KR100700073B1 - Fuel cell with drain structure of condensate - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 부분 단면도이다.1 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 분해 사시도이다.2 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지의 산화제 측 응축수 배출판을 도시한 정면도이다.3 is a front view illustrating the oxidant side condensate discharge plate of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지의 연료 측 응축수 배출판을 도시한 정면도이다.4 is a front view illustrating the fuel side condensate discharge plate of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 부분 단면도이다.5A and 5B are partial sectional views showing a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 부분 단면도이다.6 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지의 응축수 배출판을 도시한 정면도이다.7 is a front view illustrating a condensate discharge plate of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 전지의 응축수 배출판을 도시한 정면도이다.8 is a front view illustrating a condensate discharge plate of a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 전지의 응축수 배출판을 도시한 정면도이다.9 is a front view illustrating a condensate discharge plate of a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 고분자 전해질형 연료 전지를 도시한 분해 사시도이다.10 is an exploded perspective view showing a polymer electrolyte fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention.
본 발명은 연료 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 응축수를 용이하게 배출할 수 있는 연료 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell that can easily discharge condensate.
연료 전지는 수소이온전도성 고분자 전해질막의 양면에 형성된 한 쌍의 전극 및 분리판으로 이루어지며, 특히 수소를 함유한 연료가스와, 공기 등의 산소를 함유하는 산화제가스를 전기화학적으로 반응시킴으로써 전기와 열을 동시에 발생시키는 전지를 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)라 한다. 이러한 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점이 있다.A fuel cell consists of a pair of electrodes and separators formed on both sides of a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, and in particular, electricity and heat by electrochemically reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen such as air. A battery that simultaneously generates a polymer electrolyte fuel cell is called a polymer electrolyte fuel cell. The polymer electrolyte fuel cell has excellent output characteristics compared to other fuel cells, has a low operating temperature, has fast startup and response characteristics, and is used for mobile power sources such as automobiles, as well as distributed power supplies and electronic devices such as houses and public buildings. There is a wide range of applications such as small power supply such as dragon.
상기의 전극은 백금족 금속 등의 금속촉매를 담지(擔持)한 카본분말을 주성분으로 하는 촉매층과, 이 촉매층의 바깥면에 형성되며 통기성과 전자도전성을 갖는 확산층으로 이루어진다. 상기 확산층은 일반적으로 탄소종이나 탄소부직포 등으로 이루어진다. 이와 같이 고분자 전해질막과 그 양쪽에 형성된 전극을 지칭하여 막전극 접합체 혹은 MEA(Membrane Electrode Assembly)라고 한다.The electrode comprises a catalyst layer mainly composed of carbon powder carrying a metal catalyst such as platinum group metal, and a diffusion layer formed on the outer surface of the catalyst layer and having air permeability and electron conductivity. The diffusion layer is generally made of carbon species or carbon nonwoven fabric. As such, the polymer electrolyte membrane and the electrodes formed on both sides are referred to as a membrane electrode assembly or a MEA (Membrane Electrode Assembly).
MEA 외측에는 이것을 기계적으로 고정함과 동시에, 인접하는 MEA를 서로 전기적으로 접속하기 위한 도전성의 분리판이 설치되어 단위전지를 이룬다. 분리판이 MEA와 접촉하는 부분에는, 전극면에 반응가스를 공급하고 잉여가스와 반응생성물을 운반하기 위한 유로가 형성된다. 상기 유로는 분리판과 별도로 설치될 수도 있지만, 분리판의 표면에 홈 형태로 형성되는 것이 일반적이다.On the outside of the MEA, a mechanical separator is fixed and a conductive separator for electrically connecting adjacent MEAs to each other is provided to form a unit cell. In the part where the separator contacts the MEA, a flow path for supplying the reaction gas to the electrode surface and for carrying the surplus gas and the reaction product is formed. The flow path may be installed separately from the separator plate, but is generally formed in a groove shape on the surface of the separator plate.
또한 도전성 분리판에는, 전기전도성, 가스 기밀성 및 내식성이 요구되기 때문에 종래에는 레진을 함침시킨 흑연판을 절삭 등의 가공으로 홈을 형성하거나 카본복합체 분말을 압축 성형하여 사용하는 방법 또는 금속판을 프레스 가공한 후 표면에 내식성 코팅을 하여 사용하는 방법이 적용된다.In addition, since the conductive separator requires electrical conductivity, gas tightness, and corrosion resistance, conventionally, a graphite plate impregnated with resin is formed by forming a groove by cutting, or pressing a carbon composite powder or pressing a metal plate. The method is then applied by applying a corrosion resistant coating on the surface.
통상의 연료 전지는 상기 MEA와 상기 MEA의 양측에 배치된 애노드 분리판과 캐소드 분리판으로 이루어지는 복수 개의 단위전지들이 적층된 구조로 이루어지며, 적층된 복수의 단위전지들의 최외측에는 전류를 추출하기 위한 집전판, 그리고 그 외곽에 외부와의 절연을 위한 절연판이 차례로 적층되고, 체결판 및 체결수단을 통하여 압축력을 가하여 고정된 구조로 이루어진다.A typical fuel cell has a structure in which a plurality of unit cells including the MEA and an anode separator and a cathode separator disposed on both sides of the MEA are stacked, and the current is extracted at the outermost side of the stacked plurality of unit cells. The current collector plate and an insulation plate for insulation from the outside are sequentially stacked on the outer side of the current collector plate, and have a structure fixed by applying a compressive force through the fastening plate and the fastening means.
연료 전지는 통상 운전 중에 비가역성으로 인한 열이 발생하므로 이러한 열을 효율적으로 방출하기 위하여 1 내지 3개의 단위전지 마다 냉각 매체가 유동하는 냉각부가 설치된다.Since a fuel cell generates heat due to irreversibility during normal operation, a cooling unit in which a cooling medium flows is installed every one to three unit cells in order to efficiently discharge such heat.
상기 냉각부는 일 측에 연료가스 유로를 구비하고 그 반대측에 냉각매체를 위한 냉각유로를 구비한 연료가스용 분리판과, 일 측에 산화제가스 유로를 구비하고 그 반대측에 냉각매체를 위한 냉각유로를 구비한 산화제 가스용 분리판을 냉각 유로를 갖는 면끼리 접하게 포개어 구성하는 방법이 많이 사용된다.The cooling unit includes a fuel gas separation plate having a fuel gas flow path at one side and a cooling flow path for a cooling medium on the opposite side, and an oxidant gas flow path at one side and a cooling flow path for the cooling medium on the opposite side. Many methods are used in which an oxidant gas separation plate provided is stacked so as to be in contact with surfaces having cooling passages.
또 다른 방법으로는, 일 측에 연료가스 유로를 구비하고 그 반대측에 유로가 형성되지 않은 평판을 구비한 연료가스용 분리판과, 일 측에 산화제가스 유로를 구비하고 그 반대측에 냉각매체를 위한 냉각유로를 구비한 산화제 가스용 분리판을 냉각유로 측과 평판 측을 접하게 포개어 구성하는 방법도 사용된다.In another method, a fuel gas separation plate having a fuel gas flow path on one side and a flat plate on which the flow path is not formed, and an oxidant gas flow path on one side and a cooling medium on the opposite side. Also used is a method in which a separator plate for oxidant gas having a cooling flow passage is formed by overlapping the cooling flow passage side and the flat plate side.
연료 전지 외부에서 분리판의 표면에 형성된 가스유로로 반응가스 및 냉각매체를 공급하고 잉여가스, 반응생성물 및 냉각매체를 배출하기 위해서는 분리판에 각각의 연료가스, 산화제가스 및 냉각매체 별로 최소 2개 이상의 관통구멍을 형성하고, 가스유로의 입출구를 각각 이들의 관통구멍까지 연결시켜, 한쪽의 관통구멍으로부터 반응가스 혹은 냉각매체를 각각의 유로로 공급하고 다른 쪽의 관통구멍으로 잉여가스 및 반응생성물 혹은 냉각매체를 배출하는 것이 일반적인 방법이다.In order to supply the reaction gas and the cooling medium to the gas flow path formed on the surface of the separator plate outside the fuel cell, and to discharge the surplus gas, the reaction product and the cooling medium, at least two fuel gas, the oxidant gas and the cooling medium in the separator plate The above-described through holes are formed, and the inlet and outlet of the gas flow paths are connected to their through holes, respectively, to supply the reaction gas or the cooling medium from each of the through holes to the respective flow paths, and the surplus gas and the reaction product or the other through holes. Draining the cooling medium is a common method.
상기 반응가스 및 냉각매체를 공급하고 잉여가스, 반응생성물 및 냉각매체를 배출하는 관통구멍을 통상 매니폴드(Manifold) 구멍이라고 한다.A through hole for supplying the reaction gas and the cooling medium and discharging the surplus gas, the reaction product and the cooling medium is commonly referred to as a manifold hole.
분리판에 형성된 매니폴드 구멍은 연료 전지를 여러 장 적층하여 스택을 구성함에 있어서 적층 방향으로 매니폴드를 형성하게 되는데, 이러한 반응가스 및 냉각매체 공급방식을 내부 매니폴드 방식이라고 한다.The manifold hole formed in the separator plate forms a manifold in the stacking direction in stacking a plurality of fuel cells, and this reaction gas and cooling medium supply method is called an internal manifold method.
내부 매니폴드 방식 이외에, 분리판에 매니폴드 구멍을 형성하지 않고 분리판 외측에 가스 분배를 위한 배관이나 구조물을 형성하여 각각의 단위전지로 반응가스 혹은 냉각매체를 공급하고 그 반대편 분리판 외측에 잉여가스, 반응생성물 혹은 냉각매체의 배출을 위한 배관이나 구조물의 형성하는 방법도 사용되며, 이러한 반응가스 및 냉각매체 공급방식을 외부매니폴드 방식이라고 한다.In addition to the internal manifold method, a pipe or structure for gas distribution is formed outside the separator plate without forming a manifold hole in the separator plate to supply reaction gas or cooling medium to each unit cell, and surplus outside the separator plate. A method of forming a pipe or a structure for discharging a gas, a reaction product or a cooling medium is also used. Such a reaction gas and a cooling medium supply method are called external manifold methods.
공급하는 반응가스 및 냉각매체가 외부로 누출되거나 서로 섞이지 않도록, 전극 및 매니폴드 주위에는 개스킷이 배치된다. 이 개스킷은 MEA와 일체화하여 조립할 수도 있고 분리판 위에 형성하여 조립할 수도 있으며, 스택 조립 후 실링제를 주입하여 성형하여 개스킷을 구성할 수도 있다.A gasket is arranged around the electrode and the manifold so that the supplying reaction gas and the cooling medium do not leak out or mix with each other. The gasket may be integrated with the MEA to be assembled, or may be formed and assembled on a separator plate, or after the stack is assembled, a gasket may be formed by injecting a sealing agent.
고분자 전해질 연료 전지의 전해질막으로는 통상 퍼플루오르술폰산계의 재료가 사용된다. 이 고분자 전해질막은 수분을 함유한 상태에서 높은 프로톤(Proton) 전도성을 보이기 때문에 연료가스나 산화제가스를 가습하여 전극에 공급할 필요가 있다.As the electrolyte membrane of the polymer electrolyte fuel cell, a material of perfluorosulfonic acid type is usually used. Since the polymer electrolyte membrane shows high proton conductivity in the state of containing water, it is necessary to humidify the fuel gas or the oxidant gas and supply it to the electrode.
한편, 캐소드 측에서는 반응에 의해서 물이 생성되기 때문에, 전지의 동작온도보다 높은 이슬점 조건으로 가습된 산화제가스가 공급되면 전지내부의 가스유로나 전극내부에서 수증기의 응축이 발생하여 전극으로의 반응가스 공급을 방해하여 성능이 저하되는 문제가 있다.On the other hand, since water is generated by the reaction on the cathode side, when oxidant gas moistened at a dew point condition higher than the operating temperature of the battery is supplied, condensation of water vapor occurs in the gas flow path inside the electrode or inside the electrode to supply the reaction gas to the electrode. There is a problem that the performance is degraded by interfering.
이러한 현상을 플러딩(Flooding) 현상이라고 하며, 종래에는 플러딩 현상을 방지하고 연료 전지 성능을 안정화시키기 위하여 공급하는 반응가스의 이슬점온도를 연료 전지 운전온도보다 약간 낮게 가습하여 공급하는 방법이 사용되었다.This phenomenon is called flooding, and in the related art, a method of humidifying and supplying a dew point temperature of a reactant gas slightly lower than a fuel cell operating temperature in order to prevent flooding and to stabilize fuel cell performance has been used.
그러나, 반응가스의 이슬점온도를 연료 전지 운전온도보다 낮게 가습하여 공급하는 경우에도, 반응가스 입구 배관의 단열이 완벽할 수 없고, 입구 매니폴드 부분이 열이 발생하는 전극부분에 비해 온도가 낮기 때문에, 장시간 운전 시에는 입구 배관과 매니폴드에 응축수가 발생하는 문제가 있다. However, even when the dew point temperature of the reaction gas is humidified and lower than the fuel cell operating temperature, the insulation of the reaction gas inlet pipe cannot be perfect, and the temperature of the inlet manifold is lower than that of the electrode where heat is generated. , There is a problem that condensate occurs in the inlet pipe and the manifold during long time operation.
이 응축수는 매니폴드에 누적되게 되고 시간이 지남에 따라 매니폴드에 누적된 응축수는 연료 가스 또는 산화제 가스와 함께 가스 유로로 섞여 들어가게 된다.This condensate accumulates in the manifold, and over time, the condensate accumulates in the manifold and mixes with the fuel gas or oxidant gas into the gas flow path.
가스유로로 들어간 응축수는 유로 채널을 가로막아 가스유로 내부로의 반응가스 흐름을 방해하게 되고, 이에 따라 연료 전지는 가스 부족 현상을 겪게 된다. 또한 응축수가 존재하는 부근의 전극에서는 반응 생성물인 수증기의 응축이 더욱 가속화되어 플러딩 현상이 심화된다.The condensate entering the gas channel blocks the flow channel and obstructs the flow of the reaction gas into the gas channel, which causes the fuel cell to run out of gas. In addition, the electrode in the vicinity of the condensed water is further accelerated condensation of the water vapor, the reaction product, deepening the flooding phenomenon.
특히 애노드 측에서 이러한 응축수에 의한 가스유로 막힘 현상이 발생한 경우에는 연료가스의 결핍을 초래하고, 이것은 전극의 비가역적 손상을 초래하게 된다.In particular, when the clogging phenomenon of the gas oil by the condensate occurs on the anode side, it causes a deficiency of fuel gas, which causes irreversible damage of the electrode.
이것은 연료가스가 부족한 상태로 부하전류가 강제로 가해지면 연료가 없는 상태에서 전자와 프로톤을 만들기 위해서 애노드의 촉매를 담지하고 있는 카본이 물과 반응하기 때문이다. 이러한 반응의 결과로 애노드 측 촉매의 손실이 발생하게 되고 유효전극면적의 감소를 초래하여 연료 전지 성능을 저하시킨다.This is because when the load current is forcibly applied due to the lack of fuel gas, the carbon carrying the catalyst of the anode reacts with water to make electrons and protons in the absence of fuel. As a result of this reaction, a loss of the anode side catalyst occurs and a reduction in the effective electrode area leads to a decrease in fuel cell performance.
이와 같이 반응가스 입구 배관 및 매니폴드에 응축된 물에 의한 가스유로의 막힘 및 플러딩 현상을 해소하기 위하여, 공급가스의 분리판 유로부분에서의 유속을 빠르게 하여 응축된 물을 배출시키는 방법이 사용되었다.In order to solve the clogging and flooding of the gas flow path by the water condensed in the reaction gas inlet pipe and the manifold, a method of discharging the condensed water by increasing the flow rate in the flow path of the separation plate of the feed gas is used. .
그러나, 공급가스 유속을 증가시키기 위해서는 높은 압력으로 가스를 공급하는 것이 필요하며, 이를 위해서 가스공급 블로어 또는 압축기 등의 보조기기동력을 극단적으로 증가시켜야 하기 때문에, 시스템 효율이 저하되는 문제가 발생한다.However, in order to increase the feed gas flow rate, it is necessary to supply gas at a high pressure, and for this purpose, an auxiliary device power such as a gas supply blower or a compressor must be extremely increased, resulting in a problem of deterioration of system efficiency.
또한, 매니폴드에 고여있는 물은 연료 전지 스택으로 적층되어 있는 각각의 단위전지 가스유로로 균등하게 분배되어 유입되는 것이 아니라 이상(two-phase) 유동의 특성상 임의의 단위전지에 편중되어 들어가는 경향이 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 상황에서는 반응가스의 유속을 증가시켜도 유로 채널을 막고 있는 물의 배출효과는 그다지 크지 않다.In addition, the water accumulated in the manifold does not flow evenly into each unit cell gas channel stacked in the fuel cell stack, but tends to be concentrated in any unit cell due to the characteristics of two-phase flow. It is known. In this situation, even if the flow rate of the reaction gas is increased, the effect of draining the water blocking the channel is not so large.
또한, 연료 전지 스택을 탑재한 시스템에서는 스택을 정격출력조건으로 운전하는 것뿐만 아니라 전력 수요에 따라 출력을 억제한 저부하운전이 필요하다. 이러한 저부하운전 시, 효율을 유지하기 위해서 연료가스나 산화제가스의 이용률을 정격운전과 같은 조건으로 할 필요가 있다. In addition, in a system equipped with a fuel cell stack, not only the stack is operated under the rated output condition, but also a low load operation in which the output is suppressed in accordance with power demand is required. In such low load operation, in order to maintain efficiency, it is necessary to make the utilization rate of fuel gas and oxidant gas into the same conditions as a rated operation.
예를 들면 부하를 1/2로 억제한 경우 연료가스나 산화제가스의 유량도 1/2정도로 저감하지 않으면, 여분의 연료가스나 산화제가스를 사용하기 때문에 발전효율이 저하된다. For example, when the load is suppressed to 1/2, unless the flow rate of fuel gas or oxidant gas is also reduced to about 1/2, extra fuel gas or oxidant gas is used, so power generation efficiency is lowered.
그러나, 가스의 이용율을 일정하게 하여 저부하운전을 하면, 가스유로내의 가스유속이 저하하여 응축수나 반응생성수를 분리판 외부로 배출할 수 없고, 상술한 바와 같은 플러딩 현상이 발생하여, 스택성능이 저하하거나, 불안정하게 되는 문제가 있다. However, if the gas utilization in the gas flow path is kept constant under low load operation, the gas flow rate in the gas flow path decreases, and condensate or reaction product water cannot be discharged to the outside of the separator plate, and the flooding phenomenon as described above occurs, resulting in stack performance. There is a problem that this decreases or becomes unstable.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 입구 배관 및 입구 매니폴드에 누적된 응축수가 연료 가스 및 산화제의 유로 채널로 유입되는 것을 방지하고, 응축수를 용이하게 배출할 수 있는 연료 전지를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to prevent the condensate accumulated in the inlet pipe and inlet manifold to flow into the flow channel of the fuel gas and oxidant, and to facilitate the condensate It is to provide a fuel cell that can be discharged.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 연료 전지는 고분자 전해질막과 전극으로 이루어진 막전극 접합체와, 상기 막전극 접합체의 일측에 인접하여 배치되며 산화제 유로가 형성된 캐소드 분리판과, 상기 막전극 접합체의 타측에 인접하여 배치되며 연료 유로가 형성된 애노드 분리판,을 각각 포함하는 복수의 단위전지, 및 상기 단위전지들 중 적어도 어느 하나와 인접하여 설치되며, 상기 산화제 유로 또는 상기 연료 유로와 연통되는 입구 매니폴드 구멍에 응축된 응축수를 배출하는 응축수 유로가 형성되는 응축수 배출판을 포함한다.In order to achieve the above object, a fuel cell according to the present invention includes a membrane electrode assembly including a polymer electrolyte membrane and an electrode, a cathode separator disposed adjacent to one side of the membrane electrode assembly, and formed with an oxidant flow path, and the membrane electrode. A plurality of unit cells each disposed adjacent to the other side of the assembly and including an anode separation plate having a fuel flow path, and installed adjacent to at least one of the unit cells, and communicating with the oxidant flow path or the fuel flow path. And a condensate discharge plate in which a condensate flow path for discharging condensed water condensed in the inlet manifold opening is formed.
상기 응축수 배출판은 상기 단위전지들의 최외측 일단 또는 양단에 설치될 수 있으며, 상기 응축수 배출판은 상기 단위전지들 사이에 설치될 수 있다. 또한, 상기 응축수 배출판은 상기 연료 전지 내부에 소정의 간격으로 복수개가 설치될 수 있다.The condensate discharge plate may be installed at one or both outermost ends of the unit cells, and the condensate discharge plate may be installed between the unit cells. In addition, a plurality of condensate discharge plates may be installed in the fuel cell at predetermined intervals.
상기 캐소드 분리판과 애노드 분리판, 및 응축수 배출판에는 산화제가 유통되는 산화제 입구 매니폴드 구멍과 산화제 출구 매니폴드 구멍 및 연료가 유통되는 연료 입구 매니폴드 구멍과 연료 출구 매니폴드 구멍이 형성될 수 있다.The cathode separator plate, the anode separator plate, and the condensate discharge plate may be provided with an oxidant inlet manifold hole through which an oxidant is distributed, an oxidant outlet manifold hole, a fuel inlet manifold hole through which a fuel is distributed, and a fuel outlet manifold hole. .
상기 산화제 입구 매니폴드 구멍은 상기 산화제 출구 매니폴드 구멍 보다 중력방향으로 상부에 위치하도록 형성되고, 상기 연료 입구 매니폴드 구멍은 상기 연료 출구 매니폴드 구멍보다 중력방향으로 상부에 위치하도록 형성될 수 있다.The oxidant inlet manifold aperture may be formed to be located above the oxidant outlet manifold aperture in the direction of gravity, and the fuel inlet manifold aperture may be formed above the fuel outlet manifold aperture in the gravity direction.
상기 응축수 유로는 산화제 입구 매니폴드 구멍과 산화제 출구 매니폴드 구멍에 연결될 수 있다.The condensate flow path may be connected to an oxidant inlet manifold aperture and an oxidant outlet manifold aperture.
상기 산화제 입구 매니폴드 구멍에 있어서, 상기 산화제 유로는 상기 응축수 유로보다 중력방향으로 위에 연결되고, 상기 산화제 출구 매니폴드 구멍에 있이서, 상기 산화제 유로는 상기 응축수 유로보다 중력방향으로 아래에 연결될 수 있다.In the oxidant inlet manifold hole, the oxidant flow path is connected above in the gravity direction than the condensate flow path, and in the oxidant outlet manifold hole, the oxidant flow path may be connected below in the gravity direction than the condensate flow path. .
상기 응축수 유로는 연료 입구 매니폴드 구멍과 연료 출구 매니폴드 구멍에 연결될 수 있다.The condensate flow path may be connected to a fuel inlet manifold hole and a fuel outlet manifold hole.
상기 연료 입구 매니폴드 구멍에서, 상기 연료 유로는 상기 응축수 유로보다 중력방향으로 위에 연결되고, 상기 연료 출구 매니폴드 구멍에서, 상기 연료 유로는 상기 응축수 유로보다 중력방향으로 아래에 연결될 수 있다.At the fuel inlet manifold aperture, the fuel passage may be connected above in the gravity direction than the condensate passage, and at the fuel outlet manifold aperture, the fuel passage may be connected below in the gravity direction than the condensate passage.
상기 응축수 유로는 입구에 출구로 진행할수록 폭이 점진적으로 감소하는 구간을 포함할 수 있다.The condensate flow path may include a section in which the width gradually decreases as the inlet flows to the outlet.
상기 응축수 유로는 상기 산화제 유로 및 상기 연료 유로 보다 압력강하가 큰 구조로 이루어질 수 있다.The condensate flow path may have a structure in which a pressure drop is greater than that of the oxidant flow path and the fuel flow path.
상기 응축수 유로는 수평 또는 내리막 기울기로 형성될 수 있다.The condensate flow path may be formed at a horizontal or downhill slope.
상기 응축수 유로는 응축수가 중력에 거스르지 않는 방향으로 진행하도록 형성될 수 있다.The condensate flow path may be formed so that the condensate flows in a direction not against gravity.
상기 응축수 유로에는 다공성 부재가 설치될 수 있다.A porous member may be installed in the condensate flow path.
상기 단위전지는 지면에 대하여 수평인 방향으로 적층될 수 있다.The unit cells may be stacked in a direction horizontal to the ground.
상기 단위전지는 지면에 대하여 수직인 방향으로 적층될 수 있으며, 이 경우, 상기 응축수 배출판은 최하단에 위치한 상기 단위전지의 아래에 설치될 수 있다.The unit cells may be stacked in a direction perpendicular to the ground, and in this case, the condensate discharge plate may be installed below the unit cell located at the bottom thereof.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 부분 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 분해 사시도이다.1 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
상기한 도면들을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연료 전지는 막전극 접합체(100)와 그 양측에 애노드 분리판(120)과 캐소드 분리판(110)으로 이루어진 단위전지(180)가 여러 장 반복되어 적층된 구조로 이루어진다.Referring to the drawings, the fuel cell according to the present embodiment includes a plurality of
이하 설명에서는 별도로 설치된 개질기(미도시)에 의하여 연료가 가스(Gas) 형태로 연료 전지 내부로 유입되는 고분자 전해질형 연료 전지를 예로서 설명한다. 다만 이는 예시적인 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In the following description, a polymer electrolyte fuel cell in which fuel is introduced into the fuel cell in the form of a gas by means of a reformer (not shown) separately installed will be described as an example. However, this is exemplary and the present invention is not limited thereto.
상기 막전극 접합체(100)는 고분자전해질막(101)과 애노드전극(103), 캐소드전극(102)으로 이루어지며, 상기 막전극 접합체(100)의 외측에 연료와 산화제가 서로 섞이는 것을 방지하는 개스킷(104)이 설치된다.The
상기 애노드 분리판(120)의 일 측에는 애노드전극(103)으로 연료를 공급하기 위한 연료 유로(121)가 형성된다. 그리고 캐소드 분리판(110)의 일 측에는 캐소드전극(102)으로 산화제를 공급하기 위한 산화제 유로(111)가 형성되고, 그 반대측에는 전기화학반응에 의한 반응열을 냉각시키기 위한 용도로 냉각매체 유로(112)가 형성된다.A
상기 애노드 분리판(120)과 캐소드 분리판(110)의 구조는 예시적인 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 상기 냉각매체 유로(112)는 캐소드 분리판(110)에 형성될 수도 있지만 애노드 분리판(120)에 형성될 수도 있고, 캐소드 분리판(110)과 애노드 분리판(120)에 동시에 형성될 수도 있다.The structures of the
최외측에 설치된 단위전지(180)에는 종단(終端) 캐소드 분리판(115)이 설치되는데, 상기 종단 캐소드 분리판(115)은 일측이 막전극 접합체(100)와 접하고 그 반대측은 집전체(131a, 도 2에 도시)와 접하기 때문에 냉각매체의 유로가 형성되지 않은 구조로 이루어진다. 다만, 본 실시예에 따른 애노드 분리판(120)은 일측에 연료 유로(121)가 형성되고 그 반대측에는 유로(121)가 없는 구조가 적용되었으므로 마지막 단위전지(180)를 구성하는 종단 애노드 분리판은 일반 애노드 분리판(120)과 동일한 구조로 이루어진다.An end
도 2에 도시한 바와 같이, 단위전지(180)들의 최외측에는 전류를 추출하기 위한 집전판(131a, 131b) 및 외부와의 전기적 절연을 위한 절연판(132a, 132b)이 차례로 적층되고, 그 외부에 단위전지들(180)을 일정한 압력으로 고정시키기 위한 체결판(133a, 133b)이 설치된다. 상기 체결판(133a, 133b)은 도 1에서와 같이 상기 체결판(133a, 133b)에 형성된 홀(미도시)에 삽입되는 타이 로드(171)와 상기 타이로드의 단부에 체결되는 너트(172), 및 상기 너트(172)와 체결판(133a, 133b) 사이에 설치되는 판스프링(173) 등의 체결기구를 통해 압축 고정된다.As illustrated in FIG. 2,
그리고 상기 체결판(133a)에는 외부에서 공급되는 연료가스와 산화제가스 및 냉각매체가 유입되는 산화제 입구포트(134a), 연료 입구포트(135a) 및 냉각매체 입구포트(136a)와 이들이 배출되는 산화제 출구포트(134b), 연료 출구포트(135b) 및 냉각매체 출구포트(136b)가 형성된다.In addition, the
한편, 애노드 분리판(120) 및 캐소드 분리판(110)에는 유입된 연료가스와 산화제가스, 및 냉각매체를 해당 유로로 공급하기 위한 산화제 입구 매니폴드 구멍(161), 연료 입구 매니폴드 구멍(163) 및 냉각매체 입구 매니폴드 구멍(165)이 형성되고, 해당 유로에서 배출되는 연료가스와 산화제가스, 및 냉각매체를 배출하기 위한 산화제 출구 매니폴드 구멍(162), 연료 출구 매니폴드 구멍(164) 및 냉각매체 출구 매니폴드 구멍(166)이 형성된다.Meanwhile, the
그리고 상기 입구 매니폴드 구멍들(161, 163, 165)과 출구 매니폴드 구멍들(162, 164, 166)은 동일한 위치에 배치되고 그 모양도 동일하게 형성되어, 상기 단위전지들(180)이 적층 배열될 때, 산화제 입구 매니폴드 구멍들(161)은 산화제 유로(111)에 산화제를 공급하는 산화제 유입통로 역할을 하며, 산화제 출구 매니폴드 구멍(162)들은 산화제 유로(111)와 연통되어 산화제가 배출되는 산화제 배출통로 역할을 한다.In addition, the inlet manifold holes 161, 163, and 165 and the outlet manifold holes 162, 164, and 166 are disposed at the same position and have the same shape, and the
이와 같은 방법으로 연료 입구 매니폴드 구멍들(163)도 단위전지들(180)이 적층 배열될 때 서로 겹쳐져 연료 유로(121)와 연통되어 연료 유입통로 역할을 하며, 연료 출구 매니폴드 구멍(164)들은 연료 유로(121)와 연통되어 연료 배출통로 역할을 하게 된다. 또한, 냉각매체 입구 매니폴드 구멍(165)들도 상호 맞닿도록 적층되어 냉각매체 유입통로 역할을 하며, 냉각매체 출구 매니폴드 구멍들(166)도 냉각매체 배출통로 역할을 하게 된다.In this manner, the fuel
그리고 상기 단위전지들(180)이 적층 배열되어 스택을 형성할 때, 상기 스택의 최외측 양쪽 측단에는 산화제 입구 매니폴드 구멍(161) 및 연료 입구 매니 폴드 구멍(163)에 형성된 응축수를 배출할 수 있도록 응축수 유로(141, 151, 도 1에 도시)가 형성된 응축수 배출판(140, 150)이 설치된다. When the
상기 응축수 배출판(140, 150)은 양측 가장자리에 애노드 및 캐소드 분리판(110, 120)과 같이, 유입된 연료가스와 산화제가스, 및 냉각매체를 해당 유로로 공급하기 위한 산화제 입구 매니폴드 구멍(161), 연료 입구 매니폴드 구멍(163) 및 냉각매체 입구 매니폴드 구멍(165)과 해당 유로에서 배출되는 연료가스, 산화제가스 및 냉각매체를 위한 산화제 출구 매니폴드 구멍(162), 연료 출구 매니폴드 구멍(164) 및 냉각매체 출구매니폴드 구멍(166)이 형성된다.The
그리고 상기 응축수 배출판(140, 150)은 응축수 유로(141)가 산화제 입구 매니폴드 구멍(161) 및 산화제 출구 매니폴드 구멍(162)에 연결되어 산화제 입구 매니폴드 구멍(161)에 형성된 응축수를 배출시키는 산화제 측 응축수 배출판(140)과 응축수 유로(151)가 연료 입구 매니폴드 구멍(163)과 연료 출구 매니폴드 구멍(164)에 연결되어 연료 입구 매니폴드 구멍(163)에 형성된 응축수를 배출시키는 연료 측 응축수 배출판(150)을 포함한다.The
따라서, 상기 산화제 측 응축수 배출판(140) 및 상기 연료 측 응축수 배출판(150)이 스택의 양 끝 단에 각각 1장씩 배치되어, 산화제 입구 매니폴드 구멍(161)에 누적된 응축수를 산화제 출구 매니폴드 구멍(162)으로 유도하고, 연료 입구 매니폴드 구멍(163)에 누적된 응축수를 연료 출구 매니폴드 구멍(164)으로 유도하여 응축수가 연료 유로(121) 또는 산화제 유로(111)로 유입되는 것을 근본적으로 방지할 수 있으며, 이로 인한 연료 유로(121) 또는 산화제 유로(111)의 막힘이나 전극 의 플러딩 현상을 억제할 수 있다.Accordingly, the oxidant side
그리고 상기 산화제 입구 매니폴드 구멍(161) 및 상기 연료 입구 매니폴드 구멍(163)은 각각 애노드 분리판(120), 캐소드 분리판(110) 및 응축수 배출판(140, 150)의 양쪽 상단에 형성되고, 산화재 출구 매니폴드 구멍(162) 및 연료 출구 매니폴드 구멍(164)은 애노드 분리판(120), 캐소드 분리판(110) 및 응축수 배출판(140, 150)의 양쪽 하단에 형성된다.And the oxidant
따라서 상기 입구 매니폴드 구멍(161, 163)이 상기 출구 매니폴드 구멍(162, 164)보다 중력방향으로 높게 형성되고, 산화제, 연료, 및 응축수는 중력에 의하여 입구 매니폴드 구멍(161, 163)에서 출구 매니폴드 구멍(162, 164) 방향으로 용이하게 이동할 수 있다.Therefore, the inlet manifold holes 161 and 163 are formed higher in the gravity direction than the outlet
도 3에 도시한 바와 같이, 산화제 측 응축수 배출판(140)은 산화제 입구 매니폴드 구멍(161)에 누적된 응축수를 산화제 출구 매니폴드 구멍(162)으로 유도하기 위하여 응축수 배출판(140)의 한쪽 면에는 응축수 유로(141)가 형성되고 응축수 유로(141)는 복수의 유로 채널(142)과 리브(143)로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the oxidant side
즉, 산화제 입구 매니폴드 구멍(161)과 산화제 출구 매니폴드 구멍(162)을 연결하는 홈이 응축수 배출판(140)의 표면에 형성되고, 상기 홈에 복수개의 리브(143)가 홈의 길이방향으로 형성되어, 상기 홈에는 복수개의 유로 채널(142)이 형성된다.That is, a groove connecting the oxidant inlet
도 4에 도시한 바와 같이, 연료 측 응축수 배출판(150) 또한, 연료 입구 매니폴드 구멍(163)에 누적된 응축수를 출구 매니폴드 구멍(164)에 유도하기 위하여 응축수 배출판 한쪽 면에는 응축수 유로(151)가 형성되며 응축수 유로(151)는 다수의 유로 채널(152)과 리브(153)를 통해 이루어진다.As shown in FIG. 4, the fuel side
상기 단위전지들(180)이 수평방향으로 적층되어 있는 경우에, 산화제 입구 매니폴드 구멍(161) 및 연료 입구 매니폴드 구멍(163)은 각각 산화제 출구 매니폴드 구멍(162) 및 연료 출구 매니폴드 구멍(164)보다 중력방향으로 상부에 형성되고, 산화제 및 연료 측 응축수 유로(141, 151)는 각각 입구 매니폴드 구멍(161, 163)과 출구 매니폴드 구멍(162, 164)을 연결함에 있어서 응축수의 배출 방향이 위에서 아래로 이루어지도록 응축수 유로가 형성된다.When the
즉, 응축수가 중력에 의하여 출구 매니폴드 구멍(162, 164)으로 자연스럽게 진행할 수 있도록, 응축수 유로(142, 152)는 응축수가 진행하는 방향을 따라 수평 또는 내리막 기울기로 형성된다. 따라서 응축수는 중력에 거스르는 방향으로 진행함 없이 중력을 따라 자연스럽게 출구 매니폴드 구멍(162, 164)으로 진행할 수 있게 된다.That is, the
도 5a 및 도 5b와 같이, 산화제 입구 매니폴드 구멍(161) 및 산화제 출구 매니폴드 구멍(162)을 형성함에 있어서 매니폴드 구멍(161, 162)의 세로방향 길이(L1)가 산화제 유로의 합계 폭(L2) 보다 크게 형성된다. 이와 마찬가지로 도면에는 도시하지 않았지만, 연료 입구 매니폴드 구멍(163) 및 연료 출구 매니폴드 구멍(164)을 형성함에 있어서도 동일하게 매니폴드 구멍(163, 164)의 세로방향 길이가 연료 유로의 합계 폭보다 크게 형성된다.5A and 5B, in forming the oxidant inlet
그리고 캐소드 분리판(110)의 산화제 유로(111)는 산화제 입구 매니폴드 구 멍(161) 세로방향의 윗부분에 연결되고 산화제 출구 매니폴드 구멍(162) 세로방향의 아랫부분에 연결된다.The
또한 캐소드 측 응축수 배출판(140)의 응축수 유로(141)는 산화제 입구 매니폴드 구멍(161)의 세로방향 아랫부분에 연결되고 산화제 출구 매니폴드 구멍(162)의 세로방향 윗부분에 연결된다. 애노드 분리판(120)의 연료 유로(121), 애노드 측 응축수 배출판(150)의 응축수 유로(151)도 동일한 구조로 형성된다.In addition, the
따라서 산화제 유로(111)는 산화제 입구 매니폴드(161)에서 응축수 유로(141)보다 중력방향으로 상부에 위치하게 되며, 출구 매니폴드(162)에서는 응축수 유로(141)보다 중력방향으로 하부에 위치하게 된다. 그리고 연료 유로(121)는 연료 입구 매니폴드(163)에서 응축수 유로(151)보다 중력방향으로 상부에 위치하게 되며, 연료 출구 매니폴드(164)에서는 응축수 유로(151)보다 중력방향으로 하부에 위치하게 된다.Therefore, the
이와 같은 구조로 산화제 혹은 연료 입구 매니폴드 구멍(161, 163)에 응축된 물은 무게가 무거워 매니폴드 구멍(161, 163) 하단부에 누적되게 되고, 연료 및 산화제는 가벼워서 위로 유통하게 되는데, 산화제 및 연료 유로(111, 121)는 매니폴드 구멍(161, 163)상부에 연결되므로 응축수가 산화제 또는 연료 유로(111, 121)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.In this structure, the water condensed in the oxidant or fuel inlet manifold holes 161 and 163 is heavy and accumulates at the lower end of the
더욱이 응축수 유로(141, 151)가 매니폴드 구멍(161, 163)의 하단에 연결되므로 누적된 응축수를 응축수 유로(141, 151)를 통해 출구 매니폴드 구멍(162, 164)으로 유도함으로써 원천적으로 응축수가 유로로 유입되는 것을 차단할 수 있 다.Furthermore, the
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
응축수 배출판은 도 1과 같이 적층된 단위전지 스택의 양쪽 가장자리에 배치할 수도 있지만 도 6과 같이 단위전지 스택 내부에 복수개가 소정의 간격을 두고 배치될 수도 있다.The condensate discharge plate may be disposed at both edges of the stacked unit cell stacks as shown in FIG. 1, but a plurality of condensate discharge plates may be disposed at predetermined intervals in the unit cell stack as shown in FIG. 6.
도 6에 의하면 집전판(131a) 다음에 산화제 측 응축수 배출판(140)이 처음으로 배치되고 다음에 종단 캐소드 분리판(115), 막전극 접합체(100), 애노드 분리판(120), 연료 측 응축수 배출판(150)이 배치된다. 이어서 캐소드 분리판(110), 막전극 접합체(100), 애노드 분리판(120)이 일정주기 배치되고 산화제 측 응축수 배출판(140)이 그 다음으로 배치된다. 다시 이어서 캐소드 분리판(110), 막전극 접합체(100), 애노드 분리판(120)이 일정주기 배치되고 연료 측 응축수 배출판(150)이 그 다음으로 배치된다. 이와 같은 방법으로 주기적으로 적층한 후 마지막으로 연료 측 응축수 배출판(150)이 집전판(131b)과 접하게 하여 배치한다. 상술한 주기적 배치방법을 통해 입구 매니폴드 구멍(161, 163)에 누적된 응축수를 더욱 원활하게 출구 매니폴드 구멍(162, 164)로 배출할 수 있다.6, the oxidant side
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 응축수 배출판을 도시한 정면도이다. 7 is a front view showing a condensate discharge plate according to a third embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 응축수 배출판(240)은 응축수가 진행하는 방향을 따라 압력강하가 크게 일어나도록 응축수 유로(241)가 형성된다. 즉, 응축수 유로(241)는 단면적이 비교적 작게 형성되고, 유로가 지그재그 형태로 응축수 배출판을 복수회 가로질러 형성되어 유로의 길이가 비교적 길게 형성된다. In the
응축수 배출판(240)의 유로(241)를 통해서는 응축수만 배출되는 것이 가장 바람직하나 반응가스의 일부가 응축수와 섞여서 함께 배출될 수도 있다. 응축수 배출판(240)을 통해 반응에 참여하지 않고 출구 매니폴드로 배출되는 반응가스의 양이 많은 경우, 추가로 반응가스의 유량을 늘려줘야 하기 때문에 동력손실이 증가하고 효율이 떨어지게 된다. It is most preferable that only the condensate is discharged through the
그러나 본 실시예와 같이 응축수 유로(241)의 단면적을 작게 하고 유로(241)의 길이를 길게 형성할 경우, 압력강하가 크게 일어나서 반응가스가 응축수 유로로 유입되지 않게 된다.However, when the cross-sectional area of the
이때 압력강하량은 캐소드 분리판의 산화제 유로의 압력강하보다 크게 하는 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 함으로써 응축수 유로(241)를 통해 배출되는 반응가스의 양을 크게 줄이면서 응축수만을 선택적으로 배출할 수 있다.At this time, the amount of pressure drop is more preferably greater than the pressure drop of the oxidant flow path of the cathode separation plate. By doing so, it is possible to selectively discharge only the condensate while greatly reducing the amount of reaction gas discharged through the
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 응축수 배출판을 도시한 정면도이다.8 is a front view showing a condensate discharge plate according to a fourth embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 응축수 배출판(340)은 입구 매니폴드 구멍과 출구 매니폴드 구멍이 직선 형태로 형성된 응축수 유로에 의하여 연결된다. 이 경우 유로(341)의 폭은 출구방향으로 갈수록 좁아지게 형성될 수 있다. 유로(341)의 폭이 진행방향에 따라 점차 좁아지게 되면 응축수를 출구로 유도하는 능력이 중력뿐만 아니라 모세관 압력에 의해 더욱 가속되게 된다.The
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 응축수 배출판을 도시한 정면도이다. 9 is a front view showing a condensate discharge plate according to a fifth embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 응축수 배출판(440)은 응축수 유로(441) 내부에 모세관 작용을 촉진할 수 있는 심지 혹은 다공성 물질(442)을 삽입된다. 이 경우 역시 응축 수를 출구로 유도하는 능력이 중력뿐만 아니라 모세관 압력에 의해 더욱 가속되게 된다. 또한 유로 내부에 삽입한 다공성물질이 반응가스의 흐름에 대해서는 저항으로 작용하여 반응가스가 응축수 유로를 통해 우회하는 것을 막는 역할을 수행하는 것도 더욱 효과적으로 달성할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 분해 사시도이다.10 is an exploded perspective view illustrating a fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 연료 전지는 단위전지들이 지면에 대하여 수직방향으로 적층된 구조로 이루어진다. 막전극 접합체(500)와 그 양측에 캐소드 분리판(510) 및 애노드 분리판(520)으로 구성된 단위전지가 차례로 적층되는 것은 본 발명의 제1 실시예와 동일하나, 다만 적층 방향이 지면에 대한 수평이 아닌 중력방향과 같은 지면에 대한 수직방향으로 이루어진다.The fuel cell according to the present exemplary embodiment has a structure in which unit cells are stacked in a vertical direction with respect to the ground. The
이 때 상기 응축수 배출판(540, 550)은 입구 매니폴드 구멍 내부의 응축수 배출을 원활히 하기 위하여 단위전지보다 하단부에 설치된다. 즉 체결판(533b)을 제일 하단부에 위치시키고, 그 위에 절연판(532b), 집전판(531b)을 차례로 배치한 후, 애노드 측 응축수 배출판(550) 과 캐소드 측 응축수 배출판(540)을 배치하고 그 위에서부터 단위전지가 적층된다.At this time, the condensate discharge plate (540, 550) is installed in the lower portion than the unit cell in order to facilitate the discharge of the condensate in the inlet manifold hole. That is, the
다만, 상기 애노드 측 응축수 배출판(550)과 캐소드 측 응축수 배출판(540)의 적층 순서는 제한하지 않는다.However, the stacking order of the anode side
반응가스 및 냉각매체는 각각 연료 전지의 제일 상단에 위치한 체결판(533a)에 부착된 산화제 입구포트(534a), 연료 입구포트(535a) 및 냉각매체 입구포트 (536a)를 통해 스택 내부로 유입되고 제일 하단에 위치한 체결판(533b)에 부착된 산화제 출구포트(534b), 연료 출구포트(535b) 및 냉각매체 출구포트(536b)를 통해 외부로 배출된다.The reaction gas and the cooling medium are introduced into the stack through the
상술한 구성을 통해 산화제 입구 매니폴드 혹은 연료 입구 매니폴드에 응축된 물은 중력에 의해 스택 하단부에 누적되며, 최 하단부에 설치한 응축수배출판(540,550)을 통해 산화제 출구 매니폴드 혹은 연료 출구 매니폴드로 유도되어 외부로 배출되게 된다.Water condensed in the oxidant inlet manifold or fuel inlet manifold through the above-described configuration is accumulated at the lower end of the stack by gravity, and the oxidant outlet manifold or fuel outlet manifold through the
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면 연료 전지 내부에 응축수 배출판이 형성되어 입구 배관 및 입구 매니폴드 내부에 발생한 응축수를 출구 매미폴드로 유도함으로써 응축수가 산화제 또는 연료 유로로 유입되어 유로채널이 막히는 현상 및 전극의 플러딩 현상을 용이하게 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, a condensate discharge plate is formed inside the fuel cell to guide the condensate generated in the inlet pipe and the inlet manifold to the outlet manifold so that the condensate flows into the oxidant or the fuel flow path and blocks the flow channel. Flooding phenomenon can be easily prevented.
또한, 입구 매니폴드에서 응축수 유로는 연료 및 산화제 유로보다 아래에 연결되어 응측수가 연료 및 산화제 유로로 유입되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the condensate flow path in the inlet manifold can be connected below the fuel and oxidant flow path to prevent condensate from entering the fuel and oxidant flow path.
또한, 응축수 배출판에 형성된 응축수 유로는 응축수가 중력을 거스르지 않는 방향으로 배출되도록 형성되어 입구 매니폴드에 형성된 응축수를 출구 매니폴드 로 용이하게 배출할 수 있다.In addition, the condensate flow path formed in the condensate discharge plate is formed so that the condensate is discharged in a direction not against gravity can easily discharge the condensate formed in the inlet manifold to the outlet manifold.
또한, 상기 응축수 유로는 하류쪽으로 진행할수록 압력강하가 크게 일어나는 구조로 형성되어 응축수 유로를 통해서 산화제 또는 연료가 유통되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.In addition, the condensate flow path is formed in a structure in which a pressure drop is greatly increased as it proceeds downstream, it is possible to easily prevent the oxidant or fuel flow through the condensate flow path.
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