KR102217884B1 - Cooling Channel Improvement type Fuel Cell Separator having and Fuel Cell Stack thereby - Google Patents

Cooling Channel Improvement type Fuel Cell Separator having and Fuel Cell Stack thereby Download PDF

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노형철
박현영
서호철
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세종공업 주식회사
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Abstract

A fuel cell separation plate (1) applied to a fuel cell stack (100) of the present invention comprises: a front surface sealing member (10-1) which is divided into a front surface (A) and a rear surface (B) having a left manifold (2-1) and a right manifold (2-2) using a middle section as a channel flow path (8), and guides the flow of a coolant from the left manifold (2-1) to the right manifold (2-2) in a coolant passage (7) of the front surface (A); and a rear surface sealing member (10-2) which blocks the coolant flow with respect to each of the left manifold (2-1) and the right manifold (2-2) in the coolant passage (7) of the rear surface (B). The structure of the sealing member (10) is differently applied to the front surface (A) and the rear surface (B) of the fuel cell separation plate (1). Thus, even in compression deformation under stack clamping pressure, the function of maintaining a coolant flow to the front surface (A) where the coolant flow is formed and blocking a leakage to the rear surface (B) where the coolant flow is blocked is greatly improved.

Description

냉각 유로 개선형 연료전지 분리판 및 연료전지스택{Cooling Channel Improvement type Fuel Cell Separator having and Fuel Cell Stack thereby}Cooling Channel Improvement type Fuel Cell Separator having and Fuel Cell Stack thereby}

본 발명은 연료전지 분리판에 관한 것으로, 특히 분리판의 앞면과 뒷면에 대한 시일부재 적용 구조를 달리함으로써 냉각수 흐름 및 차단 성능이 개선된 연료전지 분리판이 적용된 연료전지스택에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell separating plate, and more particularly, to a fuel cell stack to which a fuel cell separating plate having improved coolant flow and blocking performance by varying the structure of applying a seal member to the front and rear surfaces of the separating plate is applied.

일반적으로 연료전지자동차에 사용되는 연료전지스택은 수소와 산소를 전기화학적으로 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시킴으로써 자동차의 동력을 생성한다.In general, fuel cell stacks used in fuel cell vehicles generate electric power while generating water by electrochemically reacting hydrogen and oxygen.

이를 위해 상기 연료전지스택은 주요 구성 부품으로 전극막 접합체(Membrane-Electrode Assembly)와 가스확산층(Gas Diffusion Layer), 연료전지 분리판, 개스킷 및 시일부재로 이루어진 단위 셀을 포함한다.To this end, the fuel cell stack includes a unit cell consisting of a Membrane-Electrode Assembly, a gas diffusion layer, a fuel cell separator, a gasket, and a seal member as major components.

구체적으로 상기 전극막 접합체(MEA)는 고분자 전해질막의 양쪽면에 촉매층이 도포된 형태로 구성되어 연료전지스택의 가장 중심부에 위치하고, 상기 가스확산층(GDL)은 전극막 접합체 바깥부분에 위치하며, 상기 연료전지 분리판은 채널 유로(Flow Field)를 형성하여 가스 확산층의 바깥부분으로 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하고, 상기 개스킷은 연료전지 분리판의 테두리에 덧대어져 수소/공기/냉각수의 흐름 각각이 독립적으로 이루어지도록 실링을 형성해 주며, 상기 시일부재는 복수개로 적층된 연료전지 분리판을 흐르는 냉각수 흐름 유지와 함께 누수를 차단시켜 준다.Specifically, the electrode membrane assembly (MEA) is configured in a form in which catalyst layers are applied on both sides of the polymer electrolyte membrane and is located at the center of the fuel cell stack, and the gas diffusion layer (GDL) is located outside the electrode membrane assembly, and the The fuel cell separating plate forms a flow field to supply fuel to the outside of the gas diffusion layer and discharge water generated by the reaction, and the gasket is attached to the edge of the fuel cell separating plate to provide hydrogen/air/ Seals are formed so that each flow of cooling water is independently made, and the sealing member blocks water leakage while maintaining a flow of cooling water flowing through a plurality of stacked fuel cell separators.

그러므로 1장의 전극막 접합체, 2장의 가스 확산층, 2장의 연료전지 분리판, 다수의 개스킷 및 다수의 시일부재는 단위 셀을 이루는 구성단위로 취급된다.Therefore, one electrode membrane assembly, two gas diffusion layers, two fuel cell separators, a plurality of gaskets and a plurality of sealing members are treated as constituent units constituting a unit cell.

따라서 상기 연료전지 스택은 각 단위 셀을 수십개에서 수백개 적층함으로써 원하는 규모의 출력을 확보할 수 있도록 구성된다.Accordingly, the fuel cell stack is configured to secure output of a desired scale by stacking tens to hundreds of each unit cell.

국내등록특허 10-1491349(2015년02월02일)Domestic registered patent 10-1491349 (February 02, 2015)

하지만, 상기 연료전지 스택은 수백개로 적층된 연료전지 분리판을 체결하기 위해 강한 체결압을 가해 주어야 함으로써 시일부재가 분리판 적층으로 인해 압착 변형될 수밖에 없다.However, in the fuel cell stack, a strong fastening pressure must be applied to fasten the fuel cell separators stacked in hundreds, so that the sealing member is compressed and deformed due to the stacking of the separators.

특히 시일부재의 압착 변형 과정은 연료전지 분리판에 형성된 채널 유로를 좁혀줌으로써 기밀 성능을 확보함에 반해 수소와 공기 및 냉각수의 흐름 성능 저하로 발전 될 수 있다.Particularly, the process of compressing and deforming the seal member can be developed by reducing the flow performance of hydrogen, air, and cooling water while securing airtight performance by narrowing the channel flow path formed in the fuel cell separator.

통상 연료전지 분리판과 가스 확산층 사이에 위치되는 별도의 지지부재는 시일부재에서 발생되는 과도한 압착 변형에 의한 채널 유로 축소를 어느 정도 방지하여 주나 가스 확산층에 대한 간섭으로 채널 유로를 복잡하게 하면서 채널 유로의 압력 손실도 발생 되는 단점도 존재한다.In general, a separate support member located between the fuel cell separation plate and the gas diffusion layer prevents the channel flow path from shrinking due to excessive compression deformation occurring in the sealing member, thereby complicating the channel flow path due to interference with the main or gas diffusion layer. There is also a disadvantage in that the pressure loss is also generated.

그러므로 상기 연료전지 스택은 스택 조립 후 시일부재가 냉각수 공급 성능 및 기밀성능을 설계안대로 유지할 수 있는 특성이 매우 중요하고, 이를 위해 시일부재를 연료전지 분리판의 채널 유로에 최적화하고자 하는 기술 개발이 크게 요구되고 있다.Therefore, in the fuel cell stack, it is very important that the sealing member maintains the cooling water supply performance and airtightness performance as designed after stack assembly, and for this purpose, the development of technology to optimize the sealing member to the channel flow path of the fuel cell separator has been greatly increased. Is required.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 연료전지 분리판의 앞면과 뒷면에 대한 시일부재 적용 구조를 달리하고, 특히 수백개로 적층된 분리판에 가해지는 스택 체결압을 받는 시일부재의 압착 변형에서도 냉각수 흐름 면(예, 앞면)에 대한 냉각수 흐름 유지와 냉각수 미 흐름 면(예, 뒷면)에 대한 누수 차단에 대한 기능이 크게 개선되는 냉각 유로 개선형 연료전지 분리판 및 연료전지스택의 제공에 목적이 있다.Therefore, the present invention in consideration of the above points differs in the structure of applying the seal member to the front and rear surfaces of the fuel cell separator, and in particular, the cooling water in the compression deformation of the seal member receiving the stack fastening pressure applied to the stacked separator plate The purpose is to provide a fuel cell separator and fuel cell stack with improved cooling channels that greatly improves the function of maintaining coolant flow to the flow side (eg, the front side) and blocking water leakage to the non-cooling side (eg, the rear side). have.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지 분리판은 냉각수 통로가 천공된 앞면과 뒷면으로 구분되고, 상기 냉각수 통로를 나오는 냉각수를 안내하여 상기 앞면에서 냉각수 흐름이 형성되도록 하는 반면 상기 냉각수 통로를 나오는 냉각수를 차단하여 상기 뒷면에서 냉각수 흐름이 형성되지 않도록 하는 시일 부재가 포함되는 것을 특징으로 한다.The fuel cell separating plate of the present invention for achieving the above object is divided into a front surface and a rear surface in which the cooling water passage is perforated, and guides the cooling water exiting the cooling water passage so that the cooling water flow is formed in the front surface, whereas the cooling water passage It is characterized in that it comprises a sealing member that blocks the cooling water coming out to prevent the flow of cooling water from being formed from the back side.

바람직한 실시예로서, 상기 시일 부재는 수소와 공기 및 냉각수가 흐르는 채널 유로의 좌측을 이루는 좌 매니폴드와 우측을 이루는 우 매니폴드에 각각 적용된다.In a preferred embodiment, the sealing member is applied to a left manifold forming a left side of a channel flow path through which hydrogen, air, and cooling water flow and a right manifold forming a right side, respectively.

바람직한 실시예로서, 상기 시일 부재는 상기 좌 매니폴드에서 상기 냉각수 통로와 연계된 앞면 시일부재, 상기 우 매니폴드에서 상기 냉각수 통로와 연계된 뒷면 시일부재로 구분된다.In a preferred embodiment, the seal member is divided into a front seal member connected to the cooling water passage in the left manifold, and a rear seal member connected to the cooling water passage in the right manifold.

바람직한 실시예로서, 상기 앞면 시일부재는 상기 좌 매니폴드에서 상기 냉각수 통로와 연결된 냉각수 가이드 부에 위치되고, 상기 냉각수 가이드 부가 형성하는 유로 흐름 방향과 동일한 방향으로 배열된다.In a preferred embodiment, the front sealing member is located in a cooling water guide part connected to the cooling water passage in the left manifold, and is arranged in the same direction as a flow direction formed by the cooling water guide part.

바람직한 실시예로서, 상기 앞면 시일부재는 상기 냉각수 가이드 부의 폭보다 좁은 폭 크기를 갖는 직선 막대 형상으로 이루어지고, 2개를 한 쌍으로 하여 상기 냉각수 가이드 부에 서로 간격을 두고 배열된다.In a preferred embodiment, the front sealing member is formed in a shape of a straight rod having a width narrower than that of the cooling water guide part, and two are arranged in a pair to be spaced apart from each other in the cooling water guide part.

바람직한 실시예로서, 상기 뒷면 시일부재는 상기 우 매니폴드에서 상기 냉각수 통로와 연결된 냉각수 가이드 부에 위치되고, 상기 냉각수 가이드 부가 형성하는 유로 흐름 방향에 직각 방향으로 배열된다.In a preferred embodiment, the rear seal member is located in a cooling water guide part connected to the cooling water passage in the right manifold, and is arranged in a direction perpendicular to a flow direction of a flow path formed by the cooling water guide part.

바람직한 실시예로서, 상기 뒷면 시일부재는 상기 냉각수 가이드 부의 폭과 동일한 길이를 갖는 직선 막대 형상으로 이루어지고, 2개를 한 쌍으로 하여 상기 냉각수 가이드 부에 서로 간격을 두고 배열된다.In a preferred embodiment, the rear sealing member is formed in a shape of a straight rod having a length equal to the width of the cooling water guide part, and two are arranged in a pair to be spaced apart from each other in the cooling water guide part.

바람직한 실시예로서, 상기 냉각수 통로는 중간 구간을 채널 유로로 하는 좌 매니폴드와 우 매니폴드의 각각에 형성되고, 상기 좌 매니폴드에서 상기 우 매니폴드의 각각에는 상기 냉각수 통로를 중앙 구간으로 하여 수소 통로와 공기 통로가 형성된다.In a preferred embodiment, the cooling water passage is formed in each of the left manifold and the right manifold with the middle section as a channel flow path, and the cooling water passage is used as a central section in each of the left manifold and the right manifold. A passage and an air passage are formed.

바람직한 실시예로서, 상기 좌 매니폴드와 상기 채널 유로 및 상기 우 매니폴드는 개스킷 테두리로 에워싸인다.In a preferred embodiment, the left manifold, the channel flow path, and the right manifold are surrounded by a gasket rim.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지스택은 중간 구간을 채널 유로로 하는 좌 매니폴드와 우 매니폴드가 형성된 앞면과 뒷면으로 구분되고, 상기 앞면의 냉각수 통로에서 상기 좌 매니폴드에서 상기 우 매니폴드로 냉각수 흐름을 안내해 주는 앞면 시일부재 및 상기 뒷면의 냉각수 통로에서 상기 좌 매니폴드와 상기 우 매니폴드의 각각에 대한 냉각수 흐름을 차단해 주는 뒷면 시일부재가 구비된 연료전지 분리판; 상기 연료전지 분리판이 적용되어 출력을 발생하는 단위 셀이 포함된 것을 특징으로 한다.And the fuel cell stack of the present invention for achieving the above object is divided into a left manifold having an intermediate section as a channel flow path and a front surface and a rear surface of the right manifold, and in the left manifold in the cooling water passage of the front surface. A fuel cell separating plate having a front seal member for guiding the flow of coolant to the right manifold and a rear seal member for blocking the flow of coolant to each of the left manifold and the right manifold in the coolant passage at the rear side; The fuel cell separation plate is applied and a unit cell generating output is included.

바람직한 실시예로서, 상기 단위 셀에는 상기 연료전지 분리판과 함께 전극막 접합체와 가스 확산층 및 개스킷이 포함된다.In a preferred embodiment, the unit cell includes an electrode membrane assembly, a gas diffusion layer, and a gasket together with the fuel cell separator.

바람직한 실시예로서, 상기 개스킷은 상기 좌 매니폴드와 상기 채널 유로 및 상기 우 매니폴드를 에워싸는 개스킷 테두리에 끼워진다.In a preferred embodiment, the gasket is fitted into the left manifold, the channel flow path, and the gasket rim surrounding the right manifold.

바람직한 실시예로서, 상기 연료전지 분리판은 상/하부 연료전지 분리판으로 구분되어 상기 가스 확산층의 바깥부분으로 적층되고, 상기 전극막 접합체는 고분자 전해질막의 양쪽면에 촉매층이 도포되어 연료전지스택의 중심부에 위치하며, 상기 가스 확산층은 상/하부 가스 확산층으로 구분되어 상기 전극막 접합체의 바깥부분으로 위치되고, 상기 개스킷은 상기 상/하부 연료전지 분리판의 각각에 위치된다.In a preferred embodiment, the fuel cell separating plate is divided into upper/lower fuel cell separating plates and laminated to the outer portion of the gas diffusion layer, and the electrode membrane assembly is formed by coating catalyst layers on both sides of the polymer electrolyte membrane. Located in the center, the gas diffusion layer is divided into upper/lower gas diffusion layers and positioned outside the electrode membrane assembly, and the gasket is positioned on each of the upper/lower fuel cell separation plates.

이러한 본 발명의 연료전지스택에 적용된 연료전지 분리판은 냉각 유로를 개선함으로써 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.The fuel cell separator applied to the fuel cell stack of the present invention implements the following functions and effects by improving the cooling flow path.

첫째, 연료전지 분리판의 냉각수 입출구 역할을 수행하는 가이드부에 시일부재를 보강재로 적용함으로써 스택 적층 시 분리판 내 가이드부의 변형을 방지하고, 특히 별도의 지지부재에 의한 기존 방식의 채널 유로 복잡화 및 채널 유로 압력 손실을 완전히 해소할 수 있다.First, by applying a sealing member as a reinforcing material to the guide portion that serves as the cooling water inlet and outlet of the fuel cell separation plate, deformation of the guide portion in the separation plate is prevented when stacking, and in particular, the channel flow path of the conventional method by a separate support member is complicated and Channel channel pressure loss can be completely eliminated.

둘째, 시일부재가 냉각수가 공급되는 앞면과 냉각수가 공급되지 않는 뒷면에 대한 시일부재 구조를 달리함으로써 냉각수 입/출구 가이드부 앞면과 뒷면에서 요구되는 냉각수 흐름 유지와 냉각수 누수 차단을 모두 만족할 수 있다.Second, it is possible to satisfy both the maintenance of the cooling water flow and the blocking of the cooling water leakage required from the front and rear surfaces of the cooling water inlet/outlet guide by different sealing member structures for the front surface where the cooling water is supplied and the rear surface where the cooling water is not supplied.

셋째, 냉각수가 공급되는 앞면의 시일부재를 세로방향(유로 흐름 방향)으로 하는 반면 냉각수가 공급되지 않는 뒷면의 시일부재를 가로방향(유로 직각 방향)으로 하여 가이드부의 압착을 더 효율적으로 방지할 수 있다.Third, the sealing member on the front side to which cooling water is supplied is in the vertical direction (the flow direction), while the sealing member on the rear side where the cooling water is not supplied is in the transverse direction (the direction of the flow path), the compression of the guide can be more efficiently prevented. have.

넷째, 연료전지스택이 상하 방향 이격 형상의 시일부재가 적용된 연료전지 분리판을 사용함으로써 분리판에 형성된 냉각유로 가이드부의 압착 방지에 유리하고, 특히 상하 방향으로 이격된 시일부재를 분리판의 냉각유로 가이드부에 설치함으로써 수백개로 적층된 분리판에 가해지는 스택 체결압으로 인한 냉각유로 내 형상 변형 방지로 원활한 냉각수 공급이 유지될 수 있다.Fourth, the fuel cell stack is advantageous in preventing compression of the guide part with the cooling flow formed on the separation plate by using the fuel cell separation plate with the sealing member in the vertical direction. In particular, the sealing member separated in the vertical direction is used as the cooling flow channel of the separation plate. By installing on the guide unit, a smooth supply of cooling water can be maintained by preventing deformation of the shape of the cooling passage due to the stacking pressure applied to the stacked separating plates.

도 1은 본 발명에 따른 냉각 유로 개선형 연료전지 분리판의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 냉각 유로 개선형 연료전지 분리판의 냉각수/수소/공기 매니폴드 레이아웃 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 냉각 유로 개선형 연료전지 분리판이 적용된 연료전지스택의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연료전지스택에서 상부 연료전지 분리판의 냉각수 흐름 및 수소 흐름 상태이다.1 is a configuration diagram of a cooling channel improved fuel cell separation plate according to the present invention, FIG. 2 is an example of a cooling water/hydrogen/air manifold layout of a cooling channel improved fuel cell separation plate according to the present invention, and FIG. 3 is A configuration diagram of a fuel cell stack to which a cooling channel improved fuel cell separator according to the present invention is applied, and FIG. 4 is a flow of cooling water and hydrogen flow of the upper fuel cell separator in the fuel cell stack according to the present invention.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying illustrative drawings, and such embodiments are described herein as examples because those of ordinary skill in the art may be implemented in various different forms. It is not limited to this embodiment.

도 1을 참조하면, 연료전지 분리판(1)은 분리판 앞면(A)과 분리판 뒷면(B)의 각각으로 냉각수 통로(7)와 연계된 시일부재(10)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the fuel cell separating plate 1 includes a sealing member 10 connected to a cooling water passage 7 on a front surface A of the separating plate and a rear surface B of the separating plate.

일례로 상기 시일부재(10)는 채널 유로(8)의 한쪽부위(즉. 좌측부위)에 형성된 좌 매니폴드(2-1)와 반대쪽부위(즉. 우측부위)에 형성된 우 매니폴드(2-2)의 각각으로 적용되고, 분리판 앞면(A)의 시일부재 형상과 분리판 뒷면(B)의 시일부재 형상을 달리 적용함으로써 연료전지 분리판(1)이 단위 셀(도 3 참조)로 구성되어 스택으로 체결 시 분리판 앞면(A)에서 냉각수 통로(7)의 냉각수 흐름을 유지하면서도 분리판 뒷면(B)에서 냉각수 통로(7)의 냉각수 흐름을 차단하여 준다.For example, the sealing member 10 is a left manifold 2-1 formed on one side (ie, left side) of the channel flow path 8 and a right manifold 2-formed on the opposite side (ie, right side) of the channel flow path 8. 2), and the fuel cell separation plate 1 is composed of a unit cell (see Fig. 3) by differently applying the sealing member shape of the front surface (A) of the separation plate and the sealing member shape of the rear surface (B) of the separation plate. Thus, when fastened to a stack, the cooling water flow of the cooling water passage 7 is maintained from the front surface of the separating plate (A), while the cooling water flow of the cooling water passage 7 is blocked from the rear surface of the separating plate (B).

그러므로 상기 연료전지 분리판(1)은 냉각 유로 개선형 연료전지 분리판(1)으로 특징 된다.Therefore, the fuel cell separating plate 1 is characterized as a fuel cell separating plate 1 of an improved cooling channel.

구체적으로 상기 시일부재(10)는 연료전지 분리판(1)의 앞면 시일부재(10-1)와 연료전지 분리판(1)의 뒷면 시일부재(10-2)로 구분되고, 상기 앞면 시일부재(10-1)와 상기 뒷면 시일부재(10-2)의 각각은 냉각수 통로(7)의 냉각수 가이드 부(7-1)에 구비된다.Specifically, the sealing member 10 is divided into a front sealing member 10-1 of the fuel cell separation plate 1 and a rear sealing member 10-2 of the fuel cell separation plate 1, and the front sealing member Each of the (10-1) and the rear sealing member (10-2) is provided in the cooling water guide portion (7-1) of the cooling water passage (7).

특히 상기 냉각수 통로(7)는 냉각수가 나오거나 들어가는 천공 형상부와 함께 냉각수 흐름을 안내 해주는 직선 홈의 냉각수 가이드 부(7-1)를 형성하여 전체적으로 깔대기 형상으로 이루어진다.In particular, the cooling water passage 7 is formed in a funnel shape as a whole by forming a cooling water guide part 7-1 of a straight groove that guides the flow of cooling water together with a perforated part through which cooling water comes out or enters.

일례로 상기 앞면 시일부재(10-1)는 입구 흐름 부재(11)와 출구 흐름 부재(13)로 구성되고, 좌 매니폴드(2-1)와 우 매니폴드(2-2)의 각각에 동일한 위치로 배열된다.For example, the front seal member 10-1 is composed of an inlet flow member 11 and an outlet flow member 13, and is the same for each of the left manifold 2-1 and the right manifold 2-2. Are arranged in position.

특히 레이아웃 측면에서, 상기 입구 흐름 부재(11)는 냉각수 가이드 부(7-1)에서 냉각수 통로(7)쪽에 인접되며, 상기 출구 흐름 부재(13)는 입구 흐름 부재(11)와 간격을 두고 냉각수 가이드 부(7-1)에서 채널 유로(8)쪽에 인접된다.In particular, in terms of layout, the inlet flow member 11 is adjacent to the cooling water passage 7 in the cooling water guide part 7-1, and the outlet flow member 13 is spaced apart from the inlet flow member 11 It is adjacent to the channel flow path 8 side in the guide part 7-1.

또한, 형상 측면에서, 상기 입구 흐름 부재(11)와 상기 출구 흐름 부재(13)의 각각은 소정 길이와 폭 넓이로 직선 막대 형상을 이루고, 상기 직선 막대 형상은 가이드 부(7-1)의 길이 대비 1/10~2/10 길이 또는 폭 넓이와 동일한 길이 및 냉각수 가이드 부(7-1)의 폭 넓이 대비 1/5~2/5 두께로 형성된다, 특히 상기 직선 막대 형상의 두께는 스택 체결의 체결 압에 따른 압착 변형으로 눌려진 상태에서 서로 포개진 2개의 연료전지 분리판(1-1,1-2)(도 3 참조)의 사이에서 면 접촉될 수 있도록 형성된다.In addition, in terms of shape, each of the inlet flow member 11 and the outlet flow member 13 forms a straight rod shape with a predetermined length and width, and the straight rod shape is the length of the guide part 7-1 It is formed to be 1/10 to 2/10 of the length or the same length as the width and 1/5 to 2/5 of the width of the cooling water guide part (7-1). In particular, the thickness of the straight bar is stacked It is formed to be in surface contact between the two fuel cell separation plates 1-1 and 1-2 (see FIG. 3) overlapped with each other in a pressed state due to compression deformation according to the fastening pressure of.

그러므로 상기 입구 흐름 부재(11)와 상기 출구 흐름 부재(13)의 각각은 냉각수 가이드 부(7-1)의 세로방향(즉, 유로 흐름 방향)으로 배열됨으로써 냉각수 유로를 막지 않고 냉각수가 공급될 수 있도록 작용한다.Therefore, each of the inlet flow member 11 and the outlet flow member 13 is arranged in the longitudinal direction of the cooling water guide part 7-1 (that is, in the flow direction), so that the cooling water can be supplied without blocking the cooling water flow path. So it works.

일례로 상기 뒷면 시일부재(10-2)는 입구 차단 부재(15)와 출구 차단 부재(17)로 구성되고, 좌 매니폴드(2-1)와 우 매니폴드(2-2)의 각각에 동일한 위치로 배열된다.As an example, the rear seal member 10-2 is composed of an inlet blocking member 15 and an outlet blocking member 17, and is identical to each of the left manifold 2-1 and the right manifold 2-2. Are arranged in position.

특히 레이아웃 측면에서, 상기 입구 차단 부재(15)는 냉각수 가이드 부(7-1)에서 냉각수 통로(7)쪽에 인접되며, 상기 출구 차단 부재(17)는 입구 차단 부재(15)와 간격을 두고 냉각수 가이드 부(7-1)에서 채널 유로(8)쪽에 인접된다.In particular, in terms of layout, the inlet blocking member 15 is adjacent to the cooling water passage 7 in the cooling water guide part 7-1, and the outlet blocking member 17 is spaced apart from the inlet blocking member 15 It is adjacent to the channel flow path 8 side in the guide part 7-1.

또한, 형상 측면에서, 상기 입구 차단 부재(15)와 상기 출구 차단 부재(17)의 각각은 소정 길이와 폭 넓이로 직선 막대 형상을 이룬다. 일례로 상기 직선 막대 형상은 가이드 부(7-1)의 폭 넓이와 동일한 길이 및 냉각수 가이드 부(7-1)의 폭 넓이 대비 1/5~2/5 폭 넓이로 형성된다, 특히 상기 직선 막대 형상의 두께는 스택 체결의 체결 압에 따른 압착 변형으로 눌려진 상태에서 서로 포개진 2개의 연료전지 분리판(1-1,1-2)(도 3 참조)의 사이에서 면 접촉될 수 있도록 형성된다.In addition, in terms of shape, each of the inlet blocking member 15 and the outlet blocking member 17 forms a straight bar shape with a predetermined length and width. For example, the straight bar shape is formed with a length equal to the width of the guide part 7-1 and a width of 1/5 to 2/5 compared to the width of the cooling water guide part 7-1, in particular, the straight bar The thickness of the shape is formed to be in surface contact between the two fuel cell separation plates 1-1 and 1-2 (see Fig. 3) stacked with each other in a pressed state due to compression deformation according to the fastening pressure of the stack fastening. .

그러므로 상기 입구 차단 부재(15)와 상기 출구 차단 부재(17)의 각각은 냉각수 가이드 부(7-1)의 가로방향(즉, 유로 직각 방향)으로 배열됨으로써 냉각수 유로를 막아 냉각수 누수가 방지되도록 작용하면서도 냉각수 가이드 부(7-1)의 압착을 더 효율적으로 방지할 수 있도록 작용한다.Therefore, each of the inlet blocking member 15 and the outlet blocking member 17 is arranged in the transverse direction of the cooling water guide part 7-1 (i.e., in the direction perpendicular to the flow path) to block the cooling water flow path and prevent cooling water leakage. Yet, it acts to more efficiently prevent the compression of the cooling water guide portion (7-1).

한편, 도 2의 연료전지 분리판(1)을 참조하면, 상기 연료전지 분리판(1)은 개스킷 테두리(9)로 에워싸인 좌 매니폴드(2-1)와 채널 유로(8) 및 우 매니폴드(2-2)로 구분된다. 그러므로 상기 연료전지 분리판(1)은 채널 유로(8)에 대해 한쪽구간(예, 좌측부위)으로 좌 매니폴드(2-1)를 다른쪽 구간(예, 우측부위)으로 우 매니폴드(2-2)를 형성한다.Meanwhile, referring to the fuel cell separating plate 1 of FIG. 2, the fuel cell separating plate 1 includes a left manifold 2-1, a channel flow path 8, and a right manifold surrounded by a gasket rim 9. It is divided into folds (2-2). Therefore, the fuel cell separating plate 1 has the left manifold 2-1 in one section (eg, the left part) with respect to the channel flow path 8, and the right manifold 2 in the other section (eg, the right part). -2) is formed.

구체적으로 상기 좌 매니폴드(2-1)와 상기 우 매니폴드(2-2)의 각각에는 동일한 형상과 구조로 이루어진 수소 통로(3)와 공기 통로(5) 및 냉각수 통로(7)가 형성된다. 그리고 상기 채널 유로(8)는 좌 매니폴드(2-1)와 우 매니폴드(2-2)의 사이에서 수소와 공기 및 냉각수 흐름을 안내하도록 도시되지 않았으나 복잡한 유로 구조로 이루어진다. 상기 좌 매니폴드(2-1)와 상기 우 매니폴드(2-2)의 각각은 수소 통로(3)와 공기 통로(5) 및 냉각수 통로(7)를 형성한다.Specifically, a hydrogen passage 3, an air passage 5 and a cooling water passage 7 having the same shape and structure are formed in each of the left manifold 2-1 and the right manifold 2-2. . In addition, the channel flow path 8 is not shown to guide the flow of hydrogen, air, and cooling water between the left manifold 2-1 and the right manifold 2-2, but has a complex flow path structure. Each of the left manifold 2-1 and the right manifold 2-2 forms a hydrogen passage 3, an air passage 5, and a cooling water passage 7.

특히 상기 수소 통로(3)는 좌 매니폴드(2-1)에서 냉각수 통로(7)의 위쪽에서 채널 유로(8)를 거쳐 우 매니폴드(2-2)에서 냉각수 통로(7)의 아래쪽으로 이어짐으로써 좌측에서 우측을 향해 하방향 사선으로 수소의 흐름 경로를 형성하여 준다. 반면 상기 공기 통로(5)는 좌 매니폴드(2-1)에서 냉각수 통로(7)의 아래에서 채널 유로(8)를 거쳐 우 매니폴드(2-2)에서 냉각수 통로(7)의 위쪽으로 이어짐으로써 좌측에서 우측을 향해 상방향 사선으로 공기의 흐름 경로를 형성하여 준다. 그러므로 상기 냉각수 통로(7)는 수소 통로(3)와 공기 통로(5)의 중간에 위치됨으로써 좌 매니폴드(2-1)에서 우 매니폴드(2-2)를 향해 수평방향 직선으로 냉각수의 흐름 경로를 형성하여 준다.In particular, the hydrogen passage 3 extends from the left manifold 2-1 to the lower side of the cooling water passage 7 from the right manifold 2-2 through the channel passage 8 above the cooling water passage 7 As a result, a flow path of hydrogen is formed in a downward diagonal line from left to right. On the other hand, the air passage 5 extends from the left manifold 2-1 to the top of the cooling water passage 7 from the right manifold 2-2 through the channel passage 8 under the cooling water passage 7 As a result, the air flow path is formed in an upward diagonal line from left to right. Therefore, the cooling water passage 7 is located in the middle of the hydrogen passage 3 and the air passage 5 so that the cooling water flows in a horizontal straight line from the left manifold 2-1 to the right manifold 2-2. It forms a path.

구체적으로 상기 개스킷 테두리(9)는 연료전지 분리판(1)에 직사각형상을 이룸으로써 좌 매니폴드(2-1)와 채널 유로(8) 및 우 매니폴드(2-2)를 에워싸는 홈으로 형성된다. 그러므로 상기 개스킷 테두리(9)는 연료전지 분리판(1)을 흐르는 수소와 공기 및 냉각수에 대한 기밀이 유지되도록 개스킷(40)(도 3 참조)이 끼워지는 홈으로 제공된다.Specifically, the gasket edge 9 forms a rectangular shape on the fuel cell separating plate 1 to form a groove surrounding the left manifold 2-1, the channel flow path 8, and the right manifold 2-2. do. Therefore, the gasket rim 9 is provided as a groove into which the gasket 40 (refer to FIG. 3) is fitted so that airtightness of hydrogen, air and cooling water flowing through the fuel cell separator 1 is maintained.

한편, 도 3을 참조하면, 연료전지스택(100)은 앞/뒤면 시일부재(10-1,10-2)가 냉각수 가이드 부(7-1)에 끼워진 연료전지 분리판(1), 전극막 접합체(20), 가스 확산층(30) 및 개스킷(40)을 하나의 단위 셀(100-1)로 구성한다. 이 경우 상기 연료전지 분리판(1)은 도 1 및 도 2를 통해 기술된 시일부재(10)를 갖춘 냉각 유로 개선형 연료전지 분리판(1)과 동일하다.Meanwhile, referring to FIG. 3, the fuel cell stack 100 includes a fuel cell separating plate 1 and an electrode membrane in which the front/rear sealing members 10-1 and 10-2 are fitted to the cooling water guide part 7-1. The assembly 20, the gas diffusion layer 30, and the gasket 40 are constituted by one unit cell 100-1. In this case, the fuel cell separating plate 1 is the same as the cooling channel improved fuel cell separating plate 1 provided with the sealing member 10 described with reference to FIGS. 1 and 2.

구체적으로 상기 단위 셀(100-1)은 상/하부 연료전지 분리판(1-1,1-2)으로 구분된 2장의 연료전지 분리판(1), 고분자 전해질막의 양쪽면에 촉매층이 도포된 1장의 전극막 접합체(20), 상/하부 가스 확산층(30-1,30-2)으로 구분된 2장의 가스확산층(30) 및 상/하부 연료전지 분리판(1-1,1-2)의 개스킷 테두리(9)에 끼워져 압착 변형으로 기밀을 형성하는 복수개 개스킷(40)으로 구성된다. 나아가 상기 단위 셀(100-1)은 상/하부 연료전지 분리판(1-1,)과 상/하부 가스 확산층(30-1,30-2)의 사이에 위치시켜 기밀을 더욱 강화하도록 별도의 씨일(Seal)이 더 포함될 수 있다.Specifically, the unit cell (100-1) has two fuel cell separators (1) divided into upper/lower fuel cell separators (1-1, 1-2), and a catalyst layer is coated on both sides of the polymer electrolyte membrane. One electrode membrane assembly 20, two gas diffusion layers 30 divided into upper/lower gas diffusion layers 30-1 and 30-2, and upper/lower fuel cell separation plates 1-1, 1-2 Consists of a plurality of gaskets 40 that are fitted into the gasket rim 9 and form airtight by compression deformation. Further, the unit cell (100-1) is located between the upper/lower fuel cell separation plate (1-1,) and the upper/lower gas diffusion layers (30-1, 30-2) to further enhance airtightness. A seal may be further included.

또한, 상기 단위 셀(100-1)의 적층상태에서, 상기 상/하부 연료전지 분리판(1-1,1-2)은 가스 확산층(30)의 바깥부분으로 적층되고, 상기 전극막 접합체(20)는 연료전지스택(100)의 가장 중심부에 위치하며, 상기 가스 확산층(30)은 전극막 접합체(20)의 바깥부분으로 위치되며, 상기 개스킷(40)은 상/하부 연료전지 분리판(1-1,1-2)에 위치된다.In addition, in the stacked state of the unit cells 100-1, the upper/lower fuel cell separation plates 1-1 and 1-2 are stacked outside the gas diffusion layer 30, and the electrode membrane assembly ( 20) is located at the center of the fuel cell stack 100, the gas diffusion layer 30 is located outside the electrode membrane assembly 20, and the gasket 40 is the upper/lower fuel cell separator ( 1-1,1-2).

특히 상기 앞/뒷면 시일부재(10-1,10-2)의 각각은 고무 재질로 이루어지거나 압착 변형이 가능한 탄성력을 갖는 재질이 적용됨으로써 스택 적층시 상/하부 연료전지 분리판(1-1,1-2) 내 냉각수 통로(7)에서 냉각수 가이드 부(7-1)의 변형이 방지하는데 기여한다.In particular, each of the front/rear sealing members 10-1 and 10-2 is made of a rubber material or a material having an elastic force capable of compressive deformation is applied, so that the upper/lower fuel cell separation plates 1-1, 1-2) It contributes to preventing deformation of the cooling water guide part 7-1 in the cooling water passage 7 inside.

이와 같이 상기 연료전지 스택(100)은 단위 셀이 제1~N 단위 셀(100-1, ..., 100-N)로 수십개에서 수백개 적층된 상태로 체결됨으로써 원하는 규모의 출력을 확보하여 준다.In this way, the fuel cell stack 100 is fastened in a state in which tens to hundreds of unit cells are stacked with first to N unit cells 100-1, ..., 100-N, thereby securing output of a desired scale. give.

한편, 도 4는 연료전지 스택(100)에서 상부 연료전지 분리판(1-1)의 냉각수와 수소 흐름 시 앞/뒷면 시일부재(10-1,10-2)의 작용을 예시한다.Meanwhile, FIG. 4 illustrates the operation of the front/rear sealing members 10-1 and 10-2 when the coolant and hydrogen flow of the upper fuel cell separating plate 1-1 in the fuel cell stack 100.

구체적으로 상기 상부 연료전지 분리판(1-1)의 앞면(A)에서 냉각수가 좌 매니폴드(2-1)와 채널 유로(8) 및 우 매니폴드(2-2)로 흐르는 경우, 좌 매니폴드(2-1)와 우 매니폴드(2-2)에서 냉각수 흐름은 하기와 같다. Specifically, when coolant flows from the front surface (A) of the upper fuel cell separation plate (1-1) to the left manifold (2-1), the channel flow path (8) and the right manifold (2-2), the left manifold The flow of cooling water in the fold (2-1) and the right manifold (2-2) is as follows.

일례로 좌 매니폴드(2-1)를 참조하면, 앞면 시일부재(10-1)의 입구 흐름 부재(11)는 냉각수 가이드 부(7-1)에서 냉각수 통로(7)쪽에 인접됨으로써 냉각수 통로(7)를 빠져 나온 냉각수가 냉각수 가이드 부(7-1)를 따라 흘러 나가도록 유도한다. 계속해서 앞면 시일부재(10-1)의 출구 흐름 부재(13)는 입구 흐름 부재(11)와 간격을 두도록 냉각수 가이드 부(7-1)에서 채널 유로(8)쪽에 인접됨으로써 냉각수가 냉각수 가이드 부(7-1)에서 채널 유로(8)로 원활하게 빠져나가도록 유도한다.As an example, referring to the left manifold 2-1, the inlet flow member 11 of the front seal member 10-1 is adjacent to the cooling water passage 7 in the cooling water guide part 7-1, so that the cooling water passage ( Induce the cooling water from 7) to flow out along the cooling water guide part (7-1). Subsequently, the outlet flow member 13 of the front seal member 10-1 is adjacent to the channel flow path 8 in the cooling water guide portion 7-1 so as to have a space between the inlet flow member 11 and the cooling water guide portion. Induce the smooth exit from (7-1) to the channel flow path (8).

또한, 우 매니폴드(2-2)에서, 앞면 시일부재(10-1)의 출구 흐름 부재(13)는 입구 흐름 부재(11)와 간격을 두도록 냉각수 가이드 부(7-1)에서 채널 유로(8)쪽에 인접됨으로써 냉각수가 채널 유로(8)에서 냉각수 가이드 부(7-1)로 원활하게 들어오도록 유도한다. 계속해서 앞면 시일부재(10-1)의 입구 흐름 부재(11)는 냉각수 가이드 부(7-1)에서 냉각수 통로(7)쪽에 인접됨으로써 냉각수 가이드 부(7-1)를 빠져나온 냉각수가 냉각수 통로(7)로 들어가도록 유도한다.In addition, in the right manifold 2-2, the outlet flow member 13 of the front seal member 10-1 is a channel flow path in the cooling water guide portion 7-1 so as to be spaced apart from the inlet flow member 11 By adjoining the 8) side, the cooling water is guided to smoothly enter the cooling water guide part 7-1 from the channel flow path 8. Subsequently, the inlet flow member 11 of the front seal member 10-1 is adjacent to the cooling water passage 7 from the cooling water guide portion 7-1, and thus the cooling water exiting the cooling water guide portion 7-1 is a cooling water passage. Induce them to enter (7).

그리고 좌/우 매니폴드(2-1,2-2)의 각각을 참조하면, 뒷면 시일부재(10-1)의 입구 차단 부재(15)는 냉각수 가이드 부(7-1)에서 냉각수 통로(7)쪽에 인접됨으로써 냉각수가 냉각수 통로(7)를 빠져 나와 냉각수 가이드 부(7-1)로 흘러가지 못하도록 흐름을 막아준다. 계속해서 뒷면 시일부재(10-2)의 출구 차단 부재(17)는 입구 차단 부재(15)와 간격을 두도록 냉각수 가이드 부(7-1)에서 채널 유로(8)쪽에 인접됨으로써 입구 차단 부재(15)를 통과한 냉각수가 냉각수 가이드 부(7-1)에서 채널 유로(8)로 빠져 나가지 못하도록 차단하여 준다.And, referring to each of the left and right manifolds 2-1 and 2-2, the inlet blocking member 15 of the rear sealing member 10-1 is a cooling water passage 7 in the cooling water guide part 7-1. By being adjacent to the) side, the flow is blocked so that the cooling water does not exit the cooling water passage 7 and flow to the cooling water guide part 7-1. Subsequently, the outlet blocking member 17 of the rear sealing member 10-2 is adjacent to the channel flow path 8 in the cooling water guide part 7-1 so as to have a space between the inlet blocking member 15 and the inlet blocking member 15 Blocks the cooling water that has passed through) from exiting the cooling water guide part 7-1 to the channel flow path 8.

한편, 수소 통로(3)의 수소 흐름에 대해 개스킷(40)의 기밀 작용을 참조하면, 상기 상부 연료전지 분리판(1-1)의 앞면(A)의 개스킷 테두리(9)에 끼워진 개스킷(40)은 앞면(A)에서 수소 통로(3)와 공기 통로(5)에 대해 기밀 구조를 형성함으로써 수소와 공기가 흐르지 않고 냉각수 흐름만 형성되도록 작용하고, 반면 상기 상부 연료전지 분리판(1-1)의 뒷면(B)의 개스킷 테두리(9)에 끼워진 개스킷(40)은 뒷면(B)에서 공기 통로(5)와 냉각수 통로(7)에 대해 기밀 구조를 형성함으로써 냉각수와 공기가 흐르지 않고 수소 흐름만 형성되도록 작용한다.On the other hand, referring to the hermetic action of the gasket 40 with respect to the flow of hydrogen in the hydrogen passage 3, the gasket 40 fitted into the gasket rim 9 of the front surface A of the upper fuel cell separation plate 1-1 ) Acts to form an airtight structure for the hydrogen passage 3 and the air passage 5 on the front surface (A) so that hydrogen and air do not flow, but only the cooling water flow, while the upper fuel cell separation plate 1-1 ), the gasket 40 fitted in the gasket rim 9 of the rear side (B) forms an airtight structure for the air passage 5 and the cooling water passage 7 at the rear side (B), so that cooling water and air do not flow and hydrogen flows. Acts to form only.

또한, 공기 통로(5)의 공기 흐름에 대해 개스킷(40)의 기밀 작용은 수소 통로(3)를 차단하여 공기 통로(5)에 대한 공기 흐름만 형성되도록 작용하므로 상세 설명을 생략한다.Further, the airtight action of the gasket 40 with respect to the air flow in the air passage 5 blocks the hydrogen passage 3 to form only the air flow for the air passage 5, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 연료전지스택(100)에 적용된 연료전지 분리판(1)은 중간 구간을 채널 유로(8)로 하는 좌 매니폴드(2-1)와 우 매니폴드(2-2)가 형성된 앞면(A)과 뒷면(B)으로 구분되고, 상기 앞면(A)의 냉각수 통로(7)에서 상기 좌 매니폴드(2-1)에서 상기 우 매니폴드(2-2)로 냉각수 흐름을 안내해 주는 앞면 시일부재(10-1) 및 상기 뒷면(B)의 냉각수 통로(7)에서 상기 좌 매니폴드(2-1)와 상기 우 매니폴드(2-2)의 각각에 대한 냉각수 흐름을 차단해 주는 뒷면 시일부재(10-2)가 포함됨으로써 연료전지 분리판(1)의 앞면(A)과 뒷면(B)에 대한 시일부재(10)의 적용 구조를 달리해 스택 체결압을 받는 압착 변형에서도 냉각수 흐름이 형성되는 앞면(A))에 대한 냉각수 흐름 유지와 냉각수 흐름이 차단되는 뒷면(B))에 대한 누수 차단에 대한 기능이 크게 개선된다.As described above, the fuel cell separating plate 1 applied to the fuel cell stack 100 according to the present embodiment includes the left manifold 2-1 and the right manifold 2 having an intermediate section as the channel flow path 8. -2) is divided into a front (A) and a rear (B) formed, and from the cooling water passage (7) of the front (A) to the left manifold (2-1) to the right manifold (2-2). Cooling water for each of the left manifold 2-1 and the right manifold 2-2 in the front seal member 10-1 and the cooling water passage 7 of the rear surface B that guide the flow of cooling water By including the rear sealing member 10-2 that blocks the flow, the stack fastening pressure is reduced by varying the application structure of the sealing member 10 to the front (A) and rear (B) of the fuel cell separating plate (1). Even in the compression deformation received, the function of maintaining the coolant flow to the front surface (A)) where the coolant flow is formed and the function of blocking water leakage to the rear surface (B)) where the coolant flow is blocked is greatly improved.

1 : 연료전지 분리판 1-1,1-2 : 상/하부 연료전지 분리판
2-1,2-2 : 좌/우 매니폴드 3 : 수소 통로
5 : 공기 통로 7 : 냉각수 통로
7-1 : 냉각수 가이드 부 8 : 채널 유로
9 : 개스킷 테두리 10 : 시일부재
10-1 : 앞면 시일부재 10-2 : 뒷면 시일부재
11,13 : 입/출구 흐름 부재 15,17 : 입/출구 차단 부재
20 : 전극막 접합체 30 : 가스 확산층
30-1,30-2 : 상/하부 가스 확산층
40 : 개스킷
100 : 연료전지스택 100-1, ..., 100-N : 제1~N 단위 셀1: fuel cell separator 1-1,1-2: upper/lower fuel cell separator
2-1,2-2: left/right manifold 3: hydrogen passage
5: air passage 7: cooling water passage
7-1: cooling water guide part 8: channel flow path
9: gasket frame 10: sealing member
10-1: front sealing member 10-2: rear sealing member
11,13: inlet/outlet flow member 15,17: inlet/outlet blocking member
20: electrode film assembly 30: gas diffusion layer
30-1,30-2: upper/lower gas diffusion layer
40: gasket
100: fuel cell stack 100-1, ..., 100-N: first to N unit cells

Claims (17)

냉각수 통로가 천공된 앞면과 뒷면으로 구분되고, 상기 냉각수 통로를 나오는 냉각수를 안내하여 상기 앞면에서 냉각수 흐름이 형성되도록 하는 반면 상기 냉각수 통로를 나오는 냉각수를 차단하여 상기 뒷면에서 냉각수 흐름이 형성되지 않도록 하는 시일 부재;가 포함되며,
상기 시일 부재는 수소와 공기 및 냉각수가 흐르는 채널 유로의 좌측을 이루는 좌 매니폴드와 우측을 이루는 우 매니폴드에 각각 적용되며, 상기 시일 부재는 상기 좌 매니폴드에서 상기 냉각수 통로와 연계된 앞면 시일부재, 상기 우 매니폴드에서 상기 냉각수 통로와 연계된 뒷면 시일부재로 구분되는
것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
The cooling water passage is divided into a perforated front and rear surface, and guides the cooling water exiting the cooling water passage so that the cooling water flow is formed in the front surface, whereas the cooling water flowing out of the cooling water passage is blocked so that the cooling water flow is not formed from the rear surface. Includes a seal member;
The seal member is applied to a left manifold forming a left side and a right manifold forming a right side of a channel passage through which hydrogen, air and cooling water flow, and the seal member is a front seal member connected to the cooling water passage in the left manifold. , Divided into a rear seal member connected to the cooling water passage in the right manifold
Fuel cell separation plate, characterized in that.
 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 앞면 시일부재는 상기 좌 매니폴드에서 상기 냉각수 통로와 연결된 냉각수 가이드 부에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
The fuel cell separating plate according to claim 1, wherein the front sealing member is located in a cooling water guide part connected to the cooling water passage in the left manifold.
 청구항 4에 있어서, 상기 앞면 시일부재는 상기 냉각수 가이드 부가 형성하는 유로 흐름 방향과 동일한 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
The fuel cell separator according to claim 4, wherein the front sealing member is arranged in the same direction as a flow direction formed by the cooling water guide part.
 청구항 5에 있어서, 상기 앞면 시일부재는 상기 냉각수 가이드 부의 폭보다 좁은 폭 크기를 갖는 직선 막대 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
The fuel cell separation plate according to claim 5, wherein the front sealing member has a shape of a straight rod having a width narrower than that of the coolant guide part.
 청구항 6에 있어서, 상기 앞면 시일부재는 2개를 한 쌍으로 하여 상기 냉각수 가이드 부에 서로 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
The fuel cell separating plate according to claim 6, wherein the front sealing members are arranged in a pair of two in the cooling water guide part at intervals from each other.
 청구항 1에 있어서, 상기 뒷면 시일부재는 상기 우 매니폴드에서 상기 냉각수 통로와 연결된 냉각수 가이드 부에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
The fuel cell separating plate of claim 1, wherein the rear sealing member is located in a cooling water guide part connected to the cooling water passage in the right manifold.
 청구항 8에 있어서, 상기 뒷면 시일부재는 상기 냉각수 가이드 부가 형성하는 유로 흐름 방향에 직각 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
The fuel cell separating plate of claim 8, wherein the rear sealing member is arranged in a direction perpendicular to a flow direction formed by the cooling water guide.
 청구항 9에 있어서, 상기 뒷면 시일부재는 상기 냉각수 가이드 부의 폭과 동일한 길이를 갖는 직선 막대 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
The fuel cell separating plate of claim 9, wherein the rear sealing member has a straight bar shape having a length equal to a width of the coolant guide part.
 청구항 10에 있어서, 상기 뒷면 시일부재는 2개를 한 쌍으로 하여 상기 냉각수 가이드 부에 서로 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
The fuel cell separating plate of claim 10, wherein two rear sealing members are arranged in a pair of the coolant guide at intervals from each other.
 청구항 1에 있어서, 상기 냉각수 통로는 중간 구간을 채널 유로로 하는 좌 매니폴드와 우 매니폴드의 각각에 형성되고, 상기 좌 매니폴드에서 상기 우 매니폴드의 각각에는 상기 냉각수 통로를 중앙 구간으로 하여 수소 통로와 공기 통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
The method according to claim 1, wherein the cooling water passage is formed in each of a left manifold and a right manifold having an intermediate section as a channel flow path, and in each of the left manifold and the right manifold, the cooling water passage is used as a central section. A fuel cell separator, characterized in that a passage and an air passage are formed.
 청구항 12에 있어서, 상기 좌 매니폴드와 상기 채널 유로 및 상기 우 매니폴드는 개스킷 테두리로 에워싸이는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
The fuel cell separator of claim 12, wherein the left manifold, the channel flow path, and the right manifold are surrounded by a gasket rim.
 중간 구간을 채널 유로로 하는 좌 매니폴드와 우 매니폴드가 형성된 앞면과 뒷면으로 구분되고, 상기 앞면의 냉각수 통로에서 상기 좌 매니폴드에서 상기 우 매니폴드로 냉각수 흐름을 안내해 주는 앞면 시일부재 및 상기 뒷면의 냉각수 통로에서 상기 좌 매니폴드와 상기 우 매니폴드의 각각에 대한 냉각수 흐름을 차단해 주는 뒷면 시일부재가 구비된 연료전지 분리판;
상기 연료전지 분리판이 적용되어 출력을 발생하는 단위 셀;이 포함되며,
상기 시일 부재는 수소와 공기 및 냉각수가 흐르는 채널 유로의 좌측을 이루는 좌 매니폴드와 우측을 이루는 우 매니폴드에 각각 적용되며, 상기 시일 부재는 상기 좌 매니폴드에서 상기 냉각수 통로와 연계된 앞면 시일부재, 상기 우 매니폴드에서 상기 냉각수 통로와 연계된 뒷면 시일부재로 구분되는
것을 특징으로 하는 연료전지스택.
The front seal member and the rear side are divided into a front and a rear side in which a left manifold and a right manifold are formed in the middle section as a channel flow path, and guide the flow of coolant from the left manifold to the right manifold through the cooling water passage on the front side. A fuel cell separating plate provided with a rear seal member for blocking the flow of cooling water to each of the left manifold and the right manifold in the cooling water passage of;
A unit cell to which the fuel cell separator plate is applied to generate output; is included,
The seal member is applied to a left manifold forming a left side and a right manifold forming a right side of a channel passage through which hydrogen, air and cooling water flow, and the seal member is a front seal member connected to the cooling water passage in the left manifold. , Divided into a rear seal member connected to the cooling water passage in the right manifold
A fuel cell stack, characterized in that.
 청구항 14에 있어서, 상기 단위 셀에는 상기 연료전지 분리판과 함께 전극막 접합체와 가스 확산층 및 개스킷이 포함되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
The fuel cell stack according to claim 14, wherein the unit cell includes an electrode membrane assembly, a gas diffusion layer, and a gasket together with the fuel cell separator.
 청구항 15에 있어서, 상기 개스킷은 상기 좌 매니폴드와 상기 채널 유로 및 상기 우 매니폴드를 에워싸는 개스킷 테두리에 끼워지는 것을 특징으로 하는 연료전지스택.
The fuel cell stack according to claim 15, wherein the gasket is fitted to an edge of a gasket surrounding the left manifold, the channel flow path, and the right manifold.
 청구항 15에 있어서, 상기 연료전지 분리판은 상/하부 연료전지 분리판으로 구분되어 상기 가스 확산층의 바깥부분으로 적층되고, 상기 전극막 접합체는 고분자 전해질막의 양쪽면에 촉매층이 도포되어 연료전지스택의 중심부에 위치하며, 상기 가스 확산층은 상/하부 가스 확산층으로 구분되어 상기 전극막 접합체의 바깥부분으로 위치되고, 상기 개스킷은 상기 상/하부 연료전지 분리판의 각각에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료전지스택.The method of claim 15, wherein the fuel cell separator is divided into upper/lower fuel cell separators and laminated to the outer portion of the gas diffusion layer, and the electrode membrane assembly is formed by coating catalyst layers on both sides of the polymer electrolyte membrane. A fuel cell, characterized in that it is located in the center, wherein the gas diffusion layer is divided into an upper/lower gas diffusion layer and is positioned outside the electrode membrane assembly, and the gasket is positioned on each of the upper/lower fuel cell separation plates. stack.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130076938A (en) * 2011-12-29 2013-07-09 현대자동차주식회사 Gasket structure of fuel cell separator having improved air thightness
KR101491349B1 (en) 2013-11-19 2015-02-06 현대자동차주식회사 Fuel cell stack
KR101889002B1 (en) * 2017-03-24 2018-08-16 세종공업 주식회사 Dual Gasket type Fuel Cell Separator Assembly

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130076938A (en) * 2011-12-29 2013-07-09 현대자동차주식회사 Gasket structure of fuel cell separator having improved air thightness
KR101491349B1 (en) 2013-11-19 2015-02-06 현대자동차주식회사 Fuel cell stack
KR101889002B1 (en) * 2017-03-24 2018-08-16 세종공업 주식회사 Dual Gasket type Fuel Cell Separator Assembly

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