KR101936341B1 - 연료전지용 멀티 셀 타입 분리판에 사용되는 연결 유로 부재 및 이를 구비한 연료전지 스택 - Google Patents

연료전지용 멀티 셀 타입 분리판에 사용되는 연결 유로 부재 및 이를 구비한 연료전지 스택 Download PDF

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Abstract

평면상에 일렬로 배열된 복수의 프레임을 구비한 멀티 셀 타입 분리판의 인접한 한 쌍의 프레임 사이에 탈착 가능하게 부착되어, 유체가 인접한 반응 셀을 가로질러 흐르도록 안내하는 연결 유로 부재, 및 이를 구비한 연료전지 스택이 개시된다. 개시된 연결 유로 부재는, 탄성체(elastomer)로 이루어지고, 일 측면과 반대 측면에 각각 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 단부 및 다른 일 프레임의 단부가 끼워지도록 내측으로 파여진 끼움 슬롯(slot)이 형성되고, 일 측면과 반대 측면에 개구(開口)가 형성되도록 내부를 가로질러 연장된 적어도 하나의 횡단 채널이 형성되어, 횡단 채널을 통하여 유체가 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 반응 셀에서 타 프레임의 반응 셀로 흘러간다.

Description

연료전지용 멀티 셀 타입 분리판에 사용되는 연결 유로 부재 및 이를 구비한 연료전지 스택{Connecting channel member used in multi-cell type separator for fuel cell and fuel cell stack with the same}
본 발명은 연료전지용 분리판 내의 반응 셀(cell)이 복수 개가 구비된 멀티 셀 타입(multi-cell type)의 분리판에 사용되는 연결 유로 부재, 및 이를 구비한 연료전지 스택에 관한 것이다.
고분자전해질 연료전지는 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 다른 종류의 연료전지에 비하여 작동온도가 낮고, 에너지 효율이 높으며, 전류밀도 및 출력밀도가 크며 시동시간이 짧고, 부하변화에 대한 응답특성이 빠른 특성이 있다. 또한, 전해질로 고분자막을 사용하므로 전해질 손실이 없고, 기존의 확립된 기술인 메탄올 개질기의 적용이 가능하며, 반응기체 압력변화에도 덜 민감하고, 디자인이 간단하여 제작이 쉬우며, 부피와 무게를 줄일 수 있고, 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 등 다른 종류의 연료전지에 비해 많은 장점이 있다.
일반적으로 연료전지 스택(stack)은 수소극과 산소극을 가진 분리판 사이에 막-전극 조립체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 삽입되고 이러한 구조가 반복되면서 적층되는 구성을 갖는다. 연료전지용 가스켓(gasket)은 분리판과 MEA 사이의 갭(gap)을 일정하게 유지하여 분리판 상으로 유입되는 연료가스는 균일하게 분배되도록 하고 반응에 의해 생성된 가스(gas)는 용이하게 제거되도록 한다. 또한, 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)과 분리판의 전기적 접촉을 일정하게 유지하여 전기화학반응으로 생성된 전자의 흐름이 원활하도록 하고 높은 기체 기밀성을 보장하여 반응 기체간의 혼입을 방지하는 역할을 한다.
한편, 분리판 중에서 2개 내지 그보다 많은 개수의 반응 셀(cell)을 구비하는 분리판을 듀얼 셀 타입(dual cell type) 내지 멀티 셀 타입(multi-cell type) 분리판이라고 한다. 상기 멀티 셀 타입 분리판이 적층 형성된 연료전지 스택은 단일 셀 타입 분리판이 적층된 연료전지 스택에 비하여, 반응 셀의 전체 면적이 동일한 경우라 하더라도 출력 전압은 커지고, 출력 전류는 작아지는 장점이 있다.
멀티 셀 타입의 분리판을 적층하여 연료전지 스택을 조립하는 경우에 동일 평면 상에 인접한 두 반응 셀 사이를 수소, 공기와 같은 반응 가스가 통과할 수 있도록 연결 유로가 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1372027호
본 발명은 연료전지용 멀티 셀 타입 분리판에 끼워져서 유체가 인접한 반응 셀을 가로질러 흐르도록 안내하는 연결 유로 부재와, 이를 구비한 연료전지 스택을 제공한다.
본 발명은, 평면상에 일렬로 배열된 복수의 프레임을 구비한 멀티 셀 타입 분리판의 인접한 한 쌍의 프레임 사이에 탈착 가능하게 부착되는 것으로, 탄성체(elastomer)로 이루어지고, 일 측면과 반대 측면에 각각 상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 단부 및 다른 일 프레임의 단부가 끼워지도록 내측으로 파여진 끼움 슬롯(slot)이 형성되고, 상기 일 측면과 반대 측면에 개구(開口)가 형성되도록 내부를 가로질러 연장된 적어도 하나의 횡단 채널이 형성되어, 상기 횡단 채널을 통하여 유체가 상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 반응 셀에서 타 프레임의 반응 셀로 흘러가는 연결 유로 부재를 제공한다.
상기 횡단 채널은 복수 개가 형성되고, 상기 복수의 횡단 채널 중 일부는 상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 상측에서 다른 일 프레임의 상측으로 유체가 이동하도록 형성된 상층 횡단 채널이고, 상기 복수의 횡단 채널 중 나머지 일부는 상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 하측에서 다른 일 프레임의 하측으로 유체가 이동하도록 형성된 하층 횡단 채널일 수 있다.
내부에 상기 상층 횡단 채널과 상기 하층 횡단 채널을 분리하는 층 분리부를 구비하고, 상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 단부 및 다른 일 프레임의 단부가 상기 일 측면과 반대 측면의 끼움 슬롯에 각각 끼워져서 상기 층 분리부에 밀착되면 상기 상층 횡단 채널과 상기 하층 횡단 채널 사이의 유체의 섞임이 차단될 수 있다.
상기 상층 횡단 채널과 상기 하층 횡단 채널이 각각 복수 개씩 마련되고, 상기 복수의 상층 횡단 채널 및 상기 복수의 하층 횡단 채널은 상기 연결 유로 부재의 내부에서 갈라지거나 합쳐지지 않을 수 있다.
상기 멀티 셀 타입 분리판은 상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 단부 및 다른 일 프레임의 단부를 연결하는, 고무(rubber) 재질의 연결 가스켓부(gasket portion)을 구비한 가스켓 일체형 분리판이고, 상기 연결 가스켓부에는 연속적으로 이어지지 않고 분리된 탑재부가 형성되고, 상기 연결 유로 부재는 상기 탑재부에 끼워질 수 있다.
상기 연결 유로 부재의 두께는 상기 연결 가스켓부의 가장 얇은 부분의 두께보다 얇거나 같을 수 있다.
또한 본 발명은, 평면상에 일렬로 배열된 복수의 프레임을 구비한 것으로, 겹쳐지게 적층된 복수의 멀티 셀 타입 분리판, 상기 복수의 프레임의 반응 셀과 겹쳐지도록 상기 복수의 멀티 셀 타입 분리판 사이에 개재되는 막-전극 조립체, 및 각각의 멀티 셀 타입 분리판에서 인접한 한 쌍의 프레임 사이에 탈착 가능하게 부착되는, 상기 연결 유로 부재를 구비하는 연료전지 스택을 제공한다.
본 발명의 연결 유로 부재는 멀티 셀 타입 분리판과 별도로 제작되고, 인접한 반응 셀을 연결하는 유로가 없는 멀티 셀 타입 분리판에 탈착 가능하게 끼워 조립함으로써 용이하게 인접한 반응 셀을 연결하는 유로(流路)를 형성할 수 있다. 즉, 멀티 셀 타입 분리판 제조시에 인접한 반응 셀을 연결하는 유로를 마련하지 않아도 되므로 멀티 셀 타입 분리판을 용이하게 제조할 수 있고 양품 생산성이 향상된다. 따라서, 상기 멀티 셀 타입 분리판을 적층하여 제조하는 연료전지 스택의 생산성도 향상되고 원가도 절감된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연결 유로 부재가 적용된 멀티 셀 타입 분리판을 도시한 평면도이다.
도 2, 도 3, 및 도 4는 도 1을 II-II, III-III, 및 IV-IV에 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1의 연결 유로 부재를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1의 멀티 셀 타입 분리판 복수 개가 적층되어 형성된 연료전지 스택의 일 부분을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연결 유로 부재와 이를 구비한 연료전지 스택을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연결 유로 부재가 적용된 멀티 셀 타입 분리판을 도시한 평면도이고, 도 2, 도 3, 및 도 4는 도 1을 II-II, III-III, 및 IV-IV에 따라 절개하여 도시한 단면도이고, 도 5는 도 1의 연결 유로 부재를 도시한 사시도이며, 도 6은 도 1의 멀티 셀 타입 분리판 복수 개가 적층되어 형성된 연료전지 스택의 일 부분을 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 연료전지에 사용되는 멀티 셀 타입 분리판(10)은 동일 평면 상에 인접 배치된 2개의 반응 셀(cell)(13, 23)을 구비한 분리판으로서, 동일 평면 상에 인접하여 일렬로 배열된 제1 및 제2 프레임(frame)(11, 21)과, 사출 성형에 의해 상기 제1 및 제2 프레임(11, 21)에 일체로 형성된 복수의 가스켓부(32, 34, 35)를 구비한다. 상기 멀티셀 타입 분리판(10)은 연료전지 스택(stack)(50)(도 6 참조)을 조립할 때 정렬이 용이하도록 상기 제1 및 제2 프레임(11, 21)과 상기 복수의 가스켓부(32, 34, 35)가 일체로 형성된 가스켓 일체형 분리판이다.
도 1 및 도 6을 함께 참조하면, 제1 프레임(11)과 제2 프레임(21)의 중앙부에는 각각 반응 셀(13, 23)이 마련된다. 상기 반응 셀(13, 23) 내부에는 단면이 물결 형태로 주름지게 형성되어, 전기 생성 반응의 연료가 되는 수소(H2)와 공기가 유동하는 상측면 셀 채널(14, 24)과 하측면 셀 채널(15, 25)이 마련된다. 상기 제1 프레임(11)과 제2 프레임(21)의 좌우측 단부 중에서 인접 배열되어 서로 마주보는 한 쌍의 단부(16, 26)에는 연결 가스켓부(35)가 형성되고, 상기 한 쌍의 단부(16, 26)의 반대측 단부에는 고무 재질로 된 주변 가스켓부(32)가 형성된다.
도 1 및 도 3을 함께 참조하면, 상기 주변 가스켓부(32)는 상측 및 하측 방향으로 돌출된 밀봉 돌기(33)를 구비한다. 분리판(10)이 복수 층으로 적층되어 연료전지 스택으로 형성된 때, 위아래로 인접한 분리판(10)의 상기 주변 가스켓부(32)가 밀착되어 반응 셀(13, 23)에서 수소와 공기가 분리판(10)의 외부로 누출되지 않도록 밀봉한다.
도 1을 다시 참조하면, 제1 프레임(11)의 하부에는 수소 배출 매니폴드 통공(18) 및 냉각수 배출 매니폴드 통공(19)이 형성되고, 제1 프레임(11)의 상부에는 공기 공급 매니폴드 통공(20)이 형성된다. 상기 제1 프레임(11)의 매니폴드 통공들(18, 19, 20) 주변에는 고무 재질로 된 매니폴드 구분 가스켓부(34)가 형성된다. 제2 프레임(21)의 상부에는 수소 공급 매니폴드 통공(28) 및 냉각수 공급 매니폴드 통공(29)이 형성되고, 제2 프레임(21)의 하부에는 전기 생성 반응에 의해 형성되고 남겨진 부산물, 즉 공기와 물(H2O)이 배출되는 부산물 배출 매니폴드 통공(30)이 형성된다. 상기 제2 프레임(21)의 매니폴드 통공들(28, 29, 30) 주변에도 고무 재질로 된 매니폴드 구분 가스켓부(34)가 형성된다.
상기 매니폴드 구분 가스켓부(34)의 단면 형상은 도 3을 참조하여 설명한 주변 가스켓부(32)의 형상과 동일하다. 분리판(10)이 복수 층으로 적층되어 연료전지 스택으로 형성된 때, 위아래로 인접한 분리판(10)의 상기 매니폴드 구분 가스켓부(34)가 밀착되고 상기 통공들(18, 19, 20, 28, 29, 30)이 일렬로 겹쳐지게 배열되어서 연료전지 스택에 수소, 공기, 냉각수 등의 유체가 Z축과 평행하게 유동하는 복수의 매니폴드가 형성된다.
도 1, 도 2, 및 도 6을 함께 참조하면, 상기 연결 가스켓부(35)는 인접하여 서로 마주보는 제1 프레임(11)의 단부(16)와 제2 프레임(21)의 단부(26)를 연결하는, 고무 재질의 가스켓부이다. 상기 연결 가스켓부(35)와, 매니폴드 구분 가스켓부(34)와, 주변 가스켓부(32)는 제1 및 제2 프레임(11, 21)을 금형 내에 삽입하고, 용융된 고무를 상기 금형의 캐비티(cavity)에 사출 주입하고 경화하여 동시에 형성되며, 분리되지 않고 서로 이어져 있다.
연결 가스켓부(35)는 한 쌍의 밀봉 돌기(36)와 하나의 중간 돌기(38)와, 한 쌍의 돌기 연결부(39)를 구비한다. 한 쌍의 밀봉 돌기(36)는 인접하여 서로 마주보는 제1 프레임(11)의 단부(16)와 제2 프레임(21)의 단부(26)와 겹쳐지는 부분으로서, 상측 및 하측 방향, 즉 Z축 양(+) 및 음(-)의 방향과 평행한 방향으로 돌출된다. 중간 돌기(38)는 한 쌍의 밀봉 돌기(36)의 중간 지점에서 밀봉 돌기(36)와 마찬가지로 상측 및 하측 방향으로 돌출된다. 한 쌍의 돌기 연결부(39)는 한 쌍의 밀봉 돌기(36)와 중간 돌기(38)를 연결한다. 상기 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)는 Y축과 평행한 방향으로 연장된 빔(beam) 형상의 부분으로서, 연결 가스켓부(35)도 상기 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)가 연장된 방향, 즉 Y축과 평행한 방향으로 연장된다.
한 쌍의 밀봉 돌기(36)의 두께(TH1)는 중간 돌기(38)의 두께보다 약간 두껍다. 그러나, 밀봉 돌기(36)와 중간 돌기(38)의 두께 차이(TH1-TH2)는 밀봉 돌기(36)의 두께 방향, 즉 Z축과 평행한 방향의 최대 탄성 변형량보다 작다. 한편, 한 쌍의 돌기 연결부(39)의 두께(TH3)는 밀봉 돌기(36)의 두께(TH1) 및 중간 돌기(38)의 두께(TH2)보다 얇다.
도 6에 도시된 바와 같이 복수의 분리판(10)을 적층하여 연료전지 스택(50)을 형성하면, 위아래에 적층된 밀봉 돌기(36)가 서로 탄성 밀착되어 변형되므로, 위아래에 적층된 중간 돌기(38)도 서로 밀착된다. 이때 상기 제1 프레임(11)과 제2 분리판(10)이 가까워지는 방향으로 하중이 작용하면, 한 쌍의 돌기 연결부(39)의 폭(WT3)은 좁아지고 두께(TH3)는 두꺼워지게 연결 가스켓부(35)가 탄성 변형되면서 상기 하중을 흡수하므로, 위아래로 적층된 밀봉 돌기(36) 사이의 탄성 밀착이 안정적으로 유지되어 밀봉이 그대로 유지된다.
또한, 위아래로 적층된 중간 돌기(38)가 서로 밀착되어 연결 가스켓부(35)의 중간 부분이 휘어지거나 굽어지지 않게 되므로, 제1 프레임 단부(16)와 제2 프레임 단부(26)가 휘거나 변형되지 않으며, 연결 가스켓부(35)에서 상기 프레임 단부(16, 26)가 분리되지 않는다. 따라서, 멀티 셀 타입의 가스켓 일체형 분리판(10)의 품질과 내구성이 향상되고, 상기 가스켓 일체형 분리판(10)을 적층하여 연료전지 스택(50)을 제조하였을 때 밀봉 신뢰성이 높아지고, 조립 생산성과 내구성이 향상된다. 한편, 도 6에서 참조번호 '52'는 반응 셀(13, 23) 영역에서 제1 및 제2 프레임(11, 21)에 접촉된 가스 확산층이며, 참조번호 '52'은 복수의 가스 확산층(52) 사이에 개재된 막-전극 조립체(MEA)이다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 상기 인접하여 서로 마주보는 제1 프레임 단부(16)와 제2 프레임 단부(26)에는 분리 방지 통공(16H, 26H)이 형성된다. 복수의 분리 방지 통공(16H, 26H)은 상기 프레임 단부(16, 26)의 길이 방향, 즉 Y축과 평행한 방향을 따라 이격되게 배치될 수 있다. 각각의 분리 방지 통공(16H, 26H)은 X축과 평행한 방향의 폭보다 Y축과 평행한 방향의 길이가 더 길 수 있다.
연결 가스켓부(35)는 밀봉 돌기(36)와 일체로 성형되어 분리 방지 통공(16H, 26H)에 채워진 분리 방지부(37)를 구비한다. 즉, 제1 및 제2 프레임(11, 21)을 금형 내부에 삽입하여 고정시키고, 용융된 고무를 상기 금형의 캐비티에 사출 주입하고 경화하면 연결 가스켓부(35)의 모든 부분(36, 37, 38, 39)이 동시에 형성되고 이어진다. 상기 분리 방지부(37)로 인해 상기 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)와 연결 가스켓부(35)가 체인(chain)처럼 분리 불가능하게 연결되고, 상기 분리 방지부(37)가 파열되지 않는 한 연결 가스켓부(35)가 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)에서 분리되지 않는다. 따라서, 분리판(10)을 보관 또는 운반하는 과정에서 연결 가스켓부(35)가 굽어지더라도 제1 프레임(11) 및 제2 프레임(21)과 분리되지 않아 보관성 및 운반성이 좋아지고, 연료전지 스택(50)(도 6 참조)으로 조립할 때에도 취급이 용이하여, 조립 생산성이 향상된다.
도 1을 참조하면, 연결 가스켓부(35)는 Y축과 평행한 방향으로 연장되나 중간 중간에 연속적으로 이어지지 않고 분리된 탑재부(미도시)가 형성되고, 연결 유로 부재(60)가 상기 탑재부에 끼워진다. 도 1에서 연결 유로 부재(60)는 상부의 매니폴드 통공(20, 28, 39)에 가깝게 한 개가 배치되고, 하부의 매니폴드 통공(18, 19, 30)에 가깝게 한 개가 배치된다.
도 1, 도 4 내지 도 6을 함께 참조하면, 연결 유로 부재(60)는 직육면체 형태의 외형을 가지며, 탄성체(elastomer), 바람직하게는 고무(rubber)로 이루어진다. 연결 유로 부재(60)는 멀티 셀 타입 분리판(10)의 인접한 한 쌍의 프레임(11, 21) 사이, 구체적으로 인접하여 마주보고 배치된 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)에 탈착 가능하게 부착된다. 연결 유로 부재(60)는 YZ 평면과 평행한 일 측면(61)과 그 반대 측면(62)에 서로 마주보는 제1 프레임 단부(16)와 제2 프레임 단부(26)가 끼워지도록 내측으로 파여진 끼움 슬롯(slot)(65)이 형성된다. 상기 끼움 슬롯(65)은 Y축과 평행한 방향으로 연장된다.
연결 유로 부재(60)의 내부에는 X축과 평행한 방향으로 연장된 복수의 횡단 채널(70U, 70D)이 형성된다. 상기 복수의 횡단 채널(70U, 70D)은 연결 유로 부재(60)의 내부를 가로질러 연장되고, 상기 일 측면(61) 및 반대 측면(62)에 유체가 상기 연결 유로 부재(60)로 유입 또는 유출하는 개구(開口)(67)가 형성된다.
상기 복수의 횡단 채널(70U, 70D)은 상층 횡단 채널(70U)과 하층 횡단 채널(70D)로 구분된다. 상기 상층 횡단 채널(70U)은 제1 프레임(11)의 반응 셀(13)의 상측에서 제2 프레임(21)의 반응 셀(23)의 상측으로, 또는 반대로 제2 프레임(21)의 반응 셀(23)의 상측에서 제1 프레임(11)의 반응 셀(13)의 상측으로 유체가 이동하도록 안내한다. 부연하면, 상층 횡단 채널(70U)을 통하여 제1 프레임(11)의 반응 셀(13)의 상측면 셀 채널(14)에서 제2 프레임(21)의 반응 셀(23)의 상측면 셀 채널(24)로, 또는 그 반대 방향으로 유체가 이동한다.
상기 하층 횡단 채널(70D)은 제1 프레임(11)의 반응 셀(13)의 하측에서 제2 프레임(21)의 반응 셀(23)의 하측으로, 또는 반대로 제2 프레임(21)의 반응 셀(23)의 하측에서 제1 프레임(11)의 반응 셀(13)의 하측으로 유체가 이동하도록 안내한다. 부연하면, 하층 횡단 채널(70D)을 통하여 제1 프레임(11)의 반응 셀(13)의 하측면 셀 채널(15)에서 제2 프레임(21)의 반응 셀(23)의 하측면 셀 채널(25)로, 또는 그 반대 방향으로 유체가 이동한다.
연결 유로 부재(60)의 내부에 마련된 층 분리부(69)에 의해 상기 상층 횡단 채널(70U)과 상기 하층 횡단 채널(70D)이 분리된다. 도 4 및 도 5에서 상기 층 분리부(69)를 이점 쇄선으로 구분하여 표시하였으나, 연결 유로 부재(60)가 사출 성형에 의해 형성되는 경우에 모든 부분이 일체로 형성되기 때문에 도 4 및 도 5에 표시된 바와 달리 명확하게 구분되지 않을 수도 있다.
연결 유로 부재(60)가 상기 분리판(10)의 연결 가스켓부(35)에 마련된 탑재부(미도시)에 부착될 때, 상기 제1 프레임(11)의 단부(16)가 상기 일 측면(61)의 끼움 슬롯(65)에 끼워져 연결 유로 부재(60) 내부에서 상기 층 분리부(69)의 일 측에 밀착되고, 상기 제2 프레임(21)의 단부(26)가 반대 측면(62)의 끼움 슬롯(65)에 끼워져 연결 유로 부재(60) 내부에서 상기 층 분리부(69)의 반대 측에 밀착된다.
이렇게 되면 도 6에 도시된 바와 같이 유로 연결 부재(60)의 일 측면(61)과 반대 측면(62)의 개구(67)가 상기 제1 프레임 단부(16)와 제2 프레임 단부(26)에 의해 상층 개구(67U)와 하층 개구(67D)로 분할되고, 유로 연결 부재(60) 내부에서 상층 횡단 채널(70U)과 하층 횡단 채널(70D) 사이의 유체의 섞임이 차단된다. 또한, 복수의 상층 횡단 채널(70U) 및 복수의 하층 횡단 채널(70D)은 연결 유로 부재(60)의 내부에서 갈라지거나 합쳐지지 않는다. 따라서, 연결 유로 부재(60)의 내부에서 유체가 상층 횡단 채널(70U)에서 하층 횡단 채널(70D)로 또는 하층 횡단 채널(70D)에서 상층 횡단 채널(70U)로 경로 이동하지 않으며, 하나의 상층 횡단 채널(70U)에서 다른 하나의 상층 횡단 채널(70U)로 또는 하나의 하층 횡단 채널(70D)에서 다른 하나의 하층 횡단 채널(70D)로 경로 이동하지 않게 된다.
연결 유로 부재(60)의 두께(TH4)는 연결 가스켓부(35)의 가장 얇은 부분의 두께, 구체적으로 도 1 내지 도 6에 도시된 실시예에서는 돌기 연결부(39)의 두께(TH3)보다 얇거나 같다. 연결 유로 부재(60)가 상기 분리판(10)의 연결 가스켓부(35)에 마련된 탑재부(미도시)에 부착될 때, ZX 평면과 평행한 연결 유로 부재(60)의 양 측면(63)은 연결 가스켓부(35)에 밀착된다(도 4 참조). 따라서, 유체가 상기 양 측면(63)을 통해 연결 유로 부재(60) 내부에서 외부로 유출되지 않는다.
이상에서 설명한 연결 유로 부재(60)는 멀티 셀 타입 분리판(10)과 별도로 제작되고, 인접한 프레임(11, 21)의 반응 셀(13, 23)을 연결하는 유로가 없는 멀티 셀 타입 분리판(10)에 탈착 가능하게 끼워 조립함으로써 용이하게 인접한 프레임(11, 21)의 반응 셀(13, 23)을 연결하는 유로(70U, 70D)를 형성할 수 있다. 즉, 멀티 셀 타입 분리판(10) 제조시에 인접한 프레임(11, 21)의 반응 셀(13, 23)을 연결하는 유로를 마련하지 않아도 되므로 멀티 셀 타입 분리판(10)을 용이하게 제조할 수 있고 양품 생산성이 향상된다. 따라서, 상기 멀티 셀 타입 분리판(10)을 적층하여 제조하는 연료전지 스택(50)의 생산성도 향상되고 원가도 절감된다.
이상에서는 한 쌍의 프레임이 연결 가스켓부에 의해 연결된 가스켓 일체형 분리판에 탈착 가능한 연결 유로 부재에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 연결 유로 부재가 여기에만 적용되도록 한정된 것은 아니며, 예를 들어, 3개 또는 4개의 프레임이 일렬로 배치되고 인접한 프레임의 단부가 연결 가스켓부에 의해 연결된 분리판에도 적용 가능하고, 가스켓 일체형이 아닌 가스켓과 별개인 분리판에 대해서도 적용 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 분리판 11, 21: 프레임
13, 23: 반응 셀 16, 26: 단부
35: 연결 가스켓부 51: 막-전극 조립체
52: 가스 확산층 60: 연결 유로 부재

Claims (7)

  1. 평면상에 일렬로 배열된 복수의 프레임을 구비한 멀티 셀 타입 분리판의 인접한 한 쌍의 프레임 사이에 탈착 가능하게 부착되는 것으로,
    탄성체(elastomer)로 이루어지고,
    일 측면과 반대 측면에 각각 상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 단부 및 다른 일 프레임의 단부가 끼워지도록 내측으로 파여진 끼움 슬롯(slot)이 형성되고,
    상기 일 측면과 반대 측면에 개구(開口)가 형성되도록 내부를 가로질러 연장된 적어도 하나의 횡단 채널이 형성되어,
    상기 횡단 채널을 통하여 유체가 상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 반응 셀에서 타 프레임의 반응 셀로 흘러가고,
    상기 멀티 셀 타입 분리판은 상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 단부 및 다른 일 프레임의 단부를 연결하는, 고무(rubber) 재질의 연결 가스켓부(gasket portion)을 구비한 가스켓 일체형 분리판이고,
    상기 연결 가스켓부에는 연속적으로 이어지지 않고 분리된 탑재부가 형성되고,
    상기 연결 유로 부재는 상기 탑재부에 끼워지는 것을 특징으로 하는 연결 유로 부재.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 횡단 채널은 복수 개가 형성되고,
    상기 복수의 횡단 채널 중 일부는 상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 상측에서 다른 일 프레임의 상측으로 유체가 이동하도록 형성된 상층 횡단 채널이고, 상기 복수의 횡단 채널 중 나머지 일부는 상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 하측에서 다른 일 프레임의 하측으로 유체가 이동하도록 형성된 하층 횡단 채널인 것을 특징으로 하는 연결 유로 부재.
  3. 제2 항에 있어서,
    내부에 상기 상층 횡단 채널과 상기 하층 횡단 채널을 분리하는 층 분리부를 구비하고,
    상기 한 쌍의 프레임 중 일 프레임의 단부 및 다른 일 프레임의 단부가 상기 일 측면과 반대 측면의 끼움 슬롯에 각각 끼워져서 상기 층 분리부에 밀착되면 상기 상층 횡단 채널과 상기 하층 횡단 채널 사이의 유체의 섞임이 차단되는 것을 특징으로 하는 연결 유로 부재.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 상층 횡단 채널과 상기 하층 횡단 채널이 각각 복수 개씩 마련되고,
    상기 복수의 상층 횡단 채널 및 상기 복수의 하층 횡단 채널은 상기 연결 유로 부재의 내부에서 갈라지거나 합쳐지지 않는 것을 특징으로 하는 연결 유로 부재.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 연결 유로 부재의 두께는 상기 연결 가스켓부의 가장 얇은 부분의 두께보다 얇거나 같은 것을 특징으로 하는 연결 유로 부재.
  7. 평면상에 일렬로 배열된 복수의 프레임을 구비한 것으로, 겹쳐지게 적층된 복수의 멀티 셀 타입 분리판;
    상기 복수의 프레임의 반응 셀과 겹쳐지도록 상기 복수의 멀티 셀 타입 분리판 사이에 개재되는 막-전극 조립체; 및,
    각각의 멀티 셀 타입 분리판에서 인접한 한 쌍의 프레임 사이에 탈착 가능하게 부착되는 것으로, 제1 항, 제2 항, 제3 항, 제4 항 및 제6 항 중 어느 한 항의 연결 유로 부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
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