KR20180095382A - Gasket embedded separator for fuel cell - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a gasket-embedded separator for a multi-cell type fuel cell. A connection gasket unit of the gasket-embedded separator for a multi-cell type fuel cell, disclosed in the present invention, includes: a pair of sealing projections projecting in at least one direction from the upper direction and the lower direction as a part overlapping with a pair of end portions; a pair of intermediate projections projecting in the same direction as the projecting direction of the pair of sealing projections from the central point of the pair of sealing projections; and a pair of projection connection units connecting the pair of sealing projections and the pair of intermediate projections, and having the thickness smaller than the thicknesses of the sealing projections and the intermediate projections.

Description

연료전지용 가스켓 일체형 분리판{Gasket embedded separator for fuel cell} [0001] Gasket embedded separator for fuel cell [0002]

본 발명은 연료전지용 가스켓 일체형 분리판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분리판 내의 반응 셀(cell)이 복수 개가 구비된 멀티 셀 타입(multi-cell type) 가스켓 일체형 분리판에 관한 것이다. The present invention relates to a gasket integral type separator for a fuel cell, and more particularly, to a multi-cell type gasket integral type separator having a plurality of reaction cells in the separator.

고분자전해질 연료전지는 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 다른 종류의 연료전지에 비하여 작동온도가 낮고, 에너지 효율이 높으며, 전류밀도 및 출력밀도가 크며 시동시간이 짧고, 부하변화에 대한 응답특성이 빠른 특성이 있다. 또한, 전해질로 고분자막을 사용하므로 전해질 손실이 없고, 기존의 확립된 기술인 메탄올 개질기의 적용이 가능하며, 반응기체 압력변화에도 덜 민감하고, 디자인이 간단하여 제작이 쉬우며, 부피와 무게를 줄일 수 있고, 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 등 다른 종류의 연료전지에 비해 많은 장점이 있다. A polymer electrolyte fuel cell (FEP) is a fuel cell that uses a polymer membrane having hydrogen ion exchange properties as an electrolyte. The fuel cell has a low operating temperature, high energy efficiency, a large current density and a high output density, There is a fast response characteristic to load change. In addition, since the polymer membrane is used as the electrolyte, there is no loss of electrolyte, and it is possible to apply the existing methanol reformer, which is less susceptible to changes in the reaction gas pressure, and is simple in design, easy to manufacture, There are many advantages over other types of fuel cells, such as the ability to generate a wide range of output.

일반적으로 연료전지 스택(stack)은 수소극과 산소극을 가진 분리판 사이에 막-전극 조립체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 삽입되고 이러한 구조가 반복되면서 적층되는 구성을 갖는다. 연료전지용 가스켓(gasket)은 분리판과 MEA 사이의 갭(gap)을 일정하게 유지하여 분리판 상으로 유입되는 연료가스는 균일하게 분배되도록 하고 반응에 의해 생성된 가스(gas)는 용이하게 제거되도록 한다. 또한, 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)과 분리판의 전기적 접촉을 일정하게 유지하여 전기화학반응으로 생성된 전자의 흐름이 원활하도록 하고 높은 기체 기밀성을 보장하여 반응 기체간의 혼입을 방지하는 역할을 한다. 연료전지 스택(stack)을 조립할 때 정렬이 용이하도록 가스켓이 분리판과 일체로 형성된 것이 있는데, 이를 가스켓 일체형 분리판이라고 한다. Generally, a fuel cell stack has a structure in which a membrane-electrode assembly (MEA) is inserted between a separator plate having a hydrogen electrode and an oxygen electrode, and the structure is repeatedly stacked. The gasket for the fuel cell maintains a constant gap between the separator and the MEA so that the fuel gas flowing on the separator is uniformly distributed and the gas produced by the reaction is easily removed. do. In addition, it maintains the electric contact between the gas diffusion layer (GDL) and the separator plate constantly to smooth the flow of the electrons generated by the electrochemical reaction and to ensure high gas tightness, do. There is a gasket formed integrally with the separator plate so as to facilitate alignment when assembling the fuel cell stack, which is referred to as a gasket integral separator plate.

한편, 분리판 중에서 2개 내지 그보다 많은 개수의 반응 셀(cell)을 구비하는 분리판을 듀얼 셀 타입(dual cell type) 내지 멀티 셀 타입(multi-cell type) 분리판이라고 한다. 상기 멀티 셀 타입 분리판이 적층 형성된 연료전지 스택은 단일 셀 타입 분리판이 적층된 연료전지 스택에 비하여, 반응 셀의 전체 면적이 동일한 경우라 하더라도 출력 전압은 커지고, 출력 전류는 작아지는 장점이 있다. On the other hand, a separation plate having two or more reaction cells in the separation plate is referred to as a dual cell type or a multi-cell type separation plate. The fuel cell stack in which the multi-cell type separator is stacked is advantageous in that the output voltage is large and the output current is small even when the total area of the reaction cells is the same as that of the fuel cell stack in which the single cell type separator is stacked.

도 1 및 도 2는 종래의 멀티 셀 타입 가스켓 일체형 분리판의 일 부분을 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 일 예에 따른 가스켓 일체형 분리판(1)은 동일 평면상에 이격되게 배치된 한 쌍의 프레임(2, 3)과, 상기 한 쌍의 프레임(2, 3)의 단부를 연결하며 감싸는 두께가 일정한 가스켓부(4)를 구비한다. 그런데, 상기 분리판(1)이 적층된 연료전지 스택에서 한 쌍의 프레임(2, 3)의 단부가 서로 가까워지는 방향으로 하중이 가해지면 상기 가스켓부(4)의 중간 부분이 위아래로 볼록해지게 되어 인접하여 적층된 연료전지 스택 내부의 밀봉이 파괴될 수 있다. 1 and 2 are cross-sectional views showing a part of a conventional multi-cell type gasket integrated type separator. Referring to FIG. 1, a gasket integrated separator 1 according to a conventional example includes a pair of frames 2, 3 spaced from each other on the same plane, and a pair of frames 2, And a gasket portion (4) having a constant thickness to surround and connect the end portions. When a load is applied in a direction in which the ends of the pair of frames 2 and 3 approach each other in the fuel cell stack in which the separator 1 is stacked, the middle portion of the gasket portion 4 is convex upward The seal inside the adjacent fuel cell stack can be destroyed.

도 2를 참조하면, 종래의 다른 일 예에 따른 가스켓 일체형 분리판(5)은 동일 평면상에 이격되게 배치된 한 쌍의 프레임(6, 7)과, 상기 한 쌍의 프레임(6, 7)의 단부를 연결하며 감싸는 가스켓부(8)를 구비한다. 상기 가스켓부(8)는 중간 부분의 두께가 얇고, 상기 프레임(6, 7)과 겹쳐지는 양 단부의 두께가 상대적으로 두껍게 형성된다. 그런데, 상기 분리판(1)이 적층된 연료전지 스택에서 한 쌍의 프레임(6, 7)의 단부가 서로 가까워지는 방향으로 하중이 가해지면, 상기 얇은 중간 부분이 휘어지면서 한 쌍의 프레임(6, 7)의 단부 중에서 하나는 위로 올라가는 방향으로 휘어지고, 다른 하나는 아래로 내려가는 방향으로 휘어지는 변형이 발생될 수 있다. 또한, 탄성체로 된 가스켓부(8)와 프레임(6, 7)가 분리될 수도 있다. 2, the gasket integrated type separator 5 according to another example of the related art includes a pair of frames 6 and 7 spaced apart from each other on the same plane, and a pair of frames 6 and 7, And a gasket portion 8 for connecting and sealing the end portions of the gasket portion 8. The thickness of the intermediate portion of the gasket portion 8 is thin, and both end portions overlapping the frames 6 and 7 are formed to have a relatively large thickness. When a load is applied in a direction in which the end portions of the pair of frames 6 and 7 approach each other in the fuel cell stack in which the separator 1 is stacked, the thin intermediate portion is bent and the pair of frames 6 , 7) may be deformed in the upward direction and the other one may be deformed in the downward direction. Further, the elastic gasket portion 8 and the frames 6 and 7 may be separated.

대한민국 등록특허공보 제10-1372027호Korean Registered Patent No. 10-1372027

본 발명은 멀티 셀 타입의 가스켓 일체형 분리판으로서, 연료전지 스택 내에서 적층되었을 때 가스켓부나 프레임이 휘어지거나 변형되지 않으며, 가스켓부에서 프레임이 분리되지 않도록 개선된 가스켓 일체형 분리판을 제공한다. An object of the present invention is to provide a gasket integral type separator of a multi-cell type which is improved in gaskets or frames when stacked in a fuel cell stack so that the gaskets or frames are not bent or deformed and the frame is not separated from the gaskets.

본 발명은, 평면상에 일렬로 배열된 복수의 프레임, 및 상기 복수의 프레임의 인접 배열된 한 쌍의 단부를 연결하는, 고무(rubber) 재질의 연결 가스켓부(gasket portion)을 구비한 멀티 셀 타입(multi-cell type)의 연료전지용 가스켓 일체형 분리판으로서, 상기 연결 가스켓부는, 상기 한 쌍의 단부와 겹쳐지는 부분으로서 상측 및 하측 중 적어도 일 방향으로 돌출된 한 쌍의 밀봉 돌기, 상기 한 쌍의 밀봉 돌기의 중간 지점에서 상기 한 쌍의 밀봉 돌기의 돌출 방향과 동일한 방향으로 돌출된 중간 돌기, 및 상기 한 쌍의 밀봉 돌기와 상기 중간 돌기를 연결하는 것으로, 상기 밀봉 돌기의 두께 및 상기 중간 돌기의 두께보다 얇은 두께를 갖는 한 쌍의 돌기 연결부를 구비한 연료전지용 가스켓 일체형 분리판을 제공한다. The present invention relates to a multi-cell module including a plurality of frames arranged in a line on a plane, and a rubber gasket portion connecting a pair of adjacently arranged ends of the plurality of frames, A gasket integral type separator for a fuel cell, comprising: a pair of sealing projections protruding in at least one of an upper side and a lower side as a portion overlapping with the pair of end portions; An intermediate protrusion protruding in the same direction as the protruding direction of the pair of sealing protrusions at an intermediate point of the sealing protrusion of the sealing protrusion, and connecting the pair of sealing protrusions and the intermediate protrusion, There is provided a gasket integral type separator for a fuel cell having a pair of protrusion connecting portions each having a thickness smaller than a thickness.

상기 연결 가스켓부는 사출 성형에 의해 형성되고, 상기 연결 가스켓부를 사출 성형하기 위한 금형에 상기 한 쌍의 단부가 밀착되어, 상기 한 쌍의 단부가 부분적으로 노출되도록 파여진 성형 홈(groove)이 상기 연결 가스켓부에 형성될 수 있다. Wherein the connection gasket portion is formed by injection molding and the pair of end portions are brought into close contact with a mold for injection molding the connection gasket portion so that a recessed molding groove is formed to expose the pair of end portions, And may be formed in the gasket portion.

상기 밀봉 돌기의 두께가 상기 중간 돌기의 두께보다 두껍고, 상기 밀봉 돌기와 상기 중간 돌기의 두께 차이는 상기 밀봉 돌기의 두께 방향의 최대 탄성 변형량보다 작을 수 있다. The thickness of the sealing protrusion is thicker than the thickness of the intermediate protrusion and the difference in thickness between the sealing protrusion and the intermediate protrusion may be smaller than the maximum elastic deformation amount in the thickness direction of the sealing protrusion.

상기 한 쌍의 단부에 분리 방지 통공이 형성되고, 상기 연결 가스켓부는 상기 밀봉 돌기와 일체로 성형되어 상기 분리 방지 통공에 채워진 분리 방지부를 더 구비하여, 상기 분리 방지부가 파열되지 않는 한 상기 연결 가스켓부가 상기 한 쌍의 단부에서 분리되지 않을 수 있다. Wherein the connection gasket is formed integrally with the sealing protrusion so as to be fitted in the detachment preventing hole, so that the connection gasket can prevent the detachment of the connection gasket, And may not be separated at the ends of the pair.

상기 연결 가스켓부에는, 인접 배열된 한 쌍의 프레임 간에 유체 이동을 허용하는 적어도 하나의 유동 채널(channel)이 형성될 수 있다. The connecting gasket portion may be formed with at least one flow channel that allows fluid movement between a pair of adjacently arranged frames.

상기 유동 채널은, 상기 한 쌍의 밀봉 돌기, 중간 돌기, 및 한 쌍의 돌기 연결부의 두께 방향으로 파여지고 상기 연결 가스켓부를 그 폭 방향으로 가로지르도록 연장된 채널용 홈(groove)에 의해 형성되고, 상기 연결 가스켓부는 상기 한 쌍의 단부의 상측에서 상기 유동 채널을 따라 이동하는 유체와 상기 한 쌍의 단부의 하측에서 상기 유동 채널을 따라 이동하는 유체가 섞이지 않도록 차단하는 유동 차단부를 더 구비할 수 있다. The flow channel is formed by grooves for channels that are formed in the thickness direction of the pair of sealing protrusions, the middle protrusions, and the pair of protrusion connection portions and extend so as to cross the connection gasket portion in the width direction thereof The connecting gasket may further include a fluid moving along the flow channel at the upper side of the pair of end portions and a flow blocking portion blocking the fluid moving along the flow channel at a lower side of the pair of end portions so as not to be mixed with each other have.

본 발명의 연료전지용 가스켓 일체형 분리판은, 연료전지 스택 내에서 인접한 한 쌍의 프레임이 가까워지는 방향으로 하중이 가해지더라도 돌기 연결부의 폭이 좁아지고 두께가 두꺼워지는 방향으로 연결 가스켓부가 약간 변형될 뿐, 연결 가스켓부나 프레임이 휘어지거나 변형되지 않으며, 연결 가스켓부에서 프레임이 분리되지 않는다. 따라서, 멀티 셀 타입의 가스켓 일체형 분리판의 품질과 내구성이 향상되고, 상기 가스켓 일체형 분리판을 적층하여 연료전지 스택을 제조하였을 때 밀봉 신뢰성이 높아지고, 조립 생산성과 내구성이 향상된다. The gasket integrated type separator for a fuel cell of the present invention is characterized in that even if a load is applied in a direction in which a pair of adjacent frames in the fuel cell stack are close to each other, the width of the protrusion connection portion is narrowed and the connecting gasket portion is slightly deformed , The connecting gasket portion or the frame is not bent or deformed, and the frame is not separated from the connecting gasket portion. Therefore, the quality and durability of the multi-cell type gasket integrated type separator are improved, and when the fuel cell stack is manufactured by laminating the gasket integrated type separator, sealing reliability is improved, and assembly productivity and durability are improved.

도 1 및 도 2는 종래의 멀티 셀 타입 가스켓 일체형 분리판의 일 부분을 도시한 단면도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 셀 타입 가스켓 일체형 분리판의 평면도이다.
도 4, 도 5, 도 6, 및 도 7은 도 3을 IV-IV, V-V, VI-VI, 및 VII-VII에 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 8은 도 3의 가스켓 일체형 분리판 복수 개가 적층된 연료전지 스택의 일 부분을 도시한 단면도이다. 1 and 2 are cross-sectional views showing a part of a conventional multi-cell type gasket integrated type separator.
3 is a plan view of a multi-cell type gasket integrated type separator according to an embodiment of the present invention.
Figs. 4, 5, 6, and 7 are cross-sectional views of Fig. 3 cut along IV-IV, VV, VI-VI, and VII-VII.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a portion of a fuel cell stack in which a plurality of gasket-integrated separation plates of FIG. 3 are stacked. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 분리판을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a gasket integral type separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terminology used herein is a term used to properly express the preferred embodiment of the present invention, which may vary depending on the intention of the user or operator or the custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

도 3는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 셀 타입 가스켓 일체형 분리판의 평면도이고, 도 4, 도 5, 도 6, 및 도 7은 도 3을 IV-IV, V-V, VI-VI, 및 VII-VII에 따라 절개하여 도시한 단면도이며, 도 8은 도 3의 가스켓 일체형 분리판 복수 개가 적층된 연료전지 스택의 일 부분을 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 일체형 분리판(10)은 동일 평면 상에 인접 배치된 2개의 반응 셀(cell)(13, 23)을 구비한 멀티 셀 타입의 가스켓 일체형 분리판으로서, 동일 평면 상에 인접하여 일렬로 배열된 제1 및 제2 프레임(frame)(11, 21)과, 사출 성형에 의해 상기 제1 및 제2 프레임(11, 21)에 일체로 형성된 복수의 가스켓부(32, 34, 35)를 구비한다. FIG. 3 is a plan view of a multi-cell type gasket integrated type separator according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4, 5, 6, and 7 are sectional views taken along line IV-IV, FIG. 8 is a cross-sectional view showing a part of a fuel cell stack in which a plurality of gasket integrated separator plates of FIG. 3 are stacked. 3, the gasket integrated type separator 10 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention includes a multi-cell type gasket (not shown) having two reaction cells (13, 23) An integrated separator comprising first and second frames (11, 21) arranged in a row adjacent to one another on the same plane, and first and second frames (11, 21) integrally formed on the first and second frames And a plurality of gasket portions (32, 34, 35) formed therein.

도 3 및 도 8을 함께 참조하면, 제1 프레임(11)과 제2 프레임(21)의 중앙부에는 각각 반응 셀(13, 23)이 마련된다. 상기 반응 셀(13, 23) 내부에는 단면이 물결 형태로 주름지게 형성되어, 전기 생성 반응의 연료가 되는 수소(H2)와 공기가 유동하는 상측면 셀 채널(14, 24)과 하측면 셀 채널(15, 25)이 마련된다. 상기 제1 프레임(11)과 제2 프레임(21)의 좌우측 단부 중에서 인접 배열되어 서로 마주보는 한 쌍의 단부(16, 26)에는 연결 가스켓부(35)가 형성되고, 상기 한 쌍의 단부(16, 26)의 반대측 단부에는 고무 재질로 된 주변 가스켓부(32)가 형성된다. Referring to FIGS. 3 and 8, the reaction cells 13 and 23 are provided at the center of the first frame 11 and the second frame 21, respectively. The reaction cells 13 and 23 are corrugated in a corrugated form so that hydrogen (H 2 ) as a fuel for the electricity generation reaction and the upper side cell channels 14 and 24 through which air flows, Channels 15 and 25 are provided. A connecting gasket portion 35 is formed at a pair of end portions 16 and 26 which are arranged adjacent to each other in the left and right ends of the first frame 11 and the second frame 21, 16, and 26 are formed with peripheral gasket portions 32 made of a rubber material.

도 3 및 도 6을 함께 참조하면, 상기 주변 가스켓부(32)는 상측 및 하측 방향으로 돌출된 밀봉 돌기(33)를 구비한다. 가스켓 일체형 분리판(10)이 복수 층으로 적층되어 연료전지 스택으로 형성된 때, 위아래로 인접한 분리판(10)의 상기 주변 가스켓부(32)가 밀착되어 반응 셀(13, 23)에서 수소와 공기가 분리판(10)의 외부로 누출되지 않도록 밀봉한다. Referring to FIGS. 3 and 6 together, the peripheral gasket portion 32 has a sealing protrusion 33 projecting upwardly and downwardly. When the gasket integral separator plates 10 are stacked in a plurality of layers and formed into a fuel cell stack, the peripheral gasket portions 32 of the separator plates 10 adjacent to each other are brought into close contact with each other, Is sealed so as not to leak to the outside of the separator plate (10).

도 3을 다시 참조하면, 제1 프레임(11)의 하부에는 수소 배출 매니폴드 통공(18) 및 냉각수 배출 매니폴드 통공(19)이 형성되고, 제1 프레임(11)의 상부에는 공기 공급 매니폴드 통공(20)이 형성된다. 상기 제1 프레임(11)의 매니폴드 통공들(18, 19, 20) 주변에는 고무 재질로 된 매니폴드 구분 가스켓부(34)가 형성된다. 제2 프레임(21)의 상부에는 수소 공급 매니폴드 통공(28) 및 냉각수 공급 매니폴드 통공(29)이 형성되고, 제2 프레임(21)의 하부에는 전기 생성 반응에 의해 형성되고 남겨진 부산물, 즉 공기와 물(H2O)이 배출되는 부산물 배출 매니폴드 통공(30)이 형성된다. 상기 제2 프레임(21)의 매니폴드 통공들(28, 29, 30) 주변에도 고무 재질로 된 매니폴드 구분 가스켓부(34)가 형성된다.3, a hydrogen discharge manifold aperture 18 and a cooling water discharge manifold aperture 19 are formed in a lower portion of the first frame 11. An upper portion of the first frame 11 is provided with an air supply manifold A through hole 20 is formed. A manifold gasket 34 made of a rubber material is formed around the manifold apertures 18, 19, 20 of the first frame 11. A hydrogen supply manifold through hole 28 and a cooling water supply manifold through hole 29 are formed in the upper portion of the second frame 21 and byproducts left and formed by the electricity generation reaction are formed in the lower portion of the second frame 21 A by-product discharge manifold through hole 30 through which air and water H2O are discharged is formed. A manifold gasket 34 made of a rubber material is also formed around the manifold apertures 28, 29, 30 of the second frame 21.

상기 매니폴드 구분 가스켓부(34)의 단면 형상은 도 6을 참조하여 설명한 주변 가스켓부(32)의 형상과 동일하다. 가스켓 일체형 분리판(10)이 복수 층으로 적층되어 연료전지 스택으로 형성된 때, 위아래로 인접한 분리판(10)의 상기 매니폴드 구분 가스켓부(34)가 밀착되고 상기 통공들(18, 19, 20, 28, 29, 30)이 일렬로 겹쳐지게 배열되어서 연료전지 스택에 수소, 공기, 냉각수가 Z축과 평행하게 유동하는 복수의 매니폴드가 형성된다. Sectional shape of the manifold gasket portion 34 is the same as that of the peripheral gasket portion 32 described with reference to FIG. When the gasket integral separator plates 10 are stacked to form a fuel cell stack, the manifold gasket portions 34 of the separator plates 10 adjacent to each other are brought into close contact with the through holes 18, 19, 20 , 28, 29, 30) are arranged in a line so that a plurality of manifolds in which hydrogen, air, and cooling water flow in parallel to the Z axis are formed in the fuel cell stack.

도 3, 도 4, 및 도 8을 함께 참조하면, 상기 연결 가스켓부(35)는 인접하여 서로 마주보는 제1 프레임(11)의 단부(16)와 제2 프레임(21)의 단부(26)를 연결하는, 고무 재질의 가스켓부이다. 상기 연결 가스켓부(35)와, 매니폴드 구분 가스켓부(34)와, 주변 가스켓부(32)는 제1 및 제2 프레임(11, 21)을 금형 내에 삽입하고, 용융된 고무를 상기 금형의 캐비티(cavity)에 사출 주입하고 경화하여 동시에 형성되며, 분리되지 않고 서로 이어져 있다. 3 and 4, the connecting gasket portion 35 includes an end portion 16 of the first frame 11 and an end portion 26 of the second frame 21 which are adjacent to each other, A gasket portion made of a rubber material. The connecting gasket portion 35, the manifold gasket portion 34 and the peripheral gasket portion 32 are formed by inserting the first and second frames 11 and 21 into the mold, Injected into a cavity, cured and formed at the same time, and connected to each other without being separated.

연결 가스켓부(35)는 한 쌍의 밀봉 돌기(36)와 하나의 중간 돌기(38)와, 한 쌍의 돌기 연결부(39)를 구비한다. 한 쌍의 밀봉 돌기(36)는 인접하여 서로 마주보는 제1 프레임(11)의 단부(16)와 제2 프레임(21)의 단부(26)와 겹쳐지는 부분으로서, 상측 및 하측 방향, 즉 Z축 양(+) 및 음(-)의 방향과 평행한 방향으로 돌출된다. 중간 돌기(38)는 한 쌍의 밀봉 돌기(36)의 중간 지점에서 밀봉 돌기(36)와 마찬가지로 상측 및 하측 방향으로 돌출된다. 한 쌍의 돌기 연결부(39)는 한 쌍의 밀봉 돌기(36)와 중간 돌기(38)를 연결한다. 상기 한 쌍의 단부(16, 26)는 Y축과 평행한 방향으로 연장된 빔(beam) 형상의 부분으로서, 연결 가스켓부(35)도 상기 한 쌍의 단부(16, 26)가 연장된 방향, 즉 Y축과 평행한 방향으로 연장된다. The connecting gasket portion 35 has a pair of sealing protrusions 36, one intermediate protrusion 38, and a pair of protrusion connecting portions 39. The pair of sealing projections 36 are portions overlapping the end portions 16 of the first frame 11 and the end portions 26 of the second frame 21 which are adjacent to each other and are arranged in the upper and lower directions, (+) And negative (-) directions. The intermediate projection 38 protrudes upward and downward in the same manner as the sealing projection 36 at the intermediate point of the pair of sealing projections 36. [ The pair of projection connecting portions 39 connects the pair of sealing projections 36 to the intermediate projection 38. [ The pair of end portions 16 and 26 is a beam-shaped portion extending in a direction parallel to the Y axis. The connecting gasket portion 35 is also formed in a direction in which the pair of end portions 16 and 26 extend That is, in the direction parallel to the Y axis.

한 쌍의 밀봉 돌기(36)의 두께(TH1)는 중간 돌기(38)의 두께보다 약간 두껍다. 그러나, 밀봉 돌기(36)와 중간 돌기(38)의 두께 차이(TH1-TH2)는 밀봉 돌기(36)의 두께 방향, 즉 Z축과 평행한 방향의 최대 탄성 변형량보다 작다. 한편, 한 쌍의 돌기 연결부(39)의 두께(TH3)는 밀봉 돌기(36)의 두께(TH1) 및 중간 돌기(38)의 두께(TH2)보다 얇다. 상기 인접하여 마주보는 한 쌍의 단부(16, 26)에서 연결 가스켓부(35) 내부로 삽입된 부분의 폭(WE)은 대략 2 내지 5mm 이고, 한 쌍의 밀봉 돌기(36)의 폭(WT1)은 이 폭(WE)과 같을 수도 있고, 이 폭(WE)보다 약간 크거나 작을 수 있다. 중간 돌기(38)의 폭(WT2)과 한 쌍의 돌기 연결부(39)의 폭(WT3)은 상기 밀봉 돌기(36)의 폭(WT1)의 1/4 내지 2/3 이다. The thickness TH1 of the pair of sealing projections 36 is slightly larger than the thickness of the intermediate projections 38. [ However, the thickness difference TH1 - TH2 between the sealing protrusions 36 and the intermediate protrusions 38 is smaller than the maximum elastic deformation amount in the thickness direction of the sealing protrusions 36, that is, in the direction parallel to the Z axis. The thickness TH3 of the pair of projection connecting portions 39 is smaller than the thickness TH1 of the sealing projection 36 and the thickness TH2 of the intermediate projection 38. [ The width WE of the portion inserted into the connecting gasket portion 35 at the adjacent pair of the end portions 16 and 26 is approximately 2 to 5 mm and the width WT1 of the pair of sealing projections 36 May be equal to or slightly larger than or equal to the width WE. The width WT2 of the intermediate projection 38 and the width WT3 of the pair of projection connecting portions 39 are 1/4 to 2/3 of the width WT1 of the sealing projection 36. [

도 8에 도시된 바와 같이 가스켓 일체형 분리판(10)을 적층하여 연료전지 스택(50)을 형성하면, 위아래에 적층된 밀봉 돌기(36)가 서로 탄성 밀착되어 변형되므로, 위아래에 적층된 중간 돌기(38)도 서로 밀착된다. 이때 상기 제1 프레임(11)과 제2 분리판(10)이 가까워지는 방향으로 하중이 작용하면, 한 쌍의 돌기 연결부(39)의 폭(WT3)은 좁아지고 두께(TH3)는 두꺼워지게 연결 가스켓부(35)가 탄성 변형되면서 상기 하중을 흡수하므로, 위아래로 적층된 밀봉 돌기(36) 사이의 탄성 밀착이 안정적으로 유지되어 밀봉이 그대로 유지된다. As shown in FIG. 8, when the fuel cell stack 50 is formed by stacking the gasket integrated type separator plates 10, the sealing projections 36 stacked up and down are elastically contacted and deformed, (38) are also in close contact with each other. At this time, when a load is applied in the direction in which the first frame 11 and the second separator 10 are brought close to each other, the width WT3 of the pair of projection connecting portions 39 becomes narrow and the thickness TH3 becomes thick Since the gasket portion 35 is elastically deformed and absorbs the load, the elastic contact between the sealing protrusions 36 stacked up and down is stably maintained, and the sealing is maintained.

또한, 위아래로 적층된 중간 돌기(38)가 서로 밀착되어 연결 가스켓부(35)의 중간 부분이 휘어지거나 굽어지지 않게 되므로, 제1 프레임 단부(16)와 제2 프레임 단부(26)가 휘거나 변형되지 않으며, 연결 가스켓부(35)에서 상기 단부(16, 26)가 분리되지 않는다. 따라서, 멀티 셀 타입의 가스켓 일체형 분리판(10)의 품질과 내구성이 향상되고, 상기 가스켓 일체형 분리판(10)을 적층하여 연료전지 스택(50)을 제조하였을 때 밀봉 신뢰성이 높아지고, 조립 생산성과 내구성이 향상된다. 한편, 도 8에서 참조번호 '52'는 반응 셀(13, 23) 영역에서 제1 및 제2 프레임(11, 21)에 접촉된 가스 확산층이며, 참조번호 '51'은 복수의 가스 확산층(52) 사이에 개재된 막-전극 조립체(MEA)이다. The intermediate projections 38 stacked up and down are brought into close contact with each other so that the middle portion of the connecting gasket portion 35 is not bent or bent so that the first frame end portion 16 and the second frame end portion 26 are bent And the end portions 16 and 26 are not separated from the connecting gasket portion 35. Therefore, the quality and durability of the multi-cell type gasket integrated type separator 10 are improved, sealing reliability is improved when the fuel cell stack 50 is manufactured by stacking the gasket integrated type separator 10, Durability is improved. In FIG. 8, reference numeral 52 denotes a gas diffusion layer contacting the first and second frames 11 and 21 in the reaction cells 13 and 23, reference numeral 51 denotes a plurality of gas diffusion layers 52 Electrode assembly (MEA).

도 3 및 도 4를 다시 참조하면, 상기 인접하여 서로 마주보는 제1 프레임 단부(16)와 제2 프레임 단부(26)에는 분리 방지 통공(16H, 26H)이 형성된다. 복수의 분리 방지 통공(16H, 26H)은 상기 프레임 단부(16, 26)의 길이 방향, 즉 Y축과 평행한 방향을 따라 이격되게 배치될 수 있다. 각각의 분리 방지 통공(16H, 26H)은 X축과 평행한 방향의 폭보다 Y축과 평행한 방향의 길이가 더 길 수 있다. 3 and 4, separation preventing holes 16H and 26H are formed in the adjacent first and second frame ends 16 and 26, respectively. The plurality of separation preventing holes 16H and 26H may be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the frame ends 16 and 26, that is, parallel to the Y axis. Each of the separation preventing holes 16H and 26H may have a longer length in a direction parallel to the Y axis than a width in a direction parallel to the X axis.

연결 가스켓부(35)는 밀봉 돌기(36)와 일체로 성형되어 분리 방지 통공(16H, 26H)에 채워진 분리 방지부(37)를 구비한다. 즉, 제1 및 제2 프레임(11, 21)을 금형 내부에 삽입하여 고정시키고, 용융된 고무를 상기 금형의 캐비티에 사출 주입하고 경화하면 연결 가스켓부(35)의 모든 부분(36, 37, 38, 39)이 동시에 형성되고 이어진다. 상기 분리 방지부(37)로 인해 상기 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)와 연결 가스켓부(35)가 체인(chain)처럼 분리 불가능하게 연결되고, 상기 분리 방지부(37)가 파열되지 않는 한 연결 가스켓부(35)가 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)에서 분리되지 않는다. 따라서, 가스켓 일체형 분리판(10)을 보관 또는 운반하는 과정에서 연결 가스켓부(35)가 굽어지더라도 제1 프레임(11) 및 제2 프레임(21)과 분리되지 않아 보관성 및 운반성이 좋아지고, 연료전지 스택(50)(도 8 참조)으로 조립할 때에도 취급이 용이하여, 조립 생산성이 향상된다. The connection gasket portion 35 is provided with a separation preventing portion 37 which is integrally formed with the sealing protrusion 36 and is filled in the separation preventing through holes 16H and 26H. That is, the first and second frames 11 and 21 are inserted and fixed in the mold, and the molten rubber is injection-injected into the cavity of the mold and cured. Thus, all the portions 36, 37, 38, and 39 are simultaneously formed and connected. The pair of frame ends 16 and 26 and the connection gasket part 35 are connected in a detachable manner like a chain due to the separation prevention part 37 and the separation preventing part 37 is not broken A connecting gasket portion 35 is not separated from the pair of frame ends 16, 26. Therefore, even if the connecting gasket portion 35 is curved in the course of storing or transporting the gasket integrated type separator 10, the gasket is not separated from the first frame 11 and the second frame 21, So that it is easy to handle even when assembled with the fuel cell stack 50 (see Fig. 8), and the productivity of assembling is improved.

도 3 및 도 5를 함께 참조하면, 연결 가스켓부(35)에는 그 길이 방향, 즉 Y축과 평행한 방향을 따라 이격되게 배치된 복수의 성형 홈(groove)(41)이 마련된다. 상기 복수의 성형 홈(41)에 의해 상기 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)가 부분적으로 고무에 의해 덮이지 않고 노출된다. 상기 복수의 성형 홈(41)은 연결 가스켓부(35)를 사출 성형하기 위해, 제1 및 제2 프레임(11, 21)을 형개(型開)된 금형(미도시) 내부에 위치시키고 금형을 형폐(型閉)할 때 금형에 의해 상기 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)가 부분적으로 눌려지고, 용융된 고무가 그 부분에 채워지지 않은 채로 경화되어 형성된다. Referring to FIGS. 3 and 5 together, the connecting gasket 35 is provided with a plurality of molding grooves 41 spaced apart in the longitudinal direction, that is, the direction parallel to the Y axis. The pair of frame ends 16 and 26 are partially exposed by the molding grooves 41 without being covered with rubber. The plurality of molding grooves 41 are formed by placing the first and second frames 11 and 21 inside a mold (not shown) for injection molding the connecting gasket portion 35, The pair of frame ends 16 and 26 are partially pressed by the mold when the mold is closed and the melted rubber is hardened without being filled in the mold.

도 3 및 도 7을 함께 참조하면, 연결 가스켓부(35)에는 제1 프레임(11)과 제2 프레임(21) 간에 유체 이동을 허용하는 복수의 유동 채널(channel)(45)이 형성된다. 도 3에서 유동 채널(45)이 4개씩 모여 그룹(group)을 형성하며, 일 그룹의 유동 채널(45)이 일 측의 매니폴드 통공(20, 28, 39)에 가깝게 배치되고, 다른 일 그룹의 유동 채널(45)이 타 측의 매니폴드 통공(18, 19, 30)에 가깝게 배치된다. 3 and 7, a plurality of flow channels 45 are formed in the connection gasket portion 35 to allow fluid movement between the first frame 11 and the second frame 21. As shown in FIG. In FIG. 3, four flow channels 45 are gathered to form a group, a group of flow channels 45 is disposed close to the manifold apertures 20, 28 and 39 on one side, The flow channels 45 of the manifold holes are arranged close to the manifold apertures 18, 19 and 30 on the other side.

각각의 유동 채널(45)은 연결 가스켓부(35)의 한 쌍의 밀봉 돌기(36), 중간 돌기(38), 및 한 쌍의 돌기 연결부(39)의 두께 방향, 즉 Z축과 평행한 방향으로 파여지고 연결 가스켓부(35)를 그 폭 방향, 즉 X축과 평행한 방향으로 가로지르도록 연장된 채널용 홈(46)에 의해 형성된다. 상기 유동 채널(45)은 사출 성형에 의해 형성된 연결 가스켓부(35)의 일 부분을 파내서 형성할 수도 있고, 사출 성형시에 금형(미도시) 내부의 캐비티의 형상에 의해 용융된 고무가 채워지지 않은 채로 경화되어 형성될 수도 있다.Each of the flow channels 45 extends in the thickness direction of the pair of sealing projections 36, the intermediate projections 38, and the pair of projection connection portions 39 of the connection gasket portion 35, that is, And a channel groove 46 extending to cross the connecting gasket portion 35 in the width direction, that is, in a direction parallel to the X axis. The flow channel 45 may be formed by piercing a portion of the connection gasket portion 35 formed by injection molding or by filling the molten rubber with the shape of the cavity inside the mold (not shown) at the time of injection molding Or may be formed without curing.

연결 가스켓부(35)는 상기 유동 채널(45)이 형성된 지점에서 서로 마주보는 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)의 말단을 잇는 유동 차단부(43)를 구비한다. 상기 유동 차단부(43)에 의해서, 제1 프레임(11)의 상측면 셀 채널(14)(도 8 참조)을 따라 이동하는 반응 가스는 연결 가스켓부(35)의 유동 채널(45)을 통과하여 제2 프레임(21)의 상측면 셀 채널(24)(도 8 참조)로 이동하고, 제1 프레임(11)의 하측면 셀 채널(15)(도 8 참조)을 따라 이동하는 반응 가스는 연결 가스켓부(35)의 유동 채널(45)을 통과하여 제2 프레임(21)의 하측면 셀 채널(25)(도 8 참조)로 이동한다. 즉, 인접한 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)의 상측에서 유동 채널(45)을 따라 이동하는 유체와 상기 한 쌍의 프레임 단부(16, 26)의 하측에서 유동 채널(45)을 따라 이동하는 유체는 유동 차단부(43)에 의해 서로 섞이지 않게 된다. The connecting gasket portion 35 has a flow blocking portion 43 connecting the ends of the pair of frame ends 16 and 26 opposed to each other at points where the flow channels 45 are formed. The reaction gas moving along the upper side cell channel 14 (see FIG. 8) of the first frame 11 by the flow blocking portion 43 passes through the flow channel 45 of the connecting gasket portion 35 The reaction gas moving to the upper side cell channel 24 (see FIG. 8) of the second frame 21 and moving along the lower side cell channel 15 (see FIG. 8) of the first frame 11 Passes through the flow channel 45 of the connecting gasket portion 35 and moves to the lower side cell channel 25 (see FIG. 8) of the second frame 21. That is to say a fluid moving along the flow channel 45 above the adjacent pair of frame ends 16 and 26 and a fluid moving along the flow channel 45 below the pair of frame ends 16 and 26 The fluid is not mixed with each other by the flow blocking portion 43.

이상에서는 연결 가스켓부의 밀봉 돌기와 중간 돌기가 프레임 단부를 기준으로 상측 및 하측 방향으로 돌출된 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정된 것은 아니며, 예를 들어, 밀봉 돌기와 중간 돌기가 상측 및 하측 방향 중 한 방향으로만 돌출된 것일 수도 있다. 또한, 이상에서는 한 쌍의 프레임이 연결 가스켓부에 의해 연결된 가스켓 일체형 분리판에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정된 것은 아니며, 예를 들어, 3개 또는 4개의 프레임이 일렬로 배치되고 인접한 프레임의 단부가 연결 가스켓부에 의해 연결된 가스켓 일체형 분리판도 본 발명에 해당될 수 있다. Although the sealing protrusions and the intermediate protrusions of the connection gasket portion are protruded upward and downward with respect to the frame end, the present invention is not limited thereto. For example, when the sealing protrusions and the intermediate protrusions protrude in one of the upper and lower directions As shown in Fig. Although the gasket integral type separator in which the pair of frames are connected by the connecting gasket has been described above, the present invention is not limited to this. For example, when three or four frames are arranged in a row, The gasket integral type separator in which the end portion is connected by the connecting gasket portion can also be applied to the present invention.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

10: 가스켓 일체형 분리판 11, 21: 프레임
13, 23: 반응 셀 16, 26: 단부
35: 연결 가스켓부 36: 밀봉 돌기
38: 중간 돌기 41: 성형 홈
51: 막-전극 조립체 52: 가스 확산층10: gasket integral type separator 11, 21: frame
13, 23: reaction cell 16, 26: end
35: connection gasket part 36: sealing projection
38: intermediate projection 41: molding groove
51: membrane-electrode assembly 52: gas diffusion layer

Claims (6)

평면상에 일렬로 배열된 복수의 프레임, 및 상기 복수의 프레임의 인접 배열된 한 쌍의 단부를 연결하는, 고무(rubber) 재질의 연결 가스켓부(gasket portion)을 구비한 멀티 셀 타입(multi-cell type)의 연료전지용 가스켓 일체형 분리판으로서,
상기 연결 가스켓부는, 상기 한 쌍의 단부와 겹쳐지는 부분으로서 상측 및 하측 중 적어도 일 방향으로 돌출된 한 쌍의 밀봉 돌기, 상기 한 쌍의 밀봉 돌기의 중간 지점에서 상기 한 쌍의 밀봉 돌기의 돌출 방향과 동일한 방향으로 돌출된 중간 돌기, 및 상기 한 쌍의 밀봉 돌기와 상기 중간 돌기를 연결하는 것으로, 상기 밀봉 돌기의 두께 및 상기 중간 돌기의 두께보다 얇은 두께를 갖는 한 쌍의 돌기 연결부를 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 분리판. A plurality of frames arranged in a line on a plane and a rubber gasket portion connecting a pair of adjacently arranged ends of the plurality of frames, cell type gasket integral type separator for a fuel cell,
Wherein the connecting gasket portion includes a pair of sealing projections projecting in at least one direction of the upper side and the lower side as a portion overlapping with the pair of end portions and a pair of sealing projections projecting in the projecting direction of the pair of sealing projections And a pair of protrusion connecting portions each having a thickness thinner than the thickness of the sealing protrusion and the thickness of the intermediate protrusion by connecting the pair of sealing protrusions and the intermediate protrusion to each other A gasket integral plate for a fuel cell. 제1 항에 있어서,
상기 연결 가스켓부는 사출 성형에 의해 형성되고,
상기 연결 가스켓부를 사출 성형하기 위한 금형에 상기 한 쌍의 단부가 밀착되어, 상기 한 쌍의 단부가 부분적으로 노출되도록 파여진 성형 홈(groove)이 상기 연결 가스켓부에 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 분리판. The method according to claim 1,
The connecting gasket portion is formed by injection molding,
Wherein a connecting groove is formed in the connecting gasket so that the pair of ends are in close contact with the mold for injection molding the connecting gasket portion so that the pair of ends are partially exposed. Integral separator. 제1 항에 있어서,
상기 밀봉 돌기의 두께가 상기 중간 돌기의 두께보다 두껍고,
상기 밀봉 돌기와 상기 중간 돌기의 두께 차이는 상기 밀봉 돌기의 두께 방향의 최대 탄성 변형량보다 작은 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 분리판.The method according to claim 1,
The thickness of the sealing projection is thicker than the thickness of the intermediate projection,
Wherein a difference in thickness between the sealing projection and the intermediate projection is smaller than a maximum elastic deformation amount in the thickness direction of the sealing projection. 제1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 단부에 분리 방지 통공이 형성되고, 상기 연결 가스켓부는 상기 밀봉 돌기와 일체로 성형되어 상기 분리 방지 통공에 채워진 분리 방지부를 더 구비하여,
상기 분리 방지부가 파열되지 않는 한 상기 연결 가스켓부가 상기 한 쌍의 단부에서 분리되지 않는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 일체형 분리판. The method according to claim 1,
Wherein the connection gasket is formed integrally with the sealing protrusion and further comprises a separation prevention part filled in the separation preventing through hole,
Wherein the connecting gasket portion is not separated at the pair of ends unless the detachment preventing portion is ruptured. 제1 항에 있어서,
상기 연결 가스켓부에는, 인접 배열된 한 쌍의 프레임 간에 유체 이동을 허용하는 적어도 하나의 유동 채널(channel)이 형성된 것을 특징으로 하는 가스켓 일체형 분리판. The method according to claim 1,
Wherein the connecting gasket portion is formed with at least one flow channel for allowing fluid movement between a pair of adjacent frames arranged. 제5 항에 있어서,
상기 유동 채널은, 상기 한 쌍의 밀봉 돌기, 중간 돌기, 및 한 쌍의 돌기 연결부의 두께 방향으로 파여지고 상기 연결 가스켓부를 그 폭 방향으로 가로지르도록 연장된 채널용 홈(groove)에 의해 형성되고,
상기 연결 가스켓부는 상기 한 쌍의 단부의 상측에서 상기 유동 채널을 따라 이동하는 유체와 상기 한 쌍의 단부의 하측에서 상기 유동 채널을 따라 이동하는 유체가 섞이지 않도록 차단하는 유동 차단부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스켓 일체형 분리판.
6. The method of claim 5,
The flow channel is formed by grooves for channels that are formed in the thickness direction of the pair of sealing protrusions, the middle protrusions, and the pair of protrusion connection portions and extend so as to cross the connection gasket portion in the width direction thereof ,
The connection gasket further comprises a fluid moving along the flow channel at the upper side of the pair of end portions and a flow blocking portion blocking the fluid moving along the flow channel at a lower side of the pair of end portions so as not to be mixed with each other A gasket integral type separator plate.
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