KR102312048B1 - 회전형 연료전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소연료를 이용하여 MEA와 바이폴라 플레이트 및 집전판으로 구성되어 전기를 생성시키는 연료전지로서, 수소연료를 공급받아 전기화학적으로 반응을 일으켜서 전기에너지를 생성시키는 전기 생성유닛; 상기 전기 생성유닛이 수용되면서 연결되어 상기 전기 생성유닛을 회전시키는 회전유닛; 상기 회전유닛에 연결되어 상기 회전유닛의 회전을 위한 동력을 제공하는 동력 발생유닛; 및 상기 회전유닛과 상기 동력 발생유닛이 각각 설정된 위치에 고정되는 고정유닛;을 포함하고, 상기 전기 생성유닛, 회전유닛 및 회전유닛 고정유닛은 각각 동일한 구성이 한 쌍을 이루면서 대칭된 상태로 결합되어 상기 고정유닛에 고정되는 것을 특징으로 한다.

Description

회전형 연료전지{Rotary Fuel Cell System}

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부산물의 배출을 통해서 연료전지의 효율을 향상시키는 회전형 연료전지에 관한 것이다.

연료전지는, 기본적으로는, 이온 전도성을 가진 전해질을 사이에 끼운 한 쌍의 전극인 애노드와 캐소드 및, 이들을 끼워 지지하는 애노드측 세퍼레이터와 캐소드측 세퍼레이터로 구성된다. 애노드측 세퍼레이터는 애노드에 연료를 공급하는 유로를 가지며, 캐소드측 세퍼레이터는 캐소드에 산화제를 공급하는 유로를 가진다. 애노드에 연료, 예를 들면, 수소 가스 혹은 에탄올 등을 공급하고, 캐소드에 산화제, 예를 들면, 산소 혹은 공기를 공급하여, 이들 반응 물질이 가진 화학에너지를 각 전극상에서 일으키는 산화 혹은 환원 반응에 의해 전기 에너지로 변환하여, 전류를 추출한다.

이러한, 연료전지 중에는, 전해질로서 수소이온 전도성을 가진 고분자막을 이용하고, 연료로서 수소 혹은 수소를 주성분으로 하는 혼합 가스를 이용하며, 산화제로서 산소 혹은 공기 등의 가스를 이용한 형태가 있다. 이 연료 전지에서는, 애노드상에서 수소 가스가 반응에 의해 산화되어 전자와 수소이온을 발생한다. 수소이온은 고체 전해질막 내를 이동하여 캐소드측에 도달한다. 한편, 전자는 외부 회로를 통과하여 캐소드에 도달하고, 캐소드에 있는 산소와 전자 및 수소이온이 반응에 의해 환원되어 물을 생성한다.

이 연료전지의 전해질인 고체 고분자막은, 습윤 상태에서만 이온 도전성을 발휘한다. 이 때문에, 높은 발전 성능을 유지하려면 자체적으로 생성되는 수분만으로는 불충분하고, 외부로부터 수분을 보급할 필요가 있다.

일반적으로는, 연료전지의 본체 내부 혹은 외부에 설치된 연료전지에 공급되는 가스를 가습하기 위한 장치에 통과시킴으로써, 연료전지의 운전에 필요한 수분을 공급하는 방법이 취해진다.

또한, 이 연료전지의 운전 온도는, 전해질인 고체 고분자막의 내열성능에 의한 제약을 받기 때문에, 통상 90℃ 이하이다. 그러나, 상기의 연료전지 반응의 내용은 90℃ 이하의 환경에서는 일어나기 어렵기 때문에, 상술한 애노드 및 캐소드는 이러한 반응을 활성화시키는 작용을 가진 촉매를 구비할 필요가 있다. 따라서, 이 연료전지의 애노드 및 캐소드에는, 촉매능이 높은 백금이 이용되고 있다.

이 예에서 대표되는 연료전지 시스템은, 연료가스의 화학에너지를 효율적으로 사용하기 위해서, 공급할 곳의 전력 수요에 따라 운전 출력을 변화시키거나 기동 정지를 반복하거나 할 필요가 있다. 그러나, 발전원인 연료전지를 기동 정지시키는 경우, 이하의 문제에 의해 애노드 또는 캐소드의 어느 한쪽, 혹은 양쪽 모두의 가스를 불활성 가스와 치환시키는, 즉 불활성 가스로 퍼지할 필요가 있다.

먼저, 기동정지시의 문제점으로서, 제일 먼저 안전성의 관점으로부터 정지 중의 연료전지 내로부터 수소가스를 제거할 필요가 있는 것을 들 수 있다. 이것은, 애노드와 캐소드를 거리를 두고 있는 고체 고분자막이 산소 가스나 수소 가스를 투과하기 위해서, 연료전지의 운전 정지상태가 장시간 유지되었을 경우, 수소와 산소가 서로 섞인 상태가 되기 때문이다.

둘째, 발전 효율의 관점으로부터 캐소드내의 산소 가스를 제거할 필요가 있는 것을 들 수 있다. 이것은, 무부하 상태에서 캐소드내에 산소가 존재할 경우, 캐소드가 표준 수소 전극 전위에 대해서 약 1V의 전위가 되고, 이전위에 의해서 전극 촉매인 백금의 산화 반응이나 용해 반응이 일어나므로, 전극의 촉매능이 저하하기 때문이다.

셋째, 기동의 안정성의 관점으로부터, 애노드 및 캐소드내의 수증기를 제거할 필요가 있는 것을 들 수 있다.

이것은, 연료전지에 공급되는 가스는 가습되고 있으며, 연료 전지 내부의 가스는 운전시의 온도에서 상대습도가 100%에 가까운 상태가 되고 있다. 연료전지의 운전 온도는 통상 60℃～80℃이지만, 연료전지의 정지시에는 실온 부근까지 연료전지 내부에 체류하고 있는 가스가 냉각된다. 이 때문에, 가스 내의 수분이 응집한다. 연료전지의 기동시에는, 연료전지의 온도가 낮은 상태이기 때문에, 이 응집수는 액체 상태로 전지 내에 머무르고 있다. 이 응집한 수분에 의한 백금 표면의 피복이나, 다공체인 가스 확산층의 구멍의 막힘, 세퍼레이터의 가스 유로의 폐색이 일어남으로써 가스의 확산이 저해되어 기동시의 발전이 안정되지 않는다.

대한민국 등록특허 제10-1128552호

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 전기화학반응을 통해서 얻어지는 부산물인 물을 바이폴라 플레이트에 형성된 채널 형상을 통해서 지속적으로 배출시켜서 물의 배출을 위해서 연료전지의 부속품을 교체하거나 연료전지의 사용을 멈출 필요가 없이 지속적인 사용이 가능한 회전형 연료전지를 제공하는 것이다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 수소연료를 이용하여 MEA와 바이폴라 플레이트 및 집전판으로 구성되어 전기를 생성시키는 연료전지로서, 수소연료를 공급받아 전기화학적으로 반응을 일으켜서 전기에너지를 생성시키는 전기 생성유닛; 상기 전기 생성유닛이 수용되면서 연결되어 상기 전기 생성유닛을 회전시키는 회전유닛; 상기 회전유닛에 연결되어 상기 회전유닛의 회전을 위한 동력을 제공하는 동력 발생유닛; 및 상기 회전유닛과 상기 동력 발생유닛이 각각 설정된 위치에 고정되는 고정유닛;을 포함하고, 상기 전기 생성유닛 및 회전유닛은 각각 동일한 구성이 한 쌍을 이루면서 대칭된 상태로 결합되어 상기 고정유닛에 고정될 수 있다.

또한, 상기 전기 생성유닛은, 외부의 수소연료가 공급되는 유로를 제공하는 연료 공급유로; 상기 연료 공급유로와 소통가능하게 내부를 관통하는 공급챔버가 형성된 상태로 연결되며 상기 회전유닛의 일측에 결합되는 회전 브라켓; 및 상기 회전 브라켓을 통해서 수소연료를 공급받고, 상기 MEA, 바이폴라 플레이트 및 집전판로 구성되어 전기화학반응을 일으켜서 전기에너지를 생성하며 상기 회전유닛의 타측에 결합되는 전기화학 반응부재;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전유닛은, 상기 전기 생성유닛이 수용되면서 고정되며 측면의 일부분에 둘레를 따라서 수용홈이 형성되어 있고, 원형으로 제작되어 자체 회전이 가능한 엔드 플레이트; 상기 엔드 플레이트의 설정된 위치에 복수 개 형성된 홀을 통해서 수용되며 괸통홀이 형성되어 있는 절연체; 및 상기 절연체의 관통홀을 관통하면서 한 쌍의 상기 엔드 플레이트와 전기 생성유닛을 결합시키는 엔드 플레이트 고정볼트;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 동력 발생유닛은, 상기 고정유닛의 일부분에 설치되고 상기 회전유닛에 연결되어 자체 회전하면서 상기 회전유닛을 회전시키는 구동 풀리; 및 상기 고정유닛의 일부분에 설치되며 상기 구동 풀리에 연결되어 상기 구동 풀리를 회전시키는 동력을 제공하는 회전 모터;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 고정유닛은 한 쌍으로 결합된 상기 회전유닛들의 상하부에 각각 결합되어 상기 회전유닛들이 회전가능하게 고정시키는 한 쌍의 회전 고정 프레임; 한 쌍을 이루는 상기 회전 고정 프레임이 고정되어 지지되는 하부 프레임; 및 상기 하부 프레임의 일부분에 설치되어 상기 동력 발생유닛을 고정시키는 구동유닛 브라켓;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전유닛의 일부분에 설치되어 상기 전기 생성유닛에 열원을 제공하는 발열부재;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전기 생성유닛을 회전유닛에 연결하고 동력 발생유닛으로 회전시켜서 전기화학반응을 통해서 얻어지는 부산물인 물을 바이폴라 플레이트에 형성된 채널 형상을 통해서 지속적으로 배출시켜서 물의 배출을 위해서 연료전지의 부속품을 교체하거나 연료전지의 사용을 멈출 필요가 없이 지속적인 사용이 가능하여 연료전지의 고장을 줄이고 효율을 높일 수 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전형 연료전지의 분해 사시도이다.
도 2는 상기 회전형 연료전지의 부분상세도이다.
도 3은 상기 회전형 연료전지의 측면도이다.
도 4는 상기 회전형 연료전지가 회전하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 상기 회전형 연료전지에 연료가 공급되고 이동하는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 6은 상기 연료 공급유로는 고정된 채로 상기 회전 브라켓이 회전하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 상기 엔드 플레이트에 발열부재가 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 상기 회전유닛을 통해서 상기 고정유닛에 장착된 모습을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전형 연료전지의 분해 사시도이고, 도 2는 상기 회전형 연료전지의 부분상세도이며, 도 3은 상기 회전형 연료전지의 측면도이고, 도 4는 상기 회전형 연료전지가 회전하는 모습을 나타낸 도면이며, 도 5는 상기 회전형 연료전지에 연료가 공급되고 이동하는 모습을 나타낸 단면도이고, 도 6은 상기 연료 공급유로는 고정된 채로 상기 회전 브라켓이 회전하는 모습을 나타낸 도면이며, 도 7은 상기 엔드 플레이트에 발열부재가 설치된 모습을 나타낸 도면이고, 도 8은 상기 회전유닛을 통해서 상기 고정유닛에 장착된 모습을 나타낸 도면이다.

도 1내지 도 에 도시된 바와 같이, 수소연료를 이용하여 MEA와 바이폴라 플레이트 및 집전판으로 구성되어 전기를 생성시키는 연료전지로서, 본 발명은 전기 생성유닛(100), 회전유닛(200), 동력 발생유닛(300) 및 고정유닛(400)을 포함할 수 있다.

전기 생성유닛(100)은 수소연료를 공급받아 전기화학적으로 반응을 일으켜서 전기에너지를 생성시킬 수 있다.

전기 생성유닛(100)은 연료 공급유로(110), 회전 브라켓(120) 및 전기화학 반응부재(130)를 포함할 수 있다.

연료 공급유로(110)는 외부의 수소연료가 공급되는 유로를 제공할 수 있다. 구체적으로, 연료 공급유로(110)는 스냅링(112)을 이용하여 회전 브라켓(120)의 브라켓 연결부(122)에 고정될 수 있다.

회전 브라켓(120)은 연료 공급유로(110)와 소통가능하게 내부를 관통하는 공급챔버가 형성된 상태로 연결되며 회전유닛(200)의 일측에 결합될 수 있다. 구체적으로, 회전 브라켓(120)은 상부에는 연료 공급유로(110)에 대응하여 수소연료 등의 가스를 소통시키는 적어도 하나의 통공과 상기 통공에 연결되는 공급챔버가 내부에 형성되어 있다. 따라서, 회전 브라켓(120)은 연료 공급유로(110)가 연결되는 브라켓 연결부(122)와 브라켓 연결부(122)의 중심부에서 외측으로 돌출형성되고 다수개의 홀이 형성된 브라켓 플렌지(124)로 구성되어 있어, 양측의 브라켓 연결부(122)는 각각 엔드 플레이트(210)와 연료 공급유로(110)에 연결될 수 있다.

이때, 브라켓 연결부(122)가 엔드 플레이트(210)의 중앙부에 형성된 결합홀(90)을 통해서 결합될 경우 기밀성을 향상시키키 위해서 오링(80)이 일부분에 구비될 수 있다. 상기의 오링(80)은 연료 공급유로(110)에 연결될 경우에도 마찬가지로 스냅링(112)의 형태로 구비되어 고정력과 함께 기밀성을 제공할 수 있다.

또한, 브라켓 연결부(122)가 엔드 플레이트(210)에 연결될 경우에는 브라켓 플렌지(124)에 형성된 홀을 통해서 고정볼트(70)를 이용하여 엔드 플레이트(210)의 대응하는 부분에 형성된 홀을 통해서 고정시켜서 엔드 플레이트(210)의 회전시에 회전 브라켓(120)을 같이 회전이 가능하도록 할 수 있다.

반면에, 연료 공급유로(110)에 결합되는 브라켓 연결부(122)는 스냅링(112) 등을 이용하여 연료 공급유로(110)는 고정된 채로 회전 가능하게 결합되어, 회전유닛(200)의 회전시 연료 공급유로(110)는 고정된 채로 회전 브라켓(120) 만의 회전을 허용할 수 있다.

전기화학 반응부재(130)는 회전 브라켓(120)을 통해서 수소연료를 공급받고, MEA(30), 바이폴라 플레이트(40) 및 집전판(50)로 구성되어 전기화학반응을 일으켜서 전기에너지를 생성하며 회전유닛(200)의 타측에 결합될 수 있다.

회전유닛(200)은 전기 생성유닛(100)이 수용되면서 연결되어 전기 생성유닛(100)을 회전시킬 수 있다.

회전유닛(200)은 엔드 플레이트(210), 절연체(220) 및 엔드 플레이트 고정볼트(230)를 포함할 수 있다.

엔드 플레이트(210)는 전기 생성유닛(100)이 수용되면서 고정되며 측면의 일부분에 둘레를 따라서 수용홈(212)이 형성되어 있고, 원형으로 제작되어 자체 회전이 가능하다. 구체적으로, 엔드 플레이트(210)는 전기 생성유닛(100)의 회전 브라켓(120)결합되면서 고정되며 측면의 일부분에 둘레를 따라서 구동 풀리(310)에 타이밍 벨트 등으로 연결이 가능하도록 벨트 풀리의 역할을 하는 수용홈(212)이 형성되어 있어, 회전 모터(320)에 의한 구동 풀리(310)의 회전력을 전달 받아서 자체 회전하여 전기 생성유닛(100)을 회전시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 회전형 연료전지는 전기화학 반응부재(130)의 바이폴라 플레이트(40)에 형성된 채널 등을 통해서 전기화학 반응으로 생성되는 부산물인 물의 즉각적이면서 지속적인 제거가 가능하여 고장을 방지하고 전기 생성의 효율을 높일 수 있다.

절연체(220)는 엔드 플레이트(210)의 설정된 위치에 복수 개 형성된 홀을 통해서 수용되며 괸통홀이 형성되어 있는 구조일 수 있다. 구체적으로, 절연체(220)는 엔드 플레이트(210)의 끝부분에 형성된 홀에 수용되며 엔드 플레이트 고정볼트(230)가 관통하는 관통홀이 형성된 상태로 절연 소재인 합성수지를 이용하여 튜브구조로 제작될 수 있다. 또한, 절연체(220)와 엔드 플레이트(210), 그리고 엔드플레이트(210)와 집전판(50), 그리고 집전판(50)과 바이폴라플레이트(40)의 사이에서도 수소연료 및 가스 등의 기밀성의 강화를 위해서 실리콘 소재의 오링(80) 및 판형 가스켓(도면미도시) 등이 사용될 수 있다.

엔드 플레이트 고정볼트(230)는 절연체(220)의 관통홀을 관통하면서 한 쌍의 엔드 플레이트(210)와 전기 생성유닛(100)을 결합시킬 수 있다. 구체적으로, 엔드 플레이트 고정볼트(230)는 절연체(220)의 관통홀을 관통하면서 한 쌍의 엔드 플레이트(210)와 전기 생성유닛(100)의 집전판(50)에 엔드 플레이트(210)에 형성된 홀에 대응하는 홀이 형성되어 이를 관통하면서 한 쌍을 일체로 결합시킬 수 있다.

동력 발생유닛(300)은 회전유닛(200)에 연결되어 회전유닛(200)의 회전을 위한 동력을 제공할 수 있다.

동력 발생유닛(300)은 구동 풀리(310) 및 회전 모터(320)를 포함할 수 있다.

구동 풀리(310)는 고정유닛(400)의 일부분에 설치되고 회전유닛(200)에 연결되어 자체 회전하면서 회전유닛(200)을 회전시킬 수 있다. 즉, 구동 풀리(310)는 고정유닛(400)의 하부 프레임(420)의 일부분에 설치되고 회전유닛(200)의 엔드 플레이트(210)에 연결되어 자체 회전하면서 회전유닛(200)의 엔드 플레이트(210)을 회전시킬 수 있다.

회전 모터(320)는 고정유닛(400)의 일부분에 설치되며 구동 풀리(310)에 연결되어 구동 풀리(310)를 회전시키는 동력을 제공할 수 있다.

고정유닛(400)은 회전유닛(200)과 동력 발생유닛(300)이 각각 설정된 위치에 고정될 수 있다.

전기 생성유닛(100) 및 회전유닛(200)은 각각 동일한 구성이 한 쌍을 이루면서 대칭된 상태로 결합되어 고정유닛(400)에 고정될 수 있다.

고정유닛(400)은 회전 고정 프레임(410), 하부 프레임(420) 및 구동유닛 브라켓(430)을 포함할 수 있다.

회전 고정 프레임(410)은 한 쌍을 이루면서 한 쌍으로 결합된 회전유닛(200)들의 상하부에 각각 결합되어 회전유닛(200)들이 회전가능하게 고정시킬수 있다. 구체적으로, 회전 고정 프레임(410)은 한 쌍을 이루면서 연결되어 각각의 상하로 연료 공급유로(110)들이 관통하고 회전 브라켓(120)의 형상에 대응하는 회전 브라켓 수용부(412)가 구비되어 회전 브라켓 수용부(412)를 통해서 한 쌍으로 연결된 회전유닛(200)을 상하에서 각각 회전 가능하게 수용할 수 있다.

하부 프레임(420)은 한 쌍을 이루는 회전 고정 프레임(410)이 고정되어 지지될 수 있다. 구동유닛 브라켓(430)은 하부 프레임(420)의 일부분에 설치되어 동력 발생유닛(300)의 회전 모터(320)를 고정시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 회전형 연료전지는, 발열부재(500)를 더 포함할 수 있다.

발열부재(500)는 회전유닛(200)의 일부분에 설치되어 전기 생성유닛(100)에 열원을 제공할 수 있다. 구체적으로, 발열부재(500)는 회전유닛(200)의 일부분에 즉, 엔드 플레이트(210)의 일면 외측에 중심부에서 설정된 거리가 이격된 상태로 설정된 크기의 동심원을 그리면서 설정된 크기의 히터 수용홈을에 형성하고 발열부재인 코일형상 히터를 수용할 수 있다. 상기 코일형상의 히터로 연료전지에 간접적으로 열을 전달하여 설정된 온도(일반적으로, 운전온도가 75도 내외이며, 경우에 따라서는 50~60도, 90~100도까지도 온도 설정하는 경우도 있다.)를 지속적으로 유지시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 회전형 연료전지는, 전기 생성유닛(100), 동력 발생유닛(300), 발열 부재(500)에 각각 연결되어 전기 생성유닛(100), 동력 발생유닛(300), 발열 부재(500)의 작동을 제어하는 컨트롤러(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러는 전기 생성유닛(100)의 반응으로 부산물인 물이 설정된 양이 넘을 경우, 동력 발생유닛(300)을 작동시켜서 회전유닛(200)의 회전으로 바이폴라 플레이트(40)를 통해서 물의 배출이 가능하고, 또한, 설정된 온도의 유지를 위해서 발열 부재(500)를 통해서 설정된 적절한 열원을 제공하도록 할 수 있다.

컨트롤러는 무선통신모듈 등이 구비되어 외부의 모바일 단말기 등과 와이파이 통신모듈, 블루트스 통신모듈 및 지그비 통신모듈 중에서 어느 하나로 연동되어 외부에서도 작동을 제어하거나 제어 상황을 실시간으로 알아볼 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전기 생성유닛(100)을 회전유닛(200)에 연결하고 동력 발생유닛(300)으로 회전시켜서 MEA(30)에 의해 전기화학반응을 통해서 얻어지는 부산물인 물을 바이폴라 플레이트(40)에 형성된 채널 형상을 통해서 지속적으로 배출시켜서 물의 배출을 위해서 연료전지(10)의 부속품을 교체하거나 연료전지의 사용을 멈출 필요가 없이 지속적인 사용이 가능하여 연료전지(10)의 고장을 줄이고 효율을 높일 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

10 : 연료전지
30 : MEA
40 : 바이폴라 플레이트
50 : 집전판
70 : 고정볼트
80 : 오링
90 : 결합홀
100 : 전기 생성유닛
110 : 연료 공급유로
112 : 스냅링
120 : 회전 브라켓
122 : 브라켓 연결부
124 : 브라켓 플렌지
130 : 전기화학 반응부재
200 : 회전유닛
210 : 엔드 플레이트
212 : 수용홈
220 : 절연체
230 : 엔드 플레이트 고정볼트
240 : 히터 수용홈
300 : 동력 발생유닛
310 : 구동 풀리
320 : 회전 모터
400 : 고정유닛
410 : 회전 고정 프레임
412 : 회전 브라켓 수용부
420 : 하부 프레임
430 : 구동유닛 브라켓
500 : 발열 부재

Claims (6)

1. 수소연료를 이용하여 MEA와 바이폴라 플레이트 및 집전판으로 구성되어 전기를 생성시키는 연료전지로서,
   수소연료를 공급받아 전기화학적으로 반응을 일으켜서 전기에너지를 생성시키는 전기 생성유닛;
   상기 전기 생성유닛이 수용되면서 연결되어 상기 전기 생성유닛을 회전시키는 회전유닛;
   상기 회전유닛에 연결되어 상기 회전유닛의 회전을 위한 동력을 제공하는 동력 발생유닛; 및
   상기 회전유닛과 상기 동력 발생유닛이 각각 설정된 위치에 고정되는 고정유닛;을 포함하고,
   상기 전기 생성유닛 및 회전유닛은 각각 동일한 구성이 한 쌍을 이루면서 대칭된 상태로 결합되어 상기 고정유닛에 고정되며,
   상기 전기 생성유닛은,
   외부의 수소연료가 공급되는 유로를 제공하는 연료 공급유로;
   상기 연료 공급유로와 소통가능하게 내부를 관통하는 공급챔버가 형성된 상태로 연결되며 상기 회전유닛의 일측에 결합되는 회전 브라켓; 및
   상기 회전 브라켓을 통해서 수소연료를 공급받고, 상기 MEA, 바이폴라 플레이트 및 집전판으로 구성되어 전기화학반응을 일으켜서 전기에너지를 생성하며 상기 회전유닛의 타측에 결합되는 전기화학 반응부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 연료전지.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전유닛은,
   상기 전기 생성유닛이 수용되면서 고정되며 측면의 일부분에 둘레를 따라서 수용홈이 형성되어 있고, 원형으로 제작되어 자체 회전이 가능한 엔드 플레이트;
   상기 엔드 플레이트의 설정된 위치에 복수 개 형성된 홀을 통해서 수용되며 괸통홀이 형성되어 있는 절연체; 및
   상기 절연체의 관통홀을 관통하면서 한 쌍의 상기 엔드 플레이트와 전기 생성유닛을 결합시키는 엔드 플레이트 고정볼트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 연료전지.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 동력 발생유닛은,
   상기 고정유닛의 일부분에 설치되고 상기 회전유닛에 연결되어 자체 회전하면서 상기 회전유닛을 회전시키는 구동 풀리; 및
   상기 고정유닛의 일부분에 설치되며 상기 구동 풀리에 연결되어 상기 구동 풀리를 회전시키는 동력을 제공하는 회전 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 연료전지.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정유닛은
   한 쌍으로 결합된 상기 회전유닛들의 상하부에 각각 결합되어 상기 회전유닛들이 회전가능하게 고정시키는 한 쌍의 회전 고정 프레임;
   한 쌍을 이루는 상기 회전 고정 프레임이 고정되어 지지되는 하부 프레임; 및
   상기 하부 프레임의 일부분에 설치되어 상기 동력 발생유닛을 고정시키는 구동유닛 브라켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 연료 전지.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전유닛의 일부분에 설치되어 상기 전기 생성유닛에 열원을 제공하는 발열부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 연료전지.

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