무산소 또는 저산소 환경의 시설물에 산소 및 전력 공급을 위한 재생 에너지 시스템 document_id 1020140145250

[청구항 1] 무산소 또는 저산소 환경의 시설물에 물, 산소 및 전기 에너지를 공급하는 재생 에너지 시스템으로서, 전기 분해 모드에서는 외부 전기 공급 장치로부터 전기 에너지를 공급받아 담수로부터 수소와 산소를 생산하고, 연료 전지 모드에서는 수소와 산소를 공급받아 전기 에너지를 생산하는 일체형 재생 연료 전지 상기 일체형 재생 연료 전지에서 생산된 수소와 산소를 압축하여 저장하거나, 저장된 수소와 산소를 상기 일체형 재생 연료 전지로 공급하는 가스 저장 장치; 및 상기 외부 전기 공급 장치와 연결되어 상기 외부 전기 공급 장치의 전기 에너지를 상기 시설물의 부하로 인가되게 하거나, 상기 외부 발전 장치의 잉여 전기 에너지를 상기 일체형 재생 연료 전지에 공급하여 상기 일체형 재생 연료 전지가 전기 에너지 또는 수소와 산소를 생산하게 하고, 상기 일체형 재생 연료 전지에서 생산된 전기 에너지를 상기 시설물의 부하로 공급할 수 있으며, 상기 시설물의 부하의 용량이 변화할 때 상기 외부 전기 공급 장치의 병렬 운전을 수행할 수 있고, 상기 외부 전기 공급 장치 및 상기 일체형 재생 연료 전지의 분산 전원을 상기 부하로 공급할 수 있는 제어 및 전력 공급 장치 를 포함하며, 상기 시설물은 생명체의 생존공간을 제공하는 해상도시, 해중도시, 수중도시, 수중이동체 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 재생 에너지 시스템 [청구항 2] 제 1 항에 있어서,해수를 담수로 변환하여 변환된 담수를 상기 일체형 재생 연료 전지로 공급하는 해수 담수화 장치, 상기 일체형 재생 연료 전지에서 발생하는 열 에너지를 회수하는 열 회수 기관, 및 상기 열 회수 기관에 축열된 열 에너지를 직접 이용하거나, 상기 열 에너지를 변환한 전기 에너지 또는 상기 제어 및 전력 공급 장치로부터 공급받은 전기에너지를 이용하여 상기 시설물의 자세제어를 위한 추력을 발생시키는추력발생장치중하나이상더포함하는것을특징으로 하는재생에너지시스템. [청구항 3] 제 1 항에 있어서,상기 외부 전기 공급 장치는 육상 또는 해상에 설치되고, 전기 에너지를 생성하여 상기 제어 및 전력 공급 장치로 공급하는 외부 발전 장치 또는 미리 전기 에너지가 저장되는 축전 장치로 구성되며,상기 외부 발전 장치는 풍력 발전기, 태양광 발전기, 태양열 발전기, 파력 발전기 또는 조력 발전기를 포함하고,상기 축전 장치는 1회 사용가능한 1차 전지 및 재충전하여 반복 사용가능한2차전지포함하는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 4] 제 1 항에 있어서,상기 외부 전기 공급 장치는 풍력 발전기, 태양광 발전기, 태양열 발전기, 파력 발전기, 조력 발전기, 1차 전지 및 2차 전지 중, 적어도 어느 두 개의 전기 공급 기기를 포함하며,상기 제어 및 전력 공급 장치는 상기 부하의 용량 증가시,상기전기공급기기들을병렬운전하는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 5] 제 1 항에 있어서,상기 가스 저장 장치는 상기 일체형 재생 연료 전지에서 생산된 수소와 산소를 포집하는 가스 포집기;상기 가스 포집기에 연결되어 상기 수소와 산소를 각각 압축하는 압축기; 및상기 압축기에 압축된 수소와 산소를 각각 저장하고, 저장된 수소와 산소를 상기 일체형 연료 전지로 공급하는가스저장탱크포함하는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 6] 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 일체형 재생 연료 전지는 복수 개의 단위 셀이 적층된 연료 전지 스택으로 구성되며,상기 단위 셀들은 각각 고분자 전해질막, 상기 고분자 전해질막의 일측에 형성되는 양극 및 상기 고분자 전해질막의 타측에 형성되는음극포함하는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 7] 제 6 항에 있어서,상기 단위 셀들은 인접하는 단위 셀들 간에 양극과 음극이 서로 교차하도록적층되는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 8] 제 6 항에 있어서,상기 연료 전지 스택은 적층된 단위 셀등의 양측에 집전체를 갖는데,상기 집전체는 백금, 금, 은 및 니켈 중 어느 하나 또는 둘 이상이 표면에 코팅된타이타늄판또는타이타늄메쉬인것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 9] 제 8 항에 있어서,상기 집전체는 표면에 유체의 흐름을 유도하는 채널이 형성되고, 상기 채널은 일자형, 서펜틴(serpentine)형 또는 도트형의 형상을 갖고, 깊이와 폭이 각각 0.1mm내지인것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 10] 제 6 항에 있어서,상기 양극과 상기 음극은 상기 고분자 전해질 막에 열가압되어 결합하며, 각각 촉매층과 가스확산층을 갖는데, 상기 전극들은 100~200℃ 온도로 상기 고분자 전해질 막에열가압되는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 11] 제 10 항에 있어서,상기 촉매층nan은촉매및바인더포함하는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 12] 제 11 항에 있어서,상기 고분자전해질막과 상기 바인더는양이온 교환작용기갖는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 13] 제 12 항에 있어서,상기 양이온 교환 작용기는 -oh, -oso3h, -cooh, -opo(oh)2, -c6h4so3h 중 어느하나포함하는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 14] 제 11 항에 있어서,상기 촉매는 백금, 루테늄, 이리듐, 코발트, 철 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느하나포함하는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 15] 제 14 항에 있어서,상기 촉매는 백금 1~99중량%와 이리듐 1~99중량%의 조합 또는 백금 1~99중량%와 루테늄 1~99중량조합으로이루어지는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 16] 제 11 항에 있어서,상기 촉매의 입자크기는 10nm이하인것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 17] 제 11 항에 있어서,상기 촉매층은 담체를 더 포함하며, 상기 담체는 탄소,아세틸렌블랙또는탄소나노튜브포함하는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 18] 제 17 항에 있어서,상기 담체의 비표면적nan은이하인것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 19] 제 11 항에 있어서,상기 음극은 백금 촉매를 포함하고, 상기 양극은 백금-이리튬 합금촉매포함하는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 20] 제 11 항에 있어서,상기 바인더는 나피온(nafion) 바인더이며, 상기 촉매의 함량에 대해 5wt% 내지 40wt%의함량포함되는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 21] 제 1 항에 있어서,상기 전기 분해 모드로 동작할 때, 상기 일체형 재생 연료 전지에는 70℃의 담수가 1l/min 내지 50l/min의유속공급되는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 22] 제 21 항에 있어서,상기 전기 분해 모드로 동작할 때, 상기 제어 및 전력 공급 장치는 상기 일체형 재생 연료 전지의 25cm2 면적당 0.1v 내지 2.0v의전기에너지공급하는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템. [청구항 23] 제 1 항에 있어서,상기 연료 전지 모드로 동작할 때, 상기 일체형 재생 연료 전지에는 상기 단위 셀당 75℃의 수소가 50cc/min 내지 500cc/min의 유속으로 공급되고 75℃의 산소가 50cc/min 내지 500cc/min의유속공급되는것을특징으로 하는재생 에너지 시스템.