KR100599690B1 - Fuel cell system and stack of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소 가스의 누출을 방지하고, 이로 인하여 수소 가스와 산소의 불안정한 반응을 방지하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system that prevents leakage of hydrogen gas and thereby prevents unstable reaction of hydrogen gas and oxygen.
본 발명에 따른 연료전지 시스템은, 수소를 함유한 연료를 공급하는 연료 공급부; 산소를 함유한 공기를 공급하는 공기 공급부; 및 상기 연료 공급부와 공기 공급부로부터 각각 공급되는 수소와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키도록 MEA, 이 MEA의 양면에 각각 배치되어 연료통로와 공기통로를 각각 구비하는 제1, 제2 세퍼레이터를 포함하는 전기 발생부를 하나 이상 구비하여 형성되는 스택을 포함하며, 상기 제1 세퍼레이터와 MEA 사이 및 제2 세퍼레이터와 MEA 사이 중 어느 일측 이상에 개재되는 보강부재를 포함한다.A fuel cell system according to the present invention includes a fuel supply unit for supplying a fuel containing hydrogen; An air supply unit for supplying air containing oxygen; And first and second MEAs disposed on both sides of the MEA so as to generate electrical energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen supplied from the fuel supply unit and the air supply unit, respectively. A stack including at least one electricity generating unit including a separator, and includes a reinforcing member interposed between any one or more of the first separator and the MEA and between the second separator and the MEA.
연료전지, 세퍼레이터, 스택, 연료통로, 보강부재, 공기통로Fuel cell, separator, stack, fuel passage, reinforcement member, air passage
Description
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a fuel cell system according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 스택을 분해 도시한 사시도이다.2 is an exploded perspective view showing a stack according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 스택에서 한 전기 발생부를 분해 도시한 사시도이다.3 is an exploded perspective view showing one electricity generating unit in the stack according to the present invention.
도 4는 도 3의 전기 발생부를 조립한 상태의 A-A 선에 따른 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line A-A in the state of assembling the electricity generating unit of FIG.
본 발명은 연료전지 시스템 및 이 연료전지 시스템에 사용되는 스택(stack)에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system and a stack used in the fuel cell system.
일반적으로, 연료전지(fuel cell)는 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 연료로 하여 일어나는 전기 화학 반응에 의하여 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 특히, 연료전지는 연소 과정 없이 연료가스와 산화제 가스의 전기 화학적인 반응에 의해 생성되는 전기와 그 부산물인 열을 동시에 사용할 수 있다는 특징을 가지고 있다.In general, a fuel cell is a power generation that directly converts chemical energy into electrical energy by an electrochemical reaction generated from hydrogen contained in a hydrocarbon-based material such as methanol, ethanol or natural gas and oxygen in air as a fuel. System. In particular, the fuel cell is characterized in that it can simultaneously use the electricity generated by the electrochemical reaction of the fuel gas and the oxidant gas and heat by-products thereof without a combustion process.
근래에 개발되고 있는 고분자전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 PEMFC라 한다)는, 다른 연료전지에 비하여 출력 특성이 탁월하고 작동 온도가 낮을 뿐더러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지고 있다.Polymer electrolyte fuel cells (PEMFCs, hereinafter referred to as PEMFCs), which are being developed in recent years, have excellent output characteristics, low operating temperatures, and fast start-up and response characteristics compared to other fuel cells.
상기와 같은 PEMFC가 기본적으로 시스템의 구성을 갖추기 위해서는, 스택(stack)이라 불리는 연료전지 본체(이하, 편의상 스택이라 칭한다), 연료탱크 및 이 연료탱크로부터 상기 스택으로 연료를 공급하기 위한 연료펌프 등이 필요하다. 그리고 연료탱크에 저장된 연료를 스택으로 공급하는 과정에서 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급하는 개질기(reformer)가 더욱 필요하다. 따라서, PEMFC는 연료펌프의 펌핑력에 의해 연료탱크에 저장된 연료를 개질기로 공급하고, 개질기에서 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키며, 스택에서 수소 가스와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 생산한다.In order for the above PEMFC to basically have a system configuration, a fuel cell body (hereinafter referred to as a stack for convenience) called a stack, a fuel tank, and a fuel pump for supplying fuel from the fuel tank to the stack, etc. This is necessary. In the process of supplying the fuel stored in the fuel tank to the stack, a reformer for reforming the fuel to generate hydrogen gas and supplying the hydrogen gas to the stack is further needed. Therefore, PEMFC supplies the fuel stored in the fuel tank to the reformer by the pumping force of the fuel pump, generates hydrogen gas by reforming the fuel in the reformer, and produces electrical energy by electrochemically reacting hydrogen gas and oxygen in the stack. do.
한편, 연료전지는 액상의 메탄올 연료를 직접 스택에 공급할 수 있는 직접 메탄올형 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC, 이하 DMFC라 한다) 방식을 채용할 수 있다. 이러한 DMFC는 PEMFC와 달리, 개질기를 필요로 하지 않는다.On the other hand, the fuel cell may employ a direct methanol fuel cell (DMFC) method that can supply a liquid methanol fuel directly to the stack. This DMFC, unlike PEMFC, does not require a reformer.
상기와 같은 연료전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 전극-전해질 합성체(Membrane Electrode Assembly : MEA, 이하 MEA라 한다)와 세퍼레이터(separator)로 이루어지는 전기 발생부, 즉 단위 셀이 수 개 내지 수십 개로 적층된 구조로 이루어진다.In the fuel cell system as described above, the stack that substantially generates electricity includes an electric generator, namely, a unit cell comprising an electrode-electrolyte assembly (MEA) and a separator. It consists of a stacked structure of pieces to dozens.
이 MEA는 전해질막을 사이에 두고 그 양측에 부착되는 애노드 전극과 캐소드 전극으로 이루어진다. 세퍼레이터는 상기 MEA를 사이에 두고 양측에 배치되어, 연 료전지의 반응에 필요한 산소 가스와 연료 가스가 공급되는 통로의 역할과 각 MEA의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행한다.This MEA consists of an anode electrode and a cathode electrode attached to both sides with an electrolyte membrane therebetween. Separators are disposed on both sides with the MEA interposed therebetween, acting as a passage for supplying oxygen gas and fuel gas for the reaction of fuel cells, and as a conductor for connecting the anode and cathode electrodes of each MEA in series. At the same time.
따라서, 세퍼레이터에 의해 애노드 전극에는 수소를 함유하는 연료 가스가 공급되고 캐소드 전극에는 산소를 함유한 공기가 공급된다. 이 과정에서 애노드 전극에서는 연료 가스의 전기 화학적인 산화 반응이 일어나고, 캐소드 전극에서는 산소의 전기 화학적인 환원 반응이 일어난다. 이때 생성되는 전자의 이동으로 인하여 전기가 발생되고, 그 부산물인 열과 물이 발생된다.Therefore, a fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode electrode by the separator, and air containing oxygen is supplied to the cathode electrode. In this process, an electrochemical oxidation reaction of fuel gas occurs at the anode electrode, and an electrochemical reduction reaction of oxygen occurs at the cathode electrode. At this time, electricity is generated by the movement of the generated electrons, and heat and water which are by-products are generated.
통상적으로 캐소드 전극에는 산소를 함유한 공기를 공급하고 애노드 전극에는 순수한 수소 가스를 공급하기 때문에 각 전극에서의 효율적인 산화/환원 반응을 위하여 애노드 전극에 공급되는 수소 가스의 양에 비하여 캐소드 전극에 공급되는 공기의 양이 더 많은 것이 바람직하다. 이를 위하여, 캐소드 전극 측 세퍼레이터는 일측으로 공급되는 공기를 MEA에서 반응시키고 미반응 공기를 반대측으로 배출시키도록 다수의 공기통로를 평행한 직선 상태로, 즉 패러럴(parallel) 타입으로 형성하고 있다.In general, since oxygen-containing air is supplied to the cathode and pure hydrogen gas is supplied to the anode, the cathode is supplied to the cathode in comparison with the amount of hydrogen gas supplied to the anode for efficient oxidation / reduction reaction at each electrode. It is desirable for the amount of air to be higher. To this end, the cathode electrode separator forms a plurality of air passages in a parallel straight line, ie, in a parallel type, to react the air supplied to one side in the MEA and discharge the unreacted air to the opposite side.
따라서, 이 공기통로를 구비한 캐소드 전극 측 세퍼레이터는 MEA를 사이에 두고 수소통로를 구비한 애노드 전극 측 세퍼레이터와 상호 밀착되어 전기 발생부를 구성하는데, 이때 MEA는 공기통로에 대응하는 부분에서 견고하게 지지되지 못하기 때문에 양측 세퍼레이터와의 사이에서 들뜬 상태를 유지하게 된다.Accordingly, the cathode electrode side separator having the air passage closes to the anode electrode side separator having the hydrogen passage with the MEA interposed therebetween to constitute the electricity generating unit, where the MEA is firmly supported at the portion corresponding to the air passage. In this case, the state of excitation between both separators is maintained.
이 들뜬 상태로 인하여, 수소통로를 구비한 애노드 전극 측 세퍼레이터와 MEA 사이 및 공기통로를 구비한 캐소드 전극 측 세퍼레이터와 MEA 사이에 틈이 형성되고, 이 틈으로 수소 가스가 누설되어 공기와 불안정한 반응을 일으키게 된다.Due to this excited state, a gap is formed between the anode electrode side separator with the hydrogen passage and the MEA and between the cathode electrode side separator with the air passage and the MEA, whereby hydrogen gas leaks through the gap to cause unstable reaction with air. Will be raised.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 수소 가스의 누출을 방지하고, 이로 인하여 수소 가스와 산소의 불안정한 반응을 방지하는 연료전지 시스템 및 그 스택을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a fuel cell system and a stack thereof which prevent leakage of hydrogen gas and thereby prevent unstable reaction of hydrogen gas and oxygen.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료전지 시스템은,In order to achieve the above object, the fuel cell system according to the present invention,
수소를 함유한 연료를 공급하는 연료 공급부;A fuel supply unit supplying a fuel containing hydrogen;
산소를 함유한 공기를 공급하는 공기 공급부; 및An air supply unit for supplying air containing oxygen; And
상기 연료 공급부와 공기 공급부로부터 각각 공급되는 수소와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키도록 MEA, 이 MEA의 양면에 각각 배치되어 연료통로와 공기통로를 각각 구비하는 제1, 제2 세퍼레이터를 포함하는 전기 발생부를 하나 이상 구비하여 형성되는 스택을 포함하며,MEAs and first and second separators respectively disposed on both sides of the MEA so as to generate electrical energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen supplied from the fuel supply unit and the air supply unit, respectively, and having a fuel passage and an air passage, respectively. It includes a stack formed by having at least one electricity generating unit comprising a,
상기 제1 세퍼레이터와 MEA 사이 및 제2 세퍼레이터와 MEA 사이 중 어느 일측 이상에 개재되는 보강부재를 포함한다.And a reinforcing member interposed between any one or more sides of the first separator and the MEA and between the second separator and the MEA.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 스택은,In addition, the stack of the fuel cell system according to the present invention,
연료 공급부와 공기 공급부로부터 각각 공급되는 수소와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키도록 MEA, 이 MEA의 양면에 각각 배치되어 연료통로와 공기통로를 각각 구비하는 제1, 제2 세퍼레이터를 포함하는 전기 발생 부를 하나 이상 구비하여 형성되며,MEA, the first and second separators respectively disposed on both sides of the MEA, each having a fuel passage and an air passage to electrochemically react hydrogen and oxygen supplied from the fuel supply portion and the air supply portion to generate electrical energy. It is formed by having at least one electricity generating unit including;
상기 제1 세퍼레이터와 MEA 사이 및 제2 세퍼레이터와 MEA 사이 중 어느 일측 이상에 개재되는 보강부재를 포함한다.And a reinforcing member interposed between any one or more sides of the first separator and the MEA and between the second separator and the MEA.
상기 제1 세퍼레이터는 평행한 직선 상태의 연료통로를 다수로 구비한다.The first separator includes a plurality of fuel passages in a parallel and straight state.
상기 제1 세퍼레이터는 연료통로의 유입구 및 배출구 측에 보강부재를 안장시키는 안장 계단을 구비한다.The first separator includes a saddle stairway that saddles a reinforcing member on the inlet and outlet sides of the fuel passage.
상기 안장 계단은 MEA의 개스킷 부분에 대응되는 연료통로의 유입구 및 배출구 측 선단에 형성된다.The saddle stairs are formed at the inlet and outlet side ends of the fuel passage corresponding to the gasket portion of the MEA.
상기 연료통로의 유입구 및 배출구 측에는 MEA, 보강부재, 연료통로, 및 제1 세퍼레이터가 순차적으로 형성 및 배치된다.MEAs, reinforcing members, fuel passages, and first separators are sequentially formed and arranged at the inlet and outlet sides of the fuel passage.
상기 보강부재는 연료통로의 유입구 및 배출구 측에 소정의 폭을 가지고 배치되도록 띠 형상으로 이루어진다.The reinforcing member has a band shape so as to have a predetermined width at the inlet and outlet of the fuel passage.
상기 제2 세퍼레이터는 평행한 직선 상태의 공기통로를 다수로 구비한다.The second separator includes a plurality of air passages in a parallel and straight state.
상기 제2 세퍼레이터는 공기통로의 유입구 및 배출구 측에 보강부재를 안장시키는 안장 계단을 구비한다.The second separator has a saddle step for saddle-reinforcing members on the inlet and outlet sides of the air passage.
상기 안장 계단은 MEA의 개스킷 부분에 대응되는 공기통로의 유입구 및 배출구 측 선단에 형성된다.The saddle stairs are formed at the inlet and outlet side ends of the air passage corresponding to the gasket portion of the MEA.
상기 공기통로의 유입구 및 배출구 측에는 MEA, 보강부재, 공기통로, 및 제2 세퍼레이터가 순차적으로 형성 및 배치된다.MEAs, reinforcing members, air passages, and second separators are sequentially formed and arranged at the inlet and outlet sides of the air passage.
상기 보강부재는 공기통로의 유입구 및 배출구 측에 소정의 폭을 가지고 배 치되도록 띠 형상으로 이루어진다.The reinforcing member is formed in a band shape so as to have a predetermined width on the inlet and outlet of the air passage.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a fuel cell system according to the present invention.
이 도면을 참조하여 연료전지 시스템을 설명하면, 이 연료전지 시스템은, 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스와 같은 탄화수소 계열의 연료를 개질하여 수소가 풍부한 개질 가스를 발생시키고, 그 수소 가스와 외부 공기를 전기 화학적으로 반응시켜 발생되는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 PEMFC 방식을 채용하고 있다는 것을 알 수 있다.Referring to this drawing, a fuel cell system is described. The fuel cell system reforms a hydrocarbon-based fuel such as methanol, ethanol, or natural gas to generate a hydrogen-rich reformed gas, and generates the hydrogen gas and external air. It can be seen that the PEMFC method which converts chemical energy generated by chemical reaction directly into electrical energy is adopted.
이 연료전지 시스템은 상기한 탄화수소 계열의 연료를 개질하여 공급하는 연료 공급부(10), 외부의 공기를 공급하는 공기 공급부(12), 및 상기와 같이 공급되는 수소 가스와 공기의 반응에 따른 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전기를 생산하는 스택(14)을 포함하는 구성으로 이루어진다.The fuel cell system includes a
상기 연료 공급부(10)는 액상의 연료를 직접 스택(14)으로 공급하여 전기를 생산하는 DMFC 방식의 경우, 상기 PEMFC 방식과 달리 개질기(16)가 배제된 구성을 이루게 된다. 이하에서는 상기한 PEMFC 방식을 적용한 연료전지 시스템을 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The
연료 공급부(10)는 수소를 함유한 액상의 연료를 저장하는 연료탱크(18)와, 이 연료탱크(18)에 저장된 연료를 배출시키도록 연료탱크(18)에 연결 설치되는 연 료펌프(20)를 구비한다. 이 연료탱크(18) 및 연료펌프(20)는 개질기(16)를 개재하여 스택(14)에 연료를 공급할 수 있도록 연결된다.The
상기 공기 공급부(12)는 펌핑력으로 외부 공기를 흡입하여 압송하는 공기 펌프(22)를 포함하며, 이 공기 펌프(22)는 스택(14)으로 공기를 공급할 수 있도록 연결된다.The air supply unit 12 includes an
본 발명의 연료전지 시스템에서, 연료는 탑재와 저장이 용이한 탄화수소 계열의 연료, 예컨대, 메탄올, 에탄올, 천연 가스 등을 포함한다. 그러나 상기한 연료는 위와 같은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스에 물이 혼합된 것일 수도 있으며, 이하에서 편의상 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스를 액상의 연료라 한다.In the fuel cell system of the present invention, the fuel includes a hydrocarbon-based fuel that is easy to mount and store, such as methanol, ethanol, natural gas, and the like. However, the fuel may be a mixture of water with methanol, ethanol or natural gas as described above, hereinafter, methanol, ethanol or natural gas is referred to as a liquid fuel for convenience.
상기한 연료 공급부(10)와 공기 공급부(12)로부터 연료 및 공기를 공급받는 스택(14)은 이들을 산화/환원시켜 전기를 발생시킨다.The
도 2는 본 발명에 따른 스택을 분해 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 스택에서 한 전기 발생부를 분해 도시한 사시도이다.Figure 2 is an exploded perspective view showing a stack according to the present invention, Figure 3 is an exploded perspective view showing one electric generator in the stack according to the present invention.
이 도면들을 참조하여 스택(14)을 설명하면, 이 스택(14)은 개질기(16)를 통하여 공급되는 개질된 수소 가스 또는 수소 가스와 공기 공급부(12)로부터 공급되는 공기를 전기 화학적인 반응으로 전기 에너지를 발생시키는 전기 발생부(24)들을 다수로 구비하고 있다. 이 전기 발생부(24)는 각각 전기를 발생시키는 단위의 셀(cell)을 의미하며, 수소 가스와 공기를 산화/환원시키는 MEA(26)와 수소 가스와 공기를 각각 MEA(26)로 공급하도록 MEA(26)의 양측에 배치되는 제1, 제2 세퍼레이터(바이폴라 플레이트라고도 한다)(28, 29)로 형성된다. 이와 같은 전기 발생부(24)는 하나로 연료전지를 형성할 수도 있으며, 통상 연속적으로 배치되는 다수에 의하여 연료전지를 구성하게 된다.Referring to the
이 MEA(26)는 양측면을 이루는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 전해질막이 개재된 통상적인 구조로 이루어진다. 애노드 전극은 제1 퍼레이터(28)를 통해 수소 가스를 공급받는 부분으로서, 산화 반응에 의해 수소 가스를 전자와 수소 이온으로 변환시키는 촉매층과 전자와 수소 이온의 원활한 이동을 위한 기체 확산층(Gas Diffusion Layer)으로 구성된다. 캐소드 전극은 제2 세퍼레이터(29)를 통해 공기를 공급받는 부분으로서 환원 반응에 의해 산소를 전자와 산소 이온으로 변환시키는 촉매층과 전자와 산소 이온의 원활한 이동을 위한 기체 확산층으로 구성된다. 그리고 전해질막은 그 두께가 50∼200㎛인 고체 폴리머 전해질로서, 애노드 전극의 촉매층에서 생성된 수소 이온을 캐소드 전극의 촉매층으로 이동시키는 이온 교환의 기능을 가진다.The
이와 같이 구성되는 전기 발생부(24)는 다음의 반응식과 같은 반응에 따라 전기와 물 그리고 열을 생성시킨다.The
애노드 전극 반응: H2 → 2H+ + 2e- The anode reaction: H 2 → 2H + + 2e -
캐소드 전극 반응: O2 + 2H+ + 2e- → H2OThe cathode reaction: O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O
전체 반응: H2 + O2 → H2O + 전류 + 열Total reaction: H 2 + O 2 → H 2 O + current + heat
즉, 제1 세퍼레이터(28)의 연료통로(30)를 통해 MEA(26)의 애노드 전극으로 수소 가스가 공급되고, 제2 세퍼레이터(29)의 공기통로(32)를 통해 MEA(26)의 캐소드 전극으로 공기가 공급된다. 이 수소 가스는 애노드 전극으로 흘러 촉매층에서 전자와 수소 이온으로 분해된다. 이 수소 이온이 전해질막을 통하여 이동되면 역시 촉매의 도움으로 캐소드 전극에서 전자와 산소 이온 그리고 이동된 수소 이온이 합쳐져 물을 생성한다. 여기서 애노드 전극에서 생성된 전자는 전해질막을 통하여 이동되지 못하고 외부 회로를 통하여 캐소드 전극으로 이동됨에 따라 전기 발생부(24)는 전기를 발생시킨다.That is, hydrogen gas is supplied to the anode electrode of the
상기 스택(14)은 그 일측으로 연료 및 공기가 공급되고, 다른 일측으로 미반응 연료 및 공기가 배출되도록 구성된 것을 예시하면서, 일측으로 공급되는 연료 및 공기가 각각 제1 세퍼레이터(28) 및 제2 세퍼레이터(29)에서 어떻게 공급 순환되는 지에 대한 구체적인 구성을 생략하고 있으며, 이에 대한 구성은 공지의 것이 적용될 수 있다.The
도 4는 도 3의 전기 발생부를 조립한 상태의 A-A 선에 따른 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line A-A in the state of assembling the electricity generating unit of FIG.
이 도면들을 참조하여 스택(14)을 구성하는 제1, 제2 세퍼레이터(28, 29)를 설명하면, 본 발명의 제1 세퍼레이터(28)는 연료통로(30)를 구비하고 있다. 이 연료통로(30)는 연료 공급부(10)에 연결되어 이로부터 수소가 포함된 연료를 공급하도록 형성된다. 제2 세퍼레이터(29)는 공기통로(32)를 구비하고 있다. 이 공기통로(32)는 공기 공급부(12)에 연결되어 이로부터 산소가 포함된 공기를 공급하도록 연결된다. 이 제1, 제2 세퍼레이터(28, 29)는 MEA(26)를 사이에 두고 그 양측에 연료통로(30)와 공기통로(32)를 각각 형성하고 있다.Referring to these drawings, the first and
제1 세퍼레이터(28)의 연료통로(30)는 수소 가스를 MEA(26) 측으로 공급하는 부분으로서, 일측에서 다른 일측으로 연속 왕복되는 굴곡 형상으로 이어지는 곡선으로 형성될 수도 있으나, 도시된 바와 같이 각각 직선 상태로 형성되고, 인접한 다른 연료통로(30)들과 평행 상태를 유지하게 형성될 수도 있다.The
제2 세퍼레이터(29)의 공기통로(32)는 산소를 MEA(26) 측으로 공급하는 부분으로서, 일측에서 다른 일측으로 연속 왕복되는 굴곡 형상으로 이어지는 곡선으로 형성될 수도 있으나 도시된 바와 같이 각각 직선 상태로 형성되고, 인접한 다른 공기통로(32)들과 평행 상태를 유지하게 형성될 수도 있다. 이 공기통로(32)는 공기를 공급하는 경우, 연료통로(30)와 달리 직선 상태로 형성되어 연료통로(30)로 공급되는 수소의 양보다 많은 양의 공기를 공급할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. The
상기한 연료통로(30)들을 구비하는 제1 세퍼레이터(28)와 MEA(26) 사이 및 공기통로(32)를 구비한 제2 세퍼레이터(29)와 MEA(26) 사이 중 어느 일측 또는 양측에 보강부재(34)가 개재되어 있다. 이 보강부재(34)는 상기한 2 사이의 양측 모두에 또는 어느 일측에만 구비될 수도 있으나, 어느 일측에만 구비되는 경우, 공기통로(32)를 구비한 제2 세퍼레이터(29)와 MEA(26) 사이에 구비되는 것이 바람직하다. 이 보강부재(34)는 연료통로(30) 또는 공기통로(32)에 의하여 지지되지 못하는 MEA(26) 부분을 지지하여, 이 부분에서 MEA(26)의 변형을 방지하여 MEA(26)의 양측에서 들뜨는 현상을 방지하게 된다. 이때 보강부재(34)와 제1, 제2 세퍼레이터(28, 29)는 보다 긴밀하고 견고한 안장이 요구된다.Reinforcement on either or both sides between the
이를 위하여, 제1 세퍼레이터(28)는 연료통로(30)의 유입구(30a) 및 배출구(30b) 측에 보강부재(34)를 안장시키는 안장 계단(28a)을 구비하는 것이 바람직하다. 이 안장 계단(28a)은 MEA(26)의 개스킷 부분(26a)에 대응되는 연료통로(30)의 유입구(30a) 및 배출구(30b) 측 선단에 형성된다. 이 보강부재(34)는 연료통로(30)의 유입구(30a) 및 배출구(30b) 측에서 이에 대응되는 MEA(26) 개스킷 부분(26a)을 보강 지지하여, 이 부분(26a)이 연료통로(30) 측으로 변형되는, 즉 쭈글쭈글하게 굴곡되어 들어가는 것을 방지한다. 따라서 이 보강부재(34)는 MEA(26)와 연료통로(30)의 유입구(30a) 및 배출구(30b) 사이에서 찌그러지지 않는 충분한 강성을 가질 수 있도록 소정의 폭을 가지고 띠 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.To this end, the
이로 인하여, 연료통로(30)의 유입구(30a) 및 배출구(30b) 측에는 MEA(26), 보강부재(34), 연료통로(30), 및 제1 세퍼레이터(28)가 순차적으로 형성 및 배치되어, MEA(26)의 연료통로(30) 측이 들뜨는 것을 방지하게 된다. 이로 인하여 연료통로(30)의 유입구(30a) 및 배출구(30b) 측에는 수소 가스의 배출이 방지된다.Therefore, the
또한, 제2 세퍼레이터(29)는 공기통로(32)의 유입구(32a) 및 배출구(32b) 측에 보강부재(34)를 안장시키는 안장 계단(29a)을 구비하는 것이 바람직하다. 이 안장 계단(29a)은 MEA(26)의 개스킷 부분(26a)에 대응되는 공기통로(32)의 유입구(32a) 및 배출구(32b) 측 선단에 형성된다. 이 보강부재(34)는 공기통로(32)의 유입구(32a) 및 배출구(32b) 측에서 이에 대응되는 MEA(26) 개스킷 부분(26a)을 보강 지지하여, 이 부분(26a)이 공기통로(32) 측으로 변형되는, 쭈글쭈글하게 굴곡 되어 들어가는 것을 방지한다. 따라서 이 보강부재(34)는 MEA(26)와 공기통로(32)의 유입구(32a) 및 배출구(32b) 사이에서 찌그러지지 않는 충분한 강성을 가질 수 있도록 소정의 폭을 가지고 띠 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the
이로 인하여, 공기통로(32)의 유입구(32a) 및 배출구(32b) 측에는 MEA(26), 보강부재(34), 공기통로(32), 및 제2 세퍼레이터(29)가 순차적으로 형성 및 배치되어, MEA(26)의 공기통로(32) 측이 들뜨는 것을 방지하게 된다. 이로 인하여 공기통로(32)의 유입구(32a) 및 배출구(32b) 측에는 공기의 배출이 방지된다.Therefore, the
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.
이와 같이 본 발명에 의하면, 공기통로 및 연료통로의 어느 일측 또는 양측 각 유입구 및 배출구에 보강부재를 구비하여, 각 통로의 유입구 및 배출구에 구비되는 보강부재와 이에 대응하는 MEA를 상호 밀착시킴에 따라, MEA와 세퍼레이터 사이에서 발생되는 들뜸 현상을 방지하여 연료통로부터 수소 가스의 누설을 방지하고, 이로 인하여 수소 가스와 산소의 불안정한 반응을 방지하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a reinforcing member is provided at each inlet and outlet of one or both sides of the air passage and the fuel passage, and the reinforcing members provided at the inlet and the outlet of each passage and the corresponding MEA are in close contact with each other. In addition, by preventing the lifting phenomenon generated between the MEA and the separator to prevent the leakage of hydrogen gas from the fuel tank, thereby preventing the unstable reaction of hydrogen gas and oxygen.
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