KR20120116745A - Cascade-type stack integrated with vapor-liquid separator in fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A multi-stage type fuel cell stack is provided to increase powder density of a stack, to prevent excessive or low humidification, and to improve stability of performance of a fuel battery. CONSTITUTION: A multi-stage type fuel cell stack integrated with a gas-liquid separator comprises a stack bodies in which a plurality of unit cells which comprises a membrane-electrode assembly and separator are laminated, and a gas supply element(20) arranged between the plurality of stack bodies. The gas supply plate element electrically connects each of the stack bodies arranged in both sides, receives reaction gas which is primary reacted in a stack arranged in one side, separates gas and liquid in the reaction gas, and makes the reaction gas flow to a stack in the other side.

Description

기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택{Cascade-type stack integrated with vapor-liquid separator in fuel cell system}Cascade-type stack integrated with vapor-liquid separator in fuel cell system

본 발명은 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택에 관한 것으로 더 상세하게는 복수의 단위 셀이 적층된 스택을 기액분리가 가능한 가스 공급판으로 연결하여 전체 크기를 줄이고, 전지 효율을 증대시킨 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택에 관한 발명인 것이다.The present invention relates to a multi-stage fuel cell stack incorporating a gas-liquid separator, and more particularly, a gas-liquid that reduces the overall size and increases battery efficiency by connecting a stack of a plurality of unit cells stacked with a gas supply plate capable of gas-liquid separation. The present invention relates to a multi-stage fuel cell stack incorporating a separator.

일반적으로 연료전지는 연료의 산화에 의해 발생되는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시켜 전기를 발생시키는 것이다.In general, a fuel cell generates electricity by directly converting chemical energy generated by oxidation of fuel into electrical energy.

상기 연료전지는 탄화 수소 계열의 연료를 개질하여 정제된 수소 또는 탄화수소 계열의 연료와 공기를 직접 연료전지 스택에 공급하여 전기화학적으로 반응시킴으로써 전기 에너지를 발생시키는 것이다.The fuel cell generates electric energy by reforming a hydrocarbon-based fuel and supplying purified hydrogen or hydrocarbon-based fuel and air directly to the fuel cell stack to react electrochemically.

더 상세히 설명하면, 다음과 같다.In more detail, as follows.

연료전지 스택은 양극(Anode)과 음극(Cathode), 상기 양극(Anode)과 음극(Cathode) 사이에 개재되는 전해질 막을 포함한 막-전극 조합체(MEA) 및 상기 막-전극 조합체를 분리하는 분리판을 포함한 단위 셀이 복수로 적층된 구조를 가지는 것이다.The fuel cell stack includes a membrane-electrode assembly (MEA) including an anode and a cathode, a membrane-electrode assembly (MEA) including an electrolyte membrane interposed between the anode and the cathode and a membrane-electrode combination. It includes a structure in which a plurality of unit cells included are stacked.

한편, 상기 분리판의 양쪽 측면에는 각각 수소채널과 산소채널이 형성되어 있어서 각각 접촉한 막전극조합체의 양극 또는 음극에 연료가스(수소)와 산화가스(산소)를 공급하게 되어 있는데, 양극로 공급된 수소가 이온화되어 전자는 외부도선을 통해 이동하고 수소이온은 전해질막을 통해 음극쪽으로 이동하여 그쪽으로 공급된 산소와 결합하여 물이 생성되는 반응이 일어나며, 이때 상기 전자의 이동에 의해 전류가 생산되고, 물 생성 반응시 열이 발생하게 된다. 따라서, 연료전지 스택에는 운전 중 지속적으로 발생하는 열을 흡수 방출하여 일정한 작동온도를 유지할 수 있도록 냉각수가 공급된다.Meanwhile, hydrogen channels and oxygen channels are formed on both sides of the separator to supply fuel gas (hydrogen) and oxidizing gas (oxygen) to the anode or cathode of the membrane electrode assembly, which are in contact with each other. When the hydrogen is ionized, electrons move through the external conductor, and hydrogen ions move to the cathode side through the electrolyte membrane and combine with oxygen supplied thereto to generate water. At this time, current is produced by the movement of the electrons. As a result, heat is generated during the water production reaction. Therefore, the coolant is supplied to the fuel cell stack to absorb and release heat generated continuously during operation to maintain a constant operating temperature.

이와 같이 연료전지 스택에는 발전반응을 위한 수소와 산소 및 냉각을 위한 냉각수의 공급을 위하여 수소와 산소 및 냉각수의 공급과 배출을 위한 공급 및 배출 매니폴드들이 형성된다. 상기 공급 및 배출 매니폴드들은 다수의 매니폴드홀들이 형성된 분리판이 상호 밀착하여 적층될 때 각 분리판들의 매니폴드홀들이 연결됨으로써 구성된다. 하나의 분리판에서 보면, 통상 막전극조합체(MEA)와 접촉하는 영역의 양쪽 측부에 각각 3개씩의 매니폴드홀들이 형성되는데, 주로 대각방향 가장자리에 있는 양쪽의 매니폴드홀이 서로 연결되어 수소 또는 산소의 공급 및 배출통로로써 이용되며, 중간부분에 있는 양쪽의 매니폴드홀이 연결되어 냉각수 공급 및 배출통로로써 이용된다.As such, the fuel cell stack is provided with supply and discharge manifolds for supplying and discharging hydrogen, oxygen, and cooling water to supply hydrogen, oxygen, and cooling water for cooling. The supply and discharge manifolds are configured by connecting manifold holes of respective separator plates when the separator plates having a plurality of manifold holes are stacked in close contact with each other. In one separator plate, three manifold holes are formed at each side of the region in contact with the membrane electrode assembly (MEA), and two manifold holes at the diagonal edges are connected to each other to form hydrogen or hydrogen. It is used as supply and discharge passage of oxygen, and both manifold holes in the middle part are connected and used as cooling water supply and discharge passage.

일반적인 연료전지의 스택 조립체는 일단형(single stage)으로서, 연료가스(수소)와 산화가스(산소)가 각각의 매니폴드를 통하여 공급되고 스택의 각 셀(cell)을 구성하는 분리판을 통하여 고르게 분배된다. 이후 반응이 완료되고 남아 있는 잔류가스(residual gas)와 반응 부산물인 생성수(물)는 출구 매니폴드를 통하여 스택 외부로 배출되는데, 이때 스택 외부로 배출되는 잔류가스량을 최소화할수록 스택의 효율이 높아진다. 잔류가스량을 최소화하기 위해 일반적으로 스택 출구에 밸브를 설치하여 출구를 간헐적으로 여닫는 데드-엔드 운전(dead-end operation)을 수행하는 방법이 있으나, 각 셀의 출구에서 가스의 흐름이 정체되어 생성수가 채널을 덮는 홍수(flooding) 발생으로 전압이 급격히 낮아지는 현상이 발생할 가능성이 높다. 이를 극복하기 위한 방법으로 블로아(blower) 또는 이젝터(ejector)를 사용하여 잔류가스를 스택입구로 순환시키는 방법이 있으나 추가적인 동력소모, 소음발생 및 운전영역이 좁아지는 문제점을 안고 있다.The stack assembly of a typical fuel cell is a single stage, in which fuel gas (hydrogen) and oxidizing gas (oxygen) are supplied through respective manifolds and evenly through a separating plate constituting each cell of the stack. Is distributed. After the reaction is completed, the remaining residual gas and the residual by-product water are discharged to the outside of the stack through the outlet manifold, and the efficiency of the stack increases as the amount of residual gas discharged to the outside of the stack is minimized. . In order to minimize the amount of residual gas, there is a method of performing a dead-end operation in which a valve is installed at the outlet of the stack to open and close the outlet intermittently. There is a high possibility that the voltage drops rapidly due to flooding covering the channel. As a method for overcoming this problem, there is a method of circulating residual gas to the stack entrance using a blower or ejector, but there are problems of additional power consumption, noise generation, and a narrow operating area.

일반적인 다단형 스택은 도1에 도시한 바와 같이, 여러 개의 스택 단(stack stage)(1, 2, 3)이 직렬로 연결되어 있다. 상기 각 단(1, 2, 3)은 또한 전기적으로 직렬로 연결되어 있으며 각 단 사이에는 생성수를 제거하기 위한 기액 분리기(4)가 설치되어 있다. 각 단(1, 2, 3)은 1 ~ 수백개의 연료전지 셀(cell)로 구성되어 있으며, 마지막 단으로 갈수록 셀의 수는 감소하게 되어 있다. 각 단의 셀의 수는 연료가스/산화가스의 양론비(stoichiometry)가 1.2~1.5가 유지되고 맨 마지막 단의 양론비는 1이 되게 조절된다.In a typical multistage stack, as shown in FIG. 1, several stack stages 1, 2, and 3 are connected in series. Each stage 1, 2, 3 is also electrically connected in series, and between each stage is provided a gas-liquid separator 4 for removing the generated water. Each stage (1, 2, 3) is composed of one to hundreds of fuel cell (cell), the number of cells is reduced to the last stage. The number of cells in each stage is adjusted so that the stoichiometry of fuel gas / oxidation gas is 1.2 ~ 1.5 and the stoichiometric ratio of the last stage is 1.

이러한 다단형 스택을 포함한 연료전지는 각 단을 스택(stack)으로 만들고 각 스택을 직렬로 연결해야 하므로 각 스택마다 압축판, 절연판 및 집전판, 스택을 직렬로 연결하기 위한 케이블(cable)이 필요하다.Fuel cells including these multi-stage stacks require stacks of stacks and each stack connected in series, so each stack requires compression plates, insulators and current collectors, and cables to connect the stacks in series. Do.

또 상기 다단형 스택은 상기 각 단(1, 2, 3)의 사이에 기액 분리기(4)가 필요한 것이다.In addition, the multistage stack requires a gas-liquid separator 4 between the stages 1, 2, and 3.

따라서 종래의 다단 스택형 연료 전지는 각 단(1, 2, 3)을 연결하기 위한 배관, 케이블, 기액 분리기(4)가 필요하여 공간적으로 차지하는 부피가 크고, 구조가 복잡하여 제조 비용이 많이 소요되고, 조립이 어렵고 조립 시간이 오래 걸려 생산성이 낮은 문제점이 있는 것이다.Therefore, the conventional multi-stage stack type fuel cell requires piping, cables, and gas-liquid separators 4 for connecting the stages 1, 2, and 3, and thus requires a large space, a complicated structure, and high manufacturing costs. And, it is difficult to assemble and takes a long assembly time is a problem of low productivity.

또한 종래의 다단 스택형 연료 전지는 특히, 기액 분리기가 각 단 사이에서 스택과 분리된 상태로 구비되어 연료 전지 전체 부피를 크게하고, 조립을 어렵게 함은 물론 기액 분리기를 통과한 반응 가스가 과가습되거나 저가습되는 현상이 발생하여 반응 가스, 즉, 수수 및 산소의 이용률이 저하되어 최종적으로 연료 전지의 효율이 낮은 문제점이 있는 것이다.In addition, the conventional multi-stage stack type fuel cell is particularly provided with a gas-liquid separator separated from the stack between each stage to increase the overall volume of the fuel cell, make assembly difficult, and the reaction gas passing through the gas-liquid separator is excessively humidified. Or a low-humidity phenomenon occurs and the utilization rate of the reaction gas, that is, sorghum and oxygen is lowered, resulting in low efficiency of the fuel cell.

본 발명의 목적은 기액 분리기를 일체화시킴으로써 다단 스택의 구조를 단순화하여 조립 및 제조가 용이함은 물론 공간적으로 차지하는 부피를 줄여 콤팩트한 설계가 가능하고, 전지 효율을 향상시킨 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택을 제공하는 데 있다.The object of the present invention is to simplify the structure of the multi-stage stack by integrating the gas-liquid separator, which is easy to assemble and manufacture, as well as to reduce the space occupied by the compact design, and to integrate the gas-liquid separator that improves battery efficiency. To provide a battery stack.

이러한 본 발명의 과제는 막-전극 조합체와 분리판을 포함한 단위 셀이 복수로 적층된 복수의 스택체와;The object of the present invention is a plurality of stack body in which a plurality of unit cells including a membrane-electrode assembly and a separator plate are stacked;

상기 복수의 스택체 사이에 배치되며 양 면에 배치된 각각의 스택체를 전기적으로 연결하며, 어느 한 면에 배치된 스택에서 1차 반응한 반응 가스를 전달받아 상기 반응 가스 내의 기액을 분리한 후 다른 한 면에 배치된 스택으로 반응 가스를 유입시키는 가스 공급판부재를 포함한 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택를 제공함으로써 해결되는 것이다. The stacks disposed between the plurality of stacks are electrically connected to each stack disposed on both sides, and the gaseous gas in the reactant gas is separated by receiving the reaction gas reacted first from the stack disposed on either side. It is solved by providing a multi-stage fuel cell stack incorporating a gas-liquid separator including a gas supply plate member for introducing a reaction gas into a stack disposed on the other side.

상기 가스 공급판부재는 양 면에 각각 배치되는 상기 복수의 스택체를 전기적으로 연결하는 전원 연결부가 구비된 것을 특징으로 한다.The gas supply plate member may be provided with a power connection part for electrically connecting the plurality of stack bodies respectively disposed on both surfaces.

상기 가스 공급판부재에는 양 면에 배치된 각 스택체의 냉각수 유로를 연결하는 냉각수 연결 매니폴드가 형성된 것을 특징으로 한다.The gas supply plate member is characterized in that a coolant connection manifold is formed to connect the coolant flow paths of the respective stacks arranged on both sides.

상기 가스 공급판부재의 내부에는 상기 가스 공급판부재의 어느 한 면에 배치된 스택체에서 1차 반응한 연료 가스가 유입되어 기액 분리되는 제 1 기액 분리부 및 상기 가스 공급판부재의 어느 한 면에 배치된 스택체에서 1차 반응한 연료 가스가 유입되어 기액 분리되는 제 2 기액 분리부가 형성된 것을 특징으로 한다.Inside the gas supply plate member, a first gas-liquid separator and a gas supply plate member in which a first gaseous reaction gas is introduced into the stack body disposed on one surface of the gas supply plate member to separate the gas liquid. A second gas-liquid separator is formed in which the fuel gas first reacted in the stack body disposed in the gas-inlet is separated.

상기 제 1 기액 분리부 및 상기 제 2 기액 분리부 내에 각각 구비되어 상기 제 1 기액 분리부 및 상기 제 2 기액 분리부 내의 수위를 감지하는 제 1 레벨 센서 및 제 2 레벨 센서와, 상기 제 1 기액 분리부 및 상기 제 2 기액 분리부의 배출구에 연결되는 제 1 기액 배출관 및 제 2 기액 배출관에 각각 장착되는 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브와, 상기 제 1 레벨 센서 및 제 2 레벨 센서, 상기 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브에 연결되어 상기 제 1 레벨 센서 및 제 2 레벨 센서로 부터 전달받은 신호로 상기 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함한 것을 특징으로 한다.A first level sensor and a second level sensor provided in the first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator, respectively, for sensing a level in the first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator; A first control valve and a second control valve mounted to a first gas-liquid discharge pipe and a second gas-liquid discharge pipe respectively connected to an outlet of the separation unit and the second gas-liquid separation unit, the first level sensor and the second level sensor, and the first control valve And a control unit connected to the first control valve and the second control valve to control the operation of the first control valve and the second control valve by signals transmitted from the first level sensor and the second level sensor. .

상기 분리판은 중앙부에 상기 막-전극 조합체가 배치되는 조합체 배치부가 구비되며, 상기 조합체 배치부의 상부에 이격되게 형성되는 제 1 반응 가스 유입 매니폴드, 제 2 반응 가스 유입 매니폴드와, 상기 조합 배치부의 하부에 이격되게 형성되는 제 1 반응 가스 배출 매니폴드, 제 2 반응 가스 배출 매니폴드를 포함하며, 상기 조합체 배치부의 상부에서 상기 제 1 반응 가스 유입 매니폴드와 상기 제 2 반응 가스 유입 매니폴드 사이에 형성되는 제 1 냉각수 매니폴드와, 상기 조합체 배치부의 하부에서 상기 제 1 반응 가스 배출 매니폴드와 상기 제 2 반응 가스 배출 매니폴드 사이에 형성되는 제 2 냉각수 매니폴드를 포함한 것을 특징으로 한다.The separation plate may include a combination arrangement part in which the membrane-electrode assembly is disposed at a central portion thereof, and may include a first reaction gas inflow manifold, a second reaction gas inflow manifold, and the combination arrangement spaced apart from an upper portion of the combination arrangement part. A first reactive gas discharge manifold and a second reactive gas discharge manifold spaced apart from the lower portion of the unit, and between the first reactive gas inlet manifold and the second reactive gas inlet manifold at an upper portion of the assembly arrangement part. And a second cooling water manifold formed at the lower portion of the assembly arrangement portion, and a second cooling water manifold formed between the first reaction gas discharge manifold and the second reaction gas discharge manifold.

상기 가스 공급판부재는 상기 제 1 기액 분리부로 연결되어 상기 제 1 기액 분리부로 연료 가스를 유입시키는 연료 가스 유입 매니폴드가 상기 분리판의 제 1 반응 가스 배출 매니폴드에 대응되게 형성되며 상기 제 2 기액 분리부로 연결되어 상기 제 2 기액 분리부로 산화 가스를 유입시키는 산화 가스 유입 매니폴드가 상기 분리판의 제 2 반응 가스 배출 매니폴드에 대응되게 형성되고, 상기 가스 공급판부재의 내부에는 상기 연료 가스 유입 매니폴드와 상기 제 1 기액 분리부를 연결하는 연료 가스 유입 유로와, 상기 산화 가스 유입 매니폴드와 상기 제 2 기액 분리부를 연결하는 산화 가스 유입 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.The gas supply plate member is connected to the first gas-liquid separator to form a fuel gas inlet manifold for introducing fuel gas into the first gas-liquid separator to correspond to the first reactive gas discharge manifold of the separator, and the second An oxidizing gas inlet manifold connected to a gas-liquid separator to introduce an oxidizing gas into the second gas-liquid separator is formed to correspond to the second reactive gas discharge manifold of the separator, and the fuel gas inside the gas supply plate member. A fuel gas inflow passage connecting the inflow manifold and the first gas-liquid separator and an oxidizing gas inflow passage connecting the oxidizing gas inflow manifold and the second gas-liquid separator are formed.

상기 가스 공급판부재는 상기 제 1 기액 분리부로 연결되어 상기 제 1 기액 분리부에서 기액 분리된 연료 가스를 배출하여 상기 가스 공급판부재의 어느 한 면에 배치된 스택체로 유입시키는 연료 가스 배출 매니폴드가 상기 분리판의 제 1 반응 가스 유입 매니폴드에 대응되게 형성되며 상기 제 2 기액 분리부로 연결되어 상기 제 2 기액 분리부에서 기액 분리된 산화 가스를 배출하여 상기 가스 공급판부재의 어느 한 면에 배치된 스택체로 유입시키는 산화 가스 배출 매니폴드가 상기 분리판의 제 2 반응 가스 유입 매니폴드에 대응되게 형성되고, 상기 가스 공급판부재의 내부에는 상기 제 1 기액 분리부와 상기 연료 가스 배출 매니폴드를 연결하는 연료 가스 배출 유로와, 상기 제 2 기액 분리부와 상기 산화 가스 배출 매니폴드를 연결하는 산화 가스 배출 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.The gas supply plate member is connected to the first gas-liquid separator to discharge fuel gas separated from the first gas-liquid separator into the stack body disposed on one surface of the gas supply plate member. Is formed to correspond to the first reaction gas inlet manifold of the separation plate and is connected to the second gas-liquid separator to discharge the oxidized gas gas-separated from the second gas-liquid separator to one side of the gas supply plate member. An oxidizing gas discharge manifold flowing into the stacked stack is formed to correspond to the second reactive gas inlet manifold of the separation plate, and the first gas-liquid separator and the fuel gas discharge manifold are formed inside the gas supply plate member. A fuel gas discharge passage connecting a second gas passage and an oxidizing gas discharge connecting the second gas-liquid separator and the oxidizing gas discharge manifold; Characterized in that flow path is formed.

상기 가스 공급판부재에는 양 면에 배치된 각 스택체의 냉각수 유로를 연결하도록 제 1 냉각수 연결 매니폴드, 제 2 냉각수 연결 매니폴드가 상기 분리판의 제 1 냉각수 매니폴드와 제 2 냉각수 매니폴드에 대응되게 형성된 것을 특징으로 한다.The gas supply plate member includes a first coolant connection manifold and a second coolant connection manifold connected to the first coolant manifold and the second coolant manifold of the separator to connect the coolant flow paths of the stacks disposed on both sides of the gas supply plate member. Characterized in that formed correspondingly.

본 발명은 기액분리기가 일체화된 다단형 스택 구조로, 구조가 단순화되어 조립이 용이하고, 전체 부피를 크게 감소시켜 콤팩트한 설계가 가능함은 물론 제조 원가를 절감하는 효과 및 조립 시간을 크게 단축시키고 생산성을 증대시키는 효과가 있는 것이다.The present invention is a multi-stage stack structure in which a gas-liquid separator is integrated, which simplifies the assembly and greatly reduces the overall volume, thereby enabling a compact design as well as reducing manufacturing costs and significantly reducing assembly time and productivity. The effect is to increase.

본 발명은 스택의 출력 밀도(power density)를 높이고, 기액 분리 시 반응 가스가 과가습되거나, 저가습되는 것을 방지하여 연료 전지의 성능을 크게 향상시키고, 연료 전지의 성능을 안정화하는 효과가 있는 것이다. The present invention has the effect of increasing the power density of the stack and preventing the reaction gas from being over-humidized or low-humidified during gas-liquid separation, thereby greatly improving the performance of the fuel cell and stabilizing the performance of the fuel cell. .

도 1은 일반적인 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명의 구조를 나타낸 분해 사시도
도 3은 본 발명의 전체 구조를 도시한 사시도
도 4는 본 발명의 가스 공급판부재를 도시한 사시도
도 5는 본 발명의 가스 공급판부재의 구조를 도시한 단면도1 is a block diagram showing a multi-stage fuel cell stack incorporating a general gas-liquid separator.
2 is an exploded perspective view showing the structure of the present invention;
Figure 3 is a perspective view showing the overall structure of the present invention
Figure 4 is a perspective view showing a gas supply plate member of the present invention
Figure 5 is a cross-sectional view showing the structure of the gas supply plate member of the present invention

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명인 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택는 복수의 스택체(10, 10', 10'')를 포함하며, 상기 스택체(10, 10', 10'')는 막-전극 조합체와 분리판(11)을 포함한 단위 셀이 복수로 적층된 것이다. The multi-stage fuel cell stack incorporating the present gas-liquid separator includes a plurality of stacks (10, 10 ', 10' '), and the stacks (10, 10', 10 '') are separated from the membrane-electrode assembly. A plurality of unit cells including the plate 11 are stacked.

상기 복수의 스택체(10, 10', 10'')는 반응 가스가 유입되는 측을 기준으로 반응 가스가 배출되는 마지막 단으로 갈수록 셀의 수는 감소하게 되어 있다. The stacks 10, 10 ′, and 10 ″ of the plurality of stacks are reduced in number toward the last stage where the reaction gas is discharged based on the side into which the reaction gas is introduced.

각 스택체(10, 10', 10'')의 셀의 수는 연료가스/산화가스의 양론비(stoichiometry)가 1.2~1.5가 유지되고 맨 마지막 단의 양론비는 1이 되게 조절된다.The number of cells in each stack 10, 10 ′, 10 ″ is controlled such that the stoichiometry of the fuel gas / oxidant gas is maintained at 1.2 to 1.5 and the stoichiometric ratio of the last stage is 1.

상기 단위 셀은 양극(Anode)판과 음극(Cathode)판, 상기 양극(Anode)판과 음극(Cathode)판 사이에 개재되는 전해질 막을 포함한 막-전극 조합체(MEA) 및 상기 막-전극 조합체의 양 면에 각각 배치되는 분리판(11)을 포함한다.The unit cell includes an anode plate and a cathode plate, a membrane-electrode assembly (MEA) including an electrolyte membrane interposed between the anode plate and the cathode plate, and an amount of the membrane electrode assembly. It includes a separator plate 11 disposed on each side.

상기 분리판(11)은 상기 막-전극 조합체 내로 반응 가스를 분배하는 가스 유로 및 연료전지 스택체의 냉각수가 흐르는 냉각수 유로를 구비한다.The separation plate 11 includes a gas flow path for distributing the reaction gas into the membrane-electrode assembly and a cooling water flow path through which the coolant of the fuel cell stack flows.

상기 분리판(11)은 복수로 적층된 각각의 막-전극 조합체에 반응 가스 및 냉각수를 공급하기 위한 반응 가스 매니폴드(12) 및 냉각수 매니폴드(13)가 형성된다.The separator 11 is formed with a reaction gas manifold 12 and a cooling water manifold 13 for supplying a reaction gas and cooling water to each of the plurality of membrane-electrode combinations.

복수의 상기 분리판(11)은 서로 압착되어 밀착됨으로써 상기 반응 가스 매니폴드(12) 및 상기 냉각수 매니폴드(13)가 연결되어 하나의 가스 유로 및 냉각수 유로를 형성하고, 상기 가스 유로 및 상기 냉각수 유로에서 각각의 막-전극 조합체에 반응 가스를 공급하는 것이다.The plurality of separation plates 11 are compressed and adhered to each other so that the reaction gas manifold 12 and the cooling water manifold 13 are connected to form a gas flow path and a cooling water flow path, and the gas flow path and the cooling water flow path. The reaction gas is supplied to each membrane-electrode combination in the flow path.

상기 분리판(11)은 중앙부에 상기 막-전극 조합체가 배치되어 실질적인 화학 반응이 발생하는 조합체 배치부(11a)가 구비된다.The separator 11 is provided with a combination arrangement portion 11a in which the membrane-electrode assembly is disposed at a central portion, whereby a substantial chemical reaction occurs.

또 상기 반응 가스 매니폴드(12)는 상기 조합체 배치부(11a)의 상부에 이격되게 형성되는 제 1 반응 가스 유입 매니폴드(12a), 제 2 반응 가스 유입 매니폴드(12b)와, 상기 조합 배치부의 하부에 이격되게 형성되는 제 1 반응 가스 배출 매니폴드(12c), 제 2 반응 가스 배출 매니폴드(12d)를 포함한다.In addition, the reaction gas manifold 12 and the first reaction gas inlet manifold 12a, the second reaction gas inlet manifold 12b which are formed to be spaced apart from the upper portion of the assembly arrangement part 11a, and the combination arrangement A first reactive gas discharge manifold 12c and a second reactive gas discharge manifold 12d are formed to be spaced apart from the lower portion of the unit.

또한, 상기 냉각수 매니폴드(13)는 상기 조합체 배치부(11a)의 상부에서 상기 제 1 반응 가스 유입 매니폴드(12a)와 상기 제 2 반응 가스 유입 매니폴드(12b) 사이에 형성되는 제 1 냉각수 매니폴드(13a)와, 상기 조합체 배치부(11a)의 하부에서 상기 제 1 반응 가스 배출 매니폴드(12c)와 상기 제 2 반응 가스 배출 매니폴드(12d) 사이에 형성되는 제 2 냉각수 매니폴드(13b)를 포함한다.In addition, the coolant manifold 13 is a first coolant formed between the first reactant gas inlet manifold 12a and the second reactant gas inlet manifold 12b at an upper portion of the combination placement unit 11a. A second cooling water manifold formed between the manifold 13a and the lower portion of the combination arranging portion 11a between the first reactive gas discharge manifold 12c and the second reactive gas discharge manifold 12d ( 13b).

즉, 연료 가스는 상기 제 1 반응 가스 유입 매니폴드(12a)를 통해 각 상기 막-전극 조합체의 양극판에 공급되고, 산화 가스는 상기 제 2 가스 유입 매니폴드를 통해 각 상기 막-전극 조합체의 음극판에 공급되는 것이다.That is, fuel gas is supplied to the positive electrode plates of each of the membrane-electrode assemblies through the first reactive gas inlet manifold 12a, and oxidizing gas is negative electrode plates of the respective membrane-electrode combinations through the second gas inlet manifold. To be supplied.

또 냉각수는 상기 제 1 냉각수 매니폴드(13a) 및 상기 제 2 냉각수 매니폴드(13b)를 통해 각 분리판(11)의 내부를 순환함으로써 각각의 분리판(11)에서 반응열을 냉각시키게 되는 것이다.In addition, the cooling water cools the reaction heat in each of the separating plates 11 by circulating the inside of each of the separating plates 11 through the first cooling water manifold 13a and the second cooling water manifold 13b.

한편, 본 발명은 상기 복수의 스택체(10, 10', 10'') 사이에 배치되며 양 면에 배치된 각각의 스택체(10, 10', 10'')를 전기적으로 연결하며, 어느 한 면에 배치된 스택체(10)에서 1차 반응한 반응 가스를 전달받아 상기 반응 가스 내의 기액을 분리하는 기액 분리부가 내부에 형성되고, 상기 기액 분리부로 기액 분리된 반응 가스를 다른 한 면에 배치된 스택체(10')로 반응 가스를 유입시키는 가스 공급판부재(20)를 포함한다.On the other hand, the present invention is disposed between the plurality of stack body (10, 10 ', 10' ') and electrically connects each of the stack body (10, 10', 10 '' disposed on both sides, A gas-liquid separator for separating the gas-liquid in the reaction gas is received inside the stack body 10 disposed on one side, and a reaction gas gas-liquid separated by the gas-liquid separator is formed on the other side. And a gas supply plate member 20 for introducing a reaction gas into the arranged stack 10 '.

상기 가스 공급판부재(20)는 상기 복수의 스택체(10, 10', 10'') 사이에 배치되어 일면에 어느 한 스택체(10)의 분리판(11)이 밀착되고, 다른 한 면에 다른 한 스택체(10')의 분리판(11)이 밀착되는 것이다.The gas supply plate member 20 is disposed between the plurality of stack bodies 10, 10 ′ and 10 ″ so that the separating plate 11 of one stack body 10 is in close contact with one surface thereof, and the other surface thereof. The separator 11 of the other stack body 10 'is in close contact with each other.

본 발명은 상기 복수의 스택체(10, 10', 10'') 양 측에 배치되며 전원이 연결되는 두 개의 집전판부재(50)와, 상기 복수의 스택체(10, 10', 10'') 양 측에 배치되어 상기 복수의 스택체(10, 10', 10'') 및 상기 복수의 스택체(10, 10', 10'') 사이에 배치되는 상기 가스 공급판부재(20)를 압축 고정하는 압축판부재(30)를 포함한다.The present invention is disposed on both sides of the plurality of stack body (10, 10 ', 10' ') and the two current collector plate member 50 is connected to a power source, and the plurality of stack body (10, 10', 10 ') ') The gas supply plate member 20 disposed on both sides and disposed between the plurality of stack bodies 10, 10 ′, 10 ″ and the plurality of stack bodies 10, 10 ′, 10 ″. It includes a compression plate member 30 for compression fixing.

상기 압축판부재(30)에는 보조 압축판부재(60)가 선택적으로 결합되며, 연료가스(수소) 및/또는 산화가스(산소)가 유입/배출되는 연료가스 유입관 및 연료가스 배출관과 산화가스 유입관 및 산화가스 배출관이 연결된다.An auxiliary compression plate member 60 is selectively coupled to the compression plate member 30, and a fuel gas inlet pipe and a fuel gas discharge pipe and an oxidizing gas into which fuel gas (hydrogen) and / or oxidizing gas (oxygen) are introduced / exhausted. Inlet pipe and oxidizing gas discharge pipe are connected.

즉, 상기 복수의 스택체(10, 10', 10'') 양 측에는 상기 집전판부재(50)와, 절연판부재(40)와 상기 압축판부재(30)와 상기 보조 압축판부재(60)가 순차적으로 배치되는 것이다.That is, the current collector plate member 50, the insulation plate member 40, the compression plate member 30, and the auxiliary compression plate member 60 are disposed on both sides of the plurality of stack bodies 10, 10 ′, 10 ″. Are arranged sequentially.

상기 집전판부재(50)와, 상기 절연판부재(40)는 일반적인 구성이므로 자세한 설명은 생략한다. Since the current collector plate member 50 and the insulating plate member 40 have a general configuration, detailed description thereof will be omitted.

상기 압축판부재(30)는 상기 복수의 스택체(10, 10', 10'') 중 양 단부에 배치된 각 스택체(10, 10'')의 양 측에 각각 배치되는 것으로 어느 한 측에 상기 연료 가스 유입관 및 산화 가스 유입관이 연결되고, 다른 한 측에 연료 가스 배출관 및 산화 가스 배출관이 연결되는 것이다. The compression plate member 30 is disposed on both sides of each of the stack bodies 10 and 10 '' disposed at both ends of the plurality of stack bodies 10, 10 ′ and 10 ″. The fuel gas inlet pipe and the oxidizing gas inlet pipe are connected to each other, and the fuel gas discharge pipe and the oxidizing gas discharge pipe are connected to the other side.

상기 가스 공급판부재(20)는 도 4 내지 도 5에서 도시한 바와 같이 양 면에 각각 배치되는 상기 복수의 스택체(10, 10', 10'')를 전기적으로 연결하는 전원 연결부(21)가 구비되며, 상기 전원 연결부(21)는 몸체 중앙부에 배치되고, 상기 분리판(11)의 조합체 배치부(11a)에 대응되게 구비되어 상기 조합체 배치부(11a)에 배치되는 막-전극 접합체로의 전원 공급을 원활하게 한다.As shown in FIGS. 4 to 5, the gas supply plate member 20 has a power connection part 21 for electrically connecting the plurality of stacks 10, 10 ′, and 10 ″ respectively disposed on both surfaces. Is provided, the power connection portion 21 is disposed in the center of the body, provided to correspond to the combination placement portion (11a) of the separating plate 11 is a membrane-electrode assembly disposed in the combination arrangement portion (11a) Smooth power supply.

또 상기 가스 공급판부재(20)의 내부에는 상기 가스 공급판부재(20)의 어느 한 면에 배치된 스택체(10)에서 1차 반응한 연료 가스가 유입되어 기액 분리되는 제 1 기액 분리부(23a) 및 상기 가스 공급판부재(20)의 어느 한 면에 배치된 스택체(10)에서 1차 반응한 연료 가스가 유입되어 기액 분리되는 제 2 기액 분리부(23b)가 형성된다.In addition, a first gas-liquid separation part into which the gaseous reaction first reacted in the stack body 10 disposed on one surface of the gas supply plate member 20 is introduced into the gas supply plate member 20 to separate the gas liquid. A second gas-liquid separator 23b is formed in which the fuel gas first reacted in the stack body 10 disposed on one surface of the gas supply plate member 20 flows in and separates the gas-liquid separation.

또한 상기 가스 공급판부재(20)는 상기 분리판(11)의 제 1 반응 가스 배출 매니폴드(12c)에 대응되게 형성되며 상기 제 1 기액 분리부(23a)로 연결되어 상기 제 1 기액 분리부(23a)로 연료 가스를 유입시키는 연료 가스 유입 매니폴드(22a) 및 상기 분리판(11)의 제 2 반응 가스 배출 매니폴드(12d)에 대응되게 형성되며 제 2 기액 분리부(23b)로 연결되어 상기 제 2 기액 분리부(23b)로 산화 가스를 유입시키는 산화 가스 유입 매니폴드(22b)를 포함한다.In addition, the gas supply plate member 20 is formed to correspond to the first reaction gas discharge manifold 12c of the separation plate 11 and is connected to the first gas-liquid separator 23a so that the first gas-liquid separator is A fuel gas inlet manifold 22a for introducing fuel gas into the 23a and a second reactive gas discharge manifold 12d of the separator 11 are formed to correspond to the second gas-liquid separator 23b. And an oxidizing gas inflow manifold 22b for introducing an oxidizing gas into the second gas-liquid separator 23b.

상기 가스 공급판부재(20)의 내부에는 상기 연료 가스 유입 매니폴드(22a)와 상기 제 1 기액 분리부(23a)를 연결하는 연료 가스 유입 유로(22c)와, 상기 산화 가스 유입 매니폴드(22b)와 상기 제 2 기액 분리부(23b)를 연결하는 산화 가스 유입 유로(22d)가 형성된다.A fuel gas inflow passage 22c connecting the fuel gas inflow manifold 22a and the first gas-liquid separator 23a to the inside of the gas supply plate member 20, and the oxidizing gas inflow manifold 22b. ) And an oxidizing gas inflow passage 22d connecting the second gas-liquid separator 23b is formed.

상기 가스 공급판부재(20)는 상기 분리판(11)의 제 1 반응 가스 유입 매니폴드(12a)에 대응되게 형성되며 상기 제 1 기액 분리부(23a)로 연결되어 상기 제 1 기액 분리부(23a)에서 기액 분리된 연료 가스를 배출하여 상기 가스 공급판부재(20)의 어느 한 면에 배치된 스택체(10')로 유입시키는 연료 가스 배출 매니폴드(24a)와, 상기 분리판(11)의 제 2 반응 가스 유입 매니폴드(12b)에 대응되게 형성되며 상기 제 2 기액 분리부(23b)로 연결되어 상기 제 2 기액 분리부(23b)에서 기액 분리된 산화 가스를 배출하여 상기 가스 공급판부재(20)의 어느 한 면에 배치된 스택체(10')로 유입시키는 산화 가스 배출 매니폴드(24b)를 포함한다.The gas supply plate member 20 is formed to correspond to the first reaction gas inlet manifold 12a of the separator 11 and is connected to the first gas-liquid separator 23a to allow the first gas-liquid separator ( A fuel gas discharge manifold 24a for discharging the fuel gas separated by gas-liquid separation from 23a to the stack body 10 'disposed on one surface of the gas supply plate member 20, and the separation plate 11; The second reaction gas inlet manifold (12b) and connected to the second gas-liquid separator (23b) to discharge the oxidized gas gas-separated from the second gas-liquid separator (23b) to supply the gas The oxidizing gas discharge manifold 24b which flows into the stack body 10 'arrange | positioned at any one surface of the plate member 20 is included.

상기 가스 공급판부재(20)의 내부에는 상기 제 1 기액 분리부(23a)와 상기 연료 가스 배출 매니폴드(24a)를 연결하는 연료 가스 배출 유로(24c)와, 상기 제 2 기액 분리부(23b)와 상기 산화 가스 배출 매니폴드(24b)를 연결하는 산화 가스 배출 유로(24d)가 형성된다.Inside the gas supply plate member 20, a fuel gas discharge passage 24c connecting the first gas-liquid separator 23a and the fuel gas discharge manifold 24a, and the second gas-liquid separator 23b. ) And the oxidizing gas discharge passage 24d is formed to connect the oxidizing gas discharge manifold 24b.

상기 가스 공급판부재(20)에는 양 면에 배치된 각 스택체(10, 10', 10'')의 냉각수 유로를 연결하는 냉각수 연결 매니폴드(25)가 형성된다.The gas supply plate member 20 is provided with a coolant connection manifold 25 connecting the coolant flow paths of the stacks 10, 10 ′, and 10 ″ disposed on both surfaces thereof.

상기 냉각수 연결 매니폴드(25)는 상기 분리판(11)의 제 1 냉각수 매니폴드(13a)와 제 2 냉각수 매니폴드(13b)에 대응되게 형성되는 제 1 냉각수 연결 매니폴드(25a), 제 2 냉각수 연결 매니폴드(25b)를 포함한다.The cooling water connection manifold 25 may include a first cooling water connection manifold 25a and a second formed to correspond to the first cooling water manifold 13a and the second cooling water manifold 13b of the separator 11. A coolant connection manifold 25b.

또 본 발명은 상기 제 1 기액 분리부(23a) 및 상기 제 2 기액 분리부(23b) 내에 각각 구비되어 상기 제 1 기액 분리부(23a) 및 상기 제 2 기액 분리부(23b) 내의 수위를 감지하는 제 1 레벨 센서(26a) 및 제 2 레벨 센서(26b)와, 상기 제 1 기액 분리부(23a) 및 상기 제 2 기액 분리부(23b)의 배출구에 연결되는 제 1 기액 배출관(23c) 및 제 2 기액 배출관(23d)에 각각 장착되는 제 1 제어 밸브(27a) 및 제 2 제어 밸브(27b)와, 상기 제 1 레벨 센서(26a) 및 제 2 레벨 센서(26b), 상기 제 1 제어 밸브(27a) 및 제 2 제어 밸브(27b)에 연결되어 상기 제 1 레벨 센서(26a) 및 제 2 레벨 센서(26b)로 부터 전달받은 신호로 상기 제 1 제어 밸브(27a) 및 제 2 제어 밸브(27b)의 작동을 제어하는 제어부(28)를 더 포함한다.In addition, the present invention is provided in each of the first gas-liquid separator 23a and the second gas-liquid separator 23b to sense the water level in the first gas-liquid separator 23a and the second gas-liquid separator 23b. A first gas-liquid discharge pipe 23c connected to a first level sensor 26a and a second level sensor 26b, and an outlet of the first gas-liquid separator 23a and the second gas-liquid separator 23b, and A first control valve 27a and a second control valve 27b respectively mounted to the second gas-liquid discharge pipe 23d, the first level sensor 26a and the second level sensor 26b, and the first control valve. And a first control valve 27a and a second control valve connected to the 27 and second control valves 27b as signals received from the first and second level sensors 26a and 26b. A control unit 28 for controlling the operation of 27b) is further included.

상기 제어부(28)는 상기 제 1 레벨 센서(26a) 및 제 2 레벨 센서(26b)에서 감지된 수위가 일정 이상인 경우에만 상기 제 1 기액 배출관(23c) 및 상기 제 2 기액 배출관(23d)의 관로를 개방하도록 상기 제 1 제어 밸브(27a) 및 상기 제 2 제어 밸브(27b)의 작동을 제어하여 상기 제 1 기액 분리부(23a) 및 상기 제 2 기액 분리부(23b)에 일정 이상의 기액이 저장된 경우 외부로 배출하여 제거하도록 하는 것이다.The control unit 28 is a pipe line of the first gas-liquid discharge pipe 23c and the second gas-liquid discharge pipe 23d only when the water level detected by the first level sensor 26a and the second level sensor 26b is higher than or equal to a predetermined level. By controlling the operation of the first control valve (27a) and the second control valve (27b) so as to open a predetermined or more gas-liquid stored in the first gas-liquid separator 23a and the second gas-liquid separator 23b If it is to be discharged to the outside to remove.

본 발명은 상기 연료 가스 유입관 및 상기 산화 가스 유입관으로 연료 가스 및 산화 가스가 유입되면 어느 한 스택체(10) 내의 각 막-전극 조합체를 통과하여 화학 반응한 후 상기 가스 공급판부재(20) 내에 형성된 제 1 기액 분리부(23a) 및 상기 제 2 기액 분리부(23b)로 유입된다.According to the present invention, when the fuel gas and the oxidizing gas are introduced into the fuel gas inlet tube and the oxidizing gas inlet tube, the gas supply plate member 20 is chemically reacted by passing through each membrane-electrode combination in the stack 10. ) Is introduced into the first gas-liquid separator 23a and the second gas-liquid separator 23b.

그리고, 상기 연료 가스 및 산화 가스는 상기 제 1 기액 분리부(23a) 및 상기 제 2 기액 분리부(23b)에서 기액이 분리된 후 상기 가스 공급판부재(20)의 다른 면에 배치된 스택체(10')로 공급되는 것이다.The fuel gas and the oxidizing gas are stacked on the other surface of the gas supply plate member 20 after the gas liquid is separated from the first gas liquid separator 23a and the second gas liquid separator 23b. 10 'is supplied.

본 발명은 상기한 바와 같이 내부에 제 1 기액 분리부(23a) 및 제 2 기액 분리부(23b)가 형성되고 각 스택체(10, 10', 10'')의 전원 연결이 가능한 상기 가스 공급판부재(20)가 복수의 스택체(10, 10', 10'') 사이에 배치되어 각 스택체(10, 10', 10'')를 배관하기 위한 배관, 케이블이 필요 없고, 별도의 기액 분리기를 구비할 필요가 없고, 복수의 스택체(10, 10', 10'')가 한 몸체로 되어 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택의 전체 크기를 획기적으로 줄이는 구조인 것이다.As described above, the first gas-liquid separator 23a and the second gas-liquid separator 23b are formed therein, and the gas supply capable of connecting power to each stack 10, 10 ', and 10' 'is possible. The plate member 20 is disposed between the plurality of stack bodies 10, 10 ′, 10 ″ so that no pipes or cables are required to pipe each stack body 10, 10 ′, 10 ″ and separate. There is no need to provide a gas-liquid separator, and a plurality of stacks 10, 10 ', and 10' 'are formed in one body, thereby dramatically reducing the overall size of the multi-stage fuel cell stack incorporating the gas-liquid separator.

또한 본 발명은 내부에 제 1 기액 분리부(23a) 및 제 2 기액 분리부(23b)가 형성된 상기 가스 공급판부재(20)가 복수의 스택체(10, 10', 10'') 사이에 배치되어 스택체의 온도와 동일하게 유지되므로, 상기 제 1 기액 분리부(23a) 및 상기 제 2 기액 분리부(23b)에서 기액 분리되는 반응 가스가 과가습되거나 저가습되지 않고 안정적으로 기액 분리되어 다른 스택체(10', 10'')로 공급되는 것이다.In addition, according to the present invention, the gas supply plate member 20 having the first gas-liquid separator 23a and the second gas-liquid separator 23b is disposed between the plurality of stacks 10, 10 ′, 10 ″. Since it is disposed and maintained at the same temperature as the stack body, the reaction gas which is gas-liquid separated in the first gas-liquid separator 23a and the second gas-liquid separator 23b is stably gas-liquid separated without being over-humidized or low-humidity. It is supplied to other stack bodies 10 'and 10' '.

본 발명은 연료 가스와, 수소 가스의 이용율(utilization ratio)을 높여 최적적으로 배출되는 잔류 가스를 최소화하여 각 스택체(10, 10', 10'')의 효율을 증대시키는 효과가 있는 것이다.The present invention has the effect of increasing the efficiency of each stack 10, 10 ′, 10 ″ by minimizing the residual gas that is optimally discharged by increasing the utilization ratio of fuel gas and hydrogen gas.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention, which is understood to be included in the configuration of the present invention.

10 : 스택체 11 : 분리판
20 : 가스 공급판부재 30 : 압축판부재10 Stacked body 11: Separator
20 gas supply plate member 30 compression plate member

Claims (9)

막-전극 조합체와 분리판을 포함한 단위 셀이 복수로 적층된 복수의 스택체와;
상기 복수의 스택체 사이에 배치되며 양 면에 배치된 각각의 스택체를 전기적으로 연결하며, 어느 한 면에 배치된 스택에서 1차 반응한 반응 가스를 전달받아 상기 반응 가스 내의 기액을 분리한 후 다른 한 면에 배치된 스택으로 반응 가스를 유입시키는 가스 공급판부재를 포함한 것을 특징으로 하는 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택.A plurality of stacks in which a plurality of unit cells including a membrane-electrode assembly and a separator are stacked;
The stacks disposed between the plurality of stacks are electrically connected to each stack disposed on both sides, and the gaseous gas in the reactant gas is separated by receiving the reaction gas reacted first from the stack disposed on either side. A multistage fuel cell stack incorporating a gas-liquid separator comprising a gas supply plate member for introducing a reaction gas into a stack disposed on the other side. 청구항 1에 있어서,
상기 가스 공급판부재는 양 면에 각각 배치되는 상기 복수의 스택체를 전기적으로 연결하는 전원 연결부가 구비된 것을 특징으로 하는 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택.The method according to claim 1,
The gas supply plate member is a multi-stage fuel cell stack incorporating a gas-liquid separator, characterized in that provided with a power connection for electrically connecting the plurality of stacks respectively disposed on both sides. 청구항 1에 있어서,
상기 가스 공급판부재에는 양 면에 배치된 각 스택체의 냉각수 유로를 연결하는 냉각수 연결 매니폴드가 형성된 것을 특징으로 하는 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택.The method according to claim 1,
The gas supply plate member is a multi-stage fuel cell stack incorporating a gas-liquid separator, characterized in that a coolant connection manifold is formed to connect the coolant flow paths of the stacks arranged on both sides. 청구항 1에 있어서,
상기 가스 공급판부재의 내부에는 상기 가스 공급판부재의 어느 한 면에 배치된 스택체에서 1차 반응한 연료 가스가 유입되어 기액 분리되는 제 1 기액 분리부 및 상기 가스 공급판부재의 어느 한 면에 배치된 스택체에서 1차 반응한 연료 가스가 유입되어 기액 분리되는 제 2 기액 분리부가 형성된 것을 특징으로 하는 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택.The method according to claim 1,
Inside the gas supply plate member, a first gas-liquid separator and a gas supply plate member in which a first gaseous reaction gas is introduced into the stack body disposed on one surface of the gas supply plate member to separate the gas liquid. A multi-stage fuel cell stack incorporating a gas-liquid separator, characterized in that a second gas-liquid separator is formed in which the first reacted fuel gas flows in and is separated from the gas-liquid. 청구항 4에 있어서,
상기 제 1 기액 분리부 및 상기 제 2 기액 분리부 내에 각각 구비되어 상기 제 1 기액 분리부 및 상기 제 2 기액 분리부 내의 수위를 감지하는 제 1 레벨 센서 및 제 2 레벨 센서와;
상기 제 1 기액 분리부 및 상기 제 2 기액 분리부의 배출구에 연결되는 제 1 기액 배출관 및 제 2 기액 배출관에 각각 장착되는 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브와;
상기 제 1 레벨 센서 및 제 2 레벨 센서, 상기 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브에 연결되어 상기 제 1 레벨 센서 및 제 2 레벨 센서로 부터 전달받은 신호로 상기 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택.The method of claim 4,
A first level sensor and a second level sensor provided in the first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator, respectively, for sensing the water level in the first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator;
A first control valve and a second control valve mounted to the first gas-liquid discharge pipe and the second gas-liquid discharge pipe respectively connected to the outlet of the first gas-liquid separator and the second gas-liquid separator;
The first control valve and the second control valve are connected to the first level sensor, the second level sensor, the first control valve, and the second control valve and are received from the first level sensor and the second level sensor. A multi-stage fuel cell stack incorporating a gas-liquid separator further comprising a control unit for controlling the operation of the gas-liquid separator. 청구항 4에 있어서,
상기 분리판은 중앙부에 상기 막-전극 조합체가 배치되는 조합체 배치부가 구비되며,
상기 조합체 배치부의 상부에 이격되게 형성되는 제 1 반응 가스 유입 매니폴드, 제 2 반응 가스 유입 매니폴드와, 상기 조합 배치부의 하부에 이격되게 형성되는 제 1 반응 가스 배출 매니폴드, 제 2 반응 가스 배출 매니폴드를 포함하고,
상기 조합체 배치부의 상부에서 상기 제 1 반응 가스 유입 매니폴드와 상기 제 2 반응 가스 유입 매니폴드 사이에 형성되는 제 1 냉각수 매니폴드와, 상기 조합체 배치부의 하부에서 상기 제 1 반응 가스 배출 매니폴드와 상기 제 2 반응 가스 배출 매니폴드 사이에 형성되는 제 2 냉각수 매니폴드를 포함한 것을 특징으로 하는 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택.The method of claim 4,
The separator is provided with a combination arrangement portion in which the membrane-electrode assembly is disposed in the center,
A first reaction gas inlet manifold and a second reaction gas inlet manifold, which are spaced apart from the upper portion of the combination arrangement portion, and a first reaction gas discharge manifold, spaced apart from the lower portion of the combination arrangement portion, and a second reaction gas discharge. Including a manifold,
A first coolant manifold formed between the first reactant gas inlet manifold and the second reactant gas inlet manifold at an upper portion of the combination placement unit, and a first reactant gas discharge manifold and the first reactant gas discharge manifold at the lower portion of the combination placement unit; A multi-stage fuel cell stack incorporating a gas-liquid separator comprising a second coolant manifold formed between the second reactive gas discharge manifolds. 청구항 6에 있어서,
상기 가스 공급판부재는,
상기 제 1 기액 분리부로 연결되어 상기 제 1 기액 분리부로 연료 가스를 유입시키는 연료 가스 유입 매니폴드가 상기 분리판의 제 1 반응 가스 배출 매니폴드에 대응되게 형성되며 상기 제 2 기액 분리부로 연결되어 상기 제 2 기액 분리부로 산화 가스를 유입시키는 산화 가스 유입 매니폴드가 상기 분리판의 제 2 반응 가스 배출 매니폴드에 대응되게 형성되고,
상기 가스 공급판부재의 내부에는 상기 연료 가스 유입 매니폴드와 상기 제 1 기액 분리부를 연결하는 연료 가스 유입 유로와, 상기 산화 가스 유입 매니폴드와 상기 제 2 기액 분리부를 연결하는 산화 가스 유입 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택.The method of claim 6,
The gas supply plate member,
A fuel gas inlet manifold connected to the first gas-liquid separator to introduce fuel gas into the first gas-liquid separator is formed to correspond to the first reactive gas discharge manifold of the separator and is connected to the second gas-liquid separator. An oxidizing gas inlet manifold for introducing an oxidizing gas into the second gas-liquid separator is formed to correspond to the second reactive gas discharge manifold of the separating plate,
A fuel gas inflow passage connecting the fuel gas inlet manifold and the first gas-liquid separator and an oxidizing gas inflow passage connecting the oxidizing gas inflow manifold and the second gas-liquid separator are formed inside the gas supply plate member. A multistage fuel cell stack incorporating a gas-liquid separator. 청구항 6에 있어서,
상기 가스 공급판부재는,
상기 제 1 기액 분리부로 연결되어 상기 제 1 기액 분리부에서 기액 분리된 연료 가스를 배출하여 상기 가스 공급판부재의 어느 한 면에 배치된 스택체로 유입시키는 연료 가스 배출 매니폴드가 상기 분리판의 제 1 반응 가스 유입 매니폴드에 대응되게 형성되며 상기 제 2 기액 분리부로 연결되어 상기 제 2 기액 분리부에서 기액 분리된 산화 가스를 배출하여 상기 가스 공급판부재의 어느 한 면에 배치된 스택체로 유입시키는 산화 가스 배출 매니폴드가 상기 분리판의 제 2 반응 가스 유입 매니폴드에 대응되게 형성되고,
상기 가스 공급판부재의 내부에는 상기 제 1 기액 분리부와 상기 연료 가스 배출 매니폴드를 연결하는 연료 가스 배출 유로와, 상기 제 2 기액 분리부와 상기 산화 가스 배출 매니폴드를 연결하는 산화 가스 배출 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택.The method of claim 6,
The gas supply plate member,
A fuel gas discharge manifold connected to the first gas-liquid separator to discharge fuel gas separated from the first gas-liquid separator to the stack body disposed on one surface of the gas supply plate member. 1 is formed to correspond to the reaction gas inlet manifold and is connected to the second gas-liquid separator to discharge the oxidized gas separated from the second gas-liquid separator to flow into the stack body disposed on one side of the gas supply plate member. An oxidizing gas exhaust manifold is formed corresponding to the second reactive gas inlet manifold of the separator,
Inside the gas supply plate member, a fuel gas discharge passage connecting the first gas-liquid separator and the fuel gas discharge manifold, and an oxidizing gas discharge passage connecting the second gas-liquid separator and the oxidizing gas discharge manifold. Multi-stage fuel cell stack incorporating a gas-liquid separator, characterized in that formed. 청구항 6에 있어서,
상기 가스 공급판부재에는,
양 면에 배치된 각 스택체의 냉각수 유로를 연결하도록 제 1 냉각수 연결 매니폴드, 제 2 냉각수 연결 매니폴드가 상기 분리판의 제 1 냉각수 매니폴드와 제 2 냉각수 매니폴드에 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 기액 분리기를 일체화시킨 다단형 연료전지 스택.The method of claim 6,
The gas supply plate member,
A first coolant connection manifold and a second coolant connection manifold formed to correspond to the first coolant manifold and the second coolant manifold of the separation plate so as to connect the coolant flow paths of the respective stacked bodies disposed on both sides. A multistage fuel cell stack incorporating a gas-liquid separator.
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