KR102336152B1 - 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 본 발명은, 연료전지와 배터리 및 수소 탱크의 설치 공간을 특정하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 관한 것으로, 수소를 저장하고, 연료전지(52)에 수소를 공급하는 수소탱크(53); 상기 수소탱크(53)로부터 수소를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아서, 상기 수소와 산소의 전기화학반응으로 전기에너지를 생산하는 연료전지(52); 상기 연료전지(52)에서 생산된 전기를 저장하는 배터리팩(54); 상기 배터리팩(54)으로부터 공급받은 전기를 회전력으로 전환시키는 모터(6); 상기 모터(6)에서 제공되는 회전력을 주행부(4)로 전달하는 경로에 설치되는 변속기(7)를 포함하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 있어서, 콤바인의 전방에는 예취부(2)가 설치되며, 상기 콤바인의 주행부(4) 상측에는, 수소 발전부(5)를 설치하고, 상기 수소 발전부(5)에는 상기 연료전지(52), 수소탱크(53) 및 배터리팩(54)이 수용되며, 상기 수소 발전부(5) 상측에는, 캐빈부(1), 탈곡부 및 저장부(3) 및 모터(6)가 설치되며, 상기 수소 발전부(5) 하측에는, 상기 변속기(7)가 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 관한 것이다.

Description

수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼{Combine platform with hydrogen fuel cells as power sources}
본 발명은, 연료전지와 배터리 및 수소 탱크의 설치 공간을 특정하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 관한 것이다.
수소 연료전지를 이용한 농업기계 등 차량에 관한 선행기술로, 공개특허공보 제10-2012-0013492호(2012. 02. 15. 공개)에는, 바퀴 및 조향장치가 구비된 차체; 상기 차체에 설치되며 수소가스를 공급하는 수소 봄베; 상기 수소 봄베의 수소를 정압으로 유지하는 레귤레이터; 상기 레귤레이터를 통해 공급되는 수소와 산소를 반응시켜 전기에너지를 생산하는 수소연료전지; 상기 수소연료전지에서 발생된 전기에너지를 차체의 구동에 필요한 전기에너지의 용량으로 상승시키는 캐패시터; 상기 캐패시터에서 전기에너지를 공급받아 구동되는 모터 및 상기 모터에 연결되며 상기 바퀴에 연결된 동력전달부; 상기 캐패시터의 잉여 전기에너지를 저장하는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 자동차에 관한 기술이 개시되어 있다.
또한, 공개특허공보 제10-2005-0100200호(2005. 10. 18. 공개)에는, 배터리가 연료전지스택과 병렬로 연결되어 있고, 연료전지스택과 함께 인버터에 직류전압을 제공하며, 연료전지스택은 주동력원으로 제공되고, 배터리는 주동력원을 지원하는 보조동력원으로 사용되며, 인버터는 연료전지스택이나 배터리에서 인가된 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 모터로 공급하는 연료전지 자동차에 관한 기술이 개시되어 있다.
또한, 등록특허공보 제10-1481185호(2015. 01. 05. 등록)에는, 연료전지 스택, 수소공급장치와 공기공급장치, 그리고 열 및 물 관리 시스템을 포함하는 연료전지 모듈이 모듈 프레임에 장착되고, 일체형의 구동모터-감속기가 별도 프레임인 서브 프레임이 장착되며, 상기 모듈 프레임과 서브 프레임이 서로 분리되어 독립된 구조로 차량의 사이드 멤버에 결합 및 지지되는 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈의 진동 절연성이 향상되는 연료전지 자동차에 관한 기술이 개시되어 있다.
또한, 등록특허공보 제10-0969009호(2010. 07. 01. 등록)에는, 고온에서 수소를 방출시키는 제1저장합금 분말이 충진된 외부공간과, 연료전지 스택에서 발생하는 열만으로 수소를 방출시키는 제2저장합금 분말을 충진된 내부공간과, 상기 내부 및 외부공간을 구획하도록 내부 및 외부공간 사이에 배열된 금속필터와, 연료전지 스택과 라디에이터 사이에서 냉각루프의 일 구성을 이루면서 상기 내부공간의 길이방향을 따라 배열되는 제2열교환 튜브와; 상기 제1저장합금 분말의 수소 방출을 위하여 외부공간에 별도로 연결되는 독립 열교환 루프;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 수소저장 시스템에 관한 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 공개특허공보 제10-2012-0013492호(2012. 02. 15. 공개) 특허문헌 2 : 공개특허공보 제10-2005-0100200호(2005. 10. 18. 공개) 특허문헌 3 : 등록특허공보 제10-1481185호(2015. 01. 05. 등록) 특허문헌 4 : 등록특허공보 제10-0969009호(2010. 07. 01. 등록)
콤바인은 비롯한 대부분의 농업기계는 종래 화석 연료를 동력원으로 사용하여, 오염 물질 및 배기 가스 배출량이 많았으나, 최근에는 친환경 수소/전기를 동력원으로 하는 농업기계가 나타나기 시작했다.
수소 연료전지 농업기계는 수소탱크에서 공급되는 수소와 공기 중의 산소가 연료전지를 통해 화학 반응하여 전기에너지를 생성하고, 이를 통해 농업기계를 구동하는 것이다.
본 발명은, 수소 연료전지를 동력원으로하는 콤바인에 있어서, 농업기계를 사용하는 작업자의 안전을 도모하면서, 동력원을 안전하게 보호 유지하고자 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 수소탱크를 콤바인 하부에 배치하는 것에 의하여, 수소연료의 충전이 용이하다.
또한, 무게를 차지하는 배터리 및 수소 연료전지가 하부에 위치하여, 구조적으로 안정감을 가진다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하고자 하는 것으로, [1] 수소를 저장하고, 연료전지(52)에 수소를 공급하는 수소탱크(53); 상기 수소탱크(53)로부터 수소를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아서, 상기 수소와 산소의 전기화학반응으로 전기에너지를 생산하는 연료전지(52); 상기 연료전지(52)에서 생산된 전기를 저장하는 배터리팩(54); 상기 배터리팩(54)으로부터 공급받은 전기를 회전력으로 전환시키는 모터(6); 상기 모터(6)에서 제공되는 회전력을 주행부(4)로 전달하는 경로에 설치되는 변속기(7)를 포함하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 있어서, 콤바인의 전방에는 예취부(2)가 설치되며,
상기 콤바인의 주행부(4) 상측에는, 수소 발전부(5)를 설치하고, 상기 수소 발전부(5)에는 상기 연료전지(52), 수소탱크(53) 및 배터리팩(54)이 수용되며, 상기 수소 발전부(5) 상측에는, 캐빈부(1), 탈곡부 및 저장부(3) 및 모터(6)가 설치되며, 상기 수소 발전부(5) 하측에는, 상기 변속기(7)가 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 [2] 상기 [1]에 있어서, 상기 연료전지(52)와 배터리팩(54)은, 각각 상기 수소 발전부(5)의 전방 좌, 우측에 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 [3] 상기 [1]에 있어서, 상기 수소탱크(53)는, 동일한 형상의 탱크를 다수 개 연결하여 이루어지며,상기 수소 발전부(5)의 후방에 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 [4] 상기 [1]에 있어서, 상기 수소 발전부(5)는, 콤바인 차체와 동일한 재질로 이루어지는 프레임 내에 설치되며, 상기 프레임에는 개폐 도어(512)에 의해 프레임 커버부(511)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 [5] 상기 [4]에 있어서, 상기 개폐 도어(512)는, 상기 프레임의 좌, 우 및 후방에 설치되며, 하측에 도어 힌지(512)를 설치하여, 하측으로 개폐 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 관한 것이다.
본 발명은, 수소 연료전지를 동력원으로하는 콤바인에 있어서, 농업기계를 사용하는 작업자의 안전을 도모하면서, 동력원을 안전하게 보호 유지할 수 있다.
또한, 수소탱크를 탈곡부 및 저장부 하부에 배치하는 것에 의하여, 수소연료의 충전이 용이하다.
또한, 무게를 차지하는 배터리 및 수소 연료전지가 하부에 위치하여, 구조적으로 안정감을 가진다.
또한, 예취부의 후방부에 연료전지를 설치하고 산소를 공급하는 것이므로, 주행하면서 정화시킨 산소의 공급이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 개념도
도 2(a)는 본 발명의 평면도이며, 도 2(b)는 본 발명의 정면도
도 3(a)는 수소 발전부의 평면도이며, 도 3(b)는 수소 발전부의 정면도
도 4(a)는 본 발명의 일부 정면도이며, 도 4(b)는 본 발명의 우측면도
본 발명을 설명함에 있어 종래기술과 동일한 기술 구성에 대하여는 동일한 명칭을 그대로 부여하여 설명한다.
본 발명은, 수소를 저장하고, 연료전지(52)에 수소를 공급하는 수소탱크(53); 상기 수소탱크(53)로부터 수소를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아서, 상기 수소와 산소의 전기화학반응으로 전기에너지를 생산하는 연료전지(52); 상기 연료전지(52)에서 생산된 전기를 저장하는 배터리팩(54); 상기 배터리팩(54)으로부터 공급받은 전기를 회전력으로 전환시키는 모터(6); 상기 모터(6)에서 제공되는 회전력을 주행부(4)로 전달하는 경로에 설치되는 변속기(7)를 포함하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 있어서, 콤바인의 전방에는 예취부(2)가 설치되며, 상기 콤바인의 주행부(4) 상측에는, 수소 발전부(5)를 설치하고, 상기 수소 발전부(5)에는 상기 연료전지(52), 수소탱크(53) 및 배터리팩(54)이 수용되며, 상기 수소 발전부(5) 상측에는, 캐빈부(1), 탈곡부 및 저장부(3) 및 모터(6)가 설치되며, 상기 수소 발전부(5) 하측에는, 상기 변속기(7)가 설치되는 것으로, 아래에서는 도면을 살펴보면서, 상기 구설들에 대해서 구체적으로 설명한다.
본 발명은 주행부(4)와 탈곡부 및 저장부(3) 사이에 수소 발전부(5)를 배치하는 것으로, 상기와 같이 배치하는 것에 의하여, 수소 발전부(5)의 안정성을 유지할 수 있다.
또한, 탈곡부 및 저장부(3)에 비해서 상대적으로 무게를 차지하는 배터리팩(54) 및 수소탱크(53) 및 연료전지(52)를 탈곡부 및 저장부(3)의 아래쪽에 배치하는 것에 의하여, 구조적으로 안정감을 가진다.
또한, 수소탱크(53)를 개폐 가능한 수소 발전부(5) 내에 배치하는 것에 의하여, 수소 공급을 원활하게 유지할 수 있다.
[캐빈부(1), 예취부(2), 탈곡부 및 저장부(3), 주행부(4)]
본 발명에서, 상기 캐빈부(1), 예취부(2), 탈곡부 및 저장부(3) 및 주행부(4)는, 도 1 내지 도 4에 나타내고 있는 것과 같이, 종래 콤바인에서의 기능과 동일한 기능을 하는 것이다.
또한, 상기 구성들이 배치되는 공간의 구성도 종래 콤바인에서의 배치와 실질적으로 동일하다.
다만, 본 발명은 상기 예취부(2)의 후방이며, 상기 탈곡부 및 저장부(3)와 주행부(4) 사이에 수소 발전부(5)를 배치한다는 점에서 특징이 있는 것이다.
[수소 발전부(5)]
본 발명에서 상기 수소 발전부(5)는 수소탱크(53)에 저장된 수소와 외부로부터 공급되는 산소를 공급받아 전기화학반응시켜 전기에너지를 생산하고자 하는 작용을 하는 것이다.
상기 수소 발전부(5)에는, 도 1 내지 도 4에 나타내고 있는 것과 같이, 프레임 커버부(51)에 의해 커버되는 프레임(미도시)과 상기 프레임 내에 배치되는 연료전지(52), 수소탱크(53) 및 배터리팩(54)이 배치된다.
또한, 상기 연료전지(52), 수소탱크(53) 및 배터리팩(54)의 작용은, 종래 수소 발전부(5)들에서의 작용과 실질적으로 다르지 않다.
다만, 본 발명에서는 상기 수소 발전부(5)에서 생성된 전기 에너지를 회전력으로 전환시키는 모터(6)를 상기 캐빈부(1)와 탈곡부 및 저정부(3) 사이에 배치한다는 점과 상기 모터(6)에서 제공되는 회전력을 주행부(4)로 전달하는 변속기(7)를 상기 수소 발전부(5)의 아래쪽, 주행부(4) 사이에 배치한다는 점에서 특징이 있는 것이다.
상기 수소 발전부(5)의 프레임(미도시)는, 상기 콤바인 차체와 동일한 재질로 이루어지며, 상기 프레임에는 도 1 및 도 2에 나타나 있는 것과 같이, 개폐 도어(512)에 의해 프레임 커버부(511)가 형성된다.
또한, 상기 개폐 도어(512)는, 상기 프레임의 좌, 우 및 후방에 설치되며, 하측에 도어 힌지(512)를 설치하여, 하측으로 개폐 가능하게 설치한다.
상기와 같이 설치하는 것에 의하여, 상기 프레임 내부에 배치되는 연료전지(52), 수소탱크(53) 및 배터리팩(54)의 교체 및 점검가 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 나타나 있는 것과 같이, 프레임의 하측에 도어 힌지(512)를 설치하여, 트럭 적재함의 개폐 구조와 같은 방식의, 개폐 도어(511)를 하측으로 개방할 수 있도록 하는 것에 의하여, 수소 발전부(5)의 상측에 배치되는 캐빈부(1), 탈곡부 및 저장부(3)의 구조에 방해받지 않고, 좌, 우 및 후방측으로 자유롭게 개폐 도어(511)의 개방이 가능하게 된다.
또한, 상기 수소 발전부(5)는, 상기와 같이, 연료전지(52), 수소탱크(53) 및 배터리팩(54)을 평면적으로 배치하는 것에 의하여, 캐빈부(1), 탈곡부 및 저장부(3)를 포함하는 콤바인 전체의 높이를 낮게 할 수 있다는 점에서 구조적인 안정성을 가질 수 있다.
상기 수소 발전부(5)의 프레임 내부 공간은, 도 1 내지 도 3에 나타나 있는 것곽 같이, 전방부와 후방부로 구분하며, 전방부에는 연료전지(52) 및 배터리팩(54)를 배치하고, 후방부에는 수소탱크를 배치한다.
상기와 같이, 연료전지(52) 및 배터리팩(54)을 전방부에 배치하는 것에 의하여, 외부로부터의 연료전지(52)에 원활한 산소 공급이 이루어질 수 있으며, 연료전지(52) 및 배터리팩(54)의 냉각이 쉽게 이루어질 수 있다. 또한, 연료전지(52)에서 발생되는 물의 배출도 쉽게 이루어질 수 있다.
또한, 상기 연료전지(52)의 전방에는 예취부(2)와의 사이에 공기필터(미도시)를 설치하여 정화된 공기를 연료전지(52)로 공급할 수 있도록 할 수 있. 상기 공기필터는, 예취부(2)에 의해 발생하는 먼지 등을 제거하기 위해서도 설치하는 것이 바람직하다.
상기 수소탱크(53)는, 도 1 내지 도 3에도 나타내고 있는 것과 같이, 상기 프레임의 후방부에 배치한다.
상기와 같이 배치하는 것에 의하여, 수소탱크(53)의 교체 및 수소의 공급이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한 상기 수소탱크(53)는 다수 개의 탱크를 연결하여 설치하는 것이 바람직하다.
[모터(6), 변속기(7)]
본 발명에서, 모터(6)는 도 1 내지 도 4에 나타내고 있는 것과 같이, 상기 캐빈부(1)와 탈곡부 및 저장부(3) 사이에 설치한다.
상기와 같이 상기 수소 발전부(5)와 분리시켜 모터(6)를 설치하는 것에 의하여, 콤바인 전체의 효율적인 공간 활용이 가능해진다.
물론, 상기 수소 발전부(5)의 일측에 설치할 수도 있다. 상기 모터(6)를 수소 발전부(5)의 일측에 설치하게 되면, 변속기(7)와의 연결 구조를 단순하게 할 수 있다는 점에서는 유리한 효과를 가질 수 있다.
그렇지만, 본 발명에서는 상기 모터(6)를 수소 발전부(5)와 분리 배치하는 것에 의하여, 수소 발전부(5)의 프레임 내부에 배치되는 구성을 단순화하는 것에 의하여 교체 및 점검을 쉽게 할 수 있다는 장점을 가지는 것이다.
본 발명에서, 변속기(7)는 도 1 내지 도 4에 나타내고 있는 것과 같이, 상기 주행부(4)의 좌, 우 차륜 사이에 설치한다.
상기와 같이 상기 수소 발전부(5)와 분리시켜 변속기(7)를 설치하는 것에 의하여, 콤바인 전체의 효율적인 공간 활용이 가능해진다.
물론, 상기 수소 발전부(5)의 일측에 설치할 수도 있다. 상기 변속기(7)를 수소 발전부(5)의 일측에 설치하게 되면, 모터(6)와의 연결 구조를 단순하게 할 수 있다는 점에서는 유리한 효과를 가질 수 있으너, 변속기(7)에 의해 주행부(7)의 차륜을 회전시켜야 한다는 점에서는 바람직하지 않다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 캐빈부
2 : 예취부
3 : 탈곡부 및 저장부
4 : 주행부
5 : 수소 발전부
51 : 프레임 커버부
511 : 개폐 도어
512 : 도어 힌지
52 : 연료전지
53 : 수소탱크
54 : 배터리팩
6 : 모터
7 : 변속기

Claims (5)

  1. 수소를 저장하고, 연료전지(52)에 수소를 공급하는 수소탱크(53);
    상기 수소탱크(53)로부터 수소를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아서, 상기 수소와 산소의 전기화학반응으로 전기에너지를 생산하는 연료전지(52);
    상기 연료전지(52)에서 생산된 전기를 저장하는 배터리팩(54);
    상기 배터리팩(54)으로부터 공급받은 전기를 회전력으로 전환시키는 모터(6);
    상기 모터(6)에서 제공되는 회전력을 주행부(4)로 전달하는 경로에 설치되는 변속기(7)를 포함하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼에 있어서,
    콤바인의 전방에는 예취부(2)가 설치되며,
    상기 콤바인의 주행부(4) 상측에는, 수소 발전부(5)를 설치하고, 상기 수소 발전부(5)에는 상기 연료전지(52), 수소탱크(53) 및 배터리팩(54)이 수용되며,
    상기 수소 발전부(5) 상측에는, 캐빈부(1), 탈곡부 및 저장부(3) 및 모터(6)가 설치되며,
    상기 수소 발전부(5) 하측에는, 상기 변속기(7)가 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지(52)와 배터리팩(54)은, 각각 상기 수소 발전부(5)의 전방 좌, 우측에 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소탱크(53)는, 동일한 형상의 탱크를 다수 개 연결하여 이루어지며,상기 수소 발전부(5)의 후방에 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수소 발전부(5)는, 콤바인 차체와 동일한 재질로 이루어지는 프레임 내에 설치되며, 상기 프레임에는 개폐 도어(512)에 의해 프레임 커버부(511)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 개폐 도어(512)는, 상기 프레임의 좌, 우 및 후방에 설치되며, 하측에 도어 힌지(512)를 설치하여, 하측으로 개폐 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료전지를 동력원으로 하는 콤바인 플랫폼.
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