KR101093700B1 - 연료전지 시스템 및 그 스택 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 연료의 유입구 및 출구가 스택의 동일측에 형성되는 경우, 단위셀들의 연료흐름 길이들을 서로 동일하게 하여, 단위셀들 각각에서 연료공급량을 균일하게 하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 연료공급부, 공기공급부, 및 전력과 열을 생산하는 스택을 포함한다. 상기 스택은, MEA(Membrane Electrode Assembly)와 상기 MEA의 양면에 배치되는 세퍼레이터들을 포함하여 이루어지며 복수로 적층되는 단위셀들, 상기 연료공급부에 연결되어 상기 단위셀에 연료를 유입하는 연료유입구, 상기 연료유입구와 상기 스택의 동일측에 형성되어 상기 단위셀로부터 미반응연료를 배출하는 미반응연료출구, 상기 스택의 상기 연료유입구에서 상기 연료유입구반대측까지 연통되는 연료바이패스통로, 상기 연료유입구반대측에서 상기 연료바이패스통로에 연결되어 상기 연료유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 연료를 분배하는 연료분배통로, 및 상기 연료유입구반대측에서 상기 미반응연료출구까지 연통되어, 상기 미반응연료를 상기 미반응연료출구로 유도하는 미반응연료유도통로를 포함한다.
연료바이패스통로, 미반응연료출구, 연료유입구, 스택

Description

연료전지 시스템 및 그 스택 {FUEL CELL SYSTEM AND STACK THEREOF}
본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료의 유입구 및 출구가 스택의 동일측에 형성되는 경우, 연료공급량을 균일하게 하는 연료전지 시스템 및 그 스택에 관한 것이다.
연료전지 시스템, 예를 들면, 고분자 전해질 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 시스템은 수소이온 교환특성을 가지는 고분자 전해질막을 사용하며, 메탄올이나 천연가스 등과 같은 탄화수소계열의 연료를 개질하여 생성된 수소와 공기 중에 함유되어 있는 산소를 고분자 전해질막에 선택적으로 수송하여 전기화학반응을 일으킴으로써 전력과 열을 생산한다. 연료전지 시스템은 실질적으로 전력과 열을 생산하는 단위셀들을 복수로 적층하여 형성되는 스택을 포함한다.
스택에서 단위셀은 고분자 전해질막의 양면에 애노드전극과 캐소드전극을 형성하는 전극전해질막합성체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 애노드전극에 수소를 함유하는 연료를 공급하는 연료통로 및 캐소드전극에 산소를 함유하는 공기를 공급하는 공기통로를 가지는 세퍼레이터를 포함한다. 세퍼레이터는 연료통로 및 공 기통로를 형성하며, MEA의 애노드전극과 캐소드전극을 직렬로 연결시킨다.
따라서 스택은 연료 및 공기를 공급하고 미반응연료 및 공기를 배출하기 위한 유입구와 출구를 가지게 된다. 즉 연료의 유입구와 출구는 서로의 사이에서 연료흐름 길이를 형성하고, 공기의 유입구와 출구는 서로의 사이에서 공기흐름 길이를 형성한다.
유입구와 출구가 스택의 양측에 각각 형성되는 경우, 단위셀들 각각에 형성되는 연료흐름 길이들이 서로 동일하게 되고, 또한 공기흐름 길이들이 서로 동일하게 된다.
그러나 스택에서 내부 공간의 활용도를 높이기 위하여, 유입구와 출구가 스택의 동일측에 형성되는 경우, 단위셀들 각각에 형성되는 연료흐름 길이들이 서로 다르게 되고, 또한 공기흐름 길이들이 서로 다르게 된다. 따라서 유입구 및 출구의 근방에 위치하는 단위셀과 원방에 위치하는 단위셀 사이에서 연료공급량을 불균일하게 하고, 또한 공기공급량을 불균일하게 한다.
본 발명의 일 실시예는 연료의 유입구 및 출구가 스택의 동일측에 형성되는 경우, 단위셀들의 연료흐름 길이들을 서로 동일하게 하여, 단위셀들 각각에서 연료공급량을 균일하게 하는 연료전지 시스템 및 그 스택에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 연료 및 공기의 유입구와 출구가 스택의 동일측에 형성되는 경우, 단위셀들의 연료흐름 길이들을 서로 동일하게 하여, 단위셀들 각각 에서 연료공급량을 균일하게 하고, 또한 단위셀들의 공기흐름 길이들을 서로 동일하게 하여 공기공급량을 균일하게 하는 연료전지 시스템 및 그 스택에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 수소를 함유하는 연료를 공급하는 연료공급부, 산소를 함유하는 공기를 공급하는 공기공급부, 및 상기 수소와 상기 산소의 전기화학반응으로 전력과 열을 생산하는 스택을 포함한다. 상기 스택은, MEA(Membrane Electrode Assembly)와 상기 MEA의 양면에 배치되는 세퍼레이터들을 포함하여 이루어지며 복수로 적층되는 단위셀들, 상기 연료공급부에 연결되어 상기 단위셀에 연료를 유입하는 연료유입구, 상기 연료유입구와 상기 스택의 동일측에 형성되어 상기 단위셀로부터 미반응연료를 배출하는 미반응연료출구, 상기 스택의 상기 연료유입구에서 상기 연료유입구반대측까지 연통되는 연료바이패스통로, 상기 연료유입구반대측에서 상기 연료바이패스통로에 연결되어 상기 연료유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 연료를 분배하는 연료분배통로, 및 상기 연료유입구반대측에서 상기 미반응연료출구까지 연통되어, 상기 미반응연료를 상기 미반응연료출구로 유도하는 미반응연료유도통로를 포함한다.
상기 연료바이패스통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료바이패스구들의 연결로 형성될 수 있다.
상기 연료분배통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료공급구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 연료공급구들은, 상기 세퍼레 이터에 형성되는 연료통로의 일측에 연결될 수 있다.
상기 미반응연료유도통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료배출구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 연료배출구들은, 상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 연료통로의 다른 일측에 연결될 수 있다.
상기 연료바이패스통로와 상기 연료분배통로는, 상기 연료유입구반대측을 형성하는 앤드플레이트, 인슐레이터, 집전판, 및 마지막 단위셀의 세퍼레이터 중 적어도 하나에 형성되는 제1 연통홈으로 연결될 수 있다.
상기 스택은, 상기 공기공급부로부터 상기 단위셀에 공기를 유입하는 공기유입구, 상기 공기유입구반대측에 형성되는 미반응공기출구, 및 상기 공기유입구에서 상기 공기유입구반대측까지 연통되어 상기 단위셀에 반응용 공기를 분배하고 상기 단위셀에 방열용 공기흐름을 형성하는 반응냉각공기통로를 포함할 수 있다.
상기 반응냉각공기통로는 상기 연료바이패스통로에 직교방향으로 형성될 수 있다.
상기 반응냉각공기통로는 상기 세퍼레이터의 상기 공기통로반대측에 형성될 수 있다.
상기 단위셀에서 한 쌍의 세퍼레이터들 중, 하나의 세퍼레이터는 상기 MEA의 일면에 상기 연료통로로 대응하고, 다른 하나의 세퍼레이터는 상기 MEA의 다른면에 상기 반응냉각공기통로로 대응할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 수소를 함유하는 연료를 공급하는 연료공급부, 산소를 함유하는 공기를 공급하는 공기공급부, 및 상기 수소 와 상기 산소의 전기화학반응으로 전력과 열을 생산하는 스택을 포함한다. 상기 스택은, MEA와 상기 MEA의 양면에 배치되는 세퍼레이터들을 포함하여 이루어지며 복수로 적층되는 단위셀들, 상기 연료공급부에 연결되어 상기 단위셀에 연료를 유입하는 연료유입구, 상기 단위셀로부터 미반응연료를 배출하는 미반응연료출구, 및 상기 공기공급부에 연결되어 상기 단위셀에 공기를 유입하는 공기유입구, 및 상기 단위셀로부터 미반응공기를 배출하는 미반응공기출구를 포함하며, 상기 연료유입구, 상기 미반응연료출구, 상기 공기유입구 및 상기 미반응공기출구를 상기 스택의 동일측에 형성한다. 상기 스택은, 상기 스택의 상기 연료유입구에서 상기 연료유입구반대측까지 연통되는 연료바이패스통로, 상기 연료유입구반대측에서 상기 연료바이패스통로에 연결되어 상기 연료유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 연료를 분배하는 연료분배통로, 및 상기 연료유입구반대측에서 상기 미반응연료출구까지 연통되어, 상기 미반응연료를 상기 미반응연료출구로 유도하는 미반응연료유도통로를 더 포함한다.
상기 스택은, 상기 스택의 상기 공기유입구에서 상기 공기유입구반대측까지 연통되는 공기바이패스통로, 상기 공기유입구반대측에서 상기 공기바이패스통로에 연결되어 상기 공기유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 공기를 분배하는 공기분배통로, 및 상기 공기유입구반대측에서 상기 미반응공기출구까지 연통되어, 상기 미반응공기를 상기 미반응공기출구로 유도하는 미반응공기유도통로를 포함할 수 있다.
상기 연료바이패스통로 및 상기 공기바이패스통로는, 상기 MEA의 외곽에 대 응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료바이패스구들의 연결 및 공기바이패스구들의 연결로 각각 형성될 수 있다.
상기 연료분배통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료공급구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 연료공급구들은, 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료통로의 일측에 연결될 수 있다.
상기 미반응연료유도통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료배출구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 연료배출구들은, 상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 연료통로의 다른 일측에 연결될 수 있다.
상기 공기분배통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 공기공급구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 공기공급구들은, 상기 세퍼레이터에 형성되는 공기통로의 일측에 연결될 수 있다.
상기 미반응공기유도통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 공기배출구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 공기배출구들은, 상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 공기통로의 다른 일측에 연결될 수 있다.
상기 공기바이패스통로와 상기 공기분배통로는, 상기 앤드플레이트, 상기 인슐레이터, 상기 집전판, 및 상기 마지막 단위셀의 세퍼레이터 중 하나에 형성되는 제2 연통홈으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 스택은, MEA와 상기 MEA의 양면에 배치되는 세퍼레이터들을 포함하여 이루어지며 복수로 적층되는 단위셀들, 상기 단위셀에 수소를 포함하는 연료를 유입하는 연료유입구, 상기 연료유입구와 동일측에 형성되어 상기 단위셀로부터 미반응연료를 배출하는 미반응연료출구, 상기 연료유입구에서 상기 연료유입구반대측까지 연통되는 연료바이패스통로, 상기 연료유입구반대측에서 상기 연료바이패스통로에 연결되어 상기 연료유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 연료를 분배하는 연료분배통로, 및 상기 연료유입구반대측에서 상기 미반응연료출구까지 연통되어, 상기 미반응연료를 상기 미반응연료출구로 유도하는 미반응연료유도통로를 포함할 수 있다.
상기 연료바이패스통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료바이패스구들의 연결로 형성될 수 있다.
상기 연료분배통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료공급구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 연료공급구들은, 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료통로의 일측에 연결될 수 있다.
상기 미반응연료유도통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료배출구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 연료배출구들은, 상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 연료통로의 다른 일측에 연결될 수 있다.
상기 연료바이패스통로와 상기 연료분배통로는, 상기 연료유입구반대측을 형성하는 앤드플레이트, 인슐레이터, 집전판, 및 마지막 단위셀의 세퍼레이터 중 하나에 형성되는 제1 연통홈으로 연결될 수 있다.
상기 스택은, 상기 단위셀에 공기를 유입하는 공기유입구, 상기 공기유입구반대측에 형성되는 미반응공기출구, 및 상기 공기유입구에서 상기 공기유입구반대측까지 연통되어 상기 단위셀에 반응용 공기를 분배하고 상기 단위셀에 방열용 공 기흐름을 형성하는 반응냉각공기통로를 더 포함하며, 상기 반응냉각공기통로는 상기 연료바이패스통로에 직교방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템의 스택은, MEA와 상기 MEA의 양면에 배치되는 세퍼레이터들을 포함하여 이루어지며 복수로 적층되는 단위셀들, 상기 단위셀에 연료를 유입하는 연료유입구, 상기 단위셀로부터 미반응연료를 배출하는 미반응연료출구, 상기 단위셀에 공기를 유입하는 공기유입구, 및 상기 단위셀로부터 미반응공기를 배출하는 미반응공기출구를 포함하며, 상기 연료유입구, 상기 미반응연료출구, 상기 공기유입구 및 상기 미반응공기출구를 동일측에 형성한다. 상기 스택은, 상기 연료유입구에서 상기 연료유입구반대측까지 연통되는 연료바이패스통로, 상기 연료유입구반대측에서 상기 연료바이패스통로에 연결되어 상기 연료유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 연료를 분배하는 연료분배통로, 및 상기 연료유입구반대측에서 상기 미반응연료출구까지 연통되어, 상기 미반응연료를 상기 미반응연료출구로 유도하는 미반응연료유도통로를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템의 스택은, 상기 공기유입구에서 상기 공기유입구반대측까지 연통되는 공기바이패스통로, 상기 공기유입구반대측에서 상기 공기바이패스통로에 연결되어 상기 공기유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 공기를 분배하는 공기분배통로, 및 상기 공기유입구반대측에서 상기 미반응공기출구까지 연통되어, 상기 미반응공기를 상기 미반응공기출구로 유도하는 미반응공기유도통로를 더 포함한다.
상기 연료바이패스통로 및 상기 공기바이패스통로는, 상기 MEA의 외곽에 대 응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료바이패스구들의 연결 및 공기바이패스구들의 연결로 각각 형성될 수 있다.
상기 연료분배통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료공급구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 연료공급구들은, 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료통로의 일측에 연결되며, 상기 미반응연료유도통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료배출구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 연료배출구들은, 상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 연료통로의 다른 일측에 연결될 수 있다.
상기 공기분배통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 공기공급구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 공기공급구들은, 상기 세퍼레이터에 형성되는 공기통로의 일측에 연결되고, 상기 미반응공기유도통로는, 상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 공기배출구들의 연결에 의하여 형성되며, 상기 공기배출구들은, 상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 공기통로의 다른 일측에 연결될 수 있다.
상기 공기바이패스통로와 상기 공기분배통로는, 상기 앤드플레이트, 상기 인슐레이터, 상기 집전판, 및 상기 마지막 단위셀의 세퍼레이터 중 하나에 형성되는 제2 연통홈으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료바이패스통로를 통하여 바이패스 공급되는 연료를 연료분배통로에서 각 단위셀들에 분배하고, 단위셀에서 미반응연료를 미 반응연료유도통로로 유도하여 배출하므로 연료유입구와 미반응연료출구가 스택의 동일측에 형성되는 경우에도, 각 단위셀들에 형성되는 연료흐름 길이들이 동일하게 된다. 따라서 단위셀들 각각에 공급되는 연료공급량을 균일하게 하는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다. 도1을 참조하면, 제1 실시예의 연료전지 시스템(100)(이하, "시스템"이라 한다)은 수소를 함유하는 연료를 공급하는 연료공급부(10), 산소를 함유하는 공기를 공급하는 공기공급부(20), 및 수소와 산소의 전기화학반응으로 전력과 열을 생산하는 스택(30)을 포함한다.
일례를 들면, 연료공급부(10)는 연료펌프(미도시)의 구동에 의하여 연료탱크로부터 공급되는 메탄올, 에탄올, 또는 천연 가스와 같이 수소를 포함한 액상의 연료와 물 및 공기를 이용하여, 즉 개질기(11)에서 액상의 연료를 개질하여 수소 가스를 생산하고, 생산된 수소 가스를 스택(30)에 공급한다.
연료공급부(10)는 수소를 함유한 액상의 연료를 직접 스택(30)에 공급할 수 있으며, 이 경우에는 개질기를 필요로 하지 않는다(미도시). 편의상, 연료공급부(10)에서 스택(30)으로 공급되는 수소 가스를 연료라 한다. 따라서 이하의 연료공급부(10)는 스택(30)에 수소 가스를 공급한다.
공기공급부(20)는 공기펌프(21)의 구동에 의하여 산소가 함유된 공기를 스택(30)에 공급한다. 공기공급부(20)에서 공급되는 공기와 연료공급부(10)에서 공급되는 연료는 스택(30)에 독립적으로 공급되고 스택(30) 내에서 독립적으로 순환되면서 산화반응 및 환원반응 한다.
도2는 도1의 스택을 도시한 사시도이고, 도3은 도2의 스택을 분해하여 도시한 사시도이다. 도1 및 도2를 참조하면, 스택(30)은 단위셀들(CU)을 복수로 적층 배치하고 그 외곽을 체결부재(41)로 체결함으로써 형성될 수 있다.
단위셀들(CU)은 각각 MEA(Membrane Electrode Assembly)(31)와, MEA(31) 양면에 배치되어 MEA(31)의 일면과 다른면에 연료와 공기를 각각 공급하는 애노드, 캐소드전극(미도시)측 세퍼레이터들(32, 33, 이하, "애노드, 캐소드측 세퍼레이터"라 한다)을 포함한다. 즉 애노드측 세퍼레이터(32)는 MEA(31)의 애노드전극측에 연료를 공급하고, 캐소드측 세퍼레이터(33)는 애노드전극의 반대측 MEA(31)의 캐소드전극측에 공기를 공급한다.
스택(30)은 적층된 양측 각각의 마지막 단위셀(CU)의 외측에 집전판(42), 인슐레이터(43) 및 앤드플레이트(44)를 순차적으로 구비한다. 체결부재(41)는 단위셀들(CU), 집전판(42), 인슐레이터(43) 및 앤드플레이트(44)를 일체로 체결한다. 또한 스택(30)은 단위셀들(CU)에서 전력과 열을 발생시키기 위하여, 공급되는 연료와 공기를 각각 유입하고, 반응 후, 미반응연료와 미반응공기를 각각 배출한다.
예를 들면, 스택(30)은 연료유입구(51), 미반응연료출구(52), 연료바이패스통로(53), 연료분배통로(54) 및 미반응연료유도통로(55)를 구비하여 단위셀들(CU)에서 연료흐름을 형성하고, 공기유입구(61), 미반응공기출구(62) 및 반응냉각공기통로(63)를 구비하여 단위셀들(CU)에서 공기흐름을 형성한다(도1 참조).
먼저, 연료흐름에 대하여 설명하면, 연료유입구(51)는 연료공급부(10)에 연결되어 스택(30) 내부, 즉 단위셀들(CU)에 연료를 유입한다. 미반응연료출구(52)는 스택(30)의 적층 방향에 대하여 연료유입구(51)와 동일측에 연결되어 스택(30) 내부, 즉 단위셀들(CU)로부터 미반응연료를 배출한다.
즉 연료유입구(51)와 미반응연료출구(52)는 스택(30)의 일측(예를 들면, 도2의 스택 하방) 앤드플레이트(44)에 연결되어 단위셀들(CU)에 연료를 유입하고, 미반응연료를 단위셀들(CU)로부터 배출한다. 따라서 스택(30) 외부에 연결되는 배관 구조가 단순해질 수 있다.
이에 더하여, 연료바이패스통로(53), 연료분배통로(54) 및 미반응연료유도통로(55)는 연료유입구(51)와 미반응연료출구(52)를 스택(30)의 동일측 앤드플레이트(44)에 형성하는 경우에도, 단위셀들(CU) 각각에서 형성되는 연료흐름 길이들을 서로 동일하게 함으로써, 단위셀들(CU) 각각의 연료공급량을 균일하게 한다.
다시 도1 및 도3을 참조하면, 연료바이패스통로(53)는 스택(30)의 연료유입구(51)에서 연료유입구반대측까지 연통되며, 적층된 단위셀들(CU) 전체를 관통하는 구조로 형성된다. 연료분배통로(54)는 스택(30)의 연료유입구반대측에서 연료바이 패스통로(53)에 연결되며(도6 참조) 연료유입구측까지 연통되고, 적층된 단위셀들(CU) 전체를 관통하는 구조로 형성된다. 또한 미반응연료유도통로(55)는 연료유입구반대측에서 미반응연료출구(52)까지 연통되며, 적층된 단위셀들(CU) 전체를 관통하는 구조로 형성된다.
따라서 연료바이패스통로(53)는 연료유입구(51)로 유입되는 연료를 연료유입구반대측까지 바이패스시키고, 연료분배통로(54)는 연료유입구반대측에서 연료유입구(51) 측으로 다시 오면서 단위셀들(CU)에 연료를 각각 분배하며, 이와 동시에 미반응연료유도통로(55)는 연료유입구반대측에서 미반응연료출구(52) 측으로 오면서 각 단위셀들(CU)로부터 나오는 미반응연료를 미반응연료출구(52)로 유도함으로써, 단위셀들(CU)의 연료흐름 길이들을 서로 동일하게 한다.
다음으로 공기흐름에 대하여 설명하면, 제1 실시예의 스택(30)은 단위셀들(CU)에서 연료와 반응하는 반응용 공기를 캐소드측 세퍼레이터(33)에 공급하며, 또한 스택(30)을 방열하는 방열용 공기흐름을 형성한다. 따라서 스택(30)은 방열을 위한 냉각장치를 별도로 구비하지 않으므로 시스템(100)의 구조를 단순화시킬 수 있다.
공기유입구(61)는 공기공급부(20)에 연결되어 스택(30) 내부, 즉 단위셀들(CU)에 공기를 유입한다. 미반공기출구(62)는 스택(30)의 적층 수직방향에 대하여 공기유입구(61) 반대측에 형성되어 스택(30) 내부, 즉 단위셀들(CU)로부터 미반응공기를 배출한다. 즉 반응냉각공기통로(63)는 서로 나란하게 형성되는 연료바이패스통로(53), 연료분배통로(54) 및 미반응연료유도통로(55)와 직교방향으로 형성 된다.
이때, 반응냉각공기통로(63)은 공기유입구(61)에서 미반응공기출구(62)까지 연통되어 단위셀들(CU)에 반응용 공기를 분배하면서, 방열용 공기흐름을 형성한다. 이 경우, 단위셀들(CU) 각각에서 형성되는 공기흐름 길이들은 서로 동일하게 형성되므로 단위셀들(CU) 각각에서 공기공급량을 균일하게 한다.
도4는 도2의 스택에서 단위셀을 분해하여 도시한 사시도이고, 도5는 도4의 단위셀의 세퍼레이터에서 MEA 대응면을 도시한 평면도이며, 도6은 도2의 스택에서 앤드플레이트, 인슐레이터 및 집전판을 분해하여 도시한 사시도이다.
도4 내지 도6을 참조하면, 연료바이패스통로(53)는 MEA(31)의 외곽에 대응하여 애노드, 캐소드측 세퍼레이터들(32, 33)에 형성되는 연료바이패스구들(531)의 연결로 형성된다. MEA(31)는 애노드, 캐소드측 세퍼레이터들(32, 33)의 두께에 비하여 무시할 정도로 얇게 형성되고, 애노드, 캐소드측 세퍼레이터들(32, 33) 사이에 개스킷(34, 도5 참조)이 개재되므로 단위셀들(CU) 형성 및 적층시, 애노드, 캐소드측 세퍼레이터들(32, 33) 사이에 기밀 구조가 형성된다.
연료분배통로(54)는 MEA(31)의 외곽에 대응하여 애노드, 캐소드측 세퍼레이터(32, 33)에 형성되는 연료공급구들(541)의 연결에 의하여 형성된다. 연료공급구들(541)은 애노드측 세퍼레이터(32)에 형성되는 연료통로(321)의 일측에 연결된다. 연료공급구들(541)과 연료통로(321)의 연결부(322, 도5에 은선으로 도시)는 애노드, 캐소드측 세퍼레이터(32, 33)를 기밀하는 개스킷(34) 라인을 가로지르며, 기밀 구조를 유지하는 구조로 형성된다.
연료바이패스통로(53)와 연료분배통로(54)는 연료바이패스통로(53)로 바이패스되는 연료를 연료분배통로(54)로 전달할 수 있도록 연료유입구반대측에서 제1 연통홈(71, 도6 참조)으로 연결된다. 제1 연통홈(71)은 연료유입구반대측에 배치되는 앤드플레이트(44), 인슐레이터(43), 집전판(42) 또는 마지막 단위셀(CU)의 세퍼레이터(32, 33)에 형성될 수 있다. 편의상, 제1 실시예는 도6에 도시된 바와 같이 앤드플레이트(44)에 제1 연통홈(71)을 형성한 구조를 예시한다.
반응냉각공기통로(63)는 연료통로(321)의 반대측에서, 연료통로(321)에 대응하여 캐소드측 세퍼레이터(33)에 형성된다. 즉 단위셀(CU)에서, 애노드측 세퍼레이터(32)는 MEA(31)의 일면에 연료통로(321)로 대응하고, 캐소드측 세퍼레이터(33)는 MEA(31)의 다른면에 반응냉각공기통로(63)로 대응한다. 따라서 연료통로(321)로 공급되는 연료는 공기와 반응냉각공기통로(63)로 공급되는 공기는 MEA(31)에서 전기화학반응을 일으켜 전력과 열을 발생시킨다.
미반응연료유도통로(55)는 MEA(31)의 외곽에 대응하여 애노드, 캐소드측 세퍼레이터(32, 33)에 형성되는 연료배출구들(551)의 연결에 의하여 형성된다. 연료배출구들(551)은 애노드측 세퍼레이터(32)에 형성되는 연료통로(321)의 연료공급구(541) 반대측에 연결된다. 연료배출구들(551)과 연료통로(321)의 연결부(323, 도5에 은선으로 도시)는 애노드, 캐소드측 세퍼레이터(32, 33)를 기밀하는 개스킷(34) 라인을 가로지르며, 기밀 구조를 유지하는 구조로 형성된다.
이 경우, 연료바이패스통로(53)는 집전판(42) 및 인슐레이터(43)에 연결되는 연료바이패스구(421, 431)를 통하여 애노드, 캐소드측 세퍼레이터(32, 33)에 형성 된 연료바이패스구들(531)에 더 연결된다. 또한 연료분배통로(54)는 집전판(42) 및 인슐레이터(43)에 연결되는 연료바이패스구(422, 432)를 통하여 애노드, 캐소드측 세퍼레이터(32, 33)에 형성된 연료공급구들(541)에 더 연결된다.
이하에서 제2 실시예에 대하여 설명한다. 제1 실시예와 유사 내지 동일한 구성에 대한 설명은 제2 실시예에서 생략한다. 먼저 개략적으로 비교하면, 제1 실시예의 시스템(100)은 연료유입구(51)와 미반응연료출구(52)를 스택(30)의 동일측에 형성하여 단위셀들(CU)에서 연료흐름 길이들을 동일하게 한다.
이에 비하여, 제2 실시예의 시스템(200)은 제1 실시예에서 연료흐름에 대한 구성을 적용하고, 공기흐름 구성을 바꾸어 이루어진다. 제2 실시예에서 공기흐름에 대한 구성은 공기입구(261)와 미반응공기출구(262)를 스택(230)의 동일측에 형성하여 단위셀들(CU)에서 공기흐름 길이를 동일하게 한다.
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다. 제2 실시예에서 스택(230)은 연료유입구(251), 미반응연료출구(252), 공기유입구(261) 및 미반응공기출구(262)를 동일측에 형성한다.
예를 들면, 스택(230)은 공기바이패스통로(263), 공기분배통로(264) 및 미반응공기유도통로(265)를 더 구비하여, 단위셀들(CU)에서 공기흐름을 형성한다. 제2 실시예의 스택(230)은 제1 실시예의 연료유입구(51), 미반응연료출구(52), 연료바이패스통로(53), 연료분배통로(54) 및 미반응연료유도통로(55)를 그대로 적용할 수 있다.
따라서 제2 실시예에서 연료흐름은 생략하고 공기흐름에 대하여 설명한다. 제2 실시예의 공기흐름은 제1 실시예의 연료흐름과 유사하게 형성된다.
공기유입구(261)는 공기공급부(20)에 연결되어 스택(230)의 내부, 즉 단위셀들(CU)에 연료를 유입한다. 미반응공기출구(262)는 스택(230)의 적층 방향에 대하여 공기유입구(261)와 동일측에 연결되어 스택(230) 내부, 즉 단위셀들(CU)로부터 미반응공기를 배출한다. 스택(230)의 적층 방향에서, 공기흐름과 연료흐름은 동일한 방향으로 형성된다.
즉 공기유입구(261)와 미반응공기출구(262)는 스택(230)의 일측(예를 들면, 도8의 스택 하방)에 구비되는 앤드플레이트(244)에 연결되어 단위셀들(CU)에 연료를 유입하고, 미반응공기를 단위셀들(CU)로부터 배출한다. 따라서 스택(230)의 외부에 연결되는 배관 구조가 단순해질 수 있다.
이에 더하여, 공기바이패스통로(263), 공기분배통로(264) 및 미반응공기유도통로(265)는 공기유입구(261)와 미반응공기출구(262)를 스택(230)의 동일측 앤드플레이트(244)에 형성하는 경우에도, 단위셀들(CU) 각각에서 형성되는 공기흐름 길이들을 서로 동일하게 함으로써, 단위셀들(CU) 각각의 공기공급량을 균일하게 한다.
다시 도7 및 도9를 참조하면, 공기바이패스통로(263)는 스택(230)의 공기유입구(261)에서 공기유입구반대측까지 연통되며, 적층된 단위셀들(CU) 전체를 관통하는 구조로 형성된다. 공기분배통로(264)는 스택(230)의 공기유입구반대측에서 공기바이패스통로(263)에 연결되며(도13 참조) 공기유입구측까지 연통되고, 적층된 단위셀들(CU) 전체를 관통하는 구조로 형성된다. 또한 미반응공기유도통로(265)는 공기유입구반대측에서 미반응공기출구(262)까지 연통되며, 적층된 단위셀들(CU) 전 체를 관통하는 구조로 형성된다.
따라서 공기바이패스통로(263)는 공기유입구(261)로 유입되는 공기를 공기유입구반대측까지 바이패스시키고, 공기분배통로(264)는 공기유입구반대측에서 공기유입구(261) 측으로 다시 오면서 단위셀들(CU)에 공기를 각각 분배하며, 이와 동시에 미반응공기유도로(265)는 공기유입구반대측에서 미반응공기출구(262) 측으로 오면서 각 단위셀들(CU)로부터 나오는 미반응공기를 미반응공기출구(262)로 유도함으로써, 단위셀들(CU)의 공기흐름 길이들을 서로 동일하게 한다.
도10은 도8의 스택에서 단위셀을 분해하여 도시한 사시도이고, 도11은 도10에서 단위셀의 애노드측 세퍼레이터에서 MEA대응면을 도시한 평면도이며, 도12는 도10에서 단위셀의 캐소드측 세퍼레이터에서 MEA대응면을 도시한 평면도이고, 도13은 도8의 스택에서 앤드플레이트, 인슐레이터 및 집전판을 분해하여 도시한 사시도이다.
도10 내지 도13을 참조하면, 공기바이패스통로(263)는 MEA(31)의 외곽에 대응하여 애노드측 세퍼레이터(232)와 캐소드측 세퍼레이터들(233)에 형성되는 공기바이패스구들(2631)의 연결로 형성된다. MEA(31)는 애노드, 캐소드측 세퍼레이터들(232, 233)의 두께에 비하여 무시할 정도로 얇게 형성되고, 애노드, 캐소드측 세퍼레이터들(232, 233) 사이에 개스킷(234, 도11, 도12 참조)이 개재되므로 단위셀들(CU) 형성 및 적층시, 애노드, 캐소드측 세퍼레이터들(232, 233) 사이에 기밀 구조가 형성된다.
공기분배통로(264)는 MEA(31)의 외곽에 대응하여 애노드, 캐소드측 세퍼레이 터(232, 233)에 형성되는 공기공급구들(2641)의 연결에 의하여 형성된다. 공기공급구들(2641)은 캐소드측 세퍼레이터(233)에 형성되는 공기통로(2331)의 일측에 연결된다. 공기공급구들(2641)과 공기통로(2331)의 연결부(2332, 도12에 은선으로 도시)는 애노드, 캐소드측 세퍼레이터(232, 233)를 기밀하는 개스킷(234) 라인을 가로지르며, 기밀 구조를 유지하는 구조로 형성된다.
공기바이패스통로(263)와 공기분배통로(264)는 공기바이패스통로(263)로 바이패스되는 공기를 공기분배통로(264)로 전달할 수 있도록 공기유입구반대측에서 제2 연통홈(72, 도13 참조)으로 연결된다. 제2 연통홈(72)은 공기유입구반대측에 배치되는 앤드플레이트(244), 인슐레이터(243), 집전판(242) 또는 마지막 단위셀(CU)의 세퍼레이터(232, 233)에 형성될 수 있다. 편의상, 제2 실시예는 도13에 도시된 바와 같이 앤드플레이트(244)에 제1, 2 연통홈(71, 72)을 형성한 구조를 예시한다.
미반응공기유도통로(265)는 MEA(31)의 외곽에 대응하여 애노드, 캐소드측 세퍼레이터(232, 233)에 형성되는 공기배출구들(2651)의 연결에 의하여 형성된다. 공기배출구들(2651)은 캐소드측 세퍼레이터(233)에 형성되는 공기통로(2333)의 공기공급구(2641) 반대측에 연결된다. 공기배출구들(2651)과 공기통로(2331)의 연결부(2332, 도12에 은선으로 도시)는 애노드, 캐소드측 세퍼레이터(232, 233)를 기밀하는 개스킷(234) 라인을 가로지르며, 기밀 구조를 유지하는 구조로 형성된다.
이 경우, 공기바이패스통로(263)는 집전판(242) 및 인슐레이터(243)에 연결되는 공기바이패스구(2421, 2431)를 통하여 애노드, 캐소드측 세퍼레이터(232, 233)에 형성된 공기바이패스구들(2631)에 더 연결된다. 또한 공기분배통로(264)는 집전판(242) 및 인슐레이터(243)에 연결되는 공기바이패스구(2421, 2431)를 통하여 애노드, 캐소드측 세퍼레이터(232, 233)에 형성된 공기공급구들(2641)에 더 연결된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도2는 도1의 스택을 도시한 사시도이다.
도3은 도2의 스택을 분해하여 도시한 사시도이다.
도4는 도2의 스택에서 단위셀을 분해하여 도시한 사시도이다.
도5는 도4의 단위셀의 세퍼레이터에서 MEA 대응면을 도시한 평면도이다.
도6은 도2의 스택에서 앤드플레이트, 인슐레이터 및 집전판을 분해하여 도시한 사시도이다.
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도8은 도7의 스택을 도시한 사시도이다.
도9는 도8의 스택을 분해하여 도시한 사시도이다.
도10은 도8의 스택에서 단위셀을 분해하여 도시한 사시도이다.
도11은 도10에서 단위셀의 애노드측 세퍼레이터에서 MEA대응면을 도시한 평면도이다.
도12는 도10에서 단위셀의 캐소드측 세퍼레이터에서 MEA대응면을 도시한 평면도이다.
도13은 도8의 스택에서 앤드플레이트, 인슐레이터 및 집전판을 분해하여 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 연료전지 시스템 10 : 연료공급부
11 : 개질기 20 : 공기공급부
21 : 공기펌프 30, 230 : 스택
31 : MEA 32, 232, 애노드측 세퍼레이터
33, 233, 캐소드측 세퍼레이터 321 : 연료통로
332, 323, 2332, 2333 : 연결부 321, 2331 : 공기통로
34, 234 : 개스킷 41 : 체결부재
42, 242 : 집전판 43, 243 : 인슐레이터
421, 431, 422, 432 : 연료바이패스구 2421, 2431 : 공기바이패스구
44, 244 : 앤드플레이트 51, 251 : 연료유입구
52, 252 : 미반응연료출구 53, 253 : 연료바이패스통로
54 : 연료분배통로 541 : 연료공급구
55 : 미반응연료유도통로 551 : 연료배출구
61, 261 : 공기유입구 62, 262 : 미반응공기출구
63 : 반응냉각공기통로 263 : 공기바이패스통로
264 : 공기분배통로 265 : 미반응공기유도통로
2631 : 연료바이패스구 2641 : 공기공급구
2651 : 공기배출구 71, 72 : 제1, 제2 연통홈

Claims (29)

  1. 수소를 함유하는 연료를 공급하는 연료공급부;
    산소를 함유하는 공기를 공급하는 공기공급부; 및
    상기 수소와 상기 산소의 전기화학반응으로 전력과 열을 생산하는 스택을 포함하며,
    상기 스택은,
    MEA(Membrane Electrode Assembly)와 상기 MEA의 양면에 배치되는 세퍼레이터들을 포함하여 이루어지며 복수로 적층되는 단위셀들,
    상기 연료공급부에 연결되어 상기 단위셀에 연료를 유입하는 연료유입구,
    상기 연료유입구와 상기 스택의 동일측에 형성되어 상기 단위셀로부터 미반응연료를 배출하는 미반응연료출구,
    상기 스택의 상기 연료유입구에서 상기 연료유입구반대측까지 연통되는 연료바이패스통로,
    상기 연료유입구반대측에서 상기 연료바이패스통로에 연결되어 상기 연료유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 연료를 분배하는 연료분배통로, 및
    상기 연료유입구반대측에서 상기 미반응연료출구까지 연통되어, 상기 미반응연료를 상기 미반응연료출구로 유도하는 미반응연료유도통로를 포함하는 연료전지 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연료바이패스통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료바이패스구들의 연결로 형성되는 연료전지 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 연료분배통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료공급구들의 연결에 의하여 형성되며,
    상기 연료공급구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 연료통로의 일측에 연결되는 연료전지 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 미반응연료유도통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료배출구들의 연결에 의하여 형성되며,
    상기 연료배출구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 연료통로의 다른 일측에 연결되는 연료전지 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 연료바이패스통로와 상기 연료분배통로는,
    상기 연료유입구반대측을 형성하는 앤드플레이트, 인슐레이터, 집전판, 및 마지막 단위셀의 세퍼레이터 중 적어도 하나에 형성되는 제1 연통홈으로 연결되는 연료전지 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 스택은,
    상기 공기공급부로부터 상기 단위셀에 공기를 유입하는 공기유입구,
    상기 공기유입구반대측에 형성되는 미반응공기출구, 및
    상기 공기유입구에서 상기 공기유입구반대측까지 연통되어 상기 단위셀에 반응용 공기를 분배하고 상기 단위셀에 방열용 공기흐름을 형성하는 반응냉각공기통로를 포함하는 연료전지 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 반응냉각공기통로는 상기 연료바이패스통로에 직교방향으로 형성되는 연료전지 시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 반응냉각공기통로는 상기 세퍼레이터의 상기 공기통로반대측에 형성되 는 연료전지 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 단위셀에서 한 쌍의 세퍼레이터들 중,
    하나의 세퍼레이터는 상기 MEA의 일면에 상기 연료통로로 대응하고,
    다른 하나의 세퍼레이터는 상기 MEA의 다른면에 상기 반응냉각공기통로로 대응하는 연료전지 시스템.
  10. 수소를 함유하는 연료를 공급하는 연료공급부;
    산소를 함유하는 공기를 공급하는 공기공급부; 및
    상기 수소와 상기 산소의 전기화학반응으로 전력과 열을 생산하는 스택을 포함하며,
    상기 스택은,
    MEA와 상기 MEA의 양면에 배치되는 세퍼레이터들을 포함하여 이루어지며 복수로 적층되는 단위셀들,
    상기 연료공급부에 연결되어 상기 단위셀에 연료를 유입하는 연료유입구,
    상기 단위셀로부터 미반응연료를 배출하는 미반응연료출구, 및
    상기 공기공급부에 연결되어 상기 단위셀에 공기를 유입하는 공기유입구, 및
    상기 단위셀로부터 미반응공기를 배출하는 미반응공기출구를 포함하고,
    상기 연료유입구, 상기 미반응연료출구, 상기 공기유입구 및 상기 미반응공 기출구를 상기 스택의 동일측에 형성하며,
    상기 스택의 상기 연료유입구에서 상기 연료유입구반대측까지 연통되는 연료바이패스통로,
    상기 연료유입구반대측에서 상기 연료바이패스통로에 연결되어 상기 연료유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 연료를 분배하는 연료분배통로, 및
    상기 연료유입구반대측에서 상기 미반응연료출구까지 연통되어, 상기 미반응연료를 상기 미반응연료출구로 유도하는 미반응연료유도통로를 더 포함하는 연료전지 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 스택은,
    상기 스택의 상기 공기유입구에서 상기 공기유입구반대측까지 연통되는 공기바이패스통로,
    상기 공기유입구반대측에서 상기 공기바이패스통로에 연결되어 상기 공기유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 공기를 분배하는 공기분배통로, 및
    상기 공기유입구반대측에서 상기 미반응공기출구까지 연통되어, 상기 미반응공기를 상기 미반응공기출구로 유도하는 미반응공기유도통로를 포함하는 연료전지 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 연료바이패스통로 및 상기 공기바이패스통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료바이패스구들의 연결 및 공기바이패스구들의 연결로 각각 형성되는 연료전지 시스템.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 연료분배통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료공급구들의 연결에 의하여 형성되며,
    상기 연료공급구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 연료통로의 일측에 연결되는 연료전지 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 미반응연료유도통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료배출구들의 연결에 의하여 형성되며,
    상기 연료배출구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 연료통로의 다른 일측에 연결되는 연료전지 시스템.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 공기분배통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 공기공급구들의 연결에 의하여 형성되며,
    상기 공기공급구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 공기통로의 일측에 연결되는 연료전지 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 미반응공기유도통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 공기배출구들의 연결에 의하여 형성되며,
    상기 공기배출구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 공기통로의 다른 일측에 연결되는 연료전지 시스템.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 공기바이패스통로와 상기 공기분배통로는,
    앤드플레이트, 인슐레이터, 집전판, 및 마지막 단위셀의 세퍼레이터 중 하나에 형성되는 제2 연통홈으로 연결되는 연료전지 시스템.
  18. MEA와 상기 MEA의 양면에 배치되는 세퍼레이터들을 포함하여 이루어지며 복 수로 적층되는 단위셀들;
    상기 단위셀에 수소를 포함하는 연료를 유입하는 연료유입구;
    상기 연료유입구와 동일측에 형성되어 상기 단위셀로부터 미반응연료를 배출하는 미반응연료출구;
    상기 연료유입구에서 상기 연료유입구반대측까지 연통되는 연료바이패스통로;
    상기 연료유입구반대측에서 상기 연료바이패스통로에 연결되어 상기 연료유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 연료를 분배하는 연료분배통로; 및
    상기 연료유입구반대측에서 상기 미반응연료출구까지 연통되어, 상기 미반응연료를 상기 미반응연료출구로 유도하는 미반응연료유도통로를 포함하는 연료전지 시스템의 스택.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 연료바이패스통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료바이패스구들의 연결로 형성되는 연료전지 시스템의 스택.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 연료분배통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료공급구들의 연 결에 의하여 형성되며,
    상기 연료공급구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 연료통로의 일측에 연결되는 연료전지 시스템의 스택.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 미반응연료유도통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료배출구들의 연결에 의하여 형성되며,
    상기 연료배출구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 연료통로의 다른 일측에 연결되는 연료전지 시스템의 스택.
  22. 제18 항에 있어서,
    상기 연료바이패스통로와 상기 연료분배통로는,
    상기 연료유입구반대측을 형성하는 앤드플레이트, 인슐레이터, 집전판, 및 마지막 단위셀의 세퍼레이터 중 하나에 형성되는 제1 연통홈으로 연결되는 연료전지 시스템의 스택.
  23. 제18 항에 있어서,
    상기 스택은,
    상기 단위셀에 공기를 유입하는 공기유입구,
    상기 공기유입구반대측에 형성되는 미반응공기출구, 및
    상기 공기유입구에서 상기 공기유입구반대측까지 연통되어 상기 단위셀에 반응용 공기를 분배하고 상기 단위셀에 방열용 공기흐름을 형성하는 반응냉각공기통로를 더 포함하며,
    상기 반응냉각공기통로는 상기 연료바이패스통로에 직교방향으로 형성되는 연료전지 시스템의 스택.
  24. MEA와 상기 MEA의 양면에 배치되는 세퍼레이터들을 포함하여 이루어지며 복수로 적층되는 단위셀들;
    상기 단위셀에 연료를 유입하는 연료유입구;
    상기 단위셀로부터 미반응연료를 배출하는 미반응연료출구;
    상기 단위셀에 공기를 유입하는 공기유입구; 및
    상기 단위셀로부터 미반응공기를 배출하는 미반응공기출구를 포함하고,
    상기 연료유입구, 상기 미반응연료출구, 상기 공기유입구 및 상기 미반응공기출구를 동일측에 형성하며,
    상기 연료유입구에서 상기 연료유입구반대측까지 연통되는 연료바이패스통로;
    상기 연료유입구반대측에서 상기 연료바이패스통로에 연결되어 상기 연료유 입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 연료를 분배하는 연료분배통로; 및
    상기 연료유입구반대측에서 상기 미반응연료출구까지 연통되어, 상기 미반응연료를 상기 미반응연료출구로 유도하는 미반응연료유도통로를 더 포함하는 연료전지 시스템 스택.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 공기유입구에서 상기 공기유입구반대측까지 연통되는 공기바이패스통로,
    상기 공기유입구반대측에서 상기 공기바이패스통로에 연결되어 상기 공기유입구측까지 연통되며, 상기 단위셀들에 공기를 분배하는 공기분배통로, 및
    상기 공기유입구반대측에서 상기 미반응공기출구까지 연통되어, 상기 미반응공기를 상기 미반응공기출구로 유도하는 미반응공기유도통로를 더 포함하는 연료전지 시스템의 스택.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 연료바이패스통로 및 상기 공기바이패스통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료바이패스구들의 연결 및 공기바이패스구들의 연결로 각각 형성되는 연료전지 시스템의 스택.
  27. 제25 항에 있어서,
    상기 연료분배통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료공급구들의 연결에 의하여 형성되며,
    상기 연료공급구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 연료통로의 일측에 연결되며,
    상기 미반응연료유도통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료배출구들의 연결에 의하여 형성되며,
    상기 연료배출구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 연료통로의 다른 일측에 연결되는 연료전지 시스템의 스택.
  28. 제25 항에 있어서,
    상기 공기분배통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 공기공급구들의 연결에 의하여 형성되며,
    상기 공기공급구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 공기통로의 일측에 연결되고,
    상기 미반응공기유도통로는,
    상기 MEA의 외곽에 대응하여 상기 세퍼레이터에 형성되는 공기배출구들의 연 결에 의하여 형성되며,
    상기 공기배출구들은,
    상기 세퍼레이터에 형성되는 상기 공기통로의 다른 일측에 연결되는 연료전지 시스템의 스택.
  29. 제25 항에 있어서,
    상기 공기바이패스통로와 상기 공기분배통로는,
    앤드플레이트, 인슐레이터, 집전판, 및 마지막 단위셀의 세퍼레이터 중 하나에 형성되는 제2 연통홈으로 연결되는 연료전지 시스템의 스택.
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