KR102866813B1

KR102866813B1 - 연료전지 분리판모듈 운용방법

Info

Publication number: KR102866813B1
Application number: KR1020250043215A
Authority: KR
Inventors: 하희운
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2022-08-23
Filing date: 2025-04-03
Publication date: 2025-09-29
Anticipated expiration: 2042-08-23
Also published as: KR20250052334A; KR20240027219A; KR102821425B1

Abstract

연료전지 분리판모듈 및 그 운용방법을 제공한다. 연료전지 분리판모듈 운용방법은 연료전지 분리판모듈의 내부유로 일방으로 공기가 투입되는 단계; 상기 연료전지 분리판모듈의 절곡형내부구조물을 경유하여 상기 내부유로 타방으로 상기 공기가 이동되는 단계; 상기 연료전지 분리판모듈의 투과부를 통해 상기 공기 중 산소가 산소 수요처측으로 이동되는 단계; 및 상기 산소 수요처측으로의 상기 산소 이동에 기반하는 액체부산물이 상기 투과부를 통해 상기 내부유로로 이동되는 단계를 포함하되, 상기 절곡형내부구조물은, 상기 절곡형내부구조물을 경유하는 상기 공기가 가속화되도록 하며, 가속화된 상기 공기 중의 상기 산소는 상기 산소 수요처로 가속화되어 이동되며, 가속화된 상기 산소의 이동을 기반으로 상기 액체부산물은 상기 내부유로로 가속화되어 이동된다.

Description

연료전지 분리판모듈 운용방법{Operation method of fuel cell separator module}

본 발명은 연료전지 분리판모듈 및 그 운용방법에 관한 것이다.

통상의 양이온교환막 연료전지(PEMFC)의 경우 산소 공급과 전기 생산 후 부산물이 물의 제거를 위한 유로의 형상이 평면적인 유로의 형상을 가지고 있다. 그러나 이러한 연료전지로서는 성능 감소요인(예: 유로 내부에 물 잔존 등)에 따른 효율적인 대응이 어렵다. 즉 성능감소 요인의 효과적인 억제가 미흡하여 연료전지의 성능 최적화가 용이하지 못하다.

한국등록특허 제10-0999196호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 양이온교환막 연료전지(PEMFC)에 있어, 산소 공급에 따른 전기 생산으로 발생되는 물을 보다 신속하고 효과적으로 제거하도록 하는 것이다.

또한 이러한 부산물인 물의 제거를 통해 연료전지 자체의 성능 감소 요인을 제거하여 최적화된 성능을 발휘할 수 있도록 하는 것이다.

또한 이러한 연료전지 성능 최적화를 최소화된 구성적 요소로 구현하여 최소한의 비용소모와 작업처리 등을 통해 연료전지 성능을 확보할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 연료전지 분리판모듈 운용방법은 연료전지 분리판모듈의 내부유로 일방으로 공기가 투입되는 단계; 상기 연료전지 분리판모듈의 절곡형내부구조물을 경유하여 상기 내부유로 타방으로 상기 공기가 이동되는 단계; 상기 연료전지 분리판모듈의 투과부를 통해 상기 공기 중 산소가 산소 수요처측으로 이동되는 단계; 및 상기 산소 수요처측으로의 상기 산소 이동에 기반하는 액체부산물이 상기 투과부를 통해 상기 내부유로로 이동되는 단계를 포함하되, 상기 절곡형내부구조물은, 상기 절곡형내부구조물을 경유하는 상기 공기가 가속화되도록 하며, 가속화된 상기 공기 중의 상기 산소는 상기 산소 수요처로 가속화되어 이동되며, 가속화된 상기 산소의 이동을 기반으로 상기 액체부산물은 상기 내부유로로 가속화되어 이동된다.

또한 상기 내부유로를 경유하여 타방으로 이동되는 상기 공기를 기반으로 상기 액체부산물은 상기 내부유로의 타방으로 가속화되어 배출되는 단계를 포함한다.

또한 상기 절곡형내부구조물은, 상기 연료전지 분리판모듈의 유동판에 구비되며 상기 투과부를 향하여 돌출되는 돌출영역과, 상기 돌출영역으로부터 상기 내부유로의 일방을 향하여 절곡되는 제1절곡영역과, 상기 돌출영역으로부터 상기 내부유로의 타방을 향하여 절곡되는 제2절곡영역을 포함한다.

또한 상기 일방에서 투입되는 상기 공기는 상기 제1절곡영역으로부터 상기 돌출영역을 경유하여 상기 제2절곡영역으로 이동하되, 상기 내부유로의 상기 제2절곡영역의 적어도 일부에는 와류진동(Vortex Shedding)이 발생되고, 상기 내부유로 타방을 향하는 상기 공기는 상기 와류진동을 기반으로 상기 내부유로의 타방으로 이동이 1차 보조된다.

또한 상기 절곡형내부구조물은 상기 제1절곡영역으로부터 상기 제2절곡영역으로 연통되는 직통영역부가 형성되며, 상기 직통영역부는, 상기 내부유로 일방으로 투입되는 공기가 상기 제1절곡영역 방향에서 상기 제2절곡영역 방향으로 이동되도록 하며, 상기 제2절곡영역의 상기 와류진동이 상기 내부유로 타방을 향하여 이동되도록 하여, 상기 내부유로 타방을 향하는 상기 공기가 상기 와류진동을 기반으로 하는 상기 내부유로 타방으로의 이동이 2차 보조된다.

또한 상기 직통영역부는 상기 제1절곡영역으로부터 상기 제2절곡영역 측으로 상향된 기울기값을 가지도록 형성된다.

또한 상기 직통영역부는, 상기 돌출영역의 가상의 길이방향축을 기준으로 상향된 상기 기울기값이 0도 내지 90도 범위의 기울기 값을 가진다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 연료전지 분리판모듈은 연료전지유동판; 상기 연료전지유동판과 함께 내부유로를 형성하는 투과부; 상기 연료전지유동판에 구비되며 상기 내부유로 일방으로 투입되는 공기가 경유하는 절곡형내부구조물; 상기 내부유로 일방으로 투입되는 상기 공기 중의 산소가 수요처로 이동되는 과정에서 경유하며, 상기 산소 수요처로의 상기 산소 이동에 기반하는 액체부산물이 상기 내부산소 수요처로 이동되는 과정에서 경유하는 투과부를 포함하되, 상기 절곡형내부구조물을 경유하는 상기 공기는 상기 산소 수요처로 가속화되어 이동되며, 가속화된 상기 공기 중의 상기 산소는 상기 산소 수요처로 가속화되어 이동되며, 가속화된 상기 산소의 이동을 기반으로 상기 액체부산물은 상기 내부유로로 가속화되어 이동된다.

상기와 같은 본 발명의 연료전지 분리판모듈 운용방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상이 있다.

본 발명은 양이온교환막 연료전지(PEMFC)에 있어 경우 산소 공급에 따른 전기 생산으로 발생되는 물을 보다 신속하고 효과적으로 제거할 수 있다.

또한 이러한 부산물인 물의 제거를 통해 연료전지 자체의 성능 감소 요인을 제거하여 최적화된 성능을 발휘되도록 할 수 있다.

또한 이러한 연료전지 성능 최적화를 최소화된 구성적 요소로 구현하여 최소한의 비용소모와 작업처리 등을 통해 연료전지 성능이 확보되도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 분리판모듈의 구성들을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 따른 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 따른 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 따른 세부적인 구성의 형태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 분리판모듈 운용방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 분리판모듈(100)은 연료전지유동판(110), 내부유로(115), 투과부(120) 및 절곡형내부구조물(130)를 포함한다.

상기 절곡형내부구조물(130)은 제1절곡영역(131), 제2절곡영역(133), 돌출영역(132) 및 직통영역(134)을 포함한다. (도 3 참조)

도 2를 참조하면 연료전지 분리판모듈(100)의 상기 내부유로(115) 일방으로 공기(1)가 투입된다. 상기 연료전지 분리판모듈(100)의 상기 절곡형내부구조물(130)은 상기 내부유로(115) 타방으로 상기 공기(1)가 이동된다.

상기 연료전지 분리판모듈(100)의 상기 투과부(120)는 상기 공기(1) 중 산소(2)가 산소 수요처(5)측으로 이동되는 경유지에 해당된다. 이러한 상기 산소 수요처(5)측으로의 상기 산소(2) 이동에 기반하는 액체부산물(3)이 상기 투과부(120)를 통해 상기 내부유로(115)로 이동되는 것이다.

상기 절곡형내부구조물(130)은 상기 절곡형내부구조물(130)을 경유하는 상기 공기(1)가 가속화되도록 한다. 이렇게 가속화된 상기 공기(1) 중의 상기 산소(2)는 상기 산소 수요처(5)로 가속화되어 이동된다.

상기 액체부산물(3)은 가속화된 상기 산소(2)의 이동을 기반으로 상기 내부유로(115)에서 상기 내부유로(115)를 경유하여 타방으로 이동된다. 즉, 상기 공기(1)를 기반으로 상기 내부유로(115)의 타방으로 가속화되어 배출되는 것이다.

상기 절곡형내부구조물(130)의 상기 돌출영역(132)은 상기 연료전지 분리판모듈(100)의 유동판(110)에 구비되며 상기 투과부(120)를 향하여 돌출되는 영역을 포함한다.

상기 절곡형내부구조물(130)의 상기 제1절곡영역(131)은 상기 돌출영역(131)으로부터 상기 내부유로(115)의 일방을 향하여 절곡되는 영역을 포함한다.

상기 절곡형내부구조물(130)의 상기 제2절곡영역(133)은 상기 돌출영역(131)으로부터 상기 내부유로(115)의 타방을 향하여 절곡되는 영역을 포함한다.

여기서 상기 일방에서 투입되는 상기 공기(1)는 상기 제1절곡영역(132)으로부터 상기 돌출영역(131)을 경유하여 상기 제2절곡영역(133)으로 이동한다.

상기 내부유로(115)의 상기 제2절곡영역(133)에 포함되는 적어도 일부에는 와류진동(4)(Vortex Shedding)이 발생된다. 상기 내부유로(115) 타방을 향하는 상기 공기(1)는 상기 와류진동(4)을 기반으로 상기 내부유로(115)의 타방으로 이동이 1차 보조된다.

상기 직통영역(134)은 상기 절곡형내부구조물(130)은 상기 제1절곡영역(132)으로부터 상기 제2절곡영역(133)으로 연통되어 형성되는 영역을 포함한다.

상기 절곡형내부구조물(130)의 상기 직통영역(134)은 상기 내부유로(115) 일방으로 투입되는 공기(1)가 상기 제1절곡영역(132) 방향에서 상기 제2절곡영역(133) 방향으로 이동되도록 한다.

상기 제2절곡영역(133) 측의 상기 와류진동(4)이 상기 내부유로(115) 타방을 향하여 이동되도록 하여, 상기 내부유로(115) 타방을 향하는 상기 공기(1)가 상기 와류진동(4)을 기반으로 하는 상기 내부유로(115) 타방으로의 이동이 2차 보조된다.

상기 절곡형내부구조물(130)의 상기 직통영역(134)은 상기 제1절곡영역(132)으로부터 상기 제2절곡영역(133) 측으로 상향된 기울기값(A)을 가지도록 형성된다. (도 4 참조)

상기 직통영역(134)은 상기 돌출영역(131)의 가상의 길이방향축(L)을 기준으로 상향된 상기 기울기값이 약 0도 내지 약 90도 범위의 기울기 값을 포함한다. (도 4 참조)

도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 분리판모듈 운용방법은 우선 연료전지 분리판모듈(100)의 내부유로(115) 일방으로 공기(1)가 투입된다. 아울러 상기 연료전지 분리판모듈(100)의 절곡형내부구조물(130)을 경유하여 상기 내부유로(115) 타방으로 상기 공기(1)가 이동된다.

상기 연료전지 분리판모듈(100)의 투과부(120)를 통해 상기 공기(1) 중 산소(2)가 산소 수요처(5)측으로 이동된다. 상기 투과부(120)는 예컨데 가스확산층 등을 포함한다.

아울러 상기 산소 수요처(5)측으로의 상기 산소(2) 이동에 기반하여 생성되는 액체부산물(3)이 상기 투과부(120)를 통해 상기 내부유로(115)로 이동된다.

한편 상기 절곡형내부구조물(130)은 상기 절곡형내부구조물(130)을 경유하는 상기 공기(1)가 가속화되도록 한다. 가속화된 상기 공기(1) 중의 상기 산소(2)는 상기 산소 수요처(5)로 가속화되어 이동된다. 가속화된 상기 산소(2)의 이동을 기반으로 상기 액체부산물(3)은 상기 내부유로(115)로 가속화되어 이동된다.

상기 내부유로(115)를 경유하여 타방으로 이동되는 상기 공기(1)를 기반으로 상기 액체부산물(3)은 상기 내부유로(115)의 타방으로 가속화되어 배출된다. 상기 절곡형내부구조물(130)은 상기 연료전지 분리판모듈(100)의 유동판(110)에 구비된다.

아울러 절곡형내부구조물(130)은 상기 투과부(120)를 향하여 돌출되는 돌출영역(131)과, 상기 돌출영역(131)으로부터 상기 내부유로(115)의 일방을 향하여 절곡되는 제1절곡영역(132)과, 상기 돌출영역(131)으로부터 상기 내부유로(115)의 타방을 향하여 절곡되는 제2절곡영역(133)이 구비된다.

상기 일방에서 투입되는 상기 공기(1)는 상기 제1절곡영역(132)으로부터 상기 돌출영역(131)을 경유하여 상기 제2절곡영역(133)으로 이동하되, 상기 내부유로(115)의 상기 제2절곡영역(133)의 적어도 일부에는 와류진동(4)(Vortex Shedding)이 발생된다.

상기 내부유로(115) 타방을 향하는 상기 공기(1)는 상기 와류진동(4)을 기반으로 상기 내부유로(115)의 타방으로 이동이 1차 보조된다. 상기 절곡형내부구조물(130)은 상기 제1절곡영역(132)으로부터 상기 제2절곡영역(133)으로 연통되는 직통영역(134)이 형성된다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

5: 산소 수요처
110: 연료전지유동판
115: 내부유로
120: 투과부
130: 절곡형내부구조물
131: 제1절곡영역
132 돌출영역
133: 제2절곡영역

Claims

연료전지 분리판모듈 운용방법으로서,
연료전지 분리판모듈의 내부유로 일방으로 공기가 투입되는 단계;
상기 연료전지 분리판모듈의 절곡형내부구조물을 경유하여 상기 내부유로 타방으로 상기 공기가 이동되는 단계;
상기 연료전지 분리판모듈의 투과부를 통해 상기 공기 중 산소가 산소 수요처측으로 이동되는 단계;
상기 산소 수요처측으로의 상기 산소 이동에 기반하는 액체부산물이 상기 투과부를 통해 상기 내부유로로 이동되는 단계; 및
상기 내부유로를 경유하여 타방으로 이동되는 상기 공기를 기반으로 상기 액체부산물은 상기 내부유로의 타방으로 가속화되어 배출되는 단계를 포함하되,
상기 절곡형내부구조물은,
상기 절곡형내부구조물을 경유하는 상기 공기가 가속화되도록 하며,
가속화된 상기 공기 중의 상기 산소는 상기 산소 수요처로 가속화되어 이동되며, 가속화된 상기 산소의 이동을 기반으로 상기 액체부산물은 상기 내부유로로 가속화되어 이동되고,
상기 절곡형내부구조물은,
상기 연료전지 분리판모듈의 유동판에 구비되며 상기 투과부를 향하여 돌출되는 돌출영역과,
상기 돌출영역으로부터 상기 내부유로의 일방을 향하여 절곡되는 제1절곡영역과,
상기 돌출영역으로부터 상기 내부유로의 타방을 향하여 절곡되는 제2절곡영역을 포함하고,
상기 일방에서 투입되는 상기 공기는 상기 제1절곡영역으로부터 상기 돌출영역을 경유하여 상기 제2절곡영역으로 이동하되,
상기 내부유로의 상기 제2절곡영역의 적어도 일부에는 와류진동(Vortex Shedding)이 발생되고,
상기 내부유로 타방을 향하는 상기 공기는 상기 와류진동을 기반으로 상기 내부유로의 타방으로 이동이 1차 보조되고,
상기 절곡형내부구조물은 상기 제1절곡영역으로부터 상기 제2절곡영역으로 연통되는 직통영역부가 형성되며,
상기 직통영역부는,
상기 내부유로 일방으로 투입되는 공기가 상기 제1절곡영역 방향에서 상기 제2절곡영역 방향으로 이동되도록 하며,
상기 제2절곡영역의 상기 와류진동이 상기 내부유로 타방을 향하여 이동되도록 하여,
상기 내부유로 타방을 향하는 상기 공기가 상기 와류진동을 기반으로 하는 상기 내부유로 타방으로의 이동이 2차 보조되고,
상기 연료전지는 양이온교환막 연료전지이고,
상기 투과부는 가스확산층을 포함하는 연료전지 분리판모듈 운용방법.
제1항에 있어서,
상기 직통영역부는 상기 제1절곡영역으로부터 상기 제2절곡영역 측으로 상향된 기울기값을 가지도록 형성되는, 연료전지 분리판모듈 운용방법.
제2항에 있어서,
상기 직통영역부는,
상기 돌출영역의 가상의 길이방향축을 기준으로 상향된 상기 기울기값이 0도 내지 90도 범위의 기울기 값을 가지는, 연료전지 분리판모듈 운용방법.