WO2019209044A1 - Gas distribution module and fuel cell system including same - Google Patents

Gas distribution module and fuel cell system including same Download PDF

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WO2019209044A1
WO2019209044A1 PCT/KR2019/005005 KR2019005005W WO2019209044A1 WO 2019209044 A1 WO2019209044 A1 WO 2019209044A1 KR 2019005005 W KR2019005005 W KR 2019005005W WO 2019209044 A1 WO2019209044 A1 WO 2019209044A1
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fuel cell
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fuel
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최성호
김연길
이준우
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주식회사 미코
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Definitions

  • the present invention relates to a gas distribution module and a fuel cell system having the same capable of reducing the power deviation generated from each of the plurality of fuel cell modules.
  • Fuel cells that generate electricity through the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen have been actively researched recently because of the simple energy conversion step and the eco-friendly nature of high efficiency and pollution-free generators.
  • a fuel cell system employs a plurality of stacks, bundles, and the like connected in parallel to achieve high power.
  • the power variation generated in each aggregate is large, not only the system becomes unstable, but also the durability deteriorates.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • One object of the present invention is to provide a gas distribution module capable of uniformly supplying gas to a plurality of fuel cell modules.
  • Another object of the present invention is to provide a fuel cell system including the gas distribution module.
  • the gas distribution module for a fuel cell system supplies a reactive gas to a plurality of fuel cell modules.
  • the gas distribution module for a fuel cell system includes a first chamber including a first partition wall forming a first internal space; A second chamber including a second partition wall forming a second interior space surrounding the first interior space; A first gas pipe connected to the first internal space and supplying the reaction gas to the first internal space; A plurality of second gas pipes connecting the first internal space to the fuel cell modules and supplying the reaction gas to the fuel cell modules, respectively; A third gas pipe connected to the second internal space and configured to receive exhaust gas discharged from the fuel cell modules and supply the exhaust gas to the second internal space; And a fourth gas pipe connected to the second inner space at a position spaced apart from the third gas pipe and discharging the exhaust gas from the second inner space.
  • the first partition wall may be sealed at a first bottom portion having a circular or regular polygonal shape, a first sidewall portion extending upward from an edge portion of the first bottom portion, and an open upper end portion of the first sidewall portion.
  • a second side wall portion disposed to surround the first side wall portion in a state spaced apart from the first side wall portion, and the first side wall part from a lower end of the second side wall portion;
  • a second bottom portion extending to a portion to seal the lower end of the second inner space and a second cover extending from the upper end of the second side wall portion to the first side wall portion to seal the upper end of the second inner space. It may include wealth.
  • the height of the second sidewall portion may be at least 1/2 of the height of the first sidewall portion.
  • the plurality of fuel cell modules may include N fuel cell modules disposed at equal intervals from each other along a virtual circle, and the second gas pipes may penetrate the center of the virtual circle. It may include N pipes extending radially from the first side wall portion with respect to the central axis of the first internal space, the length of the N pipes may be the same.
  • the reaction gas may be a hydrocarbon fuel gas
  • the second gas pipes may be connected to the fuel flow paths inside the fuel cell modules, respectively.
  • the third gas pipe may be connected to an outlet of a fuel flow path inside the fuel cell modules, and supply exhaust fuel gas discharged from the fuel cell modules to the second internal space.
  • the reaction gas may be air containing oxygen
  • the second gas pipes may be connected to the fuel flow paths inside the fuel cell modules, respectively.
  • the third gas pipe may be connected to an air flow path outlet inside the fuel cell modules, and supply air discharged from the fuel cell modules to the second internal space.
  • the gas distribution module for the fuel cell system is disposed inside the first internal space divides the first internal space into a first sub-space and a second sub-space, the reaction gas can move
  • the apparatus may further include a branch plate on which through holes are formed.
  • the first gas pipe may be connected to the first sub space
  • the second gas pipes may be connected to the second sub space.
  • the branch plate may include a central region having a first diameter and an edge region surrounding the central region, and the through holes may be formed in the edge region.
  • a fuel cell system includes a plurality of fuel cell modules disposed at equal intervals along a virtual circle; A first fuel through hole and a second fuel through hole which are disposed under the fuel cell module and communicate with the inlet and the outlet of the fuel flow paths, respectively; A connection plate having a first air through hole and a second air through hole formed therein; And a first gas distribution module disposed below the connection plate and supplying air to the fuel cell modules, wherein the first gas distribution module passes through the center of the imaginary circle and is connected to the connection plate.
  • a first chamber including a first partition wall defining a first interior space having a vertical first central axis;
  • a second chamber including a second partition wall forming a second interior space surrounding the first interior space;
  • a first gas pipe connected to the first internal space and supplying air supplied from an external air source to the first internal space;
  • a plurality of second gas pipes connecting the first internal space and the first air through holes to supply the air to the fuel cell modules;
  • a third gas pipe connecting the second internal space and the second air through holes and supplying exhaust air discharged from the fuel cell modules to the second internal space;
  • a fourth gas pipe connected to the second inner space at a position spaced apart from the third gas pipe and discharging the exhaust air from the second inner space.
  • the fuel cell system may further include a second gas distribution module disposed below the first gas distribution module, in which case the second gas distribution module is the same as the first central axis.
  • a third chamber including a third partition wall forming a third internal space having a central axis and disposed below the first chamber;
  • a fourth chamber including a fourth partition wall forming a fourth inner space surrounding the third inner space;
  • a fifth gas pipe connecting the third internal space and a reformer and supplying the fuel gas supplied from the reformer to the third internal space;
  • a plurality of sixth gas pipes connecting the third internal space and the first fuel through holes to supply the fuel gas to the fuel cell modules;
  • a seventh gas pipe connecting the fourth internal space and the second fuel through holes and supplying the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell modules to the fourth internal space;
  • an eighth gas pipe connected to the fourth internal space at a position spaced apart from the seventh gas pipe and discharging the exhaust fuel gas from the fourth internal space.
  • the fuel cell system may further include a current collecting member electrically connecting the fuel cell modules, wherein the current collecting member extends from a first current collecting terminal and the first current collecting terminal.
  • a first current collector including first contact branches electrically connected to the negative terminals of the second electrodes and having the same length, thickness, and width as each other; And a second current collecting terminal disposed below the first current collecting terminal and a second contact branch extending from the second current collecting terminal and electrically connected to the positive terminals of the fuel cell modules, respectively, and having the same length, thickness, and width as each other. It may include a second current collector including the parts.
  • the gas distribution module and the fuel cell system of the present invention since a uniform amount of fuel and air can be supplied to the plurality of fuel cell modules, variations in power generated by the fuel cell modules can be minimized.
  • relatively cool fuel and air may be heated and supplied to the fuel cell modules by using heat generated by the fuel cell modules and heat of high temperature exhaust gas during power generation, the fuel cell modules may be supplied with the temperature variation of the fuel cell modules. Not only can it solve the problem of deterioration in durability, but it can also improve power generation efficiency.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a gas distribution module for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating the branch plate illustrated in FIG. 1.
  • FIG 3 is a perspective view illustrating a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view for explaining an embodiment of a current collector member.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a gas distribution module for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating the branch plate shown in FIG. 1.
  • the gas distribution module 100 for a fuel cell system may include a first chamber 110, a second chamber 120, a first gas pipe 130, and a second gas pipe. Field 140, a third gas pipe 150, and a fourth gas pipe 160, the reaction gas such as fuel gas or air may be uniformly supplied to the plurality of fuel cell modules.
  • the gas distribution module 100 for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a branch plate 170.
  • the first chamber 110 may include a first partition wall 111 forming a first inner space 11 through which the gas is supplied through the first gas pipe 130 from the outside.
  • the first partition wall 111 includes a first bottom portion, a first sidewall portion extending upward from an edge portion of the first bottom portion, and a first cover portion coupled to an upper end of the first sidewall portion. can do.
  • the first bottom part may have a circular or polygonal shape, and the first side wall part may form the first internal space 11 having a circular or polygonal cross section, and the shape of the first cover part is not particularly limited.
  • the gas may be hydrogen-containing fuel gas or oxygen-containing air for power generation of the fuel cell.
  • the second chamber 120 is disposed to surround the first sidewall portion of the first chamber 110 and the second chamber 120 surrounds at least a portion of the first sidewall portion together with the first sidewall portion of the first chamber 110.
  • the second partition wall 121 forming the inner space 12 may be included.
  • the second partition wall 121 is a second side wall portion disposed to surround the first side wall portion in a state spaced apart from the first side wall portion, extending inward from the lower end of the second side wall portion; A second bottom part coupled to a first partition wall part of the first chamber 120 and extending from an upper end part of the second side wall part to seal a lower end part of the inner space 12 and the first chamber 120.
  • the second bottom part may extend in parallel with the first bottom part from an outer surface of the first side wall part and have an outer edge of a circular or polygonal shape.
  • the second sidewall portion may extend upward from the edge portion of the second bottom portion in a state spaced apart from the first sidewall portion.
  • the height of the second sidewall portion is smaller than the height of the first sidewall portion in FIG. 1, the height of the second sidewall portion may be equal to or greater than the height of the first sidewall portion.
  • the height of the second side wall portion is the height of the first side wall portion. May be at least 1/2, preferably at least 4/5.
  • the second cover part may extend from the upper end of the second side wall part to the first partition wall 111 in an inward direction.
  • the second internal space 12 of the second chamber 120 may be supplied with a high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell module through the third gas pipe 150, the second internal space 12
  • the high temperature exhaust gas supplied to the air may heat the gas supplied to the first internal space 11 of the first chamber 110 through heat exchange.
  • the first gas pipe 130 may be connected to the first internal space 11 of the first chamber 110, and supply external gas to the first internal space 11.
  • the first gas pipe 130 may be connected to the first internal space 11 of the first chamber 110 via the second internal space 12 of the second chamber 120. And may not be connected to the second internal space 12 of the second chamber 120.
  • the gas distribution module 100 when the gas distribution module 100 according to the present invention is a gas distribution device for uniformly supplying fuel gas to a plurality of fuel cell modules (see FIG. 3 '), the first gas pipe 130 may supply the fuel gas received from the reformer (not shown) for reforming the fuel gas to the first internal space 11.
  • the gas distribution module 100 according to the present invention is a gas distribution device for uniformly supplying air to a plurality of fuel cell modules (see '1100' in FIG. 3)
  • the first gas pipe The 130 may supply the air provided from the air supply source (not shown) for supplying the air to the first internal space 11.
  • the second gas pipes 140 may connect a plurality of fuel cell modules (see 1100 of FIG. 3) to the first internal space 11 of the first chamber 110, respectively.
  • the second gas pipes 140 may have the same size and shape so that resistance to the movement of the gas is the same, and as a result, it is possible to uniformly supply gas to the fuel cell modules.
  • the gas when the N fuel cell modules are arranged at equal intervals along the imaginary circle on the connecting plate, the gas such that the central axis of the first chamber 110 coincides with the center of the imaginary circle.
  • a distribution module 100 may be disposed below the connection plate, and the N second gas pipes 140 may be configured based on the central axis of the first internal space passing through the center of the virtual circle.
  • N pipes may extend radially from the side wall portion, it may extend from the first partition wall 111 of the first chamber 110 may be connected to the fuel cell modules through the connection plate, respectively.
  • the N pipes may have the same diameter, length, and shape.
  • the third gas pipe 150 may be connected to the second internal space 12 of the second chamber 120.
  • the third gas pipe 150 may receive the high temperature exhaust fuel gas or the high temperature exhaust air discharged from the fuel cell modules and supply the high temperature exhaust fuel gas to the second internal space 12 of the second chamber 120. .
  • the fourth gas pipe 160 may be connected to the second internal space 12 of the second chamber 120.
  • the fourth gas pipe 160 may discharge the hot gas supplied by the third gas pipe 150 to the outside of the second internal space 12 of the second chamber 120.
  • the fourth gas pipe 160 is connected to a heat exchange device (not shown) applied to a fuel cell system for additional heat exchange of the high temperature exhaust fuel gas or to a burner device (not shown) that burns exhaust fuel gas to generate thermal energy or to an external outlet. Can be connected to.
  • the gas distribution module 100 when the gas distribution module 100 according to the present invention is a gas distribution device for uniformly supplying air to a plurality of fuel cell modules (see '1100' in FIG. 3), the fourth gas pipe 160 may be connected to a heat exchanger (not shown) applied to a fuel cell system or to an external outlet for additional heat exchange of the hot exhaust air.
  • the third gas pipe 150 and the fourth gas pipe 160 are spaced apart from each other, for example, may be connected to opposite sides of the second chamber 120 from each other.
  • the gas distribution module 100 for a fuel cell system is disposed in the first internal space 11 of the first chamber 110 so that the first internal space 11 is divided into two spaces
  • the apparatus may further include one or more branch plates 170 coupled to the first partition wall 111 to divide the first sub space 11a and the second sub space 11b as illustrated in FIG. 1. Can be.
  • the branch plate 170 may have a plate structure having the same shape as the cross-sectional shape of the first internal space 11, and may include through holes 171 through which gas may move.
  • the through holes 171 of the branch plate 170 may be formed in the edge region except for the center region of the branch plate 170 as shown in FIG. 2.
  • the first gas pipe 130 may be connected to the first sub space 11a positioned below the first internal space 11 of the first chamber 110.
  • the second gas pipes 140 may be connected to a second sub space 11b positioned at an upper portion of the first internal space 11 of the first chamber 110.
  • the branch plate 170 may reduce the pulsation of the gas supplied through the first gas pipe 130 as well as the second gas pipes.
  • the variation in the amount of gas supplied to 140 can be significantly reduced.
  • FIG 3 is a perspective view illustrating a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a fuel cell system 1000 may include a plurality of fuel cell modules 1100, a connection plate 1200, and a first gas distribution module 1300. And a second gas distribution module 1400.
  • the fuel cell modules 1100 may be a stack which is a collection of flat unit cells, a bundle which is a collection of tubular or flat tube cells, and the unit cells may be a solid oxide fuel cell (SOFC) or a polymer electrolyte fuel cell. (PEMFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC), molten carbonate fuel cell (MCFC) and the like.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • PEMFC polymer electrolyte fuel cell
  • PAFC phosphoric acid fuel cell
  • MCFC molten carbonate fuel cell
  • the unit cell included in each of the fuel cell modules 1100 may include an anode, a cathode, and an electrolyte disposed therebetween, and the hydrocarbon fuel gas and oxygen (O 2 ) may be disposed on the anode and the cathode.
  • the oxygen ions (O 2- ) reduced in the air electrode is moved to the fuel electrode via the electrolyte, the oxygen ions (O 2- ) moved to the fuel electrode to the fuel electrode Reacts with hydrogen (H 2 ) generated from the supplied hydrocarbon fuel to generate water (H 2 O) and electrons (e ⁇ ), and the unit cell generates electrical energy using the electrons generated through the reaction as described above. can do.
  • Each of the fuel cell modules includes a fuel flow path through which the fuel gas is supplied and an air flow path through which the air is supplied. Meanwhile, each of the fuel flow path and the air flow path may include an inlet through which fuel gas or air is injected and an outlet through which fuel gas or air after the reaction is discharged. In one embodiment, the fuel passage and the inlets and outlets of the air passage may be located on one side of the fuel cell module 1100, for example, the side where the connection plate 1200 is disposed.
  • the fuel cell modules 1100 may be arranged at equal intervals along the virtual circle. 3 shows that five fuel cell modules are arranged, the number of the fuel cell modules 1100 may be adjusted according to the required output.
  • connection plate 1200 may be disposed on one side of the fuel cell modules 1100.
  • the connection plate 1200 may be disposed under the fuel cell modules 1100 to support the fuel cell modules 1100.
  • the fuel cell modules 1100 The inlet and outlet of the fuel passage and the inlet and outlet of the air passage may be located on the lower surface of the fuel cell modules 1100.
  • the connection plate 1200 may be disposed above the fuel cell modules 1100, and in this case, the inlet and the outlet of the fuel passage of the fuel cell modules 1100 and the The inlet and the outlet of the air passage may be located on the upper surfaces of the fuel cell modules 1100.
  • the connecting plate 1200 is a first fuel through hole and a second fuel through hole communicated with the inlet and the outlet of the fuel passage, respectively, and first air communicated with the inlet and the outlet of the air passage, respectively. It may include a through hole and a second air through hole.
  • connection plate 1200 is disposed below the fuel cell modules 1100 as an example.
  • the first gas distribution module 1300 and the second gas distribution module 1400 may have the same structure as the gas distribution module 100 for the fuel cell system described with reference to FIGS. 1 and 2, respectively. Therefore, hereinafter, detailed descriptions related to the first gas distribution module 1300 and the second gas distribution module 1400 will be omitted.
  • the first gas distribution module 1300 may be disposed under the connection plate 1200, and the second gas distribution module 1400 may be disposed under the first gas distribution module 1300.
  • the second gas distribution module 1400 may have a center axis of the first chamber of the first gas distribution module 1300 and a center axis of the first chamber of the second gas distribution module 1400. It may be disposed below the first gas distribution module 1300.
  • One of the first gas distribution module 1300 and the second gas distribution module 1400 may be a fuel gas distribution module for uniformly supplying fuel gas to the fuel cell modules 1100, and the other is It may be an air distribution module for uniformly supplying air to the fuel cell modules 1100.
  • the first gas pipe 130 of the first gas distribution module 1300 is connected to a reformer (not shown) to reform.
  • the supplied fuel gas may be supplied to the first internal space 11 of the first chamber 110 of the first gas distribution module 1300, and the second gas pipes 140 may be connected to the connection plate 1200.
  • the first fuel through hole may be connected to the fuel flow path inlets of the fuel cell modules 1100, respectively, and the third gas pipe 150 may be connected through the second fuel through hole of the connection plate 1200. It may be connected to fuel flow path outlets of the fuel cell modules 1100.
  • the first gas pipe 130 of the second gas distribution module 1400 is connected to an external air source (not shown) to supply air to the air.
  • 2 may be supplied to the first inner space 11 of the first chamber 110 of the gas distribution module 1400, and the second gas pipes 140 may pass through the first air through hole of the connection plate 1200.
  • the fuel cell system 1000 according to the exemplary embodiment of the present invention is the fuel gas. It may include only one of the distribution module and the air distribution module.
  • the fuel cell system 1000 according to the embodiment of the present invention may include only an air distribution module, and fuel gas may be supplied to the fuel cell modules 1100 in the same manner as in the related art.
  • the air distribution module may be disposed at the position of the first gas distribution module 1300 shown in FIG. 3.
  • the fuel cell system 1000 may further include current collector members 1500A and 1500B for electrically connecting the fuel cell modules 1100, and FIG. 4 illustrates one embodiment of the current collector member. It is a perspective view for demonstrating an example.
  • the current collectors 1500A and 1500B may include the first current collector 1500A and the fuel cell modules 1100 electrically connected to negative terminals of the fuel cell modules 1100. It may include a second current collector 1500B electrically connected to the positive terminal of the ().
  • the negative electrode terminals may be formed to protrude from upper edges of the fuel cell modules 1100, and the positive electrode terminals may be formed from lower edges of the fuel cell modules 1100. It may be formed to protrude.
  • the first current collector 1500A extends from the first current collecting terminal 1510A and the first current collecting terminal 1510A disposed at the center of the imaginary circle where the fuel cell modules 1100 are arranged to extend the fuel cell.
  • the first contact branches 1520A may be electrically connected to the negative terminals of the modules 1100, respectively.
  • the first contact branches 1520A may be made of the same material so as to have the same or similar electrical resistance. , Thickness, width and length.
  • the second current collector 1500B includes a second current collector terminal 1510B and a second current collector disposed at a center of a virtual circle in which the fuel cell modules 1100 are arranged among the lower parts of the first current collector terminal 1510A.
  • Second contact branches 1520B extending from a current collecting terminal 1510B and electrically connected to positive terminals of the fuel cell modules 1100, respectively, wherein the second contact branches 1520B are included.
  • the gas distribution module and the fuel cell system of the present invention since a uniform amount of fuel and air can be supplied to the plurality of fuel cell modules, variations in power generated by the fuel cell modules can be minimized.
  • relatively cool fuel and air may be heated and supplied to the fuel cell modules by using heat generated by the fuel cell modules and heat of high temperature exhaust gas during power generation, the fuel cell modules may be supplied with the temperature variation of the fuel cell modules. Not only can it solve the problem of deterioration in durability, but it can also improve power generation efficiency.
  • gas distribution module 110 first chamber
  • connecting plate 1300 first gas distribution module

Abstract

Disclosed is a gas distribution module for a fuel cell system, which supplies a reactant gas to a plurality of fuel cell modules. The gas distribution module comprises: a first chamber having a first inner space; a second chamber having a second inner space surrounding the first inner space; a first gas pipe for supplying the reactant gas to the first inner space; a plurality of second gas pipes connecting the first inner space to the fuel cell modules and supplying a reactant gas to the fuel cell modules, respectively; a third gas pipe which receives an exhaust gas discharged from the fuel cell modules and supplies the exhaust gas to the second inner space; and a fourth gas pipe for discharging the exhaust gas out of the second inner space. The gas distribution module can supply a uniform amount of reactant gas to the plurality of fuel cell modules.

Description

가스 분배 모듈 및 이를 구비하는 연료전지 시스템Gas distribution module and fuel cell system having same
본 발명은 복수의 연료전지 모듈들 각각으로부터 생성되는 전력 편차를 감소시킬 수 있는 가스 분배 모듈 및 이를 구비하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a gas distribution module and a fuel cell system having the same capable of reducing the power deviation generated from each of the plurality of fuel cell modules.
수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생성하는 연료 전지는 에너지 전환단계가 간단하고 고효율, 무공해 발전기라는 친환경적인 특성 때문에 최근 연구가 활발히 진행되고 있다. Fuel cells that generate electricity through the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen have been actively researched recently because of the simple energy conversion step and the eco-friendly nature of high efficiency and pollution-free generators.
연료전지 시스템은 일반적으로 고출력을 달성하기 위해 스택, 번들 등의 집합체를 복수개 병렬로 연결하여 적용한다. 이 경우, 각각의 집합체에서 생성되는 전력 편차가 큰 경우, 시스템이 불안정해 질뿐만 아니라 내구성이 저하되는 문제점이 발생한다. 특히, 약 600 내지 1000 ℃ 정도의 고온에서 발전하는 고체산화물 연료 전지(SOFC) 시스템의 경우 이러한 전력 불균일 생성은 상기의 문제점을 더욱 심각하게 할 수 있다. In general, a fuel cell system employs a plurality of stacks, bundles, and the like connected in parallel to achieve high power. In this case, when the power variation generated in each aggregate is large, not only the system becomes unstable, but also the durability deteriorates. In particular, in the case of a solid oxide fuel cell (SOFC) system that generates power at a high temperature of about 600 to 1000 ° C., the generation of such power irregularities may make the above problem more serious.
따라서 연료전지 스택과 같은 연료전지 집합체를 복수개 채용하는 연료전지 시스템에 있어서 연료전지 집합체에 공급되는 연료 및 공기의 양을 균일하게 제어할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.Therefore, in a fuel cell system employing a plurality of fuel cell assemblies such as a fuel cell stack, development of a technology capable of uniformly controlling the amount of fuel and air supplied to the fuel cell assembly is required.
본 발명의 일 목적은 복수의 연료전지 모듈들에 가스를 균일하게 공급할 수 있는 가스 분배 모듈을 제공하는 것이다. One object of the present invention is to provide a gas distribution module capable of uniformly supplying gas to a plurality of fuel cell modules.
본 발명의 다른 목적은 상기 가스 분배 모듈을 포함하는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell system including the gas distribution module.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈은 복수의 연료전지 모듈에 반응 가스 공급한다. 상기 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈은 제1 내부공간을 형성하는 제1 격벽을 포함하는 제1 챔버; 상기 제1 내부공간을 둘러싸는 제2 내부공간을 형성하는 제2 격벽을 포함하는 제2 챔버; 상기 제1 내부공간에 연결되고 상기 제1 내부공간에 상기 반응 가스를 공급하는 제1 가스 배관; 상기 제1 내부공간과 상기 연료전지 모듈들을 연결하고, 상기 연료전지 모듈들에 상기 반응 가스를 각각 공급하는 복수의 제2 가스 배관들; 상기 제2 내부공간에 연결되고, 상기 연료전지 모듈들로부터 배출된 배기 가스를 공급받아 상기 제2 내부공간에 공급하는 제3 가스 배관; 및 상기 제3 가스 배관과 이격된 위치에서 상기 제2 내부공간에 연결되고 상기 제2 내부공간으로부터 상기 배기가스를 배출하는 제4 가스 배관을 포함한다. The gas distribution module for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention supplies a reactive gas to a plurality of fuel cell modules. The gas distribution module for a fuel cell system includes a first chamber including a first partition wall forming a first internal space; A second chamber including a second partition wall forming a second interior space surrounding the first interior space; A first gas pipe connected to the first internal space and supplying the reaction gas to the first internal space; A plurality of second gas pipes connecting the first internal space to the fuel cell modules and supplying the reaction gas to the fuel cell modules, respectively; A third gas pipe connected to the second internal space and configured to receive exhaust gas discharged from the fuel cell modules and supply the exhaust gas to the second internal space; And a fourth gas pipe connected to the second inner space at a position spaced apart from the third gas pipe and discharging the exhaust gas from the second inner space.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 격벽은 원형 또는 정다각형 형상의 제1 바닥부, 상기 제1 바닥부의 가장자리 부분으로부터 상부로 연장된 제1 측벽부 및 상기 제1 측벽부의 개구된 상부 단부에 밀폐하는 제1 덮개부를 포함할 수 있고, 상기 제2 격벽은 상기 제1 측벽부와 이격된 상태에서 상기 제1 측벽부를 둘러싸도록 배치된 제2 측벽부, 상기 제2 측벽부의 하부 단부로부터 상기 제1 측벽부까지 연장되어 상기 제2 내부공간의 하부 단부를 밀폐하는 제2 바닥부 및 상기 제2 측벽부의 상부 단부로부터 상기 제1 측벽부까지 연장되어 상기 제2 내부공간의 상부 단부를 밀폐하는 제2 덮개부를 포함할 수 있다. In an embodiment, the first partition wall may be sealed at a first bottom portion having a circular or regular polygonal shape, a first sidewall portion extending upward from an edge portion of the first bottom portion, and an open upper end portion of the first sidewall portion. A second side wall portion disposed to surround the first side wall portion in a state spaced apart from the first side wall portion, and the first side wall part from a lower end of the second side wall portion; A second bottom portion extending to a portion to seal the lower end of the second inner space and a second cover extending from the upper end of the second side wall portion to the first side wall portion to seal the upper end of the second inner space. It may include wealth.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 측벽부의 높이는 상기 제1 측벽부 높이의 1/2 이상일 수 있다. In an embodiment, the height of the second sidewall portion may be at least 1/2 of the height of the first sidewall portion.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 연료전지 모듈들은 가상의 원을 따라 서로 등간격으로 배치된 N개의 연료전지 모듈들을 포함할 수 있고, 상기 제2 가스 배관들은 상기 가상의 원의 중심을 관통하는 제1 내부공간의 중심축을 기준으로 상기 제1 측벽부로부터 방사상으로 연장된 N개의 배관들을 포함할 수 있으며, 상기 N개의 배관들의 길이는 동일할 수 있다. In example embodiments, the plurality of fuel cell modules may include N fuel cell modules disposed at equal intervals from each other along a virtual circle, and the second gas pipes may penetrate the center of the virtual circle. It may include N pipes extending radially from the first side wall portion with respect to the central axis of the first internal space, the length of the N pipes may be the same.
일 실시예에 있어서, 상기 반응 가스는 탄화수소 연료 가스일 수 있고, 상기 제2 가스 배관들은 상기 연료 가스를 상기 연료전지 모듈들 내부의 연료 유로들에 각각 연결될 수 있다. In one embodiment, the reaction gas may be a hydrocarbon fuel gas, and the second gas pipes may be connected to the fuel flow paths inside the fuel cell modules, respectively.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 가스 배관은 상기 연료전지 모듈들 내부의 연료 유로 출구에 연결되고, 상기 연료전지 모듈들로부터 배출되는 배기 연료 가스를 상기 제2 내부공간에 공급할 수 있다. In an embodiment, the third gas pipe may be connected to an outlet of a fuel flow path inside the fuel cell modules, and supply exhaust fuel gas discharged from the fuel cell modules to the second internal space.
일 실시예에 있어서, 상기 반응 가스는 산소를 포함하는 공기일 수 있고, 상기 제2 가스 배관들은 상기 연료 가스를 상기 연료전지 모듈들 내부의 연료 유로들에 각각 연결될 수 있다. In one embodiment, the reaction gas may be air containing oxygen, and the second gas pipes may be connected to the fuel flow paths inside the fuel cell modules, respectively.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 가스 배관은 상기 연료전지 모듈들 내부의 공기 유로 출구에 연결되고, 상기 연료전지 모듈들로부터 배출되는 공기를 상기 제2 내부공간에 공급할 수 있다. In an embodiment, the third gas pipe may be connected to an air flow path outlet inside the fuel cell modules, and supply air discharged from the fuel cell modules to the second internal space.
일 실시예에 있어서, 상기 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈은 상기 제1 내부공간 내부에 배치되어 상기 제1 내부공간을 제1 서브 공간 및 제2 서브 공간으로 분할하고, 상기 반응가스가 이동할 수 있는 관통홀들이 형성된 분기판을 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 제1 가스 배관은 상기 제1 서브 공간에 연결될 수 있고, 상기 제2 가스 배관들은 상기 제2 서브 공간에 연결될 수 있다. In one embodiment, the gas distribution module for the fuel cell system is disposed inside the first internal space divides the first internal space into a first sub-space and a second sub-space, the reaction gas can move The apparatus may further include a branch plate on which through holes are formed. In this case, the first gas pipe may be connected to the first sub space, and the second gas pipes may be connected to the second sub space.
일 실시예에 있어서, 상기 분기판은 제1 직경의 중심 영역 및 상기 중심 영역을 둘러싸는 가장자리 영역을 포함할 수 있고, 상기 관통홀들은 상기 가장자리 영역에 형성될 수 있다. In some embodiments, the branch plate may include a central region having a first diameter and an edge region surrounding the central region, and the through holes may be formed in the edge region.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템은 가상의 원을 따라 등간격으로 배치된 복수의 연료전지 모듈; 상기 연료전지 모듈의 하부에 배치되고, 상기 연료전지 모듈들 내부의 연료 유로의 입구 및 출구와 각각 연통되는 제1 연료 관통홀 및 제2 연료 관통홀 그리고 공기 유로의 입구 및 출구와 각각 연통되는 제1 공기 관통홀 및 제2 공기 관통홀이 형성된 연결 플레이트; 및 상기 연결 플레이트 하부에 배치되고, 상기 연료전지 모듈들에 공기를 공급하는 제1 가스 분배 모듈을 포함하고, 이 경우, 상기 제1 가스 분배 모듈은 상기 가상의 원의 중심을 지나고 상기 연결 플레이트에 수직한 제1 중심축을 갖는 제1 내부공간을 형성하는 제1 격벽을 포함하는 제1 챔버; 상기 제1 내부공간을 둘러싸는 제2 내부공간을 형성하는 제2 격벽을 포함하는 제2 챔버; 상기 제1 내부공간에 연결되고, 외부 공기 공급원으로부터 공급된 공기를 상기 제1 내부공간에 공급하는 제1 가스 배관; 상기 제1 내부공간과 상기 제1 공기 관통홀들을 연결하고, 상기 연료전지 모듈들에 상기 공기를 각각 공급하는 복수의 제2 가스 배관들; 상기 제2 내부공간과 상기 제2 공기 관통홀들을 연결하고, 상기 연료전지 모듈들로부터 배출된 배기 공기를 상기 제2 내부공간에 공급하는 제3 가스 배관; 및 상기 제3 가스 배관과 이격된 위치에서 상기 제2 내부공간에 연결되고 상기 제2 내부공간으로부터 상기 배기 공기를 배출하는 제4 가스 배관을 포함한다. A fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of fuel cell modules disposed at equal intervals along a virtual circle; A first fuel through hole and a second fuel through hole which are disposed under the fuel cell module and communicate with the inlet and the outlet of the fuel flow paths, respectively; A connection plate having a first air through hole and a second air through hole formed therein; And a first gas distribution module disposed below the connection plate and supplying air to the fuel cell modules, wherein the first gas distribution module passes through the center of the imaginary circle and is connected to the connection plate. A first chamber including a first partition wall defining a first interior space having a vertical first central axis; A second chamber including a second partition wall forming a second interior space surrounding the first interior space; A first gas pipe connected to the first internal space and supplying air supplied from an external air source to the first internal space; A plurality of second gas pipes connecting the first internal space and the first air through holes to supply the air to the fuel cell modules; A third gas pipe connecting the second internal space and the second air through holes and supplying exhaust air discharged from the fuel cell modules to the second internal space; And a fourth gas pipe connected to the second inner space at a position spaced apart from the third gas pipe and discharging the exhaust air from the second inner space.
일 실시예에 있어서, 상기 연료전지 시스템은 상기 제1 가스 분배 모듈 하부에 배치된 제2 가스 분배 모듈을 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 제2 가스 분배 모듈은 상기 제1 중심축과 동일한 중심축을 갖는 제3 내부공간을 형성하는 제3 격벽을 포함하고, 상기 제1 챔버 하부에 배치된 제3 챔버; 상기 제3 내부공간을 둘러싸는 제4 내부공간을 형성하는 제4 격벽을 포함하는 제4 챔버; 상기 제3 내부공간과 개질기를 연결하고, 상기 개질기로부터 공급된 연료 가스를 상기 제3 내부공간에 공급하는 제5 가스 배관; 상기 제3 내부공간과 상기 제1 연료 관통홀들을 연결하고, 상기 연료전지 모듈들에 상기 연료 가스를 각각 공급하는 복수의 제6 가스 배관들; 상기 제4 내부공간과 상기 제2 연료 관통홀들을 연결하고, 상기 연료전지 모듈들로부터 배출된 배기 연료 가스를 상기 제4 내부공간에 공급하는 제7 가스 배관; 및 상기 제7 가스 배관과 이격된 위치에서 상기 제4 내부공간에 연결되고 상기 제4 내부공간으로부터 상기 배기 연료 가스를 배출하는 제8 가스 배관을 포함할 수 있다. In one embodiment, the fuel cell system may further include a second gas distribution module disposed below the first gas distribution module, in which case the second gas distribution module is the same as the first central axis. A third chamber including a third partition wall forming a third internal space having a central axis and disposed below the first chamber; A fourth chamber including a fourth partition wall forming a fourth inner space surrounding the third inner space; A fifth gas pipe connecting the third internal space and a reformer and supplying the fuel gas supplied from the reformer to the third internal space; A plurality of sixth gas pipes connecting the third internal space and the first fuel through holes to supply the fuel gas to the fuel cell modules; A seventh gas pipe connecting the fourth internal space and the second fuel through holes and supplying the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell modules to the fourth internal space; And an eighth gas pipe connected to the fourth internal space at a position spaced apart from the seventh gas pipe and discharging the exhaust fuel gas from the fourth internal space.
일 실시예에 있어서, 상기 연료전지 시스템은 상기 연료전지 모듈들을 전기적으로 연결하는 집전 부재를 더 포함할 수 있고, 상기 집전 부재는 제1 집전 단자 및 상기 제1 집전 단자로부터 연장되어 상기 연료전지 모듈들의 음극 단자들과 각각 전기적으로 연결되고 서로 동일한 길이, 두께 및 폭을 갖는 제1 접촉 가지부들을 포함하는 제1 집전부; 및 제1 집전 단자의 하부에 배치된 제2 집전 단자 및 상기 제2 집전 단자로부터 연장되어 상기 연료전지 모듈들의 양극 단자들과 각각 전기적으로 연결되고 서로 동일한 길이, 두께 및 폭을 갖는 제2 접촉 가지부들을 포함하는 제2 집전부를 포함할 수 있다.The fuel cell system may further include a current collecting member electrically connecting the fuel cell modules, wherein the current collecting member extends from a first current collecting terminal and the first current collecting terminal. A first current collector including first contact branches electrically connected to the negative terminals of the second electrodes and having the same length, thickness, and width as each other; And a second current collecting terminal disposed below the first current collecting terminal and a second contact branch extending from the second current collecting terminal and electrically connected to the positive terminals of the fuel cell modules, respectively, and having the same length, thickness, and width as each other. It may include a second current collector including the parts.
본 발명에 가스 분배 모듈 및 연료전지 시스템에 따르면, 복수의 연료전지 모듈에 균일한 양의 연료 및 공기를 공급할 수 있으므로 연료전지 모듈들에 의해 생성되는 전력의 편차를 최소화할 수 있다. 그리고, 발전시 연료전지 모듈들에 의해 생성되는 열 및 고온 배기가스의 열을 이용하여 상대적으로 차가운 연료 및 공기를 가열하여 상기 연료전지 모듈들에 공급할 수 있으므로, 상기 연료전지 모듈들의 온도 편차에 의한 내구성 저하 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 발전 효율을 향상시킬 수 있다.According to the gas distribution module and the fuel cell system of the present invention, since a uniform amount of fuel and air can be supplied to the plurality of fuel cell modules, variations in power generated by the fuel cell modules can be minimized. In addition, since relatively cool fuel and air may be heated and supplied to the fuel cell modules by using heat generated by the fuel cell modules and heat of high temperature exhaust gas during power generation, the fuel cell modules may be supplied with the temperature variation of the fuel cell modules. Not only can it solve the problem of deterioration in durability, but it can also improve power generation efficiency.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈을 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a gas distribution module for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 분기판을 설명하기 위한 사시도이다. FIG. 2 is a perspective view illustrating the branch plate illustrated in FIG. 1.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 사시도이다. 3 is a perspective view illustrating a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 집전 부재의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.4 is a perspective view for explaining an embodiment of a current collector member.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific form disclosed, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown in an enlarged scale than actual for clarity of the invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈을 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 분기판을 설명하기 위한 사시도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a gas distribution module for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view illustrating the branch plate shown in FIG. 1.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈(100)은 제1 챔버(110), 제2 챔버(120), 제1 가스 배관(130), 제2 가스 배관들(140), 제3 가스 배관(150) 및 제4 가스 배관(160)을 포함하고, 복수의 연료전지 모듈에 연료 가스나 공기 등과 같은 반응 가스를 균일하게 공급할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈(100)은 분기판(170)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the gas distribution module 100 for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention may include a first chamber 110, a second chamber 120, a first gas pipe 130, and a second gas pipe. Field 140, a third gas pipe 150, and a fourth gas pipe 160, the reaction gas such as fuel gas or air may be uniformly supplied to the plurality of fuel cell modules. On the other hand, the gas distribution module 100 for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a branch plate 170.
상기 제1 챔버(110)는 외부에서 상기 제1 가스 배관(130)을 통해 가스가 공급되는 제1 내부공간(11)을 형성하는 제1 격벽(111)을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 제1 격벽(111)은 제1 바닥부, 상기 제1 바닥부의 가장자리 부분으로부터 상부로 연장된 제1 측벽부 및 상기 제1 측벽부의 상부 단부에 결합된 제1 덮개부를 포함할 수 있다. 상기 제1 바닥부는 원형 또는 다각형 형상을 가질 수 있고, 상기 제1 측벽부는 단면이 원형 또는 다각형인 상기 제1 내부 공간(11)을 형성할 수 있으며, 상기 제1 덮개부의 형상의 특별히 제한되지 않는다. 상기 가스는 연료전지의 발전을 위한 수소 함유 연료 가스이거나 산소 함유 공기일 수 있다. The first chamber 110 may include a first partition wall 111 forming a first inner space 11 through which the gas is supplied through the first gas pipe 130 from the outside. In one embodiment, the first partition wall 111 includes a first bottom portion, a first sidewall portion extending upward from an edge portion of the first bottom portion, and a first cover portion coupled to an upper end of the first sidewall portion. can do. The first bottom part may have a circular or polygonal shape, and the first side wall part may form the first internal space 11 having a circular or polygonal cross section, and the shape of the first cover part is not particularly limited. . The gas may be hydrogen-containing fuel gas or oxygen-containing air for power generation of the fuel cell.
상기 제2 챔버(120)는 상기 제1 챔버(110)의 제1 측벽부를 둘러싸도록 배치되고 상기 제1 챔버(110)의 제1 측벽부와 함께 상기 제1 측벽부의 적어도 일부를 둘러싸는 제2 내부공간(12)을 형성하는 제2 격벽(121)을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 제2 격벽(121)은 상기 제1 측벽부와 이격된 상태에서 상기 제1 측벽부를 둘러싸도록 배치된 제2 측벽부, 상기 제2 측벽부의 하부 단부로부터 내부로 연장되어 상기 제1 챔버(120)의 제1 격벽부에 결합되고 상기 내부공간(12)의 하부 단부를 밀폐하는 제2 바닥부 및 상기 제2 측벽부의 상부 단부로부터 내부로 연장되고 상기 제1 챔버(120)의 제1 격벽부에 결합되고 상기 내부공간(12)의 상부 단부를 밀폐하는 제2 덮개부를 포함할 수 있다. 상기 제2 바닥부는 상기 제1 측벽부의 외부면으로부터 상기 제1 바닥부와 평행하게 연장되고 외부 테두리가 원형 또는 다각형 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 측벽부는 상기 제2 바닥부의 가장자리 부분으로부터 상기 제1 측벽부와 이격된 상태에서 상부로 연장될 수 있다. 도 1에는 상기 제2 측벽부의 높이가 상기 제1 측벽부의 높이보다 작은 것으로 도시되어 있으나, 상기 제2 측벽부의 높이는 상기 제1 측벽부의 높이와 동일하거나 이보다 더 클 수 있다. 다만, 상기 제2 내부공간(12)에 공급된 고온 가스와 상기 제1 내부공간(11)에 공급된 저온 가스 사이의 열 교환 효율을 고려하여, 상기 제2 측벽부의 높이는 상기 제1 측벽부 높이의 1/2 이상, 바람직하게는 4/5 이상일 수 있다. 상기 제2 덮개부는 상기 제2 측벽부의 상부 단부로부터 내부 방향으로 상기 제1 격벽(111)까지 연장될 수 있다. The second chamber 120 is disposed to surround the first sidewall portion of the first chamber 110 and the second chamber 120 surrounds at least a portion of the first sidewall portion together with the first sidewall portion of the first chamber 110. The second partition wall 121 forming the inner space 12 may be included. In one embodiment, the second partition wall 121 is a second side wall portion disposed to surround the first side wall portion in a state spaced apart from the first side wall portion, extending inward from the lower end of the second side wall portion; A second bottom part coupled to a first partition wall part of the first chamber 120 and extending from an upper end part of the second side wall part to seal a lower end part of the inner space 12 and the first chamber 120. It may include a second cover portion coupled to the first partition portion of the sealing the upper end of the inner space (12). The second bottom part may extend in parallel with the first bottom part from an outer surface of the first side wall part and have an outer edge of a circular or polygonal shape. The second sidewall portion may extend upward from the edge portion of the second bottom portion in a state spaced apart from the first sidewall portion. Although the height of the second sidewall portion is smaller than the height of the first sidewall portion in FIG. 1, the height of the second sidewall portion may be equal to or greater than the height of the first sidewall portion. However, considering the heat exchange efficiency between the hot gas supplied to the second inner space 12 and the low temperature gas supplied to the first inner space 11, the height of the second side wall portion is the height of the first side wall portion. May be at least 1/2, preferably at least 4/5. The second cover part may extend from the upper end of the second side wall part to the first partition wall 111 in an inward direction.
상기 제2 챔버(120)의 제2 내부공간(12)에는 상기 제3 가스 배관(150)을 통해 연료전지 모듈에서 배출되는 고온의 배기가스가 공급될 수 있고, 상기 제2 내부공간(12)에 공급된 고온의 배기는 열교환을 통해 상기 제1 챔버(110)의 제1 내부공간(11)에 공급된 가스를 가열시킬 수 있다. The second internal space 12 of the second chamber 120 may be supplied with a high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell module through the third gas pipe 150, the second internal space 12 The high temperature exhaust gas supplied to the air may heat the gas supplied to the first internal space 11 of the first chamber 110 through heat exchange.
상기 제1 가스 배관(130)은 상기 제1 챔버(110)의 제1 내부공간(11)에 연결될 수 있고, 외부의 가스를 상기 제1 내부공간(11)으로 공급할 수 있다. 일 실시예로, 상기 제1 가스 배관(130)은 상기 제2 챔버(120)의 제2 내부공간(12)을 경유하여 상기 제1 챔버(110)의 제1 내부공간(11)과 연결될 수 있고, 상기 제2 챔버(120)의 제2 내부공간(12)과는 연결되지 않을 수 있다. The first gas pipe 130 may be connected to the first internal space 11 of the first chamber 110, and supply external gas to the first internal space 11. In an embodiment, the first gas pipe 130 may be connected to the first internal space 11 of the first chamber 110 via the second internal space 12 of the second chamber 120. And may not be connected to the second internal space 12 of the second chamber 120.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 가스 분배 모듈(100)이 복수의 연료전지 모듈(도 3의 귌’참조)에 연료 가스를 균일하게 공급하기 위한 가스 분배 장치인 경우, 상기 제1 가스 배관(130)은 상기 연료 가스를 개질하는 개질기(미도시)로부터 제공받은 연료 가스를 상기 제1 내부공간(11)에 공급할 수 있다. In one embodiment, when the gas distribution module 100 according to the present invention is a gas distribution device for uniformly supplying fuel gas to a plurality of fuel cell modules (see FIG. 3 '), the first gas pipe 130 may supply the fuel gas received from the reformer (not shown) for reforming the fuel gas to the first internal space 11.
다른 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 가스 분배 모듈(100)이 복수의 연료전지 모듈(도 3의 '1100' 참조)에 공기를 균일하게 공급하기 위한 가스 분배 장치인 경우, 상기 제1 가스 배관(130)은 상기 공기를 공급하는 공기 공급원(미도시)으로부터 제공받은 공기를 상기 제1 내부공간(11)에 공급할 수 있다. In another embodiment, when the gas distribution module 100 according to the present invention is a gas distribution device for uniformly supplying air to a plurality of fuel cell modules (see '1100' in FIG. 3), the first gas pipe The 130 may supply the air provided from the air supply source (not shown) for supplying the air to the first internal space 11.
상기 제2 가스 배관들(140)은 복수의 연료전지 모듈들(도 3의 '1100' 참조)을 각각 상기 제1 챔버(110)의 제1 내부공간(11)에 연결할 수 있다. 상기 제2 가스 배관들(140)은 상기 가스의 이동에 대한 저항이 동일하도록 서로 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있고, 그 결과 상기 연료전지 모듈들에 균일하게 가스를 공급할 수 있도록 한다. 일 실시예에 있어서, N개의 상기 연료전지 모듈들이 연결 플레이트 상에서 가상의 원을 따라 등간격으로 배치된 경우, 상기 제1 챔버(110)의 중심축이 상기 가상의 원의 중심과 일치하도록 상기 가스 분배 모듈(100)이 상기 연결 플레이트 하부에 배치될 수 있고, 상기 N개의 상기 제2 가스 배관들(140)은 상기 가상의 원의 중심을 관통하는 제1 내부공간의 중심축을 기준으로 상기 제1 측벽부로부터 방사상으로 연장된 N개의 배관들을 포함할 수 있고, 상기 제1 챔버(110)의 제1 격벽(111)으로부터 연장되어 상기 연결 플레이트를 통해 상기 연료전지 모듈들에 각각 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 N개의 배관들은 동일한 직경, 길이 및 형상을 가질 수 있다.The second gas pipes 140 may connect a plurality of fuel cell modules (see 1100 of FIG. 3) to the first internal space 11 of the first chamber 110, respectively. The second gas pipes 140 may have the same size and shape so that resistance to the movement of the gas is the same, and as a result, it is possible to uniformly supply gas to the fuel cell modules. In one embodiment, when the N fuel cell modules are arranged at equal intervals along the imaginary circle on the connecting plate, the gas such that the central axis of the first chamber 110 coincides with the center of the imaginary circle. A distribution module 100 may be disposed below the connection plate, and the N second gas pipes 140 may be configured based on the central axis of the first internal space passing through the center of the virtual circle. It may include N pipes extending radially from the side wall portion, it may extend from the first partition wall 111 of the first chamber 110 may be connected to the fuel cell modules through the connection plate, respectively. In this case, the N pipes may have the same diameter, length, and shape.
상기 제3 가스 배관(150)은 상기 제2 챔버(120)의 제2 내부공간(12)에 연결될 수 있다. 상기 제3 가스 배관(150)은 상기 연료전지 모듈들로부터 배출되는 고온의 배기 연료 가스 또는 고온의 배기 공기를 공급받아 이를 상기 제2 챔버(120)의 제2 내부공간(12)에 공급할 수 있다. The third gas pipe 150 may be connected to the second internal space 12 of the second chamber 120. The third gas pipe 150 may receive the high temperature exhaust fuel gas or the high temperature exhaust air discharged from the fuel cell modules and supply the high temperature exhaust fuel gas to the second internal space 12 of the second chamber 120. .
상기 제4 가스 배관(160)은 상기 제2 챔버(120)의 제2 내부공간(12)에 연결될 수 있다. 상기 제4 가스 배관(160)은 상기 제3 가스 배관(150)에 의해 공급된 고온의 가스를 상기 제2 챔버(120)의 제2 내부공간(12) 외부로 배출할 수 있다. The fourth gas pipe 160 may be connected to the second internal space 12 of the second chamber 120. The fourth gas pipe 160 may discharge the hot gas supplied by the third gas pipe 150 to the outside of the second internal space 12 of the second chamber 120.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 가스 분배 모듈(100)이 복수의 연료전지 모듈(도 3의 귌’참조)에 연료 가스를 균일하게 공급하기 위한 가스 분배 장치인 경우, 상기 제4 가스 배관(160)은 상기 고온 배기 연료 가스의 추가적인 열교환을 위해 연료전지 시스템에 적용되는 열교환 장치(미도시)에 연결되거나 배기 연료 가스를 연소시켜 열에너지를 생성하는 버너 장치(미도시)에 연결되거나 외부 배출구에 연결될 수 있다. In one embodiment, when the gas distribution module 100 according to the present invention is a gas distribution device for uniformly supplying fuel gas to a plurality of fuel cell modules (see FIG. 3 '), the fourth gas pipe 160 is connected to a heat exchange device (not shown) applied to a fuel cell system for additional heat exchange of the high temperature exhaust fuel gas or to a burner device (not shown) that burns exhaust fuel gas to generate thermal energy or to an external outlet. Can be connected to.
다른 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 가스 분배 모듈(100)이 복수의 연료전지 모듈(도 3의 '1100' 참조)에 공기를 균일하게 공급하기 위한 가스 분배 장치인 경우, 상기 제4 가스 배관(160)은 상기 고온 배기 공기의 추가적인 열교환을 위해 연료전지 시스템에 적용되는 열교환 장치(미도시)에 연결되거나 외부 배출구에 연결될 수 있다. In another embodiment, when the gas distribution module 100 according to the present invention is a gas distribution device for uniformly supplying air to a plurality of fuel cell modules (see '1100' in FIG. 3), the fourth gas pipe 160 may be connected to a heat exchanger (not shown) applied to a fuel cell system or to an external outlet for additional heat exchange of the hot exhaust air.
한편, 상기 제2 챔버(120)의 제2 내부 공간(12) 내부에 공급된 고온의 배기 가스의 열교환 효율을 향상시키기 위해, 상기 제3 가스 배관(150)과 상기 제4 가스 배관(160)은 서로 이격된 위치, 예를 들면, 서로 상기 제2 챔버(120)의 반대편에 연결될 수 있다. On the other hand, in order to improve the heat exchange efficiency of the high-temperature exhaust gas supplied into the second internal space 12 of the second chamber 120, the third gas pipe 150 and the fourth gas pipe 160 Are spaced apart from each other, for example, may be connected to opposite sides of the second chamber 120 from each other.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈(100)은 상기 제1 챔버(110)의 제1 내부공간(11) 내부에 배치되어 상기 제1 내부공간(11)을 2개의 공간, 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같은 제1 서브 공간(11a) 및 제2 서브 공간(11b)으로 분할하도록 상기 제1 격벽(111)에 결합된 하나 이상의 분기판(170)을 더 포함할 수 있다. The gas distribution module 100 for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention is disposed in the first internal space 11 of the first chamber 110 so that the first internal space 11 is divided into two spaces, For example, the apparatus may further include one or more branch plates 170 coupled to the first partition wall 111 to divide the first sub space 11a and the second sub space 11b as illustrated in FIG. 1. Can be.
상기 분기판(170)은 상기 제1 내부공간(11)의 단면 형상과 동일한 형상을 플레이트 구조를 가질 수 있고, 가스가 이동할 수 있는 관통홀들(171)을 구비할 수 있다. 일 실시예로, 상기 분기판(170)의 관통홀들(171)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 분기판(170)의 중심영역을 제외한 가장자리 영역에 형성될 수 있다. The branch plate 170 may have a plate structure having the same shape as the cross-sectional shape of the first internal space 11, and may include through holes 171 through which gas may move. In one embodiment, the through holes 171 of the branch plate 170 may be formed in the edge region except for the center region of the branch plate 170 as shown in FIG. 2.
상기 분기판(170)이 적용된 경우, 상기 제1 가스 배관(130)은 상기 제1 챔버(110)의 제1 내부공간(11) 중 하부에 위치하는 제1 서브 공간(11a)에 연결될 수 있고, 상기 제2 가스 배관들(140)은 상기 제1 챔버(110)의 제1 내부공간(11) 중 상부에 위치하는 제2 서브 공간(11b)에 연결될 수 있다. When the splitter plate 170 is applied, the first gas pipe 130 may be connected to the first sub space 11a positioned below the first internal space 11 of the first chamber 110. The second gas pipes 140 may be connected to a second sub space 11b positioned at an upper portion of the first internal space 11 of the first chamber 110.
상기와 같은 분기판(170)이 적용된 경우, 상기 분기판(170)은 상기 제1 가스 배관(130)을 통해 공급되는 가스의 맥동(pulsation)을 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 제2 가스 배관들(140)에 공급되는 가스 양의 편차를 현저하게 감소시킬 수 있다. When the branch plate 170 is applied as described above, the branch plate 170 may reduce the pulsation of the gas supplied through the first gas pipe 130 as well as the second gas pipes. The variation in the amount of gas supplied to 140 can be significantly reduced.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 사시도이다. 3 is a perspective view illustrating a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2와 함께 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(1000)은 복수의 연료전지 모듈(1100), 연결 플레이트(1200), 제1 가스 분배 모듈(1300) 및 제2 가스 분배 모듈(1400)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 together with FIGS. 1 and 2, a fuel cell system 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a plurality of fuel cell modules 1100, a connection plate 1200, and a first gas distribution module 1300. And a second gas distribution module 1400.
상기 연료전지 모듈들(1100)은 평판형 단전지들의 집합체인 스택일 수도 있고, 관형 또는 평관형 단전지들의 집합체인 번들일 수도 있고, 상기 단전지는 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC) 등으로부터 선택된 하나일 수 있다. The fuel cell modules 1100 may be a stack which is a collection of flat unit cells, a bundle which is a collection of tubular or flat tube cells, and the unit cells may be a solid oxide fuel cell (SOFC) or a polymer electrolyte fuel cell. (PEMFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC), molten carbonate fuel cell (MCFC) and the like.
상기 연료전지 모듈들(1100) 각각에 포함된 단전지는 연료극(anode), 공기극(cathode) 및 이들 사이에 위치하는 전해질을 포함할 수 있고, 상기 연료극 및 공기극에 탄화수소 연료 가스 및 산소(O2)를 포함하는 공기가 각각 공급되면, 상기 공기극에서 환원된 산소 이온(O2-)이 상기 전해질을 경유하여 상기 연료극으로 이동하게 되고, 상기 연료극으로 이동된 산소 이온(O2-)은 상기 연료극에 제공된 탄화수소 연료로부터 생성된 수소(H2)와 반응하여 물(H2O)과 전자(e-)를 생성하게 되며, 상기 단전지는 상기와 같이 반응을 통해 생성된 전자를 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있다. 이와 같은 상기 연료전지 모듈들 각각은 상기 연료 가스가 공급되는 연료 유로 및 상기 공기가 공급되는 공기 유로를 내부에 포함한다. 한편, 상기 연료 유로 및 상기 공기 유로 각각은 연료가스 또는 공기가 주입되는 입구 및 반응 후의 연료가스 또는 공기가 배출되는 출구를 구비할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 연료 유로 및 상기 공기 유로의 입구들 및 출구들은 상기 연료전지 모듈(1100)의 일측, 예를 들면, 상기 연결 플레이트(1200)가 배치되는 측에 위치할 수 있다. The unit cell included in each of the fuel cell modules 1100 may include an anode, a cathode, and an electrolyte disposed therebetween, and the hydrocarbon fuel gas and oxygen (O 2 ) may be disposed on the anode and the cathode. When each of the air containing is supplied, the oxygen ions (O 2- ) reduced in the air electrode is moved to the fuel electrode via the electrolyte, the oxygen ions (O 2- ) moved to the fuel electrode to the fuel electrode Reacts with hydrogen (H 2 ) generated from the supplied hydrocarbon fuel to generate water (H 2 O) and electrons (e ), and the unit cell generates electrical energy using the electrons generated through the reaction as described above. can do. Each of the fuel cell modules includes a fuel flow path through which the fuel gas is supplied and an air flow path through which the air is supplied. Meanwhile, each of the fuel flow path and the air flow path may include an inlet through which fuel gas or air is injected and an outlet through which fuel gas or air after the reaction is discharged. In one embodiment, the fuel passage and the inlets and outlets of the air passage may be located on one side of the fuel cell module 1100, for example, the side where the connection plate 1200 is disposed.
상기 연료전지 모듈들(1100)은 가상의 원을 따라 서로 등간격으로 배치될 수 있다. 도 3에는 5개의 연료전지 모듈들이 배치된 것이 도시되어 있으나, 상기 연료전지 모듈(1100)의 수는 요구되는 출력에 따라 조절될 수 있다.The fuel cell modules 1100 may be arranged at equal intervals along the virtual circle. 3 shows that five fuel cell modules are arranged, the number of the fuel cell modules 1100 may be adjusted according to the required output.
상기 연결 플레이트(1200)는 상기 연료전지 모듈들(1100)의 일측에 배치될 수 있다. 일 실시예로, 상기 연결 플레이트(1200)는 상기 연료전지 모듈들(1100)의 하부에 배치되어 상기 연료전지 모듈들(1100)을 지지할 수 있고, 이 경우, 상기 연료전지 모듈들(1100)의 상기 연료 유로의 입구 및 출구 그리고 상기 공기 유로의 입구 및 출구는 상기 연료전지 모듈들(1100)의 하부면에 위치할 수 있다. 이와 다른 실시예로, 상기 연결 플레이트(1200)는 상기 연료전지 모듈들(1100)의 상부에 배치될 수 있고, 이 경우, 기 연료전지 모듈들(1100)의 상기 연료 유로의 입구 및 출구 그리고 상기 공기 유로의 입구 및 출구는 상기 연료전지 모듈들(1100)의 상부면에 위치할 수 있다. The connection plate 1200 may be disposed on one side of the fuel cell modules 1100. In an embodiment, the connection plate 1200 may be disposed under the fuel cell modules 1100 to support the fuel cell modules 1100. In this case, the fuel cell modules 1100 The inlet and outlet of the fuel passage and the inlet and outlet of the air passage may be located on the lower surface of the fuel cell modules 1100. In another embodiment, the connection plate 1200 may be disposed above the fuel cell modules 1100, and in this case, the inlet and the outlet of the fuel passage of the fuel cell modules 1100 and the The inlet and the outlet of the air passage may be located on the upper surfaces of the fuel cell modules 1100.
일 실시예에 있어서, 상기 연결 플레이트(1200)는 상기 연료 유로의 입구 및 출구와 각각 연통되는 제1 연료 관통홀 및 제2 연료 관통홀 그리고 상기 공기 유로의 입구 및 출구와 각각 연통되는 제1 공기 관통홀 및 제2 공기 관통홀을 포함할 수 있다. In one embodiment, the connecting plate 1200 is a first fuel through hole and a second fuel through hole communicated with the inlet and the outlet of the fuel passage, respectively, and first air communicated with the inlet and the outlet of the air passage, respectively. It may include a through hole and a second air through hole.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 연결 플레이트(1200)가 상기 연료전지 모듈들(1100)의 하부에 배치된 것을 예로 들어 설명한다.Hereinafter, for convenience of description, as shown in FIG. 3, the connection plate 1200 is disposed below the fuel cell modules 1100 as an example.
상기 제1 가스 분배 모듈(1300) 및 상기 제2 가스 분배 모듈(1400)은 각각 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈(100)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 이하에서는 상기 제1 가스 분배 모듈(1300) 및 상기 제2 가스 분배 모듈(1400)과 관련된 중복된 상세한 설명은 생략한다. The first gas distribution module 1300 and the second gas distribution module 1400 may have the same structure as the gas distribution module 100 for the fuel cell system described with reference to FIGS. 1 and 2, respectively. Therefore, hereinafter, detailed descriptions related to the first gas distribution module 1300 and the second gas distribution module 1400 will be omitted.
상기 제1 가스 분배 모듈(1300)은 상기 연결 플레이트(1200)의 하부에 배치될 수 있고, 상기 제2 가스 분배 모듈(1400)은 상기 제1 가스 분배 모듈(1300)의 하부에 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 가스 분배 모듈(1300)의 제1 챔버의 중심축과 상기 제2 가스 분배 모듈(1400)의 제1 챔버의 중심축이 일치하도록 상기 제2 가스 분배 모듈(1400)은 상기 제1 가스 분배 모듈(1300)의 하부에 배치될 수 있다.The first gas distribution module 1300 may be disposed under the connection plate 1200, and the second gas distribution module 1400 may be disposed under the first gas distribution module 1300. . For example, the second gas distribution module 1400 may have a center axis of the first chamber of the first gas distribution module 1300 and a center axis of the first chamber of the second gas distribution module 1400. It may be disposed below the first gas distribution module 1300.
상기 제1 가스 분배 모듈(1300) 및 상기 제2 가스 분배 모듈(1400) 중 하나는 연료 가스를 상기 연료전지 모듈들(1100)에 균일하게 공급하기 위한 연료가스 분배 모듈일 수 있고, 나머지 하나는 공기를 상기 연료전지 모듈들(1100)에 균일하게 공급하기 위한 공기 분배 모듈일 수 있다. One of the first gas distribution module 1300 and the second gas distribution module 1400 may be a fuel gas distribution module for uniformly supplying fuel gas to the fuel cell modules 1100, and the other is It may be an air distribution module for uniformly supplying air to the fuel cell modules 1100.
일 실시예로, 상기 제1 가스 분배 모듈(1300)이 상기 연료 가스 분배 모듈인 경우, 상기 제1 가스 분배 모듈(1300)의 제1 가스 배관(130)은 개질기(미도시)에 연결되어 개질된 연료 가스를 상기 제1 가스 분배 모듈(1300)의 제1 챔버(110)의 제1 내부공간(11)에 공급할 수 있고, 상기 제2 가스 배관들(140)은 상기 연결 플레이트(1200)의 제1 연료 관통홀을 통해 상기 연료전지 모듈들(1100)의 연료 유로 입구들에 각각 연결될 수 있으며, 상기 제3 가스 배관(150)은 상기 연결 플레이트(1200)의 제2 연료 관통홀을 통해 상기 연료전지 모듈들(1100)의 연료 유로 출구들에 연결될 수 있다. 그리고 상기 제2 가스 분배 모듈(1400)이 상기 공기 분배 모듈인 경우, 상기 제2 가스 분배 모듈(1400)의 제1 가스 배관(130)은 외부 공기 공급원(미도시)에 연결되어 공기를 상기 제2 가스 분배 모듈(1400)의 제1 챔버(110)의 제1 내부공간(11)에 공급할 수 있고, 상기 제2 가스 배관들(140)은 상기 연결 플레이트(1200)의 제1 공기 관통홀을 통해 상기 연료전지 모듈들(1100)의 공기 유로 입구들에 각각 연결될 수 있으며, 상기 제3 가스 배관(150)은 상기 연결 플레이트(1200)의 제2 공기 관통홀을 통해 상기 연료전지 모듈들(1100)의 공기 유로 출구들에 연결될 수 있다.In one embodiment, when the first gas distribution module 1300 is the fuel gas distribution module, the first gas pipe 130 of the first gas distribution module 1300 is connected to a reformer (not shown) to reform. The supplied fuel gas may be supplied to the first internal space 11 of the first chamber 110 of the first gas distribution module 1300, and the second gas pipes 140 may be connected to the connection plate 1200. The first fuel through hole may be connected to the fuel flow path inlets of the fuel cell modules 1100, respectively, and the third gas pipe 150 may be connected through the second fuel through hole of the connection plate 1200. It may be connected to fuel flow path outlets of the fuel cell modules 1100. When the second gas distribution module 1400 is the air distribution module, the first gas pipe 130 of the second gas distribution module 1400 is connected to an external air source (not shown) to supply air to the air. 2 may be supplied to the first inner space 11 of the first chamber 110 of the gas distribution module 1400, and the second gas pipes 140 may pass through the first air through hole of the connection plate 1200. Respectively connected to the air flow path inlets of the fuel cell modules 1100, and the third gas pipe 150 is connected to the fuel cell modules 1100 through a second air through hole of the connection plate 1200. May be connected to the air flow path outlets.
한편, 위에서는 본 발명의 실예에 따른 연료전지 시스템(1000)이 연료 가스 분배 모듈과 공기 분배 모듈을 모두 포함하는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(1000)은 상기 연료 가스 분배 모듈과 상기 공기 분배 모듈 중 하나만을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(1000)은 공기 분배 모듈만을 포함하고, 연료 가스는 종래의 기술과 동일하게 상기 연료전지 모듈들(1100)에 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 공기 분배 모듈은 도 3에 도시된 제1 가스 분배 모듈(1300) 위치에 배치될 수 있다. Meanwhile, although the fuel cell system 1000 according to the exemplary embodiment of the present invention has been described as including both the fuel gas distribution module and the air distribution module, the fuel cell system 1000 according to the embodiment of the present invention is the fuel gas. It may include only one of the distribution module and the air distribution module. For example, the fuel cell system 1000 according to the embodiment of the present invention may include only an air distribution module, and fuel gas may be supplied to the fuel cell modules 1100 in the same manner as in the related art. In this case, the air distribution module may be disposed at the position of the first gas distribution module 1300 shown in FIG. 3.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(1000)은 상기 연료전지 모듈들(1100)을 전기적으로 연결하는 집전 부재(1500A, 1500B)를 더 포함할 수 있고, 도 4는 상기 집전 부재의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이다. The fuel cell system 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention may further include current collector members 1500A and 1500B for electrically connecting the fuel cell modules 1100, and FIG. 4 illustrates one embodiment of the current collector member. It is a perspective view for demonstrating an example.
도 3과 함께 도 4를 참조하면, 상기 집전 부재(1500A, 1500B)는 상기 연료전지 모듈들(1100)의 음극 단자들에 전기적으로 연결된 제1 집전부(1500A) 및 상기 연료전지 모듈들(1100)의 양극 단자들에 전기적으로 연결된 제2 집전부(1500B)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 along with FIG. 3, the current collectors 1500A and 1500B may include the first current collector 1500A and the fuel cell modules 1100 electrically connected to negative terminals of the fuel cell modules 1100. It may include a second current collector 1500B electrically connected to the positive terminal of the ().
상기 연료전지 모듈들(1100)에 있어서, 상기 음극 단자들은 상기 연료전지 모듈들(1100)의 상부 모서리로부터 돌출되게 형성될 수 있고, 상기 양극 단자들은 상기 연료전지 모듈들(1100)의 하부 모서리로부터 돌출되게 형성될 수 있다. In the fuel cell modules 1100, the negative electrode terminals may be formed to protrude from upper edges of the fuel cell modules 1100, and the positive electrode terminals may be formed from lower edges of the fuel cell modules 1100. It may be formed to protrude.
상기 제1 집전부(1500A)는 상기 연료전지 모듈들(1100)이 배열되는 가상의 원의 중심에 배치된 제1 집전 단자(1510A) 및 상기 제1 집전 단자(1510A)로부터 연장되어 상기 연료전지 모듈들(1100)의 음극 단자들과 각각 전기적으로 연결되는 제1 접촉 가지부들(1520A)을 포함할 수 있고, 이 때 상기 제1 접촉 가지부들(1520A)은 전기적 저항이 동일 또는 유사하도록 동일한 재질, 두께, 폭 및 길이를 가질 수 있다. The first current collector 1500A extends from the first current collecting terminal 1510A and the first current collecting terminal 1510A disposed at the center of the imaginary circle where the fuel cell modules 1100 are arranged to extend the fuel cell. The first contact branches 1520A may be electrically connected to the negative terminals of the modules 1100, respectively. In this case, the first contact branches 1520A may be made of the same material so as to have the same or similar electrical resistance. , Thickness, width and length.
상기 제2 집전부(1500B)는 상기 제1 집전 단자(1510A)의 하부 중 상기 연료전지 모듈들(1100)이 배열되는 가상의 원의 중심에 배치된 제2 집전 단자(1510B) 및 상기 제2 집전 단자(1510B)로부터 연장되어 상기 연료전지 모듈들(1100)의 양극 단자들과 각각 전기적으로 연결되는 제2 접촉 가지부들(1520B)을 포함할 수 있고, 이 때 상기 제2 접촉 가지부들(1520B)은 전기적 저항이 동일 또는 유사하도록 동일한 재질, 두께, 폭 및 길이를 가질 수 있다. The second current collector 1500B includes a second current collector terminal 1510B and a second current collector disposed at a center of a virtual circle in which the fuel cell modules 1100 are arranged among the lower parts of the first current collector terminal 1510A. Second contact branches 1520B extending from a current collecting terminal 1510B and electrically connected to positive terminals of the fuel cell modules 1100, respectively, wherein the second contact branches 1520B are included. ) May have the same material, thickness, width and length so that the electrical resistance is the same or similar.
본 발명에 가스 분배 모듈 및 연료전지 시스템에 따르면, 복수의 연료전지 모듈에 균일한 양의 연료 및 공기를 공급할 수 있으므로 연료전지 모듈들에 의해 생성되는 전력의 편차를 최소화할 수 있다. 그리고, 발전시 연료전지 모듈들에 의해 생성되는 열 및 고온 배기가스의 열을 이용하여 상대적으로 차가운 연료 및 공기를 가열하여 상기 연료전지 모듈들에 공급할 수 있으므로, 상기 연료전지 모듈들의 온도 편차에 의한 내구성 저하 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 발전 효율을 향상시킬 수 있다. According to the gas distribution module and the fuel cell system of the present invention, since a uniform amount of fuel and air can be supplied to the plurality of fuel cell modules, variations in power generated by the fuel cell modules can be minimized. In addition, since relatively cool fuel and air may be heated and supplied to the fuel cell modules by using heat generated by the fuel cell modules and heat of high temperature exhaust gas during power generation, the fuel cell modules may be supplied with the temperature variation of the fuel cell modules. Not only can it solve the problem of deterioration in durability, but it can also improve power generation efficiency.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the detailed description of the present invention has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art will have the idea of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.
[부호의 설명][Description of the code]
100: 가스 분배 모듈 110: 제1 챔버100: gas distribution module 110: first chamber
120: 제2 챔버 130: 제1 가스 배관120: second chamber 130: first gas pipe
140: 제2 가스 배관들 150: 제3 가스 배관140: second gas pipes 150: third gas pipe
160: 제4 가스 배관 170: 분기판160: fourth gas pipe 170: branch plate
1000: 연료전지 시스템 1100: 연료전지 모듈1000: fuel cell system 1100: fuel cell module
1200: 연결 플레이트 1300: 제1 가스 분배 모듈1200: connecting plate 1300: first gas distribution module
1400: 제2 가스 분배 모듈1400: second gas distribution module

Claims (13)

  1. 복수의 연료전지 모듈에 반응 가스 공급하는 가스 분배 모듈에 있어서,In the gas distribution module for supplying a reactive gas to a plurality of fuel cell modules,
    제1 내부공간을 형성하는 제1 격벽을 포함하는 제1 챔버;A first chamber including a first partition wall forming a first internal space;
    상기 제1 내부공간을 둘러싸는 제2 내부공간을 형성하는 제2 격벽을 포함하는 제2 챔버;A second chamber including a second partition wall forming a second interior space surrounding the first interior space;
    상기 제1 내부공간에 연결되고 상기 제1 내부공간에 상기 반응 가스를 공급하는 제1 가스 배관;A first gas pipe connected to the first internal space and supplying the reaction gas to the first internal space;
    상기 제1 내부공간과 상기 연료전지 모듈들을 연결하고, 상기 연료전지 모듈들에 상기 반응 가스를 각각 공급하는 복수의 제2 가스 배관들;A plurality of second gas pipes connecting the first internal space to the fuel cell modules and supplying the reaction gas to the fuel cell modules, respectively;
    상기 제2 내부공간에 연결되고, 상기 연료전지 모듈들로부터 배출된 배기 가스를 공급받아 상기 제2 내부공간에 공급하는 제3 가스 배관; 및A third gas pipe connected to the second internal space and configured to receive exhaust gas discharged from the fuel cell modules and supply the exhaust gas to the second internal space; And
    상기 제3 가스 배관과 이격된 위치에서 상기 제2 내부공간에 연결되고 상기 제2 내부공간으로부터 상기 배기가스를 배출하는 제4 가스 배관을 포함하는, 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈.And a fourth gas pipe connected to the second internal space at a position spaced apart from the third gas pipe and discharging the exhaust gas from the second internal space.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제1 격벽은 원형 또는 정다각형 형상의 제1 바닥부, 상기 제1 바닥부의 가장자리 부분으로부터 상부로 연장된 제1 측벽부 및 상기 제1 측벽부의 개구된 상부 단부에 밀폐하는 제1 덮개부를 포함하고,The first partition wall includes a first bottom portion having a circular or regular polygonal shape, a first side wall portion extending upward from an edge portion of the first bottom portion, and a first cover portion sealing the opened upper end portion of the first side wall portion; ,
    상기 제2 격벽은 상기 제1 측벽부와 이격된 상태에서 상기 제1 측벽부를 둘러싸도록 배치된 제2 측벽부, 상기 제2 측벽부의 하부 단부로부터 상기 제1 측벽부까지 연장되어 상기 제2 내부공간의 하부 단부를 밀폐하는 제2 바닥부 및 상기 제2 측벽부의 상부 단부로부터 상기 제1 측벽부까지 연장되어 상기 제2 내부공간의 상부 단부를 밀폐하는 제2 덮개부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈.The second partition wall includes a second sidewall portion disposed to surround the first sidewall portion in a state spaced apart from the first sidewall portion, and extends from a lower end portion of the second sidewall portion to the first sidewall portion to extend the second inner space. And a second cover part for sealing the lower end of the second cover part and extending from the upper end of the second side wall part to the first side wall part to seal the upper end of the second inner space. Gas distribution module for cell system.
  3. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제2 측벽부의 높이는 상기 제1 측벽부 높이의 1/2 이상인 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈.The height of the second side wall portion is a gas distribution module for a fuel cell system, characterized in that more than 1/2 of the height of the first side wall portion.
  4. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 복수의 연료전지 모듈들은 가상의 원을 따라 서로 등간격으로 배치된 N개의 연료전지 모듈들을 포함하고,The plurality of fuel cell modules include N fuel cell modules arranged at equal intervals from each other along an imaginary circle,
    상기 제2 가스 배관들은 상기 가상의 원의 중심을 관통하는 제1 내부공간의 중심축을 기준으로 상기 제1 측벽부로부터 방사상으로 연장된 N개의 배관들을 포함하며,The second gas pipes include N pipes extending radially from the first side wall part with respect to the central axis of the first inner space passing through the center of the imaginary circle.
    상기 N개의 배관들의 길이는 동일한 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈.The length of the N pipes, characterized in that the same, the gas distribution module for a fuel cell system.
  5. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 반응 가스는 탄화수소 연료 가스이고,The reaction gas is a hydrocarbon fuel gas,
    상기 제2 가스 배관들은 상기 연료 가스를 상기 연료전지 모듈들 내부의 연료 유로들에 각각 연결된 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈.And the second gas pipes are respectively connected to the fuel flow paths in the fuel cell modules.
  6. 제5항에 있어서, The method of claim 5,
    상기 제3 가스 배관은 상기 연료전지 모듈들 내부의 연료 유로 출구에 연결되고, 상기 연료전지 모듈들로부터 배출되는 배기 연료 가스를 상기 제2 내부공간에 공급하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈.The third gas pipe is connected to an outlet of a fuel flow path inside the fuel cell modules, and supplies exhaust fuel gas discharged from the fuel cell modules to the second internal space. Distribution module.
  7. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 반응 가스는 산소를 포함하는 공기이고,The reaction gas is air containing oxygen,
    상기 제2 가스 배관들은 상기 연료 가스를 상기 연료전지 모듈들 내부의 연료 유로들에 각각 연결된 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈.And the second gas pipes are respectively connected to the fuel flow paths in the fuel cell modules.
  8. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein
    상기 제3 가스 배관은 상기 연료전지 모듈들 내부의 공기 유로 출구에 연결되고, 상기 연료전지 모듈들로부터 배출되는 공기를 상기 제2 내부공간에 공급하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈.The third gas pipe is connected to an outlet of an air flow path inside the fuel cell modules, and supplies air discharged from the fuel cell modules to the second internal space, a gas distribution module for a fuel cell system. .
  9. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 제1 내부공간 내부에 배치되어 상기 제1 내부공간을 제1 서브 공간 및 제2 서브 공간으로 분할하고, 상기 반응가스가 이동할 수 있는 관통홀들이 형성된 분기판을 더 포함하고,And a branch plate disposed in the first inner space to divide the first inner space into a first sub space and a second sub space, and through-holes through which the reaction gas moves.
    상기 제1 가스 배관은 상기 제1 서브 공간에 연결되고,The first gas pipe is connected to the first sub space,
    상기 제2 가스 배관들은 상기 제2 서브 공간에 연결된 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈.The gas distribution module for a fuel cell system, characterized in that the second gas pipes are connected to the second sub space.
  10. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 분기판은 제1 직경의 중심 영역 및 상기 중심 영역을 둘러싸는 가장자리 영역을 포함하고, The branch plate comprises a central region of a first diameter and an edge region surrounding the central region,
    상기 관통홀들은 상기 가장자리 영역에 형성된 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템용 가스 분배 모듈.The through-holes are formed in the edge region, the gas distribution module for a fuel cell system.
  11. 가상의 원을 따라 등간격으로 배치된 복수의 연료전지 모듈;A plurality of fuel cell modules arranged at equal intervals along an imaginary circle;
    상기 연료전지 모듈의 하부에 배치되고, 상기 연료전지 모듈들 내부의 연료 유로의 입구 및 출구와 각각 연통되는 제1 연료 관통홀 및 제2 연료 관통홀 그리고 공기 유로의 입구 및 출구와 각각 연통되는 제1 공기 관통홀 및 제2 공기 관통홀이 형성된 연결 플레이트; 및 A first fuel through hole and a second fuel through hole which are disposed under the fuel cell module and communicate with the inlet and the outlet of the fuel flow paths, respectively; A connection plate having a first air through hole and a second air through hole formed therein; And
    상기 연결 플레이트 하부에 배치되고, 상기 연료전지 모듈들에 공기를 공급하는 제1 가스 분배 모듈을 포함하고, A first gas distribution module disposed under the connection plate and supplying air to the fuel cell modules,
    상기 제1 가스 분배 모듈은, The first gas distribution module,
    상기 가상의 원의 중심을 지나고 상기 연결 플레이트에 수직한 제1 중심축을 갖는 제1 내부공간을 형성하는 제1 격벽을 포함하는 제1 챔버;A first chamber including a first partition wall passing through a center of the virtual circle and forming a first inner space having a first central axis perpendicular to the connection plate;
    상기 제1 내부공간을 둘러싸는 제2 내부공간을 형성하는 제2 격벽을 포함하는 제2 챔버;A second chamber including a second partition wall forming a second interior space surrounding the first interior space;
    상기 제1 내부공간에 연결되고, 외부 공기 공급원으로부터 공급된 공기를 상기 제1 내부공간에 공급하는 제1 가스 배관;A first gas pipe connected to the first internal space and supplying air supplied from an external air source to the first internal space;
    상기 제1 내부공간과 상기 제1 공기 관통홀들을 연결하고, 상기 연료전지 모듈들에 상기 공기를 각각 공급하는 복수의 제2 가스 배관들;A plurality of second gas pipes connecting the first internal space and the first air through holes to supply the air to the fuel cell modules;
    상기 제2 내부공간과 상기 제2 공기 관통홀들을 연결하고, 상기 연료전지 모듈들로부터 배출된 배기 공기를 상기 제2 내부공간에 공급하는 제3 가스 배관; 및A third gas pipe connecting the second internal space and the second air through holes and supplying exhaust air discharged from the fuel cell modules to the second internal space; And
    상기 제3 가스 배관과 이격된 위치에서 상기 제2 내부공간에 연결되고 상기 제2 내부공간으로부터 상기 배기 공기를 배출하는 제4 가스 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.And a fourth gas pipe connected to the second internal space at a position spaced apart from the third gas pipe and discharging the exhaust air from the second internal space.
  12. 제11항에 있어서, The method of claim 11,
    상기 제1 가스 분배 모듈 하부에 배치된 제2 가스 분배 모듈을 더 포함하고,Further comprising a second gas distribution module disposed below the first gas distribution module,
    상기 제2 가스 분배 모듈은,The second gas distribution module,
    상기 제1 중심축과 동일한 중심축을 갖는 제3 내부공간을 형성하는 제3 격벽을 포함하고, 상기 제1 챔버 하부에 배치된 제3 챔버;A third chamber including a third partition wall forming a third internal space having the same central axis as the first central axis, the third chamber being disposed below the first chamber;
    상기 제3 내부공간을 둘러싸는 제4 내부공간을 형성하는 제4 격벽을 포함하는 제4 챔버;A fourth chamber including a fourth partition wall forming a fourth inner space surrounding the third inner space;
    상기 제3 내부공간과 개질기를 연결하고, 상기 개질기로부터 공급된 연료 가스를 상기 제3 내부공간에 공급하는 제5 가스 배관;A fifth gas pipe connecting the third internal space and a reformer and supplying the fuel gas supplied from the reformer to the third internal space;
    상기 제3 내부공간과 상기 제1 연료 관통홀들을 연결하고, 상기 연료전지 모듈들에 상기 연료 가스를 각각 공급하는 복수의 제6 가스 배관들;A plurality of sixth gas pipes connecting the third internal space and the first fuel through holes to supply the fuel gas to the fuel cell modules;
    상기 제4 내부공간과 상기 제2 연료 관통홀들을 연결하고, 상기 연료전지 모듈들로부터 배출된 배기 연료 가스를 상기 제4 내부공간에 공급하는 제7 가스 배관; 및A seventh gas pipe connecting the fourth internal space and the second fuel through holes and supplying the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell modules to the fourth internal space; And
    상기 제7 가스 배관과 이격된 위치에서 상기 제4 내부공간에 연결되고 상기 제4 내부공간으로부터 상기 배기 연료 가스를 배출하는 제8 가스 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.And an eighth gas pipe connected to the fourth internal space at a position spaced apart from the seventh gas pipe and discharging the exhaust fuel gas from the fourth internal space.
  13. 제11항에 있어서, The method of claim 11,
    상기 연료전지 모듈들을 전기적으로 연결하는 집전 부재를 더 포함하고,Further comprising a current collector for electrically connecting the fuel cell modules,
    상기 집전 부재는,The current collector member,
    제1 집전 단자 및 상기 제1 집전 단자로부터 연장되어 상기 연료전지 모듈들의 음극 단자들과 각각 전기적으로 연결되고 서로 동일한 길이, 두께 및 폭을 갖는 제1 접촉 가지부들을 포함하는 제1 집전부; 및A first current collector including a first current collector terminal and first contact branches extending from the first current collector terminal and electrically connected to the negative terminals of the fuel cell modules, respectively, and having first lengths and thicknesses that are the same; And
    제1 집전 단자의 하부에 배치된 제2 집전 단자 및 상기 제2 집전 단자로부터 연장되어 상기 연료전지 모듈들의 양극 단자들과 각각 전기적으로 연결되고 서로 동일한 길이, 두께 및 폭을 갖는 제2 접촉 가지부들을 포함하는 제2 집전부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.Second contact terminals disposed under the first current collecting terminal and second contact branches extending from the second current collecting terminal and electrically connected to the positive terminals of the fuel cell modules, respectively, and having the same length, thickness, and width as each other; A fuel cell system, characterized in that it comprises a second current collector comprising a.
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