KR20120013492A

KR20120013492A - 수소연료전지 자동차

Info

Publication number: KR20120013492A
Application number: KR1020100075478A
Authority: KR
Inventors: 권병철; 고준빈; 김종현; 변동해
Original assignee: 한밭대학교 산학협력단
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2012-02-15

Abstract

본 발명은 수소와 산소의 반응에 의해 전기에너지를 생산하고, 이를 동력원으로 하여 구동될 수 있도록 하는 수소연료전지 자동차에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수소연료전지 자동차(A)는 바퀴(22) 및 조향장치(C)가 구비된 차체(2); 상기 차체(2)에 설치되며 수소가스를 공급하는 수소 봄베(3); 상기 수소 봄베(3)의 수소를 정압으로 유지하는 레귤레이터(4); 상기 레귤레이터(4)를 통해 공급되는 수소와 산소를 반응시켜 전기에너지를 생산하는 수소연료전지(5); 상기 수소연료전지(5)에서 발생된 전기에너지를 모으는 캐패시터(6); 상기 캐패시터(6)에서 전기에너지를 공급받아 구동되는 모터(72) 및 상기 모터(72)에 연결되며 상기 바퀴(22)에 연결된 동력전달부(7); 상기 캐패시터(6)의 잉여 전기에너지를 저장하는 배터리(8)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면 수소연료전지를 통해 동력부를 구동시킴으로써 연료비를 절감시킬 수 있고, 유지 비용이 월등히 저렴하면서 소음을 최저화시킬 수 있고 출력이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

수소연료전지 자동차{Hydrogen Fuel Cell Vehicle}

본 발명은 수소연료전지 자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소와 산소의 반응에 의해 전기에너지를 생산하고, 이를 동력원으로 하여 구동될 수 있도록 하는 수소연료전지 자동차에 관한 것이다.

일반적으로 리모콘을 이용한 완구 자동차는 통상 R/C 자동차라 칭하는데 주로 가솔린엔진 또는 배터리를 동력원으로 사용한다.

가솔린엔진을 사용하는 자동차는 소음이 크고 폭발의 위험성이 있으며 연료 소모가 많은 단점이 있다.

배터리를 사용하는 자동차는 소음은 낮으나 출력이 낮고 소모성이므로 수시로 교체해야하는 단점이 있다.

즉, 배터리에는 1회 사용만 가능한 1차 전지와 충전하여 반복사용할 수 있는 2차 전지로 구분되며, 1차 전지를 사용하는 경우 경제적인 부담과 아울러 환경문제가 발생되고, 2차 전지를 사용하는 경우 이를 충전시키기 위해 별도의 충전장치가 더 필요하게 되므로 여전히 경제적으로 부담되고 항상 충전장치가 마련된 장소에서만 충전이 가능한 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 수소를 연료로하는 수소연료전지를 통해 동력부를 구동시킴으로써 연료비를 절감시킬 수 있고, 유지 비용이 월등히 저렴하면서 소음을 최저화시킬 수 있고 출력은 가솔린 타입 이상으로 유지할 수 있도록 한 수소연료전지 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 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 의해 달성된다.

상기 차체에는 원격조종기의 신호를 수신하는 수신부가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 수소연료전지는 6V, 3A, 250W의 전기에너지를 생산하며, 팬이 부착되어 냉각기능과 산소공급기능을 하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 레귤레이터는 수소 압력을 0.7 bar로 유지하는 것을 특징으로 한다.

상기 동력전달부는 상기 모터의 축에 결합된 스프로켓; 상기 스프로켓과 결합된 메인기어; 상기 메인기어에 결합되며 후륜축에 설치된 감속기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 수소연료전지를 통해 동력부를 구동시킴으로써 연료비를 절감시킬 수 있고, 유지 비용이 월등히 저렴하면서 소음을 최저화시킬 수 있고 출력이 향상될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수소연료전지 자동차의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 수소연료전지 자동차의 일 예를 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명에 적용되는 수소연료전지의 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 적용되는 수소연료전지에서 셀의 구조를 나타낸 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 수소연료전지 자동차의 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 2는 본 발명에 따른 수소연료전지 자동차의 일 예를 나타낸 평면도이다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수소연료전지 자동차(A)는, 바퀴(22) 및 조향장치(C)가 구비된 차체(2); 상기 차체(2)에 설치되며 수소가스를 공급하는 수소 봄베(3); 상기 수소 봄베(3)의 수소를 정압으로 유지하는 레귤레이터(4); 상기 레귤레이터(4)를 통해 공급되는 수소와 산소를 반응시켜 전기에너지를 생산하는 수소연료전지(5); 상기 수소연료전지(5)에서 발생된 전기에너지를 차체(2)의 구동에 필요한 전기에너지의 용량으로 상승시키는 캐패시터(6); 상기 캐패시터(6)에서 전기에너지를 공급받아 구동되는 모터(72) 및 상기 모터(72)에 연결되며 상기 바퀴(22)에 연결된 동력전달부(7); 상기 캐패시터(6)의 잉여 전기에너지를 저장하는 배터리(8)를 포함하여 구성된다.

상기 차체(2)는 금속판재이며 전방 및 후방에 각기 바퀴(22)가 장착되고, 전방의 바퀴 축에는 조향장치(C)가 결합된다.

또한 바퀴 축에는 충격을 완화시키기 위한 쇽업쇼버(S) 및 그에 연결되는 통상의 현가장치가 구비된다.

상기 차체(2)에는 원격조종기의 신호를 수신하는 수신부(9)가 구비된다.

상기 원격조종은 원격조종기의 신호를 수신하여 전후진구동 및 조향작동을 수행한다.

본 발명의 실시예에서는 원격조종기를 이용한 작동을 제안하였으나 반드시 이에 한정되지 않고 직접 차체에 마련된 시동장치 및 핸들을 이용하여 조작이 가능할 것이다.

상기 수소 봄베(3)는 차체(2)에 설치되며 수소가스를 공급하는 탱크로써 상부의 노즐에 관(32)의 일단이 연결되고, 상기 관(32)의 타단은 레귤레이터(4)에 연결된다.

상기 레귤레이터(4)는 수소 봄베(3)에서 공급된 수소를 정압으로 유지하여 수소연료전지(5)에 공급하게 되는데 적정한 수소 압력은 0.7 bar 이다.

상기 수소연료전지(5)는 외부로부터 연료 공급을 통해 전기에너지를 만들어내는 것으로, 외부로부터 공급되는 연료는 수소와 산소이고, 이 수소와 산소가 반응하여 물이 형성되면서 동시에 전기에너지가 생산된다.

도 3은 본 발명에 적용되는 수소연료전지의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 수소연료전지(5)는

일정 간격을 두고 이격된 상,하판(51,52);

상기 상,하판(51,52)의 사이에 다수로 교호 적층된 절연층(53)과 전기 취득층(54);

상기 절연층(53)과 전기 취득층(54) 사이에 삽입되며 수소와 산소의 반응에 의해 전기에너지를 발생시키는 셀(B);

상기 상,하판(51,52) 및 절연층(53), 전기 취득층(54), 셀(B)을 관통하여 결합되며 내측으로 수소 가스가 주입되고, 상기 셀(B)에 수소를 공급하는 중앙관체(55);

상기 절연층(53) 및 전기 취득층(54)의 외측에 부착되어 상기 셀(B)에 산소를 공급하는 팬(54);을 포함하여 구성된다.

도 4는 본 발명에 적용되는 수소연료전지에서 셀의 구조를 나타낸 도면이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 셀(B)은

상하부에 전기 취득층(54)이 형성되고, 그 사이에는 수소 도입층(56)과 산소 도입층(57)이 형성되는데, 상기 수소 도입층(56)의 외면에 산소 유입방지 패킹(562)이 형성되고, 중앙관체(55)를 통해 수소가 공급된다.

또 상기 산소 도입층(57)은 내면에 수소 유출방지 패킹(574)이 형성된다.

상기 수소 도입층(56)과 산소 도입층(57)은 상호 면접촉되며 그 내부에서 수소와 산소가 접촉하여 반응하게 된다.

따라서 수소와 산소의 화학반응에 의해 전기에너지가 생산되며, 발생된 수분은 산소 도입층(57)을 통해 외부로 배출되어 증발된다.

상기 수소 도입층(56) 및 산소 도입층(57)에는 전해질이 충진된다.

상기 상하부에 형성된 전기 취득층(54)에 각기 +, - 단자선(P,M)이 연결되어 발생된 전기에너지를 보호회로(10)에 공급하게 된다.

상기 보호회로(10)는 수소연료전지(5)에서 생산된 전기에너지가 불안정하므로 이를 안정적인 전압으로 유지시키고, 이를 통해 캐패시터(6)로 전기에너지가 안정적으로 공급될 수 있도록 한다.

바람직하게는 수소연료전지(5)에서 생산되는 전기에너지는 6V, 3A, 250W 이다.

그리고 상기 수소연료전지(5)에서 발생된 전기에너지는 캐패시터(6)에 집중되고, 캐패시터(6)에서 차체(2)의 구동에 필요한 전기에너지의 용량으로 상승시킨다.

상기 동력전달부(7)는 상기 캐패시터(6)에서 전기에너지를 공급받아 구동되는 모터(72)를 포함하며, 상기 모터(72)의 출력을 바퀴(22)로 전달하여 구동시키는 것으로, 상기 모터(72)의 축에 결합된 스프로켓(74); 상기 스프로켓(74)에 결합된 메인기어(76); 상기 메인기어(76)에 결합되며 후륜축에 설치된 감속기로 구성된다.

상기 모터(72)는 2개로 구성되며, 각 모터(72)의 스프로켓(74)이 메인기어(76)와 치차끼리 결합되어 있고, 이렇게 복수의 모터(72)를 구비함으로써 출력이 더욱 증대될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

원격조종기를 조작하여 시동을 온시키면 수소 봄베(3)의 수소가 레귤레이터(4)를 거치면서 정압으로 유지되어 수소연료전지(5)로 공급된다.

수소연료전지(5)에 공급된 수소는 중앙관체(55)를 통해 셀(B)로 공급되고, 아울러 팬(54)의 구동에 의해 외부의 공기가 셀(B)로 유입되면서 산소의 공급이 이루어지게 된다.

따라서 셀(B) 내부의 수소 도입층(56) 및 산소 도입층(57)을 통해 수소와 산소가 혼입되어 반응하면서 전기에너지가 생산되고, 이때 발생된 수분은 외부로 방출된다.

생산된 전기에너지는 보호회로(10)를 거쳐 캐패시터(6)에 모아진 후 동력전달부(7)의 모터(72)에 정격전압으로 공급됨으로써 모터(72) 및 동력전달부(7)의 구동이 시작되고, 이에 종동되어 바퀴(22)가 구동되어 차체(2)가 주행하게 된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

2 : 차체 3 : 수소 봄베
4 : 레귤레이터 5 : 수소연료전지
6 : 캐패시터 7 : 동력전달부
8 : 배터리 9 : 수신부
10 : 보호회로 51,52 : 상,하판
53 : 절연층 54 : 전기 취득층
55 : 중앙관체 72 : 모터
74 : 스프로켓 76 : 메인기어

Claims

바퀴(22) 및 조향장치(C)가 구비된 차체(2);
상기 차체(2)에 설치되며 수소가스를 공급하는 수소 봄베(3);
상기 수소 봄베(3)의 수소를 정압으로 유지하는 레귤레이터(4);
상기 레귤레이터(4)를 통해 공급되는 수소와 산소를 반응시켜 전기에너지를 생산하는 수소연료전지(5);
상기 수소연료전지(5)에서 발생된 전기에너지를 차체(2)의 구동에 필요한 전기에너지의 용량으로 상승시키는 캐패시터(6);
상기 캐패시터(6)에서 전기에너지를 공급받아 구동되는 모터(72) 및 상기 모터(72)에 연결되며 상기 바퀴(22)에 연결된 동력전달부(7);
상기 캐패시터(6)의 잉여 전기에너지를 저장하는 배터리(8)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 자동차.
제 1항에 있어서,
상기 차체(2)에는 원격조종기의 신호를 수신하는 수신부(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 자동차.
제 1항에 있어서,
상기 레귤레이터는 수소 압력을 0.7 bar로 유지하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 자동차.
제 1항에 있어서,
상기 동력전달부(7)는
상기 모터(72)의 축에 결합된 스프로켓(74);
상기 스프로켓(74)과 치차로 결합된 메인기어(76);
상기 메인기어(76)와 치차로 결합합되며 후륜축에 결합된 감속기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 자동차.
제 1항에 있어서,
상기 수소연료전지(5)는 전기에너지를 생산하며, 냉각기능과 산소공급기능을 하는 것이며,
상기 수소연료전지(5)는
일정 간격을 두고 이격된 상,하판(51,52);
상기 상,하판(51,52)의 사이에 다수로 교호 적층된 절연층(53)과 전기 취득층(54);
상기 절연층(53)과 전기 취득층(54) 사이에 삽입되며 수소와 산소의 반응에 의해 전기에너지를 발생시키는 셀(B);
상기 상,하판(51,52) 및 절연층(53), 전기 취득층(54), 셀(B)을 관통하여 결합되며 내측으로 수소 가스가 주입되어 상기 셀(B)에 수소를 공급하는 중앙관체(55);
상기 절연층(53) 및 전기 취득층(54)의 외측에 부착되어 상기 셀(B)에 산소를 공급하는 팬(54)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 자동차.
제 5항에 있어서,
상기 셀(B)은
상하부에 형성된 전기 취득층(54);
상기 전기 취득층(54) 사이에 형성되며 전해질이 충진된 수소 도입층(56)과 산소 도입층(57);
상기 수소 도입층(56)의 외면에 형성된 산소 유입방지 패킹(562);
상기 산소 도입층(57)의 내면에 형성된 수소 유출방지 패킹(574);
상기 상하부에 형성된 전기 취득층(54)에 각기 연결된 +, - 단자선(P,M)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 자동차.