KR20070042653A

KR20070042653A - Fuel cell stack

Info

Publication number: KR20070042653A
Application number: KR1020050098512A
Authority: KR
Inventors: 이동욱; 서준원; 은영찬; 안성진; 김잔디; 나영승; 정승원; 노길태
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-04-24

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택은, 연료 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 복수의 단위 셀들을 구비하고 이들 단위 셀을 연속적으로 배치하여 상기 단위 셀들에 의한 집합체 구조로서 이루어지는 연료전지 본체와, 상기 연료전지 본체의 중심 부위에 형성되어 상기 중심 부위에 위치하는 해당 단위 셀들에 냉각 매체를 제공하고, 상기 중심 부위의 외측에 부분적으로 형성되어 상기 외측에 위치하는 상기 단위 셀들에 대하여 상기 냉각 매체를 선택적으로 제공하는 냉각부를 포함한다.A fuel cell stack according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of unit cells that generate electrical energy by a reaction of fuel and oxygen, and the unit cells are continuously arranged to form an aggregate structure of the unit cells. A cooling medium is provided to a fuel cell body and corresponding unit cells formed at a center portion of the fuel cell body and positioned at the center portion, and partially formed outside the center portion to the unit cells positioned at the outer side. And a cooling unit for selectively providing said cooling medium.

연료전지, 본체, 스택, 중심부위, 외측, 냉각매체, 쿨링통로, 쿨링플레이트 Fuel Cell, Body, Stack, Above Center, Outside, Cooling Medium, Cooling Path, Cooling Plate

Description

Fuel Cell Stack {FUEL CELL STACK}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 스택의 구성을 도시한 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view showing the configuration of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 연료 전지 스택의 결합 평면 구성도이다.FIG. 2 is a coupling plan view of the fuel cell stack illustrated in FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시한 연료 전지 스택의 결합 단면 구성도이다.3 is a cross-sectional configuration diagram of the fuel cell stack illustrated in FIG. 1.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 스택의 구성을 도시한 분해 사시도이다.4 is an exploded perspective view showing the configuration of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention.

도 5는 도 4에 도시한 연료 전지 스택의 결합 평면 구성도이다.FIG. 5 is a coupling plan view of the fuel cell stack illustrated in FIG. 4.

본 발명은 연료 전지 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 본체의 냉각 구조를 개선한 연료 전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly, to a fuel cell stack having an improved cooling structure of a fuel cell body.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 별도로 공급되는 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서 구성된다.As is known, a fuel cell is configured as a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen contained in a hydrocarbon-based fuel and oxygen supplied separately into electrical energy.

이러한 연료 전지는 크게, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)로 구분될 수 있다.Such fuel cells can be broadly classified into polymer electrolyte fuel cells and direct oxidation fuel cells.

고분자 전해질형 연료 전지는 스택(stack)이라 불리는 집합체 구조의 연료전지 본체로서 구성되며, 개질기로부터 공급되는 수소의 산화 반응, 및 공기펌프 또는 팬의 가동에 의해 공급되는 산소의 환원 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 구조로 이루어진다. 여기서 개질기는 연료를 개질하여 이 연료로부터 수소를 발생시키고, 이 수소를 연료전지 본체로 공급하는 연료처리장치로서의 기능을 한다.The polymer electrolyte fuel cell is configured as a fuel cell body of an aggregate structure called a stack, and is made of electrical energy through oxidation of hydrogen supplied from a reformer and reduction of oxygen supplied by operation of an air pump or a fan. It is made of a structure that generates. Here, the reformer functions as a fuel processing apparatus for reforming fuel to generate hydrogen from the fuel and supplying the hydrogen to the fuel cell body.

직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 수소를 사용하지 않고 연료를 직접적으로 공급받아 이 연료 중에 함유된 수소의 산화 반응 및, 별도로 공급되는 산소의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 구조로 이루어진다.Unlike a polymer electrolyte fuel cell, a direct oxidation fuel cell is supplied with fuel directly without using hydrogen to generate electrical energy by oxidation of hydrogen contained in the fuel and reduction of oxygen supplied separately. Made of structure.

이와 같은 연료 전지 스택에 있어, 연료전지 본체는 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly)(MEA)(이하, "MEA"라고 한다)와, 세퍼레이터(separator)(당업계에서는 '바이폴라 플레이트' 라고도 한다.)로 이루어진 셀 단위의 연료전지가 수 개 내지 수십 개로 적층되어 구성된다. MEA는 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 부착된 구조로 이루어진다. 그리고 세퍼레이터는 MEA를 사이에 두고 이의 양측면에 배치되어, 수소 또는 연료, 및 산소를 MEA로 공급하는 통로의 역할과, MEA의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체로서의 역할을 동시에 수행한다.In such a fuel cell stack, the fuel cell body is also referred to as a membrane electrode assembly (MEA) (hereinafter referred to as "MEA") and a separator (separator) in the art. The fuel cell of each cell unit is composed of several to several tens. The MEA has a structure in which an anode electrode and a cathode electrode are attached with an electrolyte membrane interposed therebetween. The separator is disposed on both sides of the MEA, and serves as a passage for supplying hydrogen or fuel and oxygen to the MEA, and simultaneously serves as a conductor connecting the anode and cathode electrodes of the MEA in series. .

따라서 MEA의 애노드 전극에는 세퍼레이터에 의해 수소 또는 연료가 공급되 는 반면, MEA의 캐소드 전극에는 세퍼레이터에 의해 산소가 공급된다. 이 과정에서 애노드 전극에서는 수소 또는 연료의 전기 화학적인 산화가 일어나고, 캐소드 전극에서는 산소의 전기 화학적인 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 연료전지 본체에서는 전기 에너지를 발생시키게 된다. 그리고 이와 같이 구성되는 연료 전지 스택은 전기 에너지를 발생시키는 도중, MEA에 대한 산소의 환원 반응에 의해 소정 온도의 열를 발생시킨다.Therefore, hydrogen or fuel is supplied to the anode electrode of the MEA by the separator, while oxygen is supplied to the cathode electrode of the MEA by the separator. In this process, electrochemical oxidation of hydrogen or fuel occurs at the anode electrode, electrochemical reduction of oxygen occurs at the cathode electrode, and electrical energy is generated at the fuel cell body due to the movement of electrons generated. The fuel cell stack configured as described above generates heat at a predetermined temperature by the reduction reaction of oxygen to the MEA while generating electrical energy.

그런데, 종래의 연료 전지 스택은 연료 또는 수소, 및 산소의 농도차, 압력차 또는 연료 또는 수소의 이용률 등에 의하여 전체의 연료전지 본체에 대해 온도 편차가 발생하게 되는 바, 이 연료전지 본체의 대략 중심 부위에서 높은 발열 온도를 나타내고, 이 중심 부위의 외측에서는 중심 부위 보다 낮은 발열 온도를 나타낸다. 이와 같은 연료전지 본체의 전 영역에 대한 불균일한 온도 분포는 스택의 성능 저하를 유발하고, 이로 인해 연료전지 본체의 각 연료전지를 통해 일정한 전압량을 출력시키지 못하게 되는 문제점이 있다.However, in the conventional fuel cell stack, a temperature difference occurs with respect to the entire fuel cell body due to a difference in concentration of fuel or hydrogen and oxygen, a pressure difference, or a utilization rate of fuel or hydrogen. It shows a high exothermic temperature in a site | part, and shows the exothermic temperature lower than a center part in the outer side of this center part. Such non-uniform temperature distribution over the entire region of the fuel cell body causes a performance degradation of the stack, and thus there is a problem in that a constant voltage amount cannot be output through each fuel cell of the fuel cell body.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 그 목적은 연료전지 본체의 중심 부위에 대해 이 중심 부위의 외측 보다 더욱 많은 냉각 매체를 제공하여 연료전지 본체의 온도 컨트롤이 용이하고, 연료전지 본체의 전 영역에 대해 균일한 온도 분포를 유지시킬 수 있는 연료 전지 스택을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide more cooling media for the center portion of the fuel cell body than outside the center portion, thereby facilitating temperature control of the fuel cell body, The present invention provides a fuel cell stack capable of maintaining a uniform temperature distribution over the entire area of the body.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연 료 전지 스택은, 연료 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 복수의 단위 셀들을 구비하고 이들 단위 셀을 연속적으로 배치하여 상기 단위 셀들에 의한 집합체 구조로서 이루어지는 연료전지 본체와, 상기 연료전지 본체의 중심 부위에 형성되어 상기 중심 부위에 위치하는 해당 단위 셀들에 냉각 매체를 제공하고, 상기 중심 부위의 외측에 부분적으로 형성되어 상기 외측에 위치하는 상기 단위 셀들에 대하여 상기 냉각 매체를 선택적으로 제공하는 냉각부를 포함한다.In order to achieve the above object, a fuel cell stack according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of unit cells that generate electrical energy by reaction of fuel and oxygen, and continuously arrange these unit cells A fuel cell body formed as an aggregate structure by the unit cells, and a cooling medium provided to corresponding unit cells formed at a central portion of the fuel cell body and positioned at the central portion, and partially formed outside the central portion; And a cooling unit for selectively providing the cooling medium with respect to the unit cells located at the outer side.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 중심 부위의 외측에 형성되는 상기 냉각부는, 상기 단위 셀들에 대하여 적어도 한 쌍의 단위 셀들 외측에 위치하는 적어도 하나의 상기 단위 셀 사이에 형성되어 해당 단위 셀로 상기 냉각 매체를 제공하도록 구성될 수 있다.In the fuel cell stack, the cooling unit, which is formed outside the center portion, is formed between at least one unit cell positioned outside at least one pair of unit cells with respect to the unit cells, and the cooling medium is connected to the unit cell. It can be configured to provide.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 연료전지 본체는 그 중심 부위에서 이의 외측 보다 높은 발열 온도를 나타낼 수 있다.In the fuel cell stack, the fuel cell body may exhibit a higher heat generation temperature than its outside at its central portion.

상기 연료 전지 스택은, 상기 냉각 매체로서 공기를 사용함이 바람직하다.It is preferable that the fuel cell stack uses air as the cooling medium.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 단위 셀은, 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)를 중심에 두고 이의 양측에 세퍼레이터를 밀착되게 배치하여 구성될 수 있다.In the fuel cell stack, the unit cell may be configured by closely placing a separator on both sides of a membrane-electrode assembly (MEA).

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 중심 부위에 형성되는 상기 냉각부는, 상기 단위 셀들 사이에 형성되어 상기 냉각 매체를 통과시키는 쿨링 통로를 포함할 수 있다.In the fuel cell stack, the cooling unit formed at the center portion may include a cooling passage formed between the unit cells to pass the cooling medium.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 중심 부위에 위치하는 상기 단위 셀들 은, 상기 막-전극 어셈블리의 일측에 밀착되는 제1 세퍼레이터의 일면에 연료 통로를 형성하고, 상기 막-전극 어셈블리의 다른 일측에 밀착되는 제2 세퍼레이터의 일면에 산소 통로를 형성할 수 있다. 이 경우 상기 쿨링 통로는, 서로 이웃하는 상기 단위 셀들에 대하여 상호 대향하게 밀착되는 상기 제1,2 세퍼레이터의 다른 일면에 채널 형태로서 형성되어 상기 두 채널이 합쳐져 하나의 통로를 이룰 수 있다.In the fuel cell stack, the unit cells positioned at the center portion may form a fuel passage on one surface of the first separator that is in close contact with one side of the membrane-electrode assembly, and closely contact the other side of the membrane-electrode assembly. An oxygen passage may be formed on one surface of the second separator. In this case, the cooling passage may be formed as a channel shape on the other surface of the first and second separators which are in close contact with each other and adjacent to the unit cells adjacent to each other, so that the two channels may be combined to form one passage.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 중심 부위 외측에 위치하는 상기 단위 셀들은, 각각의 일면에 대해 상호 대응하는 연료 통로 또는 산소 통로를 형성하고 각각의 다른 일면이 상호 대향하게 밀착되는 각 한 쌍의 제1,2 세퍼레이터와, 양면에 대해 상호 대응하는 연료 통로 또는 산소 통로를 형성하는 제3 세퍼레이터를 포함하며, 상기 연료 통로와 상기 산소 통로가 상호 대향하는 상기 각 제1,2 세퍼레이터와 상기 제3 세퍼레이터 사이에 상기 막-전극 어셈블리를 배치하여 구성될 수 있다. 이 경우 상기 중심 부위의 외측에 형성되는 상기 냉각부는, 서로 이웃하는 상기 단위 셀들에 대하여 상호 대향하게 밀착되는 상기 제1,2 세퍼레이터의 다른 일면에 채널 형태로서 형성될 수 있다.In the fuel cell stack, the unit cells positioned outside the center portion each form a pair of fuel paths or oxygen passages corresponding to one surface thereof, and each pair of first cells in which each other surface is in close contact with each other. First and second separators, and third separators forming fuel passages or oxygen passages corresponding to both surfaces, and wherein the first and second separators and the third separator, which the fuel passage and the oxygen passages face each other. The membrane-electrode assembly may be disposed in between. In this case, the cooling unit formed on the outer side of the center portion may be formed as a channel shape on the other surface of the first and second separators which are in close contact with each other with respect to the unit cells adjacent to each other.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 중심 부위에 형성되는 상기 냉각부는, 상기 단위 셀들 사이에 개재되는 쿨링 플레이트를 포함하며, 상기 쿨링 플레이트는 상기 냉각 매체를 통과시키는 쿨링 통로를 형성할 수 있다. 이 경우 상기 중심 부위에 위치하는 상기 단위 셀들은, 상기 막-전극 어셈블리의 일측에 밀착되는 제1 세퍼레이터의 일면에 연료 통로를 형성하고, 상기 막-전극 어셈블리의 다른 일측에 밀착되는 제2 세퍼레이터의 일면에 산소 통로를 형성할 수 있다. 이 때, 상기 쿨링 플레이트는, 서로 이웃하는 상기 단위 셀들에 대하여 상호 대향하게 밀착되는 상기 제1,2 세퍼레이터의 다른 일면 사이에 설치될 수 있다.In the fuel cell stack, the cooling unit formed at the center portion may include a cooling plate interposed between the unit cells, and the cooling plate may form a cooling passage through which the cooling medium passes. In this case, the unit cells positioned at the center portion may form a fuel passage on one surface of the first separator that is in close contact with one side of the membrane-electrode assembly, and the second cell may be in close contact with the other side of the membrane-electrode assembly. An oxygen passage may be formed on one surface. In this case, the cooling plate may be installed between the other surface of the first and second separators which are in close contact with each other with respect to the unit cells neighboring each other.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 중심 부위의 외측에 형성되는 상기 냉각부는, 서로 이웃하는 상기 단위 셀들에 대하여 상호 대향하게 밀착되는 상기 제1,2 세퍼레이터의 다른 일면 사이에 개재되는 쿨링 플레이트를 포함하며, 상기 쿨링 플레이트는 상기 냉각 매체를 통과시키는 쿨링 통로를 형성할 수 있다.In the fuel cell stack, the cooling unit, which is formed outside the center portion, includes a cooling plate interposed between the other surfaces of the first and second separators which are in close contact with each other with respect to neighboring unit cells. The cooling plate may form a cooling passage through which the cooling medium passes.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

이 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 따른 연료 전지 스택(100)을 설명하면, 이 연료 전지 스택(100)은 연료의 산화 반응, 및 산소의 환원 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 복수의 단위 셀(cell)들(11)을 포함하여 구성된다.Referring to the fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings, the fuel cell stack 100 is a plurality of unit cells for generating electrical energy through the oxidation reaction of the fuel, and the reduction reaction of oxygen and cells 11.

따라서, 본 실시예에 의한 연료 전지 스택(100)은 이와 같은 단위 셀들(11)을 연속적으로 배치함으로써 이들 단위 셀(11)의 집합체 구조에 의한 연료전지 본체(10)를 형성할 수 있다.Therefore, the fuel cell stack 100 according to the present exemplary embodiment may form the fuel cell body 10 having the aggregate structure of these unit cells 11 by arranging such unit cells 11 continuously.

이러한 연료 전지 스택(100)에 사용되는 연료는 메탄올, 에탄올, LPG, LNG, 가솔린 등과 같이 수소를 함유한 탄화수소 계열의 액체 또는 기체 연료를 포함할 수 있다.The fuel used in the fuel cell stack 100 may include a hydrocarbon-based liquid or gaseous fuel containing hydrogen such as methanol, ethanol, LPG, LNG, gasoline, and the like.

이 경우 본 발명에 따른 연료 전지 스택(100)은 단위 셀(11)에 의한 액체 또는 기체 연료의 산화 반응, 및 산소의 환원 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell) 방식으로서 구성될 수 있다.In this case, the fuel cell stack 100 according to the present invention is a direct oxidation fuel cell that generates electrical energy through oxidation of liquid or gaseous fuel by the unit cell 11 and reduction of oxygen. ) Can be configured as a method.

대안으로서, 본 발명에 따른 연료 전지 스택(100)은 통상적인 개질기를 통해 액체 또는 기체 연료로부터 크랙킹(cracking) 된 수소를 연료로서 사용할 수도 있다.As an alternative, the fuel cell stack 100 according to the invention may use hydrogen cracked from liquid or gaseous fuel as a fuel via conventional reformers.

이 경우 연료 전지 스택(100)은 단위 셀(11)에 의한 수소의 산화 반응, 및 산소의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell) 방식으로서 구성될 수 있다.In this case, the fuel cell stack 100 may be configured as a polymer electrolyte fuel cell system that generates electrical energy by an oxidation reaction of hydrogen by the unit cell 11 and a reduction reaction of oxygen. have.

그리고 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 스택(100)은 단위 셀(11)에 의하여 환원 반응하는 산소로서 별도의 저장수단에 저장된 순수한 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다.In addition, the fuel cell stack 100 according to the embodiment of the present invention may use pure oxygen gas stored in a separate storage means as oxygen reacting for reduction by the unit cell 11, and may use air containing oxygen as it is. It may be.

이와 같이 구성되는 연료 전지 스택(100)의 작용시, 단위 셀들(11)에서는 산소의 환원 반응에 의하여 열을 발생시키게 되는 바, 이 열은 연료, 및 산소가 단위 셀들(11)로 공급되는 과정에서 이들의 농도차, 압력차 또는 연료 이용률 등에 의하여 단위 셀들(11)의 위치에 따라 온도가 달라지게 된다. 특히, 연료전지 본체(10)의 대략 중심 부위(A: 도 2)에 위치하는 단위 셀들(11)에서 발열되는 온도는 이 중심 부위(A)의 외측(B: 도 2)에 위치하는 단위 셀들(11)에서 발열되는 온도 보다 높은 온도 분포를 나타낸다. 이러한 연료전지 본체(10)의 불균일한 온도 분포는 각 단위 셀(11)의 성능을 저하시키고, 이로 인해 각 단위 셀(11)에서는 일정하지 않은 전압의 전기 에너지를 출력시키게 된다.In the operation of the fuel cell stack 100 configured as described above, heat is generated in the unit cells 11 by a reduction reaction of oxygen. The heat is a process in which fuel and oxygen are supplied to the unit cells 11. The temperature varies depending on the position of the unit cells 11 due to their concentration difference, pressure difference, or fuel utilization. Particularly, the temperature generated by the unit cells 11 positioned at approximately the center portion A of FIG. 2 of the fuel cell body 10 is the unit cells positioned outside the center portion A of FIG. 2. The temperature distribution higher than the temperature generated in (11) is shown. The non-uniform temperature distribution of the fuel cell body 10 degrades the performance of each unit cell 11, thereby outputting electrical energy of a non-constant voltage in each unit cell 11.

이에, 본 실시예에 의한 연료 전지 스택(100)은 도 2에 도시한 바와 같이, 연료전지 본체(10)의 대략 중심 부위(도면에 "A"로 표시한 부분)에 위치하는 단위 셀들(11)에 냉각 매체를 제공하고, 이 중심 부위(A)의 외측(도면에 "B"로 표시한 부분)에 위치하는 단위 셀들(11)에 대하여 냉각 매체를 선택적으로 제공하는 구조로 이루어진다. 즉, 본 연료 전지 스택(100)은 연료전지 본체(10)의 작용시, 이 연료전지 본체(10)의 균일한 온도 분포를 유지시키기 위해, 연료전지 본체(10)의 중심 부위(A)에 해당하는 단위 셀들(11) 전체에 대하여 냉각 매체를 제공하고, 이 중심 부위(A)의 외측(B)에 해당하는 단위 셀들(11)에 대해서는 임의의 단위 셀(11)에 냉각 매체를 제공하는 구조로서 이루어진다.Thus, the fuel cell stack 100 according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, unit cells 11 located at approximately the center of the fuel cell body 10 (part indicated by “A” in the drawing). ), And a cooling medium is selectively provided to the unit cells 11 located outside of the central portion A (a portion indicated by " B " in the drawing). In other words, the fuel cell stack 100 is connected to the central portion A of the fuel cell body 10 in order to maintain a uniform temperature distribution of the fuel cell body 10 when the fuel cell body 10 functions. A cooling medium is provided for all of the corresponding unit cells 11 and a cooling medium is provided for any unit cell 11 for the unit cells 11 corresponding to the outer side B of the central portion A. It is made as a structure.

이러한 구조의 연료 전지 스택(100)에 있어, 연료전지 본체(10)의 중심 부위(A)에 위치하는 각 단위 셀들(11)은, 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode assembly: MEA)(이하, 'MEA'라고 한다.)(13)를 중심에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(Separator)(당업계에서는 "바이폴라 플레이트(bipolar plate)"라고도 한다.)(15a, 15b)를 밀착되게 배치하여 구성될 수 있다.In the fuel cell stack 100 having such a structure, each unit cell 11 positioned at the center portion A of the fuel cell body 10 is a membrane-electrode assembly (MEA) (hereinafter, It can be configured by closely placing a separator (also referred to as a "bipolar plate" in the art) 15a and 15b on both sides thereof with the center of the 13 as its center. have.

이 MEA(13)는 일면에 애노드 전극을 형성하고, 다른 일면에 캐소드 전극을 형성하며, 이들 두 전극 사이에 전해질막을 형성하고 있다. 애노드 전극은 연료에 함유된 수소의 산화 반응을 일으켜 이 수소를 전자와 수소 이온으로 분리시키며, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키고, 캐소드 전극은 애노드 전극 으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 별도로 제공되는 산소를 환원 반응시켜 수분과 열을 생성하는 기능을 하게 된다.The MEA 13 forms an anode electrode on one surface, a cathode electrode on the other surface, and forms an electrolyte membrane between these two electrodes. The anode electrode oxidizes hydrogen contained in the fuel to separate the hydrogen into electrons and hydrogen ions, the electrolyte membrane transfers hydrogen ions to the cathode electrode, and the cathode electrode provides electrons, hydrogen ions, and separately provided from the anode electrode. By reducing the oxygen to be reacted to function to generate water and heat.

상기 각 세퍼레이터(15a, 15b)는 MEA(13)를 사이에 두고 이의 양측에 밀착되게 배치되며, 연료를 MEA(13)의 애노드 전극으로 분산 공급하고, 산소를 MEA(13)의 캐소드 전극으로 분산 공급하는 기능을 하게 된다. 그리고 각 세퍼레이터(15a, 15b)는 MEA(13)의 애노드 전극과 캐소드 전극을 전기적으로 연결하는 전도체로서의 기능도 하게 된다.Each of the separators 15a and 15b is arranged to be in close contact with both sides of the MEA 13 with the fuel dispersed in the anode electrode of the MEA 13, and oxygen is distributed to the cathode electrode of the MEA 13. It will serve to supply. Each separator 15a, 15b also functions as a conductor for electrically connecting the anode electrode and the cathode electrode of the MEA 13.

본 실시예에서, MEA(13)의 애노드 전극에 밀착되게 배치되는 일측 세퍼레이터(15a)(이하, "제1 세퍼레이터" 라고 한다.)는 이의 밀착면에 MEA(13)의 애노드 전극으로 연료의 흐름을 가능케 하는 연료 통로(15c)를 형성하고 있다. 이 연료 통로(15c)는 MEA(13)의 애노드 전극과 대향하게 밀착되는 제1 세퍼레이터(15a)의 대향면(밀착면)에 채널 형태로서 형성될 수 있다.In this embodiment, the one side separator 15a (hereinafter referred to as "first separator") disposed in close contact with the anode electrode of the MEA 13 has a flow of fuel to the anode electrode of the MEA 13 on its close contact surface. A fuel passage 15c is formed to enable the above. This fuel passage 15c may be formed in the form of a channel on an opposing surface (adhesive surface) of the first separator 15a which is in close contact with the anode electrode of the MEA 13.

그리고 MEA(13)의 캐소드 전극에 밀착되게 배치되는 다른 일측 세퍼레이터(15b)(이하, "제2 세퍼레이터" 라고 한다.)는 이의 밀착면에 MEA(13)의 캐소드 전극으로 산소의 흐름을 가능케 하는 산소 통로(15d)를 형성하고 있다. 이 산소 통로(15d)는 MEA(13)의 캐소드 전극과 대향하게 밀착되는 제2 세퍼레이터(15b)의 대향면(밀착면)에 채널 형태로서 형성될 수 있다.The other side separator 15b (hereinafter referred to as a "second separator") disposed in close contact with the cathode electrode of the MEA 13 allows the flow of oxygen to the cathode electrode of the MEA 13 on its close contact surface. An oxygen passage 15d is formed. This oxygen passage 15d may be formed in the form of a channel on an opposing surface (adhesive surface) of the second separator 15b which is in close contact with the cathode electrode of the MEA 13.

즉, 연료전지 본체(10)의 중심 부위(A)에 위치하는 각 단위 셀(11)에 대하여 MEA(13)를 사이에 두고 서로 대향하는 제1 세퍼레이터(15a) 및 제2 세퍼레이터(15b)에 있어, 제1 세퍼레이터(15a)의 대향면에 연료 통로(15c)를 형성하고, 제2 세퍼레이터(15b)의 대향면에 산소 통로(15d)를 형성하는 단면(單面) 구조로서 이루어진다.That is, with respect to each unit cell 11 positioned at the center portion A of the fuel cell body 10, the first separator 15a and the second separator 15b facing each other with the MEA 13 interposed therebetween. The fuel passage 15c is formed on the opposing surface of the first separator 15a, and the oxygen passage 15d is formed on the opposing surface of the second separator 15b.

구체적으로, 각 단위 셀(11)에 대해 제1 세퍼레이터(15a)는 MEA(13)의 애노드 전극에 밀착되는 밀착면에 연료 통로(15c)를 형성하고, 이 밀착면의 반대면이 편평한 구조로 이루어진다. 그리고, 제2 세퍼레이터(15b)는 MEA(13)의 캐소드 전극에 밀착되는 밀착면에 산소 통로(15d)를 형성하고, 이 밀착면의 반대면이 편평한 구조로 이루어진다.Specifically, for each unit cell 11, the first separator 15a forms the fuel passage 15c in a close contact with the anode electrode of the MEA 13, and has a flat surface opposite the close contact surface. Is done. The second separator 15b forms an oxygen passage 15d on a close contact surface in close contact with the cathode electrode of the MEA 13, and the opposite surface of the close contact surface has a flat structure.

따라서, 이와 같이 구성되는 연료전지 본체(10)의 중심 부위(A)에 위치하는 각 단위 셀들(11)은, 서로 이웃하는 단위 셀들(11)에 대해 각 세퍼레이터(15a, 15b)의 상기 반대면이 서로 밀착되게 배치된다.Therefore, the unit cells 11 positioned in the central portion A of the fuel cell body 10 configured as described above are opposite surfaces of the separators 15a and 15b with respect to neighboring unit cells 11. These are arranged in close contact with each other.

본 발명에 있어, 연료전지 본체(10)의 중심 부위(A)에 해당하는 단위 셀들(11) 사이에는 이들 단위 셀(11)로 냉각 매체를 제공하는 냉각부(50)가 제공되는 바, 이 냉각부(50)는 이들 단위 셀(11) 사이로 냉각 매체를 유통시켜 단위 셀들(11)에서 발생되는 열을 방열시키는 이른바 냉각수단으로서의 기능을 하게 된다.In the present invention, between the unit cells 11 corresponding to the central portion A of the fuel cell body 10, a cooling unit 50 for providing a cooling medium to these unit cells 11 is provided. The cooling unit 50 functions as so-called cooling means for dissipating heat generated in the unit cells 11 by distributing a cooling medium between these unit cells 11.

여기서, 냉각 매체는 자연 상태에서 쉽게 취할 수 있고, 연료전지 본체(10)의 내부 온도 보다 비교적 낮은 온도를 유지하는 대기 중의 공기를 사용할 수 있다. 이러한 공기는 통상적인 구조의 팬(도면에 도시하지 않음)에 의하여 냉각부(50)에 제공될 수 있다.Here, the cooling medium can be easily taken in a natural state, and can use air in the atmosphere which maintains a temperature relatively lower than the internal temperature of the fuel cell body 10. Such air may be provided to the cooling unit 50 by a fan of a conventional structure (not shown).

본 실시예에서, 냉각부(50)는 연료전지 본체(10)의 중심 부위(A)에 대해 서로 이웃하는 단위 셀들(11) 사이에 형성되는 쿨링 통로(51)를 구비한다.In the present embodiment, the cooling unit 50 includes a cooling passage 51 formed between the unit cells 11 adjacent to each other with respect to the central portion A of the fuel cell body 10.

이러한 쿨링 통로(51)는 서로 이웃하는 단위 셀들(11)에 대해 상호 대향하게 밀착되는 세퍼레이터(15a, 15b)의 밀착면 즉, MEA(13)의 애노드 전극 및 캐소드 전극에 밀착되는 면의 반대면에 형성되는 복수의 채널(51a)에 의하여 구성될 수 있다. 즉, 채널(51a)은 하나의 단위 셀(11)에 대해 세퍼레이터(15a, 15b)의 MEA(13)의 애노드 전극 및 캐소드 전극에 밀착되는 면의 반대쪽 면과, 이 세퍼레이터(15a, 15b)에 대향하게 밀착되는 이웃하는 다른 단위 셀(11)의 세퍼레이터(15a, 15b) 접면에 형성될 수 있다. 이 때, 복수의 채널(51a)은 각 세퍼레이터(15a, 15b)의 상단부에서 하단부로 이어지는 직선 형태로서 형성될 수 있다.The cooling passage 51 is a close contact surface of the separators 15a and 15b which are in close contact with each other with respect to neighboring unit cells 11, that is, an opposite surface of the surface closely contacting the anode electrode and the cathode electrode of the MEA 13. It may be configured by a plurality of channels (51a) formed in. That is, the channel 51a is provided on the opposite side of the surface in close contact with the anode and cathode electrodes of the MEA 13 of the separators 15a and 15b with respect to one unit cell 11 and the separators 15a and 15b. It may be formed on the contact surface of the separator (15a, 15b) of the other adjacent unit cell 11 in close contact. In this case, the plurality of channels 51a may be formed as a straight line extending from the upper end to the lower end of each of the separators 15a and 15b.

따라서, 서로 이웃하는 단위 셀들(11)이 서로 마주 보는 형태로 밀착되는 과정에서, 각 세퍼레이터(15a, 15b)의 접면에 형성되는 채널(51a)이 서로 합체됨으로써 본 실시예에 의한 쿨링 통로(51)를 형성할 수 있다.Therefore, in the process of closely adhering the unit cells 11 adjacent to each other, the channel 51a formed at the contact surfaces of the separators 15a and 15b are merged with each other, thereby cooling the cooling passage 51 according to the present embodiment. ) Can be formed.

한편, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 연료전지 본체(10)에 있어, 이의 중심 부위 외측(B)에 위치하는 단위 셀들(11)은 연료전지 본체(10)의 중심 부위(B)에 해당하는 단위 셀들(11)과 달리, 임의의 단위 셀들(11)에 대하여 냉각 매체를 통과시키고 나머지 단위 셀들(11)에 대해서는 냉각 매체를 통과시키지 않는 구조로(도 2에 "B"로 표시한 부분)서, MEA(13)를 중심에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(17a, 17b, 17c)를 밀착되게 배치하여 구성될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIGS. 1 to 3, in the fuel cell body 10 according to the present embodiment, the unit cells 11 positioned outside the center portion B of the fuel cell body 10 are formed of the fuel cell body 10. Unlike the unit cells 11 corresponding to the central portion B, the cooling medium is passed through the arbitrary unit cells 11 and the cooling medium is not passed through the remaining unit cells 11 (see FIG. 2). And the separators 17a, 17b, and 17c in close contact with both sides of the MEA 13, which are indicated by " B ".

본 실시예에서, 연료전지 본체(10)의 중심 부위 외측(B)에 위치하는 단위 셀들(11)은, 중심 부위(A)에 위치하는 단위 셀들(11)에서와 같이, 서로 이웃하는 단위 셀(11)에 대하여 단면 구조로서 상호 대향하게 밀착되는 각 한 쌍의 제1,2 세퍼 레이터(17a, 17b)를 복수로서 구비하고 있다. 이러한 각 한 쌍의 제1,2 세퍼레이터(17a, 17b)는 일면에 연료 통로(17d)를 형성하는 제1 세퍼레이터(17a)의 다른 일면 즉, MEA(13)의 애노드 전극에 밀착되는 면의 반대면(편평한 면)과, 일면에 산소 통로(17e)를 형성하는 제2 세퍼레이터(17b)의 다른 일면 즉, MEA(13)의 캐소드 전극에 밀착되는 면의 반대면(편평한 면)이 상호 밀착되게 배치된다.In the present embodiment, the unit cells 11 positioned outside the center portion B of the fuel cell body 10 are adjacent to each other, as in the unit cells 11 positioned at the center portion A. A plurality of pairs of the first and second separators 17a and 17b which are in close contact with each other as a cross-sectional structure with respect to (11) are provided. Each of the pair of first and second separators 17a and 17b is opposite to the other surface of the first separator 17a that forms the fuel passage 17d on one surface thereof, that is, the surface in close contact with the anode electrode of the MEA 13. The surface (flat surface) and the other surface of the second separator 17b that forms the oxygen passage 17e on one surface, that is, the opposite surface (flat surface) of the surface in close contact with the cathode electrode of the MEA 13 are brought into close contact with each other. Is placed.

그리고, 상기에서 단위 셀들(11)은 각 한 쌍의 세퍼레이터(17a, 17b)들 사이에 적어도 하나 이상으로 배치되는 제3 세퍼레이터(17c)를 구비하고 있다. 제3 세퍼레이터(17c)는 제1,2 세퍼레이터(17a, 17b)의 연료 통로(17d) 및 산소 통로(17e)와 상호 대향하는 산소 통로(17e) 및 연료 통로(17d)를 양면에 형성하고 있는 양면(兩面) 구조로서 이루어진다. 이 때, 제3 세퍼레이터(17c)는 각 한 쌍의 세퍼레이터(17a, 17b)들 사이에 하나 또는 그 이상으로서 구비될 수 있으나, 본 실시예의 도면에서는 편의상 각 한 쌍의 세퍼레이터(17a, 17b)들 사이에 하나로서 구비되고 있다.In addition, the unit cells 11 include a third separator 17c disposed in at least one of the pair of separators 17a and 17b. The 3rd separator 17c has the oxygen passage 17e and the fuel passage 17d which mutually oppose the fuel passage 17d and the oxygen passage 17e of the 1st, 2nd separator 17a, 17b on both surfaces. It consists of a double-sided structure. At this time, the third separator 17c may be provided as one or more between each pair of separators 17a and 17b. However, in the drawing of this embodiment, each pair of separators 17a and 17b are provided for convenience. It is provided as one in between.

구체적으로, 상기 단위 셀들(11)은 각 한 쌍의 제1,2 세퍼레이터(17a, 17b)들 사이에 제3 세퍼레이터(17c)를 배치하며, 연료 통로(17d)를 형성하는 제1 세퍼레이터(17a)의 일면과 산소 통로(17e)를 형성하는 제3 세퍼레이터(17c)의 일면 사이에 MEA(13)를 배치하고, 산소 통로(17e)를 형성하는 제2 세퍼레이터(17b)의 일면과 연료 통로(17d)를 형성하는 제3 세퍼레이터(17c)의 다른 일면 사이에 MEA(13)를 배치하여 구성될 수 있다. 이 때, MEA(13)의 애노드 전극은 제1 세퍼레이터(17a)의 일면과 제3 세퍼레이터(17c)의 다른 일면에 밀착되고, 캐소드 전극은 제2 세퍼레이 터(17b)의 일면과 제3 세퍼레이터(17c)의 일면에 밀착되게 된다.In detail, the unit cells 11 include a third separator 17c disposed between each pair of first and second separators 17a and 17b and form a fuel passage 17d. The MEA 13 is disposed between one surface of the second separator 17c and the one surface of the third separator 17c that forms the oxygen passage 17e, and one surface of the second separator 17b that forms the oxygen passage 17e and the fuel passage ( The MEA 13 may be disposed between the other surfaces of the third separator 17c forming 17d). At this time, the anode electrode of the MEA 13 is in close contact with one surface of the first separator 17a and the other surface of the third separator 17c, and the cathode electrode is with one surface of the second separator 17b and the third separator. It comes in close contact with one surface of (17c).

따라서, 상기한 각 한 쌍의 제1,2 세퍼레이터(17a, 17b)들 및 제3 세퍼레이터(17c)를 상호 교번되게 연속적으로 배치하고, 제1 세퍼레이터(17a)와 제3 세퍼레이터(17c), 및 제2 세퍼레이터(17b)와 제3 세퍼레이터(17c) 사이에 MEA(13)를 배치함으로써 연료전지 본체(10)의 중심 부위 외측(B)에 위치하는 단위 셀들(11)을 구성할 수 있다.Accordingly, the pair of first and second separators 17a and 17b and the third separator 17c described above are alternately arranged in succession to each other, and the first separator 17a and the third separator 17c, and By disposing the MEA 13 between the second separator 17b and the third separator 17c, the unit cells 11 positioned outside the center portion B of the fuel cell body 10 may be configured.

이 때, 연료전지 본체(10)의 중심 부위(A)의 외측(B)에 위치하는 단위 셀들(11)에 있어, 최외측에 위치하는 세퍼레이터는 도면에서와 같이, 한 쪽면에 연료 통로(17d) 또는 산소 통로(17e)를 형성하고, 다른 한 쪽면이 편평한 단면 구조의 세퍼레이터를 배치하여 구성될 수 있다.At this time, in the unit cells 11 located at the outer side B of the central portion A of the fuel cell body 10, the separator located at the outermost side has a fuel passage 17d on one side thereof as shown in the figure. ) Or an oxygen passage 17e, and the separator having a flat cross-sectional structure on the other side thereof may be arranged.

본 발명에 있어, 연료전지 본체(10)의 중심 부위 외측(B)에는 임의의 단위 셀(11)에 대하여 냉각 매체를 제공하는 냉각부(50)가 제공되는 바, 이 냉각부(50)는 제1,2 세퍼레이터(17a, 17b)로서 구성되는 단위 셀(11) 사이에 형성되는 쿨링 통로(51)를 구비한다.In the present invention, a cooling unit 50 that provides a cooling medium for any unit cell 11 is provided outside the central portion B of the fuel cell body 10, and the cooling unit 50 is The cooling passage 51 formed between the unit cells 11 constituted as the first and second separators 17a and 17b is provided.

이러한 쿨링 통로(51)는 복수의 단위 셀들(11) 중 제1,2 세퍼레이터(17a, 17b)의 상호 대향하게 밀착되는 다른 일면 즉, MEA(13)의 애노드 전극 및 캐소드 전극에 밀착되는 면의 반대면에 형성되는 복수의 채널(51a)에 의하여 구성될 수 있다. 즉, 쿨링 통로(51)는 서로 이웃하는 단위 셀들(11)에 대하여 서로 마주하는 제1,2 세퍼레이터(17a, 17b)의 다른 일면이 밀착되는 과정에서, 상기한 채널(51a)이 서로 합체됨으로써 냉각 매체를 통과시킬 수 있는 통로를 형성할 수 있게 된다. 이 때, 복수의 채널(51a)은 제1,2 세퍼레이터(17a, 17b)의 상단부에서 하단부로 이어지는 직선 형태로서 형성될 수 있다.The cooling passage 51 may be formed on the other surface of the plurality of unit cells 11 that are in close contact with each other, that is, the surface of the MEA 13 that is in close contact with the anode electrode and the cathode electrode. It may be configured by a plurality of channels (51a) formed on the opposite surface. That is, in the cooling passage 51, the other surfaces of the first and second separators 17a and 17b facing each other with respect to neighboring unit cells 11 are in close contact with each other. It is possible to form a passage through which the cooling medium can pass. In this case, the plurality of channels 51a may be formed as a straight line extending from the upper ends of the first and second separators 17a and 17b to the lower ends.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)의 작용을 살펴 보면, 연료전지 본체(10)로 연료, 및 산소를 공급하게 되면, 이 연료전지 본체(10)에서는 단위 셀들(11)에 의한 연료, 및 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 기설정된 용량의 전기 에너지를 발생시키게 된다.Looking at the operation of the fuel cell stack 100 according to the embodiment of the present invention configured as described above, when fuel and oxygen are supplied to the fuel cell body 10, the unit cells in the fuel cell body 10 The electrochemical reaction of the fuel and oxygen by (11) generates electric energy of a predetermined capacity.

이러는 도중, 연료전지 본체(10)에서는 단위 셀들(11)에 의한 산소의 환원 반응을 통해 열이 발생하게 된다. 이 때, 연료전지 본체(10)는 이의 중심 부위(A)에 위치하는 단위 셀들(11)에서 발열되는 온도가 이 중심 부위(A)의 외측(B)에 위치하는 단위 셀들(11)에서 발열되는 온도 보다 높은 온도 분포를 나타내게 된다.In this way, heat is generated in the fuel cell body 10 through a reduction reaction of oxygen by the unit cells 11. At this time, the fuel cell body 10 generates heat in the unit cells 11 positioned at the outside B of the center portion A when the temperature generated from the unit cells 11 positioned at the center portion A thereof is increased. It shows a higher temperature distribution than the temperature at which it becomes.

이러한 상태에서, 연료전지 본체(10)의 중심 부위(A)에 위치하는 쿨링 통로(51), 및 이 중심 부위(A)의 외측에 위치하는 쿨링 통로(51)로 냉각 매체 즉, 대기 중의 공기를 흘려 주게 되면, 이 공기는 쿨링 통로(51)를 통과하면서 해당하는 단위 셀(11)들에서 발생되는 열을 방출시키게 된다.In this state, a cooling medium, that is, air in the atmosphere, is provided to the cooling passage 51 located in the center portion A of the fuel cell body 10 and the cooling passage 51 located outside the center portion A. FIG. When the air is passed through, the air passes through the cooling passage 51 to release heat generated in the corresponding unit cells 11.

따라서, 상기와 같이 연료전지 본체(10)의 중심 부위(A)에 위치하는 단위 셀들(11)에 있어 각 단위 셀(11) 사이에 쿨링 통로(51)를 형성하고, 이 중심 부위(A)의 외측(B)에 위치하는 단위 셀들(11) 중 적어도 둘 이상의 단위 셀들(11) 사이에 쿨링 통로(51)를 형성하고 있기 때문에, 연료전지 본체(10)의 외측(B)에 위치하는 단위 셀들(11) 보다 중심 부위(A)에 위치하는 단위 셀들(11)로 더 많은 양의 공기가 유통되고, 이에 따라 연료전지 본체(10)의 중심 부위(A)에서 발생되는 열을 이 중심 부위(A)의 외측(B) 보다 더욱 방열시킬 수 있게 되어 결과적으로는 연료전지 본체(10)의 전 영역에 대해 균일한 온도 분포를 유지시킬 수 있게 된다.Therefore, in the unit cells 11 positioned in the center portion A of the fuel cell body 10 as described above, a cooling passage 51 is formed between the unit cells 11, and the center portion A is formed. Since the cooling passage 51 is formed between at least two or more unit cells 11 of the unit cells 11 positioned at the outer side (B) of the unit, the unit positioned at the outer side (B) of the fuel cell body 10 More air is distributed to the unit cells 11 located at the center portion A than to the cells 11, and thus heat generated at the center portion A of the fuel cell body 10 is transferred to the center portion A. It is possible to dissipate heat more than the outer side (B) of (A), and as a result, it is possible to maintain a uniform temperature distribution over the entire region of the fuel cell body 10.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 스택의 구성을 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 연료 전지 스택의 결합 평면 구성도이다.4 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a fuel cell stack according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a combined plan view of the fuel cell stack illustrated in FIG. 4.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 연료 전지 스택(200)은, 전기 실시예에서와 같은 구조를 기본으로 하면서, 연료전지 본체(110)의 중심 부위(A)에 위치하는 단위 셀들(111) 사이, 및 이 중심 부위(A)의 외측(B)에 위치하는 단위 셀들(111) 중 적어도 둘 이상의 단위 셀들(111) 사이에 쿨링 플레이트(153)를 구비하는 냉각부(150)를 구성할 수 있다.Referring to the drawings, the fuel cell stack 200 according to the present embodiment has the same structure as that of the electric embodiment and is located in the unit cells 111 located at the center portion A of the fuel cell body 110. The cooling unit 150 including the cooling plate 153 may be configured between the at least two unit cells 111 among the unit cells 111 positioned at the outer side B of the central portion A. have.

이러한 쿨링 플레이트(153)는 냉각 매체(공기)를 유통시키기 위한 복수의 쿨링 통로(153a)를 형성하고 있다. 이 쿨링 통로(153a)는 쿨링 플레이트(153)의 상단부에서 하단부를 관통하는 직선 형태로서 형성될 수 있다.The cooling plate 153 forms a plurality of cooling passages 153a for circulating the cooling medium (air). The cooling passage 153a may be formed as a straight line passing through the lower end from the upper end of the cooling plate 153.

여기서, 쿨링 플레이트(153)는 단위 셀들(111)의 전기 발생시, 이들 단위 셀(111)에서 발생되는 열을 용이하게 방출시킬 수 있는 방열판으로서 구성되며, 열전도성을 갖는 알루미늄, 구리, 철 소재 등으로 형성될 수 있다.Here, the cooling plate 153 is configured as a heat sink that can easily dissipate heat generated in the unit cells 111 when electricity is generated in the unit cells 111, aluminum, copper, iron material and the like having thermal conductivity It can be formed as.

구체적으로, 본 실시예에 의한 쿨링 플레이트(153)는 연료전지 본체(110)의 중심 부위(A)에 있어, 서로 이웃하는 단위 셀들(111)에 대해 상호 대향하게 밀착되는 세퍼레이터(115a, 115b)의 밀착면 즉, MEA(113)의 애노드 전극 및 캐소드 전극에 밀착되는 밀착면의 반대면(편평한 면) 사이에 개재되어 설치될 수 있다. 그리고, 쿨링 플레이트(153)는 연료전지 본체(110)의 중심 부위 외측(B)에 있어, 서로 이웃하는 단위 셀들(111)에 대해 상호 대향하게 밀착되는 제1,2 세퍼레이터(117a, 117b)의 밀착면 사이에 개재되어 설치될 수 있다.In detail, the cooling plates 153 according to the present exemplary embodiment are the separators 115a and 115b closely contacted with each other with respect to neighboring unit cells 111 at the center portion A of the fuel cell body 110. It may be interposed between the contact surface of the, that is, the opposite surface (flat surface) of the contact surface in close contact with the anode electrode and the cathode electrode of the MEA (113). In addition, the cooling plate 153 may be disposed on the outer side B of the central portion of the fuel cell body 110 so that the cooling plates 153 of the first and second separators 117a and 117b may be in close contact with each other. It may be interposed between the contact surface.

본 실시예에 의한 연료 전지 스택(200)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예에서와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.Since the rest of the configuration and operation of the fuel cell stack 200 according to the present embodiment is the same as in the above embodiment, detailed description thereof will be omitted.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택에 의하면, 연료전지 본체의 중심 부위에 대해 이 중심 부위의 외측 보다 더욱 많은 냉각 매체를 제공하는 구조로서 이루어지므로, 연료전지 본체의 온도 컨트롤이 용이하며, 연료전지 본체의 전 영역에 대해 균일한 온도 분포를 유지시킬 수 있게 된다. 따라서, 연료전지 본체의 각 단위 셀에서 일정한 전압량의 전기 에너지를 출력시키는 등 연료전지 본체의 냉각 효율 및 성능 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.According to the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention as described above, since the cooling medium is provided as a structure for providing more cooling medium to the central portion of the fuel cell body than the outside of the central portion, temperature control of the fuel cell body is performed. It is easy to maintain a uniform temperature distribution over the entire area of the fuel cell body. Therefore, the cooling efficiency and the performance efficiency of the fuel cell body can be further improved by outputting a constant voltage amount of electric energy from each unit cell of the fuel cell body.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택에 의하면, 단면 구조의 세퍼레이터와 양면 구조의 세퍼레이터를 혼용하여 연료전지 본체의 전체 단위 셀들 사이에 쿨링 통로를 형성하지 않고 중심 부위의 외측에 해당하는 단위 셀들에 대해 임의의 간격을 두고 쿨링 통로를 형성함에 따라, 전체 스택의 크기를 컴팩트하게 구현할 수 있다.In addition, according to the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention, a unit corresponding to the outside of the center portion without using a cross-sectional separator and a double-sided separator to form a cooling passage between the entire unit cells of the fuel cell body By forming cooling passages at random intervals for the cells, the size of the entire stack can be made compact.

Claims

A fuel cell body having a plurality of unit cells for generating electrical energy by a reaction of a fuel and oxygen, the fuel cell main bodies having the unit cells successively arranged to form an aggregate structure of the unit cells; And

The cooling medium is provided to the corresponding unit cells formed at the center portion of the fuel cell body and positioned at the center portion, and the cooling medium is applied to the unit cells partially formed outside the center portion and positioned at the outer side. Optional cooling unit

Fuel cell stack comprising a.

According to claim 1,

The cooling unit formed on the outside of the center portion,

And a fuel cell stack formed between at least one unit cell positioned outside the at least one pair of unit cells with respect to the unit cells to provide the cooling medium to the unit cells.

According to claim 1,

And the fuel cell body exhibits a higher heat generation temperature than its outside at its central portion.

According to claim 1,

A fuel cell stack wherein the cooling medium is air.

According to claim 1,

The unit cell,

A fuel cell stack composed of a membrane-electrode assembly (MEA) centered and a separator disposed closely on both sides thereof.

The method of claim 5,

The cooling unit is formed in the central portion,

And a cooling passage formed between the unit cells and passing through the cooling medium.

The method of claim 6,

The unit cells located in the central portion,

And a fuel passage formed on one surface of the first separator in close contact with one side of the membrane-electrode assembly, and an oxygen passage formed on one surface of the second separator in close contact with the other side of the membrane-electrode assembly.

The method of claim 7, wherein

The cooling passage,

A fuel cell stack formed as a channel shape on the other surface of the first and second separators which are in close contact with each other and adjacent to the unit cells adjacent to each other, wherein the two channels are combined to form one passage.

The method of claim 5,

The unit cells located outside the center portion,

Each pair of first and second separators having mutually corresponding fuel passages or oxygen passages formed thereon, and each other one of the first and second separators facing each other, and mutually corresponding fuel passages or oxygen passages formed at both sides; Including a third separator,

And a membrane-electrode assembly disposed between the first and second separators and the third separator, wherein the fuel passage and the oxygen passage face each other.

The method of claim 9,

The cooling unit formed on the outside of the center portion,

And a fuel cell stack formed as a channel shape on the other surface of the first and second separators which are in close contact with each other with respect to neighboring unit cells.

The method of claim 5,

The cooling unit is formed in the central portion,

It includes a cooling plate interposed between the unit cells,

And the cooling plate defines a cooling passage through which the cooling medium passes.

The method of claim 11, wherein

The unit cells located in the central portion,

The method of claim 12,

The cooling plate,

And a fuel cell stack disposed between the other surfaces of the first and second separators which are in close contact with each other with respect to neighboring unit cells.

The method of claim 9,

The cooling unit formed on the outside of the center portion,

And a cooling plate interposed between the other surfaces of the first and second separators which are in close contact with each other with respect to neighboring unit cells.