KR100803198B1 - 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템 - Google Patents

연료전지 스택의 수동적 냉각시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR100803198B1
KR100803198B1 KR1020060081841A KR20060081841A KR100803198B1 KR 100803198 B1 KR100803198 B1 KR 100803198B1 KR 1020060081841 A KR1020060081841 A KR 1020060081841A KR 20060081841 A KR20060081841 A KR 20060081841A KR 100803198 B1 KR100803198 B1 KR 100803198B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling medium
cooling
heat exchanger
hole
housing
Prior art date
Application number
KR1020060081841A
Other languages
English (en)
Inventor
이승재
승도영
송태원
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020060081841A priority Critical patent/KR100803198B1/ko
Priority to US11/740,492 priority patent/US8034501B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100803198B1 publication Critical patent/KR100803198B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

연료전지 스택의 수동적 냉각시스템이 개시된다. 개시된 냉각시스템은: 고온용 연료전지 스택의 복수의 단위셀 마다 설치되며, 적어도 일 표면에 냉각매체가 흐르는 유로채널이 형성되며, 상기 냉각매체가 들어오는 인입홀과 상기 유로채널을 통과한 냉각매체가 배출되는 배출홀이 형성된 냉각판들; 및 상기 배출홀들로부터 상기 인입홀들로 연결되는 냉각유로에 설치되어서 상기 냉각매체의 열을 빼앗아서 상기 냉각매체 중 기체 상을 액체 상으로 변환시키는 열교환기;를 구비한다. 상기 냉각매체가 통과하는 경로는 폐회로로 이루어지며, 상기 냉각매체의 유동은 상기 냉각매체의 비등에 의한 자연대류로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지 스택의 수동적 냉각시스템{Passive cooling system for fuel cell stack}
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 스택의 냉각시스템을 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 냉각판 및 단위셀 사이의 유체의 흐름을 보여주는 분리사시도이다.
도 4는 열교환기의 다른 변형예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각시스템을 보여주는 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10,120: 연료전지 스택 20,130: 냉각판
30,150,250,350: 열교환기 110: 단위 셀
121,122: 엔드 플레이트 123: 공급홀
124: 회수홀 131: 인입홀
132: 배출홀 133: 유로채널
140,340: 냉각유로 142,381,382: 전자밸브
360: 기액분리기 370: 액체 저장부
390: 레벨러
본 발명은 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각판을 순환하는 냉각매체를 펌프를 사용하지 않고 연료전지 스택을 냉각하는 시스템에 관한 것이다.
연료전지(fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
고분자 전해질막 연료전지(PEMFC: polymer electrolyte membrane fuel cell)는 다른 연료전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공 건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용범위가 넓은 장점을 가진다.
종래의 PEMFC는, 고분자 전해질막의 건조 문제로 인하여, 주로 100 ℃ 이하의 온도에서, 예를 들면 약 80 ℃에서, 작동되어 왔다. 그러나, 약 100 ℃ 이하의 낮은 작동온도로 인하여, 다음과 같은 문제점이 발생하는 것으로 알려져 있다. 즉, PEMFC의 대표적인 연료인 수소부화가스(hydrogen-rich gas)는 천연가스 또는 메탄올과 같은 유기연료를 개질하여 얻는데, 이러한 수소부화가스는 부산물로서 이산화 탄소뿐만 아니라 일산화탄소를 함유한다. 일산화탄소는 캐소드와 애노드에 함유되어 있는 촉매를 피독시키는 경향이 있다. 일산화탄소로 피독된 촉매의 전기화학적 활성은 크게 저하되고 그에 따라 PEMFC의 작동효율 및 수명도 심각하게 감소된다. 주목할 점은, 일산화탄소가 촉매를 피독시키는 경향은 PEMFC의 작동온도가 낮을 수록 심화된다는 것이다.
PEMFC의 작동온도를 약 130 ℃ 이상으로 상승시키면, 일산화탄소에 의한 촉매 피독을 회피할 수 있으며, PEMFC의 온도 제어도 매우 용이하게 되므로, 연료개질기의 소형화 및 냉각장치의 단순화가 가능해지고, 그에 따라, PEMFC 발전 시스템 전체를 소형화할 수 있다.
미국특허 제7,052,790호에는 대략 70~80 ℃의 냉각수로 연료전지를 냉각하는 연료전지 시스템이 개시되어 있다. 이 연료전지 시스템에서는 냉각수 탱크로부터 연료전지 스택으로 냉각수를 공급하는 냉각수 펌프를 구비한다.
그런데, 이러한 냉각수 펌프를 구비한 연료전지 스택의 냉각시스템은 그 부피가 커지므로 연료전지 시스템의 소형화를 어렵게 한다.
본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 펌프없이 냉각매체를 유동시키는 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템은:
고온용 연료전지 스택의 복수의 단위셀 마다 설치되며, 적어도 일 표면에 냉각매체가 흐르는 유로채널이 형성되며, 상기 냉각매체가 들어오는 인입홀과 상기 유로채널을 통과한 냉각매체가 배출되는 배출홀이 형성된 냉각판들; 및
상기 배출홀들로부터 상기 인입홀들로 연결되는 냉각유로에 설치되어서 상기 냉각매체의 열을 빼앗아서 상기 냉각매체 중 기체 상을 액체 상으로 변환시키는 열교환기;를 구비하며,
상기 냉각매체가 통과하는 경로는 폐회로로 이루어지며, 상기 냉각매체의 유동은 상기 냉각매체의 비등에 의한 자연대류로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 인입홀은 상기 냉각판들의 하부에 형성되며, 상기 배출홀은 상기 냉각판들의 상부에 형성된다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 열교환기는, 상기 배출홀을 통과한 냉각매체가 들어가는 제1홀과, 상기 열교환기에서 냉각된 냉각매체가 배출되는 제2홀이 형성된 하우징; 및
상기 하우징을 관통하면서 상기 열교환기 내의 냉각매체를 냉각시키는 제2냉각매체가 통과하는 냉각파이프;를 구비한다.
본 발명에 따르면, 상기 열교환기 내에서의 상기 냉각파이프는 코일형, 판형(plate to plate), 이중관형 등의 여려 형태로 형성된다.
본 발명의 다른 국면에 따르면,
상기 열교환기는, 상기 냉각유로를 감싸며 내부에는 제2냉각매체가 채워진 하우징;을 구비하며,
상기 냉각유로는 상기 하우징을 관통한다.
본 발명에 따르면, 상기 하우징에는 상기 냉각유로를 냉각시키는 제2냉각매체가 유입하는 제1홀과, 상기 하우징을 나가는 제2냉각매체가 배출되는 제2홀이 형성된다.
본 발명에 따르면, 상기 하우징 내에서의 상기 냉각유로는 코일형으로 형성된다.
본 발명에 따르면, 상기 냉각매체는 물, 에탄올, 에탄올릭산, 톨루엔으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 어느 하나의 유체이다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 냉각시스템은 상기 배출홀들 및 상기 열교환기 사이에 설치되어 액체 및 기체 상태의 냉각매체를 기체 및 액체로 분리하는 기액분리기;를 더 구비하며,
상기 기액분리기로부터 분리된 기체 상태의 냉각매체는 상기 열교환기로 보내진다.
본 발명에 따르면, 상기 열교환기는 상기 기체를 액체로 변환한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템을 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 고온용 연료전지 스택(10), 예컨대 PEMFC에는 연료전지 스택(10)의 냉각을 위해서 복수의 냉각판들(20)이 설치된다. 냉각판들(20)에는 각각 유로채널(미도시)이 형성되어 있으며 유로채널을 통과하는 냉각매체는 연료전지 스택(10)의 열을 빼앗아서 열교환기(30)를 통해서 일부 열을 배출한 뒤 다시 연료전지 스택(10)으로 순환된다. 순환하는 냉각매체는 대략 150~160 ℃를 유지한다.
냉각매체는 냉각판들(20)과 열교환기(30) 사이를 폐회로로 순환한다. 냉각매체는 냉각판(20)으로 액체 상태로 들어가서 연료전지 스택(10)으로부터의 열을 빼앗아 일부는 기체 상태로 되며, 일부는 액체상태로 유지된다. 즉, 스택(10) 내에서 냉각매체는 기화되면서 연료전지 스택(10)으로부터 기화열을 빼앗는다. 연료전지 스택(10)을 통과한 냉각매체는 열교환기(30)를 통과하면서 대부분의 기체 상태의 냉각매체가 액체 상태로 변하면서 열을 배출한다.
이러한 냉각매체는 냉각판(20) 하부에서의 냉각매체의 밀도가 냉각판(20) 상부에서의 냉각매체의 밀도 보다 커 일어나는 자연대류에 의해 이동된다. 즉, 냉각매체는 펌프 없이도 연료전지 스택(10) 및 열교환기(30) 사이를 자연대류에 의해 순환될 수 있다.
본 발명에서는 이러한 자연대류를 이용하여 냉각매체, 예컨대 냉각수를 순환시켜서 연료전지 스택(10)의 온도를 일정한 온도로 유지한다.
상기 냉각매체는 기화열이 높고, 비등점(boiling point)이 높은 것이 바람직하다. 상기 냉각매체로는 물, 에탄올, 에탄올릭산, 톨루엔으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 냉각판(20) 및 상기 열교환기(30)의 구조는 실시예를 통하여 상술된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 스택의 냉각시스템을 보여주 는 사시도이며, 도 3은 냉각판 및 단위셀 사이의 유체의 흐름을 보여주는 분리사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, PEMFC 스택(120)에는 복수의 단위 셀(110)이 적층되어 있다. 각 단위셀(110)은 전해질막(112)과 전해질막(112)의 양면에 배치된 캐소드 전극(111) 및 애노드 전극(113)을 구비한다. 단위셀(110) 사이에는 각 전극(111, 113)에 산화제 또는 수소개스가 흐르는 유로가 형성된 세퍼레이터(126)가 설치되어 있다. 전극(111, 113) 및 세퍼레이터(126) 사이에는 실링을 위한 가스켓(116)이 설치된다.
연료전지의 전기화학반응 과정에서는 전기 뿐 아니라 열도 같이 발생하기 때문에, 연료전지의 원활한 가동을 위해서는 냉각과정이 필요하다. 연료전지의 냉각을 위해 연료전지 스택(120)에는 냉각판(130)과 열교환기(150)가 설치된다. 스택(120)에는 열교환용 냉각매체, 예컨대 냉각수가 지나가기 위한 냉각판(130)이 여러 장의 단위셀(110) 마다 설치되어 있다.
냉각판(130)의 적어도 일면에는 냉각매체가 인입되는 인입홀(131)과, 냉각매체가 배출되는 배출홀(132)과 상기 인입홀(131) 및 배출홀(132) 사이에 형성된 유로채널(133)이 형성되어 있다. 인입홀(131)로 들어온 냉각매체는 대부분이 액체상태이며, 유로채널(133)을 통과하면서 접촉된 단위셀(110)의 열을 빼앗아서 일부는 기체상태로 되어서 배출홀(132)로 나간다. 냉각판(130)과 단위셀(110)들은 도 2에 도시된 것처럼 작동시 수직으로 설치되고 인입홀(131)이 냉각판(130)의 하부에 위치하고 배출홀(132)이 냉각판(130)의 상부에 위치한다.
연료전지 스택(120)의 양단에는 각각 엔드 플레이트(121, 122)가 설치된다. 엔드 플레이트(121)에는 산소(공기)의 공급홀과 회수홀, 연료(수소 개스)의 공급홀과 회수홀이 형성되어 있으며, 엔드 플레이트(122)에는 냉각수의 공급홀(도 5의 123 참조) 및 회수홀(도 5의 124 참조)이 형성되어 있다. 냉각판(130), 단위셀(110) 및 세퍼레이터(126)에는 각각 연료(공기, 수소개스) 또는 냉각수를 공급받고, 배출하는 홀들이 형성되어 있다.
열교환기(150)는 엔드 플레이트(122)의 회수홀(124)로부터 엔드 플레이트(122)의 공급홀(123) 사이의 냉각유로(140)를 감싸는 하우징(154)을 구비한다. 상기 냉각유로(140)는 상기 하우징(154)을 관통하며, 바람직하게는 상기 하우징(154) 내에서 코일형으로 형성되어서 후술되는 2차 냉각매체, 예컨대 2차냉각수와의 접촉면적을 증가시킨다.
상기 하우징(154)에는 2차 냉각수가 들어오는 제1홀과(151), 하우징(154) 내의 2차 냉각수가 배출되는 제2홀(152)이 형성될 수 있으며, 상기 제1홀(151)로부터 냉각유로(140)를 냉각하는 2차냉각수가 유입된다.
냉각수가 이 냉각판(130)의 유로채널(133)을 통과하면서 스택(120) 내의 열을 흡수하고, 열교환기(150) 안에서 2차 냉각수에 의해 열을 빼앗긴 후 다시 스택(120) 안으로 순환하게 된다. 2차 냉각수 대신 공기가 사용될 수도 있다.
냉각판(130)과 열교환기(150) 사이를 순환하는 냉각매체, 예컨대 냉각수는 액체 상태의 물과 기체 상태의 물이 혼합된 상태로 존재한다. 연료전지 스택(120)의 운전온도가 대략 150 ℃로 유지되면, 냉각수(기체 및 액체가 혼합된)의 온도는 운전온도 보다 약간 낮은 온도로 되며, 이때의 연료전지 스택(120)에서의 압력이 3~5 기압으로 유지된다.
참조번호 142는 전자밸브이다. 상기 전자밸브(142)는 연료전지의 초기 운전시 스택(120) 온도가 작동온도, 예컨대 150 ℃ 이하일 때, 전자밸브(142)를 닫아서, 스택(120) 내의 열방출을 감소시켜 온도를 상승시키는 데 사용된다.
도 4는 열교환기의 다른 변형예를 도시한 도면이다. 제1 실시예의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 냉각유로(140)는 하우징(254)에 형성된 제1홀(251) 및 제2홀(252)과 연결되어 있다. 열교환기(250)에는 하우징(254) 내부를 관통하는 코일형 냉각파이프(256)가 설치된다. 상기 냉각파이프(256)에는 제2 냉각매체, 예컨대 제2 냉각수가 통과된다. 제2 냉각수는 하우징(254) 내의 기체가 혼합된 냉각수를 냉각시켜서 상기 기체를 액체 상태로 변환시킨다.
순환되는 냉각수가 외부 리크로 줄어든 경우 상기 하우징(254)에 형성된 미도시된 홀에 의해 용이하게 냉각수를 보충할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각시스템을 보여주는 도면이며, 제1 실시예의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 엔드 플레이트(122)의 회수홀(124) 및 공급홀(123) 사이의 냉각유로(140)에는 기액분리기(360), 열교환기(350), 액체 저장부(370)가 설치되어 있다. 엔드 플레이트(122)의 회수홀(124)로부터의 기체 상태 및 액체 상태의 냉각매체는 기액분리기(360)를 통과하면서 중력에 의해 액체 상태의 냉각매체(이하 액체로도 칭함)는 액체 저장부(370)로 들어가며, 기체 상태의 냉각매체(이하 기체라고도 칭함)는 열교환기(350)의 하우징(354)을 통과한다.
하우징(354)에는 제2냉각매체, 예컨대 제2냉각수가 인입되는 제1홀(351)과, 상기 하우징(354) 내의 냉각유로(340)를 냉각시켜서 온도가 상승된 제2냉각수가 배출되는 제2홀(352)이 형성되어 있다. 하우징(354) 내에서의 냉각유로(340)는 코일형상으로 되어서 제2냉각수와의 접촉면적을 증가시키는 것이 바람직하다. 열교환기(150)를 통과한 냉각매체는 제2냉각수와의 열교환 효율에 따라 다르지만, 냉각수의 유량 증가로 대부분의 냉각매체가 기체 상태에서 액체상태로 변한다.
열교환기(350)를 통과한 냉각수는 대부분이 액체상태로 액체 저장부(370)로 들어간다.
액체저장부(370)의 하부에는 엔드플레이트(122)의 공급홀(123)과 연결된 냉각유로(340)가 설치되어 있어서 액체저장부(370)로부터의 액체 상태의 냉각매체가 연료전지 스택(120)으로 들어간다.
한편, 열교환기(350) 및 액체 저장부(370) 사이에는 냉각매체의 양을 측정하기 위한 레벨러(390)가 설치된다. 상기 레벨러(390)는 내부가 비치는 내열성 파이프로 이루어질 수 있으며, 레벨러(390)로부터 냉각매체의 리크를 감시할 수 있다. 상기 레벨러(390)에 의해서 냉각매체가 부족한 것으로 판단되면, 액체저장부(370) 또는 열교환기(350)로 냉각매체를 보충할 수 있다.
엔드플레이트(122)의 회수홀(124)과 기액분리기(360)를 연결하는 냉각유로(340)에는 제1전자밸브(381)가 설치될 수 있으며, 연료전지의 초기 운전시 스택온도가 작동온도, 예컨대 150 ℃ 이하일 때, 제1전자밸브(381)를 닫아서, 스택(120) 내의 열을 보전하는 데 사용된다.
열교환기(350) 및 액체 저장부(370) 사이의 냉각유로(340)에는 제2전자밸브(382)가 설치될 수 있다. 이 제2전자밸브(382)는 열교환기(350)에서 냉각된 액체가 액체저장부(370)로 들어가는 것을 제어할 수 있다. 제2전자밸브(382)는 열교환기(350)에서 회수된 액체의 온도를 일정하게 유지하여 액체 저장부(370)로 송부할 수 있게 한다.
제2 실시에서의 냉각시스템에는 열교환기(350) 대신에 도 4의 열교환기(250)를 적용할 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 냉각시스템은 자연 대류로 냉각매체를 수송하기 때문에 연료전지 시스템에서 냉각매체의 유동을 위한 펌프를 사용하지 않을 수 있다. 이에 따라서 펌프에 소요되는 전력을 줄일 수 있으며, 연료전지 시스템의 소형화에 기여할 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 고온용 연료전지 스택의 복수의 단위셀 마다 설치되며, 적어도 일 표면에 냉각매체가 흐르는 유로채널이 형성되며, 상기 냉각매체가 들어오는 인입홀과 상기 유로채널을 통과한 냉각매체가 배출되는 배출홀이 형성된 냉각판들;
    상기 배출홀들로부터 상기 인입홀들로 연결되는 냉각유로에 설치되어서 상기 냉각매체의 열을 빼앗아서 상기 냉각매체 중 기체 상을 액체 상으로 변환시키는 열교환기;를 구비하며,
    상기 냉각매체가 통과하는 경로는 폐회로로 이루어지며, 상기 냉각매체의 유동은 상기 냉각매체의 비등에 의한 자연대류로 이루어지며,
    상기 열교환기는, 상기 배출홀을 통과한 냉각매체가 들어가는 제1홀과, 상기 열교환기에서 냉각된 냉각매체가 배출되는 제2홀이 형성된 하우징; 및
    상기 하우징을 관통하면서 상기 열교환기 내의 냉각매체를 냉각시키는 제2냉각매체가 통과하는 냉각파이프;를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인입홀은 상기 냉각판들의 하부에 형성되며, 상기 배출홀은 상기 냉각판들의 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기 내에서의 상기 냉각파이프는 코일형으로 형성된 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  5. 고온용 연료전지 스택의 복수의 단위셀 마다 설치되며, 적어도 일 표면에 냉각매체가 흐르는 유로채널이 형성되며, 상기 냉각매체가 들어오는 인입홀과 상기 유로채널을 통과한 냉각매체가 배출되는 배출홀이 형성된 냉각판들;
    상기 배출홀들로부터 상기 인입홀들로 연결되는 냉각유로에 설치되어서 상기 냉각매체의 열을 빼앗아서 상기 냉각매체 중 기체 상을 액체 상으로 변환시키는 열교환기;를 구비하며,
    상기 냉각매체가 통과하는 경로는 폐회로로 이루어지며, 상기 냉각매체의 유동은 상기 냉각매체의 비등에 의한 자연대류로 이루어지며,
    상기 열교환기는, 상기 냉각유로를 감싸며 내부에는 제2냉각매체가 채워진 하우징;을 구비하며,
    상기 냉각유로는 상기 하우징을 관통하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징에는 상기 냉각유로를 냉각시키는 제2냉각매체가 유입하는 제1홀과, 상기 하우징을 나가는 제2냉각매체가 배출되는 제2홀이 형성된 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징 내에서의 상기 냉각유로는 코일형으로 형성된 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각매체는 물, 에탄올, 에탄올릭산, 톨루엔으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 어느 하나의 유체인 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  9. 고온용 연료전지 스택의 복수의 단위셀 마다 설치되며, 적어도 일 표면에 냉각매체가 흐르는 유로채널이 형성되며, 상기 냉각매체가 들어오는 인입홀과 상기 유로채널을 통과한 냉각매체가 배출되는 배출홀이 형성된 냉각판들;
    상기 배출홀들로부터 상기 인입홀들로 연결되는 냉각유로에 설치되어서 상기 냉각매체의 열을 빼앗아서 상기 냉각매체 중 기체 상을 액체 상으로 변환시키는 열교환기;를 구비하며,
    상기 냉각매체가 통과하는 경로는 폐회로로 이루어지며, 상기 냉각매체의 유동은 상기 냉각매체의 비등에 의한 자연대류로 이루어지며,
    상기 배출홀들 및 상기 열교환기 사이에 설치되어 액체 및 기체 상태의 냉각매체를 기체 및 액체로 분리하는 기액분리기;를 더 구비하며,
    상기 기액분리기로부터 분리된 기체 상태의 냉각매체는 상기 열교환기로 보내지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 기체를 액체로 변환하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 열교환기는, 상기 기액분리기에서 분리된 기체가 들어가는 제1홀과, 상기 열교환기에서 냉각된 액체 상태의 냉각매체가 배출되는 제2홀이 형성된 하우징; 및
    상기 하우징을 관통하면서 상기 열교환기 내의 냉각매체를 냉각시키는 제2냉각매체가 통과하는 냉각파이프;를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 열교환기 내에서의 상기 냉각파이프는 코일형으로 형성된 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 열교환기는, 상기 기액분리기로부터 분리된 기체를 이송하는 유로를 감싸며 내부에는 제2냉각매체가 채워진 하우징;을 구비하며,
    상기 유로는 상기 하우징을 관통하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  14. 제 14 항에 있어서,
    상기 하우징에는 상기 유로를 냉각시키는 제2냉각매체가 유입하는 제1홀과, 상기 하우징을 나가는 제2냉각매체가 배출되는 제2홀이 형성된 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하우징 내에서의 상기 유로는 코일형으로 형성된 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 배출홀들로부터 상기 열교환기를 연결하는 상기 냉각유로에 설치되어 선택적으로 개폐하는 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 기액분리기에서 분리된 액체를 상기 인입홀들로 연결하는 상기 냉각유로에 설치된 액체저장부;를 더 구비하며,
    상기 열교환기로부터의 액체는 상기 액체저장부로 인입되는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 액체저장부 및 상기 열교환기 사이에는 냉각매체 양 측정 레벨러가 설치된 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
  19. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각매체는 물, 에탄올, 에탄올릭산, 톨루엔으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 어느 하나의 유체인 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
KR1020060081841A 2006-08-28 2006-08-28 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템 KR100803198B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060081841A KR100803198B1 (ko) 2006-08-28 2006-08-28 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템
US11/740,492 US8034501B2 (en) 2006-08-28 2007-04-26 Passive cooling system for fuel cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060081841A KR100803198B1 (ko) 2006-08-28 2006-08-28 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100803198B1 true KR100803198B1 (ko) 2008-02-14

Family

ID=39113832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060081841A KR100803198B1 (ko) 2006-08-28 2006-08-28 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8034501B2 (ko)
KR (1) KR100803198B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9911990B2 (en) 2013-10-01 2018-03-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Fuel cell stack including end plate having insertion hole
KR101990592B1 (ko) * 2018-05-28 2019-06-18 한국기계연구원 상변화 냉각모듈 및 이를 이용하는 배터리팩
KR102009221B1 (ko) * 2019-01-25 2019-08-09 한국기계연구원 배터리 냉각 장치 및 배터리 냉각 방법
CN112768718A (zh) * 2021-01-11 2021-05-07 上海捷氢科技有限公司 一种燃料电池及其供氢系统加热结构

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI370575B (en) * 2009-05-12 2012-08-11 Young Green Energy Co Heat exchanging apparatus
DE102010051346A1 (de) * 2010-11-13 2012-05-16 Daimler Ag Kühlmittelkreis für ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Austauschen von Ionenaustauschermaterial
JP5860954B2 (ja) * 2011-05-02 2016-02-16 ドゥサン フュエル セル アメリカ，インコーポレイテッド 燃料電池流体の流れを制御するためのエネルギー散逸装置
CN102637885A (zh) * 2012-04-27 2012-08-15 中国东方电气集团有限公司 冷却系统及燃料电池堆
KR20230018360A (ko) * 2021-07-28 2023-02-07 컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드 배터리, 전기 장치, 배터리를 제조하는 방법 및 배터리를 제조하는 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62223975A (ja) 1986-03-26 1987-10-01 Hitachi Ltd 燃料電池の熱交換装置
KR20010030251A (ko) * 1999-09-24 2001-04-16 신구 이이치 연료 전지 장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4923767A (en) * 1985-06-18 1990-05-08 International Fuel Cells Fuel cell power plants employing an aqueous solution
US5302470A (en) * 1989-05-16 1994-04-12 Osaka Gas Co., Ltd. Fuel cell power generation system
US6312842B1 (en) * 1998-11-30 2001-11-06 International Fuel Cells Llc Water retention system for a fuel cell power plant
CN1217439C (zh) * 2000-10-20 2005-08-31 松下电器产业株式会社 燃料电池系统及其运转方法
JP2006040597A (ja) * 2004-07-23 2006-02-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガス供給システム、エネルギ供給システム及びガス供給方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62223975A (ja) 1986-03-26 1987-10-01 Hitachi Ltd 燃料電池の熱交換装置
KR20010030251A (ko) * 1999-09-24 2001-04-16 신구 이이치 연료 전지 장치

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9911990B2 (en) 2013-10-01 2018-03-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Fuel cell stack including end plate having insertion hole
KR101990592B1 (ko) * 2018-05-28 2019-06-18 한국기계연구원 상변화 냉각모듈 및 이를 이용하는 배터리팩
WO2019231202A1 (ko) * 2018-05-28 2019-12-05 한국기계연구원 상변화 냉각모듈 및 이를 이용하는 배터리팩
KR102009221B1 (ko) * 2019-01-25 2019-08-09 한국기계연구원 배터리 냉각 장치 및 배터리 냉각 방법
CN112768718A (zh) * 2021-01-11 2021-05-07 上海捷氢科技有限公司 一种燃料电池及其供氢系统加热结构

Also Published As

Publication number Publication date
US20080050628A1 (en) 2008-02-28
US8034501B2 (en) 2011-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100803198B1 (ko) 연료전지 스택의 수동적 냉각시스템
EP1962358B1 (en) Fuel cell stack and fuel cell system having the same
US6727012B2 (en) Method and apparatus for generating hydrogen inside of a fuel cell
CN100377402C (zh) 具有改进的冷却结构的电池堆及其燃料电池系统
US7537851B2 (en) Fuel cell system including separator having cooling water flow channels
EP2226880A1 (en) A method for shutting down a back-up fuel cell electric generator comprising a compact manifold body
US6602625B1 (en) Fuel cell with dual end plate humidifiers
KR101255236B1 (ko) 직접액체 연료전지 시스템
US20060194087A1 (en) Cooling system and method for using fuel of fuel cell as refrigerant
KR100813274B1 (ko) 연료전지 스택의 기동방법
US20050214614A1 (en) Fuel cell system
US20060063045A1 (en) Fuel cell stack and fuel cell system having the same
KR20050077447A (ko) 연료 전지 시스템
US20100047643A1 (en) Fuel cell system
KR100536201B1 (ko) 연료 전지 시스템의 스택 냉각장치 및 이를 채용한 연료전지 시스템
KR100803195B1 (ko) 연료전지 스택의 냉각판의 실링 부재
US20140099563A1 (en) Fuel cell stack having cooling medium leakage preventing unit
US8283080B2 (en) Fuel cell system including fuel supply apparatus
KR100570753B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100884538B1 (ko) 연료 개질장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템
KR101147233B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 그 스택
US20090081507A1 (en) Fuel cell system
KR20050108431A (ko) 연료 전지용 스택 및 연료 전지 시스템
KR20060082303A (ko) 연료 전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130122

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140128

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150120

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee