KR100831462B1 - 가스 매니폴드의 균일 분배를 위한 연료 전지 스택 - Google Patents

Abstract

연료 전지 유로 기판의 스택으로 흐르는 유체 유동을 제어하는 방법은 기판의 스택의 각각의 연료 전지 유로 기판 내에서, 스택 내의 다수의 기판으로 흐르는 유체의 공급을 유도하기 위하여 구비되며, 상기 스택을 통하여 연장되는 연장된 유체 공급 매니폴드가 유체 공급 매니폴드 틈에 의하여 형성되고, 유체 공급 매니폴드로 흐르는 유체 공급의 유동이 형성되며, 다수의 각각의 기판으로 흐르는 유체를 공급하는 횡방향의 변형을 포함한다.

기판들은 유체 공급 매니폴드로부터 각각 평행하게 위치하며, 횡방향으로의 변형은 다수의 기판들 중에서 하부의 하나로 흐르는 유체의 공급 방향에 반대 방향의 영향으로부터 유체 공급 매니폴드 내의 난류를 피하기 위한 방법으로 수행된다.

매니폴드, 유동, 난류, 스택, 제어

Description

가스 매니폴드의 균일 분배를 위한 연료 전지 스택{Fuel Cell Stack With Even Distributing Gas Manifolds}

본 발명은 연료 전지에서 이용되는 가스 분리기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 연료 전지 스택에서 단위 전지에 반응하는 가스의 분포를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관련된 것이다.

연료 전지들은 연료의 화학 에너지를 높은 효율을 가지는 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적인 장치이다.

일반적으로, 하나의 양성자 교환 막 연료전지(Proton-Exchange Membrane Fuel Cells)는 두개의 전기적으로 유도되는 분리 또는 유로 기판 간에 이온 교환막 또는 고체 폴리머 전해질의 특성을 가지는 것으로 이루어지는 전해질막(MEA: Membrane-Electrode Assembly)을 사용한다.

유로 기판은 전류 컬렉터와 같은 기능을 가지고, 일반적으로 유로는 각각의 전극들(즉, 연료측의 에노드와 산화제측의 캐소드)에 연료와 산화제를 직접적으로 혼합하여 형성시킨다. 실용적인 제품을 위한 충분한 전력을 생성시키기 위해서는, 두 개 또는 그 이상의 연료 전지의 조립체는 통상 직렬로 연결될 수 있어야하며, 병렬 연결도 가능하다.

상기한 직렬 연결된 다수의 연료 전지의 배열은 연료 전지 스택에서 언급되는데, 대부분 기판의 단부에 묶임으로써 조립체 상태로 다수의 연료 전지가 유지될 수 있다. 상기 스택은 통상 매니폴드와 상기 유로로부터 산화제 유동과 냉각제 유동이 각각 연료 유동과 직접 연결되는 포트를 포함한다.

매니폴드는 가스를 스택 내의 각각의 전지에 공급하거나 또는 가스를 스택 내의 각각의 전지로부터 공급받는 제품의 도관이다. 연료 전지 스택의 매니 폴드들은 단부에 다수를 가지고 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 외부의 매니폴드들은 내부 매니폴드들 보다 제조단가가 낮고 용이한 반면에, 가스 누출과 실링(Sealing) 문제들과 같은 다수의 단점이 있다.

내부의 매니폴드는 향상된 실링 조건 뿐만 아니라 스택이 줄어들어 스택의 높이가 변함에 따른 불안정성의 낮음에 따른 이점이 있다. 상기한 내부 매니폴드는 반응체 탱크를 사용할 수 있는 연결이 요구되는 내장된 연료 전지 시스템과 유사한 완비 반응체 전달 시스템을 가진 시스템이다. 내부 매니폴드는 각각의 기판에 매니폴드 홀들이 직렬로 형성되는데, 정렬될 때 통로로 사용되는 도관을 형성하고, 스택 내의 각각의 전지로 반응 가스를 분배한다.

유체 매니폴드 설계는 연료 전지 결과물에 따른 주요한 역할을 하게 된다. 설계 요구사항은 공기 또는 옥탄가를 높인 석유와 같은 반응체와 각 스택 내의 냉각제의 균일한 분배를 제공하는 매니폴드가 요구된다.

그러나, 유동의 형상이 직각 또는 불규칙할 지라도 유동의 디자인들은 매니폴드 입구 또는 출구 또는 양측단에 가깝게 위치한 일정 수의 전지들의 흐름이 너무 낮아서 전지 소모와 유체의 관리가 어려운 결과를 초래할 수 있다. 더불어, 형태가 없는 분포는 반응체의 높은 공급율(높은 화학량론)의 이용을 야기하므로, 반응체 이용의 저하와 높은 전력 소모의 결과를 초래한다.

상기 내부 매니폴드의 기하학적인 설계 요소들은 매니폴드의 구조, 크기, 가스 유동 패턴, 부속품들, 그리고 매니폴드와 외부 파이프 간의 접합 구조를 포함한다. Koh et al.(“연료 전지 스택의 내부 가스 매니폴드에서의 압력과 및 유동 분포”, 전력 자원 저널, 115, pp.54-65, 2003)는 U 형상의 리버스 또는 Z 형상의 병렬 유동 형상들 중의 하나를 가지는 100개의 용융 탄산염 연료전지(MCFC) 스택 내의 가상 압력과 유동의 분포를 도시한다.

연료 전지 스택의 매니폴드 유동 접합부의 기하학적 구조가 완전 개방형 게이트 벨브 또는 계수 0.2의 기하 손실을 가지는 폐쇄형 접촉으로 설계되어, 형태가 없는 유동 분포는 리버스 유동 또는 병렬 유동 중의 하나로 관찰된다. 상기 비정형은 가스가 일반적으로 적게 소비되는 캐소드 측이 비교적 낮은 가스 유동율을 허용하는 가스가 충분히 높게 소비되는 측보다 중요한 요소이다. 물질의 유동율의 평균값 차이는 기하적 저항에 따라 스택의 단부에 위치한 전지의 60% 에서 +30 또는 -30 까지 가능하다.

종래 기술은 연료 전지 스택 내의 반응 가스의 무정형적인 분포의 해결책으로서 제시된 매니폴드 설계의 예를 포함한다. 예를 들어, 1999년 12월 29일에 미즈 노 세이치(Mizuno Seiji)가 출원한 유럽 특허 번호 EP 0 967 675 A2는 연료 전지 내의 가스 분포를 위한 가스 매니폴드를 소개하는데, 여기서 적어도 하나의 가스 통로 매니폴드는 각 단위 전지의 가스 유로를 삽입하는 방향으로 단위 전지 스택 내까지 연장되고, 매니폴드의 유입구와 매니폴드의 배출구 간의 단위 전지들의 가스 통로를 연결한다.

다수개의 통로 매니폴드들은 상기한 방법에 따라 제공될 수 있다. 각각의 내부 전지 가스관으로 통과되는 흐름이 통로 매니폴드를 거치기 때문에, 전체 연료 전지의 내부 셀 가스 통로 안에 가스 유동율은 대체적으로 동일할 수 있다는 것을 청구한다.

또한, 내부 셀 가스 관들은 통로 매니폴드를 통하여 다른 하나와 연결되고, 내부 셀 관들로부터 가스의 유동은 통로 매니폴드 내부에서 병합되고, 통로 매니폴드의 상류 내부 셀 가스 관들의 가스 유동율이 다양할지라도 통로 매니폴드 내부에서 가스 유동율은 실질적으로 동일화된다. 그러나, 통로 매니폴드들은 실링의 필요성의 증가와, 여분의 압력 손실들을 생성한다.

더불어, 발명의 방법은 전기화학 반응들이 강력하게 발생하는 상부가 전지의 성능에 중요한 역할을 하므로, 첫번째 통로 매니폴드의 상부 유동관들의 정형화된 유동을 제공하지 않는다. 2003년 6월 5일에 야스노리 요시모토의 유럽특허번호 2003/0104265는 연료 전지들의 가스 매니폴드 설계를 발표했는데, 원통형/관형상의 피어싱 부재가 내부 매니폴드의 내벽과 피어싱 개수 사이의 적절한 차이를 가지는 적어도 하나의 내부 매니폴드를 제공한다.

내부 매니폴드에 공급되는 재형성된 가스는 각 전지에 정형적으로 분포되기 전에 피어싱 부재에 의하여 유동이 조정된다. 실질상, 피어싱 부재는 피스톤 봉에 의하여 결합될 수 있다. 그러나, 상기 피어싱의 위치는 연료 전지가 소모될 시까지, 또는 스택이 조립체인 상태를 유지할 동안 정확한 위치에 있는 것은 다소 어렵다.

게다가, 상기 피어싱을 가스가 통과한 후에 개발된 유동을 얻는 것은 어려운 일이며, 일반적으로 더욱 일정하지 않은 유동을 발생시킬 수 있으며, 매니폴드에 연결된 채널들과 전지에 비정형의 유동 분포의 결과를 얻을 수 있는 유동을 일으킬 수 있다.

연료 전지 스택은 전지의 전압 특성으로 비정형성을 보여주는 것이 관찰되어 왔다. 45개의 전지를 가지고 500 [W] 를 생산하는 유닛으로부터 수집된 데이터는 매니폴드 입구 근처의 첫번째 전지에 전압이 걸린다는 것을 보여준다.

도 1은 종래 기술에 따라 고안된 연료 전지 스택 내부의 각 전지에 따라 전지 전압을 측정한 그래프를 도시한다. 전지 전압은 제1 전지부터 제41 전지까지 대부분의 전지들의 상수값이다. 그러나, 제 42 전지로부터 전압은 급격하게 강하되어 제 44 전지에서 최소치에 이르는데, 상기 제44 전지의 전압은 제1 전지로부터 제41 전지의 평균값의 50%-60% 이다.

상기 전지 전압의 비정형 특성은 가스 유동의 비정형 분포 중의 하나임과 동시에, 다수의 인자에 기인한다. 스택의 기하학적 제한에 따른 유동 분포의 특성으로 낮은 전지 전압이 측정되는 전지들을 통하여 더 적은 가스가 흐른다. 상기 낮은 가스의 유동의 결과로서, 물방울들이 유동 채널들로 이동될 수 없으며, 증가된 저항에 따라 가스의 유동이 감소된다.

이러한 실질적인 작용으로, 비정형 가스 유동 분포의 효과를 최소화시키는 더 높은 화학량론과 같은 더 높은 가스 유동율로 스택을 작동시킨다. 그러나, 높은 화학량론은 더 높은 시스템 효율을 가져올 수 있다.

가스 매니폴드들의 구조는 스택 내의 유동 분포에 중요한 영향을 준다. 도 2는 종래 기술에 따른 개략적인 연료 전지스택(10)을 도시한다. 역방향의 유동들은 연료(100), 산화제(200), 그리고 냉각제(300)의 흐름으로 정렬되는 것을 도시한 배치도임을 설명한다. 상기한 분야에서 잘 알려진대로, 종래 기술에 따른 연료 전지 스택(10)은 두 개의 엔드 플레이트(End Plate, 20, 30)와, 상기 두 개의 엔드 플레이트(20, 30) 간에 끼워지는 에노드 기판과 캐소드 기판을 구비하는 다수의 전지들(200)과, 막 전극 어셈블리(MEA: Membrane Electrode Assembly, 50)와, 개스킷(Gasket, 40)으로 이루어진다.

각각의 기판에 매니폴드를 공급하여 연료를 형성시키는 홀(120)들이 생성되며, 상기 홀(120)의 근접하게 형성된 홀(150)은 매니폴드를 고갈시켜 연료를 형성한다. 이와 유사하게, 상기 산화제와 냉각제를 공급하는 매니폴드들을 형성하는 홀들은 상기 산화제와 냉각제를 소진한다. 이 부분에서, 연료의 흐름에 대하여 설명하고, 산화제와 냉각제의 흐름이 적용되는 논의의 이해를 위하여 기술할 것이다.

도 2에 따르면, 통상의 원형 파이프인 연료선(100)은 엔드 플레이트(20)에 부속품(미도시) 및 그와 같은 것을 통하여 스택 연료 입구에 연결된다. 상기 엔드 플레이트(20)에 형성된 홀(110)은 통상적으로 분리 기판들에 형성된 홀(120)과는 다른 형상과 사이즈를 가진다.

매니폴드(125)를 자세하게 묘사한 A는 도 3에 도시된다. 연료가 연료 공급 매니폴드로 홀들(120)에 의하여 주입됨과 같이, 유동의 한 부분은 랜드(121)에 의하여 분리된 가스 유동 채널(122)로 주입된다. 기판에 형성된 홀이 가스관으로 가스를 유도함과 동시에, 가스관으로부터 가스를 배출시킨다.

도 4는 스택의 유동 패턴을 도시하고, 도 5는 매니폴드 내부의 압력 분포의 예를 도시한다. 가스가 유입구(110)으로부터 매니폴드로 주입됨으로써, 상기 유입구(110)와 홀(120) 간에 기하학적인 구조로 변경됨에 따라 유동 패턴이 존재한다. 도 5에 따르면, 유입구(110) 주변에 낮은 압력 지대가 매니폴드 유입구의 코너에 근접한 웨이크(와동) 지대가 형성된다.

결과적으로, 유입구 영역에서 전지로의 유동율은 하부 셀들보다 보다 소형화시키는 것을 나타낸다. 매니폴드 내부의 하부에 대하여, 다량의 유동율은 전지들의 유동에 의하여 점진적으로 감소하며, 결과적으로 압력은 점진적인 회복된다. 압력 변화와 매니폴드의 유동 분포에 영향을 주는 두개의 주요 인자는 다량의 가스 유동율과, 홀들(120)에 의하여 형성된 유입구(110)와 도관 사이에 기하학적인 구조에 변화를 준다.

상기 언급된 문제점들은 연료 전지 스택이 연료 프로세서로부터 재형성되어 작동할 시, 보다 중요하다. 상기한 문제점들은 스택이 소위 데드 엔드 방법, 또는 높은 압력에서 작동할 시 두가지 모두의 경우에서 공급되는 압력은 전지에 유동을 주는 힘을 형성시켜 비정형 분포를 감소시킨다. 연료 전지 스택이 옥탄가를 높인 석유로 동작할 때, 개방된 단부는 소비되고, 공급된 압력은 비교적 낮아지며, 스택 내에서 불균일한 가스의 분포는 더욱 심화된다.

상기한 바와 같이, 연료 전지 스택의 각 단위 전지들에 분배되는 가스의 유동이 비정형 또는 일정하지 않아질 때, 물은 전지의 반작용에 의하여 생성된다. 예를 들어, 응축의 결과로서 액체와 같은 현상이 나타날 수 있으며, 감소된 가스 유동율에 따라 채널로부터 특성이 제거될 수도 있다.

상기한 문제점들이 발생하면, 침강되어 농축된 물은 가스 유동에 저항을 발생시킬 수 있는데, 이는 가스의 유동을 방해할 수 있다. 가스 공급 조건이 연료 전지 스택 내의 상기한 방식에 의하여 저하된다면, 단위 전지 중에서 다양한 전압을 출력할 것이고, 이에 따라 스택의 성능과 수명은 역으로 영향을 받을 것이다.

본 발명은 스택 내 각 전지로의 정형화된 유동을 제공하는 가스 매니폴드 설계를 제공하는 데 주요한 목적이 있다. 본 발명에 따른 매니폴드 설계는 압력의 높고 낮음에 관계없이 정화된 하이드로겐(데드 엔드 작동)과 옥탄가를 높인 석유(지속가능한 작용)와 동등한 작용을 한다.

본 발명의 주요한 내용에 따르면, 연료 전지 유로 기판의 스택으로 흐르는 유체를 제어하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 기판들 중에서 스택의 각 연료 전지 유로 기판에 상기 스택 내의 다수의 기판으로 유체의 공급을 유도하기 위하여, 상기 스택을 통하여 연장된 긴 분포 매니폴드를 형성하는 유체 공급 매니폴드 틈을 제공하고, 상기 분포 매니폴드로 상기 유체의 공급을 유동시키고, 상기 각각의 다수의 기판으로 유체를 공급하는 부분을 횡방향으로 변형시키는 방법을 포함하되, 상기 다수의 기판들은 상기 유체 공급 매니폴드로부터 각각 평행하게 위치되고, 상기 횡방향으로 변형되는 것은 다수의 상기 기판들 중의 하부로 흐르는 유체의 공급에 역방향의 영향으로부터 유체 공급 매니폴드를 공급하는 상기 유체 내의 난류를 피하는 방식으로 수행되는 연료 전지 유로 기판들의 스택으로의 유체 유동을 제어하는 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 주요한 내용에 따르면, 상기 스택을 통하여 연장되는 연장 유체 공급 매니폴드를 형성하고, 상기 스택 내의 다수의 기판으로 유체가 공급되는 기판의 상기 스택의 연료 전지 유로 기판이 제공되는 유체 공급 매니폴드 틈; 상기 다수의 기판들 각각의 내부에 다수의 유입구 그루브들로 상기 유체를 연결시키는 유체 분포 매니폴드; 상기 유체 공급 매니폴드와 상기 유체 분포 매니폴드 간을 연결시키는 통로 채널; 을 포함하고, 상기 다수의 기판들이 상기 각 다수의 기판들로 유체를 공급하는 횡방향으로의 변형에 의하여 상기 유체 공급 매니폴드와 평행으로 위치하고, 상기 횡방향으로의 변형은 상기 다수의 기판들 중의 하부로 흐르는 유체 공급의 역방향의 영향으로부터 유체 공급 매니폴드 내의 난류를 피하는 방식으로 수행하는 연료 전지 유로 기판의 스택을 제공한다.

본 발명에 따른 상기 실시예들은 도 7 내지 도 11를 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 도 7에 따르면, 연료 전지 스택(10)은 엔드 플레이트(20)와 또다른 엔드 플레이트(30) 간에 반복적으로 다수의 단위 셀(200)들이 쌓임으로 본 발명에 따른 구조를 형성한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 막 전극 구조체(MEA: Membrane Electrode Assembly)와 집적된 GDL과 개스킷(40)은 에노드 기판과 캐소드 기판 간에 삽입된다. 각각의 기판에는 제1 매니폴드 홀(110)이 형성되는데, 대체적으로 엔드 플레이트(20) 상에 형성된 홀(110)과 동등한 형상 및 사이즈를 가진다.

제1 매니폴드 홀(110)은 외부 가스 공급 라인(100)으로부터 가스 공급을 주고 받는다. 기판 상에 매니폴드 홀(110)의 기하학적 구조가 엔드 플레이트(20) 상의 홀(110)과 매치됨으로써, 공급 라인과 매니폴드 유입구 간의 기하학적인 다양성으로 형성되는 가스 유동의 변화는 제거되거나 또는 최소화된다.

제1 매니폴드 홀(110)은 가스가 홀(110)으로부터 제2 매니폴드 홀(120)로 이동되고, 가스관(60)으로 가스가 분포되는 대신에, 가스관(60)으로 직접 연결되지 않는다. 제2 매니폴드 홀(120)은 버퍼와 스택 내의 개별적인 각 단위 전지로 일정하게 분포되는 가스 분포를 개선시키는 가스 분포 수단 으로 사용된다. 매니폴드 구조는 도 8에 상세히 설명된다.

도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제1 매니폴드를 통과하는 가스 유동은 이동 채널(123)을 통한 제2 매니폴드(120)로의 유동이다. 상기 제2 매니폴드(120)에 가스가 주입되는 것은 매니폴드(120)의 전, 배면을 따라 유동관(122)의 3개의 가능한 방향으로 흐를 수 있다. 이러한 유동 패턴은 도 9에 도시되며, 도시된 목적에 따른 역방향의 유동 배치를 도시한다. 언급된 바와 같이, 유동은 평행한 유동을 포함하는 다른 배치에 따른 형상도 가능하다.

도 10에 도시된 바와 같이, U.S 특허 출원 번호 10/861409에 명기된 것과 같은 촉매의 고효율성을 가지는 유로와 본 발명에 따른 언급된 가스 매니폴드들을 가지는 유로 기판의 실시예를 나타낸다. 상기 연료 전지 기판(400)은 분포된 연료를 위한 에노드 기판 또는 분포된 산소함유 산화제(Air)를 위한 캐소드 기판 또는 분포된 냉각제를 위한 기판 중의 하나일 수 있다.

특히, 상기 판의 예에서는, 70%의 초기 유입 농도를 가지는 80%의 수소 이용율에 대응되는 에노드 기판을 위하여 구비된다. 상기 유로는 촉매 이용 효율을 최소화하기 위하여“활성화 영역 대비 상수 반응체 분자수”의 제공을 위하여 설계되었다. 상기 연료는 첫번째로 상기 홀(110)에 의하여 형성되는 제1 매니폴드 홀로 주입되고, 상기 홀(120)에 의하여 형성되는 제2 매니폴드 홀로 이동 채널(123)을 통하여 유도된다.

다수의 유동채널 또는 그루브는 제2 매니폴드(120)로 연결되어, 유동채널 중의 제1 관으로 연장된다. 유동 채널 중의 제1 관은“S”형상의 조인트 매카니즘(122a)으로 이어지는데, 상기 조인트 매카니즘(122a)은 제1 관 보다 적은 수의 유동 채널을 가지는 제2 유동관으로 재분배되는 가스를 통한다.

상기 가스는 배출 매니폴드(150)에 도달할 때까지, 유로 기판을 통하여 상기한 방식으로 향상된다. 다수의 관과 유동 채널들이 하나의 관으로부터 다음관으로 감소되는 비율은 연료 이용과 압력 하강과 같은 전지 효율 필요조건에 의하여 고려된다.

또한, 상기 기판은 이동 채널(215)을 통하여 연결되는 제1 매니폴드(210)와 제2 매니폴드(220)와, 산화제의 분포를 위한 산화제 배출 매니폴드(230)를 포함한다. 적당한 냉각제를 분포시키기 위한 이동 채널(315)에 의하여 연결되는 제1 매니폴드(300)와 제2 매니폴드(310)를 구비한다.

상기 냉각제 유동은 추출 매니폴드(320)을 통하여 전지로부터 배출시킨다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 매니폴드와 제2 매니폴드의 위치는 실시예에 한정되며, 본 발명에 따라 언급된 어떠한 방식으로도 배치될 수 있다.

도 11는 종래 기술에 따른 매니폴드를 이용한 연료 전지 스택과 본 발명에 따른 매니폴드를 이용한 연료 전지 스택 간에 가스 분포 성능을 비교한다. 이것은 동일한 구조의 유로를 양쪽의 경우에 적용시킨 것이다. 본 발명에 따른 가스 분포는 대체적으로 정형화되어있으며, 평균으로부터 ±5%의 최대 편차를 가지는 것을 도시한다(이상적인 정형화 분포는 0%의 편차를 가진다).

그러나, 종래 기술에 따른 가스 분포는 일측 단부에 위치한 약간의 전지로 유입되는 훨씬 적은 가스와 타측 단부에 전지로 주입되는 보다 많은 가스를 가진다, 편차는 ±30-50% 에 이르거나 또는 그 이상일 수 있다.

분포 매니폴드를 가지고 얻은 연료 전지들의 스택으로의 유체 유동을 제어하는 언급된 실시예와는 다르게, 낮은 저항을 구비하고, 이동 채널으로 유입 헤더 매니폴드를 연결하면, 각각의 연료 전지 기판으로의 유체 유동과 스택의 입구에서의 감소된 가스 속도는 유체 유동안의 난류를 감소시키는 매니폴드의 배플 구조를 제공함과 같은 다른 수단에 의하여 얻어질 수 있고, 각각의 기판의 동일한 분포를 예상할 수 있다.(NB: 청구항 1을 지지하기 위한 언급된 실시예로 대체할 수 있도록 구비된다).

기술된 본 발명에 나타날 다수의 수정안들은 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 상기 도면을 가지고 기술하였던 설명은 본 발명의 실제적인 예로 사용될 수 있으며, 제한을 가지지 않는다.

또한, 본 발명의 어떠한 변형, 용도, 또는 조작도 포함할 수 있으며, 통상적으로 본 발명의 이론과 본 발명에 속하는 추가되는 청구항의 범위의 선행 및 후행되는 주요한 특징들을 사용할 수 있는 기술들에 포함되는 종래의 실행 또는 알려진 것을 포함하고, 본 발명으로부터의 출발하는 것을 포함한다.

본 발명에 따른 특징과 이점은 하기의 설명과 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 각각의 연료 전지 스택에 대응되는 전지 전압을 측정한 그래프.

도 2는 종래 기술에 따른 연료 전지 스택의 분해 사시도.

도 3은 도 2의 종래 기술에 따른 매니폴드 구조 확대도.

도 4는 가스 유동 패턴을 도시하는 종래 기술에 따른 연료 전지 스택의 평면 도.

도 5는 종래 기술에 따른 매니폴드의 내부 압력 분포를 도시하는 그래프.

도 6는 종래 기술의 방법에 따른 연료 전지 스택 내의 전압, 압력 분포 그리고 속도를 도시한 그래프.

도 7 는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택의 분해 사시도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 매니폴드 구조 확대도.

도 9은 본 발명에 따른 가스 유동 패턴의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택을 도시한 평면도.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지의 투시도.

도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 디자인과 종래 기술에 따른 매니폴드 디자인의 가스 분포 성능을 도시한 그래프.

Claims (11)

1. 기판들 중에서 스택의 각 연료 전지 유로 기판에 상기 스택 내의 다수의 기판으로 유체의 공급을 유도하기 위하여, 상기 스택을 통하여 연장된 긴 분포 매니폴드를 형성하는 유체 공급 매니폴드 틈을 제공하고;

   상기 분포 매니폴드로 상기 유체의 공급을 유동시키고;

   상기 각각의 다수의 기판으로 공급하기 위해 상기 유체의 공급의 일부를 횡방향으로 변형하는; 것을 포함하고,

   상기 다수의 기판들은 상기 유체 공급 매니폴드로부터 각각 평행하게 위치되고, 상기 횡방향으로의 변형은 다수의 상기 기판들 중의 하부로 흐르는 유체의 공급에 반대의 영향으로부터 유체 공급 매니폴드 내의 난류를 피하는 방식으로 수행되며, 상기 횡방향으로의 변형은 다수의 유입 그루브로 상기 유체가 연결되는 상기 유체 공급 매니폴드와 상기 각각의 다수의 기판의 유체 분배 매니폴드 간을 연결하는 이동 채널을 구비하며 이루어지는 연료 전지 기판들의 스택으로의 유체 유동을 제어하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   이동 채널을 통한 유동은 상기 채널의 방향과 반대인 상기 유체 분포 매니폴드로 유도되는 연료 전지 유로 기판들의 스택으로의 유체 유동을 제어하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유체 공급 매니폴드는 단면이 원형이고, 상기 분포 매니폴드 내의 유동은 필수적으로 비난류인 연료 전지 유로 기판들의 스택으로의 유체 유동을 제어하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유체를 공급하는 외부 공급 매니폴드는 유동 분포가 정형적인 상기 유체 공급 매니폴드와 단면이 일치하는 연료 전지 유로 기판들의 스택으로의 유체 유동을 제어하는 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 이동 채널은 상기 분포 매니폴드의 반경과 동일하거나 또는 그 이하의 반지름을 가지는 단면을 구비하는 연료 전지 유로 기판들의 스택으로의 유체 유동을 제어하는 방법.
6. 상기 스택의 다수의 기판으로 유체의 공급을 유도하기 위한 기판들의 상기 스택의 각각의 연료 전지 유로 기판을 구비하고, 상기 스택을 통하여 연장되는 연장된 유체 공급 매니폴드를 형성하는 유체 공급 매니폴드 틈;

   상기 각 다수의 기판 내의 다수의 유입 그루브로 상기 유체를 연결하는 긴 유체 분포 매니폴드;

   상기 유체 공급 매니폴드와 상기 유체 분포 매니폴드 간을 연결하는 이동 채널; 을 포함하고,

   상기 다수의 기판들은 상기 다수의 각 기판으로 유체가 공급되는 횡방향으로의 변형에 의하여 상기 유체 공급 매니폴드로부터 평행하게 위치되고, 상기 횡방향으로의 변형은 상기 다수의 기판들 중의 하나가 하부로 흐르는 유체 공급의 반대의 영향으로부터 유체 공급 매니폴드 내의 난류를 피할 수 있는 연료 전지 유로 기판의 스택.
7. 제6항에 있어서,

   상기 이동 채널은 상기 채널의 방향에 대하여 횡방향의 상기 유체 분포 매니폴드로 직접 유동이 되는 방향인 연료 전지 유로 기판의 스택.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 유체 공급 매니폴드는 단면이 원형인 연료 전지 유로 기판의 스택.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 이동 채널은 상기 유체 공급 매니폴드의 반지름과 동일하거나 또는 그 이하인 단면을 구비하는 연료 전지 유로 기판의 스택.
10. 제6항 또는 제7항에 있어서,

    상기 유체를 공급하기 위하여 외부 공급 매니폴드로 이루어지고, 상기 외부 공급 매니폴드는 유동 분포가 정형화된 상기 유체 공급 매니폴드와 매칭되는 단면을 가지는 연료 전지 유로 기판의 스택.
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