KR101912183B1 - 전기화학 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개의 플레이트 요소(10, 12) 사이에 배치된 유동 공간(2)을 포함하고 유동 매체가 유동 공간(2)에 스며들기 위한 유동 입구(6)와 유동 출구(8)를 갖는 전기화학 전지(4)에 관한 것으로, 유동 입구(6)와 유동 출구(8) 사이에 유동 매체의 주요 유동 방향(40)이 형성된다. 플레이트 요소들 중 하나(10)가 플레이트 요소(10, 12)를 규칙적 격자 구조(24)로 다른 하나의 플레이트 요소(10, 12) 위에 지지하기 위한 돌출부들(14)을 더 포함하고, 그 사이에 유동 공간(2)을 통과하는 유동 채널들(28, 30, 32)의 망이 적어도 하나의 유동 채널 방향(29, 31, 33)으로 연장한다. 본 발명에 따르면, 규칙적 격자 구조(24)는 유동 채널들(28, 30, 32)의 격자가 둘 이상의 유동 채널 방향(29, 31, 33)을 포함하도록 설계되어 있고, 각각의 유동 채널 방향이 유동 매체의 주요 유동 방향(40)에 대하여 0도와는 다른 각도(34, 35, 36)를 이루고 있다.

Description

전기화학 전지{ELECTROCHEMICAL CELL}

본 발명은 2개의 플레이트 요소 사이에 배열된 유동 챔버를 포함하고 유동 매체가 유동 챔버에 스며들기 위한 유동 입구와 유동 출구를 갖는 전기화학 전지(electrochemical cell)로서, 유동 입구와 유동 출구 사이에 유동 매체의 주요 유동 방향이 생성되고, 플레이트 요소들 중 하나가 플레이트 요소를 규칙적 격자 구조로 다른 하나의 플레이트 요소 위에 지지하기 위한 돌출부들을 갖고, 그 사이에 유동 챔버를 통하여 배열된 유동 채널들의 망이 적어도 하나의 유동 채널 방향으로 연장하는 전기화학 전지에 관한 것이다.

전기화학 전지는, 예를 들어 http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrochemische_Zelle(2010년, 10월 25일)로부터 일반적으로 공지되어 있고, 갈바니 전지(galvanic cell)와 전해 전지(electrolytic cell)로 세분된다.

전해 전지는 전류로 인해 화학 반응이 일어나고 전기 에너지의 적어도 일부가 화학 에너지로 변환되는 장치이다. 갈바니 전지는 전해 전지를 보완하는 것으로, 화학 에너지의 전기 에너지로의 자발적 변환을 위한 장치이다. 이러한 유형의 갈바니 전지의 공지된 장치는 연료 전지, 예를 들어, PEM 연료 전지이다(Proton Exchange Membrane 연료 전지 또는 Polymer Electrolyte Membrane 연료 전지)(http://de.wikipedia.org/wiki/Brennstoffzelle, 2010년, 10월 25일).

연료 전지에서는, 수소(H2)와 산소(O2)가 전해액에서 반응하여, 열을 내고, 전기 에너지와 물을 생성하는데, 물은 응축된 수분과 함께 연료 전지에서 제거되어야 한다. 이는 여분의 연료 가스로 물을 연료 전지 외부로 몰아냄으로써 달성되는데, 이런 이유로, 반응에 필요한 것보다 더 많은 연료 가스가 공급된다.

활성 영역 전체에 걸쳐 가능한 가장 균등한 전지 활동을 얻기 위해 양극(anode) 측과 음극(cathode) 측 모두에서 활성 멤브레인과 상기 멤브레인을 둘러싸는 PEM 연료 전지의 전극들이 균등하게 공급되어야 한다. 높은 전력 밀도에서, 국소적으로 균등하지 않은 활동은 국소적인 온도의 상승 및 멤브레인과 전극들에 대해 가능한 손상을 초래할 수 있다.

연료 전지를 통하여 2개의 연료 가스가 들어가고 나가거나 관통 유동하는 것은 별개의 채널들로 달성되고, 활성 영역들에 대한 그의 기하학적 구조 및 위치는 설계 프레임워크 조건들로 인해 언제나 최적으로 구성될 수 있는 것은 아니다. 그 결과 유동이 쉽게 일어나고 물 제거가 쉽게 일어나는 영역들, 및 유동이 약할 뿐이고 물이 만족스럽게 다른 데로 인도되지 않는 "유동 그림자(flow shadows)"가 형성되는 다른 영역들이 연료 전지의 2개의 가스 챔버에서 형성된다. 불리한 경우에는, 머무르게 되는 물 방울들이 그러한 유동 그림자에서 전지 기능의 장애를 유발한다.

개질기(reformer) 가스 또는 공기와 같은 불활성 성분들을 가진 연료 가스들로 작동되는 연료 전지들에서는, 유동이 불량한 영역들에서 불활성 가스 쿠션(inert gas cushions)이 형성되어, 그러한 영역들에서 국소적으로 활성 성분들의 효율을 감소시킨다. 연료 전지는 그러한 영역들에서는 유용한 가스 농도가 낮은 가스로 작동된다.

DE 103 00 068 A1은 가스 챔버들이 길쭉한 가스 인도 요소들을 구비하는 연료 전지를 개시하고 있다. 상기 요소들은 연료 가스들이, 특히, 다르게는 불량하게 관류(perfuse)되는 영역들을 통하여 흐르도록 연료 가스들을 가스 챔버의 가스 입구로부터 가스 출구로 인도한다.

EP 1 970 985 A1은 가스 챔버가 유동 매체인, 연료 가스가 관류하는 격자 구조로 배열된 돌출부들에 의해 형성된 유동 채널들의 망을 갖는 연료 전지를 개시하고 있다. EP 1 970 985 A1에 따르면, 유동 채널들의 유동 단면들의 변형에 의해, 유동 매체에 의한 가스 챔버의 관류가 영향을 받거나 조향될 수 있다.

WO 2009/157981 A1은 가스 챔버가 돌출부들로 형성된 유동 채널들을 포함하고, 관류 동안의 유동 저항을 줄이고 관류를 향상시키기 위하여 상기 돌출부들이 유동 매체의 유동 방향 또는 그 유동 방향에 가로로 배열되어 있는 연료 전지를 개시하고 있다.

WO 2004/049483 A2는 가스 챔버가 처음에는 유동 방향으로 넓어지고 이어서 다시 좁아지는 립(rib)들에 의해 형성된 유동 채널들을 포함하는 연료 전지를 개시하고 있다.

본 발명의 목적은, 전기화학 전지, 예를 들어, 갈바니 전지 또는 전해 전지, 특히 연료 전지로서, 그 전지, 특히 연료 전지의 멤브레인-전해액 유닛에 특히 연료 가스가 균등하게 국소적으로 관류할 수 있는 전기화학 전지를 제공하는 것이다.

이 목적은 앞에 언급한 유형의 전기화학 전지에 의하여 달성되는데, 여기서 규칙적 격자 구조는 유동 채널들의 망이 둘 이상의 유동 채널 방향을 가지고 있고, 각각의 유동 채널 방향이 유동 매체의 주요 유동 방향에 대하여 0도와는 다른 각도를 이루도록 구성되어 있다. 따라서 그러한 배향(orientation)의 상기 유동 채널들에 의해, 유동 매체의 주요 유동 방향에 대한 가스 챔버의 비평행 유입 또는 관류가 일어난다.

본 발명은 유동 매체의 주요 유동 방향에 대한 유동 채널들의 배향이 가스 챔버 내의 매체 분배와 가스 챔버의 관류에 중요한 역할을 한다는 사실의 인식에 기초하고 있다. 유동 채널들의 방향과 유동 매체의 주요 유동 방향 사이의 상대 각도를 변경함으로써, 가스 챔버의 관류가 영향을 받거나 변경되고 가스 챔버 전체에 걸친 균등한 유동까지 개선될 수 있다.

유동 채널들로의 유입이 상기 유동 채널들의 방향으로, 또는 그에 평행하게 일어난다면, 즉, 유동 채널들의 배향이 유동 매체의 주요 유동 방향에 평행하다면, 가스 챔버의 고르지 않은 관류가 발생하고, 낮은 압력 강하(pressure drop)를 동반한다. 활성 영역 또는 가스 챔버의 코너 부위들에 유동 그림자가 형성될 수 있다.

상기 유동 채널들의 배향 또는 주요 유동 방향이 바뀌어 둘 사이의 상대 각도가 0도와 다르다면, 그 결과는 가스 챔버 전체의 실질적으로 더욱 균등한 관류이고, 이 경우 더 큰 압력 강하와 연관된다. 가스 챔버의 코너 부위들에서의 바람직하지 않은 그림자 부위들을 방지할 수 있다.

특히, 이 경우, 즉, 비평행 배향의 경우, 유동 채널들과 주요 유동 방향 사이의 상대 각도가 본질적으로 90도이면, 즉, 유동 매체의 유입이 유동 채널들에 가로로 일어난다면 유리하다. 예를 들어, 본질적으로 30도, 45도, 60도 또는 75도 등의 다른 상대 각도들이 실현될 수도 있다.

본 발명이 고려하는 효과는 유동 매체가, 서로에 대해 비평행하게 배향되어 있는 유동 채널들에 부딪칠 때 - 이는 유동의 방해를 나타냄 -, 특히 유동 채널들을 형성하는 돌출부들을 지나 유동 채널들의 입력 부위들까지 유동 매체의 유도에 의해, 외견상 균등하게 강제로 유인된다는 사실에 기인한다. 그 결과는 균등하게 분배된 유동(유입)이고 따라서 전지의 활성 영역의 균등한 관류이다.

특히, 또한, (개방) 유동 채널들 및 그의 방향 또는 방향들을 형성하는 돌출부들의 규칙적 격자 구조로 인해, 대면적의 효과, 가스 챔버에서의 균등한 유동을 달성할 수 있다. 격자 구조는 돌출부들의 2차원의 규칙적으로 반복하는 배열에 의해 형성되고 따라서 양쪽 공간 방향에서 - 예를 들어, 데카르트 또는 극 좌표들에서 - 돌출부들의 규칙적 시퀀스가 제공되고, 그 간격들이 유동 채널들의 기하학적 구조를 결정한다. 다르게 말해서, 돌출부들은 유동 채널들의 경계를 정하고 따라서 그의 방향 또는 방향들을 정의한다.

바람직하게는, 규칙적 격자 구조를 형성하는 돌출부들은, 특히, 돌출부 중심점에 대하여 대칭적으로 형성될 수 있는 노브(knob)들이다. 노브들은, 특히, 원형 또는 타원형으로 구현될 수 있다.

돌출부들, 특히, 그의 단면들, 예를 들어, 그의 높이, 폭 및/또는 형태를 변경함으로써, 연료 가스가 관류하는 채널 용적이 바뀔 수 있다. 예를 들어, EP 1 970 985 A1에 개시된 바와 같은, 채널 용적의 크기를 이용한 유동 저항의 형성을 통하여, 연료 가스를 하나의 유동 방향으로 조향할 수 있다.

또한 유동 입구가 분배 채널(distribution channel)을 갖거나 분배 채널로서 구성되어 있고, 그 분배 채널에 의하여, 유동 매체의 또는 폭에 걸친 유동의 균등한 (사전) 분배가, 예를 들어, 적당한 유동 장애물들에 의하여 실현된다면 활성 영역으로의 균등한 유동에 관련하여 유동 매체의 유리한 조향이 달성될 수 있다. 최근 생겨난 유동을 조향하고, 활성 영역에서 그 유동을 균등하게 하기 위한 적당한 채널인, 수집 채널(collecting channel)이 또한 유동 출구에 제공될 수 있다.

특히, 활성 영역에서의 균등한 유동에 관련하여, 분배 채널 및/또는 수집 채널이 유동 채널들의 유동 채널 방향에 평행하게 배향되어 있다면 유리하다.

특히, 분배 채널 및/또는 수집 채널의 이용은 또한 전지 전체에 걸쳐 정의된 고정된 주요 유동 방향이 실현될 수 있다는 이점을 가진다. 이와 다르게 변화하는 주요 유동 방향과 전지 내의 고정된 정의된 격자 구조에 의하면, 양호하면서도 불량한 유동의 분배들이 발생할 수 있지만, 그에 의해 전지 전체에 걸쳐 균등한 최적의 분배를 달성할 수 있다.

"균등한 분배 문제"에 있어서, 유동의 균등성은 또한 분배 채널 및/또는 수집 채널에서의 유동 매체의 압력 손실이 활성 영역에서의 유동 매체의 압력 손실과 어떻게 관련되는지에도 의존한다. 분배 채널 및/또는 수집 채널에서의 유동 매체의 압력 손실이 활성 영역에서의 압력 손실과 비교하여 크다면, 그 결과는 불량한 분배의 균등성이고; 상기 압력 손실이 작다면, 그 결과는 양호한 분배의 균등성이다.

다르게 말하여, 본 발명에 따르면, 활성 영역에서의 유동 채널들의 방향이 주요 유동 방향과 다름으로 인해, 유동 매체가 활성 영역의 입구 측에서 출구 측까지 더 이상 곧은 경로를 취할 수 없어 활성 영역의 저항은 증가되고, 분배 채널 및/또는 수집 채널은 더 큰 유동 저항을 가질 수 있고 따라서 활성 영역에서의 유동의 균등성을 악화시키는 일 없이 더 좁게 구성될 수 있다. 좁게 구성된 분배 채널 및/또는 수집 채널은 유리한 방식으로 전지의 기계적 안정성을 증가시킨다.

예를 들어, 규칙적인 6각형 격자의 노브들에 의하여, 주요 유동 방향에 가로로(여기서 상대 각도는 본질적으로 90도) 배열된 제1 유동 채널들뿐만 아니라 각각이 주요 유동 방향에 대하여 30도(여기서 상대 각도는 주요 유동 방향에 대하여 본질적으로 +30도 또는 -30도)인 제2 및 제3 유동 채널들을 실현하는 것도 특히 유리할 수 있다. 이 3개의 유동 채널의 3개의 채널 방향은 각각 이 경우 60도의 각도를 포함한다.

적절하게는, 연료 가스로 관류될 가스 챔버와 그 안의 전기화학 전지의 활성 영역은 직사각형이고, 이에 따라 전지는 콤팩트하게 만들어질 수 있다. 따라서, 예를 들어 모바일 사용을 위한 콤팩트한 연료 전지들을 실현할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 유동 매체는 가스 매체, 특히 갈바니 전지의 연료 가스, 예를 들어, 수소 또는 산소이다. 전기화학 전지가 갈바니 전지, 특히 연료 전지 또는 전해 전지인 것도 제공될 수 있다.

이제부터 도면들에 예시되어 있는 모범적 실시예들을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 연료 전지의 가스 챔버이다.
도 2는 제1 모범적 실시예에 따른, 가스 채널들을 형성하는 돌출부들 및 주요 유동 방향에 대한 상기 돌출부들의 배향에 관한 (국소적) 평면도이다.
도 3은 제2 모범적 실시예에 따른, 가스 채널들을 형성하는 돌출부들 및 주요 유동 방향에 대한 상기 돌출부들의 배향에 관한 (국소적) 평면도이다.
도 4는 돌출부들 및 그 사이에 형성된 가스 채널들을 가진 플레이트 요소들을 통한 단면도이다.
도 5는 추가의 모범적 실시예에 따른, 활성 영역과 분배 채널 및 수집 채널이 도시된 연료 전지의 가스 챔버의 개략도이다.
도 6은 추가의 모범적 실시예에 따른, 활성 영역과 분배 채널이 도시된 연료 전지의 가스 챔버의 (부분) 개략도이다.

도 1은 연료 전지(4)의 가스 챔버(2)를 개략 평면도로 보여주고 있다.

가스 챔버(2)에는 연료 가스를 가스 챔버(2) 안으로 인도하기 위한 가스 입구(6) 및 가스 챔버(2) 내의 사용되지 않은 연료 가스와 물을 가스 챔버(2) 밖으로 인도하기 위한 가스 출구(8)가 연결되어 있다.

가스 챔버(2)는 도 4에 단면 표현으로 도시된, 2개의 플레이트 요소(10, 12)에 의해 그것의 2개의 평평한 면에서 경계가 정해진다. 플레이트 요소(10)는 금속성이고 2개의 연료 전지(4)를 서로 분리하는 이극성 플레이트의 일부이다. 플레이트 요소(12)는 전극, 예를 들어, 양극(anode)이다.

플레이트 요소(12)는 본질적으로 평평하고 돌출부들이 없는 반면, 플레이트 요소(10)에는 노브 모양의 복수의 돌출부(14)가 찍혀 있는데, 이들은 도 2의 제1 모범적 실시예에 대한 상세도에 또는 도 3의 제2 모범적 실시예에 대한 평면도에 각각 예시되어 있다.

도 4는 2개의 플레이트 요소(10, 12)를 단면도로 보여주고 있다. 2개의 플레이트 요소(10, 12)는 노브 모양의 돌출부들(14)에서 서로에 기대고 있다.

플레이트 요소(10) - 및 따라서 또한 가스 챔버(2) - 는 돌출부들(14)이 규칙적인 6각형 격자 구조(24)로 배열되어 있는 부위 A를 가지고 있다. 돌출부들(14)의 중심점들(26)은 도 2 및 도 3의 평면도에서 양쪽 모범적 실시예에 대해 도시된 것과 같은 격자 구조(24)를 형성하도록 배열되어 있다. 돌출부 중심점들(26)은 상기 중심점들의 주위에 대칭적으로 형성된 원형 또는 노브 모양의 돌출부들(14)의 기하학적 중심점들이다.

돌출부들(14) 사이에는 각각의 가스 채널 방향들(29, 31, 33)을 가지고 가스 챔버(2)를 통하여 연장하는 개방 가스 채널들(28, 30, 32)의 망이 형성되어 있고, 상기 가스 채널들(28, 30, 32)은 가스 입구(6)를 가스 출구(8)에 연결한다.

명확화를 위해, 가스 채널들(28, 30, 32)의 망은 돌출부들(14) 사이에 도시되어 있고 그의 방향들(29, 31, 33)은 도 2, 3, 5, 6에서 각 경우에 점선으로 또는 방향 화살표를 가진 점선으로 도시되어 있다.

더욱이, 도 2 및 3은 가스 입구(6)와 가스 출구(8) 사이의 방향을 결정하는 주요 유동 방향(40)을 보여주고 있고 그 방향으로 가스 채널들(28, 30, 32)의 망에 연료 가스가 공급된다.

도 4가 도시하는 바와 같이, 가스 채널들(28, 30, 32)의 용적은 원형 돌출부들(14)의 크기에 의해 결정된다.

또한 도 4가 도시하는 바와 같이, 가스 채널들(28)(또한 30, 32 - 도 4에는 도시되지 않음)은 이 경우 V 모양으로 구성되어 있어 있는데, 최대 폭은 B1, 깊이는 T1, 채널 기저부 폭은 b1 - 이 경우 0이다. 0과 다른 채널 기저부 폭 b1이 실현될 수도 있다.

도 2 및 3은 연료 가스에 의해 관류되고 주요 유동 방향(40)에 대하여 돌출부들(14)에 의해 형성된 유동 채널들(28, 30, 32)의 상대 배향이 다른 규칙적인 6각형 격자 구조(24)의 2개의 모범적 실시예를 보여주고 있다.

도 2는 제1 실시예로 원형 돌출부들(14)에 의해 형성되고 각각이 서로에 대해 60도의 각도를 이루는 제1, 제2 및 제3 유동 채널들(28, 30, 32)을 가진 규칙적인 6각형 격자 구조(24)를 보여주고 있다.

주요 유동 방향(40)에 관한 격자 구조(24)의 배향은 도 2의 제1 실시예에 따르면 주요 유동 방향에 대한 유동 채널들(28, 30, 32)의 방향들(29, 31, 33)이 대략 10도, 70도 및 -50도(+/- 각도: 시계 방향/시계 반대 방향)의 제1 각도(34), 제2 각도(35) 및 제3 각도(36)를 이루어 실현된다.

도시된 바와 같이, 이 제1 실시예에 따르면, 유동 채널들(28) 또는 그의 채널 방향(29)에 관련하여, 연료 가스를 격자 구조(24)에 비평행하게 공급하는 것이 일어난다.

도 3은 다시 제2 실시예로 원형 돌출부들(14)에 의해 형성되고 60도 중간 각도가 채널 방향들(29, 31, 33) 사이에 있는 제1, 제2 및 제3 유동 채널들(28, 30, 32)을 가진 규칙적인 6각형 격자 구조(24)를 보여주고 있다.

주요 유동 방향(40)에 관한 격자 구조(24)의 배향은 도 3의 이 제2 실시예에 따르면 주요 유동 방향에 관한 유동 채널들(28, 30, 32)의 방향들(29, 31, 33)이 이 경우 대략 90도, 30도 및 -30도(+/- 각도: 시계 방향/시계 반대 방향)의 제1 각도(34), 제2 각도(35) 및 제3 각도(36)를 이루어 실현된다.

도시된 바와 같이, 이 제2 실시예에 따르면, 유동 채널들(28) 또는 그의 채널 방향(29)에 관련하여, 연료 가스를 격자 구조(24)에 공급하는 것이 상기 채널들(28)에 수직으로 일어난다.

도 2 및 3에 따른 2개의 실시예에서는, 격자 구조(24)의 평행 공급에 관하여 - 상기 의미에서, "평행"은 제1 채널들(28)이 주요 유동 방향(40)에 평행하게 배향되어 있는 것을 의미하기 위해 사용됨 -, 연료 가스에 의해 전지(4)의 활성 영역의 더욱 균등한 관류가 제공되며, 특히, 가스 챔버의 코너들로 더욱 균등하게 공급되어, 더 큰 압력 강하와 연관된다.

전지(4)의 가스 챔버의 개선된 관류의 이러한 효과는, 돌출부들(14)이 유동 채널들(28, 30, 32)로의 유입시에 생성하는 유동 저항으로 인해, 유입되는 유동이 폭에 걸쳐 균등하게 분배된다는 점에 기인한다. 그 결과는 균등하게 분배된 유동이고 따라서 전지(4)의 활성 영역의 균등한 관류이다. 이에 의해 활성 영역의 코너 부위들에서의 유동 그림자가 최소화된다.

이러한 효과는 - 도 2 및 3의 2개의 실시예의 직접 비교에서 - 격자 구조(24)가 도 3에 따라 배향되어 있을 경우 더 강하게 발생하는데, 그 이유는 이 경우 평행 채널 배향 또는 채널 관류에 대하여 가장 큰 편차가 발생하기 때문이다. 채널들(28, 30, 32)로의 연료 가스의 유입시의 유동 저항은 이 경우 가장 크고, 그 결과로 폭에 걸친 유동의 최적의 분배가 달성된다.

도 5는 추가 실시예에 따른 플레이트 요소(10)의 개략도로 연료 전지(4)의 가스 챔버(2)를 보여주고 있다.

플레이트 요소(10) - 및 따라서 또한 가스 챔버(2) - 는 각각 가스 채널 방향들(29, 31, 33)로 가스 채널들(28, 30, 32)의 망을 형성하는 도 3의 표현에 따른 돌출부들(14)의 규칙적인 6각형 격자 구조(24)를 가지고 있다.

가스 챔버(2)의 입구 측 부위(3) 또는 유입 측(3)에는, - 가스 입구(6, 미도시)를 통한 유동 매체의 유입 후에 - 가스 챔버(2)의 폭 전체에 걸친 유동 매체의 균등한 분배에 유리한 분배 채널(7)이 배열되어 있다.

유동 매체의 균등한 분배에 추가로 유리하게, 수집 채널(9)이 가스 챔버(2)의 출구 측 부위(5) 또는 유출 측(5)에 배열되어 있는데, 이를 통해 유동 매체가 격자 구조(24)를 통하여 유동한 후에 밖으로 인도되어, 가스 출구(8, 미도시)를 통해 수집된다.

입구 측(3)의 분배 채널(7) 및 출구 측(5)의 수집 채널(9)의 배열은 추가로 가스 챔버(2)의 폭 전체에 걸쳐 동일한 주요 유동 방향(40)으로 격자 구조(24)가 공급받을 수 있게 해준다. 따라서 고정된 격자 구조(24)에 대한 전지(4) 전체에 걸쳐 동일한 유리한 유동 조건이 실현될 수 있다.

분배 채널(7)에서의 유동 매체의 분배와 유동 매체가 주요 유동 방향(40)으로 격자 구조(24)에 공급된 후에, 유동 매체는 격자 구조(24)의 가스 채널들(28, 30, 32)의 망을 관류한다.

채널 방향(29)이 입구 측(3)에 그리고 출구 측(5)에 평행한 가스 채널들(28, 30, 32)의 표현된 구성은 전지(4)의 활성 영역의 균등한 관류를 가능하게 하고, 특히, 가스 챔버(2)의 코너들로 더욱 균등하게 공급되어, 더 큰 압력 강하와 연관된다.

그 결과, 분배 채널(7)과 수집 채널(9)은 더 큰 유동 저항을 가질 수 있고 따라서 활성 영역에서의 유동의 균등성을 손상시키는 일 없이 더 좁게 구성될 수 있다. 분배 채널(7)과 수집 채널(9)의 더 좁은 구성은 전지(4)의 기계적 안정성을 증가시킨다.

도 6은 플레이트 요소(10)의 (부분) 개략 평면도로 연료 전지(4)의 추가 실시예에 따른 가스 챔버(2)의 단면을 보여주고 있다.

플레이트 요소(10) - 및 따라서 가스 챔버(2) - 는 각각 가스 채널 방향들(29, 31, 33)로 가스 채널들(28, 30, 32)의 망을 형성하는 돌출부들(14)의 규칙적 격자 구조(24)를 가지고 있다. 도 6의 상기 실시예에 따른 돌출부들(14)은 상기 돌출부들이 타원형 모양으로 구성되어 있는 점에서만 도 5 또는 도 3에 따른 돌출부들(14)과 상이하다.

여기서도 - 도 6에 도시된 바와 같이 - 가스 챔버(2)의 입구 측 부위(3) 또는 유입 측(3)에는, - 가스 입구(6, 미도시)를 통한 유동 매체의 유입 후에 - 가스 챔버(2)의 폭 전체에 걸친 유동 매체의 균등한 분배에 유리한 분배 채널(7)이 배열되어 있다. 유동 매체의 균등한 분배에 추가로 유리하게, 여기서도 수집 채널(9)(미도시)이 가스 챔버(2)의 출구 측 부위(5) 또는 유출 측(5)에 배열되는데, 이를 통해 유동 매체가 격자 구조(24)를 통하여 유동한 후에 밖으로 인도되어, 가스 출구(8, 미도시)를 통해 수집된다.

분배 채널(7)에서의 유동 매체의 분배와 유동 매체가 주요 유동 방향(40)으로 격자 구조(24)에 공급된 후에, 도 6이 도시하는 바와 같이, 유동 매체는 격자 구조(24)의 가스 채널들(28, 30, 32)의 망을 관류한다.

여기서도 - 도 6이 도시하는 바와 같이 - 가스 채널들(28, 30, 32)의 구성은 채널 방향(29)이 입구 측(3)에 평행하고 출구 측(5)에 평행하게(미도시) 배향되고, 이는 전지(4)의 활성 영역의 균등한 관류를 가능하게 하고, 특히, 가스 챔버(2)의 코너들로 더욱 균등하게 공급되어, 더 큰 압력 강하와 연관된다.

그 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 분배 채널(7)과 수집 채널(9)은 더 큰 유동 저항을 가질 수 있고 따라서 활성 영역에서의 유동의 균등성을 손상시키는 일 없이 더 좁게 구성될 수 있다. 분배 채널(7)과 수집 채널(9)의 더 좁은 구성은 전지(4)의 기계적 안정성을 증가시킨다.

Claims (8)

1. 2개의 플레이트 요소(10, 12) 사이에 배열된 유동 챔버(2)를 포함하고 유동 매체가 상기 유동 챔버(2)에 스며들기 위한 분배 채널(7)을 가진 유동 입구(6)와 수집 채널(9)을 가진 유동 출구(8)를 갖는 전기화학 전지(4)로서,
   상기 유동 입구(6)와 상기 유동 출구(8) 사이에 상기 유동 매체의 주요 유동 방향(40)이 생성되고, 상기 플레이트 요소들 중 하나(10)가 상기 플레이트 요소(10, 12)를 규칙적 격자 구조(24)로 다른 하나의 플레이트 요소(10, 12) 위에 지지하기 위한 돌출부들(14)을 포함하고, 그 사이에 상기 유동 챔버(2)를 통하여 배열된 유동 채널들(28, 30, 32)의 망이 둘 이상의 유동 채널 방향(29, 31, 33)으로 연장하고, 각각의 유동 채널 방향이 상기 유동 매체의 상기 주요 유동 방향(40)에 대하여 0도와는 다른 각도(34, 35, 36)를 이루고 있고,
   상기 분배 채널(7) 및 상기 수집 채널(9)은 각각 상기 유동 채널들(28, 30, 32)의 유동 채널 방향(29, 31, 33)에 평행하게 배향되어 있고, 상기 둘 이상의 유동 채널 방향(29, 31, 33) 중 하나가 상기 유동 매체의 상기 주요 유동 방향(40)에 대하여 30도의 또는 60도의 각도를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전기화학 전지(4).
2. 제1항에 있어서,
   상기 규칙적 격자 구조(24)를 형성하는 상기 돌출부들(14)은 돌출부 중심점(26)에 대하여 대칭적으로 형성되어 있는 노브(knob)들인 것을 특징으로 하는 전기화학 전지(4).
3. 제2항에 있어서,
   상기 노브들(14)은 본질적으로 원형 또는 타원형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학 전지(4).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유동 매체는 갈바니 전지의 연료 가스인 것을 특징으로 하는 전기화학 전지(4).
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전기화학 전지(4)는 갈바니 전지 또는 전해 전지인 것을 특징으로 하는 전기화학 전지(4).
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