KR20230045469A - 흐름방향 조절에 의하여 성능이 향상되는 연료 전지 - Google Patents

흐름방향 조절에 의하여 성능이 향상되는 연료 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20230045469A
KR20230045469A KR1020210128366A KR20210128366A KR20230045469A KR 20230045469 A KR20230045469 A KR 20230045469A KR 1020210128366 A KR1020210128366 A KR 1020210128366A KR 20210128366 A KR20210128366 A KR 20210128366A KR 20230045469 A KR20230045469 A KR 20230045469A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
oxidizing agent
oxidant
inlet
region
Prior art date
Application number
KR1020210128366A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102642570B1 (ko
Inventor
안국영
김영상
이동근
잡반티엔
쿠엔
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020210128366A priority Critical patent/KR102642570B1/ko
Publication of KR20230045469A publication Critical patent/KR20230045469A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102642570B1 publication Critical patent/KR102642570B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 연료 전지는 막전극 어셈블리(membrane electrode assembly)와 상기 막전극 어셈블리의 약측에 각각 인접하여 배치되며 산화제가 이동하는 산화제 유로와 연료가 이동하는 연료 유로는 갖는 제1 분리판과 제2 분리판을 포함하는 복수의 단위전지, 및 상기 단위전지들의 최외측에 배치되는 제1 체결판과 제2 체결판을 포함하고, 상기 제1 분리판은 산화제가 이동하는 제1 산화제 유로와 연료가 이동하는 제1 연료 유로를 포함하고, 상기 제2 분리판은 산화제가 이동하는 제2 산화제 유로와 연료가 이동하는 제2 연료 유로를 포함하고, 상기 제1 분리판에는 상기 제1 산화제 유로에 산화제를 공급하는 제1 산화제 유입구와 상기 제2 산화제 유로에 산화제를 공급하는 상기 제2 산화제 유입구가 형성되고, 상기 제1 산화제 유입구와 상기 제2 산화제 유입구는 상기 제1 산화제 유로를 사이에 두고 이격 배치될 수 있다.

Description

흐름방향 조절에 의하여 성능이 향상되는 연료 전지{PERFORMANCE IMPROVED FUEL CELL BY ADJUSTING FLOW PATTERN}
본 발명은 연료 전지에 관한 것으로 보다 상세하게는 온도 분포를 균일화할 수 있으며, 흐름방향 조절에 의하여 성능이 향상되는 연료 전지에 관한 것이다.
연료 전지의 종류에는 600℃ 이상의 고온에서 작동하는 용융 탄산염형 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cells) 및 고체 산화물형 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cells)와 200℃ 이하의 비교적 저온에서 작동하는 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cells), 고분자 전해질형 연료전지(PEFC, Polymer Electrolyte Fuel Cells) 등이 있다.
그 외에도 수소를 연료로 사용하는 고분자 전해질 연료 전지와 달리 메탄올을 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cells) 등이 있다.
고체 산화물 연료 전지(solid oxide fuel cell; SOFC)는 단위 전지와 분리판으로 이루어진 전기 생성 유닛이 복수개 적층된 구조로 이루어진다. 단위 전지는 전해질막과, 전해질막의 일면에 위치하는 애노드 전극과 전해질막의 다른 일면에 위치하는 캐소드 전극을 포함한다.
캐소드 전극에 산소를 공급하고 애노드 전극에 수소를 공급하면, 캐소드 전극에서 산소의 환원 반응으로 생성된 산소 이온이 전해질막을 지나 애노드 전극으로 이동한 후 공급된 수소와 반응하여 물이 생성된다. 이때 캐소드 전극에서 생성된 전자가 애노드 전극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르며, 단위 전지는 이러한 전자 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산한다.
1개의 단위 전지가 생산하는 전기에너지의 양은 매우 제한적이기 때문에 공업적으로 응용하기에는 부족하다. 이에 연료 전지는 단위 전지를 전기적으로 직렬 연결이 되도록 복수로 적층하여 스택(stack)을 형성한다.
분리판은 단위 전지를 적층하여 스택을 형성함에 있어서, 이웃하는 단위 전지의 양측에 배치된다. 이에 분리판은 연료 전지 스택에서 단위 전지를 물리적으로 분리시키고, 수소 및 산소를 공급하며, 연료극과 공기극을 전기적으로 연결하는 역할을 하게 된다. 이에 분리판은 단위 전지와 접하는 각 면에 공기극으로 산소를 공급하기 위한 유로와 연료극으로 수소를 공급하기 위한 유로를 형성한다.
연료 전지의 충전과 방전으로 연료 전지의 내부에서 많은 열이 발생하는데, 연료 전지의 안정적인 운전을 위해서는 연료 전지의 내부 온도를 균일하게 유지하는 것이 필수적이다. 그러나 종래의 분리판은 입구 매니폴드에 복수의 유로가 연결되고 유로들이 동일한 경로를 따라 중첩되게 배치되어 열이 집중되는 문제가 발생하였다.
(특허문헌 0001) 한국공개특허 제2020-0117958호
본 발명은 온도 분포를 균일화할 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 연료 전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 연료 전지는 막전극 어셈블리(membrane electrode assembly)와 상기 막전극 어셈블리의 양측에 각각 인접하여 배치되며 산화제가 이동하는 산화제 유로와 연료가 이동하는 연료 유로는 갖는 제1 분리판과 제2 분리판을 포함하는 복수의 단위전지, 및 상기 단위전지들의 최외측에 배치되는 제1 체결판과 제2 체결판을 포함하고, 상기 제1 분리판은 산화제가 이동하는 제1 산화제 유로와 연료가 이동하는 제1 연료 유로를 포함하고, 상기 제2 분리판은 산화제가 이동하는 제2 산화제 유로와 연료가 이동하는 제2 연료 유로를 포함하고, 상기 제1 분리판에는 상기 제1 산화제 유로에 산화제를 공급하는 제1 산화제 유입구와 상기 제2 산화제 유로에 산화제를 공급하는 상기 제2 산화제 유입구가 형성되고, 상기 제1 산화제 유입구와 상기 제2 산화제 유입구는 상기 제1 산화제 유로를 사이에 두고 이격 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 분리판에는 상기 제1 연료 유로에 산화제를 공급하는 제1 연료 유입구와 상기 제2 연료 유로에 산화제를 공급하는 상기 제2 연료 유입구가 형성되고, 상기 제1 연료 유입구와 상기 제2 연료 유입구는 상기 제1 연료 유로를 사이에 두고 이격 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 분리판에는 상기 제1 산화제 유입구, 상기 제2 연료 유입구, 상기 제1 연료 유로에서 배출되는 연료를 전달받는 제1 연료 배출구, 상기 제2 산화제 유로에서 배출되는 산화제를 전달받는 제2 산화제 배출구가 일렬로 배열되고, 상기 제1 연료 유입구, 상기 제2 산화제 유입구, 상기 제1 산화제 유로에서 배출되는 산화제를 전달받는 제1 산화제 배출구, 상기 제2 연료 유로에서 연료를 전달받는 제2 연료 배출구가 일렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 분리판은 제1 산화제 공급면과 상기 제1 산화제 공급면과 반대방향을 향하는 제1 연료 공급면을 포함하고, 상기 제1 산화제 공급면에는 적어도 하나 이상의 상기 제1 산화제 유입구를 갖는 제1 산화제 유입 영역과 상기 제1 산화제 유입 영역에서 이격되며 병렬적으로 형성된 복수의 상기 제1 산화제 유로를 갖는 제1 산화제 유로 영역과 상기 제1 산화제 유로 영역과 상기 제1 산화제 유입 영역을 연결하는 제1 산화제 분산 영역과 적어도 하나 이상의 상기 제1 산화제 배출구를 갖는 제1 산화제 배출 영역과 상기 제1 산화제 배출 영역과 상기 제1 산화제 유로 영역을 연결하며 산화제를 제1 산화제 배출구로 유도하는 제1 산화제 배출유도 영역이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제2 분리판은 제2 산화제 공급면과 상기 제2 산화제 공급면과 반대방향을 향하는 제2 연료 공급면을 포함하고, 상기 제1 산화제 공급면에는 적어도 하나 이상의 제2 산화제 유입구를 갖는 제2 산화제 유입 영역과 상기 제2 산화제 유입 영역에서 이격되며 병렬적으로 형성된 복수의 상기 제2 산화제 유로를 갖는 제2 산화제 유로 영역과 상기 제2 산화제 유로 영역과 상기 제2 산화제 유입 영역을 연결하는 제2 산화제 분산 영역과 적어도 하나 이상의 제2 산화제 배출구를 갖는 제2 산화제 배출 영역과 상기 제2 산화제 배출 영역과 상기 제2 산화제 유로 영역을 연결하며 산화제를 제2 산화제 배출구로 유도하는 제2 산화제 배출유도 영역이 형성되고, 상기 제1 산화제 유입 영역은 상기 제2 산화제 배출 영역과 대응되는 위치에 배치되며, 상기 제1 산화제 배출 영역은 상기 제2 산화제 유입 영역과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 산화제 공급면에는 복수의 제1 산화제 유입 영역과 복수의 제1 산화제 배출 영역과 복수의 제1 산화제 유로 영역이 형성되고, 상기 제1 산화제 유입 영역들은 상기 제1 산화제 배출 영역과 상기 제1 산화제 유로 영역을 사이에 두고 이격 배치되며, 상기 제1 연료 공급면에는 복수의 제1 연료 유입 영역과 복수의 제1 연료 배출 영역과 복수의 제1 연료 유로 영역이 형성되고, 상기 제1 연료 유입 영역들은 상기 제1 연료 배출 영역과 상기 제1 연료 유로 영역을 사이에 두고 이격 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 체결판은 산화제가 유입되는 산화제 입구 포트, 연료가 유입되는 연료 입구 포트, 상기 제1 체결판의 높이방향으로 이어져 복수의 공급 매니폴드 통로를 형성하는 격벽들, 상기 연료 입구 포트와 상기 공급 매니폴드 통로들 중 일부와 연결된 연료 분배 공간, 상기 산화제 입구 포트와 상기 매니폴드 통로들 중 다른 일부와 연결되되 상기 연료 분배 공간을 사이에 두고 이격된 복수의 산화제 분배 공간, 상기 산화제 분배 공간들과 상기 산화제 입구 포트를 연결하는 연결 통로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제2 체결판은 산화제가 배출되는 산화제 출구 포트, 연료가 배출되는 연료 출구 포트, 상기 제2 체결판의 높이방향으로 이어져 복수의 배출 매니폴드 통로를 형성하는 격벽들, 상기 연료 출구 포트와 상기 배출 매니폴드 통로들 중 일부와 연결된 연료 수용 공간, 상기 산화제 입구 포트와 상기 배출 매니폴드 통로들 중 다른 일부와 연결되되 상기 연료 분배 공간을 사이에 두고 이격된 복수의 산화제 수용 공간, 상기 산화제 수용 공간들과 상기 산화제 출구 포트를 연결하는 배출 통로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 산화제 유로는 상기 제1 산화제 유입 영역에서 상기 제1 산화제 배출 영역을 향하여 이어진 제1 유동라인과 상기 제1 산화제 배출 영역에서 상기 산화제 유입 영역을 향하여 이어진 제2 유동라인과 상기 산화제 배출 영역에서 상기 산화제 유입 영역을 향하여 이어진 제3 유동라인과 상기 제1 유동라인과 상기 제2 유동라인을 연결하는 제1 연결 라인과 상기 제2 유동라인과 상기 제3 유동라인을 연결하는 제2 연결 라인을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 유동 라인은 이웃하는 산화제 유로와 상기 제2 유동 라인 및 상기 제3 유동 라인을 사이에 두고 이격 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 산화제 분산 영역과 상기 산화제 배출유도 영역에는 복수의 가이드 돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 가이드 돌기들의 길이는 내측에서 외측으로 갈수록 점진적으로 감소하고, 상기 가이드 돌기들 사이의 간격은 내측에서 외측으로 갈수록 점진적으로 증가하도록 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따르면, 산화제 유입구들이 산화제 유로를 사이에 두고 이격 배치되어 제1 분리판의 산화제와 제2 분리판의 산화제가 서로 반대방향으로 이동하여 연료전지 내부의 온도가 균일화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 분리판의 제1 산화제 공급면을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 분리판의 제1 산화제 공급면을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 분리판의 제1 연료 공급면을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 분리판의 제1 연료 공급면을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 분리판의 제2 산화제 공급면을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 분리판의 제2 산화제 공급면을 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 분리판의 제2 연료 공급면을 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 분리판의 제2 연료 공급면을 도시한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 체결판을 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 체결판을 잘라 본 절개 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 체결판을 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 체결판을 잘라 본 절개 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 분리판의 일부를 도시한 평면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연료 전지(100)는 복수의 단위 전지(150)와 적층된 단위 전지(150)들의 외측에 배치된 제1 체결판(180)과 제2 체결판(190)을 포함한다.
단위 전지(150)들은 막전극 어셈블리(110)와 그 양측에 배치된 제1 분리판(120)과 제2 분리판(130)을 포함하며, 복수의 단위 전지(150)들은 제1 체결판(180)과 제2 체결판(190) 사이에서 적층 배열된다.
막전극 어셈블리(110)는 전해질막(112)과 애노드 전극(113), 캐소드 전극(114)을 포함하는 통상적인 구조로 이루어진다. 전해질막(112)은 대략 5㎛ 내지 200㎛의 두께로 형성되는 고체 산화물 전해질로서, 캐소드 전극(114)에서 생성된 산소 이온을 애노드 전극(113)으로 이동시키는 이온 교환 기능을 가진다. 본 실시예에서는 연료 전지(100)가 고체 산화물형 연료 전지로 이루어진 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 다양한 타입의 연료 전지에 적용될 수 있다.
제1 체결판(180)에는 산화제 입구 포트(181)와 연료 입구 포트(182)가 형성되고, 제2 체결판(190)에는 산화제 출구 포트(191)와 연료 출구 포트(192)가 형성될 수 있다. 제1 체결판(180)과 제2 체결판(190)은 전류를 집전하기 위한 집전판과 절연을 위한 절연판을 포함할 수 있다. 연료 및 산화제는 제1 체결판(180)을 통해서 단위 전지(150)들로 공급되며, 제2 체결판(190)을 통해서 배출될 수 있다.
제1 분리판(120)과 제2 분리판(130)은 교대로 배열되며, 제1 분리판(120)과 제2 분리판(130)을 통해서 막전극 어셈블리(110)에 산화제 및 연료가 공급된다. 즉, 어느 하나의 막전극 어셈블리(110)에는 제1 분리판(120)의 제1 산화제 공급면(S11)과 제2 분리판(130)의 제2 연료 공급면(S22)이 맞닿도록 설치되고, 다른 막전극 어셈블리(110)에는 제1 분리판(120)의 연료 공급면(S12)과 제2 분리판(130)의 산화제 공급면(S21)이 맞닿도록 설치될 수 있다. 여기서, 산화제는 산소를 포함하는 공기 또는 순산소로 이루어질 수 있으며, 연료는 수소 또는 수소를 포함하는 탄화수소계 연료로 이루어질 수 있다.
제1 분리판(120)과 제2 분리판(130) 사이에는 복수의 막전극 어셈블리가 맞닿도록 설치될 수 있다. 도 1에서는 제1 분리판(1200)과 제2 분리판(130) 사이에 3개의 막전극 어셈블리(110)가 맞닿도록 설치된 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 분리판의 제1 산화제 공급면을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 분리판의 제1 산화제 공급면을 도시한 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 제1 분리판(120)은 막전극 어셈블리(110) 사이에 배치되어 막전극 어셈블리(110)에 연료 및 산화제를 공급한다.
제1 분리판(120)은 제1 산화제 유로(126)가 형성된 제1 산화제 공급면(S11)과 제1 산화제 공급면(S11)과 반대방향을 향하며 제1 연료 유로(128)가 형성된 제1 연료 공급면(S12)을 포함할 수 있다.
제1 분리판(120)은 제1 산화제 유입구(161), 제1 산화제 배출구(162), 제1 연료 유입구(163), 제1 연료 배출구(164), 제2 산화제 유입구(171), 제2 산화제 배출구(172), 제2 연료 유입구(173), 제2 연료 배출구(174), 제1 산화제 유로(126), 제1 연료 유로(128), 가이드 돌기(127)를 포함할 수 있다. 제1 분리판(120)의 일측 가장자리와 내측에는 복수의 제1 산화제 유입구(161), 제1 연료 배출구(164), 제2 산화제 배출구(172), 제2 연료 유입구(173)가 일렬로 형성된다. 또한, 타측 가장자리와 내측에는 제1 산화제 배출구(162), 제1 연료 유입구(163), 제2 산화제 유입구(171), 제2 연료 배출구(174)가 일렬로 형성된다.
제1 산화제 유입구(161), 제1 연료 배출구(164), 제2 산화제 배출구(172), 제2 연료 유입구(173)는 제1 산화제 유로(126) 및 제1 연료 유로(128)를 사이에 두고 제1 산화제 배출구(162), 제1 연료 유입구(163), 제2 산화제 유입구(171), 제2 연료 배출구(174)에서 이격 배치된다.
한편, 제1 산화제 공급면(S11)에는 복수의 제1 산화제 유입구(161)를 갖는 제1 산화제 유입 영역(AI1)과, 제1 산화제 유입 영역(AI1)에서 이격되며 병렬적으로 형성된 복수의 제1 산화제 유로(126)를 갖는 제1 산화제 유로 영역(AM1)과, 제1 산화제 유로 영역(AM1)과 제1 산화제 유입 영역(AI1)을 연결하는 제1 산화제 분산 영역(AD1)과, 복수의 제1 산화제 배출구(162)를 갖는 제1 산화제 배출 영역(AO1)과, 제1 산화제 배출 영역(AO1)과 제1 산화제 유로 영역(AM1)을 연결하는 제1 산화제 배출유도 영역(AC1)이 형성된다.
제1 산화제 유입 영역(AI1)은 복수의 제1 산화제 유입구(161)를 갖는데, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 산화제 유입 영역(AI1)은 적어도 하나 이상의 제1 산화제 유입구(161)를 포함할 수 있다. 제1 산화제 유입 영역(AI1)에는 제1 연료 배출구(164), 제2 산화제 배출구(172), 제2 연료 유입구(173)를 감싸는 차단턱(ST)이 형성되며, 차단턱(ST)에 의하여 산화제가 제1 연료 배출구(164), 제2 산화제 배출구(172), 제2 연료 유입구(173)로 이동하지 못한다.
제1 산화제 분산 영역(AD1)은 제1 산화제 유입 영역(AI1)과 제1 산화제 유로 영역(AM1) 사이에 형성되며 제1 산화제 유입구(161)에서 공급된 산화제를 분산시켜서 제1 산화제 유로(126)로 전달한다. 제1 산화제 분산 영역(AD1)에는 복수의 가이드 돌기(127)가 형성되며, 가이드 돌기(127)들은 기 설정된 간격 이격 배치될 수 있다. 가이드 돌기(127)는 산화제를 분산시켜서 각각의 산화제 유로(126)로 전달한다.
제1 산화제 유로 영역(AM1)에는 복수의 제1 산화제 유로(126)가 병렬적으로 배치된다. 제1 산화제 유로(126)는 사행형상(serpentine shape)으로 이어져 형성될 수 있다.
제1 산화제 유로(126)는 제1 산화제 유입 영역(AI1)에서 제1 산화제 배출 영역(AO1)을 향하여 이어진 제1 유동라인(FL11)과, 제1 산화제 배출 영역(AO1)에서 제1 산화제 유입 영역(AI1)을 향하여 이어진 제2 유동라인(FL12)과, 제1 산화제 유입 영역(AI1)에서 제1 산화제 배출 영역(AO1)을 향하여 이어진 제3 유동라인(FL13)과, 제1 유동라인(FL11)과 제2 유동라인(FL12)을 연결하는 제1 연결라인(CL11)과, 제2 유동라인(FL12)과 제3 유동라인(FL13)을 연결하는 제2 연결라인(CL12)을 포함할 수 있다.
제1 유동라인(FL11), 제2 유동라인(FL12), 제3 유동라인(FL13)은 평행하게 배치되며, 제1 연결라인(CL11)과 제2 연결라인(CL12)은 제1 유동라인(FL11)에 대하여 수직인 방향으로 이어질 수 있다. 한편, 제1 산화제 유로(126)들은 병렬적으로 배치되므로 제1 유동라인(FL11)은 이웃하는 제1 산화제 유로(126)의 제1 유동라인(FL11)에서 제2 유동라인(FL12) 및 상기 제3 유동라인(FL13)을 사이에 두고 이격된다.
제1 산화제 배출유도 영역(AC1)은 제1 산화제 유로 영역(AM1)과 제1 산화제 배출 영역(AO1)과 사이에 형성되며 제1 산화제 유로 영역(AM1)에서 반응에 참여하고 배출되는 산화제를 제1 산화제 배출구(162)로 전달한다. 제1 산화제 배출유도 영역(AC1)에는 복수의 가이드 돌기(127)가 형성되며, 가이드 돌기(127)들은 기 설정된 간격 이격 배치될 수 있다.
제1 산화제 배출 영역(AO1)은 복수의 제1 산화제 배출구(162)를 갖는데, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 산화제 배출 영역(AO1)은 적어도 하나 이상의 제1 산화제 배출구(162)를 포함할 수 있다. 제1 산화제 배출 영역(AO1)에는 제1 연료 유입구(163), 제2 산화제 유입구(171), 제2 연료 배출구(174)를 감싸는 차단턱(ST)이 형성되며, 차단턱(ST)에 의하여 산화제가 제1 연료 유입구(163), 제2 산화제 유입구(171), 제2 연료 배출구(174)로 이동하지 못한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 분리판의 제1 연료 공급면을 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 분리판의 제1 연료 공급면을 도시한 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 제1 연료 공급면(S12)에는 복수의 제1 연료 유입구(163)를 갖는 제1 연료 유입 영역(FI1)과, 제1 연료 유입 영역(FI1)에서 이격되며 병렬적으로 형성된 복수의 제1 연료 유로(128)를 갖는 제1 연료 유로 영역(FM1)과, 제1 연료 유로 영역(FM1)과 제1 연료 유입 영역(FI1)을 연결하는 제1 연료 분산 영역(FD1)과, 복수의 제1 연료 배출구(164)를 갖는 제1 연료 배출 영역(FO1)과, 제1 연료 배출 영역(FO1)과 제1 연료 유로 영역(FM1)을 연결하는 제1 연료 배출유도 영역(FC1)이 형성된다.
제1 연료 유입 영역(FI1)은 복수의 제1 연료 유입구(163)를 갖는데, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 연료 유입 영역(FI1)은 적어도 하나 이상의 제1 연료 유입구(163)를 포함할 수 있다. 제1 연료 유입 영역(FI1)에는 제1 산화제 배출구(162), 제2 연료 배출구(174), 제2 산화제 유입구(171)를 감싸는 차단턱(ST)이 형성되며, 차단턱(ST)에 의하여 연료가 제1 산화제 배출구(162), 제2 연료 배출구(174), 제2 산화제 유입구(171)로 이동하지 못한다.
제1 연료 분산 영역(FD1)은 제1 연료 유입 영역(FI1)과 제1 연료 유로 영역(FM1) 사이에 형성되며 제1 연료 유입구(163)에서 공급된 연료를 분산시켜서 제1 연료 유로(128)로 전달한다. 제1 연료 분산 영역(FD1)에는 복수의 가이드 돌기(127)가 형성되며, 가이드 돌기(127)들은 기 설정된 간격 이격 배치될 수 있다. 가이드 돌기(127)는 연료를 분산시켜서 각각의 연료 유로(126)로 전달한다.
제1 연료 유로 영역(FM1)에는 복수의 제1 연료 유로(128)가 병렬적으로 배치된다. 제1 연료 유로(128)는 사행형상(serpentine shape)으로 이어져 형성될 수 있다.
제1 연료 배출유도 영역(FC1)은 제1 연료 유로 영역(FM1)과 제1 연료 배출 영역(FO1)과 사이에 형성되며 연료 유로 영역(FM1)에서 반응에 참여하고 배출되는 연료를 제1 연료 배출구(164)로 전달한다. 제1 연료 배출유도 영역(FC1)에는 복수의 가이드 돌기(127)가 형성되며, 가이드 돌기(127)들은 기 설정된 간격 이격 배치될 수 있다.
제1 연료 배출 영역(FO1)은 복수의 제1 연료 배출구(164)를 갖는데, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 연료 배출 영역(FO1)은 적어도 하나 이상의 제1 연료 배출구(164)를 포함할 수 있다. 제1 연료 배출 영역(FO1)에는 제1 산화제 유입구(161), 제2 연료 유입구(173), 제2 산화제 배출구(172)를 감싸는 차단턱(ST)이 형성되며, 차단턱(ST)에 의하여 연료가 제1 산화제 유입구(161), 제2 연료 유입구(173), 제2 산화제 배출구(172)로 이동하지 못한다.
연료 유로(128)에서 연료가 풍부한 부분에서는 반응이 활발하여 상대적으로 온도가 높고 연료가 희박한 부분에는 상대적으로 온도가 낮은데, 연료 유로(128)가 병렬적으로 형성되면, 사행형상으로 배치된 연료 유로(128)에서 온도가 높은 부분과 온도가 낮은 부분이 교대로 형성되므로 연료 전지(100)의 온도가 균일화될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 분리판의 제2 산화제 공급면을 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 분리판의 제2 산화제 공급면을 도시한 평면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 제2 분리판(130)은 제2 산화제 유로(136)가 형성된 제2 산화제 공급면(S21)과 제2 산화제 공급면(S21)과 반대방향을 향하며 제2 연료 유로(138)가 형성된 제2 연료 공급면(S22)을 포함할 수 있다.
제2 분리판(130)은 제1 산화제 유입구(161), 제1 산화제 배출구(162), 제1 연료 유입구(163), 제1 연료 배출구(164), 제2 산화제 유입구(171), 제2 산화제 배출구(172), 제2 연료 유입구(173), 제2 연료 배출구(174), 제2 산화제 유로(136), 제2 연료 유로(138), 가이드 돌기(137)를 포함할 수 있다. 제2 분리판(130)의 일측 가장자리와 내측에는 복수의 제1 산화제 유입구(161), 제1 연료 배출구(164), 제2 산화제 배출구(172), 제2 연료 유입구(173)가 형성된다. 또한, 타측 가장자리와 내측에는 제1 산화제 배출구(162), 제1 연료 유입구(163), 제2 산화제 유입구(171), 제2 연료 배출구(174)가 형성된다.
제1 산화제 유입구(161), 제1 연료 배출구(164), 제2 산화제 배출구(172), 제2 연료 유입구(173)는 제2 산화제 유로(136) 및 제2 연료 유로(138)를 사이에 두고 제1 산화제 배출구(162), 제1 연료 유입구(163), 제2 산화제 유입구(171), 제2 연료 배출구(174)에서 이격 배치된다.
한편, 제2 산화제 공급면(S21)에는 복수의 제2 산화제 유입구(171)를 갖는 제2 산화제 유입 영역(AI2)과, 제2 산화제 유입 영역(AI2)에서 이격되며 병렬적으로 형성된 복수의 제2 산화제 유로(136)를 갖는 제2 산화제 유로 영역(AM2)과, 제2 산화제 유로 영역(AM2)과 제2 산화제 유입 영역(AI2)을 연결하는 제2 산화제 분산 영역(AD2)과, 복수의 제2 산화제 배출구(172)를 갖는 제2 산화제 배출 영역(AO2)과, 제2 산화제 배출 영역(AO2)과 제2 산화제 유로 영역(AM2)을 연결하는 제2 산화제 배출유도 영역(AC2)이 형성된다.
제2 산화제 유입 영역(AI2)은 복수의 제2 산화제 유입구(171)를 갖는데, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제2 산화제 유입 영역(AI2)은 적어도 하나 이상의 제2 산화제 유입구(171)를 포함할 수 있다. 제2 산화제 유입 영역(AI2)에는 제2 연료 배출구(174), 제1 산화제 배출구(162), 제1 연료 유입구(163)를 감싸는 차단턱(ST)이 형성되며, 차단턱(ST)에 의하여 산화제가 제2 연료 배출구(174), 제1 산화제 배출구(162), 제1 연료 유입구(163)로 이동하지 못한다.
제2 산화제 분산 영역(AD2)은 제2 산화제 유입 영역(AI2)과 제2 산화제 유로 영역(AM2) 사이에 형성되며 제2 산화제 유입구(171)에서 공급된 산화제를 분산시켜서 제2 산화제 유로(136)로 전달한다. 제2 산화제 분산 영역(AD2)에는 복수의 가이드 돌기(137)가 형성되며, 가이드 돌기(137)들은 기 설정된 간격 이격 배치될 수 있다. 가이드 돌기(137)는 산화제를 분산시켜서 각각의 산화제 유로(136)로 전달한다.
제2 산화제 유로 영역(AM2)에는 복수의 제2 산화제 유로(136)가 병렬적으로 배치된다. 제2 산화제 유로(136)는 사행형상(serpentine shape)으로 이어져 형성될 수 있다.
제2 산화제 유로(136)는 제2 산화제 유입 영역(AI2)에서 제2 산화제 배출 영역(AO2)을 향하여 이어진 제1 유동라인(FL21)과, 제2 산화제 배출 영역(AO2)에서 제2 산화제 유입 영역(AI2)을 향하여 이어진 제2 유동라인(FL22)과, 제2 산화제 유입 영역(AI2)에서 제2 산화제 배출 영역(AO2)을 향하여 이어진 제3 유동라인(FL23)과, 제1 유동라인(FL21)과 제2 유동라인(FL22)을 연결하는 제1 연결라인(CL21)과, 제2 유동라인(FL22)과 제3 유동라인(FL23)을 연결하는 제2 연결라인(CL22)을 포함할 수 있다.
제1 유동라인(FL21), 제2 유동라인(FL22), 제3 유동라인(FL23)은 평행하게 배치되며, 제1 연결라인(CL21)과 제2 연결라인(CL22)은 제1 유동라인(FL21)에 대하여 수직인 방향으로 이어질 수 있다. 한편, 제2 산화제 유로(136)들은 병렬적으로 배치되므로 제1 유동라인(FL21)은 이웃하는 제2 산화제 유로(136)의 제1 유동라인(FL21)에서 제2 유동라인(FL22) 및 상기 제3 유동라인(FL23)을 사이에 두고 이격된다.
제2 산화제 배출유도 영역(AC2)은 제2 산화제 유로 영역(AM2)과 제2 산화제 배출 영역(AO2)과 사이에 형성되며 제2 산화제 유로 영역(AM2)에서 반응에 참여하고 배출되는 산화제를 제2 산화제 배출구(172)로 전달한다. 제2 산화제 배출유도 영역(AC2)에는 복수의 가이드 돌기(137)가 형성되며, 가이드 돌기(137)들은 기 설정된 간격 이격 배치될 수 있다.
제2 산화제 배출 영역(AO2)은 복수의 제2 산화제 배출구(172)를 갖는데, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제2 산화제 배출 영역(AO2)은 적어도 하나 이상의 제2 산화제 배출구(172)를 포함할 수 있다. 제2 산화제 배출 영역(AO2)에는 제2 연료 유입구(173), 제1 산화제 유입구(161), 제1 연료 배출구(164)를 감싸는 차단턱(ST)이 형성되며, 차단턱(ST)에 의하여 산화제가 제2 연료 유입구(173), 제1 산화제 유입구(161), 제1 연료 배출구(164)로 이동하지 못한다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 분리판의 제2 연료 공급면을 도시한 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 분리판의 제2 연료 공급면을 도시한 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면, 제2 연료 공급면(S22)에는 복수의 제2 연료 유입구(173)를 갖는 제2 연료 유입 영역(FI2)과, 제2 연료 유입 영역(FI2)에서 이격되며 병렬적으로 형성된 복수의 제2 연료 유로(138)를 갖는 제2 연료 유로 영역(FM2)과, 제2 연료 유로 영역(FM2)과 제2 연료 유입 영역(FI2)을 연결하는 제2 연료 분산 영역(FD2)과, 복수의 제2 연료 배출구(174)를 갖는 제2 연료 배출 영역(FO2)과, 제2 연료 배출 영역(FO2)과 제2 연료 유로 영역(FM2)을 연결하는 제2 연료 배출유도 영역(FC2)이 형성된다.
제2 연료 유입 영역(FI2)은 복수의 제2 연료 유입구(173)를 갖는데, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제2 연료 유입 영역(FI2)은 적어도 하나 이상의 제2 연료 유입구(173)를 포함할 수 있다. 제2 연료 유입 영역(FI2)에는 제2 산화제 배출구(172), 제1 연료 배출구(164), 제1 산화제 유입구(161)를 감싸는 차단턱(ST)이 형성되며, 차단턱(ST)에 의하여 연료가 제2 산화제 배출구(172), 제1 연료 배출구(164), 제1 산화제 유입구(161)로 이동하지 못한다.
제2 연료 분산 영역(FD2)은 제2 연료 유입 영역(FI2)과 제2 연료 유로 영역(FM2) 사이에 형성되며 제2 연료 유입구(173)에서 공급된 연료를 분산시켜서 제2 연료 유로(138)로 전달한다. 제2 연료 분산 영역(FD2)에는 복수의 가이드 돌기(137)가 형성되며, 가이드 돌기(137)들은 기 설정된 간격 이격 배치될 수 있다. 가이드 돌기(137)는 연료를 분산시켜서 각각의 연료 유로(136)로 전달한다.
제2 연료 유로 영역(FM2)에는 복수의 제2 연료 유로(138)가 병렬적으로 배치된다. 제2 연료 유로(138)는 사행형상(serpentine shape)으로 이어져 형성될 수 있다.
제2 연료 배출유도 영역(FC2)은 제2 연료 유로 영역(FM2)과 제2 연료 배출 영역(FO2)과 사이에 형성되며 제2 연료 유로 영역(FM2)에서 반응에 참여하고 배출되는 연료를 제2 연료 배출구(174)로 전달한다. 제2 연료 배출유도 영역(FC2)에는 복수의 가이드 돌기(137)가 형성되며, 가이드 돌기(137)들은 기 설정된 간격 이격 배치될 수 있다.
제2 연료 배출 영역(FO2)은 복수의 제2 연료 배출구(174)를 갖는데, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제2 연료 배출 영역(FO2)은 적어도 하나 이상의 제2 연료 배출구(174)를 포함할 수 있다. 제2 연료 배출 영역(FO2)에는 제2 산화제 유입구(171), 제1 연료 유입구(161), 제1 산화제 배출구(162)를 감싸는 차단턱(ST)이 형성되며, 차단턱(ST)에 의하여 연료가 제 제2 산화제 유입구(171), 제1 연료 유입구(161), 제1 산화제 배출구(162)로 이동하지 못한다.
본 제1 실시예에서 제1 산화제 유입 영역(AI1)은 제2 산화제 배출 영역(AO2)과 대응되는 위치에 배치되며, 제1 산화제 배출 영역(AO1)은 제2 산화제 유입 영역(AI2)과 대응되는 위치에 배치된다. 이에 따라 제1 분리판(120)에서 산화제가 이동하는 방향은 제2 분리판(130)에서 산화제가 이동하는 방향과 반대 방향이며, 제1 분리판(120)에서 연료가 이동하는 방향은 제2 분리판(130)에서 산화제가 이동하는 방향과 반대 방향이 된다. 이에 따라 연료 전지(100) 내부의 온도가 보다 균일화될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 체결판을 도시한 사시도이고, 도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 체결판을 잘라 본 절개 사시도이다.
도 10 및 도 11을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 제1 체결판(180)은 산화제 입구 포트(181), 연료 입구 포트(182), 연료 분배 공간(182a), 산화제 분배 공간(181a), 연결 통로(181b), 공급 매니폴드 통로(MC1), 격벽(187)들을 포함할 수 있다.
산화제 입구 포트(181)에는 산화제가 공급되며, 연료 입구 포트(182)에는 연료가 공급될 수 있다. 연료 분배 공간(182a)은 연료 입구 포트(182)와 연결되며, 제1 체결판(180)의 폭 방향으로 이어져 형성된다.
제1 체결판(180)은 2개의 산화제 분배 공간(181a)을 포함하며, 2개의 산화제 분배 공간(181a)은 연료 분배 공간(182a)을 사이에 두고 이격 배치된다. 산화제 분배 공간(181a)은 제1 체결판(180)의 폭방향으로 이어져 형성된다. 연결 통로(181b)는 산화제 분배 공간(181a)과 산화제 입구 포트(181)를 연결하여 산화제 분배 공간으로 산화제를 전달한다.
제1 체결판(180)은 격벽(187)에 의하여 분할된 복수의 공급 매니폴드 통로(MC1)를 포함하는데, 격벽(187) 및 공급 매니폴드 통로(MC1)는 제1 체결판(180)의 높이 방향으로 이어지며, 공급 매니폴드 통로(MC1)는 차단판(185)에 의하여 산화제 분배 공간(181a) 및 연료 분배 공간(182a)에서 분리된다.
차단판(185)에는 일부 공급 매니폴드 통로(MC1)를 연료 분배 공간(182a)과 연결하는 2개의 연료 분배홀(184)이 형성된다. 이에 따라 높이 방향으로 이어진 2개의 공급 매니폴드 통로(MC1)로 연료가 공급되어 복수의 제1 연료 유입구(163) 및 제2 연료 유입구(173)로 연료가 균일하게 공급될 수 있다.
또한, 차단판(185)에는 일부 공급 매니폴드 통로(MC1)를 산화제 분배 공간(181a)과 연결하는 2개의 산화제 분배홀(183)이 형성된다. 이에 따라 높이 방향으로 이어진 2개의 공급 매니폴드 통로(MC1)로 산화제가 공급되어 복수의 제1 산화제 유입구(161) 및 제2 산화제 유입구(171)로 산화제가 균일하게 공급될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 체결판을 도시한 사시도이고, 도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 체결판을 잘라 본 절개 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 제2 체결판(190)은 산화제 출구 포트(191), 연료 출구 포트(192), 연료 수용 공간(192a), 산화제 수용 공간(191a), 배출 통로(191b), 배출 매니폴드 통로(MC2), 격벽(197)들을 포함할 수 있다.
산화제 출구 포트(191)로 산화제가 배출되며, 연료 출구 포트(192)로 반응에 참여하고 남은 연료가 배출될 수 있다. 연료 수용 공간(192a)은 연료 출구 포트(192)와 연결되며, 제2 체결판(190)의 폭 방향으로 이어져 형성된다.
제2 체결판(190)은 2개의 산화제 수용 공간(191a)을 포함하며, 2개의 산화제 수용 공간(191a)은 연료 수용 공간(192a)을 사이에 두고 이격 배치된다. 산화제 수용 공간(191a)은 제2 체결판(190)의 폭방향으로 이어져 형성된다. 배출 통로(191b)는 산화제 수용 공간(191a)과 산화제 출구 포트(191)를 연결한다.
제2 체결판(190)은 격벽(197)에 의하여 분할된 복수의 배출 매니폴드 통로(MC2)를 포함하는데, 격벽(197) 및 배출 매니폴드 통로(MC2)는 제2 체결판(190)의 높이 방향으로 이어지며, 배출 매니폴드 통로(MC2)는 차단판(195)에 의하여 산화제 수용 공간(191a) 및 연료 수용 공간(192a)에서 분리된다.
차단판(195)에는 일부 배출 매니폴드 통로(MC2)를 연료 수용 공간과 연결하는 2개의 연료 배출홀(194)이 형성된다. 이에 따라 복수의 제1 연료 배출구(164) 및 제2 연료 배출구(174)에서 제2 체결판(190)의 높이 방향으로 이어진 2개의 배출 매니폴드 통로(MC2)로 연료가 배출될 수 있다.
또한, 차단판(195)에는 일부 배출 매니폴드 통로(MC2)를 산화제 수용 공간(191a)과 연결하는 2개의 산화제 배출홀(193)이 형성된다. 이에 따라 제1 산화제 배출구(162) 및 제2 산화제 배출구(172)에서 제2 체결판(190)의 높이 방향으로 이어진 2개의 배출 매니폴드 통로(MC2)로 산화제가 배출될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 분리판에 대해서 설명한다. 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 분리판의 일부를 도시한 평면도이다.
도 14를 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 분리판(320)은 가이드 돌기(327)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 분리판과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명을 생략한다.
분리판(320)에는 산화제 및 연료의 분산, 산화제 및 연료의 배출 안내를 위한 복수의 가이드 돌기(327)가 형성된다. 가이드 돌기(327)들은 분리판(320)의 폭 방향으로 간격을 두고 이격된다.
내측에 위치하는 가이드 돌기(327)의 길이(PL1)는 외측에 위치하는 가이드 돌기(327)의 길이(PL1)보다 더 길게 형성되며, 가이드 돌기(327)의 길이(PL1)는 내측에서 외측으로 갈수록 점진적으로 감소하도록 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 산화제 입구(321)의 중심과 인접한 가이드 돌기(327)의 길이(PL1)는 제1 산화제 입구(321)에서 멀리 배치된 가이드 돌기(327)의 길이(PL1)보다 더 길게 형성된다.
또한, 내측에 위치하는 가이드 돌기(327)들 사이의 간격(PW1)은 외측에 위치하는 가이드 돌기(327)들 사이의 간격(PW1)보다 더 크게 형성되며 가이드 돌기(327)들 사이의 간격(PW1)은 내측에서 외측으로 갈수록 점진적으로 증가하도록 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 산화제 입구(321)의 중심과 인접한 가이드 돌기(327)들 사이의 간격(PW1)은 제1 산화제 입구(321)에서 멀리 배치된 가이드 돌기(327)들 사이의 간격(PW1)보다 더 크게 형성된다.
본 제3 실시예와 같이 외측으로 갈수록 가이드 돌기(327)의 길이(PL1)가 점진적으로 감소하고, 가이드 돌기(327) 사이의 간격(PW1)이 점진적으로 증가하면 산화제 및 연료를 보다 균일하게 분산시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 연료 전지
110: 막전극 어셈블리
120: 제1 분리판
126: 제1 산화제 유로
128: 제1 연료 유로
127, 137: 가이드 돌기
130: 제2 분리판
136: 제2 산화제 유로
138: 제2 연료 유로
150: 단위 전지
161: 제1 산화제 유입구
162: 제1 산화제 배출구
163: 제1 연료 유입구
164: 제1 연료 배출구
171: 제2 산화제 유입구
172: 제2 산화제 배출구
173: 제2 연료 유입구
174: 제2 연료 배출구
180: 제1 체결판
181: 산화제 입구 포트
182: 연료 입구 포트
187, 197: 격벽
190: 제2 체결판
191: 산화제 출구 포트
192: 연료 출구 포트

Claims (11)

  1. 막전극 어셈블리(membrane electrode assembly)와 상기 막전극 어셈블리의 양측에 각각 인접하여 배치되며 산화제가 이동하는 산화제 유로와 연료가 이동하는 연료 유로는 갖는 제1 분리판과 제2 분리판을 포함하는 복수의 단위전지;
    상기 단위전지들의 최외측에 배치되는 제1 체결판과 제2 체결판;
    을 포함하고,
    상기 제1 분리판은 상기 산화제가 이동하는 제1 산화제 유로와 상기 연료가 이동하는 제1 연료 유로를 포함하고,
    상기 제2 분리판은 상기 산화제가 이동하는 제2 산화제 유로와 상기 연료가 이동하는 제2 연료 유로를 포함하고,
    상기 제1 분리판에는 상기 제1 산화제 유로에 상기 산화제를 공급하는 제1 산화제 유입구와 상기 제2 산화제 유로에 상기 산화제를 공급하는 상기 제2 산화제 유입구가 형성되고, 상기 제1 산화제 유입구와 상기 제2 산화제 유입구는 상기 제1 산화제 유로를 사이에 두고 이격 배치된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분리판에는 상기 제1 연료 유로에 산화제를 공급하는 제1 연료 유입구와 상기 제2 연료 유로에 산화제를 공급하는 상기 제2 연료 유입구가 형성되고, 상기 제1 연료 유입구와 상기 제2 연료 유입구는 상기 제1 연료 유로를 사이에 두고 이격 배치된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 분리판에는 상기 제1 산화제 유입구, 상기 제2 연료 유입구, 상기 제1 연료 유로에서 배출되는 연료를 전달받는 제1 연료 배출구, 상기 제2 산화제 유로에서 배출되는 산화제를 전달받는 제2 산화제 배출구가 일렬로 배열되고,
    상기 제1 연료 유입구, 상기 제2 산화제 유입구, 상기 제1 산화제 유로에서 배출되는 산화제를 전달받는 제1 산화제 배출구, 상기 제2 연료 유로에서 연료를 전달받는 제2 연료 배출구가 일렬로 배열된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분리판은 제1 산화제 공급면과 상기 제1 산화제 공급면과 반대방향을 향하는 제1 연료 공급면을 포함하고,
    상기 제1 산화제 공급면에는 적어도 하나 이상의 상기 제1 산화제 유입구를 갖는 제1 산화제 유입 영역과 상기 제1 산화제 유입 영역에서 이격되며 병렬적으로 형성된 복수의 상기 제1 산화제 유로를 갖는 제1 산화제 유로 영역과 상기 제1 산화제 유로 영역과 상기 제1 산화제 유입 영역을 연결하는 제1 산화제 분산 영역과 적어도 하나 이상의 상기 제1 산화제 배출구를 갖는 제1 산화제 배출 영역과 상기 제1 산화제 배출 영역과 상기 제1 산화제 유로 영역을 연결하며 산화제를 제1 산화제 배출구로 유도하는 제1 산화제 배출유도 영역이 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 분리판은 제2 산화제 공급면과 상기 제2 산화제 공급면과 반대방향을 향하는 제2 연료 공급면을 포함하고,
    상기 제1 산화제 공급면에는 적어도 하나 이상의 제2 산화제 유입구를 갖는 제2 산화제 유입 영역과 상기 제2 산화제 유입 영역에서 이격되며 병렬적으로 형성된 복수의 상기 제2 산화제 유로를 갖는 제2 산화제 유로 영역과 상기 제2 산화제 유로 영역과 상기 제2 산화제 유입 영역을 연결하는 제2 산화제 분산 영역과 적어도 하나 이상의 제2 산화제 배출구를 갖는 제2 산화제 배출 영역과 상기 제2 산화제 배출 영역과 상기 제2 산화제 유로 영역을 연결하며 산화제를 제2 산화제 배출구로 유도하는 제2 산화제 배출유도 영역이 형성되고,
    상기 제1 산화제 유입 영역은 상기 제2 산화제 배출 영역과 대응되는 위치에 배치되며, 상기 제1 산화제 배출 영역은 상기 제2 산화제 유입 영역과 대응되는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 산화제 공급면에는 복수의 제1 산화제 유입 영역과 복수의 제1 산화제 배출 영역과 복수의 제1 산화제 유로 영역이 형성되고, 상기 제1 산화제 유입 영역들은 상기 제1 산화제 배출 영역과 상기 제1 산화제 유로 영역을 사이에 두고 이격 배치되며,
    상기 제1 연료 공급면에는 복수의 제1 연료 유입 영역과 복수의 제1 연료 배출 영역과 복수의 제1 연료 유로 영역이 형성되고, 상기 제1 연료 유입 영역들은 상기 제1 연료 배출 영역과 상기 제1 연료 유로 영역을 사이에 두고 이격 배치된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 체결판은 산화제가 유입되는 산화제 입구 포트, 연료가 유입되는 연료 입구 포트, 상기 제1 체결판의 높이방향으로 이어져 복수의 공급 매니폴드 통로를 형성하는 격벽들, 상기 연료 입구 포트와 상기 공급 매니폴드 통로들 중 일부와 연결된 연료 분배 공간, 상기 산화제 입구 포트와 상기 매니폴드 통로들 중 다른 일부와 연결되되 상기 연료 분배 공간을 사이에 두고 이격된 복수의 산화제 분배 공간, 상기 산화제 분배 공간들과 상기 산화제 입구 포트를 연결하는 연결 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 체결판은 산화제가 배출되는 산화제 출구 포트, 연료가 배출되는 연료 출구 포트, 상기 제2 체결판의 높이방향으로 이어져 복수의 배출 매니폴드 통로를 형성하는 격벽들, 상기 연료 출구 포트와 상기 배출 매니폴드 통로들 중 일부와 연결된 연료 수용 공간, 상기 산화제 입구 포트와 상기 배출 매니폴드 통로들 중 다른 일부와 연결되되 상기 연료 분배 공간을 사이에 두고 이격된 복수의 산화제 수용 공간, 상기 산화제 수용 공간들과 상기 산화제 출구 포트를 연결하는 배출 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 산화제 유로는 상기 제1 산화제 유입 영역에서 상기 제1 산화제 배출 영역을 향하여 이어진 제1 유동라인과 상기 제1 산화제 배출 영역에서 상기 산화제 유입 영역을 향하여 이어진 제2 유동라인과 상기 산화제 배출 영역에서 상기 산화제 유입 영역을 향하여 이어진 제3 유동라인과 상기 제1 유동라인과 상기 제2 유동라인을 연결하는 제1 연결 라인과 상기 제2 유동라인과 상기 제3 유동라인을 연결하는 제2 연결 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 유동 라인은 이웃하는 산화제 유로와 상기 제2 유동 라인 및 상기 제3 유동 라인을 사이에 두고 이격 배치된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 산화제 분산 영역과 상기 산화제 배출유도 영역에는 복수의 가이드 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
KR1020210128366A 2021-09-28 2021-09-28 흐름방향 조절에 의하여 성능이 향상되는 연료 전지 KR102642570B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210128366A KR102642570B1 (ko) 2021-09-28 2021-09-28 흐름방향 조절에 의하여 성능이 향상되는 연료 전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210128366A KR102642570B1 (ko) 2021-09-28 2021-09-28 흐름방향 조절에 의하여 성능이 향상되는 연료 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230045469A true KR20230045469A (ko) 2023-04-04
KR102642570B1 KR102642570B1 (ko) 2024-02-29

Family

ID=85928428

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210128366A KR102642570B1 (ko) 2021-09-28 2021-09-28 흐름방향 조절에 의하여 성능이 향상되는 연료 전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102642570B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120074548A (ko) * 2010-12-28 2012-07-06 주식회사 포스코 연료 전지용 분리판 및 이를 포함하는 연료 전지
KR20200117958A (ko) 2020-10-05 2020-10-14 주식회사 엘지화학 분리판 및 이를 포함하는 연료전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120074548A (ko) * 2010-12-28 2012-07-06 주식회사 포스코 연료 전지용 분리판 및 이를 포함하는 연료 전지
KR20200117958A (ko) 2020-10-05 2020-10-14 주식회사 엘지화학 분리판 및 이를 포함하는 연료전지

Also Published As

Publication number Publication date
KR102642570B1 (ko) 2024-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7867666B2 (en) Fuel cell with triangular buffers for reactant gas and coolant
RU2269842C2 (ru) Блок топливных элементов на твердом полимерном электролите, батарея топливных элементов и способ подачи химически активного газа в топливный элемент
CA2516749C (en) Flow field design
EP2406846B1 (en) Internally reforming fuel cell assembly with staged fuel flow and selective catalyst loading for improved temperature uniformity and efficiency
KR20190002548A (ko) 가변적인 횡단면적을 가진 반응물 가스 채널을 구비한 바이폴러 플레이트, 연료 전지 스택, 및 이러한 연료 전지 스택을 구비한 차량
JP2000231929A (ja) 燃料電池
KR20160136588A (ko) 연료전지용 분리판
CN111566860B (zh) 双极板、燃料电池和机动车辆
KR20060081603A (ko) 연료 전지용 스택과 이를 갖는 연료 전지 시스템
KR102642570B1 (ko) 흐름방향 조절에 의하여 성능이 향상되는 연료 전지
CN109716567B (zh) 燃料电池
KR102326087B1 (ko) 흐름방향 조절에 의하여 성능이 향상되는 연료 전지용 분리판, 및 이를 포함하는 연료 전지
KR20230120478A (ko) 연료전지용 판형 매니폴드 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
JP2023516726A (ja) 燃料電池スタック用のキット、および燃料電池スタックの製造方法
KR20100111972A (ko) 세퍼레이터 및 이를 이용한 연료 전지 스택
JP7378324B2 (ja) 燃料電池セル構造
KR20240103810A (ko) 전해질 지지형 연료 전지
KR20200000913A (ko) 연료전지용 세퍼레이터
US11870108B2 (en) Fuel cell
KR102550727B1 (ko) 연료전지용 분리판 및 연료전지 스택
US20230378486A1 (en) Bipolar plate with media regulation and fuel cell stack
KR100654303B1 (ko) 연료전지용 분리판 및 그 분리판이 구비된 연료전지
KR101135481B1 (ko) 연료 전지용 스택과 이를 갖는 연료 전지 시스템
KR20230120480A (ko) 연료전지용 관형 매니폴드 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
KR20240087325A (ko) 전기화학 셀의 연료 공급 제어 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant