KR101883504B1 - 개량된 온도 균일성 및 효율을 위한 단계형 연료 흐름 및 선택적 촉매 로딩을 갖는 내부 리포밍 연료전지 조립체 - Google Patents

개량된 온도 균일성 및 효율을 위한 단계형 연료 흐름 및 선택적 촉매 로딩을 갖는 내부 리포밍 연료전지 조립체 Download PDF

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Abstract

연료전지 조립체는 연료전지 스택을 구성하는 일련의 연료전지를 위한 연료 공급을 리포밍하기 위한 연료 리포밍 유니트를 포함한다. 리포밍된 연료 공급은 먼저 리포밍 유니트에 가장 인접한 연료전지의 아노드로 향하고, 그후 스택 외부의 매니폴드로 향한다. 매니폴드는 제1아노드를 통과한 후 완전히 배기되지 않은 리포밍된 연료 공급의 일부를 흡입하고, 그 리포밍된 연료를 직렬의 연속적인 연료전지에 공급하고, 그에 따라 스택을 통한 단계형 연료 공급과 전기 생산시 최적의 연료 활용을 제공한다. 상기 리포밍 유니트는 스택의 전지에 의해 소비되는 연료의 활용을 최대로 하기 위해 리포밍된 연료 공급을 제1아노드 및 매니폴드를 향하게 하는 일련의 배플을 포함한다. 또한, 리포밍 유니트에서 발생되는 흡열 반응의 결과로서 발생되는 냉각이 얻어지고 스택을 통해 최적으로 퍼짐으로써 스택을 통한 최적의 온도 구배를 달성할 수 있고 그에 따라 스택의 최적의 작동 및 증가된 수명을 가능하게 한다.

Description

개량된 온도 균일성 및 효율을 위한 단계형 연료 흐름 및 선택적 촉매 로딩을 갖는 내부 리포밍 연료전지 조립체{INTERNALLY REFORMING FUEL CELL ASSEMBLY WITH STAGED FUEL FLOW AND SELECTIVE CATALYST LOADING FOR IMPROVED TEMPERATURE UNIFORMITY AND EFFICIENCY}
본 발명은 연료전지 스택에 배치된 연료전지에 관한 것으로서, 특히 연료전지 스택 디자인과 스택에서 전체적인 연료 사용 및 제어 온도 분배를 향상시켜 스택을 위해 증가된 수명을 제공하기 위한 방법에 관한 것이다.
연료전지는 탄화수소 연료에 저장된 화학 에너지를 전기화학 반응에 의해 전기 에너지로 직접 전환하는 장치이다. 일반적으로, 연료전지는 전기적으로 하전된 이온을 도전하도록 작용하거나 또는 전기적으로 하전된 이온을 도전하는 전해질을 보유하는 부재에 의해 분리되는 아노드 및 캐소드를 포함한다. 유용한 파워 레벨을 생산하기 위해, 다수의 개별적인 연료전지는 전지를 분리하는 전기적으로 도전성인 분리기 플레이트(separator plate)와 직렬로 적층된다.
연료전지에서 전기화학 반응을 하기 전에, 메탄, 석탄 가스 등과 같은 탄화수소 연료는 연료전지의 아노드에 사용하기 위한 수소를 생산하도록 전형적으로 리포밍된다. 내부 리포밍 연료전지에서는 고가의 복잡한 리포밍 설비가 필요없이 탄화수소 연료의 직접적인 사용을 허용하기 위해 연료전지에는 스팀 리포밍 촉매가 배치된다. 또한, 연료전지 스택을 냉각시키는데 도움을 주기 위해 흡열성 리포밍 반응이 사용될 수 있다.
내부 리포밍 연료전지는 직접 내부 리포밍 및 간접 내부 리포밍을 사용한다. 직접 내부 리포밍은 리포밍 폭매를 활성 아노드 격실(active anode compartment)내에 배치함으로써 달성된다. 따라서, 직접 내부 리포밍은 촉매를 연료전지의 전해질에 직접 노출시키며, 이것은 촉매의 불활성화 및 궁극적인 연료전지 성능의 저하를 이끌 수 있다. 전해질 오염을 감소시키기 위해 직접 내부 리포밍 기술에 개량이 이루어져 왔지만, 이런 개량은 연료전지 디자인의 복합성으로 인한 고비용과 특수한 재료 요구 및 리포밍 촉매의 효과 감소가 수반된다.
제2리포밍 기술인 간접 내부 리포밍은 리포밍 촉매를 연료전지 스택내의 격리된 챔버에 배치하고 상기 챔버로부터 리포밍된 촉매를 연료전지의 아노드 격실로 향하게 함으로써 달성된다. 이 기술에 의해, 별도의 덕트 시스템을 위한 필요성은 연료전지 스택의 비용을 상승시키며, 시스템을 연료 누설에 대해 민감하게 한다.
본 기술분야의 현재 상태는 연료전지 스택이 직접 및 간접 내부 리포밍을 가지며 연료 및 옥시던트 가스의 흐름을 둘러싸고 이를 스택으로 향하게 하기 위해 외부 매니폴드가 사용되는 하이브리드 조립체를 사용하고 있다. 동일한 양수인에게 양도된 미국특허 제6,200,696호 및 미국 특허출원 제2006/0123705호는 이런 하이브리드 조립체의 예를 게재하고 있다. 상기 미국특허 제6,200,696호 및 제2006/0123705호 공보에 게재된 바와 같이, 하이브리드 조립체는 도입된 연료 가스의 간접 내부 리포밍을 위한 하나 이상의 연료 리포머를 포함하며, 이것은 도입된 연료 가스를 수령하고 그 내부에서 연료를 리포밍하면서 이를 U 형상의 경로로 이송한다. 상기 미국특허 제6,200,696호 및 제2006/0123705호 공보의 조립체는 직접 내부 리포밍 및 전기화학 전환을 통한 계속적인 리포밍을 위해, 간접 내부 리포머에 의해 배출된 리포밍된 가스를 아노드 격실로 다시 향하게 하는 연료 터언(fuel-turn) 매니폴드도 포함한다. 이 조립체에서, 리포머의 U 형상의 흐름 경로와 연료전지의 아노드 격실을 통한 흐름은 스택을 통과하는 옥시던트 가스와 직교 흐름(cross-flow)이거나 또는 그것과 직교한다.
연료 리포머내의 연료 흐름의 특성으로 인해, 이런 하이브리드 조립체는 때로는 그 전류 밀도 분배의 불균일성 및 스택의 가스 출구 근처의 온도 구배(temperature gradient)에 민감하다. 이 효과들은 스택 에이지(age)로서 및 스택 플레이트내의 촉매로서 발생된다. 직접 내부 리포밍(DIR) 촉매는 스택의 수명 동안 불활성화된다. 그 결과, 스택내의 열 불안정이 발생되고 전기의 생산시 최적화되지 않은 연료 활용을 유발한다. 이것은 스택이 작동되도록 설계된 최대한의 허용가능한 온도가 주어졌을 때 특히 진정한 사실이다.
따라서, 본 발명의 목적은 스택의 연료 전환 효율을 증가시키는 연료 흐름 배치를 형성하도록 연료전지 스택 디자인 및 방법을 더욱 개량하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 더욱 균일한 온도 분포를 실현하도록 냉각을 촉진시키고 그에 따라 연료전지 작동 전기 생산의 전체적인 효율을 증가시키고 스택의 작동 수명을 연장시키는 연료전지 스택 디자인 및 방법론을 더욱 개량하는 것이다.
상기 목적과 기타 다른 목적은 입구 포트 및 출구 포트를 포함하는 막음부(enclosure)와 상기 막음부내에 배치되는 리포밍 촉매를 지지하는 플레이트 조립체를 포함하는 연료전지 시스템에 사용하기 위한 리포머에서 실현되며, 상기 출구 포트는 리포머가 연료전지 시스템에 조립될 때 리포머에 인접한 연료전지 조립체의 연료 입구 포트와 인접하도록 형성되며, 따라서 리포머에 의해 리포밍된 연료의 적어도 제1부분은 리포머의 출구 포트로부터 연료전지 조립체의 입구 포트로 직접 공급될 수 있다.
일부 실시예에서, 리포머는 리포밍된 연료의 전부를 리포머에 인접한 연료전지 조립체의 입구에 모두 공급하도록 형성되며, 다른 실시예에서 리포머는 리포머가 연료전지 시스템에 조립될 때 리포머에 의해 리포밍된 연료의 제2부분을 연료전지 매니폴드에 배출하기 위한 다른 출구 포트를 포함한다. 리포머의 플레이트 조립체는 입구 포트와 연통되는 입구 섹션과 상기 출구 포트와 연통되는 출구 섹션과 상기 입구 섹션과 출구 섹션 사이에 배치되는 중앙 섹션을 포함하는 다수의 섹션을 포함하며, 상기 플레이트 조립체는 연료 흐름을 플레이트 조립체를 통하게 하는 다수의 배플(baffle)을 부가로 포함한다. 플레이트 조립체의 중앙 섹션은 입구 섹션 및 출구 섹션과 각각 연통되는 다수의 구역과, 연료의 흐름을 상기 각각의 구역으로 향하게 하는 다수의 배플을 포함한다. 플레이트 조립체에 의해 지지되는 리포밍 촉매의 로딩(loading) 밀도는 입구 섹션이 제1로딩 밀도를 갖고 중앙 섹션이 상기 제1로딩 밀도 보다 높은 제2로딩 밀도를 가지며 출구 섹션이 상기 제2로딩 밀도와 동일하거나 그 보다 낮은 제3로딩 밀도를 갖도록 변화된다.
리포머를 포함하는 연료전지 시스템도 서술된다. 연료전지 시스템은 다수의 연료전지 조립체와, 연료전지 스택을 형성하는 적어도 하나의 리포머를 포함하며; 상기 다수의 연료전지 조립체는 적어도 하나의 리포머-관련(reformer-associated) 조립체와, 하나 이상의 리포머-비관련 조립체(non-reformer-associated assembly)를 포함한다. 각각의 리포머-관련 조립체는 리포머에 인접 및 관련되어 있다. 각각의 리포머는 입구 포트를 통해 연료를 수령하고 리포머에서 리포밍된 연료의 제1부분을 출구 포트를 통해 상기 리포머와 관련된 리포머-관련 조립체로 직접 배출하며, 각각의 리포머-관련 조립체는 하나 이상의 리포머-비관련 조립체에 사용하기 위해 부분적으로 소비된 연료를 배출하도록 형성된다. 일부 실시예에서, 연료전지 스택은 연료 입구면 및 연료 출구면과 옥시던트 입구면 및 옥시던트 출구면을 포함하며, 스택의 연료 입구면을 밀봉가능하게 포위하는 적어도 연료 입구 매니폴드를 포함하는 다수의 매니폴드를 포함한다. 이런 실시예에서, 각각의 리포머-관련 조립체는 부분적으로 소비된 연료를 연료 입구 매니폴드로 배출하고, 연료 입구 매니폴드는 부분적으로 소비된 연료를 리포머-비관련 조립체로 향하게 하도록 형성된다. 일부 실시예에서 리포머-관련 조립체는 비 리포밍 촉매를 포함하고, 리포머-비관련 조립체는 부분적으로 소비된 연료를 직접 리포밍하기 위한 리포밍 촉매를 지지한다. 적어도 하나의 리포머 및 다수의 연료전지 조립체를 포함하는 연료전지 시스템의 작동 방법도 서술된다.
상기 목적 및 다른 목적은 적층 방향으로 차례로 적층되고 전해질 수령부에 의해 분리되는 아노드 부분 및 캐소드 부분을 각각 포함하며 적층 방향으로 적층되는 연료전지 조립체와, 적층 방향으로 서로 이어지는 연료전지 조립체의 관련된 아노드 격실과 관련된 캐소드 격실 사이에서 각각 스택내에 배치되는 하나 이상의 리포밍 유니트를 갖는 연료전지 스택으로 실현되며; 각각의 리포밍 유니트 및 관련된 아노드 격실은 리포머로부터 리포밍된 연료 가스가 리포밍된 연료 가스가 관련된 아노드 격실을 내장하고 있는 연료전지 조립체에서 부분적인 전기화학 전환을 하는 관련된 아노드 격실로 직접 공급되도록 형성되며, 각각의 아노드 격실은 다른 연료전지 조립체의 아노드 격실과 관련된 아노드 부분을 내장하고 있는 연료전지 조립체에서 전기화학 반응을 하지 않는 리포밍된 연료 가스의 부분에 유용하게 되도록 형성된다.
본 발명의 실시예의 일부에서, 각각의 리포머는 적층 방향으로 리포머의 표면에 출구 포트를 가지며, 각각의 관련된 아노드 격실은 리포머 출구 포트와 연통되는 적층 방향으로 아노드 격실의 표면에 입구 포트를 갖는다. 이들 실시예에서, 각각의 관련된 아노드 격실의 출구 포트는 연료전지 스택의 연료 입구면에 있으며, 관련된 아노드 격실 이외의 아노드 격실의 입구 포트도 스택의 연료 입구면에 있다. 이들 실시예의 일부에서 매니폴드는 관련된 아노드 격실의 출구 포트로부터 리포밍된 연료 가스가 매니폴드에 의해 관련된 아노드 격실 이외의 아노드 격실의 입구 포트로 이송되도록 스택의 연료 입구면에 인접하게 형성된다.
또한, 그런 실시예에서 스택은 연료 입구면과는 반대쪽에 연료 출구면을 가지며, 관련된 아노드 격실 이외의 아노드 격실의 출구 포트는 이 연료 출구면에 있다. 이들 실시예에서, 리포머의 입구 포트는 스택의 연료 입구면에 있을 수 있고, 리포머의 출구 포트는 스택의 연료 입구면과 연료 출구면 사이로 작동되는 제1방향으로 작동되는 제1부분을 가질 수 있으며, 선택적으로 상기 제1방향을 가로질러 작동되는 스택의 제2면에 인접한 제2부분을 가질 수도 있다. 또한, 이들 실시예에서, 관련된 아노드 격실의 입구 포트도 스택의 연료 입구면과 연료 출구면 사이로 작동되는 제1방향으로 유사하게 작동될 수 있다.
또한, 이들 실시예의 일부에서, 관련된 아노드 격실은 연료 가스를 리포밍하기 위해 촉매를 갖지 않거나 또는 소량(50g 이하)의 촉매를 함유하며, 관련된 아노드 격실 이외의 아노드 격실은 연료 가스를 리포밍하기 위해 다량(400g 이상)의 촉매를 함유한다.
이런 실시예에서, 리포머의 출구 포트는 리포머의 길이를 따라 작동되는 부분과 리포머의 폭을 따라 작동되는 부분을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 리포머는 스택의 표면에 추가의 출구 포트를 가질 수 있다.
또한, 이런 실시예에서 리포머와 캐소드 및 아노드 격실은 리포머를 통한 가스의 흐름이 캐소드 격실을 통한 옥시던트 가스의 흐름과 반대이고, 관련된 아노드 격실을 통한 가스의 흐름이 아노드 격실을 통한 가스의 흐름과 동류(co-flow)이고, 관련된 아노드 격실 이외의 아노드 격실을 통한 가스의 흐름이 캐소드 격실을 통한 가스의 흐름을 가로지르거나 또는 횡단하도록 형성된다. 다른 실시예에서, 리포머와 캐소드 및 아노드 격실은 리포머를 통한 가스의 흐름이 캐소드 격실을 통한 옥시던트 가스의 흐름과 반대이고, 관련된 아노드 격실을 통한 가스의 흐름이 캐소드 격실을 통한 가스의 흐름과 동류이고, 관련된 아노드 격실 이외의 아노드 격실을 통한 가스의 흐름이 캐소드 격실을 통한 가스의 흐름과 반대이도록 형성된다.
또한, 리포머 및 연료전지 조립체의 특수한 형상도 서술된다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 외부로 매니폴드된 혼합된 흐름 필드(field)를 위한 직교 흐름 연료전지 스택의 전개도를 도시한 도면.
도2는 도1의 연료전지 스택에 사용되는 리포밍 유니트의 레이아웃의 개략적인 평면도를 도시한 도면.
도2a는 도2의 리포밍 유니트의 리포밍 촉매 로딩의 개략적인 평면도를 도시한 도면.
도3은 도2의 리포밍 유니트에 인접한 아노드의 연료 흐름 경로를 도시한 도면.
도4는 리포밍 유니트로부터 그것에 인접한 아노드로의 연료 가스 흐름 경로와, 스택내의 연속적인 아노드에 대한 연료 가스 배기 및 옥시던트 가스의 직교 흐름을 도시한 도면.
도5는 연료 흐름이 초기에는 옥시던트 가스와 동류이고 그후 이런 아노드 또는 아노드들을 가로지르는 옥시던트 가스와 역류가 되는 Z 패턴으로 연료 가스 배기가 연속적인 아노드 사이에서 분배되는 다른 연료 필드를 도시한 도면.
도6은 도5의 흐름 필드를 가능하게 하는 아노드 플레이트 디자인의 레이아웃의 개략적인 평면도를 도시한 도면.
도1은 스택(12)의 적층 방향으로 차례로 적층된 다수의 전지 조립체(16)를 구비하는 연료전지 스택(12)을 포함하는 연료전지 조립체(10)를 도시하고 있다. 도1에 도시된 예시적인 실시예에서, 전지 조립체(16)는 연료전지 스택(12)을 형성하도록 차례로 적층된다. 연료전지 조립체(10)는 탄화수소 연료를 내부 리포밍하기 위해 또한 리포밍된 연료를 연료전지로 공급하기 위해 하나 이상의 리포밍 유니트 또는 리포머(30)을 포함한다. 도1에 도시된 예시적인 실시예에는 오직 하나의 리포머(30)만 도시되었다. 그러나, 전형적인 연료전지 조립체에는 스택을 통해 미리 결정된 간격으로, 예를 들어 모두 1개 내지 6개의 전지 조립체(16)를 위해 하나의 리포머(30)가 제공되므로, 각각의 리포머(30)는 리포밍된 연료를 그 각각의 조립체의 그룹으로 공급할 수 있다. 각각의 스택(12)에 제공된 리포머(30)의 개수는 스택(12)의 크기에 따른다. 하기에 상세히 서술되는 바와 같이, 전지 조립체(16)는 그들 각각이 각각의 리포밍 유니트(30)에 인접하거나 그와 관련된 하나 이상의 전지 조립체(16A)[이하, 리포머-관련 조립체(16A)라 칭한다]와 리포머(30)와 관련되지 않은 하나 이상의 다른 전지 조립체(16B)를 포함한다. 조립체의 각각의 리포머(30)는 리포머-관련 전지 조립체(16A)와 리포머와 관련되지 않은 적어도 5개의 전지 조립체(16B)를 작동시킬 것이 예측된다. 전지 조립체(16)는 분리기 플레이트(도시않음)에 의해 인접한 전지 조립체 및/또는 하나 이상의 인접한 리포머로부터 분리된다.
도1에 도시된 바와 같이, 각각의 전지 조립체(16)는 아노드 전극(20)과 캐소드 전극(26) 사이에 샌드위치된 전해질 매트릭스(matrix)(18)를 포함한다. 전해질 매트릭스(18)는 전극(20, 26) 사이에 전기적으로 하전된 이온을 도전하기 위해 그 내부에 탄산염 전해질을 저장한다. 각각의 조립체(16)는 아노드 전극과 관련되고 그와 접촉하는 아노드 전류 콜렉터(22)를 부가로 포함한다. 특히 도1에서 아노드 전극(20)은 2개의 마주보는 표면을 가지며, 상기 마주보는 표면중 하나는 전해질 매트릭스와 접촉하거나 마주보며, 다른 하나는 아노드 전류 콜렉터(22)와 접촉하거나 마주본다. 아노드 전류 콜렉터(22)는 다수의 주름부(24)를 포함하며, 이것은 아노드 전극(20)과 마주보며 아노드 전극(20)의 표면과 함께 연료 가스가 통과하는 다수의 연료 가스 채널(32)을 형성한다. 이런 전지 조립체(16)에서, 리포밍 촉매는 연료전지 스택의 아노드 전류 콜렉터(22)의 전부 또는 일부의 연료 가스 채널(32)에 배치되므로, 연료 가스는 직접 내부 리포밍에 의해 가스 채널(32)을 통과할 때 리포밍 촉매에 의해 더욱 리포밍된다.
도1에 도시된 바와 같이, 각각의 캐소드 전류 콜렉터(28)는 캐소드 전류 콜렉터와 접촉하는 관련된 캐소드 전극(26)과 함께 옥시던트 가스가 통과하는 다수의 옥시던트 가스 채널(32A)을 형성하는 다수의 주름부(24A)를 갖는다. 옥시던트 가스 입구 포트(34)는 옥시던트 가스 채널(32A)의 한쪽 단부에 형성되고 스택의 제1면(1A)상에 배치되며, 옥시던트 가스 배기 포트(36) 또는 옥시던트 출구 포트는 옥시던트 가스 채널(32A)의 다른쪽 단부에 형성되고 상기 제1면(1A)의 반대쪽에 있는 스택(12)의 제2면(1B)상에 배치된다. 이 방법으로, 옥시던트 가스는 옥시던트 가스 입구 포트(34)를 통해 각각의 조립체(16)로 공급되며, 각각의 연료전지 캐소드 전극(26)에 사용하기 위해 옥시던트 가스 채널(32A)을 통해 이송된다. 그후, 소비된 옥시던트 가스는 옥시던트 가스 배기 포트(36)를 통해 각각의 조립체(16)로부터 배출된다.
리포머-관련 조립체(16A) 이외의 조립체(16B)의 아노드 전류 콜렉터(22)에서, 연료 가스 입구 포트(38a)는 연료 가스 채널(32)의 한쪽 단부에 형성되고 스택(12)의 제3면(1C)에 배치되며, 연료 가스 배기 포트(40) 또는 연료 가스 출구 포트는 상기 제3면(1C)의 반대쪽에 있는 스택(12)의 제4면(1D)상에서 연료 가스 채널(32)의 다른쪽 단부에 형성된다. 이 방법으로, 연료는 연료 가스 입구 포트(38a)를 통해 각각의 조립체(16B)로 공급되고, 각각의 연료전지 아노드 전극(20)에 사용하기 위해 연료 가스 채널(32)을 통해 이송된다. 그후, 소비된 연료는 연료 가스 배기 포트(20)를 통해 각각의 조립체(16B)로부터 배출된다.
도1에 도시된 연료전지 조립체(10)에서, 각각의 리포머(30)는 옥시던트 가스 배기 포트와 동일한 측부, 즉 스택의 제2면(1B)상에 배치되는 연료 입구(42)와, 리포밍된 또는 부분적으로 리포밍된 탄화수소 연료를 포함하는 연료 가스가 리포머(30)에서 리포밍된 후 방출되는 출구(44)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 연료는 연료 공급부(46)를 통해 각각의 리포머(30)의 연료 입구(42)로 공급된다. 연료 공급부(46) 및 연료를 스택의 리포머로 공급하기 위한 리포머 연료 분배 시스템의 예는 동일한 양수인에게 양도되고 본 발명에 참조인용된 미국특허 제6,200,696호에 게재되어 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 연료 공급부(46)는 제3스택면(1C)상에서 리포머(30)의 측부를 따라 그에 인접하여 신장된다.
연료전지 조립체(10)는 제2 내지 제4스택면(1B-1D)을 둘러싸는 다수의 매니폴드를 포함한다. 도시된 바와 같이, 연료 터언 매니폴드(48)는 제3스택면(1C)과 연료 공급부(46) 및 리포머(30)의 인접한 측부를 밀봉가능하게 둘러싼다. 연료 터언 매니폴드(48)는 하나 이상의 리포머(30)로의 분배중 연료 손실을 방지하며, 하나 이상의 리포머(30)로부터 또한 각각의 리포머-관련 조립체(16A)로부터 배출된 리포밍된 또는 부분적으로 리포밍된 연료를 수령한다. 또한, 연료 터언 매니폴드(48)는 하기에 상세히 서술되는 바와 같이 리포밍된 또는 부분적으로 리포밍된 연료를 리포머(30)에 인접하지 않거나 리포머와 관련되지 않은 조립체(16B)의 연료 가스 입구 포트(38a)로 향하게 한다. 연료 터언 매니폴드(48)는 스택(12)을 통해 연료를 각각의 리포머(30)로 분배하기 위한 내부 공급 튜브 및 공급 헤더(header)(도시않음)를 포함한다. 매니폴드(50, 52)는 제2 및 제4스택면(1B, 1D)을 각각 둘러싸고, 스택(12)을 떠나는 배기된 옥시던트 및 연료 가스를 각각 수령한다.
도1에 도시된 바와 같이, 연료는 연료 공급부(46)로부터 옥시던트 가스 배기 포트와 동일한 스택(1B)의 측부에 배치되는 연료 입구(42)를 통해 리포머(30)에 들어가며, 스택(12)의 조립체(16)를 통해 흐르는 옥시던트 가스에 대해 직교 흐름 방향으로 리포머(30)를 가로질러 흐른다. 즉, 옥시던트 가스는 스택(12)의 각각의 전지 조립체(16)를 통해 도4 및 도5에 화살표(G)의 방향으로 도시된 제1방향으로 흐르며, 연료 가스는 상기 제1방향과는 반대인 도1에 화살표(A) 방향으로 도시된 제2방향으로 리포머(30)를 통해 흐른다. 연료 공급부(46)로부터 리포머(30)에 제공된 연료 흐름의 양은 스택의 안정적인 동작과 상기 스택에 의한 충분한 전기 생산이 달성되도록 스택의 전기화학 반응에 소비되는 연료량을 초과한다. 특히, 리포머(30)에 제공된 연료의 양은 스택의 전기화학 반응에 의해 소비된 양 보다 전형적으로 20-30% 많다.
이런 실시예에서, 리포머(30)를 통해 흐르는 연료는 2개의 부분으로 분할되며, 연료의 제1부분은 화살표(A)의 방향으로 흐르고, 제2부분은 도1에 화살표(B)로 도시된 바와 같이 연료 터언 매니폴드(48)로 향하게 된다. 연료의 제2부분은 스택의 제3측(1C)에 배치된 리포머 출구(44a)로부터 배출되고, 연료를 리포머(30)와 관련되지 않은 전지 조립체(16b)로 향하게 하는 연료 터언 매니폴드(48)에 의해 수령된다. 연료의 제1부분은 옥시던트 입구측에 대응하는 스택의 제1측(1A)을 따라 배치되는 리포머 출구(44b)를 향해 흐르고, 리포머 출구(44b)로부터 리포머-관련 전지 조립체(16A)의 관련된 또는 인접한 아노드 전류 콜렉터(22)의 입구 포트(54)로 직접 배출된다. 리포머 출구(44b)로부터 관련된 아노드 전류 콜렉터(22)의 입구 포트(54)로의 연료의 제1부분의 흐름은 도1에 화살표(C)로 도시되어 있다.
이런 실시예에서, 리포머(30) 및 리포머-관련 전지 조립체(16A)는 하나 이상의 개구를 포함하는 분리기 플레이트에 의해 분리되며, 상기 개구는 리포머 출구(44b)와 아노드 전류 콜렉터(22)의 입구 포트(54)와 대응하고 그에 정렬된다. 또한, 일부 실시예에서 리포머 출구(44b)는 아노드 전류 콜렉터(22)와 접촉하는 리포머의 벽에 다수의 개구로서 형성되며, 입구 포트(54)는 리포머(30)와 접촉하는 아노드 전류 콜렉터(22)의 벽의 리포머 출구(44b)의 개구에 대응하는 다수의 개구로서 형성된다.
연료의 제1부분과 제2부분 사이의 연료 흐름양의 비율은 스택(12)의 열관리 요구사항과, 관련된 아노드 전류 콜렉터(22)를 가로지르는 압력 강하에 기초한다. 특히 개량된 열 관리 및 가스 혼합을 위해, 모든 연료 흐름 또는 실질적인 모든 연료 흐름은 연료의 제1부분으로서 리포머(30)로부터 관련된 아노드 전류 콜렉터(22)로 직접 향하게 된다. 그러나, 리포머-관련 전지 조립체(16A)의 아노드측과 캐소드측 사이의 차압(differential pressure)을 7 이내로 하기 위해, 관련된 아노드 전류 콜렉터(22)의 압력 강하는 최소화되어야만 한다. 그 결과, 만일 관련된 아노드 전류 콜렉터(22)의 압력 강하가 너무 크다면, 연료의 제2부분으로서 연료 터언 매니폴드(48)로의 연료 흐름의 양은 관련된 아노드 전류 콜렉터(22)의 압력 강하를 감소시키도록 증가된다.
하기에 상세히 서술되는 바와 같이, 연료의 리포밍된 또는 부분적으로 리포밍된 제1부분은 리포밍 촉매가 없거나 또는 단지 소량의 리포밍 촉매를 갖는 관련된 아노드 전류 콜렉터(22)를 통해 방해를 받지 않고 흐른다. 또한, 관련된 아노드 전류 콜렉터(22)는 연료를 방해받지 않고 전류 콜렉터를 통해 흐르게 할 수 있도록 그 어떤 배플도 포함하지 않거나 단지 소수의 배플만 포함한다. 연료의 제1부분은 리포머-관련 전지 조립체(16A)에서 전기화학 반응을 하고, 출구 포트(38)를 통해 연료 터언 매니폴드(48)로 관련된 아노드 전류 콜렉터(22)를 빠져나온다. 연료 터언 매니폴드(48)에서, 출구 포트(38)로부터 배출된 연료의 제1부분은 리포머(30)로부터 리포밍된 또는 부분적으로 리포밍된 연료의 제2부분과 혼합되고, 그후 연료 터언 매니폴드(48)에 의해 다른 전지 조립체(16B)로 향하게 된다.
관련된 아노드 전류 콜렉터에 리포밍 촉매가 없거나 또는 관련된 전류 콜렉터(22)에 촉매가 감소되어 로딩되면 리포머(30)의 리포밍 반응으로부터의 흡열 냉각이 리포머와 관련되지 않은 전지 조립체(16B), 특히 리포머(30)로부터 멀리 배치되고 추가적인 냉각을 필요로 하는 전지 조립체(16B)로 전달되게 한다. 관련된 아노드 전류 콜렉터(22)에 촉매가 없거나 감소되면 리포머와 관련되지 않은 조립체(16B)내의 직접 내부 리포밍을 감소시키지 않고 그에 따라 이들 조립체(16B)의 직접 내부 리포밍으로 인한 냉각을 감소시키지 않고 리포머(30)가 높은 리포밍 비율을 달성하게 한다. 또한, 관련된 아노드 전류 콜렉터에 촉매가 없거나 감소되면 리포머-관련 전지 조립체(16A)를 가로지르는 압력 강하를 낮추고, 조립체의 아노드측과 캐소드측 사이에 감소된 압력 차이로 나타난다.
도1에 도시된 바와 같이, 리포머(30)로부터의 연료의 제2부분과 부분적으로 소비되고 리포머(30)로부터 배출되는 연료의 제1부분의 혼합물을 포함하는 연료 터언 매니폴드(48)에 수령되는 리포밍된 또는 부분적으로 리포밍된 연료는 리포머와 관련되지 않은 전지 조립체(16B)로 향한다. 특히, 연료 터언 매니폴드(48)로부터의 연료는 전지 조립체(16B)의 연료 입구 포트(38a)에 들어가고, 전기를 생산하기 위해 연료가 아노드 전극에서 전기화학 반응을 하는 각각의 전지 조립체(16B)의 연료 가스 채널(32)을 통해 흐른다. 연료는 연료 가스 배기 포트(40)의 일반적인 방향으로 옥시던트 흐름의 흐름에 대해 직교 흐름 형상으로 가스 채널(32)을 통해 흐른다. 특히, 각각의 조립체(16B)의 아노드측을 통한 연료의 흐름은 조립체(16B)의 캐소드측을 통한 옥시던트 가스의 흐름과 직교한다. 이런 직교 흐름 형상은 각각의 연료전지로의 균일한 연료 흐름을 달성하며, 전지 조립체(16B)의 저비용 및 간단한 디자인으로 나타난다. 조립체(16B)의 아노드측의 직교 흐름 형상은 도4를 참조하여 하기에 상세히 서술된다. 이런 실시예에서, 각각의 조립체(16B)를 통한 연료의 흐름은 도5를 참조하여 하기에 상세히 서술되는 Z 패턴 흐름 형상을 갖는다.
상술한 바와 같이, 전지 조립체(16B)의 가스 채널(32)을 통해 흐르는 연료도 채널(32)에 저장된 리포밍 촉매에 의해 직접 내부 리포밍된다. 각각의 조립체(16B)내의 직접 내부 리포밍은 조립체(16B)내에 냉각을 생산한다. 하기에 상세히 서술되는 바와 같이, 리포밍 촉매는 각각의 조립체(16B)의 미리 결정된 영역에 다량 또는 소량의 냉각을 달성하기 위해 또한 스택의 원하는 열 프로필을 달성하기 위해 변화되는 로딩 밀도로 채널(32)내에 로딩된다.
도1에 도시된 바와 같이, 전지 조립체(16B)의 아노드에서 전기화학 반응을 한 후, 소비된 연료는 아노드 전류 콜렉터(22)의 연료 가스 배기 포트(40)로부터 아노드 배기 스택 매니폴드(52)로 배출된다. 스택 매니폴드(52)에 수령된 소비된 연료는 연료전지 조립체(10)로부터 배기된다. 이런 실시예에서, 소비된 연료의 전부 또는 일부는 연료전지 조립체(10)에서 다른 사용을 위해 재활용된다. 또한, 일부 실시예에서, 소비된 연료는 남아있는 소비된 연료를 조립체(10)로 재활용하거나 이를 조립체(10)로부터 배기하기 전에, 조립체에 도입된 연료를 가습하기 위해 그것으로부터 물을 추출하도록 더욱 처리된다.
도1의 연료전지 조립체(10)에 사용될 수 있는 리포머(30)의 예시적인 형상이 도2에 상세히 도시되어 있다. 도시된 리포머(30)는 직사각형 형상이며, 연료전지 스택의 12 단면의 치수에 대응하는 치수를 갖는다. 리포머의 모서리는 A 내지 D 로 명명되며, 연료전지 스택(12)의 각각의 모서리에 대응한다. 리포머의 모서리(A)는 리포머의 연료 입구에 인접하며, 연료 입구 및 옥시던트 출구면에 인접한 연료전지 스택의 모서리에 대응한다. 리포머의 모서리(B)는 리포머의 연료 가스 출구에 인접하며, 연료 입구 및 스택의 옥시던트 출구면에 인접한 연료전지 스택(12)의 모서리에 대응한다. 리포머의 모서리(C)는 리포머의 연료 가스 출구에 인접하며, 연료 출구 및 스택(12)의 옥시던트 입구면에 인접한 스택 모서리에 대응하며; 리포머의 모서리(D)는 옥시던트 출구면 및 스택의 연료 출구면에 인접한 연료전지 스택 모서리에 대응한다. 리포머의 모서리(A, B) 사이로 신장되는 리포머 측벽은 스택(12)의 제3면(1C)과 마주보며, 연료 터언 매니폴드(48)에 의해 둘러싸인다. 리포머의 모서리(B, C) 사이로 신장되는 리포머 측벽은 스택의 옥시던트 입구측에 대응하는 제1스택면(1A)과 마주보며, 모서리(C, D) 사이로 신장되는 리포머 측벽은 제4스택면(1D)과 마주보며, 매니폴드(52)에 의해 둘러싸인다. 마지막으로, 리포머의 모서리(D, A) 사이로 신장되는 리포머 측벽은 스택의 옥시던트 출구면에 대응하는 제2스택면(1B)과 마주보며, 매니폴드(50)에 의해 둘러싸인다.
도2에 있어서, 리포머(30)는 섹션(A)으로 명명되는 연료 입구 섹션과 섹션(B) 및 섹션(C)으로 명명되는 리포밍 섹션을 갖는 다수의 섹션을 포함한다. 하기에 상세히 서술되는 바와 같이, 배플(1-6)로 명명되는 다수의 배플은 섹션(A-C)을 한정하고 이들 섹션을 통해 연료를 안내하여 리포머를 통한 원하는 연료 흐름 및 분배를 달성하기 위해 리포머에 제공된다.
도2에 도시된 바와 같이, 연료 가스는 연료 가스 입구(42)를 통해 리포머(30)에 들어가며, 섹션(A)을 따라 횡방향으로 분배되도록 입구 섹션(A)을 따라 흐른다. 섹션(A)으로부터, 연료는 다수의 구역(1-4)을 포함하는 섹션(B)을 통해 흘러 들어간다. "구역(1)" 로 명명되는 섹션(B)의 제1구역은 리포머 입구(42)로부터 가장 멀리 배치되고, "구역(4)" 로 명명되는 섹션(B)의 제4구역은 리포머 입구(42)에 인접하여 배치된다. "구역(2)" 및 "구역(3)" 으로 명명되는 섹션(B)의 제2 및 제3구역은 제1구역과 제4구역 사이에서 섹션(B)의 중앙 부분에 배치된다.
도2에 도시된 바와 같이, 리포머의 리포밍 섹션(B)으로부터 입구 섹션(A)을 분리하고 입구 섹션(A)으로부터 섹션(B)의 4개의 구역으로의 연료 흐름을 안내하기 위해 다수의 배플(1-3)이 제공된다. 특히, 입구 섹션(A)으로부터 제4구역(4)으로 연료의 원하는 흐름 제한을 달성하기 위해 제4구역[구역(4)]의 입구에는 배플(1)이 제공된다. 유사하게, 입구 섹션(A)으로부터 제3 및 제2구역으로 연료의 흐름을 각각 제한하기 위해 제2구역[구역(2)]의 입구에는 배플(3)이 제공된다. 배플(1-3)은 입구 섹션(A)을 통해 흐르는 연료가 입구 섹션을 통해 리포밍 섹션(B)의 각각의 구역으로 분배되는 것을 보장한다. 특히, 배플(1-3)은 섹션(B)의 각각의 구역을 통한 연료의 원하는 흐름 분배를 달성하기 위해 섹션(A)으로부터 섹션(B)의 각각의 구역으로 흐름 저항을 갖도록 보정된다. 또한, 도2에 도시된 바와 같이, 구역(1)은 특히 배플(1-3)이 최적화되지 않은 경우 리포머(30)를 통한 연료의 흐름이 일정한 것을 보장하도록 배플이 없다.
도2에 도시된 바와 같이, 배플(4-6)은 섹션(B)의 각각의 구역을 분리시키고 섹션(B)의 각각의 구역을 통한 연료의 흐름을 직선화하고 안내하기 위해 리포머(30)에 제공된다. 특히, 배플(4)은 구역(4)과 구역(3) 사이에 제공되고, 배플(5)은 구역(3)과 구역(2) 사이에 제공되며, 배플(6)은 구역(2)과 구역(1) 사이에 제공된다. 이런 실시예에서, 배플(4-6)은 연료의 흐름을 계속 안내하여 리포머를 통하는 원하는 연료 흐름을 달성하기 위하여 리포머의 섹션(C)으로 신장된다.
리포머에 사용된 배플(1-6)은 다양한 구성을 갖는다. 이런 실시예에서, 배플의 일부 또는 전부는 리포머(30)의 주름부에 삽입되는 로드(rod), 리포머(30)의 주름부 사이에 삽입되거나 상기 주름부 사이에 배치되는 다공성 구조의 재료, 또는 기계적 배플을 형성하도록 엣지에서 접혀지는 시트 금속중 하나 이상으로 형성된다. 배플(1-6)을 형성하는 재료는 연료전지 스택의 고온에 견딜 수 있어야 한다. 예를 들어, 세라믹 로프는 하나 이상의 배플(1-6)을 형성하기에 적절한 다공성 구조의 재료이다.
또한, 리포머에서 배플의 형상 및 배치는 도2에 도시된 것에 제한되지 않는다. 특히, 실질적으로 모든 연료 가스 흐름을 리포머(30)로부터 리포머-관련 전지 조립체(16A)로 지향시킴으로써 연료전지 스택(12)의 최적의 열 관리가 최상으로 달성되기 때문에, 배플의 형상은 이런 지향을 달성하도록 변화될 수 있다.
도2에 도시된 바와 같이 그리고 상술한 바와 같이, 리포머는 연료 가스가 관련된 또는 인접한 아노드(20)와 리포머-관련 전지 조립체(16B)의 전류 콜렉터(22)로 흐르는 출구(44b)를 포함한다. 출구(44b)는 관련된 전류 콜렉터(22)와 접촉하는 리포머의 막음부의 상부에 형성된다. 도2에 도시된 실시예에서, 출구(44b)는 L 형상이며, 모서리(B, C) 사이에서 리포머의 벽을 따라 또는 리포머의 벽에 인접하여 신장되고, 또한 부분적으로 리포머의 모서리(C, D) 사이에서 벽을 따라 또는 벽에 인접하여 신장된다. 특히, 리포머 출구(44b)는 리포머의 입구 섹션(A)에 도달하지 않고 리포머의 섹션(C, B)의 단부 위로 모서리(C)로부터 모서리(D)의 방향으로 신장된다. 다른 실시예에서, 리포머 출구(44b)는 리포머의 모서리(B, C) 사이로만 신장되거나 또는 리포머의 모서리(C, D) 사이로만 신장된다.
도2에 도시된 예시적인 실시예에서, 리포머는 연료의 제2부분을 연료 터언 매니폴드(48)로 배출하는 제2출구(44a)를 포함한다. 도1에 대해 상술한 바와 같이, 리포밍된 또는 부분적으로 리포밍된 연료의 제2부분은 리포머의 제2출구(44a)로부터 연료 터언 매니폴드(48)로 배출되고, 그후 리포머와 관련되지 않은 전지 조립체(16B)로 공급된다. 리포밍된 또는 부분적으로 리포밍된 연료의 제1부분은 리포머의 출구(44b)로부터 리포머-관련 전지 조립체(16A)의 아노드 전류 콜렉터(22)로 배출된다. 그러나, 다른 실시예에서 리포머(30)를 통해 흐르는 모든 연료는 출구(44b)를 통해 리포머-관련 전지 조립체(16A)로 배출되며, 이런 다른 실시예에서 리포머(30)는 도2에 도시된 제2출구(44a)를 포함하지 않는다.
도2에 도시된 리포머(30)는 연료의 리포밍을 촉진시키기 위하여 리포머의 주름부에 배치되는 리포밍 촉매를 포함한다. 리포머의, 특히 리포머의 상이한 구역 및 섹션에서의 리포밍 촉매의 로딩 밀도는 스택의 개량된 열 관리를 위해 또한 리포머의 원하는 온도 분배를 달성하기 위해 변화될 수 있다. 특히, 추가적인 냉각이 요구되는 리포머의 영역에는 높은 로딩 밀도의 리포밍 촉매가 제공될 수 있으며, 많은 냉각을 필요로 하지 않는 리포머의 영역에는 낮은 로딩 밀도의 리포밍 촉매가 제공된다. 또한, 리포머의 원활한 열 전이를 얻기 위해 점진적인 로딩 밀도 변화가 바람직하다. 도2a는 도2의 리포머(30)에 사용될 수 있는 예시적인 촉매 로딩 형상을 도시하고 있다.
도2a에 도시된 바와 같이, 리포밍 촉매 로딩 밀도는 리포머의 상이한 섹션 사이 뿐만 아니라 리포머의 각각의 섹션내에서도 변화된다. 리포머의 입구 섹션(A)에 배치된 리포밍 촉매의 로딩 밀도는 다른 섹션의 로딩 밀도 보다 낮다. 도시된 바와 같이, 입구(42)에 가까운 리포머의 입구 섹션(A)의 초기 촉매 로딩 밀도는 1/64, 즉 64개의 주름부에 대해 1개의 촉매 유니트 또는 펠릿(pellet) 이다. 입구 섹션의 로딩 밀도는 연료가 입구 섹션(A)의 길이를 따라 이동함에 따라 1/48 로 증가되고, 그후 1/16 로 증가된다.
도2a에 도시된 예시적인 실시예에서, 리포머의 섹션(B)의, 특히 각각의 구역(1-4)의 촉매 로딩 밀도는 입구 섹션(A)의 촉매 로딩 밀도 보다 높다. 또한, 구역(1)의 촉매 로딩 밀도는 구역(1-4)의 촉매 로딩 보다 높으며, 구역(2)의 촉매 로딩 밀도는 구역(1) 보다 낮지만 구역(3-4) 보다는 높으며, 구역(3, 4)의 촉매 로딩 밀도는 구역(1, 2) 보다 낮다.
특히, 구역(1)의 촉매 로딩 밀도는 입구 리포머의 입구 섹션(A) 및 출구(56)에 인접한 영역에서 1/12, 즉 12개의 주름부에 대해 1개의 촉매 유니트 또는 펠릿이며, 그후 점진적으로 1/5 로딩 밀도로 증가된다. 리포머의 입구 섹션(A)으로부터 섹션(C)으로 신장되며 구역(2)에 인접한 구역(1)의 부분은 촉매 로딩을 1/2 로딩 밀도로 증가시킨다.
구역(2)의 촉매 로딩 밀도는 리포머의 입구 섹션(A) 및 구역(1)에 인접한 영역에서 1/48, 즉 48개의 주름부에 대해 1개의 촉매 유니트 또는 펠릿이며, 그후 리포머의 입구 섹션(A)로부터 섹션(C)으로의 방향으로 점진적으로 1/8 로딩 밀도 내지 1/2 로딩 밀도로 증가된다. 또한, 리포머의 입구 섹션(A)으로부터 섹션(C)으로 신장되고 구역(3)에 인접한 구역(2)의 부분은 1/2 의 증가된 촉매 로딩 밀도를 갖는다.
구역(3)의 촉매 로딩 밀도는 리포머의 입구 섹션(A) 및 구역(2)에 인접한 영역에서 1/48 이며, 그후 리포머의 입구 섹션(A)으로부터 섹션(C)으로의 방향으로 점진적으로 1/16 로딩 밀도 및 1/2 로딩 밀도로 증가된다. 또한, 리포머의 입구 섹션(A)으로부터 섹션(C)으로 신장되고 구역(4)에 인접한 구역(3)의 부분은 1/2 의 증가된 촉매 로딩 밀도를 갖는다. 유사하게, 리포머의 입구 섹션(A) 및 구역(3)에 인접한 구역(4)의 영역의 촉매 로딩 밀도는 1/48 이며, 그후 리포머의 섹션(A)으로부터 섹션(C)의 방향으로 점진적으로 1/16 및 1/2 로 증가된다.
리포머의 출구 섹션(C)에서, 촉매 로딩 밀도는 리포머의 구역(4) 및 구역(3)의 부분에 인접한 영역에서 1/2 이며, 그후 구역(3)의 부분 및 구역(2)의 부분에 인접한 영역에서는 1/3 의 로딩 밀도로, 구역(2)의 부분 및 구역(1)의 부분에 인접한 영역에서는 1/16 로 점진적으로 감소된다. 촉매 로딩 밀도는 스택의 모서리(C) 근처의 출구 영역에서 0 으로 감소된다.
도2a에 도시된 촉매 로딩 형상은 스택의 연료 출구측 근처의 리포머의 영역 뿐만 아니라 리포머의 중앙 영역에 더 많은 냉각을 제공하는 온도 분배를 달성한다. 도2a의 형상은 리포머-관련 전지 조립체(16A)의 온도 구배도 감소시킨다. 그러나, 도2a에 도시된 촉매 로딩 형상은 스택의 연료전지의 형상에 따라 또한 스택의 다른 영역에 더 많은 냉각을 제공하기 위한 다른 온도 분배를 달성하기 위해 수정될 수 있음을 인식해야 한다.
도1에 있어서, 출구(44b)를 통해 리포머(30)를 떠나는 연료 가스는 리포머-관련 전지 조립체(16A)의 관련된 전류 콜렉터(22)의 입구(54)로 들어간다. 관련된 전류 콜렉터에 있어서, 연료 흐름은 관련된 아노드 전류 콜렉터의 임의의 영역에서 옥시던트 가스 흐름에 대해 동류 형상을 가지며, 즉 옥시던트 가스 흐름과 평행하며; 관련된 아노드 전류 콜렉터의 다른 영역에서 옥시던트 가스 흐름에 대해 직교 흐름 형상을 가지며, 즉 옥시던트 가스 흐름과 직교한다. 아노드 전류 콜렉터의 연료 흐름의 동류 형상은 도1에 화살표(D)로 도시되어 있으며, 아노드 전류 콜렉터의 연료 흐름의 직교 흐름 형상은 도1에 화살표(E)로 도시되어 있다.
도3은 도1의 리포머-관련 전지 조립체(16A)의 아노드 전류 콜렉터(22)와 상기 전류 콜렉터(22)를 통한 연료 가스의 흐름 경로를 상세히 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 아노드 전류 콜렉터(22)는 입구(54)와, 리포머의 출구(44b)의 위치 및 형상에 대응하는 그 상대 위치 및 형상을 포함한다. 연료는 아노드 전류 콜렉터(22)의 채널(32)을 통해 흐르며, 전류 콜렉터(22)를 통한 연료 흐름의 방향은 부분(e1, e2)을 포함하는 화살표(E)로 도시되어 있다. 상기 화살표(E)의 부분(e1)은 연료전지 스택을 통한 옥시던트 가스의 흐름과 거의 평행한, 즉 동류 형상을 갖는 연료의 흐름을 나타낸다. 화살표(E)의 부분(e2)은 연료전지 스택을 통한 옥시던트 가스의 흐름과 직교하는, 즉 직교 흐름 형상을 갖는 연료 흐름의 방향을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 리포머-관련 조립체(16A)의 아노드 전류 콜렉터를 통한 연료의 흐름은 스택을 통한 옥시던트 가스의 흐름과 동일한 방향으로 시작되며, 그후 연료가 아노드 전류 콜렉터(38)의 출구를 향한 옥시던트 가스의 흐름과 직교하는 방향으로 흐르도록 그 방향이 변한다. 연료 가스는 화살표(E)로 도시된 바와 같이 거의 제약없이 출구(38)를 통해 아노드 전류 콜렉터의 채널(32)을 빠져나가며, 연료 터언 매니폴드(48)로 배출된다.
연료 가스는 리포머-관련 조립체의 관련된 또는 인접한 아노드의 전기화학 반응중 완전히 반응되지 않는다. 리포머-관련 조립체(16A)의 아노드 전류 콜렉터(22)를 떠나고 연료 터언 매니폴드(48)에 수집되는 연료 가스 배기는 리포머와 관련되지 않은 다른 전지 조립체(16B)로 분배된다. 이 방법으로, 리포머-관련 조립체(16A)의 연료 가스 배기의 반응하지 않은 연료는 전기를 생산하기 위해 다른 전지 조립체(16B)에서 전기화학적으로 반응한다.
도1에 대해 상술한 바와 같이, 이런 실시예에서 리포머(30)와 관련되지 않은 전지 조립체(16B)를 통한 연료의 흐름은 이들 조립체를 통한 옥시던트 연료의 흐름에 대해 직교 흐름 형상을 갖는다. 도4는 리포머(30)를 통한, 리포머-관련 조립체(16A)의 연료전지(58)를 통한, 리포머와 관련되지 않은 다음 전지 조립체(16B)를 통한 연료의 흐름을 포함하여, 이런 실시예의 연료 흐름을 도시하고 있다. 다음 전지 조립체(16B)를 통한 연료의 흐름은 전지(58)와 직렬인 다른 전지 조립체를 통한 연료 흐름의 실시예이다.
도1 및 도4에 도시된 바와 같이, 리포머(30)를 통한 연료 가스의 흐름은 화살표(A)로 지칭되었으며, 리포머(30)로부터 리포머-관련 전지 조립체(16A)의 연료 가스 입구(54)로의 연료의 연속적인 흐름은 화살표(C)로 지칭되었다. 또한 도시된 바와 같이, 리포머-관련 전지 조립체(16A)의 아노드(20) 및 아노드 전류 콜렉터(25)를 통해 흐르는 연료의 흐름은 화살표(E)로 도시되어 있으며, 이것은 처음에는 옥시던트 가스에 대한 동류 형상으로 흐르고 그후 옥시던트 가스의 흐름에 대해 직교 흐름 형상으로 변화하는 연료를 도시하고 있다. 리포머-관련 조립체(16A)를 통한 연료 흐름의 동류 및 직교 흐름 형상은 화살표(E) 및 화살표(G)의 관계로 도시되어 있으며, 상기 화살표(G)는 옥시던트 흐름의 방향을 나타낸다. 상술한 바와 같이 리포머-관련 조립체(16A)를 떠나는 연료는 연료를 리포머(30)와 관련되지 않은 다른 조립체(16B)의 연료 입구로 향하게 연료 터언 매니폴드(48)로 배출된다.
연료 터언 매니폴드(48)로부터 리포머와 관련되지 않은 연속적인 조립체(16B)의 아노드측을 통한 연료의 흐름 방향은 도4에 화살표(H)로 도시되어 있다. 도4에서 인식할 수 있는 바와 같이, 연료는 옥시던트 가스의 흐름 방향에 대해 직교 흐름 형상으로 연속적인 조립체(16B)의 아노드 및 아노드 전류 콜렉터를 통해 흐른다. 상기 직교 흐름 형상은 조립체를 통하는 연료 및 옥시던트의 각각의 흐름을 도시하는 화살표(H, G)로 도시되어 있다. 도4에 도시된 바와 같이 스택의 조립체(16)를 통한 흐름 필드의 직교 흐름 배치는 저비용 및 스택의 간단한 디자인을 유지하면서 스택(12)의 연속적인 전지 조립체(16B)의 균일한 연료 분배를 보장한다.
상술한 바와 같이 이런 실시예에서 리포머와 관련되지 않은 전지 조립체(16B)는 아노드측을 통한 연료의 흐름을 위해 Z 패턴 흐름 형상을 갖는다. 도5는 리포머(30)를 통한, 리포머-관련 조립체(16A)의 연료전지(58)를 통한, 또한 리포머와 관련되지 않은 다음 전지 조립체(16B)를 통한 연료의 흐름을 포함하여, 이런 실시예의 연료의 흐름을 도시하고 있다. 다음 전지 조립체(16B)를 통한 연료의 흐름은 전지(58)와 직렬인 다른 전지 조립체를 통한 연료 흐름의 실시예이다.
도5에 도시된 바와 같이, 리포머(30)를 통한 또한 리포머-관련 조립체(16A)의 연료전지(58)를 통한 연료의 흐름은 도4의 리포머 및 리포머-관련 전지 조립체를 통한 연료의 흐름과 동일하거나 거의 동일하다. 도4에 도시된 바와 같이 리포머-관련 전지 조립체(16A)를 떠나는 연료는 연료를 리포머와 관련되지 않은 다음 전지 조립체 또는 연속적인 전지 조립체(16B)로 향하게 하는 연료 터언 매니폴드(48)로 배출된다.
도5에서, 연속적인 전지 조립체(16B)의 아노드(20) 및 아노드 전류 콜렉터(22)를 통한 연료의 Z 패턴 흐름 경로는 화살표(I, J)로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 화살표(I)는 연료 흐름의 방향을 화살표(G)로 지칭된 옥시던트 가스 흐름에 대해 역류(counter-flow) 형상으로 나타내며, 화살표(J)는 연료 흐름의 방향을 옥시던트 가스의 흐름에 대해 직교 흐름 형상으로 나타내고 있다. 도5에 도시된 Z 패턴 흐름 형상에서, 연료 흐름 경로는 연료 흐름의 역류 방향과 옥시던트 가스 흐름의 방향에 대해 연료 흐름의 직교 흐름 방향을 조합하고 있으므로, 각각의 연속적인 조립체(16B)를 통해 흐르는 연료는 그 경로의 일부에 대해 옥시던트 흐름의 방향과는 반대인 방향으로 또한 그 흐름 경로의 다른 부분에 대해 옥시던트 흐름의 방향과 직교하는 방향으로 방향으로 흐른다. 도5에 도시된 바와 같이, 조립체를 통해 흐르는 연료의 다른 부분이 역류 형상에 의해 이어지는 직교 흐름 형상을 갖는 반면에, 조립체(16B)를 흐르는 연료의 일부는 먼저 역류 형상을 갖고, 그후 옥시던트 가스 흐름에 대해 직교 흐름 형상을 갖는다.
연료의 Z 패턴 흐름 경로 형상은 연료 가스 입구 포트(38a)를 통한 연료의 흐름을 지연시키고 연료 가스 입구 포트(38a)의 개방된 또는 차단되지 않은 부분을 통해서만 연료가 아노드 전류 콜렉터(22)에 들어갈 수 있도록 아노드 전류 콜렉터(22)의 연료 가스 입구 포트(38)의 부분을 차단함으로써 달성된다. 도5에 도시된 바와 같이, 연료 가스 입구 포트(38a)의 차단된 부분은 옥시던트 가스 입구 포트(34) 및 스택(1A)의 제1면에 인접한 아노드 전류 콜렉터(22)의 모서리로부터 시작되어, 옥시던트 가스 출구 포트(36) 및 제2스택면(1B)에 인접한 아노드 전류 콜렉터(22)의 다른 모서리의 방향으로 연료 가스 입구 포트(38a)의 부분을 따라 신장된다. 이 방법으로, 개방된 연료 입구 부분은 스택(12)의 옥시던트 가스 출구 포트(36) 근처에 있는 아노드 전류 콜렉터(22)에 형성되며, 이에 따라 연료는 스택(12)의 옥시던트 출구면(1B)에 인접한 아노드 전류 콜렉터(22)에 들어가도록 향하게 된다.
도시된 바와 같이, 출구 포트(40)의 개방된 또는 차단되지 않은 부분을 통해 아노드 전류 콜렉터(22)를 떠나는 연료를 향하게 하기 위해, 각각의 조립체(16B)의 연료 출구 포트(40)의 일부도 차단될 수 있다. 특히, 연료 출구 포트(40)의 차단된 부분은 옥신던트 가스 출구 포트(36) 및 제2스택면(1B)에 인접한 아노드 전류 콜렉터(22)의 모서리로부터 옥시던트 가스 입구 포트(34) 및 제1스택면(1A)에 인접한 아노드 전류 콜렉터(22)의 다른 모서리의 방향으로 신장된다. 연료 출구 포트(40)의 개방된 또는 차단되지 않은 부분은 스택(1A)의 제1면과 옥시던트 입구 포트(34)에 인접하여 배치된다.
연료 입구 포트 및 연료 출구 포트의 차단된 부분은 배플, 신장부, 또는 입구 및 출구 포트를 통한 연료의 흐름의 흐름을 지연시키는 다른 적절한 수단을 사용함으로써 형성된다. 상술한 바와 같이 연료 입구 및 연료 출구 포트의 부분의 차단은 연료가 옥시던트 출구 포트(36)와 관련된 스택(1B)에 인접하거나 또는 그 근처에서 각각의 조립체(16B)의 아노드 전류 콜렉터(22)에 들어가게 하고, 조립체(16B)의 아노드측을 통해 Z 형상의 경로로 흐르게 하고, 옥시던트 입구 포트(34)와 관련된 스택(1A)에 인접하거나 또는 그 근처에서 아노드 전류 콜렉터(22)를 빠져나게 한다. 아노드 전류 콜렉터(22)의 이 형상은 옥시던트 가스 흐름에 대해 연료의 직교 흐름 및 역류를 조합하는데, 그 이유는 연료 입구 포트(38)의 개방된 부분으로부터 연료 출구 포트(40)의 개방된 부분까지 얻기 위하여 연료가 옥시던트 가스의 흐름에 직교하는 방향으로 또한 옥시던트 가스의 흐름과 반대인 방향으로 흐르도록 지향되기 때문이다.
또한, 연료의 흐름을 Z 패턴 흐름 경로로 향하게 하기 위해 아노드 전류 콜렉터에는 하나 이상의 배플이 사용되며 및/또는 각각의 조립체(16B)의 아노드 전류 콜렉터(22)의 주름부의 방향은 연료의 흐름이 아노드 전류 콜렉터를 통해 Z 형상의 경로로 향하도록 형성된다. 아노드 전류 콜렉터를 통한 연료 흐름 균일성을 얻기 위해 아노드 전류 콜렉터를 통한 연료 흐름 분배를 제어하도록 하나 이상의 배플이 사용된다. 이런 실시예에서, 연료의 흐름을 Z 형상의 경로로 촉진시키기 위해 차단된 연료 입구 및 출구 포트 부분과 함께 배플 및/또는 주름부의 형성된 방향이 사용된다. 다른 실시예에서, Z 패턴 흐름 경로를 달성하기 위해 연료 입구 및 출구 부분의 부분을 차단하지 않고 배플 및/또는 형성된 주름부의 방향이 사용된다.
도1 및 도5에 도시된 바와 같이, 전지 조립체(16B)의 아노드측을 통한 Z 패턴 흐름 경로 형상은 별도의 연료 및 옥시던트 가스 매니폴드가 스택의 동일측에 존재할 필요없이 옥시던트 연료에 대한 연료의 역류 형상을 실현한다. 또한, Z 패턴 흐름 경로 형상은 아노드 흐름 채널을 따른 압력구배의 편차를 낮추며, 스택(12)을 통한 전류 밀도의 개량된 균일성으로 나타난다. 그 결과, 전기 생산의 양호한 효율 및 스택(12)의 연장된 수명이 달성될 수 있다.
도5에 도시된 Z 패턴 흐름 경로 형상이 옥시던트 가스 흐름에 대한 연료 흐름의 직교 흐름 및 역류 형상의 조합을 이루었지만, Z 패턴 흐름 형상은 옥시던트 흐름에 대한 연료 흐름의 직교 흐름 및 동류 형상을 조합하도록 수정될 수 있음을 인식해야 한다. 이런 수정된 Z 패턴 흐름 형상은 옥시던트 가스 출구 포트 및 스택의 제2면에 인접한 아노드 전류 콜렉터의 모서리로부터 아노드 전류 콜렉터 입구의 일부를 차단함으로써, 또한 옥시던트 가스 입구 포트 및 스택의 제1면에 인접한 아노드 전류 콜렉터의 모서리로부터 아노드 전류 콜렉터 출구의 일부를 차단함으로써 달성될 수 있다. 이 방법으로, 연료는 옥시던트 가스 입구 포트에 인접한 아노드 전류 콜렉터 입구의 차단되지 않은 부분을 통해 전지 조립체의 아노드측으로 들어가고, 옥시던트 가스 출구 포트에 인접한 아노드 전류 콜렉터 출구의 차단되지 않은 부분을 통해 빠져나가도록 아노드측을 통해 흐른다.
도6은 아노드 전류 콜렉터가 상술한 Z 패턴 흐름 형상을 가능하게 하는, 리포머와 관련되지 않은 하나의 전지 조립체(16B)의 아노드 전류 콜렉터의 예시적인 구성을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 아노드 전류 콜렉터는 연료가 아노드 전류 콜렉터에 들어가는 입구(60)와, 전류 콜렉터의 입구 섹션(62)과, 전류 콜렉터의 출구 섹션(72)과, 다수의 구역, 즉 구역(1-4)으로 분할되는 중앙 영역과, 연료의 흐름을 아노드 전류 콜렉터를 통하게 하는 다수의 배플을 포함한다.
특히, 아노드의 입구(60)는 아노드 전류 콜렉터의 입구측의 차단되지 않은 부분으로서 형성되고, 스택의 옥시던트 가스 출구 포트에 인접한 아노드 전류 콜렉터의 모서리로부터 신장된다. 연료는 옥시던트 가스에 대해 직교 흐름 형상으로 입구(60)를 통해 아노드 전류 콜렉터에 들어간다. 아노드 전류 콜렉터에서, 연료는 옥시던트 출구 포트에 인접하거나 또는 그에 정렬되는 전류 콜렉터의 측부의 길이를 따라 입구(60)로부터 신장되는 아노드 전류 콜렉터의 입구 섹션(62)에 대해 먼저 분배된다.
도6에 도시된 바와 같이, 연료 흐름을 입구 섹션(62)으로부터 아노드 전류 콜렉터의 중앙 섹션의 각각의 구역으로 향하게 하기 위해 아노드 전류 콜렉터에는 다수의 배플(64, 66, 68, 70)이 배치된다. 특히, 배플(64, 66, 70)은 입구 섹션(62)과 구역(4, 3, 1) 사이에 각각 배치된다. 이들 배플(64, 66, 70)은 각각의 구역(4, 3, 1)으로 흐르는 연료의 양을 제한하는 흐름 저항을 제공함으로써, 연료는 구역(1-4) 사이로 분배된다. 각각의 배플(64, 66, 70)의 흐름 저항은 입구 섹션으로부터 배플에 대응하는 구역으로 많거나 적은 연료 흐름량을 허용하도록 조정될 수 있다. 도6의 예시적인 실시예에서, 입구 섹션(62)으로부터 구역(2)으로의 연료 흐름이 차단되지 않도록 입구 섹션(62)과 구역(2) 사이에는 배플이 제공되지 않는다. 또한, 배플(68)은 연료의 흐름을 구역(2) 및 구역(3)을 따라 향하게 하기 위해 또한 구역(2, 3) 사이에서 연료의 혼합을 방지하기 위해 구역(2)과 구역(3) 사이에 제공된다.
도6에 도시된 바와 같이 배플(64, 66, 68, 70)의 조합은 전지 조립체(16B)의 아노드측을 통하는 Z 패턴 흐름 형상의 연료 흐름으로 나타난다. 특히, 아노드 전류 콜렉터의 입구 섹션(62) 및 출구 섹션(72)을 따른 연료의 흐름은 옥시던트 가스 흐름에 대해 직교 흐름 형상을 가지며, 아노드 전류 콜렉터의 중앙 섹션의 구역(1-4)을 따른 연료의 흐름은 옥시던트 가스 흐름에 대해 역류 형상을 갖는다. 다른 예시적인 실시예에서 배플(64, 66, 68, 70)은 아노드 전류 콜렉터의 중앙 섹션의 구역(1-4)을 따른 연료 흐름이 옥시던트 가스 흐름에 대해 동류 형상을 갖도록 배치될 수 있음을 인식해야 한다.
도6에 도시된 실시예에서, 아노드 전류 콜렉터의 리포밍 촉매의 로딩은 원하는 흐름 저항과 아노드 전류 콜렉터의 각각의 섹션의 원하는 리포밍 양을 제공하기 위해 변화될 수 있다. 특히, 아노드 전류 콜렉터의 입구 섹션(62)은 연료 흐름 저항을 최소로 하기 위해 그 내부에 리포밍 촉매가 배치되지 않거나 또는 적은 리포밍 촉매를 갖는다. 각각의 구역(1-4)에서, 촉매 로딩 밀도는 구역(1-4)의 흐름 저항을 증가시키고 구역(1-4)을 통한 흐름 균일성을 달성하도록 입구 섹션(62)의 촉매 로딩 밀도에 대해 증가된다. 구역(1-4)의 높은 촉매 로딩 밀도는 증가된 흐름 저항으로 인해 가스 흐름 속도를 낮추며, 전기를 생산하는데 필요한 전기화학 반응을 최적화한다. 그 결과, 대부분의 직접 내부 리포밍이 중앙 섹션의 구역(1-4)에서 발생된다. 하기에 서술되는 바와 같이, 각각의 구역(1-4)의 리포밍 촉매 로딩 밀도는 하나의 구역으로부터 다른 구역으로 또한 각각의 구역을 통해 변화된다. 예를 들어, 하나의 구역에서 전체적인 촉매 로딩 밀도는 높은 촉매 로딩 밀도를 갖는 구역에서 더 많은 리포밍 및 이에 따른 더 많은 냉각을 제공하기 위해 다른 구역의 촉매 로딩 밀도 보다 높다. 또한, 리포밍 촉매 로딩의 밀도는 촉매 로딩 밀도가 최고의 냉각이 필요한 전지 조립체의 영역에서 가장 높도록 각각의 구역(1-4)을 따라 변화될 수 있다.
도6에 도시된 아노드 전류 콜렉터의 형상은 종래의 탄산염 연료전지 스택의 구조 및 디자인과 양립될 수 있다. 특히, 종래의 탄산염 연료전지 시스템과 각각의 전지 조립체의 습식 밀봉 영역으로도 불리우는 경계 영역은 전기화학 반응이 발생되지 않는 불활성이다. 여기에 참조인용된 미국 특허출원 제12/016,564호는 이런 연료전지 디자인의 예를 게재하고 있으며, 특히 연료전지의 습식 밀봉 영역을 형성하는 쌍극 분리기 플레이트를 사용하는 연료전지를 게재하고 있다. 전류 콜렉터의 중앙 영역을 통해 연료를 분배하고 소비된 연료를 중앙 영역으로부터 수집하는데 사용되는 도6에 도시된 아노드 전류 콜렉터의 입구 및 출구 섹션은 전지 조립체의 아노드측 습식 밀봉 영역내에 배치된다. 연료의 분배 및 수집을 위해 불활성 습식 밀봉 영역을 사용함으로써, 리포밍의 양과 리포밍이 발생되는 아노드 전류 콜렉터의 중앙 영역의 위치가 연료전지 조립체의 개량된 작동을 위해 최적화될 수 있다. 또한, 아노드 전류 콜렉터의 입구 섹션의 압력 강하가 감소되며, 이에 따라 아노드 전류 콜렉터의 중앙 영역을 통한 연료 흐름의 균일성을 개량할 수 있다.
상술한 바와 같이, 조립체는 연료전지 스택(12)에 연료의 2단계 공급을 포함하며, 제1단계는 하나 이상의 리포머(30)로부터 각각의 리포머-관련 전지 조립체(58)로의 연료 공급을 포함하며, 제2단계는 연료 터언 매니폴드(48)로부터 스택(12)의 각각의 나머지 연료전지로의 부분적으로 리포밍된 연료의 분배를 포함한다. 종래의 스택 디자인과 비교하였을 때, 도1에 도시된 스택은 제1단계로부터의 연료가 제2단계중 재활용되기 때문에 스택(12)의 구동을 위한 연료 흐름을 낮춘다. 또한, 제2단계는 제1단계로부터 부분적으로 소비된 연료를 수령하고 사용하기 때문에, 스택으로의 연료 흐름의 전체량이 종래 스택에서 수령된 연료 흐름의 전체량에 비해 감소된다. 그 결과, 높은 연료 활용, 즉 스택(12)에 의한 전기 생산시 고효율이 본 발명의 2단계 형상에 의해 달성된다.
상술한 2단계 연료 공급과 함께, 도1에 도시된 스택(120은 스택의 수명 및 작동 수명을 증가시키는 개량된 열 관리를 갖는다. 상술한 바와 같이 리포머(30)를 통한 연료의 흐름 경로는 리포머(30)에서 발생되는 흡열 반응을 최적화함으로써 이런 개량된 열 관리에 기여한다.
또한, 리포머-관련 전지 조립체(16A)에 촉매가 없거나 감소된 촉매 로딩은 그에 공급된 연료 가스가 리포머(30)에서 상당한 정도로 리포밍되기 때문에 종래 스택에 비해 더욱 안정적인 스택 온도 구배에 기여한다. 특히, 리포머-관련 전지 조립체(16A)에 촉매가 없거나 또는 매우 소량만 있기 때문에, 흡열 리포밍 반응의 많은 부분이 리포머에 의해 생산될 수 있다. 따라서, 리포머와 상기 리포머의 리포밍 반응율의 효율이 개량된다. 이것은 리포머의 리포밍 촉매가 탄산염 전해질에 노출되지 않고 그에 따라 스택이 에이징될 때 안정적인 활성을 갖기 때문에 스택의 성능 및 수명에 특히 중요하다. 따라서 리포머의 개량된 리포밍 효율은 스택의 열 안정성을 개량한다.
또한, 조립체의 2단계 연료 공급은 리포머(30)와 관련되지 않은 전지 조립체(16B)의 촉매 열화로 나타나는 온도 구배의 불안정성을 최소화하고, 리포머의 리포밍 반응의 균일성을 개량한다. 리포머와 관련되지 않은 전지 조립체(16B)는 리포머-관련 전지 조립체(16A)로부터 연료 터언 매니폴드(48)로 공급된 또한 각각의 전지 조립체(16B)내의 흡열 직접 내부 리포밍 반응으로부터의 냉각된 연료 가스 배기로 나타나는 냉각면에서 유리하다. 특히, 리포머와 관련되지 않은 전지 조립체(16B)의 높은 리포밍 비율 및 그에 따른 높은 냉각 비율은 전지 조립체내의 피크 전류 밀도를 감소시키며, 스택의 전류 밀도 분배를 더욱 균일하게 한다. 균일한 전류 밀도는 국부적인 고온을 감소시키며, 하나의 전지 조립체(16B)로부터 다른 전지 조립체로의 온도 구배의 향상된 제어로 나타난다. 스택의 높은 열 안정성 및 감소된 온도 구배는 스택의 부품상의 감소된 열 응력과 전지 조립체의 부품들 사이의 감소된 접촉 손실로 나타난다.
또한, 리포머-관련 전지 조립체(16A)의 연료 흐름 필드는 스택의 전류 밀도 분배의 시프트(shift)를 유발하여 스택의 옥시던트 입구 및 연료 출구 영역의 증가된 온도로 나타난다. 옥시던트 입구 및 연료 출구 영역의 증가된 온도는 적절한 메탄 전환을 제공하기 위해 리포머와 관련되지 않은 다른 전지 조립체(16B)에 배치되는 촉매의 리포밍 동작을 증가시킨다. 또한, 도1의 연료전지 스택의 전류 밀도의 시프트와 상술한 2단계 연료 분배는 직교 흐름 형상을 갖는 종래의 스택에서 자주 경험하게 되는 전류 밀도를 스택의 아노드 입구 영역 근처에 집중시키려는 경향에 대응한다. 이것은 스택의 온도 시프트를 최소화하며, 특히 만일 연료 활용이 증가되었다면, 그에 따라 스택의 높은 동작 효율을 이끈다. 또한, 리포머 입구 섹션이 이웃하는 전지 조립체의 옥시던트 출구측 근처에 배치되기 때문에, 옥시던트 출구 가스에는 냉각이 제공되며, 그에 따라 스택의 열 관리 필요성을 감소시킨다. 이들 이유로 인해, 스택에 의한 전기 생산시의 효율과 스택의 수명이 증가된다.
모든 경우에 있어서, 상술한 배치는 단지 본 발명의 적용을 나타내는 많은 가능한 특수한 실시예의 예시적인 것에 지나지 않음을 인식해야 한다. 본 발명의 정신 및 범주로부터의 일탈없이 본 발명의 원리에 따라 많은 그리고 변화된 다른 배치도 쉽게 발명될 수 있다. 예를 들어, 스택에 들어가기 전에 연료 온도를 조절하기 위해 추가적인 외부 수단을 제공함으로써 스택의 열 관리를 더욱 제공하는 것도 본 발명의 범주에 속한다.
동일한 양수인에게 양도된 하기의 특허 및 공개공보는 본 발명에 참조인용되었다.
미국특허 제6,200,696호
미국특허 제5,175,062호
미국 특허출원 공개공보 제2006/0123705호
미국 특허출원 공개공보 제2004/0071617호
12: 스택 18: 전해질 매트릭스
20: 아노드 전극 26: 캐소드 전극
30: 리포머 33: 아노드 전류 콜렉터

Claims (34)

  1. 연료전지 스택에 사용하기 위한 간접 내부 리포머에 있어서,
    입구 포트 및 출구 포트를 포함하는 막음부로서, 상기 막음부는 복수의 측벽에 의하여 연결되는 제1 및 제2 마주보는 면을 포함하고, 상기 제1 마주보는 면은 연료전지 스택에서 연료전지를 향하도록 구성되어 연료전지에 직접 인접하도록 하는, 상기 막음부; 및
    상기 막음부의 내부에 배치된 리포밍 촉매를 지지하는 플레이트 조립체를 포함하며,
    상기 간접 내부 리포머의 상기 출구 포트는 연료전지를 향하는 상기 막음부의 제1 마주보는 면에 놓여져서 연료 전지의 연료 입구 포트와 정렬되게 위치하여, 상기 간접 내부 리포머에 의하여 개질된 연료의 적어도 제1부분은 상기 연료 전지의 입구 포트에 공급되기 전에 매니폴드에 전달되지 않고 직접 상기 간접 내부 리포머의 출구 포트로부터 상기 연료 전지의 상기 입구 포트로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택에 사용하기 위한 간접 내부 리포머.
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  4. 제1항에 있어서, 상기 플레이트 조립체는 상기 입구 포트와 연통되는 입구 섹션과 상기 출구 포트와 연통되는 출구 섹션과 상기 입구 섹션과 출구 섹션 사이에 배치되는 중앙 섹션을 포함하는 다수의 섹션을 포함하며, 상기 플레이트 조립체는 연료가 상기 플레이트 조립체를 통과하여 흐르게 하는 다수의 배플을 포함하고, 상기 다수의 배플은 플레이트 조립체의 상기 입구 섹션과 중앙 섹션 사이에 배치되는 적어도 하나의 배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택에 사용하기 위한 간접 내부 리포머.
  5. 제4항에 있어서, 상기 중앙 섹션은 다수의 구역을 포함하고, 상기 각각의 구역은 입구 섹션 및 출구 섹션과 연통되며, 상기 각각의 구역의 연료 흐름 방향은 상기 입구 섹션의 연료 흐름 방향과 직교하고, 상기 다수의 배플은 연료 흐름을 상기 각각의 구역으로 향하게 하기 위해 상기 중앙 섹션에 배치되는 적어도 하나의 배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택에 사용하기 위한 간접 내부 리포머.
  6. 제5항에 있어서, 상기 플레이트 조립체의 입구 섹션은 상기 입구 섹션에 의해 지지되는 리포밍 촉매의 제1로딩 밀도를 가지며, 상기 플레이트 조립체의 중앙 섹션은 상기 리포밍 촉매의 제2로딩 밀도를 갖고, 상기 제2로딩 밀도는 상기 제1로딩 밀도 보다 높으며, 상기 플레이트 조립체의 출구 섹션은 상기 리포밍 촉매의 제3로딩 밀도를 가지며, 상기 제3로딩 밀도는 상기 제2로딩 밀도와 동일하거나 그 보다 낮은 것을 특징으로 하는 연료전지 스택에 사용하기 위한 간접 내부 리포머.
  7. 제6항에 있어서, 상기 플레이트 조립체는 상기 리포밍 촉매의 변화하는 로딩 밀도를 가지며, 상기 플레이트 조립체의 입구 섹션은 1/64 내지 1/16 사이에서 변화하는 로딩 밀도를 가지며, 상기 플레이트 조립체의 중앙 섹션은 1/48 내지 1/2 사이에서 변화하는 로딩 밀도를 가지며, 상기 플레이트 조립체의 출구 섹션은 0 과 1/2 사이에서 변화하는 로딩 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택에 사용하기 위한 간접 내부 리포머.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 출구 포트는 막음부의 상기 제1 마주보는 면의 일부에 다수의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택에 사용하기 위한 간접 내부 리포머.
  10. 제1항에 있어서, 상기 막음부는 상기 제1 마주보는 면을 상기 제2 마주보는 면에 연결하는 제1, 제2, 제3 및 제4측벽을 포함하며, 상기 제1측벽은 제2측벽의 반대쪽에 있고, 상기 제3측벽은 제4측벽의 반대쪽에 있으며, 상기 입구 포트는 제3측벽에 인접한 상기 제1측벽에 형성되고, 상기 출구 포트는 상기 제4측벽에 인접한 막음부의 상기 마주보는 제1면에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택에 사용하기 위한 간접 내부 리포머.
  11. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 간접 내부 리포머는 상기 간접 내부 리포머에 의해 리포밍된 모든 연료를 상기 간접 내부 리포머가 상기 연료전지 스택에 조립될 때 상기 간접 내부 리포머에 인접한 연료전지 조립체의 입구로 공급하도록 구성되는 연료전지 스택에 사용하기 위한 간접 내부 리포머.
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  34. 제10항에 있어서,
    상기 간접 내부 리포머가 상기 연료 전지 스택에 조립될 때 상기 간접 내부 리포머는 상기 간접 내부 리포머에 의해 개질된 상기 연료의 제2부분을 연료 전지 매니폴드에 출력하도록 구성되는 추가의 출구 포트를 추가로 포함하고, 상기 추가의 출구 포트는 상기 제2 측벽에 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택에 사용하기 위한 간접 내부 리포머.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8962210B2 (en) * 2008-06-06 2015-02-24 Fuelcell Energy, Inc. Modular fuel cell stack assembly including anode gas oxidizer and integrated external manifolds for use in fuel cell stack modules
KR101244507B1 (ko) 2011-08-02 2013-03-18 포스코에너지 주식회사 고체산화물 연료 전지용 간접 내부 개질기
KR101294469B1 (ko) 2011-11-02 2013-08-07 포스코에너지 주식회사 고체산화물 연료 전지용 간접 내부 개질기
JP6275267B2 (ja) * 2013-09-30 2018-02-07 アウディ アクチェンゲゼルシャフトＡｕｄｉ Ａｇ 燃料電池マニホルド用バッフル
CN107464944B (zh) 2016-05-27 2021-02-02 通用电气公司 燃料电池系统及其操作方法
US11165073B2 (en) * 2016-10-24 2021-11-02 Precision Combustion, Inc. Solid oxide electrolysis cell with internal heater
FR3062960B1 (fr) * 2017-02-10 2021-05-21 Commissariat Energie Atomique Pile a combustible
KR102610184B1 (ko) 2018-11-30 2023-12-04 퓨얼셀 에너지, 인크 용융 탄산염 연료 전지를 위한 연료 전지 스테이징
US11424469B2 (en) 2018-11-30 2022-08-23 ExxonMobil Technology and Engineering Company Elevated pressure operation of molten carbonate fuel cells with enhanced CO2 utilization
JP7258144B2 (ja) * 2018-11-30 2023-04-14 フュエルセル エナジー， インコーポレイテッド Ｃｏ２利用率を向上させて動作させる燃料電池のための改質触媒パターン
EP3888165A1 (en) * 2018-11-30 2021-10-06 Fuelcell Energy, Inc. Reforming catalyst pattern for fuel cell operated with enhanced co2 utilization
US11695122B2 (en) 2018-11-30 2023-07-04 ExxonMobil Technology and Engineering Company Layered cathode for molten carbonate fuel cell
KR20210107700A (ko) 2018-11-30 2021-09-01 퓨얼 셀 에너지, 인크 심층 co2 포획을 위한 용융 탄산염 연료전지들의 재생성
WO2020112812A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Operation of molten carbonate fuel cells with enhanced co 2 utilization
AU2019476338B2 (en) 2019-11-26 2024-04-04 ExxonMobil Technology and Engineering Company Fuel cell module assembly and systems using same
AU2019476660B2 (en) 2019-11-26 2023-09-14 ExxonMobil Technology and Engineering Company Operation of molten carbonate fuel cells with high electrolyte fill level
US11978931B2 (en) 2021-02-11 2024-05-07 ExxonMobil Technology and Engineering Company Flow baffle for molten carbonate fuel cell

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060123705A1 (en) * 2004-12-09 2006-06-15 Zhiwen Ma High performance internal reforming unit for high temperature fuel cells
KR100645190B1 (ko) * 2005-10-07 2006-11-10 두산중공업 주식회사 직접 내부 개질형 분리판을 구비하는 용융탄산염 연료전지

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US788110A (en) * 1903-10-21 1905-04-25 Ernst Paul Lehmann Toy.
US1656408A (en) 1927-10-20 1928-01-17 Leonard A Young Golf ball
US3453146A (en) * 1966-01-03 1969-07-01 Texas Instruments Inc Method and apparatus for reforming carbonaceous fuels and operating fuel cell
US4182795A (en) * 1978-07-10 1980-01-08 Energy Research Corporation Fuel cell thermal control and reforming of process gas hydrocarbons
US4365007A (en) * 1981-06-12 1982-12-21 Energy Research Corporation Fuel cell with internal reforming
US4444851A (en) * 1982-06-28 1984-04-24 Energy Research Corporation Fuel cell stack
US4567117A (en) * 1982-07-08 1986-01-28 Energy Research Corporation Fuel cell employing non-uniform catalyst
JPH081810B2 (ja) * 1985-02-20 1996-01-10 三菱電機株式会社 内部改質形溶融炭酸塩形燃料電池
US4877693A (en) * 1985-12-23 1989-10-31 Energy Research Corporation Fuel cell apparatus for internal reforming
US4788110A (en) * 1987-10-20 1988-11-29 Energy Research Corporation Fuel cell with partially shielded internal reformer
JP2899709B2 (ja) * 1989-11-25 1999-06-02 石川島播磨重工業株式会社 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置
JPH03254069A (ja) 1990-03-05 1991-11-13 Mitsubishi Electric Corp 内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池
US5175062A (en) * 1991-01-30 1992-12-29 Energy Research Corporation Reforming unit for fuel cell stack
US5209906A (en) * 1991-05-10 1993-05-11 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence Modular isothermal reactor
US5348814A (en) 1992-03-11 1994-09-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Internal reforming type molten carbonate fuel cell
JPH0620711A (ja) 1992-07-07 1994-01-28 Sanyo Electric Co Ltd 間接内部改質溶融炭酸塩型燃料電池の内部改質ユニット
US5480738A (en) * 1994-02-04 1996-01-02 Ceramatec, Inc. Fuel cell module
US5773161A (en) * 1996-10-02 1998-06-30 Energy Research Corporation Bipolar separator
US5882809A (en) * 1997-01-02 1999-03-16 U.S. The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Solid oxide fuel cell with multi-unit construction and prismatic design
US6159627A (en) * 1998-08-18 2000-12-12 Energy Research Corporation Bipolar separator for use in a fuel cell assembly
US6274101B1 (en) * 1998-09-08 2001-08-14 Uop Llc Apparatus for in-situ reaction heating
US6200696B1 (en) * 1999-02-16 2001-03-13 Energy Research Corporation Internal reforming fuel cell assembly with simplified fuel feed
US6372374B1 (en) * 1999-11-30 2002-04-16 Fuelcell Energy, Inc. Bipolar separator plate with improved wet seals
US6610434B1 (en) * 2000-08-10 2003-08-26 Siemens Westinghouse Power Corporation Segregated exhaust SOFC generator with high fuel utilization capability
US6531237B2 (en) * 2001-03-01 2003-03-11 Fuelcell Energy, Inc. Manifold and sealing assembly for fuel cell stack
US20040071617A1 (en) * 2002-10-11 2004-04-15 Scott Blanchet Fuel reformer
US7070874B2 (en) * 2002-12-24 2006-07-04 Fuelcell Energy, Inc. Fuel cell end unit with integrated heat exchanger
JP4210906B2 (ja) * 2003-02-10 2009-01-21 株式会社豊田中央研究所 直交流型燃料改質器
US6974644B2 (en) * 2004-02-06 2005-12-13 Fuelcell Energy, Inc. Internal reforming fuel cell assembly with selectively adjustable direct and indirect internal reforming
KR100599685B1 (ko) * 2004-06-30 2006-07-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
KR100645790B1 (ko) 2005-09-14 2006-11-23 엘지전자 주식회사 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060123705A1 (en) * 2004-12-09 2006-06-15 Zhiwen Ma High performance internal reforming unit for high temperature fuel cells
KR100645190B1 (ko) * 2005-10-07 2006-11-10 두산중공업 주식회사 직접 내부 개질형 분리판을 구비하는 용융탄산염 연료전지

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