KR101189650B1 - Separator for solid oxide fuel cell and flow structure - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체산화물 연료전지 분리판 및 유로구조에 관한 것으로서, 셀(10)의 상, 하부 반응면(11)에 각각 배치되어 상측에서는 연료의 흐름을 안내하고 하측에서는 산소의 흐름을 안내하기 위한 분리판(20,30)이 마련된 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서, 상기 분리판(20,30)은 셀(10)의 상하측 각 반응면(11) 전체에 대해 연료 및 산소가 균일하게 유동되도록 하는 전기집전균일유동부(21,31)가 마련된 것을 특징으로 한다.
따라서, 각 분리판에는 셀의 상하측 각 반응면 전체에 대해 연료 및 산소가 균일하게 유동되도록 하는 전기집전균일유동부를 마련하는 동시에 셀의 반응면을 거쳐 반응이 완료된 폐가스의 고열을 유체공급부의 유체로 열전달할 수 있도록 밀접 배치된 가스배출부를 마련함으로써, 기본적으로 유동의 균일성을 확보하여 국부적인 반응가스의 부족으로 인한 손실을 예방할 수 있음은 물론 열전달에 의해 유체가 고온인 상태로 유입되도록 하여 분리판이 손상되는 것을 방지할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.The present invention relates to a solid oxide fuel cell separator and a flow path structure, which is disposed on the upper and lower reaction surfaces 11 of the cell 10 to guide the flow of fuel on the upper side and to guide the flow of oxygen on the lower side. In the solid oxide fuel cell separator provided with separator plates 20 and 30, the separator plates 20 and 30 flow fuel and oxygen uniformly to the entire upper and lower reaction surfaces 11 of the cell 10. It is characterized in that the electrical current collector uniform flow portion (21, 31) is provided.
Therefore, each separation plate is provided with an electric current collector uniform flow unit for allowing fuel and oxygen to flow uniformly over the entire reaction surface of the upper and lower sides of the cell, and at the same time, the high temperature of the waste gas from which the reaction is completed is passed through the reaction surface of the cell. By arranging the gas discharge unit closely arranged to transfer heat to the furnace, it is possible to prevent the loss due to the lack of local reaction gas by basically ensuring the uniformity of the flow, and to allow the fluid to flow into the high temperature state by the heat transfer. It is possible to prevent the separator from being damaged.

Description

고체산화물 연료전지 분리판 및 유로구조{Separator for solid oxide fuel cell and flow structure}Separator for solid oxide fuel cell and flow structure

본 발명은 고체산화물 연료전지 분리판 및 유로구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 반응 사이트인 셀의 애노드 및 캐소드 반응면 전체에 대해 연료 및 산소가 균일하게 유동되도록 하는 전기집전균일유동부를 마련하는 동시에 셀의 반응면을 거쳐 반응이 완료된 폐가스의 고열을 유체공급부의 유체와 열전달을 통해 외부의 차가운 가스가 예열될 수 있도록 밀접 배치되는 유체공급부 및 가스배출부를 마련함으로써, 기본적으로 유동의 균일성을 확보하면서 차가운 반응가스가 고온인 상태로 유입되도록 하는 고체산화물 연료전지 분리판 및 유로구조에 관한 것이다.
The present invention relates to a solid oxide fuel cell separator and a flow path structure, and more particularly, to provide a uniform current flow unit for allowing fuel and oxygen to flow uniformly over the entire anode and cathode reaction surfaces of a cell, which is a fuel cell reaction site. At the same time, the uniformity of flow is basically provided by providing a fluid supply part and a gas discharge part which are closely arranged so that external heat of the cold gas is preheated through fluid and heat transfer of the fluid supply part through the reaction surface of the cell. It relates to a solid oxide fuel cell separator and flow path structure to ensure that the cool reaction gas is introduced into a high temperature state while ensuring.

일반적으로 연료전지는 연료(수소)의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로 정의되며, 종래의 전지와는 다르게 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 것을 말한다. In general, a fuel cell is defined as a cell having a capability of producing direct current by converting chemical energy of fuel (hydrogen) directly into electrical energy. Unlike conventional cells, a fuel cell continuously supplies fuel and air from the outside. To produce electricity.

이러한 연료전지의 기본 개념은 수소와 산소의 반응에 의하여 생성되는 전자의 이용으로 설명할 수 있다. The basic concept of such a fuel cell can be explained by the use of electrons generated by the reaction of hydrogen and oxygen.

수소는 Anode를 통과하고 산소는 Cathode를 통과하는 과정에서 수소는 전기 화학적으로 산소와 반응하여 물을 생성하면서 전류를 발생시킨다. As hydrogen passes through the anode and oxygen passes through the cathode, hydrogen reacts with oxygen electrochemically to generate water while generating water.

전자가 전해질을 통과하면서 직류 전력이 발생하며 열도 부수적으로 생산된다. As electrons pass through the electrolyte, direct current power is generated and heat is incidentally produced.

연료전지의 연료인 수소는 순수 수소를 이용하거나, 메탄이나 에탄올 같은 탄화수소를 이용하여 개질이라는 과정을 통해 생산된 수소를 이용하며, 순수한 산소는 연료전지의 효율을 높일 수 있지만 산소 저장에 따른 비용과 무게가 증가하는 문제가 있어 공기를 사용하기도 한다. Hydrogen, the fuel of fuel cell, uses pure hydrogen or hydrogen produced through reforming process using hydrocarbons such as methane or ethanol. Pure oxygen can increase the efficiency of fuel cell, but There is a problem that the weight is increased, the air is also used.

이와 같이 탄화수소를 직접 전기로 변환시킬 수 있도록 하는 것을 고체산화물 연료전지라고 한다. In this way, it is called a solid oxide fuel cell that can directly convert a hydrocarbon into electricity.

일례로 종래 기술의 고체산화물 연료전지에 대해 개략적으로 살펴보면, 양측에 연료극과 산소극이 위치되고 이들 사이에 전해질이 마련되며 이들 연료극과 산소극으로 각각 공급된 수소와 산소에 의한 전기화학반응을 통해 전기를 생성시키는 스택과, 이 스택의 연료극으로 수소를 공급하기 위해 연료가스를 수소로 전환시키는 개질기와, 이 개질기로 개질공기를 공급하는 동시에 상기 스택의 산소극으로 가열공기를 공급하기 위한 연소기 및 상기 개질기로 스팀을 공급하기 위한 스팀발생기 등을 포함하여 구성된다.As an example, a schematic view of a solid oxide fuel cell according to the prior art includes a fuel electrode and an oxygen electrode positioned at both sides with an electrolyte disposed between them, and through an electrochemical reaction by hydrogen and oxygen supplied to the fuel electrode and the oxygen electrode, respectively. A stack for generating electricity, a reformer for converting fuel gas into hydrogen for supplying hydrogen to the anode of the stack, a combustor for supplying reformed air to the reformer and simultaneously supplying heated air to the oxygen pole of the stack; It is configured to include a steam generator for supplying steam to the reformer.

이러한 구성을 갖는 종래 기술의 고체산화물 연료전지는 연료극과 산소극으로 각각 수소와 산소를 공급하여 전기화학반응을 통해 전기를 발전시킨다. 이때, 전기가 발생되는 동안 물과 열도 함께 생성되어 외부로 배출된다.
The solid oxide fuel cell of the prior art having such a configuration generates hydrogen through an electrochemical reaction by supplying hydrogen and oxygen to the fuel electrode and the oxygen electrode, respectively. At this time, water and heat are also generated and discharged to the outside while electricity is generated.

그러나, 종래 기술의 고체산화물 연료전지는 셀의 상하측 각 반응면 전체에 대해 연료 및 산소가 균일하게 유동되도록 하는 수단이 마련되어 있지 않기 때문에, 유동의 균일성을 확보하지 못하게 되면서 국부적인 반응가스의 부족으로 인한 손실 발생의 문제점이 있었다. However, in the solid oxide fuel cell of the prior art, since there is no means for uniformly flowing fuel and oxygen to the entire reaction surface of the upper and lower sides of the cell, it is impossible to secure the uniformity of the flow, thereby preventing the local reaction gas. There was a problem of loss due to lack.

또한, 유체공급부의 유체로 열을 공급하기 위한 수단이 마련되어 있지 않기 때문에, 상온 상태의 유체 유입으로 인한 전극 손상 및 반응 활동도가 떨어져 성능이 저하되는 문제점이 있었다.In addition, since a means for supplying heat to the fluid supply unit is not provided, there is a problem in that the performance is degraded due to the electrode damage and the reaction activity due to the inflow of fluid at room temperature.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 각 분리판에는 반응셀의 애노드 및 캐소드 각 반응면 전체에 대해 연료 및 산소가 균일하게 유동되도록 하는 전기집전균일유동부를 마련하는 동시에 셀의 반응면을 거쳐 반응이 완료된 폐가스의 고열을 유체공급부의 유체로 열전달할 수 있도록 밀접 배치된 가스배출부를 마련함으로써, 기본적으로 유동의 균일성을 확보하여 국부적인 반응가스의 부족으로 인한 손실을 예방할 수 있음은 물론 열전달에 의해 유체가 고온인 상태로 유입되도록 하여 전극 손상 및 반응 활동도가 떨어지는 것을 방지할 수 있게 되는 고체산화물 연료전지 분리판 및 유로구조(매니홀더 구조)를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, each of the separation plate at the same time the reaction of the cell at the same time to provide an electro-current uniform flow unit for uniform flow of fuel and oxygen to each reaction surface of the anode and cathode of the reaction cell By closely arranging the gas discharge part so that the high heat of the waste gas after the reaction is completed through the surface can be transferred to the fluid supply part, the flow uniformity can be basically secured to prevent the loss due to the lack of local reaction gas. Of course, it is an object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell separator and a flow path structure (maniholder structure) which can prevent fluid damage and reaction activity dropping by allowing fluid to flow into a high temperature state by heat transfer.

이러한 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 분리판은 셀의 상, 하부 반응면에 각각 배치되어 상측에서는 연료의 흐름을 안내하고 하측에서는 산소의 흐름을 안내하기 위한 분리판이 마련된 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서, 상기 분리판은 셀의 상하측 각 반응면 전체에 대해 연료 및 산소가 균일하게 유동되도록 하는 전기집전균일유동부가 마련된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the solid oxide fuel cell separator according to the present invention is disposed on the upper and lower reaction surfaces of the cell, respectively, and the separator is provided to guide the flow of fuel in the upper side and the flow of oxygen in the lower side. In the solid oxide fuel cell separator, the separator is characterized in that the electric current collector uniform flow portion is provided to uniformly flow the fuel and oxygen to each reaction surface of the upper and lower sides of the cell.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서, 상기 전기집전균일유동부는 유체가 각각 균등하게 분배되어 유동되도록 인접하는 유동로 간에 서로 격벽 형상의 전기집전부를 갖는 복수의 터널 구조로 된 것이 바람직하다.In addition, in the solid oxide fuel cell separator in accordance with an embodiment of the present invention, the electric current collector uniform flow portion has a plurality of electrical current collectors having a partition wall shape between adjacent flow paths so that fluids are evenly distributed and flowed, respectively. It is preferable to have a tunnel structure.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서, 상기 전기집전균일유동부 상에는 유동로로 유체를 공급하기 위한 유체공급부가 구비될 수 있다.In addition, in the solid oxide fuel cell separation plate according to an embodiment of the present invention, a fluid supply unit for supplying a fluid to the flow path on the electric current collector uniform flow portion may be provided.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서, 상기 유체공급부는 중앙유입구로 유체가 공급된 후 양측으로 확산되면서 상기 유동로 전체에 대해 고르게 유체가 공급되도록 하는 확산부가 마련되고, 이에 대응되는 전기집전균일유동부의 유동로 일단부에 상기 확산부와 연통되도록 하는 유입연통공이 형성된 것이 바람직하다.In addition, in the solid oxide fuel cell separator according to an embodiment of the present invention, the fluid supply unit is provided with a diffuser for uniformly supplying the fluid to the entire flow path while the fluid is supplied to the central inlet and diffused to both sides. And, it is preferable that the inlet communication hole for communicating with the diffusion portion at one end of the flow path of the current collector uniform flow portion corresponding thereto.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서, 상기 중앙유입구로 유입된 유체는 일정길이 직진하다가 그 후 양측으로 확산되도록 중앙유입구에서 전방의 확산부로 연통되는 유입로가 더 구비될 수 있다.In addition, in the solid oxide fuel cell separator in accordance with one embodiment of the present invention, the fluid flowing into the central inlet is a certain length is straight and then the inflow path communicated from the central inlet to the forward diffusion to further spread to both sides thereafter. It may be provided.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서, 상기 셀의 반응면을 거쳐 반응이 완료된 폐가스의 고열을 유체공급부의 유체로 열전달시키기 위해 상기 유체공급부 상에 가스배출부가 밀접 배치될 수 있다.In addition, in the solid oxide fuel cell separator according to an embodiment of the present invention, the gas discharge part is closely connected to the fluid supply part to heat transfer the high heat of the waste gas from which the reaction is completed to the fluid supply part through the reaction surface of the cell. Can be deployed.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서, 상기 전기집전균일유동부의 폐가스가 배출되는 유동로 단부와 그 상방의 유체공급부 및 가스배출부에 서로 연통되어 폐가스가 배출되도록 하는 배출연통공이 각각 형성될 수 있다.In addition, in the solid oxide fuel cell separator according to an embodiment of the present invention, the waste gas is discharged by communicating with an end portion of a flow path through which the waste gas is discharged and the fluid supply portion and the gas discharge portion above. Discharge communication holes can be formed respectively.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서, 상기 가스배출부에는 유동로 전체에서 배출되는 폐가스가 다시 중앙으로 합쳐져서 중앙배출구로 배출되도록 상기 배출연통공과 연통되는 수축부가 마련될 수 있다. In addition, in the solid oxide fuel cell separator according to an embodiment of the present invention, the gas discharge portion is provided with a contraction portion communicating with the discharge communication hole so that the waste gas discharged from the entire flow path is combined back to the center and discharged to the central discharge port. Can be.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서, 상기 수축부를 통해 중앙으로 집결된 폐가스가 일정길이 직진하다가 중앙배출구로 배출되도록 상기 수축부 단부에서 중앙배출구로 연장되는 배출로가 더 구비될 수 있다.In addition, in the solid oxide fuel cell separator in accordance with an embodiment of the present invention, the waste gas collected in the center through the shrinkage portion is a straight line and the discharge path extending from the end of the contraction portion to the central outlet so as to be discharged to the central outlet. May be further provided.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판의 유로구조는 산소극 분리판의 유체공급부의 중앙유입부를 통해 산소가 공급되다가 유입로가 끝나는 지점인 확산부에서 양측으로 확산되어 전기집전균일유동부의 유입연통공을 통해 직각 하방으로 꺾인 후 유동로로 고르게 퍼져 셀의 상측 반응면을 따라 흐르게 되고, 이와 동시에 연료극 분리판의 유체공급부의 중앙유입부를 통해 연료인 수소가 공급되다가 유입로가 끝나는 지점인 확산부에서 양측으로 확산되어 전기집전균일유동부의 유입연통공을 통해 직각 상방으로 꺾인 후 유동로로 고르게 퍼져 셀의 하측 반응면을 따라 흐르는 동안 전기화학반응이 일어나 산소 이온이 수소측으로 전달되는 과정에서 전기가 발생되고 이와 함께 부산물인 열과 물이 생성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the flow path structure of the solid oxide fuel cell separator according to the embodiment of the present invention is supplied with oxygen through a central inlet of the fluid supply part of the oxygen separator and diffused to both sides at the diffusion part at the point where the inflow path ends. It is bent downward at right angles through the inflow communication hole of the collector uniform flow section, and then spread evenly into the flow path and flow along the upper reaction surface of the cell. Is diffused on both sides from the diffusion part, which is the end point, is bent upwardly at right angles through the inflow communication hole of the electrostatic uniform flow part, and then spreads evenly to the flow path, and electrochemical reaction occurs while flowing along the lower reaction surface of the cell. Electricity is generated in the process of transfer, and it is produced to produce heat and water as byproducts. It shall be.

이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판 및 유로구조는 기본적으로 반응 및 생성가스의 유동이 원활하게 되도록 하는 유로역할 뿐만 아니라 전기화학반응으로 생성된 전류의 집전 및 통로가 되는 전기집전판의 역할을 동시에 수행하도록 하기 위해 분리판 셀의 상하측 각 반응면 전체에 대해 연료 및 산소가 균일하게 유동되도록 하는 전기집전균일유동부를 마련하는 동시에 셀의 반응면을 거쳐 반응이 완료된 폐가스의 고열을 유체공급부의 유체로 열전달할 수 있도록 밀접 배치된 가스배출부를 마련함으로써, 기본적으로 유동의 균일성을 확보하여 국부적인 반응가스의 부족으로 인한 손실을 예방할 수 있음은 물론 열전달에 의해 유체가 고온인 상태로 유입되도록 하여 분리판이 손상되는 것을 방지할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.
As described above, the solid oxide fuel cell separator and the flow path structure according to an embodiment of the present invention basically serves as a flow path for smoothing the reaction and the flow of the generated gas, as well as the current collection and the current generated by the electrochemical reaction and In order to simultaneously perform the role of the current collector that serves as a passage, an electric current collector uniform flow portion is formed to uniformly flow fuel and oxygen to each reaction surface of the upper and lower sides of the separator cell, and the reaction is performed through the reaction surface of the cell. By arranging the gas discharge part closely arranged so that the high heat of the completed waste gas can be transferred to the fluid supplying part of the fluid, it is possible to basically ensure the uniformity of the flow to prevent loss due to the lack of local reaction gas, as well as to heat transfer. This allows fluid to flow into a high temperature state, thereby preventing damage to the separator plate. To obtain the effects, such as.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판을 적층시켜 된 기본 스택을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판을 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판을 통해 유체가 흐르는 상태를 나타낸 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판 중 전기집전균일유동부의 유동로를 나타낸 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판 중 전기집전균일유동부를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판을 통한 유체의 흐름을 나타낸 개념도이다.1 is a perspective view showing a basic stack by stacking a solid oxide fuel cell separator according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view showing a solid oxide fuel cell separator in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view showing a fluid flowing through a solid oxide fuel cell separator according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a side cross-sectional view showing a flow path of the electric current collector uniform flow of the solid oxide fuel cell separator in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view illustrating an electric current collector uniform flow unit in a solid oxide fuel cell separator according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram illustrating a flow of fluid through a solid oxide fuel cell separator in accordance with an embodiment of the present invention.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명을 다음의 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.The present invention having the above configuration will be described in more detail with reference to the following drawings.

도 1 내지 도 6에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판은 셀(10)의 상하 반응면(11)에 각각 배치되어 상측에서는 연료의 흐름을 안내하고 하측에서는 산소의 흐름을 안내하기 위한 분리판(20,30)이 마련된 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서, 상기 분리판(20,30)은 셀(10)의 상하측 각 반응면(11) 전체에 대해 연료 및 산소가 균일하게 유동되도록 하는 전기집전균일유동부(21,31)가 마련된 구성으로 되어 있다.As shown in FIGS. 1 to 6, the solid oxide fuel cell separators according to the exemplary embodiment of the present invention are disposed on the upper and lower reaction surfaces 11 of the cell 10 to guide the flow of fuel from the upper side and the lower side. In a solid oxide fuel cell separator provided with separator plates 20 and 30 for guiding the flow of oxygen, the separator plates 20 and 30 are provided with respect to the entire upper and lower reaction surfaces 11 of the cell 10. The electric current collector uniform flow parts 21 and 31 which make fuel and oxygen flow uniformly are provided.

여기서, 상기 셀(10)의 상측 반응면(11)은 연료극(아노드:anode)이 되고 하측 반응면(11)은 산소극(캐소드:cathode)이 되도록 하였다.Here, the upper reaction surface 11 of the cell 10 is a fuel electrode (anode) and the lower reaction surface 11 is an oxygen electrode (cathode).

상기 전기집전균일유동부(21,31)는 사각판재 형상으로 유체가 각각 균등하게 분배되어 유동되도록 상기 사각판재 형상의 저면에 마련되며 인접하는 유동로(21a,31a) 간에 서로 격벽 형상의 전기집전부(21b,31b)를 갖는 복수의 터널 구조로 되어 있다.The current collector uniform flow portion (21, 31) is provided on the bottom surface of the rectangular plate shape so that the fluid is evenly distributed and flows in a rectangular plate shape, the partition-shaped electrical collection between the adjacent flow path (21a, 31a) A plurality of tunnel structures having all 21b and 31b are provided.

그리고, 상기 전기집전균일유동부(21,31) 상에는 유동로(21a,31a)로 유체를 공급하기 위해 상기 전기집전균일유동부와 동일한 면적 크기를 갖는 사각판재 형상의 유체공급부(22,32)가 구비되어 있다.Further, the fluid supply units 22 and 32 having a square plate shape having the same area size as the electrostatic uniform flow units for supplying fluid to the flow passages 21 a and 31 a are provided on the uniform current flow units 21 and 31. Is provided.

상기 유체공급부(22,32)는 중앙유입구(22a,32a)로 유체가 공급된 후 양측으로 확산되면서 상기 유동로(21a,31a) 전체에 대해 고르게 유체가 공급되도록 하는 삼각 형상의 확산부(22b,32b)가 마련되고, 이에 대응되는 전기집전균일유동부(21,31)의 유동로(21a,31a) 일단부에 상기 확산부(22b,32b)와 연통되도록 하는 유입연통공(21c,31c)이 형성되어 있다.The fluid supply parts 22 and 32 are triangular shaped diffusion parts 22b that allow fluid to be uniformly supplied to the entire flow paths 21a and 31a while the fluid is supplied to the central inlets 22a and 32a and then diffused to both sides. 32b is provided, and the inflow communication holes 21c and 31c which communicate with the diffusion parts 22b and 32b at one end of the flow paths 21a and 31a of the current collector uniform flow parts 21 and 31 corresponding thereto. ) Is formed.

그리고, 상기 중앙유입구(22a,32a)로 유입된 유체는 일정길이 직진하다가 그 후 양측으로 확산되도록 중앙유입구(22a,32a)에서 전방의 확산부(22b,32b)로 연통되는 직관 구조의 유입로(22c,32c)가 마련되어 있다.Then, the fluid flowing into the central inlet (22a, 32a) is a straight length of the straight pipe structure communicates from the central inlet (22a, 32a) to the front diffusion portion (22b, 32b) so as to go straight afterwards to both sides thereafter. 22c and 32c are provided.

그리고, 상기 셀(10)의 반응면(11)을 거쳐 반응이 완료된 폐가스의 고열을 유체공급부(22,32)의 유체로 열전달시키기 위해 상기 유체공급부(22,32) 상에 이 유체공급부와 동일한 면적 크기를 갖는 사각판재 형상의 가스배출부(23,33)가 밀접 배치되어 있다. In addition, the fluid supply unit 22 and 32 are the same as the fluid supply unit to heat transfer the high heat of the waste gas from which the reaction is completed through the reaction surface 11 of the cell 10 to the fluid of the fluid supply units 22 and 32. The gas discharge parts 23 and 33 in the shape of a square plate having an area size are closely arranged.

그리고, 상기 전기집전균일유동부(21,31)의 폐가스가 배출되는 유동로(21a,31a) 단부와 그 상방의 유체공급부(22,32) 및 가스배출부(23,33)에 서로 연통되어 폐가스가 배출되도록 하는 배출연통공(21d,31d,22d,32d,23a,33a)이 각각 형성되어 있다.In addition, the end portions of the flow paths 21a and 31a through which the waste gas of the current collector uniform flow units 21 and 31 are discharged, and the fluid supply units 22 and 32 and the gas discharge units 23 and 33 thereon are communicated with each other. Discharge communication holes 21d, 31d, 22d, 32d, 23a, and 33a are formed to allow the waste gas to be discharged, respectively.

그리고, 상기 가스배출부(23,33)에는 유동로(21a,31a) 전체에서 배출되는 폐가스가 다시 중앙으로 합쳐져서 중앙배출구(23b,33b)로 배출되도록 상기 배출연통공(23a,33a)과 연통되는 삼각 형상의 수축부(23c,33c)가 마련되어 있다.In addition, the gas discharge parts 23 and 33 communicate with the discharge communication holes 23a and 33a so that the waste gas discharged from the entire flow paths 21a and 31a is combined again to the center and discharged to the central discharge ports 23b and 33b. Triangular contraction portions 23c and 33c are provided.

그리고, 상기 수축부(23c,33c)를 통해 중앙으로 집결된 폐가스가 일정길이 직진하다가 중앙배출구(23b,33b)로 배출되도록 상기 수축부(23c,33c) 단부에서 중앙배출구(23b,33b)로 연장되는 직관 구조의 배출로(23d,33d)가 마련되어 있다.In addition, the waste gas collected in the center through the contracting portions 23c and 33c goes straight a predetermined length and is discharged to the central outlets 23b and 33b from the ends of the contraction portions 23c and 33c to the central outlets 23b and 33b. Discharge passages 23d and 33d of extending straight pipe structures are provided.

미 설명부호 40은 셀(10)의 테두리를 밀봉시키기 위한 가스켓을 나타낸 것이다.Reference numeral 40 denotes a gasket for sealing the edge of the cell 10.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예인 고체산화물 연료전지 분리판 및 유로구조는 중앙의 셀(10)을 기준으로 해서 그 상, 하부에 각각 동일 크기의 사각판재 형상을 갖는 전기집전균일유동부(21,31), 유체공급부(22,32) 및 가스배출부(23,33)가 적층된 구조의 분리판(20,30)을 배치시켜 기본 스택을 완성한다.The solid oxide fuel cell separator and the flow path structure according to the embodiment of the present invention having such a configuration have an electric current collector uniform flow part having a square plate shape of the same size on the upper and lower portions thereof, based on the cell 10 in the center ( 21 and 31, the fluid supply parts 22 and 32, and the gas discharge parts 23 and 33 are arranged to arrange the separation plates 20 and 30 to complete the basic stack.

이러한 구조의 스택은 산소극 분리판(20)의 유체공급부(22)의 중앙유입부(22a)를 통해 산소가 공급되다가 유입로(22c)가 끝나는 지점인 확산부(22b)에서 양측으로 확산되어 전기집전균일유동부(21)의 유입연통공(21c)을 통해 직각 하방으로 꺾인 후 유동로(21a)로 고르게 퍼져 셀(10)의 상측 반응면(11)을 따라 흐르게 되고, 이와 동시에 연료극 분리판(30)의 유체공급부(32)의 중앙유입부(32a)를 통해 연료인 수소가 공급되다가 유입로(32c)가 끝나는 지점인 확산부(32b)에서 양측으로 확산되어 전기집전균일유동부(31)의 유입연통공(31c)을 통해 직각 상방으로 꺾인 후 유동로(31a)로 고르게 퍼져 셀(10)의 하측 반응면(11)을 따라 흐르는 동안 전기화학반응이 일어나 산소 이온이 수소측으로 전달되는 과정에서 전기가 발생되고 이와 함께 부산물인 열과 물이 생성된다.The stack having such a structure is diffused to both sides from the diffusion part 22b which is the point where oxygen is supplied through the central inlet part 22a of the fluid supply part 22 of the oxygen electrode separator plate 20 and the inlet path 22c ends. After bending at a right angle downward through the inflow communication hole 21c of the current collector uniform flow portion 21, it is evenly spread in the flow path 21a and flows along the upper reaction surface 11 of the cell 10, and at the same time, the anode is separated. Hydrogen as a fuel is supplied through the central inlet 32a of the fluid supply unit 32 of the plate 30 and then diffused to both sides from the diffusion 32b which is the point where the inlet path 32c ends. 31 is bent upwardly through the inlet communication hole 31c, and then spread evenly to the flow path 31a, and electrochemical reaction occurs while flowing along the lower reaction surface 11 of the cell 10, thereby transferring oxygen ions to the hydrogen side. In the process, electricity is generated and heat and water are generated as by-products.

그리고, 반응이 완료된 폐가스는 각각의 배출연통공(21d,31d,22d,32d,23a,33a)을 통해 가스배출부(23,33)의 수축부(23c,33c)에서 중앙으로 수집된 후 배출로(23d,33d)를 거쳐 중앙배출구(23b,33b)로 배출된다.Then, the reaction waste gas is collected in the center of the contraction portion (23c, 33c) of the gas discharge portion (23, 33) through each discharge communication hole (21d, 31d, 22d, 32d, 23a, 33a) and discharged It is discharged to the central discharge ports 23b and 33b via the furnaces 23d and 33d.

그리고, 폐가스는 가스배출부(23)로 배출되는 동안 하방의 유체공급부(22)의 유체로 열을 전달하여 고온의 유체가 공급되도록 한다.In addition, the waste gas transfers heat to the fluid of the fluid supply part 22 below while the waste gas is discharged to the gas discharge part 23 so that a high temperature fluid is supplied.

본 발명에서는 산소와 연료의 흐름이 직교되도록 하였으나 셀(10)의 반응면(11)으로 유체가 균일하게 공급되도록 하는 범위 내에서 그 흐름 방향을 다양하게 채용할 수 있을 것이다. In the present invention, the flow of oxygen and fuel is orthogonal, but the flow direction may be variously employed within a range in which fluid is uniformly supplied to the reaction surface 11 of the cell 10.

한편, 이렇게 본 발명은 중앙의 셀(10)을 기준으로 해서 그 상, 하부에 배치되는 분리판(20,30)으로 이루어진 구조를 기본 스택으로 하고 필요에 따라 이러한 기본 스택을 선택적으로 복수개 적층하여 사용할 수 있을 것이다. On the other hand, the present invention is based on the cell 10 in the center of the structure consisting of the separation plate 20, 30 disposed on the upper and lower, as a basic stack and optionally stacked a plurality of such a basic stack as needed Could be used.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 분리판 및 유로구조는 이들 각각의 분리판에 셀의 상하측 각 반응면 전체에 대해 연료 및 산소가 균일하게 유동되도록 하는 전기집전균일유동부를 마련하는 동시에 셀의 반응면을 거쳐 반응이 완료된 폐가스의 고열을 유체공급부의 유체로 열전달할 수 있도록 밀접 배치된 가스배출부를 마련함으로써, 기본적으로 유동의 균일성을 확보하여 국부적인 반응가스의 부족으로 인한 손실을 예방할 수 있음은 물론 열전달에 의해 유체가 고온인 상태로 유입되도록 하여 분리판이 손상되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.As described above, the solid oxide fuel cell separator and the flow path structure according to the embodiment of the present invention have a uniform electric current flow such that fuel and oxygen are uniformly flowed to the entire reaction surface of the upper and lower sides of the cell. In addition, the gas discharge part is arranged closely so that the high heat of the waste gas from the reaction completed through the reaction surface of the cell can be transferred to the fluid supply part. It is possible to prevent the loss due to the heat transfer to the fluid to be in a high temperature state is to prevent damage to the separator.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예를 기존의 공지기술과 단순히 주합 적용한 실시예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명을 단순 변형하여 이용할 수 있는 정도의 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
In the above described a preferred embodiment of the present invention, but described in the claims and detailed description of the present invention as well as the embodiment of the present invention simply applied in combination with the known art of the present invention to those skilled in the art It is to be understood that the description of the degree to which the present invention can be simply modified is included in the technical scope of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 셀 11 : 반응면(애노드 및 캐소드전극)
20, 30 : 분리판 21, 31 : 전기집전균일유동부
21a, 31a : 유동로 21b, 31b : 전기집전부
21c, 31c : 유입연통공 21d, 31d : 배출연통공
22, 32 : 유체공급부 22a, 32a : 중앙유입부
22b, 32b : 확산부 22c, 32c : 유입로
22d, 32d : 배출연통공 23a, 33a : 배출연통공
23b, 33b : 중앙배출구 23c, 33c : 수축부
23d, 33d : 배출로 40 : 가스켓DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
10 cell 11 reaction surface (anode and cathode electrode)
20, 30: Separator 21, 31: Electric current collector uniform flow portion
21a, 31a: flow path 21b, 31b: electrical current collector
21c, 31c: Inlet communication hole 21d, 31d: Exhaust communication hole
22, 32: fluid supply part 22a, 32a: center inlet part
22b, 32b: diffusion part 22c, 32c: inflow path
22d, 32d: exhaust communication hole 23a, 33a: exhaust communication hole
23b, 33b: central outlet 23c, 33c: contraction
23d, 33d: discharge path 40: gasket

Claims (10)

셀(10)의 상, 하부 반응면(11)에 각각 배치되어 상측에서는 연료의 흐름을 안내하고 하측에서는 산소의 흐름을 안내하기 위한 분리판(20,30)이 마련된 고체산화물 연료전지 분리판에 있어서,
상기 분리판(20,30)은 셀(10)의 상하측 각 반응면(11) 전체에 대해 연료 및 산소가 균일하게 유동되도록 하는 전기집전균일유동부(21,31)가 마련된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 분리판.Disposed on the upper and lower reaction surfaces 11 of the cell 10, respectively, in the solid oxide fuel cell separator provided with separator plates 20 and 30 for guiding fuel flow in the upper side and oxygen flow in the lower side. In
The separation plates 20 and 30 are provided with electric current collector uniform flow units 21 and 31 for uniformly flowing fuel and oxygen to the entire upper and lower reaction surfaces 11 of the cell 10. Solid Oxide Fuel Cell Separator. 제1항에 있어서,
상기 전기집전균일유동부(21,31)는 유체가 각각 균등하게 분배되어 유동되도록 인접하는 유동로(21a,31a) 간에 서로 격벽 형상의 전기집전부(21b,31b)를 갖는 복수의 터널 구조로 된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 분리판.The method of claim 1,
The electric current collector uniform flow units 21 and 31 have a plurality of tunnel structures having partition wall-shaped electric current collectors 21b and 31b between adjacent flow paths 21a and 31a so that fluids are evenly distributed and flowed, respectively. Solid oxide fuel cell separator, characterized in that. 제1항에 있어서,
상기 전기집전균일유동부(21,31) 상에는 유동로(21a,31a)로 유체를 공급하기 위한 유체공급부(22,32)가 구비된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 분리판.The method of claim 1,
And a fluid supply part (22,32) for supplying a fluid to the flow path (21a, 31a) on the electric current collector uniform flow part (21,31). 제3항에 있어서,
상기 유체공급부(22,32)는 중앙유입구(22a,32a)로 유체가 공급된 후 양측으로 확산되면서 상기 유동로(21a,31a) 전체에 대해 고르게 유체가 공급되도록 하는 확산부(22b,32b)가 마련되고, 이에 대응되는 전기집전균일유동부(21,31)의 유동로(21a,31a) 일단부에 상기 확산부(22b,32b)와 연통되도록 하는 유입연통공(21c,31c)이 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 분리판.The method of claim 3,
The fluid supply parts 22 and 32 are diffused parts 22b and 32b to supply the fluid evenly to the entire flow paths 21a and 31a while spreading to both sides after the fluid is supplied to the central inlets 22a and 32a. And inflow communication holes 21c and 31c for communicating with the diffusion parts 22b and 32b at one end of the flow paths 21a and 31a of the electric current collector uniform flow units 21 and 31 corresponding thereto. Solid oxide fuel cell separator, characterized in that. 제4항에 있어서,
상기 중앙유입구(22a,32a)로 유입된 유체는 일정길이 직진하다가 그 후 양측으로 확산되도록 중앙유입구(22a,32a)에서 전방의 확산부(22b,32b)로 연통되는 유입로(22c,32c)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 분리판.The method of claim 4, wherein
The fluid flowing into the central inlets 22a and 32a communicates from the central inlets 22a and 32a to the front diffusions 22b and 32b so that the fluid flows straight to a predetermined length and then diffuses to both sides. Solid oxide fuel cell separator, characterized in that further provided. 제3항에 있어서,
상기 셀(10)의 반응면(11)을 거쳐 반응이 완료된 폐가스의 고열을 유체공급부(22,32)의 유체로 열전달시키기 위해 상기 유체공급부(22,32) 상에 가스배출부(23,33)가 밀접 배치된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 분리판.The method of claim 3,
Gas discharge parts 23 and 33 on the fluid supply parts 22 and 32 to heat transfer the high heat of the waste gas from which the reaction is completed through the reaction surface 11 of the cell 10 to the fluid of the fluid supply parts 22 and 32. ) Is a solid oxide fuel cell separator, characterized in that closely disposed. 제6항에 있어서,
상기 전기집전균일유동부(21,31)의 폐가스가 배출되는 유동로(21a,31a) 단부와 그 상방의 유체공급부(22,32) 및 가스배출부(23,33)에 서로 연통되어 폐가스가 배출되도록 하는 배출연통공(21d,31d,22d,32d,23a,33a)이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 분리판.The method of claim 6,
The waste gas is communicated with the end portions of the flow paths 21a and 31a through which the waste gas of the uniform current flow units 21 and 31 are discharged, and the fluid supply units 22 and 32 and the gas discharge units 23 and 33 above. Discharge communication holes (21d, 31d, 22d, 32d, 23a, 33a) to be discharged, characterized in that the solid oxide fuel cell separator, characterized in that formed. 제7항에 있어서,
상기 가스배출부(23,33)에는 유동로(21a,31a) 전체에서 배출되는 폐가스가 다시 중앙으로 합쳐져서 중앙배출구(23b,33b)로 배출되도록 상기 배출연통공(23a,33a)과 연통되는 수축부(23c,33c)가 마련된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 분리판.The method of claim 7, wherein
The gas discharge parts 23 and 33 are contracted to communicate with the discharge communication holes 23a and 33a so that the waste gas discharged from the entire flow paths 21a and 31a is combined back to the center and discharged to the central discharge ports 23b and 33b. A solid oxide fuel cell separator, characterized in that the portion (23c, 33c) is provided. 제8항에 있어서,
상기 수축부(23c,33c)를 통해 중앙으로 집결된 폐가스가 일정길이 직진하다가 중앙배출구(23b,33b)로 배출되도록 상기 수축부(23c,33c) 단부에서 중앙배출구(23b,33b)로 연장되는 배출로(23d,33d)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 분리판.9. The method of claim 8,
The waste gas collected in the center through the contracting portions 23c and 33c extends from the ends of the contracting portions 23c and 33c to the central outlets 23b and 33b so that the waste gas is discharged to the central outlets 23b and 33b. Solid oxide fuel cell separator, characterized in that the discharge path further comprises 23d, 33d. 산소극 분리판(20)의 유체공급부(22)의 중앙유입부(22a)를 통해 산소가 공급되다가 유입로(22c)가 끝나는 지점인 확산부(22b)에서 양측으로 확산되어 전기집전균일유동부(21)의 유입연통공(21c)을 통해 직각 하방으로 꺾인 후 유동로(21a)로 고르게 퍼져 셀(10)의 상측 반응면(11)을 따라 흐르게 되고, 이와 동시에 연료극 분리판(30)의 유체공급부(32)의 중앙유입부(32a)를 통해 연료인 수소가 공급되다가 유입로(32c)가 끝나는 지점인 확산부(32b)에서 양측으로 확산되어 전기집전균일유동부(31)의 유입연통공(31c)을 통해 직각 상방으로 꺾인 후 유동로(31a)로 고르게 퍼져 셀(10)의 하측 반응면(11)을 따라 흐르는 동안 전기화학반응이 일어나 산소 이온이 수소측으로 전달되는 과정에서 전기가 발생되고 이와 함께 부산물인 열과 물이 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 분리판의 유로구조.Oxygen is supplied through the central inlet portion 22a of the fluid supply portion 22 of the oxygen electrode separator plate 20 and then diffused to both sides from the diffusion portion 22b which is the point where the inlet passage 22c ends. (21) is bent down at right angles through the inlet communication hole (21c) and then spread evenly to the flow path (21a) flows along the upper reaction surface (11) of the cell (10), at the same time of the anode separation plate (30) Hydrogen, which is fuel, is supplied through the central inlet portion 32a of the fluid supply portion 32, and then diffuses to both sides from the diffusion portion 32b, which is the point at which the inflow path 32c ends, so that the inflow communication of the electric current collector uniform flow portion 31 occurs. During the process of bending oxygen perpendicularly upward through the ball 31c and spreading evenly through the flow path 31a along the lower reaction surface 11 of the cell 10, an electrochemical reaction occurs to transfer oxygen ions to the hydrogen side. Generated and by-product heat and water are generated together with Flow path structure of the body oxide fuel cell bipolar plate.
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