KR20220087602A - Separator for fuel cell reinforced with wire and apparatus for manufacturing same - Google Patents

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KR20220087602A
KR20220087602A KR1020200176948A KR20200176948A KR20220087602A KR 20220087602 A KR20220087602 A KR 20220087602A KR 1020200176948 A KR1020200176948 A KR 1020200176948A KR 20200176948 A KR20200176948 A KR 20200176948A KR 20220087602 A KR20220087602 A KR 20220087602A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터는, 복수의 매니폴드 홀; 및 복수의 매니폴드 홀 사이에 배치되며 가스가 통과하는 가스 유로를 형성하는 복수의 유로 리브를 포함할 수 있고, 전기 전도성 입자 및 열경화성 수지를 포함하는 성형 재료로 형성될 수 있고, 성형 재료 내에 선재가 매립될 수 있으며, 선재는 유로 리브가 연장되는 방향에 직교하는 방향으로 배치될 수 있다.A separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a plurality of manifold holes; and a plurality of flow path ribs disposed between the plurality of manifold holes and forming a gas flow path through which gas passes, and may be formed of a molding material including electrically conductive particles and a thermosetting resin, and a wire rod in the molding material. may be embedded, and the wire rod may be disposed in a direction orthogonal to a direction in which the flow path rib extends.

Description

선재 보강형 연료 전지용 세퍼레이터 및 이를 제조하는 장치{SEPARATOR FOR FUEL CELL REINFORCED WITH WIRE AND APPARATUS FOR MANUFACTURING SAME}Separator for wire-reinforced fuel cell and device for manufacturing the same

본 발명은 연료 전지용 세퍼레이터 및 이를 제조하는 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a separator for a fuel cell and a manufacturing apparatus for manufacturing the same.

일반적으로, 연료 전지는 애노드에 수소를 공급하고 캐소드에 산소를 공급하여, 수소와 산소의 전기 화학 반응에 의해 전기 에너지를 얻는 장치이다. 연료 전지는 유해 가스를 배출하지 않고 소음과 진동을 적게 발생하므로 차세대 에너지원으로서 각광을 받고 있다.In general, a fuel cell is a device that supplies hydrogen to an anode and oxygen to a cathode to obtain electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Since fuel cells do not emit harmful gases and generate less noise and vibrations, they are in the spotlight as a next-generation energy source.

연료 전지는, 전해질 종류에 따라, 고분자 전해질 연료 전지(PEMFC), 인산형 연료 전지(PAFC), 용융 탄산염형 연료 전지(MCFC), 고체산화물 연료 전지(SOFC)로 분류된다. 이러한 연료 전지 중에서 고분자 전해질 연료 전지(PEMFC)가 널리 사용되고 있다.Fuel cells are classified into a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), and a solid oxide fuel cell (SOFC) according to the type of electrolyte. Among these fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) is widely used.

고분자 전해질 연료 전지는 수십 내지 수백 개의 단위 셀이 직렬로 적층된 구조를 갖는다. 단위 셀은 고체 고분자 전해질막, 전극, 세퍼레이터로 구성된다.A polymer electrolyte fuel cell has a structure in which tens to hundreds of unit cells are stacked in series. The unit cell is composed of a solid polymer electrolyte membrane, an electrode, and a separator.

세퍼레이터는 전극으로 공급되는 수소와 산소를 분리시키는 역할을 한다. 세퍼레이터는 수소와 산소를 완전히 분리시켜야 하므로 매우 높은 가스 불투과성을 가질 필요가 있다. 또한, 세퍼레이터는 전기 에너지를 집전체인 엔드 플레이트로 전력 손실 없이 전달하여야 하므로 우수한 전기 전도성을 가질 필요가 있다.The separator serves to separate hydrogen and oxygen supplied to the electrode. The separator needs to have a very high gas impermeability since it must completely separate hydrogen and oxygen. In addition, the separator needs to have excellent electrical conductivity since it must transmit electrical energy to the end plate, which is a current collector, without loss of power.

또한, 세퍼레이터는 내부에 형성되는 가스 유로를 통과하는 가스가 외부로 누출되는 것을 방지하도록 기밀성을 가질 필요가 있다.In addition, the separator needs to have airtightness to prevent gas passing through a gas flow path formed therein from leaking to the outside.

또한, 세퍼레이터는 연료 전지 내에서 큰 체적을 차지하므로, 대용량으로 제작되는 연료 전지의 무게를 줄일 수 있도록 세퍼레이터는 작은 두께를 갖도록 제작될 필요가 있다.In addition, since the separator occupies a large volume in the fuel cell, the separator needs to be manufactured to have a small thickness in order to reduce the weight of the fuel cell manufactured with a large capacity.

또한, 세퍼레이터는 작은 두께에도 불구하고 진동 및 외력을 견딜 수 있도록 강성을 가질 필요가 있다.In addition, the separator needs to have rigidity to withstand vibration and external force despite its small thickness.

본 발명의 목적은 강성이 보강된 연료 전지용 세퍼레이터 및 이를 제조하는 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a separator for a fuel cell with reinforced rigidity and an apparatus for manufacturing the same.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터는, 복수의 매니폴드 홀; 및 복수의 매니폴드 홀 사이에 배치되며 가스가 통과하는 가스 유로를 형성하는 복수의 유로 리브를 포함할 수 있고, 전기 전도성 입자 및 열경화성 수지를 포함하는 성형 재료로 형성될 수 있고, 성형 재료 내에 선재가 매립될 수 있으며, 선재는 유로 리브가 연장되는 방향에 직교하는 방향으로 배치될 수 있다.A separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a plurality of manifold holes; and a plurality of flow path ribs disposed between the plurality of manifold holes and forming a gas flow path through which gas passes, and may be formed of a molding material including electrically conductive particles and a thermosetting resin, and a wire rod in the molding material. may be embedded, and the wire rod may be disposed in a direction orthogonal to a direction in which the flow path rib extends.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터 제조 장치는, 제1 금형; 제1 금형에 대면하게 배치되며 성형 재료가 수용되는 수용 공간을 구비하는 제2 금형; 제2 금형 내에 배치되어 성형 재료를 가열하도록 구성되는 가열 유닛; 제1 금형 및 제2 금형 사이로 선재를 공급하는 선재 공급 유닛; 및 수용 공간으로 성형 재료를 공급하는 성형 재료 공급 유닛을 포함할 수 있다.In addition, an apparatus for manufacturing a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: a first mold; a second mold disposed to face the first mold and having an accommodating space in which a molding material is accommodated; a heating unit disposed in the second mold and configured to heat the molding material; a wire rod supply unit for supplying a wire rod between the first mold and the second mold; and a molding material supply unit for supplying the molding material to the accommodation space.

제1 금형의 내부에는 성형 재료 공급 유닛으로부터 성형 재료가 공급되는 성형 재료 공급 통로가 형성될 수 있고, 성형 재료 공급 유닛으로부터 공급되는 성형 재료는 성형 재료 공급 통로를 통하여 수용 공간으로 공급될 수 있다.A molding material supply passage through which the molding material is supplied from the molding material supply unit may be formed inside the first mold, and the molding material supplied from the molding material supply unit may be supplied to the accommodation space through the molding material supply passage.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터에 따르면, 세퍼레이터를 구성하는 성형 재료 내에 선재가 매립되므로, 세퍼레이터의 강성이 향상될 수 있으며, 이에 따라, 세퍼레이터가 작은 두께에도 불구하고 진동 및 외력을 견딜 수 있도록 할 수 있다.According to the separator for fuel cell according to the embodiment of the present invention, since the wire is embedded in the molding material constituting the separator, the rigidity of the separator can be improved, and thus the separator can withstand vibration and external force despite its small thickness. can make it

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터가 막 전극 조립체에 결합된 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터에 복수의 선재가 분포된 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터를 제조하는 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터를 제조하는 장치의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.1 is a diagram schematically illustrating a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating a configuration in which a separator for a fuel cell is coupled to a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating a configuration in which a plurality of wires are distributed in a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating an apparatus for manufacturing a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
5 to 8 are schematic diagrams for explaining the operation of an apparatus for manufacturing a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터 및 이를 제조하는 장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, a separator for a fuel cell and an apparatus for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터(50)는, 열경화성 수지, 전기 전도성 입자, 탄소 섬유를 혼합한 혼합물(이하, 성형 재료라 함)을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 세퍼레이터(50)는 20 내지 35 wt.%의 열경화성 수지와, 80 내지 65 wt.%의 전기 전도성 입자 및 탄소 섬유를 혼합하여 제조된 성형 재료를 사용하여 제조될 수 있다.As shown in FIG. 1 , the separator 50 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention may be manufactured using a mixture (hereinafter referred to as a molding material) in which a thermosetting resin, electrically conductive particles, and carbon fibers are mixed. have. For example, the separator 50 may be manufactured using a molding material prepared by mixing 20 to 35 wt.% of a thermosetting resin and 80 to 65 wt.% of electrically conductive particles and carbon fibers.

열경화성 수지는 페놀 수지일 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다양한 열경화성 수지가 사용될 수 있다.The thermosetting resin may be a phenolic resin. However, the present invention is not limited thereto, and various thermosetting resins may be used.

전기 전도성 입자는 카본 블랙 입자일 수 있다. 카본 블랙 입자는 전기 전도성이 높으므로, 카본 블랙 입자를 사용하여 제조되는 세퍼레이터(50)의 전기 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 카본 블랙 입자는 가공성이 우수하므로, 카본 블랙 입자를 사용하여 제조되는 세퍼레이터(50)는 1 내지 2 mm 정도로 작은 두께를 가질 수 있다.The electrically conductive particles may be carbon black particles. Since the carbon black particles have high electrical conductivity, the electrical conductivity of the separator 50 manufactured using the carbon black particles can be improved. In addition, since the carbon black particles have excellent processability, the separator 50 manufactured using the carbon black particles may have a thickness as small as 1 to 2 mm.

한편, 카본 블랙 입자의 양이 증가함에 따라 세퍼레이터(50)의 전기 전도성은 좋아지지만 세퍼레이터(50)의 강도가 저하될 수 있다. 따라서, 세퍼레이터(50)의 강도를 보완하기 위해, 세퍼레이터(50)는 카본 블랙 입자에 탄소 섬유를 혼합한 혼합물을 사용하여 제조된다. 예를 들면, 탄소 섬유는 PAN계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 셀룰로오스계 탄소 섬유 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 탄소 섬유는 1 내지 12 mm의 길이를 가질 수 있지만, 본 발명은 탄소 섬유의 길이에 한정되지 않는다.Meanwhile, as the amount of carbon black particles increases, the electrical conductivity of the separator 50 may improve, but the strength of the separator 50 may decrease. Therefore, in order to supplement the strength of the separator 50, the separator 50 is manufactured using a mixture of carbon black particles mixed with carbon fibers. For example, the carbon fiber may be any one of a PAN-based carbon fiber, a pitch-based carbon fiber, and a cellulose-based carbon fiber. For example, the carbon fiber may have a length of 1 to 12 mm, but the present invention is not limited to the length of the carbon fiber.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터(50)는, 복수의 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132), 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232), 복수의 유로 리브(300), 복수의 외곽 돌기(411, 421)를 구비한다.As shown in FIG. 1 , the separator 50 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention includes a plurality of manifold holes 111 , 112 , 121 , 122 , 131 , 132 , a plurality of manifold protrusions 211 , 212 , 221 , 222 , 231 , 232 , a plurality of flow path ribs 300 , and a plurality of outer protrusions 411 and 421 are provided.

복수의 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132)은, 복수의 가스 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122) 및 한 쌍의 냉매 매니폴드 홀(131, 132)을 포함한다.The plurality of manifold holes 111 , 112 , 121 , 122 , 131 and 132 includes a plurality of gas manifold holes 111 , 112 , 121 , 122 and a pair of refrigerant manifold holes 131 and 132 . do.

복수의 가스 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122)은, 한 쌍의 제1 가스 매니폴드 홀(111, 112) 및 한 쌍의 제2 가스 매니폴드 홀(121, 122)을 포함한다.The plurality of gas manifold holes 111 , 112 , 121 , and 122 include a pair of first gas manifold holes 111 and 112 and a pair of second gas manifold holes 121 and 122 .

한 쌍의 제1 가스 매니폴드 홀(111, 112)은, 제1 가스가 유입되는 제1 가스 유입홀(111)과, 제1 가스가 배출되는 제1 가스 배출홀(112)을 포함한다. 제1 가스는 제1 가스 유입홀(111)을 통하여 세퍼레이터(50)의 내부로 유입되고, 세퍼레이터(50) 내부의 제1 가스 유로를 통과한 다음, 제1 가스 배출홀(112)을 통하여 세퍼레이터(50)의 외부로 배출된다.The pair of first gas manifold holes 111 and 112 include a first gas inlet hole 111 through which the first gas is introduced, and a first gas outlet hole 112 through which the first gas is discharged. The first gas flows into the separator 50 through the first gas inlet hole 111 , passes through the first gas flow path inside the separator 50 , and then through the first gas outlet hole 112 to the separator (50) is discharged to the outside.

한 쌍의 제2 가스 매니폴드 홀(121, 122)은, 제2 가스가 유입되는 제2 가스 유입홀(121)과, 제2 가스가 배출되는 제2 가스 배출홀(122)을 포함한다. 제2 가스는 제2 가스 유입홀(121)을 통하여 세퍼레이터(50)의 내부로 유입되고, 세퍼레이터(50) 내부의 제2 가스 유로를 통과한 다음, 제2 가스 배출홀(122)을 통하여 세퍼레이터(50)의 외부로 배출된다.The pair of second gas manifold holes 121 and 122 include a second gas inlet hole 121 through which a second gas is introduced, and a second gas outlet hole 122 through which the second gas is discharged. The second gas is introduced into the separator 50 through the second gas inlet hole 121 , passes through the second gas flow path inside the separator 50 , and then through the second gas outlet hole 122 to the separator. (50) is discharged to the outside.

여기에서, 제1 가스 및 제2 가스 중 어느 하나는 연료 가스일 수 있고, 제1 가스 및 제2 가스 중 다른 하나는 산화제 가스일 수 있다.Here, any one of the first gas and the second gas may be a fuel gas, and the other of the first gas and the second gas may be an oxidizing gas.

각각의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)는 각각의 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132)의 둘레를 따라 연장될 수 있다. 각각의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)는 각각의 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132)을 둘러싸도록 형성된다. 각각의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)는 세퍼레이터(50)의 표면으로부터 돌출되어 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132)을 통하여 유동하는 냉매, 제1 가스 또는 제2 가스가 외부로 누출하는 것을 방지하는 역할을 한다.Each of the manifold protrusions 211 , 212 , 221 , 222 , 231 , and 232 may extend along the circumference of each of the manifold holes 111 , 112 , 121 , 122 , 131 and 132 . Each of the manifold protrusions 211 , 212 , 221 , 222 , 231 , and 232 is formed to surround each of the manifold holes 111 , 112 , 121 , 122 , 131 and 132 . Each of the manifold protrusions 211, 212, 221, 222, 231, 232 protrudes from the surface of the separator 50 and flows through the manifold holes 111, 112, 121, 122, 131, and 132; It serves to prevent the first gas or the second gas from leaking to the outside.

복수의 외곽 돌기(411, 421)는 세퍼레이터(50)의 외곽을 따라 연장될 수 있다. 복수의 외곽 돌기(411, 421)는 제1 외곽 돌기(411) 및 제2 외곽 돌기(421)를 포함한다.The plurality of outer protrusions 411 and 421 may extend along the outer edge of the separator 50 . The plurality of outer protrusions 411 and 421 include a first outer protrusion 411 and a second outer protrusion 421 .

제1 외곽 돌기(411)는 복수의 유로 리브(300)를 둘러싸도록 형성된다. 제2 외곽 돌기(421)는 복수의 유로 리브(300), 복수의 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132), 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)를 포위하도록 형성된다. 복수의 외곽 돌기(411, 421)는 세퍼레이터(50)의 내부에서 유동하는 냉매, 제1 가스 또는 제2 가스가 외부로 누출되는 것을 방지하는 역할을 한다.The first outer protrusion 411 is formed to surround the plurality of flow path ribs 300 . The second outer protrusion 421 includes a plurality of flow path ribs 300 , a plurality of manifold holes 111 , 112 , 121 , 122 , 131 , 132 , and a plurality of manifold protrusions 211 , 212 , 221 , 222 , 231 . , 232). The plurality of outer protrusions 411 and 421 serves to prevent the refrigerant, the first gas, or the second gas flowing in the separator 50 from leaking to the outside.

복수의 유로 리브(300)는 세퍼레이터(50)의 표면으로부터 돌출될 수 있다. 복수의 유로 리브(300)는 서로 이격되게 형성될 수 있으며, 이에 따라, 복수의 유로 리브(300) 사이에는 제1 가스가 통과하는 제1 가스 유로 또는 제2 가스가 통과하는 제2 가스 유로가 형성될 수 있다.The plurality of flow path ribs 300 may protrude from the surface of the separator 50 . The plurality of flow path ribs 300 may be formed to be spaced apart from each other. Accordingly, a first gas flow path through which the first gas passes or a second gas flow path through which the second gas passes is formed between the plurality of flow path ribs 300 . can be formed.

본 발명의 실시예에 따르면, 한 쌍의 세퍼레이터(50)가 서로 결합되어 하나의 조립체를 구성할 수 있다. 한 쌍의 세퍼레이터(50)가 서로 결합되는 것에 의해 어느 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)가 다른 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)에 접합될 수 있다. 이때, 어느 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)의 접합면과 다른 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232)의 접합면이 서로 접촉될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a pair of separators 50 may be coupled to each other to constitute one assembly. When the pair of separators 50 are coupled to each other, the plurality of manifold protrusions 211 , 212 , 221 , 222 , 231 , 232 of one separator 50 becomes a plurality of the plurality of separators 50 of the other separator 50 . It may be bonded to the manifold protrusions 211 , 212 , 221 , 222 , 231 , and 232 . At this time, the bonding surface of the plurality of manifold protrusions 211 , 212 , 221 , 222 , 231 , 232 of one separator 50 and the plurality of manifold protrusions 211 , 212 of the other separator 50 , The bonding surfaces of 221 , 222 , 231 , and 232 may be in contact with each other.

또한, 한 쌍의 세퍼레이터(50)가 서로 결합되는 것에 의해 어느 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 외곽 돌기(411, 421)가 다른 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 외곽 돌기(411, 421)에 접합될 수 있다. 이때, 어느 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 외곽 돌기(411, 421)의 접합면과 다른 하나의 세퍼레이터(50)의 복수의 외곽 돌기(411, 421)의 접합면이 서로 접촉될 수 있다.In addition, when the pair of separators 50 are coupled to each other, the plurality of outer protrusions 411 and 421 of one separator 50 are replaced with the plurality of outer protrusions 411 and 421 of the other separator 50 . can be joined to In this case, the bonding surface of the plurality of outer protrusions 411 and 421 of one separator 50 and the bonding surface of the plurality of outer protrusions 411 and 421 of the other separator 50 may be in contact with each other.

도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 세퍼레이터(50)는 막 전극 조립체(60)에 결합되어 하나의 단위 셀을 형성한다. 그리고, 복수의 단위 셀이 적층되어 연료 전지 스택을 형성한다.As shown in FIG. 2 , a pair of separators 50 are coupled to the membrane electrode assembly 60 to form one unit cell. Then, a plurality of unit cells are stacked to form a fuel cell stack.

막 전극 조립체(60)는, 제1 전극(61), 제2 전극(62), 전해질 막(63)을 포함한다. 전해질 막(63)은 제1 전극(61) 및 제2 전극(62) 사이에 배치된다.The membrane electrode assembly 60 includes a first electrode 61 , a second electrode 62 , and an electrolyte membrane 63 . The electrolyte membrane 63 is disposed between the first electrode 61 and the second electrode 62 .

막 전극 조립체(60)와 세퍼레이터(50) 사이에는 가스 확산층(64)이 배치될 수 있다.A gas diffusion layer 64 may be disposed between the membrane electrode assembly 60 and the separator 50 .

제1 전극(61) 및 제2 전극(62) 중 어느 하나는 애노드일 수 있고, 제1 전극(61) 및 제2 전극(62) 중 다른 하나는 캐소드일 수 있다.Any one of the first electrode 61 and the second electrode 62 may be an anode, and the other one of the first electrode 61 and the second electrode 62 may be a cathode.

한 쌍의 세퍼레이터(50)가 제1 전극(61) 및 제2 전극(62)에 결합되는 것에 의해 복수의 유로 리브(300) 사이의 공간이 밀폐되며, 이에 따라, 복수의 유로 리브(300)의 길이 방향으로 제1 가스 유로 및 제2 가스 유로가 형성될 수 있다.The space between the plurality of flow path ribs 300 is sealed by the pair of separators 50 being coupled to the first electrode 61 and the second electrode 62 , and accordingly, the plurality of flow path ribs 300 . A first gas flow path and a second gas flow path may be formed in a longitudinal direction of .

한 쌍의 세퍼레이터(50)는, 제1 전극(61)에 인접하게 배치되는 제1 세퍼레이터(51)와, 제2 전극(62)에 인접하게 배치되는 제2 세퍼레이터(52)를 포함한다.The pair of separators 50 includes a first separator 51 disposed adjacent to the first electrode 61 and a second separator 52 disposed adjacent to the second electrode 62 .

제1 세퍼레이터(51)가 제1 전극(61)에 결합되는 것에 의해, 제1 세퍼레이터(51) 및 제1 전극(61) 사이에 제1 가스 유로(310)가 형성될 수 있다. 제1 가스는 제1 가스 유로(310)를 따라 유동할 수 있다.When the first separator 51 is coupled to the first electrode 61 , a first gas flow path 310 may be formed between the first separator 51 and the first electrode 61 . The first gas may flow along the first gas flow path 310 .

제2 세퍼레이터(52)가 제2 전극(62)에 결합되는 것에 의해, 제2 세퍼레이터(52) 및 제2 전극(62) 사이에 제2 가스 유로(320)가 형성될 수 있다. 제2 가스는 제2 가스 유로(320)를 따라 유동할 수 있다.When the second separator 52 is coupled to the second electrode 62 , a second gas flow path 320 may be formed between the second separator 52 and the second electrode 62 . The second gas may flow along the second gas flow path 320 .

그리고, 제1 세퍼레이터(51) 및 제2 세퍼레이터(52)가 서로 결합되는 것에 의해, 제1 세퍼레이터(51) 및 제2 세퍼레이터(52) 사이에 냉매 유로(330)가 형성될 수 있다. 냉매는 냉매 유로(330)를 따라 유동할 수 있다.Also, when the first separator 51 and the second separator 52 are coupled to each other, the refrigerant passage 330 may be formed between the first separator 51 and the second separator 52 . The refrigerant may flow along the refrigerant passage 330 .

세퍼레이터(50)는 일정 간격으로 굴곡된 판형 부재로 형성된다. 세퍼레이터(50)는 성형 재료(501)의 내부에 선재(502)가 매립된 구성을 갖는다.The separator 50 is formed of a plate-shaped member bent at regular intervals. The separator 50 has a configuration in which the wire rod 502 is embedded in the molding material 501 .

선재(502)는 세퍼레이터(50)를 보강하는 역할을 한다. 예를 들면, 선재(502)는 유리 섬유, 금속, 합성 수지로 형성될 수 있다.The wire rod 502 serves to reinforce the separator 50 . For example, the wire rod 502 may be formed of glass fiber, metal, or synthetic resin.

일 예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 선재(502)가 세퍼레이터(50) 내에 분포될 수 있다. 복수의 선재(502)는 복수의 유로 리브(300)가 형성된 영역 내에 분포될 수 있다.As an example, as shown in FIG. 3 , a plurality of wire rods 502 may be distributed in the separator 50 . The plurality of wire rods 502 may be distributed in an area in which the plurality of flow path ribs 300 are formed.

제1 가스 유로(310), 제2 가스 유로(320) 및 냉매 유로(330)를 형성하는 복수의 유로 리브(300)가 형성되는 영역 내에 복수의 선재(502)가 분포된다. 따라서, 제1 가스 유로(310), 제2 가스 유로(320) 및 냉매 유로(330)가 형성되는 부분이 복수의 선재(502)에 의해 보강될 수 있다.A plurality of wire rods 502 are distributed in an area in which a plurality of flow path ribs 300 forming the first gas flow path 310 , the second gas flow path 320 , and the refrigerant flow path 330 are formed. Accordingly, portions in which the first gas passage 310 , the second gas passage 320 , and the refrigerant passage 330 are formed may be reinforced by the plurality of wire rods 502 .

여기에서, 복수의 선재(502)는 복수의 유로 리브(300)가 연장되는 방향에 직교하는 방향으로 배치될 수 있다. 복수의 선재(502)는 복수의 유로 리브(300)가 연장되는 방향에 직교하는 방향으로 배치되므로, 제1 가스 유로(310), 제2 가스 유로(320) 및 냉매 유로(330)가 형성되는 부분이 더욱 효과적으로 보강될 수 있다. 따라서, 제1 가스, 제2 가스 및 냉매가 유동하는 과정에서 발생할 수 있는 진동 또는 외부로부터 가해지는 힘에 견딜 수 있는 세퍼레이터(50)를 구현할 수 있다.Here, the plurality of wire rods 502 may be disposed in a direction perpendicular to the extending direction of the plurality of flow path ribs 300 . Since the plurality of wire rods 502 are disposed in a direction perpendicular to the direction in which the plurality of passage ribs 300 extend, the first gas passage 310 , the second gas passage 320 and the refrigerant passage 330 are formed. The part can be reinforced more effectively. Accordingly, it is possible to implement the separator 50 capable of withstanding vibrations that may occur during the flow of the first gas, the second gas, and the refrigerant or a force applied from the outside.

도 4에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(50)를 제조하는 세퍼레이터 제조 장치(90)는, 제1 금형(91), 제2 금형(92), 가열 유닛(93), 구동 유닛(94), 선재 공급 유닛(95), 성형 재료 공급 유닛(96)을 포함한다.As shown in FIG. 4 , the separator manufacturing apparatus 90 for manufacturing the separator 50 includes a first mold 91 , a second mold 92 , a heating unit 93 , a drive unit 94 , and a wire rod. a supply unit 95 and a molding material supply unit 96 .

제1 금형(91)에는 성형 재료 공급 유닛(96)으로부터 공급되는 성형 재료가 통과하는 성형 재료 공급 통로(961)가 구비될 수 있다. 성형 재료 공급 통로(961)는 제1 금형(91)의 내부에 형성될 수 있다. 성형 재료 공급 통로(961)는 복수로 분기될 수 있다. 성형 재료 공급 통로(961)의 출구는 제2 금형(92)을 향하여 형성될 수 있다. 성형 재료 공급 유닛(96)로부터 공급되는 성형 재료(501)는 성형 재료 공급 통로(961)를 통하여 제2 금형(92)을 향하여 공급될 수 있다. 따라서, 제1 금형(91)은 성형 재료(501)를 가압하는 가압 부재로서의 역할과 함께 성형 재료(501)를 공급하는 노즐로서의 역할을 할 수 있다. 따라서, 성형 재료(501)를 공급하기 위한 별도의 노즐을 설치하는 경우에 비하여, 세퍼레이터 제조 장치(90)의 구성을 단순화할 수 있다.The first mold 91 may be provided with a molding material supply passage 961 through which the molding material supplied from the molding material supply unit 96 passes. The molding material supply passage 961 may be formed in the first mold 91 . The molding material supply passage 961 may be branched into a plurality. The outlet of the molding material supply passage 961 may be formed toward the second mold 92 . The molding material 501 supplied from the molding material supply unit 96 may be supplied toward the second mold 92 through the molding material supply passage 961 . Accordingly, the first mold 91 may serve as a nozzle for supplying the molding material 501 while serving as a pressing member for pressing the molding material 501 . Therefore, compared with the case where a separate nozzle for supplying the molding material 501 is provided, the structure of the separator manufacturing apparatus 90 can be simplified.

제2 금형(92)은 제1 금형(91)에 대면하도록 배치된다. 제2 금형(92)에는 성형 재료(501)가 수용되는 수용 공간(921)이 형성될 수 있다.The second mold 92 is disposed to face the first mold 91 . An accommodation space 921 in which the molding material 501 is accommodated may be formed in the second mold 92 .

제1 금형(91) 및 제2 금형(92)에는 복수의 요철부가 형성될 수 있다. 제1 금형(91) 및 제2 금형(92)이 성형 재료(501)를 가압할 때, 복수의 요철부가 성형 재료(501)를 가압하며, 이에 따라, 복수의 매니폴드 홀(111, 112, 121, 122, 131, 132), 복수의 매니폴드 돌기(211, 212, 221, 222, 231, 232), 복수의 유로 리브(300), 복수의 외곽 돌기(411, 421)를 갖는 세퍼레이터(50)가 성형될 수 있다.A plurality of concavo-convex portions may be formed in the first mold 91 and the second mold 92 . When the first mold 91 and the second mold 92 press the molding material 501 , the plurality of uneven portions press the molding material 501 , and accordingly, the plurality of manifold holes 111 , 112 , 121, 122, 131, 132), a plurality of manifold protrusions 211, 212, 221, 222, 231, 232, a plurality of flow path ribs 300, and a separator 50 having a plurality of outer protrusions 411 and 421 ) can be molded.

가열 유닛(93)은 제2 금형(92) 내에 매립될 수 있다. 가열 유닛(93)은 제2 금형(92)의 수용 공간(921)에 수용된 성형 재료(501)를 가열하여 경화시키는 역할을 한다.The heating unit 93 may be embedded in the second mold 92 . The heating unit 93 serves to heat and harden the molding material 501 accommodated in the accommodation space 921 of the second mold 92 .

구동 유닛(94)은 제1 금형(91)과 연결되어 제1 금형(91)을 제2 금형(92)에 대하여 이동시킬 수 있다.The driving unit 94 may be connected to the first mold 91 to move the first mold 91 with respect to the second mold 92 .

선재 공급 유닛(95)은 선재(502)를 제1 금형(91) 및 제2 금형(92) 사이로 공급하도록 구성된다.The wire rod supply unit 95 is configured to supply the wire rod 502 between the first mold 91 and the second mold 92 .

선재 공급 유닛(95)은 클램프(951) 및 클램프 이동 모듈(952)을 포함할 수 있다. 클램프(951)는 선재(502)를 파지하도록 구성될 수 있다. 클램프 이동 모듈(952)은 클램프(951)를 수평으로 이동시키도록 구성될 수 있다.The wire supply unit 95 may include a clamp 951 and a clamp movement module 952 . The clamp 951 may be configured to grip the wire rod 502 . The clamp moving module 952 may be configured to horizontally move the clamp 951 .

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 세퍼레이터 제조 장치(90)를 사용하여 세퍼레이터(50)를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 5-8, the method of manufacturing the separator 50 using the separator manufacturing apparatus 90 is demonstrated.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 금형(91)이 제2 금형(92)으로 이동되어 제1 금형(91) 및 제2 금형(92)이 서로 밀착된다.First, as shown in FIG. 5 , the first mold 91 is moved to the second mold 92 so that the first mold 91 and the second mold 92 are in close contact with each other.

그리고, 성형 재료 공급 유닛(96)로부터 성형 재료 공급 통로(961)를 통하여 수용 공간(921)으로 성형 재료(501)가 공급된다. 이때, 성형 재료(501)는 세퍼레이터(50)의 체적 중 일부에 해당하는 체적만큼 공급된다.Then, the molding material 501 is supplied from the molding material supply unit 96 to the accommodation space 921 through the molding material supply passage 961 . At this time, the molding material 501 is supplied by a volume corresponding to a part of the volume of the separator 50 .

그리고, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 금형(91) 및 제2 금형(92)이 서로 이격된 상태에서, 선재 공급 유닛(95)에 의해 선재(502)가 성형 재료(501) 상으로 공급된다.And, as shown in FIGS. 6 and 7 , in a state where the first mold 91 and the second mold 92 are spaced apart from each other, the wire rod 502 is transferred to the molding material 501 by the wire rod supply unit 95 . ) is supplied as

그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 금형(91)이 제2 금형(92)으로 이동되어 제1 금형(91) 및 제2 금형(92)이 서로 밀착된다.And, as shown in FIG. 8 , the first mold 91 is moved to the second mold 92 so that the first mold 91 and the second mold 92 are in close contact with each other.

그리고, 성형 재료 공급 유닛(96)로부터 성형 재료 공급 통로(961)를 통하여 수용 공간(921)으로 성형 재료(501)가 공급되는 것과 함께 성형 재료(501)가 제1 금형(91) 및 제2 금형(92)에 의해 가압된다.Then, the molding material 501 is supplied from the molding material supply unit 96 to the accommodation space 921 through the molding material supply passage 961 , and the molding material 501 is supplied to the first mold 91 and the second mold 91 . It is pressed by the mold 92 .

그리고, 수용 공간(921) 내의 성형 재료(501)가 가열 유닛(93)에 의해 가열되며, 이에 따라, 성형 재료(501)가 경화되면서 세퍼레이터(50)가 완성된다.Then, the molding material 501 in the accommodation space 921 is heated by the heating unit 93 , thereby completing the separator 50 while curing the molding material 501 .

본 발명의 실시예에 따른 세퍼레이터(50)에 따르면, 세퍼레이터(50)를 구성하는 성형 재료(501) 내에 선재(502)가 매립되므로, 세퍼레이터(50)의 강성이 향상될 수 있으며, 이에 따라, 세퍼레이터(50)가 작은 두께에도 불구하고 진동 및 외력을 견딜 수 있도록 할 수 있다.According to the separator 50 according to the embodiment of the present invention, since the wire rod 502 is embedded in the molding material 501 constituting the separator 50, the rigidity of the separator 50 can be improved, and accordingly, It is possible to enable the separator 50 to withstand vibration and external force despite its small thickness.

본 발명의 바람직한 실시예가 예시적으로 설명되었으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경될 수 있다.Although preferred embodiments of the present invention have been described by way of example, the scope of the present invention is not limited to such specific embodiments, and may be appropriately modified within the scope described in the claims.

50: 세퍼레이터
60: 막 전극 조립체
90: 세퍼레이터 제조 장치50: separator
60: membrane electrode assembly
90: separator manufacturing device

Claims (3)

복수의 매니폴드 홀; 및
상기 복수의 매니폴드 홀 사이에 배치되며 가스가 통과하는 가스 유로를 형성하는 복수의 유로 리브를 포함하는 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서,
전기 전도성 입자 및 열경화성 수지를 포함하는 성형 재료로 형성되고, 상기 성형 재료 내에 선재가 매립되며,
상기 선재는 상기 유로 리브가 연장되는 방향에 직교하는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 세퍼레이터.a plurality of manifold holes; and
In the separator for a fuel cell comprising a plurality of flow path ribs disposed between the plurality of manifold holes and forming a gas flow path through which gas passes,
It is formed of a molding material comprising electrically conductive particles and a thermosetting resin, and a wire rod is embedded in the molding material,
The fuel cell separator, wherein the wire rod is disposed in a direction perpendicular to a direction in which the flow path rib extends. 제1 금형;
상기 제1 금형에 대면하게 배치되며 성형 재료가 수용되는 수용 공간을 구비하는 제2 금형;
상기 제2 금형 내에 배치되어 상기 성형 재료를 가열하도록 구성되는 가열 유닛;
상기 제1 금형 및 상기 제2 금형 사이로 선재를 공급하는 선재 공급 유닛; 및
상기 수용 공간으로 상기 성형 재료를 공급하는 성형 재료 공급 유닛을 포함하는 연료 전지용 세퍼레이터 제조 장치.a first mold;
a second mold disposed to face the first mold and having an accommodating space in which a molding material is accommodated;
a heating unit disposed in the second mold and configured to heat the molding material;
a wire supply unit supplying a wire rod between the first mold and the second mold; and
and a molding material supply unit supplying the molding material to the accommodation space. 청구항 2에 있어서,
상기 제1 금형의 내부에는 상기 성형 재료 공급 유닛으로부터 상기 성형 재료가 공급되는 성형 재료 공급 통로가 형성되고,
상기 성형 재료 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 성형 재료는 상기 성형 재료 공급 통로를 통하여 상기 수용 공간으로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 세퍼레이터 제조 장치.3. The method according to claim 2,
A molding material supply passage through which the molding material is supplied from the molding material supply unit is formed inside the first mold,
and the molding material supplied from the molding material supply unit is supplied to the accommodation space through the molding material supply passage.
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