KR20170050689A - Separator and Fuel cell stack comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a separation plate and a fuel cell stack including the same. According to an embodiment of the present invention, the separation plate has a first side, a second side on the opposite side of the first side, and a plurality of channel elements protruding from the second side to the first side. The plurality of channel elements respectively have an inlet and an outlet in the flowing direction of a fluid flowing on the first side, and also includes a rib of which the height of at least some portions thereof varies in the axial direction of a virtual shaft connecting the inlet and the outlet. The cross-section areas of the inlet and the outlet are set to be different from each other depending on the height alteration in the rib.

Description

분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택 {Separator and Fuel cell stack comprising the same} Separator and Fuel cell stack comprising the same [

본 발명은 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a separator and a fuel cell stack including the separator.

일반적으로 연료전지(Fuel cell)는 연료와 산화제의 전기 화학반응을 통해 전기에너지를 발생시키는 에너지 변환 장치이며, 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적으로 발전이 가능한 장점이 있다.Generally, a fuel cell is an energy conversion device that generates electrical energy through an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant. As long as the fuel is continuously supplied, the fuel cell is continuously generated.

수소 이온을 투과시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 다른 형태의 연료전지에 비해 낮은 약 100℃의 작동온도를 가지며, 에너지 전환 효율과 출력밀도가 높고 응답특성이 빠른 장점이 있다. 뿐만 아니라, 소형화가 가능하기 때문에 휴대용, 차량용 및 가정용 전원장치로 제공될 수 있다.Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), which uses a polymer membrane capable of permeating hydrogen ions as an electrolyte, has an operating temperature of about 100 ° C. lower than other types of fuel cells and has an energy conversion efficiency and an output density And the response characteristic is fast. In addition, since it can be miniaturized, it can be provided as portable power source, vehicle power source and household power source device.

고분자 전해질 연료전지 스택은 고분자 물질로 구성된 전해질막을 중심으로 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode)가 각각 도포되어 형성된 전극층을 구비하는 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA), 반응 기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할의 가스 확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 반응 기체들을 가스 확산층으로 공급하고 발생된 물을 배출시키는 분리판(Bipolar Plate), 전해질 막과 분리판 사이에서 반응 기체 및 냉각수의 누출을 방지하는 가스켓(Gasket)을 포함할 수 있다.The polymer electrolyte fuel cell stack includes a membrane electrode assembly (MEA) having an electrode layer formed by applying an anode and a cathode around an electrolyte membrane composed of a polymer material, A gas diffusion layer (GDL) for transferring generated electric energy, a bipolar plate for supplying reaction gases to the gas diffusion layer and discharging the generated gas, a reaction gas between the electrolyte membrane and the separator plate, And a gasket for preventing leakage of the cooling water.

종래 연료전지 스택용 분리판은 반응기체와 생성된 물의 흐름이 2차원 채널을 통해 같은 방향을 따라 진행하도록 구성되거나, 교차하는 3차원 입체 형상을 통해 분배 및 배출되도록 구성된다. 그러나 다양한 운전조건 하에서 가변적인 양의 물을 효율적으로 배출시키기에 부적합한 구조를 가지며, 이에 따라 연료전지 스택의 성능을 저하시키는 문제를 갖는다.Conventional separators for fuel cell stacks are configured such that the flow of reactant gas and produced water travels in the same direction through a two-dimensional channel or is distributed and discharged through an intersecting three-dimensional solid shape. However, it has a structure unsuitable for efficiently discharging a variable amount of water under various operating conditions, thereby deteriorating the performance of the fuel cell stack.

본 발명은 분리판 내의 기체 흐름과 액체(예를 들어, 물) 흐름을 효율적으로 분배할 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.Disclosed is a separator capable of efficiently distributing a gas flow and a liquid (e.g., water) flow in a separator, and a fuel cell stack including the separator.

또한, 본 발명은 분리판 내의 기체 흐름과 액체 흐름을 최적화할 수 있는 분리판 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.It is another object of the present invention to provide a fuel cell stack including a separator plate capable of optimizing the gas flow and the liquid flow in the separator plate.

또한, 본 발명은 제작비용을 절감할 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.Another object of the present invention is to provide a separator capable of reducing the production cost and a fuel cell stack including the separator.

또한, 본 발명은 기체 흐름과 액체 흐름에 상호 간섭을 최소화할 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.It is another object of the present invention to provide a separator capable of minimizing mutual interference between a gas flow and a liquid flow, and a fuel cell stack including the separator.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 면과 제1 면의 반대방향의 제2 면을 가지고, 제2 면에서 제1 면 측으로 돌출된 복수 개의 채널 요소를 갖는 분리판이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first surface and a second surface having a second surface opposite to the first surface, Edition.

여기서 상기 채널 요소는, 제1 면 상에서 유동하는 유체의 흐름방향에 따라 유입구 및 배출구를 각각 갖도록 마련되고, 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 축의 축 방향을 따라 적어도 일부에서 높이가 변화하는 리브를 갖는다.Wherein the channel element is provided with an inlet and an outlet respectively along the flow direction of the fluid flowing on the first surface and a rib whose height changes at least in part along the axial direction of the imaginary axis connecting the inlet and the outlet .

여기서 상기 리브의 높이 변화에 의해 유입구와 배출구의 단면적이 서로 다르게 결정된다.Here, the cross-sectional areas of the inlet and outlet are determined to be different from each other due to the height change of the rib.

또한, 상기 리브는 상기 축 방향을 따라 외주면에 수평면 및 경사면을 가질 수 있다.The rib may have a horizontal surface and an inclined surface on an outer peripheral surface along the axial direction.

또한, 상기 리브는 상기 축 방향을 따라 내주면에 수평면 및 경사면을 가질 수 있다.The rib may have a horizontal surface and an inclined surface on an inner peripheral surface along the axial direction.

또한, 복수 개의 채널요소는, 제1 면의 가로 방향 및 세로 방향을 따라 각각 소정 간격으로 이격 배열될 수 있다.In addition, the plurality of channel elements may be spaced apart from each other along the transverse direction and the longitudinal direction of the first surface at predetermined intervals.

또한, 인접하는 2개의 채널요소는 유체의 흐름방향에 따라 어느 한 채널요소의 배출구와 다른 채널요소의 유입구가 적어도 일부 중첩되도록 배열될 수 있다. In addition, the adjacent two channel elements may be arranged so that the outlet of one of the channel elements and the inlet of the other channel element overlap at least partially in accordance with the direction of flow of the fluid.

또한, 채널 요소는, 유입구 및 배출구를 연결하는 가상의 축이 제1 면의 가로축 및 세로축에 대하여 각각 경사지도록 마련될 수 있다.Also, the channel elements may be provided such that imaginary axes connecting the inlet and the outlet are inclined with respect to the horizontal and vertical axes of the first surface, respectively.

또한, 인접하는 채널 요소 사이에는, 제1 면과 제2 면을 관통하는 하나 이상의 개구부가 마련될 수 있다.Also, between the adjacent channel elements, one or more openings may be provided penetrating the first and second surfaces.

또한, 상기 개구부는, 유입구 및 배출구 보다 작게 형성될 수 있다.Further, the opening may be formed smaller than the inlet and the outlet.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 막-전극 접합체; 막-전극 접합체의 일면에 마련된 가스 확산층; 및 가스 확산층과 마주보도록 배치된 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 가지고, 가스 확산층과 접촉하도록 제2 면에서 제1 면 측으로 돌출된 복수 개의 채널 요소를 갖는 분리판을 포함하는 연료전지 스택이 제공된다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a membrane-electrode assembly comprising: a membrane-electrode assembly; A gas diffusion layer provided on one surface of the membrane electrode assembly; And a separation plate having a first surface disposed to face the gas diffusion layer and a second surface opposite to the first surface and having a plurality of channel elements protruding from the second surface toward the first surface so as to be in contact with the gas diffusion layer A fuel cell stack is provided.

여기서 상기 채널 요소는, 제1 면 상에서 유동하는 유체의 흐름방향에 따라 유입구 및 배출구를 각각 갖도록 마련되고, 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 축의 축 방향을 따라 적어도 일부에서 높이가 변화하는 리브를 갖는다.Wherein the channel element is provided with an inlet and an outlet respectively along the flow direction of the fluid flowing on the first surface and a rib whose height changes at least in part along the axial direction of the imaginary axis connecting the inlet and the outlet .

여기서 상기 리브는 적어도 일부 영역에서 가스 확산층과 접촉되고, 나머지 영역에서 가스 확산층과 이격되도록 마련된다. 특히, 상기 리브는 높이 변화에 의해 적어도 일부 영역에서 가스 확산층과 접촉되고, 나머지 영역에서 가스 확산층과 이격되도록 마련된다.Wherein the rib is in contact with the gas diffusion layer in at least a portion of the region and is spaced apart from the gas diffusion layer in the remaining region. In particular, the ribs are brought into contact with the gas diffusion layer in at least a part of the region due to the height change, and are spaced apart from the gas diffusion layer in the remaining region.

또한, 인접하는 2개의 리브의 외주면으로 형성된 공간으로 물이 유동하도록 마련될 수 있다.Further, water may be provided to flow into a space formed by the outer circumferential surfaces of two adjacent ribs.

또한, 상기 리브는 상기 축 방향을 따라 외주면에 수평면 및 경사면을 가질 수 있다. 여기서 수평면은 가스 확산층과 접촉하고, 경사면은 가스 확산층과 접촉하지 않는다.The rib may have a horizontal surface and an inclined surface on an outer peripheral surface along the axial direction. Here, the horizontal plane is in contact with the gas diffusion layer, and the inclined plane is not in contact with the gas diffusion layer.

또한, 상기 리브는 상기 축 방향을 따라 내주면에 수평면 및 경사면을 가질 수 있다. The rib may have a horizontal surface and an inclined surface on an inner peripheral surface along the axial direction.

또한, 복수 개의 채널요소는, 제1 면의 가로 방향 및 세로 방향을 따라 각각 소정 간격으로 이격 배열될 수 있다. In addition, the plurality of channel elements may be spaced apart from each other along the transverse direction and the longitudinal direction of the first surface at predetermined intervals.

또한, 인접하는 2개의 채널요소는 유체의 흐름방향에 따라 어느 한 채널요소의 배출구와 다른 채널요소의 유입구가 적어도 일부 중첩되도록 배열될 수 있다. In addition, the adjacent two channel elements may be arranged so that the outlet of one of the channel elements and the inlet of the other channel element overlap at least partially in accordance with the direction of flow of the fluid.

또한, 채널 요소는, 유입구 및 배출구를 연결하는 가상의 축이 분리판의 가로축 및 세로축에 대하여 각각 경사지도록 마련될 수 있다.In addition, the channel elements may be provided such that imaginary axes connecting the inlet and the outlet are inclined with respect to the transverse axis and the longitudinal axis of the separator plate, respectively.

또한, 인접하는 채널 요소 사이에는, 제1 면과 제2 면을 관통하는 하나 이상의 개구부가 마련될 수 있다. Also, between the adjacent channel elements, one or more openings may be provided penetrating the first and second surfaces.

또한, 상기 개구부는, 유입구 및 배출구 보다 작게 형성될 수 있다. Further, the opening may be formed smaller than the inlet and the outlet.

또한, 상기 리브의 높이 변화에 의해 유입구와 배출구의 단면적이 서로 다르게 결정될 수 있다. Further, the cross-sectional area of the inlet port and the outlet port may be determined to be different from each other due to the height change of the ribs.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택은 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the separator according to one embodiment of the present invention and the fuel cell stack including the separator have the following effects.

분리판 내의 기체 흐름과 액체(예를 들어, 물) 흐름을 효율적으로 분배할 수 있고, 분리판 내의 기체 흐름과 액체(예를 들어, 물) 흐름을 최적화할 수 있다. 특히, 기체 유로와 액체 유로의 흐름 방향 단면의 폭의 비를 크게 하여, 작은 단면적을 갖는 유로에서 액체의 응축이 더 빨리 일어날 수 있도록 유도한다. 또한, 기체의 흐름을 난류로 바꾸어 물 배출에 유리하게 된다.It is possible to efficiently distribute the gas flow and the liquid (e.g., water) flow in the separator plate and optimize the gas flow and the liquid (e.g., water) flow in the separator plate. Particularly, the ratio of the width of the gas flow path to the width of the liquid flow path in the flow direction is increased, and the condensation of the liquid can be induced more quickly in the flow path having a small cross sectional area. In addition, the gas flow is converted into turbulent flow, which is advantageous for water discharge.

또한, 기체 흐름과 액체 흐름에 상호 간섭을 최소화할 수 있다. 구체적으로, 작은 단면적을 갖는 상대적으로 좁은 유로는 액체 흐름을 위한 액체 유로가 되고, 큰 단면적을 갖는 상대적으로 넓은 유로는 기체 흐름(반응 가스 등)을 위한 기체 유로가 됨으로써, 기체와 액체의 흐름영역을 효과적으로 분리시킬 수 있다.In addition, it is possible to minimize mutual interference with the gas flow and the liquid flow. Specifically, a relatively narrow flow path having a small cross-sectional area becomes a liquid flow path for liquid flow, and a relatively wide flow path having a large cross-sectional area becomes a gas flow path for a gas flow (reaction gas or the like) Can be effectively separated.

또한, 연료전지 스택에서, 전지화학반응으로 생성되거나, 반응가스 중 수분의 응축에 의해 발생한 물을 효율적으로 배출시킬 수 있으며, 이에 따라 플러딩(flooding) 현상을 최소화할 수 있다.In addition, in the fuel cell stack, water generated by the cell chemical reaction or generated by condensation of water in the reaction gas can be efficiently discharged, thereby minimizing the flooding phenomenon.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 스택의 단면도이다.
도 3은 도 1의 분리판의 채널 요소의 확대 사시도이다.
도 4는 도 1의 분리판을 구성하는 채널 요소의 단면을 나타내기 위한 절개 사시도이다.
도 5는 도 1의 분리판의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 분리판의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판의 제조방법을 설명하기 위한 사시도이다.1 is a perspective view of a separator plate in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a fuel cell stack according to one embodiment of the present invention.
3 is an enlarged perspective view of the channel element of the separator of FIG.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a cross-section of channel elements constituting the separator of FIG. 1; FIG.
5 is a front view of the separation plate of Fig.
6 is a perspective view of a separation plate in accordance with another embodiment of the present invention.
7 is a perspective view illustrating a method of manufacturing a separator according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a separator according to an embodiment of the present invention and a fuel cell stack including the separator will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.In addition, the same or corresponding reference numerals are given to the same or corresponding reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. For convenience of explanation, the size and shape of each constituent member shown in the drawings are exaggerated or reduced .

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 스택의 단면도이며, 도 3은 도 1의 분리판의 채널 요소의 확대 사시도이다.2 is a cross-sectional view of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an enlarged perspective view of a channel element of the separator plate of FIG. 1 .

또한, 도 4는 도 1의 분리판을 구성하는 채널 요소의 단면을 나타내기 위한 절개 사시도이고, 도 5는 도 1의 분리판의 정면도이다.FIG. 4 is an exploded perspective view showing a cross-section of a channel element constituting the separator plate of FIG. 1, and FIG. 5 is a front view of the separator plate of FIG.

본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 스택(10)은 막-전극 접합체(20)와 막-전극 접합체(20)의 일면에 마련된 가스 확산층(30) 및 분리판(100)을 포함한다.The fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention includes a membrane-electrode assembly 20 and a gas diffusion layer 30 and a separation plate 100 provided on one surface of the membrane-electrode assembly 20.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 분리판(100)은 제1 면(101)과 제1 면(101)의 반대방향의 제2 면(102)을 가지고, 제2 면(102)에서 제1 면(101) 측으로 돌출된 복수 개의 채널 요소(110)를 갖는다. 또한, 인접하는 2개의 리브(113)의 외주면으로 형성된 공간으로 물이 유동하도록 마련될 수 있다.1 and 2, the separation plate 100 has a first surface 101 and a second surface 102 opposite to the first surface 101, and a second surface 102 on the second surface 102, And a plurality of channel elements 110 protruding toward the first surface 101 side. Further, water may be provided to flow into the space formed by the outer circumferential surfaces of the two adjacent ribs 113.

또한, 상기 채널 요소(110)는, 제1 면(101) 상에서 유동하는 유체(도 1의 반응 가스 유로 F)의 흐름방향에 따라 유입구(111) 및 배출구(112)를 각각 갖도록 마련된다. 또한, 상기 채널 요소(110)는 유입구(111)와 배출구(112)를 연결하는 가상의 축(L)의 축 방향을 따라 적어도 일부에서 높이(h)가 변화하는 리브(113)를 갖는다.The channel element 110 is provided to have an inlet 111 and an outlet 112 along the flow direction of the fluid flowing on the first surface 101 (the reaction gas flow path F in FIG. 1). The channel element 110 also has ribs 113 whose height h varies at least in part along the axial direction of the hypothetical axis L connecting the inlet 111 and the outlet 112.

특히, 채널 요소(110)는 제1 면(101)이 가스 확산층(30)과 마주보도록 배치된다. 또한, 채널 요소(110)는 상기 리브(113)가 가스 확산층(30)가 적어도 일부 영역에서 접촉하고, 나머지 영역에서 접촉하지 않도록 마련된다. 상기 리브(113)는 적어도 일부 영역에서 가스 확산층(30)과 접촉되고, 나머지 영역에서 가스 확산층(30)과 이격되도록 마련된다. 특히, 상기 리브(113)는 높이(h) 변화에 의해 적어도 일부 영역에서 가스 확산층(30)과 접촉되고, 나머지 영역에서 가스 확산층(30)과 이격되도록 마련된다.In particular, the channel element 110 is disposed such that the first side 101 faces the gas diffusion layer 30. Also, the channel element 110 is provided such that the ribs 113 are in contact with the gas diffusion layer 30 at least in some areas and not in the remaining areas. The ribs 113 are in contact with the gas diffusion layer 30 in at least a part of the region and spaced apart from the gas diffusion layer 30 in the remaining region. Particularly, the ribs 113 are brought into contact with the gas diffusion layer 30 in at least a part of the region due to a change in the height h, and are spaced apart from the gas diffusion layer 30 in the remaining regions.

여기서 상기 리브(113)의 높이 변화에 의해 유입구(111)와 배출구(112)의 단면적이 서로 다르게 결정된다. 도 1을 참조하면, 유입구(111)는 배출구(112) 보다 큰 단면적을 갖도록 마련된다.Here, the cross-sectional areas of the inlet 111 and the outlet 112 are determined to be different from each other due to a change in the height of the rib 113. Referring to FIG. 1, the inlet 111 is provided to have a larger cross-sectional area than the outlet 112.

본 문서에서, 채널 요소(110)의 외주면이라 함은 제1 면(101)과 연속되는 면을 의미하고, 채널 요소(110)의 내주면이라 함은 제2 면(102)과 연속되는 면을 의미할 수 있다.In this document, the outer circumferential surface of the channel element 110 means a surface continuous with the first surface 101, and the inner circumferential surface of the channel element 110 means a surface continuous with the second surface 102 can do.

도 3을 참조하면, 상기 리브(110)는 상기 축 방향을 따라 외주면에 수평면(114a) 및 경사면(114b)을 가질 수 있다. 여기서 수평면(114a)은 가스 확산층(30)과 접촉하고, 경사면(114b)은 가스 확산층과 접촉하지 않는다. 이와 같이, 리브(113)의 높이 변화를 통해, 일부 영역에서 가스 확산층(30)과 접촉하고, 나머지 영역에서 가스 확산층(30)가 이격되는 경우, 상기 이격된 공간에서 대류 및 확산 작용이 일어남에 따라 물질 전달에 유리할 수 있다.Referring to FIG. 3, the rib 110 may have a horizontal surface 114a and an inclined surface 114b on the outer circumferential surface along the axial direction. Here, the horizontal surface 114a is in contact with the gas diffusion layer 30, and the inclined surface 114b is not in contact with the gas diffusion layer. As described above, when the gas diffusion layer 30 comes into contact with the gas diffusion layer 30 in some areas through the change in the height of the ribs 113, and the gas diffusion layer 30 is spaced apart from the remaining areas, convection and diffusion actions occur in the spaced spaces Which may be advantageous for mass transfer.

도 4를 참조하면, 상기 리브(113)는 상기 축 방향을 따라 내주면(115)에 수평면(115a) 및 경사면(115b)을 가질 수 있다. 예를 들어, 수평면(115a) 및 경사면(115b)은 약 150°의 각도(θ)로 기울어질 수 있다.Referring to FIG. 4, the rib 113 may have a horizontal surface 115a and an inclined surface 115b on the inner circumferential surface 115 along the axial direction. For example, the horizontal surface 115a and the inclined surface 115b may be inclined at an angle? Of about 150 °.

또한, 채널 요소(110)의 내주면은 적어도 일부가 곡면으로 형성된다. 본 문서에서, 유입구(111)는 리브(113)의 상류 측 외주연과 제1 면(101)에 의해 형성되는 개구부를 의미하고, 배출구(112)는 리브(113)의 하류 측 외주연과 제1 면(101)에 의해 형성되는 개구부를 의미할 수 있다.Also, the inner circumferential surface of the channel element 110 is at least partially curved. In this document, the inlet 111 means an opening formed by the outer peripheral edge of the upstream side of the rib 113 and the first side 101, and the outlet 112 is defined by the outer peripheral edge on the downstream side of the rib 113, It may mean an opening formed by the first surface 101. [

여기서, 인접하는 채널 요소의 내부를 통해 가스(반응 가스 또는 연료)의 유동이 이루어질 수 있고, 인접하는 채널 요소들의 외부(외주면 사이 영역)을 통해 물의 유동이 이루어지도록 할 수 있다. 구체적으로, 인접하는 2개의 리브(113)의 외주면으로 형성된 공간으로 물이 유동하도록 마련될 수 있다. 이때, 채널 요소(110)의 유입구(111)는 흐름방향 단면의 크기(가스 유로의 단면적)가 인접하는 2개의 리브(113)의 외주면으로 형성된 단면의 크기(물 유로의 단면적)보다 크게 형성될 수 있다.Here, the flow of the gas (reaction gas or fuel) can be made through the inside of the adjacent channel elements, and the flow of water can be made through the outside (the region between the outer circumferential surfaces) of the adjacent channel elements. Specifically, water may be provided to flow into a space formed by the outer circumferential surfaces of two adjacent ribs 113. At this time, the inlet 111 of the channel element 110 is formed so that the size of the cross section in the flow direction (the cross sectional area of the gas flow path) is larger than the size of the cross section formed by the outer peripheral surface of the adjacent two ribs 113 .

또한, 도 4를 참조하면, 채널 요소(110)의 측벽에 해당하는 리브(113)의 외주면(114)은, 분리판(100)의 제1 면(101)과 제2 면(102)을 관통하는 가상의 수직선분에 대하여 소정 각도로 경사질 수 있다. 4, the outer circumferential surface 114 of the rib 113 corresponding to the sidewall of the channel element 110 passes through the first surface 101 and the second surface 102 of the separation plate 100, The virtual vertical line can be inclined at a predetermined angle.

도 1 및 도 3을 참조하면, 또한, 복수 개의 채널요소(110)는, 제1 면(101)의 가로 방향 및 세로 방향을 따라 각각 소정 간격으로 이격 배열될 수 있다. 또한, 인접하는 2개의 채널요소(110)는 유체(예를 들어, 반응 가스 또는 연료)의 흐름방향에 따라 어느 한 채널요소(110)의 배출구(112)와 다른 채널요소(110)의 유입구(111)가 적어도 일부 중첩되도록 배열될 수 있다.1 and 3, the plurality of channel elements 110 may be spaced apart from each other along the transverse direction and the longitudinal direction of the first surface 101, respectively. The adjacent two channel elements 110 are also connected to the outlet 112 of one channel element 110 and the inlet 112 of the other channel element 110 along the flow direction of the fluid 111 may overlap at least partially.

한편, 채널 요소(110)는, 유입구(111) 및 배출구(112)를 연결하는 가상의 축(L)이 제1 면(101)의 가로축 및 세로축에 대하여 각각 경사지도록 마련될 수 있다.The channel element 110 may be provided such that a hypothetical axis L connecting the inlet 111 and the outlet 112 is inclined with respect to the transverse axis and the longitudinal axis of the first surface 101, respectively.

도 5를 참조하면, 분리판 내의 기체 흐름(반응 가스 또는 연료)(채널 요소 내부)과 액체(예를 들어, 물) 흐름(채널 요소 외부)을 효율적으로 분배할 수 있고, 분리판 내의 기체 흐름과 액체(예를 들어, 물) 흐름을 최적화할 수 있다. 특히, 기체 유로와 액체 유로의 흐름 방향 단면의 폭의 비를 크게 하여, 작은 단면적을 갖는 유로에서 액체의 응축이 더 빨리 일어날 수 있도록 유도한다. 5, it is possible to efficiently distribute the gas flow (reaction gas or fuel) (inside the channel element) and the liquid (e.g., water) flow (outside the channel element) in the separator plate, And liquid (e.g., water) flow. Particularly, the ratio of the width of the gas flow path to the width of the liquid flow path in the flow direction is increased, and the condensation of the liquid can be induced more quickly in the flow path having a small cross sectional area.

또한, 작은 단면적을 갖는 상대적으로 좁은 폭(w2)의 유로는 액체 흐름을 위한 액체 유로가 되고, 큰 단면적을 갖는 상대적으로 넓은 폭(w1)의 유로는 기체 흐름(반응 가스 등)을 위한 기체 유로가 됨으로써, 기체와 액체의 흐름영역을 효과적으로 분리시킬 수 있다.The relatively narrow width w2 having a small cross-sectional area serves as a liquid flow path for the liquid flow, and the relatively wide width w1 having a large cross-sectional area is used as the gas flow path for the gas flow The flow region of the gas and the liquid can be effectively separated.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 분리판(100)의 사시도이다.6 is a perspective view of a separation plate 100 in accordance with another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 인접하는 채널 요소(110) 사이에는, 제1 면(101)과 제2 면(102)을 관통하는 하나 이상의 개구부(120)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 개구부(120)는, 유입구(111) 및 배출구(112) 보다 작게 형성될 수 있다. 상기 개구부(120)를 통해 생성수 및 가스가 통과할 수 있다.Referring to FIG. 6, between adjacent channel elements 110, one or more openings 120 may be provided through first and second surfaces 101, 102. The opening 120 may be formed to be smaller than the inlet 111 and the outlet 112. The generated water and the gas can pass through the opening 120.

도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판의 제조방법을 설명하기 위한 사시도이다.7 is a perspective view illustrating a method of manufacturing a separator according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 로터리(rotary) 방식을 통해 분리판이 제조될 수 있다. 상기 롤(200)의 표면에는 채널 요소를 형성할 수 있는 양각 패턴(210)이 마련될 수 있다. 이때, 플레이트(P)를 이송시키면서 롤(200)로 가압시킴으로써, 분리판(100)을 제조할 수 있다.Referring to FIG. 7, a separator plate can be manufactured through a rotary method. The relief pattern 210 may be formed on the surface of the roll 200 to form a channel element. At this time, the separation plate 100 can be manufactured by pressing the plate P with the roll 200 while feeding it.

이와는 다르게, 스탬핑 방식으로도 분리판(100)이 제조될 수 있다.Alternatively, the separator plate 100 can be manufactured by a stamping method.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The foregoing description of the preferred embodiments of the present invention has been presented for purposes of illustration and various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention, And additions should be considered as falling within the scope of the following claims.

10: 연료전지 스택
20: 막-전극 접합체
30: 가스 확산층
100: 분리판
110: 채널 요소10: Fuel cell stack
20: membrane-electrode assembly
30: gas diffusion layer
100: separator plate
110: channel element

Claims (18)

제1 면과 제1 면의 반대방향의 제2 면을 가지고, 제2 면에서 제1 면 측으로 돌출된 복수 개의 채널 요소를 가지며,
채널 요소는, 제1 면 상에서 유동하는 유체의 흐름방향에 따라 유입구 및 배출구를 각각 갖도록 마련되고, 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 축의 축 방향을 따라 적어도 일부에서 높이가 변화하는 리브를 가지며,
상기 리브의 높이 변화에 의해 유입구와 배출구의 단면적이 서로 다르게 결정된 분리판.A plurality of channel elements having a first surface and a second surface opposite to the first surface and protruding from the second surface toward the first surface,
The channel element is provided with an inlet and an outlet respectively along the flow direction of the fluid flowing on the first surface and has ribs varying in height at least in part along the axial direction of the imaginary axis connecting the inlet and the outlet,
Wherein a cross-sectional area of the inlet and the outlet are determined to be different from each other due to a change in the height of the rib. 제 1 항에 있어서,
상기 리브는 상기 축 방향을 따라 외주면에 수평면 및 경사면을 갖는 분리판.The method according to claim 1,
Wherein the rib has a horizontal surface and an inclined surface on an outer peripheral surface along the axial direction. 제 2 항에 있어서,
상기 리브는 상기 축 방향을 따라 내주면에 수평면 및 경사면을 갖는 분리판.3. The method of claim 2,
Wherein the rib has a horizontal surface and an inclined surface on an inner peripheral surface along the axial direction. 제 1 항에 있어서,
복수 개의 채널요소는, 제1 면의 가로 방향 및 세로 방향을 따라 각각 소정 간격으로 이격 배열된 분리판.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of channel elements are spaced apart at predetermined intervals along the transverse direction and the longitudinal direction of the first surface, respectively. 제 4 항에 있어서,
인접하는 2개의 채널요소는 유체의 흐름방향에 따라 어느 한 채널요소의 배출구와 다른 채널요소의 유입구가 적어도 일부 중첩되도록 배열된 분리판.5. The method of claim 4,
The two adjacent channel elements are arranged so that the outlet of one of the channel elements and the inlet of the other channel element overlap at least partially in accordance with the flow direction of the fluid. 제 1 항에 있어서,
채널 요소는, 유입구 및 배출구를 연결하는 가상의 축이 제1 면의 가로축 및 세로축에 대하여 각각 경사지도록 마련된 분리판.The method according to claim 1,
The channel element is provided such that a hypothetical axis connecting the inlet and the outlet is inclined with respect to the transverse axis and the longitudinal axis of the first surface, respectively. 제 1 항에 있어서,
인접하는 채널 요소 사이에는, 제1 면과 제2 면을 관통하는 하나 이상의 개구부가 마련된 분리판.The method according to claim 1,
And between the adjacent channel elements, at least one opening passing through the first surface and the second surface. 제 7 항에 있어서,
상기 개구부는, 유입구 및 배출구 보다 작게 형성된 분리판.8. The method of claim 7,
Wherein the opening is smaller than the inlet and the outlet. 막-전극 접합체;
막-전극 접합체의 일면에 마련된 가스 확산층; 및
가스 확산층과 마주보도록 배치된 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 가지고, 가스 확산층과 접촉하도록 제2 면에서 제1 면 측으로 돌출된 복수 개의 채널 요소를 갖는 분리판을 포함하며,
채널 요소는, 제1 면 상에서 유동하는 유체의 흐름방향에 따라 유입구 및 배출구를 각각 갖도록 마련되고, 유입구와 배출구를 연결하는 가상의 축의 축 방향을 따라 적어도 일부에서 높이가 변화하는 리브를 가지며,
상기 리브는 적어도 일부 영역에서 가스 확산층과 접촉되고, 나머지 영역에서 가스 확산층과 이격되도록 마련된 연료전지 스택.Membrane-electrode assembly;
A gas diffusion layer provided on one surface of the membrane electrode assembly; And
And a separation plate having a first surface disposed to face the gas diffusion layer and a second surface opposite to the first surface and having a plurality of channel elements protruding from the second surface toward the first surface so as to be in contact with the gas diffusion layer, ,
The channel element is provided with an inlet and an outlet respectively along the flow direction of the fluid flowing on the first surface and has ribs varying in height at least in part along the axial direction of the imaginary axis connecting the inlet and the outlet,
Wherein the rib is in contact with the gas diffusion layer in at least a part of the region and is spaced apart from the gas diffusion layer in the remaining region. 제 9 항에 있어서,
인접하는 2개의 리브의 외주면으로 형성된 공간으로 물이 유동하도록 마련된 연료전지 스택.10. The method of claim 9,
Wherein the water flows into a space formed by the outer circumferential surfaces of two adjacent ribs. 제 9 항에 있어서,
상기 리브는 상기 축 방향을 따라 외주면에 수평면 및 경사면을 가지며,
수평면은 가스 확산층과 접촉하고, 경사면은 가스 확산층과 접촉하지 않는 연료전지 스택.10. The method of claim 9,
Wherein the rib has a horizontal surface and an inclined surface on an outer peripheral surface along the axial direction,
Wherein the horizontal surface is in contact with the gas diffusion layer, and the sloped surface is in contact with the gas diffusion layer. 제 11 항에 있어서,
상기 리브는 상기 축 방향을 따라 내주면에 수평면 및 경사면을 갖는 연료전지 스택.12. The method of claim 11,
Wherein the rib has a horizontal plane and an inclined plane on an inner peripheral surface along the axial direction. 제 9 항에 있어서,
복수 개의 채널요소는, 제1 면의 가로 방향 및 세로 방향을 따라 각각 소정 간격으로 이격 배열된 연료전지 스택.10. The method of claim 9,
Wherein the plurality of channel elements are spaced apart from each other at predetermined intervals along the lateral direction and the longitudinal direction of the first surface. 제 9 항에 있어서,
인접하는 2개의 채널요소는 유체의 흐름방향에 따라 어느 한 채널요소의 배출구와 다른 채널요소의 유입구가 적어도 일부 중첩되도록 배열된 연료전지 스택.10. The method of claim 9,
Wherein adjacent two channel elements are arranged so that the outlet of one of the channel elements and the inlet of the other channel element are at least partially overlapped with each other along the flow direction of the fluid. 제 9 항에 있어서,
채널 요소는, 유입구 및 배출구를 연결하는 가상의 축이 분리판의 가로축 및 세로축에 대하여 각각 경사지도록 마련된 연료전지 스택.10. The method of claim 9,
The channel element is provided so that a hypothetical axis connecting the inlet and the outlet is inclined with respect to the horizontal axis and the vertical axis of the separator plate, respectively. 제 9 항에 있어서,
인접하는 채널 요소 사이에는, 제1 면과 제2 면을 관통하는 하나 이상의 개구부가 마련된 연료전지 스택.10. The method of claim 9,
And between the adjacent channel elements, one or more openings penetrating the first and second surfaces are provided. 제 16 항에 있어서,
상기 개구부는, 유입구 및 배출구보다 작게 형성된 연료전지 스택.17. The method of claim 16,
Wherein the opening is smaller than the inlet and the outlet. 제 9 항에 있어서,
상기 리브의 높이 변화에 의해 유입구와 배출구의 단면적이 서로 다르게 결정된 연료전지 스택.
10. The method of claim 9,
Wherein the cross-sectional area of the inlet and the outlet are determined to be different from each other due to a change in the height of the rib.
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