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KR101022111B1 - 부분적으로 폐쇄된 단부를 갖는 연료전지 유동장 채널 - Google Patents

부분적으로 폐쇄된 단부를 갖는 연료전지 유동장 채널 Download PDF

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KR101022111B1
KR101022111B1 KR1020087014392A KR20087014392A KR101022111B1 KR 101022111 B1 KR101022111 B1 KR 101022111B1 KR 1020087014392 A KR1020087014392 A KR 1020087014392A KR 20087014392 A KR20087014392 A KR 20087014392A KR 101022111 B1 KR101022111 B1 KR 101022111B1
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Abstract

연료전지를 사용하기 위한 장치는 채널 입구 부분과 채널 출구 부분을 가진 연료전지 유동장 채널을 포함한다. 적어도 하나의 채널 입구 부분 또는 채널 출구 부분은 연료전지 유동장 채널을 통한 유동을 부분적으로 차단하는 폐색 부재를 포함한다.
연료전지, 유동장, 채널, 폐색 부재, 플레이트

Description

부분적으로 폐쇄된 단부를 갖는 연료전지 유동장 채널 {FUEL CELL FLOW FIELD CHANNEL WITH PARTIALLY CLOSED END}
본 발명은 일반적으로 연료전지, 특히 연료전지를 위한 유동장에 관한 것이다.
연료전지는 널리 알려져 있고, 다양한 용례에서 전기를 발생시키는데 사용된다. 전형적인 연료전지는 전류를 발생시키기 위하여 수소 또는 천연가스와 산소 같은 반응 기체를 활용한다. 일반적으로는, 연료전지는 각각 반응 기체를 받아들이는 인접한 유동장들을 포함한다. 각 유동장은 전류를 발생시키기 위해 기체 분배층을 통하여 전해질 층에 인접한 각각의 연료극(anode) 촉매 또는 공기극(cathode) 촉매로 반응 기체를 분배한다. 전해질 층은 이온을 효과적으로 수송하지만 이온을 전도(conduct)시키지는 않는 어떠한 층도 될 수 있다. 몇몇 예의 연료전지 전해질은 알칼리성 용액[예를 들어, 수산화칼륨(KOH)], 양자 교환막[proton exchange membrane(PEM)], 인산(phosphoric acid), 그리고 고체 산화물을 포함한다.
유동장의 한 형태는 배출 채널과 서로 맞물린 진입 채널을 포함한다. 진입 채널은 완전히 개방된 입구와 완전히 폐쇄된 출구를 갖고, 배출 채널은 완전히 폐쇄된 입구와 완전히 개방된 출구를 갖는다. 진입 채널의 완전히 폐쇄된 출구는 진입 채널에 들어간 반응 기체가 기체 분포층을 통과하여 인접한 배출 채널로 흐르게 한다. 이는 촉매를 향한 반응 기체의 강제적인 대류와 촉매에 대한 반응 기체의 비교적 강한 노출을 야기한다. 그러나 강제적인 대류는 유동장을 가로지르는 반응 기체의 압력 강하(pressure drop)를 증가시키므로 더 높은 반응 기체의 가압을 필요로 하고, 그것은 연료전지로부터 발생된 약간의 전기에너지를 소비하여 전체적인 효율을 떨어뜨려서 바람직하지 못하다.
전형적인 유동장은 완전히 개방된 입구와 완전히 개방된 출구를 가진 개방 또는 평행 채널을 포함한다. 채널을 통해 들어온 반응 기체는 기체 분배층을 통해 촉매쪽으로 확산된다. 개방 채널은 비교적 규제가 없는 반응 기체 유동을 허용하고, 그로 인하여 비교적 낮은 반응 기체 압력 강하를 유발한다. 그러나, 채널을 통하여 흐르는 반응 기체 중 비교적 낮은 비율이 촉매로 확산되고, 이는 반응 기체의 비효율적인 이용을 초래하여 바람직하지 못하다.
본 발명은 압력 강하와 효율적인 반응 기체 이용 간의 균형을 향상시킬 필요성을 해결한다.
한 예의 연료전지용 장치는 채널 입구 부분과 채널 출구 부분을 가진 연료전지 유동장 채널을 포함한다. 적어도 하나의 채널 입구 부분 또는 채널 출구 부분은 연료전지 유동장 채널을 통한 유동을 부분적으로 차단하는 폐색 부재(obstruction member)를 포함한다.
한 예는 세장형 채널 벽 간의 유동 통로(flow passage)를 포함한다. 폐색 부재는 연료전지 유동장 채널을 통한 유동을 부분적으로 차단하도록 세장형 채널 벽 간의 유동 통로 내로 연장된다.
다른 예는 각각의 출구 또는 입구 유동을 부분적으로 차단하도록 채널 출구 부분 또는 채널 입구 부분에 인접하게 연장하는 폐쇄 부재를 포함한다.
한 예는 플레이트를 통해 연장하는 개구를 가진 플레이트를 포함한다. 이 플레이트는 연료전지 유동장 채널을 통한 유동을 부분적으로 차단하도록 연료전지 유동장 채널에 대하여 이동가능하다.
위의 예들은 제한을 하는 것이 아니다. 부가적인 예들이 아래에 기술되어 있다. 본 발명의 다양한 특징과 장점이 아래의 상세한 설명으로부터 본 기술에 숙련된 사람들에게 명백해질 것이다. 상세 설명을 동반하는 도면은 아래와 같이 간략히 설명될 수 있다.
도1은 연료전지 스택(stack)의 선택된 부분을 개략적으로 도시한다.
도2는 채널을 통한 유동을 부분적으로 차단하는 예시적 폐색 부재를 구비한 채널을 갖는 실시예를 예시하는 도1에서 도시된 선을 따라 취한 단면도이다.
도3은 구부러진 형태를 가진 또 다른 예시적 폐색 부재 실시예를 보여준다.
도4는 예시적 폐색 부재와 테이퍼형 채널의 예를 보여준다.
도5A는 채널을 통한 유동을 부분적으로 차단하도록 채널에 대해 이동가능한 플레이트를 통해 연장된 개구를 구비한 예시적 폐색 부재 플레이트의 예를 보여준 다.
도5B는 도5A의 예시적 폐색 부재 플레이트의 사시도를 보여준다.
도6은 폐색 부재를 구비한 채널이 서로 맞물린 유동장으로부터 상류에 일렬로 배열되어 있는 실시예를 예시한다.
도7은 폐색 부재를 구비한 채널이 평행한 유동장으로부터 하류에 일렬로 배열되어 있는 실시예를 예시한다.
도8은 예시적 예상 및 실제 전지 전압 대 폐색 부재의 크기 범위에 걸친 압력 강하를 그래프로 예시한다.
도1은 전기 발생을 위한 예시적 연료전지 스택(stack)(10)의 선택된 부분을 개략적으로 예시한다. 본 예에서, 알려진 방법으로 전류를 발생시키기 위하여 연료극측(anode side)(12)은 반응 기체(R1)를 받아들이고(receive), 공기극측(cathode side)(14)은 반응 기체(R2)를 받아들인다. 연료극측(12)과 공기극측(14) 각각은 각 연료극측(12)과 공기극측(14)의 위로 반응 기체(R1, R2)를 분배하기 위한 채널(18)을 구비한 기계가공된 플레이트, 성형된 플레이트, 틀로 찍어낸(stamped) 플레이트, 고체 플레이트, 다공성(porous) 플레이트, 또는 다른 유형의 플레이트와 같은 유동장 플레이트(16)를 포함한다.
도시된 예에서, 기체 교환층(20)은 각 유동장 플레이트(16)에 인접하여 위치한다. 전해질층(22)은 기체 교환층(20) 사이의 공기극 촉매(26)로부터 연료극 촉 매(24)를 이격시킨다.
도시된 예에서, 채널(18)은 직사각형의 단면 윤곽(profile)을 갖는다. 또 다른 예에서, 채널(18)은 참조번호 28로 가상선으로 도시된 바와 같이 구부러진 윤곽(profile)을 갖는다. 본 설명을 통해, 본 기술 분야의 숙련자는 어떤 채널 형상이 그 특정 요구를 충족시키는지를 알 수 있을 것이다.
한 예에서, 연료전지 스택(10)의 동작을 예시하기 위하여, 반응 기체(R1 , R2)는 연료극측(12)과 공기극측(14) 각각의 채널(18)에 공급된다. 반응 기체(R1 , R2)는 기체 교환층(20)을 통하여 각 연료극 촉매(24) 또는 공기극 촉매(26)를 향하여 확산하거나, 강제 대류에 의해 이동한다. 전해질층(22)은 연료극 촉매(24)와 공기극 촉매(26) 간의 이온 교환을 허용하여 외부 회로(미도시)를 통하여 전류를 발생시킬 수 있게 하기 위하여 공지된 방법으로 동작한다.
도2는 도1에 나타난 절단선에 따라 하나의 유동장 플레이트(16)를 보여준다. 본 예에서, 채널(18)은 마주보는 채널 벽(40) 사이로 연장된다. 각 채널(18)은 입구 부분(42)과 출구 부분(44)을 포함한다. 반응 기체는 입구 부분(42)으로 들어가서 채널(18)을 통하여 출구 부분(44) 밖으로 흐른다. 본 예에서, 채널(18a, 18c)의 출구 부분(44)과 채널(18b, 18d)의 입구 부분(42)은 폐색 부재(46)를 각각 포함한다.
도시된 예에서, 폐색 부재(46)는 세장형 채널 벽(40)에서부터 채널(18) 내로 연장된다. 폐색 부재(46)는 채널(18b, 18d) 내로의 반응 기체의 유동을 제한하고, 채널(18a, 18c)로부터의 반응 기체의 유출을 제한하기 위하여 채널(18)을 부분적으로 차단한다.
한 예에서, 적어도 하나의 폐색 부재(46)의 크기는 폐색 부재(46)가 내부로 연장되는 채널(18)의 단면적(도1에 가장 잘 도시됨)의 비율로 결정된다. 높은 비율은 더 많은 유동을 차단하고, 낮은 비율은 더 적은 유동을 차단한다.
한 예에서, 폐색 부재(46)는 각 채널(18) 단면 부분의 약 0% 초과, 약 100% 미만을 차단한다. 다른 예에서, 폐색 부재(46)는 채널(18) 단면적의 약 70%와 약 90% 사이로 차단한다. 또 다른 예에서, 폐색 부재(46)는 채널(18) 단면적의 약 80%를 덮는다.
상기의 예의 폐색 부재(46)는 다양한 방법 중 어떤 것으로도 형성된다. 한 예에서, 공지된 압축 성형 과정(compression molding process)이 유동 플레이트(16)를 형성하는데 이용된다. 선택된 입구 부분(42)과 출구 부분(44)은 완전히 폐쇄된 단부를 갖도록 성형된다. 그 후, 폐색 부재(46)는 선택된 입구 부분(42)과 출구 부분(44)의 완전히 폐쇄된 단부로부터 기계가공된다. 또 다른 예에서 폐색 부재(46)는 근접 망형 성형 과정(near net-shape molding process)으로 형성되고, 기계 가공을 거의 또는 전혀 필요로 하지 않는다. 본 설명을 통해, 본 기술 분야의 숙련자는 그 특정 요구에 부합하도록 폐색 부재(46)를 형성하는 추가적인 방법을 알 수 있을 것이다.
폐색 부재(46)의 크기는 연료전지 스택(stack)(10)에 걸친 반응 기체 압력 강하와 반응 기체 이용 효율 간의 균형을 조절한다. 채널(18a, 18c)는 완전히 개방된 입구 부분(42)을 통하여 반응 기체를 받아들인다. 채널(18a, 18c)의 출구 부분(44)에서 폐색 부재(46)는 반응 기체의 유출을 제한한다. 제한되지 않은 유입과 제한된 유출은 반응 기체를 촉매[연료극측(12)을 위한 촉매(24) 또는 공기극측(14)을 위한 촉매(26)]를 향해 기체 교환층 내로 밀어넣는 채널(18a, 18c) 내의 압력의 누적을 야기한다. 반응 기체는 가스 교환층(20)을 통하여 인접한 채널(18b, 18d) 내로 이동하고, 채널(18b, 18d)의 완전히 개방된 출구 부분(44)을 통하여 빠져나간다. 이 방식의 반응 기체의 강제 대류는 촉매(24 또는 26)에 대한 반응 기체의 보다 많은 노출의 이익을 제공하고, 그에 의해 촉매(24 또는 26)에서의 반응체의 농도를 증가시키고, 그에 의해 확산 과전압(diffusion overpotential)으로 알려진 성능 손실을 감소시킨다. 그러나 반응 기체 유동의 제한과 이에 연계된 채널(18a, 18c)에서의 압력 누적은 연료전지 스택(stack)(10)에 걸친 반응 기체 압력 강하 량의 증가를 초래한다.
채널(18a, 18c)의 출구 부분(44)에서 폐색 부재(46)는 채널(18a, 18c)로부터 반응 기체의 제한된 유출을 허용하는데, 이는 압력 누적을 감소시키고, 입구나 출구에서 완전히 폐색된 서로 맞물린 채널에 대한 연료전지 스택(stack)(10)에 걸친 더 낮은 압력 강하를 초래한다. 그러므로, 제한된 유출은 압력 누적(강제 대류를 위한)와 연료전지 스택(stack)(10)에 걸친 압력 강하(높은 압력 누적으로부터) 사이의 균형을 제공한다.
한 예에서, 폐색 부재(46)의 크기는 반응 기체 이용 효율과 연료전지 스택(stack)(10)에 걸친 압력 강하 간의 바람직한 균형을 얻도록 설계된다. 비교적 작은 폐색 부재(46)의 사용은 더 낮은 효율(즉, 더 적은 강제 대류로부터)과 연료전지 스택(stack)(10)에 걸친 더 낮은 압력 강하(즉, 더 적은 압력 누적으로부터)를 초래한다. 비교적 큰 폐색 부재(46)는 더 높은 효율(즉, 더 많은 강제 대류로부터)과 연료전지 스택(stack)(10)에 걸친 더 높은 압력 강하(즉, 더 높은 이용과 결부된 일부 채널에서의 더 높은 압력 누적으로부터)를 초래한다. 본 설명을 통해, 본 기술 분야의 숙련자는 그 특정 효율과 압력 강하 요구에 부합하기 위하여 적합한 폐색 부재(46)의 크기를 알 수 있을 것이다.
도시된 예에서 폐색 부재(46)는 직사각형의 형태로 도시되어 있다. 도3에서 보여진 또 다른 예에서 폐색 부재(46)는 둥근 형태를 갖고 있다. 본 설명을 통해, 본 기술 분야의 숙련자는 설명된 유익한 결과를 달성하고 그들의 특정한 이용 요구에 부합하기 위해 여러 가지의 다른 폐색 부재(46)가 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도4를 참조하면, 채널 벽(40)은 이전 예의 비교적 균일한 채널 너비가 아니라 채널(18)에 테이퍼를 제공하도록 서로에 대하여 각 져 있다. 테이퍼형 채널(18)은 채널(18e, 18g)의 입구 부분(42)으로부터 출구 부분(44)으로의 반응 기체 유동을 제한한다. 반응 기체 유동 제한은 채널(18e, 18g)에서의 압력 누적을 야기한다. 전술한 바와 같이, 이는 순차적으로 촉매(24 또는 26)을 향하여, 그리고 인접한 채널(18f, 18h) 내로의 반응 기체의 강제 대류를 초래한다. 본 예에서 폐색 부재(46)는 제한된 유출을 허용하면서 강제 대류를 촉진하기 위하여 전술한 것들과 유사하게 작용한다. 그러므로, 폐색 부재(46)와 채널(18)의 테이퍼는 반응 기체 효율과 압력 강하 간의 바람직한 균형을 달성하기 위해 서로 협력한다.
도5A와 5B는 폐색 부재(46) 실시예를 보여주는데, 폐색 부재(46)는 각 플레이트(56a, 56b)를 통해 연장된 개구(58)를 가진 폐쇄 부재, 예를 들어, 플레이트(56a, 56b)를 포함한다. 본 예에서 각각의 채널(18i, 18j, 18k, 18l, 18m, 18n)과 채널 벽(40)은 대체로 같은 너비를 갖는다. 솔레노이드와 같은 작동기(60a, 60b)는 각 플레이트(56a, 56b)를 운동의 방향(D)을 따라 앞뒤로 이동시킨다. 한 예에서, 각 트랙(59)은 플레이트(56a, 56b)의 이동을 안내하고, 운동의 방향(D)을 가로지르는 방향으로의 이동을 제한한다.
한 예에서, 플레이트(56a, 56b)의 작동을 예시하기 위하여, 작동기(60a, 60b)는 전술한 바와 같이 반응 기체 효율과 압력 강하 간의 바람직한 균형을 얻기 위하여 각 플레이트(56a, 56b)를 독립적으로 이동시킨다. 도면에서 보여진 예에서, 플레이트(56a)는 채널(18i, 18k, 18m)의 입구 부분(42)에서 유동 통로(38)의 약 50%를 차단할 수 있다. 플레이트(56b)는 채널(18j, 18l, 18n)의 출구 부분(44)에서 유동 통로(38)의 약 50%를 차단할 수 있다. 작동기(60a, 60b)는 반응 기체 효율과 압력 강하 간의 균형을 바꾸기 위한 유동 통로(38) 단면적의 더 높은 또는 더 낮은 비율(예를 들어, 0%와 100% 사이)을 차단하도록 각 플레이트(56a, 56b)를 선택적으로 이동시킨다.
다른 예에서, 플레이트(56a, 56b)는 다른 조건에 응답하여 유동 통로(38)를 통한 반응 기체 유동을 동적으로 조절할 수 있다는 이익을 제공한다. 한 예에서, 플레이트(56a, 56b)는 연료전지의 시동 동안 단지 작은 비율의 유동 통로(38) 면 적(예를 들어, 거의 0%의 차단)만을 차단하도록 이동된다. 또 다른 예에서, 플레이트(56a)는 채널(18i, 18k, 18m)의 입구 부분(42)에서 큰 비율의 유동 통로(38)(예를 들어, 거의 100%의 차단)를 차단하도록 도면의 오른쪽으로 이동된다. 플레이트(56b)는 연료전지 시동의 종료에 응답하여 채널(18j, 18l, 18n)의 출구 부분(44)에서 큰 비율의 유동 통로(38)(예를 들어, 거의 100%)를 차단하도록 도면의 왼쪽으로 이동된다.
한 예에서, 이러한 특징은 "시작-종료 손실(start-stop loss)"로 알려진 현상을 감소시키는 이득을 제공한다. 연료전지 스택이 비작동 상태일 때(예를 들어, 가동 중단) 채널(18)의 폐쇄는 채널(18)로의 공기의 침입을 방해한다. 이는 공기극측(14)에서의 기생(parasitic) 전기화학적 반응, 부식, 촉매 분해, 산소 방출을 유발할 수 있는 공기와 반응 기체 연료의 초기 유동이 연료극측(12)에 존재하는 시동시의 상태를 최소화한다.
도6에서 보여진 예에 관하여, 변형된 연료전지 스택(10)은 서로 맞물린 유동장 부분(70)을 포함한다. 도시된 예에서, 서로 맞물린 유동장 부분(70)은 진입 채널(72)과 배출 채널(74)을 포함한다. 진입 채널(72)은 완전히 개방된 입구 부분(76)과 완전히 폐쇄된 출구 부분(78)을 포함한다. 배출 채널(74)은 완전히 폐쇄된 입구 부분(80)과 완전히 개방된 출구 부분(82)을 각각 포함한다. 반응 기체는 폐색 부재(46)를 이용하는 채널(18)로부터 서로 맞물린 유동장(70)으로 흐른다.
일반적으로, 반응 기체 농도는 촉매(24 또는 26)에 의해 반응 기체가 소모됨에 따라 감소한다. 그러므로, 채널(18)의 상류 위치에서 반응 기체 농도는 상대적 으로 높고, 서로 맞물린 유동장 부분(70)의 하류 위치에서 반응 기체 농도는 상대적으로 낮다. 상대적으로 높은 반응 기체의 농도에서, 높은 수준의 강제 대류(예를 들어, 가스 교환층(20) 내로의 반응 기체의 확산으로부터)없이 촉매(24, 26)에 대한 반응 기체의 상당한 노출이 있다. 상대적으로 낮은 반응 기체의 농도에서, 촉매(24, 26)에 대한 반응 기체의 노출이 덜 일어나고, 더 높은 수준의 강제 대류는 노출을 증가시키는 데 유용하다.
도시된 예에서, 폐색 부재(46)를 가진 채널(18)은 위에서 설명한 바와 같이 압력 강하를 감소(또는 어떤 예에서 최소화)시키면서, 비교적 낮은 수준[서로 맞물린 유동장 부분(70)과 비교하여]의 강제적인 대류를 제공하는데, 이것은 비교적 높은 반응 기체 농도에 적합하다. 서로 맞물린 유동장 부분(70)은 채널(18)로부터 받아들여진 비교적 낮은 농도의 반응 기체 유동의 효율적인 이용을 얻기 위하여 비교적 높은 수준의 강제적인 대류를 제공한다.
도7에 대하여, 또 다른 변형된 연료전지 스택(10)의 예는 평행 유동장 부분(92)을 포함한다. 평행 유동장 부분(92)은 완전히 개방된 입구 부분(96)과 완전히 개방된 출구 부분(98)을 각각 가진 채널(94)을 포함한다. 완전히 개방된 입구 부분(96)과 출구 부분(98)은 채널(94)을 통한 폐색되지 않은 반응 기체 유동을 허용한다. 이는 반응 기체의 강제 대류없이 촉매(24 또는 26)를 향한 반응 기체의 확산을 초래한다.
본 예에서, 평행 유동장 부분(92)은 압력 강하를 감소(또는 어떤 예에서 최소화)시키면서, 강제 대류를 거의 또는 전혀 제공하지 않는데, 이것은 비교적 높은 반응 기체 농도에 적합하다. 채널(18)과 폐색 부재(46)는 평행 유동장 부분(92)으로부터 받아들여진 비교적 낮은 농도의 반응 기체 유동의 효율적인 이용을 얻기 위하여 제한적인 수준의 강제 대류를 제공한다.
도6과 도7에 예시된 구조의 또 다른 이점은 입구 영역(18, 92)에서 반응 기체의 속도가 유동장의 하류 부분과 같이 더 높은 수준의 폐색의 경우보다 더 낮다는 것이다. 더 낮은 기체 속도는 입구 기체가 전형적으로 완전히 물로 포화되지 않는 입구 영역에서 완전 건조(dry-out)의 위험을 감소시키기 때문에 이로울 수 있다. 더 낮은 입구 기체 속도는 비교적 좁은 가습 영역을 가능케 한다.
도8은 세로축(102)에 전지 전압(1300 mA/cm2의 전류밀도에서 측정)을, 가로축(104)에 압력 강하를 나타낸 예시적 그래프(100)를 도시하고 있다. 점(X)은 평행 유동장[도7의 평행 유동장 부분(92)과 같은]의 압력 강하에 대한 전지 전압을 나타낸다. 점(Y)은 서로 맞물린 유동장[도6에 나타낸 서로 맞물린 유동장(70)과 같은]의 압력 강하에 대한 전지 전압을 나타낸다. 이 두 전지의 다른 모든 태양은 동일하다. 본 그래프에서 이 알려진 두 유형의 유동장에서 전지 성능과 압력 강하 간의 교환(trade-off)을 볼 수 있다.
선(110)은 차단 비율 0%[점(X)]와 100%[점(Y)]에 관한 폐색 부재 크기의 범위에서 예상 전지 전압 대 압력 강하를 나타낸다. 선(112)은 폐색 부재(46) 크기의 범위를 벗어난 전지 전압 대 압력 강하의 실제 데이터에 기초한 것이다. 놀랍게도, 선(112)은 선(110)과 비교하여 같은 압력 강하에서 더 높은 전지 전압을 보여준다. 본 명세서에 고려된 유동장 디자인을 실시함으로써, 이 유형의 유동장과 관련된 압력 강하의 단지 부분적 증가만으로 완전히 서로 맞물린 유동장의 완전한 성능상의 이득을 거의 얻을 수 있다.
예시된 예에서 특징의 조합이 예시되어 있지만, 본 발명의 다양한 실시예의 이익을 실현하기 위하여 그들 모두가 조합될 필요는 없다. 바꿔 말하면, 본 발명의 실시예에 따라 설계된 시스템은 임의의 도면에 나타난 모든 특징 또는 개략적으로 도면에서 보여진 모든 부분을 포함할 필요는 없을 것이다. 게다가, 한 예의 실시예의 선택된 특징은 다른 예의 실시예의 선택된 특징과 조합될 수도 있다.
상기의 설명은 본질적으로 제한이 아닌 예시이다. 본 기술 분야의 숙련자들은 본 발명의 본질로부터 벗어날 필요없이 설명된 실시예에 대한 변형과 수정을 명백히 알 수 있을 것이다. 본 발명에 주어진 법적 보호의 범위는 하기의 청구 범위의 고찰에 의해서만 결정될 수 있다.

Claims (21)

  1. 연료전지에 사용되는 장치이며,
    바닥벽, 세장형 측벽, 개방된 상부, 세장형 측벽의 일단부의 채널 입구 부분, 세장형 측벽의 다른 단부의 채널 출구 부분 사이에 유동 통로를 갖는 연료 전지 유동장 채널을 포함하고,
    채널 입구 부분 또는 채널 출구 부분 중의 적어도 하나는 상기 세장형 측벽들 중 하나로부터 유동 통로 내로 부분적으로 연장된 제1 돌출부를 포함하는 폐색 부재를 포함하는, 연료전지에 사용되는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 돌출부는 세장형 측벽 중 하나로부터 연장되는, 연료전지에 사용되는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 폐색 부재는 다른 세장형 측벽으로부터 유동 통로 내로 부분적으로 연장된 제2 돌출부를 더 포함하는, 연료전지에 사용되는 장치.
  4. 제2항에 있어서, 유동 통로는 공칭 단면적을 포함하고, 폐색 부재는 상기 공칭 단면적의 0% 초과 내지 100% 미만을 차단하는, 연료전지에 사용되는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 폐색 부재는 공칭 단면적의 70% 초과 내지 90% 미만을 차단하는, 연료전지에 사용되는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 폐색 부재는 공칭 단면적의 80%를 차단하는, 연료전지에 사용되는 장치.
  7. 연료전지에 사용되는 장치이며,
    세장형 채널 벽 사이의 유동 통로를 포함하는 연료 전지 유동장 채널을 포함하고,
    상기 세장형 채널 벽은 채널 입구 부분과 채널 출구 부분을 구비하고, 채널 입구 부분 또는 채널 출구 부분 중의 적어도 하나는 연료전지 유동장 채널을 통한 유동을 부분적으로 차단하는 폐색 부재를 포함하고, 폐색 부재는 유동 통로를 통한 유동을 부분적으로 차단하도록 채널 입구 부분 또는 채널 출구 부분 중의 하나에 인접하게 연장하는 제1 폐쇄 부재를 포함하는, 연료전지에 사용되는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 제1 폐쇄 부재는 유동 통로에서 차단부의 단면적을 변화시킬 수 있도록 선택적으로 이동 가능한, 연료전지에 사용되는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 유동 통로를 통한 유동을 부분적으로 차단하도록 채널 출구 부분 또는 채널 입구 부분 중 나머지에 인접하게 연장된 제2 폐쇄 부재를 포함하는, 연료전지에 사용되는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 제2 폐쇄 부재는 유동 통로에서 차단부의 단면적을 변화시킬 수 있도록 선택적으로 이동 가능한, 연료전지에 사용되는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 제1 폐쇄 부재와 제2 폐쇄 부재는 적어도 하나의 개구를 가진 플레이트를 각각 포함하고, 플레이트는 세장형 채널 벽 중 적어도 하나와 적어도 부분적으로 정렬된 개구를 가진 제1 위치와 유동 통로와 적어도 부분적으로 정렬된 개구를 가진 제2 위치 사이에서 이동 가능한, 연료전지에 사용되는 장치.
  12. 제11항에 기재된 장치를 통한 유동을 제어하는 방법이며,
    차량 시동 또는 정지로부터 선택된 차량 상태에 응답하여 유동 통로를 통해 필요한 양의 유동을 제공하기 위하여 제1 폐쇄 부재와 제2 폐쇄 부재를 이동시키는 단계를 포함하는, 연료전지에 사용되는 장치를 통한 유동을 제어하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 채널 출구 부분은 폐색 부재에 의해 적어도 부분적으로 형성된 출구 개구를 포함하고, 채널 입구 부분은 출구 개구보다 더 큰 입구 개구를 포함하는, 연료전지에 사용되는 장치.
  14. 제1항에 있어서, 연료전지 유동장 채널은 구부러진 채널 표면을 포함하는, 연료전지에 사용되는 장치.
  15. 제1항에 있어서, 폐색되지 않은 채널 입구와 폐색되지 않은 채널 출구를 가진 평행 연료전지 유동장 부분을 포함하고, 연료전지 유동장 채널은 평행 연료전지 유동장 부분과 유동-수용 소통하는 연료전지에 사용되는 장치.
  16. 제1항에 있어서, 완전히 개방된 입구와 완전히 폐쇄된 출구를 구비한 진입 채널과 완전히 개방된 출구와 완전히 폐쇄된 입구를 구비한 배출 채널을 가진 서로 맞물린 연료전지 유동장 부분을 포함하고, 서로 맞물린 연료전지 유동장 부분은 연료전지 유동장 채널과 유동-수용 소통하는 연료전지에 사용되는 장치.
  17. 연료전지 유동장을 통한 유동을 제어하는 방법이며,
    통로 내에서 흐르는 유체와 관련된 압력 및 효율을 포함하는 연료전지 유동장 유동 특성 사이의 균형을 제공하기 위하여 연료전지 유동장 통로의 벽으로부터 연료전지 유동 통로 내로 부분적으로 연장된 제1 돌출부를 포함하는 폐색 부재로 연료전지 유동장 통로를 폐색하는 단계를 포함하는, 연료전지 유동장을 통한 유동을 제어하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 연료전지 유동장 유동 특성은 반응 기체 이용 효율과 연료전지 유동장 통로를 통한 반응 기체 압력 강하를 포함하는, 연료전지 유동장을 통한 유동을 제어하는 방법.
  19. 연료전지 유동장을 통한 유동을 제어하는 방법이며,
    통로 내에서 흐르는 유체와 관련된 압력 및 효율을 포함한 연료전지 유동장 유동 특성을 제1 균형 상태와 제2 균형 상태 사이에서 전환할 수 있도록 연료전지 유동장 통로에서 폐색부의 크기를 변화시키는 단계를 포함하는, 연료전지 유동장을 통한 유동을 제어하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 유동장 통로의 적어도 한 부분의 공칭 유동 단면적의 80%를 폐색하는 단계를 포함하는, 연료전지 유동장을 통한 유동을 제어하는 방법.
  21. 삭제
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