KR102190715B1 - 커플링 유닛을 갖는 연료 전지 모듈 - Google Patents

커플링 유닛을 갖는 연료 전지 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료 전지 모듈 (10) 에 관한 것이고, 적어도 하나의 제 1 애노드 가스 커플링 (30), 적어도 하나의 제 1 캐소드 가스 커플링 (32), 및 적어도 하나의 제 1 애노드 잔류 가스 커플링 (40), 적어도 하나의 제 1 캐소드 잔류 가스 커플링 (42), 적어도 하나의 제 1 애노드 커플링 (50), 및 적어도 하나의 제 1 캐소드 커플링 (52) 이 연료 전지 모듈 (10) 의 일 측에 배열된다.

Description

커플링 유닛을 갖는 연료 전지 모듈
본 발명은 연료 전지 스택들의 신속한 그리고 간단한 교체를 위해 연료 전지 시스템에서의 설치를 위한 연료 전지 모듈에 관한 것이다.
연료 전지는 몇몇 분야들에서 현재 사용된다. 하나의 중요한 분야는 잠수함에서 외부 공기와 독립적인 전력 공급이다.
불행히도, 연료 전지는 아직 무제한의 장기 안정성을 가지지 못한다. 따라서, 스택들은 정기적으로 교체되어야 한다. 이러한 교체는 특히 잠수함에서 중요 요소이고, 따라서 지상에서의 모든 적용들과는 상이하다. 사용 중의 교체가 또한 여기서 가능하여야 하기 때문에, 교체는 서비스 요원에 의해서가 아니라 승무원에 의해 수행되어야 한다. 따라서 교체가 쉽게 가능하도록 하는 것이 중요하다.
급동 커플링 디바이스가 CN　102　569　851　A1 으로부터 알려져 있다.
모듈들을 갖는 연료 전지 시스템이 US　2004/0043724　A1 으로부터 알려져 있다.
모듈형 연료 전지 시스템이 US　2013/0280635　A1 으로부터 알려져 있다.
생성수를 제거하기 위한 수단을 갖는 연료 전지가 US　4,976,162 로부터 알려져 있다.
분배기 파이프를 갖는 연료 전지가 US　2012/0135326　A1 으로부터 알려져 있다.
본 발명의 목적은 예를 들어 선원에 의해 쉽게 교체될 수 있는 연료 전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
이러한 목적은 청구항 제 1 항에 명시된 특징들을 갖는 연료 전지 모듈에 의해 달성된다. 유리한 개량들은 종속 청구항들, 이하의 설명, 및 도면들로부터 초래된다.
본 발명에 따른 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 제 1 캐소드 챔버 및 적어도 하나의 제 1 애노드 챔버 그리고 또한 적어도 하나의 제 1 멤브레인을 포함한다. 적어도 하나의 제 1 멤브레인은 적어도 하나의 제 1 애노드 챔버와 적어도 하나의 제 1 캐소드 챔버 사이에 배열된다. 이러한 배열체는 따라서 제 1 기본 셀을 형성한다. 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 제 1 애노드 챔버에 애노드 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 1 애노드 공급 디바이스를 포함한다. 예를 들어, 애노드에서 수소가 반응되어서, 수소 또는 수소함유 가스 혼합물들이 애노드 가스로서 사용될 수 있다. 애노드 가스는 바람직하게는 적어도 80% 의 상대 습도, 특히 바람직하게는 적어도 95% 의 상대 습도를 포함한다. 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 제 1 캐소드 챔버에 캐소드 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 1 캐소드 공급 디바이스를 포함한다. 예를 들어, 산소가 캐소드 가스로서 사용될 수 있다. 캐소드 가스는 통상적으로 불활성 가스, 예를 들어 질소, 헬륨, 네온 및/또는 아르곤을 포함한다. 캐소드 가스는 바람직하게는 적어도 80% 의 상대 습도, 특히 바람직하게는 적어도 95% 의 상대 습도를 갖는다. 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 제 1 애노드 챔버로부터 애노드 잔류 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 애노드 처리 디바이스 (anode disposal device) 를 포함한다. 연료 전지는 이론적으로 아무런 애노드 가스도 발생하지 않도록 동작될 수 있다. 하지만, 이는 실제적으로 가능하지 않고, 그 이유는, 비록 미량이지만 공급된 애노드 가스, 예를 들어, 수소로부터의 불활성 가스, 멤브레인을 통해 확산되는 불활성 가스, 또는 물이 애노드 챔버에서 모일 것이기 때문이다. 따라서, 애노드 처리 디바이스를 통한 애노드 잔류 가스의 배출을 제공하기 위해 애노드 챔버로부터의 이들 가스들의 배출이 바람직하다. 애노드 잔류 가스는 특히 바람직하게는 또한 재순환될 수 있다. 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 제 1 캐소드 챔버로부터 캐소드 잔류 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 제 1 캐소드 처리 디바이스 (cathode disposal device) 를 포함한다. 캐소드 잔류 가스는 또한 특히 생성수 (product water) 를 포함한다. 캐소드 잔류 가스 유동은 따라서 발생된 물을 제거할 수 있는 것이 바람직하다. 캐소드 잔류 가스는 특히 바람직하게는 또한 재순환될 수 있다. 적어도 하나의 제 1 애노드 공급 디바이스는 적어도 하나의 제 1 애노드 가스 커플링을 포함한다. 적어도 하나의 제 1 캐소드 공급 디바이스는 적어도 하나의 제 1 캐소드 가스 커플링을 포함한다. 적어도 하나의 제 1 애노드 처리 디바이스는 적어도 하나의 제 1 애노드 잔류 가스 커플링을 포함한다. 적어도 하나의 제 1 캐소드 처리 디바이스는 적어도 하나의 제 1 캐소드 잔류 가스 커플링을 포함한다. 연료 전지 모듈의 설치 및 제거를 가능하게 하기 위해, 가스-전도 유닛들은 커플링들을 갖는 것으로 구현되어야 한다. 적어도 하나의 제 1 애노드 가스 커플링, 적어도 하나의 제 1 캐소드 가스 커플링, 적어도 하나의 제 1 애노드 잔류 가스 커플링, 및 적어도 하나의 제 1 캐소드 잔류 가스 커플링은 각각 급동 커플링 (quick-action coupling) 으로서 구현된다. 급동 커플링은 특히 수소의 주변환경으로의 그리고 주변환경으로부터 시스템 내로의 공기의 새어나옴이 교체 동안 또한 회피될 수 있다는 이점을 갖는다. 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 제 1 애노드 커플링을 갖는 적어도 하나의 제 1 의 전기적 애노드 접속부 및 적어도 하나의 제 1 캐소드 커플링을 갖는 적어도 하나의 제 1 의 전기적 캐소드 접속부를 포함한다. 연료 전지에서의 반응에 의해 생성된 전위는 애노드 접속부 및 캐소드 접속부를 통해 제공되고; 접속부들 및 커플링들은 따라서 전기적 송신 유닛들, 예를 들어, 플러그들이다. 전류는 애노드 및 캐소드 커플링들을 통해 소비자에게 흐른다. 적어도 하나의 제 1 애노드 가스 커플링, 적어도 하나의 제 1 캐소드 가스 커플링 및 적어도 하나의 제 1 애노드 잔류 가스 커플링, 적어도 하나의 제 1 캐소드 잔류 가스 커플링, 적어도 하나의 제 1 애노드 커플링, 및 적어도 하나의 제 1 캐소드 커플링은 연료 전지 모듈의 일 측 (one side) 에 배열된다. 단일 측에서의 모든 커플링들의 부착은 오직 하나의 단일의 작업 단계에서 모든 접속부들의 동시적 개방 및 폐쇄를 가능하게 한다.
연료 전지 모듈은 바람직하게는 모듈 하우징 (module housing) 을 포함한다. 모듈 하우징은 지지 및 접속 엘리먼트로서 사용되고, 바람직하게는 연료 전지 모듈과 연료 전지 시스템 사이의 기계적 접촉을 확립한다. 모듈 하우징은 바람직하게는 직사각형으로서 구현된다.
연료 전지 모듈은 바람직하게는 복수의 캐소드 챔버들, 애노드 챔버들, 및 멤브레인들을 포함하고, 따라서, 복수의 기본 셀들을 형성한다. 이러한 배열은, 그 기본 셀들이 하나가 다른 것 위에 배열되는 경우에 연료 전지 스택 (fuel cell stack) 으로서 지칭된다.
급동 커플링은 본 발명의 의미에서, 신속한 교환을 가능하게 하는, 특히, 접속해제 시에 가스 접속부를 자동적으로 폐쇄시키고 따라서 누설 없이 분리될 수 있는 커플링으로서 이해된다. 이러한 급동 커플링들은 또한 클린 브레이크 커플링들 (clean break couplings) 로서 지칭된다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 제 1 워터 드레인 (water drain) 을 포함하고, 여기서, 적어도 하나의 제 1 워터 드레인은 적어도 하나의 캐소드 처리 디바이스에 접속된다. 적어도 하나의 제 1 워터 드레인은 제 1 워터 드레인 커플링을 포함하고, 제 1 워터 드레인 커플링은 급동 커플링으로서 구현된다. 연료 전지에서 발생하는 물은 이미 캐소드 측의 연료 전지에서 또한 캐소드 처리 디바이스에서 응축될 수 있다. 물을 효율적으로 배출할 수 있도록 하기 위해서, 별도의 워터 드레인이 따라서 바람직하다. 워터 드레인은 또한, 연료 전지 모듈의 접속해제 동안 주변 공기의 연료 전지 모듈 내로의 진입을 방지하기 위해 급동 커플링의 형태의 워터 드레인 커플링을 갖는다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 제 1 정렬 디바이스를 포함한다. 그 적어도 하나의 정렬 디바이스는 연료 전지 모듈을 신속하게, 쉽게, 그리고 신뢰가능하게 연료 전지 시스템 내로 삽입할 수 있도록 하기 위해 사용되고, 연료 전지 시스템에 대한 연료 전지 모듈의 기계적인 정렬을 위해 사용된다. 적어도 하나의 정렬 디바이스는 바람직하게는 원통형 및/또는 원뿔형으로서 구현될 수 있다. 적어도 하나의 정렬 디바이스는 특히 바람직하게는, 연료 전지 시스템 내로의 연료 전지 모듈의 도입 동안 커플링들 전에 그것이 연료 전지 시스템과 접촉하게 되도록 구현된다. 따라서, 적어도 하나의 정렬 디바이스는 커플링들보다 연료 전지 모듈의 메인 바디 너머로 더 멀리 돌출한다. 이러한 방식으로, 그 적어도 하나의 정렬 디바이스로 인해, 커플링들이 연료 전지 시스템의 대응하는 상응부들에 재현가능하게 계합 (engage) 하고, 따라서 이 목적을 위해 추가적인 기술적 보조들 또는 특별한 예방조치를 요함이 없이 기밀 접속이 바로 확립될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 모든 커플링들은 그것들이 자기-결합되도록 구현된다. 본 발명의 의미에서의 자기-결합은, 모든 커플링들이 가압 운동으로 인해 누설-밀봉 및/또는 전기적 접속을 확립한다는 것을 의미한다. 적어도 하나의 커플링은 바람직하게는 잠금가능하고, 따라서 독자적인 이탈에 대하여 단단히 고정된다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 제 1 데이터 커플링을 포함한다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 제 1 전력 공급 커플링을 포함한다. 그 적어도 하나의 제 1 전력 공급 커플링은 전기적 컴포넌트들, 예를 들어 센서들, 프로세서들, 및/또는 데이터 저장 디바이스들에 전력을 공급하기 위해 사용된다. 이점은, 따라서 제공된 에너지는 전압의 안정성 및 또한 전자적 컴포넌트들에 대한 정확한 전압에 대한 필요한 요건들을 가지고, 따라서, 연료 전지 모듈에서 생성된 에너지보다 더 신뢰가능하다는 점이다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 제 1 멤브레인에 걸친 셀 전압을 기록하기 위한 적어도 하나의 제 1 전압 센서를 포함한다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 데이터 메모리 및 데이터 프로세싱 디바이스를 포함하고, 그 데이터 프로세싱 디바이스는 동작 파라미터들을 기록하기 위해 설계되고, 그 데이터 프로세싱 디바이스는 동작 파라미터들을 데이터 메모리에 저장하기 위해 설계된다. 이러한 연료 전지 모듈은, 동작 파라미터들이 중앙집중적으로 저장되지 않고, 그보다는 연료 전지 모듈에서 분산된 방식으로 저장된다는 점에서 종래의 시스템들에 비해 이점을 갖는다. 중앙 데이터 저장부는 그럼에도 불구하고 선택적으로 또한 수행될 수 있다. 데이터는 따라서 연료 전지 모듈에 대해 불가분으로 접속된다. 이러한 방식으로, 동작 파라미터들은 제거 후의 에러 분석을 위해 또한 이용가능하다. 또한, 이들 동작 파라미터들은 새롭게된 설치 후에 전체 시스템에 의해 다시 데이터 메모리로부터 획득될 수 있고, 이에 의해, 전체 시스템은 이 연료 전지 모듈의 동작 특성들에 관한 지식을 수신한다. 연료 전지 모듈들의 교체 동안의 작업 시퀀스는 이러한 방식으로 보다 효율적이고 더 빠르게 된다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 추가적인 데이터가 적어도 하나의 제 1 데이터 커플링을 통해 제 1 인터페이스를 경유하여 수신되고 데이터 메모리 상에 저장된다. 바람직하게는, 적어도 동작 시간들, 셀 전압, 및 시간에 걸친 온도가 저장된다. 특히 바람직하게는, 시점들 그리고 또한 특정 이벤트의 성질, 예를 들어, 전압 점프들, 단락들, 매체 실패, 기동, 및/또는 셧다운이 또한 저장된다. 추가적인 데이터는 바람직하게는 분위기 파라미터들, 예를 들어 냉각수 온도일 수 있다. 이들 분위기 파라미터들은 바람직하게는 모든 연료 전지 모듈들에 대해 중앙집중적으로 기록된다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 모듈 하우징은 적어도 하나의 제 1 공기 유입부를 포함한다. 제 1 공기 유입부는 데이터 프로세싱 디바이스 및 데이터 메모리 동작이 과열되는 것으로부터 보호하기 위해 열 발산을 위해 사용된다. 적어도 하나의 제 1 공기 유입부는, 그것 상에 커플링들이 또한 배열되는 모듈 하우징의 측에 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 제 1 공기 유입부는 그것 상에 커플링들이 배열되는 모듈 하우징의 측에 인접하는 모듈 하우징의 적어도 하나의 측 상에 배열될 수 있다. 적어도 하나의 제 1 공기 유입부는 특히 바람직하게는 이 실시형태에서 그것 상에 커플링들이 배열되는 모듈 하우징의 측에 직근접하여 위치된다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 모듈 하우징은 데이터 메모리 및 데이터 프로세싱 디바이스의 전적으로 수동적인 공랭을 위해 설계된다. 팬 또는 냉매 회로 형태의 냉각기는 전적으로 수동적인 공랭으로 인해 생략될 수 있다. 이러한 방식으로 특별히 콤팩트하고, 저-유지보수, 및 강건한 구성이 가능하다. 데이터 메모리 및 데이터 프로세싱 디바이스는 바람직하게는 모듈 하우징에 열적으로 커플링되어서, 그것의 쓸모없는 열이 모듈 하우징을 통해 방출될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 냉각수 공급부 및 냉각수 유출부를 포함한다. 냉각수는 특히 연료 전지 멤브레인들을 냉각시키기 위해 사용된다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 2 개의 애노드 커플링들을 갖는 2 개의 전기적 애노드 접속들 및 2 개의 캐소드 커플링을 갖는 2 개의 전기적 캐소드 접속들을 포함한다. 2 개의 애노드 커플링들 및 2 개의 캐소드 커플링들은 특히 바람직하게는, 그 4 개의 커플링들이 직사각형의 모서리들을 형성하고, 2 개의 애노드 커플링들은 서로 대각선으로 대향하여 위치되고, 2 개의 캐소드 커플링들은 서로 대각선으로 대향하여 위치되도록 하는 방식으로 배열된다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 접촉 스위치를 포함한다. 연료 전지 모듈 및/또는 연료 전지 시스템이 이 연료 전지 모듈이 연료 전지 시스템에 설치되는지 또는 그것으로부터 분리되는지 여부를 인식할 수 있도록 접촉 스위치가 사용된다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 정렬 디바이스는 테이퍼 (taper) 를 포함하고, 그 테이퍼는, 연료 전지 시스템의 고정 디바이스가 이 테이퍼에서 계합할 수 있고 따라서 연료 전지 모듈을 고정하고 의도치않은 제거로부터 그것을 보호할 수 있도록 설계된다. 특히, 고정 디바이스는, 연료 전지 모듈이 분리될 수 있기 전에 그것이 예를 들어 레버를 통해 수동으로 계합해제되어야만 하도록 설계된다. 이 레버는 또한 연료 전지 시스템으로부터 연료 전지 모듈을 접속해제하기 위한 하나의 실시형태에서 설계될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 전방 워터 드레인 커플링을 포함하고, 이 전방 워터 드레인 커플링은 다른 커플링들이 배열되는 모듈 하우징의 측에 반대되는 모듈 하우징의 측에 배열된다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 공정수는 연료 전지 시스템의 기울어진 포지션에서도 셀들에서 모일 수 없고, 그보다는 전방 워터 드레인 커플링을 통해 배출될 수 있다. 연료 전지 모듈의 전력의 감소가 이러한 방식으로 회피된다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 제 1 워터 드레인 및 제 2 워터 드레인은 캐소드 챔버에 접속되고, 제 3 워터 드레인 및 제 4 워터 드레인은 애노드 챔버에 접속된다.
본 발명의 추가의 대안적인 실시형태에서, 제 1 워터 드레인, 제 2 워터 드레인, 제 3 워터 드레인, 및 제 4 워터 드레인은 캐소드 챔버에 접속된다.
본 발명의 추가의 대안적인 그리고 선호되는 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 제 2 워터 드레인 및 제 4 워터 드레인을 포함하고, 여기서, 제 2 워터 드레인 및 제 4 워터 드레인은 제 2 측에 배열된다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 제 3 워터 드레인은 제 1 워터 드레인에 접속되고, 제 4 워터 드레인은 제 2 워터 드레인에 접속된다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 제 1 워터 드레인 및 제 3 워터 드레인은 연료 전지 모듈의 제 1 측에 배열되고, 제 2 워터 드레인 및 제 4 워터 드레인은 연료 전지 모듈의 제 2 측에 배열된다. 2 개의 워터 드레인들은 따라서 제 1 측에서 그리고 제 2 측에서 각각의 경우에 이용가능하다. 이러한 방식으로 배수의 신뢰도가 추가적으로 증가될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 제 2 워터 드레인 및 제 4 워터 드레인을 포함한다. 제 2 워터 드레인 및 제 4 워터 드레인은 제 2 측에 배열된다. 캐소드 잔류 가스 유출부 및 애노드 잔류 가스 유출부는 제 1 측에 배열된다. 제 2 워터 드레인은 캐소드 잔류 가스 유출부에 접속되고, 제 4 워터 드레인은 애노드 잔류 가스 유출부에 접속된다. 워터 드레인들 및 잔류 가스 유출부들 사이의 접속들은 특히 바람직하게는 연료 전지 모듈 상의 그것의 배열부 위에 배열된다.
본 발명의 추가적인 실시형태에서, 제 1 워터 드레인 및 제 3 워터 드레인은 연료 전지 모듈의 제 1 측에서 서로로부터 수평으로 이격되어 배열되고, 제 2 워터 드레인 및 제 4 워터 드레인은 연료 전지 모듈의 제 2 측에서 서로로부터 수평으로 이격되어 배열된다. 제 1 워터 드레인 및 제 3 워터 드레인 그리고 또한 제 2 워터 드레인 및 제 4 워터 드레인은 매우 특별하게는, 안정성 및 생산가능성을 고려하여 연료 전지 모듈에서 구조적으로 가능해지는 바와 같은 방식으로 서로로부터 수평으로 이격된다. 이러한 방식으로, 연료 전지 모듈의 단면에서 4 개의 대향하는 모서리들 상에 실제적으로 워터 드레인들의 배열이 초래되어서, 적어도 하나의 워터 드레인은 실제적으로 임의의 기울어진 포지션에서 가장 낮은 포인트에서 자리잡게 된다.
본 발명에 따른 연료 전지 모듈은 도면들에서 나타낸 예시적인 실시형태들에 기초하여 이하에서 더 자세히 설명된다.
도 1: 제 1 의 예시적인 연료 전지 모듈
도 2: 제 2 의 예시적인 연료 전지 모듈
도 3: 제 3 의 예시적인 연료 전지 모듈
도 4: 제 4 의 예시적인 연료 전지 모듈
도 5: 제 5 의 예시적인 연료 전지 모듈
도 6: 제 6 의 예시적인 연료 전지 모듈
도 7: 제 7 의 예시적인 연료 전지 모듈
도 8: 제 8 의 예시적인 연료 전지 모듈
도 9: 테이퍼를 갖는 정렬 디바이스
도면들의 개별적인 예시적인 실시형태들은 자명하게 임의의 조합들로 서로 결합될 수 있다.
도 1 은 제 1 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 을 도시한다. 그것은 제 1 근사법에 대해 직사각형인 모듈 샘플 하우징 (20) 을 포함한다. 커플링들이 모듈 하우징 (20) 의 일 측에 배열되어 연료 전지 모듈 (10) 을 연료 전지 시스템 (100) (본 명세서에 미도시) 내로 도입하고 그것을 접속한다. 애노드 가스 커플링 (30) 은 수소 공급을 위해 사용되고, 캐소드 가스 커플링 (32) 은 산소 공급을 위해 사용되며, 애노드 잔류 가스 커플링 (40) 은 과잉 수소, 가능하게는 불활성 가스, 및 (수소의 가습으로부터의 그리고 멤브레인을 통한 확산으로 인한) 물을 배출하기 위해 사용되고, 캐소드 잔류 가스 커플링은 물, 과잉 산소, 및 가능하게는 불활성 가스를 배출하기 위해 사용된다. 또한, 애노드 커플링 (50) 은 애노드에 인가된 전위를 송신하기 위해 사용되고, 캐소드 커플링 (52) 은 캐소드에 인가된 전위를 송신하기 위해 사용된다. 이러한 방식으로, 연료 전지 모듈 (10) 을 연료 전지 시스템 (100) 내로 도입하거나 그것을 제거하며 모든 접속들을 동시에 연결 또는 연결해제하기 위해 단일의 플러깅 절차에 의해 가능하다.
제 2 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 이 도 2 에 도시된다. 연료 전지 모듈 (10) 이 워터 드레인 커플링 (44) 을 추가로 가진다는 점에서 제 1 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 과 상이하다. 연료 전지 모듈 (10) 에서 물이 생성되고, 그리고 동시에, 또한, 가스의 총 양이 반응에 의해 감소되며, 추출 가스들은 통상적으로 높은 비율의 물을 가지기 때문에, 액체 상의 물의 분리된 배출이 종종 유리하다.
제 3 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 이 도 3 에 도시된다. 그것은 연료 전지 모듈 (10) 이 2 개의 정렬 디바이스들 (60) 을 추가로 포함한다는 점에서 도 2 에 도시된 제 2 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 과 상이하다. 정렬 디바이스들 (60) 은 원통형으로서 구현된다. 정렬 디바이스들 (60) 은 커플링들보다 더 긴 것으로서 구현됨을 명확하게 볼 수 있다. 정렬 디바이스들 (60) 은 따라서, 연료 전지 모듈 (10) 의 연료 전지 시스템 (100) 내의 삽입 시에 연료 전지 시스템 (100) 과 먼저 접촉하게 된다. 연료 전지 모듈 (10) 의 추가적인 삽입은 따라서 안내될 수 있어서, 모든 커플링들은 서로 정확하게 맞게 되는 방식으로 즉시 안내된다.
도 4 에서 도시된 제 4 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 은, 냉각수 공급부 (70) 및 냉각수 유출부 (72) 에 의해 도 1 에서 도시된 제 1 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 과 상이하다. 셀들에서의 온도를 일정하게 유지하고 과열을 방지하기 위해서, 능동 냉각이 종종 권할만하다.
도 5 에서 도시된 제 5 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 은 도 4 에서 도시된 제 4 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 에 추가적으로 2 개의 정렬 디바이스들 (60) 을 포함한다. 또한, 제 5 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 은 데이터 커플링 (80) 및 전력 공급 커플링 (90) 을 포함한다. 제 5 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 의 전자적 컴포넌트들은 전력 공급 커플링 (90) 을 통해 에너지를 공급받을 수 있고, 데이터 커플링 (80) 을 통해 연료 전지 시스템 (100) 과 데이터를 교환할 수 있다.
도 6 은 제 6 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 을 도시하고, 여기서, 제 6 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 은 도 1 에 도시된 제 1 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 에 추가적으로, 전방 측에 배열된 2 개의 전방 워터 드레인 커플링들 (46) 을 포함한다. 이러한 방식으로, 물은 연료 전지 모듈의 전방 측에서 그리고 또한 커플링 측에서 배출될 수 있다. 이러한 방식으로, 연료 전지들에서의 물의 축적, 그에 의해 효율적인 체적 및 따라서 에너지 생성이 감소될 것이 연료 전지 모듈 (10) 의 기울어진 포지션에서도 발생할 수 없다.
도 7 은 제 7 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 을 도시하고, 여기서, 제 7 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 은 도 1 에 도시된 제 1 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 에 추가적으로, 2 개의 애노드 커플링들 (50) 및 2 개의 캐소드 커플링들 (52) 을 포함하고, 여기서, 애노드 커플링들 (50) 및 캐소드 커플링들 (52) 은 각각 서로 반대로 교차되게 배열된다.
도 8 에 도시된 제 8 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 은, 냉각수 공급부 (70) 및 냉각수 유출부 (72) 가 서로 떨어져서 배열된다는 점에서 도 4 에서 도시된 제 4 의 예시적인 연료 전지 모듈 (10) 과 상이하다.
예시적인 정렬 디바이스 (60) 가 도 9 에서 확대되어 도시되고, 여기서, 정렬 디바이스 (60) 는 테이퍼 (62) 를 포함한다. 우선, 정렬 디바이스 (62) 가 예를 들어 애노드 가스 커플링 (30) 및 냉각수 공급부 (70) 보다 모듈 하우징 (20) 밖으로 더 멀리 돌출한다는 것은 분명하다. 이러한 방식으로, 정렬 디바이스 (60) 는 연료 전지 시스템 (100) 내의 삽입 동안 연료 전지 시스템 (100) 과 먼저 접촉하게 되고, 따라서 포지셔닝을 형성한다. 더욱이, 테이퍼 (62) 는 접촉 엘리먼트 (122) 를 갖는 고정 디바이스 (120) 가 테이퍼 (62) 에 계합할 수 있고 따라서 연료 전지 모듈 (10) 을 연료 전지 시스템 (100) 에 고정시킬 수 있도록 구현된다. 이러한 방식으로, 의도치 않은 제거가 가능하지 않다. 고정 디바이스 (120) 는 제거를 위한, 예를 들어 레버 형태의, 릴리스 디바이스 (124) 를 포함한다.
10 연료 전지 모듈
20 모듈 하우징
30 애노드 가스 커플링
32 캐소드 가스 커플링
40 애노드 잔류 가스 커플링
42 캐소드 잔류 가스 커플링
44 워터 드레인 커플링
46 전방 워터 드레인 커플링
50 애노드 커플링
52 캐소드 커플링
60 정렬 디바이스
62 테이퍼
70 냉각수 공급부
72 냉각수 유출부
80 데이터 커플링
90 전력 공급 커플링
100 연료 전지 시스템
110 정렬 리셉터클
120 고정 디바이스
122 접촉 엘리먼트
124 릴리스 디바이스

Claims (6)

  1. 적어도 하나의 제 1 캐소드 챔버 및 적어도 하나의 제 1 애노드 챔버 그리고 또한 적어도 하나의 제 1 멤브레인을 갖는 연료 전지 모듈 (10) 로서, 상기 적어도 하나의 제 1 멤브레인은 상기 적어도 하나의 제 1 애노드 챔버와 상기 적어도 하나의 제 1 캐소드 챔버 사이에 배열되며, 상기 연료 전지 모듈 (10) 은 상기 적어도 하나의 제 1 애노드 챔버에 애노드 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 1 애노드 공급 디바이스를 포함하고, 상기 연료 전지 모듈 (10) 은 상기 적어도 하나의 제 1 캐소드 챔버에 캐소드 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 제 1 캐소드 공급 디바이스를 포함하며, 상기 연료 전지 모듈 (10) 은 상기 적어도 하나의 제 1 애노드 챔버로부터 애노드 잔류 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 애노드 처리 디바이스를 포함하고, 상기 연료 전지 모듈 (10) 은 상기 적어도 하나의 제 1 캐소드 챔버로부터 캐소드 잔류 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 제 1 캐소드 처리 디바이스를 포함하며, 상기 적어도 하나의 제 1 애노드 공급 디바이스는 적어도 하나의 제 1 애노드 가스 커플링 (30) 을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 1 캐소드 공급 디바이스는 적어도 하나의 제 1 캐소드 가스 커플링 (32) 을 포함하며, 적어도 하나의 제 1 애노드 처리 디바이스는 적어도 하나의 제 1 애노드 잔류 가스 커플링 (40) 을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 1 캐소드 처리 디바이스는 적어도 하나의 제 1 캐소드 잔류 가스 커플링 (42) 을 포함하며, 상기 적어도 하나의 제 1 애노드 가스 커플링 (30), 상기 적어도 하나의 제 1 캐소드 가스 커플링 (32), 상기 적어도 하나의 제 1 애노드 잔류 가스 커플링 (40), 및 상기 적어도 하나의 제 1 캐소드 잔류 가스 커플링 (42) 은 각각 급동 (quick-action) 커플링으로서 구현되고, 상기 연료 전지 모듈 (10) 은 적어도 하나의 제 1 애노드 커플링 (50) 을 갖는 적어도 하나의 제 1 애노드 접속부를 포함하고, 상기 연료 전지 모듈 (10) 은 적어도 하나의 제 1 캐소드 커플링 (52) 을 갖는 적어도 하나의 제 1 캐소드 접속부를 포함하며, 상기 적어도 하나의 제 1 애노드 가스 커플링 (30), 상기 적어도 하나의 제 1 캐소드 가스 커플링 (32), 상기 적어도 하나의 제 1 애노드 잔류 가스 커플링 (40), 상기 적어도 하나의 제 1 캐소드 잔류 가스 커플링 (42), 상기 적어도 하나의 제 1 애노드 커플링 (50), 및 상기 적어도 하나의 제 1 캐소드 커플링 (52) 은 상기 연료 전지 모듈 (10) 의 일 측에 배열되며, 모든 커플링들은 자기-결합되는 것을 특징으로 하고, 상기 연료 전지 모듈은 적어도 하나의 전방 워터 드레인 커플링 (40) 을 포함하고, 상기 전방 워터 드레인 커플링 (40) 은 다른 커플링들이 배열되는 모듈 하우징의 측에 반대되는 모듈 하우징의 측에 배열되는, 연료 전지 모듈 (10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 전지 모듈 (10) 은 적어도 하나의 제 1 워터 드레인을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 1 워터 드레인은 상기 적어도 하나의 제 1 캐소드 처리 디바이스에 접속되며, 상기 적어도 하나의 제 1 워터 드레인은 제 1 워터 드레인 커플링 (44) 을 포함하고, 상기 제 1 워터 드레인 커플링 (44) 은 급동 커플링으로서 구현되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 모듈 (10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 전지 모듈 (10) 은 적어도 하나의 제 1 정렬 디바이스 (60) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 모듈 (10).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 전지 모듈 (10) 은 적어도 하나의 제 1 데이터 커플링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 모듈 (10).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 전지 모듈 (10) 은 적어도 하나의 제 1 전력 공급 커플링 (90) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 모듈 (10).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 전지 모듈 (10) 은 상기 적어도 하나의 제 1 멤브레인 양단에 걸친 셀 전압을 기록하기 위한 적어도 하나의 제 1 전압 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 모듈 (10).
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