KR20090073584A - Separator of fuel cell and fuel cell comprising same - Google Patents

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KR20090073584A
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이상서
송광호
문고영
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

A separator is provided to improve efficiency of a fuel cell by exchanging materials in the fuel cell through increase in flux toward a membrane electrode assembly at a trench supplying fuel and oxidizer to the membrane electrode assembly of the fuel cell. A separator(110,120) for a fuel cell comprises a plate-like substrate(112); a trench(114) which is formed on one surface of the base material, and flows fluid supplied to fuel cell; and an obstacle(116) protruded from the bottom surface of the trench. The cross-sectional shape of the obstacle has a shape in which the predetermined profile is repeated in a main flow direction.

Description

연료전지용 세퍼레이터 및 이를 포함하는 연료전지{separator of fuel cell and fuel cell comprising same} Separator for fuel cell and fuel cell comprising same {separator of fuel cell and fuel cell comprising same}

본 발명은 세퍼레이터 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a separator and a fuel cell including the same.

연료 전지의 종류는 600℃ 이상의 고온에서 작동하는 용융 탄산염형 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cells) 및 고체산화물형 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cells)와 200℃ 이하의 비교적 저온에서 작동하는 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cells), 고분자전해질형 연료전지(PEFC, Polymer Electrolyte Fuel Cells) 등이 있다. The types of fuel cells are molten carbonate fuel cells (MCFC) and solid oxide fuel cells (SOFC) operating at temperatures higher than 600 ° C and phosphoric acid operating at relatively low temperatures below 200 ° C. Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC) and Polymer Electrolyte Fuel Cells (PEFC).

그 외에도 고분자 전해질 연료 전지와 달리 메탄올을 연료로 사용하는 직접메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cells) 등이 있다. 이 중에서도 고분자 전해질 연료전지는 저온인 70∼80℃에서 동작이 가능하며, 높은 전류밀도를 유지할 수 있다. 이러한 이유로 고분자전해질 연료전지는 빠른 시동능력이 있으며, 소형화할 수 있고, 가벼운 전지를 만들 수 있어 이동 전원으로의 응용에 적합하다.In addition, unlike polymer electrolyte fuel cells, there are direct methanol fuel cells (DMFC) that use methanol as a fuel. Among them, the polymer electrolyte fuel cell can operate at a low temperature of 70 to 80 ° C., and can maintain a high current density. For this reason, the polymer electrolyte fuel cell has a fast starting capability, can be miniaturized, and can be made a light battery, which is suitable for application as a mobile power source.

연료전지에서 전기 화학 반응은 두개의 반응, 즉 산화전극(anode)에서의 산화반응과 환원전극(cathode)에서의 환원 반응으로 구성된다. 연료전지의 단위 셀에 포함되는 두 전극은 막 전극 결합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)의 형태로 제공될 수 있다. In a fuel cell, an electrochemical reaction consists of two reactions: an oxidation reaction at an anode and a reduction reaction at a cathode. Two electrodes included in the unit cell of the fuel cell may be provided in the form of a membrane electrode assembly (MEA).

이러한 막 전극 결합체에 결합되는 분리판, 즉 세퍼레이터는 막 전극 결합체의 각 전극에 연료 또는 산화제를 공급할 수 있는 유로(챔버, chamber)를 포함한다. 유로의 일면에서 노출되는 전극으로, 유로를 통해 공급되는 연료와 산화제가 공급된다. The separator, or separator, coupled to the membrane electrode assembly includes a flow path (chamber) capable of supplying fuel or an oxidant to each electrode of the membrane electrode assembly. The electrode exposed from one side of the flow path is supplied with fuel and oxidant supplied through the flow path.

한편, 유로 내에서 층류(laminar flow)가 형성되는 경우, 전극 방향으로의 유동속도 값이 작게 나타날 수 있다. 이 경우, 활발하지 않은 물질교환으로 인해 연료전지의 효율이 저하될 수 있다.On the other hand, when laminar flow is formed in the flow path, the value of the flow rate toward the electrode may be small. In this case, the efficiency of the fuel cell may be lowered due to inactive material exchange.

본 발명은 세퍼레이터 및 이를 포함하는 연료전지를 제공하는 것이다. The present invention provides a separator and a fuel cell including the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, 판상의 모재; 모재의 일면에 형성되며, 연료전지에 공급되는 유체가 흐를 수 있는, 트렌치; 및 트렌치의 저면으로부터 돌출되는 옵스터클을 포함하는 연료전지용 세퍼레이터가 제공된다. According to one aspect of the invention, the plate-shaped base material; A trench formed on one surface of the base material, through which a fluid supplied to the fuel cell may flow; And there is provided a separator for a fuel cell comprising an opterle protruding from the bottom of the trench.

옵스터클의 단면 형상은 트렌치에서 유체가 흐르는 주 유동방향으로 소정의 프로파일이 반복되는 형상일 수 있다. 또한, 옵스터클의 단면 형상 프로파일은 익형, 역익형 또는 삼각형일 수 있다. The cross-sectional shape of the optule may be a shape in which a predetermined profile is repeated in the main flow direction in which fluid flows in the trench. In addition, the cross-sectional shape profile of the opster can be airfoil, inverted airfoil or triangle.

한편, 세퍼레이터의 옵스터클은 트렌치의 저면으로부터 돌출되는 높이에 이르기까지 트렌치에 상응하는 폭을 가질 수 있다. On the other hand, the opsterle of the separator may have a width corresponding to the trench up to the height protruding from the bottom of the trench.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 판상의 모재, 모재의 일면에 형성되며 연료전지에 공급되는 유체가 흐를 수 있는, 트렌치 및 트렌치의 저면으로부터 돌출되는 옵스터클(obstacle)을 포함하는 세퍼레이터(separator); 및 트렌치를 커버하도록 세퍼레이터와 결합하는 판상의 막 전극 결합체(membrane electrode assembly, MEA)를 포함하는 연료전지가 제공된다. According to another aspect of the present invention, a separator comprising a plate-like base material, a trench formed on one surface of the base material and an obstacle protruding from the bottom of the trench, through which a fluid supplied to the fuel cell can flow. ; And a plate-shaped membrane electrode assembly (MEA) coupled with the separator to cover the trench.

연료전지에 포함되는 옵스터클의 단면 형상은 트렌치에서 유체가 흐르는 주 유동방향으로 소정의 프로파일이 반복되는 형상일 수 있다. 또한, 옵스터클의 단면 형상 프로파일은 익형, 역익형 또는 삼각형일 수 있다. The cross-sectional shape of the opsterle included in the fuel cell may be a shape in which a predetermined profile is repeated in the main flow direction in which fluid flows in the trench. In addition, the cross-sectional shape profile of the opster can be airfoil, inverted airfoil or triangle.

한편, 연료전지에 포함되는 세퍼레이터의 옵스터클은 트렌치의 저면으로부터 돌출되는 높이에 이르기까지 트렌치에 상응하는 폭을 가질 수 있다. On the other hand, the opsterle of the separator included in the fuel cell may have a width corresponding to the trench up to the height protruding from the bottom of the trench.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 세퍼레이터에 형성되는 트렌치 내에서 막 전극 결합체 방향의 유속을 증가시킬 수 있는 트렌치 구조를 제공함으로써, 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, by providing a trench structure that can increase the flow velocity in the membrane electrode assembly direction in the trench formed in the separator, it is possible to improve the efficiency of the fuel cell.

이하, 본 발명에 따른 연료전지용 세퍼레이터 및 이를 포함하는 연료전지를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, a separator for a fuel cell and a fuel cell including the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components will be given the same reference numerals and duplicate description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 분해 사시도이다. 도 1을 참조하면, 막 전극 결합체(100), 이온 교환막(102), 제1 전극(106), 제2 전극(104), 제1 세퍼레이터(110), 모재(112), 트렌치(114), 옵스터클(116), 제2 세퍼레이터(120)이 도시되어 있다. 1 is an exploded perspective view of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the membrane electrode assembly 100, the ion exchange membrane 102, the first electrode 106, the second electrode 104, the first separator 110, the base material 112, the trench 114, An opsterle 116 and a second separator 120 are shown.

막 전극 결합체(100)는 이온 교환막(102) 및 이온 교환막(102)에 결합되는 제1 전극(106) 및 제2 전극(104)을 포함한다. 제1 전극(106) 및 제2 전극(104)은 그 곳에서 일어나는 반응이 산화반응인지 환원 반응인지 여부에 따라 산화전극 또 는 환원전극으로 명명될 수 있다. The membrane electrode assembly 100 includes an ion exchange membrane 102 and a first electrode 106 and a second electrode 104 coupled to the ion exchange membrane 102. The first electrode 106 and the second electrode 104 may be referred to as an anode or a cathode according to whether the reaction occurring there is an oxidation reaction or a reduction reaction.

연료전지에 있어서 이온 교환막(102)은 수소 이온이 교환되는 통로로서 기능할 수 있다. 일 예로, 직접 메탄올 전지 등의 경우 나피온(Nafion, Du Pont의 등록상표) 막이 사용될 수 있다.In the fuel cell, the ion exchange membrane 102 may function as a passage through which hydrogen ions are exchanged. For example, in the case of a direct methanol battery, Nafion (registered trademark of Du Pont) membrane may be used.

제1 전극(106) 및 제2 전극(104)은 열간 압착(hot press) 공정 등에 의하여 막 전극 접합체에 결합될 수 있다. 한편, 도 1에서 도시되지는 아니하였지만 제1 전극(106) 및 제2 전극(104)의 외측에 기체 확산층(gas diffusion layer, GDL)이 추가적으로 포함될 수 있다. 한편, 본 실시예에서 제1 전극(106) 및 제2 전극(104)은 대칭적인 트렌치 구조를 가질 수 있다. The first electrode 106 and the second electrode 104 may be coupled to the membrane electrode assembly by a hot press process or the like. Although not shown in FIG. 1, a gas diffusion layer (GDL) may be additionally included outside the first electrode 106 and the second electrode 104. Meanwhile, in the present exemplary embodiment, the first electrode 106 and the second electrode 104 may have a symmetric trench structure.

모재(112)로서 흑연 또는 복합 탄소계 소재가 사용될 수 있다. 흑연 또는 복합 탄소계 소재는 연료전지에서 일어나는 산화환원반응에 내부식성이 강하다는 장점이 있다. 이 경우, 세퍼레이터 소재의 미세기공을 채워 수소이온의 이동을 막고 몰딩(molding)시 용이한 성형을 위해, 통상적으로 열경화성 및 열가소성 수지가 사용될 수 있다.As the base material 112, graphite or a composite carbonaceous material may be used. Graphite or composite carbon-based materials have the advantage of high corrosion resistance to redox reactions occurring in fuel cells. In this case, thermosetting and thermoplastic resins may be generally used to fill the micropores of the separator material to prevent the migration of hydrogen ions and to facilitate molding during molding.

한편, 모재(112)는 금속으로 이루어질 수 있다. 금속 모재의 경우 전기 전도성이 우수하며, 우수한 조도 특성으로 접촉저항을 최소화 할 수 있다. 또한, 세퍼레이터의 두께를 얇게 할 수 있으므로 연료전지 셀의 집적도가 향상된다. On the other hand, the base material 112 may be made of a metal. In the case of the metal base material, the electrical conductivity is excellent, and the contact resistance can be minimized due to the excellent roughness characteristics. In addition, since the thickness of the separator can be reduced, the degree of integration of the fuel cell is improved.

트렌치(114)는 모재(112)의 일면에 형성되는 통로이다. 이 통로를 통하여 연료전지의 연료 및 산화제가 막 전극 결합체(100)로 공급될 수 있다. 본 실시예에서 트렌치는 사각형의 단면을 가지는 통로의 형태로 형성되었다. The trench 114 is a passage formed on one surface of the base material 112. The fuel and the oxidant of the fuel cell may be supplied to the membrane electrode assembly 100 through the passage. In the present embodiment, the trench is formed in the form of a passage having a rectangular cross section.

트렌치(114)의 단면을 구성하는 세 면은 모재(112)에 의하여 제공되며, 나머지 일 면 즉, 천정면은 막 전극 결합체(100)에 의하여 커버된다. 막 전극 결합체(100)에 의하여 커버되는 영역을 통하여 연료전지의 화학반응을 구성하는 물질이동이 이루어질 수 있다.Three surfaces constituting the cross section of the trench 114 are provided by the base material 112, and the other surface, that is, the ceiling surface, is covered by the membrane electrode assembly 100. The material movement constituting the chemical reaction of the fuel cell may be performed through the region covered by the membrane electrode assembly 100.

트렌치(114)는 금속 모재를 기계적으로 가공하는 방법에 의하여 형성될 수 있다. 일 예로, 일반적인 박판 성형 공정이 사용될 수 있다. 이 경우 미리 만들어진 금형을 이용하여 금속 박판(일 예로, 스테인레스 강)으로 트렌치(114) 및 옵스터클(116)을 포함하는 세퍼레이터를 가공하는 것이 가능하다. The trench 114 may be formed by a method of mechanically processing a metal base material. For example, a general sheet forming process may be used. In this case, it is possible to process the separator including the trench 114 and the opsterle 116 with a thin metal plate (eg, stainless steel) using a pre-made mold.

한편, 앞서 언급된 일반적인 박판 성형 공정 이외에도 샌드 블라스트 공정(sand blast process) 등을 이용하여 트렌치(114) 및 옵스터클(116)을 형성할 수 있다. 이 공정에서는 작은 입자를 모재로 쏘아 트렌치(114) 및 옵스터클(116)을 형성할 수 있다. Meanwhile, in addition to the general thin plate forming process mentioned above, the trench 114 and the opster 116 may be formed using a sand blast process. In this process, the small particles can be shot with the base material to form the trenches 114 and the opsterles 116.

옵스터클(116)은 연료전지의 유로 내에서 유체의 흐름에 변화를 주기 위한 구조물이다. 옵스터클(116)은 트렌치(114)의 저면으로부터 돌출된 형태로 제공될 수 있다. 옵스터클(116)은 유로 내에서 유체의 흐름을 교란시킬 수 있다. The opsterle 116 is a structure for changing the flow of the fluid in the flow path of the fuel cell. The opsterle 116 may be provided to protrude from the bottom of the trench 114. The opsterle 116 may disrupt the flow of fluid within the flow path.

옵스터클(116)은 미리 형성된 트렌치(114)에 추가적인 가공을 수행함으로써 형성될 수 있으며, 트렌치 형성 공정을 이용하여 트렌치(114)와 함께 형성될 수 도 있다. 또한, 트렌치(114)의 벽면에 옵스터클(116)을 부착하는 것도 가능하다. The opsterle 116 may be formed by performing additional processing on the preformed trench 114, or may be formed together with the trench 114 using a trench forming process. It is also possible to attach the opsterle 116 to the wall surface of the trench 114.

연료전지의 유로가 일정한 형상의 단면을 가지는 형태로 형성되는 경우, 유로내의 유체는 층류(laminar flow)를 형성할 수 있다. 이 경우, 유체의 주 유동방 향 속도 성분에 비하여 물질교환 장소인 막 전극 결합체(100) 방향, 즉 트렌치(114)의 천정면 방향 속도성분은 상대적으로 작게 된다. When the flow path of the fuel cell is formed in a shape having a certain cross section, the fluid in the flow path may form a laminar flow. In this case, compared to the main flow direction velocity component of the fluid, the direction of the membrane electrode assembly 100 which is a mass exchange place, that is, the ceiling surface direction velocity component of the trench 114 becomes relatively small.

본 실시예는 유로 내에 옵스터클(116)을 설치함으로써 유로 내의 유체가 가지는 막 전극 결합체(100) 방향 속도 성분을 증가시켜 물질 교환이 보다 활발하게 일어날 수 있도록 하는 것에 특징이 있다. The present embodiment is characterized by increasing the velocity component in the direction of the membrane electrode assembly 100 of the fluid in the flow path by installing the opsicle 116 in the flow path so that material exchange can be more actively performed.

옵스터클(116)의 형상 및 옵스터클(116)에 의하여 야기되는 유속의 변화에 대하여는 다른 도면을 참조하여 자세히 설명될 것이다. The change in the shape of the optule 116 and the flow rate caused by the optule 116 will be described in detail with reference to the other drawings.

한편, 이상에서 설명되는 구성요소들 이외에도, 다양한 구성요소들이 연료전지의 단위 셀을 구성하기 위하여 사용될 수 있다. 일 예로, 세퍼레이터(분리판)과 막 전극 결합체(100) 사이에는 유로를 통하여 전달되는 유체의 누출을 막기 위한 개스킷이 위치할 수 있다. 그 외 연료전지의 다른 구성에 관하여 본 발명의 주요한 특징이 아니므로 추가적인 설명을 생략한다. On the other hand, in addition to the components described above, various components may be used to form the unit cell of the fuel cell. For example, a gasket may be disposed between the separator (separator) and the membrane electrode assembly 100 to prevent leakage of fluid transferred through the flow path. Since other configurations of the fuel cell are not the main features of the present invention, further description thereof will be omitted.

도 2는 도 1에서 예시된 연료전지에 포함된 세퍼레이터의 부분 확대도이고, 도 3 및 도 4는 도 2에서 예시된 세퍼레이터의 단면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 세퍼레이터(110), 모재(112), 트렌치(114), 옵스터클(116)이 도시되어 있다. 2 is a partially enlarged view of a separator included in the fuel cell illustrated in FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views of the separator illustrated in FIG. 2. 2 to 4, a first separator 110, a base material 112, a trench 114, and an optericle 116 are illustrated.

옵스터클(116)이 없는 구간에서 층류(laminar flow)가 형성될 수 있으며, 이 경우 유체의 주 유동 방향은 유로의 길이 방향이 된다. 본 실시예에서 주 유동 방향은 x 축으로 표시되어 있으며 이는 곧 트렌치(114)의 길이 방향이 된다. 한편, y 축 방향은 트렌치(114)의 너비 방향이 되며 z축 방향은 트렌치(114)의 천정면 방향, 즉 막 전극 결합체(100) 방향을 표시한다. Laminar flow may be formed in a section without the opsterle 116, in which case the main flow direction of the fluid is in the longitudinal direction of the flow path. In this embodiment the main flow direction is indicated by the x-axis, which in turn is the longitudinal direction of the trench 114. On the other hand, the y-axis direction is the width direction of the trench 114, the z-axis direction indicates the ceiling surface direction of the trench 114, that is, the membrane electrode assembly 100 direction.

도 3은 도 2에 표시된 A-A'단면에 따른 단면도이다. 이는 옵스터클(116)의 주 유동 방향 단면 형상을 보여준다. 본 실시예에서 옵스터클(116)의 단면 형상은 트렌치(114)에서 유체가 흐르는 주 유동 방향으로 익형(airfoil)의 프로파일이 반복되는 형상을 가진다. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2. This shows the main flow direction cross-sectional shape of the opsterle 116. In this embodiment, the cross-sectional shape of the opsterle 116 has a shape in which the profile of the airfoil is repeated in the main flow direction in which the fluid flows in the trench 114.

본 실시예에서, 옵스터클(116)은 9번 반복되는 익형의 프로파일을 가지게 되며, 반복되는 프로파일은 중간 간격을 가지지 않은 채로 연속되어 있다. 이러한 단면 형상을 가지는 옵스터클(116)은 유로 내에서 난류(turbulence)를 발생시켜 층류의 경우 보다 큰 막 전극 방향 속도 성분을 가지는 유동을 형성한다. In this embodiment, the opsterle 116 has a profile of an airfoil that is repeated nine times, and the repeated profiles are continuous with no intermediate intervals. The opsicle 116 having this cross-sectional shape generates turbulence in the flow path to form a flow having a larger membrane electrode direction velocity component than in the case of laminar flow.

프로파일의 반복 횟수나 반복되는 각 프로파일 사이의 간격은 필요에 따라 변경될 수 있으며, 세퍼레이터의 구조 및 트렌치(114)의 길이 및 유체를 유동시키기 위해 가해지는 압력 등이 고려 요소가 될 수 있다. The number of repetitions of the profile or the spacing between each repeated profile may be changed as necessary, and consideration may be given to the structure of the separator and the length of the trench 114 and the pressure applied to flow the fluid.

도 4는 도 2에 표시된 B-B'단면에 따른 단면도이다. 이는 옵스터클(116)의 트렌치(114) 너비 방향 단면 형상을 보여준다. 4 is a cross-sectional view taken along the line B-B 'shown in FIG. This shows the trench 114 widthwise cross-sectional shape of the opsterle 116.

본 실시예에서, 옵스터클(116)은 트렌치(114)의 저면으로부터 돌출되는 높이에 이르기까지 상기 트렌치(114)에 상응하는 폭을 가진다. 이 경우, 옵스터클(116)은 유동을 방해하는 흐름 방해턱의 형상을 가지게 되며, 옵스터클(116)의 돌출 높이 이하의 유동을 보다 효율적으로 차단 함으로써 유동의 속도 변화를 보다 크게 할 수 있다.In this embodiment, the opsterle 116 has a width corresponding to the trench 114 up to a height protruding from the bottom of the trench 114. In this case, the opsterle 116 has a shape of a flow blocker which obstructs the flow, and the change in the velocity of the flow can be made larger by blocking the flow below the protrusion height of the opsterle 116 more efficiently. have.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터의 부분 확대도이다. 도 5를 참조하면 모재(112), 트렌치(114), 옵스터클(150)이 도시되어 있다. 5 is a partially enlarged view of a separator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, a base material 112, a trench 114, and an opterle 150 are illustrated.

본 실시예에서, 옵스터클(150)의 주 유동 방향(x축 방향) 단면 형상을 구성하는 프로파일은 역익형(inverse airfoil)이다. In the present embodiment, the profile constituting the main flow direction (x-axis direction) cross-sectional shape of the opticle 150 is an inverse airfoil.

프로파일의 반복 횟수 및 반복 간격이 필요에 따라 달라질 수 있음은 앞서 언급된 바와 같다. 또한, 본 실시예에서도 옵스터클(150)은 트렌치(114)의 저면으로부터 돌출되는 높이에 이르기까지 상기 트렌치(114)에 상응하는 폭을 가진다.As mentioned above, the number of repetitions and the repetition interval of the profile may be changed as necessary. In addition, in the present embodiment, the opsterle 150 has a width corresponding to the trench 114 up to a height protruding from the bottom of the trench 114.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터의 부분 확대도이다. 도 6을 참조하면, 모재(112), 트렌치(114), 옵스터클(160)이 도시되어 있다. 6 is a partially enlarged view of a separator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, a base material 112, a trench 114, and an opsterle 160 are illustrated.

본 실시예에서, 옵스터클(160)의 주 유동 방향(x축 방향) 단면 형상을 구성하는 프로파일은 삼각형이다. In the present embodiment, the profile constituting the main flow direction (x-axis direction) cross-sectional shape of the opticle 160 is triangular.

프로파일의 반복 횟수 및 반복 간격이 필요에 따라 달라질 수 있음은 앞서 언급된 바와 같다. 또한, 본 실시예에서도 옵스터클(160)은 트렌치(114)의 저면으로부터 돌출되는 높이에 이르기까지 상기 트렌치(114)에 상응하는 폭을 가진다.As mentioned above, the number of repetitions and the repetition interval of the profile may be changed as necessary. In addition, in the present embodiment, the opsterle 160 has a width corresponding to the trench 114 up to a height protruding from the bottom of the trench 114.

도 7 내지 도 9는 도 2에서 예시된 세페러이터의 유체 흐름을 모의 실험한 결과이다. 7 to 9 are simulation results of the fluid flow of the separator illustrated in FIG. 2.

도 7은 도 2의 세퍼레이터에서 x축 방향 속도 변화를 모의 실험한 결과이고, 도 8은 도 2의 세퍼레이터에서 y축 방향 속도 변화를 모의 실험한 결과이며, 도 9 는 도 2의 세퍼레이터에서 z축 방향 속도 변화를 모의 실험한 결과이다.FIG. 7 is a simulation result of the x-axis speed change in the separator of FIG. 2, FIG. 8 is a simulation result of the y-axis speed change in the separator of FIG. 2, and FIG. 9 is a z-axis in the separator of FIG. 2. This is the result of simulation of the change of direction velocity.

이를 참조하면 옵스터클의 존재가 유로내에서 다양한 속도 성분을 가지는 유동을 발생 시키는 것을 관찰할 수 있다. 특히, 도 9를 참조하면 막 전극 결합체(100) 방향의 속도 성분이 증가한 것이 관찰된다. Referring to this, it can be observed that the presence of the opsterle generates a flow with various velocity components in the flow path. In particular, referring to FIG. 9, an increase in the velocity component in the direction of the membrane electrode assembly 100 is observed.

이와 같이 트렌치(114)의 저면에서 막 전극 결합체(100)를 대향하여 돌출하는 옵스터클(116)을 설치함으로써 z축 방향의 유동 속도를 더 효율적으로 증가시킬 수 있다.In this way, by installing the opsicle 116 protruding from the bottom of the trench 114 to face the membrane electrode assembly 100, the flow velocity in the z-axis direction can be increased more efficiently.

본 실시예는 이와 같이 막 전극 방향 속도를 증가시킴으로써 연료전지의 전극에서의 물질 교환이 보다 활발하게 일어날 수 있도록 한다. The present embodiment thus increases the membrane electrode direction speed so that material exchange at the electrodes of the fuel cell can be more actively performed.

도 10은 도 5에서 예시된 세퍼레이터의 유체 흐름을 모의 실험한 결과이고, 도 11은 도 6에서 예시된 세퍼레이터의 유체 흐름을 모의 실험한 결과이다. 10 is a result of simulating the fluid flow of the separator illustrated in FIG. 5, and FIG. 11 is a result of simulating the fluid flow of the separator illustrated in FIG. 6.

도 10과 도 11을 참조하면, 유로 내에서 옵스터클의 존재가 유동의 속도 변화를 야기 시키는 것을 알 수 있다. Referring to Figures 10 and 11, it can be seen that the presence of the opsterle in the flow path causes a change in the speed of flow.

본 실시예에서도 옵스터클이 없는 구조의 트렌치에 비하여 다양한 속도 성분이 관찰되는 것으로 판단되며, 이는 역시 연료전지에서 물질 교환을 활발하게 함으로써 결과적으로는 연료전지의 효율을 향상시키는 역할을 할 수 있다. In the present embodiment, it is determined that various velocity components are observed as compared with the trench having no opscrew, which can also play a role of improving the efficiency of the fuel cell by actively exchanging materials in the fuel cell. .

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예를 중심으로 살펴보았다. 전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the present invention with respect to the embodiment. Many embodiments other than the above-described embodiments are within the scope of the claims of the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에서 예시된 연료전지에 포함된 세퍼레이터의 부분 확대도이다.FIG. 2 is a partially enlarged view of a separator included in the fuel cell illustrated in FIG. 1.

도 3 및 도 4는 도 2에서 예시된 세퍼레이터의 단면도이다. 3 and 4 are cross-sectional views of the separator illustrated in FIG. 2.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터의 부분 확대도이다. 5 is a partially enlarged view of a separator according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터의 부분 확대도이다. 6 is a partially enlarged view of a separator according to an embodiment of the present invention.

도 7 내지 도 9는 도 2에서 예시된 세퍼레이터의 유체 흐름을 모의 실험한 결과이다. 7 to 9 are simulation results of the fluid flow of the separator illustrated in FIG. 2.

도 10은 도 5에서 예시된 세퍼레이터의 유체 흐름을 모의 실험한 결과이다. FIG. 10 is a simulation result of fluid flow of the separator illustrated in FIG. 5.

도 11은 도 6에서 예시된 세퍼레이터의 유체 흐름을 모의 실험한 결과이다. FIG. 11 is a simulation result of the fluid flow of the separator illustrated in FIG. 6.

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

100: 막 전극 결합체 102: 이온 교환막100 membrane electrode assembly 102 ion exchange membrane

104: 제2 전극 106: 제1 전극104: second electrode 106: first electrode

110: 제1 세퍼레이터 112: 모재110: first separator 112: base material

114: 트렌치 116: 옵스터클(obstacle)114: trench 116: obstacle

120: 제2 세퍼레이터120: second separator

Claims (12)

판상의 모재;Plate-like base material; 상기 모재의 일면에 형성되며, 연료전지에 공급되는 유체가 흐를 수 있는, 트렌치; 및A trench formed on one surface of the base material and capable of flowing a fluid supplied to a fuel cell; And 상기 트렌치의 저면으로부터 돌출되는 옵스터클(obstacle)을 포함하는 연료전지용 세퍼레이터(separator).A separator for a fuel cell comprising an obstacle protruding from the bottom of the trench. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 옵스터클의 단면 형상은The cross-sectional shape of the opsterle is 상기 트렌치에서 상기 유체가 흐르는 주 유동 방향으로 소정의 프로파일(profile)이 반복되는 형상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터.And a profile repeating a predetermined profile in a main flow direction in which the fluid flows in the trench. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 프로파일은 익형(airfoil)인 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터.The profile is a fuel cell separator, characterized in that the airfoil (airfoil). 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 프로파일은 역익형(inverse airfoil)인 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터.The profile is a fuel cell separator, characterized in that the inverse airfoil (inverse airfoil). 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 프로파일은 삼각형인 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터. The profile is a fuel cell separator, characterized in that the triangle. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 옵스터클은 The opsterle is 상기 트렌치의 저면으로부터 돌출되는 높이에 이르기까지 상기 트렌치에 상응하는 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터.And a width corresponding to the trench from the bottom of the trench to a height protruding from the bottom of the trench. 판상의 모재와 상기 모재의 일면에 형성되며, 연료전지에 공급되는 유체가 흐를 수 있는, 트렌치 및 상기 트렌치의 저면으로부터 돌출되는 옵스터클(obstacle)을 포함하는 세퍼레이터(separator); 및 A separator formed on a plate-like base material and one surface of the base material, the separator including a trench and an obstacle protruding from the bottom of the trench, through which a fluid supplied to a fuel cell can flow; And 상기 트렌치를 커버하도록 상기 세퍼레이터와 결합하는 판상의 막 전극 결합체(membrane electrode assembly, MEA)를 포함하는 연료전지.And a plate-shaped membrane electrode assembly (MEA) coupled with the separator to cover the trench. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 옵스터클의 단면 형상은The cross-sectional shape of the opsterle is 상기 트렌치에서 상기 유체가 흐르는 주 유동방향으로 소정의 프로파일이 반복되는 형상인 것을 특징으로 하는 연료전지.And a predetermined profile is repeated in the main flow direction in which the fluid flows in the trench. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 프로파일은 익형(airfoil)인 것을 특징으로 하는 연료전지.And said profile is an airfoil. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 프로파일은 역익형(inverse airfoil)인 것을 특징으로 하는 연료전지.And said profile is an inverse airfoil. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 프로파일은 삼각형인 것을 특징으로 하는 연료전지. The profile is a fuel cell, characterized in that the triangle. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 7 to 11, 상기 옵스터클은 The opsterle is 상기 트렌치의 저면으로부터 돌출되는 높이에 이르기까지 상기 트렌치에 상응하는 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지.And a width corresponding to the trench, up to a height protruding from the bottom of the trench.
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