KR20070001165U - 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판에 관한 것으로, 상기 음극 러너 판은, 판체, 상기 판체에 설치된 유입 러너 구조, 적어도 하나 이상의 스페이서, 유출 러너 구조, 제 1 공동부, 및 제 2 공동부를 포함한다. 상기 유입 러너 구조는 스페이서 사이를 연결하며, 유입 러너 구조의 입구는 움푹 파인 구조이다. 그리고 유입 러너 구조와 스페이서가 연결된 부분은 공동 구조이다. 배열 설치된 스페이서의 설치 위치는 각각의 막-전극 집합체의 음극의 설치 위치와 대응된다. 유출 러너 구조는 스페이서에 연결된다. 제 1 공동부와 제 2 공동부는 양극 러너 판과 부합하기 위하여 설치된 것이다.
판체, 음극 러너 판, 공동부, 스페이서

Description

연료 전지에 사용되는 음극 러너 판{Anode flow field board for fuel cell}
도 1은 본 고안인 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판의 보다 나은 구체적인 실시예의 입체 구성 도면이다.
도 2는 본 고안의 집전편의 보다 나은 실시예의 입체 구성 도면이다.
도 3은 집전편이 있는 본 고안인 음극 러너 판의 보다 나은 구체적인 실시예의 입체 구성 도면이다.
도 4는 전자 부품이 설치된 본 고안인 음극 러너 판의 보다 나은 구체적인 실시예의 입체 구성 도면이다.
도 5는 본 고안인 음극 러너 판과 배합하는 양극 러너 판의 입체 구성 도면이다.
<주요 구성요소에 대한 설명>
1 음극 러너 판 2 양극 러너 판
11 판체 12 유입 러너 구조
13 스페이서 14 유출 러너 구조
15 제 1 공동부 16 제 2 공동부
17 집전편 170 돌출부
18 전자 부품 21 분배 유출부
23 유출 홀
본 고안은 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판에 관한 것으로, 특히 전체 중량이 매우 가볍고 제조 원가가 저렴한 동시에 음극 연료와 음극 생성물이 보다 순조롭게 흐를 수 있는 유동장 환경을 제공하는 음극 러너 판에 관한 것이다.
연료 전지는 전극 반응을 통해서 연료에 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 발전 장치이다. 연료 전지의 종류는 상당히 많으며, 분류 방법도 여러가지가 있다. 연료 전지를 전해질 성질의 차이점에 따라 분류하면, 알칼리성 연료 전지, 인산 연료 전지, 양성자 교환막 연료 전지, 용해된 탄산염 연료 전지, 고체 산화물 연료 전지와 같은, 다섯가지의 전해질 연료가 있다.
공지의 연료 전지 구조에 있어서, 러너 판은 막 전극 조립체의 양 측면에 위치한다. 그리고 사용되는 재료는 높은 전기전도성, 높은 강도, 쉬운 제조성, 가벼운 무게 및 낮은 비용의 특징을 가져야 한다. 최근에는 러너 판을 만들기 위한 재료로서 흑연, 알루미늄 그리고 스테인리스 강 등이 사용되며, 일반적으로 흑연으로 만들어진다. 그리고 연료를 공급하기 위한 채널로서 유동장 상에 채널을 가공하여 반응물이 채널을 통하여 확산층에 도착한 후 작용층으로 흘러들어가서 촉매층과 반응하도록 한다. 또한, 러너판은 전류를 전도하는 기능을 가지고 있어 반응으로부터 생성된 전류가 전도되고 적용되도록 함으로써 전류 수집판으로서의 기능을 갖는다.
그러나 공지의 흑연판과 같은, 러너 판은 체적이 크고 무게가 충분히 가볍지 않았다. 따라서, 본 고안의 고안자는 공지의 러너 판의 불편함을 인식하고, 신규한 음극 러너 판을 개발하기 위하여 노력해 온 결과로 음극 러너 판을 고안하게 되었다.
본 고안의 주요 목적은 특히 전체적으로 가볍고, 낮은 제조 단가를 가지며 음극 연료와 음극 제조물이 보다 유연하게 유동할 수 있도록 유동장 환경이 제공되는 음극 러너 판을 제공하는 것이다.
본 고안의 또 다른 목적은 전류 수집 기능을 갖는 음극 러너 판을 제공하여, 연료 전지 자체의 부피 및 무게를 매우 줄일 수 있을 뿐 아니라 러너 판의 전류 수집 기능을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
상기 언급된 본 고안의 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판을 제공하며, 상기 음극 러너 판에는 다음이 포함된다: 하나의 판체, 상기 판체에 설치된 유입 러너 구조, 적어도 하나 이상의 스페이서, 유출 러너 구조, 제 1 공동부, 및 제 2 공동부. 유입 러너 구조는 스페이서 사이를 연결하며, 유입 러너 구조의 입구는 움푹 파인 구조이다. 그리고 유입 러너 구조와 스페이서가 연결된 부분은 공동 구조이다. 배열 설치된 스페이서의 설치 위치는 각각의 막-전극 집합체의 음극의 설치 위치와 대응한다. 유출 러너 구조는 스페이서에 연결된다. 제 1 공동부와 제 2 공동부는 양극 러너판과 부합하기 위하여 설치된 것이다.
본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자들이 본 고안의 목적, 특징 및 효과를 이해할 수 있도록 하기의 실시예와 첨부된 도면을 통하여 본 고안에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 고안인 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판의 보다 나은 구체적인 실시예의 입체 구성 도면이다. 본 고안의 음극 러너 판(1)은 연료 전지에 사용되며, 해당 연료 전지에는 적어도 하나 이상의 막 전극 집합체가 존재한다. 본 고안인 음극 러너 판(1)에는 다음이 포함된다: 판체(11), 유입 러너 구조(12), 적어도 하나 이상의 스페이서(13), 유출 러너 구조(14), 제 1 공동부(15), 제 2 공동부(16). 이하에서 상기 구성 부분들에 대하여 자세히 설명한다.
판체(11)는 내화학성의 비전도체 엔지니어링 플라스틱 기판, 흑연 기판, 금속 기판, 플라스틱 탄소 기판, FR4 기판, FR5 기판, 에폭시 레진 기판, 유리섬유 기판, 세라믹 기판, 고분자 플라스틱 기판, 및 복합식 재료 기판 중에서 하나로 선택될 수 있다. 만약 상기 기술된 유입 러너 구조(12), 적어도 하나 이상의 스페이서(13), 유출 러너 구조(14), 제 1 공동부(15), 제 2 공동부(16)가 판체(11)의 위 표면에 설치되면, 단일면의 음극 러너 판(1)이 형성된다. 그러나, 만약 상기 기술된 유입 러너 구조(12), 적어도 하나 이상의 스페이서(13), 유출 러너 구조(14), 제 1 공동부(15), 제 2 공동부(16)가 동시에 판체(11)의 위 표면 및 아래 표면에 설치되면 양면 음극 러너 판(1)이 형성된다.
유입 러너 구조(12)는 판체(11)에 설치되며, 적어도 하나 이상의 스페이 서(14)에 연결된다. 유입 러너 판(12)의 입구 부분은 판체(11)의 표면을 아래로 향해 움푹 판 구조이다. 그리고, 유입 러너 구조(12)와 스페이서(13)가 연결된 부분은 공동 구조를 채택한다. 즉, 연결된 부분이 차지하는 판체(11)의 표면을 움푹 판다.
적어도 하나 이상의 스페이서(13)는 판체(11)에 배열 설치되며, 각각의 스페이서(13)의 설치 위치는 각각의 막 전극 집합체의 양극의 설치 위치와 대응한다. 해당 스페이서(13)를 만드는 구체적인 방법은 판체(11)의 표면에서 아래로 여러 개의 평행한 홈을 파는 것이다.
외부의 음극 연료(예를 들어, 공기)는 유입 러너 구조(12)를 통해서 음극 러너 판(1)의 내부로 흘러들어 간다. 그런 다음 음극 연료는 다시 방향을 돌려 각각의 스페이서(13)로 흘러들어간 후 다시 각각의 막 전극 집합체의 음극으로 흘러 들어간다. 또한 막-전극 집합체의 음극의 전기화학반응 후 생성된 음극 생성물(예를 들어, 물)은 각각의 스페이서(13)로 흘러들어가며, 음극 생성물 및 남은 음극 연료는 유출 러너 구조(14)로 흘러간다.
유출 러너 구조(14)는 판체(11)에 설치되어 있으며, 스페이서(13)에 연결된다. 유출 러너 구조(14)는 여러 개의 평행한 홈이 될 수 있으며, 해당 홈은 스페이서(13)와 연결된다. 음극 생성물과 남은 음극 연료는 유출 러너 구조(14)를 통과하여 음극 러너 판(1)의 외부를 흘러나간다.
또한 본 고안에는 더 나아가서 적어도 하나 이상의 집전편(17)이 포함된다. 여기서, 도 2 즉, 본 고안의 집전편(17)의 보다 나은 실시예의 입체 구성 도면, 그 리고 도 3, 즉 집전편이 있는 본 고안인 음극 러너 판의 보다 나은 구체적인 실시예의 입체 구성 도면을 참조한다. 집전편(17)의 재료는 전도성 재료이며, 동시에 내식 및/혹은 내산 기능이 있는 내화학성 재료이다. 예를 들어, 스테인리스 강(SUS316) 편, 금박, 티타늄 금속, 흑연 재료, 탄소 금속 화합물 재료, 금속 합금 및 저임피던스 고분자 전도편 중 한가지를 선택할 수 있다. 각각의 집전편(17)은 각각의 스페이서(13)에 밀착 고정된다. 집전편(17)에는 적어도 하나 이상의 돌출부(170)가 있으며, 이 돌출부(170)는 스페이서(13)를 뻗쳐 나간다. 집전편(17)에 채택되는 구체적인 구조는 스페이서(13)의 구체적인 구조에 따른다.
또한 각각의 집전편(17)과 각각의 스페이서(13) 사이에는 더 나아가서 하나의 전기 전도편(미도시)이 샌드위치 식으로 붙여진다. 전기 전도편은 높은 전기 전도력의 재료를 사용할 수 있으며, 점 용접 방식을 사용하여 해당 샌드위치 전기 전도편을 집전편(17)과 스페이서(13) 사이에 밀착시킨다. 또는 열 압착기로, 수지 필름(Prepreg) 혹은 내식 및/또는 내산 기능이 있는 접착제(예를 들어, AB 아교)를 사용하여 해당 전기전도편을 집전편(17)과 스페이서(13) 사이에 밀착시킬 수 있다. 또한 스퍼팅 도금, 스프레이 도금 등의 제조 공정을 통하여 집전편(17) 아래 표면에 얇은 금속 층 한층을 형성하거나 얇은 금속층 한층을 스페이서(13)의 위 표면에 형성한다. 상기 기술된 전기전도편 및 얇은 금속층의 재료는 금, 구리, 은, 탄소, 전기전도성이 높은 금속 등에서 한가지를 선택할 수 있다.
상기 기술된 전기 전도편은 적어도 하나 이상의 돌출부가 있을 수 있으며, 상기 돌출부는 스페이서(13)를 뻗쳐 나간다.
도 4는 전자 부품이 설치된 본 고안인 음극 러너 판의 보다 나은 구체적인 실시예의 입체 구성도이다. 판체(11)의 표면이 유입 러너 구조(12), 스페이서(13), 유출 러너 구조(14), 제 1 공동부(15), 제 2 공동부(16)에 의해 아직 사용되지 않은 경우, 전자 회로(circuitry)를 설치할 수 있다. 예를 들어, 인쇄 회로(printed circuitry)를 채택하고 인쇄 회로 표면에 보호막(예를 들어, 솔더레지스트 코팅)을 덮을 수 있다. 인쇄 회로는 집전편(17)의 돌출부와 전기적으로 연결한다. 또한 전자 회로에 적어도 하나 이상의 전자 부품(18)을 설치할 수 있다. 이러한 전자 부품(18)의 구체적인 예로 온도 센서, 농도 센서, 액체 레벨 센서, 가열 부품, 냉각 부품 등이 있다.
도 5는 본 고안인 음극 러너 판과 배합하는 양극 러너 판의 입체 구성 도면이다. 제 1 공동부(15)와 제 2 공동부(16)는 양극 러너 판(2)을 위해 설치된 것이다. 음극 러너 판(1)의 제 1 공동부(15)는 양극 러너 판(2)의 분배 유출부(21)에 겹쳐질 수 있으며, 양극 러너 판(2)의 분배 유출부(21)는 공동 구조이기 때문에 제 1 공동부(15)와 분배 유출부(21)가 서로 겹쳐진 후 내부에 작은 공간이 형성될 수 있다. 음극 러너 판(1)의 제 2 공동부(16)는 양극 러너 판(2)의 유출 홀(23)에 겹쳐질 수 있으며, 양극 러너 판(2)의 유출 홀(23)은 공동 구조이기 때문에 제 2 공동부(16)과 유출 홀(23)이 서로 겹쳐진 후 내부에 작은 공간이 형성될 수 있다.
본 고안인 음극 러너 판(1)은 각종 연료 전지에 응용될 수 있다. 예를 들어, 메탄올을 연료로 사용하는 연료 전지, 혹은 액체 연료를 연료로 사용하는 연료 전지, 기체 연료를 사용하는 연료 전지, 고체 연료를 사용하는 연료 전지 등.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 고안에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 고안의 범주에 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 고안의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 실용신안 청구범위 뿐 아니라 청구범위와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다.
본 고안인 음극 러너 판의 전체 중량은 극히 가벼우며, 제조 원가도 저렴하다. 동시에 음극 연료 및 음극 생성물이 보다 순조롭게 흐를 수 있는 유동장 환경이 제공된다. 이 모두가 본 고안의 장점이며 효능이 월등히 향상된 부분이다.

Claims (13)

  1. 판체;
    상기 판체에 설치되며 적어도 하나 이상의 스페이서에 연결되는 유입 러너 구조로서, 상기 유입 러너 구조의 입구 부분은 움푹 파인 구조로 형성되며, 상기 유입 러너 구조 및 스페이서가 서로 연결되는 구역이 공동 구조로 이루어진, 유입 러너 구조;
    상기 판체에 배열 설치되는 스페이서로서, 상기 스페이서 각각의 설치 위치가 각각의 막전극 집합체의 음극의 설치 위치와 대응되는 스페이서;
    상기 판체에 설치된 스페이서와 연결되는 유출 러너 구조;
    상기 판체의 일측에 설치된 제 1 공동부로서, 상기 판체의 일부분의 면적을 파서 공동 부분으로 형성한 제 1 공동부; 및
    상기 판체의 일측에 설치된 제 2 공동부로서, 상기 판체의 일부분의 면적을 파서 공동 부분으로 형성한 제 2 공동부가 포함되는, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  2. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 집전편이 더 포함되며, 상기 집전편은 전도성 재료이며, 상기 집전편 각각은 각각의 스페이서에 밀착 고정되는, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 집전편에는 하나 이상의 돌출부가 포함되며, 상기 돌출부는 상기 스페이서를 뻗쳐 나가는, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서는 다수개의 평행한 홈으로 형성되는, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 판체의 재료는 내화학성의 비전도체 플라스틱 기판, 흑연 기판, 금속 기판, 플라스틱 탄소 기판, FR4 기판, FR5 기판, 에폭시 레진 기판, 유리섬유 기판, 세라믹 기판, 고분자 플라스틱 기판, 그리고 복합식 재료 기판 중에서 선택된 하나로 이루어진, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전편은 스테인리스 강(SUS316) 편, 금박, 티타늄 금속, 흑연 재료, 탄소 금속 화합물 재료, 금속 합금 및 저임피던스 고분자 전도편 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 음극 러너 판은 단일면 음극 러너 판인, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 음극 러너 판은 양면 음극 러너 판인, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  9. 제 1항에 있어서,
    인쇄 회로가 더 포함되며, 상기 인쇄 회로가 집전편과 전기적으로 연결되는, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 판체에 설치된 적어도 하나의 전자 부품을 더 포함하는, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전자 부품은, 온도 센서, 농도 센서, 액체 레벨 센서, 가열 부품, 냉각부품을 포함하는, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 공동부 및 제 2 공동부는 판체의 동일면 상에 설치되는, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 유출 러너 구조는 다수개의 평행한 홈으로 형성되며, 상기 홈은 스페이서에 연결되는, 연료 전지에 사용되는 음극 러너 판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100863869B1 (ko) * 2006-05-15 2008-10-15 안티그 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 적층식 연료전지

Cited By (1)

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KR100863869B1 (ko) * 2006-05-15 2008-10-15 안티그 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 적층식 연료전지

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