KR101619430B1 - Molten carbonate fuel cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융탄산염 연료 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 본 발명에 의한 용융탄산염 연료 전지는, 산화 환원 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 용융탄산염 연료 전지로서, 복수의 연료 전지 셀이 적층된 구조를 갖는 연료 전지 스택; 및 상기 연료 전지 스택에 대한 유체의 유동을 제어하는 매니폴드;를 포함하여 구성된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molten carbonate fuel cell, and more particularly, to a molten carbonate fuel cell in which a plurality of fuel cells are stacked A fuel cell stack having a structure; And a manifold for controlling the flow of the fluid to the fuel cell stack.

Description

용융탄산염 연료 전지{MOLTEN CARBONATE FUEL CELL}[0001] MOLTEN CARBONATE FUEL CELL [0002]

본 발명은 용융탄산염 연료 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 본 발명에 의한 용융탄산염 연료 전지는, 산화 환원 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 용융탄산염 연료 전지로서, 복수의 연료 전지 셀이 적층된 구조를 갖는 연료 전지 스택; 및 상기 연료 전지 스택에 대한 유체의 유동을 제어하는 매니폴드;를 포함하여 구성된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molten carbonate fuel cell, and more particularly, to a molten carbonate fuel cell in which a plurality of fuel cells are stacked A fuel cell stack having a structure; And a manifold for controlling the flow of the fluid to the fuel cell stack.

연료 전지는 탄화수소 연료에 저장된 화학에너지를 전자화학 반응에 의해 전기에너지로 직접 변환하는 장치이다. A fuel cell is a device that directly converts chemical energy stored in a hydrocarbon fuel into electric energy by an electrochemical reaction.

일반적으로, 단위 연료 전지를 구성하는 연료 전지 셀(CELL)은 전기적으로 충전된 이온을 도전시키는 전해질에 의해 분리되는 애노드 극 및 캐소드 극을 포함한다. 용융 탄산염 연료 전지는 이산화탄소를 포함하는 가스를 산화시킬 동안 애노드 극을 통해 반응물 연료가스를 통과함으로써 작동되며, 산소는 캐소드 극을 통과한다.Generally, a fuel cell (CELL) constituting a unit fuel cell includes an anode electrode and a cathode electrode separated by an electrolyte that conducts electrically charged ions. The molten carbonate fuel cell is operated by passing the reactant fuel gas through the anode electrode while oxidizing the gas containing carbon dioxide, and the oxygen passes through the cathode electrode.

따라서, 상기 애노드 극 및 캐소드 극에 각각 공급되는 기체를 연료 전지 셀에 전체적으로 균일하게 공급시키는 것은 연료 전지 전체의 작동 효율에 있어서 매우 중요한 과제가 된다.Therefore, it is very important to uniformly supply the gas supplied to the anode and the cathode to the fuel cell in a uniform manner.

뿐만 아니라, 상기 기체의 유동 과정에서 상기 연료 전지 셀에 구비된 전해질은 상기 기체의 유동에 따라서 손실되어 외부로 유출할 수 있다. 이에 따라서 전해질이 유출됨에 따라 연료 전지 셀의 성능이 저하되며 이는 연료 전지 전체의 성능 저하의 요인이 된다.In addition, the electrolyte provided in the fuel cell during the flow of the gas may be lost due to the flow of the gas and may be discharged to the outside. Accordingly, as the electrolyte flows out, the performance of the fuel cell decreases, which causes the performance of the entire fuel cell to deteriorate.

따라서, 적절한 기체의 공급에 따른 기체의 균일한 분포 및 상기 전해질 유출을 방지할 수 있는 구조를 갖는 연료 전지가 구성될 필요가 있다.Therefore, there is a need to constitute a fuel cell having a uniform distribution of gas according to the supply of a suitable gas and a structure capable of preventing the leakage of the electrolyte.

공개특허 10-2007-0080490Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2007-0080490

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 용융탄산염 연료 전지는, 산화 환원 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 용융탄산염 연료 전지로서, 복수의 연료 전지 셀이 적층된 구조를 갖는 연료 전지 스택; 및 상기 연료 전지 스택에 대한 유체의 유동을 제어하는 매니폴드;를 포함하여 구성된다.The present invention has been conceived to solve the above-mentioned problems, and a molten carbonate fuel cell according to the present invention is a molten carbonate fuel cell that produces electric energy through oxidation-reduction reaction, and has a structure in which a plurality of fuel cells are stacked A fuel cell stack having the fuel cell stack; And a manifold for controlling the flow of the fluid to the fuel cell stack.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 용융탄산염 연료 전지는, 산화 환원 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 용융탄산염 연료 전지로서, 복수의 연료 전지 셀이 적층된 구조를 갖는 연료 전지 스택; 및 상기 연료 전지 스택에 대한 유체의 유동을 제어하는 매니폴드;를 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, a molten carbonate fuel cell according to the present invention is a molten carbonate fuel cell that produces electrical energy through a redox reaction, comprising: a fuel cell stack having a structure in which a plurality of fuel cells are stacked; And a manifold for controlling the flow of the fluid to the fuel cell stack.

바람직하게는, 상기 매니폴드는, 유체가 안내되어 유동할 수 있는 덕트 구조를 갖게 구성된다.Preferably, the manifold is configured to have a duct structure in which fluid can be guided and flowed.

바람직하게는, 상기 매니폴드는, 캐소드 가스가 유동하는 캐소드 매니폴드를 포함하며, 상기 캐소드 매니폴드는 캐소드 가스를 상기 연료 전지 스택에 공급하는 캐소드 공급 매니폴드, 및 상기 연료 전지 스택을 통과한 캐소드 가스가 배출되는 캐소드 배출 매니폴드를 포함한다.Preferably, the manifold includes a cathode manifold through which a cathode gas flows, the cathode manifold including a cathode supply manifold for supplying cathode gas to the fuel cell stack, and a cathode And a cathode discharge manifold through which gas is discharged.

바람직하게는, 상기 캐소드 공급 매니폴드는 상기 연료 전지 스택의 하부에 배치되며, 상기 캐소드 배출 매니폴드는 상기 연료 전지 스택의 상부에 배치된다.Preferably, the cathode supply manifold is disposed below the fuel cell stack, and the cathode discharge manifold is disposed above the fuel cell stack.

바람직하게는, 상기 매니폴드는 애노드 가스가 유동하는 애노드 매니폴드를 포함하며, 상기 애노드 매니폴드는 애노드 가스를 상기 연료 전지 스택에 공급하는 애노드 공급 매니폴드, 및 상기 연료 전지 스택을 통과한 애노드 가스가 배출되는 애노드 배출 매니폴드를 포함한다.Preferably, the manifold includes an anode manifold through which the anode gas flows, the anode manifold including an anode supply manifold for supplying anode gas to the fuel cell stack, and an anode gas And an anode exhaust manifold through which exhaust gas is discharged.

바람직하게는, 상기 애노드 공급 매니폴드 및 애노드 배출 매니폴드는 각각 상기 연료 전지 스택의 좌우에 각각 배치되게 구성된다.Preferably, the anode supply manifold and the anode discharge manifold are respectively disposed on the right and left sides of the fuel cell stack.

본 발명에 따른 용융탄산염 연료 전지는, 캐소드 매니폴드의 배치에 따라서, 캐소드 가스가 연료 전지 스택의 하부에서 상부 방향으로 유동할 수 있다. In the molten carbonate fuel cell according to the present invention, depending on the arrangement of the cathode manifold, the cathode gas may flow upward from the bottom of the fuel cell stack.

캐소드 가스의 유량은 연료 전지 스택의 내부 유량 중 가장 많은 양을 차지하므로, 상기 캐소드 가스가 하부에서 상부로 유동함에 따라서, 연료 전지 셀 내의 전해질의 손실이 방지되거나, 또는 손실 속도가 최소화 될 수 있다.Since the flow rate of the cathode gas accounts for the greatest amount of the internal flow rate of the fuel cell stack, the loss of the electrolyte in the fuel cell or the loss rate can be minimized as the cathode gas flows from the bottom to the top .

즉, 상기 캐소드 가스가 중력에 대해 반대 방향으로 유동함에 따라서, 상기 전해질이 외부로 전달되어 유출되는 것이 방지되거나, 또는 최소화될 수 있다. 따라서, 연료 전지 스택 및 용융탄산염 연료 전지의 수명이 연장될 수 있다. 아울러, 전해질이 위에서 아래로 흐를 경우, 내부에서 유동하는 캐소드 가스의 유동 방향과 반대방향이 되어 흐름 속도가 최소화되므로 전해질의 유출 속도가 최소화될 수 있다.That is, as the cathode gas flows in the opposite direction to the gravity, the electrolyte can be prevented from being delivered to the outside and outflowed, or minimized. Therefore, the lifetime of the fuel cell stack and the molten carbonate fuel cell can be prolonged. In addition, when the electrolyte flows from the top to the bottom, the flowing direction of the cathode gas flowing in the direction opposite to the flowing direction is minimized, so that the flow rate of the electrolyte can be minimized.

아울러, 상기와 같이 캐소드 가스의 유량은 연료 전지 스택의 내부 유량 중 가장 많은 양을 차지하므로, 상기 연료 전지 스택의 면적에 대응하여 대면적의 캐소드 매니폴드가 구성될 수 있으며, 또한 캐소드 공급 매니폴드가 하부에 배치됨에 따라서 용융탄산염 연료 전지 전체의 높이가 낮아질 수 있으므로 구조적인 안정성이 향상될 수 있다.In addition, since the flow rate of the cathode gas accounts for the largest amount of the internal flow rate of the fuel cell stack as described above, a large-area cathode manifold can be constructed corresponding to the area of the fuel cell stack, The height of the entire molten carbonate fuel cell can be lowered, so that the structural stability can be improved.

또한, 상기 캐소드 가스가 하부에서 상부로 유동되므로, 대용량의 캐소드 가스가 균일하게 유동하여 전달될 수 있으며, 연료 전지 스택의 각 부분에서의 반응이 균일하게 이루어져 연료 전지 스택 및 용융탄산염 연료 전지 전체의 성능이 확보될 수 있다.Also, since the cathode gas flows from the lower part to the upper part, a large amount of cathode gas can be uniformly flowed and transferred, and the reaction in each part of the fuel cell stack can be uniformly performed, Performance can be secured.

아울러, 애노드 매니폴드는 애노드 공급 매니폴드 및 애노드 배출 매니폴드를 포함하며, 애노드 공급 매니폴드 및 애노드 배출 매니폴드는 각각 상기 연료 전지 스택의 좌우에 각각 배치되게 구성될 수 있고, 상기와 같은 배치에 따라서, 상기 애노드 가스는 연료 전지 스택의 좌우방향으로 유동할 수 있다. 즉, 상기 애노드 가스와 캐소드 가스는 서로 교차하는 방향으로 유동할 수 있다. In addition, the anode manifold may include an anode supply manifold and an anode discharge manifold, and the anode supply manifold and the anode discharge manifold may be respectively disposed on the right and left sides of the fuel cell stack, Therefore, the anode gas can flow in the lateral direction of the fuel cell stack. That is, the anode gas and the cathode gas may flow in directions crossing each other.

이에 따라서, 상기 애노드 가스와 캐소드 가스의 연료 전지 스택의 각 부분에 균일하게 공급되는 것이 달성될 수 있다. 또한, 상기 애노드 가스와 캐소드 가스가 교차하여 유동하므로 연료 전지 스택이 배치된 공간 내에서 가스의 혼합과 같은 가스 유동의 적절한 제어가 이루어져, 본 발명에 따른 용융탄산염 연료 전지의 성능이 개선될 수 있다.Accordingly, uniform supply of the anode gas and the cathode gas to each portion of the fuel cell stack can be achieved. Further, since the anode gas and the cathode gas flow in an alternate manner, appropriate control of the gas flow such as mixing of the gas in the space where the fuel cell stack is disposed can be performed, and the performance of the molten carbonate fuel cell according to the present invention can be improved .

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지의 유체의 유동을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the structure of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a flow of a fluid in a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제한적인 것으로 의도된 것이 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present embodiments are not intended to be limiting.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 부재는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 부재의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. &Quot; comprises, "and / or" comprising ", as used herein, unless the recited element, step, operation and / Or additions.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

도 1 은 본 발명에 따른 용융탄산염 연료 전지(1)의 구조를 나타낸 도면이며, 도 2 는 본 발명에 따른 용융탄산염 연료 전지(1)의 유체 유동을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view showing the structure of a molten carbonate fuel cell 1 according to the present invention, and FIG. 2 is a view showing a fluid flow of a molten carbonate fuel cell 1 according to the present invention.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 용융탄산염 연료 전지(1)는, 산화 환원 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 용융탄산염 연료 전지(1)로서, 복수의 연료 전지 셀(110)이 적층된 구조를 갖는 연료 전지 스택(100); 및 상기 연료 전지 스택(100)에 대한 유체의 유동을 제어하는 매니폴드;를 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, a molten carbonate fuel cell (1) according to the present invention is a molten carbonate fuel cell (1) for producing electric energy through a redox reaction, wherein a plurality of fuel cell cells (110) A fuel cell stack (100) having a structure; And a manifold for controlling the flow of the fluid to the fuel cell stack 100.

상기 연료 전지 스택(100)은 소정의 반응을 통해 전기를 생산하게 구비되며, 소정의 적층 구조를 갖는 기둥 형태로 구성될 수 있다. 상기 연료 전지 스택(100)을 구성하는 연료 전지 셀(110)은 한 쌍의 애노드 전극판과 캐소드 전극판 사이에 알칼리 탄산염 전해질을 함유하는 다공성의 매트릭스 판으로 만들어지는 구성을 가질 수 있다. 한편, 도 1 에서는 복수의 연료 전지 셀(110)이 전후 방향으로 적층되어 연료 전지 스택(100)을 구성하는 구조로 도시되었으며, 따라서, 연료 전지 셀(110)의 적층 방향은 전후 방향이다.The fuel cell stack 100 is provided to produce electricity through a predetermined reaction, and may be formed in a column shape having a predetermined lamination structure. The fuel cell 110 constituting the fuel cell stack 100 may have a structure in which a porous matrix plate containing an alkaline carbonate electrolyte is formed between a pair of anode electrode plates and a cathode electrode plate. In FIG. 1, a plurality of fuel cells 110 are stacked in the front-rear direction to form the fuel cell stack 100, and thus the direction in which the fuel cells 110 are stacked is the back-and-forth direction.

각각의 연료 전지 셀(110)은, 상기 애노드부의 수소 산화반응과 캐소드부의 산소 환원반응의 전기화학 반응을 이용하여 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기 에너지로 변환시킬 수 있다. 이때, 상기 산화-환원 반응은 하기 식 1 과 같다.Each of the fuel cells 110 can directly convert the chemical energy of the fuel into electrical energy by using the electrochemical reaction between the hydrogen oxidation reaction of the anode part and the oxygen reduction reaction of the cathode part. The oxidation-reduction reaction is represented by the following formula (1).

H2 + 1/2 O2 + CO2 -> H2O + CO2 + HEAT (식 1)H 2 + 1/2 O 2 + CO 2 -> H 2 O + CO 2 + HEAT (Equation 1)

한편, 상기 연료 전지 셀(110)은 소정의 인클로저(400) 내에 배치될 수 있다.Meanwhile, the fuel cell 110 may be disposed in a predetermined enclosure 400.

상기 인클로저(400)는 상기 연료 전지 셀(110)을 둘러싸 외부에 대해서 보호하는 소정의 케이싱으로 구성될 수 있다. 한편, 상기 인클로저(400)는 용융탄산염 연료 전지(1) 내부의 온도를 일정하게 유지하도록 하는 소정의 방열체의 기능을 가질 수 있다. 상기 인클로저(400) 내에 상기 연료 전지 셀(110) 및 매니폴드가 배치될 수 있으며, 소정의 온도 안정화 장치가 구비될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다. 바람직하게는, 상기 인클로저(400)는 외부의 온도 환경에 불구하고 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 소정의 방열 재질로 구성될 수 있다.The enclosure 400 may include a predetermined casing that surrounds the fuel cell 110 and protects the fuel cell 110 from the outside. Meanwhile, the enclosure 400 may have a function of a predetermined heat radiator to maintain the temperature inside the molten carbonate fuel cell 1 constant. The fuel cell 110 and the manifold may be disposed in the enclosure 400, and a predetermined temperature stabilizer may be provided. However, the present invention is not limited thereto. Preferably, the enclosure 400 may be made of a predetermined heat dissipation material so that the internal temperature can be kept constant regardless of the external temperature environment.

아울러, 상기 연료 전지 셀(100)을 지지하도록 소정의 지지체(500)가 구비될 수 있다. 상기 지지체(500)는 상기 연료 전지 셀(100)외에 상기 각각의 매니폴드를 지지하는 소정의 구조물일 수 있다.In addition, a predetermined support 500 may be provided to support the fuel cell 100. The support 500 may be a predetermined structure for supporting the respective manifolds in addition to the fuel cell 100.

아울러, 상기 인클로저(400) 내, 외에는 본 발명에 따른 용융탄산염 연료 전지(1)의 기능을 촉진하거나, 확보할 수 있도록 소정의 장치 및 구조물이 더 구비될 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같은 구조로 한정하지 아니함은 물론이다.In addition, a predetermined device and structure may be further provided in the enclosure 400 to facilitate or ensure the function of the molten carbonate fuel cell 1 according to the present invention. In addition, The present invention is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 매니폴드는, 유체가 안내되어 유동할 수 있는 덕트 구조를 갖게 구성된다. 즉, 상기 매니폴드는, 상기 연료 전지 스택(100)에 공급되는 유체, 또는 상기 연료 전지 스택(100)을 통과한 유체가 유동할 수 있는 소정의 유로를 갖되, 상기 유로는 덕트 구조를 가짐으로써, 유체 유동이 방향성을 가지며 용이하게 안내될 수 있다.Preferably, the manifold is configured to have a duct structure in which fluid can be guided and flowed. That is, the manifold has a predetermined flow path through which the fluid supplied to the fuel cell stack 100 or the fluid passing through the fuel cell stack 100 can flow, and the flow path has a duct structure , The fluid flow is directional and can be easily guided.

바람직하게는, 상기 매니폴드는, 캐소드 가스가 유동하는 캐소드 매니폴드를 포함하며, 상기 캐소드 매니폴드는 캐소드 가스를 상기 연료 전지 스택(100)에 공급하는 캐소드 공급 매니폴드(210), 및 상기 연료 전지 스택(100)을 통과한 캐소드 가스가 배출되는 캐소드 배출 매니폴드(220)를 포함한다.Preferably, the manifold includes a cathode manifold through which a cathode gas flows, the cathode manifold including a cathode supply manifold 210 for supplying cathode gas to the fuel cell stack 100, And a cathode discharge manifold 220 through which the cathode gas passed through the cell stack 100 is discharged.

상기 매니폴드는 캐소드 가스의 유동이 이루어지는 캐소드 매니폴드를 포함한다. 이때, 캐소드 가스란 상기 연료전지 스택의 캐소드에 공급되는 가스를 의미하는 것으로서, CO2, O2, N2, CO, 및 미량의 CH4 를 포함하여 이루어진다.The manifold includes a cathode manifold through which the cathode gas flows. Here, the cathode gas means a gas supplied to the cathode of the fuel cell stack, and includes CO 2, O 2, N 2, CO, and a trace amount of CH 4.

상기 캐소드 매니폴드는 상기 캐소드 가스를 상기 연료 전지 스택(100)에 공급하도록 하는 캐소드 공급 매니폴드(210), 및 상기 연료 전지 스택(100)을 통과한 캐소드 가스가 배출되는 캐소드 배출 매니폴드(220)를 포함하여 구성된다.The cathode manifold includes a cathode supply manifold 210 for supplying the cathode gas to the fuel cell stack 100 and a cathode discharge manifold 220 for discharging the cathode gas passing through the fuel cell stack 100 ).

이때, 상기 캐소드 공급 매니폴드(210)는 상기 연료 전지 스택(100)의 하부에 배치되며, 상기 캐소드 배출 매니폴드(220)는 상기 연료 전지 스택(100)의 상부에 배치된다.At this time, the cathode supply manifold 210 is disposed below the fuel cell stack 100, and the cathode discharge manifold 220 is disposed above the fuel cell stack 100.

즉, 상기 캐소드 가스를 공급하는 캐소드 공급 매니폴드(210)는 상기 연료 전지 스택(100)의 하부에 배치되고 상기 연료 전지 스택(100)을 통과한 캐소드 가스가 배출되는 캐소드 배출 매니폴드(220)는 상기 연료 전지 스택(100)의 상부에 배치된다. That is, the cathode supply manifold 210 for supplying the cathode gas includes a cathode discharge manifold 220 disposed at a lower portion of the fuel cell stack 100 and through which the cathode gas passed through the fuel cell stack 100 is discharged, Is disposed on the upper portion of the fuel cell stack 100.

상기와 같은 캐소드 매니폴드의 배치에 따라서, 상기 캐소드 가스는 연료 전지 스택(100)의 하부에서 상부 방향으로 유동할 수 있다. Depending on the arrangement of the cathode manifold as described above, the cathode gas may flow upward in the lower portion of the fuel cell stack 100. [

캐소드 가스의 유량은 연료 전지 스택(100)의 내부 유량 중 가장 많은 양을 차지하므로, 상기 캐소드 가스가 하부에서 상부로 유동함에 따라서, 연료 전지 셀(110) 내의 전해질의 손실이 방지되거나, 또는 손실 속도가 최소화 될 수 있다.Since the flow rate of the cathode gas accounts for the largest amount of the internal flow rate of the fuel cell stack 100, the loss of the electrolyte in the fuel cell 110 is prevented or the loss Speed can be minimized.

즉, 연료 전지 셀(110) 내의 전해질은 유체의 흐름에 따라 외부로 전달되거나, 또는 유실될 수 있으며, 이러한 전해질은 외부와 연결된 덕트를 타고 유출됨으로써, 연료 전지 스택(100) 및 용융탄산염 연료 전지(1) 전체의 수명이 단축될 수 있다.In other words, the electrolyte in the fuel cell 110 may be transferred to the outside or may be discharged according to the flow of the fluid, and the electrolyte may flow out through the duct connected to the outside. Thus, the fuel cell stack 100 and the molten carbonate fuel cell (1) The whole lifetime can be shortened.

그러나, 본 발명에 따른 용융탄산염 연료 전지(1)는 상기와 같은 구조의 캐소드 매니폴드를 포함하여, 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 캐소드 가스는 중력에 대해 반대 방향 M 으로 유동할 수 있다. 이에 따라서, 상기 전해질이 외부로 전달되어 유출되는 것이 방지되거나, 또는 최소화될 수 있다. 따라서, 연료 전지 스택(100) 및 용융탄산염 연료 전지(1)의 수명이 연장될 수 있다. 아울러, 전해질이 위에서 아래로 흐를 경우, 내부에서 유동하는 캐소드 가스의 유동 방향과 반대방향이 되어 흐름 속도가 최소화되므로 전해질의 유출 속도가 최소화될 수 있다.However, the molten carbonate fuel cell 1 according to the present invention includes a cathode manifold having the above-described structure, and as shown in FIG. 2, the cathode gas can flow in the opposite direction M with respect to gravity. Accordingly, the electrolyte can be prevented from being delivered to the outside and outflowed, or minimized. Therefore, the lifetime of the fuel cell stack 100 and the molten carbonate fuel cell 1 can be prolonged. In addition, when the electrolyte flows from the top to the bottom, the flowing direction of the cathode gas flowing in the direction opposite to the flowing direction is minimized, so that the flow rate of the electrolyte can be minimized.

아울러, 상기와 같이 캐소드 가스의 유량은 연료 전지 스택(100)의 내부 유량 중 가장 많은 양을 차지하므로, 상기 연료 전지 스택(100)의 면적에 대응하여 대면적의 캐소드 매니폴드가 구성될 수 있으며, 또한 캐소드 공급 매니폴드(210)가 하부에 배치됨에 따라서 용융탄산염 연료 전지(1) 전체의 높이가 낮아질 수 있으므로 구조적인 안정성이 향상될 수 있다.In addition, since the flow rate of the cathode gas accounts for the largest amount of the internal flow rate of the fuel cell stack 100, a large-area cathode manifold can be formed corresponding to the area of the fuel cell stack 100 And the height of the entire molten carbonate fuel cell 1 can be lowered as the cathode supply manifold 210 is disposed at the lower portion, so that structural stability can be improved.

또한, 상기 캐소드 가스가 하부에서 상부로 유동되므로, 대용량의 캐소드 가스가 균일하게 유동하여 전달될 수 있으며, 연료 전지 스택(100)의 각 부분에서의 반응이 균일하게 이루어져 연료 전지 스택(100) 및 용융탄산염 연료 전지(1) 전체의 성능이 확보될 수 있다.In addition, since the cathode gas flows from the lower part to the upper part, a large amount of cathode gas can be uniformly flowed and transferred, and the reaction in each part of the fuel cell stack 100 is uniform, The performance of the entire molten carbonate fuel cell 1 can be secured.

바람직하게는, 상기 매니폴드는 애노드 가스가 유동하는 애노드 매니폴드를 포함하며, 상기 애노드 매니폴드는 애노드 가스를 상기 연료 전지 스택(100)에 공급하는 애노드 공급 매니폴드(310), 및 상기 연료 전지 스택(100)을 통과한 애노드 가스가 배출되는 애노드 배출 매니폴드(320)를 포함한다.Preferably, the manifold includes an anode manifold through which the anode gas flows, the anode manifold including an anode supply manifold 310 for supplying anode gas to the fuel cell stack 100, And an anode discharge manifold 320 through which the anode gas passed through the stack 100 is discharged.

즉, 캐소드 매니폴드와 같이 애노드 유체를 공급하는 애노드 매니폴드가 구비될 수 있다. 상기 애노드 유체는 CH4 및 H2O 를 포함하며, 유체 이동간에 H2 가 생성될 수 있다.That is, an anode manifold for supplying an anode fluid such as a cathode manifold may be provided. The anode fluid comprises CH4 and H2O, and H2 can be generated between fluid movements.

이때, 바람직하게는, 상기 애노드 공급 매니폴드(310) 및 애노드 배출 매니폴드(320)는 각각 상기 연료 전지 스택(100)의 좌우에 각각 배치되게 구성된다.At this time, the anode supply manifold 310 and the anode discharge manifold 320 are respectively disposed on the right and left sides of the fuel cell stack 100, respectively.

즉, 캐소드 매니폴드의 배치와 같이, 애노드 매니폴드를 구성하는 애노드 공급 매니폴드(310), 및 애노드 배출 매니폴드(320)는 상기 연료 전지 스택(100)에 대해서 소정의 배치를 가질 수 있으며, 상기 애노드 공급 매니폴드(310)와 애노드 배출 매니폴드(320)는 상기 연료 전지 스택(100)의 좌우에 각각 배치될 수 있다.That is, the anode supply manifold 310 and the anode discharge manifold 320 constituting the anode manifold, such as the arrangement of the cathode manifolds, may have a predetermined arrangement with respect to the fuel cell stack 100, The anode supply manifold 310 and the anode discharge manifold 320 may be disposed on the right and left sides of the fuel cell stack 100, respectively.

상기와 같은 배치에 따라서, 상기 애노드 가스는 연료 전지 스택(100)의 좌우 방향으로 유동할 수 있다. 즉, 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 애노드 가스는 좌우 방향 N 으로 유동하며, 캐소드 가스는 상방향 M 으로 유동하여, 애노드 가스와 캐소드 가스는 서로 교차하여 유동할 수 있다. According to the above arrangement, the anode gas can flow in the lateral direction of the fuel cell stack 100. That is, as shown in FIG. 2, the anode gas flows in the left-right direction N, and the cathode gas flows in the upward direction M, so that the anode gas and the cathode gas can cross each other.

이에 따라서, 상기 애노드 가스와 캐소드 가스의 연료 전지 스택(100)의 각 부분에 균일하게 공급되는 것이 달성될 수 있다. 또한, 상기 애노드 가스와 캐소드 가스가 교차하여 유동하므로 연료 전지 스택(100)이 배치된 공간 내에서 가스의 혼합과 같은 가스 유동의 적절한 제어가 이루어져, 본 발명에 따른 용융탄산염 연료 전지(1)의 성능이 개선될 수 있다.Accordingly, uniform supply of the anode gas and the cathode gas to each portion of the fuel cell stack 100 can be achieved. In addition, since the anode gas and the cathode gas flow alternately, appropriate control of the gas flow such as mixing of the gas is performed in the space where the fuel cell stack 100 is disposed, so that the molten carbonate fuel cell 1 according to the present invention Performance can be improved.

이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It should be understood that various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention.

100: 연료 전지 스택 110: 단위 전지 셀100: Fuel cell stack 110: Unit cell

Claims (6)

산화 환원 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 용융탄산염 연료 전지에 있어서,
한 쌍의 애노드 전극판과 캐소드 전극판 사이에 알칼리 탄산염 전해질을 함유하는 다공성의 매트릭스 판이 구비되는 구성을 갖는 연료 전지 셀이 복수 개 전후 방향으로 적층된 구조를 갖는 연료 전지 스택; 및
상기 연료 전지 스택에 대해서 유체가 공급되거나 또는 배출되도록 하는 매니폴드;를 포함하며,
상기 매니폴드는,
유체가 안내되어 유동할 수 있는 덕트 구조를 갖되,
상기 연료 전지 스택의 캐소드 전극판에 공급되는 캐소드 가스가 유동하는 캐소드 매니폴드, 및
상기 연료 전지 스택의 애노드 전극판에 공급되는 애노드 가스가 유동하는 애노드 매니폴드를 포함하며,
상기 캐소드 매니폴드는,
캐소드 가스를 상기 연료 전지 스택에 공급하는 캐소드 공급 매니폴드, 및 상기 연료 전지 스택을 통과한 캐소드 가스가 배출되는 캐소드 배출 매니폴드를 포함하되,
상기 캐소드 공급 매니폴드는,
상기 연료 전지 스택의 하부에 배치되며,
상기 캐소드 배출 매니폴드는,
상기 연료 전지 스택의 상부에 배치되되,
상기 캐소드 가스가 상기 연료 전지 셀을 하부에서 상부 방향으로 통과하여 유동하도록 배치되어, 상기 캐소드 가스가 상기 전해질의 흐름 방향인 중력 방향에 대해 반대방향으로 유동함으로써, 전해질의 유출을 방지하며,
상기 애노드 매니폴드는,
애노드 가스를 상기 연료 전지 스택에 공급하는 애노드 공급 매니폴드, 및 상기 연료 전지 스택을 통과한 애노드 가스가 배출되는 애노드 배출 매니폴드를 포함하되,
상기 애노드 공급 매니폴드 및 애노드 배출 매니폴드는,
각각 상기 연료 전지 스택의 좌우에 각각 배치되되 상기 애노드 가스가 상기 연료 전지 셀을 좌우 방향으로 통과하여 유동하도록 배치되어,
상기 애노드 가스와 상기 캐소드 가스가 교차하여 유동하는 연료 전지.

A molten carbonate fuel cell for producing electrical energy through a redox reaction,
A fuel cell stack having a structure in which a plurality of fuel cell cells having a structure in which a porous matrix plate containing an alkali carbonate electrolyte is provided between a pair of anode electrode plates and a cathode electrode plate are stacked in a longitudinal direction; And
And a manifold for supplying or discharging fluid to the fuel cell stack,
Wherein the manifold comprises:
A duct structure capable of guiding and flowing the fluid,
A cathode manifold through which the cathode gas supplied to the cathode electrode plate of the fuel cell stack flows, and
And an anode manifold through which an anode gas supplied to an anode electrode plate of the fuel cell stack flows,
Wherein the cathode manifold comprises:
A cathode supply manifold for supplying a cathode gas to the fuel cell stack; and a cathode discharge manifold through which the cathode gas passed through the fuel cell stack is discharged,
The cathode supply manifold includes:
A fuel cell stack disposed below the fuel cell stack,
The cathode discharge manifold includes:
A fuel cell stack disposed above the fuel cell stack,
Wherein the cathode gas is arranged to flow through the fuel cell cell from the lower portion to the upper portion so that the cathode gas flows in a direction opposite to the direction of gravity that is the flow direction of the electrolyte,
Wherein the anode manifold comprises:
An anode supply manifold for supplying an anode gas to the fuel cell stack, and an anode discharge manifold through which an anode gas passed through the fuel cell stack is discharged,
Wherein the anode supply manifold and the anode discharge manifold are connected to each other,
Wherein the anode gas is arranged to flow through the fuel cell stack in the left-right direction,
Wherein the anode gas and the cathode gas cross flow.

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