KR100891232B1 - 연료전지용 세퍼레이터 및 고체 고분자형 연료전지 - Google Patents

연료전지용 세퍼레이터 및 고체 고분자형 연료전지 Download PDF

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엔오케이 가부시키가이샤
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Abstract

절결부(23e)를 포함하는 영역에 사출형성된 탄성재료의 일부가 절결부(23e) 내에 충전되고, 탄성재료의 반발력에 의해 절결부(23e)에 있어서 플레이트 부재(23b)를 삽입하여, 이 플레이트 부재(23b)의 고정이 이루어진다. 그리고, 절결부(23e) 내에 충전되는 탄성재료에 의해, 플레이트 부재(23b)와 개스킷(24b)의 결합부분이 증가하기 때문에, 플레이트 부재(23b)의 표면에 개스킷(24b)이 견고하게 일체화되어 개스킷(24b)이 플레이트 부재(23b) 상에서 들리는 것이 방지될 수 있게 된다. 그 때문에, 플레이트 부재(23b)가 세퍼레이터(25)에 확실하게 고정되게 된다

Description

연료전지용 세퍼레이터 및 고체 고분자형 연료전지{SEPARATOR FOR FUEL CELL AND SOLID POLYMER TYPE FUEL CELL}
본 발명은, 연료전지용 세퍼레이터(seperator) 및 해당 연료전지용 세퍼레이터를 이용한 고체 고분자형 연료전지에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 셀은, 전해질막 및 해당 전해질막의 양쪽에 배치되는 전극막(연료극 및 공기극)을 갖는 발전소자와, 상기 전극막(電極膜)에 연료가스(수소) 및 산화가스(산소, 통상적으로는 공기)를 공급하기 위한 유체유로가 형성된 세퍼레이터로 구성되고, 고체 고분자형 연료전지는 해당 연료전지 셀을 복수로 적층해서 연료전지 스택을 형성하고 있다.
도 11은, 세퍼레이터(200A)와 세퍼레이터(200B) 사이에, 발전소자(300)를 삽입한 종래의 연료전지 셀(100)을 나타낸 단면도이다. 통상적으로는, 이와 같은 단(單) 셀(100)에서는 전압이 낮기 때문에, 이를 다단으로 적층시켜 연료전지 스택(stack)으로 이용하고 있다.
발전소자(300)는, 연료가스 공급용인 세퍼레이터(200A)에 면해서 배치되는 연료극(燃料極; 300A)과, 산화가스 공급용인 세퍼레이터(200B)에 면하여 배치되는 공기극(300B)과, 이들 연료극(300A) 및 공기극(300B)에 삽입되는 전해질막(300C)을 갖는다.
도 12는, 종래의 세퍼레이터(200)를 나타낸 평면도이다.
세퍼레이터(200)는, 세퍼레이터 본체(205)의 표면 중앙에, 다수의 오목홈이 형성된 가스유로(201)가 설치되어 있다. 또, 세퍼레이터 본체(205) 표면의 가스유로 양쪽에, 세퍼레이터 본체(205)를 적층방향으로 관통하는 매니폴드(manifold)(202)가 형성된다. 가스는, 이 매니폴드(202)를 거쳐 가스유로(201)로 공급된다.
가스유로(201)와 매니폴드(202) 사이에는, 가스유로(201)의 오목홈과 매니폴드(202)를 연통하는 연락통로(203)가 형성되어 있다.
연락통로(203)는, 가스유로(201)와 매니폴드(202)의 사이를 잇는 홈부(203a)와, 홈부(203a)의 개구부를 덮는 플레이트 부재(203b)에 의해 터널형상으로 형성된다.
세퍼레이터 본체(205)의 표면에는, 가스유로(201)를 둘러싸고 가스유로(201)로부터 외부로의 가스 누설을 방지하는, 탄성재료로 된 개스킷(204a)이 설치되어 있다.
또, 홈부(203a)를 덮는 플레이트 부재(203b)의 표면을 포함하는 매니폴드(202)의 주위 가장자리에는, 탄성재료로 된 개스킷(204b)이 설치되어 있다. 이 때문에, 매니폴드(202)로부터 연락통로(203)로 공급되는 가스가 세퍼레이터(200)에 적층되는 다른 세퍼레이터(200) 또는 이들 세퍼레이터 사이에 개재하는 발전소자(300)로 누설되는 것이 방지된다.
이와 같이, 홈부(203a) 상을 플레이트 부재(203b)로 피복하고, 해당 플레이트 부재(203b) 표면에 개스킷(204b)을 설치하였기 때문에, 개스킷의 상부면에 적층되는 다른 세퍼레이터(200)로부터 받는 압축력에 대한 해당 개스킷(204b)의 탄성반발력에 의해, 플레이트 부재(203b)가 홈부(203a) 상으로 눌려져, 연락통로를 밀봉할 수 있게 된다.
여기서, 플레이트 부재(203b)를 홈부(203a) 상부면에 있어서 세퍼레이터(200)의 소정 위치에 고정하기 위해 접착제를 이용하면, 접착제가 홈부(203a)에 붙거나 접착불량과 같은 품질상의 문제가 생길 염려가 있다. 그 때문에, 종래에는, 홈부(203a)의 상부면에 플레이트 부재(203b)를 비접착으로 끼워넣고, 해당 플레이트 부재(203b)의 표면을 포함하는 매니폴드(202)의 전체 주위 가장자리에 탄성재료로 된 개스킷(204a 및 204b)을 연속적으로 일체로 성형함으로써, 플레이트 부재(203b)를 홈부의 상부면에 있어서 세퍼레이터(200)의 소정 위치에 고정한 연료전지 세퍼레이터가 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본국 특개 2002-50364호 공보
(발명이 해결하고자 하는 기술적 과제)
그러나, 이와 같은 종래의 세퍼레이터에서는, 플레이트 부재(203b)의 세퍼레이터 본체(204)로의 고정이, 세퍼레이터(200) 및 플레이트 부재(203b)의 표면에 형성되는 개스킷(204b)만으로 이루어진다. 그렇게 되면, 예컨대, 개스킷(204b)의 두께가 얇은 경우에는, 연료전지 셀 또는 연료전지 스택을 조립할 때, 플레이트 부재(203b)의 고정위치가 어긋나거나 플레이트 부재(203b)가 탈락하게 되는 등, 플레이 트 부재(203b)의 고정이 완전치가 못하였다.
그리고, 한번 적층된 세퍼레이터(200)를 분해하는 경우에는, 플레이트 부재(203b)의 표면에 형성된 개스킷(204b)이 상대측 세퍼레이터에 고착되어 플레이트 부재(203b)가 들려서(lifted up), 해당 부분에 있어서 개스킷(204b)이 끊어져 버리는 문제가 있었다
본 발명은, 상기한 종래 기술의 과제를 해결하고, 플레이트 부재의 세퍼레이터 본체로의 고정을 확실히 할 수가 있고, 또 세퍼레이터를 분해할 때 개스킷이 끊어질 염려가 없는 연료전지용 세퍼레이터 및 고체 고분자형 연료전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 연료전지용 세퍼레이터는, 다른 연료전지용 세퍼레이터와의 사이에 삽입된, 전해질막 및 전극막을 갖는 발전소자를 갖는 연료전지용 세퍼레이터로서, 가스유로와, 연료전지 셀의 적층방향으로 관통한 매니폴드 및, 상기 가스유로와 상기 매니폴드를 잇는 홈부가 형성되는 세퍼레이터 본체와, 상기 홈부의 개구부를 덮는 플레이트 부재와, 상기 매니폴드를 둘러싸는, 상기 세퍼레이터 본체 및 상기 플레이트 부재의 표면 영역에 형성되어, 상기 매니폴드로부터 외부로 가스가 누설되는 것을 방지하는, 탄성재료로 된 개스킷을 구비하되, 상기 플레이트 부재에 절결부(notches) 또는 관통구멍이 형성되어, 상기 플레이트 부재 표면의 상기 절결부 또는 상기 관통구멍을 포함하는 영역에 개스킷을 일체로 성형할 때, 탄성재료의 일부가 상기 절결부 또는 상기 관통구멍에 충전됨으로써, 상기 홈부의 상기 개구부의 소정 위치에의 상기 플레이트 부재의 고정력이 높아지는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 연료전지용 세퍼레이터는, 다른 연료전지용 세퍼레이터와의 사이에 삽입된, 전해질막 및 전극막을 갖는 발전소자를 갖는 연료전지용 세퍼레이터로서, 가스유로와, 연료전지 셀의 적층방향으로 관통한 매니폴드 및, 상기 가스유로와 상기 매니폴드를 잇는 홈부가 형성되는 세퍼레이터 본체와, 상기 홈부의 개구부를 덮는 플레이트 부재와, 상기 매니폴드를 둘러싸는, 상기 세퍼레이터 본체 및 상기 플레이트 부재의 표면의 영역에 형성되어, 상기 매니폴드로부터 외부로 가스가 누설되는 것을 방지하는, 탄성재료로 된 개스킷을 구비하되, 상기 플레이트 부재에, 절결부 또는 관통구멍이 설치되고, 상기 세퍼레이터 본체에 안내돌기가 돌출 형성되어, 해당 안내돌기의 선단이 상기 플레이트 부재에 설치된 상기 절결부 또는 관통구멍에 삽입되며, 상기 플레이트 부재 표면의 상기 절결부 또는 상기 관통구멍을 포함하는 영역에다 개스킷을 일체로 성형할 때, 탄성재료의 일부가 상기 절결부 또는 상기 관통구멍과 상기 안내돌기 사이에 충전됨으로써, 상기 홈부의 상기 개구부의 소정 위치에 상기 플레이트 부재가 고정되는 고정력이 높여질 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 세퍼레이터 본체의 상기 플레이트 부재에 설치된 상기 절결부 또는 관통구멍에 대응하는 위치에 오목부가 형성되어, 상기 플레이트 부재 표면의 상기 절결부 또는 상기 관통구멍을 포함하는 영역에다 개스킷을 일체로 성형할 때, 탄성재료의 일부가 상기 오목부에도 충전되는 것에 의해, 상기 홈부의 상기 개구부의 소정 위치에 상기 플레이트 부재가 고정되는 고정력이 높여질 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 연료전지용 세퍼레이터는, 다른 연료전지용 세퍼레이터와의 사이에 삽입된, 전해질막 및 전극막을 갖는 발전소자를 갖는 연료전지용 세퍼레이터로서, 가스유로와, 연료전지 셀의 적층방향으로 관통한 매니폴드 및, 상기 가스유로와 상기 매니폴드를 잇는 홈부가 형성되는 세퍼레이터 본체와, 상기 홈부의 개구부를 덮는 플레이트 부재와, 상기 매니폴드를 둘러싸는, 상기 세퍼레이터 본체 및 상기 플레이트 부재의 표면의 영역에 형성되어, 상기 매니폴드로부터 외부로 가스가 누설되는 것을 방지하는, 탄성재료로 된 개스킷을 구비하되, 상기 플레이트 부재에 절결부 또는 관통구멍이 형성되고, 상기 세퍼레이터 본체의, 상기 플레이트 부재에 설치된 상기 절결부 또는 관통구멍에 대응하는 위치에, 오목부가 설치되고, 상기 플레이트 부재 표면에 형성되는 개스킷을 구성하는 탄성재료의 일부를, 상기 절결부 또는 관통구멍으로부터 해당 플레이트 부재의 이면에 돌출시킴으로써, 볼록부가 형성되어, 상기 볼록부가 상기 세퍼레이터 본체에 설치된 상기 오목부에 끼워지는 것에 의해, 상기 플레이트 부재가 상기 세퍼레이터 본체에 있어서의 상기 홈부의 상기 개구부의 소정의 위치에 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 세퍼레이터 본체의 표면에 형성되는 개스킷과, 상기 플레이트 부재의 표면에 형성되는 개스킷이 별도 개체인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체 고분자형 연료전지는, 상기 연료전지용 세퍼레이터를 이용한 것을 특징으로 한다.
도 1은, 제1 실시예에 따른 세퍼레이터를 나타낸 평면도,
도 2는, 도 1a에서의 A-A에서 바라본 단면도,
도 3은, 제1 실시예에 따른 세퍼레이터의 일부 확대도,
도 4는, 제2 실시예에 따른 세퍼레이터의 일부 확대도,
도 5는, 제2 실시예에 따른 세퍼레이터의 변형예를 나타낸 일부 확대도,
도 6은, 제3 실시예에 따른 세퍼레이터의 일부 확대도,
도 7은, 제4 실시예에 따른 세퍼레이터를 나타낸 평면도,
도 8은, 제4 실시예에 따른 세퍼레이터의 일부 확대도,
도 9는, 제4 실시예에 따른 세퍼레이터의 플레이트 부재를 나타낸 평면도,
도 10은, 제4 실시예에 따른 세퍼레이터의 변형예를 나타낸 일부 확대도,
도 11은, 종래의 연료전지 셀을 나타낸 단면도,
도 12는, 종래의 세퍼레이터(200)을 나타낸 평면도이다.
(부호의 설명)
20 - - - 연료전지 세퍼레이터 21 - - - 가스유로
22 - - - 매니폴드 23 - - - 연락통로
23a - - - 홈부 23b - - - 플레이트 부재
23e - - - 절결부 23f - - - 안내돌기
23g - - - 관통구멍 23h - - - 오목부
23i - - - 관통구멍 23j - - - 오목부
24a, 24b, 24c - - - 개스킷 24d - - - 볼록부
25 - - - 세퍼레이터 본체
이하에, 도면을 참조해서, 본 발명의 적합한 실시예를 예시적으로 상세히 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특히, 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그들 만에 한정하려는 취지가 아니다.
[제1 실시예]
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 세퍼레이터(이하,「세퍼레이터」라 함)를 나타낸 평면도이다.
도 1a는, 홈부(23a) 상에 플레이트 부재(23b)가 부착되고, 세퍼레이터 본체(25) 및 플레이트 부재(23b)의 표면에 개스킷(24a, 24b)이 형성된 세퍼레이터(20)를 나타낸 도면이다. 도 1a에 도시된 것과 같이, 세퍼레이터(20)는, 다수의 오목홈을 가진 가스유로(21)가 판 형상의 세퍼레이터 본체(25)의 표면 중앙에 설치되어 있다. 또, 세퍼레이터 본체(25)의 가스유로(21) 양단에는, 세퍼레이터 본체(25)를 적층방향으로 관통하는 매니폴드(22)가 형성되어 있다. 따라서, 세퍼레이터(20)가 적층되는 것에 의해, 각 세퍼레이터 본체(25)에 형성된 매니폴드(22)가 연료전지 셀을 관통하는 유로를 형성하고, 그 결과, 연료전지 스택에 매니폴드가 형성된다. 또한, 본 실시예에서는, 매니폴드(22)는, 가스유로(21)를 사이에 두고 6곳에 형성되어 있는바, 가스유로(21)에 대해 대각선 상에 위치하는 2곳의 매니폴드에 있어서, 가스유로(21)에 대한 가스의 공급과 배출이 이루어진다. 기타의 매니폴드는, 다른 연료전지 셀을 구성해서, 세퍼레이터(20)에 적층되는 다른 세퍼레이터로 가스를 공급한다.
가스유로(21)와 매니폴드(22) 사이에는 가스유로(21)를 형성하는 오목홈과 매니폴드(22)를 연통하는 연락통로(23)가 형성되어 있다.
연락통로(23)는, 가스유로(21)와 매니폴드(22) 사이를 잇는 홈부(23a)와, 이 홈부(23a)의 개구부를 덮는 플레이트 부재(23b)에 의해 터널형상으로 형성된다.
도 1b는, 상기 세퍼레이터에 있어서, 플레이트 부재(23b)가 홈부(23a) 상으로부터 제외되고, 연락통로(23)가 개방된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1a에 있어서의 A-A에서 바라본 단면도이다.
도 2에 도시된 것과 같이, 세퍼레이터 본체(25)에는, 가스의 유로를 구성하는 홈부(23a)가 형성됨과 더불어, 플레이트 부재(23b)의 표면이 세퍼레이터 본체(25)의 표면과 동일면을 이루도록, 플레이트 부재(23b)를 수납하는 수납 오목부(23c)가 형성된다. 따라서, 홈부(23a)는 수납 오목부(23c)의 저면에 형성되게 된다. 그리고, 플레이트 부재(23b)가 수납 오목부(23c)에 비접착으로 끼워진다.
세퍼레이터(20)는 SUS, 알루미늄판 및 티탄판 등의 금속판, FRP, CFRF 등의 복합수지재료, 소성 카본, PET, PEN, PI, PAI, PPS, PEEK 등의 내열성 수지, 도전성 수지 등이 적절히 쓰일 수 있다.
또, 플레이트 부재(23b)는 뒤에 설명되는 개스킷의 일체적 성형에 감내할 수 있는 것이라면 특히 한정되는 것 없이, 세퍼레이터(20)와 동일한 재료, PEEK, PI 등의 내열수지가 적절히 이용된다.
세퍼레이터 본체(25)의 표면에는, 가스유로(21)를 에워싸고 가스유로(21)로부터 외부로의 가스 누설을 방지하는, 탄성재료로 된 개스킷(24a)이 설치되어 있다.
개스킷(24a)의 재질로는, 통상 사용되는 탄성재료이면 특히 한정되지는 않는바, 예컨대 불소 고무, EPDM, 실리콘 고무 등이 적절히 이용된다.
개스킷(24a)은, 미리 성형한 것을 세퍼레이터 본체(25)의 소정 위치에 첩부(貼付)할 수도 있으나, 이 경우에는, 접착제를 이용하게 된다. 따라서, 탄성재료를 세퍼레이터 본체(25)의 소정 위치에 사출성형하는 것에 의해, 개스킷(24a)을 세퍼레이터 본체(25)의 표면에 일체로 성형하는 것이 좋다.
또, 매니폴드(22)의 개구부를 둘러싸는, 플레이트 부재(23b)의 표면 및 세퍼레이터 본체(25)의 표면에는, 개스킷(24b)이 설치되어 있다. 또한, 본 실시예의 세퍼레이터에서는, 개스킷(24a)과 개스킷(24b)이 탄성재료의 사출성형에 의해, 동시에 일체로 성형되게 된다.
도 3은, 플레이트 부재(23b)와, 플레이트 부재(23b)의 표면에 형성되는 개스 킷(24b)을 포함하는 세퍼레이터 본체(25)의 매니폴드(22) 근방의 구성을 나타낸 일부 확대도이다. 도 3a는 개스킷 성형 후의 상태를 나타낸 도면이고, 도 3b는 개스킷 성형 전의 상태를 나타낸 도면이다.
제1 실시예에 따른 세퍼레이터는, 도 3b에 도시된 것과 같이, 플레이트 부재(23b)의 길이방향 양단부이면서, 폭 방향 중앙부에, 적층방향으로 절결된 절결부(23e)가 형성된다.
여기서, 도 3c는 플레이트 부재(23b)를 제거한 상태를 나타낸 도면으로서, 세퍼레이터 본체(25)에는 플레이트 부재(23b)를 수납하는 수납 오목부(23c)가 형성되어 있고, 수납 오목부(23c)의 저면에는 홈부(23a)가 형성되어 있다.
그리고, 도 3a에 도시된 것과 같이, 플레이트 부재(23b)를 수납 오목부(23c)에 끼운 상태로, 세퍼레이터 본체(25) 및 플레이트 부재(23b) 표면의 절결부(23e)를 포함한 영역에, 매니폴드(22)를 둘러싸도록, 탄성재료를 사출성형하는 것에 의해, 개스킷(25b)을 일체로 성형한다. 그렇게 하면, 탄성재료의 일부가 플레이트 부재(23b)와 세퍼레이터 본체(25) 사이로 유출되어, 플레이트 부재(23b)가 세퍼레이터 본체(25)의 소정 위치에 고정된다.
도 3d는, 도 3a에 있어서의 A-A에서 바라본 단면도이다.
도 3d에 도시된 것과 같이, 절결부(23e)를 포함한 영역에 사출성형된 탄성재료의 일부가 절결부(23e) 내에 충전되어, 절결부(23e)에 있어서 탄성재료의 반발력에 의해 플레이트 부재(23b)를 끼워넣음에 의해, 플레이트 부재(23b)가 고정된다. 그리고, 절결부(23e) 내에 충전되는 탄성재료에 의해, 플레이트 부재(23b)와 개스 킷(24b)과의 결합부분이 증가하기 때문에, 개스킷(24b)이 플레이트 부재(23b) 표면에 견고하게 일체화되어, 개스킷(24b)이 플레이트 부재(23b) 상에서 들리는(lifted up) 것을 방지할 수 있게 된다. 그 때문에, 플레이트 부재(23b)가 세퍼레이터 본체(25)에 확실하게 고정된다.
한편, 제1 실시예에 따른 세퍼레이터에 있어서, 절결부(23e) 대신 관통구멍을 형성시킬 수도 있다. 이 경우에도, 관통구멍 내에 충전되는 탄성재료에 의해 플레이트 부재(23b)와 개스킷(24b)의 결합부분이 증가하기 때문에, 플레이트 부재(23b) 표면에 개스킷(24b)이 견고하게 일체화되어 개스킷(24b)이 플레이트 부재(23b) 상에서 떠오르는 것을 방지할 수 있다.
〔제2 실시예〕
도 4 및 도 5는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 세퍼레이터를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는, 플레이트 부재(23b)와 이 플레이트 부재(23b)의 표면에 형성되는 개스킷(24b)을 포함하는, 세퍼레이터 본체(25)의 매니폴드(22) 근방의 구성을 나타낸 일부 확대도이다. 도 4a 및 도 5a는 개스킷 성형 후의 상태를 나타낸 도면이고, 도 4b 및 도 5b는 개스킷 성형 전의 상태를 나타낸 도면이다. 도 4c 및 도 5c는 플레이트 부재(23b)를 제거한 상태의 도면이다.
제2 실시예에 따른 세퍼레이터는, 도 4b에 도시된 것과 같이, 플레이트 부재(23b)에 절결부(23e)가 형성된다. 또, 플레이트 부재(23b)를 수납하는 수납 오목부(23c)에는 안내돌기(23f)가 돌출형성되어 있고, 그 선단이 절결부(23e)에 삽입된 다.
이 안내돌기(23f)는, 플레이트 부재(23b)의 양단에 형성되는 절결부(23e)를 사이에 끼우도록 수납 오목부(23c)의 절결부(23e)에 대응하는 위치에 형성된다.
따라서, 플레이트 부재(23b)의 세퍼레이터 본체(25)에 있어서의 위치결정을 쉽게 실행할 수가 있게 된다.
도 4d는, 도 4a에서의 B-B에서 바라본 단면도이다.
도 4d에 도시된 것과 같이, 절결부(23e)를 포함한 영역에 사출성형된 탄성재료의 일부가 안내돌기(23f)의 바깥쪽 절결부(23e) 내에 충전됨으로써, 플레이트 부재(23b)의 고정이 이루어진다.
도 5는, 제2 실시예에 따른 세퍼레이터의 변형예이다.
도 5b에 도시된 것과 같이, 플레이트 부재(23b)에는 관통구멍(23g)이 형성된다. 또, 세퍼레이터 본체에 형성되는, 플레이트 부재(23b)를 수납하는 수납 오목부(23c)에는 안내돌기(23f)가 돌출형성되고, 그 선단이 관통구멍(23g)에 삽입된다.
이 안내돌기(23f)는, 플레이트 부재(23b)의 양단 측에 형성되는 관통구멍(23g)에 약간의 간극을 두고 삽입된다.
도 5d는, 도 5a에서의 C-C에서 바라본 단면도이다.
도 5d에 도시된 것과 같이, 관통구멍(23g)을 포함한 영역에 사출성형된 탄성재료의 일부가, 안내돌기(23f)의 외주면과 관통구멍(23g)의 내주면 사이의 간극에 충전됨으로써, 플레이트 부재(23b)의 고정이 이루어진다.
기타의 구성에 대해서는, 상기 제1 실시예에 관한 세퍼레이터와 마찬가지이 기 때문에 설명을 생략한다.
〔제3 실시예〕
도 6은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 세퍼레이터를 나타낸 도면이다.
도 6은, 플레이트 부재(23b)와 이 플레이트 부재(23b)의 표면에 형성되는 개스킷(24b)을 포함하는, 세퍼레이터 본체(25)의 매니폴드(22) 근방의 구성을 나타낸 일부 확대도이다. 도 6a는 개스킷 성형 후의 상태를 나타낸 도면이고, 도 6b는 개스킷 성형전의 상태를 나타낸 도면이다. 도 6c는 플레이트 부재(23b)를 제거한 상태의 도면이다.
제3 실시예에 따른 세퍼레이터는, 도 6b에 도시된 것과 같이, 플레이트 부재(23b)에 관통구멍(23g)이 형성되게 된다.
또, 도 6c 및 도 6d에 도시된 것과 같이, 세퍼레이터 본체(25)에 형성되는, 플레이트 부재(23b)를 수납하는 수납 오목부(23d)에는, 관통구멍(23g)에 대응하는 위치에 오목부(23h)가 형성된다. 본 실시예에서, 오목부(23h)는, 관통구멍(23g)과 동심이며, 이 관통구멍(23g)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원형 구멍(circular hole)이다.
도 6d는 도 6a에서의 D-D에서 바라본 단면도이다.
도 6d에 도시된 것과 같이, 매니폴드(22)를 둘러싸는, 세퍼레이터 본체(25) 및 플레이트 부재(23b)의 표면의 관통구멍(23g)을 포함한 영역에, 탄성재료가 사출성형되어, 관통구멍(23g) 및 오목부(23h) 내에 충전된 탄성재료에 의해, 개스킷(24b)이 세퍼레이터 본체(25)에 고정된다.
한편, 도 6d에 도시된 것과 같이, 오목부(23h)가 관통구멍(23g)의 직경보다 큰 직경으로 형성되기 때문에, 오목부(23h)에 충전되는 탄성재료에 의해 개스킷(24b)이 한층 더 견고하게 플레이트 부재(23b) 표면에 고정되어, 플레이트 부재(23b)와 개스킷(24b)의 결합력이 증가한다. 그 결과, 개스킷(24b)이 플레이트 부재(23b) 위로부터 들리는 것이 방지될 수 있게 된다.
또한, 제3 실시예에 따른 세퍼레이터에 있어서, 관통구멍(23g) 대신 상기 제1 실시예에 따른 절결부(23e)와 마찬가지의 절결부를 형성시킬 수도 있다. 이 경우에도, 플레이트 부재(23b)를 수납하는 수납 오목부(23c)에는, 절결부에 대응하는 위치에 오목부(23h)가 형성됨으로써 상기와 마찬가지 효과를 얻을 수가 있다.
기타의 구성에 대해서는, 상기 제1 실시예에 따른 세퍼레이터와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
〔제4 실시예〕
도 7은, 본 발명의 제4 실시예에 따른 세퍼레이터를 나타낸 평면도이다.
제4 실시예에 따른 세퍼레이터는, 상기 다른 실시예와 마찬가지로, 가스유로(21)를 둘러싸는 세퍼레이터 본체(25)의 표면의 영역에 개스킷(24a)이 설치되어 있다. 또, 매니폴드(22)의 개구부 외주 부분으로서, 플레이트 부재(23b)의 표면 이외의 부분에 설치되는 개스킷(24b)과, 이 개스킷(24b)과는 별도 개체로서 플레이트 부재(23b)의 표면에 설치되는 개스킷(24c)에 의해 매니폴드(22)를 둘러싸는 개스킷이 설치된다.
제4 실시예의 세퍼레이터는, 개스킷(24a)과, 플레이트 부재(23b)의 표면 이 외의 개스킷(24b)을 사출성형에 의해 세퍼레이터 본체(25) 표면에 동시에 일체로 성형한 것이다.
또, 플레이트 부재(23b)의 표면에는, 별도의 개스킷(24c)이 형성된다. 또한, 이 경우에는, 개스킷(24b)과 개스킷(24c) 사이에는 간극이 생기게 되는바, 해당 간극의 위치가 적절히 가스유로(21)의 오목홈 이외의 부분과 일치하는 구성이 되도록 함으로써 가스 누설을 방지토록 하는 것이 바람직하다.
또, 개스킷(24b)과 개스킷(24c)이 별도 개체로 형성되기 때문에, 개스킷의 일체 성형시에, 탄성재료의 일부가 세퍼레이터 본체(25)와 플레이트 부재(23b) 사이에 생기는 간극으로 침입해서 거친 부분(burr)이 생길 염려가 없게 된다. 그 때문에, 침입한 탄성재료에 의해 플레이트 부재(23b)가 들려, 가스 누설이 생기는 것을 방지할 수가 있다.
도 8은, 도 7에서의 E-E에서 바라본 단면도이다. 또, 도 9a는 본 실시예에 따른 플레이트 부재(23b)의 평면도이다. 그리고, 도 9b는 플레이트 부재(23b) 표면에 개스킷(24c)이 형성된 상태를 나타낸 평면도이다.
본 실시예에서는, 도 8 및 도 9a에 도시된 것과 같이, 플레이트 부재(23b)의 표면 중앙부분에 적층방향으로 관통하는 관통구멍(23i)이 형성된다. 그리고, 도 9b에 도시된 것과 같이, 플레이트 부재(23b) 표면의 관통구멍(23i)을 포함한 영역에 개스킷(24c)이 형성된다.
또, 플레이트 부재(23b)의 이면에는, 관통구멍(23i)으로부터 돌출하는 볼록부(24d)가 개스킷(24c)과 일체적으로 형성된다.
플레이트 부재(23b)의 표면에 형성되는 개스킷(24c)과, 이 개스킷(24c)의 이면에 볼록부(24d)를 미리 성형시켜놓고서, 플레이트 부재(23b)의 소정의 위치에 붙여주는 것도 가능하지만, 이 경우에는 접착제를 이용하게 된다. 따라서, 플레이트 부재(23b)를 몰드 내에 세트시켜, 관통구멍(23i)을 포함한 영역에 탄성재료를 사출성형하고, 개스킷(24c)과 볼록부(24d)를 일체적으로 성형하는 것이 좋다.
세퍼레이터 본체(25)에 형성된, 플레이트 부재(23b)를 수납하는 수납 오목부(23c)에는, 플레이트 부재(23b)에 형성된 관통구멍(23i)에 대응하는 위치에, 오목부(23j)가 형성된다.
그리고, 플레이트 부재(23b)의 이면에 돌출하는 볼록부(24d)가 오목부(23j)에 끼워지도록, 플레이트 부재(23b)를 수납 오목부(23c)에다 끼워줌으로써, 플레이트 부재(23b)를 세퍼레이터 본체(25)의 소정 위치에 확실히 고정할 수가 있다.
그 때문에, 연료전지 셀 또는 연료전지 스택을 조립할 때, 플레이트 부재(23b)의 고정위치에 어긋남이 생기거나, 플레이트 부재(23b)가 탈락하는 것 등이 방지될 수 있다.
그리고, 한번 적층된 세퍼레이터를 분해하는 경우, 플레이트 부재(23b)의 표면에 형성된 개스킷(24c)이 상대측 세퍼레이터에 고착되어, 플레이트 부재(23c)가 들려서 해당 부분에 있어서의 개스킷(24c)이 끊어져 버린다고 하는 문제가 생길 염려가 없다.
도 10은, 제4 실시예에 따른 세퍼레이터의 변형예이다.
도 10에 도시된 것과 같이, 관통구멍(23i)은 플레이트 부재(23b)의 길이방향 양단 근방의 2곳에 형성된다. 또, 관통구멍(23i)으로부터 돌출하는 볼록부(24d)가 개스킷(24c)과 일체적으로 형성된다.
이 변형예에 의하면, 플레이트 부재(23b)가, 플레이트 부재(23b)의 길이방향 양단 근방에 돌출 형성된 2개의 볼록부(24d)에 의해 세퍼레이터 본체(25)의 소정 위치에 고정된다. 따라서, 플레이트 부재(23b)의 고정이 한층 더 확실해져, 스택 조립시에 플레이트 부재(23b)의 위치가 어긋나는 것이나 탈락하는 것을 완전히 방지할 수 있게 된다.
기타의 구성에 대해서는, 상기 제1 실시예에 관한 세퍼레이터와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
상기 각 실시예에 따른 세퍼레이터(20) 사이에, 전해질막 및 해당 전해질막의 양쪽에 배치되는 전극막(연료극 및 공기극)을 갖는 발전소자를 삽입하여 연료전지 셀을 구성하고, 다시 해당 셀을 복수로 적층해서 연료전지 스택을 얻을 수가 있다.
이와 같은 연료전지 스택은, 해당 스택을 조립할 때 플레이트 부재(23b)가 소정의 부착위치에서 어긋나거나 탈락하는 것을 방지할 수 있다. 또, 해당 스택을 분해할 때에 플레이트 부재(23b)가 세퍼레이터 본체(25)의 부착위치에서 들려서, 개스킷이 끊어진다고 하는 문제가 발생할 염려가 없게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 연료전지용 세퍼레이터 및 고체 고분자형 연료전지에 의하면, 플레이트 부재의 세퍼레이터 본체에의 고정을 확실히 수행하는 것이 가능하다. 또, 본 발명에 의해, 세퍼레이터를 분해할 때 개스킷이 끊어질 염려가 없는 연료전지용 세퍼레이터 및 고체 고분자형 연료전지를 제공할 수가 있다.

Claims (6)

  1. 다른 연료전지용 세퍼레이터와의 사이에 삽입된, 전해질막 및 전극막을 갖는 발전소자를 갖는 연료전지용 세퍼레이터로서,
    가스유로와, 연료전지 셀의 적층방향으로 관통한 매니폴드 및, 상기 가스유로와 상기 매니폴드를 잇는 홈부가 형성되는 세퍼레이터 본체와,
    상기 홈부의 개구부를 덮는 플레이트 부재 및,
    상기 매니폴드를 둘러싸는, 상기 세퍼레이터 본체 및 상기 플레이트 부재의 표면의 영역에 형성되어, 상기 매니폴드로부터 외부에의 가스 누설을 방지하는, 탄성재료로 된 개스킷을 구비하되,
    상기 플레이트 부재에 절결부 또는 관통구멍이 형성되어,
    상기 플레이트 부재 표면의 상기 절결부 또는 상기 관통구멍을 포함하는 영역에 개스킷이 일체로 성형될 때, 탄성재료의 일부가 상기 절결부 또는 상기 관통구멍에 충전됨으로써, 상기 홈부의 상기 개구부의 소정 위치에 상기 플레이트 부재가 고정되는 고정력이 높아지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터.
  2. 다른 연료전지용 세퍼레이터와의 사이에 삽입된, 전해질막 및 전극막을 갖는 발전소자를 갖는 연료전지용 세퍼레이터로서,
    가스유로와, 연료전지 셀의 적층방향으로 관통한 매니폴드 및, 상기 가스유로와 상기 매니폴드를 잇는 홈부가 형성되는 세퍼레이터 본체와,
    상기 홈부의 개구부를 덮는 플레이트 부재 및,
    상기 매니폴드를 둘러싸는, 상기 세퍼레이터 본체 및 상기 플레이트 부재의 표면의 영역에 형성되어, 상기 매니폴드로부터 외부로 가스가 누설되는 것을 방지하는, 탄성재료로 된 개스킷을 구비하되,
    상기 플레이트 부재에 절결부 또는 관통구멍이 형성되고,
    상기 세퍼레이터 본체에 안내돌기가 돌출 형성되어, 해당 안내돌기의 선단이 상기 플레이트 부재에 설치된 상기 절결부 또는 관통구멍에 삽입되어,
    상기 플레이트 부재 표면의 상기 절결부 또는 상기 관통구멍을 포함한 영역에 개스킷이 일체로 성형될 때, 탄성재료의 일부가 상기 절결부 또는 상기 관통구멍과 상기 안내돌기 사이에 충전됨으로써, 상기 홈부의 상기 개구부의 소정 위치에 상기 플레이트 부재가 고정되는 고정력이 높아지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세퍼레이터 본체의 상기 플레이트 부재에 설치된 상기 절결부 또는 관통구멍에 대응하는 위치에 오목부가 설치되고,
    상기 플레이트 부재 표면의 상기 절결부 또는 상기 관통구멍을 포함하는 영역에 개스킷이 일체로 성형될 때, 탄성재료의 일부가 상기 오목부에도 충전됨으로써, 상기 홈부의 상기 개구부의 소정 위치에 상기 플레이트 부재가 고정되는 고정력이 높여지도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터.
  4. 다른 연료전지용 세퍼레이터와의 사이에 삽입된, 전해질막 및 전극막을 갖는 발전소자를 갖는 연료전지용 세퍼레이터로서,
    가스유로와, 연료전지 셀의 적층방향으로 관통한 매니폴드 및, 상기 가스유로와 상기 매니폴드를 잇는 홈부가 형성되는 세퍼레이터 본체와,
    상기 홈부의 개구부를 덮는 플레이트 부재 및,
    상기 매니폴드를 둘러싸는, 상기 세퍼레이터 본체 및 상기 플레이트 부재의 표면의 영역에 형성되어, 상기 매니폴드로부터 외부로 가스가 누설되는 것을 방지하는, 탄성재료로 된 개스킷을 구비하되,
    상기 플레이트 부재에, 절결부 또는 관통구멍이 설치되고,
    상기 세퍼레이터 본체의 상기 플레이트 부재에 설치된 상기 절결부 또는 관통구멍에 대응하는 위치에 오목부가 설치되고,
    상기 플레이트 부재 표면에 형성되는 개스킷을 구성하는 탄성재료의 일부를, 상기 절결부 또는 관통구멍으로부터 해당 플레이트 부재의 이면에 돌출시키는 것에 의해, 볼록부를 형성하고,
    상기 볼록부가 상기 세퍼레이터 본체에 설치된 상기 오목부에 끼워짐으로써, 상기 플레이트 부재가 상기 세퍼레이터 본체에서의 상기 홈부의 상기 개구부의 소정 위치에 고정되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 세퍼레이터 본체의 표면에 형성되는 개스킷과 상기 플레이트 부재의 표면에 형성되는 개스킷이 별도 개체인 것을 특징으로 하는 연료전 지용 세퍼레이터.
  6. 삭제
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