KR20070043241A - Semi passive type fuel cell system - Google Patents

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KR20070043241A
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서준원
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Abstract

본 발명은 세미 패시브형 연료전지 시스템에 관한 것으로 특히, 송풍수단과 스택의 상부를 연결하여 공기의 통로 역할을 하는 덕트가 형성되고, 덕트의 내면에서 스택의 상부에 설치되는 금속망 또는 금속 다공성 폼으로 형성되는 공기분산망에 의하여 공기의 압력을 전체적으로 균일하게 하여 바이폴라 플레이트의 공기통로들에 공기가 균일하게 공급될 수 있도록 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a semi-passive fuel cell system. In particular, a duct is formed to connect air blowing means with the upper part of the stack to serve as an air passage, and a metal net or metal porous foam installed on the upper part of the stack at an inner surface of the duct. The present invention relates to a semi-passive fuel cell system for uniformly supplying air pressure to air passages of a bipolar plate by an air dispersion network formed by the air dispersion network.

연료전지, 세미 패시브형, 블로워, 덕트, 공기분산망 Fuel Cell, Semi Passive, Blower, Duct, Air Dispersion Network

Description

세미 패시브형 연료전지 시스템{Semi Passive Type Fuel Cell System}Semi Passive Type Fuel Cell System

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세미 패시브형 연료전지 시스템의 전체적인 개략도이다.1 is an overall schematic diagram of a semi-passive fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스택의 사시도이다.2 is a perspective view of a stack according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 스택의 분리사시도이다.3 is an exploded perspective view of the stack of FIG. 2.

도 4는 도 1의 스택과 송풍수단 및 공기분산망의 결합관계를 나타내는 사시도이다.4 is a perspective view illustrating a coupling relationship between the stack of FIG. 1, a blowing means, and an air dispersion network.

도 5는 도 4의 A-A 단면도이다.5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기분산망의 확대사시도를 나타낸다.6 is an enlarged perspective view of an air dispersion network according to an embodiment of the present invention.

도 7은 스택과 송풍수단에서의 공기의 흐름을 나타내는 단면도이다. 7 is a cross-sectional view showing the flow of air in the stack and the blowing means.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 스택에서 위치별로 측정된 공기 유속분포를 나타낸다.8 illustrates an air flow rate distribution measured for each position in a stack of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 9는 종래의 세미 패시브형 연료전지 시스템에서 스택과 송풍수단의 개략도를 나타낸다.9 shows a schematic view of a stack and blowing means in a conventional semi-passive fuel cell system.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 - 스택 12 - MEA10-stack 12-MEA

13, 13a, 13b - 애노드 전극 14, 14a, 14b- 캐소드 전극13, 13a, 13b anode electrode 14, 14a, 14b cathode electrode

16 - 바이폴라 플레이트 19, 19a, 19b - 공기통로16-bipolar plate 19, 19a, 19b-air passage

30 - 연료공급수단30-fuel supply

50 - 공기공급수단 51 - 송풍수단50-Air supply means 51-Blowing means

61 - 제1덕트 71 - 제2덕트61-1st duct 71-2nd duct

80 - 공기분산망 81, 85 - 금속망80-Air dispersion net 81, 85-Metal net

82, 86 - 기액분리막 90 - 히트파이프 82, 86-Gas-liquid Separator 90-Heat Pipe

[특허문헌 1] 일본 특허공개공보 제2001-6717호[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2001-6717

본 발명은 세미 패시브형 연료전지 시스템에 관한 것으로 특히, 송풍수단과 스택의 상부를 연결하여 공기의 통로 역할을 하는 덕트가 형성되고, 덕트의 내면에서 스택의 상부에 설치되는 금속망 또는 금속 다공성 폼으로 형성되는 공기분산망에 의하여 공기의 압력을 전체적으로 균일하게 하여 바이폴라 플레이트의 공기통로들에 공기가 균일하게 공급될 수 있도록 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a semi-passive fuel cell system. In particular, a duct is formed to connect air blowing means with the upper part of the stack to serve as an air passage, and a metal net or metal porous foam installed on the upper part of the stack at an inner surface of the duct. The present invention relates to a semi-passive fuel cell system for uniformly supplying air pressure to air passages of a bipolar plate by an air dispersion network formed by the air dispersion network.

연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산화제의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.A fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxidant contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol, and natural gas into electrical energy.

이러한 연료전지는 연료 전지 시스템은 대표적으로 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : 이하 "PEMFC"라 한다.) 시스템과 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell : 이하 "DMFC"라 한다) 시스템을 들 수 있다.The fuel cell system is typically a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) system and a direct methanol fuel cell (DMFC) system. Can be mentioned.

일반적으로 PEMFC 시스템은 수소와 산소의 반응에 의해 전기에너지를 발생시키는 스택과 연료를 개질하여 수소를 발생시키는 개질기를 포함하여 구성된다. 이러한 PEMFC 시스템은 에너지 밀도가 크고, 출력이 높다는 장점을 가지고 있으나, 수소 가스의 취급에 주의를 요하고 연료가스인 수소를 생산하기 위하여 메탄이나 메탄올 및 천연 가스 등을 개질하기 위한 연료 개질 장치 등의 부대 설비를 필요로 하게 된다.In general, a PEMFC system includes a stack that generates electric energy by a reaction of hydrogen and oxygen, and a reformer that generates hydrogen by reforming a fuel. The PEMFC system has the advantages of high energy density and high output, but requires attention to handling hydrogen gas and fuel reformer for reforming methane, methanol and natural gas to produce hydrogen, fuel gas. You will need additional equipment.

이에 비하여 DMFC 시스템은 스택에 직접 메탄올 연료와 산화제인 산소를 공급하여 전기화학반응에 의해 전기를 생성하게 된다. 이러한 DMFC 시스템은 에너지밀도 및 전력밀도가 매우 높으며, 메탄올 등 액체연료를 직접 사용하기 때문에 연료개질기(reformer) 등 부대 설비가 필요치 않으며 연료의 저장 및 공급이 쉽다는 장점을 가지고 있다.In contrast, DMFC systems generate methanol by electrochemical reactions by directly supplying methanol fuel and oxygen as an oxidant to the stack. The DMFC system has a very high energy density and power density, and since liquid fuel such as methanol is directly used, no additional equipment such as a fuel reformer is required, and the fuel is easily stored and supplied.

이러한 DMFC 시스템은 스택에 에어 컴프레서(air compressor) 또는 공압펌프(air pump)와 같은 공기 공급수단을 사용하여 강제로 공기를 공급하게 된다. 이러한 DMFC 시스템은 휴대가 가능하여 노트북, 이동통신기기와 같은 이동기기에 대한 적용가능성이 검토되고 있다. 그러나, 이러한 DMFC 시스템에 사용되는 공기 공급수단은 소음이 심하여 사용자에게 소음으로 인한 불편함을 주는 문제가 있다. 따라 서, 이러한 DMFC 시스템은 스택에 공급하는 공기가 자연대류 방식에 의하여 공급되는 패시브형 DMFC 시스템 또는 공기가 송풍기와 같은 송풍수단에 의하여 공급되는 세미 패시브형 DMFC 시스템이 개발되고 있다.This DMFC system is forced to supply air to the stack by using an air supply means such as an air compressor or an air pump. The DMFC system is portable, and its applicability to mobile devices such as laptops and mobile communication devices is being examined. However, the air supply means used in such a DMFC system has a problem that the noise is so severe that the user is uncomfortable due to the noise. Accordingly, such a DMFC system has been developed a passive DMFC system in which the air supplied to the stack is supplied by natural convection, or a semi-passive DMFC system in which the air is supplied by a blowing means such as a blower.

상기 패시브형 DMFC 시스템은 공기를 자연대류 방식에 의하여 공급하게 되므로 각 캐소드에 공기가 충분하게 공급되지 못하게 된다. 따라서, 상기 패시브형 DMFC 시스템은 스택을 적층하지 않고 평면상으로 형성하게 되어 스택의 면적이 상대적으로 넓게 되어야 한다는 제약이 있다.Since the passive DMFC system supplies air by natural convection, air is not supplied to each cathode sufficiently. Therefore, the passive DMFC system has a constraint that the stack is formed relatively in a planar manner without stacking the stacks.

한편, 상기 세미 패시브형 DMFC 시스템은 송풍기와 같은 송풍수단을 사용하므로 공급되는 공기의 양은 패시브형 DMFC 연료전지 시스템에 비하여 증가하게 된다. 따라서, 상기 세미 패시브형 DMFC 연료전지 시스템은 스택을 적층하여 형성할 수 있게 된다. 일본특허 공개공보 제2001-6717호(특허문헌 1)에는 연료극과 산화제극으로 이루어진 한 쌍의 전극이 내장되어 있는 연료전지 본체가 개시(도 9 참조)되어 있다. 도 9를 참조하면, 연료전지 본체(1)의 산화제극에 있어서 전극반응에 의하여 산소가 소비되는 것을 보충하기 위하여 산화제 도입구측에 산화제 가스를 도입하기 위한 송기수단(5)이 제공되어 있고, 산화제극에 형성되어 있는 산화제 가스유로의 단면적을 산화제 가스의 입구로부터 출구에 걸쳐 작아지는 구성이 개시되어 있다.On the other hand, since the semi-passive DMFC system uses a blowing means such as a blower, the amount of air supplied is increased compared to the passive DMFC fuel cell system. Thus, the semi-passive DMFC fuel cell system can be formed by stacking stacks. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-6717 (Patent Document 1) discloses a fuel cell body in which a pair of electrodes composed of a fuel electrode and an oxidizer electrode is incorporated (see Fig. 9). Referring to Fig. 9, air supply means 5 for introducing an oxidant gas to the oxidant inlet side is provided to compensate for the consumption of oxygen by the electrode reaction in the oxidant electrode of the fuel cell body 1, and the oxidant Disclosed is a configuration in which the cross-sectional area of the oxidant gas flow path formed at the pole becomes smaller from the inlet to the outlet of the oxidant gas.

그러나, 이러한 세미 패시브형 DMFC 시스템은 송풍기를 사용하더라도 스택의 바이폴라 플레이트에 형성되어 있는 공기통로들에 공기를 균일하게 공급하는 것이 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기 세미 패시브형 DMFC 시스템은 공기통로의 송풍 수단으로부터의 거리에 따른 공기 흐름의 저항 차이로 인하여 공기통로 별로 공급되는 공기의 양이 불균일해지는 문제점이 있다.However, such a semi-passive DMFC system has a problem that it is difficult to uniformly supply air to the air passages formed in the bipolar plate of the stack even when using a blower. In addition, the semi-passive DMFC system has a problem in that the amount of air supplied for each air passage is uneven due to the difference in the resistance of the air flow according to the distance from the air blowing means of the air passage.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 송풍수단과 스택의 상부를 연결하여 공기의 통로 역할을 하는 덕트가 형성되고, 덕트의 내면에서 스택의 상부에 설치되는 금속망 또는 금속 다공성 폼으로 형성되는 공기분산망에 의하여 공기의 압력을 전체적으로 균일하게 하여 바이폴라 플레이트의 공기통로들에 공기가 균일하게 공급될 수 있도록 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems as described above is connected to the upper portion of the blowing means and the stack is formed a duct that acts as a passage of air, the inner surface of the duct is formed of a metal mesh or metal porous foam installed on the top of the stack It is an object of the present invention to provide a semi-passive fuel cell system for uniformly supplying air to air passages of a bipolar plate by uniformizing the pressure of the air by the air dispersion network.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 안출된 본 발명의 세미 패시브형 연료전지 시스템은 전해질막과 상기 전해질막의 양측에 형성되는 캐소드전극과 애노드 전극을 구비하는 막-전극 어셈블리와 상기 막-전극 어셈블리의 양측에 배치되는 바이폴라 플레이트를 구비하는 다수의 단위셀이 순차적으로 적층되어 형성되는 스택과 연료공급수단과 공기공급수단을 포함하는 연료전지 시스템에 있어서, 상기 스택의 바이폴라 플레이트는 상기 캐소드 전극과 접하는 면에 상부에서 하부로 관통되어 형성되는 공기통로를 구비하고, 상기 공기공급수단은 상기 스택의 상부와 하부에 설치되는 덕트와, 상기 덕트의 일측에 설치되어 덕트로 공기를 공급하는 송풍수단과, 상기 덕트의 소정위치에 설치되어 상기 스택에 공급되는 공기의 압력이 균일하게 되도록 금속망으로 형성되는 공기분산망을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 바이폴라 플레이트의 공기통로는 스택의 상부에서 하부로 직선 형상으로 형성될 수 있다.In order to solve the above problems, the semi-passive fuel cell system of the present invention has a membrane-electrode assembly having a cathode electrode and an anode electrode formed on both sides of the electrolyte membrane and the electrolyte membrane and both sides of the membrane-electrode assembly. In a fuel cell system comprising a stack formed by sequentially stacking a plurality of unit cells having a bipolar plate disposed in the fuel cell, and a fuel supply means and an air supply means, the bipolar plate of the stack is in contact with the cathode electrode An air passage formed to penetrate from an upper portion to a lower portion, and the air supply means includes a duct installed at upper and lower portions of the stack, a blowing means installed at one side of the duct to supply air to the duct, and the duct Installed at a predetermined position so that the pressure of the air supplied to the stack is uniform. It characterized in that it comprises an air dispersing network formed into a net. At this time, the air passage of the bipolar plate may be formed in a straight shape from the top to the bottom of the stack.

또한, 본 발명에서 상기 덕트는 상기 스택의 상부에 설치되는 제1덕트와 상기 스택의 하부에 설치되는 제2덕트를 구비하며, 상기 송풍수단은 상기 제1덕트의 일측에서 타측으로 공기를 분출하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1덕트는 일측의 내부에 상기 송풍수단이 설치되며, 타측이 상기 스택의 상부를 전체적으로 덮도록 형성되며, 상기 제1덕트의 일측의 상면에 상기 송풍수단의 상부에 형성되는 공기흡입구와, 타측의 하면에 상기 스택의 하부 형상에 대응되는 형상으로 형성되며 공기를 스택으로 공급하는 공기공급구를 구비하도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1덕트의 타측 상면은 내부 높이가 상기 송풍수단이 설치된 일측으로부터 타단으로 점진적으로 작아지도록 소정의 경사각으로 경사지게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2덕트는 상면에 상기 스택의 하부 영역에 상응하는 형상으로 형성되는 공기유입구와 타단에 형성되는 공기배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 타측의 하면에 상기 스택의 하부 형상에 대응되는 형상으로 형성되며 공기를 스택으로 공급하는 공기공급구를 구비하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2덕트의 하면은 내부 높이가 일단으로부터 타단으로 증가되도록 소정의 경사각으로 경사지게 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 제1덕트의 상면과 동일한 경사각으로 경사지게 형성된다.In addition, in the present invention, the duct has a first duct installed in the upper portion of the stack and a second duct installed in the lower portion of the stack, the blowing means to blow air from one side of the first duct to the other side Can be formed. In addition, the first duct is provided with the blowing means inside one side, the other side is formed to cover the upper portion of the stack as a whole, the air inlet formed on the upper side of the blowing means on the upper surface of one side of the first duct And, the lower surface of the other side is formed in a shape corresponding to the lower shape of the stack and may be formed to have an air supply port for supplying air to the stack. At this time, the other upper surface of the first duct may be formed to be inclined at a predetermined inclination angle so that the inner height gradually decreases from one side where the blowing means is installed to the other end. In addition, the second duct has an air inlet formed in a shape corresponding to the lower region of the stack on the upper surface and an air outlet formed on the other end, the shape corresponding to the lower shape of the stack on the other side It may be formed to have an air supply port for supplying air to the stack. In addition, the lower surface of the second duct may be formed to be inclined at a predetermined inclination angle so that the inner height is increased from one end to the other end, and preferably is inclined at the same inclination angle as the upper surface of the first duct.

또한, 본 발명에서 상기 공기분산망은 상기 스택의 상부에서 바이폴라 플레이트의 공기통로가 형성된 영역을 포함하는 영역을 덮도록 형성되는 제1금속망을 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1금속망은 상기 공기공급구를 전체적으로 차폐하도록 공기공급구에 결합되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 공기분산망은 상기 제2덕트의 공기배출구를 전체적으로 차폐하도록 형성되는 제2금속망을 더 포함하여 형성될 수 있다. In addition, in the present invention, the air dispersion network may be formed to include a first metal mesh formed to cover an area including an area where an air passage of the bipolar plate is formed on the top of the stack. In this case, the first metal mesh may be formed to be coupled to the air supply port to shield the air supply port as a whole. The air dispersing network may further include a second metal net formed to shield the air outlet of the second duct as a whole.

또한, 본 발명에서 상기 공기분산망은 금속시브 또는 일면에서 타면으로 공기가 관통될 수 있는 금속 다공성 폼으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 공기분산망은 구멍의 크기가 상기 공기통로의 크기보다 작도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1금속망은 일면에 전체적으로 형성되는 기액분리막을 더 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2금속망은 일면에 전체적으로 형성되는 기액분리막을 더 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 기액분리막은 사불화폴리에틸렌(PTFE), 실리콘 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나의 재질에 의한 기액분리막으로 형성될 수 있다. In addition, in the present invention, the air dispersion network may be formed of a metal sieve or a metal porous foam through which air can pass from one surface to the other surface. In this case, the air dispersion network may be formed such that the size of the hole is smaller than the size of the air passage. In addition, the first metal mesh may further include a gas-liquid separator formed entirely on one surface thereof. In addition, the second metal mesh may be formed by further including a gas-liquid separation membrane formed entirely on one surface. In this case, the gas-liquid separation membrane may be formed of a gas-liquid separation membrane made of any one material of polyethylene tetrafluoride (PTFE), silicone resin, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET).

또한, 본 발명에서 상기 연료전지 시스템은 상기 제1금속망과 제2금속망에 연결되는 히트파이프를 더 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 히트파이프는 상기 제1금속망의 폭에 상응하는 영역에서 소정 간격으로 이격되는 다수의 바 또는 봉 또는 판상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 히트파이프는 상기 제1금속망의 폭에 상응하는 폭과 소정 두께를 갖는 하나의 판상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 히트파이프는 구리 또는 알루미늄 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 히트파이프는 상기 스택과의 사이에 전기절연층이 형성될 수 있다.The fuel cell system may further include a heat pipe connected to the first metal network and the second metal network. In this case, the heat pipe may be formed as a plurality of bars, rods or plates spaced at predetermined intervals in a region corresponding to the width of the first metal mesh. In addition, the heat pipe may be formed in one plate shape having a width and a predetermined thickness corresponding to the width of the first metal mesh. In addition, the heat pipe may be formed of copper or aluminum metal. In addition, the heat pipe may have an electrical insulation layer formed between the stack and the heat pipe.

또한 본 발명에서 상기 송풍수단은 블로워 또는 팬을 구비하여 형성될 수 있다. In the present invention, the blowing means may be formed with a blower or a fan.

또한, 본 발명에서 상기 연료전지 시스템은 직접메탄올 연료전지 시스템 또는 고분자 전해질형 연료전지 시스템으로 이루어질 수 있다.In addition, the fuel cell system in the present invention may be made of a direct methanol fuel cell system or a polymer electrolyte fuel cell system.

이하에서, 첨부된 도면과 실시예들을 통하여 본 발명에 따른 연료전지 시스템을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and embodiments.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세미 패시브형 연료전지 시스템의 전체적인 개략도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스택의 사시도이다. 도 3은 도 2의 스택의 분리사시도이다. 도 4는 도 1의 스택과 송풍수단의 결합관계를 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 4의 A-A 단면도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기분산망의 확대사시도를 나타낸다.1 is an overall schematic diagram of a semi-passive fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 2 is a perspective view of a stack according to an embodiment of the present invention. 3 is an exploded perspective view of the stack of FIG. 2. 4 is a perspective view illustrating a coupling relationship between the stack and the blower of FIG. 1. 5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 6 is an enlarged perspective view of an air dispersion network according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 세미 패시브형 연료전지 시스템은, 도 1 내지 도 6를 참조하면, 스택(10)과 상기 스택(10)에 연료를 공급하는 연료공급수단(30)과 스택(10)에 균일한 압력을 갖는 공기를 공급하는 공기공급수단(50)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 세미 패시브형 연료전지 시스템은 히트파이프(90)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 여기서는 메탄올 또는 에탄올을 직접 연료로 사용하여 전기에너지를 발생시키는 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell : 이하 "DMFC"라 한다) 시스템을 중심으로 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료를 개질하여 발생되는 수소를 연료로 사용하여 전기에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : 이하 "PEMFC"라 한 다.) 시스템에 적용될 수 있음은 물론이다. 다만, 이러한 PEMFC 시스템은 액체연료를 개질하여 수소를 발생시키는 개질기가 더 포함되어 구성된다. In the semi-passive fuel cell system according to the embodiment of the present invention, referring to FIGS. 1 to 6, the fuel supply means 30 and the stack 10 for supplying fuel to the stack 10 and the stack 10 are provided. It is formed including an air supply means 50 for supplying air having a uniform pressure to the. In addition, the semi-passive fuel cell system may further include a heat pipe 90. Herein, a description will be given of a direct methanol fuel cell (DMFC) system that generates electric energy using methanol or ethanol as a direct fuel. However, the fuel cell system according to the present invention is a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as "PEMFC") system that generates electrical energy by using hydrogen generated by reforming fuel as fuel. Of course, it can be applied. However, the PEMFC system is configured to further include a reformer for generating hydrogen by reforming the liquid fuel.

상기 스택(10)은 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly : 이하 "MEA"라 한다)(12)와 MEA(12)의 양측에 배치되는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)(16)로 구성되는 단위셀(10a)이 다수 개로 적층되어 형성된다. 이때, 상기 바이폴라 플레이트(16)는 양면에 MEA(12)가 접촉되어 서로 인접하는 단위셀(10a)에 공유되도록 형성된다. 또한, 상기 스택(10)은 양측의 외곽에 위치하는 바이폴라 플레이트인 엔드 플레이트(End Plate)(16a)를 통하여 외부의 부하에 전기를 공급하게 된다. 상기 스택(10)은 엔드 플레이트(16a)의 외측에 결합되어 바이폴라 플레이트(16)와 MEA(12)를 고정하는 지지판(16b)을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 지지판(16b)은 연료공급수단(30)에서 공급되는 연료가 바이폴라 플레이트(16)에 공급되도록 내부에 소정의 통로(도면에 표시하지 않음)가 형성된다. 한편, 상기 엔드플레이트(16a)는 지지판의 역할을 동시에 하도록 형성될 수 있음은 물론이다.The stack 10 is a unit cell including a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as "MEA") 12 and a bipolar plate 16 disposed on both sides of the MEA 12. It is formed by stacking a plurality of 10a. At this time, the bipolar plate 16 is formed so that the MEA 12 is in contact with both sides to be shared by the unit cells 10a adjacent to each other. In addition, the stack 10 supplies electricity to an external load through an end plate 16a, which is a bipolar plate located at outer sides of both sides. The stack 10 may be formed to include a support plate 16b coupled to the outside of the end plate 16a to fix the bipolar plate 16 and the MEA 12. The support plate 16b is provided with a predetermined passage (not shown) so that fuel supplied from the fuel supply means 30 is supplied to the bipolar plate 16. On the other hand, the end plate 16a may be formed to serve as a support plate at the same time, of course.

또한, 상기 스택(10)은 바이폴라 플레이트(16)의 수직 중심선을 기준으로 좌우에 각각의 단위셀(10a)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 스택(10)은 정면방향에서 볼 때 좌우에 독립적인 단위셀이 각각 형성된다. 그리고, 상기 스택(10)은 좌우에 형성되는 단위셀 사이의 소정 폭으로 형성되는 미반응 영역에 연료공급통로인 제1관통로와 제2관통로(17a, 17b)가 형성된다. 따라서, 상기 스택(10)은 측면 방향에서 제1관통로와 제2관통로(17a, 17b)를 통하여 연료가 공급된다. 또한, 상기 스택(10) 은 바이폴라 플레이트(16)의 일면에 상부에서 하부로 형성되는 공기 통로(19)를 통하여 공기가 공급된다. 한편, 상기 스택은 수직 중심선을 기준으로 좌우에 형성되는 단위셀이 일체로 형성될 수 있음은 물론이다. 즉, 상기 스택은 중앙에 미반응 영역이 형성되지 않을 수 있다. 따라서 이러한 경우에는 상기 스택은 제1관통로와 제2관통로(17a, 17b)가 바이폴라 플레이트(16)의 좌우측에 형성된다. In addition, the stack 10 may be formed in each unit cell 10a on the left and right with respect to the vertical center line of the bipolar plate 16. That is, the stack 10 is formed of unit cells independent of left and right when viewed from the front direction. In addition, the stack 10 has first and second passages 17a and 17b as fuel supply passages in unreacted regions formed with a predetermined width between unit cells formed at left and right sides thereof. Therefore, the stack 10 is supplied with fuel through the first passage and the second passage 17a, 17b in the lateral direction. In addition, the stack 10 is supplied with air through an air passage 19 formed from top to bottom on one surface of the bipolar plate 16. On the other hand, the stack of the unit cells formed on the left and right with respect to the vertical center line may be formed integrally. That is, the unreacted region may not be formed at the center of the stack. In this case, therefore, the stack has first and second passages 17a and 17b formed on the left and right sides of the bipolar plate 16.

상기 MEA(12)는 애노드 전극(anode electrode)(13)과 캐소드 전극(cathode electrode)(15) 사이에 전해질막(membrane)(14)이 적층되어 형성된다. 이때, 상기 애노드 전극(13)과 캐소드 전극(15)은 전해질막(14)의 양면에 각각 수직 중심선을 기준으로 좌우에 소정 간격 이격되어 소정 면적으로 애노드 전극(13a, 13b)과 캐소드 전극(15a, 15b)이 형성된다. 따라서, 상기 MEA(12)는 양면에서 중앙에 애노드 전극(anode electrode)(13)과 캐소드 전극(cathode electrode)(15)이 형성되지 않는 미반응 영역(12a)이 형성되며, 상기 미반응 영역(12a)에는 연료가 흐르는 연료공급통로인 제1관통로(17a)와 제2관통로(17b)가 형성된다. 또한, 상기 MEA(12)는 제1관통로(17a)와 제2관통로(17b) 사이에 스택(10)의 체결을 위한 볼트가 관통되는 체결홀(20)이 형성될 수 있다.The MEA 12 is formed by stacking an electrolyte membrane 14 between an anode electrode 13 and a cathode electrode 15. At this time, the anode electrode 13 and the cathode electrode 15 are spaced apart from the left and right by a vertical center line on both surfaces of the electrolyte membrane 14, respectively, and the anode electrodes 13a and 13b and the cathode electrode 15a are provided in predetermined areas. , 15b) is formed. Accordingly, the MEA 12 has an unreacted region 12a in which both an anode electrode 13 and a cathode electrode 15 are not formed at both sides thereof, and the unreacted region ( 12a), a first through passage 17a and a second through passage 17b, which are fuel supply passages through which fuel flows, are formed. In addition, the MEA 12 may have a fastening hole 20 through which a bolt for fastening the stack 10 passes between the first passage 17a and the second passage 17b.

상기 애노드 전극(13)과 캐소드 전극(15)은 연료의 공급 및 확산을 위한 연료확산층(diffusion layer)과 연료의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층, 그리고 전극 지지체를 구비하여 이루어진다. 상기 애노드 전극(13)은 공급되는 연료로부터 전자와 수소이온을 분리시키며, 전해질막(14)은 수소 이온을 캐소드 전극(15)으로 이동시키게 된다. 상기 캐소드 전극(15)은 애노드 전극(13)으로부터 공급된 전자와 수소 및 산소를 반응시켜 물을 생성하게 된다. 따라서, 상기 스택(10)은 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통하여 전기 에너지를 발생시키게 된다.The anode electrode 13 and the cathode electrode 15 include a fuel diffusion layer for supplying and diffusing fuel, a catalyst layer in which an oxidation / reduction reaction of the fuel occurs, and an electrode support. The anode electrode 13 separates electrons and hydrogen ions from the supplied fuel, and the electrolyte membrane 14 moves the hydrogen ions to the cathode electrode 15. The cathode electrode 15 generates water by reacting hydrogen and oxygen with electrons supplied from the anode electrode 13. Thus, the stack 10 generates electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.

상기 바이폴라 플레이트(16)는 양측에 MEA(12)가 밀착되며, 양면에 각각 연료통로(18)와 공기통로(19)가 형성된다. 보다 상세하게는 상기 바이폴라 플레이트(16)는 수직 중심선을 기준으로 양측의 소정 영역에 연료통로(18)와 공기통로(19)가 형성된다. 따라서, 상기 바이폴라 플레이트(16)는 중앙에 연료통로(18)와 공기통로(19)가 형성되지 않는 미형성 영역(16c, 16d)이 형성된다. 상기 바이폴라 플레이트(16)는 일면에 MEA(12)의 애노드 전극(13)이 밀착되며, 타면에 MEA(12)의 캐소드 전극(15)이 밀착되어 형성된다. 따라서, 상기 바이폴라 플레이트(16)는 애노드 전극(13)이 밀착되는 면에 연료통로(18)가 형성되어 애노드 전극(13)에 연료가 지속적으로 공급되도록 한다. 또한, 상기 바이폴라 플레이트(16)는 캐소드 전극(15)이 밀착되는 면에 공기통로(19)가 형성되어 캐소드 전극(15)에 공기가 지속적으로 공급되도록 한다. The bipolar plate 16 is in close contact with the MEA 12 on both sides, the fuel passage 18 and the air passage 19 is formed on both sides. More specifically, the bipolar plate 16 has a fuel passage 18 and an air passage 19 formed in predetermined regions on both sides of the vertical center line. Accordingly, the bipolar plate 16 has unformed regions 16c and 16d in which a fuel passage 18 and an air passage 19 are not formed at the center thereof. The bipolar plate 16 is formed by contacting the anode electrode 13 of the MEA 12 on one surface and the cathode electrode 15 of the MEA 12 on the other surface. Accordingly, the bipolar plate 16 has a fuel passage 18 formed on the surface where the anode electrode 13 is in close contact with each other so that fuel is continuously supplied to the anode electrode 13. In addition, the bipolar plate 16 has an air passage 19 formed on the surface in which the cathode electrode 15 is in close contact with each other so that air is continuously supplied to the cathode electrode 15.

상기 바이폴라 플레이트(16)는 연료통로(18)가 형성되는 영역 사이의 미형성 영역(16d)에 바이폴라 플레이트(16)를 관통하며 연료통로(18)의 일단과 타단에 각각 연결되는 제1관통로(17a)와 제2관통로(17b)가 상하로 형성된다. 따라서, 상기 바이폴라 플레이트(16)는 제1관통로(17a)를 통하여 공급되는 연료가 연료통로(18)를 흐른 후에 제2관통로(17b)를 통하여 배출되도록 한다. 상기 제1관통로(17a)와 제2관통로(17b)는 각각의 바이폴라 플레이트(16)와 MEA(12)에서 동일한 위치에 형성되어 스택(10)의 상하부를 전체적으로 관통하는 연료의 통로를 형성된다. 따라 서, 상기 스택(10)은 일측에서 제1관통로(17a)를 통하여 연료가 공급되며, 타측에서 제2관통로(17b)를 통하여 미반응 연료와 반응 부산물인 이산화탄소가 배출된다. 상기 바이폴라 플레이트(16)는 제1관통로(17a)와 제2관통로(17b) 사이에 스택(10)을 체결하는 볼트(도면에 도시하지 않음)가 삽입되는 체결홀(20)이 형성된다. 상기 제1관통로(17a)와 제2관통로(17b)는 지지판(16b)에 형성되는 소정의 통로(도면에 표시하지 않음)를 통하여 연료공급수단(30)과 연결되어 연료가 흐르게 된다. 상기 지지판(16b)에 형성되는 통로는 스택(10)의 설계에 따라 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.The bipolar plate 16 passes through the bipolar plate 16 in the unformed region 16d between the regions where the fuel passage 18 is formed and is connected to one end and the other end of the fuel passage 18, respectively. 17a and the second passage 17b are formed up and down. Accordingly, the bipolar plate 16 allows the fuel supplied through the first passage 17a to be discharged through the second passage 17b after flowing through the fuel passage 18. The first passage 17a and the second passage 17b are formed at the same position in each of the bipolar plates 16 and the MEA 12 to form a passage of fuel that passes through the upper and lower portions of the stack 10 as a whole. do. Accordingly, the stack 10 is supplied with fuel through the first through passage 17a at one side, and unreacted fuel and carbon dioxide as a reaction by-product are discharged through the second through passage 17b at the other side. The bipolar plate 16 is provided with a fastening hole 20 into which a bolt (not shown) is inserted to fasten the stack 10 between the first passage 17a and the second passage 17b. . The first passage 17a and the second passage 17b are connected to the fuel supply means 30 through a predetermined passage (not shown) formed in the support plate 16b to allow fuel to flow. The passage formed in the support plate 16b may be formed in various ways according to the design of the stack 10.

상기 바이폴라 플레이트(16)는 금속 소재 예를 들면 알루미늄, 구리, 철과 같은 금속 또는 이들의 합금, 그라파이트(graphite) 또는 카본 합성물과 같은 도전성 재료로 형성된다.The bipolar plate 16 is formed of a metallic material, for example a metal such as aluminum, copper, iron or an alloy, graphite or carbon composite thereof.

상기 연료통로(18)는 바이폴라 플레이트(16)의 일면 즉, MEA(12)의 애노드 전극(13)과 접촉되는 영역에 수직 중심선을 기준으로 좌우에 표면을 따라 소정 깊이와 폭으로 형성된다. 따라서, 상기 연료통로(18a, 18b)는 중앙에 형성되는 미형성 영역(16d)의 양측에 각각 형성된다. 상기 연료통로(18)는 바람직하게는 지그재그 형상으로 형성되어 연료통로(18)의 면적이 증가되도록 한다. 따라서, 상기 연료통로(18)는 MEA(12)의 애노드 전극(13)과 접촉면적이 증가되면서 연료가 직접 접촉되는 애노드 전극(13)의 면적을 증가시키게 된다. 상기 스택(10)은 연료가 연료펌프에 의하여 소정 압력으로 공급되므로 연료통로(18)가 지그재그 형상으로 형성되어도 연료가 원활하게 공급될 수 있다.The fuel passage 18 is formed on a surface of the bipolar plate 16, that is, in a region contacting the anode electrode 13 of the MEA 12 with a predetermined depth and width along the surface on the left and right with respect to the vertical center line. Therefore, the fuel passages 18a and 18b are formed on both sides of the unformed region 16d formed at the center, respectively. The fuel passage 18 is preferably formed in a zigzag shape so that the area of the fuel passage 18 is increased. Therefore, the fuel passage 18 increases the contact area of the anode electrode 13 of the MEA 12 while increasing the area of the anode electrode 13 in direct contact with the fuel. Since the stack 10 is supplied with fuel at a predetermined pressure by the fuel pump, the fuel may be smoothly supplied even when the fuel passage 18 is zigzag-shaped.

상기 공기통로(19)는 바이폴라 플레이트(16)의 타면 즉. MEA(12)의 캐소드 전극(15)과 접촉되는 영역에 수직 중심선을 기준으로 좌우에 표면을 따라 소정 폭과 깊이와 형상으로 형성된다. 따라서, 상기 공기통로(19a, 19b)는 중앙에 형성되는 미형성영역(16c)의 양측에 각각 형성된다. 상기 공기통로(19)는 바람직하게는 상부에서 하부로 직선 형상으로 형성되어 상부 또는 하부에서 공급되는 공기가 원활하게 흐를 수 있도록 한다. 상기 공기통로(19)는 일면의 연료통로(18)와 달리 제1관통로(17a)와 제2관통로(17b)에 연결되지 않는다.The air passage 19 is the other surface of the bipolar plate 16, ie. The area in contact with the cathode electrode 15 of the MEA 12 is formed in a predetermined width, depth and shape along the surface on the left and right with respect to the vertical center line. Accordingly, the air passages 19a and 19b are formed at both sides of the unformed region 16c formed at the center, respectively. The air passage 19 is preferably formed in a straight shape from the top to the bottom so that the air supplied from the top or bottom can flow smoothly. The air passage 19 is not connected to the first passage 17a and the second passage 17b unlike the fuel passage 18 on one surface.

한편, 상기 MEA와 바이폴라 플레이트는 중앙의 미반응 영역 또는 미형성영역이 형성되지 않을 수 있다. 즉 상기 MEA는 일면과 타면에 각각 형성되는 애노드 전극과 캐소드 전극이 미반응 영역 없이 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 바이폴라 플레이트는 일면과 타면에 형성되는 연료통로와 공기통로가 각각 중앙의 미형성영역 없이 일체로 형성될 수 있다. 이러한 경우에 상기 스택은 제1관통로와 제2관통로가 바이폴라 플레이트와 MEA의 좌우측에 형성된다. Meanwhile, the MEA and the bipolar plate may not have a central unreacted region or an unformed region. That is, in the MEA, anode and cathode electrodes respectively formed on one surface and the other surface may be integrally formed without an unreacted region. In addition, the bipolar plate may be formed integrally with the fuel passage and the air passage formed on one surface and the other surface, respectively, without a central unformed region. In this case, the stack has a first passageway and a second passageway formed on the left and right sides of the bipolar plate and the MEA.

상기 연료공급수단(30)은 소정 농도로 희석된 연료를 저장하는 연료탱크(32)와 연료를 스택(10)에 공급하는 연료펌프(34)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 연료탱크는 별도로 공급되는 연료원액과 물을 혼합하여 소정 농도로 희석하도록 형성되는 경우에, 연료공급수단(30)은 연료원액을 저장하는 연료원액탱크(도면에 표시하지 않음)와 원액펌프(도면에 표시하지 않음)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 한 편, 상기 연료탱크(32)는 소정 농도로 희석된 연료가 저장된 카트리지 형식으로 형성될 수 있다. 이러한 경우에 상기 연료탱크(32)에 저장된 연료가 다 소진된 경우에 연료를 재충전하거나 새로운 연료탱크를 장착할 수 있다. The fuel supply means 30 is formed to include a fuel tank 32 for storing fuel diluted to a predetermined concentration and a fuel pump 34 for supplying fuel to the stack 10. In addition, when the fuel tank is formed to mix the fuel feed solution and water supplied separately to dilute to a predetermined concentration, the fuel supply means 30 is a fuel feed tank (not shown) and the stock solution for storing the fuel feed solution It may be formed by further including a pump (not shown). On the other hand, the fuel tank 32 may be formed in the form of a cartridge in which the fuel diluted to a predetermined concentration is stored. In this case, when the fuel stored in the fuel tank 32 is exhausted, the fuel may be recharged or a new fuel tank may be installed.

상기 연료탱크(32)는 소정 농도로 희석되어 있는 메탄올 또는 에탄올과 같은 액상의 연료가 저장된다. 상기 연료펌프(34)는 연료탱크와 연결되며, 연료탱크(32)의 연료를 스택(10)의 애노드 전극으로 공급하게 된다. 또한, 상기 연료탱크가 연료원액을 공급받아 소정 농도로 희석하는 경우에, 연료 탱크(32)는 스택(10)의 애노드 전극으로부터 배출되는 미반응 연료와 스택(10)의 캐소드 전극으로부터 배출되는 물이 회수되도록 별도의 배관에 의하여 스택(10)의 애노드 전극과 캐소드 전극에 연결된다.The fuel tank 32 stores a liquid fuel such as methanol or ethanol diluted to a predetermined concentration. The fuel pump 34 is connected to the fuel tank, and supplies the fuel of the fuel tank 32 to the anode electrode of the stack 10. In addition, when the fuel tank is supplied with a fuel stock solution and diluted to a predetermined concentration, the fuel tank 32 may include unreacted fuel discharged from the anode electrode of the stack 10 and water discharged from the cathode electrode of the stack 10. This is connected to the anode electrode and the cathode electrode of the stack 10 by a separate pipe so as to recover.

상기 공기공급수단(50)은 공기를 흡입하여 분출하는 송풍수단(51)과 송풍수단(51)에서 분출되는 공기를 스택(10)의 상부 또는 하부로 공급하는 덕트(60) 및 스택(10)의 상부에 설치되어 스택(10)에 공급되는 공기의 압력을 전체적으로 균일하게 하는 공기분산망(80)을 포함하여 형성된다.The air supply means 50 is a duct 60 and the stack 10 for supplying the blowing means 51 for sucking and blowing air and the air blown out of the blowing means 51 to the upper or lower portion of the stack 10. It is formed on the upper portion of the air dispersion network 80 is formed to include a uniform pressure of the air supplied to the stack 10 as a whole.

상기 송풍수단(51)은 외부의 공기를 흡입하여 소정 압력으로 분출하게 되며, 블로워(blower), 또는 팬(fan)으로 형성된다. 다만, 상기 송풍수단(51)은 공기를 소정 압력으로 분출하는 다양한 수단이 사용될 수 있음은 물론이다.The blowing means 51 sucks the outside air and blows it out at a predetermined pressure, and is formed as a blower or a fan. However, of course, the blowing means 51 may use various means for blowing air at a predetermined pressure.

상기 덕트(60)는 스택(10)의 상부에 형성되는 제1덕트(61)와 스택(10)의 하부에 설치되는 제2덕트(71)를 포함하며, 제1덕트 또는 제2덕트의 내부 또는 외부에 송풍수단(51)이 설치된다. 상기 덕트(60)는 제1덕트(61)의 일측에 설치되는 송풍수단(51)에서 분출되는 공기를 스택(10)의 상부로 유도하여 공기통로(18)로 공급하게 된다. 여기서는, 상기 제1덕트(61)가 상부에 형성되고, 제2덕트(71)가 하부에 형성되는 것으로 설명하지만, 사용되는 이동통신기기의 사양 또는 사용 방법에 따라 제1덕트가 하부에 형성되고, 제2덕트가 상부에 형성될 수 있음은 물론이다. The duct 60 includes a first duct 61 formed at an upper portion of the stack 10 and a second duct 71 installed at a lower portion of the stack 10, and the inside of the first duct or the second duct. Or the blowing means 51 is installed outside. The duct 60 guides the air ejected from the blowing means 51 installed on one side of the first duct 61 to the upper portion of the stack 10 and supplies it to the air passage 18. Here, the first duct 61 is formed in the upper portion, and the second duct 71 is described in the lower portion, but according to the specification or method of use of the mobile communication device used, the first duct is formed in the lower portion Of course, the second duct may be formed on the top.

상기 제1덕트(71)는 내부가 중공인 대략 판상의 박스 형상으로 형성되며, 일측의 내부 또는 외부에 송풍수단(51)이 설치되고, 타측이 스택(10)의 상부를 덮도록 형성된다.(여기서 제1덕트의 일측은 도 5에서 송풍수단이 설치되며 스택의 상부로부터 벗어나 있는 좌측을 의미하며, 타측은 스택의 상부에 설치되는 우측 부분을 의미한다) 상기 제1덕트(61)는 일측이 바람직하게는 송풍수단(51)의 높이에 상응하는 높이로 형성되어 내부에 송풍수단(51)이 설치되며, 상면에 송풍수단(51)의 공기 흡입을 위한 공기흡입구(62)가 형성된다. 상기 공기흡입구(62)는 바람직하게는 송풍수단(51)의 상부 면적에 상응하는 면적으로 형성된다. 이때, 상기 제1덕트(61)의 일측은 전체적으로 균일한 높이로 형성되어 흡입된 공기가 타측으로 원활하게 흐르도록 한다. 또한, 상기 제1덕트(61)의 일단(61a)은 폐쇄되어 송풍수단(51)에 의하여 흡입된 공기가 외부로 유출되는 것을 방지하게 된다. 따라서, 상기 제1덕트(61)는 송풍수단(51)에 의하여 흡입된 공기가 타측으로만 분출되도록 한다.The first duct 71 is formed in a substantially plate-shaped box shape with a hollow inside, a blowing means 51 is installed inside or outside one side, and the other side is formed to cover the upper portion of the stack 10. (Here, one side of the first duct means a left side in which the blowing means is installed in the Figure 5 and away from the top of the stack, the other side means the right side portion is installed on the top of the stack) The first duct 61 is one side Preferably, the blower means 51 is formed at a height corresponding to the height of the blower means 51, and the blower means 51 is installed therein, and an air suction port 62 for suctioning air from the blower means 51 is formed on the upper surface thereof. The air suction port 62 is preferably formed with an area corresponding to the upper area of the blowing means 51. At this time, one side of the first duct 61 is formed to have a uniform height as a whole so that the sucked air flows smoothly to the other side. In addition, one end 61a of the first duct 61 is closed to prevent the air sucked by the blowing means 51 from flowing out. Therefore, the first duct 61 allows the air sucked by the blowing means 51 to be ejected only to the other side.

상기 제1덕트(61)의 타측은 스택(10)의 상부를 전체적으로 덮도록 적어도 스택(10)의 상부 면적에 상응하는 면적과 소정 높이를 갖도록 형성된다. 이때, 상기 제1덕트(61)의 타측은 스택(10)의 상부와 접촉되는 하부 영역이 개방되어 공기공급 구(63)가 형성된다. 상기 공기공급구(63)는 바람직하게는 스택의 상부 형상과 면적에 상응하는 형상과 면적으로 형성된다. 따라서, 상기 제1덕트(61)는 송풍수단(51)에 의하여 일측의 공기흡입구(62)를 통하여 흡입된 공기가 타측으로 유도되어 공기공급구(63)를 통하여 스택(10)의 공기통로(18)로 공급된다.The other side of the first duct 61 is formed to have a predetermined height and an area corresponding to at least an upper area of the stack 10 so as to cover the entire upper portion of the stack 10. At this time, the other side of the first duct 61 is opened in the lower region in contact with the upper portion of the stack 10 is formed with an air supply port (63). The air supply port 63 is preferably formed in a shape and area corresponding to the top shape and area of the stack. Thus, the first duct 61 is the air intake of the stack 10 through the air supply port 63 by the air sucked through the air inlet 62 of one side by the blowing means 51 is directed to the other side ( 18).

상기 제1덕트(61)의 타측은 바람직하게는 내부의 높이가 스택(10)의 일측에서 타측으로 갈수록 점진적으로 작아지도록 형성된다. 즉, 상기 제1덕트(61)의 타측은 상면(61c)이 스택(10)의 상면에 대하여 소정의 경사각으로 경사지도록 형성된다. 따라서, 상기 제1덕트(61)의 타측은 송풍수단(51)으로부터 멀어질수록 단면적이 감소되어 송풍수단(51)으로부터 분출되는 공기의 속도가 감소되지 않도록 한다. 일반적으로 덕트의 단면적이 일정한 경우에 분출되는 공기는 송풍수단으로부터 멀어질수록 속도가 감소되며 공기의 공급량이 줄어들게 된다. 이러한 현상은 송풍수단에서 분출되는 공기의 양이 작을수록 증가하게 된다. 따라서, 상기 제1덕트(61)의 타측은 상면(61c)의 경사각이 송풍수단(51)으로부터 분출되는 공기의 양에 따라 적정하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 송풍수단(51)에서 분출되는 공기의 양이 많게 되면, 제1덕트(61)의 타측은 상면(61c)이 경사각이 작게 형성될 수 있다. 반대로, 상기 송풍수단(61)에서 분출되는 공기의 양이 작게 되면, 제1덕트(61)의 타측은 상면(61c)의 경사각이 크게 형성될 수 있다.The other side of the first duct 61 is preferably formed such that the height inside thereof gradually decreases from one side of the stack 10 to the other side. That is, the other side of the first duct 61 is formed such that the upper surface 61c is inclined at a predetermined inclination angle with respect to the upper surface of the stack 10. Therefore, as the other side of the first duct 61 moves away from the blowing means 51, the cross-sectional area is reduced so that the velocity of air blown out of the blowing means 51 is not reduced. In general, when the cross-sectional area of the duct is constant, the ejected air is reduced in speed as it moves away from the blowing means, and the supply amount of air is reduced. This phenomenon increases as the amount of air blown out of the blowing means decreases. Accordingly, the other side of the first duct 61 may be appropriately formed according to the amount of air blown out from the blowing means 51 by the inclination angle of the upper surface 61c. That is, when the amount of air blown out by the blowing means 51 increases, the other side of the first duct 61 may have a lower inclination angle at the upper surface 61c. On the contrary, when the amount of air blown out by the blowing means 61 is small, the inclination angle of the upper surface 61c of the other side of the first duct 61 may be large.

상기 제2덕트(71)는 제1덕트(61)와 마찬가지로 내부가 중공인 대략 판상의 박스 형상으로 형성된다. 상기 제2덕트(71)는 스택(10)의 하부를 덮도록 스택(10)의 하부에 설치되며, 상면에 스택(10)의 하부 면적에 상응하는 면적을 갖는 공기유 입구(73)가 형성된다. 또한, 상기 제2덕트(71)는 일단(71a)이 폐쇄되고 타단(71b)이 개방되어 공기배출구(72)로 형성된다. 따라서, 상기 제2덕트(71)는 스택(10)을 통과한 공기를 외부로 배출하게 된다.Like the first duct 61, the second duct 71 is formed in a substantially plate-shaped box shape with a hollow inside. The second duct 71 is installed at the bottom of the stack 10 to cover the bottom of the stack 10, and an air oil inlet 73 having an area corresponding to the bottom area of the stack 10 is formed on an upper surface thereof. do. In addition, one end 71a of the second duct 71 is closed and the other end 71b of the second duct 71 is formed as an air outlet 72. Therefore, the second duct 71 discharges the air passing through the stack 10 to the outside.

또한, 상기 제2덕트(71)는 내부의 높이가 점진적으로 높아지도록 하면(71c)이 일단(71a)으로부터 타단(71b)으로 소정의 경사각으로 경사지게 형성된다. 이러한 경우에, 상기 제2덕트(71)로 유입된 공기는 일단(71a)에서의 공기 속도가 타단(71c)보다 상대적으로 빠르게 되어 전체적으로 원활하게 배출될 수 있다. 상기 제2덕트(71)의 하면(71c)은 바람직하게는 제1덕트(61)의 타측 상면(61c)의 경사각도에 상응하는 경사각도로 경사지게 형성된다. 따라서, 상기 연료전지 시스템은 전체적으로 높이가 균일하게 형성되며, 덕트(50)에 의하여 높이가 부분적으로 증가되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이때, 상기 스택(10)은 제1덕트(61)의 상면 또는 제2덕트(71)의 하면의 경사각도에 상응하는 각도로 기울어지게 된다.In addition, the second duct 71 is formed to be inclined at a predetermined inclination angle from the one end (71a) to the other end (71b) when the internal height is gradually increased. In this case, the air introduced into the second duct 71 may be discharged smoothly as the air velocity at one end 71a is relatively faster than the other end 71c. The lower surface 71c of the second duct 71 is preferably inclined at an inclination angle corresponding to the inclination angle of the other upper surface 61c of the first duct 61. Therefore, the height of the fuel cell system is uniformly formed as a whole, and the height can be prevented from being partially increased by the duct 50. In this case, the stack 10 is inclined at an angle corresponding to the inclination angle of the top surface of the first duct 61 or the bottom surface of the second duct 71.

한편, 상기 제2덕트는 스택(10)의 캐소드로부터 반응 후에 배출되는 물의 배수통로 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 제2덕트의 타단에는 이러한 물을 회수하기 위한 별도의 배관이 형성될 수 있다. On the other hand, the second duct serves as a drain passage for the water discharged after the reaction from the cathode of the stack (10). Therefore, a separate pipe for recovering such water may be formed at the other end of the second duct.

상기 공기분산망(80)은 스택(10)의 상부에서 공기통로(19)가 설치된 영역을 포함하는 영역에 설치되는 제1금속망(81)을 포함하여 형성된다. 상기 공기분산망(80)은 스택(10)의 하부에서 제2덕트(71)의 출구인 공기배출구(72)의 소정 영역에 설치되는 제2금속망(85)을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 공기분산망(80)은 상기 제1금속망(81)과 제2금속망(85)의 어느 하나의 측면에 형성되는 기액분리막(82, 86)을 더 포함하여 형성될 수 있다.The air dispersing net 80 is formed to include a first metal net 81 is installed in an area including an area in which the air passage 19 is installed on the top of the stack (10). The air dispersing net 80 may be formed to include a second metal net 85 installed in a predetermined region of the air outlet 72 which is the outlet of the second duct 71 at the bottom of the stack 10. In addition, the air dispersion net 80 may further include gas-liquid separation membranes 82 and 86 formed on either side of the first metal net 81 and the second metal net 85.

상기 공기분산망(80)은 금속시브(metal sieve) 또는 일면에서 타면으로 공기가 관통될 수 있도록 형성되는 금속 다공성 폼(form)으로 형성된다. 상기 금속시브는 금속와이어에 의하여 소정 크기의 구멍을 갖도록 형성되는 일종의 그물망이며, 구멍이 바람직하게는 정사각형으로 형성되나 반드시 그런 것은 아니다. 상기 금속시브는 일반적으로 메쉬(mesh)라는 단위에 의하여 그 구멍 크기가 결정된다. 상기 메쉬는 어느 하나의 금속와이어를 중심으로부터 정확히 1인치 내에 몇 개의 구멍(opening)이 존재하는가를 나타내는 단위이다. 또는 상기 금속시브는 인접한 두개의 금속와이어 사이의 구멍(opening) 길이를 인치나 밀리미터 등으로 그 크기를 나타내기도 한다. 상기 금속시브의 크기를 나타내는 메쉬는 나라 또는 제조회사마다 약간씩 차이가 있을 수 있다. 예를 들어, 미국 표준에 따르면, 메쉬번호가 100인 금속시브는 구멍의 크기가 149 미크론이며, 금속와이어 직경이 110 미크론으로 형성된다. 또한, 메쉬번호가 5인 금속시브는 구멍의 크기가 4000 미크론이며, 금속와이어의 직경이 1370 미크론으로 형성된다. 한편, 상기 금속시브는 메쉬로 정해진 규격은 없지만 소정의 구멍크기를 갖도록 소정의 직경을 갖는 금속와이어로 형성될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 다공성 폼은 일면에서 타면으로 관통되는 소정 크기의 기공을 갖는 금속 판상으로 형성된다.The air dispersing net 80 is formed of a metal sieve or a metal porous foam formed to allow air to penetrate from one surface to the other surface. The metal sieve is a kind of net formed by a metal wire to have a predetermined size of holes, and the hole is preferably formed in a square, but is not necessarily so. The metal sheave is generally determined by its pore size in terms of mesh. The mesh is a unit indicating how many openings exist within exactly one inch of one metal wire from the center. Alternatively, the metal sheave may have an opening length between two adjacent metal wires in inches or millimeters. The mesh representing the size of the metal sieve may vary slightly from country to country or manufacturer. For example, according to US standards, a metal sheave with a mesh number of 100 is 149 microns in size and has a diameter of 110 microns in metal wire. In addition, the metal sheave having the mesh number 5 has a hole size of 4000 microns and a metal wire having a diameter of 1370 microns. On the other hand, the metal sheave may be formed of a metal wire having a predetermined diameter to have a predetermined hole size, although there is no standard defined as a mesh. In addition, the porous foam is formed in a metal plate shape having pores of a predetermined size penetrating from one surface to the other surface.

상기 제1금속망(81)은 스택(10)의 상부에서 바이폴라 플레이트(16)의 공기통로(19)가 형성된 영역을 포함하는 영역을 덮도록 형성된다. 상기 제1금속망(81)은 바람직하게는 제1덕트(61)의 내부에서 스택(10)의 상부를 전체적으로 덮도록 형성된다. 따라서, 상기 제1금속망(81)은 제1덕트(61)의 하부에 형성되어 있는 공기공급구(63)를 전체적으로 차폐하도록 공기공급구(63)에 결합되어 형성된다. 상기 공기통로(19)의 상부로 공급되는 공기는 송풍수단(51)으로부터의 거리와 제1덕트(61) 상부의 형상에 따라 위치별로 공기의 압력에 차이가 있게 된다. 따라서, 상기 제1금속망(81)은 공기통로(19)로 공급되는 공기의 압력 저항을 증가시켜 공기의 압력 차이를 감소시키게 된다. 특히, 상기 제1금속망(81)은 제1덕트(61)내에서 길이방향에 따른 압력차이를 감소시키게 된다. 따라서, 상기 공기통로(19)로 공급되는 공기는 공기통로(19)의 길이방향에 따른 위치에 관계없이 균일한 압력을 가지게 된다.The first metal mesh 81 is formed to cover an area including an area in which an air passage 19 of the bipolar plate 16 is formed on the top of the stack 10. The first metal mesh 81 is preferably formed to entirely cover the top of the stack 10 in the first duct 61. Therefore, the first metal mesh 81 is formed to be coupled to the air supply port 63 so as to shield the air supply port 63 formed in the lower portion of the first duct 61 as a whole. The air supplied to the upper portion of the air passage 19 has a difference in air pressure for each position depending on the distance from the blowing means 51 and the shape of the upper portion of the first duct 61. Therefore, the first metal mesh 81 increases the pressure resistance of the air supplied to the air passage 19 to reduce the pressure difference of the air. In particular, the first metal mesh 81 reduces the pressure difference along the longitudinal direction in the first duct 61. Therefore, the air supplied to the air passage 19 has a uniform pressure regardless of the position along the longitudinal direction of the air passage 19.

상기 제1금속망(81)은 구멍(opening) 또는 기공의 크기가 공기통로(19)의 단면적보다 작은 크기로 형성된다. 이때, 상기 제1금속망(81)은 소정의 기체 투과도(permeability)를 갖도록 소정 크기의 구멍을 갖도록 형성된다. 상기 제1금속망(81)은 송풍수단(51)에서 분출되는 공기의 압력, 바이폴라 플레이트(16)의 공기통로(19)에 공기를 공급하기 위하여 필요한 공기의 압력, 공기의 유량 등을 고려하여 적정한 기체 투과도를 갖도록 형성된다.The first metal mesh 81 is formed to have a size smaller than the cross-sectional area of the air passage 19 in the size of openings or pores. In this case, the first metal mesh 81 is formed to have a hole having a predetermined size to have a predetermined gas permeability. The first metal mesh 81 may consider the pressure of air ejected from the blowing means 51, the pressure of air required for supplying air to the air passage 19 of the bipolar plate 16, the flow rate of air, and the like. It is formed to have an appropriate gas permeability.

상기 제2금속망(85)은 제1금속망(81)과 같은 금속시브 또는 다공성 폼으로 형성되며, 제2덕트(71)의 공기배출구(72)를 전체적으로 막도록 형성된다. 상기 제2금속망(85)은 바람직하게는 제2덕트(71)의 공기배출구(72)에 수직으로 형성된다. 상기 제2금속망(85)은 공기배출구(72)로 배출되는 공기를 일시적으로 막아 제2덕트(71) 내부의 공기 저항을 증가시키게 된다. 따라서, 상기 공기통로(19)를 흐르는 공기는 공기통로(19) 하부에서의 공기 흐름에 대한 압력 저항을 증가되어 공기통로(19) 내부에서 보다 균일한 속도로 흐르게 된다. 상기 제2금속망(85)은 그 구멍이 제1금속망의 구멍보다 큰 구멍을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제2금속망(85)의 크기가 너무 작게 되면 공기통로(19) 하부에서의 공기 저항이 너무 크게 되며 공기통로(19)로 공기가 원활하게 공급되지 않을 수 있다.The second metal mesh 85 is formed of a metal sieve or porous foam such as the first metal mesh 81, and is formed to entirely block the air outlet 72 of the second duct 71. The second metal mesh 85 is preferably formed perpendicular to the air outlet 72 of the second duct 71. The second metal mesh 85 temporarily blocks the air discharged to the air outlet 72 to increase the air resistance inside the second duct 71. Therefore, the air flowing through the air passage 19 increases the pressure resistance to the air flow in the air passage 19 to flow at a more uniform speed inside the air passage 19. The second metal mesh 85 may be formed such that the hole has a larger hole than that of the first metal mesh. If the size of the second metal mesh 85 is too small, the air resistance in the lower portion of the air passage 19 becomes too large and air may not be smoothly supplied to the air passage 19.

상기 기액분리막(82, 86)은 제1금속망(81)과 제2금속망(85) 각각의 어느 한 측면에 전체적으로 형성된다. 상기 기액분리막(82, 86)은 공기와 같은 기체는 통과시키되 액체는 통과시키지 않는 소수성막으로 형성된다. 상기 기액분리막(82, 86)은 사불화폴리에틸렌(PTFE), 실리콘 수지를 포함하는 소수성 멤브레인(hydrophobic membrane) 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 기액분리막(82, 86)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 다만, 여기서 상기 기액분리막의 재질을 한정하는 것은 아니며, 소수성을 갖는 다양한 수지 재질로 형성될 수 있다.The gas-liquid separation membranes 82 and 86 are formed entirely on either side of each of the first metal mesh 81 and the second metal mesh 85. The gas-liquid separation membranes 82 and 86 are formed of a hydrophobic membrane that allows a gas such as air to pass but does not pass liquid. The gas-liquid separators 82 and 86 may be made of any one of hydrophobic membranes including polyethylene tetrafluoride (PTFE) and silicone resin. In addition, the gas-liquid separation membranes 82 and 86 may be formed of any one of polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyethylene terephthalate (PET). However, the material of the gas-liquid separation membrane is not limited thereto, but may be formed of various resin materials having hydrophobicity.

상기 기액분리막(82, 86)은 제1금속망(81) 및 제2금속망(85)과 함께 스택(10)에 공급되는 공기의 압력이 균일하게 되도록 한다. 또한, 상기 제1금속망(81)에 설치되는 기액분리막(82)은 연료전지 시스템의 방향이 바뀌는 경우에 스택(10)의 캐소드로부터 배출되는 물이 거꾸로 송풍수단으로 흘러가는 것을 방지하게 된다. 상기 제2금속망(85)에 설치되는 기액분리막(86)은 스택(10)의 하부로 배출되는 물이 제2금속망(85)을 통하여 외부로 방출되지 않도록 한다.The gas-liquid separators 82 and 86 together with the first and second metal meshes 81 and 85 allow the pressure of air supplied to the stack 10 to be uniform. In addition, the gas-liquid separator 82 provided in the first metal mesh 81 prevents water discharged from the cathode of the stack 10 from flowing backward to the blowing means when the direction of the fuel cell system is changed. The gas-liquid separation membrane 86 installed in the second metal mesh 85 prevents water discharged to the bottom of the stack 10 from being discharged to the outside through the second metal mesh 85.

상기 히트파이프(90)는 철, 스테인레스 스틸, 구리, 알루미늄과 같은 금속으로 형성되며, 바람직하게는 열전도성이 좋은 금속으로 구리 또는 알루미늄으로 형성된다. 상기 히트파이프(90)는 소정 폭과 두께를 갖는 다수의 판상 또는 파이프 또는 봉이 소정 거리 이격되어 형성되며, 제1금속망(81)과 제2금속망(85)에 양측이 결합되도록 형성된다. 또한, 상기 히트파이프(90)는 제1금속망(81)의 폭에 상응하는 폭을 갖는 하나의 판상으로 형성될 수 있다. 상기 히트파이프(90)는 제2금속망(85)의 열을 제1금속망(81)으로 전달하게 된다. 상기 제2금속망(85)은 제2덕트(71)의 공기배출구(72)에 형성되므로 스택을 통과하면서 온도가 높아진 공기에 의하여 온도가 상승된다. 상기 히트파이프(90)는 일측이 제2금속망(85)에 연결되어 제2금속망(85)으로부터 열이 전도되어 온도가 상승하게 된다. 상기 제1금속망(81)은 히트파이프(90)의 타측이 연결되므로 히트파이프(90)로부터 열이 전도되어 온도가 상승하게 된다. 상기 제1금속망(81)을 통과하는 공기는 제1금속망(81)의 열에 의하여 소정 온도로 상승되어 공기통로(19)로 공급된다. 상기 스택(10)은 온도가 상승된 공기가 공급되므로 전체적으로 반응 효율이 향상된다.The heat pipe 90 is formed of a metal such as iron, stainless steel, copper, aluminum, and preferably a metal having good thermal conductivity. The heat pipe 90 is formed by a plurality of plates or pipes or rods having a predetermined width and thickness spaced apart from each other by a predetermined distance, and is formed such that both sides are coupled to the first metal mesh 81 and the second metal mesh 85. In addition, the heat pipe 90 may be formed in one plate having a width corresponding to the width of the first metal mesh 81. The heat pipe 90 transfers heat from the second metal mesh 85 to the first metal mesh 81. Since the second metal mesh 85 is formed at the air outlet 72 of the second duct 71, the temperature is increased by the air having a high temperature while passing through the stack. One side of the heat pipe 90 is connected to the second metal mesh 85 to conduct heat from the second metal mesh 85 so that the temperature is increased. Since the other side of the heat pipe 90 is connected to the first metal mesh 81, heat is conducted from the heat pipe 90 so that the temperature is increased. Air passing through the first metal net 81 is raised to a predetermined temperature by the heat of the first metal net 81 and is supplied to the air passage 19. Since the stack 10 is supplied with the air having the elevated temperature, the overall reaction efficiency is improved.

상기 히트파이프(90)는 스택910)이 형성되는 방향의 측면에 별도의 전기절연층(92)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 히트파이프(90)와 스택(10) 사이에 절연층(92)이 형성되어 히트파이프(90)와 스택(10)이 전기적으로 접촉되는 것을 방지하게 된다. 상기 절연층(90)은 히트파이프(90)의 일면에 형성될 수 있으며, 스택(10)에 직접 형성될 수 있다. 상기 절연층(92)은 전기적 절연성이 있는 접착테이프, 플라스틱 등 유기재료가 사용될 수 있다. 또한, 상기 절연층(92)은 바람직하게는 스택 (10)의 온도를 고려하여 내열성 접착테이프로 형성될 수 있다.The heat pipe 90 may have a separate electrical insulation layer 92 formed on a side of the stack 910 in the direction in which the stack 910 is formed. That is, the insulating layer 92 is formed between the heat pipe 90 and the stack 10 to prevent the heat pipe 90 and the stack 10 from being electrically contacted. The insulating layer 90 may be formed on one surface of the heat pipe 90 and may be directly formed on the stack 10. The insulating layer 92 may be an organic material, such as adhesive tape, plastic with electrical insulation. In addition, the insulating layer 92 may be formed of a heat resistant adhesive tape in consideration of the temperature of the stack 10.

다음은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 작용에 대하여 설명한다. Next, the operation of the fuel cell system according to the exemplary embodiment of the present invention will be described.

도 7은 스택과 송풍수단에서의 공기의 흐름을 나타내는 단면도이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 스택에서 위치별로 측정된 공기 유속을 나타낸다. 여기서는 상기 공기공급수단(50)이 스택(10)에 공기를 공급하는 방법을 중심으로 설명한다. 한편, 상기 연료공급수단(30)이 스택(10)에 연료를 공급하는 방법은 이 분야의 통상의 기술을 가진 기술자에게 알려진 일반적인 방법이 사용되므로 여기서 그 상세한 설명은 생략한다.7 is a cross-sectional view showing the flow of air in the stack and the blowing means. 8 shows the air flow rate measured for each position in the stack of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention. Here, the air supply means 50 will be described with reference to a method for supplying air to the stack 10. On the other hand, the method for supplying fuel to the stack 10 by the fuel supply means 30 is used since a general method known to those skilled in the art, the detailed description thereof will be omitted here.

상기 덕트(60)는 스택(10)을 중심으로 상부에 제1덕트(61)가 결합되며, 하부에 제2덕트(71)가 결합된다. 상기 제1덕트(71)는 일측에 송풍수단(51)이 장착되며, 타측이 스택(10)의 상부에 결합된다. 따라서, 상기 송풍수단(51)이 작동되면, 송풍수단(51)은 상부의 공기흡입구(62)를 통하여 공기를 흡입하여 송풍수단(51)의 측부를 통하여 제1덕트(61)의 타측으로 분출하게 된다. 상기 제1덕트(61)는 송풍수단(51)을 통하여 분출되는 공기를 타측으로 흐르게 한다. 상기 제1덕트(61)의 타측은 상면(61c)이 경사지게 형성되므로 공기의 속도가 감소되지 않게 된다. 상기 공기분산망(80)은 공기통로(19)로 공급되는 공기의 압력을 전체적으로 감소시켜 균일하게 한다. 상기 공기분산망(80)의 제1금속망(81)을 통과한 공기들의 압력이 균일하게 되어 공기통로(19)로 공급된다. 또한, 상기 제1금속망(81)에 기액분리막(82)이 형성된 경우에 기액분리막(82)도 공급되는 공기의 압력 저항을 증가시키게 된다. 상기 제2금속망(85)은 바이폴라 플레이트(16)의 공기통로(19)를 통과한 공기의 압력 저항을 증가시키므로, 스택을 통과하는 공기의 압력은 보다 균일하게 된다. 따라서, 공기통로(19)로 공급된 공기들은 균일한 속도로 각 공기통로(19)를 통과하게 되며 공기의 유량이 균일하게 된다. 즉, 상기 스택(10)은, 도 8에서 보는 바와 같이, 폭 방향과 길이방향으로 공기통로(19)에 공급되는 공기의 속도가 균일하게 되며 공기통로(19)로 유입되는 양도 균일하게 된다. 도 8에서 나타내는 공기의 속도분포는 공기통로의 하부에서 공기통로를 통과한 공기들에 대한 속도를 측정한 결과이다. 공기통로로 공급되는 공기의 유량은 공기의 속도와 공기통로의 단면적의 곱에 비례하게되므로 공기의 속도를 측정하여 공기의 유량을 산출할 수 있게된다. 따라서, 상기 공기통로(19)를 통과하는 공기들의 속도가 상대적으로 균일하게 되므로, 각 공기통로(19)별로 공급되는 공기의 유량도 균일하게 된다. 수치적으로는, 상기 공기분산망(80)을 설치한 경우에 스택(10)의 하부에서 측정한 공기의 속도에 대한 위치별 편차가 4cm/s 정도로 매우 작게 나타나고 있다. 한편, 상기 공기분산망(80)을 설치하지 않은 경우에 스택의 위치별 공기의 속도 편차는 30cm/s 정도로 측정된다.The duct 60 has a first duct 61 coupled to the upper portion of the stack 10, and a second duct 71 coupled to the lower portion of the duct 60. The first duct 71 has a blowing means 51 is mounted on one side, the other side is coupled to the upper portion of the stack (10). Therefore, when the blower means 51 is operated, the blower means 51 sucks air through the upper air suction port 62 and blows it to the other side of the first duct 61 through the side of the blower means 51. Done. The first duct 61 allows the air blown out through the blowing means 51 to flow to the other side. The other side of the first duct 61 is formed so that the upper surface 61c is inclined so that the speed of air is not reduced. The air dispersion net 80 reduces the pressure of the air supplied to the air passage 19 as a whole to make it uniform. The pressure of the air passing through the first metal net 81 of the air dispersion net 80 becomes uniform and is supplied to the air passage 19. In addition, when the gas-liquid separation membrane 82 is formed in the first metal mesh 81, the gas-liquid separation membrane 82 also increases the pressure resistance of the air supplied. Since the second metal mesh 85 increases the pressure resistance of the air passing through the air passage 19 of the bipolar plate 16, the pressure of the air passing through the stack becomes more uniform. Therefore, the air supplied to the air passage 19 passes through each air passage 19 at a uniform speed and the flow rate of the air is uniform. That is, the stack 10, as shown in Figure 8, the speed of the air supplied to the air passage 19 in the width direction and the longitudinal direction is uniform and the amount flowing into the air passage 19 is also uniform. The velocity distribution of air shown in FIG. 8 is a result of measuring the velocity with respect to the air which passed the air passage in the lower part of the air passage. Since the flow rate of the air supplied to the air passage is proportional to the product of the air velocity and the cross-sectional area of the air passage, it is possible to calculate the air flow rate by measuring the air velocity. Therefore, since the velocity of the air passing through the air passage 19 is relatively uniform, the flow rate of the air supplied for each air passage 19 is also uniform. Numerically, when the air dispersing net 80 is installed, the positional deviation with respect to the velocity of air measured at the bottom of the stack 10 is very small, about 4 cm / s. On the other hand, when the air dispersion network 80 is not installed, the speed deviation of the air for each position of the stack is measured about 30 cm / s.

한편, 상기 히트파이프(90)는 제1금속망(81)과 제2금속망(85)에 접촉되어 열을 제1금속망(81)으로 전도시키게 된다. 따라서 상기 연료전지 시스템은 스택(10)으로 공급되는 공기의 온도가 상승하게 되어 효율과 성능이 향상된다. Meanwhile, the heat pipe 90 is in contact with the first metal net 81 and the second metal net 85 to conduct heat to the first metal net 81. Therefore, in the fuel cell system, the temperature of the air supplied to the stack 10 is increased, thereby improving efficiency and performance.

상기 제1덕트(61)를 통과한 공기는 스택(10)의 하부로 흘러 제2덕트(71)의 공기유입구(73)를 통하여 제2덕트(71)로 유입된다. 상기 바이폴라 플레이트(16)의 공기통로(19)는 수직 방향으로 직선 형상으로 형성되므로 보다 원활하게 공기가 흐르게 된다. 상기 제2덕트(71)는 일측이 스택(10)의 하부에 결합되어 스택(10)으로부터 배출되는 공기를 타측으로 흐르게 한다. 이때, 상기 제2덕트(71)는 내부 높이가 일단(71a)에서 타단(71b)으로 갈수록 증가되므로 스택(10)에서 배출되는 공기가 일단(71a)으로부터 타단(71b)으로 원활하게 흐르게 된다. 상기 제2덕트(71)의 일단으로부터 타단으로 흐르는 공기는 타단에 형성되는 공기배출구(72)를 통하여 외부로 배출된다. Air passing through the first duct 61 flows into the lower portion of the stack 10 and flows into the second duct 71 through the air inlet 73 of the second duct 71. Since the air passage 19 of the bipolar plate 16 is formed in a straight line in the vertical direction, air flows more smoothly. One side of the second duct 71 is coupled to the lower portion of the stack 10 so that air discharged from the stack 10 flows to the other side. At this time, the second duct 71 has an internal height increases from one end (71a) to the other end (71b), so that the air discharged from the stack 10 flows smoothly from one end (71a) to the other end (71b). Air flowing from one end of the second duct 71 to the other end is discharged to the outside through an air outlet 72 formed at the other end.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.As described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and any person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Various modifications are possible, of course, and such changes are within the scope of the claims.

본 발명에 따른 연료전지 시스템에 의하면 상면이 경사진 덕트내부에서 스택의 공기통로 상부에 공기분산망이 설치되어 스택의 공기통로로 공급되는 공기 압력을 균일하게 함으로써 공기통로에서의 공기 속도와 공기 유량을 보다 균일하게 공급할 수 있는 효과가 있다.According to the fuel cell system according to the present invention, the air velocity in the air passage and the air flow rate are provided by uniformly distributing the air pressure supplied to the air passage of the stack in the upper part of the stack through the inclined duct. There is an effect that can be supplied more uniformly.

Claims (23)

전해질막과 상기 전해질막의 양측에 형성되는 캐소드전극과 애노드 전극을 구비하는 막-전극 어셈블리와 상기 막-전극 어셈블리의 양측에 배치되는 바이폴라 플레이트를 구비하는 다수의 단위셀이 순차적으로 적층되어 형성되는 스택과 연료공급수단과 공기공급수단을 포함하는 연료전지 시스템에 있어서, A stack formed by sequentially stacking a plurality of unit cells including an electrolyte membrane, a membrane-electrode assembly including a cathode electrode and an anode electrode formed on both sides of the electrolyte membrane, and a bipolar plate disposed on both sides of the membrane-electrode assembly. In the fuel cell system comprising a fuel supply means and an air supply means, 상기 스택의 바이폴라 플레이트는 상기 캐소드 전극과 접하는 면에 상부에서 하부로 관통되어 형성되는 공기통로를 구비하고,The bipolar plate of the stack has an air passage formed to penetrate from the top to the bottom in contact with the cathode electrode, 상기 공기공급수단은 상기 스택의 상부와 하부에 설치되는 덕트와, 상기 덕트의 일측에 설치되어 덕트로 공기를 공급하는 송풍수단과, 상기 덕트의 소정위치에 설치되어 상기 스택에 공급되는 공기의 압력이 균일하게 되도록 금속망으로 형성되는 공기분산망을 포함하는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The air supply means is a duct installed on the upper and lower portions of the stack, a blowing means installed on one side of the duct to supply air to the duct, and the pressure of the air installed at a predetermined position of the duct supplied to the stack Semi-passive fuel cell system, characterized in that it comprises an air dispersion network formed of a metal mesh so as to be uniform. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 바이폴라 플레이트의 공기통로는 스택의 상부에서 하부로 직선 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.Semi-passive fuel cell system, characterized in that the air passage of the bipolar plate is formed in a straight shape from the top to the bottom of the stack. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 덕트는 상기 스택의 상부에 설치되는 제1덕트와 상기 스택의 하부에 설 치되는 제2덕트를 구비하며,The duct has a first duct installed in the upper portion of the stack and a second duct installed in the lower portion of the stack, 상기 송풍수단은 상기 제1덕트의 일측에서 타측으로 공기를 분출하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The blowing means is a semi-passive fuel cell system, characterized in that formed to blow air from one side of the first duct to the other side. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제1덕트는 일측의 내부에 상기 송풍수단이 설치되며, 타측이 상기 스택의 상부를 전체적으로 덮도록 형성되며,The first duct is provided with the blowing means inside one side, the other side is formed to cover the entire upper part of the stack, 상기 제1덕트의 일측의 상면에 상기 송풍수단의 상부에 형성되는 공기흡입구와, 타측의 하면에 상기 스택의 하부 형상에 대응되는 형상으로 형성되며 공기를 스택으로 공급하는 공기공급구를 구비하는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.An air inlet formed in an upper portion of the blower means on an upper surface of one side of the first duct, and an air supply hole formed in a shape corresponding to a lower shape of the stack on a lower surface of the other side and supplying air to the stack; Semi-passive fuel cell system characterized by. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제1덕트의 타측 상면은 내부 높이가 상기 송풍수단이 설치된 일측으로부터 타단으로 점진적으로 작아지도록 소정의 경사각으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.Semi-passive fuel cell system, characterized in that the other upper surface of the first duct is formed to be inclined at a predetermined inclination angle so that the inner height is gradually reduced from one side where the blowing means is installed to the other end. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제2덕트는 상면에 상기 스택의 하부 영역에 상응하는 형상으로 형성되는 공기유입구와 타단에 형성되는 공기배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 타측 의 하면에 상기 스택의 하부 형상에 대응되는 형상으로 형성되며 공기를 스택으로 공급하는 공기공급구를 구비하는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The second duct has an air inlet formed in a shape corresponding to a lower region of the stack and an air outlet formed at the other end thereof on a top surface thereof. Semi-passive fuel cell system characterized in that it comprises an air supply port for supplying air to the stack. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제2덕트의 하면은 내부 높이가 일단으로부터 타단으로 증가되도록 소정의 경사각으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.Semi-passive fuel cell system, characterized in that the lower surface of the second duct is inclined at a predetermined inclination angle so that the inner height is increased from one end to the other end. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제2덕트의 하면은 상기 제1덕트의 상면과 동일한 경사각으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.Semi-passive fuel cell system, characterized in that the lower surface of the second duct is inclined at the same inclination angle as the upper surface of the first duct. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 공기분산망은 상기 스택의 상부에서 바이폴라 플레이트의 공기통로가 형성된 영역을 포함하는 영역을 덮도록 형성되는 제1금속망을 포함하는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The air dispersing network is a semi-passive fuel cell system, characterized in that it comprises a first metal mesh formed to cover an area including an area where the air passage of the bipolar plate is formed on the top of the stack. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제1금속망은 상기 공기공급구를 전체적으로 차폐하도록 공기공급구에 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.Semi-passive fuel cell system, characterized in that the first metal mesh is coupled to the air supply port so as to shield the air supply port as a whole. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 공기분산망은 상기 제2덕트의 공기배출구를 전체적으로 차폐하도록 형성되는 제2금속망을 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The air dispersing network is a semi-passive fuel cell system, characterized in that it further comprises a second metal mesh is formed to shield the air outlet of the second duct as a whole. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 공기분산망은 금속시브 또는 일면에서 타면으로 공기가 관통될 수 있는 금속 다공성 폼으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The air dispersing network is a semi-passive fuel cell system, characterized in that formed of a metal sieve or metal porous foam through which air can pass from one surface to the other surface. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 공기분산망은 구멍의 크기가 상기 공기통로의 크기보다 작도록 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The air dispersion network is semi-passive fuel cell system, characterized in that the size of the hole is formed smaller than the size of the air passage. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제1금속망은 일면에 전체적으로 형성되는 기액분리막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.Semi-passive fuel cell system, characterized in that the first metal mesh further comprises a gas-liquid separator formed entirely on one surface. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제2금속망은 일면에 전체적으로 형성되는 기액분리막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.Semi-passive fuel cell system, characterized in that the second metal mesh further comprises a gas-liquid separator formed entirely on one surface. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,The method according to claim 14 or 15, 상기 기액분리막은 사불화폴리에틸렌(PTFE), 실리콘 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나의 재질에 의한 기액분리막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The gas-liquid separation membrane is a semi-passive type, characterized in that formed of a gas-liquid separation membrane made of any one material of polyethylene tetrafluoride (PTFE), silicone resin, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET) Fuel cell system. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 연료전지 시스템은 상기 제1금속망과 제2금속망에 연결되는 히트파이프를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The fuel cell system is a semi-passive fuel cell system, characterized in that it further comprises a heat pipe connected to the first metal network and the second metal network. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 히트파이프는 상기 제1금속망의 폭에 상응하는 영역에서 소정 간격으로 이격되는 다수의 바 또는 봉 또는 판상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The heat pipe is a semi-passive fuel cell system, characterized in that formed in a plurality of bars or rods or plates spaced at predetermined intervals in a region corresponding to the width of the first metal mesh. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 히트파이프는 상기 제1금속망의 폭에 상응하는 폭과 소정 두께를 갖는 하나의 판상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The heat pipe is a semi-passive fuel cell system, characterized in that formed in one plate having a width and a predetermined thickness corresponding to the width of the first metal mesh. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 히트파이프는 구리 또는 알루미늄 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The heat pipe is a semi-passive fuel cell system, characterized in that formed of copper or aluminum metal. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 히트파이프는 상기 스택과의 사이에 전기절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The heat pipe is a semi-passive fuel cell system, characterized in that the electrical insulation layer is formed between the stack. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 송풍수단은 블로워 또는 팬을 구비하여 형성되는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.Semi-passive fuel cell system, characterized in that the blowing means is provided with a blower or a fan. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 연료전지 시스템은 직접메탄올 연료전지 시스템 또는 고분자 전해질형 연료전지 시스템으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세미 패시브형 연료전지 시스템.The fuel cell system is a semi-passive fuel cell system, characterized in that consisting of a direct methanol fuel cell system or a polymer electrolyte fuel cell system.
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