KR20180108249A - Common Flow Field type Fuel Cell Separator and Fuel Cell Stack thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료전지 분리판에 관한 것으로, 특히 채널 유로(Flow Field)의 공용화 설계가 적용된 연료전지 분리판으로 구성된 연료전지스택에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 연료전지자동차에는 연료전지스택이 탑재되고, 상기 연료전지스택은 수소와 산소를 전기화학적으로 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시킴으로써 자동차의 동력을 생성한다.Generally, a fuel cell stack is mounted on a fuel cell vehicle, and the fuel cell stack electrochemically reacts hydrogen and oxygen to generate electricity while generating water, thereby generating power of the automobile.
이를 위해 상기 연료전지스택은 전극막 접합체(Membrane-Electrode Assembly)와 가스확산층(Gas Diffusion Layer) 및 분리판으로 이루어진 단위 셀을 주요 구성요소로 한다.To this end, the fuel cell stack includes a unit cell composed of a membrane-electrode assembly, a gas diffusion layer, and a separator.
구체적으로 상기 전극막 접합체는 연료전지스택의 가장 중심부에 위치하고, 고분자 전해질막의 양쪽면에 촉매층이 도포된 형태로 구성된다. 상기 가스확산층은 전극막 접합체의 바깥부분으로 위치된다. 상기 분리판은 가스확산층의 바깥부분으로 적층된다. 상기 단위 셀은 1장의 전극막 접합체, 2장의 가스확산층, 2장의 분리판으로 구성되며, 각 단위 셀을 수십개에서 수백개 적층함으로써 연료전지 스택이 원하는 규모의 출력을 확보할 수 있도록 한다.Specifically, the electrode membrane assembly is located at the very center of the fuel cell stack and has a catalyst layer coated on both sides of the polymer electrolyte membrane. The gas diffusion layer is located at the outer portion of the electrode membrane assembly. The separator is laminated to the outer portion of the gas diffusion layer. The unit cell is composed of one electrode membrane assembly, two gas diffusion layers, and two separator plates. Hundreds to hundreds of unit cells are stacked so that the fuel cell stack can secure an output of a desired scale.
특히 상기 분리판은 공기극/수소극 분리판과 냉각수를 공급하는 분리판으로 구성되고, 공기극/수소극용 가스채널 및 냉각수용 워터채널에 대한 이중의 채널 유로(Flow Field)를 형성함으로써 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하여 준다.Particularly, the separator is composed of an air electrode / hydrogen separator and a separator for supplying cooling water. By forming a double channel flow field for the air channel / water channel and the cooling water channel, And discharges the water generated by the reaction.
하지만 상기 분리판은 가스/워터채널을 위한 공기극/수소극 분리판과 냉각수 분리판이 별도로 구분됨으로써 금형 설계 및 수량의 증가를 가져오는 방식이다.However, the separator plate is divided into the air electrode / water separator plate and the cooling water separator plate for the gas / water channel, thereby increasing the design and quantity of the mold.
일례로, 1가지 사양의 연료전지 스택을 개발하기 위해서는 공기극/수소극 분리판 1세트와 냉각수용 분리판 1세트로 총 2세트 또는 그 이상의 분리판 금형 개발이 요구될 수밖에 없고, 이러한 분리판 금형 개발 수량 증가는 소요 비용을 높이게 된다.For example, in order to develop a fuel cell stack having one specification, it is inevitable to develop a total of two sets or more of separator plate molds by using one set of air electrode / hydrogen separator plates and one set of cooling water separator plates, The increase in the number of development increases the cost.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 매니폴드에서 가스 및 냉각수가 공급되어 채널 유로를 통해 각 유체가 서로 간섭되지 않도록 흐르는 구조를 반영함으로써 1개의 분리판에 공용화된 금형 및 형상으로 채널 유로 설계가 이루어지고, 공용화된 채널 유로로 동일한 형상의 1세트 금형으로 금속분리판 제조가 이루어짐으로써 이중 채널 유로 대비 비용 절감이 이루어지는 채널 유로 공용화 타입 연료전지 분리판 및 연료전지스택의 제공에 목적이 있다.In view of the above, the present invention reflects the structure in which the gas and the cooling water are supplied from the manifold so that the respective fluids do not interfere with each other through the channel channel, so that the channel flow design in the form of a mold and a shape common to one separator plate The present invention provides a channel-flow type fuel cell separator and a fuel cell stack in which a metal separator is fabricated from a single set of metal molds of the same shape using common channel flow paths, thereby reducing cost compared to a dual channel flow path.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지 분리판은 수소와 공기 및 냉각수의 각각에 대한 입출구를 형성하는 매니폴드에 이어지고, 상기 수소와 상기 공기 및 상기 냉각수의 흐름을 서로 간섭하지 않는 채널 유로가 포함되어 채널 유로 공용화 타입으로 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell separator comprising a manifold that forms an inlet and an outlet for hydrogen, air, and cooling water, And a channel is included in the channel-sharing type.
바람직한 실시예로서, 상기 채널 유로는 상기 수소의 입출구를 연결하여 상기 수소의 흐름을 형성해주는 수소 채널, 상기 공기의 입출구를 연결하여 상기 공기의 흐름을 형성해주는 공기 채널, 상기 냉각수의 입출구를 연결하여 상기 냉각수의 흐름을 형성해주는 냉각수 채널로 구분되고, 상기 수소 채널과 상기 공기 채널 및 상기 냉각수 채널의 각각은 서로 연결되지 않는다.As a preferred embodiment, the channel flow path may include a hydrogen channel connecting the inlet and the outlet of the hydrogen to form the flow of hydrogen, an air channel connecting the inlet and outlet of the air to form the flow of the air, And a cooling water channel for forming the flow of the cooling water, wherein the hydrogen channel, the air channel, and the cooling water channel are not connected to each other.
바람직한 실시예로서, 상기 수소의 입구와 상기 공기의 출구는 상기 수소의 출구와 상기 공기의 입구를 위아래로 구분시키는 상기 냉각수의 입구와 함께 위치되고, 상기 수소의 출구와 상기 공기의 입구는 상기 수소의 입구와 상기 공기의 출구를 위아래로 구분시키는 상기 냉각수의 출구와 함께 위치되며; 상기 매니폴드는 상기 수소의 출구와 상기 공기의 입구 및 상기 냉각수의 출구가 위치된 좌 매니폴드, 상기 수소의 입구와 상기 공기의 출구 및 상기 냉각수의 입구가 위치된 우 매니폴드로 구분되고; 상기 좌 매니폴드와 상기 우 매니폴드의 사이로 상기 수소 채널과 상기 공기 채널 및 상기 냉각수 채널의 각각이 연결된다.The inlet of the hydrogen and the outlet of the air are located together with the inlet of the cooling water which divides the outlet of the hydrogen and the inlet of the air up and down, And an outlet of said cooling water which divides the outlet of said air up and down; Wherein the manifold is divided into a left manifold in which the outlet of the hydrogen, an inlet of the air and an outlet of the cooling water are located, a right manifold in which an inlet of the hydrogen and an outlet of the air and an inlet of the cooling water are located; And the hydrogen channel, the air channel, and the coolant channel are connected to each other between the left manifold and the right manifold.
바람직한 실시예로서, 상기 수소의 출구는 상기 냉각수의 출구 위쪽에서 상기 수소 채널의 한쪽과 연결되는 반면 상기 수소의 입구는 상기 냉각수의 입구 아래쪽에서 상기 수소 채널의 다른쪽과 연결되며, 상기 공기의 출구는 상기 냉각수의 입구 위쪽에서 상기 공기 채널의 한쪽과 연결되는 반면 상기 공기의 입구는 상기 냉각수의 출구 아래쪽에서 상기 공기 채널의 다른쪽과 연결되고, 상기 냉각수의 입구와 상기 냉각수의 출구는 동일한 위치로 상기 냉각수 채널과 연결된다.In a preferred embodiment, the outlet of the hydrogen is connected to one side of the hydrogen channel above the outlet of the cooling water while the inlet of the hydrogen is connected to the other side of the hydrogen channel below the inlet of the cooling water, Is connected to one side of the air channel above the inlet of the cooling water while the inlet of the air is connected to the other side of the air channel below the outlet of the cooling water and the inlet of the cooling water and the outlet of the cooling water are in the same position And is connected to the cooling water channel.
바람직한 실시예로서, 상기 수소의 입구는 상기 매니폴드에서 상기 수소가 들어가는 수소 복귀통로부와 함께 상기 수소 채널을 나온 상기 수소가 통과하는 수소 복귀경로부를 구비하며, 상기 수소의 출구는 상기 매니폴드에서 상기 수소가 나오는 수소 배출통로부와 함께 상기 수소 채널로 들어가는 상기 수소가 통과하는 수소 배출경로부를 구비한다.In a preferred embodiment, the hydrogen inlet has a hydrogen return path portion through which the hydrogen exiting the hydrogen channel passes, along with a hydrogen return passage portion into which the hydrogen enters in the manifold, and the hydrogen outlet is connected to the manifold And a hydrogen discharge path portion through which the hydrogen entering the hydrogen channel passes, together with a hydrogen discharge passage portion through which the hydrogen is discharged.
바람직한 실시예로서, 상기 수소 배출경로부와 상기 수소 복귀경로부의 각각은 서로 이격된 전,후방 슬릿으로 구성되고, 상기 전방 슬릿은 상기 매니폴드에서 상기 수소가 들어가는 반면 상기 후방 슬릿은 상기 매니폴드에서 상기 수소가 나오도록 한다. 상기 공기의 입구는 상기 매니폴드에서 상기 공기가 들어가는 공기 복귀통로부와 함께 상기 공기 채널을 나온 상기 공기가 통과하는 공기 복귀경로부를 구비하며, 상기 공기의 출구는 상기 매니폴드에서 상기 공기가 나오는 공기 배출통로부와 함께 상기 공기 채널로 들어가는 상기 공기가 통과하는 공기 배출경로부를 구비한다.In a preferred embodiment, each of the hydrogen discharge path portion and the hydrogen return path portion is constituted by front and rear slits spaced from each other, and the front slit allows the hydrogen to flow in the manifold, The hydrogen is discharged. The inlet of the air includes an air return path portion through which the air enters from the manifold, and an air return path portion through which the air exiting the air channel passes. The outlet of the air flows from the manifold to the air And an air discharge path portion through which the air entering the air channel with the discharge passage portion passes.
바람직한 실시예로서, 상기 공기 배출경로부와 상기 공기 복귀경로부의 각각은 서로 이격된 전,후방 슬릿으로 구성되고, 상기 전방 슬릿은 상기 매니폴드에서 상기 공기가 들어가는 반면 상기 후방 슬릿은 상기 매니폴드에서 상기 공기가 나오도록 한다.In a preferred embodiment, each of the air discharge path portion and the air return path portion is constituted by front and rear slits spaced apart from each other, and the front slit receives the air from the manifold, So that the air is discharged.
바람직한 실시예로서, 상기 냉각수의 입구는 상기 매니폴드에서 상기 냉각수가 들어가는 냉각수 복귀통로부와 함께 상기 냉각수 채널을 나온 상기 냉각수가 흐르는 냉각수 경로부를 구비하며, 상기 냉각수의 출구는 상기 매니폴드에서 상기 냉각수가 나오는 냉각수 배출통로부와 함께 상기 냉각수 채널로 들어가는 상기 냉각수가 흐르는 냉각수 배출경로부를 구비한다.The inlet of the cooling water may include a cooling water path portion through which the cooling water flowing out of the cooling water channel flows together with a cooling water return passage portion into which the cooling water enters from the manifold, And a cooling water discharge path portion through which the cooling water flowing into the cooling water channel flows.
바람직한 실시예로서, 상기 매니폴드와 상기 채널 유로는 개스킷 플랜지로 에워 쌓여진다.In a preferred embodiment, the manifold and the channel flow path are surrounded by a gasket flange.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지 분리판은 수소 배출통로부와 수소 배출경로부로 수소가 나오는 흐름을 형성하고, 공기 복귀통로부와 공기 복귀경로부로 공기가 들어가는 흐름을 형성하며, 냉각수 배출통로부와 냉각수 경로부로 냉각수가 나오는 흐름을 형성하는 좌 매니폴드; 수소 복귀통로부와 수소 복귀경로부로 수소가 들어가는 흐름을 형성하고, 공기 배출통로부와 공기 배출경로부로 공기가 나오는 흐름을 형성하며, 냉각수 복귀통로부와 냉각수 경로부로 냉각수가 들어가는 흐름을 형성하는 우 매니폴드; 상기 좌 매니폴드와 상기 우 매니폴드의 중간에 위치되어 상기 좌 매니폴드와 상기 우 매니폴드를 연결하고, 상기 수소와 상기 공기 및 상기 냉각수의 각 흐름을 서로 간섭하지 않는 채널 유로; 상기 좌 매니폴드와 상기 채널 유로 및 상기 우 매니폴드를 에워싸 테두리를 형성하는 개스킷 플랜지;가 포함되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell separator comprising a hydrogen discharge passage and a hydrogen discharge passage, a flow of hydrogen from the hydrogen discharge passage and a hydrogen discharge passage, and a flow of air into the air return passage and the air return passage, A left manifold that forms a flow of cooling water to the cooling water discharge passage portion and the cooling water passage portion; The hydrogen return passage portion and the hydrogen return passage portion are formed so as to form a flow in which hydrogen flows into the hydrogen return passage portion and the hydrogen return passage portion and form a flow in which air flows out to the air discharge passage portion and the air discharge path portion, Manifold; A channel channel positioned between the left manifold and the right manifold to connect the left manifold and the right manifold and not to interfere with each flow of the hydrogen, the air, and the cooling water; And a gasket flange surrounding the left manifold, the channel passage, and the right manifold to form a rim.
바람직한 실시예로서, 상기 냉각수 배출통로부와 상기 냉각수 경로부는 상기 수소 배출통로부와 상기 수소 배출경로부 및 상기 공기 복귀통로부와 상기 공기 복귀경로부를 위아래로 구분시키고, 상기 냉각수 복귀통로부와 상기 냉각수 경로부는 상기 수소 복귀통로부와 상기 수소 복귀경로부 및 상기 공기 배출통로부와 상기 공기 배출경로부를 위아래로 구분시켜준다.The cooling water discharge passage portion and the cooling water passage portion divide the hydrogen discharge passage portion, the hydrogen discharge passage portion, the air return passage portion and the air return passage portion up and down, and the cooling water return passage portion and the cooling water passage portion, The cooling water path section divides the hydrogen return passage section, the hydrogen return passage section, the air discharge passage section and the air discharge path section up and down.
바람직한 실시예로서, 상기 수소 배출통로부와 상기 수소 배출경로부는 상기 수소 복귀통로부와 상기 수소 복귀경로부를 이어주는 수소 채널로 연결되고, 상기 공기 배출통로부와 상기 공기 배출경로부는 상기 공기 복귀통로부와 상기 공기 복귀경로부를 이어주는 공기 채널로 연결되며, 상기 냉각수 배출통로부와 상기 냉각수 경로부는 상기 냉각수 복귀통로부와 상기 냉각수 경로부를 이어주는 냉각수 채널로 연결되고. 상기 수소 채널과 상기 공기 채널 및 상기 냉각수 채널의 각각은 서로 연결되지 않는 상태로 상기 채널 유로로 형성된다.In an exemplary embodiment, the hydrogen discharge passage portion and the hydrogen discharge passage portion are connected by a hydrogen channel connecting the hydrogen return passage portion and the hydrogen return passage portion, and the air discharge passage portion and the air discharge passage portion are connected to the air return passage portion And the cooling water discharge path portion and the cooling water path portion are connected by a cooling water channel connecting the cooling water return path portion and the cooling water path portion. Each of the hydrogen channel, the air channel, and the cooling water channel is formed as the channel channel without being connected to each other.
바람직한 실시예로서, 상기 수소 배출경로부와 상기 수소 복귀경로부 및 상기 공기 배출경로부와 상기 공기 복귀경로부의 각각은 서로 이격된 전,후방 슬릿으로 구성되고, 상기 전방 슬릿은 상기 수소가 들어가는 반면 상기 후방 슬릿은 상기 수소가 나오도록 한다.In a preferred embodiment, the hydrogen discharge path portion, the hydrogen return path portion, the air discharge path portion, and the air return path portion are constituted by front and rear slits spaced from each other, and the front slit is filled with hydrogen The rear slit allows the hydrogen to come out.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지 스택은 수소와 공기 및 냉각수의 각각에 대한 입출구를 형성하는 좌 매니폴드와 우 매니폴드의 사이에 위치되고, 상기 좌 매니폴드에서 상기 우 매니폴드로 이어지는 상기 수소의 흐름과 상기 우 매니폴드에서 상기 좌 매니폴드로 이어지는 상기 공기의 흐름 및 상기 좌 매니폴드에서 상기 우 매니폴드로 이어지는 상기 냉각수의 흐름을 서로 간섭하지 않는 채널 유로가 구비된 연료전지 분리판; 상기 연료전지 분리판과 함께 전극막 접합체 및 가스 확산층이 적용되어 출력을 발생하는 단위 셀;이 포함되는 덧을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the fuel cell stack of the present invention is disposed between a left manifold and a right manifold forming an inlet and an outlet for hydrogen, air, and cooling water, respectively, Wherein the flow of the hydrogen leading to the fold and the flow of the air leading from the right manifold to the left manifold and the flow of the cooling water leading from the left manifold to the right manifold do not interfere with each other, Battery separator; And a unit cell which generates an output by applying an electrode membrane assembly and a gas diffusion layer together with the fuel cell separator.
이러한 본 발명은 공기극/수소극 분리판과 냉각수를 공급하는 분리판을 별도로 제작하여야 함에 따라 1가지 사양의 연료전지스택을 개발하기 위해서는 공기극/수소극 분리판 1세트, 냉각수용 분리판 1세트 총 2세트 이상의 분리판 금형 개발이 필요하였으나, 1세트의 동일한 형상을 대칭하여 적용 가능한 매니폴드부의 설계 개선을 통하여 별도의 금형이 필요 없이 총 1세트의 금형개발만으로 분리판을 제작할 수 있다.In order to develop a fuel cell stack having one specification, one air electrode / hydrogen electrode separation plate and one cooling water separation plate are required to be separately manufactured for the air electrode / Although it was necessary to develop more than two sets of separator plates, it is possible to fabricate the separator plates by developing a total of one set of molds without the need for a separate mold through the design improvement of the manifold portion, which can be applied by symmetrically setting one set of shapes.
또한 본 발명은 연료전지 분리판 중 금속 분리판에 적용됨으로써 금속 분리판을 제작하는데 소요되는 비용을 크게 저감할 수 있다.Further, since the present invention is applied to a metal separator of a fuel cell separator, the cost required for manufacturing the metal separator can be greatly reduced.
또한 본 발명의 연료전지스택은 제조 비용을 크게 저감한 금속 분리판으로 제조됨으로써 비용 저감과 함께 가격 경쟁력 우위를 점할 수 있다.Further, since the fuel cell stack of the present invention is fabricated as a metal separator with a greatly reduced manufacturing cost, cost reduction and price competitiveness advantage can be obtained.
도 1은 본 발명에 따른 채널 유로 공용화 타입 연료전지 분리판의 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 채널 유로 공용화 타입 연료전지 분리판의 수소 흐름 상태이고, 도 3은 본 발명에 따른 채널 유로 공용화 타입 연료전지 분리판의 공기 흐름 상태이며, 도 4는 본 발명에 따른 채널 유로 공용화 타입 연료전지 분리판의 냉각수 흐름 상태이고, 도 5는 본 발명에 따른 채널 유로 공용화 타입 연료전지 분리판이 적용된 연료전지스택의 구성도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of a channel flow sharing type fuel cell bipolar plate according to the present invention, FIG. 2 is a hydrogen flow state of a channel flow sharing type fuel cell bipolar plate according to the present invention, FIG. 4 is a view illustrating a state of the cooling water flowing through the channel-flow sharing type fuel cell bipolar plate according to the present invention, and FIG. 5 is a view showing a state in which the fuel Fig.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.
도 1을 참조하면, 연료전지 분리판(1)은 소정 형상의 좌,우측 부위로 좌 매니폴드(2-1)와 우측으로 우 매니폴드(2-2)를 형성하고, 그 중간부위로 좌,우 매니폴드(2-1,2-2)가 이어진 채널 유로(8)를 형성하며, 좌,우 매니폴드(2-1,2-2)와 채널 유로(8)가 감싸이는 개스킷 플랜지(9)로 테두리를 형성한다.Referring to FIG. 1, the
특히, 상기 좌,우 매니폴드(2-1,2-2)의 각각은 서로 동일한 형상으로 이루어지고, 상기 채널 유로(8)는 수소와 공기 및 냉각수의 흐름이 서로 간섭되지 않도록 좌 매니폴드(2-1)에서 우 매니폴드(2-2) 또는 우 매니폴드(2-2)에서 좌 매니폴드(2-1)로 이어 진다 . 그 결과 연료전지 분리판(1)은 좌,우 매니폴드(2-1,2-2)를 이용하여 채널 유로 공용화 타입으로 형성됨으로써 금형 설계 비용 및 분리판 제조 비용을 크게 저감하여 준다.In particular, each of the left and right manifolds 2-1 and 2-2 has the same shape, and the
구체적으로 상기 좌 매니폴드(2-1)는 수소 배출통로부(3-1), 수소 배출경로부(4-1), 공기 복귀통로부(5-2), 공기 복귀경로부(6-2), 냉각수 배출통로부(7-1),냉각수 경로부(7a)를 포함한다. 여기서 "배출"은 빠져나오는 출구를 "복귀"는 다시 들어가는 입구를 의미한다.Specifically, the left manifold 2-1 includes a hydrogen discharge passage 3-1, a hydrogen discharge passage 4-1, an air return passage 5-2, an air return passage 6-2 A cooling water discharge passage portion 7-1, and a cooling
일례로 상기 수소 배출통로부(3-1)와 상기 수소 배출경로부(4-1)는 좌 매니폴드(2-1)의 바디면에 뚫려져 형성되고, 상기 수소 배출경로부(4-1)는 서로 간격을 둔 전,후방 슬릿(4a,4b)으로 구성된다. 레이아웃 측면에서 수소 배출통로부(3-1)와 수소 배출경로부(4-1)가 일직선상으로 연속 배열됨으로써 수소 배출통로부(3-1)에 간격을 두고 위치된 전,후방 슬릿(4a,4b)이 채널 유로(8)쪽으로 근접 위치된다. 특히 상기 수소 배출통로부(3-1)는 냉각수 배출통로부(7-1)를 향한 부위가 깎여진 대략 "⊂"형상을 이루는 반면 상기 전,후방 슬릿(4a,4b)의 각각은 직선 형상의 슬릿(slit)으로 형성된다.For example, the hydrogen discharge passage portion 3-1 and the hydrogen discharge passage portion 4-1 are formed in the body surface of the left manifold 2-1, and the hydrogen discharge passage portion 4-1 Are composed of front and
일례로 상기 공기 복귀통로부(5-2)와 상기 공기 복귀경로부(6-2)는 좌 매니폴드(2-1)의 바디면에 뚫려져 형성되고, 상기 공기 복귀경로부(6-2)는 서로 간격을 둔 전,후방 슬릿(6a,6b)으로 구성된다. 레이아웃 측면에서 공기 복귀통로부(5-2)와 공기 복귀경로부(6-2)가 일직선상으로 연속 배열됨으로써 공기 복귀통로부(5-2)에 간격을 두고 위치된 전,후방 슬릿(6a,6b)이 채널 유로(8)쪽으로 근접 위치된다. 특히 상기 공기 복귀통로부(5-2)는 냉각수 배출통로부(7-1)를 향한 부위가 깎여진 대략 "⊂"형상을 이루는 반면 상기 전,후방 슬릿(6a,6b)의 각각은 직선 형상의 슬릿(slit)으로 형성된다.For example, the air return passage portion 5-2 and the air return passage portion 6-2 are formed through the body surface of the left manifold 2-1, and the air return passage portion 6-2 Are composed of front and
일례로 상기 냉각수 배출통로부(7-1)는 수소 배출통로부(3-1)와 공기 복귀통로부(5-2)를 구분하며, 상기 냉각수 경로부(7a)는 수소 배출경로부(4-1)와 공기 복귀경로부(6-2)를 구분한다. 특히 상기 냉각수 배출통로부(7-1)는 좌 매니폴드(2-1)의 바디면에 뚫려진 홀로 이루어지는 반면 상기 냉각수 경로부(7a)는 좌 매니폴드(2-1)의 바디면에 홈으로 형성된다.The cooling water discharge passage portion 7-1 is provided between the hydrogen discharge passage portion 3-1 and the air return passage portion 5-2. The cooling
따라서 상기 좌 매니폴드(2-1)는 냉각수 배출통로부(7-1)를 중앙구간으로 하여 수소 배출통로부(3-1)와 공기 복귀통로부(5-2)가 대칭을 이룸으로써 대략 "ε"형상으로 형성된다.Therefore, the left manifold 2-1 has the cooling water discharge passage portion 7-1 as the central section, and the hydrogen discharge passage portion 3-1 and the air return passage portion 5-2 are symmetrical, quot; epsilon "shape.
구체적으로 상기 우 매니폴드(2-2)는 수소 복귀통로부(3-2), 수소 복귀경로부(4-2), 공기 배출통로부(5-1), 공기 배출경로부(6-1), 냉각수 복귀통로부(7-2),냉각수 경로부(7a)를 포함한다. 여기서 "배출"은 빠져나오는 출구를 "복귀"는 다시 들어가는 입구를 의미한다.Specifically, the right manifold 2-2 includes a hydrogen return passage portion 3-2, a hydrogen return passage portion 4-2, an air discharge passage portion 5-1, an air discharge passage portion 6-1 A cooling water return passage portion 7-2, and a cooling
일례로 상기 수소 복귀통로부(3-2)와 상기 수소 복귀경로부(4-2)는 우 매니폴드(2-2)의 바디면에 뚫려져 형성되고, 상기 수소 복귀경로부(4-2)는 서로 간격을 둔 전,후방 슬릿(4a,4b)으로 구성된다. 레이아웃 측면에서 수소 복귀통로부(3-2)와 수소 복귀경로부(4-2)가 일직선상으로 연속 배열됨으로써 수소 복귀통로부(3-2)에 간격을 두고 위치된 전,후방 슬릿(4a,4b)이 채널 유로(8)쪽으로 근접 위치된다. 특히 상기 수소 복귀통로부(3-2)는 냉각수 복귀통로부(7-2)를 향한 부위가 깎여진 대략 "⊃"형상을 이루는 반면 상기 전,후방 슬릿(4a,4b)의 각각은 직선 형상의 슬릿(slit)으로 형성된다.For example, the hydrogen return passage portion 3-2 and the hydrogen return passage portion 4-2 are formed in the body surface of the right manifold 2-2, and the hydrogen return passage portion 4-2 Are composed of front and
일례로 상기 공기 배출통로부(5-1)와 상기 공기 배출경로부(6-1)는 우 매니폴드(2-1)의 바디면에 뚫려져 형성되고, 상기 공기 배출경로부(6-1)는 서로 간격을 둔 전,후방 슬릿(6a,6b)으로 구성된다. 레이아웃 측면에서 공기 배출통로부(5-1)와 공기 배출경로부(6-1)가 일직선상으로 연속 배열됨으로써 공기 배출통로부(5-1)에 간격을 두고 위치된 전,후방 슬릿(6a,6b)이 채널 유로(8)쪽으로 근접 위치된다. 특히 상기 공기 배출통로부(5-1)는 냉각수 복귀통로부(7-2)를 향한 부위가 깎여진 대략 "⊃"형상을 이루는 반면 상기 전,후방 슬릿(6a,6b)의 각각은 직선 형상의 슬릿(slit)으로 형성된다.For example, the air discharge passage portion 5-1 and the air discharge passage portion 6-1 are formed in the body surface of the right manifold 2-1, and the air discharge passage portion 6-1 Are composed of front and
일례로 상기 냉각수 복귀통로부(7-2)는 수소 복귀통로부(3-2)와 공기 배출통로부(5-1)를 구분하며, 상기 냉각수 경로부(7a)는 수소 복귀경로부(4-2)와 공기 배출경로부(6-1)를 구분한다. 특히 상기 냉각수 복귀통로부(7-2)는 우 매니폴드(2-2)의 바디면에 뚫려진 홀로 이루어지는 반면 상기 냉각수 경로부(7a)는 우 매니폴드(2-2)의 바디면에 홈으로 형성된다. 여기서 "배출"은 빠져나오는 출구를 "복귀"는 다시 들어가는 입구를 의미한다.For example, the cooling water return passage portion 7-2 separates the hydrogen return passage portion 3-2 from the air discharge passage portion 5-1, and the cooling
따라서 상기 우 매니폴드(2-2)는 냉각수 복귀통로부(7-2)를 중앙구간으로 하여 수소 복귀통로부(3-2)와 공기 배출통로부(5-1)가 대칭을 이룸으로써 대략 "역 ε"형상으로 형성된다.Therefore, the right manifold 2-2 has the cooling water return passage portion 7-2 as its central section, and the hydrogen return passage portion 3-2 and the air discharge passage portion 5-1 are symmetrical, Quot; epsilon "shape.
구체적으로 상기 채널 유로(8)는 수소극의 수소 흐름을 형성하는 수소 채널(8-1), 공기극의 공기 흐름을 형성하는 공기 채널(8-2), 냉각수 흐름을 형성하는 냉각수 채널(8-3)로 구분된다. 그러므로 상기 채널 유로(8)는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하여 준다. 이 경우 수소 채널(8-1)과 공기 채널(8-2) 및 냉각수 채널(8-3)은 하나의 선으로 단순 표현되었으나 실제적으론 복수로 복잡하게 형성된다.Specifically, the
구체적으로 상기 개스킷 플랜지(9)는 좌 매니폴드(2-1)와 채널 유로(8) 및 우 매니폴드(2-2)를 감싸 연료전지 분리판(1)의 테두리를 형성하여 주고, 연료전지 분리판(1)이 전극막 접합체와 가스 확산층으로 단위 셀을 형성할 때 기밀을 위한 개스킷이 놓여지는 공간을 제공한다.Specifically, the
한편 도 2 내지 도 4의 각각은 연료전지 분리판(1)의 수소와 공기 및 냉각수의 흐름 상태를 예시한다. 이 경우 연료전지 분리판(1)의 양면을 윗면(노출 부위)과 뒷면(비 노출 부위)으로 구분하여 설명된다. 또한 ①,②,③,④,⑤,⑥,⑦의 각 표시는 흐름 순서를 나타낸다.2 to 4 each illustrate the flow state of hydrogen, air, and cooling water in the fuel cell
도 2를 참조하면, 수소 채널(8-1)은 좌 매니폴드(2-1)의 수소 배출통로부(3-1)와 수소 배출경로부(4-1)를 우 매니폴드(2-2)의 수소 복귀경로부(4-2)와 수소 복귀통로부(3-2)로 연결함으로써 수소가 좌 매니폴드(2-1)에서 우 매니폴드(2-2)로 흘러 연료로 공급하여 준다. 일례로 수소는 수소 배출통로부(3-1)에서 윗면으로 나온 후 수소 배출경로부(4-1)의 전방 슬릿(4a)을 통해 뒷면으로 들어간 다음 후방 슬릿(4b)을 통해 윗면으로 나와 좌 매니폴드(2-1)쪽을 빠져 나오고, 이어 수소 채널(8-1)을 통해 우 매니폴드(2-2)쪽으로 흘러가며, 이후 우 매니폴드(2-2)쪽에서 후방 슬릿(4b)을 통해 뒷면으로 들어간 다음 전방 슬릿(4a)을 통해 윗면으로 나온 후 수소 복귀통로부(3-2)를 통해 뒷면으로 들어감으로써 연료로 공급되는 흐름 경로를 형성한다.2, the hydrogen channel 8-1 is connected to the hydrogen discharge passage 3-1 of the left manifold 2-1 and the hydrogen discharge passage 4-1 to the right manifold 2-2 The hydrogen is supplied from the left manifold 2-1 to the right manifold 2-2 and supplied as fuel to the hydrogen return passage portion 4-2 through the hydrogen return passage portion 4-2 and the hydrogen return passage portion 3-2 . For example, the hydrogen flows out from the hydrogen discharge passage 3-1 to the upper surface, then enters the rear surface through the
도 3을 참조하면, 공기 채널(8-2)은 우 매니폴드(2-2)의 공기 배출통로부(5-1)와 공기 배출경로부(6-1)를 좌 매니폴드(2-1)의 공기 복귀경로부(6-2)와 공기 복귀통로부(5-2)로 연결함으로써 공기가 우 매니폴드(2-2)에서 좌 매니폴드(2-1)로 흘러 연료로 공급하여 준다. 일례로 공기는 공기 배출통로부(5-1)에서 윗면으로 나온 후 공기 배출경로부(6-1)의 전방 슬릿(6a)을 통해 뒷면으로 들어간 다음 후방 슬릿(6b)을 통해 윗면으로 나와 우 매니폴드(2-2)쪽을 빠져 나오고, 이어 공기 채널(8-2)을 통해 좌 매니폴드(2-1)쪽으로 흘러가며, 이후 좌 매니폴드(2-1)쪽에서 후방 슬릿(6b)을 통해 뒷면으로 들어간 다음 전방 슬릿(6a)을 통해 윗면으로 나온 후 공기 복귀통로부(5-2)를 통해 뒷면으로 들어감으로써 연료로 공급되는 흐름 경로를 형성한다. 3, the air channel 8-2 connects the air discharge passage portion 5-1 of the right manifold 2-2 and the air discharge passage portion 6-1 to the left manifold 2-1 The air is returned to the left manifold 2-1 from the right manifold 2-2 and supplied as fuel to the left manifold 2-1 by the air return passage portion 6-2 of the left manifold 2-1 and the air return passage portion 5-2 . For example, air flows out from the air discharge passage portion 5-1 to the upper surface, then enters the rear surface through the
도 4를 참조하면, 냉각수 채널(8-3)은 좌 매니폴드(2-1)의 냉각수 배출통로부(7-1)와 냉각수 경로부(7a)를 우 매니폴드(2-2)의 냉각수 경로부(7a)와 냉각수 복귀통로부(7-2)로 연결함으로써 반응으로 생성된 물이 냉각수로 되어 좌 매니폴드(2-1)에서 우 매니폴드(2-2)로 흘러 냉각작용 후 외부로 배출시켜준다. 일례로 냉각수는 냉각수 배출통로부(7-1)에서 윗면으로 나와 냉각수 경로부(7a)를 따라 좌 매니폴드(2-1)쪽을 빠져 나오고, 이어 냉각수 채널(8-3)을 통해 우 매니폴드(2-2)쪽으로 흘러가며, 이후 우 매니폴드(2-2)쪽에서 냉각수 경로부(7a)를 따라 냉각수 복귀통로부(7-2)로 흘러가고, 냉각수 복귀통로부(7-2)에서 뒷면으로 들어감으로써 외부로 배출되는 흐름 경로를 형성한다.4, the cooling water channel 8-3 is connected to the cooling water discharge passage portion 7-1 of the left manifold 2-1 and the cooling
따라서 수소는 좌 매니폴드(2-1)에서 우 매니폴드(2-2)로 흘러가고, 공기는 우 매니폴드(2-2)에서 좌 매니폴드(2-1)로 흘러가며, 냉각수는 좌 매니폴드(2-1)에서 우 매니폴드(2-2)로 흘러간다.Therefore, the hydrogen flows from the left manifold 2-1 to the right manifold 2-2, and the air flows from the right manifold 2-2 to the left manifold 2-1, And flows from the manifold 2-1 to the right manifold 2-2.
한편 도 5를 참조하면, 연료전지 스택(100)은 연료전지 분리판(1), 전극막 접합체(20), 가스 확산층(30), 개스킷(40) 및 씨일(50)을 하나의 단위 셀로 하고, 상기 단위 셀은 연료전지 스택(100)이 원하는 규모의 출력을 확보할 수 있도록 수십개에서 수백개 적층된다. 여기서 상기 연료전지 분리판(1)은 도 1 내지 도 4를 통해 기술된 연료전지 분리판(1)과 동일하다.5, the
구체적으로 상기 단위 셀은 1장의 전극막 접합체(20), 2장의 가스확산층(30), 2장의 연료전지 분리판(1)으로 구성된다. 이 경우 상기 연료전지 분리판(1)은 상,하부 연료전지 분리판(1-1,1-2)으로 구분되어 가스 확산층(30)의 바깥부분으로 적층된다. 상기 전극막 접합체(20)는 연료전지스택(100)의 가장 중심부에 위치하고, 고분자 전해질막의 양쪽면에 촉매층이 도포된 형태로 구성된다. 상기 가스 확산층(30)은 상,하부 가스 확산층(30-1,30-2)으로 구분되어 전극막 접합체(20)의 바깥부분으로 위치된다. 상기 개스킷(40)은 상,하부 연료전지 분리판(1-1,1-2)의 개스킷 플랜지(9)에 위치되어 압착 변형됨으로써 기밀을 형성하여 준다. 상기 씨일(50)은 상부 연료전지 분리판(1-1)과 하부 가스 확산층(30-2)의 사이에 위치되어 압착 변형됨으로써 기밀을 형성하여 준다.Specifically, the unit cell is composed of one
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 연료전지스택은 연료전지 분리판을 적용하고, 상기 연료전지 분리판(1)은 수소와 공기 및 냉각수의 각각에 대한 입출구를 형성하는 좌 매니폴드(2-1)와 우 매니폴드(2-2)의 사이에 위치되고, 상기 좌 매니폴드(2-1)에서 상기 우 매니폴드(2-2)로 이어지는 상기 수소의 흐름과 상기 우 매니폴드(2-2)에서 상기 좌 매니폴드(2-1)로 이어지는 상기 공기의 흐름 및 상기 좌 매니폴드(2-1)에서 상기 우 매니폴드(2-2)로 이어지는 상기 냉각수의 흐름을 서로 간섭하지 않는 채널 유로(8)가 구비됨으로써 동일한 형상의 1세트 금형만 이용하여 설계의 용이성과 함께 비용 저감도 이루어진다.As described above, the fuel cell stack according to the present embodiment employs a fuel cell separator plate, and the fuel
1 : 연료전지 분리판
1-1,1-2 : 상,하부 연료전지 분리판
2-1,2-2 : 좌,우 매니폴드
3-1 : 수소 배출통로부
3-2 : 수소 복귀통로부
4-1 : 수소 배출경로부
4-2 : 수소 복귀경로부
4a,4b,6a,6b : 전,후방 슬릿
5-1 : 공기 배출통로부
5-2 : 공기 복귀통로부
6-1 : 공기 배출경로부
6-2 : 공기 복귀경로부
7-1 : 냉각수 배출통로부
7-2 : 냉각수 복귀통로부
7a : 냉각수 경로부
8 : 채널 유로
8-1 : 수소 채널
8-2 : 공기 채널
8-3 : 냉각수 채널
9 : 개스킷 플랜지
20 : 전극막 접합체
30 : 가스 확산층
30-1,30-2 : 상,하부 가스 확산층
40 : 개스킷
50 : 씨일
100 : 연료전지 스택1: Fuel cell separation plate 1-1, 1-2: Upper and lower fuel cell separation plate
2-1, 2-2: left and right manifold 3-1: hydrogen discharge passage portion
3-2: hydrogen return passage section 4-1: hydrogen discharge passage section
4-2: hydrogen
5-1: Air discharge passage portion 5-2: Air return passage portion
6-1: Air discharge path part 6-2: Air return path part
7-1: Cooling water discharge passage part 7-2: Cooling water return passage part
7a: cooling water path portion
8: channel channel 8-1: hydrogen channel
8-2: Air channel 8-3: Cooling water channel
9: Gasket flange
20: electrode membrane assembly 30: gas diffusion layer
30-1, 30-2: upper and lower gas diffusion layers
40: gasket 50: seal
100: Fuel cell stack
Claims (18)
가 포함되는 것을 특징으로 하는 채널 유로 공용화 타입 연료전지 분리판.
A channel flow path leading to a manifold forming an inlet and an outlet for each of hydrogen and air and cooling water and not interfering with the flow of the hydrogen, the air and the cooling water;
Wherein the channel-flow type fuel cell separator comprises:
[3] The apparatus of claim 2, wherein the channel flow path includes a hydrogen channel connecting the inlet and the outlet of the hydrogen to form the flow of hydrogen, an air channel connecting the inlet and the outlet of the air to form the flow of the air, And the cooling channel is divided into a cooling water channel for forming the flow of the cooling water, and the hydrogen channel, the air channel, and the cooling water channel are not connected to each other.
상기 매니폴드는 상기 수소의 출구와 상기 공기의 입구 및 상기 냉각수의 출구가 위치된 좌 매니폴드, 상기 수소의 입구와 상기 공기의 출구 및 상기 냉각수의 입구가 위치된 우 매니폴드로 구분되고;
상기 좌 매니폴드와 상기 우 매니폴드의 사이로 상기 수소 채널과 상기 공기 채널 및 상기 냉각수 채널의 각각이 연결되는 것을 특징으로 하는 채널 유로 공용화 타입 연료전지 분리판.
3. The apparatus of claim 2, wherein the inlet of the hydrogen, the outlet of the air and the inlet of the cooling water are located together, the outlet of the hydrogen and the inlet of the air and the outlet of the cooling water are located together;
Wherein the manifold is divided into a left manifold in which the outlet of the hydrogen, an inlet of the air and an outlet of the cooling water are located, a right manifold in which an inlet of the hydrogen and an outlet of the air and an inlet of the cooling water are located;
And the hydrogen channel, the air channel, and the coolant channel are connected to each other between the left manifold and the right manifold.
[4] The refrigerator according to claim 3, wherein the outlet of the cooling water divides the inlet of the hydrogen and the inlet of the air up and down, and the inlet of the cooling water divides the inlet of the hydrogen and the outlet of the air up and down. Common type fuel cell separator.
[5] The apparatus of claim 4, wherein the outlet of the hydrogen is connected to one side of the hydrogen channel above the outlet of the cooling water while the inlet of the hydrogen is connected to the other side of the hydrogen channel below the inlet of the cooling water, Is connected to one side of the air channel above the inlet of the cooling water while the inlet of the air is connected to the other side of the air channel below the outlet of the cooling water and the inlet of the cooling water and the outlet of the cooling water are in the same position And the cooling water channel is connected to the cooling water channel.
[4] The hydrogen generator according to claim 3, wherein the inlet of the hydrogen has a hydrogen return path portion through which the hydrogen exiting the hydrogen channel passes, together with a hydrogen return passage portion into which the hydrogen enters in the manifold, And a hydrogen discharge passage through which the hydrogen entering the hydrogen channel passes, together with a hydrogen discharge passage through which the hydrogen is discharged.
7. The fuel cell system according to claim 6, wherein each of the hydrogen discharge path portion and the hydrogen return path portion is constituted by front and rear slits spaced from each other, wherein the front slit receives the hydrogen from the manifold, And the hydrogen gas is discharged from the fuel cell.
4. The apparatus of claim 3, wherein the inlet of the air includes an air return path portion through which the air exiting the air channel passes, along with an air return passage portion into which the air enters in the manifold, And an air discharge passage through which the air entering the air channel passes, together with an air discharge passage portion through which the air is discharged.
The air conditioner of claim 8, wherein each of the air discharge path portion and the air return path portion is constituted by front and rear slits spaced from each other, and the front slit receives the air from the manifold, And the air is discharged from the channel-flow-type fuel cell separator.
4. The apparatus of claim 3, wherein the inlet of the cooling water has a cooling water return passage portion into which the cooling water enters from the manifold, and a cooling water path portion through which the cooling water exiting the cooling water channel flows, And a cooling water discharge path portion through which the cooling water flowing into the cooling water channel flows.
The separator according to claim 1, wherein the manifold and the channel channel are surrounded by a gasket flange.
수소 복귀통로부와 수소 복귀경로부로 수소가 들어가는 흐름을 형성하고, 공기 배출통로부와 공기 배출경로부로 공기가 나오는 흐름을 형성하며, 냉각수 복귀통로부와 냉각수 경로부로 냉각수가 들어가는 흐름을 형성하는 우 매니폴드;
상기 좌 매니폴드와 상기 우 매니폴드의 중간에 위치되어 상기 좌 매니폴드와 상기 우 매니폴드를 연결하고, 상기 수소와 상기 공기 및 상기 냉각수의 각 흐름을 서로 간섭하지 않는 채널 유로;
상기 좌 매니폴드와 상기 채널 유로 및 상기 우 매니폴드를 에워싸 테두리를 형성하는 개스킷 플랜지;
가 포함되는 것을 특징으로 하는 채널 유로 공용화 타입 연료전지 분리판.
The hydrogen discharge passage portion and the hydrogen discharge passage portion form a flow in which hydrogen flows out and forms a flow in which air flows into the air return passage portion and the air return passage portion and forms a flow of cooling water to the cooling water discharge passage portion and the cooling water passage portion, Manifold;
The hydrogen return passage portion and the hydrogen return passage portion are formed so as to form a flow in which hydrogen flows into the hydrogen return passage portion and the hydrogen return passage portion and forms a flow in which air flows out to the air discharge passage portion and the air discharge path portion, Manifold;
A channel channel positioned between the left manifold and the right manifold to connect the left manifold and the right manifold and not to interfere with each flow of the hydrogen, the air, and the cooling water;
A gasket flange surrounding the left manifold, the channel passage, and the right manifold to form a rim;
Wherein the channel-flow type fuel cell separator comprises:
[Claim 12] The method of claim 12, wherein the cooling water discharge passage portion and the cooling water passage portion divide the hydrogen discharge passage portion, the hydrogen discharge passage portion, the air return passage portion and the air return passage portion up and down, Wherein the cooling water path portion divides the hydrogen return passage portion, the hydrogen return passage portion, the air discharge passage portion, and the air discharge path portion up and down.
상기 수소 채널과 상기 공기 채널 및 상기 냉각수 채널의 각각은 서로 연결되지 않는 상태로 상기 채널 유로로 형성되는 것을 특징으로 하는 채널 유로 공용화 타입 연료전지 분리판.
[Claim 13] The method of claim 13, wherein the hydrogen discharge passage portion and the hydrogen discharge passage portion are connected by a hydrogen channel connecting the hydrogen return passage portion and the hydrogen return passage portion, and the air discharge passage portion and the air discharge passage portion are connected to the air return passage portion And the cooling water discharge path portion and the cooling water path portion are connected by a cooling water channel connecting the cooling water return path portion and the cooling water path portion.
Wherein each of the hydrogen channel, the air channel, and the cooling water channel is formed as the channel channel without being connected to each other.
[Claim 14] The method according to claim 14, wherein the hydrogen discharge path portion and the hydrogen return path portion are formed of front and rear slits spaced from each other, wherein the hydrogen enters the front slit while the hydrogen comes out from the rear slit Channel channel common type fuel cell separator.
15. The air conditioner according to claim 14, wherein each of the air discharge path portion and the air return path portion is constituted by front and rear slits spaced from each other, wherein the front slit receives the air while the rear slit discharges the air Channel channel common type fuel cell separator.
상기 연료전지 분리판이 적용되어 출력을 발생하는 단위 셀;
이 포함되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.And a flow control valve which is located between a left manifold and a right manifold which form an inlet and an outlet for hydrogen and air and cooling water, respectively, the flow of hydrogen from the left manifold to the right manifold, A fuel cell separator provided with a channel flow path which does not interfere with the flow of the air leading to the fold and the flow of the cooling water leading from the left manifold to the right manifold;
A unit cell to which the fuel cell separator is applied to generate an output;
Wherein the fuel cell stack includes a fuel cell stack.
Priority Applications (3)
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