KR20110104954A - 연료 전지 스택용 인터커넥터 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지 스택(34)용 인터커넥터 장치(10)에 관한 것으로, 이는 적어도 하나의 막 전극 어셈블리(52)와의 전기적 접촉을 가져올 수 있고 연료 전지 스택(34)의 양극 유동장(60)으로부터 연료 전지 스택(54)의 음극 유동장(58)을 분리하기 위해 배열된다. 본 발명은 인터커넥터 장치(10)가 중공 공간(54)을 통한 가스 흐름이 음극 유동장(58) 또는 양극 유동장(60)을 통한 플로우-오프 가스(flow-off gas)의 5% 미만이 되도록 양극 유동장(60) 및 음극 유동장(58)으로부터 분리되는 중공 공간(54)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 연료 전지 스택 및 인터커넥터 장치 제조 방법에 관한 것이다.

Description

연료 전지 스택용 인터커넥터 어셈블리{INTERCONNECTOR ASSEMBLY FOR A FUEL CELL STACK}
본 발명은 연료 전지 스택용 인터커넥터 장치(interconnector arrangement for a fuel cell stack)에 관한 것으로, 연료 전지 스택의 적어도 하나의 막 전극 어셈블리(membrane electrode assembly)와의 전기적 접속을 가져올 수 있고 연료 전지 스택의 음극 유동장(cathode flow field) 및 연료 전지 스택의 양극 유동장(anode flow field)을 서로로부터 분리하기 위해 배열된다.
또한, 본 발명은 상기 언급한 유형의 인터커넥터 장치를 포함하는 연료 전지 스택에 관한 것이다.
본 발명은 또한 인터커넥터 장치 제조 방법에 관한 것이다.
종래에서, 여러 개개의 연료 전지의 막 전극 어셈블리는 각각 개개의 연료 전지가 혼자 제공할 수 있는 것보다 더 큰 전력을 달성하기 위해 소위 연료 전지 랙(fuel cell rack)의 연료 전지 스택에 각각 결합된다. 여기서, 연료 전지 스택의 인접한 연료 전지들은 각각 인터커넥터 장치의 연결을 통해 서로 화학적으로뿐만 아니라 전기적으로 커플링된다. 인터커넥터 장치를 통한 개개의 연료 전지의 이러한 커플링으로 인해, 그러므로 연속하여 서로의 상부에 적층되고 전기적으로 연결된 연료 전지가 생성되는데, 이는 함께 연료 전지 스택을 형성한다. 일반적으로, 선행기술의 인터커넥터 장치에서 가스 분배기 구조체(gas distributor structure)가 형성되는데, 이를 통해 공급 가스(supply gas)가 각각의 막 전극 어셈블리에 유도된다. 이러한 가스 분배기 구조체는 예를 들어 인터커넥터 장치의 하우징부(housing part)에 의해 부분적으로 형성될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 보통 인터커넥터 장치의 하우징부에서 채널(channel)처럼 기능하는 리세스(recess)의 벌지(bulge)가 각각 제공되는데, 이는 가스 채널(gas channel)의 채널 벽(wall) 부분을 형성한다. 그리고 나서 추가의 채널 벽 부분이 예를 들어 부분적으로 막 전극 어셈블리, 특히 인접한 막 전극 어셈블리의 양극 또는 음극에 의해 연료 전지 스택에 인터커넥터 장치가 설치된 상태에서 형성되는데, 양쪽의 채널 벽 부분으로부터 형성된 그러한 가스 채널은 하우징부의 아래 및 위에 생성된다. 각각의 막 전극 어셈블리에 대한 공급 가스는 상응하는 전극 공간(electrode space)으로 매니폴드(manifold)를 통해 분배된다.
일반적으로, 연료 전지 스택은 주로 페라이트재(ferritic material)로 만들어진다. 이 페라이트재는 고온에서 낮은 기계적 안정도를 보이는데, 이는 흐름 또는 크리피지(creepage)를 통한 변형으로 알 수 있다. 특히 만약 중공 공간이 얇은 벽을 지닌 금속 박판(thin-walled sheet metal)을 프레스가공한 구조체로 형성되는 경우라면 이는 가스 채널을 갖는 상기에서 언급한 가스 분배기 구조체와 같은 경우이다. 그러한 변형을 피하기 위해, 상응하는 중공 공간에서 종종 스페이서(spacer)의 디스턴스 피스(distance piece)가 각각 사용되는데, 이는 인터커넥터 장치의 하우징부와 막 전극 어셈블리 사이에 제공되고 그러므로 연료 전지 스택의 안정화에 기여한다. 이미 알려진 인터커넥터 장치의 실시예는 예를 들어 가장자리 영역에서 또한 연료 전지 스택 주위에서 확장하는, 특히 인터커넥터 장치의 한쪽 또는 양쪽 하우징부의 금속 박판(sheet metal)으로부터 적어도 부분적으로 직접적으로 얻어지는 매니폴드 영역에서 환형 구조(annular structure)의 프레임(frame)을 제공한다. 장력(tension) 하의 연료 전지 스택에서 힘의 흐름(force flow)은 그러면 이 영역을 통해, 즉, 예를 들어 가장자리 영역에서 환형 구조를 통해 주로 유도된다. 가장자리 영역에서 프레임을 통해 그리고 연료 전지 스택의 매니폴드 중심 영역을 통해 더 적은 정도로 주로 발생하는 그러한 힘의 흐름 유도의 힘의 전달(force transmission)은 각각, 그러나, 몇몇 중대한 단점을 가져온다. 예를 들어, 힘의 흐름은 각각 개개의 연료 전지와 인터커넥터 장치 사이의 홈에 배열된 밀봉재(sealing material)를 통과하고 대부분의 경우에 유리 세라믹(glass ceramic)으로 형성된다. 그러나 유리 세라믹은 연료 전지 스택의 작동 중에 발생하는 특히 더 고온에서 크리피지하고 흐르는 경향이 있다. 밀봉에서의 변형에 상응하여, 연료 전지 스택의 장력은 이러한 크리피지 작용으로 인해 시간이 경과함에 따라 심하게 줄어든다. 비록 디스턴스 피스의 사용이 개개의 인터커넥터 장치의 안정화를 가져올지라도, 전체로써 연료 전지 스택의 안정화는 그러나 밀봉의 크리피지 작용으로 인해 여전히 심하게 감소된다. 가능한 밀봉에서의 크리피지를 피하기 위해, 소위 하이브리드 밀봉(hybrid seal)을 사용하는 선행 기술에 따라 기계적으로 안정한 세라믹 또는 금속 본체 및 유리로 구성하는 것이 제안된다. 또한, 850℃ 이상의 온도에서, 특히 SOFC 연료 전지 스택의 작동과 관련하여 그것들이 나타나므로, 탄성부(elastic part)를 사용할 가능성이 거의 없다. 그러므로 연료 전지 스택의 가장자리 영역에서의 밀봉 및 더 내부로 배열된 연료 전지 스택(활성 지역)의 전기적 접촉은 인터커넥터 장치를 통해 가장자리에서 밀봉과 항상 경쟁한다. 막 전극 어셈블리 음극 및 하우징부, 특히 인터커넥터 장치의 금속 박판부 사이에 접착 본딩(adhesive bond)을 형성하는 것이 어렵기 때문에 활성 지역에서 작용하는 힘의 흐름에 대한 종속성이 있다. 대량의 물질(massive material), 예를 들어 디스턴스 피스 또는 스페이서에 의해 가장자리 영역과 매니폴드에서 지지되는 연료 전지의 경우에, 연료 전지 스택의 활성 영역에서의 물질의 크리피지는 연료 전지 사이에서의 전기적 접촉의 손실과 그에 따라 전체 시스템의 저하를 가져올 수 있다.
국제 특허 출원 공개 번호 WO 2008/119328 A1은 그러므로 인터커넥터 장치가 도전성 연결(electrically conductive connection)을 이루기 위해 인터커넥터 장치의 적어도 하나의 하우징부와 막 전극 어셈블리 사이에 끼워진 니켈 폼(nickel foam)을 포함할 것을 제안한다. 니켈 폼은 특히 막 전극 어셈블리 음극에 연결될 수 있다. 이로써 양극에 마주하는 인터커넥터 장치의 면 상에 균질의 니켈 표면이 얻어질 수 있으며, 이는 이상적으로 니켈 양극에 본딩될 수 있다.
도 1은 WO 2008/119328 A1로부터 알려진 모범적인 실시예에 따른 일반적인 연료 전지 스택(34)에서의 인터커넥터 장치(10) 단면을 도식적으로 도시한다. 뒤따르는 설명을 간소화하기 위해서, 오직 세 개의 막 전극 어셈블리(52) 및 두 개의 인터커넥터 장치만이 도시된다. 그러나 연료 전지 스택(34)은 그것들을 연결하는 인터커넥터 장치(10)를 구비한 어떤 개수의 막 전극 어셈블리(52)라도 포함할 수 있다. 도식된 경우에서 본 발명의 인터커넥터 장치(10)는 각각 적어도 하나의 양극(12), 전해질(14)뿐만 아니라 음극(16)을 각각 포함하는 두 개의 막 전극 어셈블리(52) 사이에 배열된다. 여기에서, 각각의 막 전극 어셈블리(52) 및 막 전극 어셈블리(52)의 양극(12)에 접촉하는 인터커넥터 장치(10)는 연료 전지 스택의 단위 셀(repetition unit)을 형성한다.
인터커넥터 장치(10)는 상부 하우징부(upper housing part, 22) 및 하부 하우징부(lower housing part, 26)를 포함한다. 상부 하우징부(22)는 유리 세라믹 밀봉(20)을 통해 인터커넥터 장치(10) 위에 배열된 막 전극 어셈블리(52)의 전해질(14)에 커플링된다. 반면에 하부 하우징부(26)는 여러 접촉바(contact bar, 30)를 통해 상기 인터커넥터 장치(10)의 아래에 배열된 막 전극 어셈블리(52)의 음극(16)에 커플링된다. 여기서 어떤 개수의 접촉바(30)라도 제공될 수 있다. 하부 하우징부(26), 상부 하우징부(22) 및 양극(12)는 중간 공간을 형성하며, 여기에서 와어어(18)가 내장된 니켈 폼(28)이 얻어진다. 와이어는 특히 페라이트계 크롬 강 와이어(ferritic chrome steel wire)이다. 여기서, 각각의 와이어(18)는 하부 하우징부(26)의 벌지에서 얻어지고 각각 벌지 베이스(bulge base)에 접촉된다. 또한, 와이어(18)는 상부 막 전극 접합체(52)의 음극(12)에 접촉된다. 하부 하우징부(26)에서 벌지의 수에 상응하는 어떤 개수의 와이어(18)라도 벌지에 배열될 수 있다. 하부 하우징부(26)의 바닥면, 즉 하부 하우징부(26)와 하부 막 전극 어셈블리(52) 사이에, 하부 하우징부(26)에 형성된 벌지, 접촉바(30) 및 하부 막 전극 어셈블리(52)를 이용하여 각각 가스 채널(gas channel, 32)이 형성된다. 바람직하게는 이 경우에 고농도 산소 함유(high oxygen content) 또는 순산소(pure oxygen)를 지닌 가스가 가스 채널(32)을 통해 유도되며, 반면 농후 수소 함유(rich hydrogen content) 또는 순수소(pure hydrogen)는 니켈 폼(28)을 통하여 유도된다. 여기서 납작하게 감긴 와이어(18)의 단지 표면 부분과 같은 것이 감긴 각각의 와이어(18)는 상부 막 전극 어셈블리(52)의 양극(12) 및 하부 하우징부(26), 특히 하부 하우징부(26)의 벌지 베이스와 접촉한다. 이 경우에 상부 하우징부(22)와 하부 하우징부(26)는 용접선(welding seam, 24)을 통해 서로 연결된다.
양극(12), 유리 세라믹 밀봉(20), 상부 하우징부(22)(블라인드 판(blind plate)), 하부 하우징부(26)(유동장 판(flow field plate)) 및 와이어(18)는 함께 양극 유동장(anode flow field, 60)을 한정한다. 음극(16), 접촉바(30) 및 유동장 판(26)은 함께 특히 채널(32)을 포함하는 음극 유동장(cathode flow field, 58)을 한정한다. 연료 전지 스택(34)의 작동 중에, 수소 농후 가스(hydrogen-rich gas) 또는, 각각, 순수소(연료 가스(fuel gas))는 양극 유동장(60)을 통해 흐르고 반면 산소 농후 가스(oxygen-rich gas) 또는, 각각, 순산소는 음극 유동장(58)을 통해 흐른다.
양극 유동장(60)은 양극(12) 위로 돌출하지 않으나 블라인드 판(22) 위로 돌출하는 영역(54)을 포함한다(돌출은 스택 방향 Z이다). 그러므로 영역(54)을 통해 흐르는 연료 가스는 양극(12)에 의해 흡수될 수 없다. 따라서 영역(54)은 이를 통해 연료 가스가 인터커넥터 장치(10)의 사용 없이 흘러 지나갈 수 있는 원치 않은 가스 우회로(gas bypass)를 형성한다.
가스 우회로를 방지하거나 적어도 줄이는 그러한 일반적인 인터커넥터 장치 및 일반적인 연료 전지 스택을 더 나아가 개발하는 것이 본 발명의 목적이다. 이 목적은 독립항의 특징적 세부특징에 의해 달성된다. 더 나아간 개발 및 유용한 실시예가 종속항에서 제시된다.
본 발명은 인터커넥터 장치가 중공 공간을 통한 가스 흐름이 음극 또는 양극 유동장을 통한 가스 흐름의 5% 미만이 되도록 그러한 양극 유동장 및 음극 유동장으로부터 분리되는 중공 공간을 포함한다는 점에서 통상의 선행기술로부터 구별된다. 그러므로 가스 우회로가 상당히 방지될 수도 있다. 특정한 바람직한 실시예에 따라 중공 공간을 통한 가스의 흐름은 음극 또는 양극 유동장을 통한 가스 흐름의 2% 미만, 더 좋게는 1% 미만일 수도 있다. 중공 공간을 통해 어떠한 가스도 흐르지 않는 실시예가 최적이다.
중공 공간이 양극 유동장과도 음극 유동장과도 연결되지 않음이 제공될 수 있다. 그러므로 중공 공간을 통한 가스 우회로가 완전히 방지될 수 있다. 이는 예를 들어, 실시예에 따라, 중공 공간을 한정하는 구성요소들을 용접함으로써 달성될 수도 있다.
바람직한 실시예에 따라 중공 공간은 음극 또는 양극 유동장에 의해 한정되는 흐름 방향에 길어지고 팽행하여 확장한다. 그러므로 중공 공간은 음극 또는 양극 유동장의 형태에 대해 각각 간단한 방법으로 적용될 수 있다.
중공 공간이 양극 유동장으로부터 음극 유동장을 분리하는 유동장 판에 의해 적어도 부분적으로 제한되는 것이 가능하다.
이와 관련해서, 유동장 판이 기복이 있는, 지그재그 형태 또는 사행 횡단면(meandering cross section)을 지니고 중공 공간이 유동장 판의 벌지에 위치하는 것이 제공될 수 있다. 그러한 유동장 판은 각각 양극 및 음극과 함께 가스를 유도하기 위한 채널을 한정하기 위해 보통 사용된다. 그러므로 중공 공간은 채널과 유사한 방법으로 한정될 수 있고 채널이 평행으로 이어지는 범위에서 채널에 기본적으로 평행하며 확장할 수 있다.
벌지가 블라인드판에 의해 브리지되는(bridge) 것이 또한 예상될 수 있다. 블라인드 판은 예를 들어 벌지의 두 개의 면에서 유동장 판에 용접될 수 있는데, 즉, 두 개의 용접선에 의해 연결될 수 있다.
중공 공간이 인터커넥터 장치의 경계 영역에 위치되는 것이 예상될 수 있다. 대안으로 중공 공간(hollow chamber)은 또한 인터커넥터 장치의 중앙 영역에 위치될 수 있다. 중공 공간이 스택 방향으로 작용하는 힘을 전달하기 위해 제공되는 인터커넥터 장치의 연료 전지 스택 지역 내에 각각 위치되는 것이 특히 바람직하다.
중공 공간이 힘 차폐부에 의해 적어도 부분적으로 밀봉되는 것이 더 유리할 수 있다. 대안으로, 그러나 중공 공간은 물질 차폐부(material closure)에 의해 완전히 밀봉될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 전지 스택은 본 발명에 따른 적어도 하나의 인터커넥터 장치를 포함한다는 점에서 일반적인 선행 기술과 구별된다.
본 발명에 따른 인터커넥터 장치 제조 방법은 부분적으로 중공 공간을 한정하는 제1 요소가 부분적으로 중공 공간을 한정하는 제2 요소에 용접되는 것으로 예상한다.
본 발명은 인터커넥터 장치가 중공 공간을 통한 가스 흐름이 음극 또는 양극 유동장을 통한 가스 흐름의 5% 미만이 되도록 그러한 양극 유동장 및 음극 유동장으로부터 분리되는 중공 공간을 포함한다는 점에서 통상의 선행기술로부터 구별된다. 그러므로 가스 우회로가 상당히 방지될 수도 있다.
본 발명은 첨부의 도면과 관련하여 이제 예시를 드는 방법으로 설명할 것이다.
도 1은 일반적인 연료 전지 스택을 통한 도식적인 횡단면을 도시하며;
도 2는 본 발명에 따른 연료 전지 스택을 통한 도식적인 횡단면을 도시하며;
도 3은 유동장 판 및 유동장 판에 연결된 블라인드 판을 통한 도식적인 횡단면을 도시하며;
도 4는 인터커넥터 장치의 도식적인 상면도를 도시하며;
도 5는 블라인드 판에 연결된 유동장 판의 도식적인 투시도를 도시하며;
도 6은 인터커넥터 장치의 도식적인 상면도를 도시하고;
도 7은 인터커넥터 장치 제조 방법의 순서도를 도시한다.
도 2에 도식적으로 도시된 연료 전지 스택(34)은 영역(54)이 양극 유동장(60)과도 음극 유동장(58)과도 연결되지 않는 중공 공간이라는 점에서 도 1과 관련하여 기술된 연료 전지 스택과 구별된다. 중공 공간(54)은 블라인드 판(22), 유동장 판(26) 및 블라인드 판(22)을 유동장 판(26)에 연결하는 밀봉판(56)에 의해 한정된다. 밀봉판(56)은 용접선(66)을 따라 블라인드 판(22)에 용접된다. 또한, 밀봉판(56)은 다른 용접선(68)을 따라 유동장 판(26)에 용접된다. 그러므로 중공 공간(54)은 양극 유동장(60) 및 음극 유동장(58) 둘 다로부터 기밀 방식(gas-tight manner)으로 분리된다. 중공 공간(54)을 통한 가스의 흐름은 가능하지 않다. 중공 공간(54)은 예를 들어 공기로 채워질 수 있다. 용접선(24, 66 및 68)은 본질적으로 차폐되어 있다. 그러나 용접선 66이 용접선 24에 각각 연결된 두 개의 단부를 갖는 것이 또한 가능하다. 이 경우에 용접선 66 및 용접선 24는 중공 공간(54) 주위의 용접선(24, 66)을 함께 형성한다.
관련된 실시예(미도시)에 따라 적어도 용접선(66)이 생략된다. 중공 공간(54)을 한정하는 요소 22, 66, 26은 그러면 힘 차폐부에 의해 미용접된 접합지점에서 서로에 대해 밀봉된다. 이 경우에 양극 유동장(60)으로부터의 가스(일반적으로 연료가스)가 중공 공간(54) 안으로 퍼지는 것이 가정되어야 할 것이다. 그러나, 이 경우에, 또한, 중공 공간(54)을 통한 가스 흐름을 양극 유동장(60)을 통한 가스 흐름과 비교하여 무시할 수 있을 정도로 작게 하는 것이 달성될 수 있다.
도 3은 인터커넥터 장치 내에 사용하기 위해 제공되는 유동장 판(26) 및 블라인드 판(22)의 횡단면을 도식적으로 도시한다. 블라인드 판(22)은 두 개의 용접선(24, 66)을 따라 유동장 판(26)에 용접된다. 블라인드 판(22) 및 유동장 판(26)은 기본적으로 파형철판(corrugated iron) 형태를 갖는 유동장 판(26)의 벌지 내에 위치한 중공 공간(54)을 함께 한정한다. 다른 실시예에 따라 용접선(66)이 생략되는데; 이 경우에 중공 공간(54)은 예를 들어 힘 차폐부에 의해 밀봉된다.
도 4는 인터커넥터 장치(10)에 대한 도식적인 상면도를 도시한다. 음극 유동장(58)의 양쪽의 각각 및, 각각, 양극 유동장(60)에서 세장형 중공 공간(54)은 음극 유동장(58) 및 양극 유동장(60)에 평행하여 확장한다. 제1 매니폴드(62) 및 제2 매니폴드(64)는 도시되지 않은 양극 유동장(60)으로 그리고, 각각, 양극 유동장(60)으로부터 연료 가스를 나르기 위해 제공된다.
도 5에서 투시하여 도시된 유동장 판(26) 및 블라인드 판(22) 장치는 단지 블라인드 판(22)이 유동장 판(62) 아래에 배열된 점에서 도 3에 도시된 실시예와 다르다.
도 6은 다른 실시예에 따른 인터커넥터 장치(10)의 상면도를 도시한다. 음극 유동장(58)의 상류 및, 각각, 하류는 산소 농후 가스(70)의 흐름에 대해 각각 흐름 장애물을 형성하는 산소 농후 가스 매니폴드(62) 및, 각각, 매니폴드(64)의 방향에 대해 수직으로(즉, Z 방향으로) 위치한다. 음극 유동장(58) 내의 산소 농후 가스(70)의 최적 분배를 달성하기 위해서, 음극 유동장(58)의 채널(32)은 직선이 아니라 유선형 방식의 곡선이어서, 매니폴드의 흐름 쉐도우(flow shadow) 및, 각각, 매니폴드(64) 앞의 동압지역(dynamic pressure zone)으로 가스(70)를 또한 나른다. 음극 유동장(58)의 양쪽 각각에서 세장형 중공 공간(54)은 산소 농후 가스(70)의 흐름 방향에 평행하여 확장한다. 두 개의 중공 공간(54)은 여기서 보이지 않는 음극 유동장(58)과도 양극 유동장과도 연결되지 않는다.
도 7의 순서도는 음극 유동장과도 양극 유동장과도 연결되지 않은 중공 공간을 갖는 인터커넥터 장치 제조 방법을 도시한다. 제일 먼저, 도시되지 않은 단계에서 블라인드 판과 유동장 판이 제조된다. S1 단계에서 블라인드 판과 유동장 판은 중공 공간을 함께 한정하기 위해 서로에 대하여 배열된다. 중공 공간은 특히 길게 늘어난다. 블라인드 판과 유동장 판은 적어도 2개의 심(seam)을 따라 서로 용접된다.
상기 명세서, 도면 및 청구항에서 게시된 본 발명의 특징은 각각 본 발명의 구현뿐만 아니라 어떤 결합을 위해 필수일 수 있다.
10 : 인터커넥터 장치
12 : 막 전극 어셈블리 양극
14 : 막 전극 어셈블리 전해질
16 : 막 전극 어셈블리 음극
18 : 와이어
20 : 유리 세라믹 밀봉
22 : 상부 하우징부
24 : 용접선
26 : 하부 하우징부
28 : 니켈 폼
30 : 접촉바
32 : 가스 채널
34 : 연료 전지 스택
36 : 와이어 스트링
38 : 니켈 폼 스트링
40 : 안내 롤러
42 : 와이어 롤러
44 : 니켈 폼 롤러
46 : 절단 장치
48 : 안정화된 니켈 폼 스트링 부분
50 : 감긴 와이어 스트링
52 : 막 전극 어셈블리
54 : 중공 공간
56 : 밀봉판
58 : 음극 유동장
60 : 양극 유동장
62, 64 : 매니폴드
66, 68 : 용접선
70 : 가스

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 막 전극 어셈블리(membrane electrode assembly, 52)와의 전기적 접촉을 가져올 수 있고 연료 전지 스택(fuel cell stack, 34)의 양극 유동장(anode flow field, 60)으로부터 연료 전지 스택(34)의 음극 유동장(cathode flow field, 58)을 분리하기 위해 배열된 연료 전지 스택용(fuel cell stack, 34) 인터커넥터 장치(interconnector arrangement, 10)에 있어서,
    상기 인터커넥터 장치(10)는 중공 공간(hollow space, 54)을 통한 가스 흐름이 음극 또는 양극 유동장(58; 60)을 통한 가스 흐름의 5% 미만이 되도록 양극 유동장(60) 및 음극 유동장(58)으로부터 분리되는 중공 공간(54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택용 인터커넥터 장치(10).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중공 공간(54)은 양극 유동장(60) 및 음극 유동장(58)과 연결될 수 없는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택용 인터커넥터 장치(10).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 중공 공간(54)은 음극 유동장 또는 양극 유동장에 의해 한정되는 흐름 방향(x)에 대해 평행하여 길게 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택용 인터커넥터 장치(10).
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공 공간(54)은 양극 유동장(60)으로부터 음극 유동장(58)을 분리하는 유동장 판(flow field plate, 26)에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택용 인터커넥터 장치(10).
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 유동장 판(26)은 기복이 있는, 지그재그 형태 또는 사행 횡단면(meandering cross section)을 지니고 상기 중공 공간(54)은 상기 유동장 판(26)의 벌지(bulge) 내에 위치한 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택용 인터커넥터 장치(10).
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 벌지는 블라인드 판(blind plate, 22)에 의해 브리지되는(bridge) 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택용 인터커넥터 장치(10).
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공 공간(54)은 인터커넥터 장치의 경계 영역(border region)에 위치한 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택용 인터커넥터 장치(10).
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공 공간(54)은 힘 차폐부(force closure)에 의해 적어도 부분적으로 봉인되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택용 인터커넥터 장치(10).
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중의 어느 한 항의 인터커넥터 장치(10)를 포함하는 연료 전지 스택(34).
  10. 청구항 1 내지 청구항 8 중의 어느 한 항의 인터커넥터 장치(10) 제조 방법에 있어서,
    적어도 부분적으로 중공 공간(54)을 한정하는 제2 요소(22)에 적어도 부분적으로 중공 공간(54)을 한정하는 제1 요소(26)를 용접하는 단계를 포함하는 인터커넥터 장치(10) 제조 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101621033B1 (ko) * 2014-09-17 2016-05-16 한국에너지기술연구원 이온교환집전체를 가지는 축전식 흐름전극장치
AT14455U3 (de) * 2015-07-14 2017-05-15 Plansee Se Elektrochemisches Modul

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62256381A (ja) * 1986-04-30 1987-11-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池のセパレ−タ
JPH084008B2 (ja) 1986-08-21 1996-01-17 石川島播磨重工業株式会社 燃料電池用セパレ−タ
JPH02121265A (ja) * 1988-10-31 1990-05-09 Toshiba Corp 溶融炭酸塩型燃料電池積層体
US5045413A (en) 1989-05-03 1991-09-03 Institute Of Gas Technology Fully internal mainfolded fuel cell stack
US5227256A (en) * 1989-05-03 1993-07-13 Institute Of Gas Technology Fully internal manifolded fuel cell stack
US5077148A (en) * 1989-05-03 1991-12-31 Institute Of Gas Technology Fully internal manifolded and internal reformed fuel cell stack
DE10248531B4 (de) 2002-10-14 2005-10-20 Reinz Dichtungs Gmbh & Co Kg Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zur Herstellung einer in dem Brennstoffzellensystem enthaltenen Bipolarplatte
BR0315273B1 (pt) 2002-10-14 2012-06-12 sistema compressor eletroquÍmico, placa bipolar, sistema de cÉlula de combustÍvel, e, processo para produzir uma placa bipolar.
AU2003291873A1 (en) * 2002-12-06 2004-06-30 Hydrogenics Corporation Gas diffusion layer for an electrochemical cell
US20050100774A1 (en) * 2003-11-07 2005-05-12 Abd Elhamid Mahmoud H. Novel electrical contact element for a fuel cell
GB0601813D0 (en) 2006-01-30 2006-03-08 Ceres Power Ltd Fuel cell
DE102007016905A1 (de) 2007-04-02 2008-10-09 Staxera Gmbh Interkonnektoranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung für einen Brennstoffzellenstapel
DE102007024227A1 (de) 2007-05-11 2008-11-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul und Verfahren zur Herstellung eines Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls
DE102007034967A1 (de) 2007-07-26 2009-01-29 Plansee Se Brennstoffzelle und Verfahren zu deren Herstellung

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