KR20230060889A - Electrodes for Solid Oxide Fuel Cells - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고체 산화물 연료전지용 전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연 및 가스 누출이 방지되는 구조가 적용된 고체 산화물 연료전지용 전극에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode for a solid oxide fuel cell, and more particularly, to an electrode for a solid oxide fuel cell to which an insulating structure and a structure for preventing gas leakage are applied.
알려진 바와 같이, 연료전지 시스템은 발전용, 수송용, 휴대용 등 다양 한 분야에 사용이 되고 있다.As is known, fuel cell systems are used in various fields such as power generation, transportation, and portable use.
연료전지 시스템은 연료전지 스택, 연료전지 스택으로 수소를 공급하는 수소 공급부, 연료전지 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급부 및 연료전지 스택의 반응열과 물을 제거하고 연료전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열/물 관리부를 구비하고 있다.The fuel cell system includes a fuel cell stack, a hydrogen supplier supplying hydrogen to the fuel cell stack, an air supply unit supplying air to the fuel cell stack, and heat removing reaction heat and water from the fuel cell stack and controlling the operating temperature of the fuel cell stack. / We have a water management department.
이러한 연료전지는 산소와 수소의 전기화학 반응을 통해 발전하는 장치로서, 산소와 수소의 결합으로 물이 되는 과정에서 발생하는 화학에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키게 된다. 이러한 연료전지에 필요한 산소는 공기를 공급함으로써 수소는 직접 수소를 공급 또는 도시가스 개질을 통해 수소를 생성시켜 공급해준다.Such a fuel cell is a device that generates power through an electrochemical reaction between oxygen and hydrogen, and converts chemical energy generated in the process of converting oxygen and hydrogen into water directly into electrical energy. Oxygen required for such a fuel cell is supplied by supplying air, and hydrogen is supplied by directly supplying hydrogen or generating hydrogen through reforming of city gas.
이러한 개질 반응은 섭씨 600도 이상의 고온의 조건에서 발생한다. 특히 고체산화물 연료전지는 운전온도 또한 섭씨 700도 이상의 고온이므로 개질기 및 이하 스택과 함께 고온부에 구성되는 부품들은 고온에서 장시간 견딜 수 있어야 하므로 소재의 선택이 제한적이다. 이러한 조건에 부합되는 Inconel, 스테인리스강 등이 대표적이며. 이 모두 전기 전도도가 높은 소재들이다.This reforming reaction occurs under high temperature conditions of 600 degrees Celsius or more. In particular, since the solid oxide fuel cell also has a high operating temperature of 700 degrees Celsius or more, selection of materials is limited because components included in the high temperature part together with the reformer and the stack below must be able to withstand high temperatures for a long time. Representative examples include Inconel and stainless steel that meet these conditions. These are all materials with high electrical conductivity.
스택에서 발생한 전기를 전극 및 전선 등을 통해 고온부에서 저온부(외부)에 있는 전력변환장치와 안전하게 연결되도록 설계되어야 한다.It should be designed to safely connect the electricity generated in the stack to the power conversion device in the low temperature part (outside) from the high temperature part through electrodes and wires.
그러기 위해서는 전도성이 있는 부품과 전극과의 절연 설계는 필수적으로 요구된다. 또한, 완벽하게 고정이 되어 지진 등의 외부충격으로 전극이 이탈하여 타부품과 접촉되지 않도록 단단하게 고정할 수 있어야 한다.To this end, insulation design between conductive parts and electrodes is required. In addition, it must be perfectly fixed so that it can be firmly fixed so that the electrode does not come into contact with other parts due to an external shock such as an earthquake.
고온부에서 전극을 고정하는 대상부품은 전도체일 경우가 많으므로 이들 부품과 절연되는 구조설계는 필수적이다.In many cases, the parts to which the electrode is fixed in the high-temperature part are conductors, so it is essential to design a structure that is insulated from these parts.
또한 효율 및 안전을 위해 전극 틈새로 누설이 발생하지 않아야 한다.Also, for efficiency and safety, leakage should not occur through electrode gaps.
기존의 고온용 전선과 터미널을 사용하여 스택과 외부 전력변환장치를 연결할 수 있지만, 기밀 유지 설계가 어렵고, 고온에서 장시간 사용 시 열화로 인해 터미널부가 파손되어 단선될 위험이 있다.Although it is possible to connect the stack and an external power converter using existing high-temperature wires and terminals, it is difficult to maintain airtight design, and there is a risk of disconnection due to damage to the terminal part due to deterioration when used at high temperatures for a long time.
따라서, 절연 및 내구성이 높고, 반응기체의 외부 누설을 방지하는 복합적이고 개선된 형태의 고체 산화물 연료전지용 전극의 개발이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a demand for the development of a complex and improved solid oxide fuel cell electrode that has high insulation and durability and prevents external leakage of reactive gas.
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고온에서 장시간 사용이 가능할 정도로 내구성이 높고, 전기전도성이 좋으면서 절연 성능이 우수한 고체 산화물 연료전지용 전극을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an electrode for a solid oxide fuel cell having high durability, good electrical conductivity and excellent insulation performance so that it can be used for a long time at high temperature there is
또한, 본 발명의 다른 목적은 반응 기체가 외부로 새어나가지 않도록 누설을 방지할 수 있는 고체 산화물 연료전지용 전극을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an electrode for a solid oxide fuel cell capable of preventing leakage of reactant gas from leaking to the outside.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체 산화물 연료전지용 전극은, 조립 대상에 결합되는 플랜지; 및 상기 플랜지와 절연되도록 결합되는 커플러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.An electrode for a solid oxide fuel cell of the present invention for achieving the above object includes a flange coupled to an assembly object; And a coupler coupled to be insulated from the flange; characterized in that it comprises a.
또한, 상기 플랜지의 중앙으로 관통된 중공이 형성되며, 상기 중공과 커플러 사이로 절연부재가 배치된 것을 특징으로 한다.In addition, a hollow penetrating through the center of the flange is formed, and an insulating member is disposed between the hollow and the coupler.
또한, 상기 커플러의 상부는 원기둥으로 형성되며 하부는 사각기둥으로 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the upper portion of the coupler is formed in a cylindrical column, and the lower portion is characterized in that formed in a square column.
또한, 상기 절연부재는 사각기둥과 중공 사이에 배치된 것을 특징으로 한다.In addition, the insulating member is characterized in that disposed between the rectangular pillar and the hollow.
또한, 상기 커플러의 양 끝단으로 암나사가 형성되며, 상기 암나사에는 전극봉이 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.In addition, female screws are formed at both ends of the coupler, and electrodes are screwed to the female screws.
또한, 상기 전극봉에는 편평부가 형성되며, 상기 편평부에는 장공이 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, a flat portion is formed in the electrode, and a long hole is formed in the flat portion.
본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 전극에 따르면, 절연부재에 의해 플랜지와 커플러는 전기적으로 완벽하게 단절된다. According to the electrode for a solid oxide fuel cell according to the present invention, the flange and the coupler are completely electrically disconnected by the insulating member.
즉, 세라믹 소재의 절연부재로 고온에서 장시간 사용이 가능할 정도로 내구성이 높으면서 절연 성능이 우수하다.That is, as an insulating member made of a ceramic material, durability is high enough to be used for a long time at a high temperature and insulation performance is excellent.
또한, 반응 기체가 외부로 새어나가지 않도록 누설을 방지할 수 있다.In addition, leakage of the reaction gas can be prevented from leaking to the outside.
도 1은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 전극을 분해 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 결합상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 전극의 전극봉 분해 상태 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 전극봉 결합구조를 도시한 사시도이다.1 is an exploded perspective view of an electrode for a solid oxide fuel cell according to the present invention.
Figure 2 is a perspective view showing a coupled state of Figure 1;
Figure 3 is a cross-sectional view of Figure 2;
4 is a perspective view illustrating an electrode rod disassembly state of an electrode for a solid oxide fuel cell according to the present invention.
Figure 5 is a perspective view showing the electrode coupling structure of Figure 4;
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 전극을 분해 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 전극의 전극봉 분해 상태 도시한 사시도이며, 도 5는 도 4의 전극봉 결합구조를 도시한 사시도이다.1 is an exploded perspective view of an electrode for a solid oxide fuel cell according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a coupled state of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG. 2, and FIG. 4 is a solid oxide fuel cell electrode according to the present invention. It is a perspective view showing an electrode rod disassembly state of an electrode for an oxide fuel cell, and FIG. 5 is a perspective view showing the electrode rod coupling structure of FIG. 4 .
도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 전극(A)은, 조립 대상에 결합되는 플랜지(100) 및 상기 플랜지(100)와 절연되도록 결합되는 커플러(200)로 구성된다.As shown in FIGS. 1 to 5, the electrode A for a solid oxide fuel cell according to the present invention includes a
또한, 상기 플랜지(100)는 조립 대상에 홀 가공 또는 볼트체결 또는 용접 등으로 브라켓류 부품 등에 조립 및 고정할 수 있는 구조로 구성된다.In addition, the
그리고, 상기 플랜지(100)의 중앙으로 관통된 중공(110)이 형성되며, 상기 중공(110)과 커플러(200) 사이로 절연부재(300)가 배치된다.Then, a hollow 110 is formed through the center of the
이때, 상기 절연부재(300)는 세라믹으로 구성된다.At this time, the
이러한, 상기 절연부재(300)의 절연구조는 플랜지(100)와 플랜지(100)의 중공(110)에 커플러(200)를 배치한 후 중공(110)에 세라믹(유리밀봉재)을 투입하고 전기로 혹은 그에 상응하는 장비를 활용하여 고온으로 용융 및 냉각을 통해 경화시켜 플랜지(100), 커플러(200) 및 절연부재(300)를 일체화시킨다.The insulation structure of the
이에 따라, 상기 절연부재(300)에 의해 플랜지(100)와 커플러(200)는 전기적으로 완벽하게 단절된다. Accordingly, the
한편, 상기 커플러(200)의 상부는 원기둥으로 형성되며 하부는 사각기둥으로 형성된다.On the other hand, the upper part of the
이때, 상기 절연부재(300)는 커플러(200)의 사각기둥과 중공(110) 사이에 배치된다. 이에 따라, 상기 절연부재(300)는 원기둥의 면 접촉이 아닌 사각기둥과 각 모서리와 결합되어 결합강도를 높여줌과 동시에 커플러(200)의 회전을 제한한다.At this time, the
또한, 상기 커플러(200)의 양 끝단으로 암나사(201)가 형성되며, 상기 암나사(201)에는 전극봉(400)이 나사 결합된다.In addition,
그리고, 상기 전극봉(400)에는 편평부(410)가 형성되며, 상기 편평부(410)에는 장공(420)이 형성된다.In addition, a
이에 따라, 전극봉의 결선부를 편평부(410)의 평면가공과 장공(420)을 통해 조립이 유동적일 수 있도록 설계한다.Accordingly, the connection part of the electrode is designed to be flexible in assembly through the plane processing of the
또한, 상기 커플러(200)에 연결되는 전극봉(400)도 절연부재(300)에 의해 플랜지(100)와 전기로부터 단절될 것이며, 따라서 조립 대상부품이 전도성을 띄는 부품이라도 전극과는 완벽하게 절연이 된다.In addition, the
본 발명에 따르면, 절연부재(300)에 의해 플랜지(100)와 커플러(200)는 전기적으로 완벽하게 단절된다.According to the present invention, the
즉, 세라믹 소재의 절연부재(300)로 고온에서 장시간 사용이 가능할 정도로 내구성이 높으면서 절연 성능이 우수하다.That is, the
또한, 반응 기체가 외부로 새어나가지 않도록 누설을 방지할 수 있다.In addition, leakage of the reaction gas can be prevented from leaking to the outside.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.In the above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and should be interpreted according to the claims. At this time, those skilled in the art should consider that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
A - 고체 산화물 연료전지용 전극.
100 - 플랜지
110 - 중공
200 - 커플러
300 - 절연부재A - Electrodes for solid oxide fuel cells.
100 - flange 110 - hollow
200 - Coupler 300 - Insulation member
Claims (6)
상기 플랜지와 절연되도록 결합되는 커플러;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 전극.
A flange coupled to the assembly target; and
Couplers coupled to be insulated from the flange;
An electrode for a solid oxide fuel cell comprising a.
상기 플랜지의 중앙으로 관통된 중공이 형성되며, 상기 중공과 커플러 사이로 절연부재가 배치된 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 전극.
According to claim 1,
An electrode for a solid oxide fuel cell, characterized in that a hollow penetrating through the center of the flange is formed, and an insulating member is disposed between the hollow and the coupler.
상기 커플러의 상부는 원기둥으로 형성되며 하부는 사각기둥으로 형성된 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 전극.
According to claim 2,
An electrode for a solid oxide fuel cell, characterized in that the upper portion of the coupler is formed in a cylindrical column and the lower portion is formed in a rectangular column.
상기 절연부재는 사각기둥과 중공 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 전극.
According to claim 3,
The insulating member is an electrode for a solid oxide fuel cell, characterized in that disposed between the square pillar and the hollow.
상기 커플러의 양 끝단으로 암나사가 형성되며, 상기 암나사에는 전극봉이 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 전극.
According to claim 4,
An electrode for a solid oxide fuel cell, characterized in that female screws are formed at both ends of the coupler, and an electrode is screwed to the female screws.
상기 전극봉에는 편평부가 형성되며, 상기 편평부에는 장공이 형성된 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 전극.
According to claim 5,
An electrode for a solid oxide fuel cell, characterized in that a flat portion is formed on the electrode, and a long hole is formed in the flat portion.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |