KR100952061B1 - 냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각플레이트 - Google Patents

냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각플레이트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각 플레이트를 개시한다. 본 발명에 따른 연료 전지용 냉각 플레이트는, 냉매의 입구 측 및 출구 측 매니폴드와, 다수의 냉매 유동 채널을 구비한 연료 전지용 냉각 플레이트에 있어서, 각 냉매 유동 채널의 길이가 압력 정규화 분포함수에 비례하도록 조절되거나, 냉매 유동 채널의 폭이 압력 정규화 분포함수에 반비례하도록 조절되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 각 냉매 유동 채널을 통하여 흐르는 냉매의 유동 유량을 균일하게 할 수 있으므로 전지 셀 표면을 균일하게 냉각할 수 있다. 또한, 본 발명에서 채용한 냉매 유동 채널의 설계 기법을 이용하면, 냉매 유동 채널의 다양한 형상 조건과 운전 조건 변화를 효과적으로 반영할 수 있다.
연료 전지, 냉각 플레이트, 전산 유체 역학

Description

냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각 플레이트{Cooling plate for fuel cell including coolant flow channels of constant flow rate}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 연료 전지용 냉각 플레이트의 냉매 유동 채널을 도시한 상부 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉매 유동 채널의 부분 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료 전지용 냉각 플레이트의 냉매 유동 채널을 도시한 상부 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 채널 길이가 일정한 각 냉매 유동 채널의 입구 측 압력(Pin), 출구 측 압력(Pout) 및 입구 측과 출구 측의 압력차(ΔP)를 전산 유체 역학(Computational Fluid Dynamics; CFD)을 이용하여 계산한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4에 도시된 각 냉매 유동 채널의 압력차(ΔP)를 압력차의 평균을 기준으로 정규화하기 위해 도출한 압력 정규화 분포함수를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 5에 도시된 압력 정규화 분포함수를 이용하여 변환한 각 냉매 유동 채널의 길이를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 각 냉매 유동 채널의 길이가 조절된 경우와 종래와 같이 각 냉매 유동 채널의 길이가 동일한 경우의 냉매 유동 속도를 전산 유체 역학에 의해 계산한 후 서로 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>
200...냉각 플레이트 210...입구 측 매니폴드
220...출구 측 매니폴드 230...평행 타입 냉매 유동 채널부
230...냉매 유동 채널
본 발명은 냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각 플레이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전산 유체 역학(Computational Fluid Dynamics; CFD) 기법에 의해 각 냉매 유동 채널의 길이 또는 폭을 조절함으로써 각 냉매 유동 채널을 통해 흐르는 냉매의 유량을 균일하게 한 연료 전지용 냉각 플레이트에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지는 메탄올, 에탄올 또는 천연가스 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소를 포함하는 공기를 전기화학적으로 반응 시켜 물을 생성함과 동시에 전기를 외부로 취출하는(즉, 발전하는) 친환경 발전장치이다. 따라서 연료 전지는 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 우주 항공기, 포터블 전자기기 등의 전기 에너지원으로 사용하기 위해 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
연료 전지는 셀 단위로 구성되는데, 연료 전지 셀은 수소계열의 기체 연료가 유동할 수 있도록 유로가 형성된 음극 플레이트와, 산소를 포함한 공기가 유동할 수 있도록 유로가 형성된 양극 플레이트와, 상기 음극 플레이트 및 상기 양극 플레이트 사이에 개재되며 "확산층(-)/촉매층(-)/전해질 멤브레인/촉매층(+)/확산층(+)"의 물질막 적층 구조를 갖는 막-전극 집합체(Membrane Electorode Assembly; MEA)를 포함한다. 이러한 구조를 갖는 연료 전지의 동작 메커니즘을 설명하면, 기체 연료는 확산층(-)을 통해 촉매층(-)까지 확산된 후 촉매층(-)에서 전자를 방출하면서 수소이온으로 해리된다. 해리된 수소이온은 전해질 멤브레인을 통해 촉매층(+)으로 이동하고 방출된 전자는 도선을 통해 외부로 취출되어 전기 에너지로 사용된다. 촉매층(+)으로 이동한 수소이온은 확산층(+)을 통해 촉매층(+)까지 확산한 산소와 반응하여 물을 생성하게 되며 생성된 물은 음극 플레이트에 형성된 유로를 통해 외부로 배출된다.
한편, 하나의 연료 전지 셀에 의해 생산할 수 있는 전력은 크지 않으므로 상용화된 연료 전지는 복수의 연료 전지 셀을 필요한 수만큼 적층시킨 스택(Stack)을 포함한다. 연료 전지 스택은 적층된 셀들을 화학적으로 상호 분리함과 동시에 각 셀들을 전기적으로 연결하기 위한 세퍼레이터가 상하 셀 사이에 개재되고, 연료전 지의 단위 셀에서 전기가 생산되는 과정에서 발생된 열을 냉각시켜 연료 전지의 온도를 적정하게 유지하기 위해 셀 중간 중간에 냉각 플레이트를 삽입한다.
도 1은 종래기술에 따른 연료 전지용 냉각 플레이트의 냉매 유동 채널을 도시한 상부 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 냉매 유동 채널의 부분 확대 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 냉각 플레이트(100)는 연료 전지 반응 면적(LX*LY)에서 발생하는 반응 열을 냉각하기 위하여 냉매가 유입되는 입구 측 매니폴드(110)와, 연료 전지로부터 발생되는 열을 회수함으로써 온도가 상승한 냉매를 배출하는 출구 측 매니폴드(120)와, 열 전달 면적을 효과적으로 확보하고 냉매의 균일한 접촉 시간을 확보하기 위한 평행 타입 냉매 유동 채널부(130)를 포함한다.
상기 냉매 유동 채널부(130)는 동일한 채널 길이를 갖는 복수의 냉매 유동 채널(130')로 구성되는데, 각 냉매 유동 채널(130')은 도 2에 도시된 바와 같이 소정의 폭(W), 높이(H) 및 길이(L)를 가지며, 인접하는 냉매 유동 채널(130')은 소정의 폭(R)을 갖는 격벽에 의해 상호 분리 배치된다.
상기 냉각 플레이트(100)의 입구 측 매니폴드(110)를 통해 유입되는 냉매의 유량Q(cell)을 기준으로, 어느 하나의 냉매 유동 채널(130')을 통해 흐르는 이상적인 냉매 유동 유량, Q(ch)는 하기 수학식 1과 같다.
Figure 112006085002836-pat00001
(수학식 중, Q(ch): 각 냉매 유동 채널의 냉매 유량, Q(cell): 냉각 플레이트 셀당 냉매 유입 유량, N: 채널을 형성하는 격벽의 수이다.)
하지만, 실제로 각 냉매 유동 채널(130')을 통과하는 유량, Q(ch)는 채널 양쪽 끝의 압력 차이와 채널 간격에 비례하고 채널의 길이에 반비례한다. 그런데 각 냉매 유동 채널 양쪽 끝의 압력은 입구 측 매니폴드(110) 또는 출구 측 매니폴드(120)와의 상대적인 거리에 따라 달라지므로, 채널의 길이와 폭이 같다고 하더라도 각 냉매 유동 채널(130')을 통과하는 냉매의 유량은 어느 정도의 편차를 보이게 된다.
각 냉매 유동 채널(130')에 있어서, 폭(W)과 높이(H)는 채널의 길이(L)에 비해 충분히 작은 값을 갖는다. 따라서 각 냉매 유동 채널(130')을 통과하는 냉매의 유량은 하기 수학식 2와 같이 채널 양단의 압력 차이 ΔP에 비례하고, 채널 길이(L)에 반비례한다.
Figure 112006085002836-pat00002
(수학식 중, Q(ch): 각 냉매 유동 채널의 냉매 유량, ΔP: 각 채널 양단의 압력차, L: 각 채널 길이, k: 비례 상수이다.)
상기 수학식 2에서 비례 상수 k는 유체 역학에 의해 구해지는 상수로서 하기 수학식 3을 통하여 계산된다.
Figure 112006085002836-pat00003
(수학식 중, W: 각 채널 폭, H: 각 채널 높이, μ: 유체 점도이다.)
상기 비례상수 k를 참조하면, 비례상수의 계산에 사용되는 인자들은 모두 냉매 유동 채널의 기하학적 형상과 냉매의 고유 속성과 관련된 것이므로, 결국 각 냉매 유동 채널(130')을 통하여 흐르는 냉매의 유량은 채널 양단의 압력차(ΔP)와 채널이 길이(L)에 의해 지배적으로 결정된다는 것을 알 수 있다.
그런데 상술한 종래의 냉각 플레이트(100)가 갖는 구조를 살펴보면, 각 냉매 유동 채널(130')의 폭(W)과 길이(L)가 모두 같고 입구 측 매니폴드(110) 및 출구 측 매니폴드(120)와 각 냉매 유동 채널(130')간의 거리가 모두 다르기 때문에 상기 수학식 2에 의하면 각 냉매 유동 채널(130')의 압력차(ΔP)는 서로 동일하지 않으며, 그 결과 각 냉매 유동 채널(130')로 흐르는 냉매의 유량은 편차를 보이게 된다. 이렇게 냉매 유동 채널(130') 별로 냉매 유량의 편차가 유발되면 연료 전지 셀의 냉각이 균일하게 이루어지지 않음으로써 연료 전지의 안전성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 평행 타입 유동 채널을 구비한 연료 전지용 냉각 플레이트에 있어서 각 냉매 유동 채널을 통해 흐르는 냉매의 유량을 균일하게 함으로써 전지 셀의 표면을 균일하게 냉각할 수 있는 연료 전지용 냉각 플레이트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 연료 전지용 냉각 플레이트는 냉매의 입구 측 및 출구 측 매니폴드와, 다수의 냉매 유동 채널을 구비한 연료 전지용 냉각 플레이트에 있어서, 각 냉매 유동 채널의 길이가 압력 정규화 분포함수에 비례하도록 조절되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 각 냉매 유동 채널(#n: n번째 채널을 의미함)이 갖는 유로의 길이 L#n은, 상기 각 냉매 유동 채널의 압력차(ΔP#n)와 압력차의 평균값(Pave)을 하기 수학식 4에 대입하여 산출되는 압력 정규화 분포함수 값 F#n와 상기 각 냉매 유동 채널(#n) 길이의 평균값 Lave을 하기 수학식 5에 대입하여 산출되는 값으로 정의된다.
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본 발명에 있어서, 상기 각 냉매 유동 채널이 갖는 유로의 길이 L#n은, 상기 수학식 4 및 5를 이용한 유로 길이 계산 과정을 적어도 2회 이상 반복하여 산출된 값으로 정의된다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 연료 전지용 냉각 플레이트는 냉매의 입구 측 및 출구 측 매니폴드와, 다수의 냉매 유동 채널을 구비한 연료 전지용 냉각 플레이트에 있어서, 각 냉매 유동 채널의 폭은 압력 정규화 분포함수에 반비례하도록 조절되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 각 냉매 유동 채널(#n)이 갖는 유로의 폭 W#n는, 상기 각 냉매 유동 채널의 압력차(ΔP#n)와 압력차의 평균값(Pave)을 하기 수학식 4에 대입하여 산출되는 압력 정규화 분포함수 값 F#n와 상기 각 냉매 유동 채널(#n)의 유로 폭 평균값 Wave을 하기 수학식 6에 대입하여 산출되는 값으로 정의된다.
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본 발명에 있어서, 상기 각 냉매 유동 채널이 갖는 유로의 폭 W#n는, 상기 수학식 4 및 수학식 6을 이용한 유로 폭 계산 과정을 적어도 2회 이상 반복하여 산출된 값으로 정의된다.
바람직하게, 상기 각 냉매 유동 채널의 압력차는 냉각 플레이트의 기하학적 특성 값과 냉매의 고유 물성 값을 이용하여 전산 유체 역학 기법에 의해 계산된다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람 직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료 전지용 냉각 플레이트의 냉매 유동 채널을 도시한 상부 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 냉각 플레이트(200)는, 연료 전지 반응 면적(LX*LY)에서 발생하는 반응 열을 냉각하기 위하여 냉매가 유입되는 입구 측 매니폴드(210)와, 연료 전지로부터 발생된 열을 회수함으로써 온도가 상승한 냉매를 배출하는 출구 측 매니폴드(220)와, 열 전달 면적을 효과적으로 확보하고 냉매의 균일한 접촉 시간을 확보하기 위해서 냉매 유동 속도를 균일화시킨 평행 타입 냉매 유동 채널부(230)를 포함한다. 상기 냉매 유동 채널부(230)에 포함된 각 냉매 유동 채널(230')은 소정의 폭(W), 높이(H) 및 길이(L)를 가지며(이에 대해서는 도 2를 참조함), 인접하는 냉매 유동 채널(230')은 소정의 폭(R)을 갖는 격벽에 의해 상호 분리 배치된다.
본 발명은 상술한 수학식 2에 기초하여 냉각 플레이트(200)의 냉매 유동 채널(230')을 설계함으로써 각 냉매 유동 채널(230')을 통하여 흐르는 냉매 유량을 균일화시킨다. 즉 각 냉매 유동 채널(230')을 통하여 흐르는 냉매의 유량은 채널 양단의 압력차에 비례하고 채널 길이에 반비례하므로 각 냉매 유동 채널(230') 양단의 압력차가 갖는 편차를 채널의 길이 조절을 통해 상쇄시키는 것이다.
구체적으로, 본 발명은 먼저, 채널 길이가 일정한 각 냉매 유동 채널의 높이 (H), 폭(W), 길이(L), 입구 측 및 출구 측 매니폴드(210,220)의 위치 등 냉각 플레이트(200)의 기하학적 형상을 정의하는 데이터와 냉매의 고유 물성 값(점도, 온도 등)을 이용하여 전산 유체 역학 기법에 의해 각 냉매 유동 채널 양단의 압력차(ΔP)를 계산한다.
도 4는 도 1에 도시된 채널 길이가 일정한 각 냉매 유동 채널의 입구 측 압력(Pin), 출구 측 압력(Pout) 및 입구 측과 출구 측의 압력차(ΔP)를 전산 유체 역학을 이용하여 계산한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 채널 길이가 일정한 각 냉매 유동 채널 양단의 압력차(ΔP#n)는 입구 측 및 출구 측 매니폴드(210,220)와 가까운 위치에 있는 냉매 유동 채널(Y=0.05m 부근)이 입구 측 및 출구 측 매니폴드(210,220)와 이격된 위치에 있는 냉매 유동 채널(Y=0 및 0.1m 부근)에 비해 압력 차가 크다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 전산 유체 역학에 의해 냉매 유동 채널별로 계산한 압력차(ΔP#n)와 압력차(ΔP#n)의 평균값(Pave)을 하기 수학식 4에 대입하여 압력 정규화 분포함수 F#n를 구한다. 여기서, 압력 정규화 분포함수 F#n는 각 냉매 유동 채널의 압력차를 압력차의 평균을 기준으로 정규화한다.
Figure 112006085002836-pat00008
(수학식 중, ΔP#n: 각 채널 양단의 압력차, Pave: 각 채널 양단의 압력차의 평균값, F#n: 각 채널별 압력 정규화 분포함수이다.)
도 5는 도 4에 도시된 각 냉매 유동 채널의 압력차를 압력차의 평균을 기준으로 정규화하기 위해 도출한 압력 정규화 분포함수를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 압력 정규화 분포함수는 채널 길이가 일정한 냉매 유동 채널의 압력차를 나타낸 도 4와 유사한 분포를 가지며, 입구 측 및 출구 측 매니폴드(210,220)와 가장 근접한 위치에 있는 냉매 유동 채널에서 피크 치를 갖고 입구 측 및 출구 측 매니폴드(210,220)로부터 멀어질수록 분포함수의 값은 작아지는 것을 알 수 있다.
상술한 수학식 4를 이용하여 압력 정규화 분포함수를 산출한 후, 산출된 분포함수 F#n를 이용하여 각 채널 길이가 일정한 냉매 유동 채널의 길이(L)를 하기 수학식 5에 따라 변경한다.
Figure 112006085002836-pat00009
(수학식 중, L#n: 각 채널 길이, Lave: 각 채널 길이의 평균값, F#n: 각 채널별 압력 정규화 분포함수이다.)
도 6은 도 5에 나타낸 압력 정규화 분포함수를 이용하여 변환한 각 냉매 유동 채널의 길이를 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시된 바에 따르면, 냉매 유동 채널 양단의 압력차(ΔP#n)가 큰 냉 각 플레이트(200)의 중심부에 있는 채널의 길이(L)가 길고, 채널 양단의 압력차(ΔP#n)가 작은 냉각 플레이트(200)의 주변부에 있는 채널의 길이(L)는 짧은 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 각 냉매 유동 채널의 길이가 조절된 경우와 종래와 같이 각 냉매 유동 채널의 길이가 동일한 경우의 냉매 유동 속도를 전산 유체 역학에 의해 계산한 후 서로 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 각 냉매 유동 채널(230')의 길이(L)를 조정한 경우 각 채널의 유로를 통해 흐르는 냉매의 유속 편차가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 각 냉매 유동 채널(230')을 통해 흐르는 냉매의 유속 편차가 감소하면 각 냉매 유동 채널(230')을 통해 흐르는 냉매 유량을 균일하게 할 수 있다.
상기 수학식 4 및 5를 이용하여 압력 정규화 분포함수 F#n를 산출하고, 산출된 분포함수 F#n에 의해 각 냉매 유동 채널(230')의 길이(L)를 조절하는 과정은 수차례 반복될 수 있다. 즉 변경된 냉매 유동 채널(230')의 길이(L)를 기준으로 전산 유체 역학에 의해 각 냉매 유동 채널(230')의 압력차(ΔP#n)를 계산하고, 계산된 냉매 유동 채널별 압력차(ΔP#n)와 압력차(ΔP#n)의 평균값(Pave)을 수학식 4에 대입하여 압력 정규화 분포함수 F#n를 다시 산출하고, 재산출된 분포함수 F#n와 냉매 유동 채널(230')의 길이(L)에 대한 평균값(Lave)을 다시 수학식 5에 대입함으로써 각 냉 매 유동 채널(230')의 길이(L)를 재조정한다. 이러한 과정이 다시 한번 반복되면, 각 냉매 유동 채널(230')을 통해 흐르는 냉매의 유동 속도의 균일도가 더 증가되며, 이에 따라 각 냉매 유동 채널(230')을 통해 흐르는 냉매의 유동량도 더 균일하게 된다.
상술한 실시예의 경우는, 각 냉매 유동 채널(230')을 통하여 흐르는 냉매 유동량을 균일하게 하기 위해 각 냉매 유동 채널(230')의 길이(L)를 조절하였다. 하지만, 냉매 유동량의 균일화를 위해 각 냉매 유동 채널(230')의 폭(W)을 조절하는 것도 가능하다.
즉, 상기 수학식 4를 적용하여 압력 정규화 분포함수 F#n를 산출한 후, 각 냉매 유동 채널(230')의 폭(W)에 대한 평균값(Wave)과 각 냉매 유동 채널별로 대응하는 압력 정규화 분포함수 값을 하기 수학식 6에 대입하여 각 냉매 유동 채널(230')의 폭(W)을 조정할 수 있다.
Figure 112006085002836-pat00010
(수학식 중, W#n: 각 채널 폭, Wave: 각 채널 폭의 평균값, F#n: 각 채널별 압력 정규화 분포함수이다.)
상기 수학식 6을 통해서 얻어진 각 냉매 유동 채널(230')의 폭(W)을 냉각 플레이트(200)에 적용하면 상술 되었던 각 유동 채널(230')의 길이(L) 조정의 경우와 마찬가지로 각 채널의 유로를 통해 흐르는 냉매의 유속 편차를 감소시켜 냉매 유동량을 균일하게 할 수 있다.
상기 수학식 4 및 6을 통하여 각 냉매 유동 채널(230')의 폭(W)을 조정하는 과정은 수차례 반복될 수 있다. 이러한 경우, 각 냉매 유동 채널(230')을 통하여 흐르는 냉매의 유속 편차가 감소되어 냉매 유동량을 더욱 균일하게 만들어 줄 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면, 평행 타입 냉매 유동 채널을 구비한 연료 전지용 냉각 플레이트에 있어서 각 냉매 유동 채널을 통하여 흐르는 냉매의 유동 유량을 균일하게 할 수 있으므로 전기 셀 표면을 균일하게 냉각할 수 있다. 또한, 본 발명에서 채용한 냉매 유동 채널의 설계 기법을 이용하면, 냉매 유동 채널의 다양한 형상 조건과 운전 조건 변화를 효과적으로 반영할 수 있다.

Claims (7)

  1. 냉매의 입구 측 및 출구 측 매니폴드와, 다수의 냉매 유동 채널을 구비한 연료 전지용 냉각 플레이트에 있어서,
    각 냉매 유동 채널의 길이는 상기 각 냉매 유동 채널의 압력차를 압력차의 평균을 기준으로 정규화한 압력 정규화 분포함수에 비례하도록 조절되어 있는 것을 특징으로 하는 냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각 플레이트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 냉매 유동 채널(#n: n번째 채널을 의미함)이 갖는 유로의 길이 L#n은,
    상기 각 냉매 유동 채널의 압력차(ΔP#n)와 압력차의 평균값(Pave)을 하기 제1수학식에 대입하여 산출되는 압력 정규화 분포함수 값 F#n와 상기 각 냉매 유동 채널(#n)의 길이 평균값 Lave을 하기 제2수학식에 대입하여 산출되는 값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각 플레이트.
    < 제1수학식 >
    Figure 112006085002836-pat00011
    (수학식 중, ΔP#n: 각 채널 양단의 압력차, Pave: 각 채널 양단의 압력차의 평균값, F#n: 각 채널별 압력 정규화 분포함수이다.)
    <제2수학식>
    Figure 112006085002836-pat00012
    (수학식 중, L#n: 각 채널 길이, Lave: 각 채널 길이의 평균값, F#n: 각 채널별 압력 정규화 분포함수이다.)
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 냉매 유동 채널이 갖는 유로의 길이 L#n은,
    상기 제1 및 2수학식을 이용한 유로 길이 계산 과정을 적어도 2회 이상 반복하여 산출된 값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각 플레이트.
  4. 냉매의 입구 측 및 출구 측 매니폴드와, 다수의 냉매 유동 채널을 구비한 연료 전지용 냉각 플레이트에 있어서,
    각 냉매 유동 채널의 폭은 상기 각 냉매 유동 채널의 압력차를 압력차의 평균을 기준으로 정규화한 압력 정규화 분포함수에 반비례하도록 조절되어 있는 것을 특징으로 하는 냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각 플레이트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각 냉매 유동 채널(#n)이 갖는 유로의 폭 W#n는,
    상기 각 냉매 유동 채널의 압력차(ΔP#n)와 압력차의 평균값(Pave)을 하기 제1수학식에 대입하여 산출되는 압력 정규화 분포함수 값 F#n와 상기 각 냉매 유동 채널(#n)의 유로 폭 평균값 Wave을 하기 제2수학식에 대입하여 산출되는 값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각 플레이트.
    <제1수학식>
    Figure 112006085002836-pat00013
    (수학식 중, ΔP#n: 각 채널 양단의 압력차, Pave: 각 채널 양단의 압력차의 평균값, F#n: 각 채널별 압력 정규화 분포함수이다.)
    <제2수학식>
    Figure 112006085002836-pat00014
    (수학식 중, W#n: 각 채널 폭, Wave: 각 채널 폭의 평균값, F#n: 각 채널별 압력 정규화 분포함수이다.)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각 냉매 유동 채널이 갖는 유로의 폭 W#n는,
    상기 제1 및 2수학식을 이용한 유로 폭 계산 과정을 적어도 2회 이상 반복하여 산출된 값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각 플레이트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 냉매 유동 채널의 압력차는 냉각 플레이트의 기하학적 특성 값과 냉매의 고유 물성 값을 이용하여 전산 유체 역학 기법에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 냉매 유동 채널별 유량이 균일한 연료 전지용 냉각 플레이트.
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