KR101698826B1 - Separator for fuel cell and fuel cell having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 온도변화에 따른 뒤틀림을 방지할 수 있도록 구조를 개선한 연료전지용 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 연료전지용 분리판은 적어도 하나의 가스홀을 갖는 분리판 본체; 및 상기 분리판 본체에서 연료전지의 반응가스가 반응하는 영역을 보강토록 제공되는 적어도 하나의 레일부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a separator for a fuel cell and a fuel cell stack including the same, wherein the separator for a fuel cell is improved in structure to prevent distortion due to a temperature change. A separation plate body having one gas hole; And at least one rail part provided to reinforce a reaction area of the fuel cell in the separator main body.
Description
본 발명은 연료전지용 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변형이 방지될 수 있도록 구조를 개선한 연료전지용 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것이다.The present invention relates to a separator for a fuel cell and a fuel cell stack including the separator, and more particularly, to a separator for a fuel cell and a fuel cell stack including the separator.
도 1은 일반적인 평판형 고체산화물 연료전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 일반적인 평판형 고체산화물 연료전지 스택을 도시한 정면도이다.FIG. 1 is a perspective view showing a general planar solid oxide fuel cell, and FIG. 2 is a front view showing a general planar solid oxide fuel cell stack.
도 1과 도 2를 참고하면, 고체산화물 연료전지(10)는 산소 이온 전도성을 갖는 전해질(14)과, 그 양면에 위치한 전극으로 공기극(12) 및 연료극(14)을 포함한다.1 and 2, the solid
이러한 연료전지(10)에 연료전지용 반응가스인 산화제와 연료로 사용되는 산소와 수소를 각각 공급하면, 공기극(12)에서 산소의 환원반응을 통해 생성된 산소이온이 전해질(14)을 지나 연료극(16)으로 이동한 후, 연료극(16)에 공급된 수소와 반응하여 물을 형성하게 된다.When oxygen and hydrogen used as a fuel are supplied to the
이때, 연료극(16)에서 생성된 전자가 공기극(12)으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로에 전자가 흐르게 되며, 이를 이용하여 전기 에너지를 생성한다.At this time, electrons generated in the fuel electrode 16 are transferred to the air electrode 12 and consumed, and electrons flow to the external circuit, and electric energy is generated using the electrons.
이와 같이, 전해질(14), 공기극(12) 및 연료극(16)으로 이루어진 연료전지(10)를 단위전지(10)라 하며, 1개의 단위전지(10)가 생산하는 전기에너지의 양은 매우 제한적이므로, 단위전지(10)를 발전에 활용하기 위해서는 단위전지(10)를 여러 개 쌓아 놓은 형태인 '스택(stack)' 구조의 형성이 불가피하다.As described above, the
즉, 연료전지 스택(50)을 이루는 각각의 단위전지(10)를 연결할 때, 공기극(12)과 연료극(16)을 전기적으로 연결하면서 기체의 혼합을 막기 위해 연료전지용 분리판(20)이 설치될 수 있다.That is, when connecting the
따라서, 연료전지 스택(50)을 구성하기 위해 반복적으로 설치되는 기본 단위인 공기극(12), 전해질(14), 연료극(16) 및 연료전지용 분리판(20)을 단위전지의 구성요소라 한다.Therefore, the air electrode 12, the electrolyte 14, the fuel electrode 16, and the separator plate 20 for fuel cells, which are the basic units repeatedly installed to constitute the
이러한 구성요소들이 먼저 하나의 단위전지(10)를 형성하고, 여러 개의 단위전지(10)가 반복적으로 적층된 후, 최상부 및 최하부에 고정판(32, 34) 및 이들을 결합하는 스택볼트(36)를 포함하는 결합부(30)에 의해 결합됨으로써 하나의 연료전지 스택(50)을 형성한다.These components first form one
그런데, 대면적 고적층의 연료전지 스택(50)은, 다수의 단위전지(10)에서 발생하는 반응열에 의해 온도구배(Temperature Profile)가 발생하고, 특히 각각의 단위전지(10)에서 발생하는 반응열의 차이에 의해 온도 편차가 발생할 수 있다. 또한, 이에 따라 발행하는 응력은 연료전지용 분리판(20)의 열적 뒤틀림(Thermal Bucking)을 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 접촉 면압의 변화 및 파손확률을 증가시키는 요인이 되고 있다.However, in the
즉, 이러한 연료전지용 분리판(20)의 변형은 다시 접촉손실에 영향을 주며, 접촉 면압의 변화와 함께 최종적으로 단위전지(10) 및 이들이 적층된 연료전지 스택(50)의 파괴를 가져올 수 있다.That is, the deformation of the separator plate 20 for the fuel cell affects the contact loss again, and with the change of the contact surface pressure, finally, it may lead to destruction of the
또한, 연료전지 스택(50)을 운전하는 경우, 내부에는 구성요소 재료에서의 내부결함, 제조공차, 내부 응력 등의 내부요인과, 연료전지 스택(50) 내부에서 균일하지 않은 압력, 온도, 가스조성 등에 의해 유발되는 외부요인 때문에 응력이 발생한다.In addition, when the
이러한 응력이 단위전지(10)가 견딜 수 있는 임계값보다 높은 경우, 단위전지(10)의 구성요소 중 적어도 하나가 파괴되거나 접촉손실을 유발하여 연료전지가 이상 작동하는 원인이 될 수 있다.If such a stress is higher than a threshold value that the
따라서, 단위전지(10)의 제조시 응력을 견딜 수 있도록 구조를 개선할 필요가 있으며, 온도구배에 의한 뒤틀림을 방지하기 위한 구조의 개선이 요구되고 있다.Therefore, it is necessary to improve the structure so as to withstand the stresses in the production of the
한편, 종래에는 연료전지용 분리판(20)의 변형을 방지하기 위해, 유로를 형성하는 격벽에 보강부를 형성하는 기술이, 국내특허출원 제10-2010-0134286호로 개시되었다. 그러나, 이러한 방식은 보강부로 인해 분리판(20)의 유로 면적이 감소됨에 따라 전체적인 유량 감소로 인한 반응효율을 저하시키는 요인이 되고 있다.On the other hand, in order to prevent deformation of the separator plate 20 for fuel cells, a technique of forming a reinforcing portion in a partition wall forming a flow path has been disclosed in Korean Patent Application No. 10-2010-0134286. However, this method has been a factor to lower the reaction efficiency due to the reduction of the flow rate as a whole because the channel area of the separation plate 20 is reduced due to the reinforcing portion.
또한, 종래에는 연료전지용 분리판(20)에서 가스켓 등에 의해 지지를 받지 못하여 강성이 약한 부분에 부분적으로 발생하는 변형을 방지하기 위해 강성 보강구조가 적용되는 기술로, 국내특허출원 제10-2009-0071681호가 개시되었다. 그러나, 이러한 방식은 연료전지용 분리판(20)의 일부 영역의 강도를 보강하는 구조로, 실질적으로 반응이 이루어지는 영역의 강도를 보강할 수 없었고, 특히 반응영역에서 발생하는 열에 의해 연료전지용 분리판(20)이 뒤틀어지는 등의 변형이 발생하는 것을 방지할 수 없는 구조적 한계가 있다.In addition, in the prior art, a rigid reinforcing structure is applied to prevent deformation that partially occurs in a portion having weak stiffness due to failure in being supported by a gasket or the like in a separator plate 20 for a fuel cell. 0071681. However, this type of structure reinforces the strength of a part of the region of the separator plate 20 for the fuel cell, so that it is impossible to reinforce the strength of the region where the reaction actually takes place. Particularly, There is a structural limitation in that it is not possible to prevent deformation such as distortion of the optical fibers 20.
본 발명의 일 실시예는 연료전지에서 주반응이 발생하는 영역 중앙부의 온도변화에 따른 뒤틀림을 방지할 수 있도록 구조를 개선한 연료전지용 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a separator for a fuel cell and a fuel cell stack including the separator, the structure of which is improved so as to prevent a distortion due to a temperature change in a central portion of a region where a main reaction occurs in a fuel cell .
본 발명의 일 측면에 따른 연료전지용 분리판은 적어도 하나의 가스홀을 갖는 분리판 본체; 및 상기 분리판 본체에서 연료전지의 반응가스가 반응하는 영역을 보강토록 제공되되, 중앙부에서의 변형 방지를 위해 서로 대향되는 각각의 테두리에서 중앙부로 연장되는 적어도 하나의 레일부;를 포함하고, 상기 레일부는 상기 분리판 본체에 한 쪽으로 볼록하게 형성된 요철부를 포함하고, 상기 요철부는 상기 분리판 본체를 스템핑(stamping)하여 형성한다.According to one aspect of the present invention, a separator plate for a fuel cell includes: a separator plate body having at least one gas hole; And at least one rail part extending from each of the ridges facing each other for preventing deformation at the center part, the reinforcing part being provided to reinforce the reaction area of the fuel cell reaction gas in the separator plate body, The rail portion includes a concave / convex portion convexly formed on one side of the separator main body, and the concave / convex portion is formed by stamping the separator main body.
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또한, 상기 레일부는 상기 분리판 본체에서 중심을 기준으로 서로 대향되는 꼭지점을 연결하는 가상선의 적어도 일부에 형성될 수 있다.The rail portion may be formed on at least a part of a virtual line connecting vertexes opposite to each other with respect to the center of the separator plate body.
또한, 상기 레일부는 상기 분리판 본체에서 중심을 기준으로 서로 대향되는 면을 연결하는 가상선의 적어도 일부에 형성될 수 있다.The rail portion may be formed on at least a part of an imaginary line connecting surfaces of the separator main body facing each other with respect to the center.
본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 스택은 전술된 연료전지용 분리판을 포함하는 단위전지; 및 스택 형태로 적층되는 적어도 하나의 상기 단위전지를 결합하는 결합부;를 포함한다.A fuel cell stack according to an aspect of the present invention includes: a unit cell including the above-described separator plate for a fuel cell; And a coupling unit coupling at least one unit cell stacked in a stack form.
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여기서, 상기 레일부는 상기 분리판 본체에서 중심을 기준으로 서로 대향되는 꼭지점을 연결하는 가상선의 적어도 일부에 형성될 수 있다.Here, the rail portion may be formed on at least a part of a virtual line connecting vertexes opposite to each other with respect to the center of the separator plate body.
또한, 상기 레일부는 상기 분리판 본체에서 중심을 기준으로 서로 대향되는 면을 연결하는 가상선의 적어도 일부에 형성될 수 있다.The rail portion may be formed on at least a part of an imaginary line connecting surfaces of the separator main body facing each other with respect to the center.
또한, 상기 연료전지용 분리판의 반응영역에서 돌출된 레일부 이외의 영역에 제공되어 연료전지용 반응가스의 순환을 안내하는 가스채널이 형성된 유로판을 더 포함할 수 있다.The flow path plate may further include a flow path plate provided in a region other than the rail portion protruding from the reaction region of the separator for fuel cells, the flow path plate having a gas channel for guiding the circulation of the reaction gas for fuel cells.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지용 분리판의 내부에 제공된 레일부에 의해 강도를 보강할 수 있어 온도변화에 따른 뒤틀림을 방지할 수 있고, 접촉불량이나, 파괴 등을 예방할 수 있으며, 전체적인 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다According to an embodiment of the present invention, strength can be reinforced by the rails provided inside the separator plate for a fuel cell, warping due to temperature changes can be prevented, contact failure, breakage and the like can be prevented, Durability and reliability can be improved
또한, 본 실시예는 연료전지 스택의 이상 작동을 방지할 수 있고, 전체적인 성능 향상이 가능하며, 연료전지용 분리판 및 이를 적용한 연료전지 스택의 전체적인 높이를 낮출 수 있다.In addition, the present embodiment can prevent abnormal operation of the fuel cell stack, improve the overall performance, and reduce the overall height of the separator plate for a fuel cell and the fuel cell stack to which the separator plate is applied.
도 1은 일반적인 평판형 고체산화물 연료전지를 도시한 사시도.
도 2는 일반적인 평판형 고체산화물 연료전지 스택을 도시한 정면도.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판을 도시한 사시도.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 평면도.
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선의 단면도.
도 6a와 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판을 도시한 분해사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 단면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 평면도.1 is a perspective view showing a general planar solid oxide fuel cell.
2 is a front view of a typical planar solid oxide fuel cell stack.
3A and 3B are perspective views illustrating a separator plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are plan views of a separator plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a sectional view taken along the line I-I in Fig.
6A and 6B are exploded perspective views illustrating a separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
7 is a sectional view of a separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
8 is a plan view of a separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The shape and the size of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity and the same elements are denoted by the same reference numerals in the drawings.
본 실시예에서 연료전지는 연료의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 발전시스템으로, 예컨대 아노드(anode)측인 연료극에는 연료(일례로 수소가스)가 공급되고, 캐소드(cathode)측인 공기극에는 산화제(일례로 공기)가 주입되며, 이들의 반응시 발생하는 화학적 에너지를 이용하여 전기적 에너지로 변환하는 장치이다. 이러한 반응과정은 다음의 화학식 1 또는 화학식 2와 같다.
In this embodiment, the fuel cell is a power generation system that converts the chemical energy of the fuel into electrical energy. For example, fuel (for example, hydrogen gas) is supplied to the fuel electrode on the anode side, For example, air), and converts them into electric energy using the chemical energy generated during the reaction. Such a reaction process is represented by the following formula (1) or (2).
한편, 연료전지는 작동온도, 전해질 종류에 따라 저온형, 고온형으로 구분할 수 있으며, 저온형은 주로 자동차 등에 사용되는 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)가 대표적이며, 고온형은 MCFC(Molen Carbonate Fuel Cell), SOFC(Solid Oxide Fuel Cell) 및 SOFC의 역반응을 이용한 SOEC(solid oxide electrolysis cell)이 대표적으로 사용된다.On the other hand, fuel cells can be classified into low-temperature type and high-temperature type according to operating temperature and electrolyte type, and PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) Cell), SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), and SOEC (solid oxide electrolysis cell) using SOFC reverse reaction are typically used.
연료전지는 연료(수소)와 산화제가 지속적으로 주입되는 과정에서 연속적인 발전이 가능하며, 연료의 경우 발전효율, 경제성을 고려하여 이용률을 높여야 상업적 가치를 높일 수 있다.Fuel cells can continuously generate electricity in the process of continuously injecting fuel (hydrogen) and oxidizer. In case of fuel, it is necessary to increase the utilization rate in consideration of power generation efficiency and economical efficiency so that commercial value can be increased.
일례로, 본 실시예의 고체산화물 연료전지(10)는 산소 이온 전도성을 갖는 전해질(14)과, 그 양면에 위치한 전극으로 공기극(12) 및 연료극(16)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 전해질(14), 공기극(12) 및 연료극(16)으로 이루어진 연료전지를 단위전지(10)라 하며, 이러한 단위전지(10)는 공기극(12)과 연료극(16) 사이에 연료전지용 반응가스인 산화제 또는 연료를 각각 순환하여 반응시켜 에너지를 생성할 수 있다.For example, the solid
본 실시예에서는 전기에너지의 생산량을 증가시키기 위해 다수의 단위전지(10)를 적층하여 일체로 결합하여 스택 형태로 적층한 연료전지 스택(stack)으로 제공될 수 있다.In this embodiment, a plurality of
이때, 연료전지 스택(50)은 이루는 각각의 단위전지(10)에서 공기극(12)과 연료극(16)을 전기적으로 연결하면서 반응가스의 혼합을 막기 위해 본 실시예의 개선된 연료전지용 분리판(110)이 설치될 수 있다.At this time, in order to prevent mixing of the reaction gas by electrically connecting the air electrode 12 and the fuel electrode 16 in each
도 3a와 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판을 도시한 사시도이고, 도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 평면도이다. 또한, 도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선의 단면도이다.FIGS. 3A and 3B are perspective views illustrating a separation plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4A and 4B are plan views of a separation plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view taken along the line I-I in Fig.
연료전지 스택(50)에서 적층되는 단위전지(10)의 수는 단위전지(10)의 면적이나 결합구조 등에 따라 다를 수 있으며, 일례로 5 내지 20개의 단위전지(10)가 적층되어 제공될 수 있다.The number of the
한편, 본 실시예에서 연료전지용 분리판(110)은, 평판으로 제공되며, 전기적인 전도성을 갖는 금속 재질의 분리판 본체(112)를 포함할 수 있다.Meanwhile, in this embodiment, the
또한, 분리판 본체(112)에는 적어도 하나의 가스홀(114, 116)이 제공될 수 있다. 이러한 가스홀(114, 116)로는 연료전지용 반응가스로 사용되는 연료 또는 산화제가 통과할 수 있다.Also, the
이때, 연료전지용 분리판(110)은 연료와 산화제가 공급되는 위치나 방향에 따라 다양한 형태로 제공될 수 있다. 일례로, 연료전지용 분리판(110)은 연료와 산화제인 반응가스가 공급 및 배출되는 가스홀(114, 116)이 같은 방향으로 배치되는 코-플로우(co-flow) 방식과, 연료와 산화제인 반응가스가 공급 및 배출되는 가스홀(114, 116)이 서로 반대 방향으로 배치되는 카운트-플로우(count-flow) 방식 및 연료와 산화제인 반응가스가 공급 및 배출되는 가스홀(114, 116)이 서로 직각으로 배치되는 크로스 플로우(cross-flow) 방식 등으로 제조될 수 있고, 그 외에도 연료와 산화제를 순환하는 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 연료와 산화제의 유동 방향과 운전 조건 등에 따라 단위전지(10) 내에서 전기 화학 반응이 일어나는 부분이 결정될 수 있다.At this time, the
한편, 본 실시예에서 연료전지 스택(50)은 단위전지(10)에서 연료와 산화제인 반응가스가 반응함에 따라 반응열이 발생할 수 있으며, 이와 같이 각각의 단위전지(10)에서 발생한 반응열의 차이에 의해 온도구배(Temperature Profile)가 발생할 수 있다.In the present embodiment, the reaction heat may be generated in the
또한, 연료전지 스택(50)의 운전중 단위전지(10)들의 온도편차에 의해 응력이 발생할 수 있으며, 이러한 응력변화는 연료전지용 분리판(110)에 열적 뒤틀림(Thermal Buckling) 등과 같은 변형을 일으킬 수 있다.In addition, stress may be generated due to the temperature deviation of the
특히, 연료전지용 분리판(110)은 반응가스들의 주반응이 일어나는 반응 영역의 중앙부에 변형응력이 집중될 수 있으며, 이에 따라 열적 뒤틀림 등의 변형이 발생할 수 있다.In particular, in the
이러한 연료전지용 분리판(110)의 열적 뒤틀림 등의 변형은, 연료전지용 분리판(110)의 두께를 두껍게 하거나, 강도가 더 높은 재질을 사용하여 최소화하는 것이 가능하다.Deformation such as thermal distortion of the
그런데, 연료전지용 분리판(110)의 두께를 두껍게 하면, 연료전지 스택(50)의 전체적인 높이를 증가시키게 되고, 비용도 증가하는 원인이 되기 때문에 가능하면 연료전지용 분리판(110)의 두께를 얇게 형성하는 것이 유리하다. 또한, 연료전지용 분리판(110)의 열적 뒤틀림 등의 변형을 최소화하기 위해서는 연료전지 스택(50) 내의 온도구배를 최소화하는 방법도 가능하다.However, if the thickness of the
그런데, 연료전지 스택(50) 내의 온도구배를 최소화하는데에는 한계가 있으며, 연료전지의 스택(50)이 대면적 고적층 구조로 제공됨에 따라 온도구배가 증가함에 따라 연료전지용 분리판(110)의 두께를 두껍게 하거나, 강도가 더 높은 재질을 사용하는 것만으로는 온도구배를 최소화하는데 한계가 있다.However, there is a limit in minimizing the temperature gradient in the
본 실시예에서 개선된 연료전지용 분리판(110)은 분리판 본체(112)에 연료전지 스택의 운전중 연료전지용 분리판에 발생하는 열적 뒤틀림 등의 변형을 방지하기 위해 강도를 증가시키는 적어도 하나의 레일부(120)가 형성될 수 있다.The
이러한 레일부(120)는 분리판 본체(112)의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 또한, 레일부(120)는 분리판 본체(112)에 한 쪽으로 볼록하게 형성된 요철부를 포함할 수 있다.The
본 실시예에서 요철부는 분리판 본체(112)를 스템핑(stamping)하여 형성할 수 있다.In this embodiment, the concavo-convex portion can be formed by stamping the separator
통상 분리판 본체(112)는 사각형 평판 형태로 제공되며, 본 실시예에서 레일부(120)는 분리판 본체(112)의 중심을 기준으로 서로 대향되는 면을 연결하는 가상선인, 대략 십(十)자선의 적어도 일부에 형성될 수 있다.In general, the separating plate
즉, 도 3a와 도 4a에 도시된 바와 같이, 레일부(120)는 분리판 본체(112)의 가로 및 세로방향으로 중심부 영역을 제외하여 형성될 수 있으며, 이외에도 가상선 영역 중 일부에만 형성되는 형태, 즉 점선 형태로 단속적으로 형성되는 것도 가능하다.3A and 4A, the
또한, 도 3b와 도 4b에 도시된 바와 같이, 레일부(120')는 분리판 본체(112)의 중심을 기준으로 서로 대향되는 면을 연결하는 가상선인, 대략 십(十)자선의 중앙부를 연결하며 연속적으로 이어지도록 형성될 수 있다.As shown in FIGS. 3B and 4B, the rail 120 'has a central portion of about ten (10) charities, which is a virtual line connecting surfaces facing each other with respect to the center of the
또한, 연료전지용 분리판(110)은 분리판 본체(112)의 반응영역 내에 가스홀(114, 116)을 통해 공급 및 배출이 이루어지는 반응가스의 순환을 안내하기 위한 유로를 형성하는 가스채널(118)이 형성될 수 있다.The
바람직하게는 이러한 가스채널(118)은 레일부(120)의 단속된 부분을 통과하여 순환할 수 있다. 이러한, 가스채널(120)은 본 발명의 명세서에 개시된 실시예외에도 연료 또는 산화제인 반응가스가 균일하게 흐를 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.Preferably, such a
또한, 본 실시예에서 레일부(120)의 돌출된 높이는 가스채널(118)의 높이와 같거나 낮게 형성될 수 있으며, 예컨대 약 2mm 이하로 형성될 수 있다.Also, in this embodiment, the projected height of the
전술된 바와 같이 구성된 연료전지용 분리판(120)이 사용될 경우, 종래의 연료전지용 분리판에 비해 뒤틀림에 대한 변형 변위가 크게 감소될 수 있다.When the
일례로, 종래에 가로와 세로의 길이가 각각 25cm이고, 두께가 1mm인 연료전지용 분리판의 경우, 연료전지 스택의 단위전지에서 발생하는 온도편차 등에 의해 약 3mm 정도의 뒤틀림 변화가 발생하였으나, 본 실시예와 같이 가로와 세로의 길이가 각각 25cm이고, 두께가 1mm이며, 레일부(120)가 형성된 연료전지용 분리판(110)의 경우, 연료전지 스택(50)의 단위전지(10)에서 발생하는 온도편차 등에 의해 약 1mm 정도의 뒤틀림 변화가 발생함을 알 수 있다.For example, in the case of a separator for a fuel cell having a length and a length of 25 cm and a thickness of 1 mm, a distortion of about 3 mm is generated due to a temperature variation occurring in the unit cell of the fuel cell stack. In the case of the
이와 같이, 본 실시예의 연료전지용 분리판(110)이 적용된 단위전지(10)를 포함하는 연료전지 스택(50)은 온도편차 등에 의한 연료전지용 분리판(110)의 열적 뒤틀림(Thermal Buckling) 등의 변형이 억제될 수 있고, 이에 따라 단위전지(10)의 접촉 면압의 변화 및 파손확률을 낮출 수 있다. The
또한, 연료전지 스택(50)을 운전하는 경우, 내부에는 구성요소 재료에서의 내부결함, 제조공차, 내부 응력 등의 내부요인과, 스택 내부에서 균일하지 않은 압력, 온도, 가스조성 등에 의해 유발되는 외부요인 때문에 응력이 발생할 수 있다.In addition, when the
이와 같이, 연료전지 스택(50)의 운전과정에서 발생하는 응력이 단위전지(10)가 견딜 수 있는 임계값보다 높은 경우 단위전지(10)가 파괴되거나, 접촉손실을 유발하여 단위전지(10)의 교체가 요구될 수 있는데, 본 실시예의 연료전지용 분리판(120)이 적용된 단위전지(10)는 뒤틀림을 억제할 수 있고, 내스트레스성 강화가 가능하게 되며, 접촉손실 및 가스누설에 의한 연료전지의 작동 오류를 줄일 수 있고, 이에 따라 연료전지 스택(50)의 내구성 및 신뢰성을 증가시킬 수 있다.If the stress generated during the operation of the
또한, 본 실시예의 연료전지용 분리판(110)은 레일부(120)의 구조로 인해 뒤틀림 억제 및 내스트레스성 강화가 가능하므로, 연료전지용 분리판(110)의 설계유연성을 향상시킬 수 있고, 이와 함께 제조편의를 제공하는 것도 가능하다.
The
또한, 본 실시예에서 가스채널(118)은 분리판 본체(112)에 일체로 형성되는 것으로 설명하였으나, 가스채널(118)의 형태 및 형성위치는 한정되지 않으며, 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 분리판 본체(112)와 분리되어 제공되는 것도 가능하다.Although the
도 6a와 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판을 도시한 분해사시도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 단면도이다.6A and 6B are exploded perspective views illustrating a separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view of a separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
일례로, 연료전지용 분리판(210)은 분리판 본체(212)를 포함하며, 분리판 본체(212)에는 연료 또는 산화제인 반응가스가 공급 또는 배출되는 가스홀(214, 216)이 형성될 수 있다.For example, the
연료전지용 분리판(210)은 분리판 본체(212)의 반응영역 내에 돌출된 레일부(220, 220') 이외의 영역에 제공되는 유로판(230, 230')을 더 포함할 수 있다. The fuel
유로판(230, 230')에는 연료전지용 반응가스인 연료 또는 산화제의 순환을 안내하기 위한 유로로 사용되는 가스채널(232, 232')이 형성될 수 있다.The
이와 같이, 가스채널(232, 232')은 분리판 본체(212)에 결합되는 유로판(230, 230')에 형성되는 것도 가능하며, 이외에도 연료전지용 반응가스인 연료 또는 산화제가 균일하게 흐를 수 있는 다양한 형태로 변형될 수 있다.
As described above, the
한편, 본 실시예에서 레일부(120, 220)는 분리판 본체에 십(十)자 형태로 형성되는 것으로 설명하고 있으나, 레일부(120, 220)의 형태는 한정되지 않으며, 레일부(120, 220)는 분리판 본체(212, 222)의 열적 변형을 방지하기 위해 다양한 형태로 형성될 수 있다.The shape of the
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 평면도이다.8 is a plan view of a separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참고하면, 연료전지용 분리판(310)은 분리판 본체(312)를 포함하며, 분리판 본체(312)에는 연료전지용 반응가스인 연료 또는 산화제가 공급 또는 배출되는 가스홀(314, 316)이 형성될 수 있다.8, the fuel
또한, 레일부(320, 320')는 분리판 본체(312)에서 중심을 기준으로 서로 대향되는 꼭지점을 연결하는 가상선인 대각선 방향, 즉 'X'자선의 적어도 일부에 형성될 수 있다.The
즉, 도 8a와 같이, 레일부(320)는 분리판 본체(312)에 중심부 영역을 제외하여 형성될 수 있으며, 이외에도 가상선 영역 중 일부에만 형성되는 형태, 즉 점선 형태로 단속적으로 형성되는 것도 가능하다.That is, as shown in FIG. 8A, the
또한, 도 8b에 도시된 바와 같이, 레일부(320')는 분리판 본체(312)에 대각선 방향으로 연속적으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 각 대각선 방향으로 배열된 중앙부가 연속되게 형성되는 것도 가능하다.
8B, the rails 320 'may be formed continuously in the diagonal direction on the
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.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 and their equivalents. It will be clear to those who have knowledge.
10: 단위전지 50: 연료전지 스택
110: 연료전지용 분리판 112: 분리판 본체
114, 116: 가스홀 118: 가스채널
120: 레일부10: Unit cell 50: Fuel cell stack
110: separator plate for fuel cell 112: separator plate body
114, 116: gas hole 118: gas channel
120: Le Mans
Claims (9)
상기 분리판 본체에서 연료전지의 반응가스가 반응하는 영역을 보강토록 제공되되, 중앙부에서의 변형 방지를 위해 서로 대향되는 각각의 테두리에서 중앙부로 연장되는 적어도 하나의 레일부;를 포함하고,
상기 레일부는 상기 분리판 본체에 한 쪽으로 볼록하게 형성된 요철부를 포함하고,
상기 요철부는 상기 분리판 본체를 스템핑(stamping)하여 형성하는 연료전지용 분리판.A separation plate body having at least one gas hole; And
And at least one rail extending from each of the ridges facing each other for preventing deformation at the central portion, the ridges being provided to reinforce the reaction gas reactive region of the fuel cell in the separator plate main body,
Wherein the rail portion includes a concavo-convex portion convexly formed on one side of the separator plate body,
Wherein the concavoconvex portion is formed by stamping the separator plate main body.
상기 분리판 본체에서 중심을 기준으로 서로 대향되는 꼭지점을 연결하는 가상선의 적어도 일부에 형성되는 연료전지용 분리판.[2] The apparatus of claim 1,
And at least a part of imaginary lines connecting vertexes opposite to each other with respect to the center in the separator plate main body.
상기 분리판 본체에서 중심을 기준으로 서로 대향되는 면을 연결하는 가상선의 적어도 일부에 형성되는 연료전지용 분리판.[2] The apparatus of claim 1,
Wherein at least a part of the imaginary line connecting the surfaces facing each other with respect to the center is formed on the separator plate body.
스택 형태로 적층되는 적어도 하나의 상기 단위전지를 결합하는 결합부;
를 포함하는 연료전지 스택.A unit cell comprising a separator for a fuel cell according to claim 1; And
A coupling unit for coupling at least one unit cell stacked in a stack form;
And a fuel cell stack.
상기 분리판 본체에서 중심을 기준으로 서로 대향되는 꼭지점을 연결하는 가상선의 적어도 일부에 형성되는 연료전지 스택.7. The apparatus of claim 6,
Wherein at least a part of a virtual line connecting vertexes opposite to each other with respect to a center of the separator plate body is formed.
상기 분리판 본체에서 중심을 기준으로 서로 대향되는 면을 연결하는 가상선의 적어도 일부에 형성되는 연료전지 스택.7. The apparatus of claim 6,
Wherein at least a part of the imaginary line connecting the surfaces facing each other with respect to the center in the separator plate main body is formed.
상기 연료전지용 분리판의 반응영역에서 돌출된 레일부 이외의 영역에 제공되어 연료전지용 반응가스의 순환을 안내하는 가스채널이 형성된 유로판을 더 포함하는 연료전지 스택.The method of claim 6,
Further comprising a flow path plate provided in a region other than a rail portion protruding from a reaction region of the separator for fuel cells and having a gas channel for guiding the circulation of the reaction gas for fuel cells.
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