KR101962267B1 - Stack Assembly with High temperature Fuel Cell Unit-cell with Homopolar plates - Google Patents

Stack Assembly with High temperature Fuel Cell Unit-cell with Homopolar plates Download PDF

Info

Publication number
KR101962267B1
KR101962267B1 KR1020160104271A KR20160104271A KR101962267B1 KR 101962267 B1 KR101962267 B1 KR 101962267B1 KR 1020160104271 A KR1020160104271 A KR 1020160104271A KR 20160104271 A KR20160104271 A KR 20160104271A KR 101962267 B1 KR101962267 B1 KR 101962267B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
anode
cell
stack
cathode
box
Prior art date
Application number
KR1020160104271A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180019943A (en
Inventor
류보현
Original Assignee
류보현
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 류보현 filed Critical 류보현
Priority to KR1020160104271A priority Critical patent/KR101962267B1/en
Publication of KR20180019943A publication Critical patent/KR20180019943A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101962267B1 publication Critical patent/KR101962267B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248Means for compression of the fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • Y02E60/525
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명에 따른 가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체는 신축 가능한 중공의 셀 박스, 상기 셀 박스 내에서 상기 셀 박스와 전기적으로 일체화되도록 배치되는 복수의 캐소드 동극판, 상기 셀 박스 내에서 상기 복수의 캐소드 동극판 사이에 배치되는 동시에 상기 셀 박스의 연료 입출구단과 연결되는 복수의 애노드 동극판, 상기 복수의 애노드 동극판과 상기 복수의 캐소드 동극판을 물리적으로 분리가능하도록 상기 애노드 동극판과 캐소드 동극판을 감싸는 구조의 전해질 매트릭스, 상기 복수의 캐소드 동극판과 상기 전해질 매트릭스 사이에 배치되는 캐소드 전극, 및 상기 복수의 애노드 동극판과 상기 전해질 매트릭스 사이에 배치되는 애노드 전극을 포함하는 다수의 연료전지 단위셀; 상기 다수의 연료전지 단위셀을 이루는 상기 셀박스 간에 배치되어져 전기절연을 유도하는 셀박스 전기절연체; 및 상기 애노드 동극판에 연결되는 애노드 해더 간에 배치되어져 전기절연을 유도하는 해더 절연체;를 포함하며, 상기 애노드 해더와 상기 셀 박스는 셀박스 연결점에서 결합되고, 상기 복수의 셀 박스 및 복수의 애노드 해더는 순차적으로 적층되어 스택을 이룬다.The stack assembly in which the pressurizable high-temperature type fuel cell unit cells according to the present invention are stacked comprises a stretchable hollow cell box, a plurality of cathode common plates arranged to be electrically integrated with the cell box in the cell box, A plurality of anode common plates disposed between the plurality of cathode anode plates and connected to the fuel inlet and outlet ends of the cell box at the same time as the plurality of anode common plates and the plurality of anode common plates, And a plurality of anode electrodes disposed between the plurality of anode common plates and the electrolyte matrix, and a plurality of cathode electrodes disposed between the plurality of anode cathode plates and the electrolyte matrix, and a plurality of anode electrodes disposed between the plurality of anode common plates and the electrolyte matrix. Fuel cell unit cell; A cell box electrical insulator disposed between the cell boxes constituting the plurality of fuel cell unit cells to induce electrical insulation; And a header insulator disposed between the anode header and the anode header to induce electrical insulation, wherein the anode header and the cell box are coupled at a cell box connection point, and the plurality of cell boxes and the plurality of anode heads Are sequentially stacked to form a stack.

Description

가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체{Stack Assembly with High temperature Fuel Cell Unit-cell with Homopolar plates}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to stack assemblies,

본 발명은 가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운전시간 경과에 따른 셀의 열화나 어떤 이유로 인한 셀의 성능이 저감될 경우 해당 셀 또는 그에 인접한 셀을 부분적으로 교체할 수 있는 가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체에 관한 것이다. [0001] The present invention relates to a stack assembly in which pressurizable high-temperature type fuel cell unit cells are stacked. More particularly, the present invention relates to a stack assembly in which a cell or a cell adjacent thereto is deteriorated And more particularly, to a stack assembly in which a partially replaceable pressurizable high temperature type fuel cell unit cell is stacked.

연료전지는 연료극(Anode)에서 수소산화반응과 공기극(Cathode)에서의 산소환원반응을 통해 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환하는 장치이다. 연료전지의 실시예로써 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell)는 연료극에 수소로 변환가능한 연료가스를 주입하고, 공기극에 이산화탄소와 공기(산소)를 공급하여 특정 운전온도 하에서 전기화학반응을 유도하여 전기를 생산한다. A fuel cell is a device that directly converts chemical energy into electric energy through hydrogen oxidation reaction in the anode and oxygen reduction reaction in the cathode (cathode). As an embodiment of the fuel cell, a molten carbonate fuel cell injects a fuel gas convertible into hydrogen into a fuel electrode, and supplies carbon dioxide and air (oxygen) to the air electrode to induce an electrochemical reaction under a certain operating temperature It produces electricity.

이와 같이 전지 내부에서 연료가스를 수소로 변환시키는 방식을 갖는 용융탄산염 연료전지를 내부개질형 용융탄산염 연료전지(Internal Reforming Molten Carbonate Fuel Cell)라고 칭하고 있으며, 수증기 개질반응(Steam Reforming Reaction, CH4 + 2H2O ⇒ 4H2 + CO2)을 주요반응으로 하며, 미국의 퓨어셀 에너지(FuelCell Energy)와 포스코에너지(POSCO Energy)에서 상용제품을 판매하고 있다. The molten carbonate fuel cell having a method of converting the fuel gas into hydrogen in the battery is called an internal reforming molten carbonate fuel cell. The steam reforming reaction (steam reforming reaction, CH 4 + 2H 2 O ⇒ 4H2 + CO 2 ), and commercial products are sold by FuelCell Energy and POSCO Energy in the US.

수증기 개질반응은 수소를 생산하기 위해서는 적정한 열에너지가 필요한 흡열반응이며, 연료전지의 반응열을 직접 에너지원으로 사용하기 때문에, 일정한 양의 개질촉매를 전지 내부에 위치시킬 경우 흡열-발열반응의 열평형을 유도할 수가 있어서 적정한 작동온도를 유지할 수 있는 장점이 있다. The steam reforming reaction is an endothermic reaction requiring proper heat energy to produce hydrogen. Since the reaction heat of the fuel cell is used as a direct energy source, when a certain amount of the reforming catalyst is placed inside the cell, the thermal equilibrium of the endothermic- So that an appropriate operating temperature can be maintained.

연료전지는 양면에 가스유로를 갖는 애노드 전류집전체(혹은 가스확산층)와 캐소드 전류집전체로 구성된 분리판(Bipolar plate0을 가지고 있으며, 각각의 전류집전체 위에 애노드와 캐소드를 부착하여 셀팩키지(Cell package)로 제작한다. 끝판위에 셀팩키지와 전해질막(혹은 매트릭스)을 계획한 출력량에 맞춰 순차적으로 적층하고 상부와 하부에 위치한 끝판간에 일정한 하중을 인가하여 셀부품들 간의 밀착을 좋게 하게 되면 스택(Stack)이 완성된다.The fuel cell has a bipolar plate 0 composed of an anode current collector (or gas diffusion layer) having a gas flow path on both sides and a cathode current collector. An anode and a cathode are attached to each current collector to form a cell package When stacking the cell package and electrolyte membrane (or matrix) on the end plate according to the planned output and applying a constant load between the upper and lower end plates to improve the adhesion between the cell parts, Stack is completed.

그러나 저온에서 운전되는 고분자전해질 연료전지(PEMFC, DMFC)나 중온 연료전지(PAFC)의 경우는 셀팩키지를 구성하는 부품들이 실온에서 분리가 가능하기 때문에 셀을 분리하거나 교체한 다음 재적층(Restacking)을 할 수 있지만, 고온형 연료전지인 용융탄산염 연료전지나 고체산화물 연료전지는 분리-재적층이 불가능한 구조를 갖고 있다. 왜냐하면, 용융탄산염 연료전지는 운전온도에서 액체상태인 전해질이 연료극과 공기극에 고르게 분포하고 있다가, 감온할 경우 셀팩키지와 셀팩키지 사이에 있는 매트릭스와 연료극-공기극에 있는 전해질이 일체화된 고체덩어리가 되기 때문이다. However, in the case of polymer electrolyte fuel cells (PEMFC, DMFC) or medium temperature fuel cell (PAFC) operated at low temperature, since components constituting the cell package can be separated at room temperature, However, a molten carbonate fuel cell or a solid oxide fuel cell, which is a high temperature type fuel cell, has a structure in which separation-reloading is impossible. This is because, in the case of a molten carbonate fuel cell, the electrolyte in a liquid state is uniformly distributed in the fuel electrode and the air electrode at the operating temperature, and when the temperature is lowered, a matrix between the cell package and the cell package and a solid body in which the electrolyte in the fuel electrode- .

고체산화물 연료전지는 열변형에 취약한 고체 산화물을 전극과 지지부품으로 사용하고 있으며, 접촉저항을 최소화하기 위해서 제조공정 중에 애노드-전해질-캐소드를 일체화시킨 전극집합체로 제조하기 때문에, 상온이더라도 분리자체가 어렵게 된다. 게다가 체결하중을 제거할 경우 어떤 이유로 인해 취약한 부근이 있을 경우에는 크랙과 같은 파손이 발생하여 영구손상을 유발할 수밖에 없다. Since the solid oxide fuel cell uses a solid oxide which is susceptible to thermal deformation as an electrode and a support component and is manufactured from an electrode assembly in which an anode, an electrolyte and a cathode are integrated in the manufacturing process in order to minimize contact resistance, It becomes difficult. In addition, when the fastening load is removed, if there is a weak vicinity due to any reason, it will cause breakage such as a crack and cause permanent damage.

따라서 고온형 연료전지는 수백장의 셀팩키지를 적층한 스택에서 1개나 혹은 수개의 셀이 성능이 저감되거나 치명적인 결함이 발생하게 되더라도 해당 셀만을 어셈블리에서 분리하는 것은 종래 기술로는 불가능하여, 결국에는 스택자체를 폐기할 수밖에 없다.Therefore, in a high temperature type fuel cell, it is not possible to separate only the cells from the assembly in the prior art, even if the performance of one or several cells in a stack of several hundred cell packages is reduced or a fatal defect occurs. We have no choice but to dispose of ourselves.

용융탄산염 연료전지의 전극제조는 단위셀당 출력량을 850W 이상을 보장하기 위하여 전극의 크기를 7,000㎠ 이상으로 하는 별도의 공정으로 제조하고 있다. 유기물과 원재료를 혼합한 슬러리를 고르게 분산시켜 장판 롤 형태로 제작하거나, 원재료인 금속파우더를 지지체 위에 고르게 분포시킨 다음 고온의 환원로에서 소결하여 제조하기도 한다. 이후 제조된 전극은 셀팩키지 조립공정에서 애노드 반응부와 캐소드 반응부에 접착제를 이용하여 애노드와 캐소드를 부착한 후 일정한 하중을 인가하여 접촉 정도를 높여 한 개의 셀팩키지로 만들고 있다. 그러나 종래기술의 전극제조 공정은 고가의 제조장치를 필요로 하며, 다수의 공정으로 구성되기 때문에 제조비용이 높다는 단점이 있다. The electrode manufacturing process of the molten carbonate fuel cell is performed by a separate process in which the electrode size is 7,000 cm 2 or more to assure the output per unit cell of 850 W or more. The slurry in which the organic material and the raw material are mixed is evenly dispersed to form a long roll, or the metal powder as a raw material is uniformly distributed on a support and then sintered in a high-temperature reduction furnace. After the anode and the cathode are adhered to the anode reaction part and the cathode reaction part in the cell package assembling process, the prepared electrode is made to be one cell package by increasing the contact degree by applying a certain load. However, the electrode manufacturing process of the prior art requires an expensive manufacturing apparatus and has a disadvantage of high manufacturing cost because it is composed of a plurality of processes.

한편 분리판을 도입한 종래기술은 접촉저항의 증가로 인한 스택의 출력제한이 심각한 기술적 난제로 인식되고 있다. 셀팩키지를 만드는 공정은 다수의 금속판을 겹치고 용접하며, 별도의 공정을 통해 제작한 전극을 물리적으로 부착하는 것이다. 이 경우 전극과 금속판이 접촉하는 지점은 운전중에 부식층이 형성되게 되며, 형성된 부식층은 전극과 금속판 간에 전기저항체로 작용하게 되어 저항이 증가하게 되며, 이로 인한 전압의 강하와 국부적 온도 상승이 유발되어 성능과 수명을 단축시킨다. 또한 수백장의 셀을 적층하여 제작하는 스택은 운전 중에 스택 높이 방향의 온도편차와 셀 낱장별로 입출구 사이에서 발생하는 온도구배로 인해 특정부근부터 한방향으로 편향되는 현상을 가지고 있다. 이는 셀들의 접촉을 좋게 하기 위해 외부 구조물을 이용하여 인가한 체결력의 분포를 특정방향으로 편향시키는 하중분포를 유발하게 되며, 그 결과로 셀 부품들 간의 접촉을 어렵게 하게 된다. On the other hand, in the conventional technology in which the separator is introduced, the output limitation of the stack due to the increase of the contact resistance is recognized as a serious technical difficulty. In the process of making the cell package, a plurality of metal plates are overlapped and welded, and an electrode manufactured through a separate process is physically attached. In this case, a corrosion layer is formed at the contact point between the electrode and the metal plate, and the formed corrosion layer acts as an electrical resistance between the electrode and the metal plate, thereby increasing the resistance, resulting in a voltage drop and a local temperature rise, And shorter life span. In addition, stacks fabricated by laminating hundreds of cells have a phenomenon in which they are deflected in one direction from a certain vicinity due to a temperature gradient in the stack height direction and a temperature gradient occurring between the inlet and outlet of each cell sheet. This results in a load distribution that deflects the distribution of the applied fastening force in a specific direction using an external structure to improve the contact of the cells, and as a result makes contact between the cell parts difficult.

이를 해소하기 위해 종래기술은 스택 내부의 개질촉매 분포를 조정하거나, 부품들의 제작품질을 향상시키거나, 스택 내부로 유입되는 반응가스의 온도와 조성을 균일하게 하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 분리판이라는 구조가 갖는 특성상 접촉저항 발생과 심화는 완벽하게 제어하는 것은 무리가 따른다는 문제점이 상존한다.In order to solve this problem, the prior art attempts to adjust the distribution of the reforming catalyst inside the stack, to improve the quality of parts production, or to make the temperature and composition of the reaction gas flowing into the stack uniform. However, due to the characteristics of the structure of the separator, there is a problem that it is difficult to completely control contact resistance generation and deepening.

(특허문헌 1) KR10-1198629 B (Patent Document 1) KR10-1198629 B

(특허문헌 2) KR10-0645190 B (Patent Document 2) KR10-0645190 B

(특허문헌 3) KR10-2014-0020885 A (Patent Document 3) KR10-2014-0020885 A

(특허문헌 4) KR10-2015-0127735 A (Patent Document 4) KR10-2015-0127735 A

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 분리판(Bipolar plate) 연료전지 셀팩키지에서 구현될 수 없었던 셀분리와 교체가 용이한 동극판(Homopolar plate) 셀팩키지를 이용한 스택 조립체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 본 발명의 또 다른 목적은 동극판을 갖는 셀박스로 이루어진 스택의 전기적 연결방법과 반응가스의 공급방법, 스택 구조 및 스택/모듈의 구조를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell module that can be used in a conventional bipolar plate fuel cell cell package, To provide a stack assembly. Still another object of the present invention is to provide an electrical connection method of a stack comprising a cell box having a coin-shaped plate, a method of supplying a reactive gas, a stack structure, and a structure of a stack / module.

구체적으로, 한 개의 셀팩키지 박스는 박스 내에 수개의 애노드 동극판과 캐소드 동극판이 순차적으로 위치되어 전해질을 함침한 매트릭스로 둘러싸여 있는 구조를 가지며, 동극판은 다수의 타공을 갖는 반응부와 가스입출구단과 가스유로부가 내부에 있으며, 수만시간의 장기운전중 전해질 조성변화를 완충하기 위한 전해질 보충소(Reservoir)가 존재하며, 캐소드 동극판은 셀박스와 일체화되어 셀박스가 캐소드가 되고, 애노드 동극판은 가스 입출구단의 연료분배기(Plenum)와 일체화되어, 애노드와 캐소드로 구성된 일개의 셀이 구현되는 동극판 셀팩키지 박스를 전기절연체와 순차적으로 적층한 고온형 연료전지 스택을 제공하고자 한다.Specifically, one cell package box has a structure in which several anode and cathode cathode plates are sequentially disposed in a box and surrounded by a matrix impregnated with an electrolyte. The cathode plate has a reaction part having a plurality of pores and a gas inlet / There is an electrolyte reservoir for buffering changes in the electrolyte composition during a long-term operation for several tens of thousands of hours. The cathode cathode plate is integrated with the cell box to make the cell box cathode, and the anode cathode plate has a gas A high temperature type fuel cell stack in which a coin cell package box integrated with a fuel distributor at an entrance and exit of a fuel cell stack, in which one cell composed of an anode and a cathode are implemented, is sequentially stacked with an electrical insulator.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체에 사용되는 셀박스는 한개의 셀팩키지 박스 내에 다수의 애노드 동극판과 캐소드 동극판이 순차적으로 적층되고 다수의 캐소드 동극판이 셀팩키지 박스와 병렬로 연결되어 일체화된 캐소드가 되고, 셀팩키지 박스 내부에 위치한 다수의 애노드 동극판이 연료입구단의 애노드 해더와 연결되어 애노드 극성을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. In order to achieve the above object, a cell box used in a stack assembly in which a unit cell of a pressurizable high-temperature type fuel cell unit according to the present invention is stacked includes a plurality of anode common plates and a cathode common plate sequentially stacked in one cell package box A plurality of anode anode plates are connected in parallel with the cell package box to form an integrated cathode and a plurality of anode anode plates located inside the cell package box are connected to an anode header of a fuel inlet end to have an anode polarity.

셀박스를 가로 세로 길이가 동일한 전기절연체와 순차적으로 적층되며, 애노드 동극판에 반응가스를 공급하는 애노드 해더를 전기절연체와 순차적으로 적층할 경우, 각 셀박스는 전기적으로 완벽하게 절연된 상태가 되고, 캐소드 극성을 가진 셀박스와 애노드 해더를 순서대로 직렬 연결할 시 수십-수백개의 셀박스로 구성된 스택이 완성된다. When the cell box is sequentially stacked with the electric insulator having the same length and the same length, and the anode header for supplying the reaction gas to the anode common plate is sequentially stacked with the electric insulator, each cell box becomes completely electrically insulated , A cell box with a cathode polarity and an anode header are connected in series to form a stack composed of several tens to several hundred cell boxes.

셀박스와 셀박스 사이에 위치하는 전기절연체는 직류전압-전류의 절연과 셀박스의 변형에 대한 완충기능을 보유해야 하며, 셀박스의 교체가 용이하도록 셀박스와 물리적/기계적으로 분리가 가능해야 한다.The electrical insulator between the cell box and the cell box must have a dc voltage-current insulation and a buffering function against deformation of the cell box, and should be able to physically / mechanically separate from the cell box for easy replacement of the cell box. do.

스택/모듈은 또한 셀박스의 애노드와 캐소드를 직렬연결해주는 연결단자대를 가지고 있고, 최종적으로 애노드와 캐소드 버스바가 외부로 노출된다. 연결단자대는 스택/모듈 외함의 측면 베이스에서 체결장치 방향으로 길게 놓이게 되며, 캐소드 연결단자는 셀박스 제조시 캐소드 동극판과 셀박스 외함을 결합시키는 연결부위나 혹은 캐소드 출구해더에 부착된 지지대와 애노드 해더 지지대 간에 순차적으로 직렬연결하여 완성할 수 있다. 특히 연결단자대는 고온부식으로 인한 접촉저항 발생을 방지하기 위해 스택/모듈외함의 하부 베이스 단열층 내에 설치되는 것이 바람직하다. The stack / module also has a connection terminal that connects the anode and the cathode of the cell box in series, and finally the anode and the cathode bus bar are exposed to the outside. The connection terminal block is extended in the direction of the tightening device from the side base of the stack / module enclosure, and the cathode connection terminal is formed on the connecting part for joining the cathode anode plate and the cell box enclosure during manufacture of the cell box, It can be completed by serially connecting in series between the header supports. In particular, the connection terminal block is preferably installed in the lower base insulation layer of the stack / module enclosure to prevent the occurrence of contact resistance due to high temperature corrosion.

스택/모듈은 셀박스의 고온변형이나 위치이탈을 막기 위하여 상하부에 면압판을 가지고 있으며, 면압판에 적정하중을 인가하기 위한 별도의 체결장치가 스택/모듈 외함 밖에 위치하고 있다. 면압판의 크기는 셀박스 크기와 유사한 가로 세로 치수를 가지며 외부 체결장치로부터 인가되는 하중을 받는 4개 모서리 측에 오목한 홈을 가지고 있다. The stack / module has a surface pressure plate at the top and bottom to prevent high temperature deformation or displacement of the cell box, and a separate fastening device for applying an appropriate load to the surface pressure plate is located outside the stack / module enclosure. The size of the face plate has a transverse dimension similar to the cell box size and has concave grooves on the four corners to receive the load applied from the external fastening device.

외함의 외부에 위치한 체결장치는 체결판과 체결봉, 스프링으로 구성되며, 스택과 외함과는 전기적 절연상태를 유지한 상태에서 별도의 케이스로 보호받고 있다. 이렇게 외함 밖에 위치한 체결장치는 종래의 체결장치가 외함 내부에 설치되어야 함에 따라 고가의 니켈계 금속재료를 사용해야 하거나 고온인장 내구성 및 고온 내부식성을 확보해야 하는 점과 비교하여 저가의 재질로 제조가능하고 변형이 거의 없는 상태로 적정한 하중을 지속적으로 유지할 수 있다는 장점이 부각되게 됨에 따라 스택의 스트레스 분포를 조정할 수 있는 별도의 장치를 부착하거나, 셀박스의 분리 및 교체를 용이하게 한다. The fastening device located outside the enclosure consists of a fastening plate, a fastening rod, and a spring. The stack and the enclosure are protected by a separate case while maintaining an electrically insulated state. Since the conventional fastening device is installed inside the enclosure, the fastening device located outside the enclosure can be made of a low-cost material as compared with the point that an expensive nickel-based metal material should be used, high temperature tensile durability and high temperature corrosion resistance must be ensured The advantage of being able to maintain an appropriate load constantly with little deformation is emphasized, so that a separate device for adjusting the stress distribution of the stack can be attached or the cell box can be easily separated and replaced.

체결판은 총 7개의 하중인가봉과 4개의 체결봉으로 구성되며, 하중인가봉을 결합하기 위한 구조를 갖는 트러스트 블록과 체결봉이 연결되는 스프링을 포함한 체결장치를 포함하고 있다. 이때 하중인가봉은 외함 외부로부터 인입되게 되며, 전술한 면압판 4개 모서리 측의 홈에 맞춰 위치시킨다. 따라서 외부 체결장치에서 인가된 하중은 면압판 4개 모서리로 인가되게 되고, 면압판 전체면적을 통해 셀박스에 균일하게 하중이 공급되게 된다.The fastening plate includes a total of seven load-applying rods and four fastening rods, and includes a fastening block including a thrust block having a structure for joining a load bar, and a spring connected to the fastening bar. At this time, the load-applying rods are pulled out from the outside of the enclosure, and are positioned in correspondence with the grooves on the four corners of the face plate. Therefore, the load applied from the external fastening device is applied to the four corners of the surface pressure plate, and the load is uniformly supplied to the cell box through the entire area of the surface pressure plate.

외함은 적층부와 커버로 나뉘어지며, 적층부는 측면베이스와 셀박스가 적층되어 놓이는 하부베이스로 구성된다. 적층부는 단열재와 금속판으로 구성되어 있으며, 내부는 단열재의 고온변형으로 인한 단열재료의 입자 날림을 방지하고자 금속판을 설치하고 있으며, 열방출 지연과 외관형상을 유지해야 하는 적층부 외부 역시 금속판으로 마무리 하게 된다. The enclosure is divided into a lamination part and a cover, and the lamination part is composed of a side base and a lower base in which a cell box is stacked. The laminated part is composed of a heat insulating material and a metal plate. A metal plate is installed to prevent particles of the heat insulating material from being deformed due to high temperature deformation of the heat insulating material, and the outside of the laminated part, do.

측면 베이스는 외함 내부의 열이 외부로 방출되는 것는 단열기능과 면압판의 전기절연성 및 면압지지 역할을 수행한다. 면압으로 인한 단열재의 두께 수축을 최소화하기 위해서 단열성과 내압축력을 가진 재질을 선정하는 것이 바람직하다. 하부 베이스는 외부로부터 공급되는 연료와 공기의 입출구 플랜지, 스택내의 온도, 전압, 압력을 측정하기 위한 센서집합체 및 스택에서 생성된 전력을 전력처리장치와 연결해주는 연결단자대를 갖고 있다. The side base exerts the heat inside the enclosure to the outside to function as insulation and support the electric insulation and surface pressure of the surface plate. In order to minimize the thickness shrinkage of the insulation due to the surface pressure, it is preferable to select a material having heat insulation and compression resistance. The lower base has an inlet and outlet flange of fuel and air supplied from the outside, a sensor cluster for measuring the temperature, voltage and pressure in the stack, and a connection terminal for connecting the power generated from the stack to the power processor.

특히 입출구 플랜지는 알루미나와 같은 절연물질로 코팅되어 있고, 절연 가스켓을 도입하여 외부 기기류와 스택/모듈의 외함이 전기적으로 절연된 상태를 유지하도록 하여, 전기적 외란을 원천배제하고 있다. 또한 하부 베이스는 셀박스를 적층할 수 있는 거치대를 포함하고 있으며, 이는 셀박스와의 전기적 절연을 유지하면서 스택의 하중을 지지하는 기능을 충족하여야 한다. 스택을 포함한 적층부가 완성이 되면, 커버 역할을 하는 벳셀을 덮어 적층부와 벳셀을 볼트-너트로 체결하여 완성하게 된다. 특히 가스기밀을 위해 체결부에는 고온가스킷을 적용하고 있다. In particular, the inlet and outlet flanges are coated with an insulating material such as alumina, and insulation gaskets are introduced to keep the external devices and the stack / module enclosures electrically isolated, thereby eliminating electrical disturbances. The lower base also includes a shelf capable of stacking cell boxes, which must meet the function of supporting the load of the stack while maintaining electrical insulation with the cell box. When the lamination part including the stack is completed, it is completed by tightening the lamination part and the vessel with a bolt-nut by covering the vessel which serves as a cover. In particular, a hot gasket is applied to the fastening portion for gas tightness.

체결장치가 있는 우측 적층부는 스택/모듈내의 면압판에 직접 하중을 인가하는 4개의 하중인가봉과 셀박스내의 애노드 동극판 입출구와 캐소드 동극판의 출구측 가스해더에 하중을 인가하는 3개의 하중인가봉을 포함한 총 7개의 하중인가봉 입구를 가지며, 입구는 외함 내부의 가스가 외부로 빠져나오는 것을 막는 가스기밀성과 전기적 절연 기능을 부여한 밸로우즈를 포함한다.The right-side lamination unit with the clamping unit has four load-applying rods that directly apply load to the surface pressure plate in the stack / module, three load-applying units for applying load to the anode gasket plate inlet / It has a total of seven loads, Gabon inlet, including Gabon, and the inlet includes a bellows that provides gas tightness and electrical isolation to prevent gas from escaping from the enclosure to the outside.

체결장치는 총 7개의 하중인가봉과 4개의 체결봉과 체결판으로 구성된다. 체결판은 하중인가봉이 연결되는 트러스트 블록과 체결봉 연결개소를 포함하고 있다. 여기서 체결장치는 스택/모듈의 상단부와 하단부로 나뉘어지며, 전술한 하중지지봉과 체결봉이 있는 부위는 적층부 우측에 위치한 우측 체결장치이며, 외함의 적층부 측면 베이스가 있는 부위가 좌측 체결장치이다. 좌측 체결장치는 하중을 지지하는 체결판과 체결봉이 결합되는 거치대로 구성되어 있는데, 4개 모서리 체결봉 결합소는 일정 하중인가 역할을 하는 압축스프링이 4개 위치하고 있다. 이와 같은 구조로 스택을 제조하게 되므로서, 스택, 외함, 체결장치는 전기적으로 연결되지 않은 절연상태를 확보할 수가 있게 되고, 스택에서 생성된 전력을 안전하게 외부 전력변환장치와 연결할 수가 있게 된다. The fastening device consists of a total of seven load-applying rods, four fastening rods and fastening plates. The fastening plate includes a connecting block to which the load-applying rods are connected and a connecting rod connecting portion. Here, the fastening device is divided into an upper end portion and a lower end portion of the stack / module, and a portion where the load supporting rod and the fastening rod are present is a right fastening device located on the right side of the stacking portion. The left fastening device is composed of a clamping plate which supports the load and a clamping rod which is connected to the clamping rod. The four corner clamping rods have four compression springs acting as a constant load. Since the stack is manufactured in this structure, the stack, the enclosure, and the fastening device can be secured in an insulated state that is not electrically connected, and the power generated in the stack can be safely connected to the external power conversion device.

고온연료전지의 종래기술인 수백 kW급 스택은 애노드 전극과 캐소드 전극이 분리판 상단부와 하단부에 부착된 수백개의 분리판(bipolar)과 매트릭스가 순차적으로 적층되어 제작된다. 그러나 운전 중에 수백개의 셀로 구성된 스택에서 한 개의 셀이 고장이 나거나 치명적인 결함이 예상되어 교체를 해야할 경우, 분리판의 구조 특징상 해당셀 만을 분리할 수가 없어서 스택 자체를 교환하거나 해당 셀과 부근 셀들의 전기화학반응을 완전히 봉쇄하는 작업을 수행하는 등, 운전정비관점에서 부가 비용이 과대하게 소요되고 있고, 다수의 부품과 전극제조공정의 난해함으로 인해 제조비용을 줄이는데 한계를 가지고 있다. In a conventional high-temperature fuel cell, a hundred-kilowatt-class stack, an anode electrode and a cathode electrode are fabricated by sequentially stacking hundreds of bipolar plates and matrices attached to the upper and lower ends of the separator plate. However, when a cell is broken or a fatal defect is expected in a stack composed of hundreds of cells during operation, it is impossible to separate only the corresponding cell due to the structural characteristics of the separator plate. Therefore, An additional cost is excessively required from the viewpoint of operation maintenance, such as performing an operation of completely blocking the electrochemical reaction, and there is a limit in reducing the manufacturing cost due to the complication of many parts and electrode manufacturing processes.

이에 반해 본 발명에서 제안하고 있는 모듈화된 1kW급 셀박스로 구성되는 스택은 동일 금형으로 동극판의 상부와 하부를 제작하여 용접하게 됨으로써 제조비용을 절약할 수가 있고, 셀박스와 셀박스가 전기적, 물리적으로 별도로 존재하기 때문에 필요에 따라 분리가 가능하여 스택자체를 교환하는 종래기술에 비하여 운용비용이 현저히 적게 소요되게 된다. On the contrary, the stack composed of the modularized 1kW cell box proposed in the present invention can be manufactured by welding the upper and lower portions of the anode plate with the same metal mold, thereby saving manufacturing cost, Since they are physically separated from each other, separation can be performed as needed, so that the operation cost is considerably lower than in the prior art in which the stack itself is replaced.

또한, 종래기술에서는 불가능한 1kW급 셀박스 자체만을 전처리할 수가 있어서, 필요에 따라 교체용 셀 수량만큼만을 전처리 할 수도 있다. 특히, 본 발명에서 제안하고 있는 셀박스는 셀박스를 구성하는 외함 스테인리스판과 캐소드 동극판을 별도의 연결체를 사용하여 일체화시키고 애노드 동극판과 전기적 회로를 형성시켜 완성하기 때문에, 종래 분리판이 가진 기술적 난점인 분리판-전류집전체, 전류집전체-전극간의 접촉저항을 확연히 줄일 수 있어서 종래기술에 비하여 높은 발전량과 발전효율을 기대할 수가 있다. In addition, only the 1 kW cell box itself, which is impossible in the prior art, can be pre-processed, and only the number of replacement cells can be pretreated if necessary. Particularly, since the cell box proposed in the present invention is completed by integrating the housing stainless steel plate and the cathode anode plate constituting the cell box by using separate connecting bodies and forming the anode common plate and the electric circuit, It is possible to considerably reduce the contact resistance between the separator plate-current collector and the current collector-electrode, which is a technical difficulty, so that the power generation efficiency and the power generation efficiency can be expected as compared with the prior art.

종래기술로 제작되는 스택/모듈은 일정한 면압을 유지하기 위한 면압판과 체결장치가 내부에 설치되기 때문에 고온의 운전온도에서 인장응력을 유지해야 하며 가혹한 부식성 환경에서 견딜 수 있는 내부식성 요구에 의해 고가의 니켈계 합금을 사용하고 있다. 이에 비하여, 본 발명에서 제안하는 스택/모듈의 체결장치는 스택/모듈 외함의 외부에 존재하기 때문에 인장력과 대기부식에 대한 내식성을 갖는 저가의 재료를 사용할 수 있을 뿐만이 아니라 면압 하락이 있을 경우 스택/모듈 외함 밖에서 볼트조정 만으로도 하락분 만큼을 보상할 수 있는 장점을 보유하고 있다. In the stack / module manufactured by the prior art, since the surface pressure plate and the fastening device are installed inside to maintain a constant surface pressure, the tensile stress must be maintained at a high temperature, and the corrosion resistance required to withstand harsh corrosive environments Based alloy is used. On the contrary, since the stacking apparatus / module fastening apparatus proposed in the present invention exists outside the stack / module enclosure, not only low-cost materials having tensile strength and corrosion resistance against atmospheric corrosion can be used, It has the merit of being able to compensate for the downfall by adjusting only the bolt outside the module enclosure.

도 1은 본 발명에서 제안하고 있는 동극판으로 제조된 셀박스를 적층하여 완성하는 스택 조립체의 전기회로를 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명에서 제안하고 있는 스택을 구성하는 셀 박스를 설명하는 개략도,
도 3은 본 발명에서 제안하는 셀박스의 전기적 연결을 나타내는 개략도,
도 4는 스택 및 모듈 외함의 구조를 나타낸 개략도, 및
도 5는 셀 박스를 적층하여 제작한 스택과 체결장치 및 면압 장치를 포함한 모듈의 구조를 나타낸 개략도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an electric circuit of a stack assembly which is completed by stacking cell boxes made of a co-
2 is a schematic view for explaining a cell box constituting a stack proposed in the present invention,
3 is a schematic view showing an electrical connection of a cell box proposed in the present invention,
4 is a schematic view showing the structure of a stack and a module enclosure, and
5 is a schematic view showing a structure of a module including a stack made by stacking cell boxes, a fastening device, and a surface pressure device.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of other various forms of implementation, and that these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know completely. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따라 가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체를 설명한다.Hereinafter, a stack assembly in which a pressurizable high temperature type fuel cell unit cell is stacked according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.

도 1은 본 발명에서 제안하고 있는 동극판으로 제조된 셀박스를 적층하여 완성하는 스택 조립체의 전기회로를 나타내는 개략도로써, 셀박스(100)와 전기절연체(500)가 순차적으로 적층되고 캐소드인 셀박스와 애노드 동극판의 해더가 셀박스 연결점(600)에서 결합되어, 스택/모듈 외함의 적층부 베이스 외부에 있는 버스바(601)로 연결되어 회로가 완성이 된다. FIG. 1 is a schematic view showing an electric circuit of a stack assembly, which is completed by stacking cell boxes made of a coin-shaped plate proposed in the present invention, in which a cell box 100 and an electric insulator 500 are sequentially stacked, The header of the box and the anode common plate is coupled at the cell box connection point 600 and connected to the bus bar 601 outside the stacked base of the stack / module enclosure to complete the circuit.

이렇게 전기적 회로를 구성함으로서 직렬 배치된 셀박스의 수량을 증가시키는 것에 따라 수십kW에서 수백kW의 전력용량을 갖는 고온 연료전지 스택/모듈을 제작할 수 있다. By constructing such an electrical circuit, a high temperature fuel cell stack / module having a power capacity of several tens kW to several hundred kW can be manufactured by increasing the number of cell boxes arranged in series.

도 2는 본 발명에서 제안하고 있는 스택을 구성하는 셀박스를 설명하는 개략도이다. 고온연료전지 스택(800)은 단위셀박스(100)와 전기절연체(500)으로 순차적으로 적층되어 있다. 셀박스는 캐소드가 되는 셀외함(100), 캐소드 전극(200), 캐소드 반쪽 동극판(210), 캐소드 동극판(220), 캐소드 연결단자(225), 전해질-매트릭스(300), 애노드 전극(400), 애노드 동극판(410)으로 크게 구성된다. 2 is a schematic view for explaining a cell box constituting a stack proposed in the present invention. The high temperature fuel cell stack 800 is sequentially stacked with the unit cell box 100 and the electric insulator 500. The cell box includes a cell enclosure 100 as a cathode, a cathode electrode 200, a cathode half-cathode plate 210, a cathode anode plate 220, a cathode connection terminal 225, an electrolyte-matrix 300, 400, and an anode coplanar plate 410.

전극과 매트릭스 및 금속재질들과의 완벽한 물리적 접촉을 위해서 고온형 연료전지에서는 일정한 하중을 공급하고 있는데, 본 발명의 셀박스에서는 구성부품이 운전중에 일어나는 팽창과 수축을 완충할 수 있는 완충 밸로우즈(110)을 가진 것을 특징으로 하고 있다. In a cell box of the present invention, a high-temperature type fuel cell is provided with a cushioning balloons (hereinafter referred to as " cushion balloons ") capable of buffering the expansion and contraction 110).

캐소드 동극판(220)은 캐소드 연결단자(225)를 셀박스(100)와 용접을 수행하여 전기적으로 연결하며, 이 결과로 셀박스가 캐소드가 되는 원리이다. 애노드 동극판(410)은 셀박스(100)와 물리적으로 비접촉해야 해야 한다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같은 애노드해더(407)로 연결되어 1개의 애노드가 된다. 본 발명의 셀박스는 애노드와 캐소드 간에 이온전도가 완벽해야 한다는 전제 조건이 있기 때문에, 전해질-매트릭스는 애노드 동극판(410)과 캐소드 동극판(220), 애노드 동극판(410)과 캐소드 반쪽 동극판(210) 사이에 반드시 있어야만 한다. The cathode anode plate 220 is a principle in which the cathode connection terminal 225 is welded to the cell box 100 so as to electrically connect the cell box 100, and as a result, the cell box becomes a cathode. The anode coils 410 must be physically non-contact with the cell box 100. On the other hand, an anode lead 407 as shown in FIG. 3 is connected to form one anode. Since the cell box of the present invention has a precondition that ion conduction between the anode and the cathode must be perfect, the electrolyte-matrix is formed between the anode common electrode plate 410 and the cathode common electrode plate 220, the anode common electrode plate 410, The plate 210 must be present.

또한, 캐소드 동극판(220)은 도 2에 도시된 바와 같이 셀박스(100)와 물리적으로 접촉하는 부위에 이온전도를 담당하는 전해질이 존재해야만 하며, 이를 위해 전해질 보충소(227)가 캐소드 동극판(220) 상하부에 위치하고 있다. 2, an electrolyte for ion conduction must exist in a site physically contacting with the cell box 100. For this purpose, the electrolyte supplement 227 is provided on the cathode common electrode plate 220, (220).

도 3에 도시된 바와 같이, 셀박스 내에 존재하는 수개의 애노드 동극판은 애노드해더(403)과 연결되어 있고, 셀박스의 캐소드 연결단자(225)와 셀박스 연결점(600)에서 결합이 된다. As shown in FIG. 3, several anode copper plates existing in the cell box are connected to the anode holder 403, and are connected to the cathode connection terminal 225 of the cell box at the cell box connection point 600 .

1kW급 모듈을 구성할 경우에는 한 개의 셀박스의 애노드 해더(403)과 캐소드 연결단자(225)를 버스바에 연결하면 되고, 셀박스를 적층하여 스택화할 경우에는 첫번째 셀박스의 애노드 해더(403)가 두번째 셀박스의 캐소드 연결단자로 연결되는 구성을 반복적으로 수행하여 버스바에 연결하면 된다. The anode terminal 403 and the cathode connection terminal 225 of one cell box may be connected to the bus bar. When the cell boxes are stacked and stacked, the anode terminal 403 and the cathode connection terminal 225 of the first cell box may be stacked. Is connected to the cathode connection terminal of the second cell box is repeatedly connected to the bus bar.

또한, 셀박스의 전기적 절연을 유지하기 위하여 두가지 유형의 전기절연체를 제공하고 있는데, 애노드 해더와 애노드 해더 간의 전기절연을 유도하는 해더 절연체(405)와 셀박스 간의 전기절연을 유도하는 셀박스 전기절연체(500)이다. 해더 절연체(405)는 전기절연성과 가스밀봉력을 동시에 보유하기 위하여 고형의 세라믹과 신축성이 있는 세라믹 절연체 및 셀박스와 해더의 열팽창과 이로 인해 발생하는 전단력에 대한 내성을 갖도록 하기 위해 마찰력이 최소화될 수 있는 기능을 보유하고 있다. In addition, two types of electrical insulators are provided to maintain the electrical insulation of the cell box: a header insulator 405 to induce electrical insulation between the anode and anode hoses, and a cell box electrical insulator (500). The header insulator 405 is made of a ceramic material that has solid ceramic and elasticity to hold both electrical insulation and gas sealing force, and a ceramic insulator that minimizes the frictional force to have resistance to thermal expansion of the cell box and the header, It has the ability to be.

특히, 해더 절연체는 종래기술의 용융탄산염 연료전지에서 사용되는 매니폴더와 스택 사이에 설치된 절연체와는 큰 기능의 차이를 가지고 있다. 즉 종래기술의 절연체는 직접 접촉하고 있는 전해질이 절연체 내로 이동하여 젖게 되면 전기 아크가 발생하여 스택을 손상시키기 때문에, 전해질 젖음성을 허용하고 있지 않다. In particular, the header insulator has a large difference in function from the manifold used in the prior art molten carbonate fuel cell and the insulator provided between the stack. That is, the insulator of the prior art does not allow the electrolyte wettability because an electric arc is generated and damages the stack when the electrolyte in direct contact moves into the insulator and becomes wet.

그러나 본 발명에서 제안하고 있는 전기절연체는 액상의 전해질이 존재하지 않기 때문에 보다 저렴한 세라믹 재질로 기능을 부여할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 가스밀봉력을 높이기 위하여 해더 절연체는 해더와 만나는 접촉면을 높이 단차를 두는 가공을 실시하여 가스밀봉력을 높이는 구조를 가지고 있다. 셀박스 전기절연체 역시 압착력을 견뎌내는 강도와 전기적 절연을 동시에 요구받는다. 일정한 면압하중이 셀박스와 해더에 인가될 수 있도록 두종류의 절연체의 두께는 동일한 것이 스택의 응력분포 관점에서 바람직한 구성이다. However, since the electric insulator proposed in the present invention does not have a liquid electrolyte, it has an advantage that a function can be given by a less expensive ceramic material. In addition, to increase the gas sealing force, the header insulator has a structure in which the gas-sealing force is increased by performing a process of setting the contact surface to be contacted with the header at a height difference. Cell box electrical insulators also require strength and electrical insulation to withstand compression forces. The thickness of the two types of insulators is preferably the same in view of the stress distribution of the stack so that a constant surface pressure load can be applied to the cell box and the header.

도 4에 도시된 바와 같이, 외함(700)은 적층부 베이스(703, 704)와 앞커버(701), 뒷커버(702)로 구성되어 있다. 적층부 좌측면 베이스는 면압판이 설치된 다음 셀박스가 순차적으로 적층되는 시작점이 되며, 적층부 하부 베이스는 셀박스와 전기절연체의 하중을 지탱함과 동시에 셀박스와 애노드 해더가 연결되는 셀박스 연결점(600)이 위치하게 된다. 또한, 적층부 하부 베이스(704)의 외측에는 셀박스 연결점들의 최종 버스바가 외부 전력변환장치와 연결되는 연결단자대(601)를 보유하고 있으며, 모듈 내부의 온도, 압력, 전압 측정센서들의 연결지점인 센서집합소(705)가 설치되어 있다. As shown in FIG. 4, the enclosure 700 is composed of laminate part bases 703 and 704, a front cover 701, and a rear cover 702. The left side face base of the lamination part is a starting point where the cell box is sequentially stacked after the surface pressure plate is installed and the lower base of the lamination part supports the cell box and the electric insulator, 600). A connection terminal block 601 is connected to the outer busbar of the cell box connection points to connect the external busbar to the external power conversion device. A sensor aggregation 705 is provided.

본 발명에서 제안하는 스택/모듈 외함은 스택조립을 별도공간에서 수행하여 모듈에 설치하는 번거로움을 없애고 외함 내부에서 직접 셀박스를 적층할 수 있게 하는 장점과 셀박스(100)와 전기절연체(500)를 측면에서 설치 및 교체를 용이하도록 한다는 장점과, 체결장치를 모두 설치하여 셀박스에 하중을 인가한 이후, 최종적으로 전기적 연결을 완성하여 커버를 씌운 다음 볼트 및 너트로 결합할 수 있게 함으로써, 생산공정을 현저히 줄일 수 있는 잇점을 제공해 준다.The stack / module enclosure proposed in the present invention is advantageous in that stacking is performed in a separate space to eliminate the inconvenience of installing the module in the module and the cell box can be stacked directly in the enclosure, And a fastening device is installed to apply a load to the cell box. Finally, after the electrical connection is completed, the cover is covered, and then it is combined with the bolt and the nut, It offers the advantage of significantly reducing the production process.

도 5에 도시된 바와 같이, 스택(800)은 스택/모듈 외함(700) 내부에 위치하고 있으며, 면압판(900)에 의해 일정한 하중이 인가된다. 면압판 하중은 스택/모듈 외함 밖에 설치된 체결장치에 의해 제공되며, 면압봉(902)이 체결판(901)과 스프링볼트(905)로 연결되어 체결력이 면압봉을 따라 면압판으로 공급되는 구조이다. As shown in FIG. 5, the stack 800 is located inside the stack / module enclosure 700, and a constant load is applied by the surface pressure plate 900. The face plate load is provided by a fastening device provided outside the stack / module enclosure, and the face pushing rod 902 is connected to the fastening plate 901 and the spring bolt 905 so that the fastening force is supplied to the face pressing plate along the face pushing rod .

체결판의 체결력은 스택/모듈 외함의 좌우로 위치하는 체결판(901)이 체결봉(903)과 볼트(904)로 고정됨에 따라 형성된다. 체결판(901)은 설치의 용이성을 확보하기 위해 스택/모듈 좌우의 외함 배이스에 거치되게 되며, 스택/모듈 조립시 순서에 맞게 설치된다. The fastening force of the fastening plate is formed as the fastening plate 901 located on the left and right of the stack / module enclosure is fixed by the fastening rod 903 and the bolts 904. The fastening plate 901 is mounted on the left and right enclosure banks of the stack / module to ensure ease of installation, and is installed in order to assemble the stack / module.

여기서, 스프링볼트(905)는 면압을 유지하기 위한 스프링과 밀봉기능을 동시에 갖기 위해 밸로우즈 타입의 외형을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 체결장치에는 애노드 입구 해더에 면압을 인가하는 면압봉(906)과 애노드 출구 해더 면압봉(907), 그리고 캐소드 출구 해더 면압봉(908)을 가지고 있다. 이들도 스프링볼트(905)와 같은 구조로서 스프링과 밀봉기능을 가져야만 한다. Here, it is preferable that the spring bolt 905 has a bellows type outline in order to simultaneously have a spring for maintaining surface pressure and a sealing function. On the other hand, the fastening device has a surface pushing rod 906 for applying a surface pressure to the anode inlet hole, an anode outlet bottom surface push rod 907, and a cathode outlet bottom surface push rod 908. They also have the same structure as the spring bolt 905 and must have a spring and sealing function.

한편, 체결판이 위치한 스택/모듈 외함의 적층부 좌측 베이스에는 연료가스가 주입되는 입구 플랜지(909)와 출구 플랜지(910), 캐소드 입구 플랜지(911)과 출구 플랜지(912)를 갖는다. 플랜지와 스택/모듈 외함이 만나는 지점은 스프링볼트와 동일하게 밀봉력을 유지하도록 한다.On the other hand, on the left side base of the lamination portion of the stack / module enclosure in which the fastening plate is located, an inlet flange 909 and an outlet flange 910, a cathode inlet flange 911 and an outlet flange 912 for injecting fuel gas are provided. The point where the flange meets the stack / module enclosure should maintain the same sealing force as the spring bolt.

이를 위하여 체결판과 만나는 지점과 외함과 만나는 지점 모두에 가스켓 및 볼트너트 체결홈을 가지고 있다.For this purpose, the gaskets and the bolt-nut fastening grooves are provided at both the point where the fastening plate meets and the point where the outer casing meets.

본 발명에서 제안하는 동극판을 이용한 셀박스(100)는 1V 미만의 전압과 1000A이상의 전류 생성을 통해 1kW의 전력을 생산가능하다. 셀박스의 구성은 애노드 동극판(410) 3개, 캐소드 동극판(220) 2개, 그리고 캐소드 반쪽 동극판(210) 2개로 구성하는 것이 바람직하다. The cell box 100 using the co-current plate proposed in the present invention can produce a power of 1 kW through the generation of a voltage of less than 1 V and a current of 1000 A or more. The configuration of the cell box is preferably composed of three anode anode plates 410, two cathode anode plates 220, and a cathode half cathode plate 210.

다만, 단위 셀박스의 설계 전력용량을 증가시키거나 동극판의 전극 반응부의 면적을 줄여 전략용량을 줄이고 싶을 때에는 애노드 동극판과 캐소드 동극판의 수량을 늘리거나 줄여 제작할 수 있다. 실제 예로 용융탄산염 연료전지의 1kW급 단위 셀박스는 동극판 1개면의 애노드와 캐소드의 겉보기 면적을 1500㎠으로 하여 애노드 동극판을 3개, 캐소드 동극판을 2개, 캐소드 반쪽 동극판을 2개로 하여 총 9000㎠의 반응면적을 갖게 제작할 수 있다. However, when it is desired to increase the design power capacity of the unit cell box or to reduce the strategic capacity by reducing the area of the electrode reaction portion of the anode plate, the number of anode anode plates and cathode anode plates may be increased or decreased. As a practical example, a 1 kW class unit cell box of a molten carbonate fuel cell has three anode anode plates, two cathode anode plates, and two cathode anode plates with an apparent area of 1500 cm 2 of the anode and cathode on one anode plate And a total reaction area of 9000 cm 2 can be produced.

동극판(210, 220, 410)은 상부와 하부판을 제작하고, 내부지지체(221, 401), 플래넘(223, 403), 밸로우즈(224, 406), 해더(229, 407)를 각각 제작한다. 이후 애노드 동극판은 기 제작된 내부지지체에 내부 개질율 설계에 맞춰 개질촉매를 로딩하여 준비한 다음 하부판에 고정시키고 상부판을 덮은 이후 상부판과 하부판을 레이저 용접을 통해 일체화시킨다. The upper and lower plates 210, 220 and 410 are manufactured and the inner supports 221 and 401, the plenums 223 and 403, the bellows 224 and 406, and the hiders 229 and 407 are manufactured do. Then, the anode anode plate is prepared by loading the reforming catalyst in accordance with the internal reforming ratio design of the manufactured inner support, then fixing the catalyst on the bottom plate, and then integrating the top plate and the bottom plate through laser welding.

일체화된 동극판에 플래넘(403)과 밸로우즈(406)를 순서대로 용접하면 애노드 동극판이 완성이 되며, 생산비용을 낮추기 위해서는 1개의 금형으로 동극판, 플래넘, 밸로우즈로 구성된 상(하)하부판 중 한 개를 제작하여 용접하여 완성할 수도 있다. The anode anode plate is completed by welding the plenum 403 and the bellows 406 to the integrated anode plate in this order. In order to lower the production cost, one mold is used for the anode plate, the plenum, ) One of the lower plates may be manufactured and welded.

애노드 전극은 제작된 애노드 동극판에 전사코팅법이나 아크플라즈마 코팅법을 이용하여 애노드 상부, 하부 반응부에 순차적으로 직접 육성코팅하여 제작한다. 애노드 재료는 MCFC 기술에서 범용적으로 사용중인 Ni-Cr-Al 합금파우더이며, 실험을 통해 결정된 기공율 45%이상, 두께 0.1mm이상을 코팅한다. 실제 예로 아크플라즈마 코팅법을 이용한 애노드 전극 제조는 플라즈마 주전압 60A이상, 플라즈마 노즐과 애노드 동극판간의 이격거리는 60mm 이상으로 플라즈마로 원재료 파우더를 완전 용해시키는 것이 아니라 표면만을 용해시켜 애노드 동극판의 반응부에 응고 코팅되게 해야만 하며, 두께 0.1mm 이상 및 기공율 48% 이상을 확보할 수가 있었다. The anode electrode is fabricated by directly coating the upper and lower anode portions of the anode using a transfer coating method or an arc plasma coating method. The anode material is a Ni-Cr-Al alloy powder that is commonly used in MCFC technology. It is coated with a porosity of 45% or more and a thickness of 0.1 mm or more as determined through experiments. Actually, an anode electrode using an arc plasma coating method has a plasma main voltage of 60 A or more and a separation distance between a plasma nozzle and an anode common electrode of 60 mm or more. However, rather than completely dissolving the raw material powder into plasma, And it was possible to secure a thickness of 0.1 mm or more and a porosity of 48% or more.

캐소드 동극판도 애노드 동극판과 동일한 제조과정을 거치게 되나, 내부지지체에 전해질을 로딩한 내부지지체(221)를 준비하는 것과 전해질보충지(228)을 준비하는 것이 차이가 있다. 보다 상세히 설명하면, 전해질을 로딩한 내부지지체(221)를 캐소드 동극판 하부판에 고정시킨 다음, 상부판을 그 위에 위치시키고 레이저 용접으로 일체화시킨다. 그리고, 가스 출구측 플래넘(223)과 밸로우즈(224)를 순차적으로 용접한다. 캐소드 동극판도 동일하게 생산비용 절감을 고려할 시, 1개의 금형으로 제작하여 용접하여 완성할 수 있다. The cathode anode plate is subjected to the same manufacturing process as that of the anode anode plate. However, there is a difference between preparation of the inner support body 221 in which the electrolyte is loaded on the inner support body and preparation of the electrolyte supplementary sheet 228. In more detail, after the inner support 221 loaded with the electrolyte is fixed to the bottom plate of the cathode copper plate, the top plate is positioned thereon and integrated by laser welding. Then, the gas outlet side plenum 223 and the bellows 224 are sequentially welded. In the same way as the cathode anode plate, considering the reduction of the production cost, one metal mold can be manufactured and welded.

그 다음으로는, 아크플라즈마 코팅법을 이용하여 상부와 하부 반응부에 순차적으로 니켈파우더 혹은 니켈산화물 파우더를 코팅하게 된다. 아크 플라즈마 코팅법과 니켈파우더를 원재료로 한 전극제조에서, 두께 0.75mm이상, 기공율 78%를 얻을 수 있었다. 이후에 용융탄산염 연료전지의 최적 전력을 확보하기 위해 계산된 필요 전해질을 캐소드 동극판 상판과 하판에 위치한 아크플라즈마 코팅법으로 기 제조된 캐소드 전극(200)에 순차적으로 미분화한 전해질 현탁액을 수차례 발라주면서 계산된 양만큼을 자연 침투시켜서 제조한다. Next, the nickel powder or the nickel oxide powder is sequentially coated on the upper and lower reaction parts using the arc plasma coating method. In the electrode production using the arc plasma coating method and the nickel powder as raw materials, the thickness was 0.75 mm or more and the porosity was 78%. Thereafter, in order to secure the optimum power of the molten carbonate fuel cell, the necessary electrolyte is sequentially discharged to the cathode electrode 200 prepared by the arc plasma coating method located on the cathode active material plate and the bottom plate, It is manufactured by natural infiltration by the calculated amount.

캐소드 전극에 도포되는 전해질은 모세관력과 중력에 의해서 미세기공 속으로 자연적으로 스며들게 되며, 이를 보다 원활하게 진행하기 위해 미세기공의 크기보다 작은 전해질 입자를 갖는 서스펜션을 만들어 사용해야 한다. 이렇게 제작된 캐소드 전극의 전해질 함침양은 캐소드 전체 기공에 대하여 50 vol% 이상을 함침시킬 수 있다. The electrolyte applied to the cathode electrode is naturally permeated into the micropores by the capillary force and the gravity, and the suspension having the electrolyte particles smaller than the micropores must be used in order to proceed smoothly. The electrolyte impregnated amount of the cathode electrode thus fabricated can be impregnated into the cathode pores by 50 vol% or more.

동일한 방법으로 캐소드 반쪽 동극판을 제조하며, 도포된 전해질 서스펜션의 용매를 모두 제거하기 위해 건조공정을 거친다. 건조는 외부와 차단된 건조박스를 사용하며, 50℃ 이상으로 고정된 온도 하에서 외부공기가 건조박스로 인입된 이후 외부로 방출되는 방식을 통해 휘발한 용매를 제거하게 된다. 보다 바람직하게는 연속건조가 가능한 건조로를 사용할 경우 대량생산에 유용한 방법이 된다. A cathode half cathode plate is manufactured in the same manner and a drying process is performed to remove all the solvent of the applied electrolyte suspension. Drying is performed using a dry box that is shut off from the outside, and after the outside air is drawn into the drying box at a fixed temperature of 50 ° C or higher, the solvent is volatilized through the discharge to the outside. More preferably, a drying furnace capable of continuous drying is useful for mass production.

이렇게 건조된 캐소드는 다시 반응부 전체에 대하여 Al2O3나 LiAlO2를 코팅하여 매트릭스 층을 제조한다. 실례로 아크플라즈마 코팅법을 이용하여 제조한 매트릭스는 두께는 0.4t이상, 기공율 45vol%이었으며, 플라즈마 주전원 100A이상, 플라즈마 토치와 캐소드와의 이격거리는 60mm이상이 바람직하다 The dried cathode is again coated with Al 2 O 3 or LiAlO 2 to form a matrix layer. For example, the matrix produced by the arc plasma coating method has a thickness of 0.4 t or more and a porosity of 45 vol%, preferably a plasma main power of 100 A or more, and a distance between the plasma torch and the cathode of 60 mm or more

제조된 애노드, 캐소드 동극판은 도 2에 도시된 바와 같이, 좌측부-우측부로 나뉜 셀박스에 순차적으로 적층한 다음 레이저 용접공정을 통하여 마무리를 한다. 적층시에는 애노드와 캐소드 전극간의 접촉을 좋게 하기 위하여 셀박스는 좌우로 6kgf/㎠의 면압을 인가하게 되며, 용접완료후에 면압을 제거하여 완성한다. As shown in FIG. 2, the manufactured anode and cathode anode plates are sequentially laminated in a cell box divided into a left side-right side portion, followed by a laser welding process. In order to improve the contact between the anode and the cathode electrode during stacking, the cell box applies a surface pressure of 6 kgf / cm 2 to the left and right.

캐소드 동극판과 셀박스의 전기적 접촉을 좋게 하기 위해 캐소드 연결단자(225)는 캐소드 동극판과 셀박스에 끼워넣고 저항용접이나 레이저 용접을 통해 일체화시킨다.In order to improve the electrical contact between the cathode anode plate and the cell box, the cathode connection terminal 225 is inserted into the cathode anode plate and the cell box, and is integrated by resistance welding or laser welding.

애노드 동극판의 전기적 일체화를 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 애노드 동극판의 밸로우즈 3개를 애노드 해더와 용접하여 일체화시키는데, 보다 상세히 설명하면, 애노드 해더는 좌측-우측으로 나뉜 2개의 부품으로 구성되어 있으며, 밸로우즈와 만나는 좌측면은 제작시 3개의 구멍을 가지고 있고 그 부위에 밸로우즈를 삽입하고 해더의 내부에서 용접으로 일체화시킨 후 해더 우측부를 좌측부에 용접하여 완한다. As shown in FIG. 3, three bellows of the anode current collector plate are integrally welded to the anode current collector to electrically integrate the anode current collector. To be more specific, the anode current collector is divided into two parts divided into left and right The left side that meets the bellows has 3 holes at the time of manufacture, and the bellows is inserted in the bellows, and the weld is integrated with the inside of the header, and the right side of the header is welded to the left side.

이렇게 제조될 경우 3개의 애노드 동극판은 같은 극성을 띈 애노드가 됨을 알 수 있다. 동일한 공정으로 캐소드 동극판의 출구측 밸로우즈와 캐소드 동극판 해더를 용접한다. 제조된 셀박스는 도 5에 도시된 바와 같이, 설명된 각종 부품들을 절차에 맞춰 조립함으로써 스택과 모듈로 완성이 된다. 조립의 순서는 각종부품의 안착과 셀박스의 적층 용이성을 확보하기 위해 스택/모듈 외함 베이스부를 경사지게 고정시키고 좌측 면압판을 1차로 설치한 후 순차적으로 셀박스(100)와 캐소드(애노드) 해더로 구성된 어셈블리와 전기 절연체를 적층해야 한다. It can be seen that the three anode anode plates become anodes having the same polarity when manufactured in this way. The outlet bellows of the cathode cathode plate and the cathode cathode plate header are welded in the same process. The manufactured cell box is completed with stacks and modules by assembling various components described in the procedure as shown in Fig. In order to assure the seating of various components and the ease of stacking of the cell box, the stacking / module enclosure base portion is slantly fixed, the left surface pressure plate is firstly installed, and then the cell box 100 and the cathode (anode) The assembled assembly and the electrical insulator must be stacked.

본 발명의 스택적층방법은 스택/모듈 외함에 직접 셀박스를 적층하는 것으로서, 종래기술에서 확인되는 적층과 면압을 인가한 상태의 스택을 제작하여 외함의 하부배이스에 안착시키고 벳셀로 덮고 용접하는 방식과는 차별성을 갖는다. The stacking method of the present invention stacks a cell box directly on a stack / module enclosure. The stack is stacked on a lower base of the enclosure, covered with a vessel, and welded .

적층이 완료되면 우측면압판을 설치하고, 좌측과 우측의 면압봉(902)을 삽입한 다음, 스프링 볼트(905) 설치, 체결판(901)과 체결봉(903)을 위치시킨다. 이후 체결봉(903)과 체결판(901)을 연결하는 연결부위의 볼트(904)로 1차 가체결하고, 면압봉(902)과 해더 면압봉(906,907,908)도 가체결을 실시한다. 이후, 11개의 볼트에 대하여 유압프레스를 연결하여 약 6kgf/㎠에 상당하는 압력을 서서히 인가하고 볼트의 위치를 이동시키게 된다. When the lamination is completed, the right side pressing plate is installed, and the left and right side pressing sticks 902 are inserted. Then, the spring bolts 905 are installed, and the connecting plate 901 and the connecting rod 903 are positioned. Thereafter, the bolts 904 of the connecting portion connecting the connecting rod 903 and the connecting plate 901 are firstly fastened, and the surface pushing rod 902 and the header surface pushing rods 906, 907 and 908 are fastened together. Thereafter, a hydraulic press is connected to eleven bolts to gradually apply a pressure equivalent to about 6 kgf / cm 2 to move the position of the bolt.

이러한 체결절차에 따라 각 부품을 조립하게 되면 스택/모듈의 기계적 결합은 완성이 된다.When these components are assembled according to this fastening procedure, the mechanical connection of the stack / module is completed.

이후 도 4에 도시된 바와 같이, 캐소드 극성을 가진 셀박스와 애노드 해더에서 자온 전력선을 연결하여 고정시키고, 최종적으로는 버스바 연결단자(601)까지 견고히 결합시키게 된다. 이와 같은 절차에 따른 기계적, 전기적 연결작업이 완료되면, 스택/모듈 외함의 뒷커버(702)를 외함(700)과 볼트 및 너트로 결합하고, 앞커버를 그 다음 결합하는 순서로, 차례대로 수행하게 되면 고온연료전지 스택/모듈이 완성된다.Then, as shown in FIG. 4, a cold electric power line is connected and fixed between the cell box having the cathode polarity and the anode header, and finally, the electric wire is firmly coupled to the bus bar connection terminal 601. When the mechanical and electrical connection work according to this procedure is completed, the rear cover 702 of the stack / module enclosure is coupled with the enclosure 700 by bolts and nuts, and the front cover is then successively The high temperature fuel cell stack / module is completed.

상술한 바와 같이 본 발명은 모듈화된 1kW급 셀박스로 구성되는 스택은 동일 금형으로 동극판의 상부와 하부를 제작하여 용접하게 됨으로써 제조비용을 절약할 수가 있고, 셀박스와 셀박스가 전기적, 물리적으로 별도로 존재하기 때문에 필요에 따라 분리가 가능하여 스택자체를 교환하는 종래기술에 비하여 운용비용이 현저히 적게 소요된다.As described above, according to the present invention, a stack composed of a modularized 1 kW cell box can be manufactured by welding the upper and lower portions of the same plate with the same metal mold, thereby saving manufacturing costs, and the cell box and the cell box can be electrically and physically So that it is possible to separate it according to need, and the operation cost is considerably lower than that of the prior art in which the stack itself is exchanged.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is to be understood that the terms "comprises", "comprising", or "having" as used in the foregoing description mean that the constituent element can be implanted unless specifically stated to the contrary, But should be construed as further including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (10)

신축 가능한 중공의 셀 박스, 상기 셀 박스 내에서 상기 셀 박스와 전기적으로 일체화되도록 배치되는 복수의 캐소드 동극판, 상기 셀 박스 내에서 상기 복수의 캐소드 동극판 사이에 배치되는 동시에 상기 셀 박스의 연료 입출구단과 연결되는 복수의 애노드 동극판, 상기 복수의 애노드 동극판과 상기 복수의 캐소드 동극판을 물리적으로 분리가능하도록 상기 애노드 동극판과 캐소드 동극판을 감싸는 구조의 전해질 매트릭스, 상기 복수의 캐소드 동극판과 상기 전해질 매트릭스 사이에 배치되는 캐소드 전극, 및 상기 복수의 애노드 동극판과 상기 전해질 매트릭스 사이에 배치되는 애노드 전극을 포함하는 다수의 연료전지 단위셀;
상기 다수의 연료전지 단위셀을 이루는 상기 셀박스 간에 배치되어져 전기절연을 유도하는 셀박스 전기절연체; 및
상기 애노드 동극판에 연결되는 애노드 해더 간에 배치되어져 전기절연을 유도하는 해더 절연체;를 포함하며,
상기 애노드 해더와 상기 셀 박스는 셀박스 연결점에서 결합되고,
상기 복수의 셀 박스 및 복수의 애노드 해더는 순차적으로 적층되어 스택을 이루는,
가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체.
A plurality of cathode common plates arranged to be electrically integrated with the cell box in the cell box, a plurality of cathode common plates disposed in the cell box between the plurality of cathode common plates, An electrolyte matrix having a structure that surrounds the anode common electrode and the cathode common electrode so as to physically separate the plurality of anode common electrode plates and the plurality of cathode common electrode plates, the plurality of anode common electrode plates, A plurality of fuel cell unit cells including a cathode electrode disposed between the electrolyte matrices and an anode electrode disposed between the plurality of anode common plates and the electrolyte matrix;
A cell box electrical insulator disposed between the cell boxes constituting the plurality of fuel cell unit cells to induce electrical insulation; And
And a header insulator disposed between the anode headers connected to the anode common electrode to induce electrical insulation,
Wherein the anode header and the cell box are joined at a cell box connection point,
Wherein the plurality of cell boxes and the plurality of anode heads are sequentially stacked to form a stack,
A stack assembly in which a pressurizable high temperature type fuel cell unit cell is stacked.
제 1 항에 있어서,
상기 애노드 해더를 상기 해더 절연체와 순차적으로 적층할 경우에, 상기 각각의 셀박스는 전기적으로 완벽하게 절연된 상태가 되고, 상기 애노드 해더 및 캐소드 극성을 갖는 상기 셀박스를 순서대로 직렬 연결할 시에 복수의 셀박스로 구성된 스택이 완성되며,
상기 셀박스 전기절연체는 절연 및 완충기능을 보유하며, 상기 셀박스와 기계적으로 분리가 가능함으로써 상기 셀박스의 교체를 가능하게 하는,
가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체.
The method according to claim 1,
Wherein when the anode header is sequentially stacked with the header insulator, each of the cell boxes becomes completely electrically insulated, and when the cell boxes having the anode header and the cathode polarity are sequentially connected in series, Of the cell box is completed,
The cell box electrical insulator having an insulation and buffer function and being mechanically separable from the cell box to enable replacement of the cell box,
A stack assembly in which a pressurizable high temperature type fuel cell unit cell is stacked.
제 1 항에 있어서,
상기 셀 박스는,
운전 과정 중에 발생하는 팽창과 수축을 완충할 수 있는 완충 밸로우즈를 구성하는,
가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체.
The method according to claim 1,
The cell box includes:
Which constitutes a buffering bellows that can buffer the expansion and contraction occurring during the operation process,
A stack assembly in which a pressurizable high temperature type fuel cell unit cell is stacked.
제 1 항에 있어서,
복수의 단위셀이 적층된 스택 조립체 상에서,
최상단에 배치된 셀박스의 애노드 해더 및 최하단에 배치된 셀박스의 캐소드 연결단자가 버스바에 연결되는 구성인,
가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체.
The method according to claim 1,
On a stack assembly on which a plurality of unit cells are stacked,
Wherein an anode header of a cell box disposed at the uppermost stage and a cathode connection terminal of a cell box disposed at the lowermost stage are connected to a bus bar,
A stack assembly in which a pressurizable high temperature type fuel cell unit cell is stacked.
제 1 항에 있어서,
상기 스택을 내부에 수용하는 스택 외함;
상기 스택 외함 내에서 상기 스택의 상하부 측에 배치되는 면압판; 및
상기 스택 외함을 통해 상기 면압판 상에 하중을 인가하는 체결 모듈;을 포함하는,
가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체.
The method according to claim 1,
A stack enclosure for receiving the stack therein;
A surface pressure plate disposed on upper and lower sides of the stack in the stack enclosure; And
And a fastening module for applying a load on the surface pressure plate through the stack enclosure.
A stack assembly in which a pressurizable high temperature type fuel cell unit cell is stacked.
제 5 항에 있어서,
상기 체결 모듈은,
상기 스택 외함의 외부 양측에 배치되는 체결판, 상기 체결판을 서로 연결하는 체결봉, 상기 체결판을 통해 상기 면압판 상에 연결되는 면압봉 및 상기 스택 외함의 외면과 상기 체결판의 내면 사이에 배치되는 스프링을 포함하는,
가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체.
6. The method of claim 5,
The fastening module includes:
A pressing rod connected to the surface pressure plate through the fixing plate, and a pressing rod connected between the outer surface of the stack casing and the inner surface of the fixing plate, Comprising a spring disposed therein,
A stack assembly in which a pressurizable high temperature type fuel cell unit cell is stacked.
제 6 항에 있어서,
상기 체결봉은 상기 스택 외함의 외부 측에서 마주보는 상기 체결판을 연결하고, 상기 스프링은 상기 체결봉 상에서 상기 체결판을 관통한 상태로 배치되어져 상기 체결판에서 상기 면압판으로 일정한 하중을 인가하는,
가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체.
The method according to claim 6,
Wherein the clamping rod connects the clamping plate facing the outer side of the stack enclosure and the spring is arranged to penetrate the clamping plate on the clamping rod and applies a constant load to the clamping plate from the clamping plate,
A stack assembly in which a pressurizable high temperature type fuel cell unit cell is stacked.
제 7 항에 있어서,
상기 면압판 상에는 상기 면압봉과의 접촉을 위하여 소정 형상의 안착홈이 형성되는,
가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체.
8. The method of claim 7,
Wherein a seating groove having a predetermined shape is formed on the surface pressing plate for contact with the surface pressing bar,
A stack assembly in which a pressurizable high temperature type fuel cell unit cell is stacked.
제 5 항에 있어서,
상기 스택 외함은,
측방 양측이 개방된 외함 본체, 상기 외함 본체의 내측에 배치되는 적층부 및 상기 외함 본체의 개방된 양측을 패쇄하는 커버를 포함하고,
상기 적층부는 상기 스택 외함 내부의 열을 외부로 방출하는 단열기능과 상기면압판의 전기절연성 및 면압지지 기능을 수행하는 측면베이스, 및 상기 스택이 놓이는 하부베이스를 포함하는,
가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체.
6. The method of claim 5,
The stack enclosure,
An enclosure body having both side open sides, a lamination part disposed inside the enclosure body, and a cover for closing both open sides of the enclosure body,
Wherein the stacking portion includes a side base for performing an insulating function for discharging the heat inside the stack enclosure to the outside and a function for supporting electrical insulation and surface pressure of the surface pressure plate and a lower base on which the stack is placed,
A stack assembly in which a pressurizable high temperature type fuel cell unit cell is stacked.
제 9 항에 있어서,
상기 하부 베이스는,
외부로부터 공급되는 연료와 공기의 입출구 플랜지, 상기 스택 내의 온도, 전압, 압력을 측정하기 위한 센서 집합체 및 상기 스택에서 생성된 전력을 외부의 전력처리장치와 연결해주는 연결단자대를 갖는, 가압 가능한 고온형 연료전지 단위셀이 적층된 스택 조립체.
10. The method of claim 9,
The lower base includes:
An inlet and outlet flange of fuel and air supplied from the outside, a sensor assembly for measuring temperature, voltage, and pressure in the stack, and a connection terminal block for connecting the power generated in the stack to an external power processing device. A stack assembly in which fuel cell unit cells are stacked.
KR1020160104271A 2016-08-17 2016-08-17 Stack Assembly with High temperature Fuel Cell Unit-cell with Homopolar plates KR101962267B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160104271A KR101962267B1 (en) 2016-08-17 2016-08-17 Stack Assembly with High temperature Fuel Cell Unit-cell with Homopolar plates

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160104271A KR101962267B1 (en) 2016-08-17 2016-08-17 Stack Assembly with High temperature Fuel Cell Unit-cell with Homopolar plates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180019943A KR20180019943A (en) 2018-02-27
KR101962267B1 true KR101962267B1 (en) 2019-03-26

Family

ID=61394603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160104271A KR101962267B1 (en) 2016-08-17 2016-08-17 Stack Assembly with High temperature Fuel Cell Unit-cell with Homopolar plates

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101962267B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002050390A (en) 2000-08-07 2002-02-15 Sony Corp Fuel cell having stack structure
KR101199846B1 (en) 2012-03-28 2012-11-09 주식회사 화니텍 slot type stack for fuel cell
WO2015129206A1 (en) 2014-02-27 2015-09-03 三洋電機株式会社 Fuel cell module and fuel cell stack

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002050390A (en) 2000-08-07 2002-02-15 Sony Corp Fuel cell having stack structure
KR101199846B1 (en) 2012-03-28 2012-11-09 주식회사 화니텍 slot type stack for fuel cell
WO2015129206A1 (en) 2014-02-27 2015-09-03 三洋電機株式会社 Fuel cell module and fuel cell stack

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180019943A (en) 2018-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1590846B1 (en) Fuel cell stack compressive loading system
US10270119B2 (en) Fuel cell stack arrangement
EP2732499B1 (en) Sofc stack with temperature adapted compression force means
EP2647076B1 (en) Fuel cell stack
JPH09259910A (en) Molten carbonate fuel battery and power generator using this battery
US9455453B2 (en) Fuel cell, and fuel cell stack
WO2006077762A1 (en) Flat laminate type fuel cell and fuel cell stack
US9640804B2 (en) Fuel cell, and fuel cell stack
US20100092837A1 (en) Plate-laminated type fuel cell
WO2016199223A1 (en) Solid-oxide fuel cell
US8460838B2 (en) Generator module architecture for a large solid oxide fuel cell power plant
JPS61148770A (en) Fuel cell lamination body
JP6873944B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
KR101962267B1 (en) Stack Assembly with High temperature Fuel Cell Unit-cell with Homopolar plates
WO2009119108A1 (en) Fuel cell stack and flat-plate solid oxide fuel cell using same
JPH1032016A (en) Fastening and heating device of fuel cell
JP2019003794A (en) Electrochemical reaction cell stack
KR102318475B1 (en) electrochemical reaction cell stack
JP6777669B2 (en) How to operate the electrochemical reaction cell stack and the electrochemical reaction system
KR101951078B1 (en) High temperature Fuel Cell Unit-cell Assembly with Homopolar plates
JP7210508B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7328274B2 (en) Fuel cell single cell, fuel cell stack, and fuel cell single cell manufacturing method
JP2009087863A (en) Fuel cell
JP6450885B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP2023119076A (en) Composite body

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant