KR102552074B1 - 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록에서 매니폴드 블록으로부터 상기 매니폴드로 진입되는 진입유로곡관부의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어, 상기 기체유동과 함께 응축수를 상기 매니폴드로 가이드하는 유동가이드가 형성된 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록에 관한 것이다.

Description

응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록 {MANIFOLD BLOCK WITH CONDENSATE WATER FLOW GUIDE}
본 발명은 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응축수가 특정 셀로 일시 유입되는 것을 억제하여 스택 성능 강건성을 확보할 수 있는 구조의 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 발전장치로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 연료전지 중 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 형태가 가장 많이 연구되고 있다.
통상적으로, 연료전지란 연료의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로 정의되며, 종래의 전지와는 다르게 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 특징을 갖는다.
연료전지는 전형적으로 적층 형식으로 배열된다. 연료전지 적층체는 많은 개별적인 셀(cell)들을 포함하며, 이들은 고정식 단부 플레이트와 자유 단부 플레이트 사이에 위치되어 있다.
구체적으로, 고분자 전해질막 연료전지는 수소 이온이 이동하는 고체 고분자 전해질막을 중심으로 막 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체, 반응기체를 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층, 반응기체 및 냉각수를 반응 유로를 따라 이동시키는 분리판, 그리고 반응기체 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압 유지를 위한 가스켓 및 체결기구를 포함하여 구성된다.
이러한 자동차에 적용된 연료전지 스택 내에서 화학반응을 위해서는 수소나 공기가 적절한 습도를 유지해야 한다.
매니폴드 블록은 공기/수소 공급계와 연료전지 스택 사이를 연결하는 유로 구조체로서 매니폴드 블록 유로를 통해 공기/수소 및 시스템 내의 잔류 응축수가 스택으로 유입된다.
상기 매니폴드 블록 유로는 연료전지 시스템 패키지 구성에 따라 다양한 경로를 가지게 되며, 이러한 경로에 따라 스택 유입 응축수가 매니폴드 블록 인접 셀로의 유입되는 양이 변화된다.
연료전지 발전 후 생성되는 응축수는 외부로 배출되지만, 공기/수소 공급계의 순환루프 특성상 일부 응축수는 다시 연료전지 발전부인 스택으로 유입되게 된다. 유입되는 응축수량은 연료전지 운전 조건에 따라 차이가 있으며, 특정 운전조건(저속운전 후 급 가속 운전)에서는 일시에 과량 응축수가 유입되게 된다.
이와 같이 유입된 응축수는 입구 매니폴드 블록 유로를 거쳐 매니폴드 및 셀 반응부로 이동하게 되는데, 이때 매니폴드 블록 유로 루트 형태에 따라서 특정 셀, 예를 들어 매니폴드 블록 인접 셀로 응축수의 과량 유입 여부가 결정되게 된다
도 1은 종래의 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이고, 도 2는 도 1의 종래의 매니폴드 블록의 응축수 유동을 나타내는 모식도이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 1회 절곡된 매니폴드 블록(10)에서는 응축수(30)가 매니폴드 블록(10)을 거쳐 매니폴드(20)를 통과할 때에 셀 입구와 대향하는 측의 매니폴드(20) 벽면을 타고 이동되는 양이 많게 된다. 구체적으로, 도 2는 유동 응축수 유입 흐름이 번호순으로 도시되어 있되, 시간의 흐름에 따라 응축수가 유동하고, 도 1의 A-A 단면을 참조하면 응축수가 ④와 같이 일측에 있게 되어 매니폴드(20)의 셀 입구(21) 중에서 인접셀로 유입되는 양이 적다는 문제점이 있다.
도 2는 유동 응축수 유입 흐름이 번호순으로 도시되어 있되, 시간이 흐름에 따라 응축수가 화살표 및 ①, ②, ③, ④ 번호 순서와 같이 유동하고, 도 1의 A-A 단면을 참조하면 응축수가 ④와 같이 일측에 있는 것이 도시되어 있다.
도 3은 종래의 다른 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이고, 도 4는 도 3의 종래의 다른 매니폴드 블록의 응축수 유동을 나타내는 모식도이다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 2회 절곡된 매니폴드 블록(11) 유로에서는 첫번째 곡관을 거치면서 응축수(30)가 화살표와 같이 시간 순서대로 ①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥으로 이동하되, ①에서와 같이 응축수(30)가 유입되면 매니폴드 블록(11)이 경사져 있으므로 ②, ③과 같이 매니폴드 블록(11)의 절곡된 내면의 일측을 따라 유동하여 매니폴드 블록(30)의 일측에 모이게 되고, 이러한 응축수가 마지막 매니폴드 블록 곡관을 거치면서 ④, ⑤와 같이 회전력을 가지게 되어 매니폴드(20) 벽면을 따라 회전하면서 ⑥과 같이 매니폴드 인접 셀로 다량의 응축수가 유입된다.
따라서, 2회 절곡된 매니폴드 블록을 가진 스택에서는 과량의 응축수 유입조건에 의해 스택 성능 저하(셀빠짐) 현상이 더 발생하게 된다.
이와 같이 2개의 스택으로 구성된 연료전지 모듈의 경우에 분기형태의 매니폴드 블록 유로구조로 인해 두 매니폴드 블록 유로 중 일측에서는 2회 절곡된 유로를 가지게 되며, 이러한 매니폴드 블록 유로와 연결된 스택의 경우 스택 성능 저하에 취약하게 되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허출원 제 10-2016-0057116 호
본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 응축수가 매니폴드 블록을 거쳐 매니폴드를 통과할 때에 셀 입구와 대향하는 일측으로 이동되는 양이 많게 되어 과량의 응축수가 유입되어 스택 성능 저하 현상을 방지하여 성능을 향상시킬 수 있는 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록에 있어서, 상기 매니폴드 블록으로부터 상기 매니폴드로 진입되는 진입유로곡관부의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어, 상기 기체유동과 함께 상기 응축수를 상기 매니폴드로 가이드하는 유동가이드가 형성될 수 있다.
상기 유동가이드는 상기 매니폴드 블록의 내부를 향해 볼록 형상의 비드로 형성될 수 있다.
상기 유동가이드는 단면이 다각형일 수 있다.
상기 유동가이드는 복수개로 상호 이격되어 평행을 이루는 구조일 수 있다.
상기 유동가이드의 시작점 위치에서의 상기 매니폴드 블록의 단면을 기준으로, 상기 기체유동의 방향이 상향이면 상기 유동가이드의 단면은 상면이 평편한 구조일 수 있다.
상기 유동가이드의 단면은 하면이 경사진 구조일 수 있다.
상기 유동가이드의 시작점 위치에서의 상기 매니폴드 블록의 단면을 기준으로, 상기 기체유동의 방향이 하향이면 상기 유동가이드의 단면은 하면이 평편한 구조일 수 있다.
상기 유동가이드의 단면은 상면이 경사진 구조일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록에 있어서, 상기 매니폴드 블록은 진입유로곡관부에 대해 일정방향으로 꺽인 경사유로곡관부를 통과한 상기 기체유동이 상기 진입유로곡관부를 통해 상기 매니폴드로 전달되데, 상기 경사유로곡관부의 꺽인방향이 상향이면 상기 진입유로곡관부의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어, 상기 기체유동과 함께 상기 응축수를 상기 매니폴드로 가이드하는 유동가이드 단면의 상면이 평편한 구조일 수 있다.
상기 유동가이드의 단면은 하면이 경사진 구조일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록에 있어서, 상기 매니폴드 블록은 진입유로곡관부에 대해 일정방향으로 꺽인 경사유로곡관부를 통과한 상기 기체유동이 상기 진입유로곡관부를 통해 상기 매니폴드로 전달되데, 상기 진입유로곡관부의 꺽인방향이 하향이면 상기 진입유로곡관부의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어, 상기 기체유동과 함께 상기 응축수를 상기 매니폴드로 가이드하는 유동가이드 단면의 하면이 평편한 구조일 수 있다.
상기 유동가이드의 단면은 상면이 경사진 구조일 수 있다.
상기 유동가이드는 상기 경사유로곡관부의 꺽인방향과 동일한 각도로 상기 진입유로곡관부를 따라 형성될 수 있다.
상기 유동가이드의 높이는 P2/S3 에 비례하는 차압감소에 의해 결정될 수 있다.
여기서 P는 단면둘레길이이며, S는 단면적임.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록은 응축수가 셀에 공급될 때에 셀 입구와 대향하는 일측으로 과량의 응축수가 유입되어 발생되는 스택 성능 저하 현상을 방지하여 성능 향상 및 안전성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1의 종래의 매니폴드 블록의 응축수 유동을 나타내는 모식도이다.
도 3은 종래의 다른 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이다.
도 4는 도 3의 종래의 다른 매니폴드 블록의 응축수 유동을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록의 모식도이다.
도 6은 도 5의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록의 평면 모식도이다.
도 7은 도 6의 B-B선에 따른 단면도이다.
도 8은 도 5의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록의 응축수 유동을 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록을 설명하기에 앞서 최근에 연료전지 차량에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연료전지 차량은 전기를 생산하는 연료전지 스택과, 이 연료전지 스택에 연료와 공기를 가습하여 공급하는 가습기와, 가습기에 수소를 공급하는 연료공급부와, 가습기에 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급부, 및 연료전지 스택을 냉각하기 위한 냉각모듈을 포함하고 있다.
연료전지 차량은 연료공급부에서 공급되는 수소와, 공기공급부에서 공급되는 공기 중 산소가 가습기에 공급되어, 물의 전기분해 역반응인 전기화학반응에 의해 연속적으로 생성되는 전기에너지를 사용하여 구동하게 되는데 매니폴드 블록과 연결된 셀 스택의 경우에 스택 성능 저하에 취약하다는 문제점이 있고, 이는 안전에 치명적인 위험이 될 수 있다.
따라서, 연료전지 차량에 대한 성능 향상과 함께 안전성 향상이 요구되고 있는 실정이며, 이에 본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭하여 본 발명에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록을 제공한다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록의 모식도이고, 도 6은 도 5의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록의 평면 모식도이며, 도 7은 도 6의 B-B선에 따른 단면도이고, 도 8은 도 5의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록의 응축수 유동을 나타내는 모식도이다.
도 5 내지 도 8을 함께 참조하면, 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록(100)에 있어서, 상기 매니폴드 블록(100)으로부터 상기 매니폴드(20)로 진입되는 진입유로곡관부(120)의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어, 상기 기체유동과 함께 상기 응축수를 상기 매니폴드(20)로 가이드하는 유동가이드가 형성되어 있다.
본 발명에 따르면, 응축수가 경사유로곡관부(110)로부터 진입유로곡관부(120)로 진입하되, 상기 유동가이드는 상기 매니폴드 블록의 내부를 향해 볼록 형상의 비드(111, 112)로 형성되어 있으며, 상기 유동가이드는 복수개로 상호 이격되어 평행을 이루고 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 유동가이드는 상기 응축수 공급 방향에 대해 응축수 유동 유로의 외측면 내부에 위치하는 폭방향으로 수직단면이 ㄷ자형 형상인 비드들(111, 112)을 포함하여 구성되어 있다.
본 발명에 따른 비드 형상은 매니폴드 유로 방향으로 응축수 직선성 유도에 유리한 구조가 적용되는데, 하나의 구체적인 예에서 상기 비드들(111, 112)은 상호 이격되어 있되, B-B단면을 참조하면 상기 비드들(111, 112)은 응축수 유동 유로의 내부를 향해 볼록한 구조, 즉 외부에서 본 경우에 응축수 유동 유로의 내부로 오목한 구조로 설치되어 있다. 이는 외부에서 본 경우에 외부로 볼록한 구조 또는 곡선 구조는 직진성 유도에 불리하게 작용하므로 도면에서와 같이 유로 내부로 각진 형상의 돌출 구조가 바람직하다.
구체적으로, 이러한 상기 비드들(111, 112)은 매니폴드 블록(100)의 진입유로곡관부(120)에 위치하여 2개 이상 구비되어 있다. 상기 비드들(111, 112)은 2개 이상이 바람직한데, 1개인 경우보다 응축수를 더 분산시켜 과량의 응축수 유입을 방지하기 위함이다.
이러한 비드들(111, 112)은 2번 절곡된 매니폴드 블록(100) 내부로 회전력을 가지고 내부 일측을 따라 이동하는 응축수에 대해서 매니폴드 방향으로의 유동 직진성 부여 및 벽면으로부터 박리시켜 매니폴드 인접 셀에 대한 과량의 응축수 유입을 방지하게 된다.
도 6 및 도 8을 다시 참조하면, 시간의 흐름에 따라 응축수가 화살표 및 ①, ②, ③, ④, ⑤ 번호 순서와 같이 유동하게 되는데, 초기 응축수는 ①에서와 같이 경사유로곡관부(110)의 가운데로 유입되지만, 유입된 응축수가 매니폴드 블록(100) 내면의 일측을 따라 ②, ③과 같이 흐르다가 ④에서와 같이 진입유로곡관부(120)의 일측 벽면을 타고 흐른 후에 다시 ⑤에서와 같이 상기 비드들(111, 112)에 의해 응축수에 대한 유동 직진성이 부여된 후에 벽면으로부터 박리되어 매니폴드(20) 인접 셀에 대한 셀입구(21)로의 과량의 응축수 유입을 방지하게 된다.
또한, 상기 매니폴드 블록(100)에는 상기 비드들(111, 112)이 장착되는 비드 장착공들이 각각 천공되어 있되, 상기 비드 장착공들은 세장형 형상이며 상호 이격되어 있다.
상기 매니폴드 블록(100)은 1회 이상 절곡되어 있고, 도면에서는 2회 절곡되어 있는 매니폴드 블록(100)이 도시되어 있되 절곡 횟수에 한정되지 않는다. 또한, 상기 비드들은 도면에서는 2개 구비되어 있되 이에 한정되지 않는다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이다.
도 9를 참조하면, 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록(200)에 있어서, 진입유로곡관부(220)에 대해 일정방향으로 꺽인 경사유로곡관부(210)를 통과한 상기 기체유동이 상기 진입유로곡관부(220)를 통해 상기 매니폴드(20)로 전달되데, 상기 경사유로곡관부(210)의 꺽인방향이 상향이면 상기 진입유로곡관부(220)의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어, 상기 기체유동과 함께 상기 응축수를 상기 매니폴드(20)로 가이드하는 유동가이드 단면의 상면이 평편한 구조이다. 이러한 구조에서 상기 유동가이드는 상기 응축수 공급 방향에 대해 응축수 유동 유로의 외측면 내부에 위치하는 폭방향으로 수직단면이 직각삼각형 형상인 비드들(111, 112)을 포함하여 구성되어 있다. 즉, 상기 유동가이드의 단면은 일부 확대도에서와 같이 하면이 경사진 구조이다.
여기서, 상기 매니폴드 블록(200)은 2회 절곡되어 있고, 첫번째 절곡되어 있는 부위는 아래로부터 위로 상향 경사진 구조로 절곡되어 있으며, 두번째 절곡되어 있는 부위는 평면상 직각으로 절곡되어 있으며 비드들(111, 112)이 진입유로곡관부(220)에 구비되어 있다.
또한, 상기 비드들(111, 112)은 상향 응축수 유입 방향에 대해 셀을 기준으로 상면이 수직인 상태로 구비되어 있다. 이는 응축수를 분산시켜 과량의 응축수 유입을 방지하기 위함이다.
상기 매니폴드 블록(200)이 2회 절곡되어 있고, 상기 비드들(111, 112)의 폭방향으로 수직단면이 직각삼각형 형상을 제외하고 동일한 구조의 중복되는 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이다.
도 10을 참조하면, 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록(300)에 있어서, 상기 매니폴드 블록은 진입유로곡관부(320)에 대해 일정방향으로 꺽인 경사유로곡관부(310)를통과한 상기 기체유동이 상기 진입유로곡관부(320)를 통해 상기 매니폴드(20)로 전달되데, 상기 진입유로곡관부(320)의 꺽인방향이 하향이면 상기 진입유로곡관부(320)의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어, 상기 기체유동과 함께 상기 응축수를 상기 매니폴드로 가이드하는 유동가이드 단면의 하면이 평편한 구조이다. 이러한 구조에서 상기 유동가이드는 상기 응축수 공급 방향에 대해 응축수 유동 유로의 외측면 내부에 위치하는 폭방향으로 수직단면이 직각삼각형 형상인 비드들(111, 112)을 포함하여 구성되어 있다. 즉, 상기 유동가이드의 단면은 일부 확대도에서와 같이 상면이 경사진 구조이다.
여기서, 상기 매니폴드 블록(300)은 2회절곡되어 있고, 첫번째 절곡되어 있는 부위는 위로부터 아래로 하향 경사진 구조로 절곡되어 있으며, 두번째 절곡되어 있는 부위는 직각으로 절곡되어 있으며 비드들(111, 112)이 진입유로곡관부(320)에 구비되어 있다.
또한, 상기 비드들(111, 112)은 하향 응축수 유입 방향에 대해 셀을 기준으로 하면이 수직인 상태로 구비되어 있다. 이는 응축수를 분산시켜 과량의 응축수 유입을 방지하기 위함이다.
상기 매니폴드 블록(300)이 2회 절곡되어 있고, 상기 비드들(111, 112)의 폭방향으로 수직단면이 직각삼각형 형상을 제외하고 동일한 구조의 중복되는 설명은 생략한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이다.
도 11을 참조하면, 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록(400)에 있어서, 상기 매니폴드 블록(400)은 진입유로곡관부(420)에 대해 일정방향으로 꺽인 경사유로곡관부(410)를 통과한 상기 기체유동이 상기 진입유로곡관부(420)를 통해 상기 매니폴드(20)로 전달되데, 상기 진입유로곡관부(420)의 꺽인방향이 하향이면 상기 진입유로곡관부(420)의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어 있다. 상기 유동가이드는 상기 응축수 공급 방향에 대해 응축수 유동 유로의 외측면 내부에 위치하는 폭방향으로 수직단면이 ㄷ자형 형상인 비드들(111, 112)을 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 상기 매니폴드 블록(400)은 2회 절곡되어 있고, 첫번째 절곡되어 있는 부위는 아래로부터 위로 상향 경사진 구조로 절곡되어 있으며, 두번째 절곡되어 있는 부위는 직각으로 절곡되어 있고 비드들(111, 112)이 진입유로곡관부(420)에 구비되어 있다.
또한, 상기 비드들(111, 112)은 상호 이격되어 응축수 유입 방향에 대응하여 하향 경사져 있는 구조, 즉 유동가이드는 비드들(111, 112)을 포함하며 경사유로곡관부(410)의 꺽인방향과 동일한 각도로 상기 진입유로곡관부(420)를 따라 형성되어 있다. 여기서, 상기 비드들(111, 112)은 응축수 유동 유로의 내부를 향해 볼록한 구조, 즉, 외부에서 본 경우에 응축수 유동 유로의 내부로 오목한 구조로 설치되어 있다
이러한, 상기 비드들(111, 112)을 포함하는 유동가이드의 높이는 P2/S3 에 비례하는 차압감소에 의해 결정된다. 여기서, P는 단면 둘레길이 이고, S는 단면적을 나타낸다.
상기 비드들(111, 112)의 응축수 유입 방향에 대응하여 경사져 있는 구조를 제외하고 동일한 구조의 중복되는 설명은 생략한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록을 나타내는 모식도이다.
도 12를 참조하면, 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록(500)에 있어서, 상기 매니폴드 블록(500)은 진입유로곡관부(520)에 대해 일정방향으로 꺽인 경사유로곡관부(510)를 통과한 상기 기체유동이 상기 진입유로곡관부(520)를 통해 상기 매니폴드(20)로 전달되데, 상기 경사유로곡관부(510)의 꺽인방향이 하향이면 상기 진입유로곡관부(520)의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어 있다. 상기 유동가이드는 상기 응축수 공급 방향에 대해 응축수 유동 유로의 외측면 내부에 위치하는 폭방향으로 수직단면이 ㄷ자형 형상인 비드들(111, 112)을 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 상기 매니폴드 블록(500)은 2회 절곡되어 있고, 첫번째 절곡되어 있는 부위는 위로부터 아래로 하향 경사진 구조로 절곡되어 있으며, 두번째 절곡되어 있는 부위는 직각으로 절곡되어 있고 비드들(111, 112)이 진입유로곡관부(520)에 구비되어 있다.
또한, 상기 비드들(111, 112)은 상호 이격되어 응축수 유입 방향에 대응하여 상향 경사져 있는 구조, 즉 유동가이드는 비드들(111, 112)을 포함하며 경사유로곡관부(510)의 꺽인방향과 동일한 각도로 상기 진입유로곡관부(520)를 따라 형성되어 있다. 여기서, 상기 비드들(111, 112)은 응축수 유동 유로의 내부를 향해 볼록한 구조, 즉, 외부에서 본 경우에 응축수 유동 유로의 내부로 오목한 구조로 설치되어 있다
이러한, 상기 비드들(111, 112)을 포함하는 유동가이드의 높이는 앞서 설명한 바와 같이 P2/S3 에 비례하는 차압감소에 의해 결정된다.
상기 비드들(111, 112)의 응축수 유입 방향에 대응하여 경사져 있는 구조를 제외하고 동일한 구조의 중복되는 설명은 생략한다.
따라서, 본 발명에 따른 응축수 유동 가이드 구조를 가지는 매니폴드 블록은 응축수가 셀에 공급될 때에 셀 입구와 대향하는 일측으로 과량의 응축수가 유입되어 발생되는 스택 성능 저하 현상을 방지하여 성능 향상 및 안전성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 또한 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어가 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.
100, 200, 300, 400, 500: 매니폴드 블록
20: 매니폴드 21: 셀 입구
30: 응축수 111, 112: 비드들
110, 210, 310, 410, 510: 경사유로곡관부
120, 220, 320, 420, 520: 진입유로곡관부

Claims (14)

  1. 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록에 있어서,
    상기 매니폴드 블록으로부터 상기 매니폴드로 진입되는 진입유로곡관부의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어, 상기 기체유동과 함께 상기 응축수를 상기 매니폴드로 가이드하는 유동가이드가 형성된 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유동가이드는 상기 매니폴드 블록의 내부를 향해 볼록 형상의 비드로 형성된 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유동가이드는 단면이 다각형인 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유동가이드는 복수개로 상호 이격되어 평행을 이루는 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유동가이드의 시작점 위치에서의 상기 매니폴드 블록의 단면을 기준으로, 상기 기체유동의 방향이 상향이면 상기 유동가이드의 단면은 상면이 평편한 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유동가이드의 단면은 하면이 경사진 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유동가이드의 시작점 위치에서의 상기 매니폴드 블록의 단면을 기준으로, 상기 기체유동의 방향이 하향이면 상기 유동가이드의 단면은 하면이 평편한 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유동가이드의 단면은 상면이 경사진 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  9. 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록에 있어서,
    상기 매니폴드 블록은
    진입유로곡관부에 대해 일정방향으로 꺽인 경사유로곡관부를 통과한 상기 기체유동이 상기 진입유로곡관부를 통해 상기 매니폴드로 전달되데,
    상기 경사유로곡관부의 꺽인방향이 상향이면 상기 진입유로곡관부의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어, 상기 기체유동과 함께 상기 응축수를 상기 매니폴드로 가이드하는 유동가이드 단면의 상면이 평편한 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유동가이드의 단면은 하면이 경사진 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  11. 연료전지 발전 후 발생된 응축수 중 일부를 기체유동과 함께 매니폴드로 전달하는 매니폴드 블록에 있어서,
    상기 매니폴드 블록은
    진입유로곡관부에 대해 일정방향으로 꺽인 경사유로곡관부를 통과한 상기 기체유동이 상기 진입유로곡관부를 통해 상기 매니폴드로 전달되데,
    상기 경사유로곡관부의 꺽인방향이 하향이면 상기 진입유로곡관부의 바깥쪽 벽면을 따라 형성되어, 상기 기체유동과 함께 상기 응축수를 상기 매니폴드로 가이드하는 유동가이드 단면의 하면이 평편한 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유동가이드의 단면은 상면이 경사진 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동가이드는 상기 경사유로곡관부의 꺽인방향과 동일한 각도로 상기 진입유로곡관부를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동가이드의 높이는 P2/S3 에 비례하는 차압감소에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 유동가이드가 적용된 매니폴드 블록.
    여기서 P는 단면둘레길이이며, S는 단면적임.
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