KR102514144B1 - Fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단위 셀의 개수가 상이한 복수 개의 스택부 사이에 인터 매니폴드부가 배치되고, 인터 매니폴드부의 일측에 위치한 스택부에서 배출되는 연료가스가 인터 매니폴드부의 타측에 위치한 스택부로 유입됨으로써 스택의 연료이용률 및 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있는 연료전지 스택에 관한 것이다.In the present invention, an inter-manifold unit is disposed between a plurality of stack units having different numbers of unit cells, and fuel gas discharged from a stack unit located on one side of the inter-manifold unit is introduced into the stack unit located on the other side of the inter-manifold unit, thereby improving the structure of the stack. It relates to a fuel cell stack capable of improving fuel utilization and performance of a fuel cell.

Description

연료전지 스택 {FUEL CELL STACK}Fuel cell stack {FUEL CELL STACK}

본 발명은 단위 셀의 개수가 상이한 복수 개의 스택부 사이에 인터 매니폴드부가 배치되고, 인터 매니폴드부의 일측에 위치한 스택부에서 배출되는 연료가스가 인터 매니폴드부의 타측에 위치한 스택부로 유입됨으로써 스택의 연료이용률 및 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있는 연료전지 스택에 관한 것이다.In the present invention, an inter-manifold unit is disposed between a plurality of stack units having different numbers of unit cells, and fuel gas discharged from a stack unit located on one side of the inter-manifold unit is introduced into the stack unit located on the other side of the inter-manifold unit, thereby improving the structure of the stack. It relates to a fuel cell stack capable of improving fuel utilization and performance of a fuel cell.

연료전지는 연료의 산화에 의해 발생되는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시켜 전기를 발생시키는 전지로써 최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원을 대체할 수 있는 대체 에너지로 주목을 받고 있다.A fuel cell is a battery that generates electricity by directly converting chemical energy generated by oxidation of a fuel into electrical energy, and has recently attracted attention as an alternative energy that can replace existing energy resources such as petroleum or coal.

일반적으로 연료전지 스택은 양극(anode), 음극(cathode) 및 상기 양극 및 음극 사이에 구성되는 전해질을 포함한 막-전극 조합체, 그리고 분리판을 포함한 단위 셀이 복수로 적층되는 구조를 가지고 있다.In general, a fuel cell stack has a structure in which a plurality of unit cells including an anode, a cathode, a membrane-electrode assembly including an electrolyte between the anode and the cathode, and a separator are stacked.

여기서, anode인 연료극에 연료가스를 공급해주면 연료가 산화되어 전자가 외부회로를 통해 방출되며, cathode인 공기극에 산화가스를 공급해주면 외부회로로부터 전자를 받아서 산소이온으로 환원된다. 이처럼 환원된 산소이온은 전해질을 통해 연료극으로 이동하여 산화된 연료와 반응하여 물이 생성되는 반응이 일어나며, 이때 전자의 이동에 의해 전류가 생산되고 물 생성 반응시 열이 발생하게 된다.Here, when fuel gas is supplied to the anode (anode), the fuel is oxidized and electrons are emitted through an external circuit, and when oxidizing gas is supplied to the cathode (cathode), electrons are received from the external circuit and reduced to oxygen ions. The reduced oxygen ions move to the anode through the electrolyte and react with the oxidized fuel to generate water. At this time, current is produced by the movement of electrons, and heat is generated during the water generation reaction.

연료전지 스택에는 전기 에너지 생성을 위한 수소 및 산소 그리고 냉각수의 공급을 위하여 공급 및 배출 매니폴드들이 형성되며, 다수의 매니폴드 홀들이 형성된 분리판이 상호 밀착하여 적층될 때 각 분리판들의 매니폴드 홀들이 연결됨으로써 형성된다.In the fuel cell stack, supply and discharge manifolds are formed to supply hydrogen and oxygen for electric energy generation and cooling water. formed by being connected.

연료가스 및 산화가스가 각각의 매니폴드를 통해 공급되고 이후 반응이 완료되고 남아있는 잔류가스와 부산물인 물은 출구 매니폴드를 통해 스택 외부로 배출되는데 이때 스택 외부로 배출되는 잔류가스량을 최소화할수록 스택의 효율이 높아질 수 있다.After the fuel gas and oxidizing gas are supplied through each manifold, the reaction is completed, and the remaining gas and by-product water are discharged to the outside of the stack through the outlet manifold. efficiency can be increased.

이에 종래의 연료전지 스택의 경우, 분리판에 형성되는 매니폴드 구조를 단순화함으로써 연료전지에 공급 및 유출되는 가스의 유동을 최적화할 수 있었고, 제작 비용을 절감시킬 수 있도록 하였다.Accordingly, in the case of a conventional fuel cell stack, the flow of gas supplied to and discharged from the fuel cell can be optimized by simplifying the manifold structure formed on the separator, and the manufacturing cost can be reduced.

그러나, 이러한 종래의 연료전지 스택의 경우, 스택의 연료이용률이 높아질수록 스택 내 기체의 분배 상태가 악화된다는 문제점을 가지고 있었고, 이로 인해 수소 및 산소와 같은 연료의 이용률을 향상시키기 어렵다는 문제점을 가지고 있었다.However, in the case of such a conventional fuel cell stack, the distribution state of gas in the stack deteriorates as the fuel utilization rate of the stack increases, and as a result, it is difficult to improve the utilization rate of fuels such as hydrogen and oxygen. .

또한, 이러한 종래의 연료전지 스택의 경우, 각각의 스택을 연결하기 위한 별도의 배관이 필요해 공간적으로 차지하는 부피가 크고, 부피 최소화를 위한 공정이 오래 걸려 생산성이 낮은 문제점을 가지고 있었다.In addition, in the case of such a conventional fuel cell stack, separate piping for connecting each stack is required, resulting in a large volume occupied in space, and a long process for minimizing the volume, resulting in low productivity.

그리고, 이러한 종래의 연료전지 스택의 경우, 높은 연료이용률에서 스택을 운전할 시 스택 내 운전 전압이 저하된다는 문제점을 가지고 있었고, 특히, 스택의 성능이 저하되어 고장이 유발된다는 문제점을 가지고 있었다.And, in the case of such a conventional fuel cell stack, when the stack is operated at a high fuel utilization rate, there is a problem that the operating voltage in the stack is lowered, and in particular, the performance of the stack is lowered and a failure is caused.

한국등록특허 10- 1184930호Korea Patent No. 10- 1184930

본 발명의 목적은, 인터 매니폴드부의 일측에 위치한 스택부에서 배출되는 연료가스를 인터 매니폴드부의 타측에 위치한 스택부로 유입되게 함으로써 스택 내 기체의 분배 상태가 유지되면서 스택의 연료이용률을 용이하게 향상시킬 수 있는 연료전지 스택을 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to easily improve the fuel utilization rate of the stack while maintaining the gas distribution state in the stack by allowing fuel gas discharged from the stack unit located on one side of the inter-manifold unit to flow into the stack unit located on the other side of the inter-manifold unit. It is intended to provide a fuel cell stack that can

또한, 일 실시예에 따른 본 발명의 목적은, 복수 개의 스택부에 적층된 각각의 단위 셀의 개수는 연료가 최초로 유입되는 스택부를 기준으로 하여 한 쪽 방향으로 순차적으로 적어짐으로써 스택의 연료이용률 및 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있는 연료전지 스택을 제공하고자 하는 것이다.In addition, an object of the present invention according to an embodiment is that the number of each unit cell stacked on a plurality of stack units is sequentially reduced in one direction based on the stack unit into which fuel is first introduced, thereby improving the fuel utilization rate and It is intended to provide a fuel cell stack capable of effectively improving performance.

특히, 일 실시예에 따른 본 발명의 목적은, 스택부의 일측 및 타측에 각각 제1 및 제2 압축판재가 배치되고, 복수 개의 스택부 및 인터 매니폴드부를 하나의 적층체로 결합시킴으로써 스택의 부피가 최소화될 수 있고, 부피 최소화를 위한 공정이 간단해 스택의 생산성이 향상될 수 있는 연료전지 스택을 제공하고자 하는 것이다.In particular, an object of the present invention according to an embodiment is to reduce the volume of the stack by disposing first and second compression plates on one side and the other side of the stack unit, and combining a plurality of stack units and inter-manifold units into one laminate. It is intended to provide a fuel cell stack that can be minimized and the productivity of the stack can be improved because the process for minimizing the volume is simple.

본 발명에 따른 연료전지 스택은, 하나 이상의 단위 셀이 적층된 복수 개의 스택부 및 상기 복수 개의 스택부 사이에 배치되는 인터 매니폴드부를 포함하고, 상기 인터 매니폴드부는, 상기 인터 매니폴드부의 일측에 위치한 스택부에서 배출되는 가스를 상기 인터 매니폴드부의 타측에 위치한 스택부로 유입되게 하는 것을 특징으로 한다.A fuel cell stack according to the present invention includes a plurality of stack parts in which one or more unit cells are stacked and an inter-manifold part disposed between the plurality of stack parts, wherein the inter-manifold part is at one side of the inter-manifold part. It is characterized in that the gas discharged from the located stack unit is introduced into the stack unit located on the other side of the inter-manifold unit.

일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 스택부에 각각 적층된 단위 셀은, 가스가 최초로 유입되는 스택부를 기준으로 하여 가스가 외부로 배출되는 스택부로 갈수록 개수가 적어지는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment, the number of unit cells each stacked in the plurality of stack parts is reduced from the stack part into which the gas first flows to the stack part through which the gas is discharged to the outside.

일 실시예에 따르면, 상기 연료전지 스택은, 상기 스택부의 일측에 적층되고, 상기 스택부로 가스를 유입시키는 가스 유입부가 설치된 제1 압축판재 및 상기 스택부의 타측에 적층되고, 상기 인터 매니폴드부를 통과한 뒤 상기 스택부에서 방출되는 가스를 외부로 배출시키는 가스 배출부가 설치된 제2 압축판재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment, the fuel cell stack is stacked on one side of the stack unit, and is stacked on a first compression plate member provided with a gas inlet for introducing gas into the stack unit and on the other side of the stack unit, and passes through the inter-manifold unit. After that, it is characterized in that it further comprises a second compression plate is installed with a gas discharge unit for discharging the gas discharged from the stack unit to the outside.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 압축판재는, 상기 스택부 및 상기 인터 매니폴드부를 하나의 적층체로 결합시키는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment, the first and second compression plates are characterized in that the stack part and the inter-manifold part are combined into one laminated body.

일 실시예에 따르면, 상기 가스 유입부로 유입되는 가스는, 상기 제1 압축판재와 인접한 스택부에서 반응하고, 상기 제1 압축판재와 인접한 스택부에서 미반응한 가스는, 상기 인터 매니폴드부를 통과해 상기 제2 압축판재와 인접한 스택부에서 반응하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment, the gas introduced into the gas inlet reacts in the stack portion adjacent to the first compression plate member, and the unreacted gas in the stack portion adjacent to the first compression plate member passes through the inter-manifold portion. It is characterized in that it reacts in the stack portion adjacent to the second compression plate member.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 압축판재와 인접한 스택부에서 미반응한 가스는, 상기 가스 배출부를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment, the unreacted gas in the stack portion adjacent to the second compression plate member is discharged to the outside through the gas discharge portion.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 압축판재는, 상기 인터 매니폴드부와 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment, the first and second compression plates are arranged parallel to each other with the inter-manifold part.

본 발명의 일 측면에 따르면, 인터 매니폴드부의 일측에 위치한 스택부에서 배출되는 연료가스를 인터 매니폴드부의 타측에 위치한 스택부로 유입되게 함으로써 스택 내 기체의 분배 상태가 유지되면서 스택의 연료이용률을 용이하게 향상시킬 수 있도록 하는 이점이 있다.According to one aspect of the present invention, the fuel gas discharged from the stack part located on one side of the inter-manifold part is introduced into the stack part located on the other side of the inter-manifold part, so that the gas distribution state in the stack is maintained and the fuel utilization rate of the stack is easily improved. There are advantages to making it better.

특히, 복수 개의 스택부에 적층된 각각의 단위 셀의 개수는 연료가 최초로 유입되는 스택부를 기준으로 하여 한 쪽 방향으로 순차적으로 적어짐으로써 스택의 연료이용률 및 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있도록 하는 이점이 있다.In particular, the number of unit cells stacked in the plurality of stack parts is sequentially reduced in one direction based on the stack part into which fuel is first introduced, thereby effectively improving the fuel utilization rate and performance of the stack. .

또한, 스택부의 일측 및 타측에 각각 제1 및 제2 압축판재가 배치되고, 복수 개의 스택부 및 인터 매니폴드부를 하나의 적층체로 결합시킴으로써 스택의 부피가 최소화될 수 있고, 부피 최소화를 위한 공정이 간단해 스택의 생산성이 향상될 수 있도록 하는 이점이 있다.In addition, the volume of the stack can be minimized by disposing the first and second compression plates on one side and the other side of the stack unit, respectively, and combining a plurality of stack units and inter-manifold units into one laminate, and a process for minimizing the volume is performed. It has the advantage of being simple and allowing the productivity of the stack to be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연료전지 스택(100) 내에서 연료가스의 유동을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 연료전지 스택(100) 내에서 산화가스의 유동을 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a perspective view schematically showing the structure of a fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the flow of fuel gas in the fuel cell stack 100 shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a diagram schematically showing the flow of oxidizing gas in the fuel cell stack 100 shown in FIG. 1 .

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있다. The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, repeated descriptions and detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기제가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함 할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part “includes” a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless there is a mechanism to the contrary.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 용이하게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment is presented to aid understanding of the present invention. However, the following examples are only provided to more easily understand the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.

<연료전지 스택><Fuel cell stack>

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100) 내에서 연료가스의 유동을 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a perspective view schematically showing the structure of a fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the flow of fuel gas in the fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram.

또한, 도 3은 도 1에 도시된 연료전지 스택(100) 내에서 산화가스의 유동을 개략적으로 나타내는 도면이다.Also, FIG. 3 is a diagram schematically showing the flow of oxidizing gas in the fuel cell stack 100 shown in FIG. 1 .

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)은 하나 이상의 단위 셀(11)이 적층된 복수 개의 스택부(10, 10') 및 상기 복수 개의 스택부(10, 10') 사이에 배치되는 인터 매니폴드부(20)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , a fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of stack parts 10 and 10' in which one or more unit cells 11 are stacked, and the plurality of stack parts 10, 10 ') may be configured to include an inter-manifold part 20 disposed between them.

먼저, 스택부(10, 10')는 단위 셀(11)이 한 방향으로 적층된 형태로 되어있는데 이때, 단위 셀(11)은, 애노드(anode)인 연료극(도시되지 않음), 캐소드(cathode)인 공기극(도시되지 않음) 및 연료극과 공기극 사이에 배치되는 전해질(도시되지 않음)으로 구성될 수 있다.First, the stack parts 10 and 10' have a form in which unit cells 11 are stacked in one direction. At this time, the unit cells 11 include an anode, a fuel electrode (not shown), and a cathode. ) may be composed of an air electrode (not shown) and an electrolyte (not shown) disposed between the fuel electrode and the air electrode.

또한, 공기극의 일측에는 공기극 집전체(도시되지 않음)가 위치되고, 연료극 일측에는 연료극 집전체(도시되지 않음)가 위치됨으로써 단위 셀(11)내 공기극 및 연료극에서 발생되는 전기 에너지를 모을 수 있다.In addition, an air electrode current collector (not shown) is positioned on one side of the air electrode, and an anode current collector (not shown) is positioned on one side of the fuel electrode, so that electrical energy generated from the air electrode and the fuel electrode in the unit cell 11 can be collected. .

스택부(10, 10')는 복수 개로 구성될 수 있고, 복수 개의 스택부(10, 10')에 각각 적층된 단위 셀(11)은, 가스가 최초로 유입되는 스택부(10)를 기준으로 하여 가스가 외부로 배출되는 스택부(10')로 갈수록 개수가 적어질 수 있고, 복수 개의 스택부(10, 10')는 서로 동일한 크기로 한 방향으로 적층될 수 있다.The stack units 10 and 10' may be composed of a plurality of units, and the unit cells 11 respectively stacked on the plurality of stack units 10 and 10' are based on the stack unit 10 into which gas is first introduced. Thus, the number may decrease toward the stack portion 10' through which gas is discharged to the outside, and the plurality of stack portions 10 and 10' may be stacked in one direction with the same size.

일 실시예에 있어서, 단위 셀(11)의 개수는, 스택부(10, 10')에서 가스가 처음으로 유입되고 단위 셀(11)의 개수가 n개(n은 0이 아닌 자연수)인 스택부(10)를 기준으로 해 (n-1), (n-2), (n-3), (n-4), (n-5)…의 형태로 스택부(10')의 단위 셀(11) 개수는 감소할 수 있다.In one embodiment, the number of unit cells 11 is a stack in which gas is first introduced from the stack units 10 and 10' and the number of unit cells 11 is n (n is a natural number other than 0). Based on part (10), (n-1), (n-2), (n-3), (n-4), (n-5)... In the form of, the number of unit cells 11 of the stack unit 10' may be reduced.

예를 들어, 가스가 최초로 유입되는 스택부(10)의 단위 셀(11)의 개수가 5개이면, 연료가스 및 산화가스가 외부로 배출되는 스택부(10')의 단위 셀(11)의 개수는 3개로 감소되어 적층될 수 있다.For example, if the number of unit cells 11 of the stack unit 10 into which gas initially flows is five, the number of unit cells 11 of the stack unit 10' through which fuel gas and oxidizing gas are discharged to the outside is 5. The number can be reduced to three and stacked.

다른 실시예에 있어서, 단위 셀(11)의 개수는, 스택부(10, 10')에서 가스가 처음으로 유입되고 단위 셀(11)의 개수가 n개인 스택부(10)를 기준으로 n/2, n/4…형태로 스택부(10')의 단위 셀(11) 개수는 감소할 수 있다.In another embodiment, the number of unit cells 11 is n/ 2, n/4... In this form, the number of unit cells 11 of the stack unit 10' may be reduced.

예를 들어, 연료가스 및 산화가스가 최초로 유입되는 스택부(10)의 단위 셀(11)의 개수가 10개이면, 연료가스 및 산화가스가 외부로 배출되는 스택부(10')의 단위 셀(11)의 개수는 5개로 감소되어 적층될 수 있다.For example, if the number of unit cells 11 of the stack unit 10 into which the fuel gas and oxidizing gas are first introduced is 10, the unit cells of the stack unit 10' through which the fuel gas and the oxidizing gas are discharged to the outside. The number of (11) can be reduced to five and stacked.

이때, 연료가스 및 산화가스가 최초로 유입되는 스택부(10) 및 연료가스 및 산화가스가 외부로 유출되는 스택부(10')에 적층되는 단위 셀(11) 개수의 비는 1:0.5가 될 수 있다.At this time, the ratio of the number of unit cells 11 stacked in the stack unit 10, into which fuel gas and oxidizing gas first flow, and the stack unit 10', through which fuel gas and oxidizing gas are discharged to the outside, is 1:0.5. can

여기서, 연료전지 스택(100) 내 감소되는 단위 셀(11)의 개수는 연료가스 및 산화가스가 최초로 유입되는 스택부(10)의 개수보다 적고, 그 개수는 한정되지 않는다.Here, the number of reduced unit cells 11 in the fuel cell stack 100 is less than the number of stack units 10 into which fuel gas and oxidizing gas are first introduced, and the number is not limited.

이처럼, 스택부(10, 10')에 적층된 각각의 단위 셀(11)의 개수는 연료가스 및 산화가스가 최초로 유입되는 스택부(10)를 기준으로 하여 한 방향으로 점차 적어짐으로써 연료전지의 연료 이용률 및 전력 발전 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.As such, the number of unit cells 11 stacked on the stack units 10 and 10' gradually decreases in one direction based on the stack unit 10 into which the fuel gas and the oxidizing gas first flow, thereby increasing the efficiency of the fuel cell. It is possible to effectively improve fuel utilization and power generation performance.

다음으로, 인터 매티폴드부(20)는 복수 개의 스택부(10, 10') 사이에 각각 배치될 수 있고, 스택부(10, 10')의 개수가 복수 개로 n개(n은 2이상의 자연수)일 경우, 인터 매니폴드부(20)는 (n-1)개가 배치될 수 있다.Next, the inter-matifold unit 20 may be disposed between the plurality of stack units 10 and 10', respectively, and the number of stack units 10 and 10' is n (n is a natural number of 2 or more). ), (n-1) inter-manifold units 20 may be disposed.

이때, 인터 매니폴드부(20)는, 상기 인터 매니폴드부(20)의 일측에 위치한 스택부(10)에서 배출되는 가스를 상기 인터 매니폴드부(20)의 타측에 위치한 스택부(10')로 유입되도록 할 수 있다.At this time, the inter-manifold unit 20 transfers gas discharged from the stack unit 10 located on one side of the inter-manifold unit 20 to the stack unit 10' located on the other side of the inter-manifold unit 20. ) can be introduced into

인터 매니폴드부(20)의 일측에 위치한 스택부(10)에서 연료가스 및 산화가스의 반응이 일어나고, 미반응한 여분의 연료가스 및 산화가스는 인터 매니폴드부(20)를 통해 인터 매니폴드부(20)의 타측에 위치한 스택부(10')로 유입될 수 있다.In the stack part 10 located on one side of the inter-manifold part 20, a reaction between the fuel gas and the oxidizing gas occurs, and the unreacted excess fuel gas and oxidizing gas pass through the inter-manifold part 20 to the inter-manifold. It may flow into the stack unit 10' located on the other side of the unit 20.

즉, 인터 매니폴드부(20)는 연료가스 및 산화가스가 복수 개의 스택부(10, 10')에서 유동될 수 있도록 복수 개의 스택부(10, 10')를 서로 연결시킬 수 있으며, 복수 개의 스택부(10, 10') 및 인터 매니폴드부(20)는 서로 동일한 크기로 평행하게 배치될 수 있다.That is, the inter-manifold unit 20 may connect the plurality of stack units 10 and 10' to each other so that the fuel gas and the oxidizing gas may flow in the plurality of stack units 10 and 10'. The stack parts 10 and 10' and the inter-manifold part 20 may be arranged in parallel with each other in the same size.

이처럼, 복수 개의 스택부(10, 10') 사이에 인터 매니폴드부(20)가 배치되고, 인터 매니폴드부(20)는, 인터 매니폴드부(20)의 일측에 위치한 스택부(10)에서 배출되는 연료가스를 인터 매니폴드부(20)의 타측에 위치한 스택부(10')로 유입되게 함으로써 연료전지 내 기체의 분배 상태가 유지되면서 연료전지의 연료이용률을 용이하게 향상시킬 수 있다.In this way, the inter-manifold part 20 is disposed between the plurality of stack parts 10 and 10', and the inter-manifold part 20 is stacked part 10 located on one side of the inter-manifold part 20. By allowing the fuel gas discharged from the inter-manifold unit 20 to flow into the stack unit 10' located on the other side of the inter-manifold unit 20, the gas distribution state in the fuel cell is maintained and the fuel utilization rate of the fuel cell can be easily improved.

다음으로, 연료전지 스택(100)은, 가스가 최초로 유입되는 스택부(10)의 일측에 적층되고, 스택부(10, 10')로 가스를 유입시키는 가스 유입부(1)가 설치된 제1 압축판재(31) 및 가스가 외부로 배출되는 스택부(10')의 타측에 적층되고, 상기 인터 매니폴드부(20)를 통과한 뒤 상기 스택부(10, 10')에서 방출되는 가스를 외부로 배출시키는 가스 배출부(2)가 설치된 제2 압축판재(32)를 더 포함할 수 있다.Next, the fuel cell stack 100 is stacked on one side of the stack unit 10 into which gas is initially introduced, and a first gas inlet unit 1 for introducing gas into the stack units 10 and 10' is installed. The compression plate 31 and the gas are stacked on the other side of the stack part 10' through which gas is discharged to the outside, and the gas discharged from the stack parts 10 and 10' after passing through the inter-manifold part 20 A second compression plate member 32 having a gas discharge unit 2 for discharging to the outside may be further included.

제1 및 제2 압축판재(31, 32)는 동일한 크기로 형성될 수 있고, 인터 매니폴드부(20)와 서로 평행하게 배치될 수 있으며, 복수 개의 스택부(10, 10')와도 서로 평행하게 배치될 수 있다.The first and second compression plates 31 and 32 may be formed in the same size, may be disposed parallel to each other with the inter-manifold part 20, and may be parallel to each other with the plurality of stack parts 10 and 10'. can be placed appropriately.

여기서, 제1 및 제2 압축판재(31, 32)는 복수 개의 스택부(10, 10') 및 인터 매니폴드부(20)를 하나의 적층체로 결합시킬 수 있다.Here, the first and second compression plates 31 and 32 may combine the plurality of stack parts 10 and 10' and the inter-manifold part 20 into one laminated body.

이처럼, 스택부(10, 10')의 일측 및 타측에 각각 제1 및 제2 압축판재(31, 32)가 배치되고, 복수 개의 스택부(10, 10') 및 인터 매니폴드부(20)를 하나의 적층체로 결합시킴으로써 연료전지의 부피가 최소화될 수 있고, 특히 부피 최소화를 위한 공정이 간단해 연료전지의 생산성이 향상될 수 있다.As such, the first and second compression plates 31 and 32 are disposed on one side and the other side of the stack parts 10 and 10', respectively, and the plurality of stack parts 10 and 10' and the inter-manifold part 20 By combining them into one stack, the volume of the fuel cell can be minimized, and in particular, the productivity of the fuel cell can be improved because the process for minimizing the volume is simple.

제1 압축판재(31)에 설치되는 가스 유입부(1)는, 제1 압축판재(31)와 가장 인접한 스택부(10)에 연료가스 및 산화가스를 유입시킴으로써 스택부(10) 내부에 연료가스 및 산화가스가 유동될 수 있고, 이로 인해 연료전지의 발전 반응이 일어날 수 있다.The gas inlet 1 installed on the first compression plate member 31 introduces fuel gas and oxidizing gas into the stack part 10 closest to the first compression plate member 31 so that the fuel inside the stack part 10 Gas and oxidizing gas may flow, and thus, a power generation reaction of the fuel cell may occur.

또한, 제2 압축판재(32)에 설치되는 가스 배출부(2)는, 제2 압축판재(32)와 가장 인접한 스택부(10')에서 방출되는 연료가스 및 산화가스를 배출시킴으로써 연료전지의 열화가 방지될 수 있고, 이로 인해 연료전지 스택(100)의 내구성이 향상될 수 있다.In addition, the gas discharge unit 2 installed on the second compression plate member 32 discharges fuel gas and oxidizing gas discharged from the stack unit 10 'closest to the second compression plate member 32, thereby improving the efficiency of the fuel cell. Deterioration can be prevented, and thus durability of the fuel cell stack 100 can be improved.

이처럼, 제1 및 제2 압축판재(31, 32)에 각각 가스 유입부(1) 및 가스 배출부(2)가 설치될 수 있고, 가스 유입부(1)에 연료가스 및 산화가스가 유입되어 복수 개의 스택부(10, 10')에서 연료전지의 전기 에너지 생산을 위한 발전반응이 일어날 수 있다.As such, the gas inlet 1 and the gas outlet 2 may be installed on the first and second compression plates 31 and 32, respectively, and fuel gas and oxidizing gas are introduced into the gas inlet 1, A power generation reaction for generating electric energy of the fuel cell may occur in the plurality of stack units 10 and 10'.

도 2를 참조하면, 가스 유입부(1)로 유입되는 연료가스는, 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')로 흐르면서 흐름 방향이 전환될 수 있다.Referring to FIG. 2, the fuel gas flowing into the gas inlet 1 is transferred from the stack unit 10 adjacent to the first compression plate member 31 to the stack unit 10' adjacent to the second compression plate member 32. As it flows, the flow direction can be switched.

예를 들어, 연료가스가 가스 유입부(1)로 유입되면, 연료가스는 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 좌측 방향으로 흐른 뒤 인터 매니폴드부(20)를 통과해 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')에서 우측 방향으로 흐를 수 있다.For example, when fuel gas is introduced into the gas inlet 1, the fuel gas flows leftward in the stack part 10 adjacent to the first compression plate 31 and passes through the inter-manifold part 20. It can flow in the right direction in the stack part 10' adjacent to the second compression plate member 32.

즉, 연료가스가 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')로 유입될 때, 연료가스의 흐름은 서로 다른 방향으로 전환될 수 있다.That is, when the fuel gas flows from the stack portion 10 adjacent to the first compression plate member 31 to the stack portion 10' adjacent to the second compression plate member 32, the flow of the fuel gas is switched in different directions. It can be.

반면, 가스 유입부(1)로 유입되는 산화가스의 경우, 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 흐르는 방향과 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')에서 흐르는 방향이 서로 동일하거나 상이할 수 있다.On the other hand, in the case of the oxidizing gas flowing into the gas inlet 1, the flow direction in the stack unit 10 adjacent to the first compression plate member 31 and the stack unit 10' adjacent to the second compression plate member 32 Flow directions may be the same as or different from each other.

도 3(a)를 참조하면, 가스 유입부(1)로 유입되는 산화가스는, 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')로 흐르면서 한 방향으로 흐를 수 있다.Referring to Figure 3 (a), the oxidizing gas flowing into the gas inlet (1), from the stack portion 10 adjacent to the first compression plate member 31 to the stack portion 10 adjacent to the second compression plate member 32 ') can flow in one direction.

예를 들어, 가스 유입부(1)로 유입된 산화가스는 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 좌측 방향으로 흐른 뒤 인터 매니폴드부(20)를 통과해 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')에서도 좌측 방향으로 흐를 수 있다.For example, the oxidizing gas introduced into the gas inlet 1 flows leftward in the stack unit 10 adjacent to the first compression plate member 31, passes through the inter-manifold unit 20, and then passes through the second compression plate member 31. It can also flow in the left direction in the stack portion 10' adjacent to 32.

즉, 산화가스가 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')로 유입될 때, 산화가스는 한 방향으로 흐를 수 있다.That is, when the oxidizing gas flows from the stack unit 10 adjacent to the first compression plate member 31 to the stack unit 10' adjacent to the second compression plate member 32, the oxidizing gas may flow in one direction.

도 3(b)를 참조하면, 가스 유입부(1)로 유입되는 산화가스는, 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')로 흐르면서 흐름 방향이 전환될 수 있다.Referring to FIG. 3 (b), the oxidizing gas flowing into the gas inlet 1 is from the stack unit 10 adjacent to the first compression plate member 31 to the stack unit 10 adjacent to the second compression plate member 32. '), the flow direction can be switched.

즉, 산화가스가 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')로 유입될 때, 산화가스의 흐름은 서로 다른 방향으로 전환될 수 있고, 이는 연료가스의 흐름 방향과 동일할 수 있다.That is, when the oxidizing gas flows from the stack unit 10 adjacent to the first compression plate member 31 to the stack unit 10' adjacent to the second compression plate member 32, the flow of the oxidizing gas is switched in different directions. This may be the same as the flow direction of the fuel gas.

이처럼, 연료전지 스택(100)의 가스 유입부(1)로 유입되는 연료가스 및 산화가스의 흐름이 제어됨으로써 연료전지 스택(100) 내부의 온도가 조절될 수 있고, 이로 인해 연료전지의 열화가 방지되어 안정성 및 수명이 향상될 수 있다.As such, the flow of the fuel gas and the oxidizing gas flowing into the gas inlet 1 of the fuel cell stack 100 is controlled so that the temperature inside the fuel cell stack 100 can be controlled, which causes deterioration of the fuel cell. It can be prevented and the stability and lifespan can be improved.

가스 유입부(1)로 유입되는 가스는, 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 반응할 수 있고, 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 미반응한 가스는, 인터 매니폴드부(20)를 통과해 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')에서 반응할 수 있다.The gas flowing into the gas inlet 1 may react in the stack unit 10 adjacent to the first compression plate member 31, and the unreacted gas in the stack unit 10 adjacent to the first compression plate member 31 The gas may pass through the inter-manifold unit 20 and react in the stack unit 10' adjacent to the second compression plate member 32.

반응 후에 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')에서 미반응한 가스는, 가스 배출부(2)를 통해 외부로 배출될 수 있다.After the reaction, unreacted gas in the stack unit 10 ′ adjacent to the second compression plate member 32 may be discharged to the outside through the gas discharge unit 2 .

예를 들어, 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)의 단위 셀(11)의 개수가 10개이고, 제1 압축판재(31)의 가스 유입부(1)로 유입되는 가스의 유입량을 100이라 가정한다면, 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)로 100만큼의 연료가스와 산화가스가 유입되어 전기 에너지 생산을 위한 발전반응이 일어날 수 있다.For example, the number of unit cells 11 of the stack unit 10 adjacent to the first compression plate 31 is 10, and the inflow amount of gas flowing into the gas inlet 1 of the first compression plate 31 Assuming that is 100, as much as 100 fuel gas and oxidizing gas are introduced into the stack portion 10 adjacent to the first compression plate member 31, a power generation reaction for generating electric energy may occur.

이때, 스택부(10)에서는 100의 유입량 중 절반의 연료가스 및 산화가스만 발전반응을 하고, 나머지 50만큼의 연료가스 및 산화가스는 인터 매니폴드부(20)를 통해 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')로 유동될 수 있다.At this time, in the stack unit 10, only half of the fuel gas and oxidizing gas out of the inflow of 100 react to power generation, and the remaining 50 fuel gas and oxidizing gas pass through the inter-manifold unit 20 to the second compression plate 32 ) and the adjacent stack portion 10'.

여기서, 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')의 단위 셀(11)의 개수는 5개이고, 제1 압축판재(31)와 인접한 스택부(10)에서 미반응한 50만큼의 연료가스 및 산화가스가 제2 압축판재(32)와 인접한 스택부(10')에 유입되어 전기 에너지 생산을 위한 발전반응이 일어날 수 있다.Here, the number of unit cells 11 of the stack unit 10' adjacent to the second compression plate member 32 is 5, and the unreacted 50 in the stack unit 10 adjacent to the first compression plate member 31 Fuel gas and oxidizing gas are introduced into the stack unit 10' adjacent to the second compression plate member 32, and a power generation reaction for generating electric energy may occur.

이때, 스택부(10')에서도 50의 유입량 중 절반의 연료가스 및 산화가스만 발전반응을 하고, 나머지 25만큼의 연료가스 및 산화가스는 제2 압축판재(32)에 설치된 가스 배출부(2)를 통해 배출될 수 있다.At this time, even in the stack unit 10 ', only half of the fuel gas and oxidizing gas of the inflow of 50 react to power generation, and the remaining 25 fuel gas and oxidizing gas are supplied to the gas discharge unit 2 installed in the second compression plate 32. ) can be released through

이처럼, 각각의 스택부(10, 10')에서 절반의 연료가스 및 산화가스만 발전반응에 사용되고, 이로 인해 스택부(10, 10')의 연료이용률은 50%이며, 전체적인 연료전지 스택(100)의 연료이용률은 75%로 향상될 수 있다.As such, only half of the fuel gas and oxidizing gas are used for the power generation reaction in each of the stack units 10 and 10', and as a result, the fuel utilization rate of the stack units 10 and 10' is 50%, and the overall fuel cell stack 100 ) can be improved to 75%.

따라서, 연료전지 스택(100)의 연료이용률이 향상됨으로써 연료전지의 성능이 향상될 수 있고, 특히 연료의 효율이 높아짐으로써 연료전지 스택(100)의 수명이 연장될 수 있다.Therefore, the performance of the fuel cell can be improved by improving the fuel utilization rate of the fuel cell stack 100, and in particular, the lifespan of the fuel cell stack 100 can be extended by increasing the fuel efficiency.

상기 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.

100: 연료전지 스택
10, 10': 스택부
11: 단위 셀
20: 인터 매니폴드부
31: 제1 압축판재
32: 제2 압축판재
1: 가스 유입부
2: 가스 배출부100: fuel cell stack
10, 10': stack part
11: unit cell
20: inter-manifold part
31: first compression plate
32: second compression plate
1: gas inlet
2: gas outlet

Claims (7)

하나 이상의 단위 셀이 적층된 복수 개의 스택부;
상기 스택부의 일측에 적층되고, 상기 스택부로 가스를 유입시키는 가스유입부가 설치된 제1 압축판재;
상기 스택부의 타측에 적층되고, 상기 인터 매니폴더부를 통과한 뒤 상기 스택부에서 방출되는 가스를 외부로 배출시키는 가스 배출부가 설치된 제2 압축판재; 및
상기 복수 개의 스택부 사이에 배치되는 인터 매니폴드부;를 포함하고,
상기 인터 매니폴드부는, 상기 인터 매니폴드부의 일측에 위치한 스택부에서 배출되는 가스를 상기 인터 매니폴드부의 타측에 위치한 스택부로 유입되게 하고,
상기 제1 및 제2 압축판재는, 상기 스택부 및 상기 인터 매니폴더부를 하나의 적층체로 결합시키는 것을 특징으로 하는,
연료전지 스택.
a plurality of stack units in which one or more unit cells are stacked;
a first compression plate stacked on one side of the stack unit and provided with a gas inlet unit for introducing gas into the stack unit;
a second compression plate stacked on the other side of the stack unit and provided with a gas discharge unit for discharging gas discharged from the stack unit to the outside after passing through the inter-manifold unit; and
Including; an inter-manifold unit disposed between the plurality of stack units,
The inter-manifold unit allows the gas discharged from the stack unit located on one side of the inter-manifold unit to flow into the stack unit located on the other side of the inter-manifold unit;
The first and second compression plates are characterized in that the stack part and the inter-manifold part are combined into one laminated body.
fuel cell stack.
 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 스택부에 각각 적층된 단위 셀은,
가스가 최초로 유입되는 스택부를 기준으로 하여 가스가 외부로 배출되는 스택부로 갈수록 개수가 적어지는 것을 특징으로 하는,
연료전지 스택.
According to claim 1,
The unit cells stacked in each of the plurality of stack units,
Characterized in that the number decreases toward the stack portion where the gas is discharged to the outside based on the stack portion into which the gas is initially introduced.
fuel cell stack.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 가스 유입부로 유입되는 가스는, 상기 제1 압축판재와 인접한 스택부에서 반응하고,
상기 제1 압축판재와 인접한 스택부에서 미반응한 가스는, 상기 인터 매니폴드부를 통과해 상기 제2 압축판재와 인접한 스택부에서 반응하는 것을 특징으로 하는,
연료전지 스택.
According to claim 1,
The gas flowing into the gas inlet reacts in a stack portion adjacent to the first compression plate member,
Characterized in that the unreacted gas in the stack portion adjacent to the first compression plate member passes through the inter-manifold portion and reacts in the stack portion adjacent to the second compression plate member.
fuel cell stack.
 제1항에 있어서,
상기 제2 압축판재와 인접한 스택부에서 미반응한 가스는, 상기 가스 배출부를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는,
연료전지 스택.
According to claim 1,
Characterized in that the unreacted gas in the stack portion adjacent to the second compression plate member is discharged to the outside through the gas discharge portion,
fuel cell stack.
 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 압축판재는, 상기 인터 매니폴드부와 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는,
연료전지 스택.
According to claim 1,
Characterized in that the first and second compression plates are disposed parallel to each other with the inter-manifold part,
fuel cell stack.
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