KR100594538B1 - 연료 전지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 소형이고 경량인 연료 전지 장치를 제공하는 것이다.
연료 전지 장치(100)는 대략 수평으로 배치된 셀을 상하 방향으로 복수 적층시킨 스택의 양단부에 엔드 플레이트(140a 및 140b)를 배치하고, 2개의 밴드(150a 및 150b)에 의해 체결된 구조를 갖는다. 각각의 셀은 한 쌍의 전극층과, 그들 사이에 삽입된 반응층을 포함하는 MEA와 MEA를 협지하도록 설치되고, 기체나 액체 연료 등의 유체를 흐르게 하기 위한 유로가 형성된 도전성 세퍼레이터를 포함한다. 부극(負極)에는 유기 액체 연료가 개질되는 일 없이 직접 공급되고, 정극(正極)에는 산소를 포함하는 공기가 공급된다. 연료 전지 장치(100)의 한 쪽 측면의 상부에는 공기 입구(120) 및 연료 출구(126)가 설치되고, 반대측 측면의 하부에는 공기 출구(122) 및 연료 입구(124)가 설치된다.
엔드 플레이트, 밴드, 연료 전지 장치, 공기 출구, 연료 입구

Description

연료 전지 장치{FUEL CELL DEVICE}
도1은 실시 형태에 관한 연료 전지 장치의 외관을 개략적으로 도시한 도면.
도2의 (a), (b), (c)는 각각 도1에 도시한 연료 전지 장치의 상면도, 정면도 및 측면도.
도3은 MEA와 연료 및 공기의 유로와의 관계를 도시한 도면.
도4의 (a)는 스택 내에 있어서의 공기의 유로를 도시하고, 도4의 (b)는 스택 내에 있어서의 유기 액체 연료의 유로를 도시한 도면.
도5는 세퍼레이터에 형성된 액체 연료의 유로를 도시한 도면.
도6은 엔드 플레이트의 구조를 도시한 도면.
도7은 밴드에 의해 스택를 체결하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도8은 밴드의 단부를 체결 블럭에 고정시킨 모습을 도시한 도면.
도9의 (a) 및 (b)는 밴드의 다른 예를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 연료 전지 장치
110 : 스택
112a, 112b, 114a, 114b : 매니폴드
118 : 세퍼레이터
120 : 공기 입구
122 : 공기 출구
124 : 연료 입구
126 : 연료 출구
130, 142, 144 : 유로
132 : 리브
140a, 140b : 엔드 플레이트
150a, 150b : 밴드
152a, 152b : 체결 블럭
154a, 154b : 볼트
156 : 절연부
본 발명은 연료 전지 장치에 관한 것으로, 특히 유기 액체 연료를 이용한 연료 전지 장치에 관한 것이다.
연료 전지의 일형태로서, 최근 직접형 메탄올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC)가 주목받고 있다. DMFC는 연료인 메탄올을 개질하지 않고 직접 부극에 공급하여, 메탄올과 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전력을 얻는 것이다. 메탄올은 수소와 비교하여 단위 체적당 에너지가 높고, 또한 저장에 적합하며, 폭 발 등의 위험성도 적으므로, 자동차나 휴대 기기 등의 전원에의 이용이 기대되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1]
일본 특허 공개 제2002-56856호 공보
[특허 문헌 2]
일본 특허 공개 제2001-135343호 공보
연료 전지를 휴대 기기의 전원으로서 이용하기 위해서는, 연료 전지의 소형화 및 경량화가 한층 더 필요하다. 본 발명자들은 연료 전지를 가능한 한 소형화 및 경량화하기 위해, 다양한 각도로부터 연료 전지를 개량하는 기술을 생각해 내는 데 이르렀다. 구체적으로는, 셀당 발전 효율을 향상시켜 스택 내의 셀 수를 감소시킴으로써, 연료 전지를 소형화 및 경량화하는 기술을 개발하였다. 또한, 스택을 체결하기 위한 구조를 소형화 및 경량화함으로써, 연료 전지를 소형화 및 경량화하는 기술을 개발하였다.
본 발명은 이러한 상황에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적은 연료 전지 장치의 소형화 또는 경량화를 실현하는 기술의 제공에 있다.
본 발명의 일형태는 연료 전지 장치에 관한 것이다. 이 연료 전지 장치는, 한 쌍의 전극층과 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층을 포함하는 셀을 상하 방향으로 복수 적층한 구조를 갖고, 상기 셀의 상측의 상기 전극층을 부극, 상기 셀의 하 측의 상기 전극층을 정극으로서 기능시키는 것을 특징으로 한다. 상기 부극에는 유기 액체 연료가, 상기 정극에는 산소가 각각 공급되어도 좋다. 상측의 부극에서는 유로 내에서 유기 액체 연료가 하방으로, 생성된 이산화탄소가 상방으로 기액 분리되기 때문에, 유기 액체 연료를 효율적으로 전극층에 접촉시킬 수 있다. 또한, 하측의 정극에서는 유로 내에서 산소가 상방으로, 생성된 물이 하방으로 기액 분리되기 때문에, 산소를 효율적으로 전극층에 접촉시킬 수 있다. 이에 의해, 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 연료 전지 장치의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다.
본 발명의 다른 형태도 연료 전지 장치에 관한 것이다. 이 연료 전지 장치는 한 쌍의 전극층과 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층을 포함하는 셀을 복수 적층한 구조를 갖는 스택과, 상기 복수의 셀에 유기 액체 연료를 공급하기 위한 제1 매니폴드와, 상기 복수의 셀에 공급된 유기 액체 연료를 배출시키기 위한 제2 매니폴드와, 상기 제2 매니폴드의 상부에 설치된 유기 액체 연료의 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제1 매니폴드의 하부에 설치된 유기 액체 연료의 공급구를 더 포함해도 좋다. 유기 액체 연료의 배출구를 상부에 설치함으로써, 출구측의 제2 매니폴드에 있어서 기액 분리된 생성 가스를 효율적으로 배출시킬 수 있다. 이에 의해, 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 연료 전지 장치의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태도 연료 전지 장치에 관한 것이다. 이 연료 전지 장치는 한 쌍의 전극층과 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층을 포함하는 셀을 복수 적층한 구조를 갖는 스택과, 상기 복수의 셀에 산소를 포함하는 기체를 공급하기 위한 제1 매니폴드와, 상기 복수의 셀에 공급된 산소를 포함하는 기체를 배출시키기 위한 제2 매니폴드와, 상기 제2 매니폴드의 하부에 설치된 산소를 포함하는 기체의 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제1 매니폴드의 상부에 설치된 산소를 포함하는 기체의 공급구를 더 포함해도 좋다. 산소를 포함하는 기체의 배출구를 하부에 설치함으로써, 출구측의 제2 매니폴드에 있어서 기액 분리된 생성수를 효율적으로 배출시킬 수 있다. 이에 의해, 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 연료 전지 장치의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태도 연료 전지 장치에 관한 것이다. 이 연료 전지 장치는 한 쌍의 전극층과 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층과 상기 전극층의 상기 반응층과 반대측에 인접하여 설치된 한 쌍의 세퍼레이터를 포함하고, 부극측의 상기 전극층에 인접한 세퍼레이터에는 상기 부극에 공급되는 유기 액체 연료의 유로가 설치되고, 유기 액체 연료의 공급구에 가까운 상류측의 상기 유로의 폭보다도 배출구에 가까운 하류측의 상기 유로의 폭 쪽이 좁은 것을 특징으로 한다. 반응 활성이 높은 상류측 유로의 면적을 반응 활성이 낮은 하류측 유로의 면적보다도 넓게 취함으로써 셀 전체적으로의 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 연료 전지 장치의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태도 연료 전지 장치에 관한 것이다. 이 연료 전지 장치는 한 쌍의 전극층과 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층을 포함하는 셀을 복수 적층한 구조를 갖는 스택과, 상기 스택의 양측에 설치된 한 쌍의 엔드 플레이트와 상기 스택을 체결하기 위한 밴드를 포함하고, 상기 엔드 플레이트에 상기 밴드를 체결하기 위한 체결부가 설치되는 것을 특징으로 한다. 체결부를 엔드 플레이트의 빈 공간에 설치함으로써, 연료 전지 장치를 소형화 및 경량화할 수 있다.
이 연료 전지 장치는 2개의 상기 밴드를 포함하고, 한 쪽 밴드를 체결하기 위한 상기 체결부와 다른 쪽 밴드를 체결하기 위한 상기 체결부는 다른 엔드 플레이트에 설치되어도 좋다. 2개의 밴드를 엇갈리게 체결함으로써, 스택 전체를 균일하게 체결할 수 있다. 이에 의해, 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 연료 전지 장치의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다. 또한, 불균일한 체결에 기인하는 집중적인 반응의 진행에 의해, 전극층이나 반응층이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 상기 밴드에 탄성을 부여하기 위해, 상기 밴드에 벨로우즈 구조 또는 슬릿 구조를 설치해도 좋다. 이에 의해, 밴드의 헐거워짐을 경감시킬 수 있다.
상기 체결부는 상기 밴드의 양단부를 고정시키기 위한 한 쌍의 고정부와, 상기 고정부를 상기 셀의 적층 방향과 대략 수직인 방향으로 이동시켜 상기 밴드를 체결하기 위한 이동부를 포함해도 좋다. 이에 의해, 체결부를 소형화할 수 있고, 나아가서는 연료 전지 장치의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태도 연료 전지 장치에 관한 것이다. 이 연료 전지 장치는, 한 쌍의 전극층과 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층을 포함하는 셀을 복수 적층한 구조를 갖는 스택과 상기 스택의 양측에 설치된 한 쌍의 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 엔드 플레이트에는 상기 전극층에 공급되는 유체의 출입구와, 상기 셀에 상기 유체를 공급하거나 또는 상기 셀로부터 상기 유체를 배출시키기 위한 매 니폴드와, 상기 출입구를 연결하는 유로가 설치되는 것을 특징으로 한다. 매니폴드와 출입구를 연결하는 유로를 엔드 플레이트의 빈 공간에 설치함으로써, 연료 전지 장치를 소형화 및 경량화할 수 있다. 상기 출입구의 폭은 상기 매니폴드의 폭보다도 좁고, 상기 유로는 상기 출입구로부터 상기 매니폴드로 원활하게 넓어지는 형상을 가져도 좋다. 다른 폭을 갖는 매니폴드와 출입구를 매끄럽게 연결함으로써, 유체를 원활하게 흐르게 할 수 있다.
또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합 및 본 발명의 표현을 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 변환한 것도 또한 본 발명의 형태로서 유효하다.
도1은 실시 형태에 관한 연료 전지 장치(100)의 외관을 개략적으로 도시한다. 연료 전지 장치(100)는 대략 수평으로 배치된 셀을 상하 방향으로 복수 적층시킨 스택의 양단부에 엔드 플레이트(140a 및 140b)를 배치하고, 2개의 밴드(150a 및 150b)에 의해 체결된 구조를 갖는다. 각각의 셀은 한 쌍의 정극층 및 부극층과, 그들 사이에 삽입된 반응층의 일예인 나피온(등록 상표) 등의 수소 이온 전도성을 갖는 고체 고분자 전해질막을 포함하는 막 전극 접합체(Membrane Electrode Assembly : 이하,「MEA」라 표기함)와 MEA를 협지하도록 설치되고, 기체나 액체 연료 등의 유체를 흐르게 하기 위한 유로가 형성된 도전성 세퍼레이터를 포함한다. MEA와 세퍼레이터 사이에, 가스나 액체 연료를 막 상에 균일하게 확산시키기 위한 확산층이 설치되어도 좋다. 본 실시 형태의 연료 전지 장치(100)에 있어서는, 부극에는 메탄올, 에탄올 등의 알코올류나, 에테르류 등의 유기 액체 연료가 개질되지 않고 직접 공급되고, 정극에는 산소를 포함하는 공기가 공급된다. 연료 전지 장치(100)의 한 쪽 측면의 상부에는 공기 입구(120) 및 연료 출구(126)가 설치되어 있고, 반대측 측면의 하부에는 공기 출구(122) 및 연료 입구(124)가 설치되어 있다.
도2의 (a), (b), (c)는, 각각 도1에 도시한 연료 전지 장치(100)의 상면도, 정면도 및 측면도이다. 밴드(150a)는 양단부가 연료 전지 장치(100)의 상면에 설치된 체결 블럭(152a 및 152a')에 각각 고정되어 있고, 볼트(154a)에 의해 체결되어 있다. 밴드(150b)는 양단부가 연료 전지 장치(100)의 하면에 설치된 체결 블럭(152b 및 152b')에 각각 고정되어 있고, 볼트(154b)에 의해 체결되어 있다. 이와 같이, 2개의 밴드(150a 및 150b)를 상하 엇갈리게 체결함으로써, 후술하는 바와 같이 스택을 균일하게 체결할 수 있다. 상측의 엔드 플레이트(140a)의 측면에는, 연료 전지 장치(100)를 도1에 도시한 바와 같이 배치하였을 때, 대향 우측에 공기 입구(120)가, 대향 좌측에 연료 출구(126)가 설치되어 있다. 또한, 하측의 엔드 플레이트(140b)의 측면에는, 연료 전지 장치(100)를 도1에 도시한 바와 같이 배치하였을 때, 대향 우측에 공기 출구(122)가, 대향 좌측에 연료 입구(124)가 설치되어 있다.
도3은 MEA와 연료 및 공기의 유로와의 관계를 도시한다. 본 실시 형태의 연료 전지 장치(100)의 스택은, 수평으로 배치한 MEA(116)를 상하 방향으로 적층한 구조를 갖고 있고, MEA(116)의 상측에 액체 연료를, 하측에 공기를 공급한다. 즉, MEA(116)의 상측이 부극이 되고, 하측이 정극이 된다. 부극측에서는, 메탄올 등의 유기 액체 연료와 물이 반응하여 이산화탄소와 수소 이온이 발생되기 때문에, 유기 액체 연료의 유로에는 하류측으로 진행할수록 많은 이산화탄소가 포함되게 되어, 유기 액체 연료와 MEA(116)의 접촉 효율이 저하될 우려가 있다. 그러나, 본 실시 형태와 같이 MEA(116)의 상측을 부극으로 함으로써, 유로 및 확산층 내에서 생성된 이산화탄소는 상방으로, 유기 액체 연료는 하방으로 기액 분리되기 때문에, 유로의 하류측에 있어서도 유기 액체 연료를 효율적으로 MEA(116)에 접촉시킬 수 있다. 이에 의해, 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 정극측에서는 공기 중의 산소와 수소 이온이 반응하여 물이 발생되지만, MEA(116)의 하측을 정극으로 함으로써 유로 및 확산층 내에서 생성된 물은 하방으로, 공기는 상방으로 기액 분리되기 때문에, 하류측의 유로에 있어서도 효율적으로 공기를 MEA(116)에 접촉시킬 수 있다. 이에 의해, 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도4의 (a)는 스택 내에 있어서의 공기의 유로를 도시하고, 도4의 (b)는 스택 내에 있어서의 유기 액체 연료의 유로를 도시한다. 도4의 (a)는 도2의 (a)에 있어서의 AA' 단면에 대응하고, 도4의 (b)는 도2의 (a)에 있어서의 BB' 단면에 대응한다. 도4의 (a)에 도시한 바와 같이, 공기 입구(120)는 연료 전지 장치(100)의 측면 상부에, 공기 출구(122)는 반대측의 측면 하부에 설치되어 있다. 공기(102)는 공기 입구(120)로부터 입구측 매니폴드(112a)를 거쳐서, 스택(110)의 각각의 셀에 공급된다. 각각의 셀에 있어서 발생된 물(104)과 미반응 공기(102)는, 출구측 매니폴드(112b)에 있어서 기액 분리되어 공기 출구(122)로부터 배출된다. 이와 같이, 출구측 매니폴드(112b)를 기액 분리조로서도 이용함으로써 구성을 간략화하여, 장치의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다. 또한, 공기 출구(122)를 하방에 배치 함으로써, 생성된 물의 배출을 촉진시킬 수 있어 발전 효율의 향상에 기여할 수 있다.
또한, 도4의 (b)에 도시한 바와 같이 연료 입구(124)는 연료 전지 장치(100)의 측면 하부에, 연료 출구(126)는 반대측의 측면 상부에 설치되어 있다. 유기 액체 연료(106)는 연료 입구(124)로부터 입구측 매니폴드(114a)를 거쳐서, 스택(110)의 각각의 셀에 공급된다. 각각의 셀에 있어서 발생된 이산화탄소(108)와, 미반응 유기 액체 연료(106)는 출구측 매니폴드(114b)에 있어서 기액 분리되어, 연료 출구(126)로부터 배출된다. 이와 같이, 출구측 매니폴드(114b)를 기액 분리조로서도 이용함으로써 구성을 간략화하여, 장치의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다. 또한, 연료 출구(126)를 상측에 배치함으로써 생성된 이산화탄소의 배출을 촉진시킬 수 있어, 발전 효율의 향상에 기여할 수 있다.
도5는 세퍼레이터에 형성된 액체 연료의 유로를 도시한다. 유기 액체 연료는 입구측 매니폴드(114a)로부터 각 셀에 공급되고, 세퍼레이터(118)에 형성된 유로(130)를 통과하여 출구측 매니폴드(114b)를 거쳐서 배출된다. 유로(130)의 하류측에서는, 유기 액체 연료가 전지 반응에 의해 소비되어 상류측과 비교하여 농도가 옅어져 있는 동시에 생성 가스의 비율이 증가하므로, 반응 활성이 열화되어 발전 효율이 나쁘다. 그로 인해, 반응 활성이 높은 상류측에서는, 유로의 폭을 넓게 하여 유로의 면적을 크게 취함으로써 발전 효율을 향상시키는 한편, 반응 활성이 낮은 하류측에서는 유로의 폭을 좁게 하여 유로의 면적을 작게 함으로써 유속을 빠르게 하여, 생성된 이산화탄소의 배출을 촉진시킨다. 이에 의해, 셀 전체적으로 발 전 효율을 향상시킬 수 있다. 집전 기능을 담당하는 리브(132)의 폭은, 도5에 도시한 바와 같이 일정해도 좋고, 하류를 향함에 따라서 서서히 좁게 해도 좋다. 유기 액체 연료의 유로 및 리브의 폭은, 셀 전체의 발전 효율과 집전성을 고려하여 설계되는 것이 바람직하다.
도6은 엔드 플레이트의 구조를 도시한다. 도6에서는 도1 및 도2에 도시한 연료 전지 장치(100)의 구성 중, 밴드(150b)를 제거하여 상측의 엔드 플레이트(140a)의 우측 절반면을 노출시킨 모습을 나타내고 있다. 상측의 엔드 플레이트(140a)의 도6에 있어서의 좌측 절반면에는, 밴드(150a)를 체결하기 위한 체결부, 구체적으로는 고정부의 일예인 체결 블럭(152a 및 152a')과, 이동부의 일예인 볼트(154a)가 설치되어 있다. 또한, 우측 절반면에는 공기 입구(120)와 공기의 입구측 매니폴드(112a)를 연결하는 유로(142)와, 연료의 출구측 매니폴드(114b)와 연료 출구(126)를 연결하는 유로(144)가 설치되어 있다. 유로(142)는, 공기 입구(120)의 폭으로부터 공기의 입구측 매니폴드(112a)의 폭으로 원활하게 넓어지는 형상을 갖고 있다. 공기 입구(120)로부터 공기의 입구측 매니폴드(112a)로 직접 공기를 도입하는 것은 아니며, 유로(142)를 거침으로써 매니폴드(112a)의 전체 폭에 걸쳐 균일하게 공기를 공급할 수 있다. 마찬가지로, 유로(144)는 연료의 출구측 매니폴드(114b)의 폭으로부터 연료 출구(126)의 폭으로 원활하게 좁아지는 형상을 갖고 있다. 연료의 출구측 매니폴드(114b)로부터 연료 출구(126)로 직접 연료를 배출시키는 것은 아니며, 유로(144)를 거침으로써 원활하게 유체를 배출할 수 있다.
도시하지 않았지만, 마찬가지로 하측의 엔드 플레이트(140b)에는 도6에 있어 서의 우측 절반면에 밴드(150b)를 체결하기 위한 체결 블럭(152b 및 152b') 및 볼트(154b)가 설치되어 있고, 좌측 절반면에 공기의 출구측 매니폴드(112b)와 공기 출구(122)를 연결하는 유로와, 연료 입구(124)와 연료의 입구측 매니폴드(114a)를 연결하는 유로가 설치되어 있다. 이들 유로는, 각각 유로(142 및 144)와 동일한 형상을 갖고 있고, 유체를 원활하게 흐르게 하는 역할을 한다.
본 실시 형태에서는, 밴드(150)를 체결하기 위한 구성이나 액체 연료 및 공기의 출입구 및 이들 매니폴드를 연결하는 유로를, 스택에 면압을 부여하기 위해 배치되는 엔드 플레이트(140a 및 140b)에 설치한다. 이에 의해, 연료 전지 장치(100)를 소형화 및 경량화할 수 있다. 연료 및 공기의 출입구는, 도4 및 도5에 도시한 유로를 실현하기 위해 상측의 엔드 플레이트(140a)의 우측 절반면 및 하측의 엔드 플레이트(140b)의 좌측 절반면에 설치된다. 따라서, 2개의 밴드(150a 및 150b)의 체결 블럭(152)을 상측의 엔드 플레이트(140a)의 좌측 절반면 및 하측의 엔드 플레이트(140b)의 우측 절반면에 설치함으로써, 빈 공간을 유효하게 활용하여 연료 전지 장치(100)를 소형화 및 경량화할 수 있다. 이와 같이, 밴드(150)의 체결 블럭(152)을 상하 엇갈리게 설치함으로써, 후술하는 바와 같이 스택을 균일하게 체결할 수 있다고 하는 다른 효과도 얻을 수 있다. 엔드 플레이트(140a)의 밴드(150a)가 접촉하는 각은 라운딩을 띤 형상으로 되어 있다. 이에 의해, 밴드(150)을 강하게 체결하였을 때에 밴드(150)가 파손될 가능성을 저감시킬 수 있다.
도7은 밴드에 의해 스택을 체결하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 본 실시 형태에서는, 셀을 적층시킨 스택을 엔드 플레이트(140) 및 밴드(150)에 의해 체 결함으로써 각 셀의 전극과 고분자막 사이에 소정의 면압을 공급한다. 이에 의해, 연료와 공기의 밀봉을 확보하는 동시에, 전극과 세퍼레이터를 밀착시켜 임피던스를 저감시킬 수 있다. 그런데, 셀에 인가되는 면압이 불균일하면, 면압이 강한 부분에서 세퍼레이터의 파손, 면압이 약한 부분에서 임피던스의 증가 및 연료나 공기의 누설이 발생된다. 그로 인해, 각 셀에 균일한 면압을 부여하는 것이 중요하다. 본 실시 형태에서는, 2매의 엔드 플레이트(140a 및 140b)에서 협지된 스택을 2개의 밴드(150a 및 150b)에 의해 상하 엇갈리게 체결함으로써, 각 셀에 균일한 면압을 인가한다.
우선, 밴드(150a)의 양단부를 각각 도8에 도시한 바와 같이 체결 블럭(152a 및 152a')에 권취하여 고정한다. 그리고, 볼트(154a)를 회전시켜 체결 블럭(152a 및 152a')을 서로 근접하는 방향(도7 중 화살표 방향)으로 이동시켜, 밴드(150a)를 소정의 압력이 될 때까지 체결한다. 20 ㎏f/㎠ 정도의 면압이 될 때까지 체결하면 좋다. 마찬가지로, 밴드(150b)의 양단부를 체결 블럭(152b 및 152b')에 권취하여 고정하고, 볼트(154b)를 회전시켜 체결한다. 밴드(150a)의 체결 블럭(152a 및 152a')을 상측의 엔드 플레이트(140a)에, 밴드(150b)의 체결 블럭(152b 및 152b')을 하측의 엔드 플레이트(140b)에 엇갈리게 설치함으로써 전체를 균일하게 체결할 수 있다.
본 실시 형태의 체결 방법에 따르면, 특허 문헌 2에 개시된 체결 방법과는 달리, 체결 블럭(152)의 체결 방향(도7 중의 화살표 X 방향)이 스택의 적층 방향(도7 중의 화살표 Y 방향)에 대해 대략 수직으로 되어 있다. 이에 의해, 스택을 체 결하기 위한 구성을 엔드 플레이트(140)의 면 내에 수용할 수 있어, 연료 전지 장치(100) 전체의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다.
본 실시 형태에서는 밴드(150)를 스테인레스강에 의해 구성하고 있으므로, 테플론(등록 상표) 시트나 절연 고무 등에 의해 구성된 절연부(156)를 설치하고 있지만, 다른 예에서는 밴드(150)를 테플론 시트나 절연 고무 등에 의해 구성해도 좋고, 이 경우에는 절연부(156)를 설치하는 데에는 미치지 않는다.
도9의 (a) 및 (b)는 밴드(150)의 다른 예를 도시한다. 도9의 (a)는 밴드(150)에 탄성을 부여하기 위해 벨로우즈를 설치한 예를 도시한다. 도9의 (b)는 밴드(150)에 탄성을 부여하기 위해 슬릿을 설치한 예를 도시한다. 이와 같이, 밴드(150)에 탄성을 부여함으로써 밴드(150)의 체결 장력을 유지하여 헐거워짐을 경감시킬 수 있다. 또 다른 예로서, 밴드(150) 자체를 고무 등의 탄성체에 의해 구성해도 좋다.
이상, 본 발명을 실시 형태를 기초로 설명하였다. 본 실시 형태는 예시이며, 그들의 각 구성 요소나 각 처리 공정의 조합에 다양한 변형예가 가능한 것, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 바이다.
본 발명에 따르면, 연료 전지 장치를 소형화 또는 경량화하는 기술을 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 한 쌍의 전극층과 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층을 포함하는 셀을 상하 방향으로 복수 적층한 구조를 갖고,
    상기 셀의 상측의 상기 전극층을 부극, 상기 셀의 하측의 상기 전극층을 정극으로서 기능시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부극에는 유기 액체 연료가, 상기 정극에는 산소가 각각 공급되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  3. 한 쌍의 전극층과 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층을 포함하는 셀을 복수 적층한 구조를 갖는 스택과,
    상기 복수의 셀에 유기 액체 연료를 공급하기 위한 제1 매니폴드와,
    상기 복수의 셀에 공급된 유기 액체 연료를 배출하기 위한 제2 매니폴드와,
    상기 제2 매니폴드의 상부에 설치된 유기 액체 연료의 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 매니폴드의 하부에 설치된 유기 액체 연료의 공급구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  5. 한 쌍의 전극층과 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층을 포함하는 셀을 복수 적층한 구조를 갖는 스택과,
    상기 복수의 셀에 산소를 포함하는 기체를 공급하기 위한 제1 매니폴드와,
    상기 복수의 셀에 공급된 산소를 포함하는 기체를 배출하기 위한 제2 매니폴드와,
    상기 제2 매니폴드의 하부에 설치된 산소를 포함하는 기체의 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 매니폴드의 상부에 설치된 산소를 포함하는 기체의 공급구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 매니폴드는 기액 분리조로서 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  8. 한 쌍의 전극층과, 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층과, 상기 전극층의 상기 반응층과 반대측에 인접하여 설치된 한 쌍의 세퍼레이터를 포함하고,
    부극측의 상기 전극층에 인접한 세퍼레이터에는 상기 부극에 공급되는 유기 액체 연료의 유로가 설치되고,
    유기 액체 연료의 공급구에 가까운 상류측의 상기 유로의 폭보다도 배출구에 가까운 하류측의 상기 유로의 폭 쪽이 좁은 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  9. 한 쌍의 전극층과 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층을 포함하는 셀을 복수 적층한 구조를 갖는 스택과,
    상기 스택의 양측에 설치된 한 쌍의 엔드 플레이트와 상기 스택을 체결하기 위한 밴드를 포함하고,
    상기 엔드 플레이트에 상기 밴드를 체결하기 위한 체결부가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  10. 제9항에 있어서, 2개의 상기 밴드를 포함하고,
    한 쪽 밴드를 체결하기 위한 상기 체결부와 다른 쪽 밴드를 체결하기 위한 상기 체결부는, 다른 엔드 플레이트에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 밴드에 탄성을 부여하기 위해 상기 밴드에 벨로우즈 구조 또는 슬릿 구조를 설치하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 체결부는
    상기 밴드의 양단부를 고정시키기 위한 한 쌍의 고정부와,
    상기 고정부를 상기 셀의 적층 방향과 대략 수직인 방향으로 이동시켜 상기 밴드를 체결하기 위한 이동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  13. 한 쌍의 전극층과 상기 전극층 사이에 삽입된 반응층을 포함하는 셀을 복수 적층한 구조를 갖는 스택과,
    상기 스택의 양측에 설치된 한 쌍의 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 엔드 플레이트에는,
    상기 전극층에 공급되는 유체의 출입구와,
    상기 셀에 상기 유체를 공급하거나 또는 상기 셀로부터 상기 유체를 배출하기 위한 매니폴드와 상기 출입구를 연결하는 유로가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 출입구의 폭은 상기 매니폴드의 폭보다도 좁고, 상기 유로는 상기 출입구로부터 상기 매니폴드로 원활하게 넓어지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 체결부는
    상기 밴드의 양단부를 고정시키기 위한 한 쌍의 고정부와,
    상기 고정부를 상기 셀의 적층 방향과 대략 수직인 방향으로 이동시켜 상기 밴드를 체결하기 위한 이동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
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