KR101262698B1 - 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치를 개시한다. 상기 측정장치는 적어도 하나의 수용부(2a)를 갖는 평판(2); 상기 평판(2)의 수용부(2a)에 위치하는 세라믹 관(3); 및 상기 세라믹 관(3)에 수용되고 상기 세라믹 관(3)을 통해 전달되는 온도를 측정 가능하게 하는 열전대(4);를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 연료전지 내에 열전대를 삽입 시 세라믹 관과 평판을 통해 상기 열전대를 보호함으로써 상기 열전대의 손상 및 전해질에 의한 부식의 우려를 없앨 수 있게 한다.

Description

연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치{Device for measuring plane temperature distribution of an electrode for the fuel cell}

본 발명은 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지와 전기적 및 화학적으로 절연된 상태로 전기의 누설 및 부식의 위험 없이 연료전지의 원하는 부분 또는 지점의 온도를 측정할 수 있는 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지의 운전 시 나타나는 전극의 평면 온도 분포는 연료전지 설계 시 가스 유로의 형상과 공급 가스의 조성, 유량, 촉매의 위치, 분리판의 형태 등을 결정하는데 반영되는 중요한 요소이다.

종래에는 연료전지 전극의 평면 온도 분포를 측정하기 위하여 연료전지의 일정 지점에 금속 재질의 열전대를 직접 부착하거나 전극과 분리판 사이에 삽입하여 측정하였다.

하지만, 종래의 측정방법은 열전대가 연료전지의 측정 지점에 직접 연결되어 있어 연료전지와 열전대의 손상 가능성이 높으며, 금속 재질의 열전대를 사용하다보니 연료전지에서 생성되는 전기가 상기 열전대를 타고 외부로 누설되거나 다른 전극으로 전기가 흐르는 현상을 겪게 된다.

이와 같은 전기의 외부 누설 및/또는 다른 전극으로의 통전은 결과적으로 연료전지의 성능 저하, 수명 감소, 안전 사고, 시스템 정지 등과 같은 많은 문제를 야기하였다.

또한 여러 전극이 쌓여 구성되는 연료전지의 특성상 특정 전극의 평면 온도 분포를 측정하는 것은 구조적으로 어렵다. 예컨대, 고온용 연료전지인 용융탄산염 연료전지의 경우 분리판의 일측에 금속재질의 열전대를 삽입하여 전극의 평면 온도를 측정하고 있다. 이러한 측정방법은 연료전지에서 생성되는 전기가 상기 열전대를 통해 누설되는 현상을 유발시킬 수 있으며, 상기 금속재질의 열전대를 부식시키는 전해질에 노출되어 10,000시간 운전 시 상기 열전대가 모두 단락되어 사용할 수 없게 되는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 연료전지 내에 열전대를 삽입 시 열전대의 손상이 없고 전해질에 의한 부식의 우려가 없으며, 연료전지와 열전대 사이에 전기적 및 화학적 절연이 이루어져 연료전지의 수명과 성능을 확보할 수 있는 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 여러 전극이 쌓여 구성되는 연료전지에서 상기 연료전지 내의 특정전극의 부분 또는 지점의 평면 온도 분포를 측정할 수 있는 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 적어도 하나의 수용부를 갖는 평판;

상기 평판의 수용부에 위치하는 세라믹 관; 및

상기 세라믹 관에 수용되고 상기 세라믹 관을 통해 전달되는 온도를 측정 가능하게 하는 열전대;를 포함하는 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 위의 본 발명의 일실시예에 대하여 다음의 구체적인 실시예들을 더 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 평판의 수용부는 상기 평판의 일측면에 형성되는 적어도 하나의 그루브(groove)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 평판은 스테인리스 스틸로 이루어지며, 복수의 그루브를 하나의 기본단위로 하여 구성되는 복수의 그루브그룹을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 각 그루브그룹의 복수의 그루브는 상기 평판에 대해 시작부분이 가로방향으로는 모두 동일하고 끝부분은 세로방향으로 서로 다른 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 각 그루브그룹은 5개의 그루브로 구성되며, 상기 5개의 그루브는 중앙에 위치하고 상대적으로 길이가 짧은 제1 그루브와, 상기 제1 그루브의 양측에 각각 형성되고 상기 제1 그루브 보다 길이가 길며, 서로 다른 길이를 갖는 제2 및 제3 그루브와, 상기 제2 및 제3 그루브의 양측에 각각 형성되고 상기 제2 및 제3 그루브 보다 길이가 길며, 서로 다른 길이를 갖는 제4 및 제5 그루브로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제2 및 제3 그루브와 상기 제4 및 제5 그루브는 각각 서로를 향해 일정각도로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 열전대, 세라믹 관 및 평판으로 구성되는 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치를 제공하여, 연료전지 내에 열전대를 삽입 시 상기 세라믹 관과 상기 평판을 통해 상기 열전대를 보호함으로써 상기 열전대의 손상 및 전해질에 의한 부식의 우려를 없앨 수 있게 한다.

또한 본 발명은 연료전지와 열전대 사이에 전기적 및 화학적 절연이 이루어지되 열의 감지를 가능하게 함으로써 상기 연료전지 내의 특정전극의 부분 또는 지점의 평면 온도 분포를 측정할 수 있게 하고 아울러 상기 연료전지의 기대 수명과 성능도 확보할 수 있게 한다.

또한 본 발명은 열전대, 세라믹 관 및 평판으로 구성되는 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치를 제공하여, 여러 전극이 쌓여 구성되는 연료전지에서 상기 연료전지 내의 특정전극의 부분 또는 지점의 평면 온도 분포를 정밀하게 측정할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치를 보여주는 개략 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치에 적용되는 세라믹 관과 이에 끼워지는 열전대의 결합체를 보여주는 개략 단면도.

이하, 본 발명에 따른 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치의 실시예를 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치(1)는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 수용부(2a)를 갖는 평판(2)과, 상기 평판(2)의 수용부(2a)에 위치하는 세라믹 관(3)과, 상기 세라믹 관(3)에 수용되고 상기 세라믹 관(3)을 통해 전달되는 온도를 측정 가능하게 하는 열전대(4)를 포함하는 구조로 이루어진다.

따라서, 위와 같이 구성된 본 발명에 따른 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치(1)는 열전대(4)가 상기 평판(2)의 수용부(2a)에 위치한 세라믹 관(3)에 의해 전기적 및 화학적으로 보호되는 구조로 되어 있어, 연료전지(미도시) 내에 상기 열전대(4)의 삽입 시 열전대의 손상이 없고 전해질에 의한 부식의 우려가 없다. 이러한 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치(1)는 위와 같은 우수한 기술적 이점의 덕택에 연료전지의 수명을 길게 보장할 뿐만 아니라 성능 또한 우수하게 유지할 수 있게 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치는 전술한 바와 같은 기본구성에 다음의 구체적인 실시예들로 더 한정되는 형태로 이루어질 수 있다.

일실시예로, 상기 평판(2)의 수용부(2a)는 상기 평판(2)의 일측면에 형성되는 적어도 하나의 그루브(groove)일 수 있다. 이 경우, 상기 그루브 형태의 수용부(2a)의 깊이는 상기 평판(2)의 수용부(2a)에 위치하는 상기 세라믹 관(3)이 상기 평판(2)의 상면 보다 낮도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 본 발명에 따른 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치의 사이즈를 콤팩트하게 하며, 사용 시 상기 세라믹 관(3)과 연료전지의 구조물 간의 충돌을 방지할 수 있게 된다.

상기 그루브는 사각형, 원형, 또는 다각형 등의 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 상기 세라믹 관(3)은 통상적으로 원형의 형태로 이루어지며, 따라서 상기 그루브는 상기 세라믹 관(3)을 안정되게 수용할 수 있도록 사각형 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 한편, 상기 평판(2)의 수용부(2a)는 일측이 외부로 개방된 채널 형태로 이루어지는 것도 가능하다. 상기 채널 형태의 수용부는 실시는 가능하지만 상기 평판(2)에 가공을 하여 그를 형성하는데 어려움이 있다.

상기 평판(2)은 스테인리스 스틸로 이루어지며, 복수의 그루브(2a)를 하나의 기본단위로 하여 구성되는 복수의 그루브그룹을 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 상기 평판(2)은 전해질에 의한 부식의 염려로부터 자유롭고 연료전지로부터 예측되는 고온의 열에 대한 내구성이 있는 것이면 스테인리스 스틸이 아닌 그 어떤 재료로 이루어져도 무방하다. 이러한 복수의 그루브그룹은 연료전지 내의 특정영역에 대해 보다 정밀하게 온도 분포를 측정할 수 있게 하는 이점을 준다.

일실시예로, 상기 각 그루브그룹의 복수의 그루브(2a)는 상기 평판(2)에 대해 시작부분이 가로방향으로는 모두 동일하고 끝부분은 세로방향으로 서로 다른 형태로 구성될 수 있다. 이러한 패턴의 그루브 구조는 상기 평판(2)에 상기 열전대(4)의 설치를 용이하게 하고 상기 열전대들을 통해 온도의 측정을 편리하게 하며, 연료전지 내의 특정부분 또는 영역의 온도를 보다 정밀하게 측정할 수 있게 한다.

일실시예로, 상기 각 그루브그룹은 5개의 그루브(2a)로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 5개의 그루브(2a)는 중앙에 위치하고 상대적으로 길이가 짧은 제1 그루브(5)와, 상기 제1 그루브(5)의 양측에 각각 형성되고 상기 제1 그루브(5) 보다 길이가 길며, 서로 다른 길이를 갖는 제2 및 제3 그루브(6,7)와, 상기 제2 및 제3 그루브(6,7)의 양측에 각각 형성되고 상기 제2 및 제3 그루브(6,7) 보다 길이가 길며, 서로 다른 길이를 갖는 제4 및 제5 그루브(8,9)로 구성될 수 있다. 이러한 5개의 그루브 구조는 하나의 바람직한 실시예를 나타낸 것으로서 이에 구속되지는 않으며, 연료전지의 모델에 따라 그 이하의 개수 또는 그 이상의 개수로도 제공될 수 있다.

일실시예로, 상기 제2 및 제3 그루브(6,7)와 상기 제4 및 제5 그루브(8,9)는 각각 서로를 향해 일정각도로 경사지게 배치되는 구조로 이루어질 수 있다. 이와 같이 서로를 향해 경사진 배치 구조는 연료전지의 특정부분 또는 영역에 걸쳐 분포되어 있는 온도를 보다 세밀하게 측정할 수 있게 한다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치를 이용하여 연료전지 내의 특정부분 또는 영역의 온도를 측정하는 방법을 도 1과 도 2를 참조하여 설명한다.

먼저 평판(2), 세라믹 관(3) 및 열전대(4)를 준비한 상태에서, 상기 세라믹 관(3) 내에 열전대(4)를 삽입한 후, 상기 열전대-세라믹 관 조립체를 상기 평판(2)의 그루브(2a)에 위치시켜 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치(1)를 완성한다.

그런 다음, 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치(1)를 연료전지(미도시) 내부(또는 외부)의 특정부분 또는 영역, 예컨대 전극의 일측으로 밀어 넣은 후, 상기 각 열전대(4)의 후단부에 온도측정기(미도시)의 접속단자를 연결하여 상기 연료전지의 전극의 온도를 측정할 수 있게 된다.

이때, 상기 열전대(4)는 상기 세라믹 관(3)에 의해 전기적으로 보호되어 연료전지 내에서 외부로 전기의 누설이 차단되고 또한 화학적으로 보호되어 연료전지 내의 전해질에 의한 부식의 염려가 없다. 또한 상기 세라믹 관(3)은 상기 평판(2)에 의해 보호되어 상기 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치(1)를 연료전지 내에 삽입 시 상대 구조물(예컨대, 전극, 분리판, 하우징 등)과의 물리적 접촉 등에 의한 손상의 염려가 없다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서의 단순 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

1: 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치
2a: 그루브 2: 평판
3: 세라믹 관 4: 열전대
5: 제1 그루브 6: 제2 그루브
7: 제3 그루브 8: 제4 그루브
9: 제5 그루브

Claims (6)

1. 일측면에 형성된 적어도 하나의 그루브(2a)를 갖고, 스테인리스 스틸로 이루어진 평판(2);
   상기 그루브(2a)에 위치하는 세라믹 관(3); 및
   상기 세라믹 관(3)에 수용되고, 상기 세라믹 관(3)을 통해 전달되는 온도를 측정 가능하게 하는 열전대(4);를 포함하고,
   상기 평판(2)은 복수의 그루브(2a)를 하나의 기본단위로 하여 구성되는 복수의 그루브그룹을 포함하고,
   상기 각 그루브그룹은 5개의 그루브(2a)로 구성되며, 상기 5개의 그루브(2a)는 중앙에 위치하고 상대적으로 길이가 짧은 제1 그루브(5)와, 상기 제1 그루브(5)의 양측에 각각 형성되고 상기 제1 그루브(5) 보다 길이가 길며, 서로 다른 길이를 갖는 제2 및 제3 그루브(6,7)와, 상기 제2 및 제3 그루브(6,7)의 양측에 각각 형성되고 상기 제2 및 제3 그루브(6,7) 보다 길이가 길며, 서로 다른 길이를 갖는 제4 및 제5 그루브(8,9)로 구성되는 것을 특징으로 하는,
   연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 각 그루브그룹의 복수의 그루브(2a)는 상기 평판(2)에 대해 시작부분이 가로방향으로는 모두 동일하고 끝부분은 세로방향으로 서로 다른 것인 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치.
   
5. 삭제
6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 제2 및 제3 그루브(6,7)와 상기 제4 및 제5 그루브(8,9)는 각각 서로를 향해 일정각도로 경사지게 배치되는 것인 연료전지 전극의 평면온도 분포 측정장치.
   

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