KR102551859B1

KR102551859B1 - 연료전지 셀

Info

Publication number: KR102551859B1
Application number: KR1020210053017A
Authority: KR
Inventors: 김현정; 김배정; 김아름; 박주연; 최현규; 김선휘; 김찬기
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2021-04-23
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2023-07-05
Also published as: KR20220146129A; EP4080625A1; US20220344693A1; CN115241484A

Abstract

본 발명의 실시예는 연료전지 셀에 관한 것으로, 막전극접합체(MEA), 막전극접합체의 일면에 적층되는 제1분리판, 막전극접합체의 다른 일면에 적층되는 제2분리판, 제1분리판에 마련되며 제1분리판과 막전극접합체의 사이를 밀폐하는 제1실링부재, 제2분리판에 마련되며 제2분리판과 막전극접합체의 사이를 밀폐하는 제2실링부재, 및 제1실링부재와 제2실링부재를 상호 체결하는 체결부를 포함하는 것에 의하여, 안전성 및 신뢰성을 향상시키고, 구조 및 제작 공정을 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

연료전지 셀{FUEL CELL}

본 발명은 연료전지 셀에 관한 것으로, 보다 구체적으로 안전성 및 신뢰성을 향상시키고, 구조 및 제작 공정을 간소화할 수 있는 연료전지 셀에 관한 것이다.

연료전지 스택은, 연료(예를 들어, 수소)의 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하는 일종의 발전 장치로서, 수십 또는 수백 개의 연료전지 셀(단위 셀)을 직렬로 적층하여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 연료전지 셀은, 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 및 막전극접합체의 양면에 각각 배치되는 분리판(애노드 분리판 및 캐소드 분리판)을 포함하여 구성될 수 있다.

분리판은 연료(예를 들어, 수소) 및 반응기체(예를 들어, 공기)를 막전극접합체에 각각 공급하는 기체유로와, 냉각수를 유통시키는 냉각유로를 구비한다.

또한, 연료전지 셀을 적층하여 연료전지 스택을 구성하기 위해서는, 막전극접합체와 분리판의 반응면 사이, 및 분리판의 냉각면 사이에 기밀이 유지될 수 있어야 한다.

이를 위해, 막전극접합체와 분리판의 반응면 사이 및 분리판의 냉각면 사이에는 가스켓이 마련된다. 즉, 가스켓은 분리판의 반응면으로 유동하는 기체(수소 및 공기), 분리판의 냉각면으로 유동하는 냉각수가 연료전지 스택의 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해 마련된다.

가스켓은 분리판의 양면 가장자리 부분 및 기체와 냉각수를 출입시키는 매니폴드의 양면 가장자리 부분에 일체로 사출 성형될 수 있으며, 가스켓에 의해 기체 및 냉각수의 유동 경로가 정의될 수 있다.

한편, 연료전지 셀의 안정적인 성능을 보장하고, 안전성 및 신뢰성을 확보하기 위해서는, 분리판의 결합 상태 및 밀봉 상태가 견고하게 유지될 수 있어야 한다.

그런데, 기존에는 서로 인접한 단위 셀(연료전지 셀)을 구성하는 분리판(예를 들어, 제1연료전지 셀의 애노드 분리판, 및 제1연료전지 셀에 인접한 제2연료전지 셀의 캐소드 분리판)이 용접에 의해 결합(체결)됨에 따라, 생산성 및 생산 효율을 향상시키기 어렵고, 생산 원가가 증가하는 문제점이 있다.

더욱이, 용접에 의한 결합 부위(분리판의 결합 부위)는, 부식 및 충격 등에 취약할 뿐만 아니라, 연료전지 셀의 적층 및 체결 공정 중에 쉽게 변형되거나 손상되는 문제점이 있고, 분리판의 결합 부위의 변형 및 손상이 발생하면 분리판의 밀봉 성능이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 복수개의 연료전지 셀을 적층시켜 연료전지 스택을 조립한 후에는, 연료전지 셀(단위 셀) 단위로 활성화 검사 및 불량 검사를 수행해야 하고, 불량으로 판별된 연료전지 셀은 다른 연료전지 셀로 교체될 수 있어야 한다.

그런데, 기존에는 서로 다른 단위 셀(연료전지 셀)을 구성하는 분리판(예를 들어, 제1연료전지 셀의 애노드 분리판 및 제2연료전지 셀의 캐소드 분리판)이 용접에 의해 결합됨에 따라, 불량으로 판별된 불량 연료전지 셀을 교체하기 위해서, 불가피하게 막전극접합체의 양면에 적층되는 2개의 분리막 세트(막전극접합체의 일면에 적층되며 2개의 분리판을 용접하여 구성된 제1분리막 세트, 및 막전극접합체의 다른 일면에 적층되며 2개의 분리판을 용접하여 구성된 제2분리막 세트)를 모두 교체해야 하는 문제점이 있다.

다시 말해서, 기존에는 단 하나의 불량 연료전지 셀을 교체하기 위해, 적어도 4개의 분리판(2개의 분리막 세트)을 해체 및 분리해야 하므로, 연료전지 셀의 교체에 소요되는 시간 및 비용이 증가하는 문제점이 있다.

이에 따라, 최근에는 연료전지 셀에서 분리판의 결합 상태를 안정적으로 유지하고, 연료전지 셀을 용이하게 취급하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 실시예는 안전성 및 신뢰성을 향상시키고, 구조 및 제작 공정을 간소화할 수 있는 연료전지 셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명의 실시예는 용접 공정을 배제하고 분리판을 체결할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 분리판의 체결 부위의 변형 및 손상을 최소화하고, 분리판의 결합 상태 및 밀봉 상태를 견고하게 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 구조 및 제작 공정을 간소화하고, 제조 원가를 절감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 연료전지 셀의 취급의 용이함을 제공할 수 있으며, 연료전지 셀의 검사 및 교체 공정을 간소화하고, 연료전지 셀의 교체에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 설계자유도 및 공간활용성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀은, 막전극접합체(MEA), 막전극접합체의 일면에 적층되는 제1분리판, 막전극접합체의 다른 일면에 적층되는 제2분리판, 제1분리판에 마련되며 제1분리판과 막전극접합체의 사이를 밀폐하는 제1실링부재, 제2분리판에 마련되며 제2분리판과 막전극접합체의 사이를 밀폐하는 제2실링부재, 및 제1실링부재와 제2실링부재를 상호 체결하는 체결부를 포함한다.

이는, 연료전지 셀의 안전성 및 신뢰성을 향상시키고, 구조 및 제작 공정을 간소화하기 위함이다.

즉, 기존에는 서로 인접한 단위 셀(연료전지 셀)을 구성하는 분리판(예를 들어, 제1연료전지 셀의 애노드 분리판, 및 제1연료전지 셀에 인접한 제2연료전지 셀의 캐소드 분리판)이 용접에 의해 결합(체결)됨에 따라, 생산성 및 생산 효율을 향상시키기 어렵고, 생산 원가가 증가하는 문제점이 있다. 더욱이, 용접에 의한 분리판의 결합 부위는, 부식 및 충격 등에 취약할 뿐만 아니라, 연료전지 셀의 적층 및 체결 공정 중에 쉽게 변형되거나 손상되는 문제점이 있고, 분리판의 결합 부위의 변형 및 손상이 발생하면 분리판의 밀봉 성능이 저하되는 문제점이 있다.

하지만, 본 발명의 실시예는 체결부를 매개로 제1실링부재와 제2실링부재가 상호 체결되도록 하는 것에 의하여, 분리판을 체결하기 위한 용접 공정을 배제할 수 있으므로, 연료전지 셀의 적층 및 체결 공정시, 분리판 및 분리판의 체결 부위에서의 변형 및 손상을 최소화할 수 있으며, 분리판의 결합 상태 및 밀봉 상태를 견고하게 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 분리판을 체결하기 위한 용접 공정을 배제할 수 있으므로, 용접 공정에 의한 분리판의 변형 및 손상을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 구조 및 제작 공정을 간소화할 수 있으며, 생산성 및 생산 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 본 발명의 실시예는, 제1실링부재와 제2실링부재가 상호 체결되도록 하는 것에 의하여, 연료전지 스택을 구성하는 복수개의 연료전지 셀을 각각 독립적인 구조(서로 인접한 연료전지 셀과 독립적으로 분리 가능한 구조)로 모듈화할 수 있다.

따라서, 특정 연료전지 셀을 단독적으로 취급(예를 들어, 해체 또는 분리)하는 것이 가능하므로, 제작 공정(또는 유지 보수 공정)을 간소화할 수 있고, 제조 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

즉, 기존에는 서로 인접한 단위 셀(연료전지 셀)을 구성하는 분리판(예를 들어, 제1연료전지 셀의 애노드 분리판, 및 제1연료전지 셀에 인접한 제2연료전지 셀의 캐소드 분리판)이 용접에 의해 결합됨에 따라, 불량으로 판별된 특정 불량 연료전지 셀을 교체하기 위해서, 불가피하게 막전극접합체의 양면에 적층되는 2개의 분리막 세트(막전극접합체의 일면에 적층되며 2개의 분리판을 용접하여 구성된 제1분리막 세트, 및 막전극접합체의 다른 일면에 적층되며 2개의 분리판을 용접하여 구성된 제2분리막 세트)를 모두 교체해야 하는 문제점이 있다.

하지만, 본 발명의 실시예는, 특정 연료전지 셀(예를 들어, 불량으로 판별된 불량 연료전지 셀)의 교체 작업시, 불량 연료전지 셀에 인접한 다른 연료전지 셀(정상 연료전지 셀)의 분리판을 해체하지 않고도, 불량 연료전지 셀만을 단독적으로 취급(예를 들어, 해체 또는 분리)하는 것이 가능하므로, 연료전지 셀의 교체에 소요되는 시간 및 비용을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

다시 말해서, 기존에는 불량 연료전지 셀을 교체하기 위해, 적어도 4개의 분리판(2개의 분리막 세트)을 해체 및 분리해야 하지만, 본 발명의 실시예는, 단 2개의 분리판만을 취급하여 불량 연료전지 셀을 교체하는 것이 가능하다.

체결부는 제1실링부재와 제2실링부재를 상호 체결 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다.

일 예로, 체결부는, 제1실링부재에 마련되며 제2실링부재에 체결되는 제1체결클립을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1체결클립은 제1실링부재와 단일체(unitary)로 형성될 수 있다.

바람직하게, 제1체결클립 및 제1실링부재는 제1분리판에 일체로 사출 성형될 수 있다. 이와 같이, 제1체결클립 및 제1실링부재를 제1분리판과 함께 일체로 사출 성형하는 것에 의하여, 단 한번의 사출 공정에 의해 제1실링부재와 제1체결클립을 함께 형성할 수 있으므로, 제조 공정을 간소화하고, 생산성 및 생산 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

제1체결클립은 제2실링부재에 체결 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다.

일 예로, 제1체결클립은, 제1실링부재에 연결되는 제1클립몸체, 및 제1클립몸체에 탄성적으로 유동 가능하게 연결되며 제1클립몸체와 상호 협조적으로 제2실링부재가 수용되는 제1수용부를 정의하는 제1클립돌기를 포함할 수 있다.

바람직하게, 제1실링부재에는 제1연장부가 연장될 수 있고, 제1체결클립은 제1연장부 상에 마련될 수 있다.

이와 같이, 제1실링부재의 단부에 연장되는 제1연장부에 제1체결클립을 형성하는 것에 의하여, 제1실링부재에 제1체결클립을 마련함에 따른 연료전지 셀의 두께 증가를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2실링부재에는 두께 방향을 따라 관통되게 관통부가 마련되고, 제1체결클립은 관통부를 통과하도록 배치될 수 있다.

이와 같이, 제1체결클립이 관통부를 통과한 상태로 제2실링부재에 체결되도록 하는 것에 의하여, 제2실링부재에 대한 제1체결클립의 배치 상태를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 관통부에 대한 제1체결클립의 자세 및 위치가 틀어진 경우에는 제1체결클립이 관통부를 통과할 수 없고, 막전극접합체에 대해 제1분리판이 이격되게 되므로, 작업자는 제1분리판의 오조립 여부를 용이하게 파악할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀은, 관통부의 내벽면을 마주하는 제1클립몸체의 둘레면에 형성되는 탄성돌기를 포함할 수 있고, 탄성돌기는 관통부의 내벽면과 제1클립몸체의 둘레면의 사이에서 탄성적으로 압축될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예는, 제1클립몸체의 둘레면에 탄성돌기를 마련하고, 제1클립몸체가 관통부의 내부에 배치되면, 탄성돌기가 관통부의 내벽면과 제1클립몸체의 둘레면의 사이에서 탄성적으로 압축되도록 하는 것에 의하여, 제1체결클립에 의한 체결 상태를 보다 견고하고 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 체결부는, 제2실링부재에 마련되며 제1실링부재에 체결되는 제2체결클립을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2체결클립은 제2실링부재와 단일체(unitary)로 형성될 수 있다.

바람직하게, 제2체결클립 및 제2실링부재는 제2분리판에 일체로 사출 성형될 수 있다. 이와 같이, 제2체결클립 및 제2실링부재를 제2분리판과 함께 일체로 사출 성형하는 것에 의하여, 단 한번의 사출 공정에 의해 제2실링부재와 제2체결클립을 함께 형성할 수 있으므로, 제조 공정을 간소화하고, 생산성 및 생산 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

제2체결클립은 제1실링부재에 체결 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다.

일 예로, 제2체결클립은, 제2실링부재에 연결되는 제2클립몸체, 및 제2클립몸체에 탄성적으로 유동 가능하게 연결되며 제2클립몸체와 상호 협조적으로 제2실링부재가 수용되는 제2수용부를 정의하는 제2클립돌기를 포함할 수 있다.

바람직하게, 제2실링부재에는 제2연장부가 연장될 수 있고, 제2체결클립은 제2연장부 상에 마련될 수 있다.

이와 같이, 제2실링부재의 단부에 연장되는 제2연장부에 제2체결클립을 형성하는 것에 의하여, 제2실링부재에 제2체결클립을 마련함에 따른 연료전지 셀의 두께 증가를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예는, 제1체결클립 및 제2체결클립에 의한 이중 체결 구조로, 제1실링부재와 제2실링부재가 상호 체결되도록 하는 것에 의하여, 제1분리판과 제2분리판의 배치 상태를 보다 안정적으로 구속할 수 있으며, 제1분리판과 제2분리판에 의한 밀봉 성능을 안정적으로 확보하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀은, 제2실링부재를 마주하는 제1실링부재의 일면에 돌출되는 가이드돌기, 및 가이드돌기에 대응되게 제2실링부재에 형성되며 가이드돌기가 수용되는 가이드홀을 포함할 수 있다.

바람직하게, 막전극접합체에는 정렬홀이 형성될 수 있고, 가이드돌기는 정렬홀을 통과한 상태로 가이드홀에 수용될 수 있다.

더욱 바람직하게, 연료전지 셀은, 가이드돌기에 대응되게 제2분리판에 형성되며, 가이드돌기가 수용되는 관통홀을 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예는, 제1실링부재에 가이드돌기를 형성하고, 가이드돌기가 가이드홀, 정렬홀, 및 관통홀을 순차적으로 통과하도록 하는 것에 의하여, 제1실링부재에 대한 제2실링부재의 이동 및 이탈을 억제할 수 있으므로, 제1체결클립 및 제2체결클립에 의해 체결 상태를 보다 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제1실링부재에 대한 제2실링부재의 자세 및 위치가 틀어진 경우에는 가이드돌기가 가이드홀을 통과할 수 없고, 막전극접합체에 대해 제1분리판(또는 제2분리판)이 이격되게 되므로, 작업자는 제1분리판 및 제2분리판의 오조립 여부를 용이하게 파악할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 안전성 및 신뢰성을 향상시키고, 구조 및 제작 공정을 간소화하는 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따르면 용접 공정을 배제하고 분리판을 견고하게 체결하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 분리판의 체결 부위의 변형 및 손상을 최소화하고, 분리판의 결합 상태 및 밀봉 상태를 견고하게 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 구조 및 제작 공정을 간소화하고, 제조 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 연료전지 셀의 취급의 용이함을 제공할 수 있으며, 연료전지 셀의 검사 및 교체 공정을 간소화하고, 연료전지 셀의 교체에 소요되는 시간 및 비용을 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 제1분리판 및 제2분리판을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 체결부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 제1체결클립을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 제2체결클립을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 제1체결클립의 체결 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 제2체결클립의 체결 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 탄성돌기를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀이 적용된 연료전지 스택을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀(100)은, 막전극접합체(MEA)(110), 막전극접합체(110)의 일면에 적층되는 제1분리판(210), 막전극접합체(110)의 다른 일면에 적층되는 제2분리판(220), 제1분리판(210)에 마련되며 제1분리판(210)과 막전극접합체(110)의 사이를 밀폐하는 제1실링부재(310), 제2분리판(220)에 마련되며 제2분리판(220)과 막전극접합체(110)의 사이를 밀폐하는 제2실링부재(320), 및 제1실링부재(310)와 제2실링부재(320)를 상호 체결하는 체결부(330)를 포함한다.

참고로, 막전극접합체(110), 제1분리판(210), 및 제2분리판(220)을 포함하는 연료전지 셀(100)은 독립적으로 모듈화된 하나의 단위 셀을 구성한다. 여기서, 연료전지 셀(100)이 독립적으로 모듈화된다 함은, 서로 인접한 연료전지 셀(100)이 개별적으로 분리될 수 있도록 각각의 연료전지 셀(100)이 독립적인 단위 셀을 구성하는 것으로 정의될 수 있다.

도 9를 참조하면, 복수개의 연료전지 셀(100)을 기준 방향으로 적층한 후, 그 양단에 엔드플레이트(12)를 조립함으로써 연료전지 스택(10)을 구성할 수 있다.

막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)(110)는, 제1반응기체(예를 들어, 수소)와 제2반응기체(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산하도록 마련된다.

막전극접합체(110)의 구조 및 재질은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 막전극접합체(110)의 구조 및 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 막전극접합체(110)는 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 전해질막의 양면에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층을 부착하여 구성될 수 있다. 또한, 막전극접합체(110)의 양측에는 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시)이 마련될 수 있다.

분리판(200)은, 제1반응기체(예를 들어, 수소) 및 제2반응기체(예를 들어, 공기)를 막전극접합체(110)에 공급하도록 마련되며, 연료전지 셀(100)의 적층 방향을 기준으로 막전극접합체(110)의 일면 및 타면에 밀착되게 배치된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1분리판(210)은, 제1반응기체인 연료(예를 들어, 수소)의 유로를 형성하는 애노드 분리판, 및 제2반응기체인 산화제(예를 들어, 공기)인 공기의 유로를 형성하는 캐소드 분리판 중 어느 하나일 수 있고, 제2분리판(220)은, 애노드 분리판 및 캐소드 분리판 중 다른 하나일 수 있다.

일 예로, 도 1을 기준으로, 막전극접합체(110)의 저면에는 수소를 공급하는 제1분리판(210)(애노드 분리판)이 배치될 수 있고, 막전극접합체(110)의 상면에는 공기를 공급하는 분리판(캐소드 분리판)이 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 제1분리판(210)은 막전극접합체(110)의 저면에 밀착되되, 막전극접합체(110)를 마주하는 제1분리판(210)의 일면(도 1을 기준으로 상면)에는 제1반응기체(예를 들어, 수소)가 유동하는 제1채널(미도시)이 형성되고, 제1분리판(210)의 다른 일면(도 1을 기준으로 저면)에는 냉각수가 유동되는 냉각채널(미도시)이 형성될 수 있다.

제2분리판(220)은 막전극접합체(110)의 상면에 밀착되되, 막전극접합체(110)를 마주하는 제2분리판(220)의 일면(도 1을 기준으로 저면)에는 제2반응기체(예를 들어, 공기)가 유동하는 제2채널(미도시)이 형성되고, 제2분리판(220)의 다른 일면(도 1을 기준으로 상면)에는 냉각수가 유동되는 냉각채널(미도시)이 형성될 수 있다.

제1분리판(210) 및 제2분리판(220)은, 반응기체인 수소와 공기를 차단하는 역할 외에, 반응기체와 공기의 유로 확보 및 외부 회로에 전류를 전달하는 역할을 수행하도록 마련된다.

또한, 분리판은 연료전지 셀(100)에서 발생된 열을 연료전지 셀(100) 전체에 분배하는 역할도 하며, 과도하게 발생된 열은 분리판의 냉각유로(미도시)를 따라 이동하는 냉각수에 의해 외부로 배출될 수 있다.

일 예로, 제1분리판(210) 및 제2분리판(220)은 박막 금속 형태로 마련될 수 있다. 제1분리판(210) 및 제2분리판(220)은 막전극접합체(110)와 함께 하나의 연료전지 셀(100)(단위 셀)을 이루며 서로 독립적으로 수소, 공기, 냉각수의 유로를 형성할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분리판을 흑연 또는 탄소복합소재 등과 같은 여타 다른 재질로 형성하는 것도 가능하다.

참고로, 연료인 수소와 산화제인 공기가 제1분리판(210) 및 제2분리판(220)의 채널(미도시)을 통해 막전극접합체(110)의 애노드(미도시)와 캐소드(미도시)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급될 수 있다.

애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구비된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.

캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.

도 4를 참조하면, 제1실링부재(310)는 막전극접합체(110)를 마주하는 제1분리판(210)의 일면에 마련되며, 제1분리판(210)과 막전극접합체(110)의 사이를 밀폐(실링)하도록 마련된다.

제1실링부재(310)는 제1분리판(210)과 막전극접합체(110)의 사이를 밀폐 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 제1실링부재(310)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

제1실링부재(310)는 고무(예를 들어, EPDM), 실리콘(또는 액상실리콘), 우레탄과 같은 탄성소재로 형성될 수 있으며, 제1실링부재(310)의 재질 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 제1실링부재(310)는, 제1분리판(210)의 가장자리를 따라 형성되는 제1-1실링부(미도시), 및 제1분리판(210)에 형성된 제1매니폴드부(미도시)의 둘레를 감싸도록 형성되며 제1-1실링부에 연결되는 제1-2실링부(미도시)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제1-1실링부는 제1분리판(210)의 가장자리를 따라 대략 사각링 형태를 갖도록 제1분리판(210)에 사출 성형될 수 있으며, 외부 방향으로 반응기체 또는 냉각수가 누설되는 것을 차단(기밀)하기 위해 마련된다.

제1-2실링부는 제1매니폴드부의 둘레를 감싸도록 제1분리판(210)에 사출 성형될 수 있다. 여기서, 제1-2실링부가 제1매니폴드부의 둘레를 감싸도록 형성된다 함은, 수소 인렛 매니폴드(미도시), 냉각수 인렛 매니폴드(미도시), 공기 아웃렛 매니폴드(미도시), 수소 아웃렛 매니폴드(미도시), 냉각수 아웃렛 매니폴드(미도시), 공기 인렛 매니폴드(미도시)가 제1-2실링부에 의해 각각 개별적으로 밀폐되는 것으로 정의될 수 있다.

바람직하게, 제1실링부재(310)의 접촉면(밀착면)에는 실링 패턴(예를 들어, 실링 돌기)가 형성될 수 있으며, 실링패턴의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 5를 참조하면, 제2실링부재(320)는 막전극접합체(110)를 마주하는 제2분리판(220)의 일면에 마련되며, 제2분리판(220)과 막전극접합체(110)의 사이를 밀폐(실링)하도록 마련된다.

제2실링부재(320)는 제2분리판(220)과 막전극접합체(110)의 사이를 밀폐 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 제2실링부재(320)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

제2실링부재(320)는 고무(예를 들어, EPDM), 실리콘(또는 액상실리콘), 우레탄과 같은 탄성소재로 형성될 수 있으며, 제2실링부재(320)의 재질 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 제2실링부재(320)는, 제2분리판(220)의 가장자리를 따라 형성되는 제2-1실링부(미도시), 및 제2분리판(220)에 형성된 제2매니폴드부(미도시)의 둘레를 감싸도록 형성되며 제2-1실링부에 연결되는 제2-2실링부(미도시)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제2-1실링부는 제2분리판(220)의 가장자리를 따라 대략 사각링 형태를 갖도록 제2분리판(220)에 사출 성형될 수 있으며, 외부 방향으로 반응기체 또는 냉각수가 누설되는 것을 차단(기밀)하기 위해 마련된다.

제2-2실링부는 제2매니폴드부의 둘레를 감싸도록 제2분리판(220)에 사출 성형될 수 있다. 여기서, 제2-2실링부가 제2매니폴드부의 둘레를 감싸도록 형성된다 함은, 수소 인렛 매니폴드(미도시), 냉각수 인렛 매니폴드(미도시), 공기 아웃렛 매니폴드(미도시), 수소 아웃렛 매니폴드(미도시), 냉각수 아웃렛 매니폴드(미도시), 공기 인렛 매니폴드(미도시)가 제2-2실링부에 의해 각각 개별적으로 밀폐되는 것으로 정의될 수 있다.

바람직하게, 제2실링부재(320)의 접촉면(밀착면)에는 실링 패턴(예를 들어, 실링 돌기)가 형성될 수 있으며, 실링패턴의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 체결부(330)는 제1실링부재(310)와 제2실링부재(320)를 상호 체결하도록 마련되며, 체결부(330)를 매개로 제1분리판(210)과 제2분리판(220)은 일체로 모듈화될 수 있다.

여기서, 제1실링부재(310)와 제2실링부재(320)를 상호 체결한다 함은, 제1실링부재(310)로부터 제2실링부재(320)가 이격되지 않도록 제1실링부재(310)에 대해 제2실링부재(320)를 구속하거나, 제2실링부재(320)로부터 제1실링부재(310)가 이격되지 않도록 제2실링부재(320)에 대해 제1실링부재(310)를 구속하는 것을 모두 포함하는 개념으로 정의될 수 있다.

체결부(330)는 제1실링부재(310)와 제2실링부재(320)를 상호 체결 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다.

일 예로, 체결부(330)는, 제1실링부재(310)에 마련되며 제2실링부재(320)에 체결되는 제1체결클립(340)을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1체결클립(340)은 제1실링부재(310)와 단일체(unitary)로 형성될 수 있다.

바람직하게, 제1실링부재(310)와 동일 또는 유사한 재질로 형성될 수 있다.

더욱 바람직하게, 제1체결클립(340) 및 제1실링부재(310)는 제1분리판(210)에 일체로 사출(예를 들어, 이중 사출) 성형될 수 있다. 이와 같이, 제1체결클립(340) 및 제1실링부재(310)를 제1분리판(210)과 함께 일체로 사출 성형하는 것에 의하여, 단 한번의 사출 공정에 의해 제1실링부재(310)와 제1체결클립(340)을 함께 형성할 수 있으므로, 제조 공정을 간소화하고, 생산성 및 생산 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1실링부재와 별도로 제1체결클립을 제작하고, 제1실링부재에 제1체결클립을 부착 또는 결합하는 것도 가능하다.

제1체결클립(340)은 제2실링부재(320)에 체결(구속) 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다.

이하에서는, 체결부(330)가 제1실링부재(310)의 둘레 방향을 따라 이격되게 마련되는 복수개의 제1체결클립(340)을 포함하는 예를 들어 설명하기로 한다. 이때, 제1체결클립(340)의 개수 및 이격 간격은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

일 예로, 제1체결클립(340)은, 제1실링부재(310)에 연결되는 제1클립몸체(342), 및 제1클립몸체(342)에 탄성적으로 유동 가능하게 연결되며 제1클립몸체(342)와 상호 협조적으로 제2실링부재(320)가 수용되는 제1수용부(346)를 정의하는 제1클립돌기(344)를 포함할 수 있다.

제1클립몸체(342)와 제1클립돌기(344)는 대략 'U'자 형태의 제1수용부(346)를 형성하도록 제1실링부재(310)의 외각 단부에 형성될 수 있고, 막전극접합체(110)의 일면 및 타면에 제1분리판(210) 및 제2분리판(220)이 밀착된 상태에서, 제2실링부재(320)의 단부 일부는 제1클립몸체(342)와 제1클립돌기(344)의 사이에 배치되도록 제1수용부(346)에 수용될 수 있다.

제2실링부재(320)의 단부 일부가 제1수용부(346)에 수용된 상태에서는, 제1클립돌기(344)가 제1실링부재(310)의 외면을 덮도록 배치될 수 있고, 제1클립돌기(344)에 의한 간섭에 의해 제1분리판(210)과 제2분리판(220)의 배치 상태가 구속될 수 있다.

바람직하게, 제1실링부재(310)의 단부에는 제1실링부재(310)의 외곽으로 돌출(막전극접합체(110)의 외부로 돌출)되게 제1연장부(312)가 형성될 수 있고, 제1체결클립(340)은 제1연장부(312) 상에 마련될 수 있다.

이와 같이, 제1실링부재(310)의 단부에 연장되는 제1연장부(312)에 제1체결클립(340)을 형성하는 것에 의하여, 제1실링부재(310)에 제1체결클립(340)을 마련함에 따른 연료전지 셀(100)의 두께 증가를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1연장부를 배제하고 제1실링부재에 직접 제1체결클립을 형성하는 것도 가능하다. 하지만, 제1실링부재에 직접 제1체결클립을 형성하면, 제1체결클립으로 인해 불가피하게 제1실링부재의 두께가 증가하게 되므로, 연료전지 셀의 전체 두께가 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 제1실링부재(310)의 단부에 제1연장부(312)를 연장하고, 제1연장부(312)에 제1체결클립(340)을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2실링부재(320)에는 두께 방향을 따라 관통되게 관통부(324)가 마련되고, 제1체결클립(340)은 관통부(324)를 통과하도록 배치될 수 있다.

이와 같이, 제1체결클립(340)이 관통부(324)를 통과한 상태로 제2실링부재(320)에 체결되도록 하는 것에 의하여, 제2실링부재(320)에 대한 제1체결클립(340)의 배치 상태를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 관통부(324)에 대한 제1체결클립(340)의 자세 및 위치가 틀어진 경우에는 제1체결클립(340)이 관통부(324)를 통과할 수 없고, 막전극접합체(110)에 대해 제1분리판(210)이 이격되게 되므로, 작업자는 제1분리판(210)의 오조립 여부를 용이하게 파악할 수 있다.

바람직하게, 관통부(324)는 제2실링부재(320)의 단부(예를 들어, 제1연장부의 단부)로부터 이격되게 형성될 수 있다. 이와 같이, 제2실링부재(320)의 단부로부터 이격되게 관통부(324)를 형성하는 것에 의하여, 관통부(324)를 통과하도록 배치되는 제1체결클립(340)의 외부 노출을 최소화할 수 있으므로, 외부 간섭 등에 의해 제1체결클립(340)에 의한 체결상태가 해제되는 것을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도 3 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀(100)은, 관통부(324)의 내벽면을 마주하는 제1클립몸체(342)의 둘레면에 형성되는 탄성돌기(342a)를 포함할 수 있고, 탄성돌기(342a)는 관통부(324)의 내벽면과 제1클립몸체(342)의 둘레면의 사이에서 탄성적으로 압축될 수 있다.

탄성돌기(342a)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 탄성돌기(342a)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

일 예로, 제1클립몸체(342)의 둘레면에는 대략 반구 형태를 갖는 복수개의 탄성돌기(342a)가 이격되게 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1클립몸체의 둘레면을 따라 연속적으로 형태(예를 들어, 'U'자 형태)로 탄성돌기를 형성하는 것도 가능하다.

이와 같이, 본 발명의 실시예는, 제1클립몸체(342)의 둘레면에 탄성돌기(342a)를 마련하고, 제1클립몸체(342)가 관통부(324)의 내부에 배치되면, 탄성돌기(342a)가 관통부(324)의 내벽면과 제1클립몸체(342)의 둘레면의 사이에서 탄성적으로 압축되도록 하는 것에 의하여, 제1체결클립(340)에 의한 체결 상태를 보다 견고하고 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 체결부(330)는, 제2실링부재(320)에 마련되며 제1실링부재(310)에 체결되는 제2체결클립(350)을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2체결클립(350)은 제2실링부재(320)와 단일체(unitary)로 형성될 수 있다.

바람직하게, 제2실링부재(320)와 동일 또는 유사한 재질로 형성될 수 있다.

더욱 바람직하게, 제2체결클립(350) 및 제2실링부재(320)는 제2분리판(220)에 일체로 사출(예를 들어, 이중 사출) 성형될 수 있다. 이와 같이, 제2체결클립(350) 및 제2실링부재(320)를 제2분리판(220)과 함께 일체로 사출 성형하는 것에 의하여, 단 한번의 사출 공정에 의해 제2실링부재(320)와 제2체결클립(350)을 함께 형성할 수 있으므로, 제조 공정을 간소화하고, 생산성 및 생산 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2실링부재와 별도로 제2체결클립을 제작하고, 제2실링부재에 제2체결클립을 부착 또는 결합하는 것도 가능하다.

제2체결클립(350)은 제1실링부재(310)에 체결(구속) 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다.

이하에서는, 체결부(330)가 제2실링부재(320)의 둘레 방향을 따라 이격되게 마련되는 복수개의 제2체결클립(350)을 포함하는 예를 들어 설명하기로 한다. 이때, 제2체결클립(350)의 개수 및 이격 간격은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

일 예로, 제2체결클립(350)은, 제2실링부재(320)에 연결되는 제2클립몸체(352), 및 제2클립몸체(352)에 탄성적으로 유동 가능하게 연결되며 제2클립몸체(352)와 상호 협조적으로 제2실링부재(320)가 수용되는 제2수용부를 정의하는 제2클립돌기(354)를 포함할 수 있다.

제2클립몸체(352)와 제2클립돌기(354)는 대략 'U'자 형태의 제2수용부를 형성하도록 제2실링부재(320)의 외각 단부에 형성될 수 있고, 막전극접합체(110)의 일면 및 타면에 제1분리판(210) 및 제2분리판(220)이 밀착된 상태에서, 제1실링부재(310)의 단부 일부는 제2클립몸체(352)와 제2클립돌기(354)의 사이에 배치되도록 제2수용부에 수용될 수 있다.

제1실링부재(310)의 단부 일부가 제2수용부에 수용된 상태에서는, 제2클립돌기(354)가 제1실링부재(310)의 외면을 덮도록 배치될 수 있고, 제2클립돌기(354)에 의한 간섭에 의해 제1분리판(210)과 제2분리판(220)의 배치 상태가 구속될 수 있다.

바람직하게, 제2실링부재(320)의 단부에는 제1연장부(312)에 대응되게 제2연장부(322)가 형성될 수 있고, 제2체결클립(350)은 제2연장부(322) 상에 마련될 수 있다.

일 예로, 제2연장부(322)는 제1연장부(312)에 대응하는 형태로 형성될 수 있으며, 제2체결클립(350)은 제2실링부재(320)의 외곽으로 돌출(막전극접합체(110)의 외부로 돌출)되게 형성된 제2연장부(322) 상에 마련될 수 있다.

이와 같이, 제2실링부재(320)의 단부에 연장되는 제2연장부(322)에 제2체결클립(350)을 형성하는 것에 의하여, 제2실링부재(320)에 제2체결클립(350)을 마련함에 따른 연료전지 셀(100)의 두께 증가를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2연장부를 배제하고 제2실링부재에 직접 제2체결클립을 형성하는 것도 가능하다. 하지만, 제2실링부재에 직접 제2체결클립을 형성하면, 제2체결클립으로 인해 불가피하게 제2실링부재의 두께가 증가하게 되므로, 연료전지 셀의 전체 두께가 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 제2실링부재(320)의 단부에 제2연장부(322)를 연장하고, 제2연장부(322)에 제2체결클립(350)을 형성하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 제2연장부(322)에는 제1체결클립(340)을 사이에 두고 제1체결클립(340)의 양측에 배치되도록 한 쌍의 제2체결클립(350)이 이격되게 마련될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예는, 제1체결클립(340) 및 제2체결클립(350)에 의한 이중 체결 구조로, 제1실링부재(310)와 제2실링부재(320)가 상호 체결되도록 하는 것에 의하여, 제1분리판(210)과 제2분리판(220)의 배치 상태를 보다 안정적으로 구속할 수 있으며, 제1분리판(210)과 제2분리판(220)에 의한 밀봉 성능을 안정적으로 확보하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는, 체결부(330)가 제1체결클립(340) 및 제2체결클립(350)을 모두 포함하는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 체결부가 제1체결클립을 배제하고 제2체결클립만을 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀(100)은, 제2실링부재(320)를 마주하는 제1실링부재(310)의 일면에 돌출되는 가이드돌기(314), 및 가이드돌기(314)에 대응되게 제2실링부재(320)에 형성되며 가이드돌기(314)가 수용되는 가이드홀(326)을 포함할 수 있다.

일 예로, 가이드돌기(314)는 사각 단면을 갖는 사각 기둥 형태로 형성될 수 있고, 가이드홀(326)은 가이드돌기(314)에 대응하는 사각홀 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 가이드돌기가 원형 또는 여타 다른 단면 형태를 갖도록 형성하는 것도 가능하다.

바람직하게, 막전극접합체(110)에는 정렬홀(112)이 관통되게 형성될 수 있고, 가이드돌기(314)는 정렬홀(112)을 통과한 상태로 가이드홀(326)에 수용될 수 있다.

더욱 바람직하게, 연료전지 셀(100)은, 가이드돌기(314)에 대응되게 제2분리판(220)에 형성되며, 가이드돌기(314)가 수용되는 관통홀(222)을 포함할 수 있고, 가이드돌기(314)는 가이드홀(326), 정렬홀(112), 및 관통홀(222)을 순차적으로 통과하도록 배치될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예는, 제1실링부재(310)에 가이드돌기(314)를 형성하고, 가이드돌기(314)가 가이드홀(326), 정렬홀(112), 및 관통홀(222)을 순차적으로 통과하도록 하는 것에 의하여, 제1실링부재(310)에 대한 제2실링부재(320)의 이동 및 이탈을 억제할 수 있으므로, 제1체결클립(340) 및 제2체결클립(350)에 의해 체결 상태를 보다 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제1실링부재(310)에 대한 제2실링부재(320)의 자세 및 위치가 틀어진 경우에는 가이드돌기(314)가 가이드홀(326)을 통과할 수 없고, 막전극접합체(110)에 대해 제1분리판(210)(또는 제2분리판)이 이격되게 되므로, 작업자는 제1분리판(210) 및 제2분리판(220)의 오조립 여부를 용이하게 파악할 수 있다.

참고로, 본 발명의 실시예에서는 단 하나의 가이드돌기(314)가 마련된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 복수개의 가이드돌기를 이격되게 마련하는 것도 가능하다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 연료전지 스택
12 : 엔드 플레이트
100 : 연료전지 셀
110 : 막전극접합체
112 : 정렬홀
210 : 제1분리판
220 : 제2분리판
222 : 관통홀
310 : 제1실링부재
312 : 제1연장부
314 : 가이드돌기
320 : 제2실링부재
322 : 제2연장부
324 : 관통부
326 : 가이드홀
330 : 체결부
340 : 제1체결클립
342 : 제1클립몸체
342a : 탄성돌기
344 : 제1클립돌기
346 : 제1수용부
350 : 제2체결클립
352 : 제2클립몸체
354 : 제2클립돌기

Claims

막전극접합체(MEA);
상기 막전극접합체의 일면에 적층되는 제1분리판;
상기 막전극접합체의 다른 일면에 적층되는 제2분리판;
상기 제1분리판에 마련되며, 상기 제1분리판과 상기 막전극접합체의 사이를 밀폐하는 제1실링부재;
상기 제2분리판에 마련되며, 상기 제2분리판과 상기 막전극접합체의 사이를 밀폐하는 제2실링부재; 및
상기 제1실링부재에 마련되며 상기 제2실링부재에 체결되는 제1체결클립을 포함하고, 상기 제1실링부재와 상기 제2실링부재를 상호 체결하는 체결부;를 포함하되,
상기 제1체결클립은,
상기 제1실링부재에 연결되는 제1클립몸체; 및 상기 제1클립몸체에 연결되며, 상기 제1클립몸체와 상호 협조적으로 상기 제2실링부재가 수용되는 제1수용부를 정의하는 제1클립돌기;를 포함하는 연료전지 셀.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 제2실링부재에는 두께 방향을 따라 관통되게 관통부가 마련되고, 상기 제1체결클립은 상기 관통부를 통과하도록 배치되는 연료전지 셀.
제4항에 있어서,
상기 관통부의 내벽면을 마주하는 상기 제1클립몸체의 둘레면에 형성되는 탄성돌기를 포함하고,
상기 탄성돌기는 상기 관통부의 내벽면과 상기 제1클립몸체의 둘레면의 사이에서 탄성적으로 압축되는 연료전지 셀.
제1항에 있어서,
상기 제1체결클립은 상기 제1실링부재와 단일체(unitary)로 제공되는 연료전지 셀.
제6항에 있어서,
상기 제1체결클립 및 상기 제1실링부재는 상기 제1분리판에 일체로 사출 성형되는 연료전지 셀.
제1항에 있어서,
상기 체결부는,
상기 제2실링부재에 마련되며 상기 제1실링부재에 체결되는 제2체결클립을 포함하는 연료전지 셀.
제8항에 있어서,
상기 제2체결클립은,
상기 제2실링부재에 연결되는 제2클립몸체; 및
상기 제2클립몸체에 연결되며, 상기 제2클립몸체와 상호 협조적으로 상기 제1실링부재가 수용되는 제2수용부를 정의하는 제2클립돌기;
를 포함하는 연료전지 셀.
제9항에 있어서,
상기 제2체결클립은 상기 제2실링부재와 단일체(unitary)로 제공되는 연료전지 셀.
제10항에 있어서,
상기 제2체결클립 및 상기 제2실링부재는 상기 제2분리판에 일체로 사출 성형되는 연료전지 셀.
제8항에 있어서,
상기 제1실링부재의 단부에 연장되는 제1연장부; 및
상기 제1연장부에 대응되게 상기 제2실링부재의 단부에 연장되는 제2연장부;를 포함하고,
상기 제1체결클립은 상기 제1연장부 상에 마련되고, 상기 제2체결클립은 상기 제2연장부 상에 마련되는 연료전지 셀.
막전극접합체(MEA);
상기 막전극접합체의 일면에 적층되는 제1분리판;
상기 막전극접합체의 다른 일면에 적층되는 제2분리판;
상기 제1분리판에 마련되며, 상기 제1분리판과 상기 막전극접합체의 사이를 밀폐하는 제1실링부재;
상기 제2분리판에 마련되며, 상기 제2분리판과 상기 막전극접합체의 사이를 밀폐하는 제2실링부재;
상기 제1실링부재와 상기 제2실링부재를 상호 체결하는 체결부;
상기 제2실링부재를 마주하는 상기 제1실링부재의 일면에 돌출되는 가이드돌기; 및
상기 가이드돌기에 대응되게 상기 제2실링부재에 형성되며, 상기 가이드돌기가 수용되는 가이드홀;
을 포함하는 연료전지 셀.
제13항에 있어서,
상기 막전극접합체에는 정렬홀이 형성되고,
상기 가이드돌기는 상기 정렬홀을 통과하여 상기 가이드홀에 수용되는 연료전지 셀.
제13항에 있어서,
상기 가이드돌기에 대응되게 상기 제2분리판에 형성되며, 상기 가이드돌기가 수용되는 관통홀을 포함하는 연료전지 셀.