KR20130020500A - Fuel cell stack having improved fluid division - Google Patents

Fuel cell stack having improved fluid division Download PDF

Info

Publication number
KR20130020500A
KR20130020500A KR1020110083160A KR20110083160A KR20130020500A KR 20130020500 A KR20130020500 A KR 20130020500A KR 1020110083160 A KR1020110083160 A KR 1020110083160A KR 20110083160 A KR20110083160 A KR 20110083160A KR 20130020500 A KR20130020500 A KR 20130020500A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluid
stack
manifold
cell
inlet
Prior art date
Application number
KR1020110083160A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김종성
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020110083160A priority Critical patent/KR20130020500A/en
Publication of KR20130020500A publication Critical patent/KR20130020500A/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

PURPOSE: A fuel cell stack is provided to uniformly feed fluid to a cell near a stack inlet and a cell far from a stack inlet by uniformizing the flow velocity of the fluid which is supplied to each cell, thereby being capable of improving fuel efficiency and improving durability. CONSTITUTION: A fuel cell stack(10) comprises: a module(11) which consists of a multi cell(12); an inlet manifold(13) which is formed on one side of a module and can form a flow channel of a fluid supplied to each cell by being supplied to a stack inlet; a porous material(14) which is arranged in the center part of the inlet manifold and can control the flow velocity of the fluid supplied to the cell of the module. The porous material is formed of an element with fluid resistance and separates the inlet manifold to a first and second manifold part(15,16) by being inserted into the inlet manifold in a laminating direction. [Reference numerals] (AA,BB) Fluid

Description

연료 분배성이 향상된 연료전지 스택 {Fuel cell stack having improved fluid division}Fuel cell stack having improved fluid division

본 발명은 연료 분배성이 향상된 연료전지 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스택 내 구성된 각 셀로 수소, 공기, 냉각수 등의 유체를 균등하게 분배 공급하여 연료전지의 성능 및 내구성을 개선하고 연비를 향상하기 위한 연료전지 스택에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell stack with improved fuel distribution, and more particularly, to equally distribute and supply fluids such as hydrogen, air, and cooling water to each cell configured in the stack, thereby improving fuel cell performance and durability and improving fuel economy. It relates to a fuel cell stack for.

일반적으로 차량에 탑재되는 연료전지 시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 냉각 시스템으로 구성된다.In general, a fuel cell system mounted on a vehicle includes a fuel cell stack that generates electric energy, a fuel supply device for supplying fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, and oxygen in the air, which is an oxidant required for an electrochemical reaction, to the fuel cell stack. It is composed of a cooling system that removes the heat of reaction from the supplying air supply device and the fuel cell stack to the outside of the system and controls the operating temperature of the fuel cell stack.

이와 같은 구성의 연료전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중의 산소에 의한 전기화학반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.In such a fuel cell system, electricity is generated by an electrochemical reaction by hydrogen, which is a fuel, and oxygen in air, and heat and water are discharged as reaction byproducts.

현재 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는, 수소이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 셀을 전기적으로 연결하며, 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), which is currently being studied as the most important power source for driving a vehicle, is an electrochemical reaction on both sides of the membrane centered on an electrolyte membrane through which hydrogen ions move. Membrane Electrode Assembly (MEA) to which the catalytic electrode layer is attached, Gas Diffusion Layer (GDL), which reacts to evenly distribute the reactants, and transfer the generated electrical energy, reactants and cooling water Gasket and fastening mechanism for maintaining the airtightness and proper clamping pressure of, and a bipolar plate to electrically connect the cells, and to move the reactor bodies and cooling water.

상기한 연료전지에서 연료인 수소와 산화제인 산소(공기)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드('연료극' 혹은 '산화극'이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드('공기극' 혹은 '산소극', '환원극'이라고도 함)로 공급된다.In the fuel cell, hydrogen as the fuel and oxygen (air) as the oxidant are respectively supplied to the anode and the cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, and the hydrogen is the anode ('fuel electrode' or 'oxidation'). Oxygen (air) is supplied to the cathode ('air electrode' or 'oxygen electrode', also known as 'reduction electrode').

한편, 연료전지 스택은 체결수단을 이용하여 일정수의 연료전지 단위 셀(막전극접합체, 가스 확산층 및 분리판)을 적층 고정시켜 모듈 단위로 구성하며, 이러한 연료전지 스택 내 유로는 일반적으로 매니폴드 유로와 셀 채널 유로로 구성된다. On the other hand, the fuel cell stack is configured in a module unit by laminating and fixing a predetermined number of fuel cell unit cells (membrane electrode assembly, gas diffusion layer, and separation plate) using fastening means, and the flow path in the fuel cell stack is generally a manifold. It consists of a flow path and a cell channel flow path.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연료전지 스택은 셀의 적층방향으로 기둥(Column) 형태의 유로를 형성하는 매니폴드가 셀의 적층방향으로 길게 형성되고, 상기 매니폴드를 통해 전기 발생체인 셀로 공기, 수소, 냉각수 등의 유체를 공급하게 된다.As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack has a manifold that forms a column-shaped flow path in a cell stacking direction and is formed long in the cell stacking direction. The cells supply fluid such as air, hydrogen, and cooling water.

그러나, 기존의 연료전지 스택은 상기 유체(이하, 공기, 수소, 냉각수 중 하나 이상을 의미함)가 스택의 측면에서 셀의 적층방향을 따라 유입되어 공급되기 때문에 각 셀에 동일한 양으로 공급되지 못하는 문제가 있다. However, in the conventional fuel cell stack, the fluid (hereinafter, means one or more of air, hydrogen, and cooling water) is introduced into the cell stacking direction at the side of the stack and thus cannot be supplied in the same amount to each cell. there is a problem.

특히, 도 3을 참조하면, 스택 입구에서 멀리 떨어진 셀로 공급되는 유체량이 기준유량보다 부족함으로 인해 연료전지 성능 및 내구에 관련한 문제가 자주 발생하게 된다.In particular, referring to FIG. 3, problems related to fuel cell performance and durability frequently occur because the amount of fluid supplied to a cell far from the stack inlet is less than the reference flow rate.

이에 기존 스택의 유체 공급부족 현상을 방지하기 위하여 필요 이상의 과량 유체를 공급하고 있으나, 이로 인하여 차량 연비가 악화되는 문제가 초래된다.
In order to prevent the fluid supply shortage of the existing stack to supply excess fluid than necessary, but this causes a problem of deterioration of vehicle fuel economy.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 입구 매니폴드에 유체 저항성을 갖는 다공체를 삽입 설치하여 매니폴드 유로를 두 개로 분할 형성함으로써, 셀에서 이격된 매니폴드부로 공급된 유체가 상기 다공체 및 셀에 근접한 매니폴드부를 거쳐 셀로 유입되게 하여 유체의 유속을 균등화시켜 분배성능을 개선한 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been invented to solve the above problems, by inserting a porous body having a fluid resistance in the inlet manifold to form a manifold flow path divided into two, the fluid supplied to the manifold portion spaced from the cell is It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack in which the flow rate of the fluid is equalized by introducing the cell through the manifold portion adjacent to the porous body and the cell, thereby improving the distribution performance.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 적층 구성된 다중 셀로 이루어진 모듈; 상기 모듈의 좌우 일측면에 형성되고, 스택 입구로 유입되어 각각의 셀로 공급되는 유체의 유로를 형성하는 입구 매니폴드; 상기 입구 매니폴드 내의 중앙부에 배치되어 상기 모듈의 셀로 공급되는 유체의 유속을 제어할 수 있는 다공체;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료 분배성이 향상된 연료전지 스택을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a module consisting of multiple cells stacked; An inlet manifold formed at left and right sides of the module and forming a flow path of a fluid flowing into a stack inlet and supplied to each cell; And a porous body disposed in a central portion of the inlet manifold to control a flow rate of the fluid supplied to the cell of the module.

상기 다공체는 유체 흐름을 제어할 수 있는 유체 저항성을 갖는 부재로 형성된 것으로, 상기 입구 매니폴드에 셀의 적층방향으로 길게 삽입되어 입구 매니폴드를 각각의 유로를 갖는 제1 및 제2 매니폴드부로 분할하도록 된 것을 특징으로 한다.The porous body is formed of a member having fluid resistance capable of controlling fluid flow, and is inserted into the inlet manifold long in the stacking direction of the cell to divide the inlet manifold into first and second manifold portions having respective flow paths. It is characterized in that.

바람직하게, 상기 다공체는 제1 및 제2 매니폴드부가 서로 마주하는 전체면적에 걸쳐 형성되고, 상기 제1 매니폴드부로 유입된 유체는 이 다공체를 통해서만 제2 매니폴드부 및 모듈로 공급될 수 있는 것을 특징으로 한다.Preferably, the porous body is formed over the entire area where the first and second manifold portions face each other, and the fluid introduced into the first manifold portion can be supplied to the second manifold portion and the module only through the porous body. It is characterized by.

또한 바람직하게, 상기 제1 매니폴드부의 선단에는 외부에서 공급되는 유체의 유입을 위한 스택 입구가 형성된 것을 특징으로 한다.
Also preferably, the front end of the first manifold portion is characterized in that the stack inlet for the inflow of fluid supplied from the outside is formed.

본 발명에 따른 연료전지 스택은 각 셀로 공급되는 유체의 유속이 균등화되어 스택 입구에 가까운 셀에서 스택 입구에서 멀리 떨어진 셀까지 유체 공급이 균일하게 이루어질 수 있으며, 이에 연료전지의 성능 및 내구성이 개선되고 연비가 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
In the fuel cell stack according to the present invention, the flow rate of the fluid supplied to each cell is equalized so that the fluid supply is uniform from the cell close to the stack inlet to the cell far from the stack inlet, thereby improving the performance and durability of the fuel cell. It is expected to improve fuel economy.

도 1은 종래의 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 사시도
도 2는 도 1의 연료전지 스택을 도시한 평면도
도 3은 종래의 연료전지 스택 내 유체의 셀 분배성 해석 결과를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 사시도
도 5는 도 4의 연료전지 스택을 도시한 평면도
도 6은 도 5의 A-A에서 바라본 개략적인 단면도
도 7은 본 발명에 따른 연료전지 스택 내 유체의 셀 분배성 해석 결과를 종래와 비교하여 나타낸 도면1 is a perspective view schematically showing a conventional fuel cell stack
2 is a plan view illustrating the fuel cell stack of FIG. 1.
3 is a diagram illustrating a cell distribution analysis result of a fluid in a conventional fuel cell stack.
4 is a perspective view schematically showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention;
5 is a plan view illustrating the fuel cell stack of FIG. 4.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken from AA of FIG. 5.
7 is a view showing a cell distribution analysis results of the fluid in the fuel cell stack according to the present invention in comparison with the conventional

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 스택 내로 공급된 유체의 셀 분배성을 향상시킨 연료전지 스택에 관한 것으로, 스택 내 구성된 각 셀로 수소, 공기, 냉각수 등의 유체를 균등하게 분배 공급하여 연료전지의 성능 및 내구성을 개선하고 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.The present invention relates to a fuel cell stack that improves the cell distribution of the fluid supplied into the stack, and to equally distribute and supply the fluid such as hydrogen, air, and cooling water to each cell configured in the stack, thereby improving the performance and durability of the fuel cell. Improve your fuel economy.

이에 본 발명은 연료전지 스택(10) 내 각 셀(12)로의 유체 분배가 균등하게 이루어지도록 하기 위하여 스택(10)의 입구 매니폴드(13) 내부에 다공체(Porous Material)를 설치하여 이중 유로 구조를 형성하도록 한다.Accordingly, the present invention provides a dual flow path structure by installing a porous material inside the inlet manifold 13 of the stack 10 so that the fluid distribution to each cell 12 in the fuel cell stack 10 is evenly performed. To form.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 스택(10)은 적층 구성된 다중 셀(12)의 결합체로 이루어진 모듈(11)과, 이 모듈(11)의 좌우 양측면에 각기 형성되는 입구 및 출구 매니폴드(13,17)와, 상기 입구 매니폴드(13) 내의 중앙부에 배치되는 다공체(14)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4 and FIG. 5, the fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention includes a module 11 composed of a combination of stacked multi-cells 12 and left and right sides of the module 11. Inlet and outlet manifolds 13 and 17 respectively formed on both sides, and the porous body 14 is disposed in the central portion in the inlet manifold (13).

상기 입구 및 출구 매니폴드(13,17)의 선단에는 외부로부터 스택(10) 내로 유체를 공급가능하게 하고 그 외부로 배출가능하게 하기 위하여 각기 스택 입구(18)와 스택 출구(19)가 형성되어 있다.At the leading end of the inlet and outlet manifolds 13, 17, stack inlets 18 and stack outlets 19 are respectively formed to enable fluid supply from and to the stack 10 from the outside and to the outside of the stack 10. have.

상기 입구 매니폴드(13)는 스택(10)으로 유입되어 각각의 셀(12)로 공급되는 유체의 유로를 형성하고 있으며, 상기 유로를 따라 이동하는 유체의 유동특성을 제어하기 위하여 다공체(14)를 셀(12)의 적층방향으로 길게 수납시켜 설치한다.The inlet manifold 13 forms a flow path of the fluid flowing into the stack 10 and supplied to each cell 12, and the porous body 14 is used to control the flow characteristics of the fluid moving along the flow path. Is stored in the stacking direction of the cell 12 and installed.

상기 다공체(14)는 입구 매니폴드(13) 내의 중앙부에 배치되어 각각의 셀(12)로 공급되는 유체의 유속을 제어하도록 설치 구성된 것으로, 입구 매니폴드(13)의 내부에 삽입되어 매니폴드(13) 유로를 두 개의 유로로 분할하게 된다. The porous body 14 is disposed in the center of the inlet manifold 13 to be installed to control the flow rate of the fluid supplied to each cell 12, is inserted into the inlet manifold 13 to the manifold ( 13) The flow path is divided into two flow paths.

다시 말해, 상기 다공체(14)는 유체의 흐름을 제어할 수 있도록 유체 저항성을 갖는 부재를 사용하며, 입구 매니폴드(13) 내부에 셀의 적층방향으로 길게 삽입되어 유체 유로를 분할하도록 설치되고, 이에 상기 입구 매니폴드(13)는 제1 및 제2 매니폴드부(15,16)로 분할 형성된다.In other words, the porous body 14 is a member having a fluid resistance to control the flow of the fluid, is inserted into the inlet manifold 13 in a long direction in the stacking direction of the cell is installed to divide the fluid flow path, Accordingly, the inlet manifold 13 is divided into first and second manifold parts 15 and 16.

즉, 상기 입구 매니폴드(13)는 다공체(14)를 수납 설치함에 의해 이 다공체(14)를 기준으로 좌우 양편에 각기 유로가 형성되어 이중 유로를 갖게 되고, 도 4를 기준으로 다공체(14)의 좌측 유로를 갖는 제1 매니폴드부(15)와 상기 다공체(14)의 우측 유로를 갖는 제2 매니폴드부(16)가 형성된다.That is, the inlet manifold 13 is formed by receiving the porous body 14, the flow path is formed on each of the left and right sides relative to the porous body 14 to have a double flow path, the porous body 14 based on FIG. A first manifold portion 15 having a left flow path of a and a second manifold portion 16 having a right flow path of the porous body 14 are formed.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 매니폴드부(15)는 모듈(11)(혹은 셀)로부터 이격된 위치에 구성되고, 상기 제2 매니폴드부(16)는 모듈(11)(혹은 셀)의 일측면에 이웃하여 근접한 위치에 구성되며, 제1 및 제2 매니폴드부(15,16)는 다공체(14)를 사이에 두고 유체 공급 방향에 대해 직각 방향으로 배열되어 연결된다.As shown in FIG. 5, the first manifold portion 15 is configured at a position spaced apart from the module 11 (or cell), and the second manifold portion 16 is the module 11 (or And adjacent to one side of the cell), and the first and second manifold parts 15 and 16 are arranged to be connected at right angles to the fluid supply direction with the porous body 14 therebetween.

그리고, 입구 매니폴드(13)의 이중 유로 간에 명확한 구분을 위하여, 상기 다공체(14)는 제1 및 제2 매니폴드부(15,16)가 서로 마주하는 전체면적에 걸쳐 형성되고, 이에 상기 제1 매니폴드부(15)로 유입된 유체는 이 다공체(14)를 통해서만 제2 매니폴드부(16)로 이동될 수 있게 된다.In order to clearly distinguish between the dual flow paths of the inlet manifold 13, the porous body 14 is formed over the entire area of the first and second manifold portions 15 and 16 facing each other, and thus The fluid introduced into the first manifold portion 15 can be moved to the second manifold portion 16 only through the porous body 14.

이에 상기 다공체(14)는 도 6과 같이 제1 및 제2 매니폴드부(15,16) 간에 유체 이동이 가능하도록 하기 위하여 유체 흐름이 가능하게 형성되며, 예를 들어 다공성 부재로 이루어질 수 있다.Accordingly, the porous body 14 is formed to enable fluid flow to enable fluid movement between the first and second manifold parts 15 and 16 as shown in FIG. 6, and may be formed of, for example, a porous member.

이에 따라 본 발명의 연료전지 스택은 유체 저항성을 갖는 다공체(14)를 통해 입구 매니폴드(13)로 유입된 유체의 유속을 균등화시켜 셀(12)(혹은 모듈)에 가깝게 배치된 제2 매니폴드부(16)와 셀에서 멀리 배치된 제1 매니폴드부(15)에 거의 동시에 유체를 공급할 수 있게 되어 스택(10) 내 유체의 셀 분배성을 개선할 수 있다.Accordingly, the fuel cell stack of the present invention equalizes the flow rate of the fluid flowing into the inlet manifold 13 through the porous body 14 having the fluid resistance, so that the second manifold disposed close to the cell 12 (or the module). Fluid can be supplied to the portion 16 and the first manifold portion 15 disposed away from the cell at about the same time, thereby improving cell distribution of the fluid in the stack 10.

도 5를 참조하여 구체적으로 설명하면, 상기와 같이 구성된 본 발명의 연료전지 스택은 스택 입구(18)를 통해 스택(10) 내로 유입된 유체가 유체 저항 특성을 갖는 다공체(14)로 인해 스택 입구(18)에 근접한 니어 셀(near-cell)에 바로 공급되지 않고 다소 느린 속도로 유입되게 되므로, 상기 니어 셀로 공급되는 일부 유체가 다공체(14)를 통과하는 동안 나머지 유체가 제1 매니폴드부(15)의 선단(스택 입구 측임)에서 후단(스택 입구 맞은편임)까지 이동되며, 이에 스택 입구(18)에 근접한 니어 셀과 스택 입구(18)에서 멀리 떨어진 파아 셀(far-cell)에 거의 동시에 유체 공급이 이루어질 수 있게 된다.Specifically, with reference to FIG. 5, the fuel cell stack of the present invention configured as described above has the stack inlet due to the porous body 14 having fluid resistance characteristic of the fluid introduced into the stack 10 through the stack inlet 18. Since it is not directly supplied to the near-cell near the 18, but is introduced at a rather slow speed, the remaining fluid is supplied to the first manifold portion while some of the fluid supplied to the near cell passes through the porous body 14. 15) is moved from the leading end (near the stack inlet side) to the rear end (opposite the stack inlet), at about the same time as the near cell close to the stack inlet 18 and the far-cell far away from the stack inlet 18. Fluid supply can be made.

이때 스택 입구(18)를 통해 유입되는 외부 유체는 먼저 제1 매니폴드부(15)로 공급되어 다공체(14)를 통과한 다음 제2 매니폴드부(16)로 이동되어야 하므로, 상기의 스택 입구(18)는 도 4와 같이 입구 매니폴드(13) 중 제1 매니폴드부(15)의 선단에 형성된다.In this case, the external fluid flowing through the stack inlet 18 must first be supplied to the first manifold portion 15, pass through the porous body 14, and then moved to the second manifold portion 16. 18 is formed at the tip of the first manifold portion 15 of the inlet manifold 13 as shown in FIG.

이에 상기 스택 입구(18)로 공급된 유체는 도 5 및 도 6과 같이, 먼저 제1 매니폴드부(15)로 유입되어 다공체(14)를 통과한 다음, 제2 매니폴드부(16)를 거쳐 퍼스트 셀(first cell)부터 라스트 셀(last cell)까지 각각의 셀(12)로 공급되게 된다.Accordingly, the fluid supplied to the stack inlet 18 first flows into the first manifold part 15, passes through the porous body 14, and then passes the second manifold part 16 as shown in FIGS. 5 and 6. Through the first cell (last cell) to the last cell (last cell) is supplied to each cell 12.

그리고, 본 발명에서 상기 유체는 연료전지에서 연료로 사용되는 수소와, 산화제로 사용되는 공기, 그리고 스택의 운전온도 제어를 위해 사용되는 냉각수 중 하나 이상이 된다. In the present invention, the fluid is at least one of hydrogen used as fuel in the fuel cell, air used as an oxidant, and cooling water used to control the operating temperature of the stack.

이와 같이 본 발명에 따른 연료전지 스택은 다공체(14)를 사용하여 입구 매니폴드(13)로 유입된 유체의 유속을 제어하여, 스택 입구(18)에 근접한 니어 셀로 치중되는 유체 이동을 방지하고 스택(10) 내 모든 셀로의 유체 분배를 균등화할 수 있으며, 이에 입구 매니폴드(13)에 유입된 유체가 셀(12)에 인접한 제2 매니폴드부(16)의 유로에 균등하게 공급되어 모듈(11) 내 유체의 셀 분배성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다. As described above, the fuel cell stack according to the present invention uses the porous body 14 to control the flow rate of the fluid flowing into the inlet manifold 13, thereby preventing the fluid movement that is weighted to the near cell adjacent to the stack inlet 18 and stacking. It is possible to equalize the fluid distribution to all the cells in the 10, so that the fluid flowing into the inlet manifold 13 is equally supplied to the flow path of the second manifold portion 16 adjacent to the cell 12 so that the module ( 11) The effect of improving the cell distribution of the fluid in the body can be obtained.

이는 도 7에 나타낸 스택 내 유체의 셀 분배성 해석 결과를 통하여 확인할 수 있다.
This can be confirmed through the cell distribution analysis results of the fluid in the stack shown in FIG. 7.

10 : 연료전지 스택
11 : 모듈
12 : 셀
13 : 입구 매니폴드
14 : 다공체
15 : 제1 매니폴드부
16 : 제2 매니폴드부
17 : 출구 매니폴드
18 : 스택 입구
19 : 스택 출구10: fuel cell stack
11: module
12: cell
13: inlet manifold
14: porous body
15: first manifold
16: second manifold
17: outlet manifold
18: stack entrance
19: stack exit

Claims (4)

적층 구성된 다중 셀로 이루어진 모듈;
상기 모듈의 좌우 일측면에 형성되고, 스택 입구로 유입되어 각각의 셀로 공급되는 유체의 유로를 형성하는 입구 매니폴드;
상기 입구 매니폴드 내의 중앙부에 배치되어 상기 모듈의 셀로 공급되는 유체의 유속을 제어할 수 있는 다공체;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료 분배성이 향상된 연료전지 스택.
A module consisting of multiple cells stacked;
An inlet manifold formed at left and right sides of the module and forming a flow path of a fluid flowing into a stack inlet and supplied to each cell;
A porous body disposed in a central portion of the inlet manifold to control a flow rate of a fluid supplied to a cell of the module;
Fuel cell stack with improved fuel distribution, characterized in that configured to include.
청구항 1에 있어서,
상기 다공체는 유체 흐름을 제어할 수 있는 유체 저항성을 갖는 부재로 형성된 것으로, 상기 입구 매니폴드에 셀의 적층방향으로 길게 삽입되어 입구 매니폴드를 각각의 유로를 갖는 제1 및 제2 매니폴드부로 분할하도록 된 것을 특징으로 하는 연료 분배성이 향상된 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The porous body is formed of a member having fluid resistance capable of controlling fluid flow, and is inserted into the inlet manifold long in the stacking direction of the cell to divide the inlet manifold into first and second manifold portions having respective flow paths. A fuel cell stack having improved fuel distribution.
청구항 1에 있어서,
상기 다공체는 제1 및 제2 매니폴드부가 서로 마주하는 전체면적에 걸쳐 형성되고, 상기 제1 매니폴드부로 유입된 유체는 이 다공체를 통해서만 제2 매니폴드부 및 모듈로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분배성이 향상된 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The porous body is formed over the entire area where the first and second manifold portions face each other, and the fluid introduced into the first manifold portion can be supplied to the second manifold portion and the module only through the porous body. Fuel cell stack with improved fuel distribution.
청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 제1 매니폴드부의 선단에는 외부에서 공급되는 유체의 유입을 위한 스택 입구가 형성된 것을 특징으로 하는 연료 분배성이 향상된 연료전지 스택.
The method according to claim 2 or 3,
A fuel cell stack having improved fuel distribution characteristics, characterized in that a stack inlet is formed at the front end of the first manifold to allow the fluid to be supplied from the outside.
KR1020110083160A 2011-08-19 2011-08-19 Fuel cell stack having improved fluid division KR20130020500A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110083160A KR20130020500A (en) 2011-08-19 2011-08-19 Fuel cell stack having improved fluid division

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110083160A KR20130020500A (en) 2011-08-19 2011-08-19 Fuel cell stack having improved fluid division

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130020500A true KR20130020500A (en) 2013-02-27

Family

ID=47898436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110083160A KR20130020500A (en) 2011-08-19 2011-08-19 Fuel cell stack having improved fluid division

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20130020500A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017076610A (en) * 2015-10-15 2017-04-20 現代自動車株式会社Ｈｙｕｎｄａｉ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ Cooling system of fuel cell vehicle
US10205183B2 (en) 2015-04-30 2019-02-12 Hyundai Motor Company Device for changing anode inlet and anode outlet of fuel cell stack

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10205183B2 (en) 2015-04-30 2019-02-12 Hyundai Motor Company Device for changing anode inlet and anode outlet of fuel cell stack
JP2017076610A (en) * 2015-10-15 2017-04-20 現代自動車株式会社Ｈｙｕｎｄａｉ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ Cooling system of fuel cell vehicle
CN106602104A (en) * 2015-10-15 2017-04-26 现代自动车株式会社 Cooling system of fuel cell vehicle
US10396379B2 (en) 2015-10-15 2019-08-27 Hyundai Motor Company Cooling system of fuel cell vehicle
CN106602104B (en) * 2015-10-15 2021-05-04 现代自动车株式会社 Cooling system for fuel cell vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4516229B2 (en) Solid polymer cell assembly
KR100798451B1 (en) Fuel cell separator and fuel cell stack and reactant gas control method thereof
KR101240976B1 (en) Refrigerant system of fuel cell for vehicle
US10396379B2 (en) Cooling system of fuel cell vehicle
JP5386676B2 (en) High performance proton exchange membrane (PEM) fuel cell
KR101806620B1 (en) Fuel cell stack
JP2003142126A (en) Fuel cell
EP2856547B1 (en) A bipolar plate for a fuel cell
JP6232521B2 (en) Electrochemical reactor to harmonize pressure drop in cathode homogenization area and anode homogenization area
KR102587079B1 (en) Separator for fuel cell and fuel cell stack using the same
US11108058B2 (en) Bipolar plate and fuel cell
US20070292738A1 (en) Flow Distribution Characteristics Of Fuel Cell
KR101093700B1 (en) Fuel cell system and stack thereof
US20130078543A1 (en) Operation method for fuel cell, and fuel cell system
KR20130020500A (en) Fuel cell stack having improved fluid division
JP4516630B2 (en) Solid polymer cell assembly
KR101461917B1 (en) Hydrogen and air supply apparatus of fuel cell stack
KR101542970B1 (en) Fuel cell stack
KR102604253B1 (en) Fuel cell stack with bipolar plate, and fuel cell system
KR101162666B1 (en) Fuel cell
US20230378486A1 (en) Bipolar plate with media regulation and fuel cell stack
US20150221962A1 (en) Fuel cell coolant flowfield configuration
KR20130033823A (en) Fuel cell stack having improved the performance and structural stability
US20230253579A1 (en) Bipolar plate with insertable diaphragm and fuel cell stack
KR101481186B1 (en) Separator for fuel cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application