KR101127004B1 - Fuel cell stack with internal membrane humidifier - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부 막가습기를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것으로서, 막전극어셈블리와 상기 막전극어셈블리의 양측에 배치되는 분리판을 포함하는 단위셀이 복수개 적층된 연료전지 스택에 있어서, 상기 복수개 적층된 연료전지 스택의 최외곽에 위치하는 2개의 분리판 중 적어도 하나의 분리판에는 반응가스의 이동통로를 제공하는 유로가 관통형성되고, 상기 유로가 관통형성된 분리판에 배치되며, 상기 관통형성된 유로를 지나는 배출가스와의 수분교환을 통해 상기 연료전지 스택에 공급되는 반응가스를 가습하는 내부 막가습기를 포함하며, 연료전지 스택에서의 배출가스를 통해 연료전지 스택에 공급되는 반응가스를 가습시키므로, 반응가스의 상대습도를 더욱 높여 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a fuel cell stack including an internal membrane humidifier, the fuel cell stack including a plurality of unit cells including a membrane electrode assembly and a separator plate disposed on both sides of the membrane electrode assembly, wherein the plurality of unit cells are stacked. At least one of the two separation plates positioned at the outermost part of the fuel cell stack has a flow passage that provides a flow path for the reaction gas therethrough, and the flow passage is disposed in the separation plate where the flow passage is formed. It includes an internal membrane humidifier for humidifying the reaction gas supplied to the fuel cell stack through the water exchange with the exhaust gas passing through, and reacts the reaction gas supplied to the fuel cell stack through the exhaust gas from the fuel cell stack, By increasing the relative humidity of the gas can improve the performance of the fuel cell.

Description

내부 막가습기를 포함하는 연료전지 스택{FUEL CELL STACK WITH INTERNAL MEMBRANE HUMIDIFIER}FUEL CELL STACK WITH INTERNAL MEMBRANE HUMIDIFIER}

본 발명은 내부 막가습기를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 스택 내부에서 발생되는 배출가스를 이용하여 반응가스를 가습시켜 가습 효율을 더욱 향상시키는 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell stack including an internal membrane humidifier. More particularly, the present invention relates to a fuel cell stack that further humidifies a reaction gas by using an exhaust gas generated in the fuel cell stack to further improve humidification efficiency.

연료전지는 연료의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류전류를 생산하는 전기화학적 발전설비로서, 천연가스, 프로판, 나프타, 메탄올 등의 다양한 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 활용할 수 있는 고효율, 고출력, 무공해, 무소음 등의 특징을 갖는 환경친화적 차세대 핵심발전기술이다.A fuel cell is an electrochemical power generation facility that produces direct current by converting chemical energy of fuel directly into electrical energy. It is a high efficiency and high power that can simultaneously utilize power and heat from various energy sources such as natural gas, propane, naphtha, and methanol. It is an environmentally friendly next generation core power generation technology with features such as no pollution, no pollution and no noise.

연료전지시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템, 연료전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급시스템, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템을 포함하여 구성된다.The fuel cell system includes a fuel cell stack that largely generates electric energy, a fuel supply system for supplying fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, an air supply system for supplying oxygen in the air, which is an oxidant for an electrochemical reaction, to the fuel cell stack, And a heat and water management system that removes the heat of reaction of the fuel cell stack out of the system and controls the operating temperature of the fuel cell stack.

이와 같은 구성으로 연료전지 시스템에서는 공기 중의 산소와 연료인 수소의 전기화학 반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응 부산물로 열과 물을 배출하게 된다.In this configuration, the fuel cell system generates electricity by an electrochemical reaction between oxygen in the air and hydrogen as a fuel, and emits heat and water as reaction by-products.

한편, 연료전지시스템에서는 원활한 화학반응을 위해 반응가스(수소, 공기)의 가습이 필요하다. 통상적으로 공기는 중공사막이나 필름형태의 막을 이용하여 물을 직접 공급하거나 연료전지 스택에서 배출되는 과포화 가습공기의 수분을 외기인 건조공기와 교환시켜 가습되고, 수소는 연료전지 스택에서 배출되는 미반응 수소를 재순환시켜 유입되는 수소와 혼합함으로써 가습된다.Meanwhile, in a fuel cell system, humidification of reaction gases (hydrogen and air) is required for a smooth chemical reaction. Typically, the air is humidified by directly supplying water using a hollow fiber membrane or a film-type membrane or by exchanging moisture from the supersaturated humidified air discharged from the fuel cell stack with dry air, which is outside, and hydrogen is not reacted discharged from the fuel cell stack. It is humidified by recycling the hydrogen and mixing it with the incoming hydrogen.

도 1은 종래의 연료전지용 가습장치에 의해 반응가스가 공급되는 상태를 도시한 도면으로서, 외기의 건조공기를 블로워(blower)(1)로 강제 송풍하여 막가습기(2)에 통과시키고, 연료전지 스택(3)의 출구로부터 배출된 물이 포함된 과포화 가습공기를 막가습기에 통과시켜 과포화 가습공기와 건조공기 간의 수분교환에 의해 건조공기의 가습이 이루어지며, 이와 같이 가습된 공기가 연료전지 스택(3)에 공급된다.FIG. 1 is a view showing a state in which a reaction gas is supplied by a conventional fuel cell humidification apparatus, and forcibly blows dry air from outside air into a blower 1 and passes the membrane humidifier 2 to a fuel cell. The supersaturated humidifying air containing the water discharged from the outlet of the stack 3 is passed through the membrane humidifier to humidify the dry air by exchanging water between the supersaturated humidifying air and the dry air, and the humidified air is used as a fuel cell stack. It is supplied to (3).

또한, 연료전지 스택(3)의 출구를 통과한 미반응 가습 수소는 재순환 블로워(4)를 통해 강제 송풍되어 수소탱크(5)로부터 공급되는 수소와 혼합되며, 이를 통해 가습된 수소가 연료전지 스택(3)의 입구로 공급된다.In addition, the unreacted humidified hydrogen passing through the outlet of the fuel cell stack 3 is forcedly blown through the recycle blower 4 and mixed with hydrogen supplied from the hydrogen tank 5, whereby the humidified hydrogen is fuel cell stack. It is supplied to the inlet of (3).

연료전지의 운전 중에 성능에 가장 직접적인 영향을 미치는 요인 중 하나는 연료전지의 핵심 구성요소인 막전극어셈블리(Membrane Electrode Assembly, MEA)의 전해질막과 촉매층 내의 이오노머(ionomer)에 일정량 이상의 수분을 공급하여 함수율을 유지시킴으로써, 전해질막과 이오노머 자체가 보유하고 있는 이온전도도의 최 대 성능을 얻는 것이다.One of the factors that directly affect the performance of the fuel cell during operation is to supply a certain amount of moisture to the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly (MEA), which is a key component of the fuel cell, and the ionomer in the catalyst layer. By maintaining the water content, the maximum performance of the ion conductivity possessed by the electrolyte membrane and the ionomer itself is obtained.

여기서, 막가습기(2)의 역할은 연료전지 스택(3)에서 고온으로 배출되는 미반응가스에 포함된 수분과 열을 막 표면을 통해 연료전지 스택에 공급되는 상온의 건조한 반응가스에 공급함으로써, 연료전지 스택의 가습과 온도유지를 달성하는 것이다.Here, the role of the membrane humidifier 2 is to supply the moisture and heat contained in the unreacted gas discharged at a high temperature from the fuel cell stack 3 to the dry reaction gas at room temperature supplied to the fuel cell stack through the membrane surface, To achieve humidification and temperature maintenance of the fuel cell stack.

종래의 막가습기를 이용한 공기의 가습이나 미반응 수소와의 혼합을 통해서 가습이 이루어지는 수소의 가습은 모두 연료전지 스택의 외부에서 이루어지므로, 가습된 공기 및 가습된 수소의 온도는 연료전지 스택의 출구로부터 배출된 공기 및 수소의 온도보다 낮을 수 밖에 없다. Since both humidification of air using a conventional membrane humidifier or mixing of hydrogen with humidification through mixing with unreacted hydrogen is performed outside of the fuel cell stack, the temperature of humidified air and humidified hydrogen is determined by the exit of the fuel cell stack. It can only be lower than the temperature of the air and hydrogen discharged from it.

즉, 상술한 가습 과정을 거친 반응가스(수소, 공기)의 온도는 대략 55℃ 인데, 이 반응가스가 대략 80℃의 운전온도를 유지하는 연료전지 스택에 유입되면 온도의 상승으로 인해 상대습도가 대략 55% 정도로 감소하는 문제점이 생긴다. That is, the temperature of the reaction gas (hydrogen, air) that has undergone the above-mentioned humidification process is about 55 ° C. When the reaction gas enters the fuel cell stack maintaining the operating temperature of about 80 ° C, the relative humidity is increased due to the temperature increase. There is a problem that decreases by approximately 55%.

따라서, 본 발명에서는 연료전지 스택 내부에서 발생되는 배출가스를 이용하여 반응가스를 가습시킴으로써 반응가스의 상대습도를 더욱 높여 성능이 향상된 연료전지를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is to provide a fuel cell with improved performance by further increasing the relative humidity of the reaction gas by humidifying the reaction gas using the exhaust gas generated in the fuel cell stack.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연료전지 스택 내부에 설치되는 내부 막가습기를 이용하여 유입되는 반응가스의 상대습도를 더욱 높임과 동시에, 연료전지에서 발생되는 플러딩 현상을 억제하여 성능이 더욱 향상된 연료전지 스택을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to further increase the relative humidity of the reaction gas flow by using an internal membrane humidifier installed inside the fuel cell stack, and at the same time suppress the flooding phenomenon generated in the fuel cell to further improve the performance of the fuel cell To provide a stack.

본 발명은 상술한 과제를 달성하기 위하여,The present invention to achieve the above object,

막전극어셈블리와 상기 막전극어셈블리의 양측에 배치되는 분리판을 포함하는 단위셀이 복수개 적층된 연료전지 스택에 있어서,A fuel cell stack comprising a plurality of unit cells including a membrane electrode assembly and separator plates disposed on both sides of the membrane electrode assembly,

상기 복수개 적층된 연료전지 스택의 최외곽에 위치하는 2개의 분리판 중 적어도 하나의 분리판에는 반응가스의 이동통로를 제공하는 유로가 관통형성되고,At least one of the two separation plates located at the outermost portions of the plurality of stacked fuel cell stacks has a flow path for providing a passage for moving the reaction gas therethrough,

상기 유로가 관통형성된 분리판에 배치되며, 상기 관통형성된 유로를 지나는 배출가스와의 수분교환을 통해 상기 연료전지 스택에 공급되는 반응가스를 가습하는 내부 막가습기를 포함하는 연료전지 스택을 제공한다.Provided is a fuel cell stack including an internal membrane humidifier disposed on the separation plate is formed through the flow passage, the internal membrane humidifier to humidify the reaction gas supplied to the fuel cell stack through the water exchange with the exhaust gas passing through the through-flow passage.

본 발명의 다른 실시예에 의하면,According to another embodiment of the present invention,

반응가스의 입출구가 형성된 중앙분배부와, 막전극어셈블리 및 상기 막전극어셈블리의 양측에 배치되는 분리판을 포함하는 단위셀이 상기 중앙분배부의 양측으로 복수개 적층된 연료전지 스택에 있어서,In a fuel cell stack comprising a plurality of unit cells including a central distributor having a reaction gas inlet and outlet, and a separator electrode disposed on both sides of the membrane electrode assembly and the membrane electrode assembly, on both sides of the central distributor.

상기 복수개 적층된 연료전지 스택의 상기 중앙분배부와 가장 근접하게 위치 하는 2개의 분리판 중 적어도 하나의 분리판에는 반응가스의 이동통로를 제공하는 유로가 관통형성되고,At least one of the two separation plates positioned closest to the central distribution unit of the plurality of stacked fuel cell stacks has a flow path for providing a passage for moving the reaction gas therethrough,

유로가 관통형성된 상기 분리판과 상기 중앙분배부 사이에 배치되며, 상기 관통형성된 유로를 지나는 배출가스와의 수분교환을 통해 상기 연료전지 스택에 공급되는 반응가스를 가습하는 내부 막가습기를 포함하는 연료전지 스택을 제공한다.A fuel including an internal membrane humidifier disposed between the separation plate and the central distribution unit through which the flow passage is formed and humidifies the reaction gas supplied to the fuel cell stack through water exchange with the exhaust gas passing through the flow passage. Provide a cell stack.

여기서, 상기 내부 막가습기는, 상기 관통형성된 유로가 구비된 분리판의 상기 막전극어셈블리를 향한 반대면에 배치되는 가습막 및 상기 반응가스가 상기 가습막을 지나면서 상기 연료전지 스택에 공급되도록 상기 반응가스를 안내하는 가습포트를 포함할 수 있다.Here, the internal membrane humidifier, the reaction so that the humidification membrane and the reaction gas disposed on the opposite side facing the membrane electrode assembly of the separator provided with the passage formed flow path is supplied to the fuel cell stack while passing through the humidification membrane. It may include a humidifying port for guiding the gas.

또한, 상기 가습막은 나피온으로 제조된 것이 바람직하다.In addition, the humidification film is preferably made of Nafion.

또한, 상기 가습포트는 상기 반응가스가 상기 가습막과 접촉하기 위한 이동통로를 제공하는 가습유로부를 포함할 수 있다.In addition, the humidification port may include a humidification passage part for providing a moving passage for the reaction gas in contact with the humidification membrane.

또한, 상기 반응가스는 공기이고, 상기 가습포트의 토출부는 상기 연료전지 스택의 공기유입구에 연통되는 것이 바람직하다.In addition, the reaction gas is air, and the discharge portion of the humidification port is preferably in communication with the air inlet of the fuel cell stack.

또한, 상기 반응가스는 수소이고, 상기 가습포트의 토출부는 상기 연료전지 스택의 수소유입구에 연통되는 것이 바람직하다.In addition, the reaction gas is hydrogen, the discharge portion of the humidification port is preferably in communication with the hydrogen inlet of the fuel cell stack.

또한, 상기 반응가스는 공기 및 수소이고, 상기 내부 막가습기는 상기 연료전지 스택의 최외곽에 위치하는 2개의 분리판에 각각 구비되고, 상기 2개의 내부 막가습기의 가습포트의 토출부는 상기 연료전지 스택의 공기유입구 및 수소유입구에 각각 연통되는 것이 바람직하다.In addition, the reaction gas is air and hydrogen, the internal membrane humidifier is provided in each of the two separation plates located at the outermost of the fuel cell stack, the discharge portion of the humidification port of the two internal membrane humidifiers the fuel cell It is preferred to communicate with the air inlet and the hydrogen inlet of the stack, respectively.

또한, 상기 반응가스는 공기 및 수소이고, 상기 내부 막가습기는 상기 중앙분배부와 가장 근접하게 위치하는 2개의 분리판에 각각 구비되고, 상기 2개의 내부 막가습기의 가습포트의 토출부는 상기 연료전지 스택의 공기유입구 및 수소유입구에 각각 연통되는 것이 바람직하다.In addition, the reaction gas is air and hydrogen, the internal membrane humidifier is provided in each of the two separation plates located closest to the central distribution unit, the discharge portion of the humidification port of the two internal membrane humidifiers the fuel cell It is preferred to communicate with the air inlet and the hydrogen inlet of the stack, respectively.

본 발명에 따른 연료전지 스택은 내부 막가습기를 이용하여 연료전지 스택에서 발생되는 배출가스를 이용하여 연료전지 스택에 공급되는 반응가스를 가습시키므로, 반응가스의 상대습도를 더욱 높여 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다.The fuel cell stack according to the present invention humidifies the reaction gas supplied to the fuel cell stack by using the exhaust gas generated from the fuel cell stack using an internal membrane humidifier, thereby increasing the relative humidity of the reaction gas to improve the performance of the fuel cell. Can be improved.

또한, 이러한 가습 과정에서 상기 내부 막가습기가 연료전지 스택에서 발생되는 수분을 흡수할 수 있으므로, 플러딩 현상에 의한 스택의 성능 저하를 방지할 수 있다.In addition, since the internal membrane humidifier may absorb moisture generated in the fuel cell stack in the humidification process, it is possible to prevent the stack from deteriorating due to the flooding phenomenon.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2(a) 및 도 2(b)는 일반적인 연료전지 스택의 사시도이고, 도 3(a)는 그 분해 사시도이며, 도 3(b)는 A-A의 개략 단면도이다.2 (a) and 2 (b) are perspective views of a typical fuel cell stack, FIG. 3 (a) is an exploded perspective view thereof, and FIG. 3 (b) is a schematic sectional view of A-A.

이 연료전지 스택(10)은 공기와 연료로서의 수소를 제공받아 공기 중에 함유된 산소의 환원반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)로 구성될 수 있다.The fuel cell stack 10 may be composed of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) that receives electrical air and hydrogen as fuel to generate electrical energy by a reduction reaction of oxygen contained in the air. .

연료전지 스택(10)은 막전극어셈블리(11)와 분리판(15)을 포함하여 형성된 단위셀이 복수개 적층되어 형성된다. 또한, 연료전지 스택(10)은 한쌍의 엔드 플레이트(16a, 16b)를 포함하여 형성된다. 연료전지 스택(10)은 공기공급수단(미도시)에 의하여 공급되는 공기와 수소공급수단(미도시)에 의하여 공급되는 수소의 화학 반응에 의하여 전기 에너지를 생성한다.The fuel cell stack 10 is formed by stacking a plurality of unit cells including the membrane electrode assembly 11 and the separator 15. In addition, the fuel cell stack 10 includes a pair of end plates 16a and 16b. The fuel cell stack 10 generates electrical energy by chemical reaction of air supplied by an air supply means (not shown) and hydrogen supplied by a hydrogen supply means (not shown).

반응가스(수소 및 공기)의 입출구(40)는 도 2(a)에서와 같이 한쌍의 엔드 플레이트(16a, 16b)에 형성되거나, 도 2(b)에서와 같이 연료전지 스택의 중앙에 위치한 중앙분배부(18)에 형성될 수 있다. 중앙분배부(18)가 구비된 연료전지 스택은 상기 중앙분배부의 양측으로 단위셀이 복수개 적층되어 있다.The inlet and outlet 40 of the reaction gas (hydrogen and air) is formed in the pair of end plates 16a and 16b as shown in FIG. 2 (a) or in the center located at the center of the fuel cell stack as shown in FIG. 2 (b). It may be formed in the distribution unit 18. In the fuel cell stack including the central distributor 18, a plurality of unit cells are stacked on both sides of the central distributor.

연료전지 스택(10)은 막전극어셈블리(11)와 분리판(15)이 교대로 적층되며, 연료전지 스택의 최외곽에 엔드 플레이트(16a, 16b)가 적층되어 서로 밀착되어 형성된다. 연료전지 스택(10)은 체결봉(19)과 같은 체결수단을 체결공(47)에 삽입 고정하여 압착 결합될 수 있다.The fuel cell stack 10 is formed by alternately stacking the membrane electrode assembly 11 and the separator 15, and end plates 16a and 16b stacked on the outermost side of the fuel cell stack to be in close contact with each other. The fuel cell stack 10 may be press-bonded by inserting and fixing a fastening means such as a fastening rod 19 into the fastening hole 47.

연료전지 스택(10)의 내부구조는 반응가스의 입출구의 배치 위치에 관계없이 실질적으로 동일하기 때문에, 이하에서는 도 2(a)에 도시된 연료전지 스택을 기준으로 설명하기로 한다.Since the internal structure of the fuel cell stack 10 is substantially the same regardless of the arrangement position of the inlet and outlet of the reaction gas, the following description will be made based on the fuel cell stack shown in FIG.

막전극어셈블리(11)는 전해질막(12)과, 상기 전해질막(12)의 양면에 각각 형성되는 캐소드 전극(13) 및 애노드 전극(14)을 포함하여 형성된다. 캐소드 전극(13)은 공기의 공급 및 확산을 위한 공기 확산층과 공기의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층을 포함한다. 또한, 애노드 전극(14)은 수소의 공급 및 확산을 위한 수소 확산층과 수소의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층을 포함한다.The membrane electrode assembly 11 includes an electrolyte membrane 12 and a cathode electrode 13 and an anode electrode 14 formed on both surfaces of the electrolyte membrane 12, respectively. The cathode electrode 13 includes an air diffusion layer for supplying and diffusing air and a catalyst layer in which an oxidation / reduction reaction of air occurs. In addition, the anode electrode 14 includes a hydrogen diffusion layer for supplying and diffusing hydrogen and a catalyst layer in which an oxidation / reduction reaction of hydrogen occurs.

연료전지 스택의 내부에 위치하는 분리판(15)은 그 양면에 수소 또는 공기의 이동통로를 제공하는 유로(17)를 포함한다. 또한, 분리판(15)은 수소 또는 공기가 흐르는 유입구(21, 24) 및 유출구(23, 26)와, 냉각수가 흐르는 냉각수유입구(22) 및 냉각수유출구(25)를 포함하여 형성된다. 유로(17)는 상기 유입구(21, 24) 및 유출구(23, 26)와 연통되도록 형성되어, 공기공급구(41)에서 공급되어 공기배출구(46)로 배출되는 공기만이 통과되기 위한 공기유로 또는 수소공급구(44)에서 공급되어 수소배출구(43)로 배출되는 수소만이 통과되기 위한 수소유로가 될 수 있다. 여기서, 공기공급구(41), 공기배출구(46), 수소공급구(44), 수소배출구(43)의 위치는 상술한 위치에 한정되지 않으며, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 적절히 변경될 수 있다. 여기서, 설명되지 않은 도면부호 "42" 및 "43"은 각각 냉각수공급구 및 냉각수배출구를 지칭한다.The separation plate 15 located inside the fuel cell stack includes a flow path 17 providing a moving passage of hydrogen or air on both sides thereof. In addition, the separator 15 is formed to include inlets 21 and 24 and outlets 23 and 26 through which hydrogen or air flow, and a coolant inlet 22 and a coolant outlet 25 through which coolant flows. The flow path 17 is formed to communicate with the inlets 21 and 24 and the outlets 23 and 26, and the air flow path for passing only the air supplied from the air supply port 41 and discharged to the air outlet 46 is passed through. Alternatively, only hydrogen supplied from the hydrogen supply port 44 and discharged to the hydrogen discharge port 43 may be a hydrogen flow path for passing. Here, the positions of the air supply port 41, the air discharge port 46, the hydrogen supply port 44, the hydrogen discharge port 43 is not limited to the above-described position, it is appropriate to those skilled in the art can be changed. Here, reference numerals 42 and 43, which are not described, refer to the cooling water supply port and the cooling water discharge port, respectively.

한편, 연료전지 스택(10)의 최외곽에 위치하는 분리판(15)은 그 일면이 엔드 플레이트(16a, 16b)와 접촉하므로, 연료전지 스택(10)의 내부에 위치하는 분리판과 달리 한면에만 유로가 형성되어 있다.Meanwhile, since one side of the separator plate 15 positioned at the outermost side of the fuel cell stack 10 contacts the end plates 16a and 16b, one side of the separator plate 15 is different from the separator plate positioned inside the fuel cell stack 10. Only the flow path is formed.

막전극어셈블리(11) 역시 수소 또는 공기가 흐르는 유입구(31, 34) 및 유출구(33, 36), 냉각수가 흐르는 냉각수유입구(32) 및 냉각수유출구(35)가 형성되어 있다.The membrane electrode assembly 11 is also formed with inlets 31 and 34 through which hydrogen or air flows, and outlets 33 and 36, a coolant inlet 32 through which coolant flows, and a coolant outlet 35.

즉, 분리판과 막전극어셈블리에 형성된 유입구, 유출구, 냉각수유입구, 냉각수유출구는 서로 연통되어 연료전지 스택의 공기유입구, 공기유출구, 수소유입구, 수소유출구, 냉각수유입구, 냉각수유출구를 형성하며, 이들이 연료전지 스택의 매 니폴드를 구성한다.That is, the inlet, the outlet, the coolant inlet, and the coolant outlet are formed in the separator and the membrane electrode assembly to communicate with each other to form an air inlet, an air outlet, a hydrogen inlet, a hydrogen outlet, a coolant inlet, a coolant outlet, and these fuels Configure the manifold of the cell stack.

이와 같이 구성되는 연료전지 스택(10)의 최외곽 단위셀은 공기공급구 및 수소공급구와 너무 가깝거나 너무 멀리 위치하기 때문에 수소 및 공기가 충분히 공급되지 않는다. 나아가, 최외곽 단위셀에서는 엔드 플레이트(16a, 16b)와의 접촉으로 인해 온도가 낮아져 수분이 쉽게 생성되는 플러딩(flooding) 현상이 발생되므로, 성능의 저하가 심하고 출력이 낮아지는 문제점이 있다. 이와 같은 플러딩 현상은 반응가스의 입출구가 중앙에 위치한 경우에도 동일하게 발생된다.Since the outermost unit cell of the fuel cell stack 10 configured as described above is located too close or too far from the air supply port and the hydrogen supply port, hydrogen and air are not sufficiently supplied. Furthermore, in the outermost unit cell, the temperature is lowered due to the contact with the end plates 16a and 16b, thereby causing a flooding phenomenon in which moisture is easily generated. Therefore, the performance is severely degraded and the output is low. This flooding phenomenon occurs even when the inlet and outlet of the reaction gas is located in the center.

본 발명에서는 연료전지 스택의 최외곽 분리판과 엔드 플레이트 사이에 또는 반응가스 입출구가 형성된 중앙분배부와 이에 가장 근접한 분리판 사이에 막가습기를 구비함으로써 상술한 플러딩 현상을 방지하면서 동시에 연료전지 스택에 공급되는 반응가스(수소 및 공기)를 가습시키고자 한다.In the present invention, a membrane humidifier is provided between the outermost separator plate and the end plate of the fuel cell stack or between the central distributor having the reaction gas inlet and outlet and the separator closest to the fuel cell stack, thereby preventing the above-mentioned flooding phenomenon and simultaneously It is intended to humidify the reactant gases (hydrogen and air) supplied.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 막가습기가 구비된 연료전지 스택(100)의 일부 분해 사시도이다.4 is a partially exploded perspective view of a fuel cell stack 100 provided with an internal membrane humidifier according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 내부 막가습기(50)는 연료전지 스택의 최외곽에 위치하는 2개의 분리판 중 적어도 하나의 분리판(15')에 배치될 수 있다. 도 4는 최외곽에 위치하는 2개의 분리판 중 한쪽의 분리판(15')만을 도시하고 있지만, 다른쪽의 분리판에도 도 4에 도시된 것과 대칭되게 내부 막가습기가 배치될 수 있다.The internal membrane humidifier 50 according to the present invention may be disposed on at least one separation plate 15 ′ of two separation plates located at the outermost part of the fuel cell stack. 4 shows only one separation plate 15 ′ of the two separation plates located at the outermost side, but the inner membrane humidifier may be arranged symmetrically to that shown in FIG. 4 on the other separation plate.

즉, 전기화학반응에 사용되는 반응가스(수소 및 공기) 중 수소 또는 공기의 가습을 위해서 1개의 내부 막가습기(50)가 배치될 수 있으며, 수소 및 공기 모두의 가습을 위해서 2개의 내부 막가습기가 배치될 수 있다.That is, one internal membrane humidifier 50 may be disposed to humidify hydrogen or air in the reaction gases (hydrogen and air) used for the electrochemical reaction, and two internal membrane humidifiers for humidifying both hydrogen and air. Can be arranged.

이하에서는, 설명의 편의를 위해 연료전지 스택에 공급되는 반응가스 중 공기의 가습을 위한 내부 막가습기를 기준으로 설명하기로 한다. 이러한 내부 막가습기는 연료전지 스택에 공급되는 반응가스인 수소를 가습하는 데에도 동일하게 적용될 수 있으며, 공기 및 수소를 모두 가습하는 데에 적용될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, for convenience of description, an internal membrane humidifier for humidifying air in the reaction gas supplied to the fuel cell stack will be described as a reference. The internal membrane humidifier may be equally applicable to humidifying hydrogen, a reaction gas supplied to the fuel cell stack, and of course, may be applied to humidifying both air and hydrogen.

내부 막가습기(50)가 배치되는 최외곽 분리판(15')은 그 내부에 공기의 이동통로를 제공하는 유로(17')가 관통 형성되어 있다. 즉, 관통 형성된 유로(17')에 의해 분리판(15') 양면을 흐르는 유체(반응가스 및 배출가스) 간에 열 및 수분교환이 이루어질 수 있다. 구체적인 열 및 수분교환 과정은 후술하기로 한다.The outermost separating plate 15 ′ in which the inner membrane humidifier 50 is disposed has a passage 17 ′ formed therein for providing a moving passage of air therein. That is, heat and moisture exchange may be performed between fluids (reaction gas and exhaust gas) flowing through both sides of the separation plate 15 'by the flow path 17' formed through. Specific heat and moisture exchange process will be described later.

내부 막가습기(50)는 관통 형성된 유로가 구비된 분리판(15')의 막전극어셈블리(11)를 향한 반대면에 배치되는 가습막(51)과, 반응가스가 가습막(51)을 지나면서 연료전지 스택에 공급되도록 반응가스를 안내하는 가습포트(52)를 포함한다.The internal membrane humidifier 50 includes a humidifying membrane 51 disposed on an opposite surface of the separator plate 15 ′ having a passage formed therethrough and facing the membrane electrode assembly 11, and a reaction gas passes through the humidifying membrane 51. And a humidifying port 52 for guiding the reaction gas to be supplied to the fuel cell stack.

가습막(51)은 상기 분리판(15')의 관통 형성된 유로(17')를 덮는 크기를 가진 박막으로 제조되는 것이 바람직하며, 연료전지 스택 내부로 공급되는 반응가스의 가습을 위해 수분을 선택적으로 투과하는 성질을 가진 나피온(nafion)과 같은 재료로 제조될 수 있다.The humidification membrane 51 is preferably made of a thin film having a size covering the flow path 17 'formed through the separation plate 15', and selectively selects moisture to humidify the reaction gas supplied into the fuel cell stack. It may be made of a material such as nafion having the property of permeation.

가습포트(52)는 연료전지 스택에 공급되는 공기를 가습시켜 연료전지 스택 내부로 공급하는 역할을 하는 것으로서, 일정 부피의 공기를 수용할 수 있는 두께를 가지며, 그 외부 형상은 분리판과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 가습포트(52)가 연료전지 스택에 배치될 경우 종래의 연료전지 스택과 실질적으로 동일한 형태로 적층될 수 있다.The humidification port 52 serves to humidify the air supplied to the fuel cell stack and to supply the air into the fuel cell stack. The humidification port 52 has a thickness capable of accommodating a predetermined volume of air, and the external shape thereof is substantially separated from the separator plate. The same is preferable. Therefore, when the humidification port 52 is disposed in the fuel cell stack, the humidification port 52 may be stacked in substantially the same form as the conventional fuel cell stack.

가습포트(52)는 공기공급수단(미도시)을 통해 연료전지 스택 내부로 공기가 유입되는 공급구(67), 가습포트를 통과한 가습 공기를 연료전지 스택 내부의 매니폴드로 공급하는 토출부(61)를 포함한다. 여기서, 토출부(61)는 분리판과 막전극어셈블리의 유입구(21, 31), 즉 공기유입구와 연통되게 형성되어 있다. 또한, 가습포트(52)에는 유입구(64), 유출구(63, 66), 냉각수유입구(62), 냉각수배출구(65)가 형성되어, 연료전지 스택의 매니폴드의 일부를 구성한다.The humidification port 52 is a supply port 67 through which air is introduced into the fuel cell stack through an air supply means (not shown), and a discharge part for supplying humidified air passing through the humidification port to the manifold inside the fuel cell stack. And (61). Here, the discharge part 61 is formed in communication with the inlets 21 and 31 of the separator plate and the membrane electrode assembly, that is, the air inlet. In addition, the humidification port 52 is provided with inlets 64, outlets 63 and 66, cooling water inlet 62, and cooling water outlet 65 to form part of the manifold of the fuel cell stack.

여기서, 가습포트(52)의 형상은 도 4에 도시된 형상에 한정되지 않으며, 유입되는 공기가 가습막을 지나면서 연료전지 스택의 매니폴드로 공급되는 형상이라면 어떤 구조라도 가능함은 물론이다. 특히, 가습포트의 공급구(67) 및 토출부(61)는 적용되는 연료전지 스택의 구조에 따라 그 위치가 적절히 변경될 수 있다.Here, the shape of the humidification port 52 is not limited to the shape shown in FIG. 4, and any structure may be used as long as the incoming air passes through the humidification membrane and is supplied to the manifold of the fuel cell stack. In particular, the position of the supply port 67 and the discharge portion 61 of the humidification port may be appropriately changed according to the structure of the fuel cell stack to which the humidification port is applied.

또한, 가습포트(52)는 공급구(67)를 통해 외부에서 유입되는 공기가 가습막(51)과 접촉하면서 지나가기 위한 이동통로를 제공하는 가습유로부(68)를 포함하여 형성된다. 이 가습유로부(68)는 공기가 가습막(51)과 접촉하는 접촉면적을 넓혀 가습 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the humidifying port 52 is formed to include a humidifying passage 68 for providing a moving passage for passing the air flowing from the outside through the supply port 67 in contact with the humidifying membrane 51. The humidifying channel part 68 can further improve the humidification efficiency by widening the contact area where air comes into contact with the humidifying membrane 51.

가습유로부(68)는 가습유로(69)를 포함하여 형성된다. 도 4에서 가습유로(69)는 서로 평행하게 배열된 복수개의 격벽(70)에 의해 형성되지만, 가습유로(69)의 크기, 위치 및 형상 등 구체적인 가습유로의 구성은 이에 한정되지 않는다. The humidifying passage 68 is formed including the humidifying passage 69. In FIG. 4, the humidifying passage 69 is formed by a plurality of partition walls 70 arranged in parallel to each other, but the configuration of the specific humidifying passage such as the size, position, and shape of the humidifying passage 69 is not limited thereto.

한편, 반응가스(공기)와 배출가스(물 또는 증기) 간의 열 및 수분교환 과정 에서 온도가 하강하는 것을 방지하기 위해, 가습포트는 열전도도가 낮은 재료, 예컨대 단열재로 많이 사용되는 세라믹 재질 등으로 제조되는 것이 바람직하다.On the other hand, in order to prevent the temperature from falling during the heat and water exchange process between the reaction gas (air) and the exhaust gas (water or steam), the humidification port is made of a material having low thermal conductivity, for example, a ceramic material commonly used as a heat insulating material, etc. It is preferred to be prepared.

이와 같이 구성되는 내부 막가습기를 이용하여, 연료전지 스택의 내부에서 공기가 가습되는 과정을 간략히 살펴보면 다음과 같다.Using the internal membrane humidifier configured as described above, the process of humidifying the air inside the fuel cell stack will be briefly described as follows.

분리판(15')의 유로(17')를 지나면서 발생되는 배출가스인 수분이 가습막(51)에 흡착 투과된다. 이 과정에서 분리판에서 발생되는 플러딩 현상이 어느 정도 감소될 수 있다. 그리고, 가습막(51)에 흡착 투과된 수분은 연료전지 스택의 작동온도(대략 80℃)로 일정하게 유지되므로, 가습 과정에서 등온 열원으로 작용하게 된다.Moisture, which is the discharge gas generated while passing through the flow path 17 'of the separation plate 15', is adsorbed and permeated to the humidifying membrane 51. In this process, the flooding phenomenon generated in the separator may be reduced to some extent. In addition, since the moisture adsorbed and permeated to the humidifying membrane 51 is constantly maintained at the operating temperature (approximately 80 ° C.) of the fuel cell stack, the moisture acts as an isothermal heat source during the humidification process.

한편, 가습포트(52)의 공급구(67)로부터 유입된 공기는 가습유로부(68)를 지나면서 수분이 흡착 투과된 가습막(51)과 접촉하게 된다. 이 과정에서 수분과 공기 사이에 열 및 수분교환이 이루어지고, 온도 및 습도가 상승된 공기는 토출부(61)를 거쳐 분리판(15')의 유입구(21)로 이동되어 연료전지 스택 내부로 유입된다.On the other hand, the air introduced from the supply port 67 of the humidification port 52 comes into contact with the humidifying membrane 51 through which the moisture is adsorbed and permeated while passing through the humidifying flow path 68. In this process, heat and moisture exchange are performed between the water and the air, and the air having the elevated temperature and humidity is moved to the inlet 21 of the separator 15 'through the discharge part 61 and into the fuel cell stack. Inflow.

본 발명에 따른 내부 막가습기에서의 열교환 과정 중의 온도변화를 도 5(a) 도시하였고, 종래의 막가습기에서의 열교환 과정 중의 온도변화를 도 5(b)에 도시하였다.The temperature change during the heat exchange process in the internal film humidifier according to the present invention is shown in Figure 5 (a), the temperature change during the heat exchange process in the conventional film humidifier is shown in Figure 5 (b).

연료전지 스택의 운전온도(T1)와 실질적으로 동일한 온도를 가지는 배출가스를 이용하여 새롭게 유입되는 공기를 가습시키므로, 내부 막가습기를 통과한 가습 공기는 온도 및 습도가 높아진 상태로 연료전지 스택 내부로 공급될 수 있다. 그리고, 내부 막가습기를 거친 가습공기의 온도(T1)는 연료전지 스택 내부의 온도와 실질적으로 동일하므로, 이 가습공기가 연료전지 스택 내부에 유입되어도 상대습도의 변화없이 전기화학 반응에 사용될 수 있다. 동시에, 내부 막가습기는 가습막을 통해 물을 흡수하므로, 플러딩 현상을 방지하여 연료전지 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.Humidified air passing through the internal membrane humidifier is humidified with the exhaust gas having a temperature substantially equal to the operating temperature (T 1 ) of the fuel cell stack. Can be supplied. In addition, since the temperature T 1 of the humidified air passed through the internal membrane humidifier is substantially the same as the temperature inside the fuel cell stack, even if the humidified air flows into the fuel cell stack, it may be used for an electrochemical reaction without changing the relative humidity. have. At the same time, since the internal membrane humidifier absorbs water through the humidification membrane, it is possible to further prevent fuel flooding and further improve fuel cell performance.

반면에, 연료전지 스택의 외부에 설치된 종래의 막가습기의 경우에는, 가습공기의 온도(T2)가 연료전지 스택 내부의 온도보다 낮기 때문에, 이 가습공기가 연료전지 스택에 유입된 경우, 온도의 상승에 따라 상대습도가 낮아져 공기의 가습 효과가 떨어질 수 밖에 없다.On the other hand, in the case of the conventional membrane humidifier installed outside the fuel cell stack, since the temperature T 2 of the humidified air is lower than the temperature inside the fuel cell stack, when the humidified air enters the fuel cell stack, the temperature As the relative humidity decreases, the humidification effect of the air is inevitably reduced.

도 6은 2개의 내부 막가습기(50)가 설치된, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택(100')의 개략 측면도이다.6 is a schematic side view of a fuel cell stack 100 ′ according to another embodiment of the present invention, with two internal membrane humidifiers 50 installed.

도 6에 도시된 바와 같이, 공기 및 수소를 동시에 가습시키기 위해 연료전지 스택의 최외곽에 2개의 내부 막가습기(50)가 구비될 수 있으며, 이 경우 새롭게 유입되는 수소는 배출가스로서의 수소와 수분교환을 통해 가습이 이루어지게 된다.As shown in FIG. 6, two inner membrane humidifiers 50 may be provided at the outermost side of the fuel cell stack to simultaneously humidify air and hydrogen, and in this case, newly introduced hydrogen is hydrogen and moisture as exhaust gas. Humidification occurs through exchange.

한편, 상술한 바와 같은 내부 막가습기는 반응가스의 입출구가 형성된 중앙분배부(18)가 연료전지 스택의 중앙에 배치된 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.On the other hand, the internal membrane humidifier as described above can be equally applied to the case where the central distribution unit 18 in which the inlet and outlet of the reaction gas is formed is disposed in the center of the fuel cell stack.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지 스택(100")의 개략 측면도이다.7 is a schematic side view of a fuel cell stack 100 ″ in accordance with another embodiment of the present invention.

이 경우, 가습막(51) 및 가습포트(52)를 포함하여 이루어지는 내부 막가습기(50)는, 반응가스의 입출구의 위치가 변함에 따라 그 배치 위치가 변화될 뿐, 기본적인 구성은 도 4에 도시된 것과 실질적으로 동일하다.In this case, the internal membrane humidifier 50 including the humidification membrane 51 and the humidification port 52 only changes its arrangement position as the position of the inlet and outlet of the reaction gas changes. It is substantially the same as that shown.

연료전지 스택(100")의 중앙분배부(18)와 가장 근접하게 위치하는 2개의 분리판(15') 중 적어도 하나의 분리판에는 반응가스의 이동통로를 제공하는 유로가 관통형성되어 있다.At least one of the two separation plates 15 ′ positioned closest to the central distribution unit 18 of the fuel cell stack 100 ″ is provided with a flow path for providing a passage for moving the reaction gas.

그리고, 관통형성된 유로를 지나는 배출가스와의 수분교환을 통해 연료전지 스택에 공급되는 반응가스를 가습하는 내부 막가습기(50)가 상기 분리판(15')과 상기 중앙분배부(18) 사이에 배치되어 있다.In addition, an internal membrane humidifier 50 for humidifying the reaction gas supplied to the fuel cell stack through the water exchange with the exhaust gas passing through the passage formed therebetween is provided between the separation plate 15 ′ and the central distribution unit 18. It is arranged.

이와 같은 내부 막가습기(50)는 반응가스인 공기 및/또는 수소를 가습시키기 위해 중앙분배부(180)의 일측 또는 양측에 구비될 수 있다. 그리고, 이 내부 막가습기의 토출부는 연료전지 스택의 공기유입구 및/또는 수소유입구에 연통되도록 형성되어, 연료전지 스택으로 공급되는 반응가스가 내부 막가습기를 통과하여 연료전지 스택 내부로 유입될 수 있다.The internal membrane humidifier 50 may be provided at one side or both sides of the central distribution unit 180 to humidify the air and / or hydrogen as the reaction gas. In addition, the discharge portion of the internal membrane humidifier may be formed to communicate with the air inlet and / or the hydrogen inlet of the fuel cell stack, so that the reaction gas supplied to the fuel cell stack may enter the fuel cell stack through the internal membrane humidifier. .

일 예로, 도 7에 도시된 바와 같이 반응가스인 공기 및 수소는 내부 막가습기(50)를 거쳐 연료전지 스택 내부로 유입될 수 있으며, 이들은 다시 중앙분배부(18)에 형성된 공기배출구 및 수소배출구를 통해 연료전지 스택 외부로 배출된다.For example, as shown in FIG. 7, air and hydrogen, which are reaction gases, may be introduced into the fuel cell stack through the internal membrane humidifier 50, and these may be formed again in the air outlet and hydrogen outlet formed in the central distribution unit 18. Is discharged out of the fuel cell stack.

결국, 본 발명에 따른 내부 막가습기는 연료전지 스택의 내부 중 반응가스의 유입구 측에 구비됨으로써 공급되는 반응가스를 가습시키고 동시에 플러딩 현상을 방지하여 연료전지 성능을 크게 향상시킬 수 있다.As a result, the internal membrane humidifier according to the present invention may be provided at the inlet side of the reaction gas in the fuel cell stack to humidify the supplied reaction gas and prevent flooding at the same time, thereby greatly improving fuel cell performance.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

도 1은 종래의 연료전지용 가습장치에 의해 반응가스가 공급되는 상태를 도시한 도면이다.1 is a view showing a state in which a reaction gas is supplied by a conventional humidifier for fuel cells.

도 2는 종래의 연료전지 스택의 사시도이다.2 is a perspective view of a conventional fuel cell stack.

도 3(a)는 종래의 연료전지 스택의 일부 분해 사시도이고, 도 3(b)는 A-A의 개략 단면도이다.3 (a) is a partially exploded perspective view of a conventional fuel cell stack, and FIG. 3 (b) is a schematic cross-sectional view of A-A.

도 4는 본 발명에 따른 내부 막가습기가 구비된 연료전지 스택의 일부 분해 사시도이다.4 is a partially exploded perspective view of a fuel cell stack provided with an internal membrane humidifier according to the present invention.

도 5(a)는 본 발명에 따른 내부 막가습기 내부에서의 온도변화를, 도 5(b)는 종래 막가습기 내부에서의 온도변화를 개략적으로 도시한 그래프이다.Figure 5 (a) is a graph showing a temperature change inside the internal film humidifier according to the present invention, Figure 5 (b) is a schematic diagram showing a temperature change inside the conventional film humidifier.

도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택의 측면도이다.6 is a side view of a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지 스택의 측면도이다.7 is a side view of a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention.

Claims (10)

막전극어셈블리와 상기 막전극어셈블리의 양측에 배치되는 분리판을 포함하는 단위셀이 복수개 적층된 연료전지 스택에 있어서,A fuel cell stack comprising a plurality of unit cells including a membrane electrode assembly and separator plates disposed on both sides of the membrane electrode assembly, 상기 복수개 적층된 연료전지 스택의 최외곽에 위치하는 2개의 분리판 중 적어도 하나의 분리판에는 반응가스의 이동통로를 제공하는 유로가 관통형성되고,At least one of the two separation plates located at the outermost portions of the plurality of stacked fuel cell stacks has a flow path for providing a passage for moving the reaction gas therethrough, 유로가 관통형성된 상기 분리판에 배치되며, 상기 관통형성된 유로를 지나는 배출가스와의 수분교환을 통해 상기 연료전지 스택에 공급되는 반응가스를 가습하는 내부 막가습기를 포함하고,A flow path is disposed in the through-plate separation plate, and includes an internal membrane humidifier for humidifying the reaction gas supplied to the fuel cell stack through the water exchange with the exhaust gas passing through the through-flow path, 상기 내부 막가습기는, 상기 관통형성된 유로가 구비된 분리판의 상기 막전극어셈블리를 향한 반대면에 배치되는 가습막 및 상기 반응가스가 상기 가습막을 지나면서 상기 연료전지 스택에 공급되도록 상기 반응가스를 안내하는 가습포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.The internal membrane humidifier may be configured to supply a humidification membrane and a reaction gas disposed on an opposite surface of the separator plate having the passage formed therethrough to face the membrane electrode assembly, and supply the reaction gas to the fuel cell stack while passing through the humidification membrane. A fuel cell stack comprising a guide humidification port. 반응가스의 입출구가 형성된 중앙분배부와, 막전극어셈블리 및 상기 막전극어셈블리의 양측에 배치되는 분리판을 포함하는 단위셀이 상기 중앙분배부의 양측으로 복수개 적층된 연료전지 스택에 있어서,In a fuel cell stack comprising a plurality of unit cells including a central distributor having a reaction gas inlet and outlet, and a separator electrode disposed on both sides of the membrane electrode assembly and the membrane electrode assembly, on both sides of the central distributor. 상기 복수개 적층된 연료전지 스택의 상기 중앙분배부와 가장 근접하게 위치하는 2개의 분리판 중 적어도 하나의 분리판에는 반응가스의 이동통로를 제공하는 유로가 관통형성되고,At least one of the two separation plates positioned closest to the central distribution part of the plurality of stacked fuel cell stacks has a flow path for providing a passage for moving the reaction gas therethrough, 유로가 관통형성된 상기 분리판과 상기 중앙분배부 사이에 배치되며, 상기 관통형성된 유로를 지나는 배출가스와의 수분교환을 통해 상기 연료전지 스택에 공급되는 반응가스를 가습하는 내부 막가습기를 포함하는 연료전지 스택.A fuel including an internal membrane humidifier disposed between the separation plate and the central distribution unit through which the flow passage is formed and humidifies the reaction gas supplied to the fuel cell stack through water exchange with the exhaust gas passing through the flow passage. Battery stack. 삭제delete 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 내부 막가습기는, 상기 관통형성된 유로가 구비된 분리판의 상기 막전극어셈블리를 향한 반대면에 배치되는 가습막 및 상기 반응가스가 상기 가습막을 지나면서 상기 연료전지 스택에 공급되도록 상기 반응가스를 안내하는 가습포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.The internal membrane humidifier may be configured to supply a humidification membrane and a reaction gas disposed on an opposite surface of the separator plate having the passage formed therethrough to face the membrane electrode assembly and supply the reaction gas to the fuel cell stack while passing through the humidification membrane. A fuel cell stack comprising a guide humidification port. 제1항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 1 or 4, 상기 가습막은 나피온으로 제조된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.The humidification membrane is a fuel cell stack, characterized in that made of Nafion. 제1항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 1 or 4, 상기 가습포트는 상기 반응가스가 상기 가습막과 접촉하기 위한 이동통로를제공하는 가습유로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.The humidification port includes a fuel cell stack, characterized in that it comprises a humidifying passage for providing a moving passage for the reaction gas in contact with the humidification membrane. 제1항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 1 or 4, 상기 반응가스는 공기이고,The reaction gas is air, 상기 가습포트의 토출부는 상기 연료전지 스택의 공기유입구에 연통되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.And a discharge portion of the humidification port communicates with an air inlet of the fuel cell stack. 제1항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 1 or 4, 상기 반응가스는 수소이고,The reaction gas is hydrogen, 상기 가습포트의 토출부는 상기 연료전지 스택의 수소유입구에 연통되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.And a discharge portion of the humidification port communicates with a hydrogen inlet of the fuel cell stack. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응가스는 공기 및 수소이고,The reaction gas is air and hydrogen, 상기 내부 막가습기는 상기 연료전지 스택의 최외곽에 위치하는 2개의 분리판에 각각 구비되고,The inner membrane humidifier is provided in each of the two separation plates located at the outermost side of the fuel cell stack, 상기 2개의 내부 막가습기의 가습포트의 토출부는 상기 연료전지 스택의 공기유입구 및 수소유입구에 각각 연통되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.And a discharge portion of the humidification port of the two inner membrane humidifiers is in communication with an air inlet and a hydrogen inlet of the fuel cell stack, respectively. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 반응가스는 공기 및 수소이고,The reaction gas is air and hydrogen, 상기 내부 막가습기는 상기 중앙분배부와 가장 근접하게 위치하는 2개의 분리판에 각각 구비되고,The inner membrane humidifier is provided in each of the two separation plates that are located closest to the central distribution unit, 상기 2개의 내부 막가습기의 가습포트의 토출부는 상기 연료전지 스택의 공기유입구 및 수소유입구에 각각 연통되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.And a discharge portion of the humidification port of the two inner membrane humidifiers is in communication with an air inlet and a hydrogen inlet of the fuel cell stack, respectively.
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