KR20080021233A

KR20080021233A - 독립된 채널 그룹으로 구분된 연료전지분리판.

Info

Publication number: KR20080021233A
Application number: KR1020060083498A
Authority: KR
Inventors: 김신호
Original assignee: 김신호
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-07

Abstract

본 발명은 독립채널로 구성된 연료전지 분리판에 관한 것으로 더욱 상세하게는 분리판은 2개의 그룹으로 독립적으로 구분되어 있으며, 음극(anode)분리판의 면에 수소채널들이 2개의 그룹으로 독립되어 있고, 양극(catode)분리판의 면에 공기채널들이 2개의 그룹으로 이루어져 있다. 채널이란 가스의 흐름을 위한 유로이다. 하나의 음극분리판에는 2개의 수소공급부와 2개의 수소배출부가 있다. 하나의 양극분리판에도 2개의 공기공급부와 2개의 공기배출부가 있다. 채널들은 매니폴드와 입구부와 출구부로 연결된다. 대표도는 도 1로 명시하며, 도 2를 도 1과 함께 대표로 볼수 있다.

연료전지, 분리판, 채널, 매니폴드

Description

독립된 채널 그룹으로 구분된 연료전지분리판. {Fuel cell bipolar plate of independence}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 독립채널그룹으로 구성된 연료전지 수소분리판을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 독립채널그룹으로 구성된 연료전지 공기분리판을 도시한 도면.

도 3은 도 1, 도 2의 분리판을 이용한 스택과 제어장치를 도시한 도면.

도 4는 연료전지 제어장치 입출력 신호를 도시한 도면.

연료전지 분리판의 디자인은 거의 국외에서 개발을 하고 있으며, 국내에서는 초기단계라고 볼수있다. 분리판의 디자인은 다양하고 많은 종류들이 개발되었으나 현재 많이 사용하고 있는 분리판 디자인은 입구부와 출구부가 단일화 모양이라고 할 수 있다. 단일모양의 입구부를 통한 수소와 산소는 제어부에 의해 수증기의 양과 온도를 조절하여 스택의 최적상태를 유지하고 있다. 그러나 스택운전중 분리판의 채널에 물의 생성으로 인해 반응기체가 제대로 확산을 못하며, 압력강하 발생에 의해 여러가지 연료전지 출력 저하를 발생시키게 된다.

연료전지 분리판을 수소/산소 입구부를 각각 2개로 구분하고 출구부 역시 수소/산소 출구부를 각각 2개로 구분하여 독립적인 채널그룹을 만들어 스택운전중 부하변동에 따른 응답속도를 빠르게 하고 ,채널내 발생하는 물관리를 향상시키며, 수소와 공기의 채널내 이동및 확산을 좋게하여 연료전지 효율을 높일수 있다.

연료전지 분리판은 수소/산소 입구부 각각 2개씩 있으며 수소/산소 출구부도 각각 2개씩 있다. 수소/산소의 입구부와 출구부 총 8개로 구성된 분리판을 이용해서 스택을 만들게 된다. 도1의 음극분리판(100)을 보면 최초 운전초기단계에 수소입구부(110, 112)에 수소기체가 들어오고, 남은 수소는 수소 출구부(114,116)로 나가게 된다. 도2의 양극분리판(200)의 공기입구부(220,222)에 공기기체가 들어오고, 남은 공기는 공기출구부(224,226)로 나가게 된다. 스택운전상태의 최적상태를 유지하기 위해 제어부(350)에서 음극분리판(100) A그룹(130)과 B그룹(140)이 독립된 운전환경이 되도록 스택의 수소입구부(500)에 두개의 전자밸브(310,312)및 가 습량, 온도등을 제어하게 된다. 전자밸브(310)을 지나 들어오는 수소는 음극분리판 (100)의 수소입구부(110)으로 이동하고, 전자밸브(312)을 지나 들어오는 수소는 음극분리판 수소입구부(112)으로 이동한다. 제어부(350)는 스택의 수소출구부(550)에 전자밸브 (314,316)를 제어하여 물배출 및 수소 배출을 적절하게 한다. 수소 및 물은 음극분리판(100)의 수소출구부(114,116)를 지나 스택(300)의 수소출구부(550)의 전자밸브(314,316)를 지나게 된다. 또한 제어부(350)는 양극분리판(200) C그룹(230)과 D그룹(240)이 독립된 운전환경이 되도록 스택의 공기입구부 (600)에 있는 2개의 전자밸브(320,322)및 가습량, 온도를 제어하고 스택의 공기출구부(650)의 전자밸브(324,326)를 제어하여 물배출 및 공기배출을 적절하게 조절한다. 스택 공기입구부 전자밸브(320,322)를 지나 들어오는 공기는 양극분리판(100) 공기입구부(220,222)와 연결되며, 양극분리판(200)의 공기출구부(224,226)는 스택의 공기출구부(650)의 전자밸브(324,326)과 연결된다. 또한 제어부(350)는 냉각수 출구(334)의 전자밸브(330)를 조절한다.

예를 들어 스택(300)속에 있는 음극분리판(100) A그룹(130),B그룹(140)과 양극분리판(200) C그룹(230),D그룹(240)의 채널에서 물이 생성되어 기체확산층으로 유체의 확산이 어렵고 채널 내 유체 이동시 압력강하가 발생하게 되면 제어부(200)는 A그룹(130)과 B그룹(140)에 들어가는 수소와 그리고 C그룹(230)과 D그룹(240)에 들어가는 공기에 대해서 스택의 효율이 최적상태가 되도록 독립적으로 스택의 전자밸브(310,312,320,322)와 온도 습도를 조절한다. 채널이란 유체가 이동하는 유로이다. 또한 수소출구부(550)에서 나오는 수소와 물, 공기출구부(650)에서 나오는 공기와 물도 제어부(350)에 의해서 전자밸브(314,316,324,326)를 제어하여 배출하는 시기가 달라진다. 제어부(350)가 스택의 수소입력부(500)의 전자밸브(310,312)와 수소출력부(550)의 전자밸브(314,316) 및 공기입력부(600)의 전자밸브(320,322)와 공기출력부(650)의 전자밸브(324,326)를 제어하는 것은 스택 안에 있는 분리판을 제어하는 것이며, 제어방법은 사용자의 의향에 따라 다양하게 할 수 있다. 또한 기존의 분리판 채널로 설계를 한다면 채널의 길이가 길어 출구쪽으로 갈수록 물생성 양이 증가하여 유체의 확산, 이동에 어려움이 있어 물관리가 상당히 중요하다고 볼 수 있다. 본 연료전지 분리판의 발명은 분리판에 새겨진 채널들이 독립된 그룹으로 이루어져 있으며 하나의 분리판에서 그룹으로 구분된 채널에 이동하는 유체가 서로 다른 환경으로 만들수 있다. 또한 분리판의 채널 길이가 같은 용량의 기존 분리판 디자인에 비해 훨씬 짧아 채널내 물이 쌓여도 배출이 쉽고 유체의 이동 및 확산이 종전보다 많이 향상 시킬수 있다.

본 발명의 연료전지 분리판은 하나의 분리판에 두 그룹으로 구분된 채널들이 생성되어 있다. 기존의 분리판 디자인은 입구에서 출구까지 단일화 되어 있어 분리판 출구에서 나오는 물관리, 즉 스택의 물관리가 좋지 않아 채널내 이동하는 유체에 좋지못한 환경이 제공되어 어려움이 있어, 본 발명의 분리판으로 사용을 할 경우 두 그룹으로 구분된 채널에 의해서 물관리가 용이하고 채널내 이동하는 유체에 종 전보다 좋은 환경을 제공할 수 있어 스택의 성능이 향상된다고 볼수 있다.

Claims

연료전지 스택의 수소분리판에서 채널은 2개의 그룹으로 구분되어 있고, 각그룹의 채널은 매니폴드와 수소입구부와 수소출구부로 연결되어 있는 것
연료전지 스택의 수소 입구부와 공기입구부는 각각2개의 입구로 구분되어 있고, 수소출구부와 공기 출구부도 각각 2개의 출구로 구분되어 있는 출구부와, 연료전지 분리판의 수소분리판은 수소입구부/수소출구부 각각 2개씩이고, 공기분리판은 공기입구부/공기출구부 각각 2개씩으로 구분되어 있는 출구부에서;

수소분리판의 채널은 수소입구부에서 매니폴드를 거쳐 수소출구부까지 연결되어 있고 채널들이 2개의 그룹으로 구분되어 있으며, 공기분리판의 채널도 공기입구부에서 매니폴드를 거쳐 공기출구부로 연결되어 있으며, 채널들이 2개의 그룹으로 구분되어 있는 것.
제 1항, 2항에 있어 연료전지 스택의 수소입구부와 수소출구부는 디자인에 따라 각각 2개 이상의 입구부와 출구부가 있고, 공기입구부와 공기출구부도 디자인에 따라 각각 2개 이상의 입구부와 출구부가 있는 것에서 ;

수소분리판은 수소입구부가 디자인에 따라 2개 이상 있으며, 수소 분리판의 수소 출구부도 디자인에 따라 2개 이상 있는 것과 , 수소 입구부에서 출구부까지 매니폴드를 거쳐 채널들이 연결되어 있고 수소분리판에는 2개 이상의 수소 채널 그룹이 있는것.

공기분리판은 공기입구부가 디지인에 따라 2개 이상 있으며, 공기 출구부도 디자인에 따라 2개 이상 있는 것과 , 공기 입구부에서 출구부까지 매니폴드를 거쳐 채널들이 연결되어 있고 공기분리판에는 2개 이상의 공기 채널 그룹이 있는것.