KR20060130958A - Recirculation path typed fuel cell stack in fuel cell car - Google Patents

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KR20060130958A KR1020050050708A KR20050050708A KR20060130958A KR 20060130958 A KR20060130958 A KR 20060130958A KR 1020050050708 A KR1020050050708 A KR 1020050050708A KR 20050050708 A KR20050050708 A KR 20050050708A KR 20060130958 A KR20060130958 A KR 20060130958A
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Abstract

Provided is a fuel cell stack with a recirculation path, wherein a humidification system for controlling a moisture content of an electrolytic membrane is removed by recirculating unreacted gas and water, and thus an assembling process is simplified. The fuel cell stack with a recirculation path has a separation plate(4) that is an internal part of a fuel cell stack(3) generating electricity. The separation plate(4) has a path(8) that discharges unreacted gas to the outside while subjecting hydrogen and air supplied from hydrogen/air supply parts(1,2) to a chemical reaction. The discharge path(8) has a return path channel(9) that returns some of unreacted gas and water to hydrogen and air supply parts(1,2) to enhance a moisture content of an electrolytic membrane without using a humidifier.

Description

연료전지 차량의 재 순환 경로를 갖는 연료전지 스택{Recirculation path typed fuel cell stack in fuel cell car}Recirculation path typed fuel cell stack in fuel cell car}

도 1은 본 발명에 따른 수소와 공기 가습을 위한 가습기를 채택하지 않는 연료전지 차량의 개략적인 구성도1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell vehicle which does not employ a humidifier for humidifying hydrogen and air according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따라 미 반응되어 배출되는 수소와 물의 일부를 재 순환시키는 연료전지 분리판의 구성도2 is a configuration diagram of a fuel cell separator for recirculating a portion of hydrogen and water which are not reacted and discharged according to the present invention;

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>    <Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 수소공급부 2 : 공기공급부1: hydrogen supply part 2: air supply part

3 : 연료전지스택 4 : 분리판3: fuel cell stack 4: separation plate

5 : 반응가스공급경로부 5a : 반응가스유입구5: reaction gas supply path 5a: reaction gas inlet

5b : 반응가스배출구 6 : 냉각수공급경로부5b: reaction gas outlet 6: cooling water supply path

6a : 냉각수유입구 6b : 냉각수배출구6a: cooling water inlet 6b: cooling water outlet

7 : 미반응가스배출경로부 7a : 미반응가스유입구7: Unreacted gas discharge path part 7a: Unreacted gas inlet

7b : 미반응가스배출구 8 : 가스반응경로채널7b: Unreacted gas outlet 8: Gas reaction path channel

9 : 복귀경로채널9: return path channel

본 발명은 연료전지 차량의 연료전지 스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미 반응되어 배출되는 가스(수소)와 물의 일부를 반응 가스 공급부로 재 순환되도록 해 전해질 막의 함수율을 높이도록 된 연료전지 차량의 재 순환 경로를 갖는 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell stack of a fuel cell vehicle, and more particularly, to recirculate unreacted gas (hydrogen) and a part of water to a reaction gas supply unit to increase the moisture content of an electrolyte membrane. A fuel cell stack has a recirculation path.

최근에는 화석연료의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위하여 음극에는 연료(수소가스나 탄화수소)를 양극에는 산소를 외부로부터 공급하여 발전하는 전지계 즉, 전해질을 사이에 두고 애노드(양극, anode)과 캐소드(음극, cathode)로 된 한 쌍의 전극을 배치함과 아울러 이온화된 연료가스의 전기화학적 반응을 통해 전기와 열을 함께 얻는 연료전지시스템이 개발되고 있다.Recently, in order to solve the problems caused by the use of fossil fuels, a battery system that generates electricity by supplying fuel (hydrogen gas or hydrocarbon) to the cathode and oxygen to the anode, that is, an anode and a cathode with an electrolyte interposed therebetween. A fuel cell system has been developed that arranges a pair of electrodes (cathodes) and obtains both electricity and heat through the electrochemical reaction of ionized fuel gas.

이러한, 연료전지에 의한 발전 방법은 연료의 연소(산화)반응을 거치지 않고 수소와 산소의 전기화학적 반응을 거쳐 반응 전후의 에너지 차를 전기에너지로 직접 변환하는 방법으로서, 화석 연료와 같이 NOx와 SOx이 발생되지 않으며 소음과 진동이 없으면서도 열효율이 전기발전량과 열회수량을 합하여 80%이상인 친환경 발전 시스템임은 물론이다.The fuel cell power generation method directly converts the energy difference before and after the reaction into electrical energy through the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen without undergoing combustion (oxidation) reaction of the fuel. Like fossil fuels, NOx and SOx It does not occur, and there is no noise and vibration, but the thermal efficiency is an eco-friendly power generation system of more than 80% of the combined amount of electricity generation and heat recovery.

이러한, 연료전지 자동차의 운전장치(BOP, Balance of Plant)는 통상적으로, 공기를 강제로 불어넣어 주는 공기공급장치와, 수소·물공급장치, 연료전지스택 및 작동시 시스템 내의 습도와 온도, 압력 및 유량 등의 정보를 측정하는 센서류의 신 호를 받아서 부품들을 제어하는 제어장치로 구성된다. The BOP (Balancing of Plant) of the fuel cell vehicle is typically an air supply unit forcibly blowing air, a hydrogen / water supply unit, a fuel cell stack, and humidity, temperature, and pressure in the system during operation. And it is composed of a control device for controlling the components by receiving a signal of the sensors for measuring information such as flow rate.

이때, 연료전지스택으로 유입되는 공기와 수소 유량 및 압력은 연료전지 스택 전·후단에 위치한 복수의 센서에 의해 검출되어 압력조절기나 콘트롤 밸브에 의해 연료전지 스택의 요구 조건에 맞도록 제어된다.At this time, air and hydrogen flow rate and pressure flowing into the fuel cell stack are detected by a plurality of sensors located at the front and rear of the fuel cell stack, and controlled by a pressure regulator or a control valve to meet the requirements of the fuel cell stack.

이러한, 연료전지 스택은 고분자 전해질 연료전지의 경우, 일반적으로 퍼플루오로 설퍼닉 액시드계의 전해질 막을 사용하는데, 이러한 종류의 전해질 막의 이온교환능력인 성능은 함수율에 비례하여 증가해 함수율이 높을수록 연료전지의 성능이 증가하기 때문에, 이와 같은 전해질막의 함수율을 조절하기 위해 연료전지의 애노드측과 캐소드측 반응 가스 공급부 전단에 각각 가습기를 두어 수소와 공기를 가습기를 통과시켜 가습된 수소와 공기를 연료전지에 공급하게 된다.In the case of a polymer electrolyte fuel cell, such a fuel cell stack generally uses a perfluorosulphuric acid-based electrolyte membrane. The ion exchange capacity of this type of electrolyte membrane increases in proportion to the water content, so that the higher the water content, As the performance of the fuel cell is increased, in order to control the moisture content of the electrolyte membrane, a humidifier is placed in front of the anode and cathode side reaction gas supply sections of the fuel cell to pass hydrogen and air through the humidifier to fuel humidified hydrogen and air. To the battery.

그러나, 이와 같이 연료전지 시스템에 공급되는 수소와 공기에 대한 가습 시스템이 추가되면 연료전지 전체 시스템의 부피와 비용이 증가함은 물론, 보다 효율적인 가습을 위해서는 별도의 열원을 공급하여야 하기 때문에 시스템 효율이 낮아지는 현상이 있게 된다. However, when the humidification system for hydrogen and air supplied to the fuel cell system is added, the volume and cost of the entire fuel cell system are increased, as well as a separate heat source is required for more efficient humidification. There is a lowering phenomenon.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 연료전지 스택의 분리판 내에서 배출되는 미 반응 가스와 물의 일부를 가스채널 변경을 통하여 반응 가스 공급부로 재 순환시킬 수 있는 순환구조를 채택해, 수소와 공기에 대한 가습 시스템 없이 미 반응된 가스와 물을 이용하여 연료전지 구성요소인 전해질 막의 함 수율을 높여 연료전지의 성능을 높일 수 있도록 함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been invented in view of the above, and adopts a circulation structure capable of recirculating part of unreacted gas and water discharged from the separator plate of the fuel cell stack to the reaction gas supply unit by changing the gas channel. The purpose is to improve the fuel cell performance by increasing the content of the electrolyte membrane, which is a fuel cell component, by using unreacted gas and water without a humidification system for hydrogen and air.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전기를 생산하는 연료전지스택의 내부 구성부품이면서 수소·공기공급부를 통해 공급된 수소와 공기의 화학 반응을 일으키도록 하는 분리판이In order to achieve the above object, the present invention provides a separation plate which is an internal component of a fuel cell stack for producing electricity and causes a chemical reaction between hydrogen and air supplied through a hydrogen / air supply unit.

수소·공기 공급부가 각각 연결되어 수소와 공기를 유입시켜 화학 반응을 일으키는 반응가스공급경로부와, 상기 반응가스공급경로부로 공급된 수소와 공기가 흐르면서 화학 반응을 일으킴과 동시에 화학 반응을 일으키지 못한 미 반응된 가스와 물의 흐름을 유도하는 배출경로패턴, 상기 배출경로패턴을 통해 유입된 미 반응된 가스와 물을 외부로 배출하기 위한 경로를 형성하는 미반응가스배출경로부, 상기 분리판으로 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수공급경로부 및 상기 미반응가스배출경로부로 이어진 가스반응경로채널에서 분기되어 반응가스공급경로부쪽으로 연결되어져 미 반응된 가스와 물을 다시 복귀시켜 전해질막의 함수율을 높이는 복귀경로채널이 형성되어진 것을 특징으로 한다. The reaction gas supply path portion which connects the hydrogen and air supply portions respectively to inject hydrogen and air to cause a chemical reaction, and the hydrogen and air supplied to the reaction gas supply passage portion cause chemical reactions while failing to cause chemical reactions. A discharge path pattern for inducing the flow of the reacted gas and water, an unreacted gas discharge path part for forming a path for discharging the unreacted gas and water introduced through the discharge path pattern to the outside, and cooling water to the separator The return path channel branched from the cooling water supply path part for circulating and the gas reaction path channel leading to the unreacted gas discharge path part and connected to the reaction gas supply path part to return unreacted gas and water again to increase the water content of the electrolyte membrane. Characterized in that formed.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 수소와 공기 가습을 위한 가습기를 채택하지 않는 연료전지 차량의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따라 미 반응되어 배출되는 수소와 물의 일부를 재 순환시키는 연료전지 분리판의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 전기를 생산하는 연료전지스택(3)이 도시되어 있지 않지만, 통상적으로 전 해질막을 사이에 두고 양측에 적층하는 연료·공기극과 상기 극의 외측에 적층하여 각각 연료와 공기가 접촉하면서 순환할 수 있도록 하는 분리판(4) 및 양측 분리판(4)의 외측에 각각 적층하여 집전 전극을 형성하는 집전판등으로 구성되어진다.1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell vehicle which does not employ a humidifier for hydrogen and air humidification according to the present invention, and FIG. 2 is a fuel cell for recirculating a portion of hydrogen and water which are not reacted and discharged according to the present invention. Although a schematic diagram of a separator is shown, the present invention does not show a fuel cell stack 3 for producing electricity. However, a fuel / air electrode laminated on both sides with an electrolyte membrane interposed therebetween, and an outer side of the pole. And a current collector plate which is laminated on the outer side of the separation plate 4 and the two side separation plates 4 so as to circulate while the fuel and air are in contact with each other.

여기서, 본 발명의 연료전지스택(3)을 이루면서 수소·공기공급부(1,2)를 통해 공급된 수소와 공기의 흐름 통로를 형성하면서 화학 반응 함과 더불어 미 반응 수소와 공기(또는 수소와 물)를 외부로 배출하는 경로를 갖는 분리판(4)이Here, while forming the fuel cell stack (3) of the present invention while forming a flow passage of hydrogen and air supplied through the hydrogen-air supply unit (1,2), the chemical reaction and unreacted hydrogen and air (or hydrogen and water) Separation plate (4) having a path for discharging

수소·공기 공급부(1,2)가 각각 연결되어 수소와 공기를 유입시켜 화학 반응을 일으키는 반응가스공급경로부(5)와, 상기 반응가스공급경로부(5)로 공급된 수소와 공기가 흐르면서 화학 반응을 일으킴과 동시에 화학 반응을 일으키지 못한 미 반응된 가스(수소 또는 공기)와 물의 흐름을 유도하는 가스반응경로채널(8), 상기 가스반응경로채널(8)을 통해 유입된 미 반응된 가스와 물을 외부로 배출하기 위한 경로를 지그재그로 형성하는 미반응가스배출경로부(7), 상기 분리판(4)으로 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수공급경로부(6) 및 상기 미반응가스배출경로부(7)로 이어진 가스반응경로채널(8)에서 분기되어 반응가스공급경로부(5)쪽으로 연결되어져 미 반응된 가스와 물을 다시 복귀시키는 복귀경로채널(9)이 형성되어진다. The hydrogen and air supply units 1 and 2 are connected to each other, and the reaction gas supply path part 5 which introduces hydrogen and air to cause a chemical reaction, and the hydrogen and air supplied to the reaction gas supply path part 5 flow. Unreacted gas (hydrogen or air) and a gas reaction path channel (8) for inducing a chemical reaction and inducing a flow of water and a chemical reaction, and unreacted gas introduced through the gas reaction path channel (8) And the unreacted gas discharge path part 7 which forms a path for discharging water to the outside in a zigzag, the coolant supply path part 6 for circulating the coolant to the separator 4 and the unreacted gas discharge path. A return path channel (9) branched from the gas reaction path channel (8) leading to the section (7) and connected to the reaction gas supply path portion (5) to return unreacted gas and water again is formed.

그리고, 상기 반응가스공급경로부(5)는 수소·공기 공급부(1,2)로부터 각각 수소와 공기를 유입시켜주도록 분리판(4)의 한 쪽면으로 형성된 반응가스유입구(5a)와, 상기 반응가스유입구(5a)로부터 유입된 수소와 공기가 분리판(4)의 반대쪽 면으로 배출해 가스반응경로채널(8)으로 공급하는 반응가스배출구(5b)로 이루어지되, 상기 반응가스유입구(5a)와 반응가스배출구(5b)는 각각 분리판(4)의 끝단 부위 쪽으로 위치되어진다.In addition, the reaction gas supply path 5 is formed with one side of the separation plate 4 so as to introduce hydrogen and air from the hydrogen and air supply units 1 and 2, respectively, and the reaction. Hydrogen and air introduced from the gas inlet (5a) is composed of a reaction gas outlet (5b) for discharging to the opposite side of the separation plate (4) to supply to the gas reaction path channel (8), the reaction gas inlet (5a) and The reaction gas discharge ports 5b are located toward the end portions of the separator plates 4, respectively.

또한, 상기 미반응가스배출경로부(7)는 가스반응경로채널(8)을 통해 미 반응된 가스와 물을 유입하도록 분리판(4)의 한 쪽 면으로 형성된 미반응가스유입구(7a)와, 상기 미반응가스유입구(7a)로 유입된 미 반응된 가스와 물을 외부로 배출하는 미반응가스배출구(7b)로 이루어지되, 상기 미반응가스유입구(7a)와 미반응가스배출구(7b)는 각각 분리판(4)의 끝단 부위 쪽으로 위치되어진다.In addition, the unreacted gas discharge path portion 7 and the unreacted gas inlet (7a) formed on one side of the separation plate 4 to introduce the unreacted gas and water through the gas reaction path channel (8) In addition, the unreacted gas inlet (7a) and the unreacted gas inlet (7b) for discharging the unreacted gas and water introduced into the outside, the unreacted gas inlet (7a) and the unreacted gas outlet (7b) Are respectively located toward the end portion of the separator plate 4.

또한, 상기 분리판(4)으로는 수소와 공기의 화학 반응시 발생되는 열에 의한 과열을 방지하도록 분리판(4)을 통해 연료전지스택(3)을 순환하는 냉각수공급경로부(6)는, 분리판(4)의 한 쪽면으로 형성된 냉각수유입구(6a)와, 상기 냉각수유입구(6a)로 유입된 냉각수를 분리판(4)의 반대면 쪽으로 배출하는 냉각수배출구(6b)로 이루어지되, 상기 냉각수유입구(6a)와 냉각수배출구(6b)는 각각 분리판(4)의 끝단 부위 쪽으로 위치되어진다.In addition, the separator 4 has a cooling water supply path 6 for circulating the fuel cell stack 3 through the separator 4 to prevent overheating due to heat generated during the chemical reaction of hydrogen and air. Cooling water inlet (6a) formed on one side of the separating plate 4 and the cooling water inlet 6b for discharging the cooling water introduced into the cooling water inlet (6a) to the opposite side of the separating plate (4), the cooling water The inlet 6a and the cooling water outlet 6b are located toward the end of the separator plate 4, respectively.

이때, 상기 반응가스공급경로부(5)와 미반응가스배출경로부(7) 및 냉각수공급경로부(6)의 유입·배출구(5a,7a,6a; 5b,7b,6b)는 분리판(4) 상에서 유입구(5a,7a,6a)와 배출구(5b,7b,6b)가 각각 반대 면으로 형성되어진다.At this time, the inlet and outlet ports 5a, 7a, 6a; 5b, 7b, 6b of the reaction gas supply path part 5, the unreacted gas discharge path part 7, and the cooling water supply path part 6 are separated plates ( 4) the inlets 5a, 7a, 6a and the outlets 5b, 7b, 6b are formed on opposite sides, respectively.

또한, 상기 복귀경로채널(9)은 분리판(4)에 형성된 가스반응경로패턴(8)을 간섭하지 않도록 가스반응경로채널(8)이 형성되지 않는 분리판(4)의 한쪽 면으로 형성되어진다.In addition, the return path channel 9 is formed on one side of the separation plate 4 on which the gas reaction path channel 8 is not formed so as not to interfere with the gas reaction path pattern 8 formed on the separation plate 4. Lose.

한편, 상기 전해질막은 통상적으로 H+를 전달하는 고분자 재질의 막으로 습윤상태에서 전기전도성을 띠는 고분자 이온교환막을 사용하게 되므로, 상기 전해질 막의 함수율이 높게 되면 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있게 됨은 물론이다.On the other hand, since the electrolyte membrane is a polymer membrane which transfers H + and uses a polymer ion exchange membrane having electrical conductivity in a wet state, when the moisture content of the electrolyte membrane is high, the performance of the fuel cell can be improved, of course. to be.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 통상적인 연료전지 스택에서 전기를 발생하는 것과 같이 즉, 연료 극 쪽으로 수소를 공급하는 동시에 공기 극 쪽으로 는 산소를 포함한 공기를 공급하여 전해질 막과 반응하면서 이온을 형성하고, 이와 같은 이온은 전기화학반응을 일으켜 물을 형성하는 과정에서 연료 극에서 전자가 생성되어 공기 극으로 이동하면서 결국 전기를 발생시키게 된다.The present invention generates ions while generating electricity in a conventional fuel cell stack, that is, supplying hydrogen to the fuel pole and simultaneously supplying air containing oxygen to the air pole to react with the electrolyte membrane. In the process of electrochemical reactions to form water, electrons are generated at the fuel pole and travel to the air pole, eventually generating electricity.

이때, 본 발명의 연료전지스택(3)은 수소·공기공급부(1,2)를 통해 공급받은 수소와 공기를 화학 반응시켜 전기를 생산함과 더불어, 미 반응된 가스(수소와 공기)와 물(반응 후 생성)을 외부로 배출하면서 동시에 외부 배출 경로에 바이패스(Bypass)경로를 형성해 시켜 미 반응된 가스(수소와 공기)와 물의 일부를 다시 반응 전 단계로 유입시켜 전해질막의 함수율을 높여주게 된다.At this time, the fuel cell stack 3 of the present invention produces electricity by chemically reacting hydrogen and air supplied through the hydrogen / air supply unit 1 and 2, and unreacted gas (hydrogen and air) and water. At the same time, it generates (by-reaction) to the outside and at the same time forms a bypass path in the external discharge path, so that unreacted gas (hydrogen and air) and a part of water are introduced into the pre-reaction stage to increase the moisture content of the electrolyte membrane. do.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 연료전지스택(3)으로 수소·공기공급부(1,2)를 통해 각각 유입되는 수소와 공기는 도 2에 도시된 바와 같이, 분리판(4)의 한 쪽 면에 형성된 반응가스공급경로부(5)의 반응가스유입구(5a)쪽으로 유입된 후, 상기 분리판(4)의 다른 쪽 면에 형성된 반응가스배출구(5b)쪽으로 배출되면서 분리판(4)의 전체 영역으로 흐름 통로를 형성한 가스반응경로채널(8)을 따라 이동하면서 화학 반응을 일으켜 전기를 생산하게 된다.That is, as shown in FIG. 1, hydrogen and air flowing into the fuel cell stack 3 through the hydrogen and air supply units 1 and 2, respectively, are shown on one side of the separator 4. After flowing into the reaction gas inlet (5a) of the reaction gas supply path portion 5 formed on the surface, it is discharged toward the reaction gas outlet (5b) formed on the other side of the separation plate 4 of the separation plate (4) It moves along the gas reaction path channel 8 that forms the flow passage to the whole area, and generates a chemical reaction to produce electricity.

이는, 상기 수소공급부(1)를 통해 공급되어 가스반응경로채널(8)을 흐르는 수소가 전해질 막과 반응하면서 이온을 형성하면, 상기 이온이 전기화학반응을 일으켜 물을 형성하는 과정에서 연료 극에서 전자가 생성되어 공기공급부(2)를 통해 공기가 공급되는 공기 극으로 이동하면서 전기를 발생시키게 된다.This is because, when hydrogen flowing through the hydrogen supply unit 1 and flowing through the gas reaction path channel 8 reacts with the electrolyte membrane to form ions, the ions undergo an electrochemical reaction to form water at the fuel electrode in the process of forming water. Electrons are generated to generate electricity while moving to the air pole through which the air is supplied through the air supply unit 2.

이와 같은 과정을 통해 상기 가스반응경로채널(8)을 지나면서 흐르는 수소와 공기 및 반응 후 생성된 물은 미반응가스배출경로부(7)쪽으로 유입되고, 상기 미반응가스배출경로부(7)로 유입된 후 미반응가스유입구(7a)를 통해 미반응가스배출구(7b)를 거쳐 외부로 배출되는데, 이때 상기 가스반응경로채널(8)을 흐르는 미 반응가스(수소와 공기)와 물 중 일부는 미반응가스배출경로부(7)쪽으로 유입되지 않고 반응 전 단계로 복귀되어 전해질 막의 수분 함수율을 높여주는 작용을 하게 된다.Through this process, hydrogen and air flowing through the gas reaction path channel 8 and water generated after the reaction flow into the unreacted gas discharge path part 7, and the unreacted gas discharge path part 7 After being introduced into the gas, it is discharged to the outside through the unreacted gas inlet (7a) through the unreacted gas outlet (7b), at this time some of the unreacted gas (hydrogen and air) and water flowing through the gas reaction path channel (8) Is not returned to the unreacted gas discharge path portion 7 is returned to the previous step to act to increase the water content of the electrolyte membrane.

즉, 상기 미반응가스배출경로부(7)의 미반응가스유입구(7a)로 연결되는 가스반응경로채널(8)중 일부가 분기되면서 반응가스공급경로부(5)의 반응가스배출구(5b)쪽으로 이어지는 복귀경로채널(9)을 형성하게 되므로, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 복귀경로채널(9)을 통해 미 반응가스(수소와 공기)와 물 중 일부가 반응 전 단계로 복귀되는 경로를 따라 분리판(4)을 흐르게 된다.That is, a part of the gas reaction path channel 8 connected to the unreacted gas inlet 7a of the unreacted gas discharge path part 7 is branched so that the reaction gas outlet 5b of the reaction gas supply path part 5b. Since the return path channel 9 is formed to the side, the unreacted gas (hydrogen and air) and water are returned to the pre-reaction stage through the return path channel 9 as shown in FIG. As a result, the separator 4 flows.

이와 같이, 상기 미 반응가스(수소와 공기)와 물 중 일부가 복귀경로채널(9)을 통해 분리판(4)을 흐르게 되면, 상기 분리판(4)이 전해질막을 사이에 두고 양측에 적층하는 연료·공기극과 상기 극의 외측에 적층하여 각각 연료와 공기가 접촉하면서 순환할 수 있도록 하는 적층 구조를 갖게 되므로, 결국 상기 분리판(4)을 흐르는 미 반응가스(수소와 공기)와 물 이 전해질 막의 수분 함수율을 높여주는 작용을 하게 된다.As such, when a portion of the unreacted gas (hydrogen and air) and water flows through the separator 4 through the return path channel 9, the separator 4 is laminated on both sides with the electrolyte membrane interposed therebetween. Since the fuel and air electrodes are laminated on the outside of the electrode and have a laminated structure that allows the fuel and air to circulate while being in contact with each other, the unreacted gas (hydrogen and air) and water flowing through the separation plate 4 eventually become electrolytes. It increases the moisture content of the membrane.

한편, 상기 분리판(4)에 형성된 냉각수공급경로부(6)는 연료전지스택 내부로 냉각수를 순환시켜, 화학 반응을 하면서 전기를 생상할 때 발생되는 내부 열을 냉각시켜 주는 냉각 작용을 하며, 이는 통상적인 냉각수 순환 시스템이므로 상세 설명을 생략한다.On the other hand, the cooling water supply path 6 formed in the separator 4 has a cooling function to circulate the cooling water into the fuel cell stack to cool the internal heat generated when electricity is generated while performing a chemical reaction. Since this is a conventional cooling water circulation system, detailed description is omitted.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연료전지스택으로 공급되는 수소와 공기의 반응 후 배출될 때 스택 내부에서 재 순환되도록 해 전해질막의 함수율 조절을 위한 가습기를 제거할 수 있어 부품조립 공정을 단순화시킬 수 있는 효과가 있게 된다.As described above, according to the present invention, when the hydrogen and air supplied to the fuel cell stack are discharged after the reaction of the air, the humidifier for controlling the moisture content of the electrolyte membrane can be removed by simplifying the assembly process. It is effective.

또한, 본 발명은 연료전지의 애노드와 캐소드 공급부 측 가습 시스템 이 제거되므로 시스템 전체 무게를 줄임은 물론 가습시스템 장착에 따른 비용도 절감할 수 있는 효과가 있게 됨은 물론이다.In addition, since the humidification system of the anode and the cathode supply side of the fuel cell is removed, the overall weight of the system may be reduced, and the cost of installing the humidification system may be reduced.

Claims (3)

전기를 생산하는 연료전지스택(3)의 내부 구성부품이면서 수소·공기공급부(1,2)를 통해 공급된 수소와 공기의 화학 반응을 일으키도록 하는 분리판(4)이The separator 4, which is an internal component of the fuel cell stack 3 for producing electricity and causes a chemical reaction between hydrogen and air supplied through the hydrogen / air supply units 1 and 2, is provided. 수소·공기 공급부(1,2)가 각각 연결되어 수소와 공기를 유입시켜 화학 반응을 일으키는 반응가스공급경로부(5)와, 상기 반응가스공급경로부(5)로 공급된 수소와 공기가 흐르면서 화학 반응을 일으킴과 동시에 화학 반응을 일으키지 못한 미 반응된 가스와 물의 흐름을 유도하는 가스반응경로채널(8), 상기 가스반응경로채널(8)을 통해 유입된 미 반응된 가스와 물을 외부로 배출하기 위한 경로를 형성하는 미반응가스배출경로부(7), 상기 분리판(4)으로 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수공급경로부(6) 및 상기 미반응가스배출경로부(7)로 이어진 가스반응경로채널(8)에서 분기되어 반응가스공급경로부(5)쪽으로 연결되어져 미 반응된 가스와 물을 다시 복귀시켜 전해질 막의 함수율을 높여주는 복귀경로채널(9)이 형성되어진 연료전지 차량의 재 순환 경로를 갖는 연료전지 스택. The hydrogen and air supply units 1 and 2 are connected to each other, and the reaction gas supply path part 5 which introduces hydrogen and air to cause a chemical reaction, and the hydrogen and air supplied to the reaction gas supply path part 5 flow. A gas reaction path channel 8 which induces a chemical reaction and induces a flow of unreacted gas and water which does not cause a chemical reaction, and unreacted gas and water introduced through the gas reaction path channel 8 to the outside Unreacted gas discharge path portion 7 forming a path for discharging, a gas connected to the coolant supply path portion 6 and the unreacted gas discharge path portion 7 for circulating the coolant to the separation plate 4 The fuel cell vehicle has a return path channel 9 which is branched from the reaction path channel 8 and connected to the reaction gas supply path part 5 to return unreacted gas and water to increase the moisture content of the electrolyte membrane. Circular path The fuel cell stack. 제 1항에 있어서, 상기 복귀경로채널(9)은 분리판(4)에 형성된 가스반응경로채널(8)을 간섭하지 않도록 가스반응경로채널(8)이 형성되지 않는 분리판(4)의 한쪽 면으로 형성되어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 재 순환 경로를 갖는 연료전지 스택.2. The return path channel (9) according to claim 1, wherein the return path channel (9) is one side of the separation plate (4) in which the gas reaction path channel (8) is not formed so as not to interfere with the gas reaction path channel (8) formed in the separation plate (4). A fuel cell stack having a recirculation path of a fuel cell vehicle, characterized in that formed in the plane. 제 1항에 있어서, 상기 반응가스공급경로부(5)와 미반응가스배출경로부(7) 및 냉각수공급경로부(6)를 이루는 각각의 유입구(5a,7a,6a)와 배출구(5b,7b,6b)는 각각 분리판(4)의 끝단 부위 쪽으로 위치됨과 더불어, 상기 분리판(4)상에서 각각 반대 면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 재 순환 경로를 갖는 연료전지 스택.The inlets 5a, 7a, 6a and outlets 5b, which constitute the reaction gas supply path part 5, the unreacted gas discharge path part 7, and the cooling water supply path part 6, respectively. 7b and 6b are positioned toward end portions of the separator plate 4, respectively, and are formed on opposite sides of the separator plate 4, respectively, and have a recirculation path of the fuel cell vehicle.
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KR100882701B1 (en) * 2007-06-19 2009-02-06 삼성에스디아이 주식회사 Separator for fuel cell and its manufacturing method and fuel cell stack using the separator
US10381675B2 (en) 2015-09-23 2019-08-13 Hyundai Motor Company Fuel cell stack
JP2019160701A (en) * 2018-03-15 2019-09-19 株式会社東芝 Fuel battery and fuel battery system

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