KR102121662B1

KR102121662B1 - 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조

Info

Publication number: KR102121662B1
Application number: KR1020180103814A
Authority: KR
Inventors: 심규정; 성명훈; 백상철; 김대성
Original assignee: (주)두산 모빌리티 이노베이션
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-06-10
Also published as: WO2020045931A1; KR20200025859A

Abstract

본 발명은 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조에 관한 것으로, 내부에 스택부가 배치된 연료전지 파워팩의 케이스가 제공되고, 상기 케이스에 형성되고, 공기가 유입되는 공기유입구와, 상기 케이스에서 상기 공기유입구로부터 이격되어 형성되고, 공기가 배출되는 공기유출구 및, 상기 스택부와 상기 공기유출구 사이에 연계되어 배치되고, 상기 케이스 내부에서의 공기 흐름을 가이드하는 유동가이드유닛을 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 공기 순환 구조를 개선하여 스택의 안정적인 작동 환경 온도를 유지함과 동시에 드론과 같은 비행체의 양력 조성에 기여할 수 있는 효과가 있다.

Description

연료전지 파워팩의 공기 순환 구조{AIR CIRCULATION STRUCTURE OF FUEL CELL POWER PACK}

본 발명은 연료전지로 전력을 공급하는 파워팩의 공기 순환 구조에 관한 것이다.

드론(drone)은 사람이 탑승하지 않은 무인항공기를 총칭하는 용어이다. 대체로 무선전파에 의해 조종되는 드론은 처음에는 공군기, 고사포 또는 미사일의 요격 연습용으로 군사적으로 사용되었다.

점차 무선기술이 발달함에 따라 단순히 요격 연습용뿐만 아니라 군용 정찰기, 각종 무기를 장착하여 표적시설 파괴용으로 사용되기에 이르렀다.

최근에는 드론의 활용도가 보다 확대되고 있다. 소형 드론을 개발하여 레저용으로 사용하고 있고, 드론 조종 경진 대회가 열릴 정도로 드론의 대중화는 점차 확대되는 추세이다. 그리고 배송업계에서도 드론을 이용하여 주문받은 상품을 수송하는 배송메카니즘을 계획 및 실행하고 있다.

이러한 추세에 발맞춰 세계 각국의 주요 기업들은 드론 관련 산업을 유망 신사업으로 보고 투자활동 및 기술개발에 매진하고 있다.

그런데 드론의 운용에 있어서, 가장 중요시 되는 것 중의 하나는 장시간 운용이 가능한지 여부이다. 현재 시중에서 사용되는 대부분의 드론은 비행시간이 길지 않다. 복수개의 프로펠러를 구동하여 드론을 운용해야 하는데, 프로펠러를 구동하는데 많은 전력이 소모되기 때문이다.

그렇다고 비행시간을 증가시키기 위해 부피가 큰 고용량 배터리 또는 많은 배터리를 드론에 장착하게 되면, 배터리 크기와 무게로 인해 드론의 크기와 무게가 증가하여, 오히려 비효율적인 결과를 가져올 수 있다. 특히 배송 관련 드론의 경우에는 페이로드(payload) 값도 고려해야 하므로, 드론 자체의 크기와 무게 경감은 드론 운용에 있어서 중요한 요소 중의 하나가 되어, 장시간 운용을 위해 시중의 일반적인 배터리를 증가시키는 것에는 한계가 있다.

또한 부피가 큰 고용량 배터리 또는 많은 배터리를 드론에 무분별하게 장착하게 되면, 드론의 기동력 저하를 가져올 수 있다.

국내특허 등록번호:KR 10-1866191 B1

본 발명의 목적은 연료전지로부터 전력을 공급하여 무게 절감과 동시에 드론과 같은 비행체의 장시간 운용을 가능하게 하고, 전반적인 무게균형이 유지되어 드론에 장착되더라도 비행체의 안정적인 기동을 가능하게 하며, 공기 순환 구조를 개선하여 스택의 안정적인 작동 환경 온도를 유지함과 동시에 비행체의 양력 조성에 기여하고, 가스탱크를 쉽게 장탈착할 수 있는 가스 공급 구조를 통해 사용자 편의성을 높인 연료전지 파워팩을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조에 관한 것으로, 내부에 스택부가 배치된 연료전지 파워팩의 케이스가 제공되고, 상기 케이스에 형성되고, 공기가 유입되는 공기유입구; 상기 케이스에서 상기 공기유입구로부터 이격되어 형성되고, 공기가 배출되는 공기유출구; 및 상기 스택부와 상기 공기유출구 사이에 연계되어 배치되고, 상기 케이스 내부에서의 공기 흐름을 가이드하는 유동가이드유닛;을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 유동가이드유닛은, 상기 스택부를 통과한 공기가 상기 공기유출구 방향으로 유동되도록, 상기 스택부의 일면 둘레와 상기 공기유출구의 외측 둘레 주변부를 밀폐하며 배치되는 밀폐하우징;을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 유동가이드유닛은, 상기 공기유출구와 상기 밀폐하우징 사이에 배치되는 팬부재;를 포함하되, 상기 팬부재의 작동시, 상기 케이스의 내부가 외부 환경에 비해 상대적으로 음압 또는 저압상태로 형성되어, 외부 공기가 상기 공기유입구를 통해 상기 케이스의 내부로 유입되고 상기 스택부를 통과하여 상기 공기유출구로 배출되도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 유동가이드유닛은, 외부 온도에 의해 상기 스택부의 작동환경 온도가 급변되는 것을 방지하기 위해, 상기 스택부를 통과한 공기의 일부가 상기 케이스의 내부로 재순환되도록, 상기 밀폐하우징의 둘레에 배치되는 재순환유로;를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 유동가이드유닛은, 상기 재순환유로에 배치되고, 재순환되는 공기의 유량을 제어하는 재순환 제어기구;를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 스택부는 상기 케이스의 내부 또는 상기 케이스의 내부에 배치되는 모듈프레임의 스택수용부상에 일정각도 범위내에서 하방향으로 경사지게 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 밀폐하우징은 상기 스택부의 일면상에서 일정각도 범위내로 하방향으로 경사지게 연결 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 밀폐하우징의 경사각도 범위는 상기 스택부의 경사각도 범위보다 크도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 팬부재는 상기 밀폐하우징과 연결되며 상기 공기유출구상에서 일정 각도 범위내로 하방향으로 경사지게 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 팬부재의 경사각도 범위는 상기 스택부의 경사각도 범위보다 크도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 팬부재의 경사각도 범위는 상기 밀폐하우징의 경사각도 범위보다 크도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 유동가이드유닛은, 상기 공기유출구에 배치되고, 유출 공기의 흐름 방향을 가이드하는 블라인드;를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 공기유출구에서 배출되는 공기가 하방향으로 흐르도록, 상기 블라인드는 하방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 공기유출구에서 배출되는 공기가 하방향으로 흐르도록, 상기 블라인드는 하방향으로 곡률지게 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 블라인드의 곡률은 변경되도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 공기유출구상에 상기 블라인드는 복수개가 배치되되, 상기 공기유출구의 상측에서 하측으로 갈수록 상기 블라인드의 길이는 축소되도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 블라인드의 길이는 일정 비율로 축소되도록 구성될 수 있다.

본 발명은 연료전지로 구동되는 파워팩으로서, 시중에서 드론과 같은 비행체에 적용되는 일반 배터리에 비해 무게대비 출력이 우수하여 드론의 장시간 운용을 가능하게 하며, 드론의 페이로드값을 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명은 케이스를 유선형으로 설계하여 드론의 다양한 방향 기동에 따라 발생될 수 있는 공기저항을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명은 케이스의 중앙측에 수소탱크를 배치하고, 케이스의 내부에서 수소탱크의 양측으로 대칭되는 위치에 복수개의 스택을 배치하여, 무게 균형을 이룸으로써, 드론의 안정적인 기동 운용을 도모할 수 있다.

또한 본 발명은 케이스의 후면측에는 수소탱크를 고정하는 고정부재가 배치된 수소탱크 삽입구를 배치하고, 케이스의 전면측 내부에는 가압형 매니폴드(manifold)블록을 배치하였다. 이로 인해 수소탱크가 케이스에 삽입된 경우에는, 가압상태에 놓여 수소탱크의 레귤레이터 밸브(regulator valve)는 매니폴드블록에 단단히 결합되어, 수소가스의 공급간에 누설을 차단할 수 있다. 그리고 수소탱크를 분리하는 경우에는, 고정부재를 분리시 가압상태의 반발 탄성력이 발생하여 수소탱크는 수소탱크 삽입구에서 신속하게 분리될 수 있다. 이는 간편한 수소탱크의 교체를 가능하게 하며, 길이가 다소 다른 수소용기의 사용을 가능하게 해준다.

또한 본 발명은 매니폴드블록에 솔레노이드 밸브(solenoid valve)와 같은 전자제어형 유량제어 밸브를 배치하여 스택으로 공급되는 수소가스의 유량을 제어할 수 있는데, 이는 사용자가 원하는 타이밍에 연료전지를 on/off 할 수 있으며, 비상 상황시 연료전지의 운전을 중단할 수 있도록 해준다.

또한 본 발명은 사용자가 수소탱크에 연결된 레귤레이터 밸브를 매니폴드블록에 삽입하는 간단한 동작만으로도, 레귤레이터 밸브의 내부에 배치된 개폐바가 매니폴드블록의 내부에 형성된 누름부에 눌림으로써, 가스 유로가 연통되는 구조로 되어 있어, 작업 편리성이 향상되었다.

또한 본 발명은 매니폴드블록에서 분기되는 가스공급관을 스택의 상단에 연결하여, 수소가스와 공기간에 전기화학반응에서 발생되는 응축수가 중력에 의해 하방향으로 이동할 때, 가스공급관에서 스택으로 공급되는 수소가스의 유입에 방해가 일어나지 않도록 함으로써, 스택에서의 화학반응 효율이 높아지도록 하였다.

또한 본 발명은 케이스의 하단면 일부에 함몰 형상의 배수조를 형성하여, 케이스의 내부에서 발생되는 응축수가 한 지점으로 모아져 배출될 수 있도록 함과 동시에, 케이스의 구조적 강성을 높일 수 있도록 하였다. 이는 케이스의 내부를 비교적 청결한 상태로 유지되도록 하며, 회로기판과 같은 제어장치가 응축수에 노출되는 것을 차단할 수 있다. 물론 제어장치는 절연 또는 방수 처리될 수 있다.

또한 본 발명은 배수조상에 열선 코일, 초음파 가습센서 또는 자연 대류식 가습장치를 배치하여, 배수조에 모아진 응축수를 증발시켜, 스택의 작동을 위한 가습환경을 조성함으로써, 스택에서의 전기화학반응 작용을 촉진하여 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 리튬이온전지와 같은 보조배터리를 배치하고, 연료전지와 병렬적으로 전력이 공급되도록 제어함으로써, 드론에 안정적인 전력 공급이 가능하도록 하였다. 이때 무게 균형을 고려하여 보조배터리는 수소탱크를 중심으로 케이스의 내부 양측에서 서로 대칭되는 위치에 복수개로 배치하였고, 보조배터리 한 개가 고정 나더라도 나머지 보조배터리로 드론의 안정적인 기동을 가능하게 하였다.

또한 본 발명은 케이스의 전면부, 후면부 또는 하단부에 공기유입구, 케이스의 양측부에 공기유출구를 각각 배치하고, 공기유출구상에는 팬을 배치하여, 팬이 구동되어, 전면부, 후면부 또는 하단부를 통해 유입된 공기가 스택을 통과할 수 있도록 하였으며, 이때 케이스의 내부는 외부에 비해 상대적으로 저압상태 또는 음압상태가 조성됨으로써, 스택에 공급되는 공기의 원활한 수급을 가능하게 한다. 연료전지를 제어하는 컨트롤러는 팬모터의 회전속도 제어를 통해 스택으로 공급되는 공기의 유량을 조절할 수 있어, 작동 환경 및 조건에 따른 연료전지의 효율적인 운용을 가능하게 한다.

또한 본 발명은 공기유입구상에 회로기판을 배치하여, 작동 중 가열된 회로기판이 외부 공기에 의해 자연스럽게 냉각되도록 하여, 회로기판의 냉각효과를 향상시켰다.

또한 본 발명은 스택과 공기유출구 사이에 밀폐하우징을 구성하고, 밀폐하우징상에는 재순환유로를 형성함으로써, 스택을 통과한 공기 중의 일부가 재순환유로를 통해 케이스의 내부로 재순환되도록 하여, 외기 온도에 따른 급격한 스택의 작동환경 온도 변화를 방지하도록 하였다. 이때 재순환유로상에 전자제어가 가능한 밸브를 배치하여 재순환되는 공기량을 조절할 수 있도록 함으로써, 케이스의 내부 온도가 연료전지의 최적화된 온도를 유지할 수 있도록 하였다.

또한 본 발명은 공기유출구상에 복수단의 블라인드를 배치하고, 각각의 블라인드를 하방향으로 경사지게 배치하여 드론의 프로펠러에 의한 공기 흐름 방향과 비교적 일치되도록 하여, 드론의 양력 조성에 도움이 되도록 구성하였으며, 눈과 비가 오는 환경에서도 시스템 내부로 빗물이나 수분이 유입되는 것을 차단하는 기능을 한다.

또한 본 발명은 수소탱크에는 손잡이를 배치하여 수소탱크를 용이하게 다룰 수 있도록 하고, 케이스의 상부에 반투명 글라스 형태의 리드(lid)를 배치하여 유지/보수간에 내부 조작 및 식별이 용이하도록 하여 사용자 편의성을 도모하였다.

도 1은 본 발명인 연료전지 파워팩의 평면도.
도 2는 본 발명인 연료전지 파워팩의 정면도.
도 3은 본 발명인 연료전지 파워팩의 측면도.
도 4는 본 발명인 연료전지 파워팩의 후면도.
도 5는 본 발명인 연료전지 파워팩의 하면도.
도 6은 본 발명인 연료전지 파워팩의 사시도.
도 7은 본 발명인 연료전지 파워팩의 내부를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명인 연료전지 파워팩의 내부를 나타낸 측면사시도.
도 9는 본 발명인 연료전지 파워팩의 내부를 나타낸 상면도.
도 10은 본 발명인 고정부재의 구조를 나타낸 평면도.
도 11은 본 발명인 고정부재의 구조를 나타낸 측면도.
도 12는 본 발명인 고정부재의 구조를 나타낸 사시도.
도 13은 도 10에 게시된 E-E 단면도.
도 14a는 본 발명인 배출부의 제1 실시예를 나타낸 개략단면도.
도 14b는 본 발명인 배출부의 제2 실시예를 나타낸 개략단면도.
도 15a는 본 발명인 배출부의 제3 실시예를 나타낸 개략단면도.
도 15b는 본 발명인 배출부의 제4 실시예를 나타낸 개략단면도.
도 16은 본 발명인 연료전지 파워팩에서 공기 순환 구조를 나타낸 평면도.
도 17은 도 2에 게시된 B-B 부분단면도.
도 18a은 도 1에 게시된 A-A 부분단면도.
도 18b은 도 18에 게시된 M 부분에 대한 확대도.
도 19a은 본 발명인 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조에 대한 다른 실시예를 나타낸 부분단면도.
도 19b은 도 19a에 게시된 M 부분에 대한 확대도.
도 20a은 본 발명인 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조에 대한 또 다른 실시예를 나타낸 부분단면도.
도 20b은 도 20a에 게시된 L 부분에 대한 확대도.
도 21은 본 발명인 연료전지 파워팩에서 가스공급 구조를 나타낸 평면도.
도 22은 도 20에 게시된 N 부분에 대한 확대도.
도 23는 본 발명의 가압유닛 구조에 대한 제1 실시예를 나타낸 사시도.
도 24a는 본 발명의 가압유닛 구조에 대한 제2 실시예의 일 형태를 나타낸 사시도.
도 24b는 본 발명의 가압유닛 구조에 대한 제2 실시예의 다른 형태를 나타낸 사시도.
도 25은 본 발명의 가스공급유닛 구조에 대한 단면도.
도 26는 도 24에 게시된 H 부분에 대한 확대도.
도 27은 본 발명의 유량제어밸브의 배치 구조를 나타낸 단면도.
도 28은 본 발명인 연료전지 파워팩의 다른 형태에 대한 평면도.
도 29은 본 발명인 연료전지 파워팩의 다른 형태에 대한 정면도.
도 30는 본 발명인 연료전지 파워팩의 다른 형태에 대한 측면도.
도 31은 본 발명인 연료전지 파워팩의 다른 형태에 대한 후면도.
도 32은 본 발명인 연료전지 파워팩의 다른 형태에 대한 하면도.
도 33는 본 발명인 연료전지 파워팩의 다른 형태에 대한 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 연료전지 파워팩의 다양한 구조에 대한 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

[연료전지 파워팩]

도 1은 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 평면도이고, 도 2는 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 정면도이며, 도 3은 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 측면도이고, 도 4는 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 후면도이며, 도 5는 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 하면도이고, 도 6은 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 사시도이며, 도 7은 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 내부를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 내부를 나타낸 측면사시도이며, 도 9는 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 내부를 나타낸 상면도이다. 그리고 도 10은 본 발명인 고정부재(250)의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 11은 본 발명인 고정부재(250)의 구조를 나타낸 측면도이며, 도 12는 본 발명인 고정부재(250)의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 13은 도 10에 게시된 E-E 단면도이며, 도 14a는 본 발명인 배출부(600)의 제1 실시예를 나타낸 개략단면도이고, 도 14b는 본 발명인 배출부(600)의 제2 실시예를 나타낸 개략단면도이며, 도 15a는 본 발명인 배출부의 제3 실시예를 나타낸 개략단면도이고, 도 15b는 본 발명인 배출부의 제4 실시예를 나타낸 개략단면도이다.

도 1 내지 도 9를 참고하면, 본 발명인 연료전지 파워팩(100)은 케이스(200), 가스탱크(300) 및 연료전지부(400)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명인 연료전지 파워팩(100)은 드론과 같은 비행체에 장착되어 전력을 공급하는 장치일 수 있다. 물론 비행체 이외에도 다양한 장비에 전력을 공급하는 장치로 장착될 수 있다.

상기 케이스(200)는 드론에 장착되어 비행하는 중에 공기저항을 최소화하기 위해 전반적인 외형은 유선형으로 구성될 수 있다. 그리고 경량화를 위해 강화플라스틱, 카본, 티타늄, 알루미늄 등의 재질이 적용될 수 있다.

상기 케이스(200)의 상부에는 리드(204)가 배치될 수 있다. 상기 리드(204)에는 리드 손잡이(205)가 형성되어 있으며, 사용자는 리드 손잡이(205)를 잡고 리드(204)를 개방하여 상기 케이스(200)의 내부에 배치되는 각종 부품을 유지보수할 수 있다.

그리고 상기 케이스(200)의 상부 일측에는 안테나 홀(206)이 배치될 수 있다. 상기 안테나 홀(206)은 사용자가 가진 무선 단말기와의 통신용 안테나가 외측으로 돌출되어 배치되는 부분일 수 있다.

다음 상기 케이스(200)의 후면부(203)에는 가스탱크 장탈착부(210)가 배치될 수 있다. 상기 가스탱크 장탈착부(210)는 가스탱크(300)의 외형 단면에 대응하는 삽입구(211) 및 가스탱크(300)를 고정하는 고정부재(250)가 배치될 수 있다.

그리고 상기 가스탱크(300)의 후단부에는 사용자가 용이하게 상기 가스탱크(300)를 다룰 수 있도록 탱크손잡이(301)가 배치될 수 있고, 상기 가스탱크(300)의 측면부에는 상기 고정부재(250)가 장탈착되는 삽입홈(302)이 배치될 수 있다. 상기 가스탱크(300)에는 충전되는 가스는 수소가스일 수 있다. 다만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 기술발전에 따라 다른 연료가스일 수 있다.

여기서 도 10 내지 도 13 및 도 33를 참고하면, 상기 고정부재(250)는 블록바디(251), 고정바(260), 이동블록(255), 코일스프링(265), 가이드홈(253), 가이드돌기(257), 고정볼트(262) 및 고정홈(263)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 블록바디(251)는 상기 삽입구(211)에 인접하여 상기 케이스(200)의 내면에 고정브라켓(267)에 의해 볼트체결되어 고정될 수 있다. 상기 블록바디(251)의 내부에는 상기 가스탱크(300)의 삽입홈(302) 방향으로 원형 단면의 이동홈(252)이 형성될 수 있다.

상기 이동블록(255)에는 상기 이동홈(252)에 삽입되는 원통 형상의 가이드링크(256)가 형성될 수 있으며, 상기 가이드링크(256)는 상기 이동홈(252)에 삽입되어 상기 이동블록(255)과 상기 고정블록(251)을 연결함과 동시에, 상기 이동블록(255)이 상기 삽입홈(302) 방향으로 이동 가능하게 배치될 수 있다.

상기 고정바(260)는 상기 이동블록(255)과 복수개의 링크바(258)로 연결되며, 상기 이동블록(255)의 이동에 따라 상기 가스탱크(300)의 삽입홈(302)에 삽입 또는 분리될 수 있다.

그리고 상기 코일스프링(265)은 상기 블록바디(251)의 내면과 상기 가이드링크(256)의 내부공간 사이에 배치될 수 있다. 상기 코일스프링(265)은 상기 가이드링크(256)에 탄성력을 제공하여, 상기 고정바(260)가 상기 가스탱크(300)의 삽입홈(302)에 대한 끼움 상태가 유지되도록 한다.

다음 상기 블록바디(251)에는 상기 이동블록(255)의 이동방향을 따라 가이드홈(253)이 형성될 수 있다. 상기 이동블록(255)에는 상기 가이드홈(253)에 배치되는 가이드돌기(257)가 형성될 수 있으며, 상기 가이드홈(253)에 상기 가이드돌기(257)가 삽입되어 이동되므로, 상기 고정바(260)의 이동방향은 상기 삽입홈(302)으로 가이드되게 된다.

여기서 상기 고정볼트(262)는 상기 블록바디(251)의 돌출부에 배치될 수 있다. 그리고 상기 고정홈(263)은 상기 이동블록(255)에 배치될 수 있으며, 상기 고정볼트(262)의 단부(262a)가 삽입되는 부분일 수 있다.

사용자는 상기 고정바(260)를 상기 삽입홈(302)의 반대방향으로 당기고, 상기 고정볼트(262)를 돌리면, 상기 고정볼트(262)의 단부(262a)가 상기 고정홈(263)에 삽입되어 상기 고정바(260)의 위치가 상기 코일스프링(265)의 탄성력에 의해 상기 삽입홈(302) 방향으로 이동하지 않고 위치가 고정되게 된다.

이는 상기 가스탱크(300)를 상기 삽입구(211)에서 장탈착할 때, 사용자가 상기 고정바(260)에 의한 간섭없이 용이하게 상기 가스탱크(300)의 분리 또는 장착 작업을 수행할 수 있게 한다.

다시 도 1 내지 도 9를 참고하면, 상기 케이스(200)의 후면부(203)에는 상기 케이스(200)의 내부에 배치되는 연료전지부(400)을 작동시키는 전원스위치(820)가 배치될 수 있다. 사용자는 전원스위치(820)를 간단히 클릭하여 연료전지 파워팩(100)의 작동여부를 결정할 수 있다.

또한 상기 가스탱크(300)와 연결되며, 상기 가스탱크(300)의 가스잔량을 표시하는 연료상태 표시창(810)이 배치될 수 있다. 사용자는 상기 연료상태 표시창(810)의 색깔을 인식하여 가스잔량을 확인할 수 있다. 상기 연료상태 표시창(810)은 인디케이터(indicator) LED 형태일 수 있으나, 이에 한정될 것은 아니다.

예를 들어 청색 또는 녹색인 경우 가스잔량이 80~100%로 충분한 상태를 표시할 수 있으며, 노란색인 경우에는 가스잔량이 40~70%로 중간 상태를 표시할 수 있고, 빨간색인 경우에는 가스잔량이 0~30%로 불충분하여 가스충전이 필요한 상태를 표시할 수 있다. 그 밖에 다른 설정이 가능하다.

상기 케이스(200)의 전면부(201)에는 전면창(221)이 배치될 수 있으며, 상기 전면창(221)은 상기 케이스(200)의 내부로 외부 공기가 유입되는 공기유입구(220)일 수 있다. 이때 상기 전면창(221)에는 복수 열로 배치되는 블라인드가 형성되어 있으며, 비교적 부피가 있는 이물질이 상기 케이스(200)의 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다.

도 31를 참고하면, 다른 실시 형태에서는 상기 공기유입구(220)는 상기 전면창(221)과 함께 상기 케이스(200)상에서 상기 가스탱크(300)의 양측부에 후면창(224) 형태로 배치될 수 있다. 그 밖에 상기 케이스(200)상에서 복수의 위치에 배치될 수 있으며, 상기 공기유입구(220)의 위치는 상기 케이스(200)상에서 제한되지 않는다.

그리고 상기 케이스(200)의 측면부(202)에는 복수의 블라인드가 형성된 공기유출구(230)가 배치될 수 있으며, 상기 공기유입구(220)에서 유입된 공기는 상기 케이스(200)의 내부를 순환한 후에, 상기 공기유출구(230)를 통해 외부로 배출되는 유동 과정을 거칠 수 있다.

다음 상기 연료전지부(400)은 상기 케이스(200)의 내부에서 상기 가스탱크(300)와 무게 균형을 이루며 배치될 수 있다. 본 발명인 연료전지 파워팩(100)은 드론과 같은 비행물체에 장착되어 함께 비행하게 되므로, 드론의 기동력에 방해가 되지 않도록, 케이스(200), 가스탱크(300) 및 연료전지부(400)는 전반적으로 무게 균형을 이루며 배치될 수 있다.

이러한 상기 연료전지부(400)은 매니폴드부(420) 및 스택부(410)를 포함하여 구성될 수 있다. 우선 상기 매니폴드부(420)는 상기 가스탱크(300)에 결합되어 있는 레귤레이터 밸브(320)에 연결되는 부분일 수 있다. 그리고 상기 스택부(410)는 상기 매니폴드부(420)와 연결되어 있으며, 상기 매니폴드부(420)로부터 가스를 공급받을 수 있다.

여기서 도 9를 참고하면, 상기 케이스(200)의 제1 방향(V1) 중심선(P)을 기준으로, 상기 매니폴드부(420)와 상기 스택부(410)는 상기 케이스(200)의 제2 방향(V2)에 대해 무게 균형을 이루며 배치될 수 있다.

구체적으로 상기 매니폴드부(420)는 상기 케이스(200)의 내측 전면부(201)에 배치될 수 있고, 상기 스택부(410)는 복수개가 배치되되, 상기 케이스(200)의 내부 양측에 서로 대칭되는 위치에 배치될 수 있다.

또한 상기 스택부(410)가 복수개가 배치되는 경우, 상기 케이스(200)의 제1 방향(V1) 중심선(P)을 기준으로, 상기 가스탱크(300)와 상기 복수개의 스택부(410)는 상기 케이스(200)의 제2 방향(V2), 즉 양측에 대해 무게 균형을 이루도록 배치될 수 있다.

구체적으로 본 발명의 실시예에서는 상기 가스탱크(300)는 상기 케이스(200)의 제1 방향(V1) 중심선(P)상에 배치되고, 상기 복수개의 스택부(410)는 상기 케이스(200)의 내부 양측부에 상기 가스탱크(300)를 기준으로 서로 대칭되는 위치에 배치될 수 있다.

즉 상기 가스탱크(300)는 상기 케이스(200)의 중심부에 배치되고, 상기 스택부(410)는 2개로 구성되어, 도 9에서와 같이, 상기 가스탱크(300)를 기준으로 양측에 각각 동일한 위치에 배치된다. 이에 따라 제1 방향(V1)의 중심선(P)를 기준으로 본 발명인 연료전지 파워팩(100)은 제2 방향(V2)으로 무게 균형을 이룰 수 있다.

이러한 무게 균형을 고려한 배치는 연료전지 파워팩(100)을 드론에 장착할 때, 드론의 무게 중심의 변동을 최소화하여 드론의 기동에 주는 영향을 감소시킬 수 있다.

다음으로, 상기 보조전원부(500)는 상기 케이스(200)의 내부에 배치되고, 상기 연료전지부(400)과 병렬 제어적으로 연결되며 드론에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.

즉 상기 연료전지부(400)과 상기 보조전원부(500)는 상기 제어판(830)상에서 회로적으로는 병렬 연결되어 있으며, 이에 따라 드론에 선택적으로 전력을 공급할 수 있다.

우선 상기 연료전지부(400)을 구성하는 상기 스택부(410)에서 산소와 수소의 화학반응과정에서 생산된 전력이 드론에 공급되어 드론을 작동시킨다.

만약 드론의 비행 및 임무수행 환경에 따라 상기 스택부(410)에서 생산되는 출력량보다 높은 출력이 요구될 때에는, 부족할 출력량을 상기 보조전원부(500)에서 병렬적으로 공급하게 된다.

다른 상황에서 예를 들어, 상기 스택부(410)가 파손되어 전력 생산이 중단되는 우발적인 상황이 발생하는 경우에는 상기 보조전원부(500)가 긴급 전력을 공급하여 드론이 비행 중 작동이 정지되는 것을 방지할 수 있다.

여기서 상기 보조전원부(500)는 복수개가 배치될 수 있으며, 이때 무게 균형을 이루어 비행물체의 기동을 방해하지 않도록, 상기 케이스(200)의 제1 방향(V1) 중심선(P)을 기준으로 하여, 상기 케이스(200)의 전면부(201)에서 서로 대칭되는 위치에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기 보조전원부(500)는 복수개로 구성되고, 이때 상기 연료전지부(400)을 구성하는 상기 스택부(410)도 복수개로 구성되며, 상기 복수개의 스택부(410)와 상기 복수개의 보조전원부(500)는, 상기 케이스(200)의 제1 방향(V1) 중심선(P)을 기준으로, 상기 케이스(200)의 내부에서 서로 대칭되는 위치에 무게 균형을 이루며 배치된다.

다시 도 9를 참고하면, 본 발명의 실시예에서는 상기 스택부(410)와 상기 보조전원부(500)는 각각 2개로 구성되고, 제1 방향(V1) 중심선(P)을 기준으로 하여 상기 케이스(200)의 내부에서 서로 대칭되는 위치에 배치되어 무게 균형을 이루며 배치된 것을 확인할 수 있다.

한편, 상기 가스탱크(300)와 매니폴드부(420) 및 제어판(830)이 제1 방향(V1) 중심선(P)상에 배치되어 있다. 이는 제1 방향(V1)의 중심선(P)을 따라 상기 케이스(200)의 전면부(201)과 상기 케이스(200)의 후면부(203)간에 무게 균형을 이루도록 배치될 수 있다.

즉 상기 스택부(410)와 상기 보조전원부(500)는 상기 케이스(200)의 내부에서 제1 방향(V1) 중심선(P)의 양측으로 서로 대칭되는 위치에 배치되어 무게 균형을 이루고, 상기 가스탱크(300), 매니폴드(420) 및 제어판(830)은 상기 케이스(200)의 내부에서 제1 방향(V1) 중심선(P)상에 위치하여 상기 케이스(200)의 전면부(201)과 상기 케이스(200)의 후면부(203)간에 무게 균형을 이루며 배치될 수 있다.

이는 전반적으로 상기 스택부(410), 상기 보조전원부(500), 상기 가스탱크(300), 상기 매니폴드부(420) 및 상기 제어판(830)이 상기 케이스(200)의 내부에서 제1,2 방향(V1,V2) 모두에 대해 무게 균형을 이루며 배치됨으로써, 연료전지 파워팩(100)을 드론에 장착하더라도, 드론의 무게 균형 또한 어느 한쪽으로 치우지지 않고, 유지될 수 있게 된다.

이러한 상기 구성요소들의 무게 균형 배치는 드론의 기동 환경에의 영향을 최소화하여 드론의 원활한 기동에 기여하게 된다.

다음 도 14a 및 도 14b를 참고하면, 상기 배출부(600)는 상기 케이스(200)의 내측 하면부에 형성되고, 상기 스택부(410)에서 배출되는 응축수 또는 상기 케이스(200)의 내부에서 외부 공기가 응축되어 발생되는 응축수가 취합되어 배출되는 부분일 수 있다.

이러한 배출부(600)는 배수조(610), 제1 배수관(620) 및 제2 배수관(630)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 배수조(610)는 응축수가 취합되도록, 상기 케이스(200)의 내측 하면부에 함몰 형상으로 형성될 수 있다. 도 2 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에서는 상기 케이스(200)의 전면부(201) 양측에 2개가 형성될 수 있으며, 이는 상기 스택부(410)가 상기 케이스(200)의 내부 양측에 배치됨에 따른 것이다.

상기 제1 배수관(620)은 상기 스택부(410)의 하부와 연결되며 상기 배수조(610)에 배치되고, 상기 스택부(410)에서 배출되는 응축수가 외부로 배출되도록 제공될 수 있다. 상기 스택부(410)에서 산소와 수소의 전기화학반응 후 생성된 응축수는 상기 제1 배수관(620)을 통해 외부로 배출된다.

상기 제2 배수관(630)은 상기 배수조(610)에 배치되고, 상기 케이스(200)의 내부에서 외부 공기가 응축되어 발생되는 응축수가 외부로 배출되도록 제공될 수 있다.

다시 도 14a 및 도 14b를 참고하면, 상기 배출부(600)는 상기 배수조(610)에 배치되고, 상기 배수조(610)에 취합된 응축수를 증발시켜, 상기 케이스(200)의 내부에 가습 환경을 조성하는 가습유닛(640)을 더 포함할 수 있다.

일반적으로 연료전지의 스택은 건조한 환경보다는 가습 환경에서 산소와 수소의 전기화학반응이 보다 촉진되어 연료전지의 전력 발생 효율을 높일 수 있다.

따라서 상기 가습유닛(640)은 상기 배수조(610)에 배치되어 취합되는 응축수를 다시 증발시켜 상기 스택부(410)에서 전기화학반응이 촉진될 수 있는 가습 환경을 조성함으로써, 상기 스택부(410)의 전력 발생 효율을 높이는데 기여를 하게 된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 가습유닛(640)은 도 14a에서와 같이 열선 코일 형태로 구성될 수 있다. 상기 배수조(610)상에는 열선 코일이 배치될 수 있으며, 상기 배수조(610)에 취합된 응축수는 열선 코일로부터 열을 전달받아 증발하여 가습 환경을 조성할 수 있다. 이때 상기 열선 코일의 제어는 상기 제어판(830)에서 가능하며, 상기 열선 코일에 공급되는 전력은 상기 스택부(410) 또는 상기 보조전원부(500)에서 공급받을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 상기 가습유닛(640)은 도 14b에서와 같이 초음파 가습센서일 수 있다. 상기 배수조(610)상에는 초음파 가습센서가 배치될 수 있으며, 상기 배수조(610)에 취합된 응축수는 초음파에 의해 발생되는 진동에 의해 증기가 되어 상기 케이스(200)의 내부를 가습 환경으로 조성할 수 있다. 상기 초음파 가습센서의 제어는 상기 제어판(830)에서 가능하며, 상기 초음파 가습센서에 공급되는 전력은 상기 스택부(410) 또는 상기 보조전원부(500)에서 공급될 수 있다.

도면으로 도시되지는 않았으나, 상기 가습유닛(640)의 또 다른 실시예에서는 자연 대류식 가습장치일 수 있다.

한편 도 15a, 도 15b 및 도 32를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 배출부(600)는 또 다른 형태의 배수구(650)를 포함할 수 있다. 우선 상기 가습유닛(640)은 동일하게 배치되되, 상기 배수구(650)에는 틈새홀(653)이 형성되어 있다. 상기 배수조(610)에 취합된 응축수는 상기 틈새홀(653)을 통해 외부로 배출되는데, 이때 틈새홀(653)은 십자 형상의 틈으로 이뤄져 있어, 응축수는 한번에 빠르게 배출되는 것이 아니라, 천천히 상기 틈새홀(653)에 맺히면서 중력에 의해 배출되게 된다. 이는 상기 가습유닛(640)이 응축수를 증발시켜 가습환경을 조성할 수 있는 시간을 확보하기 위해 고려된 설계이다.

상기 배수구(650)는 플라스틱, 금속 등과 같은 강성재질로 구현될 수 있으며, 반대로 상기 배수구(650)는 고무, 실리콘 등과 같은 연성재질로 구현될 수 있는데, 이 경우에는 별도의 배수관을 끼워 응축수를 배출하는 구조로 변경될 수 있다.

[연료전지 파워팩의 공기 순환 구조]

도 16은 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 공기 순환 구조를 나타낸 평면도이고, 도 17은 도 2에 게시된 B-B 부분단면도이며, 도 18a은 도 1에 게시된 A-A 부분단면도이고, 도 18b은 도 18a에 게시된 M 부분에 대한 확대도이다.

도 16 내지 도 18b를 참고하면, 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 공기 순환 구조는 공기유입구(220), 공기유출구(230) 및 유동가이드유닛(700)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 공기유입구(220), 공기유출구(230) 및 유동가이드유닛(700)은 연료전지 파워팩(100)의 케이스(200)에 배치될 수 있다.

상기 공기유입구(220)는 상기 케이스(200)의 전면부(201) 하측에 배치되고, 외부 공기가 유입되는 부분일 수 있다. 본 발명에서는 상기 케이스(200)의 전면부(201)에 복수개의 블라인드가 배치된 전면창(221)이 공기유입구(220)일 수 있다. 다만 상기 검토한 바와 같이, 상기 공기유입구(220)의 위치는 상기 케이스(200)상에서 제한이 없다.

이때 제어판(830)은 상기 케이스(200)의 내부에서 상기 공기유입구(220)의 상측에 배치되어, 상기 공기유입구(220)에서 유입되는 공기에 의해 냉각되도록 구성될 수 있다. 즉 연료전지의 작동시 제어판(830)에 배치된 회로는 가열되게 되는데, 이때 외부에서 유입되는 공기의 흐름에 의해 자연스럽게 냉각되도록 하는 것이다.

다음, 상기 공기유출구(230)는 상기 케이스(200)에서 상기 공기유입구(220)로부터 이격되어 배치되고, 상기 케이스(200)의 내부로 유입된 공기가 배출되는 부분일 수 있다. 이때 상기 공기유출구(230)는 상기 스택부(410)에 인접하여 배치될 수 있다.

본 발명에서 상기 케이스(200)의 중앙측에는 가스탱크(300)가 배치되고, 상기 가스탱크(300)의 양측에 상기 스택부(410)가 배치된다. 따라서 상기 공기유출구(230)는 상기 스택부(410)에 인접하여 상기 케이스(200)의 측면부(202)에 배치될 수 있다.

이에 따라 상기 공기유입구(220)에서 유입되는 공기는 상기 스택부(410)를 통과하여 상기 유동가이드유닛(700)에 의해 흐름 방향이 안내되어 상기 공기유출구(230)로 배출된다.

다음 상기 유동가이드유닛(700)은, 상기 스택부(410)와 상기 공기유출구(230)에 연계되어 배치되고, 상기 케이스(200) 내부에서의 공기 흐름을 가이드하도록 제공될 수 있다.

이러한 상기 유동가이드유닛(700)은 밀폐하우징(710), 팬부재(730), 재순환유로(720) 및 블라인드(740)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 밀폐하우징(710)은, 상기 스택부(410)를 통과한 공기가 상기 공기유출구(230) 방향으로 유동하도록, 상기 스택부(410)의 일면 둘레와 상기 공기유출구(230)의 외측 둘레 주변부인 상기 케이스(200)의 내측 측면부(202)를 밀폐하며 배치될 수 있다.

이때 상기 밀폐하우징(710)의 복수개의 판으로 구성될 수 있으며, 상기 스택부(410)의 일면 둘레와 상기 케이스(200)의 내측 측면부(202)를 사방에서 감싸도록 배치하여 밀폐 공간을 형성할 수 있다.

이러한 밀폐 공간으로 인해 상기 스택부(410)를 통과한 공기는 상기 공기유출구(230) 방향으로만 유동하게 된다.

다음, 상기 팬부재(730)는 상기 공기유출구(230)에 배치될 수 있다. 본 발명에서 상기 팬부재(730)가 작동하면, 상기 케이스(200)의 내부의 공기를 외부로 방출시키게 되어, 상기 케이스(200)의 내부가 외부 환경에 비해 상대적으로 저압상태 또는 음압상태으로 형성되게 된다.

상기 케이스(200)의 내부가 상대적으로 저압 또는 음압이 되면, 압력차 때문에 상기 공기유입구(220)를 통해 외부 공기가 상기 케이스(200)의 내부로 유입되게 된다. 즉 본 발명은 상기 팬부재(730)를 작동하여 상기 케이스의 내부에 강제적으로 공기 순환 환경을 조성한다.

여기서 상기 팬부재(730)는 상기 공기유출구(230)와 상기 밀폐하우징(710) 및 상기 스택부(410)가 형성하는 공간에 배치되므로, 상기 팬부재(730)의 작동에 의한 공기 배출은 상기 공기유입구(220)로 유입된 공기를 강제적으로 상기 스택부(410)를 통과하도록 공기 흐름 환경을 조정하게 된다.

사용자는 컨트롤러로 팬부재(730)의 회전속도를 제어하여 압력차에 의해 케이스(200)의 내부로 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있다. 이는 궁극적으로 스택부(410)로 공급되는 공기의 양을 조절하는 것이 되어, 스택부(410)의 출력 제어의 한 수단이 될 수 있다.

이러한 상기 팬부재(730)는 팬부시(731), 구동모터(733) 및 팬블레이드(735)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 팬부시(731)는 원통형상으로 제공되고, 상기 공기유출구(230)에 배치될 수 있다. 상기 팬부시(731)의 중앙부에는 구동모터(733)가 배치될 수 있다. 그리고 상기 구동모터(733)의 회전축에는 상기 팬블레이드(735)가 연결될 수 있다.

한편, 연료전지가 높은 효율을 유지하면서 안정적으로 작동이 되려면, 연료전지 스택의 작동 환경이 최적으로 유지될 필요가 있다. 특히 작동 환경 온도는 중요 요소인데, 드론이 운용되는 외부 환경 온도에 따라 연료전지 스택의 작동 환경 온도는 영향을 받게 된다.

예를 들어 시베리아, 북극, 남극 등과 같은 추운 지역에서 드론을 기동하는 경우, 상기 케이스(200)의 외부와 내부 사이에 온도차가 심하게 발생되고, 외기 온도에 의해 상기 케이스(200)의 내부 온도는 저하되는 영향을 받게 된다.

즉 상기 케이스(200)에 내부에 배치된 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도가 적정 온도가 유지되지 못하게 될 수 있다. 이 경우 상기 케이스(200)의 내부 온도를 적정 온도까지 높여줄 필요가 있다.

반대로, 아프리카, 중동, 사막 등과 같은 더운 지역에서 드론을 기동하는 경우, 상기 케이스(200)의 외부와 내부 사이에 온도차가 심하게 발생되고, 외기 온도에 의해 상기 케이스(200)의 내부 온도는 가열되는 영향을 받게 된다.

즉 상기 케이스(200)에 내부에 배치된 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도가 적정 온도가 유지되지 못하게 될 수 있다. 이 경우 상기 케이스(200)의 내부 온도를 적정 온도까지 낮춰줄 필요가 있다.

따라서 이러한 드론이 작동되는 외부 환경 온도에 의해 상기 스택부(410)의 작동환경 온도가 급변되는 것을 방지하기 위해, 도 16 및 도 18a에서와 같이, 상기 밀폐하우징(710)상에 재순환유로(720)가 배치될 수 있다.

상기 스택부(410)를 통과한 후 상기 밀폐하우징(710)에 잔류하고 있는 공기의 일부는 상기 재순환유로(720)를 통과하여 상기 케이스(200)의 내부로 우회되어 재순환된다.

상기 스택부(410)를 통과한 공기는 공랭식인 상기 스택부(410)를 냉각한 후의 공기로서, 상기 스택부(410)와 비교적 유사한 온도를 유지하고 있으므로, 상기 밀폐하우징(710)상에 잔류하는 공기의 일부를 상기 케이스(200)의 내부로 재순환시키면, 상기 케이스(200)의 내부 온도는 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도와 유사하게 조성될 수 있다.

이는 드론이 추운 지역에서 기동하는 경우에는 상기 케이스(200)의 내부 온도를 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도까지 높여줄 수 있으며, 드론이 더운 지역에서 기동하는 경우에는 상기 케이스(200)의 내부 온도를 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도까지 낮춰줄 수 있다.

즉 상기 케이스(200)의 내부 온도를 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도까지 조정해 주어, 상기 스택부(410)의 작동효율을 높이게 된다.

다음 도 16 및 도 18a를 참고하면, 상기 유동가이드유닛(700)은, 재순환 제어기구(722)를 더 포함할 수 있다. 상기 재순환 제어기구(722)는 상기 재순환유로(720)에 배치되어, 재순환되는 공기의 유량을 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 재순환 제어기구(722)는 전자 제어를 통한 슬라이드 방식의 개폐밸브 또는 버터플라이 방식의 개폐밸브일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

사용자는 컨트롤러를 이용하여 상기 재순환 제어기구(722)의 개폐 정도를 조절할 수 있다.

만약 외기 온도가 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도와 유사하여 별도로 상기 케이스(200)의 내부 온도 조절이 필요하지 않는 경우, 사용자는 상기 재순환 제어기구(722)를 닫아, 상기 밀폐하우징(710)의 내부에 잔류하는 공기가 모두 상기 공기유출구(230)를 통해 외부로 배출되도록 할 수 있다.

이 경우 이하 검토하겠으나, 본 발명의 블라인드(740)는 하방향으로 경사지게 배치되어 있어, 상기 밀폐하우징(710)의 모든 공기가 상기 공기유출구(230)로 배출되는 경우, 비행물체의 양력 조성에 기여를 할 수 있다.

반대로 외기 온도와 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도 차이가 커서, 상기 케이스(200)의 내부 온도를 신속하게 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도에 맞출 필요가 있는 경우, 사용자는 컨트롤러를 이용하여 상기 재순환 제어기구(722)를 완전히 개방하는 조작을 하면 된다.

이때 상기 밀폐하우징(710)에서 많은 양의 공기가 상기 케이스(200)로 유도하게 되므로, 상기 케이스(200)의 내부 온도를 신속하게 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도로 조절할 수 있게 된다.

다음, 도 18b를 참고하면, 상기 블라인드(740)는 상기 공기유출구(230)에 배치되고, 유출되는 공기의 흐름 방향을 안내하도록 제공될 수 있다. 본 발명에서는 상기 블라인드(740)는 상기 공기유출구(230)에서 배출되는 공기가 하방향으로 유동하도록, 상기 블라인드(740)는 하방향으로 경사지게 배치될 수 있다.

본 발명의 연료전지 파워팩(100)은 드론의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 프로펠러 구동방식의 드론의 경우, 프로펠러 회전에 의한 양력 발생으로 드론이 부양하는 것이므로, 상기 블라인드(740)의 경사방향을 하방향으로 설정하면, 상기 공기유출구(230)에서 배출되어 하방향으로 흐르는 공기와 드론의 프로펠러(T)를 통과하여 하방향으로 흐르는 외기 공기의 유동 방향이 일치되어 드론의 양력 조성에 기여를 하게 된다.

여기서 상기 블라인드(740)를 통과한 공기가 프로펠러(T) 방식 드론의 양력 조성에 기여하기 위해서는, 상기 블라인드(740)의 경사각도(θ1)는 수평선을 기준으로 하방향으로 10° ~ 80° 범위로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 60°내외일 수 있다.

여기서 상기 블라인드(740)는 상기 공기유출구(230)상에 복수개가 배치될 수 있으며, 상기 공기유출구(230)의 상측에서 하측으로 갈수록 상기 복수개의 블라인드(740)의 길이는 축소되게 형성될 수 있다.

도 18b를 참고하면, 상기 케이스(200)상에서 상기 공기유출구(230)는 상측에서 하측으로 갈수록 상기 케이스(200)의 내측으로 경사지게 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이때 상기 블라인드(740)의 길이도 상기 공기유출구(230)의 상측에서 하측으로 갈수록 축소되도록 형성되어 있어, 역시 유출되는 공기는 하방향으로 흐르게 된다.

여기서 상기 블라인드(740)의 길이는 일정 비율로 축소되는데, 이는 상기 공기유출구(230)가 상측에서 하측으로 갈수록 줄어드는 비율각도(θ2)에 대응될 수 있다.

상기 블라인드(740)의 길이가 일정 비율로 감소됨에 따라 복수의 열로 배치된 블라인드(740)를 통과하는 공기는 비교적 균일한 유동을 보일 수 있다.

공기는 하방향으로 유동하므로, 상부에 배치된 상부 블라인드(741)보다 하부에 배치된 하부 블라인드(742)의 길이가 더 짧아 하방향 유동에 방해받지 않는다.

만약 상기 블라인드(740)의 길이 감소가 일정하지 않고 제각각인 경우, 예를 들어 도 18b에 게시된 것과 다르게, 어느 하나의 하부 블라인드(742)가 그 상부에 배치된 상부 블라인드(741)에 비해 길이가 긴 경우, 상부 블라인드(741)를 통과한 공기가 하방향으로 유동함에 있어, 그 하부에 배치된 하부 블라인드(742)가 장애물 역할을 하게 되며, 하부 블라인드(742)를 따라 배출되는 공기와 혼합되어 상기 공기유출구(230) 주변부에서 난류 유동이 발생될 수 있다. 이는 공기의 배출이 원활하지 않게 하며, 오히려 드론의 기동에 오히려 방해가 될 수 있다.

따라서 상기 블라인드(740)의 길이 감소가 일정 비율로 유지되는 것이 공기의 원활한 하방향 배출 및 양력 조생과 같은 드론의 기동 환경 조성을 위해 바람직할 수 있다.

즉 상기 블라인드(740)의 하방향 경사각도(θ1)와 상기 블라인드(740)의 일정 비율각도(θ2)에 따른 길이 변화가 함께 작용하여 유출되는 공기는 하방향으로 강하게 배출될 수 있다. 이와 같은 중첩적인 구성은 양력 조성과 같은 드론의 기동 환경에 기여하게 된다.

도 16에는 상기와 같은 연료전지 파워팩(100)의 공기 순환 구조에 따른 공기 흐름이 게시되어 있다.

우선 사용자가 상기 팬부재(730)를 작동시키면, 상기 공기유출구(230)로 상기 케이스(200)의 내부 공기가 빠져나가게 되어 상기 케이스(200)의 내부는 외부에 비해 상대적으로 저압상태 또는 음압상태가 된다.

이에 따라 상기 케이스(200)의 전면부(201)에 배치된 전면창(221)을 통해 외부 공기가 압력차 때문에 유입되고, 유입되는 공기는 상기 케이스(200)의 전면부(201) 내측 상부에 배치된 상기 제어판(830)을 자연 냉각하며, 상기 케이스(200)의 내부로 순환되며 흐르게 된다.

상기 케이스(200)의 내부에서 순환되는 공기는 도 16에 게시된 것과 같이, 상기 스택부(410)의 일면을 통과하며, 상기 스택부(410)에서 수소와의 전기화학반응으로 전력을 생산하거나 또는 상기 스택부(410)를 공냉하고 상기 밀폐하우징(710) 방향으로 흐르게 된다.

상기 밀폐하우징(710)으로 흐른 공기는 상기 팬부재(730)를 통과하고 상기 공기유출구(230)를 통해 외부로 배출된다.

이때 외부 환경 온도에 따라 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도를 적정 온도로 유지하기 위해 사용자는 컨트롤러를 통해 상기 재순환 제어기구(722)의 개폐정도를 설정하여 재순환유로(720)를 통해 상기 케이스(200)의 내부로 순환되는 공기유량을 조절할 수 있다.

상기 재순환유로(720)를 통과한 공기의 일부는 다시 상기 케이스(200)의 내부를 순환하며 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도와 비교적 유사한 온도가 유지되도록 하게 된다.

이는 상기 검토한 가습유닛(640)과 함께, 상기 스택부(410)의 작동 환경 온도 및 가습조건을 적절하게 유지되도록 하여, 상기 스택부(410)의 출력 효율을 높이는데 기여하게 된다.

이하에서는 도 19a, 도 19b 및 도 20a, 도 20b를 참고하여, 본 발명인 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조에 대한 다른 실시예들에 대해 검토하도록 한다.

도 19a은 본 발명인 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조에 대한 다른 실시예를 나타낸 부분단면도이고, 도 19b은 도 19a에 게시된 M 부분에 대한 확대도이다.

그리고, 도 20a은 본 발명인 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조에 대한 또 다른 실시예를 나타낸 부분단면도이고, 도 20b은 도 20a에 게시된 L 부분에 대한 확대도이다.

우선 도 19a 및 도 19b를 참고하면, 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 공기 순환 구조에 대한 다른 실시예는 공기유입구(220), 공기유출구(230) 및 유동가이드유닛(700)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 공기유입구(220), 공기유출구(230) 및 유동가이드유닛(700)은 연료전지 파워팩(100)의 케이스(200)에 배치될 수 있다.

공기유입구(220) 및 공기유출구(230)에 대한 설명은 동일하므로 이하 생략한다.

본 발명에서 상기 케이스(200)의 내부에는 모듈프레임(900)이 배치될 수 있다. 모듈프레임(900)은 케이스(200)의 내부에 장착되는 별도의 부품일 수 있으며, 케이스(200)의 일부일 수도 있다.

상기 모듈프레임(900)의 중앙측에는 탱크수용부(910)가 형성되고 가스탱크(300)가 배치될 수 있다. 그리고 상기 모듈프레임(900)의 양측부에는 스택부 수용부(920)가 형성되고 복수개의 스택부(410)가 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 공기유출구(230)는 상기 스택부(410)에 인접하여 상기 케이스(200)의 측면부(202)에 배치될 수 있다.

스택부(410)은 스택부 수용부(920)의 제1,2 수용면(921,923)에 각각 제1,2 체결유닛(922,924)에 의해 경사지게 배치되며 고정될 수 있다.

공기 흐름은 상기 공기유입구(220)에서 유입되어 상기 스택부(410)를 통과하여 상기 유동가이드유닛(700)에 의해 흐름 방향이 안내되어 상기 공기유출구(230)로 배출되는 유동 과정을 거친다.

다음 상기 유동가이드유닛(700)은, 상기 스택부(410)와 상기 공기유출구(230)에 연계되어 배치되고, 상기 케이스(200)의 내부에서 상기 스택부(410)를 통과하여 상기 공기유출구(230) 방향으로 흐르는 공기의 유동을 조절하도록 제공될 수 있다.

상기 밀폐하우징(710)은, 상기 스택부(410)를 통과한 공기가 상기 공기유출구(230) 방향으로 유동하도록, 상기 스택부(410)의 일면 둘레와 상기 공기유출구(230)에 배치된 덕트(760)의 외측 둘레를 밀폐하며 배치될 수 있다.

이때 상기 밀폐하우징(710)의 복수개의 판으로 구성될 수 있으며, 상기 스택부(410)의 일면 둘레를 감싸고, 하나의 판은 상기 덕트(760)의 외측 둘레와 연결되며 밀폐 공간을 형성할 수 있다.

이러한 밀폐 공간으로 인해 상기 스택부(410)를 통과한 공기는 상기 공기유출구(230)의 덕트(760) 방향으로만 유동하게 된다.

여기서 상기 케이스(200)의 내부에서 상기 밀폐하우징(710)의 위치가 고정되도록, 상기 케이스(200)의 측면부와 상기 밀폐하우징(710)을 연결하며 고정하는 고정패널(713)이 배치될 수 있다.

상기 고정패널(713)은 상기 스택부(410)의 일면과 상기 밀폐하우징(710)의 일면을 연결하는 사각 단면 형상의 개구창(713a)이 형성될 수 있다. 그리고 개구창(713a)에서 상기 스택부(410)를 바라보는 방향의 둘레를 따라 실링유닛(714)이 배치될 수 있다.

상기 실링유닛(714)은 상기 스택부(410)의 일면 둘레와 밀착되며, 상기 스택부(410)를 통과한 공기가 누설되지 않고 상기 밀폐하우징(710) 방향으로 유동할 수 있도록 한다.

다음, 상기 팬부재(730)는 상기 공기유출구(230)의 덕트(760)에 연결되며 배치될 수 있다. 본 발명에서 상기 팬부재(730)가 작동하면, 상기 케이스(200)의 내부의 공기를 상기 공기유출구(230)를 통해 외부로 방출시키게 되어, 상기 케이스(200)의 내부가 외부 환경에 비해 상대적으로 음압 또는 저압으로 형성되게 된다.

상기 케이스(200)의 내부가 음압 또는 저압이 되면, 압력차 때문에 상기 공기유입구(220)를 통해 외부 공기가 상기 케이스(200)의 내부로 유입되게 된다. 즉 본 발명은 상기 팬부재(730)를 작동하여 상기 케이스(200)의 내부에 강제적으로 공기 순환 환경을 조성한다.

여기서 상기 팬부재(730)는 상기 공기유출구(230)의 덕트(760)와 상기 밀폐하우징(710) 및 상기 스택부(410)가 형성하는 공간에 배치되므로, 상기 팬부재(730)의 작동에 의한 공기 배출은 상기 공기유입구(220)로 유입된 공기를 강제적으로 상기 스택부(410)를 통과하도록 하는 공기 흐름 환경을 조정하게 된다.

이러한 상기 팬부재(730)는 팬부시(731), 구동모터(733) 및 팬블레이드(735)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 팬부시(731)는 원통형상으로 제공되고, 상기 공기유출구(230)의 덕트(760)의 내측 둘레 연결되며 배치될 수 있다. 상기 팬부시(731)의 중앙부에는 구동모터(733)가 배치될 수 있다. 그리고 상기 구동모터(733)의 회전축에는 상기 팬블레이드(735)가 연결될 수 있다.

따라서 이러한 드론이 작동되는 외부 환경 온도에 의해 상기 스택부(410)의 작동환경 온도가 급변되는 것을 방지하기 위해, 도 19a에서와 같이, 상기 밀폐하우징(710)상에 재순환유로(720)가 배치될 수 있다.

다시 도 19a를 참고하면, 상기 유동가이드유닛(700)은, 재순환 제어기구(722)를 더 포함할 수 있다. 상기 재순환 제어기구(722)는 상기 재순환유로(720)에 배치되어, 재순환되는 공기의 유량을 제어하도록 구성될 수 있다.

이 경우 이하 검토하겠으나, 본 발명의 블라인드(740)는 하방향으로 경사지게 또는 곡률지게 배치되어 있어, 상기 밀폐하우징(710)의 모든 공기가 상기 공기유출구(230)로 배출되는 경우, 비행물체의 양력 조성에 기여를 할 수 있다.

다시, 도 19a 및 도 19b를 참고하면, 상기 블라인드(740)는 상기 공기유출구(230)의 덕트(760)에 배치되고, 유출되는 공기의 흐름 방향을 안내하도록 제공될 수 있다.

본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 공기 순환 구조는 상기 공기유입구(220)에서 유입된 공기가 상기 케이스(200)의 내부를 순환한 후 상기 공기유출구(230)로 배출될 때, 궁극적으로는 드론의 양력 조성에 기여할 수 있는 흐름을 보이도록 설계될 수 있다.

이를 위해 도 19a를 참고하면, 상기 스택부(410)는 상기 모듈프레임(900)의 스택부 수용부(920)상에서 일정각도(α1) 범위내로 하방향으로 경사지게 배치될 수 있다.

그리고 상기 밀폐하우징(710)도 상기 스택부(410)의 일면상에서 일정각도(α2) 범위내로 하방향으로 경사지게 연결 배치될 수 있다.

또한 상기 팬부재(730)도 상기 공기유출구(230)상에서 일정각도(α3) 범위내로 하방향으로 경사지게 배치될 수 있다.

그리고 상기 블라인드(740)는 상기 공기유출구(230)에서 배출되는 공기가 하방향으로 유동하도록, 하방향으로 경사지게 또는 곡률지게 배치될 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 상기 모듈프레임(900)의 스택부 수용부(920)는 수직방향(H1)을 기준으로 일정각도(α1) 범위내로 하방향으로 경사진 형태로 제공되며, 상기 스택부(410)는 상기 스택부 수용부(20)에 경사지게 배치된다.

이때 상기 스택부(410)의 경사각도(α1) 범위는 5° ~ 15° 범위내일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 5° 내외의 경사각도가 채택될 수 있다.

상기 스택부(410)가 경사지게 배치됨에 따라, 상기 스택부(410)를 통과하여 상기 밀폐하우징(710)의 내부로 유입되는 공기는 하방향으로 흐름이 유도되게 된다.

한편, 상기 고정패널(713)의 개구창(713a)은 상기 스택부(410)의 일면과 상기 실링유닛(714)에 의해 밀접되어 있다. 여기서 상기 스택부(410)는 상기 스택부 수용부(920)에 하방향으로 경사지게 배치되어 있으므로, 상기 고정패널(713) 또한 상기 스택부(410)에 대응되는 경사각도(α2)로 하방향으로 경사지게 배치된다.

이때 상기 밀폐하우징(710)은 상기 고정패널(713)의 개구창(713a) 둘레를 따라 연결되어 있으므로, 기본적으로는 상기 스택부(410)의 경사각도에 대응되는 각도로 하방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 이 경우 상기 밀폐하우징(710)의 경사각도(α2) 범위는 상기 스택부(410)와 동일하게 5° ~ 15° 범위내일 수 있으며, 바람직하게는 5° 내외일 수 있다.

다만 도면으로 도시하지는 않았으나, 다른 실시예에서는 상기 밀폐하우징(710)은 상기 스택부(410)의 일면상에 일정각도 범위내로 하방향으로 더 경사지게 연결 배치될 수 있다.

이 경우 상기 밀폐하우징(710)의 경사각도(α2) 범위는 상기 스택부(410)의 경사각도 범위보다 크게 형성되게 된다. 일 예로 상기 밀폐하우징(710)의 배치 경사각도는 상기 고정패널(713)의 일면에 대해, 상기 스택부(410)보다 10° ~ 20° 범위내로 더 경사지게 연결 배치될 수 있다.

다음 상기 케이스(200)의 측면부상에서 상기 공기유출구(230)도 기본적으로 하방향을 바라보게 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 팬부재(730)도 상기 공기유출구(230)와 동일하게 하방향을 바라보게 배치될 수 있다.

여기서 상기 팬부재(730)는 상기 밀폐하우징(710)과 연결되므로, 일 실시예로는 상기 밀폐하우징(710)의 배치 경사각도(α2)에 대응되는 각도로 하방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 이 경우 상기 팬부재(730)의 경사각도(α3) 범위는 상기 밀폐하우징(710)과 동일하게 5° ~ 15° 범위내일 수 있으며, 바람직하게는 5° 내외일 수 있다.

다른 실시예로는 상기 팬부재(730)의 배치 경사각도(α3)는 상기 밀폐하우징(710)의 배치 경사각도(α2)보다 크게 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 밀폐하우징(710)의 배치 경사각도(α2) 범위를 5° ~ 15° 라고 한다면, 상기 팬부재(730)의 경사각도 범위는 10° ~ 25° 범위내일 수 있다.

또는 상기 팬부재(730)의 배치 경사각도(α3)는 상기 스택부(410) 및 밀폐하우징(710)의 배치 경사각도(α1,α2)보다 크게 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 스택부(410)의 배치 경사각도(α1) 범위를 5° ~ 15° 라고 하고 상기 스택부(410)보다 더 경사진 밀폐하우징(710)의 경사각도(α2) 범위를 10° ~ 20° 라고 한다면, 상기 팬부재(730)의 경사각도(α3) 범위는 15° ~ 30° 범위내일 수 있다.

상기와 같이, 상기 팬부재(730)의 배치 경사각도를 상기 스택부(410) 및 상기 밀폐하우징(710)의 배치 경사각도보다 크게 구성하는 경우, 상기 스택부(410), 밀폐하우징(710) 및 팬부재(730)를 통과하고 상기 공기유출구(230) 방향으로 흐르는 공기는 부드럽게 유동 방향이 하방향으로 유도되는 특징을 지니게 된다.

즉 공기의 흐름 방향에 따라 상기 스택부(410), 밀폐하우징(710) 및 팬부재(730)의 배치 경사각도는 점차적으로 더 경사지게 배치되어, 공기가 하방향으로 부드럽게 유동되도록 하는 것이다.

한편, 상기 공기유출구(230)상에는 하방향으로 경사지게 또는 곡률지게 형성된 블라인드(740)가 배치되어 있다.

본 발명의 연료전지 파워팩(100)이 장착되는 드론에서 프로펠러(213)는 상기 공기유출구(230)의 상부에 배치될 수 있다. 프로펠러(213) 구동방식의 드론의 경우, 프로펠러(213) 회전에 의한 양력 발생으로 드론이 부양하는 것이므로, 상기 블라인드(740)의 경사방향 또는 곡률방향을 하방향으로 설정하면, 상기 공기유출구(230)에서 배출되어 하방향으로 흐르는 공기와 드론의 프로펠러(213)를 통과하여 하방향으로 흐르는 외기 공기의 유동 방향이 일치되어 드론의 양력 조성에 기여를 하게 된다.

여기서 상기 블라인드(740)를 통과한 공기가 프로펠러(213) 방식 드론의 양력 조성에 기여하기 위해서는, 상기 블라인드(740)의 경사각도(θ11,θ12)는 수평방향(H2)을 기준으로 하여 하방향으로 5° ~ 80° 사이로 형성될 수 있으며, 예를 들어 경사각도(θ11)는 5° ~ 45° 범위내이고, 경사각도(θ12)는 30° ~ 80° 범위내일 수 있다. 바람직하게는 경사각도(θ11)는 30° 내외이고, 경사각도(θ12)는 60° 내외일 수 있다.

도 19b를 참고하여, 상기 스택부(410), 밀폐하우징(710) 및 팬부재(730)의 배치 경사각도(α1,α2,α3)와 연계하여 설명하면, 본 발명의 실시예에서는 기본적으로 상기 스택부(410), 밀폐하우징(710) 및 팬부재(730)의 배치 경사각도는 5° ~ 15° 범위내일 수 있으며, 바람직하게는 5° 내외일 수 있다.

물론 상기 검토한 바와 같이, 다른 실시예에서는 공기의 흐름 방향에 따라 상기 스택부(410), 밀폐하우징(710) 및 팬부재(730)의 배치 경사각도(α1,α2,α3)는 점차적으로 더 경사지게 배치될 수 있다.

이에 따라 상기 스택부(410)를 통과하고 상기 블라인드(740) 방향으로 유동하는 공기는 점차적으로 하방향으로 흐르도록 유도되므로, 공기의 배출 흐름은 부드럽게 양력 조성이 기여하는 방향으로 진행될 수 있다.

여기서 상기 블라인드(740)는 상기 공기유출구(230)의 덕트(760)상에 복수개가 배치될 수 있으며, 상기 공기유출구(230)의 상측에서 하측으로 갈수록 상기 복수개의 블라인드(740)의 길이는 축소되게 형성될 수 있다.

도 19b를 참고하면, 상기 케이스(200)상에서 상기 공기유출구(230)는 상측에서 하측으로 갈수록 상기 케이스(200)의 내측으로 경사지게 또는 곡률지게 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.

만약 상기 블라인드(740)의 길이 감소가 일정하지 않고 제각각인 경우, 예를 들어 도 19b에 게시된 것과 다르게, 어느 하나의 하부 블라인드(742)가 그 상부에 배치된 상부 블라인드(741)에 비해 길이가 긴 경우, 상부 블라인드(741)를 통과한 공기가 하방향으로 유동함에 있어, 그 하부에 배치된 하부 블라인드(742)가 장애물 역할을 하게 되며, 하부 블라인드(742)를 따라 배출되는 공기와 혼합되어 상기 공기유출구(230) 주변부에서 난류 유동이 발생될 수 있다. 이는 공기의 배출이 원활하지 않게 하며, 오히려 드론의 기동에 오히려 방해가 될 수 있다.

즉 상기 블라인드(740)의 하방향 경사각도(θ11,θ12)와 상기 블라인드(740)의 일정 비율각도(θ2)에 따른 길이 변화가 함께 작용하여 유출되는 공기는 하방향으로 강하게 배출될 수 있다. 이와 같은 중첩적인 구성은 양력 조성과 같은 드론의 기동 환경에 기여하게 된다.

한편, 도 20a 및 도 20b를 참고하면, 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 공기 순환 구조의 다른 형태는, 상기 블라인드(740)는 상기 공기유출구(230)상에 하방향으로 경사지게 배치될 수 있다.

그리고 상기 검토한 바와 같이, 본 발명의 연료전지 파워팩(100)이 장착되는 드론에서 프로펠러(213)는 상기 공기유출구(230)의 상부에 배치될 수 있으므로, 상기 블라인드(740)의 경사방향을 하방향으로 설정함에 따라, 상기 공기유출구(230)에서 배출되어 하방향으로 흐르는 공기와 드론의 프로펠러(213)를 통과하여 하방향으로 흐르는 외기 공기의 유동 방향이 일치되어 드론의 양력 조성에 역시 기여를 하게 된다.

여기서 상기 블라인드(740)를 통과한 공기가 프로펠러(213) 방식 드론의 양력 조성에 기여하기 위해서는, 상기 블라인드(740)의 경사각도(θ3)는 수평방향(H2)을 기준으로 하여 하방향으로 5° ~ 80° 사이로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 경사각도(θ3)는 60° 내외일 수 있다.

도 20b를 참고하여, 상기 스택부(410), 밀폐하우징(710) 및 팬부재(730)의 배치 경사각도(α1,α2,α3)와 연계하여 설명하면, 본 발명의 실시예에서는 기본적으로 상기 스택부(410), 밀폐하우징(710) 및 팬부재(730)의 배치 경사각도는 5° ~ 15° 범위내일 수 있으며, 바람직하게는 5° 내외일 수 있다.

이에 따라 본 발명의 다른 형태에서도 상기 스택부(410)를 통과하고 상기 블라인드(740) 방향으로 유동하는 공기는 점차적으로 하방향으로 흐르도록 유도되므로, 공기의 배출 흐름은 부드럽게 양력 조성이 기여하는 방향으로 진행될 수 있다.

[연료전지 파워팩의 가스공급 구조]

도 21은 본 발명인 연료전지 파워팩(100)에서 가스공급 구조를 나타낸 평면도이고, 도 22은 도 21에 게시된 N 부분에 대한 확대도이며, 도 23는 본 발명의 가압유닛(480) 구조에 대한 제1 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 24a은 본 발명의 가압유닛(480) 구조에 대한 제2 실시예의 일 형태를 나타낸 사시도이며, 도 24b는 본 발명의 가압유닛 구조에 대한 제2 실시예의 다른 형태를 나타낸 사시도이고, 도 25은 본 발명의 가스공급유닛(430) 구조에 대한 평단면도이며, 도 26는 도 25에 게시된 H 부분에 대한 확대도이고, 도 27은 본 발명의 유량제어밸브(490)의 배치 구조를 나타낸 단면도이다.

도 23 내지 도 27를 참고하면, 본 발명인 연료전지 파워팩(100)의 가스공급 구조는 가스공급유닛(430) 및 가압유닛(480)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 가스공급유닛(430)은 상기 케이스(200)의 내부로 삽입되는 가스탱크(300)의 레귤레이터 밸브(320)에 연결되어, 상기 케이스(200)의 내부에 배치된 스택부(410)로 가스를 공급하도록, 상기 케이스(200)의 전면부(201)에 배치될 수 있다.

그리고 상기 가압유닛(480)은 일측부는 상기 케이스(200)의 전면부(201) 내측에 고정되고, 타측부는 상기 가스공급유닛(430)과 연결되며, 상기 가스공급유닛(430)을 상기 레귤레이터 밸브(320) 방향으로 가압하도록 구성될 수 있다.

이러한 상기 가압유닛(480)은 제1 판(481), 제2 판(483), 가압 탄성체(487) 및 가이드 샤프트(488)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 판(481)은 상기 케이스(200)의 전면부(201) 내측에 고정될 수 있으며, 상기 제2 판(483)은 상기 가스공급유닛(430)에 연결될 수 있다.

상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483)은 경량화를 위해 강화플라스틱, 카본, 티타늄, 알루미늄 등의 재질이 적용될 수 있다.

또한 상기 제1 판(481) 또는 상기 제2 판(483)에는 무게 저감을 위해 허니콤(honeycomb) 형태의 절삭홈(485)이 가공될 수 있다.

상기 가압 탄성체(487)는 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 상기 가이드 샤프트(488)는 상기 제1 판(481)에 고정되고 상기 제2 판(483)의 홀을 관통하며 연결되며, 상기 제2 판(483)의 이동을 지지하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 판(483)의 홀에는 상기 가이드 샤프트(488)의 유동이 원활하도록 빔부시(486)가 배치될 수 있다.

상기 가이드 샤프트(488)는 금속재질일 수 있으며, 이 경우 상기 가이드 샤프트(488)의 원활한 동작을 위해 빔부시(486)상에는 윤활제가 도포될 수 있다.

도 23, 도 25 및 도 26를 참고하면, 본 발명의 가압유닛(480) 구조에 대한 제1 실시예가 게시되어 있다. 제1 실시예에서는 상기 제1 판(481)에는 제1 돌기부(482)가 형성되고, 상기 제2 판(483)에는 제2 돌기부(484)가 형성되며, 상기 가압 탄성체(487)는 상기 제1 돌기부(482)와 상기 제2 돌기부(484) 사이에 끼움 배치될 수 있다. 이 경우 상기 가압 탄성체(487)는 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483) 사이에 하나만이 배치되게 된다.

도 24a를 참고하면, 본 발명의 가압유닛(480) 구조에 대한 제2 실시예의 일 형태가 게시되어 있다. 제2 실시예의 일 형태에서는 상기 가압 탄성체(487)가 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483) 사이에서 상기 가이드 샤프트(488)상에 배치될 수 있다. 본 발명에서는 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483)은 삼각 형상으로 구성될 수 있으며, 이에 따라 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483)의 각 모서리에 배치된 3개의 가이드 샤프트(488)상에 상기 가압 탄성체(487)가 각각 배치될 수 있다.

도 24b를 참고하면, 본 발명의 가압유닛(480) 구조에 대한 제2 실시예의 다른 형태가 게시되어 있다. 제2 실시예의 다른 형태에서는 상기 제1,2 판(481,483)이 무게 균형을 고려하여 사각 형상으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483)의 각 모서리에 배치된 4개의 가이드 샤프트(488)상에 상기 가압 탄성체(487)가 각각 배치될 수 있다. 이 경우 가압력은 보다 향상될 수 있다.

다음 상기 가이드 샤프트(488)의 단부에는 상기 가이드 샤프트(488)에서 상기 제2판이 이탈하지 않도록 스토퍼(489)가 배치될 수 있다. 상기 가스탱크(300)의 레귤레이터 밸브(320)가 상기 가스공급유닛(430)에서 분리될 때, 상기 가압 탄성체(487)의 탄성력에 의해 상기 제2 판(483)은 밀려나게 되는데, 이때 상기 제2 판(483)이 상기 스토퍼(489)에 걸리면서 이탈이 방지되게 된다.

한편, 도 22를 참고하면, 본 발명의 실시예에서 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483)은 다각판 형상으로 이뤄질 수 있고, 상기 가이드 샤프트(488)는 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483)의 각 모서리에 복수개가 배치되되, 상기 케이스(200)의 제1 방향(V1) 중심선(P)상에 무게 중심이 위치하도록 구성될 수 있다.

본 발명에서 상기 스택부(410), 상기 가스탱크(300) 및 상기 보조전원부(500)는 전반적으로 제1 방향(V1) 중심선(P)을 기준으로 무게 균형을 이루며 배치되어 있다.

따라서 상기 가압유닛(480)도 역시 제1 방향(V1) 중심선(P)을 기준으로 양측이 대칭되도록 구성되어, 연료전지 파워팩(100)의 무게 균형을 이루도록 배치되는 것이 바람직하다.

구체적으로 상기 케이스(200)의 제1 방향(V1) 중심선(P)을 기준으로 하여, 양측으로 상기 제1 판(481) 및 상기 제2 판(483)이 대칭되는 형상으로 이뤄지고, 상기 가이드 샤프트(488)는 대칭되는 개수로 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483)은 삼각판 형상으로 이뤄져 있으며, 상기 가이드 샤프트(488)는 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483)의 각 모서리에 3개가 배치되되, 무게 균형을 위해 상기 3개의 가이드 샤프트(488) 중 어느 하나의 가이드 샤프트(488)는 상기 케이스(200)의 제1 방향 중심선상에 위치하고, 다른 두 개의 가이드 샤프트(488)는 상기 케이스(200)의 제1 방향 중심선을 기준으로 양측에 대칭되는 위치에 배치되어 있다.

도면으로 도시되지는 않았으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483)은 원판 형상으로 이뤄지고, 상기 가이드 샤프트(488)는 상기 제1 판(481)과 상기 제2 판(483)의 둘레를 따라 소정 간격을 두고 복수개가 배치되되, 상기 케이스(200)의 제1 방향(V1) 중심선(P)상에 무게 중심이 위치하도록 구성될 수 있다.

이 경우 상기 케이스(200)의 제1 방향(V1) 중심선(P)상에 상기 제1 판(481) 및 상기 제2 판(483)의 중심이 위치하고, 상기 가이드 샤프트(488)는 상기 제1 방향(V1) 중심선(P)을 기준으로 양측에 대칭되는 개수로 배치될 수 있다.

상기와 같은 구조에 의해 본 발명의 가압유닛(480)은 가스탱크(300)의 레귤레이터 밸브(320)가 가스공급유닛(430)에 삽입될 때, 가스공급유닛(430)을 레귤레이터 밸브(320) 방향으로의 가압하여, 레귤레이터 밸브(320)와 가스공급유닛(430)이 단단히 밀착 결합되도록 할 수 있다.

이는 가스의 공급 과정에서 레귤레이터 밸브(320)와 가스공급유닛(430)의 이탈을 방지하여 가스의 누설을 차단하는데 도움을 주게 된다.

또한 상기 검토한 바와 같이, 가스탱크(300)는 가스탱크 장탈착부(210)에 고정부재(250)로 고정되어 있다. 사용자가 가스탱크(300)를 교체하고자 할 때, 고정부재(250)를 해제하면, 가압 탄성체(487)의 반발 가압력에 의해 가스탱크(300)는 가스탱크 장탈착부(210)에서 외부로 밀려나게 되어 있어, 사용자는 고정부재(250)를 해제하는 간단한 작업만으로, 가스탱크(300)를 용이하고 신속하게 교체할 수 있다.

다음 도 22, 도 25 및 도 26를 참고하면, 상기 가스공급유닛(430)은, 상기 케이스(200)의 내부로 삽입되는 가스탱크(300)의 레귤레이터 밸브(320)에 연결되어, 상기 케이스(200)의 내부에 배치된 스택부(410)로 가스를 공급하도록, 상기 케이스(200)의 전면부(201)에 배치될 수 있다.

이러한 상기 가스공급유닛(430)은 매니폴드블록(450) 및 가스공급관(440)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 매니폴드블록(450)은 상기 가스탱크(300)의 레귤레이터 밸브(320)에 연결되는 부분일 수 있으며, 상기 가스공급관(440)은 상기 매니폴드블록(450)과 상기 스택부(410) 사이에 연결되어 배치되는 부분일 수 있다.

여기서 상기 매니폴드블록(450)은 무게 균형을 위해 상기 케이스(200)의 제1 방향(V1) 중심선(P)상에 위치할 수 있다. 즉 상기 매니폴드블록(450)은 제1 방향(V1) 중심선(P)을 기준으로하여 양측이 대칭되는 형상으로 이뤄질 수 있다.

또한 상기 검토한 바와 같이, 상기 케이스(200)의 제1 방향(V1) 중심선(P)상에 상기 가스탱크(300)가 배치되고, 상기 케이스(200)의 내부에는 상기 가스탱크(300)의 양측으로 대칭되는 위치에 상기 스택부(410)가 복수개로 배치될 수 있다.

이때 상기 가스공급관(440)은 상기 복수개의 스택부(410)에 대응되는 개수로 상기 매니폴드블록(450)에서 분기되되, 상기 복수개의 가스공급관(440)은 제1 방향(V1) 중심선(P)을 기준으로 하여 상기 케이스(200)의 양측에서 서로 대칭되는 형상 또는 위치에 배치될 수 있다.

여기서 상기 가스공급관(440)은 상기 스택부(410)의 상측에 연결될 수 있다. 이는 상기 스택부(410)의 상측에서 하측으로 가스가 공급되어 하방향으로 확산되며 전기화학반응이 일어나도록 하기 위함이다.

산소와 수소의 전기화학반응시 부산물로 응축수가 발생하는데, 응축수는 중력에 의해 하방향으로 떨어지게 된다.

만약 상기 스택부(410)의 중간측이나 하측에 상기 가스공급관(440)이 연결되는 경우, 응축수의 낙하로 인해 가스의 확산에 방해가 될 수 있으므로, 이를 방지하기 위함이다.

한편, 상기 레귤레이터 밸브(320)는 가스탱크(300)의 유출구에 연결되고, 가스탱크(300)로부터 유출되는 가스를 상기 매니폴드블록(450)의 매니폴드유로(456)으로 감압되어 공급되도록 제공될 수 있다. 상기 가스탱크(300)에서는 수소가스를 토출될 수 있다.

이러한 상기 레귤레이터 밸브(320)는 커넥터부(325) 및 개폐부(330)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 커넥터부(325)는 상기 가스탱크(300)의 유출구에 연결될 수 있다. 이때 상기 가스탱크(300)의 유출구에 볼트/나사 체결 구조로 연결될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 22, 도 23, 도 25 및 도 26를 참고하면, 상기 커넥터부(325)에는 감압부(323), 가스충전부(321), 압력센서(322) 및 온도반응형 압력 배출부(324)가 배치될 수 있다.

상기 감압부(323)는 상기 가스탱크(300)의 유출구에서 유출되는 가스의 감압 정도를 조절하도록 제공될 수 있다.

상기 가스충전부(321)는 상기 가스탱크(300)에 가스를 충전하기 위해 밸브 형태로 제공될 수 있다. 사용자는 상기 가스탱크(300)를 분리하지 않고, 상기 케이스(200)의 리드(204)를 개방하여, 외부의 가스공급장치와 상기 가스충전부(321)를 호스로 연결하여 간단히 가스를 충전할 수 있다.

상기 압력센서(322)는 상기 가스탱크(300)의 내부 가스압력을 측정하도록 제공될 수 있다. 작동 환경에 따라 상기 가스탱크(300)의 내부 가스압력은 변화될 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 가스탱크(300)의 내부 가스압력이 한계치에 도달하여 폭발하는 문제가 발생할 수 있다.

예컨대, 더운 지역에서 운용되는 드론은 고온에 노출된 상태에서 기동할 수 있으며, 이 경우 고온에 의해 상기 가스탱크(300)의 내부 가스압력이 상승할 수 있다. 이때 상기 압력센서(322)는 상기 가스탱크(300)의 내부 가스압력을 측정하고 그 정보를 사용자에게 송출하게 된다.

상기 온도반응형 압력 배출부(324)는 상기 가스탱크(300)의 내부 가스온도에 반응하여 상기 가스탱크(300)의 내부 가스압력을 자동적으로 배출하도록 제공될 수 있다. 이는 상기 가스탱크(300)가 고온 환경에 노출되어 상기 가스탱크(300)의 내부 가스온도가 상승함에 따라 상기 가스탱크(300)의 내부 가스압력이 한계치에 도달한 경우, 가스를 자동적으로 배출하여 상기 가스탱크(300)의 폭발 사고를 미연에 방지하게 된다.

다음 도 25 및 도 26를 참고하면, 상기 개폐부(330)는 일단부는 상기 커넥터부(325)에 연결되고, 타단부는 상기 매니폴드블록(450)의 삽입공간(452)에 삽입되며 가스의 유동을 개폐하도록 제공될 수 있다.

이러한 상기 개폐부(330)는 내부유로(332) 및 분산유로(333)가 형성된 밸브바디(334), 밸브 탄성체(337) 및 개폐바(336)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 밸브바디(334)는 대체로 원통형상으로 구현될 수 있으며, 상기 매니폴드블록(450) 내부에 형성된 삽입공간(452)에 삽입될 수 있다. 상기 밸브바디(334)의 일측은 상기 커넥터부(325)에 연결될 수 있으며, 타측은 중앙부가 매니폴드블록(450) 방향으로 돌출된 밸브돌출부(335)가 형성될 수 있다.

상기 밸브돌출부(335)는 원통형상으로 구성될 수 있다. 상기 밸브돌출부(335)의 직경은 상기 커넥터부(325)에 연결된 상기 밸브바디(334)의 직경보다 작게 마련될 수 있다.

상기 내부유로(332)는 상기 커넥터부(325)에 연결되며, 상기 밸브바디(334)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 내부유로(332)는 상기 커넥터부(325)에서 상기 감압부(323)의 설정된 압력만큼 감압된 수소가스가 흐르는 유로일 수 있다.

상기 내부유로(332)는 상기 밸브바디(334)의 타측 부위에서 반경방향으로 확장된 개폐공간(331)을 포함한다.

그리고 상기 분산유로(333)는 상기 밸브바디(334)의 상기 밸브돌출부(335)의 내부에 상기 내부유로(332)와 연통되며 형성될 수 있다.

상기 분산유로(333)는 상기 밸브돌출부(335)의 내부에 반경방향으로 형성되어 가스가 반경방향으로 분산되도록 구현될 수 있다. 상기 분산유로(333)는 상기 밸브돌출부(335)의 원주방향을 따라 복수개가 형성될 수 있다.

상기 분산유로(333)에서 유출된 수소가스는 후술할, 상기 매니폴드블록(450)의 매니폴드유로(456)로 유입되고, 가스공급관(440)을 통해 각각의 스택부(410)로 공급된다.

상기 밸브 탄성체(337)는 상기 개폐공간(331)에 배치될 수 있다. 본 발명에 적용되는 상기 밸브 탄성체(337)는 코일스프링 또는 판스프링일 수 있다.

상기 밸브 탄성체(337)는 상기 개폐바(336)에 탄성력을 제공하여, 상기 개폐바(336)가 상기 매니폴드블록(450)의 누름부(460) 방향으로 가압되도록 한다.

이러한 상기 개폐바(336)의 일단부(336a)는 상기 밸브 탄성체(337)에 의해 지지되며 상기 내부유로(332)의 개폐공간(331)에 배치될 수 있다.

상기 개폐바(336)의 타단부(336b)는 상기 밸브돌출부(335)에 형성된 관통홀(335a)에 배치되고, 상기 매니폴드블록(450)의 누름부(460) 방향으로 돌출된 형태로 배치될 수 있다.

다음 상기 매니폴드블록(450)은 상기 레귤레이터 밸브(320)와 스택부(410)간에 연결되고, 상기 레귤레이터 밸브(320)를 통해 토출되는 가스를 스택부(410)로 유입되도록 제공될 수 있다.

이러한 상기 매니폴드블록(450)은 바디부(451), 링크부(455) 및 누름부(460)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 바디부(451)는 전반적으로 원통 형상일 수 있으며, 일측부에는 상기 레귤레이터 밸브(320)에 대응되는 형상으로 삽입공간(452)가 형성될 수 있다.

상기 삽입공간(452)는 상기 삽입공간(452)의 중앙선 방향에 위치하여 상기 밸브바디(334)의 상기 밸브돌출부(335)가 수용되는 밸브돌출부 수용홀(453)을 포함할 수 있다.

상기 삽입공간(452) 및 밸브돌출부 수용홀(453)에는 상기 밸브바디(334) 및 밸브돌출부(335)가 삽입될 수 있다. 상기 삽입공간(452) 및 상기 밸브돌출부 수용홀(453)은, 각각 상기 밸브바디(334) 및 상기 밸브돌출부(335)가 수용 가능하도록 그에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.

상기 링크부(455)는 상기 바디부(451)의 타측부에 배치된다. 상기 링크부(455)에는 상기 삽입공간(452)에 삽입된 상기 레귤레이터 밸브(320)에서 토출되는 가스가 상기 스택부(410)로 유입되도록 형성된 매니폴드유로(456)가 배치될 수 있다.

여기서 상기 매니폴드유로(456)는 수소가스를 공급하고자 하는 스택부(410)의 개수에 대응하여 상기 링크부(455)상에 복수개가 형성될 수 있다.

다음, 상기 누름부(460)는 상기 바디부(451) 내부에서 상기 개폐바(336)의 타단부(336b)와 접촉하여 상기 개폐바(336)가 눌릴 수 있도록 배치될 수 있다.

상기 누름부(460)는 상기 개폐바(336)의 상기 타단부(336b)의 일부가 수용 가능한 홈(groove)형태로 구현될 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 누름부(460)의 다른 형태는 돌기 형상일 수 있다.

이 경우 상기 개폐바(336)의 타단부(336b)는 상기 관통홀(335a)의 내부에 위치하게 되며, 상기 밸브돌출부(335)가 상기 바디부(451)의 삽입공간(452)로 완전히 삽입될 때, 상기 누름부(460)의 돌기 형상이 상기 관통홀(335a)의 내부로 삽입되며 상기 개폐바(336)의 타단부(336b)를 밀게 된다.

이에 따라 상기 개폐바(336)의 일단부(336a)가 상기 개폐공간(331)의 접촉면에서 이탈되며, 상기 내부유로(332)와 상기 분산유로(333)를 개방하게 된다.

이상에서는, 레귤레이터 밸브(320)의 일부인 개폐부(330)가 상기 매니폴드블록(450) 내부(정확하게는 삽입공간(452))으로 삽입되는 것으로 설명 및 도시하였으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 경우에 따라 매니폴드블록(450)을 레귤레이터 밸브(320) 내부에 삽입하는 형태로 변경할 수도 있다.

다음으로 본 발명의 실시예에서는 상기 삽입공간(452)의 내면과 상기 밸브바디(334)의 외면 사이에서 가스의 누설을 방지하도록, 상기 밸브바디(334)의 외면에 배치되는 제1 실링(471)을 포함할 수 있다.

그리고 상기 밸브돌출부(335)와 상기 매니폴드블록(450)의 밸브돌출부 수용홀(453)간의 삽입 결합면 사이에서의 가스 누설이 차단되도록, 상기 밸브돌출부(335)의 외면에 배치되는 제2 실링(473)을 더 포함할 수 있다.

상기 제1,2 실링(471,473)은 O-링일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 상기 제1,2 실링(471,473) 중 적어도 어느 하나는 탄성력을 갖는 재질로 구현될 수 있다. 일례로서, 상기 제1,2실링은 고무, 연성 플라스틱 등의 재질로 구현될 수 있다.

또한 상기 제1 실링(471)은 상기 밸브바디(334)의 외주면과 상기 매니폴드블록(450)의 상기 삽입공간(452)의 내주면 사이에 압착되어 상기 밸브바디(334)와 상기 매니폴드블록(450)을 압착 결합시킨다.

상기 제2 실링(473)은 상기 밸브바디(334)의 상기 밸브돌출부(335) 외주면과 상기 매니폴드블록(450)의 상기 밸브돌출부 수용홀(453)의 내주면 사이에 압착되어 상기 밸브바디(334)의 상기 밸브돌출부(335)와 상기 매니폴드블록(450)을 압착 결합시킨다.

즉, 상기 밸브바디(334)와 상기 매니폴드블록(450)은 상기 제1,2 실링(471,473)에 의해 가스 누설을 방지하는 실링력 향상과 함께 압착력이 인가되어 서로 결합을 유지하는데 기여할 수 있다.

한편, 도 27를 참고하면, 본 발명에서는 상기 레귤레이터 밸브(320)에서 상기 매니폴드유로(456)로 토출되는 가스의 유량을 제어하도록, 상기 매니폴드유로(456)에 배치되는 유량제어밸브(490)를 포함할 수 있다.

상기 유량제어밸브(490)는 솔레노이드 밸브와 같은 전자제어밸브일 수 있으며, 사용자는 전원 제어를 통해 상기 스택부(410)로 공급되는 가스의 유량을 상기 매니폴드유로(456)상에서 상기 유량제어밸브(490)를 통해 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 상기 매니폴드블록(450)의 중앙부에는 상기 밸브돌출부(335)가 삽입된 중앙홀(457)이 형성될 수 있다. 상기 밸브돌출부(335)의 관통홀(335a)에서 분출되는 가스는 상기 밸브돌출부(335)의 둘레를 따라 배치된 복수개의 분산유로(333)를 통과하여 상기 중앙홀(457)로 분출되고, 상기 중앙홀(457)로 유입된 가스는 분기홀(458)을 통과하여 각각 매니폴드유로(456)로 분산된다.

이때 상기 유량제어밸브(490)는 밸브하우징(491), 고정자(492), 회전자(493) 및 개폐피스(494)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 밸브하우징(491)은 상기 매니폴드블록(450)의 하측에 연결되어 배치될 수 있으며, 상기 밸브하우징(491)의 내부에는 고정자(492)가 배치되고, 고정자(492)의 중앙측에는 회전자(493)가 배치될 수 있다. 그리고 회전자(493)의 단부에는 개폐피스(494)가 장착될 수 있다.

본 발명에서 상기 유량제어밸브(490)은 기본 항시 밀폐상태로 있는 노멀클로즈(normal close) 방식의 밸브일 수 있다. 이 경우 사용자가 전원을 인가하면 밸브가 개방되게 된다.

즉 개폐피스(494)는 기본적으로 분기홀(458)에 삽입되어 있는 상태에서, 사용자가 전원을 인가하면 전자기 반응으로 상기 회전자(493)가 상기 분기홀(458) 반대 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라 상기 회전자(493)의 단부에 장착된 상기 개폐피스(494)가 상기 분기홀(458)에서 배출되어 상기 분기홀(458)의 개폐를 조절하게 된다.

만약 사용자가 연료전지 파워팩의 사용을 중단하고자 전원을 끄면, 회전자(493)은 다시 분기홀(458) 방향으로 이동하고, 개폐피스(494)가 분기홀에 삽입되며 수소가스의 흐름을 차단하게 된다.

여기서 본 발명에서는 상기 유량제어밸브(490)은 연료전지 파워팩의 고장 또는 위험 상황이 발생한 경우 자동적으로 닫히게 구성될 수 있다.

본 발명에서는 상기 유량제어밸브(490)를 전자제어밸브에 한정하여 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서 상기 유량제어밸브(490)는 상기 개폐바(336)와 함께, 수소가스의 흐름을 통제하는 보조 수단으로서 의미를 가진다.

예를 들어 외부 충격 또는 장시간 사용에 의해 상기 개폐바(336)가 손상, 마모되어 가스의 개폐가 원활하지 않을 경우, 상기 유량제어밸브(490)가 분기홀(458)을 개폐하는 동작을 통해, 가스의 개폐를 보조적으로 통제할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 수소가스는 발화성 물질이므로, 상기와 같이, 개폐바(336)와 누름부(460)에 의한 1차적인 개폐 구조와 유량제어밸브(490)와 분기홀(458)에 의한 2차적인 개폐 구조를 통해 가스 공급의 보다 안정적인 통제를 가능하게 한다.

본 발명의 가스공급 구조는 상기와 같으며, 이하에서는 상기 구조에 의한 개폐방식을 도 25 내지 도 27을 참고하여 살펴보도록 한다.

사용자가 케이스(200)의 가스탱크 장탈착부(210)에 가스탱크(300)를 삽입하면, 가스탱크(300)에 결합되어 있는 레귤레이터 밸브(320)가 가스공급유닛(430)의 매니폴드블록(450)에 끼워지게 된다.

여기서 상기 레귤레이터 밸브(320)의 밸브바디(334)를 상기 매니폴드블록(450)의 삽입공간(452)에 끼우면, 상기 개폐바(336)의 타단부(336b)는 상기 누름부(460)의 내측 단부에 맞닿게 위치된다.

도 26에서와 같이 작업자가 상기 밸브바디(334)를 조금 더 강하게 상기 삽입공간(452) 내부로 밀어넣으면, 상기 개폐바(336)의 타단부(336b)가 상기 누름부(460)의 내측 단부에 의해 눌려지고, 상기 개폐바(336)의 일단부(336a)는 상기 개폐공간(331)의 접촉면(331a)에서 이탈되며, 가스가 흐르는 유로가 개방되게 된다.

즉, 상기 개폐바(336)의 일단부(336a)가 상기 개폐공간(331) 내에서 상기 내부유로(332) 방향으로 이동하면서, 상기 내부유로(332)와 상기 관통홀(335a)이 서로 연통된다.

이때, 상기 개폐공간(331)의 접촉면(331a)과 상기 개폐바(336)의 일단부(335a) 사이의 공간을 통해, 가스가 흐를 수 있는 유로가 형성된다. 이에 따라 상기 내부유로(332)와 상기 개폐공간 및 상기 분산유로(333)가 서로 연통되며 상기 내부유로(332)의 가스가 상기 분산유로(333)로 흐를 수 있게 된다.

상기와 같이 가스가 흐를 수 있는 유로가 개방됨에 따라, 가스탱크(300)에서 배출되는 가스는 우선 상기 레귤레이터 밸브(320)의 감압부(323)에 의해 기설정된 압력만큼 감압된 뒤에 상기 내부유로(332) 방향으로 흐르게 된다.

상기 내부유로(332)와 상기 분산유로(333)는 상기 개폐바(336)의 움직임에 의해 연통되어 있으므로, 도 26의 확대도에 도시된 것과 같이, 가스는 내부유로(332)에서 개폐공간(331)을 거쳐 분산유로(333)를 통해 토출되어, 상기 매니폴드유로(456)로 유동하게 된다.

그리고 상기 매니폴드유로(456)와 연결된 가스공급관(440)에 의해 각각의 스택부(410)로 가스를 공급하게 된다.

이때 상기 밸브바디(334)의 외면과 상기 밸브돌출부(335)의 외면 및 상기 삽입공간(452)의 내면 사이에는 상기 제1,2 실링(471,473)가 배치되어 있어, 수소가스의 외부 누설을 방지할 수 있다.

이때 가스탱크(300)를 교체하거나 또는 가스 공급을 중단하고 싶으면, 작업자는 상기 레귤레이터 밸브의 밸브바디(334)를 상기 매니폴드블록(450)의 삽입공간(452)에서 빼면 된다.

이 경우 상기 밸브 탄성체(337)의 복원력이 발생하여 상기 개폐바(336)가 상기 누름부(460) 방향으로 밀리면서, 상기 개폐바(336)의 상기 일단부(336a)가 상기 개폐공간(331)의 접촉면(331a)에 밀착된다.

이에 의해, 상기 내부유로(332)와 상기 분산유로(333)간의 연결이 서로 차단되어 매니폴드유로(456)으로의 가스 공급이 차단된다.

물론 사용자는 전원을 꺼 상기 유량제어밸브(490)로 분기홀(458)를 폐쇄시킴으로써, 가스 공급을 차단할 수 있다. 이 경우 사용자는 가스탱크(300)를 케이스(200)에서 빼낼 필요가 없다.

상기와 같은 상기 개폐바(336)와 누름부(460)에 의한 1차적인 개폐 구조와 상기 유량제어밸브(490)와 분기홀(458)에 의한 2차적인 개폐 구조, 즉 2단계적인 가스 흐름 제어를 통해 안정적인 가스 공급 체계를 갖추고 있다.

이상의 사항은 연료전지 파워팩의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

100:연료전지 파워팩
200:케이스
201:케이스의 전면부 202:케이스의 측면부
203:케이스의 후면부 204:리드
205:리드 손잡이 206:안테나 홀
210:가스탱크 장탈착부 211:삽입홀
220:공기유입구 221:전면창
224:후면창 230:공기유출구

250:고정부재 251:블록바디
252:이동홈 253:가이드홈
255:이동블록 256:가이드링크
257:가이드돌기 258:링크바
260:고정바 262:고정볼트
262a:고정볼트의 단부 263;고정홈
265:코일스프링 267:고정브라켓
300:가스탱크 301:탱크 손잡이
302:삽입홈
320:레귤레이터 밸브 321:수소충전부
322:압력센서 323:감압부
324:온도반응형 압력 배출부 325:커넥터부
330:개폐부 331:개폐공간
332:내부유로 333:분산유로
334:밸브바디 335:밸브돌출부
335a:관통홀 336:개폐바
336a:개폐바의 일단부 336b:개폐바의 타단부
337:밸브 탄성체
400:연료전지부 410:스택부
420:매니폴드부 430:가스공급유닛
440:가스공급관 450:매니폴드블록
451:바디부 452:삽입공간
453:밸브돌출부 수용홀 455:링크부
456:매니폴드유로 457:중앙홀
458:분기홀 460:누름부
471:제1 실링 473:제2 실링
480:가압유닛 481:제1 판
482:제1 돌기부 483:제2 판
484:제2 돌기부 485:절삭홈
486:빔부시 487:가압 탄성체
488:가이드 샤프트 489:스토퍼
490:유량제어밸브 491:밸브하우징
492:고정자 493:회전자
494:개폐피스
500:보조전원부
600:배출부 610:배수조
620:제1 배수관 630:제2 배수관
640:가습유닛 650:배수구
653:틈새홀
700:유동가이드유닛 710:밀폐하우징
713:고정패널 713a:개구창
714:실링유닛
720:재순환유로 722:재순환 제어기구
730:팬부재 731:팬부시
733:구동모터 735:팬블레이드
740:블라인드 741:상부 블라인드
742:하부 블라인드
760:덕트
810:연료상태 표시창 820:전원스위치
830:제어판
900:모듈프레임 910:탱크수용부
920:스택부 수용부
921:제1 수용면 922:제1 체결유닛
923:제2 수용면 924:제2 체결유닛

Claims

내부에 스택부가 배치된 연료전지 파워팩의 케이스가 제공되고,
상기 케이스에 형성되고, 공기가 유입되는 공기유입구;
상기 케이스에서 상기 공기유입구로부터 이격되어 형성되고, 공기가 배출되는 공기유출구; 및
상기 스택부와 상기 공기유출구 사이에 연계되어 배치되고, 상기 케이스 내부에서의 공기 흐름을 가이드하는 유동가이드유닛;을 포함하고,
상기 유동가이드유닛은,
상기 스택부를 통과한 공기가 상기 공기유출구 방향으로 유동되도록, 상기 스택부의 일면 둘레와 상기 공기유출구의 외측 둘레 주변부를 밀폐하며 배치되는 밀폐하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조.
삭제
제1항에 있어서,
상기 유동가이드유닛은,
상기 공기유출구와 상기 밀폐하우징 사이에 배치되는 팬부재;를 포함하되,
상기 팬부재의 작동시, 상기 케이스의 내부가 외부 환경에 비해 상대적으로 음압 또는 저압상태로 형성되어, 외부 공기가 상기 공기유입구를 통해 상기 케이스의 내부로 유입되고 상기 스택부를 통과하여 상기 공기유출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조.
제1항에 있어서,
상기 유동가이드유닛은,
외부 온도에 의해 상기 스택부의 작동환경 온도가 급변되는 것을 방지하기 위해, 상기 스택부를 통과한 공기의 일부가 상기 케이스의 내부로 재순환되도록,
상기 밀폐하우징의 둘레에 배치되는 재순환유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조.
제4항에 있어서,
상기 유동가이드유닛은,
상기 재순환유로에 배치되고, 재순환되는 공기의 유량을 제어하는 재순환 제어기구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩의 공기 순환 구조.
제3항에 있어서,
상기 스택부는 상기 케이스의 내부 또는 상기 케이스의 내부에 배치되는 모듈프레임의 스택수용부상에 일정각도 범위내에서 하방향으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.
제6항에 있어서,
상기 밀폐하우징은 상기 스택부의 일면상에서 일정각도 범위내로 하방향으로 경사지게 연결 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.
제7항에 있어서,
상기 밀폐하우징의 경사각도 범위는 상기 스택부의 경사각도 범위보다 큰 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.
제7항에 있어서,
상기 팬부재는 상기 밀폐하우징과 연결되며 상기 공기유출구상에서 일정 각도 범위내로 하방향으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.
제9항에 있어서,
상기 팬부재의 경사각도 범위는 상기 스택부의 경사각도 범위보다 큰 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 팬부재의 경사각도 범위는 상기 밀폐하우징의 경사각도 범위보다 큰 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.
내부에 스택부가 배치된 연료전지 파워팩의 케이스가 제공되고,
상기 케이스에 형성되고, 공기가 유입되는 공기유입구;
상기 케이스에서 상기 공기유입구로부터 이격되어 형성되고, 공기가 배출되는 공기유출구; 및
상기 스택부와 상기 공기유출구 사이에 연계되어 배치되고, 상기 케이스 내부에서의 공기 흐름을 가이드하는 유동가이드유닛;을 포함하고,
상기 유동가이드유닛은,
상기 공기유출구에 배치되고, 유출 공기의 흐름 방향을 가이드하는 블라인드;를 포함하고,
상기 공기유출구에서 배출되는 공기가 하방향으로 흐르며 양력을 형성하도록, 상기 블라인드는 상기 공기유출구의 내측에서 외측으로 갈수록 하방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.
제12항에 있어서,
상기 공기유출구에서 배출되는 공기가 하방향으로 흐르도록, 상기 블라인드는 하방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.
제12항에 있어서,
상기 공기유출구에서 배출되는 공기가 하방향으로 흐르도록, 상기 블라인드는 하방향으로 곡률지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.
제14항에 있어서,
상기 블라인드의 곡률은 변경되는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 공기유출구상에 상기 블라인드는 복수개가 배치되되,
상기 공기유출구의 상측에서 하측으로 갈수록 상기 블라인드의 길이는 축소되는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.
제16항에 있어서,
상기 블라인드의 길이는 일정 비율로 축소되는 것을 특징으로 하는 연료전지 파워팩 일체형 드론의 공기 순환 구조.