KR20230108844A - 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수전해를 통해 수소생산 및 수소의 저장과 저장된 수소를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지로 활용이 가능한 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기에 관한 것이다.
또한, 가정에서 잉여 전력을 이용하여 수전해 장치로 활용하기 위한 가역셀과 상기 가역셀을 통해 생산된 수소를 저장하기 위한 수소 용기를 포함하며, 상기 가역셀은 수소 생산 동작을 정지한 후 수소 용기에 저장된 수소를 이용하여 전력을 생산하는 전력 생산 동작을 실시하는 연료전지로 활용가능한 것을 특징으로 한다.

Description

수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기{hydrogen generator for home using water electrolysis fuel cell reversible cell}

본 발명은 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수전해를 통해 수소생산 및 수소의 저장과 저장된 수소를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지로 활용이 가능한 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기에 관한 것이다.

일반적으로 수소의 생산은 수전해를 이용한 방법으로 생산이 가능하다는 점이 널리 알려져 있으나, 수소의 보관의 어려움으로 인하여 대부분 대규모 저장시설을 갖춘 사업장에서 수소의 생산이 이루어지고 있다.

또한, 액화상태의 매우 높은 압력의 고압 탱크를 통해 각 충전소로 이동되고 있으며, 현재 일반 사용자들이 시중에서 쉽게 접근할 수 있는 상용화된 수소 활용 수단은 고압 수소탱크를 구비한 수소 연료전지 차량으로 국한되어 있다.

이러한 수소 연료전지 차량과 같이 대용량의 수소 탱크가 필요한 분야에서는 수소의 충전을 위해서 한국공개특허 제 10-2021-0023464호 "수소 충전용 냉각 장치 및 이를 이용한 수소 자동차 충전 방법"과 같이 고압의 수소를 냉각시키고, 공급하기 위해서는 매우 높은 내구성이 필요하고, 구조가 매우 복잡하여 일반 가정이나, 간단한 모빌리티기기의 수수 연료 전지용으로는 부적합한 문제점이 있었다.

이에 따라, 간단한 구조로 가정에서 수소를 생산하고, 저압의 수소 탱크를 활용하기 위한 방안으로 가정용 수전해 장치 개발이 시도되고 있으나, 수전해 장치와 연료 전지의 구성을 모두 갖추기에는 단가가 높고, 공간 활용성이 낮은 문제점이 있었다.

이에 따라, 수소의 생산과 연료전지로의 활용 전환이 가능한 간단한 구조를 가지는 통합 기술 개발의 필요성이 제기되고 있다.

한국공개특허 제 10-2021-0023464호 "수소 충전용 냉각 장치 및 이를 이용한 수소 자동차 충전 방법"

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 간단한 구조로 수소의 생산과 연료전지로의 활용 전환이 가능한 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기는 가정에서 잉여 전력을 이용하여 수전해 장치로 활용하기 위한 가역셀과 상기 가역셀을 통해 생산된 수소를 저장하기 위한 수소 용기를 포함하며, 상기 가역셀은 수소 생산 동작을 정지한 후 수소 용기에 저장된 수소를 이용하여 전력을 생산하는 전력 생산 동작을 실시하는 연료전지로 활용가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가역셀은 소정의 길이를 가지는 수소가 공급되는 유로가 소정의 패턴으로 일면에 형성된 제1 플레이트와 상기 제1 플레이트의 유로에 대응하는 형태의 슬롯이 형성되어 제1 플레이트의 일면에 접하도록 배치되는 제1 전극부와 상기 제1 전극부에 접하도록 배치되는 멤브레인부와 상기 멤브레인부와 접하도록 배치되는 복수 개의 관통 홀이 형성된 제2 전극부와 상기 제2 전극부에 접하도록 배치되는 산소가 공급되는 유로가 소정의 패턴으로 타면에 형성된 제2 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가역셀은 다른 장치의 연료 전지로 활용하기 위해 탈부착 가능하도록 설치되며, 수소 생산 동작이나, 전력 생산 동작의 실시과정에서 물, 수소, 산소의 공급 또는 배출을 위한 유로가 원터치 피팅을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수소 용기는 가정용 저압 용기로 내부에 수소 저장 합금이 내장된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기에 의하면, 수전해 장치로 활용하기 위한 가역셀이 연료전지로의 활용 전환할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기의 가역셀을 분해 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기의 중앙 플레이트의 일면을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기의 중앙 플레이트의 타면을 도시한 도면.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기의 가역셀을 분해 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기의 중앙 플레이트의 일면을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기의 중앙 플레이트의 타면을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기(100)는 가정에서 잉여 전력을 이용하여 물을 전기분해하는 수소 생산 동작을 통해 수소를 생산하는 수전해 장치로 활용하기 위한 가역셀(10)이 내부에 적어도 하나 이상 설치되어 있다.

또한, 상기 가역셀(10)을 통해 생산된 수소를 저장하기 위한 수소 용기(미도시)를 비롯하여 생산된 수소를 압축하기 위한 펌프 등의 구성을 더 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 수소 용기는 가정내에서의 활용성 및 안전성을 고려하여 가정용 저압 용기가 사용됨이 바람직하며, 내부에 수소 저장 합금이 내장되어 저장용량 및 저장 안정성을 높이도록 구성될 수도 있다.

특히, 본 발명에 따른 수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기(100)의 가역셀(10)은 수소 생산 동작을 정지한 후 수소 용기에 저장된 수소를 이용하여 전력을 생산하는 전력 생산 동작을 실시하는 연료전지로 활용할 수도 있다.

또한, 상기 가역셀(10)은 탈부착 가능하도록 설치되어 가정내에서의 활용뿐만 아니라, 킥보드, 자전거, 오토바이와 같은 개인형 이동수단(Personal Mobility)와 드론과 같은 소형 항공기 등의 다른 장치에 설치하여 다른 장치의 연료 전지로 활용할 수도 있다.

즉, 고가의 연료전지를 필요한 상황에 따라 가정내에서 수전해 장치로 수소 생산 동작을 실시하거나, 연료전지로 전력 생산 동작을 실시할 수 있으며, 탈부착을 통해 통해 다른 장치로 이동설치하여 다른 장치의 연료전지로 사용할 수도 있는 것이다.

이와 같은 탈부착이 보다 용이하도록 수소 생산 동작이나, 전력 생산 동작의 실시과정에서 물, 수소, 산소의 공급 또는 배출을 위한 유로(파이프)가 가역셀(10)에 원터치 피팅을 통해 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 가역셀(10)은 제1 플레이트(1)와 상기 제1 플레이트(1)의 일면에 접하도록 배치되는 제1 전극부(4)와 상기 제1 전극부(4)에 접하도록 배치되는 멤브레인부(5)와 상기 멤브레인부(5)와 접하도록 배치되는 제2 전극부(6)와 상기 제2 전극부(6)에 접하도록 배치되는 제2 플레이트(2)를 포함하는 하나의 그룹(A1)으로 형성되거나, 복수 개의 그룹(A1, A2)이 다단으로 형성될 수도 있다.

예를 들면, 5개의 그룹이 다단으로 형성될 수도 있는 것이다.

다만, 복수 개의 그룹이 다단으로 형성될 때에는, 각 그룹의 사이에 배치되는 중앙 플레이트(3)가 제1 플레이트(1)의 기능과 제2 플레이트(2)의 기능을 모두 수행하도록 중앙 플레이트(3)의 일면에는 수소가 공급되는 유로(15a)가 소정의 패턴으로 형성되고, 중앙 플레이트(3)의 타면에는 산소가 공급되는 유로(15b)가 소정의 패턴으로 형성된다.

보다 상세하게는, 상기 가역셀(10)의 제1 플레이트(1) 및 중앙 플레이트(3)의 일면에는 소정의 길이를 가지는 수소가 공급되는 유로(15a)가 소정의 패턴으로 일면에 형성되어 있으며, 상기 제1 플레이트(1) 및 중앙 플레이트(3)의 일면에 접하도록 배치되는 제1 전극부(4)에는 제1 플레이트(1) 및 중앙 플레이트(3)의 유로(15)에 대응하는 형태의 슬롯이 형성되어 있다.

또한, 상기 멤브레인부(5)와 접하도록 배치되는 제2 전극부(6)에는 복수 개의 관통 홀이 형성되며, 상기 제2 전극부(6)에 접하도록 배치되는 제2 플레이트(2) 및 중앙 플레이트(3)에는 산소가 공급되는 유로(15b)가 소정의 패턴으로 타면에 형성되어 있다.

또한, 상기 제1 플레이트(1) 및 중앙 플레이트(3)의 유로(15a)에 수소를 공급하거나, 배출하기 위해 형성된 수소 주입로(11) 및 수소 배출로(13)는 제1 플레이트(1), 멤브레인부(5), 중앙 플레이트(3)를 모두 관통하도록 동일한 위치에 형성되어 각 그룹(A1, A2, ...)에 수소를 공급하거나, 각 그룹(A1, A2, ...)에서 배출하도록 구성된다.

또한, 상기 제2 플레이트(2) 및 중앙 플레이트(3)의 유로(15b)에 산소를 공급하거나, 배출하기 위해 형성된 산소 주입로(12) 및 산소 배출로(14)는 제2 플레이트(2), 멤브레인부(5), 중앙 플레이트(3)를 모두 관통하도록 동일한 위치에 형성되어 각 그룹(A1, A2, ...)에 산소를 공급하거나, 각 그룹(A1, A2, ...)에서 배출하도록 구성된다.

또한, 상기 멤브레인부(5)는 중앙에 배치되는 멤브레인(5a)와 상기 멤브레인(5a)의 양면에 배치되는 가스확산층(5b)를 포함하여 구성된다.

이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

1 : 제1 플레이트
2 : 제2 플레이트
3 : 중앙 플레이트
4 : 제1 전극부
5 : 멤브레인부
6 : 제2 전극부
10 : 가역셀
11 : 수소 주입로
12 : 산소 주입로
13 : 수소 배출로
14 : 산소 배출로
100 : 수전해 장치

Claims (4)

1. 가정에서 잉여 전력을 이용하여 수전해 장치로 활용하기 위한 가역셀과;
   상기 가역셀을 통해 생산된 수소를 저장하기 위한 수소 용기를 포함하며,
   상기 가역셀은 수소 생산 동작을 정지한 후 수소 용기에 저장된 수소를 이용하여 전력을 생산하는 전력 생산 동작을 실시하는 연료전지로 활용가능한 것을 특징으로 하는
   수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가역셀은
   소정의 길이를 가지는 수소가 공급되는 유로가 소정의 패턴으로 일면에 형성된 제1 플레이트와;
   상기 제1 플레이트의 유로에 대응하는 형태의 슬롯이 형성되어 제1 플레이트의 일면에 접하도록 배치되는 제1 전극부와;
   상기 제1 전극부에 접하도록 배치되는 멤브레인부와;
   상기 멤브레인부와 접하도록 배치되는 복수 개의 관통 홀이 형성된 제2 전극부와;
   상기 제2 전극부에 접하도록 배치되는 산소가 공급되는 유로가 소정의 패턴으로 타면에 형성된 제2 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는
   수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 가역셀은
   다른 장치의 연료 전지로 활용하기 위해 탈부착 가능하도록 설치되며,
   수소 생산 동작이나, 전력 생산 동작의 실시과정에서 물, 수소, 산소의 공급 또는 배출을 위한 유로가 원터치 피팅을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는
   수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 수소 용기는
   가정용 저압 용기로 내부에 수소 저장 합금이 내장된 것을 특징으로 하는
   수전해 연료전지 가역셀 활용 가정용 수소생산기.