WO2026010059A1 - Stack module having improved fuel supply configuration - Google Patents
Stack module having improved fuel supply configurationInfo
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Abstract
Description
본 발명은 연료의 공급 구성이 개선된 스택 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a stack module with an improved fuel supply configuration.
연료전지 중 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)를 제외한 대부분의 연료전지는 소면적, 저용량에서부터 기술이 개발되었고, 현재도 셀 면적 자체는 크지 않다.Most fuel cells, except for the molten carbonate fuel cell (MCFC), were developed from small-area, low-capacity fuel cells, and even now, the cell area itself is not large.
수전해 셀 스택에서는 저온 작동 기반의 알카라인 수전해(Alkaline Water Electrolyser)는 대면적화를 진행 중이다.In the water electrolysis cell stack, alkaline water electrolyzers based on low-temperature operation are undergoing large-scale expansion.
면적이 크지 않다면 용량 증가를 위해 셀(cell)의 적층 수가 늘어나야 하지만 적층 수를 무한정 늘일 수 없어, 스택의 단위 모듈을 키우는 데는 한계가 있다. If the area is not large, the number of stacked cells must increase to increase capacity, but the number of stacks cannot be increased indefinitely, so there is a limit to increasing the unit module of the stack.
따라서 스택의 단위 모듈을 연결시키는 기술이 중요하며, 이는 가스 분포, 누설 등을 고려해야한다. Therefore, the technology for connecting the unit modules of the stack is important, and this must take into account gas distribution, leakage, etc.
소규모 연결 기준에서는 파이프와 플랜지 형태가 대부분이었으나, 규모가 커짐에 따라 기존의 연결 방법으로는 연료전지에서 가스의 분포 문제는 곧 성능 편차로 귀결되며, 운전 조건에 따라 일부의 스택은 열화가 가중되어 결국 시스템을 shut down 시키는 문제가 발생한다.In small-scale connection standards, pipe and flange types were mostly used, but as the scale increases, the existing connection method soon leads to performance deviations due to gas distribution problems in the fuel cell, and depending on the operating conditions, some stacks deteriorate, ultimately causing the system to shut down.
그러므로 많은 수의 스택 단위 모듈을 연결함에 있어서, 저렴하게 제작이 가능하고, 조립이 유리한 매니폴드의 구성은 성능 및 가격 부분에 있어 중요한 요소이며, 개선이 필요하다.Therefore, when connecting a large number of stack unit modules, the configuration of a manifold that can be manufactured inexpensively and is easy to assemble is an important factor in terms of performance and price, and needs to be improved.
본 발명의 목적은 연료의 공급 구성이 개선된 스택 모듈을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a stack module with an improved fuel supply configuration.
상기 본 발명의 목적은 연료의 공급 구성이 개선된 스택 모듈에 있어서, 상기 연료를 공급받고 사용후 연료를 배출하는 연료유로를 포함하는 스택; 상기 스택의 하부에 위치하고, 제1방향으로 길게 연장된 서브 매니폴드를 포함하며, 상기 연료유로와 연통되는 하부유로를 형성하는 매니폴드; 상기 하부유로의 단부에 연결되어 있는 메인유로; 및 상기 스택과 상기 매니폴드의 사이에 위치하며, 상기 스택의 하중에 의해 압축되어 상기 스택과 상기 매니폴드 사이를 밀착하는 가스켓;을 포함하고, 상기 스택은 복수 개로 마련되고, 상기 매니폴드는 상기 각 스택에 대응하여 복수 개로 마련되며, 상기 복수의 스택은 상기 제1방향의 수직방향인 제2방향을 따라 배치되어 있는 스택 모듈에 의해 달성된다.The object of the present invention is achieved by a stack module having an improved fuel supply configuration, comprising: a stack including a fuel passage for receiving the fuel and discharging the spent fuel; a manifold positioned at the lower portion of the stack, including a sub-manifold extending in a first direction, and forming a lower passage communicating with the fuel passage; a main passage connected to an end of the lower passage; and a gasket positioned between the stack and the manifold, the gasket being compressed by the load of the stack to bring the stack and the manifold into close contact; wherein the stack is provided in a plurality of pieces, the manifold is provided in a plurality of pieces corresponding to each stack, and the plurality of stacks are arranged along a second direction which is a direction perpendicular to the first direction.
상기 서브 매니폴드는, 상기 각 스택에 대해, 상기 제2방향으로 이격된 제1서브매니폴드; 및 제2서브매니폴드;를 포함하며, 상기 제1서브매니폴드 및 상기 제2서브매니폴드는 각각, 상부를 향해 개방되어 있으며, 내부에 상기 하부유로가 형성된 본체; 및 상기 본체의 상부 양단으로부터 내부방향으로 절곡연장되어 있으며, 서로 이격되어 길게 연장된 한쌍의 안착부;를 포함하며, 상기 안착부의 상단에 상기 가스켓이 안착된다.The sub-manifold includes, for each stack, a first sub-manifold spaced apart in the second direction; and a second sub-manifold; wherein the first sub-manifold and the second sub-manifold each include a main body which is open toward the top and has the lower flow path formed therein; and a pair of long, spaced-apart mounting portions which are bent and extended inward from both upper ends of the main body; and the gasket is mounted on the upper end of the mounting portion.
상기 연료유로는, 상기 연료의 유입을 위한 입구 및 상기 사용후 연료의 배출을 위한 출구를 포함하며, 상기 하부유로는, 상기 안착부 사이의 이격된 공간을 통해 상기 입구 및 상기 출구와 연통되어 있다.The above fuel passage includes an inlet for introducing the fuel and an outlet for discharging the spent fuel, and the lower passage is connected to the inlet and the outlet through a spaced space between the mounting portions.
상기 입구 및 상기 출구는 상기 제1방향을 따라 이격되어 있으며, 상기 하부유로 내에 위치하며, 인접한 상기 입구 및 상기 출구 사이에 위치하여, 상기 하부유로를 구획하는 구획부;를 더 포함한다.The inlet and the outlet are spaced apart along the first direction, and are located within the lower passage, and further include a partition located between the adjacent inlets and the outlets to partition the lower passage.
상기 구획부는, mica 재질이다.The above compartment is made of mica.
상기 매니폴드가 수용되는 내부공간을 형성하며, 상기 매니폴드를 고정하는고정부;를 더 포함하고, 상기 고정부는, 밑면 및 양측면을 가지는 ㄷ자 형상으로, It forms an internal space in which the manifold is accommodated, and further includes a fixing part for fixing the manifold; and the fixing part has a ㄷ shape having a bottom surface and two sides,
상기 매니폴드를 수용하고, 상기 제1서브매니폴드는 상기 내부공간의 일측면에 접하고, 상기 제2서브매니폴드는 상기 내부공간의 다른 측면에 접한다.The above manifold is accommodated, the first sub-manifold contacts one side of the internal space, and the second sub-manifold contacts the other side of the internal space.
상기 메인유로는, 적어도 2개의 상기 매니폴드와 연결되어 있으며, 상기 메인유로는, 상기 하부유로의 제1단부에 연결되어 있는 제1메인유로; 및 상기 하부유로의 제2단부에 연결되어 있는 제2메인유로;를 포함하며, 상기 제1메인유로에는 상기 하부유로로 공급되는 상기 연료가 이동하고, 상기 제2메인유로에는 상기 하부유로로부터 배출되는 상기 사용후 연료가 이동한다.The main flow path is connected to at least two of the manifolds, and the main flow path includes a first main flow path connected to a first end of the lower flow path; and a second main flow path connected to a second end of the lower flow path; the fuel supplied to the lower flow path moves in the first main flow path, and the spent fuel discharged from the lower flow path moves in the second main flow path.
상기 가스켓에 의한 밀착을 보강하는 타이로드부;를 더 포함하며, 상기 타이로드부는, 상기 스택의 상부에 위치하는 제1판; 및 상기 매니폴드의 하부에 위치하는 제2판;을 포함하며, 상기 제1판 및 상기 제2판 간의 간격을 조절하여 상기 스택과 상기 매니폴드를 밀착시킨다.It further includes a tie rod portion that reinforces the sealing by the gasket, and the tie rod portion includes a first plate positioned at the upper portion of the stack; and a second plate positioned at the lower portion of the manifold; and the stack and the manifold are brought into close contact by adjusting the gap between the first plate and the second plate.
인접한 상기 스택 사이에 위치하는 열교환기;를 더 포함하며, 상기 열교환기는, 인접한 상기 스택 간의 열 편차를 감소시킨다.A heat exchanger positioned between adjacent stacks is further included, wherein the heat exchanger reduces a thermal deviation between adjacent stacks.
인접한 상기 스택 사이에 위치하는 발열체;를 더 포함하며, 상기 발열체는, 상기 스택의 표면 온도를 증가시킨다.Further comprising a heating element positioned between adjacent stacks, wherein the heating element increases the surface temperature of the stack.
상기 스택 모듈은, 연료전지 및 수전해기 중 어느 하나에 사용된다.The above stack module is used in either a fuel cell or a water electrolyzer.
본 발명에 따르면, 연료의 공급 구성이 개선된 스택 모듈이 제공된다.According to the present invention, a stack module with an improved fuel supply configuration is provided.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스택 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며,FIG. 1 is a drawing schematically showing the configuration of a stack module according to one embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스택 모듈의 평면도이고,Figure 2 is a plan view of a stack module according to one embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스택 모듈의 매니폴더, 가스켓 및 구획부의 위치 관계를 나타낸 도면이며,FIG. 3 is a drawing showing the positional relationship of a manifold, a gasket, and a compartment of a stack module according to one embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스택 모듈의 고정부를 나타낸 단면도이고,Figure 4 is a cross-sectional view showing a fixing part of a stack module according to one embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스택 모듈의 타이로드부를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a drawing showing a tie rod portion of a stack module according to one embodiment of the present invention.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The attached drawings are merely examples provided to further illustrate the technical concepts of the present invention, and therefore, the scope of the present invention is not limited to the attached drawings.
도 1 및 도 2를 참조하여 연료의 공급 구성이 개선된 스택 모듈을 설명한다. A stack module with an improved fuel supply configuration is described with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스택 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스택 모듈의 평면도이다.FIG. 1 is a drawing schematically showing the configuration of a stack module according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a stack module according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 스택 모듈은 연료전지 및 수전해기 중 어느 하나에 사용될 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 연료전지 스택을 참조하여 설명한다.The stack module of the present invention can be used in either a fuel cell or a water electrolyzer, and for convenience of explanation, the description will be made below with reference to a fuel cell stack.
스택 모듈(1)은 스택(10), 매니폴드(20), 가스켓(30), 구획부(40), 메인유로(50), 고정부(60), 타이로드부(70) 및 열교환기(80)를 포함한다.The stack module (1) includes a stack (10), a manifold (20), a gasket (30), a compartment (40), a main channel (50), a fixing portion (60), a tie rod portion (70), and a heat exchanger (80).
도 1 및 도 2에는 설명의 편의를 위해 가스켓(30), 구획부(40), 고정부(60)및 타이로드부(70)를 생략하였다. 생략된 구성은 나머지 도면을 통해 설명한다.For convenience of explanation, the gasket (30), the partition (40), the fixing portion (60), and the tie rod portion (70) are omitted in FIGS. 1 and 2. The omitted components are explained through the remaining drawings.
스택(10)은 연료를 공급받고, 사용후 연료를 배출하는 연료유로를 포함한다.The stack (10) includes a fuel path for receiving fuel and discharging spent fuel.
본 발명에서 연료는 수소일 수 있으며, 연료유로는 연료극일 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.In the present invention, the fuel may be hydrogen, and the fuel oil may be a fuel electrode, but is not limited thereto.
연료유로는 스택(10) 내부 하단에 위치하며, 후술되는 하부유로(220)를 향해 입구(111) 및 출구(112)가 형성되어 있다.The fuel line is located at the bottom inside the stack (10), and an inlet (111) and an outlet (112) are formed toward the lower line (220) described later.
입구(111) 및 출구(112)는 연료가 이동하는 통로로써, 제1방향을 따라 이격되게 형성되어 있다.The inlet (111) and outlet (112) are passages through which fuel moves and are formed to be spaced apart along the first direction.
도 1에서 입구(111) 및 출구(112)는 후술되는 제1방향으로 연장되어있는 서브매니폴더(21, 22)당 1개씩 형성되어 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 본 발명의 다른 실시예에서는 입구(111) 및 출구(112)는 각각 단일 서브매니폴더에 복수 개로 마련될 수 있다.In FIG. 1, the inlet (111) and the outlet (112) are formed one per sub-manifold (21, 22) extending in the first direction described later, but this is not limited thereto, and in another embodiment of the present invention, the inlet (111) and the outlet (112) may be provided in multiple numbers in each single sub-manifold.
스택(10)의 내부는 연료극, 공기극 및 전해질 등이 위치할 수 있다.The inside of the stack (10) may contain a fuel electrode, an air electrode, an electrolyte, etc.
스택(10)은 복수 개이며, 각 스택(10)은 제1방향과 수직인 제2방향을 따라 서로 이격되게 배치되어 있다.There are a plurality of stacks (10), and each stack (10) is arranged spaced apart from each other along a second direction perpendicular to the first direction.
도 1 및 도 2에서는 설명의 편의를 위해 서로 이격되게 배치된 스택(10)을 3개(10A, 10B, 10C)로 도시하였다.In FIG. 1 and FIG. 2, three stacks (10) spaced apart from each other are depicted for convenience of explanation (10A, 10B, 10C).
그러나 스택(10)의 갯수 및 배치 형태가 이에 한정된 것은 아니며, 본 발명의 다른 실시예에서는 스택(10)의 개수는 4개 이상일 수 있으며, 직렬, 병렬 및 바둑판 배열일 수 있다.However, the number and arrangement of the stacks (10) are not limited thereto, and in another embodiment of the present invention, the number of stacks (10) may be four or more, and may be arranged in series, parallel, and checkerboard patterns.
매니폴드(20)는 스택(10)의 하부에 위치하며, 제1방향으로 길게 연장된 서브매니폴더(21, 22)를 포함한다.The manifold (20) is located at the bottom of the stack (10) and includes sub-manifolds (21, 22) extending in the first direction.
서브매니폴더(21, 22)는 각 스택(10)에 대하여 제2방향을 따라 서로 이격되게 위치하며, 하나의 스택(10)에 2개의 서브매니폴드(21, 22)가 대응된다.The submanifolds (21, 22) are positioned spaced apart from each other along the second direction for each stack (10), and two submanifolds (21, 22) correspond to one stack (10).
그러나 이에 한정된 것은 아니며, 본 발명의 다른 실시예에서는 하나의 스택(10)에 3개 이상의 서브매니폴가 대응될 수 있다.However, it is not limited thereto, and in another embodiment of the present invention, three or more submanipoles may correspond to one stack (10).
여기서 대응이란, 두 대상이 주어진 관계에 의하여 서로 짝이 되는 것을 의미한다. Here, correspondence means that two objects are paired with each other through a given relationship.
제1서브매니폴드(21) 및 제2서브매니폴드(22)는 각각 본체(210), 하부유로(220) 및 안착부(230)를 포함한다.The first sub-manifold (21) and the second sub-manifold (22) each include a main body (210), a lower passage (220), and a mounting portion (230).
본체(210), 하부유로(220) 및 안착부(230)의 형태는 도 3을 통해 자세히 설명한다. The shape of the main body (210), lower passage (220), and mounting portion (230) is described in detail through Fig. 3.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스택 모듈의 매니폴더(20), 가스켓(30) 및 구획부(40)의 위치 관계를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a drawing showing the positional relationship of a manifold (20), a gasket (30), and a compartment (40) of a stack module according to one embodiment of the present invention.
본체(210)는 제1방향으로 길게 연장된 형상이며, 상부를 향해 개방된 ㄷ자 형태이다. The main body (210) has a shape that is elongated in the first direction and has a T-shape that is open toward the top.
도 1 내지 도 3에 도시된바와 같이, 본체(210)의 길이는 스택(10)의 길이와 대응되며, 본체(210)는 후술되는 메인유로(50)에 연결된 분기관과 연결되어 있다.As shown in FIGS. 1 to 3, the length of the main body (210) corresponds to the length of the stack (10), and the main body (210) is connected to a branch pipe connected to the main path (50) described later.
여기서 대응이란, 길이가 거의 유사함을 의미한다.Here, correspondence means that the lengths are almost similar.
그러나 이에 한정된 것은 아니며, 본 발명의 다른 실시예에서는 본체(210)의 길이가 스택(10)의 길이보다 길어, 본체(210)가 메인유로(50)와 직접 연결된 형태일 수 있다.However, it is not limited thereto, and in another embodiment of the present invention, the length of the main body (210) may be longer than the length of the stack (10), so that the main body (210) may be directly connected to the main channel (50).
하부유로(220)는 본체(210)의 내부공간에 해당하며, 연료유로와 연통되어 있다.The lower passage (220) corresponds to the internal space of the main body (210) and is connected to the fuel passage.
안착부(230)는 본체(210)의 상부 양단로부터 내부방향으로 절곡연장되어 있으며, 서로 이격되어 길게 연장된 한 쌍의 형태이다.The fixing portion (230) is extended inwardly from both upper ends of the main body (210) and is a pair of long, spaced apart shapes.
안착부(230)의 적어도 일부는 하부유로(220)를 덮고 있다.At least a portion of the anchorage (230) covers the lower passage (220).
한 쌍의 안착부(230) 사이의 이격된 공간을 통해 하부유로(220)는 입구(111) 및 출구(112)와 연통되어 있으며, 하부유로(220)의 연료가 연료유로로 공급되거나 연료유로의 사용후 연료가 하부유로(220)로 배출된다.The lower passage (220) is connected to the inlet (111) and the outlet (112) through a spaced space between a pair of mounting parts (230), and the fuel in the lower passage (220) is supplied to the fuel passage or the used fuel in the fuel passage is discharged to the lower passage (220).
본체(210)와 안착부(230)는 하나의 플레이트 또는 강판을 절곡하여 제작할 수 있으며, 이 경우 용접 등 다른 공정이 필요 없다. The main body (210) and the mounting portion (230) can be manufactured by bending a single plate or steel plate, in which case no other process such as welding is required.
가스켓(30)은 스택(10)과 매니폴드(20)의 사이에 위치하며, 스택(10)의 하중 및 연계된 구조물의 하중에 의해 압축되어 스택(10)과 매니폴드(20) 사이를 밀착시킨다.The gasket (30) is located between the stack (10) and the manifold (20), and is compressed by the load of the stack (10) and the load of the connected structure to close the space between the stack (10) and the manifold (20).
구획부(40)은 하부유로(220)의 내부에 위치하고 있으며, 인접한 입구(111) 및 출구(112) 사이에 위치하여, 하부유로(220)를 복수의 구역으로 구획한다. The partition (40) is located inside the lower passage (220) and is located between the adjacent inlet (111) and outlet (112), thereby dividing the lower passage (220) into multiple zones.
즉, 구획부(40)에 의해 연료는 입구(111)로만 공급되고, 출구(112)로는 연료가 공급되지 않는다.That is, fuel is supplied only to the inlet (111) by the compartment (40), and no fuel is supplied to the outlet (112).
구획부(40)은 고온에서 내구성을 가지는 절연소재이며, mica(운모) 소재일 수 있다. 그러나 구획부(40)의 소재가 이에 한정된 것은 아니다.The partition (40) is an insulating material that is durable at high temperatures and may be made of mica. However, the material of the partition (40) is not limited to this.
가스켓(30) 및 구획부(40)의 배치 위치에 대해서는 앞서 설명한 도 3을 참조하여 자세히 설명한다.The placement positions of the gasket (30) and the compartment (40) are described in detail with reference to FIG. 3 described above.
가스켓(30)은 서로 이격되어 길게(제1방향) 연장된 한 쌍으로 구성되며, 한 쌍의 안착부(230)의 상단에 위치한다.The gasket (30) is composed of a pair of gaskets that are spaced apart from each other and extend long (in the first direction) and are located on the upper side of a pair of mounting portions (230).
가스켓(30)의 크기는 안착부(230)의 크기와 대응되며, 한 쌍의 가스켓(30) 사이의 이격된 공간에 입구(111) 및 출구(112)가 연통되어 있다.The size of the gasket (30) corresponds to the size of the mounting portion (230), and the inlet (111) and outlet (112) are connected to the space between the pair of gaskets (30).
여기서 대응이란, 크기 및 단면적이 거의 유사함을 의미한다. Here, correspondence means that the size and cross-sectional area are almost similar.
구획부(40)는 본체(210) 내부에 밀착 고정되며, 하부유로(220)를 이동하는 연료의 이동을 막는다.The compartment (40) is tightly fixed inside the main body (210) and prevents the movement of fuel moving through the lower passage (220).
구획부(40)은 인접한 입구(111) 및 출구(112) 사이에 위치하여 입구(111)로 들어가는 연료의 혼합을 방지하고, 상부가 개방된 하부유로(220)를 일정 부분을 막아 누설 방지 및 연료유로로의 투입 및 배출을 용이하게 한다. The partition (40) is located between the adjacent inlet (111) and outlet (112) to prevent mixing of fuel entering the inlet (111) and to block a portion of the lower passage (220) with the upper part open to prevent leakage and facilitate injection and discharge into the fuel passage.
다음으로, 메인유로(50)는 복수의 매니폴드(20)와 연결되어 있으며, 하부유로(220)의 단부와 연통되어 있어 스택(10) 및 매니폴드(20)로 연료를 공급하거나 스택(10) 및 매니폴드(20)로부터 연료를 배출시킨다. Next, the main flow path (50) is connected to a plurality of manifolds (20) and is in communication with the end of the lower flow path (220) to supply fuel to the stack (10) and manifold (20) or discharge fuel from the stack (10) and manifold (20).
도 2에 나타낸 바와 같이, 메인유로(50)는 제1메인유로(510) 및 제2메인유로(520)를 포함한다.As shown in Fig. 2, the main euro (50) includes a first main euro (510) and a second main euro (520).
제1메인유로(510)는 하부유로(220)의 제1단부에 연결되어 있으며, 하부유로(220)로 공급되는 연료가 이동한다.The first main channel (510) is connected to the first end of the lower channel (220), and fuel supplied to the lower channel (220) moves.
제2메인유로(520)는 하부유로(220)의 제2단부에 연결되어 있으며, 스택(10)으로부터 배출되는 사용후 연료가 이동한다.The second main channel (520) is connected to the second end of the lower channel (220), and the spent fuel discharged from the stack (10) moves there.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1메인유로(510) 및 제2메인유로(520)는 제1방향으로 서로 이격되게 배치되어 있으며, 제1메인유로(510) 및 제2메인유로(520)의 사이에는 제2방향으로 서로 이격되게 배치된 복수의 스택(10)이 위치한다.As shown in FIG. 2, the first main flow path (510) and the second main flow path (520) are arranged to be spaced apart from each other in the first direction, and a plurality of stacks (10) arranged to be spaced apart from each other in the second direction are located between the first main flow path (510) and the second main flow path (520).
도 1에서는 설명의 편의를 위해, 제2메인유로(520)는 생략하였으며, 제1메인유로(510)를 하부유로(220)의 하단에 위치시켰으나, 실제로는 제1방향 단부에서 연결되어 있다.In Fig. 1, for convenience of explanation, the second main flow path (520) is omitted, and the first main flow path (510) is positioned at the bottom of the lower flow path (220), but in reality, it is connected at the first direction end.
도 1에서는 메인유로(50)에 분기관을 도시하였으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 분기관 없이 본체(210)의 길이가 스택(10)의 길이보다 길어 메인유로(50)와 하부유로(220)가 연결된 형태일 수 있다.In Fig. 1, a branch pipe is shown in the main channel (50), but in another embodiment of the present invention, the main channel (50) and the lower channel (220) may be connected without a branch pipe and the length of the main body (210) may be longer than the length of the stack (10).
다음으로 고정부(60)는 밑면 및 양 측면을 가지는 ㄷ자 형상으로, 매니폴드(20)가 고정된 내부공간을 형성한다.Next, the fixed part (60) has a T-shape with a bottom and two sides, and forms an internal space where the manifold (20) is fixed.
본 발명의 일실시예에 따른 연료의 공급 구성이 개선된 스택 모듈의 고정부를 나타낸 단면도인 도 4와 같이, 고정부(60)의 내부공간의 일측면에는 제1서브매니폴드(21)가 고정되어 있으며, 다른 측면에 제2서브매니폴드(22)가 고정되어 있다.As shown in Fig. 4, which is a cross-sectional view showing a fixing part of a stack module with an improved fuel supply configuration according to one embodiment of the present invention, a first sub-manifold (21) is fixed to one side of the internal space of the fixing part (60), and a second sub-manifold (22) is fixed to the other side.
제1서브매니폴드(21) 및 제2서브매니폴드(22)는 고정부(60)에 tig용접을 통해 고정될 수 있다.The first sub-manifold (21) and the second sub-manifold (22) can be fixed to the fixed part (60) through tig welding.
그러나 고정방법이 이에 한정된 것은 아니며, 본 발명의 다른 실시예에서는 물리적 결합구조를 사용할 수 있다.However, the fixing method is not limited to this, and in other embodiments of the present invention, a physical bonding structure may be used.
고정된 제1서브매니폴드(21) 및 제2서브매니폴드(22)의 상부에 스택(10)이 위치한다. 이때, 스택(10)의 적어도 일부는 고정부(60)의 내부공간에 위치한다.A stack (10) is positioned on top of the fixed first sub-manifold (21) and second sub-manifold (22). At this time, at least a portion of the stack (10) is positioned in the internal space of the fixed portion (60).
그러나 이에 한정된 것은 아니며, 본 발명의 다른 실시예에서는 스택(10)은 고정부(60)의 외부에 위치할 수 있다.However, it is not limited thereto, and in another embodiment of the present invention, the stack (10) may be located outside the fixed part (60).
도 4에서는 하나의 고정부(60)에 2개의 매니폴드(20)가 고정되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정된 것은 아니며, 본 발명의 다른 실시예에서는 1개 혹은 3개 이상일 수 있다.In Fig. 4, two manifolds (20) are shown to be fixed to one fixed part (60), but this is not limited to this, and in other embodiments of the present invention, there may be one or three or more.
또한 도 4와 달리, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 입구(111) 및 출구(112)의 숫자 및 배치에 따라 서브매니폴드(21,22)의 배치와 숫자는 변경될 수 있다. Also, unlike FIG. 4, in another embodiment of the present invention, the arrangement and number of submanifolds (21, 22) may be changed depending on the number and arrangement of the inlets (111) and outlets (112).
예를 들어, 제1서브매니폴드(21) 및 제2서브매니폴드(22)는 고정부(60)의 측면이 아닌 중간에 설치될 수 있다.For example, the first sub-manifold (21) and the second sub-manifold (22) may be installed in the middle rather than on the side of the fixed part (60).
다음으로 도 5를 참조하여 타이로드부(70)는 설명한다.Next, the tie rod part (70) is described with reference to Fig. 5.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스택 모듈의 타이로드부(70)를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a drawing showing a tie rod portion (70) of a stack module according to one embodiment of the present invention.
타이로드부(70)는 가스켓(30)에 의한 밀착을 보강하기 위해 스택(10)의 상부와 매니폴드(20)의 하부에 설치한다.The tie rod part (70) is installed at the upper part of the stack (10) and the lower part of the manifold (20) to reinforce the sealing by the gasket (30).
그러나 스택(10)의 자중이 충분하여 가스켓(30)이 완전히 밀착된다면, 타이로드부(70)는 생략 가능하다.However, if the self-weight of the stack (10) is sufficient to completely seal the gasket (30), the tie rod portion (70) can be omitted.
타이로드부(70)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1판(710), 제2판(720) 및 로드(730)를 포함한다.The tie rod part (70) includes a first plate (710), a second plate (720), and a rod (730), as shown in FIG. 5.
제1판(710)는 스택(10)의 상부에 위치하며, 제2판(720)은 고정부(60)의 하부에 위치하고, 로드(730)는 제1판(710)과 제2판(720)을 연결한다.The first plate (710) is located at the top of the stack (10), the second plate (720) is located at the bottom of the fixed part (60), and the rod (730) connects the first plate (710) and the second plate (720).
제1판(710)과 제2판(720) 간의 간격을 조절하여 스택(10)과 매니폴드(20)를 밀착시킨다.The gap between the first plate (710) and the second plate (720) is adjusted to bring the stack (10) and the manifold (20) into close contact.
도시하지 않았지만, 제1판(710)과 제2판(720) 사이의 간격 조절하기 위한 나사산 등의 구조 및 간격 유지부를 더 포함할 수 있다.Although not shown, it may further include a structure such as a screw thread and a gap maintaining member for adjusting the gap between the first plate (710) and the second plate (720).
타이로드부(70)를 사용할 경우, 고정부(60)는 생략할 수 있다. 이 경우 제2판(720)은 매니폴드(20)의 하부와 접촉한다.When using a tie rod portion (70), the fixed portion (60) can be omitted. In this case, the second plate (720) comes into contact with the lower portion of the manifold (20).
마지막으로 열교환기(80)는 도 2에 도시된 바와 같이, 인접한 스택(10) 사이에 위치하며, 인접한 스택(10) 간의 열 편차를 감소시킨다.Finally, the heat exchanger (80) is positioned between adjacent stacks (10), as shown in FIG. 2, and reduces the thermal deviation between adjacent stacks (10).
그러나 본 발명의 다른 실시예에서는 열교환기(80) 대신 발열체를 스택(10) 사이에 설치할 수 있다.However, in another embodiment of the present invention, a heating element may be installed between the stacks (10) instead of the heat exchanger (80).
발열체는 스택(10)의 온도 편차를 줄이기 위해 내부보다 상대적으로 온도가 낮은 스택(10) 표면을 필요한 만큼 온도를 올려줌으로써 스택(10)의 온도를 균일하게 하여 스택(10)의 제어성능을 향상시킨다.The heating element raises the temperature of the surface of the stack (10), which is relatively lower in temperature than the inside, as much as necessary to reduce the temperature deviation of the stack (10), thereby making the temperature of the stack (10) uniform and improving the control performance of the stack (10).
본 발명의 또 다른 실시예에서는 열교환기(80)와 발열체를 동시에 사용할 수 있다.In another embodiment of the present invention, a heat exchanger (80) and a heating element can be used simultaneously.
본 발명에서는 별도의 체결 장치 없이 스택(10)과 연결된 구조물의 자중을 압축력으로 이용하는 방법으로 체결에 소요되는 양산 공정을 단축시킬 수 있고, 자동화가 유용하며, 설계 자체를 콤팩트하게 구성이 가능하다.In the present invention, the mass production process required for fastening can be shortened by using the self-weight of a structure connected to a stack (10) as a compressive force without a separate fastening device, automation is useful, and the design itself can be configured compactly.
매니폴드(20)는 용접 등 다른 공정없이 절곡으로 제작이 가능한 단순 형상으로 기존의 pipe와 flange 조합 대비 제작 양산성 확보로 단가 인하가 가능하다.The manifold (20) is a simple shape that can be manufactured by bending without any other process such as welding, and thus, compared to the existing pipe and flange combination, it is possible to reduce the unit price by securing mass production.
스택(10)과 매니폴드(20)의 고정을 위해 고정부(60)를 적용하여 고정 및 체결이 용이하다.A fixing member (60) is applied to fix the stack (10) and manifold (20), making fixing and fastening easy.
본 발명은 연료전지 및 수전해 이용이 가능하며, 고온과 저온에서 모두 활용이 가능하다.The present invention can be used in fuel cells and water electrolysis, and can be utilized at both high and low temperatures.
수전해 중 토출압이 고압인 경우, 추가적인 타이로드부(70)를 사용하여 자중을 증가시켜 스택(10)과 매니폴드(20)의 밀착을 보강한다.When the discharge pressure is high during electrolysis, an additional tie rod part (70) is used to increase the self-weight and reinforce the close contact between the stack (10) and the manifold (20).
또한 동일 매니폴드(20)로 스택(10)을 여러 개를 연결하는 구성이 가능하고, 스택(10)의 이격 거리를 최소화하여 컴팩트한 구성이 가능하다.In addition, a configuration in which multiple stacks (10) are connected with the same manifold (20) is possible, and a compact configuration is possible by minimizing the spacing between the stacks (10).
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. While specific aspects of the present invention have been described in detail above, it will be apparent to those skilled in the art that these specific descriptions merely represent preferred embodiments and are not intended to limit the scope of the present invention. Therefore, the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (11)
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