KR101678696B1 - 연료전지 스택 모듈에 사용하기 위한 아노드 가스 산화기 및 집적된 외부 매니폴드를 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체 - Google Patents
연료전지 스택 모듈에 사용하기 위한 아노드 가스 산화기 및 집적된 외부 매니폴드를 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체 Download PDFInfo
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Abstract
모듈형 연료전지 스택 조립체는 다수의 스택 표면과 상기 스택 표면 사이에 형성된 다수의 스택 모서리를 각각 갖는 다수의 연료전지 스택과, 상기 다수의 연료전지 스택을 수용하고 또한 연료 및 옥시던트 가스를 상기 연료전지 스택에 제공하기 위한 수용 구조물을 포함하며; 상기 다수의 스택 표면은 상기 연료전지 스택의 캐소드측에 사용하기 위해 옥시던트 가스를 수취하도록 적용된 캐소드 입구면과, 상기 캐소드측으로부터 캐소드 배기를 배출하도록 적용된 캐소드 출구면과, 상기 연료전지 스택의 아노드측에 사용하기 위해 연료를 수취하도록 적용된 아노드 입구면과, 상기 아노드측으로부터 아노드 배기를 배출하도록 적용된 아노드 출구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면과 캐소드 출구면과 아노드 입구면과 아노드 출구면중 적어도 하나는 매니폴드없는 개방된 표면이며, 상기 수용 구조물은 적어도 하나의 상기 개방된 표면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 포함한다. 또한, 다수의 연료전지 스택과, 연료전지 스택으로부터의 아노드 배기를 수취하고 아노드 배기를 사용하여 옥시던트 가스를 발생시키고 상기 옥시던트 가스를 연료전지 스택에 분배하기 위해 상기 연료전지 스택의 중앙에 배치되도록 적용된 산화기와, 상기 다수의 연료전지 스택 및 산화기를 수취하며 연료를 수취하고 상기 연료를 연료전지 스택에 분배하도록 적용된 수용 구조물을 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체가 제공된다.
Description
본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 특히 멀티스택(multi-stack) 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지 시스템의 제조에 있어서, 연료전지 스택을 형성하기 위해서는 통상적으로 하나의 연료전지 위에 다른 하나의 연료전지가 적층된다. 전지의 갯수는 스택의 파워 등급을 결정하며, 높은 파워 등급을 갖는 시스템을 제공하기 위해 다수의 전지 스택이 사용되며, 연료전지 스택의 배출은 원하는 파워 배출을 제공하도록 조합된다.
멀티스택 연료전지 시스템의 하나의 형식에 있어서, 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체는 직사각형 또는 박스형 포위부(enclosure)내에 수용되고 상기 포위부의 길이를 따라 직선형으로 배열된 다수의 연료전지 스택을 포함한다. 포위부내의 각각의 스택은 스택을 작동시키는데 필요한 연료 및 옥시던트(oxidant) 가스를 수취(receive)하기 위한 입구 매니폴드와, 상기 스택으로부터 배기 연료 및 옥시던트 가스를 배출하기 위한 출구 매니폴드를 갖는다. 상기 포위부는 배관이나 도관을 통해 스택의 각각의 연료 및 옥시던트 가스 입구 매니폴드와 연통하기 위한 연료 및 옥시던트 가스 입구 포트와, 배관을 통해 옥시던트 및 연료 가스 출구 매니폴드와 연통하기 위한 연료 및 옥시던트 가스 출구 포트를 포함한다.
이런 시스템에서, 적절하고 균일한 흐름 분포와 스택을 통한 희망 압력 차이(pressure differential)를 보증하기 위하여, 배관이나 도관에는 연료 및 옥시던트 가스 입구 포트를 각각의 스택 입구 매니폴드에 연결하는 흐름 배플(flow baffle)이 제공된다. 스택을 포위부로부터 단열하기 위해 각각의 스택과 포위부내의 배관도 절연된다. 콜드 박스 형태의 포위부 디자인은 연료 및 옥시던트 밀봉부를 가로지르는 압력 차이를 최소화하기 위해 포위부의 외측 뿐만 아니라 내측에도 열팽창 조인트를 필요로 한다. 연료전지 스택으로부터 포위부내로의 미소한 누설을 퍼지하기 위해 질소도 제공된다.
상술한 형식의 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체는 원하는 바대로 실행되지만, 배관 및 배플에 관한 요구는 각각의 조립체를 복잡하게 값비싸게 한다. 열팽창에 관한 요구도 엄격하며, 각각의 조립체의 비용을 증가시킨다. 또한, 질소 가스 퍼지에 대한 요구는 프로세스 제어 요구를 증가시키는 또 다른 가스 스트림을 부가하였다. 이러한 요소들은 디자이너로 하여금 복잡하지 않으면서도 비용이 저렴한 디자인 대안을 찾게 하였다.
동일한 양수인에게 양도된 미국특허 제7,323,270호에는 스택 흐름 분포 및 차동 압력(differential pressure) 요구가 간단하면서도 더욱 효과적인 형식으로 실현되고 도입 및 배출 포트와 배관 요구가 상당히 감소되는 개량된 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체가 서술되어 있다. 상기 미국특허 제7,323,270호에는 스택이 포위부 또는 수용 구조물(containment structure)내에 배치되고 수취된 연료 가스를 분배하기 위해 또한 스택으로부터 배기된 연료 및 옥시던트 가스를 수취하기 위해 상기 구조물내에 가스 분배기를 포함하는 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체도 서술되어 있다. 가스 분배기는 스택을 통과하는 원하는 균일한 가스 흐름 및 균일한 압력 편차를 촉진시키기 위하여 구조물내에서 연료전지 스택의 중앙에 대칭으로 배치된다. 미국특허 제7,323,270호의 분배기는 수취된 연료를 동일한 길이의 도관을 통해 각각의 연료전지 스택의 매니폴드로 분배하는 제1부분과, 동일한 길이의 도관을 통해 각각의 스택으로부터 배기된 연료 가스를 수취하기 위한 제2부분과, 동일한 길이의 도관을 통해 각각의 스택으로부터 배기된 옥시던트 가스를 수취하기 위한 제3부분을 포함한다.
조립체의 제조 및 유지보수 비용을 절감하고 조립체의 수명을 연장시키고 그 성능을 개량하기 위해 신뢰성의 개선과 양호한 접근성 및 실용성을 위한 더욱 진보된 모듈형 멀티스택 조립체를 제공할 것이 요망된다. 또한, 연료전지 캐소드 격실(compartment)에 사용하기 위한 옥시던트 가스를 발생하기 위해 조립체내에 아노드 배기 가스의 사용을 허용하는 공간절약 디자인을 갖는 개량된 멀티스택 조립체를 제공할 것도 요망된다.
따라서, 본 발명의 목적은 옥시던트 가스가 각각의 연료전지 스택의 옥시던트 입구면으로 공급되는 더욱 단순화된 모듈형 멀티스택 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 아노드 배기 및 도입 옥시던트 가스를 수취하고 스택의 캐소드측에 사용하기 위한 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 포위부내에 적어도 하나의 산화기 유니트를 포함하는 모듈형 멀티스택 조립체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 조립체내에 개량된 가스 분리 및 분배를 위해 포위부내에 다수의 밀봉 영역이 형성되는 모듈형 멀티스택 조립체를 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적 및 기타 다른 목적은 << 청구범위 제1항 >> . 모듈형 연료전지 스택 조립체는 수용 구조물내에 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위해 밀봉 조립체를 부가로 포함하며; 상기 밀봉 조립체는 상기 적어도 하나의 개방면에 인접한 스택 모서리에 적용되는 밀봉 프레스(press) 조립체를 각각 포함하는 다수의 밀봉부와, 상기 밀봉 프레스 부재를 스택 모서리에 보유하기 위해 힘을 제공하는 스프링 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체에 밀봉가능하게 연결된 적어도 하나의 분리 부재를 포함한다.
모듈형 연료전지 스택 조립체의 이런 실시예에서 각각의 캐소드 입구면과, 캐소드 출구면과, 아노드 입구면과, 아노드 출구면은 각각 개방면이고 매니폴드를 포함하지 않으며, 수용 구조물은 상기 스택의 입구면을 밀봉가능하게 둘러싸서 격리시키기 위해 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 입구 챔버와, 스택의 캐소드 출구면을 밀봉가능하게 둘러싸고 격리시키기 위해 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 출구 챔버를 포함한다. 일부 실시예에서, 캐소드 입구 챔버는 스택의 모든 캐소드 입구면을 둘러싸는 공통 캐소드 입구 챔버이며, 모듈형 연료전지 스택 조립체는 상기 공통 캐소드 입구 챔버내에서 중앙에 배치된 산화기를 부가로 포함한다.
이런 실시예에서, 캐소드 입구 및 캐소드 출구와 아노드 입구 및 아노드 출구 챔버를 형성하기 위해 사용된 밀봉부는 제1모서리를 밀봉하도록 사용된 적어도 제1밀봉 구조물(construction)과 제2모서리를 밀봉하기 위해 사용된 제2밀봉 구조물중 하나를 포함한다. 제2모서리는 아노드 입구 및 캐소드 입구면에 인접한 스택 모서리를 포함하며, 제2밀봉 구조물의 밀봉부는 캐소드 입구 챔버 및 아노드 입구 챔버를 형성하는데 사용된다.
다른 실시예에서, 모듈형 연료전지 스택 조립체는 연료 및 옥시던트 가스를 수취하고 아노드 배기 및 캐소드 배기를 배출하도록 적용된 다수의 연료전지 스택과, 상기 연료전지 스택의 중앙에 배치된 산화기 조립체와, 다수의 연료전지 스택 및 산화기 조립체를 수용하며 연료를 수취하고 상기 연료를 연료전지 스택에 분배하도록 적용된 수용 구조물을 포함하며; 상기 산화기는 아노드 배기를 사용하여 옥시던트 가스를 발생시키고 연료전지 스택에 사용하기 위한 옥시던트 가스를 배출하기 위해 연료전지 스택으로부터 아노드 배기를 수취하도록 적용된다. 이런 실시예에서, 각각의 연료전지 스택은 매니폴드가 없는 개방면인 캐소드 입구면을 포함하며, 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위해 옥시던트 가스를 수용 구조물로 배출한다. 연료전지 스택은 각각의 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 산화기 조립체와 대면하도록 수용 구조물내에 배치된다. 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기도 수취하도록 적용되며; 아노드 배기와 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 아노드 배기와 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 적어도 하나의 산화기 유니트를 직접 따르며(directly following) 고온 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 고온 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함한다. 믹서-추출기 조립체는 상향 방향으로 신장되며 아노드 배기를 수취하기 위한 제1입구와, 제1공기 부분을 수취하기 위한 제2입구와, 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 상기 산화기 유니트로 배출하기 위한 출구를 구비하는 추출기 튜브를 포함하며; 상기 제1 및 제2입구는 추출기 튜브의 하단부에 배치되고, 상기 제2입구는 제1입구 보다 추출의 낮은 지점에 배치되고, 상기 출구는 추출기 튜브의 상단부에 배치된다.
상술한 바와 같은 특징부와 기타 다른 특징부 및 본 발명의 특징은 첨부의 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.
도1은 수용 구조물내에 수용되는 4개의 연료전지 스택을 포함하는 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체의 3차원 사시도.
도2는 수용 구조물의 상부 포위부가 제거된 도1의 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체의 사시도.
도3은 2개의 연료전지 스택과 수용 구조물의 상부 포위부가 제거된 도2의 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체의 사시도.
도4는 도2의 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체의 평면도.
도5는 다수의 밀봉 조립체를 사용하여 다수의 밀봉 영역을 형성하는 수용 구조물에 의해 수용된 2개의 연료전지 스택을 갖는 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체를 도시한 도면.
도6a는 도5의 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체에 사용된 밀봉 조립체의 하나의 형상을 도시한 상세도.
도6b는 도5의 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체에 사용된 밀봉 조립체의 다른 형상을 도시한 상세도.
도7은 다수의 밀봉 영역을 형성하는 수용 포위부에 의해 수용된 4개의 연료전지 스택을 포함하는 모듈형 멀티스택 조립체의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도8은 도5의 모듈형 멀티스택 조립체를 형성하는 방법을 도시한 도면.
도2는 수용 구조물의 상부 포위부가 제거된 도1의 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체의 사시도.
도3은 2개의 연료전지 스택과 수용 구조물의 상부 포위부가 제거된 도2의 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체의 사시도.
도4는 도2의 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체의 평면도.
도5는 다수의 밀봉 조립체를 사용하여 다수의 밀봉 영역을 형성하는 수용 구조물에 의해 수용된 2개의 연료전지 스택을 갖는 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체를 도시한 도면.
도6a는 도5의 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체에 사용된 밀봉 조립체의 하나의 형상을 도시한 상세도.
도6b는 도5의 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체에 사용된 밀봉 조립체의 다른 형상을 도시한 상세도.
도7은 다수의 밀봉 영역을 형성하는 수용 포위부에 의해 수용된 4개의 연료전지 스택을 포함하는 모듈형 멀티스택 조립체의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도8은 도5의 모듈형 멀티스택 조립체를 형성하는 방법을 도시한 도면.
도1 내지 도4는 스택(2a, 2b, 2c, 2d)으로 도시된 다수의 연료전지 스택(2)과, 산화기 조립체(6)를 포함하는 모듈형 연료전지 조립체(1)의 예시적인 여러 실시예를 도시하고 있다. 상기 다수의 연료전지 스택(2) 및 산화기 조립체(6)는 베이스 부분(10a)과 상부 포위부(10b)를 포함하는 공통의 수용 구조물(10)의 내부에 수용된다. 조립체(1)의 다른 부품들의 관찰을 허용하기 위해, 스택을 둘러싸고 포위하는 상부 포위부 및 산화기는 도2 내지 도4에서 제거되었다. 조립체(1)의 중앙 부품들을 명확히 표현하기 위해, 스택(2a, 2b)은 도3에 도시되지 않았지만, 도1과 도2 및 도4에는 도시되었다.
도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 스택(2a-2d)은 수직방향으로 각각 신장되며, 수용 구조물(10)의 베이스 부분(10a)상에 지지된다. 연료전지 스택(2a-2d)은 연료 및 옥시던트 가스를 수취하고 아노드 배기 및 캐소드 배기를 배출하도록 적용된다. 산화기 조립체(6)는 스택(2a-2d)에 대해 중앙에 배치되며, 스택(2a-2d)에 의해 배출된 아노드 배기를 수취하고 스택(2a-2d)에 사용하기 위한 옥시던트 가스를 발생시키도록 적용된다. 하기에 상세히 서술되는 바와 같이, 산화기 조립체(6)는 조립체(6)에서 아노드 배기와 혼합되기 위해 또한 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기의 제1부분 또는 주 공기와, 조립체(6)에 발생된 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 공기의 제2부분 또는 부 공기를 수취하도록 적용된다.
도1에 도시된 바와 같이, 수용 구조물(10)은 연료전지 스택(2a-2d) 및 산화기 조립체(6)를 둘러싸서 포위하는 상부 포위부(10b)를 포함한다. 수용 구조물(10)은 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이 스택(2a-2d) 및 산화기 조립체(6)에 사용하기 위한 입구 연료 및 공기를 수취하고 스택에 의해 생산된 캐소드 배기를 배출하기 위해 다수의 포트를 포함한다. 도시된 바와 같이, 수용 구조물(10)은 유입되는 연료를 수취하기 위한 연료 입구 포트(12)와, 유입되는 주 공기를 수취하기 위한 주 공기 입구 포트(14)와, 유입되는 부 공기를 수취하기 위한 적어도 하나의 부 공기 입구 포트(16)와, 연료전지 스택에 의해 배출된 캐소드 배기를 수취하고 상기 캐소드 배기를 조립체(1)로부터 배출하기 위한 적어도 하나의 캐소드 배기 출구 포트(18)를 포함한다. 도1 내지 도4에 도시된 예시적인 실시예에서, 수용 구조물은 2개의 부 공기 입구 포트(16a, 16b)와, 2개의 캐소드 출구 포트(18a, 18b)를 포함한다. 그러나, 입구 및 출구 포트(12, 14, 16, 18)의 갯수는 연료전지 스택 및 산화기 조립체의 형상과 요구에 따라 변화된다.
도1 내지 도4에서, 입구 포트(12, 14, 16a, 16b)는 수용 구조물(10)의 제1면에 입구 포트(12, 14, 16a, 16b)를 지지하는 제1비석(tombstone)(11) 또는 입구 포트 지지 구조물을 포함하는 입구 포트 조립체를 형성한다. 또한 도시된 바와 같이, 출구 포트(18a)는 상기 제1면에 인접한 수용 구조물(10)의 제2면에 출구 포트 조립체로서 형성되며, 상기 출구 포트 조립체는 출구 포트(18a)를 지지하기 위해 출구 비석(15) 또는 출구 포트 지지 구조물을 포함한다. 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 제2면과 반대측인 수용 구조물(10)의 제3면에는 유사한 구조의 다른 출구 포트 조립체가 형성되므로, 각각의 출구 포트 조립체는 연료전지 스택에서 생산된 캐소드 배기의 일부를 배출하기 위해 사용될 수 있다.
도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 조립체(1)는 입구 및 출구 포트(12, 18)를 연료전지 스택(2a-2d)의 각각의 부분과 연결하기 위한 배관 또는 도관과, 입구 포트(14, 16)를 산화기 조립체(6)의 각각의 부분과 연결하기 위한 배관 또는 도관을 포함하는 도관 조립체를 포함한다. 특히, 도관 조립체는 입구 포트(12)를 통해 조립체(1)로 도입된 연료가 연료 입구 도관 조립체(22)에 의해 수취되고 도관에 의해 각각의 연료전지 스택(2a-2d)으로 분배되거나 공급되도록, 입구 포트(12)를 각각의 연료전지 스택(2a-2d)과 연결하기 위한 연료 입구 배관 또는 도관 조립체(22)를 포함한다. 도3 및 도4에 도시된 예시적인 실시예에서, 연료 입구 도관 조립체(22)는 연료의 일부를 각각 수취하고 각각의 연료 부분을 연료전지 스택쌍으로 각각 이송하는 2개의 도관(22b, 22c)으로 분할되거나 분기되는 제1도관(22a)을 통해 입구 포트(12)로부터 도입된 연료를 수취한다. 도시된 바와 같이, 도관(22b)은 연료의 제1부분을 연료전지 스택(2a, 2b)을 포함하는 하나의 연료전지 스택쌍으로 이송하며, 도관(22c)은 연료의 제2부분을 연료전지 스택(2c, 2d)을 포함하는 다른 연료전지 스택쌍으로 이송한다. 그후, 각각의 도관(22b, 22c)은 각각의 연료전지 스택에 연결되어 각각의 연료 부분을 연료전지 스택으로 이송하는 2개의 도관(22b1, 22b2 및 22c1, 22c2)으로 분기되거나 분할된다. 따라서, 도3 및 도4에 도시된 예시적인 실시예에서, 도관(22b1, 22b2)은 연료를 연료전지 스택(2a, 2b)으로 각각 이송하고, 도관(22c1, 22c2)은 연료를 연료전지 스택(2c, 2d)으로 이송한다. 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 도관(22b, 22c)은 동일한 또는 실질적으로 동일한 길이 및 직경을 가지며, 도관(22b1, 22b2, 22c1, 22c2)도 동일하거나 실질적으로 동일한 길이 및 직경을 가지므로, 조립체(1)로 도입된 연료는 스택(2a-2d)으로 공급되는 동일한 부분으로 분할된다. 각각의 도관(22b1, 22b2, 22c1, 22c2)을 통해 각각의 스택(2a-2d)에 수취된 연료는 각각의 스택의 아노드측에 사용되기 전에 캐소드 배기로부터의 열을 사용하여 예열되는 각각의 연료전지 스택의 단부판 조립체로 이송된다.
도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 캐소드 배기 출구 포트(18)는 캐소드 배기 배관 또는 도관 조립체(28)를 사용하여 각각의 연료전지 스택(2a-2d)과 연결된다. 도시된 실시예에서, 제1출구 포트(18a)는 제1캐소드 배기 도관(28a)을 사용하여 제1연료전지 스택(2a)에 연결되고, 제2캐소드 배기 도관(28b)을 사용하여 제2연료전지 스택(2b)에 연결된다. 제2출구 포트(18b)는 제3캐소드 배기 도관(28c)을 사용하여 제3연료전지 스택(2c)에 연결되고, 제4캐소드 배기 도관(28d)을 사용하여 제4연료전지 스택(2d)에 연결된다. 도1 내지 도4에 도시된 예시적인 실시예에서, 캐소드 배기 도관(28a-28d)은 동일한 또는 실질적으로 동일한 길이 및 직경을 가지므로, 스택(2a-2d)으로부터의 캐소드 배기는 실질적으로 동일한 흐름율로 배출된다. 각각의 연료전지 스택(2a-2d)에 있어서, 캐소드 배기는 캐소드 배기로부터의 열이 도관(22b1, 22b2, 22c1, 22c2)으로부터 공급된 연료를 예열하는데 사용되는 스택의 단부판을 먼저 통과하며, 그후 캐소드 배기를 대응하는 출구 포트(18a, 18b)로 각각 이송하는 각각의 캐소드 배기 도관(28a-28d)으로 배출된다.
도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 주 공기 입구 포트(14)는 주 공기를 입구 포트(14)로부터 산화기 조립체(6)로 이송하는 주 공기 배관 또는 도관 조립체(24)를 사용하여 산화기 조립체(6)와 연결된다. 각각의 부 공기 입구 포트(16a, 16b)는 부 공기 배관 또는 도관 조립체(26)를 사용하여 산화기 조립체(6)와 연결된다. 주 공기 도관 조립체(24) 및 부 공기 도관 조립체와 산화기 조립체(6)의 형상 및 연결은 하기에 상세히 서술될 것이다.
조립체(1)는 각각의 스택(2a-2d)으로부터 배출된 아노드 배기를 산화기 조립체(6)로 이송하기 위해 연료전지 스택(2a-2d)을 산화기 조립체(6)와 연결하는 아노드 배기 배관 또는 도관 조립체(20)를 부가로 포함한다. 특히, 아노드 배기 도관 조립체(20)는 제1연료전지 스택(2a)으로부터 산화기 조립체(6)로 배출된 아노드 배기를 이송하기 위한 제1아노드 배기 도관(20a)과, 아노드 배기를 제2연료전지 스택(2b)으로부터 산화기 조립체(6)로 이송하기 위한 제2아노드 배기 도관(20b)과, 아노드 배기를 제3연료전지 스택(2c)으로부터 산화기 조립체로 이송하기 위한 제3아노드 배기 도관(20c)과, 아노드 배기를 제4연료전지 스택(2d)으로부터 산화기 조립체(6)로 이송하기 위한 제4아노드 배기 도관(20d)을 포함한다. 도1 내지 도4에 도시된 예시적인 실시예에서, 도관(20a-20d)은 동일한 또는 실질적으로 동일한 길이를 갖는다.
산화기 조립체(6) 및 도관 조립체(22, 24, 26, 28)는 스택(2a-2d)을 통한 원하는 균일한 가스 흐름 및 원하는 균일한 압력 차이를 촉진시키도록 적용된다. 도1 내지 도4에 도시된 실시예에서, 이것은 산화기 조립체(6)를 스택의 중앙에 대칭으로 노출시킴으로써 달성된다. 또한, 연료를 스택(2a-2d)에 제공하기 위해 동일한 길이의 도관(22b, 22c)과 동일한 길이의 도관(22b1, 22b2, 22c1, 22c2)을 사용하고 아노드 배기를 산화기 조립체(6)로 이송하기 위해 동일한 길이의 도관(20a-20d)을 사용하고 캐소드 배기를 캐소드 출구 포트(18)로 이송하기 위해 동일한 길이의 도관(28a-28d)을 사용하면 조립체(1)의 스택(2a-2d)을 통한 균일한 가스 흐름 및 균일한 압력 차이를 더욱 촉진시킨다. 그 결과, 압력 차이 및 가스 흐름 균일성을 제공하기 위한 부가의 부품에 대한 필요성이 상당히 감소되고, 흐름 분배와 연관된 전체적인 에너지 손실도 최소화된다.
도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 산화기 조립체(6)는 도3에 상세히 도시된 도시된 수직방향의 형상을 가지며, 아노드 배기 및 주 공기를 수취 및 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체(30)와, 옥시던트 가스를 생산하기 위해 아노드 배기 및 주 공기의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트(32)를 포함한다. 산화기 조립체(6)는 도1 내지 도4에 도시된 후드(hood) 형상으로 도시된, 산화기 유니트(32)에 이어지는 옥시던트 배출부(34)도 포함한다. 출력 후드(34)는 산화기 유니트(32)에 의해 생산된 옥시던트 가스를 수취하기 위해 산화기 유니트(32)에 바로 이어지며, 부 공기를 수취하고 산화기 유니트(32)로부터의 옥시던트 가스와 부 공기 사이의 혼합을 제공하도록 적용된다. 그 결과, 부 공기는 산화기 유니트(32)루부터의 옥시던트 가스를 냉각하며, 출력 후드(34)는 연료전지 스택(2a-2d)의 캐소드측에 사용하기 적합한 냉각된 옥시던트 가스를 배출한다.
도3에 도시된 예시적인 실시예에서, 산화기 조립체(6)는 2개의 유사한 산화기 조립체로서 형성되며; 제1믹서-추출기 조립체(30a)와, 제1산화기 유니트(32a)와, 상기 제1산화기 유니트(32a)에 이어지는 제1출력 후드(34a)와, 제2믹서-추출기 조립체(30b)와, 제2산화기 유니트(32b)와, 상기 제2산화기 유니트(32b)에 이어지는 제2출력 후드(34b)를 포함한다. 믹서 추출기 조립체(30a)는 제1 및 제2도관(20a, 20b)을 통해 제1 및 제2스택(2a, 2b)으로부터 각각 아노드 배기와 주 공기 도관 조립체(24)로부터 주 공기의 일부를 수취하고, 고온의 옥시던트 가스를 생산하기 위해 혼합물을 산화시키도록 적용된다. 산화기 조립체(6)의 제2믹서-추출기 조립체(30b)는 제3 및 제4스택(2c, 2d)으로부터의 아노드 배기와 도관 조립체(24)로부터 주 공기의 나머지 부분을 수취하도록 적용되며, 제2산화기 유니트(32b)는 제2믹서 추출기 조립체(30b)로부터 아노드 배기 및 주 공기의 혼합물을 수취하도록 적용되며, 제2출력 후드(34b)는 도관 조립체(26)를 통해 공급된 부 공기의 나머지 부분과 제2산화기(32b)에 의해 생산된 옥시던트 가스를 수취하고 스택(2a-2d)에 사용하기 위해 냉각된 옥시던트 가스의 제2부분을 배출한다.
도3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2믹서-추출기 조립체(30a, 30b)는 아노드 배기와 추출기 튜브에 의해 수취된 주 공기를 혼합하고 아노드 배기 및 주 공기의 혼합물을 제1 및 제2산화기 유니트(32a, 32b)로 이송하기 위해 가늘고 긴 통로를 형성하는 추출기 튜브(31a, 31b)를 각각 포함한다. 각각의 추출기 튜브(31a, 31b)는 도관 조립체(24)로부터 주 공기 또는 주 공기의 일부를 수취하기 위한 공기 입구(31a1, 31a2)와, 하나 이상의 도관(20a-20d)으로부터 하나 이상의 스택(2a-2d)에 의해 생산된 아노드 배기를 수취하기 위한 적어도 하나의 아노드 배기 입구(31a2, 31b2)를 포함한다. 도시된 예시적인 실시예에서, 각각의 추출기 튜브(31a, 31b)는 추출기 튜브(31a, 31b)의 가장 낮은 단부에서 주 공기 입구(31a1, 31b1)를 통해 주 공기의 일부를 수취한다. 제1추출기 튜브(31a)는 아노드 배기 입구(31a2)를 통해 2개의 연료전지 스택(2a, 2b)으로부터 아노드 배기를 수취하며, 제2추출기 튜브(31b)는 아노드 배기 입구(31b2)를 통해 나머지 2개의 연료전지 스택(2c, 2d)으로부터 아노드 배기를 수취하며, 각각의 아노드 배기 입구(31a2, 31b2)는 주 공기 입구(31a1, 31b1) 위에서 각각의 추출기 튜브(31a, 31b)의 가장 낮은 단부 근처에 배치된다.
추출기 튜브(31a, 31b)는 아노드 배기와 주 공기 사이의 혼합을 촉진시키는 매우 긴 흐름 길이를 가지며, 압력 강하를 최소로 하기 위해 가스가 통과하는 매우 큰 흐름 영역을 제공한다. 추출기 튜브의 적절한 흐름 길이는 5 피트 내지 10 피트 사이 이다. 또한, 추출기 튜브(31a, 31b)는 속도를 증가시키고 주 공기의 압력을 낮춤으로써 그 결과 아노드 배기 입구(31a2, 31b2)에서 아노드 배기 가스의 압력을 낮추고 추출기 튜브(31a, 31b)를 통해 아노드 배기를 흡입하도록 설계된다. 이런 형식으로, 아노드 배기와 주 공기 사이의 혼합과 추출기 튜브를 통한 아노드 배기 및 주 공기의 운동이 촉진된다. 믹서-추출기 조립체의 실시예는 동일 양수인에게 양도되고 본 발명에 참조인용된 미국특허 제6,902,840호에 기재되어 있다. 상기 미국특허 제6,902,840호에 기재된 믹서-추출기 조립체는 수평 형상을 가지며, 도1 내지 도4의 산화기 조립체(6)에서 수직으로 지향된 또는 직립의 추출기 튜브(31a, 31b)로서 사용하도록 적용될 수 있다.
제1 및 제2산화기 유니트(32a, 32b)는 각각 제1 및 제2믹서-추출기 조립체(30a, 30b)를 직접 흐르게 하므로, 각각의 믹서-추출기 조립체의 추출기 튜브로부터의 주 공기와 아노드 배기의 혼합물은 각각의 산화기 유니트(32a, 32b)를 통과한다.
각각의 제1 및 제2산화기 유니트(32a, 32b)는 아노드 배기 및 주 공기의 혼합물이 촉매 베드(bed)를 통과할 때 아노드 배기에 남아있는 그 어떤 탄화수소 연료를 산화시키고 옥시던트 가스를 생산하기 위해 아노드 배기가 주 공기와 산화 반응을 거치도록, 산화 촉매를 포함하는 촉매 베드를 포함한다. 도3에 도시된 예시적인 형상에 있어서, 각각의 제1 및 제2산화기 유니트(32a, 32b)의 촉매 베드는 추출기 튜브를 따라 가스 흐름의 방향에 대해 각도를 이루면서 각각의 추출기 튜브(31a, 31b)의 출구에 또는 출구 근처에 배치된다. 특히, 각각의 산화기 유니트(32a, 32b)의 촉매 베드는 각각의 추출기 튜브(31a, 31b)의 폭이 상향 방향으로 점진적으로 감소되도록 배치된다. 산화기 유니트(32a, 32b)의 촉매 베드의 이러한 배치는 아노드 배기 및 주 공기 혼합물에 노출되고 이에 접촉되는 촉매 베드의 넓은 표면적을 제공하며, 산화기의 촉매 베드를 따른 압력 차이를 최소화한다.
상술한 바와 같이, 각각의 산화기 유니트(32a, 32b)에서 생산된 옥시던트 가스는 산화기 조립체의 각각의 출력 후드(34a, 34b)로 배출된다. 상기 출력 후드(34a, 34b)는 도관 조립체(26)에 의해 공급된 부 공기의 전부 또는 일부를 수취하도록 적용된다. 각각의 출력 후드(34a, 34b)는 각각의 산화기 유니트(32a, 32b)로부터 배출된 옥시던트 가스와 이에 의해 수취된 부 공기 사이의 혼합을 촉진시키도록 설계된다. 도3에 도시된 예시적인 실시예에서, 각각의 후드(34a, 34b)의 높이는 각각의 산화기 유니트(32a, 32b)의 출구를 완전히 둘러싸도록 각각의 산화기 유니트(32a, 31b)의 길이를 따라 신장된다. 도3의 각각의 출력 후드(34a, 34b)는 각각의 산화기 유니트(32a, 32b)의 길이와 후드의 가장 낮은 단부 근처에 형성된 출구(35b)에 대해 각도를 이루면서, 후드의 가장 높은 단부로부터 외측으로 하향하여 신장되는 상부 덮개(35a)를 포함한다. 각각의 후드(34a, 34b)는 후드(34a, 34b)의 가장 낮은 단부를 형성하기 위해 각각의 산화기 유니트(32a, 32b)의 바닥 단부로부터 외향하여 신장되는 바닥벽(35c)과, 상기 상부 덮개(35a)를 바닥벽(35c)에 연결하는 2개의 대향 측벽(35d, 35e)도 포함한다. 도3에 도시된 바와 같이, 각각의 후드(34a, 34b)의 출구(35b)는 상부 덮개(35a)와, 후드의 측벽(35d, 35e) 및 바닥벽(35c)에 의해 형성된다. 도2에 도시된 바와 같이 이런 실시예에서, 출력 후드(34a, 34b)는 출구(35b)와 연결된 T 형 배출 덕트 신장기(duct extender)(35f)도 포함한다. 상기 덕트 신장기(35f)는 연료전지 스택을 지나 신장되는 2개의 출구를 가지며, 산화기 조립체(6)로부터 배출된 옥시던트 가스를 연료전지 스택(2a-2d) 주위로 향하게 하는데 사용된다. 도2에 도시된 덕트 신장기(35f)는 제1 및 제2스택(2a, 2b)의 사이에서 이를 미세하게 지나 신장되며, 덕트 신장기의 2개의 출구는 옥시던트 가스의 흐름을 산화기 조립체로부터 제1 및 제2스택(2a, 2b)의 주위로 향하게 한다. 도2에는 보이지 않는 2개의 스택(2c, 2d) 사이에 배치된 덕트 신장기는 덕트 신장기(35f)와 동일한 구조를 가지며, 옥시던트 가스의 흐름을 산화기 조립체로부터 제3 및 제4스택(2d, 2d) 주위로 향하게 하는데 사용된다. 도2에 도시된 바와 같은 덕트 신장기(35f)의 사용은 수용 구조물내의 온도 변동을 피하기 위해 산화기 조립체(6)로부터 배출된 옥시던트 가스가 수용 구조물을 통해 균일하게 분배될 수 있게 한다.
다른 실시예에서, 출구(35b)는 산화기 유니트로부터의 옥시던트 가스와 부 공기 사이의 혼합을 촉진시키고 냉각된 옥시던트 가스를 연료전지 스택(2a-2d) 사이로 흐르게 하기 위해, 측벽(35d, 35e)의 신장부로서 형성되고 출구(35b)내로 각도를 이루는 측부 플랩(35f)을 포함한다.
서술되는 바와 같이, 부 공기는 부 공기 도관 조립체(26)에 의해 각각의 산화기 조립체(6)의 각각의 후드(34a, 34b)로 이송된다. 부 공기를 부 공기 입구(16a)로부터 제1출력 후드(34a)로 이송하는 도관 조립체(26)는 부 공기를 부 공기 입구(16b)로부터 제2출력 후드(34b)로 이송하는 도관 조립체(26)와 동일한 형상을 갖는다. 각각의 도관 조립체(26)는 한쪽 단부가 각각의 부 공기 입구(16a, 16b)와 연결된 입구 도관(26a)과, 상기 입구 도관(26a)의 다른쪽 단부에 연결된 절연된 도관(26b)과, 상기 절연된 도관(26b)으로부터 부 공기를 수취하고 상기 부 공기를 산화기 조립체(6)의 각각의 출력 후드(34a, 34b)로 이송하도록 적용된 다수의 스파거 튜브(Sparger tube)(26c)를 포함한다. 도3에 도시된 바와 같이, 부 공기 도관 조립체(26)의 입구 도관(26a)과 절연된 도관(26b)은 부 공기가 낙하되어 주 공기 도관(24)의 아래로 이송되도록 배치된다. 특히, 각각의 입구(16a, 16b)로부터 부 공기를 수취하는 입구 도관(26a)은 주 공기 도관(24) 아래의 부 공기를 수용 구조물(10)의 베이스부(10a)에 배치되어 이를 통과하는 절연된 도관(26b)으로 이송하기 위해, 입구(16a, 16b)로부터 하향 방향으로 신장된다.
절연된 도관(26b)을 통과한 후, 부 공기는 각각의 스파거 튜브(26c)의 제2단부가 산화기 조립체(6)의 각각의 출력 후드(34a, 34b)로 신장되도록 한쪽 단부가 절연된 도관(26b)에 각각 연결되어 이로부터 상향 방향으로 신장되는 하나 이상의 스파거 튜브(26c)로 이송된다. 도3에 도시된 예시적인 실시예에서, 스파거 튜브(26c)는 각각의 산화기 유니트(32a, 32b)의 출구 근처에서 후드의 바닥벽(35c)을 통해 후드(34a, 34b)에 인입되며, 부 공기의 후드(34)로의 균일한 분배를 제공하기 위해 후드(34a, 34b)의 상부 덮개(35a)의 가장 높은 단부로 신장된다. 이런 실시예에서, 도3의 스파거 튜브(26c)는 후드에서 부 공기의 균일한 분배와 부 공기와 옥시던트 가스의 혼합을 더욱 촉진시키기 위하여 상이한 각도로 후드(34a, 34b)로 신장된다.
이런 실시예에서, 각각의 출력 후드(34a, 34b)의 내부로 신장되는 각각의 스파거 튜브(26c)의 제2단부는 부 공기가 후드(34a, 34b)로 유입되는 다수의 작은 개구를 포함한다. 상기 작은 개구는 부 공기와 산화기(32)로부터의 옥시던트 가스와의 혼합을 촉진시키며, 옥시던트 가스가 스파거 튜브에 유입되는 것도 방지한다. 도3에 도시된 바와 같이, 각각의 도관 조립체(26)는 절연된 도관(26b)에 연결되어 각각의 출력 후드(34a, 34b)로 신장되는 4개의 스퍼거 튜브(26c)를 포함한다. 그러나, 스퍼거 튜브(26c)의 갯수는 산화기 조립체(6)의 크기 및 형상에 따라 변화된다.
조립체(1)내에서의 균일한 가스 흐름을 촉진시키기 위하여, 제1의 부 공기 입구(16a)를 산화기 조립체의 제1출력 후드(24a)에 연결하는 도관 조립체(26)의 각각의 도관(26a, 26b, 26c)과 제2의 부 공기 입구(16b)를 산화기 조립체의 제2출력 후드(34b)에 연결하는 도관 조립체(26)의 각각의 부분(26a, 26b, 26c)은 동일한 또는 실질적으로 동일한 길이를 갖는다.
도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 조립체(1)의 이런 예시적인 실시예는 대칭으로 배치되어 수용 구조물(10)의 베이스(10a)에 의해 지지되는 4개의 연료전지 스택(2a-2d)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 산화기 조립체(6)는 베이스(10a)에 의해서도 지지되고, 스택(2a-2d)의 중앙에 배치되며, 스택(2a-2d)에 사용하기 위해 아노드 배기로부터 옥시던트 가스와 주 공기 및 부 공기를 발생시킨다. 인식할 수 있는 바와 같이, 각각의 연료전지 스택(2a-2d)은 연료 입구(12)를 통해 도입된 연료를 수취하고 아노드 배기를 배출하는 아노드측과, 산화기 조립체(6)로부터 배출된 냉각된 옥시던트 가스를 수취하고 캐소드 배기를 배출하는 캐소드측을 포함한다.
각각의 연료전지 스택(2a-2d)은 스택의 아노드측을 통한 연료 가스 흐름과 연관된 반대측인 제1 및 제2면(51, 52)과, 스택의 캐소드측을 통한 옥시던트 가스 흐름과 연관된 반대측인 제3 및 제4면(53, 54)을 갖는다. 각각의 스택(2a-2d)은 스택 표면(61, 62, 63)과 각각 접하는 제1 내지 제3매니폴드(51, 52, 53)를 부가로 포함한다.
도1 내지 도4에 도시된 예시적인 실시예에서, 각각의 스택(2a-2d)의 제1면(51)은 연료 입구 도관 조립체(22)에 의해 스택으로 이송되고 스택의 단부판 조립체에서 예열된 연료를 수취하는 스택의 연료 도입측에 대응한다. 제1매니폴드(61)는 스택으로의 연료 입구 흐름을 포위 및 격리시키기 위해 스택의 제1면(51)과 접한다. 이런 실시예에서, 각각의 스택(2a-2d)은 예열된 연료가 단부판 조립체로부터 적어도 하나의 헤더를 통해 적어도 하나의 리포밍 유니트로 이송될 수 있도록 적어도 하나의 리포밍(reforming) 유니트와, 단부판 조립체와 연결된 적어도 하나의 헤더(header)를 포함한다. 이런 실시예에서, 상기 적어도 하나의 헤더는 스택의 제1매니폴드(61)로 둘러싸인다. 예열된 연료는 적어도 하나의 리포밍 유니트에서 리포밍되며, 그후 리포밍된 연료로서 제1매니폴드(61)로 배출된다.
아노드 입구 매니폴드로 둘러싸인 리포밍 유니트 및 리포밍 조립체의 실시예는 동일 양수인에게 양도되었고 본 발명에 참조인용된 미국 특허출원 제10/269,481호(미국 특허출원 공개 제2004/0071617호) 및 미국특허 제6,200,696호에 개시되어 있다.
각각의 스택(2a-2d)의 제2면(52)은 스택의 아노드측으로부터 아노드 배기를 배출하는 스택의 아노드 배출측에 대응한다. 제2매니폴드(62)는 스택의 제2면(52)에 접하며, 아노드 배출측을 격리시키기 위해 또한 스택의 아노드측으로부터 아노드 배기를 수집하기 위해 사용된다. 도시된 바와 같이, 각각의 아노드 배기 도관(20a-20d)은 제2매니폴드에 수집된 아노드 배기를 수취하고 상기 아노드 배기를 산화기 조립체(6)로 이송하기 위해, 한쪽 단부가 각각의 스택(2a-2d)의 제2매니폴드(62)와 연결된다.
각각의 스택(2a-2d)의 제3면(53)은 스택의 캐소드 배출측에 대응하며, 제3매니폴드(63)는 제3면(53)과 접한다. 스택의 캐소드 배출측은 소비된 옥시던트 가스를 포함하는 캐소드 배기를 캐소드 배기를 수집하여 이를 스택의 단부판 조립체로 향하게 하는 제3매니폴드(63)로 배출한다. 단부판 조립체에 있어서, 캐소드 배기로부터의 열은 도입된 연료를 예열하기 위해 전송되고, 그후 단부판 조립체로부터 각각의 캐소드 배기 도관(28a-28d)으로 배출된다.
각각의 스택(2a-2d)의 제4면(54)은 스택의 캐소드 입구측에 대응하며, 매니폴드를 포함하지 않는다. 그 대신에, 각각의 스택의 제4면(54)은 개방되어, 수용 포위부(10b)내의 환경에 노출된다. 도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 산화기 조립체(6)는 냉각된 가스를 출력 후드(34a, 34b)를 통해 포위부(10b)로 배출하며, 냉각된 옥시던트 가스는 스택의 개방된 제4측부(54)를 통해 포위부(10b)로부터 각각의 스택(2a-2d)의 캐소드측으로 유입된다.
도시된 바와 같이, 연료전지 스택(2a-2d)은 각각의 스택의 개방된 제4측부(54)가 출력 후드(34a, 34b)중 하나의 출구에 인접하거나 대면하도록 수용 구조물(10)의 내부에 배치된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 제1 및 제2스택(2a, 2b)은 제2스택(2a)의 제4측부(54)가 제2스택(2b)의 제4측부와 대면하도록 또한 각각의 제1 및 제2스택(2a, 2b)의 제4측부가 제1출력 후드(34a)에 인접한 상태로 배치되도록 수용 구조물(10)의 내부에 배치된다. 이와 유사하게, 제3 및 제4스택(2c, 2d)은 제3스택(2c)의 개방된 제4측부(54)가 제4스택의 제4측부(54)와 대면하도록 또한 각각의 제3 및 제4스택(2c, 2d)의 제4측부가 산화기 조립체(6)의 제2출력 후드(34b)에 인접한 상태로 배치되도록 수용 구조물(10)의 내부에 배치된다. 이런 형식으로, 제1출력 후드(34a)로부터 배출된 냉각된 옥시던트 가스는 제1 및 제2스택의 캐소드 입구측으로 지향되고, 제2출력 후드(34b)로부터 배출된 냉각된 옥시던트 가스는 제3 및 제4스택의 캐소드 입구측으로 지향된다.
도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 스택(2a-2d)은 제1스택(2a)의 제2면(102)이 제4스택(2d)의 제2면(52)과 대면하도록 또한 제2스택(2b)의 제2면(52)이 제3스택(2c)의 제2면(52)과 대면하도록 배치된다. 이런 형식으로, 도관(20a-20d)의 칫수는 스택(2a-2d)의 아노드 배기 매니폴드(62)에 수집된 아노드 배기를 산화기 조립체(6)에 직접 제공하도록 최적화될 수 있다.
상술한 바와 같이, 각각의 스택(2a-2d)에 공급된 연료는 스택의 캐소드측으로부터 배출된 캐소드 배기로부터의 열을 사용하여 단부판 조립체에서 먼저 예열된다. 도1 내지 도4에 도시된 예시적인 실시예에서, 각각의 스택(2a-2d)은 열이 캐소드 배기로부터 전달되어 도입된 연료를 예열하도록 도입된 연료 및 캐소드 배기를 수취하고 상기 도입된 연료 및 캐소드 배기를 열교환 관계로 이송하도록 적용된 하단부 판 조립체를 포함한다. 간단함 및 명확함을 위하여 도시되지는 않았지만, 각각의 단부판 조립체는 스택으로 분배된 연료를 수취하기 위한 각각의 도관(22b1, 22b2, 22c1, 22c2)과 연료를 각각의 스택(2a-2d)의 제1면으로 이송하기 위한 통로와 연결된다. 각각의 단부판 조립체는 각각의 캐소드 배기 매니폴드(203)에 의해 오버랩되고 각각의 캐소드 배기 매니폴드로부터의 캐소드 배기를 수취하는 입구 영역과, 상기 캐소드 배기를 각각의 캐소드 배기 도관(28a-28d)으로 이송하기 위한 통로도 포함한다. 각각의 스택(2a-2d)에 사용될 수 있는 적절한 단부판 조립체의 실시예는 본 발명에 참조인용되고 본 발명의 출원인 소유의 미국 특허 제7,070,874호 및 제7,323,270호에 개시되어 있다.
상술한 바와 같이, 도1 내지 도4에 도시된 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체의 실시예는 보다 콤팩트하고 공간효율적인 조립체를 제공하고 외부 산화기에 대한 필요성을 제거하기 위해 수용 구조물내에 산화기 조립체를 통합시킨다. 도1 내지 도4의 조립체의 형상은 산화기 조립체 및 스택의 열효율도 증가시키며, 이에 따라 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체의 전체적인 성능을 개량시킨다. 또한, 도1 내지 도4에 도시된 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체는 입구 및 출구 가스를 격리시키는데 필요한 매니폴드의 갯수를 감소시키며, 이에 따라 수용 구조물내에서의 멀티스택의 배치를 단순화시키며 제조비용 및 작동비용의 절감을 제공한다.
도1 내지 도4에 도시된 조립체는 매니폴드의 갯수를 더욱 감소시키거나 또는 스택으로부터 매니폴드를 제거하기 위해 변경된다. 도5 및 도7은 연료전지의 연료 와 옥시던트 입구 및 출구 가스를 격리시킴으로써 매니폴드에 대한 필요성을 제거하기 위해 밀봉 조립체가 사용되는 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체의 예시적인 실시예를 도시하고 있다.
도5는 2개의 연료전지 스택(102)[스택(102a, 102b)으로 도시되어 있다]과, 산화기 조립체(106)와, 연료 입구와 연료 출구 및 옥시던트 입구와 옥시던트 출구 가스를 서로 밀봉하기 위한 밀봉 조립체(107)를 포함하는 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체(100)의 예시적인 실시예의 평면도를 도시하고 있다. 연료전지 스택(102a, 102b)과 산화기 조립체(106)와 밀봉 조립체(107)는 베이스와 상부 포위부를 포함하는 공통의 수용 구조물(110)의 내부에 모두 수용되며, 밀봉 조립체(107)는 수용 구조물(110)의 내부에 다수의 밀봉된 챔버를 형성하기 위해 연료전지 스택과 수용 구조물(110) 사이에 다수의 밀봉부를 형성한다. 하기에 상세히 서술되는 바와 같이, 상기 밀봉된 챔버는 매니폴드에 대한 필요성을 제거하며, 이에 따라 연료전지 스택(102a, 102b)은 그 어떤 매니폴드도 포함하지 않는다.
도1 내지 도4에 도시된 실시예처럼, 도5의 실시예의 스택(102a, 102b)은 수직 방향으로 신장되며, 수용 구조물(110)의 베이스부에 의해 지지된다. 연료전지 스택(102a, 102b)은 연료전지 및 옥시던트 가스를 수취하고 아노드 및 캐소드 배기를 배출하도록 적용된다. 각각의 연료전지 스택(102a, 102b)은 캐소드 입구면(102a1, 102b1)과, 아노드 입구면(102a2, 102b2)과, 캐소드 출구면(102a3, 102b3)과, 아노드 출구면(102a4, 102b4)을 갖는다.
산화기 조립체(106)는 스택(102a, 102b)에 대해 중앙에 배치되며, 스택(102a, 102b)에 의해 배출된 아노드 배기를 수취하고 스택(102a, 102b)에 사용하기 위한 옥시던트 가스를 생산하도록 적용된다. 도1 내지 도4의 실시예에서처럼, 산화기 조립체(106)는 조립체(106)의 아노드 배기와 혼합되어 옥시던트 가스를 발생하기 위한 주 공기와, 연료전지 스택(1021a, 102)의 캐소드측에 사용하기 위한 냉각된 옥시던트 가스를 배출하기 전에, 조립체(106)에 의해 발생된 옥시던트 가스를 냉각시키기 위한 부 공기도 수취한다. 산화기 조립체(106)로부터 연료전지 스택(102a, 102b)으로 옥시던트 가스의 분배를 촉진시키기 위하여, 스택(102a, 102b)은 각각의 스택의 캐소드 입구면(102a1, 102b1)이 산화기 조립체(106)와 대면하도록 수용 구조물(110)의 내부에 배치된다. 도5의 예시적인 실시예에서, 스택(102a, 102b)은 제1스택(102a)의 캐소드 입구면(102a1)과 제2스택(102b)의 캐소드 입구면(102b1)과 대면하도록 배치되며, 산화기 조립체(106)는 2개의 캐소드 입구면(102a1, 102b1) 사이의 공간에 배치된다.
도시된 바와 같이, 제1스택(102a)의 캐소드 출구면(102a3)은 캐소드 입구면(102a1)에 대해 스택(102a)의 반대쪽에 배치되고, 제2스택(102b)의 캐소드 출구면(102b3)은 캐소드 입구면(102b1)에 대해 스택(102b)의 반대쪽에 배치된다. 이런 형식으로, 제1 및 제2스택의 캐소드 출구면(102a3, 102b3)은 수용 구조물(110)의 대향 측벽과 대면한다. 제1스택(102a)의 아노드 입구면(102a2) 및 아노드 출구면(102a4)은 제1스택(102a)의 캐소드 입구면 및 출구면(102a1, 102a3)을 연결하는 스택(102a)의 대향면들을 형성한다. 이와 유사하게, 제2스택의 아노드 입구면(102b2) 및 아노드 출구면(102b4)은 제2스택(102b)의 캐소드 입구(102b1)와 캐소드 출구면(102b3)을 연결하는 제2스택(102b)의 대향면을 형성한다. 따라서, 도5의 예시적인 실시예에서, 제1 및 제2스택(102a, 102b)의 아노드 입구면(102a2, 102b2)과 스택(102a, 102b)의 아노드 출구면(102a4, 102b4)은 스택의 캐소드 출구면(102a3, 102b3)과 대면하는 측벽을 연결하는 수용 구조물의 대향 측벽과 대면한다.
도5에 도시된 바와 같이, 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체(100)의 밀봉 조립체(107)는 수용 구조물(110)의 벽과 스택(102a, 102b)의 모서리 사이에서 수용 구조물(110)의 내부에 다수의 밀봉된 챔버(108a-108g)를 형성하는 다수의 밀봉부(107a-107h)를 포함한다. 특히, 밀봉부(107a-107h)는 캐소드 입구 챔버(108a)와, 아노드 입구 챔버(108b, 108c)와, 캐소드 출구 챔버(108d, 108e)와, 아노드 출구 챔버(108f, 108g)를 형성한다. 하기에 상세히 서술되는 바와 같이, 각각의 밀봉부(107a-107h)는 가요성 디자인 및 형상을 가지며; 각각의 스택의 모서리에 배치되거나 상기 모서리에 적용되는 밀봉 프레스 조립체(109a)와, 상기 밀봉 프레스 조립체(109a)와 수용 구조물의 하나의 벽과 다른 밀봉부의 밀봉 프레스 조립체 사이에 밀봉가능하게 연결되는 적어도 하나의 분리 부재(109b)와, 밀봉 프레스 조립체를 각각의 스택 모서리에 밀봉가능하게 유지하기 위해 수용 구조물(110)의 벽과 밀봉 프레스 조립체(109a) 사이에 힘을 인가하기 위한 스프링 부재(109c)를 포함한다.
도5에 도시된 바와 같이, 캐소드측 입구 챔버(109a)는 캐소드 입구면(102a1, 102b1)이 챔버(108a)내로 개방되도록, 또한 챔버(108a)가 그 내부에 산화 가스를 캐소드 입구면(102a1, 102b1)으로 배출하는 산화기 조립체를 수용할 수 있도록, 모듈형 스택 조립체의 중앙부에 형성된다. 도시된 바와 같이 상부로부터 보았을 때 캐소드 입구 챔버(108a)의 외주는 스택의 캐소드 입구면(102a1, 102b1)과 스택의 캐소드 입구면(102a1, 102b1)에 인접한 제1 및 제2스택(102a, 102b)의 최내측 모서리와 수용 구조물(110)의 벽 사이에 배치되는 밀봉부(107a-107d)에 의해 한정된다. 캐소드 입구 챔버(108a)는 스택(102a, 102b)의 캐소드 입구면을 덮는 분리 매니폴드에 대한 필요성을 대체하며, 이에 따라 각각의 스택스택(102a, 102b)의 캐소드 입구면은 분리 매니폴드를 사용하지 않고서도 챔버(108a)내로 개방된다.
제1연료전지 스택(102a)의 아노드 입구 챔버(108b)는 스택(102a)의 아노드 입구면(102a2)과 상기 아노드 입구면(102a2)을 따라 신장되어 상기 아노드 입구면과 대면하는 수용 구조물의 벽 부분 사이에서 밀봉부(107a, 107e)에 의해 형성된다. 제1연료전지 스택(102a)의 아노드 출구 챔버(108f)는 아노드 출구면(102a4)과 상기 아노드 출구면(102a4)을 따라 신장되어 상기 아노드 출구면과 대면하는 수용 구조물의 대향 벽부분 사이에서 밀봉부(107b, 107g)에 의해 형성된다.
이와 유사하게, 제2연료전지 스택(102b)의 아노드 입구 챔버(108c)는 스택(102b)의 아노드 입구면(102b2)과 상기 아노드 입구면(102b2)를 따라 신장되어 상기 아노드 입구면과 대면하는 벽 부분 사이에서 밀봉부(107c, 107f)에 의해 형성된다. 제2연료전지 스택(102b)의 아노드 출구 챔버(108g)는 스택(102b)의 아노드 출구면(102b4)과 상기 아노드 출구면(102b4)를 따라 신장되어 상기 아노드 출구면과 대면하는 벽 부분 사이에서 밀봉부(107d, 107h)에 의해 형성된다.
제1연료전지 스택(102a)의 캐소드 출구 챔버(108d)는 스택의 캐소드 출구면(102a3)과 아노드 입구 챔버 및 아노드 출구 챔버(108b, 108f)를 형성하는 벽 부분에 인접하여 상기 아노드 입구 챔버 및 아노드 출구 챔버를 연결하는 수용 구조물의 벽 사이에서 밀봉부(107e, 107g)에 의해 형성된다. 제2연료전지 스택(102b)의 캐소드 출구 챔버(108e)는 스택의 캐소드 출구면(102b3)과 아노드 입구 챔버 및 출구 챔버(108c, 108g)를 형성하는 수용 구조물의 벽에 인접하여 아노드 입구 챔버 및 출구 챔버를 연결하는 수용 구조물의 대향 벽 사이에서 밀봉부(107f, 107h)에 의해 형성된다.
밀봉부(107a-107h)의 형상 및 배치는 하기에 서술될 것이다. 도5에 도시된 바와 같이, 밀봉부(107a, 107c)는 제1 및 제2스택(102a, 102b)의 반대측인 최내측 모서리, 즉 수용 구조물내의 내측 영역 또는 중앙 영역과 대면하는 또한 각각의 스택의 최소드 입구면(102a1, 102b2)에 인접한 제1 및 제2스택의 모서리에 형성된다. 각각의 밀봉부(107a, 107c)는 스택의 각각의 모서리에 배치된 밀봉 프레스 조립체(109a)와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 수용 구조물(110)의 가장 가까운 벽 사이에서 밀봉가능하게 연결된 제1분리 부재(109b1)와, 스택의 각각의 모서리에 밀봉 프레스 조립체를 밀봉가능하게 보유하기 위해 수용 구조물의 벽과 각각의 밀봉 프레스 조립체 사이에 장력을 인가하기 위한 스프링 부재(109c)를 포함한다. 또한, 제2분리 부재(109b2)는 밀봉부(107a, 107c)의 밀봉 프레스 조립체(109a) 사이에 제공되며, 상기 제2분리 부재(109b2)의 한쪽 단부는 밀봉부(107a)의 밀봉 프레스 조립체(109a)와 연결되고, 제2분리 부재(109b2)의 다른쪽 부재는 밀봉부(107c)의 밀봉 프레스 조립체와 연결된다. 도시된 바와 같이, 각각의 밀봉부(107a, 107b)의 제1분리 부재(109b1)는 제2분리 부재(109b2)에 수직하며, 각각의 밀봉부(107a, 107c)의 스프링 부재는 각각의 제1 및 제2분리의 위치에 대해 약 45°의 각도로 탄성력이 인가될 수 있도록 각각의 제1분리 부재(109b1)와 제2분리 부재(109b2) 사이의 공간에 배치된다.
제1 및 제2스택(102a, 102b)의 다른 반대측인 최내측 모서리에서의 밀봉부(107b, 107d)의 배치는 밀봉부(107a, 107c)의 배치와 유사하다. 도시된 바와 같이, 각각의 밀봉부(107b, 107d)는 스택의 각각의 모서리에 배치되고 밀봉 프레스 조립체(109a)와 수용 구조물(110)의 최내측 벽 사이에 힘을 인가하는 스프링 부재(109c)에 의해 각각의 모서리에 밀봉가능하게 보유된 밀봉 프레스 조립체(109a)를 포함한다. 또한, 각각의 밀봉부(107b, 107d)는 밀봉 프레스 조립체와 수용 구조물(110)의 최내측 벽 사이에 밀봉가능하게 연결된 제1분리 부재(109b1)도 포함한다. 또한, 제2분리 부재(109b2)는 2개의 밀봉부(107b, 107d)의 밀봉 프레스 조립체 사이에 제공된다.
밀봉부(107e, 107g, 107f, 107h)는 유사한 형상을 가지며, 각각의 밀봉부(107e-107h)는 수용 구조물의 각각의 모서리와 대면하는 제1 및 제2스택의 하나의 외측 모서리에 형성된다. 도시된 바와 같이, 밀봉부(107e, 107f)는 제1 및 제2스택(102a, 102b)의 반대측인 외측 모서리에 형성되므로, 각각의 밀봉부는 스택의 아노드 입구면(102a2, 102b2)을 스택의 각각의 캐소드 출구면(102a3, 102b3)으로부터 분리시키며, 아노드 입구 챔버(108b, 08c)와 캐소드 출구 챔버(108d, 108e) 사이에 밀봉부를 형성한다. 도시된 바와 같이, 각각의 밀봉부(107e, 107f)는 스택의 각각의 외측 모서리와 수용 구조물(110)의 가장 가까운 모서리 사이에 형성되며; 각각의 아노드 입구면(102a2, 102b2)과 각각의 캐소드 출구면(102a3, 102b3) 사이에서 스택(102a, 102b)의 각각의 외측 모서리에 배치되는 밀봉 프레스 조립체(109a)와, 수용 구조물의 각각의 모서리와 스택(102a, 102b)의 각각의 외측 모서리 사이에 힘을 인가하는 스프링 부재(109c)를 포함한다. 각각의 밀봉부(107e, 107f)는 밀봉 프레스 조립체(109a)와 수용 구조물(110)의 벽 사이에 밀봉가능하게 연결된 2개의 분리 부재(109b)도 포함한다. 도시된 바와 같이, 각각의 밀봉부(107e, 107f)의 2개의 분리 부재(109b)는 하나의 분리 부재가 각각의 밀봉 프레스 조립체(109a)와 아노드 입구면(102a2, 102b2)과 대면하는 수용 구조물의 벽 사이에 연결되도록 서로 수직으로 배치되며, 다른 분리 부재는 각각의 밀봉 프레스 조립체(109a)와 캐소드 입구면(102a3, 102b3)과 대면하는 수용 구조물의 벽 사이에 연결된다.
도5에 도시된 바와 같이, 밀봉부(107g, 107h)는 제1 및 제2 스택(102a, 102b)의 다른 반대쪽 외측 모서리에 형성되므로, 각각의 밀봉부(107g, 107h)는 스택의 각각의 캐소드 출구면(102a3, 102b3)을 스택의 각각의 아노드 출구면(102a4, 102b4)으로부터 분리시키고, 또한 각각의 캐소드 출구 챔버(108d, 108e)와 각각의 아노드 출구 챔버(108f, 108g) 사이에 밀봉부를 형성한다. 각각의 밀봉부(107g, 107h)는 스택의 각각의 외측 모서리와 수용 구조물(110)의 가장 가까운 각각의 모서리 사이에 형성되며; 스택(102a, 102b)의 각각의 외측 모서리에 배치된 밀봉 프레스 조립체(109a)와, 수용 구조물의 모서리와 상기 스택(102a, 102b)의 각각의 외측 모서리 사이에 힘을 인가하는 스프링 부재(109c)와, 밀봉 프레스 조립체(109a)와 수용 구조물(110) 사이에 밀봉가능하게 연결된 2개의 분리 부재(109b)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 각각의 밀봉부(107g, 107h)의 2개의 분리 부재(109b)는 상기 분리 부재중 하나가 각각의 밀봉 프레스 조립체(109a)와 캐소드 출구면(102a3, 102b3)과 대면하는 수용 구조물의 벽 사이에 연결되고 다른 분리 부재가 각각의 밀봉 프레스 조립체(109a)와 다른 아노드 출구면(102a4, 102b4)과 대면하는 수용 구조물의 벽 사이에 연결되도록 서로 직교하여 배치된다.
도5의 조립체에 다수의 밀봉된 챔버(108a-108g)를 형성하는데 사용될 수 있는 밀봉부의 상세한 구조는 도6a 및 도6b에 도시되어 있다. 도6a는 제1모서리 세트에 사용된 밀봉부(207)의 제1형상을 도시하며, 도6b는 제2모서리 세트에 사용된 밀봉부(307)의 제1형상을 도시하고 있다. 제2모서리 세트는 모서리에서 밀봉부에 의해 형성된 챔버들 사이에 무시할 수 있는 양의 가스 누설 또는 교환(예를 들어 < 0.1%)이 허용되며, 제1모서리 세트는 다양한 작동 모드중 밀봉부에 의해 형성된 2개의 챔버들 사이에 소량의 가스 누설 또는 교환(< 1%)이 허용된다. 도5에 도시된 실시예에서, 연료 및 옥시던트 입구 가스를 격리시키는 밀봉부(107a, 107c, 107e, 107f)는 모서리 밀봉부(307)의 제2세트를 포함하며, 도6b에 도시된 형상을 가지며; 밀봉부(107b, 107d, 107g, 107h)는 모서리 밀봉부(207)의 제1세트를 가지며, 도6a에 도시된 형상을 갖는다. 그러나, 밀봉부(307)의 다른 실시예에서는 밀봉부(207)가 사용되고 일부 적용에서는 밀봉부(307)가 도5에 사용되는 모서리에 밀봉부(207)가 사용되는 그 반대도 가능하다는 것을 인식해야 한다.
도6a에 도시된 바와 같이, 모서리 밀봉부(207)는 스택의 모서리에 가스 밀봉을 제공하는 세라믹 가스켓(209a1)과 유전체 격리기(209a2)를 포함하는 밀봉 프레스 조립체(209a)를 포함하며, 상기 유전체 격리기(209a2)는 스프링 부재(209c)를 포함하는 압축 조립체와 세라믹 가스켓(209a1) 사이에 배치된다. 제공된 예시적인 실시예에서, 세라믹 가스켓 물질은 산화 지르코늄 파이버 또는 천(cloth)을 포함하며, 유전체 격리기(209a2)는 스택의 길이를 따라 연속한 밀봉부를 형성하여 2개의 챔버를 서로 격리시킨다.
모서리 밀봉부(207)는 2개의 분리 부재 또는 시트(209b)도 포함하며, 각각의 시트는 한쪽 단부가 밀봉 프레스 조립체(209a)의 유전체 격리기와 연결되고 또한 수용 구조물(210)과 연결된다. 도6a에 도시된 바와 같이, 금속 핀을 갖는 중공 금속 튜브(209a4)는 밀봉 프레스 조립체(209a)의 유전체 격리기(209a1)와 분리 시트(209b)를 연결하는데 사용될 수 있다. 상기 튜브(209a4)는 스텐레스 스틸관으로 형성된다. 각각의 분리 시트는 금속 시트를 포함하며, 스택의 작동중 및/또는 수축중 순응성을 제공하는 절첩부(fold)를 포함한다. 분리 시트(209b)는 서로 직교하거나 또는 거의 직교하므로, 하나의 분리 시트는 수용 구조물(210)의 제1측벽과 연결되고, 다른 분리 시트는 상기 제1측벽과 인접한 수용 구조물의 다른 측벽과 연결된다.
밀봉부(207)는 밀봉 프레스 조립체(209a)를 스택의 모서리에 강하게 보유하기 위해 수용 구조물(210)의 가장 가까운 모서리와 밀봉 프레스 조립체(209a) 사이에 힘을 인가하는 스프링 부재(209c)를 부가로 포함한다. 유전체 격리기(209a2)는 스프링 부재(209c)로부터의 힘을 모서리의 밀봉면상의 수직력으로 전환한다. 상술한 바와 같이, 도6a의 모서리 밀봉부(207)를 사용하여 분리밀봉된 2개의 챔버는 그 공통 밀봉부를 통해 소량의 가스를 교환한다.
도6b에 도시된 바와 같이, 모서리 밀봉부(307)는 세라믹 가스켓(309a1)과 유전체 격리기(309a2) 및 각각의 밀봉면상에 수직력을 제공하는 힘 재분배 조립체(309a3)를 구비한 밀봉 프레스 조립체(309a)를 포함한다. 도6b에 도시된 예시적인 실시예에서, 유전체 격리기(309a2)가 알루미나로 형성되는 반면에 세라믹 가스켓은 산화 지르코늄 파이버로 형성된다. 이런 예시적인 실시예에서 상기 힘 재분배 조립체(309a3)는 용접된 또는 주조된 고형 금속 바아로 형성된다. 도시된 바와 같이, 금속 핀을 갖는 중공 금속 튜브(309a4)는 밀봉 프레스 조립체(309a)의 유전체 격리기(309a2)를 분리 시트(309b)에 연결하는데 사용된다. 세라믹 가스켓(309a1)과 유전체 격리기(309a)는 스택의 길이를 따른 각각의 밀봉면을 위해 연속한 밀봉부를 형성하여, 챔버의 외측에서 2개의 부재를 서로 격리시키고 또한 가스로부터도 격리시킨다.
모서리 밀봉부(307)도 2개의 분리 시트(309b)도 포함하며, 각각의 분리 시트는 한쪽 단부에서 중공 금속 튜브(309a4)를 통해 밀봉 프레스 조립체(309a)의 유전체 격리기(307a2) 및 힘 분배 조립체(309a)와 연결되고, 수용 구조물(310)의 측벽과도 연결된다. 분리시트(309b)는 서로 직교하거나 거의 직교하므로, 하나의 분리 시트는 수용 구조물(310)의 제1측벽과 연결되고, 다른 분리 시트는 상기 제1측벽과 인접한 수용 구조물의 다른 측벽과 연결된다.
밀봉부(307)는 수용 구조물(310)의 가장 가까운 모서리와 밀봉 프레스 조립체(309a)를 스택의 모서리에 밀봉가능하게 보유하는 밀봉 프레스 조립체(309a)의 힘 재분배 조립체 사이에 힘을 인가하기 위해 스프링 부재(309c)도 포함한다. 밀봉 프레스 조립체(309a)의 힘 재분배 조립체(309a3)는 스프링 부재로부터의 힘을 스택 모서리의 밀봉면상의 수직력으로 전환한다.
모서리 밀봉부(307)에 있어서, 상기 밀봉 프레스 조립체(309a)에 의해 밀봉되는 2개의 챔버는 가스켓(309a1)과 유전체 격리기(309a2)를 포함하는 각각의 밀봉 영역을 가지며, 이에 따라 상기 2개의 챔버는 스택 모서리에서 공통 밀봉 영역을 공유하지 않는다. 2개의 밀봉 영역 사이의 공간은 죽은 공간이며, 두 챔버는 챔버 외측에서 가스를 상기 공간과 교환한다. 모서리 밀봉부(209)에는 공통 밀봉 영역이 없기 때문에, 2개의 챔버 사이에서 가스의 교환 가능성이 감소된다.
도5에 있어서, 상술한 밀봉부(107a-107h)는 전형적으로 종래의 연료전지 스택에 사용된 아노드 입구와 아노드 출구와 캐소드 입구 및 캐소드 출구 매니폴드를 대체하는 다수의 밀봉된 챔버(108a-108g)를 형성한다. 상술한 바와 같이, 도5에 도시된 실시예에서, 캐소드 입구 챔버(108a)내로 개방된 스택(102a, 102b)의 캐소드 입구면(102a1, 102b1)은 캐소드 입구 챔버(108a)의 내부에 배치된 산화기 조립체(106)에서 발생되는 옥시던트 가스를 수취하도록 적용된다. 아노드 입구 챔버(108b, 108c)는 아노드 입구면(102a2, 102b2)을 둘러싸고, 각각의 스택(102a, 102b)의 아노드측으로 흐르는 연료를 격리시킨다. 아노드 출구 챔버(108f, 108g)는 아노드 출구면(102a4, 102b4)을 둘러싸며, 각각의 스택(102a, 102b)의 아노드측으로부터 배출된 아노드 배기를 수집하고 옥시던트 가스에 사용하기 위해 상기 수집된 아노드 배기를 산화기 조립체(106)로 배출하도록 형성된다. 캐소드 출구 부재(108d, 108e)는 캐소드 출구면(102a3, 102b3)을 둘러싸고, 캐소드 배기가 모듈형 연료전지 스택 조립체(100)로부터 배출되기 전에 각각의 스택(102a, 02b)의 캐소드측으로부터 배출된 캐소드 배기를 수집하고 각각의 연료전지 스택(102a, 102b)의 단부판 조립체를 통해 상기 수집된 캐소드 배기를 배출하는데 사용된다.
도5의 예시적인 실시예에서, 수용 구조물(110)은 연료전지 스택(102a, 102b)의 아노드측에 사용하기 위한 입구 연료와 산화기 조립체(106)에 사용하기 위한 공기를 수취하는 다수의 입구 포트와, 스택(102a, 102b)에 의해 생산된 캐소드 배기를 배출하는 출구 포트를 포함한다. 도시된 바와 같이, 수용 구조물은 조립체(100)로의 연료를 수취 및 도입하기 위한 연료 입구 포트(112)와, 주 공기를 수취 및 도입하기 위한 주 공기 입구 포트(114)와, 부 공기를 수취 및 도입하기 위한 부 공기 입구 포트(116)와, 조립체(100)로부터 캐소드 배기를 배출하기 위한 하나 이상의 캐소드 배기 출구 포트(118)를 포함한다. 도1 내지 도4에 도시된 실시예처럼, 입구 및 출구 포트의 갯수는 연료전지 스택 및 산화기 조립체의 형상 및 요구사항에 따라 변화된다. 또한, 도5에는 도시되지 않았지만, 입구 포트는 수용 구조물의 측벽들중 하나에 포트 조립체로서 형성되며, 입구 포트(112, 114, 116)를 지지하기 위한 입구 비석 또는 입구 포트 지지 구조물을 포함하며, 출구 포트(118)는 수용 구조물의 동일면이나 다른 면에 출구 포트 조립체로서 형성되며, 출구 비석 또는 출구 포트 지지 구조물을 포함한다.
도시된 바와 같이, 조립체(100)는 입구 및 출구 포트(112, 118)를 연료전지 스택(102a, 102b)의 각각의 부분과 연결하기 위한 배관 또는 도관과, 입구 포트(114, 116)를 산화기 조립체(106)와 연결하기 위한 배관 및 도관을 구비하는 도관 조립체를 포함한다. 특히, 도관 조립체는 연료 입구 포트(112)를 스택(102a, 102b)과 연결하기 위한 연료 입구 도관 조립체(122)와, 아노드 출구 챔버(108f, 108g)를 산화기 조립체(106)와 연결하기 위한 아노드 배기 도관 조립체(120)와, 주 공기 입구(114) 및 부 공기 입구(116)를 산화기 조립체(106)와 각각 연결하기 위한 주 공기 도관 조립체(124)와, 스택(102a, 102b)을 캐소드 출구 포트(118)와 연결하기 위한 캐소드 배기 도관 조립체(128)를 포함한다.
도시된 바와 같이, 연료 입구 포트(112)를 통해 조립체(100)에 공급된 입구 연료는 먼저 제1도관(122a)을 통해 입구 포트(112)로부터 연료를 수취하고 그후 2개의 도관(122b, 122c)으로 나뉘거나 분할되는 연료 입구 도관 조립체(122)를 통해 제1 및 제2스택(102a, 102b)로 이송된다. 도관(122b)은 그 각각의 연료 부분을 제2스택(102b)으로 이송한다. 도관(122b, 122c)은 스택으로의 동일한 연료 분배를 촉진시키기 위하여 동일한 또는 거의 동일한 길이를 갖는 것이 바람직하다. 각각의 도관(122b, 122c)을 통해 각각의 스택(102a, 102b)에 의해 수취된 연료는 먼저 캐소드 배기에 의해 예열되는 각각의 스택의 단부판 조립체(명확함 및 간략함을 위해 도시되지 않음)를 통과한다. 그후, 예열된 연료는 각각의 스택의 단부판 조립체로부터 각각의 아노드 입구 챔버(108b, 108c)로 이송된다.
스택의 아노드측을 통과한 후, 소비된 연료는 각각의 스택(102a, 102b)의 아노드 출구면(102a4, 102b4)을 통해 아노드 배기로서 배출되고, 각각의 아노드 출구 챔버(108f, 108g)에서 수집된다. 그후, 아노드 배기는 각각의 아노드 출구 챔버(108f, 108g)로부터 아노드 배기 도관 조립체(120)를 통해 산화기 조립체(106)로 이송된다. 아노드 배기 도관 조립체(120)는 제1스택(102a)으로부터 배출된 아노드 배기를 이송하기 위한 제1아노드 배기 도관(120a)과, 제2스택(102b)으로부터의 아노드 배기를 이송하기 위한 제2아노드 배기 도관(120b)을 포함하며, 상기 제1 및 제2아노드 배기 도관(120a, 120b)은 동일한 또는 거의 동일한 길이를 갖는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 산화기 조립체(106)는 주 공익 입구 포트(114)로부터 주 공기 도관 조립체(124)를 통해 이송된 주 공기와, 제2공기 입구 포트(116)로부터 제2공기 도관 조립체(126)를 통해 이송된 부 공기를 수취한다. 산화기 조립체(106)의 구조는 도1 내지 도4에 도시된 산화기 조립체의 구조와 유사하므로, 산화기 조립체(106)에 대한 상세한 내용은 생략한다. 도1 내지 도4에 있어서, 산화기 조립체(106)는 높이방향의(height-wise) 형상을 가지며; 아노드 배기 도관 조립체(120)로부터의 아노드 배기와 주 공기 도관 조립체(124)로부터의 주 공기를 수취하고 상기 아노드 배기와 주 공기를 혼합하는 믹서-추출기 조립체와, 옥시던트 가스를 생산하기 위해 아노드 배기와 주 공기의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매와 산화기 유니트에 바로 이어지는 옥시던트 출력 후드를 포함하는 산화기 유니트를 포함한다. 도1 내지 도4의 실시예처럼, 산화기 조립체(106)의 출력 후드는 후드내로 신장되는 다수의 스파거 튜브를 포함하는 부 공기 도관 조립체(126)로부터 부 공기를 수취하도록 적용된다. 도1 내지 도4의 실시예처럼, 출력 후드를 통과하는 스파거 튜브의 단부는 부 공기가 출력 후드내로 쏘아지는 다수의 작은 개구를 포함한다. 부 공기는 산화기 유니트에서 생산되어 이로부터 배출되는 고온의 옥시던트 가스를 냉각하는데 사용되므로, 산화기 조립체(106)의 출력 후드로부터 배출된 옥시던트 가스는 연료전지 스택(102a, 102b)의 캐소드측에 사용하기에 적절하다. 도5의 산화기 조립체(106)는 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이 2개의 유사한 산화기 조립체로서 형성되거나, 또는 연료전지 스택(102a, 102b)의 형상 및 요구에 따라 오직 하나의 산화기 조립체를 대신에 포함한다.
산화기 조립체(106)에 의해 생산된 냉각된 옥시던트 가스는 각각의 개방된 캐소드 입구면(102a1, 102a2)을 통해 각각의 연료전지 스택(102a, 102b)의 캐소드측으로 유입될 수 있도록, 캐소드 입구 챔버(108a)로부터 배출된다. 스택의 캐소드측에 사용된 후, 소비된 옥시던트 가스는 각각의 캐소드 출구 챔버(108d, 108e)내로 캐소드 배기로서 배출된다. 캐소드 출구 챔버(108d, 108e)에 수집된 캐소드 배기는 그후 캐소드 배기와의 열교환 관계로 단부판 조립체를 통과하는 연료에 열을 전달함으로써 캐소드 배기가 냉각되는 각각의 연료전지 스택(102a, 102b)의 단부판 조립체로 이송된다. 단부판 조립체로부터 배출된 캐소드 배기는 모듈형 멀티스택 조립체(100)로부터 배출되도록 캐소드 배기 도관 조립체(128)를 통해 캐소드 배기 출구 포트(118)로 이송된다. 도5에 도시된 예시적인 실시예에서, 캐소드 배기 도관 조립체는 각각의 스택에 의해 생산된 캐소드 배기를 이송하기 위해 동일한 또는 거의 동일한 길이의 2개의 분리된 도관을 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 도관 조립체(128)는 조합된 캐소드 배기를 캐소드 배기 출구 포트(118)로부터 배출하기 위하여 분리된 도관으로부터의 캐소드 배기를 조합하기 위한 부가의 도관을 포함한다.
상술한 바와 같이, 각각의 스택(102a, 102b)으로 이송된 연료는 캐소드 배기로부터의 열을 사용하여 스택의 단부판 조립체에서 먼저 예열된다. 이런 실시예에서 단부판 조립체의 형상은 도1 내지 도4의 단부판 조립체의 형상과 유사하며, 각각의 스택은 도입 연료 및 캐소드 배기를 수취하고 열이 캐소드 배기로부터 연료로 전달되도록 연료 및 캐소드 배기를 열교환 관계로 이송하는 하부 단부판 조립체를 포함한다. 각각의 단부판 조립체는 각각의 도관(122b, 122c)과 연결되고 상기 각각의 도관으로부터 연료를 수취하는 연료 입구 영역과, 연료를 단부판 조립체를 통해 각각의 아노드 입구 챔버(108b, 108c)로 이송하기 위한 연료 통로를 갖는다. 각각의 단부판 조립체는 각각의 캐소드 출구 챔버(108d, 108e)에 노출되고 캐소드 출구 챔버에 수집된 캐소드 배기를 수취하는 캐소드 배기 입구 영역과, 캐소드 배기를 각각의 캐소드 배기 도관(128)으로 이송하기 위한 통로도 갖는다. 공동소유하고 있는 미국특허 제7,323,270호에 개시된 단부판 조립체는 도5의 실시예의 스택(102a, 102b)에 사용하기 적합하다.
도5에 도시된 도관 조립체(120, 122, 124, 126, 128)의 배치는 예시적이며, 이런 배치는 수용 구조물(110)내에서 스택(120a, 120b)의 배치 및 요구사항에 따라 변화될 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 모듈형 멀티스택 조립체에 포함되고 수용 구조물내에 배치된 연료전지 스택의 갯수는 도5에 도시된 2개의 스택에 제한되지 않으며, 조립체(100)는 동일한 수용 구조물내에 배치된 상당한 갯수의 연료전지 스택을 포함한다.
도7에는 4개의 연료전지 스택(402a-402d)이 동일한 수용 포위부 또는 구조물(410)내에 수용되고 다수의 밀봉된 영역 또는 챔버가 스택과 수용 구조물(410) 사이에 형성된 모듈형 멀티스택 조립체(100)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도7은 멀티스택 조립체(400)의 평면도를 개략적으로 도시하고 있으며; 상기 멀티스택 조립체는 연료전지 스택(402a-402d)을 수용하는 수용 구조물(410)과, 연료 입구와 연료 출구 및 옥시던트 입구와 옥시던트 출구 가스를 서로 격리시키도록 다수의 챔버를 형성하는 밀봉 조립체(407)를 포함한다. 수용 구조물(410)은 베이스 섹션과 상부 포위부를 포함한다. 연료전지 스택(402a-402d)은 수직 방향으로 높이방향으로 신장되며, 각각의 스택(402a-402d)이 베이스 섹션의 모서리들중 하나에 배치되도록 수용 구조물의 베이스 섹션상에 배치되어 이에 의해 지지된다. 도1 내지 도5에 도시된 실시예에서, 스택(402a-402d)은 연료 및 옥시던트 가스를 수취하고 아노드 배기 및 캐소드 배기를 배출하며; 각각의 스택(402a-402d)은 캐소드 입구면(402a1, 402b1, 402c1, 402d1)과, 아노드 입구면(402a2, 402b2, 402c2, 402d2)과, 캐소드 출구면(402a3, 402b3, 402c3, 402d3)과, 아노드 출구면(402a4, 402b4, 402c4, 402d4)을 포함한다.
산화기 조립체(406)는 수용 구조물(410)의 베이스 섹션에 의해서도 지지되며, 스택(402a-402d)에 대해 중앙에 배치된다. 산화기 조립체(406)는 스택(402a-402d)으로부터 배출된 아노드 배기 가스와 주 공기 및 부 공기를 수취하며, 아노드 배기를 주 공기와 산화시킴으로써 옥시던트 가스를 생산한다. 상술한 다른 실시예에서처럼, 부 공기는 스택(402a-402d)의 캐소드측에 사용하기 위해 냉각된 옥시던트 가스를 배출하기 전에, 조립체(406)에 의해 발생된 옥시던트 가스를 냉각하도록 산화기 조립체(406)에 사용된다. 이러한 실시예에서, 산화기 조립체(406)의 형상은 도1 내지 도4에 도시된 형상과 유사하며, 산화기 조립체(406)는 아노드 배기와 주 공기를 수취하여 혼합하는 믹서-추출기 조립체를 각각 포함하는 2개의 유사한 조립체와, 아노드 배기와 주 공기의 혼합물을 산화시켜 옥시던트 가스를 생산하기 위한 산화기 촉매를 촉매를 포함하는 산화기 유니트와, 스택에 사용하기 위해 옥시던트 가스를 배출하는 산화기 유니트에 바로 이어지는 옥시던트 출력 후드를 포함한다.
도7에 도시된 실시예에서, 연료전지 스택(402a-402d)은 각각의 스택의 캐소드 입구면(402a, 402b1, 402c1, 402d1)이 산화기 조립체(406)와 대면하도록 수용 구조물(410)내에 배치된다. 특히, 제1 및 제2스택(402a, 402b)의 캐소드 입구면(402a, 402b1, 402c1, 402d1)은 서로 대면하고 그 사이에 산화기 조립체(406)의 출력 후드중 하나가 배치되며, 제3 및 제4스택(402c, 402d)의 캐소드 입구면(402c1, 402d1)은 서로 대면하고 그 사이에 산화기 조립체(406)의 출력 후드가 배치된다. 이러한 배치는 산화기 조립체(406)로부터 스택(402a-402d)의 캐소드측으로 옥시던트 가스의 분배를 촉진시킨다. 또한, 필요로 하는 밀봉부와 수용 구조물(410)의 내부에 형성된 분리된 챔버의 갯수를 감소시키고 또한 스택으로부터 산화기 조립체(406)로의 아노드 배기의 분배를 촉진시키기 위해, 스택(402a-402d)은 반대쪽 스택의 아노드 출구면이 공통 챔버내로 개방되도록 배치된다. 도시된 바와 같이, 제1 및 제4스택(402a, 402d)의 출구면(402a4, 402d4)은 서로 대면하고 제1아노드 출구 챔버내로 개방되며, 제2 및 제3스택(402d, 402c)의 출구면(402b4, 402c4)은 서로 대면하고 제2아노드 출구 챔버내로 개방된다.
연료와 옥시던트 입구 및 출구 가스를 격리시키기 위한 다수의 챔버(408a-408k)는 연료전지 스택(402a--402d)과 수용 구조물(410)의 내벽들 사이 또는 2개의 스택 사이에 다수의 밀봉부(407a-407n)를 포함하는 밀봉 조립체(407)를 사용하여 형성된다. 각각의 밀봉부(407a-407d 및 407g-407n)는 수용 구조물(410)의 벽과 대면하는 각각의 연료전지 스택(402a-402d)의 모서리와 수용 구조물(410)의 벽 사이에 형성되며, 각각의 밀봉부(407e-407f)는 인접한 스택(402a-402d)의 내향으로 대면하는 모서리들 사이에 형성된다. 도5의 조립체에서, 이런 실시예의 밀봉부(407a-407n)는 가요성 디자인 및 형상을 가지며, 각각의 밀봉부(407a-407n)는 각각의 스택 모서리에 배치되거나 이에 적용되는 밀봉 프레스 조립체(409a)와, 밀봉 프레스 조립체(409a)와 수용 구조물의 하나의 벽과 다른 밀봉 프레스 조립체 사이에 밀봉가능하게 연결된 적어도 하나의 분리 부재와, 밀봉 프레스 조립체를 각각의 스택의 모서리에 밀봉가능하게 보유하기 위해 밀봉 프레스 조립체(409a)와 수용 구조물(410)의 하나의 벽과 산화기 조립체(406) 사이에 힘을 인가하는 스프링 부재(409c)를 포함한다. 밀봉부의 상세한 형상은 도6a 및 도6b에 도시되어 있다. 예를 들어, 도7의 실시예의 밀봉부(407k-407n)는 도6a에 도시된 밀봉부의 형상을 가지며, 밀봉부(407a-407j)는 도6b의 밀봉부의 형상을 갖는다.
도7에 도시된 바와 같이, 밀봉부(407a-407n)는 제1 내지 제4스택(402a-402d)과 제1 내지 제4아노드 입구 챔버(408b-408e) 사이에 공통의 캐소드 입구 챔버(408a)를 형성하고, 제1 및 제4스택(402a, 402d) 사이에 제1아노드 출구 챔버(408f)를 형성하고, 제2및 제3 스택(402b, 402c)과 제1 내지 제4캐소드 출구 챔버(408h-408k) 사이에 제2아노드 출구 챔버(408g)를 형성하는데 사용된다.
상기 공통의 캐소드 입구 챔버(408a)는 밀봉부(407a-407e)에 의해 형성되며; 산화기 조립체(406)의 하나의 출력 후드가 제1 및 제2스택의 캐소드 입구면(402a1, 402b1) 사이의 방향으로 개방되도록 또한 산화기 조립체(406)의 다른 출력 후드가 제3 및 제4스택의 캐소드 입구면(402c, 402d1) 사이의 방향으로 개방되도록, 스택(402a-402d)의 캐소드 입구면(402a1, 402b1, 402c1, 402d1)과 산화기 조립체(406)를 둘러싼다.
밀봉부(407a, 407c)는 도5의 밀봉부(107a, 107d)와 유사하며, 밀봉부(407b, 407d)는 도5의 밀봉부(107b, 107d)와 유사하다. 각각의 밀봉부(407a, 407c, 407b, 407d)는 각각의 스택 모서리에 배치된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 수용 구조물의 가장 가까운 벽 사이에 밀봉가능하게 연결된 제1분리 부재와, 수용 구조물과 각각의 밀봉 프레스 조립체 사이에 힘을 인가하기 위한 스프링 부재를 포함한다. 밀봉부(407a, 407c)는 밀봉부(407a, 407c)의 밀봉 프레스 조립체들 사이에 연결된 제2분리 부재를 포함하며, 밀봉부(407b, 407d)는 밀봉부(407b, 407d)의 밀봉 프레스 조립체 사이에 연결된 유사한 제2분리 부재를 포함한다.
밀봉부(407e, 407f)는 캐소드 입구 챔버(408a)를 제1 및 제2연료 출구 챔버(408f, 408g)로부터 격리시키기 위해 스택(402a-402d)의 맨 안쪽의 대면하는 모서리들 사이에 형성된다. 밀봉부(407e)는 제1 및 제4스택(402a, 402d)의 맨 안쪽의 매년하는 모서리들 사이에 형성되며; 제1스택(402a)의 맨 안쪽의 대면하는 모서리에 배치된 제1밀봉 프레스 조립체(109a1)와, 제4스택(402d)의 맨 안쪽의 대면하는 모서리에 배치되는 제2밀봉 프레스 조립체(109a2)와, 제1 및 제2밀봉 프레스 조립체 사이에 연결되는 분리 부재(109b)와, 산화기 조립체와 각각의 밀봉 프레스 조립체에 각각 힘을 인가하는 2개의 스프링 부재(109c)를 포함한다. 밀봉부(407f)는 제2 및 제3스택(402b, 402c)의 맨 안쪽의 대면하는 모서리들 사이에 형성되며, 밀봉부(407e)와 유사한 형상을 가지며, 제2 또는 제3스택의 각각의 맨 안쪽의 대면하는 모서리에 각각 배치되는 2개의 밀봉 프레스 조립체와, 밀봉 프레스 조립체와 각각의 밀봉 프레스 조립체와 산화기 조립체 사이에 각각 힘을 인가하는 2개의 스프링 부재 사이에 연결된 분리 부재를 포함한다.
아노드 입구 챔버(408b-408e)는 각각의 아노드 입구면(402a2, 402b2, 402c2, 402d2)과 상기 아노드 입구면을 따라 신장되는 수용 구조물의 각각의 벽 부분 사이에서 밀봉부(407d-407d, 407g-407j)에 의해 형성된다. 특히, 제1아노드 입구 챔버(408b)는 스택(402a)의 아노드 입구면(402a2)과 상기 아노드 입구면(402a2)을 따라 신장되고 이와 대면하는 수용 구조물의 벽 부분 사이에서 밀봉부(407a, 407g)에 의해 형성된다. 밀봉부(407g)는 제1스택의 최외측 모서리에 형성되고, 제1연료 입구 챔버(408b)를 제1캐소드 출구 챔버(408h)로부터 격리시킨다. 밀봉부(407g)는 스택의 최외측 모서리에 배치되는 밀봉 프레스 조립체와, 서로 직교하며 밀봉 프레스 조립체와 수용 구조물의 인접한 벽 사이에 연결되는 2개의 분리 부재와, 밀봉 프레스 조립체와 수용 구조물의 대응하는 모서리 사이에 힘을 인가하기 위해 상기 2개의 분리 부재 사이에 배치되는 스프링 부재를 포함한다. 밀봉부(407g)에 있어서, 분리 부재중 하나는 밀봉 프레스 조립체와 연료 입구면(402a2)과 대면하는 수용 구조물의 벽 사이에 연결되며, 다른 하나의 분리 부재는 밀봉 프레스 조립체와 캐소드 출구면(402a3)과 대면하는 수용 구조물의 벽 사이에 연결된다.
제2아노드 입구 챔버(408c)는 스택(402b)의 아노드 입구면(402b2)과 상기 아노드 입구면(402b2)를 따라 신장되고 이와 대면하는 수용 구조물(410)의 벽 부분 사이에서 밀봉부(407c, 407h)에 의해 형성된다. 밀봉부(407h)는 제2스택(402b)의 최외측 모서리에 형성되며, 연료 입구 챔버(408c)를 제2캐소드 출구 챔버(408i)로부터 격리시킨다. 제3아노드 입구 챔버(408d)는 제3스택(402c)의 아노드 입구면(402c2)과 상기 아노드 입구면(402c2)을 따라 신장되고 이와 대면하는 수용 구조물의 벽 부분 사이에서 밀봉부(407d, 407i)에 의해 형성된다. 밀봉부(407i)는 제3스택의 체외측 모서리에 형성되고, 제3연료 입구 챔버(408d)를 제3캐소드 출구 챔버(408j)로부터 격리시킨다. 마지막으로, 제4아노드 입구 챔버(408e)는 제4스택(402d)의 아노드 입구면(402d2)과 상기 아노드 입구면(402d2)을 따라 신장되고 이와 대면하는 수용 구조물의 벽 부분 사이에서 밀봉부(407b, 407j)에 의해 형성된다. 밀봉부(407j)는 제4스택의 최외측 모서리 형성되며, 제4연료 입구 챔버(408e)를 제4캐소드 출구 챔버(408k)로부터 격리시킨다. 밀봉부(407h, 407i, 407j)의 구조는 밀봉부(407g)의 구조와 동일하거나 거의 동일하며, 따라서 이에 대한 설명은 생략되었다.
상술한 바와 같이, 아노드 출구 챔버(408f, 408g)는 스택의 아노드 출구면들 사이에 형성된다. 특히, 제1아노드 출구 챔버(408f)는 제1 및 제4스택(402a, 402d)의 아노드 출구면(402a4, 402d4) 사이에 형성되며, 밀봉두(407e)에 의해 캐소드 입구면(408a)으로부터 격리되고, 밀봉부(407k, 407n)에 의해 제1 및 제4캐소드 출구 부재(408h, 408k)로부터 격리된다. 이와 마찬가지로, 제2아노드 출구 챔버(408g)는 제2 및 제3아노드 스택(402b, 402c)의 아노드 출구면(402b4, 402c4) 사이에 형성되며, 밀봉부(407f)에 의해 캐소드 입구 챔버(408a)로부터 격리되고, 밀봉부(407i, 407m)에 의해 제2 및 제3캐소드 출구 챔버(408i, 408j)로부터 격리된다. 각각의 밀봉부(407k, 407n, 407i, 407m)는 각각의 스택 모서리에 배치된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 수용 구조물의 가장 가까운 벽, 즉 각각의 스택의 캐소드 출구면을 따라 신장되는 수용 구조물의 벽 사이에 연결된 분리 부재와, 수용 구조물의 가장 가까운 벽과 밀봉 프레스 조립체 사이에 힘을 인가하는 스프링 부재를 포함한다. 또한, 제2분리 부재는 밀봉부(407k, 407n)의 밀봉 프레스 조립체 사이와, 밀봉부(407i, 407m)의 밀봉 프레스 조립체 사이에 제공된다.
도7에 도시된 바와 같이, 제1캐소드 출구 부재(408h)는 캐소드 출구면(402a3)과 상기 캐소드 출구면(403a3)을 따라 신장되는 수용 구조물의 벽 사이에서 밀봉부(407g, 407k)에 의해 형성된다. 제2캐소드 출구 부재(408i)는 캐소드 출구면(402b3)과 상기 캐소드 출구면(403b3)을 따라 신장되는 수용 구조물의 벽 사이에서 밀봉부(407h, 407i)에 의해 형성된다. 제3캐소드 출구 부재(408j)는 캐소드 출구면(402c3)과 상기 캐소드 출구면(403c3)을 따라 신장되는 수용 구조물의 벽 사이에서 밀봉부(407i, 407m)에 의해 형성된다. 제4캐소드 출구 부재(408k)는 캐소드 출구면(402d3)과 상기 캐소드 출구면(403d3)을 따라 신장되는 수용 구조물의 벽 사이에서 밀봉부(407j, 407n)에 의해 형성된다.
상술한 바와 같이 밀봉부(407a-407n)에 의해 형성된 다수의 밀봉된 부재(408a-408k)는 아노드 및 캐소드 입구 및 출구 가스를 상호 격리시키고, 전형적으로 종래 연료전지 스택인 아노드 입구와 아노드 출구와 캐소드 입구 및 캐소드 출구 매니폴드를 대체한다. 도7에 도시된 바와 같이, 모듈형 멀티스택 조립체(400)는 수용 구조물에서 연료 및 공기가 조립체(400)로 제공되고 배기 가스가 조립체(400)로부터 제거되는 다수의 입구 및 출구 포트를 포함한다. 상기 조립체(400)는 입구 및 출구 포트로부터 입구 및 출구 가스를 이송하고 또한 상기 입구 출구 가스를 입구 및 출구 포트 및 조립체내로 이송하기 위한 도과 조립체도 포함한다. 특히, 수용 구조물은 연료를 수취하고 이를 조립체(400)로 도입하는 연료 입구 포트(412)와, 주 공기를 수취 및 도입하기 위한 주 공기 입구 포트(414)와, 부 공기를 수취 및 도입하기 위한 부 입구 포트(416)와, 조립체(400)로부터 캐소드 배기를 배출하기 위한 캐소드 배기 출구 포트(418)를 포함한다. 이런 입구 및 출구 포트는 도1 내지 도4와 유사한 비석 포트 지지 구조물을 사용함으로써 수용 구조물(410)의 하나 이상의 표면에 하나 이상의 포트 조립체로서 형성된다.
도시된 바와 같이, 연료는 연료 입구 포트(412)를 통해 조립체(400)로 공급되고, 연료 입구 도관 조립체(422)를 통해 연료전지 스택(402a-402d)으로 이송된다. 연료 입구 도관 조립체(422)는 거의 동일한 부분의 연료를 수취하는 2개의 도관(422b, 422c)으로 분할되거나 분기되는 제1도관(422a)을 통해 입구 포트(412)로부터 연료를 수취하며; 상기 각각의 도관(422b, 422c)는 각각의 연료전지 스택(402a, 402b, 402c, 402d)과 각각 연결되는 2개의 도관(422b1, 422b2, 422c1, 422c2)으로 다시 분할되며, 그 각각의 연료 부분을 이송한다. 각각의 도관(422b1, 422b2, 422c1, 422c2)을 통해 스택(402a-402d)으로 공급된 연료는 캐소드 배기에 의해 예열되는 각각의 스택의 단부판 조립체를 먼저 통과한다. 그후, 예열된 연료는 스택의 단부판 조립체로부터 각각의 다른 아노드 입구 챔버(408b-408e)로 이송된다.
각각의 아노드 출구면(402a4, 402d4)을 통해 제1 및 제4스택(402a, 402d)으로부터 배출된 아노드 배기는 제1아노드 출구 챔버(408f)에 수집되고, 그 각각의 아노드 출구면(402b4, 402c4)을 통해 제2 및 제3스택(402b, 402c)으로부터 배출된 아노드 배기는 제2아노드 출구 챔버(408g)에 수집된다. 그후, 제1 및 제2아노드 출구 챔버(408f, 408g)에 수집된 아노드 배기는 아노드 배기 도관 조립체(420)를 통해 산화기 조립체(406)로 이송된다. 도7의 예시적인 실시예에서, 아노드 배기 도관 조립체(420)는 아노드 배기를 아노드 배기 챔버(408f)로부터 산화기 조립체(406)의 믹서-추출기 조립체로 이송하기 위한 제1도관(420a)과, 아노드 배기를 제2아노드 출구 챔버(408g)로부터 산화기 조립체(406)의 믹서-추출기 조립체로 이송하기 위한 제2도관(420b)을 포함한다.
상술한 바와 같이, 산화기 조립체(406)의 믹서-추출기 조립체로 이송된 아노드 배기는 주 공기와 혼합되고, 옥시던트 가스는 아노드 배기 및 주 공기의 혼합물로부터 산화기 유니트에서 발생된다. 주 공기는 주 공기 입구 포트(414)를 통해 조립체에 제공되고, 입구 포트(414)로부터 주 공기 도관 조립체(424)를 통해 믹서-추출기 조립체로 이송된다. 상술한 바와 같이, 산화기 조립체의 산화기 유니트에서 발생된 옥시던트 가스는 부 공기 입구 포트(416)를 통해 조립체에 공급되고 입구 포트(416)로부터 부 공기 도관 조립체(426)를 통해 출구 후드로 이송되는 부 공기를 수취하는 산화기 조립체의 출력 후드에서 냉각된다. 도1 내지 도5의 실시예에처럼, 이런 실시예의 부 공기 도관 조립체(426)는 출력 후드내로 신장되고 부 공기가 후드내로 쏘아지는 다수의 작은 개구를 갖는 다수의 스파거 튜브를 포함한다. 산화기 조립체(406)에서 생산된 냉각된 옥시던트 가스는 각각의 개방된 캐소드 입구면(402a1, 402b1, 402c1, 402d1)을 통해 각각의 스택(402a-402d)의 캐소드측에 유입될 수 있는 캐소드 입구 챔버(408a)내로 배출된다.
소비된 옥시던트 가스는 각각의 스택에 의해 각각의 연료전지 스택(402a-402d)의 단부판 조립체로 이송되기 전에 수집되는 각각의 캐소드 출구 챔버(408h-408k)내로 캐소드 배기로서 배출된다. 단부판 조립체의 구조는 도1 내지 도4의 실시예의 단부판 조립체의 구조와 실질적으로 유사하며, 공동으로 소유한 미국특허 제7,323,270호에 개시된 단부판 조립체와 유사하다. 단부판 조립체에서, 캐소드 배기는 연료에 열을 전달하기 위해 연료와 열교환 관계로 통과된다. 그후, 냉각된 캐소드 배기는 단부판 조립체로부터 캐소드 배기 도관 조립체(428)를 통해 조립체(400)로부터 배출될 캐소드 배기 출구 포트(418)로 이송된다. 도7에 도시된 실시예에서, 캐소드 배기 도관 조립체(428)는 도1 내지 도4에 도시된 도관 조립체(28)와 유사한 형상을 가지며, 제1 및 제2스택(402a, 402b)으로부터의 캐소드 배기는 하나의 캐소드 출구 포트(418)로 이송되고, 제3 및 제4스택(402c, 402d)으로부터의 캐소드 배기는 다른 캐소드 출구 포트(418)로 이송된다.
도7에 도시된 도관 조랍체(420, 422, 424, 426, 428)의 배치는 예시적이며, 이런 배치는 연료전지 스택(402a-402d)의 형상과 칫수 및 요구사항에 기초하여 변화될 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 다수의 챔버의 배치는 변화되며, 부가의 챔버는 부가의 밀봉부를 사용함으로써 형성된다.
도5 및 도7에 도시되고 여기에 서술한 바와 같이, 도5 및 도7의 모듈형 멀티스택 조립체의 예시적인 실시예는 수용 구조물(110, 410)의 중앙에 배치된 산화기 조립체(106, 406)를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 산화기 조립체(106, 406)는 분배 조립체로 대체되며 연료와 옥시던트 입구 및 출구 가스를 이송하기 위한 도관 조립체의 배치는 공동 소유한 미국특허 제7,323,270호에 개시된 바와 같이 변화될 수 있음을 인식해야 한다. 다른 실시예에서, 다수의 밀봉된 챔버는 도5 및 도7에 도시된 밀봉 조립체(107, 407)와 동일하거나 유사한 구조를 갖는 밀봉 조립체에 의해 형성되고, 스택의 표면을 덮는 매니폴드를 대체한다.
상술한 바와 같이, 도5 및 도7에 도시된 바와 같이 스택과 수용 구조물의 벽 사이 또는 스택들 사이의 공간내에 형성된 다수의 밀봉된 챔버는 각각의 스택 표면을 덮는 개별적인 매니폴드에 대한 필요성을 제거한다. 매리폴드의 제거와 가요성 밀봉부의 사용은 특히 조립체의 동작중 스택 운동 및 수축으로 인한 가스 누설의 위험성을 감소시킨다. 또한, 조립체의 유지보수는 수용 구조물내에서 스택 및 그 부품들로의 용이한 접근을 제공함으로써 간단해질 수 있다.
또한, 도5 및 도7에 도시된 모듈형 멀티스택 연료전지 조립체의 대량 생산을 위한 생산 조립체 라인이 설치된다. 도5의 멀티스택 조립체를 위한 생산 라인의 실시예는 멀티스택 조립체(100)를 형성하기 위한 제조 방법의 단계(S1-S4)를 도시한 도8에 도시되어 있다. 제1단계(S1)에서는 수용 구조물(110)의 베이스 부분과 제1 및 제2스택(102A, 102B)이 제공되며, 스택(102a, 102b)은 상기 베이스 부분상에 배치된다. 단계(S2)에서, 밀봉부(107a-107h)는 수용 구조물의 각각의 벽과 밀봉가능하게 연결되고 수용 구조물(110)의 벽과 스택의 표면들 사이에 챔버(108a-108g)를 형성하도록 2개의 스택(102a, 102b)의 각각의 모서리에 적용된다. 각각의 밀봉부의 가장 낮은 단부는 부분적으로 수용 구조물의 베이스 부분을 통해 신장되며, 각각의 밀봉부의 가장 높은 단부는 밀봉부의 가장 높은 단부가 부가의 밀봉부를 제공하기 위해 부분적으로 수용 구조물의 커버를 통해 신장되도록 상향 방향으로 밀봉부의 모서리를 지나 신장된다. 다음 단계(S3)에서 산화기 조립체(106) 및 도관 조립체(120, 122, 124, 126, 128)를 포함하여 내부 설비 및 기계는 수용 구조물(110)내에 설치된다. 마지막으로, 단계(S4)에서는 측벽과 수용 구조물(110)의 포위부(110a)의 상부 커버가 설치된다. 이 단계에서, 밀봉부(107a-107h)는 조립체내의 연료와 옥시던트 입구 및 출구 가스의 흐름을 격리시키는 챔버(108a-108d)를 형성하기 위해 측벽 및 상부 커버와 밀봉가능하게 연결된다.
도8의 제조 방법은 모듈형 멀티스택 조립체의 대량 생산을 위해 자동화될 수 있다. 또한, 도8에 도시된 생산 방법은 도7과 도1 내지 도4에 도시된 조립체를 생산하기 위해 변형될 수 있다. 도1 내지 도4의 조립체의 생산 방법에 대해, 도1 내지 도4의 조립체에 밀봉부가 사용되지 않을 경우 제2단계(S2)는 제거된다.
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.
2a-2d: 스택 6: 산화기 조립체
10: 수용 구조물 12, 14, 16a, 16b: 포트
26: 도관 조립체 32: 산화기 유니트
10: 수용 구조물 12, 14, 16a, 16b: 포트
26: 도관 조립체 32: 산화기 유니트
Claims (43)
- 모듈형 연료전지 스택 조립체에 있어서,
각각이 다수의 스택 표면을 구비하는 다수의 연료전지 스택과,
상기 다수의 연료전지 스택을 수취하고 또한 연료 및 옥시던트 가스를 상기 연료전지 스택에 제공하기 위한 수용 구조물을 포함하며,
상기 다수의 스택 표면은 상기 연료전지 스택의 캐소드측에 사용하기 위해 옥시던트 가스를 수취하도록 적용된 캐소드 입구면과, 상기 캐소드측으로부터 캐소드 배기를 배출하도록 적용된 캐소드 출구면과, 상기 연료전지 스택의 아노드측에 사용하기 위해 연료를 수취하도록 적용된 아노드 입구면과, 상기 아노드측으로부터 아노드 배기를 배출하도록 적용된 아노드 출구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면과 캐소드 출구면과 아노드 입구면과 아노드 출구면중 적어도 하나는 매니폴드없는 개방된 표면이며, 상기 수용 구조물은 적어도 하나의 상기 개방된 표면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 수용 구조물 내에 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위한 밀봉 조립체를 부가로 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 수용 구조물 내에 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위한 밀봉 조립체를 부가로 포함하며 상기 밀봉 조립체는 다수의 밀봉부를 포함하고 상기 각각의 밀봉부는 상기 적어도 하나의 개방된 표면에 인접한 스택 모서리에 인가되도록 적용된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 밀봉 프레스 조립체를 상기 스택 모서리에 보유하도록 힘을 제공하기 위한 스프링 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 밀봉가능하게 연결되는 적어도 하나의 분리 부재를 부가로 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 수용 구조물 내에 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위한 밀봉 조립체를 부가로 포함하며, 상기 각각의 캐소드 입구면과 캐소드 출구면과 아노드 입구면과 아노드 출구면은 개방된 표면이고, 매니폴드를 포함하지 않으며; 상기 수용 구조물은 상기 스택의 캐소드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 입구 챔버와, 상기 스택의 캐소드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 출구 챔버와, 상기 스택의 아노드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 입구 챔버와, 상기 스택의 아노드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 출구 챔버를 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 수용 구조물 내에 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위한 밀봉 조립체를 부가로 포함하며, 상기 밀봉 조립체는 다수의 밀봉부를 포함하며; 상기 각각의 밀봉부는 다수의 스택중 하나의 스택의 스택 모서리와 상기 수용 구조물의 적어도 하나의 벽과 상기 다수의 스택중 또 다른 하나의 스택 사이에 밀봉가능하게 제공되고, 상기 각각의 캐소드 입구면과 캐소드 출구면과 아노드 입구면과 아노드 출구면은 개방된 표면이고, 매니폴드를 포함하지 않으며; 상기 수용 구조물은 상기 스택의 캐소드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 입구 챔버와, 상기 스택의 캐소드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 출구 챔버와, 상기 스택의 아노드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 입구 챔버와, 상기 스택의 아노드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 출구 챔버를 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 수용 구조물 내에 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위한 밀봉 조립체를 부가로 포함하며, 상기 밀봉 조립체는 다수의 밀봉부를 포함하고, 상기 각각의 밀봉부는 다수의 스택중 하나의 스택의 스택 모서리와 상기 수용 구조물의 적어도 하나의 벽과 상기 다수의 스택중 또 다른 하나의 스택 사이에 밀봉가능하게 제공되고, 상기 각각의 캐소드 입구면과 캐소드 출구면과 아노드 입구면과 아노드 출구면은 개방된 표면이고, 매니폴드를 포함하지 않으며; 상기 수용 구조물은 상기 스택의 캐소드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 입구 챔버와, 상기 스택의 캐소드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 출구 챔버와, 상기 스택의 아노드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 입구 챔버와, 상기 스택의 아노드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 출구 챔버를 포함하며, 상기 각각의 밀봉된 챔버는 상기 밀봉된 챔버에 의해 포위된 상기 하나 이상의 스택 표면에 인접한 스택 모서리에 제공된 밀봉부에 의해 형성되는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 수용 구조물 내에 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위한 밀봉 조립체를 부가로 포함하며, 상기 밀봉 조립체는 다수의 밀봉부를 포함하고, 상기 각각의 밀봉부는 다수의 스택중 하나의 스택의 스택 모서리와 상기 수용 구조물의 적어도 하나의 벽과 상기 다수의 스택중 또 다른 하나의 스택 사이에 밀봉가능하게 제공되고, 상기 각각의 캐소드 입구면과 캐소드 출구면과 아노드 입구면과 아노드 출구면은 개방된 표면이고, 매니폴드를 포함하지 않으며; 상기 수용 구조물은 상기 스택의 캐소드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 입구 챔버와, 상기 스택의 캐소드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 출구 챔버와, 상기 스택의 아노드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 입구 챔버와, 상기 스택의 아노드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 출구 챔버를 포함하며, 상기 각각의 밀봉된 챔버는 상기 밀봉된 챔버에 의해 포위된 상기 하나 이상의 스택 표면에 인접한 스택 모서리에 제공된 밀봉부에 의해 형성되고, 상기 캐소드 입구 챔버는 수용 구조물내에서 중앙에 배치되고, 다수의 연료전지 스택의 모든 캐소드 입구면을 포위 및 격리시키며, 상기 캐소드 입구 챔버는 상기 캐소드 입구면에 인접한 스택 모서리와 상기 수용 구조물의 적어도 하나의 벽과 상기 다수의 스택중 다른 하나의 스택 사이에 제공된 밀봉부에 의해 형성되는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 수용 구조물 내에 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위한 밀봉 조립체를 부가로 포함하며, 상기 밀봉 조립체는 다수의 밀봉부를 포함하고, 상기 각각의 밀봉부는 다수의 스택중 하나의 스택의 스택 모서리와 상기 수용 구조물의 적어도 하나의 벽과 상기 다수의 스택중 또 다른 하나의 스택 사이에 밀봉가능하게 제공되고, 상기 각각의 캐소드 입구면과 캐소드 출구면과 아노드 입구면과 아노드 출구면은 개방된 표면이고, 매니폴드를 포함하지 않으며; 상기 수용 구조물은 상기 스택의 캐소드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 입구 챔버와, 상기 스택의 캐소드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 출구 챔버와, 상기 스택의 아노드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 입구 챔버와, 상기 스택의 아노드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 출구 챔버를 포함하며, 상기 각각의 밀봉된 챔버는 상기 밀봉된 챔버에 의해 포위된 상기 하나 이상의 스택 표면에 인접한 스택 모서리에 제공된 밀봉부에 의해 형성되고, 상기 캐소드 입구 챔버는 수용 구조물내에서 중앙에 배치되고, 다수의 연료전지 스택의 모든 캐소드 입구면을 포위 및 격리시키며, 상기 캐소드 입구 챔버는 상기 캐소드 입구면에 인접한 스택 모서리와 상기 수용 구조물의 적어도 하나의 벽과 상기 다수의 스택중 다른 하나의 스택 사이에 제공된 밀봉부에 의해 형성되며, 상기 스택의 아노드측으로부터 배출된 아노드 배기를 수취하고 상기 아노드 배기로부터 캐소드측에 사용하기 위한 옥시던트 가스를 발생시키도록 적용된 산화기 조립체를 부가로 포함하며, 상기 산화기 조립체는 상기 수용 구조물내에서 중앙에 배치되고 상기 캐소드 입구 챔버내에서 포위되는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 수용 구조물 내에 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위한 밀봉 조립체를 부가로 포함하며, 상기 밀봉 조립체는 다수의 밀봉부를 포함하고, 상기 각각의 밀봉부는 다수의 스택중 하나의 스택의 스택 모서리와 상기 수용 구조물의 적어도 하나의 벽과 상기 다수의 스택중 또 다른 하나의 스택 사이에 밀봉가능하게 제공되고;
상기 각각의 캐소드 입구면과 캐소드 출구면과 아노드 입구면과 아노드 출구면은 개방된 표면이고, 매니폴드를 포함하지 않으며;
상기 수용 구조물은 상기 스택의 캐소드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 입구 챔버와, 상기 스택의 캐소드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 밀봉된 캐소드 출구 챔버와, 상기 스택의 아노드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 입구 챔버와, 상기 스택의 아노드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 적어도 하나의 아노드 출구 챔버를 포함하며, 상기 각각의 밀봉된 챔버는 상기 밀봉된 챔버에 의해 포위된 상기 하나 이상의 스택 표면에 인접한 스택 모서리에 제공된 밀봉부에 의해 형성되고;
상기 캐소드 입구 챔버는 수용 구조물 내에서 중앙에 배치되고, 다수의 연료전지 스택의 모든 캐소드 입구면을 포위 및 격리시키며, 상기 캐소드 입구 챔버는 상기 캐소드 입구면에 인접한 스택 모서리와 상기 수용 구조물의 적어도 하나의 벽과 상기 다수의 스택중 다른 하나의 스택 사이에 제공된 밀봉부에 의해 형성되며;
상기 스택의 아노드측으로부터 배출된 아노드 배기를 수취하고 상기 아노드 배기로부터 캐소드측에 사용하기 위한 옥시던트 가스를 발생시키도록 적용된 산화기 조립체를 부가로 포함하며, 상기 산화기 조립체는 상기 수용 구조물 내에서 중앙에 배치되고 상기 캐소드 입구 챔버 내에서 포위되고;
각각의 연료전지 스택의 캐소드 입구 및 캐소드 출구는 상기 연료전지 스택의 대향면을 형성하고, 상기 각각의 캐소드 출구 챔버는 캐소드 입구 챔버에 대해 상기 연료전지 스택의 반대측에 형성되고;
각각의 연료전지 스택의 아노드 입구 및 아노드 출구면은 캐소드 입구 및 캐소드 출구면과 합류되는 상기 연료전지 스택의 대향면을 형성하고, 상기 각각의 아노드 입구 챔버는 아노드 출구 챔버에 대해 상기 연료전지 스택의 반대측에 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 산화기 조립체는 아노드 배기와 혼합되어 옥시던트 가스를 발생하기 위해 주 공기 부분을 수취하고 또한 상기 산화기 조립체에 의해 발생된 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 부 공기 부분을 수취하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 산화기 조립체는 아노드 배기와 혼합되어 옥시던트 가스를 발생하기 위해 주 공기 부분을 수취하고 또한 상기 산화기 조립체에 의해 발생된 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 부 공기 부분을 수취하고; 상기 수용 구조물은 연료를 도입하기 위한 다수의 입구 포트와, 상기 주 공기 부분과, 상기 부 공기 부분과, 캐소드 배기를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구 포트를 포함하고; 상기 모듈형 연료전지 스택 조립체는 부가로 상기 연료를 연료전지 스택으로 이송하고 상기 아노드 배기를 하나 이상의 연료 출구 챔버로부터 상기 산화기 조립체로 이송하고 상기 주 공기 및 부 공기 부분을 상기 산화기 조립체로 이송하고 상기 캐소드 배기를 연료전지 스택으로부터 상기 적어도 하나의 출구 포트로 이송하기 위한 도관 조립체를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 산화기 조립체는 아노드 배기와 혼합되어 옥시던트 가스를 발생하기 위해 주 공기 부분을 수취하고 또한 상기 산화기 조립체에 의해 발생된 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 부 공기 부분을 수취하고; 상기 수용 구조물은 연료를 도입하기 위한 연료 입구 포트, 주 공기 부분을 도입하기 위한 주 공기 입구 포트, 부 공기 부분을 도입하기 위한 부 공기 입구 포트 등의 다수의 입구 포트와 캐소드 배기를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구 포트를 포함하는 적어도 하나의 출구 포트를 가지며; 상기 모듈형 연료전지 스택 조립체는 부가로 도관 조립체를 포함하고, 상기 도관 조립체는 연료 입구 포트로 도입된 연료를 수취하고 상기 연료를 다수의 연료전지 스택으로 이송하도록 적용된 연료 입구 도관 조립체와, 상기 아노드 출구 챔버로부터 아노드 배기를 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 산화기 조립체로 이송하도록 적용된 아노드 배기 도관 조립체와, 상기 주 공기 입구 포트로부터 주 공기를 수취하고 상기 주 공기를 상기 산화기 조립체로 이송하도록 적용된 주 공기 도관 조립체와, 상기 부 공기 입구 포트로부터 부 공기를 수취하고 상기 부 공기를 상기 산화기 조립체로 이송하도록 적용된 부 공기 도관 조립체와, 상기 연료전지 스택에 의해 배출된 캐소드 배기를 수취하고 상기 캐소드 배기를 캐소드 출구 포트로 이송하기 위한 캐소드 배기 도관 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 산화기 조립체는 아노드 배기와 혼합되어 옥시던트 가스를 발생하기 위해 주 공기 부분을 수취하고 또한 상기 산화기 조립체에 의해 발생된 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 부 공기 부분을 수취하며; 상기 수용 구조물은 연료를 도입하기 위한 연료 입구 포트, 주 공기 부분을 도입하기 위한 주 공기 입구 포트, 부 공기 부분을 도입하기 위한 부 공기 입구 포트 등의 다수의 입구 포트와 캐소드 배기를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구 포트를 포함하는 적어도 하나의 출구 포트를 가지며; 상기 모듈형 연료전지 스택 조립체는 부가로 도관 조립체를 포함하고, 상기 도관 조립체는 연료 입구 포트로 도입된 연료를 수취하고 상기 연료를 다수의 연료전지 스택으로 이송하도록 적용된 연료 입구 도관 조립체와, 상기 아노드 출구 챔버로부터 아노드 배기를 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 산화기 조립체로 이송하도록 적용된 아노드 배기 도관 조립체와, 상기 주 공기 입구 포트로부터 주 공기를 수취하고 상기 주 공기를 상기 산화기 조립체로 이송하도록 적용된 주 공기 도관 조립체와, 상기 부 공기 입구 포트로부터 부 공기를 수취하고 상기 부 공기를 상기 산화기 조립체로 이송하도록 적용된 부 공기 도관 조립체와, 상기 연료전지 스택에 의해 배출된 캐소드 배기를 수취하고 상기 캐소드 배기를 캐소드 출구 포트로 이송하기 위한 캐소드 배기 도관 조립체를 포함하며; 상기 연료전지 스택 각각은 연료 입구 도관 조립체로부터의 연료와 상기 캐소드 출구 챔버로부터의 캐소드 배기를 수취하고 상기 연료를 예열하기 위해 상기 연료 및 캐소드 배기를 열교환 관계로 이송하도록 적용된 단부판 조립체를 포함하며, 상기 단부판 조립체는 캐소드 배기를 상기 캐소드 배기 도관 조립체로 배출하고 상기 예열된 연료를 상기 아노드 입구 챔버로 배출하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 밀봉부 각각은 상기 적어도 하나의 개방된 표면에 인접한 스택 모서리에 밀봉가능하게 인가되도록 적용된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 밀봉 프레스 조립체를 상기 스택 모서리에 보유하기 위해 힘을 제공하는 스프링 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 하나의 벽과 또 다른 밀봉 프레스 조립체와 밀봉가능하게 연결된 적어도 하나의 분리 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 밀봉부 각각은 상기 적어도 하나의 개방된 표면에 인접한 스택 모서리에 밀봉가능하게 인가되도록 적용된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 밀봉 프레스 조립체를 상기 스택 모서리에 보유하기 위해 힘을 제공하는 스프링 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 하나의 벽과 또 다른 밀봉 프레스 조립체와 밀봉가능하게 연결된 적어도 하나의 분리 부재를 포함하고, 상기 밀봉 프레스 조립체는 적어도 하나의 세라믹 가스켓과, 상기 밀봉 프레스 조립체를 상기 스프링 부재로부터 격리시키기 위한 적어도 하나의 유전체 격리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 밀봉부 각각은 상기 적어도 하나의 개방된 표면에 인접한 스택 모서리에 밀봉가능하게 인가되도록 적용된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 밀봉 프레스 조립체를 상기 스택 모서리에 보유하기 위해 힘을 제공하는 스프링 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 하나의 벽과 또 다른 밀봉 프레스 조립체와 밀봉가능하게 연결된 적어도 하나의 분리 부재를 포함하며, 상기 밀봉 프레스 조립체는 적어도 하나의 세라믹 가스켓과, 상기 밀봉 프레스 조립체를 상기 스프링 부재로부터 격리시키기 위한 적어도 하나의 유전체 격리기를 포함하고, 상기 세라믹 가스켓은 지르코늄 파이버 및 지르코늄 천중 하나를 포함하며, 상기 유전체 격리기는 알루미나를 포함하고, 상기 분리 부재는 시트 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 밀봉부 각각은 상기 적어도 하나의 개방된 표면에 인접한 스택 모서리에 밀봉가능하게 인가되도록 적용된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 밀봉 프레스 조립체를 스택 모서리에 유지하도록 밀봉 프레스 조립체와 수용 구조물의 하나의 벽과 산화기 조립체의 하나의 벽 사이에 힘을 제공하는 스프링 부재와, 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 하나의 벽과 상기 밀봉 프레스 조립체에 밀봉가능하게 연결되는 적어도 하나의 분리 부재를 포함하고, 상기 밀봉 프레스 조립체는 적어도 하나의 세라믹 가스켓과, 상기 밀봉 프레스 조립체를 상기 스프링 부재로부터 격리시키기 위한 적어도 하나의 유전체 격리기를 포함하고, 상기 세라믹 가스켓은 지르코늄 파이버 및 지르코늄 천중 하나를 포함하며, 상기 유전체 격리기는 알루미나를 포함하고, 상기 분리 부재는 시트 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 밀봉부 각각은 상기 적어도 하나의 개방된 표면에 인접한 스택 모서리에 밀봉가능하게 인가되도록 적용된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 밀봉 프레스 조립체를 스택 모서리에 유지하도록 밀봉 프레스 조립체와 수용 구조물의 하나의 벽과 밀봉 프레스 조립체 사이에 힘을 제공하는 스프링 부재와, 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 하나의 벽과 다른 밀봉 프레스 조립체에 밀봉가능하게 연결되는 적어도 하나의 분리 부재를 포함하고, 상기 밀봉 프레스 조립체는 적어도 하나의 세라믹 가스켓과, 상기 밀봉 프레스 조립체를 상기 스프링 부재로부터 격리시키기 위한 적어도 하나의 유전체 격리기를 포함하고, 그리고 상기 각각의 밀봉부는 제1밀봉부를 위한 제1구조물과 제2밀봉부를 위한 제2구조물중 하나를 가지며, 상기 밀봉부의 제1구조물에서 상기 밀봉 프레스 조립체는 상기 스택 모서리와 접한 상기 세라믹 가스켓을 포함하며, 상기 유전체 격리기는 상기 적어도 하나의 분리 부재 및 스프링 부재를 상기 유전체 격리기와 연결하기 위해 상기 가스켓 및 적어도 하나의 중공 금속 튜브와 접하며, 상기 밀봉부의 제2구조물에서 상기 밀봉 프레스 조립체는 상기 모서리의 밀봉면과 각각 접하는 적어도 하나의 세라믹 가스켓과, 상기 각각의 세라믹 가스켓과 접하는 적어도 하나의 유전체 격리기와, 상기 각각의 유전체에 힘을 인가하기 위한 힘 분배 조립체와, 상기 적어도 하나의 분리 부재를 상기 힘 분배 조립체와 연결하기 위한 적어도 하나의 중공 금속 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 다수의 연료전지 스택은 제1캐소드 입구면과 제1캐소드 출구면과 제1아노드 입구면 및 제1아노드 출구면을 갖는 제1연료전지 스택과, 제2캐소드 입구면과 제2캐소드 출구면과 제2아노드 입구면 및 제2아노드 출구면을 갖는 제2연료전지 스택을 포함하며, 상기 제1 및 제2연료전지 스택은 상기 제1캐소드 입구면이 상기 제2캐소드 입구면과 대면하고 상기 산화기 조립체가 상기 제1 및 제2캐소드 입구면 사이에 배치되도록 상기 수용 구조물내에 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 다수의 연료전지 스택은 제1캐소드 입구면과 제1캐소드 출구면과 제1아노드 입구면 및 제1아노드 출구면을 갖는 제1연료전지 스택과, 제2캐소드 입구면과 제2캐소드 출구면과 제2아노드 입구면 및 제2아노드 출구면을 갖는 제2연료전지 스택을 포함하며, 상기 제1 및 제2연료전지 스택은 상기 제1캐소드 입구면이 상기 제2캐소드 입구면과 대면하고 상기 산화기 조립체가 상기 제1 및 제2캐소드 입구면 사이에 배치되도록 상기 수용 구조물내에 배치되며; 상기 수용 구조물은 상기 제1 및 제2캐소드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 공통의 캐소드 입구 챔버와, 상기 제1캐소드 출구면을 포위하기 위해 상기 캐소드 입구 챔버에 대해 상기 제1연료전지 스택의 반대측에 형성된 제1캐소드 출구 챔버와, 상기 제2캐소드 출구면을 포위하기 위해 상기 캐소드 입구 챔버에 대해 상기 제2연료전지 스택의 반대측에 형성된 제2캐소드 출구 챔버와, 상기 제1아노드 입구면을 포위하기 위한 제1아노드 입구 챔버와, 상기 제1아노드 출구면을 포위하기 위해 상기 제1아노드 입구 챔버에 대해 상기 연료전지 스택의 반대측에 형성된 제1아노드 출구 챔버와, 상기 제2아노드 입구면을 포위하기 위한 제2아노드 입구 챔버와, 상기 제2아노드 출구면을 포위하기 위해 상기 제2아노드 입구 챔버에 대해 상기 제2연료전지 스택의 반대측에 형성된 제2아노드 출구 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 연료전지 스택은 제1캐소드 입구면과 제1캐소드 출구면과 제1아노드 입구면 및 제1아노드 출구면을 갖는 제1연료전지 스택과, 제2캐소드 입구면과 제2캐소드 출구면과 제2아노드 입구면 및 제2아노드 출구면을 갖는 제2연료전지 스택을 포함하며, 상기 제1 및 제2연료전지 스택은 상기 제1캐소드 입구면이 상기 제2캐소드 입구면과 대면하고 상기 산화기 조립체가 상기 제1 및 제2캐소드 입구면 사이에 배치되도록 상기 수용 구조물내에 배치되며; 상기 수용 구조물은 상기 제1 및 제2캐소드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 공통의 캐소드 입구 챔버와, 상기 제1캐소드 출구면을 포위하기 위해 상기 캐소드 입구 챔버에 대해 상기 제1연료전지 스택의 반대측에 형성된 제1캐소드 출구 챔버와, 상기 제2캐소드 출구면을 포위하기 위해 상기 캐소드 입구 챔버에 대해 상기 제2연료전지 스택의 반대측에 형성된 제2캐소드 출구 챔버와, 상기 제1아노드 입구면을 포위하기 위한 제1아노드 입구 챔버와, 상기 제1아노드 출구면을 포위하기 위해 상기 제1아노드 입구 챔버에 대해 상기 연료전지 스택의 반대측에 형성된 제1아노드 출구 챔버와, 상기 제2아노드 입구면을 포위하기 위한 제2아노드 입구 챔버와, 상기 제2아노드 출구면을 포위하기 위해 상기 제2아노드 입구 챔버에 대해 상기 제2연료전지 스택의 반대측에 형성된 제2아노드 출구 챔버를 포함하고; 상기 공통의 캐소드 입구 챔버는 상기 제1캐소드 입구면에 인접한 상기 제1스택의 제1스택 모서리에 제공된 제1밀봉부와, 상기 제1캐소드 입구면에 인접한 상기 제1스택의 제2스택 모서리에 제공된 제2밀봉부와, 상기 제2캐소드 입구면에 인접한 상기 제2스택의 제1모서리에 제공된 제3밀봉부와, 상기 제2캐소드 입구면에 인접한 상기 제2스택의 제2모서리에 제공된 제4밀봉부에 의해 형성되며; 상기 각각의 제1밀봉부 내지 제4밀봉부는 상기 각각의 스택 모서리에 인가되도록 적용된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 밀봉 프레스 조립체를 상기 각각의 스택 모서리에 보유하기 위해 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 벽 사이에 힘을 제공하기 위한 스프링 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 가장 가까운 벽 부분 사이에 밀봉가능하게 연결된 제1분리 부재를 포함하며, 상기 제1 및 제3밀봉부는 상기 제1밀봉부의 밀봉 프레스 조립체와 상기 제3밀봉부의 밀봉 프레스 조립체 사이에 연결된 제1공통 분리 부재를 포함하며, 상기 제2 및 제4밀봉부는 상기 제2밀봉부의 밀봉 프레스 조립체와 상기 제4밀봉부의 밀봉 프레스 조립체 사이에 연결된 제2공통 분리 부재를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 연료전지 스택은 제1캐소드 입구면과 제1캐소드 출구면과 제1아노드 입구면 및 제1아노드 출구면을 갖는 제1연료전지 스택과, 제2캐소드 입구면과 제2캐소드 출구면과 제2아노드 입구면 및 제2아노드 출구면을 갖는 제2연료전지 스택을 포함하며, 상기 제1 및 제2연료전지 스택은 상기 제1캐소드 입구면이 상기 제2캐소드 입구면과 대면하고 상기 산화기 조립체가 상기 제1 및 제2캐소드 입구면 사이에 배치되도록 상기 수용 구조물내에 배치되며; 상기 수용 구조물은 상기 제1 및 제2캐소드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 공통의 캐소드 입구 챔버와, 상기 제1캐소드 출구면을 포위하기 위해 상기 캐소드 입구 챔버에 대해 상기 제1연료전지 스택의 반대측에 형성된 제1캐소드 출구 챔버와, 상기 제2캐소드 출구면을 포위하기 위해 상기 캐소드 입구 챔버에 대해 상기 제2연료전지 스택의 반대측에 형성된 제2캐소드 출구 챔버와, 상기 제1아노드 입구면을 포위하기 위한 제1아노드 입구 챔버와, 상기 제1아노드 출구면을 포위하기 위해 상기 제1아노드 입구 챔버에 대해 상기 연료전지 스택의 반대측에 형성된 제1아노드 출구 챔버와, 상기 제2아노드 입구면을 포위하기 위한 제2아노드 입구 챔버와, 상기 제2아노드 출구면을 포위하기 위해 상기 제2아노드 입구 챔버에 대해 상기 제2연료전지 스택의 반대측에 형성된 제2아노드 출구 챔버를 포함하고; 상기 공통의 캐소드 입구 챔버는 상기 제1캐소드 입구면에 인접한 상기 제1스택의 제1스택 모서리에 제공된 제1밀봉부와, 상기 제1캐소드 입구면에 인접한 상기 제1스택의 제2스택 모서리에 제공된 제2밀봉부와, 상기 제2캐소드 입구면에 인접한 상기 제2스택의 제1모서리에 제공된 제3밀봉부와, 상기 제2캐소드 입구면에 인접한 상기 제2스택의 제2모서리에 제공된 제4밀봉부에 의해 형성되며; 상기 각각의 제1밀봉부 내지 제4밀봉부는 상기 각각의 스택 모서리에 인가되도록 적용된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 밀봉 프레스 조립체를 상기 각각의 스택 모서리에 보유하기 위해 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 벽 사이에 힘을 제공하기 위한 스프링 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 가장 가까운 벽 부분 사이에 밀봉가능하게 연결된 제1분리 부재를 포함하며, 상기 제1 및 제3밀봉부는 상기 제1밀봉부의 밀봉 프레스 조립체와 상기 제3밀봉부의 밀봉 프레스 조립체 사이에 연결된 제1공통 분리 부재를 포함하며, 상기 제2 및 제4밀봉부는 상기 제2밀봉부의 밀봉 프레스 조립체와 상기 제4밀봉부의 밀봉 프레스 조립체 사이에 연결된 제2공통 분리 부재를 부가로 포함하고; 그리고 상기 밀봉 조립체는 부가로 상기 제1아노드 입구면과 제1캐소드 출구면 사이에서 상기 제1스택의 제3스택 모서리에 제공된 제5밀봉부와, 상기 제1캐소드 출구면과 상기 제1아노드 출구면 사이에서 상기 제1스택의 제4스택 모서리에 제공된 제6밀봉부와, 상기 제2아노드 입구면과 제2캐소드 출구면 사이에서 상기 제2스택의 제3스택 모서리에 제공되는 제7밀봉부와, 상기 제2캐소드 출구면과 상기 제2아노드 출구면 사이에서 상기 제2스택의 제4스택 모서리에 제공되는 제8밀봉부를 포함하며,
상기 제5밀봉부는 상기 제3스택 모서리에 인가되도록 적용된 밀봉 프레스 조립체와, 밀봉 프레스 조립체를 상기 제3스택 모서리에 보유하기 위해 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 벽 사이에 힘을 제공하기 위한 스프링 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 제1아노드 입구면과 대면하는 상기 수용 구조물의 벽 부분 사이에 밀봉가능하게 연결된 제1분리 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 제1캐소드 출구면과 대면하는 상기 수용 구조물의 벽 부분 사이에 밀봉가능하게 연결된 제2분리 부재를 포함하고,
상기 제6밀봉부는 상기 제4스택 모서리에 인가되도록 적용된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 제4스택 모서리에 밀봉 프레스 조립체를 보유하기 위해 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 벽 사이에 힘을 제공하기 위한 스프링 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 제1캐소드 출구면과 대면하는 상기 수용 구조물의 벽 부분 사이에 밀봉가능하게 연결되는 제1분리 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 제1아노드 출구면과 대면하는 상기 수용 구조물의 벽 부분 사이에 밀봉가능하게 연결되는 제2분리 부재를 포함하고,
상기 제7밀봉부는 상기 제2스택의 상기 제3스택 모서리에 인가되도록 적용되는 밀봉 프레스 조립체와, 밀봉 프레스 조립체를 상기 제2스택의 상기 제3스택 모서리에 보유하기 위해 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 벽 사이에 힘을 제공하기 위한 스프링 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 제2아노드 입구면과 대면하는 상기 수용 구조물의 벽 부분 사이에 밀봉가능하게 연결되는 제1분리 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 제2캐소드 출구면과 대면하는 상기 수용 구조물의 벽 부분 사이에 밀봉가능하게 연결되는 제2분리 부재를 포함하며,
상기 제8밀봉부는 상기 제2스택의 상기 제4스택 모서리에 인가되도록 적용된 밀봉 프레스 조립체와, 상기 밀봉 프레스 조립체를 상기 제2스택의 상기 제4스택 모서리에 보유하기 위해 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 수용 구조물의 벽 사이에 힘을 제공하기 위한 스프링 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 제2캐소드 출구면과 대면하는 상기 수용 구조물의 벽 부분 사이에 밀봉가능하게 연결된 제1분리 부재와, 상기 밀봉 프레스 조립체와 상기 제2아노드 출구면과 대면하는 상기 수용 구조물의 벽 부분 사이에 밀봉가능하게 연결된 제2분리 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 다수의 연료전지 스택은 제1캐소드 입구면과 제1캐소드 출구면과 제1아노드 입구면 및 제1아노드 출구면을 갖는 제1연료전지 스택과, 제2캐소드 입구면과 제2캐소드 출구면과 제2아노드 입구면 및 제2아노드 출구면을 갖는 제2연료전지 스택과, 제3캐소드 입구면과 제3캐소드 출구면과 제3아노드 입구면 및 제3아노드 출구면을 갖는 제3연료전지 스택과, 제4캐소드 입구면과 제4캐소드 출구면과 제4아노드 입구면 및 제4아노드 출구면을 갖는 제4연료전지 스택을 포함하며, 상기 제1연료전지 스택 내지 제4연료전지 스택은 상기 제1캐소드 입구면이 상기 제2캐소드 입구면과 대면하는 관계로 배치되고, 상기 제3캐소드 입구면이 상기 제4캐소드 입구면과 대면하는 관계로 배치되고, 상기 산화기 조립체가 상기 제1 및 제2캐소드 입구면 사이와 상기 제3 및 제4캐소드 입구면 사이에서 중앙에 배치되도록 수용 구조물내에 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 다수의 연료전지 스택은 제1캐소드 입구면과 제1캐소드 출구면과 제1아노드 입구면 및 제1아노드 출구면을 갖는 제1연료전지 스택과, 제2캐소드 입구면과 제2캐소드 출구면과 제2아노드 입구면 및 제2아노드 출구면을 갖는 제2연료전지 스택과, 제3캐소드 입구면과 제3캐소드 출구면과 제3아노드 입구면 및 제3아노드 출구면을 갖는 제3연료전지 스택과, 제4캐소드 입구면과 제4캐소드 출구면과 제4아노드 입구면 및 제4아노드 출구면을 갖는 제4연료전지 스택을 포함하며, 상기 제1연료전지 스택 내지 제4연료전지 스택은 상기 제1캐소드 입구면이 상기 제2캐소드 입구면과 대면하는 관계로 배치되고, 상기 제3캐소드 입구면이 상기 제4캐소드 입구면과 대면하는 관계로 배치되고, 상기 산화기 조립체가 상기 제1 및 제2캐소드 입구면 사이와 상기 제3 및 제4캐소드 입구면 사이에서 중앙에 배치되도록 수용 구조물내에 배치되고, 상기 수용 구조물은 상기 제1 내지 제4캐소드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 공통의 캐소드 입구 챔버와, 상기 제1캐소드 출구면을 포위하기 위해 상기 캐소드 입구 챔버에 대해 상기 제1연료전지 스택의 반대측에 형성된 제1캐소드 출구 챔버와, 상기 제2캐소드 출구면을 포위하기 위해 상기 캐소드 입구 챔버에 대해 상기 제2연료전지 스택의 반대측에 형성된 제2캐소드 출구 챔버와, 상기 제3캐소드 출구면을 포위하기 위해 상기 캐소드 입구 챔버에 대해 상기 제3연료전지 스택의 반대측에 형성된 제3캐소드 출구 챔버와, 상기 제4캐소드 출구면을 포위하기 위해 상기 캐소드 입구 챔버에 대해 상기 제4연료전지 스택의 반대측에 형성된 제4캐소드 출구 챔버와, 상기 제1아노드 입구면을 포위하기 위한 제1아노드 입구 챔버와, 상기 제2아노드 입구면을 포위하기 위한 제2아노드 입구 챔버와, 상기 제3아노드 입구면을 포위하기 위한 제3아노드 입구 챔버와, 상기 제4아노드 입구면을 포위하기 위한 제4아노드 입구 챔버와, 상기 제1 및 제4연료전지 스택 사이에 형성된 제1아노드 출구면과 제4아노드 출구면을 포위하기 위한 제1공통 아노드 출구 챔버와, 상기 제2 및 제3연료전지 스택 사이에 형성된 상기 제2아노드 출구면과 상기 제3아노드 출구면을 포위하기 위한 제2공통 아노드 출구 챔버를 포함하며, 상기 제1 및 제4연료전지 스택은 상기 제1아노드 출구면이 상기 제4아노드 출구면과 대면하는 관계가 되도록 수용 구조물내에 배치되며, 상기 제2 및 제3연료전지 스택은 상기 제2아노드 출구면이 상기 제3아노드 출구면과 대면하는 관계가 되도록 상기 수용 구조물내에 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제1항의 모듈형 연료전지 스택 조립체를 형성하는 방법에서, 상기 모듈형 연료전지 스택 조립체는 수용 구조물 내부에 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위해 밀봉 조립체를 부가로 포함하고, 상기 수용 구조물은 베이스 부분과 다수의 측벽 및 상부 커버를 포함하고, 밀봉 조립체는 다수의 밀봉부를 포함하며, 상기 방법은
수용 구조물의 베이스 부분과 다수의 연료전지 스택을 제공하는 단계와,
상기 다수의 연료전지 스택을 상기 수용 구조물의 베이스 부분상에 배치하는 단계와,
적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위해 적어도 하나의 개방된 표면에 인접한 스택 모서리에 다수의 밀봉부를 적용하는 단계와,
적어도 하나의 밀봉된 챔버를 형성하기 위해 상기 수용 구조물의 측벽 및 상부 커버를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체 형성 방법. - 제26항에 있어서, 상기 적어도 하나의 밀봉된 챔버는 상기 연료전지 스택의 캐소드 입구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 캐소드 입구 챔버를 포함하며, 상기 모듈형 연료전지 스택 조립체는 공기와 상기 스택의 아노드측으로부터 배출된 아노드 배기를 수취하고 상기 아노드 배기 및 상기 공기로부터 상기 캐소드측에 사용하기 위한 옥시던트 가스를 발생시키도록 적용된 산화기 조립체와, 연료를 연료전지 스택으로 이송하고 공기 및 아노드 배기를 상기 산화기 조립체로 이송하며 상기 연료전지 스택으로부터 캐소드 배기를 이송하기 위한 도관 조립체를 부가로 포함하며, 상기 산화기 조립체는 수용 구조물내에서 중앙에 배치되고 상기 캐소드 입구 챔버내에 포위되며,
상기 방법은 상기 밀봉부를 스택 모서리에 적용한 후에 또한 상기 수용 구조물의 측벽 및 상부 커버를 설치하기 전에 상기 산화기 조립체 및 도관 조립체를 상기 수용 구조물내에 설치하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체 형성 방법. - 모듈형 연료전지 스택 조립체에 있어서,
연료 및 옥시던트 가스를 수취하고 아노드 및 캐소드 배기를 배출하도록 적용된 다수의 연료전지 스택과,
상기 연료전지 스택의 중앙에 배치된 산화기 조립체와,
상기 다수의 연료전지 스택 및 산화기 조립체를 수용하며 연료를 수취하고 상기 연료를 연료전지 스택에 분배하도록 적용된 수용 구조물을 포함하며,
상기 산화기는 연료전지 스택으로부터 아노드 배기를 수취하고 상기 아노드 배기를 사용하여 옥시던트 가스를 발생시키고 상기 연료전지 스택에 사용하기 위해 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서,
상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서,
상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서,
상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며; 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서,
상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며; 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하고, 상기 믹서-추출기 조립체는 상향 방향으로 신장되는 추출기 튜브를 포함하며, 상기 추출기 튜브는 아노드 배기를 수취하기 위한 제1입구와, 상기 제1공기 부분을 수취하기 위한 제2입구와, 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화기 유니트로 배출하기 위한 출구를 포함하며; 상기 제1 및 제2입구는 추출기 튜브의 하단부에 배치되고, 상기 제1입구는 상기 제2입구 보다 상기 추출기 튜브의 낮은 지점에 배치되며, 상기 출구는 추출기 튜브의 상단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서,
상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며; 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하고, 상기 믹서-추출기 조립체는 상향 방향으로 신장되는 추출기 튜브를 포함하며, 상기 추출기 튜브는 아노드 배기를 수취하기 위한 제1입구와, 상기 제1공기 부분을 수취하기 위한 제2입구와, 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화기 유니트로 배출하기 위한 출구를 포함하며; 상기 제1 및 제2입구는 추출기 튜브의 하단부에 배치되고, 상기 제1입구는 상기 제2입구 보다 상기 추출기 튜브의 낮은 지점에 배치되며, 상기 출구는 추출기 튜브의 상단부에 배치되며 상기 산화기 유니트는 추출기 튜브를 따라 가스 흐름 방향에 대해 각도를 이루면서 상기 추출기 튜브의 상기 출구에 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서,
상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며; 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하고, 상기 믹서-추출기 조립체는 상향 방향으로 신장되는 추출기 튜브를 포함하며, 상기 추출기 튜브는 아노드 배기를 수취하기 위한 제1입구와, 상기 제1공기 부분을 수취하기 위한 제2입구와, 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화기 유니트로 배출하기 위한 출구를 포함하며; 상기 제1 및 제2입구는 추출기 튜브의 하단부에 배치되고, 상기 제1입구는 상기 제2입구 보다 상기 추출기 튜브의 낮은 지점에 배치되고, 상기 출구는 추출기 튜브의 상단부에 배치되며 상기 산화기 유니트는 추출기 튜브를 따라 가스 흐름 방향에 대해 각도를 이루면서 상기 추출기 튜브의 상기 출구에 배치되며, 상기 배출 조립체는 산화기 유니트의 출구를 둘러싸며; 상기 산화기 유니트의 최상단부로부터 외향하여 또한 하향하여 신장되는 상부 커버와, 상기 산화기 유니트의 최하단부로부터 외향하여 신장되는 바닥벽과, 상기 상부 커버와 상기 바닥벽을 연결하는 제1 및 제2대향 측벽을 포함하며, 상기 상부 커버와 바닥벽 및 대향 측벽은 옥시던트 가스를 배출하기 위해 상기 배출 조립체의 최하단부에 인접하여 가스 출구를 형성하는 것;을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서,
상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며; 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하고, 상기 믹서-추출기 조립체는 상향 방향으로 신장되는 추출기 튜브를 포함하며, 상기 추출기 튜브는 아노드 배기를 수취하기 위한 제1입구와, 상기 제1공기 부분을 수취하기 위한 제2입구와, 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화기 유니트로 배출하기 위한 출구를 포함하며; 상기 제1 및 제2입구는 추출기 튜브의 하단부에 배치되고, 상기 제1입구는 상기 제2입구 보다 상기 추출기 튜브의 낮은 지점에 배치되고, 상기 출구는 추출기 튜브의 상단부에 배치되며 상기 산화기 유니트는 추출기 튜브를 따라 가스 흐름 방향에 대해 각도를 이루면서 상기 추출기 튜브의 상기 출구에 배치되며, 상기 배출 조립체는 산화기 유니트의 출구를 둘러싸며; 상기 산화기 유니트의 최상단부로부터 외향하여 또한 하향하여 신장되는 상부 커버와, 상기 산화기 유니트의 최하단부로부터 외향하여 신장되는 바닥벽과, 상기 상부 커버와 상기 바닥벽을 연결하는 제1 및 제2대향 측벽을 포함하며, 상기 상부 커버와 바닥벽 및 대향 측벽은 옥시던트 가스를 배출하기 위해 상기 배출 조립체의 최하단부에 인접하여 가스 출구를 형성하고, 상기 옥시던트 가스를 연료전지 스택 둘레로 지향시키기 위한 T형 신장부를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서, 상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체에 있어서,
상기 수용 구조물은 연료와 제1공기 부분과 제2공기 부분을 도입하기 위한 다수의 입구 포트와 캐소드 배기를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구 포트를 포함하며; 상기 모듈형 연료전지 스택 조립체는 상기 연료를 연료전지 스택으로 이송하기 위한, 상기 아노드 배기를 연료전지 스택으로부터 산화기 조립체로 이송하기 위한, 상기 제1공기 부분 및 제2공기 부분을 산화기 조립체로 이송하기 위한, 상기 캐소드 배기를 연료전지 스택으로부터 적어도 하나의 출구 포트로 이송하기 위한 도관 조립체를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서, 상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체에 있어서,
상기 수용 구조물은 연료와 제1공기 부분과 제2공기 부분을 도입하기 위하여 연료를 도입하기 위한 연료 입구 포트와, 상기 제1공기 부분을 도입하기 위한 제1공기 입구와, 상기 제2공기 부분을 도입하기 위한 적어도 하나의 제2공기 입구를 포함하는 다수의 입구 포트와 캐소드 배기를 배출하기 위한 적어도 하나의 캐소드 출구를 포함하는 적어도 하나의 출구 포트를 포함하며; 상기 모듈형 연료전지 스택 조립체는 연료 입구 포트로 도입된 연료를 수취하고 상기 연료를 다수의 연료전지 스택으로 이송하도록 적용된 연료 입구 도관 조립체와, 상기 연료전지 스택으로부터 아노드 배기를 수취하고 상기 아노드 배기를 산화기 조립체의 믹서-추출기 조립체로 이송하도록 적용된 아노드 배기 도관 조립체와, 상기 제1공기 입구 포트로부터 제1공기 부분을 수취하고 상기 제1공기 부분을 산화기 조립체의 믹서-추출기로 이송하도록 적용된 제1공기 도관 조립체와, 상기 제2공기 입구 포트로부터 제2공기 부분을 수취하고 상기 제2공기 부분을 산화기 조립체의 배출 조립체로 이송하도록 적용된 제2공기 도관 조립체와, 상기 연료전지 스택에 의해 배출된 캐소드 배기를 수취하고 상기 캐소드 배기를 연료전지 스택에서 캐소드 출구 포트로 이송하도록 적용된 캐소드 배기 도관 조립체를 포함하는 도관 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서, 상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체에 있어서,
상기 수용 구조물은 베이스 부분, 포위 부분과 연료와 상기 제1공기 부분과 제2공기 부분을 도입하기 위하여 상기 제1공기 부분을 도입하기 위한 제1공기 입구와, 상기 제2공기 부분을 도입하기 위한 적어도 하나의 제2공기 입구를 포함하는 다수의 입구 포트와 캐소드 배기를 배출하기 위한 적어도 하나의 캐소드 출구를 포함하는 적어도 하나의 출구 포트를 포함하고; 상기 모듈형 연료전지 스택 조립체는 연료 입구 포트로 도입된 연료를 수취하고 상기 연료를 다수의 연료전지 스택으로 이송하도록 적용된 연료 입구 도관 조립체, 상기 연료전지 스택으로부터 아노드 배기를 수취하고 상기 아노드 배기를 산화기 조립체의 믹서-추출기 조립체로 이송하도록 적용된 아노드 배기 도관 조립체와, 상기 제1공기 입구 포트로부터 제1공기 부분을 수취하고 상기 제1공기 부분을 산화기 조립체의 믹서-추출기로 이송하도록 적용된 제1공기 도관 조립체와, 상기 제2공기 입구 포트로부터 제2공기 부분을 수취하고 상기 제2공기 부분을 산화기 조립체로 이송하도록 적용된 제2공기 도관 조립체와, 상기 연료전지 스택에 의해 배출된 캐소드 배기를 수취하고 상기 캐소드 배기를 연료전지 스택에서 캐소드 출구 포트로 이송하도록 적용된 캐소드 배기 도관 조립체를 포함하는 도관 조립체를 포함하고, 그리고 상기 제2공기 도관 조립체는 수용 구조물의 베이스 부분을 통과하는 절연된 도관 부분과, 제1단부에서 상기 절연된 도관 부분과 연결되고 제2단부에서 상기 산화기 조립체의 상기 배출 조립체내로 상향으로 신장되는 다수의 스퍼거 튜브를 포함하며, 각각의 스퍼거 튜브는 상기 제1단부를 통해 상기 절연된 도관 부분으로부터 제2공기 부분을 수취하고 상기 제2공기 부분을 제2단부를 통해 상기 산화기 조립체의 상기 배출 조립체로 이송하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서, 상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체에 있어서,
상기 수용 구조물은 베이스 부분, 포위 부분과 연료와 상기 제1공기 부분과 제2공기 부분을 도입하기 위하여 상기 제1공기 부분을 도입하기 위한 제1공기 입구와, 상기 제2공기 부분을 도입하기 위한 적어도 하나의 제2공기 입구를 포함하는 다수의 입구 포트와 캐소드 배기를 배출하기 위한 적어도 하나의 캐소드 출구를 포함하는 하나의 출구 포트를 포함하고; 상기 모듈형 연료전지 스택 조립체는 연료 입구 포트로 도입된 연료를 수취하고 상기 연료를 상기 연료전지 스택으로 이송하도록 적용된 연료 입구 도관 조립체, 상기 연료전지 스택으로부터 아노드 배기를 수취하고 상기 아노드 배기를 산화기 조립체의 믹서-추출기 조립체로 이송하도록 적용된 아노드 배기 도관 조립체와, 상기 제1공기 입구 포트로부터 제1공기 부분을 수취하고 상기 제1공기 부분을 산화기 조립체의 믹서-추출기로 이송하도록 적용된 제1공기 도관 조립체와, 상기 제2공기 입구 포트로부터 제2공기 부분을 수취하고 상기 제2공기 부분을 산화기 조립체로 이송하도록 적용된 제2공기 도관 조립체와, 상기 연료전지 스택에 의해 배출된 캐소드 배기를 수취하고 상기 캐소드 배기를 연료전지 스택에서 캐소드 출구 포트로 이송하도록 적용된 캐소드 배기 도관 조립체를 포함하는 도관 조립체를 포함하며, 그리고 상기 제2공기 도관 조립체는 수용 구조물의 베이스 부분을 통과하는 절연된 도관 부분과, 제1단부에서 상기 절연된 도관 부분과 연결되고 제2단부에서 상기 산화기 조립체의 상기 배출 조립체내로 상향으로 신장되는 다수의 스퍼거 튜브를 포함하며, 각각의 스퍼거 튜브는 상기 제1단부를 통해 상기 절연된 도관 부분으로부터 제2공기 부분을 수취하고 상기 제2공기 부분을 제2단부를 통해 상기 산화기 조립체의 상기 배출 조립체로 이송하도록 적용되며, 상기 각각의 스퍼거 튜브의 제2단부는 제2공기 부분을 배출 조립체로 배출하기 위한 다수의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서, 상기 각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하는 모듈형 연료전지 스택 조립체에 있어서,
상기 수용 구조물은 연료, 상기 제1공기 부분과 제2공기 부분을 도입하기 위하여 상기 제1공기 부분을 도입하기 위한 제1공기 입구와, 상기 제2공기 부분을 도입하기 위한 적어도 하나의 제2공기 입구를 포함하는 다수의 입구 포트와 캐소드 배기를 배출하기 위한 적어도 하나의 캐소드 출구를 포함하는 적어도 하나의 출구 포트를 포함하며; 상기 모듈형 연료전지 스택 조립체는 연료 입구 포트로 도입된 연료를 수취하고 상기 연료를 상기 연료전지 스택으로 이송하도록 적용된 연료 입구 도관 조립체, 상기 연료전지 스택으로부터 아노드 배기를 수취하고 상기 아노드 배기를 산화기 조립체의 믹서-추출기 조립체로 이송하도록 적용된 아노드 배기 도관 조립체와, 상기 제1공기 입구 포트로부터 제1공기 부분을 수취하고 상기 제1공기 부분을 산화기 조립체의 믹서-추출기로 이송하도록 적용된 제1공기 도관 조립체와, 상기 제2공기 입구 포트로부터 제2공기 부분을 수취하고 상기 제2공기 부분을 산화기 조립체로 이송하도록 적용된 제2공기 도관 조립체와, 상기 연료전지 스택에 의해 배출된 캐소드 배기를 수취하고 상기 캐소드 배기를 연료전지 스택에서 캐소드 출구 포트로 이송하도록 적용된 캐소드 배기 도관 조립체를 포함하는 도관 조립체를 포함하며, 상기 각각의 연료전지 스택은 연료 입구 도관 조립체로부터의 연료와 상기 연료전지 스택으로부터 배출된 캐소드 배기를 수취하고 상기 연료를 예열하기 위해 상기 연료 및 캐소드 배기를 열교환 관계로 이송하도록 적용된 단부판 조립체를 포함하며, 상기 단부판 조립체는 캐소드 배기를 캐소드 배기 도관 조립체로 배출하고 상기 예열된 연료를 상기 연료전지 스택으로 배출하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서,
각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하고, 그리고 상기 믹서-추출기 조립체는 상향 방향으로 신장되는 추출기 튜브를 포함하며, 상기 추출기 튜브는 아노드 배기를 수취하기 위한 제1입구와, 상기 제1공기 부분을 수취하기 위한 제2입구와, 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화기 유니트로 배출하기 위한 출구를 포함하며; 상기 제1 및 제2입구는 추출기 튜브의 하단부에 배치되고, 상기 제1입구는 상기 제2입구 보다 상기 추출기 튜브의 낮은 지점에 배치되고, 상기 출구는 추출기 튜브의 상단부에 배치되는 모듈형 연료전지 스택 조립체에 있어서;
상기 다수의 연료전지 스택은 제1 연료 전지 스택과, 제2 연료 전지 스택과, 제3 연료 전지 스택과, 제4 연료 전지 스택을 포함하며, 상기 제1 연료 전지 스택 내지 제4 연료 전지 스택은 상기 제1연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 제2연료전지 스택의 캐소드 입구면과 대면하는 관계가 되고 상기 제3연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 제4연료전지 스택의 캐소드 입구면과 대면하는 관계가 되도록 상기 수용 구조물내에 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 제28항에 있어서,
각각의 연료전지 스택은 캐소드 입구면을 포함하며, 상기 캐소드 입구면은 매니폴드가 없는 개방된 표면이며, 상기 산화기 조립체는 연료전지 스택에 의한 사용을 위하여 상기 옥시던트 가스를 상기 수용 구조물로 배출하고, 상기 연료전지 스택은 연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 산화기 조립체와 대면하도록 상기 수용 구조물내에 배치되며, 상기 산화기 조립체는 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 공기를 수취하도록 적용되며 상기 산화기 조립체는 상기 아노드 배기 및 제1공기 부분을 수취하고 상기 아노드 배기를 상기 제1공기 부분과 혼합하도록 적용된 적어도 하나의 믹서-추출기 조립체와, 고온의 옥시던트 가스를 발생시키기 위해 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 산화기 촉매를 포함하는 적어도 하나의 산화기 유니트와, 상기 적어도 하나의 산화기 유니트에 바로 이어지고 고온의 옥시던트 가스를 냉각시키기 위해 상기 고온의 옥시던트 가스 및 제2공기 부분을 수취하고 상기 옥시던트 가스를 배출하도록 적용된 적어도 하나의 배출 조립체를 포함하고, 그리고 상기 믹서-추출기 조립체는 상향 방향으로 신장되는 추출기 튜브를 포함하며, 상기 추출기 튜브는 아노드 배기를 수취하기 위한 제1입구와, 상기 제1공기 부분을 수취하기 위한 제2입구와, 상기 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화기 유니트로 배출하기 위한 출구를 포함하며; 상기 제1 및 제2입구는 추출기 튜브의 하단부에 배치되고, 상기 제1입구는 상기 제2입구 보다 상기 추출기 튜브의 낮은 지점에 배치되고, 상기 출구는 추출기 튜브의 상단부에 배치되는 모듈형 연료전지 스택 조립체에 있어서;
상기 다수의 연료전지 스택은 제1 연료 전지 스택과, 제2 연료 전지 스택과, 제3 연료 전지 스택과, 제4 연료 전지 스택을 포함하며, 상기 제1 연료 전지 스택 내지 제4 연료 전지 스택은 상기 제1연료전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 제2연료전지 스택의 캐소드 입구면과 대면하는 관계가 되고 상기 제3 연료 전지 스택의 캐소드 입구면이 상기 제4 연료 전지 스택의 캐소드 입구면과 대면하는 관계가 되도록 상기 수용 구조물내에 배치되고; 상기 산화기 조립체는 상기 제1 및 제2 연료 전지 스택으로부터의 아노드 배기와 제1공기 부분의 일부를 수취하도록 적용된 제1믹서-추출기 조립체와, 상기 제1 및 제2 연료 전지 스택으로부터의 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 제1산화기 유니트와, 상기 제1산화기 유니트에 의해 발생된 고온의 옥시던트 가스를 수취하고 상기 옥시던트 가스를 제1 연료 전지 스택과 제2 연료 전지 스택 사이로 배출하도록 적용된 제1배출 조립체와, 그리고 상기 제3 및 제4 연료 전지 스택으로부터의 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 일부를 수취하도록 적용된 제2믹서-추출기 조립체와, 상기 제3 및 제4 연료 전지 스택으로부터의 아노드 배기와 상기 제1공기 부분의 혼합물을 산화시키기 위한 제2산화기 유니트와, 상기 제2산화기 유니트에 의해 발생된 상기 고온의 옥시던트 가스를 수취하고 상기 옥시던트 가스를 제3 연료 전지 스택과 제4 연료 전지 스택 사이로 배출하도록 적용된 제2배출 조립체를 포함하는 산화기 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체. - 모듈형 연료 전지 스택 조립체에 있어서,
각각이 다수의 스택 표면을 구비하는 다수의 연료전지 스택과, 다수의 스택 표면과 상기 스택 표면 사이에 형성된 다수의 스택 모서리를 각각 갖는 다수의 연료전지 스택과,
상기 다수의 연료전지 스택을 수용하고 연료 및 옥시던트 가스를 상기 연료전지 스택에 제공하기 위한 수용 구조물과,
상기 수용 구조물내에 밀봉된 챔버를 형성하기 위한 다수의 밀봉부를 포함하며,
상기 다수의 스택 표면은 연료전지 스택의 캐소드측에 사용하기 위한 옥시던트 가스를 수용하도록 적용된 캐소드 입구면과, 상기 캐소드측으로부터 캐소드 배기를 배출하도록 적용된 캐소드 출구면과, 연료전지 스택의 아노드측에 사용하기 위한 연료를 수취하도록 적용된 아노드 입구면과, 상기 아노드측으로부터 아노드 배기를 배출하도록 적용된 아노드 출구면을 포함하며; 상기 각각의 캐소드 입구면과 캐소드 출구면과 아노드 입구면 및 아노드 출구면은 매니폴드없는 개방된 표면이며; 상기 수용 구조물은 상기 캐소드 입구면과 상기 아노드 입구면과 상기 캐소드 출구면 및 상기 아노드 출구면을 밀봉가능하게 포위 및 격리시키기 위한 다수의 밀봉된 챔버를 포함하며; 상기 각각의 밀봉부는 제1구조물 및 제2구조물중 하나를 가지며, 상기 제2구조물은 제1구조물 보다 양호한 밀봉을 제공하는 것을 특징으로 하는 모듈형 연료전지 스택 조립체.
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