KR101040107B1 - 고체산화물 연료전지 스택의 분리판 - Google Patents

고체산화물 연료전지 스택의 분리판 Download PDF

Info

Publication number
KR101040107B1
KR101040107B1 KR1020090088879A KR20090088879A KR101040107B1 KR 101040107 B1 KR101040107 B1 KR 101040107B1 KR 1020090088879 A KR1020090088879 A KR 1020090088879A KR 20090088879 A KR20090088879 A KR 20090088879A KR 101040107 B1 KR101040107 B1 KR 101040107B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow path
air
plate
fuel
solid oxide
Prior art date
Application number
KR1020090088879A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110031566A (ko
Inventor
이태희
유영성
최진혁
Original Assignee
한국전력공사
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 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020090088879A priority Critical patent/KR101040107B1/ko
Priority to US12/607,491 priority patent/US8187768B2/en
Publication of KR20110031566A publication Critical patent/KR20110031566A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101040107B1 publication Critical patent/KR101040107B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0265Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

본 발명은 기재판에 연료유로와 공기유로를 형성하고 미세유로판과 밀봉가이드를 접착하여 제작하도록 한 고체산화물 연료전지스택의 분리판에 관한 것이다. 개시발명은 연료 유입/배출매니폴드와 공기 유입/배출매니폴드가 각각 대각선방향으로 서로 대향하게 배치되고, 상기 연료 유입/배출매니폴드가 연결되도록 1쌍의 수평유로와 이 수평유로의 선단을 연결하는 경사유로를 갖는 연료유로가 형성되며, 상기 공기 유입/배출매니폴드가 연결되도록 1쌍의 수직유로와 이 수직유로의 선단을 연결하는 경사유로를 갖는 공기유로가 형성된 기재판과, 상기 기재판의 상하부에 각각 접착되고 상기 연료유로를 흐르는 연료와 상기 공기유로를 흐르는 공기를 각각 균일하게 배분시키도록 일정간격을 두고 복수의 미세유로가 형성된 상하부 미세유로판 및, 상기 상하부 미세유로판과 각각 일정 간격을 유지하면서 상기 기재판의 상하부에 접착되는 상하부 밀봉가이드를 포함한다.

Description

고체산화물 연료전지 스택의 분리판{A SEPARATING PLATE OF SOLID OXIDE FUEL CELL STACK}
본 발명은 기재판에 연료유로와 공기유로를 형성하고 미세유로판과 밀봉가이드를 접착하여 제작하도록 한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 연료가스와 공기가 음극(연료극)과 양극(공기극)으로 주입되어 각각 전기화학 반응을 일으키면서 전해질을 통한 이온전도가 진행되고, 외부회로를 통하여 전자전도가 진행되는 것에 의해 전극 및 전해질 특성에 맞는 조건하에서 연료와 공기주입이 유지될 때 계속해서 전기를 얻을 수 있는 에너지 변환장치이다.
이러한 연료전지는 기존의 발전방식에 비하여 효율이 높고, 수소를 연료로 이용할 경우 물 이외에는 공해물질의 배물이 없으며, 사용하는 전해질의 종류에 따라 작동온도 및 특성이 달라 다양한 분야에 응용이 가능한 차세대 발전방식으로 주목받고 있다.
연료전지에서 고체산화물 연료전지(SOFC ; Solid Oxide Fuel Cell)는 전극재료 및 전해질 등 대부분의 구성요소가 세라믹으로 구성되어 세라믹연료전지(Ceramic Fuel Cell)라고도 불린다. 이러한 고체산화물 연료전지(SOFC)는 전극 및 전해질이 세라믹으로 구성되어 600 ~ 1000℃의 고온에서 운전되고, 수소 이외에 일산화탄소, 메탄 등을 연료로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 열병합발전 및 가스터빈과 연계한 복합발전이 용이하여 가정용 및 분산발전시스템으로 개발되고 있으며, 석탄가스와 연계한 대형 발전시스템으로도 연구가 진행되고 있다.
하나의 셀에서 나오는 전압이 1볼트 미만이므로 고체산화물 연료전지(SOFC)에서 원하는 출력을 얻기 위해서는 여러 장의 셀을 적층한 스택을 만들어야 한다. 평판형의 고체산화물 연료전지(SOFC)를 적층하여 스택으로 만들기 위해서는, 연료극과 공기극에 공급되는 두 종류의 가스가 서로 섞이지 않게 하는 분리판이 필요하다. 여기서, 분리판은 공급되는 두 종류의 가스가 스택 내부에서 균일하게 분배가 이루어지도록 유로를 제공할 뿐만 아니라, 연료전지 사이에 전기적 연결을 담당하고 있다.
이러한 분리판은 소재로서 금속과 세라믹 재료가 널리 이용되고 있는데, 이중 세라믹 분리판은 대면적 제조가 용이하지 않고 기계적 강도가 약하며, 가스채널을 형성하기 위한 기계적 가공성이 좋지 않다. 또한, 세라믹 분리판은 열전도도가 낮아 연료전지 반응에서 발생된 열을 충분히 배출시키기 어려울 뿐만 아니라, 반응가스 공급유로 역할을 수행하기 위해서는 치밀하게 소결되어야 하나, 소결온도가 높아 고밀도로 제조가 쉽지 않은 단점이 있다.
이러한 세라믹 분리판의 문제를 해결하기 위하여, 최근에 금속분리판 기술이 폭넓게 개발되어지고 있다. 다만, 금속분리판의 경우, 고온의 산화성 분위기에 노출되기 때문에 금속분리판 표면에 절연성의 산화스케일이 형성되어 단위셀 사이의 전기적 접촉을 방해하여 연료전지 본체의 성능을 크게 감소시키는 문제가 있다. 특히 금속 분리판 위에 기계적 가공을 통해 유로를 만들 경우, 세라믹 분리판과 마찬가지로 많은 비용과 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
따라서, 고체산화물 연료전지 스택의 성능을 확보하기 위해서는, 연료와 공기(산소)가 스택 내부에 위치한 연료전지 전체에 균일하게 공급되도록 분리판의 유로를 잘 형성하여야 한다.
연료전지 스택의 분리판은 매니폴드 및 유로의 위치에 따라 카운터플로(Counter flow), 코플로(Co-flow), 크로스플로(Cross flow) 등 다양한 유로가 있다. 이들 중 크로스 플로 형태의 유로를 갖는 분리판의 경우, 매니폴드에서 나온 기체들이 가로방향의 주유로와 이 주유로에 수직방향으로 미세유로를 따라 가스분배가 이루어지고, 분리판의 반대쪽에는 수직방향의 주유로가 가공되어 최종적으로 두 가스가 서로 수직한 방향으로 흐르게 되는 구조를 갖는다.
그런데, 기존의 고체산화물 연료전지 스택에서 크로스 형태의 유로는 갖는 분리판은 유로에 공급되는 가스가 미세유로에 공급되고 출구쪽 주유로에서 다시 합쳐져서 스택 외부로 배출되도록 되어, 각각의 미세채널에 균일하게 가스공급을 하는 것이 쉽지 않을 뿐만 아니라, 주유로에서 미세유로 내부로 일단 분배가 이루어지고 나면 배출될 때까지 재분배가 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
또한, 분리판의 미세유로를 정밀하게 가공하는데 어려움은 물론 작업시간이 많이 소요되어 가공작업성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 연료유로와 공기유로에 균일하게 연료와 공기를 공급할 수 있도록 한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 연료유로와 공기유로의 미세유로를 정밀하게 가공하면서 가공작업성을 향상시킬 수 있도록 한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 연료 유입/배출매니폴드와 공기 유입/배출매니폴드가 각각 대각선방향으로 서로 대향하게 배치되고, 상기 연료 유입/배출매니폴드가 연결되도록 1쌍의 수평유로와 이 수평유로의 선단을 연결하는 경사유로를 갖는 연료유로가 형성되며, 상기 공기 유입/배출매니폴드가 연결되도록 1쌍의 수직유로와 이 수직유로의 선단을 연결하는 경사유로를 갖는 공기유로가 형성된 기재판과, 상기 기재판의 상하부에 각각 접착되고 상기 연료유로를 흐르는 연료와 상기 공기유로를 흐르는 공기를 각각 균일하게 배분시키도록 일정간격을 두고 복수의 미세유로가 형성된 상하부 미세유로판 및, 상기 상하부 미세유로판과 각각 일정 간격을 유지하면서 상기 기재판의 상하부에 접착되는 상하부 밀봉가이드를 포함한다.
상기 기재판은 상기 연료유로가 Z자 구조로 형성되고, 상기 공기유로가 상기 연료유로에 대하여 90°회전된 N자 구조로 형성될 수 있다. 또한, 기재판은 상기 연료유로가 역Z자 구조로 형성되고, 상기 공기유로가 상기 연료유로에 대하여 90°회전된 역N자 구조로 형성될 수 있다.
상기 연료유로와 공기유로는 상기 수평유로와 경사유로가 연결되는 부분과 상기 수직유로와 경사유로가 연결되는 부분에 각각 일정 반경을 갖는 라운딩부가 형성되게 구성하는 것이 바람직하다.
상기 연료 유입/배출매니폴드와 연료유로가 연결되는 부분은 평행하게 연결되거나 일정 각도를 갖게 연결되게 구성할 수 있다. 상기 공기 유입/배출매니폴드와 공기유로가 연결되는 부분은 일정 각도를 갖게 연결되거나 평행하게 연결되게 구성할 수 있다.
상기 연료유로와 공기유로는 선단에 각각 덮개부가 형성되도록 되어 있다.
상기 상부 미세유로판은 상기 연료유로의 수평유로와 각각 대향하는 부분을 따라 부분 절개된 제1유로확장부가 형성되어 있다. 여기서, 상기 제1유로확장부는 상기 미세유로가 형성된 부분과 교차되게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상부 미세유로판은 상기 제1유로확장부와 동일선을 이루면서 상기 연료유로의 수평유로가 형성되지 않은 부분을 따라 일정 길이로 절개된 제2유로확장부가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 하부 미세유로판은 상기 공기유로의 수직유로와 각각 대향하는 부분을 따라 부분 절개된 제1유로확장부가 형성되어 있다. 여기서, 상기 제1유로확장부는 상기 미세유로가 형성된 부분과 교차되게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 하부 미세유로판은 상기 제1유로확장부와 동일선을 이루면서 상기 공기유로의 수직유로가 형성되지 않은 부분을 따라 일정 길이로 절개된 제2유로확장부가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상하부 미세유로판과 밀봉가이드는 각각 별개로 제작하여 상기 기재판의 상하부에 각각 접착하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 스택의 분리판에 의하면, 기존의 크로스플로 형태의 분리판에서 대각선 방향으로 연료가 통과하는 Z자 구조의 연료유로와 미세유로판을 통하여 연료를 균일하게 배분하고, 대각선 방향으로 공기가 통과하는 N자 구조의 공기유로와 미세유로판을 통하여 공기를 균일하게 배분하며, 미세유로판에 연료유로와 연료유로의 단면적을 증가시키는 제1,2유로확장부를 통하여 차압을 줄여서 연료와 공기를 전체적으로 균일하게 분배함으로써 스택의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 연료유로와 공기유로를 형성한 기재판에 별개로 제작된 미세유로판과 밀봉가이드를 접합함으로써 분리판을 용이하게 제작할 수 있고, 분리판의 제작에 따른 시간과 비용을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 스택의 분리판을 도시한 사시도이고, 도 2는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판을 도시한 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 스택의 분리판(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기재판(110)과, 상기 기재판(110)의 상하부에 각각 접착되고 미세유로(121,131)가 형성된 상하부 미세유로판(120,130) 및 상기 기재판(110)의 상하부에 접착되는 상하부 밀봉가이드(140,150)를 포함한다.
상기 기재판(110)은 도 2에 도시된 바와 같이, 윗면에 연료유로(111)가 형성되어 있고, 상기 연료유로(111)의 선단부에 각각 연료 유입/배출매니폴드(112,113)가 형성되어 있다. 그리고, 기재판(110)은 바닥면에 공기유로(115)가 형성되어 있고, 상기 공기유로(115)의 선단부에 각각 공기 유입/배출매니폴드(116,117)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 연료유로(111)와 공기유로(115)는 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 교차되게 형성되도록 되어 있다.
상기 연료유로(111)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기재판(110)의 위면에 형성된 1쌍의 수평유로(111a)와 이 수평유로(111a)의 선단을 연결하는 경사유로(111b)로 되어 있다.
즉 연료유로(111)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기재판(110)의 윗면에 Z자 또는 역Z자 구조로 형성할 수 있다. 여기서, 연료유로(111)가 Z자 구조인 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 연료 유입매니폴드(112)가 기재판(110)의 좌측 상단에 배치되고, 상기 연료 배출매니폴드(113)가 기재판(110)의 우측 하단에 배치되게 된다.
반면, 연료유로(111)가 역Z자 구조인 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 연료 유입매니폴드(112)가 기재판(110)의 우측 상단에 배치되고, 상기 연료 배출매니폴드(113)가 기재판(110)의 좌측 하단에 배치되게 된다.
상기 경사유로(111b)는 연료 유입매니폴드(112)에서 유입되는 연료가 상기 미세유로판(120)의 미세유로(121)에 의해 1차로 분배가 일어난 후, 상부의 수평유로(111a)를 따라 흐르면서 대각선 방향으로 2차로 재분배가 일어나게 하는 역할을 한다.
그리고, 상기 연료유로(111)는 상기 수평유로(111a)와 경사유로(111b)가 연결되는 부분에 일정 반경을 갖는 라운딩부(111c)가 형성되어 있다. 여기서, 라운딩부(111c)는 상기 수평유로(111a)와 경사유로(111b)가 연결되는 부분에 압력손실을 줄이고 연료가 원활하게 공급되도록 하는 역할을 한다.
상기 연료유로(111)의 선단에는 각각 덮개부(114)가 설치되어 있고, 상기 연료 유입/배출매니폴드(112,113)와 연결되는 부분이 평행하게 형성되어 있다. 여기서, 연료유로(111)의 연결부분은 분리판(100)의 형상 및 크기에 따라 일정각도를 갖거나 꺾여진 구조로 변경할 수 있다.
상기 덮개부(114)는 상기 연료 유입/배출매니폴드(112,113)와 단전지(미도 시) 사이를 밀봉하는 역할을 한다.
상기 공기유로(115)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기재판(110)의 바닥면에 형성된 1쌍의 수직유로(115a)와 이 수직유로(115a)의 선단을 연결하는 경사유로(115b)로 되어 있다.
즉 공기유로(115)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기재판(110)의 바닥면에 N자 또는 역N자 구조로 형성할 수 있다. 여기서, 공기유로(115)가 N자 구조인 경우, 상기 공기 유입매니폴드(116)가 도 3을 기준으로 좌측 하단에 배치되고, 상기 공기 배출매니폴드(117)가 우측 상단에 배치된다. 반면, 공기유로(115)가 역N자 구조인 경우, 상기 공기 유입매니폴드(116)가 도 4를 기준으로 우측 하단에 배치되고, 상기 공기 배출매니폴드(117)가 좌측 상단에 배치된다. 여기서, 상기 공기유로(115)는 상기 연료유로(111)에 대하여 90°회전된 상태로 형성되게 된다.
그리고, 상기 공기유로(115)는 상기 수직유로(115a)와 경사유로(115b)가 연결되는 부분에 일정 반경을 갖는 라운딩부(115c)가 형성되어 있다. 여기서, 라운딩부(115c)는 상기 수직유로(115a)와 경사유로(115b)가 연결되는 부분에 압력손실을 줄이는 역할을 한다.
상기 공기유로(115)의 선단에는 각각 덮개부(118)가 설치되어 있고, 상기 공기 유입/배출매니폴드(116,117)와 연결되는 부분이 90°로 꺾여진 구조로 되어 있다. 여기서, 공기유로(115)의 연결된 부분은 분리판(100)의 형상 및 크기에 따라 일정각도를 갖거나 평행한 구조로 변경할 수 있다.
상기 공기유로(115)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 경사유로(115b) 가 상기 연료유로(111)의 경사유로(111b)와 교차되도록 되어 있다.
한편, 상기 연료유로(111)를 기재판(110)의 바닥면에 형성하고, 상기 공기유로(115)를 기재판(110)의 윗면에 형성하도록 구성할 수 있다. 또한, 연료유로(111)를 N자 또는 역N자 구조로 형성하고, 공기유로(115)를 Z자 또는 역Z자 구조로 형성하도록 구성할 수 있다.
상기 상부 미세유로판(120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 미세유로(121)가 형성되게 제작하여 상기 기재판(110)의 상부에 접착하도록 되어 있다. 여기서, 상부 미세유로판(120)은 미세유로(121)를 통하여 상기 연료 유입매니폴드(112)에서 공급되는 연료를 균일하게 배분하는 역할을 한다.
상기 상부 미세유로판(120)은 도 6a에 도시되 바와 같이, 4각형을 이루는 테두리부(122)와 이 테두리부(122)의 내부에 일정간격을 두고 형성된 복수의 구획바(123)로 되어 있다. 상기 복수의 구획바(123)의 사이간격이 미세유로(121)를 형성하도록 되어 있다.
그리고, 상기 상부 미세유로판(120)은 상기 연료유로(111)의 수평유로(111a)와 각각 대향하는 부분을 따라 부분 절개된 제1유로확장부(124)가 형성되어 있다. 상기 제1유로확장부(124)는 상기 미세유로(121)가 형성된 부분과 교차되게 형성되도록 되어 있다.
여기서, 제1유로확장부(124)는 연료유로(111)의 높이를 증가시킴으로써 유로 단면적을 넓히는 역할을 한다. 도 6a에 도시된 제1유로확장부(124)의 폭(D)은 도 3에 도시된 연료유로(111)의 폭(W)보다 작거나 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 상부 미세유로판(120)은 상기 제1유로확장부(124)와 동일선을 이루면서 상기 연료유로(111)의 수평유로(111a)가 형성되지 않은 부분을 따라 일정 길이로 절개된 제2유로확장부(125)가 형성되어 있다.
상기 제2유로확장부(125)는 상기 연료유로(111)의 라운딩부(111c)와 대향하는 제1유로확장부(124)의 선단에서 테두리부(122)의 앞쪽까지 절개되어 있다. 여기서, 제2유로확장부(125)는 연료유로(111)의 단면적을 증가시켜 연료 유입매니폴드(112)에서 멀리 떨어진 부분에 차압을 상대적으로 줄여서 연료가 균일하게 배분되게 하는 역할을 한다.
상기 하부 미세유로판(130)은 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 미세유로(131)가 형성되게 제작하여 상기 기재판(110)의 하부에 접착하도록 되어 있다. 여기서, 하부 미세유로판(130)은 미세유로(131)를 통하여 상기 공기 유입매니폴드(116)에서 공급되는 공기를 균일하게 배분하는 역할을 한다.
상기 하부 미세유로판(130)은 도 6b에 도시되 바와 같이, 4각형을 이루는 테두리부(132)와 이 테두리부(132)의 내부에 일정간격을 두고 형성된 복수의 구획바(133)로 되어 있다. 상기 복수의 구획바(133)의 사이간격이 미세유로(131)를 형성하도록 되어 있다.
그리고, 상기 하부 미세유로판(130)은 상기 공기유로(115)의 수직유로(115a)와 각각 대향하는 부분을 따라 부분 절개된 제1유로확장부(134)가 형성되어 있다. 상기 제1유로확장부(134)는 상기 미세유로(131)가 형성된 부분과 교차되게 형성되 도록 되어 있다.
여기서, 제1유로확장부(134)는 공기유로(115)의 높이를 증가시킴으로써 유로 단면적을 넓히는 역할을 한다. 도 6b에 도시된 제1유로확장부(134)의 폭(D′)은 도 3에 도시된 공기유로(115)의 폭(W′)보다 작거나 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 하부 미세유로판(130)은 상기 제1유로확장부(134)와 동일선을 이루면서 상기 공기유로(115)의 수직유로(115a)가 형성되지 않은 부분을 따라 일정 길이로 절개된 제2유로확장부(135)가 형성되어 있다.
상기 제2유로확장부(135)는 상기 공기유로(115)의 라운딩부(115c)와 대향하는 제1유로확장부(134)의 선단에서 테두리부(132)의 앞쪽까지 절개되어 있다. 여기서, 제2유로확장부(135)는 공기유로(115)의 단면적을 증가시켜 공기 유입매니폴드(116)에서 멀리 떨어진 부분에 차압을 상대적으로 줄여서 공기가 균일하게 배분되게 하는 역할을 한다.
상기 상하부 밀봉가이드(140,150)는 4각형 타입으로 형성되어 상기 기재판(110)의 상하부에 접착하도록 되어 있다. 이 때, 상하부 밀봉가이드(140,150)는 상기 상하부 미세유로판(120,130)에 비하여 크게 제작하여 그 미세유로판(120,130)과 일정거리를 두고 상기 기재판(110)의 상하부에 접착하도록 되어 있다.
여기서, 상부 밀봉가이드(140)는 기재판(110)의 연료유로(111)와 상부 미세유로판(120)을 통과하는 연료가 외부로 누출되지 않도록 하는 역할을 한다. 그리고, 하부 밀봉가이드(150)는 기재판(110)의 공기유로(115)와 하부 미세유로판(130) 을 통과하는 공기가 외부로 누출되지 않도록 하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 스택의 분리판에 의하면, 기재판(110)에 대각선 방향으로 연로가 통과하는 Z자 구조의 연료유로(111)와 상부 미세유로판(120)을 통하여 연료를 재배분하고, 대각선 방향으로 공기가 통과하는 N자 구조의 공기유로(115)와 하부 미세유로판(130)을 통하여 공기를 재배분하는 한편, 상부 미세유로판(120)에 연료유로(111)의 단면적을 증가시키는 제1,2유로확장부(124,125)와 하부 미세유로판(120)에 공기유로(115)의 단면적을 증가시키는 제1,2유로확장부(134,135)를 통하여 차압을 줄여서 연료와 공기를 전체적으로 균일하게 분배함으로써 기존에 비하여 스택의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 기재된 범주내에서 변경할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 스택의 분리판을 도시한 사시도,
도 2는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판을 분해한 분해 사시도,
도 3은 분리판의 기재판을 도시한 평면도,
도 4는 분리판의 다른 기재판을 도시한 평면도,
도 5a 및 도 5b는 도 3의 A-A선 및 B-B선을 절단하여 도시한 단면도,
도 6a 및 도 6b는 분리판의 제1,2미세유로판을 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 분리판 110 : 기재판
111 : 연료유로 111a : 수평유로
111b : 경사유로 111c : 라운딩부
112 : 연료 유입매니폴드 113 : 연료 배출매니폴드
114 : 덮개부 115 : 공기유로
115a : 수직유로 115b : 경사유로
115c : 라운딩부 116 : 공기 유입매니폴드
117 : 공기 배출매니폴드 118 : 덮개부
120 : 상부 미세유로판 121 : 미세유로
122 : 테두리부 123 : 구획바
124 : 제1유로확장부 125 : 제2유로확장부
130 : 하부 미세유로판 131 : 미세유로
132 : 테두리부 133 : 구획바
140 : 상부 밀봉가이드 150 : 하부 밀봉가이드

Claims (14)

  1. 연료 유입/배출매니폴드와 공기 유입/배출매니폴드가 각각 대각선방향으로 서로 대향하게 배치되고, 상기 연료 유입/배출매니폴드가 연결되도록 1쌍의 수평유로와 이 수평유로의 선단을 연결하는 경사유로를 갖는 연료유로가 형성되며, 상기 공기 유입/배출매니폴드가 연결되도록 1쌍의 수직유로와 이 수직유로의 선단을 연결하는 경사유로를 갖는 공기유로가 형성된 기재판과,
    상기 기재판의 상하부에 각각 접착되고 상기 연료유로를 흐르는 연료와 상기 공기유로를 흐르는 공기를 각각 균일하게 배분시키도록 일정간격을 두고 복수의 미세유로가 형성된 상하부 미세유로판 및,
    상기 상하부 미세유로판과 각각 일정 간격을 유지하면서 상기 기재판의 상하부에 접착되는 상하부 밀봉가이드를 포함하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재판은 상기 연료유로가 Z자 구조로 형성되고, 상기 공기유로가 상기 연료유로에 대하여 90°회전된 N자 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재판은 상기 연료유로가 역Z자 구조로 형성되고, 상기 공기유로가 상기 연료유로에 대하여 90°회전된 역N자 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  4. 제 1 항에 있어서
    상기 연료유로와 공기유로는 상기 수평유로와 경사유로가 연결되는 부분과 상기 수직유로와 경사유로가 연결되는 부분에 각각 일정 반경을 갖는 라운딩부가 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 유입/배출매니폴드와 연료유로가 연결되는 부분은 평행하게 연결되거나 일정 각도를 갖게 연결되는 구조로 된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 유입/배출매니폴드와 공기유로가 연결되는 부분은 일정 각도를 갖 게 연결되거나 평행하게 연결되는 구조로 된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료유로와 공기유로는 선단에 각각 덮개부가 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 미세유로판은 상기 연료유로의 수평유로와 각각 대향하는 부분을 따라 부분 절개된 제1유로확장부가 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1유로확장부는 상기 미세유로가 형성된 부분과 교차되게 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부 미세유로판은 상기 제1유로확장부와 동일선을 이루면서 상기 연료유로의 수평유로가 형성되지 않은 부분을 따라 일정 길이로 절개된 제2유로확장부가 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하부 미세유로판은 상기 공기유로의 수직유로와 각각 대향하는 부분을 따라 부분 절개된 제1유로확장부가 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1유로확장부는 상기 미세유로가 형성된 부분과 교차되게 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 하부 미세유로판은 상기 제1유로확장부와 동일선을 이루면서 상기 공기유로의 수직유로가 형성되지 않은 부분을 따라 일정 길이로 절개된 제2유로확장부 가 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 상하부 미세유로판과 상하부 밀봉가이드는 각각 별개로 제작하여 상기 기재판의 상하부에 각각 접착하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
KR1020090088879A 2009-09-21 2009-09-21 고체산화물 연료전지 스택의 분리판 KR101040107B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090088879A KR101040107B1 (ko) 2009-09-21 2009-09-21 고체산화물 연료전지 스택의 분리판
US12/607,491 US8187768B2 (en) 2009-09-21 2009-10-28 Separating plate of solid oxide fuel cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090088879A KR101040107B1 (ko) 2009-09-21 2009-09-21 고체산화물 연료전지 스택의 분리판

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110031566A KR20110031566A (ko) 2011-03-29
KR101040107B1 true KR101040107B1 (ko) 2011-06-09

Family

ID=43756912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090088879A KR101040107B1 (ko) 2009-09-21 2009-09-21 고체산화물 연료전지 스택의 분리판

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8187768B2 (ko)
KR (1) KR101040107B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013200112A1 (de) * 2013-01-07 2014-07-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzelle mit mindestens einer aktiven Flächenschicht
KR101643905B1 (ko) * 2013-09-30 2016-07-29 세방전지(주) 연료전지 스택 분배기
KR101693993B1 (ko) 2015-05-20 2017-01-17 현대자동차주식회사 연료전지용 분리판
KR102557674B1 (ko) * 2018-08-30 2023-07-19 주식회사 엘지화학 고체산화물 연료전지용 연결재

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003282133A (ja) 2002-03-26 2003-10-03 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2006190561A (ja) 2005-01-06 2006-07-20 Hitachi Ltd 燃料電池用セパレータおよび燃料電池
KR100778584B1 (ko) 2006-09-28 2007-11-29 현대자동차주식회사 복층형 분리판을 갖는 연료전지
KR100805989B1 (ko) 2007-02-05 2008-02-25 엘에스전선 주식회사 연료전지용 분리판 및 이를 이용한 연료 전지용 스택

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2579025B1 (fr) * 1985-03-15 1987-04-10 Occidental Chem Co Pile a combustible a separation amelioree
US4997726A (en) * 1989-02-15 1991-03-05 Sanyo Electric Co., Ltd. Solid oxide electrolyte fuel cell
US5342706A (en) * 1989-05-03 1994-08-30 Institute Of Gas Technology Fully internal manifolded fuel cell stack
US5362578A (en) * 1992-12-08 1994-11-08 Institute Of Gas Technology Integrated main rail, feed rail, and current collector
US5863671A (en) * 1994-10-12 1999-01-26 H Power Corporation Plastic platelet fuel cells employing integrated fluid management
RU2174728C2 (ru) * 1994-10-12 2001-10-10 Х Пауэр Корпорейшн Топливный элемент, использующий интегральную технологию пластин для распределения жидкости
JP3702848B2 (ja) * 2002-01-10 2005-10-05 日産自動車株式会社 燃料電池
TW540832U (en) * 2002-05-23 2003-07-01 Asia Pacific Fuel Cell Tech Fluency of assembled electrode plate of fuel battery set
US7005209B1 (en) * 2002-10-04 2006-02-28 The Texas A&M University System Fuel cell stack assembly
GB2413001A (en) * 2004-04-02 2005-10-12 Morgan Crucible Co Flow field plate geometries
KR100529080B1 (ko) * 2004-03-25 2005-11-15 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택
JP4627406B2 (ja) * 2004-04-02 2011-02-09 株式会社日立製作所 セパレータおよび燃料電池
US7972740B2 (en) * 2005-12-30 2011-07-05 Utc Power Corporation Fuel cell coolant bubble control

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003282133A (ja) 2002-03-26 2003-10-03 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2006190561A (ja) 2005-01-06 2006-07-20 Hitachi Ltd 燃料電池用セパレータおよび燃料電池
KR100778584B1 (ko) 2006-09-28 2007-11-29 현대자동차주식회사 복층형 분리판을 갖는 연료전지
KR100805989B1 (ko) 2007-02-05 2008-02-25 엘에스전선 주식회사 연료전지용 분리판 및 이를 이용한 연료 전지용 스택

Also Published As

Publication number Publication date
US8187768B2 (en) 2012-05-29
KR20110031566A (ko) 2011-03-29
US20110070519A1 (en) 2011-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9905880B2 (en) Fuel cell stack
US9123946B2 (en) Fuel cell stack
CN107251300B (zh) 平板型燃料电池
US10026975B2 (en) Fuel cell
CN107408717B (zh) 平板型燃料电池
US9166244B2 (en) Fuel cell
CN108110300B (zh) 固体氧化物燃料电池电堆及为其分配气体的气流分配板
KR101040107B1 (ko) 고체산화물 연료전지 스택의 분리판
CN105474443B (zh) 燃料电池
KR101534940B1 (ko) 연료전지용 분리판 및 이를 이용한 연료전지
KR101315622B1 (ko) 분기유로를 이용한 연료전지 스택
KR101418071B1 (ko) 평관형 고체산화물 셀 스택
US8409763B2 (en) Modified planar cell (MPC) and stack based on MPC
KR101724793B1 (ko) 연료전지의 바이폴라 플레이트
KR101889550B1 (ko) 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판
KR101162667B1 (ko) 연료 전지용 분리판
JP5358473B2 (ja) 燃料電池構造及びこの構造内で使用するためのセパレータ・プレート
KR101746137B1 (ko) 고체산화물 전지의 바이폴라 플레이트
KR100651216B1 (ko) 냉각 유로가 포함된 고분자 전해질 연료전지용 바이폴라플레이트
CN112993304B (zh) 一种梯度波纹状流场结构
RU2334310C2 (ru) Биполярная пластина топливного элемента

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140602

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150601

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160601

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170601

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180530

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190529

Year of fee payment: 9