KR100767924B1 - 연료전지 스택 - Google Patents

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KR100767924B1
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cooling water
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air
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임종구
정지훈
한인수
서형석
김민성
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지에스칼텍스 주식회사
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Abstract

본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로, 평단면이 부채꼴형상으로 이루어진 스택이 케이싱(20)의 내부에 원주방향으로 배열되고, 그 중 최외측 분리판(10)들에 인접하여 각각의 엔드플레이트(25)가 배열되며, 상기 엔드플레이트(25)들의 사이에 양측면이 경사면으로 형성된 쐐기부재(40)가 압입되어 상기 분리판(10)들을 가압함으로써 스택이 조립되는 구조로 이루어진다.
따라서, 종래에 분리판이 층상으로 적층되는 스택에서와는 달리, 모든 분리판(10)에 동일한 체결압이 가해짐으로써 스택 발전성능, 내구성 및 시일성이 향상된다.
또한, 각 분리판에 형성되는 연료채널, 공기채널, 냉각수채널의 유입구가 상기 분리판으로 이루어진 원통체의 내경부에 위치하게 되어 각 분리판의 입구조건이 동일해짐으로써 모든 분리판에 균일하게 연료, 공기, 냉각수를 공급할 수 있게 된다.

Description

연료전지 스택{fuel cell stack}
도 1의 (a)는 종래 연료전지 스택의 평면도, (b)는 정면도,
도 2는 종래 연료전지 스택의 분리판 사시도,
도 3의 (a)는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 평면도, (b)는 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 분리판 사시도로서, (a)는 연료극측 면을 도시한 도면, (b)는 공기극측 면을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 분리판 배열 상태도,
도 6은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 조립상태를 상방에서 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 조립상태를 하방에서 도시한 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 개략 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 분리판 11 : 연료채널
12 : 공기채널 (13) : 냉각수채널
11a,12a,13a : 유입구 11b,12b,13b : 배출구
20 : 케이싱 25 : 엔드플레이트
31 : 연료공급관 32 : 공기공급관
33 : 냉각수공급관 31a,32a,33a : 챔버
31b,32b,33b : 연결관 41 : 연료배출매니폴드
42 : 공기배출매니폴드 43 : 냉각수배출매니폴드
41a,42a,43a : 배출관
본 발명은 연료전지의 스택에 관한 것으로, 특히 분리판이 원통의 원주방향으로 배열되는 도넛형(doughnut type) 연료전지 스택에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 막전극조합체(MEA;membrane electrode assembly, 연료극(anode)과 공기극(cathode)의 사이에 전해질막(electrolyte membrane)이 개재되어 구성됨)와 그 양쪽에 배치된 분리판(separator, bipolar plate)으로 이루어진 단위전지(unit cell)가 다수 적층되어 구성된 스택(stack)을 포함하며, 이 스택에서 실제 발전작용(전류의 생성)이 이루어지게 된다.
도 1의 (a)와 (b)는 종래 연료전지 스택의 평면도와 정면도로서, 다수의 분리판(1)이 적층되고(상기 막전극접합체는 외부에서 보이지 않으므로 본 발명의 상세한 설명에서는 분리판을 위주로 발명을 기재하기로 한다.), 그 상/하단에 엔드플레이트(2)가 배치되며, 이를 관통하여 다수의 볼트(3)가 체결됨으로써 스택이 조립 된다.
한편, 스택에는 상기 연료극으로 수소를 포함한 개질가스가 공급되고 상기 공기극으로 산소를 포함한 공기가 공급되어야만 수소와 산소의 전기화학 반응에 의하여 물과 열이 생성되면서 발전이 이루어지게 되며, 또한 생성되는 열에 의한 스택의 과열을 방지하기 위하여 냉각수가 공급되어야만 한다.
따라서, 도시된 바와 같이, 연료가스, 공기, 냉각수 공급을 위한 가스 및 냉각수 공급구(4)와 이들의 배출구(5)가 형성되어 있다.
상기 가스 및 냉각수 공급구(4)와 배출구(5)는 도 2에 도시된 바와 같이, 각 분리판(1)의 양측부에 형성된 매니폴드홀(4a,4b,4c ; 5a,5b,5c)들이 분리판(1)의 적층시 상호 연통되어 형성된 각 매니폴드에 연결되며, 각 분리판(1)의 양측면에는 해당 매니폴드홀을 상호 연결(4a,5a; 4b,5b; 4c,5c)하는 연료가스와 공기의 이동을 위한 채널(1a)이 형성되고, 내부를 관통하여 냉각수채널(도시되지 않음)이 형성되어 있다.
따라서, 상기 공급구(4)를 통해 스택 내로 공급된 가스 및 냉각수는 공급측 매니폴드를 통해 각 분리판(1)의 채널을 거쳐 흐른 뒤, 배출측 매니폴드와 배출구(5)를 통해 빠져나가게 된다.
따라서, 지속적인 연료 및 공기의 공급과 냉각수 순환이 이루어짐으로써 정상적인 발전 작동이 유지된다.
그런데, 상기와 같은 종래의 연료전지 스택은 직사각형 형태의 분리판(1)을 적층하여 수직방향으로 압력을 가하는 것이기 때문에 각 분리판(1)에 일정한 압력 을 가하는 것이 어려우며, 또한 볼트(3) 체결 인접부와 그 외 부분 사이에도 균일한 압력을 형성하기 곤란하였다.
따라서, 전해질막에 가해지는 압력이 균일하지 않아 스택 전체적으로 효율적인 발전작용이 이루어지지 않았으며, 또한 분리판(1) 및 엔드플레이트(2)에 변형이 발생하여 가스 및 냉각수의 누출을 초래하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같이 분리판(1)이 층상으로 적층되어 있음으로써 가스 및 냉각수 공급구(4)로부터 각 분리판(1)의 매니폴드홀(4a,4b,4c) 즉, 이에 연통된 연료, 공기, 냉각수의 채널 입구의 위치가 상이하여 각 분리판(1)으로 공급되는 연료, 공기 및 냉각수의 양이 균일하지 않다는 문제점이 있었으며, 이에 따라 각 분리판에 적정한 양의 연료와 공기 및 냉각수가 공급되지 않으므로 스택 전체적으로 발전성능 저하 및 저냉각부의 내구성 저하 등의 문제를 발생시켰다.
또한, 종래의 분리판(1)은 양측부에 매니폴드홀(4a,4b,4c ; 5a,5b,5c)들이 형성되는 부분이 존재해야만 하므로 분리판(1)의 크기가 커지고, 또한 분리판(1) 적층시 각 매니폴드홀(4a,4b,4c ; 5a,5b,5c)들의 접촉부가 모두 가스 및 냉각수의 누출 가능성이 있는 부분이므로 구조 자체가 실링(sealing) 측면에서 불리한 구조였다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스택을 구성하는 각 분리판마다 동일한 압력을 면적 전체에 걸쳐 균일하게 줄 수 있게 되고, 스택 내에서 각 분리판의 연료, 공기, 냉각수의 입구조건을 동일하게 형 성함으로써 스택의 발전성능 및 내구성을 제고하고, 분리판에 매니폴드홀을 형성하지 않음으로써 분리판의 크기가 감소함과 더불어 가스 및 냉각수 누출의 가능성을 저감시킬 수 있도록 된 연료전지 스택을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
평단면이 부채꼴 형상으로 이루어진 다수의 분리판이 환형의 케이싱내에 원주방향으로 배열되어 이루어진다.
상기 분리판 중 최외측 분리판에 접하여 분리판과 동일 단면 형상의 엔드플레이트가 배치되고, 상기 엔드플레이트의 사이에 쐐기부재가 압입된다.
상기 분리판에는 양측 표면과 판 내부를 관통하여 연료채널, 냉각수채널, 공기채널이 형성되며, 이들의 유입구는 각각 상기 분리판으로 이루어진 원통체 내경부의 상단, 중단, 하단에 해당되는 부분에 형성되고, 배출구는 상기 원통체 외경부의 하단, 중단, 상단에 해당되는 부분에 형성된다.
상기 분리판으로 이루어진 원통체의 내경부 상단, 중단, 하단에 상기 연료채널, 냉각수채널, 공기채널에 연결되는 연료공급관, 냉각수공급관, 공기공급관이 삽입설치된다.
상기 연료공급관은 상기 원통체의 내경부에 삽입된 원통형 챔버와 이 챔버의 상측 중앙에 형성되어 원통체의 외부로 돌출되는 연결관으로 이루어지며, 상기 챔버는 상기 연료채널의 유입구와 연통된다.
상기 냉각수공급관은 상기 원통체의 내경부에 삽입된 원통형 챔버와 이 챔버 로부터 상기 공기공급관을 통하여 원통체의 외부로 돌출되는 연결관으로 이루어지며, 상기 챔버는 상기 냉각수채널의 유입구와 연통된다.
상기 공기공급관은 상기 원통체의 내경부에 삽입된 원통형 챔버와 이 챔버의 하측 중앙에 형성되어 원통체의 외부로 돌출되는 연결관으로 이루어지며, 상기 챔버는 상기 공기공급채널의 유입구와 연통된다.
상기 공기공급관의 챔버에는 상기 냉각수공급관의 연결관이 관통되는 관통홀이 형성되고, 상기 공기공급관의 연결관은 상기 냉각수공급관의 연결관보다 소정 길이 큰 지름으로 형성된다.
한편, 상기 분리판으로 이루어진 원통체의 외경부 상단, 중단, 하단에는 각각 상기 공기채널, 냉각수채널, 연료채널의 배출구와 각각 연통되는 공기배출매니폴드, 냉각수배출매니폴드, 연료배출매니폴드가 장착된다.
상기 공기배출매니폴드, 냉각수배출매니폴드, 연료배출매니폴드에는 각각의 배출관이 형성된다.
상기 공기배출매니폴드, 냉각수배출매니폴드, 연료배출매니폴드들의 사이에 케이싱이 설치된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 평면도와 정면도로서, 본 발명은 평단면이 부채꼴 형상으로 이루어진 다수의 분리판(10)이 원형의 케이싱(20) 내에서 원주방향으로 상호 밀착된 상태로 배열되어 구성된다.
상기 분리판(10)의 정면은 도 4의 (a),(b)에서와 같이 직사각형 판재 형상이며, 그 좌우 길이는 상기 케이싱(20)의 반경보다 소정 길이 짧게 제작되어, 본 발명에 따른 연료전지 스택은 중앙에 상하로 관통되는 내경부가 형성된 도넛형(doughnut type)의 원통체로 구성된다.
한편, 상기 분리판(10)을 소정의 압력으로 상호 밀착시키기 위하여 원주방향으로 배열된 상태에서 최외측에 위치한 분리판(10)의 외측에는 분리판(10)과 동일한 형상의 엔드플레이트(25)가 배치되고(필요 강성 확보를 위하여 원주방향 두께는 분리판(10)보다 두껍게 형성된다.), 상기 엔드플레이트(25)의 사이에 양측면이 양쪽 엔드플레이트(25)들의 면과 동일한 경사각의 경사면으로 형성된 쐐기부재(40)가 압입된다.
상기 쐐기부재(40)는 양쪽 엔드플레이트(25) 사이의 공간에서 상기 원통체의 반경방향 외측부분으로부터 내측부분으로 압입됨으로써 화살표 방향과 같이 양쪽 엔드플레이트(25)를 가압하여 스택내 분리판(10)들에 체결압력을 가하게 되며, 서로 길이가 다른 복수개가 사용될 수 있다.
이때 반경방향 외측에 위치한 쐐기부재(40)의 길이가 내측에 위치한 것보다 상대적으로 길게 형성됨은 물론이다.
한편, 상기 케이싱(20)은 상기 분리판(10)들에 형성되는 압력에 의하여 원주방향으로 길이가 증가되지 않는 강성을 가진 금속재질의 밴드 또는 링이 사용된다.
또한, 상기 케이싱(20)은 그 조임정도를 조절(원주방향의 길이조절)하여 상기 분리판(10)에 작용하는 압력을 적절히 조절할 수 있도록 공지의 클램핑수단들로 대체될 수 있다.
한편, 도 4의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 분리판(10)의 양쪽 측면 즉, 연료극측 면과 공기극측 면에는 각각 연료극과 공기극에 연료(수소 포함한 개질가스)와 공기(산소 포함)를 공급할 수 있도록 연료채널(11)과 공기채널(12)이 형성된다.
상기 연료채널(11)은 도 4(a)와 같이, 상기 원통체의 내경부 상단에 해당되는 부분에 유입구(11a)가 형성되고, 반대쪽인 상기 원통체의 외경부 하단에 해당되는 부분에 배출구(11b)가 형성된다.
이와는 반대로, 상기 공기채널(12)은 도 4(b)와 같이, 상기 원통체의 내경부 하단에 해당되는 부분에 유입구(12a)가 형성되고, 반대쪽인 상기 원통체의 외경부 상단에 해당되는 부분에 배출구(12b)가 형성된다.
또한, 형성된 전체 모습이 도시되지는 않으나, 상기 분리판(10)의 내부에는 스택 냉각용 냉각수가 흐르는 냉각수채널(도면부호 부여시 13에 해당)이 형성된다. 도면에서는 상기 냉각수채널의 유입구(13a)가 상기 원통체의 내경부 중단에 해당되는 부분에 형성된 것을 확인할 수 있다. 그리고, 상기 냉각수채널의 배출구(13b)는 상기 원통체의 외경부 중단 부분에 형성된다.(도 5에 도시)
도 5에는 상기와 같이 연료채널(11), 공기채널(12) 및 냉각수채널이 형성된 분리판(10)이 상호 원주방향으로 밀착 배열되어 이루어진 원통체를 하방에서 도시한 것으로, 상기 원통체의 내경부 하단에 상기 공기채널(12)의 유입구(12a)가 형성된 것과, 상기 원통체의 외경부 상단에 상기 공기채널(12)의 배출구(12b)가 형성된 것, 또한 상기 외경부 하단에 상기 연료채널(11)의 배출구(11b)가 형성된 것 및, 상기 외경부 중단에 상기 냉각수채널의 배출구(13b)가 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 6 내지 도 8에는 상기 분리판(10)들로 이루어진 원통체의 내경부에 상기 연료, 공기 및 냉각수 채널들의 각 유입구 및 배출구들과 연결되어 이들에 각각 연료, 공기 및 냉각수를 공급하고 배출하기 위한 공급관과 배출용 매니폴드가 설치된 모습이 도시되어 있다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 분리판(10)들로 이루어진 원통체의 내경부에는 상단에 상기 연료채널(11)에 연결되는 연료공급관(31)이 삽입설치되고, 하단에 상기 공기채널(12)에 연결되는 공기공급관(32)이 삽입설치되며, 이들 두 공급관의 사이 즉, 상기 원통체 내경부의 중단에 상기 냉각수채널에 연결되는 냉각수공급관(33)이 삽입설치된다.
그 삽입순서는 내경부의 상부로부터 공기공급관(32), 냉각수공급관(33), 연료공급관(31)을 차례로 삽입하거나, 내경부의 하부로부터 상기의 역순으로 삽입하거나, 또는 내경부의 어느쪽 방향으로든 중간의 냉각수공급관(33)을 먼저 삽입하고 이후 상부의 연료공급관(31) 또는 하부의 공기공급관(32) 중 어느 하나를 먼저 삽입하고, 이후 나머지 것을 삽입하는 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 연료공급관(31)은 상기 원통체의 내경부 상단에 삽입된 원통형의 챔버(31a)와, 이 챔버(31a)의 상면 중앙에 상방으로 연장성형되어 상기 원통체의 외부로 돌출된 연결관(31b)으로 이루어지며, 상기 챔버(31a)는 상기 원통체 내경부 의 대응 부위에 형성되어 있는 상기 연료채널(11)의 유입구(11a)와 연통된다.
또한, 상기 냉각수공급관(33) 역시 상기 내경부의 중단에 삽입된 원통형 챔버(33a)와 이 챔버(33a)의 하면 중앙으로부터 상기 원통체의 하측 외부로 돌출되도록 연장성형된 연결관(33b)으로 이루어지며, 상기 챔버(33a)는 상기 원통체 내경부의 대응 부위에 형성되어 있는 상기 냉각수채널의 유입구(13a)와 연통된다.
그리고, 상기 공기공급관(32)은 전술한 바와 같이 상기 원통체의 내경부 하단에 삽입되는데, 이 공기공급관(32) 역시 원통형 챔버(32a)와 그 하면 중앙에 형성되어 하방으로 연장된 연결관(32b)으로 이루어지며, 상기 챔버(32a) 역시 원통체 내경부의 대응 부위에 형성되어 있는 상기 공기채널(12)의 유입구(12a)와 연통된다.
단, 상기 공기공급관(32)의 챔버(32a) 상면 중앙에는 상기 냉각수공급관(33)의 연결관(33b)이 관통되는 관통홀이 형성되고, 또한 상기 공기공급관(32)의 연결관(32b) 지름은 그 내측에 위치한 상기 냉각수공급관(33)의 연결관(33b) 지름보다 소정 길이(L) 더 크게 형성되어 있다.
따라서, 상기 원통체 내경부의 중단에 위치한 냉각수공급관(33)의 연결관(33b)이 공기공급관(32)의 챔버(32a)와 연결관(32b)을 통하여 상기 원통체의 외부로 돌출되는 상태로 설치될 수 있으며, 또한 공기공급관(32)과 냉각수공급관(33)의 연결관(32b,33b)들 사이 간격을 통하여 공기가 유입될 수 있도록 되어 있다.
이때 상기 각 채널들의 연결관(31b,32b,33b)들은 각각 연료공급장치(개질기 또는 수소공급장치), 공기공급장치, 냉각수공급장치들에 연결된다.
또한, 상기 분리판(10)에 형성된 연료채널(11), 공기채널(12), 냉각수채널을 통해 흐르는 연료와 공기 및 냉각수는 상기 분리판(10)으로 이루어진 원통체의 외경부에 각각 형성된 각 채널들의 배출구(11b,12b,13b)들을 통해 배출되므로, 이들의 스택 이후 부분에서의 관리(미반응 수소의 재사용, 비반응 공기의 배출, 냉각수 재순환 등)를 위하여 각각 종류별로 모아 배출할 수 있도록 배출용 매니폴드들이 설치된다.
즉, 도시된 바와 같이, 연료채널(11)의 배출구(11b)가 위치되는 원통체의 외경부 하단에는 연료배출매니폴드(41)가 설치되되, 이 연료배출매니폴드(41)는 디귿자(??)형 단면의 환형체로서 개방된 내주면을 통하여 상기 연료채널(11)의 배출구(11b)와 연통된다.
또한, 냉각수채널(13)의 배출구(13b)가 위치되는 원통체의 외경부 중단과 공기채널(12)의 배출구(12b)가 위치되는 원통체의 외경부 상단에는 각각 상기 연료배출매니폴드(41)와 동일한 형상의 냉각수배출매니폴드(43)와 공기배출매니폴드(42)가 상기 냉각수채널(13)의 배출구(13b)와 공기채널(12)의 배출구(12b)에 연통되는 상태로 설치된다.
그리고, 상기 연료배출매니폴드(41), 공기배출매니폴드(42) 및 냉각수배출매니폴드(43)에는 외주면 상의 임의의 위치에 각각의 배출관(41a,42a,43a)들이 형성된다.
한편, 상기와 같이 설치된 공기배출매니폴드(42), 냉각수배출매니폴드(43) 및 연료배출매니폴드(41)의 사이에는 간격이 존재하게 되며, 이 부분에 전술한 케 이싱(20)이 설치된다.
이제, 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 연료전지 스택에는 상부의 연료공급관(31)의 연결관(31b), 스택 하부의 공기공급관(32)의 연결관(32b) 및 냉각수공급관(33)의 연결관(33b)를 통해 각각의 공급장치로부터 연료가스와 공기 및 냉각수가 공급된다.
상기 연료공급관(31), 공기공급관(32) 및 냉각수공급관(33)의 챔버(31a,32a,33a)로 유입된 각 가스 및 냉각수는 연통되어 있는 해당 유입구(11a,12a,13a)→ 각 해당 채널(11,12,13)→ 이에 연결된 해당 배출구(11b,12b,13b) 및 이들의 배출매니폴드(41,42,43)→ 이들에 형성된 배출관(41a,42a,43a)을 통해 스택 외부로 배출된다.
그 과정에서 상기 연료채널(11)로 공급된 수소와 공기채널(12)로 공급된 산소가 분리판(10) 사이에 개재된 막전극조합체(MEA)에서 전기화학반응하여 물 및 열을 생성하는 동시에 발전이 이루어지게 된다.
한편, 본 발명에 따른 연료전지 스택은 평단면이 부채꼴 형상으로 이루어진 분리판(10)들이 원주상으로 배열되고, 이들의 양쪽 엔드플레이트(25)를 쐐기부재(40)가 가압하고 있기 때문에 모든 분리판(10)에 원주방향으로 동일한 압력이 가해지게 된다.
또한, 분리판(10)을 관통하는 볼트에 의한 체결이 이루어지는 것이 아니므로 개개의 분리판(10)에도 종래에 볼트 주변부에 상대적으로 강한 체결력이 존재하는 것과는 달리 분리판(10)의 면적 전체에 균일한 체결압력이 형성된다.
따라서, 분리판(10) 사이의 전해질막에도 전체적으로 균일한 압력이 형성되어 이온 전달이 원활하게 이루어짐으로써 각 단위전지의 발전효율이 향상되어 스택 전체의 발전성능이 향상된다.
또한, 상기와 같이 스택 전체에 균일한 압력이 가해지므로 엔드플레이트(25)나 각 분리판(10)에 변형이 발생하지 않게 되어 변형으로 인한 연료, 공기 및 냉각수의 누출이 방지된다.
또한, 본 발명에 따른 스택은 모든 가스 및 냉각수 채널(11,12,13)들의 유입구(11a,11b,11c)가 분리판(10)으로 이루어진 원통체의 중앙 내경부에 위치되어 있고, 이 원형의 내경부에 축방향으로 가스 및 냉각수의 공급이 이루어지므로 각 채널별 유입구(11a,11b,11c)들은 모두 입구조건(공급관으로부터의 거리, 압력, 유속)이 동일하게 된다.
따라서, 종래의 층상의 적층구조에서 분리판(1)들에 공급되는 연료, 공기, 냉각수의 양이 불균일하던 현상이 해소되고, 모든 분리판(10)들에 동일한 양의 연료, 공기, 냉각수가 공급됨으로써 종래에 연료 및 공기가 부족하게 공급되던 분리판에서의 발전량이 증가되어 스택 전체의 발전성능이 향상된다.
또한, 종래에 냉각수가 부족하게 공급되어 과열됨으로써 발전효율이 저하되고, 또한 구조적인 내구성도 떨어지며, 주변 분리판의 발전성능에도 악영향을 주었던 저냉각 분리판들이 정상적으로 냉각됨으로써 스택 전체적으로 발전성능과 내구 성이 향상되게 된다.
또한, 본 발명에 따른 스택을 구성하는 상기 분리판(10)들은 종래의 분리판(1)에 비하여 양쪽 측부에 판면적을 증가시키는 매니폴드홀(4a,4b,4c,5a,5b,5c)이 형성되지 않으므로 분리판(10)의 크기가 감소될 뿐만 아니라 가스 및 냉각수의 누출 가능 부위가 대폭 감소하므로 스택의 실링 안정성이 크게 향상된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 스택을 구성하는 모든 분리판에 동일한 압력이 형성됨으로써 스택의 발전성능이 향상되고 변형으로 인한 가스 및 냉각수 누출이 방지되는 효과가 있다.
또한, 상기 모든 분리판들의 입구조건이 동일하게 형성됨으로써 저효율 발전 분리판과 저냉각 분리판이 존재하지 않게 되는 바, 이에 의해 스택 전체 관점에서 발전성능 및 냉각성능이 향상되는 효과가 있다.
또한, 분리판 자체에 매니폴드홀이 형성되지 않아 분리판의 크기가 감소되는 장점이 있고, 동일한 이유로 연료, 공기 및 냉각수의 누출 가능 부위가 감소됨으로써 스택의 실링성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 평단면이 부채꼴 형상으로 이루어진 다수의 분리판(10)이 환형의 케이싱(20)내에 원주방향으로 배열되어 이루어진 연료전지 스택.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 분리판(10) 중 최외측 분리판(10)에 접하여 분리판(10)과 동일 단면 형상의 엔드플레이트(25)가 배치되고, 상기 엔드플레이트(25)의 사이에 쐐기부재(40)가 압입된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 분리판(10)에는 양측 표면과 판 내부를 관통하여 연료채널(11), 냉각수채널, 공기채널(12)이 형성되며, 이들의 유입구(11a,13a,12a)는 각각 상기 분리판(10)으로 이루어진 원통체 내경부의 상단, 중단, 하단에 해당되는 부분에 형성되고, 배출구(11b,13b,12b)는 상기 원통체 외경부의 하단, 중단, 상단에 해당되는 부분에 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 분리판(10)으로 이루어진 원통체의 내경부 상단, 중단, 하단에 상기 연료채널(11), 냉각수채널, 공기채널(12)에 연결되는 연료공급관(31), 냉각수공급관(33), 공기공급관(12)이 삽입설치된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 연료공급관(31)은 상기 원통체의 내경부에 삽입된 원통형 챔버(31a)와 이 챔버(31a)의 상측 중앙에 형성되어 원통체의 외부로 돌출되는 연결관(31b)으로 이루어지며, 상기 챔버(31a)는 상기 연료채널(11)의 유입구(11a)와 연통된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 냉각수공급관(33)은 상기 원통체의 내경부에 삽입된 원통형 챔버(33a)와 이 챔버(33a)로부터 상기 공기공급관(32)을 통하여 원통체의 외부로 돌출되는 연결관(33b)으로 이루어지며, 상기 챔버(33a)는 상기 냉각수채널의 유입구(13a)와 연통된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 공기공급관(32)은 상기 원통체의 내경부에 삽입된 원통형 챔버(32a)와 이 챔버(32a)의 하측 중앙에 형성되어 원통체의 외부로 돌출되는 연결관(32b)으로 이루어지며, 상기 챔버(32b)는 상기 공기공급채널(12)의 유입구(12a)와 연통된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 공기공급관(32)의 챔버(32a)에는 상기 냉각수공급관(33)의 연결관(33b)이 관통되는 관통홀이 형성되고, 상기 공기공급관(32)의 연결관(32b)은 상기 냉각수공급관(33)의 연결관(33b)보다 소정 길이 큰 지름으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  9. 제 3항에 있어서, 상기 분리판(10)으로 이루어진 원통체의 외경부 상단, 중단, 하단에는 각각 상기 공기채널(12), 냉각수채널, 연료채널(11)의 배출구(12b,13b,11b)와 각각 연통되는 공기배출매니폴드(42), 냉각수배출매니폴드(43), 연료배출매니폴드(41)가 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 공기배출매니폴드(42), 냉각수배출매니폴드(43), 연료배출매니폴드(41)에는 각각의 배출관(42a,43a,41a)이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 공기배출매니폴드(42), 냉각수배출매니폴드(43), 연료배출매니폴드(41)들의 사이에 케이싱(20)이 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
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CN112002918A (zh) * 2020-08-21 2020-11-27 一汽解放汽车有限公司 一种双极板组件及燃料电池

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