KR20110094448A - Bundle of unit cell assembly type sofc and manufacturing method - Google Patents

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KR20110094448A KR1020100013827A KR20100013827A KR20110094448A KR 20110094448 A KR20110094448 A KR 20110094448A KR 1020100013827 A KR1020100013827 A KR 1020100013827A KR 20100013827 A KR20100013827 A KR 20100013827A KR 20110094448 A KR20110094448 A KR 20110094448A
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박석주
송락현
신동열
이승복
임탁형
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한국에너지기술연구원
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Abstract

PURPOSE: A bundle of a unit cell assembly type SOFC is provided to ensure excellent airtightness of a coupling state while facilitating the coupling of the cell assembly with a manifold and to easily separate or replace each cell assembly from the manifold. CONSTITUTION: A method for preparing a bundle of a unit cell assembly type SOFC comprises the steps of: sealing a closed cap at one part of a cylindrical cell and an open cap(113) having a connection tube(113a) at the other part of the cell; completing a cell assembly(110) by installing a current collector around the cell; and coupling the cell assembly to a manifold(120) equipped with a fuel inflow tube(122) using a fitting body and lock-fitting(130).

Description

개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들 및 그 제조방법{Bundle of unit cell assembly type SOFC and manufacturing method}Bundle of unit cell assembly type SOFC and manufacturing method

본 발명은 고체산화물 연료전지에 관한 것으로서, 특히 연료전지 스택(stack)을 형성하기 위하여 다수 개의 개별 셀(cell)들이 하나의 매니폴드에 조립된 상태로 이루어진 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들(bundle)과 그 제조방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and in particular, a bundle of individual cell-assembled solid oxide fuel cells in which a plurality of individual cells are assembled in a manifold to form a fuel cell stack. It relates to a bundle and a method of manufacturing the same.

연료전지는 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소를 공기 중의 산소와 전기화학적으로 반응시켜 직접 전기에너지로 변환시키는 고효율의 청정 발전 기술로서, 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 알칼리형, 인산형, 용융탄산염, 고체산화물 및 고분자 연료전지 등으로 분류된다. A fuel cell is a high-efficiency clean power generation technology that converts hydrogen contained in hydrocarbon-based materials such as natural gas, coal gas, and methanol to electrochemically react with oxygen in the air and directly converts it into electrical energy. It is largely classified into alkali type, phosphoric acid type, molten carbonate, solid oxide and polymer fuel cell.

일반적으로 연료전지는 화석연료를 개질한 수소를 주성분으로 하는 수소가스와 공기 속의 산소를 연료로 사용하고 인산 전해질을 사용하는 연료전지인 인산형 연료전지(PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell)를 제1세대, 용융염을 전해질로 사용하며 650℃부근에서 작동되는 고온형 용융탄산염 연료전지(MCFC : Molten Carbonate Fuel Cell)를 제2세대, 보다 높은 온도에서 작동하고 가장 높은 효율로 발전을 하는 고체산화물 연료전지(SOFC : Solid Oxide Fuel Cell)를 제3세대 연료전지라고 한다.In general, a fuel cell is the first generation of a phosphate acid fuel cell (PAFC), which is a fuel cell using hydrogen gas mainly containing hydrogen-modified fossil fuel and oxygen in the air as a fuel and using a phosphate electrolyte. Oxide fuel cell using high temperature molten carbonate fuel cell (MCFC), which uses molten salt as an electrolyte and operates near 650 ℃, operates at higher temperature and generates the highest efficiency (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) is called the third generation fuel cell.

특히 상기 고체산화물 연료전지는 인산형 연료전지 및 용융탄산염형 연료전지보다 뒤늦게 개발이 시작되었으나, 급속한 재료기술의 발달로 상기 인산형 연료전지 및 용융탄산염형 연료전지에 이어 가까운 시일 내에 실용화에 이를 전망이며, 600~1000℃정도의 고온에서 작동되는 연료전지로서 종래 여러 형태의 연료전지들 중 가장 효율이 높고 공해가 적을 뿐 아니라 연료개질기를 필요로 하지 않고 복합발전이 가능하다는 여러 장점을 지니고 있다.In particular, the solid oxide fuel cell has begun to develop later than the phosphate fuel cell and the molten carbonate fuel cell, but due to the rapid development of material technology, the solid oxide fuel cell is expected to be put to practical use in the near future after the phosphate fuel cell and the molten carbonate fuel cell. As a fuel cell operating at a high temperature of about 600 to 1000 ° C., the fuel cell has the advantages of being the most efficient and the least pollutant among the various types of fuel cells in the related art, and the combined power generation without the need for a fuel reformer.

본 발명은 이러한 고체산화물 연료전지 중에서 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지에 관한 기술을 제공하기 위한 것인데, 이것은 원통형(tubular)으로 이루어진 다수의 개별 셀(cell)들을 하나의 매니폴드(manifold)에 조립하고, 이렇게 셀들이 조립된 매니폴드를 하나의 번들(bundle)로 하여, 이 번들 여러 개를 적층한 연료전지 스택(stack)으로 이루어지게 된다.The present invention is to provide a technique for the individual cell-assembled solid oxide fuel cell of the solid oxide fuel cell, which is to assemble a plurality of individual cells (tubular) in one manifold (manifold) In addition, the manifolds in which the cells are assembled as one bundle are configured as a fuel cell stack in which the bundles are stacked.

종래의 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지에 대한 제작 과정을 개괄적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 첨부도면 도 1과 같은 원통형 셀(1a)의 한쪽 단부에 도 2에 보이는 것과 같이 밀폐캡(closed-cap : 1b)을 브레이징으로 결합시켜 밀폐시킨다. 이어서, 도 3과 같이 셀(1a)의 주위에 전기저항이 낮은 금속선(metal wire)이나 금속망(metal mesh)으로 이루어진 집전체(current collector : 1c)를 감아서 셀 어셈블리(1)를 만든다. 그리고, 이 셀 어셈블리(1) 여러 개를 도 4에 도시된 것과 같은 매니폴드(2)에 브레이징으로 밀봉 결합함으로써 도 5와 같은 번들을 완성하게 되며, 이러한 번들을 여러 개 적층함으로써 연료전지 스택을 형성하게 된다. 도 3의 미설명 부호 1d는 집전체의 가지(branch)이다.Looking at the manufacturing process of the conventional individual cell-assembled solid oxide fuel cell as follows. First, as shown in FIG. 2, a closed cap (b) is coupled to one end of the cylindrical cell 1a as shown in FIG. Subsequently, the cell assembly 1 is formed by winding a current collector 1c made of a metal wire or a metal mesh having low electrical resistance around the cell 1a as shown in FIG. 3. Then, the plurality of cell assemblies 1 are hermetically sealed to the manifold 2 as shown in FIG. 4 to complete the bundle as shown in FIG. 5, and the fuel cell stack is stacked by stacking the bundles. To form. Reference numeral 1d in FIG. 3 denotes a branch of the current collector.

그런데, 상기와 같은 종래의 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지에 있어서, 상기 번들은 다음과 같은 문제점을 갖고 있다. 첫째로, 다수의 셀 어셈블리(1)들을 매니폴드(2)에 브레이징으로 밀봉 결합하는 과정에서 밀봉 불량이 발생하거나 하나 이상의 셀 어셈블리(1)에 결함이 발생하는 경우, 번들 전체를 사용할 수 없게 된다. 둘째로, 셀 어셈블리(1)와 매니폴드(2)를 밀봉 결합하는 과정에서 집전체(1c)와 매니폴드(2)의 열변형을 최소화하기 위해서는 밀봉이 이루어지는 국소부위만을 고온으로 가열할 수 있는 유도 가열 브레이징(induction heating brazing) 기술을 이용하여야 하는데, 일반적으로 유도 가열 브레이징은 고난도의 어려운 접합 기술이기 때문에 대량의 번들 제작에 적용하기가 어렵다.However, in the conventional individual cell assembly type solid oxide fuel cell as described above, the bundle has the following problems. First, when a sealing failure occurs in the process of sealingly bonding a plurality of cell assemblies 1 to the manifold 2 or a defect occurs in one or more cell assemblies 1, the entire bundle cannot be used. . Secondly, in order to minimize thermal deformation of the current collector 1c and the manifold 2 in the process of sealingly coupling the cell assembly 1 and the manifold 2, only the localized region where the sealing is performed may be heated to a high temperature. Induction heating brazing technology should be used. In general, induction heating brazing is a difficult joining technique with a high degree of difficulty, and thus is difficult to apply to a large quantity of bundles.

한편, 미국의 어큐멘트릭스사(Acumentrics Corporation)는 전술한 바와 같은 종래의 예보다 제작이 용이한 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지 번들을 제시한 바 있다. 즉, 이것은 도 6에 도시된 것처럼, 셀(11)의 한쪽 단부에 밀폐캡(12)을 밀봉 결합시키되 다른 쪽 단부에는 수나사산(13a)이 가공되어 있는 개방캡(open-cap : 13)을 밀봉 결합시키고, 셀(11) 주위에 집전체(14)를 구성한 셀 어셈블리(10)를 개시하고 있다. 그리고, 이 셀 어셈블리(10)가 결합될 매니폴드(20)에는 상기 개방캡(13)의 수나사산(13a)이 체결되는 암나사산(20a)이 가공되어 있어서, 셀 어셈블리(10)가 매니폴드(20)에 브레이징 접합이 아닌 나사 체결 방식으로 결합이 됨으로써 번들의 제작이 종래보다 한결 간소화된다.Meanwhile, Accurics Corporation of the United States has proposed a separate cell-assembled solid oxide fuel cell bundle that is easier to manufacture than the conventional example as described above. That is, as shown in FIG. 6, the sealing cap 12 is hermetically coupled to one end of the cell 11, while the other end is provided with an open cap 13 having an external thread 13a. The cell assembly 10 which seal-coupled and comprised the electrical power collector 14 around the cell 11 is disclosed. In addition, a female thread 20a to which the male thread 13a of the open cap 13 is fastened is processed in the manifold 20 to which the cell assembly 10 is coupled, so that the cell assembly 10 is manifolded. By being coupled to the screw 20 in the screw fastening method instead of brazing, the production of the bundle is more simplified than before.

그러나, 상기 어큐멘트릭스사가 제시한 번들은 다음과 같은 문제점을 나타내고 있다. 우선, 셀 어셈블리(10)와 매니폴드(20)를 나사 체결 방식으로 결합하기 때문에, 그 체결과정에서 셀 어셈블리(10)들이 회전하게 되므로 셀 어셈블리(10)들의 배열이 정열(alignment)된 상태를 유지할 수 없게 된다(즉, 집전체의 가지(branch : 도 3의 부호 1d 참조)에 대한 정열이 어렵게 된다). 따라서, 셀 어셈블리(10)의 집전체(14) 구조를 셀(11) 주위 360도 방향으로 비대칭됨이 없이 동일하게 제작하여야 하며, 번들을 스태킹하는 과정에서 집전체(14)와 인접 매니폴드 바디와의 전기적 연결을 위한 추가적인 집전 라인(도시되지 않음)을 설치하여야 한다. 또한, 나사 체결 방식은 기밀성이 저하되기 때문에 연료 전지의 가스 압력이 일정 수준 이상으로 상승하는 경우 가스가 누출될 우려가 있다.
However, the bundle presented by Accuxix presents the following problems. First, since the cell assembly 10 and the manifold 20 are coupled in a screw fastening manner, the cell assemblies 10 are rotated in the fastening process so that the arrangement of the cell assemblies 10 is aligned. It cannot be maintained (i.e., alignment of branches of the current collector (see symbol 1d in Fig. 3) becomes difficult). Therefore, the structure of the current collector 14 of the cell assembly 10 should be made identical without being asymmetric in the 360 degree direction around the cell 11, and the current collector 14 and the adjacent manifold body in the process of stacking the bundles. Additional current collecting lines (not shown) for electrical connection with the In addition, since the screw fastening method reduces the airtightness, there is a fear that the gas leaks when the gas pressure of the fuel cell rises above a certain level.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 개발된 것으로서, 그 목적은, 매니폴드에 대한 셀 어셈블리의 결합이 매우 간편하게 이루어지는 동시에 결합 상태의 기밀성이 매우 뛰어나고, 결합 후에도 개개의 셀 어셈블리를 매니폴드로부터 쉽게 분리하여 교체할 수 있으며, 대량 제조가 용이한 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was developed to improve the conventional problems as described above, and an object thereof is that the assembly of the cell assembly to the manifold is made very simple, and the airtightness of the bonded state is very excellent, and the individual cell assembly is maintained even after joining. The present invention provides a bundle of individual cell-assembled solid oxide fuel cells that can be easily separated and replaced from a manifold and easily manufactured in large quantities, and a method of manufacturing the same.

본 발명은 또한, 매니폴드에 결합되는 셀 어셈블리들이 정열된 상태로 결합될 수 있는 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들 및 그 제조방법을 제공하는 데에도 그 목적이 있다.
Another object of the present invention is to provide a bundle of individual cell-assembled solid oxide fuel cells and a method of manufacturing the same, in which cell assemblies coupled to a manifold can be coupled in an aligned state.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들은, 셀 어셈블리와 매니폴드 및 상기 셀 어셈블리를 상기 매니폴드에 결합시키는 록-피팅을 포함한 구성으로 이루어져 있다. 즉, 상기 셀 어셈블리는, 원통형 셀의 일단부에 밀폐캡이 밀봉 결합되고, 상기 셀의 타단부에는 셀의 내부로부터 외부로 개방된 통로를 제공하는 연결 튜브를 가진 개방캡이 밀봉 결합되며, 상기 셀의 주위에는 집전체가 설치된 구성으로 이루어져 있다. 그리고,매니폴드는, 상기 연결 튜브를 통해 상기 셀과 연결되는 연료유입튜브를 구비하고, 상기 연료유입튜브의 관로 중에 마련되어 내부에 상기 연결 튜브가 삽입되되 이 연결 튜브가 삽입되는 선단부 내측이 벌어져 있으며 외주면에는 나사산이 형성되어 있는 피팅 바디를 구비하고 있다. 또, 상기 록-피팅은, 상기 연결 튜브의 외주면으로부터 상기 피팅 바디의 나사산에 체결되는 너트와, 상기 너트가 체결될 때 상기 너트의 내측에서 상기 연결 튜브의 외주면과 상기 피팅 바디의 선단부 내측 사이로 개재되면서 변형을 일으켜 기밀 상태를 유지하는 콘 타입의 프런트 페럴과, 상기 너트가 체결될 때 상기 프런트 페럴의 후방에서 상기 연결 튜브의 외주면과 상기 프런트 페럴의 내측 사이로 개재되면서 변형되어 상기 연결 튜브를 지지하는 백 페럴로 구성되어 있다.The bundle of the individual cell-assembled solid oxide fuel cell according to the present invention for achieving the above object is composed of a cell assembly and a manifold and a configuration including a lock-fitting coupling the cell assembly to the manifold. That is, the cell assembly, the sealing cap is sealed to one end of the cylindrical cell, the other end of the cell is an open cap having a connecting tube for providing a passage that is open from the inside of the cell to the outside is sealed, Around the cell, a current collector is provided. The manifold includes a fuel inlet tube connected to the cell through the connection tube, and is provided in a pipeline of the fuel inlet tube, and the connection tube is inserted therein, and the inner end portion of the manifold is opened. The outer circumferential surface is provided with a fitting body in which a thread is formed. In addition, the lock-fitting is interposed between a nut fastened to the thread of the fitting body from the outer circumferential surface of the connection tube, and between the outer circumferential surface of the connection tube and the inside of the tip end of the fitting body when the nut is fastened. And a cone-type front ferrule that maintains a hermetic state while deforming, and is deformed while interposed between the outer circumferential surface of the connection tube and the inside of the front ferrule at the rear of the front ferrule when the nut is fastened to support the connection tube. It consists of a back ferrule.

본 발명은 또한, 원통형 셀의 일단부에 밀폐캡을 밀봉 결합하고 상기 셀의 타단부에는 셀의 내부로부터 외부로 개방된 통로를 제공하는 연결 튜브를 가진 개방캡을 밀봉 결합하는 단계와, 상기 셀의 주위에 집전체를 설치하여 셀 어셈블리를 완성하는 단계와, 상기 연결 튜브를 통해 상기 셀과 연결되는 연료유입튜브를 구비한 매니폴드에 대하여 상기 셀 어셈블리를 상기 피팅 바디와 록-피팅을 이용하여 결합하는 단계를 포함하여 이루어지는 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a step of sealingly coupling an airtight cap to one end of a cylindrical cell and sealingly connecting the open cap with a connection tube at the other end of the cell to provide an open passage from the inside of the cell to the outside. Comprising a cell assembly by installing a current collector around the manifold having a fuel inlet tube connected to the cell through the connecting tube using the fitting body and the lock-fitting It provides a method for producing a bundle of individual cell-assembled solid oxide fuel cell comprising the step of combining.

특히, 상기 밀폐캡과 상기 개방캡은 상기 셀에 대하여 진공 가열로 내에서 진공 가열 브레이징에 의해 밀봉 결합된다.
In particular, the closure cap and the open cap are hermetically coupled to the cell by vacuum heating brazing in a vacuum furnace.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 셀 어셈블리를 매니폴드에 매우 간편하고 쉽게 결합할 수 있어 연료전지 번들과 스택의 대량 생산이 가능하게 될 뿐만 아니라, 셀 어셈블리의 결합 후에도 쉽게 분리 교체할 수 있기 때문에 불량 발생시 해당 셀 어셈블리만을 교체하면 되므로 종래의 브레이징 밀봉 결합 방식에 비해 비용을 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention configured as described above, since the cell assembly can be very easily and easily coupled to the manifold, not only mass production of the fuel cell bundle and the stack is possible, but also easy separation and replacement even after the cell assembly is combined. When the defect occurs, only the corresponding cell assembly needs to be replaced, thereby reducing the cost significantly compared to the conventional brazing seal coupling method.

또한, 본 발명에서 적용된 록-피팅은 셀 어셈블리들을 매니폴드에 나사 결합하는 종래의 경우에 비해 결합 상태의 기밀성이 매우 뛰어나므로 연료전지의 효율과 안정성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, the lock-fitting applied in the present invention has an effect of improving the efficiency and stability of the fuel cell since the airtightness of the coupled state is very excellent as compared with the conventional case of screwing the cell assemblies to the manifold.

또한, 본 발명에서는 매니폴드에 결합되는 셀 어셈블리들이 정열된 상태로 결합될 수 있으므로, 번들을 스태킹하는 과정에서 집전체와 인접 매니폴드 바디와의 전기적 연결을 위한 추가적인 집전 라인을 설치할 필요가 없어 종래의 나사 결합 방식에 비해 제조 비용이 크게 절감되는 효과가 있다.
In addition, in the present invention, since the cell assemblies coupled to the manifold can be coupled in an aligned state, there is no need to install an additional current collecting line for electrical connection between the current collector and the adjacent manifold body during stacking of the bundle. Compared to the screw coupling method of the manufacturing cost is significantly reduced.

도 1은 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지를 구성하는 원통형 셀을 나타낸 사진이다.
도 2는 도 1의 셀의 한쪽 단부에 밀폐캡이 결합된 상태를 나타낸 사진이다.
도 3은 도 2의 셀에 집전체가 설치된 종래의 셀 어셈블리를 나타낸 사진이다.
도 4는 도 3의 셀 어셈블리가 결합되는 종래의 매니폴드를 나타낸 사진이다.
도 5는 도 4의 매니폴드에 도 3의 셀 어셈블리가 결합된 상태를 나타낸 사진이다.
도 6은 종래 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들에 대한 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 연료전지의 번들을 구성하는 원통형 셀을 나타낸 사진이다.
도 8은 도 7의 셀에 집전체가 설치된 셀 어셈블리를 나타낸 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 연료전지의 번들을 구성하는 매니폴드를 나타낸 사진이다.
도 10은 도 9의 매니폴드에 셀 어셈블리들이 결합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명에 적용되는 록-피팅의 구성품을 나타낸 분리 사시도이다.
도 12는 본 발명에 적용되는 록-피팅의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 번들이 적층된 연료전지의 스택을 나타낸 사시도이다.1 is a photograph showing a cylindrical cell constituting an individual cell-assembled solid oxide fuel cell.
Figure 2 is a photograph showing a state in which the sealing cap is coupled to one end of the cell of Figure 1;
3 is a photograph showing a conventional cell assembly in which a current collector is installed in the cell of FIG. 2.
4 is a photograph showing a conventional manifold to which the cell assembly of FIG. 3 is coupled.
5 is a photograph showing a state in which the cell assembly of FIG. 3 is coupled to the manifold of FIG. 4.
6 is a perspective view showing another example of a bundle of a conventional individual cell assembled solid oxide fuel cell.
7 is a photograph showing a cylindrical cell constituting a bundle of a fuel cell according to the present invention.
FIG. 8 is a photograph illustrating a cell assembly in which a current collector is installed in the cell of FIG. 7.
9 is a photograph showing a manifold constituting a bundle of a fuel cell according to the present invention.
10 is a perspective view illustrating a state in which cell assemblies are coupled to the manifold of FIG. 9.
11 is an exploded perspective view showing the components of the lock-fitting applied to the present invention.
12 is a cross-sectional view showing the structure of the lock-fitting applied to the present invention.
13 is a perspective view illustrating a stack of fuel cells in which bundles of the present invention are stacked.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art can understand the present invention without departing from the scope and spirit of the present invention. It is not.

도 7은 본 발명에 따른 연료전지의 번들을 구성하는 원통형 셀을 나타낸 사진이고, 도 8은 도 7의 셀에 집전체가 설치된 셀 어셈블리를 나타낸 사진이며, 도 9는 본 발명에 따른 연료전지의 번들을 구성하는 매니폴드를 나타낸 사진이다. 또, 도 10은 도 9의 매니폴드에 셀 어셈블리들이 결합된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 11은 본 발명에 적용되는 록-피팅의 구성품을 나타낸 분리 사시도이며, 도 12는 본 발명에 적용되는 록-피팅의 구조를 나타낸 단면도이다.7 is a photograph showing a cylindrical cell constituting a bundle of a fuel cell according to the present invention, FIG. 8 is a photograph showing a cell assembly in which a current collector is installed in the cell of FIG. 7, and FIG. 9 is a view of a fuel cell according to the present invention. The photo shows the manifolds that make up the bundle. 10 is a perspective view illustrating a state in which cell assemblies are coupled to the manifold of FIG. 9, FIG. 11 is an exploded perspective view illustrating components of a lock-fitting applied to the present invention, and FIG. 12 is a lock applied to the present invention. -It is sectional drawing which shows the structure of fitting.

상기 도면들에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들은 셀 어셈블리(110)와 이 셀 어셈블리(110)가 결합되는 매니폴드(120) 및 그 결합 수단인 록-피팅(lok-fitting : 130)으로 구성되어 있으며, 구체적으로 설명하면 다음과 같다.As shown in the figures, the bundle of the individual cell-assembled solid oxide fuel cell according to the present invention is a cell assembly 110, a manifold 120 to which the cell assembly 110 is coupled, and a locking means thereof. It consists of a fitting (lok-fitting: 130), and will be described in detail as follows.

상기 셀 어셈블리(110)는, 도 7에 보이는 바와 같이, 원통형의 셀(111)에 밀폐캡(closed-cap : 112)과 개방캡(open-cap : 113)이 결합된 구조로 이루어져 있는데, 상기 밀폐캡(112)은 셀(111)의 일단부에 브레이징(brazing)으로 밀봉 결합이 되고, 상기 개방캡(113)은 셀(111)의 타단부에 브레이징으로 밀봉 결합된다. 특히, 개방캡(113)은 셀(111)의 내부로부터 외부로 개방된 통로를 제공하는 연결 튜브(113a)를 구비하고 있다. 그리고, 밀폐캡(112)과 개방캡(113)은 종래의 유도 가열 브레이징 방법을 사용할 필요 없이 진공 가열로 내에서 진공 가열 브레이징(vacuum heating brazing)에 의해 셀(111)에 결합이 된다. 이렇게 밀폐캡(112)과 개방캡(113)이 밀봉 결합된 셀(111)의 주위에 도 8과 같이 금속제의 집전체(current collector : 114)를 설치함으로써 셀 어셈블리(110)를 완성한다. 상기 집전체(114)는 일반적으로 전기저항이 낮은 금속소재를 감아서 부착한다. 미설명 부호 114a는 집전체의 가지(branch)이다.As shown in FIG. 7, the cell assembly 110 has a structure in which a closed cap 112 and an open cap 113 are coupled to a cylindrical cell 111. The sealing cap 112 is hermetically coupled to one end of the cell 111 by brazing, and the open cap 113 is hermetically coupled to the other end of the cell 111 by brazing. In particular, the open cap 113 is provided with a connection tube 113a that provides a passage that is open from the inside of the cell 111 to the outside. In addition, the sealing cap 112 and the open cap 113 are coupled to the cell 111 by vacuum heating brazing in a vacuum furnace without the need for using a conventional induction heating brazing method. The cell assembly 110 is completed by installing a metal current collector 114 as shown in FIG. 8 around the cell 111 in which the sealing cap 112 and the open cap 113 are hermetically coupled. The current collector 114 is generally wound and attached to a metal material having a low electrical resistance. Reference numeral 114a denotes a branch of the current collector.

상기 매니폴드(120)는, 도 9에 보이는 것처럼, 바디(121)에 연료유입채널(121a)과 배출가스 유출채널(121b)이 각각 형성되어 있고, 연료유입채널(121a)로부터 배출가스 유출채널(121b)을 경유하여 길게 외향 돌출됨으로써 상기 연결 튜브(113a)를 통해 셀(111)과 연결되는 연료유입튜브(122)를 구비한 구조로 되어 있다. 그리고 바디(121)의 양측에는 매니폴드(120)를 지지하는 지그(도시되지 않음)가 설치되기 위한 지그 구멍(121c)이 형성되어 있다. 특히, 상기 연료유입튜브(122)의 관로 중에 바디(121)로부터 외향 돌출되는 부위에 피팅 바디(123)가 구비되어 있는데, 이 피팅 바디(123)의 내부에 상기 개방캡(113)의 연결 튜브(113a)가 삽입된다. 또한, 피팅 바디(123)의 연결 튜브(113a)가 삽입되는 선단부 내측은 도 12에서 볼 수 있는 것처럼 경사지게 벌어진 상태로 되어 있고, 외주면에는 나사산(123a)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 9, the manifold 120 has a fuel inflow channel 121a and an exhaust gas outlet channel 121b formed in the body 121, respectively, and the exhaust gas outlet channel from the fuel inflow channel 121a. It protrudes outwardly via 121b and has a structure in which a fuel inlet tube 122 is connected to the cell 111 through the connection tube 113a. In addition, jig holes 121c are formed at both sides of the body 121 to install a jig (not shown) supporting the manifold 120. In particular, a fitting body 123 is provided at a portion of the fuel inlet tube 122 protruding outward from the body 121, and the connection tube of the opening cap 113 is provided inside the fitting body 123. 113a is inserted. In addition, the inside of the distal end portion into which the connecting tube 113a of the fitting body 123 is inserted is inclined to open as shown in FIG. 12, and a thread 123a is formed on the outer circumferential surface thereof.

상기 록-피팅(130)은, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 연결 튜브(113a)의 외주면으로부터 피팅 바디(123)의 나사산(123a)에 체결되는 너트(131)와, 이 너트(131)의 내측에서 상기 연결 튜브(113a)를 피팅 바디(123) 측에 기밀(氣密)을 유지하면서 고정시키는 프런트 페럴(front ferrule : 132) 및 백 페럴(back ferrule : 133)로 구성되어 있다. 상기 프런트 페럴(132)은 콘 타입(cone type)으로 이루어져 상기 너트(131)가 피팅 바디(123)의 나사산(123a)에 체결될 때 너트(131)의 내측에서 연결 튜브(113a)의 외주면과 피팅 바디(123)의 선단부 내측 사이로 개재되면서 변형을 일으켜 연결 튜브(113a)와 피팅 바디(123) 사이의 기밀을 유지하게 된다. 또, 상기 백 페럴(133)은 너트(131)가 체결될 때 프런트 페럴(132)의 후방에서 연결 튜브(113a)의 외주면과 프런트 페럴(132)의 내측 사이로 개재되면서 변형되어 연결 튜브(113a)를 기계적으로 견고하게 지지하게 된다.
The lock-fitting 130 includes a nut 131 which is fastened to the thread 123a of the fitting body 123 from the outer circumferential surface of the connecting tube 113a, as shown in FIGS. It is composed of a front ferrule (132) and a back ferrule (133) for fixing the connection tube 113a to the fitting body 123 while keeping the airtight inside the 131. have. The front ferrule 132 is made of a cone type (cone type) and when the nut 131 is fastened to the thread 123a of the fitting body 123 and the outer peripheral surface of the connecting tube 113a at the inside of the nut 131 Interposed between the inside of the front end portion of the fitting body 123 causes deformation to maintain the airtightness between the connection tube 113a and the fitting body 123. In addition, the back ferrule 133 is deformed while interposed between the outer circumferential surface of the connecting tube 113a and the inner side of the front ferrule 132 at the rear of the front ferrule 132 when the nut 131 is fastened to the connecting tube 113a. Mechanically and firmly supported.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들에 대한 제조방법을 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method for the bundle of the individual cell-assembled solid oxide fuel cell according to the present invention configured as described above is as follows.

먼저, 진공 가열로 내에서 도 7에서와 같이 원통형 셀(111)의 일단부에 밀폐캡(112)을 진공 가열 브레이징에 의해 밀봉 결합함과 아울러 셀(111)의 타단부에는 개방캡(113)을 진공 가열 브레이징에 의해 밀봉 결합한다. 이렇게 본 발명에서는 셀(111)에 밀폐캡(112)과 개방캡(113)만이 밀봉 결합되고 집전체(114)는 설치되지 않은 상태에서, 종래에 밀봉 부위의 국소 가열을 위해 사용하던 고난도의 유도 가열 브레이징 방법을 적용하지 않고 작업이 용이한 진공 가열 브레이징 방법을 적용하기 때문에, 밀폐캡(112)과 개방캡(113)이 밀봉 결합된 셀(111)을 대량으로 생산할 수 있게 된다.First, the sealing cap 112 is sealed to one end of the cylindrical cell 111 by vacuum heating brazing in the vacuum furnace, and an open cap 113 is formed at the other end of the cell 111. The seals are combined by vacuum heating brazing. Thus, in the present invention, only the sealing cap 112 and the opening cap 113 are hermetically coupled to the cell 111 and the current collector 114 is not installed, and thus induction of high difficulty, which has been conventionally used for local heating of the sealing site, is performed. Since the vacuum brazing method, which is easy to work without applying the heating brazing method, is applied, the sealing cap 112 and the open cap 113 can be mass-produced in a sealed cell 111.

다음으로, 상기와 같이 밀폐캡(112)과 개방캡(113)이 밀봉 결합된 셀(111)의 주위에 도 8과 같이 집전체(114)를 부착 설치함으로써 셀 어셈블리(110)를 완성한다. 이와 같이 본 발명에서는 셀(111)의 양단에 밀폐캡(112)과 개방캡(113)이 밀봉 결합된 상태에서 집전체(114)를 부착하기 때문에, 기존의 번들 제조 공정에서 문제가 되던 밀봉 공정에서의 열에 의한 집전체(114)와 매니폴드(120)의 열변형을 고려할 필요가 없어지게 된다.Next, the cell assembly 110 is completed by attaching and installing the current collector 114 around the cell 111 in which the sealing cap 112 and the open cap 113 are hermetically coupled as described above. As described above, in the present invention, since the current collector 114 is attached to both ends of the cell 111 in a state in which the sealing cap 112 and the opening cap 113 are hermetically coupled, the sealing process, which is a problem in the existing bundle manufacturing process, is problematic. There is no need to consider the thermal deformation of the current collector 114 and the manifold 120 due to the heat at.

그 다음으로는, 상기 셀 어셈블리(110)들을 매니폴드(120)에 결합하는데, 도 9와 같이 매니폴드(120)의 연료유입튜브(122)가 바디(121)로부터 길게 외향 돌출되는 부위에 마련된 피팅 바디(123)의 내부에 너트(131), 백 페럴(133), 프런트 페럴(132)이 순차적으로 끼워진 셀 어셈블리(110)의 개방캡(113)에 구비된 연결 튜브(113a)를 삽입하고, 도 10과 같이 록-피팅(130)을 이용하여 결합한다.Next, the cell assemblies 110 are coupled to the manifold 120. The fuel inlet tube 122 of the manifold 120 protrudes outward from the body 121 as shown in FIG. 9. Insert the connecting tube 113a provided in the opening cap 113 of the cell assembly 110 into which the nut 131, the back ferrule 133, and the front ferrule 132 are sequentially inserted into the fitting body 123. , Using the lock-fitting 130 as shown in FIG.

상기 록-피팅(130)에 의한 결합은 다음과 같이 이루어진다. 즉, 도 12를 참조하면, 상기 연결 튜브(113a)를 피팅 바디(123)의 내부에 삽입한 상태에서 록-피팅(130)의 너트(131)를 연결 튜브(113a)의 외주면으로부터 피팅 바디(123)의 나사산(123a)에 체결한다. 이때, 너트(131)의 내측에 위치하는 콘 타입의 프런트 페럴(132)이 연결 튜브(113a)의 외주면과 피팅 바디(123)의 경사지게 벌어진 선단부 내측 사이로 개재되면서 변형을 일으켜 밀착됨으로써 연결 튜브(113a)와 피팅 바디(123) 사이에 기밀 상태가 유지되도록 한다. 또한, 프런트 페럴(132)의 후방에 위치하는 백 페럴(133)은 연결 튜브(113a)의 외주면과 프런트 페럴(132)의 내측 사이로 개재되면서 변형되어 연결 튜브(113a)를 기계적으로 견고하게 지지하게 된다.The engagement by the lock-fitting 130 is made as follows. That is, referring to FIG. 12, the nut 131 of the lock-fitting 130 is inserted from the outer circumferential surface of the connecting tube 113a in a state where the connecting tube 113a is inserted into the fitting body 123. To the thread 123a of the thread 123. At this time, the cone type front ferrule 132 located inside the nut 131 is interposed between the outer circumferential surface of the connecting tube 113a and the inside of the inclined open end portion of the fitting body 123, causing deformation to be in close contact with the connecting tube 113a. ) And the airtight state is maintained between the fitting body 123. In addition, the back ferrule 133 located behind the front ferrule 132 is deformed while being interposed between the outer circumferential surface of the connecting tube 113a and the inside of the front ferrule 132 to mechanically and firmly support the connecting tube 113a. do.

이와 같이, 본 발명에서는 셀 어셈블리(110)를 매니폴드(120)에 결합할 때, 종래 어큐멘트릭스사의 나사 체결 방식에 의한 결합 구조와 달리, 셀 어셈블리(110)를 회전시키지 않고 록-피팅(130)의 구성 부품인 너트(131)만을 회전시키기 때문에 셀 어셈블리(110)의 집전체(114) 가지(114a)들에 대한 정열이 용이해진다. 따라서, 연료전지의 번들을 도 13과 같이 적층한 스택(stack)을 형성할 때 집전체의 가지(114a)들은 인접 매니폴드의 바디와 전기적으로 연결되는데, 이때 인접 매니폴드 바디(121)와의 체결을 쉽게 할 수 있다.As described above, in the present invention, when the cell assembly 110 is coupled to the manifold 120, unlike the coupling structure of the conventional accumulator screw fastening method, the lock-fitting without rotating the cell assembly 110 ( Since only the nut 131, which is a component of 130, is rotated, alignment of the branches 114a of the current collector 114 of the cell assembly 110 is facilitated. Accordingly, when forming a stack in which the bundle of fuel cells is stacked as shown in FIG. 13, the branches 114a of the current collector are electrically connected to the bodies of the adjacent manifolds, and the fastening with the adjacent manifold bodies 121 is performed. You can do it easily.

또한, 록-피팅(130)에 의한 결합은 피팅 바디(123)의 나사산(123a)에 대한 너트(131)의 체결력에 의해 연결 튜브(113a)를 감싸는 프런트 페럴(132)과 백 페럴(133)이 연결 튜브(113a)와 너트(131) 사이에서 기계적 변형을 일으키면서 결합되기 때문에, 가스에 대한 기밀성(sealing)이 완벽하게 된다. 또, 결합 후에도 너트(131)를 풀어주면 피팅 바디(123)로부터 연결 튜브(113a)를 쉽게 분리할 수 있기 때문에, 하나 이상의 셀 어셈블리(110)에 결함이 발생하는 경우 해당 셀 어셈블리(110)의 교체가 용이하다.
In addition, the engagement by the lock-fitting 130 is the front ferrule 132 and the back ferrule 133 surrounding the connecting tube 113a by the fastening force of the nut 131 against the thread 123a of the fitting body 123. Since it is coupled while causing mechanical deformation between the connecting tube 113a and the nut 131, sealing against gas is perfect. In addition, if the nut 131 is released after the coupling, the connecting tube 113a can be easily separated from the fitting body 123. Therefore, when one or more cell assemblies 110 are defective, the corresponding cell assembly 110 may be removed. Easy to replace

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, This is possible.

110 : 셀 어셈블리 111 : 셀
112 : 밀폐캡 113 : 개방캡
113a : 연결 튜브 114 : 집전체
114a : 집전체의 가지 120 : 매니폴드
121 : 바디 121a : 연료유입채널
121b : 배출가스 유출채널 121c : 지그 구멍
122 : 연료유입튜브 123 : 피팅 바디
123a : 나사산 130 : 록-피팅
131 : 너트 132 : 프런트 페럴
133 : 백 페럴110: cell assembly 111: cell
112: sealing cap 113: opening cap
113a: connection tube 114: current collector
114a: Branch of the collector 120: Manifold
121: body 121a: fuel inlet channel
121b: exhaust gas outlet channel 121c: jig hole
122: fuel inlet tube 123: fitting body
123a: Thread 130: Lock-fitting
131: nut 132: front ferrule
133: back ferrule

Claims (3)

원통형 셀의 일단부에 밀폐캡이 밀봉 결합되고, 상기 셀의 타단부에는 셀의 내부로부터 외부로 개방된 통로를 제공하는 연결 튜브를 가진 개방캡이 밀봉 결합되며, 상기 셀의 주위에는 집전체가 설치된 셀 어셈블리;
상기 연결 튜브를 통해 상기 셀과 연결되는 연료유입튜브를 구비하고, 상기 연료유입튜브의 관로 중에 마련되어 내부에 상기 연결 튜브가 삽입되되 이 연결 튜브가 삽입되는 선단부 내측이 벌어져 있으며 외주면에는 나사산이 형성되어 있는 피팅 바디를 구비한 매니폴드;
상기 연결 튜브의 외주면으로부터 상기 피팅 바디의 나사산에 체결되는 너트와, 상기 너트가 체결될 때 상기 너트의 내측에서 상기 연결 튜브의 외주면과 상기 피팅 바디의 선단부 내측 사이로 개재되면서 변형을 일으켜 기밀 상태를 유지하는 콘 타입의 프런트 페럴과, 상기 너트가 체결될 때 상기 프런트 페럴의 후방에서 상기 연결 튜브의 외주면과 상기 프런트 페럴의 내측 사이로 개재되면서 변형되어 상기 연결 튜브를 지지하는 백 페럴로 구성된 록-피팅을 포함하여 이루어지는 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들.
An airtight cap is sealedly coupled to one end of the cylindrical cell, and an open cap having a connection tube providing a passage opened from the inside of the cell to the other end of the cell is hermetically coupled. An installed cell assembly;
The fuel inlet tube is connected to the cell through the connection tube, and is provided in the pipeline of the fuel inlet tube so that the connection tube is inserted therein. A manifold having a fitting body;
The nut is fastened to the thread of the fitting body from the outer circumferential surface of the connection tube, and when the nut is engaged between the outer circumferential surface of the connection tube and the inside of the tip of the fitting body when the nut is fastened to maintain a hermetic state Lock-fitting consisting of a cone-type front ferrule and a back ferrule deformed while interposed between the outer circumferential surface of the connection tube and the inside of the front ferrule at the rear of the front ferrule when the nut is engaged. Bundle of individual cell assembly solid oxide fuel cell comprising.
원통형 셀의 일단부에 밀폐캡을 밀봉 결합하고, 상기 셀의 타단부에는 셀의 내부로부터 외부로 개방된 통로를 제공하는 연결 튜브를 가진 개방캡을 밀봉 결합하는 단계;
상기 셀의 주위에 집전체를 설치하여 셀 어셈블리를 완성하는 단계;
상기 연결 튜브를 통해 상기 셀과 연결되는 연료유입튜브를 구비한 매니폴드에 대하여 상기 셀 어셈블리를 상기 청구항 1의 피팅 바디와 록-피팅을 이용하여 결합하는 단계를 포함하여 이루어지는 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들의 제조방법.
Sealingly coupling the closure cap to one end of the cylindrical cell, and sealingly coupling the open cap with a connection tube to the other end of the cell to provide an open passage from the inside of the cell to the outside;
Installing a current collector around the cell to complete a cell assembly;
Coupling the cell assembly with the fitting body of claim 1 using a lock-fitting to a manifold having a fuel inlet tube connected to the cell via the connection tube. Method of manufacturing a bundle of fuel cells.
제2항에 있어서,
상기 밀폐캡과 상기 개방캡은 상기 셀에 대하여 진공 가열로 내에서 진공 가열 브레이징에 의해 밀봉 결합되는 것을 특징으로 하는 개별 셀 조립형 고체산화물 연료전지의 번들의 제조방법.The method of claim 2,
And the sealing cap and the opening cap are hermetically coupled to the cell by vacuum heating brazing in a vacuum heating furnace.
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