KR20240003986A - 연료전지용 판형 매니폴드, 연료전지 모듈, 연료전지 모듈의 제조 방법 - Google Patents

연료전지용 판형 매니폴드, 연료전지 모듈, 연료전지 모듈의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 연료전지용 판형 매니폴드는 복수의 공급 유로와 배출 유로가 형성되며 판 형태로 이루어진 바디판과 상기 바디판에 결합된 커버판을 포함하며, 상기 바디판에는 상기 공급 유로와 연결된 복수의 공급홀과 상기 배출 유로와 연결된 복수의 배출홀이 형성되고, 상기 커버판에는 상기 공급홀 또는 상기 배출홀과 마주하는 복수의 개구가 형성되되, 상기 개구에는 상기 개구를 밀폐하는 캡부재가 결합될 수 있다.

Description

연료전지용 판형 매니폴드, 연료전지 모듈, 연료전지 모듈의 제조 방법 {PLATE TYPE MANIFOLD FOR FUEL CELL AND FUEL CELL SYSTEM, FABRICATING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 복수의 연료전지스택에 연료 및 산화제를 공급하는 연료전지용 판형 매니폴드, 이를 포함하는 연료전지 모듈, 연료전지 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
연료전지의 종류에는 600
Figure pat00001
이상의 고온에서 작동하는 용융 탄산염형 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cells) 및 고체 산화물형 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cells)와 200
Figure pat00002
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 연료전지와 달리 메탄올을 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cells) 등이 있다.
고체 산화물 연료전지(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 산업적으로 응용하기에는 부족하다. 이에 연료전지는 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 연료전지에서 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.
종래에는 각각의 연료전지에 연료 및 산화제를 공급하는 장치들이 설치되어 각각의 연료전지가 제어되었다. 그러나 각각의 연료전지에 개별적으로 연료 및 산화제를 공급하면 제어 구조가 복잡해지고, 제작비용이 증가하는 문제가 있다. 또한, 콤팩트한 구조로 복수의 연료전지 스택에 균일한 양의 연료 및 산화제를 공급할 수 있는 매니폴드의 개발이 필요하다.
(특허문헌 0001) 한국공개특허 제2020-0117958호
본 발명은 하나의 판형 매니폴드를 이용하여 복수의 연료전지스택에 균일하게 연료 및 산화제를 공급할 수 있는 판형 매니폴드 및 연료전지 모듈을 제공한다. 또한, 본원 발명은 제작이 용이하고 밀봉 성능이 우수한 판형 매니폴드 및 연료전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 연료전지용 판형 매니폴드는 복수의 공급 유로와 배출 유로가 형성되며 판 형태로 이루어진 바디판과 상기 바디판에 결합된 커버판을 포함하며, 상기 바디판에는 상기 공급 유로와 연결된 복수의 공급홀과 상기 배출 유로와 연결된 복수의 배출홀이 형성되고, 상기 커버판에는 상기 공급홀 또는 상기 배출홀과 마주하는 복수의 개구가 형성되되, 상기 개구에는 상기 개구를 밀폐하는 캡부재가 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 공급홀 및 상기 배출홀의 내측에는 상기 연료전지스택에 형성된 배관과 결합된 이너 용접부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 공급 유로들과 상기 배출 유로들은 상기 바디판의 길이방향으로 이어지고, 상기 바디판의 폭방향으로 이격될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 공급 유로들은 메인 유로와 상기 메인 유로에서 돌출되며 상기 공급홀과 연결된 복수의 분기 유로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 메인 유로는 만곡된 복수의 만곡부를 포함하고, 상기 만곡부는 상기 메인 유로에서 상기 분기 유로와 연결된 부분들을 서로 연결하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 하나의 상기 메인 유로에서 상기 만곡부들은 동일한 방향으로 만곡될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 메인 유로와 상기 분기 유로 사이에는 상기 메인 유로의 내측으로 돌출되어 유량을 분배하는 가이드 벽이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 바디판에는 복수의 상면홈이 형성되고, 상기 상면홈은 상기 공급 유로와 배출 유로들 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 모듈은 애노드 전극과 캐소드 전극과 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극에 연료 및 산화제를 공급하고 배출하는 배관을 구비하는 복수의 연료전지스택, 및 상기 배관과 연결되어 복수의 상기 연료전지스택들에 연료 및 산화제를 공급하고 배출하는 판형 매니폴드를 포함하고, 상기 판형 매니폴드는, 복수의 공급 유로와 배출 유로가 형성되며 판 형태로 이루어진 바디판과 상기 바디판에 결합된 커버판을 포함하며, 상기 바디판에는 상기 배관이 삽입되는 복수의 공급홀과 배출홀이 형성되고, 상기 커버판에는 상기 공급홀 또는 상기 배출홀과 마주하는 복수의 개구가 형성되며, 상기 개구에는 상기 개구를 밀폐하는 캡부재가 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 공급홀 및 상기 배출홀의 내측단에는 상기 배관과 결합된 이너 용접부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 공급 유로들과 상기 배출 유로들은 상기 커버판의 길이방향으로 이어지고, 상기 커버판의 폭방향으로 이격되며,
상기 공급 유로들은 메인 유로와 상기 메인 유로에서 돌출되며 상기 공급홀과 연결된 분기유로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 메인 유로는 만곡된 복수의 만곡부를 포함하고, 상기 곡면부는 상기 메인 유로에서 상기 분기유로와 연결된 부분들을 연결하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 하나의 상기 메인 유로에서 상기 만곡부는 동일한 방향으로 만곡될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 메인 유로와 상기 분기 유로 사이에는 상기 메인 유로의 내측으로 돌출되어 유량을 분배하는 가이드 벽이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 모듈의 제조 방법은, 복수의 공급 유로, 배출 유로, 상기 공급 유로와 연결된 유입홀, 및 상기 배출 유로와 연결된 배출홀이 형성된 바디판과 상기 공급홀 또는 상기 배출홀과 마주하는 복수의 개구가 형성된 커버판을 접합하여 판형 매니폴드를 형성하는 접합 단계, 상기 유입홀과 상기 배출홀에 상기 연료전지스택의 배관을 삽입하고, 상기 개구를 통해서 용접봉을 삽입하여 상기 공급홀 및 상기 배출홀에 상기 배관을 용접하는 배관 용접 단계, 및 캡부재를 이용하여 상기 개구를 밀폐하는 밀폐 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 접합 단계는 브레이징 방식으로 상기 바디판과 상기 커버판을 접합할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 접합 단계는 메인 유로와 상기 메인 유로에서 돌출되며 상기 공급홀과 연결된 분기유로를 포함하는 상기 바디판을 상기 커버판에 접합할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 접합 단계는 상기 메인 유로에 동일한 방향으로 만곡된 복수의 만곡부가 형성된 상기 바디판을 상기 커버판에 접합할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 접합 단계는 상기 메인 유로와 상기 분기 유로 사이에 상기 메인 유로의 내측으로 돌출되어 유량을 분배하는 가이드 벽이 형성된 상기 바디판을 상기 커버판에 접합할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따르면, 판 형상으로 이루어진 바디판과 커버판 사이에 제1 공급유로, 제2 공급유로, 제1 배출유로, 제2 배출유로가 형성되므로 매니폴드가 컴팩트화될 뿐만 아니라 복수의 연료전지에 균일하게 연료 및 산화제를 공급할 수 있다. 또한, 연료전지에 균일하게 연료 및 산화제가 공급되면, 연료전지의 성능이 향상될 뿐만 아니라 내구성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 판형 매니폴드를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바디판을 도시한 저면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바디판의 일부를 확대하여 본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바디판에 배관을 접하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 판형 매니폴드에 캡부재를 설치하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 바디판을 아래에서 본 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 바디판을 위에서 본 사시도이다.
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 연료전지 모듈에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 모듈을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 판형 매니폴드를 도시한 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바디판을 도시한 저면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바디판의 일부를 확대하여 본 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 연료전지 모듈(101)은 복수의 연료전지스택(110)과 연료전지스택(110)에 연료 및 산화제를 공급하는 판형 매니폴드(120)를 포함할 수 있다.
연료전지스택(110)는 애노드 전극, 캐소드 전극, 및 분리판을 포함하는 고온형 연료전지로 이루어진다. 특히, 본 실시예에 따른 연료전지스택(110)는 고체 산화물형 연료전지로 이루어질 수 있다.
연료전지스택(110)는 복수의 단위전지들이 적층된 스택 형태로 이루어지며, 단위전지는 애노드 전극, 캐소드 전극, 분리판을 포함할 수 있다. 또한, 연료전지스택(110)의 제일 외측에는 엔드 플레이트가 설치될 수 있다.
연료전지스택(110)의 애노드 전극에는 연료가 공급되며, 캐소드 전극에는 산화제가 공급되는데, 연료는 수소가스 또는 메탄가스로 이루어지고, 산화제는 공기 또는 산소로 이루어질 수 있다. 이러한 연료전지스택(110)들은 지면에 평행한 측방향으로 복수개가 일렬로 배치될 수 있다.
연료전지스택(110)은 연료 및 산화제를 공급하고 배출하는 배관(115)을 포함하며, 배관(115)은 연료전지스택(110)의 하부에서 판형 매니폴드(120)를 향하여 돌출될 수 있다.
판형 매니폴드(120)는 복수의 연료전지스택(110)에 연료 및 산화제를 공급하고, 연료전지스택(110)에서 반응 후에 배출되는 애노드 오프가스와 캐소드 오프가스를 배출한다.
판형 매니폴드(120)는 복수의 유로가 형성된 바디판(130)과 바디판(130)에 결합된 커버판(140)을 포함할 수 있다. 바디판(130)에는 홈으로 이루어진 복수의 유로가 형성되며, 커버판(140)은 바디판(130)에 결합되어 유체의 누설을 방지한다. 바디판(130)과 커버판(140)은 직사각형의 판 형상으로 이루어질 수 있으며, 바디판(130)은 커버판(140)보다 더 큰 두께를 갖는다.
또한, 바디판(130)에는 복수의 공급 유로(SC1)와 배출 유로(DC1)가 형성되며, 공급 유로(SC1)는 바디판(130)의 상면에 형성된 복수의 공급홀(131a, 135a)과 연결되고, 배출 유로(DC1)는 바디판(130)의 상면에 형성된 복수의 배출홀(132a, 136a)과 연결될 수 있다. 공급 유로(SC1)들과 배출 유로(DC1)들은 바디판(130)의 길이방향으로 이어지고, 바디판(130)의 폭방향으로 이격될 수 있다.
공급홀(131a, 135a) 및 배출홀(132a, 136a)에는 배관(115)이 삽입되며, 배관(115)은 공급홀(131a, 135a) 또는 배출홀(132a, 136a)에 삽입된 상태에서 용접되어 공급홀(131a, 135a) 및 배출홀(132a, 136a)의 내측에는 배관(115)과 결합된 이너 용접부(WP1)가 형성될 수 있다. 이너 용접부(WP1)는 공급홀(131a, 135a) 및 배출홀(132a, 136a)의 내측단에 형성될 수 있다. 이와 같이 이너 용접부(WP1)가 형성되면 배관(115)과 공급홀(131a, 135a) 또는 배출홀(132a, 136a)의 결합력이 향상되고 안정적으로 밀폐될 수 있다.
공급 유로(SC1)는 연료를 연료전지스택(110)에 공급하는 제1 공급유로(135)와 산화제를 연료전지스택(110)에 공급하는 제2 공급유로(131)를 포함할 수 있다. 또한, 배출 유로(DC1)는 애노드 오프가스를 배출시키는 제1 배출유로(136)와 캐소드 오프가스를 배출시키는 제2 배출유로(132)를 포함할 수 있다.
바디판(102)에는 연료가 공급되며 제1 공급유로(135)와 연결된 제1 입구(161), 산화제가 공급되며 제2 공급유로(131)와 연결된 제2 입구(163), 애노드 오프가스가 배출되며 제1 배출유로(136)와 연결된 제1 출구(162), 캐소드 오프가스가 배출되며 제2 배출유로(132)와 연결된 제2 출구(164)가 형성된다. 제1 입구(161)와 제1 출구(162)는 동일한 제1 측면에 형성되고, 제2 입구(163)와 제2 출구(164)는 제1 측면과 반대방향을 향하는 제2 측면에 형성될 수 있다.
판형 매니폴드(120)는 4개의 연료전지스택(110)에 동시에 연료 및 산화제를 균일한 유량으로 공급하는 구조로 이루어진다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 판형 매니폴드(120)는 4개 이상의 연료전지스택(110)에 연료 및 산화제를 공급하는 구조로 이루어질 수도 있다.
제1 공급유로(135)는 제2 공급유로(131)와 제1 배출유로(136) 사이에 위치하며, 제2 공급유로(131)는 바디판(130)의 폭방향 제일 외측에 위치한다. 제1 배출유로(136)는 제1 공급유로(135)와 제2 배출유로(132) 사이에 위치하며, 제2 배출유로(132)는 바디판(130)의 폭방향 제일 외측에 위치한다. 제2 공급유로(131)와 제2 배출유로(132)는 제1 공급유로(135)와 제1 배출유로(136)를 사이에 두고 이격 배치된다.
공급 유로(SC1)는 메인 유로(mc1)와 메인 유로(mc1)에서 돌출되며 공급홀(131a, 135a)과 연결된 분기 유로(br1)를 포함할 수 있다. 하나의 메인 유로(mc1)에는 4개의 분기 유로(br1)가 연결될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 배출 유로(DC1)도 공급 유로와 유사하게 형성되므로 중복 설명은 생략한다.
또한 메인 유로(mc1)는 만곡된 복수의 만곡부(CL1)를 포함하고, 만곡부(CL1)는 메인 유로(mc1)와 분기 유로(br1)가 연결된 부분들을 서로 연결하도록 형성될 수 있다. 또한, 만곡부(CL1)는 메인 유로(mc1)의 길이방향 단부와 메인 유로(mc1)와 분기 유로(br1)가 연결된 부분을 연결할 수도 있다.
하나의 메인 유로(mc1)에서 만곡부(CL1)들은 동일한 방향으로 볼록하게 만곡될 수 있다. 한편, 공급 유로(SC1)와 배출 유로(DC1)에 형성된 만곡부(CL1)들은 바디판(130)의 폭방향을 기준으로 외측으로 볼록하게 만곡될 수 있다.
또한, 메인 유로(mc1)와 분기 유로(br1) 사이에는 메인 유로(mc1)의 내측으로 돌출되어 유량을 분배하는 가이드 벽(gd1)이 형성될 수 있다. 가이드 벽(gd1)은 메인 유로(mc1)의 길이방향에 대하여 경사진 방향으로 이어질 수 있으며, 분기 유로(br1)의 길이방향으로 이어져 유량을 분배할 수 있다.
본 실시예와 같이 메인 유로(mc1)에 복수의 만곡부(CL1)와 가이드 벽(gd1)이 형성되면, 각각의 공급홀(131a, 135a)에 균일한 양의 연료 또는 산화제를 공급할 수 있다.
커버판(140)은 바디판(130)에 결합되어 공급 유로(SC1)와 배출 유로(DC1)를 형성하며, 바디판(130)에 접합된다. 커버판(140)에는 공급홀(131a, 135a) 또는 배출홀(132a, 136a)과 마주하는 복수의 개구(141)가 형성되며, 개구(141)에는 개구(141)를 밀폐하는 캡부재(142)가 결합될 수 있다.
캡부재(142)는 원판 형태로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 사각판 등으로 이루어질 수 있다. 캡부재(142)는 개구(141)에 삽입된 상태에서 용접으로 커버판(140)에 고정될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 판형 매니폴드(120)를 이용하여 콤팩트한 구조로 연료 및 산화제를 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 연료와 산화제를 균일하게 공급할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 모듈의 제조 방법에 대해서 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바디판에 배관을 접하는 과정을 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 판형 매니폴드에 캡부재를 설치하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면, 연료전지 모듈의 제조 방법은 접합 단계(S101), 배관 용접 단계(S102), 밀폐 단계(S103)를 포함할 수 있다.
접합 단계(S101)는 바디판(130)과 커버판(140)을 접합하여 공급 유로(SC1)와 배출 유로(DC1)를 형성한다. 접합 단계(S101)는 바디판(130)과 커버판(140)을 브레이징(blazing) 방식으로 접합할 수 있다.
또한, 접합 단계(S101)는 메인 유로(mc1)와 메인 유로(mc1)에서 돌출되며 공급홀(131a, 135a)과 연결된 분기 유로(br1)를 포함하는 바디판(130)과 커버판(140) 접합할 수 있다. 또한, 접합 단계(S101)는 메인 유로(mc1)에 동일한 방향으로 만곡된 복수의 만곡부(CL1)가 형성된 바디판(130)을 커버판(140)에 접합할 수 있다. 또한, 접합 단계(S101)는 메인 유로(mc1)와 분기 유로(br1) 사이에 메인 유로(mc1)의 내측으로 돌출되어 유량을 분배하는 가이드 벽(gd1)이 형성된 바디판(130)을 커버판(140)에 접합할 수 있다.
배관 용접 단계(S102)는 공급홀(131a, 135a)과 배출홀(132a, 136a)에 연료전지스택(110)의 배관(115)을 삽입하고, 개구(141)를 통해서 용접봉(210)을 삽입하여 공급홀(131a, 135a) 및 배출홀(132a, 136a)에 배관(115)을 용접하여, 배관(115)을 공급홀(131a, 135a) 또는 배출홀(132a, 136a) 내부에 고정한다. 배관 용접 단계(S102)는 배관(115)을 공급홀(131a, 135a) 또는 배출홀(132a, 136a)에 삽입한 상태에서 공급홀(131a, 135a) 또는 배출홀(132a, 136a)의 내측단에 배관(115)을 용접하여 이너 용접부(WP1)를 형성한다.
밀폐 단계(S103)는 캡부재(142)를 이용하여 개구(141)를 밀폐하는데, 판 형상으로 이루어진 캡부재(142)를 개구(141)에 삽입한 상태에서 캡부재(142)를 개구(141)에 용접하여 아우터 용접부(WP2)를 형성하고 개구(141)를 밀폐한다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 콤팩트한 판형 매니폴드를 갖는 연료전지 모듈을 용이하게 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 모듈에 대해서 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연료전지 모듈(102)은 복수의 연료전지스택(110)과 연료전지스택(110)에 연료 및 산화제를 공급하는 판형 매니폴드(120)를 포함할 수 있다.
연료전지스택(110)은 연료 및 산화제를 공급하고 배출하는 배관(116, 117)을 포함하며, 2개의 배관(116)은 연료전지스택(110)의 하부에서 판형 매니폴드(120)를 향하여 이어지고, 2개의 배관(117)은 연료전지스택(110)의 측면에서 돌출된 후에 굽어져 판형 매니폴드(120)를 향하여 이어진다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지 모듈에 대해서 설명한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 바디판을 아래에서 본 사시도이며, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 바디판을 위에서 본 사시도이다.
도 9 및 도 10을 참조하여 설명하면, 판형 매니폴드(120)는 복수의 유로가 형성된 바디판(130)과 바디판(130)에 결합된 커버판(140)을 포함할 수 있다. 바디판(130)에는 홈으로 이루어진 복수의 유로가 형성되며, 커버판(140)은 바디판(130)에 결합되어 유체의 누설을 방지한다.
바디판(130)의 상부에는 복수의 상면홈(138)이 형성되고, 상면홈(138)은 공급 유로(SC1)와 배출 유로(DC1)들 사이에 위치할 수 있다. 또한, 바디판(130)에는 모서리가 잘려져 형성된 복수의 노치부(139)가 형성될 수도 있다. 본 실시예와 같이 상면홈(138)과 노치부(139)가 형성되면 판형 매니폴드(120)의 무게가 감소될 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.
101, 102: 연료전지 모듈 110: 연료전지스택
115, 116, 117: 배관 120: 판형 매니폴드
130: 바디판 131: 제2 공급유로
132: 제2 배출유로 135: 제1 공급유로
136: 제1 배출유로 138: 상면홈
139: 노치부 131a, 135a: 공급홀
132a, 136a: 배출홀 140: 커버판
161: 제1 입구 162: 제1 출구
163: 제2 입구 164: 제2 출구

Claims (19)

  1. 복수의 연료전지스택에 연료 및 산화제를 공급하고 배출하는 연료전지용 판형 매니폴드에 있어서,
    복수의 공급 유로와 배출 유로가 형성되며 판 형태로 이루어진 바디판과 상기 바디판에 결합된 커버판을 포함하며,
    상기 바디판에는 상기 공급 유로와 연결된 복수의 공급홀과 상기 배출 유로와 연결된 복수의 배출홀이 형성되고,
    상기 커버판에는 상기 공급홀 또는 상기 배출홀과 마주하는 복수의 개구가 형성되되, 상기 개구에는 상기 개구를 밀폐하는 캡부재가 결합된 것을 특징으로 하는 연료전지용 판형 매니폴드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급홀 및 상기 배출홀의 내측에는 상기 연료전지스택에 형성된 배관과 결합된 이너 용접부가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 판형 매니폴드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공급 유로들과 상기 배출 유로들은 상기 바디판의 길이방향으로 이어지고, 상기 바디판의 폭방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 연료전지용 판형 매니폴드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공급 유로들은 메인 유로와 상기 메인 유로에서 돌출되며 상기 공급홀과 연결된 복수의 분기 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 판형 매니폴드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 메인 유로는 만곡된 복수의 만곡부를 포함하고, 상기 만곡부는 상기 메인 유로에서 상기 분기 유로와 연결된 부분들을 서로 연결하도록 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 판형 매니폴드.
  6. 제5항에 있어서,
    하나의 상기 메인 유로에서 상기 만곡부들은 동일한 방향으로 만곡된 것을 특징으로 하는 연료전지용 판형 매니폴드.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 메인 유로와 상기 분기 유로 사이에는 상기 메인 유로의 내측으로 돌출되어 유량을 분배하는 가이드 벽이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 판형 매니폴드.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 바디판에는 복수의 상면홈이 형성되고, 상기 상면홈은 상기 공급 유로와 배출 유로들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 판형 매니폴드.
  9. 애노드 전극과 캐소드 전극과 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극에 연료 및 산화제를 공급하고 배출하는 배관을 구비하는 복수의 연료전지스택;
    상기 배관과 연결되어 복수의 상기 연료전지스택들에 연료 및 산화제를 공급하고 배출하는 판형 매니폴드;
    를 포함하고,
    상기 판형 매니폴드는, 복수의 공급 유로와 배출 유로가 형성되며 판 형태로 이루어진 바디판과 상기 바디판에 결합된 커버판을 포함하며,
    상기 바디판에는 상기 배관이 삽입되는 복수의 공급홀과 배출홀이 형성되고, 상기 커버판에는 상기 공급홀 또는 상기 배출홀과 마주하는 복수의 개구가 형성되며, 상기 개구에는 상기 개구를 밀폐하는 캡부재가 결합된 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공급홀 및 상기 배출홀의 내측단에는 상기 배관과 결합된 이너 용접부가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 공급 유로들과 상기 배출 유로들은 상기 커버판의 길이방향으로 이어지고, 상기 커버판의 폭방향으로 이격되며,
    상기 공급 유로들은 메인 유로와 상기 메인 유로에서 돌출되며 상기 공급홀과 연결된 분기유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 메인 유로는 만곡된 복수의 만곡부를 포함하고, 상기 곡면부는 상기 메인 유로에서 상기 분기유로와 연결된 부분들을 연결하도록 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    하나의 상기 메인 유로에서 상기 만곡부는 동일한 방향으로 만곡된 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 메인 유로와 상기 분기 유로 사이에는 상기 메인 유로의 내측으로 돌출되어 유량을 분배하는 가이드 벽이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈.
  15. 북수의 연료전지스택이 하나의 판형 매니폴드에 결합된 연료전지 모듈의 제조 방법에 있어서,
    복수의 공급 유로, 배출 유로, 상기 공급 유로와 연결된 유입홀, 및 상기 배출 유로와 연결된 배출홀이 형성된 바디판과 상기 공급홀 또는 상기 배출홀과 마주하는 복수의 개구가 형성된 커버판을 접합하여 판형 매니폴드를 형성하는 접합 단계;
    상기 유입홀과 상기 배출홀에 상기 연료전지스택의 배관을 삽입하고, 상기 개구를 통해서 용접봉을 삽입하여 상기 공급홀 및 상기 배출홀에 상기 배관을 용접하는 배관 용접 단계; 및
    캡부재를 이용하여 상기 개구를 밀폐하는 밀폐 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 접합 단계는 브레이징 방식으로 상기 바디판과 상기 커버판을 접합하는 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 접합 단계는 메인 유로와 상기 메인 유로에서 돌출되며 상기 공급홀과 연결된 분기유로를 포함하는 상기 바디판을 상기 커버판에 접합하는 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 접합 단계는 상기 메인 유로에 동일한 방향으로 만곡된 복수의 만곡부가 형성된 상기 바디판을 상기 커버판에 접합하는 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 접합 단계는 상기 메인 유로와 상기 분기 유로 사이에 상기 메인 유로의 내측으로 돌출되어 유량을 분배하는 가이드 벽이 형성된 상기 바디판을 상기 커버판에 접합하는 것을 특징으로 하는 연료전지 모듈의 제조 방법.
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