WO2012015113A1 - 평관형 고체산화물 셀 스택 - Google Patents

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gas
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solid oxide
unit cells
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김선동
유지행
한인섭
서두원
홍기석
김세영
우상국
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한국에너지기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a planar solid oxide cell stack, and more particularly to minimizing the stress of cell stacking, minimizing the sealing area, sealing, lengthening the chemical reaction path, and electric energy generation when used as a fuel cell.
  • the present invention relates to a flat tubular solid oxide cell stack that increases efficiency and increases purity of generated gas (hydrogen) when used as a high temperature electrolytic device.
  • a fuel cell is a high-efficiency clean power generation technology that converts hydrogen and oxygen contained in a hydrocarbon-based material such as natural gas, coal gas, and methanol into electrical energy directly by an electrochemical reaction. It is largely classified into alkali type, phosphoric acid type, molten carbonate, solid oxide, and polymer fuel cell.
  • the solid oxide fuel cell is a fuel cell that operates at a high temperature of about 600 ° C to 1000 ° C with all components formed in a solid form, which is the most efficient among various types of fuel cells. Not only is it high and low pollution, it has several advantages that it is possible to combine power generation without the need for a fuel reformer.
  • the solid oxide fuel cell may be used as a solid oxide electrolyzer cell (SOEC) by inverting an electrochemical reaction.
  • Electrochemical reaction apparatuses such as the solid oxide fuel cell and the high temperature water electrolytic apparatus are classified into a flat type and a cylindrical type according to their shape.
  • the flat type has an advantage of high power density (output), but has a large gas sealing area and lamination. Thermal shock occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between materials and it is difficult to make large area.
  • the cylindrical type has the advantage that the resistance to thermal stress and mechanical strength is relatively high and the large area can be manufactured by extrusion molding. There is a limit of low power density (output).
  • a flat tube type electrochemical reactor for example, a flat tube type solid oxide fuel cell
  • a flat tube type solid oxide fuel cell for example, a flat tube type solid oxide fuel cell
  • the flat tubular electrochemical reactor also has a stack structure in which cells are stacked to increase output, and there are difficulties in current collection on the anode and cathode sides, and the number of gas inlet manifolds increases in proportion to the number of cells, There is difficulty.
  • Korean Patent Publication No. 2009-0084160 has been disclosed as an electrode support and a unit cell for a flat tube solid oxide fuel cell
  • Korean Patent Publication No. 2009-0104548 is disclosed as a cell stack using such an electrode support and a unit cell.
  • the conventional flat tube type electrochemical reactors flat type solid oxide fuel cell and flat type high temperature electrolytic device
  • a stack collector type metallic connecting plate processed in a semicircular arc or plate shape to allow a plurality of cells made of ceramic material to be seated. Because it's done by connecting.
  • the cell may be damaged due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the cell made of a ceramic material and the metallic connecting plate, and there is a problem that the metallic connecting plate material is brought into contact with air and oxidized to reduce current collection performance.
  • the manifold portion is sealed to isolate the oxidant (air or oxygen) supply and the reducing agent (hydrogen or hydrocarbon) supply.
  • the number of gas inlet manifolds increases in proportion to the number of stacked cells, and the shape of the manifold sealing portion is complicated, which makes gas sealing difficult and the operating temperature is high. There is a difficulty in selecting a sealing structure and a sealing material to seal the.
  • an object of the present invention is to minimize the stress of the cell stacking (cell stacking), to minimize the sealing area and to seal, to lengthen the chemical reaction path and to use when used as a fuel cell
  • the present invention is to provide a flat-pipe solid oxide cell stack that improves energy generation efficiency and improves the purity of generated gases (hydrogen) when used as a high temperature hydroelectrolyzer.
  • the flat tubular solid oxide cell stack includes a first gas flow channel through which a first gas flows in a longitudinal direction, a second gas flow channel through which a second gas flows, and a porous structure.
  • a stack of solid-state solid oxide cells in which a plurality of unit cells including a conductive flat electrode support are stacked to form a stack, wherein the first gas flows in a zigzag fashion along the longitudinal direction of the unit cell.
  • a connecting hole is formed at an end of the connecting hole communicating with the first gas flow channel of the unit cells stacked adjacent to each other.
  • One end of the first gas flow channel of the unit cells stacked on the lower side and the upper side of the unit cells is provided with a first gas access manifold through which the first gas flows in and out.
  • the first gas flow manifold may include a first gas flow channel of unit cells stacked in the middle of the unit cells such that the first gas splits vertically from the middle of the stack and flows zigzag along the longitudinal direction of the unit cells. It may be further formed at one end of.
  • One end of the first gas flow channel of the unit cell in which the first gas entry manifold is installed is opened in the longitudinal direction of the unit cell.
  • a ceramic conductor is provided on the side of the unit cell in which the second gas flow channel is formed or the opposite side thereof to connect or collect electricity.
  • a ring-shaped sealing groove is formed at an outer side of the connection hole, and a sealing ring is inserted into the sealing groove to prevent leakage of gas through the connection hole.
  • connection hole has a structure in which a plurality of holes are arranged in a circumferential direction to communicate with the first gas flow channel, and the sealing groove surrounds the plurality of holes.
  • the first gas flow channel may be formed in plural, and the connecting hole may include a plurality of large holes communicating at the same time with the two first gas flow channels and a plurality of small holes communicating with the first gas flow channel.
  • a semicircle is arranged in the circumferential direction and communicates with the plurality of first gas flow channels, and the sealing groove is preferably configured to surround the plurality of large holes and the plurality of small holes.
  • a plurality of first gas flow channels may be formed, and connecting passages may be formed at ends of the plurality of first gas flow channels, such that the plurality of first gas flow channels may communicate with each other.
  • the sealing grooves are formed to face each other in unit cells adjacent to each other.
  • the sealing ring is a paste or tape based on ceramic (glass, mica, silica, etc.) or metal (silver, gold, etc.) material.
  • the formation of the stack minimizes the complicated shape of the sealing portion of the manifold area without using a metallic connecting material, thereby minimizing the stress of cell stacking and the number of manifold parts.
  • the effect is to reduce the number and simplify the structure.
  • the first gas flows zigzag along the longitudinal direction of the unit cell, a long chemical reaction path is formed, and when the fuel cell is used as a fuel cell, the electrical energy generation efficiency is increased and the high temperature electrolytic device is generated. It is effective in increasing the purity of gas (hydrogen).
  • the present invention can form a cell stack by stacking flat tubular unit cells even with a gas channel connection hole and a sealing portion between very small unit cells.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a flat tubular solid oxide cell stack according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a separated configuration diagram showing the unit cells of the cell stack of FIG. 1 separated;
  • 3 (a) and 3 (b) are a plan view and a sectional view of the first unit cell of FIG. 2;
  • 4 (a) and 4 (b) are a plan view and a cross-sectional view showing a second unit cell of FIG. 2;
  • FIG. 5 (a) to (i) are views showing an example of a connection hole of a unit cell to which the present invention is applied;
  • 6 (a) and 6 (b) are cross-sectional views showing connection hole portions of adjacent unit cells to which the present invention is applied;
  • 7 (a) and 7 (b) are a plan view and a sectional view of another example of the first unit cell of FIG. 2;
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a first gas flow of a flat solid oxide cell stack according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a block diagram showing a flat tubular solid oxide cell stack according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a flat solid oxide cell stack according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view illustrating the third unit cell of FIG. 10.
  • first electrode support 111b and 121b first electrode intermediate layer
  • electrolyte layer 111e and 121e second electrode layer
  • 140,240,340 First gas inlet manifold 140 ', 240', 340 ': First gas inlet manifold
  • planar solid oxide cell stack of the present invention may be used as a fuel cell or a high temperature electrolyzer cell, which will be described below as a planar solid oxide cell stack used as a fuel cell.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a flat solid oxide cell stack according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a separate configuration showing the unit cell of the cell stack of FIG.
  • a first gas hydrogen or hydrocarbon
  • the second unit cells 120 and 120 'on which the first gas inlet manifold 140 (the first gas inlet manifold 140 and the first gas inlet manifold) are provided are stacked.
  • the first unit cell 110 includes a plurality of first gas flow channels through which a first gas flows inside the first electrode support 111a to be described later.
  • 112 is formed along the longitudinal direction, and a plurality of second gas flow channels 113 through which a second gas (air or oxygen) flows outside one side of the first electrode support 111a is the first gas flow channel.
  • the plurality of first gas flow channels are formed in a direction crossing the 112 (the width direction of the first electrode support) so that the first gas flows zigzag along the longitudinal direction of the first unit cell 110.
  • connection holes 114 communicating with a plurality of first gas flow channels of adjacently stacked unit cells are formed, and the second gas flow channel 113 is formed to connect electricity.
  • the ceramic conductor 115 is coated on the first electrode intermediate layer described later.
  • the first unit cell 110 includes a first electrode support 111a made of a porous conductive material including a material of a fuel electrode (cathode) or an air electrode (anode), and an outer surface of the first electrode support 111a.
  • the second electrode layer 111e coated on the outer surface of the electrolyte layer 111c coated on the portion 113 is formed.
  • NiO-YSZ material nickel oxide-yttria stabilized zirconia material
  • the electrode material of the second electrode layer 111e may be used.
  • LSM LaSrMnO 3
  • the electrolyte layer 111c may be an YSZ material, but various electrode materials may be used.
  • the first electrode intermediate layer 111b and the second electrode layer 111e are formed to have a porous gas, and the electrolyte layer 111c and the ceramic conductor 115 do not mix with the first gas and the second gas. It is formed of a dense membrane without pores.
  • the plurality of first gas flow channels 112 may be closed at both ends thereof in the longitudinal direction, and the plurality of connection holes 114 may be formed at opposite ends thereof in opposite directions, and the plurality of second gas flow channels 113 may be formed in the
  • the width of the first unit cell 110 is formed in the middle of the first unit cell 110 in the longitudinal direction.
  • connection hole 114 includes a plurality of large holes 114a communicating with two first gas flow channels 112 and a plurality of small holes 114b communicating with one first gas flow channel 112. ) Is arranged in a circumferential direction in a circle to communicate with the plurality of first gas flow channels 112.
  • the connecting holes 114 are arranged with a plurality of large holes 114a and a plurality of small holes 114b in a semicircle to form the plurality of first gas flows. It may be in communication with the channel 112.
  • one integral hole 114c may communicate with the plurality of first gas flow channels 112. As shown in FIG. 5C, one integral hole 114c may communicate with the plurality of first gas flow channels 112. As shown in FIG. 5C, one integral hole 114c may communicate with the plurality of first gas flow channels 112. As shown in FIG. 5C, one integral hole 114c may communicate with the plurality of first gas flow channels 112. As shown in FIG. 5C, one integral hole 114c may communicate with the plurality of first gas flow channels 112. As shown in FIG.
  • connection hole 114 includes a plurality of small holes 114b communicating with one of the first gas flow channels 112 over the entire surface of the circle.
  • a plurality of small holes 114b communicating with a plurality of first gas flow channels 112 or communicating with one of the first gas flow channels 112 as shown in FIG. 5E form a circle. It may be arranged in a direction to communicate with the plurality of first gas flow channels 112.
  • a plurality of large holes 114a simultaneously communicating with the two first gas flow channels 112 are arranged in a straight line to form the plurality of first gas flow channels ( 112, or as shown in FIG. 5 (g), a plurality of large holes 114a, which are simultaneously in communication with the two first gas flow channels 112, are arranged in an inclined line to form the plurality of agents.
  • a plurality of large holes 114a communicating with one gas flow channel 112 or simultaneously communicating with the two first gas flow channels 112 as shown in FIG. 5 (h) are arranged in a line.
  • connection hole 114 is disposed as shown in Figure 3 (a) or as shown in Figures 5 (a) and (b) is preferable when considering the mechanical strength, sealing area and gas flow of the structure, etc. It was confirmed that the most preferable is arranged, as shown in Figure 3 (a).
  • a ring-shaped sealing groove 116 is formed outside the connection hole 114 to surround the connection hole 114 arranged along the circumferential direction.
  • the sealing ring 150 is inserted into the sealing groove 116 to prevent leakage of gas through the connection hole 114.
  • the ring-shaped sealing groove 116 and the sealing ring 150 has the effect of minimizing the sealing area.
  • the sealing grooves 116 are formed to face each other in the first unit cell 110 or the second unit cell 120 (shown in FIG. 4) adjacent to each other.
  • the sealing groove 116 may be formed in only one of the first unit cell 110 or the second unit cell 120 (shown in FIG. 4) adjacent to each other.
  • the sealing ring 150 inserted into the sealing groove 116 of Figure 6 (a) is thicker than the thickness of the sealing ring 150 'inserted into the sealing groove 116 of Figure 6 (b). It is inserted into the sealing groove 116 facing each other to increase the leakage effect of the gas.
  • the sealing rings 150 and 150 ' are made of a paste or a tape based on ceramic (glass, mica, silica, etc.) or metal (silver, gold, etc.) materials, and eliminate the step gaps between unit cells to be stacked. In this case, the flow of the sealing ring is suppressed.
  • the plurality of first gas flow channel 112 may be configured to have a structure in which connecting passages (112a) are formed at both ends of the longitudinal direction and communicate with each other. have.
  • This configuration can further minimize the sealing area even if the size of the connecting hole 114 'is made small or the number is small, and the area of the sealing groove 116' and the sealing ring 150 "is small.
  • the remaining configurations in a) and (b) are the same as those in FIGS. 3A and 3B, and therefore the same reference numerals are omitted, and detailed description thereof will be omitted.
  • the second unit cell 120 includes a plurality of first gas flow channels 122 through which a first gas flows inside the first electrode support 121a. ) Is formed along the longitudinal direction, and a plurality of second gas flow channels 123 through which a second gas (air or oxygen) flows outside one side of the first electrode support 121 is the first gas flow channel 122.
  • a plurality of first of the first unit cells 110 stacked adjacent to one end of each of the plurality of first gas flow channels 122 and formed in a direction crossing the width (the width direction of the first electrode support).
  • a plurality of connection holes 124 communicating with the gas flow channels are formed, and the other end of the plurality of first gas flow channels 122 is the first gas inlet manifold 140 (first gas inlet manifold) ( 140 ': A channel is opened in a longitudinal direction so as to communicate with the first gas outlet manifold) and a second gas flow for collecting or connecting electricity
  • first gas inlet manifold 140 first gas inlet manifold
  • 140 ' A channel is opened in a longitudinal direction so as to communicate with the first gas outlet manifold
  • second gas flow for collecting or connecting electricity
  • ceramic conductors 125 and 115 serving as current collectors are attached to the second electrode layer 123 (or the first electrode intermediate layer 121b).
  • the other side of the second unit cells 120 and 120 ′ (the first gas entry and exit manifold side) is formed longer than the first unit cell 110 to facilitate entry and exit piping.
  • hydrogen (or hydrocarbon) is introduced through the first gas inlet manifold 140 as shown in FIG. 8. It flows into the first gas flow channel of the lowermost second unit cell 120 and flows zigzag in the first gas flow channels of the plurality of first unit cells 110 in the direction of the arrow to form the uppermost second unit cell ( Through the first gas flow manifold 140 ′ through the first gas flow channel of 120 ′, while the first gas (hydrogen or hydrocarbon) flows with the first unit cell 110. Reacts with air (or oxygen) flowing through the second gas flow channel of the second unit cells 120 and 120 ′ to generate electricity and through the first gas outlet manifold 140 ′ with the generated water. Will leak. Electricity is collected through the ceramic conductor 125.
  • water vapor flows through the first gas inlet manifold 140 to undergo an electrochemical reaction (reverse reaction of the reaction of the fuel cell) to generate hydrogen, and to generate a first gas outlet manifold ( 140 ').
  • FIG. 9 is a block diagram showing a flat tubular solid oxide cell stack according to a second embodiment of the present invention.
  • a flat tubular solid oxide cell stack 200 of the present embodiment second embodiment
  • a plurality of first unit cells 210 are stacked in the vertical direction
  • the first and second sides are stacked on the lowermost and uppermost sides.
  • the second unit cells 220 and 220 ' are provided with a first gas inlet manifold (240: first gas inlet manifold, 240': first gas outlet manifold) through which gas (hydrogen or hydrocarbon) enters and exits.
  • the second unit cells 220 and 220 'stacked on the lowermost and uppermost sides of the present exemplary embodiment have a first gas inflow manifold 240 and a first gas at ends protruding in opposite directions from each other.
  • the outlet manifold 240 ' is provided. Since the rest of the configuration is the same as in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a flat tubular solid oxide cell stack according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view showing a third unit cell of FIG.
  • a plurality of first unit cells 310 are stacked in an up and down direction, and a first and a first are disposed on a lowermost side and a uppermost side.
  • the second unit cells 320 and 320 'on which the first gas outlet manifold 340' through which gas (hydrogen or hydrocarbon) flows out are installed are stacked, respectively, and the first unit cells 310 are stacked.
  • the first gas inflow manifold 340 ′ is provided with a third unit cell 330 in which the first gas inflow manifold 340 is installed at the end protruding in the left-right direction.
  • the third unit cell 330 has a plurality of first gas flow channels 332 formed therein along the length direction of the first electrode support (not shown).
  • a plurality of second gas flow channels 333 through which a second gas (air or oxygen) flows in one outer plane of the first electrode support (not shown) may cross the first gas flow channel 332. It is formed in a direction (width direction of the support), and communicates with the plurality of first gas flow channels of the first unit cell 310 adjacently stacked at one end portion in the longitudinal direction of the plurality of first gas flow channels 332.
  • a plurality of connection holes 334 are formed in the upper and lower surfaces, respectively, and the other end of the plurality of first gas flow channels 332 is formed in the first gas inflow manifold 340 (first gas inflow manifold). Channels are opened in the longitudinal direction to communicate with each other, and the second gas flow channel 333 is connected to connect electricity.
  • the ceramic conductor 335 is coated on the first electrode intermediate layer (not shown, see 121b of the first embodiment). Since the rest of the configuration such as the sealing groove 336 is the same as the configuration of the first embodiment or the second embodiment, a detailed description thereof will be omitted.
  • hydrogen when used as a fuel cell, hydrogen (or hydrocarbon) is transferred to the third unit cell 330 through the first gas inlet manifold 340. Flows into the first gas flow channel of the first gas flow channel of the plurality of first unit cells 310 stacked up and down through the connection hole 334 and flows in a zigzag manner.
  • the first and second gas flow manifolds 340 ′ are respectively discharged through the first gas flow channels of the lower and uppermost second unit cells 320 and 320 ′.

Abstract

본 발명은 평관형 고체산화물 셀 스택에 관한 것이다. 구체적으로는 내부에 제1가스가 흐르는 제1가스흐름 채널(112)이 길이방향을 따라 형성되고, 외부에 제2가스가 흐르는 제2가스흐름 채널(113)이 형성되며, 다공성의 전도성 평관형 제1전극지지체(111)를 포함하는 다수의 단위 셀(110, 120, 330)이 적층되어 스택을 이루는 평관형 고체산화물 셀 스택에 있어서, 상기 제1가스가 단위 셀의 길이방향을 따라 지그재그식으로 흐르도록 상기 제1가스흐름 채널의 단부에는 인접하여 적층된 단위 셀의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하는 연결구멍(114, 124, 334)이 형성된다. 이러한 구성에 의하면, 셀 스태킹(cell stacking)의 응력을 최소화하고 밀봉부위를 최소화하여 밀봉하며 화학반응 경로를 길게 하며 연료전지로 사용할 시에 전기 에너지 발전 효율을 높이고 고온 수전해장치로 사용할 시에 발생가스(수소)의 순도를 높이는 효과가 있다.

Description

평관형 고체산화물 셀 스택
본 발명은 평관형 고체산화물 셀 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 셀 스태킹(cell stacking)의 응력을 최소화하고 밀봉부위를 최소화하여 밀봉하며 화학반응 경로를 길게 하며 연료전지로 사용할 시에 전기 에너지 발전 효율을 높이고 고온 수전해장치로 사용할 시에 발생가스(수소)의 순도를 높이는 평관형 고체산화물 셀 스택에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응에 의해서 직접 전기 에너지로 변환시키는 고효율의 청정 발전기술로서, 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 알카리형, 인산형, 용융탄산염, 고체산화물 및 고분자 연료전지로 분류된다.
상기 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 구성요소가 모두 고체의 형태로 구성되어 600℃~1000℃ 정도의 고온에서 작동하는 연료전지로서, 종래 여러 형태의 연료전지들 중 가장 효율이 높고 공해가 적을 뿐 아니라, 연료 개질기를 필요로 하지 않고 복합발전이 가능하다는 여러 장점을 지니고 있다. 상기 고체산화물 연료전지는 전기화학 반응을 역으로 진행시켜 고온 수전해장치(Solid Oxide Electrolyzer Cell, SOEC)로 이용될 수 있다.
상기 고체산화물 연료전지와 고온 수전해장치 등의 전기화학 반응장치는 그 형태에 따라 평판형과 원통형으로 크게 분류되는데, 상기 평판형은 전력밀도(출력)가 높은 장점이 있으나 가스 밀봉면적이 넓고 적층시 재료들 간의 열팽창계수 차이에 의한 열적 쇼크가 발생하며 대면적화가 어렵다는 단점이 있고, 상기 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(예로 평관형 고체산화물 연료전지)가 한국공개특허 제2005-0021027호, 미국공개특허 US 2003-0224240A1 등으로 개시되어 있다. 상기 평관형 전기화학 반응장치도 출력을 높이기 위해 셀을 적층한 스택 구조로 되어 있는데, 애노드 및 캐소드 측 전류집전에 어려움이 있으며, 가스출입구 매니폴드의 수가 셀의 수에 비례하여 증가하고 가스밀봉에 어려움이 있다.
한편, 평관형 고체산화물 연료전지용 전극 지지체 및 단위 셀로서 한국공개특허 제2009-0084160호가 개시되어 있으며, 이러한 전극 지지체 및 단위 셀을 이용한 셀 스택으로서 한국공개특허 제2009-0104548호가 개시되어 있다.
그런데, 종래 평관형 전기화학 반응장치(평관형 고체산화물 연료전지 및 평관형 고온 수전해장치)는 스택 집전방식이 금속성 접속판을 반원호상 또는 판상으로 가공하여 세라믹 소재로 된 다수의 셀을 안착시켜 접속하는 방식으로 이루어지므로. 세라믹 소재로 된 셀과 금속성 접속판과의 열팽창계수의 차이에 의해 셀이 파손될 우려가 있으며, 금속성 접속판재가 공기와 접촉하여 산화되어 집전 성능이 감소한다는 문제점이 있었다.
또한, 종래 평관형 전기화학 반응장치(평관형 고체산화물 연료전지 및 평관형 고온 수전해장치)에서는, 산화제(공기 또는 산소) 공급부와 환원제(수소 또는 탄화수소) 공급부를 격리하기 위해 매니폴드 부위를 밀봉하게 되는데, 출력을 높이기 위하여 셀을 적층할 시에 적층 셀 수에 비례하여 가스출입구 매니폴드의 수가 증가하고, 매니폴드 밀봉 부위의 형상이 복잡하여 가스밀봉에 어려움이 있고, 또한 작동온도가 높아 가스를 밀봉하는 밀봉구조 및 밀봉재의 선정에 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 셀 스태킹(cell stacking)의 응력을 최소화하고 밀봉부위를 최소화하여 밀봉하며 화학반응 경로를 길게 하며 연료전지로 사용할 시에 전기 에너지 발전 효율을 높이고 고온 수전해장치로 사용할 시에 발생가스(수소)의 순도를 높이는 평관형 고체산화물 셀 스택을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 평관형 고체산화물 셀 스택은, 내부에 제1가스가 흐르는 제1가스흐름 채널이 길이방향을 따라 형성되고, 외부에 제2가스가 흐르는 제2가스흐름 채널이 형성되며, 다공성의 전도성 평관형 전극지지체를 포함하는 다수의 단위 셀이 적층되어 스택을 이루는 평관형 고체산화물 셀 스택에 있어서, 상기 제1가스가 단위 셀의 길이방향을 따라 지그재그식으로 흐르도록 상기 제1가스흐름 채널의 단부에는 인접하여 적층된 단위 셀의 제1가스흐름 채널에 연통하는 연결구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 단위 셀 중에서 하측과 상측에 적층된 단위 셀의 제1가스흐름 채널의 일단부에는 제1가스가 출입하는 제1가스출입 매니폴드가 설치된다.
상기 제1가스가 스택의 중간에서 상하측방향으로 갈라져 단위 셀의 길이방향을 따라 지그재그식으로 흐르도록 상기 제1가스출입 매니폴드는 상기 단위 셀 중에서 중간에 적층된 단위 셀의 제1가스흐름 채널의 일단부에 추가로 형성되어 있을 수도 있다.
상기 제1가스출입 매니폴드가 설치된 단위 셀의 제1가스흐름 채널의 일단부는 단위 셀의 길이방향으로 트여 있다.
상기 단위 셀의 제2가스흐름 채널이 형성된 면 또는 그 반대쪽면에는 전기를 연결하거나 집진하도록 세라믹 도전체가 구비된다.
상기 연결구멍의 외측에는 링형태의 밀봉홈이 형성되며, 상기 밀봉홈에는 밀봉링이 삽입되어, 상기 연결구멍을 통한 가스의 누설을 방지한다.
상기 연결구멍은 다수의 구멍이 원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 상기 제1가스흐름 채널에 연통하고, 상기 밀봉홈은 상기 다수의 구멍을 감싸는 구조로 되어 있다.
상기 제1가스흐름 채널은 다수개가 형성되고, 상기 연결구멍은 2개의 상기 제1가스흐름 채널에 동시에 연통하는 다수의 대구멍과 1개의 상기 제1가스흐름 채널에 연통하는 다수의 소구멍이 원 또는 반원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 다수의 상기 제1가스흐름 채널에 연통하며, 상기 밀봉홈은 상기 다수의 대구멍과 다수의 소구멍을 감싸는 구조로 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제1가스흐름 채널은 다수개가 형성되고, 상기 다수의 제1가스흐름 채널의 단부에는 연결유로가 형성되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널이 서로 연통되어 있을 수도 있다.
상기 밀봉홈은 서로 인접하는 단위 셀에 서로 마주보게 각각 형성되어 있다.
상기 밀봉링는 세라믹(glass, mica, silica 등) 또는 금속(silver, gold 등) 소재를 기반으로 한 페이스트 또는 테이프로 되어 있다.
본 발명에 의한 평관형 고체산화물 셀 스택에 의하면, 스택을 형성할 때 금속성 접속재를 사용하지 않고 매니폴드 부위의 복잡한 형상의 밀봉부를 최소화하므로 셀 스태킹(cell stacking)의 응력을 최소화하고 매니폴드부의 갯수를 적게 하고 구조를 간단히 하는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 제1가스가 단위 셀의 길이방향을 따라 지그재그식으로 흐르므로 화학반응 경로가 길게 형성되어, 연료전지로 사용할 시에 전기 에너지 발전 효율을 높이고 고온 수전해장치로 사용할 시에 발생가스(수소)의 순도를 높이는 효과가 있다.
또한, 양 끝단이 밀폐된 평관형 단위 셀을 사용하므로써 가스 유동 및 기계적 특성을 고려하여 밀봉면적을 최소화할 수 있고, 밀봉홈에 삽입된 밀봉재(링)를 통해 밀봉효과를 높이는 한편 단위 셀 간격의 단차를 없애며 고온에서 밀봉재의 흐름을 억제할 수 있다.
그리고, 본 발명은 매우 작은 단위 셀 간의 가스 채널용 연결구멍과 밀봉부위를 가지고도 평관형 단위 셀을 적층하여 셀 스택을 이룰 수 있다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 의한 평관형 고체산화물 셀 스택을 나타내는 구성도,
도2는 도1의 셀 스택의 단위 셀을 분리하여 나타낸 분리 구성도,
도3의 (a) 및 (b)는 도2의 제1단위 셀을 나타내는 평면도 및 단면도,
도4의 (a) 및 (b)는 도2의 제2단위 셀을 나타내는 평면도 및 단면도,
도5의 (a) 내지 (i)는 본 발명이 적용되는 단위 셀의 연결구멍의 예를 나타내는 도면,
도6의 (a) 및 (b)는 본 발명이 적용되는 인접하는 단위 셀의 연결구멍 부위를 나타내는 단면도,
도7의 (a) 및 (b)는 도2의 제1단위 셀의 다른 예를 나타내는 평면도 및 단면도,
도8는 본 발명의 제1실시예에 의한 평관형 고체산화물 셀 스택의 제1가스 흐름을 나타내는 설명도,
도9은 본 발명의 제2실시예에 의한 평관형 고체산화물 셀 스택을 나타내는 구성도,
도10은 본 발명의 제3실시예에 의한 평관형 고체산화물 셀 스택을 나타내는 구성도,
도11은 도10의 제3단위 셀을 나타내는 길이방향 단면도이다.
<부호의 설명>
100,200,300 : 셀 스택 110,210,310 : 제1단위 셀
111a,121a : 제1전극지지체 111b,121b : 제1전극중간층
111c,121c : 전해질층 111e,121e : 제2전극층
112,122,332 : 제1가스흐름 채널 113,123,333 : 제2가스흐름 채널
114,124,334 : 연결구멍 115,125,335 : 세라믹 도전체
116,126,336 : 밀봉홈 120,220,320 : 제2단위 셀
140,240,340:제1가스유입 매니폴드 140',240',340' : 제1가스유출 매니폴드
150, 150' : 밀봉링 330 : 제3단위 셀
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 평관형 고체산화물 셀 스택은 연료전지(Fuel Cell) 또는 고온 수전해장치(Electrolyzer Cell)로 사용될 수 있는데, 이하의 설명에서는 연료전지로 사용되는 평관형 고체산화물 셀 스택으로 설명한다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 의한 평관형 고체산화물 셀 스택을 나타내는 구성도이고, 도2는 도1의 셀 스택의 단위 셀을 분리하여 나타낸 분리 구성이다. 도시한 바와 같이, 연료전지용 평관형 고체산화물 셀 스택(100)은, 다수의 제1단위 셀(110)이 상하방향으로 적층되고, 최하측과 최상측에는 제1가스(수소 또는 탄화수소)가 출입하는 제1가스출입 매니폴드(140 : 제1가스유입 매니폴드, 140' : 제1가스유출 매니폴드)가 설치되는 제2단위 셀(120)(120')이 각각 적층된 구조로 되어 있다.
도3의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 제1단위 셀(110)은, 후술하는 제1전극지지체(111a)의 내부에 제1가스가 흐르는 다수의 제1가스흐름 채널(112)이 길이방향을 따라 형성되고, 상기 제1전극지지체(111a)의 일측 외부에는 제2가스(공기 또는 산소)가 흐르는 다수의 제2가스흐름 채널(113)이 상기 제1가스흐름 채널(112)에 교차되는 방향(제1전극지지체의 폭방향)으로 형성되며, 상기 제1가스가 제1단위 셀(110)의 길이방향을 따라 지그재그식으로 흐르도록 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)의 단부에는 인접하여 적층된 단위 셀의 다수의 제1가스흐름 채널에 연통하는 다수의 연결구멍(114)이 형성되며, 전기를 연결하도록 제2가스흐름 채널(113)이 형성된 면의 반대쪽에는 세라믹 도전체(115)가 후술하는 제1전극중간층에 코팅된 구조이다.
상기 제1단위 셀(110)은, 연료극(음극) 또는 공기극(양극)의 물질을 포함한 다공성의 전도성 재료로 된 제1전극지지체(111a)와, 상기 제1전극지지체(111a)의 외표면 전부분에 피복된 제1전극중간층(111b)와, 상기 세라믹 도전체(115) 부분을 제외하고 상기 제1전극중간층(111b)의 외면에 피복된 전해질층(111c)과, 상기 제2가스흐름 채널(113)이 형성된 부분에 피복된 전해질층(111c)의 외면에 코팅된 제2전극층(111e)를 포함한다.
상기 제1전극지지체(111a)와 제1전극중간층(111b)의 전극재료는 NiO-YSZ재(산화니켈-이트리아 안정화 지르코니아 재)가 사용가능하고, 상기 제2전극층(111e)의 전극재료는 LSM(LaSrMnO3)가 사용가능하며, 전해질층(111c)은 YSZ재가 사용될 수 있으나, 다양한 전극재료가 사용될 수 있다.
상기 제1전극중간층(111b)과 제2전극층(111e)은 가스가 확산가능한 다공성으로 형성되며, 상기 전해질층(111c)와 세라믹 도전체(115)는 제1가스와 제2가스가 상호 혼입되지 않도록 기공이 없는 치밀막으로 형성된다.
상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)은 그 길이방향 양단이 막히고 그 양단부에는 상기 다수의 연결구멍(114)이 서로 반대방향으로 형성되고, 상기 다수의 제2가스흐름 채널(113)은 상기 제1단위 셀(110)의 길이방향 중간에 제1단위 셀(110)의 폭방향으로 형성된다.
상기 연결구멍(114)은, 2개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 동시에 연통하는 다수의 대구멍(114a)과 1개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 연통하는 다수의 소구멍(114b)이 원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하게 되어 있다.
상기 연결구멍(114)은, 도5의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 다수의 대구멍(114a)와 다수의 소구멍(114b)이 반원을 이루면서 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하게 되어 있을 수도 있다.
또한, 상기 연결구멍(114)은, 도5의 (c)에 도시한 바와 같이 하나의 일체구멍(114c)이 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하게 되어 있을 수도 있다.
또한, 상기 연결구멍(114)은, 도5의 (d)에 도시한 바와 같이 1개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 연통하는 다수의 소구멍(114b)이 원의 전면적에 걸쳐 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하거나, 도5의 (e)에 도시한 바와 같이 1개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 연통하는 다수의 소구멍(114b)이 원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하게 되어 있을 수도 있다.
또한, 도5의 (f)에 도시한 바와 같이 2개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 동시에 연통하는 다수의 대구멍(114a)이 직선을 이루면서 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하거나, 도5의 (g)에 도시한 바와 같이 2개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 동시에 연통하는 다수의 대구멍(114a)이 경사직선을 이루면서 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하거나, 도5의 (h)에 도시한 바와 같이 2개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 동시에 연통하는 다수의 대구멍(114a)이 꺽은선을 이루면서 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하거나, 도5의 (i)에 도시한 바와 같이 2개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 동시에 연통하는 다수의 대구멍(114a)이 사각의 전면적에 걸쳐 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하게 되어 있을 수도 있다.
그러나, 상기 연결구멍(114)은 도3의 (a)와 같이 배치되거나 도5의 (a) 및 (b)와 같이 배치되는 것이 구조물의 기계적 강도, 밀봉부위 면적 및 가스 유동 등을 고려할 때 바람직하다는 것이 확인되었으며, 그 중에서도 도3의 (a)와 같이 배치되는 것이 가장 바람직한 것이 확인되었다.
도3의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 연결구멍(114)의 외측에는 원주방향을 따라 배열된 상기 연결구멍(114)를 감싸는 링형태의 밀봉홈(116)이 형성되며, 상기 밀봉홈(116)에는 밀봉링(150)이 삽입되어, 상기 연결구멍(114)을 통한 가스의 누설을 방지한다. 상기 링형태의 밀봉홈(116) 및 밀봉링(150)는 밀봉면적을 최소화하는 효과가 있다.
도6의 (a)에 도시한 바와 같이 상기 밀봉홈(116)은 서로 인접하는 제1단위 셀(110) 또는 제2단위 셀(120 : 도4에 도시)에 서로 마주보게 각각 형성되어 있으나, 도6의 (b)에 도시한 바와 같이 상기 밀봉홈(116)은 서로 인접하는 제1단위 셀(110) 또는 제2단위 셀(120 : 도4에 도시) 중의 하나에만 형성되어 있을 수도 있다. 이때 도6의 (a)의 밀봉홈(116)에 삽입되는 밀봉링(150)은 그 두께를 도6의 (b)의 밀봉홈(116)에 삽입되는 밀봉링(150')의 두께보다 두껍게 하여 서로 마주보는 밀봉홈(116)에 삽입되어 가스의 누설효과를 높이게 된다.
상기 밀봉링(150)(150')은 세라믹(glass, mica, silica 등) 또는 금속(silver, gold 등) 소재를 기반으로 한 페이스트 또는 테이프로 되어 있으며, 적층되는 단위셀 간격의 단차를 없애며 고온에서 밀봉링의 흐름을 억제하게 된다.
한편, 도7의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 다수의 제1가스흐름 채널(112)은 그 길이방향 양단에 연결유로(112a)가 형성되어 서로 연통되는 구조로 구성될 수도 있다. 이러한 구성은 연결구멍(114')의 크기를 작게 하거나 갯수를 작게 하고 밀봉홈(116') 및 밀봉링(150")의 면적을 작게 하여도 밀봉부위를 더욱 최소화 할 수 있다. 도7의 (a) 및 (b)의 나머지 구성은 도3의 (a) 및 (b)의 구성과 동일하므로 동일한 부호를 붙이고 자세한 설명은 생략한다.
도4의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 제2단위 셀(120)은, 제1전극지지체(121a)의 내부에 제1가스가 흐르는 다수의 제1가스흐름 채널(122)이 길이방향을 따라 형성되고, 상기 제1전극지지체(121)의 일측 외부에는 제2가스(공기 또는 산소)가 흐르는 다수의 제2가스흐름 채널(123)이 상기 제1가스흐름 채널(122)에 교차되는 방향(제1전극지지체의 폭방향)으로 형성되며, 상기 다수의 제1가스흐름 채널(122)의 일측 단부에는 인접하는 적층된 상기 제1단위 셀(110)의 다수의 제1가스흐름 채널에 연통하는 다수의 연결구멍(124)이 형성되며, 상기 다수의 제1가스흐름 채널(122)의 타측 단부는 상기 제1가스출입 매니폴드(140 : 제1가스유입 매니폴드)(140' : 제1가스유출 매니폴드)에 연통하도록 길이 방향으로 채널이 트여 있으며, 전기를 집진하거나 연결하도록 제2가스흐름 채널(123)이 형성된 면쪽(또는 그 반대쪽)에는 집전체의 역할을 하는 세라믹 도전체(125)(115)가 제2전극층(123)[또는 제1전극중간층(121b)]에 부착된 구조이다.
상기 제2단위 셀(120)(120')의 타측(제1가스출입 매니폴드 측)은 출입 배관을 용이하게 하도록 상기 제1단위 셀(110) 보다 길게 형성되어 있다.
상기 제2단위 셀(120)의 제1전극지지체(121a), 제1전극중간층(121b), 전해질층(121c), 제2전극층(121e), 연결구멍(124), 밀봉홈(126) 및 밀봉링(150)는 상기 제1단위 셀(110)의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 의한 평관형 고체산화물 셀 스택에서, 연료전지로 사용될 경우에는 도8에 도시한 바와 같이 수소(또는 탄화수소)가 제1가스유입 매니폴드(140)를 통해 최하측의 제2단위 셀(120)의 제1가스흐름 채널내에 유입하여 화살표 방향으로 다수의 제1단위 셀(110)의 제1가스흐름 채널 내를 지그재그로 흘러 최상측의 제2단위 셀(120')의 제1가스흐름 채널을 거쳐 제1가스유출 매니폴드(140')를 통해 유출하게 되는데, 이 경로를 흐르는 중에 제1가스(수소 또는 탄화수소)는 상기 제1단위 셀(110)와 제2단위 셀(120)(120')의 제2가스흐름 채널을 통해 흐르는 공기(또는 산소)와 반응하여 전기를 발생하는 한편 발생한 물과 함께 상기 제1가스유출 매니폴드(140')을 통해 유출하게 된다. 전기는 세라믹 도전체(125)를 통해 집전된다.
도8에서 고온 수전해장치로 사용될 경우에는 수증기가 제1가스유입 매니폴드(140)을 통해 유입하여 전기화학 반응(연료전지의 반응의 역반응)을 하여 수소가 발생하고 제1가스유출 매니폴드(140')을 통해 유출하게 된다.
도9은 본 발명의 본 발명의 제2실시예에 의한 평관형 고체산화물 셀 스택을 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이 본 실시예(제2실시예)의 연료전지용 평관형 고체산화물 셀 스택(200)은, 다수의 제1단위 셀(210)이 상하방향으로 적층되고, 최하측과 최상측에는 제1가스(수소 또는 탄화수소)가 출입하는 제1가스출입 매니폴드(240 : 제1가스유입 매니폴드, 240' : 제1가스유출 매니폴드)가 설치되는 제2단위 셀(220)(220')이 각각 적층되어 있되, 본 실시예에서는 최하측과 최상측에 적층된 제2단위 셀(220)(220')은 서로 좌우방향 반대로 돌출된 단부에 제1가스유입 매니폴드(240)와 제1가스유출 매니폴드(240')가 설치되는 구조로 되어 있다. 나머지 구성은 제1실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
도10은 본 발명의 본 발명의 제3실시예에 의한 평관형 고체산화물 셀 스택을 나타내는 구성도이고, 도11은 도10의 제3단위 셀을 나타내는 길이방향 단면도이다. 도시한 바와 같이 본 실시예(제3실시예)의 연료전지용 평관형 고체산화물 셀 스택(300)은, 다수의 제1단위 셀(310)이 상하방향으로 적층되고, 최하측과 최상측에는 제1가스(수소 또는 탄화수소)가 유출하는 제1가스유출 매니폴드(340')가 설치되는 제2단위 셀(320)(320')이 각각 적층되어 있되, 상기 제1단위 셀(310)이 적층된 중간에는 상기 제1가스유출 매니폴드(340')에 대해 좌우방향 반대로 돌출된 단부에 제1가스유입 매니폴드(340)가 설치되는 제3단위 셀(330)를 구비한 구조로 되어 있다.
상기 제3단위 셀(330)은 도11에 도시한 바와 같이, 제1전극지지체(도시 안 됨)의 내부에는 제1가스가 흐르는 다수의 제1가스흐름 채널(332)이 길이방향을 따라 형성되고, 상기 제1전극지지체(도시 안 됨)의 일측 외부 평면에는 제2가스(공기 또는 산소)가 흐르는 다수의 제2가스흐름 채널(333)이 상기 제1가스흐름 채널(332)에 교차되는 방향(지지체의 폭방향)으로 형성되며, 상기 다수의 제1가스흐름 채널(332)의 길이방향 일측 단부에는 인접하여 적층된 상기 제1단위 셀(310)의 다수의 제1가스흐름 채널에 연통하는 다수의 연결구멍(334)이 상, 하면에 각각 형성되며, 상기 다수의 제1가스흐름 채널(332)의 타측 단부는 상기 제1가스유입 매니폴드(340 : 제1가스유입 매니폴드)에 연통하도록 길이 방향으로 채널이 트여 있으며, 전기를 연결하도록 제2가스흐름 채널(333)이 형성된 면의 반대쪽에는 세라믹 도전체(335)가 제1전극중간층(도시안됨, 제1실시예의 121b 참조)에 코팅된 구조이다. 밀봉홈(336) 등 나머지 구성은 제1실시예 또는 제2실시예의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제3실시예에 의한 평관형 고체산화물 셀 스택에서, 연료전지로 사용될 경우에 수소(또는 탄화수소)는 제1가스유입 매니폴드(340)를 통해 제3단위 셀(330)의 제1가스흐름 채널내에 유입하여 상기 연결구멍(334)을 통해 상, 하측방향으로 갈라져 흘러서 상, 하측에 적층된 다수의 제1단위 셀(310)의 제1가스흐름 채널 내를 지그재그로 흘러 최하측 및 최상측의 제2단위 셀(320)(320')의 제1가스흐름 채널을 거쳐 제1가스유출 매니폴드(340')를 통해 각각 유출하게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능함은 물론이고, 본 발명의 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 내부에 제1가스가 흐르는 제1가스흐름 채널이 길이방향을 따라 형성되고, 외부에 제2가스가 흐르는 제2가스흐름 채널이 형성되며, 다공성의 전도성 평관형 전극지지체를 포함하는 다수의 단위 셀이 적층되어 스택을 이루는 평관형 고체산화물 셀 스택에 있어서,
    상기 제1가스가 단위 셀의 길이방향을 따라 지그재그식으로 흐르도록 상기 제1가스흐름 채널의 단부에는 인접하여 적층된 단위 셀의 제1가스흐름 채널에 연통하는 연결구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 셀 스택.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위 셀 중에서 하측과 상측에 적층된 단위 셀의 제1가스흐름 채널의 일단부에는 제1가스가 출입하는 제1가스출입 매니폴드가 설치되는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 셀 스택.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1가스가 스택의 중간에서 상하측방향으로 갈라져 단위 셀의 길이방향을 따라 지그재그식으로 흐르도록 상기 제1가스출입 매니폴드는 상기 단위 셀 중에서 중간에 적층된 단위 셀의 제1가스흐름 채널의 일단부에 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 셀 스택.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제1가스출입 매니폴드가 설치된 단위 셀의 제1가스흐름 채널의 일단부는 단위 셀의 길이방향으로 트인 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 셀 스택.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위 셀의 제2가스흐름 채널이 형성된 면 또는 그 반대쪽면에는 전기를 연결하거나 집진하도록 세라믹 도전체가 부착된 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 셀 스택.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결구멍의 외측에는 링형태의 밀봉홈이 형성되며,
    상기 연결구멍을 통한 가스의 누설을 방지하도록 상기 밀봉홈에는 밀봉링이 삽입된 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 셀 스택.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 연결구멍은 다수의 구멍이 원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 상기 제1가스흐름 채널에 연통하고,
    상기 밀봉홈은 상기 다수의 구멍을 감싸는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 셀 스택.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1가스흐름 채널은 다수개가 형성되고,
    상기 연결구멍은 2개의 상기 제1가스흐름 채널에 동시에 연통하는 다수의 대구멍과 1개의 상기 제1가스흐름 채널에 연통하는 다수의 소구멍이 원 또는 반원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 다수의 상기 제1가스흐름 채널에 연통하며,
    상기 밀봉홈은 상기 다수의 대구멍과 다수의 소구멍을 감싸는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 셀 스택.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1가스흐름 채널은 다수개가 형성되고,
    상기 다수의 제1가스흐름 채널의 단부에는 연결유로가 형성되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널이 서로 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 셀 스택.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉홈은 서로 인접하는 단위 셀에 서로 마주보게 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 셀 스택.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 밀봉링는 세라믹 또는 금속 소재를 기반으로 한 페이스트 또는 테이프로 되어 있는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 셀 스택.
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