KR102287321B1 - 연료전지 스택 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료전지 스택은, 가스를 전달받아 전력을 생산하는 복수의 연료전지 셀; 상기 복수의 연료전지 셀에 상기 가스를 제공하는 공급 매니폴드; 상기 복수의 연료전지 셀이 배출하는 미반응가스와 냉각수를 배출하는 배출 매니폴드; 기준방향을 따라 적층된 상기 복수의 연료전지 셀을 상기 기준방향을 기준으로 지지하는 지지체; 및 유로를 가지는 더미 분리판을 구비하고, 상기 지지체와 상기 복수의 연료전지 셀의 사이에 배치되며, 상기 공급 매니폴드 및 상기 배출 매니폴드와 연통되지 않는 더미셀을 포함한다.

Description

연료전지 스택{FUEL CELL STACK}
본 발명은 연료전지 스택에 관한 것이다.
연료전지 스택은 연료전지 자동차의 주 에너지원인 전기를 생산하는 일종의 발전장치로서, 전극막 어셈블리를 사이에 두고 수소가 공급되는 연료극과 공기가 공급되는 공기극이 적층된 구조를 가지며, 공기중의 산소와 외부에서 공급된 수소가 화학적으로 반응하여 전기에너지를 발생시키는 장치를 말한다.
대개, 연료전지 스택은 수십에서 수백개의 연료전지 셀이 적층 구성된다. 연료전지 스택의 각각의 셀을 살펴보면, 수소 양이온을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포되는 촉매층인 공기극(cathode) 및 연료극(anode)으로 구성된 전극막 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 가장 안쪽에 배치되고, 공기극 및 연료극의 바깥 부분에는 가스확산층(Gas Diffusion Layer)이 적층되며, 이 가스확산층의 바깥 쪽에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 배치된다.
연료극으로 수소가 공급되고, 공기극으로 공기(산소)가 공급되며, 또한 냉각을 위한 냉각수도 분리판의 냉각수 유로로 공급된다.
이에 따라, 연료극에서 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 분리판을 통하여 공기극으로 이동하게 되며, 연료극으로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하는 동시에 전자의 흐름으로부터 전기에너지를 생성하게 된다.
한편, 연료전지에 공급하는 연료(수소/공기)는 멤브레인 성능 유지를 위해 가습된 연료(RH 50% 이상)가 공급되어야 함에 따라, 스택에 공급하는 가습된 연료가 공급 유로를 지날 때, 주변의 낮은 온도로 인해 응축수가 발생한다.
이 때, 생성된 응축수가 연료와 함께 유로벽면을 타고 스택에 유입되고, 응축수가 유입된 셀은 성능 및 내구 저하가 발생하게 되며, 그 이유는 촉매 주위에 물이 지속적으로 존재함으로 발생하는 촉매 열화에서 찾을 수 있다.
게다가 스택 구조상 스택의 일측면에서 연료 및 냉각수 공급이 이루어지므로, 스택의 각 셀로의 유량 공급이 균등하게 이루어지지 않고, 그로 인해 목표유량 대비 연료 및 냉각수 공급이 이루어지는 부분과 인접한 스택의 입/출구부 셀에는 많은 유량이 공급되고, 그 반대측의 셀에는 적은 유량이 공급되는 현상이 발생한다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 응축수 배출이 개선된 연료전지 스택을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택은, 가스를 전달받아 전력을 생산하는 복수의 연료전지 셀; 상기 복수의 연료전지 셀에 상기 가스를 제공하는 공급 매니폴드; 상기 복수의 연료전지 셀이 배출하는 미반응가스와 냉각수를 배출하는 배출 매니폴드; 기준방향을 따라 적층된 상기 복수의 연료전지 셀을 상기 기준방향을 기준으로 지지하는 지지체; 및 유로를 가지는 더미 분리판을 구비하고, 상기 지지체와 상기 복수의 연료전지 셀의 사이에 배치되며, 상기 공급 매니폴드 및 상기 배출 매니폴드와 연통되지 않는 더미셀을 포함한다.
이에 따라, 응축수 배출이 원활하게 이루어지는 연료전지 스택을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 제2 지지체와 인접한 제2 최외곽 셀 및 외측 더미셀의 분리판과 더미 분리판을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 외측 더미셀의 내측더미 분리판이 압력에 의해 밀려난 상황을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 일부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 최대로 외측 더미셀의 내측 더미 분리판이 밀려난 상황을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택의 개념도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(1)의 개념도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(1)은, 복수의 연료전지 셀(21), 공급 매니폴드(11), 배출 매니폴드(12), 제1 지지체(31), 제2 지지체(32) 및 더미셀(22, 24)을 포함한다.
지지체(31, 32)
지지체(31, 32)는 복수의 연료전지 셀(21)을 샌드위치하여 지지하는 판체를 의미하는 것으로, 기준방향(D)을 따라 연료전지 셀(21)의 일측에 배치되는 제1 지지체(31)와, 타측에 배치되는 제2 지지체(32)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따르면, 지지체로 제1 지지체(31) 및 제2 지지체(32) 중 하나만이 배치될 수도 있다.
제1 지지체(31)는 개방형 지지체일 수 있다. 제1 지지체(31)에는 통로입구와 통로출구가 관통 형성될 수 있다. 통로입구는, 공급 매니폴드(11)가 통과하여 수소 및 공기와 같은 가스와 냉각수 등이 유입될 수 있는 개구이다. 통로출구는 배출 매니폴드(12)가 통과하여 미반응가스, 냉각수 및 응축수를 배출할 수 있는 개구이다.
제2 지지체(32)는 연료전지 셀(21)을 중심으로 제1 지지체(31)에 대해 반대되는 위치에 배치되는 지지체(31, 32)로, 제1 지지체(31)와의 사이에 연료전지 셀(21)을 두어 연료전지 셀(21)을 지지한다. 제2 지지체(32)에는 매니폴드들(11, 12)이 관통하는 부분이 없어, 가스나 냉각수, 응축수의 진행을 차단할 수 있다. 따라서 제2 지지체(32)는 폐쇄형 지지체일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1 지지체(31)가 개방형이고, 제2 지지체(32)가 폐쇄형인 것을 기본으로 상정하고 설명하나, 필요에 따라 적절히 변형되어 사용될 수 있다.
공급 매니폴드(11)와 배출 매니폴드(12)
공급 매니폴드(11)는 복수의 연료전지 셀(21)에 수소 및 공기와 같은 연료로 사용되는 가스를 제공하고, 냉각수를 연료전지 셀(21)에 제공할 수 있다. 공급 매니폴드(11)는 두 지지체(31, 32) 사이의 영역의 외측에 배치되는 가스 공급장치(13)와 연결될 수 있다. 공급 매니폴드(11)는 이러한 가스 공급장치(13)가 제공하는 가스가 흐르는 통로가 될 수 있고, 가스를 각 연료전지 셀(21)에 분배하는 역할을 할 수 있다.
가스 공급장치(13)는 가스를 공급 매니폴드(11)를 통해 각 연료전지 셀(21)에 압송할 수 있다. 가스 공급장치(13)는 이러한 작용을 위해, 동력을 전달받아 이를 사용할 수 있다.
배출 매니폴드(12)는, 복수의 연료전지 셀(21)이 배출하는 미반응가스와 냉각수 및 응축수를 배출하는 역할을 할 수 있다.
연료전지 셀(21)과 더미셀(22, 24)
두 지지체(31, 32) 사이에 복수의 연료전지 셀(21)이 배치되는데, 이 중 지지체(31, 32)와 가장 인접한 연료전지 셀(21)은 최외곽 셀(211, 212)로, 제1 지지체(31)와 가장 인접한 최외곽 셀(211, 212)은 제1 최외곽 셀(211)이 되고, 제2 지지체(32)와 가장 인접한 최외곽 셀(211, 212)은 제2 최외곽 셀(212)이 될 수 있다. 두 최외곽 셀(211, 212) 사이에는 중간 셀(213)들이 배치될 수 있다.
제1 최외곽 셀(211)과 제1 지지체(31) 사이에는 더미셀인 내측 더미셀(22)이 배치될 수 있다. 한편 제2 최외곽 셀(212)과 제2 지지체(32) 사이에는 더미셀인 외측 더미셀(24)이 배치될 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따르면, 지지체로 제1 지지체(31)만이 배치되는 경우에는 더미셀 역시 내측 더미셀(22)만이 배치될 것이며, 제2 지지체(32)만이 배치되는 경우에는 외측 더미셀(24)만이 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(1)의 제2 지지체(32)와 인접한 제2 최외곽 셀(212) 및 외측 더미셀(24)의 분리판(2125)과 더미 분리판(245, 246)을 나타낸 도면이다.
도 2를 더 참조하여 제2 지지체(32)와 인접한 제2 최외곽 셀(212)과 외측 더미셀(24)에 대해서 설명한다. 제1 지지체(31)와 인접한 제1 최외곽 셀(211)과 내측 더미셀(22)은 기준방향(D)을 중심으로 중간 셀(213)에 대해서 대칭되게 배치되므로, 아래의 설명이 방향만 바꾸어 내측 더미셀(22)과 제1 최외곽 셀(211)에 대해 동일하게 적용될 수 있다.
연료전지 셀(21)은 가스를 전달받아 전력을 생산한다. 따라서 공급 매니폴드(11)와 연결되고, 배출 매니폴드(12)와 연결되어 전력을 생산 한 뒤 남은 부산물을 배출한다. 연료전지 셀(21)은 기준방향(D)과 수직한 판형으로 형성되되, 기준방향(D)을 따라 복수의 연료전지 셀(21)이 적층되어 두 지지체(31, 32) 사이에 배치될 수 있다. 따라서 공급 매니폴드(11)와 배출 매니폴드(12)는 기준방향(D)으로 연장되되, 기준방향(D)에 수직한 방향을 기준으로 연료전지 셀(21)의 양단에 각각 배치될 수 있다.
연료전지 셀(21)은 전극막 접합체(2116, 2126), 분리판(2115, 2125), 가스확산층(2113, 2123) 및 가스켓(2114, 2124)을 포함한다. 도시된 것과 같이 전극막 접합체(2116, 2126)를 중심으로 가스확산층(2113, 2123)이 전극막 접합체(2116, 2126)의 양측에 형성될 수 있다. 가스확산층(2113, 2123)은 카본파이버 다공체로 구성될 수 있다. 가스확산층(2113, 2123)의 양측으로 공기극 채널(2111, 2121)과 연료극 채널(2112, 2122)이 형성된다. 이러한 공기극 채널(2111, 2121)과 연료극 채널(2112, 2122)은 각 연료전지 셀(21)을 구분하는 분리판(2115, 2125)에 의해서 구분된다.
공기극 채널(2111, 2121)에서는 공급 매니폴드(11)에 의해서 공급된 공기가 유동하고, 가스확산층(2113, 2123)을 통해 전극막 접합체(2116, 2126)에 도달해 전력생산에 사용될 수 있다. 연료극 채널(2112, 2122)에서는 공급 매니폴드(11)에 의해서 공급된 수소가 유동하고, 가스확산층(2113, 2123)을 통해 전극막 접합체(2116, 2126)에 도달해 전력생산에 사용될 수 있다.
가스켓(2114, 2124)은 공기극 채널(2111, 2121) 및 연료극 채널(2112, 2122) 중 적어도 하나를 공급 매니폴드(11)와 배출 매니폴드(12)에 대해 폐쇄하는 구성요소이다. 가스켓(2114, 2124)이 각 연료전지 셀(21)이 포함하는 공기극 채널(2111, 2121) 또는 연료극 채널(2112, 2122)의 말단에 배치될 경우, 해당 채널은 가스켓(2114, 2124)에 의해 폐쇄되어 물질의 출입이 일어나지 않는다. 그러나 만약 가스켓(2114, 2124)이 배치되지 않는다면, 해당 채널은 공급 매니폴드(11) 및 배출 매니폴드(12)에 대해 개방되어 물질의 출입이 가능하다.
도시된 것과 같이, 제1 최외곽 셀(211) 및 제2 최외곽 셀(212)과 같은 연료전지 셀(21)은 어느 하나의 채널이 개방되고, 다른 채널이 폐쇄된 형태를 가질 수 있다. 도면에서는 공기극 채널(2111, 2121)이 개방된 것으로 도시하였으나, 개방상태는 그 반대일 수도 있다.
더미셀(22, 24)은 전력을 생산하지 않는 셀로, 전극막 접합체(2116, 2126)를 가지지 않는다는 점이 일반적인 연료전지 셀(21)과의 차이점이다. 연료전지 셀(21)의 분리판(2115, 2125)에 대응되는, 유로를 가지는 더미 분리판(245, 246)을 더미셀(22, 24)이 가지며, 연료전지 셀(21)의 가스확산층(2113, 2123)과 가스켓(2114, 2124), 공기극 채널(2111, 2121) 및 연료극 채널(2112, 2122)에 대응되는 가스확산층(243, 2113, 2123), 가스켓(244, 2114, 2124), 공기극 채널(241) 및 연료극 채널(242)을 더미셀(22, 24)이 가질 수 있다.
더미셀(22, 24) 중 제2 지지체(32)와 인접하게 배치되는 외측 더미셀(24)은, 제2 지지체(32)와 복수의 연료전지 셀(21)의 사이에 배치된다. 외측 더미셀(24)은, 공급 매니폴드(11) 및 배출 매니폴드(12)와 연통되지 않을 수 있다. 외측 더미셀(24)이 개방된 상태라면 제2 최외곽 셀(212)의 유로로 빠져나갈 물이 외측 더미셀(24)로도 빠져나가야 하는데, 가스 공급장치(13)로부터 상대적으로 멀리 위치하는 외측 더미셀(24)의 위치에서는, 분배편차에 의해 각 채널 내로 유입되는 유량이 적고, 외부에서 유입되는 응축수의 영향이 적으므로, 응축수 배출이 불리해진다. 따라서 외측 더미셀(24)을 폐쇄함에 따라, 외측 더미셀(24)과 인접한 제2 최외곽 셀(212)로 빠져나가는 물의 양을 증가시킬 수 있다.
가스 공급장치(13)가 가스를 압송하는 경우, 폐쇄된 외측 더미셀(24)을 통해서는 물질출입이 일어나지 않아, 유량이 증가한 제2 최외곽 셀(212)의 압력 증가에 따라 외측 더미셀(24)이 압축되고, 제2 최외곽 셀(212)의 채널의 크기가 커져 보다 원활한 물 배출이 일어날 수 있다. 채널의 배출력은 채널이 형성하는 유로의 단면적의 세제곱에 비례하고, 유로의 단면의 둘레의 제곱에 반비례할 수 있다. 유로 단면적이 증가하면서 유동저항이 감소하기 때문이다. .
분리판(2115, 2125)은 서로 인접한 연료전지 셀(21) 또는 더미셀(22, 24)을 구분하는 구성요소이다. 분리판(2115, 2125)은 판형의 분리판 본체와, 분리판 본체로부터 기준방향(D)을 따라 양측으로 돌출되어 형성되는 분리판 돌출부를 포함한다. 분리판 돌출부는 도 2와 같은 방향에서 바라볼 때, 분리판 본체로부터 멀어질수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상의 부분을 복수 개 가질 수 있다. 분리판(2115, 2125)의 상술한 형상으로부터 형성되는 유로를 통해 냉각수가 유동하여 셀을 냉각할 수 있다.
이러한 설명은 더미 분리판(245, 246)에 대해서도 동일하게 적용되어, 더미 분리판 본체(2453)와 더미 분리판 돌출부(2451, 2452)를 더미 분리판(245, 246)이 가질 수 있다. 특히, 더미 분리판(245, 246)은 인접한 영역의 압력차에 의해서 기준방향(D)을 따라 밀려날 수 있도록 다른 구성요소에 결합될 수 있다. 이하 외측 더미셀(24)과 제2 최외곽 셀(212)을 기준으로 해서, 폐쇄형 더미셀을 배치하는 경우의 효과에 대해 설명하나, 이러한 설명은 내측 더미셀(22)에도 방향만 바꾸어 동일하게 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(1)의 외측 더미셀(24)의 내측 더미 분리판(245)이 압력에 의해 밀려난 상황을 나타낸 도면이다.
더미 분리판(245, 246)은, 제2 최외곽 셀(212)이 포함하는 채널을 통과하는 가스의 압력에 의해 외측으로 밀려날 수 있다. 특히 외측 더미셀(24)의 내측 더미 분리판(245)은, 제2 지지체(32)를 향해 밀려날 수 있다. 제2 최외곽 셀(212)이 포함하는 개방된 공기극 채널(2121)의 압력과 외측 더미셀(24)의 폐쇄된 채널(241, 242)의 압력차에 의해 이러한 이동이 일어날 수 있다. 외측 더미셀(24)은, 2개의 서로 이격된 더미 분리판(245, 246)인 내측 더미 분리판(245)과 외측 더미 분리판(246)을 포함할 수 있다. 외측 더미셀(24)의 가스켓(244)은 2개의 더미 분리판(245, 246)의 양단에 결합되어, 2개의 더미 분리판(245, 246)에 의해 형성되는 채널(241, 242)을 공급 매니폴드(11) 및 배출 매니폴드(12)로부터 차단할 수 있다.
외측 더미셀(24)의 가스켓(244)은, 기준방향(D)을 따라 압축 또는 인장될 수 있도록 탄성을 가지는 소재로 형성될 수 있다. 또한 외측 더미셀(24)의 가스확산층(243)은, 기준방향(D)을 따라 압축 또는 인장될 수 있도록 탄성을 가지는 소재로 형성될 수 있다.
제2 최외곽 셀(212)을 통해 흐르는 가스의 압력이 도 2의 상태에서 증가함에 따라, 도 3에서와 같이 폐쇄형의 더미셀인 외측 더미셀(24)의 내측 더미 분리판(245)이 외측으로 기준방향(D)을 따라 제2 지지체(32)를 향해 밀려날 수 있다. 이러한 작용을 돕기 위해, 가스켓(244)과 가스확산층(243)은 기준방향(D)을 따라 압축될 수 있다.
도 4는 도 2의 일부분을 확대하여 도시한 도면이다. 도 5는 최대로 외측 더미셀(24)의 내측 더미 분리판(245)이 밀려난 상황을 확대하여 도시한 도면이다.
내측 더미 분리판(245)이 제2 지지체(32)를 향해 밀려날 때, 내측 더미 분리판(245)은, 외측 더미 분리판(246)과 접촉할 때까지 밀려날 수 있다. 이 때, 내측 더미 분리판(245)이 밀려나면서 인접한 제2 최외곽 셀(212)의 분리판(2125)과의 사이에 기준방향(D)을 기준으로 이격되는 거리의 최대값은, 각 더미 분리판(245, 246)이 서로 이격된 거리인 dmax의 2배일 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택(2)의 개념도이다.
본 발명의 다른 실시예는 내측에 더미셀을 2개로 구분하여 가진다는 점에서만 본 발명의 일 실시예와 차이가 있으므로, 차이가 있는 부분에 대해서만 더 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 최외곽 셀(211)과 제1 지지체(31) 사이에는 더미셀인 추가 더미셀(231)이 배치될 수 있고, 추가 더미셀(231)과 제1 최외곽 셀(211) 사이에는 더미셀인 내측 더미셀(232)이 배치될 수 있다.
내측 더미셀(232)은 외측 더미셀(24)과 같이 폐쇄형의 구조를 가져 물질출입이 일어나지 않도록 형성될 수 있다. 즉 내측 더미셀(232)은 매니폴드들(11, 12)과 연통되지 않을 수 있다. 따라서 인접한 제1 최외곽 셀(211)의 유로로 빠져나가는 물의 양을, 외측 더미셀(24)과 같이 작용하여 증가시킬 수 있다.
한편, 추가 더미셀(231)은 최외곽 셀(211, 212)과 같이 개방형의 구조를 가져 물질출입이 일어나도록 형성될 수 있다. 즉 추가 더미셀(231)은 매니폴드들(11, 12)과 연통될 수 있다. 가스 공급장치(13)와 인접한 추가 더미셀(231)과 내측 더미셀(232)의 위치에서는, 외부에서 유입되는 응축수의 영향이 크므로, 배출을 원활하게 해야 한다. 따라서 추가 더미셀(231)의 경우 개방되어 인접한 연료전지 셀(21)들과 함께 응축수의 배출을 도울 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예의 변형예에 따르면, 추가 더미셀은 외측 더미셀(24)과 제2 지지체(32) 사이에 배치될 수도 있으며, 양 지지체(31, 32) 와 인접하게 추가 더미셀이 하나씩 각각 배치될 수도 있다. 또한 본 발명의 일 실시예의 변형예에서와 같이 지지체가 일측에만 배치되는 경우, 지지체가 배치되는 쪽에만 추가 더미셀이 더 배치될 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 2 : 연료전지 스택
11 : 공급 매니폴드
12 : 배출 매니폴드
13 : 가스 공급장치
21 : 연료전지 셀
22, 232 : 내측 더미셀
24 : 외측 더미셀
30 : 지지체
31 : 제1 지지체
32 : 제2 지지체
231 : 추가 더미셀
241, 2111, 2121 : 공기극 채널
242, 2112, 2122 : 연료극 채널
243, 2113, 2123 : 가스확산층
244, 2114, 2124 : 가스켓
245 : 내측 더미 분리판
246 : 외측 더미 분리판
211 : 제1 최외곽 셀
212 : 제2 최외곽 셀
213 : 중간 셀
2115, 2125 : 분리판
2116, 2126 : 전극막 접합체
2451, 2452 : 더미 분리판 돌출부
2453 : 더미 분리판 본체
D : 기준방향

Claims (9)

  1. 가스를 전달받아 전력을 생산하는 복수의 연료전지 셀;
    상기 복수의 연료전지 셀에 상기 가스를 제공하는 공급 매니폴드;
    상기 복수의 연료전지 셀이 배출하는 미반응가스와 냉각수를 배출하는 배출 매니폴드;
    기준방향을 따라 적층된 상기 복수의 연료전지 셀을 상기 기준방향을 기준으로 지지하는 지지체; 및
    유로를 가지는 더미 분리판을 구비하고, 상기 지지체와 상기 복수의 연료전지 셀의 사이에 배치되며, 상기 공급 매니폴드 및 상기 배출 매니폴드와 연통되지 않는 더미셀을 포함하고,
    상기 더미 분리판은, 상기 복수의 연료전지 셀 중 상기 더미셀과 가장 인접한 최외곽 셀이 포함하는 채널을 통과하는 상기 가스의 압력에 의해, 인접한 상기 지지체를 향해 밀려날 수 있는, 연료전지 스택.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 더미 분리판은 2개로 구성되어 서로 이격되어 배치되고,
    상기 더미셀은, 상기 2개의 더미 분리판의 단부에 결합되어, 상기 2개의 더미 분리판 사이에 형성되는 채널을 상기 공급 매니폴드 및 상기 배출 매니폴드로부터 차단하는 가스켓을 포함하고,
    상기 가스켓은, 상기 기준방향을 따라 압축 또는 인장될 수 있도록 탄성을 가지는 소재로 형성되는, 연료전지 스택.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 더미셀의 더미 분리판 중 상기 최외곽 셀과 인접한 내측 더미 분리판이 인접한 상기 지지체를 향해 밀려날 때,
    상기 내측 더미 분리판은, 상기 더미셀의 더미 분리판 중 상기 지지체와 인접한 외측 더미 분리판과 접촉할 때까지 밀려날 수 있는, 연료전지 스택.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 더미셀은, 상기 2개의 더미 분리판 사이에 배치되는 가스확산층을 더 포함하고,
    상기 가스확산층은, 상기 기준방향을 따라 압축 또는 인장될 수 있도록 탄성을 가지는 소재로 형성되는, 연료전지 스택.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스확산층은, 카본파이버 다공체로 형성되는, 연료전지 스택.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는, 상기 복수의 연료전지 셀을 상기 기준방향을 기준으로 일측으로부터 지지하는 제1 지지체와, 타측으로부터 지지하는 제2 지지체를 포함하고,
    상기 더미셀은, 상기 제1 지지체와 인접하게 배치되는 내측 더미셀과, 상기 제2 지지체와 인접하게 배치되는 외측 더미셀을 포함하는, 연료전지 스택.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 지지체는, 상기 공급 매니폴드와 상기 배출 매니폴드가 관통하는 개방형 지지체이고,
    상기 제2 지지체는, 상기 공급 매니폴드와 상기 배출 매니폴드가 관통하지 않는 폐쇄형 지지체인, 연료전지 스택.
  9. 제1항에 있어서,
    유로를 가지는 더미 분리판을 구비하고, 상기 지지체와 상기 복수의 연료전지 셀의 사이에 배치되며, 상기 공급 매니폴드 및 상기 배출 매니폴드와 연통되는 추가 더미셀을 더 포함하는, 연료전지 스택.
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