KR101400569B1 - A gasket for a fuel cell with advanced performance in assembly and sealing and a fuel cell having the same - Google Patents

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Abstract

조립성 및 기밀성이 우수한 연료전지용 가스켓 및 이를 구비하는 연료전지 에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 연료전지용 가스켓은 제1 금속분리판의 일면에 형성되며, 돌출부를 포함하는 제1 가스켓; 및 제2 금속분리판의 일면에 형성되어 상기 제1 가스켓과 반응 영역을 형성하며, 상기 제1 가스켓과의 접촉면이 서로 맞물리도록 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴을 갖는 제2 가스켓;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Disclosed is a gasket for a fuel cell excellent in assembling property and airtightness and a fuel cell having the gasket.
A gasket for a fuel cell according to the present invention includes: a first gasket formed on one surface of a first metal separator plate, the gasket including a protrusion; And a second gasket formed on one surface of the second metal separator to form a reaction zone with the first gasket and having a pattern opposite to the first gasket so that the contact surfaces with the first gasket are engaged with each other, .

Description

조립성 및 기밀성이 우수한 연료전지용 가스켓 및 이를 구비하는 연료전지{A GASKET FOR A FUEL CELL WITH ADVANCED PERFORMANCE IN ASSEMBLY AND SEALING AND A FUEL CELL HAVING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a gasket for a fuel cell having excellent gas permeability,

본 발명은 연료전지용 가스켓에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지의 금속분리판에 적용되는 가스켓의 성형 구조를 개선한 연료전지용 가스켓 및 이를 구비하는 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a gasket for a fuel cell, and more particularly, to a gasket for a fuel cell and a fuel cell including the same, which improves a forming structure of a gasket applied to a metal separator of a fuel cell.

현재 사용되고 있는 연료전지는 단위셀의 전압이 낮아 실용성이 떨어지기 때문에, 일반적으로 수개에서 수백개의 단위셀을 적층하여 사용한다.Since the fuel cell currently used has low practicality due to a low voltage of the unit cell, generally several to several hundred unit cells are stacked and used.

연료전지는 여러 부품으로 구성되는데, 전기화학 반응이 일어나는 막전극 집합체(membrane electrode assembly; MEA)와, 반응가스를 MEA 표면으로 고르게 분산시켜주는 다공성 매체인 기체확산층(gas diffusion layer; GDL), 및 MEA와 GDL을 지지해주며, 반응가스와 냉각수의 수송 및 생성된 전기를 수집하여 전달하는 분리판(bipolar plate)이 그것이다. 이런 부품들을 수십, 수백 개로 쌓은 것이 연료전지 스택(stack)이 된다.The fuel cell is composed of various parts, including a membrane electrode assembly (MEA) in which an electrochemical reaction takes place, a gas diffusion layer (GDL) as a porous medium for evenly dispersing the reaction gas on the surface of the MEA, This is a bipolar plate that supports MEA and GDL, transports reaction gas and cooling water, and collects and transfers generated electricity. The stack of these parts in dozens or hundreds would be a fuel cell stack.

연료전지의 발전용량은 MEA의 반응면적과 스택의 적층량에 비례하여 커지게 된다. 연료전지 발전 시 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.The power generation capacity of the fuel cell becomes larger in proportion to the reaction area of the MEA and the stacking amount of the stack. In fuel cell power generation, hydrogen, oxygen, and cooling water are continuously supplied to and flowed to the MEA, GDL, and separator plates. Ensuring airtightness so that each reaction gas and cooling water do not mix with each other is one of the most important parts of fuel cell system operation It is one.

대부분의 고분자 전해질 연료전지에서는 분리판에 가스켓을 설치하여 기밀구조를 확보하는 방식을 채택하고 있다. 가스켓은 잦은 팽창과 수축이 일어나는 경우에도 밀폐성을 유지해야 하기 때문에 주로 탄성 복원력이 우수하면서 부드러운 성질을 갖는 고무 재료로 사출 성형하여 제작된다.In most polymer electrolyte fuel cells, a gasket is installed on the separator plate to secure the airtight structure. The gasket is manufactured by injection molding with a rubber material having excellent elastic restoring force and having a soft property because the gasket must maintain airtightness even in the case of frequent expansion and contraction.

그러나, 연료전지용 분리판의 적층공정 시, 가스켓 고무소재의 특성으로 인해 양극 반응면과 음극 반응면 사이에서 가스켓 간의 마찰 및 접착이 발생하여 분리판의 정렬(align)을 위한 위치조정이 어렵다. 이에 따라, 분리판의 적층공정 및 후공정 시 연료전지 스택 정렬도의 흐트러짐이 발생하고 있다.However, due to the characteristics of the gasket rubber material during the laminating process of the separator for fuel cells, it is difficult to adjust the position for aligning the separator due to friction and adhesion between the gasket and the anode reaction surface and the cathode reaction surface. As a result, the separation of the separator plate and the alignment of the fuel cell stack during the post-process are disturbed.

또한, 가스켓의 상면이 평면형상을 하고 있어, 가스켓부에 미세한 이물질이 끼거나 버르(burr)가 발생할 경우 스택의 누출이 발생하고, 분리판 적층공정 전, 이형지를 이용하여 가스켓이 설치된 분리판 보관 시에 이형지에 가스켓이 점착되는 문제점이 있다.In addition, since the upper surface of the gasket has a planar shape, leakage of the stack occurs when minute foreign substances are buried or burrs occur in the gasket portion, and when the separator plate with the gasket is stored There is a problem that the gasket is adhered to the release paper.

본 발명에 관련된 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제0820567호(2008.04.08. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 중간부에 비해 내·외 측단이 돌출되어 돌출부에 의해 가스켓의 이탈이 방지된 연료전지용 가스켓이 개시되어 있다.As a prior art related to the present invention, Korean Patent Registration No. 0820567 (published on Apr. 4, 2008) discloses a fuel cell in which a gasket is prevented from being released by protrusions, A gasket is disclosed.

본 발명의 목적은 금속분리판에 적용되는 가스켓의 구조를 개선하여 가스켓의 조립성을 향상시키면서 금속분리판 스택에서 가스켓부의 기밀성을 향상시킬 수 있는 연료전지용 가스켓을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a gasket for a fuel cell which is improved in the structure of a gasket applied to a metal separator plate so as to improve the assemblability of the gasket and improve the airtightness of the gasket portion in the metal separator plate stack.

또한, 본 발명의 다른 목적은 조립성 및 기밀성이 우수한 연료전지용 가스켓을 구비하여 정렬도 및 발전용량을 향상시킬 수 있는 연료전지를 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a fuel cell having a gasket for a fuel cell excellent in assemblability and airtightness, and capable of improving the degree of alignment and generating capacity.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓은 제1 금속분리판의 일면에 형성되며, 돌출부를 포함하는 제1 가스켓; 및 제2 금속분리판의 일면에 형성되어 상기 제1 가스켓과 반응 영역을 형성하며, 상기 제1 가스켓과의 접촉면이 서로 맞물리도록 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴을 갖는 제2 가스켓;을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a gasket for a fuel cell, including: a first gasket formed on one surface of a first metal separator plate and including a protrusion; And a second gasket formed on one surface of the second metal separator to form a reaction zone with the first gasket and having a pattern opposite to the first gasket so that the contact surfaces with the first gasket are engaged with each other, .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 가스켓은 제1 금속분리판의 일면에 형성되며, 표면에 비평면 패턴이 형성되어 있는 제1 가스켓; 및 제2 금속분리판의 일면에 형성되어 상기 제1 가스켓과 반응 영역을 형성하며, 상기 제1 가스켓과의 접촉면이 서로 맞물리도록 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴을 갖는 제2 가스켓;을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gasket for a fuel cell, comprising: a first gasket formed on one surface of a first metal separator plate and having a non-planar surface pattern formed on a surface thereof; And a second gasket formed on one surface of the second metal separator to form a reaction zone with the first gasket and having a pattern opposite to the first gasket so that the contact surfaces with the first gasket are engaged with each other, .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 가스켓은 제1 금속분리판의 일면에 형성되며, 돌출부를 포함하는 제1 가스켓; 제2 금속분리판의 일면에 형성되어 상기 제1 가스켓과 반응 영역을 형성하며, 상기 제1 가스켓과의 접촉면이 서로 맞물리도록 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴을 갖는 제2 가스켓; 및 상기 제1 금속분리판의 타면에 형성되어 다른 제2 금속분리판의 타면과 냉각 영역을 형성하며, 돌출부를 포함하는 제3 가스켓;을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gasket for a fuel cell, including: a first gasket formed on one surface of a first metal separator plate, the gasket including a protrusion; A second gasket formed on one surface of the second metal separator to form a reaction region with the first gasket and having a pattern opposite to the first gasket so that the contact surfaces with the first gasket are engaged with each other; And a third gasket formed on the other surface of the first metal separator to form a cooling region with the other surface of the second metal separator and including a protrusion.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지는 각각에 반응가스 채널, 냉각수 채널, 반응가스 매니폴드 및 냉각수 매니폴드를 포함하는 제1 및 제2 금속분리판을 포함하는 복수개의 금속분리판 어셈블리; 상기 복수개의 금속분리판 어셈블리들 사이에 형성되는 막전극 접합체; 및 상기 제1 및 제2 금속분리판의 반응가스 채널, 냉각수 채널, 반응가스 매니폴드 및 냉각수 매니폴드의 주위를 밀봉하는 가스켓;을 포함하며, 상기 가스켓은 상기 제1 금속분리판의 일면에 형성되며, 돌출부를 포함하는 제1 가스켓과, 상기 제2 금속분리판의 일면에 형성되어 상기 제1 가스켓과 반응 영역을 형성하며, 상기 제1 가스켓과의 접촉면이 서로 맞물리도록 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴을 갖는 제2 가스켓;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell including a plurality of metal plates including first and second metal separators each including a reaction gas channel, a cooling water channel, a reaction gas manifold and a cooling water manifold, A bipolar plate assembly; A membrane electrode assembly formed between the plurality of metal separator assemblies; And a gasket sealing the periphery of the reaction gas channel, the cooling water channel, the reaction gas manifold, and the cooling water manifold of the first and second metal separator plates, wherein the gasket is formed on one surface of the first metal separator plate A first gasket formed on one surface of the second metal separator to form a reaction region with the first gasket, and a second gasket formed on the first gasket and having a contact surface with the first gasket, And a second gasket having a pattern that is formed on the second gasket.

본 발명에 따른 연료전지용 가스켓은 하나의 금속분리판의 반응면에 형성되는 가스켓과 다른 금속분리판의 반응면에 형성되는 가스켓을 가스켓 간 접촉면이 서로 맞물리는 구조로 형성함에 따라 금속분리판의 스택 공정 시 조립성 향상과 더불어 애노드 반응면과 캐소드 반응면 사이에서의 기밀성을 향상시킬 수 있다.The gasket for a fuel cell according to the present invention has a gasket formed on a reaction surface of one metal separator and a gasket formed on a reaction surface of another metal separator, The airtightness between the anode reaction surface and the cathode reaction surface can be improved along with the improvement in the assembling property in the process.

또한, 이형지를 이용한 가스켓 설치 금속분리판 보관 시, 이형지와 가스켓 간의 접촉 면적을 줄여 이형지에 가스켓이 점착되는 현상을 감소시킬 수 있다.Also, when storing the gasket mounting metal plate using the release paper, the contact area between the release paper and the gasket can be reduced, thereby reducing the phenomenon of adhesion of the gasket to the release paper.

본 발명에 따른 연료전지는 조립성 및 기밀성이 우수한 가스켓을 구비함으로써 스택 정렬도의 흐트러짐 발생을 최소화할 수 있고, 수소와 산소가 반응하는 반응영역 및 각 매니폴드로부터 수소 및 산소가 누출되는 것을 방지하여 발전용량을 향상시킬 수 있다.
The fuel cell according to the present invention has a gasket having excellent assemblability and airtightness, thereby minimizing occurrence of disorder in the stack alignment degree, preventing reaction area where hydrogen and oxygen are reacted, and hydrogen and oxygen from each manifold So that the power generation capacity can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓이 금속분리판에 형성되어 적층된 모습을 설명하기 위한 분리 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 가스켓이 금속분리판에 형성된 모습을 도시한 부분 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓을 구비한 연료전지의 스택의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
1 is an exploded cross-sectional view illustrating a gasket according to an embodiment of the present invention formed on a metal separator and stacked.
2 is a partial cross-sectional view showing a state in which a gasket according to another embodiment of the present invention is formed on a metal separator.
3 is a schematic view showing a part of a stack of a fuel cell having a gasket according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 조립성 및 기밀성이 우수한 연료전지용 가스켓 및 이를 구비한 연료전지에 관하여 설명하기로 한다.
Hereinafter, a gasket for a fuel cell and a fuel cell including the same will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓(gasket)이 금속분리판에 형성되어 적층된 모습을 설명하기 위한 분리 단면도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 가스켓이 금속분리판에 형성된 모습을 도시한 부분 단면도들이다.FIG. 1 is an exploded sectional view illustrating a gasket according to an embodiment of the present invention formed and stacked on a metal separator. FIG. 2 is a cross-sectional view of a gasket according to another embodiment of the present invention, As shown in Fig.

도 1을 참조하면, 제1 내지 제3 가스켓(120a, 120b, 120c)을 포함한 가스켓(120)이 제1 및 제2 금속분리판(110a, 110b)으로 구성된 금속분리판(bipolar plate, 110)에 형성된다.1, the gasket 120 including the first to third gaskets 120a, 120b and 120c includes a bipolar plate 110 composed of first and second metal separation plates 110a and 110b, As shown in FIG.

우선, 전체적인 형상을 보면, 제2 금속분리판(110b)의 일면에 돌출부 형상의 제1 가스켓(120a)이 형성되고, 제2 금속분리판(110b)의 타면에 돌출부 형상의 제2 가스켓(120b)이 형성된다. 그리고, 제1 금속분리판(110a)의 일면에 제2 가스켓(120b)과 반대되는 패턴을 갖는 제3 가스켓(120c)이 형성된다.
A first gasket 120a having a protruding shape is formed on one surface of the second metal separator 110b and a second gasket 120b having a protruding shape is formed on the other surface of the second metal separator 110b. Is formed. A third gasket 120c having a pattern opposite to the second gasket 120b is formed on one surface of the first metal separator 110a.

금속분리판(110)은 막전극 집합체(membrane electrode assembly; MEA)와 기체확산층(gas diffusion layer; GDL)을 지지하고, 생성된 전류의 수집 및 전달, 반응가스의 수송 및 제거, 반응열 제거를 위한 냉각수 수송 등의 다양한 역할을 담당한다.The metal separator 110 supports a membrane electrode assembly (MEA) and a gas diffusion layer (GDL), collects and transfers the generated current, transports and removes the reaction gas, And cooling water transportation.

금속분리판(110)은 강성(rigidity)이면서 전기전도성 및 열전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있으며, 일례로 스테인리스 스틸(stainless steel)이나 티타늄(Ti) 등을 이용하여 약 0.1∼0.5mm 두께의 판(plate) 형태로 제작될 수 있다. 금속분리막(110)의 두께가 0.1mm 미만일 경우 공정 중 취급이 용이하지 않을 수 있고, 0.5mm를 초과할 경우 연료전지 스택의 두께가 두꺼워져 연료전지의 박막화가 어려울 수 있다. The metal separator 110 may be made of a material having rigidity and excellent electrical conductivity and thermal conductivity. For example, the metal separator 110 may be made of stainless steel or titanium to have a thickness of about 0.1 to 0.5 mm And can be produced in the form of a plate. When the thickness of the metal separation membrane 110 is less than 0.1 mm, handling during the process may not be easy. If the thickness of the metal separation membrane 110 is more than 0.5 mm, the thickness of the fuel cell stack may become thick.

제1 및 제2 금속분리판(110a, 110b) 각각은 냉각유체가 흐르는 통로로 제공되는 냉각수 채널(channel)(미도시), 반응가스가 흐르는 통로로 제공되는 반응가스 채널(미도시), 반응에 필요한 수소 및 산소를 공급하거나 배출하기 위한 반응가스 매니폴드(미도시) 및 반응열을 냉각하기 위한 냉각수를 공급하거나 배출하기 위한 냉각수 매니폴드(미도시)를 구비한다.Each of the first and second metal separators 110a and 110b includes a cooling water channel (not shown) provided as a passage through which the cooling fluid flows, a reaction gas channel (not shown) provided as a passage through which the reaction gas flows, And a cooling water manifold (not shown) for supplying or discharging cooling water for cooling the reaction heat.

제1 및 제2 금속분리판(110a, 110b) 각각에는 통상의 스탬핑(stamping) 공정을 통해 일면에 반응가스 채널이 형성되고, 타면에 냉각수 채널이 형성된다. 이때, 제1 금속분리판(110a)은 양극(cathode)으로 이용될 수 있고, 제2 금속분리판(110b)은 음극(anode)으로 이용될 수 있다.
The cooling water channel is formed in the first and the second reaction gas channel on one side each of two metal separating plates (110a, 110b) is over the conventional stamping (stamping) process is formed on the other surface. At this time, the first metal separator 110a may be used as a cathode and the second metal separator 110b may be used as an anode.

가스켓(120)은 금속분리판(110) 스택에서 기밀유지를 위해 금속분리판(110)에 적용되며, 금속분리판(110)의 반응가스 채널, 냉각수 채널, 반응가스 매니폴드 및 냉각수 매니폴드의 주위에 형성된다.The gasket 120 is applied to the metal separator 110 in order to maintain the airtightness in the stack of the metal separator 110 and the gaskets 120 are formed in the reaction gas channel, .

연료전지는 그 특성상 운전 및 정지가 자주 반복되며, 운전 중에는 화학반응으로 인한 열이 발생되기 때문에 팽창 및 수축이 빈번하게 발생한다. 따라서, 가스켓(120)은 잦은 팽창과 수축이 발생할 때에도 밀폐성을 유지할 수 있도록 탄성 복원력이 우수하면서 부드러운 성질을 갖는 고무 재질, 일례로 실리콘계, 불소계 혹은 올레핀(olefin)계로 형성될 수 있으며, 이들 중 1종이 단독으로 이용되거나 2종 이상이 혼합되어 이용될 수 있다.The fuel cell is frequently repeatedly operated and stopped due to its characteristics, and the fuel cell generates heat due to a chemical reaction during operation, so that expansion and contraction occur frequently. Accordingly, the gasket 120 may be formed of a rubber material having excellent elastic restoring force and having a soft property, for example, a silicone type, a fluorine type or an olefin type so as to maintain airtightness even when frequent expansion and contraction occur. The paper may be used alone or in combination of two or more.

제1 가스켓(120a)은 돌출부를 포함하여 제2 금속분리판(110b)의 일면에 부착(또는 점착)되어 형성된다. 도시된 것처럼, 제1 가스켓(120a)은 사각형 형상으로 형성될 수 있으며, 돌출부를 갖는 한 특별히 그 형상은 이에 한정되지 않고 변경 가능하다. 이때, 제1 가스켓(120a)이 형성된 제2 금속분리판(110b)의 일면은 애노드(anode)의 냉각면으로 이용될 수 있다.The first gasket 120a is formed by adhering (or sticking) to one surface of the second metal separator 110b including the protrusion. As shown, the first gasket 120a may be formed in a rectangular shape, and the shape of the first gasket 120a is not particularly limited as long as it has protrusions. At this time, one surface of the second metal separator 110b having the first gasket 120a may be used as the cooling surface of the anode.

제2 가스켓(120b)은 돌출부를 포함하여 제2 금속분리판(110b)의 타면에 부착(또는 점착)되어 형성된다. 도시된 바와 같이, 제2 가스켓(120b)은 제2 금속분리판(110b)으로부터 멀어질수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상으로 돌출되어 형성될 수 있다. 이처럼, 제2 가스켓(120b)의 표면에는 비평면 패턴이 형성된다. 여기서, 제2 가스켓(120b)이 형성된 제2 금속분리판(110b)의 타면은 애노드(anode)의 반응면으로 이용될 수 있다.The second gasket 120b includes protrusions and is attached (or adhered) to the other surface of the second metal separator 110b. As shown in the figure, the second gasket 120b may protrude from the second metal separator 110b in a trapezoidal shape with a narrow width. As such, a non-planar surface pattern is formed on the surface of the second gasket 120b. Here, the other surface of the second metal separator 110b on which the second gasket 120b is formed can be used as the reaction surface of the anode.

제3 가스켓(120c)은 제1 금속분리판(110a)의 일면에 부착(또는 점착)되어 형성된다. 특히, 제3 가스켓(120c)은 제2 가스켓(120b)의 표면과 제3 가스켓(120c)의 표면이 서로 맞물릴 수 있도록 제2 가스켓(120b)과 반대되는 패턴을 갖는다. 또한, 도 1 및 도 2를 참조하면, 제3 가스켓(120c)에는 제2 가스켓(120b)과 반대되는 패턴 외곽에 표면이 평면인 외곽부가 형성되어 있고, 상기 외곽부는 도 3에 도시된 예와 같이 제2 금속분리판(110b)의 일면에 접촉한다. The third gasket 120c is formed to adhere (or adhere) to one surface of the first metal separator 110a. Particularly, the third gasket 120c has a pattern opposite to the second gasket 120b so that the surface of the second gasket 120b and the surface of the third gasket 120c can be engaged with each other. 1 and 2, the third gasket 120c is formed with a contour whose surface is flat on the outside of the pattern opposite to the second gasket 120b. The contour of the third gasket 120c is similar to the example shown in FIG. 3 And also contacts one surface of the second metal separator 110b.

제2 가스켓(120b)이 사다리꼴 형상을 가질 경우, 제3 가스켓(120c)은 상부로 갈수록 폭이 넓어지는 역사다리꼴 형상의 오목부를 포함하여 제2 가스켓(120b)과의 접촉면이 서로 맞물릴 수 있는 반대 패턴으로 형성될 수 있다. 이때, 제3 가스켓(120c)이 형성된 제1 금속분리판(110a)의 일면은 캐소드(cathode)의 반응면으로 이용될 수 있고, 타면은 캐소드의 냉각면으로 이용될 수 있다. When the second gasket 120b has a trapezoidal shape, the third gasket 120c may include an inverted trapezoidal concave portion that widens toward the upper portion so that the contact surfaces with the second gasket 120b can be engaged with each other It may be formed in an opposite pattern. At this time, one surface of the first metal separator 110a on which the third gasket 120c is formed can be used as a reaction surface of a cathode, and the other surface can be used as a cooling surface of a cathode.

일례로, 제2 가스켓(120b)과 제3 가스켓(120c)은 서로 맞물려져서 제1 금속분리판(110a)의 반응면과 제2 금속분리판(110b)의 반응면 사이에 반응 영역을 형성한다. 제1 가스켓(120a)이 형성된 제2 금속분리판(110b)의 냉각면은 인접한 다른 제1 금속분리판(110a) 타면의 냉각면 사이에 냉각 영역을 형성한다.For example, the second gasket 120b and the third gasket 120c are interdigitated to form a reaction zone between the reaction surface of the first metal separator 110a and the reaction surface of the second metal separator 110b . The cooling surface of the second metal separator 110b on which the first gasket 120a is formed forms a cooling zone between the cooling surfaces on the other surface of the adjacent first metal separator 110a.

한편, 제2 가스켓(120b)은 사다리꼴 형상 이외에도, 도 2에 도시된 것처럼, 삼각형((a) 참조), 원기둥((b) 참조), 사각형((c) 참조) 형상의 돌출부를 포함하도록 형성될 수도 있으며, 이 경우, 제3 가스켓(120c)은 제2 가스켓(120b)과의 접촉면이 서로 맞물릴 수 있도록 삼각형, 원기둥 또는 사각형 형상의 오목부를 포함하여 제2 가스켓(120b)과 반대되는 패턴(차례로, (a)~(c) 참조)으로 형성될 수 있다.2, the second gasket 120b is formed so as to include protrusions in the shape of a triangle (see (a)), a cylinder (see (b), and a square (see (c) In this case, the third gasket 120c may include a concave portion having a triangular, cylindrical or rectangular shape so that the contact surfaces with the second gasket 120b can be engaged with each other, (In order, (a) to (c)).

그러나, 제2 가스켓(120b)과 제3 가스켓(120c)의 접촉면이 서로 맞물릴 수 있도록 형성되는 한, 제2 가스켓(120b) 및 제3 가스켓(120c)의 형상은 특별히 이에 한정되는 것은 아니며 다양하게 변형될 수 있다. 도 2에서 제1 가스켓(120a)의 형상과 제1 내지 제3 가스켓(120a, 120b, 120c)의 형성 물질 등은 도 1을 참조하여 전술한 바와 동일할 수 있으므로 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
However, the shapes of the second gasket 120b and the third gasket 120c are not particularly limited as long as the contact surfaces of the second gasket 120b and the third gasket 120c can be engaged with each other, . 2, the shape of the first gasket 120a, the materials of the first through third gaskets 120a, 120b, and 120c, and the like may be the same as those described above with reference to FIG. 1, .

이러한 금속분리판(110)은 흑연과는 달리 가스켓을 위치시키기 위한 홈 성형이 불가능하고, 금속면에 고상 고무 재질을 접착하기가 힘들기 때문에, 제1 내지 제3 가스켓(120a, 120b, 120c)은 금속분리판(110)에 액상 고무소재를 도포된 후 사출되어 금속분리판(110)의 표면에서 경화/접착시켜 형성될 수 있다.
Since the metal separator 110 is not capable of forming a groove for positioning a gasket and it is difficult to adhere a solid rubber material to a metal surface, unlike graphite, the first to third gaskets 120a, 120b, May be formed by applying a liquid rubber material to the metal separator 110 and then injecting and curing / adhering it on the surface of the metal separator 110.

이렇듯, 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예들에 따르면, 제2 및 제3 가스켓(120b, 120c)이 이들의 접촉면이 서로 맞물리는 구조로 형성됨에 따라 금속분리판(110)의 스택 공정에 있어서 조립성(또는 적층성)을 향상시킬 수 있고, 이를 통해 금속분리판(110) 스택 공정 및 후공정 시 스택의 정렬도의 흐트러짐 발생을 감소시킬 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the second and third gaskets 120b and 120c are formed in a structure in which their contact surfaces are engaged with each other, (Or stacking property) of the metal separator 110 can be improved. Thus, it is possible to reduce the occurrence of disorder in the alignment of the stack during the stacking process of the metal separator 110 and the post-process.

또한, 제1 금속분리판(110a)의 반응면과 제2 금속분리판(110b)의 반응면 사이에서의 기밀성 향상을 통해 수소와 산소가 반응하는 반응영역 및 각 매니폴드로부터 수소 및 산소가 누출되는 것을 방지할 수 있다.In addition, a reaction zone where hydrogen and oxygen react with each other through improved airtightness between the reaction surface of the first metal separator 110a and the reaction surface of the second metal separator 110b, and a reaction zone where hydrogen and oxygen leak from each manifold Can be prevented.

나아가, 이형지와 접촉되는 제2 및 제3 가스켓(120b, 120c)의 접촉 면적을 줄여 이형지를 이용한 가스켓(120) 설치 금속 분리판(110) 보관 시에 이형지에 가스켓(120)이 점착되는 현상을 감소시킬 수 있다.
Further, by reducing the contact area between the second and third gaskets 120b and 120c contacting the release paper, the gaskets 120 are adhered to the release paper during storage of the gasket 120 using the release paper. .

이하, 본 발명의 실시예들에 따른 가스켓(120)을 이용하여 형성된 연료전지에 대하여 설명한다.Hereinafter, a fuel cell formed using the gasket 120 according to the embodiments of the present invention will be described.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓을 구비한 연료전지의 스택의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.3 is a schematic view showing a part of a stack of a fuel cell having a gasket according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 도시된 연료전지(300)는 제1 및 제2 금속분리판(310a, 310b)을 포함하는 복수개의 금속분리판 어셈블리(315), 제1 내지 제3 가스켓(320a, 320b, 320c)을 포함하여 제1 및 제2 금속분리판(310a, 310b)에 형성되는 가스켓(320) 및 복수개의 금속분리판 어셈블리(315)들 사이에 형성되는 막전극 접합체(330)를 포함한다.3, the fuel cell 300 includes a plurality of metal separator plates 315 including first and second metal separators 310a and 310b, first to third gaskets 320a and 320b And a membrane electrode assembly 330 formed between the gasket 320 and the plurality of metal separator plate assemblies 315 formed on the first and second metal separators 310a and 310b, .

이때, 제1 및 제2 금속분리판(310a, 310b)과 제1 내지 제3 가스켓(320a, 320b, 320c)의 구조, 형성 물질 및 형성 방법 등은 도 1의 제1 및 제2 금속분리판(110a, 110b)과 제1 내지 제3 가스켓(120a, 120b, 120c)과 동일하므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략하고, 나머지 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.The first and second metal separators 310a and 310b and the first through third gaskets 320a through 320c may have the same structure and forming method as those of the first and second metal separators 310a and 310b, The first to third gaskets 120a, 120b, and 120c are the same as those of the first to third gaskets 110a and 110b. Therefore, redundant description thereof will be omitted and only the other configurations will be described.

금속분리판 어셈블리(315)는 제1 금속분리판(310a)과 제2 금속분리판(310b)이 서로 대응되며, 각각에 반응가스 채널이 제공되는 제1 금속분리판(310a)의 반응면과 제2 금속분리판(310b)의 반응면이 서로 마주하여 형성된다. 금속분리판 어셈블리(315)는 필요한 만큼 복수개가 적층되어 연료전지 스택을 이룬다.The metal separator plate assembly 315 includes a first metal separator plate 310a and a second metal separator plate 310b which are coupled to each other and have reaction surfaces The reaction surfaces of the second metal separator 310b are formed to face each other. A plurality of metal separator assemblies 315 are stacked as needed to form a fuel cell stack.

막전극 접합체(330)는 전기화학반응이 일어나는 구성 요소로서, 수소 이온 전도성 고분자를 포함하는 고분자 전해질 막을 사이에 두고 애노드 전극(일명, "수소극" 또는 "산화전극"이라 한다)과 캐소드 전극(일명, "공기극" 또는 "환원 전극"이라고 한다)이 접착된 구조를 가질 수 있다. 이때, 고분자 전해질막으로는 주 사슬에 불소화 알킬렌을 가지고 있고, 불소화비닐 에테르 측쇄사슬의 말단에 술폰산기를 가지는 과플루오로설폰산 고분자(perfluorosulfonic acid polymer)막과 같은 양성자 전도성 고분자막이 이용될 수 있으며, 통상의 고분자 전해질 연료전지에 사용되는 것이면 모두 사용 가능하다.The membrane electrode assembly 330 is a constituent element in which an electrochemical reaction takes place. The membrane electrode assembly 330 includes an anode electrode (also referred to as "hydrogen electrode" or "oxidation electrode") and a cathode electrode Quot; air electrode "or" reduction electrode "). At this time, as the polymer electrolyte membrane, a proton conductive polymer membrane such as a perfluorosulfonic acid polymer membrane having a fluorinated alkylene group in the main chain and a sulfonic acid group at the end of the fluorinated vinyl ether side chain can be used , And any of those used in conventional polymer electrolyte fuel cells can be used.

이러한 막전극 접합체(330)의 일면 및 타면 각각에는 반응에 필요한 수소 및 산소와, 반응열을 냉각하기 위한 냉각수를 공급하거나 배출하기 위한 다수의 매니폴드(미도시)가 형성되어 있으며, 수소, 산소 및 냉각수는 스택 외부배관을 통해 제1 및 제2 금속분리판(310a, 310b)의 매니폴드(미도시)를 거쳐서 각 단위전지의 제1 및 제2 금속분리판(310a, 310b)에 형성되어 있는 채널(미도시)를 통해 전극으로 공급된다.A plurality of manifolds (not shown) for supplying and discharging hydrogen and oxygen necessary for the reaction and cooling water for cooling the reaction heat are formed on one surface and the other surface of the membrane electrode assembly 330, The cooling water is formed on the first and second metal separation plates 310a and 310b of each unit cell through a manifold (not shown) of the first and second metal separation plates 310a and 310b through the external piping of the stack And is supplied to the electrode through a channel (not shown).

제1 내지 제3 가스켓(320a, 320b, 320c)은 도 1을 참조하여 전술한 제1 내지 제3 가스켓(120a, 120b, 120c)과 동일하게 제1 및 제2 금속분리판(310a, 310b) 각각의 반응가스 채널, 냉각수 채널, 반응가스 매니폴드 및 냉각수 매니폴드의 주위에 형성되어 이들의 주위가 밀봉(sealing)된다.The first to third gaskets 320a, 320b and 320c are formed of the first and second metal separators 310a and 310b in the same manner as the first to third gaskets 120a, 120b and 120c described above with reference to FIG. Is formed around each of the reaction gas channel, the cooling water channel, the reaction gas manifold, and the cooling water manifold so that the periphery thereof is sealed.

도시된 연료전지(300)는 서로 맞물려짐으로 인해 조립성 및 기밀성이 우수한 제2 가스켓(320b)과 제3 가스켓(320c)을 구비하여 스택을 형성하므로, 스택 정렬도의 흐트러짐 발생이 최소화됨과 동시에 수소와 산소가 반응하는 반응영역 및 각 매니폴드로부터 수소 및 산소가 누출되는 것을 방지하여 발전용량이 향상될 수 있다.The illustrated fuel cell 300 has a second gasket 320b and a third gasket 320c having excellent assemblability and airtightness due to their meshing with each other to form a stack, thereby minimizing occurrence of disorder in stack alignment It is possible to prevent hydrogen and oxygen from leaking from the reaction zone where hydrogen and oxygen react and from each manifold, and the power generation capacity can be improved.

한편, 도시하지는 않았으나, 막전극 접합체(330)를 사이에 두고, 반응가스를 막전극 접합체(330) 표면으로 고르게 분산시켜주는 다공성 매체인 기체확산층(gas diffusion layer; GDL)이 더 형성될 수 있다.Although not shown, a gas diffusion layer (GDL) may be further formed as a porous medium for uniformly dispersing the reaction gas on the surface of the membrane electrode assembly 330 with the membrane electrode assembly 330 interposed therebetween .

또한, 도 3에서는 도 1에 도시된 가스켓(120)을 구비한 연료전지(300)를 설명하였으나, 이외에도 도 2에 도시된 가스켓(120)을 구비하도록 연료전지(300)를 구성할 수도 있음은 물론이다.
Although the fuel cell 300 having the gasket 120 shown in FIG. 1 has been described with reference to FIG. 3, the fuel cell 300 may also be configured to include the gasket 120 shown in FIG. 2 Of course.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. These changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.

110 : 금속분리판 110a, 310a : 제1 금속분리판
110b, 320b : 제2 금속분리판 120, 320 : 가스켓
120a, 320a : 제1 가스켓 120b, 320b : 제2 가스켓
120c, 320c : 제3 가스켓 300 : 연료전지
315 : 금속분리판 어셈블리 330 : 막전극 접합체 110: metal separator plates 110a, 310a: first metal separator plates
110b, 320b: second metal separator plate 120, 320: gasket
120a, 320a: first gasket 120b, 320b: second gasket
120c and 320c: third gasket 300: fuel cell
315: metal separator assembly 330: membrane electrode assembly

Claims (13)

제1 금속분리판의 일면에 형성되며, 돌출부를 포함하는 제1 가스켓; 및
제2 금속분리판의 일면에 형성되어 상기 제1 가스켓과 반응 영역을 형성하며, 상기 제1 가스켓과의 접촉면이 서로 맞물리도록 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴 및 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴 외곽에 표면이 평면으로 형성되어 상기 제1 금속분리판의 일면에 접촉하는 외곽부를 갖는 제2 가스켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
A first gasket formed on one surface of the first metal separator plate, the first gasket including a protrusion; And
A second gasket formed on one surface of the second metal separator and forming a reaction region with the first gasket, a pattern opposite to the first gasket so that the contact surfaces with the first gasket are engaged with each other, And a second gasket having a flat surface formed on the first metal separator and having an outer portion contacting the one surface of the first metal separator.
제1항에 있어서,
상기 제1 가스켓은
사다리꼴, 삼각형, 원기둥 및 사각형 형상 중 어느 하나의 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
The method according to claim 1,
The first gasket
Wherein the gasket includes one of a protrusion, a trapezoid, a triangle, a cylinder, and a rectangular shape.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 가스켓은
실리콘계, 불소계 및 올레핀(olefin)계의 고무 재질 중에서 1종 이상을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
The method according to claim 1,
The first and second gaskets
Silicone, fluorine-based, and olefin-based rubber materials.
제1항에 있어서,
상기 제1 가스켓이 형성된 제1 금속분리판의 일면이 애노드 반응면이고, 상기 제2 가스켓이 형성된 제2 금속분리판의 일면이 캐소드 반응면인 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
The method according to claim 1,
Wherein one surface of the first metal separating plate on which the first gasket is formed is an anode reaction surface and a surface of the second metal separating plate on which the second gasket is formed is a cathode reaction surface.
제1 금속분리판의 일면에 형성되며, 표면에 비평면 패턴이 형성되어 있는 제1 가스켓; 및
제2 금속분리판의 일면에 형성되어 상기 제1 가스켓과 반응 영역을 형성하며, 상기 제1 가스켓과의 접촉면이 서로 맞물리도록 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴 및 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴 외곽에 표면이 평면으로 형성되어 상기 제1 금속분리판의 일면에 접촉하는 외곽부를 갖는 제2 가스켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
A first gasket formed on one surface of the first metal separator and having a non-planar pattern on the surface thereof; And
A second gasket formed on one surface of the second metal separator and forming a reaction region with the first gasket, a pattern opposite to the first gasket so that the contact surfaces with the first gasket are engaged with each other, And a second gasket having a flat surface formed on the first metal separator and having an outer portion contacting the one surface of the first metal separator.
제1 금속분리판의 일면에 형성되며, 돌출부를 포함하는 제1 가스켓;
제2 금속분리판의 일면에 형성되어 상기 제1 가스켓과 반응 영역을 형성하며, 상기 제1 가스켓과의 접촉면이 서로 맞물리도록 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴 및 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴 외곽에 표면이 평면으로 형성되어 상기 제1 금속분리판의 일면에 접촉하는 외곽부를 갖는 제2 가스켓; 및
상기 제1 금속분리판의 타면에 형성되어 다른 제2 금속분리판의 타면과 냉각 영역을 형성하며, 돌출부를 포함하는 제3 가스켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
A first gasket formed on one surface of the first metal separator plate, the first gasket including a protrusion;
A second gasket formed on one surface of the second metal separator and forming a reaction region with the first gasket, a pattern opposite to the first gasket so that the contact surfaces with the first gasket are engaged with each other, A second gasket having a surface formed in a flat surface and having an outer frame portion contacting one surface of the first metal separator; And
And a third gasket formed on the other surface of the first metal separator to form a cooling region with the other surface of the second metal separator and including a protrusion.
제6항에 있어서,
상기 제1 가스켓은
사다리꼴, 삼각형, 원기둥 및 사각형 형상 중 어느 하나의 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
The method according to claim 6,
The first gasket
Wherein the gasket includes one of a protrusion, a trapezoid, a triangle, a cylinder, and a rectangular shape.
각각에 반응가스 채널, 냉각수 채널, 반응가스 매니폴드 및 냉각수 매니폴드를 포함하는 제1 및 제2 금속분리판을 포함하는 복수개의 금속분리판 어셈블리;
상기 복수개의 금속분리판 어셈블리들 사이에 형성되는 막전극 접합체; 및
상기 제1 및 제2 금속분리판의 반응가스 채널, 냉각수 채널, 반응가스 매니폴드 및 냉각수 매니폴드의 주위를 밀봉하는 가스켓;을 포함하며,
상기 가스켓은 상기 제1 금속분리판의 일면에 형성되며, 돌출부를 포함하는 제1 가스켓과, 상기 제2 금속분리판의 일면에 형성되어 상기 제1 가스켓과 반응 영역을 형성하며, 상기 제1 가스켓과의 접촉면이 서로 맞물리도록 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴 및 상기 제1 가스켓과 반대되는 패턴 외곽에 표면이 평면으로 형성되어 상기 제1 금속분리판의 일면에 접촉하는 외곽부를 갖는 제2 가스켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
A plurality of metal separator plates each including first and second metal separator plates each including a reaction gas channel, a coolant channel, a reaction gas manifold and a cooling water manifold;
A membrane electrode assembly formed between the plurality of metal separator assemblies; And
And a gasket sealing the periphery of the reaction gas channel, the cooling water channel, the reaction gas manifold, and the cooling water manifold of the first and second metal separator plates,
Wherein the gasket is formed on one surface of the first metal separator and includes a first gasket including a protrusion, a first gasket formed on one surface of the second metal separator to form a reaction region with the first gasket, A second gasket having a pattern opposite to the first gasket so that the contact surfaces of the first gasket and the first gasket are in contact with each other, and an outer frame portion having a surface formed in a plane outside the pattern opposite to the first gasket and contacting one surface of the first metal separator; And a fuel cell.
제8항에 있어서,
상기 제1 가스켓은
사다리꼴, 삼각형, 원기둥 및 사각형 형상 중 어느 하나의 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
9. The method of claim 8,
The first gasket
Wherein the fuel cell includes one of a protrusion, a trapezoid, a triangle, a cylinder, and a rectangular shape.
제8항에 있어서,
상기 가스켓은
상기 제1 금속분리판의 타면에 형성되어 인접한 금속분리판 어셈블리의 제2 금속분리판의 타면과 냉각 영역을 형성하며, 돌출부를 포함하는 제3 가스켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
9. The method of claim 8,
The gasket
Further comprising a third gasket formed on the other surface of the first metal separator to form a cooling region with the other surface of the second metal separator of the adjacent metal separator assembly, the third gasket including a protrusion.
제8항에 있어서,
상기 연료전지는
상기 막전극 접합체를 사이에 두고, 막전극 접합체의 상부 및 하부에 형성된 기체확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
9. The method of claim 8,
The fuel cell
Further comprising a gas diffusion layer formed above and below the membrane electrode assembly with the membrane electrode assembly interposed therebetween.
제8항에 있어서,
상기 제1 및 제2 가스켓은
실리콘계, 불소계 및 올레핀(olefin)계의 고무 재질 중에서 1종 이상을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
9. The method of claim 8,
The first and second gaskets
Based, rubber-based, silicone-based, fluorine-based, and olefin-based rubber materials.
제8항에 있어서,
상기 제1 가스켓이 형성된 제1 금속분리판의 일면이 애노드 반응면이고, 상기 제2 가스켓이 형성된 제2 금속분리판의 일면이 캐소드 반응면인 것을 특징으로 하는 연료전지.9. The method of claim 8,
Wherein one surface of the first metal separator having the first gasket is an anode reaction surface and a surface of the second metal separator having the second gasket is a cathode reaction surface.
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