KR102346472B1 - Channel member for fuel cell separator and cell for fuel cell including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 분리판용 유로부재에 관한 것으로, 메쉬구조를 가지고 연료전지용 분리판 상에 배치되며, 유체의 유동을 기체확산층측으로 유도하게 분리판에서 기체확산층측으로 돌출되는 형상을 가지는 반응강화메쉬부와, 메쉬구조를 가지고 반응강화메쉬부와 연속하여 형성되며, 굴곡된 곡면을 가지고 기체확산층과 접하는 유속구배메쉬부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a flow path member for a fuel cell separator, which has a mesh structure, is disposed on a fuel cell separator, and has a shape that protrudes from the separator toward the gas diffusion layer to guide the flow of the fluid toward the gas diffusion layer. And, it is characterized in that it has a mesh structure and is formed continuously with the reaction reinforcing mesh portion, and includes a flow velocity gradient mesh portion having a curved surface and contacting the gas diffusion layer.
Description
본 발명은 연료전지 분리판용 유로부재 및 이를 포함하는 연료전지용 셀에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지의 반응활성화를 구현하기 위한 연료전지 분리판용 유로부재 및 이를 포함하는 연료전지용 셀에 관한 것이다.The present invention relates to a flow path member for a fuel cell separator and a fuel cell cell including the same, and more particularly, to a fuel cell flow path member for realizing a reaction activation of a fuel cell and a fuel cell cell including the same.
일반적으로 연료전지용 셀은 막전극접합체(MEA, Membrane-Electrode Assembly)와, 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer), 가스켓(gasket), 분리판이 차례로 적층된 구조를 가진다. 연료전지 스택은 막전극접합체의 양측에 가스확산층, 가스켓, 분리판이 각각 적층된 구조를 가지는 단위 셀을 수백개 적층시킨 구조를 가진다.In general, a fuel cell cell has a structure in which a membrane electrode assembly (MEA), a gas diffusion layer (GDL), a gasket, and a separator are sequentially stacked. The fuel cell stack has a structure in which hundreds of unit cells each having a structure in which a gas diffusion layer, a gasket, and a separator are stacked on both sides of a membrane electrode assembly are stacked.
근래에는 차량용 연료전지의 성능을 향상시키면서도 내구성, 생산성의 향상을 함께 도모하기 위해, 애노드 분리판, 캐소드 분리판 상에서의 반응유체의 공급, 유동, 배출 경로를 다양한 실시예로 적용하는 시도가 이루어지고 있다. 또한, 캐소드 분리판의 경우, 반응유체과 기체확산층 간의 반응성을 향상시키기 위해 다공체형 유로를 적용하는 시도가 이루어지고 있다.In recent years, in order to improve the performance of fuel cells for vehicles while simultaneously improving durability and productivity, attempts are made to apply the supply, flow, and discharge routes of the reaction fluid on the anode separator and the cathode separator in various embodiments. have. In addition, in the case of the cathode separator, an attempt has been made to apply a porous flow path in order to improve the reactivity between the reaction fluid and the gas diffusion layer.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허등록공보 제1856330호(2018.05.02 등록, 발명의 명칭: 연료전지 셀 구조)에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Registration Publication No. 1856330 (registration of 2018.05.02, title of invention: fuel cell structure).
본 발명은 유체와 기체확산층 간의 반응성을 보다 향상시킬 수 있는 다공체 입체 구조를 가지는 연료전지 분리판용 유로부재 및 이를 포함하는 연료전지용 셀을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a flow path member for a fuel cell separator having a porous three-dimensional structure capable of further improving the reactivity between a fluid and a gas diffusion layer, and a fuel cell cell including the same.
본 발명에 따른 연료전지 분리판용 유로부재는, 메쉬구조를 가지고 연료전지용 분리판 상에 배치되며, 유체의 유동을 기체확산층측으로 유도하게 상기 분리판에서 기체확산층측으로 돌출되는 형상을 가지는 반응강화메쉬부; 및 메쉬구조를 가지고 상기 반응강화메쉬부와 연속하여 형성되며, 굴곡된 곡면을 가지고 상기 기체확산층과 접하는 유속구배메쉬부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The flow path member for a fuel cell separator according to the present invention has a mesh structure and is disposed on the fuel cell separator, and a reaction-reinforced mesh portion having a shape protruding from the separator toward the gas diffusion layer to guide the flow of the fluid toward the gas diffusion layer. ; and a flow velocity gradient mesh portion having a mesh structure and continuously formed with the reaction reinforcing mesh portion, having a curved curved surface and contacting the gas diffusion layer.
본 발명은, 메쉬구조를 가지고 상기 유속구배메쉬부와 연속하여 형성되며, 상기 분리판측으로 함몰되는 형상을 가지는 분산지지메쉬부; 및 메쉬구조를 가지고 상기 분산지지메쉬부와 연속하여 형성되며, 상기 분리판측으로 오목한 곡면을 이루어 상기 반응강화메쉬부와 연결되는 쿠션받침부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention, has a mesh structure and is formed continuously with the flow rate gradient mesh portion, the distributed support mesh portion having a shape recessed toward the separation plate; and a cushion support portion having a mesh structure and continuously formed with the dispersion support mesh portion and connected to the reaction reinforcing mesh portion by forming a concave curved surface toward the separation plate.
상기 반응강화메쉬부, 상기 유속구배메쉬부, 상기 분산지지메쉬부, 상기 쿠션받침부는 '∩'자 단면 형상을 가지는 굴곡면과, '∪'자 단면 형상을 가지는 굴곡면이 상기 반응강화메쉬부의 배열방향을 따라 교대로 연속하여 연결된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.The reaction reinforcing mesh portion, the flow rate gradient mesh portion, the dispersion support mesh portion, and the cushion support portion are curved surfaces having a '∩' cross-sectional shape, and a curved surface having a '∪' cross-sectional shape are the reaction reinforcement mesh parts. It is characterized in that it has a structure continuously connected alternately along the arrangement direction.
상기 유속구배메쉬부는, 상기 기체확산층측으로 볼록한 형상을 가지고 상기 반응강화메쉬부의 연장방향을 따라 배치되며, 상기 기체확산층과 접하는 유속감소구배부; 및 상기 분리판측으로 오목한 형상을 가지고 상기 유속감소구배부의 사이에 연속하여 형성되는 유속증가구배부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The flow rate gradient mesh portion has a convex shape toward the gas diffusion layer and is disposed along the extension direction of the reaction reinforcing mesh portion, the flow rate reduction gradient portion in contact with the gas diffusion layer; and a flow velocity increasing gradient part having a concave shape toward the separating plate and continuously formed between the flow velocity decreasing gradient parts.
상기 유속구배메쉬부는 '∩'자 단면 형상을 가지는 굴곡면과, '∪'자 단면 형상을 가지는 굴곡면이 상기 반응강화메쉬부의 연장 방향을 따라 교대로 연속하여 연결된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.The flow velocity gradient mesh portion is characterized in that it has a structure in which a curved surface having a '∩' cross-sectional shape and a curved surface having a '∪' cross-sectional shape are alternately and continuously connected along the extension direction of the reaction reinforcing mesh part.
본 발명에 따른 연료전지용 셀은, 제1기체확산층을 사이에 두고 막전극접합체의 일측에 배치되는 제1분리판; 제2기체확산층을 사이에 두고 상기 막전극접합체의 타측에 배치되는 제2분리판; 및 상기 제1기체확산층과 마주하는 상기 제1분리판의 일면부 배치되는 유로부재;를 포함하고, 상기 유로부재는, 메쉬구조를 가지고 상기 제1분리판 상에 배치되며, 유체의 유동을 상기 제1기체확산층측으로 유도하게 상기 제1분리판에서 기체확산층측으로 돌출되는 형상을 가지는 반응강화메쉬부; 메쉬구조를 가지고 상기 반응강화메쉬부와 연속하여 형성되며, 굴곡된 곡면을 가지고 상기 기체확산층과 접하는 유속구배메쉬부; 메쉬구조를 가지고 상기 유속구배메쉬부와 연속하여 형성되며, 상기 분리판측으로 함몰되는 형상을 가지는 분산지지메쉬부; 및 메쉬구조를 가지고 상기 분산지지메쉬부와 연속하여 형성되며, 상기 분리판측으로 오목한 곡면을 이루어 상기 반응강화메쉬부와 연결되는 쿠션받침부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A fuel cell cell according to the present invention includes: a first separator disposed on one side of a membrane electrode assembly with a first gas diffusion layer interposed therebetween; a second separator disposed on the other side of the membrane electrode assembly with a second gas diffusion layer interposed therebetween; and a flow path member disposed on one surface of the first separator facing the first gas diffusion layer, wherein the flow path member has a mesh structure and is disposed on the first separator, and controls the flow of the fluid. a reaction reinforcing mesh portion having a shape protruding from the first separator toward the gas diffusion layer to guide it toward the first gas diffusion layer; a flow velocity gradient mesh portion having a mesh structure, formed continuously with the reaction reinforcement mesh portion, having a curved curved surface and contacting the gas diffusion layer; Distributed support mesh portion having a mesh structure and formed continuously with the flow velocity gradient mesh portion, and having a shape recessed toward the separation plate; and a cushion support part having a mesh structure and continuously formed with the dispersion support mesh part and connected to the reaction reinforcement mesh part by forming a concave curved surface toward the separating plate.
상기 제2분리판은, 분리판부; 상기 분리판부의 일면부에 형성되고, 유체가 유동가능한 유로를 형성하며, 상기 유로부재가 배치되는 판면유로부; 상기 분리판부 상에 관통되게 형성되고, 상기 판면유로부의 일측에 배치되며, 유체가 상기 판면유로부로 유입되는 통로를 이루는 유입홀부; 및 상기 분리판부 상에 관통되게 형성되고, 상기 판면유로부의 타측에 배치되며, 상기 판면유로부 상의 유체가 배출되는 통로를 이루는 배출홀부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The second separator may include a separator; a plate surface passage portion formed on one surface of the separating plate portion, forming a passage through which a fluid can flow, and in which the passage member is disposed; an inlet hole formed to pass through the separation plate portion, disposed on one side of the plate surface passage portion, and forming a passage through which fluid flows into the plate surface passage portion; and a discharge hole formed to pass through the separation plate portion, disposed on the other side of the plate surface passage portion, and forming a passage through which the fluid on the plate surface passage portion is discharged.
상기 분리판부는, 상기 제2기체확산층측으로 돌출되게 형성되고, 상기 반응강화메쉬부의 연장방향을 따라 연장되게 형성되며, 상기 유속구배메쉬부와 접하는 돌출굴곡부; 및 상기 돌출굴곡부의 사이에 교대로 배치되고, 상기 쿠션받침부와 접하는 함몰굴곡부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The separation plate portion is formed to protrude toward the second gas diffusion layer, is formed to extend in an extending direction of the reaction reinforcement mesh portion, and a protruding bent portion in contact with the flow rate gradient mesh portion; And it is alternately arranged between the protruding bent portion, the depression bent portion in contact with the cushion support portion; characterized in that it comprises a.
본 발명에 따른 연료전지 분리판용 유로부재 및 이를 포함하는 연료전지용 셀은, 분리판에서 기체확산층측으로 돌출되는 형상을 가지는 반응강화메쉬부와, 굴곡된 곡면을 가지고 기체확산층과 접하는 유속구배메쉬부를 포함하는 3차원 입체 구조를 가진다.A flow path member for a fuel cell separator according to the present invention and a fuel cell cell including the same include a reaction reinforcing mesh portion having a shape protruding from the separator toward a gas diffusion layer, and a flow velocity gradient mesh portion having a curved surface and contacting the gas diffusion layer has a three-dimensional three-dimensional structure.
이에 따라, 제2유체는 제1분리판과 제2기체확산층의 사이에서 횡방향으로의 유동성을 가질 뿐만 아니라, 유로부재에 의해 제2기체확산층을 향하는 종방향으로의 유동성을 복합적으로 가지게 되므로, 제2기체확산층과의 반응이 보다 고효율로 이루어질 수 있다.Accordingly, the second fluid not only has fluidity in the lateral direction between the first separator and the second gas diffusion layer, but also has fluidity in the longitudinal direction toward the second gas diffusion layer due to the flow path member in a complex manner. The reaction with the second gas diffusion layer may be performed with higher efficiency.
특히, 반응강화메쉬부가 제2분리판에서 제2기체확산층측으로 돌출되는 형상을 가짐에 따라 반응강화메쉬부를 통과하고자 하는 제2유체를 제2기체확산층측으로 명확하게 유도할 수 있다. 이에 따라, 제2유체와 제2기체확산층 간의 반응이 보다 안정적, 고효율로 이루어질 수 있다.In particular, since the reaction-reinforced mesh portion has a shape that protrudes from the second separator toward the second gas diffusion layer, the second fluid to pass through the reaction-reinforced mesh portion can be clearly guided toward the second gas diffusion layer. Accordingly, the reaction between the second fluid and the second gas diffusion layer may be more stable and highly efficient.
또한, 제2기체확산층과 접하는 유속구배메쉬부가 모서리부 없이 연속된 곡면의 형상을 가짐에 따라, 제2기체확산층과 유속구배메쉬부간의 접촉압력으로 인한 제2기체확산층이나 유로부재의 손상을 방지할 수 있다.In addition, as the flow velocity gradient mesh portion in contact with the second gas diffusion layer has a continuous curved shape without corners, damage to the second gas diffusion layer or flow path member due to the contact pressure between the second gas diffusion layer and the flow velocity gradient mesh portion is prevented can do.
또한, 유로부재가 메쉬구조를 가짐에 따라, 제2분리판과 제2기체확산층간의 사이에 물방울이 생성, 유입 시, 제2유체는 물방울에 막혀 진행방향과 반대방향으로 후퇴하는 것이 아니라, 물방울을 그 유동 방향으로 밀어내는 작용을 하면서 물방울의 주변으로 분산되어 유동되므로, 물배출이 원활하게 이루어질 수 있다.In addition, as the flow path member has a mesh structure, when water droplets are generated and introduced between the second separator plate and the second gas diffusion layer, the second fluid is blocked by the water droplets and does not retreat in the opposite direction to the moving direction, Since the water droplets are dispersed and flowed around the water droplets while pushing the water droplets in the flow direction, water discharge can be performed smoothly.
또한, 유속구배메쉬부를 제2기체확산층에 상대적으로 근접되는 부분과 이격되는 부분을 가지는 곡면을 가지게 형성하면, 제2유체는 유속이 빨라지고 느려짐과 동시에 유동방향이 가변되는 변화를 지속적으로 가지면서 주요 유동 방향으로 유동하게 되고, 상대적으로 속도가 빠른 부분과 상대적으로 속도가 느린 부분이 혼재된 상태에서 이러한 제2유체의 유속 구배로 인해 미세 진동이 발생될 수 있다. 이러한 미세 진동에 의해 물배출이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.In addition, when the flow velocity gradient mesh portion is formed to have a curved surface having a portion relatively close to and spaced apart from the second gas diffusion layer, the second fluid increases and slows the flow rate while continuously having a change in the flow direction. It flows in the flow direction, and a minute vibration may be generated due to the flow velocity gradient of the second fluid in a state in which a portion having a relatively high speed and a portion having a relatively low speed are mixed. Water discharge can be made more smoothly by such fine vibrations.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 엔드플레이트를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1플레이트부를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1플레이트부 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제2플레이트부를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제2플레이트부 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제3플레이트부를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제3플레이트부 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 9는 도 7의 A-A'선 단면도이다.
도 10은 도 7의 B-B'선 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 엔드플레이트 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 셀을 개략적으로 도시한 평면측 요부 분해사시도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 셀을 개략적으로 도시한 저면측 요부 분해사시도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 제1분리판을 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다.
도 15는 도 12의 C부분 확대도이다.
도 16은 도 13의 D부분 확대도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 제2분리판을 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다.
도 18은 도 13의 E부분 확대도이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 셀 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 평면측 개념도이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 셀 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 저면측 개념도이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 유로부재를 개략적으로 도시한 요부 사시도이다.
도 22는 도 21의 F부분 확대도이다.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 유로부재를 개략적으로 도시한 x방향측 요부 측면도이다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 유로부재에 의한 유체의 유동을 설명하고자 도시한 개념도이다.
도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 유로부재를 개략적으로 도시한 y방향측 요부 측면도이다.
도 26은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 유로부재가 제2분리판에 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 27은 도 26의 요부 단면도이다.1 is an exploded perspective view schematically illustrating a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view schematically illustrating an end plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view schematically illustrating a first plate part according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram illustrating the flow of a fluid on the first plate part according to an embodiment of the present invention.
5 is an exploded perspective view schematically illustrating a second plate part according to an embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram illustrating the flow of a fluid on a second plate part according to an embodiment of the present invention.
7 is an exploded perspective view schematically illustrating a third plate part according to an embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating the flow of a fluid on a third plate part according to an embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 7 .
10 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 7 .
11 is a conceptual diagram illustrating the flow of a fluid on an end plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
12 is an exploded perspective view of a main part on a plane side schematically illustrating a fuel cell cell according to an embodiment of the present invention.
13 is an exploded perspective view of a main part of a bottom side schematically illustrating a fuel cell cell according to an embodiment of the present invention.
14 is an exploded perspective view schematically showing a first separator according to an embodiment of the present invention.
15 is an enlarged view of part C of FIG. 12 .
FIG. 16 is an enlarged view of part D of FIG. 13 .
17 is an exploded perspective view schematically showing a second separator according to an embodiment of the present invention.
18 is an enlarged view of part E of FIG. 13 .
19 is a schematic plan view illustrating the flow of a fluid in a fuel cell cell according to an embodiment of the present invention.
20 is a bottom-side conceptual diagram illustrating the flow of a fluid on a cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
21 is a perspective view schematically showing a flow path member for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
22 is an enlarged view of part F of FIG. 21 .
23 is a side view of a main part in the x-direction side schematically showing a flow path member for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
24 is a conceptual diagram illustrating the flow of a fluid by a flow path member for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
25 is a y-direction side view schematically illustrating a flow path member for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
26 is a perspective view illustrating a state in which a flow path member for a fuel cell is installed on a second separator according to an embodiment of the present invention.
27 is a cross-sectional view of a main part of FIG. 26 .
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지 분리판용 유로부재 및 이를 포함하는 연료전지용 셀의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an embodiment of a flow path member for a fuel cell separator and a fuel cell including the same according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically illustrating a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 스택(fuel cell stack)은 복수개의 단위 셀(4)이 상하방향(z방향)으로 적층되고, 그 상측과 하측에 한 쌍의 엔드플레이트(1)가 배치된 구조를 가진다. 상하측 한 쌍의 엔드플레이트(1)에 의해 그 사이에 배치되는 복수개의 단위 셀(4)을 일정한 배열로 결속하게 된다.Referring to FIG. 1 , in a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention, a plurality of
본 발명의 일실시예에 따른 엔드플레이트(1)는 셀(4)의 상측에 배치되는 제1엔드플레이트(2)와, 셀(4)의 하측에 배치되는 제2엔드플레이트(4)를 포함한다. 제1엔드플레이트(2)와 제2엔드플레이트(4)는 복수개의 단위 셀(4)을 사이에 두고 체결수단(미도시)에 의해 상호 결속되며, 제1엔드플레이트(2)와 제2엔드플레이트(4) 상에는 이러한 체결을 위한 복수개의 홀부(도면부호 미표기)가 형성된다.The end plate 1 according to an embodiment of the present invention includes a first end plate 2 disposed above the
제1엔드플레이트(2)를 통해 셀(4)측으로의 유체 공급과, 셀(4)을 통과한 유체의 배출이 이루어지는데, 기존에는 공용분배기를 이용해 하나의 경로로 유입된 유체를 분기하여 엔드플레이트(1) 상의 복수개의 개소에 공급하거나, 복수개의 개소에서 배출된 유체를 합하여 하나의 경로로 배출하고 있다.Fluid is supplied to the
통상적으로 연료전지에는 복수개의 유체가, 보다 구체적으로는 제1유체(91), 제2유체(92), 제3유체(93)를 포함한 3가지 유체가 통상적으로 이용되고 있다. 공용분배기는 각각의 유체를 안내하는 배관들간의 간섭을 피하면서도 그 체적을 최소화하기 위해 복잡한 층상 구조를 가진다. 제1유체(91)로는 수소, 메탄, 질소, 개질 가스 등의 연료를 적용할 수 있고, 제2유체(92)로는 공기, 산소 등의 산화제를 적용할 수 있다. 또한, 제3유체(93)로는 냉각수를 적용할 수 있다.In general, a plurality of fluids, more specifically, three fluids including the
기존에는 엔드플레이트(1)의 사양에 맞추어 복잡한 구조의 공용분배기를 별도로 제작하거나, 공용분배기의 사양에 맞추어 엔드플레이트(1)를 제작하여 상호 조립하여야 하므로, 이로 인해 생산성이 저하되고 단가가 상승된다는 문제점이 있었다. 또한, 연료전지 스택에 공용분배기가 추가로 결합됨으로 인해 차량의 엔진룸 등의 한정된 공간에 배치함에 있어서 공간효율성이 저하된다는 문제점이 있었다.Conventionally, a common distributor with a complex structure according to the specifications of the end plate 1 must be separately manufactured, or the end plate 1 must be manufactured and assembled according to the specifications of the common distributor. There was a problem. In addition, since the common distributor is additionally coupled to the fuel cell stack, there is a problem in that space efficiency is reduced when disposing in a limited space such as an engine room of a vehicle.
본 발명의 일실시예에 따른 제1엔드플레이트(2)는 복수개의 유체 각각이 하나의 유입포트와, 배출포트를 통해 내외부로 공급, 배출될 수 있으면서, 그 내부에서 유체의 유동이 복수개의 개소로 분기되거나 합쳐지는(diverge or converge) 형태를 가지는 복수개의 유로부가 형성된 구조를 가진다.In the first end plate 2 according to an embodiment of the present invention, each of a plurality of fluids can be supplied and discharged to and from the outside through one inlet port and an outlet port, and the flow of the fluid therein is provided at a plurality of locations. It has a structure in which a plurality of flow passages having a diverge or converge form are formed.
즉 본 발명의 일실시예에 따른 제1엔드플레이트(2)는 기존의 공용분배기를 포함하는 구조를, 다른 표현으로는 기존의 공용분배기의 기능을 구현가능한 구조를 가진다. 이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 제1엔드플레이트(2) 적용 시 공용분배기 설치를 생략할 수 있고, 이로 인한 연료전지 스택의 생산성 향상 및 단가 저감, 공간효율성 향상을 도모할 수 있다.That is, the first end plate 2 according to an embodiment of the present invention has a structure including an existing common distributor, or in other words, a structure capable of implementing the function of the existing common distributor. Accordingly, when the first end plate 2 according to an embodiment of the present invention is applied, the installation of the common distributor can be omitted, thereby improving the productivity of the fuel cell stack, reducing the unit cost, and improving the space efficiency.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 엔드플레이트를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다.2 is an exploded perspective view schematically illustrating an end plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제1엔드플레이트(2)는 플레이트본체부(21), 제1유로부(25), 제2유로부(26), 제3유로부(27), 제1가스켓부(28), 제2가스켓부(29)를 포함한다.1 and 2 , the first end plate 2 according to an embodiment of the present invention includes a
플레이트본체부(21)는 제1엔드플레이트(2)의 골조를 이루는 장치부로, 전체적으로 제1유로부(25), 제2유로부(26), 제3유로부(27)를 형성하기 위한 홀부와 홈부가 형성된 복수개의 판재가 상하방향(z방향)으로 적층된 구조를 가진다. 판재 각각은 듀얼셀(dual cell) 구조를 가지는 셀(4)을 상측에서 커버링가능한 직사각형 평면 형상을 가지고, 두께방향(z방향)으로 적층되며, 이에 따라 플레이트본체부(21)는 전체적으로 직육면체 블럭의 형상을 가지게 된다.The
제1유로부(25)는 제1유체(91)의 유동경로를 이루는 공간부로, 플레이트본체부(21)를 상하방향으로 관통하게 형성된다. 제1유로부(25) 중 제1유체(91)의 유입이 이루어지는 통로와, 배출이 이루어는 통로는 각각 하나가 형성되고, 중간부에는 제1유체(91)의 유동이 분기되거나 합쳐지는 형태를 가지는 제1분기안내부(252)가 형성된다.The
제2유로부(26)는 제2유체(92)의 유동경로를 이루는 공간부로, 플레이트본체부(21)를 상하방향으로 관통하게 형성되되, 제1유로부(25)와 구획되게 배치된다. 제2유로부(26) 중 제2유체(92)의 유입이 이루어지는 통로와, 배출이 이루어는 통로는 각각 하나가 형성되고, 중간부에는 제2유체(92)의 유동이 분기되거나 합쳐지는 형태를 가지는 제2분기안내부(264)가 형성된다.The
제3유로부(27)는 제3유체(93)의 유동경로를 이루는 공간부로, 플레이트본체부(21)를 상하방향으로 관통하게 형성되되, 제1유로부(25), 제2유로부(26)와 구획되게 배치된다. 제3유로부(27) 중 제3유체(93)의 유입이 이루어지는 통로와, 배출이 이루어는 통로는 각각 하나가 형성되고, 중간부에는 제3유체(93)의 유동이 분기되는 형태를 가지는 제3분기안내부(272)와, 제3유체(93)의 유동이 합쳐지는 형태를 가지는 제4분기안내부(275)가 형성된다.The third
보다 구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트본체부(21)는 제1플레이트부(22), 제2플레이트부(23), 제3플레이트부(24)가 적층되게 배치된 구조를 가진다. 제1유로부(25)는 제1플레이트부(22), 제2플레이트부(23), 제3플레이트부(24)를 연속하여 관통하게 형성되되, 제1플레이트부(22)와 제2플레이트부(23)의 사이에 제1분기안내부(252)가 형성된 구조를 가진다.More specifically, the
제2유로부(26)는 제1플레이트부(22), 제2플레이트부(23), 제3플레이트부(24)를 연속하여 관통하게 형성되되, 제1플레이트부(22)와 제2플레이트부(23)의 사이에 제2분기안내부(264)가 형성된 구조를 가진다.The second
제3유로부(27)는 제1플레이트부(22), 제2플레이트부(23), 제3플레이트부(24)를 연속하여 관통하게 형성되되, 제2플레이트부(23)와 제3플레이트부(24)의 사이에 제3유체(93)의 유동이 분기되게 안내하는 제3분기안내부(272)와, 제3유체(93)의 유동이 모이게 안내하는 제4분기안내부(275)가 형성된 구조를 가진다.The third
제1가스켓부(28)는 제1플레이트부(22)와 제2플레이트부(23)의 사이를 기밀시키는 장치부로, 고무 등과 같이 유체를 기밀시킬 수 있는 탄성 소재를 포함하여 이루어진다. 제1가스켓부(28)는 제1플레이트부(22)와 제2플레이트부(23)의 사이에 배치되고, 제1유로부(25), 제2유로부(26), 제3유로부(27)의 가장자리부를 따라 연장되게 형성된다.The
제2플레이트부(23) 중 제1플레이트부(22)와 마주하는 상면부 상에는 제1가스켓부(28)가 끼워져 결합되는 가스켓결합부(도면부호 미표기)가 홈부의 구조로 형성될 수 있고, 제1가스켓부(28)는 제2플레이트부(23) 상에 형성된 가스켓결합부에 일부(하부)가 수용된 상태로 상향 돌출되게 결합될 수 있다. 이 때, 돌출된 제1가스켓부(28)의 상부는 제1플레이트부(22)의 저면부에 기밀하게 밀착된다.Among the
제2가스켓부(29)는 제2플레이트부(23)와 제3플레이트부(24)의 사이를 기밀시키는 장치부로, 고무 등과 같이 유체를 기밀시킬 수 있는 탄성 소재를 포함하여 이루어진다. 제2가스켓부(29)는 제2플레이트부(23)와 제3플레이트부(24)의 사이에 배치되고, 제1유로부(25), 제2유로부(26), 제3유로부(27)의 가장자리부를 따라 연장되게 형성된다.The
제3플레이트부(24) 중 제2플레이트부(23)와 마주하는 상면부 상에는 제2가스켓부(29)가 끼워져 결합되는 가스켓결합부(도면부호 미표기)가 홈부의 구조로 형성될 수 있고, 제2가스켓부(29)는 제3플레이트부(24) 상에 형성된 가스켓결합부에 일부(하부)가 수용된 상태로 상향 돌출되게 결합될 수 있다. 이 때, 돌출된 제2가스켓부(29)의 상부는 제2플레이트부(23)의 저면부에 기밀하게 밀착된다.On the upper surface of the
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1플레이트부를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1플레이트부 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 개념도이다.3 is an exploded perspective view schematically illustrating a first plate part according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the flow of a fluid on the first plate part according to an embodiment of the present invention. to be.
도 3, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제1플레이트부(22)는 제1본체부(221)와 제1유로홀부(222)를 포함한다.3 and 4 , the
제1본체부(221)는 제1플레이트부(22)의 강성 골조를 이루는 장치부로, 전체적으로 판재의 형상을 가진다. 제1유로홀부(222)는 제1유로부(25), 제2유로부(26), 제3유로부(27)를 형성하는 장치부로, 제1본체부(221) 상에 상하방향으로 관통되게 형성된다. 제1유로홀부(222)는 제1유로부(25)의 양단부, 제2유로부(26)의 양단부, 제3유로부(27)의 양단부에 대응되는 6개가 형성된다.The
보다 구체적으로, 6개의 제1유로홀부(222)는 각각 제1유로부(25)이 제1유입부(251)와 제1배출부(255), 제2유로부(26)의 제2유입부(261)와 제2배출부(265), 제3유로부(27)의 제3유입부(271)와 제3배출부(276)를 형성한다. 이 때, 각각의 제1유로홀부(222)는 제1유체(91), 제2유체(92), 제3유체(93)를 연료전지 스택의 내외부로 공급, 배출하기 위한 배관(미도시)이 결합되는 포트의 기능을 한다.More specifically, in each of the six first passage hole portions 222 , the
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제2플레이트부를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제2플레이트부 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 개념도이다.5 is an exploded perspective view schematically illustrating a second plate part according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating the flow of fluid on the second plate part according to an embodiment of the present invention. to be.
도 5, 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제2플레이트부(23)는 제2본체부(231), 제1분기홈부(232), 제2분기홈부(233), 제2유로홀부(234), 제2분할벽부(235)를 포함한다.5 and 6 , the
제2본체부(231)는 제2플레이트부(23)의 강성 골조를 이루는 장치부로, 전체적으로 제1본체부(221)에 대응되는 직사각형 상면부와 저면부를 가지는 판재의 형상을 가지고, 제1본체부(221)의 하측에 적층되게 배치된다. 제2본체부(231)의 상면부에는 제1본체부(221)와 제2본체부(231)의 사이를 기밀시키기 위한 제1가스켓부(28)가 결합될 수 있다.The
제1분기홈부(232)는 제1분기안내부(252)를 형성하는 장치부로, 제2본체부(231) 중 제1본체부(221)의 저면부와 마주하는 상면부 상에 함몰되게 형성된다. 제1분기홈부(232)는 복수개의 제1유로홀부(222) 중 제1유로부(25)의 제1유입부(251)를 이루는 제1유로홀부(222)와 연통된다. 제1분기홈부(232)는 제2본체부(231) 중 전후방향(x방향)의 전방부측(+x방향측)에 좌우방향(y방향)으로 연장되게 배치된다.The first branch groove part 232 is a device for forming the first
제2분기홈부(233)는 제2분기안내부(264)를 형성하는 장치부로, 제2본체부(231) 중 제1본체부(221)의 저면부와 마주하는 상면부 상에 함몰되게 형성된다. 제2분기홈부(233)는 복수개의 제1유로홀부(222) 중 제2유로부(26)의 제2배출부(265)를 이루는 제1유로홀부(222)와 연통된다. 제2분기홈부(233)는 제2본체부(231) 중 전후방향(x방향)의 후방부측(-x방향측)에 좌우방향(y방향)으로 연장되게 배치된다.The second branch groove portion 233 is a device for forming the second
제2유로홀부(234)는 제1유로부(25), 제2유로부(26), 제3유로부(27)를 형성하는 장치부로, 제2본체부(231) 상에 상하방향으로 관통되게 형성된다. 제2유로홀부(234) 중 일부는 제2본체부(231)의 좌우방향 양단부에 전후방향으로 연장되게 형성되고, 제1분기홈부(232), 제2분기홈부(233)와 연통된다.The second passage hole part 234 is a device for forming the first
제1분기홈부(232)와 연통되는 제2유로홀부(234)는 제1유입패스부(253)로 활용가능하고, 제2분기홈부(233)와 연통되는 제2유로홀부(234)는 제2배출패스부(263)로 활용가능하다. 또한, 제2유로홀부(234) 중 다른 일부는 제1유로부(25)의 제1배출패스부(254)로서, 또 다른 일부는 제2유로부(26)의 제2유입패스부(262)로서 활용가능하다.The second passage hole portion 234 communicating with the first branch groove portion 232 can be utilized as the first
제1배출패스부(254)를 형성하는 제2유로홀부(234)는 제1배출부(255)를 형성하는 제1유로홀부(222)와 상하방향으로 연속하여 연장되게 배치된다. 제2유입패스부(262)를 형성하는 제2유로홀부(234)는 제2유입부(261)를 형성하는 제1유로홀부(222)와 상하방향으로 연속하여 연장되게 배치된다.The second passage hole portion 234 forming the first
제2유로홀부(234) 중 나머지 일부는 제3유로부(27)의 제3유입부(271), 제3배출부(276)를 형성한다. 제3유로부(27)를 형성하는 제2유로홀부(234)는, 제3유호부(27)를 형성하는 제1유로홀부(222)와 상하방향으로 연속하여 연장되게 배치된다.The remaining part of the second passage hole portion 234 forms a
제3유입부(271)를 이루는 제2유로홀부(234)는 제2본체부(231)의 전방부 및 우측부에, 보다 구체적으로는 제1분기홈부(232)보다 전방에 배치된다. 제3배출부(276)를 이루는 제2유로홀부(234)는 제2본체부(231)의 후방부 및 우측부에 보다 구체적으로는 제2분기홈부(233)보다 후방에 배치된다.The second passage hole portion 234 constituting the
제2분할벽부(235)는 제2유로홀부(234)를 복수개로 분할하는 장치부로, 전후방향으로 연장된 형상을 가지는 제2유로홀부(234)를 좌우방향으로 가로지르게 형성된다. 제2분할벽부(235)에 의해 제2유로홀부(234)는 복수개가 전후방향으로 배열된 구조를 가진다.The second
제2분할벽부(235)를 3개 형성 시, 제2유로홀부(234)는 4개로 구획되며, 그 중 제1분기홈부(232)와 연통되는 최전방측 1개는 제1유로부(25)의 제1유입패스부(253)로 활용할 수 있고, 제2유로홀부(234) 중 제2분기홈부(233)와 연통되는 후방측 3개는 제2유로부(26)의 제2배출패스부(263)로 활용할 수 있다.When three second
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제3플레이트부를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제3플레이트부 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 개념도이며, 도 9는 도 7의 A-A'선 단면도이고, 도 10은 도 7의 B-B'선 단면도이다.7 is an exploded perspective view schematically illustrating a third plate part according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the flow of fluid on the third plate part according to an embodiment of the present invention. 9 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 7 , and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 7 .
도 7 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제3플레이트부(24)는 제3본체부(241), 제3분기홈부(242), 제4분기홈부(243), 제3유로홀부(244), 제3분할벽부(245), 연통홈부(246)를 포함한다.7 to 11 , the
제3본체부(241)는 제3플레이트부(24)의 강성 골조를 이루는 장치부로, 전체적으로 제1본체부(221), 제2본체부(231)에 대응되는 직사각형 상면부와 저면부를 가지는 판재의 형상을 가지고, 제2본체부(231)의 하측에 적층되게 배치된다. 제3본체부(241)의 상면부에는 제2본체부(231)와 제3본체부(241)의 사이를 기밀시키기 위한 제2가스켓부(29)가 결합될 수 있다.The
제3분기홈부(242)는 제3분기안내부(272)를 형성하는 장치부로, 제3본체부(241) 중 제2본체부(231)의 저면부와 마주하는 상면부 상에 함몰되게 형성된다. 제3분기홈부(242)는 제2유로홀부(234) 중 제3유로부(27)의 제3유입부(271)를 이루는 부분과 연통된다. 제3분기홈부(242)는 제3본체부(241)의 전방부에 좌우방향으로 연장되게 배치된다.The third branch groove part 242 is a device for forming the third
제4분기홈부(243)는 제4분기안내부(275)를 형성하는 장치부로, 제3본체부(241) 중 제2본체부(231)의 저면부와 마주하는 상면부 상에 함몰되게 형성된다. 제4분기홈부(243)는 제2유로홀부(234) 중 제3유로부(27)의 제3배출부(276)를 이루는 부분과 연통된다. 제4분기홈부(243)는 제3본체부(241)의 후방부에 좌우방향으로 연장되게 배치된다.The fourth branch groove part 243 is a device for forming the fourth
제3유로홀부(244)는 제1유로부(25), 제2유로부(26), 제3유로부(27)를 형성하는 장치부로, 제3본체부(241) 상에 상하방향으로 관통되게 형성된다. 제3유로홀부(244)의 일부는 제1유로부(25)의 제1유입패스부(253)와 제2유로부(26)의 제2배출패스부(263)를 형성하고, 제1유입패스부(253)와 제2배출패스부(263)를 형성하는 제2유로홀부(234)와 상하방향으로 연속하여 연장되게 배치된다.The third passage hole portion 244 is a device portion forming the
제3유로홀부(244)의 다른 일부는 제2유입패스부(262), 제1배출패스부(254)를 형성하고, 제2유입패스부(262), 제1배출패스부(254)를 형성하는 제2유로홀부(234)와 상하방향으로 연속하여 연장되게 배치된다.Another part of the third passage hole portion 244 forms the second
제3유로홀부(244) 중 또 다른 일부는 제3유로홀부(244) 중 일부는 제3분기홈부(242)의 하부에 연통되게 형성되고, 제3유로홀부(244)의 나머지 일부는 제4분기홈부(243)의 하부에 연통되게 형성된다. 제3분기홈부(242)의 하부에 연통되게 형성게 형성된 제3유로홀부(244)는 제3유입패스부(273)를 형성하고, 제4분기홈부(243)의 하부에 연통되게 형성된 제3유로홀부(244)는 제3배출패스부(274)를 형성한다.Another portion of the third passage hole portion 244 is formed in communication with the lower portion of the third branch groove portion 242, and the other portion of the third passage hole portion 244 is formed in communication with the third passage hole portion 244 and the fourth portion of the third passage hole portion 244 It is formed in communication with the lower portion of the branch groove (243). The third passage hole portion 244 formed to be in communication with the lower portion of the third branch groove portion 242 forms the third inflow pass portion 273 and is formed to communicate with the lower portion of the fourth branch groove portion 243 . The passage hole 244 forms a third discharge pass portion 274 .
제3유입패스부(273)를 형성하는 제3유로홀부(244)와, 제3배출패스부(274)를 형성하는 제3유로홀부(244)는 각각 제3유입부(271), 제3배출부(276)를 형성하는 제2유로홀부(234)와 상하방향으로 연속하여 연장되게 배치된다.The third passage hole 244 forming the third inlet pass portion 273 and the third passage hole 244 forming the third outlet pass portion 274 are respectively a
제3분할벽부(245)는 제3유로홀부(244)를 복수개로 분할하는 장치부로, 도 9에 도시된 바와 같이 전후방향으로 연장되게 형성된 제3유로홀부(244)를 좌우방향으로 가로질러 형성되거나, 도 10에 도시된 바와 같이 좌우방향으로 연장되게 형성된 제3유로홀부(244)를 전후방향으로 가로질러 형성된다. 제3분할벽부(245)에 의해 제3분할벽부(245)는 복수개가 전후방향으로 배열되거나, 좌우방향으로 배열된 구조를 가진다.The third
도 9를 참조하면, 제2유입패스부(262), 제1배출패스부(254)를 형성하는 제3유로홀부(244) 상에 제3분할벽부(245)를 3개 형성 시, 제3유로홀부(244)는 4개로 구획되며, 그 중 최후방측 1개는 제1배출패스부(254)로서, 전방측 3개는 제2유입패스부(262)로서 활용할 수 있다.Referring to FIG. 9 , when three third dividing
연통홈부(246)는 제3분할벽부(245)에 의해 구획되는 제3분할벽부(245) 양측의 공간부를 연통되게 연결하는 장치부로, 제3유로홀부(244) 상에 함몰되게 형성된다. 연통홈부(246)를 형성함으로써, 제3분할벽부(245)에 의해 복수개로 구획된 제2유입패스부(262)를 상호 연통되게 연결할 수 있다.The
도 9를 참조하면, 제2유입패스부(262)를 형성하는 3개의 제3유로홀부(244) 중 최전방부측에서 유입된 제2유체(92)는 연통홈부(246)를 통해 제3분할벽부(245)를 통과할 수 있고, 제3분할벽부(245)에 의해 전후방향으로 구획되는 3개의 제2유입패스부(262)를 통해 고르게 분산되어 셀(4)측으로 유동될 수 있다.Referring to FIG. 9 , the
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 엔드플레이트 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 개념도이다.11 is a conceptual diagram illustrating the flow of a fluid on an end plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제1유로부(25)는 제1유입부(251), 제1분기안내부(252), 제1유입패스부(253), 제1배출패스부(254), 제1배출부(255)를 포함한다.Referring to FIG. 11 , the first
제1유입부(251)는 제1플레이트부(22)의 전방부 및 좌우방향 중간부 상에 두께방향으로 관통되게 형성되고, 하부가 제1분기안내부(252)의 좌우방향 중간부와 연통된다. 제1분기안내부(252)는 제1플레이트부(22)와 제2플레이트부(23)의 사이에, 보다 구체적으로는 제2플레이트부(23)의 상부 중 전방부에 좌우방향으로 연장되게 형성된다. 제1유입패스부(253)는 제2플레이트부(23)와 제3플레이트부(24) 상에 두께방향으로 관통되게 형성되고, 제1분기안내부(252)의 좌우방향 양단부와 연통된다. The
제1배출패스부(254)는 제2플레이트부(23)와 제3플레이트부(24)의 후방부 및 좌우방향 중간부 상에 두께방향으로 관통되게 형성된다. 제1배출부(255)는 제1플레이트부(22)의 후방부 및 좌우방향 중간부에 두께방향으로 관통되게 형성되고, 제1배출패스부(254)와 연통된다. 제1배출패스부(254)와 제1배출부(255)는 제1유입부(251), 제1분기안내부(252), 제1유입패스부(253)의 후방에 이격되게 배치된다. The first
제1유체(91)는 제1유입부(251), 제1분기안내부(252), 제1유입패스부(253)를 연속하여 통과하면서 셀(4)측으로 하향 유입되고, 셀(4)을 통과한 후에는 제1배출패스부(254), 제1배출부(255)를 연속하여 통과하면서 연료전지 스택의 외부로 배출된다.The
도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제2유로부(26)는 제2유입부(261), 제2유입패스부(262), 제2배출패스부(263), 제2분기안내부(264), 제2배출부(265)를 포함한다.Referring to FIG. 11 , the second
제2유입부(261)는 제1플레이트부(22)의 전방부 및 좌우방향 중간부 상에 두께방향으로 관통되게 형성된다. 제2유입부(261)는 제1유입부(251)의 후방에 이격되게 배치된다. 제2유입패스부(262)는 제2플레이트부(23), 제3플레이트부(24) 상에 두께방향으로 관통되게 형성되고, 제2유입부(261)와 연통된다.The
제2배출패스부(263)는 제2플레이트부(23), 제3플레이트부(24)를 두께방향으로 관통되게 형성되고, 제2분기안내부(264)의 좌우방향 양단부와 연통된다. 제2배출패스부(263)는 제2플레이트부(23), 제3플레이트부(24)의 좌우측와 우측부 각각에 복수개(예를 들어, 3개)가 전후방향으로 배열되어 형성된다.The second
제2분기안내부(264)는 제1플레이트부(22)와 제2플레이트부(23)의 사이에, 보다 구체적으로는 제2플레이트부(23)의 상부 중 후방부에 좌우방향으로 연장되게 형성된다. 제2분기안내부(264)의 좌우방향 양단부는 각각 전후방향으로 배열되는 복수개의 제2배출패스부(263)와 연통되고, 중간부는 제2배출부(265)와 연통된다.The second
제2배출패스부(263)가 전후방향으로 연장되게 배열된 형상을 가지고, 제2배출부(265)가 원형 통공의 형상을 가짐에 따라, 제2분기안내부(264)는 좌우방향 양단부에서 중간부측으로 갈수록 전후방향 너비가 점차 축소되는 형상을 가진다.As the second
제2배출부(265)는 제1플레이트부(22) 상에 두께방향으로 관통되게 형성되고, 제2분기안내부(264)의 좌우방향의 중간부와 연통된다. 제2배출패스부(263), 제2분기안내부(264), 제2배출부(265)는 제2유입부(261), 제2유입패스부(262)의 후방에 이격되게 배치된다.The
제2유체(92)는 제2유입부(261), 제2유입패스부(262)를 연속하여 통과하면서 셀(4)측으로 하향 유입되고, 셀(4)을 통과한 후에는 제2배출패스부(263), 제2분기안내부(264), 제2배출부(265)를 연속하여 통과하면서 연료전지 스택의 외부로 배출된다.The
도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제3유로부(27)는 제3유입부(271), 제3분기안내부(272), 제3유입패스부(273), 제3배출패스부(274), 제4분기안내부(275), 제3배출부(276)를 포함한다.Referring to FIG. 11 , the third
제3유입부(271)는 제1플레이트부(22)와 제2플레이트부(23)의 전방부 및 우측부 상에 두께방향으로 관통되게 형성되고, 제3플레이트부(24)의 상부에 형성된 제3분기안내부(272)의 우측부와 연통된다.The
제3분기안내부(272)는 제2플레이트부(23)와 제3플레이트부(24)의 사이에, 보다 구체적으로는 제3플레이트부(24)의 상부 중 전방부에 좌우방향으로 연장되게 형성된다. 제3분기안내부(272)의 우측단부는 제3유입부(271)와 연통되고, 제3분기안내부의 하부는 제3유입패스부(273)와 연통된다.The third
제3유입패스부(273)는 제3플레이트부(24) 상에 두께방향으로 관통되게 형성되고, 제3분기안내부(272)의 하부와 연통된다. 제3유입패스부(273)는 제3분기안내부(272)와 나란하게 좌우방향으로 연장되게 형성되되, 복수개가 좌우방향으로 분할, 배열된 형태를 가진다. 이에 따라, 제3유입패스부(273)의 우측부로 유입된 제3유체(93)는 제3유입패스부(273)를 따라 좌측으로 유동되면서, 복수개의 제3유입패스부(273)로 분산되어 유입된다.The third inlet pass portion 273 is formed to penetrate through the
제3배출패스부(274)는 제3플레이트부(24) 상에 두께방향으로 관통되게 형성되되, 제4분기안내부(275)의 하부와 연통되게 형성된다. 제3배출패스부(274)는 제3플레이트부(24)의 후방부에 좌우방향으로 연장되게 형성되되, 복수개가 좌우방향으로 분할, 배열된 형태를 가진다.The third discharge pass portion 274 is formed to pass through the
제4분기안내부(275)는 제3배출패스부(274)의 상부 중 후방부에 좌우방향으로 연장되게 형성되되, 제3배출패스부(274)의 상부와 연통되게, 보다 구체적으로는 제3배출패스부(274)의 상측에 적층되게 형성된다. 이에 따라, 복수개의 제3배출패스부(274)를 통해 좌우방향으로 분산되어 유입된 제3유체(93)는 제4분기안내부(275) 상에서 합쳐져서 제3배출부(276)를 향해 진행된다.The fourth
제3배출부(276)는 제1플레이트부(22), 제2플레이트부(23) 상에 두께방향으로 관통되게 형성되고, 제4분기안내부(275)의 좌측부와 연통된다. 제3배출패스부(274), 제4분기안내부(275), 제3배출부(276)는 제3유입부(271), 제3분기안내부(272), 제3유입패스부(273)의 후방에 이격되게 배치된다.The
제3유체(93)는 제3유입부(271), 제3분기안내부(272), 제3유입패스부(273)를 연속하여 통과하면서 셀(4)측으로 하향 유입되고, 셀(4)을 통과한 후에는 제3배출패스부(274), 제4분기안내부(275), 제3배출부(276)를 연속하여 통과하면서 연료전지 스택의 외부로 배출된다.The
제1유입부(251), 제2유입부(261), 제3유입부(271)는 제1플레이트부(22)의 전방부에 배치된다. 제1분기안내부(252)는 제1유입부(251)가 위치한 좌우방향의 중간부에서 좌우측으로 연장된다. 제2분기안내부(264)는 제1분기안내부(252)의 후방에 제1분기안내부(252)와 구획되게 배치되되, 좌우방향의 양측부에서 중간부로 연장되게 형성된다.The
제3분기안내부(272)는 제3플레이트부(24)의 전방부에 좌우방향으로 연장되게 형성되고, 제4분기안내부(275)는 제3플레이트부(24)의 후방부에 좌우방향으로 연장되게 형성된다. 제1유입패스부(253)와 제2배출패스부(263)는 제3플레이트부(24)의 좌우방향 양측부에 전후방향으로 연장되게 배열되고, 제3유입패스부(273)는 좌측과 우측에 배치되는 제1유입패스부(253)와 제2배출패스부(263)의 사이에, 다른 표현으로는 제3플레이트부(24)의 좌우방향 중간부에 배치된다.The
제1배출패스부(254)와 제2유입패스부(262)는 제3플레이트부(24)의 좌우방향 중간부에 전후방향으로 연장되게 배열된다. 제3배출패스부(274)는 제1배출패스부(254)와 제2유입패스부(262)를 사이에 두고 제3유입패스부(273)와 전후방향으로 이격되게, 다른 표현으로는 제1배출패스부(254)와 제2유입패스부(262)의 후방에 배치된다. 제1배출부(255), 제2배출부(265), 제3배출부(276)는 제1플레이트부(22)의 후방부에 배치된다.The first
본 발명의 설명에서는 제1유로부(25), 제2유로부(26), 제3유로부(27)와 관련하여 설명함에 있어서, 편의 상 제1유체(91), 제2유체(92), 제3유체(93)의 유동 진행방향을 특정하게 설정하였으나, 이는 이해를 돕기 위한 것이지, 유체의 유동 방향을 한정하고자 하는 것이 아니다. 제1유로부(25), 제2유로부(26), 제3유로부(27) 상에는 유체는 도 11 상에 도시된 바와 반대 방향으로 유동되는 것도 가능하다.In the description of the present invention, in the description in relation to the first
예를 들어, 제1유체(91)는 제1배출부(255), 제1배출패스부(254)를 연속하여 통과하면서 셀(4)측으로 하향 유입될 수 있고, 제1유입패스부(253), 제1분기안내부(252), 제1유입부(251)를 연속하여 통과하면서 연료전지 스택의 외부로 배출될 수 있다. 마찬가지로, 제2유체(92)는 제2배출부(265), 제2분기안내부(264), 제2배출패스부(263)를 연속하여 통과하면서 셀(4)측으로 하향 유입될 수 있고, 제2유입패스부(262), 제2유입부(261)를 연속하여 통과하면서 연료전지 스택의 외부로 배출될 수 있다.For example, the
또한, 제3유체(93)는 제3배출부(276), 제4분기안내부(275), 제3배출패스부(274)를 연속하여 통과하면서 셀(4)측으로 하향 유입될 수 있고, 제3유입패스부(273), 제3분기안내부(272), 제3유입부(271)를 연속하여 통과하면서 연료전지 스택의 외부로 배출될 수 있다.In addition, the
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 셀을 개략적으로 도시한 평면측 요부 분해사시도이고, 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 셀을 개략적으로 도시한 저면측 요부 분해사시도이다.12 is a planar side exploded perspective view schematically illustrating a fuel cell cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a bottom side main exploded perspective view schematically illustrating a fuel cell fuel cell according to an embodiment of the present invention. to be.
도 12, 도 13을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 셀(4)은 제1분리판(6), 제2분리판(7), 유로부재(8)를 포함한다.12 and 13 , a
제1분리판(6)은 제1기체확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)(5b)을 사이에 두고 막전극접합체(MEA, Membrane-Electrode Assembly)(5a)의 하측에 배치된다. 제1분리판(6)은 한 쌍의 듀얼판부가 횡방향으로 병렬되게 배치된 듀얼셀의 구조를 가진다. 막전극접합체(5a)는 수소 양이온(proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층(공기극 및 연료극)을 포함한다.The
제2분리판(7)은 제2기체확산층(5c)을 사이에 두고 막전극접합체(5a)의 상측에 배치된다. 제2분리판(7)은 제1분리판(6)에 대응되는 듀얼셀의 구조를 가진다. 즉, 제2분리판(7)은 제1분리판(6)과 동일, 유사한 크기를 가지는 한 쌍의 듀얼판부가 제1분리판(6)을 구성하는 한 쌍의 듀얼판부와 동일한 방향으로 병렬되게 배치된 구조를 가진다.The
제1분리판(6)과 제1기체확산층(5b)의 사이로 제1유체(91)가 유동될 수 있고, 제2분리판(7)과 제2기체확산층(5c)의 사이로 제2유체(92)가 유동될 수 있다. 제1유체(91)로는 수소, 메탄, 질소, 개질 가스 등의 연료를 적용할 수 있고, 제2유체(92)로는 공기, 산소 등의 산화제를 적용할 수 있다.A
유로부재(8)는 다공체 유로 구조를 가지고 제2기체확산층(5c)과 접하는 제2분리판(7)의 저면부에 배치되어, 제2분리판(7)과 제2기체확산층(5c)의 사이로 유입된 제2유체(92)의 유동을 제2기체확산층(5c)측으로 안내한다. 이에 따라, 제2유체(92)는 제2분리판(7)과 제2기체확산층(5c)의 사이에서 횡방향으로의 유동성을 가질 뿐만 아니라, 유로부재(8)에 의해 제2기체확산층(5c)을 향하는 종방향으로의 유동성을 복합적으로 가지게 된다.The
본 발명의 일실시예에 따른 제1분리판(6)과 제2분리판(7)은 한 쌍의 분리판 부재가 좌우방향 또는 전후방향으로 병렬되게 배치된 듀얼셀의 구조를 가진다. 이에 따라, 하나의 단위 셀(4)로 기존의 1V가 아니라, 그 2배인 2V의 전압을 생성할 수 있다.The
단위 셀(4)은 제1분리판(6), 제1기체확산층(5b), 막전극접합체(5a), 제2기체확산층(5c), 제2분리판(7)이 적층된 구조를 가지는데, 이를 400셀 이상 적층 시, 실질적으로 소재를 적층하는 공정을 2,000번 반복해야하는 소모적인 공정이 소요된다는 문제점이 있었다. 또한, 통상적으로 가스켓의 소재로는 고무 등의 탄성 소재가 적용되고 있는데, 기존에는 가스켓을 400셀 이상 적층함에 따라 구조적으로 불안정하다는 문제점이 있었다.The
본 발명의 일실시예에 따른 듀얼셀 구조의 제1분리판(6)과 제2분리판(7) 차량 등을 구동시키기 위한 모터의 구동전압을 동일한 정도로 구현함에 있어서, 단위 셀(4)의 적층개수를 절반으로 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 기존에 400셀 이상을 적층해야 하던 것을 200셀로 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 공정성을 현저히 개선할 수 있고, 2개의 연료전지 스택을 병렬되게 배치하는 것과 비교해 부피를 현저히 감소시킬 수 있어 공간활용성을 보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구조적 안정성 또한 보다 향상시킬 수 있다.In implementing the driving voltage of the motor for driving the vehicle, etc. of the
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 제1분리판을 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다. 도 15는 도 12의 C부분 확대도이고, 도 16은 도 13의 D부분 확대도이다.14 is an exploded perspective view schematically showing a first separator according to an embodiment of the present invention. FIG. 15 is an enlarged view of part C of FIG. 12 , and FIG. 16 is an enlarged view of part D of FIG. 13 .
도 14 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제1분리판(6)은 제1듀얼판부(61), 제2듀얼판부(67), 절연가스켓(68)을 포함한다.14 to 16 , the
제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)는 횡방향으로(예를 들어, 좌우방향으로) 이격되게 배치된다. 절연가스켓(68)은 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)를 절연되게 연결한다. 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)는 절연가스켓(68)에 의한 연결부를, 보다 구체적으로는 절연가스켓(68)의 연결가스켓부(685)를 기준으로 하여 상호 대칭인 구조를 가진다.The first
예를 들어, 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)가 좌우방향으로 배열된 상태에서, 즉 제1듀얼판부(61)가 좌측에, 제2듀얼판부(67)가 우측에 배열된 상태에서 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)는 연결가스켓부(685)를 기준으로 좌우 대칭인 구조를 가진다. 이에 따라, 이하에서 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)에 대해 설명함에 있어서는, 제1듀얼판부(61)와 대칭되는 구조를 가지는 제2듀얼판부(67)에 대해서는 그 중복 설명을 생략하기로 한다.For example, in a state in which the first
절연가스켓(68)으로 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)를 일체로 연결함으로서, 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)가 상호 절연 상태를 유지하면서도 일체로 연결되므로, 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)가 상호 분리 제작되어 개별 조립되는 실시예외 비교해 조립성 및 구조적 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.By integrally connecting the first
본 발명의 일실시예에 따른 제1듀얼판부(61)는 듀얼판본체부(62), 제1유로형성부(63), 공용유로형성부(64), 제2유로형성부(65), 제3유로형성부(66)를 포함한다.The first
듀얼판본체부(62)는 전체적으로 평탄한 형상의 상면부와 저면부를 가지는 판상의 형상을 가진다. 제1유로형성부(63)는 듀얼판본체부(62)의 좌측부에 형성되고, 제1유체(91)와 제2유체(92)가 상하방향으로 통과가능한 유로를 형성한다.The dual
공용유로형성부(64)는 듀얼판본체부(62)의 우측부에 형성되고, 절연가스켓(68)에 의해 제2듀얼판부(67)의 공용유로형성부(64)와 연결된다. 제1듀얼판부(61)의 공용유로형성부(64)와 제2듀얼판부(67)의 공용유로형성부(64)의 사이에는 제1유체(91)와 제2유체(92)가 상하방향으로 통과가능한 유로가 형성된다.The common flow
공용유로형성부(64)는, 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)를 나란하게 배치한 상태에서 제2듀얼판부(67)와 마주하는 듀얼판본체부(62)의 단부에 형성되고, 제1유로형성부(63)는 공용유로형성부(64)와 반대측 단부에 형성된다. 이에 따라, 제1유체(91)와 제2유체(92)가 제1유로형성부(63)에서 공용유로형성부(64)로 유동되거나, 공용유로형성부(64)에서 제1유로형성부(63)로 유동됨에 있어서, 듀얼판본체부(62) 상에서 좌우방향 또는 대각선방향으로의 방향성을 가질 수 있다.The common flow
제2유로형성부(65)는 듀얼판본체부(62)의 전단부에 형성되고, 제3유체(93)가 상하방향(종방향)으로 통과가능한 유로를 형성한다. 제3유로형성부(66)는 듀얼판본체부(62) 중 후단부에 형성되고, 제3유체(93)가 상하방향으로 통과가능한 유로를 형성한다.The second flow
제2유로형성부(65)와 제3유로형성부(66)는 좌우방향으로 연장된 형태를 가지고, 전후방향으로 나란하게 배치된다. 이에 따라, 제3유체(93)가 제2유로형성부(65)에서 제3유로형성부(66)로 유동되거나, 제3유로형성부(66)에서 제2유로형성부(65)로 유동됨에 있어서, 듀얼판본체부(62) 상에서 전후방향으로의 방향성을 가질 수 있다. 제2유로형성부(65) 상의 제3유체(93)는 후방으로 유동되며 제3유로형성부(66)로 유입될 수 있다.The second flow
도 14 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼판본체부(62)는 분리판부(621), 판면유로부(624), 유입홀부(625), 배출홀부(626)를 포함한다.14 to 16 , the dual
분리판부(621)는 듀얼판본체부(62)의 기본 골조를 이루는 장치부로, 전체적으로 상면부와 저면부가 평탄한 판재의 형상을 가진다. The separating
판면유로부(624)는 분리판부(621) 중 제1기체확산층(5b)과 마주하는 일면부에 형성된다. 판면유로부(624)는 제1기체확산층(5b)과의 사이에, 제1유로형성부(63) 상의 제1유체(91)와 제2유체(92)를 공용유로형성부(64)로 유도하거나, 공용유로형성부(64) 상의 제1유체(91)와 제2유체(92)를 제1유로형성부(63)로 유도가능한 유로를 형성한다.The plate surface
유입홀부(625)는 제1유로형성부(63) 또는 공용유로형성부(64) 상의 제1유체(91), 제2유체(92)가 판면유로부(624)로 유입되는 통로를 이루는 장치부로, 분리판부(621) 상에 관통되게 형성된다. 유입홀부(625)는 판면유로부(624) 중 제1유로형성부(63) 또는 공용유로형성부(64)와 연결되는 단부에 배치된다.The
배출홀부(626)는 판면유로부(624) 상의 제1유체(91), 제2유체(92)가 제1유로형성부(63) 또는 공용유로형성부(64)로 배출되는 통로를 이루는 장치부로, 분리판부(621) 상에 관통되게 형성된다. 배출홀부(626)는 판면유로부(624) 중 제1유로형성부(63) 또는 공용유로형성부(64)와 연결되는 단부에 배치되되, 유입홀부(625)와 대각선을 이루는 위치에 배치된다.The
도 14 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제1유로형성부(63)는 제1분할유로부(631)와 제2분할유로부(632)를 포함한다.14 to 16 , the first flow
제1분할유로부(631)는 듀얼판본체부(62)의 전방부에 형성되고, 제1유체(91)가 종방향으로 통과가능한 유로를 형성한다. 제2분할유로부(632)는 듀얼판본체부(62)의 후방부에 형성되고, 제2유체(92)가 종방향으로 통과가능한 유로를 형성한다. 제1분할유로부(631)와 제2분할유로부(632)는 함께 전후방향으로 연속하여 배열된 구조를 가진다.The first divided
도 14 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공용유로형성부(64)는 제1공용분할유로부(641)와 제2공용분할유로부(642)를 포함한다.14 to 16 , the common flow
제1공용분할유로부(641)는 듀얼판본체부(62)의 후방부에 형성되고, 제1유체(91)가 종방향으로 통과가능한 유로를 형성한다. 제2공용분할유로부(642)는 듀얼판본체부(62)의 전방부에 형성되고, 제2유체(92)가 종방향으로 통과가능한 유로를 형성한다. 제1공용분할유로부(641)와 제2공용분할유로부(642)는 함께 전후방향으로 연속하여 배열된 구조를 가진다.The first common divided
제1분할유로부(631)는 듀얼판본체부(62)의 좌측부 및 전방부 상에 배치되고, 제1공용분할유로부(641)는 듀얼판본체부(62)의 우측부 및 후방부에 형성된다. 이에 따라, 제1분할유로부(631) 상의 제1유체(91)가 듀얼판본체부(62)의 대각선방향으로 유동되며 제1공용분할유로부(641)로 유입될 수 있다.The first divided
제2분할유로부(632)는 듀얼판본체부(62)의 좌측부 및 후방부 상에 배치되고, 제2공용분할유로부(642)는 듀얼판본체부(62)의 우측부 및 전방부에 형성된다. 이에 따라, 제2공용분할유로부(642) 상의 제2유체(92)가 듀얼판본체부(62) 상에서 제1유체(91)의 유동방향과 교차되는 대각선방향으로 유동되며 제2분할유로부(632)로 유입될 수 있다.The second divided
도 14 내지 도 16을 참조하면, 절연가스켓(68)은 제1절연가스켓부(681), 제2절연가스켓부(682), 제3절연가스켓부(683), 제4절연가스켓부(684), 연결가스켓부(685)를 포함한다.14 to 16 , the insulating
제1절연가스켓부(681)는 제1듀얼판부(61) 중 제1기체확산층(5b)과 마주하는 상면부에 배치된다. 제1절연가스켓부(681)는 제1듀얼판부(61)의 상면부에 상향 돌출되게 결합되되, 제1듀얼판부(61)를 구성하는 듀얼판본체부(62), 제1유로형성부(63), 공용유로형성부(64), 제2유로형성부(65), 제3유로형성부(66)의 가장자리부를 따라 연장되게 형성된다.The first insulating
제2절연가스켓부(682)는 제2듀얼판부(67) 중 제1기체확산층(5b)과 마주하는 상면부에 배치된다. 제2절연가스켓부(682)는 제2듀얼판부(67)를 구성하는 듀얼판본체부(62), 제1유로형성부(63), 공용유로형성부(64), 제2유로형성부(65), 제3유로형성부(66)의 가장자리부를 따라 연장되게 형성된다.The second
제1절연가스켓부(681)와 제2절연가스켓부(682)는 각각 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)의 상면부에 배치되어, 듀얼판본체부(62), 제1유로형성부(63), 공용유로형성부(64), 제2유로형성부(65), 제3유로형성부(66)의 가장자리부를 기밀시킴과 동시에 상호 구획시킨다.The first insulating
제3절연가스켓부(683)는 제1듀얼판부(61)의 저면부에 배치된다. 제1분리판(6)의 제3절연가스켓부(683)는 그 하측에 배치되는 셀(4)의 제2분리판(7)의 상면부와 접한다. 또한, 최하측에 배치되는 셀(4)의 제1분리판(6)의 제2절연가스켓부(682)는 제2엔드플레이트(4)의 상면부와 접한다. 본 발명의 일실시예에 따른 제3절연가스켓부(683)는 제1듀얼판부(61)의 저면부에 돌출되게 배치되고, 듀얼판본체부(62), 제1유로형성부(63), 공용유로형성부(64), 제2유로형성부(65), 제3유로형성부(66)의 가장자리부를 기밀시킨다.The third
제4절연가스켓부(684)는 제3절연가스켓부(683)와 좌우 대칭되는 구조를 가지고, 제2듀얼판부(67)의 저면부에 배치된다. 제3절연가스켓부(683)와 제4절연가스켓부(684)는 각각 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)의 저면부에 배치되어, 듀얼판본체부(62), 제1유로형성부(63), 공용유로형성부(64), 제2유로형성부(65), 제3유로형성부(66)의 가장자리부를 기밀시킴과 동시에 선택적으로 상호 구획시킨다.The fourth insulating
연결가스켓부(685)는 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)간의 연결부에 배치되고, 제1절연가스켓부(681)와 제2절연가스켓부(682), 제3절연가스켓부(683), 제4절연가스켓부(684)를 연결한다. 본 발명의 일실시예에 따른 연결가스켓부(685)는 제1연결부(686), 제2연결부(687), 절연연결부(688), 확인홀부(689)를 포함한다.The connecting
제1연결부(686)는 제1듀얼판부(61)의 공용유로형성부(64)보다 확장된 전후방향 너비를 가지고 제1듀얼판부(61)의 공용유로형성부(64)의 상면부와 저면부에 결합된다. 제2연결부(687)는 제2듀얼판부(67)의 공용유로형성부(64)보다 확장된 전후방향 너비를 가지고 제2듀얼판부(67)의 공용유로형성부(64)의 상면부와 저면부에 결합된다.The first connecting
절연연결부(688)는 제1연결부(686)와 제2연결부(687)의 사이에 연속하여 형성되고, 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)를 절연시킨다. 본 발명에 따른 절연가스켓(68)은 고무 등과 같은 절연 소재로 이루어지고, 제1절연가스켓부(681)와 제2절연가스켓부(682), 제3절연가스켓부(683), 제4절연가스켓부(684)은 절연연결부(688)에 의해 일체로 연결된다.The insulating
금속재로 이루어진 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)의 사이에 절연연결부(688)가 배치됨에 따라, 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)의 사이를 절연시킬 수 있고, 이에 따라 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67) 각각에서의 전압 생성 작용이 신뢰성있게 이루어질 수 있다.As the insulating
절연연결부(688)는 제1연결부(686)와 제2연결부(687)와 동일한 전후방향 너비를 가지고, 제1연결부(686)와 제2연결부(687)의 사이에 배치된다. 또한, 제1연결부(686)와 제2연결부(687)가 제1듀얼판부(61), 제2듀얼판부(67)의 공용유로형성부(64)보다 확장된 전후방향 너비를 가지고 제1듀얼판부(61), 제2듀얼판부(67)의 상면부와 저면부에 배치되고, 절연연결부(688)에 의해 상호 연결됨에 따라, 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)의 공용유로형성부(64)는 연결가스켓부(685)에 의해 전면부가 커버링된 구조를 가진다.The insulating
이에 따라, 연결가스켓부(685)에 의해 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)의 공용유로형성부(64)를 보다 견고하고 안정되게 연결할 수 있다. 또한, 연결가스켓부(685)에 의해 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67) 간의 절연 상태를 보다 안정되게 유지할 수 있다.Accordingly, the common flow
확인홀부(689)는 제1연결부(686), 제2연결부(687) 상에 홈부의 형상으로 중공되게 형성된다. 확인홀부(689)는 핀부재(미도시)를 이용해 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)의 공용유로형성부(64)를 상하방향에서 지지한 상태에서, 절연가스켓(68)을 사출 등의 방법에 의해 결합시킴으로써 형성할 수 있다.The
확인홀부(689)를 통해 연결가스켓부(685)에 의해 커버링된 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)의 공용유로형성부(64)를 가시(可視)가능하게 된다. 이에 따라 연결가스켓부(685) 상에서의 공용유로형성부(64)의 배치 불량 여부를, 예를 들어 상하방향 위치 등을 육안으로 용이하게 확인할 수 있다.The common flow
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 제2분리판을 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이고, 도 18은 도 13의 E부분 확대도이다.17 is an exploded perspective view schematically illustrating a second separator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 18 is an enlarged view of part E of FIG. 13 .
도 17, 도 18을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제2분리판(7)은, 제1분리판(6)과 마찬가지로, 제1듀얼판부(61), 제2듀얼판부(67), 절연가스켓(68)을 포함하는 구조를 가지나, 제1분리판(6)과 비교해 절연가스켓(68)이 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)의 상면부와 저면부 중 일측에만 결합된 구조를 가진다.17 and 18 , the
제2분리판(7)의 절연가스켓(68)은 제1절연가스켓부(681), 제2절연가스켓부(682), 연결가스켓부(685)를 포함하는 구조를 가진다. 제1절연가스켓부(681)와 제2절연가스켓부(682) 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67) 각각의 저면부에 결합되고, 연결가스켓부(685)는 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)의 사이에서 제1절연가스켓부(681)와 제2절연가스켓부(682)를 연결한다.The insulating
제2분리판(7)의 제1절연가스켓부(681), 제2절연가스켓부(682), 연결가스켓부(685)는, 제1분리판(6)의 제1절연가스켓부(681), 제2절연가스켓부(682), 연결가스켓부(685) 각각에 대응되는 구조와 형상을 가지고, 동일한 기능을 구현하는 바 그 중복 설명을 생략한다.The first insulating
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 셀 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 평면측 개념도이고, 도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 셀 상에서의 유체의 유동을 설명하고자 도시한 저면측 개념도이다.19 is a plan-side conceptual diagram illustrating the flow of a fluid in a fuel cell cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a diagram illustrating a fluid flow in a fuel cell cell according to an embodiment of the present invention It is a conceptual diagram of the bottom side shown.
도 12, 도 13, 도 19, 도 20을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 셀(4)에 의하면, 하측으로부터 제1분리판(6), 제1기체확산층(5b), 막전극접합체(5a), 제2기체확산층(5c), 제2분리판(7)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다.12, 13, 19, and 20, according to the
제1엔드플레이트(2)의 제3유로홀부(244)(도 7, 도 11 참조)를 통해 제1분리판(6)의 제1분할유로부(631)으로 하향 유입된 제1유체(91)는, 제1분리판(6)의 듀얼판본체부(62)와 제1기체확산층(5b)의 사이에 형성된 판면유로부(624)를 대각선 방향으로 통과하여, 제1분할유로부(631)보다 전방에 위치한 제1공용분할유로부(641)로 유입되고, 제2분리판(7) 상에 형성된 제1공용분할유로부(641)를 연속하여 통과하면서 제1엔드플레이트(2)의 제3유로홀부(244)로 상향 배출된다.The
제1엔드플레이트(2)의 제3유로홀부(244)를 통해 제2분리판(7)의 제2공용분할유로부(642)로 하향 유입된 제2유체(92)는, 제2분리판(7)의 듀얼판본체부(62)와 제2기체확산층(5c)의 사이에 형성된 판면유로부(624)를 제1유체(91)과 교차하는 대각선 방향으로 통과하여, 제2공용분할유로부(642)보다 전방에 위치한 제2분할유로부(632)로 유입되고, 제1엔드플레이트(2)의 제3유로홀부(244)로 상향 배출된다.The
제1엔드플레이트(2)의 제3유로홀부(244)를 통해 제1분리판(6)의 제2유로부(26)로 하향 유입된 제3유체(93)는, 제1분리판(6)의 듀얼판본체부(62)와 그 하측에 위치되는 셀(4)의 제2분리판(7)(또는 제2엔드플레이트(4))의 사이를 후방으로 통과하여, 전방의 제3유로형성부(66)로 유입되고, 제1엔드플레이트(2)의 제3유로홀부(244)로 상향 배출된다.The
본 발명에 따른 연료전지용 셀(4)에 의하면, 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67) 각각에 형성된 좌우측 한 쌍의 제1분할유로부(631)로 하향 유입된 제1유체(91)가 그 중간에 위치되는 제1공용분할유로부(641) 상에서 합쳐져 상향 배출되는 유동 경로를 가진다.According to the
또한, 제1듀얼판부(61)의 공용유로형성부(64)와 제2듀얼판부(67)의 공용유로형성부(64)의 사이에 형성되는 제2공용분할유로부(642)로 하향 유입된 제2유체(92)가, 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67) 각각에 형성된 좌우측 한 쌍의 제2분할유로부(632)로 분기되어 상향 배출되는 유동 경로를 가진다.In addition, the inflow downward into the second common divided
제1유체(91)와 제2유체(92)가, 막전극접합체(5a), 제1기체확산층(5b), 제2기체확산층(5c)를 사이에 두고 상호 교차되는 방향으로 유동됨에 따라, 제1유체(91)와 제2유체(92)가 상호 나란하게 진행되는 실시예와 비교해 전압 생성을 위한 유체의 반응효율을 보다 향상시킬 수 있다.As the
또한, 듀얼셀 구조의 제1분리판(6)과 제2분리판(7)을 적용함에 있어서, 제1공용분할유로부(641)와 제2공용분할유로부(642)를 이용해 상기와 같이 크로스 형태를 가지는 제1유체(91)와 제2유체(92)의 유동을 구현함으로써, 제1듀얼판부(61)와 제2듀얼판부(67)가 상호 독립된 유로만을 가지는 실시예와 비교해, 유로의 개수를 현저히 감소시킬 수 있다.In addition, in applying the
본 발명의 설명에서는 편의 상 제1유체(91), 제2유체(92), 제3유체(93)의 유동 진행방향을 특정하게 설정하였으나, 이는 이해를 돕기 위한 것이지, 제1유체(91), 제2유체(92), 제3유체(93)의 유동 방향을 한정하고자 하는 것이 아니다. 제1유체(91), 제2유체(92), 제3유체(93) 각각은 필요, 조건에 따라 도 19, 도 20 상에 도시된 바와 반대 방향으로 유동되는 것도 가능하다.In the description of the present invention, the flow direction of the
또한, 본 발명의 설명에서는 편의 상 제1분리판(6)과 제2분리판(7)의 상대 위치를, 제1분리판(6)의 상측에 제2분리판(7)에 배치되는 것으로 설정하였으나, 이는 이해를 돕기 위한 것이지, 그 배치를 한정하고자 하는 것이 아니다. 제1분리판(6)과 제2분리판(7)은 필요, 조건에 따라 제2분리판(7)이 제1분리판(6)의 하측에 배치되는 것도 가능하다.In addition, in the description of the present invention, for convenience, the relative positions of the
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 유로부재를 개략적으로 도시한 요부 사시도이고, 도 22는 도 21의 F부분 확대도이며, 도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 유로부재를 개략적으로 도시한 x방향측 요부 측면도이고, 도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 유로부재에 의한 유체의 유동을 설명하고자 도시한 개념도이다.21 is a perspective view schematically showing a flow path member for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 22 is an enlarged view of part F of FIG. 21 , and FIG. 23 is a flow path for a fuel cell according to an embodiment of the present invention. It is a side view schematically showing the member in the x-direction side, and FIG. 24 is a conceptual diagram illustrating the flow of a fluid by the flow path member for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
유로부재(8)는 다공체 유로 구조를 가지고 제1기체확산층(5b)과 접하는 제1분리판(6)의 저면부에 배치되어, 제1분리판(6)과 제2기체확산층(5c)의 사이로 유입된 제2유체(92)의 유동을 제2기체확산층(5c)측으로 안내한다. 이에 따라, 제2유체(92)는 제1분리판(6)과 제2기체확산층(5c)의 사이에서 횡방향으로의 유동성을 가질 뿐만 아니라, 유로부재(8)에 의해 제2기체확산층(5c)을 향하는 종방향으로의 유동성을 복합적으로 가지게 된다.The
유로부재(8)는 다공체 구조를 가짐에 있어서, 좌우방향으로 연장되는 가로심부와, 전후방향으로 연장되는 세로심부가 설정 간격을 두고 상호 교차되는 형상을 가지는 메쉬 구조를 가진다. 가로심부와 세로심부의 사이에는 제2유체(92)가 통과할 수 있는 홀부가 형성되며, 이러한 홀부는 유로부재(8)의 전반에 걸쳐 균일한 정도로 형성된다.In having a porous structure, the
도 21 내지 도 24를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유로부재(8)는 반응강화메쉬부(81), 유속구배메쉬부(82), 분산지지메쉬부(85), 쿠션받침부(86)를 포함한다.21 to 24 , the
반응강화메쉬부(81)는 메쉬구조를 가지고 제2분리판(7)의 판면부유로(624) 상에 배치되며, 제2분리판(7)에서 제2기체확산층(5c)측으로 돌출되는 형상을 가진다. 본 발명의 일실시예에 따른 반응강화메시부(81)는 제2유체(92)의 유동이 횡방향으로 이루어지는, 보다 구체적으로는 전방 우측부에서 후방 좌측부를 향하거나, 전방 좌측부에서 후방 우측부를 향하는 대각선 방향으로 이루어지는 제2분리판(7) 상에서, 전후방향으로 연장되게 형성되고, 복수개가 좌우방향으로 배열된다.The reaction reinforcing
반응강화메쉬부(81)가 제2분리판(7)에서 제2기체확산층(5c)측으로 돌출되는 형상을 가짐에 따라 도 24에 도시된 바와 같이 반응강화메쉬부(81)를 통과하고자 하는 제2유체(92)를 제2기체확산층(5c)측으로 유도할 수 있다. 이에 따라, 제2유체(92)와 제2기체확산층(5c) 간의 반응이 보다 안정적, 고효율로 이루어질 수 있다. As the reaction reinforcing
유속구배메쉬부(82)는 반응강화메쉬부(81) 중 제2기체확산층(5c)과 근접한 단부에(도 21 내지 도 24 상에서는 우측부에) 연속하여 형성되고, 굴곡된 곡면을 가지고 제2기체확산층(5c)과 접한다. 유속구배메쉬부(82)는 전체적으로 전후방향 및 좌우방향으로 연장된 판면의 형상을 가지되, 상대적으로 제2기체확산층(5c)측으로 볼록한 굴곡된 곡면부와, 제2분리판(7)측으로 오목하게 굴곡된 곡면부가 연속하여 연결된 구조를 가진다.The flow velocity
분산지지메쉬부(85)는 메쉬구조를 가지고 유속구배메쉬부(82)의 우측부와 연속하여 형성되며, 제2기체확산층(5c)측에서 제2분리판(7)측으로 함몰되는 형상을 가진다. 분산지지메쉬부(85)는 유속구배메쉬부(82)를 기준으로 하여 반응강화메쉬부(81)와 좌우대칭인 형상을 가진다.The dispersion
반응강화메쉬부(81)와 분산지지메쉬부(85)가 유속구배메쉬부(82)를 기준으로 좌우대칭인 형상을 가짐에 따라, 연료전지 스택의 조립 시 제2기체확산층(5c)측에서 제2분리판(7)측으로 작용하는 적층압력은, 제2기체확산층(5c)과 접하는 유속구배메쉬부(82)에서 반응강화메쉬부(81)와 분산지지메쉬부(85)로 균일하게 분산되고, 제2분리판(7)과 접하는 쿠션받침부(86)에 의해 지지된다.As the reaction
쿠션받침부(86)는 쿠션받침부(86)는 제2분리판(7)과 접하는 장치부로, 메쉬구조를 가지고 분산지지메쉬부(85)의 우측부와 연속하여 형성되며, 제2분리판(7)측으로 오목한 곡면을 이루어 좌우방향으로 이웃한 다른 반응강화메쉬부(81)와 연결된다.The
유속구배메쉬부(82)에서 반응강화메쉬부(81)와 분산지지메쉬부(85)로 분산되어 작용한 적층압력은 제2분리판(7)과 접하는 쿠션받침부(86)에 의해 최종적으로 지지된다. 유로부재(8)가 금속재를 포함하여 이루어지고, 쿠션받침부(86)가 곡면의 형상을 가짐에 따라, 쿠션받침부(86)는 적층압력을 탄성적으로 지지하는 쿠션의 기능을 하게 된다.The lamination pressure applied by being dispersed from the flow velocity
또한, 제2기체확산층(5c)과 접하는 유속구배메쉬부(82)는 모서리부 없이 연속된 곡면의 형상을 가진다. 상기와 같은 구조를 가지는 유속구배메쉬부(82)와 쿠션받침부(86)에 의해, 제2기체확산층(5c)과 유속구배메쉬부(82)간의 접촉압력으로 인한 제2기체확산층(5c)이나 유로부재(8)의 손상을 방지할 수 있다.In addition, the flow velocity
반응강화메쉬부(81), 유속구배메쉬부(82), 분산지지메쉬부(85), 쿠션받침부(86)가 좌우방향으로 연속하여 연결된 구조로서 하나의 단위체를 이루고, 본 발명의 일실시예에 따른 유로부재(8)는 이러한 메쉬 단위체가 좌우방향으로 연속하여 연결된 구조를 가진다.The reaction reinforcing
반응강화메쉬부(81), 유속구배메쉬부(82), 분산지지메쉬부(85)는 '∩'자 형상을 이루어 연속하여 연결되고, 분산지지메쉬부(85), 쿠션받침부(86), 반응강화메쉬부(81)는 '∪'자 형상을 이루어 연속하여 연결된다. 반응강화메쉬부(81), 유속구배메쉬부(82), 분산지지메쉬부(85), 쿠션받침부(86)는 '∩'자 단면 형상을 가지는 굴곡면과, '∪'자 단면 형상을 가지는 굴곡면이 반응강화메쉬부(81)의 배열방향(좌우방향)을 따라 교대로 연속하여 연결된 구조를 가진다.The reaction
이러한 3차원 입체 굴곡 구조에 의해 횡방향으로의 유동경로를 가지는 제2유체(92)를 제2기체확산층(5c)측으로 유도할 수 있고, 유로부재(8)의 설치가 이루어지는 구간에 전반에 걸쳐 제2유체(92)와 제2기체확산층(5c) 간의 반응이 보다 안정적, 고효율로 이루어질 수 있다. 또한, 탄성 쿠션 구조에 의해 제2기체확산층(5c)과 유속구배메쉬부(82)간의 접촉압력으로 인한 제2기체확산층(5c)이나 유로부재(8)의 손상을 방지할 수 있다.With this three-dimensional three-dimensional bending structure, the
유로부재(8)는 좌우방향으로 연장되는 가로심부와, 전후방향으로 연장되는 세로심부가 상호 교차되는 형상을 가지되, 가로심부와 세로심부간의 교차부가 동일한 횡단면 상에 위치되는 구조를 가질 수 있다. 즉 유로부재(8)의 가로심부와 세로심부를 굴곡없이 평면 형태로 펼쳤을 때, 가로심부의 일부가 세로심부의 상측에 위치되거나 세로심부의 일부가 가로심부의 상측에 위치되는 것이 아니라, 유로부재(8) 전체가 가로심부와 세로심부의 두께에 해당되는 일정한 높이를 가질 수 있다.The
이러한 구조에 의하면 유로부재(8)를 제2분리판(7)과 제2기체확산층(5c)의 사이에 형성되는 한정된 높이(두께)의 공간부에 해당되는 설정 높이, 깊이로 굴곡하여 굴곡면을 형성함에 있어서, '∩'자 단면 형상을 가지는 굴곡면과, '∪'자 단면 형상을 가지는 굴곡면을 보다 명확하게 형성할 수 있다. 이에 따라, 제2유체(92)와 제2기체확산층(5c) 간의 반응이 보다 고효율로 이루어질 수 있고, 탄성 쿠션 작용을 보다 안정적으로 구현할 수 있다.According to this structure, the
도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 유로부재를 개략적으로 도시한 y방향측 요부 측면도이다.25 is a y-direction side view schematically illustrating a flow path member for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 21 내지 도 25를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유속구배메쉬부(82)는 유속감소구배부(83)와 유속증가구배부(84)를 포함한다.21 to 25 , the flow velocity
유속감소구배부(83)는 제2기체확산층(5c)측으로 볼록한 형상을 가지고 반응강화메쉬부(81)의 연장방향을 따라 전후방향으로 복수개가 배치된다. 유속감소구배부(83)는 전후방향으로 '∩'자 단면 형상을 가지는 굴곡면을 이루면서도, 좌우방향으로도 '∩'자 단면 형상을 가지는 굴곡면을 이룬다.A plurality of flow velocity reducing
유속증가구배부(84)는 제2기체확산층(5c)측으로 오목한 형상을 가지고 유속감소구배부(83)의 사이에 연속하여 형성된다. 유속증가구배부(84)는 전후방향으로는 '∪'자 단면 형상을 가지는 굴곡면을 이루고, 좌우방향으로는 '∩'자 단면 형상을 가지되, 유속감소구배부(83)보다 상대적으로 낮은 높이의 굴곡면을 이룬다.The flow velocity increasing
유속구배메쉬부(82)는 유속감소구배부(83)와 유속증가구배부(84)에 의해 '∩'자 단면 형상을 가지는 굴곡면과, '∪'자 단면 형상을 가지는 굴곡면이 반응강화메쉬부(81)의 연장 방향을 따라, 즉 전후방향으로 교대로 연속하여 연결된 구조를 가진다.The flow velocity
유속감소구배부(83)는 '∩'자 단면 형상을 가지는 굴곡면을 이루어 제2기체확산층(5c)과 접한다. 이에 따라, 유속감소구배부(83)는 유속증가구배부(84)보다 제2유체(92)를 제2기체확산층(5c)측으로 유도하는 작용을 보다 명확하게 구현할 수 있다. 유속증가구배부(84)는 '∪'자 단면 형상을 가지는 굴곡면을 이루어 제2기체확산층(5c)과의 사이에 제2유체(92)가 유로부재(8)와의 간섭 없이 원활하게 통과할 수 있는 유로를 형성한다. The flow velocity reducing
반응강화메쉬부(81)를 거쳐 유속구배메쉬부(82)측으로 유동되는 제2유체(92)의 일부는 유속감소구배부(83)로 진입되고, 다른 일부는 유속증가구배부(84)로 진입된다. 이 때 유속감소구배부(83)로 진입된 제2유체(92)는 유속감소구배부(83)와 간섭되어 유속증가구배부(84)로 진입된 제2유체(92)와 비교해 진행 속도가 느려지게 된다.Part of the
또한, 상기와 같이 속도 차이를 가지고 유속구배메쉬부(82)를 통과한 제2유체(92)는 쿠션받침부(86)와 제2기체확산층(5c)의 사이에 형성되는 공간부 상에서 혼재되고 분산되어 다시 위치에 따라 속도차이를 가지고 유속구배메쉬부(82)를 통과하게 된다.In addition, the
이에 따라, 제2유체(92)는 제2분리판(7)과 제2기체확산층(5c)의 사이에서 제2분리판(7)의 대각선 방향으로 진행되는 주요 유동 방향을 가지되, 유로부재(8)에 의해 전반에 걸쳐 상대적으로 속도가 빠른 부분과 상대적으로 속도가 느린 부분이 혼재된 상태로 그 유동이 이루어지게 된다. 따라서, 제2유체(92)는 그 유속이 빨라지고 느려짐과 동시에 유동방향이 가변되는 변화를 지속적으로 가지면서 주요 유동 방향으로 유동하게 된다.Accordingly, the
또한, 유로부재(8)가 메쉬구조를 가짐에 따라, 제2분리판(7)과 제2기체확산층(5c)간의 사이에 물방울이 생성, 유입 시, 제2유체(92)는 물방울에 막혀 진행방향과 반대방향으로 후퇴하는 것이 아니라, 물방울을 그 유동 방향으로 밀어내는 작용을 하면서 물방울의 주변으로 분산되어 유동된다.In addition, as the
본 발명의 일실시예에 따른 유로부재(8)에 의하면, 상기와 같은 제2유체(92)의 유속 구배와, 메쉬 구조의 유동 특성에 의해 물배출이 원활하게 이루어질 수 있다. 특히, 제2유체(92)의 유속 구배로 인해 미세 진동이 발생될 수 있으며, 이러한 진동에 의해 물배출 성능을 보다 향상시킬 수 있다.According to the
도 26은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 유로부재가 제2분리판에 설치된 상태를 도시한 사시도이고, 도 27은 도 26의 요부 단면도이다.26 is a perspective view illustrating a state in which a fuel cell flow path member is installed on a second separator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 27 is a cross-sectional view of a main part of FIG. 26 .
도 26, 도 27을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제2분리판(7)의 분리판부(621)는 돌출굴곡부(622)와 함몰굴곡부(623)가 좌우방향을 따라 교대로 연속하여 배치된 구조를 가진다.26 and 27 , in the
돌출굴곡부(622)는 함몰굴곡부(623)에서 제2기체확산층(5c)측으로 돌출되게 형성되고, 반응강화메쉬부(81)의 연장방향을 따라 전후방향으로 연장되게 형성된다. 함몰굴곡부(623)는 돌출굴곡부(622)의 사이에 제2기체확산층(5c)으로부터 이격되는 방향으로 함몰되게 형성된다.The protruding
제2분리판(7)에 유로부재(8)를 설치 시 돌출굴곡부(622)는 유속구배메쉬부(82)의 유속감소구배부(83)와 접하고, 함몰굴곡부(623)는 쿠션받침부(86)와 접한다. 이때, 유로부재(8)는 돌출굴곡부(622)에 걸려 좌우방향으로의 이동이 구속되고, 그 설치 상태가 안정되게 유지될 수 있다. 즉, 돌출굴곡부(622)는 유로부재(8)의 이동을 구속하는 걸림턱의 기능을 하게 된다. 또한, 돌출굴곡부(622)는 유로부재(8)의 반응강화메쉬부(81)와 함께 제2유체(92)의 종방향 유동이 보다 명확하게 이루어질 수 있도록 유도한다.When the
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Up to now, the present invention has been looked at focusing on examples. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in modified forms without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
1 : 엔드플레이트 2 : 제1엔드플레이트
3 : 제2엔드플레이트 4 : 셀
5a : 막전극접합체 5b : 제1기체확산층
5c : 제2기체확산층 6 : 제1분리판
7 : 제2분리판 8 : 유로부재
21 : 플레이트본체부 22 : 제1플레이트부
23 : 제2플레이트부 24 : 제3플레이트부
25 : 제1유로부 26 : 제2유로부
27 : 제3유로부 28 : 제1가스켓부
29 : 제2가스켓부 61 : 제1듀얼판부
62 : 듀얼판본체부 63 : 제1유로형성부
64 : 공용유로형성부 65 : 제2유로형성부
66 : 제3유로형성부 67 : 제2듀얼판부
68 : 절연가스켓 81 : 반응강화메쉬부
82 : 유속구배메쉬부 83 : 유속감소구배부
84 : 유속증가구배부 85 : 분산지지메쉬부
86 : 쿠션받침부 91 : 제1유체
92 : 제2유체 93 : 제3유체
221 : 제1본체부 222 : 제1유로홀부
231 : 제2본체부 232 : 제1분기홈부
233 : 제2분기홈부 234 : 제2유로홀부
235 : 제2분할벽부 241 : 제3본체부
242 : 제3분기홈부 243 : 제4분기홈부
244 : 제3유로홀부 245 : 제3분할벽부
246 : 연통홈부 251 : 제1유입부
252 : 제1분기안내부 253 : 제1유입패스부
254 : 제1배출패스부 255 : 제1배출부
261 : 제2유입부 262 : 제2유입패스부
263 : 제2배출패스부 264 : 제2분기안내부
265 : 제2배출부 271 : 제3유입부
272 : 제3분기안내부 273 : 제3유입패스부
274 : 제3배출패스부 275 : 제4분기안내부
276 : 제3배출부 621 : 분리판부
622 : 돌출굴곡부 623 : 함몰굴곡부
624 : 판면유로부 625 : 유입홀부
626 : 배출홀부 631 : 제1분할유로부
632 : 제2분할유로부 641 : 제1공용분할유로부
642 : 제2공용분할유로부 681 : 제1절연가스켓부
682 : 제2절연가스켓부 683 : 제3절연가스켓부
684 : 제4절연가스켓부 685 : 연결가스켓부
686 : 제1연결부 687 : 제2연결부
688 : 절연연결부 689 : 확인홀부1: end plate 2: first end plate
3: second end plate 4: cell
5a:
5c: second gas diffusion layer 6: first separator
7: second separator 8: flow path member
21: plate body part 22: first plate part
23: second plate part 24: third plate part
25: first flow path part 26: second flow path part
27: third flow path part 28: first gasket part
29: second gasket part 61: first dual plate part
62: dual plate body part 63: first flow path forming part
64: common flow path forming unit 65: second flow path forming unit
66: third flow path forming part 67: second dual plate part
68: insulation gasket 81: reaction reinforcement mesh part
82: flow velocity gradient mesh portion 83: flow velocity reduction gradient portion
84: flow velocity increasing gradient part 85: dispersion support mesh part
86: cushion support part 91: first fluid
92: second fluid 93: third fluid
221: first body part 222: first flow hole part
231: second body part 232: first branch groove part
233: second branch groove 234: second flow hole part
235: second dividing wall part 241: third body part
242: third branch groove 243: fourth branch groove
244: third passage hole part 245: third dividing wall part
246: communication groove 251: first inlet
252: first branch guide unit 253: first inflow pass unit
254: first discharge pass unit 255: first discharge unit
261: second inlet portion 262: second inlet pass portion
263: second discharge pass part 264: second branch guide part
265: second outlet 271: third inlet
272: third branch guide 273: third inflow pass part
274: third discharge pass part 275: fourth branch guide part
276: third discharge part 621: separator plate part
622: protruding bent part 623: depressed bent part
624: plate surface passage part 625: inlet hole part
626: discharge hole part 631: first divided flow path part
632: second divided flow path part 641: first common divided flow path part
642: second common divided flow passage part 681: first insulating gasket part
682: second insulating gasket part 683: third insulating gasket part
684: fourth insulating gasket part 685: connecting gasket part
686: first connection part 687: second connection part
688: insulation connection part 689: confirmation hole part
Claims (8)
메쉬구조를 가지고 상기 반응강화메쉬부와 연속하여 형성되며, 굴곡된 곡면을 가지고 상기 기체확산층과 접하는 유속구배메쉬부;를 포함하고,
상기 유속구배메쉬부는,
상기 기체확산층측으로 볼록한 형상을 가지고 상기 반응강화메쉬부의 연장방향을 따라 배치되며, 상기 기체확산층과 접하는 유속감소구배부; 및
상기 분리판측으로 오목한 형상을 가지고 상기 유속감소구배부의 사이에 연속하여 형성되는 유속증가구배부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판용 유로부재.
a reaction reinforcing mesh portion having a mesh structure and disposed on the fuel cell separator and having a shape protruding from the separator toward the gas diffusion layer to guide the flow of the fluid toward the gas diffusion layer; and
It has a mesh structure and is formed continuously with the reaction reinforcing mesh part, has a curved curved surface and a flow velocity gradient mesh part in contact with the gas diffusion layer;
The flow rate gradient mesh portion,
a flow velocity reducing gradient portion having a convex shape toward the gas diffusion layer and disposed along the extension direction of the reaction reinforcement mesh portion, and in contact with the gas diffusion layer; and
and a flow velocity increasing gradient portion having a concave shape toward the separation plate and continuously formed between the flow velocity decreasing gradient portions.
메쉬구조를 가지고 상기 유속구배메쉬부와 연속하여 형성되며, 상기 분리판측으로 함몰되는 형상을 가지는 분산지지메쉬부; 및
메쉬구조를 가지고 상기 분산지지메쉬부와 연속하여 형성되며, 상기 분리판측으로 오목한 곡면을 이루어 상기 반응강화메쉬부와 연결되는 쿠션받침부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판용 유로부재.
According to claim 1,
Distributed support mesh portion having a mesh structure and formed continuously with the flow velocity gradient mesh portion, and having a shape recessed toward the separation plate; and
The flow path member for a fuel cell separator further comprising: a cushion support part having a mesh structure, formed continuously with the dispersion support mesh part, and having a concave curved surface toward the separator plate and connected to the reaction reinforcement mesh part.
상기 반응강화메쉬부, 상기 유속구배메쉬부, 상기 분산지지메쉬부, 상기 쿠션받침부는 '∩'자 단면 형상을 가지는 굴곡면과, '∪'자 단면 형상을 가지는 굴곡면이 상기 반응강화메쉬부의 배열방향을 따라 교대로 연속하여 연결된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판용 유로부재.
3. The method of claim 2,
The reaction reinforcing mesh portion, the flow rate gradient mesh portion, the distributed support mesh portion, and the cushion support portion are curved surfaces having a '∩' cross-sectional shape, and a curved surface having a '∪' cross-sectional shape is the reaction reinforcement mesh portion A flow path member for a fuel cell separator, characterized in that it has a structure connected in succession alternately along an arrangement direction.
상기 유속구배메쉬부는 '∩'자 단면 형상을 가지는 굴곡면과, '∪'자 단면 형상을 가지는 굴곡면이 상기 반응강화메쉬부의 연장 방향을 따라 교대로 연속하여 연결된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판용 유로부재.
According to claim 1,
The flow gradient mesh portion has a structure in which a curved surface having a '∩' cross-sectional shape and a curved surface having a '∪' cross-sectional shape are alternately and continuously connected along the extension direction of the reaction reinforcement mesh part. A flow path member for a battery separator.
제2기체확산층을 사이에 두고 상기 막전극접합체의 타측에 배치되는 제2분리판; 및
상기 제2기체확산층과 마주하는 상기 제2분리판의 일면부에 배치되는 유로부재;를 포함하고,
상기 유로부재는,
메쉬구조를 가지고 상기 제2분리판 상에 배치되며, 유체의 유동을 상기 제2기체확산층측으로 유도하게 상기 제2분리판에서 상기 제2기체확산층측으로 돌출되는 형상을 가지는 반응강화메쉬부; 및
메쉬구조를 가지고 상기 반응강화메쉬부와 연속하여 형성되며, 굴곡된 곡면을 가지고 상기 제2기체확산층과 접하는 유속구배메쉬부;를 포함하고,
상기 유속구배메쉬부는,
상기 제2기체확산층측으로 볼록한 형상을 가지고 상기 반응강화메쉬부의 연장방향을 따라 배치되며, 상기 제2기체확산층과 접하는 유속감소구배부; 및
상기 제2분리판측으로 오목한 형상을 가지고 상기 유속감소구배부의 사이에 연속하여 형성되는 유속증가구배부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀.
a first separator disposed on one side of the membrane electrode assembly with the first gas diffusion layer interposed therebetween;
a second separator disposed on the other side of the membrane electrode assembly with a second gas diffusion layer interposed therebetween; and
a flow path member disposed on one surface of the second separator facing the second gas diffusion layer; and
The flow path member,
a reaction reinforcing mesh portion having a mesh structure and disposed on the second separator and having a shape protruding from the second separator toward the second gas diffusion layer to guide the flow of the fluid toward the second gas diffusion layer; and
It has a mesh structure and is formed continuously with the reaction-reinforced mesh portion, has a curved curved surface and a flow velocity gradient mesh portion in contact with the second gas diffusion layer;
The flow rate gradient mesh portion,
a flow velocity decreasing gradient portion having a convex shape toward the second gas diffusion layer and disposed along the extension direction of the reaction reinforcement mesh portion, and in contact with the second gas diffusion layer; and
and a flow velocity increasing gradient part having a concave shape toward the second separator and continuously formed between the flow velocity decreasing gradient parts.
상기 제2분리판은,
분리판부;
상기 분리판부의 일면부에 형성되고, 유체가 유동가능한 유로를 형성하며, 상기 유로부재가 배치되는 판면유로부;
상기 분리판부 상에 관통되게 형성되고, 상기 판면유로부의 일측에 배치되며, 유체가 상기 판면유로부로 유입되는 통로를 이루는 유입홀부; 및
상기 분리판부 상에 관통되게 형성되고, 상기 판면유로부의 타측에 배치되며, 상기 판면유로부 상의 유체가 배출되는 통로를 이루는 배출홀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀.
7. The method of claim 6,
The second separator is
separating plate;
a plate surface passage portion formed on one surface of the separating plate portion, forming a passage through which a fluid can flow, and in which the passage member is disposed;
an inlet hole formed to pass through the separating plate, disposed on one side of the plate-plane flow path, and forming a passage through which the fluid flows into the plate-plane flow path; and
and a discharge hole formed to pass through the separation plate, disposed on the other side of the plate-plane flow path, and forming a passage through which the fluid on the plate-plane flow path is discharged.
상기 유로부재는,
메쉬구조를 가지고 상기 유속구배메쉬부와 연속하여 형성되며, 상기 제2분리판측으로 함몰되는 형상을 가지는 분산지지메쉬부; 및
메쉬구조를 가지고 상기 분산지지메쉬부와 연속하여 형성되며, 상기 제2분리판측으로 오목한 곡면을 이루어 상기 반응강화메쉬부와 연결되는 쿠션받침부;를 더 포함하고,
상기 분리판부는,
상기 제2기체확산층측으로 돌출되게 형성되고, 상기 반응강화메쉬부의 연장방향을 따라 연장되게 형성되며, 상기 유속구배메쉬부와 접하는 돌출굴곡부; 및
상기 돌출굴곡부의 사이에 교대로 배치되고, 상기 쿠션받침부와 접하는 함몰굴곡부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀.8. The method of claim 7,
The flow path member,
Distributed support mesh portion having a mesh structure and formed continuously with the flow velocity gradient mesh portion, and having a shape recessed toward the second separator; and
It has a mesh structure and is formed continuously with the dispersed support mesh portion, and forms a concave curved surface toward the second separating plate, and a cushion support portion connected to the reaction reinforcing mesh portion; further comprising,
The separation plate part,
a protruding bent portion formed to protrude toward the second gas diffusion layer, extending along an extension direction of the reaction reinforcement mesh portion, and in contact with the flow velocity gradient mesh portion; and
and recessed and curved portions alternately disposed between the protruding and curved portions and contacting the cushion support portion.
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KR101992322B1 (en) * | 2018-08-21 | 2019-06-25 | 평화오일씰공업 주식회사 | Gasket embedded separator for fuel cell |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20230121348A (en) | 2022-02-11 | 2023-08-18 | 금양이노베이션 주식회사 | Separator of fuel cell with enhanced reaction gas delivery function |
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