KR20140076377A

KR20140076377A - 연료 전지용 금속 분리판, 이를 포함하는 연료 전지 스택 및 이에 적용되는 가스켓 어셈블리

Info

Publication number: KR20140076377A
Application number: KR1020120144840A
Authority: KR
Inventors: 진상문
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-06-20
Also published as: DE102013225733A1; US20140162164A1; CN103872361A; KR101416390B1

Abstract

연료 전지 스택이 개시된다. 개시된 연료 전지 스택은 막-전극 어셈블리의 양측에 금속 분리판이 밀착된 연료 전지를 다수 개로 적층하여 전기 발생 집합체를 구성하는 것으로서, 막-전극 어셈블리와 금속 분리판의 가장자리 부분 사이에 개재되는 가스켓 어셈블리를 포함하며, 금속 분리판은 제1 금속 플레이트와 제2 금속 플레이트를 상호 용접하여 구성되며, 제1 및 제2 금속 플레이트의 용접 부위 주변에 서로 대칭하는 적어도 하나의 굴곡부가 구비되고, 가스켓 어셈블리는 굴곡부를 사이에 두고 막-전극 어셈블리와 금속 분리판의 가장자리 부분 사이에 설치될 수 있다.

Description

연료 전지용 금속 분리판, 이를 포함하는 연료 전지 스택 및 이에 적용되는 가스켓 어셈블리 {METAL SEPARATOR FOR FUEL CELL, FUEL CELL STACK HAVING THE SAME AND GASKET ASSEMBLY WITH THE FUEL CELL STACK}

본 발명의 실시예는 연료 전지 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지의 기밀을 개선하기 위한 연료 전지용 금속 분리판 및 이에 적용되는 가스켓 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로, 연료 전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 직접 전기 에너지를 변환시키는 일종의 발전 시스템이다. 연료 전지는 단위 전지로서 다수 개로 적층되며 전기 발생 집합체인 연료 전지 스택으로 구성될 수 있다.

연료 전지는 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 것으로서, 막-전극 어셈블리(MEA)와, 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 분리판을 구비한다.

막-전극 어셈블리의 애노드 전극에 밀착되는 분리판은 산화극 플레이트로 정의할 수 있으며, 막-전극 어셈블리의 캐소드 전극에 밀착되는 분리판은 환원극 플레이트로 정의할 수 있다.

산화극 플레이트는 연료인 수소를 막-전극 어셈블리의 애노드 전극으로 공급하기 위한 연료 채널을 일면(이하에서는 편의 상 "반응면" 이라고 한다)에 형성하고 있다. 산화극 플레이트는 냉각 매체를 유통시키기 위한 냉각 채널을 다른 일면(이하에서는 편의 상 "냉각면" 이라고 한다)에 형성하고 있다.

그리고, 환원극 플레이트는 산화제인 공기를 막-전극 어셈블리의 캐소드 전극으로 공급하기 위한 산화제 채널을 일면(이하에서는 편의 상 "반응면" 이라고 한다)에 형성하고 있다. 환원극 플레이트는 냉각 매체를 유통시키기 위한 냉각 채널을 다른 일면(이하에서는 편의 상 "냉각면" 이라고 한다)에 형성하고 있다.

이와 같은 산화극 플레이트 및 환원극 플레이트는 금속 플레이트를 프레스 성형하여 각각의 반응면에 연료 채널 및 산화제 채널을 형성할 수 있으며, 각각의 냉각면에 냉각수 채널을 형성할 수 있다.

여기서, 산화극 플레이트와 환원극 플레이트는 이들의 냉각면이 상호 밀착되면서 그 냉각면에 구비된 냉각 채널이 서로 합쳐짐으로 이들 산화극 플레이트와 환원극 플레이트 사이로 냉각 매체를 유동시킬 수 있는 냉각 통로를 형성하게 된다.

이 경우, 산화극 플레이트와 환원극 플레이트가 상호 밀착된 하나의 셋트를 연료 전지용 금속 분리판으로 정의할 수 있다.

한편, 상기에서와 같은 연료 전지를 다수 개로 적층하여 연료 전지 스택을 구성하기 위해서는 막-전극 어셈블리와 금속 분리판의 반응면 사이 및 금속 분리판의 냉각면 사이에 기밀을 유지해야 한다.

이를 위해 막-전극 어셈블리와 분리판의 반응면 사이 및 분리판의 냉각면 사이에는 가스켓을 형성하고 있다. 가스켓은 산화극 플레이트와 환원극 플레이트의 양면 가장자리 부분에 일체로 사출 성형된다.

그러나, 이와 같은 가스켓의 사출 성형 공법은 사출 압력에 의한 분리판의 변형, 가교 공정 상에서 발생하는 분리판의 표면 오염 등과 같은 문제를 야기할 뿐만 아니라, 가스켓의 형상 설계에도 제약이 따르기 때문에 전체 연료 전지 스택의 기밀성을 향상시키기 어려운 문제를 안고 있다.

본 발명의 실시예들은 간단한 구성으로 기밀성을 향상시킬 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 분리판의 불량을 저감시킬 수 있도록 한 연료 전지용 금속 분리판, 이를 포함하는 연료 전지 스택 및 이에 적용되는 가스켓 어셈블리를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 금속 분리판은, 막-전극 어셈블리(MEA)의 양측에 배치되는 것으로서, 서로 분리된 제1 및 제2 금속 플레이트를 상호 용접하여 구성되며, 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 용접 부위 주변에 서로 대칭하는 적어도 하나의 굴곡부가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 금속 분리판은, 상기 제1 금속 플레이트의 일면이 제1 반응가스 채널을 지닌 반응면으로 이루어지며, 다른 일면이 냉각 채널을 지닌 냉각면으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 금속 분리판은, 상기 제2 금속 플레이트의 일면이 제2 반응가스 채널을 지닌 반응면으로 이루어지고, 다른 일면이 냉각 채널을 지닌 냉각면으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 금속 분리판에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 사이에는 이들의 냉각면이 상호 용접되면서 냉각 채널이 합쳐진 냉각 통로가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 금속 분리판에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 반응면 가장자리 부분에 상기 막-전극 어셈블리 측으로 굴곡지게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 금속 분리판에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 반응면 가장자리 부분에 복수 개로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 금속 분리판에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 반응면 가장자리 부분은 상기 굴곡부 사이의 영역이 상호 용접될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택은, 막-전극 어셈블리의 양측에 상술한 바와 같은 금속 분리판이 밀착된 연료 전지를 다수 개로 적층하여 전기 발생 집합체를 구성하는 것으로서, 상기 막-전극 어셈블리와 금속 분리판의 가장자리 부분 사이에 개재되는 가스켓 어셈블리를 포함하며, 상기 금속 분리판은 제1 금속 플레이트와 제2 금속 플레이트를 상호 용접하여 구성되며, 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 용접 부위 주변에 서로 대칭하는 적어도 하나의 굴곡부가 구비되고, 상기 가스켓 어셈블리는 상기 굴곡부를 사이에 두고 상기 막-전극 어셈블리와 금속 분리판의 가장자리 부분 사이에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 가스켓 어셈블리는 절연 소재로 이루어진 프레임과, 상기 프레임에 일체로 사출 성형되는 가스켓을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 굴곡부는 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 가장자리 부분에 복수 개로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 가스켓은 상기 굴곡부 사이의 영역에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 반응면 가장자리 부분은 상기 굴곡부 사이의 영역이 상호 용접될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택의 가스켓 어셈블리는, 막-전극 어셈블리의 양측에 상술한 바와 같은 금속 분리판이 밀착된 연료 전지를 다수 개로 적층하여 전기 발생 집합체를 구성하는 연료 전지 스택에서, 상기 막-전극 어셈블리와 금속 분리판의 가장자리 부분 사이에 개재되는 가스켓 어셈블리는 절연 소재로 이루어진 프레임과, 상기 프레임의 양면에 일체로 사출 성형되는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓의 적어도 일측면 이상은 상기 금속 분리판의 굴곡부 상에 밀착되고, 상기 연료 전지 스택의 체결 시에 압축되며 상기 굴곡부의 형상과 일치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택의 가스켓 어셈블리에 있어서, 상기 프레임은 상기 연료 전지의 적층 방향으로 배치되는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 수직 방향으로 연결되는 제2 부분으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택의 가스켓 어셈블리에 있어서, 상기 프레임은 "T"자 형의 단면으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택의 가스켓 어셈블리에 있어서, 상기 가스켓은 상기 제2 부분의 상하면에 사출 성형될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택의 가스켓 어셈블리에 있어서, 상기 가스켓은 제1 금속 플레이트와 제2 금속 플레이트가 상호 용접된 금속 분리판에서, 상기 제1 및 제2 금속 플레이트 가장자리 부분에 구비된 굴곡부를 사이에 두고 상기 막-전극 어셈블리와 금속 분리판의 가장자리 부분 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 제1 및 제2 금속 플레이트의 가장자리 부분에 서로 대칭하는 굴곡부를 형성하고, 굴곡부들 사이의 영역을 용접하여 연료 전지용 금속 분리판을 구성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 금속 플레이트의 냉각면을 용접하고, 제1 및 제2 금속 플레이트의 반응면 가장자리 부분에 굴곡부를 형성하므로, 연료 전지용 금속 분리판의 냉각면 및 반응면의 기밀성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 프레임에 가스켓을 사출 성형하는 방식으로 가스켓 어셈블리를 별도로 구성하고, 그 가스켓 어셈블리를 금속 분리판의 제1 및 제2 금속 플레이트 가장자리 부분과 막-전극 어셈블리 사이에 개재시켜 연료 전지들의 기밀을 유지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 가스켓 어셈블리를 별도로 구성하므로, 연료 전지들의 강성 및 기밀성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 종래 기술에서와 같은 금속 분리판의 변형 및 표면 오염 등을 방지할 수 있고, 금속 분리판의 불량을 저감시킬 수 있으며, 전체 스택의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 연료 전지들의 적층 시, 가스켓 어셈블리의 프레임이 스토퍼의 역할을 하므로, 금속 분리판의 외곽 절연 및 스택 길이의 일정화를 도모할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택을 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택에 적용되는 금속 분리판을 도시한 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택에 적용되는 가스켓 어셈블리를 도시한 부분 절단 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택을 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 반응 소스인 연료 및 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 전기 발생 집합체(1)로 이루어진다.

예를 들면, 연료 전지 스택(100)은 연료 전지 자동차에 채용되는 연료 전지 시스템에 적용될 수 있다. 이하에서는 연료를 수소 가스라고 하며, 산화제를 공기라고 한다.

여기서, 연료 전지 스택(100)은 다수 개의 연료 전지들(50)(당 업계에서는 통상적으로 "단위 전지" 라고도 한다)이 적층된 전기 발생 집합체(1)로 구성될 수 있다.

각각의 연료 전지(50)는 막-전극 어셈블리(MEA)(10)의 양측에 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지용 금속 분리판(20)을 배치하여 구성될 수 있다.

이하에서는 도면을 기준으로 하여 각각의 구성 요소들을 설명하는데, 연료 전지(50)들이 상,하측으로 적층되는 것을 예로 하여 설명하기로 한다.

그러나, 이와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 연료 전지들(50)의 적층 방향에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 기준 방향이 본 발명의 실시예에 대한 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

상기에서 막-전극 어셈블리(10)는 전해질막의 양측면에 애노드 전극과 캐소드 전극을 각각 형성하고 있다. 이러한 막-전극 어셈블리(10)는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술이므로 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

연료 전지용 금속 분리판(20)은 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)를 포함하고 있다. 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)는 프레스 가공을 통해 수소 가스 및 공기를 각각 유동시키는 통로 및 냉각 매체(예를 들면, 냉각수)를 유동시키는 통로를 형성할 수 있다.

제1 금속 플레이트(21)의 일면은 수소 가스를 유동시키는 제1 반응가스 채널(23)을 지니며 막-전극 어셈블리(10)의 애노드 전극에 밀착되는 반응면으로 이루어질 수 있다. 제1 금속 플레이트(21)의 다른 일면은 냉각 매체를 유동시키는 냉각 채널(25)을 지닌 냉각면으로 이루어질 수 있다.

제2 금속 플레이트(31)의 일면은 공기를 유동시키는 제2 반응가스 채널(33)을 지니며 막-전극 어셈블리(10)의 캐소드 전극에 밀착되는 반응면으로 이루어질 수 있다. 제2 금속 플레이트(31)의 다른 일면은 냉각 매체를 유동시키는 냉각 채널(35)을 지닌 냉각면으로 이루어질 수 있다.

이와 같은 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 사이에는 이들의 냉각면이 상호 밀착되면서 냉각 채널(25, 35)이 서로 합쳐진 냉각 통로(41)를 형성하고 있다.

한편, 상기한 바와 같은 연료 전지 스택(100)은 연료 전지(50)의 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 가장자리 부분과 막-전극 어셈블리(10) 사이의 기밀을 유지하기 위한 가스켓 어셈블리(70)를 더 포함하고 있다.

가스켓 어셈블리(70)는 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 가장자리 부분과 막-전극 어셈블리(10) 사이에 개재된다. 이러한 가스켓 어셈블리(70)의 구성은 뒤에서 더욱 자세하게 설명될 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 연료 전지용 금속 분리판(20)에 대한 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 결합 구조 및 가스켓 어셈블리(70)의 구조를 개선하여 전체 스택의 기밀성을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택(100)은 생산성을 향상시킬 수 있고, 연료 전지용 금속 분리판(20)의 불량을 저감시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시예에서 상기 연료 전지용 금속 분리판(20)은 서로 분리된 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 냉각면을 밀착시킨 상태로 이들 금속 플레이트(21, 31)를 레이저 용접하여 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 셋트로 구성될 수 있다.

즉, 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)는 냉각면의 냉각 채널(25, 35) 외측 영역이 밀착된 상태에서 그 밀착 부위가 레이저로 용접됨으로써 이들 사이에 냉각 채널(25, 35)이 서로 합쳐진 냉각 통로(41)를 형성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택에 적용되는 금속 분리판을 도시한 단면 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 용접 부위 주변에는 서로 대칭하는 적어도 하나의 굴곡부(61)가 구비된다. 굴곡부(61)는 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 반응면 가장자리 부분에 복수 개로 형성된다.

여기서, 굴곡부들(61)은 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 반응면 가장자리 부분에 막-전극 어셈블리(10) 방향으로 굴곡지게 형성될 수 있다.

예를 들면, 굴곡부들(61)는 일정 간격으로 이격되게 형성되며, 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 반응면 가장자리 부분에서 이들의 냉각면으로부터 냉각 채널(25, 35)의 요홈 방향으로 돌출된 비드로서 형성될 수 있다.

이 경우, 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 반응면 가장자리 부분은 굴곡부들(61) 사이의 영역이 위에서 언급한 바와 같은 레이저 용접으로 상호 결합될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 냉각면을 밀착시킨 상태에서 냉각 채널(25, 35)의 외측 영역을 용접함으로써 연료 전지용 금속 분리판(20)을 구성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 가장자리 부분에 서로 대칭하는 굴곡부(61)를 형성하고, 굴곡부들(61) 사이의 영역을 용접하여 연료 전지용 금속 분리판(20)을 구성할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 냉각면을 용접하고, 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 반응면 가장자리 부분에 막-전극 어셈블리(10)으로 굴곡진 굴곡부(61)를 형성하므로, 연료 전지용 금속 분리판(20)의 냉각면 및 반응면의 기밀성을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택에 적용되는 가스켓 어셈블리를 도시한 부분 절단 사시도이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스켓 어셈블리(70)는 위에서 언급한 바 있듯이 연료 전지용 금속 분리판(20)의 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31) 가장자리 부분과 막-전극 어셈블리(10) 사이의 기밀을 유지하기 위한 것이다.

가스켓 어셈블리(70)는 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)에서 굴곡부(61)를 사이에 두고 이들 금속 플레이트(21, 31)와 막-전극 어셈블리(10) 사이에 설치될 수 있다.

이러한 가스켓 어셈블리(70)는 절연 소재로 이루어진 프레임(71)과, 그 프레임(71)에 일체로 사출 성형되는 가스켓(73)을 포함한다.

프레임(71)은 연료 전지(50)의 적층 방향으로 배치되는 제1 부분(72a)과, 제1 부분(72a)에 수직 방향으로 연결되는 제2 부분(72b)으로 이루어진다.

제1 부분(72a)은 연료 전지(50)의 적층 방향으로 세워지며, 제2 부분(72b)은 제1 부분(72a)의 중앙에 수평 방향으로 연결될 수 있다. 즉, 프레임(71)은 "T"자 형의 단면으로 이루어질 수 있다.

그리고, 가스켓(73)은 프레임(71)에 있어 제2 부분(72b)의 상,하면에 사출 성형되며, 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31)의 가장자리 부분과 막-전극 어셈블리(10) 사이에서 이들 금속 플레이트(21, 31)의 굴곡부(61) 사이에 배치될 수 있다.

이 경우, 가스켓(73)은 적어도 일측면 이상이 금속 분리판(20)의 굴곡부(61) 상에 밀착되고, 연료 전지들(50)의 체결 시 금속 분리판(20)에 의해 압축되며, 굴곡부(61)의 형상과 일치될 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)에 의하면, 프레임(71)에 가스켓(73)을 사출 성형하는 방식으로 가스켓 어셈블리(70)를 별도로 구성하고, 그 가스켓 어셈블리(70)를 금속 분리판(20)의 제1 및 제2 금속 플레이트(21, 31) 가장자리 부분과 막-전극 어셈블리(10) 사이에 개재시켜 연료 전지들(50)의 기밀을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 가스켓 어셈블리(70)를 별도로 구성하므로, 연료 전지들(50)의 강성 및 기밀성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 종래 기술에서와 같은 금속 분리판(20)의 변형 및 표면 오염 등을 방지할 수 있고, 금속 분리판(20)의 불량을 저감시킬 수 있으며, 전체 스택(100)의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 연료 전지들(50)의 적층 시, 가스켓 어셈블리(70)의 프레임(71)이 스토퍼의 역할을 하므로, 금속 분리판(20)의 외곽 절연 및 스택 길이의 일정화를 도모할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 전기 발생 집합체 10... 막-전극 어셈블리
20... 연료 전지용 금속 분리판 21... 제1 금속 플레이트
23... 제1 반응가스 채널 25, 35... 냉각 채널
31... 제2 금속 플레이트 33... 제2 반응가스 채널
41... 냉각 통로 50... 연료 전지
61... 굴곡부 70... 가스켓 어셈블리
71... 프레임 72a... 제1 부분
72b... 제2 부분 73... 가스켓

Claims

막-전극 어셈블리(MEA)의 양측에 배치되는 연료 전지용 금속 분리판으로서,
서로 분리된 제1 및 제2 금속 플레이트를 상호 용접하여 구성되며, 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 용접 부위 주변에 서로 대칭하는 적어도 하나의 굴곡부가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 금속 분리판.
제1 항에 있어서,
상기 제1 금속 플레이트의 일면이 제1 반응가스 채널을 지닌 반응면으로 이루어지며, 다른 일면이 냉각 채널을 지닌 냉각면으로 이루어지고,
상기 제2 금속 플레이트의 일면이 제2 반응가스 채널을 지닌 반응면으로 이루어지고, 다른 일면이 냉각 채널을 지닌 냉각면으로 이루어지며,
상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 사이에는 이들의 냉각면이 상호 용접되면서 냉각 채널이 합쳐진 냉각 통로가 구비되고,
상기 굴곡부는 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 반응면 가장자리 부분에 상기 막-전극 어셈블리 측으로 굴곡지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 금속 분리판.
제2 항에 있어서,
상기 굴곡부는 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 반응면 가장자리 부분에 복수 개로 형성되며,
상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 반응면 가장자리 부분은 상기 굴곡부 사이의 영역이 상호 용접되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 금속 분리판.
막-전극 어셈블리의 양측에 청구항 1의 금속 분리판이 밀착된 연료 전지를 다수 개로 적층하여 전기 발생 집합체를 구성하는 연료 전지 스택으로서,
상기 막-전극 어셈블리와 금속 분리판의 가장자리 부분 사이에 개재되는 가스켓 어셈블리를 포함하며,
상기 금속 분리판은 제1 금속 플레이트와 제2 금속 플레이트를 상호 용접하여 구성되며, 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 용접 부위 주변에 서로 대칭하는 적어도 하나의 굴곡부가 구비되고,
상기 가스켓 어셈블리는 상기 굴곡부를 사이에 두고 상기 막-전극 어셈블리와 금속 분리판의 가장자리 부분 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택.
제4 항에 있어서,
상기 가스켓 어셈블리는,
절연 소재로 이루어진 프레임과, 상기 프레임에 일체로 사출 성형되는 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택.
제5 항에 있어서,
상기 굴곡부는 상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 가장자리 부분에 복수 개로 구비되며,
상기 가스켓은 상기 굴곡부 사이의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택.
제6 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 금속 플레이트의 반응면 가장자리 부분은 상기 굴곡부 사이의 영역이 상호 용접되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택.
막-전극 어셈블리의 양측에 청구항 1의 금속 분리판이 밀착된 연료 전지를 다수 개로 적층하여 전기 발생 집합체를 구성하는 연료 전지 스택에서, 상기 막-전극 어셈블리와 금속 분리판의 가장자리 부분 사이에 개재되는 가스켓 어셈블리는 절연 소재로 이루어진 프레임과, 상기 프레임의 양면에 일체로 사출 성형되는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓의 적어도 일측면 이상은 상기 금속 분리판의 굴곡부 상에 밀착되고, 상기 연료 전지 스택의 체결 시에 압축되며, 상기 굴곡부의 형상과 일치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택의 가스켓 어셈블리.
제8 항에 있어서,
상기 프레임은,
상기 연료 전지의 적층 방향으로 배치되는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 수직 방향으로 연결되는 제2 부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택의 가스켓 어셈블리.
제9 항에 있어서,
상기 프레임은 "T"자 형의 단면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택의 가스켓 어셈블리.
제9 항에 있어서,
상기 가스켓은 상기 제2 부분의 상하면에 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택의 가스켓 어셈블리.
제8 항에 있어서,
상기 가스켓은,
제1 금속 플레이트와 제2 금속 플레이트가 상호 용접된 금속 분리판에서, 상기 제1 및 제2 금속 플레이트 가장자리 부분에 구비된 굴곡부를 사이에 두고 상기 막-전극 어셈블리와 금속 분리판의 가장자리 부분 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택의 가스켓 어셈블리.