KR101406520B1 - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택은 유체가 유출입하는 개구부가 형성된 분리판 및 상기 분리판 사이에 제공되어 적층을 형성하는 단위셀을 포함하며, 상기 개구부는 상기 단위셀 양측에 제공되는 각각의 상기 분리판에서 폭을 변형시켜 형성될 수 있다.The fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a separator plate having an opening through which a fluid flows and a unit cell provided between the separator plates to form a laminate, The width of the separating plate may be varied.
Description
본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층되는 분리판에 형성된 개구부의 구조를 변형함으로써, 단위셀에 유체 공급을 원활하게 하여 연료전지 스택의 성능을 향상시키기 위한 발명에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
연료전지는 수소를 사용하여 전기를 생산하는데 있어서 가장 효율이 높은 이상적인 에너지 변환장치로 일컬어지고 있으며, 미래 수소사회의 핵심이 되는 기술이 될 것이다. 한편 에너지원과 에너지 저장매체로 화석연료를 사용하는 현 시점에서도 고효율의 친환경적인 에너지전환장치로서의 연료전지는 응용 가능 분야가 다양하고 에너지 절약 및 기타 특수 목적을 위해 현재 세계 각국에서 상용화를 위한 연구가 활발히 진행 중이다.Fuel cells are considered to be the most efficient energy conversion device for producing electricity using hydrogen and will be the core technology of future hydrogen society. At present, the use of fossil fuels as energy sources and energy storage media, fuel cell as a highly efficient and environmentally friendly energy conversion device has various applications, and researches for commercialization in various countries around the world for energy saving and other special purposes It is actively underway.
이와 같은 연료전지(Fuel Cell)는 반응물의 산화, 환원에 의한 화학에너지를 전기에너지로 바꾸어주는 에너지 변환 장치이다. 일반적으로 연료전지는 연료극(Anode)과 공기극(Cathode) 및 상기 연료극과 공기극 사이에 위치하는 전해질 매트릭스 또는 맴브레인으로 구성된다. 이러한 연료전지는 연료극으로 연료가스가 주입되어 산화되고, 공기극으로 공기가 공급되어 연료극과 공기극 사이에 위치하는 전해질 매트릭스 혹은 멤브레인을 통하여 이온이 이동되어 전자가 외부 회로를 경유하는 방식으로 작동된다.Such a fuel cell is an energy conversion device that converts chemical energy generated by oxidation and reduction of a reactant into electric energy. Generally, a fuel cell is composed of an anode and an cathode, and an electrolyte matrix or a membrane disposed between the anode and the cathode. In this fuel cell, fuel gas is injected into a fuel electrode to be oxidized, air is supplied to the air electrode, ions are moved through an electrolyte matrix or a membrane located between the fuel electrode and the air electrode, and electrons are operated in such a manner as to pass through the external circuit.
즉, 연료극에서 생성된 전자가 공기극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르게 되며, 이를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것이다. 따라서 연료전지에서 일어나는 화학반응은 수소와 산소가 만나 물이 되는 반응과 동일하다.In other words, electrons generated in the anode are transferred to the cathode and consumed, and electrons flow to the external circuit, and the electric energy is produced using the electrons. Therefore, the chemical reaction in the fuel cell is the same as the reaction in which hydrogen and oxygen meet and become water.
한편 공기극, 연료극 및 전해질 매트릭스 혹은 멤브레인 등의 전해질막으로 이루어진 연료전지를 단위셀이라고 하며, 1개의 단위셀이 생산하는 전기 에너지의 양은 매우 제한적이기 때문에 연료전지를 발전에 활용하기 위해서는 단위셀을 여러 개 쌓아 놓은 형태인 스택 구조의 형성이 불가피하다. On the other hand, a fuel cell composed of an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane such as an electrolyte matrix or a membrane is referred to as a unit cell. Since the amount of electric energy produced by one unit cell is very limited, It is inevitable to form a stack structure, which is a stacked form.
이와 같이 스택 구조는 상기 단위셀들 사이에 분리판을 위치시켜 이루어진다. 상기 분리판은 상기 단위셀에서 생성된 전기를 집전하여 전달하기 위해 각각의 단위셀을 전기적으로 연결시키는 역할도 한다.In this manner, the stack structure is formed by positioning the separator plate between the unit cells. The separator plate electrically connects each unit cell to collect electricity generated in the unit cell.
한편, 연료 또는 공기 등의 유체를 상기 단위셀에 공급하기 위해 상기 스택을 통과하는 개구부가 형성될 수 있다. On the other hand, an opening passing through the stack may be formed to supply a fluid such as fuel or air to the unit cells.
그러나, 다수의 단위셀이 적층되면 유체가 공급되는 방향에 따라 공급의 불균일이 발생하게 된다. 즉, 수직방향으로 연료가 공급된다면 연료의 수직방향 흐름의 관성력 때문에 상기 단위셀로 공급되는 방향인 수평방향 연료의 공급이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있다. However, if a large number of unit cells are stacked, the supply may be uneven depending on the direction in which the fluid is supplied. That is, if the fuel is supplied in the vertical direction, the supply of the horizontal fuel, which is a direction of supplying the unit cells, is not performed due to the inertial force of the fuel in the vertical direction.
또한, 이러한 연료 공급의 불균일은 단위셀의 성능 저하를 유발하며, 특히 이러한 현상은 유체유입측의 단위셀에서 심각하게 나타난다. 예를 들어, 다수의 개구부에 의해 형성되는 수직한 유동관(manifold)의 하부로 연료가 공급된다면, 다수의 단위셀 중 주로 하부에 위치하는 단위셀들의 연료 공급이 원활하지 못하여 해당 단위셀의 성능을 저하시키는 문제가 있는 것이다.In addition, such unevenness of the fuel supply causes deterioration of the performance of the unit cell, and particularly, this phenomenon is serious in the unit cell on the fluid inlet side. For example, if the fuel is supplied to a lower portion of a vertical flow manifold formed by a plurality of openings, the fuel supply to the unit cells located mainly below the plurality of unit cells is not smooth, There is a problem of deteriorating.
따라서, 적층된 각각의 단위셀로 공급되는 연료의 불균형을 해결하기 위한 새로운 연료전지 스택에 대한 연구가 필요하게 되었다.Therefore, it is necessary to study a new fuel cell stack for solving the imbalance of the fuel supplied to each stacked unit cell.
본 발명의 목적은 연료전지에 제공되는 개구부의 구조를 변형하여 각각의 단위셀에 균형적으로 연료를 공급함으로써 성능을 향상시킨 연료전지 스택을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack in which performance is improved by modifying the structure of openings provided in the fuel cell so as to supply fuel to each unit cell in a balanced manner.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택은 유체가 유출입하는 개구부가 형성된 분리판 및 상기 분리판 사이에 제공되어 적층을 형성하는 단위셀을 포함하며, 상기 개구부는 상기 단위셀 양측에 제공되는 각각의 상기 분리판에서 폭을 변형시켜 형성될 수 있다.The fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a separator plate having an opening through which a fluid flows and a unit cell provided between the separator plates to form a laminate, The width of the separating plate may be varied.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 개구부는 유체유입측의 상기 분리판에 형성된 상기 개구부부터 순차적으로 폭을 감소시켜 각층의 상기 분리판에 제공될 수 있다.Further, the openings of the fuel cell stack according to an embodiment of the present invention may be provided to the separator plates of the respective layers by decreasing the width sequentially from the openings formed in the separator plate on the fluid inlet side.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 개구부는 내면의 일측이 상기 분리판에 수직한 동일선상에 위치하도록, 폭을 상기 단위셀 방향의 내면 타측에서 변형시킬 수 있다.Further, the opening of the fuel cell stack according to an embodiment of the present invention may be deformed at the other side of the inner surface in the direction of the unit cell so that one side of the inner surface thereof is positioned on the same line perpendicular to the separator plate.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 개구부는 적층된 일부의 상기 분리판에서만 폭을 변형시킬 수 있다.In addition, the opening of the fuel cell stack according to an embodiment of the present invention may change the width only in a part of the laminated plate.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 개구부는 유체유입측에 인접하여 적층된 일부의 상기 분리판에서만 순차적으로 폭을 감소시켜 형성될 수 있다.Further, the opening of the fuel cell stack according to an embodiment of the present invention may be formed by decreasing the width sequentially only in a part of the separation plates stacked adjacent to the fluid inflow side.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 개구부는 상기 분리판의 양측에 형성되며, 상기 분리판의 양측에 형성된 상기 개구부는 서로 비대칭적으로 폭을 형성시킬 수 있다.Further, the openings of the fuel cell stack according to an embodiment of the present invention may be formed on both sides of the separator plate, and the openings formed on both sides of the separator plate may have asymmetrical widths.
본 발명에 따른 연료전지 스택은 적층된 분리판에 제공되는 개구부의 폭을 각각의 층에서 상이하게 형성함으로써, 상기 단위셀에 공급되는 유체에 난류를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.The fuel cell stack according to the present invention has the effect of generating turbulence in the fluid supplied to the unit cells by forming the width of the openings provided in the stacked separator plates differently in each layer.
이에 따라, 상기 단위셀로 상기 유체를 유도할 수 있어, 유체의 균일한 분배를 가능하게 할 수 있는 이점이 발생한다. Accordingly, the fluid can be introduced into the unit cell, and an advantage that the fluid can be uniformly distributed can be obtained.
따라서, 상기 연료전지 전체의 성능을 향상시킬 수 있어, 동일한 시간에 더 많은 전기를 생산할 수 있는 효과를 예상할 수 있다. 이는 연료전지의 가격 경쟁력 확보에도 도움이 되는 이점도 있다.Therefore, the performance of the fuel cell as a whole can be improved, and the effect of producing more electricity at the same time can be expected. This also has the advantage of helping to secure price competitiveness of the fuel cell.
또한, 적층된 모든 단위셀을 균일한 상태에서 운전시킬 수 있어, 각각의 단위셀 온도의 균일성을 확보할 수 있게 된다. 이에 따라, 연료전지의 장기적인 운전시에도 특정부분이 과열하는 것을 방지할 수 있는 이점이 발생한다.Further, all of the stacked unit cells can be operated in a uniform state, and the uniformity of the temperature of each unit cell can be ensured. Thereby, there is an advantage that it is possible to prevent the specific portion from being overheated even in the long-term operation of the fuel cell.
도 1은 종래의 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 단면도 및 단위셀의 위치에 따른 전압을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 개구부가 적층되어 형성한 형상의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional fuel cell stack and a graph showing a voltage according to a position of a unit cell.
2 is a plan view schematically showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view schematically showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view schematically illustrating various embodiments of a shape formed by stacking openings of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept. Other embodiments falling within the scope of the inventive concept may readily be suggested, but are also considered to be within the scope of the present invention.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
The same reference numerals are used to designate the same components in the same reference numerals in the drawings of the embodiments.
도 1은 종래의 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 단면도 및 단위셀(10)의 위치에 따른 전압을 나타내는 그래프이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional fuel cell stack and a graph showing a voltage according to the position of the
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택은 유체가 유출입하는 개구부(30)가 형성된 분리판(20) 및 상기 분리판(20) 사이에 제공되어 적층을 형성하는 단위셀(10)을 포함하며, 상기 개구부(30)는 상기 단위셀(10) 양측에 제공되는 각각의 상기 분리판(20)에서 폭(31)을 변형시켜 형성될 수 있다.1 to 3, a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention is provided between a
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 개구부(30)는 유체유입측(32)의 상기 분리판(20)에 형성된 상기 개구부(30)부터 순차적으로 폭(31)을 감소시켜 각층의 상기 분리판(20)에 제공될 수 있다.The opening 30 of the fuel cell stack according to an embodiment of the present invention may reduce the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 개구부(30)는 내면(33)의 일측이 상기 분리판(20)에 수직한 동일선(L)상에 위치하도록, 폭(31)을 상기 단위셀(10) 방향(i)의 내면(33) 타측에서 변형시킬 수 있다.
The opening 30 of the fuel cell stack according to an embodiment of the present invention may have a
본 발명의 연료전지 스택은 적층되는 분리판(20)에 형성된 개구부(30)의 구조를 변형하여 단위셀(10)로 유체공급을 원활하게 하기 위한 발명에 관한 것이다.The fuel cell stack of the present invention relates to an invention for modifying the structure of the
즉, 본 발명의 연료전지 스택은 적층된 분리판(20)에 제공되는 개구부(30)의 폭(31)을 각각의 층에서 상이하게 형성함으로써, 상기 단위셀(10)에 공급되는 연료 또는 공기 등의 유체에 난류를 발생시킬 수 있다. That is, the fuel cell stack of the present invention is formed by forming the
이에 따라, 상기 유체가 직진하려는 관성을 상기 단위셀(10) 방향으로 변경시켜, 상기 단위셀(10)로 상기 유체를 유도할 수 있게 된다. 따라서 유체의 균일한 분배를 가능하게 할 수 있는 이점을 발생시킨다.Accordingly, the inertia of the fluid to be advanced is changed in the direction of the
또한, 유체의 균일한 분배에 의해 상기 연료전지 전체의 성능을 향상시킬 수 있어, 동일한 시간에 더 많은 전기를 생산할 수 있게 된다.Further, by uniformly distributing the fluid, the performance of the entire fuel cell can be improved, and more electricity can be produced at the same time.
한편, 적층된 모든 단위셀(10)을 균일한 상태에서 운전시킬 수 있어, 각각의 단위셀(10) 온도의 균일성을 확보할 수 있게 된다. 이에 따라, 연료전지의 장기적인 운전시에도 특정부분이 과열하는 것을 방지할 수 있는 이점도 예상할 수 있다.
On the other hand, all the stacked
상기 단위셀(10)은 산소 이온 전도성을 갖는 전해질막과 그 양면에 위치한 캐소드(cathode)로서의 공기극 및 애노드(anode)로서의 연료극 전극의 조립체로 형성된다. 즉, 상기 단위셀(10)은 상기 연료극으로 연료가스가 주입되어 산화되고, 상기 공기극으로 공기가 공급되어 상기 전해질막을 통하여 이온이 이동되어 수분이 형성되고, 이러한 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르게 되어 전기 에너지를 생산할 수 있게 된다.
The
상기 분리판(20)은 연료 또는 공기를 상기 단위셀(10)에 제공하는 역할을 한다. 즉, 상기 분리판(20)에는 연료 또는 공기가 이동할 수 있는 유로가 형성되어 외부에서 유입된 연료 또는 공기를 상기 유로를 통하여 분배하며, 상기 유로 사이에는 상기 유로를 구분하는 립이 형성될 수 있다.The
또한, 상기 분리판(20)은 상기 단위셀(10)에서 생성된 전자를 집전하여 외부로 전달하는 역할도 할 수 있다. 이를 위해, 상기 분리판(20)은 전기전도성의 소재를 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 상기 분피판(20)은 전기전도성의 세라믹을 소재로 하거나, 페라이트계 스테인리스나 Fe-Ni합금 등의 금속을 소재로 형성될 수 있다.In addition, the
한편, 상기 분리판(20)은 상기 단위셀(10)에 제공되는 연료 또는 공기 등의 유체가 유출되는 것을 방지하기 위해 밀봉재(21)를 더 포함할 수 있다.The
이를 위해, 상기 밀봉재(21)는 상기 단위셀(10)의 테두리 외측에 결합될 수 있는 형상을 할 수 있다. 즉, 상기 단위셀(10)의 테두리 외측에 연속되는 띠 형상을 할 수 있다. For this purpose, the sealing
또한, 상기 밀봉재(21)는 유체의 실링(sealing)을 위해 탄성복원 가능한 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 일례로써, 고무재질의 소재 또는 탄성복원 가능한 금속재질의 소재로 형성될 수 있다.In addition, the sealing
한편, 상기 분리판(20)에는 연료 또는 공기 등의 유체를 상기 단위셀(10)에 공급하기 위해 개구부(30)가 형성될 수 있다. 상기 개구부(30)를 통해 분리판(20)의 유로로 유체가 유출입되는데, 연료극과 접촉하는 분리판(20)의 유로쪽으로는 연료가 유출입하고, 공기극과 접촉하는 분리판(20)의 유로쪽으로는 공기가 유출입된다. 상기 개구부(30)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
The
상기 개구부(30)는 상기 분리판(20)에 형성되어, 상기 분리판(20)을 통하여 상기 단위셀(10)로 연료 또는 공기 등의 유체를 제공하는 역할을 한다. The
한편, 종래에는 적층된 종래 분리판(20')에 형성된 종래 개구부(30')의 형상이 동일한 폭으로 형성되어 상기 종래 개구부(30')를 통해 제공되는 유체가 상기 종래 개구부(30')로 유입되는 방향으로 직진하는 관성력에 의해 적층된 유체유입측의 상기 종래 분리판(20')에는 유체의 유입이 용이하지 않은 문제가 있었다.Conventionally, the conventional openings 30 'formed on the conventional separator plate 20' are formed to have the same width, so that the fluid provided through the conventional openings 30 'flows into the conventional openings 30' There has been a problem that the fluid is not easily flowed into the conventional separator plate 20 'on the fluid inlet side, which is stacked by the inertial force that advances in the direction of flow.
즉, 적층된 모든 종래 단위셀(10')에 유체를 유입시키기 위해서는 상기 유체가 유입되는 초기에 강한 유입력이 제공되어야 하는데, 유체유입측에 인접하여 적층된 종래 단위셀(10')에는 초기의 유입력에 의한 관성력이 가장 크게 작용하여 유체의 유입방향에 수직한 유체유입측의 상기 종래 단위셀(10')로는 유체의 유입이 어려운 문제가 있었다.That is, in order to introduce the fluid into all the stacked conventional unit cells 10 ', a strong oil input must be provided at the beginning of the flow of the fluid. In the conventional unit cell 10' stacked adjacent to the fluid inlet side, There is a problem in that the inertia force by the oil input is the largest and the inflow of the fluid into the conventional unit cell 10 'on the fluid inflow side perpendicular to the inflow direction of the fluid is difficult.
이와 같은 문제는 도 1의 (b)에 도시된 그래프를 보면 쉽게 알 수 있다. 즉, 도 1의 (b)에 도시된 그래프는 적층된 종래 단위셀(10')의 위치인 셀넘버(Cell number)에 따라 발생되는 셀전압(Cell voltage)의 관계를 나타낸 그래프로, 유체유입측인 셀넘버 70 이상의 적층 단위셀(10')에서는 다른 부분에 적층된 단위셀(10')에 비하여 셀전압이 현저히 작다는 것을 알 수 있다. Such a problem can be easily seen from the graph shown in FIG. 1 (b). That is, the graph shown in FIG. 1 (b) is a graph showing the relationship of cell voltages generated according to the cell number, which is the position of the stacked conventional unit cell 10 ' It can be seen that the cell voltage is significantly smaller in the laminated unit cell 10 'having the
한편, 이런 문제는 연료이용률(utilization factor: uf)과는 상관없이 나타나는 문제인 것도 알 수 있다. 즉, 연료이용률(uf)이 25%인 경우 또는 12.5%인 경우의 어느 경우라도 셀넘버 70 이상의 적층 단위셀(10')에서는 셀전압이 낮게 나타나는 문제가 있음을 알 수 있다.On the other hand, it can be seen that this problem is irrespective of the utilization factor (uf). That is, it can be seen that there is a problem that the cell voltage is low in the laminated unit cell 10 'having the
이는 유체유입측에 인접하여 적층된 상기 종래 단위셀(10')에 연료 또는 공기 등의 유체의 유입이 제대로 이루어지지 않기 때문에 발생하는 현상으로 본 발명의 연료전지 스택에서는 이러한 문제점을 해결할 수 있다.This is caused by the fact that a fluid such as fuel or air is not properly introduced into the conventional unit cell 10 'stacked adjacent to the fluid inflow side, and this problem can be solved in the fuel cell stack of the present invention.
즉, 본 발명의 연료전지 스택은 상기 유체가 초기 유입방향으로 직진하려는 관성을 감소시키는 동시에 상기 단위셀(10) 방향으로 유동방향을 변화시킬 수 있도록, 난류를 발생시킬 수 있게 상기 개구부(30)의 구조를 변경한 것이다. That is, in the fuel cell stack of the present invention, the
구체적으로, 각 층에 적층된 각각의 상기 분리판(20)에 폭(31)이 상이한 개구부(30)를 형성하여 유체가 상기 단위셀(10)로 용이하게 유입할 수 있도록 구성하는 것이다. Specifically, the
이는 적층된 복수의 상기 분리판(20)에 제공되는 복수의 상기 개구부(30)가 형성하는 유동관(manifold)이 상기 분리판(20)에 수직한 직선형태가 아닌 경사진 형태의 관으로 제공되는 것으로 볼 수도 있다.This is because the manifolds formed by the plurality of the
이와 같이 적층된 전부 또는 일부의 상기 분리판(20)에 폭(31)을 상이하게 변형시킨 개구부(30)를 형성하면, 유체가 상기 개구부(30)로 유입되다가 다음 층에 적층된 분리판(20)에 형성된 폭(31)이 상이한 개구부(30)의 일측에 충돌하여 초기 유동방향에 수직한 방향으로 유동하는 유체흐름(f)인 충돌유동(f1)을 형성할 수 있게 된다. When the
한편, 상기 개구부(30)의 일측에는 점성에 의해 초기 유동방향에 수직한 방향으로 유동하는 유체흐름(f)인 점성유동(f2)도 형성될 수 있다. On the other hand, a viscous flow f2, which is a fluid flow f flowing in a direction perpendicular to the initial flow direction, can be formed at one side of the
이와 같이 초기 유동방향과 상이한 방향으로 유체유동을 형성함으로써, 적층된 상기 단위셀(10)의 방향으로 더 용이하게 유체가 흐를 수 있도록 할 수 있는 것이다.By forming the fluid flow in a direction different from the initial flow direction, the fluid can flow more easily in the direction of the stacked
한편, 상기 개구부(30)의 형상은 유체유입측(32)의 상기 분리판(20)에 형성된 개구부(30)부터 순차적으로 폭(31)을 감소시키며 각층의 상기 분리판(20)에 제공되게 형성될 수도 있다.The shape of the
또한, 상기 개구부(30)는 상기 개구부(30)의 내면(33) 일측은 상기 분리판(20)에 수직한 동일선상(L)에 위치하도록 상기 개구부(30)의 폭(31)을 형성하고, 상기 개구부(30)의 내면(33) 타측은 적층된 상기 개구부(30) 사이의 폭(31)을 상이하게 변형하여 형성할 수도 있다. The
즉, 적층된 복수의 상기 분리판(20)에 제공되는 복수의 상기 개구부(30)가 형성하는 유동관의 형상이 일측은 상기 분리판(20)에 수직한 직선(L)이고 타측은 기울어진 직선 형상을 하도록 상기 개구부(30)의 폭(31)을 변형시키는 것이다.That is, the shape of the flow tube formed by the plurality of
이에 의하면, 상기 단위셀(10)로 유입되는 상기 개구부(30)의 내면(33) 타측에서만 충돌유동(f1)이 발생하도록 구성하여, 불필요하게 상기 개구부(30)의 내면(33) 일측에서 충돌유동(f1)이 발생하지 않도록 할 수 있는 것이다. The collision flow f1 is generated only at the other side of the
다만, 상기 분리판(20)에 수직한 일측의 직선(L)은 상기 단위셀(10)의 외측방향에 형성되고, 상기 분리판(20)에 경사진 타측의 직선은 상기 단위셀(10)의 내측방향(inner: i)에 형성되는 것이 바람직하다.A straight line L perpendicular to the
이에 의하면, 상기 단위셀(10)의 내측방향(inner: i)에서는 전술한 충돌유동(f1)에 의해 상기 단위셀(10)로 유체가 유입되는 것을 용이하게 하는 것과 동시에, 상기 단위셀(10)의 외측방향에서는 초기 유입방향에 대한 관성력을 유지할 수 있어 유체유입측(32)에서 가장 멀리 있는 단위셀(10)까지 유체를 공급할 수 있는 이점이 있다.According to this, in the inner direction (inner: i) of the
한편, 상기 개구부(30)의 평면 형상은 원형 또는 사각형 등으로 구성될 수 있다. 특히, 유체를 상기 단위셀(10) 방향으로 유도할 수 있도록, 상기 개구부(30)의 평면 형상을 상기 분리판(20) 또는 상기 단위셀(10)의 내측방향(i)으로 테이퍼진 형상으로 형성할 수 있다.
The plane shape of the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 개구부(30)가 적층되어 형성한 형상의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view schematically illustrating various embodiments of a shape formed by stacking
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 개구부(30)는 적층된 일부의 상기 분리판(20)에서만 폭(31)을 변형시킬 수 있다.Referring to FIG. 4, the
즉, 상기 단위셀(10)로 유입되는 연료 또는 공기 등의 유체의 양이 부족하여 셀전압이 낮은 부분에 형성된 상기 개구부(30)의 폭(31)만을 변형시켜 제공하여 유체의 유입량을 증가시키도록 구성하는 것이다.That is, the amount of fluid such as fuel or air flowing into the
이에 의하면, 전술한 바와 같이 개구부(30)의 폭(31)이 상이하게 제공되는 부분에서는 충돌유동(f1)이 많이 발생하여 인접한 단위셀(10)에 유체의 유입을 증가시킬 수 있게 된다. As described above, in the portion where the
따라서, 유체의 유입 증가에 따라 셀전압도 증가되어 연료전지 스택 전체의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.Accordingly, the cell voltage is increased according to the increase of the inflow of the fluid, so that the performance of the entire fuel cell stack can be improved.
또한, 적층된 상기 분리판(20)을 일정한 그룹으로 나누어 동일한 그룹 내의 개구부(30)끼리는 폭(31)을 동일하게 형성하고, 다른 그룹 내의 개구부(30)끼리는 폭(31)을 상이하게 형성할 수도 있다.It is also possible to divide the
즉, 적층된 복수의 상기 분리판(20)에 제공되는 복수의 상기 개구부(30)가 형성하는 유동관 형상의 일부를 계단식으로 형성할 수 있는 것이다.
That is, a part of the shape of the flow pipe formed by the plurality of
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 개구부(30)는 유체유입측(32)에 인접하여 적층된 일부의 상기 분리판(20)에서만 순차적으로 폭(31)을 감소시켜 형성할 수 있다.The
즉, 적층된 복수의 상기 분리판(20)에 제공되는 복수의 상기 개구부(30)가 형성하는 유동관의 형상이 유체유입측(32)에 인접한 부분에서만 순차적으로 폭(31)을 감소시켜 경사진 형상을 할 수 있도록 형성할 수 있는 것이다. That is, the shape of the flow tube formed by the plurality of the
이는 종래에도 비교적 균일한 셀전압을 발생시키는 부분에서는 종래와 동일하게 폭(31)을 형성하여 상기 유동관의 형상이 직선 형상을 하도록 상기 개구부(30)를 구성하고, 셀전압이 낮은 유체유입측(32)에서만 상기 유동관의 형상을 변형시킨 것이다.This is because the
일례로써, 도 1의 (b)에서 보면, 균일한 셀전압이 발생하는 셀넘버 1 ~ 69까지는 상기 개구부(30)의 폭(31)을 변형하지 않고, 셀전압이 작은 셀넘버 70 ~ 110까지는 상기 개구부(30)의 폭(31)을 변형하여 유체가 상기 단위셀(10)의 방향으로 더 많이 흐르게 충돌유동(f1)을 발생시키게 구성할 수 있는 것이다.
For example, in FIG. 1 (b),
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 개구부(30)는 상기 분리판(20)의 양측에 형성되며, 상기 분리판(20)의 양측에 형성된 상기 개구부(30)는 서로 비대칭적으로 폭(31)을 형성시킬 수 있다.The
즉, 상기 단위셀(10)의 양측으로 유입되는 유체의 양을 동일하게 증가시키는 것이 아니라, 상기 단위셀(10)의 형태, 성능 또는 환경에 따라 상기 단위셀(10)의 양측에서 유입되는 유체의 양을 다르게 증가시키는 것이다. That is, the amount of fluid flowing into both sides of the
이를 위해, 상기 개구부(30) 폭(31)의 변형량을 상기 분리판(20)의 양측에 제공되는 각각의 상기 개구부(30)에서 다르게 설정하여 형성할 수 있다. For this, the deformation amount of the
10: 단위셀 20: 분리판
21: 밀봉재 30: 개구부
31: 폭 32: 유체유입측
33: 내면10: unit cell 20: separator plate
21: sealing material 30: opening
31: width 32: fluid inflow side
33: Inner surface
Claims (6)
상기 분리판 사이에 제공되어 적층을 형성하는 단위셀;
을 포함하며,
상기 개구부는,
상기 단위셀의 외측방향에 제공되는 내면의 일측이 상기 분리판에 수직한 동일선상에 위치하게 형성되며,
상기 단위셀의 내측방향에 제공되는 내면의 타측은 유체유입측의 분리판에 형성된 개구부부터 순차적으로 폭을 감소시켜 각층의 분리판에 상기 개구부가 제공되도록, 순차적으로 변형시켜 제공되는 연료전지 스택.A separation plate having an opening through which the fluid flows; And
A unit cell provided between the separation plates to form a laminate;
/ RTI >
The opening
One side of the inner surface provided in the outer direction of the unit cell is formed to be positioned on the same line perpendicular to the separator plate,
Wherein the other side of the inner surface provided in the inner direction of the unit cell is sequentially deformed so that the opening is provided in the separating plate of each layer by decreasing the width sequentially from the opening formed in the separating plate on the fluid inflow side.
상기 개구부는 적층된 일부의 상기 분리판에서만 폭을 변형시킨 연료전지 스택.The method according to claim 1,
Wherein the openings are formed by deforming a width of only a part of the separation plates stacked.
상기 개구부는 유체유입측에 인접하여 적층된 일부의 상기 분리판에서만 순차적으로 폭을 감소시켜 형성된 연료전지 스택.5. The method of claim 4,
Wherein the opening portion is formed by sequentially decreasing the width only in a part of the separation plates stacked adjacent to the fluid inflow side.
상기 개구부는 상기 분리판의 양측에 형성되며, 상기 분리판의 양측에 형성된 상기 개구부는 서로 비대칭적으로 폭을 형성시킨 연료전지 스택.The method according to claim 1,
Wherein the openings are formed on both sides of the separator plate, and the openings formed on both sides of the separator plate have a width asymmetrically with respect to each other.
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JP2009094058A (en) | 2007-09-21 | 2009-04-30 | Casio Comput Co Ltd | Fuel cell device, and electronic equipment |
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