KR102256503B1 - Solid oxide fuel stacks - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 산화물 연료전지 스택에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스택 내부의 온도를 균일하게 유지할 수 있는 고체 산화물 연료전지 스택에 관한 것이다.
이를 위해, 고체 산화물 연료전지의 스택에 있어서, 전기를 발생시키고 복수개가 적층되는 셀;과 상기 셀과 셀 사이에 적층되도록 배치되고, 일측에는 연료가 주입되는 연료 주입홈이 형성되며, 타측에는 공기가 주입되는 공기 주입홈이 형성된 분리판;을 포함하여 구성되고, 상기 분리판의 공기 주입홈은, 주변부에 비해 중심부로 더 많은 공기가 주입될 수 있도록 통로가 점차적으로 확장되는 고체 산화물 연료전지 스택을 제공한다.The present invention relates to a solid oxide fuel cell stack, and more specifically, to a solid oxide fuel cell stack capable of uniformly maintaining a temperature inside the stack.
To this end, in a stack of solid oxide fuel cells, a cell generating electricity and stacking a plurality of cells; and a fuel injection groove in which fuel is injected is formed on one side and a cell in which a plurality of cells are stacked; and a fuel injection groove in which fuel is injected is formed on one side. A solid oxide fuel cell stack comprising; a separation plate having an air injection groove into which is injected, and the air injection groove of the separation plate gradually expands a passage so that more air can be injected into the central portion than the peripheral portion Provides.

Description

고체 산화물 연료전지 스택{Solid oxide fuel stacks}Solid oxide fuel stacks

본 발명은 고체 산화물 연료전지 스택에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스택 내부의 온도를 균일하게 유지할 수 있는 고체 산화물 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a solid oxide fuel cell stack, and more specifically, to a solid oxide fuel cell stack capable of uniformly maintaining a temperature inside the stack.

일반적으로, 연료전지는 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응에 의해서 직접 전기에너지로 변환시키는 고효율의 청정 발전 기술로서, 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 알칼리형, 인산형, 용융탄산염, 고체 산화물 및 고분자 연료전지로 분류된다.In general, a fuel cell is a high-efficiency clean power generation technology that directly converts hydrogen contained in hydrocarbon-based materials such as natural gas, coal gas, and methanol and oxygen in the air into electrical energy through an electrochemical reaction. Depending on the type, it is largely classified into alkali type, phosphoric acid type, molten carbonate, solid oxide and polymer fuel cell.

이러한 연료전지는 화석연료를 개질한 수소를 주성분으로 하는 수소가스와 공기 속의 산소를 연료로 사용하고 인산전해질을 사용하는 연료전지인 인산형 연료전지를 제 1세대, 용융염을 전해질로 사용하며 650℃ 부근에서 작동되는 고온형 용융탄산염 연료전지를 제2세대, 보다 높은 온도에서 작동하고 가장 높은 효율로 발전을 하는 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)를 제3세대 연료전지라고 한다.These fuel cells use hydrogen gas and oxygen in the air as their main components, and the first generation of phosphate fuel cells, which are fuel cells using phosphate electrolytes, and molten salts as electrolytes. The second generation of high-temperature molten carbonate fuel cells operating near ℃ is called the third generation fuel cell, a solid oxide fuel cell (SOFC) that operates at a higher temperature and generates power with the highest efficiency.

제3세대 연료전지라고 불리우고 있는 상기 고체 산화물 연료전지는 인산형 연료전지(PAFC) 및 용융탄산염형 연료전지(MCFC) 보다 뒤늦게 개발이 시작되었으나, 급속한 재료기술의 발달로 상기 PAFC 및 MCFC에 이어 가까운 시일내에 실용화에 이를 전망인 고체 산화물 연료전지는 600∼1000 ℃ 정도의 고온에서 작동되는 연료전지로서, 종래 여러 형태의 연료전지들 중 가장 효율이 높고 공해가 적을 뿐 아니라, 연료 개질기를 필요로 하지 않고 복합발전이 가능하다는 여러 장점을 지니고 있다.The solid oxide fuel cell, which is called the 3rd generation fuel cell, started to be developed later than the phosphoric acid fuel cell (PAFC) and the molten carbonate fuel cell (MCFC), but the rapid development of material technology led to the development of the PAFC and MCFC. The solid oxide fuel cell, which is expected to be put into practical use in the near future, is a fuel cell that operates at a high temperature of about 600 to 1000 ℃. It is the most efficient and less polluting among conventional fuel cells, and does not require a fuel reformer. It has several advantages that it can be combined with power generation without it.

상기와 같은 고체 산화물 연료전지는 그 형태에 따라 크게 원통형, 평판형, 일체형의 3종류로 구분된다.The solid oxide fuel cells as described above are largely classified into three types: cylindrical, flat, and integrated, depending on their shape.

여기서 상기 평판형 고체산화물 연료전지는 원통형에 비하여 스택 자체의 전력밀도가 높은 장점은 있으나, 스택 내부의 위치별로 온도 차이가 발생함에 따라 최적의 성능을 얻는데 어려움이 있고 내구성 또한 떨어지는 문제가 있다.Here, the planar solid oxide fuel cell has an advantage in that the power density of the stack itself is higher than that of a cylindrical shape, but there is a problem in that it is difficult to obtain optimum performance and durability as a temperature difference occurs for each location within the stack.

이하 종래의 스택 구조를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, a conventional stack structure will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 종래의 고체 산화물 연료전지 스택의 구조를 나타낸 계략적인 사시도로서, 도면을 참조하면, 종래의 스택(10)은 셀(11)과 셀(11) 사이에 분리판(12)이 배치되도록 구성된다.1 is a schematic perspective view showing the structure of a conventional solid oxide fuel cell stack. Referring to the drawings, the conventional stack 10 is such that a separator 12 is disposed between the cell 11 and the cell 11 It is composed.

이때, 상기 분리판(12)에 형성된 연료 주입홈(12a)과 공기 주입홈(12b)은 주변부와 중심부가 동일한 크기로 일정하게 형성된다.At this time, the fuel injection groove 12a and the air injection groove 12b formed in the separating plate 12 are uniformly formed in the same size as the peripheral portion and the central portion.

상기와 같이 주변부와 중심부의 공기 주입홈(12b) 크기를 동일하게 형성됨으로써 주변부로 갈수록 상대적으로 온도가 떨어지면서 스택의 주변부와 중심부 간에 온도의 차이가 발생하게 되고, 이로 인해 스택의 내구성과 성능이 저하되는 문제가 있다.As described above, the size of the air injection groove 12b at the periphery and the central portion is formed equally, so that the temperature decreases relative to the periphery, resulting in a temperature difference between the periphery and the central portion of the stack. There is a problem of deterioration.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 스택 내부의 온도를 균일하게 유지시킬 수 있는 고체 산화물 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell stack capable of uniformly maintaining a temperature inside the stack.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 고체 산화물 연료전지의 스택에 있어서, 전기를 발생시키고 복수개가 적층되는 셀;과 상기 셀과 셀 사이에 적층되도록 배치되고, 일측에는 연료가 주입되는 연료 주입홈이 형성되며, 타측에는 공기가 주입되는 공기 주입홈이 형성된 분리판;을 포함하여 구성되고, 상기 분리판의 공기 주입홈은, 주변부에 비해 중심부로 더 많은 공기가 주입될 수 있도록 통로가 점차적으로 확장되는 것을 특징으로 한다.As a technical idea of the present invention for achieving the above object, in a stack of a solid oxide fuel cell, a cell generating electricity and stacking a plurality of cells; and a cell disposed to be stacked between the cell and the cell, and a fuel on one side A fuel injection groove into which is injected is formed, and a separation plate having an air injection groove through which air is injected is formed on the other side, and the air injection groove of the separation plate is configured to include more air to be injected into the central portion than the peripheral portion. It is characterized in that the passage gradually expands so as to be able to.

이때, 상기 공기 주입홈은, 분리판 좌, 우측 주변부에서부터 중심부로 갈수록 점차적으로 폭이 넓어지도록 형성되는 것이 바람직하다.In this case, the air injection groove is preferably formed to gradually increase in width from the left and right peripheral portions of the separating plate toward the center.

또한, 상기 공기 주입홈은, 복수개로 적층되는 분리판에 있어, 최상단과 최하단에 배치되는 주변부 분리판에서 중심부에 배치되는 분리판으로 갈수록 점차적으로 홈의 깊이가 더 깊이 파이도록 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the air injection groove is preferably formed so that the depth of the groove is gradually increased from the peripheral separation plate disposed at the top and the bottom to the separation plate disposed at the center in the separation plate stacked in plural. .

한편, 상기 분리판의 공기 주입홈은, 굴곡진 통로로 형성되는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the air injection groove of the separating plate is characterized in that it is formed as a curved passage.

상기와 같은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지 스택은 다음과 같은 효과가 있다.The solid oxide fuel cell stack according to the present invention as described above has the following effects.

고체 산화물 연료전지 스택의 공기 주입홈을 주변부에서 중심부로 갈수록 점차적으로 커지도록 형성하여 중심부로 주입되는 공기의 주입량을 늘릴 수 있다.By forming the air injection groove of the solid oxide fuel cell stack to gradually increase from the periphery to the center, the amount of air injected into the center can be increased.

이에 따라, 고체 산화물 연료전지 스택의 주변부에 비해 중심부로 더 많은 양의 공기가 주입될 수 있으므로 고체 산화물 연료전지 스택의 중심부 온도를 주변부의 온도와 균일하게 유지시킬 수 있어 고체 산화물 연료전지 스택의 내구성을 향상시키고 최적의 성능을 얻을 수 있는 효과가 있다.Accordingly, since a larger amount of air can be injected into the center of the solid oxide fuel cell stack compared to the periphery of the solid oxide fuel cell stack, the temperature of the center of the solid oxide fuel cell stack can be maintained uniformly with the temperature of the surrounding area, thus the durability of the solid oxide fuel cell stack. There is an effect that can improve the performance and obtain the optimum performance.

도 1은 종래의 고체 산화물 연료전지 스택의 구조를 나타낸 계략적인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지 스택을 계략적으로 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지 스택의 분리판 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지 스택의 단면도.
도 5는 A부분 확대도.1 is a schematic perspective view showing the structure of a conventional solid oxide fuel cell stack.
2 is a perspective view schematically showing a solid oxide fuel cell stack according to the present invention.
3 is a perspective view of a separation plate of a solid oxide fuel cell stack according to the present invention.
4 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell stack according to the present invention.
5 is an enlarged view of part A.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and that the inventors can appropriately define the concept of terms in order to describe their invention in the best way. Based on the principle, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5.

도 1은 종래의 고체 산화물 연료전지 스택의 구조를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지 스택을 계략적으로 나타낸 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지 스택의 분리판 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지 스택의 단면도, 도 5는 A부분 확대도이다.1 is a perspective view showing the structure of a conventional solid oxide fuel cell stack, FIG. 2 is a perspective view schematically showing a solid oxide fuel cell stack according to the present invention, and FIG. 3 is a separating plate of a solid oxide fuel cell stack according to the present invention. A perspective view, FIG. 4 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell stack according to the present invention, and FIG. 5 is an enlarged view of part A.

도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지 스택(100)은 크게, 셀(110)과 분리판(120)을 포함하여 구성된다.Referring to the drawings, the solid oxide fuel cell stack 100 according to the present invention is largely configured to include a cell 110 and a separating plate 120.

셀(110)은 전기화학반응을 일으켜 전기를 발생시키기 위한 역할을 한다.The cell 110 serves to generate electricity by causing an electrochemical reaction.

상기 셀(110)은 연료(수소)와 공기(산소)와 전해질(미도시)이 반응하여 이온을 형성하고, 이렇게 생성된 이온이 전기화학반응을 일으켜 물을 형성하는 과정에서 전자가 생성되어 전기를 발생된다.In the cell 110, fuel (hydrogen), air (oxygen), and an electrolyte (not shown) react to form ions, and the generated ions cause an electrochemical reaction to form water, thereby generating electricity. Is generated.

이때, 수소와 산소가 전해질과 화학적반응이 일어나면서 약 80도 정도의 열이 발생되고 동시에 물이 생성된다.At this time, as hydrogen and oxygen undergo a chemical reaction with the electrolyte, heat of about 80 degrees is generated and water is generated at the same time.

즉, 양극에 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리되고, 수소이온은 전해질층을 통해 음극으로 이동하고 전자는 외부회로를 통해 음극으로 이동한다.That is, hydrogen supplied to the positive electrode is separated into hydrogen ions and electrons, the hydrogen ions move to the negative electrode through the electrolyte layer, and the electrons move to the negative electrode through an external circuit.

이때, 음극쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 물을 생성하게 되는 것이다.At this time, oxygen ions and hydrogen ions meet at the cathode side to generate water.

여기서, 상기 셀(110)은 복수개가 적측되는 구조로 구성되어 많은 양의 전기에너지를 사용할 수 있도록 구성된다.Here, the cell 110 is configured in a structure in which a plurality of cells are measured, so that a large amount of electric energy can be used.

상기 셀(110)은 수소 및 산소와 반응하기 위해 전극(미도시)을 포함한다.The cell 110 includes an electrode (not shown) to react with hydrogen and oxygen.

다음으로, 분리판(120)은 상기 셀(110)을 분리시키기 위한 역할을 한다.Next, the separating plate 120 serves to separate the cell 110.

상기 분리판(120)는 상기 셀(110) 사이에 배치되어 셀(110)을 각각 분리시키고 수소와 산소가 주입되기 위한 통로가 형성된다.The separating plate 120 is disposed between the cells 110 to separate the cells 110, respectively, and a passage through which hydrogen and oxygen are injected is formed.

또한, 전기전도성, 내식성 및 열전도성이 우수한 높은 재질로 이루어지고 낮은 기체 투과성을 갖는 것으로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to be made of a material having high electrical conductivity, corrosion resistance and thermal conductivity and having low gas permeability.

따라서, 수소와 산소를 분리시키고 전기를 통하게 하기 위한 역할을 수행할 수 있게 된다.Thus, it is possible to perform a role of separating hydrogen and oxygen and allowing electricity to pass through.

상기 분리판(120) 일측에는 수소가 주입되는 연료 주입홈(121)이 형성되고, 타측에는 산소가 주입되는 공기 주입홈(122)이 형성된다.A fuel injection groove 121 into which hydrogen is injected is formed on one side of the separating plate 120, and an air injection groove 122 into which oxygen is injected is formed on the other side.

도 3은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지 스택의 분리판 사시도로서, 도면을 참조하여 설명하면, 분리판(120)의 상측으로 연료 주입홈(121)이 형성되며, 상기 연료 주입홈(121) 하측으로 공기 주입홈(122)이 형성된다.3 is a perspective view of a separating plate of a solid oxide fuel cell stack according to the present invention. When described with reference to the drawings, a fuel injection groove 121 is formed above the separating plate 120, and the fuel injection groove 121 An air injection groove 122 is formed in the lower side.

이때, 연료 주입홈(121)과 공기 주입홈(122)의 위치는 변경될 수도 있다.At this time, the positions of the fuel injection groove 121 and the air injection groove 122 may be changed.

한편, 상기 공기 주입홈(122)은 분리판(120)의 좌, 우측 주변부에 비해 중심부로 더 많은 공기가 주입될 수 있도록 통로가 점차적으로 확장된다.On the other hand, the air injection groove 122 gradually expands the passage so that more air can be injected into the center portion compared to the left and right peripheral portions of the separating plate 120.

즉, 양측 주변부에서 중심부로 갈수록 공기 주입홈(122)의 크기가 점차적으로 커지도록 형성되는 것이다.That is, the air injection groove 122 is formed so that the size of the air injection groove 122 gradually increases from the periphery of both sides to the center.

이는, 분리판(120)에 열이 발생될 때 중심부에 비해 주변부의 온도가 낮아지는 특성을 고려한 것으로, 주변부의 공기 주입홈(122)의 크기에 비해 중심부의 공기 주입홈(122)의 크기를 크게 형성함으로써 주변부 보다 더 많은 공기가 흐를 수 있도록 하여 주변부와 중심부의 온도의 차이를 낮추기 위함이다.This takes into account the characteristic that the temperature of the peripheral portion is lowered compared to the central portion when heat is generated in the separating plate 120, and the size of the air injection groove 122 in the center is reduced compared to the size of the air injection groove 122 in the peripheral portion. This is to reduce the difference in temperature between the peripheral and the center by allowing more air to flow through it by forming it larger.

이때, 상기 공기 주입홈(122)을 크게 형성하기 위해서 공기 주입홈(122)의 폭을 점차적으로 크게 형성 하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable to gradually increase the width of the air injection groove 122 in order to form the air injection groove 122 larger.

예컨대, 좌측과 우측에 해당하는 주변부의 공기 주입홈(122)의 폭을 3.0mm로 설정 했을 때, 중심부의 공기 주입홈(122) 폭을 5.5mm로 설정할 수 있다.For example, when the width of the air injection groove 122 at the periphery corresponding to the left and right sides is set to 3.0 mm, the width of the air injection groove 122 in the center may be set to 5.5 mm.

따라서, 3.0mm의 주변부 공기 주입홈(122)에서부터 5.5mm의 중심부 공기 주입홈(122)까지 점차적으로 폭을 넓게 형성할 수 있고, 그 사이에 배치되는 공기 주입홈(122)의 폭은 3.0mm~5.5mm 사이에서 일정 간격으로 형성할 수 있다.Accordingly, the width can be gradually increased from the peripheral air injection groove 122 of 3.0 mm to the central air injection groove 122 of 5.5 mm, and the width of the air injection groove 122 disposed therebetween is 3.0 mm It can be formed at regular intervals between ~5.5mm.

도 4는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지 스택의 단면도로서, 도면을 참조하여 설명하면, 복수개로 적층되는 분리판(120)의 공기 주입홈(122)의 크기를 다르게 적용할 있다.4 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell stack according to the present invention, and when described with reference to the drawings, different sizes of the air injection grooves 122 of the separating plates 120 stacked in a plurality may be applied.

즉, 복수개로 적층되는 분리판(120)에 있어서, 중심부에 해당하는 중앙에 배치되는 분리판(120)의 공기 주입홈(122)의 크기를 주변부에 해당하는 상측과 하측 분리판(120)의 공기 주입홈(122) 보다 크게 형성될 수 있다.That is, in the separating plate 120 that is stacked in plural, the size of the air injection groove 122 of the separating plate 120 disposed in the center corresponding to the center is determined by the upper and lower separating plates 120 corresponding to the periphery. It may be formed larger than the air injection groove (122).

즉, 복수개로 적층되는 분리판(120)에 있어, 최상단과 최하단에 배치되는 주변부 분리판(120)에서 중심부에 배치되는 분리판(120)으로 갈수록 점차적으로 홈의 깊이가 더 깊이 파이도록 형성 되는 것이다.That is, in the separating plate 120 that is stacked in plural, the groove is gradually formed so that the depth of the groove becomes deeper from the periphery separating plate 120 disposed at the top and bottom to the separating plate 120 disposed at the center. will be.

따라서, 복수개로 적층된 분리판(120)의 최상단과 최하단의 주변부에 비해 중심부 분리판(120)의 공기 주입홈(122)으로 더 많은 공기기 유입될 수 있게 된다.Accordingly, more air can be introduced into the air injection groove 122 of the central separation plate 120 compared to the upper and lower peripheral portions of the plurality of stacked separation plates 120.

예컨대, 최상단과 최하단에 해당하는 분리판(120) 공기 주입홈(122)의 깊이을 1.0mm로 설정 했을 때, 중심부 분리판(120) 공기 주입홈(122)의 깊이를 2.5mm로 설정할 수 있다.For example, when the depth of the air injection groove 122 of the separation plate 120 corresponding to the top and bottom ends is set to 1.0 mm, the depth of the air injection groove 122 of the central separation plate 120 may be set to 2.5 mm.

따라서, 1.0mm의 최상단과 최하단 공기 주입홈(122)에서부터 2.5mm의 중심부의 공기 주입홈(122)까지 점차적으로 깊이를 깊게 형성할 수 있고, 그 사이에 배치되는 분리판(120) 공기 주입홈(122)의 깊이를 1.0mm~2.5mm 사이에서 일정 간격으로 형성할 수 있다.Therefore, the depth can be gradually formed from the top and bottom air injection grooves 122 of 1.0 mm to the air injection groove 122 of the center of 2.5 mm, and the separation plate 120 disposed between the air injection grooves The depth of 122 can be formed at regular intervals between 1.0mm and 2.5mm.

이를 통해, 산소가 주입되는 공기 주입홈(122) 공간의 크기를 주변부에서 중심부로 갈수록 점차적으로 커지도록 형성할 수 있게 된다.Through this, the size of the space of the air injection groove 122 into which oxygen is injected can be formed to gradually increase from the periphery to the center.

한편, 상기와 같이 주변부와 중심부 분리판(120)의 공기 주입홈(122) 크기를 다르게 형성하기 위해 분리판(120)의 두께를 다르게 형성할 수도 있다.Meanwhile, in order to form the air injection groove 122 of the peripheral portion and the central separation plate 120 differently as described above, the thickness of the separation plate 120 may be formed differently.

즉, 최상단과 최하단 분리판(120) 보다 중심부의 분리판(120)의 두께를 더 두껍게 형성할 수 있다.That is, the thickness of the separation plate 120 in the center may be formed to be thicker than the top and bottom separation plates 120.

한편, 상기 설명한 바와 같이, 분리판(120)에 형성된 공기 주입홈(122)이 직선 형태로 형성되거나, 다를 실시예로서 요철형태로 수평상에서 굴곡된 통로로 형성될 수도 있다.Meanwhile, as described above, the air injection groove 122 formed in the separating plate 120 may be formed in a straight line, or as another embodiment, it may be formed as a passage curved horizontally in a concave-convex shape.

이는, 상기 공기 주입홈(122)으로 산소가 유입될 때 산소의 체류시간을 늘려 효율적인 열교환이 이루어질 수 있도록 하기 위함이다. This is to increase the residence time of oxygen when oxygen flows into the air injection groove 122 to enable efficient heat exchange.

도 5는 도 3의 A부분의 확대도로서, 도면을 참조하여 설명하면 연료 주입홈(121)과 공기 주입홈(122)은 서로 직교되도록 크로스플로우 형태로 형성될 수 있다.FIG. 5 is an enlarged view of portion A of FIG. 3, and when described with reference to the drawings, the fuel injection groove 121 and the air injection groove 122 may be formed in a crossflow shape so as to be orthogonal to each other.

또한, 상기와 다른 형태로 연료 주입홈(121)과 공기 주입홈(122)이 형성될 수도 있다.In addition, the fuel injection groove 121 and the air injection groove 122 may be formed in a different shape than the above.

그 예로, 카운터플로우와 코플로우 형태로 형성될 수 있다.For example, it may be formed in the form of counterflow and coflow.

상기 카운터플로우는 연료 주입홈(121)과 공기 주입홈(122)이 동일 선상에 배치되되 주입되는 방향이 서로 다른 형태이다.In the counterflow, the fuel injection groove 121 and the air injection groove 122 are arranged on the same line, but the injection directions are different from each other.

즉, 분리판(120) 일측의 연료주입홈(121)으로 수소가 주입되고, 타측의 공기 주입홈(122)으로 산소가 주입되는 방식이다.That is, hydrogen is injected into the fuel injection groove 121 on one side of the separating plate 120 and oxygen is injected into the air injection groove 122 on the other side.

또한, 상기 코플로우는 수소와 산소가 연료 주입홈(121)과 공기 주입홈(122)의 같은 방향에서 주입되는 방식으로, 수소가 주입되는 연료 주입홈(121)과 산소가 주입되는 공기 주입홈(122)의 높이를 서로 다르게 배치하는 방식이다.In addition, the coflow is a method in which hydrogen and oxygen are injected in the same direction of the fuel injection groove 121 and the air injection groove 122, and the fuel injection groove 121 into which hydrogen is injected and the air injection groove into which oxygen is injected. This is a method of arranging the heights of 122 differently.

한편, 상기 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 스택(100)을 통과하는 수소와 산소가 연통되는 구조에 있어서 상기에는 연료 주입홈(121)과 공기 유입홈(122)이 측면으로 개방된 외부매니폴드형 구조에 적용된 실시예를 설명하였지만, 도면에는 도시하지는 않았지만 다른 실시예로서 연료 주입홈(121)과 공기 유입홈(122)이 복수개로 적층된 분리판(120)을 수직상으로 관통하도록 형성되는 내부매니폴드형 구조에도 적용할 수 있게 된다.Meanwhile, as described with reference to FIGS. 2 to 5, in the structure in which hydrogen and oxygen passing through the stack 100 communicate with each other, the fuel injection groove 121 and the air inlet groove 122 are open to the side. Although an embodiment applied to the external manifold-type structure has been described, although not shown in the drawing, as another embodiment, a separation plate 120 in which a plurality of fuel injection grooves 121 and air inlet grooves 122 are stacked is vertically It can also be applied to an internal manifold type structure formed to penetrate.

이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 상기 설명한 고체 산화물 연료전지 스택의 작용에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the solid oxide fuel cell stack described above will be described with reference to FIGS. 2 to 5.

먼저, 복수개로 배치되는 셀(110)을 사이에 두고 분리판(120)이 적층되어 스택(100)을 구성한다.First, a separator 120 is stacked with a plurality of cells 110 interposed therebetween to configure the stack 100.

그 다음, 상기 분리판(120)의 일측에 형성된 연료 주입홈(121)으로 수소가 주입되고, 공기 주입홈(122)으로 산소가 공급된다.Then, hydrogen is injected into the fuel injection groove 121 formed on one side of the separating plate 120, and oxygen is supplied to the air injection groove 122.

그 다음, 수소와 산소의 화학적반응이 일어남에 따라 전기가 생성되는 동시에 물이 생성된다.Then, as a chemical reaction between hydrogen and oxygen occurs, electricity is generated and water is generated at the same time.

이 과정에서 스택(100)은 열이 발생되면서 가열되게 된다.In this process, the stack 100 is heated while generating heat.

이때, 분리판(120)에 있어 주변부에 비해 중심부의 공기 주입홈(122)의 공간이 크게 형성되도록 구성하여, 화학적반응을 통해 스택(100)에 열이 발생할 때, 분리판(120)의 주변부 공기 주입홈(122) 보다 중심부 공기 주입홈(122)으로 더 많은 공기가 유입되도록 한다.At this time, the space of the air injection groove 122 in the center portion of the separation plate 120 is formed to be larger than the peripheral portion, so that when heat is generated in the stack 100 through a chemical reaction, the peripheral portion of the separation plate 120 More air is introduced into the central air injection groove 122 than the air injection groove 122.

이를 통해, 분리판(120)에 발생되는 열이 주변부와 중심부의 온도가 균일하게 유지될 수 있어, 스택(100)의 내구성을 높이고 최적의 성능을 얻을 수 있게 된다.Through this, the heat generated in the separating plate 120 can be maintained uniformly at the temperature of the peripheral portion and the center, thereby increasing the durability of the stack 100 and obtaining an optimum performance.

상기 설명한 바와 같이, 고체 산화물 연료전지 스택(100)의 공기 주입홈(122)을 주변부에서 중심부로 갈수록 점차적으로 커지도록 형성하여 중심부로 주입되는 공기의 주입량을 늘릴 수 있게 된다.As described above, the air injection groove 122 of the solid oxide fuel cell stack 100 is formed to gradually increase from the periphery to the center, thereby increasing the amount of air injected into the center.

이에 따라, 고체 산화물 연료전지 스택(100)의 주변부에 비해 중심부로 더 많은 양의 공기가 주입될 수 있으므로 고체 산화물 연료전지 스택(100)의 중심부 온도를 주변부의 온도와 균일하게 유지시킬 수 있어 고체 산화물 연료전지 스택(100)의 내구성을 향상시키고 최적의 성능을 얻을 수 있는 특징이 있는 것이다.Accordingly, since a larger amount of air can be injected into the center portion compared to the peripheral portion of the solid oxide fuel cell stack 100, the temperature of the center portion of the solid oxide fuel cell stack 100 can be maintained uniformly with the temperature of the surrounding portion. It is characterized by improving the durability of the oxide fuel cell stack 100 and obtaining optimum performance.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be carried out with modifications and variations within the scope not departing from the gist of the present invention, and such modifications and variations are also to be regarded as belonging to the technical spirit of the present invention. .

100: 고체 산화물 연료전지 스택 110: 셀
120: 분리판 121: 연료 주입홈
122: 공기 주입홈
100: solid oxide fuel cell stack 110: cell
120: separation plate 121: fuel injection groove
122: air injection groove

Claims (4)

고체 산화물 연료전지의 스택에 있어서,
전기를 발생시키고 복수개가 적층되는 셀;과
상기 셀과 셀 사이에 적층되도록 배치되고, 일측에는 연료가 주입되는 연료 주입홈이 형성되며, 타측에는 공기가 주입되는 공기 주입홈이 형성된 분리판;을 포함하여 구성되고,
상기 분리판은, 상측에 복수 개의 상기 연료 주입홈이 평행하게 형성되고 하측에 복수 개의 상기 공기 주입홈이 평행하게 형성되며, 복수 개로 적층되고,
복수 개의 상기 공기 주입홈은,
상기 연료 주입홈의 주변부에 위치한 상기 공기 주입홈 대비, 상기 연료 주입홈의 중심부에 위치한 상기 공기 주입홈의 크기가 상대적으로 크게 형성되어
상기 주변부와 상기 중심부의 온도의 차이를 낮추며,
상기 공기 주입홈은,
상기 복수 개로 적층되는 상기 분리판 중 상측부 및 하측부에 위치한 상기 공기주입홈 대비, 중앙부에 위치한 상기 공기 주입홈의 크기가 상대적으로 크게 형성되어 상기 상측부 및 상기 하측부와 상기 중앙부의 온도의 차이를 낮추는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지 스택.In the stack of solid oxide fuel cells,
Cells that generate electricity and in which a plurality of are stacked; and
It is arranged to be stacked between the cell and the cell, one side is formed with a fuel injection groove into which fuel is injected, and the other side is formed with an air injection groove through which air is injected; a separating plate;
The separating plate has a plurality of fuel injection grooves formed in parallel on an upper side and a plurality of air injection grooves formed in parallel on a lower side, and is stacked in plural,
The plurality of air injection grooves,
Compared to the air injection groove located at the periphery of the fuel injection groove, the size of the air injection groove located at the center of the fuel injection groove is formed relatively larger.
Lowering the temperature difference between the peripheral portion and the central portion,
The air injection groove,
Compared to the air injection grooves located at the upper and lower parts of the plurality of stacked separation plates, the size of the air injection grooves located at the center is relatively large, so that the temperature of the upper and lower parts Solid oxide fuel cell stack, characterized in that to reduce the difference. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 분리판의 공기 주입홈은, 굴곡진 통로로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지 스택.The method of claim 1,
The solid oxide fuel cell stack, characterized in that the air injection groove of the separating plate is formed as a curved passage.
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