KR101141495B1 - 돌출형 냉각수 가이드라인을 구비하는 연료전지 스택 - Google Patents

돌출형 냉각수 가이드라인을 구비하는 연료전지 스택 Download PDF

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Abstract

본 발명은 돌출형 냉각수 가이드라인을 포함하는 연료전지용 금속 분리판 및 이를 구비하는 연료전지 스택에 관한 것으로, 제1면으로부터 제2면으로 돌출되어 형성되는 반응가스 채널 및 상기 제2면에 돌출된 상기 반응가스 채널 사이에 형성되는 냉각수 채널을 포함하는 채널부와, 상기 채널부의 양측에 각각 형성되는 매니폴드와, 상기 매니폴드 및 상기 채널부 사이의 영역에 형성되는 냉각수 유로 터미널부 및 상기 냉각수 유로 터미널부에 상기 제1면으로부터 상기 제2면으로 돌출되어 형성되는 바(Bar) 형태의 돌출형 냉각수 가이드라인을 포함하되, 상기 냉각수 유로 터미널부로 냉각수가 흘러나오는 방향과 상기 돌출형 냉각수 가이드라인이 이루는 각(θ)이 80° 내지 100°인 연료전지용 분리판을 제조함으로써, 반응가스 채널 및 냉각수 채널을 통하여 흐르는 반응가스 및 냉각수의 유동이 더욱 원활해질 수 있도록 하고, 금속 분리판의 성형시 드로우비드(Drawbead) 역할을 하여 주름방지 및 성형 후 변형(Spring Back)을 저감시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

돌출형 냉각수 가이드라인을 구비하는 연료전지 스택{FUEL CELL STACK HAVING CONVEX COOLANT GUIDELINE}
본 발명은 냉각수 유로 터미널부에 돌출형 냉각수 가이드라인을 포함하는 연료전지용 금속 분리판 및 이를 구비하는 연료전지 스택에 관한 것이다.
연료전지란, 일반적으로 수소와 산소의 산화, 환원반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 발전 장치이다. 음극(anode)에서 수소가 산화되어 수소 이온과 전자로 분리되고, 수소 이온은 전해질을 통해 양극(cathode)으로 이동한다. 이때, 전자는 회로를 통해 양극으로 이동한다. 아울러, 양극에서 수소 이온, 전자 및 산소가 반응하여 물이 되는 환원반응이 일어난다.
상술한 구조의 연료전지 중 특히 고체고분자 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel cell; PEMFC)에서 고분자 전해질막(polymer electrolyte membrane)이 함유하고 있는 물의 양은 연료전지의 성능을 좌우하는 중요한 요소 중 하나가 된다. 물은 수소이온을 양극으로 전달하는 매개체 역할을 하기 때문이다.
한편, 연료전지는 여러 부품으로 구성되는데 먼저 전기화학 반응이 일어나는 MEA(막-전극 집합체)와 반응가스를 MEA 표면으로 고르게 분산시켜주는 다공성 매체인 GDL 그리고 MEA와 GDL을 지지해주며, 반응가스와 냉각수의 수송 및 생성된 전기를 수집하여 전달하는 부품들을 포함한다. 이런 부품들을 수십, 수백 개로 쌓은 것이 연료전지 스택이 된다.
여기서, 연료전지 발전시 MEA와 GDL, 분리판의 각 면으로 수소와 산소 그리고 냉각수가 계속 공급되어 흐르게 되는데 각각의 반응가스와 냉각수가 서로 섞이지 않도록 기밀성을 확보하는 것은 연료전지 시스템 운전에 있어서 가장 중요한 부분 중 하나이다.
기존의 연료전지는 흑연 재질 및 금속 재질로 제조된 분리판을 이용한다. 흑연 분리판은 밀링 가공을 통해, 금속 분리판은 프레스 가공을 통해 냉각수 채널을 형성한다. 이때, 냉각수 채널의 폭이 좁을 뿐 아니라, 굴곡을 가지는 구조로 형성되어 냉각수의 유출입이 원활하지 못하였다. 즉, 기존의 흑연 분리판은 반응면과 냉각면의 유로를 다르게 제작할 수 있으나, 특히 금속 분리판은 반응 가스 채널을 스탬핑 가공함에 따라 반대면에 채널의 형태가 그대로 투영되므로 냉각수가 흐를 수 있는 유로를 별개로 확보하기 어렵다는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 별도의 냉각수 유입구조를 만들기가 어려운 금속계 분리판에서 원활한 냉각수 유입을 위하여, 일반적으로 매니폴드와 채널 사 이에 냉각수 유로 터미널부라는 완충 영역을 만들어 냉각수가 유입되도록 하는 구조가 이용되었다. 그러나, 냉각수 유로 터미널부를 흐르는 냉각수가 가스켓에 부딪치면서 그 흐름이 원활해지지 못하고, 이로 인하여 분리판 내에서 열의 축적이 가장 이루어지는 중간 부분으로 냉각수의 유입이 잘 이루어지지 않는 단점이 있다.
한편, 대부분의 고분자 전해질 연료전지에서는 분리판의 양쪽면에 가스켓을 설치하여 기밀구조를 확보하는 방식을 채택하고 있는데 가스켓을 설치하여 기밀성을 확보하는 경우 기밀성 향상과 전기전도성 향상을 위하여 연료전지 스택에 수기압의 체결압을 가하게 된다. 이러한 하중이 가해질 때 GDL과 가스켓에서 대부분의 변형이 일어나면서, 박판성형으로 제작된 금속계 분리판의 경우 수기압의 체결압에서 가스켓의 변형과 함께 금속분리판의 일부가 함께 변형되게 된다. 특히 반응가스 및 냉각수가 유입되는 부부의 경우 가스켓이 존재하는 부분과 유체가 지나가야하는 부분에서의 지지구조의 부재로 인하여, 변형이 쉽게 이루어지는 구조가 된다.
이러한 변형이 발생할 경우 반응가스와 냉각수의 원활한 유입이 어렵게 되어 주변 장치, 특히 블로어나 펌프에 많은 부하를 가하게 되어 시스템의 효율이 저하되게 된다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에 따른 연료전지용 분리판은 효율적인 냉각수 유로 형성 및 분리판의 변형 방지 문제를 해결해야 하는 어려움이 있다. 특히, 상기 두 가지 문제의 근본적인 원인이 되는 부분은 분리판의 냉각수 유로 터미널부이다. 냉각수 유로 터미널부에서는 채널부와 매니폴드부 사이의 영역을 지칭하는 것 으로 채널을 통과하여 나오는 냉각수가 가스켓 부분에 부딪치면서 정류가 발생하고, 이로 인하여 냉각수가 냉각수 배출 매니폴드까지 정상적으로 흐르지 못하는 문제가 발생한다. 또한, 유로 터미널부는 냉각수 또는 반응가스의 흐름을 위해 상대적으로 빈 공간으로 형성되는 경향이 있으므로, 뒤틀림과 같은 변형에 매우 취약한 문제가 있으나 아직까지 특별한 해결책이 없는 상황이다.
본 발명은 금속 분리판의 크기를 최소화하면서 냉각 성능 및 반응가스 유로를 확보할 수 있는 연료전지용 연료전지용 금속 분리판 본체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 냉각수의 흐름을 원활하게 하기 위하여, 냉각수 정류가 발생하는 부분인 유로 터미널부에 별도의 냉각수 흐름 가이드라인을 설치함으로써, 냉각수 유출입을 원활하게 하되, 가이드라인을 채널부와 같은 돌출형 프레임 구조로 으로 형성함으로써, 분리판의 변형을 확실하게 방지할 수 있는 돌출형 냉각수 가이드라인을 포함하는 연료전지용 금속 분리판 및 이를 구비하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지용 금속 분리판 본체는 제1면으로부터 제2면으로 돌출되어 형성되는 반응가스 채널 및 상기 제2면에 돌출된 상기 반응가스 채널 사이에 형성되는 냉각수 채널을 포함하는 채널부와, 상기 채널부의 양측에 각각 형성되는 매니폴드와, 상기 매니폴드 및 상기 채널부 사이의 영역에 형성되는 냉각수 유로 터미널부 및 상기 냉각수 유로 터미널부에 상기 제1면으로부터 상기 제2면으로 돌출되어 형성되는 바(Bar) 형태의 돌출형 냉각수 가이드라인을 포함하되, 상기 냉각수 유로 터미널부로 냉각수가 흘러나오는 방향과 상기 돌출형 냉각수 가이드라인 이 이루는 각(θ)이 80° 내지 100°인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 냉각수 채널은 금속 분리판 본체의 상기 제2면으로부터 상기 제1면으로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 매니폴드는 반응가스 유출입부 및 냉각수 유출입부를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 냉각수 유로 터미널부 중 상기 매니폴드와 인접한 부분에 형성되는 반응가스 유출입홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 돌출형 냉각수 가이드라인은 상기 반응가스 유출입부와 대응되는 길이로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 돌출형 냉각수 가이드라인은 드로우비드(Drawbead)로서, 금속 분리판 본체의 성형시 주름방지 수단 및 성형 후 변형(Spring Back) 방지 수단으로 이용되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 연료전지용 금속 분리판은 상술한 돌출형 냉각수 가이드라인을 포함하는 금속 분리판 본체 및 상기 금속 분리판 본체의 채널부 및 매니폴드 주변의 테두리부와 그 외에 실링을 필요로 하는 부위에 형성되는 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 채널부 및 상기 매니폴드 사이의 영역 중 상기 매니폴드와 인접한 상기 금속 분리판 본체 부분에 형성되는 반응가스 유출입홀과, 상기 금속 분리판 본체의 상기 제1면에 형성되며, 상기 매니폴드 및 상기 반응가스 유출입홀 사이의 영역에 상기 채널부를 향하여 오픈된 형태로 형성되는 제1가이드가스켓 및 상기 금속 분리판 본체의 상기 제2면에 형성되며, 상기 반응가스 유출입홀 및 상기 돌출형 냉각수 가이드라인 사이의 영역에 상기 매니폴드를 향하여 오픈된 형태로 형성되는 제2가이드가스켓을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 스택은 상술한 금속 분리판 및 막-전극 접합체(MEA)의 접합구조가 복수개 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택은 상술한 금속 분리판 2개가 각각의 제1면이 대향하는 형태로 접합되어 있는 적층 구조물 및 상기 적층 구조물의 상부에 형성되는 막-전극 접합체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속 분리판 본체는 채널부와 매니폴드 사이의 영역에 돌출형의 가이들 라인을 형성함으로써, 냉각수의 유로를 확보할 수 있도록 한다. 따라서, 분리판의 두께, 면적, 부피를 키우지 않으면서 연료전지의 냉각성능을 향상시킬 수 있도록 하고, 생산 효율을 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한 본 발명에 따른 금속 분리판의 돌출형 냉각수 가이드라인은 형성 각도를 조절하거나, 분할 크기를 조절함으로써, 냉각수 유출입 효율을 증가시킬 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 금속 분리판의 돌출형 냉각수 가이드라인은 채널부에 반응가스 채널 또는 냉각수 채널을 형성하기 위한 스탬핑 공정을 이용하여 동시에 형성할 수 있으므로, 금속 분리판 제조 시간을 단축시킬 수 있고, 제조 단가 또한 낮출 수 있는 효과를 제공한다.
마지막으로, 본 발명에 따른 금속 분리판의 돌출형 냉각수 가이드라인은, 금속 분리판의 빈 공간 부분을 지지하는 프레임 역할을 하게되므로, 공간 변형에 대한 저항성이 뛰어나고, 금속 분리판 및 가스켓의 변형을 더욱 확실히 방지함으로써, 분리판 간의 적층을 용이하게 하고, 연료전지 스택을 더 효율적으로 형성할 수 있는 효과를 제공한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 돌출형 냉각수 가이드라인을 포함하는 연료전지용 금속 분리판 및 이를 구비하는 연료전지 스택에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 금속 분리판의 제1면을 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 금속 분리판의 제2면을 도시한 평면도이다. 여기서, 분리판의 길이 방향에 대한 중간 부분은 일부 생략하여 도시하였다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저 직사각형 형태로 구비되는 금속 분리판 본체(100)의 중심부에 반응가스 채널(140) 및 냉각수 채널(145)이 형성되고, 그 4측면 주변을 둘러싸는 가스켓(130)이 형성된다. 그리고, 채널부의 양측으로 제1반응가스 유입 매니폴드(120), 냉각수 유입 매니폴드(124), 제2반응가스 유입 매니폴드(128), 제1반응가스 배출 매니폴드(160), 냉각수 배출 매니폴드(164) 및 제2반응가스 배출 매니폴드(168)가 각각 구비된다. 이때, 반응가스 채널(140)은 도시된면(제1면)의 이면(제2면)으로 돌출되는 형태를 갖고, 냉각수 채널(140)은 반응가스 채널(140) 사이의 영역을 활용하여 형성되거나, 제2면에서 제1면으로 돌출된 형태로도 형성될 수 있다. 또한, 각각의 매니폴드는 금속 분리판 본체 내에 형성되는 매니폴드에 의해서 형성될 수 있으며, 본 발명에 따른 다른 실시예로서 하나의 매니폴드로 형성된 금속 분리판 본체를 형성한 후, 가스켓과 같은 구조에 의해서 각각의 매니폴드 영역으로 분할될 수도 있다.
아울러, 여기서는 구조적 이해를 용이하게 하기 위하여 각각의 유입 매니폴드들과 배출 매니폴드들을 구분하여 표시하였으나, 유입 및 출입의 방향은 상황에 따라서 정 반대로 이루어질 수 있으므로 본 발명에 도시된 구성은 유입 또는 출입에 의해서 항상 제한 되는 것은 아니다.
다음으로, 채널부와 매니폴드 사이의 영역에 각각 반응가스 유입홀(125) 및 반응가스 배출홀(150)이 형성된다. 상기와 같은 반응가스 유출입홀은 금속 분리판 본체 내에 형성될 수도 있으며, 가스켓이 매니폴드를 구성하는 독립 구조로 형성되 는 경우에는 가스켓에 일체형으로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 가스켓의 제1면과 제2면을 'S'자 형태로 연결하는 가스 유출입구조가 되도록 한다.
여기서, 도시된 제1면은 반응가스들이 흐르는 면으로서, 반응가스면이라고 정의할 수 있으며, 이 경우 제2면은 냉각수면이 된다. 따라서, 반응가스는 제2면을 통하여 유입되며, 반응가스 유입홀(125)을 통하여 제1면으로 유도되고, 제1면의 반응가스 채널(140)을 통하여 반응가스 배출홀(150) 방향으로 배출되게 된다. 이때, 반응가스의 유출입을 원활하게 하기 위하여 금속 분리판 본체(100)의 매니폴드 및 반응가스 유출입홀 사이의 영역에 가이드가스켓을 형성한다. 제1면에 형성되며 채널부를 향하여 오픈된 형태로 형성되는 것이 제1가이드가스켓(135A)이고, 제2면에 형성되며 매니폴드를 향하여 오픈된 형태로 형성되는 것이 제2가이드가스켓(135B) 이다.
여기서, 냉각수면인 제2면을 기준으로 보면 채널부를 통과하여 흘러나오는 냉각수가 제2가이드가스켓(130B)에 부딪히는 구조로 형성되는 것을 알 수 있다. 이 경우 제2가이드가스켓(130B)에 의해서 냉각수가 흐르지 않게 되는 정류가 발생할 수 있고, 이로 인하여 냉각수가 냉각수 유출입 매니폴드(124, 164)로 흐르지 못하게 될 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 반응가스 채널(140)과 냉각수 채널(145)이 형성된 채널부 및 유출입 매니폴드들이 형성된 매니폴드 사이의 영역 중 채널부와 인접한 부분에 돌출형 냉각수 가이드라인(170, 175, 180, 185)을 형성한다.
여기서, 냉각수면을 기준으로 할 때, 채널부 및 매니폴드 사이의 영역을 유 로 터미널부라 하며, 돌출형 냉각수 가이드라인(170, 175, 180, 185)은 상기 유로 터미널부에 형성되는 것이다. 이때, 돌출형 냉각수 가이드라인(170, 175, 180, 185)은 제1면에서 제2면으로 돌출된 형태가 되어야 하며, 도시된 형태는 바(Bar) 형으로 되어 있으나, 상기한 바와 같이 제2가이드가스켓(130B)에 냉각수가 부딪히지 않게만 된다면, 어떠한 형태가 되어도 무방하다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 돌출형 냉각수 가이드라인에 대해 상세히 설명하는 것으로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 금속 분리판의 냉각수 흐름을 도시한 개략도이다.
도 3은 금속 분리판 본체(200)의 제2면을 도시한 것으로, 반응가스 채널(240) 및 제2면에서 제1면으로 돌출된 형태의 냉각수 채널(245)로 이루어지는 채널부 외곽에 가스켓(230)이 형성된다. 이때, 가스켓(230)의 일 부분으로써, 제2반응가스 배출 매니폴드(228)와 채널부 사이에 제2가이드가스켓(235)이 형성된다.
여기서, 제2가이드가스켓(235)은 반응가스 배출홀(225)을 통하여 배출되는 반응가스가 제2반응가스 배출 매니폴드(228)로 자연스럽게 유도될 수 있도록, 제2가이드가스켓(235) 방향으로 오픈될 수 있는 형태가 되어야 한다. 따라서, 냉각수가 제2가이드가스켓(235)에 부딪히게 되는데, 종래의 경우 X1, X2 부분에서 정류가 발생하여 냉각수가 냉각수 배출 매니폴드(224)로 흘러가지 않을 수 있었다. 그러 나, 본 발명에서는 돌출형 냉각수 가이드라인(270)에 의해서 상기와 같은 정류 문제가 해결된다. 돌출형 냉각수 가이드라인(270)에 의해서 냉각수가 제2가이드가스켓(235)에 부딪히지 않거나, 제2가이드가스켓(235)으로 흘러가는 냉각수에 정류가 발생하지 않도록 할 수 있다. 여기서, 정류가 발생하지 않는 이유는 제2가이드가스켓(235)에 의해서 냉각수 유로의 폭이 감소되므로, 유속이 더 빨라져서 정류가 발생하지 않게 되는 것이다. 따라서, 돌출형 냉각수 가이드라인(270)의 선폭이나 길이는 유로 터미널부의 크기에 따라서 적절하게 조절될 수 있다. 또한, 상황에 따라서는 돌출형 냉각수 가이드라인(270)이 2열로도 형성될 수 있으며, 작은 바(Bar) 형태로 분할된 여러 개의 돌출형 냉각수 가이드라인(270)들이 일렬로 연결되어 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 금속 분리판을 도시한 개략도이다.
도 4를 참조하면, 금속 분리판 본체(300)에 가스켓(330)이 형성되고, 가스켓(330)의 일부분으로 제2가이드가스켓(335)이 형성된다. 다음으로, 제2가이드가스켓(335)이 오픈된 방향으로 반응가스 배출홀(325) 및 제1반응가스 배출 매니폴드(320)가 형성된다. 아울러, 여기서 반응가스 배출홀(325)은 금속 분리판 본체(300) 내에 직접 형성될 수 있으며, 또는 금속 분리판 본체를 감싸는 형태의 가스켓을 형성한 후, 상기 가스켓에 반응가스 배출홀(325)이 일체형으로 진행될 수 있다.
그 다음으로, 반응가스 채널(340)과 냉각수 채널(345) 및 제2가이드가스켓(335)사이의 영역에 돌출형 냉각수 가이드라인(370a, 370b)이 형성된다. 이때, 냉각수 유로 터미널의 크기 또는 길이에 따라서 다양한 형태의 돌출형 냉각수 가이드라인(370a, 370b)이 형성될 수 있으며, 그에 대한 첫번째 조건으로 냉각수가 흘러나오는 방향과 바(Bar)형의 길이방향이 이루는 각이 수직 또는 수직에 가까운 방향이 되도록 하는 것이 바람직하다.
아울러, 바의 길이 또한 특별한 제한은 없으나 제1반응가스 배출 매니폴드(320)와 같은 반응가스 유출입홀의 길이에 대응되는 길이로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
최소 각(θ1)은 80°가 되도록 하는 것이 바람직하며, 최대 각(θ2)은 110°가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나게 되면, 돌출형 냉각수 가이드라인(370a, 370b)이 제2가이드가스켓(335) 또는 채널부에 접하게 되어, 냉각수의 흐름을 오히려 방해될 수 있으므로, 수직 또는 최대한 수직에 가까운 범위 내에서 형성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택을 도시한 단면도이다.
도 5는 상기 도 4의 연료전지용 금속 분리판 3장이 결합되어 형성된 연료전지 스택을 나타낸 것이다.
제2 금속 분리판 본체(500)와 제3 금속 분리판 본체(600)의 냉각수면(제2면) 이 서로 마주 보도록 접합되어 냉각수 유로를 형성한다. 이때, 제2 돌출형 냉각수 가이드라인(570)과 제3 돌출형 냉각수 가이드라인(670)이 서로 접합되도록 한다.
제2 금속 분리판 본체(500)의 반응가스면(제1면) 상에는 제2 막-전극접합체(580)가 형성되고, 제1 금속 분리판 본체(400)에 형성된 막-전극 접합체(480)와 서로 접합되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따른 연료전지용 금속 분리판은 적층 구조는 안정적인 냉각수 배출 라인을 형성할 수 있고, 또한 돌출형 냉각수 가이드라인(470, 570, 670)금속 연료전지 본체의 뒤틀림 변형과 같은 문제를 자연스럽게 해결할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 금속 분리판 본체, 금속 분리판 및 이를 구비하는 연료전지 스택은 반응가스, 냉각수 유출입 매니폴드부를 구성하는 매니폴드 및 반응가스 채널과 냉각가스 채널로 형성되는 채널부 사이의 영역에 돌출형 냉각수 가이드라인을 형성함으로써, 분리판의 두께, 면적, 부피를 변경시키지 않으면서 연료전지의 성능을 효율적으로 향상시킬 수 있도록 할 수 있다.
아울러, 돌출형 냉각수 가이드라인을 공간 변형이 취약한 부위에 형성함으로써, 반응가스 유출입 효율을 증가시킬 수 있으며, 반응가스 유출입홀을 일체형으로 가지고 있는 종래 금속 분리판의 경우보다 공간 변형에 대한 저항성이 뛰어나고, 반응가스의 유동 저항을 저감시켜 압력 강하량을 감소시킬 수 있는 연료전지용 금속 분리판을 제조할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 돌출형 냉각수 가이드라인은 금속 분리판의 성형 시 드로우비드(Drawbead) 역할을 하여, 금속 분리판의 주름방지 및 성형 후 변형을 저감시킬 수 있도록 하는 스프링백(Spring Back) 저감 기능을 수행한다.
아울러, 상기와 같은 본 발명의 연료전지용 금속 분리판 한 장에 막-전극 접합체(MEA)를 접합시키거나, 상술한 금속 분리판의 반응가스면이 서로 대향되도록 접합시킨 후 막-전극 접합체(MEA)를 적층시킴으로써, 고효율을 가지며, 다양한 형태의 매니폴드를 가질 수 있는 연료전지 스택을 제조할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 금속 분리판의 제1면을 도시한 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 금속 분리판의 제2면을 도시한 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 금속 분리판의 냉각수 흐름을 도시한 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 금속 분리판을 도시한 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택을 도시한 단면도.

Claims (7)

  1. 금속 분리판 및 막-전극 접합체(MEA)의 접합구조가 복수개 적층되어 이루어지는 연료전지 스택으로서,
    상기 금속 분리판 각각은
    제1면으로부터 제2면으로 돌출되어 형성되는 반응가스 채널 및 상기 제2면에 돌출된 상기 반응가스 채널 사이에 형성되는 냉각수 채널을 포함하는 채널부와, 상기 채널부의 양측에 각각 형성되는 매니폴드와, 상기 매니폴드 및 상기 채널부 사이의 영역에 형성되는 냉각수 유로 터미널부와, 상기 냉각수 유로 터미널부에 상기 제1면으로부터 상기 제2면으로 돌출되어 형성된 돌출형 냉각수 가이드라인을 갖는 금속 분리판 본체;
    상기 금속 분리판 본체의 채널부 및 매니폴드 주변의 테두리부와 그 외에 실링을 필요로 하는 부위에 형성되는 가스켓;
    상기 채널부 및 상기 매니폴드 사이의 영역 중 상기 매니폴드와 인접한 상기 금속 분리판 본체 부분에 형성되는 반응가스 유출입홀;
    상기 금속 분리판 본체의 상기 제1면에 형성되며, 상기 매니폴드 및 상기 반응가스 유출입홀 사이의 영역에 상기 채널부를 향하여 오픈된 형태로 형성되는 제1가이드가스켓; 및
    상기 금속 분리판 본체의 상기 제2면에 형성되며, 상기 반응가스 유출입홀 및 상기 돌출형 냉각수 가이드라인 사이의 영역에 상기 매니폴드를 향하여 오픈된 형태로 형성되는 제2가이드가스켓;을 포함하되,
    상기 돌출형 냉각수 가이드라인은 상기 냉각수 유로 터미널부로 냉각수가 흘러나오는 방향과 80° 내지 100°의 각(θ)을 이루며, 상기 돌출형 냉각수 가이드 라인은 2열로 형성되고, 각 열은 바 형태로 분할된 복수개가 일렬로 배열되어, 상기 채널부를 통과하여 흘러나오는 냉각수가 상기 제2가이드가스켓에 부딪치지 않거나, 상기 제2가이드가스켓으로 흘러가는 냉각수에 정류가 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하며,
    2열로 형성되는 상기 돌출형 냉각수 가이드라인은 드로우비드(Drawbead)로서, 금속 분리판 본체의 성형시 주름방지 수단 및 성형 후 변형(Spring Back) 방지 수단으로 이용되는 것을 특징으로 하며,
    상기 2열로 형성되는 돌출형 냉각수 가이드라인은 금속 분리판의 빈 공간을 지지하는 프레임 역할을 함으로써, 공간 변형에 대한 저항성을 증대시키고, 상기 금속 분리판 및 가스켓의 변형을 방지하여 상기 금속 분리판들 상호 간의 적층을 용이하게 보조하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
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