KR101795400B1 - 연료전지 스택 - Google Patents

Abstract

연료전지 스택이 개시된다. 개시된 연료전지 스택은 ⅰ)반응가스와 냉각매체를 포함하는 유체를 유입 및 배출하기 위한 유입 매니폴드와 배출 매니폴드를 형성하고 있는 다수 개의 단위 셀들과, ⅱ)단위 셀들의 일측에 배치되며, 유입 및 배출 매니폴드와 연결되는 유체 입구부 및 출구부를 형성하고 있는 오픈형 엔드 플레이트와, ⅲ)단위 셀들의 다른 일측에 배치되며, 매니폴드를 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트와, ⅳ)단위 셀들의 유로 방향으로 개방된 개방부를 포함하며, 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부를 통해 유입 매니폴드에 삽입되는 단열 소재의 인서트부재를 포함할 수 있다.

Description

연료전지 스택 {FUEL CELL STACK}

본 발명의 실시예는 연료전지 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도 균일성 및 유동 균일성을 개선한 연료전지 스택에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 고분자 전해질 연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell: PEMFC)는 수소와 산소의 전기 화학적 반응을 통해 전기를 발생시키는 일종의 발전장치이다. 고분자 전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고, 전류밀도 및 출력 밀도가 크며, 시동시간이 짧은 동시에 고체 전해질을 사용하기 때문에 전해질 조절이 필요 없는 장점을 가지고 있다. 또한, 고분자 전해질 연료전지는 반응 생성물이 순수 물이기 때문에, 친환경적인 동력원으로 현재 자동차 업계에서 활발한 연구가 진행 중이다.

연료전지는 큰 동력을 얻기 위해 개별로 구성된 0.6~1V의 전압을 갖는 셀을 여러 장 적층(Stacking) 함으로써 전기적으로 큰 에너지를 얻을 수 있다. 이렇게 개별 구성 품을 하나하나 쌓은 것을 연료전지 스택이라 하는데, 연료전지 스택은 예를 들어 수 백 단위의 셀들을 연속적으로 배열한 전기 발생 집합체로 구비되며, 연료전지 차량을 구동시키는데 적용될 수 있다.

연료전지 스택 내의 셀은 전기화학 반응이 이루어지며 수소이온의 통로 역할을 하는 막-전극 어셈블리, 반응 가스 및 전자를 이동시키는 분리판, 반응 가스를 전극에 고르게 분배 해주는 가스 확산층, 적층 시 반응 가스로 사용되는 수소, 공기 및 냉각을 위한 냉각수를 각각 격리하고 그 반응 가스와 냉각수가 외부로 새 나가는 것을 막기 위한 가스켓으로 구성된다. 막-전극 어셈블리는 전해질 막과 전극으로 나누어지는데, 여기서 전해질 막은 퍼플로루오로술폰산(Perfluorosulfonic acid)계 고체 고분자를 많이 사용하고, 일반적으로 연료전지 성능에 큰 영향을 미치는 이온 전도성을 낮추기 위해 10~30㎛의 얇은 고분자 막을 사용하게 된다.

고분자 전해질 연료전지의 일반적인 운전 온도는 사용되는 고분자 막의 특성 때문에 -30~80℃에서 운전된다. 고분자 막은 높은 성능 발현을 위해 전도성 확보가 필요하다. 이러한 전도성에 가장 큰 영향을 미치는 것이 물의 함량이다. 이에 연료전지 운전 시 전기화학 반응에 의해 자체적으로 생성되는 물 이외에 가습기를 이용하거나 재순환을 통해 가습을 도모하고, 셀내 잔존수를 일정하게 유지하기 위해 물 조절(Water management)이 중요한 운전 전략이 된다.

하지만, 셀내 존재하는 과량의 물은 연료전지 운전 시의 성능 및 내구에 나쁜 영향을 미치게 된다. 이를 홍수 현상(Flooding)이라고 한다. 성능 측면에서 과량의 물은 반응 가스의 전극 도달을 방해하기 때문에, 물질 전달 저항을 크게 증가시켜 성능 감소 및 셀 전압 떨림 현상(Fluctuation)을 일으키게 된다.

또한, 내구 측면에서 과량 존재하는 물, 특히 애노드에 존재하는 물은 연료전지 열화에 큰 영향을 미치는 데, 연구 결과(Mansu Kim et al., Volume 266, 2014, pages 332-340, Effects of anode flooding on the performance degradation of polymer electrolyte membrane fuel cells, Journal of Power source)에서와 같이, 애노드에 존재하는 물은 국부적인 애노드 전극의 카본 부식 뿐만 아니라, 캐소드 전극의 카본 부식에까지 영향을 미칠 수 있고, 그것은 연료전지 차량 성능에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 그 방지 대책이 필요하다.

한편, 연료전지 스택을 제조하고 운전함에 있어, 셀내 온도 및 유량 공급 불 균일성은 셀내 잔존수의 차이를 만들고, 그로 인해 셀 성능 저하 또는 편차 증가를 발생시킴에 따라 출력 제한이나 장기 운전 중에는 내구성 저하까지 초래할 수 있다.

또한, 이러한 셀내 불 균일성은 냉 시동이나 고온/무가습 등의 극한 조건에서 운전할 때 셀 성능편차를 더 크게 하기 때문에 운전 영역에 있어 제한을 받을 수밖에 없다. 이에 따라 온도와 관련된 운전 범위를 넓히고, 성능 안정성 및 내구성 확보를 위해서는 셀내 온도/유동 불 균일성을 최소화하는 것이 중요하다.

일반적으로, 연료전지 스택은 셀간 균일한 유체(반응 가스 및 유체) 공급을 위해 유체를 U-타입 또는 Z-타입으로 공급 및 배출하는 매니폴드를 형성하고 있다. 이러한 연료전지 스택은 셀들의 온도 분포를 일정 범위 내에서 균일하게 유지하는 것이 중요하다. 그러나 연료전지 스택에서는 다양한 온도 및 유량 편차가 발생할 수 있다.

첫째로 스택은 양 끝단에는 집전판이 포함된 엔드 플레이트가 위치하는데, 그 엔드 플레이트 부근의 셀(이하에서는 "엔드 셀" 이라고 한다) 온도는 다른 셀들의 온도에 비해 낮다. 이러한 연료전지 스택의 셀간 온도편차 현상은 연료전지 스택의 냉 시동 또는 냉간 운전 시에 더 크게 발생하며, 이 원인은 엔드 셀에서 발생하는 열이 주변의 열 용량이 큰 부품(엔드 플레이트, 집전판)으로 뺏기면서 엔드 셀의 온도 상승이 지연되기 때문이다.

부연 설명하면, 연료전지 스택에서 엔드셀 부분은 매스(Mass)가 큰 엔드플레이트의 낮은 온도 특성으로 인해 온도 상승률이 중앙부에 있는 셀들 보다 떨어지고, 이러한 연료전지 스택의 셀간 온도편차 현상으로 엔드 셀에서는 온도저하에 따른 플러딩(flooding)이 발생되고, 반응가스 공급 부족 등이 발생하므로, 셀 전압 강하에 따른 연료전지 스택의 출력 제한을 일으킬 수 있다.

둘째로 유체 입구 부분 보다 멀어질수록 분리판 유로로 들어가는 유체의 온도 상승이 나타난다. 이는 각 셀에서 발생된 열에 의해 분리판이 뜨거워지고 이로 인해 매니폴드를 지나는 유체에 전달됨으로 입구쪽 셀들보다는 입구에서 먼쪽 셀의 경우 더 높은 온도의 유체가 셀로 들어가게 되기 때문이다.

셋째로 스택 내에서는 각 셀로 들어가는 유체의 공급 불균일성 나타나게 되는데, 특히 동일한 매니폴드를 갖는 셀 구조에서는 공급되는 반응가스 및 냉각수가 공급부에서 멀어질수록 유량이 줄어들게 된다. 따라서 무가습 운전이나 초 저가습 운전 시 필요한 낮은 SR(Stoichiometry ratio) 조건에서는 공급부에서 먼 쪽에서 유량 감소가 더 크게되고 높은 온도 운전시 냉각수량이 적어지는 공급부에서 먼쪽에서는 온도 상승이 더 크게되어 이로인해 셀 보호를 위한 전류 제한 등으로 인한 출력 저하가 발생할 수 있다.

한국공개특허 제2014-0024776호(2014.03.03)

한국등록특허 제1209684호(2012.12.03)

한국등록특허 제1417526호(2014.07.01)

한국등록특허 제1240977호(2013.03.04)

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 간단한 구성으로 단위 셀들 간의 온도 편차 및 유체의 유동 불 균일성을 개선할 수 있도록 한 연료전지 스택을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택은, ⅰ)반응가스와 냉각매체를 포함하는 유체를 유입 및 배출하기 위한 유입 매니폴드와 배출 매니폴드를 형성하고 있는 다수 개의 단위 셀들과, ⅱ)상기 단위 셀들의 일측에 배치되며, 상기 유입 및 배출 매니폴드와 연결되는 유체 입구부 및 출구부를 형성하고 있는 오픈형 엔드 플레이트와, ⅲ)상기 단위 셀들의 다른 일측에 배치되며, 상기 매니폴드를 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트와, ⅳ)상기 단위 셀들의 유로 방향으로 개방된 개방부를 포함하며, 상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부를 통해 상기 유입 매니폴드에 삽입되는 단열 소재의 인서트부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 인서트부재는 상기 오픈형 엔드 플레이트에서 유체의 유동 방향을 따라 일정 구간 유동 단면적이 일정하고 그 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트로 갈수록 유동 단면적이 점차 감소하는 유동 통로를 형성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택은, ⅰ)반응가스와 냉각매체를 포함하는 유체를 유입 및 배출하기 위한 유입 매니폴드와 배출 매니폴드를 형성하고 있는 다수 개의 단위 셀들과, ⅱ)상기 단위 셀들의 일측에 배치되며, 상기 유입 및 배출 매니폴드와 연결되는 유체 입구부 및 출구부를 형성하고 있는 오픈형 엔드 플레이트와, ⅲ)상기 단위 셀들의 다른 일측에 배치되며, 상기 매니폴드를 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트와, ⅳ)상기 단위 셀들의 유로 방향으로 개방된 개방부를 포함하며, 상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부를 통해 상기 유입 매니폴드에 삽입되는 인서트부재를 포함하고, 상기 인서트부재는 단열 소재로 이루어지며, 상기 오픈형 엔드 플레이트에서 유체의 유동 방향을 따라 일정 구간 단면적이 일정하고 그 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트로 갈수록 단면적이 점차 증가하는 형태로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 인서트부재는 상기 개방부를 제외한 나머지 부분에 폐쇄부를 형성하는 "ㄷ"의 외관 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 인서트부재는 상기 유체를 유동시키는 유동 통로를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 인서트부재는 상기 유동 통로와 연결되며, 상기 폐쇄형 엔드 플레이트의 폐쇄 면에 접촉되는 끝단 경계 면을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 인서트부재는 상기 유동 통로를 폐쇄하며, 상기 폐쇄형 엔드 플레이트의 폐쇄 면에 접촉되는 끝단 경계 면을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 인서트부재의 폐쇄부는 상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부 내측 면 및 상기 유입 매니폴드의 내측 면에 밀착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 인서트부재는 상기 폐쇄부의 외측 면에 상기 유동 통로를 따라 형성되는 복수 개의 실링 돌기를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 인서트부재는 상기 실링 돌기에 의해 상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부 내측 면 및 상기 유입 매니폴드의 내측 면과 상기 폐쇄부 사이에 공기 단열층을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 인서트부재는 상기 폐쇄부의 내부에 밀폐 공간을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 밀폐 공간에는 공기가 충진될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 밀폐 공간에는 다공성 미디어(porous media) 타입의 충진재가 충진될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 밀폐 공간에는 허니콤(honeycomb) 타입의 충진재가 충진될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 밀폐 공간에는 메쉬(mesh) 타입의 충진재가 충진될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 유입 매니폴드 및 배출 매니폴드는 상기 단위 셀의 분리판에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 분리판은 상기 유입 매니폴드의 가장자리 단을 감싸는 가스켓이 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 인서트부재는 열경화성 수지재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 단위 셀들의 온도 균일성 및 유동 균일성을 확보할 수 있으므로, 셀 간 성능 편차를 최소화할 수 있고, 연료전지 스택의 성능 및 내구 수명을 향상시킬 수 있으며, 고온 및 무가습 등 가혹한 조건의 운전 환경에서도 연료전지 스택을 원활하게 운전할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택에 적용되는 인서트부재의 설치 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택에 적용되는 인서트부재를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택에 적용되는 인서트부재의 제1 변형 예를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택에 적용되는 인서트부재의 제2 변형 예를 도시한 도면이다.
도 9의 (a), (b), (c), (d)는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택에 적용되는 인서트부재의 제3 변형 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 변형 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(100)은 연료인 수소 가스와 산화제인 공기를 제공받아 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 단위 셀들(11)의 전기 발생 집합체이다. 이하에서는 전기 에너지를 발생시키기 위해 단위 셀들(11)로 공급되는 수소 가스와 공기를 반응가스라고 한다.

상기 단위 셀들(11)은 수 백장의 다수 매로 적층되며 연료전지 스택(100)으로 구성된다. 예를 들면 상기 단위 셀(11)은 고분자 전해질 연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell: PEMFC)를 포함한다.

상기 단위 셀(11)은 막-전극 어셈블리(도면에 도시되지 않음)와, 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측에 배치되는 분리판(1: 이하 도 2 참조)을 포함한다. 여기서 상기 분리판(1)에는 반응가스를 유동시키기 위한 반응가스 유로(3: 이하 도 2 참조)를 형성하고 있다.

상기 단위 셀들(11)은 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 과정에, 반응 부산물로서 열과 물을 발생시키는데, 냉각매체인 냉각수에 의해 냉각이 이루어진다.

이에, 상기 단위 셀들(11)의 분리판(1)에는 냉각매체를 유동시키며, 분리판(1)을 냉각하기 위한 냉각 유로(도면에 도시되지 않음)를 형성하고 있다. 이하에서는 상기한 바와 같은 반응가스 및 냉각매체를 유체로 통칭한다.

한편, 상기 단위 셀들(11)에는 유체의 공급과 배출을 위한 유입 매니폴드(17)와 배출 매니폴드(19)를 각각 형성하고 있다. 상기 유입 매니폴드(17)로 유입되는 유체는 분리판(1)의 유로(반응가스 유로 및 냉각 유로)로 공급되며, 배출 매니폴드(19)를 통해 배출될 수 있다.

다른 한편, 상기와 같이 연속적으로 적층된 단위 셀들(11)의 최 외측(양 끝단)에는 엔드 플레이트(13, 15)를 포함하는 엔드 구조체가 각각 배치된다. 상기 엔드 구조체는 체결유닛(도면에 도시되지 않음)에 의해 상호 체결되면서 이들 사이의 단위 셀들(11)을 최 외곽에서 가압한다. 이러한 엔드 구조체는 단위 셀들(11)에서 발생되는 전류를 집전하기 위한 집전판을 포함할 수도 있다. 상기 집전판은 최 외측의 단위 셀(11)에 밀착되게 배치되며, 엔드 플레이트(13, 15)와 상호 결합될 수 있다.

여기서, 상기 단위 셀들(11)의 일측에 배치되는 엔드 플레이트(13)는 본 발명의 실시예에서 유입 및 배출 매니폴드(17, 19)와 연결되는 유체 입구부(14a)와 유체 출구부(14b)를 형성하고 있는 오픈형 엔드 플레이트로 구비된다. 이하에서는 상기 오픈형 엔드 플레이트에 "13"의 도면 부호를 부여하기로 한다.

그리고, 상기 단위 셀들(11)의 다른 일측에 배치되는 엔드 플레이트(15)는 유입 및 배출 매니폴드(17, 19)를 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트로 구비된다. 이하에서는 상기 폐쇄형 엔드 플레이트에 "15"의 도면 부호를 부여하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(100)은 유체 입구부(14a)와 유체 출구부(14b)를 통해 유입/배출 매니폴드(17, 19)와 연결되는 오픈형 엔드 플레이트(13) 및 유입/배출 매니폴드(17, 19)를 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트(15)를 포함함에 따라, U-타입의 유체 공급/배출 구조로 구성될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 연료전지 스택(100)은 운전 시, 단위 셀들(11)의 최 외측에서 발생하는 열이 주변의 열 용량이 상대적으로 큰 엔드 구조체의 엔드 플레이트(13, 15)로 뺏기며 그 엔드 플레이트(13, 15)의 주변 셀들(이하에서는 "엔드 셀" 이라고 한다)의 온도 상승이 지연됨에 따라 그 엔드 셀들과 중간 셀들 간 온도편차가 발생할 수 있다.

또한, 상기 연료전지 스택(100)은 오픈형 엔드 플레이트(13)에서 폐쇄형 엔드 플레이트(15) 측으로 멀어질수록 그 멀어지는 쪽에서의 단위 셀들(11)의 온도가 상승하는 현상이 나타날 수 있다. 이는 공급 유체의 온도가 오픈형 엔드 플레이트(13)에서 폐쇄형 엔드 플레이트(15) 측으로 멀어질수록 단위 셀들(11)의 온도 상승에 의해 점차 높아지기 때문이다.

더 나아가, 상기 연료전지 스택(100)은 오픈형 엔드 플레이트(13)에서 폐쇄형 엔드 플레이트(15) 측으로 멀어질수록 기준 유량 보다 적은 유량의 공급 유체가 단위 셀들(11)로 유입될 수 있다. 이러한 공급 유체의 유동 불균일(분배 편차)이 발생하는 이유는 각 단위 셀(11)에 걸리는 차압은 동일하나 오픈형 엔드 플레이트(13)에서 폐쇄형 엔드 플레이트(15) 측으로 멀어질수록 유입 매니폴드(17)에 걸리는 차압이 추가되기 때문이다.

이에, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(100)은 상기에서와 같은 셀간 온도 편차 및 유체의 유동 불 균일성을 개선하기 위한 인서트부재(30)를 포함하고 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 인서트부재(30)는 오픈형 엔드 플레이트(13)의 유체 입구부(14a)를 통해 단위 셀들(11)의 유입 매니폴드(17)에 삽입된다. 즉, 상기 인서트부재(30)는 공급 유체의 유동 방향을 따라 오픈형 엔드 플레이트(13)의 유체 입구부(14a)를 통해 단위 셀들(11)의 유입 매니폴드(17)에 배치된다.

이러한 인서트부재(30)는 단위 셀들(11)의 금속소재 또는 흑연소재의 분리판(1)에 대하여 열 전도율 및 전기 전도율이 낮은 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다.

상기 인서트부재(30)는 단위 셀들(11)에 발생하는 열 즉, 분리판(1)을 통하여 공급 유체로 전달되는 열을 차단하는 단열 소재로 이루어진다. 즉, 본 발명의 실시예에 의한 상기 인서트부재(30)는 공급 유체에 대한 단열 효과를 극대화할 수 있고, 경량화, 내열성, 강성 및 절연성을 도모할 수 있는 단열 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 인서트부재(30)는 열경화성 수지재를 포함하는 단열 소재로 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택에 적용되는 인서트부재의 설치 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 인서트부재(30)는 오픈형 엔드 플레이트(13)의 유체 입구부(14a) 및 단위 셀들(11)의 유입 매니폴드(17) 유로 단면이 사각 형상일 경우, 단위 셀들(11)에서 분리판(1)의 반응가스 유로(3) 및 냉각 유로(도면에 도시되지 않음) 방향으로 개방된 개방부(31)를 형성하고 있다.

예를 들면, 상기 인서트부재(30)는 개방부(31)를 제외한 나머지 부분에 폐쇄부(33)를 형성하며 "ㄷ"의 외관 형상으로 구비된다. 상기 폐쇄부(33)는 도면을 기준할 때, 개방부(31)에 대응하며 유체 입구부(14a) 및 유입 매니폴드(17)의 관통 길이 방향을 따라 배치되는 측면부, 그 측면부의 상하 단에 각각 연결되는 상면부 및 하면부를 포함하고 있다.

여기서, 상기 인서트부재(30)는 유체 입구부(14a) 및 유입 매니폴드(17)에 이들의 관통 길이 방향으로 삽입되는 바, 그 인서트부재(30)의 폐쇄부(33)는 유체 입구부(14a)의 내측 면 및 유입 매니폴드(17)의 내측 면과 밀착된다.

도면에서 미 설명된 도면 참조 부호 71은 단위 셀들(11)의 유입 매니폴드(17) 가장자리 부분에 형성되며, 단위 셀들 간 공급 유체의 실링을 도모하는 가스켓을 나타낸다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택에 적용되는 인서트부재를 도시한 단면 구성도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 인서트부재(30)는 공급 유체를 유동시키기 위한 유동 통로(35)를 형성하고 있다. 즉, 상기 인서트부재(30)는 개방부(31) 및 폐쇄부(33)를 포함하는 "ㄷ"의 외관 형상으로 구비되며, 공급 유체를 유동시키는 상기한 유동 통로(35)를 형성하고 있다.

상기 유동 통로(35)는 오픈형 엔드 플레이트(13)의 유체 입구부(14a)를 통해 단위 셀들(11)의 유입 매니폴드(17)로 유동시키며 단위 셀들(11)의 반응 유로 즉, 분리판(1)의 반응가스 유로(3) 및 냉각 유로(도면에 도시되지 않음)로 공급할 수 있다.

여기서, 상기 유동 통로(35)는 오픈형 엔드 플레이트(13)에서 공급 유체의 유동 방향을 따라 일정 구간 유동 단면적이 일정하고, 그 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트(15)로 갈수록 유동 단면적이 점차 감소하는 통로로 구비될 수 있다.

이에, 상기 인서트부재(30)는 오픈형 엔드 플레이트(13)에서 유체의 유동 방향을 따라 일정 구간 단면적이 일정하고 그 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트(15)로 갈수록 단면적이 점차 증가하는 형태로 구비된다. 도면에서 도면 부호 36은 단면적이 점차 증가하는 부분을 나타낸다.

예를 들면, 상기 인서트부재(30)는 위에서 언급한 바 있는 형태를 기본으로 하면서, 유동 통로(35)와 연결되며 폐쇄형 엔드 플레이트(15)의 폐쇄 면에 접촉되는 끝단 경계 면(37a)을 포함할 수 있다(도 5 참조).

이 경우, 상기 유동 통로(35)는 유동 단면적이 일정한 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트(15)로 갈수록 유동 단면적이 점차 감소하며, 이의 끝단이 폐쇄형 엔드 플레이트(15)에 의해 폐쇄되는 통로로 형성된다.

그리고, 상기 인서트부재(30)의 끝단 경계 면(37a)은 그 인서트부재(30)의 끝단에서 유동 통로(35)의 끝단을 개방하며, 그 유동 통로(35)의 끝단을 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트(15)의 폐쇄 면(엔드 면)과 접촉한다.

한편, 본 발명의 실시예에 의한 인서트부재(30)는 도 6에서와 같은 제1 변형 예로, 위에서 언급한 바 있는 형태를 기본으로 하면서, 유동 통로(35)를 폐쇄하며 폐쇄형 엔드 플레이트(15)의 폐쇄 면에 접촉되는 끝단 경계 면(37b)을 포함할 수도 있다.

여기서, 상기 유동 통로(35)는 유동 단면적이 일정한 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트(15)로 갈수록 유동 단면적이 점차 감소하며, 인서트부재(30)의 끝단 경계 면(37b)에 의해 폐쇄되는 통로로 형성된다.

즉, 상기 인서트부재(30)의 끝단 경계 면(37a)은 그 인서트부재(30)의 끝단에서 유동 통로(35)의 끝단을 폐쇄하며, 폐쇄형 엔드 플레이트(15)의 폐쇄 면(엔드 면)과 접촉한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 작용을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

우선, 본 발명의 실시예에서는 수소가스, 공기 및 냉각매체를 포함하는 공급유체를 오픈형 엔드 플레이트(13)의 유체 입구부(14a)를 통해 단위 셀들(11)의 유입 매니폴드(17)로 공급한다.

그러면, 공급 유체는 단위 셀들(11)의 유입 매니폴드(17)를 따라 폐쇄형 엔드 플레이트(15) 측으로 유동하며, 단위 셀들(11)의 반응 유로인 분리판(1)의 반응가스 유로(3) 및 냉각 유로(도면에 도시되지 않음)로 공급된다.

이에, 단위 셀들(11)에서는 반응가스로서의 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 부산물로서 물과 열을 생성하며 전기 에너지를 발생시키며, 그 열을 냉각매체로서 냉각할 수 있다. 그리고, 상기 단위 셀들(11)을 거친 상기한 공급 유체는 그 단위 셀들(11)의 배출 매니폴드(19)를 통해 배출된다.

이러는 과정에, 본 발명의 실시예에서는 오픈형 엔드 플레이트(13)의 유체 입구부(14a) 및 단위 셀들(11)의 유입 매니폴드(17)에 이들의 관통 길이 방향으로 단열 소재의 인서트부재(30)를 설치하고 있으므로, 그 인서트부재(30)의 유동 통로(35)를 통해 공급 유체를 유동시키며 단위 셀들(11)의 반응 유로로 공급한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 단위 셀들(11)에서 발생된 열에 의해 온도가 상승된 분리판(1)으로부터 공급 유체로 전달되는 열을 단열 소재의 인서트부재(30)를 통해 단열함으로써, 그 인서트부재(30)의 유동 통로(35)를 따라 유동하는 공급 유체의 온도 상승을 억제할 수 있다.

부연 설명하면, 본 발명의 실시예에서는 공급 유체의 온도가 오픈형 엔드 플레이트(13)에서 폐쇄형 엔드 플레이트(15) 측으로 멀어질수록 단위 셀들(11)의 온도 상승에 의해 점차 높아지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 인서트부재(30)의 끝단에 폐쇄형 엔드 플레이트(15)의 폐쇄 면에 접촉되는 끝단 경계 면(37a, 37b)을 형성하고 있으므로, 단위 셀들(11)의 엔드 셀에서 오픈형 엔드 플레이트(13) 및 폐쇄형 엔드 플레이트(15)로 빼앗기는 열을 그 끝단 경계 면(37a, 37b)을 통해 차단할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 단열 소재의 인서트부재(30)를 통해 단위 셀들(11)의 셀 간 온도 편차를 저감시키며, 단위 셀들(11)의 열 분포 및 온도 균일성을 개선할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택의 운전 범위를 더 높은 온도까지 확대할 수 있으므로 연료전지 스택의 출력 제한 문제를 해결할 수 있고, 연료전지 스택의 내구성, 상품성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 단위 셀들(11)의 냉각 부하를 감소시킴으로써 연료전지 시스템의 용량을 감소시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 오픈형 엔드 플레이트(13)에서 공급 유체의 유동 방향을 따라 일정 구간 유동 단면적이 일정하고, 그 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트(15)로 갈수록 유동 단면적이 점차 감소하는 유동 통로(35)를 인서트부재(30)에 형성하므로, 단위 셀들(11)의 위치에 따른 공급 유체의 분배 편차를 최소화하며 유동 균일성을 확보할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 상기한 유동 통로(35)에 의해 오픈형 엔드 플레이트(13)에서 폐쇄형 엔드 플레이트(15) 측으로 멀어질수록 유입 매니폴드(17)에 걸리는 공급 유체의 차압 증가를 최소화하며 단위 셀들(11)의 위치에 따른 공급 유체의 유동 균일성을 확보할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 인서트부재(30)를 통해 단위 셀들(11)에 대한 공급 유체의 유동 균일성을 확보할 수 있으므로, 연료전지 스택의 무가습 운전이나 초 저가습 운전 시의 전류 제한 등으로 인한 출력 저하를 방지하며, 연료전지 스택의 운전 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(100)에 의하면, 단위 셀들(11)의 온도 균일성 및 유동 균일성을 확보할 수 있으므로, 셀 간 성능 편차를 최소화할 수 있으며, 연료전지 스택의 성능 및 내구 수명을 향상시킬 수 있고, 고온 및 무가습 등 가혹한 조건의 운전 환경에서도 연료전지 스택을 원활하게 운전할 수 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택에 적용되는 인서트부재의 제2 변형 예를 도시한 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예는 인서트부재(30)의 단열 성능을 극대화시키기 위한 제2 변형 예로서, 오픈형 엔드 플레이트(13: 이하 도 1 참조)의 유체 입구부(14a: 이하 도 1 참조) 내측 면 및 단위 셀들(11: 이하 도 1 참조) 유입 매니폴드(17)의 내측 면과 인서트부재(30)의 폐쇄부(33) 사이에 공기 단열층(41)을 형성할 수 있다.

이를 위해 상기 인서트부재(30)는 폐쇄부(33)의 외측 면에 공급 유체의 유동 통로(35)를 따라 형성되는 복수 개의 실링 돌기(43)를 포함하고 있다. 상기 실링 돌기(43)는 인서트부재(30)의 유동 통로(35)를 통해 유입 매니폴드(17)를 따라 유동하는 공급 유체가 공기 단열층(41)으로 유입되는 것을 실링하는 기능을 하게 된다.

이러한 실링 돌기(43)는 폐쇄부(33)의 외측 면에 돌출되게 형성되며, 유체 입구부(14a)의 내측 면 및 유입 매니폴드(17)의 내측 면에 밀착된다. 따라서, 상기 실링 돌기(43)는 유체 입구부(14a)의 내측 면 및 유입 매니폴드(17)의 내측 면 사이에 실링 공간으로서의 상기 공기 단열층(41)을 형성하게 된다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 인서트부재(30)의 외측 면과 유입 매니폴드(17)의 내측 면 사이에 공기 단열층(41)을 형성하므로, 그 공기 단열층(41)에 의해 인서트부재(30)의 단열 성능을 더욱 극대화시키며, 단위 셀들(11)에 대한 열 분포 및 온도 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 9의 (a), (b), (c), (d)는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택에 적용되는 인서트부재의 제3 변형 예를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 인서트부재(30)는 제3 변형 예로서, 도면의 (a)에서와 같이 폐쇄부(33)의 내부에 밀폐 공간(51)을 형성하며, 그 밀폐 공간(51)에 공기를 충진한 구조로 이루어질 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에 의한 인서트부재(30)는 도면의 (b)에서와 같이, 폐쇄부(33) 내부의 밀폐 공간(51)에 다공성 미디어(porous media) 타입의 충진재(61a)를 충진한 구조로 이루어질 수도 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 의한 인서트부재(30)는 도면의 (c)에서와 같이, 폐쇄부(33) 내부의 밀폐 공간(51)에 허니콤(honeycomb) 타입의 충진재(61b)를 충진한 구조로 이루어질 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 인서트부재(30)는 도면의 (d)에서와 같이, 폐쇄부(33) 내부의 밀폐 공간(51)에 메쉬(mesh) 타입의 충진재(61c)를 충진한 구조로 이루어질 수도 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 열용량이 가장 낮은 공기를 폐쇄부(33) 내부의 밀폐 공간(51)에 채워 넣거나 그 밀폐 공간(51)에 공기를 수용하는 다공성 미디어(porous media), 허니콤(honeycomb) 및 메쉬(mesh) 타입의 충진재(61a, 61b, 61c)를 충진하므로, 인서트부재(30)의 강성을 확보하면서 단위 셀들(11)에 대한 인서트부재(30)의 단열 성능을 더욱 극대화시킬 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 변형 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 단위 셀들(11)의 분리판(1)에서 유입 매니폴드(17) 가장자리 부분에는 공급 유체의 실링을 위한 가스켓(71)을 기본적으로 구성하고 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 가스켓(71)은 유입 매니폴드(17)의 가장자리 단을 감싸는 구조로 되어 있다. 상기 가스켓(71)은 분리판(1)의 평면에서 유입 매니폴드(17)의 가장자리 부분을 둘러싸는 구조가 아닌, 그 유입 매니폴드(17)의 가장자리 단(구멍 가장자리 단)을 감싸는 구조로 되어 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 단위 셀들(11)의 열 전도성이 상대적으로 큰 분리판(1)으로부터 공급 유체로 전달되는 열을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 분리판 3... 반응가스 유로
11... 단위 셀 13... 오픈형 엔드 플레이트
14a... 유체 입구부 14b... 유체 출구부
15... 폐쇄형 엔드 플레이트 17... 유입 매니폴드
19... 배출 매니폴드 30... 인서트부재
31... 개방부 33... 폐쇄부
35... 유동 통로 37a, 37b... 끝단 경계 면
41... 공기 단열층 43... 실링 돌기
51... 밀폐 공간 61a, 61b, 61c... 충진재
71... 가스켓

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 반응가스와 냉각매체를 포함하는 유체를 유입 및 배출하기 위한 유입 매니폴드와 배출 매니폴드를 형성하고 있는 다수 개의 단위 셀들;
   상기 단위 셀들의 일측에 배치되며, 상기 유입 및 배출 매니폴드와 연결되는 유체 입구부 및 출구부를 형성하고 있는 오픈형 엔드 플레이트;
   상기 단위 셀들의 다른 일측에 배치되며, 상기 매니폴드를 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트; 및
   상기 단위 셀들의 유로 방향으로 개방된 개방부를 포함하며, 상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부를 통해 상기 유입 매니폴드에 삽입되는 인서트부재;를 포함하고,
   상기 인서트부재는 단열 소재로 이루어지며, 상기 오픈형 엔드 플레이트에서 유체의 유동 방향을 따라 일정 구간 단면적이 일정하고 그 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트로 갈수록 단면적이 점차 증가하는 형태로 구비되며,
   상기 인서트부재는 상기 개방부를 제외한 나머지 부분에 폐쇄부를 형성하며, 상기 유체를 유동시키는 유동 통로를 형성하되, 상기 폐쇄형 엔드 플레이트 측에서 상기 유동 통로를 폐쇄하며 그 폐쇄형 엔드 플레이트의 폐쇄 면에 접촉되는 끝단 경계 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제3 항에 있어서,
   상기 인서트부재의 폐쇄부는,
   상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부 내측 면 및 상기 유입 매니폴드의 내측 면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
8. 반응가스와 냉각매체를 포함하는 유체를 유입 및 배출하기 위한 유입 매니폴드와 배출 매니폴드를 형성하고 있는 다수 개의 단위 셀들;
   상기 단위 셀들의 일측에 배치되며, 상기 유입 및 배출 매니폴드와 연결되는 유체 입구부 및 출구부를 형성하고 있는 오픈형 엔드 플레이트;
   상기 단위 셀들의 다른 일측에 배치되며, 상기 매니폴드를 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트; 및
   상기 단위 셀들의 유로 방향으로 개방된 개방부를 포함하며, 상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부를 통해 상기 유입 매니폴드에 삽입되는 인서트부재;를 포함하고,
   상기 인서트부재는 단열 소재로 이루어지며, 상기 오픈형 엔드 플레이트에서 유체의 유동 방향을 따라 일정 구간 단면적이 일정하고 그 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트로 갈수록 단면적이 점차 증가하는 형태로 구비되며,
   상기 인서트부재는 상기 개방부를 제외한 나머지 부분에 폐쇄부를 형성하며, 상기 유체를 유동시키는 유동 통로를 형성하되, 상기 폐쇄부의 외측 면에 상기 유동 통로를 따라 형성되는 복수 개의 실링 돌기를 포함하고, 상기 실링 돌기에 의해 상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부 내측 면 및 상기 유입 매니폴드의 내측 면과 상기 폐쇄부 사이에 공기 단열층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
9. 삭제
10. 반응가스와 냉각매체를 포함하는 유체를 유입 및 배출하기 위한 유입 매니폴드와 배출 매니폴드를 형성하고 있는 다수 개의 단위 셀들;
    상기 단위 셀들의 일측에 배치되며, 상기 유입 및 배출 매니폴드와 연결되는 유체 입구부 및 출구부를 형성하고 있는 오픈형 엔드 플레이트;
    상기 단위 셀들의 다른 일측에 배치되며, 상기 매니폴드를 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트; 및
    상기 단위 셀들의 유로 방향으로 개방된 개방부를 포함하며, 상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부를 통해 상기 유입 매니폴드에 삽입되는 인서트부재;를 포함하고,
    상기 인서트부재는 단열 소재로 이루어지며, 상기 오픈형 엔드 플레이트에서 유체의 유동 방향을 따라 일정 구간 단면적이 일정하고 그 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트로 갈수록 단면적이 점차 증가하는 형태로 구비되며,
    상기 인서트부재는 상기 개방부를 제외한 나머지 부분에 폐쇄부를 형성하며, 상기 유체를 유동시키는 유동 통로를 형성하되, 상기 폐쇄부의 내부에 밀폐 공간을 형성하며, 상기 밀폐 공간에는 공기가 충진되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
11. 반응가스와 냉각매체를 포함하는 유체를 유입 및 배출하기 위한 유입 매니폴드와 배출 매니폴드를 형성하고 있는 다수 개의 단위 셀들;
    상기 단위 셀들의 일측에 배치되며, 상기 유입 및 배출 매니폴드와 연결되는 유체 입구부 및 출구부를 형성하고 있는 오픈형 엔드 플레이트;
    상기 단위 셀들의 다른 일측에 배치되며, 상기 매니폴드를 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트; 및
    상기 단위 셀들의 유로 방향으로 개방된 개방부를 포함하며, 상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부를 통해 상기 유입 매니폴드에 삽입되는 인서트부재;를 포함하고,
    상기 인서트부재는 단열 소재로 이루어지며, 상기 오픈형 엔드 플레이트에서 유체의 유동 방향을 따라 일정 구간 단면적이 일정하고 그 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트로 갈수록 단면적이 점차 증가하는 형태로 구비되며,
    상기 인서트부재는 상기 개방부를 제외한 나머지 부분에 폐쇄부를 형성하며, 상기 유체를 유동시키는 유동 통로를 형성하되, 상기 폐쇄부의 내부에 밀폐 공간을 형성하며, 상기 밀폐 공간에는 다공성 미디어(porous media) 타입의 충진재가 충진되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
12. 반응가스와 냉각매체를 포함하는 유체를 유입 및 배출하기 위한 유입 매니폴드와 배출 매니폴드를 형성하고 있는 다수 개의 단위 셀들;
    상기 단위 셀들의 일측에 배치되며, 상기 유입 및 배출 매니폴드와 연결되는 유체 입구부 및 출구부를 형성하고 있는 오픈형 엔드 플레이트;
    상기 단위 셀들의 다른 일측에 배치되며, 상기 매니폴드를 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트; 및
    상기 단위 셀들의 유로 방향으로 개방된 개방부를 포함하며, 상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부를 통해 상기 유입 매니폴드에 삽입되는 인서트부재;를 포함하고,
    상기 인서트부재는 단열 소재로 이루어지며, 상기 오픈형 엔드 플레이트에서 유체의 유동 방향을 따라 일정 구간 단면적이 일정하고 그 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트로 갈수록 단면적이 점차 증가하는 형태로 구비되며,
    상기 인서트부재는 상기 개방부를 제외한 나머지 부분에 폐쇄부를 형성하며, 상기 유체를 유동시키는 유동 통로를 형성하되, 상기 폐쇄부의 내부에 밀폐 공간을 형성하며, 상기 밀폐 공간에는 허니콤(honeycomb) 타입의 충진재가 충진되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
13. 반응가스와 냉각매체를 포함하는 유체를 유입 및 배출하기 위한 유입 매니폴드와 배출 매니폴드를 형성하고 있는 다수 개의 단위 셀들;
    상기 단위 셀들의 일측에 배치되며, 상기 유입 및 배출 매니폴드와 연결되는 유체 입구부 및 출구부를 형성하고 있는 오픈형 엔드 플레이트;
    상기 단위 셀들의 다른 일측에 배치되며, 상기 매니폴드를 폐쇄하는 폐쇄형 엔드 플레이트; 및
    상기 단위 셀들의 유로 방향으로 개방된 개방부를 포함하며, 상기 오픈형 엔드 플레이트의 유체 입구부를 통해 상기 유입 매니폴드에 삽입되는 인서트부재;를 포함하고,
    상기 인서트부재는 단열 소재로 이루어지며, 상기 오픈형 엔드 플레이트에서 유체의 유동 방향을 따라 일정 구간 단면적이 일정하고 그 구간의 끝단에서 폐쇄형 엔드 플레이트로 갈수록 단면적이 점차 증가하는 형태로 구비되며,
    상기 인서트부재는 상기 개방부를 제외한 나머지 부분에 폐쇄부를 형성하며, 상기 유체를 유동시키는 유동 통로를 형성하되, 상기 폐쇄부의 내부에 밀폐 공간을 형성하며, 상기 밀폐 공간에는 메쉬(mesh) 타입의 충진재가 충진되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
14. 제3, 8, 10, 11, 12, 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입 매니폴드 및 배출 매니폴드는 상기 단위 셀의 분리판에 형성되고,
    상기 분리판은 상기 유입 매니폴드의 가장자리 단을 감싸는 가스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
15. 제3, 8, 10, 11, 12, 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인서트부재는 열경화성 수지재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.

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