KR101693496B1 - Tube type solid oxide fuel cell - Google Patents

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Abstract

튜브형 고체 산화물 연료전지는 연료극 지지체, 전해질층, 공기극 및 집전체를 포함한다. 연료극 지지체는 튜브 형태를 갖는다. 전해질층은 연료극 지지체의 외면에 코팅된다. 공기극은 전해질층의 외면에 코팅된다. 집전체는 연료극 지지체의 내부로 삽입되며, 연료극 지지체의 내벽으로 향하는 탄성을 통해 연료극 지지체와 접촉한다. 따라서, 집전체를 탄성을 통해 연료극 지지체와 접촉하여 그 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. The tubular solid oxide fuel cell includes an anode support, an electrolyte layer, a cathode, and a current collector. The anode support has a tube shape. The electrolyte layer is coated on the outer surface of the anode support. The air electrode is coated on the outer surface of the electrolyte layer. The current collector is inserted into the interior of the fuel electrode support and contacts the fuel electrode support through elasticity toward the inner wall of the fuel electrode support. Therefore, the current collector can be brought into contact with the anode support through elasticity to increase the contact area thereof.

Description

튜브형 고체 산화물 연료전지{TUBE TYPE SOLID OXIDE FUEL CELL}[0001] TUBE TYPE SOLID OXIDE FUEL CELL [0002]

본 발명은 튜브형 고체 산화물 연료전지에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 연료극 지지체, 전해질층 및 공기극을 튜브 형태로 제작하여 전기를 발생시킬 수 있는 연료전지에 관한 것이다. The present invention relates to a tubular solid oxide fuel cell, and more particularly, to a fuel cell capable of generating electricity by forming a fuel electrode support, an electrolyte layer, and an air electrode in the form of a tube.

일반적으로, 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell; 이하, SOFC)는 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria Stabilized Zirconia; 이하, YSZ)와 같은 이온전도성 전해질 양측에 연료극과 공기극이 부착되어 있는 셀을 기본 구성요소로 한다. Generally, in a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC), a cell in which a fuel electrode and an air electrode are attached to both sides of an ion conductive electrolyte such as Yttria Stabilized Zirconia (hereinafter referred to as YTZ) .

상기 YSZ와 같은 고체 전해질은 연료 가스와 공기가 섞이지 않도록 치밀한 구조를 가지는 반면에 연료극과 공기극은 연료인 수소와 산소를 포함하는 공기가 원활히 확산되도록 다공성 구조를 가질 수 있다.The solid electrolyte such as YSZ has a dense structure such that fuel gas and air are not mixed, while the fuel electrode and the air electrode may have a porous structure such that air containing hydrogen and oxygen, which are fuel, smoothly diffuses.

상기 SOFC의 구조는 크게 평판형과 튜브형이 개발되었으며, 튜브형은 다시 원통형과 셀 들의 연결이 용이하도록 납작하게 만든 평관형으로 분류될 수 있다. The structure of the SOFC has been largely classified into a flat plate type and a tube type, and the tubular type can be classified into a flat plate type which is flattened to facilitate connection between the cylindrical type and the cells.

상기 SOFC의 출력밀도를 높이기 위해서 연료극 지지체 위에 전해질을 얇게 막으로 입힘으로써, 상기 SOFC의 저항을 줄이는 것이 평판형과 튜브형 셀을 제작하 기 위해 일반적으로 사용되는 방법이다.In order to increase the output density of the SOFC, it is a commonly used method to fabricate a flat plate and a tubular cell by coating the electrolyte on the anode support with a thin film to reduce the resistance of the SOFC.

여기서, 상기 튜브형 SOFC는 기계적 강도가 우수하면서 연료 가스의 밀봉이 용이하나, 상기 튜브형 SOFC 내부의 연료극 지지체와 상기 연료극 지지체로부터 외부로 돌출되어 집전 기능을 수행하는 연결재와의 접촉 면적이 매우 작으므로 접촉 저항이 커져 전류를 수집하거나 분배하기가 평판형 SOFC에 비해 어려울 수 있다. Since the tubular SOFC has excellent mechanical strength and easy sealing of the fuel gas, the contact area between the fuel electrode support in the tubular SOFC and the fuel electrode support protruding outward from the fuel electrode support is very small, The larger the resistance, the more difficult it is to collect or distribute currents compared to flat SOFCs.

본 발명의 목적은 집전체와 연료극 지지체가 보다 넓은 면적에서 안정적으로 접촉할 수 있는 튜브형 SOFC를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a tubular SOFC in which a current collector and an anode support can stably contact each other over a larger area.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 튜브형 SOFC는 연료극 지지체, 전해질층, 공기극 및 집전체를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a tubular SOFC includes a fuel electrode support, an electrolyte layer, an air electrode, and a current collector.

상기 연료극 지지체는 튜브 형태를 갖는다. 상기 전해질층은 상기 연료극 지지체의 외면에 코팅된다. 상기 공기극은 상기 전해질층의 외면에 코팅된다. 상기 집전체는 상기 연료극 지지체의 내부로 삽입되며, 상기 연료극 지지체의 내벽으로 향하는 탄성을 통해 상기 연료극 지지체와 접촉한다. The fuel electrode support has a tube shape. The electrolyte layer is coated on the outer surface of the anode support. The air electrode is coated on the outer surface of the electrolyte layer. The current collector is inserted into the fuel electrode support and contacts the fuel electrode support through elasticity toward the inner wall of the fuel electrode support.

일 실시예에 따른 집전체는 상기 집전체는 연결 부재 및 상기 연결 부재의 외면에 가지 형태로 다수가 연결되며 상기 연결 부재가 상기 연료극 지지체의 내부로 삽입될 때 탄성에 의해 상기 연료극 지지체의 내벽을 따라 휘어지면서 전기적으로 연결되는 탄성 연결부들을 포함할 수 있다.In the current collector according to an embodiment of the present invention, the current collector is connected to the connecting member and the outer surface of the connecting member in a plurality of branches, and when the connecting member is inserted into the fuel electrode support, And may include elastic connection portions that are bent along and electrically connected to each other.

이때, 상기 연결 부재는 내부가 채워진 바 또는 내부가 빈 튜브 형태로 이루어질 수 있다. At this time, the connection member may be formed in an empty tube shape filled with the inside or inside.

다른 실시예에 따른 집전체는 각각이 사방으로 팽창하려는 탄성을 가지면서 서로 전기적으로 연결된 다수의 금속 뭉치들을 포함할 수 있다.The current collector according to another embodiment may include a plurality of metal bundles each having an elasticity for expanding in all directions and electrically connected to each other.

또 다른 실시예에 따른 집전체는 상기 연료극 지지체의 내벽을 향하여 탄성 을 갖는 스프링 기구를 포함할 수 있다. 이에, 상기 연료극 지지체는 내벽에 상기 스프링 기구의 삽입을 가이드하면서 결합하도록 형성된 가이드홈을 가질 수 있다. The current collector according to another embodiment may include a spring mechanism having elasticity toward the inner wall of the fuel electrode support. The fuel electrode support may have a guide groove formed on an inner wall of the fuel electrode support, the guide groove being adapted to guide the insertion of the spring mechanism.

이러한 튜브형 SOFC에 따르면, 연료극 지지체의 내부로 삽입되어 전류를 모으기 위한 집전체를 탄성을 통해 상기 연료극 지지체와 보다 넓은 면적에서 안정적으로 접촉시킴으로써, 전류를 수집하는 능력을 향상시킬 수 있다. 이로써, 상기 튜브형 SOFC의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. According to such a tubular SOFC, the ability to collect the current can be improved by stably contacting the current collector inserted into the anode electrode support and collecting the current through the elasticity with the anode electrode support in a larger area. As a result, the power generation efficiency of the tubular SOFC can be improved.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 튜브형 SOFC에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.Hereinafter, a tubular SOFC according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 SOFC를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이며, 도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이다.2 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II' of FIG. 2 Fig.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 SOFC(100)는 연료극 지지체(10), 전해질층(20), 공기극(30) 및 집전체(40)를 포함한다.1 to 3, a tubular SOFC 100 according to an embodiment of the present invention includes an anode support 10, an electrolyte layer 20, an air electrode 30, and a current collector 40.

상기 연료극 지지체(10)는 튜브 형태를 가지면서 상기 튜브형 SOFC(100)를 전체적으로 지지하는 역할을 한다. 상기 연료극 지지체(10)는 니켈과 YSZ의 혼합물로 이루어져 도전성을 가질 수 있다. 상기 연료극 지지체(10)는 슬립주조, 겔 주조, 사출, 압출 또는 프레스 공정을 통해 성형할 수 있으며, 이들 중 압출 공정이 가장 일반적이다. 상기 연료극 지지체(10)는 수소를 포함하는 연료 가스가 통과하도록 다공성 물질로 이루어질 수 있다. The fuel electrode support 10 has a tubular shape and supports the tubular SOFC 100 as a whole. The fuel electrode support 10 may be made of a mixture of nickel and YSZ and may have conductivity. The fuel electrode support 10 can be molded through slip casting, gel casting, injection, extrusion or pressing, among which the extrusion process is the most common. The fuel electrode support 10 may be made of a porous material so that a fuel gas containing hydrogen may pass through it.

상기 전해질층(20)은 상기 연료극 지지체(10)의 외면에 코팅된다. 상기 전해질층(20)은 YSZ, (La, Sr)(Ga, Mg)O3, GDC(Gd doped CeO2), YDC(Y2O3 doped CeO2), Ba(Zr, Y)O3과 같은 세라믹 분말을 사용하여 딥-코팅, 페인팅 등을 포함하는 전형적인 슬러리 코팅기술을 통해 코팅될 수 있다. 또한, 화학증착법, 물리증착법 등을 포함하는 진공증착법이 이용될 수도 있다. 이러한 전해질층(20)에는 상기 연료극지지체(10)를 통과한 연료 가스와 접촉하게 된다. The electrolyte layer 20 is coated on the outer surface of the fuel electrode support 10. The electrolyte layer 20 may be formed by using a ceramic powder such as YSZ, (La, Sr) (Ga, Mg) O 3, GdCdO 2, YDC, Coatings, paintings, and the like. A vacuum vapor deposition method including a chemical vapor deposition method, a physical vapor deposition method, and the like may also be used. The electrolyte layer 20 is brought into contact with the fuel gas that has passed through the fuel electrode support 10.

상기 공기극(30)은 상기 전해질층(20)의 외면에 코팅된다. 상기 공기극(30)은 란탄늄(La), 스트론튬(Sr) 및 망간(Mn)의 혼합물인 LSM, 란탄늄(La), 스트론튬(Sr), 코발트(Co) 및 철(Fe)의 혼합물인 LSCF와 같이 상기 GDC 또는 상기 YDC를 사용하여 상기 전해질층(30)과 동일한 방식 또는 추가적으로 스크린 프린팅 방식으로 코팅될 수 있다. The air electrode (30) is coated on the outer surface of the electrolyte layer (20). The air electrode 30 is made of a mixture of lanthanum (La), strontium (Sr) and manganese (Mn) such as LSM, lanthanum (La), strontium (Sr), cobalt (Co) The GDC or the YDC may be used to coat the electrolyte layer 30 in the same manner or additionally by screen printing.

상기 공기극(30)은 산소를 포함하는 공기가 통과하도록 다공성 물질로 이루어질 수 있다. 이에, 상기 공기극(30)을 통과한 공기는 상기 전해질층(20)과 접촉하게 된다. 이때, 상기 전해질층(20)은 상기 공기와 상기 연료 가스가 혼합되는 것을 방지하기 위하여 치밀한 구조를 갖는다. The air electrode 30 may be made of a porous material so that air including oxygen can pass therethrough. Thus, air passing through the air electrode 30 comes into contact with the electrolyte layer 20. At this time, the electrolyte layer 20 has a dense structure to prevent the air and the fuel gas from being mixed.

이로써, 상기 전해질층(20)은 상기 공기의 산소로부터 상기 연료극 지지체(10)의 연료 가스를 통해 전자를 발생시켜 상기 연료극 지지체(10)로 전류를 발생시킨다. 이때, 상기 연료극 지지체(10)에는 상기 전해질층(20)을 통해 전달된 산소 이온이 상기 연료 가스의 수소 이온가 반응하여 물(H2O)이 생성된다. 또한, 상기 연료극으로부터 전류가 발생되면서 열도 같이 발생하게 된다.Thus, the electrolyte layer 20 generates electrons from the oxygen of the air through the fuel gas of the fuel electrode support 10 to generate current to the fuel electrode support 10. At this time, oxygen ions transferred through the electrolyte layer 20 react with the hydrogen ions of the fuel gas to generate water (H2O) in the fuel electrode support 10. Also, as the current is generated from the fuel electrode, heat is generated as well.

상기 집전체(40)는 상기 연료극 지지체(10)의 내부에 삽입된다. 상기 집전체(40)는 상기 연료극 지지체(10)와 전기적으로 연결되어 상기 연료극 지지체(10)로부터 발생된 전류를 수집한다. The current collector 40 is inserted into the fuel electrode support 10. The current collector 40 is electrically connected to the fuel electrode support 10 to collect current generated from the fuel electrode support 10.

구체적으로, 상기 집전체(40)는 연결 부재(42) 및 다수의 탄성 연결부(44)들을 포함할 수 있다. 상기 연결 부재(42)는 상기 연료극 지지체(10)의 내부로 삽입이 용이하면서 상기 연료 가스가 유입되는 공간을 충분히 확보하기 위하여 상기 연료극 지지체(10)의 내경보다 작은 직경을 가질 수 있다. Specifically, the current collector 40 may include a connecting member 42 and a plurality of elastic connecting portions 44. The connecting member 42 may have a smaller diameter than the inner diameter of the fuel electrode support 10 in order to facilitate insertion of the fuel electrode support 10 into the fuel electrode support 10 and to sufficiently secure a space through which the fuel gas flows.

이러한 연결 부재(42)는 내부가 채워진 바 형태로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 연결 부재(42)는 내부가 빈 튜브 형태로 이루어질 수 있다. 이럴 경우, 상기 연결 부재(42)의 내부에는 상기 연료 가스가 인입될 수 있다.The connecting member 42 may be formed into a bar shape filled with the inside thereof. Alternatively, the connecting member 42 may have an internal hollow tube shape. In this case, the fuel gas may be introduced into the connecting member 42.

상기 탄성 연결부(44)들은 상기 연결 부재(42)의 외면에 가지 형태로 연결된다. 예를 들어, 상기 탄성 연결부(44)들은 상기 연결 부재(42)에 용접 또는 본딩 방식을 통해 연결될 수 있다. 이와 달리, 상기 연결 부재(42)를 그 길이 방향을 따라 가운데를 분리시킨 다음, 그 분리한 부분에 상기 탄성 연결부(44)들을 기계적으로 고정시킨 다음, 상기 분리한 연결 부재(42)를 재결합시킴으로써, 상기 탄성 연 결부(44)들을 연결시킬 수 있다.The elastic connecting portions 44 are connected to the outer surface of the connecting member 42 in a branched manner. For example, the elastic connection portions 44 may be connected to the connection member 42 through welding or bonding. Alternatively, the center of the connecting member 42 may be separated along its longitudinal direction, the elastic connecting portions 44 may be mechanically fixed to the separated portion, and then the separated connecting members 42 may be recombined And the elastic connecting portions 44 may be connected to each other.

상기 탄성 연결부(44)들은 침상 구조를 가질 수 있다. 상기 탄성 연결부(44)들은 상기 연결 부재(42)와 수직한 방향으로 탄성을 갖는다. 즉, 상기 탄성 연결부(44)들은 탄성을 통해서 상기 연결 부재(42)로부터 꼿꼿하게 서 있으려는 성질을 갖는다. 또한, 상기 탄성 연결부(44)들은 상기 연결 부재(42)와 상기 연료극 지지체(10)의 내벽 사이의 거리보다 상기 연결 부재(42)로부터 길게 연장된 구조를 갖는다. The elastic connection portions 44 may have a needle-like structure. The elastic connecting portions 44 have elasticity in a direction perpendicular to the connecting member 42. That is, the elastic connecting portions 44 have a property of standing upright from the connecting member 42 through elasticity. The elastic connecting portions 44 have a structure elongated from the connecting member 42 so as to be longer than the distance between the connecting member 42 and the inner wall of the fuel electrode support 10.

이에 따라, 상기 집전체(40)를 상기 연료극 지지체(10)의 내부로 삽입시키게 되면, 상기 탄성 연결부(44)가 상기 연료극 지지체(10)의 내벽을 따라 휘어지면서 상기 연료극 지지체(10)와 접촉하게 된다. Accordingly, when the current collector 40 is inserted into the fuel electrode support 10, the elastic connection portion 44 is bent along the inner wall of the fuel electrode support 10 so as to be in contact with the fuel electrode support 10, .

이때, 상기 탄성 연결부(44)는 자체가 가지는 탄성에 의하여 상기 연료극 지지체(10)의 내벽에 안정적으로 접촉하게 됨과 동시에, 상기 내벽을 따라 휘어짐에 의해 상기 내벽과 선접촉을 유도할 수 있어 결과적으로 그 접촉하는 면적을 증가시킬 수 있다. 이러한 탄성 연결부(44)는 일 예로, 니켈(Ni), 스테인레스(stainless) 또는 강철(steel) 등의 전도성이 우수한 금속 물질을 포함할 수 있다. At this time, the elastic connection portion 44 stably contacts the inner wall of the fuel electrode support 10 due to its own elasticity, and at the same time, it can induce line contact with the inner wall by bending along the inner wall, The contact area can be increased. The elastic connecting portion 44 may include a metal material having excellent conductivity, such as nickel (Ni), stainless steel, or steel.

이에 따라, 상기 집전체(40)와 상기 연료극 지지체(10) 사이의 접촉 저항을 감소시킴으로써, 상기 집전체(40)가 상기 연료극 지지체(10)로부터 발생된 전류를 수집하는 능력을 향상시킬 수 있다. 이로써, 상기 튜브형 SOFC(100)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.Accordingly, by reducing the contact resistance between the current collector 40 and the anode support 10, it is possible to improve the ability of the current collector 40 to collect the current generated from the anode support 10 . As a result, the power generation efficiency of the tubular SOFC 100 can be improved.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브형 SOFC를 개략적으로 나타낸 도 면이고, 도 5는 도 4의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 4 is a schematic view of a tubular SOFC according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line III-III 'of FIG.

본 실시예에서, 연료극 지지체, 전해질층 및 공기극은 도 1 내지 도 3에 도시된 구성과 동일하므로, 동일한 참조 번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다. In this embodiment, the fuel electrode support, the electrolyte layer and the air electrode are the same as those shown in Figs. 1 to 3, and thus the same reference numerals are used, and redundant detailed description thereof will be omitted.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브형 SOFC(110)의 집전체(50)는 상기 연료극 지지체(10)의 내부로 삽입되는 다수의 금속 뭉치(52)들을 포함할 수 있다. 4 and 5, the current collector 50 of the tubular SOFC 110 according to another embodiment of the present invention includes a plurality of metal bundles 52 inserted into the anode support 10 .

상기 금속 뭉치(52)들 각각은 대략 솜 형태로 다수의 와이어들이 서로 엉킨 구조를 가질 수 있다. 이에, 각 금속 뭉치(52)는 상기 서로 엉킨 와이어들에 의해서 사방으로 팽창하려는 탄성을 가지게 된다. 또한, 각 금속 뭉치(52)는 내부에 상기 연료 가스가 통과할 수 있는 충분한 공간도 확보할 수 있다. Each of the metal bundles 52 may have a structure in which a plurality of wires are tangled with each other in a substantially cotton-like shape. Thus, each metal bundle 52 has elasticity to expand in four directions by the tangled wires. Further, each metal bundle 52 can secure a sufficient space for allowing the fuel gas to pass therethrough.

이러한 금속 뭉치(52)들을 상기 연료극 지지체(10)의 내부로 삽입하게 되면, 그 팽창하려는 탄성에 의해서 상기 연료극 지지체(10)의 내벽과 안정적으로 접촉하면서 그 접촉하는 면적을 증가시킬 수 있다. When the metal bundles 52 are inserted into the fuel electrode support 10, the area of contact with the inner wall of the fuel electrode support 10 can be increased by the elasticity of the expansion.

이때, 상기 금속 뭉치(52)들은 서로 튜브나 바 형태의 금속 부재에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 달리, 상기 금속 뭉치(52)들은 서로 각각이 갖는 탄성에 의해 직접 전기적으로 연결될 수도 있다. At this time, the metal bundles 52 may be electrically connected to each other by a tube or a bar-shaped metal member. Alternatively, the metal clusters 52 may be directly electrically connected to each other by elasticity thereof.

이에 따라, 본 실시예의 집전체(50)는 도 1 내지 도 3에 도시된 집전체(40)와 동일한 효과를 기대할 수 있다. Accordingly, the current collector 50 of the present embodiment can expect the same effect as the current collector 40 shown in Figs. 1 to 3.

또한, 상기 금속 뭉치(52)들은 상기 연료극 지지체(10)로부터 전류가 발생될 때 같이 발생되는 열 또는 반응을 위하여 인위적으로 가해지는 열에 의해서 열팽창이 진행됨에 따라, 상기 연료극 지지체(10)의 내벽과 상기 금속 뭉치(52)들의 다른 부분이 더 접촉하게 되어 상기에서의 효과를 더 기대할 수 있다. As the thermal expansion is progressed by the heat artificially applied for the heat or reaction generated when the current is generated from the anode support 10, the metal clusters 52 are formed on the inner wall of the anode support 10, The other portions of the metal bundles 52 are further brought into contact with each other so that the above effect can be expected more.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 튜브형 SOFC를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 6 is a schematic view of a tubular SOFC according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV 'of FIG.

본 실시예에서, 연료극 지지체의 일부 구조를 제외하고는 연료극 지지체, 전해질층 및 공기극은 도 1 내지 도 3에 도시된 구성과 동일하므로, 동일한 참조 번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.In this embodiment, the fuel electrode support, the electrolyte layer, and the air electrode are the same as those shown in Figs. 1 to 3 except for a part of the structure of the fuel electrode support, so that the same reference numerals are used, .

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 튜브형 SOFC(120)의 집전체(70)는 상기 연료극 지지체(10)의 내부로 삽입되는 스프링 기구(72)를 포함할 수 있다. 6 and 7, the current collector 70 of the tubular SOFC 120 according to another embodiment of the present invention may include a spring mechanism 72 inserted into the interior of the fuel electrode support 10 have.

상기 스프링 기구(72)는 가운데가 연료 가스가 통과하도록 관통된 코일 스프링으로 이루어진다. 상기 스프링 기구(72)는 그 길이 방향으로 탄성을 갖는 것이 일반적이지만, 외경 방향으로도 탄성을 갖도록 구성할 수 있다. 이를 위하여, 상기 스프링 기구(72)는 외경이 좁아지도록 하는 힘에 의해 비틀림이 가능하도록 한 피치를 가질 수 있다. 또한, 상기 스프링 기구(72)는 상기 연료극 지지체(60)의 내경보다 큰 외경을 갖는다.The spring mechanism (72) is composed of a coil spring which penetrates the fuel gas to pass through the center thereof. The spring mechanism 72 generally has elasticity in the longitudinal direction thereof, but it can be configured to have elasticity also in the outer diameter direction. To this end, the spring mechanism 72 may have a pitch such that it can be twisted by a force for narrowing the outer diameter. The spring mechanism (72) has an outer diameter larger than the inner diameter of the fuel electrode support (60).

이에, 상기 스프링 기구(72)를 상기 연료극 지지체(60)의 내부로 삽입시키게 되면, 상기 스프링 기구(72)는 상기 연료극 지지체(60)의 내벽에 의해서 외경이 좁아지면서 상기 내벽을 향하여 탄성이 발생하게 될 수 있다. When the spring mechanism 72 is inserted into the fuel electrode support 60, the spring mechanism 72 is elastically deformed toward the inner wall of the fuel electrode support 60 by the inner wall of the fuel electrode support 60, .

이에 따라, 상기 스프링 기구(72)는 상기 연료극 지지체(60)의 내벽에 밀착하려고 한다. 즉, 상기 스프링 기구(72)는 상기 연료극 지지체(60)의 내벽에 그 외경을 따라 안정하게 선접촉을 하게 됨으로써, 도 1 내지 도 3에 도시된 집전체(40)와 동일한 효과를 기대할 수 있다. Accordingly, the spring mechanism 72 tries to come into close contact with the inner wall of the fuel electrode support 60. That is, the spring mechanism 72 stably contacts the inner wall of the fuel electrode support 60 along its outer diameter, so that the same effect as that of the current collector 40 shown in Figs. 1 to 3 can be expected .

한편, 상기 연료극 지지체(60)는 내벽에 상기 스프링 기구(72)의 삽입을 가이드하면서 결합하도록 형성된 가이드홈(62)을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 스프링 기구(72)는 상기 가이드홈(62)과의 결합력을 통해 삽입한 상태에서 외부로 빠지는 것을 방지할 수 있다.Meanwhile, the fuel electrode support 60 may have a guide groove 62 formed in the inner wall of the fuel electrode support 60 so as to be coupled to the fuel electrode support 60 while guiding the insertion of the spring mechanism 72. Accordingly, the spring mechanism (72) can prevent the spring mechanism (72) from falling out of the inserted state through the coupling force with the guide groove (62).

또한, 상기 가이드홈(62)에 의해서 상기 스프링 기구(72)와 상기 연료극 지지체(10)의 내벽 사이의 접촉 면적도 더 증가하게 됨으로써, 상기의 효과를 더 기대할 수 있다. 이때, 상기 가이드홈(62)의 단면을 상기 스프링 기구(72)의 단면과 동일하게 구성한다면, 상기의 접촉 면적을 극대화시킬 수 있다.Further, the contact area between the spring mechanism (72) and the inner wall of the fuel electrode support (10) is further increased by the guide groove (62), so that the above effect can be further expected. At this time, if the end face of the guide groove 62 is formed to have the same cross section as that of the spring mechanism 72, the contact area can be maximized.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

상술한 본 발명은 튜브형 연료극 지지체로부터 발생된 전류를 수집하기 위한 집전체를 탄성을 통해서 상기 연료극 지지체의 내벽과 보다 넓은 면적에서 안정적 으로 접촉시킴으로써, 상기의 전류를 수집하는 능력을 향상시킬 수 있는 연료전지에 이용될 수 있다. The present invention described above is characterized in that the current collector for collecting the current generated from the tubular anode electrode support is stably brought into contact with the inner wall of the fuel electrode support through elasticity in a larger area so that the fuel It can be used for a battery.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 SOFC를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic view of a tubular SOFC according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.2 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'of FIG.

도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브형 SOFC를 개략적으로 나타낸 도면이다.4 is a schematic view of a tubular SOFC according to another embodiment of the present invention.

도 5는 도 4의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단한 단면도이다.5 is a cross-sectional view taken along line III-III 'of FIG.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 튜브형 SOFC를 개략적으로 나타낸 도면이다.6 is a schematic view of a tubular SOFC according to another embodiment of the present invention.

도 7은 도 6의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단한 단면도이다.7 is a cross-sectional view taken along line IV-IV 'of FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art

10, 60 : 연료극 지지체 20 : 전해질층10, 60: anode support 20: electrolyte layer

30 : 공기극 40, 50, 70 : 집전체30: air electrode 40, 50, 70: collector

42 : 연결 부재 44 : 탄성 연결부42: connecting member 44: elastic connecting portion

52 : 금속 뭉치 62 : 가이드홈52: metal bundle 62: guide groove

72 : 스프링 기구72: spring mechanism

100, 110, 120 : 튜브형 SOFC100, 110, 120: Tubular SOFC

Claims (6)

튜브 형태의 연료극 지지체;A fuel electrode support in the form of a tube; 상기 연료극 지지체의 외면에 코팅된 전해질층; An electrolyte layer coated on an outer surface of the anode support; 상기 전해질층의 외면에 코팅된 공기극; 및An air electrode coated on an outer surface of the electrolyte layer; And 상기 연료극 지지체의 내부로 삽입되며, 상기 연료극 지지체의 내벽으로 향하는 탄성을 통해 상기 연료극 지지체와 접촉하는 집전체를 포함하고,And a current collector inserted into the fuel electrode support and contacting the fuel electrode support through elasticity toward the inner wall of the fuel electrode support, 상기 집전체는 상기 연료극 지지체의 내벽을 향하여 탄성을 갖는 코일 스프링 기구를 포함하며,Wherein the current collector includes a coil spring mechanism having elasticity toward the inner wall of the fuel electrode support, 상기 연료극 지지체는 내벽에 상기 코일 스프링 기구의 삽입을 가이드하면서 결합하도록 형성된 가이드홈을 갖는 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.Wherein the fuel electrode support has a guide groove formed on an inner wall of the fuel electrode support, the guide groove being configured to guide the insertion of the coil spring mechanism. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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