KR20230097258A - 연료전지 장치 - Google Patents

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KR20230097258A
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한국자동차연구원
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Abstract

본 발명은 연료전지 장치에 관한 것으로, 제1구간 및 제1구간과 연결되고, 제1구간과 다른 방향으로 연장되는 제2구간을 구비하여 반응가스의 유동을 안내하는 채널부와, 채널부와 교대로 배치되는 랜드부와, 랜드부와 마주보게 배치되고, 채널부로부터 반응가스를 전달받는 가스확산부 및 채널부에 구비되고, 채널부를 유동하는 반응가스에 압력 구배를 형성하는 배출성능향상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지 장치{FUEL CELL APPARATUS}
본 발명은 연료전지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반응가스의 유로에 압력 구배를 부여하여 반응가스의 공급 성능과 수분 배출 성능을 향상시킬 수 있는 연료전지 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 연속적으로 공급되는 연료의 화학적인 반응으로 전기에너지를 계속적으로 생산해 내는 전력반응수단으로, 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.
연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지(PAFC; phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염형연료전지(MCFC; molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell), 알칼리형 연료전지(AFC; alkaline fuel cell) 및 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 분류될 수 있고, 사용되는 연료의 종류와 함께 작동온도, 출력범위 등에 따라서 이동전원용, 수송용, 분산발전용 등의 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.
연료전지의 이온교환막은 물 함유도에 비례하여 수소이온을 전도하는 특성이 있어 이온전도도를 높이기 위해 가습된 공급 기체를 사용하고 있으며, 연료전지는 수소와 산소의 전기화학적인 반응에 의해 물을 생성한다. 이에 따라 연료전지 내에서 적절한 물 관리가 이루어지지 않으면 물이 반응기체의 통로를 막아 성능이 급격히 하락하는 플러딩(flooding)현상이 일어나게 된다. 따라서 연료전지 내의 물 관리를 적절히 할 수 있는 방안에 대한 연구 및 개발이 필요하다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허등록공보 제10-0599776호(2006.07.05 등록, 발명의 명칭: 연료 전지 시스템 및 그 스택)에 개시되어 있다.
본 발명은 반응가스의 유로에 압력 구배를 부여하여 반응가스의 공급 성능과 수분 배출 성능을 향상시킬 수 있는 연료전지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 연료전지 장치는: 제1구간 및 상기 제1구간과 연결되고, 상기 제1구간과 다른 방향으로 연장되는 제2구간을 구비하여 반응가스의 유동을 안내하는 채널부와; 상기 채널부와 교대로 배치되는 랜드부; 상기 랜드부와 마주보게 배치되고, 상기 채널부로부터 상기 반응가스를 전달받는 가스확산부; 및 상기 채널부에 구비되고, 상기 채널부를 유동하는 상기 반응가스에 압력 구배를 형성하는 배출성능향상부;를 포함한다.
또한, 상기 제1구간과 상기 제2구간은 복수개로 구비되어 상기 채널부의 연장 방향을 따라 번갈아 배치된다.
또한, 어느 하나의 상기 채널부에 구비되는 상기 제1구간 및 상기 제2구간은 각각 이웃하는 상기 채널부에 구비되는 상기 제1구간 및 상기 제2구간과 평행하게 배치된다.
또한, 상기 배출성능향상부는 상기 채널부를 유동하는 상기 반응가스의 일부가 상기 채널부의 연장 방향을 가로지르는 방향으로 흐르도록 유도한다.
또한, 상기 배출성능향상부는 어느 하나의 상기 채널부를 유동하는 상기 반응가스의 흐름을 이웃하는 상기 채널부로 분산시킨다.
또한, 상기 배출성능향상부는, 상기 채널부를 유동하는 상기 반응가스의 압력을 감소시키는 제1배출성능향상부; 및 상기 제1배출성능향상부와 연통되고, 상기 채널부를 유동하는 상기 반응가스의 압력을 상승시키는 제2배출성능향상부;를 포함한다.
또한, 상기 제1배출성능향상부와 상기 제2배출성능향상부는 복수개로 구비되어 상기 채널부의 연장 방향을 따라 번갈아 배치된다.
또한, 상기 제1배출성능향상부와 상기 제2배출성능향상부 중 어느 하나는 상기 제1구간에 구비되고, 상기 제1배출성능향상부와 상기 제2배출성능향상부 중 나머지 하나는 상기 제2구간에 구비된다.
또한, 상기 제1배출성능향상부와 상기 제2배출성능향상부는 상기 채널부의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 상호 교번적으로 배치된다.
또한, 상기 제1배출성능향상부는 어느 하나의 상기 채널부의 상기 제1구간 및 이웃하는 상기 채널부의 상기 제2구간에 형성되고, 상기 제2배출성능향상부는 어느 하나의 상기 채널부의 상기 제2구간 및 이웃하는 상기 채널부의 상기 제1구간에 형성된다.
또한, 상기 제1배출성능향상부의 단면적은 상기 제2배출성능향상부의 단면적보다 크다.
또한, 상기 제1배출성능향상부와 상기 제2배출성능향상부는 상기 가스확산부로부터 멀어질수록 폭이 좁아지게 형성된다.
본 발명에 따른 연료전지 장치는 배출성능향상부에 의해 분리판부의 전체 영역 중, 가스확산부와 맞닿아 반응가스가 쉽게 유동되지 못하는 랜드부가 형성된 영역에서도 반응가스의 유동을 발생시킴에 따라 반응가스와 가스확산부의 접촉면적을 확장시켜 막전극 접합체로의 반응가스의 공급 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 장치는 배출성능향상부가 어느 하나의 채널부를 유동하는 반응가스의 흐름을 가스확산부를 통해 이웃하는 상기 채널부로 분산시킴에 따라 랜드부와 가스확산부의 접촉 영역에 고여있는 수분을 채널부로 원활하게 배출시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 장치는 채널부가 서로 다른 방향으로 연장되는 제1구간 및 제2구간으로 구성됨에 따라 반응가스가 유동되는 유로의 길이를 직선 구조 대비 길게 형성할 수 있어, 가스확산부로의 반응가스 전달 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 장치는 제1배출성능향상부와 제2배출성능향상부가 가스확산부로부터 멀어질수록 폭이 좁아지게 형성되어 분리판부의 프레스 가공 시 금형이 용이하게 분리되도록 유도함에 따라 분리판부의 가공성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 장치의 작동 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지 장치의 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 장치(1)는 막전극 접합체(100), 분리판부(200), 가스확산부(300), 배출성능향상부(400)를 포함한다.
막전극 접합체(MEA, Membrane-Electrode Assembly)(100)는 후술하는 분리판부(200)로부터 공급되는 반응가스(G) 즉, 수소 및 산소의 전기화학적 반응을 유도하여 전기에너지를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극 접합체(100)는 수소 양이온(proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 공기극(cathode)과 연료극(anode)으로 구성되는 촉매층을 포함할 수 있다.
분리판부(200)는 막전극 접합체(100)와 마주보게 배치되고, 막전극 접합체(100)와 후술하는 가스확산부(300)를 구조적으로 지지한다. 분리판부(200)는 내부에 수소, 산소 등의 반응가스(G)가 유동될 수 있는 경로를 마련하여 후술하는 가스확산부(300)로 반응가스(G)를 공급한다. 또한, 분리판부(200)는 막전극 접합체(100)에서의 전기화학적 반응에 의해 발생된 수분(W)을 외부로 배출한다. 분리판부(200)는 한 쌍으로 구비되며, 한 쌍의 분리판부(200)는 막전극 접합체(100)의 양면 즉, 막전극 접합체(100)의 공기극 및 연료극과 각각 마주보게 배치된다. 분리판부(200)는 충분한 강성을 확보함과 동시에 내부식성 성능을 갖도록 스테인레스강(stainless steel), 알루미늄합금강(aluminum alloy steel), 니켈합금강(nickel alloy steel) 등의 재질로 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부(200)는 채널부(210), 랜드부(220)를 포함한다.
채널부(210)는 분리판부(200)의 외관 일부를 형성하며, 반응가스(G)의 유동을 안내한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 채널부(210)는 막전극 접합체(100)로부터 멀어지는 방향으로 오목하게 함몰 형성된다. 채널부(210)는 길이 방향이 도 2를 기준으로 X축 방향을 따라 연장된다. 채널부(210)는 분리판부(200)의 내부로 공급된 반응가스(G) 및 막전극 접합체(100)로부터 배출되는 수분(W)의 유동을 X축 방향으로 안내한다. 채널부(210)는 막전극 접합체(100)와 마주보는 면이 개구되어 있도록 형성된다. 이에 따라 채널부(210)는 내부를 유동하는 반응가스(G)를 막전극 접합체(100)로 공급할 수 있다. 채널부(210)의 단면 형상은 후술하는 배출성능향상부(400)에 의해 결정된다. 채널부(210)는 복수개로 구비될 수 있다. 복수개의 채널부(210)는 도 2를 기준으로 Y축 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치된다. 복수개의 채널부(210)의 개수 및 이격되는 간격은 분리판부(200)의 크기 등에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 채널부(210)는 제1구간(211), 제2구간(212)을 포함한다.
제1구간(211)과 제2구간(212)은 채널부(210)를 이루는 단위 유로로서, 반응가스의 전달 방향 즉, X축 방향을 따라 상호 연결된다. 제1구간(211)과 제2구간(212)은 서로 다른 방향으로 연장된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 제1구간(211)과 제2구간(212)은 X축을 기준으로 서로 다른 방향(상방 및 하방)으로 소정 각도 경사지게 배치된다. 제1구간(211)과 제2구간(212)은 복수개로 구비되어 채널부(210)의 연장 방향을 따라 번갈아 배치된다. 이 경우, 채널부(210)는 대략 지그재그 형태로 연장되는 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 채널부(210)는 반응가스가 유동되는 유로의 길이를 직선 구조 대비 길게 형성할 수 있어, 가스확산부(300)로의 반응가스 전달 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 어느 하나의 채널부(210)에 구비되는 제1구간(211) 및 제2구간(212)은 각각 이웃하는 채널부(210)에 구비되는 제1구간(211) 및 제2구간(212)과 평행하게 배치된다.
랜드부(220)는 분리판부(200)의 나머지 외관을 형성하며, 후술하는 가스확산부(300)를 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 랜드부(220)는 대략 평판 형상을 갖도록 형성되고, 이웃하는 한 쌍의 채널부(210)의 사이에 배치된다. 랜드부(220)는 양단이 이웃하는 한 쌍의 채널부(210)의 마주보는 단부에 각각 연결된다. 랜드부(220)는 복수개로 구비될 수 있다. 도 2를 기준으로, 복수개의 랜드부(220)는 복수개의 채널부(210)와 Y축 방향을 따라 교대로 배치된다.
가스확산부(300)는 막전극 접합체(100) 및 분리판부(200)의 사이에 구비된다. 가스확산부(300)는 양면이 각각 막전극 접합체(100) 및 분리판부(200)와 마주보게 배치된다. 가스확산부(300)는 채널부(210)로부터 반응가스(G)를 전달받고, 전달받은 반응가스(G)를 막전극 접합체(100)의 촉매층으로 확산시킨다. 또한, 가스확산부(300)는 막전극 접합체(100)로부터 발생되는 수분(W)을 채널부(210)로 배출시킨다. 즉, 가스확산부(300)는 막전극 접합체(100)와 분리판부(200)의 사이에서 반응가스(G)와 수분(W)이 이동되는 통로로서의 기능을 수행한다. 가스확산부(300)는 분리판부(200)에 구비되는 랜드부(220)에 접촉되어 지지된다. 가스확산부(300)는 한 쌍으로 구비되어 한 쌍의 분리판부(200)와 각각 마주보게 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스확산부(300)는 화이버(fiber) 형태의 탄소 섬유 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene) 계열의 소수성 바인더로 구성되는 기재와, 아세틸렌 블랙 카본(Acetylene Black Carbon), 블랙 펄 카본(Black Pearls Carbon) 등의 탄소 분말과 폴리테트라플루오로에틸렌 계열의 소수성 물질(Hydrophobic Agent)을 혼합하여 제조된 후, 기재의 일면에 도포되는 미세기공층을 포함할 수 있다. 기재와 미세기공층은 소정값의 기공률을 갖는 다공성의 구조로 형성된다. 미세기공층의 기공률은 기재의 기공률보다 작게 형성될 수 있다.
배출성능향상부(400)는 채널부(210)에 구비되고, 채널부(210)를 유동하는 반응가스(G)에 압력 구배를 형성하여 막전극 접합체(100)로의 반응가스(G)의 공급 성능 및 막전극 접합체(100)로부터 발생된 수분(W)의 배출 성능을 향상시킨다. 보다 구체적으로, 배출성능향상부(400)는 이웃하는 채널부(210)를 유동하는 반응가스(G)에 압력차를 발생시킴에 따라 채널부(210)를 연장방향 즉, X축의 방향으로 유동하는 반응가스(G)의 일부가 채널부(210)의 연장 방향을 가로지르는 방향 즉, Y축의 방향으로 흐르도록 유도한다.
배출성능향상부(400)는 어느 하나의 채널부(210)를 유동하는 반응가스(G)의 흐름을 가스확산부(300)를 통해 이웃하는 채널부(210)로 분산시킨다. 이에 따라 배출성능향상부(400)는 분리판부(200)의 전체 영역 중, 가스확산부(300)와 맞닿아 반응가스(G)가 쉽게 유동되지 못하는 랜드부(220)가 형성된 영역에서도 반응가스(G)의 유동을 발생시킴에 따라 반응가스(G)와 가스확산부(300)의 접촉면적을 확장시킬 수 있다. 또한, 배출성능향상부(400)는 이러한 Y축 방향으로의 반응가스(G)의 유동력에 의해 랜드부(220)와 접촉된 가스확산부(300)에 고여있는 수분(W)을 채널부(210)로 배출시킬 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배출성능향상부(400)는 제1배출성능향상부(410), 제2배출성능향상부(420)를 포함한다.
제1배출성능향상부(410)는 채널부(210)의 내부에 구비되고, 채널부(210)를 유동하는 반응가스(G)의 압력을 감소시킨다. 제2배출성능향상부(420)는 채널부(210)의 내부에서 제1배출성능향상부(410)와 연통되고, 채널부(210)를 유동하는 반응가스(G)의 압력을 상승시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1배출성능향상부(410)와 제2배출성능향상부(420)는 채널부(210)와 랜드부(220)를 구획하는 채널부(210)의 양측 내벽으로 예시될 수 있다. 제1배출성능향상부(410)와 제2배출성능향상부(420)는 X축 방향에 수직한 채널부(210)의 단면적을 결정한다. 제1배출성능향상부(410)의 단면적은 제2배출성능향상부(420)의 단면적보다 크게 형성된다. 제1배출성능향상부(410)와 제2배출성능향상부(420)는 복수개로 구비되고, 채널부(210)의 연장 방향을 따라 상호 교번적으로 배치된다. 보다 구체적으로, 어느 하나의 채널부(210)에 대해, 제1배출성능향상부(410)와 제2배출성능향상부(420) 중 어느 하나는 제1구간(211)에 구비되고, 제1배출성능향상부(410)와 제2배출성능향상부(420) 중 나머지 하나는 제2구간(212)에 구비될 수 있다. 이에 따라, 어느 하나의 채널부(210)는 내부의 단면적이 채널부(210)의 연장 방향을 따라 교대로 증가 및 감소하는 형태로 형성된다.
제1배출성능향상부(410)와 제2배출성능향상부(420)는 복수개의 채널부(210)에 개별적으로 구비된다. 이웃하는 채널부(210)에 구비되는 제1배출성능향상부(410)와 제2배출성능향상부(420)는 채널부(210)의 연장 방향을 가로지르는 방향 즉, Y축 방향을 따라 상호 교번적으로 배치된다. 보다 구체적으로, 이웃하게 배치되는 한 쌍의 채널부(210)에 대해, 제1배출성능향상부(410)는 어느 하나의 채널부(210)의 제1구간(211) 및 이웃하는 채널부(210)의 제2구간(212)에 형성되고, 제2배출성능향상부(420)는 어느 하나의 채널부(210)의 제2구간(212) 및 이웃하는 채널부(210)의 제1구간(211)에 형성된다. 이에 따라 복수개의 채널부(210)는 Y축 방향과 나란한 방향으로 단면적이 교대로 증가 및 감소하는 형태로 형성된다.
제1배출성능향상부(410)와 제2배출성능향상부(420)는 가스확산부(300)로부터 멀어질수록 폭이 좁아지게 형성된다. 보다 구체적으로, 제1배출성능향상부(410)와 제2배출성능향상부(420)는 가스확산부(300)와 마주보는 측의 폭이 채널부(210)의 바닥면과 마주보는 측의 폭보다 큰 사다리꼴의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라 제1배출성능향상부(410)와 제2배출성능향상부(420)는 분리판부(200)의 프레스 가공 시 Z축의 방향으로 금형이 용이하게 분리되도록 유도하여 분리판부(200)의 가공성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 장치(1)의 작동 과정을 상세하게 설명하도록 한다.
도 5, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 장치의 작동 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 분리판부(200)로 공급된 반응가스(G)는 채널부(210)의 내부에서 제1구간(211)과 제2구간(212)을 교대로 통과하며 유동된다.
서로 다른 단면적을 갖는 제1배출성능향상부(410)와 제2배출성능향상부(420)가 이웃하는 채널부(210)에서 Y축 방향과 나란한 방향으로 상호 교번적으로 배치됨에 따라, 복수개의 채널부(210)를 유동하는 반응가스(G)에는 Y축 방향과 나란한 방향으로 압력 구배가 형성된다.
보다 구체적으로, 이웃하는 한 쌍의 채널부(210)에서 상대적으로 넓은 단면적을 갖도록 형성되는 제1배출성능향상부(410)가 형성된 제1구간(211)을 유동하는 반응가스(G)의 압력은 상대적으로 좁은 단면적을 갖도록 형성되는 제2배출성능향상부(420)가 형성된 제1구간(211)의 내부를 유동하는 반응가스(G)의 압력보다 작게 형성된다.
이러한 압력차에 의해 이웃하는 채널부(210) 중 제2배출성능향상부(420)가 형성된 제1구간(211)의 내부를 유동하는 반응가스(G)에는 제1배출성능향상부(410)가 형성된 제1구간(211)으로 유동되려는 유동력이 발생된다.
이에 따라 어느 하나의 제1구간(211)의 길이 방향을 따라 유동하는 반응가스(G)의 일부는 Y축의 방향으로 유동되고, 가스확산부(300)를 통해 이웃하는 제1구간(211)으로 분산된다.
한편, 제2배출성능향상부(420)가 형성된 제1구간(211)에서 제1배출성능향상부(410)가 형성된 제1구간(211)으로 분산된 반응가스(G)는 이후, 해당 제1구간(211)과 연결된 제2구간(212)에 제2배출성능향상부(420)가 형성되어 단면적이 축소됨에 따라, 유속이 증가되어 제2구간(212)으로 원활하게 유입될 수 있다.
마찬가지로, 이웃하는 한 쌍의 채널부(210) 중 어느 하나의 제1구간(211)의 길이 방향을 따라 유동하는 반응가스(G)의 일부는 Y축의 방향으로 유동되고, 가스확산부(300)를 통해 이웃하는 제2구간(212)으로 분산된다.
이와 같이 Y축 방향으로 반응가스(G)가 유동됨에 따라, 반응가스(G)는 Z축 방향에 수직한 가스확산부(300)의 면적 전체에 걸쳐 가스확산부(300)와 접촉되며 막전극 접합체(100)로의 가스 공급 효율을 증가시킨다.
또한, Y축 방향으로 유동되는 반응가스(G)의 유동력에 의해 랜드부(220)와 접촉된 가스확산부(300)의 영역에 고여있는 수분(W)은 채널부(210)로 배출된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 연료전지 장치 100 : 막전극 접합체
200 : 분리판부 210 : 채널부
211 : 제1구간 212 : 제2구간
220 : 랜드부 300 : 가스확산부
400 : 배출성능향상부 410 : 제1배출성능향상부
420 : 제2배출성능향상부 G : 반응가스
W : 수분

Claims (12)

  1. 제1구간 및 상기 제1구간과 연결되고, 상기 제1구간과 다른 방향으로 연장되는 제2구간을 구비하여 반응가스의 유동을 안내하는 채널부;
    상기 채널부와 교대로 배치되는 랜드부;
    상기 랜드부와 마주보게 배치되고, 상기 채널부로부터 상기 반응가스를 전달받는 가스확산부; 및
    상기 채널부에 구비되고, 상기 채널부를 유동하는 상기 반응가스에 압력 구배를 형성하는 배출성능향상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1구간과 상기 제2구간은 복수개로 구비되어 상기 채널부의 연장 방향을 따라 번갈아 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    어느 하나의 상기 채널부에 구비되는 상기 제1구간 및 상기 제2구간은 각각 이웃하는 상기 채널부에 구비되는 상기 제1구간 및 상기 제2구간과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배출성능향상부는 상기 채널부를 유동하는 상기 반응가스의 일부가 상기 채널부의 연장 방향을 가로지르는 방향으로 흐르도록 유도하는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 배출성능향상부는 어느 하나의 상기 채널부를 유동하는 상기 반응가스의 흐름을 이웃하는 상기 채널부로 분산시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 배출성능향상부는,
    상기 채널부를 유동하는 상기 반응가스의 압력을 감소시키는 제1배출성능향상부; 및
    상기 제1배출성능향상부와 연통되고, 상기 채널부를 유동하는 상기 반응가스의 압력을 상승시키는 제2배출성능향상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1배출성능향상부와 상기 제2배출성능향상부는 복수개로 구비되어 상기 채널부의 연장 방향을 따라 번갈아 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1배출성능향상부와 상기 제2배출성능향상부 중 어느 하나는 상기 제1구간에 구비되고, 상기 제1배출성능향상부와 상기 제2배출성능향상부 중 나머지 하나는 상기 제2구간에 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제1배출성능향상부와 상기 제2배출성능향상부는 상기 채널부의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 상호 교번적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1배출성능향상부는 어느 하나의 상기 채널부의 상기 제1구간 및 이웃하는 상기 채널부의 상기 제2구간에 형성되고,
    상기 제2배출성능향상부는 어느 하나의 상기 채널부의 상기 제2구간 및 이웃하는 상기 채널부의 상기 제1구간에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 제1배출성능향상부의 단면적은 상기 제2배출성능향상부의 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1배출성능향상부와 상기 제2배출성능향상부는 상기 가스확산부로부터 멀어질수록 폭이 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
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