KR20100120226A - 매니폴드 섬프를 갖는 바이폴라 플레이트 및 연료 전지 - Google Patents

매니폴드 섬프를 갖는 바이폴라 플레이트 및 연료 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20100120226A
KR20100120226A KR1020107021412A KR20107021412A KR20100120226A KR 20100120226 A KR20100120226 A KR 20100120226A KR 1020107021412 A KR1020107021412 A KR 1020107021412A KR 20107021412 A KR20107021412 A KR 20107021412A KR 20100120226 A KR20100120226 A KR 20100120226A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sump
manifold
bipolar plate
channel
fuel cells
Prior art date
Application number
KR1020107021412A
Other languages
English (en)
Inventor
제프리 지. 레이크
데이비드 에이. 니젤스키
Original Assignee
유티씨 파워 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유티씨 파워 코포레이션 filed Critical 유티씨 파워 코포레이션
Publication of KR20100120226A publication Critical patent/KR20100120226A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04783—Pressure differences, e.g. between anode and cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04835—Humidity; Water content of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04843—Humidity; Water content of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

연료 전지에 사용하기 위한 장치는 유동 필드 채널, 반응 가스를 운반하기 위해 유동 필드 채널과 유체 연통되는 매니폴드, 및 매니폴드와 유체 연통되는 섬프를 갖는 바이폴라 플레이트를 포함한다.

Description

매니폴드 섬프를 갖는 바이폴라 플레이트 및 연료 전지 {FUEL CELL AND BIPOLAR PLATE HAVING MANIFOLD SUMP}
본 발명은 연료 전지에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 연료 전지와, 매니폴드 및 매니폴드에 연결되고 매니폴드 내의 물의 양의 감소를 용이하게 하기 위해 물을 수집하기 위한 섬프를 갖는 바이폴라 플레이트에 관한 것이다.
다양한 용도로 전기를 발생시키기 위한 연료 전지가 널리 알려져 있고 사용된다. 일반적으로, 연료 셀 유닛은 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이의 이온 전도성 중합체 교환 막(PEM)을 포함한다. 애노드 및 캐소드는 반응 가스를 유동 필드 채널을 통하여 PEM으로 순환시키고 공지된 전기 화학 반응에서 전기를 발생시키기 위해 매니폴드 및 유동 필드 채널을 포함하는 바이폴라 플레이트들(또한 수송 플레이트로서 칭해짐) 사이에 있다.
연료 전지와 연관된 한가지 문제점은 반응 가스 내의 물과 관련이 있다. 반응 가스에서 수반되는 수증기는 매니폴드에서 응축하고 수집될 수 있다. 공급 매니폴드에서, 응축된 물은 연료 반응 가스가 유동 필드 채널 내로 진입하는 것을 방지하고 연료 전지의 "연료 부족(starvation)"을 야기할 수 있다. 출구 매니폴드에서, 물은 산소 반응 가스가 유동 필드 채널로부터 방출되는 것을 방지할 수 있고, 연료 전지를 가로지른 압력 손실의 증가 및 상응하는 작동 효율의 손실의 증가를 야기할 수 있다.
개시된 일례의 바이폴라 플레이트 및 연료 전지는 반응 가스 매니폴드 내의 물 축적으로 인해 반응 가스 유동 필드의 물 차단의 감소를 용이하게 하기 위한 것이다.
일 일례에서, 바이폴라 플레이트는 유동 필드 채널과, 반응 가스를 운반하기 위해 유동 필드 채널과 유체 연통되는 매니폴드와, 매니폴드와 유체 연통되고 반응 가스로부터 물을 수집하기 위한 섬프를 포함한다.
바이폴라 플레이트는 적어도 하나의 전극을 포함하는 연료 전지에 사용되는 복수의 바이폴라 플레이트 중 하나일 수도 있다. 각각의 바이폴라 플레이트는 반응 가스로부터 물을 수집하기 위한 섬프를 포함할 수도 있다. 또한, 바이폴라 플레이트의 일부는 내부에 축적된 물의 이동을 방지하기 위한 배플을 포함할 수도 있다.
유동 필드 채널, 및 유동 필드 채널과 유체 연통되는 매니폴드를 포함하는 적어도 하나의 바이폴라 플레이트를 갖는 연료 전지를 제어하는 일례의 방법은 매니폴드와 유체 연통되는 섬프를 설치하는 단계와, 섬프 내에 물을 수집하여 매니폴드 내의 물의 양을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다양한 특징 및 장점은 본 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 당해 기술분야의 숙련자들에게 명백해질 것이다. 상세한 설명을 수반한 도면은 간략하게 다음과 같이 기술될 수 있다.
도 1은 일례의 연료 전지의 선택 부분의 분해도를 도시한다.
도 2는 도 1의 연료 전지에 사용된 일례의 바이폴라 플레이트를 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 바이폴라 플레이트의 단면을 도시한다.
도 4는 선택적인 냉각제 채널을 갖는 바이폴라 플레이트를 도시한다.
도 5는 도 1의 연료 전지의 또 다른 일례의 바이폴라 플레이트를 도시한다.
도 6은 도 5의 바이폴라 플레이트의 다른 쪽을 도시한다.
도 7은 도 6에 따른 바이폴라 플레이트의 단면을 도시한다.
도 1은 전기를 발생시키기 위한 일례의 연료 전지(10)의 선택 부분의 분해도를 개략적으로 도시한다. 예시된 일례에서, 연료 전지(10)는 적어도 하나의 유닛화된 셀(12)을 포함한다. 예컨대, 복수의 유닛화된 셀(12)은 생성될 전기의 요구량에 따라서, 연료 전지 스택을 형성하는데 사용될 수도 있다. 공지된 바와 같이, 유닛화된 셀(12) 또는 다르게는 다중 유닛화된 셀(12)을 갖는 연료 전지 스택은 연료 전지(10)를 형성하는 공지된 방법으로 압력 플레이트들 사이에 고정될 수도 있다. 또한, 연료 전지(10)는 반응 가스, 냉각수 등의 공급 또는 복귀와 관련된 구성요소와 같은 도시되지 않은 다양한 추가 구성요소를 포함할 수도 있다. 이 설명이 주어지면, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 일례가 다양한 상이한 연료 셀 구성에 적용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
개시된 일례에서, 유닛화된 셀(12)은 MEA(14) 전극에 대한 위치에 따른 애노드 및 캐소드 바이폴라 플레이트로 칭해질 수도 있는 제1 바이폴라 플레이트(16) 와 제2 바이폴라 플레이트(18) 사이에 위치되는 막 전극 조합체(MEA)(14)를 포함한다. 예컨대, MEA(14)는 캐소드 촉매 전극, 애노드 촉매 전극, 및 중합체 교환 막을 포함하지만, 어떠한 특정 구성에도 제한되지 않는다.
제1 바이폴라 플레이트(16) 및 제2 바이폴라 플레이트는 물이 관통하여 수송되는 것을 허용하는 그라파이트와 같은 다공성 물질 또는 다른 다공성 물질로 형성될 수도 있다. 대안적으로, 제1 바이폴라 플레이트(16), 제2 바이폴라 플레이트(18), 또는 이들 양자 모두는 연료 전지(10)의 유형에 따라 중실체일 수도 있다.
예시된 일례에서, 제1 바이폴라 플레이트(16), 제2 바이폴라 플레이트(18) 및 MEA(14)는 본딩 필름(20)을 이용하여 함께 고정된다. 예컨대, 본딩 필름(20)은 저밀도 폴리에틸렌의 비교적 얇은 층이다.
개시된 일례에서, 유닛화된 셀(12)은, 유닛화된 셀(12)을 밀봉하고 반응 가스와 냉각수의 혼합을 방지하도록 가스켓 시스템(22)을 이용한다. 예컨대, 가스켓 시스템(22)은 제2 바이폴라 플레이트(18) 내의 가스켓 채널(26) 내로 수용되는 하나 이상 가스켓(24)을 포함한다. 다른 예에서, 가스켓(24)은 제1 바이폴라 플레이트(16)에서의 가스켓 채널 내로 수용될 수도 있다. 또한, 부가적인 가스켓이 연료 전지(10)의 특정 구성에 따라 이용될 수도 있다.
또한, 제1 바이폴라 플레이트(16)는 도 2에 도시되고, 연료 반응 가스를 MEA(14)로 분배하기 위한 유동 필드(36)를 포함한다. 또한, 제1 바이폴라 플레이트(16)는 공급 매니폴드(38), 방향 전환 매니폴드(40), 및 출구 매니폴드(42)를 포함한다. 공급 매니폴드(38)는 화살표(44)로 표시된 바와 같이, 연료 반응 가스를 유동 필드(36)로 분배한다. 연료 반응 가스는 화살표(46)로 표시된 바와 같이, 유동 필드(36)를 통하여 유동한다. 방향 전환 매니폴드(40)는 화살표(48)로 표시된 바와 같이, 유동 필드(36)를 통과하는 제2 패스를 위한 연료 반응 가스의 유동을 방향 전환한다. 출구 매니폴드(42)는 유동 필드(36)로부터의 어떠한 미사용된 연료 반응 가스도 방출시킨다.
또한, 제1 바이폴라 플레이트(16)는 산소 반응 가스를 제2 바이폴라 플레이트(18)로 공급하기 위한 공급 매니폴드(50)를 포함한다. 출구 매니폴드(52)는 제2 바이폴라 플레이트(18)로부터의 산소 반응 가스를 방출하고, 냉각제 매니폴드(54)는 냉각제(예컨대, 물)를 제2 바이폴라 플레이트(18)로 순환시킨다. 공급 매니폴드(50), 출구 매니폴드(52), 및 냉각제 매니폴드(54)는 유동 필드(36)와 직접적으로 유체 연통되지 않는다.
개시된 일례에서, 방향 전환 매니폴드(40) 및 방출 매니폴드(42)의 각각은 각 매니폴드(40 및 42)로부터 물을 수집하기 위한 섬프(64)를 포함한다. 예컨대, 물은 연료 반응 가스로부터 응축될 수도 있다. 대안적으로, 특정 연료 셀 설계에 따라, 매니폴드(40 또는 42) 중 단 하나의 매니폴드에만 섬프(64)를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다.
또한, 섬프(64)는 매니폴드(40 및 42) 내의 물의 양의 감소를 용이하게 하기 위해 물을 수집하기 위한 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 일부 일례에서, 섬프(64)는 물이 유동 필드(36)의 채널의 입구 또는 출구를 차단하지 않도록 모든 물을 수집하기 위해 적절한 사이즈를 갖는다. 이에 의해, 또한 섬프(64)는 유동 필드(36)를 통과하는 압력 손실과 연료 부족의 감소를 용이하게 하는 이점을 제공한다.
도 2에 도시된 단면에 따른 제1 바이폴라 플레이트(16)의 단면을 도시하는 도 3을 또한 참조하면, 섬프(64)는 제1 바이폴라 플레이트(16)의 두께를 통하여 부분적으로 연장되는 채널에 의해 형성된다. 일단 연료 전지(10)로 조립되면, 섬프(64)는 [인접한 유닛화된 셀(12)의] 제1 바이폴라 플레이트(16)의 벽에 의한 좌측과 하부, 그리고 제2 바이폴라 플레이트(18)에 의한 우측에 (도 3과 관련하여) 한정되고(bound), 상부는 목부(66)를 통하여 방향 전환 매니폴드(40)[또는 대안으로, 출구 매니폴드(42)]로 개방된다.
일 일례에서, 채널은 기계 가공함으로써 또는 성형 공정을 이용함으로써와 같이 유동 필드(36)의 채널을 형성하는데 사용되는 것과 유사한 방법으로 형성될 수도 있다.
개시된 일례에서, 각각의 섬프(64)는 목부(66)(도 2), 저장기부(68), 및 목부(66)와 저장기부(68)를 연결하는 만곡 채널 섹션(70)을 포함한다. 알 수 있는 바와 같이, 중력은 매니폴드(40 및 42) 내의 어떠한 액상수도 목부(66)를 통해 섬프(64) 내로 유동되게 한다. 그 후, 물은 만곡 채널 섹션(70)을 통해 저장기 섹션(68) 내로 유동하고, 이에 의해 섬프(64) 내에 내장된다.
개시된 일례에서, 만곡 채널 섹션(70)은 섬프(64) 내의 물의 봉쇄(containment)를 용이하게 하기 위해 목부(66)와 저장기부(68) 사이에서 약 90°의 방향 전환을 제공한다. 따라서, 제1 바이폴라 플레이트(16)가 경사질지라도[예컨대, 연료 전지(10)가 사용된 차량이 경사지는 경우], 섬프(64)는 물을 내장한다. 예컨대, 제1 바이폴라 플레이트(16)가 도 2에서 반시계 방향으로 회전된다면, 방향 전환 매니폴드(40)와 연결되는 섬프(64) 내의 어떤 물도 저장기부(68)의 좌측 단부를 향해 유동하고 이에 의해 섬프(64) 내에 내장될 것이다. 출구 매니폴드(42)와 연결되는 섬프(64) 내의 어떤 물도 목부(66)를 향해 유동하거나, 또는 비교적 많은 양의 물이 있는 경우 목부(66)와 출구 매니폴드(42)의 좌측 벽을 향해 유동하고, 이에 의해 유동 필드(36)의 채널의 출구를 차단하지 않는다.
부가적으로, 섬프(64)를 갖는 다중 제1 바이폴라 플레이트(16)가 연료 전지 스택에 사용된다면, 섬프(64)는 매니폴드(40 및 42)에서의 어떤 물의 슬로싱(sloshing)의 감소도 용이하게 하도록 배플로서 기능을 한다. 따라서, 섬프(64)는 물을 내장할 수 있거나, 물에 대한 유동 필드(36)의 채널의 입구 및 출구의 노출을 제한하고 이에 의해 차단을 제어할 수 있다.
또한, 섬프(64)의 형상은 바이폴라 플레이트의 소형화(compactness)를 유지하기 위해 기존의 바이폴라 플레이트에 적응될 수도 있다. 즉, 섬프(64)는 냉각제 채널 또는 가스켓 채널을 포함하지 않는 공간과 같은, 기존의 바이폴라 플레이트의 미사용 공간 내에 형성될 수도 있다. 이러한 점에서, 섬프(64)는 기계 가공 또는 다른 적절한 형성 공정을 사용하여 기존의 바이폴라 플레이트에 대해 "계량(retrofit)"될 수 있다.
선택적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 또한 제1 바이폴라 플레이트(16)는 냉각수를 순환시키기 위한 냉각제 매니폴드(54)들 중 적어도 하나의 매니폴드와 유체 연통하는 섬프(64) 근처에 위치되는 냉각제 채널(72)을 포함할 수도 있다. 예시된 일례에서, 냉각제 채널(72)은 섬프(64)에 대해 제1 바이폴라 플레이트(16)의 반대쪽에 형성된다. 이 일례에서, 냉각제 채널(72) 및 섬프(64)는 섬프(64)의 표면(76a) 및 냉각제 채널(72)의 표면(76b)을 형성하는 공통 벽(74)을 공유한다.
제1 바이폴라 플레이트(16)가 다공성 물질로 형성되는 일례에서, 냉각제 채널(72)은 물이 섬프(64)로부터 제거되는 것을 용이하게 한다. 예컨대, 냉각제 채널(72) 내의 수압은 섬프(64) 내의 수압보다 작아서, 이에 의해 섬프(64) 내의 어떤 물도 화살표(78)로 도시된 바와 같이 공통 벽(74)의 세공(pore)을 통하여 섬프(64)로부터 냉각제 채널(72) 내로 이동되게 한다. 따라서, 물이 섬프(64) 내에 수집될지라도, 냉각제 채널(72)은 물을 제거하여서 이에 의해 물 축적을 제어한다. 압력차의 크기는 예컨대 펌프, 밸브 등을 이용하여, 냉각제 채널(72)을 통과하는 물 유동의 제어와 반응 가스 압력의 제어를 통해 공지된 방법으로 제어될 수 있다.
또한, 제2 바이폴라 플레이트(18)는 도 5에 도시되고, 도 1 및 도 5에서 보이지 않는 제2 바이폴라 플레이트(18)의 다른 쪽은 도 6에 도시된다. 제2 바이폴라 플레이트(18)는 일 측에서 냉각제 유동 필드(84)를 포함하고 타 측에서 산소 유동 필드(86)를 포함한다. 제1 바이폴라 플레이트(16)와 유사하게, 제2 바이폴라 플레이트(18)는 반응 가스 또는 냉각제를 공급하거나 방출하기 위한 매니폴드로서 기능하는 다양한 개구를 포함한다. 예컨대, 제2 바이폴라 플레이트(18)는 냉각제를 냉각제 유동 필드(84)로 공급하기 위한 냉각제 매니폴드(54)를 포함한다.
도 6을 참조하면, 공급 매니폴드(50) 및 출구 매니폴드(52)는 화살표(87)로 표시된 바와 같이 산소 반응 가스를 산소 유동 필드(86)로 순환시키기 위해 제2 바이폴라 플레이트(18)를 통하여 연장된다. 공급 매니폴드(50)는 산소 반응 가스를 산소 유동 필드(86)의 채널의 입구로 분배한다. 마찬가지로, 산소 유동 필드(86)의 채널은 어떠한 미사용된 산소 반응 가스도 출구 매니폴드(52)로 방출시키는 출구를 포함한다.
부가적으로, 공급 매니폴드(38), 방향 전환 매니폴드(40), 및 출구 매니폴드(42)는 전술된 바와 같이 연료 반응 가스를 제1 바이폴라 플레이트(16)로 순환시키기 위해 제2 바이폴라 플레이트(18)를 통하여 연장된다. 공급 매니폴드(38), 방향 전환 매니폴드(40), 및 출구 매니폴드(42)는 냉각제 유동 필드(84) 또는 산소 유동 필드(86)의 채널과 직접적으로 유체 연통되지 않는다.
예시된 일례에서, 출구 매니폴드(52) 각각은 응축수를 내부에 수집하기 위한 섬프(90)를 포함한다. 또한, 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 섬프(90)는 출구 매니폴드(52)의 하부 근처에 위치되어서, 출구 매니폴드(52)에서의 어떤 물도 섬프(90) 내로 중력으로 유동하여 이에 의해 유동 필드(86)의 채널의 출구의 차단을 방지할 것이다. 따라서, 섬프(90)는 전술된 바와 같이 섬프(64)와 유사한 장점을 제공한다.
예시된 일례에서, 각각의 섬프(90)는 제2 바이폴라 플레이트(18)의 두께를 통하여 부분적으로 연장되는 채널이다. 일단 연료 전지(10)으로 조립되면, 섬프(90)는 제2 바이폴라 플레이트(18)의 벽에 의한 좌측과 하부, 그리고 MEA(14)에 의한 우측에 (도 7과 관련하여) 한정되고, 상부는 출구 매니폴드(52)로 개방된다. 대안적으로, 섬프(90)는 섬프(90)의 좌측이 인접한 유닛화된 셀(12)의 제1 바이폴라 플레이트(16)에 한정되도록 제2 바이폴라 플레이트(18)의 다른 쪽으로 형성될 수 있다. 부가적으로, 제2 바이폴라 플레이트(18)는 물이 섬프(90)로부터 제거되는 것을 용이하게 하기 위해, 도 4에 도시된 냉각제 채널(72)과 유사한 인접한 냉각제 채널들을 포함할 수도 있다. 섬프(64)와 유사하게, 또한 섬프(90)는 차단을 방지하도록 물을 수집하기 위한 어떠한 적절한 형상 또는 사이즈를 가질 수 있고, 기존의 바이폴라 플레이트에 대해 "개량"될 수 있다.
개시된 일례에서, 각 섬프(90)는 출구 매니폴드(52) 아래에 위치되는 대체로 직사각형인 채널이다. 그러나, 다른 일례에서, 더욱 큰 정도의 물 봉쇄를 위해 섬프(64)와 유사하게 섬프(90)에 만곡 채널 섹션을 제공하는 것도 바람직할 수도 있다. 그러나, 몇몇의 연료 셀 설계에서, 유동 필드(86)의 채널의 출구의 차단은, 산소 반응 가스 유동의 차단이 연료 부족을 야기하지 않고 주로 압력 손실 및 효율성 손실의 결과를 가져오기 때문에, 유동 필드(36)의 연료 채널의 차단보다 덜 중요할 수도 있다.
바이폴라 플레이트(16)는 전술된 바와 같이 배플로서 본래 기능을 하는 섬프(64) 이외에, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 별개의 배플 부재(164)를 포함할 수도 있다. 배플(164)은 바이폴라 플레이트(16)가 목부(66)를 지나서 매니폴드(40 및 42) 내로 상향으로 짧은 거리만큼 연장됨으로써 형성된다. 배플(164)은 물의 슬로싱의 추가 감소를 용이하게 하기 위해, 셀(10)의 두께를 통과하는 길이 방향으로의 매니폴드(40 및 42) 내의 물의 유동을 방해하는데 도움이 된다. 바이폴라 플레이트(16)의 매니폴드(40 및 42)와 연계된 배플(164)만이 상세히 기술되었지만, 유사한 기능을 갖는 추가 배플(164)도 또한 매니폴드(52) 내에 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
특징의 조합이 예시된 일례에 도시되어 있을지라도, 이들 모두는 본 발명의 다양한 실시예의 이점을 실현하기 위해 조합될 필요가 있는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 실시예에 따라 설계된 시스템은 도면 중 어느 하나에 도시된 모든 특징부 또는 도면에 개략적으로 도시된 모든 부분들을 반드시 포함하지는 않을 것이다. 또한, 일 일례의 실시예의 선택된 특징부는 다른 일례의 실시예의 선택된 특징부와 조합될 수도 있다.
상기 설명은 사실상 제한적이지 않고 오히려 예시적이다. 본 발명의 본질로부터 벗어나지 않는 개시된 일례에 대한 변경 및 변형은 당해 기술분야의 숙련자에게 명백해질 수도 있다. 본 발명에 주어진 법적 보호 범위는 이하의 특허청구범위만을 고려하여 결정될 수 있다.

Claims (16)

  1. 연료 전지에 사용하기 위한 장치이며,
    유동 필드 채널과, 유동 필드 채널과 유체 연통되고 반응 가스를 운반하기 위한 매니폴드와, 매니폴드와 유체 연통되는 섬프를 포함하는 바이폴라 플레이트를 포함하는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    매니폴드는 반응 가스 공급 매니폴드를 포함하는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    매니폴드는 반응 가스 방향 전환 매니폴드를 포함하는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    매니폴드는 반응 가스 방출 매니폴드를 포함하는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    섬프는 바이폴라 플레이트를 통하여 부분적으로 연장되는 채널을 포함하는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    채널은 만곡 채널 섹션을 포함하는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    만곡 채널 섹션은 약 90°로 방향 전환되는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    매니폴드는 상단부 및 하단부를 포함하고, 섬프는 하단부로부터 연장되는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    바이폴라 플레이트는 섬프에 인접한 냉각제 채널을 포함하는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    냉각제 채널 및 섬프는 섬프의 표면 및 냉각제 채널의 표면을 형성하는 공통 벽을 공유하는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    바이폴라 플레이트는 다공성 물질을 포함하는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    바이폴라 플레이트는 액체의 이동을 방해하기 위해 섬프에 근접하고 매니폴드 내로 연장되는 배플을 포함하는
    연료 전지에 사용하기 위한 장치.
  13. 연료 전지이며,
    적어도 하나의 전극과,
    적어도 하나의 전극과 연계된 복수의 바이폴라 플레이트를 포함하고,
    각각의 바이폴라 플레이트는 유동 필드 채널과, 유동 필드 채널과 유체 연통되고 반응 가스를 운반하기 위한 매니폴드를 포함하고,
    복수의 바이폴라 플레이트는 매니폴드와 유체 연통되는 섬프를 각각 포함하는
    연료 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    복수의 바이폴라 플레이트 중 적어도 하나의 바이폴라 플레이트는 연료 전지에서의 액체의 이동을 방해하기 위해 섬프에 근접하고 매니폴드 내로 연장되는 배플을 포함하는
    연료 전지.
  15. 유동 필드 채널과, 유동 필드 채널과 유체 연통되고 반응 가스를 운반하기 위한 매니폴드를 포함하는 적어도 하나의 바이폴라 플레이트를 갖는 연료 전지를 제어하는 방법이며,
    매니폴드로부터 연장되는 섬프를 설치하는 단계와,
    섬프 내에 물을 수집하여, 매니폴드 내의 물의 양을 제어하는 단계를 포함하는
    연료 전지 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    섬프와 섬프에 인접하여 위치된 냉각제 채널 사이의 압력차를 제어하여, 이에 의해 섬프 내의 어떤 물도 바이폴라 플레이트의 세공을 통하여 섬프로부터 냉각제 채널을 향해 이동되게 하는 단계를 더 포함하는
    연료 전지 제어 방법.
KR1020107021412A 2008-04-11 2008-04-11 매니폴드 섬프를 갖는 바이폴라 플레이트 및 연료 전지 KR20100120226A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2008/059971 WO2009126161A1 (en) 2008-04-11 2008-04-11 Fuel cell and bipolar plate having manifold sump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100120226A true KR20100120226A (ko) 2010-11-12

Family

ID=41162136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107021412A KR20100120226A (ko) 2008-04-11 2008-04-11 매니폴드 섬프를 갖는 바이폴라 플레이트 및 연료 전지

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20110020722A1 (ko)
EP (1) EP2277218A4 (ko)
JP (1) JP2011517838A (ko)
KR (1) KR20100120226A (ko)
CN (1) CN102037594A (ko)
WO (1) WO2009126161A1 (ko)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101965473B1 (ko) 2012-06-05 2019-08-13 아우디 아게 유용한 영역을 최대화하기 위해 선택된 치수들을 갖는 연료 전지 구성요소
WO2014011901A2 (en) * 2012-07-11 2014-01-16 Sangamo Biosciences, Inc. Methods and compositions for delivery of biologics
GB2524313A (en) * 2014-03-20 2015-09-23 Intelligent Energy Ltd Fuel cell stack
DE102015201113A1 (de) * 2015-01-23 2016-07-28 Volkswagen Ag Bipolarplatte und Brennstoffzelle mit einer solchen
CA3022997C (en) 2016-05-20 2023-07-18 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Methods for breaking immunological tolerance using multiple guide rnas
JP2019523009A (ja) 2016-07-29 2019-08-22 リジェネロン・ファーマシューティカルズ・インコーポレイテッドＲｅｇｅｎｅｒｏｎ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ， Ｉｎｃ． Ｃ末端切断型フィブリリン−１の発現をもたらす変異を有するマウス
RU2021133626A (ru) 2017-01-23 2022-01-31 Регенерон Фармасьютикалз, Инк. Варианты hsd17b13 и их применения
CN118109477A (zh) 2017-06-27 2024-05-31 瑞泽恩制药公司 包含人源化asgr1基因座的非人动物
MX2020001177A (es) 2017-07-31 2020-09-25 Regeneron Pharma Animales no humanos reporteros de crispr y usos de los mismos.
KR20200032117A (ko) 2017-07-31 2020-03-25 리제너론 파마슈티칼스 인코포레이티드 생체 내에서 외인성 공여체 핵산과의 CRISPR/Cas-유도된 재조합의 평가
US11130999B2 (en) 2017-07-31 2021-09-28 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Cas-ready mouse embryonic stem cells and mice and uses thereof
ES2962277T3 (es) 2017-09-29 2024-03-18 Regeneron Pharma Roedores que comprenden un locus Ttr humanizado y métodos de uso
CA3076371C (en) 2017-11-10 2022-11-22 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Non-human animals comprising slc30a8 mutation and methods of use
EP4299732A3 (en) 2017-11-30 2024-03-27 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Rats comprising a humanized trkb locus
CA3089331A1 (en) 2018-03-19 2019-09-26 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Transcription modulation in animals using crispr/cas systems
EP3849304B1 (en) 2018-09-13 2024-01-10 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Complement factor h gene knockout rat as a model of c3 glomerulopathy
KR20210105914A (ko) 2018-12-20 2021-08-27 리제너론 파마슈티칼스 인코포레이티드 뉴클레아제-매개 반복부 팽창
ES2969026T3 (es) 2019-03-18 2024-05-16 Regeneron Pharma Plataforma de detección de abandonos CRISPR/CAS para revelar vulnerabilidades genéticas asociadas con la agregación de tau
CN113631700A (zh) 2019-03-18 2021-11-09 瑞泽恩制药公司 用于鉴定tau接种或聚集的基因修饰因子的CRISPR/Cas筛选平台
AU2020256225A1 (en) 2019-04-03 2021-09-02 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Methods and compositions for insertion of antibody coding sequences into a safe harbor locus
CA3133360A1 (en) 2019-04-04 2020-10-08 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Non-human animals comprising a humanized coagulation factor 12 locus
AU2020286382A1 (en) 2019-06-04 2021-11-04 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Non-human animals comprising a humanized TTR locus with a beta-slip mutation and methods of use
KR20220017939A (ko) 2019-06-07 2022-02-14 리제너론 파마슈티칼스 인코포레이티드 인간화 알부민 좌위를 포함하는 비-인간 동물
BR112022008861A2 (pt) 2019-11-08 2022-08-23 Regeneron Pharma Construto de ácido nucleico, vetor, nanopartícula lipídica, célula, composição para uso na expressão de retinosquisina, método para integrar uma sequência de codificação, e, método para modificar um gene rs1
WO2021108363A1 (en) 2019-11-25 2021-06-03 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Crispr/cas-mediated upregulation of humanized ttr allele
CN115175559A (zh) 2020-01-28 2022-10-11 瑞泽恩制药公司 包含人源化pnpla3基因座的非人动物及其使用方法
US20230081547A1 (en) 2020-02-07 2023-03-16 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Non-human animals comprising a humanized klkb1 locus and methods of use
EP4125348A1 (en) 2020-03-23 2023-02-08 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Non-human animals comprising a humanized ttr locus comprising a v30m mutation and methods of use
EP4171215A2 (en) 2020-06-26 2023-05-03 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Non-human animals comprising a humanized ace2 locus
WO2023077053A2 (en) 2021-10-28 2023-05-04 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Crispr/cas-related methods and compositions for knocking out c5
AU2022381205A1 (en) 2021-11-04 2024-03-28 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Non-human animals comprising a modified cacng1 locus
AU2022408167A1 (en) 2021-12-08 2024-06-06 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Mutant myocilin disease model and uses thereof
WO2023122506A1 (en) 2021-12-20 2023-06-29 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Non-human animals comprising humanized ace2 and tmprss loci
WO2023150798A1 (en) 2022-02-07 2023-08-10 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Compositions and methods for defining optimal treatment timeframes in lysosomal disease
WO2023235725A2 (en) 2022-05-31 2023-12-07 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Crispr-based therapeutics for c9orf72 repeat expansion disease
WO2024026488A2 (en) 2022-07-29 2024-02-01 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Non-human animals comprising a modified transferrin receptor locus

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4543303A (en) * 1982-07-09 1985-09-24 United Technologies Corporation Fuel cell battery with in cell oxidant-product liquid separators
US6015633A (en) * 1998-10-07 2000-01-18 Plug Power, L.L.C. Fluid flow plate for water management, method for fabricating same, and fuel cell employing same
US6280870B1 (en) * 1999-08-26 2001-08-28 Plug Power Inc. Combined fuel cell flow plate and gas diffusion layer
US6777126B1 (en) * 1999-11-16 2004-08-17 Gencell Corporation Fuel cell bipolar separator plate and current collector assembly and method of manufacture
US6686084B2 (en) * 2002-01-04 2004-02-03 Hybrid Power Generation Systems, Llc Gas block mechanism for water removal in fuel cells
JP3702848B2 (ja) * 2002-01-10 2005-10-05 日産自動車株式会社 燃料電池
US6794068B2 (en) * 2002-08-29 2004-09-21 General Motors Corporation Fuel cell stack design and method of operation
JP2004103455A (ja) * 2002-09-11 2004-04-02 Nissan Motor Co Ltd 固体高分子型燃料電池およびその運転方法
EP1469542A1 (en) * 2003-04-09 2004-10-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
JP4723196B2 (ja) * 2004-03-16 2011-07-13 本田技研工業株式会社 燃料電池
US7220513B2 (en) * 2004-03-18 2007-05-22 General Motors Corporation Balanced humidification in fuel cell proton exchange membranes
US7659024B2 (en) * 2005-05-13 2010-02-09 Panasonic Corporation Fuel cell having a separator with water-retaining groove portions
KR100790851B1 (ko) * 2006-06-09 2008-01-02 삼성에스디아이 주식회사 스택에 열교환기가 내장된 연료전지

Also Published As

Publication number Publication date
EP2277218A1 (en) 2011-01-26
EP2277218A4 (en) 2011-10-19
US20110020722A1 (en) 2011-01-27
WO2009126161A1 (en) 2009-10-15
JP2011517838A (ja) 2011-06-16
CN102037594A (zh) 2011-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20100120226A (ko) 매니폴드 섬프를 갖는 바이폴라 플레이트 및 연료 전지
US6960404B2 (en) Evaporative cooled fuel cell
CN101241993B (zh) 用于质子交换膜燃料电池堆集管的除水通道
US7691511B2 (en) Fuel cell having coolant flow field wall
US8034502B2 (en) Water removal system for non-reactive regions in PEFMC stacks
US9214682B2 (en) Fuel cell
US20120244395A1 (en) Flow battery with interdigitated flow field
KR101191497B1 (ko) 누출을 제한하기 위한 바이폴러 플레이트 및 연료 전지
CN101267042A (zh) 双极板流场中的流动通道的分叉
US7790326B2 (en) Fuel cell and separator for fuel cell
KR102575900B1 (ko) 유로판
US9306227B2 (en) Fuel cell and flow field plate for fluid distribution
CN101714640B (zh) 带有用于防止出口水滞留的部件的双极板
US20110229787A1 (en) Proton exchange membrane fuel cell stack
US10090535B2 (en) Fuel cell having at least one active surface layer
JP2001118596A (ja) 燃料電池スタック
CN101546835B (zh) 燃料电池堆重复单元用的具有弹性体密封件的隧道桥
JP5766916B2 (ja) 固体高分子型燃料電池
JP5638411B2 (ja) 燃料電池
US9508999B2 (en) Wicking layer for managing moisture distribution in a fuel cell
JP5366999B2 (ja) 燃料電池システム
JP2010186590A (ja) 燃料電池
CA2544622C (en) Solid polymer fuel cell
CN107925106B (zh) 具有内部颗粒约束功能的燃料电池堆以及具有这种燃料电池堆的车辆
US9362577B2 (en) Fuel cell water management arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application