KR20030011876A - 연료 전지용 구성 부품 - Google Patents

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Abstract

연료 전지용 구성 요소의 부착 공정수를 삭감할 수 있는 연료 전지용 구성 부품을 제공하고, 연료 전지 셀 부품의 교환 및 유지관리성을 향상시킴과 동시에, 부품 비용을 억제할 수 있는 연료 전지용 구성 부품을 제공하기 위해, 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터와, 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층과, 액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷을 일체로 성형하도록 하고, 별개의 개체인 전해질막을 그 양측에서 끼우는 한 쌍의 가스 확산층의 양면에 각각 가스킷을 설치하도록 하였다.

Description

연료 전지용 구성 부품{CONSTITUENT PART FOR FUEL CELL}
도 15에 도시한 바와 같이, 연료 전지는 그 주된 구성 요소로서 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터(집전극; 51)와, 가스를 반응시키기 위한 Pt촉매를 담지시킨 촉매 부착 전극(촉매층) 및 전해질막(이온 교환막)의 일체품으로 이루어진 반응전극부(MEA; 52)와, 가스의 확산을 촉진시키기 위한 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층(GDL; 53)과, 가스나 냉매를 밀봉하기 위한 가스킷(시일 부재; 54)을 갖고 있다.
그러나, 종래의 기술에서는, 연료 전지를 조립할 때, 이들 구성 요소를 순차로 부착하여 조립하는 구성이므로, 그 작업에 많은 시간과 수고가 든다는 문제가 있다.
또한, 최근에는 탄소 플레이트상에 가스킷을 일체로 성형한 세퍼레이터(51)와 가스킷(54)의 일체 성형품이 고안된 바 있는데(일본 특허 공개 제 2000-133288호 참조), 이 종래 기술에 의하면, 세퍼레이터(51)와 가스킷(54)를 부착시키는 공정을 삭감할 수 있다. 그러나 여전히, 가스 확산층(53) 등의 다른 부품을 부착시키는 공정이 많다는 문제를 가지고 있다. 가스 확산층(53)은 일반적으로 탄소 섬유로 이루어지며, 탄소 플레이트와의 접착은 불가능하다. 이 때문에, 조립시에 위치가 결정되기 어려우므로, 위치 결정 작업을 수행하는 등의 문제가 고려되어야 한다.
또한, 종래 기술에서는, 도 16에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(51)와 가스 확산층(53)을 별개의 개체로서 부착시킨 경우에, 가스 확산층(53)이 세퍼레이터(51)내로 끼워져 들어간 상태가 되기 때문에, 가스 확산층(53)의 주위에 스페이스(55)가 남게 된다. 따라서, 이 스페이스(55)가 가스 유로의 샛길을 형성하게 되어 가스의 확산을 저해하는 경우가 있으며, 이것이 원인이 되어, 연료 전지의 발전(發電) 효율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 가스 확산층은 탄소 섬유 등으로 이루어진 다공질체이기 때문에, 가스킷을 가스 확산층에 적층시켜 시일(seal)할 때, 가스킷에 대해 내측의 가스 유로측으로부터 외측을 향해 가스 확산층의 공극부가 가스 누설의 유로가 되어, 가스가 누출되는 문제가 있다. 또한, 시일을 하기 위해 가스 확산층과 가스킷 및 세퍼레이터간은 가압되는데, 이 때 가스 확산층의 일부가 찌그러지거나 파손될 염려가 있다.
또한, 도 17 및 도 18에 도시한 바와 같이, 다른 종래 기술에서는, 양면에 가스 확산층(GDL; 64)를 고정시킨 반응 전극부(MEA; 61)에서의 전해질막(이온 교환막; 62)의 주연부가 평면방향으로 연장형성되며, 이 주연부의 양면에 패킹 등의 시일부재(65)가 배치됨으로써, 연료 전지 셀의 시일부가 구성되어 있다.반응전극부(61)는, 전해질막(62)과 그 양면에 배치된 촉매 부착 전극(촉매층; 63)을 일체화한 것으로서, 이 반응 전극부(61)과 그 양면에 고정된 가스 확산층(64)에 의해 UEA(66)가 구성되어 있고, 이 UEA(66)가 한 쌍의 세퍼레이터(집전극; 67) 사이에 끼워져 들어가 연료 전지용 셀이 구성되어 있다. 상기 구성 요소 중, 가스 확산층(64)은 탄소 섬유 또는 금속 섬유 등으로 이루어진 다공질체이므로, 조립상태에서 한 쌍의 세퍼레이터(67) 사이에 압축되어 부착될 때, 내려앉는 경우가 발생되기 쉽다.
그러나, 이러한 종래의 기술에서는, 상기한 바와 같이 가스 확산층(64)이 반응 전극부(61)에 고정되어 있기 때문에, 막상 교환하고자 하는 경우에는, UEA(66)를 전부 교환하지 않으면 안되며, 이 중에 비교적 고가의 부품인 전해질막(62)이 포함되어 있기 때문에, 대폭적인 비용증가를 초래하였다.
본 발명은, 이상과 같은 점을 감안하여, 연료 전지용 구성 요소의 부착 공정수를 삭감할 수 있는 연료 전지용 구성 부품을 제공하는 것을 목적으로 하며, 이와 아울러 연료 전지의 발전(發電) 효율을 향상시킴과 동시에, 우수한 밀봉성을 발휘할 수 있는 연료 전지용 구성 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 연료 전지용 구성 요소의 교환 및 유지관리성을 향상시킴과 동시에 부품의 비용을 억제시킬 수 있는 연료 전지용 구성 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 이와 더불어, 가스 확산층과 가스킷의 일체품 또는 가스 확산층과 가스킷과 세퍼레이터의 일체품에 있어서, 가스킷에 발생하는 영구 압축 왜곡을 비교적 작게 억제할 수 있는 연료 전지용 구성 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 연료 전지용 구성 요소의 집합체를 이루는 연료 전지용 구성 부품에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 개략적인 사시도이고,
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이고,
도 3은 상기 연료 전지용 구성 부품의 조립 상태를 나타낸 주요부의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 개략적인 사시도이고,
도 5는 도 4의 B-B선에 따른 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 개략적인 사시도이고,
도 7은 도 6의 C-C선에 따른 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 단면도이고,
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 단면도이고,
도 10은 상기 연료 전지용 구성 부품을 성형하는 성형기의 주요부의 단면도이고,
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 평면도이고,
도 12는 도 11의 D-D선에 따른 확대 단면도이고,
도 13은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 평면도이고,
도 14는 도 13의 E-E선에 따른 확대 단면도이다.
그리고, 도 15는 종래예에 따른 연료 전지의 구성 설명도이고,
도 16은 종래예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 조립 상태를 나타낸 주요부의 단면도이고,
도 17은 다른 종래예에 따른 연료 전지의 단면도이고,
도 18은 도 17의 주요부의 확대도이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 청구 제 1항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터와, 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층과, 액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷을 일체로 성형한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 2항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터와, 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층과의 일체품을 가지며, 상기 일체품의 가스 확산층측의 일면에 액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷을 일체로 성형한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 3항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터와, 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층과의 일체품을 가지며, 상기 일체품의 가스 확산층측의 일면에 액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷을 일체로 성형함과 동시에, 반대측 면에도 가스킷을 일체로 성형한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 4항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기 청구 제 1항, 2항 또는 제 3항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 세퍼레이터에 접착제가 도포되고, 가스 확산층으로 침투한 가스킷의 고무가 상기 세퍼레이터상의 접착제와 반응함으로써 상기 가스 확산층을 끼워 넣은 형태로 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 5항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기 청구 제 1항, 2항 또는 제 3항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 세퍼레이터의 일면에 접착제가 도포되고, 가스 확산층으로 침투한 가스킷의 고무가 상기 세퍼레이터상의 접착제와 반응함으로써 상기 가스 확산층을 끼워 넣은 형태로 일체로 성형됨과 동시에, 반대측 면에도 접착제가 도포되어 가스킷이 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 6항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기 청구 제 1항, 2항 또는 제 3항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 세퍼레이터에 관통공이 형성되고, 가스 확산층으로 침투한 고무의 일부가 상기 관통공을 통과하여 반대측 면에 도달함으로써 상기 세퍼레이터의 양면에 가스킷이 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 7항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 별개의 전해질막을 그 양측에서 끼우는 한 쌍의 가스 확산층의 양면에 각각 가스킷을 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 8항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구 제 7항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 하나의 가스 확산층의 세퍼레이터측과 다른 하나의 가스 확산층의 전해질막측 및 세퍼레이터측은 각각 가스킷이 더블 립 구조로 되어 있고, 하나의 가스 확산층의 전해질막측은 가스킷이 평면 시일 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 9항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구제 7항 또는 제 8항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 각 가스킷이, 가스 확산층의 다공질 구조에 액상 고무를 함침시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 10항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 별개의 전해질막을 그 양측에서 끼우는 한 쌍의 가스 확산층의 주연부 근방에 관통공을 설치하고, 상기 관통공을 통해 상기 가스 확산층의 양면에 가스킷을 일체로 성형한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 11항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구 제 10항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 가스킷이 가스 확산층의 주연부를 덮고, 특히 상기 가스 확산층의 단면을 피복하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 12항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층과 액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷과의 일체품이며, 상기 가스 확산층과 상기 가스킷의 시일 립이 평면상 겹치지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 13항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구 제 12항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 가스 확산층과 가스킷의 접합부에서, 상기 가스킷의 일부의 고무가 상기 가스 확산층에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 14항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구 제 12항 또는 제 13항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 가스킷이 양면 시일 가스킷 또는 일면 시일 가스킷인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구 제 15항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구 제 12항, 제 13항 또는 제 14항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 가스 확산층 및 가스킷에 대해 추가로, 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터가 일체로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 청구 제 1항에 의한 연료 전지용 구성 부품과 같이, 세퍼레이터, 가스 확산층 및 가스킷을 일체로 성형하거나, 혹은 본 발명의 청구 제 2항 또는 제 3항에 의한 연료 전지용 구성 부품과 같이, 세퍼레이터 및 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해 가스 확산층측의 일면에 가스킷을 일체로 성형하거나 하면, 이들 부품이 미리 일체화되기 때문에, 연료 전지의 조립시에 이들 부품을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 본 발명의 청구 제 3항에 의한 연료 전지용 구성 부품에서는, 세퍼레이터 및 가스 확산층으로 이루어진 일체품의 반대측 면에도 가스킷이 일체로 성형되기 때문에, 양면 가스킷의 일체품이 구성된다.
또한, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 청구 제 4항, 제 5항 또는 제 6항에 의한 연료 전지용 구성 부품에서는, 가스킷의 고무가 가스 확산층에 침투하여 상기 가스 확산층을 끼우는 형태로 일체로 성형되기 때문에, 가스킷과 가스 확산층이 밀착하게 되고, 이에 따라 양자 사이에 가스 유로의 샛길이 되는 스페이스가 형성되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 가스킷의 고무가 가스 확산층에 침투하여 세퍼레이터에 도달함으로서, 가스킷과 세퍼레이터가 일체화되기 때문에, 가스의 누설 유로가 형성되는 것을 방지할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명의 청구 제 5항에 의한 연료 전지용 구성 부품에서는, 세퍼레이터의 반대측 면에도 접착제가 도포되어 가스킷이 일체로 성형되고, 또한 본 발명의 청구 제 6항에 의한 연료 전지용 구성 부품에서는, 고무의 일부가 관통공을 통과하여 반대측 면에 도달함으로써 가스킷이 일체로 성형되기 때문에, 양면 가스킷의 일체품이 구성된다.
또한, 상기 청구 제 1항 내지 제 6항에 기재된 발명과 관련하여, 본원의 제안에는, 아래와 같은 기술적 사항이 포함되어 있다.
즉, 상기의 목적을 달성하기 위해 본원이 제안하는 하나의 발명은, 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과, 액상 고무의 경화물인 가스킷을 일체로 한, 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품에 관한 것이다.
또한, 본원은, 상기의 목적을 달성하기 위해, 아래와 같은 기술적 사항을 제안하는 것이기도 하다.
① 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과, 액상 고무의 경화물인 가스킷을 일체로 성형한, 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품.
② 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무의 경화물인 가스킷을 성형한(즉, 이온 교환막측에만 가스킷을 성형한), 연료전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품.
③ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무의 경화물인 가스킷을 성형하고(즉, 이온 교환막측에 가스킷을 성형하고), 또한 탄소 플레이트측인 냉각수측에도 가스킷을 성형한, 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 양면 가스킷의 일체품.
④ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무의 경화물인 가스킷을 성형한(즉, 이온 교환막측에만 가스킷을 성형한), 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품이며, 탄소 플레이트에는 접착제가 도포되고, 가스 확산층으로 침투한 고무가, 탄소 플레이트상의 접착제와 반응하여, 가스 확산층을 끼우는 형태로 일체로 성형된 제품.
⑤ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무의 경화물인 가스킷을 성형한(즉, 이온 교환막측에만 가스킷을 성형한), 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품이며, 탄소 플레이트에는 접착제가 도포되고, 가스 확산층으로 침투한 고무가, 탄소 플레이트상의 접착제와 반응하여, 가스 확산층을 끼우는 형태로 일체로 성형된 제품. 그리고, 그 이면인 탄소 플레이트측에도 접착제가 도포되고, 액상 고무의 경화물이 성형된 양면 가스킷 타입.
⑥ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무의 경화물인 가스킷을 성형한(즉, 이온 교환막측에만 가스킷을 성형한), 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품이며, 탄소 플레이트에는 가스킷의 하부에 해당하는 장소에 간격을 둔 관통공이 형성되고, 가스 확산층으로 침투한 고무가 그 관통공을 통과해, 이면측의 탄소 플레이트 표면에 도달하여, 양면에 가스킷이 성형되는 제품.
상기의 제안 사항은, 종래 기술에서는 볼 수 없었던 「세퍼레이터와 가스 확산층과 가스킷의 3가지 부품을 일체화한 제품」을 제안한 것으로서, 한가지의 제조 방법으로서, 세퍼레이터와 가스 확산층을 고무를 통해 일체로 성형함으로써, 세퍼레이터와 가스 확산층과 가스킷의 3가지 부품을 일체화한 제품이 완성된다.
탄소 섬유로 이루어진 가스 확산층은, 고무를 침투시키고 난 후에, 경화시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 탄소 플레이트상에 접착제를 도포함으로써, 투과된 고무가 탄소 플레이트상에 도달하면, 탄소 플레이트와 고무를 접착하는 것이 가능하다. 이 때, 가스 확산층은 침투된 고무에 의해 탄소 플레이트상에 접착제로 고정된다. 후에 기술하는 실시예에 관련된 도 2는, 가스 확산층측(이온 교환막측)에만 가스킷을 성형한 제품으로, 가스킷은 성형중에 탄소 플레이트의 표면에 도포된 접착제에 의해 접합된다. 또한 도 5는 도 2에 도시된 제품의 세퍼레이터 이면(냉매면)에 접착제를 도포하여, 가스킷을 성형한 양면 가스킷 타입의 제품이다. 또한 도 7은 탄소 플레이트에 관통공을 설치하여, 가스 확산층측의 가스킷과 그 이면의냉매측의 가스킷을 접착제없이 고정시킨 제품으로, 이러한 세퍼레이터와 가스 확산층과 가스킷의 접함품에 의해, 연료 전지의 조립시, 탄소 플레이트와 가스 확산층의 부착 공정수를 줄일 수 있게 된다.
또한, 종래 기술에서는, 가스 확산층의 주위에 있었던 스페이스가 가스 유로의 샛길이 되어, 가스의 확산을 저해하고 발전 효율의 악화를 초래하였으나, 이와 같은 스페이스가 존재하지 않게 되므로, 가스의 확산이 양호해지고, 연료 전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 7과 관련하여 상세하게 설명하면, 탄소 플레이트의 가스킷이 성형되는 라인상에 소정 간격의 관통공을 설치함으로써, 탄소 플레이트의 양면에 가스킷을 성형할 수 있다. 가스 확산층으로 침투한 고무가, 그 관통공을 통과하여 이면측의 탄소 플레이트 표면에 도달함으로써 양면에 가스킷이 성형된다. 이 때, 가스킷은 관통공을 통해 고정되어 있기 때문에, 접착이 불필요하다.
그리고, 이상의 구성 및 작용에 의해, 이하와 같은 효과를 나타낼 수 있게 된다.
① 연료 전지의 부착 공정수를 삭감할 수 있다.
② 가스 확산층과 가스킷을 일체화함으로써, 가스의 확산성이 한층 향상되고, 발전 효율이 향상된다.
③ 접착제를 사용하지 않는 관통공 타입의, 가스 확산층과 가스킷이 일체로 되어 이루어진 제품의 경우는, 접착제 도포 공정의 삭제, 및 접착제 비용의 삭감이 가능하다.
또한, 상기 구성을 갖는 본 발명의 청구 제 7항에 의한 연료 전지용 구성 부품에서는, 전해질막과 가스 확산층이 별개로 성형되며, 별개의 전해질막을 그 양측에서 끼우는 한 쌍의 가스 확산층의 양면에 각각 가스킷이 설치되어 있기 때문에, 가스 확산층의 교환시에는, 가스 확산층과 별개로 되어 있는 전해질막은 남기고, 가스킷을 설치한 가스 확산층만을 교환하면 된다.
또한, 상기 청구 제 7항에 의한 연료 전지용 구성 부품에서는 아울러, 가스 확산층 및 가스킷의 조합에 의해 연료 전지 셀의 시일부가 구성되고, 전해질막은 상기 시일부의 내측에 수용되게 된다. 따라서, 전해질막의 평면적을 상기 종래 기술보다도 축소시킬 수 있게 된다.
또한, 상기의 구성을 갖는 본 발명의 청구 제 8항에 의한 연료 전지용 구성 부품에서는, 하나의 가스 확산층의 세퍼레이터측 및 다른 하나의 가스 확산층의 전해질막측 및 세퍼레이터측에서 각각 가스킷이 더블 립 구조로 되어 있는데, 이 더블 립 구조는, 립이 복수이기 때문에, 밀봉 성능이 높다. 또한, 하나의 가스 확산층의 전해질막측에서 가스킷이 평면 시일 구조로 되어 있기 때문에, 이것이 가압 접촉하는 전해질막의 변형을 억제할 수 있게 된다.
그리고, 가스 확산층이 다공질 구조이기 때문에, 여기에 일체화되는 가스킷은 각각, 청구 제 9항에 기재된 바와 같이, 가스 확산층의 다공질 구조에 액상 고무를 함침시켜 성형하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 10항에 의한 연료 전지용 구성 부품에서는, 전해질막과 가스 확산층이 별개로 성형되며, 별개의 전해질막을 그양측에서 끼우는 한 쌍의 가스 확산층의 주연부 근방에 관통공이 설치됨과 동시에, 상기 관통공을 통해 가스 확산층의 양면에 가스킷이 일체로 성형되어 있기 때문에, 가스 확산층의 교환시에는, 가스 확산층과 별개인 전해질막을 남기고, 가스킷을 설치한 가스 확산층만을 교환하면 된다.
또한 이에 더하여, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 11항에 의한 연료 전지용 구성 부품에서는, 가스킷이 가스 확산층의 주연부를 덮고, 특히 가스 확산층의 단면을 피복하고 있기 때문에, 밀봉 유체가 가스 확산층을 투과하여 그 단면 방향으로 누설되는 것을 억제할 수 있게 된다.
또한, 상기 청구 제 7항 내지 제 11항에 기재된 발명에 관련하여, 본원의 제안에는, 아래와 같은 기술적 사항이 포함된다.
① ·본원이 제안하는 하나의 가스킷은, 연료 전지 스택의 셀의 막형상 시일로서, GDL과 일체로 된 가스킷이며, MEA를 사이에 끼운 구조이다.
·또한, GDL과 일체로 된 가스킷은, 가스킷 A 및 가스킷 B의 조합에 의해 구성되어 있다. 가스킷 A는 세퍼레이터측에 이중의 시일 립을 갖는다. MEA측은 편평한 시일면을 갖는다. 가스킷 B는 세퍼레이터측 및 MEA측 모두에 더블 비트의 시일 립을 가지며, MEA측의 내측 비트는 MEA를 사이에 끼우고 시일하는 구조이므로 시일 립의 높이가 그 만큼 낮아진다.
·가스킷 A, B 모두, GDL에 액상 고무로 함침시켰다.
② ·본원이 제안하는 하나의 가스킷은, 고가의 MEA의 면적을 줄이고, 또한 내려앉음으로 인한 교환이 고려되는 GDL을 분리하여, GDL과 시일을 일체화함으로써, 기존 제품의 문제를 해결하는 구조를 채용하였다.
·GDL과 시일의 일체화는, 밀봉성을 손상시키지 않도록 하기 위해, 가스킷 A, B의 2종류를 조합하고, 더욱이 더블 시일 립을 부착하여, 내측은 주로 MEA를 고정하고, 외측은 밀봉하는 구성으로 하였다.
·더블 립의 내측은, MEA의 두께를 고려하여, 내측의 높이를 그 만큼 낮게 하였다. 일부를 편평하게 하는 것은, 막의 변형을 적게 하여 밀봉성을 향상시키기 위함이다.
·고무 재료는, 다공질체를 함침시키기 위해 액상 고무로 하고, 예를 들면 2 액 타입의 액상 실리콘 고무로 한다. 또한, 액상 불소 고무 또는 액상 에틸렌프로필렌 고무 등도 가능하다.
③ ·또한, 본원이 제안하는 하나의 가스킷은, 연료 전지의 집전극(세퍼레이터)과 반응전극부 사이를 밀봉하는 가스킷으로서, MEA를 사이에 끼우도록 위치하는 GDL에 가스킷을 일체로 성형하는 것이다.
·GDL에 관통공을 설치하고, GDL 단부를 덮도록 가스킷을 일체로 성형한다.
·일체 성형은, LIM 성형기에서 실시한다.
·가스킷에는, 낮은 경도의 액상 고무 재료(Hs 20∼60)를 이용한다.
④ ·또한, 본원이 제안하는 하나의 가스킷은, 상기 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위해, UEA를 MEA와 GDL로 분리하고, GDL에 가스킷을 일체화하여, GDL의 내려앉음으로 인한 UEA의 교환시에 MEA를 재활용할 수 있게 한다.
·GDL에 대한 가스킷의 성형은, GDL이 다공질체이기 때문에, 액상 고무의 함침이 고려될 수 있으나, 생산성을 향상시키기 위해, GDL측에 관통공을 설치하고, 여기에 고무를 양면 일체로 성형한다.
·성형시에는 시일부 주변만을 몰드 클램핑하여, 가스 확산 기능이 필요한 반응면의 다공질부를 압축하지 않도록 몰드 구조상에서 방출한다. 또한, GDL의 단면 방향의 누설을 고려하여, 단면을 고무로 피복하는 구조를 채용한다.
·가스킷 재료로는, 저압에 의한 사출 성형이 가능한 액상 고무를 이용하며, 고무 경도는 Hs 20∼60으로 한다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 12항에 의한 연료 전지용 구성 부품과 같이, 가스 확산층과 가스킷의 시일 립이 평면상 겹치지 않도록 배치되면, 가스킷의 시일 립의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않게 되므로, 가스킷에 발생하는 영구 압축 왜곡을 비교적 작게 억제할 수 있다.
또한, 이와 같이 가스 확산층과 가스킷의 시일 립을 평면상 겹치지 않도록 배치하려면, 가스 확산층을 가스킷의 측면에 배치하거나, 가스킷을 가스 확산층의 외측에 배치하는 것이 바람직하며, 가스 확산층과 가스킷을 일체화하려면, 가스 확산층과 가스킷의 접합부에서 가스킷의 일부의 액상 고무를 가스 확산층에 함침시키는 것이 바람직하다(청구 제 13항).
그리고, 가스킷에는, 그 상하 양면에 각각 시일 립을 구비한 양면 시일 가스킷이나, 상하 양면의 어느 하나에 시일 립을 구비한 일면 시일 가스킷이 있으며(청구 제 14항), 또한 가스 확산층 및 가스킷에는 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터가 일체로 성형될 수 있다(청구 제 15항).
또한, 상기 청구 제 12항 내지 제 15항에 기재된 발명과 관련하여, 상기 목적을 달성하기 위해 본원에는, 이하와 같은 기술적 사항이 포함된다.
① 연료 전지용으로 사용되는 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과 액상 고무의 경화물인 가스킷을 일체로 성형한, 연료 전지용 가스 확산층과 가스킷의 일체품으로서, 가스킷의 립의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않고, 가스킷의 측면에 가스 확산층이 고정되어 있는 제품.
② 연료 전지용으로 사용되는 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과 액상 고무의 경화물인 가스킷을 일체로 성형한, 연료 전지용 가스 확산층과 가스킷의 일체품으로서, 가스킷은 가스 확산층에 대해 양면에 형성되어 있으나 가스킷의 립의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않고, 가스킷의 측면에 가스 확산층이 고정되어 있는 제품.
③ 연료 전지용으로 사용되는 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과 액상 고무의 경화물인 가스킷을 일체로 성형한, 연료 전지용 가스 확산층과 가스킷의 일체품으로서, 가스킷의 립의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않고, 가스킷의 측면에 가스 확산층이 고정되어 있는 제품에 있어서, 가스킷과 가스 확산층의 접합부는, 가스 확산층에 고무가 함침된 상태인 제품.
④ 연료 전지용으로 사용되는 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과 액상 고무의 경화물인 가스킷을 일체로 성형한, 연료 전지용의 가스 확산층과 가스킷의 일체품으로서, 가스킷은 가스 확산층에 대해 양면에 형성되어 있으나 가스킷의 립의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않고, 가스킷의 측면에 가스 확산층이고정되어 있는 제품에 있어서, 가스킷과 가스 확산층의 접합부는, 가스 확산층에 고무가 함침된 상태인 제품.
⑤ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과, 액상 고무의 경화물인 가스킷을 일체로 성형한, 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품으로서, 가스킷의 립의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않고, 가스킷의 측면에 가스 확산층이 고정되어 있는 제품.
⑥ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과, 액상 고무의 경화물인 가스킷을 일체로 성형한, 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품으로서, 가스킷의 립의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않고, 가스킷의 측면에 가스 확산층이 고정되어 있는 제품에 있어서, 가스킷과 가스 확산층의 접합부는, 가스 확산층에 고무가 함침된 상태인 제품.
⑦ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무의 경화물인 가스킷을 성형한(즉, 이온 교환막측에만 가스킷을 성형한), 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품으로서, 가스킷의 립의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않고, 가스킷의 측면에 가스 확산층이 고정되어 있는 제품.
⑧ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무의 경화물인 가스킷을 성형한(즉, 이온 교환막측에만 가스킷을 성형한), 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품으로서, 가스킷의 립의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않고, 가스킷의 측면에 가스 확산층이 고정되어 있는 제품에 있어서, 가스킷과 가스 확산층의 접합부는, 가스 확산층에 고무가 함침된 상태인 제품.
⑨ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무의 경화물인 가스킷을 성형하고(즉, 이온 교환막측에 가스킷을 성형하고), 또한 탄소 플레이트측인 냉각수측에도 가스킷을 성형한 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품으로서, 가스킷의 립의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않고, 가스킷의 측면에 가스 확산층이 고정되어 있는 제품.
⑩ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무의 경화물인 가스킷을 성형한(즉, 이온 교환막측에만 가스킷을 성형한), 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품으로서, 탄소 플레이트에는 접착제가 도포되고, 가스 확산층에 침투된 고무가 탄소 플레이트상의 접착제와 반응하여, 가스 확산층을 사이에 끼우는 형태로 일체로 성형된 제품에 있어서, 가스킷과 가스 확산층의 접합부는, 가스 확산층에 고무가 함침된 상태인 제품.
⑪ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무의 경화물인 가스킷을 성형한(즉, 이온 교환막측에만 가스킷을 성형한), 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품. 탄소 플레이트에는 접착제가 도포되고, 가스킷은 탄소 플레이트상의 접착제와 반응하여, 가스킷과 탄소 플레이트가 일체로 성형된다. 동시에, 가스킷의 수직 하방에 위치하지 않고 측면에 위치하는 가스 확산층은, 가스킷에 의해 고정된다. 그 이면인 탄소 플레이트측에도 접착제가 도포되고, 액상 고무의 경화물이 성형된 양면 가스킷 타입.
⑫ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무의 경화물인 가스킷을 성형한(즉, 이온 교환막측에만 가스킷을 성형한), 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품. 탄소 플레이트에는 접착제가 도포되며, 가스킷은 탄소 플레이트상의 접착제와 반응하여, 가스킷과 탄소 플레이트가 일체로 성형된다. 동시에, 가스킷의 수직 하방에 위치하지 않고 측면에 위치하는 가스 확산층은, 고무가 함침되어 가스 확산층이 가스킷에 의해 고정된다. 그 이면인 탄소 플레이트측에도 접착제가 도포되고, 액상 고무의 경화물이 성형된 양면 가스킷 타입.
⑬ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 탄소 플레이트에는 가스킷의 수직 하방에 간격을 둔 관통공이 형성되어 있고, 가스킷은 상기 관통공을 통해 탄소 플레이트의 양면에 성형되며, 동시에, 가스킷의 수직 하방에 위치하지 않고 측면에 위치하는 가스 확산층은 고정된다. 접착제를 사용하지 않고 제작된 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품.
⑭ 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층으로 이루어진 일체품에 대해, 탄소 플레이트에는 가스킷의 수직 하방에 간격을 둔 관통공이 형성되어 있고, 가스킷은 그 관통공을 통해 탄소 플레이트의 양면에 성형되며, 동시에, 가스킷의 수직 하방에 위치하지 않고 측면에 위치하는 가스 확산층은, 고무가 함침되어 가스 확산층이 가스킷에 의해 고정된다. 접착제를 사용하지 않고 제작된 연료 전지용 탄소 플레이트와 가스 확산층과 가스킷의 일체품.
상기한 바와 같이, 예를 들면 연료 전지용 세퍼레이터에 사용되는 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과, 액상 고무의 경화물인 가스킷을 일체로 한 제품, 또는 탄소 플레이트와, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과, 액상 고무의 경화물인 가스킷을 일체로 한 제품에 있어서, 가스킷의 수직 하방에 가스 확산층이 존재하지 않고 가스킷의 측면에 가스 확산층이 위치하여, 가스 확산층에 고무가 함침됨으로써 가스킷과 고정되면, 가스킷의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않기 때문에, 가스킷에 생기는 영구 압축 왜곡을 작게 억제할 수 있게 된다.
이후, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
제 1 실시예
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(연료 전지용 세퍼레이터; 1)의 개략적인 사시도이고, 그 A-A선에 따른 단면도가 도 2에 도시되어 있다. 그리고, 도 3에는 상기 연료 전지용 구성 부품(1)의 조립 상태에 관한 단면도가 도시되어 있다. 또한 도 3에서 부호 6은, 상기 연료 전지용 구성 부품(1)과 조합되는 반응 전극부(MEA; Membrane Electrode Assembly)이다.
본 실시예에 관한 연료 전지용 구성 부품(1)은, 이하와 같이 구성되어 있다.
우선, 소정의 두께를 갖는 탄소 플레이트로 이루어진 세퍼레이터(세퍼레이터 본체; 2)가 설치되어 있으며, 상기 세퍼레이터(2)의 일면에 탄소 섬유로 이루어진 가스 확산층(3)과 액상 고무 경화물로 이루어진 가스킷(4)이 일체로 성형되어 있다.
가스킷(4)은 세퍼레이터(2)의 일면에 설치된 수용홈(2a)에 수용된 평판형상의 베이스부(4a)와, 이 베이스부(4a)에 일체로 성형된 단면이 대략 사다리꼴인 립부(4b)를 일체로 구비하고 있으며, 수용홈(2a)의 수직 상방 위치에서 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투된 상기 가스킷(4)의 액상 고무가 수용홈(2a)의 내면에 미리 도포된 접착제(5)와 반응하여 고화됨으로써, 세퍼레이터(2)와의 사이에 가스 확산층(3)을 끼우도록 하여 세퍼레이터(2)에 일체화되어 있다.
또한, 가스 확산층(3)은 수용홈(2a)의 수직 상방 위치에서 상기 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투된 가스킷(4)의 액상 고무가 수용홈(2a)내의 접착제(5)와 반응하여 고화됨으로써, 가스킷(4)과 세퍼레이터(2)에 의해 끼워지도록 하여 세퍼레이터(2)에 일체화되어 있다.
상기 가스 확산층(3)은, 세퍼레이터(2)와 거의 크기 및 형상이 동일한 평판 형상으로 형성되어 있으며, 가스킷(4)의 립부(4b)의 상면은 가스 확산층(3)보다도 외측으로 돌출하여 형성되어 있다.
상기 연료 전지용 구성 부품(1)에서는, 상기한 바와 같이 탄소 플레이트로 이루어진 세퍼레이터(2)와, 탄소 섬유로 이루어진 가스 확산층(3)과, 액상 고무 경화물로 이루어진 가스킷(4)이 서로 일체로 성형되어 있기 때문에, 연료 전지의 조립시에, 이들 부품을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있다.
또한, 가스킷(4)을 형성하는 액상 고무가 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투하여 수용홈(2a)내의 접착제(5)와 반응하여 고화됨으로써, 가스 확산층(3)을 사이에 끼우도록 하여 세퍼레이터(2)에 일체로 성형되어 있기 때문에, 가스킷(4)과 가스 확산층(3)이 밀착된 구조이다. 따라서, 상기 가스킷(4)과 가스 확산층(3)과의 사이에, 상기 종래 기술과 같이 가스 유로의 샛길이 되는 스페이스가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가스킷(4)을 형성하는 액상 고무가, 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투하여 세퍼레이터(2)에 도달함으로써 가스킷(4)과 세퍼레이터(2)가 직접 일체로 성형되어 있기 때문에, 양자(2, 4)간에 가스의 누설 유로가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
제 2 실시예
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(연료 전지용 세퍼레이터; 1)의 개략적인 사시도이고, 그 B-B선에 따른 단면도가 도 5에 도시되어 있다.
본 실시예에 관한 연료 전지용 구성 부품(1)은, 이하와 같이 구성되어 있다.
우선, 소정의 두께를 갖는 탄소 플레이트로 이루어진 세퍼레이터(세퍼레이터 본체; 2)가 설치되어 있으며, 상기 세퍼레이터(2)의 일면에 탄소 섬유로 이루어진 가스 확산층(3)과 액상 고무 경화물로 이루어진 가스킷(4)이 일체로 성형됨과 동시에, 세퍼레이터(2)의 반대측 면에도 액상 고무 경화물로 이루어진 가스킷(7)이 일체로 성형되어 있다.
세퍼레이터(2)의 일면에 설치된 하나의 가스킷(4)은, 세퍼레이터(2)의 일면에 설치된 수용홈(2a)에 수용된 평판형상의 베이스부(4a)와, 이 베이스부(4a)에 일체로 성형된 단면이 대략 사다리꼴인 립부(4b)를 일체로 구비하고 있으며, 수용홈(2a)의 수직 상방 위치에서 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투된 상기 가스킷(4)의 액상 고무가 수용홈(2a)의 내면에 미리 도포된 접착제(5)와 반응하여 고화됨으로써, 세퍼레이터(2)와의 사이에 가스 확산층(3)을 끼우도록 하여 세퍼레이터(2)에 일체화되어 있다.
또한, 가스 확산층(3)은 수용홈(2a)의 수직 상방 위치에서 상기 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투된 가스킷(4)의 액상 고무가 수용홈(2a)내의 접착제(5)와 반응하여 고화됨으로써, 가스킷(4)과 세퍼레이터(2)에 의해 끼워지도록 하여 세퍼레이터(2)에 일체화되어 있다.
상기 가스 확산층(3)은 세퍼레이터(2)와 거의 크기 및 형상이 동일한 평판 형상으로 형성되어 있으며, 가스킷(4)의 립부(4b)의 상면은 가스 확산층(3)보다도 외측으로 돌출하여 형성되어 있다.
또한, 세퍼레이터(2)의 반대측 면에 설치된 다른 하나의 가스킷(7)은, 평판형상의 베이스부(7a)와, 이 베이스부(7a)에 일체로 성형된 단면이 대략 삼각형인 립부(7b)를 일체로 구비하고 있으며, 세퍼레이터(2)의 반대측 면에 도포된 접착제(8)에 의해 세퍼레이터(2)에 일체화되어 있다.
상기 연료 전지용 구성 부품(1)에서는, 상기한 바와 같이 탄소 플레이트로 이루어진 세퍼레이터(2)와, 탄소 섬유로 이루어진 가스 확산층(3)과, 액상 고무 경화물로 이루어진 한 쌍의 가스킷(4, 7)이 서로 일체로 성형되어 있기 때문에, 연료 전지의 조립시에, 이들 부품을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있다.
또한, 한 쪽의 가스킷(4)을 형성하는 액상 고무가 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투하여 수용홈(2a)내의 접착제(5)와 반응하여 고화됨으로써, 가스 확산층(3)을 사이에 끼우도록 하여 세퍼레이터(2)에 일체로 성형되어 있기 때문에, 가스킷(4)과 가스 확산층(3)이 밀착된 구조이다. 따라서, 상기 가스킷(4)과 가스 확산층(3)과의 사이에, 상기 종래 기술과 같이 가스 유로의 샛길이 되는 스페이스가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 한 쪽의 가스킷(4)을 형성하는 액상 고무가 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투하여 세퍼레이터(2)에 도달함으로써 가스킷(4)과 세퍼레이터(2)가 직접 일체로 성형되어 있기 때문에, 양자(2, 4)간에 가스의 누설 유로가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
제 3 실시예
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(연료 전지용 세퍼레이터; 1)의 개략적인 사시도이고, 그 C-C선에 따른 단면도가 도 7에 도시되어 있다.
본 실시예에 관한 연료 전지용 구성 부품(1)은, 이하와 같이 구성되어 있다.
우선, 소정의 두께를 갖는 탄소 플레이트로 이루어진 세퍼레이터(세퍼레이터 본체; 2)가 설치되어 있으며, 상기 세퍼레이터(2)의 일면에 탄소 섬유로 이루어진 가스 확산층(3)과 액상 고무 경화물로 이루어진 가스킷(4)이 일체로 성형됨과 동시에, 세퍼레이터(2)의 반대측 면에도 액상 고무 경화물로 이루어진 가스킷(7)이 일체로 성형되어 있다.
세퍼레이터(2)의 일면에 설치된 하나의 가스킷(4)은, 세퍼레이터(2)의 일면에 설치된 수용홈(2a)에 수용된 평판형상의 베이스부(4a)와, 이 베이스부(4a)에 일체로 성형된 단면이 대략 사다리꼴인 립부(4b)를 일체로 구비하고 있으며, 세퍼레이터(2)의 반대측 면에 설치된 다른 하나의 가스킷(7)은, 평판형상의 베이스부(7a)와, 이 베이스부(7a)에 일체로 성형된 단면이 대략 삼각형인 립부(7b)를 일체로 구비하고 있다.
상기 한 쌍의 가스킷(4, 7)은, 수용홈(2a)의 수직 상방 위치에서 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투된 액상 고무의 일부가 수용홈(2a)의 저면부에 미리 설치된 관통공(2b)을 통과한 후, 반대측 면에 도달하여 양면 가스킷으로서 성형됨으로써, 접착제 없이 세퍼레이터(2)에 일체화되어 있다. 관통공(2b)은 필요한 갯수만큼 가스킷(4, 7)의 연장방향을 따라 일렬로 나란히 설치되어 있다.
또한, 가스 확산층(3)은 수용홈(2a)의 수직 상방 위치에서 상기 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투된 액상 고무의 일부가 관통공(2b)을 통과한 후, 반대측 면에 도달하여 양면 가스킷으로서 성형됨으로써, 하나의 가스킷(4)과 세퍼레이터(2)에 의해 끼워지도록 하여 세퍼레이터(2)에 일체화되어 있다.
상기 가스 확산층(3)은 세퍼레이터(2)와 거의 크기 및 형상이 동일한 평면형상으로 형성되어 있으며, 한 쪽 가스킷(4)의 립부(4b)의 상면은 가스 확산층(3)보다도 외측으로 돌출하여 형성되어 있다.
상기 연료 전지용 구성 부품(1)에서는, 상기한 바와 같이 탄소 플레이트로 이루어진 세퍼레이터(2)와, 탄소 섬유로 이루어진 가스 확산층(3)과, 액상 고무 경화물로 이루어진 한 쌍의 가스킷(4, 7)이 서로 일체로 성형되어 있기 때문에, 연료 전지의 조립시에, 이들 부품을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있다.
또한, 하나의 가스킷(4)을 형성하는 액상 고무가, 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투하여 고화됨으로써, 가스 확산층(3)을 사이에 끼우도록 하여 세퍼레이터(2)에 일체로 성형되어 있기 때문에, 가스킷(4)과 가스 확산층(3)이 밀착된 구조이다. 따라서, 상기 가스킷(4)과 가스 확산층(3) 사이에, 상기 종래기술과 같이 가스 유로의 샛길이 되는 스페이스가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 하나의 가스킷(4)을 형성하는 액상 고무가 가스 확산층(3)의 탄소 섬유에 침투하여 세퍼레이터(2)에 도달함으로써 가스킷(4)과 세퍼레이터(2)가 직접 일체로 성형되어 있기 때문에, 양자(2, 4)간에 가스의 누설 유로가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 한 쌍의 가스킷(4, 7)이 접착제없이 세퍼레이터(2)에 일체화되어 있기 때문에, 연료 전지용 구성부품(1)의 제조 공정으로부터 접착제 도포 공정을 생략할 수 있게 됨에 따라, 그 제조가 용이해질 뿐만 아니라, 비용적으로도 유리한 제품을 제공할 수 있다.
제 4 실시예
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(연료 전지용 가스킷)의 단면을 도시한 것으로서, 상기 연료 전지용 구성 부품은, 이하와 같이 구성되어 있다.
우선, 도면의 상하방향의 중앙에, 전해질막(이온 교환막; 12)과 촉매 부착 전극(촉매층; 13, 14)이 일체로 된 반응 전극부(MEA; 11)가 설치되어 있으며, 상기 반응 전극부(11)의 상하 양측에 각각 탄소 섬유 또는 금속 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층(GDL; 15, 16)이 별개로서 비접착 상태로 겹쳐져 있고, 이 가스 확산층(15, 16)의 상하 양측에 각각 세퍼레이터(집전극; 17, 18)가 겹쳐져, 1셀 분량의 적층체가 구성되어 있다.
전해질막(12)의 주연부는, 촉매 부착 전극(13, 14)보다도 평면방향으로 돌출되어 있는데, 상하의 가스 확산층(15, 16)보다는 짧게 설정되어 있으며, 이 상하의 가스 확산층(15, 16)의 주연부의 양면에 각각 가스킷(시일 가스킷; 19, 20, 21, 22)이 일체로 성형되어 있다.
이 중, 우선 도면상 상측의 가스 확산층(15)의 세퍼레이터(17)측의 가스킷(19)은 외측 립(19a) 및 내측 립(19b)을 구비하여 더블 립 구조로 되어 있으며, 양쪽 립(19a, 19b)은 모두 세퍼레이터(17)에 밀착되어 있다. 도면상 상측의 가스 확산층(15)의 반응 전극부(11)측의 가스킷(20)은, 평면 형상으로 형성되어 플랫 시일 구조로 되어 있으며, 그 내측의 일부가 전해질막(12)에 밀착되어 있다. 상기 두 개의 가스킷(19, 20)은 가스 확산층(15)이 다공질 구조이므로, 여기에 액상 실리콘 고무를 함침시킴으로써 성형되어 있으며, 이에 따라 서로 일체로 성형되어 있다.
또한, 도면상 하측의 가스 확산층(16)의 반응 전극부(11)측의 가스킷(21)은, 외측 립(21a) 및 내측 립(21b)을 구비하여 더블 립 구조로 되어 있으며, 외측 립(21a)은 가스킷(20)의 플랫 시일에 밀착되어 있고, 내측 립(21b)은 전해질막(12)에 밀착되어 있다. 내측 립(21b)은 전해질막(12)의 두께만큼, 외측 립(21a)보다도 높이가 낮게 형성되어 있다. 도면상 하측의 가스 확산층(16)의 세퍼레이터(18)측의 가스킷(22)은, 외측 립(22a) 및 내측 립(22b)을 구비하여 더블 립 구조로 되어 있고, 양쪽 립(22a, 22b)은 모두 세퍼레이터(18)에 밀착되어 있다. 상기 두 개의 가스킷(21, 22)은 가스 확산층(16)이 다공질 구조이므로, 여기에 액상 실리콘 고무를 함침시킴으로써 성형되어 있으며, 이에 따라 서로 일체로 성형되어 있다.
또한, 각 부분의 사이즈는 이하와 같이 설정되어 있다.
·전해질막(12)의 두께 : 50∼150㎛
·가스 확산층(15, 16)의 두께 : 0.5∼1㎜
·립(19a, 19b, 21a, 22a, 22b)의 높이 : 0.5㎜
·플랫 시일(20)의 두께 : 0.3㎜
·립(21b)의 높이 : 0.4㎜
상기 구성의 조립 구조는, 조립 완성품으로서 연료 전지 셀을 구성하는 것으로서, 상기 구성에 의해 이하와 같은 효과를 나타낸다는 점에 그 특징이 있다.
즉, 우선 상기한 바와 같이 전해질막(12)을 구비한 반응 전극부(11)와 그 양면에 배치된 가스 확산층(15, 16)이 별개로 성형되며, 별개의 반응 전극부(11)를 그 양측에서 끼우는 한 쌍의 가스 확산층(15, 16)의 양면에 각각 가스킷(19, 20, 21, 22)이 설치되어 있기 때문에, 내려앉음 등이 발생하여 가스 확산층(15, 16)을 교환할 필요가 생긴 경우에는, 별개의 반응 전극부(11)를 남기고, 가스킷(19, 20, 21, 22)을 설치한 가스 확산층(15, 16)만을 대체품으로 교환하면 된다. 따라서, 비교적 고가의 부품인 반응 전극부(11)를 일일이 교환할 필요가 없기 때문에, 부품 비용이나 유지관리 비용을 절감할 수 있을 뿐아니라, 교환 작업도 매우 용이하다.
또한, 비접착의 별개 구조로 된 반응 전극부(11)를 그 양측에서 끼우는 한 쌍의 가스 확산층(15, 16)의 상하 양면에 각각 총 4세트의 가스킷(19, 20, 21, 22)이 설치되어 있기 때문에, 상기 가스 확산층(15, 16) 및 가스킷(19, 20, 21, 22)의조합에 의해 셀의 시일부가 구성되며, 전해질막(12)은 이 시일부의 내측에 수용되어 있다. 따라서, 비교적 고가의 부품인 전해질막(12)의 평면적을 종래보다도 축소시킬 수 있기 때문에, 그 만큼 부품 비용을 절감시킬 수 있게 된다.
또한 이와 더불어, 각 가스킷(19, 21, 22)이 더블 립 구조로 되어 있기 때문에 우수한 시일 성능을 발휘할 수 있고, 또 가스킷(20)이 플랫 시일 구조로 되어 있기 때문에 이것이 가압접촉되는 전해질막(12)의 변형을 작게 억제할 수 있다.
제 5 실시예
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(연료 전지용 가스킷)의 단면을 도시한 것으로서, 상기 연료 전지용 구성 부품은, 이하와 같이 구성되어 있다.
우선, 도면의 상하방향의 중앙에, 전해질막(이온 교환막; 12)과 촉매 부착 전극(촉매층; 13, 14)이 일체로 된 반응 전극부(MEA; 11)가 설치되어 있으며, 이 반응 전극부(11)의 상하 양측에 각각 탄소 섬유 또는 금속 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층(GDL; 15, 16)이 비접착 상태로 겹쳐져 있고, 상기 가스 확산층(15, 16)의 상하 양측에 각각 세퍼레이터(집전극; 17, 18)가 겹쳐져, 1셀 분량의 적층체가 구성되어 있다.
전해질막(12)의 주연부는, 촉매 부착 전극(13, 14)보다도 평면방향으로 돌출되어 있는데, 상하의 가스 확산층(15, 16)과 거의 동일한 길이(평면적)로 설정되어 있으며, 상하의 가스 확산층(15, 16)의 주연부에 각각 판의 두께 방향으로 관통하는 관통공(23, 24)이 필요한 수 만큼 설치되며, 이 관통공(23, 24)을 통해 가스 확산층(15, 16)의 양면에 가스킷(19, 20, 21, 22)이 비접착 상태로 일체로 성형되어 있다.
도면상 상측의 가스 확산층(15)에 일체로 성형된 가스킷(19, 20)은, 상측의 세퍼레이터(17)에 밀착되는 상측의 가스킷(19)과, 전해질막(12)에 밀착되는 하측의 가스킷(20)이, 관통공(23)내에 충전된 고무(25)를 통해 일체로 성형되어 있으며, 가스 확산층(15)의 단면(15a)을 피복하는 막형상의 피복부(26)가 일체로 성형되어, 가스 확산층(15)의 주연부 전체를 덮고 있다.
또한, 도면상 하측의 가스 확산층(16)에 일체로 성형된 가스킷(21, 22)은, 전해질막(12)에 밀착되는 상측의 가스킷(21)과, 하측의 세퍼레이터(18)에 밀착되는 하측의 가스킷(22)이, 관통공(24)내에 충전된 고무(27)를 통해 일체로 성형되어 있으며, 가스 확산층(16)의 단면(16a)을 피복하는 막형상의 피복부(28)가 일체로 성형되어, 가스 확산층(16)의 주연부 전체를 덮고 있다.
이들 가스킷(19, 20, 21, 22)은, 저압에 의한 사출성형이 가능한 액상 고무에 의해 성형되어 있으며, 고무의 경도는 Hs 20∼60정도로 설정되어 있다.
상기와 같은 구성의 조립 구조는, 조립 완성품으로서 연료 전지 셀을 구성하는 것으로서, 상기 구성에 의해 하기의 작용·효과를 나타낸다는 점에 그 특징이 있다.
즉, 우선 상기한 바와 같이 전해질막(12)을 구비한 반응 전극부(11)와 그 양면에 배치된 가스 확산층(15, 16)이 별개로 성형되며, 별개의 반응 전극부(11)를 그 양측에서 끼우는 한 쌍의 가스 확산층(15, 16)의 주연부 근방에 관통공(23, 24)이 형성됨과 동시에 상기 관통공(23, 24)을 통해 가스 확산층(15, 16)의 양면에 가스킷(19, 20, 21, 22)이 일체로 성형되어 있기 때문에, 내려앉음 등이 발생하여 가스 확산층(15, 16)을 교환할 필요가 생긴 경우에는, 별개의 반응 전극부(11)를 남기고, 가스킷(19, 20, 21, 22)을 일체로 성형한 가스 확산층(15, 16)만을 대체품으로 교환하면 된다. 따라서, 비교적 고가의 부품인 전해질막(12)을 일일이 교환할 필요가 없기 때문에, 부품 비용이나 유지관리 비용을 절감할 수 있을 뿐아니라, 교환 작업도 매우 용이하다.
또한 이와 더불어, 가스킷(19, 20, 21, 22)이 이와 일체로 성형된 피복부(26, 28)에 의해 가스 확산층(15, 16)의 주연부를 덮고, 특히 가스 확산층(15, 16)의 단면(15a, 16a)을 피복하도록 성형되어 있기 때문에, 밀봉 유체가 가스 확산층(15, 16)을 투과하여 그 단면(15a, 16a) 방향으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 그 단면 방향에 대해 우수한 밀봉 성능을 발휘하는 연료 전지용 구성 부품을 제공할 수 있다.
또한, 상기 연료 전지용 구성 부품의 성형은, 림(LIM) 성형기를 이용하여 수행하며, 도 10에 도시한 바와 같이, 주형(29, 30)의 분할부에 오목부(31, 32)를 형성하고, 성형시에는 가스 확산층(15, 16)의 주연부 근방만을 몰드 클램핑한다. 이와 같이 하면, 가스 확산 기능이 필요한 가스 확산층(15, 16)의 반응면의 다공질부를 압축하지 않고도 성형을 할 수 있다.
제 6 실시예
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(41)의 평면도를 도시한 것이며, 그 D-D선에 따른 확대 단면도가 도 12에 도시되어 있다.
본 실시예에 관한 연료 전지용 구성 부품(41)은, 가스 확산층(42)과 가스킷(43)의 일체품으로서, 이하와 같이 구성되어 있다.
우선, 소정의 평면 형상을 갖는 평판 형상의 가스 확산층(42)이 설치되어 있으며, 상기 가스 확산층(42)의 외주연부(42a)의 외측(도 12에 있어서 좌측)에 가스킷(43)이 전체 둘레에 걸쳐 배치되어 있다.
가스 확산층(42)은, 탄소 섬유에 의해 형성되어 있고, 가스킷(43)은 액상 고무의 경화물에 의해 형성되어 있으며, 가스 확산층(42)의 외주연부(42a)에 가스킷(43)을 형성하는 액상 고무의 일부가 함침됨으로써 가스 확산층(42)과 가스킷(43)이 일체화되어 있다. 도면에서는, 설명의 편의상, 함침부분에 점들을 붙여 나타내고 있다.
가스킷(43)은, 그 상하 양면에 각각 시일 립(43a, 43b)을 구비한 양면 시일 타입의 가스킷으로서 성형되어 있으며, 상측 시일 립(43a)의 시일면(43c)의 높이 위치가 가스 확산층(42)의 상면(42b)의 높이 위치보다도 상방에 설정됨과 동시에, 하측 시일 립(43b)의 시일면(43d)의 높이 위치가 가스 확산층(42)의 하면(42c)의 높이 위치보다도 하방에 설정되어 있다. 따라서, 가스 확산층(42)은 가스킷(43)의 높이 영역내에 배치됨과 동시에 가스킷(43) 내측의 측면에 배치되어 있으며, 이에 따라 가스 확산층(42)과 가스킷(43)의 시일 립(43a, 43b)이 평면상, 상하로 겹쳐지지 않게 배치되어 있다.
상기의 구성을 구비한 연료 전지용 구성 부품(41)에서는, 상기한 바와 같이가스 확산층(42)과 가스킷(43)의 시일 립(43a, 43b)이 평면상, 상하로 겹쳐지지 않게 배치되어 있기 때문에, 가스킷(43)의 시일 립(43a, 43b)의 수직 하방 또는 수직 상방에 가스 확산층(42)이 위치하지 않게 되고, 이에 따라 가스킷(43)에 생기는 영구 압축 왜곡을 상기 종래 기술보다도 작게 억제할 수 있다.
제 7 실시예
도 13은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(41)의 평면도를 도시한 것이며, 그 E-E선에 따른 확대 단면도가 도 14에 도시되어 있다.
본 실시예에 관한 연료 전지용 구성 부품(41)은, 가스 확산층(42)과 가스킷(43)과 세퍼레이터(44)의 일체품으로서, 이하와 같이 구성되어 있다.
우선, 소정의 평면 형상을 갖는 평판 형상의 가스 확산층(42)이 설치되어 있으며, 상기 가스 확산층(42)의 외주연부(42a)의 외측(도 14에 있어서 좌측)에 가스킷(43)이 전체 둘레에 걸쳐 배치되어 있으며, 상기 가스 확산층(42) 및 가스킷(43)이 세퍼레이터(44)의 일면측(도 14에 있어서 상면측)에 겹쳐져 있다.
가스 확산층(42)은, 탄소 섬유에 의해 형성되어 있고, 가스킷(43)은 액상 고무의 경화물에 의해 형성되어 있으며, 세퍼레이터(44)는 탄소 플레이트에 의해 형성되어 있다. 또한, 가스 확산층(42)의 외주연부(42a)에 가스킷(43)을 형성하는 액상 고무의 일부가 함침됨으로써 가스 확산층(42)과 가스킷(43)이 일체화되어 있으며(도면에서는 설명의 편의상, 함침부분에 점들을 붙여 나타내고 있다), 세퍼레이터(44)에 도포된 접착제(45)에 대해 액상 고무의 일부가 반응함으로써 가스킷(43)과 세퍼레이터(44)가 일체화되어 있다.
가스킷(43)은, 그 상면에 시일 립(43a)을 구비한 일면 시일 타입의 가스킷으로서 성형되어 있으며, 그 하면에는 세퍼레이터(44)에 대한 부착부(43e)가 설치되어 있다. 시일 립(43a)의 시일면(43c)의 높이 위치는 가스 확산층(42)의 상면(42b)의 높이 위치보다도 상방에 설정됨과 동시에, 부착부(43e)의 부착면(43f)의 높이 위치는 가스 확산층(42)의 하면(42c)의 높이 위치보다도 하방에 설정되어 있다. 따라서, 가스 확산층(42)은 가스킷(43)의 높이 영역내에 배치됨과 동시에 가스킷(43) 내측의 측면에 배치되어 있으며, 이에 따라 가스 확산층(42)과 가스킷(43)의 시일 립(43a)이 평면상, 상하로 겹쳐지지 않게 배치되어 있다.
또한, 세퍼레이터(44)의 일면에는 접착제(45)를 도포하여 가스킷(43)을 고정하기 위한 홈형상의 오목부(44a)가 형성되어 있고, 또한 상기 오목부(44a)의 내측에 가스 확산층(42)의 위치 결정을 용이하게 하기 위한 단차부(44b)가 형성되어 있다.
상기의 구성을 구비한 연료 전지용 구성 부품(41)에서는, 상기한 바와 같이 가스 확산층(42)과 가스킷(43)의 시일 립(43a)이 평면상, 상하로 겹쳐지지 않게 배치되어 있기 때문에, 가스킷(43)의 시일 립(43a)의 수직 하방에 가스 확산층(42)이 위치하지 않게 된다. 이에 따라, 가스킷(43)에 생기는 영구 압축 왜곡을 상기 종래 기술보다도 작게 억제할 수 있다.
본 발명은, 다음과 같은 효과를 나타낸다.
우선, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 1항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터와, 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층과, 액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷이 일체로 성형되어 있기 때문에, 연료 전지의 조립시에, 이들 부품을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 조립작업을 용이하게 할 수 있다. 또한, 이들 부품을 일체화함으로써, 가스 확산층에 부착시킨 가스킷부의 밀봉 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 2항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터와, 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층이 일체품으로 성형되고, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷이 일체로 성형되어 있기 때문에, 연료 전지의 조립시에, 이들 부품을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 조립작업을 용이하게 할 수 있다. 또한, 이들 부품을 일체화함으로써, 가스 확산층에 부착시킨 가스킷부의 밀봉 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 3항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터와, 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층이 일체품으로 성형되고, 가스 확산층측의 일면에 액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷이 일체로 성형됨과 동시에, 반대측 면에도 가스킷이 일체로 성형되어 있기 때문에, 연료 전지의 조립시에, 이들 부품을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 조립작업을 용이하게 할 수 있다. 또한, 이들 부품을 일체화함으로써, 가스 확산층에 부착시킨 가스킷부의 밀봉 성능을 현저히 향상시킬 수 있다. 본 청구 범위에 관한 발명이 제공하는 것은, 양면 가스킷의 일체품이다.
또한 이와 더불어, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 4항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 세퍼레이터에 접착제가 도포되고, 가스 확산층에 침투된 가스킷의 고무가 세퍼레이터상의 접착제와 반응함으로써 가스 확산층을 사이에 끼우는 형태로 일체로 성형되어 있기 때문에, 가스킷과 가스 확산층이 밀착된 구조가 되어, 가스킷과 가스 확산층과의 사이에 가스 유로의 샛길이 되는 스페이스가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 가스의 확산성이 향상되고, 연료 전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 가스킷의 고무가 가스 확산층에 침투하여 세퍼레이터에 도달함으로써 가스킷과 세퍼레이터가 일체화되어 있기 때문에, 가스의 누설유로가 형성되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 밀봉 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 5항에 의한 연료 전지용 구성 부품에서도 마찬가지로, 세퍼레이터에 접착제가 도포되고, 가스 확산층에 침투된 가스킷의 고무가 세퍼레이터상의 접착제와 반응함으로써 가스 확산층을 사이에 끼우는 형태로 일체로 성형되어 있기 때문에, 가스킷과 가스 확산층이 밀착된 구조가 되어, 가스킷과 가스 확산층과의 사이에 가스 유로의 샛길이 되는 스페이스가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 가스의 확산성이 향상되고, 연료 전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 가스킷의 고무가 가스 확산층에 침투하여 세퍼레이터에 도달함으로써가스킷과 세퍼레이터가 일체화되어 있기 때문에, 가스의 누설유로가 형성되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 밀봉 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 반대측 면에도 접착제가 도포되어 가스킷이 일체로 성형되어 있기 때문에, 본 청구 범위에 관한 발명에 따르면, 양면 가스킷의 일체품이 제공된다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 6항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 세퍼레이터에 관통공이 형성되고, 가스 확산층에 침투된 고무의 일부가 관통공을 통과하여 반대측 면에 도달함으로써 세퍼레이터의 양면에 가스킷이 일체로 성형되어 있기 때문에, 가스킷과 가스 확산층이 밀착된 구조가 되어, 가스킷과 가스 확산층과의 사이에 가스 유로의 샛길이 되는 스페이스가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 가스의 확산성이 향상되고, 연료 전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 가스킷의 고무가 가스 확산층에 침투하여 세퍼레이터에 도달함으로써 가스킷과 세퍼레이터가 일체화되어 있기 때문에, 가스의 누설유로가 형성되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 밀봉 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 세퍼레이터의 양면에 가스킷이 일체로 성형되어 있기 때문에, 본 청구 범위에 관한 발명에 따르면, 양면 가스킷의 일체품이 제공된다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 7항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 전해질막과 가스 확산층이 별개로 성형되며, 별개의 전해질막을 그 양측에서 끼우는 한 쌍의 가스 확산층의 양면에 각각 가스킷이 설치되어 있기 때문에, 가스 확산층의 교환시에는, 가스 확산층과 별개인 전해질막을 남기고, 가스킷을 설치한 가스 확산층만을 대체품으로 교환하면 된다. 따라서, 비교적 고가의 부품인 전해질막을 일일이 교환할 필요가 없어, 부품 비용이나 유지관리 비용을 절감할 수 있다.
그리고, 본 발명의 청구 제 7항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 가스 확산층 및 가스킷의 조합에 의해 연료 전지 셀의 시일부가 구성되며, 전해질막은 상기 시일부의 내측에 수용되어 있다. 따라서, 비교적 고가의 부품인 전해질막의 평면적을 종래보다도 축소시킬 수 있으며, 그 만큼 부품 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 8항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 하나의 가스 확산층의 세퍼레이터측 및 다른 하나의 가스 확산층의 전해질막측 및 세퍼레이터측의 가스킷이 각각 더블 립 구조로 되어 있기 때문에, 우수한 밀봉 성능을 발휘할 수 있으며, 하나의 가스 확산층의 전해질막측에 위치하는 가스킷이 평면 시일 구조로 되어 있기 때문에, 이것이 가압 접촉하는 전해질막의 변형을 작게 억제할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 9항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 가스 확산층의 다공질 구조에 액상 고무를 함침시킴으로써 가스킷을 형성하도록 하였기 때문에, 가스킷을 견고하고도 용이하게 가스 확산층에 일체화시킬 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 10항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 전해질막과 가스 확산층이 별개로 성형되며, 별개의 전해질막을그 양측에서 사이에 끼우는 한 쌍의 가스 확산층의 주연부 근방에 관통공이 설치됨과 동시에, 상기 관통공을 통해 가스 확산층의 양면에 가스킷이 일체로 성형되어 있기 때문에, 가스 확산층의 교환시에는, 가스 확산층과 별개인 전해질막을 남기고, 가스킷을 설치한 가스 확산층만을 대체품으로 교환하면 된다. 따라서, 비교적 고가의 제품인 전해질막을 일일이 교환할 필요가 없기 때문에, 부품 비용이나 유지관리 비용을 절감할 수 있다.
또한 이에 더하여, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 11항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 가스킷이 가스 확산층의 주연부를 덮고, 특히 가스 확산층의 단면을 피복하고 있기 때문에, 밀봉 유체가 가스 확산층을 투과하여 그 단면 방향으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 단면 방향에 대해 우수한 밀봉성을 발휘하는 연료 전지용 구성 부품을 제공할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구 제 12항 내지 제 15항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 가스 확산층과 가스킷의 시일 립이 평면상 겹치지 않도록 배치되어 있기 때문에, 가스킷의 시일 립의 수직 하방에 가스 확산층이 위치하지 않게 되며, 이에 따라 가스킷에 발생하는 영구 압축 왜곡을 종래보다도 작게 억제할 수 있다. 따라서, 가스 확산층과 가스킷의 일체품 또는 가스 확산층과 가스킷과 세퍼레이터의 일체품으로, 연료 전지의 부착 공정수를 삭감할 수 있을 뿐만아니라, 가스킷에 발생하는 영구 압축 왜곡을 작게 억제할 수 있는 연료 전지용 구성 부품을 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터(2)와,
    탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층(3)과,
    액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷(4)을 일체로 성형한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  2. 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터(2)와,
    탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층(3)과의 일체품을 가지며, 상기 일체품에 대해 가스 확산층(3)측의 일면에 액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷(4)을 일체로 성형한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  3. 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터(2)와,
    탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층(3)과의 일체품을 가지며, 상기 일체품에 대해 가스 확산층(3)측의 일면에 액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷(4)을 일체로 성형함과 동시에, 반대측 면에도 가스킷(7)을 일체로 성형한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  4. 제 1항, 2항 또는 3항에 있어서,
    상기 세퍼레이터(2)에 접착제(5)가 도포되고, 상기 가스 확산층(3)으로 침투한 가스킷(4)의 고무가 상기 세퍼레이터(2)상의 접착제(5)와 반응함으로써 상기 가스 확산층(3)을 끼워 넣은 형태로 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  5. 제 1항, 2항 또는 3항에 있어서,
    상기 세퍼레이터(2)의 일면에 접착제(5)가 도포되고, 상기 가스 확산층(3)으로 침투한 가스킷(4)의 고무가 상기 세퍼레이터(2)상의 접착제(5)와 반응함으로써 상기 가스 확산층(3)을 끼워 넣은 형태로 일체로 성형됨과 동시에, 반대측 면에도 접착제(8)가 도포되어 가스킷(7)이 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  6. 제 1항, 2항 또는 3항에 있어서,
    상기 세퍼레이터(2)에 관통공(2b)이 형성되고, 상기 가스 확산층(3)으로 침투한 고무의 일부가 상기 관통공(2b)을 통과하여 반대측 면에 도달함으로써 상기 세퍼레이터(2)의 양면에 가스킷(4, 7)이 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  7. 별개의 개체인 전해질막(12)을 그 양측에서 끼우는 한 쌍의 가스 확산층(15, 16)의 양면에 각각 가스킷(19, 20, 21, 22)을 설치한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  8. 제 7항에 있어서,
    하나의 가스 확산층(15)의 세퍼레이터(17)측과 다른 하나의 가스 확산층(16)의 전해질막(12)측 및 세퍼레이터(18)측은 각각 가스킷(19, 20, 21, 22)이 더블 립 구조로 되어 있으며,
    상기 하나의 가스 확산층(15)의 전해질막(12)측은 가스킷(20)이 평면 시일 구조인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  9. 제 7항 또는 8항에 있어서,
    상기 각 가스킷(19, 20, 21, 22)이 상기 가스 확산층(15, 16)의 다공질 구조에 액상 고무를 함침시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  10. 별개의 개체인 전해질막(12)을 그 양측에서 끼우는 한 쌍의 가스 확산층(15, 16)의 주연부 근방에 관통공(23, 24)을 설치하고, 상기 관통공(23, 24)을 통해 상기 가스 확산층(15, 16)의 양면에 가스킷(19, 20, 21, 22)을 일체로 성형한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 가스킷(19, 20, 21, 22)이 가스 확산층(15, 16)의 주연부를 덮고, 특히 상기 가스 확산층(15, 16)의 단면(15a, 16a)을 피복하고 있는 것을 특징으로 하는연료 전지용 구성 부품.
  12. 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층(42)과 액상 고무 경화물 등으로 이루어진 가스킷(43)과의 일체품이며, 상기 가스 확산층(42)과 상기 가스킷(43)의 시일 립(43a, 43b)이 평면상 겹치지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 가스 확산층(42)과 가스킷(43)의 접합부에서 상기 가스킷(43)의 일부의 고무가 상기 가스 확산층(42)에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  14. 제 12항 또는 13항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서,
    상기 가스킷(43)이 양면 시일 가스킷 또는 일면 시일 가스킷인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  15. 제 12항, 13항 또는 14항에 있어서,
    상기 가스 확산층(42) 및 가스킷(43)에 대해 추가로, 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터(44)가 일체로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
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