KR102549634B1 - 연료전지용 분리판 장치 - Google Patents

연료전지용 분리판 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102549634B1
KR102549634B1 KR1020210039415A KR20210039415A KR102549634B1 KR 102549634 B1 KR102549634 B1 KR 102549634B1 KR 1020210039415 A KR1020210039415 A KR 1020210039415A KR 20210039415 A KR20210039415 A KR 20210039415A KR 102549634 B1 KR102549634 B1 KR 102549634B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gasket
unit
separator
separation plate
fuel cell
Prior art date
Application number
KR1020210039415A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220134827A (ko
KR102549634B9 (ko
Inventor
박지용
구영모
김명환
오근환
윤선호
김도환
Original Assignee
한국자동차연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국자동차연구원 filed Critical 한국자동차연구원
Priority to KR1020210039415A priority Critical patent/KR102549634B1/ko
Publication of KR20220134827A publication Critical patent/KR20220134827A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102549634B1 publication Critical patent/KR102549634B1/ko
Publication of KR102549634B9 publication Critical patent/KR102549634B9/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지용 분리판 장치에 관한 것으로, 제1분리판과, 제1분리판과 이격되어 배치되는 제2분리판과, 제1분리판에 고정되어 제1분리판과 제2분리판의 사이를 밀폐시키는 가스켓부 및 제1분리판에 구비되어 가스켓부에 대한 제1분리판의 고정성능을 강화하는 고정성능강화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지용 분리판 장치{SEPARATOR APPARATUS FOR FUEL CELL}
본 발명은 연료전지용 분리판 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스켓을 통한 실링 성능을 갖는 연료전지용 분리판 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 연속적으로 공급되는 연료의 화학적인 반응으로 전기에너지를 계속적으로 생산해 내는 전력반응수단으로, 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.
연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지(PAFC; phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염형연료전지(MCFC; molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell), 알칼리형 연료전지(AFC; alkaline fuel cell) 및 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 분류될 수 있다.
연료전지는 통상적으로 수소와 산소의 반응을 유도하는 촉매층이 구비된 막전극 접합체(MEA: MembraneElectrode-Assembly)와, 막전극 접합체의 전극에 각각 접합되어 수소와 산소를 각 전극으로 전달하는 한 쌍의 기체확산층과, 각각의 기체확산층의 외측면에 배치되어 수소와 산소를 공급하면서 동시에 물의 배출을 용이하게 하는 분리판, 수소와 산소의 누설 방지 및 틈새의 실링을 위해 분리판의 사이에 삽입되는 가스켓으로 구성된 단위셀이 여러 겹으로 적층되어 스택을 이루도록 형성된다.
종래에는 가스켓에 엠보 구조 등을 형성하여 분리판에 집중 응력을 인가함에 따라 분리판과 가스켓의 기밀 성능을 강화하고 있다. 그러나 이러한 구조는 스택의 체결압이 과도하게 형성되는 경우 집중 응력에 의해 인접 분리판을 변형시키고, 변형된 틈새로 수소와 산소등이 누출되는 문제점이 있다. 또한, 가스켓과 분리판에 충분한 접착력이 확보되지 않는 경우, 가스켓이 분리판으로부터 분리되는 박리 현상이 발생하고, 체결압 안가 시 스택의 적층구조가 무너지게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1655145호(2016.09.01 등록, 발명의 명칭: 연료 전지용 가스켓 및 이를 이용하여 조립한 연료전지 스택)에 개시되어 있다.
본 발명은 실링 성능을 확보함과 동시에 집중 응력으로 인한 분리판의 변형을 방지할 수 있는 연료전지용 분리판 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 가스켓의 박리 현상을 방지할 수 있는 연료전지용 분리판 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 장치는: 제1분리판;과, 상기 제1분리판과 이격되어 배치되는 제2분리판과;, 상기 제1분리판에 고정되어 상기 제1분리판과 상기 제2분리판의 사이를 밀폐시키는 가스켓부; 및 상기 제1분리판에 구비되어 상기 가스켓부에 대한 상기 제1분리판의 고정성능을 강화하는 고정성능강화부;를 포함한다.
또한, 상기 고정성능강화부는, 상기 가스켓부가 안착되는 안착부와;, 상기 가스켓부를 가압하여 상기 가스켓부를 압축시키는 압축부; 및 상기 가스켓부에 간섭되어 상기 가스켓부의 유동을 방지하는 유동방지부;를 포함한다.
또한, 상기 안착부는, 상기 가스켓부의 일측이 안착되는 제1안착부재; 및 상기 제1안착부재와 이격되어 배치되고, 상기 가스켓부의 타측이 안착되는 제2안착부재;를 포함한다.
또한, 상기 제1안착부재와 상기 제2안착부재는 상기 가스켓부의 양단부에 각각 접촉된다.
또한, 상기 제1안착부재와 상기 제2안착부재는 상기 가스켓부의 접촉면과 나란하게 마주보도록 배치된다.
또한, 상기 압축부는 상기 제1분리판으로부터 상기 가스켓부를 향해 돌출된다.
또한, 상기 압축부는 단부로 향할수록 폭이 좁아지게 형성된다.
또한, 상기 유동방지부는 상기 가스켓부와 멀어지는 방향으로 오목하게 함몰 형성된다.
또한, 상기 압축부와 상기 유동방지부는 복수개로 구비되어 상호 교번적으로 배치된다.
또한, 상기 가스켓부에 구비되어 상기 제2분리판에 대한 상기 가스켓부의 밀폐성능을 강화하는 밀폐성능강화부;를 더 포함한다.
본 발명에 따른 연료전지용 분리판 장치는 지지부와 형상가변부에 의해 제2분리판에 가해지는 집중 응력을 여러 면에 걸쳐 분산시킴에 따라 제2분리판의 변형에 따른 장비의 손상 및 비용의 낭비를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 장치는 형상가변부가 제2분리판으로부터 가해지는 가압력에 의해 형상이 가변되며 축적되는 탄성복원력을 통해 제2분리판에 견고하게 밀착될 수 있음에 따라 가스켓부의 실링 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 장치는 집중유도부에 의해 제2분리판으로부터 가해지는 가압력을 형상가변부로 전달되도록 유도함에 따라 형상가변부의 변형량을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 장치는 가스켓부가 복수개의 압축부에 의해 폭 방향으로의 압축율이 상이하게 형성됨에 따라 제2분리판에 국부적인 집중응력을 인가할 수 있어 실링 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 장치는 유동방지부가 전단 응력의 방향과 수직한 방향으로 오목하게 함몰 형성되어 가스켓부와 걸림 결합됨에 따라 가스켓부가 제1분리판에 대해 상대 이동되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 확대사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐성능강화부의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 작동 상태를 개략적으로 나타내는 작동도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 확대사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정성능강화부의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 작동 상태를 개략적으로 나타내는 작동도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 확대사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 장치의 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 확대사시도이다.
도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치(1)는 제1분리판(100), 제2분리판(200), 가스켓부(300), 밀폐성능강화부(400)를 포함한다.
제1분리판(100)과 제2분리판(200)은 연료전지의 스택 내부에서 연료전지의 반응에 필요한 수소와 산소의 유동 경로를 제공하며, 단위 셀에 구비된 막-전극 집합체(MEA: membrane-electrode assembly)의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1분리판(100)과 제2분리판(200)은 연료전지의 스택 내부에서 상하로 적층된 복수개의 분리판 중 서로 이웃하는 어느 한 쌍의 분리판으로 예시될 수 있다. 제1분리판(100)과 제2분리판(200)은 연료전지의 동일한 단위 셀에 구비되는 애노드 분리판과 캐소드 분리판일 수 있고, 이와 달리 이웃하는 단위셀에 구비되는 애노드 분리판과 캐소드 분리판인 것도 가능하다. 제1분리판(100)과 제2분리판(200)은 상하 방향으로 소정 간격 이격되고, 서로 나란하게 마주보도록 배치된다. 제1분리판(100)과 제2분리판(200)의 구체적인 형상은 연료전지의 스택 내부에서 적층 배치되는 분리판의 기술사상 안에서 다양한 설계 변경이 가능하다.
가스켓부(300)는 제1분리판(100)에 고정되어 제1분리판(100)과 제2분리판(200)의 사이를 밀폐시킴에 따라 연료전지의 실링(Sealing) 성능을 확보한다. 보다 구체적으로, 가스켓부(300)는 상호 이격된 제1분리판(100)과 제2분리판(200)의 마주보는 면에 밀착되어 제1분리판(100)과 제2분리판(200)의 내부를 유동하는 수소, 산소 및 냉각수 등이 외부로 누출되는 것을 방지한다. 또한, 가스켓부(300)는 제1분리판(100)에 대해 제2분리판(200)을 지지함으로써 제1분리판(100)과 제2분리판(200)이 상호 이격된 간격을 일정하게 유지시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓부(300)는 제1분리판(100)의 가장자리 둘레를 따라 연장되는 폐곡선의 형태로 형성될 수 있다. 가스켓부(300)는 하측면이 사출 성형 또는 접착제 등에 의해 제1분리판(100)의 상부면에 밀착 고정된다. 가스켓부(300)는 상측면이 제2분리판(200)을 향해 연장되고, 후술하는 밀폐성능강화부(400)를 매개로 제2분리판(200)의 하측면에 밀착된다. 가스켓부(300)는 탄성 변형에 의해 제1분리판(100)과 제2분리판(200)에 보다 강하게 밀착될 수 있도록 고무, 합성 수지 등 가요성의 재질을 포함할 수 있다. 가스켓부(300)의 구체적인 형상은 제1분리판(100)과 제2분리판(200)의 사이를 밀폐시킬 수 있는 형상의 기술사상 안에서 다양한 설계 변경이 가능하다.
밀폐성능강화부(400)는 가스켓부(300)에 구비되어 제2분리판(200)에 대한 가스켓부(300)의 밀폐성능을 강화한다. 보다 구체적으로, 밀폐성능강화부(400)는 제2분리판(200)과 직접적으로 접촉되는 가스켓부(300)의 상측면 외관을 이루는 부분으로, 제2분리판(200)과 충분한 접촉 면적을 확보함과 동시에 제2분리판(200)에 견고하게 밀착될 수 있는 구조로 형성되어 가스켓부(300)의 밀폐성능을 강화한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐성능강화부의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐성능강화부(400)는 지지부(410), 형상가변부(430), 집중유도부(420)를 포함한다.
지지부(410)는 가스켓부(300)로부터 제2분리판(200)을 향해 연장된다. 지지부(410)는 제2분리판(200)에 접촉되어 제2분리판(200)을 지지한다. 지지부(410)는 가스켓부(300)의 성형 시 가스켓부(300)와 일체로 제작될 수 있다. 이에 따라 지지부(410)의 재질은 가스켓부(300)의 재질과 마찬가지로 고무, 합성 수지 등 가요성의 재질을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부(410)는 제1지지부재(411), 제2지지부재(412)를 포함한다.
제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)는 가스켓부(300)로부터 제2분리판(200)을 향해 연장되어 제2분리판(200)의 일측과 타측을 각각 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)는 일측이 가스켓부(300)의 상측면에 일체로 연결되고, 타측이 제2분리판(200)로부터 제2분리판(200)의 하측면을 향해 수직하게 연장되는 기둥의 형태로 형성될 수 있다. 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)는 가스켓부(300)의 폭 방향을 따라 상호 이격되도록 배치된다. 보다 구체적으로, 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)는 가스켓부(300)의 양단부에 각각 배치될 수 있다. 이에 따라 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)는 가스켓부(300)의 폭 방향 전체에 걸쳐 제2분리판(200)을 안정적으로 지지할 수 있다. 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)는 제2분리판(200)의 하측면에 접촉되는 단부면이 제2분리판(200)과 나란하게 마주보도록 배치된다. 즉, 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)는 단부면이 평탄하게 형성되어 제2분리판(200)과 평행을 이루도록 배치된다. 이에 따라 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)는 보다 넓은 면적에 걸쳐 제2분리판(200)과 접촉되어 제2분리판(200)에 가해지는 하중을 분산시킬 수 있어 응력 집중으로 인한 제2분리판(200)의 변형을 방지할 수 있다. 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)는 단부면이 동일한 높이에 배치된다. 즉, 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)는 단부면이 제2분리판(200)의 하측면과 평행하게 마주보는 동일 평면상에 각각 배치된다. 이에 따라 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)는 제2분리판(200)이 기울어지는 것을 방지할 수 있어 제2분리판(200)으로부터 가해지는 하중을 균형 있게 지지할 수 있고, 전단 응력의 발생으로 인한 제2분리판(200)의 유동 현상을 방지할 수 있다.
형상가변부(430)는 제2분리판(200)으로부터 가해지는 가압력에 의해 형상이 가변되며 제2분리판(200)에 밀착된다. 형상가변부(430)는 가스켓부(300)의 성형 시 가스켓부(300)와 일체로 제작될 수 있다. 이에 따라 형상가변부(430)의 재질은 가스켓부(300)의 재질과 마찬가지로 고무, 합성 수지 등 가요성의 재질을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 형상가변부(430)는 일측이 가스켓부(300)와 일체로 연결되고, 타측이 가스켓부(300)로부터 제2분리판(200)을 향해 수직하게 연장되는 돌기의 형태로 형성될 수 있다. 형상가변부(430)는 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)가 가스켓부(300)의 양단부에 배치됨에 따라 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)의 사이에 배치된다. 형상가변부(430)는 상단부가 제2분리판(200)의 하측면에 접촉 시 제2분리판(200)으로부터 가해지는 면압에 의해 상하 방향으로 압축되며 제2분리판(200)에 밀착된다. 형상가변부(430)는 단부로 향할수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 이에 따라 형상가변부(430)는 단위 면적당 받는 가압력의 크기를 증대시킬 수 있어 보다 큰 폭으로 변형되며 제2분리판(200)에 견고하게 밀착될 수 있다. 형상가변부(430)는 단부면이 지지부(410), 보다 구체적으로 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)의 단부면과 동일한 높이에 배치될 수 있다. 형상가변부(430)는 복수개로 구비될 수 있다. 이 경우, 복수개의 형상가변부(430)는 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)의 사이에서 가스켓부(300)의 폭 방향으로 소정 간격 이격되도록 배치된다.
집중유도부(420)는 제2분리판(200)으로부터 가해지는 가압력이 형상가변부(430)로 집중되도록 유도한다. 보다 구체적으로, 집중유도부(420)는 밀폐성능강화부(400)의 일부 영역에 제2분리판(200)과 접촉되지 않는 구조를 형성함으로써 제2분리판(200)에 직접적으로 접촉되는 밀폐성능강화부(400)의 나머지 영역에 제2분리판(200)의 가압력이 집중 인가되도록 유도한다. 이에 따라 집중유도부(420)는 형상가변부(430)를 보다 큰 폭으로 변형시켜 형상가변부(430)가 제2분리판(200)에 견고하게 밀착되도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 집중유도부(420)는 제2분리판으로부터 멀어지는 방향, 즉 형상가변부(430)의 단부면으로부터 가스켓부(300)의 내부로 오목하게 함몰 형성되는 홈의 형상으로 형성될 수 있다. 집중유도부(420)는 복수개로 구비될 수 있다. 이 경우, 복수개의 집중유도부(420)는 복수개의 형상가변부(430)와 상호 교번적으로 배치되도록 이웃하는 형상가변부(430)의 사이에 배치된다. 즉, 집중유도부(420)는 형상가변부(430)와 함께 제1지지부재(411)로부터 제2지지부재(412)를 향해 산과 골이 순차적으로 배열되는 형태로 연장된다. 이에 따라 집중유도부(420)는 각각의 형상가변부(430)로 균일한 하중이 집중되도록 유도할 수 있다. 집중유도부(420)의 구체적인 형상, 크기, 개수는 도 3에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니고, 형상가변부(430)의 형상, 크기, 개수 등에 따라 다양하게 설계변경이 가능하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치(1)의 작동 상태를 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 작동 상태를 개략적으로 나타내는 작동도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 가스켓부(300)가 제1분리판(100)에 고정된 상태에서 제2분리판(200)이 가스켓부(300)의 상부로 적층된다.
가스켓부(300)의 상부로 적층된 제2분리판(200)은 하측면이 밀착성능강화부(400)에 접촉되어 지지된다. 보다 구체적으로, 제2분리판(200)은 하측면이 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)의 단부면에 접촉되어 지지된다.
이 경우, 제1지지부재(411)와 제2지지부재(412)의 단부면이 동일한 높이에 배치되고, 제2분리판(200)의 하측면과 평행하게 형성됨에 따라 제2분리판(200)은 수평을 유지한 상태에서 안정적으로 지지될 수 있으며, 응력 집중으로 인한 변형이 방지된다.
가스켓부(300)의 상부로 적층된 제2분리판(200)은 적층 방향, 즉 상하 방향으로 밀착성능강화부(400)에 가압력을 가하고, 이러한 가압력은 형상가변부(430)로 전달된다.
이 경우, 이웃하는 형상가변부(430)의 사이에 배치되어 제2분리판(200)과 접촉되지 않는 집중유도부(420)는 제2분리판(200)으로부터 가해지는 가압력이 형상가변부(430)로 집중되도록 유도한다.
형상가변부(430)는 가압력을 전달받아 상하 방향으로 압축되고, 압축 변형을 통해 축적한 탄성복원력에 의해 제2분리판(200)의 하측면에 견고하게 밀착된다.
이 경우, 형상가변부(430)는 단부로 향할수록 폭이 좁아지게 형성됨에 따라 보다 큰 폭으로 변형될 수 있어 제2분리판(200)에 보다 강하게 밀착될 수 있다.
형상가변부(430)와 지지부(410)가 가스켓부(300)와 동일한 가요성의 재질로 구비됨에 따라 지지부(410) 역시 상하방향으로 압축되며 제2분리판(200)의 하측면에 밀착될 수 있다.
체결압의 불안정 등으로 인해 제2분리판(200)에 가스켓부(300)의 폭 방향과 나란한 방향의 전단 응력이 가해지는 경우, 형상가변부(430)와 지지부(410)는 제2분리판(200)과의 밀착에 의한 마찰력과 탄성 복원력에 의해 전단 응력과 반대되는 방향으로 제2분리판(200)에 외력을 가한다.
이러한 외력에 의해 제2분리판(200)에 가해진 전단 응력이 상쇄되고, 이에 따라 제2분리판(200)은 전단 응력의 방향으로 가스켓부(300) 및 밀착성능강화부(400)에 대해 상대 이동되는 것이 방지된다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치(2)의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
이 과정에서 설명의 편의를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치(1)와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치(2)의 구성을 개략적으로 나타내는 확대사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치(2)는 제1분리판(100), 제2분리판(200), 가스켓부(300), 고정성능강화부(500)를 포함한다.
고정성능강화부(500)는 제1분리판(100)에 구비되어 가스켓부(300)에 대한 제1분리판(100)의 고정성능을 강화한다. 보다 구체적으로, 고정성능강화부(500)는 가스켓부(300)가 고정되는 제1분리판(100)의 고정면에 가스켓부(300)와의 밀착 구조를 형성함으로써 가스켓부(300)에 대한 제1분리판(100)의 고정성능을 강화한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정성능강화부의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5, 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 고정성능강화부(500)는 안착부(510), 압축부(520), 유동방지부(530)를 포함한다.
안착부(510)는 가스켓부(300)가 안착가능하게 구비되어 가스켓부(300)를 지지한다. 본 실시예에 따른 안착부(510)는 제1안착부재(511), 제2안착부재(512)를 포함한다.
제1안착부재(511)와 제2안착부재(512)는 상호 이격되도록 배치되어 가스켓부(300)의 일측과 타측이 각각 안착된다. 본 실시예에 따른 제1안착부재(511)와 제2안착부재(512)는 가스켓부(300)의 하측면과 마주보게 배치되는 판의 형태로 형성될 수 있다. 제1안착부재(511)와 제2안착부재(512)는 제1분리판(100)의 폭 방향을 따라 소정 간격 이격되어 가스켓부(300)의 양단부에 접촉된다. 제1안착부재(511)와 제2안착부재(512)가 이격되는 간격은 가스켓부(300)의 크기 등에 따라 다양한 값으로 설계 변경이 가능하다. 제1안착부재(511)와 제2안착부재(512)는 가스켓부(300)의 접촉면과 나란하게 마주보도록 배치된다. 즉, 제1안착부재(511)와 제2안착부재(512)는 가스켓부(300)의 하측면과 평행을 이루도록 배치된다. 이에 따라 제1안착부재(511)와 제2안착부재(512)는 보다 넓은 면적에 걸쳐 가스켓부(300)와 접촉됨에 따라 제1분리판(100)에 가해지는 하중을 분산시킬 수 있어 응력 집중으로 인한 제1분리판(100)의 변형을 방지할 수 있다.
압축부(520)는 가스켓부(300)를 가압하여 가스켓부(300)를 압축시킨다. 압축부(520)는 가스켓부(300)의 압축 시 가스켓부(300)로부터 가해지는 탄성 복원력에 의해 가스켓부(300)와 밀착 고정된다. 본 실시예에 따른 압축부(520)는 제1분리판(100)으로부터 가스켓부(300)를 향해 수직하게 돌출되는 돌기의 형태로 형성될 수 있다. 압축부(520)는 상단부가 가스켓부(300)의 하측면에 접촉됨에 따라 가스켓부(300)를 상방으로 압축하여 가스켓부(300)를 탄성 변형시킨다. 압축부(520)는 제1안착부재(511)와 제2안착부재(512)가 소정 간격 이격됨에 따라 제1안착부재(511)와 제2안착부재(512)의 사이에 배치된다. 압축부(520)는 단부로 향할수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 이에 따라 압축부(520)는 가스켓부(300)에 단위 면적당 가하는 가압력의 크기를 증대시킬 수 있어 가스켓부(300)를 보다 큰 폭으로 변형시킴에 따라 가스켓부(300)에 견고하게 밀착될 수 있다. 압축부(520)는 복수개로 구비될 수 있다. 이 경우, 복수개의 압축부(520)는 제1안착부재(511)와 제2안착부재(512)의 사이에서 제1분리판(100)의 폭 방향으로 소정 간격 이격되도록 배치된다. 이에 따라 복수개의 압축부(520)는 가스켓부(300)를 국부적으로 압축시킬 수 있어 가스켓부(300)의 상측면이 제2분리판(200)에 보다 견고하게 밀착되도록 유도할 수 있다.
유동방지부(530)는 가스켓부(300)에 간섭되어 가스켓부(300)의 유동을 방지한다. 보다 구체적으로, 유동방지부(530)는 압축부(520)와 함께 가스켓부(300)에 대한 걸림 구조를 형성하여 가스켓부(300)가 전단 응력에 의해 제1분리판(100)으로부터 분리되는 것을 방지한다. 본 실시예에 따른 유동방지부(530)는 가스켓부(300)와 멀어지는 방향, 즉 압축부(420)의 단부면으로부터 제1분리판(100)을 향해 오목하게 함몰 형성되는 홈의 형상으로 형성될 수 있다. 유동방지부(530)는 압축부(320)에 의해 압축되지 않은 가스켓부(300)의 나머지 하측면이 내부로 삽입되도록 유도하여 가스켓부(300)와 걸림 결합된다. 이에 따라 유동방지부(530)는 가스켓부(300)의 제1분리판(100)에 대한 전단 응력 방향의 고정력을 강화할 수 있다. 유동방지부(530)는 복수개로 구비될 수 있다. 이 경우, 복수개의 유동방지부(530)는 복수개의 압축부(520)와 상호 교번적으로 배치되도록 이웃하는 압축부(520)의 사이에 배치된다. 즉, 유동방지부(530)는 압축부(520)와 함께 제1안착부재(511)로부터 제2안착부재(512)를 향해 산과 골이 순차적으로 배열되는 형태로 연장된다. 이에 따라 유동방지부(530)는 가스켓부(300)와의 걸림 결합 개소를 복수개로 확보하여 가스켓부(300)의 유동을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 유동방지부(530)의 구체적인 형상, 크기, 개수는 도 6에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니고, 압축부(520)의 형상, 크기, 개수 등에 따라 다양하게 설계변경이 가능하다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치(2)의 작동 과정을 상세하게 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 작동 상태를 개략적으로 나타내는 작동도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 가스켓부(300)는 안착부(510), 압축부(520), 유동방지부(530)의 상측면에 접착제가 도포된 상태에서 제1분리판(100) 상으로 사출 성형된다.
가스켓부(300)의 양단부가 제1안착부재(511)와 제2안착부재(512)에 안착된 상태에서 압축부(520)는 가스켓부(300)의 하측면을 상방으로 가압한다.
가스켓부(300)는 이러한 가압력에 의해 상하 방향으로 압축 변형되며 압축부(520)에 밀착되어 고정된다.
이 경우, 압축부(520)는 단부로 향할수록 폭이 좁아지게 형성됨에 따라 가스켓부(300)를 큰 폭으로 변형시킬 수 있어 가스켓부(300)는 압축부(520)에 보다 강하게 밀착될 수 있다.
압축부(520)와 접촉되지 않은 가스켓부(300)의 나머지 하측면은 압축부(520)에 의한 변형 방향과 반대 방향으로 탄성 변형되며 유동방지부(530)의 내부로 삽입되고, 유동방지부(530)의 내측면에 밀착되어 고정된다.
이에 따라 가스켓부(300)는 접착제에 의한 접착력뿐만 아니라 압축부(520)와 유동방지부(530)에 의한 밀착력에 의해 제1분리판(100)에 견고하게 고정된다.
복수개의 압축부(520)와 유동방지부(530)에 의해 가스켓부(300)는 폭 방향을 따라 상이한 압축율을 갖는다.
이후 제2분리판(200)이 가스켓부(300)의 상측면에 접촉되는 경우, 가스켓부(300)의 상측면 중 압축부(520)에 의해 압축된 부분은 제2분리판(200)으로 국부적인 집중 응력을 인가하여 제2분리판(200)에 밀착될 수 있다.
체결압의 불안정 등으로 인해 제1분리판(100) 또는 가스켓부(300)에 수평 방향으로의 전단 응력이 가해지는 경우, 가스켓부(300)는 전단 응력의 방향과 수직한 방향으로 함몰 형성된 유동방지부(530)에 걸림 결합됨에 따라 전단 응력의 방향으로의 유동이 제한된다.
또한, 가스켓부(300)는 압축부(520) 및 유동방지부(530)와의 밀착에 의한 마찰력, 탄성 복원력을 통해 전단 응력을 상쇄시킨다.
이에 따라 가스켓부(300)는 전단 응력의 방향으로 제1분리판(100)에 대해 상대 이동되는 것이 방지될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치(3)의 구성을 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 확대사시도이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8, 도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치(3)는 제1분리판(100), 제2분리판(200), 가스켓부(300), 밀폐성능강화부(400), 고정성능강화부(500)를 포함한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 장치(3)는 제1분리판(100) 및 제2분리판(200)과 마주보는 가스켓부(300) 양측면에 각각 밀폐성능강화부(400)와 고정성능강화부(500)가 모두 구비되도록 형성된다.
제1분리판(100), 제2분리판(200), 가스켓부(300), 밀폐성능강화부(400), 고정성능강화부(500)의 구체적인 구성 및 동작 상태는 상술한 내용과 동일한 바, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1, 2, 3 : 연료전지용 분리판 장치 100 : 제1분리판
200 : 제2분리판 300 : 가스켓부
400 : 밀폐성능강화부 410 : 지지부
411 : 제1지지부재 412 : 제2지지부재
420 : 집중유도부 430 : 형상가변부
500 : 고정성능강화부 510 : 안착부
511 : 제1안착부재 512 : 제2안착부재
520 : 압축부 530 : 유동방지부

Claims (10)

  1. 제1분리판;
    상기 제1분리판과 이격되어 배치되는 제2분리판;
    상기 제1분리판에 고정되어 상기 제1분리판과 상기 제2분리판의 사이를 밀폐시키는 가스켓부;
    상기 제1분리판에 구비되어 상기 가스켓부에 대한 상기 제1분리판의 고정성능을 강화하는 고정성능강화부; 및
    상기 가스켓부에 구비되어 상기 제2분리판에 대한 상기 가스켓부의 밀폐성능을 강화하는 밀폐성능강화부;를 포함하고,
    상기 밀폐성능강화부는,
    상기 제2분리판에 접촉되어 상기 제2분리판을 지지하는 지지부;
    상기 제2분리판으로부터 가해지는 가압력에 의해 형상이 가변되며 상기 제2분리판에 밀착되는 형상가변부; 및
    상기 제2분리판으로부터 가해지는 가압력이 상기 형상가변부로 집중되도록 유도하는 집중유도부;를 포함하고,
    상기 지지부는,
    상기 가스켓부로부터 상기 제2분리판을 향해 연장되어 상기 제2분리판의 일측을 지지하는 제1지지부재; 및
    상기 가스켓부로부터 상기 제2분리판을 향해 연장되어 상기 제2분리판의 타측을 지지하는 제2지지부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고정성능강화부는,
    상기 가스켓부가 안착되는 안착부;
    상기 가스켓부를 가압하여 상기 가스켓부를 압축시키는 압축부; 및
    상기 가스켓부에 간섭되어 상기 가스켓부의 유동을 방지하는 유동방지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 안착부는,
    상기 가스켓부의 일측이 안착되는 제1안착부재; 및
    상기 제1안착부재와 이격되어 배치되고, 상기 가스켓부의 타측이 안착되는 제2안착부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1안착부재와 상기 제2안착부재는 상기 가스켓부의 양단부에 각각 접촉되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제1안착부재와 상기 제2안착부재는 상기 가스켓부의 접촉면과 나란하게 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 압축부는 상기 제1분리판으로부터 상기 가스켓부를 향해 돌출되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 압축부는 단부로 향할수록 폭이 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 유동방지부는 상기 가스켓부와 멀어지는 방향으로 오목하게 함몰 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 압축부와 상기 유동방지부는 복수개로 구비되어 상호 교번적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 장치.
  10. 삭제
KR1020210039415A 2021-03-26 2021-03-26 연료전지용 분리판 장치 KR102549634B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210039415A KR102549634B1 (ko) 2021-03-26 2021-03-26 연료전지용 분리판 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210039415A KR102549634B1 (ko) 2021-03-26 2021-03-26 연료전지용 분리판 장치

Publications (3)

Publication Number Publication Date
KR20220134827A KR20220134827A (ko) 2022-10-06
KR102549634B1 true KR102549634B1 (ko) 2023-06-30
KR102549634B9 KR102549634B9 (ko) 2024-01-11

Family

ID=83597053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210039415A KR102549634B1 (ko) 2021-03-26 2021-03-26 연료전지용 분리판 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102549634B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007333126A (ja) * 2006-06-16 2007-12-27 Nok Corp 燃料電池用ガスケット
JP2013101849A (ja) * 2011-11-09 2013-05-23 Panasonic Corp 燃料電池用ガスケット付セパレータ及び燃料電池スタック

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007333126A (ja) * 2006-06-16 2007-12-27 Nok Corp 燃料電池用ガスケット
JP2013101849A (ja) * 2011-11-09 2013-05-23 Panasonic Corp 燃料電池用ガスケット付セパレータ及び燃料電池スタック

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220134827A (ko) 2022-10-06
KR102549634B9 (ko) 2024-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9806354B2 (en) Method for manufacturing reinforced membrane electrode assembly and reinforced membrane electrode assembly
CA2732724C (en) Electrolyte membrane/electrode structure and fuel cell
US7531265B2 (en) Fuel cell
WO2011158551A1 (ja) 燃料電池セル
KR20110085979A (ko) 연료 전지의 밀봉 구조
KR20180115266A (ko) 비대칭 밀봉 섹션을 포함한 양극판, 그리고 상기 양극판을 포함한 연료 전지 스택
US9196911B2 (en) Fuel cell gas diffusion layer integrated gasket
JP2008171613A (ja) 燃料電池
JP2011023161A (ja) 燃料電池の密封構造
KR20130057716A (ko) 고분자 전해질 연료전지용 분리판 및 이것을 이용한 고분자 전해질 연료전지
US10003098B2 (en) Fuel cell
US11171341B2 (en) Fuel cell and method of manufacturing fuel cell
WO2010016248A1 (ja) 燃料電池スタックとそれを用いた燃料電池
JP2006216294A (ja) 燃料電池セルとその製造方法
KR102549634B1 (ko) 연료전지용 분리판 장치
KR102562479B1 (ko) 연료전지용 분리판 장치
JP2010165577A (ja) 燃料電池セルのシール構造
JP4826716B2 (ja) 燃料電池用ガスケット
JP2008123885A (ja) 燃料電池、燃料電池の製造方法、および、アッセンブリ
KR101197596B1 (ko) 연로전지용 가스켓 및 이를 구비하는 연료전지
US10074869B2 (en) Fuel cell
JP2018045882A (ja) 燃料電池スタック
US9350034B2 (en) Fuel cell gas diffusion layer integrated gasket
KR101822246B1 (ko) 연료전지 스택
US20130108942A1 (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]