KR20220008627A - Elastomeric cell frame for fuel cell and Unit cell and Fuel cell stack comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료전지용 탄성체 셀 프레임과 이를 포함하는 연료전지용 단위 셀 및 연료전지 스택에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적층되는 분리판의 개수를 저감할 수 있는 연료전지용 탄성체 셀 프레임과 이를 포함하는 연료전지용 단위 셀 및 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to an elastic cell frame for a fuel cell, a unit cell for a fuel cell and a fuel cell stack including the same, and more particularly, to an elastic cell frame for a fuel cell capable of reducing the number of stacked separators, and a fuel cell including the same It relates to a unit cell and a fuel cell stack.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 스택 내에서 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지로 변환하는 일종의 발전장치로서, 산업용, 가정용 및 차량의 구동 전력을 공급할 뿐만 아니라 휴대용 장치와 같은 소형 전자 제품의 전력공급에 사용될 수 있으며, 최근 고효율의 청정 에너지원으로 점차 그 사용영역이 확대되고 있다.A fuel cell is a type of power generation device that converts chemical energy of fuel into electrical energy by electrochemically reacting it in a stack. In recent years, the use area is gradually expanding as a high-efficiency clean energy source.
일반적인 연료전지의 단위 셀은 가장 안쪽에 막전극접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하는데, 이 막전극접합체는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 연료극(anode) 및 공기극(cathode)으로 구성되어 있다.In a typical fuel cell unit cell, a membrane-electrode assembly (MEA) is located at the innermost side, and the membrane electrode assembly includes a polymer electrolyte membrane that can move hydrogen cations (protons), and this polymer electrolyte membrane. It is composed of a catalyst layer coated on both sides so that hydrogen and oxygen can react, that is, an anode and a cathode.
또한, 상기 막전극접합체의 일면과 타면, 즉 연료극 및 공기극이 위치한 바깥 부분에는 반응가스를 공급하고 반응에 의해 발생된 생성수를 배출하는 한 쌍의 분리판이 배치된다. 이때 막전극접합체와 분리판 사이에는 반응가스 및 생성수의 유동을 확산시키거나 원활하게 하는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 개재될 수 있다.In addition, a pair of separators for supplying a reaction gas and discharging product water generated by the reaction are disposed on one surface and the other surface of the membrane electrode assembly, that is, on the outer portion where the fuel electrode and the air electrode are located. In this case, a gas diffusion layer (GDL) that diffuses or smoothes the flow of the reaction gas and the product water may be interposed between the membrane electrode assembly and the separator.
한편, 종래에는 단위 셀의 기밀 유지 및 적층 공정에서의 편의를 위하여 막전극접합체와 가스켓을 일체화시킨 막-전극-가스켓 접합체(Membrane-Electrode-Gasket Assembly, MEGA)를 제작하여 사용하기도 하였다.On the other hand, conventionally, a membrane-electrode-gasket assembly (MEGA) in which a membrane electrode assembly and a gasket are integrated for the purpose of maintaining airtightness of the unit cell and convenience in the lamination process was manufactured and used.
또한, 최근에는 막전극접합체에 기체확산층을 접합한 인서트와 가스켓을 일체화시킨 일체형 프레임이 제안되기도 하였다.Also, recently, an integrated frame in which an insert in which a gas diffusion layer is bonded to a membrane electrode assembly and a gasket is integrated has been proposed.
하지만, 종래의 일체형 프레임은 플라스틱 재질의 프레임과 인서트를 접착제를 사용하여 접합시켰다. 또한, 종래의 일체형 프레임을 사용하여 단위 셀을 제작하는 경우에 분리판과 일체형 프레임의 접착을 위하여 별도의 접착 부재 및 실링 부재가 필요하였다. 이러한 공정은 재료비용 및 생산비용을 상승시키는 원인이 되었다.However, in the conventional one-piece frame, a plastic frame and an insert are bonded using an adhesive. In addition, in the case of manufacturing a unit cell using the conventional integrated frame, a separate adhesive member and a sealing member are required for bonding the separation plate and the integrated frame. This process caused the material cost and production cost to rise.
그래서, 최근에는 열가소성 탄성체(TPE)로 제작되는 시트형 탄성체 프레임을 사용하여 별도의 접착부재 없이 막전극접합체 및 기체확산층과 일체로 접합되는 연료전지 스택에 대한 연구가 이루어지고 있다.Therefore, recently, research on a fuel cell stack that is integrally bonded to a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer without a separate adhesive member using a sheet-like elastic frame made of a thermoplastic elastomer (TPE) has been studied.
이러한 연료전지 스택은 탄성을 갖는 탄성체 프레임과 금속소재의 분리판이 적층되는데, 반응가스인 수소 및 공기와 냉각수가 서로 섞이지 않고 공급되도록 탄성체 프레임과 한 쌍의 분리판으로 이루어지는 단위 셀의 적층 시 서로 인접되는 단위 셀은 각각의 분리판이 서로 대면된다. 그래서 탄성체 프레임과 분리판 사이에로 반응가스가 유동되는 입구 및 출구가 마련되고, 서로 대면되는 한 쌍의 분리판 사이로 냉각수가 유동되는 입구 및 출구가 마련된다.In such a fuel cell stack, an elastic frame and a separator made of a metal material are stacked, and when the unit cells made of an elastic frame and a pair of separators are stacked, they are adjacent to each other so that hydrogen, air, and cooling water, which are reactive gases, are supplied without mixing with each other. In the unit cell to be used, each separator faces each other. Therefore, an inlet and an outlet through which the reaction gas flows are provided between the elastic frame and the separating plate, and an inlet and an outlet through which the cooling water flows between a pair of facing each other are provided.
하지만 이러한 구조의 경우, 탄성체 프레임 사이에 2장의 분리판을 사용해야 하므로, 분리판의 사용량이 많아지고, 이에 따라 연료전지 스택의 중량 역시 증가하게 되는 문제점이 있었다.However, in the case of this structure, since two separators have to be used between the elastic frames, the amount of the separators used increases, and accordingly, the weight of the fuel cell stack also increases.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The content described as the background art above is only for understanding the background of the present invention, and should not be taken as an acknowledgment that it corresponds to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.
본 발명은 적층되는 탄성체 프레임의 구조를 개선하여 분리판의 개수를 저감할 수 있는 연료전지용 탄성체 셀 프레임과 이를 포함하는 연료전지용 단위 셀 및 연료전지 스택을 제공한다.The present invention provides an elastic cell frame for a fuel cell capable of reducing the number of separators by improving the structure of the laminated elastic frame, and a unit cell for a fuel cell and a fuel cell stack including the same.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임은 연료전지의 단위 셀을 구성하는 셀 프레임으로서, 막전극접합체와, 그 양면에 배치되는 한 쌍의 기체확산층이 접합된 인서트와; 폭방향으로 중앙영역에는 상기 인서트가 배치되는 반응면 관통홀이 형성되고, 상기 반응면 관통홀의 폭방향으로 양측영역에는 냉각수가 유동되는 한 쌍의 냉각면이 형성되는 탄성체 프레임을 포함한다.An elastic cell frame for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is a cell frame constituting a unit cell of a fuel cell, comprising: a membrane electrode assembly and an insert bonded to a pair of gas diffusion layers disposed on both surfaces thereof; It includes an elastic frame in which a reaction surface through-hole on which the insert is disposed is formed in a central area in the width direction, and a pair of cooling surfaces through which coolant flows are formed in both sides of the reaction surface through-hole in the width direction.
상기 탄성체 프레임의 길이방향으로 일측에는 반응가스가 유입되는 복수의 제 1 반응가스 유입 관통홀과, 냉각수가 유입되는 복수의 제 1 냉각수 유입 관통홀이 형성되고, 상기 탄성체 프레임의 길이방향으로 타측에는 반응가스가 배출되는 복수의 제 1 반응가스 배출 관통홀과, 냉각수가 배출되는 복수의 제 1 냉각수 배출 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.A plurality of first reaction gas inlet through-holes through which a reaction gas is introduced and a plurality of first cooling water inflow through-holes through which cooling water flows are formed on one side in the longitudinal direction of the elastic frame, and on the other side in the longitudinal direction of the elastic frame It is characterized in that the plurality of first reaction gas discharge through-holes through which the reaction gas is discharged and the plurality of first cooling water discharge through-holes through which the cooling water is discharged are formed.
상기 탄성체 프레임에는, 상기 제 1 반응가스 유입 관통홀과 상기 반응면 관통홀 및 상기 반응면 관통홀과 상기 제 1 반응가스 배출 관통홀 사이에는 상호간을 연통시키는 제 1 반응가스 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.In the elastic frame, a first reaction gas connection passage for communicating with each other is formed between the first reaction gas inlet through hole and the reaction surface through hole, and between the reaction surface through hole and the first reaction gas discharge through hole characterized.
상기 제 1 반응가스 유입 관통홀과 상기 제 1 반응가스 배출 관통홀은 각각 한 쌍이 형성되어 수소와 공기가 유입 및 배출되도록 구분되고, 상기 탄성체 프레임의 일면에는 수소가 유입 및 유출되는 상기 제 1 반응가스 유입 관통홀과 상기 제 1 반응가스 배출 관통홀을 각각 반응면에 배치되는 인서트의 일면으로 연통시키는 제 1 반응가스 연결유로가 형성되며, 상기 탄성체 프레임의 타면에는 공기가 유입 및 유출되는 상기 제 1 반응가스 유입 관통홀과 상기 제 1 반응가스 배출 관통홀을 각각 반응면에 배치되는 인서트의 타면으로 연통시키는 제 1 반응가스 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.The first reaction gas inlet through-hole and the first reactive gas outlet through-hole are each formed as a pair, so that hydrogen and air are introduced and discharged, and hydrogen is introduced and discharged on one surface of the elastic frame. A first reaction gas connection passage is formed for communicating the gas inlet through hole and the first reaction gas exhaust through hole to one surface of the insert disposed on the reaction surface, respectively, and the other surface of the elastic frame is the second surface through which air flows in and out. It is characterized in that a first reaction gas connection passage is formed for communicating the first reaction gas inlet through hole and the first reaction gas exhaust through hole to the other surface of the insert disposed on the reaction surface, respectively.
상기 제 1 반응가스 연결유로는 폭방향으로 서로 이격되어 길이방향을 따라 제 1 돌기부와 제 1 홈부가 반복적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The first reaction gas connection passage is characterized in that it is spaced apart from each other in the width direction, and the first protrusion and the first groove are repeatedly formed along the longitudinal direction.
상기 제 1 냉각수 유입 관통홀과 상기 냉각면 및 상기 냉각면과 상기 제 1 냉각수 배출 관통홀 사이에는 상호간을 연통시키는 제 1 냉각수 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.A first cooling water connection passage communicating with each other may be formed between the first cooling water inlet through hole and the cooling surface, and between the cooling surface and the first cooling water discharge through hole.
상기 탄성체 프레임의 양면에는 상기 냉각면 및 제 1 냉각수 연결유로가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.The cooling surface and the first cooling water connection passage are respectively formed on both surfaces of the elastic frame.
상기 제 1 냉각수 연결유로는 폭방향으로 서로 이격되어 길이방향을 따라 제 2 돌기부와 제 2 홈부가 반복적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The first cooling water connection passage is spaced apart from each other in the width direction, and the second protrusion and the second groove are repeatedly formed along the length direction.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 단위 셀은 막전극접합체와, 그 양면에 배치되는 한 쌍의 기체확산층이 접합된 인서트와; 폭방향으로 중앙영역에는 상기 인서트가 배치되는 반응면 관통홀이 형성되고, 상기 반응면 관통홀의 폭방향으로 양측영역에는 냉각수가 유동되는 한 쌍의 냉각면이 형성되는 탄성체 프레임과; 상기 탄성체 프레임의 일면과 타면에 배치되어 탄성체 프레임과의 계면으로 반응가스 및 냉각수를 유동되도록 하는 한 쌍의 분리판을 포함한다.On the other hand, a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a membrane electrode assembly and an insert in which a pair of gas diffusion layers disposed on both surfaces are joined; an elastic frame in which a reaction surface through-hole on which the insert is disposed is formed in a central region in the width direction, and a pair of cooling surfaces through which coolant flows are formed in both sides of the reaction surface through-hole in the width direction; and a pair of separation plates disposed on one surface and the other surface of the elastic frame to flow a reaction gas and cooling water to an interface with the elastic frame.
상기 탄성체 프레임의 길이방향으로 일측에는 반응가스가 유입되는 복수의 제 1 반응가스 유입 관통홀과, 냉각수가 유입되는 복수의 제 1 냉각수 유입 관통홀이 형성되고, 상기 탄성체 프레임의 길이방향으로 타측에는 반응가스가 배출되는 복수의 제 1 반응가스 배출 관통홀과, 냉각수가 배출되는 복수의 제 1 냉각수 배출 관통홀이 형성되며, 상기 분리판의 길이방향으로 일측에는 반응가스가 유입되는 복수의 제 2 반응가스 유입 관통홀과, 냉각수가 유입되는 복수의 제 2 냉각수 유입 관통홀이 형성되고, 상기 분리판의 길이방향으로 타측에는 반응가스가 배출되는 복수의 제 2 반응가스 배출 관통홀과, 냉각수가 배출되는 복수의 제 2 냉각수 배출 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.A plurality of first reaction gas inlet through-holes through which a reaction gas is introduced and a plurality of first cooling water inflow through-holes through which cooling water flows are formed on one side in the longitudinal direction of the elastic frame, and on the other side in the longitudinal direction of the elastic frame A plurality of first reaction gas discharge through-holes through which the reaction gas is discharged, and a plurality of first cooling water discharge through-holes through which the cooling water is discharged are formed, and a plurality of second reaction gases through which the reaction gas is introduced are formed at one side in the longitudinal direction of the separator. A reactive gas inlet through-hole and a plurality of second cooling water inlet through-holes through which the cooling water flows are formed, and a plurality of second reactive gas discharge through-holes through which the reactive gas is discharged are formed on the other side in the longitudinal direction of the separation plate, and the cooling water It is characterized in that the plurality of second cooling water discharge through-holes to be discharged are formed.
상기 탄성체 프레임에는, 상기 제 1 반응가스 유입 관통홀과 상기 반응면 관통홀 및 상기 반응면 관통홀과 상기 제 1 반응가스 배출 관통홀 사이에는 상호간을 연통시키는 제 1 반응가스 연결유로가 형성되고, 상기 제 1 냉각수 유입 관통홀과 상기 냉각면 및 상기 냉각면과 상기 제 1 냉각수 배출 관통홀 사이에는 상호간을 연통시키는 제 1 냉각수 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.A first reaction gas connection passage is formed in the elastic frame to communicate with each other between the first reaction gas inlet through hole, the reaction surface through hole, and the reaction surface through hole and the first reaction gas discharge through hole, A first cooling water connection passage communicating with each other may be formed between the first cooling water inlet through hole and the cooling surface, and between the cooling surface and the first cooling water discharge through hole.
상기 제 1 반응가스 연결유로는 폭방향으로 서로 이격되어 길이방향을 따라 제 1 돌기부와 제 1 홈부가 반복적으로 형성되고, 상기 제 1 냉각수 연결유로는 폭방향으로 서로 이격되어 길이방향을 따라 제 2 돌기부와 제 2 홈부가 반복적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The first reaction gas connection passage is spaced apart from each other in the width direction to repeatedly form a first protrusion and a first groove portion in a longitudinal direction, and the first cooling water connection passage is spaced apart from each other in the width direction to form a second second passage along the length direction. It is characterized in that the protrusion and the second groove are repeatedly formed.
상기 분리판은 상기 제 1 반응가스 연결유로 및 제 1 냉각수 연결유로에 대면되는 영역이 평평하게 형성되어 상기 제 1 홈부와 분리판 사이로 반응가스가 유동되고, 상기 제 2 홈부와 분리판 사이로 냉각수가 유동되는 것을 특징으로 한다.The separation plate has a flat region facing the first reaction gas connection passage and the first cooling water connection passage, so that the reaction gas flows between the first groove portion and the separation plate, and the cooling water flows between the second groove portion and the separation plate. It is characterized in that it is movable.
그리고, 상기 분리판은 상기 제 1 반응가스 연결유로에 대면되는 영역에 상기 제 1 홈부와 포개지면서 반응가스가 유동되는 터널 형태의 제 1 포밍부와, 상기 제 1 돌기부에 포개지는 제 1 거치부로 이루어지는 제 2 반응가스 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the separation plate includes a first forming part in the form of a tunnel in which the reaction gas flows while being superimposed on the first groove in an area facing the first reaction gas connection passage, and a first holding part overlapping the first protrusion. It is characterized in that the second reaction gas connection passage is formed.
상기 분리판의 제 1 포밍부는 길이방향 양단이 연통되도록 분리판의 일면 방향으로 돌출되면서 절곡되어 형성되고, 상기 제 1 포밍부의 타면 영역으로 반응가스가 유동되는 것을 특징으로 한다.The first forming part of the separator is formed by being bent while protruding in the direction of one surface of the separator so that both ends in the longitudinal direction communicate with each other, and the reaction gas flows to the area of the other surface of the first forming part.
상기 분리판은 상기 제 1 냉각수 연결유로에 대면되는 영역에 상기 제 2 홈부와 포개지면서 반응가스가 유동되는 터널 형태의 제 2 포밍부와, 상기 제 2 돌기부에 포개지는 제 2 거치부로 이루어지는 제 2 냉각수 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.The separation plate includes a second forming part in the form of a tunnel in which a reaction gas flows while being superimposed on the second groove part in a region facing the first cooling water connection passage, and a second holding part superimposed on the second protrusion part. It is characterized in that the cooling water connection passage is formed.
상기 분리판의 제 2 포밍부는 길이방향 양단이 연통되도록 분리판의 일면 방향으로 돌출되면서 절곡되어 형성되고, 상기 제 2 포밍부의 타면 영역으로 냉각수가 유동되는 것을 특징으로 한다.The second forming part of the separator is formed by being bent while protruding in the direction of one surface of the separator so that both ends in the longitudinal direction communicate with each other, and the cooling water flows to the area of the other surface of the second forming part.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 스택은 막전극접합체와, 그 양면에 배치되는 한 쌍의 기체확산층이 접합된 인서트와; 폭방향으로 중앙영역에는 상기 인서트가 배치되는 반응면 관통홀이 형성되고, 상기 반응면 관통홀의 폭방향으로 양측영역에는 냉각수가 유동되는 한 쌍의 냉각면이 형성되는 다수개의 탄성체 프레임과; 상기 탄성체 프레임의 일면과 타면에 각각 배치되어 탄성체 프레임과의 계면으로 반응가스 및 냉각수를 유동되도록 하는 분리판을 포함하되, 서로 인접하는 탄성체 프레임 사이에는 하나의 분리판이 배치되어 적층되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a membrane electrode assembly and an insert in which a pair of gas diffusion layers disposed on both surfaces are bonded; a plurality of elastic frames in which a reaction surface through-hole on which the insert is disposed is formed in a central region in the width direction, and a pair of cooling surfaces through which coolant flows are formed in both sides of the reaction surface through-hole in the width direction; and a separator plate disposed on one surface and the other surface of the elastic frame, respectively, to flow a reaction gas and cooling water to an interface with the elastic frame, wherein one separator is disposed between adjacent elastic frames and stacked. .
본 발명의 실시예에 따르면, 탄성체 셀 프레임의 구조를 개선함으로써, 분리판을 1장만 사용하고도 애노드면, 캐소드면 및 냉각면을 모두 형성할 수 있고, 이에 따라 연료전지 스택의 구조가 간단해지고, 경량화 및 소형화를 기대할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by improving the structure of the elastic cell frame, the anode surface, the cathode surface, and the cooling surface can all be formed using only one separator, thereby simplifying the structure of the fuel cell stack and , weight reduction and miniaturization can be expected.
또한, 수소, 공기 및 냉각수를 유입 및 배출시키는 유로를 직선형태로 형성할 수 있기 때문에 차압 개선 및 물 배출을 용이하게 할 수 있다.In addition, since the flow path for introducing and discharging hydrogen, air, and cooling water can be formed in a straight line, the pressure difference can be improved and water can be easily discharged.
그리고, 탄성체 프레임에만 기밀구조를 형성하는 것만으로도 수소, 공기 및 냉각수의 기밀성능을 만족할 수 있으므로, 냉각면 가스켓, 선 용접 등의 추가 기밀구조를 형성하기 위한 공정을 생략할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.In addition, since the airtight performance of hydrogen, air and cooling water can be satisfied only by forming the airtight structure only in the elastic frame, the effect of omitting the process for forming an additional airtight structure such as cooling surface gasket and wire welding is expected can
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 보여주는 분해사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성체 프레임을 보여주는 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판을 보여주는 도면이고,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 보여주는 단면도이며,
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택을 보여주는 분해사시도이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리판을 보여주는 도면이며,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택을 보여주는 단면도이다.1 and 2 are exploded perspective views showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention;
3 is a view showing an elastic frame according to an embodiment of the present invention,
4 is a view showing a separator according to an embodiment of the present invention,
5A to 5D are cross-sectional views showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention;
6 and 7 are exploded perspective views showing a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention;
8 is a view showing a separator according to another embodiment of the present invention,
9 is a cross-sectional view showing a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art completely It is provided to inform you. In the drawings, like reference numerals refer to like elements.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 보여주는 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성체 프레임을 보여주는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판을 보여주는 도면이고, 도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 보여주는 단면도이다. 이때 도 5a는 도 2의 A-A선에 대한 단면을 보여주는 도면이고, 도 5b는 도 2의 B-B선에 대한 단면을 보여주는 도면이며, 도 5c는 도 5b의 적층된 상태의 단면을 보여주는 도면이고, 도 5d는 도 2의 C-C선에 대한 단면을 보여주는 도면이다.1 and 2 are exploded perspective views showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a view showing an elastic frame according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an embodiment of the present invention It is a view showing a separator according to , and FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention. At this time, Fig. 5a is a view showing a cross section taken along line AA of Fig. 2, Fig. 5b is a view showing a cross section taken along line BB of Fig. 2, and Fig. 5c is a view showing a cross section of the stacked state of Fig. 5b, Fig. 5d is a view showing a cross-section taken along line CC of FIG. 2 .
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임은 분리판과 단위 셀을 구성하고, 이렇게 구성된 다수개의 단위 셀이 적층되어 연료전지 스택을 구성한다.As shown in the drawings, the elastic cell frame for a fuel cell according to an embodiment of the present invention constitutes a separator and a unit cell, and a plurality of unit cells configured in this way are stacked to form a fuel cell stack.
탄성체 셀 프레임은 막전극접합체(110)와, 그 양면에 배치되는 한 쌍의 기체확산층(120)이 접합된 인서트(100)와; 폭방향으로 중앙영역에는 상기 인서트(100)가 배치되는 반응면 관통홀(211)이 형성되고, 상기 반응면 관통홀(211)의 폭방향으로 양측영역에는 냉각수가 유동되는 한 쌍의 냉각면(212)이 형성되는 탄성체 프레임(200)을 포함한다.The elastic cell frame includes an
인서트(100)는 막전극접합체(110)와 한 쌍의 기체확산층(120)을 적층시킨 접합체로서, 바람직하게는 막전극접합체(110)의 일면 및 타면에 기체확산층(120)이 각각 배치되어 적층된다.The
막전극접합체(110)는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 공기극(cathode) 및 연료극(anode)으로 구성되는 일반적인 막전극접합체로 구현된다.The
기체확산층(120)은 분리판(300)을 통하여 유동되는 반응가스를 막전극접합체(110)로 확산시키면서 통과시키는 수단으로서, 기재 단독으로 이루어지거나 기재와, 기재의 일면으로 형성되는 미세기공층(MPL)으로 이루어진다. 이때 기재 및 미세기공층의 소재는 일반적인 기체확산층에 적용되는 소재로 구현된다.The
탄성체 프레임(200)은 인서트(100)의 기밀 유지 및 적층 공정에서의 편의를 위하여 인서트(100)의 외곽영역에 일체로 형성되는 수단으로서, 탄성체 프레임(200)은 소정의 형상을 유지하면서 별도의 접착부재 없이 열융착에 의해 접합하기 위하여 열가소성 탄성체(TPE; Thermo Plastic Elastomer)로 형성된다.The
이때 열가소성 탄성체(TPE)는 수지계 하드 세그먼트(Hard-segment)와 고무계 소프트 세그먼트(Soft-segment)로 형성될 수 있다. 그래서 수지계 하드 세그먼트는 탄성체 프레임(200)의 열융착에 기여하고, 소프트 세그먼트는 탄성 및 형태 유지에 기여한다.In this case, the thermoplastic elastomer (TPE) may be formed of a resin-based hard segment and a rubber-based soft segment. So, the resin-based hard segment contributes to thermal fusion of the
그래서, 열가소성 탄성체(TPE)로는 스타이렌계, 올레핀계, 우레탄계, 아미드계, 폴리에스테계 등을 적용할 수 있고, 바람직하게는 폴리올레핀계 열가소성 탄성체(TPE)를 적용할 수 있다. 그러면, 수지계 하드 세그먼트(Hard-segment)는 PE, PP 등의 폴리올레핀 수지로 형성되고, 고무계 소프트 세그먼트(Soft-segment)는 EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) 등의 올레핀계 고무로 형성될 수 있다.Therefore, as the thermoplastic elastomer (TPE), styrene-based, olefin-based, urethane-based, amide-based, polyester-based and the like can be applied, and preferably, polyolefin-based thermoplastic elastomer (TPE) can be applied. Then, the resin-based hard segment may be formed of a polyolefin resin such as PE or PP, and the rubber-based soft segment may be formed of an olefinic rubber such as EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber).
한편, 탄성체 프레임(200)은 인서트(100)의 외곽영역에서 인서트(100)의 테두리의 측면을 둘러싸도록 배치되고, 인서트(100)의 테두리 양면 중 어느 한 면 및 측면 또는 양면 및 측면과 그 계면에서 열융착되어 일체로 형성된다. 여기서 인서트(100)의 '외곽영역'이란 인서트(100)의 가장자리 영역과 그 주변의 공간을 포함하는 영역을 의미하고, 인서트(100)의 '테두리'란 인서트(100)의 가장자리 영역을 의미한다.On the other hand, the
예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같이 탄성체 프레임(200)은 인서트(100)의 테두리 일면 및 측면에서 대면되면서, 인서트(100)의 외곽영역을 둘러싸도록 배치된다.For example, as shown in FIG. 5B , the
한편, 탄성체 프레임(200)에는 폭방향으로 중앙영역에 인서트(100)가 배치되는 반응면 관통홀(211)이 형성된다. 그래서, 인서트(100)가 반응면 관통홀(211)에 배치됨으로써, 인서트(100)의 일면으로 수소가 유동되는 애노드면이 형성되고, 인서트(100)의 타면으로 공기가 유동되는 캐소드면이 형성된다.On the other hand, the
그리고, 탄성체 프레임(200)에는 반응면 관통홀(211)의 폭방향으로 양측영역에는 냉각수가 유동되는 한 쌍의 냉각면(212)이 형성된다. 이때 냉각면(212)은 냉각수가 유동되는 유로의 형태로 형성된다. 예를 들어 냉각면(212)은 도 5b와 같이 단면의 형상이 탄성체 프레임(200)의 표면으로부터 함몰된 폭이 넓은 홈의 형태로 형성된다.In addition, a pair of cooling
또한, 탄성체 프레임(200)의 길이방향으로 일측에는 반응가스가 유입되는 복수의 제 1 반응가스 유입 관통홀(220)과, 냉각수가 유입되는 복수의 제 1 냉각수 유입 관통홀(230)이 형성된다. 그리고, 탄성체 프레임(200)의 길이방향으로 타측에는 반응가스가 배출되는 복수의 제 1 반응가스 배출 관통홀(240)과, 냉각수가 배출되는 복수의 제 1 냉각수 배출 관통홀(250)이 형성된다.In addition, a plurality of first reaction gas inlet through-
부연하자면, 제 1 반응가스 유입 관통홀(220)과 상기 제 1 반응가스 배출 관통홀(240)은 각각 한 쌍이 형성되어 수소와 공기가 유입 및 배출되도록 구분된다.In other words, a pair of the first reactive gas inlet through-
그래서, 탄성체 프레임(200)의 일면에는 수소가 유입 및 유출되는 제 1 반응가스 유입 관통홀(220a)과 제 1 반응가스 배출 관통홀(240a)을 각각 반응면에 배치되는 인서트(100)의 일면인 애노드면으로 연통시키는 제 1 반응가스 연결유로(260)가 형성된다.Therefore, on one surface of the
그리고, 탄성체 프레임(200)의 타면에는 공기가 유입 및 유출되는 제 1 반응가스 유입 관통홀(220b)과 제 1 반응가스 배출 관통홀(240b)을 각각 반응면에 배치되는 인서트(100)의 타면인 캐소드면으로 연통시키는 제 1 반응가스 연결유로(260)가 형성된다.In addition, on the other surface of the
이때, 애노드면으로 연통되는 제 1 반응가스 연결유로(260)와 캐소드면으로 연통되는 제 1 반응가스 연결유로(260)의 형태는 동일하게 적용된다. 다만, 애노드면으로 연통되는 제 1 반응가스 연결유로(260)는 탄성체 프레임(200)의 일면으로 형성되고, 캐소드면으로 연통시키는 제 1 반응가스 연결유로(260)는 탄성체 프레임(200)의 타면으로 형성된다.At this time, the shape of the first reaction
그리고, 각각의 제 1 반응가스 연결유로(260)는 도 3 및 도 5a와 같이 폭방향으로 서로 이격되어 길이방향을 따라 직선형태로 제 1 돌기부(261)와 제 1 홈부(262)가 반복적으로 형성된다. 한편, 각각의 제 1 반응가스 연결유로(260)와 애노드면 및 캐소드면 사이에는 반응가스를 확산시키는 확산부유로(270)가 형성되는 것이 바람직하다.In addition, each of the first reaction
또한, 제 1 냉각수 유입 관통홀(230)과 냉각면(212) 사이 및 냉각면(212)과 제 1 냉각수 배출 관통홀(250) 사이에는 상호간을 연통시키는 제 1 냉각수 연결유로(280)가 형성된다.In addition, a first cooling
부연하자면, 제 1 냉각수 유입 관통홀(230)과 상기 제 1 냉각수 배출 관통홀(250)이 탄성체 프레임(200)의 양면에 각각 형성된다. 이에 따라 제 1 냉각수 연결유로(280)도 탄성체 프레임(200)의 양면에 각각 형성된다.In other words, the first cooling water inlet through
그리고, 각각의 제 1 냉각수 연결유로(280)는 도 3 및 도 5a와 같이 폭방향으로 서로 이격되어 길이방향을 따라 직선형태로 제 2 돌기부(281)와 제 2 홈부(282)가 반복적으로 형성된다. 이때 탄성체 프레임(200)의 일면에 형성되는 제 2 돌기부(281) 및 제 2 홈부(282)와 탄성체 프레임(200)의 타면에 형성되는 제 2 돌기부(281) 및 제 2 홈부(282)는 탄성체 프레임(200)의 두께방향 중심면을 기준으로 서로 대칭되도록 형성되는 것이 바람직하다.In addition, each of the first cooling
한편, 탄성체 프레임(200)에는 분리판(300)과의 기밀을 위한 수단이 형성될 수 있다.On the other hand, the
예를 들어 탄성체 프레임(200)의 일면 및 타면에는 애노드면, 캐소드면 및 냉각면을 둘러싸고, 수소, 공기 및 냉각수가 유동되는 영역을 둘러싸서 수소, 공기 및 냉각수가 원하지 않는 영역으로 누출(leak)되는 것을 차단하는 라인형태의 돌기씰(290)이 형성된다.For example, one surface and the other surface of the
한편, 상기와 같이 구성되는 연료전지용 탄성체 프레임의 일면과 타면으로 한 쌍의 분리판이 배치되어 연료전지용 단위 셀을 구성한다.On the other hand, a pair of separators are disposed on one surface and the other surface of the elastic frame for fuel cell configured as described above to constitute a unit cell for fuel cell.
분리판(300)은 인서트(100) 및 탄성체 프레임(200)으로 이루어지는 탄성체 셀 프레임의 일면과 타면에 배치되어 탄성체 프레임(200)과의 계면으로 반응가스인 수소 및 공기와 냉각수가 유동되도록 하는 수단으로서, 금속소재로 이루어진다. The
이때 분리판(300)에는 탄성체 프레임(200)의 반응면과 냉각면(212)에 대응되는 영역에 반응가스 및 냉각수가 원활하게 유동될 수 있도록 반응면 유로(311)와 냉각면 유로(312)가 형성된다. 반응면 유로(311)와 냉각면 유로(312)는 도 4 및 도 5b와 같이 폭방향으로는 요철형상이 반복되도록 하면서 길이방향을 따라 길게 형성되는 것이 바람직하다. 물론 반응면 유로(311)와 냉각면 유로(312)는 요철 형태에 형상으로 제한되지 않고 반응가스와 냉각수를 원활하게 유동시킬 수 있는 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있을 것이다.At this time, the
또한, 분리판(300)에서는 탄성체 프레임(200)과 마찬가지로 반응가스 및 냉각수를 유입시키고 배출시키는 매니폴드를 형성하기 위하여 관통홀이 형성된다.In addition, in the
부연하자면, 분리판(300)의 길이방향으로 일측에는 반응가스가 유입되는 복수의 제 2 반응가스 유입 관통홀(320)과, 냉각수가 유입되는 복수의 제 2 냉각수 유입 관통홀(330)이 형성된다.In other words, a plurality of second reaction gas inlet through-
그리고, 분리판(300)의 길이방향으로 타측에는 반응가스가 배출되는 복수의 제 2 반응가스 배출 관통홀(340)과, 냉각수가 배출되는 복수의 제 2 냉각수 배출 관통홀(350)이 형성된다.In addition, a plurality of second reaction gas discharge through-
또한, 분리판(300)은 탄성체 프레임(200)에 형성되는 제 1 반응가스 연결유로(260) 및 제 1 냉각수 연결유로(280)에 대면되는 영역이 평평하게 형성된다. 그래서 탄성체 프레임(200)의 제 1 돌기부(261)와 분리판(300)이 대면되면서 탄성체 프레임(200)의 제 1 홈부(262)와 분리판(300) 사이로 반응가스가 유동되고, 탄성체 프레임(200)의 제 2 돌기부(281)와 분리판(300)이 대면되면서 제 2 홈부(282)와 분리판(300) 사이로 냉각수가 유동되도록 한다.In addition, the
그래서, 도 5d와 같이 탄성체 프레임(200)의 제 1 냉각수 유입 관통홀(230)과 분리판(300)의 제 2 냉각수 유입 관통홀(330)을 통하여 공급되는 냉각수는 분리판(300)에 의해 분기되면서 서로 인접되어 적층되는 한 쌍의 탄성체 프레임(200) 중 어느 하나의 일면과 다른 하나의 타면으로 공급된다.Therefore, as shown in FIG. 5D , the cooling water supplied through the first cooling water inflow through-
한편, 상기와 같이 구성되는 연료전지용 탄성체 프레임 및 분리판을 다수개 적층하여 연료전지 스택을 구성한다.On the other hand, a fuel cell stack is constituted by stacking a plurality of the elastic frame for fuel cell and the separator configured as described above.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택은 전술된 인서트(100)와 일체화된 탄성체 프레임(200)과; 탄성체 프레임(200)의 일면과 타면에 각각 배치되어 탄성체 프레임(200)과의 계면으로 반응가스 및 냉각수를 유동되도록 하는 분리판(300)을 포함한다.A fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes an
특히, 탄성체 프레임(200) 및 분리판(300)의 구조 개선에 의해 본 실시예에서는 서로 인접하는 탄성체 프레임(200) 사이에 하나의 분리판(300)이 배치되어 적층된다.In particular, one
그래서, 탄성체 프레임(200)의 일면으로 중앙영역에는 애노드면이 형성되고, 애노드면의 폭방향 양측으로는 한 쌍의 냉각면(212)이 형성된다. 그리고 탄성체 프레임(200)의 타면으로 중앙영역에는 캐소드면이 형성되고, 캐소드면의 폭방향 양측으로는 한 쌍의 냉각면(212)이 형성된다.Thus, an anode surface is formed in the central region of one surface of the
한편, 본 발명은 탄성체 프레임과 분리판의 적층시 제 1 반응가스 연결유로(260)와 제 2 반응가스 연결유로(360) 및 제 1 냉각수 연결유로(280)와 제 2 냉각수 연결유로(380)에 형성되는 면압이 균일하게 형성되도록 하기 위하여 분리판(300)의 형상을 변경할 수 있다. On the other hand, the present invention provides a first reaction
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택을 보여주는 분해사시도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리판을 보여주는 도면이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택을 보여주는 단면도이다. 이때 도 9는 도 7의 A-A선에 대한 단면을 보여주는 도면이다.6 and 7 are exploded perspective views showing a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention, FIG. 8 is a view showing a separator according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is another embodiment of the present invention It is a cross-sectional view showing a fuel cell stack according to At this time, FIG. 9 is a view showing a cross-section taken along line A-A of FIG. 7 .
도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 단위 셀을 구성하는 분리판(300)은 제 1 반응가스 연결유로(260)에 대면되는 영역에 제 1 홈부(262)와 포개지면서 반응가스가 유동되는 터널 형태의 제 1 포밍부(361)와; 제 1 돌기부(261)에 포개지는 제 1 거치부(362)로 이루어지는 제 2 반응가스 연결유로(360)가 형성된다.6 to 9 , the
이때 분리판(300)의 제 1 포밍부(361)는 길이방향 양단이 연통되도록 분리판(300)의 일면 방향으로 돌출되면서 절곡되어 형성되고, 제 1 포밍부(361)의 타면 영역으로 반응가스가 유동되도록 한다.At this time, the first forming
부연하자면, 분리판(300)의 제 1 포밍부(361)는 프레스 성형에 의해 분리판(300)의 일부 영역을 일면 방향으로 돌출되면서 절곡하여 형성된다. 특히 분리판(300)에는 제 1 포밍부(361)가 형성되는 영역의 단부를 소정 길이로 절개하여 프레스 성형 후 제 1 포밍부(361)가 양단이 연통되는 터널 형태로 가공되도록 한다. 그래서, 터널 형태로 형성되는 제 1 포밍부(361)에 의해서 제 1 포밍부(361)의 타면 영역에서 상기 제 1 포밍부(361)가 형성된 영역에 인접된 분리판(300)의 일면 영역으로 연통되는 유로가 형성된다. 이에 따라 반응가스는 제 1 포밍부(361)의 타면 영역에서 제 1 포밍부(361)에 의해 형성되는 유로를 통하여 반응면, 즉 인서트(100)로 유동된다.In other words, the first forming
그리고, 분리판(300)은 제 1 냉각수 연결유로(280)에 대면되는 영역에 제 2 홈부(282)와 포개지면서 반응가스가 유동되는 터널 형태의 제 2 포밍부(381)와, 제 2 돌기부(281)에 포개지는 제 2 거치부(382)로 이루어지는 제 2 냉각수 연결유로(380)가 형성된다.In addition, the separating
이때 분리판(300)의 제 2 포밍부(381)는 길이방향 양단이 연통되도록 분리판(300)의 일면 방향으로 돌출되면서 절곡되어 형성되고, 제 2 포밍부(381)의 타면 영역으로 냉각수가 유동되도록 한다.At this time, the second forming
이때 분리판(300)의 제 2 포밍부(381)는 전술된 제 1 포밍부(361)와 마찬가지로 프레스 성형에 의해 분리판(300)의 일부 영역을 일면 또는 타면 방향으로 돌출되면서 절곡하여 형성된다.At this time, the second forming
이때 제 1 포밍부(361) 및 제 2 포밍부(381)가 돌출되는 방향 및 형태는 탄성체 프레임(200)에 형성되는 제 1 반응가스 연결유로(260) 및 제 1 반응가스 연결유로(260)의 형태 및 위치에 따라 대응하여 다양하게 변경되어 구현될 수 있다.At this time, the direction and shape in which the first forming
그래서, 탄성체 프레임(200)과 분리판(300)의 적층시 분리판에 형성된 제 1 포밍부(361), 제 1 거치부(362), 제 2 포밍부(381) 및 제 2 거치부(382)가 탄성체 프레임(200)에 형성된 제 1 홈부(262), 제 1 돌기부(261), 제 2 홈부(282) 및 제 2 돌기부(281)에 각각 포개지도록 하여 해당 영역의 변형을 방지하면서 면압이 균일하게 발생되도록 한다.So, when the
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and the above-described preferred embodiments, the present invention is not limited thereto, and is defined by the following claims. Accordingly, those of ordinary skill in the art can variously change and modify the present invention within the scope without departing from the spirit of the claims to be described later.
100: 인서트
110: 막전극접합체(MEA)
120: 기체확산층(GDL)
200: 탄성체 프레임
211: 반응면 관통홀
212: 냉각면
220: 제 1 반응가스 유입 관통홀
230: 제 1 냉각수 유입 관통홀
240: 제 1 반응가스 배출 관통홀
250: 제 1 냉각수 배출 관통홀
260: 제 1 반응가스 연결유로
261: 제 1 돌기부
262: 제 1 홈부
270: 확산부유로
280: 제 1 냉각수 연결유로
281: 제 2 돌기부
282: 제 2 홈부
290: 돌기씰
300: 분리판
311: 반응면 유로
312: 냉각면 유로
320: 제 2 반응가스 유입 관통홀
330: 제 2 냉각수 유입 관통홀
340: 제 2 반응가스 배출 관통홀
350: 제 2 냉각수 배출 관통홀
360: 제 2 반응가스 연결유로
361: 제 1 포밍부
362: 제 1 거치부
380: 제 2 냉각수 연결유로
381: 제 2 포밍부
282: 제 2 거치부100: insert 110: membrane electrode assembly (MEA)
120: gas diffusion layer (GDL) 200: elastic frame
211: reaction surface through hole 212: cooling surface
220: first reaction gas inlet through hole 230: first cooling water inlet through hole
240: first reaction gas discharge through hole 250: first cooling water discharge through hole
260: first reaction gas connection passage 261: first protrusion
262: first groove portion 270: diffusion path
280: first cooling water connection passage 281: second protrusion
282: second groove portion 290: protrusion seal
300: separator 311: reaction surface flow path
312: cooling surface flow path 320: second reaction gas inlet through hole
330: second cooling water inlet through hole 340: second reaction gas discharge through hole
350: second cooling water discharge through hole 360: second reaction gas connection passage
361: first forming part 362: first holding part
380: second cooling water connection passage 381: second forming part
282: second mounting portion
Claims (18)
막전극접합체와, 그 양면에 배치되는 한 쌍의 기체확산층이 접합된 인서트와;
폭방향으로 중앙영역에는 상기 인서트가 배치되는 반응면 관통홀이 형성되고, 상기 반응면 관통홀의 폭방향으로 양측영역에는 냉각수가 유동되는 한 쌍의 냉각면이 형성되는 탄성체 프레임을 포함하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임.
A cell frame constituting a unit cell of a fuel cell, comprising:
an insert in which a membrane electrode assembly and a pair of gas diffusion layers disposed on both surfaces are joined;
A fuel cell elastic body comprising an elastic frame in which a reaction surface through-hole on which the insert is disposed is formed in a central region in the width direction, and a pair of cooling surfaces through which coolant flows are formed in both sides of the reaction surface through-hole in the width direction. cell frame.
상기 탄성체 프레임의 길이방향으로 일측에는 반응가스가 유입되는 복수의 제 1 반응가스 유입 관통홀과, 냉각수가 유입되는 복수의 제 1 냉각수 유입 관통홀이 형성되고,
상기 탄성체 프레임의 길이방향으로 타측에는 반응가스가 배출되는 복수의 제 1 반응가스 배출 관통홀과, 냉각수가 배출되는 복수의 제 1 냉각수 배출 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임.
The method according to claim 1,
A plurality of first reaction gas inlet through-holes through which a reaction gas flows and a plurality of first cooling water inflow through-holes through which cooling water flows are formed on one side of the elastic frame in the longitudinal direction;
The elastic cell frame for a fuel cell, characterized in that at the other side in the longitudinal direction of the elastic frame, a plurality of first reaction gas discharge through-holes through which the reaction gas is discharged and a plurality of first cooling water discharge through-holes through which the coolant is discharged are formed.
상기 탄성체 프레임에는,
상기 제 1 반응가스 유입 관통홀과 상기 반응면 관통홀 및 상기 반응면 관통홀과 상기 제 1 반응가스 배출 관통홀 사이에는 상호간을 연통시키는 제 1 반응가스 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임.
3. The method according to claim 2,
In the elastic frame,
A first reaction gas connection passage communicating with each other is formed between the first reaction gas inlet through hole and the reaction surface through hole, and between the reaction surface through hole and the first reaction gas discharge through hole. elastomer cell frame.
상기 제 1 반응가스 유입 관통홀과 상기 제 1 반응가스 배출 관통홀은 각각 한 쌍이 형성되어 수소와 공기가 유입 및 배출되도록 구분되고,
상기 탄성체 프레임의 일면에는 수소가 유입 및 유출되는 상기 제 1 반응가스 유입 관통홀과 상기 제 1 반응가스 배출 관통홀을 각각 반응면에 배치되는 인서트의 일면으로 연통시키는 제 1 반응가스 연결유로가 형성되며,
상기 탄성체 프레임의 타면에는 공기가 유입 및 유출되는 상기 제 1 반응가스 유입 관통홀과 상기 제 1 반응가스 배출 관통홀을 각각 반응면에 배치되는 인서트의 타면으로 연통시키는 제 1 반응가스 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임.
4. The method according to claim 3,
A pair of the first reaction gas inlet through-hole and the first reactive gas discharge through-hole are respectively formed and divided so that hydrogen and air are introduced and discharged;
A first reaction gas connection passage is formed on one surface of the elastic frame to connect the first reaction gas inlet through-hole through which hydrogen flows in and out and the first reaction gas discharge through-hole through one surface of the insert disposed on the reaction surface, respectively. becomes,
A first reaction gas connection passage is formed on the other surface of the elastic frame to connect the first reaction gas inlet through-hole through which air flows in and out and the first reaction gas discharge through-hole through the other surface of the insert disposed on the reaction surface, respectively. An elastic cell frame for a fuel cell, characterized in that it becomes.
상기 제 1 반응가스 연결유로는 폭방향으로 서로 이격되어 길이방향을 따라 제 1 돌기부와 제 1 홈부가 반복적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임.
4. The method according to claim 3,
The first reactive gas connection passage is spaced apart from each other in the width direction, and the first protrusion and the first groove are repeatedly formed along the longitudinal direction.
상기 제 1 냉각수 유입 관통홀과 상기 냉각면 및 상기 냉각면과 상기 제 1 냉각수 배출 관통홀 사이에는 상호간을 연통시키는 제 1 냉각수 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임.
3. The method according to claim 2,
and a first cooling water connection passage communicating with each other between the first cooling water inlet through hole and the cooling surface, and between the cooling surface and the first cooling water discharge through hole.
상기 탄성체 프레임의 양면에는 상기 냉각면 및 제 1 냉각수 연결유로가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임.
7. The method of claim 6,
The elastic cell frame for a fuel cell, characterized in that the cooling surface and the first cooling water connection passage are respectively formed on both surfaces of the elastic frame.
상기 제 1 냉각수 연결유로는 폭방향으로 서로 이격되어 길이방향을 따라 제 2 돌기부와 제 2 홈부가 반복적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임.
7. The method of claim 6,
The first cooling water connection passage is spaced apart from each other in the width direction, and the second protrusion and the second groove are repeatedly formed along the longitudinal direction.
막전극접합체와, 그 양면에 배치되는 한 쌍의 기체확산층이 접합된 인서트와;
폭방향으로 중앙영역에는 상기 인서트가 배치되는 반응면 관통홀이 형성되고, 상기 반응면 관통홀의 폭방향으로 양측영역에는 냉각수가 유동되는 한 쌍의 냉각면이 형성되는 탄성체 프레임과;
상기 탄성체 프레임의 일면과 타면에 배치되어 탄성체 프레임과의 계면으로 반응가스 및 냉각수를 유동되도록 하는 한 쌍의 분리판을 포함하는 연료전지용 단위 셀.
A unit cell for a fuel cell, comprising:
an insert in which a membrane electrode assembly and a pair of gas diffusion layers disposed on both surfaces are joined;
an elastic frame in which a reaction surface through-hole on which the insert is disposed is formed in a central region in the width direction, and a pair of cooling surfaces through which coolant flows are formed in both sides of the reaction surface through-hole in the width direction;
and a pair of separator plates disposed on one surface and the other surface of the elastic frame to flow a reaction gas and cooling water to an interface with the elastic frame.
상기 탄성체 프레임의 길이방향으로 일측에는 반응가스가 유입되는 복수의 제 1 반응가스 유입 관통홀과, 냉각수가 유입되는 복수의 제 1 냉각수 유입 관통홀이 형성되고,
상기 탄성체 프레임의 길이방향으로 타측에는 반응가스가 배출되는 복수의 제 1 반응가스 배출 관통홀과, 냉각수가 배출되는 복수의 제 1 냉각수 배출 관통홀이 형성되며,
상기 분리판의 길이방향으로 일측에는 반응가스가 유입되는 복수의 제 2 반응가스 유입 관통홀과, 냉각수가 유입되는 복수의 제 2 냉각수 유입 관통홀이 형성되고,
상기 분리판의 길이방향으로 타측에는 반응가스가 배출되는 복수의 제 2 반응가스 배출 관통홀과, 냉각수가 배출되는 복수의 제 2 냉각수 배출 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위 셀.
10. The method of claim 9,
A plurality of first reaction gas inlet through-holes through which a reaction gas flows and a plurality of first cooling water inflow through-holes through which cooling water flows are formed on one side of the elastic frame in the longitudinal direction;
A plurality of first reaction gas discharge through-holes through which the reaction gas is discharged and a plurality of first cooling water discharge through-holes through which the cooling water is discharged are formed on the other side in the longitudinal direction of the elastic frame,
A plurality of second reaction gas inlet through-holes through which a reaction gas is introduced and a plurality of second cooling water inlet through-holes through which cooling water is introduced are formed on one side of the separation plate in the longitudinal direction;
A unit cell for a fuel cell, characterized in that a plurality of second reaction gas discharge through-holes through which the reaction gas is discharged and a plurality of second cooling water discharge through-holes through which the cooling water is discharged are formed on the other side in the longitudinal direction of the separator.
상기 탄성체 프레임에는,
상기 제 1 반응가스 유입 관통홀과 상기 반응면 관통홀 및 상기 반응면 관통홀과 상기 제 1 반응가스 배출 관통홀 사이에는 상호간을 연통시키는 제 1 반응가스 연결유로가 형성되고,
상기 제 1 냉각수 유입 관통홀과 상기 냉각면 및 상기 냉각면과 상기 제 1 냉각수 배출 관통홀 사이에는 상호간을 연통시키는 제 1 냉각수 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위 셀.
11. The method of claim 10,
In the elastic frame,
A first reaction gas connection passage communicating with each other is formed between the first reaction gas inlet through hole and the reaction surface through hole, and between the reaction surface through hole and the first reaction gas discharge through hole,
and a first cooling water connection passage communicating with each other between the first cooling water inlet through hole and the cooling surface, and between the cooling surface and the first cooling water discharge through hole.
상기 제 1 반응가스 연결유로는 폭방향으로 서로 이격되어 길이방향을 따라 제 1 돌기부와 제 1 홈부가 반복적으로 형성되고,
상기 제 1 냉각수 연결유로는 폭방향으로 서로 이격되어 길이방향을 따라 제 2 돌기부와 제 2 홈부가 반복적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위 셀.
12. The method of claim 11,
The first reaction gas connection passage is spaced apart from each other in the width direction to repeatedly form a first protrusion and a first groove along the longitudinal direction,
The first coolant connection passage is spaced apart from each other in the width direction, and the second protrusion and the second groove are repeatedly formed along the longitudinal direction.
상기 분리판은 상기 제 1 반응가스 연결유로 및 제 1 냉각수 연결유로에 대면되는 영역이 평평하게 형성되어 상기 제 1 홈부와 분리판 사이로 반응가스가 유동되고, 상기 제 2 홈부와 분리판 사이로 냉각수가 유동되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위 셀.
13. The method of claim 12,
The separation plate has a flat region facing the first reaction gas connection passage and the first cooling water connection passage, so that the reaction gas flows between the first groove portion and the separation plate, and the cooling water flows between the second groove portion and the separation plate. A unit cell for a fuel cell, characterized in that it flows.
상기 분리판은 상기 제 1 반응가스 연결유로에 대면되는 영역에 상기 제 1 홈부와 포개지면서 반응가스가 유동되는 터널 형태의 제 1 포밍부와, 상기 제 1 돌기부에 포개지는 제 1 거치부로 이루어지는 제 2 반응가스 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위 셀.
13. The method of claim 12,
The separation plate includes a first forming part in the form of a tunnel in which the reactant gas flows while being superimposed on the first groove in a region facing the first reactive gas connection passage, and a first mounting part superimposed on the first protrusion. 2 A unit cell for a fuel cell, characterized in that the reaction gas connection passage is formed.
상기 분리판의 제 1 포밍부는 길이방향 양단이 연통되도록 분리판의 일면 방향으로 돌출되면서 절곡되어 형성되고, 상기 제 1 포밍부의 타면 영역으로 반응가스가 유동되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위 셀.
15. The method of claim 14,
The first forming part of the separator is formed by being bent while protruding in the direction of one surface of the separator so that both ends of the separator in the longitudinal direction communicate with each other, and the reaction gas flows to the area of the other surface of the first forming part.
상기 분리판은 상기 제 1 냉각수 연결유로에 대면되는 영역에 상기 제 2 홈부와 포개지면서 반응가스가 유동되는 터널 형태의 제 2 포밍부와, 상기 제 2 돌기부에 포개지는 제 2 거치부로 이루어지는 제 2 냉각수 연결유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위 셀.
13. The method of claim 12,
The separation plate includes a second forming part in the form of a tunnel in which a reaction gas flows while being superimposed on the second groove part in a region facing the first cooling water connection passage, and a second holding part superimposed on the second protrusion part. A unit cell for a fuel cell, characterized in that a cooling water connection passage is formed.
상기 분리판의 제 2 포밍부는 길이방향 양단이 연통되도록 분리판의 일면 방향으로 돌출되면서 절곡되어 형성되고, 상기 제 2 포밍부의 타면 영역으로 냉각수가 유동되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위 셀.
17. The method of claim 16,
The second forming part of the separator is formed by being bent while protruding in the direction of one surface of the separator so that both ends of the separator in the longitudinal direction communicate with each other, and the coolant flows to the area of the other surface of the second forming part.
폭방향으로 중앙영역에는 상기 인서트가 배치되는 반응면 관통홀이 형성되고, 상기 반응면 관통홀의 폭방향으로 양측영역에는 냉각수가 유동되는 한 쌍의 냉각면이 형성되는 다수개의 탄성체 프레임과;
상기 탄성체 프레임의 일면과 타면에 각각 배치되어 탄성체 프레임과의 계면으로 반응가스 및 냉각수를 유동되도록 하는 분리판을 포함하되,
서로 인접하는 탄성체 프레임 사이에는 하나의 분리판이 배치되어 적층되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
an insert in which a membrane electrode assembly and a pair of gas diffusion layers disposed on both surfaces are joined;
a plurality of elastic frames in which a reaction surface through-hole on which the insert is disposed is formed in a central region in the width direction, and a pair of cooling surfaces through which coolant flows are formed in both sides of the reaction surface through-hole in the width direction;
a separation plate disposed on one surface and the other surface of the elastic frame, respectively, to flow a reaction gas and cooling water to an interface with the elastic frame;
A fuel cell stack, characterized in that one separator is disposed and stacked between adjacent elastic frames.
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- 2020-07-14 KR KR1020200087010A patent/KR20220008627A/en active Search and Examination
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