KR101816055B1 - 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 상, 하면이 형합되어 조립될 수 있도록 애노드분리판과 캐소드분리판에 돌기 및 홈을 형성하여 스택의 작업 공정시 쏠림 현상을 방지할 수 있고, 고무시일의 사용량을 줄여 재료비 및 작업 공정을 절감할 수 있는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 단위셀이 아래로부터 MEA, 애노드분리판, 캐소드분리판 순으로 반복 적층되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 있어서, 애노드분리판의 일면 또는 양면에 애노드가스켓돌기 또는 애노드가스켓홈이 형성되고, 애노드분리판과 형합되어 적층이 가능하도록 대응되게 캐소드분리판의 일면 또는 양면에 캐소드가스켓돌기 또는 캐소드가스켓홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판{GASKET-INTEGRATED MATAL SEPARATOR FOR FUEL CELL}
본 발명은 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지의 스택(stack)을 구성하는 복수의 단위셀 적층 구조의 개선을 통해 조립성 향상과 적층시 쏠림 현상을 방지할 수 있는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지(fuel cell)는 연료로부터 추출된 수소와 공기 중의 산소 화학 반응 에너지를 전기에너지로 변환시켜 청정하게 전력을 분산 생성하는 장치로서, 배터리와 다른 점은 재충전이 필요하지 않고 연료가 공급되는 한 지속적으로 전기를 생산할 수 있는 발전 장치이다.
따라서, 연료전지는 친환경적인 동력원으로서 모든 산업계에서 현재의 내연기관을 대체할 차세대 동력원으로 주목받고 있다.
그 중에서 고분자전해질 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 양이온 교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료 전지이며, 고체 고분자전해질 연료전지(SPEFC, Solid Polymer Electrolyte Fuel Cells), 양이온 교환막 연료전지(PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cells) 등의 다양한 이름으로 불리고 있다. 또한, 고분자전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비하여 작동온도가 80℃ 정도로 낮고, 효율이 높으며, 전류밀도 및 출력밀도가 크고, 시동 시간이 짧은 동시에 부하변화에 따른 응답이 빠른 특성이 있다. 특히, 전해질로 고분자막을 사용하기 때문에 부식 및 전해질 조절이 필요 없고 반응기체의 압력 변화에도 덜 민감하다. 그리고 디자인이 간단하고 제작이 쉬우며 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 장점이 있기 때문에 고분자전해질 연료전지는 무공해 차량의 동력원, 현지 설치형 발전, 이동용 전원, 군사용 전원 등 매우 다양한 분야에 응용될 수 있으며, 따라서 현재 전세계적인 자동차 업계의 활발한 연구가 진행중이다.
이러한 연료전지는 연료극(anode)에서의 산화반응 및 공기극(cathode)에서의 환원반응을 이용하여 전력을 생성한다. 연료극/공기극에는 산화 및 환원 반응을 촉진시키기 위해 촉매 층이 형성되며, 연료극에는 수소가 공급되어 산화 반응을 통해 수소 이온과 전자로 분리되고, 공기극에서는 상기 분리된 수소 이온과 산소가 결합해 물을 형성하게 된다.
통상적으로 하나의 연료전지 스택은 복수 개(대략:400 여개)의 단위셀(unit cell)이 적층되어 형성되게 된다.
연료전지스택은 수소이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 전극/촉매층이 부착된 MEA(Membrane Electrode Assembly)와, 반응기체들을 고르게 분포하고 발생된 전기를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구와, 반응기체들 및 냉각수가 이동하는 분리판으로 구성되어 있다.
고체 고분자 전해질형 연료전지에서는 수소가 연료극으로 공급되고, 산소(공기)는 공기극으로 공급된다.
연료극으로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소이온(Proton, H+)과 전자(Electron, e-)로 분해되고, 이 중 수소이온(Proton, H+)만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 음극으로 전달되며, 동시에 전자(Electron, e-)는 도체인 기체확산층과 분리판(Separator)을 통하여 음극으로 전달된다.
상기 공기극에서는 전해질막을 통하여 공급된 수소이온과 분리판을 통하여 전달된 전자가 공기공급기에 의해 공기극으로 공급된 공기중의 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다.
이때, 일어나는 수소이온의 이동에 기인하여 발생하는 외부 도선을 통한 전자의 흐름으로 전류가 생성되고, 아울러 물 생성 반응에서 열도 부수적으로 발생하게 된다.
고분자 전해질 연료전지에 사용되는 분리판(bipolar plate 또는 separator)은 연료전지의 적층시 각각의 단위전지를 분리해주고, MEA(Membrane Electrode Assembly)의 지지체 역할을 하며, 생성된 에너지를 전달하는 전류집 전체(current collector)의 역할을 한다.
상기 분리판이 가져야 할 특성으로 전압 손실을 최소한으로 줄이기 위해서 전기 전도도가 좋아야 하며, 공급되는 가스가 투과되지 못하도록 가스 투과율이 낮아야 하며, 밀도가 낮아 가벼워야 하며, 충분한 기계적 강도를 가져야 하며, 사용되는 전해질 내에서 좋은 내부식성을 가져야 하고, 가공이 쉬운 재질이어야 하며, 제조 단가가 낮아야 한다.
또한 분리판은 MEA의 외측에 접합된 기체확산층(GDL)에 다시 접합된다. 이 분리판은 연료와 공기를 공급할 뿐만 아니라, 연료극 측에서는 수분의 공급통로로, 공기극 측에서는 생성된 물의 제거통로서의 기능을 가지고 있다. 그리고 외부회로로 전기를 흘리는 역할도 한다.
도 1a는 종래기술에 따른 연료전지스택의 단위셀 구조를 보여주는 개략도로서, 단위셀은 밑에서부터 MEA(10), 애노드분리판(20), 캐소드분리판(30) 순으로 적층되고, 그 다음에 적층되는 단위셀에서 상기 캐소드분리판(30) 위로 다시 MEA(10)가 반복 적층된다.
여기서 애노드분리판(20)은 금속분리판 일체형 가스켓의 특성상 가스켓돌기(20a)가 양면에 형성되어 있고, 캐소드분리판(30)에는 가스켓돌기(30a)가 일면에 형성되어 있다.
그리고 캐소드분리판(30)에는 에어가 공급되어 MEA(10)의 공기극에 전달되고, 애노드분리판(20)의 중앙으로는 냉각수 통로가 형성되고, 이 냉각수 통로를 통해 냉각수가 공급되어, MEA(10)에서 열교환이 이루어져서 스택을 한계온도 이상으로 가열되는 것을 방지한다.
또한, 애노드분리판(20)과 MEA(10) 사이의 공간으로 연료인 수소가 공급되어 MEA(10)에 전달된다.
도 1b에서와 같이, 스택 제작시 수소와 공기 및 냉각수의 기밀성을 확보하기 위해 MEA(10)의 가장자리에 부착되는 서브가스켓(12)과, 애노드분리판(20) 및 캐소드분리판(30)의 가장자리부에 각각 고무시일(40)(rubber seal)을 사출/경화시켜 접합하는 방법이 주류를 이루고 있다.
상기 고무시일(40)을 MEA(10)의 가장자리부에 동일면 상에 부착되는 서브가스켓(12)에 접합하고, 고무시일(40)을 애노드분리판(20)의 가장자리부에 접합하고, 고무시일(40)을 캐소드분리판(30)의 가장자리부에 접합한다.
이때, 상기 고무시일(40)은 수소, 공기 및 냉각수의 기밀성을 확보할 뿐만 아니라, 애노드분리판(20)과 캐소드분리판(30) 사이, 그리고 서브가스켓(12)과 애노드분리판(20) 또는 캐소드분리판(12) 사이의 간격을 조정하면서 애노드분리판(20)과 캐소드분리판(30)의 단부를 받쳐주는 역할을 한다.
그 다음, 각 고무시일(40)이 부착된 MEA(10), 애노드분리판(20), 캐소드 분리판(30)을 순서대로 적층하여 1개의 단위 셀을 이루고, 이와 같은 단위 셀을 대략 400여개 정도 적층하게 된다.
이때, 스택 적층시 애노드분리판(20)의 가스켓돌기(20a)와 캐소드분리판(30)의 가스켓돌기(30a)이 서로 정확하게 면접촉되어야 한다.
그러나, 각 400 여개씩의 MEA(10), 애노드분리판(20), 캐소드분리판(30)을 순서대로 약 총 1200 여번 적층할 경우에 도 1c에 도시한 바와 같이 서브가스켓(12)에 접합된 고무시일(40)과 애노드 분리판(20) 및 캐소드분리판(30)의 고무시일(40)이 서로 어긋나는 쏠림 현상이 발생되며, 이 쏠림 현상으로 인해 연료전지 스택은 원하는 출력을 얻을 수 없는 문제점이 있다.
더욱이 서로 어긋나는 무너짐 현상은 고무시일(40)과 0.1mm~0.3mm의 두께를 가지는 금속분리판의 접합시 기계적 강도가 충분히 확보되지 않아 발생하기도 한다.
또한, 수소와 공기 및 냉각수의 기밀성 확보를 위해 사용되는 고무시일(40)은 단가가 높은 불소고무(FKM) 등을 사용하여 연료전지 스택 제작시 재료비 및 접합 설비에 대한 투자비의 과다로 연료전지의 대량 생산에 부적합한 문제점이 있다.
분리판 일체형 연료전지용 가스켓의 적층에 관련해서는 본 출원인에 의해 기출원된 선행문헌으로 대한민국 특허공개번호 제10-2009-0128602호(공개일 2009.12.16)가 있으나, 많은 양의 단위 셀 적층시에는 효과적이지 못한 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 수백장이 적층되어 조립되는 연료전지 스택의 금속분리판 일체형 구조에 있어서 상, 하면이 형합되어 조립될 수 있도록 애노드분리판과 캐소드분리판에 가스켓돌기 및 가스켓홈을 형성하여 스택의 작업 공정시 쏠림 현상을 방지할 수 있고, 고무시일의 사용량을 줄여 재료비 및 작업 공정을 절감할 수 있는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면 단위셀이 아래로부터 MEA, 애노드분리판, 캐소드분리판 순으로 반복 적층되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 있어서, 애노드분리판의 일면 및/또는 양면에 애노드가스켓돌기 및/또는 애노드가스켓홈이 형성되고, 애노드분리판과 형합되어 적층이 가능하도록 대응되게 캐소드분리판의 일면 및/또는 양면에 캐소드가스켓돌기 및/또는 캐소드가스켓홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판.
바람직하게 애노드분리판의 일면 및/또는 양면에 형성되는 애노드가스켓돌기 및/또는 애노드가스켓홈과, 캐소드분리판의 일면 및/또는 양면에 형성되는 캐소드가스켓돌기 및/또는 캐소드가스켓홈에는, 대응되도록 경사지거나 라운드로 형성될 수 있다.
그리고 일실시예로 애노드분리판에서 MEA를 향하는 일면으로 애노드가스켓돌기가 형성되고, MEA에는 애노드가스켓돌기가 통과하도록 결합공이 형성되며, 캐소드분리판의 상면에는 애노드가스켓돌기가 형합 조립되도록 대응되는 형상의 캐소드가스켓홈이 형성될 수 있다.
또 다른 일실시예로는, 애노드분리판에서 MEA를 향하는 일면으로 애노드가스켓홈이 형성되고, 캐소드분리판의 상면에는 애노드가스켓홈에 형합 조립되도록 대응되는 형상의 캐소드가스켓돌기가 형성되며, MEA에는 캐소드가스켓돌기가 통과하도록 결합공이 형성될 수 있다.
또 다른 일실시예로는, 애노드분리판에서 캐소드분리판을 향하는 일면으로 애노드가스켓돌기가 형성되고, 캐소드분리판의 양면으로 가스켓이 형성되되, 애노드가스켓돌기에 형합 조립되도록 하면에는 대응되는 형상의 캐소드가스켓홈이 형성될 수 있다.
또 다른 일실시예로는, 애노드분리판에는 양면으로 돌출되는 애노드가스켓돌기가 형성되고, MEA에는 애노드가스켓돌기가 통과하도록 결합공이 형성되며, 캐소드분리판에는 양면으로 가스켓이 형성되되, 애노드가스켓돌기에 형합 조립되도록 양면에 대응되는 형상의 캐소드가스켓홈이 형성될 수 있다.
그리고 또 다른 일실시예로는 애노드분리판에서 MEA을 향하는 일면으로 단턱진 애노드가스켓홈이 형성되고, MEA에는 애노드가스켓홈이 위치되도록 경사면이 형성되며, 캐소드분리판에는 애노드가스켓홈에 형합 조립되도록 상면에 캐소드가스켓돌기만 형성될 수 있다.
또 다른 일실시예로는, 애노드분리판에서 MEA을 향하는 일면으로 단턱진 애노드가스켓돌기가 형성되고, MEA에는 애노드가스켓돌기가 위치되도록 경사면이 형성되며, 캐소드분리판의 상면에는 애노드가스켓돌기에 형합 조립되도록 단턱진 캐소드가스켓홈이 형성될 수 있다.
또 다른 일실시예로는, 애노드분리판에서 캐스드분리판을 향하는 일면으로 단턱진 애노드가스켓돌기가 형성되고, 캐소드분리판의 양면으로 가스켓이 형성되되, 하면으로 단차져서 애노드가스켓돌기에 형합 조립되도록 단턱진 캐소드가스켓홈이 형성될 수 있다.
또 다른 일실시예로는, 애노드분리판의 상면에는 애노드가스켓돌기만 형성되고, 하면에는 단턱진 애노드가스켓홈이 형성되며, MEA에는 애노드가스켓홈이 위치되도록 경사면이 형성되며, 캐스드분리판의 양면으로는 애노드가스켓돌기와 애노드가스켓홈에 형합되도록 캐소드가스켓돌기만 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판은 다음과 같은 효과들이 있을 수 있다.
1. 애노드분리판과 캐소드분리판에 가스켓돌기 및 가스켓홈을 형성하여 형합 조립시킴으로써, 스택의 작업 공정시 쏠림 현상을 방지할 수 있고, 고무시일의 사용량을 줄여 재료비 및 작업 공정을 절감할 수 있는 효과가 있다.
2. 애노드분리판의 양면 가스켓에 돌기 또는 홈을 주는 형상과, 캐소드분리판의 일면 가스켓에 돌기 또는 홈을 주는 형상들이 조립 방법과 제품 특성에 따라 다양하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
3. 애노드분리판과 캐소드분리판에 가스켓돌기 및 가스켓홈의 형성은 가스켓 전부분 또는 특정구간에 국한하여 적용할 수 있으며, 길이 방향 또는 횡방향을 기준으로 스택킹 시 유리한 위치에 설치할 수 있는 효과가 있다.
4. 애노드분리판과 캐소드분리판에 가스켓돌기 및 가스켓홈의 형상에 서 돌기의 폭과 홈의 폭 사이에 간격을 두어 가스켓 성형시의 공차 및 금속분리판의 열변형에 따른 편차를 흡수할 수 있는 효과가 있다.
5. 애노드분리판과 캐소드분리판에 가스켓돌기 및 가스켓홈의 형상은 조립이 용이하도록 구배를 주거나 모따기 또는 라운드 형상을 가지므로서 상, 하면이 원활히 조립될 수 있는 효과가 있다.
6. 애노드분리판과 캐소드분리판에 형성되는 돌기 및 홈은 가스켓의 특성에 따라 높이와 홈의 깊이를 서로 다르게 설정하여 적층함에 있어 고무시일을 설치함에 있어 효율성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
7. 종래에 금속분리판 일체형 가스켓의 구조에서 가스켓의 성형 중 박판의 분리판이 휘어지는 현상을 방지하고자 고정용 돌기를 설치하여야 했었는데, 본 발명의 가스켓 돌기 또는 홈의 적용으로 고정용 돌기의 필요성이 없어졌고, 더욱이 돌기 및 홈의 위치 성형이 용이한 효과가 있다.
도 1a, 1b, 1c는 종래기술에 따른 연료전지스택의 단위셀 구조를 보여주는 개략도이고,
도 2a, 2b, 2c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제1실시예이고,
도 3a, 3b, 3c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제2실시예이고,
도 4a, 4b, 4c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제3실시예이고,
도 5a, 5b, 5c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제4실시예이고,
도 6a, 6b, 6c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제5실시예이고,
도 7a, 7b, 7c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제6실시예이고,
도 8a, 8b, 8c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제7실시예이고,
도 9a, 9b, 9c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제8실시예이다.
이하, 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판을 첨부된 도면에 의거하여 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
여기서 도 2a, 2b, 2c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제1실시예이고, 도 3a, 3b, 3c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제2실시예이고, 도 4a, 4b, 4c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제3실시예이고, 도 5a, 5b, 5c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제4실시예이고, 도 6a, 6b, 6c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제5실시예이고, 도 7a, 7b, 7c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제6실시예이고, 도 8a, 8b, 8c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제7실시예이고, 도 9a, 9b, 9c는 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판의 적층 구조의 제8실시예이다.
연료전지 스택은 대략 400여개의 단위 셀로 구성될 수 있고, 한 개의 단위 셀은 MEA(100), 애노드분리판(200), 캐소드분리판(300) 순으로 적층 구성될 수 있다.
금속분리판은 금속 박판으로서, 캐소드분리판(300)에는 에어가 공급되어 MEA(100)의 공기극에 전달되고, 애노드분리판(200)의 중앙으로는 냉각수 통로가 형성되고, 이 냉각수 통로를 통해 냉각수가 공급되어, MEA(100)에서 열교환이 이루어져서 스택을 한계온도 이상으로 가열되는 것을 방지한다.
또한, 애노드분리판(200)과 MEA(100) 사이의 공간으로 연료인 수소가 공급되어 MEA(100)에 전달된다.
또, 스택 제작시 수소와 공기 및 냉각수의 기밀성을 확보하기 위해 MEA(100)의 가장자리에 부착되는 서브가스켓(12:도 1b에 도시)과, 애노드분리판(200) 및 캐소드분리판(300)의 가장자리부에 각각 고무시일(40:도 1b에 도시)(rubber seal)을 사출/경화시켜 접합시킬 수 있다.
고무시일(40)을 MEA(100)의 가장자리부에 동일면 상에 부착되는 서브가스켓(12)에 접합하고, 고무시일(40)을 애노드분리판(200)의 가장자리부에 접합하고, 고무시일(40)을 캐소드분리판(300)의 가장자리부에 접합한다.
이때, 고무시일(40)은 수소, 공기 및 냉각수의 기밀성을 확보할 뿐만 아니라, 애노드분리판(200)과 캐소드분리판(300) 사이, 그리고 서브가스켓(12)과 애노드분리판(200) 또는 캐소드분리판(300) 사이의 간격을 조정하면서 애노드분리판(200)과 캐소드분리판(300)의 단부를 받쳐주는 역할을 한다.
이러한 금속분리판은 본 발명에 따라 애노드분리판(200)의 일면 및/또는 양면에 애노드가스켓돌기 및/또는 애노드가스켓홈이 형성되고, 애노드분리판(200)과 형합되어 적층이 가능하도록 대응되게 캐소드분리판(300)의 일면 및/또는 양면에 캐소드가스켓돌기 또는 캐소드가스켓홈이 형성될 수 있다.
한편, 이들 애노드분리판(200)과 캐소드분리판(300)은 적층시 쏠림 현상을 방지할 수 있도록 실시예를 하기에서 도면에 따라 설명하도록 한다.
[실시예 1]
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에서는, 양면에 가스켓이 형성되는 애노드분리판(200)에서 MEA(100)를 향하는 일면으로 애노드가스켓돌기(201)가 중앙에 돌출 형성되고, 이에 따라 MEA(100)에는 애노드가스켓돌기(201)가 통과하도록 일정 크기의 결합공(101)이 형성될 수 있다.
여기서 결합공(101)은 애노드가스켓돌기(201)의 크기 보다는 큰 것이 바람직하다. 즉, 결합공(101)을 통해 여유 편차를 형성시킬 수 있다.
그리고 캐소드분리판(300)의 상면에는 가스켓이 형성되되, 애노드가스켓돌기(201)가 형합 조립되도록 대응되는 형상의 캐소드가스켓홈(301)이 중앙에 형성될 수 있다.
바람직하게는 애노드가스켓돌기(201)를 형성하는 애노드분리판(200)에서 주로 시일을 하고, 캐소드분리판(300)에서 보조적인 시일 역할을 수행하는 구조로서, 캐소드가스켓홈(301)은 애노드가스켓돌기(201) 보다는 폭이 큰 것이 바람직하고, 더욱이 애노드가스켓돌기(201)의 높이는 캐소드분리판(300)의 높이보다는 높게 형성시켜서 형합시 면압을 높일 수 있다.
그리고 도 2b, 도2c에 도시된 바와 같이, 애노드가스켓돌기(201)와 캐소드가스켓홈(301)에는 대응되도록 구배진 경사면이나 라운드를 가지고서 형성될 수 있다.
[실시예 2]
제2실시예는 도 3a에 도시된 바와 같이, 양면에 가스켓이 형성되는 애노드분리판(200)에서 MEA(100)를 향하는 일면으로 애노드가스켓홈(202)이 중앙에 일정 깊이로 형성되고, 캐소드분리판(300)의 상면에는 애노드가스켓홈(202)에 형합 조립되도록 대응되는 형상의 캐소드가스켓돌기(302)가 중앙에 형성될 수 있다.
그리고 MEA(100)에는 캐소드가스켓돌기(302)가 통과하도록 일정 크기의 결합공(102)이 형성될 수 있다.
그리고 결합공(102)은 캐소드가스켓돌기(302)의 크기 보다는 큰 것이 바람직하다.
그리고 애노드가스켓홈(202)은 캐소드가스켓돌기(302) 보다는 폭이 큰 것이 바람직하고, 더욱이 캐소드가스켓돌기(302)의 높이는 애노드분리판(200)의 높이보다는 높게 형성시켜서 형합시 면압을 높일 수 있다.
따라서 비교적 성형이 용이한 캐소드분리판(300)에 캐소드가스켓돌기(302)를 형성하고, 애노드분리판(200)의 하면에 애노드가스켓홈(202)을 형성함으로서, 애노드분리판(200)의 양면에 가스켓 성형시 발생할 수 있는 분리판의 변형 문제를 금형이 맞닿게 함으로 하여 조립성 뿐만 아니라 금속분리판 일체형 가스켓의 성형성도 개선될 수 있다.
한편, 도 3b, 도3c에 도시된 바와 같이, 애노드가스켓홈(202)과 캐소드가스켓돌기(302)에는 대응되도록 구배진 경사면이나 라운드를 가지고서 형성될 수 있다.
[실시예 3]
제3실시예는 도 4a에 도시된 바와 같이, 양면에 가스켓이 형성되는 애노드분리판(200)에서 캐소드분리판(300)을 향하는 즉, 상면으로 애노드가스켓돌기(203)가 중앙에 형성되고, 캐소드분리판(300)의 양면으로 가스켓이 형성되되, 애노드가스켓돌기(203)에 형합 조립되도록 하면에는 대응되는 형상의 캐소드가스켓홈(303)이 중앙에 형성될 수 있다.
그리고 바람직하게 캐소드가스켓홈(303)은 애노드가스켓돌기(203) 보다는 폭이 클 수 있다.
여기서는 MEA(100)의 가공이나 변형없이 스택킹이 가능하며, 캐소드가스켓홈(303)과 애노드가스켓돌기(203)가 직접 맞닿게 되므로 하여 변형없이 성형이 가능할 수 있다.
한편, 도 4b, 도4c에 도시된 바와 같이, 애노드가스켓돌기(203)와 캐소드가스켓홈(303)에는 대응되도록 구배진 경사면이나 라운드를 가지고서 형성될 수 있다.
[실시예 4]
제4실시예는 도 5a에 도시된 바와 같이, 양면에 가스켓이 형성되는 애노드분리판(200)에 양면으로 돌출되는 애노드가스켓돌기(204)가 중앙에 형성되되, 상면으로도 애노드가스켓돌기(204)가 형성되며, MEA(100)에는 애노드가스켓돌기(204)가 통과하도록 결합공(104)이 형성될 수 있다.
여기서 결합공(104)은 애노드가스켓돌기(204)의 크기 보다는 큰 것이 바람직하다.
그리고 캐소드분리판(300)에는 양면으로도 가스켓이 형성되되, 애노드가스켓돌기(204)에 형합 조립되도록 양면에 대응되는 형상의 캐소드가스켓홈(304)이 중앙에 형성될 수 있다.
애노드가스켓돌기(204)를 형성하는 애노드분리판(200)에서 주로 시일을 하고, 캐소드분리판(300)에서 보조적인 시일 역할을 수행하는 구조로서, 캐소드가스켓홈(304)은 애노드가스켓돌기(204) 보다는 폭이 큰 것이 바람직하고, 더욱이 애노드분리판(200)의 하면에 형성된 애노드가스켓돌기(204)의 높이는 캐소드분리판(300)의 높이보다는 높게 형성시켜서 형합시 면압을 높일 수 있다.
한편, 도 5b, 도5c에 도시된 바와 같이, 애노드가스켓돌기(204)와 캐소드가스켓홈(304)에는 대응되도록 구배진 경사면이나 라운드를 가지고서 형성될 수 있다.
[실시예 5]
제5실시예는 도 6a에 도시된 바와 같이, 양면에 가스켓이 형성되는 애노드분리판(200)에서 MEA(100)을 향하는 일면으로 "┌ "자 형상의 가스켓에 단턱진 애노드가스켓홈(205)이 형성되고, MEA(100)은 수평한 판상에 애노드가스켓홈(205)이 위치되도록 경사면(105)이 형성되어 단차진 수평면을 형성하게 된다.
그리고 캐소드분리판(300)에는 애노드가스켓홈(205)에 형합 조립되도록 상면에 캐소드가스켓돌기(305)만이 일정 크기로 형성될 수 있다.
바람직하게는 금속분리판 일체형 가스켓의 폭이 협소하여 돌기 및 홈의 형성이 어려운 설계에 적용할 수 있으며, 형합 구조로 조립성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 6b, 도 6c에 도시된 바와 같이, 캐소드가스켓돌기(305)와 애노드가스켓홈(205)에는 대응되도록 구배진 경사면이나 라운드를 가지고서 형성될 수 있다.
[실시예 6]
제6실시예는 도 7a에 도시된 바와 같이, 양면에 가스켓이 형성되는 애노드분리판(200)에서 MEA(100)을 향하는 일면으로 " ┐"자 형상의 가스켓에 단턱진 애노드가스켓돌기(206)가 형성되고, MEA(100)에는 수평한 판상에 애노드가스켓돌기(206)가 위치되도록 경사면(106)이 형성되어 단차진 수평면을 형성하게 된다.
그리고 캐소드분리판(300)은 "ㄴ"자 형상의 가스켓에 그 상면으로 애노드가스켓돌기(206)에 형합 조립되도록 단턱진 캐소드가스켓홈(306)이 형성될 수 있다.
바람직하게는 형합 구조로 조립성을 향상시키고, 애노드분리판(200)에서 단턱진 애노드가스켓돌기(206)를 통해 MEA(100)과의 맞닿는 면적이 확대됨으로서, 가스켓의 성형성이 향상될 수 있다.
그리고 도 7b, 도 7c에 도시된 바와 같이, 애노드가스켓돌기(206)와 캐소드가스켓홈(306)에는 대응되도록 구배진 경사면이나 라운드를 가지고서 형성될 수 있다.
[실시예 7]
제7실시예는 도 8a에 도시된 바와 같이, 양면에 가스켓이 형성되는 애노드분리판(200)에서 캐스드분리판(300)을 향하는 일면 즉, 역"ㄴ"자 형상의 가스켓 형상의 상면에 단턱진 애노드가스켓돌기(207)가 형성되고, 캐소드분리판(300)의 양면으로 가스켓이 "┌"자 형상으로 형성되되, 하면으로 단차져서 애노드가스켓돌기(207)에 형합 조립되도록 단턱진 캐소드가스켓홈(307)이 형성될 수 있다.
바람직하게는 형합 구조로 조립성을 향상시키고, MEA(100)의 변형없이 스택킹이 가능한 구조이다.
그리고 도 8b, 도 8c에 도시된 바와 같이, 애노드가스켓돌기(207)와 캐소드가스켓홈(307)에는 대응되도록 구배진 경사면이나 라운드를 가지고서 형성될 수 있다.
[실시예 8]
제8실시예는 도 9a에 도시된 바와 같이, 양면에 가스켓이 형성되는 애노드분리판(200)의 상면에는 애노드가스켓돌기(208a)만 형성되고, 하면에는 단턱진 애노드가스켓홈(208b)이 형성될 수 있으며, MEA(100)는 수평한 판상에 애노드가스켓홈(208b)이 위치되도록 경사면(108)이 형성되어 단차진 수평면을 형성하게 된다.
그리고 캐스드분리판(300)의 양면으로는 애노드가스켓돌기(208a)와 애노드가스켓홈(208b)에 형합되도록 캐소드가스켓돌기(308)만 일정 크기로 돌출 형성될 수 있다.
바람직하게는 가스켓들이 돌출 형성됨으로서, 스탯 조립시 쏠림 현상을 근본적으로 차단할 수 있다.
그리고 도 9b, 도 9c에 도시된 바와 같이, 애노드가스켓돌기(208a)와 애노드가스켓홈(208b) 그리고 캐소드가스켓돌기(308)에는 대응되도록 구배진 경사면이나 라운드를 가지고서 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 변경 가능한 것이며, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
100 : MEA 200 : 애노드분리판
300 : 캐소드분리판

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 단위셀이 아래로부터 MEA(100), 애노드분리판(200), 캐소드분리판(300) 순으로 반복 적층되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판으로서,
    상기 애노드분리판(200)의 일면 또는 양면에 애노드가스켓돌기 또는 애노드가스켓홈이 형성되고, 상기 애노드분리판(200)과 형합되어 적층이 가능하도록 대응되게 상기 캐소드분리판(300)의 일면 또는 양면에 캐소드가스켓돌기 또는 캐소드가스켓홈이 형성되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 있어서,
    상기 애노드분리판(200)에서 상기 MEA(100)를 향하는 일면으로 애노드가스켓돌기(201)가 형성되고,
    상기 MEA(100)에는 상기 애노드가스켓돌기(201)가 통과하도록 결합공(101)이 형성되며,
    상기 캐소드분리판(300)의 상면에는 상기 애노드가스켓돌기(201)가 형합 조립되도록 대응되는 형상의 캐소드가스켓홈(301)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판.
  4. 단위셀이 아래로부터 MEA(100), 애노드분리판(200), 캐소드분리판(300) 순으로 반복 적층되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판으로서,
    상기 애노드분리판(200)의 일면 또는 양면에 애노드가스켓돌기 또는 애노드가스켓홈이 형성되고, 상기 애노드분리판(200)과 형합되어 적층이 가능하도록 대응되게 상기 캐소드분리판(300)의 일면 또는 양면에 캐소드가스켓돌기 또는 캐소드가스켓홈이 형성되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 있어서,
    상기 애노드분리판(200)에서 상기 MEA(100)를 향하는 일면으로 애노드가스켓홈(202)이 형성되고,
    상기 캐소드분리판(300)의 상면에는 상기 애노드가스켓홈(202)에 형합 조립되도록 대응되는 형상의 캐소드가스켓돌기(302)가 형성되며,
    상기 MEA(100)에는 상기 캐소드가스켓돌기(302)가 통과하도록 결합공(102)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판.
  5. 단위셀이 아래로부터 MEA(100), 애노드분리판(200), 캐소드분리판(300) 순으로 반복 적층되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판으로서,
    상기 애노드분리판(200)의 일면 또는 양면에 애노드가스켓돌기 또는 애노드가스켓홈이 형성되고, 상기 애노드분리판(200)과 형합되어 적층이 가능하도록 대응되게 상기 캐소드분리판(300)의 일면 또는 양면에 캐소드가스켓돌기 또는 캐소드가스켓홈이 형성되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 있어서,
    상기 애노드분리판(200)에서 상기 캐소드분리판(300)을 향하는 일면으로 애노드가스켓돌기(203)가 형성되고,
    상기 캐소드분리판(300)의 양면으로 가스켓이 형성되되, 상기 애노드가스켓돌기(203)에 형합 조립되도록 하면에는 대응되는 형상의 캐소드가스켓홈(303)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판.
  6. 단위셀이 아래로부터 MEA(100), 애노드분리판(200), 캐소드분리판(300) 순으로 반복 적층되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판으로서,
    상기 애노드분리판(200)의 일면 또는 양면에 애노드가스켓돌기 또는 애노드가스켓홈이 형성되고, 상기 애노드분리판(200)과 형합되어 적층이 가능하도록 대응되게 상기 캐소드분리판(300)의 일면 또는 양면에 캐소드가스켓돌기 또는 캐소드가스켓홈이 형성되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 있어서,
    상기 애노드분리판(200)에는 양면으로 돌출되는 애노드가스켓돌기(204)가 형성되고,
    상기 MEA(100)에는 상기 애노드가스켓돌기(204)가 통과하도록 결합공(104)이 형성되며,
    상기 캐소드분리판(300)에는 양면으로 가스켓이 형성되되, 상기 애노드가스켓돌기(204)에 형합 조립되도록 양면에 대응되는 형상의 캐소드가스켓홈(304)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판.
  7. 단위셀이 아래로부터 MEA(100), 애노드분리판(200), 캐소드분리판(300) 순으로 반복 적층되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판으로서,
    상기 애노드분리판(200)의 일면 또는 양면에 애노드가스켓돌기 또는 애노드가스켓홈이 형성되고, 상기 애노드분리판(200)과 형합되어 적층이 가능하도록 대응되게 상기 캐소드분리판(300)의 일면 또는 양면에 캐소드가스켓돌기 또는 캐소드가스켓홈이 형성되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 있어서,
    상기 애노드분리판(200)에서 상기 MEA(100)을 향하는 일면으로 단턱진 애노드가스켓홈(205)이 형성되고,
    상기 MEA(100)에는 상기 애노드가스켓홈(205)이 위치되도록 경사면(105)이 형성되며,
    상기 캐소드분리판(300)에는 상기 애노드가스켓홈(205)에 형합 조립되도록 상면에 캐소드가스켓돌기(305)만 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판.
  8. 단위셀이 아래로부터 MEA(100), 애노드분리판(200), 캐소드분리판(300) 순으로 반복 적층되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판으로서,
    상기 애노드분리판(200)의 일면 또는 양면에 애노드가스켓돌기 또는 애노드가스켓홈이 형성되고, 상기 애노드분리판(200)과 형합되어 적층이 가능하도록 대응되게 상기 캐소드분리판(300)의 일면 또는 양면에 캐소드가스켓돌기 또는 캐소드가스켓홈이 형성되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 있어서,
    상기 애노드분리판(200)에서 상기 MEA(100)을 향하는 일면으로 단턱진 애노드가스켓돌기(206)가 형성되고,
    상기 MEA(100)에는 상기 애노드가스켓돌기(206)가 위치되도록 경사면(106)이 형성되며,
    상기 캐소드분리판(300)의 상면에는 상기 애노드가스켓돌기(206)에 형합 조립되도록 단턱진 캐소드가스켓홈(306)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판.
  9. 단위셀이 아래로부터 MEA(100), 애노드분리판(200), 캐소드분리판(300) 순으로 반복 적층되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판으로서,
    상기 애노드분리판(200)의 일면 또는 양면에 애노드가스켓돌기 또는 애노드가스켓홈이 형성되고, 상기 애노드분리판(200)과 형합되어 적층이 가능하도록 대응되게 상기 캐소드분리판(300)의 일면 또는 양면에 캐소드가스켓돌기 또는 캐소드가스켓홈이 형성되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 있어서,
    상기 애노드분리판(200)에서 상기 캐소드분리판(300)을 향하는 일면으로 단턱진 애노드가스켓돌기(207)가 형성되고,
    상기 캐소드분리판(300)의 양면으로 가스켓이 형성되되, 하면으로 단차져서 상기 애노드가스켓돌기(207)에 형합 조립되도록 단턱진 캐소드가스켓홈(307)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판.
  10. 단위셀이 아래로부터 MEA(100), 애노드분리판(200), 캐소드분리판(300) 순으로 반복 적층되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판으로서,
    상기 애노드분리판(200)의 일면 또는 양면에 애노드가스켓돌기 또는 애노드가스켓홈이 형성되고, 상기 애노드분리판(200)과 형합되어 적층이 가능하도록 대응되게 상기 캐소드분리판(300)의 일면 또는 양면에 캐소드가스켓돌기 또는 캐소드가스켓홈이 형성되는 연료전지용 가스켓 일체형 금속분리판에 있어서,
    상기 애노드분리판(200)의 상면에는 애노드가스켓돌기(208a)만 형성되고, 하면에는 단턱진 애노드가스켓홈(208b)이 형성되며,
    상기 MEA(100)에는 상기 애노드가스켓홈(208b)이 위치되도록 경사면(108)이 형성되며,
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