KR102211628B1 - Dual cell type separator - Google Patents

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Abstract

연료전지용 금속판과, 이를 구비한 듀얼셀 타입 분리판 및 분리판 조립체가 개시된다. 개시된 연료전지용 금속판은, 듀얼셀 타입 연료전지 스택을 구성하는 사각형의 금속판으로서, 금속판의 중앙부에 배치된 반응 영역, 금속판의 4개의 모서리 중 하나의 모서리에서 금속판의 내측으로 파여진 복수의 수소 덴트를 구비한 하나의 수소 매니폴드 영역, 복수의 수소 덴트가 형성된 하나의 모서리를 제외한 금속판의 3개의 모서리 중 서로 등진 한 쌍의 모서리에 가까운 영역으로서, 공기가 통과하는 복수의 공기 통공을 구비한 제1 및 제2 공기 매니폴드 영역, 및 복수의 수소 덴트가 형성된 금속판의 모서리의 양 단부에서 금속판의 내측으로 파여진 복수의 냉각수 덴트를 구비한 제1 및 제2 냉각수 매니폴드 영역을 구비한다. 금속판은 제1 및 제2 공기 매니폴드 영역으로부터 같은 거리로 이격된 가상의 중앙선을 중심으로 대칭되는 형상이다. Disclosed are a metal plate for a fuel cell, and a dual cell type separator and a separator assembly having the same. The disclosed metal plate for a fuel cell is a rectangular metal plate constituting a dual cell type fuel cell stack, and includes a reaction region disposed at the center of the metal plate and a plurality of hydrogen dents dug into the inside of the metal plate at one of the four corners of the metal plate. A hydrogen manifold region, which is a region close to a pair of corners of the metal plate excluding one corner in which a plurality of hydrogen dents are formed, and has a plurality of air through holes through which air passes. And first and second cooling water manifold regions including a second air manifold region and a plurality of cooling water dents dug into the inside of the metal plate at both ends of the edge of the metal plate on which the plurality of hydrogen dents are formed. The metal plate has a shape symmetrical about an imaginary center line spaced at the same distance from the first and second air manifold regions.

Description

듀얼셀 타입 분리판{Dual cell type separator} Dual cell type separator

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 듀얼셀 타입의 연료전지 스택(stack)에 적용 가능한 연료전지용 금속판과, 상기 연료전지용 금속판을 구비한 듀얼셀 타입 분리판 및 분리판 조립체에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell metal plate applicable to a dual cell type fuel cell stack, and to a dual cell type separator and a separator assembly including the fuel cell metal plate. .

연료전지(Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 연료전지 중에서 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 다른 종류의 연료전지에 비하여 작동 온도가 낮을 뿐만 아니라 빠른 시동 및 응답 특성을 가지고 있으며, 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등을 개질하여 만들어진 수소를 연료로 사용함으로써, 자동차 등에 사용되는 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가지고 있다.A fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol, and natural gas into electrical energy. Among fuel cells, polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) have lower operating temperatures than other types of fuel cells, as well as quick start-up and response characteristics, and are modified by reforming methanol, ethanol or natural gas. By using the produced hydrogen as fuel, it has a wide range of applications, such as a mobile power source used in automobiles, as well as a distributed power source such as houses and public buildings, and a small power source such as electronic devices.

한편, 연료전지에 있어서, 단위 셀 자체로는 전압이 낮아 실용성이 떨어지기 때문에 단위 셀이 적층된 스택(stack) 구성을 갖는다. 구체적으로, 연료전지 스택은 막-전극 집합체(MEA: membrane-electrode assembly)와 분리판으로 이루어지는 단위 셀이 수 개 내지 수백 층으로 적층된 구조이다. 막-전극 집합체는 전해질 막을 사이에 두고 소위, 연료 전극 또는 산화 전극이라고도 불리는 애노드 전극과, 소위 공기 전극 또는 환원 전극이라고도 불리는 캐소드 전극이 부착된 구조를 가진다. On the other hand, in the fuel cell, since the unit cell itself has a low voltage and thus practicality is poor, the unit cell has a stack configuration. Specifically, the fuel cell stack has a structure in which several to hundreds of layers of unit cells composed of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator are stacked. The membrane-electrode assembly has a structure in which an anode electrode, also called a fuel electrode or an oxidation electrode, and a cathode electrode, also called an air electrode or a reduction electrode, are attached with an electrolyte membrane therebetween.

분리판은, 기체 확산층(GDL: gas diffusion layer)과 막-전극 집합체를 구조적으로 지지하는 역할과, 연료전지의 반응에 필요한 수소 가스와 산소 가스를 공급하는 역할과, 막-전극 집합체의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행한다. 특히, 분리판에 의해 상기 애노드 전극에는 수소 가스가 공급되고 상기 캐소드 전극에는 산소 가스가 공급된다. 이 과정에서 상기 애노드 전극에서는 수소 가스의 전기 화학적인 산화 반응이 일어나고, 상기 캐소드 전극에서는 산소 가스의 전기 화학적인 환원이 반응이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 반응열이 발생하고, 물이 생성된다. 상기 반응열을 냉각하기 위하여 분리판의 냉각 유로에는 냉각수가 공급된다.The separating plate structurally supports a gas diffusion layer (GDL) and a membrane-electrode assembly, supplies hydrogen gas and oxygen gas necessary for the reaction of a fuel cell, and an anode electrode of the membrane-electrode assembly. Simultaneously plays the role of a conductor connecting the and cathode electrodes in series. In particular, hydrogen gas is supplied to the anode electrode and oxygen gas is supplied to the cathode electrode by the separator. In this process, an electrochemical oxidation reaction of hydrogen gas occurs in the anode electrode, and electrochemical reduction of oxygen gas occurs in the cathode electrode, and electricity and reaction heat are generated due to the movement of electrons generated at this time. Is created. In order to cool the reaction heat, cooling water is supplied to the cooling passage of the separator.

근래에 연료전지 스택을 얇게 만들기 위하여 한 평면에 단위 셀을 한 쌍씩 적층하는 듀얼셀 타입 연료전지 스택이 소개되고 있다. 그런데, 종래의 듀얼셀 타입 연료전지 스택은 적층 층수가 1/2이 되어 얇아지기는 하지만, 평면적이 2배로 넓어져서 전체 체적은 줄어들지 않으므로, 연료전지 스택의 집적도 및 부피당 출력은 향상되지 않는다. Recently, in order to make the fuel cell stack thinner, a dual cell type fuel cell stack has been introduced in which a pair of unit cells are stacked on one plane. However, in the conventional dual cell type fuel cell stack, although the number of stacked layers becomes 1/2, the overall volume is not reduced because the plane area is doubled, so the integration degree and the output per volume of the fuel cell stack are not improved.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0057965호Korean Patent Application Publication No. 10-2010-0057965

본 발명은 출력 밀도와 집적도가 향상되는 듀얼셀 타입 연료전지 스택에 적용되는 연료전지용 금속판과, 상기 연료전지용 금속판을 구비한 듀얼셀 타입 분리판 및 분리판 조립체를 제공한다. The present invention provides a fuel cell metal plate applied to a dual cell type fuel cell stack with improved power density and integration, and a dual cell type separator and a separator assembly including the fuel cell metal plate.

본 발명은, 듀얼셀 타입 연료전지 스택(dual cell type fuel cell stack)을 구성하는 사각형의 금속판(metal plate)로서, 상기 금속판의 중앙부에 배치된 반응 영역, 상기 금속판의 4개의 모서리(edge) 중 하나의 모서리에서 상기 금속판의 내측으로 파여진 복수의 수소 덴트(hydrogen dent)를 구비한 하나의 수소 매니폴드(manifold) 영역, 상기 복수의 수소 덴트가 형성된 하나의 모서리를 제외한 금속판의 3개의 모서리 중 서로 등진 한 쌍의 모서리에 가까운 영역으로서, 공기가 통과하는 복수의 공기 통공을 구비한 제1 및 제2 공기 매니폴드(manifold) 영역, 및 상기 복수의 수소 덴트가 형성된 금속판의 모서리의 양 단부에서 상기 금속판의 내측으로 파여진 복수의 냉각수 덴트(dent)를 구비한 제1 및 제2 냉각수 매니폴드 영역을 구비하고, 상기 금속판은 상기 제1 및 제2 공기 매니폴드 영역으로부터 같은 거리로 이격된 가상의 중앙선을 중심으로 대칭되는 형상인 연료전지용 금속판을 제공한다. The present invention, as a rectangular metal plate constituting a dual cell type fuel cell stack (dual cell type fuel cell stack), a reaction region disposed in the center of the metal plate, of the four edges (edge) of the metal plate One of the three corners of the metal plate excluding one hydrogen manifold area with a plurality of hydrogen dents dug from one corner to the inside of the metal plate, and one corner where the plurality of hydrogen dents are formed Areas close to the corners of a pair of back-to-back to each other, the first and second air manifold regions having a plurality of air through holes through which air passes, and at both ends of the corners of the metal plate on which the plurality of hydrogen dents are formed First and second cooling water manifold regions having a plurality of cooling water dents dug into the inside of the metal plate are provided, and the metal plate is a virtual space spaced at the same distance from the first and second air manifold regions. It provides a metal plate for fuel cells that is symmetrical about the center line of

상기 반응 영역의 일 측면은 수소 가스(hydrogen gas)가 흐르는 수소 유동 표면이고, 상기 반응 영역의 타 측면은 냉각수가 흐르는 냉각수 유동 표면이며, 상기 수소 유동 표면에는 수소 가스가 유동하도록 지그재그 경로를 따라 연장되고 요철(凹凸) 형상의 단면을 갖는 복수의 수소 채널(channel)이 형성될 수 있다. One side of the reaction zone is a hydrogen flow surface through which hydrogen gas flows, the other side of the reaction zone is a cooling water flow surface through which coolant flows, and the hydrogen flow surface extends along a zigzag path so that hydrogen gas flows. And a plurality of hydrogen channels having an uneven cross-section may be formed.

상기 복수의 수소 채널은 각각, 상기 수소 매니폴드 영역에서 멀어지는 방향으로 흐르도록 수소 가스의 흐름을 유도하는 한 쌍의 순행(順行) 유로부와, 상기 수소 매니폴드 영역에 가까워지는 방향으로 흐르도록 수소 가스의 흐름을 유도하는 한 쌍의 역행(逆行) 유로부를 구비하고, 상기 한 쌍의 순행 유로부와 한 쌍의 역행 유로부는, 서로 평행하게 연장되고 교번하여 배치될 수 있다. Each of the plurality of hydrogen channels includes a pair of forward flow path portions for inducing a flow of hydrogen gas so as to flow in a direction away from the hydrogen manifold region, and flow in a direction closer to the hydrogen manifold region. A pair of reverse flow path portions for inducing the flow of hydrogen gas may be provided, and the pair of forward flow path portions and the pair of reverse flow path portions may extend parallel to each other and alternately disposed.

상기 반응 영역의 일 측면은 공기가 흐르는 공기 유동 표면이고, 상기 반응 영역의 타 측면은 냉각수가 흐르는 냉각수 유동 표면이며, 상기 공기 유동 표면에는 공기가 유동하도록 일직선 경로를 따라 연장되고 요철(凹凸) 형상의 단면을 갖는 복수의 공기 채널(channel)이 형성될 수 있다. One side of the reaction zone is an air flow surface through which air flows, and the other side of the reaction zone is a cooling water flow surface through which coolant flows, and the air flow surface extends along a straight path so that air flows and has an uneven shape. A plurality of air channels having a cross section of may be formed.

상기 복수의 공기 채널은 각각, 상기 제1 공기 매니폴드 영역에 구비된 공기 통공에서 제1 공기 매니폴드 영역에 구비된 공기 통공을 향하여 최단 경로를 따라 연장된 직선 유로부를 구비할 수 있다. Each of the plurality of air channels may include a linear flow path extending along a shortest path from an air through hole provided in the first air manifold region toward an air through hole provided in the first air manifold region.

상기 금속판의 두께는 80 내지 120㎛ 이고, 상기 반응 영역의 일 측면에는 요철(凹凸) 형상의 단면을 갖는 채널(channel)이 형성되고, 상기 채널의 깊이는 400 내지 600㎛ 일 수 있다.The thickness of the metal plate may be 80 to 120 μm, a channel having an uneven cross-section may be formed on one side of the reaction region, and a depth of the channel may be 400 to 600 μm.

고무 소재로 형성된 가스켓(gasket)이 상기 하나의 수소 매니폴드 영역, 제1 및 제2 공기 매니폴드 영역, 및 제1 및 제2 냉각수 매니폴드 영역에 일체로 접합되고, 상기 반응 영역의 외주변에 다수의 접합 보조 통공이 형성되고, 상기 가스켓이 상기 금속판에 접합되는 표면적이 커지도록 상기 가스켓의 고무 소재가 상기 다수의 접합 보조 통공에 채워질 수 있다.A gasket formed of a rubber material is integrally bonded to the one hydrogen manifold region, the first and second air manifold regions, and the first and second cooling water manifold regions, and is attached to the outer periphery of the reaction region. A plurality of bonding auxiliary through holes may be formed, and a rubber material of the gasket may be filled in the plurality of bonding auxiliary through holes so that a surface area of the gasket bonded to the metal plate is increased.

또한 본 발명은, 상기 연료전지용 금속판을 한 쌍 구비한 것으로, 상기 한 쌍의 연료전지용 금속판은, 대응되는 복수의 수소 덴트 및 복수의 냉각수 덴트가 일대일로 연결되어 복수의 수소 통공 및 복수의 냉각수 통공이 형성되도록 서로 마주보며 하나의 평면에 대칭되게 배치되고, 상기 복수의 수소 통공 중 일부의 수소 통공은 상기 반응 영역으로 공급되는 수소 가스가 통과하는 수소 공급용 통공이고, 나머지의 수소 통공은 상기 반응 영역에서 배출된 수소 가스가 통과하는 수소 배출용 통공이고, 상기 제1 및 제2 공기 매니폴드 영역 중 하나의 공기 매니폴드 영역에 구비된 공기 통공은 상기 반응 영역으로 공급되는 공기가 통과하는 공기 공급용 통공이고, 다른 하나의 공기 매니폴드 영역에 구비된 공기 통공은 상기 반응 영역에서 배출된 공기가 통과하는 공기 배출용 통공이고, 상기 복수의 냉각수 통공 중 일 측에 배치된 냉각수 통공은 상기 반응 영역으로 공급되는 냉각수가 통과하는 냉각수 공급용 통공이고, 타 측에 배치된 냉각수 통공은 서로 마주보는 금속판 모서리의 양 단부 중 일 측 단부에 형성되는 모든 냉각수 통공은 상기 반응 영역에서 배출된 냉각수가 통과하는 냉각수 배출용 통공인 듀얼셀 타입 분리판을 제공한다. In addition, the present invention is provided with a pair of metal plates for fuel cells, the pair of metal plates for fuel cells, a plurality of corresponding hydrogen dents and a plurality of cooling water dents are connected one-to-one to a plurality of hydrogen through holes and a plurality of coolant through holes Are arranged symmetrically on one plane to be formed, and some of the plurality of hydrogen through holes are through holes for supplying hydrogen through which hydrogen gas supplied to the reaction zone passes, and the remaining through holes are the reaction holes. It is a hydrogen discharge hole through which the hydrogen gas discharged from the region passes, and the air through hole provided in one of the first and second air manifold regions is to supply air through which the air supplied to the reaction region passes. The air through hole provided in the other air manifold region is an air through hole through which the air discharged from the reaction region passes, and the cooling water through hole disposed at one side of the plurality of cooling water through holes is the reaction region It is a cooling water supply through-hole through which the cooling water supplied to the air passes, and the cooling water through-holes disposed on the other side are all cooling water through-holes formed at one end of the edge of the metal plate facing each other, through which the cooling water discharged from the reaction zone passes. Provides a dual-cell type separator that is a hole for discharging cooling water.

상기 한 쌍의 금속판의 서로 마주보는 모서리가 고무 소재에 의해 연결되어 상기 복수의 수소 통공 및 복수의 냉각수 통공이 형성될 수 있다. Edges facing each other of the pair of metal plates may be connected by a rubber material to form the plurality of hydrogen through holes and the plurality of cooling water through holes.

또한 본 발명은, 상기 반응 영역의 일 측면은 수소 가스(hydrogen gas)가 흐르는 수소 유동 표면이고, 상기 반응 영역의 타 측면은 냉각수가 흐르는 냉각수 유동 표면이며, 상기 수소 유동 표면에는 수소 가스가 유동하도록 지그재그 경로를 따라 연장되고 요철(凹凸) 형상의 단면을 갖는 복수의 수소 채널(channel)이 형성된 연료전지용 금속판 한 쌍을 구비하는 제1 듀얼셀 타입 분리판, 및 상기 반응 영역의 일 측면은 공기가 흐르는 공기 유동 표면이고, 상기 반응 영역의 타 측면은 냉각수가 흐르는 냉각수 유동 표면이며, 상기 공기 유동 표면에는 공기가 유동하도록 일직선 경로를 따라 연장되고 요철(凹凸) 형상의 단면을 갖는 복수의 공기 채널(channel)이 형성된 연료전지용 금속판 한 쌍을 구비하는 제2 듀얼셀 타입 분리판을 구비하고, 상기 제1 듀얼셀 타입 분리판의 한 쌍의 연료전지용 금속판 및 제2 듀얼셀 타입 분리판의 한 쌍의 연료전지용 금속판은 각각, 대응되는 복수의 수소 덴트 및 복수의 냉각수 덴트가 일대일로 연결되어 복수의 수소 통공 및 복수의 냉각수 통공이 형성되도록 서로 마주보며 같은 평면에 대칭되게 배치되고, 상기 제1 듀얼셀 타입 분리판의 한 쌍의 연료전지용 금속판 및 제2 듀얼셀 타입 분리판의 한 쌍의 연료전지용 금속판은, 상기 수소 유동 표면과 공기 유동 표면이 서로 등지고, 상기 냉각수 유동 표면끼리 서로 마주보도록 정렬되어 겹쳐지게 배치되는 듀얼셀 타입 분리판 조립체를 제공한다. In addition, in the present invention, one side of the reaction zone is a hydrogen flow surface through which hydrogen gas flows, and the other side of the reaction zone is a cooling water flow surface through which cooling water flows, and hydrogen gas flows through the hydrogen flow surface. A first dual-cell type separating plate including a pair of metal plates for fuel cells extending along a zigzag path and having a plurality of hydrogen channels having a cross section of an uneven shape, and one side of the reaction region is air It is a flowing air flow surface, and the other side of the reaction region is a cooling water flow surface through which cooling water flows, and a plurality of air channels extending along a straight path so that air flows through the air flow surface and having a concave-convex cross section ( channel) is provided with a second dual-cell type separation plate having a pair of metal plates for fuel cells formed thereon, and a pair of a pair of fuel cell metal plates and a second dual-cell type separation plate of the first dual-cell type separation plate Each of the metal plates for fuel cells faces each other so that a plurality of corresponding hydrogen dents and a plurality of cooling water dents are connected one-to-one to form a plurality of hydrogen through holes and a plurality of coolant through holes, and are disposed symmetrically on the same plane, and the first dual cell A pair of fuel cell metal plates of the type separating plate and a pair of fuel cell metal plates of the second dual-cell type separating plate are aligned so that the hydrogen flow surface and the air flow surface are opposite to each other, and the cooling water flow surfaces are overlapped. It provides a dual-cell type separation plate assembly that is arranged in a way.

상기 제1 듀얼셀 타입 분리판 및 제2 듀얼셀 타입 분리판은 각각, 고무 소재로 형성된 것으로, 상기 같은 평면에 대칭되게 배치된 한 쌍의 연료전지용 금속판에 접합 지지되어 상기 한 쌍의 연료전지용 금속판을 서로 연결하는 가스켓(gasket)을 더 구비할 수 있다. The first dual-cell type separator and the second dual-cell type separator are each formed of a rubber material, and are bonded and supported to a pair of fuel cell metal plates arranged symmetrically on the same plane, and the pair of fuel cell metal plates A gasket for connecting to each other may be further provided.

본 발명의 연료전지용 금속 분리판은 층마다 2개씩의 반응 영역을 가지도록, 소위 '듀얼셀 타입(dual cell type)'으로 적층할 수 있고, 수소의 공급 및 배출을 위한 수소 통공을 공통으로 사용할 수 있어서, 대등한 전력을 발생하기 위한 연료전지 스택(stack)의 부피를 줄일 수 있다. 즉, 연료전지 스택의 집적도가 높아지고, 연료전지 스택의 부피당 출력이 향상된다. The metal separator for a fuel cell of the present invention can be stacked in a so-called'dual cell type' so as to have two reaction zones per layer, and a hydrogen through hole for supplying and discharging hydrogen is commonly used. Thus, it is possible to reduce the volume of the fuel cell stack for generating equal power. That is, the degree of integration of the fuel cell stack is increased, and the output per volume of the fuel cell stack is improved.

본 발명의 듀얼셀 타입 분리판 조립체는, 애노드와 대면(對面)하는 금속 분리판 한 쌍이 서로 같은 형상으로 형성되고, 캐소드와 대면하는 금속 분리판 한 쌍이 서로 같은 형상으로 형성된다. 따라서, 스탬핑(stamping) 가공을 통해 금속 분리판을 생산하기 위한 프레스 금형의 설계 및 제작에 투입되는 비용이 절감되고, 이를 통해 연료전지 스택 및 연료전지의 제조 비용이 절감된다. In the dual-cell type separation plate assembly of the present invention, a pair of metal separation plates facing the anode are formed in the same shape, and a pair of metal separation plates facing the cathode are formed in the same shape. Accordingly, the cost of designing and manufacturing a press mold for producing a metal separation plate is reduced through stamping processing, thereby reducing the cost of manufacturing a fuel cell stack and a fuel cell.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 듀얼셀 타입 분리판 조립체에 의하면, 가스켓이 동종(同種)인 한 쌍의 금속 분리판을 연결하며 상기 한 쌍의 금속 분리판에 일체로 접합된다. 그러므로, 상기 가스켓을 금속 분리판의 삽입 사출 성형에 의해 형성한다고 가정할 때, 각각의 금속 분리판에 개별적으로 가스켓이 접합되는 경우와 비교하여, 총 사출 회수, 즉 금형의 형합 및 형개 회수가 1/2로 감소한다. 또한, 가스켓에 의해 동종인 한 쌍의 금속 분리판이 하나의 개체로 연결되어 있으므로, 연료전지 스택을 적층할 때 금속 분리판의 적층 회수가 1/2로 감소한다. 결과적으로, 연료전지 스택 및 연료전지의 생산성이 향상되고, 제조 비용이 절감된다.According to the dual cell type separation plate assembly according to a preferred embodiment of the present invention, a pair of metal separation plates having the same gasket are connected and integrally bonded to the pair of metal separation plates. Therefore, assuming that the gasket is formed by injection molding of a metal separator, the total number of injections, that is, the number of molds and mold openings, is 1 compared to the case where the gaskets are individually bonded to each metal separator. Decrease to /2. In addition, since a pair of metal separators of the same kind are connected as one entity by a gasket, the number of stacking of the metal separators is reduced to 1/2 when stacking the fuel cell stack. As a result, productivity of the fuel cell stack and the fuel cell is improved, and manufacturing cost is reduced.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 연료전지용 금속판의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 듀얼셀 타입 분리판 조립체의 평면도이자, 본 발명의 제1 실시예에 따른 듀얼셀 타입 분리판의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼셀 타입 분리판 조립체의 평면도이자, 본 발명의 제2 실시예에 따른 듀얼셀 타입 분리판의 평면도이다.
도 5는 도 3을 V-V에 따라 절단하여 확대 도시한 단면도이다.
도 6은 도 3을 VI-VI에 따라 절단하여 확대 도시한 단면도이다.
1 and 2 are plan views of a metal plate for a fuel cell according to the first and second embodiments of the present invention.
3 is a plan view of a dual cell type separating plate assembly according to an exemplary embodiment of the present invention, and a plan view of a dual cell type separating plate according to the first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of a dual cell type separating plate assembly according to an exemplary embodiment of the present invention and a plan view of a dual cell type separating plate according to a second exemplary embodiment of the present invention.
5 is an enlarged cross-sectional view of FIG. 3 by cutting along VV.
6 is an enlarged cross-sectional view of FIG. 3 by cutting it along VI-VI.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 금속판, 상기 연료전지용 금속판을 구비한 듀얼셀 타입 분리판 및 듀얼셀 타입 분리판 조립체를 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.Hereinafter, a metal plate for a fuel cell, a dual cell type separator including the metal plate for a fuel cell, and a dual cell type separator assembly according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Terms used in the present specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 연료전지용 금속판의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 듀얼셀 타입 분리판 조립체의 평면도이자, 본 발명의 제1 실시예에 따른 듀얼셀 타입 분리판의 평면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼셀 타입 분리판 조립체의 평면도이자, 본 발명의 제2 실시예에 따른 듀얼셀 타입 분리판의 평면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 금속판(10)은 사각형의 금속판으로서, 소위 '애노드(anode) 접촉 금속판'이다. 부연하면, 연료전지 스택(stack)을 구성하는 막-전극 집합체(MEA: membrane-electrode assembly)(3)(도 5 참조)는 박막(membrane)(4)(도 5 참조)과, 상기 박막(4)의 일 측면과 반대 측면에 적층된 애노드 전극(anode electrode)(5)(도 5 참조) 및 캐소드 전극(cathode electrode)(6)(도 5 참조)을 구비하는데, 연료전지 스택에서 상기 애노드 접촉 금속판(10)의 반응 영역(15)은 상기 애노드 전극(5)과 대면(對面) 접촉된다. 상기 애노드 접촉 금속판(10)의 소재는 예컨대, 스테인레스강(stainless steel), 알루미늄합금강(aluminum alloy steel), 니켈합금강(nickel alloy steel)일 수 있다. 이하에서는, 편의상 상기 애노드 접촉 금속판(10)을 '제1 금속판'으로 칭한다. 1 and 2 are plan views of a metal plate for a fuel cell according to the first and second embodiments of the present invention, and FIG. 3 is a plan view of a dual cell type separating plate assembly according to an embodiment of the present invention. A plan view of a dual cell type separation plate according to a first embodiment, and FIG. 4 is a plan view of a dual cell type separation plate assembly according to an embodiment of the present invention, and of a dual cell type separation plate according to the second embodiment of the present invention. It is a plan view. Referring to FIG. 1, a metal plate 10 for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention is a rectangular metal plate, and is a so-called'anode contact metal plate'. Incidentally, the membrane-electrode assembly (MEA) 3 (see FIG. 5) constituting the fuel cell stack (see FIG. 5) includes a membrane 4 (see FIG. 5) and the thin film ( An anode electrode 5 (see FIG. 5) and a cathode electrode 6 (see FIG. 5) stacked on one side and the opposite side of 4) are provided, and the anode in the fuel cell stack The reaction region 15 of the contact metal plate 10 is in face-to-face contact with the anode electrode 5. The material of the anode contact metal plate 10 may be, for example, stainless steel, aluminum alloy steel, or nickel alloy steel. Hereinafter, for convenience, the anode contact metal plate 10 is referred to as a'first metal plate'.

상기 제1 금속판(10)의 평면 형상은 직사각형이며, 직교하는 제1 내지 제4 모서리(edge)(11, 12, 13, 14)를 구비한다. 제1 모서리(11)와 제3 모서리(13)가 서로 평행하며 Y축과 평행하게 연장되고, 제2 모서리(12)와 제4 모서리(14)가 서로 평행하며 X축과 평행하게 연장된다. 상기 제1 금속판(10)의 중앙부에는 반응 영역(15)이 배치된다. 상기 제1 모서리(11)의 중앙 지점에 가까운 영역으로 도 1에서 2점 쇄선으로 한정된 영역(30)은 수소 매니폴드 영역이다. 수소 매니폴드 영역(30)에는 상기 제1 모서리(11)에서 제1 금속판(10)의 내측, 구체적으로 X축 음(-)의 방향으로 파여진 제1 및 제2 수소 덴트(hydrogen dent)(31, 33)가 구비된다. 상기 제1 및 제2 수소 덴트(31, 33)는 금속판(10)에서 금속 소재가 제거되어 형성되는 부분이며, X축과 평행하며 상기 제1 금속판(10)을 반분하는 가상의 X축 중앙선(CX)에 대해 대칭되게 형성된다. The first metal plate 10 has a rectangular planar shape, and has first to fourth edges 11, 12, 13, and 14 that are orthogonal. The first edge 11 and the third edge 13 are parallel to each other and extend parallel to the Y axis, and the second edge 12 and the fourth edge 14 are parallel to each other and extend parallel to the X axis. A reaction region 15 is disposed in the center of the first metal plate 10. A region 30 defined by a chain two-dotted line in FIG. 1 as a region close to the center point of the first corner 11 is a hydrogen manifold region. In the hydrogen manifold region 30, first and second hydrogen dents (hydrogen dents) that are drilled from the first corner 11 to the inside of the first metal plate 10, specifically in the negative X-axis direction (-). 31, 33) are provided. The first and second hydrogen dents 31 and 33 are portions formed by removing a metal material from the metal plate 10, and are parallel to the X axis and a imaginary X-axis center line that halves the first metal plate 10 ( CX) is formed symmetrically.

반응 영역(15)에 가까운 수소 덴트(31, 33)의 일 측 모서리에는 반응 영역(15) 측으로 연장되며 서로 이격된 다수의 게이트 홈(gate groove)(32, 34)이 형성된다. 상기 게이트 홈(32, 34)은 제1 금속판(10)의 평면에서 저면 측으로 오목하게 형성된다. 도 1 및 도 3을 함께 참조하면, 듀얼셀 타입 연료전지 스택을 구성하는 제1 듀얼셀 타입 분리판(110)은 XY평면과 평행한 하나의 평면에 제1 모서리(11)가 마주보도록 서로 대칭되게 배치되는 한 쌍의 제1 금속판(10)을 구비한다. 한 쌍의 제1 금속판(10)의 같은 수소 덴트(31, 33)끼리 일대일로 연결되어 수소가 Z축과 평행한 방향으로 통과하는 제1 및 제2 수소 통공(101, 102)이 형성된다. At one edge of the hydrogen dents 31 and 33 close to the reaction region 15, a plurality of gate grooves 32 and 34 extending toward the reaction region 15 and spaced apart from each other are formed. The gate grooves 32 and 34 are formed to be concave from the plane of the first metal plate 10 toward the bottom. 1 and 3 together, the first dual cell type separator 110 constituting the dual cell type fuel cell stack is symmetrical to each other so that the first corner 11 faces on one plane parallel to the XY plane. It is provided with a pair of first metal plates 10 are arranged to be. The same hydrogen dents 31 and 33 of the pair of first metal plates 10 are connected one-to-one to form first and second hydrogen through holes 101 and 102 through which hydrogen passes in a direction parallel to the Z axis.

도 1을 다시 참조하면, 한 쌍의 수소 덴트(31, 33)가 형성된 제1 모서리(11)를 제외한 3개의 모서리 중 서로 등진 한 쌍의 모서리, 즉 제2 및 제4 모서리(12, 14)에 가까운 영역으로 도 1에서 2점 쇄선으로 한정된 영역(35, 38)은 제1 및 제2 공기 매니폴드 영역이다. 제1 공기 매니폴드 영역(35)에는 공기가 Z축과 평행한 방향으로 통과하는 복수의 제1 공기 통공(36)이 구비된다. 제2 공기 매니폴드 영역(38)에는 공기가 Z축과 평행한 방향으로 통과하는 복수의 제2 공기 통공(39)이 구비된다. 상기 제1 및 제2 공기 통공(36, 39)은 제1 금속판(10)에서 금속 소재가 제거되어 형성되는 부분이다. 제1 공기 통공(36)과 제2 공기 통공(39)은 X축과 평행하며 상기 제1 금속판(10)을 반분하는 가상의 X축 중앙선(CX)에 대해 대칭되게 형성된다. Referring again to FIG. 1, among the three corners except for the first corner 11 in which the pair of hydrogen dents 31 and 33 are formed, a pair of corners that are opposite to each other, that is, the second and fourth corners 12 and 14 The regions 35 and 38 defined by the dashed-dotted line in FIG. 1 as regions close to are the first and second air manifold regions. The first air manifold region 35 is provided with a plurality of first air through holes 36 through which air passes in a direction parallel to the Z axis. The second air manifold region 38 is provided with a plurality of second air through holes 39 through which air passes in a direction parallel to the Z axis. The first and second air through holes 36 and 39 are portions formed by removing a metal material from the first metal plate 10. The first air through hole 36 and the second air through hole 39 are parallel to the X axis and are formed symmetrically with respect to an imaginary X-axis center line CX that halves the first metal plate 10.

상기 제1 모서리(11)의 양 단부에 가까운 영역으로 도 1에서 2점 쇄선으로 한정된 영역(41, 43)은 제1 및 제2 냉각수 매니폴드 영역이다. 부연하면, 제1 냉각수 매니폴드 영역(41)은 수소 매니폴드 영역(30) 및 제1 공기 매니폴드 영역(35) 사이의 코너(corner)에 마련된 영역이고, 제2 냉각수 매니폴드 영역(43)은 수소 매니폴드 영역(30) 및 제2 공기 매니폴드 영역(38) 사이의 코너에 마련된 영역이다. 제1 냉각수 매니폴드 영역(41)에는 상기 제1 모서리(11)에서 제1 금속판(10)의 내측, 구체적으로 X축 음(-)의 방향으로 파여진 하나의 제1 냉각수 덴트(dent)(42)가 구비되고, 제2 냉각수 매니폴드 영역(43)에는 상기 제1 모서리(11)에서 제1 금속판(10)의 내측으로 파여진 하나의 제2 냉각수 덴트(44)가 구비된다. 상기 제1 및 제2 냉각수 덴트(42, 44)는 제1 금속판(10)에서 금속 소재가 제거되어 형성되는 부분이며, X축과 평행하며 상기 제1 금속판(10)을 반분하는 가상의 X축 중앙선(CX)에 대해 대칭되게 형성된다. The regions 41 and 43 defined by the two-dot chain lines in FIG. 1 as regions close to both ends of the first corner 11 are first and second coolant manifold regions. In other words, the first coolant manifold area 41 is an area provided at a corner between the hydrogen manifold area 30 and the first air manifold area 35, and the second coolant manifold area 43 Is an area provided at a corner between the hydrogen manifold area 30 and the second air manifold area 38. In the first coolant manifold region 41, one first coolant dent (in the first metal plate 10) from the first edge 11, specifically in the negative X-axis direction (-). 42) is provided, and one second cooling water dent 44 is provided in the second cooling water manifold region 43 from the first corner 11 to the inside of the first metal plate 10. The first and second cooling water dents 42 and 44 are portions formed by removing a metal material from the first metal plate 10, and are parallel to the X axis and are imaginary X-axis that divides the first metal plate 10 in half. It is formed symmetrically with respect to the center line CX.

도 1 및 도 3을 다시 함께 참조하면, 상기 제1 듀얼셀 타입 분리판(110)에서 한 쌍의 제1 금속판(10)의 같은 냉각수 덴트(42, 44)끼리 일대일로 연결되어 냉각수가 Z축과 평행한 방향으로 통과하는 제1 및 제2 냉각수 통공(103, 104)이 형성된다. Referring back to FIGS. 1 and 3 together, the coolant dents 42 and 44 of the pair of first metal plates 10 in the first dual cell type separating plate 110 are connected one-to-one to each other so that the cooling water is Z-axis First and second cooling water through holes 103 and 104 passing in a direction parallel to the are formed.

반응 영역(15)의 일 측면, 즉 도 1에 보이는 측면은 수소 가스(hydrogen gas)가 흐르는 수소 유동 표면이고, 반응 영역(15)의 타 측면, 즉 수소 유동 표면의 반대 측면은 냉각수가 흐르는 냉각수 유동 표면이 된다. 듀얼셀 타입 연료전지 스택에서 상기 수소 유동 표면이 상기 막-전극 집합체(3)(도 5 참조)의 애노드 전극(5)(도 5 참조)에 대면 접촉된다. 상기 수소 유동 표면에는 한 쌍의 수소 통공(101, 102) 중 제1 수소 통공(101)으로부터 유입된 수소 가스가 제2 수소 통공(102)으로 배출될 때까지 상기 수소 유동 표면을 유동하도록 지그재그(zigzag) 경로를 따라 연장된 복수의 수소 채널(channel)(20)이 형성된다. 복수의 수소 채널(20)은 교차하지 않고 평행하게 연장된다. One side of the reaction zone 15, that is, the side shown in FIG. 1, is a hydrogen flow surface through which hydrogen gas flows, and the other side of the reaction zone 15, that is, the opposite side of the hydrogen flow surface, is the cooling water through which cooling water flows. It becomes the flow surface. In the dual cell type fuel cell stack, the hydrogen flow surface is in face-to-face contact with the anode electrode 5 (see FIG. 5) of the membrane-electrode assembly 3 (see FIG. 5). On the hydrogen flow surface, zigzag to flow the hydrogen flow surface until the hydrogen gas introduced from the first hydrogen through hole 101 among the pair of hydrogen through holes 101 and 102 is discharged to the second hydrogen through hole 102 ( A plurality of hydrogen channels 20 extending along the zigzag) path are formed. The plurality of hydrogen channels 20 do not cross and extend in parallel.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 수소 채널(20)은 요철(凹凸) 형상의 단면을 갖는다. 금속판을 프레스 금형에 안치하고 스탬핑(stamping) 가공하여 요철 형상 단면을 갖는 수소 채널(20)을 형성하게 되므로, 수소 유동 표면에서 오목하게 파여져 형성된 수소 채널(20)이 냉각수 유동 표면에서는 볼록하게 돌출 형성된 둑(embankment)이 된다. 또한, 상기 냉각수 유동 표면에서는 인접한 둑 사이에 냉각수가 유동하는 냉각수 유로(131)가 형성된다. 제1 금속판(10)의 두께(TH1)는 80 내지 120㎛ 이고, 수소 채널(20)의 깊이(DP1)는 400 내지 600㎛ 이다. As shown in Figs. 5 and 6, the hydrogen channel 20 has a cross section of an uneven (凹凸) shape. Since the metal plate is placed in a press mold and stamped to form a hydrogen channel 20 having an uneven cross-section, the hydrogen channel 20 formed concave at the surface of the hydrogen flow is formed convexly from the surface of the cooling water flow. It becomes an embankment. In addition, a cooling water flow path 131 through which cooling water flows between adjacent weirs is formed on the cooling water flow surface. The thickness TH1 of the first metal plate 10 is 80 to 120 μm, and the depth DP1 of the hydrogen channel 20 is 400 to 600 μm.

도 1 및 도 3을 다시 함께 참조하면, 각각의 수소 채널(20)은 X축과 평행하게 연장된 4개의 X 방향 유로부(21, 22, 23, 24)를 구비한다. 상기 4개의 X 방향 유로부(21, 22, 23, 24) 중에서 한 쌍(21, 22)은 수소 매니폴드 영역(30)에서 멀어지는 방향, 즉 제1 모서리(11)에서 멀어지는 방향으로 흐르도록 수소 가스의 흐름을 유도하는 제1 및 제2 순행(順行) 유로부이고, 나머지 한 쌍(23, 24)은 수소 매니폴드 영역(30)에 가까워지는 방향, 즉 제1 모서리(11)에 가까워지는 방향으로 흐르도록 수소 가스의 흐름을 유도하는 제1 및 제2 역행(逆行) 유로부이다. 상기 한 쌍의 순행 유로부(21, 22)와 한 쌍의 역행 유로부(23, 24)는 교번하여 배치된다. Referring back to FIGS. 1 and 3 together, each hydrogen channel 20 includes four X-direction flow path portions 21, 22, 23, and 24 extending parallel to the X axis. Of the four X-direction flow path portions 21, 22, 23, 24, one pair (21, 22) has hydrogen to flow in a direction away from the hydrogen manifold region 30, that is, a direction away from the first edge 11. It is a first and a second forward flow path that induces the flow of gas, and the other pair (23, 24) is close to the hydrogen manifold region (30), that is, close to the first edge (11). These are first and second reverse flow paths for inducing the flow of hydrogen gas so as to flow in the direction of the ground. The pair of forward passage portions 21 and 22 and the pair of backward passage portions 23 and 24 are alternately arranged.

각각의 수소 채널(20)의 양측 말단(26, 27)은 제1 및 제2 수소 덴트(31, 33)에 형성된 게이트 홈(32, 34)에 인접 배치된다. 복수의 수소 채널(20)의 양측 말단(26, 27) 중 제1 순행 유로부(21)에 가까운 일 측 말단(26)은, 제1 수소 덴트(31)에 형성된 복수의 게이트 홈(32)에 일대일로 대응되게 위치하고, 제2 역행 유로부(24)에 가까운 타 측 말단(27)은, 제2 수소 덴트(33)에 형성된 복수의 게이트 홈(34)에 일대일로 대응되게 위치한다. 제1 수소 덴트(31)에 형성된 게이트 홈(32)에서 수소 채널(20)의 일 측 말단(26)으로 수소 가스가 이동하면, 그 수소 가스는 수소 채널(20)의 제1 순행 유로부(21), 제1 역행 유로부(23), 제2 순행 유로부(23), 및 제2 역행 유로부(24)를 차례로 통과하여 지그재그 경로를 따라 유동하고, 수소 채널 타 측 말단(27)에서 제2 수소 덴트(33)에 형성된 게이트 홈(34)으로 이동한다. 일 측 말단(26)에서 타 측 말단(27)까지 수소 채널(20)의 길이는, 반응 영역(15)에 있는 모든 수소 채널(20)에서 ±10% 오차 범위 내에서 동일하다. Both ends 26 and 27 of each hydrogen channel 20 are disposed adjacent to the gate grooves 32 and 34 formed in the first and second hydrogen dents 31 and 33. One end 26 of both ends 26 and 27 of the plurality of hydrogen channels 20 close to the first forward flow path 21 is a plurality of gate grooves 32 formed in the first hydrogen dent 31 The other end 27, which is positioned to correspond one-to-one to the second reverse flow path portion 24, is positioned to correspond to the plurality of gate grooves 34 formed in the second hydrogen dent 33 in one-to-one correspondence. When hydrogen gas moves from the gate groove 32 formed in the first hydrogen dent 31 to the one end 26 of the hydrogen channel 20, the hydrogen gas is transferred to the first forward passage part of the hydrogen channel 20 ( 21), the first reverse flow path part 23, the second forward flow path part 23, and the second reverse flow path part 24 are sequentially passed to flow along a zigzag path, and at the other end 27 of the hydrogen channel It moves to the gate groove 34 formed in the second hydrogen dent 33. The length of the hydrogen channel 20 from one end 26 to the other end 27 is the same within ±10% error in all hydrogen channels 20 in the reaction zone 15.

반응 영역(15)의 외주변에는 다수의 접합 보조 통공(45)이 형성된다. 다만, 상기 수소 채널(20)의 말단(26, 27)과 게이트 홈(32, 34) 사이에는 접합 보조 통공(45)이 형성되지 않는다. 제1 금속판(10)의 수소 매니폴드 영역(30), 한 쌍의 공기 매니폴드 영역(35, 38), 및 한 쌍의 냉각수 매니폴드 영역(41, 43)에는 고무 소재로 형성된 제1 가스켓(111)이 접합된다. 상기 제1 가스켓(111)은 제1 금속판(10)의 삽입 사출 방법, 다시 말해 제1 금속판(10)을 사출 성형 금형(미도시)의 캐비티(cavity)에 삽입 고정하고 고무 소재에 대응되는 용융된 수지를 상기 캐비티에 사출 주입하는 방법에 의해 형성된다. 상기 용융된 수지가 상기 캐비티에 주입되면, 상기 다수의 접합 보조 통공(45)에 상기 용융된 수지가 채워지고 경화되므로, 상기 다수의 접합 보조 통공(45)이 없는 경우와 비교하여 볼 때 상기 제1 가스켓(111)이 제1 금속판(10)에 접합되는 표면적이 커지게 된다. 따라서, 상기 제1 가스켓(111)이 제1 금속판(10)에 더욱 견고하게 일체로 접합된다. A plurality of bonding auxiliary through holes 45 are formed around the outer periphery of the reaction region 15. However, a bonding auxiliary through hole 45 is not formed between the ends 26 and 27 of the hydrogen channel 20 and the gate grooves 32 and 34. In the hydrogen manifold region 30 of the first metal plate 10, the pair of air manifold regions 35 and 38, and the pair of coolant manifold regions 41 and 43, a first gasket formed of a rubber material ( 111) is joined. The first gasket 111 is an injection molding method of the first metal plate 10, that is, inserting and fixing the first metal plate 10 into a cavity of an injection molding mold (not shown) and melting corresponding to the rubber material. The resin is formed by injection injection into the cavity. When the molten resin is injected into the cavity, the molten resin is filled and cured in the plurality of bonding auxiliary through-holes 45, so that when compared with the case without the plurality of bonding auxiliary through-holes 45 1 The surface area to which the gasket 111 is bonded to the first metal plate 10 increases. Accordingly, the first gasket 111 is more firmly and integrally bonded to the first metal plate 10.

제1 금속판(10)의 4곳의 코너에 인접한 지점에는 복수의 삽입 사출 정렬 통공(47)이 형성된다. 상기 가스켓(111)을 사출 성형하기 위한 사출 성형 금형은 상기 복수의 삽입 사출 정렬 통공(47)이 끼워지는 복수의 정렬 핀(pin)(미도시)을 구비한다. 상기 복수의 정렬 핀이 복수의 삽입 사출 정렬 통공(47)에 끼워지도록 제1 금속판(10)을 상기 사출 성형 금형에 정렬하여 놓고, 상기 사출 성형 금형의 상부 코어(core)와 하부 코어를 형합(型合)하면 상기 제1 금속판(10)이 사출 성형 금형의 캐비티 내에 올바른 위치에 삽입 고정된다. A plurality of insertion injection alignment through holes 47 are formed at points adjacent to four corners of the first metal plate 10. An injection molding mold for injection molding the gasket 111 includes a plurality of alignment pins (not shown) into which the plurality of insertion injection alignment through holes 47 are inserted. The first metal plate 10 is aligned with the injection molding mold so that the plurality of alignment pins fit into the plurality of insertion injection alignment holes 47, and the upper core and the lower core of the injection molding mold are molded ( When matching, the first metal plate 10 is inserted and fixed in the correct position in the cavity of the injection molding mold.

상기 제1 금속판(10)은 제 및 제2 공기 매니폴드 영역(35, 38)로부터 같은 거리로 이격된 가상의 중앙선, 다시 말해 상기 X축 중앙선(CX)을 중심으로 대칭되는 형상을 갖는다. 부연하면, 제1 공기 매니폴드 영역(35)의 공기 통공(36)과 제2 공기 매니폴드 영역(38)의 공기 통공(39)이 서로 대칭되고, 제1 냉각수 매니폴드 영역(41)의 냉각수 덴트(42)와 제2 냉각수 매니폴드 영역(43)의 냉각수 덴트(44)가 서로 대칭되며, 수소 매니폴드 영역(30)의 일 측의 수소 덴트(31) 및 게이트 홈(32)과 타 측의 수소 덴트(33) 및 게이트 홈(34)이 서로 대칭된다. 또한, 각각의 수소 채널(20)에서 제1 순행 유로부(21)와 제2 역행 유로부(24)가 서로 대칭되고, 제1 역행 유로부(23)와 제2 순행 유로부(22)가 서로 대칭되며, 각 수소 채널(20)의 일 측 말단(26)과 타 측 말단(27)이 서로 대칭된다. The first metal plate 10 has a shape symmetrical around a virtual center line spaced apart from the second and second air manifold regions 35 and 38 by the same distance, that is, the X-axis center line CX. In other words, the air through holes 36 of the first air manifold region 35 and the air through holes 39 of the second air manifold region 38 are symmetrical to each other, and the cooling water of the first cooling water manifold region 41 The dent 42 and the cooling water dent 44 of the second cooling water manifold region 43 are symmetrical to each other, and the hydrogen dent 31 and the gate groove 32 on one side of the hydrogen manifold region 30 and the other side The hydrogen dent 33 and the gate groove 34 are symmetrical to each other. In addition, in each of the hydrogen channels 20, the first forward passage part 21 and the second backward passage part 24 are symmetrical to each other, and the first forward passage part 23 and the second forward passage part 22 They are symmetrical to each other, and one end 26 and the other end 27 of each hydrogen channel 20 are symmetrical to each other.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 금속판(50)은 사각형의 금속판으로서, 소위 '캐소드(cathode) 접촉 금속판'이다. 부연하면, 연료전지 스택에서 상기 제2 금속판(50)의 반응 영역(55)은 막-전극 집합체(3)(도 5 참조)의 캐소드 전극(4)과 대면(對面) 접촉된다. 상기 캐소드 접촉 금속판(50)의 소재는 예컨대, 스테인레스강(stainless steel), 알루미늄합금강(aluminum alloy steel), 니켈합금강(nickel alloy steel)일 수 있다. 이하에서는, 편의상 상기 캐소드 접촉 금속판(50)을 '제2 금속판(50)'으로 칭한다. Referring to FIG. 2, the metal plate 50 for a fuel cell according to the second embodiment of the present invention is a rectangular metal plate, which is a so-called'cathode contact metal plate'. In other words, in the fuel cell stack, the reaction region 55 of the second metal plate 50 is in face-to-face contact with the cathode electrode 4 of the membrane-electrode assembly 3 (see Fig. 5). The material of the cathode contact metal plate 50 may be, for example, stainless steel, aluminum alloy steel, or nickel alloy steel. Hereinafter, for convenience, the cathode contact metal plate 50 is referred to as a'second metal plate 50'.

상기 제2 금속판(50)의 평면 형상은 직사각형이며, 직교하는 제1 내지 제4 모서리(edge)(51, 52, 53, 54)를 구비한다. 제1 모서리(51)와 제3 모서리(53)가 서로 평행하며 Y축과 평행하게 연장되고, 제2 모서리(52)와 제4 모서리(54)가 서로 평행하며 X축과 평행하게 연장된다. 상기 제2 금속판(50)의 중앙부에는 반응 영역(55)이 배치된다. 상기 제1 모서리(51)의 중앙 지점에 가까운 영역으로 도 2에서 2점 쇄선으로 한정된 영역(70)은 수소 매니폴드 영역이다. 수소 매니폴드 영역(70)에는 상기 제1 모서리(51)에서 제2 금속판(50)의 내측, 구체적으로 X축 음(-)의 방향으로 파여진 제1 및 제2 수소 덴트(hydrogen dent)(71, 73)가 구비된다. 상기 제1 및 제2 수소 덴트(71, 73)는 금속판(50)에서 금속 소재가 제거되어 형성되는 부분이며, X축과 평행하며 상기 제2 금속판(50)을 반분하는 가상의 X축 중앙선(CX)에 대해 대칭되게 형성된다. The planar shape of the second metal plate 50 is rectangular, and includes first to fourth edges 51, 52, 53 and 54 that are orthogonal. The first and third corners 51 and 53 are parallel to each other and extend parallel to the Y axis, and the second and fourth corners 52 and 54 are parallel to each other and extend parallel to the X axis. A reaction region 55 is disposed in the center of the second metal plate 50. A region 70 defined by a chain two-dotted line in FIG. 2 as a region close to the center point of the first corner 51 is a hydrogen manifold region. In the hydrogen manifold region 70, first and second hydrogen dents (hydrogen dents) that are drilled from the first corner 51 to the inside of the second metal plate 50, specifically in the negative X-axis direction (-). 71, 73) are provided. The first and second hydrogen dents 71 and 73 are portions formed by removing a metal material from the metal plate 50, and are parallel to the X axis and are imaginary X-axis center lines that halve the second metal plate 50 ( CX) is formed symmetrically.

도 2 및 도 4을 함께 참조하면, 듀얼셀 타입 연료전지 스택을 구성하는 제2 듀얼셀 타입 분리판(120)은 XY평면과 평행한 하나의 평면에 제1 모서리(51)가 마주보도록 서로 대칭되게 배치되는 한 쌍의 제2 금속판(50)을 구비한다. 한 쌍의 제2 금속판(50)의 같은 수소 덴트(71, 73)끼리 일대일로 연결되어 수소가 Z축과 평행한 방향으로 통과하는 제1 및 제2 수소 통공(106, 107)이 형성된다. Referring to FIGS. 2 and 4 together, the second dual cell type separator 120 constituting the dual cell type fuel cell stack is symmetrical to each other so that the first edge 51 faces on one plane parallel to the XY plane. It is provided with a pair of second metal plates 50 are arranged to be. The same hydrogen dents 71 and 73 of the pair of second metal plates 50 are connected one-to-one to each other to form first and second hydrogen through holes 106 and 107 through which hydrogen passes in a direction parallel to the Z axis.

도 2를 다시 참조하면, 한 쌍의 수소 덴트(71, 73)가 형성된 제1 모서리(51)를 제외한 3개의 모서리 중 서로 등진 한 쌍의 모서리, 즉 제2 및 제4 모서리(52, 54)에 가까운 영역으로 도 2에서 2점 쇄선으로 한정된 영역(75, 78)은 제1 및 제2 공기 매니폴드 영역이다. 제1 공기 매니폴드 영역(75)에는 공기가 Z축과 평행한 방향으로 통과하는 복수의 제1 공기 통공(76)이 구비된다. 제2 공기 매니폴드 영역(78)에는 공기가 Z축과 평행한 방향으로 통과하는 복수의 제2 공기 통공(79)이 구비된다. 상기 제1 및 제2 공기 통공(76, 79)은 제2 금속판(50)에서 금속 소재가 제거되어 형성되는 부분이다. Referring back to FIG. 2, among the three corners except for the first corner 51 on which the pair of hydrogen dents 71 and 73 are formed, a pair of corners that are opposite to each other, that is, the second and fourth corners 52 and 54 The regions 75 and 78 defined by the dashed-dotted line in FIG. 2 as regions close to are the first and second air manifold regions. The first air manifold region 75 is provided with a plurality of first air through holes 76 through which air passes in a direction parallel to the Z axis. The second air manifold region 78 is provided with a plurality of second air through holes 79 through which air passes in a direction parallel to the Z axis. The first and second air through holes 76 and 79 are portions formed by removing a metal material from the second metal plate 50.

제1 공기 통공(76)을 한정하는 모서리들 중에서 반응 영역(55)에 가까운 일 측 모서리와, 제2 공기 통공(79)을 한정하는 모서리들 중에서 반응 영역(55)에 가까운 일 측 모서리에는 반응 영역(55) 측으로 연장되며 서로 이격된 다수의 게이트 홈(gate groove)(77, 80)이 형성된다. 상기 게이트 홈(77, 80)은 제2 금속판(50)의 평면에서 저면 측으로 오목하게 형성된다. 제1 공기 매니폴드 영역(75)에 구비된 공기 통공(76) 및 게이트 홈(77)과, 제2 공기 매니폴드 영역(78)에 구비된 모든 공기 통공(79) 및 게이트 홈(80)은 상기 X축 중앙선(CX)에 대해 대칭되게 형성된다. Among the corners defining the first air through hole 76, one edge close to the reaction region 55, and among the corners defining the second air through hole 79, one corner close to the reaction region 55 is reacted. A plurality of gate grooves 77 and 80 extending toward the region 55 and spaced apart from each other are formed. The gate grooves 77 and 80 are formed to be concave from the plane to the bottom of the second metal plate 50. The air through holes 76 and gate grooves 77 provided in the first air manifold region 75 and all air through holes 79 and gate grooves 80 provided in the second air manifold region 78 are It is formed symmetrically with respect to the X-axis center line (CX).

상기 제1 모서리(51)의 양 단부에 가까운 영역으로 도 2에서 2점 쇄선으로 한정된 영역(81, 83)은 제1 및 제2 냉각수 매니폴드 영역이다. 부연하면, 제1 냉각수 매니폴드 영역(81)은 수소 매니폴드 영역(70) 및 제1 공기 매니폴드 영역(75) 사이의 코너(corner)에 마련된 영역이고, 제2 냉각수 매니폴드 영역(83)은 수소 매니폴드 영역(70) 및 제2 공기 매니폴드 영역(78) 사이의 코너에 마련된 영역이다. 제1 냉각수 매니폴드 영역(81)에는 상기 제1 모서리(51)에서 제2 금속판(50)의 내측, 구체적으로 X축 음(-)의 방향으로 파여진 하나의 제1 냉각수 덴트(82)가 구비되고, 제2 냉각수 매니폴드 영역(83)에는 상기 제1 모서리(51)에서 제2 금속판(50)의 내측으로 파여진 하나의 제2 냉각수 덴트(84)가 구비된다. 상기 제1 및 제2 냉각수 덴트(82, 84)는 제2 금속판(50)에서 금속 소재가 제거되어 형성되는 부분이며, 상기 X축 중앙선(CX)에 대해 대칭되게 형성된다. The regions 81 and 83 defined by the two-dot chain lines in FIG. 2 as regions close to both ends of the first corner 51 are first and second coolant manifold regions. In other words, the first coolant manifold area 81 is an area provided at a corner between the hydrogen manifold area 70 and the first air manifold area 75, and the second coolant manifold area 83 Is an area provided at a corner between the hydrogen manifold area 70 and the second air manifold area 78. In the first coolant manifold area 81, one first coolant dent 82 is drilled from the first corner 51 to the inside of the second metal plate 50, specifically in the negative X-axis direction. The second cooling water manifold region 83 is provided with one second cooling water dent 84 that is drilled from the first edge 51 to the inside of the second metal plate 50. The first and second cooling water dents 82 and 84 are portions formed by removing a metal material from the second metal plate 50 and are formed symmetrically with respect to the X-axis center line CX.

도 2 및 도 4를 다시 함께 참조하면, 상기 제2 듀얼셀 타입 분리판(120)에서 한 쌍의 제2 금속판(50)의 같은 냉각수 덴트(82, 84)끼리 일대일로 연결되어 냉각수가 Z축과 평행한 방향으로 통과하는 제1 및 제2 냉각수 통공(108, 109)이 형성된다. Referring again to FIGS. 2 and 4 together, the cooling water dents 82 and 84 of the pair of second metal plates 50 in the second dual cell type separating plate 120 are connected one-to-one to each other so that the cooling water is Z-axis First and second cooling water through holes 108 and 109 passing in a direction parallel to the are formed.

반응 영역(55)의 일 측면, 즉 도 2에 보이는 측면은 공기가 흐르는 공기 유동 표면이고, 반응 영역(55)의 타 측면, 즉 공기 유동 표면의 반대 측면은 냉각수가 흐르는 냉각수 유동 표면이 된다. 듀얼셀 타입 연료전지 스택에서 상기 공기 유동 표면이 상기 막-전극 집합체(3)(도 5 참조)의 캐노드 전극(6)(도 5 참조)에 대면 접촉된다. 상기 공기 유동 표면에는 제1 공기 매니폴드 영역(75)의 공기 통공(76)으로부터 유입된 공기가 제2 공기 매니폴드 영역(78)의 공기 통공(79)으로 배출될 때까지 상기 공기 유동 표면을 유동하도록 일직선 경로를 따라 연장된 복수의 공기 채널(channel)(60)이 형성된다. One side of the reaction zone 55, that is, the side shown in FIG. 2, is an air flow surface through which air flows, and the other side of the reaction zone 55, that is, a side opposite to the air flow surface, is a cooling water flow surface through which coolant flows. In the dual cell type fuel cell stack, the air flow surface is in face-to-face contact with the cathode electrode 6 (see FIG. 5) of the membrane-electrode assembly 3 (see FIG. 5). On the air flow surface, the air flow surface is maintained until the air introduced from the air through hole 76 of the first air manifold region 75 is discharged to the air through hole 79 of the second air manifold region 78. A plurality of air channels 60 extending along a straight path to flow are formed.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 공기 채널(60)은 요철(凹凸) 형상의 단면을 갖는다. 금속판을 프레스 금형에 안치하고 스탬핑(stamping) 가공하여 요철 형상 단면을 갖는 공기 채널(60)을 형성하게 되므로, 공기 유동 표면에서 오목하게 파여져 형성된 공기 채널(60)이 냉각수 유동 표면에서는 볼록하게 돌출 형성된 둑(embankment)이 된다. 또한, 상기 냉각수 유동 표면에서는 인접한 둑 사이에 냉각수가 유동하는 냉각수 유로(131)가 형성된다. 제1 금속판(10)의 경우와 마찬가지로 제2 금속판(50)의 두께(TH2)는 80 내지 120㎛ 이고, 공기 채널(60)의 깊이(DP2)는 400 내지 600㎛ 이다. As shown in Figs. 5 and 6, the air channel 60 has a cross section of an uneven (凹凸) shape. Since the metal plate is placed in a press mold and stamped to form an air channel 60 having an uneven cross section, the air channel 60 formed by being concave in the air flow surface is convexly protruded from the cooling water flow surface. It becomes an embankment. In addition, a cooling water flow path 131 through which cooling water flows between adjacent weirs is formed on the cooling water flow surface. As in the case of the first metal plate 10, the thickness TH2 of the second metal plate 50 is 80 to 120 μm, and the depth DP2 of the air channel 60 is 400 to 600 μm.

도 2 및 도 4를 다시 함께 참조하면, 각각의 공기 채널(60)은 제1 공기 통공(76)과 이에 대응되는 제2 공기 통공(79)을 최단 경로가 되도록 Y축과 평행하게 일직선으로 연장된 직선 유로부를 구비한다. 각각의 공기 채널(60)의 양측 말단(66, 67) 중에서 제1 공기 통공(76)에 가까운 일 측 말단(66)은, 제1 공기 매니폴드 영역(75)에 마련된 복수의 게이트 홈(77)에 일대일 대응되게 위치하고, 제2 공기 통공(79)에 가까운 타 측 말단(67)은, 제2 공기 매니폴드 영역(78)에 마련된 복수의 게이트 홈(80)에 일대일 대응되게 위치한다. Referring back to FIGS. 2 and 4 together, each air channel 60 extends in a straight line parallel to the Y axis so that the first air through hole 76 and the corresponding second air through hole 79 become the shortest path. It is provided with a straight flow path. One end 66 close to the first air through hole 76 among both end portions 66 and 67 of each air channel 60 is a plurality of gate grooves 77 provided in the first air manifold region 75. ), and the other end 67 close to the second air through hole 79 is positioned to correspond to the plurality of gate grooves 80 provided in the second air manifold region 78 one-to-one.

상기 제1 공기 매니폴드 영역(75)에 마련된 게이트 홈(77)에서 공기 채널(60)의 일 측 말단(66)으로 공기가 이동하면, 이 공기는 공기 채널(60)을 따라 Y축과 평행하게 유동하고, 공기 채널(60)의 타 측 말단(67)에서 제2 공기 매니폴드 영역(78)에 마련된 게이트 홈(80)으로 이동한다. When air moves from the gate groove 77 provided in the first air manifold region 75 to the one end 66 of the air channel 60, the air is parallel to the Y axis along the air channel 60. And moves from the other end 67 of the air channel 60 to the gate groove 80 provided in the second air manifold region 78.

반응 영역(55)의 외주변에는 다수의 접합 보조 통공(85)이 형성된다. 다만, 상기 공기 채널(60)의 말단(66, 67)과 게이트 홈(77, 80) 사이에는 접합 보조 통공(85)이 형성되지 않는다. 제2 금속판(50)의 수소 매니폴드 영역(70), 한 쌍의 공기 매니폴드 영역(75, 78), 및 한 쌍의 냉각수 매니폴드 영역(81, 83)에는 고무 소재로 형성된 제2 가스켓(121)이 접합된다. 상기 제2 가스켓(121)은 제2 금속판(50)의 삽입 사출 방법, 다시 말해 제2 금속판(50)을 사출 성형 금형(미도시)의 캐비티(cavity)에 삽입 고정하고 고무 소재에 대응되는 용융된 수지를 상기 캐비티에 사출 주입하는 방법에 의해 형성된다. 상기 용융된 수지가 상기 캐비티에 주입되면, 상기 다수의 접합 보조 통공(85)에 상기 용융된 수지가 채워지고 경화되므로, 상기 다수의 접합 보조 통공(85)이 없는 경우와 비교하여 볼 때 상기 제2 가스켓(121)이 제2 금속판(50)에 접합되는 표면적이 커지게 된다. 따라서, 상기 가스켓(121)이 제2 금속판(50)에 더욱 견고하게 일체로 접합된다. A plurality of bonding auxiliary through holes 85 are formed around the outer periphery of the reaction region 55. However, a bonding auxiliary through hole 85 is not formed between the ends 66 and 67 of the air channel 60 and the gate grooves 77 and 80. In the hydrogen manifold region 70 of the second metal plate 50, the pair of air manifold regions 75 and 78, and the pair of coolant manifold regions 81 and 83, a second gasket formed of a rubber material ( 121) is joined. The second gasket 121 is an insert injection method of the second metal plate 50, that is, the second metal plate 50 is inserted and fixed into a cavity of an injection molding mold (not shown) and melted corresponding to the rubber material. The resin is formed by injection injection into the cavity. When the molten resin is injected into the cavity, the molten resin is filled and cured in the plurality of bonding auxiliary through-holes 85, so that when compared with the case where the plurality of bonding auxiliary through-holes 85 are not present, the 2 The surface area to which the gasket 121 is bonded to the second metal plate 50 increases. Accordingly, the gasket 121 is more firmly and integrally bonded to the second metal plate 50.

제2 금속판(50)의 4곳의 코너에 인접한 지점에는 복수의 삽입 사출 정렬 통공(87)이 형성된다. 상기 가스켓(121)을 사출 성형하기 위한 사출 성형 금형은 상기 복수의 삽입 사출 정렬 통공(87)이 끼워지는 복수의 정렬 핀(pin)(미도시)을 구비한다. 상기 복수의 정렬 핀이 복수의 삽입 사출 정렬 통공(87)에 끼워지도록 제2 금속판(50)을 상기 사출 성형 금형에 정렬하여 놓고, 상기 사출 성형 금형의 상부 코어(core)와 하부 코어를 형합(型合)하면 상기 제2 금속판(50)이 사출 성형 금형의 캐비티 내에 올바른 위치에 삽입 고정된다. A plurality of insertion injection alignment through holes 87 are formed at points adjacent to four corners of the second metal plate 50. An injection molding mold for injection molding the gasket 121 includes a plurality of alignment pins (not shown) into which the plurality of insertion injection alignment holes 87 are inserted. The second metal plate 50 is aligned with the injection molding mold so that the plurality of alignment pins fit into the plurality of insertion injection alignment holes 87, and the upper core and the lower core of the injection molding mold are molded ( When matching, the second metal plate 50 is inserted and fixed in the correct position in the cavity of the injection molding mold.

상기 제2 금속판(50)은 제1 및 제2 공기 매니폴드 영역(75, 78)로부터 같은 거리로 이격된 가상의 중앙선, 다시 말해 X축 중앙선(CX)을 중심으로 대칭되는 형상을 갖는다. 부연하면, 제1 공기 매니폴드 영역(75)의 공기 통공(76) 및 게이트 홈(77)과 제2 공기 매니폴드 영역(78)의 공기 통공(79) 및 게이트 홈(80)이 서로 대칭되고, 제1 냉각수 매니폴드 영역(81)의 냉각수 덴트(82)와 제2 냉각수 매니폴드 영역(83)의 냉각수 덴트(84)가 서로 대칭되며, 수소 매니폴드 영역(70)의 일 측의 수소 덴트(71)와 타 측의 수소 덴트(73)가 서로 대칭된다. 또한, 각각의 공기 채널(60)의 양 측 말단(66, 67)이 서로 대칭된다. The second metal plate 50 has a shape that is symmetrical around an imaginary center line, that is, an X-axis center line CX, spaced from the first and second air manifold regions 75 and 78 at the same distance. In other words, the air through hole 76 and the gate groove 77 of the first air manifold region 75 and the air through hole 79 and the gate groove 80 of the second air manifold region 78 are symmetrical to each other. , The cooling water dent 82 of the first cooling water manifold region 81 and the cooling water dent 84 of the second cooling water manifold region 83 are symmetrical to each other, and the hydrogen dent on one side of the hydrogen manifold region 70 71 and the hydrogen dent 73 on the other side are symmetrical to each other. In addition, both ends 66 and 67 of each air channel 60 are symmetrical to each other.

도 5는 도 3을 V-V에 따라 절단하여 확대 도시한 단면도이고, 도 6은 도 3을 VI-VI에 따라 절단하여 확대 도시한 단면도이다. 도 3 내지 도 6을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 듀얼셀 타입 분리판 조립체(100)는 하나의 제1 듀얼셀 타입 분리판(110)과 하나의 제2 듀얼셀 타입 분리판(120)을 구비한다. 상기 듀얼셀 타입 분리판 조립체(100)와 막-전극 집합체(3)가 교번하여 적층되어 듀얼셀 타입 연료전지 스택이 구성된다. 상술한 바와 같이 제1 듀얼셀 타입 분리판(110)은 한 쌍의 제1 금속판(10)을 구비하고, 상기 한 쌍의 제1 금속판(10)은 제1 듀얼셀 타입 분리판(110)을 반분하며 Y축과 평행한 가상의 직선인 Y축 중앙선(CY)에 대해 대칭되게 배치된다. 또한, 제2 듀얼셀 타입 분리판(120)은 한 쌍의 제2 금속판(50)을 구비하고, 상기 한 쌍의 제2 금속판(50)은 제2 듀얼셀 타입 분리판(120)을 반분하며 Y축과 평행한 가상의 직선인 Y축 중앙선(CY)에 대해 대칭되게 배치된다. 제1 및 제 듀얼셀 타입 분리판(110, 120)은 각각, 한 쌍의 제1 금속판(10) 및 한 쌍의 제2 금속판(50)에 접합 지지되어 한 쌍의 제1 금속판(10) 및 한 쌍의 제2 금속판(50)을 연결하는 제1 및 제2 가스켓(111, 121)을 구비한다. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of FIG. 3 cut along V-V, and FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of FIG. 3 cut along VI-VI. Referring to FIGS. 3 to 6 together, the dual cell type separation plate assembly 100 according to the embodiment of the present invention includes a first dual cell type separation plate 110 and a second dual cell type separation plate ( 120). The dual cell type separator assembly 100 and the membrane-electrode assembly 3 are alternately stacked to form a dual cell type fuel cell stack. As described above, the first dual cell type separating plate 110 includes a pair of first metal plates 10, and the pair of first metal plates 10 includes a first dual cell type separating plate 110. It is divided into half and is arranged symmetrically about the Y-axis center line (CY), which is an imaginary straight line parallel to the Y-axis. In addition, the second dual cell type separating plate 120 includes a pair of second metal plates 50, and the pair of second metal plates 50 divides the second dual cell type separating plate 120 in half. It is arranged symmetrically with respect to the Y-axis center line (CY), which is an imaginary straight line parallel to the Y-axis. The first and second dual cell type separation plates 110 and 120 are bonded and supported to a pair of first metal plates 10 and a pair of second metal plates 50, respectively, so that a pair of first metal plates 10 and It includes first and second gaskets 111 and 121 connecting the pair of second metal plates 50.

제1 금속판(10)은 도 1을 참조하여 상세하게 설명한 바 있고, 제2 금속판(50)은 도 2를 참조하여 상세하게 설명한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다. 한편, 제1 가스켓(111) 및 제2 가스켓(121)을 제1 금속판(10) 및 제2 금속판(50)과 구분하여 식별하기 용이하도록, 도 3 및 도 4에서 제1 가스켓(111) 및 제2 가스켓(121)은 해칭(hatching) 표현된다. The first metal plate 10 has been described in detail with reference to FIG. 1, and the second metal plate 50 has been described in detail with reference to FIG. 2, and thus redundant descriptions are omitted. On the other hand, in order to distinguish the first gasket 111 and the second gasket 121 from the first metal plate 10 and the second metal plate 50 to facilitate identification, the first gasket 111 and The second gasket 121 is represented by hatching.

한 쌍의 제1 금속판(10)은 XY 평면과 평행한 일 평면 상에 제1 모서리(11)(도 1 참조)가 서로 마주보도록 배치된다. 한 쌍의 제2 금속판(50)은 XY 평면과 평행하고 상기 한 쌍의 제1 금속판(10)이 배치된 평면과 다른 일 평면 상에 제1 모서리(51)(도 2 참조)가 서로 마주보도록 배치된다. 상기 한 쌍의 제1 금속판(10)과 한 쌍의 제2 금속판(50)은 제1 금속판(10)의 수소 유동 표면과 제2 금속판(50)의 공기 유동 표면이 서로 등지고, 제1 금속판(10)의 냉각수 유동 표면과 제2 금속판(50)의 냉각수 유동 표면이 서로 마주보도록 정렬된다. 이에 따라, XY 평면과 평행한 일 평면당 한 쌍의 막-전극 집합체(3)가 배치되는 듀얼셀 타입 연료전지 스택이 구현된다. The pair of first metal plates 10 are disposed so that the first corners 11 (see FIG. 1) face each other on a plane parallel to the XY plane. The pair of second metal plates 50 are parallel to the XY plane, and the first edge 51 (see FIG. 2) faces each other on a plane different from the plane on which the pair of first metal plates 10 are disposed. Is placed. The pair of first metal plates 10 and the pair of second metal plates 50 have a hydrogen flow surface of the first metal plate 10 and an air flow surface of the second metal plate 50 facing each other, and the first metal plate ( The cooling water flow surface of 10) and the cooling water flow surface of the second metal plate 50 are aligned to face each other. Accordingly, a dual cell type fuel cell stack in which a pair of membrane-electrode assemblies 3 are disposed per plane parallel to the XY plane is implemented.

제1 가스켓(111)과 제2 가스켓(121)은 고무 소재로 형성되며, 상술한 바와 같이 삽입 사출 방법에 의해 형성될 수 있다. 부연하면, 제1 가스켓(111)을 성형하기 위한 사출 성형 금형의 캐비티 내에 한 쌍의 제1 금속판(10)을 XY 평면과 평행한 일 평면 상에 제1 모서리(11)(도 1 참조)가 서로 마주보도록 삽입 고정하고, 고무 소재에 대응되는 용융된 수지를 상기 캐비티에 사출 주입하고 가류함으로써 제1 가스켓(111)을 형성한다. 또한, 제2 가스켓(121)을 성형하기 위한 사출 성형 금형의 캐비티 내에 한 쌍의 제2 금속판(50)을 XY 평면과 평행한 일 평면 상에 제1 모서리(51)(도 1 참조)가 서로 마주보도록 삽입 고정하고, 고무 소재에 대응되는 용융된 수지를 상기 캐비티에 사출 주입하고 가류함으로써 제2 가스켓(121)을 형성한다. 상술한 바와 같이, 제1 금속판(10)의 복수의 삽입 사출 정렬 통공(47)과 제2 금속판(50)의 복수의 삽입 사출 정렬 통공(87)은 제1 금속판(10)과 제2 금속판(50)이 대응되는 사출 성형 금형의 캐비티 내에서 올바른 위치에 삽입 고정되도록 안내한다. The first gasket 111 and the second gasket 121 are formed of a rubber material, and may be formed by an injection injection method as described above. In other words, a pair of first metal plates 10 are placed in the cavity of the injection molding mold for molding the first gasket 111 on one plane parallel to the XY plane, and the first corner 11 (see FIG. 1) is The first gasket 111 is formed by inserting and fixing so as to face each other, by injection-injecting and curing a molten resin corresponding to the rubber material into the cavity. In addition, in the cavity of the injection molding mold for molding the second gasket 121, a pair of second metal plates 50 are placed on one plane parallel to the XY plane, and the first corners 51 (see FIG. 1) are The second gasket 121 is formed by inserting and fixing so as to face each other, by injection-injecting and curing a molten resin corresponding to the rubber material into the cavity. As described above, the plurality of insertion injection alignment through holes 47 of the first metal plate 10 and the plurality of insertion injection alignment through holes 87 of the second metal plate 50 include the first metal plate 10 and the second metal plate ( 50) Guide to be inserted and fixed in the correct position within the cavity of the corresponding injection molding mold.

제1 가스켓(111)은 제1 금속판(10)에서 수소 채널(20)이 형성된 반응 가스 측면에 적층 형성된 반응 가스 측면 가스켓부(112)와, 상기 반응 가스 측면의 반대되는 측면, 다시 말해 제1 금속판(10)에서 냉각수 유로(131)가 형성된 냉각수 측면에 적층 형성된 냉각수 측면 가스켓부(114)와, 한 쌍의 제1 금속판(10)의 제1 모서리(11)를 이어주는 연결 가스켓부(116)를 구비한다. 상술한 바와 같이 다수의 접합 보조 통공(45)에 고무 소재가 채워져서 제1 가스켓(111)이 제1 금속판(10)에 접합되는 표면적이 커지며, 제1 가스켓(111)이 제1 금속판(10)에 더욱 견고하게 접합된다. The first gasket 111 includes a reaction gas side gasket part 112 stacked on the reaction gas side in which the hydrogen channel 20 is formed in the first metal plate 10, and a side opposite to the reaction gas side, that is, a first The cooling water side gasket part 114 stacked on the cooling water side in which the cooling water flow path 131 is formed in the metal plate 10 and a connection gasket part 116 connecting the first edge 11 of the pair of first metal plates 10 It is equipped with. As described above, the plurality of bonding auxiliary through holes 45 are filled with a rubber material to increase the surface area at which the first gasket 111 is bonded to the first metal plate 10, and the first gasket 111 is applied to the first metal plate 10. ) More firmly.

도 3 및 도 5에서는 편의상 점선에 의해 연결 가스켓부(116)를 반응 가스 측면 가스켓부(112) 및 냉각수 측면 가스켓부(114)와 구분하여 표현하였으나, 실제로는 상기 연결 가스켓부(116)는 한 쌍의 제1 금속판(10)의 제1 모서리(11) 주변의 반응 가스 측면 가스켓부(112) 및 냉각수 측면 가스켓부(114)와 하나의 덩어리로 형성되어 구분하기 어렵다. 3 and 5, for convenience, the connection gasket part 116 is separated from the reaction gas side gasket part 112 and the coolant side gasket part 114 by a dotted line, but in reality, the connection gasket part 116 The reaction gas side gasket portion 112 and the coolant side gasket portion 114 around the first edge 11 of the pair of first metal plates 10 are formed into a single mass, making it difficult to distinguish.

상기 반응 가스 측면 가스켓부(112)는 반응 영역(15)(도 1 참조)을 제외한 부분에 적층되지만, 덴트(31, 33, 42, 44), 게이트 홈(32, 34), 통공(36, 39, 47)에는 적층되지 않아 이 부분들이 노출된다. 다만, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 반응 가스 측면 가스켓부(112)는 접합 보조 통공(45)이 가리워지도록 적층된다. 한편, 참조번호 '117'은 고무 부재가 적층되지 않아 제1 금속판(10)의 금속 소재가 노출된 부분으로서, 공기 통공(36, 39)과 반응 영역(15)(도 1 참조) 사이에 공기의 유동을 신뢰성 있게 차단하기 위한 유동 차단 홈(groove)을 가리킨다. The reactive gas side gasket portion 112 is stacked on the portion excluding the reaction region 15 (see FIG. 1), but the dents 31, 33, 42, 44, the gate grooves 32, 34, the through holes 36, 39, 47) are not stacked, so these parts are exposed. However, as shown in FIGS. 5 and 6, the reaction gas side gasket part 112 is stacked so that the bonding auxiliary through hole 45 is covered. On the other hand, reference numeral '117' denotes a part where the metal material of the first metal plate 10 is exposed because the rubber member is not laminated, and air between the air through holes 36 and 39 and the reaction region 15 (refer to FIG. 1). It refers to a flow blocking groove to reliably block the flow of

도 3에 명확하게 도시되어 있지 않지만 상기 냉각수 측면 가스켓부(114)는, 반응 가스 측면 가스켓부(112)와 마찬가지로 반응 영역(15)(도 1 참조)을 제외한 부분에 적층되고, 덴트(31, 33, 42, 44), 게이트 홈(32, 34), 통공(36, 39, 47)이 노출되도록 이 부분들에는 적층되지 않는다. 그리고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 냉각수 측면 가스켓부(114)는 접합 보조 통공(45) 상에 적층되지 않는다. 또한, 상기 제1 금속판(10)의 냉각수 측면에서 냉각수 덴트(42, 44)(도 1 참조)와 반응 영역(15)의 코너(corner) 사이에 냉각수가 충분한 유량으로 흐를 수 있는 냉각수 유로가 형성되도록, 이 영역에는 냉각수 측면 가스켓부(114)가 적층되지 않는다. Although not clearly shown in FIG. 3, the cooling water side gasket portion 114 is stacked on a portion excluding the reaction region 15 (see FIG. 1 ), similar to the reaction gas side gasket portion 112, and the dent 31, 33, 42, 44), gate grooves 32, 34, and through holes 36, 39, 47 are not stacked in these portions so as to be exposed. In addition, as shown in FIGS. 5 and 6, the cooling water side gasket portion 114 is not stacked on the bonding auxiliary through hole 45. In addition, a cooling water flow path through which cooling water can flow at a sufficient flow rate is formed between the cooling water dents 42 and 44 (refer to FIG. 1) and the corner of the reaction region 15 on the cooling water side of the first metal plate 10. As much as possible, the coolant side gasket portion 114 is not stacked in this area.

제2 가스켓(121)은 제2 금속판(50)에서 공기 채널(60)이 형성된 반응 가스 측면에 적층 형성된 반응 가스 측면 가스켓부(122)와, 한 쌍의 제2 금속판(50)의 제1 모서리(51)를 이어주는 연결 가스켓부(126)를 구비한다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 제2 가스켓(121)은 제1 가스켓(111)의 경우와 달리 제2 금속판(50)에서 냉각수 유로(131)가 형성된 냉각수 측면에 냉각수 측면 가스켓부가 적층되지 않는다. 다만, 본 발명이 도 5 및 도 6에 도시된 형태에 한정되는 것은 아니며, 제1 가스켓(111)의 냉각수 측면 가스켓부(114)의 두께가 얇게 형성되는 경우, 그만큼의 두께 감소를 보상하기 위하여 제2 가스켓(121)에 냉각수 측면 가스켓부가 구비될 수도 있다. The second gasket 121 includes a reaction gas side gasket part 122 stacked on the reaction gas side where the air channel 60 is formed in the second metal plate 50, and a first edge of the pair of second metal plates 50 It includes a connection gasket portion 126 connecting the 51. 5 and 6, unlike the case of the first gasket 111, the second gasket 121 is not stacked on the side of the coolant where the coolant flow path 131 is formed on the second metal plate 50. Does not. However, the present invention is not limited to the form shown in FIGS. 5 and 6, and when the thickness of the gasket portion 114 on the cooling water side of the first gasket 111 is formed to be thin, in order to compensate for the reduction in thickness by that amount. The second gasket 121 may be provided with a gasket on the side of the coolant.

상술한 바와 같이 다수의 접합 보조 통공(85)에 고무 소재가 채워져서 제2 가스켓(121)이 제2 금속판(50)에 접합되는 표면적이 커지며, 제2 가스켓(121)이 제2 금속판(50)에 더욱 견고하게 접합된다. As described above, the plurality of bonding auxiliary through holes 85 are filled with a rubber material to increase the surface area at which the second gasket 121 is bonded to the second metal plate 50, and the second gasket 121 is the second metal plate 50 ) More firmly.

도 4 및 도 5에서는 편의상 점선에 의해 연결 가스켓부(126)를 반응 가스 측면 가스켓부(122)와 구분하여 표현하였으나, 실제로는 상기 연결 가스켓부(126)는 한 쌍의 제2 금속판(50)의 제1 모서리(51) 주변의 반응 가스 측면 가스켓부(122)와 하나의 덩어리로 형성되어 구분하기 어렵다. In FIGS. 4 and 5, for convenience, the connection gasket part 126 is separated from the reactive gas side gasket part 122 by a dotted line, but in reality, the connection gasket part 126 is a pair of second metal plates 50. It is difficult to distinguish the reaction gas side gasket portion 122 around the first edge 51 of the unit as a single mass.

상기 반응 가스 측면 가스켓부(122)는 반응 영역(55)(도 2 참조)을 제외한 부분에 적층되지만, 덴트(71, 73, 82, 84), 통공(76, 79, 87), 및 게이트 홈(77, 80)에는 적층되지 않아 이 부분들이 노출된다. 다만, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 반응 가스 측면 가스켓부(122)는 접합 보조 통공(85)이 가리워지도록 적층된다. 한편, 참조번호 '127'은 고무 부재가 적층되지 않아 제2 금속판(50)의 금속 소재가 노출된 부분으로서, 수소 덴트(71, 73)(도 2 참조)와 반응 영역(55)(도 2 참조) 사이에 수소 가스의 유동을 신뢰성 있게 차단하기 위한 유동 차단 홈(groove)을 가리킨다. The reactive gas side gasket portion 122 is stacked on the portion excluding the reaction region 55 (see Fig. 2), but the dents 71, 73, 82, 84, the through holes 76, 79, 87, and the gate groove It is not stacked at (77, 80), so these parts are exposed. However, as shown in FIGS. 5 and 6, the reaction gas side gasket portion 122 is stacked so that the bonding auxiliary through hole 85 is covered. On the other hand, reference numeral '127' denotes a part where the metal material of the second metal plate 50 is exposed because the rubber member is not laminated, and the hydrogen dents 71 and 73 (see Fig. 2) and the reaction region 55 (Fig. 2 Reference) refers to a flow blocking groove for reliably blocking the flow of hydrogen gas.

듀얼셀 타입 분리판 조립체(100)에서 한 쌍의 제1 금속판(10)과 한 쌍의 제2 금속판(50)은 수소 채널(20)의 바닥면(20B)과 공기 채널(60)의 바닥면(60B)이 밀착되도록 적층된다. 다만, 상기 수소 채널(20)의 경로와 공기 채널(60)의 경로가 대체로 직교하고 부분적으로 일치하므로, 상기 수소 채널 바닥면(20B)과 공기 채널 바닥면(60B)은 부분적으로만 밀착된다. 상기 수소 채널 바닥면(20B)과 공기 채널 바닥면(60B)이 밀착되는 지점은 예컨대, 브레이징(brazing), 접착 등의 방법에 의해 접합될 수도 있다. 이와 같이 한 쌍의 제1 금속판(10)과 한 쌍의 제2 금속판(50)이 밀착되면 제1 가스켓(111)의 냉각수 측면 가스켓부(114) 말단이 제2 금속판(50)의 냉각수 측면에 탄성 밀착된다. 이에 따라, 제1 금속판(10)과 제2 금속판(50)의 냉각수 측면에서 냉각수는 정해진 영역 이외의 영역으로는 유출되지 않게 밀봉된다. In the dual-cell type separating plate assembly 100, a pair of first metal plates 10 and a pair of second metal plates 50 are provided with a bottom surface 20B of the hydrogen channel 20 and a bottom surface of the air channel 60. It is laminated so that 60B is in close contact. However, since the path of the hydrogen channel 20 and the path of the air channel 60 are substantially orthogonal and partially coincide, the hydrogen channel bottom surface 20B and the air channel bottom surface 60B are in close contact only partially. The point where the hydrogen channel bottom surface 20B and the air channel bottom surface 60B are in close contact may be bonded by, for example, brazing or bonding. In this way, when the pair of first metal plates 10 and the pair of second metal plates 50 are in close contact, the end of the gasket portion 114 on the cooling water side of the first gasket 111 is on the cooling water side of the second metal plate 50. Elastically close. Accordingly, the cooling water from the side of the cooling water of the first metal plate 10 and the second metal plate 50 is sealed so that the cooling water does not flow out to an area other than the predetermined area.

한 쌍의 제1 금속판(10)에서 수소 덴트(31, 33)와 냉각수 덴트(42, 44)가 대응되는 것들끼리 연결 가스켓부(116)에 의해 이어져서 제1 및 제2 수소 통공(101, 102)과 제1 및 제2 냉각수 통공(103, 104)이 마련된다. 마찬가지로, 한 쌍의 제2 금속판(50)에서도 수소 덴트(71, 73)와 냉각수 덴트(82, 84)가 대응되는 것들끼리 연결 가스켓부(126)에 의해 이어져서 제1 및 제2 수소 통공(106, 107)과 제1 및 제2 냉각수 통공(108, 109)이 마련된다. In the pair of first metal plates 10, the hydrogen dents 31 and 33 and the cooling water dents 42 and 44 are connected between the corresponding ones by a gasket part 116 to connect the first and second hydrogen through holes 101, 102) and first and second cooling water through holes 103 and 104 are provided. Similarly, in the pair of second metal plates 50, the hydrogen dents 71 and 73 and the cooling water dents 82 and 84 are connected to each other by the connection gasket portion 126, so that the first and second hydrogen through holes ( 106 and 107 and first and second cooling water through holes 108 and 109 are provided.

복수의 듀얼셀 타입 분리판 조립체(100)와 복수의 막-전극 집합체(3)가 교번 적층되어 연료전지 스택이 형성된 경우에, 상기 제1 및 제2 금속판(10, 50)의 제1 수소 통공(101, 106), 제2 수소 통공(102, 107), 제1 냉각수 통공(103, 108), 제2 냉각수 통공(104, 109), 제1 공기 통공(36, 76), 및 제2 공기 통공(39, 79)은 각각 Z축과 평행한 일직선 상에 정렬되게 배치된다. When a plurality of dual cell type separators 100 and a plurality of membrane-electrode assemblies 3 are alternately stacked to form a fuel cell stack, the first hydrogen through holes in the first and second metal plates 10 and 50 (101, 106), second hydrogen through holes (102, 107), first cooling water through holes (103, 108), second cooling water through holes (104, 109), first air through holes (36, 76), and second air The through holes 39 and 79 are arranged to be aligned on a straight line parallel to the Z axis, respectively.

상기 제1 수소 통공(101, 106)은 제1 금속판(10)의 반응 영역(15)(도 1 참조), 구체적으로 수소 유동 표면으로 공급되는 수소 가스가 통과하는 수소 공급용 통공이 된다. 상기 제2 수소 통공(102, 107)은 제1 금속판(10)의 반응 영역(15), 구체적으로 수소 유동 표면을 통과하여 배출된 수소 가스가 통과하는 수소 배출용 통공이 된다. 상기 제1 공기 통공(36, 76)은 제2 금속판(50)의 반응 영역(55)(도 2 참조), 구체적으로 공기 유동 표면으로 공급되는 공기가 통과하는 공기 공급용 통공이 된다. 상기 제2 공기 통공(39, 79)은 제2 금속판(50)의 반응 영역(55), 구체적으로 공기 유동 표면을 통과하여 배출된 공기가 통과하는 공기 배출용 통공이 된다. 상기 제1 냉각수 통공(103, 108)은 제1 및 제2 금속판(10, 50)의 반응 영역, 구체적으로 서로 대면하는 냉각수 유동 표면으로 공급되는 냉각수가 통과하는 냉각수 공급용 통공이 된다. 상기 제2 냉각수 통공(104, 109)은 제1 및 제2 금속판(10, 50)의 반응 영역, 구체적으로 서로 대면하는 냉각수 유동 표면을 통과하여 배출된 냉각수가 통과하는 냉각수 배출용 통공이 된다. The first hydrogen through holes 101 and 106 become a hydrogen supply through hole through which hydrogen gas supplied to the reaction region 15 (see FIG. 1) of the first metal plate 10 passes. The second hydrogen through holes 102 and 107 become through holes for discharging hydrogen through which the hydrogen gas discharged through the reaction region 15 of the first metal plate 10, specifically, the hydrogen flow surface passes. The first air through holes 36 and 76 become the reaction region 55 of the second metal plate 50 (see FIG. 2 ), specifically, an air supply through hole through which air supplied to the air flow surface passes. The second air through holes 39 and 79 become air discharge holes through which air discharged through the reaction region 55 of the second metal plate 50, specifically, the air flow surface passes. The first cooling water through holes 103 and 108 become through holes for supplying cooling water through which the cooling water supplied to the reaction regions of the first and second metal plates 10 and 50, specifically, the cooling water flow surfaces facing each other passes. The second cooling water through holes 104 and 109 become through holes for discharging the cooling water through which the cooling water discharged through the reaction regions of the first and second metal plates 10 and 50, specifically, the cooling water flow surfaces facing each other, passes.

듀얼셀 타입 연료전지 스택으로 공급된 수소 가스는 제1 금속판(10)의 제1 수소 통공(101)에 이어진 게이트 홈(32)으로부터 수소 채널(20)의 일 측 말단(26)으로 이동하고, 수소 채널(20)을 따라 좌우 양 측 한 쌍의 반응 영역(15), 즉 수소 유동 표면을 유동하고, 수소 채널(20)의 타 측 말단(27)으로부터 제1 금속판(10)의 제2 수소 통공(102)에 이어진 게이트 홈(34)을 통해 제2 수소 통공(102)으로 이동하고, 듀얼셀 타입 연료전지 스택 외부로 배출된다. 도시되진 않았으나, 듀얼셀 타입 연료전지 스택에서 제1 가스켓(111)의 반응 가스 측면 가스켓부(112)와 제2 가스켓(121)의 반응 가스 측면 가스켓부(122) 사이에는 상기 게이트 홈(32, 34)과 수소 채널(20)의 양 측 말단(26, 27)을 유체 이동 가능하게 이어주는 다수의 제1 유로 연결 통공이 형성된 필름(film)(미도시)이 개재될 수 있으며, 상기 제1 유로 연결 통공을 통해 상기 게이트 홈(33, 34)과 수소 채널(20)의 양 측 말단(26, 27) 사이에 수소 가스가 유동할 수 있다. 상기 필름은 막-전극 집합체(3)의 박막(4)과 일체로 형성될 수도 있다. The hydrogen gas supplied to the dual cell type fuel cell stack moves from the gate groove 32 connected to the first hydrogen through hole 101 of the first metal plate 10 to the one end 26 of the hydrogen channel 20, A pair of left and right reaction zones 15, that is, a hydrogen flow surface, flows along the hydrogen channel 20, and the second hydrogen of the first metal plate 10 flows from the other end 27 of the hydrogen channel 20. It moves to the second hydrogen through-hole 102 through the gate groove 34 connected to the through-hole 102, and is discharged to the outside of the dual cell type fuel cell stack. Although not shown, in the dual cell type fuel cell stack, the gate groove 32, between the reactive gas side gasket portion 112 of the first gasket 111 and the reactive gas side gasket portion 122 of the second gasket 121, A film (not shown) having a plurality of first flow paths connecting through holes that connects 34) and both ends 26 and 27 of the hydrogen channel 20 to enable fluid movement may be interposed, and the first flow path Hydrogen gas may flow between the gate grooves 33 and 34 and both ends 26 and 27 of the hydrogen channel 20 through the connection through hole. The film may be formed integrally with the thin film 4 of the membrane-electrode assembly 3.

듀얼셀 타입 연료전지 스택으로 공급된 공기는 제2 금속판(50)의 제1 공기 통공(76)에 이어진 게이트 홈(77)으로부터 공기 채널(60)의 일 측 말단(66)으로 이동하고, 공기 채널(60)을 따라 좌우 양 측 한 쌍의 반응 영역(55), 즉 공기 유동 표면을 유동하고, 공기 채널(60)의 타 측 말단(67)으로부터 제2 금속판(50)의 제2 공기 통공(79)에 이어진 게이트 홈(80)을 통해 상기 제2 공기 통공(79)으로 이동하고, 연료전지 스택 외부로 배출된다. 도시되진 않았으나, 듀얼셀 타입 연료전지 스택에서 제1 가스켓(111)의 반응 가스 측면 가스켓부(112)와 제2 가스켓(121)의 반응 가스 측면 가스켓부(122) 사이에는 상기 게이트 홈(77, 80)과 공기 채널(60)의 양 측 말단(66, 67)을 유체 이동 가능하게 이어주는 다수의 제2 유로 연결 통공이 형성된 필름이 개재될 수 있으며, 상기 제2 유로 연결 통공을 통해 상기 게이트 홈(77, 80)과 공기 채널(60)의 양 측 말단(66, 67) 사이에 공기가 유동할 수 있다. 상기 필름은 막-전극 집합체(3)의 박막(4)과 일체로 형성될 수 있다. 상기 제1 유로 연결 통공이 형성된 필름과 제2 유로 연결 통공이 형성된 필름은 하나로 이어질 수도 있다.Air supplied to the dual cell type fuel cell stack moves from the gate groove 77 connected to the first air through hole 76 of the second metal plate 50 to the one end 66 of the air channel 60, and air A pair of left and right reaction zones 55, that is, an air flow surface, flows along the channel 60, and a second air hole of the second metal plate 50 from the other end 67 of the air channel 60 It moves to the second air through hole 79 through the gate groove 80 connected to 79, and is discharged to the outside of the fuel cell stack. Although not shown, the gate groove 77 is provided between the reactive gas side gasket portion 112 of the first gasket 111 and the reactive gas side gasket portion 122 of the second gasket 121 in the dual cell type fuel cell stack. A film having a plurality of second flow path connection holes connecting the 80) and both ends 66 and 67 of the air channel 60 to enable fluid movement may be interposed, and the gate groove through the second flow path connection hole Air may flow between (77, 80) and both ends (66, 67) of the air channel (60). The film may be integrally formed with the thin film 4 of the membrane-electrode assembly 3. The film in which the first flow path connection through holes are formed and the film in which the second flow path connection through holes are formed may be connected to one.

듀얼셀 타입 연료전지 스택으로 공급된 냉각수는 제1 및 제2 금속판(10, 50)의 제1 냉각수 통공(103, 108)에서 반응 영역(15, 55)의 냉각수 유동 표면으로 유도되고, 냉각수 유로(131)를 따라 흘러서 냉각수 유동 표면을 통과하여 제2 냉각수 통공(104, 109)으로 이동하고, 연료전지 스택 외부로 배출된다. The cooling water supplied to the dual cell type fuel cell stack is guided from the first cooling water through holes 103 and 108 of the first and second metal plates 10 and 50 to the cooling water flow surfaces of the reaction regions 15 and 55, and the cooling water flow path It flows along 131, passes through the coolant flow surface, moves to the second coolant through holes 104 and 109, and is discharged to the outside of the fuel cell stack.

한편, 상기 제1 수소 통공(101, 106)이 수소 공급용 통공, 제2 수소 통공(102, 107)이 수소 배출용 통공, 제1 공기 통공(36, 76)이 공기 공급용 통공, 제2 공기 통공(39, 79)이 공기 배출용 통공, 제1 냉각수 통공(103, 108)이 냉각수 공급용 통공, 제2 냉각수 통공(104, 109)이 냉각수 배출용 통공으로 고정된 것은 아니며, 역할이 반대로 설정될 수도 있다. Meanwhile, the first hydrogen through holes 101 and 106 are through holes for supplying hydrogen, the second through holes 102 and 107 are through holes for discharging hydrogen, and the first air through holes 36 and 76 are through holes for supplying air, and the second The air through holes 39 and 79 are not fixed as air discharge holes, the first cooling water through holes 103 and 108 are through holes for supplying cooling water, and the second cooling water through holes 104 and 109 are not fixed as through holes for discharging the cooling water. It can also be set in reverse.

이상에서 설명한 연료전지용 금속판(10, 50)은 같은 평면의 층마다 2개씩의 반응 영역을 가지도록, 소위 '듀얼셀 타입(dual cell type)'으로 적층할 수 있고, 수소 공급용 통공(101, 106), 수소 배출용 통공(102, 107), 냉각수 공급용 통공(103, 108), 및 냉각수 배출용 통공(104, 109)를 상기 듀얼셀에 대해 공통으로 사용할 수 있어서, 싱글셀(single cell type) 연료전지 스택과 비교할 때 대등한 전력을 발생하기 위한 연료전지 스택(stack)의 부피를 줄일 수 있다. 즉, 연료전지 스택의 집적도가 높아지고, 연료전지 스택의 부피당 출력이 향상된다. The fuel cell metal plates 10 and 50 described above may be stacked in a so-called'dual cell type' so as to have two reaction regions for each layer of the same plane, and the hydrogen supply through holes 101, 106), hydrogen discharge holes (102, 107), cooling water supply holes (103, 108), and cooling water discharge holes (104, 109) can be used in common for the dual cell, single cell (single cell) type) Compared with the fuel cell stack, the volume of the fuel cell stack to generate equal power can be reduced. That is, the degree of integration of the fuel cell stack is increased, and the output per volume of the fuel cell stack is improved.

또한, 상기 듀얼셀 타입 분리판 조립체(100)에서 제1 듀얼셀 타입 분리판(110)의 한 쌍의 제1 금속판(10)이 서로 같은 형상으로 형성되고, 제2 듀얼셀 타입 분리판(120)의 한 쌍의 제2 금속판(50)이 서로 같은 형상으로 형성된다. 따라서, 스탬핑(stamping) 가공을 통해 제1 및 제2 금속판(10, 50)을 생산하기 위한 프레스 금형의 설계 및 제작에 투입되는 비용이 절감되고, 이를 통해 연료전지 스택 및 연료전지의 제조 비용이 절감된다. In addition, in the dual cell type separation plate assembly 100, a pair of first metal plates 10 of the first dual cell type separation plate 110 are formed in the same shape, and the second dual cell type separation plate 120 ) Of a pair of second metal plates 50 are formed in the same shape. Therefore, the cost of designing and manufacturing the press mold for producing the first and second metal plates 10 and 50 through stamping processing is reduced, thereby reducing the manufacturing cost of the fuel cell stack and the fuel cell. Savings.

또한, 상기 제1 및 제2 듀얼셀 타입 분리판(110, 120)에서, 제1 및 제2 가스켓(111, 121)이 각각 한 쌍의 제1 금속판(10) 및 한 쌍의 제2 금속판(50)을 연결하며 상기 한 쌍의 제1 금속판(10) 및 한 쌍의 제2 금속판(50)에 일체로 접합된다. 그러므로, 상기 제1 및 제2 가스켓(111, 121)을 제1 및 제2 금속판(10, 50)의 삽입 사출 성형에 의해 형성한다고 가정할 때, 각각의 금속판에 개별적으로 가스켓이 접합되는 경우와 비교하여, 총 사출 회수, 즉 사출 성형 금형의 형합 및 형개 회수가 1/2로 감소한다. 또한, 제1 가스켓(111)에 의해 한 쌍의 제1 금속판(10)이 하나의 개체로 연결되고 제2 가스켓(121)에 의해 한 쌍의 제2 금속판(50)이 하나의 개체로 연결되므로, 듀얼셀 타입 연료전지 스택을 적층할 때 금속판(10, 50)의 적층 회수가 1/2로 감소한다. 결과적으로, 연료전지 스택 및 연료전지의 생산성이 향상되고, 제조 비용이 절감된다.In addition, in the first and second dual cell type separating plates 110 and 120, the first and second gaskets 111 and 121 are respectively provided with a pair of first metal plates 10 and a pair of second metal plates ( 50) and integrally bonded to the pair of first metal plates 10 and the pair of second metal plates 50. Therefore, assuming that the first and second gaskets 111 and 121 are formed by injection molding of the first and second metal plates 10 and 50, the case where the gaskets are individually bonded to each metal plate and In comparison, the total number of injections, that is, the number of molds and mold openings of the injection molding mold is reduced by half. In addition, since a pair of first metal plates 10 are connected to one entity by the first gasket 111 and a pair of second metal plates 50 are connected to one entity by the second gasket 121 , When stacking the dual cell type fuel cell stack, the number of stacking of the metal plates 10 and 50 is reduced by 1/2. As a result, productivity of the fuel cell stack and the fuel cell is improved, and manufacturing cost is reduced.

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. The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

10,50: 금속판 15,55: 반응 영역
20,60: 채널 30,70: 수소 매니폴드 영역
35,38,75,78: 공기 매니폴드 영역 41,43,81,83: 냉각수 매니폴드 영역
45,85: 접합 보조 통공 47,87: 가스켓 정렬 통공
100: 듀얼셀 타입 분리판 조립체 111, 121: 가스켓
10,50: metal plate 15,55: reaction zone
20,60: channels 30,70: hydrogen manifold area
35,38,75,78: air manifold area 41,43,81,83: coolant manifold area
45,85: joint auxiliary hole 47,87: gasket alignment hole
100: dual cell type separator assembly 111, 121: gasket

Claims (6)

서로 일체로 형성된 제1 금속판 및 제2 금속판으로 이루어진 금속판쌍을 구비하고,
상기 제1, 2 금속판에는, 각각 수평 일측에 복수의 수소 덴트와, 복수의 냉각수 덴트가 형성되고, 상측과 하측에 복수의 공기 통공이 형성되고,
상기 제1 금속판의 복수의 수소 덴트는 제2 금속판의 복수의 수소 덴트와 일대일 대응하여 접하여서 수소 통공을 이루고, 상기 제1 금속판의 냉각수 덴트는 제2 금속판의 냉각수 덴트와 일대일 대응 접하여서 냉각수 통공을 이루고,
상기 상측 공기 통공과 하측 공기 통공으로 각각 같은 거리로 이격된 가상의 중앙선을 중심으로 대칭되는 형상을 하는 것을 특징으로 하는 듀얼셀 타입 분리판.
A pair of metal plates made of a first metal plate and a second metal plate integrally formed with each other,
In the first and second metal plates, a plurality of hydrogen dents and a plurality of cooling water dents are formed on one horizontal side, respectively, and a plurality of air through holes are formed on the upper and lower sides,
The plurality of hydrogen dents of the first metal plate are in contact with the plurality of hydrogen dents of the second metal plate in a one-to-one correspondence to form a hydrogen through hole, and the cooling water dent of the first metal plate is in contact with the cooling water dent of the second metal plate in a one-to-one correspondence with the cooling water dent. To achieve,
The dual-cell type separation plate, characterized in that the upper and lower air through holes have a shape symmetrical around an imaginary center line spaced by the same distance, respectively.
제1 항에 있어서,
상기 제1, 2 금속판 각각은:
상기 금속판의 중앙부에 배치된 반응 영역; 상기 금속판의 4개의 모서리(edge) 중 하나의 모서리에서 상기 금속판의 내측으로 파여진 복수의 수소 덴트(hydrogen dent)를 구비한 하나의 수소 매니폴드(manifold) 영역; 상기 복수의 수소 덴트가 형성된 하나의 모서리를 제외한 금속판의 3개의 모서리 중 서로 등진 한 쌍의 모서리에 가까운 영역으로서, 공기가 통과하는 복수의 공기 통공을 구비한 제1 및 제2 공기 매니폴드(manifold) 영역; 및, 상기 복수의 수소 덴트가 형성된 금속판의 모서리의 양 단부에서 상기 금속판의 내측으로 파여진 복수의 냉각수 덴트(dent)를 구비한 제1 및 제2 냉각수 매니폴드 영역;을 구비하고,
상기 반응 영역의 일 측면은 수소 가스(hydrogen gas)가 흐르는 수소 유동 표면이고, 상기 반응 영역의 타 측면은 냉각수가 흐르는 냉각수 유동 표면이며,
상기 수소 유동 표면에는 수소 가스가 유동하도록 지그재그 경로를 따라 연장되고 요철(凹凸) 형상의 단면을 갖는 복수의 수소 채널(channel)이 형성된 것을 특징으로 하는 듀얼셀 타입 분리판.
The method of claim 1,
Each of the first and second metal plates:
A reaction region disposed in the center of the metal plate; A hydrogen manifold region including a plurality of hydrogen dents drilled from one of the four edges of the metal plate to the inside of the metal plate; The first and second air manifolds having a plurality of air through holes through which air passes as an area close to a pair of corners of the metal plate excluding one corner on which the plurality of hydrogen dents are formed. ) Area; And, first and second cooling water manifold regions having a plurality of cooling water dents dug into the inside of the metal plate at both ends of the edges of the metal plate on which the plurality of hydrogen dents are formed, and
One side of the reaction zone is a hydrogen flow surface through which hydrogen gas flows, and the other side of the reaction zone is a cooling water flow surface through which cooling water flows,
A dual-cell type separation plate, characterized in that a plurality of hydrogen channels extending along a zigzag path and having an uneven cross-section are formed on the hydrogen flow surface so that hydrogen gas flows.
제2 항에 있어서,
상기 복수의 수소 채널은 각각, 상기 수소 매니폴드 영역에서 멀어지는 방향으로 흐르도록 수소 가스의 흐름을 유도하는 한 쌍의 순행(順行) 유로부와, 상기 수소 매니폴드 영역에 가까워지는 방향으로 흐르도록 수소 가스의 흐름을 유도하는 한 쌍의 역행(逆行) 유로부를 구비하고,
상기 한 쌍의 순행 유로부와 한 쌍의 역행 유로부는, 서로 평행하게 연장되고 교번하여 배치된 것을 특징으로 하는 듀얼셀 타입 분리판.
The method of claim 2,
Each of the plurality of hydrogen channels includes a pair of forward flow path portions for inducing a flow of hydrogen gas so as to flow in a direction away from the hydrogen manifold region, and flow in a direction closer to the hydrogen manifold region. It has a pair of reverse flow paths for inducing the flow of hydrogen gas,
The pair of forward flow path portions and the pair of reverse flow path portions extend parallel to each other and are arranged alternately.
제1 항에 있어서,
상기 제1, 2 금속판 각각은:
상기 금속판의 중앙부에 배치된 반응 영역; 상기 금속판의 4개의 모서리(edge) 중 하나의 모서리에서 상기 금속판의 내측으로 파여진 복수의 수소 덴트(hydrogen dent)를 구비한 하나의 수소 매니폴드(manifold) 영역; 상기 복수의 수소 덴트가 형성된 하나의 모서리를 제외한 금속판의 3개의 모서리 중 서로 등진 한 쌍의 모서리에 가까운 영역으로서, 공기가 통과하는 복수의 공기 통공을 구비한 제1 및 제2 공기 매니폴드(manifold) 영역; 및, 상기 복수의 수소 덴트가 형성된 금속판의 모서리의 양 단부에서 상기 금속판의 내측으로 파여진 복수의 냉각수 덴트(dent)를 구비한 제1 및 제2 냉각수 매니폴드 영역;을 구비하고,
상기 반응 영역의 일 측면은 공기가 흐르는 공기 유동 표면이고, 상기 반응 영역의 타 측면은 냉각수가 흐르는 냉각수 유동 표면이며,
상기 공기 유동 표면에는 공기가 유동하도록 일직선 경로를 따라 연장되고 요철(凹凸) 형상의 단면을 갖는 복수의 공기 채널(channel)이 형성된 것을 특징으로 하는 듀얼셀 타입 분리판.
The method of claim 1,
Each of the first and second metal plates:
A reaction region disposed in the center of the metal plate; A hydrogen manifold region including a plurality of hydrogen dents drilled from one of the four edges of the metal plate to the inside of the metal plate; The first and second air manifolds having a plurality of air through holes through which air passes as an area close to a pair of corners of the metal plate excluding one corner on which the plurality of hydrogen dents are formed. ) Area; And, first and second cooling water manifold regions having a plurality of cooling water dents dug into the inside of the metal plate at both ends of the edges of the metal plate on which the plurality of hydrogen dents are formed, and
One side of the reaction zone is an air flow surface through which air flows, the other side of the reaction zone is a cooling water flow surface through which coolant flows,
A dual cell type separator, characterized in that a plurality of air channels extending along a straight path and having an uneven cross-section are formed on the air flow surface to allow air to flow.
제2항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1, 2 금속판은 각각, 대응되는 복수의 수소 덴트 및 복수의 냉각수 덴트가 일대일로 연결되어 복수의 수소 통공 및 복수의 냉각수 통공이 형성되도록 서로 마주보며 하나의 평면에 대칭되게 배치되고,
상기 복수의 수소 통공 중 일부의 수소 통공은 상기 반응 영역으로 공급되는 수소 가스가 통과하는 수소 공급용 통공이고, 나머지의 수소 통공은 상기 반응 영역에서 배출된 수소 가스가 통과하는 수소 배출용 통공이고,
상기 제1 및 제2 공기 매니폴드 영역 중 하나의 공기 매니폴드 영역에 구비된 공기 통공은 상기 반응 영역으로 공급되는 공기가 통과하는 공기 공급용 통공이고, 다른 하나의 공기 매니폴드 영역에 구비된 공기 통공은 상기 반응 영역에서 배출된 공기가 통과하는 공기 배출용 통공이고,
상기 복수의 냉각수 통공 중 일 측에 배치된 냉각수 통공은 상기 반응 영역으로 공급되는 냉각수가 통과하는 냉각수 공급용 통공이고, 타 측에 배치된 냉각수 통공은 서로 마주보는 금속판 모서리의 양 단부 중 일 측 단부에 형성되는 모든 냉각수 통공은 상기 반응 영역에서 배출된 냉각수가 통과하는 냉각수 배출용 통공인 것을 특징으로 하는 듀얼셀 타입 분리판.
The method according to claim 2 or 4,
The first and second metal plates face each other so that a plurality of corresponding hydrogen dents and a plurality of cooling water dents are connected one-to-one to form a plurality of hydrogen through holes and a plurality of cooling water through holes, respectively, and are disposed symmetrically on one plane,
Some hydrogen through holes among the plurality of hydrogen through holes are through holes for supplying hydrogen through which hydrogen gas supplied to the reaction zone passes, and the remaining through holes are through holes for discharging hydrogen through which hydrogen gas discharged from the reaction zone passes,
An air through hole provided in one of the first and second air manifold regions is an air through hole through which air supplied to the reaction region passes, and air provided in the other air manifold region The through hole is an air discharge hole through which the air discharged from the reaction region passes,
Among the plurality of cooling water through holes, a cooling water through hole disposed on one side is a cooling water supply through hole through which the cooling water supplied to the reaction zone passes, and the cooling water through hole disposed on the other side is one end of both ends of the corners of the metal plates facing each other. All cooling water through holes formed in the dual cell type separator, characterized in that the cooling water discharge holes through which the cooling water discharged from the reaction region passes.
제5 항에 있어서,
상기 한 쌍의 금속판의 서로 마주보는 모서리가 고무 소재에 의해 연결되어 상기 복수의 수소 통공 및 복수의 냉각수 통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼셀 타입 분리판.
The method of claim 5,
The dual cell type separation plate, characterized in that the plurality of hydrogen through holes and the plurality of cooling water through holes are formed by connecting edges of the pair of metal plates facing each other by a rubber material.
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