KR20190100531A - 평관형 고체산화물 음극 지지체와 이를 포함하는 셀 스택, 및 음극 지지체의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체는 지지체 플레이트, 연료가스가 흐르는 이동통로로서, 상기 지지체 플레이트의 내부에 길이 방향을 따라 관통 형성되는 가스 유로, 및 상기 가스 유로의 양 단부에 상기 지지체 플레이트의 서로 다른 두께 방향으로 관통 형성되어 상기 연료가스가 출입되는 가스 출입부를 포함한다.
Description
본 발명은 음극 지지체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료가스의 확산 효율을 높일 수 있는 평관형 고체산화물 음극 지지체에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)는 산소 또는 수소 이온전도성을 띄는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로써, 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(600 - 1000 )에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. 고체산화물 연료전지는 전기화학 반응을 역으로 진행시켜 고온 수전해장치(Solid Oxide Electrolyzer Cell, SOEC)로 이용될 수 있다.
고체산화물 연료전지와 고온 수전해장치 등의 전기화학 반응장치는 그 형태에 따라 평판형과 원통형으로 크게 분류되는데, 평판형은 전력밀도(출력)가 높은 장점이 있으나 가스 밀봉면적이 넓고 적층시 재료들 간의 열팽창계수 차이에 의한 열적 쇼크가 발생하며 대면적화가 어렵다는 단점이 있고, 원통형은 열응력에 대한 저항 및 기계적 강도가 상대적으로 높고 압출성형으로 제조하여 대면적화가 가능하다는 장점이 있으나 전력밀도(출력)가 낮다는 한계점이 있다.
이러한 평판형과 원통형의 전기화학 반응장치가 가지고 있는 장점을 도입한 평관형 전기화학 반응장치(평관형 고체산화물 연료전지)의 경우, 전력밀도를 높이기 위해 셀을 적층한 스택 구조로 되어 있다. 종래에는 적층되는 셀이 압축성형을 통해 구현됨에 따라 셀 및 셀 스택으로 이루어진 연료전지의 두께가 두껍고, 셀 내부에 흐르는 가스의 흐름이 일방향으로만 진행되는 문제점이 존재한다.
이에 따라, 연료전지를 구성하는 셀의 두께를 최소화하면서 셀 내부의 유로를 다양한 형태로 구현하기 위한 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 음극 지지체 내에 구비된 유로에 연료가스의 확산을 유도하기 위한 부재를 마련하여 연료가스의 흐름을 보다 원활하게 할 수 있는 평관형 고체산화물 음극 지지체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 음극 지지체 내에 구비된 유로의 형태를 다양하게 구현하여 연료가스의 유동을 활발하게 할 수 있는 평관형 고체산화물 음극 지지체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 테이프 캐스팅 공정을 통해 셀을 구현하여 셀 스택 구조의 연료전지를 제조함에 따라, 각 셀의 두께를 최소화하면서 일정한 크기로 형성할 수 있는 평관형 고체산화물 음극 지지체를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체는 지지체 플레이트, 연료가스가 흐르는 이동통로로서, 상기 지지체 플레이트의 내부에 길이 방향을 따라 관통 형성되는 가스 유로, 및 상기 가스 유로의 양 단부에 상기 지지체 플레이트의 서로 다른 두께 방향으로 관통 형성되어 상기 연료가스가 출입되는 가스 출입부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 가스 출입부는 상기 가스 유로의 일 단부에 상기 지지체 플레이트의 일 두께 방향으로 관통 형성되어 상기 연료가스가 유입되는 가스 유입부, 및 상기 가스 유로의 타 단부에 상기 지지체 플레이트의 타 두께 방향으로 관통 형성되어 상기 연료가스가 유출되는 가스 유출부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 가스 유로는 상기 지지체 플레이트의 길이 방향과 교차하는 방향으로 지그재그 모양을 가지는 S자 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 가스 유로는 상기 지지체 플레이트의 수평 방향을 기준으로 소정 각도만큼 기울어지는 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 가스 유로는 상기 가스 유입부 및 상기 가스 유출부로부터 각각 상기 지지체 플레이트의 내측 방향을 향해 단면적이 증가하도록 연장되어 형성되는 제1 가스 유로, 및 상기 제1 가스 유로 사이에 형성되며, 상기 지지체 플레이트의 길이 방향과 교차하는 방향으로 이격되어 복수로 배치되는 제2 가스 유로를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제2 가스 유로는 상기 지지체 플레이트의 중심에서 외측 방향으로 갈수록 단면적이 증가할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체는 상기 유입된 연료가스가 상기 제2 가스 유로를 향해 확산되도록 유도하기 위해, 상기 가스 유입부로부터 연장되어 형성된 상기 제1 가스 유로 내에 상기 지지체 플레이트의 길이 방향과 교차하는 방향으로 소정 크기를 가지며 형성되는 가스 확산 유도부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 가스 확산 유도부는 관통 형성되는 적어도 하나의 가스 흐름부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 가스 확산 유도부의 가장자리는 상기 제2 가스 유로를 향해 절곡될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 가스 확산 유도부는 상기 가스 유입부와 마주보는 위치에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체는 상기 유입된 연료가스가 상기 가스 유로 내에서 균일한 분포로 분산되어 흐르도록 유도하기 위해, 상기 가스 유로의 내부공간에 원기둥 형상을 가지며 서로 이격되어 구비되는 복수의 가스 분산 유도부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 복수의 가스 분산 유도부의 원주 일부는 상기 가스 유출부를 향해 수렴하는 형상을 가지며 돌출 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체는 상기 연료가스의 노출을 차단하기 위해 상기 가스 출입부의 둘레를 따라 형성되는 실링부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 평관형 고체산화물 음극 지지체의 제조 방법은 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 음극 지지체가 테이프 캐스팅 또는 3차원 프린팅 중 하나를 이용하여 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하는 셀 스택은 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 음극 지지체에 형성되는 음극층, 상기 음극층에 형성되는 전해질층 및 상기 전해질층에 형성되는 양극층을 포함하는 다수의 단위 셀이 적층되어 스택을 이룰 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 음극 지지체 내에 구비된 유로에 연료가스의 확산을 유도하기 위한 부재를 마련하여 연료가스의 흐름을 보다 원활하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 음극 지지체 내에 구비된 유로의 형태를 다양하게 구현하여 연료가스의 유동을 활발하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 테이프 캐스팅 공정을 통해 셀을 구현하여 셀 스택 구조의 연료전지를 제조함에 따라, 각 셀의 두께를 최소화하면서 일정한 크기로 형성할 수 있다.
도 1은 종래에 압출성형을 통해 구현된 셀의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 종래에 압출성형을 통해 구현된 셀의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 단면도이다.
도 3b 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 음극 지지체 내 가스 유로의 변형된 형태를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 평면도이다.
도 4b 및 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 단면도이다.
도 4d 내지 도 4g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀이 적층된 셀 스택 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 설명하기 위해 도시한 개념도이고, 도 7b는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 설명하기 위해 도시한 개념도이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유입부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유입부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 제2 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유출부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 10a는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 제2 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유출부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유로에 흐르는 가스의 로컬 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 11b는 본 발명의 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유로에 흐르는 가스의 로컬 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 2는 종래에 압출성형을 통해 구현된 셀의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 단면도이다.
도 3b 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 음극 지지체 내 가스 유로의 변형된 형태를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 평면도이다.
도 4b 및 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 단면도이다.
도 4d 내지 도 4g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀이 적층된 셀 스택 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 설명하기 위해 도시한 개념도이고, 도 7b는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 설명하기 위해 도시한 개념도이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유입부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유입부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 제2 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유출부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 10a는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 제2 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유출부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유로에 흐르는 가스의 로컬 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 11b는 본 발명의 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유로에 흐르는 가스의 로컬 속도분포를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
일반적으로 연료전지는 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 전기화학반응에 의해서 직접 전기에너지로 변환시키는 고효율의 청정 발전 기술로서, 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 알칼리형, 인산형, 용융탄산염, 고체산화물 및 고분자 연료전지로 분류된다.
고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)는 산소 또는 수소 이온전도성을 띄는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로써, 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(600 - 1000 )에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. 고체산화물 연료전지는 전기화학 반응을 역으로 진행시켜 고온 수전해장치(Solid Oxide Electrolyzer Cell, SOEC)로 이용될 수 있다.
고체산화물 연료전지와 고온 수전해장치 등의 전기화학 반응장치는 그 형태에 따라 평판형과 원통형으로 크게 분류되는데, 평판형은 전력밀도(출력)가 높은 장점이 있으나 가스 밀봉면적이 넓고 적층시 재료들 간의 열팽창계수 차이에 의한 열적 쇼크가 발생하며 대면적화가 어렵다는 단점이 있고, 원통형은 열응력에 대한 저항 및 기계적 강도가 상대적으로 높고 압출성형으로 제조하여 대면적화가 가능하다는 장점이 있으나 전력밀도(출력)가 낮다는 한계점이 있다.
이러한 평판형과 원통형의 전기화학 반응장치가 가지고 있는 장점을 도입한 평관형 전기화학 반응장치(평관형 고체산화물 연료전지)의 경우, 전력밀도를 높이기 위해 셀을 적층한 스택 구조로 되어 있다.
이러한 평관형 고체산화물 연료전지는 공기극(또는 양극)을 연료전지의 지지체로 사용하는 공기극 지지체식 연료전지와 연료극(또는 음극)을 지지체로 사용하는 연료극 지지체식 연료전지의 두 종류로 구분되는데, 공기극 지지체식 연료전지와 연료극 지지체식 연료전지 중에서는 연료극 지지체식이 진보된 형태로서, 현재의 고체산화물 연료전지는 연료극 지지체 식을 중심으로 하여 연구 개발되고 있다.
일반적으로, 연료극 지지체식 고체산화물 연료전지는 내측(또는 하측)으로부터 음극 지지체에 형성된 음극층, 전해질층 및 양극층이 순차적으로 적층될 수 있다.
양극층은 외부에서 공급된 전자와 공기 중의 산소 또는 산소가스가 반응하여 산소이온이 형성되는 층이고, 전해질층은 양극층에서 형성된 산소이온의 이동통로이며 공기와 연료의 직접 접촉을 막고 전자의 이동을 차단하기 위한 층이며, 음극층은 전해질층을 통해 전달되는 산소이온과 연료가 전기화학 반응을 일으키고 이때 발생한 전자를 외부로 보내는 역할을 한다.
구체적으로, 음극층은 공기 중의 산소 혹은 산소가스를 공급받으며 음극층에서 공급되는 전자를 받아 산소이온이 되고 산소이온은 전해질층을 통하여 이동하고 음극층에 도달하면 연료인 수소가스와 반응하여 물을 생성하고 전자를 방출하게 된다. 결과적으로 음극층에 생성된 전자를 외부 회로로 흐르게 함으로써 전류를 발생시키는 발전을 하게 된다.
전술한 바와 같은 구조를 가지는 연료전지는 셀이 압축성형을 통해 구현됨에 따라 셀 및 셀 스택으로 이루어진 연료전지의 두께가 두껍고, 셀 내부에 흐르는 가스의 흐름이 일방향으로만 진행되는 문제점이 존재한다.
이에 따라, 본 발명에서는 연료전지를 구성하는 셀의 두께를 최소화하면서 셀 내부의 유로를 다양한 형태로 구현하고자 한다.
도 1은 종래에 압출성형을 통해 구현된 셀의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 2는 종래에 압출성형을 통해 구현된 셀의 다른 실시예를 도시한 도면이고, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 단면도이고, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 음극 지지체 내 가스 유로의 변형된 형태를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 연료전지는 압출성형 공정을 거쳐 제조된 셀로 구성되는 것으로, 연속적인 작업을 통해 대량생산이 가능하며 몰드 형상에 따라 원형 또는 사각형 등의 다양한 모양으로 성형 가능하다.
도 2에 도시된 종래의 연료전지는 압축성형 공정을 거친 평관형 셀로 구성되는 것으로, 셀의 두께가 두꺼우며, 연료가스의 유출입을 막기 위한 실링 면적이 넓고, 셀 내 가스 유로는 단방향으로만 형성되며, 전극 지지체 내의 기공 크기가 일정하지 않은 문제가 있다.
도 3a를 참조하면, 평관형 고체산화물 연료전지를 구성하는 셀의 음극 지지체(100)로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체(100)는 지지체 플레이트(10), 가스 유로(110), 가스 출입부(120) 및 실링부(121)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 본 발명의 음극 지지체(100)는 상부 또는 이외 적층 가능한 영역에 전자를 방출하기 위한 음극층이 형성되는 전극 지지체로서, 전해질층 및 양극층과 결합하여 하나의 셀을 이룰 수 있다.
지지체 플레이트(10)는 소정의 면적 및 두께를 가지며 음극층을 지지하는 플레이트로서, 금속 및 세라믹 등이 조합된 재료로 구현될 수 있다. 이때, 지지체 플레이트(10)는 테이프 캐스팅 공정을 통해 구현될 수 있다.
일반적으로, 테이프 캐스팅 공정에 사용되는 테이프 캐스팅 장치는 바탕 필름을 이송하는 롤러, 슬러리를 제공받아 바탕 필름 상에 도포하는 슬러리 챔버, 슬러리 챔버에 부착되어 슬러리를 균일한 두께로 밀어내는 닥터 블레이드, 바탕 필름 상에 도포된 슬러리를 건조하는 건조 챔버를 포함한다.
상기 테이프 캐스팅 장치를 이용하여 음극 지지체 슬러리를 바탕 필름 상에 도포 후 건조시켜 음극 지지체 테이프를 제조하고, 제조된 음극 지지체 테이프를 원하는 크기로 절단 및 가공 후 바탕 필름을 제거하여 음극 지지체 시트를 제조할 수 있으며, 상기 음극 지지체 시트를 소정 온도로 가열 및 필요한 추가 공정을 수행함으로써 지지체 플레이트(10)를 제조할 수 있다.
아울러, 음극 지지체(100)는 지지체 플레이트(10), 가스 유로(110), 가스 출입부(120) 및 실링부(121)를 포함하여 제조되는 과정에 있어서 3D 프린팅 성형 공정이 사용될 수 있다. 이에 따라, 복잡한 형상의 음극 지지체(100)를 제작할 수 있으며 제작 과정에서의 재료비를 절감할 수도 있다.
한편, 본 발명의 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀이 셀 스택 구조를 가지는 경우, 각 셀마다 지지체 플레이트(10)의 면적 및 두께는 서로 상이할 수 있으나 동일한 면적 및 두께를 가지는 것이 바람직하다.
가스 유로(110)는 수소를 포함하는 연료가스가 흐르는 이동통로로서, 지지체 플레이트(10)의 내부에 길이 방향을 따라 관통 형성될 수 있다.
가스 유로(110)는 지지체 플레이트(10)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 지그재그 모양을 가지는 S자 형태로 구현될 수 있다. 가스 유로(110)의 형태는 이에 한정되지 않고 셀의 형태 또는 크기에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
일례로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 가스 유로(110)는 지지체 플레이트(10)의 수평 방향을 기준으로 수평면과 동일한 평면 상에서 소정 각도만큼 기울어진 형태로 구현될 수도 있다. 도면에서는, 가스 유로(110)가 지지체 플레이트(10)의 수평면과 동일한 평면 상에서 우측을 향해 기울어진 형태를 가지지만, 이와 반대로 좌측을 향해 45도 기울어진 형태를 가질 수도 있다.
다른 예로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 가스 유로(110)는 중앙 부분이 여러 갈래로 분기되는 유로로 구성될 수 있다. 여기서, 가스 유로(110)의 양 단부는 후술하고자 하는 가스 출입부(120)와 연통되는 것으로, 일 단부는 가스 유입부(122)와 연통되며 타 단부는 가스 유출부(124)와 연통될 수 있다.
구체적으로, 가스 유로(110)는 유로의 양측에 서로 대응되는 모양으로 형성되는 제1 가스 유로(112) 및 제1 가스 유로(112)로부터 다수 분기되어 유로의 중심측에 복수로 형성되는 제2 가스 유로(114)를 포함할 수 있다.
제1 가스 유로(112)는 가스 유입부(122) 및 가스 유출부(124)로부터 지지체 플레이트(10)의 내측 방향을 향해 단면적이 점점 증가하도록 연장되어 형성될 수 있다.
제2 가스 유로(114)는 제1 가스 유로(112) 사이에 형성되며, 지지체 플레이트(10)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 이격되어 복수로 배치될 수 있다. 즉, 제2 가스 유로(114)는 제1 가스 유로(112)로부터 다수 분기되어 형성되는 것으로, 각 유로가 가지는 단면적은 동일한 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 서로 상이하게 구현될 수 있다. 예컨대, 지지체 플레이트(10)의 내측에 배치된 제2 가스 유로(114)의 단면적은 지지체 플레이트(10)의 외측에 배치된 제2 가스 유로(114)의 단면적보다 작을 수 있으며, 더 나아가, 지지체 플레이트(10)의 중심에서 외측 방향으로 갈수록 제2 가스 유로(114)의 단면적은 증가할 수 있다.
가스 출입부(120)는 가스 유로(110) 내 흐르기 위한 연료가스가 출입되도록 가스 유로(110)의 양 단부에 홀 형태로 형성될 수 있다. 참고로, 가스 출입부(120)는 원형이 아닌 다양한 형태의 구멍으로 구현될 수 있다.
가스 출입부(120)는 지지체 플레이트(10)의 서로 다른 두께 방향으로 관통 형성될 수 있으며, 연료가스가 유입되는 가스 유입부(122) 및 연료가스가 유출되는 가스 유출부(124)를 포함할 수 있다.
가스 유입부(122)는 가스 유로(110)의 일 단부에 지지체 플레이트(10)의 일 두께 방향으로 관통 형성될 수 있고, 가스 유출부(124)는 가스 유로(110)의 타 단부에 지지체 플레이트(10)의 타 두께 방향으로 관통 형성될 수 있다.
예컨대, 연료가스가 지지체 플레이트(10)의 두께 방향을 기준으로 하부로부터 유입되어 상부로 유출되는 경우, 가스 유입부(122)는 지지체 플레이트(10)의 일단 하부에 상부를 향하는 두께 방향으로 관통 형성될 수 있고, 가스 유출부(124)는 지지체 플레이트(10)의 타단 상부에 하부를 향하는 두께 방향으로 관통 형성될 수 있다.
이와 반대로, 연료가스가 지지체 플레이트(10)의 두께 방향을 기준으로 상부로부터 유입되어 하부로 유출되는 경우, 가스 유입부(122)는 지지체 플레이트(10)의 일단 상부에 하부를 향하는 두께 방향으로 관통 형성될 수 있고, 가스 유출부(124)는 지지체 플레이트(10)의 타단 하부에 상부를 향하는 두께 방향으로 관통 형성될 수 있다.
여기서, 가스 출입부(120) 즉, 가스 유입부(122) 및 가스 유출부(124)의 둘레에는 실링부(121)가 형성됨으로써 연료가스의 노출을 차단할 수 있다.
참고로, 도 3a 내지 도 3c의 단면도는 지지체 플레이트(10)의 수평 방향을 기준으로 절단한 수평면의 단면에 대하여 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 평면도이고, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 단면도이고, 도 4d 내지 도 4g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 단면도이다.
설명하기에 앞서, 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체는 지지체 플레이트(10), 가스 유로(110), 가스 출입부(120), 실링부(121) 및 가스 확산 유도부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에서의 지지체 플레이트(10), 가스 유로(110), 가스 출입부(120), 실링부(121)는 본 발명의 일 실시예에서의 지지체 플레이트(10), 가스 유로(110), 가스 출입부(120), 실링부(121)와 동일 및 유사한 기능을 수행하는 것으로 자세한 설명은 생략하고, 가스 확산 유도부(130)에 관하여 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예로서, 도 4a를 참조하면, 가스 확산 유도부(130)는 가스 유로(110)가 제1 가스 유로(112) 및 제2 가스 유로(114)를 포함하여 구성되는 경우, 가스 유입부(122)로부터 유입되어 제1 가스 유로(112)로 흐르는 연료가스가 제2 가스 유로(114)를 향해 확산되도록 유도하기 위한 부재로서의 역할을 수행할 수 있다.
즉, 가스 확산 유도부(130)는 유입된 연료가스의 대부분이 가스 흐름상 가스 유입부(122)와 대응되는 위치에 배치된 제2 가스 유로(114)를 향해 흐르게 될 가능성이 높다는 점을 고려하여, 유입된 연료가스가 가스 유입부(122)와 대응되지 않는 위치에 배치된 제2 가스 유로(114)를 향해서도 흐를 수 있도록 구현되었다.
예컨대, 유입된 연료가스의 일부가 가스 유입부(122)와 대응되는 위치인 지지체 플레이트(10)의 내측에 배치된 제2 가스 유로(114)를 향해 이동할 수 있고, 나머지는 가스 확산 유도부(130)와 충돌함에 따라 가스 유입부(122)와 대응되지 않는 위치인 지지체 플레이트(10)의 외측에 배치된 제2 가스 유로(114)를 향해 확산되어 이동할 수 있다.
가스 확산 유도부(130)는 가스 유입부(122)로부터 연장되어 형성된 제1 가스 유로(112) 내에 형성될 수 있다.
예컨대, 도 4b에 도시된 바와 같이, 가스 유입부(122)가 도면 상에서 지지체 플레이트(10)의 좌측 단부에 형성되는 경우, 가스 확산 유도부(130)는 지지체 플레이트(10)의 좌측 단부에 형성된 제1 가스 유로(112) 내에 형성될 수 있다. 이와 반대로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 가스 유입부(122)가 도면 상에서 지지체 플레이트(10)의 우측 단부에 형성되는 경우, 가스 확산 유도부(130)는 지지체 플레이트(10)의 우측 단부에 형성된 제1 가스 유로(112) 내에 형성될 수 있다. 여기서, 가스 확산 유도부(130)는 가스 유입부(122)와 마주보는 위치에 배치될 수 있다.
가스 확산 유도부(130)는 지지체 플레이트(10)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 소정 크기를 가질 수 있다. 상기 크기는 제1 가스 유로(112) 내에서 가스 확산 유도부(130)가 차지하는 공간 즉, 부피에 해당한다.
참고로, 가스 확산 유도부(130)의 모서리 부분은 유입된 연료가스가 효과적으로 확산되도록 각지지 않되 완만한 곡선으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 4d를 참조하면, 가스 확산 유도부(130)는 일부가 관통 형성되는 적어도 하나의 가스 흐름부(132)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 유입된 연료가스가 가스 유입부(122)와 대응되지 않는 제2 가스 유로(114)뿐만 아니라, 가스 유입부(122)와 대응되는 제2 가스 유로(114)를 향해서도 원활하게 흐르도록 할 수 있다. 이로써, 유입된 연료가스는 복수로 배치된 제2 가스 유로(114) 중 한쪽에 치우치지 않고 골고루 흐를 수 있다.
가스 확산 유도부(130)가 복수의 가스 흐름부(132)를 포함하는 경우, 각 가스 흐름부(132)의 개수는 제2 가스 유로(114) 중 지지체 플레이트(10)의 길이 방향과 교차하는 방향을 기준으로 가스 확산 유도부(130)의 일측 및 타측 사이에 배치되는 유로의 개수와 대응될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 4e를 참조하면, 가스 확산 유도부(130)의 가장자리는 제2 가스 유로(114)를 향해 절곡될 수 있다.
즉, 지지체 플레이트(10)의 길이 방향과 교차하는 방향을 기준으로 가스 확산 유도부(130)의 중심측은 가스 유입부(122)를 향해 튀어나오도록 가스 확산 유도부(130)의 가장자리가 제2 가스 유로(114)를 향해 구부러질 수 있다.
이에 따라, 유입된 연료가스의 확산이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
이때, 도 4f에 도시된 바와 같이, 가장자리가 절곡된 가스 확산 유도부(130)는 가스 흐름부(132)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 유입된 연료가스가 가스 유입부(122)와 대응되지 않는 제2 가스 유로(114)뿐만 아니라, 가스 유입부(122)와 대응되는 제2 가스 유로(114)를 향해서도 원활하게 흐르도록 할 수 있다. 이로써, 유입된 연료가스는 복수로 배치된 제2 가스 유로(114) 중 한쪽에 치우치지 않고 골고루 흐를 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 4g를 참조하면, 가스 유입부(122)는 지지체 플레이트(10)의 외측 중 하나의 외측과 인접한 위치에 형성될 수 있고, 가스 확산 유도부(130) 또한 상기 외측과 인접한 위치이면서 가스 유입부(122)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
이러한 경우, 유입된 연료가스의 일부는 가스 유입부(122)와 대응되는 위치인 지지체 플레이트(10)의 중심측에서 상기 하나의 외측 사이에 배치된 제2 가스 유로(114)를 향해 이동할 수 있고, 나머지는 가스 확산 유도부(130)에 의해 가스 유입부(122)와 대응되지 않는 위치인 지지체 플레이트(10)의 중심측에서 상기 하나의 외측과 마주하는 외측 사이에 배치된 제2 가스 유로(114)를 향해 확산되어 이동할 수 있다.
참고로, 도 4a 내지 도 4g의 단면도는 지지체 플레이트(10)의 수평 방향을 기준으로 절단한 수평면의 단면에 대하여 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀을 도시한 평면도이다.
설명하기에 앞서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체는 지지체 플레이트(10), 가스 유로(110), 가스 출입부(120), 실링부(121), 가스 확산 유도부(130) 및 복수의 가스 분산 유도부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서의 지지체 플레이트(10), 가스 유로(110), 가스 출입부(120), 실링부(121), 가스 확산 유도부(130)는 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에서의 지지체 플레이트(10), 가스 유로(110), 가스 출입부(120), 실링부(121), 가스 확산 유도부(130)와 동일 및 유사한 기능을 수행하는 것으로 자세한 설명은 생략하고, 복수의 가스 분산 유도부(140)에 관하여 설명하기로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 5a 내지 도 5f를 참조하면, 복수의 가스 분산 유도부(140)는 가스 유입부(122)로부터 유입되어 가스 유로(110)로 흐르는 연료가스가 가스 유로(110) 내에서 균일한 분포로 분산되어 흐르도록 유도하기 위한 부재로서의 역할을 수행할 수 있다.
구체적으로, 도 5a에 도시된 바와 같이, 복수의 가스 분산 유도부(140)는 가스 유로(110)의 내부공간에 원기둥 형상을 가지며 다수로 구비될 수 있다. 이때, 복수의 가스 분산 유도부(140)는 가스 유로(110)의 내부공간에 서로 이격되어 있기 때문에, 연료가스가 각 가스 분산 유도부(140) 사이를 통과하며 전체적으로 분산되어 흐를 수 있다.
이에 따라, 가스 유입부(122)로부터 유입되며 가스 확산 유도부(130)에 충돌되어 확산되는 연료가스는 가스 유로(100) 내에서 한 쪽으로 치우치지 않고 고른 분포로 통과하도록 할 수 있다.
한편, 복수의 가스 분산 유도부(140)는 원기둥 형상을 가지되, 원주의 일부가 돌출 형성될 수 있다.
보다 상세하게, 도 5b에 도시된 바와 같이, 복수의 가스 분산 유도부(140)의 원주 일부는 연료가스가 흘러 나가는 가스 유출부(124)를 향해 수렴하는 형상을 가지며 돌출 형성될 수 있다. 이에 따라, 유입된 연료가스가 유출되는 방향을 향해 분산되는 효과를 증대시킬 수 있다.
복수의 가스 분산 유도부(140)는 가스 유로(110) 내에서 특정한 배치구조를 가지며 구비될 수 있다.
예컨대, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 복수의 가스 분산 유도부(140)는 가스 유로(110) 내에서 일정한 정렬을 이루며 순차적으로 배치될 수 있고, 반면에, 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 복수의 가스 분산 유도부(140)는 가스 유로(110) 내에서 서로 어긋나게 교차되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 연료가스의 가스 흐름이 가스 유로(110) 내 전체로 분산될 수 있다.
복수의 가스 분산 유도부(140)는 가스 유로(110) 내에서 서로 다른 크기를 가지며 구비될 수 있다.
예컨대, 도 5e 및 도 5f에 도시된 바와 같이, 가스 유로(110)의 일단 즉, 가스 유입부(122)로부터 가스 유로(110)의 타단 즉, 가스 유출부(124)로 갈수록 작은 크기를 가지는 가스 분산 유도부(140)가 배치될 수 있다. 반면에, 도면에 도시되지는 않았지만, 가스 유입부(122)로부터 가스 유출부(124)로 갈수록 큰 크기를 가지는 가스 분산 유도부(140)가 배치될 수 있다.
이로써, 본 실시예에 따르면, 가스 유로(110) 내 복수의 가스 분산 유도부(140)가 구비됨에 따라, 가스 유로(110) 내로 출입되는 연료가스의 가스 흐름을 원활하게 하며 가스 유로(110) 내 가스 압력을 높이거나 낮출 수 있도록 하여 셀 스택의 압력을 균형있게 함으로써 셀의 성능 향상 및 내구성 향상에 도움을 줄 수 있다.
참고로, 도 5a 내지 도 5f의 단면도는 지지체 플레이트(10)의 수평 방향을 기준으로 절단한 수평면의 단면에 대하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀이 적층된 셀 스택 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하여 구성된 셀은 다수의 단위 셀이 적층되어 셀 스택 구조를 가질 수 있다.
도면에서는, 제1 셀(10a), 제2 셀(10b) 및 제3 셀(10c)이 순차적으로 적층된 셀 스택 구조를 가질 수 있는데, 이에 한정되지 않고 다수의 셀(10)이 추가로 적층된 셀 스택 구조를 가질 수 있다.
한편, 상기 셀 스택 구조에 있어서, 연료가스가 음극 지지체의 두께 방향을 기준으로 하부로부터 유입되어 상부로 유출되는 경우, 최하단에 배치되는 제1 셀(10a)의 가스 유입부(122)는 지지체 플레이트(10)의 일단 하부에 상부를 향하는 두께 방향으로 관통 형성될 수 있고, 가스 유출부(124)는 지지체 플레이트(10)의 타단 상부에 하부를 향하는 두께 방향으로 관통 형성될 수 있다.
상기 제1 셀(10a) 상에 적층되는 제2 셀(10b)의 경우, 가스 유입부(122)는 지지체 플레이트(10)의 일단 하부에 형성되되 제1 셀(10a)의 가스 유출부(124)와 마주보는 위치에서 상부를 향하는 두께 방향으로 관통 형성될 수 있고, 가스 유출부(124)는 지지체 플레이트(10)의 타단 상부에 하부를 향하는 두께 방향으로 관통 형성될 수 있다.
상기 제2 셀(10b) 상에 적층되는 제3 셀(10c)의 경우, 가스 유입부(122)는 지지체 플레이트(10)의 일단 하부에 형성되되 제2 셀(10b)의 가스 유출부(124)와 마주보는 위치에서 상부를 향하는 두께 방향으로 관통 형성될 수 있고, 가스 유출부(124)는 지지체 플레이트(10)의 타단 상부에 하부를 향하는 두께 방향으로 관통 형성될 수 있다.
아울러, 각 셀이 적층되는 과정에 있어서 3D 프린팅 성형 공정이 사용될 수 있다. 이에 따라, 복잡한 형상의 셀 스택 구조를 제작할 수 있으며 제작 과정에서의 재료비를 절감할 수도 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 설명하기 위해 도시한 개념도이고, 도 7b는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 음극 지지체를 설명하기 위해 도시한 개념도이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유입부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이고, 도 8b는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유입부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이고, 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 제2 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유출부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이고, 도 10a는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 제2 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이고, 도 10b는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유출부와 연결된 제1 가스 유로에 흐르는 가스의 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 7a의 경우, 음극 지지체에 가스 확산 유도부(130)가 포함되지 않은 실시예에 관한 것이고, 도 7b의 경우, 음극 지지체에 가스 확산 유도부(130)가 포함된 실시예에 관한 것이다. 참고로, 도 7a 및 도 7b의 단면도는 지지체 플레이트(10)의 길이 방향에 대하여 두께 방향으로 절단한 수직면의 단면에 대하여 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 가스 유로(110)의 입구쪽에 형성되는 제1 가스 유로(112)로 유입된 연료가스의 흐름에 있어서, 가스 확산 유도부(130)가 형성된 경우(도 8b), 형성되지 않은 경우(도 8a)보다 가스 유로(110)의 측면을 향해 연료가스가 분산되어 흐르고 있음을 나타내고 있다.
이를 통해, 음극 지지체에 가스 확산 유도부(130)를 포함하는 경우, 유입된 연료가스가 가스 확산 유도부(130)와 충돌하여 지지체 플레이트(10)의 외측으로 보다 넓게 확산됨을 알 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 가스 유로(110)의 중앙에 형성되는 제2 가스 유로(114)로 유입된 연료가스의 흐름 및 가스 유로(110)의 출구쪽에 형성되는 제1 가스 유로(112)로 유입된 연료가스의 흐름에 있어서, 가스 확산 유도부(130)가 형성되지 않은 경우에는 비교적 균일한 속도분포를 보임을 나타내며, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 가스 유로(110)의 중앙에 형성되는 제2 가스 유로(114)로 유입된 연료가스의 흐름 및 가스 유로(110)의 출구쪽에 형성되는 제1 가스 유로(112)로 유입된 연료가스의 흐름에 있어서, 가스 확산 유도부(130)가 형성된 경우에는 모두 균일한 속도분포를 보임을 나타내고 있다.
이를 통해, 음극 지지체에 가스 확산 유도부(130)를 포함하는 경우, 제2 가스 유로(114)에 흐르는 연료가스 및 가스 유출부(124)를 향해 흐르는 연료가스는 가스 확산 유도부(130)와 충돌 후에도 매우 균일한 속도로 흐름을 알 수 있다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유로에 흐르는 가스의 로컬 속도분포를 나타낸 그래프이고, 도 11b는 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 평관형 고체산화물 셀 내 가스 유로에 흐르는 가스의 로컬 속도분포를 나타낸 그래프이다.
도 11a를 참조하면, 가스 유로(110) 중 중앙에 형성되는 제2 가스 유로(114)에 흐르는 연료가스의 속도가 약간 증가되는 속도분포를 나타내며, 도 11b를 참조하면, 제1 가스 유로(112) 및 제2 가스 유로(114)에서 모두 균일한 속도로 흐르는 속도분포를 나타내고 있다.
이를 통해, 음극 지지체에 가스 확산 유도부(130)를 포함하는 경우, 연료가스는 유로의 위치에 상관없이 안정적으로 흐름을 알 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 지지체 플레이트
10a : 제1 셀
10b : 제2 셀
10c : 제3 셀
110 : 가스 유로
112 : 제1 가스 유로
114 : 제2 가스 유로
120 : 가스 출입부
121 : 실링부
122 : 가스 유입부
124 : 가스 유출부
130 : 가스 확산 유도부
132 : 가스 흐름부
140 : 가스 분산 유도부
10a : 제1 셀
10b : 제2 셀
10c : 제3 셀
110 : 가스 유로
112 : 제1 가스 유로
114 : 제2 가스 유로
120 : 가스 출입부
121 : 실링부
122 : 가스 유입부
124 : 가스 유출부
130 : 가스 확산 유도부
132 : 가스 흐름부
140 : 가스 분산 유도부
Claims (15)
- 지지체 플레이트;
연료가스가 흐르는 이동통로로서, 상기 지지체 플레이트의 내부에 길이 방향을 따라 관통 형성되는 가스 유로; 및
상기 가스 유로의 양 단부에 상기 지지체 플레이트의 서로 다른 두께 방향으로 관통 형성되어 상기 연료가스가 출입되는 가스 출입부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제1항에 있어서,
상기 가스 출입부는
상기 가스 유로의 일 단부에 상기 지지체 플레이트의 일 두께 방향으로 관통 형성되어 상기 연료가스가 유입되는 가스 유입부; 및
상기 가스 유로의 타 단부에 상기 지지체 플레이트의 타 두께 방향으로 관통 형성되어 상기 연료가스가 유출되는 가스 유출부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제2항에 있어서,
상기 가스 유로는 상기 지지체 플레이트의 길이 방향과 교차하는 방향으로 지그재그 모양을 가지는 S자 형태인 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제3항에 있어서,
상기 가스 유로는
상기 지지체 플레이트의 수평 방향을 기준으로 소정 각도만큼 기울어지는 형태인 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제2항에 있어서,
상기 가스 유로는
상기 가스 유입부 및 상기 가스 유출부로부터 각각 상기 지지체 플레이트의 내측 방향을 향해 단면적이 증가하도록 연장되어 형성되는 제1 가스 유로; 및
상기 제1 가스 유로 사이에 형성되며, 상기 지지체 플레이트의 길이 방향과 교차하는 방향으로 이격되어 복수로 배치되는 제2 가스 유로
를 포함하는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제5항에 있어서,
상기 제2 가스 유로는 상기 지지체 플레이트의 중심에서 외측 방향으로 갈수록 단면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제5항에 있어서,
상기 유입된 연료가스가 상기 제2 가스 유로를 향해 확산되도록 유도하기 위해, 상기 가스 유입부로부터 연장되어 형성된 상기 제1 가스 유로 내에 상기 지지체 플레이트의 길이 방향과 교차하는 방향으로 소정 크기를 가지며 형성되는 가스 확산 유도부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제7항에 있어서,
상기 가스 확산 유도부는 관통 형성되는 적어도 하나의 가스 흐름부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제8항에 있어서,
상기 가스 확산 유도부의 가장자리는 상기 제2 가스 유로를 향해 절곡되는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제8항에 있어서,
상기 가스 확산 유도부는 상기 가스 유입부와 마주보는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제2항에 있어서,
상기 유입된 연료가스가 상기 가스 유로 내에서 균일한 분포로 분산되어 흐르도록 유도하기 위해, 상기 가스 유로의 내부공간에 원기둥 형상을 가지며 서로 이격되어 구비되는 복수의 가스 분산 유도부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제11항에 있어서,
상기 복수의 가스 분산 유도부의 원주 일부는 상기 가스 유출부를 향해 수렴하는 형상을 가지며 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제1항에 있어서,
상기 연료가스의 노출을 차단하기 위해 상기 가스 출입부의 둘레를 따라 형성되는 실링부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 음극 지지체가 테이프 캐스팅 또는 3차원 프린팅 중 하나를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체의 제조 방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 음극 지지체에 형성되는 음극층, 상기 음극층에 형성되는 전해질층 및 상기 전해질층에 형성되는 양극층을 포함하는 다수의 단위 셀이 적층되어 스택을 이루는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 음극 지지체를 포함하는 셀 스택.
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|---|---|---|---|
| KR1020180015850A KR102054883B1 (ko) | 2018-02-08 | 2018-02-08 | 평관형 고체산화물 음극 지지체와 이를 포함하는 셀 스택, 및 음극 지지체의 제조 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20190100531A true KR20190100531A (ko) | 2019-08-29 |
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