KR100741790B1 - 연료전지의 바이폴라 플레이트 - Google Patents

Abstract

본 발명의 연료전지의 바이폴라 플레이트는 소정의 면적과 두께를 갖는 플레이트와, 상기 플레이트의 양쪽면에 소정의 간격을 두고 소정의 면적과 깊이를 갖도록 각각 형성되는 유입 및 유출 완충홈과, 상기 유입 완충홈과 유출 완충홈을 연결하는 다수개의 채널들과, 상기 유입 완충홈 및 유출 완충홈의 내부에 소정의 높이를 갖게 형성된 다수개의 완충돌기들과, 상기 플레이트에 상기 유입 완충홈과 연통되게 형성되는 유입유로와, 상기 플레이트에 상기 유출 완충홈과 연통되게 형성되는 유출유로를 포함하여 구성되어 연료전지의 연료극과 공기극을 각각 흐르는 연료와 공기의 유량 분배가 균일하게 되고, 유동 저항이 감소될 수 있도록 한 것이다.

Description

연료전지의 바이폴라 플레이트{ BIPOLAR PLATE OF FUEL CELL }

본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 특히 연료전지의 연료극과 공기극을 각각 흐르는 연료와 공기의 유량 분배를 균일하게 할 뿐만 아니라 유동 저항을 감소시킬 수 있도록 한 연료전지의 바이폴라 플레이트에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지는 환경 친화적인 에너지로 기존의 화석 연료를 대체하기 위하여 개발이 진행되고 있다. 상기 연료전지의 기본 구성은, 도 1에 도시한 바와 같이, 전기 화학적 반응이 일어나는 단위 전지(11)가 한 개 또는 한 개 이상으로 결합되는 스택(10)과, 그 스택(10)에 연료가 공급되도록 연결되는 연료 공급유로(20)와, 상기 스택(10)에 공기가 공급되도록 연결되는 공기 공급유로(30)와, 상기 스택(10)에서 반응을 거친 연료와 공기의 부산물이 각각 배출되는 배출라인(40)(50)들을 포함하여 구성된다. 상기 단위 전지(11)는 연료가 유입되는 연료극(ANODE)(도시되지 않음)과, 공기가 유입되는 공기극(CATHODE)(도시되지 않음) 등을 포함하여 구성된다.

이와 같은 연료전지의 작동은 다음과 같다.

먼저, 연료와 공기가 상기 연료 공급유로(20)와 공기 공급유로(30)를 통해 스택(10)의 연료극과 공기극에 각각 공급된다. 상기 연료극에 공급된 연료는 그 연 료극에서 전기 화학적 산화 반응이 일어나면서 양이온과 전자 e- 로 이온화되고 그 이온화된 양이온은 전해질을 통해 공기극으로 이동하게 되며 그 전자는 연료극을 통해 이동하게 된다. 상기 공기극으로 이동한 양이온은 그 공기극측으로 공급되는 산소와 전기 화학적 환원 반응을 일으키면서 반응열과 물 등의 부산물을 발생시키게 된다. 이 과정에서 전자의 이동으로 전기에너지가 발생된다. 상기 연료극에서 반응을 거친 연료와 상기 공기극에서 발생되는 물 및 기타 부산물은 상기 배출라인(40)(50)을 통해 각각 배출된다.

이와 같은 연료전지는 사용되는 전해질과 연료 등에 따라 다양한 형태로 분류된다.

한편, 상기 연료전지의 스택(10)을 구성하는 단위 전지는, 도 2에 도시한 바와 같이, 내부에 공기 또는 연료가 유동하는 오픈된 채널(101)이 형성된 두개의 바이폴라 플레이트(100)와 소정의 두께와 면적을 갖도록 형성되어 상기 두개의 바이폴라 플레이트(100)사이에 위치하는 엠이에이(M.E.A; Membrane Electrode Assembly)(110)로 구성된다. 상기 두개의 바이폴라 플레이트(100)와 그 사이에 위치하는 엠이에이(110)는 별도의 체결수단(120)(121)에 의해 결합된다. 상기 바이폴라 플레이트(100)의 일측 채널(101)과 상기 엠이에이(110)의 한 쪽면에 의해 형성되는 유로는 연료극을 형성하게 되고 그 연료극의 유로를 통해 연료가 유동하면서 산화 반응이 일어나게 된다. 그리고 다른 바이폴라 플레이트(100)의 일측 채널(101)과 상기 엠이에이(110)의 다른 한 쪽면에 의해 형성되는 유로는 공기극을 형성하게 되고 그 공기극의 유로를 통해 공기가 유동하면서 환원 반응이 일어나게 된다.상기 바이폴라 플레이트(100)의 형태, 특히 채널(101)의 형상은 연료 및 공기의 유동시 발생되는 접촉 저항과 유량 분배 등에 영향을 미치게 되며 그 접촉 저항과 유량 분배는 전력 효율에 영향을 미치게 된다. 그리고 상기 바이폴라 플레이트(100)들은 가공을 쉽게 하고 대량 생산이 가능하도록 같은 형태로 형성된다.

종래 기술에 따른 제1 바이폴라 플레이트 구조는, 도 3에 도시한 바와 같이, 일정 두께와 사각 면적을 갖는 플레이트(130)의 각 모서리에 관통구멍(131)(132)(133)(134)이 각각 형성되어 있다. 상기 네 개의 관통구멍 중 대각선상에 위치하는 두개의 관통구멍(131)(133)은 연료가 흐르는 유로이고 다른 대각선상에 위치하는 두개의 관통구멍(132)(134)은 공기가 흐르는 유로이다. 그리고 상기 플레이트(130)의 양측면에 유체가 흐르는 육각 형태의 채널(135)이 각각 형성되어 있고 그 육각 형태의 채널(135)내부 전체에 걸쳐 직선 형태를 이루는 채널(136)이 평행하게 다수 개 형성되어 있다. 그리고 상기 플레이트(130)의 한 쪽면에 형성된 육각 형태의 채널(135) 및 다수개의 직선 형태의 채널(136)은 대각선상에 위치하는 두개의 관통구멍(131)(133)과 연결 채널(137)에 의해 연결되어 있고 그 연결 채널(137)은 다수개의 직선 형태로 형성되어 있다. 그리고 상기 플레이트(130)의 다른 한 쪽에 형성된 육각 형태의 채널(135)과 다수개의 직선 형태의 채널(136)은 다른 대각선상에 위치하는 두개의 관통구멍(132)(134)과 연결 채널(137)에 의해 연결되어 있다. 즉, 상기 플레이트(130)의 한 쪽면은 연료가 흐르도록 형성되어 있고 다른 한 쪽면은 공기가 흐르도록 형성되어 있다.

도 3은 종래 바이폴라 플레이트의 한 쪽면만 도시한 평면도이다.

이와 같은 구조의 작용은 다름과 같다. 연료 또는 공기가 한 쪽의 관통구멍(131)(132)으로 유입되고 그 유입된 연료 또는 공기는 상기 연결 채널(137)을 통해 육각 형태의 채널(135) 및 그 내부에 형성된 다수개의 직선 채널(136)을 통해 반대편 연결 채널(137)로 흐르게 된다. 상기 연결 채널(137)로 흐르는 연료 또는 공기는 반대편 관통구멍(133)(134)을 통해 유출된다.

한편, 종래 기술에 따른 제2 바이폴라 플레이트의 구조는, 제4도에 도시한 바와 같이, 일정 두께와 사각 형태의 면적을 갖는 플레이트(140)의 모서리에 관통구멍(141)(142)(143)(144)이 각각 형성되어 있다. 그리고 상기 플레이트(140)의 한 쪽면에 대각선상에 위치하는 두개의 관통구멍(141)(143)을 절곡된 형태로 연결하는 다수개의 채널(145)이 형성되어 있다. 상기 플레이트(140)의 다른 한 쪽면에 다른 대각선상에 위치하는 두개의 관통구멍(142)(144)을 절곡된 형태로 연결하는 다수개의 채널(145)이 형성되어 있다.

이와 같은 구조의 작용은 다음과 같다. 연료와 공기가 한 쪽의 관통구멍(141)(142)으로 각각 유입되고 그 관통구멍(141)(142)으로 각각 유입되는 연료 또는 공기가 절곡된 형태의 다수 개 채널(145)을 통해 흐르면서 다른 관통구멍(143)(144)을 통해 유출된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 제1 바이폴라 플레이트의 경우, 상기 관통구멍(131)(132)(133)(134)과 육각 형태의 채널(135) 및 그 내부에 형성된 직선 형태의 채널(136)을 연결하는 연결 채널(137)의 수가 상기 육각 형태 채널의 내부에 형성된 직선 형태의 채널(136) 수에 비해 상대적으로 매우 적기 때문에 상기 관통구 멍(131)(132)으로 유입되는 유체의 유량 분배가 좋지 않을 뿐만 아니라 다량의 유체가 유동시 적합하지 못한 단점이 있다.

한편, 종래 제2 바이폴라 플레이트의 경우 연료와 공기의 유로를 형성하는 채널(145)들이 절곡된 형태로 형성되어 연료와 공기의 유동시 유동저항이 증가하게 됨으로써 유체를 유동시키는 압력 손실이 증가하게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술들의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 연료전지의 연료극과 공기극을 각각 흐르는 연료와 공기의 유량 분배를 균일하게 할 뿐만 아니라 유동 저항을 감소시킬 수 있도록 한 연료전지의 바이폴라 플레이트를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 소정의 면적과 두께를 갖는 플레이트와, 상기 플레이트의 양쪽면에 소정의 간격을 두고 소정의 면적과 깊이를 갖도록 각각 형성되는 유입 및 유출 완충홈과, 상기 유입 완충홈과 유출 완충홈을 연결하는 다수개의 채널들과, 상기 플레이트에 상기 유입 완충홈과 연통되게 형성되는 유입유로와, 상기 플레이트에 상기 유출 완충홈과 연통되게 형성되는 유출유로를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트가 제공된다.

또한, 소정의 면적과 두께를 갖는 플레이트와, 상기 플레이트의 양쪽면에 소정의 간격을 두고 소정의 면적과 깊이를 갖도록 각각 형성되는 유입 및 유출 완충홈과, 상기 유입 완충홈과 유출 완충홈을 연결하는 다수개의 채널들과, 상기 유입 완충홈 및 유출 완충홈의 내부에 소정의 높이를 갖게 형성된 다수개의 완충돌기들과, 상기 플레이트에 상기 유입 완충홈과 연통되게 형성되는 유입유로와, 상기 플레이트에 상기 유출 완충홈과 연통되게 형성되는 유출유로를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트가 제공된다.

도 1은 종래 연료전지 시스템을 도시한 구성도.

도 2는 종래 연료전지 스택의 일부분을 분해하여 도시한 사시도.

도 3은 종래 연료전지의 바이폴라 플레이트를 도시한 평면도.

도 4는 종래 연료전지의 바이폴라 플레이트의 다른 실시예를 도시한 평면도.

도 5는 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트의 제1 실시예를 도시한 평면도.

도 6은 상기 제5도의 A - B 단면도.

도 7,8은 상기 연료전지 바이폴라 플레이트를 구성하는 채널의 다른 실시예를 각각 도시한 평면도.

도 9는 상기 연료전지 바이폴라 플레이트의 분배수단을 도시한 평면도.

도 10은 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트의 제2 실시예를 도시한 평면도.

도 11은 상기 제10도의 C - D 단면도.

도 12,13은 상기 연료전지 바이폴라 플레이트를 구성하는 완충돌기의 변형예를 각각 도시한 평면도.

도 14,15는 상기 연료전지 바이폴라 플레이트를 구성하는 채널의 다른 실시예를 각각 도시한 평면도.

도 16은 상기 연료전지 바이폴라 플레이트의 분배수단을 도시한 평면도.

도 17은 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트가 포함된 스택을 분해하여 도시한 사시도.

도 18은 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트의 제1 실시예의 작용상태를 도시한 평면도.

도 19는 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트의 제2 실시예의 작용상태를 도시한 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

150,160 ; 플레이트 151,161 ; 유입 완충홈

152,162 ; 유출 완충홈 153,163 : 채널

154,165 ; 유입유로 155,166 : 유출유로

164 ; 완충돌기 156,167 ; 버퍼부

BP ; 바이폴라 플레이트 M ; 엠이에이

R ; 분배수단

[발명의 실시를 위한 최선의 형태]

이하, 본 발명에 의한 연료전지의 바이폴라 플레이트를 첨부도면에 도시된 실시예들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명 연료전지의 바이폴라 플레이트의 제1 실시예를 설명한다.

도 5는 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트의 제1 실시예를 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5의 A - B 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 연료전지의 바이폴라 플레이트는 소정의 면적과 두께를 갖는 플레이트(150)와, 그 플레이트(150)의 양쪽면에 소정의 간격을 두고 소정의 면적과 깊이를 갖도록 각각 형성되는 유입 및 유출 완충홈(151)(152)과, 그 유입 완충홈(151)과 유출 완충홈(152)을 연결하는 다수개의 채널(153)들과, 상기 플레이트(150)에 상기 유입 완충홈(151)과 연통되게 형성되는 유입유로(154)와, 상기 플레이트(150)에 상기 유출 완충홈(152)과 연통되게 형성되는 유출유로(155)를 포함하여 이루어진다.

상기 플레이트(150)는 사각 형태로 형성되고 그 두께는 일정하게 형성된다. 상기 유입 완충홈(151)은 소정의 폭과 길이를 갖는 사각 형태로 형성되고 그 깊이가 일정하게 형성된다. 상기 유출 완충홈(152)의 폭과 길이는 상기 유입 완충홈(151)의 폭과 길이와 같게 사각 형태로 형성되며 그 깊이는 일정하게 형성된다. 상기 유입 완충홈(151)과 유출 완충홈(152)은 동일 선상에 위치하며 그 깊이는 같게 형성된다.

상기 유입 완충홈(151) 및 상기 유출 완충홈(152)의 형태는 사각 형상 이외의 형상으로 형성될 수 있으며, 그 유입 완충홈(151)과 유출 완충홈(152)의 깊이가 다르게 형성될 수 있다.

그리고 상기 유입 완충홈(151)과 유출 완충홈(152)사이에 그 유입 완충 홈(151)과 유출 완충홈(152)을 연통시키는 다수 개의 채널(153)이 형성된다. 상기 채널(153)들은 직선 형태로 형성되며 그 채널의 폭은 일정하게 된다. 또한, 그 채널(153)들의 깊이는 상기 유입 완충홈(151)과 유출 완충홈(152)의 깊이와 같게 형성된다.

한편, 상기 채널(153)들의 다른 실시예로, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 채널(153)들 중 가운데에 위치하는 채널(153)에서 가장자리에 위치하는 채널(153)로 갈수록 그 채널 폭이 커지게 형성된다. 즉, 상기 유입 완충홈(151)에 유입된 유체들이 균일하게 상기 채널(153)들로 분배되도록 상기 채널(153)들 중 가운데 위치하는 채널의 폭은 좁고 가장자리에 위치하는 채널의 폭은 크게 형성되며, 그 채널의 폭은 선형적으로 증가하게 된다.

상기 채널(153)들의 다른 실시예로, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 채널(153)들의 폭은 일정하게 형성되고 그 채널(153)들의 입구측에 그 입구 폭이 작아지게 돌출된 버퍼부(156)가 형성된다. 상기 버퍼부(156)는 상기 채널(153)을 이루는 양측벽에서 소정 형상으로 연장 돌출된 돌기 형태로 형성된다. 상기 버퍼부(156)는 상기 유입 완충홈(151)으로 유입되는 유체를 상기 채널(153)들로 균일하게 분배시키는 역할을 하게 된다.

상기 유입 완충홈(151) 및 유출 완충홈(152)의 길이는 상기 채널(153)길이의 1/5이상 되도록 형성된다.

상기 유입유로(154)는 상기 채널(153)들의 길이방향 선상에 위치하도록 상기 플레이트(150)의 옆면에 형성된다. 상기 유입유로(154)는 하나 또는 하나 이상의 관통구멍으로 형성된다.

상기 유출유로(155)는 상기 채널(153)들의 길이방향 선상에 위치함과 아울러 상기 유입 유로의 반대편에 위치하도록 상기 플레이트(150)의 옆면에 형성된다. 상기 유출유로(155)는 하나 또는 하나 이상의 관통구멍으로 형성된다.

그리고, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 유입유로(154)에 그 유입유로(154)로 유입되는 유체에 유동 저항을 주는 분배수단(R)이 구비될 수 있다.

상기 분배수단(R)은 상기 유입유로(154)의 단면과 상응하는 면적과 일정 두께를 갖는 모양으로 형성되며 그 재질은 다공성 재질(porous material)이다. 상기 분배수단(R)은 유입유로(154)로 유입되는 유체에 유동 저항을 유발시켜 각 단위 전지로 유입되는 유체의 분배를 균일하게 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트가 단일 전지를 구성하거나 스택의 양측면에 위치하게 될 경우 상기 유입 완충홈(151), 유출 완충홈(152) 그리고 다수 개의 채널(153)들 등은 상기 플레이트(150)의 한 쪽면에만 형성된다.

이어, 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트의 제2 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 10은 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트의 제2 실시예를 도시한 평면도이고, 도 11은 도 10의 C - D 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트는 소정의 면적과 두께를 갖는 플레이트(160)와, 그 플레이트(160)의 양쪽면에 소정의 간격을 두고 소정의 면적과 깊이를 갖도록 각각 형성되는 유입 및 유출 완충홈(161)(162)과, 그 유입 완충홈(161)과 유출 완충홈(162)을 연결하는 다수개의 채널(163)들과, 상기 유입 완충홈(161) 및 유출 완충홈(162)의 내부에 소정의 높이를 갖게 형성된 다수개의 완충돌기(164)들과, 상기 플레이트(160)에 상기 유입 완충홈(161)과 연통되게 형성되는 유입유로(165)와, 상기 플레이트(160)에 상기 유출 완충홈(162)과 연통되게 형성되는 유출유로(166)를 포함하여 이루어진다.

상기 플레이트(160)는 사각 형태로 형성되고 그 두께는 일정하게 형성된다. 상기 유입 완충홈(161)은 소정의 폭과 길이를 갖는 사각 형태로 형성되고 그 깊이가 일정하게 형성된다. 상기 유출 완충홈(162)의 폭과 길이는 상기 유입 완충홈(161)의 폭과 길이와 같게 사각 형태로 형성되며 그 깊이는 일정하게 형성된다. 상기 유입 완충홈(161)과 유출 완충홈(162)은 동일 선상에 위치하며 그 깊이는 같게 형성된다.

상기 유입 완충홈(161)과 유출 완충홈(162)사이에 그 유입 완충홈(161)과 유출 완충홈(162)을 연통시키는 다수 개의 채널(163)이 형성된다. 상기 채널(163)들은 직선 형태로 형성된다. 그 채널(163)들의 깊이는 상기 유입 완충홈(161)과 유출 완충홈(162)의 깊이와 같게 형성된다. 상기 유입 완충홈(161) 및 유출 완충홈(162)의 길이는 상기 채널 길이의 1/5이상 되도록 형성된다.

상기 완충돌기(164)들은 상기 채널(163)과 채널(163)사이의 선상에 직선 형태로 배열된다.

상기 완충돌기(164)들의 변형된 형태로, 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 채 널(163)들 선상에 직선 형태로 배열된다.

상기 완충돌기(164)들은 모두 같은 높이로 형성된다. 상기 완충돌기(164)들의 높이는 상기 유입 완충홈(161) 또는 유출 완충홈(162)의 깊이와 같게 형성된다.

상기 완충돌기(164)들의 단면이 사각 형태로 형성된다. 상기 완충돌기(164)들의 단면 형상은 사각 형태 이외의 형상으로도 형성될 수 있다.

상기 완충돌기(164)들의 다른 변형된 형태로, 도 13에 도시한 바와 같이, 불규칙적으로 배열된다.

상기 유입 완충홈(161) 및 상기 유출 완충홈(162)의 형태는 사각 형상 이외의 형상으로 형성될 수 있으며, 그 유입 완충홈(161)과 유출 완충홈(162)의 깊이가 다르게 형성될 수 있다.

한편, 상기 채널(153)들의 다른 실시예로, 도 14에 도시한 바와 같이, 상기 채널(163)들 중 가운데에 위치하는 채널(163)에서 가장자리에 위치하는 채널(163)로 갈수록 그 채널 폭이 커지게 형성된다. 즉, 상기 유입 완충홈(161)에 유입된 유체들이 균일하게 상기 채널(163)들로 분배되도록 상기 채널(163)들 중 가운데 위치하는 채널의 폭은 좁고 가장자리에 위치하는 채널의 폭은 크게 형성되며, 그 채널의 폭은 선형적으로 증가하게 된다.

상기 채널(163)들의 다른 실시예로, 도 15에 도시한 바와 같이, 상기 채널(163)들의 폭은 일정하게 형성되고 그 채널(163)들의 입구측에 그 입구 폭이 작아지게 돌출된 버퍼부(167)가 형성된다. 상기 버퍼부(167)는 상기 채널(163)을 이루는 양측벽에서 소정 형상으로 연장 돌출된 돌기 형태로 형성된다. 상기 버퍼 부(167)는 상기 유입 완충홈(161)으로 유입되는 유체를 상기 채널(163)들로 균일하게 분배시키는 역할을 하게 된다.

상기 유입유로(165)는 상기 채널(163)의 길이방향 선상에 위치하도록 상기 플레이트(160)의 옆면에 형성된다. 상기 유입유로(165)는 한 개 또는 한 개 이상의 관통구멍으로 형성된다.

상기 유출유로(166)는 상기 채널(163)의 길이방향 선상에 위치됨과 아울러 상기 유입유로(165)의 반대편에 위치하도록 상기 플레이트(160)의 옆면에 형성된다. 상기 유출유로(166)는 한 개 또는 한 개 이상의 관통구멍으로 형성된다.

그리고, 도 16에 도시한 바와 같이, 상기 유입유로(165)에 그 유입유로(165)로 유입되는 유체에 유동 저항을 주는 분배수단(R)이 구비될 수 있다.

상기 분배수단(R)은 상기 유입유로(165)의 단면과 상응하는 면적과 일정 두께를 갖는 모양으로 형성되며 그 재질은 다공성 재질(porous material)이다. 상기 분배수단(R)은 유입유로(165)로 유입되는 유체에 유동 저항을 유발시켜 각 단위 전지로 유입되는 유체의 분배를 균일하게 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트가 단위전지를 이루거나 스택의 양측면에 위치하게 될 경우 상기 유입 완충홈(161), 유출 완충홈(162), 완충돌기(164)들 그리고 다수 개의 채널(163)들 등은 상기 플레이트(160)의 한 쪽면에만 형성된다.

이하, 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트의 작용효과를 설명한다.

먼저, 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트들은 연료전지의 스택을 구성하 게 된다. 즉, 도 17에 도시한 바와 같이, 상기 바이폴라 플레이트(BP)와 바이폴라 플레이트(BP)사이에 엠이에이(M)가 각각 위치한 상태에서 그 바이폴라 플레이트(BP)들과 엠이에이(M)들이 결합수단(미도시)에 의해 결합되어 연료전지의 스택을 구성된다. 이때 상기 바이폴라 플레이트(BP)의 한 쪽면에 형성된 유입 완충홈(151), 채널(153)들 그리고 유출 완충홈(152) 등과 상기 엠이에이(M)의 한 쪽면에 의해 연료가 유동하는 유로를 형성하게 되고, 그 엠이에이(M)의 다른 한 쪽면과 상기 바이폴라 플레이트(BP)와 대면되는 다른 바이폴라 플레이트(BP)의 한 쪽면에 형성되는 유입 완충홈(151), 채널(153)들 그리고 유출 완충홈(152) 등에 의해 공기가 유동하는 유로를 형성하게 된다.

상기 구조에서, 연료가 상기 바이폴라 플레이트(BP)의 유입유로(154)로 유입되면, 도 18에 도시한 바와 같이, 그 유입유로(154)로 유입되는 연료는 상기 유입 완충홈(151)으로 유입된다. 그리고 상기 유입 완충홈(151)으로 유입된 연료는 그 유입 완충홈(151)의 전체로 퍼지면서 상기 채널(153)들로 유입된다. 상기 채널(153)들로 유입되는 연료는 그 채널(153)들을 따라 유동하면서 상기 유출 완충홈(152)으로 유입되고 그 유출 완충홈(152)으로 유입되는 연료는 상기 유출유로(155)를 통해 외부로 유출된다. 상기 과정에서, 유입유로(154)를 통해 유입되는 연료가 유입 완충홈(151)을 거친 다음 채널(153)들로 유입되므로 그 채널(153)들 전체에 걸쳐 유량이 골고루 분배되고 아울러 유동이 원활하게 된다. 또한 상기 채널(153)들을 통해 흐르는 연료는 유출 완충홈(152)에 모이면서 상기 유출유로(155)를 통해 외부로 유출되므로 연료의 유동이 원활하게 된다.

또한, 공기도 상기한 바와 같은 과정을 거쳐 유동하게 된다.

그리고 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트의 제2 실시예의 경우, 도 19에 도시한 바와 같이, 연료가 상기 유입유로(165)를 통해 상기 유입 완충홈(161)으로 유입된다. 상기 유입 완충홈(161)으로 유입되는 연료는 그 유입 완충홈(161) 및 그 유입 완충홈(161)내부에 배열된 완충돌기(164)들에 의해 전체적으로 퍼지면서 상기 채널(163)들에 골고루 분배된다. 상기 채널(163)들을 통해 유동하는 연료는 상기 유출 완충홈(162)으로 모이게 되고 그 유출 완충홈(162)에 모이는 연료는 상기 유출유로(166)를 통해 외부로 유출된다. 이와 같은 구조는 상기 완충돌기(164)들에 의해 연료가 상기 채널(163)들로 보다 골고루 분배되고 아울러 바이폴라 플레이트(BP)들 사이에 위치하는 엠이에이(M)와의 접촉 지지하는 면적을 넓히게 되어 엠이에이(M)의 변형을 최소화하게 된다.

한편, 본 발명의 연료전지 바이폴라 플레이트는 채널(153)(163)들이 직선 형태로 형성되어 가공이 쉽게 될 뿐만 아니라 가공방법이 다양하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 연료전지의 바이폴라 플레이트는 연료극과 공기극을 각각 유동하는 연료와 공기의 유량 분배가 골고루 이루어지게 되어 산화와 환원 반응의 유효 면적이 증가됨으로써 전력 효율을 높이게 되고, 연료와 공기의 유동 저항을 줄이게 되어 연료와 공기를 유동시키는 펌핑력이 감소됨으로써 연료전지 시스템의 효율을 높이게 되며, 또한 가공이 수월할 뿐만 아니라 가공방법이 다양하게 되어 생산단가가 감소되는 효과가 있다.

Claims (20)

1. 소정의 면적과 두께를 갖는 플레이트(150)와;

   상기 플레이트(150)의 양쪽면에 소정의 간격을 두고 소정의 면적과 깊이를 갖도록 각각 형성되는 유입 및 유출 완충홈(151)(152)과;

   상기 유입 완충홈(151)과 유출 완충홈(152)을 연결하는 다수개의 채널(153)들과;

   상기 플레이트(150)에 상기 유입 완충홈(151)과 연통되게 형성되는 유입유로(154)와;

   상기 플레이트(150)에 상기 유출 완충홈(152)과 연통되게 형성되는 유출유로(155)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
2. 제1 항에 있어서, 상기 채널(153)들은 직선 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
3. 제2 항에 있어서, 상기 채널(153)들 중 가운데에 위치하는 채널(153)에서 가장자리에 위치하는 채널(153)로 갈수록 그 채널 폭이 커지는 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트
4. 제2 항에 있어서, 상기 채널(153)들의 폭은 일정하게 형성되고 그 채널(153) 들의 입구측에 그 입구 폭이 작아지게 돌출된 버퍼부(156)가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트
5. 제1 항에 있어서, 상기 유입유로(154)(165) 및 유출유로(155)(166)는 하나 또는 하나 이상의 관통구멍으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
6. 제1 항에 있어서, 상기 유입유로(154)(165) 및 유출유로(155)(166)는 상기 플레이트(150)(160)의 옆면에 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
7. 제1 항에 있어서, 상기 유입유로(154)에 그 유입유로(154)로 유입되는 유체에 유동 저항을 주는 분배수단(R)이 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
8. 제7 항에 있어서, 상기 분배수단(R)은 상기 유입유로(154)의 단면과 상응하는 면적과 일정 두께를 갖는 모양으로 형성되며 그 재질은 다공성 재질(porous material)인 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
9. 소정의 면적과 두께를 갖는 플레이트(160)와;

   상기 플레이트(160)의 양쪽면에 소정의 간격을 두고 소정의 면적과 깊이를 갖도록 각각 형성되는 유입 및 유출 완충홈(161)(162)과;

   상기 유입 완충홈(161)과 유출 완충홈(162)을 연결하는 다수개의 채널(163)들과;

   상기 유입 완충홈(161) 및 유출 완충홈(162)의 내부에 소정의 높이를 갖게 형성된 다수개의 완충돌기(164)들과;

   상기 플레이트(160)에 상기 유입 완충홈(161)과 연통되게 형성되는 유입유로(165)와;

   상기 플레이트(160)에 상기 유출 완충홈(162)과 연통되게 형성되는 유출유로(166)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
10. 제9 항에 있어서, 상기 완충돌기(164)들은 상기 채널(163)과 채널(163)사이의 선상에 직선 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
11. 제9 항에 있어서, 상기 완충돌기(164)들은 상기 채널(163)들 선상에 직선 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
12. 제9 항에 있어서, 상기 완충돌기(164)들은 불규칙적으로 배열된 것을 특징으로 하는 연료전지 바이폴라 플레이트.
13. 제9 항에 있어서, 상기 완충돌기(164)들은 모두 같은 높이로 형성되며 그 완충돌기(164)들의 높이는 상기 유입 완충홈(161) 또는 유출 완충홈(162)의 깊이와 같게 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
14. 제9 항에 있어서, 상기 완충돌기(164)들의 단면은 사각 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
15. 제9 항에 있어서, 상기 채널(163)들은 직선 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
16. 제15 항에 있어서, 상기 채널(163)들 중 가운데에 위치하는 채널(163)에서 가장자리에 위치하는 채널(163)로 갈수록 그 채널 폭이 커지는 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
17. 제15 항에 있어서, 상기 채널(163)들의 폭은 일정하게 형성되고 그 채널(163)들의 입구측에 그 입구 폭이 작아지게 돌출된 버퍼부(167)가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
18. 제9 항에 있어서, 상기 유입 완충홈(161) 및 유출 완충홈(162)의 길이는 상 기 채널 길이의 1/5이상 되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
19. 제9 항에 있어서, 상기 유입유로(165)에 그 유입유로(165)로 유입되는 유체에 유동 저항을 주는 분배수단(R)이 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.
20. 제19 항에 있어서, 상기 분배수단(R)은 상기 유입유로(165)의 단면과 상응하는 면적과 일정 두께를 갖는 모양으로 형성되며 그 재질은 다공성 재질(porous material)인 것을 특징으로 하는 연료전지의 바이폴라 플레이트.

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