KR20230082450A - 고분자 전해질막 수전해를 위한 산소 방출이 증가하는 동심원형 유로 및 이를 구비한 수전해 스택 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 전해질막 수전해를 위해 애노드쪽 바이폴라 플레이트에 형성되는 유로 구조로서, 상기 바이폴라 플레이트의 일측면에 형성되어 반응물이 공급되는 유입구; 상기 바이폴라 플레이트의 일측면에 형성되어 반응물과 생성물이 배출되는 배출구; 및 상기 유입구와 배출구를 연통하는 채널;을 구비하고, 상기 채널은, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주에 해당하는 부분에 위치하는 곡선부을 포함하는 유로 구조인 것이 특징이다. 본 발명은 상기 유로 구조로 인해, 수전해 유로 중 유입구보다는 배출구에 가까운 쪽에서 더 큰 채널간의 압력강하가 일어나고 그 결과 산소 배출이 증가하게 되어 전체적인 효율이 향상된다.

Description

고분자 전해질막 수전해를 위한 산소 방출이 증가하는 동심원형 유로 및 이를 구비한 수전해 스택{concentric circular flow field with increasing oxygen emission for polymer electrolyte membrane water electrolysis stack with the same}

본 발명은 소전해 스택 구조에 대한 기술로서, 구체적으로는 수전해 스택의 애노드에서 발생하는 산소를 효과적으로 배출하여 수전해의 작동효율을 향상시키는 유로 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 수전해시스템은 수전해 반응을 이용하여 수소와 산소를 생산하는 알칼리 수전해, 고분자전해질막(polymer electrolyte membrane) 수전해로 나누어지며, 고분자전해질막 수전해는 다시 양이온교환막(proton exchange membrane) 수전해와 음이온교환막(anion exchange membrane) 수전해로 나누어진다. 알카리 수전해는 전해액이 30 ∼ 40 wt%의 수산화칼륨(KOH) 순환수를 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 양쪽 모두 순환시키면서 작동되며, 양이온교환막 수전해와 음이온 교환막은 애노드(anode)인 산소발생반응(OER) 쪽만 순환수를 순환하고 캐소드(cathode)인 수소발생반응(HER) 쪽은 건식 캐소드(dry cathode) 방식으로 대부분 작동된다.

이러한 기술 분야에 대한 종래 기술의 하나의 예로서, 등록특허 제10-1313382호 등이 있다. 수전해 스택은 작동유체가 유입되는 캐소드 유입구와 연통되고 수소와 공기가 반응하는 반응 영역을 향해 상기 작동 유체가 공급되도록 상기 캐소드 유입구에서 분기된 분기부가 형성된 분리판 및 상기 분리판을 마주보며 조립되는 전극판을 포함하는 수전해스택을 제시하고 있다.

종래의 수전해 스택에 구비된 분리판에는 작동 유체가 유입되는 유입와, 작동 유체가 유출되는 유출구가 형성된다. 상기 작동 유체는 유입구로 유입된 후에 유출구로 이동하는데, 작동 유체의 이동 궤적은 상기 유입구의 위치에서 상기 유출구의 위치로 향하는 직선 방향 또는 좌우측 방향으로 확산된 후에 이동하는 궤적을 이루게 된다.

분리판은 작동 유체가 공급될 경우 산소 또는 수소가 발생되고 필연적으로 기포가 발생되는데, 상기 기포는 분리판의 반응성을 저하시키는 원인이 되고, 분리판은 중앙을 제외한 좌우 양측은 작동 유체의 이동 속도가 저하되고 생성된 기포가 손쉽게 제거되지 않는 문제점이 있다. 또한 분리판의 좌우 원주 방향에서는 작동 유체의 공급 밑 이동 속도가 현저하게 낮아지면서 데드 존(dead zone)이 발생되고, 다량의 기포가 유출구로 집중되면서 불 안정한 반응이 지속되는 문제점이 있어서 이에 대한 해결책이 필요하였다.

본 발명은, 수전해 스택의 애노드(anode)측에서 발생하는 산소를 효과적으로 배출하여 수전해의 작동효율을 향상시키는 것으로, 수전해 스택의 애노드측에서 생성된 반응물을 균일하게 전달하고, 다공전달층 유로를 통해 생성물을 균일하게 배출함에 따라 반응 면적에서 균일한 전류밀도 분포를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 고분자 전해질막 수전해를 위해 애노드쪽 바이폴라 플레이트에 형성되는 유로 구조로서, 상기 바이폴라 플레이트의 일측면에 형성되어 반응물이 공급되는 유입구; 상기 바이폴라 플레이트의 일측면에 형성되어 반응물과 생성물이 배출되는 배출구; 및 상기 유입구와 배출구를 연통하는 채널;을 구비하고, 상기 채널은, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주에 해당하는 부분에 위치하는 곡선부을 포함하는 유로 구조인 것이 특징이다.

상기 유입구와 배출구는 서로 마주보는 대향점에 위치하고, 상기 채널은 상기 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 지름선을 지름으로 하는 외곽원의 내측에 위치하고, 상기 채널은 상기 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 지름선을 기준으로 한 양측 영역에서 서로 대칭으로 형성된다.

상기 채널은, 상기 유입구와 배출구를 연통하면서 상기 가상의 지름선의 일측 영역에 위치하는 제1채널; 및 상기 유입구와 배출구를 연통하면서 상기 가상의 지름선의 타측 영역에 위치하는 제2채널을 포함한다.

상기 제1채널은, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주에 해당하는 부분에 위치하는 제1-1, 제1-2, 제1-3,... 제1-n 곡선부를 가지고, 상기 제2채널은, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주에 해당하는 부분에 위치하는 제2-1, 제2-2, 제2-3,... 제2-n 곡선부를 가진다.

상기 제1-1, 제1-2, 제1-3,... 제1-n 곡선부는, 서로 인접한 곡선부끼리 상기 외곽원의 원주 및 상기 가상의 지름선 부분에서 서로 연통되고, 상기 제2-1, 제2-2, 제2-3,... 제2-n 곡선부는, 서로 인접한 곡선부끼리 상기 외곽원의 원주 및 상기 가상의 지름선 부분에서 서로 연통된다.

상기 채널은, 균일한 두께를 갖는 것이 좋고, 상기 반응물은 물이며, 상기 생성물은 산소 기체이다.

또한, 본 발명은, 고분자 전해질막 수전해를 위한 수전해 스택으로서, 막전극접합체; 상기 막전극접합체의 일측에 위치하는 애노드 바이폴라 플레이트; 상기 막전극접합체의 타측에 위치하는 캐소드 바이폴라 플레이트; 상기 애노드 바이폴라 플레이트의 내측면에 형성되어 반응물이 공급되는 유입구; 상기 애노드 바이폴라 플레이트의 내측면에 형성되어 반응물과 생성물이 배출되는 배출구; 및 상기 유입구와 배출구를 연통하며, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주에 해당하는 부분에 위치하는 복수 개의 곡선부을 갖는 것을 특징으로 하는 수전해 스택을 제공한다.

본 발명은 위에서 설명한 것과 같이 플레이트 표면에 동심원형 사형 유로를 형성함으로써, 사형 유로 중 배출구에 더 가까운 채널쪽에서 더 긴 유로 길이를 갖게 되고, 또한 더 큰 채널간의 압력 강하가 발생하게 된다.

본 발명은 위와 같은 원리로 인해, 수전해 유로 중 유입구보다는 배출구에 가까운 쪽에 더 많은 산소가 쌓이기 때문에 배출구에 가까운 쪽에서 더 큰 채널간의 압력강하가 일어나고 그 결과 산소 배출이 증가하게 되어 전체적인 효율이 향상되는 유리한 효과가 발휘된다.

도 1은 고분자 전해질 막의 일반적인 내용을 도시한 그림이며,
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조를 갖는 수전해 스택의 사시도와 분리사시도이며,
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 수전해 스택 구성 중, 동심원형 사형 유로 구조가 형성된 애노드 바이폴라 플레이트를 보여주며,
도 6은 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조와 다른 형상의 유로 구조에서의 압력분포를 보여주는 그림이며,
도 7은 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조의 성능을 일반적인 형상의 유로 구조와 비교한 것으로 확산층(porous transport layer, 이하 PTL이라고도 함)에서의 수분 함량 비율을 비교하여 보여주는 것으로, 작동 전압에 따른 PTL에 존재하는 물의 체적 비율을 보여주는 그림이며,
도 8은 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조와 일반적인 형상의 유로 구조에서의 채널길이를 보여주는 그래프이며,
도 9는 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조와 일반적인 형상의 유로 구조에서의 채널간 압력강하를 보여주는 그래프이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명이 속하는 기술분야인 고분자 전해질 막 구조의 일반적인 구조를 도시한 그림이며, 도 2와 도 3은 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조를 갖는 수전해 스택의 사시도와 분리사시도이며, 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 수전해 스택 구성 중, 동심원형 사형 유로 구조가 형성된 애노드 바이폴라 플레이트를 보여주며, 도 6은 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조와 다른 형상의 유로 구조에서의 압력분포를 보여주는 그림이며, 도 7은 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조의 성능을 일반적인 형상의 유로 구조와 비교한 것으로 확산층(porous transport layer, 이하 PTL이라고도 함)에서의 수분 함량 비율을 비교하여 보여주는 것으로, 작동 전압에 따른 PTL에 존재하는 물의 체적 비율을 보여주는 그림이며, 도 8은 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조와 일반적인 형상의 유로 구조에서의 채널길이를 보여주는 그래프이며, 도 9는 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조와 일반적인 형상의 유로 구조에서의 채널간 압력강하를 보여주는 그래프이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 고분자 전해질 막 수전해 기술에 대한 내용을 개략적으로 도시한 것으로, 양극(anode)에서는 물이 반응하여 산소가 생성되고, 음극(Cathode)에서는 양성자가 반응하여 수소가 생성되는 것을 보여준다. 그리고, 단일 셀의 구성부품으로 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate), 확산층(Diffusion Layer), MEA 등의 구성과 이들의 작용을 보여준다. 그리고, 상기 바이폴라 플레이트의 표면에는 유체가 이동하는 유로가 음각으로 새겨져 있고, 반응물을 유로의 입구로 공급하여 주고, 반응물과 생성물을 유로의 출구로 배출하는 구조를 갖는데, 본 발명의 핵심은 이러한 유로의 구조를 개선한 것이다. 그리고, 그림의 구조를 다수 개로 적층하여 스택(Stack)을 만들면 이러한 단위 셀(Cell)들이 양 끝단에서 엔드 플레이트(End Plate)로 압력을 주어 체결하게 되는 구조이다.

도 2와 도 3을 참조하여, 본 발명의 따른 수전해 스택(100)을 보면, 도면상 좌우 양측에 위치하는 엔드 플레이트(110,170)가 각각 위치되고, 상기 엔드 플레이트 사이에 단위 셀이 순차적으로 적층된다. 여기서 110은 양극(anode)측 엔드 플레이트이고, 170은 음극(cathode)측 엔드 플레이트이다.

상기 양극측 엔드 플레이트(110)의 내측에는 애노드쪽의 바이폴라 플레이트(120)가 위치하고, 상기 음극측 엔드 플레이트(170)의 내측에는 캐쏘드쪽의 바이폴라 플레이트(160)가 위치한다. 그리고, 이들 바이폴라 플레이트들(120, 160)의 내측에는 가스켓과 MEA 등등이 위치하는데 이들의 구조 및 역할은 이 분야에서 일반적으로 사용되는 내용이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 특징은 애노드쪽의 바이폴라 플레이트(120) 표면에 형성되는 유로 형상에 있으므로 이하에서는 이에 대해 설명한다.

도 4와 도 5에서는 본 발명에 따라 애노드쪽 바이폴라 플레이트(120)에 형성되는 유로 구조를 보여준다. 구체적으로 보면, 상기 바이폴라 플레이트(120)의 일측면에 형성되어 반응물이 공급되는 유입구(122)와, 상기 바이폴라 플레이트의 일측면에 형성되어 반응물과 생성물이 배출되는 배출구(124)가 구비되고, 이들 유입구와 배출구를 연통하는 채널(C)이 그 표면에 형성된다.

본 발명에서 상기 채널(C)은, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주를 따라 이루어지도록 하였다. 즉, 본 발명의 채널은 상기 동심원의 원주에 해당하는 곡선부을 따라 형성되는 유로 구조인 것이다. 상기 채널(C)은 도 4의 도면에서 보아 좌측 영역에 위치하는 제1채널(C1)과 우측 영역에 위치하는 제2채널(C2)로 이루어진다. 즉, 반응물은 상기 유입구(122)로 유입되고, 이후 생성물과 반응물은 좌측의 제1채널을 지나서(또는 우측의 제2채널을 지나서) 상기 배출구(124)로 배출된다.

즉, 상기 유입구(122)와 배출구(124)는 서로 마주보는 위치인 대향점에 위치하는데, 상기 채널은 상기 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 지름선을 지름으로 하는 외곽원의 내측에 위치하도록 하되, 바람직하게는 상기 채널은 상기 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 지름선을 기준으로 한 양측 영역에서 서로 대칭으로 형성되는 두 개의 유로를 가지는 것이 좋다. 상기 제1채널(C1)은, 상기 유입구와 배출구를 연통하면서 상기 가상의 지름선의 일측(좌측) 영역에 위치하고, 제2채널(C2)은 상기 유입구와 배출구를 연통하면서 상기 가상의 지름선의 타측(우측) 영역에 위치하는 것이며, 이렇게 두 개의 유로로 이루어지는 것은 하나의 예시적인 구조이며, 필요에 따라서는 좌우 대칭의 네 개의 유로 또는 더 많은 개수의 유로를 구비할 수도 있을 것이다.

상기 제1채널(C1)은, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주에 해당하는 부분으로서, 유입구 측에서부터 순차적으로 위치하는 제1-1 곡선부(10-1), 제1-2 곡선부(10-2), 제1-3 곡선부(10-3)... 제1-n 곡선부(10-n)을 포함한다. 그리고, 상기 제2채널(C2)은, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주에 해당하는 부분으로 유입구 측에서부터 순차적으로 위치하는 제2-1 곡선부(20-1), 제2-2 곡선부(20-2), 제2-3 곡선부(20-3)... 제2-n 곡선부(20-n)를 포함한다.

그리고, 도 4에 도시된 것처럼, 상기 제1-1, 제1-2, 제1-3,... 제1-n 곡선부는, 서로 인접한 곡선부끼리 상기 외곽원의 원주 및 상기 가상의 지름선 부분에서 서로 연통되어 상기 유입구에서 상기 배출구까지 흐름 통로를 형성한다. 상기 제2-1, 제2-2, 제2-3,... 제2-n 곡선부는, 서로 인접한 곡선부끼리 상기 외곽원의 원주 및 상기 가상의 지름선 부분에서 서로 연통되어 상기 유입구에서 상기 배출구까지 흐름 통로를 형성한다.

도 5에서는 동심원형 채널 각각의 반지름의 예시적인 수치들이다. 상기 채널은 균일한 두께를 갖는 것이 좋으며, 바람직하게는 2mm의 간격을 갖도록 한다. 그리고, 상기 유입구로 투입되는 반응물은 물이며, 반응에 의해 애노드 측에서 생성되는 생성물은 산소 기체이다.

이하에서는 본 발명의 유로 구조에 의해 발휘되는 효과에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조 기존에 사용되는 직선부를 갖는 사형 유로 구조에서의 압력분포를 서로 비교하여 보여주는 그림이다. 도 6 (a)는 유로가 횡방향으로 직선으로 형성되고 양단에서 인접하는 유로끼리 연결되는 일반적인 유로(이하, 설명을 위해 '일반 사형 유로'라고 함)이며, 도 6의 (b)는 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로이다. 도 6은 양극(애노드)쪽의 유로에서의 압력분포 및 압력구배의 방향을 서로 비교하여 나타낸 것이다. 여기서 유로란, 바이폴라 플레이트 표면에 새겨진 채널 영역과 PTL 영역을 의미한다.

도 6에서는 각 유로에서의 압력분포 및 압력구배의 방향을 나타내며, 그림에서 색은 압력의 높고 낮음을 시각적으로 표시한 것이며, 각각에서 붉은색 화살표는 압력구배의 방향을 나타낸다. 도 6 (a)와 (b) 각각의 좌측에 표시된 수치는 각 색깔이 표시된 부분의 유로에서 발생하는 압력값을 의미하며 그 단위는 Pa이다.

도 6 (a)의 직선형 유로에서는 그림에서의 상하방향으로 수직선 형상으로 압력구배가 형성되고 있으며(도 6 (a)의 상하방향 화살표 참조) 횡방향으로는 동일한 압력이 분포한다. 도 6 (b)의 동심원형 사형 유로에서는 유로의 곡선부(동심원의 원주에 해당하는 도 4의 제1-1, 제1-2, 제1-3,... 제1-n 곡선부) 각각에는 동일한 압력이 분포하고 압력구배는 유입구에서 배출구를 향하는 방향으로 곡선형으로 분포하고 있다(도 6 (b)의 화살표 참조).

일반적인 수전해 과정을 보면, 유입구로 투입된 반응물이 반응하여 발생하는 기포는 유입구와 배출구를 수직으로 이어지는 중앙부에서 배출이 활발하고 중앙이 아닌 좌우 양측 영역에서는 작동 유체의 이동 속도가 저하되고 생성된 기포가 손쉽게 제거되지 않는 문제점이 있다. 본 발명은 도 6 (b)에 도시된 것처럼 동심원형 유로를 채택함으로써 각각의 곡선부에서는 동일한 압력 분포를 가지면서 압력구배가 유입구와 배출구를 연결하는 곡선형의 압력구배를 갖게 되는데(압력구배를 나타내는 화살표 모두가 배출구를 향하고 있음), 이러한 압력구배의 결과 생성된 기포가 용이하게 배출되는 효과를 갖는다(반면, 도 6의 (a)의 직선형 유로에서는 압력구배의 화살표가 배출구를 향하지 않아서 이러한 효과가 발휘되지 않음).

도 7는 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조와 일반 사형 유로 구조에서의 작동 전압에 따른 PTL에 존재하는 물의 체적 비율(Water Volume Fraction)을 시뮬레이션한 그림이며, 작동전압에 따른 애노드 PTL 영역에서의 물의 체적비율이며, 유입구에서의 입구유량은 동일하게 100sccm으로 하였다. 여기서 물의 체적 비율은 PTL영역의 부피에서 PTL영역에 존재하는 물의 부피 비율을 의미하는 것으로, 물의 체적비율이 높을수록 산소 체적비율(Oxygen Volume Fraction)이 낮다는 의미이며, 수전해 과정에서의 생성물인 산소 배출이 효과적으로 이루어지는 것을 의미한다.

도 7의 그래프에 나타난 물 체적비율 수치는 애노드 PTL 전체 영역에서 구한 물 체적 비율의 평균값을 의미한다. 도 9를 보면, 일반 사형 유로보다 동심원형 사형 유로에서 더 높은 값의 물 체적 비율을 나타내고 있으며, 특히 작동전압 1.9V에서 동심원형 사형 유로가 0. 56으로 일반 사형 유로의 0.45보다 애노드 PTL에서 24% 높은 물 체적 비율을 보여주고 있으며 그만큼 산소 배출이 원활하다는 것을 의미한다. 수전해 분야에서 사용성이 높은 작동전압이 1.9V 정도이므로 이 범위에서 효과적인 성능을 보여주고 있다.

도 8은 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조와 일반적인 형상의 유로 구조에서의 채널길이를 보여주는 그래프이며, 도 9는 본 발명에 따른 동심원형 사형 유로 구조와 일반적인 형상의 유로 구조에서의 채널간 압력강하를 보여주는 그래프이다.

도 8과 도 9에서 그래프 하단 횡축의 채널번호(Channel Number)는 유로의 입구에서부터 채널이 절곡되는 부위에서 다음 절곡되는 부분까지 순차적으로 채널에 번호를 부여한 것을 의미하는 것이다. 도 6의 그림에서 위에서 아래쪽으로 순차적으로 번호를 부여한 것이며, 도 4를 참조하면 유입구 측에서부터 순차적으로 제1-1 곡선부(10-1), 제1-2 곡선부(10-2), 제1-3 곡선부(10-3)... 제1-n 곡선부(10-n) 등등이 도 10에서의 채널번호 1,2,3,4...28가 되는 것이다.

도 8의 그래프에서 수직축으로 표시된 채널길이(Channel Length)는 각각의 채널번호에 해당하는 유로의 길이를 의미한다. 도 9의 그래프에서 수직축은 채널간 압력강하(Pressure Drop Between Channel)를 의미하는 것으로, 채널번호 (n+1)에 해당하는 수직막대는 채널번호 (n)과 채널번호 (n+1) 사이에서 발생하는 압력강하를 의미한다.

도 8을 참고하여 일반 사형 유로 채널길이(검은색 막대)와 본 발명인 동심원형 사형 유로의 채널길이(붉은색 막대)를 서로 비교해 보면, 일반 사형 유로 대비 동심원형 사형 유로에 형성된 채널은 채널길이가 채널번호가 높은 쪽에서 더 길어지는 것을 알 수 있다.

그리고, 도 9를 참고하여 일반 사형 유로 채널의 압력강하(검은색 막대)와 본 발명인 동심원형 사형 유로의 압력강하(붉은색 막대)를 서로 비교해 보면, 동심원형 사형 유로는 채널번호가 높은쪽(배출구에 더 가까운 쪽)에서 더 큰 채널간의 압력강하가 발생하게 된다. 이것은 동심원형 사형 유로는 채널번호가 높은쪽(배출구에 더 가까운 쪽)에서 더 긴 채널길이를 갖기 때문이다.

일반적으로, 수전해 유로에서는 유입구쪽보다는 배출구에 가까운 쪽에 더 많은 산소가 쌓이기 때문에, 본 발명에서처럼 배출구에 더 가까운 쪽에서 더 큰 채널간의 압력강하가 발생한다는 것은 이 영역에 쌓여지는 산소의 배출이 효율적으로 이루어진다는 의미하여 유리하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

1. 고분자 전해질막 수전해를 위해 애노드쪽 바이폴라 플레이트에 형성되는 유로 구조로서,
   상기 바이폴라 플레이트의 일측면에 형성되어 반응물이 공급되는 유입구;
   상기 바이폴라 플레이트의 일측면에 형성되어 반응물과 생성물이 배출되는 배출구; 및
   상기 유입구와 배출구를 연통하는 채널;을 구비하고,
   상기 채널은, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주에 해당하는 부분에 위치하는 곡선부을 포함하는 것을 특징으로 하는 동심원형 유로 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유입구와 배출구는 서로 마주보는 대향점에 위치하고,
   상기 채널은 상기 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 지름선을 지름으로 하는 외곽원의 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 동심원형 유로 구조.
3. 제2항에 있어서,
   상기 채널은, 상기 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 지름선을 기준으로 한 양측 영역에서 서로 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 동심원형 유로 구조.
4. 제3항에 있어서, 상기 채널은,
   상기 유입구와 배출구를 연통하면서 상기 가상의 지름선의 일측 영역에 위치하는 제1채널; 및
   상기 유입구와 배출구를 연통하면서 상기 가상의 지름선의 타측 영역에 위치하는 제2채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 동심원형 유로 구조.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1채널은, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주에 해당하는 부분에 위치하는 제1-1, 제1-2, 제1-3,... 제1-n 곡선부를 가지고,
   상기 제2채널은, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주에 해당하는 부분에 위치하는 제2-1, 제2-2, 제2-3,... 제2-n 곡선부를 가지는 것을 특징으로 하는 동심원형 유로 구조.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1-1, 제1-2, 제1-3,... 제1-n 곡선부는, 서로 인접한 곡선부끼리 상기 외곽원의 원주 및 상기 가상의 지름선 부분에서 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 동심원형 유로 구조.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제2-1, 제2-2, 제2-3,... 제2-n 곡선부는, 서로 인접한 곡선부끼리 상기 외곽원의 원주 및 상기 가상의 지름선 부분에서 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 동심원형 유로 구조.
8. 제1항에 있어서,
   상기 채널은, 균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 동심원형 유로 구조.
9. 제1항에 있어서,
   상기 반응물은 물이며, 상기 생성물은 산소 기체인 것을 특징으로 하는 동심원형 유로 구조.
10. 고분자 전해질막 수전해를 위한 수전해 스택으로서,
    막전극접합체;
    상기 막전극접합체의 일측에 위치하는 애노드 바이폴라 플레이트;
    상기 막전극접합체의 타측에 위치하는 캐소드 바이폴라 플레이트;
    상기 애노드 바이폴라 플레이트의 내측면에 형성되어 반응물이 공급되는 유입구;
    상기 애노드 바이폴라 플레이트의 내측면에 형성되어 반응물과 생성물이 배출되는 배출구; 및
    상기 유입구와 배출구를 연통하며, 상기 유입구 상의 특정 지점을 중심으로 하는 동심원의 원주에 해당하는 부분에 위치하는 복수 개의 곡선부을 갖는 것을 특징으로 하는 수전해 스택.
11. 제10항에 있어서,
    상기 채널은 상기 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 지름선을 지름으로 하는 외곽원의 내측에 위치하고,
    상기 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 지름선을 기준으로 한 양측 영역에서 서로 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수전해 스택.
    

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