KR20170036987A - Hydrogen Generating Cartridge Unit and Portable Hydrogen Power Generator - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a portable hydrogen power generator. The portable hydrogen power generator comprises: a main housing which includes a cartridge accommodation unit and a stack accommodation unit; a hydrogen reaction cartridge which is detachably accommodated in the cartridge accommodation unit and accommodates a hydrogen-impregnated metal that reacts with water to generate hydrogen; a hydrogen generating cartridge unit which has a water cartridge storing water; a pump which pumps and supplies the water from the inside of the water cartridge into the hydrogen reaction cartridge; and a fuel cell stack which is accommodated in the stack accommodation unit, and receives hydrogen from the hydrogen generating cartridge unit to generate electricity. Accordingly, the portable hydrogen power generator can be conveniently carried around and be used as an emergency power source in emergency situations including power outages. Moreover, the hydrogen generating cartridge unit is adapted to be easily mounted on or unmounted from the main body of the hydrogen power generator, thus facilitating the exchange of fuel.

Description

수소생성카트리지유니트 및 포터블 수소발전기 {Hydrogen Generating Cartridge Unit and Portable Hydrogen Power Generator} A hydrogen generating cartridge unit and a portable hydrogen generator

본 발명은 수소생성카트리지유니트 및 포터블 수소발전기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 수소연료가 장착된 수소생성카트리지유니트를 수소발전기 본체에서 장착 및 탈락이 쉬운 포터블 수소발전기에 관한 것이다. The present invention relates to a hydrogen generating cartridge unit and a portable hydrogen generator. And more particularly, to a portable hydrogen generator in which a hydrogen generating cartridge unit equipped with a hydrogen fuel is easily mounted and removed from a hydrogen generator body.

전력을 생산하는 비상 발전기로서 연료전지가 대안으로 제시된다. 연료전지(燃料電池, Fuel Cell)란 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 발생시키는 장치이다. 지금까지 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, PEMFC), 고분자전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 직접메탄올연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DEFC) 등 여러 종류의 연료전지가 개발되었다. 이 중에서, 수소이온을 투과 시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 다른 형태의 연료전지에 비하여 전류밀도가 큰 고출력 연료전지로서, 섭씨 100도 미만의 비교적 저온에서 작동되고 구조가 간단하다. 또한 빠른 시동과 응답특성, 우수한 내구성을 가져 비상용 발전기로서 적합하다. A fuel cell is proposed as an emergency generator for generating electricity. A fuel cell (fuel cell) is a device that generates electricity by electrochemically reacting a fuel and an oxidant. Until now, there have been many attempts to use a fuel cell such as a Molten Carbonate Fuel Cell (PEMFC), a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), a Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), a Direct Methanol Fuel Cell, DEFC) have been developed. Among them, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), which uses a polymer membrane capable of permeating hydrogen ions as an electrolyte, is a high-output fuel cell having a higher current density than other types of fuel cells, And the structure is simple. Also, it is suitable as emergency generator because it has fast starting and response characteristics and excellent durability.

그런데 이러한 종래의 고분자전해질 연료전지(PEMFC)를 사용한 비상발전시스템은 다른 종류보다는 상대적으로 유리하나 장시간 연료로 사용할 대용량의 수소저장통을 구비하여야 하는 등 휴대 및 보관에 있어 불편하였다. However, such an emergency power generation system using a conventional PEMFC is relatively more advantageous than other types, but it is inconvenient for carrying and storing such as a large capacity hydrogen storage container to be used for a long time as a fuel.

또한, 수소가 생활에 활용이 높아지고 있으나, 일반 사용자는 용이하게 취급할 수 없고 손쉽게 수소를 생성하여 사용할 수 없었다. In addition, while hydrogen is being utilized for life, ordinary users can not easily handle it, and hydrogen can not be easily generated and used.

본 발명의 목적은 수소가 함침된 금속으로 된 연료를 수용하면서 물과 반응하여 수소를 생성하는 수소생성카트리지유니트를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a hydrogen-producing cartridge unit which generates hydrogen by reacting with water while receiving a fuel made of a metal impregnated with hydrogen.

본 발명의 다른 목적은 휴대가 간편한 포터블 수소발전기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a portable hydrogen generator which is easy to carry.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술구성은, 포터블 수소발전기에 있어서, 카트리지수용부와 스택수용부를 갖는 본체하우징, 상기 카트리지수용부에 착탈가능하게 수용되며, 물과 반응하여 수소를 발생시키는 수소함침금속을 수용한 수소반응카트리지와, 물을 저장하는 워터카트리지를 갖는 수소카트리지유니트, 상기 워터카트리지 내의 물을 상기 수소반응카트리지 내부로 공급하도록 펌핑하는 펌프, 및 상기 스택수용부에 수용되어 상기 수소생성카트리지유니트로부터의 수소를 공급받아 전기를 발생하는 연료전지스택을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명 수소발전기는, 수소연료가 장착된 수소생성카트리지유니트를 발전기 본체에 착탈이 가능하게 하여 쉽게 연료를 교환 할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a portable hydrogen generator comprising: a main body housing having a cartridge accommodating portion and a stack accommodating portion, the cartridge accommodating portion being detachably accommodated in the cartridge accommodating portion, A hydrogen cartridge having a water cartridge for storing water; a pump for pumping water in the water cartridge to supply water into the hydrogen reaction cartridge; And a fuel cell stack that receives electricity from the hydrogen generation cartridge unit and generates electricity. The hydrogen generator according to the present invention can easily replace the fuel by allowing the hydrogen generating cartridge unit equipped with the hydrogen fuel to be attached to and detached from the generator main body.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 수소반응카트리지는, 반응공간을 갖는 용기형상의 카트리지본체와, 상기 반응공간 내에 지지되어 상기 수소함침금속을 수용지지하는 연료바스켓을 포함 한다. 수소생성카트리지유니트의 수소반응카트리지에 있는 연료바스켓을 분리하여 새로운 수소함축금속연료를 투입한다. According to a preferred embodiment, the hydrogen reaction cartridge includes a container-shaped cartridge body having a reaction space, and a fuel basket supported in the reaction space to receive and support the hydrogen-impregnated metal. The fuel basket in the hydrogen reaction cartridge of the hydrogen generation cartridge unit is separated and a new hydrogen-impregnated metal fuel is injected.

바람직한 실시예에 따르면, 본 발명 포터블 수소발전기는, 상기 수소반응카트리지로부터의 수소를 인출하여 상기 워터카트리지 내부의 물속으로 안내하는 수소복귀튜브를 더 포함한다. 수소는 비중이 물보다 낮으므로 물속에서 불순물이 걸러지고 수소의 온도를 낮추어서 수면위로 상승한다.According to a preferred embodiment, the portable hydrogen generator of the present invention further includes a hydrogen return tube for drawing out hydrogen from the hydrogen reaction cartridge and guiding it into water inside the water cartridge. Since hydrogen has a lower specific gravity than water, impurities are removed from the water and the temperature of hydrogen rises above the surface of the water.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 수소반응카트리지는 반응공간과 캡개구를 갖는 반응카트리지본체와, 상기 캡개구를 개폐가능하게 결합되며 물공급공과 수소인출공을 가지는 반응카트리지캡을 가지며, 상기 워터카트리지는 물수용공간과 캡개구를 갖는 워터카트리지본체와, 상기 캡개구를 개폐하며 물배출공과 수소공급공을 갖는 워터카트리지캡을 가진다. 반응카트리지캡 및 수소카트리지캡을 열어서 수소연료와 물을 공급한다.According to a preferred embodiment, the hydrogen reaction cartridge has a reaction cartridge body having a reaction space and a cap opening, and a reaction cartridge cap having a water supply hole and a hydrogen discharge hole, A water cartridge body having a water receiving space and a cap opening, and a water cartridge cap having a water discharge hole and a hydrogen supply hole for opening and closing the cap opening. The reaction cartridge cap and the hydrogen cartridge cap are opened to supply hydrogen fuel and water.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 수소생성카트리지유니트에 마련되어 상기 물배출공, 상기 수소인출공 및 상기 물공급공과 연통되는 연통구들을 갖는 수소워터리셉터클과, 상기 연통구들과 각각 대응하는 접속구들을 가지고 수소워터리셉터클과 맞물려 상기 물배출공으로부터의 물을 상기 펌프에 전달하고 상기 펌프로부터의 물을 상기 물공급공으로 전달하며 상기 수소인출공으로부터 수소를 상기 스택에 전달하는 수소워터커넥터를 더 포함한다. 발전기가 동작중에는 상기 수소워터커넥터와 상기 리셉터클과 서로 연결되며, 수소생성카트리지유니트를 본체에서 분리할 때는 상기 수소워터리셉터클과 상기 수소워터커낵터는 분리된다. According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a hydrogen generating apparatus comprising: a hydrogen water receptacle provided in the hydrogen generation cartridge unit and having communication ports communicating with the water discharge hole, the hydrogen extraction hole and the water supply hole; And a hydrogen water connector for engaging with the receptacle to transfer water from the water discharge hole to the pump, transfer water from the pump to the water supply hole, and transfer hydrogen from the hydrogen discharge hole to the stack. The hydrogen water connector and the receptacle are connected to each other while the generator is in operation, and the hydrogen water receptacle and the hydrogen water connector are separated when the hydrogen generation cartridge unit is detached from the main body.

바람직한 실시예에 따르면, 본 발명 수소발전기는, 상기 연료전지스택의 상부를 덮는 스택커버부와, 상기 카트리지수용부 내에 수용되어 상기 수소생성카트리지유니트를 지지하는 카트리지지지부를 갖는 탑커버부재를 더 포함 한다. 탑커버부재의 카트리지지지부를 통하여 수소생성카트리지유니트는 본체로부터 쉽게 장착 및 탈락이 가능하다. According to a preferred embodiment, the hydrogen generator of the present invention further includes a top cover member having a stack cover portion covering an upper portion of the fuel cell stack and a cartridge support portion received in the cartridge accommodating portion and supporting the hydrogen generation cartridge unit do. The hydrogen generating cartridge unit can be easily mounted and dismounted from the main body through the cartridge support of the top cover member.

바람직한 실시예에 따르면, 본 발명 포터블 수소발전기는, 상기 수소생성카트리지유니트로부터 배출되는 수소로부터 불순물을 필터링하여 상기 연료전지스택에 제공하는 필터링부를 더 포함한다. According to a preferred embodiment, the portable hydrogen generator of the present invention further includes a filtering unit that filters impurities from hydrogen discharged from the hydrogen generating cartridge unit and provides the filtered hydrogen to the fuel cell stack.

바람직한 실시예에 따르면, 본 발명 포터블 수소발전기는, 충전식 배터리와, 외부전원접속부와, 전원출력부와, 상기 외부전원접속부와 상기 스택 중 어느 하나로부터의 전기를 상기 충전식 배터리에 충전하는 충전부와, 상기 외부전원접속부를 통해 공급된 외부전원, 상기 스택에서 생성된 전기 및 상기 배터리로부터의 전기 중 적어도 어느 하나를 변환하는 전원변환부와, 상기 충전부와 상기 전원변환부를 제어하는 제어부를 더 포함한다. According to a preferred embodiment, the portable hydrogen generator of the present invention comprises a rechargeable battery, an external power supply connection portion, a power output portion, a charging portion for charging the rechargeable battery with electricity from any one of the external power supply connection portion and the stack, A power conversion unit for converting at least one of an external power supplied through the external power connection unit, electricity generated in the stack, and electricity from the battery, and a controller for controlling the charging unit and the power conversion unit.

본 발명의 다른 분야는 수소생성카트리지를 공급하는 데 있다. 본 발명에 따른 수소생성카트리지유니트는, 물과 반응하여 수소를 발생시키는 수소함침금속을 수용한 수소반응카트리지, 상기 수소반응카트리지와 일체로 결합되며 물을 저장하는 워터카트리지, 및 상기 수소반응카트리지 내부에 수용된 수소함침 금속과 반응하여 수소를 발생시키도록 상기 워터카트리지 내의 물을 펌핑하여 상기 수소반응카트리지 내부로 공급하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다. Another field of the invention is the provision of hydrogen producing cartridges. A hydrogen generating cartridge unit according to the present invention comprises a hydrogen reaction cartridge containing a hydrogen-impregnated metal that reacts with water to generate hydrogen, a water cartridge integrally coupled to the hydrogen reaction cartridge and storing water, And a pump for pumping water in the water cartridge to supply hydrogen into the hydrogen reaction cartridge so as to generate hydrogen by reacting with the hydrogen impregnated metal accommodated in the hydrogen cartridge.

본 발명에 따른 포터블 수소발전기는 간편하게 휴대가 가능하면서 정전 등의 비상시에 사용이 가능하다. 본 발명에 따른 수소생성카트리지유니트는 수소발전기 본체에서 쉽게 장착 및 분리가 가능하다. The portable hydrogen generator according to the present invention can be easily carried and can be used in an emergency such as a power failure. The hydrogen generating cartridge unit according to the present invention is easily mountable and detachable from the hydrogen generator main body.

도 1은 본 발명에 따른 포터블 수소발전기의 외관 사시도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 포터블 수소발전기로서 뚜껑을 열고 내부에 수소생성카트리지유니트 및 밧데리를 장착하는 모습을 보인 사시도이다.
도 2b는 본 발명 포터블 수소발전기에서 수소생성카트리지유니트를 수용하는 본체하우징 및 탑커버의 평면도이다.
도 2c는 본 발명 포터블 수소발전기에서 수소생성카트리지유니트의 수소워터리셉터클과 수소발전기본체의 수소워터커넥터가 연결된 모양을 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 포터블 수소발전기의 수소생성카트리지유니트의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 포터블 수소발전기의 주요 구성품 중 하나인 필터어셈블리의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 포터블 수소발전기의 메인 하우징에 주요 구성품들이 안착되는 모양을 보이는 사시도이다.
도 6는 본 발명에 따른 포터블 수소발전기에 장착된 주요 회로부품의 장착을 나타낸 상태도이다.
도 7a는 본 발명에 따른 포터블 수소발전기의 전원 생산 과정 중 연료전지스택 이전까지의 동작을 설명하기 위한 기능블록도이다.
도 7b는 본 발명에 따른 포터블 수소발전기의 전원 생산 과정 중 연료전지스택 이후의 동작을 보여주는 회로도 및 블록도이다. 1 is an external perspective view of a portable hydrogen generator according to the present invention.
FIG. 2A is a perspective view showing a portable hydrogen generator according to the present invention in which a lid is opened and a hydrogen generating cartridge unit and a battery are installed therein.
2B is a plan view of a main housing and a top cover for accommodating a hydrogen generating cartridge unit in the portable hydrogen generator of the present invention.
FIG. 2C is a perspective view showing the connection between the hydrogen water receptacle of the hydrogen generating cartridge unit and the hydrogen water connector of the hydrogen generator body in the portable hydrogen generator of the present invention. FIG.
3 is an exploded perspective view of the hydrogen generating cartridge unit of the portable hydrogen generator according to the present invention.
4 is an exploded perspective view of a filter assembly which is one of the main components of a portable hydrogen generator according to the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a main component in a main housing of a portable hydrogen generator according to the present invention.
6 is a state diagram showing the mounting of main circuit components mounted on the portable hydrogen generator according to the present invention.
FIG. 7A is a functional block diagram for explaining an operation of the portable hydrogen generator according to the present invention up to the fuel cell stack during a power generation process. FIG.
FIG. 7B is a circuit diagram and block diagram showing operation of the fuel cell stack after the power generation process of the portable hydrogen generator according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 바람직한 실시예에 대한 설명으로 더욱 명백해 질 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 포터블 수소발전기의 외관 사시도이다. 도 1에는 본 발명 수소발전기(100)를 보여준다. 내부에 수소가 함침된 금속을 연료로 사용하여 물과 반응하면 수소가 발생하고 발생된 수소는 수소발전기(100) 내부에 장착된 연료전지스택에서 전기화학적 반응으로 직류 전원을 생산한다. 이 생산된 전기는 교류로 전환한 다음, 도면상의 출력포트(10)을 통하여 외부로 출력한다. 사용자는 이 출력포트(10)에 부하를 연결하여 정전 등의 비상시에 비상 전원으로 사용할 수 있다. 1 is an external perspective view of a portable hydrogen generator according to the present invention. FIG. 1 shows a hydrogen generator 100 of the present invention. Hydrogen is generated when the hydrogen-impregnated metal is used as a fuel and hydrogen is generated, and the generated hydrogen is produced by an electrochemical reaction in the fuel cell stack mounted in the hydrogen generator 100. [ The generated electricity is converted to alternating current and then output to the outside through the output port 10 in the drawing. The user can connect the load to the output port 10 and use it as an emergency power supply in an emergency such as a power failure.

본 발명 수소발전기(100)에는 전원스위치(30)와 DC전원입력포트(20)가 마련되어 있다. DC전원입력포트(20)는 후술하겠지만 내부에 장착된 밧데리가 전부 방전 된 경우에는, 비상용 수소발전기를 초기에 기동하기 위한 전력으로 사용될 수 있다. 본 발명 수소발전기는 손잡이(40)와 멜빵걸이(70)가 마련되어 있다. 손잡이(70)는 본 발명 비상 수소발전기를 손에 잡고 이동하기 위한 목적이다. 본 발명 비상 수소발전기는 사람이 휴대가 가능한 정도의 무게로 제작이 가능하다. 본 발명 수소발전기는 손잡이(70)를 통하여 쉽게 이동 및 휴대가 가능하다. 수소발전기 본체의 양측에 있는 멜빵걸이(70)에는 멜빵을 걸어 가방과 같이 어깨에 걸어서 이동도 가능하다.The hydrogen generator 100 of the present invention is provided with a power switch 30 and a DC power input port 20. The DC power input port 20 may be used as an electric power for starting the emergency-use hydrogen generator when the battery installed therein is completely discharged, which will be described later. The hydrogen generator of the present invention is provided with a handle 40 and a suspenders 70. The handle 70 is intended to move the emergency hydrogen generator of the present invention in hand. The emergency hydrogen generator of the present invention can be manufactured with a weight that is portable to a person. The hydrogen generator of the present invention can be easily moved and carried through the handle 70. The suspender hanger (70) on both sides of the hydrogen generator main body can be suspended by hanging it on the shoulder like a bag.

본 발명 수소발전기는 래치(60)를 구비하고, 이 래치(60)를 해제하면 뚜껑(50)이 수소발전기본체(80)로부터 열리게 된다. 뚜껑(50)을 열고, 수소발전기 본체하우징(200)의 내부를 사용자가 엑세스하여 연료를 보충하거나 수리 등이 가능하다.The hydrogen generator of the present invention includes a latch 60, and when the latch 60 is released, the lid 50 is opened from the hydrogen generator main body 80. The user can access the inside of the hydrogen generator main body housing 200 by opening the lid 50 to replenish or repair the fuel.

도 2a는 본 발명에 따른 포터블 수소발전기로서 뚜껑을 열고 내부에 수소생성카트리지유니트(300) 및 밧데리(205)를 장착하는 모습을 보인 사시도이다. 본 발명 수소발전기에는 본체하우징(200)이 마련된다. 본체하우징(200)은 수소생성카트리지유니트(300)가 장착 및 탈락이 가능하도록 카트리지수용부(201)를 가진다. 도면상 수소생성카트리지유니트(300)는 2개의 원통형 카트리지가 하나의 유니트로 결합된 형태를 가지므로 본체하우징(200)의 카트리지수용부(201)도 원통형 수소생성카트리지유니트(300)가 장착이 가능하도록 원통형 빈 공간을 형성한다. 2A is a perspective view showing a portable hydrogen generator according to the present invention in which a lid is opened and a hydrogen generating cartridge unit 300 and a battery 205 are installed therein. The hydrogen generator of the present invention is provided with a main body housing 200. The main body housing 200 has the cartridge accommodating portion 201 so that the hydrogen generating cartridge unit 300 can be mounted and dismounted. The hydrogen generating cartridge unit 300 has a structure in which two cylindrical cartridges are combined into one unit so that the cartridge accommodating unit 201 of the main body housing 200 can also mount the cylindrical hydrogen generating cartridge unit 300 Thereby forming a cylindrical hollow space.

본체하우징(200)의 하부에는 밧데리커버(206) 및 밧데리(205)가 장착된다. 밧데리커버(206)를 열고 한 개 혹은 2개의 밧데리(205)를 장착하여 사용한다. 밧데리(205)는 본 발명 수소발전기가 초기에 전원을 키면 밧데리 전원을 이용하여 제어부를 기동하고 제어부의 동작에 따라 수소를 이용한 전력 생산을 수행한다. 본 발명 밧데리(205)는 충전이 가능한 리챠져블 밧데리이므로 생산된 전력 중 일부를 밧데리의 충전을 위해 사용한다. 도 2에서 탑커버(210)의 하부는 수소발전기 본체 장착부(202)에 해당한다. 이 탑커버(202)를 분해하면 수소발전기 본체부가 나타난다.A battery cover 206 and a battery 205 are attached to a lower portion of the main body housing 200. Open the battery cover (206) and install one or two batteries (205). When the hydrogen generator of the present invention is initially powered on, the battery 205 starts the control unit using battery power and performs power generation using hydrogen according to the operation of the control unit. Since the battery 205 of the present invention is a rechargeable battery, some of the generated power is used for charging the battery. In Fig. 2, the lower portion of the top cover 210 corresponds to the hydrogen generator main body mounting portion 202. When the top cover 202 is disassembled, the hydrogen generator main body portion appears.

도 2b는 본 발명 포터블 수소발전기에서 수소생성카트리지유니트를 수용하는 카트리지수용부(201)을 갖는 본체하우징 및 탑커버(210)의 평면도이다. 수소생성카트리지유니트(300)는 본체하우징(200)의 카트리지수용부(201)에 수용된다. 탑커버는 본체하우징(200)의 상부를 커버하는 커버로서, 카트리지를 지지하는 카트리지지지부와 후술하는 연료전지스택을 커버하는 연료전지스택커버부로 나누어진다.2B is a plan view of the main housing and the top cover 210 having the cartridge accommodating portion 201 for accommodating the hydrogen generating cartridge unit in the portable hydrogen generator of the present invention. The hydrogen generating cartridge unit 300 is accommodated in the cartridge accommodating portion 201 of the main body housing 200. The top cover is a cover that covers the upper portion of the main body housing 200, and is divided into a cartridge supporting portion for supporting the cartridge and a fuel cell stack cover portion covering the fuel cell stack described later.

도 2c는 본 발명 포터블 수소발전기에서 수소생성카트리지유니트의 수소워터리셉터클(380)과 수소발전기본체의 수소워터커넥터(540)가 연결된 모양을 보여주는 사시도이다. 후술하겠지만 수소생성카트리지유니트(300)에는 수소인출공, 워터인출공 및 워터공급공이 있다. 수소생성카트리지유니트(300)에서 인출되는 수소는 연료전지스택에 공급되어 전력을 생산하는 데 사용된다. 수소발전기 본체 내부의 펌프는 수소생성카트리지유니트(300)에 있는 워터인출공으로부터 워터를 흡입하여, 수소카생성트리지유니트(300)에 있는 워터공급공에 공급한다. 공급된 워터는 수소생성카트리지유니트에 있는 수소함침금속과 반응하여 수소를 발생시킨다. 2C is a perspective view showing the connection of the hydrogen water receptacle 380 of the hydrogen generation cartridge unit and the hydrogen water connector 540 of the hydrogen generator body in the portable hydrogen generator of the present invention. As will be described later, the hydrogen generation cartridge unit 300 has a hydrogen extraction hole, a water extraction hole, and a water supply hole. Hydrogen drawn out from the hydrogen generation cartridge unit 300 is supplied to the fuel cell stack to be used for producing electric power. The pump in the hydrogen generator main body sucks the water from the water drawing hole in the hydrogen generating cartridge unit 300 and supplies the water to the water supplying hole in the hydrogen car generating cartridge unit 300. The supplied water reacts with the hydrogen-impregnated metal in the hydrogen-producing cartridge unit to generate hydrogen.

도 3은 본 발명에 따른 포터블 수소발전기의 수소생성카트리지유니트(300)의 분해 사시도이다. 본 발명 수소생성카트리지유니트(300)는 워터카트리지(310)와 수소반응카트리지(320)로 구성된다. 수소반응카트리지(320) 내부에는 일정한 높이에서 고정되는 수소연료바스켓(340)이 있다. 수소연료바스켓(340)에는 수소를 함침한 금속재료의 분말 혹은 칩 형상의 수소함침금속 연료가 담겨져 있다. 수소연료바스켓(340)은 도시한 바와 같이 내부에 금속연료를 투입하는 공간이 있고, 필터를 가지는 뚜껑부(330)가 덮여 있어, 워터카트리지(310)로부터 공급되는 물이 이 필터뚜껑(330)에 떨어지면 물이 연료바스켓(340) 내부로 스며들고 연료바스켓(340)의 수소함침금속은 물과 반응하여 수소를 생성한다. 생성된 수소는 연료바스켓(340) 측벽에 파진 슬릿을 따라 반응카트리지(320) 내부에 포집된다. 연료로서 사용하는 금속은 바람직하게는 마그네슘(Mg)을 사용하고 수소를 함침한 마그네슘, 수소화마그네슘(MgH2), 분말 혹은 작은 칩 형태로 구성하여 수소연료바스켓(340)에 둔다. 3 is an exploded perspective view of the hydrogen generation cartridge unit 300 of the portable hydrogen generator according to the present invention. The hydrogen generating cartridge unit 300 of the present invention comprises a water cartridge 310 and a hydrogen reaction cartridge 320. Inside the hydrogen reaction cartridge 320, there is a hydrogen fuel basket 340 fixed at a constant height. The hydrogen fuel basket 340 contains hydrogen-impregnated metal powder or hydrogen-impregnated metal fuel in a chip form. As shown in the figure, the hydrogen fuel basket 340 is provided with a space for introducing the metal fuel therein, and a lid part 330 having a filter is covered, so that water supplied from the water cartridge 310 is supplied to the filter lid 330, The water seeps into the fuel basket 340 and the hydrogen impregnated metal of the fuel basket 340 reacts with water to produce hydrogen. The generated hydrogen is collected in the reaction cartridge 320 along the slit formed on the sidewall of the fuel basket 340. The metal used as the fuel is preferably made of magnesium (Mg), magnesium hydride (MgH 2 ), powder or small chip impregnated with hydrogen using magnesium (Mg) and placed in the hydrogen fuel basket 340.

워터카트리지(310) 및 수소반응카트리지(320)는 각각 워터카트리지캡(350) 및 수소반응카트리지캡(360)을 가진다. 워터카트리지캡(350)과 워터카트리지(320)는 나사가 형성되어 있어, 나사를 돌려서 열고 잠글 수 있는 구조이다. 수소반응카트리지캡(360)과 수소반응카트리지(330)도 역시 나사로 열고 잠글 수 있는 구조이다. 수소반응카트리지(320)와 워터카트리지(310)는 도관케이스(370)에 의하여 하나로 연결되어 있다. 도관케이스(370) 내부에는 도관이 연결되어 워터카트리지(310)에서 발생하는 수소를 외부로 연결하는 수소인출관과 워터카트리지(310)에 저장된 물을 흡입하여 수소반응카트리지(320)로 공급하는 두 개의 워터관을 가지고 있다. 또한, 두 개의 카트리지(310, 320) 사이를 연결하여, 수소반응카트리지(320)에서 생산된 수소를 워터카트리지(310)로 이동시키는 수소복귀관을 가진다. 수소카트리지유니트(300)는 도관케이스(370)에 연결된 수소워터리셉터클(380)과, 수소워터리셉터클(380)의 수소인출공 및 두 개의 워터공을(즉 워터인출공, 워터공급공) 막거나 여는 리셉터클마개(382)를 가진다. 수소생성카트리지유니트(300)는 수소카트리지손잡이(390)를 가져 비상 발전기 본체에서 쉽게 장착 및 탈락이 가능하다. 이 수소카트리지손잡이(390)은 수소워터리셉터클과 본체의 수소워터커넥터가 연결되었을 때 불시에 이탈되는 것을 막아주는 고정구의 역할도 수행한다.The water cartridge 310 and the hydrogen reaction cartridge 320 have a water cartridge cap 350 and a hydrogen reaction cartridge cap 360, respectively. The water cartridge cap 350 and the water cartridge 320 are formed with screws so that they can be opened and closed by turning the screws. The hydrogen reaction cartridge cap 360 and the hydrogen reaction cartridge 330 are also structured such that they can be opened and closed with screws. The hydrogen reaction cartridge 320 and the water cartridge 310 are connected together by a conduit case 370. A conduit is connected to the inside of the conduit case 370 to suck the water stored in the hydrogen withdrawal pipe and the water cartridge 310 connecting the hydrogen generated in the water cartridge 310 to the outside and supply the water to the hydrogen reaction cartridge 320 It has two water pipes. And a hydrogen return pipe connecting the two cartridges 310 and 320 to move the hydrogen produced in the hydrogen reaction cartridge 320 to the water cartridge 310. [ The hydrogen cartridge unit 300 includes a hydrogen water receptacle 380 connected to the conduit case 370, a hydrogen withdrawing hole of the hydrogen water receptacle 380 and two water holes (i.e., a water drawing hole and a water supplying hole) And has an opening receptacle closure 382. The hydrogen generating cartridge unit 300 has a hydrogen cartridge handle 390 and is easily mountable and detachable from the emergency generator body. The hydrogen cartridge handle 390 also acts as a fastener to prevent unintentional release of the hydrogen water receptacle when the hydrogen water connector of the main body is connected.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 수소생성카트리지유니트에서 발생한 수소를 발전기본체에 내장된 연료전지스택에 공급하여 수소를 전기화학적으로 처리하여 전기를 생산하는 비상용 수소발전기에 적용하였다. 그러나, 이와 같은 수소생성카트리지유니트를 발전기 분야가 아닌 다른 용도의 사용도 가능하다. 모터를 내장한 수소생성카트리지유니트에서 발생하는 수소를 이용하여 미용이나, 공기청정기 등에 응용도 가능하다. 수소생성카트리지유니트 그 자체로도 얼마든지 상품으로서의 가치를 가진다. In a preferred embodiment of the present invention, hydrogen generated in the hydrogen generation cartridge unit is supplied to a fuel cell stack built in a generator body, and the hydrogen is electrochemically treated to apply to an emergency-use hydrogen generator that generates electricity. However, it is also possible to use such a hydrogen-producing cartridge unit for purposes other than the field of a generator. Hydrogen generated from a hydrogen-producing cartridge unit incorporating a motor can also be used in cosmetics, air cleaners, and the like. The hydrogen generation cartridge unit itself has a value as a product anyway.

도 4는 본 발명에 따른 포터블 수소발전기의 필터어셈블리의 분해 사시도이다. 필터어셈블리(400)는 활성탄필터(420)와 멤브레인필터(430)를 가진다. 활성탄필터(420)와 멤브레인필터(430)는 필터프레임(410)에 도면과 같이 상하부로 나누어 프레임(410)의 하부 및 상부에 각각 안착된다. 멤브레인필터(430)의 출구에는 솔레노이드밸브(440)가 장착되고 솔레노이드밸브(440)의 출구에는 안전밸브(450)가 장착된다. 활성탄필터(420)의 입구에는 호스필터입력단(453)이 연결되고, 활성탄필터(420)와 멤브레인필터(430)는 제1호스(451) 및 제2호스(452)로 연결되어 있다. 이와 같은 필터어셈블리(400)의 호스의 입력단은 도면부호 453 로서 호스필터입력단에 해당한다. 이 호스필터입력단(453)는 수소카트리지(300)의 수소튜브아웃(543)과 연결된다. 필터어셈블리(400)의 호스의 출력단은 도면부호 454로서 호스필터출력단에 해당한다. 이 호스필터출력단(454)는 연료전지스택(510)의 수소레귤레이터(560)의 입력호스인 호스스택입력단(550)에 연결된다. 4 is an exploded perspective view of a filter assembly of a portable hydrogen generator according to the present invention. The filter assembly 400 has an activated carbon filter 420 and a membrane filter 430. The activated carbon filter 420 and the membrane filter 430 are seated on the filter frame 410 at the upper and lower portions of the frame 410 as shown in the figure. A solenoid valve 440 is mounted on the outlet of the membrane filter 430 and a safety valve 450 is mounted on the outlet of the solenoid valve 440. A hose filter input end 453 is connected to the inlet of the activated carbon filter 420 and the activated carbon filter 420 and the membrane filter 430 are connected to the first hose 451 and the second hose 452. The input end of the hose of the filter assembly 400 corresponds to the hose filter input end 453. The hose filter input 453 is connected to the hydrogen tube out 543 of the hydrogen cartridge 300. The output end of the hose of filter assembly 400 corresponds to hose filter output 454. The hose filter output stage 454 is connected to the hose stack input terminal 550, which is the input hose of the hydrogen regulator 560 of the fuel cell stack 510.

도 5는 본 발명에 따른 포터블 수소발전기의 본체하우징에 주요 구성품 들이 안착되는 모양을 보이는 사시도이다. 도 5의 부호 203은 본 발명 수소발전기의 본체하우징(200)의 연료전지스택수용부(203)를 나타낸다. 부호 204는 본 발명 비상발전기의 본체하우징(200)의 필터수용부(204)를 나타낸다. 본체하우징(200)의 연료전지스택장착부(203)에는 연료전지스택어셈블리(500)가 장착된다. 본체하우징(200)의 필터수용부(204)에는 필터어셈블리(400)가 장착된다.FIG. 5 is a perspective view showing a state in which major components are seated in a main body housing of a portable hydrogen generator according to the present invention. Reference numeral 203 in FIG. 5 denotes the fuel cell stack accommodating portion 203 of the main body housing 200 of the hydrogen generator of the present invention. Reference numeral 204 denotes a filter accommodating portion 204 of the main body housing 200 of the emergency generator of the present invention. A fuel cell stack assembly 500 is mounted on the fuel cell stack mounting portion 203 of the main body housing 200. A filter assembly 400 is mounted in the filter housing 204 of the body housing 200.

본 발명 연료전지스택어셈블리(500)의 구조에 대하여 설명한다. 도 6에서, 연료전지스택어셈블리(500)에는 먼저 연료전지스택(510)이 중심에 자리한다. 연료전지스택(510)은 전술한 고분자전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 방식을 이용한 연료전지를 여러개 적층한 것을 말한다. 이 연료전지스택(510)에 수소를 공급하여 전원을 생산한다. 필터어셈블리(500)를 통과한 수소는 연료전지스택(510)에 공급될 때 스택수소인풋단(550)을 통하여 공급된다. 연료전지스택 내부에서 전기화학적 반응을 일으켜 직류전원뿐만 아니라 물(H20)도 생산한다. 물은 주기적으로 연료전지스택(510) 외부로 배출하여 공기 중에 날려 보낸다. 생산된 직류전원은 DC-DC컨버터 및 DC-AC인버터를 통하여 외부에 공급하는 교류전원이 된다. The structure of the fuel cell stack assembly 500 of the present invention will be described. In FIG. 6, the fuel cell stack assembly 500 is initially centered on the fuel cell stack 510. The fuel cell stack 510 is a stack of a plurality of fuel cells using a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) method. And supplies hydrogen to the fuel cell stack 510 to produce a power source. The hydrogen that has passed through the filter assembly 500 is supplied through the stacked hydrogen input stage 550 when supplied to the fuel cell stack 510. It produces an electrochemical reaction inside the fuel cell stack to produce water (H 2 0) as well as DC power. Water is periodically discharged to the outside of the fuel cell stack 510 and blown out in the air. The produced DC power is AC power supplied to the outside through DC-DC converter and DC-AC inverter.

본 발명 연료전지스택어셈블리(500)에는 펌프(530)가 장착되어 있다. 펌프(530)는 수소카트리지유니트(300)의 워터카트리지(310)에 수납된 물을 흡입하여 수소생성카트리지유니트(300)의 수소반응카트리지(320)에 물을 공급하는 목적으로 사용된다. 바람직하게는, 펌프(530)는 연료전지스택(510)과 하나의 유니트로 장착되어 있다. 하지만 펌프(530)를 수소생성카트리지유니트(300) 내부에 장착할 수도 있다. 펌프(530)가 가동되어 물을 수소반응카트리지(320)에 공급하면 수소반응카트리지(320)의 수소연료바스켓(340)에 수납되어 있는 수소를 함침한 분말 혹은 칩형태의 마그네슘금속에 물이 공급된다. 이 수소가 함침된 마그네슘 금속은 수소화마그네슘(MgH2)으로서 물이 공급되면 대량의 수소가 발생한다. A pump 530 is mounted on the fuel cell stack assembly 500 of the present invention. The pump 530 is used for sucking water contained in the water cartridge 310 of the hydrogen cartridge unit 300 and supplying water to the hydrogen reaction cartridge 320 of the hydrogen generation cartridge unit 300. Preferably, the pump 530 is mounted with the fuel cell stack 510 as one unit. However, the pump 530 may be mounted inside the hydrogen generating cartridge unit 300. When the pump 530 is operated to supply water to the hydrogen reaction cartridge 320, water is supplied to the powdered or chip-shaped magnesium metal impregnated in the hydrogen fuel basket 340 of the hydrogen reaction cartridge 320 do. The magnesium metal impregnated with hydrogen is magnesium hydride (MgH2), and when water is supplied, a large amount of hydrogen is generated.

본 발명 연료전지스택(510)의 인풋단에는 수소레귤레이터(560)가 장착되어 있다. (도 7b 참조). 이 수소레귤레이터(560)의 수소저장케이스 내부 압력은 0.3에서 1.3 바 정도의 일정한 압력이 되도록 제어부가 펌프(530)를 제어하며, 레귤레이터에서 스택(510)으로 공급되는 수소의 압력은 0.6바 정도의 일정한 압력으로 공급한다. 한편, 연료전지스택어셈블리(500)의 연료전지스택(510)의 상부에는 본 발명 비상발전기의 전체를 제어하는 콘트롤보드(600)가 위치한다.A hydrogen regulator 560 is mounted at the input end of the fuel cell stack 510 of the present invention. (See FIG. 7B). The control unit controls the pump 530 such that the pressure inside the hydrogen storage case of the hydrogen regulator 560 becomes a constant pressure of about 0.3 to 1.3 bar and the pressure of hydrogen supplied from the regulator to the stack 510 is about 0.6 bar It is supplied at constant pressure. On the other hand, on the upper part of the fuel cell stack 510 of the fuel cell stack assembly 500, a control board 600 for controlling the entire emergency generator of the present invention is located.

도 6은 본 발명에 따른 포터블 수소발전기에 장착된 주요 회로부품의 장착을 나타낸 상태도이다. 본 발명 수소발전기를 제어하는 콘트롤보드(600)는 연료전지스택어셈블리(500)의 상부에 조립되어 있다. 따라서, 뚜껑(50)을 열고 탑커버(210)를 분리하면 사용자 혹은 제품 수리자가 쉽게 콘트롤보드에 액세스 할 수 있다. DC-DC컨버터(610)는 연료전지스택어셈블리(500)와 본체하우징(200) 사이의 측면 벽에 세워진 상태로 조립한다. DC-AC인버터(620)는 필터어셈블리(400)가 장착되기 전에 본체하우징(200)의 하부에 장착된다. 본체하우징(200)의 측벽에는 출력포트하우징(630)이 장착되며, 출력포트하우징(630)에는 디스플레이보드(640)및 AC전원이 출력되는 출력포트(10), 밧데리를 충전하기 위한 DC전원입력포트(20) 및 전원스위치(30)가 조립된다. 본 발명 비상발전기의 콘트롤보드, DC-DC컨버터, DC-AC인버터의 위치는 비상 발전기 본체내부에 다양한 위치에 위치 할 수 있다.6 is a state diagram showing the mounting of main circuit components mounted on the portable hydrogen generator according to the present invention. The control board 600 for controlling the hydrogen generator of the present invention is assembled on top of the fuel cell stack assembly 500. Therefore, when the lid 50 is opened and the top cover 210 is detached, a user or a product repairer can easily access the control board. The DC-DC converter 610 is assembled in a standing state on a side wall between the fuel cell stack assembly 500 and the main body housing 200. The DC-AC inverter 620 is mounted at the bottom of the main body housing 200 before the filter assembly 400 is mounted. An output port housing 630 is mounted on a side wall of the main body housing 200. An output port 10 for outputting AC power and a display board 640 are connected to the output port housing 630. A DC power input The port 20 and the power switch 30 are assembled. The position of the control board, the DC-DC converter, and the DC-AC inverter of the emergency generator of the present invention may be located at various positions within the main body of the emergency generator.

도 7a 내지 도 7b를 사용하여 본 발명 수소발전기의 동작을 설명한다. The operation of the hydrogen generator of the present invention will be described with reference to Figs. 7A to 7B.

도 7a은 본 발명에 따른 포터블 수소발전기의 전원 생산 과정 중 연료전지스택 이전까지의 동작을 설명하기 위한 기능블록도이다. 도 7a 및 도 7b는 본 발명 수소발전기의 동작을 이해하기 쉽게 구성한 블록도로서, 도 1 내지 도 6의 구조와 서로 일치한다. 동일한 부호는 동일한 구성을 표시한다. 수소생성카트리지유니트(300)는 워터카트리지(310)와 수소반응카트리지(320)로 구성된다. 수소반응카트리지(320) 내부에는 수소연료바스켓(340)과 수소연료필터두껑(330)를 갖는다. 수소연료바스켓(340)에는 수소를 함침한 분말 혹은 침형태의 금속이 연료로서 사용된다. 금속으로서는 바람직하게는 마그네슘(Mg)을 사용하고 수소를 함침한 수소화마그네슘(MgH2) 분말 혹은 칩은 수소연료바스켓(340)에 주입되어 있다. FIG. 7A is a functional block diagram for explaining the operation of the portable hydrogen generator according to the present invention until the fuel cell stack is being produced. FIG. FIGS. 7A and 7B are block diagrams of the hydrogen generator of the present invention. FIG. The same reference numerals denote the same components. The hydrogen generation cartridge unit 300 is composed of a water cartridge 310 and a hydrogen reaction cartridge 320. Inside the hydrogen reaction cartridge 320, a hydrogen fuel basket 340 and a hydrogen fuel filter lid 330 are provided. A hydrogen-impregnated powder or a needle-shaped metal is used as the fuel in the hydrogen fuel basket 340. As the metal, magnesium hydride (MgH 2 ), preferably magnesium hydride (Mg) The powder or chip is injected into the hydrogen fuel basket 340.

연료전지스택어셈블리(500)에 설치된 펌프(530)는 수소발생 드라이브유닛이다. 즉, 제어부의 명령으로 펌프(530)가 동작하면, 워터카트리지(310)에 저장된 워터(311)는 워터튜브아웃풋(542)를 통하여 펌프(530)로 흡입된다. 흡입된 물은 워터튜브인풋(541)를 통하여 수소반응카트리지(320) 내부로 흘러 들어온다. 수소반응카트리지(320)의 내부에 있는 수소연료바스켓(340)에는 수소가 함침된 마그네슘 금속분말 혹은 작은 칩 형태의 수소연료가 장착되어 있다. 이 수소연료와 물이 반응하면 수소가 발생한다. 또한 여분의 물은 수소반응카트리지 내부에 고이게 된다. 발생된 수소는 수소반응카트리지(320)에서 워터카트리지(310)로 이동한다. 이때 두 카트리지(320, 310) 사이를 연결하는 수소복귀튜브(372)를 통하여 수소가 이동한다. 워터카트리지(310)로 이동한 수소는 워카트리지(310)에 저장된 물속으로 들어가게 함으로써 비중이 가벼운 수소는 수면 위로 올라와서 워터카트리지(310) 내부에 수납된다. 물속으로 수소가 리턴하도록 하는 것은 불순물을 걸러주는 목적이다. 또한 수소의 온도를 낮추는 목적도 있다. 워터카트리지(310)의 내부에는 수소가 저장되며 이 저장된 수소는 수소튜브아웃(453)을 통하여 워터카트리지(310) 외부로 배출된다. 배출된 수소는 수소튜브아웃(543)과 연결된 호스필터입력단(453)을 통하여 필터어셈블리(400)로 이동한다.The pump 530 installed in the fuel cell stack assembly 500 is a hydrogen generating drive unit. That is, when the pump 530 is operated by the command of the control unit, the water 311 stored in the water cartridge 310 is sucked into the pump 530 through the water tube output 542. The sucked water flows into the hydrogen reaction cartridge 320 through the water tube input 541. The hydrogen fuel basket 340 inside the hydrogen reaction cartridge 320 is loaded with hydrogen-impregnated magnesium metal powder or small-chip hydrogen fuel. When this hydrogen fuel and water react, hydrogen is generated. The excess water also becomes lodged inside the hydrogen reaction cartridge. The generated hydrogen moves from the hydrogen reaction cartridge 320 to the water cartridge 310. At this time, hydrogen moves through the hydrogen return tube 372 connecting the two cartridges 320 and 310. The hydrogen that has moved to the water cartridge 310 is allowed to enter the water stored in the washer cartridge 310, so that the hydrogen having a small specific gravity rises above the water surface and is accommodated in the water cartridge 310. Having hydrogen return to the water is the purpose of filtering the impurities. It also has the purpose of lowering the temperature of hydrogen. Hydrogen is stored in the water cartridge 310 and the stored hydrogen is discharged to the outside of the water cartridge 310 through the hydrogen tube out 453. [ The discharged hydrogen moves to the filter assembly 400 through the hose filter input 453 connected to the hydrogen tube out 543.

필터어셈블리(400)로 유입된 수소는 필터프레임(410)에 조립된 활성탄필터(420)와 멤브레인필터(430)를 순차적으로 통과하여 불순물을 제거한다. 불순물이 제거된 수소는 솔레노이드밸브(440) 및 안전밸브(450)를 통과한 다음 연료전지스택(510)의 입력단인 수소레귤레이터(560)의 호스스택입력단(550)에 입력된다. 수소레귤레이터(560)는 압력센서(580)을 이용하여 0.6바 정도의 일정한 압력의 수소가 연료전지스택(510)에 공급되도록 한다. Hydrogen introduced into the filter assembly 400 sequentially passes through the activated carbon filter 420 and the membrane filter 430 assembled in the filter frame 410 to remove impurities. The hydrogen from which the impurities have been removed passes through the solenoid valve 440 and the safety valve 450 and then is input to the hose stack input terminal 550 of the hydrogen regulator 560 which is the input of the fuel cell stack 510. The hydrogen regulator 560 uses the pressure sensor 580 to supply hydrogen of a constant pressure of about 0.6 bar to the fuel cell stack 510.

수소레귤레이터(560)를 통과한 수소는 연료전지스택(510)에서 전기를 생산한다. 연료전지스택(510)은 앞에서 설명한 바와 같은, 수소이온을 투과 시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)로서 DC전원과 물을 생산한다. 정기적으로 연료전지스택 내부에 생산된 물은 연료전지수소배출밸브(560)를 동작시켜 외부로 배출한다. 통상 연료전지스택(510)은 약 섭씨 100도 미만의 열을 발생시키므로 연료전지스택(510)에 부착된 팬(520)을 동작시켜 열을 배출하여야 한다. 팬(520)의 동작은 연료전지스택(510)에 부착된 연료전지온도센서(570)의 온도검지에 의하여 콘트롤IC(601)에 의하여 제어된다.The hydrogen that has passed through the hydrogen regulator 560 produces electricity in the fuel cell stack 510. The fuel cell stack 510 is a PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) using a polymer membrane capable of transmitting hydrogen ions as an electrolyte, as described above, and produces DC power and water. Water produced in the fuel cell stack periodically operates the fuel cell hydrogen discharge valve 560 and discharges it to the outside. Generally, the fuel cell stack 510 generates heat of less than about 100 degrees Celsius, so that the fan 520 attached to the fuel cell stack 510 must be operated to discharge heat. The operation of the fan 520 is controlled by the control IC 601 by the temperature detection of the fuel cell temperature sensor 570 attached to the fuel cell stack 510.

도면 7b를 이용하여 본 발명 수소발전기의 제어부 및 전원생산 동작을 설명한다. 연료전지스택(510)은 DC 전원출력부로서 (+)전원출력부(511) 및 (-)전원출력부(512)를 가진다. (+)전원출력부(511)는 스택스위치(590)을 통과하여 DC-DC컨버터의 (+)전원에 입력된다. (-)전원출력부(512)는 전류감지 저항을 통하여 DC-DC컨버터(610)의 (-)전원에 입력된다. DC-DC컨버터(610)는 연료전지스택으로부터 받는 불안정한 직류전원을 일정한 전압이 되도록 제어한다. 통상 DC-DC컨버터의 출력전압은 일정한 레벨의 10V~20V 전압이 이상적이다. DC-DC컨버터(610)에서 출력되는 직류전원은 DC-AC인버터(620)에서 교류 전원으로 전환한다. 통상 국가별로 상이하나, 상용 교류전원은 미국이나 일본과 같은 100-115V 50/60Hz 혹은 대한민국과 같은 220V 60HZ의 교류전원을 사용한다. 변환된 교류전원은 출력포트(10)을 통하여 부하로 사용된다. 본 발명 바람직한 실시 예에서는 DC-AC인버트를 사용하여 상용 교류전원을 출력하였으나, 포터블 비상발전기의 사양에 따라 직류전원을 출력 할 수도 있다. 이런 경우에는 DC-AC인버터 없이 바로 직류전원을 출력하면 된다.7B, the control unit and power supply production operation of the hydrogen generator of the present invention will be described. The fuel cell stack 510 has a (+) power source output unit 511 and a (-) power source output unit 512 as a DC power source output unit. (+) Power source output section 511 passes through the stack switch 590 and is input to the (+) power source of the DC-DC converter. (-) power supply output unit 512 is input to the negative (-) power supply of the DC-DC converter 610 through the current sense resistor. The DC-DC converter 610 controls the unstable DC power received from the fuel cell stack to a constant voltage. The output voltage of a DC-DC converter is usually a constant level of 10V to 20V. The DC power outputted from the DC-DC converter 610 is switched from the DC-AC inverter 620 to the AC power. Typically, the AC power source is 100-115V 50 / 60Hz such as USA or Japan or 220V 60HZ AC power such as Korea. The converted AC power is used as a load through the output port 10. In the preferred embodiment of the present invention, the commercial AC power is output using the DC-AC inverter, but the DC power may be output according to the specification of the portable emergency generator. In this case, it is necessary to output DC power directly without a DC-AC inverter.

본 발명 수소발전기는 비상시에 사용하는 발전기이므로 상용교류전원이 셧다운 되고, 발전기 내부의 밧데리가 방전된 경우에도 사용할 수 있도록, DC전원입력포트(20)를 가져 외부의 DC전원으로 초기 기동이 가능하도록 설계한다. 또한, 내부 밧데리를 충전하는 충전회로를 내장한다.Since the hydrogen generator according to the present invention is a generator used in an emergency, the AC power source is shut down and the DC power input port 20 is used to allow the DC generator 20 to be started when the battery in the generator is discharged. Design. It also incorporates a charging circuit that charges the internal battery.

제어부의 콘트롤IC(601)는 아날로그인풋 포트들인 AI(602), 아날로그출력포트들인 AO(603), 디지털 인풋 포트들인 DI(604), 디지털 출력포트들인 DO(605)를 가진다. 이와 같은 AI, AO, DI, DO 포트들을 이용하여 펌프(530), 팬(520), 연료전지수소배출밸브(560) 등을 제어한다. 팬드라이버(656) 및 펌프드라이버(657)는 콘트롤IC(601)의 아날로그아웃풋 AO(603)에 연결되어 팬(520) 및 펌프(530)를 제어한다. 외부온도센서(658)은 외기의 온도를 측정하여 콘트롤IC(601)에 전송한다. 콘트롤IC(601)는 연료전지온도센서(570)의 온도와 비교하여 발전기의 온도가 이상 고온이 되지 않도록 적절한 조치를 취한다. 팬(520)을 구동하는 것도 하나의 대책이다. 연료전지스택(510)은 수소를 공급받아 전원과 물을 생산한다. 이때 생긴 물이 스택(510)에 고인다면 문제가 발생할 여지가 크다. 정기적으로 스택(510)에서 생기는 물을 외부로 배출할 필요가 있다. 배출된 물은 소량이므로 팬(520)을 구동할 때 배출하여 공기 중으로 날려 보낸다. 컨트롤IC(601)는 연료전지수소배출밸브드라이버(660)에 제어신호를 출력하여 정기적으로 연료전지수소배출밸브(572)를 열고 닫는 동작으로 물을 배출한다.The control IC 601 of the control unit has an AI 602 as analog input ports, an AO 603 as analog output ports, a DI 604 as digital input ports, and a DO 605 as digital output ports. The pump 530, the fan 520, the fuel cell hydrogen discharge valve 560 and the like are controlled using the AI, AO, DI, and DO ports. The fan driver 656 and the pump driver 657 are connected to the analog output AO 603 of the control IC 601 to control the fan 520 and the pump 530. The external temperature sensor 658 measures the temperature of the outside air and transmits it to the control IC 601. The control IC 601 takes appropriate measures so that the temperature of the generator is not abnormally high compared to the temperature of the fuel cell temperature sensor 570. [ Driving the fan 520 is also a countermeasure. The fuel cell stack 510 receives hydrogen and produces power and water. If the water generated at this time is accumulated on the stack 510, there is a great possibility of causing a problem. It is necessary to periodically discharge the water generated in the stack 510 to the outside. Since the discharged water is small, it is discharged when the fan 520 is driven and blown out into the air. The control IC 601 outputs a control signal to the fuel cell hydrogen discharge valve driver 660 to periodically discharge water by opening and closing the fuel cell hydrogen discharge valve 572. [

직류전원과 교류전원의 안정화 동작에 관하여 설명한다. DC-DC컨버터(610)에 입력되는 전류와 DC-DC컨버터에서 출력되는 전류를 모니터링한다. 제1전류센서(654)는 DC-DC컨버터(610)에 입력되는 전류를 모니터링한다. 제2전류센서(655)는 DC-DC컨버터로부터 출력되는 전류를 모니터링 한다. 이 모니터링 결과는 컨트롤IC(601)의 아날로그인풋 AI(602)로 입력되면 컨트롤IC(601)는 디지털출력신호단인 DO(605)를 통하여 제어신호를 스택스위치(590) 및 DC출력릴레이(663)에 보내어 DC-DC컨버터의 출력전원이 정해진 레벨의 안정적인 전원이 되도록 제어한다. 바람직하게는 직류 10~20V 전원 중 일정한 전원이 출력되도록 제어한다. DC-AC컨버터(620)은 직류전원을 교류전원으로 변환한다.The stabilization operation of the DC power supply and the AC power supply will be described. And monitors the current input to the DC-DC converter 610 and the current output from the DC-DC converter. The first current sensor 654 monitors the current input to the DC-DC converter 610. The second current sensor 655 monitors the current output from the DC-DC converter. When the monitoring result is input to the analog input AI 602 of the control IC 601, the control IC 601 sends a control signal via the digital output signal terminal DO 605 to the stack switch 590 and the DC output relay 663 To control the output power of the DC-DC converter to be a stable power of a predetermined level. Preferably, the DC power is controlled so that a constant power is output from a DC power source of 10 to 20V. The DC-AC converter 620 converts DC power to AC power.

본 발명 수소발전기의 초기 전원입력시의 동작을 설명한다. 전원스위치(30)가 켜지면 Q199가 턴온되어 밧데리(205)의 전원은 5V레귤레이터(651)에 인가되고 콘터롤IC(601)는 기동한다. 만약에 밧데리(205)가 방전되어 충분한 기동 전원이 없다면, DC전원입력포트(20)로 인가되는 DC전원에 의하여 기동한다. DC전원입력포트(20)는 일반적인 AC-DC어댑터를 이용 할 수도 있고, 바람직하게는 비상용으로 사용가능하도록 건전지 여러개를 직렬 혹은 직병렬로 연결하여 사용한다. 바람직하게는 15V 직류전원이 입력되도록 한다. 밧데리(205)가 방전 상태에서 DC전원입력포트(20)에 적절한 DC전원이 입력된다면 5V레귤레이터(651)에 전원이 인가되고 5v레귤레이터는 기동전원을 컨트롤IC(601)에 제공한다. 전원스위치(30)이 눌러지면 수소발전기는 전기를 생산한다.The operation of the hydrogen generator of the present invention at the time of initial power input will be described. When the power switch 30 is turned on, Q199 is turned on so that the power of the battery 205 is applied to the 5V regulator 651 and the controller IC 601 is started. If the battery 205 is discharged and there is not enough starting power, it is started by the DC power applied to the DC power input port 20. The DC power input port 20 may be a general AC-DC adapter or a plurality of dry batteries connected in series or in series so as to be usable for emergency use. Preferably, a 15 V DC power source is input. If the DC power is input to the DC power input port 20 while the battery 205 is in the discharged state, the 5V regulator 651 is powered and the 5v regulator provides the start power to the control IC 601. [ When the power switch 30 is depressed, the hydrogen generator produces electricity.

콘트롤IC(601)의 입력단 GPI1(608)은 시스템리셋 스위치(653)의 입력단이다. 콘트롤IC(601)의 입력단 GPI2(607)는 카트리지교환스위치(652)의 신호를 받는다. 시스템리셋 스위치(654)가 눌러지면 컨트롤IC(601)는 리셋동작을 수행한다. 리셋동작은 일반적인 마이크로프로세스의 리셋동작에 해당하며 발전기 회로 전체를 초기화 한다. 카트리지교환스위치(652)는 사용자가 수소생성카트리지유니트(300)를 교환할 때 누르는 스위치로서 컨트롤IC(601)에 카트리지교환신호를 보낸다. 콘트롤IC(601)는 내부적으로 알고리듬을 수행하고, 즉, 카트리지가 교환될 때까지 연료전지스택의 전기 생산 활동을 정지시키고, 밧데리로부터의 전원으로 DC-AC인버터가 동작하도록 전환한다. 카트리지교환스위치(652)는 세트의 외부 혹은 내부에 위치 할 수 있다. 카트리지가 교환이 완료되면, 한번 더 카트리지 교환 스위치를 눌러 줌으로써 초기화 동작을 수행하여 발전기 생산 활동을 수행한다. The input terminal GPI1 608 of the control IC 601 is the input terminal of the system reset switch 653. The input terminal GPI2 607 of the control IC 601 receives the signal of the cartridge changeover switch 652. [ When the system reset switch 654 is pressed, the control IC 601 performs a reset operation. The reset operation corresponds to a reset operation of a general microprocessor and initializes the entire generator circuit. The cartridge change switch 652 sends a cartridge change signal to the control IC 601 as a switch that is pressed when the user changes the hydrogen generation cartridge unit 300. [ The control IC 601 internally performs the algorithm, i.e., stops the electricity production activity of the fuel cell stack until the cartridge is replaced, and switches the DC-AC inverter to operate with the power from the battery. The cartridge exchange switch 652 may be located outside or inside the set. When the cartridge is completely replaced, the cartridge exchange switch is pressed again to perform the initializing operation to perform the generator production activity.

이상에서 예시적인 실시예를 사용하여 기술적 내용을 설명하였으나, 상술한 실시 예는 본 발명에 따른 하나의 실시 예일 뿐이며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Various modifications and changes will be possible. These various modifications and changes are also within the scope of the technical idea of the present invention and will be included in the claims of the present invention described below.

100 : 포터블 수소발전기
10 : 출력 포트
20 : DC 전원 입력포트
30 : 전원 스위치
40 : 손잡이
50 : 뚜껑
60 : 래치
70 : 멜빵걸이
200 : 본체하우징
201 : 수소카트리지 수용부
202 : 수소발전기 본체 장착부
203 : 연료 전지 스택 수용부
204 : 필터수용부
205 : 밧데리
206 : 밧데리 커버
210 : 탑커버
300 : 수소생성카트리지유니트
310 : 워터 카트리지
311 : 워터
312 : 수소
320 : 수소 반응 카트리지
330 : 연료바스켓 필터뚜껑
340 : 수소연료 바스켓
350 : 워터 카트리지 캡
360 : 수소반응 카트리지 캡
370 : 도관 케이스
372 : 수소복귀튜브
380 : 수소워터 리셉터클
382 : 리셉터클 마개
390 : 수소카트리지 손잡이
400 : 필터어셈블리
410 : 필터 프레임
420 : 활성탄 필터
430 : 멤브레인 필터
440 : 솔레노이드
450 : 안전밸브
451 : 제1 연결호스
452 : 제2 연결호스
453 : 호스 필터입력단
454 : 호스 필터출력단
500 : 연료전지스택 어셉블리
510 : 연료전지스택
511 : (+) 전원단자스택
512 : (-) 전원단자스택
520 : 팬
530 : 펌프, 수소발생 드라이브 유닛
540 : 수소워터커넥터
541 : 워터튜브인풋
542 : 워터튜브아웃풋
543 : 수소튜브아웃
550 : 호스스택입력단
560 : 수소레귤레이터
570 : 연료전지온도센서
572 : 연료전지수소배출밸브
580 : 압력센서레귤레이터
590 : 스택스위치
600 : 컨트롤 보드
601 : 컨트롤 IC
602 : 아날로그 인풋(AI)
603 : 아날로그 아웃풋(AO)
604 : 디지털 인풋(DI)
605 : 디지털 아웃풋(DO)
606 : 전원단자(VDD)
607 : GPI2
608 : GPI1
610 : DC-DC 컨버터
620 : DC-AC 컨버터
630 : 출력포트 하우징
640 : 디스플레이 보드
651 : 5V 레귤레이터
652 : 카트리지 교환 스위치
653 : 시스템 리셋 스위치
654 : 전류센서 1
655 : 전류센서 2
656 : 팬 드라이버
657 : 펌프 드라이버
658 : 외부온도센서
659 : 압력센서 드라이버
660 : 연료전지 밸브 드라이버
662 : Q19
663 : DC 출력 릴레이100: Portable hydrogen generator
10: Output port
20: DC power input port
30: Power switch
40: Handle
50: Lid
60: latch
70: Suspenders
200: Body housing
201: hydrogen cartridge receiving portion
202: hydrogen generator main body mounting portion
203: fuel cell stack accommodating portion
204:
205: Battery
206: Battery cover
210: Top cover
300: hydrogen generation cartridge unit
310: Water cartridge
311: Water
312: hydrogen
320: hydrogen reaction cartridge
330: Fuel basket filter lid
340: hydrogen fuel basket
350: Water cartridge cap
360: Hydrogen reaction cartridge cap
370: conduit case
372: hydrogen return tube
380: Hydrogen water receptacle
382: Receptacle plug
390: hydrogen cartridge handle
400: filter assembly
410: Filter frame
420: activated carbon filter
430: Membrane filter
440: Solenoid
450: Safety valve
451: First connection hose
452: Second connection hose
453: Hose filter input
454: Hose filter output stage
500: Fuel cell stack,
510: Fuel cell stack
511: (+) Power terminal stack
512: (-) Power terminal stack
520: Fans
530: pump, hydrogen generating drive unit
540: Hydrogen water connector
541: Water tube input
542: Water tube output
543: hydrogen tube out
550: Hose Stack Input
560: Hydrogen Regulator
570: Fuel cell temperature sensor
572: Fuel cell hydrogen discharge valve
580: Pressure sensor regulator
590: Stack switch
600: Control board
601: Control ICs
602: Analog Input (AI)
603: Analog output (AO)
604: Digital Input (DI)
605: Digital output (DO)
606: Power supply terminal (VDD)
607: GPI2
608: GPI1
610: DC-DC Converter
620: DC-AC Converter
630: Output port housing
640: Display board
651: 5V regulator
652: cartridge exchange switch
653: System reset switch
654: current sensor 1
655: current sensor 2
656: Fan driver
657: Pump driver
658: External temperature sensor
659: Pressure sensor driver
660: Fuel cell valve driver
662: Q19
663: DC output relay

Claims (9)

포터블 수소발전기에 있어서,
카트리지수용부와 스택수용부를 갖는 본체하우징;
상기 카트리지수용부에 착탈가능하게 수용되며, 물과 반응하여 수소를 발생시키는 수소함침금속을 수용한 수소반응카트리지와, 물을 저장하는 워터카트리지를 갖는 수소생성카트리지유니트;
상기 워터카트리지 내의 물을 상기 수소반응카트리지 내부로 공급하도록 펌핑하는 펌프; 및
상기 스택수용부에 수용되어 상기 수소생성카트리지유니트로부터의 수소를 공급받아 전기를 발생하는 연료전지스택으로 구성된 것을 특징으로 하는 포터블 수소발전기.In a portable hydrogen generator,
A main body housing having a cartridge accommodating portion and a stack accommodating portion;
A hydrogen generating cartridge unit detachably received in the cartridge accommodating portion and having a hydrogen reaction cartridge accommodating a hydrogen impregnated metal which reacts with water to generate hydrogen, and a water cartridge for storing water;
A pump for pumping water in the water cartridge to supply water into the hydrogen reaction cartridge; And
And a fuel cell stack accommodated in the stack accommodating unit and generating electricity by receiving hydrogen from the hydrogen generating cartridge unit. 제 1항에 있어서,
상기 수소반응카트리지는, 반응공간을 갖는 용기형상의 카트리지본체와, 상기 반응공간 내에 지지되어 상기 수소함침금속을 수용지지하는 연료바스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소발전기.The method according to claim 1,
Wherein the hydrogen reaction cartridge comprises a container body in a container shape having a reaction space and a fuel basket supported in the reaction space to receive and support the hydrogen impregnated metal. 제 1항에 있어서,
상기 수소반응카트리지로부터의 수소를 인출하여 상기 워터카트리지 내부의 물속으로 안내하는 수소복귀튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소발전기.The method according to claim 1,
Further comprising a hydrogen return tube for taking out hydrogen from the hydrogen reaction cartridge and guiding the hydrogen from the hydrogen reaction cartridge into water inside the water cartridge. 제 1항에 있어서,
상기 수소반응카트리지는 반응공간과 캡개구를 갖는 반응카트리지본체와, 상기 캡개구를 개폐가능하게 결합되며 물공급공과 수소인출공을 가지는 반응카트리지캡을 가지며,
상기 워터카트리지는 물수용공간과 캡개구를 갖는 워터카트리지본체와, 상기 캡개구를 개폐하며 물배출공과 수소공급공을 갖는 워터카트리지캡을 가지는 것을 특징으로 하는 포터블 비상 발전기.The method according to claim 1,
Wherein the hydrogen reaction cartridge has a reaction cartridge main body having a reaction space and a cap opening, and a reaction cartridge cap having a water supply hole and a hydrogen discharge hole,
Wherein the water cartridge has a water cartridge main body having a water receiving space and a cap opening, and a water cartridge cap having a water discharge hole and a hydrogen supply hole for opening and closing the cap opening. 제 4항에 있어서,
상기 수소생성카트리지유니트에 마련되어 상기 물배출공, 상기 수소인출공 및 상기 물공급공과 연통되는 연통구들을 갖는 수소워터리셉터클과,
상기 연통구들과 각각 대응하는 접속구들을 가지고 수소워터리셉터클과 맞물려 상기 물배출공으로부터의 물을 상기 펌프에 전달하고 상기 펌프로부터의 물을 상기 물공급공으로 전달하며 상기 수소인출공으로부터 수소를 상기 스택에 전달하는 수소워터커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소발전기.5. The method of claim 4,
A hydrogen water receptacle provided in the hydrogen generation cartridge unit and having communication ports communicating with the water discharge hole, the hydrogen discharge hole and the water supply hole;
And a water outlet communicating water from the water discharge hole to the pump and delivering water from the pump to the water supply hole, wherein hydrogen is supplied from the hydrogen discharge hole to the stack, Wherein the hydrogen generator further comprises: 제 1항에 있어서,
상기 연료전지스택의 상부를 덮는 스택커버부와, 상기 카트리지수용부 내에 수용되어 상기 수소생성카트리지유니트를 지지하는 카트리지지지부를 갖는 탑커버부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소발전기.The method according to claim 1,
And a top cover member having a stack cover portion covering an upper portion of the fuel cell stack and a cartridge support portion received in the cartridge accommodating portion and supporting the hydrogen generation cartridge unit. 제 1항에 있어서,
상기 수소생성카트리지유니트로부터 배출되는 수소로부터 불순물을 필터링하여 상기 연료전지스택에 제공하는 필터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소발전기.The method according to claim 1,
And a filtering unit for filtering the impurities from the hydrogen discharged from the hydrogen generating cartridge unit and providing the filtered impurities to the fuel cell stack. 제 1항에 있어서,
충전식 배터리와,
외부전원접속부와,
전원출력부와,
상기 외부전원접속부와 상기 스택 중 어느 하나로부터의 전기를 상기 충전식 배터리에 충전하는 충전부와,
상기 외부전원접속부를 통해 공급된 외부전원, 상기 스택에서 생성된 전기 및 상기 배터리로부터의 전기 중 적어도 어느 하나를 변환하는 전원변환부와,
상기 충전부와 상기 전원변환부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소발전기.The method according to claim 1,
With a rechargeable battery,
An external power connection,
A power output unit,
A charger for charging the rechargeable battery with electricity from any one of the external power connection portion and the stack;
A power conversion unit converting at least one of an external power supplied through the external power connection unit, electricity generated in the stack, and electricity from the battery,
Further comprising a controller for controlling the charging unit and the power conversion unit. 수소생성카트리지유니트에 있어서,
물과 반응하여 수소를 발생시키는 수소함침금속을 수용한 수소반응카트리지;
상기 수소반응카트리지와 일체로 결합되며 물을 저장하는 워터카트리지; 및
상기 수소반응카트리지 내부에 수용된 수소함침 금속과 반응하여 수소를 발생시키도록 상기 워터카트리지 내의 물을 펌핑하여 상기 수소반응카트리지 내부로 공급하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소생성카트리지유트.
In the hydrogen generation cartridge unit,
A hydrogen reaction cartridge containing a hydrogen-impregnated metal which reacts with water to generate hydrogen;
A water cartridge integrally coupled to the hydrogen reaction cartridge and storing water; And
And a pump for pumping water in the water cartridge to supply hydrogen into the hydrogen reaction cartridge so as to generate hydrogen by reacting with the hydrogen impregnated metal contained in the hydrogen reaction cartridge.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102140111B1 (en) 2019-11-11 2020-08-06 이나연 Power generaton system using hydrogen production
KR20220084670A (en) * 2020-12-14 2022-06-21 재단법인대구경북과학기술원 Hydrogen generating system
KR102589597B1 (en) * 2023-07-07 2023-10-13 서영원 Fuel cell converter using seawater

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