KR20040014915A - 연료 전지 조립체 및 그의 열관리 방법 - Google Patents

연료 전지 조립체 및 그의 열관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 연료 전지 조립체(100)에 있어서, 연료 유동 및 산화제 유동으로부터의 전력 발생에 적당한 제 1 연료 전지 유닛(110)과, 제 1 연료 전지 유닛(110)과 열교환 유체 유동 사이의 열전달에 적당한 유체 열교환기(120)를 포함하는 연료 전지 조립체를 제공한다.

Description

연료 전지 조립체 및 그의 열관리 방법{METHOD AND APPARATUS FOR FUEL CELL THERMAL MANAGEMENT}
본 발명은 일반적으로 연료 전지의 열 관리분야에 관한 것으로, 특히 연료전지 적층체(fuel cell stack)의 열 관리를 위한 유체 열교환기의 사용에 관한 것이다.
광범위한 적용예에서, 예컨대 고체 산화물 연료 전지 적층체와 같은 연료 전지 적층체는 발전에 있어서의 높은 효율 및 낮은 오염의 가능성이 입증되었다. 연료 전지 적층체 설계는 연료 전지 유닛의 다단화와, 적층체내 연료의 개질을 고려하는 것이 바람직하다. 그러나, 특히 제 1 연료 전지 유닛과 제 2 연료 전지 유닛 사이의 유체의 인터쿨링에 대해서, 열 관리의 문제가 지속된다. 따라서, 연료 전지 적층체의 향상된 열 관리를 위한 개선의 여지가 존재한다.
전술한 개선의 여지는 본 발명의 일 실시예에서, 연료 유동 및 산화제 유동으로부터의 전력 발생에 적당한 제 1 연료 전지 유닛과, 연료 전지 유닛과 열교환 유체 유동 사이의 열전달에 적당한 유체 열교환기를 포함하는 연료 전지 조립체에 의해 주로 다뤄진다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 특징부, 측면 및 장점은 도면에 걸쳐 동일 부호가 동일 부분을 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 이해할 때 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 연료 전지 유닛의 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 조립체의 사시도,
도 3은 본 발명의 보다 상세한 실시예에 따른 연료 전지 조립체의 사시도,
도 4는 연료 전지 적층체의 사시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 연료 전지 조립체110 : 제 1 연료 전지 유닛
120 : 유체 열교환기130 : 제 2 연료 전지 유닛
140 : 상호연결 유닛150 : 연료 전지 적층체
도 1은 연료 유동 및 산화제 유동을 나타내는 연료 전지 유닛의 사시도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2는 제 1 연료 전지 유닛(110)과 유체 열교환기(120)를 포함하는 연료 전지 조립체(100)의 사시도를 나타낸다. 작동시에, 제 1 연료 전지 유닛(110)은 연료 유동 및 산화제 유동으로부터 전력을 발생한다. 유체 열교환기(120)는 연료 전지 유닛(110)과 열교환 유체 유동 사이에 열을 전달시킨다.
본 발명의 보다 상세한 다른 실시예에 따르면, 도 3은 제 2 연료 전지 유닛(130) 및 상호연결 유닛(140)을 더 포함하는 연료 전지 조립체(100)를 나타낸다. 상호연결 유닛(140)은 제 1 연료 전지 유닛(110)을 제 2 연료 전지 유닛(130)에 전기적 및 유체적으로 결합시킨다. 특정 실시예에 따르면, 유체 연교환기(120)는 상호연결 유닛(140)의 내측에 배치된다.
제 1 연료 전지 유닛(100) 및 제 2 연료 전지 유닛(130)은 연료 전지를 사용하여 지시된 작업을 수행할 수 있는 모든 장치 또는 시스템을 포함한다. 연료 전지의 예는 고체 산화물 연료 전지, 양성자 교환 멤브레인 연료 전지, 용융 탄산염 연료 전지, 인산 연료 전지, 알카라인 연료 전지, 직류 메탄올 연료 전지, 재생 연료 전지, 아연 공기 연료 전지 및 양성자 세라믹 연료 전지를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 연료 전지 유닛(110) 및 제 2 연료 전지 유닛(130)은 적어도 하나의 평면 연료 전지를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 제 1 연료 전지 유닛(110) 및 제 2 연료 전지 유닛(130)은 적어도 하나의관형 연료 전지를 포함한다.
도 4는 예시적인 연료 전지 적층체(150)의 사시도를 나타낸다. 유체 열교환기(120)는 제 1 연료 전지 유닛(110)으로부터 열을 전달할 수 있는 모든 열교환 유체를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 열교환 유체 및 산화제는 동일 공급원으로부터 공급된다. 변형 실시예에서, 열교환 유체 유동 및 산화제 유동은 별도의 공급원으로부터 공급된다. 열교환 유체의 예는 공기, 증기, 산소, 수소, 물, 헬륨, 개질 연료, 비개질 연료, 및 이들의 조합물을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 제 1 연료 전지 유닛(110) 및 열교환 유체로부터의 열전달은 소정 범위 또는 한계내에서 연료 전지 적층체(150)의 열 구배를 유리하게 유지한다. 열교환 유체가 비개질 연료인 실시예에서, 열전달은 전력 발생에서 그 다음 사용을 위한 연료를 개질하도록 추가적으로 기능한다.
다른 실시예에서, 제 1 연료 전지 유닛(110) 및 제 2 연료 전지 유닛(130)은 산화제 유동에 평행한 연료 유동을 갖는다. 변형예에서, 연료 유동은 산화제 유동과 역평행(antiparallel)하다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 또 다른 변형 실시예에서, 연료 유동은 산화제 유동과 직교한다. 도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 열교환 유체 유동은 연료 유동 및 산화제 유동에 직교한다.
본 발명의 단지 특정 특징부가 본원에 도시 및 설명되었지만, 많은 변형 및 변화가 당업자에게 이루어질 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상내에 있는 모든 변형 및 변화를 포함하고자 한다는 것이 이해될 것이다.
본 발명에 따르면, 연료 유동 및 산화제 유동으로부터의 전력 발생에 적당한 제 1 연료 전지 유닛과, 연료 전지 유닛과 열교환 유체 유동 사이의 열전달에 적당한 유체 열교환기를 포함하는 연료 전지 조립체를 제공함으로써, 연료 전지 적층체의 열관리를 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 연료 전지 조립체(100)에 있어서,
    연료 유동 및 산화제 유동으로부터의 전력 발생에 적당한 제 1 연료 전지 유닛(110)과,
    상기 제 1 연료 전지 유닛(110)과 열교환 유체 유동 사이의 열전달에 적당한 유체 열교환기(120)를 포함하는
    연료 전지 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환 유체 유동은 상기 연료 유동 및 상기 산화제 유동에 직교하는
    연료 전지 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 2 연료 전지 유닛(130)과,
    상기 제 1 연료 전지 유닛(110)을 상기 제 2 연료 전지 유닛(130)에 전기적 및 유체적으로 결합시키기에 적당한 상호연결 유닛(140)을 더 포함하는
    연료 전지 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유체 열교환기(120)는 상기 상호연결 유닛(140)의 내부에 배치되는
    연료 전지 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환 유체 유동 및 상기 산화제 유동은 별도 공급원으로부터 공급되는
    연료 전지 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환 유체 유동은 공기, 증기, 산소, 수소, 헬륨, 물, 개질 연료, 비개질 연료 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 열교환 유체를 포함하는
    연료 전지 조립체.
  7. 연료 전지 조립체(100)에 있어서,
    연료 유동 및 산화제 유동으로부터의 전력 발생에 적당한 제 1 연료 전지 유닛(110)과,
    상기 제 1 연료 전지 유닛(110)과 열교환 유체 유동 사이의 열전달에 적당한 유체 열교환기(120)로서, 상기 열교환 유체 유동은 상기 연료 유동 및 상기 산화제 유동에 직교하는, 상기 유체 열교환기(120)와,
    제 2 연료 전지 유닛(130)과,
    상기 제 1 연료 전지 유닛(110)을 상기 제 2 연료 전지 유닛(130)에 전기적 및 유체적으로 결합시키기에 적당한 상호연결 유닛(140)을 포함하는
    연료 전지 조립체.
  8. 연료 전지의 열관리 방법에 있어서,
    제 1 연료 전지 유닛(110)을 사용하여 연료 유동 및 산화제 유동으로부터의 전력을 발생하는 단계와,
    유체 열교환기(120)를 사용하여 제 1 연료 전지 유닛(110)과 열교환 유체 유동 사이에 열을 전달하는 단계를 포함하는
    연료 전지의 열관리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제 2 연료 전지 유닛(130)을 사용하여 상기 연료 유동 및 상기 산화제 유동으로부터 전력을 발생하는 단계와,
    상호연결 유닛(140)을 사용하여 상기 제 1 연료 전지 유닛(110)을 상기 제 2 연료 전지 유닛(130)에 전기적 및 유체적으로 결합시키는 단계를 더 포함하는
    연료 전지의 열관리 방법.
  10. 연료 전지의 열관리 방법에 있어서,
    제 1 연료 전지 유닛(110)을 사용하여 연료 유동 및 산화제 유동으로부터의 전력을 발생하는 단계와,
    유체 열교환기(120)를 사용하여 상기 제 1 연료 전지 유닛(110)과 열교환 유체 유동 사이에 열을 전달하는 단계로서, 상기 열교환 유체 유동은 상기 연료 유동 및 상기 산화제 유동에 직교하는, 상기 열전달 단계와,
    제 2 연료 전지 유닛(130)을 사용하여 상기 연료 유동 및 상기 산화제 유동으로부터 전력을 발생하는 단계와,
    상호연결 유닛(140)을 사용하여 상기 제 1 연료 전지 유닛(110)을 상기 제 2 연료 전지 유닛(130)에 전기적 및 유체적으로 결합시키는 단계를 포함하는
    연료 전지의 열관리 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100778479B1 (ko) 2006-05-25 2007-11-28 엘지전자 주식회사 연료전지시스템
EP2291878A2 (en) 2008-05-30 2011-03-09 Corning Incorporated Solid oxide fuel cell systems
US20110070507A1 (en) * 2008-05-30 2011-03-24 Longting He Solid Oxide Fuel Cell Systems with Heat Exchanges
FR2975834B1 (fr) * 2011-05-26 2013-07-05 Commissariat Energie Atomique Pile a combustible a gestion thermique amelioree

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3964929A (en) * 1975-07-21 1976-06-22 United Technologies Corporation Fuel cell cooling system with shunt current protection
US4444851A (en) * 1982-06-28 1984-04-24 Energy Research Corporation Fuel cell stack
DE3466913D1 (en) * 1983-06-02 1987-11-26 Engelhard Corp Cooling assembly for fuel cells
JP3258378B2 (ja) * 1992-07-02 2002-02-18 三菱重工業株式会社 燃料電池
US5773160A (en) * 1994-06-24 1998-06-30 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical fuel cell stack with concurrent flow of coolant and oxidant streams and countercurrent flow of fuel and oxidant streams
CA2222032C (en) * 1995-05-25 2002-03-19 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell and method of controlling same
JPH097624A (ja) * 1995-06-19 1997-01-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質型燃料電池
US6261710B1 (en) * 1998-11-25 2001-07-17 Institute Of Gas Technology Sheet metal bipolar plate design for polymer electrolyte membrane fuel cells
US6322915B1 (en) * 1999-07-20 2001-11-27 International Fuel Cells Llc Humidification system for a fuel cell power plant
US6803136B2 (en) * 2000-04-10 2004-10-12 Hybrid Power Generation Systems, Llc Stacking and manifolding of unitized solid oxide fuel cells
US6723459B2 (en) * 2000-07-12 2004-04-20 Sulzer Hexis Ag Plant with high temperature fuel cells
US6551734B1 (en) * 2000-10-27 2003-04-22 Delphi Technologies, Inc. Solid oxide fuel cell having a monolithic heat exchanger and method for managing thermal energy flow of the fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
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