KR100263239B1 - 용융탄산염연료전지의분리판 - Google Patents

Abstract

목적 : 유동 사각부에서 가스 흐름이 억제되도록 한 용융 탄산염 연료전지의 분리판을을 제공하는 것이 목적이다.

구성 : 분리판(30)은 판상의 모재를 프레스 가공하여 요철이 연속되게 형성된 채널(40)을 포함하는 센터 플레이트(36)와, 이 센터 플레이트(36)의 양측면에 밀착되고 상기 채널(40)과 연계된 홀(44)을 포함하는 전극 마스크판(32)(34)을 구비하며. 이 전극 마스크판(32)(34)과 상기 센터 플레이트(36) 사이에 배치되어 외부에서 유입된 반응 가스의 유로를 형성하는 다수의 가스 유로 부재(60)가 포함된다.

효과 : 반응가스 유동의 사각부에 가스 유로 부재를 설치함으로써 연료 이용율을 증가시킬 수 있고 이 부분에서의 가스의 역류현상을 방지할 수 있다.

[색인어]

연료전지

Description

용융 탄산염 연료전지의 분리판{Separate substrate for using in melt carbonate fuel cell}

본 발명은 용융 탄산염 연료전지(Melt Carbonate Fuel Cell ; 이하 MCFC)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 외부에서 연속적으로 공급되는 천연가스 및 석탄가스의 유로를 제어하여 가스 이용율이 높아질 수 있도록 하는 용융 탄산염 연료전지에 관한 것이다.

MCFC는 캐소우드와 애노드의 사이에 전해질이 개재(介在)되어서, 캐소우드인 연료극에서 반응물이 산화 반응이 일어나 외부 회로에 전자를 공여하고, 애노드인 공기극에서 환원이 일어나 전자를 받아들임으로써 화학에너지를 전기에너기로 바꾸어준다.

이러한 MCFC는 전해질로 리튬 카보네이트(Lithium carbonate)와 포타슘 카보네이트나(Potassium carbonate) 같은 탄산 알칼리를 용융하여 사용하고, 캐소우드로 니켈 소결체, 애노드로 리튬이 들어있는 산화 니켈 소결체를 사용한다.

MCFC의 구성은 애노드와 캐소우드, 및 그 사이에 전해질을 함침한 구조로 이루어지고, 애노드와 캐소우드는 각각 분리판 및 전해질 지지판에 의해 지지되어서 단전지로 어셈블리된다.

이렇게 구성된 MCFC는 연속적으로 공급되는 천연가스 및 석탄가스와 같은 연료 가스를 수소로 개질하여, 그 수소에 의해 캐소우드에서 반응물의 산화 반응이 일어나고, 애노드에서 환원 반응이 일어나도록 한다.

도 6은 종래 공지된 MCFC의 분리판을 평면도로 나타내고 있다.

분리판(2)은 애노드 마스크판(4)과 도시 생략된 캐소드 마스크판의 사이에 센터플레이트(6)가 배치된다. 센터 플레이트(6)의 표리면에는 판상 소재를 프레스 성형하여 요철 형태로 된 채널판(8)이 부착되고 이의 양측 요철(10)에 에노드(12)와 캐소드(도시 생략됨)의 집전판이 대면되는 것이다.

상기 애노드 마스크판(4)과 캐소드 마스크판에는 외부에서의 반응가스가 유입되는 홀(14)이 일정한 간격으로 형성된다. 특히 이 홀(14)로 외부에서의 반응가스가 유입되어 채널을 통해 홀러 들어서 애노드 집전판(12)과 캐소드 집전판으로 공급된다.

이러한 집전판과 접촉되는 요철에 의한 채널로는 반응가스의 공급과 유동성이 원활하게 형성되나 요철이 형성되지 않은 부분(이하 사각부라 칭함)에서는 홀을 통해 센터 플레이트와 마스크판 사이로 유입된 반응가스는 반응에 참여하지 않은채 소비되어 버리는 문제점이 있다. 상기 사각부는 센터 플레이트(6)을 향한 채널판(8)의 평탄도를 결정하여 주는 구조물로 되기 때문에 필수적으로 구비되어야 한다.

또한, 사각부에서는 요철이 형성되지 않으므로 마스크판을 지지해주는 부분이 없어 마스크판이 그 자체로 충분한 강성을 지니지 못하게 되어 고온에서 장시간 연료전지가 가동되면 사각부가 압력을 받아 분리판의 변형이 발생하게 되는 문제점도 있게 된다.

이와같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 사각부에서의 가스 흐름이 제한되도록 한 용융 탄산염 연료전지의 분리판을 제공하는 것이 목적이다.

이를 위하여, 본 발명의 분리판은 판상의 모재를 프레스 가공하여 요철이 연속되게 형성된 채널을 포함하는 센터 플레이트와, 이 센터 플레이트의 양측면에 밀착되고 상기 채널과 연계된 홀을 포함하는 전극 마스크판을 구비하며, 이 전극 마스크판과 상기 센터 플레이트 사이에 배치되어 셀내로 유입된 반응 가스의 흐름을 억제시키는 다수의 가스 유로 부재가 포함된다.

특히, 상기 가스 유로 부재의 단면은 코러게이트 또는 파상(波狀) 단면 형상으로 제작될 수 있다.

또한, 상기 가스 유로 부재를 통과하는 반응가스와 상기 가스 유로 부재의 길이 방향은 서로 직교할 수도 있다.

제1도는 본 발명에 따른 용융 탄산염 연료전지의 분리판을 부분 절개하여 도시한 평면도

제2도는 제 1 도의 A-A에서 보인 단면도.

제3도는 가스 유로 부재를 도시한 사시도.

제4도는 다른 가스 유로 부재를 도시한 사시도.

제5도는 또 다른 가스 유로 부재를 도시한 사시도.

제6도는 종래의 용융 탄산염 연료전지의 분리판을 부분 절개하여 도시한 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

30 : 분리판 32 : 애노드 마스크관

34 : 캐소드 마스크판 36 : 센터 플레이트

60 : 가스 유로 부재 62 : 채널

이하 본 발명에 관련된 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1에서는 본 발명에 따른 용융 탄산염 연료전지의 분리판을 부분 절개하여 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 a-a에서 보인 단면도이다.

도면을 통하여 알 수 있듯이, 분리판(30)은 애노드 마스크판(32)과 캐소드 마스크판(34) 사이에 센터 플레이트(36)가 배치되는 바, 센터 플레이트(36)는 판상의 모재를 프레스 가공하여 요철(38)이 3열 연속된 형태로 채널(40)을 형성한다.

상기 요철(38)의 양면에는 전지의 애노드 집전판(42)과 도시 생략된 캐소드 집전판이 밀착되고 채널(40)로 반응 가스가 통과되도록 한 구성으로 이루어진다.

또한, 상기한 애노드 마스크판(32)과 캐소드 마스크판(34)은 채널(40)로 반응가스가 공급되도록 하는 타원상의 홀(44)을 다수 포함하되, 이 홀(44)은 교번하여 일정한 배열로 배치되어 애노드 측과 캐소드 측으로 반응가스를 유도하는 것이다.

한편, 분리판(30)의 전술한 사각부에 도 3에 도시한 바와 갈이, 본 발명의 특징에 따른 가스 유로 부재(60)를 배치하되, 이는 그 단면이 대략 코러게이트(corrugate) 모양으로 형성된다. 특히, 이 가스 유로 부재(60)는 상기 판상 부재를 프레스 가공하여 형성된 채널(40)과 대략 직교되어진다.

이 가스 유로 부재(60)는 다양한 재질로 제작이 가능한 바, 바람직하게는 마스크판의 재질과 동일한 것으로 제조될 수 있다.

도 4와 도 5에는 가스 유로 부재의 다른 실시예들을 나타내고 있다.

상기 가스 유로 부재(60)는 여러 형태의 단면 형상, 즉 연속된 요철형, 삼각형 모양으로 제조가 가능하다.

이와갈은 가스 유로 부재를 포함하는 분리판으로 유입되는 반응가스는 사각부로 잘 흐르지 않게 됨으로써 반응가스 이용율을 높이게 되며, 나아가 사각부의 강성을 높여 연료전지의 고온 장기운전 시에도 분리판이 변형되는 것을 방지하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 용용 탄산염 연료전지의 분리판은 종래의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉, 분리판의 내부 사각부에 코러게이트 모양이나 연속된 요철형 및 단면이 삼각형 모양인 가스 유로 부재를 배치하여 반응가스의 흐름을 센터 플레이트의 채널을 통해 이동하는 반응가스와 혼재될 수 있도록 하여 반응가스의 유동성을 좋게 하고, 또한 반응가스 유동의 사각부를 줄임으로서 연료 이용율을 증가시킬 수 있고 이 부분에서의 가스의 역류현상을 방지할 수 있다.

아울러, 사각부에 가스 유로 부재가 설치됨으로써 마스크판의 강성이 약해짐으로 이내 발생할 수 분리판의 변형을 줄일 수 있어 가스 기밀성을 향상할 수 있게되며, 그리고 국부적인 응력 집중현상이 나타나지 않게 구조 보강된 것이므로 전지의 내구성 및 성능이 향상된다.

Claims (3)

1. 표리면이 요철로 연속되게 형성된 채널(40)을 포함하는 센터 플레이트(36)와, 이 센터 플레이트(36)의 양측면에 밀착되고 상기 채널(40)과 연계된 홀(44)을 포함하는 전극 마스크판(32)(34)을 구비하며, 이 전극 마스크판(32)(34)과 상기 센터 플레이트(36) 사이에 배치되어 외부에서 유입되는 반응 가스의 흐름을 제어하는 다수의 가스 유로 부재(60)가 포함됨을 특징으로 하는 용융 탄산염 염료전지의 분리판.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 유로 부재의 단면은 코러게이트 형상인 것을 특징으로 하는 용융 탄산염 연료전지의 분리판.
3. 제 1항에 있어서, 상기 가스 유로 부재의 길이 방향과 상기 채널을 통과하는 반응 가스의 흐름 방향이 대략 직교하는 것을 특징으로 하는 용융 탄산염 염료전지의 분리판.