KR20190071497A - 연료전지 스택 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 연료전지 스택에 관한 것으로서, 원반 형상으로 이루어지고 미리 정해진 적층 방향을 따라 적층되는 복수의 단위 셀을 구비하는 셀 적층체; 원반 형상으로 이루어지고 상기 셀 적층체의 일단에 상기 적층 방향으로 적층되는 제1 엔드 플레이트; 및 원반 형상으로 이루어지고 상기 셀 적층체의 타단에 상기 적층 방향으로 적층되는 제2 엔드 플레이를 포함하고, 상기 단위 셀들은 각각, 캐소드가 일면에 형성되며 애노드가 타면에 형성되는 고리형 원반 형상으로 이루어진 반응부와, 상기 반응부의 안쪽에 배치되는 제1 내측 매니폴드와, 상기 반응부의 바깥쪽에 배치되는 제1 외측 매니폴드를 구비하는 막전극 접합체; 고리형 원반 형상으로 이루어진 제1 채널부와, 상기 제1 채널부의 안쪽에 배치되는 제2 내측 매니폴드와, 상기 제1 채널부의 바깥쪽에 배치되는 제2 외측 매니폴드를 갖고, 상기 제1 채널부가 상기 캐소드와 대면하도록 상기 막전극 접합체에 상기 적층 방향으로 적층되는 캐소드측 분리판; 및 고리형 원반 형상으로 이루어진 제2 채널부와, 상기 제2 채널부의 안쪽에 배치되는 제3 내측 매니폴드와, 상기 제2 채널부의 바깥쪽에 배치되는 제3 외측 매니폴드를 갖고, 상기 제2 채널부가 상기 애노드와 대면하도록 상기 막전극 접합체에 상기 적층 방향으로 적층되는 애노드측 분리판을 구비한다.

Description

연료전지 스택{FUEL CELL STACK}
본 발명은 연료전지 스택에 관한 것이다.
연료전지 스택은, 연료전지 차량의 메인 파워(Main Power) 공급원으로서, 수소와 산소의 산화 환원 반응을 통해 전기를 생성하는 장치이다. 이러한 연료전지 스택은 복수의 단위 셀들이 적층된 구조를 갖는다.
각각은 단위 셀은, 전해질막, 애노드(anode), 캐소드(cathode), 분리판 등이 적층된 구조를 갖는다. 애노드에는 수소 저장 탱크로부터 고순도의 수소가 공급되고, 스택의 캐소드에는 공기 압축기 기타 공기 공급 장치에 의해 공급된 대기 중의 공기가 유입된다.
애노드에서는 수소의 산화 반응이 진행되어 수소 이온(Proton)과 전자(Electron)가 생성되고, 이처럼 생성된 수소 이온과 전자는 각각 고분자 전해질막과 분리판을 통해 캐소드로 이동된다. 또한, 캐소드에서는 애노드로부터 이동된 수소 이온 및 전자와, 공기 공급 장치에 의해 공급된 공기 중의 산소가 참여하는 환원 반응이 진행되어 물이 생성됨과 동시에 전자의 흐름에 의한 전기 에너지가 생성된다.
종래의 연료전지 스택은 주로 육면체 형상을 갖도록 제조된다. 이러한 종래의 연료전지 스택은, 반응 기체와 냉각수의 공급 방향이 일 방향으로 고정되므로, 반응 기체 유로의 입구 및 출구와 냉각수 유로의 입구 및 출구에서의 압력 차이가 크게 발생하는 문제점과, 온도 관리 측면에서 불리하다는 문제점 등이 있다. 또한, 종래의 연료전지 스택은, 특정면을 통해서만 면압이 제공되어, 체결력 분포가 불균일하다는 문제점과, 기밀성이 낮다는 문제점 등이 있다.
본 발명은, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반응 기체 유로의 입구 및 출구 사이와, 냉각수 유로의 입구 및 출구 사이의 차압을 감소시킬 수 있도록 구조를 개선한 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.
나아가, 본 발명은, 온도 구배를 줄일 수 있도록 구조를 개선한 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.
나아가, 본 발명은, 연료전지 스택의 체결력을 균일화시킬 수 있도록 구조를 개선한 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.
나아가, 본 발명은, 연료전지 스택의 기밀성을 증대시킬 수 있도록 구조를 개선한 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택은, 원반 형상으로 이루어지고 미리 정해진 적층 방향을 따라 적층되는 복수의 단위 셀을 구비하는 셀 적층체; 원반 형상으로 이루어지고 상기 셀 적층체의 일단에 상기 적층 방향으로 적층되는 제1 엔드 플레이트; 및 원반 형상으로 이루어지고 상기 셀 적층체의 타단에 상기 적층 방향으로 적층되는 제2 엔드 플레이를 포함하고, 상기 단위 셀들은 각각, 캐소드가 일면에 형성되며 애노드가 타면에 형성되는 고리형 원반 형상으로 이루어진 반응부와, 상기 반응부의 안쪽에 배치되는 제1 내측 매니폴드와, 상기 반응부의 바깥쪽에 배치되는 제1 외측 매니폴드를 구비하는 막전극 접합체; 고리형 원반 형상으로 이루어진 제1 채널부와, 상기 제1 채널부의 안쪽에 배치되는 제2 내측 매니폴드와, 상기 제1 채널부의 바깥쪽에 배치되는 제2 외측 매니폴드를 갖고, 상기 제1 채널부가 상기 캐소드와 대면하도록 상기 막전극 접합체에 상기 적층 방향으로 적층되는 캐소드측 분리판; 및 고리형 원반 형상으로 이루어진 제2 채널부와, 상기 제2 채널부의 안쪽에 배치되는 제3 내측 매니폴드와, 상기 제2 채널부의 바깥쪽에 배치되는 제3 외측 매니폴드를 갖고, 상기 제2 채널부가 상기 애노드와 대면하도록 상기 막전극 접합체에 상기 적층 방향으로 적층되는 애노드측 분리판을 구비한다.
바람직하게, 상기 막전극 접합체, 상기 캐소드측 분리판 및 상기 애노드측 분리판은, 상기 내측 매니폴드들이 합치되어 내측 유로를 형성함과 동시에 상기 외측 매니폴드들이 합치되어 외측 유로를 형성하도록 적층된다.
바람직하게, 상기 내측 유로는, 서로 독립되도록 형성된 내측 공기 유로와 내측 수소 유로를 갖고, 상기 외측 유로는, 서로 독립되도록 형성된 외측 공기 유로와 외측 수소 유로를 갖는다.
바람직하게, 상기 단위 셀들은 각각, 상기 내측 공기 유로와 상기 외측 공기 유로를 연결하는 공기 채널이 상기 캐소드와 상기 제1 채널부 사이에 형성되도록 상기 막전극 접합체와 상기 캐소드측 분리판 사이에 개재되는 제1 가스켓을 더 구비한다.
바람직하게, 상기 단위 셀들은 각각, 상기 내측 수소 유로와 상기 외측 수소 유로를 연결하는 수소 채널이 상기 애노드와 상기 제2 채널부 사이에 형성되도록 상기 막전극 접합체와 상기 애노드측 분리판 사이에 개재되는 제2 가스켓을 더 구비한다.
바람직하게, 상기 제1 엔드 플레이트는, 상기 외측 공기 유로와 연결된 공기 배출구를 구비하고, 상기 제2 엔드 플레이트는, 상기 내측 공기 유로와 연결된 공기 공급구를 구비한다.
바람직하게, 상기 제1 엔드 플레이트는, 상기 외측 수소 유로와 연결된 수소 공급구를 구비하고, 상기 제2 엔드 플레이트는, 상기 내측 수소 유로와 연결된 수소 배출구를 구비한다.
바람직하게, 상기 단위 셀들 중 상기 셀 적층체의 상기 일단에 위치한 단위 셀에 구비된 상기 캐소드측 분리판과 상기 제1 엔드 플레이트 사이에 개재되는 제1 집전판; 및 상기 단위 셀들 중 상기 셀 적층체의 상기 타단에 위치한 단위 셀에 구비된 상기 애노드측 분리판과 상기 제2 엔드 플레이트 사이에 개재되는 제2 집전판을 더 포함한다.
바람직하게, 상기 제1 집전판은, 상기 제1 채널부의 외경과 대응하는 직경을 갖는 원반 형상으로 이루어지고, 상기 제1 채널부와 상기 제1 엔드 플레이트 사이에 개재되며, 상기 제2 집전판은, 상기 제2 채널부의 외경과 대응하는 직경을 갖는 원반 형상으로 이루어지고, 상기 제2 채널부와 상기 제2 엔드 플레이트 사이에 개재된다.
바람직하게, 상기 제2 집전판은, 상기 내측 공기 유로와 상기 공기 공급구를 연결하는 공기 전달구와, 상기 내측 수소 유로와 상기 수소 배출구를 연결하는 수소 전달구를 갖는다.
바람직하게, 상기 내측 유로는, 상기 내측 수소 유로 및 상기 내측 공기 유로와 독립되도록 형성된 내측 냉각수 유로를 더 갖고, 상기 외측 유로는, 상기 외측 수소 유로 및 상기 외측 공기 유로와 독립되도록 형성된 외측 냉각수 유로를 더 갖는다.
바람직하게, 상기 내측 수소 유로와, 상기 내측 공기 유로와, 상기 내측 냉각수 유로는 상기 단위 셀의 중심부를 중심으로 방사형으로 배치되고, 상기 외측 공기 유로와, 상기 외측 공기 유로와, 상기 외측 냉각수 유로는 상기 단위 셀의 중심부를 중심으로 방사형으로 배치된다.
바람직하게, 상기 내측 수소 유로와, 상기 내측 공기 유로와, 상기 내측 냉각수 유로는 각각, 복수개가 미리 정해진 간격을 두고 방사형으로 배치되고, 상기 외측 수소 유로와, 상기 외측 공기 유로와, 상기 외측 냉각수 유로는 각각, 복수개가 미리 정해진 간격을 두고 방사형으로 배치된다.
바람직하게, 상기 단위 셀들은 각각, 상기 내측 냉각수 유로와 상기 외측 수소 유로를 연결하는 냉각수 채널이 상기 단위 셀들 중 어느 하나의 단위 셀에 구비된 상기 캐소드측 분리판의 상기 제1 채널부와 상기 단위 셀들 중 다른 하나의 단위 셀에 구비된 상기 애노드측 분리판의 상기 제2 채널부 사이에 형성되도록, 상기 어느 하나의 단위 셀과 상기 다른 하나의 단위 셀 사이에 개재되는 제3 가스켓을 더 구비한다.
바람직하게, 상기 내측 냉각수 유로는, 서로 독립되도록 형성된 제1 내측 냉각수 유로와 제2 내측 냉각수 유로를 갖고, 상기 외측 냉각수 유로는, 서로 독립되도록 형성된 제1 외측 냉각수 유로와 제2 외측 냉각수 유로를 갖는다.
바람직하게, 상기 제1 엔드 플레이트는, 상기 제1 외측 냉각수 유로와 연결된 제1 냉각수 공급구와, 상기 제1 내측 냉각수 유로와 연결된 제1 냉각수 배출구를 구비하고, 상기 제2 엔드 플레이트는, 상기 제2 외측 냉각수 유로와 연결된 제2 냉각수 공급구와, 상기 제2 내측 냉각수 유로와 연결된 제2 냉각수 배출구를 구비한다.
바람직하게, 상기 단위 셀들, 상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트가 수용되는 스택 인클로저를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 스택 인클로저는, 중공의 원통 형상을 갖고 상기 중공에 상기 단위 셀들이 수용되는 본체와, 상기 중공의 일측 개구부를 커버하도록 상기 본체의 일단에 결합되는 제1 커버와, 상기 중공의 타측 개구부를 커버하도록 상기 본체의 타단에 결합되는 제2 커버를 구비한다.
바람직하게, 상기 본체는, 상기 중공의 내주면에 상기 적층 방향을 따라 형성되는 적어도 하나의 가이드홈을 구비하고, 상기 단위 셀들, 상기 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트는 각각, 상기 가이드홈에 삽입되도록 형성된 가이드 돌기를 구비한다.
바람직하게, 상기 본체는, 상기 일단의 외주면에 형성되는 제1 나사산과, 상기 타단의 외주면에 형성되는 제2 나사산을 갖고, 상기 제1 커버는, 상기 제1 나사산과 나사 결합되도록 내주면에 형성되는 나사산을 갖고, 상기 제2 커버는, 상기 제2 나사산과 나사 결합되도록 내주면에 형성되는 나사산을 갖는다.
본 발명은, 연료전지 스택에 관한 것으로서, 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명은, 원통 형상을 갖도록 연료전지 스택의 구조를 개선하여, 반응 기체 유로의 입구 및 출구 사이와, 냉각수 유로의 입구 및 출구 사이의 차압을 감소시킬 수 있다.
둘째, 본 발명은, 서로 반대 방향으로 냉각수가 통과하는 복수의 냉각수 유로들을 마련하여, 연료전지 스택의 온도 구배를 줄일 수 있다.
셋째, 본 발명은, 단위 셀들이 수용되는 스택 인클로저의 본체의 양 쪽 단부에 각각 단위 셀들에 면압을 제공 가능한 커버들을 나사 결합함으로써, 연료전지 스택의 체결력을 균일화시킬 수 있고, 연료전지 스택의 기밀성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 분리 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 연료전지 스택의 결합 사시도.
도 3은 커버의 저면 사시도.
도 4는 스택 인클로저와 커버의 결합 관계를 설명하기 위한 단면도.
도 5는 단위 셀의 평면도.
도 6은 단위 셀의 분리 사시도.
도 7은 막전극 접합체의 평면도.
도 8은 캐소드측 분리판의 평면도.
도 9는 애노드측 분리판의 평면도.
도 10은 막전극 접합체의 저면도.
도 11은 제1 엔드 플레이트의 측면도.
도 12는 제1 엔드 플레이트의 평면도.
도 13은 제1 엔드 플레이트의 저면도.
도 14는 도 11에 도시된 제1 엔드 플레이트의 Ⅰ-Ⅰ 단면도.
도 15는 제2 엔드 플레이트의 측면도.
도 16은 제2 엔드 플레이트의 평면도.
도 17은 제2 엔드 플레이트의 저면도.
도 18은 도 15에 도시된 제2 엔드 플레이트의 Ⅱ-Ⅱ 단면도.
도 19는 제1 집전판의 평면도.
도 20은 제2 집전판의 평면도.
도 21은 수소가 연료전지 스택을 순환하는 양상을 나타내는 도면.
도 22는 공기가 연료전지 스택을 순환하는 양상을 나타내는 도면.
도 23 및 도 24는 냉각수가 연료전지 스택을 순환하는 양상을 나타내는 도면.
도 25는 수소, 공기 및 냉각수가 각각 수소 채널, 공기 채널 및 냉각수 채널을 통과하는 양상을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 분리 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 연료전지 스택의 결합 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택(1)은, 스택 인클로저(10)와, 셀 적층체(20)와, 제1 엔드 플레이트(30)와, 제2 엔드 플레이트(40)와, 제1 집전판(50)와, 제2 집전판(60) 등을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 연료전지 스택(1)은 원통 형상을 이루도록 결합될 수 있다.
도 3은 커버의 저면 사시도이고, 도 4는 스택 인클로저와 커버의 결합 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 스택 인클로저(10)는, 중공의 원통 형상을 갖는 본체(12)와, 본체(12)의 하측 개구부(12b)를 커버하여 폐쇄하는 제1 커버(14)와, 본체(12)의 상측 개구부(12c)를 커버하여 폐쇄하는 제2 커버(16) 등을 구비할 수 있다.
본체(12)의 내부 공간(12a)에는 후술할 셀 적층체(20)가 수용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 본체(12)의 내부 공간(12a)의 내측면에는, 가이드 돌기들(22n)을 삽입 가능한 가이드 홈들(12f)이 미리 정해진 적층 방향을 따라 형성된다. 적층 방향이란, 셀 적층체(20), 엔드 플레이트들(30, 40), 집전판들(50, 60) 등을 적층하여 연료전지 스택(1)을 형성하기 위한 방향을 말한다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(12)의 외측면의 상단부와 하단부에는 각각, 그 둘레를 따라 제1 나사산(12d)과 제2 나사산(12e)이 형성된다.
제1 커버(14)는 본체(12)의 하측 개구부(12b)를 커버하여 폐쇄 가능한 제1 커버부(14a)와, 본체(12)에 결합 가능하게 마련되는 제1 결합부(14b) 등을 가질 수 있다. 제1 커버부(14a)는 본체(12)의 하측 개구부(12b)와 대응하는 면적을 갖는 원판 형상을 갖는다. 이러한 제1 커버부(14a)의 중심부에는 제1 삽입홀(14c)이 후술할 제1 엔드 플레이트(30)의 제1 돌출부(32)를 삽입 가능하도록 형성된다. 제1 결합부(14b)는 링 형상을 갖도록 제1 커버부(14a)의 외주면으로부터 적층 방향으로 연장 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 제1 커버(14)의 내주면에는 나사산(14d)이 본체(12)의 제1 나사산(12d)과 나사 결합 가능하도록 형성된다.
제2 커버(16)는 본체(12)의 상측 개구부(12c)를 커버하여 폐쇄 가능한 제2 커버부(16a)와, 본체(12)에 결합 가능하게 마련되는 제2 결합부(16b) 등을 가질 수 있다. 제2 커버부(16a)는 본체(12)의 상측 개구부(12c)와 대응하는 면적을 갖는 원판 형상을 갖는다. 이러한 제2 커버부(16a)의 중심부에는 제2 삽입홀(16c)이 후술할 제2 엔드 플레이트(40)의 제2 돌출부(42)를 삽입 가능하도록 형성된다. 제2 결합부(16b)는 링 형상을 갖도록 제2 커버부(16a)의 외주면으로부터 적층 방향으로 연장 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 제2 커버부(16a)의 내주면에는 나사산(16d)이 본체(12)의 제2 나사산(12e)과 나사 결합 가능하도록 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 스택 인클로저(10)는, 본체(12)의 제1 나사산(12d)과 제1 결합부(14b)의 나사산(14d)의 나사 결합을 통해 제1 커버(14)를 본체(12)의 하단부에 결합함과 함께, 본체(12)의 제2 나사산(12e)과 제2 결합부(16b)의 나사산(16d)의 나사 결합을 통해 제2 커버(16)를 본체(12)의 상단부에 결합함으로써, 원통 형상을 갖도록 조립될 수 있다. 이러한 스택 인클로저(10)에 의하면, 커버들(14, 16)을 통해 단위 셀들(21)에 서로 반대되는 양 방향에서 균일한 면압을 인가할 수 있고, 수소, 공기 등의 반응기체가 연료전지 스택(1)의 외부로 누출되지 않도록 연료전지 스택(1)의 기밀성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 단위 셀의 평면도이며, 도 6은 단위 셀의 분리 사시도이다.
다음으로, 셀 적층체(20)는, 복수의 단위 셀들(21)이 상기 적층 방향을 따라 적층되어 형성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 단위 셀(21)은, 내측 유로(21a)가 중심부에 형성됨과 함께, 외측 유로(21b)가 중심부로부터 미리 정해진 간격만큼 이격된 외주부에 형성되도록 마련된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 내측 유로(21a)는, 서로 독립되도록 형성된 내측 수소 유로(21c)와, 내측 공기 유로(21d)와, 제1 내측 냉각수 유로(21e)와, 제2 내측 냉각수 유로(21f) 등을 구비할 수 있다. 바람직하게, 내측 수소 유로(21c), 내측 공기 유로(21d), 제1 내측 냉각수 유로(21e), 제2 내측 냉각수 유로(21f)는 방사형으로 배치될 수 있다. 더욱 바람직하게, 내측 수소 유로(21c), 내측 공기 유로(21d), 제1 내측 냉각수 유로(21e), 제2 내측 냉각수 유로(21f)는 각각, 복수개가 방사형으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 내측 유로(21a)는, 90°의 중심각 안에 내측 수소 유로(21c), 내측 공기 유로(21d), 제1 내측 냉각수 유로(21e) 및 제2 내측 냉각수 유로(21f)가 각각 하나씩 방사형으로 배치되도록, 내측 수소 유로(21c), 내측 공기 유로(21d), 제1 내측 냉각수 유로(21e) 및 제2 내측 냉각수 유로(21f)를 각각 4개씩 포함할 수 있다. 이러한 내측 수소 유로(21c), 내측 공기 유로(21d), 제1 내측 냉각수 유로(21e) 및 제2 제2 내측 냉각수는 각각 미리 정해진 중심각을 갖도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 내측 수소 유로(21c)는 20°의 중심각을 가질 수 있고, 내측 공기 유로(21d)는 40°의 중심각을 가질 수 있고, 내측 냉각수 유로들(21e, 21f)은 각각 15°의 중심각을 가질 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 외측 유로(21b)는, 서로 독립되도록 형성된 외측 수소 유로(21g)와, 외측 공기 유로(21h)와, 제1 외측 냉각수 유로(21i)와, 제2 외측 냉각수 유로(21j) 등을 구비할 수 있다. 바람직하게, 외측 수소 유로(21g), 외측 공기 유로(21h), 제1 외측 냉각수 유로(21i), 제2 외측 냉각수 유로(21j)는 방사형으로 배치될 수 있다. 더욱, 바람직하게, 외측 수소 유로(21g), 외측 공기 유로(21h), 제1 외측 냉각수 유로(21i), 제2 외측 냉각수 유로(21j)는 각각, 복수개가 방사형으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 외측 냉각수 유로는, 90°의 중심각 안에 외측 수소 유로(21g), 외측 공기 유로(21h), 제1 외측 냉각수 유로(21i) 및 제2 외측 냉각수 유로(21j)가 각각 하나씩 방사형으로 배치되도록, 외측 수소 유로(21g), 외측 공기 유로(21h), 제1 외측 냉각수 유로(21i) 및 제2 외측 냉각수 유로(21j)를 각각 4개씩 포함할 수 있다. 이러한 외측 수소 유로(21g), 외측 공기 유로(21h), 제1 외측 냉각수 유로(21i) 및 제2 외측 냉각수 유로(21j)는 각각 미리 정해진 중심각을 갖도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 외측 수소 유로(21g)는 20°의 중심각을 가질 수 있고, 외측 공기 유로(21h)는 40°의 중심각을 가질 수 있고, 외측 냉각수 유로들(21i, 21j)은 각각 15°의 중심각을 가질 수 있다.
이러한 단위 셀(21)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 단위 셀(21)은, 막전극 접합체(22)와, 캐소드측 기체확산층(23)과, 애노드측 기체확산층(24)과, 캐소드측 분리판(25)과, 애노드측 분리판(26) 등을 구비할 수 있다.
도 7은 막전극 접합체의 평면도이고, 도 8은 캐소드측 분리판의 평면도이며, 도 9는 애노드측 분리판의 평면도이고, 도 10은 막전극 접합체의 저면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 막전극 접합체(22)는, 고리형 원반 형상으로 이루어진 반응부(22a)와, 반응부(22a)의 안쪽에 배치되는 내측 서브 가스켓(22b)과, 반응부(22a)의 바깥쪽에 배치되는 외측 서브 가스켓(22c) 등을 구비할 수 있다.
반응부(22a)는, 전해질막(미도시)과, 전해질막의 하면에 형성되는 캐소드(22o)와, 전해질막의 상면에 형성되는 애노드(22p) 등을 가질 수 있다. 따라서, 반응부(22a)의 하면에는 캐소드(22o)가 위치하게 되고, 반응부(22a)의 상면에는 애노드(22p)가 위치하게 된다.
내측 서브 가스켓(22b)은, 원반 형상으로 이루어지며, 막전극 접합체(22)의 중심부에 위치하도록 반응부(22a)의 안쪽에 배치된다. 이러한 내측 서브 가스켓(22b)에는, 전술한 내측 유로(21a)를 구성하기 위한 제1 내측 매니폴드(22d)가 형성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 내측 매니폴드(22d)는, 서로 독립되도록 형성된 내측 수소 매니폴드(22e)와, 내측 공기 매니폴드(22f)와, 제1 내측 냉각수 매니폴드(22g)와, 제2 내측 냉각수 매니폴드(22h)를 가질 수 있다. 내측 수소 매니폴드(22e), 내측 공기 매니폴드(22f), 제1 내측 냉각수 매니폴드(22g) 및 제2 내측 냉각수 매니폴드(22h)는, 전술한 내측 수소 유로(21c), 내측 공기 유로(21d), 제1 내측 냉각수 유로(21e) 및 제2 내측 냉각수 유로(21f)와 동일한 배치 형태를 갖도록 형성된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 내측 매니폴드(22d)는, 90°의 중심각 안에 내측 수소 매니폴드(22e), 내측 공기 매니폴드(22f), 제1 내측 냉각수 매니폴드(22g) 및 제2 내측 냉각수 매니폴드(22h)가 각각 하나씩 방사형으로 배치되도록, 내측 수소 매니폴드(22e), 내측 공기 매니폴드(22f), 제1 내측 냉각수 매니폴드(22g) 및 제2 내측 냉각수 매니폴드(22h)를 각각 4개씩 가질 수 있다. 이 경우에, 내측 수소 매니폴드(22e)는 20°의 중심각을 가질 수 있고, 내측 공기 매니폴드(22f)는 40°의 중심각을 가질 수 있고, 내측 냉각수 매니폴드들(22g, 22h)은 각각 15°의 중심각을 가질 수 있다.
외측 서브 가스켓(22c)은, 고리형 원반 형상으로 이루어지며, 막전극 접합체(22)의 외주부에 외치하도록 반응부(22a)의 바깥쪽에 배치된다. 이러한 외측 서브 가스켓(22c)에는, 전술한 외측 유로(21b)를 구성하기 위한 제1 외측 매니폴드(22i)가 형성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 외측 매니폴드(22i)는, 서로 독립되도록 형성된 외측 수소 매니폴드(22j)와, 외측 공기 매니폴드(22k)와, 제1 외측 냉각수 매니폴드(22l)와, 제1 외측 냉각수 매니폴드(22l) 및 제2 외측 냉각수 매니폴드(22m)는, 전술한 외측 수소 유로(21g), 외측 공기 유로(21h), 제1 외측 냉각수 유로(21i) 및 제2 외측 냉각수 유로(21j)와 동일한 배치 형태를 갖도록 형성된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 외측 매니폴드(22i)는, 90°의 중심각 안에 외측 수소 매니폴드(22j), 외측 공기 매니폴드(22k), 제1 외측 냉각수 매니폴드(22l) 및 제2 외측 냉각수 매니폴드(22m)가 각각 하나씩 배치되도록, 외측 수소 매니폴드(22j), 외측 공기 매니폴드(22k), 제1 외측 냉각수 매니폴드(22l) 및 제2 외측 냉각수 매니폴드(22m)를 각각 개 4개씩 가질 수 있다. 이 경우에, 외측 수소 매니폴드(22j)는 20°의 중심각을 가질 수 있고, 외측 공기 매니폴드(22k)는 40°의 중심각을 가질 수 있고, 외측 냉각수 매니폴드들(22l, 22m)은 각각 15°의 중심각을 가질 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 막전극 접합체(22)는, 스택 인클로저(10)의 가이드 홈(12f)에 삽입 가능하도록 둘레를 따라 미리 정해진 간격을 두고 형성되는 가이드 돌기들(22n)을 더 가질 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 캐소드측 기체확산층(23)은, 반응부(22a)와 대응하는 면적을 갖는 원반형 고리 형상을 갖고, 반응부(22a)의 캐소드(22o)에 안착되도록 반응부(22a)의 하면에 적층된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 애노드측 기체확산층(24)은, 반응부(22a)와 대응하는 면적을 갖는 원반형 고리 형상을 갖고, 반응부(22a)의 애노드(22p)에 안착되도록 반응부(22a)의 상면에 적층된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 캐소드측 분리판(25)은, 고리형 원반 형상으로 이루어진 제1 채널부(25a)와, 제1 채널부(25a)의 안쪽에 배치되는 제2 내측 매니폴드(25b)와, 제1 채널부(25a)의 바깥쪽에 배치되는 제2 외측 매니폴드(25c) 등을 구비할 수 있다.
제1 채널부(25a)는, 반응부(22a)와 대응하는 면적을 갖는 고리형 원반 형상을 가질 수 있다.
제2 내측 매니폴드(25b)는, 원반 형상으로 이루어지며, 캐소드측 분리판(25)의 중심부에 위치하도록 제1 채널부(25a)의 안쪽에 배치된다. 이러한 제2 내측 매니폴드(25b)는 제1 내측 매니폴드(22d)와 합치되어 내측 유로(21a)를 구성 가능하도록 형성된다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 내측 매니폴드(25b)는, 서로 독립적으로 형성된 내측 수소 매니폴드(25d)와, 내측 공기 매니폴드(25e)와, 제1 내측 냉각수 매니폴드(25f)와, 제2 내측 냉각수 매니폴드(25g)를 가질 수 있다. 이러한 내측 수소 매니폴드(25d), 내측 공기 매니폴드(25e), 제1 내측 냉각수 매니폴드(25f) 및 제2 내측 냉각수 매니폴드(25g)는, 내측 수소 매니폴드(22e), 내측 공기 매니폴드(22f), 제1 내측 냉각수 매니폴드(22g) 및 제2 내측 냉각수 매니폴드(22h)와 동일한 구성을 갖는다. 이에, 제2 내측 매니폴드(25b)에 대한 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 외측 매니폴드(25c)는, 고리형 원반 형상으로 이루어지면, 캐소드측 분리판(25)의 외주부에 위치하도록 제1 채널부(25a)의 바깥쪽에 배치된다. 이러한 제2 외측 매니폴드(25c)는 제1 외측 매니폴드(22i)와 합치되어 외측 유로(21b)를 구성 가능하도록 형성된다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 외측 매니폴드(25c)는, 서로 독립적으로 형성된 외측 수소 매니폴드(25h)와, 외측 공기 매니폴드(25i)와, 제1 외측 냉각수 매니폴드(25j)와, 제2 외측 냉각수 매니폴드(25j)를 가질 수 있다. 이러한 외측 수소 매니폴드(25h), 외측 공기 매니폴드(25i), 제1 외측 냉각수 매니폴드(25j) 및 제2 외측 냉각수 매니폴드(25j)는, 외측 수소 매니폴드(22j), 외측 공기 매니폴드(22k), 제1 외측 냉각수 매니폴드(22l) 및 제2 외측 냉각수 매니폴드(22m)와 동일한 구성을 갖는다. 이에, 제2 외측 매니폴드(25c)에 대한 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이러한 캐소드측 분리판(25)은, 캐소드측 기체확산층(23)과 제1 채널부(25a)가 대면함과 함께, 제2 내측 매니폴드(25b) 및 제2 외측 매니폴드(25c)가 제1 내측 매니폴드(22d) 및 제1 외측 매니폴드(22i)와 합치되도록, 막전극 접합체(22)의 하면에 상기 적층 방향으로 적층될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 캐소드측 분리판(25)은, 스택 인클로저(10)의 가이드 홈(12f)에 삽입 가능하도록 둘레를 따라 미리 정해진 간격을 두고 형성되는 가이드 돌기들(25l)을 더 가질 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 애노드측 분리판(26)은, 고리형 원반 형상으로 이루어진 제2 채널부(26a)와, 제2 채널부(26a)의 안쪽에 배치되는 제3 내측 매니폴드(26b)와, 제2 채널부(26a)의 바깥쪽에 배치되는 제3 외측 매니폴드(26c) 등을 구비할 수 있다.
제2 채널부(26a)는, 반응부(22a)와 대응하는 면적을 갖는 고리형 원반 형상을 가질 수 있다.
제3 내측 매니폴드(26b)는, 원반 형상으로 이루어지며, 애노드측 분리판(26)의 중심부에 위치하도록 제2 채널부(26a)의 안쪽에 배치된다. 이러한 제3 내측 매니폴드(26b)는 제1 내측 매니폴드(22d)와 합치되어 내측 유로(21a)를 구성 가능하도록 형성된다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 제3 내측 매니폴드(26b)는, 서로 독립적으로 형성된 내측 수소 매니폴드(26d)와, 내측 공기 매니폴드(26e)와, 제1 내측 냉각수 매니폴드(26f)와, 제2 내측 냉각수 매니폴드(26g)를 가질 수 있다. 이러한 내측 수소 매니폴드(26d), 내측 공기 매니폴드(26e), 제1 내측 냉각수 매니폴드(26f) 및 제2 내측 냉각수 매니폴드(26g)는, 내측 수소 매니폴드(22e), 내측 공기 매니폴드(22f), 제1 내측 냉각수 매니폴드(22g) 및 제2 내측 냉각수 매니폴드(22h)와 동일한 구성을 갖는다. 이에, 제3 내측 매니폴드(26b)에 대한 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
제3 외측 매니폴드(26c)는, 고리형 원반 형상으로 이루어지며, 애노드측 분리판(26)의 외주부에 위치하도록 제2 채널부(26a)의 바깥쪽에 배치된다. 이러한 제3 외측 매니폴드(26c)는 제3 외측 매니폴드(26c)와 합치되어 외측 유로(21b)를 구성 가능하도록 형성된다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 제3 외측 매니폴드(26c)는, 서로 독립적으로 형성된 외측 수소 매니폴드(26h)와, 외측 공기 매니폴드(26i)와, 제1 외측 냉각수 매니폴드(26j)와, 제2 외측 냉각수 매니폴드(26k)를 가질 수 있다. 이러한 외측 수소 매니폴드(26h), 외측 공기 매니폴드(26i), 제1 외측 냉각수 매니폴드(26j) 및 제2 외측 냉각수 매니폴드(26k)는, 외측 수소 매니폴드(22j), 외측 공기 매니폴드(22k), 제1 외측 냉각수 매니폴드(22l) 및 제2 외측 냉각수 매니폴드(22m)와 동일한 구성을 갖는다. 이에, 제3 외측 매니폴드(26c)에 대한 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이러한 애노드측 분리판(26)은, 애노드측 기체확산층(24)과 제2 채널부(26a)가 대면함과 함께, 제3 내측 매니폴드(26b) 및 제3 외측 매니폴드(26c)가 제1 내측 매니폴드(22d) 및 제1 외측 매니폴드(22i)와 합치되도록, 막전극 접합체(22)의 상면에 상기 적층 방향으로 적층될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 애노드측 분리판(26)은, 스택 인클로저(10)의 가이드 홈(12f)에 삽입 가능하도록 둘레를 따라 미리 정해진 간격을 두고 형성되는 가이드 돌기들(26l)을 더 가질 수 있다.
한편, 각각의 단위 셀(21)은, 내측 유로(21a)와 외측 유로(21b)를 연결하는 채널들(21k, 21l, 21m)을 구성하기 위한 제1 가스켓(27)과, 제2 가스켓(28)과, 제3 가스켓(29)을 더 구비할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 가스켓(27)은 막전극 접합체(22)의 하면과 캐소드측 분리판(25)의 상면 사이에 개재되도록 막전극 접합체(22)의 하면 또는 캐소드측 분리판(25)의 상면에 결합된다. 이러한 제1 가스켓(27)은, 내측 수소 매니폴드들(22e, 25d, 26e), 내측 냉각수 매니폴드들(22g, 22h, 25f, 25g, 26f, 26g), 외측 수소 매니폴드들(22j, 25h, 26h) 및 외측 냉각수 매니폴드들(22l, 22m, 25j, 25k, 26j, 26k)을 기밀시킴과 함께, 내측 공기 매니폴드들(22f, 25e, 26e)과 외측 공기 매니폴드들(22k, 25i, 26i)을 연결시키도록 마련된다. 이러한 제1 가스켓(27)에 의하면, 제1 채널부(25a)와 캐소드측 기체확산층(23) 사이에는 내측 공기 유로(21d)와 외측 공기 유로(21h)를 연결 가능한 공기 채널(21k)이 형성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제2 가스켓(28)은 막전극 접합체(22)의 상면과 애노드측 분리판(26)의 하면 사이에 개재되도록 막전극 접합체(22)의 상면 또는 애노드측 분리판(26)의 하면에 결합된다. 이러한 제2 가스켓(28)은, 내측 공기 매니폴드들(22f, 25e, 26e), 내측 냉각수 매니폴드들(22g, 22h, 25f, 25g, 26f, 26g), 외측 공기 매니폴드들(22k, 25i, 26i) 및 외측 냉각수 매니폴드들(22l, 22m, 25j, 25k, 26j, 26k)을 기밀시킴과 함께, 내측 수소 매니폴드들(22e, 25d, 26d)과 외측 수소 매니폴드들(22j, 25h, 26h)을 연결시키도록 마련된다. 이러한 제2 가스켓(28)에 의하면, 제2 채널부(26a)와 애노드측 기체확산층(24) 사이에는 내측 수소 유로(21c)와 외측 수소 유로(21g)를 연결 가능한 수소 채널(21l)이 형성될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제3 가스켓(29)은 단위 셀들(21) 중 어느 하나의 단위 셀(21)의 애노드측 분리판(26)과 다른 하나의 단위 셀(21)의 캐소드측 분리판(25) 사이에 개재되도록 애노드측 분리판(26)의 상면 또는 캐소드측 분리판(25)의 하면에 결합된다. 이러한 제3 가스켓(29)은, 내측 수소 매니폴드들(22e, 25d, 26d), 내측 공기 매니폴드들(22f, 25e, 26e), 외측 수소 매니폴드들(22j, 25h, 26h), 외측 공기 매니폴들(22k, 25i, 26i)을 기밀시킴과 함께, 내측 냉각수 매니폴드들(22g, 22h, 25f, 25g, 26f, 26g)과 외측 냉각수 매니폴드들(22l, 22m, 25j, 25k, 26j, 26k)을 연결시키도록 마련된다. 이러한 제3 가스켓(29)에 의하면, 단위 셀들(21) 중 어느 하나의 단위 셀(21)의 애노드측 분리판(26)과 다른 하나의 단위 셀(21)의 캐소드측 분리판(25) 사이에는 내측 냉각수 유로들(21e, 21f)과 외측 냉각수 유로들(21i, 21j)을 연결 가능한 냉각수 채널(21m)이 형성될 수 있다.
도 11은 제1 엔드 플레이트의 측면도이고, 도 12는 제1 엔드 플레이트의 평면도이며, 도 13은 제1 엔드 플레이트의 저면도이고, 도 14는 도 11에 도시된 제1 엔드 플레이트의 Ⅰ-Ⅰ 단면도이다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 엔드 플레이트(30)는, 셀 적층체(20)의 하면에 적층되는 제1 평판부(31)와, 제1 평판부(31)의 중심부로부터 돌출 형성되는 제1 돌출부(32)와, 단위 셀들(21)의 외측 수소 유로(21g)와 연결된 수소 공급구(33)와, 단위 셀들(21)의 외측 공기 유로(21h)와 연결된 공기 배출구(34)와, 셀 적층체(20)의 제1 내측 냉각수 유로(21e)와 연결된 제1 냉각수 배출구(35)와, 셀 적층체(20)의 제2 외측 냉각수 유로(21j)와 연결된 제1 냉각수 공급구(36) 등을 가질 수 있다.
제1 평판부(31)는 단위 셀(21)과 대응하는 면적을 갖는 원반 형상으로 이루어진다. 제1 돌출부(32)는 이러한 제1 평판부(31)의 중심부로부터 미리 정해진 높이를 갖도록 돌출 형성된다. 제1 돌출부(32)는, 전술한 제1 커버부(14a)의 제1 삽입홀(14c)에 삽입될 수 있도록 제1 삽입홀(14c)과 대응하는 직경을 갖는다.
수소 공급구(33)는, 제1 엔드 플레이트(30)의 내부를 상기 적층 방향으로 관통하도록 형성된다. 이러한 수소 공급구(33)는, 수소 저장 탱크(미도시)로부터 공급된 수소를 연료전지 스택(1)에 공급하기 위한 수소 공급 라인(미도시)과 연결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 수소 공급구(33)의 입구는 제1 돌출부(32)의 상면에 형성되고, 수소 공급구(33)의 출구는 제1 평판부(31)의 저면에 형성된다. 특히, 수소 공급구(33)의 출구는, 단위 셀들(21)의 외측 수소 유로(21g)와 합치될 수 있도록 제1 평판부(31)의 저면의 외주부에 형성된다. 도 14에 도시된 바와 같이, 이러한 수소 공급구(33)의 입구와 출구를 연결하기 위하여, 제1 평판부(31)의 상면과 하면 사이에 위치한 수소 공급구(33)의 중간 영역은, 제1 평판부(31)의 중심부로부터 외주부까지 연장되도록 형성될 수 있다.
공기 배출구(34)는, 제1 엔드 플레이트(30)의 내부를 상기 적층 방향으로 관통하도록 형성된다. 공기 배출구(34)는, 수소와 산소의 산화 환원 반응을 진행하고 남은 잔여 공기를 외부로 배출하기 위한 공기 배출 라인(미도시)과 연결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 공기 배출구(34)의 입구는 제1 평판부(31)의 저면에 형성되고, 공기 배출구(34)의 출구는 제1 돌출부(32)의 상면에 형성된다. 특히, 공기 배출구(34)의 입구는, 단위 셀들(21)의 외측 공기 유로(21h)와 합치될 수 있도록 제1 평판부(31)의 저면의 외주부에 형성된다. 도 14에 도시된 바와 같이, 이러한 공기 배출구(34)의 입구와 출구를 연결하기 위하여, 제1 평판부(31)의 상면과 하면 사이에 위치한 공기 배출구(34)의 중간 영역은, 제1 평판부(31)의 중심부로부터 외주부까지 연장되도록 형성될 수 있다.
제1 냉각수 배출구(35)는 제1 엔드 플레이트(30)의 내부를 상기 적층 방향으로 관통하도록 형성된다. 제1 냉각수 배출구(35)는, 연료전지 스택(1)을 통과한 냉각수를 라디에이터(미도시)에 전달하기 위한 냉각수 배출 라인(미도시)과 연결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 냉각수 배출구(35)의 입구는 제1 평판부(31)의 저면에 형성되고, 제1 냉각수 배출구(35)의 출구는 제1 돌출부(32)의 상면에 형성된다. 특히, 제1 냉각수 배출구(35)의 입구는, 셀 적층체(20)의 제1 내측 냉각수 유로(21e)와 합치될 수 있도록 제1 평판부(31)의 저면의 중심부에 형성된다.
제1 냉각수 공급구(36)는, 제1 엔드 플레이트(30)의 내부를 상기 적층 방향으로 관통하도록 형성된다. 제1 냉각수 공급구(36)는, 냉각수 펌프(미도시)에 의해 펌핑된 냉각수를 연료전지 스택(1)에 공급하기 위한 냉각수 공급 라인(미도시)과 연결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 냉각수 공급구(36)의 입구는 제1 돌출부(32)의 상면에 형성되고, 제1 냉각수 공급구(36)의 출구는 제1 평판부(31)의 저면에 형성된다. 특히, 제1 냉각수 공급구(36)의 출구는, 셀 적층체(20)의 제2 외측 냉각수 유로(21j)와 합치될 수 있도록 제1 평판부(31)의 저면의 외주부에 형성된다. 도 14에 도시된 바와 같이, 이러한 제1 냉각수 공급구(36)의 입구와 출구를 연결하기 위하여, 제1 평판부(31)의 상면과 하면 사이에 위치한 제1 냉각수 공급구(36)의 중간 영역은, 제1 평판부(31)의 중심부로부터 외주부까지 연장되도록 형성될 수 있다.
이러한 수소 공급구(33), 공기 배출구(34), 제1 냉각수 배출구(35) 및 제1 냉각수 공급구(36)는 제1 엔드 플레이트(30)의 중심부를 중심으로 방사형으로 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 수소 공급구(33), 공기 배출구(34), 제1 냉각수 배출구(35) 및 제1 냉각수 공급구(36)는 각각, 외측 수소 유로(21g), 외측 공기 유로(21h), 제1 내측 냉각수 유로(21e) 및 제2 외측 냉각수 유로(21j)와 동일한 개수 및 동일한 중심각을 갖도록 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 제1 엔드 플레이트(30)는, 수소 공급구(33), 공기 배출구(34), 제1 냉각수 배출구(35) 및 제1 냉각수 공급구(36)가 각각 외측 수소 유로(21g), 외측 공기 유로(21h), 제1 내측 냉각수 유로(21e) 및 제2 외측 냉각수 유로(21j)와 합치되도록, 셀 적층체(20)의 하면에 상기 적층 방향으로 적층된다.
도 15는 제2 엔드 플레이트의 측면도이고, 도 16은 제2 엔드 플레이트의 평면도이고, 도 17은 제2 엔드 플레이트의 저면도이며, 도 18은 도 15에 도시된 제2 엔드 플레이트의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이다.
도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 제2 엔드 플레이트(40)는, 셀 적층체(20)의 상면에 적층되는 제2 평판부(41)와, 제2 평판부(41)의 중심부로부터 돌출 형성되는 제2 돌출부(42)와, 단위 셀들(21)의 내측 수소 유로(21c)와 연결된 수소 배출구(43)와, 단위 셀들(21)의 내측 공기 유로(21d)와 연결된 공기 공급구(44)와, 셀 적층체(20)의 제2 내측 냉각수 유로(21f)와 연결된 제2 냉각수 배출구(45)와, 셀 적층체(20)의 제1 외측 냉각수 유로(21i)와 연결된 제2 냉각수 공급구(46) 등을 가질 수 있다.
제2 평판부(41)는 단위 셀(21)과 대응하는 면적을 갖는 원반 형상으로 이루어진다. 제2 돌출부(42)는 이러한 제2 평판부(41)의 중심부로부터 미리 정해진 높이를 갖도록 돌출 형성된다. 제2 돌출부(42)는, 전술한 제2 커버부(16a)의 제2 삽입홀(16c)에 삽입될 수 있도록 제2 삽입홀(16c)과 대응하는 직경을 갖는다.
수소 배출구(43)는, 제2 엔드 플레이트(40)의 내부를 상기 적층 방향으로 관통하도록 형성된다. 이러한 수소 배출구(43)는, 수소와 산소의 산원 환원 반응을 진행하고 남은 잔여 수소를 연료전지 스택(1)에 재공급하기 위한 수소 재순환 라인(미도시)에 연결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 수소 배출구(43)의 입구는 제2 평판부(41)의 저면에 형성되고, 수소 배출구(43)의 출구는 제2 돌출부(42)의 상면에 형성된다. 특히, 수소 배출구(43)의 입구는, 단위 셀들(21)의 내측 수소 유로(21c)와 합치될 수 있도록 제2 평판부(41)의 중심부에 형성된다.
공기 공급구(44)는, 제2 엔드 플레이트(40)의 내부를 상기 적층 방향으로 관통하도록 형성된다. 이러한 공기 공급구(44)는, 공기 압축기(미도시)에 의해 압축된 공기를 연료전지 스택(1)에 공급하기 위한 공기 공급 라인(미도시)과 연결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 공기 공급구(44)의 입구는 제2 돌출부(42)의 상면에 형성되고, 공기 공급구(44)의 출구는 제2 평판부(41)의 저면에 형성된다. 특히, 공기 공급구(44)의 출구는, 단위 셀들(21)의 내측 공기 유로(21d)와 합치될 수 있도록 제2 평판부(41)의 저면의 중심부에 형성된다.
제2 냉각수 배출구(45)는 제2 엔드 플레이트(40)의 내부를 상기 적층 방향으로 관통하도록 형성된다. 제2 냉각수 배출구(45)는, 연료전지 스택(1)을 통과한 냉각수를 라디에이터에 전달하기 위한 냉각수 배출 라인과 연결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 제2 냉각수 배출구(45)의 입구는 제2 평판부(41)의 저면에 형성되고, 제2 냉각수 배출구(45)의 출구는 제2 돌출부(42)의 상면에 형성된다. 특히, 제2 냉각수 배출구(45)의 입구는, 셀 적층체(20)의 제2 내측 냉각수 유로(21f)와 합치될 수 있도록 제2 평판부(41)의 중심부에 형성된다.
제2 냉각수 공급구(46)는 제2 엔드 플레이트(40)의 내부를 상기 적층 방향으로 관통하도록 형성된다. 제2 냉각수 공급구(46)는, 냉각수 펌프에 의해 펌핑된 냉각수를 연료전지 스택(1)에 공급하기 위한 냉각수 공급 라인과 연결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 냉각수 공급구(36)의 입구는 제2 돌출부(42)의 상면에 형성되고, 제2 냉각수 공급구(46)의 출구는 제2 평판부(41)의 저면에 형성된다. 특히, 제2 냉각수 공급구(46)의 출구는, 제1 외측 냉각수 유로(21i)와 합치될 수 있도록 제2 평판부(41)의 저면의 외주부에 형성된다. 도 18에 도시된 바와 같이, 이러한 제2 냉각수 공급구(46)의 입구와 출구를 연결하기 위하여, 제2 평판부(41)의 상면과 하면 사이에 위치한 제2 냉각수 공급구(46)의 중간 영역은, 제2 평판부(41)의 중심부로부터 외주부까지 연장되도록 형성될 수 있다.
이러한 수소 배출구(43), 공기 공급구(44), 제2 냉각수 배출구(45) 및 제2 냉각수 공급구(46)는 제2 엔드 플레이트(40)의 중심부를 중심으로 방사형으로 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 17에 도시된 바와 같이, 수소 배출구(43), 공기 공급구(44), 제2 냉각수 배출구(45) 및 제2 냉각수 공급구(46)는 각각, 내측 수소 유로(21c), 내측 공기 유로(21d), 제2 내측 냉각수 유로(21f) 및 제1 외측 냉각수 유로(21i)와 동일한 개수 및 동일한 중심각을 갖도록 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 제2 엔드 플레이트(40)는, 수소 배출구(43), 공기 공급구(44), 제2 냉각수 배출구(45) 및 제2 냉각수 공급구(46)가 각각 내측 수소 유로(21c), 내측 공기 유로(21d), 제2 내측 냉각수 유로(21f) 및 제1 외측 냉각수 유로(21i)와 합치되도록, 셀 적층체(20)의 상면에 상기 적층 방향으로 적층된다.
도 19는 제1 집전판의 평면도이고, 도 20은 제2 집전판의 평면도이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 제1 집전판(50)은 캐소드측 분리판(25)의 제1 채널부(25a)의 외경과 대응하는 직경을 갖는 원반 형상을 갖는다. 이러한 제1 집전판(50)은, 셀 적층체(20)의 제1 내측 냉각수 유로(21e)와 제1 엔드 플레이트(30)의 제1 냉각수 배출구(35)를 연결하도록 천공된 제1 냉각수 전달구(52)와, 외부의 전기 장치와 연결 가능하도록 제1 엔드 플레이트(30)를 관통하게 형성되는 제1 단자(54) 등을 가질 수 있다. 이러한 제1 냉각수 전달구(52)는, 제1 내측 냉각수 유로(21e)와 동일한 개수 및 동일한 중심각을 갖도록 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 제1 집전판(50)은, 제1 냉각수 전달구(52)에 의해 제1 내측 냉각수 유로(21e)와 제1 냉각수 배출구(35)가 연결되도록, 셀 적층체(20)의 하면과 제1 엔드 플레이트(30) 사이에 개재될 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 제2 집전판(60)은 애노드측 분리판(26)의 제2 채널부(26a)의 외경과 대응하는 직경을 갖는 원반 형상을 갖는다. 이러한 제2 집전판(60)은, 단위 셀들(21)의 내측 수소 유로(21c), 내측 공기 유로(21d) 및 제2 내측 냉각수 유로(21f)를 제2 엔드 플레이트(40)의 수소 배출구(43), 공기 공급구(44) 및 제2 냉각수 배출구(45)와 연결하도록 천공된 수소 전달구(62), 공기 전달구(64) 및 제2 냉각수 전달구(66)와, 외부의 전기 장치와 연결 가능하도록 제2 엔드 플레이트(40)를 관통하게 형성되는 제2 단자(68) 등을 가질 수 있다. 이러한 수소 전달구(62), 공기 전달구(64) 및 제2 냉각수 전달구(66)는, 내측 수소 유로(21c), 공기 공급구(44) 및 제2 내측 냉각수 유로(21f)와 동일한 개수 및 동일한 중심각을 갖도록 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 제2 집전판(60)은, 수소 전달구(62), 공기 전달구(64) 및 제2 냉각수 전달구(66)에 의해 내측 수소 유로(21c), 내측 공기 유로(21d) 및 제2 내측 냉각수 유로(21f)가 수소 배출구(43), 공기 공급구(44) 및 제2 냉각수 배출구(45)와 연결되도록, 셀 적층체(20)의 상면과 제2 엔드 플레이트(40) 사이에 개재될 수 있다.
도 21은 수소가 연료전지 스택을 순환하는 양상을 나타내는 도면이고, 도 22는 공기가 연료전지 스택을 순환하는 양상을 나타내는 도면이며, 도 23 및 도 24는 냉각수가 연료전지 스택을 순환하는 양상을 나타내는 도면이고, 도 25는 수소, 공기 및 냉각수가 각각 단위 셀의 순환 수소 채널, 공기 채널 및 냉각수 채널을 통과하는 양상을 나타내는 도면이다.
이하에서는, 도면을 참조하여, 수소, 공기 및 냉각수가 연료전지 스택(1)을 순환하는 양상을 설명하기로 한다.
먼저, 도 21에 도시된 바와 같이, 수소는, 제1 엔드 플레이트(30)의 수소 공급구(33)를 통해 공급된 후 외측 수소 유로(21g)에 유입된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 외측 수소 유로(21g)에 유입된 수소는 애노드측 분리판(26)의 제2 채널부(26a)와 애노드측 기체확산층(24) 사이에 형성된 수소 채널(21l)에 유입된다. 도 21에 도시된 바와 같이, 수소 채널(21l)에 유입된 수소 중 수소와 산소의 산화 환원 반응이 진행되고 남은 잔여 수소와, 수소와 산소의 산화 환원 반응에 의해 형성된 생성수 등은, 내측 수소 유로(21c)에 유입된 후, 제2 엔드 플레이트(40)의 수소 배출구(43)를 통해 배출된다.
다음으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 공기는, 제2 엔드 플레이트(30)의 공기 공급구(44)를 통해 공급된 후 내측 공기 유로(21d)에 유입된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 내측 수소 유로(21c)에 유입된 공기는 캐소드측 분리판(25)의 제1 채널부(25a)와 캐소드측 기체확산층(23) 사이에 형성된 공기 채널(21k)에 유입된다. 도 22에 도시된 바와 같이, 공기 채널(21k)에 유입된 공기 중 수소와 산소의 산화 환원 반응이 진행되고 남은 잔여 공기와, 수소와 산소의 산화 환원 반응에 의해 형성된 생성수 등은, 외측 공기 유로(21h)에 유입된 후, 제1 엔드 플레이트(40)의 공기 공급구(44)를 통해 배출된다.
다음으로, 냉각수는 제1 냉각수 공급구(36)와 제2 냉각수 공급구(46)를 통해 각각 공급될 수 있으므로, 제1 냉각수 공급구(36)를 통해 공급된 냉각수의 유동과 제2 냉각수 공급구(46)를 통해 공급된 냉각수의 유동을 개별적으로 설명하기로 한다.
도 23에 도시된 바와 같이, 냉각수는, 제1 엔드 플레이트(30)의 제1 냉각수 공급구(36)를 통해 공급된 후 제2 외측 냉각수 유로(21j)에 유입된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 제2 외측 냉각수 유로(21j)에 유입된 냉각수는 어느 하나의 단위 셀(21)에 구비된 캐소드측 분리판(25)의 제1 채널부(25a)와 다른 하나의 단위 셀(21)에 구비된 애노드측 분리판(26)의 제2 채널부(26a) 사이에 형성된 냉각수 채널(21m)에 유입된다. 도 23에 도시된 바와 같이, 냉각수 채널(21m)에서 분리판들(25, 26)과 열교환된 냉각수는, 제2 내측 냉각수 유로(21f)에 유입된 후, 제2 엔드 플레이트(40)의 제2 냉각수 배출구(45)를 통해 배출될 수 있다.
도 24에 도시된 바와 같이, 냉각수는, 제2 엔드 플레이트(40)의 제2 냉각수 공급구(46)를 통해 공급된 후, 제1 외측 냉각수 유로(21i)에 유입된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 제1 외측 냉각수 유로(21i)에 유입된 냉각수는 냉각수 채널(21m)로 유입된다. 도 24에 도시된 바와 같이, 냉각수 채널(21m)에서 분리판들(25, 26_과 열교환된 냉각수는, 제1 내측 냉각수 유로(21e)에 유입된 후, 제1 엔드 플레이트(40)의 제1 냉각수 배출구(35)를 통해 배출될 수 있다.
한편, 냉각수 채널(21m)에서는 제1 외측 냉각수 유로(21i)를 통해 공급된 냉각수와 제2 외측 냉각수 유로(21j)를 통해 공급된 냉각수가 서로 혼합된 후, 제1 내측 냉각수 유로(21e)와 제2 내측 냉각수 유로(21f)에 분배되어 유입될 수 있다.
이러한 연료전지 스택(1)은, 원통 형상을 이루도록 구조가 개선됨으로써, 수소, 공기 등의 반응 기체를 이송 가능한 반응 기체 유로의 입구 및 출구와, 냉각수를 이송 가능한 냉각수 유로의 입구 및 출구 사이의 차압을 감소시킬 수 있다.
또한, 연료전지 스택(1)은, 서로 반대 방향으로 냉각수가 통과하는 복수의 냉각수 유로들이 마련됨으로써, 온도 구배가 최소화될 수 있다.
또한, 연료전지 스택(1)은, 단위 셀들(21)이 내부에 수용되는 스택 인클로저(10)의 본체(12)의 양 쪽 단부에 각각 단위 셀들(21)에 서로 반대 방향으로 면압을 제공 가능한 커버들(14, 16)이 나사 결합됨으로써, 체결력이 균일화될 수 있고, 기밀성이 증대될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 연료전지 스택
10 : 스택 인클로저
12 : 본체
12a : 내부 공간
12b : 하측 개구부
12c : 상측 개구부
12d : 제1 나사산
12e : 제2 나사산
12f : 가이드 홈
14 : 제1 커버
14a : 제1 커버부
14b : 제1 결합부
14c : 제1 삽입홀
14d : 나사산
16 : 제2 커버
16a : 제2 커버부
16b : 제2 결합부
16c : 제2 삽입홀
16d : 나사산
20 : 셀 적층체
21 : 단위 셀
21a : 내측 유로
21b : 외측 유로
21c : 내측 수소 유로
21d : 내측 공기 유로
21e : 제1 내측 냉각수 유로
21f : 제2 내측 냉각수 유로
21g : 외측 수소 유로
21h : 외측 공기 유로
21i : 제1 외측 냉각수 유로
21j : 제2 외측 냉각수 유로
21k : 공기 채널
21l : 수소 채널
21m : 냉각수 채널
22 : 막전극 접합체
22a : 반응부
22b : 내측 서브 가스켓
22c : 외측 서브 가스켓
22d : 제1 내측 매니폴드
22e : 내측 수소 매니폴드
22f : 내측 공기 매니폴드
22g : 제1 내측 냉각수 매니폴드
22h : 제2 내측 냉각수 매니폴드
22i : 제1 외측 매니폴드
22j : 외측 수소 매니폴드
22k : 외측 공기 매니폴드
22l : 제1 외측 냉각수 매니폴드
22m : 제2 외측 냉각수 매니폴드
22n : 가이드 돌기
22o ; 캐소드
22p : 애노드
23 : 캐소드측 기체확산층
24 : 애노드측 기체확산층
25 : 캐소드측 분리판
25a : 제1 채널부
25b : 제2 내측 매니폴드
25c : 제2 외측 매니폴드
25d : 내측 수소 매니폴드
25e : 내측 공기 매니폴드
25f : 제1 내측 냉각수 매니폴드
25g : 제2 내측 냉각수 매니폴드
25h : 외측 수소 매니폴드
25i : 외측 공기 매니폴드
25j : 제1 외측 냉각수 매니폴드
25k : 제2 외측 냉각수 매니폴드
25l : 가이드돌기
26 : 애노드측 분리판
26a : 제2 채널부
26b : 제3 내측 매니폴드
26c : 제3 외측 매니폴드
26d : 내측 수소 매니폴드
26e : 내측 공기 매니폴드
26f : 제1 내측 냉각수 매니폴드
26g : 제2 내측 냉각수 매니폴드
26h : 외측 수소 매니폴드
26i : 외측 공기 매니폴드
26j : 제1 외측 냉각수 매니폴드
26k : 제2 외측 냉각수 매니폴드
26l : 가이드 돌기
27 : 제1 가스켓
28 : 제2 가스켓
29 : 제3 가스켓
30 : 제1 엔드 플레이트
31 : 제1 평판부
32 : 제1 돌출부
33 : 수소 공급구
34 : 공기 배출구
35 : 제1 냉각수 배출구
36 : 제1 냉각수 공급구
40 : 제2 엔드 플레이트
41 : 제2 평판부
42 : 제2 돌출부
43 : 수소 배출구
44 : 공기 공급구
45 : 제2 냉각수 배출구
46 : 제2 냉각수 공급구
50 : 제1 집전판
52 : 제1 냉각수 전달부
54 : 제1 단자
60 : 제2 집전판
62 : 수소 전달구
64 : 공기 전달구
66 : 제2 냉각수 전달구
68 : 제2 단자

Claims (20)

  1. 원반 형상으로 이루어지고 미리 정해진 적층 방향을 따라 적층되는 복수의 단위 셀을 구비하는 셀 적층체;
    원반 형상으로 이루어지고 상기 셀 적층체의 일단에 상기 적층 방향으로 적층되는 제1 엔드 플레이트; 및
    원반 형상으로 이루어지고 상기 셀 적층체의 타단에 상기 적층 방향으로 적층되는 제2 엔드 플레이를 포함하고,
    상기 단위 셀들은 각각,
    캐소드가 일면에 형성되며 애노드가 타면에 형성되는 고리형 원반 형상으로 이루어진 반응부와, 상기 반응부의 안쪽에 배치되는 제1 내측 매니폴드와, 상기 반응부의 바깥쪽에 배치되는 제1 외측 매니폴드를 구비하는 막전극 접합체;
    고리형 원반 형상으로 이루어진 제1 채널부와, 상기 제1 채널부의 안쪽에 배치되는 제2 내측 매니폴드와, 상기 제1 채널부의 바깥쪽에 배치되는 제2 외측 매니폴드를 갖고, 상기 제1 채널부가 상기 캐소드와 대면하도록 상기 막전극 접합체에 상기 적층 방향으로 적층되는 캐소드측 분리판; 및
    고리형 원반 형상으로 이루어진 제2 채널부와, 상기 제2 채널부의 안쪽에 배치되는 제3 내측 매니폴드와, 상기 제2 채널부의 바깥쪽에 배치되는 제3 외측 매니폴드를 갖고, 상기 제2 채널부가 상기 애노드와 대면하도록 상기 막전극 접합체에 상기 적층 방향으로 적층되는 애노드측 분리판을 구비하는 연료전지 스택.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 막전극 접합체, 상기 캐소드측 분리판 및 상기 애노드측 분리판은, 상기 내측 매니폴드들이 합치되어 내측 유로를 형성함과 동시에 상기 외측 매니폴드들이 합치되어 외측 유로를 형성하도록 적층되는 연료전지 스택.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내측 유로는, 서로 독립되도록 형성된 내측 공기 유로와 내측 수소 유로를 갖고,
    상기 외측 유로는, 서로 독립되도록 형성된 외측 공기 유로와 외측 수소 유로를 갖는 연료전지 스택.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단위 셀들은 각각,
    상기 내측 공기 유로와 상기 외측 공기 유로를 연결하는 공기 채널이 상기 캐소드와 상기 제1 채널부 사이에 형성되도록 상기 막전극 접합체와 상기 캐소드측 분리판 사이에 개재되는 제1 가스켓을 더 구비하는 연료전지 스택.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단위 셀들은 각각,
    상기 내측 수소 유로와 상기 외측 수소 유로를 연결하는 수소 채널이 상기 애노드와 상기 제2 채널부 사이에 형성되도록 상기 막전극 접합체와 상기 애노드측 분리판 사이에 개재되는 제2 가스켓을 더 구비하는 연료전지 스택.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 엔드 플레이트는, 상기 외측 공기 유로와 연결된 공기 배출구를 구비하고,
    상기 제2 엔드 플레이트는, 상기 내측 공기 유로와 연결된 공기 공급구를 구비하는 연료전지 스택.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 엔드 플레이트는, 상기 외측 수소 유로와 연결된 수소 공급구를 구비하고,
    상기 제2 엔드 플레이트는, 상기 내측 수소 유로와 연결된 수소 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단위 셀들 중 상기 셀 적층체의 상기 일단에 위치한 단위 셀에 구비된 상기 캐소드측 분리판과 상기 제1 엔드 플레이트 사이에 개재되는 제1 집전판; 및
    상기 단위 셀들 중 상기 셀 적층체의 상기 타단에 위치한 단위 셀에 구비된 상기 애노드측 분리판과 상기 제2 엔드 플레이트 사이에 개재되는 제2 집전판을 더 포함하는 연료전지 스택.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 집전판은, 상기 제1 채널부의 외경과 대응하는 직경을 갖는 원반 형상으로 이루어지고, 상기 제1 채널부와 상기 제1 엔드 플레이트 사이에 개재되며,
    상기 제2 집전판은, 상기 제2 채널부의 외경과 대응하는 직경을 갖는 원반 형상으로 이루어지고, 상기 제2 채널부와 상기 제2 엔드 플레이트 사이에 개재되는 연료전지 스택.
  10. 제9항에 있어서
    상기 제2 집전판은, 상기 내측 공기 유로와 상기 공기 공급구를 연결하는 공기 전달구와, 상기 내측 수소 유로와 상기 수소 배출구를 연결하는 수소 전달구를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 내측 유로는, 상기 내측 수소 유로 및 상기 내측 공기 유로와 독립되도록 형성된 내측 냉각수 유로를 더 갖고,
    상기 외측 유로는, 상기 외측 수소 유로 및 상기 외측 공기 유로와 독립되도록 형성된 외측 냉각수 유로를 더 갖는 연료전지 스택.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내측 수소 유로와, 상기 내측 공기 유로와, 상기 내측 냉각수 유로는 상기 단위 셀의 중심부를 중심으로 방사형으로 배치되고,
    상기 외측 공기 유로와, 상기 외측 공기 유로와, 상기 외측 냉각수 유로는 상기 단위 셀의 중심부를 중심으로 방사형으로 배치되는 연료전지 스택.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 내측 수소 유로와, 상기 내측 공기 유로와, 상기 내측 냉각수 유로는 각각, 복수개가 미리 정해진 간격을 두고 방사형으로 배치되고,
    상기 외측 수소 유로와, 상기 외측 공기 유로와, 상기 외측 냉각수 유로는 각각, 복수개가 미리 정해진 간격을 두고 방사형으로 배치되는 연료전지 스택.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 단위 셀들은 각각,
    상기 내측 냉각수 유로와 상기 외측 수소 유로를 연결하는 냉각수 채널이 상기 단위 셀들 중 어느 하나의 단위 셀에 구비된 상기 캐소드측 분리판의 상기 제1 채널부와 상기 단위 셀들 중 다른 하나의 단위 셀에 구비된 상기 애노드측 분리판의 상기 제2 채널부 사이에 형성되도록, 상기 어느 하나의 단위 셀과 상기 다른 하나의 단위 셀 사이에 개재되는 제3 가스켓을 더 구비하는 연료전지 스택.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 내측 냉각수 유로는, 서로 독립되도록 형성된 제1 내측 냉각수 유로와 제2 내측 냉각수 유로를 갖고,
    상기 외측 냉각수 유로는, 서로 독립되도록 형성된 제1 외측 냉각수 유로와 제2 외측 냉각수 유로를 갖는 연료전지 스택.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 엔드 플레이트는, 상기 제1 외측 냉각수 유로와 연결된 제1 냉각수 공급구와, 상기 제1 내측 냉각수 유로와 연결된 제1 냉각수 배출구를 구비하고,
    상기 제2 엔드 플레이트는, 상기 제2 외측 냉각수 유로와 연결된 제2 냉각수 공급구와, 상기 제2 내측 냉각수 유로와 연결된 제2 냉각수 배출구를 구비하는 연료전지 스택.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 단위 셀들, 상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트가 수용되는 스택 인클로저를 더 포함하는 연료전지 스택.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 스택 인클로저는,
    중공의 원통 형상을 갖고 상기 중공에 상기 단위 셀들이 수용되는 본체와, 상기 중공의 일측 개구부를 커버하도록 상기 본체의 일단에 결합되는 제1 커버와, 상기 중공의 타측 개구부를 커버하도록 상기 본체의 타단에 결합되는 제2 커버를 구비하는 연료전지 스택.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 본체는, 상기 중공의 내주면에 상기 적층 방향을 따라 형성되는 적어도 하나의 가이드홈을 구비하고,
    상기 단위 셀들, 상기 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트는 각각, 상기 가이드홈에 삽입되도록 형성된 가이드 돌기를 구비하는 것을 연료전지 스택.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 본체는, 상기 일단의 외주면에 형성되는 제1 나사산과, 상기 타단의 외주면에 형성되는 제2 나사산을 갖고,
    상기 제1 커버는, 상기 제1 나사산과 나사 결합되도록 내주면에 형성되는 나사산을 갖고,
    상기 제2 커버는, 상기 제2 나사산과 나사 결합되도록 내주면에 형성되는 나사산을 갖는 연료전지 스택.
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WO2003012903A1 (fr) * 2001-07-31 2003-02-13 Sumitomo Precision Products Co., Ltd Pile a combustible
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