KR20060020015A - 연료 전지 시스템 및 그 스택 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도하나의 전기 발생부; 수소를 함유한 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급원; 산소를 상기 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원; 및 히트 캐리어를 상기 전기 발생부로 공급하는 히트 캐리어 공급원을 포함하며, 상기 전기 발생부는 막-전극 어셈블리(MEA)의 양면에 세퍼레이터를 배치하여 구성되고, 상기 캐리어 공급부로부터 공급되는 히트 캐리어를 통과시키는 쿨링 통로를 형성하며, 상기 쿨링 통로는 다수의 메인 통로와, 상기 메인 통로로부터 분기되어 이 메인 통로들을 서로 연통시키는 분기 통로를 구비한다.
연료전지, 스택, 전기발생부, 세퍼레이터, 열, 냉각, 쿨링, 히트캐리어, 쿨링통로, 메인통로, 분기통로, 격자, 접촉면적

Description

연료 전지 시스템 및 그 스택 {FUEL CELL SYSTEM AND STACK OF THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스택의 제1 실시예를 분해 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 스택의 제2 실시예를 분해 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시한 쿨링 통로 부위를 나타내 보인 평면 구성도이다.
본 발명은 연료 전지 시스템 및 그 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스택의 냉각 구조를 개선한 연료 전지 시스템 및 그 스택에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지(fuel cell)는 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 연료로 하여 일어나는 전기 화학 반응에 의하여 화학에너지를 직접 전기에너지로 변화시키는 발전 시스템이다.
근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 PEMFC라 한다)는, 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하고 작동 온도가 낮을 뿐더러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지고 있다.
상기와 같은 PEMFC가 기본적으로 시스템의 구성을 갖추기 위해서는, 스택(stack)이라 불리는 연료 전지 본체(이하, 편의상 스택이라 칭한다.), 연료 탱크 및 이 연료 탱크로부터 상기 스택으로 연료를 공급하기 위한 연료 펌프 등이 필요하다. 그리고 연료 탱크에 저장된 연료를 스택으로 공급하는 과정에서 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급하는 개질기(reformer)가 더욱 필요하다. 따라서, PEMFC는 연료 펌프의 펌핑력에 의해 연료 탱크에 저장된 연료를 개질기로 공급하고, 개질기가 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키며, 스택이 수소 가스와 산소를 전기 화학적으로 반응하여 전기에너지를 생산해 내게 된다.
상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly : MEA, 이하 MEA라 한다)와 세퍼레이터(Bipolar Plate)로 이루어진 단위의 셀이 수 개 내지 수십 개로 적층된 구조로 이루어진다. 여기서 MEA는 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 부착된 구조를 가진다. 그리고 세퍼레이터는 수소 가스와 공기를 MEA로 공급하는 역할과, 각 MEA의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행한다. 따라서, 세퍼레이터에 의해 애노드 전극에는 수소 가스가 공급되는 반면, 캐소드 전극에는 공기가 공급된다. 이 과정에서 애노드 전 극에서는 수소 가스의 산화 반응이 일어나고, 캐소드 전극에서는 산소의 환원반응이 일어나며 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 열 그리고 물을 함께 얻을 수 있다.
이러한 연료 전지 시스템은 스택을 적정한 구동 온도로 유지하여야 전해질막의 안정성을 보장하고 성능 저하를 방지하게 된다. 이를 위해 스택은 내부에 쿨링 통로를 구비하고, 이 쿨링 통로를 통하여 저온의 히트 캐리어 예컨대, 공기 또는 냉각수를 흘려 스택 내부에서 발생되는 열을 냉각시킨다.
그런데, 종래의 연료 전지 시스템의 냉각 구조에 따르면, 쿨링 통로의 단위 면적당 히트 캐리어의 접촉 면적이 한정되므로, 쿨링 통로에 대한 히트 캐리어의 열전달에 한계를 가지게 되어 전체적으로 냉각 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 스택의 냉각 효율을 향상시키도록 쿨링 통로의 구조를 개선한 연료 전지 시스템 및 그 스택을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도하나의 전기 발생부; 수소를 함유한 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급원; 산소를 상기 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원; 및 히트 캐리어를 상기 전기 발생부로 공급하는 히트 캐리어 공급원을 포함하며,
상기 전기 발생부는 막-전극 어셈블리(MEA)의 양면에 세퍼레이터를 배치하여 구성되고, 상기 캐리어 공급원으로부터 공급되는 히트 캐리어를 통과시키는 쿨링 통로를 형성하며,
상기 쿨링 통로는 다수의 메인 통로와, 상기 메인 통로로부터 분기되어 이 메인 통로들을 서로 연통시키는 분기 통로를 구비한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 쿨링 통로는 상기 메인 통로를 상호 평행하게 형성하고, 상기 분기 통로를 상기 메인 통로에 대하여 수직 교차하는 방향으로 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 쿨링 통로는 상기 메인 통로의 한 쪽 단부를 통해 상기 히트 캐리어를 주입하고, 다른 쪽 단부를 통해 상기 히트 캐리어를 배출시키는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 쿨링 통로는 상기 세퍼레이터에 형성될 수 있다. 이 경우 상기 쿨링 통로는 상기 세퍼레이터의 일면에 일부 형성되고, 이에 대향 밀착 배치되는 상기 세퍼레이터의 일면에 일부 형성되어 하나의 통로를 완성할 수 있다. 이 때 상기 쿨링 통로는 상기 세퍼레이터의 MEA 반대측에 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 서로 이웃하는 상기 전기 발생부 사이에 개재되는 쿨링 플레이트를 포함하고, 상기 쿨링 플레이트에 상기 쿨링 통로를 형성할 수도 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급원은 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 상기 전기 발생부로 공급하는 개질기를 포함할 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 전기 발생부를 복수로 구비하고, 이들 전기 발생부의 적층에 의한 스택을 형성할 수 있다.
아울러 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하며,
상기 전기 발생부는, 막-전극 어셈블리(MEA)와, 이 막-전극 어셈블리의 양면에 각각 배치되는 세퍼레이터에 의한 밀착 구조로 이루어지고, 히트 캐리어를 통과시키는 쿨링 통로를 형성하며,
상기 쿨링 통로는 다수의 메인 통로와, 상기 메인 통로로부터 분기되어 이 메인 통로들을 서로 연통시키는 분기 통로를 구비한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 쿨링 통로는 상기 메인 통로를 상호 평행하게 형성하고, 상기 분기 통로를 상기 메인 통로에 대하여 수직 교차하는 방향으로 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 쿨링 통로는 상기 메인 통로의 한 쪽 단부를 통해 상기 히트 캐리어를 주입하고, 다른 쪽 단부를 통해 상기 히트 캐리어를 배출시키는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 쿨링 통로 는 상기 세퍼레이터에 형성될 수 있다. 이 경우 상기 쿨링 통로는 상기 세퍼레이터의 일면에 일부 형성되고, 이에 대향 밀착 배치되는 상기 세퍼레이터의 일면에 일부 형성되어 하나의 통로를 완성할 수 있다. 이 때 상기 쿨링 통로는 상기 세퍼레이터의 MEA 반대측에 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택은, 서로 이웃하는 상기 전기 발생부 사이에 개재되는 쿨링 플레이트를 포함하고, 상기 쿨링 플레이트에 상기 쿨링 통로를 형성할 수도 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도면을 참고하면, 본 시스템(100)은 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 발생시키기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스등을 포함한다.
그러나 이하에서 설명하는 연료는 편의상 액상으로 이루어진 연료라 정의한 다.
그리고 본 시스템(100)은 상기 연료에 함유된 수소와 반응하는 산소로서 별도의 저장유니트에 저장된 순수한 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자의 예를 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 스택(16)과, 전술한 바 있는 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 스택(16)으로 공급하는 연료 공급원(10)과, 공기를 스택(16)으로 공급하는 산소 공급원(12)을 포함한다.
스택(16)은 연료 공급원(10)과 산소 공급원(12)에 연결 설치되어 이 연료 공급원(10)으로부터 상기 수소 가스를 공급받고, 산소 공급원(12)으로부터 공기를 공급받아 상기 수소 가스와 공기 중의 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지로 구성된다.
연료 공급원(10)은 전술한 바 있는 협의의 연료를 저장하는 연료 탱크(22)와, 이 연료 탱크(22)에 연결 설치되어 소정의 펌핑력으로 상기한 연료를 배출시키는 연료 펌프(24)와, 연료 탱크(22)로부터 연료를 공급받아 이 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 상기 수소 가스를 스택(16)으로 공급하는 개질기(18)를 포함한다.
그리고 산소 공급원(12)은 소정 펌핑력으로 공기를 흡입하여 이 공기를 스택(16)으로 공급하는 공기 펌프(26)를 포함하고 있다.
상기 연료 공급원(10)에 있어 개질기(18)는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스에 함유된 일 산화탄소의 농도를 저감시키는 통상적인 개질기 구조를 갖는다. 부연 설명하면, 상기 개질기(18)는 일 례로서, 수증기 개질, 부분 산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시킨다. 그리고 상기 개질기(18)는 일 례로서, 수성가스 전환 방법, 선택적 산화 방법 등과 같은 촉매 반응 또는 분리막을 이용한 수소의 정제 등과 같은 방법으로 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.
대안으로서, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 상기 협의의 연료를 직접 스택(16)으로 공급하여 전기를 생산해 낼 수 있는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식을 채용할 수도 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 방식의 연료 전지는 위와 같은 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 도 1에 도시한 개질기(18)가 배제된 구조를 갖는다. 그러나, 이하에서는 고분자 전해질형 연료 전지 방식을 채용한 연료 전지 시스템(100)을 예로 들어 설명할 뿐, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(100)의 작용시 개질기(18)를 통해 발생되는 수소 가스와 공기 펌프(26)에 의해 흡입되는 공기를 스택(16)으로 공급하게 되면, 상기 스택(16)에서는 수소 가스와 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시킨다.
본 발명에 있어 상기한 스택(16)을 구성하는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 스택의 제1 및 제2 실시예를 각각 분해 도시 한 사시도이다.
이 도면을 참조하여 스택(16)을 설명하면, 본 시스템(100)에 적용되는 스택(16)은 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode assembly: MEA)(이하, 'MEA'라고 한다.)(32)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(Separator)(당업계에서는 '바이폴라 플레이트'라고도 한다.)(34)를 배치하여 전기를 발생시키는 최소 단위의 전기 발생부(30)를 포함하여 이루어진다. 따라서 위와 같은 전기 발생부(30)를 복수로 구비하고 이들을 연속적으로 적층 배치함으로써 본 실시예에 의한 적층 구조의 스택(16)을 형성할 수 있다.
상기 MEA(32)는 일면에 애노드 전극이 위치하고 다른 일면에 캐소드 전극(도시하지 않음)이 위치하며, 상기 두 전극 사이에 전해질막(도시하지 않음)을 구비하는 구조로 이루어져 있다. 여기서 상기 애노드 전극은 세퍼레이터(34)를 통해 공급되는 수소 가스를 산화 반응시켜 수소를 수소 이온(프로톤)과 전자로 변환시키는 기능을 하게 된다. 캐소드 전극은 세퍼레이터(34)를 통해 공급되는 공기 중의 산소와 상기 애노드 전극으로부터 이동된 수소 이온 및 전자를 환원 반응시켜, 소정 온도의 열과 수분을 발생시키는 기능을 하게 된다. 그리고 전해질막은 두께가 50∼200㎛인 고체 폴리머 전해질로 형성되어, 애노드 전극에서 생성된 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키는 이온 교환의 기능을 하게 된다.
그리고 세퍼레이터(34)는 MEA(32)를 사이에 두고 서로 밀착 배치되어, 개질기(18)로부터 공급되는 수소 가스와 공기 펌프(26)에 의해 공급되는 공기를 MEA(32) 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 공급하는 기능과, 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능을 하게 된다.
상기와 같이 구성된 연료 전지 시스템(100)의 작용시 상기 전기 발생부(30)에서는 전술한 바 있는 환원 반응에 의해 열이 발생하게 된다. 이 열은 MEA(32)를 건조시켜 스택(16)의 성능을 저하시키는 요인으로 작용한다.
이에 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)은 히트 캐리어를 스택(16) 내부로 순환시켜 전기 발생부(30)에서 발생하는 열을 냉각시키는 구조로 이루어진다.
이를 위하여, 본 시스템(100)은 상기 히트 캐리어를 스택(16) 내부로 공급하는 히트 캐리어 공급원(14)과, 히트 캐리어 공급원(28)으로부터 공급되는 히트 캐리어를 상기 전기 발생부(30)로 흘려 줄 수 있도록 상기 전기 발생부(30)에 형성되는 쿨링 통로(36)를 구비한다.
상기 히트 캐리어 공급원(14)은 소정의 펌핑력으로 히트 캐리어를 흡입하여 압송하는 통상적인 펌프(28)를 포함하며, 이 펌프(26)는 상기 쿨링 통로(36)와 실질적으로 연결 설치되어 스택(16) 내부의 전기 발생부(30)로 히트 캐리어를 공급할 수 있다. 본 발명에서 상기 히트 캐리어는 액체 상태의 냉각수일 수도 있으나 기체 상태인 것이 보다 더 바람직하다. 따라서 자연 상태에서 쉽게 취할 수 있고 구동 중 스택(16) 내부의 온도 보다 낮은 공기가 히트 캐리어로 사용될 수 있다.
상기한 쿨링 통로(36)는 스택(16)내의 전기 발생부(30)에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해 히트 캐리어를 전기 발생부(30)로 흘려 주기 위한 유로로서, 스택(16) 내의 다양한 위치에 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
도 2는 세퍼레이터(34)에 쿨링 통로(36)를 형성하고, 도 3은 쿨링 플레이트(38)에 쿨링 통로(36)를 형성한 것을 예시하고 있다.
도 2의 쿨링 통로(36)는 서로 이웃하는 전기 발생부(30)에 있어 어느 한 세퍼레이터(34)의 일면에 채널(36a)을 형성하고, 이에 대향 밀착 배치되는 다른 세퍼레이터(34)의 일면에 채널(36a)을 형성하고 있다. 따라서 상기 채널(36a)은 세퍼레이터(34)의 일면이 서로 밀착되면서 본 실시예에 의한 쿨링 통로(36)를 형성할 수 있다. 이렇게 형성되는 쿨링 통로(36)는 세퍼레이터(34)의 MEA(32) 반대측에 형성되어, MEA(32)의 전 영역, 즉 활성 영역(32a)과 비활성 영역(32b)에 걸쳐 냉각 작용하므로 우수한 냉각 성능을 가진다.
도 3의 쿨링 통로(36)는 서로 이웃하는 전기 발생부(30)들 사이에 각각 배치되는 쿨링 플레이트(38)에 형성될 수 있다. 즉 도 3의 스택(16)은 도 2의 스택(16)에 비하여 쿨링 플레이트(38)를 더 구비하고 있다. 이 쿨링 플레이트(38)는 서로 이웃하는 전기 발생부(30)의 세퍼레이터(34) 사이에 배치되어 이 세퍼레이터(34)로 전달되는 열을 방출시키는 방열판의 기능을 하게 된다. 즉, 쿨링 플레이트(38)는 MEA(32)의 전 영역에 걸쳐 냉각 작용하므로 우수한 냉각 성능을 가지게 한다. 이 때 상기 쿨링 플레이트(38)는 열전도성을 갖는 알루미늄, 구리, 철 소재 등으로 형성될 수 있다.
그리고 상기 쿨링 통로(36)는 쿨링 플레이트(38)의 평면에 대해 서로 대응되는 어느 한 쪽 가장자리 변에서 다른 한 쪽 가장자리 변으로 관통 형성된다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시한 쿨링 통로를 나타내 보인 평면 구성도이다.
본 실시예에 따르면, 상기와 같이 구성되는 쿨링 통로(36)는 도면에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(34) 및 쿨링 플레이트(38)의 수직 방향으로 형성되는 다수의 메인 통로(37)와, 상기 메인 통로(37)로부터 분기되어 이 메인 통로(37)들을 서로 연통시키는 분기 통로(39)를 구비하고 있다.
메인 통로(37)는 세퍼레이터(34) 및 쿨링 플레이트(38)의 수직 방향으로 상호 평행하게 배치되고, 한 쪽 단부를 통해 히트 캐리어 공급원(14)으로부터 공급되는 히트 캐리어를 주입하고, 다른 쪽 단부를 통해 상기 히트 캐리어를 배출시키는 구조로 이루어진다.
그리고 분기 통로(39)는 각각의 메인 통로(37)에 대하여 수직 교차하는 방향으로 형성되고, 그 양단이 메인 통로(37)와 서로 연통하도록 형성된다. 즉, 본 실시예에 의한 쿨링 통로(36)는 상기 메인 통로(37)와 분기 통로(39)를 격자 형태로 배치하고, 이들을 서로 연통시킨 구조로 이루어진다.
대안으로서 본 실시예에 의한 쿨링 통로(36)는 위와 같이 메인 통로(37)가 수직 방향으로 상호 평행하게 배치되고, 분기 통로(39)가 수평 방향으로 상호 평행하게 배치되는 것에 한정되지 않고, 이와 반대로 메인 통로(37)가 수평 방향으로 상호 평행하게 배치되고, 분기 통로(39)가 수직 방향으로 상호 평행하게 배치되도록 구성할 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)의 작용시 스택(16)을 통해 전기를 발생시키는 도중, 수소 이온 및 전자와 산소의 환원 반응에 의해 전기 발생부(30)에서는 열이 발생하게 된다. 그러면 상기한 열은 세퍼레이터 (34)로 전달되거나 이 세퍼레이터(34)로부터 쿨링 플레이트(38)로 전달되게 된다.
이러한 경우 히트 캐리어 공급원(14)을 통해 쿨링 통로(36)로 히트 캐리어를 흘려 주게 되면, 히트 캐리어가 쿨링 통로(36)를 통과하면서 세퍼레이터(34) 또는 세퍼레이터(34)에서 쿨링 플레이트(38)로 전달된 열을 냉각시킨다. 이 때 상기 쿨링 통로(36)가 세퍼레이터(34) 또는 쿨링 플레이트(38)에 대해 메인 통로(37)와 분기 통로(39)를 격자 형태로 배치하고 있기 때문에, 히트 캐리어는 메인 통로(37)를 따라 흐르다가 분기 통로(39)를 통해 분산되게 된다.
따라서 세퍼레이터(34) 또는 쿨링 플레이트(38)에 대한 히트 캐리어의 접촉 면적이 증가하게 되므로, 열 에너지와 히트 캐리어에 대한 단위 시간당 열 교환량을 극대화시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템 및 그 스택에 의하면, 세퍼레이터 또는 쿨링 플레이트에 격자 형태의 쿨링 통로를 형성함에 따라, 세퍼레이터 또는 쿨링 플레이트에 대한 히트 캐리어의 접촉 면적을 증대시킬 수 있다. 따라서 전기 발생부에서 발생되는 열 에너지와 히트 캐리어와의 열전달 능력이 향상되어 결과적으로는 스택의 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도하나의 전기 발생부;
    수소를 함유한 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급원;
    산소를 상기 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원; 및
    히트 캐리어를 상기 전기 발생부로 공급하는 히트 캐리어 공급원
    을 포함하며,
    상기 전기 발생부는 막-전극 어셈블리(MEA)의 양면에 세퍼레이터를 배치하여 구성되고, 상기 캐리어 공급원으로부터 공급되는 히트 캐리어를 통과시키는 쿨링 통로를 형성하며,
    상기 쿨링 통로는 다수의 메인 통로와, 상기 메인 통로로부터 분기되어 이 메인 통로들을 서로 연통시키는 분기 통로를 구비하는 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿨링 통로는 상기 메인 통로를 상호 평행하게 형성하고, 상기 분기 통로를 상기 메인 통로에 대하여 수직 교차하는 방향으로 형성하는 연료 전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 쿨링 통로는 상기 메인 통로의 한 쪽 단부를 통해 상기 히트 캐리어를 주입하고, 다른 쪽 단부를 통해 상기 히트 캐리어를 배출시키는 구조로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿨링 통로는 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료 전지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 쿨링 통로는 상기 세퍼레이터의 일면에 일부 형성되고, 이에 대향 밀착 배치되는 상기 세퍼레이터의 일면에 일부 형성되어 하나의 통로를 완성하는 연료 전지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 쿨링 통로는 상기 세퍼레이터의 MEA 반대측에 형성되는 연료 전지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    서로 이웃하는 상기 전기 발생부 사이에 개재되는 쿨링 플레이트를 포함하고, 상기 쿨링 플레이트에 상기 쿨링 통로를 형성하는 연료 전지 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 공급원은 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 상기 전기 발생부로 공급하는 개질기를 포함하는 연료 전지 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 발생부를 복수로 구비하고, 이들 전기 발생부의 적층에 의한 스택을 형성하는 연료 전지 시스템.
  10. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하며,
    상기 전기 발생부는,
    막-전극 어셈블리(MEA)와, 이 막-전극 어셈블리의 양면에 각각 배치되는 세퍼레이터에 의한 밀착 구조로 이루어지고, 히트 캐리어를 통과시키는 쿨링 통로를 형성하며,
    상기 쿨링 통로는 다수의 메인 통로와, 상기 메인 통로로부터 분기되어 이 메인 통로들을 서로 연통시키는 분기 통로를 구비하는 연료 전지 시스템용 스택.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 쿨링 통로는 상기 메인 통로를 상호 평행하게 형성하고, 상기 분기 통로를 상기 메인 통로에 대하여 수직 교차하는 방향으로 형성하는 연료 전지 시스템 용 스택.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 쿨링 통로는 상기 메인 통로의 한 쪽 단부를 통해 상기 히트 캐리어를 주입하고, 다른 쪽 단부를 통해 상기 히트 캐리어를 배출시키는 구조로 이루어지는 연료 전지 시스템용 스택.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 쿨링 통로는 상기 세퍼레이터에 형성되는 연료 전지 시스템용 스택.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 쿨링 통로는 상기 세퍼레이터의 일면에 일부 형성되고, 이에 대향 밀착 배치되는 상기 세퍼레이터의 일면에 일부 형성되어 하나의 통로를 완성하는 연료 전지 시스템용 스택.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 쿨링 통로는 상기 세퍼레이터의 MEA 반대측에 형성되는 연료 전지 시스템용 스택.
  16. 제 12 항에 있어서,
    서로 이웃하는 상기 전기 발생부 사이에 개재되는 쿨링 플레이트를 포함하고, 상기 쿨링 플레이트에 상기 쿨링 통로를 형성하는 연료 전지 시스템용 스택.
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