KR20160122954A

KR20160122954A - 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 및 이의 제작 방법

Info

Publication number: KR20160122954A
Application number: KR1020150052841A
Authority: KR
Inventors: 이가형; 서태일; 정석용
Original assignee: 주식회사 에스티아이
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2016-10-25
Also published as: KR101818709B1

Abstract

본 발명은 SOFC 시스템에서 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 및 이의 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부가 개방되어 적재물이 안착되는 하부몸체와, 상부가 밀폐되고 상기 하부몸체에 적재되는 적재물을 내부에 수납하기 위한 수납공간이 형성되며, 상기 하부몸체의 상부에 결합되어 내부 수납공간을 밀폐하는 상부몸체를 포함하되, 상기 하부몸체에 형성되는 단열층은 메인단열보드에 상기 메인단열보드보다 경도와 밀도가 높은 하드단열보드가 감싸도록 하고, 단열층 내부 사이에 세라믹 울 완충단열보드가 적층된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 단열 하우징 내부에 다층 구조로 다른 재질의 단열보드를 적층시켜 단열성이 우수하도록 하며, 내부에 울 세라믹 재질의 완충단열보드를 삽입시켜 외부충격으로부터 충격을 완화시키며, 열적 수축팽창에 의한 단열 하우징의 내부 균열이 없도록 하여 내구성을 높일수 있는 효과가 있다.
또한, 내부에 단열층이 형성된 하부몸체에 컵형상으로 내측에 단열층이 형성된 상부몸체를 뒤집어 하부몸체의 상부에 결합되도록 하여 단열재 조립성이 우수하며, 제작방법을 단순화하여 제작단가를 낮출수 있으며 대량생산이 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 및 이의 제작 방법{Heat-insulated housing for solid oxide fuel cell and a manufacturing method thereof}

본 발명은 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 및 이의 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고체산화물 연료전지의 스택에서 발생되는 열을 최대한 단열시킴으로써 외부로의 열전달을 최소화하고, 개질기 및 스택의 반응 온도를 유지하여 시스템의 효율을 극대화하고, 단열 하우징 외부와의 안정성을 확보하기 위해 외부 온도가 50℃ 이하로 유지되도록 단열재의 종류 및 배치순서를 최적화한 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 및 이의 제작 방법에 관한 것이다.

고체 산화물 연료전지는 가정용, 건물용, 분산발전용, 대형 발전용에 이르기까지 적용범위가 다른 연료전지에 비해 매우 넓고 원료의 종류에 따라 보일러용, 디젤 트럭용, 선박용 IGFC용 등 다양한 분야에 활용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

고체 산화물 연료전지의 스택 및 단위셀은 열화학적으로 안정한 지르코니아계 전해질과 수소 및 일산화탄소와 반응하는 연료극(음극)과, 산소를 이온화 하는 공기극(양극)으로 구성되어 있고, 이러한 단위셀을 전기적으로 연결할 수 있는 전기 전도성이 우수한 세라믹물질 및 금속판 형태로 연결재가 구성되어 있다.

이러한 고체산화물 연료전지(SOFC)는 고온에서 안정되고 발전효율이 높은 장점이 있으며, 수소뿐만 아니라 일산화탄소를 함께 활용하기 때문에 기존의 화석 연료인 석탄가스, 디젤 개질가스, 바이오 가스, 메탄 가스 등을 원료로 사용할 수 있는 차세대 발전 방식으로, 이와 같이 고체 산화물 연료전지는 고온에서 발전효율이 높기 때문에 고온인 600 ~ 800℃의 반응 온도까지 상승시키고, 그 온도를 유지하는 것이 매우 중요한 부분이다.

이러한 반응 온도 상승 및 온도 유지를 위해서는 내부에서 발생되는 열을 외부와 차단할 수 있는 단열 시스템이 필요로 하며, 이를 스택의 외부에 하우징으로 형성하여 스택 내부의 반응 온도를 유지하도록 한다.

이러한 스택 하우징 시스템은 반응 초기 낮은 반응 온도에서 점화버너를 반응 온도 상승을 위해 작동시켜 스택의 온도가 상승되어, 700 ~ 800℃의 반응 온도까지 도달할 수 있도록 하며, 외부와의 단열을 통해 반응온도를 유지하도록 한다.

그러나 스택 내부의 온도를 유지하기 위한 단열의 형태에 따라 열효율의 차이가 나며, 단열재의 재료와 단열재 간의 배열 및 두께 등이 단열에서 매우 중요한 변수로 작용되며, 유로의 이동 경로도 열효율에서 차이를 나타낸다.

이러한 열효율을 향상시키기 위한 기존의 하우징에 관한 기술중, 한국제공개특허 제 2009-57139호에서는 스택과 일체화된 열교환 장치가 부착되어 열교환 효율을 높이도록 하거나 스택 주변 온도를 조절하고 외부의 공기를 반응온도에 가깝게 주입될 수 있도록 하는 장치를 고안하였으나, 이러한 장치 역시 스택의 반응온도 상승시에는 열교환 효율을 얻을 수 없으며 스택까지의 열원 공급이 원활하지 못해 초기 반응 온도 상승 시간이 오래 걸리는 단점을 가지게 된다.

또한, 한국등록특허 제 1061448호에서는 SOFC에서 발생되는 미반응 가스를 이용하여 촉매 연소기에 이를 반응시켜 고온의 열원을 얻고, 열교환 형태의 열교환 장치를 별도로 구비하여 외부에서 공기의 예열 및 스택에서의 열교환 효율을 증가시키도록 하는 열교환 장치가 고안되었으나, 이 또한 반응 초기 스택의 반응온도 상승까지의 시간 동안에는 그 효용성이 매우 떨어지며, 열교환 장치가 스택과 분리되는 구조로 장치의 부피 증가 및 열교환 효율이 저하되는 문제점을 가지게 된다.

또한, 한국등록특허 제 1219257호에서는　SOFC의 내부로 유입되는 원료 및 공기의 반응 가스 유체에 대한 유동을 고르게 하기 위해 하우징 시스템에 유입되는 유로를 구불구불한 형상으로 하여 단순 유체의 유동만을 안정화하는 방식을 취하고 있다.

이러한 종래 하우징의 단열성능 및 열교환 성능이 낮을 경우에는 SOFC 스택의 성능을 저해하게 되며, 과도한 온도 상승으로 스택의 손실로 인한 반응가스의 유출 등의 심각한 문제점을 일으킬 수 있다.

또한, 하우징의 외부 온도가 50℃ 이하로 유지되어야만 안정성을 갖출 수 있기 때문에 내부 단열이 매우 중요하여, 구조가 간단하면서도, 단열의 효과를 극대화하기 위해 단열재의 배열 방식을 고려한 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 및 이의 제작 방법에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.

한국제공개특허 제 2009-57139호 한국등록특허 제 1061448호 한국등록특허 제 1219257호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징보다 단열 효율이 우수하고, 제작방법의 단순화를 통해 제작단가를 낮추고, 단열 하우징 내부를 밀폐시켜 단열 하우징 외부 온도가 일정 온도 이하를 유지할 수 있도록 하여 안정성을 확보할 수 있는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 및 내부 단열재의 배치를 통한 단열 하우징의 제작 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 상부가 개방되어 적재물이 안착되는 하부몸체와, 상부가 밀폐되고 상기 하부몸체에 적재되는 적재물을 내부에 수납하기 위한 수납공간이 형성되며, 상기 하부몸체의 상부에 결합되어 내부 수납공간을 밀폐하는 상부몸체를 포함하되, 상기 하부몸체에 형성되는 단열층은 메인단열보드에 상기 메인단열보드보다 경도와 밀도가 높은 하드단열보드가 감싸도록 하고, 단열층 내부 사이에 세라믹 울 완충단열보드가 적층된다.

여기서 상기 하부몸체는 내부에 단열재 설치공간이 형성되는 제1 금속하우징과, 상기 제1 금속하우징의 내측 바닥면과 대응되는 형상과 크기로 상기 제1 금속하우징 내측면에 부착되는 제1 하드단열보드와, 상기 제1 하드단열보드와 대응되는 형상과 크기로 상기 제1 하드단열보드 상면에 부착되는 제1 완충단열보드와, 상기 제1 완충단열보드와 대응되는 형상과 크기로 상기 제1 완충단열보드 상면에 부착되되, 상기 하드단열보드보다 밀도 및 경도가 낮은 메인단열보드와, 상기 메인단열보드와 대응되는 형상과 크기로 상기 메인단열보드 상면에 부착되는 제2 완충단열보드 및, 상면에 적재되는 적재물의 하중을 지지하기 위해 상기 제1 하드단열보드보다 두꺼운 일정 두께 이상으로 형성되며, 상기 제1 금속하우징의 내측면과 일정간격 이격되도록 상기 제2 완충단열보드 상면에 부착되는 제2 하드단열보드를 포함한다.

아울러, 상기 상부몸체는 하부가 개방되어 내부에 상기 하부몸체에 안착되는 적재물 수납공간이 형성되는 제2 금속하우징과, 상기 제2 금속하우징의 내측 천장면 또는 내측 측벽면과 대응되는 형상과 크기로 상기 제2 금속하우징의 내측면에 부착되는 제3 하드단열보드와, 상기 제3 하드단열보드보다 두꺼운 일정 두께 이상으로 형성되어, 상기 제3 하드단열보드의 내측면에 부착되는 제4 하드단열보드를 포함하되, 상기 상부몸체의 측벽면에 부착되는 제4 하드단열보드는 상기 제3 하드단열보드보다 짧은 길이로 하단부가 상기 제3 하드단열보드와 단턱지도록 부착되어, 상기 상부몸체를 상기 하부몸체에 결합할 경우, 상기 제3 하드단열보드가 상기 하부몸체의 제2 완충단열보드와 제1 금속하우징과의 이격공간에 삽입되어 밀착되며, 상기 제4 하드단열보드의 단턱진 하단면이 상기 하부몸체의 제2 하드단열보드의 상면에 안착되어 내부 수납공간이 밀폐된다.

또한, 상기 제2 금속하우징의 내측 천장면에는 보강프레임이 결합된다.

고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 제작 방법은 상부가 개방되어 내부에 단열재 설치공간이 형성되며, 내부에 적층되는 단열재의 상면에 적재물이 안착되는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징의 하부몸체에 해당하는 제1 금속하우징을 상부가 개방되도록 밀폐된 바닥면이 하부로 향하게 배치시키는 단계, 상기 제1 금속하우징 내부 바닥면에 복수개의 단열재를 적층시켜 단열층을 형성시키는 단계, 상부가 밀폐되고 상기 하부몸체에 적재되는 적재물을 내부에 수납하기 위한 수납공간이 형성되며, 상기 하부몸체의 상부에 결합되어 내부 수납공간을 밀폐시키도록 하는 상부몸체에 해당하는 제2 금속하우징의 밀폐된 상부면이 하부로 향하게 하여 상부가 개방되도록 배치시키는 단계, 상기 제2 금속하우징 내부 천장면과 측벽면에 복수개의 단열재를 적층시켜 단열층을 형성시키는 단계, 상기 제2 금속하우징의 천장면이 상부로 향하도록 상기 상부몸체을 뒤집어서 상기 하부몸체의 상부에 배치시키는 단계, 상기 상부몸체와 하부몸체를 결합수단에 의해 체결하여 내부공간이 밀폐되도록 하는 단계를 포함하여 제공된다.

여기서 상기 제1 금속하우징 내부에 단열층을 형성시키는 단계는 상기 제1 금속하우징의 내측 바닥면과 대응되는 형상과 크기로 재단된 제1 하드단열보드를 상기 제1 금속하우징의 내측 바닥면에 부착시키는 단계, 상기 제1 하드단열보드와 대응되는 형상과 크기로 재단된 제1 완충단열보드를 상기 제1 하드단열보드 상면에 부착시키는 단계, 상기 제1 완충단열보드와 대응되는 형상과 크기로 재단된 메인단열보드를 상기 제1 완충단열보드 상면에 부착시키는 단계, 상기 메인단열보드와 대응되는 형상과 크기로 재단된 제2 완충단열보드를 상기 제1 완충단열보드 상면에 부착시키는 단계, 상기 제1 하드단열보드보다 두꺼운 두께로 형성되고, 상기 제1 금속하우징의 내측면 전 둘레에 걸쳐 일정 이격공간이 형성되도록 재단된 제2 하드단열보드를 상기 제2 완충단열보드의 상면에 부착하는 단계를 포함하여 제공된다.

아울러, 상기 제2 금속하우징 내부에 단열층을 형성시키는 단계는 상기 제2 금속하우징의 내측 천장면과 대응되는 형상과 크기로 재단된 제3 천장면 하드단열보드를 상기 제2 금속하우징의 내측 천장면에 부착시키는 단계, 상기 제3 천장면 하드단열보드보다 두꺼운 두께로 형성되고, 상기 제2 금속하우징의 내측면 전 둘레에 걸쳐 일정 이격공간이 형성되도록 재단된 제4 천장면 하드단열보드를 상기 제3 천장면 하드단열보드의 상면에 부착하는 단계, 상기 제2 금속하우징의 내측 측벽면과 대응되는 형상과 크기로 재단된 제3 측벽면 하드단열보드를 상기 제2 금속하우징의 내측면과 상기 제4 천장면 하드단열보드 사이 이격공간내에 삽입시켜 상기 제2 금속하우징의 내측 측벽면 전체에 부착시키는 단계, 상기 제3 측벽면 하드단열보드보다 두꺼운 두께로 형성되는 제4 측벽면 하드단열보드를 상기 제3 측벽면 하드단열보드 상면에 부착시키되, 제4 측벽면 하드단열보드의 하부면이 상기 제4 천장면 하드단열보드의 상면에 밀착되고, 상기 제4 측벽면 하드단열보드의 단부가 상기 제3 측벽면 하드단열보드와 단턱지도록 부착되는 단계를 포함하여, 상기 상부몸체를 상기 하부몸체에 결합할 경우, 상기 제3 측벽면 하드단열보드가 상기 제1 금속하우징의 내측면 전둘레에 걸쳐 형성된 이격공간에 삽입되고, 상기 제4 측벽면 하드단열보드의 단턱진 상부면이 상기 하부몸체의 제2 하드단열보드의 상면에 밀착된다.

또한, 상기 제3, 제4 하드단열보드를 부착시킨 다음, 상기 단열보드가 부착된 모서리 부분을 세라믹 본드 또는 세라믹 코팅제로 마감처리하는 단계를 더 포함하여 제공된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 단열 하우징 내부에 다층 구조로 다른 재질의 단열보드를 적층시켜 단열성이 우수하도록 하며, 내부에 울 세라믹 재질의 완충단열보드를 삽입시켜 외부충격으로부터 충격을 완화시키며, 열적 수축팽창에 의한 단열 하우징의 내부 균열이 없도록 하여 내구성을 높일수 있는 효과가 있다.

또한, 내부에 단열층이 형성된 하부몸체에 컵형상으로 내측에 단열층이 형성된 상부몸체를 뒤집어 하부몸체의 상부에 결합되도록 하여 단열재 조립성이 우수하며, 제작방법을 단순화하여 제작단가를 낮출수 있으며 대량생산이 가능하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징의 외부 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징의 하부몸체의 단면구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징의 상부몸체의 단면구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 제작 순서를 나타낸 순서도이다.
도 5는 제1 금속하우징 내 단열재 부착단계를 도시한 도면이다.
도 6은 제2 금속하우징 내 단열재 부착단계를 도시한 도면이다.
도 7과 도 8은 상부몸체를 하부몸체에 고정하는 단계를 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징의 외부 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징의 하부몸체)의 단면구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징의 상부몸체의 단면구조를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징은 상부가 개방되고 스택(STACK) 또는 개질기가 포함된 모듈 등의 적재물이 안착되는 하부몸체(10)와, 하부몸체(10)에 적재되는 적재물을 내부에 수납하기 위한 수납공간이 형성되며, 상기 하부몸체(10)의 상부에 결합되어 내부 수납공간을 밀폐하는 상부몸체(20)를 포함하여 구성된다.

이러한 본 발명에 따른 단열 하우징은 모든 배관이 하부로 향하도록 설계하였으며, 이에 따라 하부에 가해지는 하중을 지지할 수 있도록 경도가 높으며, 단열성과 경량성을 고려한 단열층을 형성하도록 한다. 이를 위해 하부몸체(10)에 형성되는 단열층은 중간에 메인단열보드(14)와, 메인단열보드(14)보다 경도와 밀도가 높은 하드단열보드(12,16)가 메인단열보드(14)를 감싸도록 하고, 메인단열보드(14)와 하드단열보드(12,16) 사이에는 세라믹 울 완충단열보드(13)가 적층되도록 한다.

이는 단열재가 수축팽창중에 금속과의 수축률이 달라 크랙이 발생하게 되는데, 세라믹 울 재질의 완충단열보드에 의해 외부충격이 완화되며 열적 수축 팽창에 의한 균열발생을 억제하여 내구성을 높이게 된다.

아울러, 본 발명에 사용되는 단열보드는 1.5~2.5cm, 3~5cm, 5~7.5cm 등의 규격으로 사용되며, 단열보드의 성분은 건식실리카 (Fumed Silica), 산화알루미늄(Al₂O₃), 울 섬유(Fiber Wool) 등의 성분으로 이루어짐이 바람직하다. 특히, 본 발명에서 메인단열보드(14)는 SiO₂가 80 ~ 90% 이상 함유되며, 하드단열보드는 Al₂O₃가 80% 이상 함유되도록 하여, 하드단열보드(12,16)가 메인단열보드(14)보다 밀도 및 경도가 더 높아지도록 한다.

도 2를 통해 하부몸체(10)의 단면구조를 통해 더욱 자세히 살펴보면, 하부몸체(10)는 단열재 설치공간이 형성되는 외부 제1 금속하우징(11)과, 하우징 내부 바닥에서 상부로 제1 하드단열보드(12), 제1 완충단열보드(13), 메인단열보드(14), 제2 완충단열보드(15), 제2 하드단열보드(16)가 순차적으로 적층되어 단열층을 형성하도록 한다.

제1 금속하우징(11)은 서스(sus) 재질로 이루어짐이 바람직하며, 바닥면을 가지고 바닥면 상부 내측에 단열재 설치공간이 형성되는 용기로서, 상단부에는 외측면으로 플랜지(11a)가 형성된다.

제1 하드단열보드(12)는 상기 제1 금속하우징(11)의 내측 바닥면과 대응되는 형상과 크기로 형성되어, 제1 금속하우징(11)의 내측 바닥면에 부착된다. 즉, 제1 하드단열보드(12)는 백업 단열재로서 제1 금속하우징(11)의 바닥면 전체를 둘러싸도록 부착된다.

제1 완충단열보드(13)는 제1 하드단열보드(12)와 대응되는 형상과 크기로 형성되어, 제1 하드단열보드(12)의 상면에 부착된다. 이러한 완충단열보드는 탄성을 가진 울 재질의 단열보드로 이루어짐이 바람직하다.

메인단열보드(14)는 제1 완충단열보드(13)와 대응되는 형상과 크기로 형성되어, 제1 완충단열보드(13) 상면에 부착된다.

그리고 제2 완충단열보드(15)는 메인단열보드(14)와 대응되는 형상과 크기로 형성되어, 메인단열보드(14) 상면에 부착된다.

즉, 제1 하드단열보드(12), 제1 완충단열보드(13), 메인단열보드(14) 및 제2 완충단열보드(15)는 동일한 크기와 형상으로 제1 금속하우징(11)의 내측 바닥면과 내측면에 밀착되어 단열층을 형성하도록 한다. 이러한 다층구조의 단열구조는 단일 단열재의 단층구조보다 단열효과가 더욱 우수하다.

그리고 제2 하드단열보드(16)는 상면에 적재되는 고체산화물 연료전지용 셀, 스택 등 적재되는 물품의 하중을 지지하기 위해 제1 하드단열보드(12)보다 두꺼운 일정 두께 이상으로 형성된다. 본 발명에서는 제1 하드단열보드(12)가 1.5 ~ 2.5cm 정도의 두께로 형성되고, 제2 하드단열보드(16)는 3~5cm 정도로 최소 3cm 이상으로 형성되도록 한다.

이러한 하부몸체(10) 내측 단열층의 최상층에 해당되는 제2 하드단열보드(16)는 제1 금속하우징(11)의 내측면과 일정간격 이격되도록 제2 완충단열보드(15) 상면에 부착된다. 즉, 제2 하드단열보드(16)의 두께만큼의 깊이로 제1 금속하우징(11)과 이격공간이 형성된다.

도 3을 통해 상부몸체(20)의 단열구조를 더욱 자세히 살펴보면, 상부몸체(20)는 내측에 단열부재가 설치되는 제2 금속하우징(21)과, 하우징 내측에 제3 하드단열보드(22), 제4 하드단열보드(23)가 부착된다.

제2 금속하우징(21)은 외부에 작업자가 상부몸체(20)를 들어 하부몸체(10)에 결합하기 위한 파지부(21c)가 형성되며, 내부에는 하부몸체(10) 상면에 안착되는 스택(STACK) 또는 개질기가 포함된 모듈 등의 적재물들의 수납공간이 형성된다. 즉, 도면에서와 같이 상부 천장면으로는 밀폐되고 하부로는 개방되어 하부몸체(10)에 결합되기 위한 플랜지(21a)가 외측면으로 형성된다. 아울러, 제2 금속하우징(21)의 플랜지(21a) 하부에는 하부몸체(10)에 삽입되도록 제2 금속하우징(21)의 측면벽에서 플랜지(21c) 결합부분을 지나 하방으로 연장되는 연장측벽(21b)이 형성된다.

상부몸체(20) 내부 단열재로 부착되는 제3 하드단열보드(22)는 하부몸체(10)에 부착되는 제1 하드단열보드(12)와 동일한 재질로서, 제2 금속하우징(21)의 내측 천장면과 내측 측벽면에 대응되는 형상과 크기로 형성되어, 제2 금속하우징(21)의 내측면에 백업 단열재로서, 내측면 전체를 둘러싸도록 부착된다.

제4 하드단열보드(23)는 하부몸체(10)의 제2 하드단열보드(16)와 같이 제3 하드단열보드(22)보다 두꺼운 일정 두께 이상으로 형성되어, 제3 하드단열보드(22)의 내측면에 부착된다.

이러한 상부몸체(20)의 측벽면에 부착되는 제3 하드단열보드(22)는 제2 금속하우징(21)의 연장측벽(21b)까지 부착되며, 제4 하드단열보드(23)는 제3 하드단열보드(22)보다 길이가 짧게 형성되어, 제3 하드단열보드(22)가 부착된 연장측벽(21b)까지 부착되지 않고 제4 하드단열보드(23)의 하단면이 제3 하드단열보드(22)의 측면벽에 단턱지도록 부착된다.

이에 따라 상부몸체(20)가 하부몸체(10)에 결합될 경우, 제2 금속하우징(21)의 연장측벽(21b)이 제1 금속하우징(11)의 내측면에 밀착되면서 제3 하드단열보드(22)의 하단부가 하부몸체(10)의 제2 완충단열보드(15)와 제1 금속하우징(11)의 내측면과 이격된 이격공간 내에 삽입되어, 제1 하드단열보드(12)의 측면과 제2 완충단열보드(15)의 상면에 밀착되며, 제4 하드단열보드(23)의 단턱진 하단면이 하부몸체(10)의 제2 하드단열보드(16)의 상면에 안착되어 내부 수납공간이 밀폐되도록 한다.

또한, 상부몸체(20)와 하부몸체(10)의 고정은 각 몸체의 측면에 형성된 플랜지(11a,21a)의 결합공에 볼트로 체결하여 결합시키며, 이때에 하부몸체(10)의 울 재질의 완충단열보드가 압착되면서 내부 밀폐력이 더욱 높아지도록 한다.

아울러, 제2 금속하우징(21)의 내측 천장면에는 H자 형상의 보강프레임(미도시)이 결합되어 단열 하우징 내부 상부측에 뜨거운 열기에 의한 열변형을 방지하도록 보강프레임에 의해 보강되도록 한다.

아래에서는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 제작 방법에 대해 더욱 자세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 제작 순서를 나타낸 순서도이고, 도 5는 제1 금속하우징 내 단열재 부착단계를 도시한 도면이고, 도 6은 제2 금속하우징 내 단열재 부착단계를 도시한 도면이고, 도 7과 도 8은 상부몸체를 하부몸체에 고정하는 단계를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 제작 방법은 제1 금속하우징 배치단계(S410), 제1 금속하우징 내 단열층 형성단계(S420), 제2 금속하우징 배치단계(S430), 제2 금속하우징 내 단열층 형성단계(S440), 제2 금속하우징 결합위치 배치단계(S450) 및 제1,2 금속하우징 고정단계(S460)를 포함하여 구성된다.

제1 금속하우징 배치단계(S410)에서는 상부가 개방되어 내부에 단열재 설치공간이 형성되며, 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징의 하부몸체(10)에 해당하는 제1 금속하우징(11)을 밀폐된 바닥면이 하부로 향하게 배치한다.

제1 금속하우징 내 단열층 형성단계(S420)에서는 제1 금속하우징(11) 내부에 다층으로 제1 하드단열보드(12), 제1 완충단열보드(13), 메인단열보드(14), 제2 완충단열보드(15), 제1 하드단열보드(12)가 순차적으로 적층되도록 한다.

먼저, 제1 금속하우징(11)의 내측 바닥면과 대응되는 형상과 크기로 재단된 제1 하드단열보드(12)를 상기 제1 금속하우징(11)의 내측 바닥면에 부착시킨다.

그리고 제1 하드단열보드(12)와 대응되는 형상과 크기로 재단된 제1 완충단열보드(13)를 제1 하드단열보드(12) 상면에 부착시키고, 제1 완충단열보드(13)와 대응되는 형상과 크기로 재단된 메인단열보드(14)를 제1 완충단열보드(13) 상면에 부착시키고, 다시 메인단열보드(14)와 대응되는 형상과 크기로 재단된 제2 완충단열보드(15)를 제1 완충단열보드(13) 상면에 부착한다.

그리고 하부몸체(10) 내부에 적층되는 단열층의 최상부에 해당되는 제2 하드단열보드(16)를 제2 완충단열보드(15)의 상면에 부착시킨다. 이러한 제2 하드단열보드(16)는 제1 하드단열보드(12)보다 두꺼운 두께로 형성되고, 제1 금속하우징(11)의 내측면 전 둘레에 걸쳐 일정 이격공간이 형성되도록 재단된다.

이와 같은 하부몸체(10)의 단열구조는 메인단열보드(14)를 경도가 높은 하드단열보드 백업제로 감싸도록 하며, 그 사이에 외부충격을 완화시키고 열적 수축팽창에 의한 내구성을 높이기 위해 세라믹 울 재질의 완충단열보드(13)를 삽입시키도록 한다.

제2 금속하우징(21) 배치단계(S430)에서는 상부가 밀폐되고 상기 하부몸체(10)에 적재되는 스택(STACK) 또는 개질기가 포함된 모듈 등의 적재물을 내부에 수납하기 위한 수납공간이 형성되며, 상기 하부몸체(10)의 상부에 결합되어 내부 수납공간을 밀폐시키도록 하는 상부몸체(20)에 해당하는 제2 금속하우징(21)이 밀폐된 상부면을 하부로 향하게 하여 상부가 개방되도록 배치시킨다. 다시 말하자면, 제2 금속하우징(21)을 뒤집어 상부 천장면이 하부로 향하게 하고 상부가 개방되도록 하여, 내부 단열재 설치가 용이하도록 하기 위함이다.

제2 금속하우징(21) 내 단열층 형성단계(S440)에서는 제2 금속하우징(21)의 내측 천장면에 제3 천장면 하드단열보드(22a)와 제4 천장면 하드단열보드(23a)가 부착된 다음, 제2 금속하우징(21)의 내측 측벽면에 제3 측벽면 하드단열보드(22a)와 제4 측벽면 하드단열보드(23b)가 순처적으로 적층된다.

먼저, 제2 금속하우징(21)의 내측 천장면과 대응되는 형상과 크기로 재단된 제3 천장면 하드단열보드(22a)를 제2 금속하우징(21)의 내측 천장면에 부착시키고, 제3 천장면 하드단열보드(22a)보다 두꺼운 두께로 형성되고, 제2 금속하우징(21)의 내측면 전 둘레에 걸쳐 일정 이격공간이 형성되도록 재단된 제4 천장면 하드단열보드(23a)를 제3 천장면 하드단열보드(22a)의 상면에 부착시켜 천장면의 단열층을 먼저 형성시킨다.

그런 다음, 제2 금속하우징(21)의 내측 측벽면과 대응되는 형상과 크기로 재단된 제3 측벽면 하드단열보드를 상기 제2 금속하우징(21)의 내측면과 상기 제4 천장면 하드단열보드(23a) 사이 이격공간내에 삽입시켜 상기 제2 금속하우징(21)의 내측 측벽면 전체에 부착시킨다. 여기서 제3 측벽면 하드단열보드는 제2 금속하우징(21)의 연장측벽(21b)의 내측면까지 부착되도록 한다.

그리고 제3 측벽면 하드단열보드보다 두꺼운 두께로 형성되는 제4 측벽면 하드단열보드(23b)를 제3 측벽면 하드단열보드(22b) 상면에 부착시키되, 제4 측벽면 하드단열보드(23b)의 하부면이 제4 천장면 하드단열보드(23a)의 상면에 밀착되고, 제4 측벽면 하드단열보드(23b)의 상단부가 제3 측벽면 하드단열보드(22b)와 단턱지도록 부착된다.

이와 같이 제2 금속하우징(21)의 내측 천장면을 먼저 단열재를 시공한 다음, 제2 금속하우징(21)의 측벽면에 천장면 단열보드와 단차를 두어 단열보드를 결합시켜 모서리 결합부분에서 열누출을 최대한 방지하도록 한다.

또한, 제2 금속하우징(21) 내부에 단열층을 형성시킨 다음, 제3, 제4 하드단열보드(22,23)가 부착된 모서리 부분 등의 틈사에 세라믹 본드 또는 세라믹 코팅재인 플라스트로 마감처리하여 단열재간의 고정력을 제공하며, 모서리 등의 틈사이에 가스가 새거나 열손실이 이루어지는 것을 방지하도록 한다.

제2 금속하우징(21) 결합위치 배치단계(S450)에서는 상기와 같이 제2 금속하우징(21) 내부에 단열층을 형성시킨 다음, 제2 금속하우징(21)의 천장면이 상부로 향하도록 상부몸체(20)를 뒤집은 다음, 하부몸체(10)의 상부에 배치시킨다.

제1,2 금속하우징 고정단계(S460)에서는 제1,2 금속하우징(11,21)의 외부에 각각 형성된 플랜지(11a,21a)를 볼트로 고정하여 결합력을 높이도록 하며, 내부공간을 밀폐시키도록 하는 것으로서, 제3 측벽면 하드단열보드(22b)가 제1 금속하우징(11)의 내측면 전둘레에 걸쳐 형성된 이격공간에 삽입되어 제2 하드단열보드(16)의 측면과 제1 금속하우징(11)의 내측면에 밀착되고, 제4 측벽면 하드단열보드(23b)의 단턱진 상단부가 하부몸체(10)의 제2 하드단열보드(16)의 상면에 밀착되어 단열 하우징의 각 모서리 부분의 밀폐가 완벽하게 이루어지도록 하며, 아울러 울 재질의 완충단열보드가 압착되어 시일(seal)이 보다 우수하게 된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

10 : 하부몸체
11 : 제1 금속하우징 11a : 플랜지
12 : 제1 하드단열보드 13 : 제1 완충단열보드
14 : 메인단열보드 15 : 제2 완충단열보드
16 : 제2 하드단열보드
20 : 상부몸체
21 : 제2 금속하우징 21a : 플랜지
21b : 연장측벽 21c : 파지부
22 : 제3 하드단열보드
22a : 제3 천장면 하드단열보드 22b : 제3 측벽면 하드단열보드
23 : 제4 하드단열보드 23a : 제4 천장면 하드단열보드
23b : 제4 측벽면 하드단열보드

Claims

상부가 개방되어 적재물이 안착되는 하부몸체와, 상부가 밀폐되고 상기 하부몸체에 적재되는 적재물을 내부에 수납하기 위한 수납공간이 형성되며, 상기 하부몸체의 상부에 결합되어 내부 수납공간을 밀폐하는 상부몸체를 포함하되,
상기 하부몸체에 형성되는 단열층은 메인단열보드에 상기 메인단열보드보다 경도와 밀도가 높은 하드단열보드가 감싸도록 하고, 단열층 내부 사이에 세라믹 울 완충단열보드가 적층되는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징.
제 1항에 있어서,
상기 하부몸체는
내부에 단열재 설치공간이 형성되는 제1 금속하우징과,
상기 제1 금속하우징의 내측 바닥면과 대응되는 형상과 크기로 상기 제1 금속하우징 내측면에 부착되는 제1 하드단열보드와,
상기 제1 하드단열보드와 대응되는 형상과 크기로 상기 제1 하드단열보드 상면에 부착되는 제1 완충단열보드와,
상기 제1 완충단열보드와 대응되는 형상과 크기로 상기 제1 완충단열보드 상면에 부착되되, 상기 하드단열보드보다 밀도 및 경도가 낮은 메인단열보드와,
상기 메인단열보드와 대응되는 형상과 크기로 상기 메인단열보드 상면에 부착되는 제2 완충단열보드 및,
상면에 적재되는 적재물의 하중을 지지하기 위해 상기 제1 하드단열보드보다 두꺼운 일정 두께 이상으로 형성되며, 상기 제1 금속하우징의 내측면과 일정간격 이격되도록 상기 제2 완충단열보드 상면에 부착되는 제2 하드단열보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징.
제 2항에 있어서,
상기 상부몸체는
하부가 개방되어 내부에 상기 하부몸체에 안착되는 적재물 수납공간이 형성되는 제2 금속하우징과,
상기 제2 금속하우징의 내측 천장면 또는 내측 측벽면과 대응되는 형상과 크기로 상기 제2 금속하우징의 내측면에 부착되는 제3 하드단열보드와,
상기 제3 하드단열보드보다 두꺼운 일정 두께 이상으로 형성되어, 상기 제3 하드단열보드의 내측면에 부착되는 제4 하드단열보드를 포함하되,
상기 상부몸체의 측벽면에 부착되는 제4 하드단열보드는 상기 제3 하드단열보드보다 짧은 길이로 하단부가 상기 제3 하드단열보드와 단턱지도록 부착되어,
상기 상부몸체를 상기 하부몸체에 결합할 경우, 상기 제3 하드단열보드가 상기 하부몸체의 제2 완충단열보드와 제1 금속하우징과의 이격공간에 삽입되어 밀착되며, 상기 제4 하드단열보드의 단턱진 하단면이 상기 하부몸체의 제2 하드단열보드의 상면에 안착되어 내부 수납공간이 밀폐되는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징.
제 3항에 있어서,
상기 제2 금속하우징의 내측 천장면에는 보강프레임이 결합되는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징.
상부가 개방되어 내부에 단열재 설치공간이 형성되며, 내부에 적층되는 단열재의 상면에 적재물이 안착되는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징의 하부몸체에 해당하는 제1 금속하우징을 상부가 개방되도록 밀폐된 바닥면이 하부로 향하게 배치시키는 단계;
상기 제1 금속하우징 내부 바닥면에 복수개의 단열재를 적층시켜 단열층을 형성시키는 단계;
상부가 밀폐되고 상기 하부몸체에 적재되는 적재물을 내부에 수납하기 위한 수납공간이 형성되며, 상기 하부몸체의 상부에 결합되어 내부 수납공간을 밀폐시키도록 하는 상부몸체에 해당하는 제2 금속하우징의 밀폐된 상부면이 하부로 향하게 하여 상부가 개방되도록 배치시키는 단계;
상기 제2 금속하우징 내부 천장면과 측벽면에 복수개의 단열재를 적층시켜 단열층을 형성시키는 단계;
상기 제2 금속하우징의 천장면이 상부로 향하도록 상기 상부몸체을 뒤집어서 상기 하부몸체의 상부에 배치시키는 단계;
상기 상부몸체와 하부몸체를 결합수단에 의해 체결하여 내부공간이 밀폐되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 제작 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제1 금속하우징 내부에 단열층을 형성시키는 단계는
상기 제1 금속하우징의 내측 바닥면과 대응되는 형상과 크기로 재단된 제1 하드단열보드를 상기 제1 금속하우징의 내측 바닥면에 부착시키는 단계;
상기 제1 하드단열보드와 대응되는 형상과 크기로 재단된 제1 완충단열보드를 상기 제1 하드단열보드 상면에 부착시키는 단계;
상기 제1 완충단열보드와 대응되는 형상과 크기로 재단된 메인단열보드를 상기 제1 완충단열보드 상면에 부착시키는 단계;
상기 메인단열보드와 대응되는 형상과 크기로 재단된 제2 완충단열보드를 상기 제1 완충단열보드 상면에 부착시키는 단계;
상기 제1 하드단열보드보다 두꺼운 두께로 형성되고, 상기 제1 금속하우징의 내측면 전 둘레에 걸쳐 일정 이격공간이 형성되도록 재단된 제2 하드단열보드를 상기 제2 완충단열보드의 상면에 부착하는 단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 제작 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제2 금속하우징 내부에 단열층을 형성시키는 단계는
상기 제2 금속하우징의 내측 천장면과 대응되는 형상과 크기로 재단된 제3 천장면 하드단열보드를 상기 제2 금속하우징의 내측 천장면에 부착시키는 단계;
상기 제3 천장면 하드단열보드보다 두꺼운 두께로 형성되고, 상기 제2 금속하우징의 내측면 전 둘레에 걸쳐 일정 이격공간이 형성되도록 재단된 제4 천장면 하드단열보드를 상기 제3 천장면 하드단열보드의 상면에 부착하는 단계;
상기 제2 금속하우징의 내측 측벽면과 대응되는 형상과 크기로 재단된 제3 측벽면 하드단열보드를 상기 제2 금속하우징의 내측면과 상기 제4 천장면 하드단열보드 사이 이격공간내에 삽입시켜 상기 제2 금속하우징의 내측 측벽면 전체에 부착시키는 단계;
상기 제3 측벽면 하드단열보드보다 두꺼운 두께로 형성되는 제4 측벽면 하드단열보드를 상기 제3 측벽면 하드단열보드 상면에 부착시키되, 제4 측벽면 하드단열보드의 하부면이 상기 제4 천장면 하드단열보드의 상면에 밀착되고, 상기 제4 측벽면 하드단열보드의 단부가 상기 제3 측벽면 하드단열보드와 단턱지도록 부착되는 단계를 포함하여,
상기 상부몸체를 상기 하부몸체에 결합할 경우, 상기 제3 측벽면 하드단열보드가 상기 제1 금속하우징의 내측면 전둘레에 걸쳐 형성된 이격공간에 삽입되고, 상기 제4 측벽면 하드단열보드의 단턱진 상부면이 상기 하부몸체의 제2 하드단열보드의 상면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 제작 방법.
제 7항에 있어서,
상기 제3, 제4 하드단열보드를 부착시킨 다음, 상기 단열보드가 부착된 모서리 부분을 세라믹 본드 또는 세라믹 코팅제로 마감처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 단열 하우징 제작 방법.