KR102635814B1

KR102635814B1 - Separator for fuel cell having variable coolant flow path

Info

Publication number: KR102635814B1
Application number: KR1020210127212A
Authority: KR
Inventors: 정갑수; 정한기
Original assignee: 비나텍주식회사
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2024-02-14
Also published as: KR20230045667A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터는, 제1 세퍼레이터; 제2 세퍼레이터; 제1 세퍼레이터 및 제2 세퍼레이터 사이에 구비되며 냉매가 유동하는 냉매 유로; 및 냉매 유로의 내부에 배치되며 냉매의 온도에 따라 팽창하거나 수축하는 열 변형성 부재를 포함할 수 있다.A separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a first separator; second separator; a refrigerant passage provided between the first separator and the second separator through which the refrigerant flows; and a heat deformable member disposed inside the refrigerant passage and expanding or contracting depending on the temperature of the refrigerant.

Description

Separator for fuel cells having a variable refrigerant flow path {SEPARATOR FOR FUEL CELL HAVING VARIABLE COOLANT FLOW PATH}

본 발명은 연료 전지용 세퍼레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 냉매 유로의 단면적을 세퍼레이터의 온도에 따라 자동으로 조절할 수 있는 연료 전지용 세퍼레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a separator for fuel cells, and more specifically, to a separator for fuel cells that can automatically adjust the cross-sectional area of a refrigerant flow path according to the temperature of the separator.

일반적으로, 연료 전지는 애노드에 수소를 공급하고 캐소드에 산소를 공급하여, 수소와 산소의 전기 화학 반응에 의해 전기 에너지를 얻는 장치이다. 연료 전지는 유해 가스를 배출하지 않고 소음과 진동을 적게 발생하므로 차세대 에너지원으로서 각광을 받고 있다.Generally, a fuel cell is a device that supplies hydrogen to an anode and oxygen to a cathode to obtain electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Fuel cells are attracting attention as a next-generation energy source because they do not emit harmful gases and generate less noise and vibration.

연료 전지는, 전해질 종류에 따라, 고분자 전해질 연료 전지(PEMFC), 인산형 연료 전지(PAFC), 용융 탄산염형 연료 전지(MCFC), 고체산화물 연료 전지(SOFC)로 분류된다. 이러한 연료 전지 중에서 고분자 전해질 연료 전지(PEMFC)가 널리 사용되고 있다.Fuel cells are classified into polymer electrolyte fuel cells (PEMFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), and solid oxide fuel cells (SOFC), depending on the type of electrolyte. Among these fuel cells, polymer electrolyte fuel cells (PEMFC) are widely used.

고분자 전해질 연료 전지는 수십 내지 수백 개의 단위 셀이 직렬로 적층된 구조를 갖는다.A polymer electrolyte fuel cell has a structure in which tens to hundreds of unit cells are stacked in series.

단위 셀은 한 쌍의 세퍼레이터(제1 세퍼레이터 및 제2 세퍼레이터)와 막 전극 조립체를 포함한다. 막 전극 조립체는 고체 고분자 전해질막, 전극, 가스 확산층을 포함한다. 제1 세퍼레이터 및 제2 세퍼레이터는 막 전극 조립체의 서로 외면하는 양측에 결합된다.The unit cell includes a pair of separators (a first separator and a second separator) and a membrane electrode assembly. The membrane electrode assembly includes a solid polymer electrolyte membrane, an electrode, and a gas diffusion layer. The first separator and the second separator are coupled to both sides of the membrane electrode assembly facing away from each other.

제1 세퍼레이터가 막 전극 조립체에 결합됨에 따라, 제1 세퍼레이터와 막 전극 조립체 사이에는 제1 가스가 유동하는 제1 가스 유로가 형성된다. 제2 세퍼레이터가 막 전극 조립체에 결합됨에 따라, 제2 세퍼레이터와 막 전극 조립체 사이에는 제2 가스가 유동하는 제2 가스 유로가 형성된다. 그리고, 복수의 단위 셀이 적층됨에 따라 어느 하나의 단위 셀의 제1 세퍼레이터가 다른 하나의 단위 셀의 제2 세퍼레이터와 결합되며, 제1 세퍼레이터 및 제2 세퍼레이터 사이에는 냉매가 유동하는 냉매 유로가 형성된다.As the first separator is coupled to the membrane electrode assembly, a first gas flow path through which the first gas flows is formed between the first separator and the membrane electrode assembly. As the second separator is coupled to the membrane electrode assembly, a second gas flow path through which the second gas flows is formed between the second separator and the membrane electrode assembly. And, as a plurality of unit cells are stacked, the first separator of one unit cell is coupled to the second separator of the other unit cell, and a refrigerant flow path through which the refrigerant flows is formed between the first separator and the second separator. do.

한편, 연료 전지는 연료인 수소와 산화제인 산소의 전기 화학적 반응을 통하여 전력과 열을 생성한다. 따라서, 연료 전지로 공급되는 수소와 산소의 유량을 적절하게 관리할 필요가 있다. 또한, 연료 전지의 작동 온도가 미리 설정된 온도보다 낮으면 연료 전지의 효율이 감소하여 수소 및 산소의 소모량이 증가한다. 그리고, 연료 전지의 작동 온도가 미리 설정된 온도보다 높으면 연료 전지 내의 고분자 전해질이 손상되어 연료 전지의 내구성이 저하될 수 있다. 따라서, 연료 전지의 작동 온도를 일정하게 유지하기 위해, 연료 전지의 내부에서 순환하는 냉매의 유량을 적절하게 관리할 필요가 있다.Meanwhile, a fuel cell generates power and heat through an electrochemical reaction between hydrogen, a fuel, and oxygen, an oxidant. Therefore, it is necessary to appropriately manage the flow rates of hydrogen and oxygen supplied to the fuel cell. Additionally, if the operating temperature of the fuel cell is lower than the preset temperature, the efficiency of the fuel cell decreases and the consumption of hydrogen and oxygen increases. Additionally, if the operating temperature of the fuel cell is higher than the preset temperature, the polymer electrolyte in the fuel cell may be damaged, thereby reducing the durability of the fuel cell. Therefore, in order to keep the operating temperature of the fuel cell constant, it is necessary to appropriately manage the flow rate of the refrigerant circulating inside the fuel cell.

종래 기술에 따르면, 냉매 유로의 단면적이 고정되어 있기 때문에, 냉매의 온도(세퍼레이터의 온도)에 따라 냉매의 유량을 조절하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 세퍼레이터를 적절하게 냉각할 수 없는 문제가 있다.According to the prior art, since the cross-sectional area of the refrigerant flow path is fixed, there is a problem in that it is difficult to adjust the flow rate of the refrigerant according to the temperature of the refrigerant (temperature of the separator). Therefore, there is a problem that the separator cannot be properly cooled.

본 발명의 목적은 냉매 유로의 단면적을 세퍼레이터의 온도에 따라 자동으로 조절할 수 있는 연료 전지용 세퍼레이터를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a separator for a fuel cell that can automatically adjust the cross-sectional area of the refrigerant flow path according to the temperature of the separator.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터는, 제1 세퍼레이터; 제2 세퍼레이터; 제1 세퍼레이터 및 제2 세퍼레이터 사이에 구비되며 냉매가 유동하는 냉매 유로; 및 냉매 유로의 내부에 배치되며 냉매의 온도에 따라 팽창하거나 수축하는 열 변형성 부재를 포함하고, 열 변형성 부재는 냉매 유로의 형상에 대응하는 중공형으로 형성되어 중공형의 내부에 냉매가 유동하는 통로를 제공하고, 열 변형성 부재의 외면은 냉매 유로의 내면에 밀착되고, 열 변형성 부재는 냉매의 온도에 따라 팽창하거나 수축하여 통로의 단면적을 변화시켜 통로를 통과하는 냉매의 유량을 조절할 수 있다.A separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention for achieving the above-described object includes: a first separator; second separator; a refrigerant passage provided between the first separator and the second separator through which the refrigerant flows; and a heat deformable member disposed inside the refrigerant passage and expanding or contracting depending on the temperature of the refrigerant, wherein the heat deformable member is formed in a hollow shape corresponding to the shape of the refrigerant passage and is a passage through which the refrigerant flows inside the hollow shape. Provided, the outer surface of the heat deformable member is in close contact with the inner surface of the refrigerant passage, and the heat deformable member expands or contracts depending on the temperature of the refrigerant to change the cross-sectional area of the passage, thereby controlling the flow rate of the refrigerant passing through the passage.

열 변형성 부재는 냉매의 온도의 상승에 비례하여 수축될 수 있다.The heat deformable member may contract in proportion to an increase in the temperature of the refrigerant.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터는, 열 변형성 부재의 내부에 배치되어 냉매와 접촉하도록 구성되는 보호 부재를 더 포함할 수 있다.The separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention may further include a protection member disposed inside the heat deformable member and configured to contact the refrigerant.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터에 따르면, 세퍼레이터의 온도(즉, 냉매의 온도)에 따라 냉매 유로의 단면적을 자동으로 조절할 수 있다. 따라서, 세퍼레이터의 온도(즉, 냉매의 온도)에 따라 냉매의 유량을 자동으로 조절할 수 있다. 따라서, 세퍼레이터를 적절하게 냉각할 수 있어, 세퍼레이터의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.According to the separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the cross-sectional area of the refrigerant flow path can be automatically adjusted according to the temperature of the separator (i.e., the temperature of the refrigerant). Therefore, the flow rate of the refrigerant can be automatically adjusted according to the temperature of the separator (i.e., the temperature of the refrigerant). Therefore, the separator can be appropriately cooled, and the cooling efficiency of the separator can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터가 막 전극 조립체에 결합된 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터의 열 변형성 부재가 수축된 상태가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터의 열 변형성 부재가 팽창된 상태가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터가 개략적으로 도시된 도면이다.1 is a diagram schematically showing a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram schematically showing a configuration in which a separator for a fuel cell is coupled to a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a state in which the heat deformable member of a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is contracted.
FIG. 4 is a diagram schematically showing an expanded state of a heat deformable member of a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram schematically showing a separator for a fuel cell according to a modified example of an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터에 대하여 설명한다.Hereinafter, a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터(50)는, 열경화성 수지, 전기 전도성 입자, 탄소 섬유를 혼합한 혼합물(이하, 성형 재료라 함)을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 세퍼레이터(50)는 20 내지 35 wt.%의 열경화성 수지와, 80 내지 65 wt.%의 전기 전도성 입자 및 탄소 섬유를 혼합하여 제조된 성형 재료를 사용하여 제조될 수 있다.As shown in FIG. 1, the separator 50 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention can be manufactured using a mixture of thermosetting resin, electrically conductive particles, and carbon fiber (hereinafter referred to as molding material). there is. For example, the separator 50 may be manufactured using a molding material made by mixing 20 to 35 wt.% of thermosetting resin and 80 to 65 wt.% of electrically conductive particles and carbon fiber.

열경화성 수지는 페놀 수지일 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다양한 열경화성 수지가 사용될 수 있다.The thermosetting resin may be a phenolic resin. However, the present invention is not limited to this, and various thermosetting resins may be used.

전기 전도성 입자는 카본 블랙 입자일 수 있다. 카본 블랙 입자는 전기 전도성이 높으므로, 카본 블랙 입자를 사용하여 제조되는 세퍼레이터(50)의 전기 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 카본 블랙 입자는 가공성이 우수하므로, 카본 블랙 입자를 사용하여 제조되는 세퍼레이터(50)는 1 내지 2 mm 정도로 작은 두께를 가질 수 있다.The electrically conductive particles may be carbon black particles. Since carbon black particles have high electrical conductivity, the electrical conductivity of the separator 50 manufactured using carbon black particles can be improved. Additionally, since carbon black particles have excellent processability, the separator 50 manufactured using carbon black particles may have a thickness as small as 1 to 2 mm.

한편, 카본 블랙 입자의 양이 증가함에 따라 세퍼레이터(50)의 전기 전도성은 좋아지지만 세퍼레이터(50)의 강도가 저하될 수 있다. 따라서, 세퍼레이터(50)의 강도를 보완하기 위해, 세퍼레이터(50)는 카본 블랙 입자에 탄소 섬유를 혼합한 혼합물을 사용하여 제조된다. 예를 들면, 탄소 섬유는 PAN계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 셀룰로오스계 탄소 섬유 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 탄소 섬유는 1 내지 12 mm의 길이를 가질 수 있지만, 본 발명은 탄소 섬유의 길이에 한정되지 않는다.Meanwhile, as the amount of carbon black particles increases, the electrical conductivity of the separator 50 improves, but the strength of the separator 50 may decrease. Therefore, in order to supplement the strength of the separator 50, the separator 50 is manufactured using a mixture of carbon black particles and carbon fiber. For example, the carbon fiber may be any one of PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, and cellulose-based carbon fiber. For example, carbon fibers may have a length of 1 to 12 mm, but the present invention is not limited to the length of the carbon fibers.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터(50)는, 복수의 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132), 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232), 복수의 유로 리브(300), 복수의 외곽 돌기(411, 421)를 구비한다.As shown in FIG. 1, the separator 50 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a plurality of manifold holes 111, 112, 121, 122, 131, 132, a plurality of manifold protrusions 211, 212, 221, 222, 231, 232), a plurality of flow path ribs 300, and a plurality of outer projections 411, 421.

복수의 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132)은, 복수의 가스 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122) 및 한 쌍의 냉매 매니폴드 홀(131, 132)을 포함한다.The plurality of manifold holes (111, 112, 121, 122, 131, 132) includes a plurality of gas manifold holes (111, 112, 121, 122) and a pair of refrigerant manifold holes (131, 132). do.

복수의 가스 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122)은, 한 쌍의 제1 가스 매니폴드 홀(111, 112) 및 한 쌍의 제2 가스 매니폴드 홀(121, 122)을 포함한다.The plurality of gas manifold holes 111, 112, 121, and 122 includes a pair of first gas manifold holes 111 and 112 and a pair of second gas manifold holes 121 and 122.

한 쌍의 제1 가스 매니폴드 홀(111, 112)은, 제1 가스가 유입되는 제1 가스 유입홀(111)과, 제1 가스가 배출되는 제1 가스 배출홀(112)을 포함한다. 제1 가스는 제1 가스 유입홀(111)을 통하여 세퍼레이터(50)의 내부로 유입되고, 세퍼레이터(50) 내부의 제1 가스 유로를 통과한 다음, 제1 가스 배출홀(112)을 통하여 세퍼레이터(50)의 외부로 배출된다.The pair of first gas manifold holes 111 and 112 includes a first gas inlet hole 111 through which the first gas flows, and a first gas outlet hole 112 through which the first gas is discharged. The first gas flows into the interior of the separator 50 through the first gas inlet hole 111, passes through the first gas flow path inside the separator 50, and then flows into the separator through the first gas discharge hole 112. It is discharged to the outside of (50).

한 쌍의 제2 가스 매니폴드 홀(121, 122)은, 제2 가스가 유입되는 제2 가스 유입홀(121)과, 제2 가스가 배출되는 제2 가스 배출홀(122)을 포함한다. 제2 가스는 제2 가스 유입홀(121)을 통하여 세퍼레이터(50)의 내부로 유입되고, 세퍼레이터(50) 내부의 제2 가스 유로를 통과한 다음, 제2 가스 배출홀(122)을 통하여 세퍼레이터(50)의 외부로 배출된다.The pair of second gas manifold holes 121 and 122 includes a second gas inlet hole 121 through which the second gas flows, and a second gas outlet hole 122 through which the second gas is discharged. The second gas flows into the interior of the separator 50 through the second gas inlet hole 121, passes through the second gas flow path inside the separator 50, and then flows into the separator through the second gas discharge hole 122. It is discharged to the outside of (50).

여기에서, 제1 가스 및 제2 가스 중 어느 하나는 연료 가스일 수 있고, 제1 가스 및 제2 가스 중 다른 하나는 산화제 가스일 수 있다.Here, one of the first gas and the second gas may be a fuel gas, and the other of the first gas and the second gas may be an oxidizer gas.

각각의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)는 각각의 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132)의 둘레를 따라 연장될 수 있다. 각각의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)는 각각의 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132)을 둘러싸도록 형성된다. 각각의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)는 세퍼레이터(50)의 표면으로부터 돌출되어 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132)을 통하여 유동하는 냉매, 제1 가스 또는 제2 가스가 외부로 누출하는 것을 방지하는 역할을 한다.Each manifold protrusion (211, 212, 221, 222, 231, 232) may extend along the circumference of each manifold hole (111, 112, 121, 122, 131, 132). Each manifold protrusion (211, 212, 221, 222, 231, 232) is formed to surround each manifold hole (111, 112, 121, 122, 131, 132). Each of the manifold protrusions (211, 212, 221, 222, 231, and 232) protrudes from the surface of the separator (50) and flows through the manifold holes (111, 112, 121, 122, 131, and 132). It serves to prevent the first gas or second gas from leaking to the outside.

복수의 외곽 돌기(411, 421)는 세퍼레이터(50)의 외곽을 따라 연장될 수 있다. 복수의 외곽 돌기(411, 421)는 제1 외곽 돌기(411) 및 제2 외곽 돌기(421)를 포함한다.The plurality of outer protrusions 411 and 421 may extend along the outer edge of the separator 50 . The plurality of outer protrusions 411 and 421 include first outer protrusions 411 and second outer protrusions 421.

제1 외곽 돌기(411)는 복수의 유로 리브(300)를 둘러싸도록 형성된다. 제2 외곽 돌기(421)는 복수의 유로 리브(300), 복수의 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132), 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)를 포위하도록 형성된다. 복수의 외곽 돌기(411, 421)는 세퍼레이터(50)의 내부에서 유동하는 냉매, 제1 가스 또는 제2 가스가 외부로 누출되는 것을 방지하는 역할을 한다.The first outer protrusion 411 is formed to surround the plurality of flow path ribs 300. The second outer protrusion 421 includes a plurality of flow path ribs 300, a plurality of manifold holes 111, 112, 121, 122, 131, 132, and a plurality of manifold protrusions 211, 212, 221, 222, 231. , 232). The plurality of outer protrusions 411 and 421 serve to prevent the refrigerant, first gas, or second gas flowing inside the separator 50 from leaking to the outside.

복수의 유로 리브(300)는 세퍼레이터(50)의 표면으로부터 돌출될 수 있다. 복수의 유로 리브(300)는 서로 이격되게 형성될 수 있으며, 이에 따라, 복수의 유로 리브(300) 사이에는 가스가 통과하는 가스 유로(390)가 형성될 수 있다.A plurality of channel ribs 300 may protrude from the surface of the separator 50 . The plurality of flow path ribs 300 may be formed to be spaced apart from each other, and accordingly, a gas flow path 390 through which gas passes may be formed between the plurality of flow path ribs 300.

본 발명의 실시예에 따르면, 한 쌍의 세퍼레이터(50)가 서로 결합되어 하나의 조립체를 구성할 수 있다. 한 쌍의 세퍼레이터(50)가 서로 결합되는 것에 의해 어느 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)가 다른 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)에 접합될 수 있다. 이때, 어느 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)의 접합면과 다른 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)의 접합면이 서로 접촉될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a pair of separators 50 can be combined with each other to form one assembly. When the pair of separators 50 are coupled to each other, the plurality of manifold protrusions 211, 212, 221, 222, 231, 232 of one separator 50 are connected to the plurality of manifold protrusions 211, 212, 221, 222, 231, 232 of the other separator 50. It can be connected to the manifold protrusions (211, 212, 221, 222, 231, 232). At this time, the joint surface of the plurality of manifold projections 211, 212, 221, 222, 231, 232 of one separator 50 and the plurality of manifold projections 211, 212 of the other separator 50 The joint surfaces of 221, 222, 231, and 232) may be in contact with each other.

또한, 한 쌍의 세퍼레이터(50)가 서로 결합되는 것에 의해 어느 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 외곽 돌기(411, 421)가 다른 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 외곽 돌기(411, 421)에 접합될 수 있다. 이때, 어느 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 외곽 돌기(411, 421)의 접합면과 다른 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 외곽 돌기(411, 421)의 접합면이 서로 접촉될 수 있다.In addition, when the pair of separators 50 are coupled to each other, the plurality of outer projections 411 and 421 of one separator 50 are connected to the plurality of outer projections 411 and 421 of the other separator 50. can be connected to At this time, the joint surface of the plurality of outer protrusions 411 and 421 of one separator 50 and the joint surface of the plurality of outer protrusions 411 and 421 of the other separator 50 may contact each other.

도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 세퍼레이터(50)가 막 전극 조립체(60)에 결합되어 하나의 단위 셀을 형성한다. 그리고, 복수의 단위 셀이 적층되어 연료 전지 스택을 형성한다.As shown in FIG. 2, a pair of separators 50 are coupled to the membrane electrode assembly 60 to form one unit cell. Then, a plurality of unit cells are stacked to form a fuel cell stack.

막 전극 조립체(60)는, 제1 전극(61), 제2 전극(62), 전해질 막(63)을 포함한다. 전해질 막(63)은 제1 전극(61) 및 제2 전극(62) 사이에 배치된다.The membrane electrode assembly 60 includes a first electrode 61, a second electrode 62, and an electrolyte membrane 63. The electrolyte membrane 63 is disposed between the first electrode 61 and the second electrode 62.

막 전극 조립체(60)와 세퍼레이터(50) 사이에는 가스 확산층(64)이 배치될 수 있다.A gas diffusion layer 64 may be disposed between the membrane electrode assembly 60 and the separator 50.

제1 전극(61) 및 제2 전극(62) 중 어느 하나는 애노드일 수 있고, 제1 전극(61) 및 제2 전극(62) 중 다른 하나는 캐소드일 수 있다.One of the first electrode 61 and the second electrode 62 may be an anode, and the other of the first electrode 61 and the second electrode 62 may be a cathode.

한 쌍의 세퍼레이터(50)가 제1 전극(61) 및 제2 전극(62)에 결합되는 것에 의해 복수의 유로 리브(300) 사이의 공간이 밀폐되며, 이에 따라, 복수의 유로 리브(300)의 길이 방향으로 가스 유로(390)가 형성될 수 있다.When the pair of separators 50 are coupled to the first electrode 61 and the second electrode 62, the space between the plurality of flow path ribs 300 is sealed, and accordingly, the plurality of flow path ribs 300 A gas flow path 390 may be formed in the longitudinal direction.

한 쌍의 세퍼레이터(50)는, 제1 전극(61)에 인접하게 배치되는 제1 세퍼레이터(51)와, 제2 전극(62)에 인접하게 배치되는 제2 세퍼레이터(52)를 포함한다.The pair of separators 50 includes a first separator 51 disposed adjacent to the first electrode 61 and a second separator 52 disposed adjacent to the second electrode 62 .

그리고, 가스 유로(390)는, 제1 가스가 유동하는 제1 가스 유로(310)와, 제2 가스가 유동하는 제2 가스 유로(320)를 포함할 수 있다.Additionally, the gas flow path 390 may include a first gas flow path 310 through which the first gas flows and a second gas flow path 320 through which the second gas flows.

제1 세퍼레이터(51)가 제1 전극(61)에 결합되는 것에 의해, 제1 세퍼레이터(51) 및 제1 전극(61) 사이에 제1 가스 유로(310)가 형성될 수 있다. 제1 가스는 제1 가스 유로(310)를 따라 유동할 수 있다.When the first separator 51 is coupled to the first electrode 61, a first gas flow path 310 may be formed between the first separator 51 and the first electrode 61. The first gas may flow along the first gas flow path 310.

제2 세퍼레이터(52)가 제2 전극(62)에 결합되는 것에 의해, 제2 세퍼레이터(52) 및 제2 전극(62) 사이에 제2 가스 유로(320)가 형성될 수 있다. 제2 가스는 제2 가스 유로(320)를 따라 유동할 수 있다.When the second separator 52 is coupled to the second electrode 62, a second gas flow path 320 may be formed between the second separator 52 and the second electrode 62. The second gas may flow along the second gas flow path 320.

그리고, 제1 세퍼레이터(51) 및 제2 세퍼레이터(52)가 서로 결합되는 것에 의해, 제1 세퍼레이터(51) 및 제2 세퍼레이터(52) 사이에 냉매 유로(330)가 형성될 수 있다. 냉매는 냉매 유로(330)를 따라 유동할 수 있다.Also, by combining the first separator 51 and the second separator 52, a refrigerant flow path 330 may be formed between the first separator 51 and the second separator 52. The refrigerant may flow along the refrigerant flow path 330.

냉매 유로(330)의 내부에는 열 변형성 부재(70)가 배치될 수 있다. 열 변형성 부재(70)는 중공형으로 형성된다. 열 변형성 부재(70)는 냉매 유로(330)의 내부의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 열 변형성 부재(70)의 외면은 냉매 유로(330)의 내면에 밀착될 수 있다.A heat deformable member 70 may be disposed inside the refrigerant passage 330. The heat deformable member 70 is formed in a hollow shape. The heat deformable member 70 may have a shape corresponding to the inner shape of the refrigerant passage 330. The outer surface of the heat deformable member 70 may be in close contact with the inner surface of the refrigerant passage 330.

열 변형성 부재(70)는 냉매의 온도(세퍼레이터(50)의 온도)의 상승에 비례하여 수축되는 재료(열 수축성 재료)로 형성될 수 있다.The heat deformable member 70 may be formed of a material (heat shrinkable material) that contracts in proportion to an increase in the temperature of the refrigerant (temperature of the separator 50).

열 수축성 재료로는 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지나 폴리스티렌계 수지 등 다양한 재료가 사용될 수 있다.As a heat shrinkable material, various materials such as polyethylene terephthalate resin or polystyrene resin can be used.

도 3에 도시된 바와 같이, 냉매의 온도(세퍼레이터(50)의 온도)가 상승하면, 열 변형성 부재(70)가 수축될 수 있다. 따라서, 냉매 유로(330)의 단면적이 증가할 수 있다. 따라서, 냉매 유로(330)를 통과하는 냉매의 유량이 증가할 수 있다. 이와 같이, 세퍼레이터(50)의 온도의 상승에 따라 냉매의 유량이 증가하므로, 세퍼레이터(50)를 적절하게 냉각할 수 있다.As shown in FIG. 3, when the temperature of the refrigerant (temperature of the separator 50) increases, the heat deformable member 70 may shrink. Accordingly, the cross-sectional area of the refrigerant flow path 330 may increase. Accordingly, the flow rate of refrigerant passing through the refrigerant flow path 330 may increase. In this way, since the flow rate of the refrigerant increases as the temperature of the separator 50 increases, the separator 50 can be appropriately cooled.

도 4에 도시된 바와 같이, 냉매의 온도(세퍼레이터(50)의 온도)가 하강하면, 열 변형성 부재(70)가 팽창(또는 원래의 상태로 복귀)될 수 있다. 따라서, 냉매 유로(330)의 단면적이 감소할 수 있다. 따라서, 냉매 유로(330)를 통과하는 냉매의 유량이 감소할 수 있다. 이와 같이, 세퍼레이터(50)의 온도의 하강에 따라 냉매의 유량이 감소하므로, 세퍼레이터(50)의 온도를 적절하게 관리할 수 있다.As shown in FIG. 4, when the temperature of the refrigerant (temperature of the separator 50) decreases, the heat deformable member 70 may expand (or return to its original state). Accordingly, the cross-sectional area of the refrigerant passage 330 may be reduced. Accordingly, the flow rate of refrigerant passing through the refrigerant flow path 330 may decrease. In this way, since the flow rate of the refrigerant decreases as the temperature of the separator 50 decreases, the temperature of the separator 50 can be appropriately managed.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터(50)는, 열 변형성 부재(70)의 내부에 배치되어 냉매와 접촉하도록 구성되는 보호 부재(80)를 포함할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, the separator 50 for a fuel cell according to a modified example of the embodiment of the present invention includes a protection member 80 disposed inside the heat deformable member 70 and configured to contact the refrigerant. It can be included.

보호 부재(80)는 열 전도성 재료로 형성될 수 있다. 따라서, 세퍼레이터(50)의 열이 보호 부재(80)를 통하여 냉매로 전달될 수 있다.The protective member 80 may be formed of a thermally conductive material. Accordingly, the heat of the separator 50 can be transferred to the refrigerant through the protective member 80.

보호 부재(80)의 내부에 냉매 유로(330)가 형성될 수 있다. 열 변형성 부재(70)의 열 변형에 의해 냉매 유로(330)의 단면적이 조절될 수 있도록 보호 부재(80)는 유연성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 보호 부재(80)는 필름 형태로 구비될 수 있다.A refrigerant flow path 330 may be formed inside the protective member 80. The protection member 80 may be formed of a flexible material so that the cross-sectional area of the refrigerant passage 330 can be adjusted by thermal deformation of the heat deformable member 70. For example, the protective member 80 may be provided in the form of a film.

보호 부재(80)는 열 변형성 부재(70)가 냉매와 직접적으로 접촉하는 것을 방지하도록 구성된다. 따라서, 보호 부재(80)는 냉매로부터 열 변형성 부재(70)를 보호할 수 있다.The protective member 80 is configured to prevent the heat deformable member 70 from directly contacting the refrigerant. Accordingly, the protection member 80 can protect the heat deformable member 70 from the refrigerant.

본 발명의 바람직한 실시예가 예시적으로 설명되었으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경될 수 있다.Although preferred embodiments of the present invention have been described by way of example, the scope of the present invention is not limited to these specific embodiments and may be appropriately modified within the scope of the claims.

50: 세퍼레이터
51: 제1 세퍼레이터
52: 제2 세퍼레이터
330: 냉매 유로
70: 열 변형성 부재
80: 보호 부재50: separator
51: first separator
52: second separator
330: Refrigerant flow path
70: Absence of heat deformability
80: no protection

Claims

first separator;
second separator;
a refrigerant passage provided between the first separator and the second separator and through which the refrigerant flows; and
It is disposed inside the refrigerant passage and includes a heat deformable member that expands or contracts depending on the temperature of the refrigerant,
The heat deformable member is formed in a hollow shape corresponding to the shape of the refrigerant passage and provides a passage through which the refrigerant flows inside the hollow shape,
The outer surface of the heat deformable member is in close contact with the inner surface of the refrigerant passage,
The heat deformable member expands or contracts depending on the temperature of the refrigerant to change the cross-sectional area of the passage to control the flow rate of the refrigerant passing through the passage.

In claim 1,
A separator for a fuel cell, wherein the heat deformable member shrinks in proportion to an increase in the temperature of the refrigerant.

In claim 1,
A separator for a fuel cell further comprising a protection member disposed inside the heat deformable member and configured to contact the refrigerant.