KR102666114B1 - 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 면, 제1 면의 반대방향의 제2 면, 제1 면 및 제2 면을 관통하도록 마련되며, 길이방향의 양 단부에 각각 위치하는 공급부 및 배출부를 포함하고, 제1 면은 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 반응 영역 형성을 위한 유동이 이루어지도록 마련된 제1 채널부 및 제1 채널부와 떨어져 미반응 영역에 위치하며, 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 유동이 이루어지도록 마련된 응축수 채널을 갖고, 제2 면에는 냉각수가 유동하기 위한 제2 채널부가 마련된 분리판이 제공된다.

Description

분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택{Separator, and Fuel cell stack comprising the same}
본 발명은 분리판, 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지(fuel cell)는 연료와 산화제의 전기 화학반응을 통해 전기에너지를 발생시키는 에너지 변환 장치이며, 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적으로 발전이 가능한 장점이 있다.
수소 이온을 투과시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 다른 형태의 연료전지에 비해 낮은 약 100℃ 이하의 작동온도를 가지며, 에너지 전환 효율과 출력밀도가 높고 응답특성이 빠른 장점이 있다. 뿐만 아니라, 소형화가 가능하기 때문에 휴대용, 차량용 및 가정용 전원장치로 제공될 수 있다.
고분자 전해질 연료전지 스택은 복수 개의 연료전지 셀이 적층된 구조를 갖고, 각각의 연료전지 셀은 고분자 물질로 구성된 전해질막을 중심으로 애노드(anode)와 캐소드(cathode)가 각각 도포되어 형성된 전극층을 구비하는 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA), 반응 기체들을 반응 영역 전체에 걸쳐 고르게 분포시키고, 애노드 전극의 산화반응에 의해 발생된 전자를 캐소드 전극 쪽으로 전달하는 역할의 가스 확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 반응 기체들을 가스 확산층으로 공급하고, 전기화학반응에 의해 발생된 물을 외부로 배출시키는 분리판(bipolar plate), 분리판 또는 막-전극 접합체의 반응 영역 외주에 배치되어 반응 기체 및 냉각수의 누출을 방지하는, 탄성을 갖는 소재의 가스켓(gasket)을 포함할 수 있다.
한편, 최근 고출력 운전 영역에서의 확산 저항 저감을 통해 연료전지의 성능을 향상시키기 위해, Metal Foam, Metal Mesh, Expanded Metal 등을 적용한 분리판(이하, '다공체'라고도 함)이 제안되고 있으나, 다공체의 형상 및 구조는 냉각수 공급 유로의 유동 특성을 결정하는 중요한 인자로 작용하기 때문에, 다공체의 냉각수 유로 개선을 위한 연구가 필요한 실정이다.
통상 다공성 부재가 접합/일체화되는 금속 성형 분리판의 형상/구조는 반응 열 제어를 위한 냉각수 공급 유로 확보를 위해 애노드(ANODE) 측에는 유로 분리판, 캐소드(CATHODE) 측에는 다공체 적용 평판형 분리판이 사용되고 있다.
본 발명은 축적되는 응축수 배출을 유동하기 위한 하나 이상의 응축수 채널을 갖는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 면, 제1 면의 반대방향의 제2 면, 제1 면 및 제2 면을 관통하도록 마련되며, 길이방향의 양 단부에 각각 위치하는 공급부 및 배출부를 포함하고, 제1 면은 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 반응 영역 형성을 위한 유동이 이루어지도록 마련된 제1 채널부 및 제1 채널부와 떨어져 미반응 영역에 위치하며, 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 유동이 이루어지도록 마련된 응축수 채널을 갖고, 제2 면에는 냉각수가 유동하기 위한 제2 채널부가 마련된 분리판이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 애노드 전극 및 캐소드 전극을 갖는 막-전극 접합체, 애노드 전극 및 캐소드 전극 상에 각각 배치된 한 쌍의 가스 확산층, 애노드 전극 측 가스 확산층과 적어도 일부에서 접촉하도록 배치된 제1 분리판, 및 캐노드 전극 측 가스 확산층과 적어도 일부에서 접촉하도록 배치된 제2 분리판을 포함하는 연료전지 스택을 포함한다. 여기서, 제1 분리판은, 애노드 전극 측 가스확산층과 마주하는 제1 면, 제1 면의 반대방향의 제2 면, 제1 면 및 제2 면을 관통하도록 마련되며, 길이방향의 양 단부에 각각 위치하는 공급부 및 배출부를 포함하고, 제1 분리판의 제1 면은 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 반응 영역 형성을 위한 유동이 이루어지도록 마련된 제1 채널부 및 제1 채널부와 떨어져 미반응 영역에 위치하며, 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 유동이 이루어지도록 마련된 제1 응축수 채널을 갖고, 제1 분리판의 제2 면에는 냉각수가 유동하기 위한 제2 채널부가 마련된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택은 다음과 같은 효과를 갖는다.
다공성 부재(또는 다공체)를 적용한 분리판을 포함하는 연료전지 셀/스택의 반응/냉각 유체의 유동 저항을 감소시킬 수 있고, 분배 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 리버 델타형(River Delta形)의 동심원 구조를 갖는 유체 분배부가 도입/적용된 표리 반전 구조의 스탬핑 성형 금속 분리판을 통해, 고출력 영역에서 냉각 부하를 낮출 수 있고, 전극 면 내 반응 유체의 확산 전달 균일도를 향상시킬 수 있으며, 스택 성능/내구성 및 시스템 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 연료전지 셀 적층 시, 애노드/캐소드(ANODE/CATHODE) 분리판의 결합에 의해 리버 델타(River Delta)형의 분배기가 정합됨에 따라 시계 방향과 반시계방향으로 교차 유입된 냉각수의 충돌/합류에 의해 3차원적 난류 유동이 형성될 수 있으며, 그 결과 고출력 영역에서의 냉각 성능/효율이 향상된다.
또한, 리버 델타형(River Delta形) 유체 분배부 및 다공성 부재 하단에 축적되는 웅축수 배출을 유도하기 위해 웨이브 형(wave-like) 및 지그재그 형(zigzag 形) 미세유로를 가지며, 그 결과 응축수 배출 촉진에 따른 확산 저항을 낮출 수 있고, 성능 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 연료전지 스택 제작/조립 시 압축력에 의한 다공성 부재 내 과도한 가스확산층(GDL)의 함입 및 금속분리판의 중심부 휨 현상 방지를 위한 구조 보강 지지용 포밍(forming)부와 균일한 내압 특성 향상을 위한 아치형(arch形) 기밀 구조를 제공하는 가스켓을 포함하며, 그 결과, 압축 체결에 의한 구조적 안정성을 향상시킬 수 있고, 확산 전달 저항을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 스택을 나타내는 개략도이다.
도 2는 제1 분리판의 제1 면을 나타내는 개략도이다.
도 3은 제2 분리판의 제1 면을 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시된 제1 분리판의 요부 확대도이다.
도 5는 제1 응축수 채널을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6 내지 도 8은 제1 응축수 채널 및 제2 응축수 채널을 설명하기 위한 개략도들이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 스택을 나타내는 개략도(100)이고, 도 2는 제1 분리판(200)의 제1 면을 나타내는 개략도이며, 도 3은 제2 분리판(300)의 제1 면을 나타내는 개략도이고, 도 4는 도 1에 도시된 제1 분리판(200)의 요부 확대도이다.
또한, 도 5는 제1 응축수 채널(280)을 설명하기 위한 개략도이고, 도 6 내지 도 8은 제1 응축수 채널(380) 및 제2 응축수 채널(390)을 설명하기 위한 개략도들이다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 스택(100)은 복수 개의 연료전지 셀(예를 들어, 제1 연료전지 셀, 제2 연료전지 셀 등)을 포함한다. 각각의 연료전지 셀은 동일한 구조를 가지며, 연료전지 셀을 구성하는 구성요소는 모두 동일하다.
도 1을 참조하면, 연료전지 스택을 구성하는 연료전지 셀은 막-전극 접합체(110), 가스확산층(120), 제1 분리판(200) 및 제2 분리판(300)을 포함한다. 또한, 제1 연료전지 셀 및 제2 연료전지 셀이 적층된 연료전지 스택에서, 제1 연료전지 셀의 제1 분리판의 제2 면은 제2 연료전지 셀의 제2 분리판의 제2 면과 마주하도록 적층된다. 이때, 제1 연료전지 셀의 제1 분리판의 제2 면 및 제2 연료전지 셀의 제2 분리판의 제2 면은 그 사이로 냉각수가 유동할 수 있는 채널을 제공한다. 냉각수 채널은 예를 들어, 제1 분리판의 제2 면에 성형될 수 있다.
구체적으로, 연료전지 셀은 애노드 전극(111)과 캐소드 전극(112)을 갖는 막-전극 접합체(10) 및 애노드 전극(111) 및 캐소드 전극(112) 상에 각각 배치된 한 쌍의 가스 확산층(120)을 포함한다.
또한, 연료전지 셀은 애노드 전극(111) 측 가스 확산층(120)과 적어도 일부에서 접촉하도록 배치된 제1 분리판(200) 및 캐노드 전극 측 가스 확산층과 적어도 일부에서 접촉하도록 배치된 제2 분리판(300)을 포함한다. 본 문서에서, 제1 분리판은 애노드 분리판, 제2 분리판은 캐소드 분리판이라 지칭할 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하여, 제1 분리판(200, 또는 '분리판'이라 약칭함)을 설명한다. 제1 분리판(또는 분리판)은 제1 면(201), 제1 면(201)의 반대방향의 제2 면(202), 제1 면(201) 및 제2 면(202)을 관통하도록 마련되며, 길이방향의 양 단부에 각각 위치하는 공급부(210) 및 배출부(220)를 포함한다. 공급부(210)는 수소 공급홀(211), 냉각수 공급홀(212), 및 공기 공급홀(213)을 포함할 수 있다. 또한, 배출부(220)는, 수소 배출홀(221), 냉각수 배출홀(222), 및 공기 배출홀(223)을 포함할 수 있다.
본 문서에서 분리판(제1 및 제2 분리판을 포함)은 평면에서 볼 때, 대략 직사각형 형상이고, 이때, 장변방향(x축 방향)을 분리판의 길이방향이라 지칭하고, 장변방향에 직교하는 단변방형(y축 방향)을 분리판의 폭 방향이라 지칭할 수 있다.
제1 분리판(또는 분리판)의 제1 면(201)은 공급부(210) 측에서 배출부(220) 측으로 길이방향을 따라 반응 영역 형성을 위한 유동이 이루어지도록 마련된 제1 채널부(230) 및 제1 채널부(230)와 떨어져 미반응 영역에 위치하며, 공급부(210) 측에서 배출부(220) 측으로 길이방향을 따라 유동이 이루어지도록 마련된 제1 응축수 채널(280)을 갖는다. 본 문서에서, 제1 채널부(230)의 길이방향(x축 방향)이라 함은, 공급부(210) 측에서 배출부(220) 측을 향하는 방향을 지칭하고, 제1 채널부(230)의 폭 방향(y축 방향)은 길이방향에 직교하는 방향을 지칭한다.
또한, 제1 분리판(또는 분리판)의 제2 면(202)에는 냉각수가 유동하기 위한 제2 채널부(도시되지 않음)가 마련된다. 제2 채널부는 스탬핑 성형 공정 시, 제1 면의 제1 채널부에 의해 종속적으로 제2 면에 형성될 수 있다. 즉, 제1 분리판(또는 분리판)은 표리 반전 형태로 형성될 수 있다.
제1 분리판(또는 분리판)의 제1 면(201)은 공급부(210)와 제1 채널부(230)를 연결하는 제1 분배부(240), 및 제1 채널부(230)와 배출부(220)를 연결하는 제2 분배부(250)를 가질 수 있다. 이때, 제1 응축수 채널(280)은 제1 및 제2 분배부(230, 240)와 각각 유체 이동 가능하게 연결될 수 있다. 이때, 각각의 분배부(230, 240)는 원활한 냉각수 공급/분배 및 반응 면(채널부)으로의 반응 가스 균일 유량 분배/공급을 위한 압력 손실 저감을 위해 리버 델타(River Delta)형 유체 분배부로 형성될 수 있다.
또한, 제1 채널부(230)는 복수 개의 채널이 길이방향을 따라 직선 유로를 형성하도록 마련될 수 있고, 제1 응축수 채널(280)은 길이방향을 따라 곡선 유로를 형성하도록 마련될 수 있다. 제1 채널부(230) 내 화살표는 유체의 이동방향을 나타낸다.
이와는 다르게, 제1 채널부(230)는 복수 개의 채널이 길이방향을 따라 직선 유로를 형성하도록 마련될 수 있고, 제1 응축수 채널(280)은 길이방향을 따라 직선 유로를 형성하도록 마련될 수 있다.
이때, 제1 응축수 채널(280)은 직선 유로로 형성되어도 웅축수 배출 효과를 갖지만, 곡선 유로를 도입하였을 때 상대적으로 응축수 배출 효과가 크며, 유로 길이에 비례하여 유체 저항이 증가함에 따라 반응 가스의 바이패스(bypass) 우회 유동을 최소화할 수 있다.
곡선 유로인 경우, 웨이브형, 지그재그 형으로 형성될 수 있으며, 구체적으로, 제1 응축수 채널(280)의 곡선 유로는 제1 채널부(230)의 채널의 길이방향(x축 방향)에 평행한 가상의 선분을 복수 회 교차하도록 마련될 수 있다.
또한, 제1 응축수 채널(280)은 그 폭이 제1 채널부(230)의 채널의 폭보다 작게 형성될 수 있다. 응축수 배출용 제1 응축구 채널(280)의 폭이 제1 채널부의 채널의 폭에 비해 협소하게 설정되어야만, 반응 가스의 바이패스(bypass) 우회 유동을 최소화할 수 있다.
한편, 제1 분리판(또는 분리판)의 제1 면(201) 및 제2 면(202) 중 어느 하나에는 가장자리에 강성 보강을 위한 포밍부(270)가 마련될 수 있다. 또한, 제1 분리판(또는 분리판)은 공급부(210), 분배부(240, 250), 제1 채널부(230)를 둘러싸는 가스켓(260)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 분리판(또는 분리판)은 가장자리에 셀 적층 시 정렬을 위한 복수 개의 정렬부(271)를 가질 수 있다.
포밍부(270)는 대략 오목한 형태의 구조 보강 지지체로서, 포밍부는 셀/스택 체결 시 적정 수준이상으로 냉각 면이 과하게 압축되어 냉각수 압력 손실이 급증하는 것을 방지하고자, 냉각면 가장자리에 배치된 가스켓(260)의 압축 두께와 동일한 깊이를 갖도록 설정됩니다. 포밍부(270)의 주요 기능은 셀/스택이 이상적인 압축 두께를 갖는 밀착 구조를 갖도록 하여, 과도한 압축에 의한 분리판 변형을 방지해 주는 기능을 수행한다.
또한, 제1 및 제2 분배부(240, 250)에는, 제1 채널부(230)의 폭 방향을 따라 소정 간격으로 떨어져 위치한 복수 개의 돌기부(241, 242)가 마련될 수 있다. 적층되는 분리판 마다 복수 개의 돌기부(241, 242)는 동일한 위치에 형성될 수 있다. 복수 개의 돌기부(241, 242)는 유체(가스, 냉각수) 분배 기능 및 셀/스택 적층 시 마주하는 분리판의 돌기부와 접촉함으로써, 정합 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제1 분리판(또는 분리판)은 연료전지 셀/스택 조립 시, 폭 방향(y축 방향)이 중력 방향에 평행하게 배치된다.
도 3, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 제2 분리판(300)은, 캐소드 전극(112) 측 가스확산층(120)과 마주하는 제1 면(301), 제1 면(301)의 반대방향의 제2 면(302), 제1 면 및 제2 면을 관통하도록 마련되며, 길이방향의 양 단부에 각각 위치하는 공급부(310) 및 배출부(320)를 포함한다. 제1 분리판과 마찬가지로, 공급부(310)는 수소 공급홀(311), 냉각수 공급홀(312), 및 공기 공급홀(313)을 포함할 수 있다. 또한, 배출부(320)는, 수소 배출홀(321), 냉각수 배출홀(322), 및 공기 배출홀(323)을 포함할 수 있다.
제2 분리판(300)의 제1 면(301)은 공급부(310) 측에서 배출부(320) 측으로 길이방향을 따라 반응 영역 형성을 위한 유동이 이루어지도록 마련된 복수 개의 제1 채널부(331, 332)을 갖는다. 이때, 각각의 제1 채널부(331, 332)는 공급부(310) 측에서 배출부(320) 측으로 길이방향을 따라 반응 영역 형성을 위한 유동이 이루어지도록 마련되고, 복수 개의 제1 채널부(331, 332)는 폭 방향을 따라 배열된다.
제2 분리판(300)의 제1 면(301)은 인접하는 2개의 제1 채널부(331, 332) 사이의 미반응 영역에 위치하며, 공급부(310) 측에서 배출부(320) 측으로 길이방향을 따라 유동이 이루어지도록 마련된 제2 응축수 채널(390)을 갖는다.
또한, 제2 분리판의 복수 개의 제1 채널부(331, 332)에는 각각 다공성 부재가 마련된다. 즉, 복수 개의 홀을 갖는 금속 성형 다공성 부재('다공체'라고도 함)가 유체 유동을 위한 채널부를 구성한다.
또한, 제2 응축수 채널(390)은 제1 채널부(331)의 길이방향을 따라 소정 간격 떨어져 배치된 복수 개의 제1 돌기부(391) 및 제1 채널부의 길이방향을 따라 인접하는 2개의 제1 돌기부 사이에 위치하도록 배치된 복수 개의 제2 돌기부(392)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 돌기부(391)와 제2 돌기부(392) 사이 공간에 응축수 배출을 위한 채널이 형성된다.
즉, 제2 응축수 채널(390)은 인접하는 2개의 제1 채널부(331, 332) 사이의 미반응 영역에 위치한다. 제1 분리판의 경우 제1 채널부의 채널들(직선 형태 채널)이 독립적으로 분리되어 있어 중력에 의해 응축수가 하단부 채널에 축적되는 현상이 발생하지 않기 때문에 반응 영역 중심부에 응축수 배출 유로가 필요하지 않은 반면, 다공체가 적용된 제2 분리판의 경우 중앙부에 불연속 돌기의 교차 배열에 의한 직선형 응축수 배출 유로가 배치되어 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제2 분리판 측에만 중앙부에 응축수 배출을 위한 지그재그 미세유로가 형성된 이유는, 중력에 의해 다공체 하단에 응축수가 축적되어 반응 가스 유동 통로가 폐색되는 현상을 방지하기 위함이다. 즉, 지그재그 미세 응축수 유로(제2 응축수 채널)는 중력에 의해 분할 구획된 제1 채널부 및 제2 채널부의 다공체 내부에 응축수가 축적되는 현상을 최소화하기 위한 물 배출 격벽의 기능을 수행할 수 있다. 도면에 나타난 실시예에는 지그재그 미세 응축수 유로를 중앙부에 1개 적용하였으나, 복수 개의 채널부의 분할 구획 개수가 변경되는 경우 지그재그 미세 유로 위치, 개수, 형상도 변경될 수 있다.
또한, 제2 분리판(300)의 제1 채널부와 떨어져 미반응 영역에 위치하며, 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 유동이 이루어지도록 마련된 제1 응축수 채널(380)을 가질 수 있다. 제1 응축수 채널(380)은 제1 채널부(331)의 길이방향을 따라 곡선 유로를 형성하도록 마련될 수 있다. 제2 분리판(300)의 제1 응축수 채널(380)은 제1 분리판의 제1 응축수 채널(280)과 동일한 위치에, 동일한 구조로 마련될 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 연료전지 스택
110: 막-전극 접합체
120: 가스 확산층
200: 제1 분리판(애노드 분리판)
300: 제2 분리판(캐소드 분리판)

Claims (18)

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  9. 애노드 전극 및 캐소드 전극을 갖는 막-전극 접합체;
    애노드 전극 및 캐소드 전극 상에 각각 배치된 한 쌍의 가스 확산층;
    애노드 전극 측 가스 확산층과 적어도 일부에서 접촉하도록 배치된 제1 분리판; 및
    캐노드 전극 측 가스 확산층과 적어도 일부에서 접촉하도록 배치된 제2 분리판을 포함하고,
    제1 분리판은, 애노드 전극 측 가스확산층과 마주하는 제1 면, 제1 면의 반대방향의 제2 면, 제1 면 및 제2 면을 관통하도록 마련되며, 길이방향의 양 단부에 각각 위치하는 공급부 및 배출부를 포함하고,
    제1 분리판의 제1 면은 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 반응 영역 형성을 위한 유동이 이루어지도록 마련된 제1 채널부 및 제1 채널부와 떨어져 미반응 영역에 위치하며, 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 유동이 이루어지도록 마련된 제1 응축수 채널을 갖고,
    제1 분리판의 제2 면에는 냉각수가 유동하기 위한 제2 채널부가 마련되며,
    제2 분리판은, 캐소드 전극 측 가스확산층과 마주하는 제1 면, 제1 면의 반대방향의 제2 면, 제1 면 및 제2 면을 관통하도록 마련되며, 길이방향의 양 단부에 각각 위치하는 공급부 및 배출부를 포함하고,
    제2 분리판의 제1 면은 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 반응 영역 형성을 위한 유동이 이루어지도록 마련된 복수 개의 제1 채널부 및 인접하는 2개의 제1 채널부 사이의 미반응 영역에 위치하며, 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 유동이 이루어지도록 마련된 제2 응축수 채널을 가지며,
    제2 응축수 채널은 제1 채널부의 길이방향을 따라 소정 간격 떨어져 배치된 복수 개의 제1 돌기부 및 제1 채널부의 길이방향을 따라 인접하는 2개의 제1 돌기부 사이에 위치하도록 배치된 복수 개의 제2 돌기부를 포함하고,
    제1 돌기부와 제2 돌기부 사이 공간에 채널이 형성된 연료전지 스택.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제1 분리판의 제1 면은 공급부와 제1 채널부를 연결하는 제1 분배부, 및 제1 채널부와 배출부를 연결하는 제2 분배부를 갖고,
    제1 응축수 채널은 제1 및 제2 분배부와 각각 유체 이동 가능하게 연결된 연료전지 스택.
  11. 제 9 항에 있어서,
    제1 채널부는 복수 개의 채널이 길이방향을 따라 직선 유로를 형성하도록 마련되며,
    제1 응축수 채널은 길이방향을 따라 곡선 유로를 형성하도록 마련된 연료전지 스택.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제1 응축수 채널의 곡선 유로는 제1 채널부의 채널의 길이방향에 평행한 가상의 선분을 복수 회 교차하도록 마련된 연료전지 스택.
  13. 제 9 항에 있어서,
    제1 응축수 채널은 그 폭이 제1 채널부의 채널의 폭보다 작게 형성된 연료전지 스택.
  14. 삭제
  15. 제 9 항에 있어서,
    제2 분리판의 복수 개의 제1 채널부에는 각각 다공성 부재가 마련된 연료전지 스택.
  16. 삭제
  17. 제 9 항에 있어서,
    제2 분리판의 제1 채널부와 떨어져 미반응 영역에 위치하며, 공급부 측에서 배출부 측으로 길이방향을 따라 유동이 이루어지도록 마련된 제1 응축수 채널을 갖는 연료전지 스택.
  18. 제 17 항에 있어서,
    제1 응축수 채널은 제1 채널부의 길이방향을 따라 곡선 유로를 형성하도록 마련된 연료전지 스택.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100821389B1 (ko) * 2006-09-07 2008-04-11 현대자동차주식회사 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조
JP2017111998A (ja) * 2015-12-17 2017-06-22 本田技研工業株式会社 燃料電池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100821389B1 (ko) * 2006-09-07 2008-04-11 현대자동차주식회사 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조
JP2017111998A (ja) * 2015-12-17 2017-06-22 本田技研工業株式会社 燃料電池

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