 넣어 반응을 일으킬 수 있다. 구체적인 동작 원리는 도 9a에서와 동일하므로, 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.In FIG. 9B, microorganisms and wastewater can be put into the cell at the same time to cause a reaction. Since the specific operation principle is the same as that in FIG. 9A, the description of overlapping portions will be omitted.

도 9a 및 도 9b에서 미생물(박테리아)의 궁극적인 목적은 수소를 발생시키는 것이며, 미생물의 수소 발생은 신진대사 또는 발효 생성물을 이용할 수 있다.In Figures 9A and 9B, the ultimate goal of the microorganism (bacteria) is to generate hydrogen, and the hydrogen evolution of the microorganism can utilize metabolic or fermentation products.

신진대사 또는 발효를 위한 영양 물질로는, 폐수, molasses, lactate, glucose, dextrose, CH4, Sucrose, Acetate 등을 포함할 수 있다.Nutrients for metabolism or fermentation may include wastewater, molasses, lactate, glucose, dextrose, CH4, sucrose, acetate and the like.

미생물은 Clostridium butyricum, Enterobacter aerogenes, Desulfovibrio desulfuricans, Alcaligenes eutrophus, Anacystis nidulans, Azotobacter chroococcum, Bacillus subtilis, Clostridium butyricum, Escherichia coli, Proteus vulgaris, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas putida and Staphylococcus aureus bacteria 등을 포함할 수 있다.The microorganisms may include Clostridium butyricum, Enterobacter aerogenes, Desulfovibrio desulfuricans, A lcaligenes eutrophus, Anacystis nidulans, Azotobacter chirococcum, Bacillus subtilis, Clostridium butyricum, Escherichia coli, Proteus vulgaris, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas putida and Staphylococcus aureus bacteria.

발효생성물은 수소, sulfides, S2 -, HS-, sulfites, SO3 2 -, SO4 2 - 등을 포함할 수 있다.Fermentation products may include hydrogen, sulfides, S 2 - , HS - , sulfites, SO 3 2 - , SO 4 2 - , and the like.

전극과 미생물과의 전자 이송기 (electron mediator)는 Thionine, benzylviologen, 2,6-dichlorophenolindophenol, 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone, phenazines (phenazine ethosulfate, safranine), phenothiazines (alizarine brilliant blue, N,Ndimethyl- disulfonated thionine, methylene blue, phenothiazine, toluidine blue) and phenoxazines (brilliant cresylblue, gallocyanine, resorufin) 등을 포함할 수 있다.The electron mediator between the electrode and the microorganism is composed of a mixture of thionine, benzylviologen, 2,6-dichlorophenolindophenol, 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone, phenazines (phenazine ethosulfate, safranine), phenothiazines (alizarine brilliant blue, - disulfonated thionine, methylene blue, phenothiazine, toluidine blue) and phenoxazines (brilliant cresylblue, gallocyanine, resorufin).

한편, 효소를 이용한 바이오 연료 전지(Enzymatic biofuel cells)는 혈액을 이용할 수 있다. 구체적인 동작 원리는 도 9a 및 도 9b에서 설명한 미생물을 이용한 바이오 연료 전지와 동일하다.On the other hand, enzymatic biofuel cells using enzymes can utilize blood. The specific operation principle is the same as that of the biofuel cell using the microorganisms described in Figs. 9A and 9B.

효소를 이용한 바이오 연료 전지의 효소는 산화 효소와 환원 효소로 구분될 수 있다. 산화 효소는 Anode에서 수소를 만들며, 라케이즈, 빌리루빈 산화 효소 등을 포함할 수 있다. 환원 효소는 Cathode에서 전자를 받아들이며, 글루코오스 산화 효소, 피루브산 산화 효소, 젖산 산화 효소, 아미노산 산화 효소 등을 포함할 수 있다.Enzymes of biofuel cells using enzymes can be divided into oxidases and reductases. Oxidizing enzymes make hydrogen in the anode, and can include laecause, bilirubin oxidase, and the like. The reducing enzyme accepts electrons from the cathode and can include glucose oxidase, pyruvate oxidase, lactate oxidase, amino acid oxidase, and the like.

도 10은 본 연료 전지의 동작 원리를 나타내는 도면이다. 도 10을 참조하면, 본 연료 전지는 분리막을 포함하지 않을 수도 있다.10 is a view showing an operation principle of the present fuel cell. Referring to FIG. 10, the fuel cell may not include a separation membrane.

본 연료 전지는 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 바디부, 바디부의 내부에 배치되어, 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부, 및 바디부의 내부에 배치되어, 전자를 전달받는 양극부를 포함한다.The fuel cell includes a tubular structure body having openings with openings at both ends, a cathode disposed within the body for trapping electrons from the material flowing through the openings, and a cathode disposed within the body for delivering electrons And includes a receiving anode portion.

이 경우, 음극부는 글루코오스 산화효소로부터 전자를 포집하며, 양극부는 전달받은 전자를 이용하여 시토크롬c 및 시트크롬산화효소 중 어느 하나를 물로 환원시킬 수 있다.In this case, the cathode part captures electrons from the glucose oxidase, and the anode part can reduce any one of the cytochrome c and the sheet chromium oxidase to water using the transferred electrons.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of illustration, It goes without saying that the example can be variously changed. Accordingly, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. * * * * * Recently Added Patents

100, 500, 700 : 연료 전지 110, 710 : 바디부
120 : 음극부 130 : 양극부
140 : 분리막 150A, 150B : 지지부
160A, 160B : 전극 패드 170 : 2차 전지부
180 : 변압 회로부 600 : 전원 공급 시스템
720 : 복수 개의 셀
100, 500, 700: Fuel cell 110, 710: Body part
120: cathode part 130: anode part
140: separation membrane 150A, 150B:
160A, 160B: electrode pad 170: secondary battery
180: Transformer circuit part 600: Power supply system
720:

Claims (18)

양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 바디부;
상기 바디부의 내부에 배치되어, 상기 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부;
상기 바디부의 내부에 배치되어, 상기 전자를 전달받는 양극부;
상기 바디부의 내부에서, 상기 음극부와 상기 양극부를 분리시키는 분리막; 및
상기 음극부 및 상기 양극부 각각을 상기 바디부 및 상기 분리막과 이격 배치되도록 상기 바디부 내부에 고정시키는 지지부;를 포함하며,
상기 음극부 및 상기 양극부는, 표면에 외측방향으로 돌출 형성된 복수 개의 돌기(protrusion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
A tubular structure body having openings at both ends thereof;
A cathode portion disposed inside the body portion and collecting electrons from a substance introduced through the opening portion;
A cathode portion disposed inside the body portion and receiving the electrons;
A separator for separating the cathode and the anode from each other within the body; And
And a support for fixing the cathode and the anode in the body so as to be spaced apart from the body and the separator,
Wherein the cathode portion and the anode portion include a plurality of protrusions protruding outwardly on a surface thereof.
제1항에 있어서,
상기 음극부 및 상기 양극부 중 적어도 하나는, 말굽(horseshoe) 형태인 것을 특징으로 하는 연료 전지.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the cathode portion and the anode portion is in the form of a horseshoe.
제1항에 있어서,
상기 음극부 및 상기 양극부 중 적어도 하나는, 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조인 것을 특징으로 하는 연료 전지.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the cathode portion and the anode portion is a tubular structure having openings at both ends thereof.
제1항에 있어서,
상기 음극부 및 상기 양극부는, 상기 분리막을 사이에 두고 서로 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the cathode portion and the anode portion are disposed opposite to each other with the separator interposed therebetween.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 지지부는 도전 물질인 것을 특징으로 하는 연료 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the support portion is a conductive material.
제1항에 있어서,
상기 바디부에 형성되며, 생성된 전압 또는 전류를 2차 전지로 제공하는 도전 패드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
The method according to claim 1,
And a conductive pad formed on the body portion and providing the generated voltage or current to the secondary battery.
제1항 내지 제4항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바디부의 외 측에 배치되며, 상기 연료 전지에서 생성된 전압 또는 전류를 이용하여 충전되는 2차 전지부;를 더 포함하는 연료 전지.
11. The method according to any one of claims 1 to 4, 9 and 10,
And a secondary battery unit disposed on an outer side of the body unit and charged using a voltage or a current generated in the fuel cell.
전원 공급 시스템에 있어서,
상기 전원 공급 시스템에 형성된 개구를 통해 유입되는 물질을 이용하여 전압 또는 전류를 발생시키는 전지부;
상기 전지부에서 발생된 전압 또는 전류의 크기를 조절하는 변압 회로부; 및
상기 변압 회로부에서 조절된 크기의 전압 또는 전류를 이용하여 충전되는 2차 전지부;를 포함하며,
상기 전지부는 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조인 것을 특징으로 하고,
상기 전지부는,
양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 바디부, 상기 바디부의 내부에 배치되어 상기 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부, 상기 바디부의 내부에 배치되어 상기 전자를 전달받는 양극부, 상기 바디부의 내부에서 상기 음극부와 상기 양극부를 분리시키는 분리막, 및 상기 음극부 및 상기 양극부 각각을 상기 바디부 및 상기 분리막과 이격 배치되도록 상기 바디부 내부에 고정시키는 지지부를 포함하며,
상기 음극부 및 상기 양극부는, 표면에 외측방향으로 돌출 형성된 복수 개의 돌기(protrusion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 시스템.
In a power supply system,
A power supply unit for generating a voltage or a current by using a material flowing through an opening formed in the power supply system;
A transformer circuit unit for regulating a magnitude of a voltage or a current generated in the battery unit; And
And a secondary battery unit charged with the voltage or current of the size adjusted by the voltage transformer circuit unit,
Wherein the battery unit is a tubular structure having openings at both ends thereof,
The battery unit includes:
A cathode portion disposed inside the body portion and collecting electrons from a substance introduced through the opening portion, a cathode portion disposed inside the body portion and receiving the electrons, A separator separating the cathode and the anode from each other in the body; and a support for fixing the cathode and the anode in the body so as to be spaced apart from the body and the separator,
Wherein the cathode portion and the anode portion comprise a plurality of protrusions protruding outwardly on a surface thereof.
제12항에 있어서,
상기 변압 회로부는, 상기 전지부의 외 측 표면을 덮는 튜브형 구조로 형성되고,
상기 2차 전지부는, 상기 변압 회로부의 외 측 표면을 덮는 튜브형 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 시스템.
13. The method of claim 12,
Wherein the transforming circuit portion is formed in a tubular structure covering the outer surface of the battery portion,
Wherein the secondary battery unit is formed in a tubular structure that covers an outer surface of the transformer circuit unit.
제12항에 있어서,
상기 전지부, 상기 변압 회로부, 및 상기 2차 전지부를 지지하는 제1 바디부;를 더 포함하며,
상기 제1 바디부는 양단에 상기 개구가 형성되는 튜브형 구조이고,
상기 전지부는 상기 바디부의 내부에서 상기 물질이 지나는 통로 상에 기설정된 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 시스템.
13. The method of claim 12,
And a first body portion supporting the battery, the voltage transforming circuit portion, and the secondary battery portion,
The first body part has a tubular structure in which the openings are formed at both ends,
Wherein the battery unit is disposed in a predetermined shape on a passage through which the material passes in the body portion.
제14항에 있어서,
상기 변압 회로부와 상기 전지부 사이에 배치되고, 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 제2 바디부;를 더 포함하는 전원 공급 시스템.
15. The method of claim 14,
And a second body portion of a tubular structure disposed between the transforming circuit portion and the battery portion, the second body portion having an opening whose both ends are open.
양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 바디부; 및
상기 바디부의 일 단에서 타 단 방향으로 직렬로 배치되는 복수 개의 셀;을 포함하며,
상기 복수 개의 셀 각각은, 상기 바디부의 내부에 배치되어 상기 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부, 상기 바디부의 내부에 배치되어 상기 전자를 전달받는 양극부, 상기 바디부의 내부에서 상기 음극부와 상기 양극부를 분리시키는 분리막, 및 상기 음극부 및 상기 양극부 각각을 상기 바디부 및 상기 분리막과 이격 배치되도록 상기 바디부 내부에 고정시키는 지지부를 포함하며,
상기 음극부 및 상기 양극부는, 표면에 외측방향으로 돌출 형성된 복수 개의 돌기(protrusion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
A tubular structure body having openings at both ends thereof; And
And a plurality of cells arranged in series in one direction of the body section in the other direction,
Wherein each of the plurality of cells includes a cathode portion disposed inside the body portion and collecting electrons from a substance introduced through the opening portion, an anode portion disposed inside the body portion and receiving the electron, A separator separating the cathode and the anode from each other; and a support for fixing the cathode and the anode in the body so as to be spaced apart from the body and the separator,
Wherein the cathode portion and the anode portion include a plurality of protrusions protruding outwardly on a surface thereof.
전원 공급 시스템에 있어서,
상기 전원 공급 시스템에 형성된 개구를 통해 유입되는 물질을 이용하여 전압 또는 전류를 발생시키는 전지부;
상기 전지부에서 발생된 전압 또는 전류의 크기를 조절하는 변압 회로부; 및
상기 변압 회로부에서 조절된 크기의 전압 또는 전류를 이용하여 충전되는 2차 전지부;를 포함하며,
상기 전지부는 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조이며,
상기 전지부는, 양 단이 개방된 개구를 갖는 튜브형 구조의 바디부, 및 상기 바디부의 일 단에서 타 단 방향으로 직렬로 배치되는 복수 개의 셀을 포함하며,
상기 복수 개의 셀 각각은, 상기 바디부의 내부에 배치되어 상기 개구를 통해 유입되는 물질로부터 전자를 포집하는 음극부, 상기 바디부의 내부에 배치되어 상기 전자를 전달받는 양극부, 상기 바디부의 내부에서 상기 음극부와 상기 양극부를 분리시키는 분리막, 및 상기 음극부 및 상기 양극부 각각을 상기 바디부 및 상기 분리막과 이격 배치되도록 상기 바디부 내부에 고정시키는 지지부를 포함하며,
상기 음극부 및 상기 양극부는, 표면에 외측방향으로 돌출 형성된 복수 개의 돌기(protrusion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 시스템.
In a power supply system,
A power supply unit for generating a voltage or a current by using a material flowing through an opening formed in the power supply system;
A transformer circuit unit for regulating a magnitude of a voltage or a current generated in the battery unit; And
And a secondary battery unit charged with the voltage or current of the size adjusted by the voltage transformer circuit unit,
The battery unit is a tubular structure having openings at both ends thereof,
The battery unit includes a tubular structure body having openings at both ends thereof and a plurality of cells arranged in series in the other end direction at one end of the body,
Wherein each of the plurality of cells includes a cathode portion disposed inside the body portion and collecting electrons from a substance introduced through the opening portion, an anode portion disposed inside the body portion and receiving the electron, A separator separating the cathode and the anode from each other; and a support for fixing the cathode and the anode in the body so as to be spaced apart from the body and the separator,
Wherein the cathode portion and the anode portion comprise a plurality of protrusions protruding outwardly on a surface thereof.
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