KR20230024142A - 연료전지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 반응기체를 공급하는 공급유로; 공급유로의 출구단에서 분기되며, 반응기체를 제1연료전지 스택으로 안내하는 제1분기유로; 제1분기유로와 연통되게 공급라인의 출구단에서 분기되며, 반응기체를 제2연료전지 스택으로 안내하는 제2분기유로; 및 제1분기유로와 제2분기유로의 경계 영역에 마련되며, 제1분기유로 및 제2분기유로의 입구 면적을 선택적으로 가변시키는 입구 면적 가변부;를 포함하는 것에 의하여, 응축수의 배출 효율을 높이고, 성능 및 작동 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 응축수의 배출 효율을 높이고, 성능 및 작동 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 시스템에 관한 것이다.

연료전지 스택은, 연료(예를 들어, 수소)의 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하는 일종의 발전 장치로서, 수십 또는 수백 개의 연료전지 셀(단위 셀)을 직렬로 적층하여 구성될 수 있다.

연료전지 셀은, 수소 양이온을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막과 수소와 산소가 반응할 수 있도록 전해질막의 양쪽면에 마련된 전극(촉매전극층)이 결합된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 막전극접합체의 양면에 밀착되어 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 및 기체확산층에 밀착되며 유로를 형성하는 분리판(Bipolar plate)을 포함할 수 있다.

또한, 연료전지 스택을 구성하는 복수개의 연료전지 셀의 양 끝단에는 밴드(스트랩)를 매개로 연결되는 한 쌍의 엔드플레이트(end plate)가 마련되고, 엔드플레이트에 의해 각 연료전지 셀은 면압을 유지하도록 지지(마찰 접촉 상태를 유지)될 수 있다.

한편, 액적을 포함하는 반응기체(예를 들어, 수소)가 연료전지 스택에 지속적으로 공급되면, 연료전지 스택의 내부에 플러딩(flooding) 현상이 발생하여 연료전지 스택의 성능 및 작동 효율이 저하되고, 동절기에는 연료전지 스택의 내부에 공급된 응축수가 응결되는 문제점이 있다.

따라서, 플러딩 현상을 방지하고 연료전지 스택의 성능을 안정화시키기 위해서는 연료전지 스택의 내부에 발생된 응축수(예를 들어, 분리판의 채널과 기체확산층의 사이에서 발생된 응축수)를 효과적으로 배출할 수 있어야 한다.

기존에는 연료전지 스택의 내부에 발생한 응축수를 제거하기 위하여, 연료전지 스택으로 공급되는 반응기체의 공급 유량을 높이는 방안이 제안된 바 있다.

그러나, 기존에는 반응기체의 공급 유량을 높이기 위한 별도의 블로워(또는 펌프)나 이젝터를 장착해야 함에 따라, 구조 및 제작 공정이 복잡하고 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.

특히, 기존에는 블로워를 장착하기 위한 별도의 공간이 마련되어야 함에 따라, 공간활용성 및 설계자유도가 저하되는 문제점이 있으며, 블로워의 작동에 의한 전력소모가 발생하는 문제점이 있다.

이에 따라, 최근에는 응축수의 배출 성능을 보장하면서 구조 및 제작 공정을 간소화하고 원가를 절감하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 실시예는 응축수의 배출 효율을 높이고, 성능 및 작동 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명의 실시예는 응축수를 배출하기 위한 별도의 블로워를 마련하지 않고도 응축수를 효과적으로 배출시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택 내 플러딩 현상을 억제하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 실시예는 구조를 간소화하고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 실시예는 원가를 절감하고 전력소모를 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 반응기체를 공급하는 공급유로; 공급유로의 출구단에서 분기되며, 반응기체를 제1연료전지 스택으로 안내하는 제1분기유로; 제1분기유로와 연통되게 공급라인의 출구단에서 분기되며, 반응기체를 제2연료전지 스택으로 안내하는 제2분기유로; 및 제1분기유로와 제2분기유로의 경계 영역에 마련되며, 제1분기유로 및 제2분기유로의 입구 면적을 선택적으로 가변시키는 입구 면적 가변부;를 포함한다.

이는, 연료전지 스택 내 응축수의 배출 효율을 높이고, 성능 및 작동 효율을 향상시키기 위함이다.

플러딩 현상을 방지하고 연료전지 스택의 성능을 안정화시키기 위해서는 연료전지 스택의 내부에 발생된 응축수(예를 들어, 분리판의 채널과 기체확산층의 사이에서 발생된 응축수)를 효과적으로 배출할 수 있어야 한다.

기존에는 연료전지 스택의 내부에 발생한 응축수를 제거하기 위하여, 연료전지 스택으로 공급되는 반응기체의 공급 유량을 높일 수 있도록, 별도의 블로워(또는 펌프)나 이젝터를 장착해야 함에 따라, 구조 및 제작 공정이 복잡하고 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다. 특히, 기존에는 블로워를 장착하기 위한 별도의 공간이 마련되어야 함에 따라, 공간활용성 및 설계자유도가 저하되는 문제점이 있으며, 블로워의 작동에 의한 전력소모가 발생하는 문제점이 있다.

하지만, 본 발명의 실시예는, 공급유로를 따라 공급되는 반응기체(예를 들어, 수소)가 제1분기유로 및 제2분기유로로 분기될 시, 입구 면적 가변부에 의해 제1분기유로 및 제2분기유로의 입구 면적이 가변되도록 하는 것에 의하여, 제1분기유로 및 제2분기유로에 공급되는 반응기체의 공급 유량을 가변시킬 수 있으므로, 연료전지 스택의 내의 응축수를 효과적으로 배출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

무엇보다도, 본 발명의 실시예는 제1분기유로 및 제2분기유로의 입구 면적을 가변시키는 것에 의하여, 제1분기유로 및 제2분기유로에 공급되는 반응기체의 최대 공급 유량을 증가시킬 수 있으므로, 반응기체의 화학적 양론비(SR: Stoichiometry Ratio)를 높이는 것과 같은 효과를 발생시킬 수 있다.

이는, 반응기체의 화학적 양론비(SR)가 높을수록 반응기체의 재순환 성능이 높아져 반응기체의 총 공급량이 증가하고, 응축수의 배출 성능이 향상된다는 것에 기인한 것으로, 본 발명의 실시예는, 제1분기유로 및 제2분기유로의 입구 면적을 가변시켜 제1연료전지 스택 및 제2연료전지 스택으로 공급되는 반응기체의 공급 유량(최대 공급 유량)을 일시적(주기적)으로 증가시키는 것에 의하여, 반응기체의 화학적 양론비(SR)를 높이는 것과 같은 효과를 발생시킬 수 있으므로, 별도의 블로워를 마련하지 않고도, 응축수의 배출 효율을 높이고, 성능 및 작동 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

참고로, 본 발명의 실시예에서, 화학적 양론비(SR)라 함은, 반응기체의 총 공급량(예를 들어, 수소 공급량+재순환 수소량)을 반응기체의 소모량(목표 수소 공급량)으로 나눈 값(실제 공급하는 수소량을 이론적으로 필요한 수소량으로 나눈 값)으로 정의된다.

입구 면적 가변부는 제1분기유로 및 제2분기유로의 입구 면적을 선택적으로 가변시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.

보다 구체적으로, 입구 면적 가변부는 제1분기유로의 제1입구 면적 및 제2분기유로의 제2입구 면적을 선택적으로 증감(증가 및 감소)시키도록 제공되되, 입구 면적 가변부가 제1입구 면적을 증감시킴에 대응하여 제1분기유로에 공급되는 반응기체의 제1공급유량이 가변될 수 있고, 입구 면적 가변부가 제2분기유로의 제2입구 면적을 증감시킴에 대응하여 제2분기유로에 공급되는 반응기체의 제2공급유량이 가변될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 입구 면적 가변부는 제1입구 면적 및 제2입구 면적이 서로 연계되어 증감하도록 마련된다.

일 예로, 입구 면적 가변부에 의해, 제1입구 면적이 증가함에 대응하여 제2입구 면적은 감소할 수 있고, 제1입구 면적이 감소함에 대응하여 제2입구 면적은 증가할 수 있다.

이와 같이, 제1입구 면적 및 제2입구 면적이 서로 연계되어 증감되도록 하는 것에 의하여, 단 하나의 입구 면적 가변부를 이용하여 제1입구 면적 및 제2입구 면적을 동시에 가변시키는 것이 가능하므로, 입구 면적 가변부의 구조를 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

입구 면적 가변부는 제1입구 면적 및 제2입구 면적을 동시에 증감시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.

일 예로, 입구 면적 가변부는, 경계 영역에 정의되는 중심선에 회전 가능하게 마련되는 샤프트부; 샤프트부에 연결되며 중심선을 기준으로 제1영역에서 반응기체가 접촉하는 제1접촉면을 정의하는 제1블레이드부, 및 샤프트부에 연결되며 중심선을 기준으로 제2영역에서 반응기체가 접촉하는 제2접촉면을 정의하는 제2블레이드부를 포함하며, 샤프트부를 중심으로 회전 가능하게 마련되는 회전부재; 및 샤프트부에 마련되며, 제1블레이드부 및 제2블레이드부가 중심선을 기준으로 평형을 이루는 위치로 이동하도록 회전부재에 하중을 부여하는 평형추;를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 경계 영역의 벽면을 형성하는 경계벽에 마련되는 거치부를 포함할 수 있고, 샤프트부는 거치부에 회전 가능하게 지지될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1접촉면 및 제2접촉면은 직선 형태, 곡선 형태, 직선과 곡선을 조합한 형태 중 어느 하나로 정의될 수 있다.

바람직하게, 제1접촉면 및 제2접촉면은 중심선을 기준으로 대칭되게 정의될 수 있다.

이와 같이, 중심선을 기준으로 제1접촉면 및 제2접촉면을 대칭적으로 형성하는 것에 의하여, 회전부재의 시계 방향 회전시와 반시계 방향 회전시, 회전부재의 회전 주기 및 회전 속도(시계 방향 회전 속도 및 반시계 방향 회전 속도)를 균일하게 형성하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은 평형추가 슬라이딩 결합 가능하게 샤프트부에 마련되는 슬라이딩 결합부를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 평형추는 샤프트부의 축 방향을 따라 일부 구간에 부분적으로 마련될 수 있다. 다르게는, 샤프트부의 축 방향을 따라 전체 구간에 연속적으로 평형추를 마련하는 것도 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 일단은 제1블레이드부에 연결되고 다른 일단은 제2블레이드부에 연결되는 연결부재를 포함할 수 있다.

이와 같이, 연결부재를 매개로 제1블레이드부와 제2블레이드부를 연결하는 것에 의하여, 회전부재의 구조적 강성을 보장하고, 회전부재의 왕복 회전 주기를 보다 길게 형성하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

연결부재는 제1블레이드부와 제2블레이드부를 연결 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다.

일 예로, 연결부재의 일단 및 다른 일단은, 제1블레이드부 및 제2블레이드부의 최외각 단부로부터 이격되게 연결될 수 있다.

다른 일 예로, 연결부재의 일단은 제1블레이드부에 연결되고 다른 일단은 제2블레이드부에 연결되되, 연결부재의 일단 및 다른 일단은, 제1블레이드부 및 제2블레이드부의 최외각 단부에 연결될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은, 제1블레이드부의 단부에 절곡되게 연장되는 제1연장부, 및 제2블레이드부의 단부에 절곡되게 연장되는 제2연장부를 포함할 수 있다.

이와 같이, 제1연장부 및 제2연장부를 마련하는 것에 의하여, 반응기체가 접촉하는 접촉 면적을 충분하게 보장할 수 있으므로, 회전부재에 작용하는 회전력(시계 방향 회전력 및 반시계 방향 회전력)을 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은 회전부재의 회전 구간을 제한하는 스토퍼부를 포함할 수 있다.

스토퍼부는 회전부재의 회전 구간을 제한할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.

일 예로, 스토퍼부는, 제1분기유로와 제2분기유로의 경계 영역의 벽면을 형성하는 경계벽에 마련되며, 제1블레이드부와 제2블레이드부의 사이에 배치되는 제1스토퍼부재를 포함할 수 있다.

이와 같이, 제1블레이드부와 제2블레이드부의 사이에 제1스토퍼부재를 마련하고, 회전부재가 일정 이상 회전(시계 방향 회전 및 반시계 방향 회전)하면, 제1스토퍼부재가 제1블레이드부 또는 제2블레이드부의 내면에 구속되도록 하는 것에 의하여, 회전부재의 과도한 회전을 억제할 수 있고, 회전부재의 왕복 회전 주기가 일정 이상 길어지는 것을 억제할 수 있다.

바람직하게, 스토퍼부의 내구성을 높이기 위해, 회전부재의 정상 운전 조건(회전부재가 기설정된 정상 회전 범위로 회전하는 조건)에서는 회전부재가 스토퍼부와 접촉(충돌)하지 않고, 회전부재가 기설정된 정상 회전 범위를 벗어날 경우에만, 회전부재가 스토퍼부에 접촉하도록 구성될 수 있다.

다른 일 예로, 스토퍼부는, 공급유로의 벽면에 마련되며, 제1블레이드부와 제2블레이드부의 사이에 배치되는 제2스토퍼부재를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 응축수의 배출 효율을 높이고, 성능 및 작동 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따르면 응축수를 배출하기 위한 별도의 블로워를 마련하지 않고도 반응기체의 공급 유량을 선택적으로 가변시켜 응축수를 효과적으로 배출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 각 출력 구간에 필요한 반응기체의 화학적 양론비(SR)를 용이하게 충족시켜 보다 넓은 출력 구간을 가용 범위로 사용하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 연료전지 스택 내 플러딩 현상을 억제하고, 플러딩 현상에 의한 성능 저하 및 작동 효율 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 구조를 간소화하고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 원가를 절감하고 전력소모를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 입구 면적 가변부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 입구 면적 가변부의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 제1분기유로 및 제2분기유로를 따라 공급되는 반응기체의 유량 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 22는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 입구 면적 가변부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 평형추를 설명하기 위한 도면이다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 스토퍼부를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 26을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(10)(10)은, 반응기체를 공급하는 공급유로(100); 공급유로(100)의 출구단에서 분기되며, 반응기체를 제1연료전지 스택(20)으로 안내하는 제1분기유로(200); 제1분기유로(200)와 연통되게 공급라인의 출구단에서 분기되며, 반응기체를 제2연료전지 스택(30)으로 안내하는 제2분기유로(300); 및 제1분기유로(200)와 제2분기유로(300)의 경계 영역(BZ)에 마련되며, 제1분기유로(200) 및 제2분기유로(300)의 입구 면적을 선택적으로 가변시키는 입구 면적 가변부(400);를 포함한다.

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(10)은, 연료전지 스택(예를 들어, 제1연료전지 스택 및 제2연료전지 스택)을 적용 가능한 다양한 연료전지 차량(예를 들어, 승용차 또는 상용차) 또는 선박, 항공 등의 모빌리티에 적용될 수 있으며, 수소 저장 시스템(10)이 적용되는 피대상체의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(10)을 구성하는 제1연료전지 스택(20) 및 제2연료전지 스택(30)은 수직 방향(상하 방향)을 따라 적층될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 연료전지 시스템(10)이 3개 이상의 연료전지 스택을 포함하는 것도 가능하며, 복수개의 연료전지 스택을 수평 방향 또는 여타 다른 방향을 따라 배열하는 것도 가능하다.

이하에서는, 제2연료전지 스택(30)의 상부에 제1연료전지 스택(20)이 적층된 예를 들어 설명하기로 한다.

제1연료전지 스택(20) 및 제2연료전지 스택(30)은, 연료(예를 들어, 수소)의 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하는 일종의 발전 장치로서, 수십 또는 수백 개의 연료전지 셀(단위 셀)(미도시)을 직렬로 적층하여 구성될 수 있다.

연료전지 셀은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.

일 예로, 연료전지 셀은, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(미도시), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구(미도시), 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)(미도시)을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 연료전지 셀에서 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급된다.

애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.

캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.

또한, 제1연료전지 스택(20) 및 제2연료전지 스택(30)의 각 연료전지 셀에는 수소, 공기 및 냉각수를 유동(공급 및 배출)시키기 위한 매니폴드유로(예를 들어, 수소 매니폴드, 냉각수 매니폴드, 공기 매니폴드)(미도시)가 관통 형성된다.

매니폴드유로의 구조 및 형태는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 매니폴드유로의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 수소가 유동하는 매니폴드유로는, 수소가 공급되는 수소 인렛 매니폴드(미도시) 및 수소가 배출되는 수소 아웃렛 매니폴드(미도시)를 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 공급유로(100), 제1분기유로(200) 및 제2분기유로(300)는 반응기체(예를 들어, 수소)를 제1연료전지 스택(20) 및 제2연료전지 스택(30)으로 공급하기 위해 마련된다.

공급유로(100)의 일단에는 반응기체 공급계(예를 들어, 수소 공급계)가 연결될 수 있으며, 반응기체 공급계로부터 공급된 반응기체는 공급유로(100), 제1분기유로(200) 및 제2분기유로(300)를 따라 제1연료전지 스택(20) 및 제2연료전지 스택(30)으로 공급될 수 있다.

공급유로(100)는 반응기체를 공급 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 공급유로(100)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 공급유로(100)는 직선 형태를 이루도록 마련될 수 있다. 다르게는 공급유로(100)를 곡선 형태 또는 여타 다른 형태로 형성하는 것도 가능하다

제1분기유로(200)는 공급유로(100)의 출구단에서 분기되며, 반응기체를 제1연료전지 스택(20)으로 안내하도록 마련된다.

일 예로, 제1분기유로(200)의 일단은 공급유로(100)의 출구단에 대략 90도 각도를 이루도록 연결(분기)될 수 있고, 제1분기유로(200)의 다른 일단은 제1연료전지 스택(20)의 매니폴드유로에 연결될 수 있다.

제1분기유로(200)는 공급유로(100)와 제1연료전지 스택(20)을 연결 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1분기유로(200)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제1분기유로(200)는 대략 "L"자 형태를 이루도록 형성될 수 있다.

제2분기유로(300)는 제1분기유로(200)와 연통되게 공급유로(100)의 출구단에서 분기되며, 반응기체를 제2연료전지 스택(30)으로 안내하도록 마련된다.

일 예로, 제2분기유로(300)의 일단은 공급유로(100)의 출구단에 대략 90도 각도를 이루도록 연결(분기)될 수 있고, 제2분기유로(300)의 다른 일단은 제2연료전지 스택(30)의 매니폴드유로에 연결될 수 있다.

예를 들어, 제1분기유로(200), 제2분기유로(300) 및 공급유로(100)는 상호 협조적으로 대략 "T"자 형태를 이루도록 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1분기유로(200), 제2분기유로(300) 및 공급유로(100)가 상호 협조적으로 대략 "Y"자 형태 또는 여타 다른 형태를 이루도록 연결되는 것도 가능하다.

제2분기유로(300)는 공급유로(100)와 제1연료전지 스택(20)을 연결 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2분기유로(300)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제2분기유로(300)는 대략 "L"자 형태를 이루도록 형성될 수 있다.

전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 공급유로(100)를 기준(예를 들어, 제1분기유로와 제2분기유로의 경계 영역에 정의되는 중심선을 기준)으로 제1분기유로(200) 및 제2분기유로(300)가 대칭적으로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 공급유로(100)를 기준으로 제1분기유로(200) 및 제2분기유로(300)를 비대칭적(예를 들어, 서로 다른 사이즈 또는 형태)으로 형성하는 것도 가능하다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 입구 면적 가변부(400)는, 제1분기유로(200) 및 제2분기유로(300)의 입구 면적을 선택적으로 가변시키기 위해, 제1분기유로(200)와 제2분기유로(300)의 경계 영역(BZ)에 마련된다.

즉, 입구 면적 가변부(400)는, 제1분기유로(200) 및 제2분기유로(300)의 입구 면적을 선택적으로 가변시키기 위한 일종의 밸브의 역할을 수행하도록 마련된다.

여기서, 제1분기유로(200) 및 제2분기유로(300)의 입구 면적이라 함은, 공급유로(100)의 출구단에서 분기된 반응기체가 유입되는 제1분기유로(200) 및 제2분기유로(300)의 입구단 면적(반응기체가 통과하는 단면적)으로 이해될 수 있다.

입구 면적 가변부(400)는 제1분기유로(200) 및 제2분기유로(300)의 입구 면적을 선택적으로 가변시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 입구 면적 가변부(400)의 구조 및 작동 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

보다 구체적으로, 입구 면적 가변부(400)는 제1분기유로(200)의 제1입구 면적 및 제2분기유로(300)의 제2입구 면적을 선택적으로 증감(증가 및 감소)시키도록 제공되되, 입구 면적 가변부(400)가 제1입구 면적을 증감시킴에 대응하여 제1분기유로(200)에 공급되는 반응기체의 제1공급유량이 가변될 수 있고, 입구 면적 가변부(400)가 제2분기유로(300)의 제2입구 면적을 증감시킴에 대응하여 제2분기유로(300)에 공급되는 반응기체의 제2공급유량이 가변될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 입구 면적 가변부(400)는 제1입구 면적 및 제2입구 면적이 서로 연계되어 증감하도록 마련된다.

여기서, 제1입구 면적 및 제2입구 면적이 서로 연계되어 증감된다 함은, 제1입구 면적이 증가하거나 감소하는 것에 연계하여 제2입구 면적이 증가하거나 감소하고, 제2입구 면적이 증가하거나 감소하는 것에 연계하여 제1입구 면적이 증가하거나 감소하는 것으로 정의될 수 있다.

일 예로, 입구 면적 가변부(400)에 의해, 제1입구 면적이 증가함에 대응하여 제2입구 면적은 감소할 수 있고, 제1입구 면적이 감소함에 대응하여 제2입구 면적은 증가할 수 있다.

이와 같이, 제1입구 면적 및 제2입구 면적이 서로 연계되어 증감되도록 하는 것에 의하여, 단 하나의 입구 면적 가변부(400)를 이용하여 제1입구 면적 및 제2입구 면적을 동시에 가변시키는 것이 가능하므로, 입구 면적 가변부(400)의 구조를 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 입구 면적 가변부(400)가 제1입구 면적 및 제2입구 면적을 각각 개별적으로 증감시키도록 구성하는 것도 가능하다. 가령, 제1입구 면적은 제1입구 면적 가변부(400)에 의해 선택적으로 가변될 수 있고, 제2입구 면적은 제1입구 면적 가변부(400)와 개별적으로 마련되는 제2입구 면적 가변부(400)에 의해 선택적으로 가변될 수 있다.

입구 면적 가변부(400)는 제1입구 면적 및 제2입구 면적을 동시에 증감시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.

일 예로, 입구 면적 가변부(400)는, 경계 영역(BZ)에 정의되는 중심선(C)에 회전 가능하게 마련되는 샤프트부(410); 샤프트부(410)에 연결되며 중심선(C)을 기준으로 제1영역(Z1)에서 반응기체가 접촉하는 제1접촉면(422a)을 정의하는 제1블레이드부(422), 및 샤프트부(410)에 연결되며 중심선(C)을 기준으로 제2영역(Z2)에서 반응기체가 접촉하는 제2접촉면(424a)을 정의하는 제2블레이드부(424)를 포함하며, 샤프트부(410)를 중심으로 회전 가능하게 마련되는 회전부재(420); 및 샤프트부(410)에 마련되며, 제1블레이드부(422) 및 제2블레이드부(424)가 중심선(C)을 기준으로 평형을 이루는 위치로 이동하도록 회전부재(420)에 하중을 부여하는 평형추(430);를 포함할 수 있다.

샤프트부(410)는 제1분기유로(200)와 제2분기유로(300)의 경계 영역(BZ)에 정의되는 중심선(C)에 회전 가능하게 마련된다.

일 예로, 중심선(C)은 경계 영역(BZ)의 정중앙(공급유로(100)의 정중앙)에 정의될 수 있으며, 중심선(C)을 기준으로 상부 영역(도 2 기준)은 제1영역(Z1)으로 정의될 수 있고, 중심선(C)을 기준으로 하부 영역(도 2 기준)은 제2영역(Z2)으로 정의될 수 있다.

샤프트부(410)는 경계 영역(BZ)에서 회전 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 샤프트부(410)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 샤프트부(410)는 중공의 원통 형태로 형성될 수 있다.

바람직하게, 샤프트부(410)의 원활한 회전을 보장하고 마찰에 의한 변형 및 손상을 최소화할 수 있도록, 샤프트부(410)의 양단은 베어링부재(미도시)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(10)은, 경계 영역(BZ)의 벽면을 형성하는 경계벽(BZW)에 마련되는 거치부(450)를 포함할 수 있고, 샤프트부(410)는 거치부(450)에 회전 가능하게 지지될 수 있다.

거치부(450)는 샤프트부(410)를 회전 가능하게 지지 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 거치부(450)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 거치부(450)는 샤프트부(410)의 양 단을 지지하도록 마련될 수 있다.

참고로, 거치부(450)는 경계벽(BZW)에 직접 장착되거나, 별도의 부재(미도시)에 조립(결합)된 상태로 경계벽(BZW)의 내부에 배치될 수 있다.

회전부재(420)는, 샤프트부(410)에 연결되며 중심선(C)을 기준으로 제1영역(Z1)에서 반응기체가 접촉하는 제1접촉면(422a)을 정의하는 제1블레이드부(422), 및 샤프트부(410)에 연결되며 중심선(C)을 기준으로 제2영역(Z2)에서 반응기체가 접촉하는 제2접촉면(424a)을 정의하는 제2블레이드부(424)를 포함하며, 반응기체가 이동하는 힘(직선운동력)에 의해 샤프트부(410)를 중심으로 왕복 회전하며 제1입구 면적 및 제2입구 면적을 동시에 증감시키도록 마련된다.

제1블레이드부(422)는 반응기체가 충돌(접촉)함에 따라 회전부재(420)를 일방향(예를 들어, 시계 방향)으로 회전시키기 위한 회전력을 부여하면서, 제1입구 면적을 증감시키도록 마련된다.

제1블레이드부(422)는 제1접촉면(422a)을 갖는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1블레이드부(422)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 제1블레이드부(422)는 평평한 플레이트 형태로 형성될 수 있으며, 제1블레이드부(422)의 일단은 샤프트부(410)에 연결되고 다른 일단은 자유단으로 배치될 수 있다.

제1블레이드부(422)는 중심선(C)을 기준으로 소정 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 이때, 제1블레이드부(422)의 경사 각도(중심선를 기준으로 기울어진 각도)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제1블레이드부(422)의 경사 각도에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

제1블레이드부(422)의 외면에는 반응기체의 유동 방향(직선 방향)에 교차하는 방향으로 제1접촉면(422a)이 정의된다. 이와 같이, 제1블레이드부(422)의 외면에 제1접촉면(422a)을 마련하는 것에 의하여, 제1영역(Z1)을 따라 유동하는 반응기체가 제1접촉면(422a)에 접촉될 시 회전부재(420)에는 일방향(예를 들어, 시계 방향) 회전력(돌림힘)이 작용할 수 있다.

제1접촉면(422a)은 반응기체가 접촉 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1접촉면(422a)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제1접촉면(422a)은 직선 형태, 곡선 형태(예를 들어, 원호 형태 또는 연속적인 파형), 직선과 곡선을 조합한 형태 중 어느 하나로 정의될 수 있다. 이하에서는 제1접촉면(422a)이 직선 형태로 형성된 예를 들어 설명하기로 한다.

제1블레이드부(422)가 샤프트부(410)를 중심으로 시계 방향으로 회전함에 따라, 제1입구 면적은 점진적으로 증가할 수 있다. 이와 반대로, 제1블레이드부(422)가 샤프트부(410)를 중심으로 반시계 방향으로 회전함에 따라, 제1입구 면적은 점진적으로 감소할 수 있다.

제2블레이드부(424)는 반응기체가 충돌(접촉)함에 따라 회전부재(420)를 다른 일방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 회전시키기 위한 회전력을 부여하면서, 제2입구 면적을 증감시키도록 마련된다.

제2블레이드부(424)는 제2접촉면(424a)을 갖는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2블레이드부(424)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 제2블레이드부(424)는 평평한 플레이트 형태로 형성될 수 있으며, 제2블레이드부(424)의 일단은 샤프트부(410)에 연결되고 다른 일단은 자유단으로 배치될 수 있다.

제2블레이드부(424)는 중심선(C)을 기준으로 소정 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 이때, 제2블레이드부(424)의 경사 각도(중심선를 기준으로 기울어진 각도)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제2블레이드부(424)의 경사 각도에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

제2블레이드부(424)의 외면에는 반응기체의 유동 방향(직선 방향)에 교차하는 방향으로 제2접촉면(424a)이 정의된다. 이와 같이, 제2블레이드부(424)의 외면에 제2접촉면(424a)을 마련하는 것에 의하여, 제2영역(Z2)을 따라 유동하는 반응기체가 제2접촉면(424a)에 접촉될 시 회전부재(420)에는 다른 일방향(예를 들어, 반시계 방향) 회전력(돌림힘)이 작용할 수 있다.

제2접촉면(424a)은 반응기체가 접촉 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2접촉면(424a)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제2접촉면(424a)은 직선 형태, 곡선 형태(예를 들어, 원호 형태 또는 연속적인 파형), 직선과 곡선을 조합한 형태 중 어느 하나로 정의될 수 있다. 이하에서는 제2접촉면(424a)이 직선 형태로 형성된 예를 들어 설명하기로 한다.

제2블레이드부(424)가 샤프트부(410)를 중심으로 시계 방향으로 회전함에 따라, 제2입구 면적은 점진적으로 감소할 수 있다. 이와 반대로, 제2블레이드부(424)가 샤프트부(410)를 중심으로 반시계 방향으로 회전함에 따라, 제2입구 면적은 점진적으로 증가할 수 있다.

바람직하게, 제1접촉면(422a) 및 제2접촉면(424a)은 중심선(C)을 기준으로 대칭(선대칭)되게 정의된다.

일 예로, 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424)는 상호 협조적으로 이등변 삼각형 형태를 이루도록 형성될 수 있고, 제1접촉면(422a) 및 제2접촉면(424a)은 중심선(C)을 기준으로 대칭되게 정의될 수 있다.

이와 같이, 중심선(C)을 기준으로 제1접촉면(422a) 및 제2접촉면(424a)을 대칭적으로 형성하는 것에 의하여, 회전부재(420)의 시계 방향 회전시와 반시계 방향 회전시, 회전부재(420)의 회전 주기(P) 및 회전 속도(시계 방향 회전 속도 및 반시계 방향 회전 속도)를 균일하게 형성하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 중심선(C)을 기준으로 제1접촉면(422a) 및 제2접촉면(424a)을 비대칭적(예를 들어, 서로 다른 경사 각도를 갖거나, 서로 다른 형태를 갖도록)으로 형성하는 것도 가능하다.

참고로, 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424)의 사이 각도는, 회전부재(420)의 왕복 회전 주기(P), 회전부재(420)가 초기 상태(제1블레이드부 및 제2블레이드부가 중심선을 기준으로 평형을 이루는 대칭 상태)로 복귀하는 복원력 등을 고려하여 결정될 수 있다. 가령, 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424)의 사이 각도가 증가하면, 회전부재(420)의 왕복 회전 주기(P)는 늘어날 수 있으나, 회전부재(420)가 초기 상태로 복귀하는 복원력은 약화될 수 있다.

평형추(430)(또는 중량체)는 제1블레이드부(422) 및 제2블레이드부(424)가 중심선(C)을 기준으로 평형을 이루는 위치(초기 상태)로 이동하도록 회전부재(420)에 하중을 부여하기 위해 마련된다.

여기서, 제1블레이드부(422) 및 제2블레이드부(424)가 중심선(C)을 기준으로 평형을 이루는 위치로 이동하도록 회전부재(420)에 하중을 부여한다 함은, 제1블레이드부(422) 및 제2블레이드부(424)에 반응기체가 접촉하지 않는 조건에서, 회전부재(420)의 자중에 의해 회전부재(420)에 작용하는 회전력(시계 방향 회전력)의 반대 방향 회전력을 인가하는 것으로 정의된다.

또한, 제1블레이드부(422) 및 제2블레이드부(424)가 중심선(C)을 기준으로 평형을 이룬다 함은, 제1블레이드부(422) 및 제2블레이드부(424)의 중심에 정의되는 회전부재(420)의 무게 중심이 중심선(C)에 위치하는 것으로 정의될 수 있다.

제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424) 사이의 각도는 30~120도가 바람직하며, 더 바람직하게는 45~90도이다. 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424) 사이의 각도가 너무 크면 회전부재(420)에 작용하는 회전력이 각 블레이드부(제1블레이드부와 제2블레이드부)의 사이에서 서로 크게 상쇄된다. 반면, 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424) 사이의 각도가 너무 작으면 각 블레이드부에서 회전력을 너무 작게 받아 회전부재(420)의 회전각이 줄어들어 제1입구 면적과 제2입구 면적 편차가 작아져서 스택 물배출 효과가 떨어지게 된다.

제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(422)의 유동 방향 길이는 회전부재(420)가 회전했을 때 제1입구 면적과 제2입구 면적의 단면적에서 50% 이상을 가릴 만큼 길어야 한다. 반면, 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(422)의 유동 방향 길이가 너무 짧으면 제1입구 면적과 제2입구 면적 편차가 작아져서 스택 물배출효과가 떨어지게 된다.

평형추(430)는 회전부재(420)의 자중에 의해 회전부재(420)에 작용하는 회전력을 상쇄시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 평형추(430)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 평형추(430)는 직선형 사각 블록 형태로 형성될 수 있으며, 샤프트부(410)의 반경 방향을 따라 외부로 돌출되게 샤프트부(410)에 결합될 수 있다.

참고로, 평형추(430)의 길이가 늘어나면(또는 중량이 커지면), 회전부재(420)의 왕복 회전 주기(P)가 늘어날 수 있으나, 회전부재(420)가 초기 상태(제1블레이드부 및 제2블레이드부가 중심선을 기준으로 평형을 이루는 대칭 상태)로 복귀하는 복원력이 약화될 수 있고, 제1입구 면적과 제2입구 면적을 평형추(430)가 가려버릴 수 있으므로, 평형추(430)의 중량, 사이즈 및 구조는 반응기체의 공급 조건, 회전부재(420)의 구조 및 사이즈 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.

도 23 및 도 24를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(10)은 평형추(430)가 슬라이딩 결합 가능하게 샤프트부(410)에 마련되는 슬라이딩 결합부(412)를 포함할 수 있다.

여기서, 슬라이딩 결합부(412)라 함은, 평형추(430)가 슬라이딩 결합할 수 있는 돌기 또는 홈을 모두 포함하는 개념으로 정의될 수 있다.

일 예로, 샤프트부(410)에는 샤프트부(410)의 축선 방향을 따라 홈 형태(예를 들어, 사각홈 형태)의 슬라이딩 결합부(412)가 형성될 수 있고, 평형추(430)는 슬라이딩 결합부(412)에 슬라이딩 결합되는 결합돌기(432)가 형성될 수 있다.

전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 평형추(430)가 샤프트부(410)의 외부에 돌출되게 마련된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 샤프트부(410)의 내부에 평형추(430)를 마련하는 것도 가능하다.

다르게는, 샤프트부(410)와 평형추(430)를 사출 성형에 의해 일체로 형성하는 것도 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(10)은, 일단은 제1블레이드부(422)에 연결되고 다른 일단은 제2블레이드부(424)에 연결되는 연결부재(440)를 포함할 수 있다.

이와 같이, 연결부재(440)를 매개로 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424)를 연결하는 것에 의하여, 회전부재(420)의 구조적 강성을 보장하고, 회전부재(420)의 왕복 회전 주기(P)를 보다 길게 형성하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

연결부재(440)는 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424)를 연결 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 연결부재(440)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 연결부재(440)는 직선 형태, 곡선 형태, 직선과 곡선을 조합한 형태 중 어느 하나로 정의될 수 있다. 이하에서는 연결부재(440)가 직선 형태로 형성된 예를 들어 설명하기로 한다.

이와 같은 구성에 의해, 공급유로(100)를 따라 반응기체가 공급되면, 반응기체가 제1접촉면(422a) 및 제2접촉면(424a)에 충돌함으로써, 회전부재(420)에는 시계 방향 회전력 및 반시계 방향 회전력이 교번적으로 작용하게 된다.

도 3을 참조하면, 제1영역(Z1)을 따라 공급되는 반응기체는 제1접촉면(422a)에 접촉함으로써 회전부재(420)에 시계 방향 회전력(시계 방향 돌림힘)을 부여하고, 제2영역(Z2)을 따라 공급되는 반응기체는 제2접촉면(424a)에 접촉함으로써 회전부재(420)에 반시계 방향 회전력(반시계 방향 돌림힘)을 부여하게 되는데, 반시계 방향 회전력이 시계 방향 회전력보다 커지면, 시계 방향 회전력과 반시계 방향 회전력의 차이만큼 회전부재(420)에는 반시계 방향 알짜돌림힘이 작용함으로써, 회전부재(420)는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.

회전부재(420)가 반시계 방향으로 회전함에 따라, 제2입구 면적이 증가하게 되므로, 제2분기유로(300)(제2입구 면적)을 통해 제2연료전지 스택(30)으로 공급되는 반응기체의 제2공급유량(Q2')은 증가(Q2' 〉Q2)할 수 있다. 이와 동시에, 회전부재(420)가 반시계 방향으로 회전함에 따라, 제1입구 면적은 감소하게 되므로, 제1분기유로(200)(제1입구 면적)을 통해 제1연료전지 스택(20)으로 공급되는 반응기체의 제1공급유량(Q1)은 감소(Q1〈 Q1')하게 된다.

반면, 도 4를 참조하면, 회전부재(420)가 반시계 방향으로 일정 이상 회전하면, 중심선(C)에 대한 제1접촉면(422a)의 경사 각도가 중심선(C)에 대한 제2접촉면(424a)의 경사 각도보다 커지게 되므로, 제1접촉면(422a)에 작용하는 시계 방향 회전력이 제2접촉면(424a)에 작용하는 반시계 방향 회전력보다 커지게 된다.

회전부재(420)가 작용하는 시계 방향 회전력이 반시계 방향 회전력보다 커짐에 따라, 시계 방향 회전력과 반시계 방향 회전력의 차이만큼 회전부재(420)에는 시계 방향 알짜돌림힘이 작용함으로써, 회전부재(420)는 시계 방향으로 회전할 수 있다.

회전부재(420)가 시계 방향으로 회전함에 따라, 제1입구 면적이 증가하게 되므로, 제1분기유로(200)(제1입구 면적)을 통해 제1연료전지 스택(20)으로 공급되는 반응기체의 제1공급유량(Q1')은 증가(Q1' 〉Q1)할 수 있다. 이와 동시에, 회전부재(420)가 시계 방향으로 회전함에 따라, 제2입구 면적은 감소하게 되므로, 제2분기유로(300)(제2입구 면적)을 통해 제2연료전지 스택(30)으로 공급되는 반응기체의 제2공급유량(Q2)은 감소(Q2〈 Q2')하게 된다.

전술한 바와 같이, 공급유로(100)를 따라 반응기체가 공급될 시, 회전부재(420)에는 서로 반대 방향의 회전력(시계 방향 알짜돌림힘 및 반시계 방향 알짜돌림힘)이 교번적으로 작용할 수 있으므로, 회전부재(420)는 시계 방향 회전 및 반시계 방향 회전을 반복적으로 수행(제1입구 면적 및 제2입구 면적이 서로 연계되어 반복적으로 증감)할 수 있다.

도 5를 참조하면, 회전부재(420)가 시계 방향 회전 및 반시계 방향 회전을 반복적으로 수행함에 따라, 제1연료전지 스택(20)에는 일정한 주기(P)로 반복되는 펄스파(pulse wave)와 같은 유동 형태로 반응기체가 공급될 수 있다.

이와 같이, 제1연료전지 스택(20)으로 공급되는 반응기체가 최대 공급유량(Q1')과 최소 공급유량(Q1)이 주기적으로 반복되는 유동 형태(펄스파)를 갖도록 하는 것에 의하여, 제1연료전지 스택(20)에 발생한 응축수에 주기적인 충격을 가할 수 있으므로, 제1연료전지 스택(20)에 발생한 응축수를 보다 효과적으로 배출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이때, 제1연료전지 스택(20)에 공급되는 반응기체의 최대 공급유량(Q1')은, 입구 면적 가변부(400)를 배제한 경우의 공급유량(기존 공급유량)(SQ1)보다 상대적으로 높게 나타날 수 있으므로, 별도의 블로워를 마련하지 않고도, 반응기체의 화학적 양론비(SR)를 높이는 것과 같은 효과를 발생시킬 수 있다.

가령, 입구 면적 가변부(400)를 배제한 경우에는, 공급유로(100)에 공급된 반응기체는 5:5(제1분기유로:제2분기유로)의 비율로 분기되어 일정한 유량(SQ1)으로 제1연료전지 스택(20) 및 제2연료전지 스택(30)에 각각 공급될 수 있다. 반면, 본 발명의 실시예는 입구 면적 가변부(400)를 마련하는 것에 의하여, 공급유로(100)에 공급된 반응기체는 8:2(제1분기유로:제2분기유로)의 비율로 분기될 수 있으므로, 제1연료전지 스택(20)에는 기존(SQ1)보다 높은 유량(Q1')으로 반응기체가 공급될 수 있다. 따라서, 제1연료전지 스택(20)으로 공급되는 반응기체의 화학적 양론비(SR)를 높이는 것과 같은 효과를 발생시킬 수 있다.

참고로, 제1연료전지 스택(20)에 공급되는 반응기체의 화학적 양론비(SR)가 높을수록 반응기체의 재순환 성능이 높아져 반응기체의 총 공급량이 증가하고, 응축수의 배출 성능이 향상될 수 있다.

마찬가지로, 도 5를 참조하면, 회전부재(420)가 시계 방향 회전 및 반시계 방향 회전을 반복적으로 수행함에 따라, 제2연료전지 스택(30)에는 일정한 주기(P)로 반복되는 펄스파(pulse wave)와 같은 유동 형태로 반응기체가 공급될 수 있다.

이와 같이, 제2연료전지 스택(30)으로 공급되는 반응기체가 최대 공급유량(Q2')과 최소 공급유량(Q2)이 주기적으로 반복되는 유동 형태(펄스파)를 갖도록 하는 것에 의하여, 제2연료전지 스택(30)에 발생한 응축수에 주기적인 충격을 가할 수 있으므로, 제2연료전지 스택(30)에 발생한 응축수를 보다 효과적으로 배출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이때, 제2연료전지 스택(30)에 공급되는 반응기체의 최대 공급유량(Q2')은, 입구 면적 가변부(400)를 배제한 경우의 공급유량(기존 공급유량)(SQ2)보다 높게 나타날 수 있으므로, 별도의 블로워를 마련하지 않고도, 반응기체의 화학적 양론비(SR)를 높이는 것과 같은 효과를 발생시킬 수 있다.

가령, 입구 면적 가변부(400)를 배제한 경우에는, 공급유로(100)에 공급된 반응기체는 5:5(제1분기유로:제2분기유로)의 비율로 분기되어 일정한 유량(SQ1)으로 제2연료전지 스택(30) 및 제2연료전지 스택(30)에 각각 공급될 수 있다. 반면, 본 발명의 실시예는 입구 면적 가변부(400)를 마련하는 것에 의하여, 공급유로(100)에 공급된 반응기체는 8:2(제2분기유로:제1분기유로)의 비율로 분기될 수 있으므로, 제2연료전지 스택(30)에는 기존(SQ2)보다 높은 유량(Q2')으로 반응기체가 공급될 수 있다. 따라서, 제2연료전지 스택(30)으로 공급되는 반응기체의 화학적 양론비(SR)를 높이는 것과 같은 효과를 발생시킬 수 있다.

참고로, 제2연료전지 스택(30)에 공급되는 반응기체의 화학적 양론비(SR)가 높을수록 반응기체의 재순환 성능이 높아져 반응기체의 총 공급량이 증가하고, 응축수의 배출 성능이 향상될 수 있다.

한편, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는, 샤프트부(410)를 중심으로 회전하는 회전부재(420)에 의해 제1입구 면적 및 제2입구 면적이 동시에 증감되는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1분기유로와 제2분기유로의 경계 영역에 직선 이동하는 직선이동부재(예를 들어, 밸브 플레이트)를 이용하여 제1입구 면적 및 제2입구 면적을 동시에 증감시키는 것도 가능하다.

다르게는, 서로 독립적으로 작동하는 2개의 직선이동부재를 이용하여 제1분기유로와 제2분기유로의 입구 면적을 개별적으로 증감시키는 것도 가능하다.

입구 면적 가변부(400)는 전술한 구조 외에도 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 여타 다른 구조로 제공될 수 있다.

도 6 내지 도 22는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 입구 면적 가변부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 입구 면적 가변부(400)는, 별도의 연결부재(도 2의 440 참조) 없이, 샤프트부(410), 회전부재(420) 및 평형추(430)만을 포함하여 대략 "V"자 형태를 이루도록 형성될 수 있다.

이와 같이, 입구 면적 가변부(400)가 연결부재(440)를 배제하도록 하는 것에 의하여, 회전부재(420)의 중량을 낮추고, 구조를 단순화할 수 있다. 또한, 샤프트부(410)를 중심으로 회전 평형을 맞추기 위해서는, 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424), 연결부재(440)의 모멘트 합이 평형추(430)의 모멘트와 같아야 하므로, 연결부재(440)가 없다면 평형추(430)의 길이를 축소할 수 있어서 입구 면적 가변부(400)의 성능을 개선할 수 있다. 그 이유는, 평형추(430)의 길이가 증가할수록 평형추(430)에 의해 제1입구 면적과 제2입구 면적이 가려질 수 있으며, 회전부재(420)에 작용하는 복원력을 감소시켜서 회전부재(420)의 원활한 회전 진동을 방해하기 때문이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 입구 면적 가변부(400)는, 샤프트부(410), 회전부재(420), 평형추(430) 및 연결부재(440)를 포함하여 대략 "A"자 형태를 이루도록 형성될 수 있다.

즉, 연결부재(440)의 일단은 제1블레이드부(422)에 연결되고 다른 일단은 제2블레이드부(424)에 연결되되, 연결부재(440)의 일단 및 다른 일단은, 제1블레이드부(422) 및 제2블레이드부(424)의 최외각 단부로부터 이격되게 연결될 수 있다.

이와 같이, 연결부재(440)를 적용하는 것에 의하여, 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424)의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 연결부재(440)의 일단 및 다른 일단이 제1블레이드부(422) 및 제2블레이드부(424) 최외각 단부로부터 이격되게 연결함으로 인해, 최외각 단부에 연결한 경우(도 2 참조)보다 제1블레이브부(422)와 제2블레이드부(424), 연결부재(440)의 모멘트 합이 줄어드는 효과가 있다. 따라서, 평형추(430)의 크기를 축소할 수 있어 회전부재(420)의 성능을 개선할 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 입구 면적 가변부(400)는, 샤프트부(410), 회전부재(420), 평형추(430) 및 연결부재(440)를 포함하여 대략 삼각형 형태를 이루도록 형성될 수 있다.

즉, 연결부재(440)의 일단은 제1블레이드부(422)에 연결되고 다른 일단은 제2블레이드부(424)에 연결되되, 연결부재(440)의 일단 및 다른 일단은, 제1블레이드부(422) 및 제2블레이드부(424)의 최외각 단부에 연결될 수 있다.

이와 같이, 연결부재(440)의 일단 및 다른 일단을 제1블레이드부(422) 및 제2블레이드부(424) 최외각 단부에 연결하는 것에 의하여, 입구 면적 가변부(400)의 구조적 안정성을 최대화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 입구 면적 가변부(400)는, 샤프트부(410), 회전부재(420), 평형추(430)를 포함하되, 제1블레이드부(422)의 단부에는 제1연장부(422b)가 절곡되게 연장될 수 있고, 제2블레이드부(424)의 단부에는 제2연장부(424b)가 절곡되게 연장될 수 있다.

일 예로, 제1연장부(422b) 및 제2연장부(424b)는 직선 형태로 형성될 수 있다. 다르게는, 제1연장부(422b) 및 제2연장부(424b)를 곡선 형태 또는 여타 다른 형태로 형성하는 것도 가능하다.

이와 같이, 제1연장부(422b) 및 제2연장부(424b)를 마련하는 것에 의하여, 반응기체가 접촉하는 접촉 면적을 충분하게 보장할 수 있으므로, 회전부재(420)에 작용하는 회전력(시계 방향 회전력 및 반시계 방향 회전력)을 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 입구 면적 가변부(400)는, 샤프트부(410), 회전부재(420), 평형추(430) 및 연결부재(440)를 포함하여 대략 "A"자 형태를 이루도록 형성되되, 제1블레이드부(422)의 단부에는 제1연장부(422b)가 절곡되게 연장될 수 있고, 제2블레이드부(424)의 단부에는 제2연장부(424b)가 절곡되게 연장될 수 있다.

일 예로, 제1연장부(422b) 및 제2연장부(424b)는 직선 형태로 형성될 수 있다. 다르게는, 제1연장부(422b) 및 제2연장부(424b)를 곡선 형태 또는 여타 다른 형태로 형성하는 것도 가능하다.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 입구 면적 가변부(400)는, 샤프트부(410), 회전부재(420) 및 평형추(430)를 포함하되, 제1블레이드부(422)의 제1접촉면(422a') 및 제2블레이드부(424)의 제2접촉면(424a')은 곡선 형태(예를 들어, 원호 형태)로 형성될 수 있다.

또한, 도 12 및 도 13과 같이, 제1블레이드부(422)의 제1접촉면(422a') 및 제2블레이드부(424)의 제2접촉면(424a')이 곡선 형태로 형성되는 구조의 경우에도, 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424)는 연결부재(440)에 의해 연결될 수 있다.

이와 같이, 제1블레이드부(422)의 제1접촉면(422a') 및 제2블레이드부(424)의 제2접촉면(424a')은 곡선 형태(예를 들어, 원호 형태)로 형성하는 것에 의하여, 반응기체가 접촉하는 접촉 면적을 최대로 보장할 수 있으므로, 회전부재(420)에 작용하는 회전력(시계 방향 회전력 및 반시계 방향 회전력)을 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 평형추(430)가 직선형 사각 블록 형태로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 평형추(430)를 구 형태로 형성하는 것도 가능하다.

도 14 내지 도 22를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 입구 면적 가변부(400)는, 샤프트부(410), 회전부재(420) 및 평형추(430)를 포함하되, 평형추(430')는 대략 구 형태로 형성될 수 있다.

이와 같이, 평형추(430)를 구 형태로 형성하는 것에 의하여, 평형추(430')에 의한 회전 간섭(알짜돌림힘을 방해하는 간섭)을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도 23을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 입구 면적 가변부(400)는, 샤프트부(410), 회전부재(420) 및 평형추(430)를 포함하되, 평형추(430)는 샤프트부(410)의 축 방향을 따라 일부 구간에 부분적으로 마련될 수 있다.

이와 같이, 평형추(430)를 샤프트부(410)의 축 방향을 따라 일부 구간에 부분적으로 마련하는 것에 의하여, 평형추(430)에 의한 회전 간섭(알짜돌림힘을 방해하는 간섭)을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

다르게는, 도 24와 같이, 샤프트부(410)의 축 방향을 따라 전체 구간에 연속적으로 평형추(430)를 형성하는 것도 가능하다.

도 25 및 도 26을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(10)은 회전부재(420)의 회전 구간을 제한하는 스토퍼부(460)를 포함할 수 있다.

스토퍼부(460)는 회전부재(420)의 회전 구간을 제한할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 스토퍼부(460)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 도 25를 참조하면, 스토퍼부(460)는, 제1분기유로(200)와 제2분기유로(300)의 경계 영역(BZ)의 벽면을 형성하는 경계벽(BZW)에 마련되며, 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424)의 사이에 배치되는 제1스토퍼부재(462)를 포함할 수 있다.

제1스토퍼부재(462)는 제1블레이드부(422) 또는 제2블레이드부(424)의 내면에 접촉 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1스토퍼부재(462)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

이와 같이, 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424)의 사이에 제1스토퍼부재(462)를 마련하고, 회전부재(420)가 일정 이상 회전(시계 방향 회전 및 반시계 방향 회전)하면, 제1스토퍼부재(462)가 제1블레이드부(422) 또는 제2블레이드부(424)의 내면에 구속되도록 하는 것에 의하여, 회전부재(420)의 과도한 회전을 억제할 수 있고, 회전부재(420)의 왕복 회전 주기(P)가 일정 이상 길어지는 것을 억제할 수 있다.

다른 일 예로, 도 26을 참조하면, 스토퍼부(460)는, 공급유로(100)의 벽면에 마련되며, 제1블레이드부(422)와 제2블레이드부(424)의 사이에 배치되는 제2스토퍼부재(464)를 포함할 수 있다.

제2스토퍼부재(464)는 제1블레이드부(422) 또는 제2블레이드부(424)의 내면에 접촉 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2스토퍼부재(464)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 연료전지 시스템
20 : 제1연료전지 스택
30 : 제2연료전지 스택
100 : 공급유로
200 : 제1분기유로
300 : 제2분기유로
400 : 입구 면적 가변부
410 : 샤프트부
412 : 슬라이딩 결합부
420 : 회전부재
422 : 제1블레이드부
422a,422a' : 제1접촉면
422b : 제1연장부
424 : 제2블레이드부
424a,424a' : 제2접촉면
424b : 제2연장부
430 : 평형추
432 : 결합돌기
440 : 연결부재
450 : 거치부
460 : 스토퍼부
462 : 제1스토퍼부재
464 : 제2스토퍼부재
경계벽(BZW)
경계 영역(BZ)
제1영역(Z1)
제2영역(Z2)
중심선(C)

Claims (17)

1. 반응기체를 공급하는 공급유로;
   상기 공급유로의 출구단에서 분기되며, 상기 반응기체를 제1연료전지 스택으로 안내하는 제1분기유로;
   상기 제1분기유로와 연통되게 상기 공급라인의 출구단에서 분기되며, 상기 반응기체를 제2연료전지 스택으로 안내하는 제2분기유로; 및
   상기 제1분기유로와 상기 제2분기유로의 경계 영역에 마련되며, 상기 제1분기유로 및 상기 제2분기유로의 입구 면적을 선택적으로 가변시키는 입구 면적 가변부;
   를 포함하는 연료전지 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 입구 면적 가변부는 상기 제1분기유로의 제1입구 면적 및 상기 제2분기유로의 제2입구 면적을 선택적으로 증감시키도록 제공되되,
   상기 제1입구 면적의 증감에 대응하여 상기 제1분기유로에 공급되는 상기 반응기체의 제1공급유량이 가변되고,
   상기 제2분기유로의 제2입구 면적의 증감에 대응하여 상기 제2분기유로에 공급되는 상기 반응기체의 제2공급유량이 가변되는 연료전지 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 입구 면적 가변부는 상기 제1입구 면적 및 상기 제2입구 면적이 서로 연계되어 증감하도록 마련되되,
   상기 제1입구 면적이 증가함에 대응하여 상기 제2입구 면적은 감소하고,
   상기 제1입구 면적이 감소함에 대응하여 상기 제2입구 면적은 증가하는 연료전지 시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 입구 면적 가변부는,
   상기 경계 영역에 정의되는 중심선에 회전 가능하게 마련되는 샤프트부;
   상기 샤프트부에 연결되며 상기 중심선을 기준으로 제1영역에서 상기 반응기체가 접촉하는 제1접촉면을 정의하는 제1블레이드부, 및 상기 샤프트부에 연결되며 상기 중심선을 기준으로 제2영역에서 상기 반응기체가 접촉하는 제2접촉면을 정의하는 제2블레이드부를 포함하며, 상기 샤프트부를 중심으로 회전 가능하게 마련되는 회전부재; 및
   상기 샤프트부에 마련되며, 상기 제1블레이드부 및 상기 제2블레이드부가 상기 중심선을 기준으로 평형을 이루는 위치로 이동하도록 상기 회전부재에 하중을 부여하는 평형추;
   를 포함하는 연료전지 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1접촉면 및 제2접촉면은 직선 형태, 곡선 형태, 직선과 곡선을 조합한 형태 중 어느 하나로 정의되는 연료전지 시스템.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 제1접촉면 및 제2접촉면은 상기 중심선을 기준으로 대칭되게 정의되는 연료전지 시스템.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 제1블레이드부의 단부에 절곡되게 연장되는 제1연장부; 및
   상기 제2블레이드부의 단부에 절곡되게 연장되는 제2연장부;
   를 포함하는 연료전지 시스템.
   
8. 제4항에 있어서,
   일단은 상기 제1블레이드부에 연결되고, 다른 일단은 상기 제2블레이드부에 연결되는 연결부재를 포함하는 연료전지 시스템.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 연결부재의 상기 일단 및 상기 다른 일단은, 상기 제1블레이드부 및 상기 제2블레이드부의 최외각 단부에 연결되는 연료전지 시스템.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 연결부재의 상기 일단 및 상기 다른 일단은, 상기 제1블레이드부 및 상기 제2블레이드부의 최외각 단부로부터 이격되게 연결되는 연료전지 시스템.
    
11. 제4항에 있어서,
    상기 평형추는 상기 샤프트부의 축 방향을 따라 일부 구간에 부분적으로 마련되는 연료전지 시스템.
    
12. 제4항에 있어서,
    상기 평형추는 상기 샤프트부의 축 방향을 따라 전체 구간에 연속적으로 마련되는 연료전지 시스템.
    
13. 제4항에 있어서,
    상기 샤프트부에 마련되며, 상기 평형추가 슬라이딩 결합되는 슬라이딩 결합부를 포함하는 연료전지 시스템.
    
14. 제4항에 있어서,
    상기 경계 영역의 벽면을 형성하는 경계벽에 마련되는 거치부를 포함하고,
    상기 샤프트부는 상기 거치부에 회전 가능하게 지지되는 연료전지 시스템.
    
15. 제4항에 있어서,
    상기 회전부재의 회전 구간을 제한하는 스토퍼부를 포함하는 연료전지 시스템.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 스토퍼부는,
    상기 경계 영역의 벽면을 형성하는 경계벽에 마련되며, 상기 제1블레이드부와 상기 제2블레이드부의 사이에 배치되는 제1스토퍼부재를 포함하는 연료전지 시스템.
    
17. 제15항에 있어서,
    상기 스토퍼부는,
    상기 공급유로의 벽면에 마련되며, 상기 제1블레이드부와 상기 제2블레이드부의 사이에 배치되는 제2스토퍼부재를 포함하는 연료전지 시스템.
    

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