KR20120032634A - 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판 - Google Patents

접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판에 관한 것이다. 본 발명은 고체산화물 연료전지 스택의 분리판 제작 시 금속판재 양 면에 기계가공으로 연료유로와 공기유로를 각각 가공하는 방법이 아니라 여러 장의 얇은 금속판에 식각 또는 프레스 가공법을 이용하여 매니폴드 및 유로형상을 모두 관통시켜 가공한 후, 가공된 금속판을 순차적으로 접합만 하여 매니폴드와 유로를 형성한 평판형 고체산화물 연료전지 스택의 분리판에 관한 것이다. 이를 통해 금속 분리판 양 면에 기계가공 시 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있고 가공 및 잔류응력으로 발생되는 분리판의 변형을 줄일 수 있어 평판형 스택 분리판의 전기접촉과 밀봉성능을 향상시킬 수 있다. 또한 종래의 분리판 제작방법과 비교해 일정한 가공품질 확보가 용이하고 분리판 면적에 제한이 없어 대면적 분리판 및 대량생산에 적합하다.

Description

접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판{A separating plate of solid oxide fuel cell stack using joint process}
본 발명은 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여러 장의 얇은 금속판에 식각 또는 프레스 가공법을 이용하여 매니폴드 및 유로형상을 모두 관통시켜 가공한 후, 가공된 금속판을 순차적으로 접합만 하여 매니폴드와 유로를 형성한 평판형 고체산화물 연료전지 스택의 분리판에 관한 것이다.
연료전지는 연료의 전기화학적 산화반응을 통해 연료의 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 에너지 변환장치다. 에너지 변환 과정에서 중간 단계가 없기 때문에 기존 발전방식에 비해 효율이 높고, 수소를 연료로 이용할 경우 물 이외의 공해물질이 없는 친환경 발전방식이다.
이러한 연료전지는 전해질의 종류에 따라 특성이 달라지는데 고체산화물 연료전지(SOFC ; Solid Oxide Fuel Cell)는 전해질 및 구성요소가 세라믹으로 이루어져 600 ~ 1000℃ 의 고온에서 운전되고, 수소, 일산화탄소, 메탄 등 다양한 연료를 이용할 수 있다. 또한, 열병합발전 및 복합발전이 용이하여 가정용, 분산발전시스템 및 대형 발전시스템으로 연구가 진행되고 있다.
연료전지는 전해질을 중심으로 양 쪽에 연료극과 공기극으로 이루어져 있다. 여기에서 전해질은 이온 전도성만 있고 전자 전도성은 없어야 한다. 고체산화물 연료전지는 산소이온이 전해질을 통해 공기극에서 연료극으로 이동하여 연료를 산화시키고, 이때 전자가 발생하여 외부 회로를 통해 공기극으로 이동하여 다시 산소를 이온화 시키게 된다. 이러한 연료극에서의 산화반응과 공기극에서 산소의 환원반응, 전해질을 통한 산소이온의 이동이 연속적으로 일어나면서 전력이 만들어지게 된다.
일반적으로 연료전지에서 생산되는 전기는 1볼트 미만이고, 전류는 면적에 비례하게 된다. 따라서, 연료전지에서 원하는 출력을 얻기 위해서는 면적을 넓히고여러 장의 단위전지를 직렬로 연결해야 한다. 높은 출력을 얻기 위해 단위전지를 여러 장 적층한 것을 스택이라고 한다. 스택에서 분리판은 단위전지들을 전기적으로 연결해 주는 역할을 함과 동시에 연료극과 공기극에 공급되는 두 종류의 가스가 혼합되지 않고 단위전지에 균일하게 공급될 수 있도록 유로를 제공해 준다.
분리판은 금속과 세라믹 재료가 널리 이용되고 있는데, 세라믹 분리판은 기계적 강도가 약하고 열전도도가 낮아 연료전지 반응에서 발생된 열을 충분히 배출시키기 어렵다. 또한, 공기극과 연료극의 가스혼합을 막기 위해 치밀한 구조로 소결하기가 쉽지 않다.
최근에는 금속 소재의 분리판 개발이 활발히 이루어지고 있는데 고온에서 금속의 산화를 막기 위해 새로운 소재 및 내산화 코팅 기술에 대한 연구가 진행되고있다. 스택에서 단위전지에 균일한 가스 공급을 위해 매니폴드와 분리판 구조에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 스택은 매니폴드 위치에 따라 내부 매니폴드 스택과 외부 매니폴드 스택으로 나누어지며, 분리판의 유로 형상은 크게 카운터플로(Counter flow), 코플로(Co-flow), 크로스플로(Cross flow) 등이 있다. 높은 성능의 고체산화물 연료전지 스택을 제작하기 위해서는 연료와 공기가 스택 내부에 위치한 단위전지에 균일하게 공급되도록 매니폴드와 분리판의 유로를 잘 설계하고 가공하여야 한다.
또한, 고체산화물 연료전지 스택에서 매니폴드와 금속 분리판 가공을 위해서 많은 시간과 비용이 소모된다. 특히, 기계적 가공법으로 금속 분리판 위에 유로를 형성할 경우 시간과 경제적 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 가공 시 고온과 잔류응력으로 인해 분리판이 휘거나 변형이 생겨 평판형 고체산화물 연료전지의 전기적 접촉과 밀봉 성능에 많은 문제점이 발생하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 분리판에 매니폴드와 유로를 동시에 형성하여 고체산화물 연료전지 스택 내부에 균일한 가스공급이 이루어지게 하고, 매니폴드와 유로 가공 시에 소요되는 시간과 비용을 줄이며, 금속 분리판의 가공 변형을 감소시킬 수 있는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택 분리판을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 연료극 입구 매니폴드 및 연료극 출구 매니폴드가 서로 대향되게 형성되고, 공기극 입구 매니폴드 및 공기극 출구 매니폴드가 서로 대향되게 형성되며, 상기 매니폴드에서 내측으로 일정 거리만큼 이격된 부분에 연료극 입구 주유로 및 연료극 출구 주유로가 세로방향으로 평행하게 형성되는 연료극 유로판과; 상기 연료극 유로판의 하면에 접합되고, 상기 연료극 입출구 매니폴드에 대응되는 위치에 연료극 입구 매니폴드유로 및 연료극 출구 매니폴드유로가 상기 연료극 입출구 주유로까지 연장되어 형성되며, 상기 공기극 입출구 매니폴드에 대응되는 위치에 공기극 입구 매니폴드 및 공기극 출구 매니폴드가 각각 형성되는 연료극 매니폴드판과; 상기 연료극 매니폴드판의 하면에 접합되고, 상기 연료극 매니폴드판의 매니폴드와 크기와 형상이 동일한 매니폴드가 형성되어 공기극과 연료극의 가스 혼합을 방지하는 중간 매니폴드판과; 상기 중간 매니폴드판의 하면에 접합되고, 상기 중간 매니폴드판의 매니폴드와 크기와 형상이 동일한 매니폴드가 형성되고, 상기 공기극 입출구 매니폴드에 대응되는 위치에서 공기극 입구 주유로 및 공기극 출구 주유로가 가로방향으로 평행하게 형성되는 공기극 유로판과; 상기 공기극 유로판의 하면에 접합되고, 상기 공기극 유로판의 매니폴드와 크기와 형상이 동일한 매니폴드가 형성되고, 공기극이 상기 공기극 입출구 주유로와 연통되도록 연통공이 형성되는 공기극판을 포함한다.
상기 연료극 유로판, 연료극 매니폴드판, 중간 매니폴드판, 공기극 유로판 및 공기극판에 형성된 매니폴드와 유로는 식각 또는 프레스를 이용하여 금속판 전체를 관통시켜 가공한 후에 접합하여 제작됨을 특징으로 한다.
상기 연료극 유로판, 연료극 매니폴드판, 중간 매니폴드판, 공기극 유로판 및 공기극판에 형성된 매니폴드와 유로는 서로 대각 방향으로 대향되게 형성되어 크로스 플로우(Cross Flow) 형태를 가짐을 특징으로 한다.
상기 연료극 유로판의 공기극 입출구 매니폴드의 크기는 상기 연료극 매니폴드판의 공기극 입출구 매니폴드보다 크거나 같게 제작됨을 특징으로 한다.
상기 공기극판의 연료극 입출구 매니폴드의 크기는 상기 공기극 유로판의 연료극 입출구 매니폴드보다 크거나 같게 제작됨을 특징으로 한다.
상기 연료극 유로판의 상면에 접합되고, 상기 연료극 입구 주유로 및 연료극 출구 주유로에 수직한 방향으로 다수의 연료극 미세유로가 형성되는 연료극 미세유로판을 더 포함한다.
상기 공기극판의 하면에 접합되고, 상기 공기극 입구 주유로 및 공기극 출구 주유로에 수직한 방향으로 다수의 공기극 미세유로가 형성되는 공기극 미세유로판을 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 다수의 금속판에 식각 또는 프레스를 이용하여 매니폴드 및 가스유로 형상으로 관통시켜 가공한 후, 가공한 금속판을 순차적으로 접합하여 매니폴드 및 가스유로를 형성함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 다수의 금속판에 식각 또는 프레스를 이용하여 매니폴드 및 가스유로 형상으로 관통시켜 가공한 후, 가공한 금속판을 순차적으로 접합하되, 상기 매니폴드는 금속판의 좌우 양측에 다수개가 평행한 방향으로 형성되고, 상기 가스유로는 상기 매니폴드에서 내측으로 연장되어 형성됨을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상대적으로 얇은 금속판에 프레스 또는 식각을 이용한 방법으로 금속판을 완전 관통하도록 유로와 매니폴드 형상을 가공한 후 확산접합과 같은 방법으로 각 판들을 접합하여 분리판을 제작함으로써 기계가공 시 발생되는 열변형과 잔류응력에 의한 뒤틀림 문제가 발생하지 않아 평판형 고체산화물 연료전지 스택의 전기적 접촉과 가스밀봉도를 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 밀링 등과 같은 기계가공으로 분리판을 가공할 경우 가공면적에 비례하여 시간과 비용이 증가하지만 식각과 프레스를 이용하여 판을 관통하는 가공법의 경우 상대적으로 적은 시간이 소요되고 일정한 가공품질 확보가 용이하여 대량으로 분리판을 저렴하게 제작할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 스택 분리판의 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 고체산화물 연료전지 스택 분리판의 연료극 유로판을 도시한 평면도.
도 3은 본 발명에 의한 고체산화물 연료전지 스택 분리판의 연료극 매니폴드판을 도시한 평면도.
도 4는 본 발명에 의한 고체산화물 연료전지 스택 분리판의 중간 매니폴드판을 도시한 평면도.
도 5는 본 발명에 의한 고체산화물 연료전지 스택 분리판의 공기극 유로판을 도시한 평면도.
도 6은 본 발명에 의한 고체산화물 연료전지 스택 분리판의 공기극판을 도시한 저면도.
도 7은 본 발명에 의한 고체산화물 연료전지 스택 분리판의 연료극 미세유로판을 도시한 평면도.
도 8은 본 발명에 의한 고체산화물 연료전지 스택 분리판의 공기극 미세유로판을 도시한 평면도.
이하 본 발명에 의한 고체산화물 연료전지 스택 분리판의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 스택 분리판의 분해 사시도이다. 이를 참조하면, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지스택의 분리판(100)은 연료극 유로판(200), 연료극 매니폴드판(300), 중간 매니폴드판(400), 공기극 유로판(500), 공기극판(600), 연료극 미세유로판(700), 공기극 미세유로판(800)을 포함한다. 이하에서는 상기 분리판(100) 각각의 구성에 대하여 차례대로 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 상기 연료극 유로판(200)은 직사각형의 두께 1mm 내외의 얇은 금속판의 한쪽 면에 연료극 입구 매니폴드(211,212)가 형성되고, 이에 대향되는 반대쪽 면에는 연료극 출구 매니폴드(213,214)가 형성된다.
그리고, 상기 연료극 입구 매니폴드(211,212)와 평행하게 공기극 입구 매니폴드(221)가 형성되고, 상기 공기극 입구 매니폴드(221)의 대각 방향에는 공기극 출구 매니폴드(222)가 형성된다. 상기 공기극 출구 매니폴드(222)는 상기 연료극 출구 매니폴드(213,214)와 평행한 위치에 형성된다.
이때, 연료극 입출구 매니폴드(211,212,213,214)및 공기극 입출구 매니폴드(221,222)는 서로 대각선으로 대향되는 위치에 놓여서 크로스 플로우(Cross Flow) 형태의 유로를 가지는 것을 특징으로 하며, 입구와 출구의 방향은 바뀔 수 있다. 또한, 연료극 매니폴드와 공기극 매니폴드의 개수도 설계 조건에 따라 1개 또는 2개 이상이 될 수 있다. 이하에서 설명될 분리판의 모든 구성요소에서 연료극 매니폴드와 공기극 매니폴드 개수와 입출구의 위치는 연료극 유로판(200)과 같이 설계 조건에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
한편, 상기 연료극 입구 매니폴드(211,212)에서 일정 거리만큼 내측으로 이격된 부분에 연료극 입구 주유로(231)가 형성되고, 이에 대향하여 연료극 출구 매니폴드(213,214)에서 일정 거리만큼 내측으로 이격된 부분에 연료극 출구 주유로(232)가 형성된다. 상기 연료극 입구 주유로(231) 및 연료극 출구 주유로(232)는 서로 평행하게 세로방향으로 형성되는 것으로서, 상기 연료극 유로판(200)의 중심선을 기준으로 서로 대칭되게 형성된다.
그리고, 도 7에 도시된 연료극 미세유로판(700)은 세로방향으로 가공되어 있는 연료극 입구 주유로(231)와 출구 주유로(232)에 수직한 방향으로 연료극 미세유로(710)가 형성되어 연료극 유로판(200) 상면에 접합되어 연료극에 균일한 가스분배가 이루어지도록 한다. 이때, 세로방향의 연료극 입출구 주유로(231,232)와 연료극 미세유로판(700)의 위치가 일치하도록 접합이 이루어져야 한다.
또한, 이상에서 설명한 매니폴드, 주유로 및 미세유로는 두께 1mm 내외의 얇은 금속판에 식각 또는 프레스 가공법을 이용하여 완전히 관통시켜 가공하는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 연료극 매니폴드판(300)은 두께 1mm 내외이며 연료극 유로판(200)과 같은 크기를 가진 직사각형의 금속판에 연료극 입구 매니폴드유로(311)와 연료극 출구 매니폴드유로(312) 및 공기극 입구 매니폴드(321)와 공기극 출구 매니폴드(322)가 대각선방향으로 대향하게 위치하도록 관통하여 가공되어 있다.
여기에서, 상기 연료극 매니폴드판(300)은 연료극 유로판(200)의 하면에 접합되며, 연료극 및 공기극 입출구 매니폴드의 중심이 연료극 유로판(200)의 매니폴드 중심과 일치하도록 위치해야 하고 매니폴드 크기도 동일해야 한다. 단, 연료극 유로판(200)의 공기극 입구 매니폴드(221)과 공기극 출구 매니폴드(222)의 크기는 연료극 매니폴드판(300)의 공기극 입구 매니폴드(321)와 공기극 출구 매니폴드(322)보다 설계 조건에 따라 크거나 같게 제작될 수도 있다. 이는 연료전지 스택을 적층할 시에 연료극 유로판(200)의 매니폴드 주위로 튜브 형태의 가스켓이 위치(해칭 부분)하게 되는데, 이때 밀봉 및 높이 조절을 하기 위해 크거가 같게 제작될 수도 있는 것이다.
또한, 상기 연료극 입구 매니폴드유로(311)는 스택에 공급된 연료가 각 단위전지에 공급될 수 있도록 연료극 입구 매니폴드(211,212)에서 연료극 입구 주유로(231)까지 가스통로를 제공한다. 연료극 출구 매니폴드유로(312)는 연료극 배기가스를 연료극 출구 주유로(232)에서 연료극 출구 매니폴드(213,214)까지 배출하는 통로를 제공하게 된다. 이를 위해 상기 연료극 입구 매니폴드유로(311)와 연료극 출구 매니폴드유로(312)는 연료극 유로판(200)의 매니폴드를 포함할 수 있는 형상을 가진다.
그리고, 상기 중간 매니폴드판(400)이 연료극 매니폴드판(300)의 하면에 접합되어 연료극 입구 매니폴드유로(311)와 연료극 출구 매니폴드유로(312)가 가스기밀이 이루어지도록 한다. 상기 연료극 입구 매니폴드유로(311)의 우측 세로면은 연료극 입구 주유로(231)의 우측 세로면과 크기 및 위치가 정확히 일치하는 것이 바람직하다. 이는 연료극 입구 매니폴드(211,212)에서부터 연료극 입구 매니폴드유로(311)의 크기를 점차적으로 증가시켜 연료극 입구 주유로(231)와 동일한 크기로 연결함으로써 연료극 미세유로판(700) 전체에 균일한 연료 분배가 가능하기 때문이다. 상기 연료극 출구 매니폴드유로(312) 또한 같은 이유로 연료극 입구 매니폴드유로(311)와 동일한 구조를 가지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 연료극 입구 매니폴드유로(311)와 연료극 출구 매니폴드유로(312), 공기극 입구 매니폴드(321)와 공기극 출구 매니폴드(322)는 모두 두께 1mm 내외의 얇은 금속판에 식각 또는 프레스 가공법을 이용하여 완전히 관통시켜 가공하는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 상기 중간 매니폴드판(400)은 두께 1mm 내외이며 연료극 유로판(200)과 같은 크기를 가진 직사각형의 금속판에 연료극 입구 매니폴드(411, 412)가 형성되고 이에 대향되는 반대쪽 면에 연료극 출구 매니폴드(413,414)가 형성된다. 상기 연료극 입구 매니폴드(411,412)와 평행하게 공기극 입구 매니폴드(421)가 형성되고 대각 방향에는 공기극 출구 매니폴드(422)가 형성된다.
이때, 연료극 및 공기극 입구와 출구 매니폴드(411,412,413,414,421,422)는 서로 대각 방향으로 대향되는 위치에 놓여서 크로스 플로우(Cross Flow) 형태의 유로를 가지는 것이 바람직하다.
상기 중간 매니폴드판(400)은 연료극 매니폴드판(300)의 하면에 접합되며, 연료극 및 공기극 입출구 매니폴드의 중심이 연료극 매니폴드판(300)의 매니폴드 중심과 정확히 일치하도록 위치해야 하고 매니폴드 크기도 동일해야 한다. 그리고, 중간 매니폴드판(400)은 연료극과 공기극의 가스가 혼합되지 않도록 기밀을 제공한다. 이때, 연료극 매니폴드(411,412,413,414) 및 공기극 매니폴드(421,422)는 모두 두께 1mm 내외의 얇은 금속판에 식각 또는 프레스 가공법을 이용하여 완전히 관통시켜 가공하는 것이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 상기 공기극 유로판(500)은 두께 1mm 내외이며 연료극 유로판(200)과 같은 크기를 가진 직사각형의 금속판에 연료극 입구 매니폴드(511, 512)가 형성되고, 이에 대향되는 반대쪽 면에 연료극 출구 매니폴드(513,514)가 형성된다. 상기 연료극 입구 매니폴드(511,512)와 평행한 위치에 가로방향으로 길게 가공된 공기극 입구 주유로(521)가 형성되고, 대각 방향에 가로방향으로 길게 가공된 된 공기극 출구 주유로(522)가 형성된다.
상기 공기극 유로판(500)은 중간 매니폴드판(400)의 하면에 접합되며, 연료극 및 공기극 입출구 매니폴드의 중심이 중간 매니폴드판의 매니폴드 중심과 정확히 일치하도록 위치해야 하고 매니폴드 크기도 동일해야 한다.
또한, 상기 공기극 입구 주유로(521)와 공기극 출구 주유로(522)는 가로방향으로 가공이 되어 세로방향으로 가공된 연료극 주유로(231,232)와 직교하게 형성되어 크로스 플로우(Cross Flow)형태의 유로가 형성되는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하면, 상기 공기극판(600)은 두께 1mm 내외이며 연료극 유로판(200)과 같은 크기를 가진 직사각형의 금속판에 연료극 입구 매니폴드(611, 612)가 형성되고, 이에 대향되는 반대쪽 면에 연료극 출구 매니폴드(613,614)가 형성된다. 또한, 공기극 입구 매니폴드(621)와 공기극 출구 매니폴드(622)도 직사각형 금속판에서 대각 방향으로 대향하게 형성된다.
상기 공기극판(600)은 공기극 유로판(500)의 하면에 접합되며, 연료극 및 공기극 입출구 매니폴드의 중심이 공기극 유로판의 매니폴드 중심과 정확히 일치하도록 위치해야 하고 매니폴드 크기도 동일해야 한다. 단, 공기극판(600)의 연료극 입구 매니폴드(611, 612)와 연료극 출구 매니폴드(613, 614)의 크기는 공기극 유로판(500)의 연료극 입구 매니폴드(511,512)와 연료극 출구 매니폴드(513, 514)보다 설계 조건에 따라 크거나 같게 제작되는 것이 바람직하다. 이는 연료전지 스택을 적층할 시에 공기극판(600)의 매니폴드 주위로 튜브 형태의 가스켓이 위치(해칭 부분)하게 되는데, 이때 밀봉 및 높이 조절을 하기 위해 크거가 같게 제작될 수도 있는 것이다.
상기 공기극판(600)의 가운데 부분에는 공기극 유로판(500)에 접합된 공기극미세유로판(800)이 노출되어 단위전지의 공기극과 연통될 수 있도록 연통공(631)이 형성되어 공기극에 균일한 가스공급이 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 연료극 매니폴드와 공기극 매니폴드 및 연통공(631)은 모두 두께 1mm 내외의 얇은 금속판에 식각 또는 프레스 가공법을 이용하여 완전히 관통시켜 가공하는 것이 바람직하다.
그리고, 도 8에 도시된 공기극 미세유로판(800)은 가로방향으로 가공되어 있는 공기극 입구 주유로(521)와 공기극 출구 주유로(522)에 수직한 방향으로 공기극 미세유로(810)가 형성되도록 공기극판(600)의 하면에 접합되어 공기극에 균일한 가스분배가 이루어지도록 한다.
이때, 가로방향의 공기극 입출구 주유로(521,522)와 공기극 미세유로판(800)의 위치가 일치하도록 접합이 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 공기극 유로판(500)의 하면에는 공기극판(600)이 접합되어 있어 공기극 입구 및 출구매니폴드에서 공기극 미세유로판(800)이 접합된 부근까지 가스밀봉이 제공된다.
여기에서, 연료극 매니폴드와 공기극 매니폴드 및 공기극 주유로, 공기극 미세유로는 모두 두께 1mm 내외의 얇은 금속판에 식각 또는 프레스 가공법을 이용하여 완전히 관통시켜 가공하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 고체산화물 연료전지 스택의 분리판을 제작하는데 있어 종래의 기계적 가공 없이 1mm 내외의 얇은 금속판에 식각 또는 프레스 가공법으로 원하는 형상을 관통시켜 가공한 후 접합을 통해 분리판에 필요한 매니폴드와 가스유로를 모두 제공하고 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
100 : 분리판 200 : 연료극 유로판
211,212 : 연료극 입구 매니폴드 213,214 : 연료극 출구 매니폴드
221 : 공기극 입구 매니폴드 222 : 공기극 출구 매니폴드
231 : 연료극 입구 주유로 232 : 연료극 출구 주유로
300 : 연료극 매니폴드판 311 : 연료극 입구 매니폴드유로
312 : 연료극 출구 매니폴드유로 321 : 공기극 입구 매니폴드
322 : 공기극 출구 매니폴드 400 : 중간 매니폴드판
411,412 : 연료극 입구 매니폴드 413,414 : 연료극 출구 매니폴드
421 : 공기극 입구 매니폴드 422 : 공기극 출구 매니폴드
500 : 공기극 유로판 511,512 : 연료극 입구 매니폴드
513,514 : 연료극 출구 매니폴드 521 : 공기극 입구 주유로
522 : 공기극 출구 주유로 600 : 공기극판
611,612 : 연료극 입구 매니폴드 613,614 : 연료극 출구 매니폴드
621 : 공기극 입구 매니폴드 622 : 공기극 출구 매니폴드
631 : 연통공 700 : 연료극 미세유로판
710 : 연료극 미세유로 800 : 공기극 미세유로판
810 : 공기극 미세유로

Claims (15)

  1. 연료극 입구 매니폴드 및 연료극 출구 매니폴드가 서로 대향되게 형성되고, 공기극 입구 매니폴드 및 공기극 출구 매니폴드가 서로 대향되게 형성되며, 상기 매니폴드에서 내측으로 일정 거리만큼 이격된 부분에 연료극 입구 주유로 및 연료극 출구 주유로가 세로방향으로 평행하게 형성되는 연료극 유로판과;
    상기 연료극 유로판의 하면에 접합되고, 상기 연료극 입출구 매니폴드에 대응되는 위치에 연료극 입구 매니폴드유로 및 연료극 출구 매니폴드유로가 상기 연료극 입출구 주유로까지 연장되어 형성되며, 상기 공기극 입출구 매니폴드에 대응되는 위치에 공기극 입구 매니폴드 및 공기극 출구 매니폴드가 각각 형성되는 연료극 매니폴드판과;
    상기 연료극 매니폴드판의 하면에 접합되고, 상기 연료극 매니폴드판의 매니폴드와 크기와 형상이 동일한 매니폴드가 형성되어 공기극과 연료극의 가스 혼합을 방지하는 중간 매니폴드판과;
    상기 중간 매니폴드판의 하면에 접합되고, 상기 중간 매니폴드판의 매니폴드와 크기와 형상이 동일한 매니폴드가 형성되고, 상기 공기극 입출구 매니폴드에 대응되는 위치에서 공기극 입구 주유로 및 공기극 출구 주유로가 가로방향으로 평행하게 형성되는 공기극 유로판과;
    상기 공기극 유로판의 하면에 접합되고, 상기 공기극 유로판의 매니폴드와 크기와 형상이 동일한 매니폴드가 형성되고, 공기극이 상기 공기극 입출구 주유로와 연통되도록 연통공이 형성되는 공기극판을 포함하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료극 유로판, 연료극 매니폴드판, 중간 매니폴드판, 공기극 유로판 및 공기극판에 형성된 매니폴드와 유로는 식각 또는 프레스를 이용하여 금속판 전체를 관통시켜 가공한 후에 접합하여 제작됨을 특징으로 하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료극 유로판, 연료극 매니폴드판, 중간 매니폴드판, 공기극 유로판 및 공기극판에 형성된 매니폴드와 유로는 서로 대각 방향으로 대향되게 형성되어 크로스 플로우(Cross Flow) 형태를 가짐을 특징으로 하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료극 유로판의 공기극 입출구 매니폴드의 크기는 상기 연료극 매니폴드판의 공기극 입출구 매니폴드보다 크거나 같게 제작됨을 특징으로 하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기극판의 연료극 입출구 매니폴드의 크기는 상기 공기극 유로판의 연료극 입출구 매니폴드보다 크거나 같게 제작됨을 특징으로 하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료극 유로판의 상면에 접합되고, 상기 연료극 입구 주유로 및 연료극 출구 주유로에 수직한 방향으로 다수의 연료극 미세유로가 형성되는 연료극 미세유로판을 더 포함하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기극판의 하면에 접합되고, 상기 공기극 입구 주유로 및 공기극 출구 주유로에 수직한 방향으로 다수의 공기극 미세유로가 형성되는 공기극 미세유로판을 더 포함하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  8. 연료극 입구 매니폴드 및 연료극 출구 매니폴드가 서로 대향되게 형성되고, 공기극 입구 매니폴드 및 공기극 출구 매니폴드가 서로 대향되게 형성되며, 상기 매니폴드에서 내측으로 일정 거리만큼 이격된 부분에 연료극 입구 주유로 및 연료극 출구 주유로가 세로방향으로 평행하게 형성되는 연료극 유로판과;
    상기 연료극 유로판의 상면에 접합되고, 상기 연료극 입구 주유로 및 연료극 출구 주유로에 수직한 방향으로 다수의 연료극 미세유로가 형성되는 연료극 미세유로판과;
    상기 연료극 유로판의 하면에 접합되고, 상기 연료극 입출구 매니폴드에 대응되는 위치에 연료극 입구 매니폴드유로 및 연료극 출구 매니폴드유로가 상기 연료극 입출구 주유로까지 연장되어 형성되며, 상기 공기극 입출구 매니폴드에 대응되는 위치에 공기극 입구 매니폴드 및 공기극 출구 매니폴드가 각각 형성되는 연료극 매니폴드판과;
    상기 연료극 매니폴드판의 하면에 접합되고, 상기 연료극 매니폴드판의 매니폴드와 크기와 형상이 동일한 매니폴드가 형성되어 공기극과 연료극의 가스 혼합을 방지하는 중간 매니폴드판과;
    상기 중간 매니폴드판의 하면에 접합되고, 상기 중간 매니폴드판의 매니폴드와 크기와 형상이 동일한 매니폴드가 형성되고, 상기 공기극 입출구 매니폴드에 대응되는 위치에서 공기극 입구 주유로 및 공기극 출구 주유로가 가로방향으로 평행하게 형성되는 공기극 유로판과;
    상기 공기극 미세유로판의 하면에 접합되고, 상기 공기극 유로판의 매니폴드와 크기와 형상이 동일한 매니폴드가 형성되고, 공기극이 상기 공기극 입출구 주유로와 연통되도록 연통공이 형성되는 공기극판과;
    상기 공기극판의 하면에 접합되고, 상기 공기극 입구 주유로 및 공기극 출구 주유로에 수직한 방향으로 다수의 공기극 미세유로가 형성되는 공기극 미세유로판을 포함하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연료극 유로판, 연료극 매니폴드판, 중간 매니폴드판, 공기극 유로판 및 공기극판에 형성된 매니폴드와 유로는 식각 또는 프레스를 이용하여 금속판 전체를 관통시켜 가공한 후에 접합하여 제작됨을 특징으로 하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 연료극 유로판, 연료극 매니폴드판, 중간 매니폴드판, 공기극 유로판 및 공기극판에 형성된 매니폴드는 서로 대각 방향으로 대향되게 형성되어 크로스 플로우(Cross Flow) 형태를 가짐을 특징으로 하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 연료극 유로판의 공기극 입출구 매니폴드의 크기는 상기 연료극 매니폴드판의 공기극 입출구 매니폴드보다 크거나 같게 제작됨을 특징으로 하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 공기극판의 연료극 입출구 매니폴드의 크기는 상기 공기극 유로판의 연료극 입출구 매니폴드보다 크거나 같게 제작됨을 특징으로 하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  13. 다수의 금속판에 식각 또는 프레스를 이용하여 매니폴드 및 가스유로 형상 전체를 관통시켜 가공한 후, 가공한 금속판을 순차적으로 접합하여 매니폴드 및 가스유로를 형성함을 특징으로 하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  14. 다수의 금속판에 식각 또는 프레스를 이용하여 매니폴드 및 가스유로 형상 전체를 관통시켜 가공한 후, 가공한 금속판을 순차적으로 접합하되,
    상기 매니폴드는 금속판의 좌우 양측에 다수개가 평행한 방향으로 형성되고,상기 가스유로는 상기 매니폴드에서 내측으로 연장되어 형성됨을 특징으로 하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 금속판에 형성된 매니폴드는 서로 대각 방향으로 대향되게 형성되어 크로스 플로우(Cross Flow) 형태를 가짐을 특징으로 하는 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판.
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