KR101310483B1 - 매니폴드 조립체로부터 연료전지의 전기절연용 유니트를포함하는 연료전지 시스템 및 이를 위한 방법 - Google Patents

매니폴드 조립체로부터 연료전지의 전기절연용 유니트를포함하는 연료전지 시스템 및 이를 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101310483B1
KR101310483B1 KR1020077016881A KR20077016881A KR101310483B1 KR 101310483 B1 KR101310483 B1 KR 101310483B1 KR 1020077016881 A KR1020077016881 A KR 1020077016881A KR 20077016881 A KR20077016881 A KR 20077016881A KR 101310483 B1 KR101310483 B1 KR 101310483B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
manifold
fuel cell
stack
dielectric member
potential
Prior art date
Application number
KR1020077016881A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070091032A (ko
Inventor
다나 에이. 켈리
모하매드 파로큐
케이스 데이비스
Original Assignee
퓨얼 셀 에너지, 인크
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 퓨얼 셀 에너지, 인크 filed Critical 퓨얼 셀 에너지, 인크
Publication of KR20070091032A publication Critical patent/KR20070091032A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101310483B1 publication Critical patent/KR101310483B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M8/144—Fuel cells with fused electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/145—Fuel cells with fused electrolytes characterised by the electrolyte material comprising carbonates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0282—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
    • H01M8/0295—Matrices for immobilising electrolyte melts
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

전기절연이 개선된 연료전지 시스템(2000은 포지티브 포텐션 단부(1c1) 및 네거티브 포텐셜(1b1)을 갖는 연료전지 스택(1)과, 상기 연료전지 승택의 표면(1a)으로부터 또는 이러한 표면으로의 커플링 가스에 사용하기 위한 매니폴드(6)와, 스택으로부터 매니폴드를 전기적으로 절연하기 위한 전기절연 조립체(201)와, 절연 조립체를 횡단하여 스택으로부터의 전해질 이동을 지체시키기 위해 매니폴드의 전위를 조정하는 유니트(7)를 포함한다.
전위, 전해질, 와이어, 도전체, 가스켓, 운모 시트, 세라믹, 절연

Description

매니폴드 조립체로부터 연료전지의 전기절연용 유니트를 포함하는 연료전지 시스템 및 이를 위한 방법{FUEL CELL SYSTEM INCLUDING A UNIT FOR ELECTRICAL ISOLATION OF A FUEL CELL STACK FROM A MANIFOLD ASSEMBLY AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 특히 시스템의 연료전지 스택으로부터 이러한 스택에 사용된 매니폴드로의 전해질 흐름을 지체시키는, 외부로 매니폴드된 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 탄화수소에 저장된 화학에너지를 전기화학 반응에 의해 전기에너지로 직접 변환하는 장치이다. 일반적으로, 연료전지는 전기적으로 하전된 이온을 도전시키는 전해질에 의해 분리되는 아노드 및 캐소드를 포함한다. 연료전지는 산화가스를 캐소드를 통과시킬 동안, 반응물 연료가스를 아노드를 통과시키므로써 작동된다. 유용한 전력 레벨을 생성하기 위하여, 각각의 셀 사이에서 다수의 연료전지가 도전성 분리기에 직렬로 적층된다.
연료전지 스택은 내부로 매니폴드된 스택이거나 또는 외부로 매니폴드된 스택이다. 내부로 매니폴드된 스택은 전형적으로 연료전지판에 축적된 연료 및 옥시던트 가스의 분배를 위한 가스 통로를 포함한다. 외부로 매니폴드된 스택 연료전지판은 그 단부에서 좌측으로 개방되며, 가스는 연료전지 스택의 각각의 표면에 밀 봉된 매니폴드에 의해 전지로 분배된다. 각각의 형태의 연료전지 스택에서 매니폴드는 연료 및 옥시던트 가스를 연료전지에 분배하기 위해 밀봉된 통로를 제공하며, 이러한 가스들이 주변환경 및 기타 다른 매니폴드로 누설되는 것을 방지한다. 매니폴드의 이러한 기능은 연료전지 스택의 작동상태하에서 스택의 수명주기동안 실행되어야만 한다.
연료전지 스택은 도전성이며, 그 길이를 따라 전위 구배를 가지므로, 스택의 한쪽 단부는 포지티브가 강한 전위(스택의 포지티브 포텐셜 단부)를 가지며, 다른쪽 단부는 네거티브가 강한 전위(스택의 네거티브 포텐셜 단부)를 갖는다. 따라서, 전형적으로 금속 물질로 제조되는 외부 매니폴드는 스택을 단락시키지 않도록, 연료전지 스택으로부터 절연되어야만 한다. 유전체 절연기 및 하나이상의 가스켓을 포함하는 전기절연 조립체는 원하는 전기절연을 생성하기 위하여, 금속 매니폴드와 연료전지 스택 사이에 사용된다. 전형적인 외부 매니폴드 시스템은 3개 내지 4개의 매니폴드를 포함하며, 이들 각각의 매니폴드는 유사한 전기절연 조립체를 가지므로, 각각의 매니폴드에 유사한 밀봉 및 유전체 절연을 제공할 수 있다.
도1에는 외부로 종래의 매니폴드된 연료전지 시스템(100)을 위한 전형적인 배치에 있어서 하나의 매니폴드 및 전기절연 조립체를 개략적으로 확대도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 연료전지 스택(1)과 매니폴드를 포함하며; 상기 매니폴드는 스택(1)의 표면(1a)을 덮는 금속 매니폴드(6)와, 상기 스택(1)과 매니폴드(6) 사이에 배치된 전기절연 조립체(101)를 포함한다. 조립체(101)는 유전체 부재(5)와, 스택 표면(1a)과 접촉하고 있는 습식 가스켓(2)과, 상기 습식 가 스켓(2)과 접촉하고 있는 세라믹 블럭 또는 부재(3)와, 상기 세라믹 블럭(3)과 유전체 부재(5) 사이에 서로 접촉된 상태로 배치되는 건식 가스켓(4)을 포함한다.
용융 탄산염 연료전지 등과 같은 액체 전해질 연료전지 시스템에 있어서, 전기절연 조립체(101)에 의해 제공된 전기절연은 연료전지내의 액체 전해질이 스택으로부터 매니폴드(6)와 접촉하고 있는 절연 조립체의 부품을 젖게 하는 지점까지 이동할 때, 심각하게 타협된다. 특히, 연료전지 작동중, 스택 표면(1a)은 액체 전해질로 적셔져서 습식 가스켓(2)에 의해 흡수된다. 세라믹 블럭(3)은 습식 가스켓(2)의 표면과 접촉하고 있는 그 표면을 통해 액체 전해질과 접촉한다. 전해질이 세라믹 가스켓을 횡단하여 건식 가스켓에 도달하도록 이송될 때, 세라믹 블럭(3)의 유전체 용량은 상당히 감소된다. 그 결과, 매니폴드(6)와 스택(1) 사이의 전기절연은 스택(1)과 매니폴드(6) 사이의 대부분의 전압 강하에 책임을 지는 건식 가스켓으로 유지되기가 어렵다. 이러한 전압 강하는 500 볼트 정도로 높다.
스택 표면(1a)으로부터 전기절연 조립체(101)를 횡단한 전해질 이동은 연료전지 스택과 매니폴드 사이의 전위 편차에 의해 촉진된다. 일반적으로, 매니폴드는 스택의 포지티브가 강한 전위와 네거티브가 강한 전위 사이에서 떠있는 일정한 전위를 갖는다. 이에 의해, 매니폴드는 스택의 포지티브 포텐셜 단부 보다 낮은 포텐셜에 있게 된다. 그 결과, 스택과 매니폴드 사이에는 포지티브 전위가 인가된다. 이것은 스택으로부터 전기절연 조립체(101)로의 전해질 흐름을 촉진시킨다.
특히, 스택(1)의 포지티브 포텐셜 단부에서의 전위는 다음과 같은 탄산염 이 온(CO3= )의 형성을 유도한다.
CO2 + 1/2O2 + 2e- → CO2 =
이러한 탄산염 이온은 매니폴드(6)에서 낮은 전위로 당겨지며, 이러한 낮은 전위는 스택 포지티브 포텐셜에 대해 네거티브 전위로서 도시된다. 따라서, 스택의 포지티브 포텔셜 단부로부터 전기절연 조립체(101)를 횡단하여 매니폴드(6)를 향한 전해질 흐름을 촉진시키는 "전기화학적 펌프"가 생성된다. 이것은 전해질에 의한 블럭(3)과 가스켓(4) 및 유전체 절연기(5)의 적셔짐으로 나타나므로, 그 유전체 특성과 타협하게 되고, 조립체(101)의 전기절연 능력을 악화시킨다.
종래의 전기절연 조립체는 예를 들어 미국특허 제6.412.665호에 개시된 바와 같이 블럭(3)으로는 부드러운 세라믹 블럭을 이용하므로써 이러한 전해질 흐름에 대항하도록 적용되었다. 이러한 구성은 매니폴드에 인접한 절연 조립체 부품들의 적셔짐을 지연시키므로써, 전기절연 조립체의 능력을 연장시켜 그 전기절연 특성을 유지시킨다. 그러나, 시간이 지나면서 전해질 이동은 계속될 수 있다. 따라서, 스택으로부터 이러한 전기절연 조립체를 통한 전해질 이동을 지체시키는 방식이 요망되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 연료전지 스택과 이러한 스택에 사용된 매니폴드 사이에 전기절연을 제공하는 전기절연 조립체를 통해 전해질의 이동을 더욱 감소시키는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전해질 이동의 감소가 간단하면서도 비용면에서 효과적인 방식으로 달성될 수 있는 상술한 바와 같은 형태의 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 원리에 따르면, 상술한 바와 같은 목적 및 기타 다른 목적들은 포지티브 포텐셜 및 네거티브 포텐셜을 갖는 연료전지 스택과, 상기 연료전지 스택의 표면으로부터 또한 이러한 표면으로의 커플링 가스에 사용하기 위한 매니폴드와, 상기 매니폴드를 스택으로부터 전기적으로 절연하기 위한 전기절연 조립체와, 상기 스택으로부터 절연 조립체를 횡단하는 전해질 흐름을 지체시키기 위해 매니폴드의 전위를 조정하는 유니트를 포함하는 연료전지 시스템에 의해 실현될 수 있다. 특히, 상기 유니트는 적어도 스택의 포지티브 포텐셜의 전위에 근접할 수 있거나 또한 이러한 포텐셜과 동일하거나 이 보다 커질 수 있도록, 매니폴드의 전위를 조정한다.
하기에 서술되는 본 발명의 실시예에서, 유니트는 어떤 경우에는 예를 들어 배터리 등과 같은 전원공급부의 형태를 취하며, 또 다른 경우에는 전기와이어의 형태를 취할 수도 있다.
연료전지 스택으로부터 전기절연 조립체를 통한 전해질 이동을 지연시키는 방법이 설명될 것이다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 전기절연 부재의 유전체 부재는 연료전지 스택과 그 매니폴드 사이에 제공된 전기절연과 찌꺼기 축적이 타협하는 것을 방지한다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도1은 외부로 매니폴드된 종래의 연료전지 시스템의 전형적인 배치를 개략적으로 도시한 확대도.
도2는 본 발명의 원리에 따른 외부로 매니폴드된 연료전지 시스템의 확대도.
도3은 도2의 연료전지 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도4A는 본 발명에 따른 도2 및 도3의 연료전지 시스템(200)의 변형된 배치를 도시한 확대도.
도4B도는 도4A의 유전체 부재의 정면도.
도2는 본 발명의 원리에 따른 외부로 매니폴드된 연료전지 시스템의 확대도이다. 연료전지 시스템(200)은 연료전지 스택(1)과, 이러한 스택(1)의 표면(1a)을 덮는 매니폴드(6)를 포함한다. 전기절연 조립체(201)는 매니폴드(6)를 스택으로부터 전기절연하도록, 연료전지 스택(1)과 매니폴드(6) 사이에 배치된다. 도시된 바와 같이, 조립체(201)는 도1의 전기절연 조립체(101)와 유사한 구조를 가지며; 유전체 부재(5)와, 스택 표면(1a)과 접촉하며 세라믹 블럭(3)이 이어지는 습식 가스켓(2)과, 서로 접촉된 상태로 배치되는 건식 가스켓(4)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 부재(2-5)는 모두 사진액자 형태를 취하도록 형성된다.
유전체 부재(5)는 600℃에서 높은 유전저항률, 즉 108 ohm-cm 이상을 갖는다. 유전체 부재(5)를 형성하기 위해서는 코게비 인코포레이트에서 제조한 503P 금운모 등과 같은 운모 시트 물질이 사용된다.
상술한 바와 같이, 연료전지 스택(1)은 그 길이를 따라 큰 전위 구배를 갖는다. 도시된 바와 같이, 네거티브 터미널(1b1)을 갖는 스택(1)의 네거티브 포텐셜 단부(1b)는 네거티브가 강한 전위에 있으며, 포지티브 터미널(1c1)을 갖는 스택의 포지티브 포텐셜 단부(1c)는 포지티브가 강한 전위에 있다. 매니폴드(6)는 스택(1)의 포지티브가 강한 전위와 네거티브가 강한 전위 사이의 일정한 전위 이다. 특히, 매니폴드(6)는 스택의 포지티브 포텐셜 단부(1c)에서의 전위 보다 낮은 전위에 있다. 상술한 바와 같이, 이에 의해, 전해질은 스택의 단부(1c)로부터 전기절연 조립체(101)를 통해 매니폴드로 흐르게 된다.
본 발명에 따르면, 연료전지 시스템(200)은 스택으로부터 매니폴드로의 전해질 흐름을 지체시키기 위하여 매니폴드(6)의 전위를 조정하기 위한 유니트(7)를 갖는다. 특히, 상기 유니트(7)는 매니폴드(6)의 전위를 조정하므로써, 스택의 포지티브 단부(1c)의 전위에 접근할 수 있다. 이러한 조정은 매니폴드(6)에서의 전위가 스택 단부(1c)에서의 전위 보다 크거나 동일한 것이 바람직하다.
도2에 도시된 예시적인 실시예에서, 유니트(7)는 스택 단부(1c)와 매니폴드(6) 사이에 연결된 전원공급부(7a)의 형태를 취하고 있다. 특히, 전원공급부는 매니폴드(6)에 연결된 포지티브 터미널(7a1)과 스택(1)의 포지티브 단부(1c)에 연 결된 네커티브 터미널(7a2)이 구비된 배터리일 수도 있다. 12볼트 차량용 배터리 등과 같은 배터리가 전원공급부(7a)로서 사용하기에 적절하다.
이러한 연결에 의해, 전원공급부(7a)는 매니폴드의 전위를 증가시켜 스택의 포지티브 단부(1c)에 접근하도록, 포지티브 전위를 매니폴드(6)에 인가한다. 상술한 바와 같이, 배터리 포텐셜은 스택 단부(1c)에서 포텐셜을 초과하거나 동일한 것이 바람직하다.
이러한 방식으로, 스택(1)과 매니폴드(6) 사이의 전위 구배는 적어도 감소되며, 배터리(7)의 양호한 형태로는 제로가 되거나 역전된다. 그 결과, 스택 표면(1a)에서의 탄산염 이온이 매니폴드(6)에 잘 부착되지 않으며, 따라서 정지되지 않거나 역전되지 않을 경우 절연 조립체(201)를 횡단하는 전해질 구동이 적어도 감소된다. 이것은 세라믹 블럭(3)과 건식 가스켓(4) 및 유전체 부재(5)가 전해질로부터 자유로운 상태로 남게 되는 것을 도와주므로써, 전기절연 조립체(201)가 그 전기절연 특성을 유지하는 것을 도와준다.
도3은 본 발명에 따라 도2의 연료전지 시스템(200)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 특히, 도2에서 유니트(7)는 연료전지 스택(1)의 포지티브 단부(1c)를 매니폴드(6)에 연결하는 도전체(7b)의 형태를 취한다. 도전체(7b)는 전형적으로 미국 전기규범에 따른 크기를 갖는 전기 와이어이다. 전형적인 와이어는 1/16 인치 SS316 용접봉이다. 도전체는 연료전지의 정격출력에 기초하여 미국 전기규범에 따른 크기의 퓨즈와 레지스터를 포함한다.
도전체(7b)는 도2의 배터리와 유사하게 작용하므로, 매니폴드에서의 포텐셜 은 스택의 포지티브 포텐셜 단부(1c)에서의 포텐셜에 근접하게 된다. 이것은 스택으로부터 전기절연 조립체(201)를 통한 전해질 흐름을 감소시키거나 지연시키는 작용을 하므로써, 그 전기절연 특성을 보존하려는 경향을 나타낸다. 따라서, 스택의 전체 작동수명에 대해 매니폴드(6)와 스택(1) 사이에 전기절연이 양호하게 유지된다.
도2 및 도3에는 스택(1)의 표면(1a)에 인접한 절연 조립체(201)와 매니폴드(6)만이 도시되어 있음을 인식해야 한다. 그러나, 시스템(200)은 스택의 하나이상의 다른쪽 표면에 인접하여 유사한 매니폴드(6) 및 그 관련의 절연 조립체(201)를 가질 것이다. 일부 용도에 있어서, 이러한 매니폴드들은 동일한 포텐셜이 되도록 전기적으로 연결될 것이다. 따라서, 전기 접속을 제공하기 위해, 예를 들어 1/16 SS316 용접봉 등과 같은 공통의 스택 매니폴드 클램핑 시스템 또는 와이어(와이어들)(202)가 사용된다. 이 경우 하나의 매니폴드와 그 관련의 스택 표면 사이의 유니트(7)는 모든 매니폴드에 스택의 포지티브 단부(1c)의 포텐셜에 근접한 포텐셜을 충분히 제공할 것이다.
그러나, 스택의 매니폴드가 전기적으로 연결되지 않은 용도에서, 유니트(7)는 스택의 포지티브 포텐셜 단부에서 스택의 각각의 표면과 그 대면하는 매니폴드 사이에 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 도2 및 도3에 도시된 연료전지 시스템(200)은 찌꺼기가 매니폴드(6)와 스택(1) 사이의 전기절연 또는 유전체절연과 타협하는 것을 방지하는 장벽을 제공하도록 변형될 수 있다. 인식할 수 있는 바와 같이, 도전성 물질을 포함하는 찌꺼기는 고온에서 부식성 물질의 존재로 인해 전형적으로 시스템(200)의 내부에 형성된다. 이러한 찌꺼기는 전기절연 조립체(201)의 상부 외측면(201a)과, 매니폴드(6)의 상단부(6a)의 상부면과, 조립체(201)의 상부 내측면(201b)과, 매니폴드(6)의 하단부(6b)의 상부면에 축적된다. 이러한 도전성 찌꺼기의 축적은 만일 찌꺼기가 스택에 인접한 전기절연 조립체의 부품들, 즉 세라믹 블럭(3) 및/또는 습식 가스켓(2)과 매니폴드 사이에 브릿지를 형성할 경우, 스택(1)과 매니폴드(6) 사이의 전기절연과 타협하게 된다.
도4A는 이러한 찌꺼기의 브릿징을 방지하도록 채택된, 도2 및 도3의 연료전지 시스템(200)의 변형된 배치에 대한 확대측면도이다. 이러한 배치에 있어서, 도2 및 도3에 도시된 전기절연 조립체(201)는 유전체 부재(5)를 제공하도록 변형되었으며, 이러한 유전체 부재는 세라믹 블럭(3)과 건식 가스켓(4) 및 매니폴드(6)의 상부 외측단부(3a, 4a, 6a)의 상부 외측면(3a1, 4a1, 6a1)을 지나 연장된다. 또한, 유전체 부재(5)의 하단부(5b)의 상부 내측면(5b1)은 가스켓(3)과 세라믹 블럭(4)과 매니폴드(6)의 하단부(3b, 4b, 6b)의 상부 내측면(3b1, 4b1, 6b1) 위로 연장된다.
그 결과, 유전체 부재(5)는 표면(6a1)으로부터 표면(3a1, 4a1)을 분리시키고 또한 표면(6b1)으로부터 표면(3b1, 4b1)을 분리시키는 물리적 장벽을 형성한다. 따라서, 세라믹 블럭(3) 및 건식 가스켓(4)상의 찌꺼기는 매니폴드(6)의 찌꺼기와의 브릿징이 방지된다. 따라서, 찌꺼기(9)에 의해 이러한 소자들과 매니폴드 및 스택의 전기적 커플링 또는 연결을 피할 수 있다.
도4B는 건식 가스켓(4)과 접촉하고 있는 유전체 부재(5)의 표면으로부터 투시한 도4A의 유전체 부재(5)의 정면도를 도시하고 있다. 도4B에 점선으로 도시된 매니폴드(6)는 유전체 부재(5)의 대향면과 접촉하고 있다. 인식할 수 있는 바와 같이, 유전체 부재(5)의 상부 외측단부(5a)의 상부면(5a1)은 상술한 바와 같이 장벽을 형성하기 위해 매니폴드(6)의 상부 외측단부(6a)의 상부면(6a1)을 지나 연장된다. 상술한 바와 같이, 이러한 장벽은 표면(3a1, 4a1)상의 찌꺼기가 표면(6a1)상의 찌꺼기와 브릿징되는 것을 방지한다.
마찬가지로, 유전체 부재(5)의 하단부(5b)의 상부면(5b1)은 또 다른 장벽을 형성하기 위해 매니폴드(6)의 하단부(6b)의 상부면(6b1)을 지나 연장된다. 이러한 장벽 또한 표면(3b1, 4b1)상의 찌꺼기가 표면(6b1)상의 찌꺼기와 브릿징되는 것을 방지한다.
따라서, 상기 장벽들은 세라믹 부재(3) 및 건식 가스켓(4)에 축적된 찌꺼기가 매니폴드(6)상의 찌꺼기와 연결되는 것을 방지한다. 이러한 방식에 의해, 매니폴드(6)와 가스켓(1) 사이의 전기절연이 개선되며, 이에 따라 시스템의 성능 및 수명이 연장된다.
모든 경우에 있어서, 상술한 바와 같은 배치는 본 발명의 적용을 나타내는 수많은 가능한 특정 실시예를 단순한 예시적인 실시예에 불과한 것임을 인식해야 한다. 본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (43)

  1. 포지티브 포텐셜 단부 및 네거티브 포텐셜 단부를 갖는 연료전지 스택과,
    연료전지 스택의 표면으로부터 또는 이러한 표면으로의 커플링 가스에 사용하기 위한 매니폴드와,
    상기 매니폴드를 스택으로부터 전기적으로 절연하기 위한 전기절연 조립체와,
    상기 스택으로부터 전기절연 조립체를 횡단하는 전해질 이동을 지체시키기 위해 매니폴드의 전위를 조정하는 유니트를 포함하며,
    상기 유니트는 연료전지 스택의 포지티브 포텐셜 단부와 매니폴드 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 유니트는 매니폴드의 전위를 스택의 포지티브 단부에서의 전위 보다 크거나 동일하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유니트는 전원공급부 또는 전기 콘덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 전기절연 조립체는 매니폴드에 인접한 유전체 부재와, 상기 스택과 유전체 부재 사이에 접촉하여 배치된 하나이상의 가스켓을 포함하는 하나이상의 다른 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유전체 부재는 운모 시트인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 운모 시트는 503P 금운모를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 하나이상의 다른 부재는 스택의 표면과 접촉하고 있는 습식 가스켓과, 상기 습식 가스켓과 접촉하고 있는 세라믹 부재와, 상기 세라믹 부재와 유전체 부재 사이에서 접촉된 상태로 배치되는 건식 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 습식 가스켓과 세라믹 부재와 건식 가스켓 및 유전체 부재는 각각 사진액자 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 유전체 부재의 상단부에서의 상부면은 매니폴드와 세라믹 부재 및 건식 가스켓중 하나이상의 각각의 상단부에서의 상부면을 지나 연장되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 유전체 부재의 하단부에서의 상부면은 매니폴드와 세라믹 부재 및 건식 가스켓중 하나이상의 각각의 하단부에서의 상부면을 지나 연장되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  16. 제4항에 있어서, 상기 유니트는 연료전지 스택의 포지티브 포텐셜 단부에 연결된 네거티브 터미널과 상기 매니폴드에 연결된 포지티브 터미널을 갖는 배터리를 포함하거나, 또는 상기 유니트는 연료전지의 포지티브 포텐셜 단부와 매니폴드 사이에 연결된 전기 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  17. 삭제
  18. 제9항에 있어서, 상기 유전체 부재는 상기 하나이상의 부재중 하나이상의 표면상에 수집된 찌꺼기가 매니폴드의 표면상에 수집된 찌꺼기와의 브릿징을 방지하도록 형성되며,
    상기 하나이상의 부재중 하나이상의 표면은 상향의 표면이며 상기 매니폴드의 표면은 상향의 표면인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  19. 삭제
  20. 제1항에 있어서, 상기 스택의 하나이상의 또 다른 표면들중 상이한 표면에 인접하여 배치된 하나이상의 또 다른 매니폴드와; 상기 매니폴드와 상기 또 다른 매니폴드가 동일한 전위에 있도록, 상기 매니폴드와 상기 또 다른 매니폴드를 연결하는 전기 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  21. 제1항에 있어서, 상기 스택의 하나이상의 또 다른 표면들중 상이한 표면에 인접하여 배치된 하나이상의 또 다른 매니폴드와; 또 다른 매니폴드를 상기 스택으로부터 전기적으로 절연하기 위하여, 또 다른 매니폴드에 인접한 스택의 또 다른 표면과 상이한 또 다른 매니폴드 사이에 각각 배치된 하나이상의 또 다른 전기절연 조립체와; 또 다른 매니폴드에 인접한 또 다른 전기절연 조립체를 통해 상기 스택으로 전해질 이동을 지체시키기 위해 상이한 또 다른 매니폴드의 전위를 조정하는 하나이상의 또 다른 유니트를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  22. 매니폴드로부터 스택을 전기적으로 절연하기 위해 매니폴드와 연료전지 스택의 표면 사이에 배치된 전기절연 조립체를 통해 연료전지 스택으로부터의 전해질 흐름을 지체시키는 방법에 있어서,
    상기 방법은 제1항, 제3항, 제4항, 제9항, 제12항, 제14항, 제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 따른 연료전지 시스템에 사용되고, 상기 연료전지 스택의 포지티브 포텐셜 단부와 매니폴드 사이에 유니트를 연결하는 단계를 포함하며, 상기 유니트는 스택으로부터 전해질 흐름을 지체시키기 위하여 매니폴드의 전위를 조정하는 것을 특징으로 하는 스택으로부터의 전해질 흐름 지체방법.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 제22항에 있어서, 하나이상의 다른 부재의 하나이상의 표면상에 수집된 찌꺼기와 상기 매니폴드의 표면상에 수집된 끼꺼기와의 브릿징을 방지하는 단계를 부가로 포함하며; 상기 절연 조립체는 매니폴드에 인접한 유전체 부재와, 상기 스택과 유전체 부재 사이에 접촉되는 상태로 배치된 하나이상의 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택으로부터의 전해질 흐름 지체방법.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 하나이상의 다른 부재를 가지며 연료전지 스택의 표면으로부터 매니폴드를 절연하는데 사용되는 절연 조립체에 사용하기 위한 유전체 부재에 있어서,
    상기 유전체 부재는 절연 조립체에 사용되었을 때 상기 유전체 부재가 매니폴드에 인접하여 이와 접촉되어 있고 상기 하나이상의 다른 부재가 유전체 부재와 스택 사이에 접촉된 상태로 배치되도록 형성되며; 유전체 부재는 상기 하나이상의 다른 부재의 하나이상의 표면상에 수집된 찌꺼기와 상기 매니폴드의 표면상에 수집된 찌꺼기와의 브릿징을 방지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체 부재.
  35. 제34항에 있어서, 상기 하나이상의 다른 부재는 스택의 표면과 접촉하고 있는 습식 가스켓과, 상기 습식 가스켓과 접촉하고 있는 세라믹 부재와, 상기 세라믹 부재와 유전체 부재 사이에서 접촉된 상태로 배치되는 건식 가스켓을 포함하며; 상기 유전체 부재는 유전체 부재의 상단부에서의 상부면이 매니폴드와 세라믹 부재 및 건식 가스켓중 하나이상의 각각의 상단부에서의 상부면을 지나 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체 부재.
  36. 제35항에 있어서, 상기 유전체 부재는 유전체 부재의 하단부에서의 상부면이 매니폴드와 세라믹 부재 및 건식 가스켓중 하나이상의 각각의 하단부에서의 상부면을 지나 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체 부재.
  37. 제36항에 있어서, 상기 습식 가스켓과 세라믹 부재와 건식 가스켓은 각각 사진액자 형태를 취하며, 상기 유전체 부재는 사진 액자 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 유전체 부재.
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 제16항에 있어서, 상기 배터리는 스택의 포지티브 포텐셜 단부에서의 전위 보다 크거나 동일한 전위를 상기 포지티브 터미널과 매니폴드 사이에 제공하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  42. 연료전지 스택과,
    상기 연료전지 스택의 표면으로부터 또는 이러한 표면으로의 커플링 가스에 사용하기 위한 매니폴드와,
    제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 유전체 부재를 구비하는 전기절연 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  43. 제42항에 있어서, 상기 하나이상의 부재중 하나이상의 표면은 상향의 표면이며 상기 매니폴드의 표면은 상향의 표면인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
KR1020077016881A 2004-12-23 2005-12-22 매니폴드 조립체로부터 연료전지의 전기절연용 유니트를포함하는 연료전지 시스템 및 이를 위한 방법 KR101310483B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/020,593 US7276304B2 (en) 2004-12-23 2004-12-23 Fuel cell system including a unit for electrical isolation of a fuel cell stack from a manifold assembly and method therefor
US11/020,593 2004-12-23
PCT/US2005/047002 WO2006071841A2 (en) 2004-12-23 2005-12-22 Fuel cell system including a unit for electrical isolation of a fuel cell stack from a manifold assembly and method therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070091032A KR20070091032A (ko) 2007-09-06
KR101310483B1 true KR101310483B1 (ko) 2013-09-24

Family

ID=36611997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077016881A KR101310483B1 (ko) 2004-12-23 2005-12-22 매니폴드 조립체로부터 연료전지의 전기절연용 유니트를포함하는 연료전지 시스템 및 이를 위한 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7276304B2 (ko)
EP (1) EP1839355B1 (ko)
JP (1) JP2008525970A (ko)
KR (1) KR101310483B1 (ko)
CN (1) CN101088186A (ko)
WO (1) WO2006071841A2 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8088697B2 (en) * 2008-09-18 2012-01-03 Fuelcell Energy, Inc. Fibrous ceramic material and method for making the same
WO2010147597A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 Utc Power Corporation Power plant fuse arrangement
US9005837B2 (en) 2009-10-29 2015-04-14 Fuelcell Energy, Inc. Gasket for fuel cell system manifold seal
US8541144B2 (en) 2009-10-29 2013-09-24 Fuelcell Energy, Inc. Fuel cell system manifold seal
US10283804B2 (en) 2016-10-21 2019-05-07 General Electric Company Flange assembly for use with a solid oxide fuel cell system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06275303A (ja) * 1993-03-17 1994-09-30 Sanyo Electric Co Ltd 外部マニホールド方式溶融炭酸塩型燃料電池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4467018A (en) * 1981-07-31 1984-08-21 Electric Power Research Institute Manifold dielectric barrier for a fuel cell electrical power generation system
US4414294A (en) * 1982-09-27 1983-11-08 The United States Of America As Represented By The U.S. Department Of Energy Electrically insulating and sealing frame
JPS59214169A (ja) * 1983-05-20 1984-12-04 Hitachi Ltd 燃料電池
US5607786A (en) * 1995-05-05 1997-03-04 International Fuel Cells Corporation Fuel cell transport frame
US6410161B1 (en) * 1999-04-15 2002-06-25 Fuelcell Energy, Inc. Metal-ceramic joint assembly
US6413665B1 (en) * 2000-08-31 2002-07-02 Fuelcell Energy, Inc. Fuel cell stack compression system
US20020164519A1 (en) * 2000-12-13 2002-11-07 Jian Li Electrolyte creepage barrier for liquid electrolyte fuel cells
US20050058872A1 (en) 2003-09-12 2005-03-17 Blanchet Scott C. Connection assembly for promoting electrical isolation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06275303A (ja) * 1993-03-17 1994-09-30 Sanyo Electric Co Ltd 外部マニホールド方式溶融炭酸塩型燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006071841A2 (en) 2006-07-06
CN101088186A (zh) 2007-12-12
WO2006071841A3 (en) 2007-03-01
EP1839355A2 (en) 2007-10-03
US7276304B2 (en) 2007-10-02
EP1839355B1 (en) 2011-11-09
US20060141306A1 (en) 2006-06-29
JP2008525970A (ja) 2008-07-17
KR20070091032A (ko) 2007-09-06
EP1839355A4 (en) 2009-08-05
WO2006071841B1 (en) 2007-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7150931B1 (en) Fuel cell gas separator
KR101310483B1 (ko) 매니폴드 조립체로부터 연료전지의 전기절연용 유니트를포함하는 연료전지 시스템 및 이를 위한 방법
US6846590B2 (en) Fuel cell stack having grommet which covers each edge of communicating passages formed in terminal plate
MY123025A (en) Electrolytic capacitor and its manufacturing method
KR20070040409A (ko) 연료 전지 스택
JPH11274001A (ja) 電力貯蔵装置及びこれを用いた電力変換装置
KR100853015B1 (ko) 연료전지 및 그 제조방법
US20120178012A1 (en) Sealing member for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell employing the same
KR20090032377A (ko) 이차전지용 보호회로기판 및 이를 이용한 이차 전지
US4849806A (en) Shunting element
US20100143760A1 (en) Inhibitor for prevention of braze migration in solid oxide fuel cells
ITMI992544A1 (it) Disposizione circuitale per la protezione di installazioni elettricheda eventi di sovratensione
KR20200135632A (ko) 연료전지 시스템
US20070281190A1 (en) Fuel cell arrangement and device for mounting a fuel cell arrangement on a housing
JP2003086229A (ja) 燃料電池のスタック構造
JP2008535149A (ja) 高温燃料電池用の相互接続部
US20040043275A1 (en) Fuel cell module
KR102468681B1 (ko) 응력 완화층을 갖는 고체산화물 연료전지용 압축 밀봉재
US20050130015A1 (en) Molten carbonate fuel cell and method for production thereof
KR20230012023A (ko) 고온 반응부의 단열 구조
CN220984515U (zh) 高气密性的功率模块
US5736268A (en) High temperature fuel cell stack power bus
KR102112679B1 (ko) 부식 완화를 위한 외부 전극을 포함하는 연료 전지 스택
JPH1079258A (ja) 平板型固体電解質燃料電池の集電方法
CN112331977B (zh) 电能供应系统与其封装结构

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: 20160818

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170818

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180816

Year of fee payment: 6