KR20220097565A - Separator for fuel cell with means for detecting temperature - Google Patents

Separator for fuel cell with means for detecting temperature Download PDF

Info

Publication number
KR20220097565A
KR20220097565A KR1020200186963A KR20200186963A KR20220097565A KR 20220097565 A KR20220097565 A KR 20220097565A KR 1020200186963 A KR1020200186963 A KR 1020200186963A KR 20200186963 A KR20200186963 A KR 20200186963A KR 20220097565 A KR20220097565 A KR 20220097565A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
separator
refrigerant
fuel cell
gas
temperature sensor
Prior art date
Application number
KR1020200186963A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
정한기
정갑수
Original Assignee
비나텍주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비나텍주식회사 filed Critical 비나텍주식회사
Priority to KR1020200186963A priority Critical patent/KR20220097565A/en
Publication of KR20220097565A publication Critical patent/KR20220097565A/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

A separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is a separator for a fuel cell including a gas passage through which gas passes and a refrigerant passage through which a refrigerant passes. The separator for a fuel cell can further include: a temperature sensor disposed adjacent to the refrigerant passage to measure the temperature of the refrigerant passing through the refrigerant passage; and a signal line for transmitting a signal of the temperature sensor to the outside, wherein the signal line can be embedded in a molding material constituting the separator.

Description

온도 감지 수단을 구비한 연료 전지용 세퍼레이터{SEPARATOR FOR FUEL CELL WITH MEANS FOR DETECTING TEMPERATURE}Separator for fuel cell provided with temperature sensing means

본 발명은 연료 전지용 세퍼레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a separator for a fuel cell.

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. 또한, 세퍼레이터는 내부에 형성되는 가스 유로를 통과하는 가스가 외부로 누출되는 것을 방지하도록 기밀성을 가질 필요가 있다. 또한, 세퍼레이터는 연료 전지 내에서 큰 체적을 차지하므로, 대용량으로 제작되는 연료 전지의 무게를 줄일 수 있도록 세퍼레이터는 작은 두께를 갖도록 제작될 필요가 있다. 또한, 세퍼레이터는 작은 두께에도 불구하고 진동 및 외력을 견딜 수 있도록 강성을 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. In addition, the separator needs to have airtightness to prevent gas passing through a gas flow path formed therein from leaking to the outside. 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. In addition, the separator needs to have rigidity to withstand vibration and external force despite its small thickness.

한편, 연료 전지는 연료인 수소와 산화제인 산소의 전기 화학적 반응을 통하여 전력과 열을 생성한다. 연료 전지의 작동 온도가 미리 설정된 온도보다 낮으면 연료 전지의 효율이 감소하여 수소 및 산소의 소모량이 증가한다. 그리고, 연료 전지의 작동 온도가 미리 설정된 온도보다 높으면 연료 전지 내의 고분자 전해질이 손상되어 연료 전지의 내구성이 저하될 수 있다. 따라서, 연료 전지의 작동 온도를 일정하게 유지하기 위해 연료 전지의 내부에서 순환하는 냉매의 온도를 적절하게 관리할 필요가 있다.Meanwhile, a fuel cell generates electric power and heat through an electrochemical reaction between hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidizing agent. When the operating temperature of the fuel cell is lower than the preset temperature, the efficiency of the fuel cell is reduced and the consumption of hydrogen and oxygen is increased. In addition, if the operating temperature of the fuel cell is higher than a preset temperature, the polymer electrolyte in the fuel cell may be damaged, and thus durability of the fuel cell may be deteriorated. Therefore, it is necessary to properly manage the temperature of the refrigerant circulating inside the fuel cell in order to maintain the operating temperature of the fuel cell constant.

본 발명의 목적은 연료 전지의 내부에서 순환하는 냉매의 온도가 적절하게 관리되도록 할 수 있는 연료 전지용 세퍼레이터를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a separator for a fuel cell capable of properly managing the temperature of a refrigerant circulating inside the fuel cell.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터는, 가스가 통과하는 가스 유로 및 냉매가 통과하는 냉매 유로를 포함하는 연료 전지용 세퍼레이터로서, 냉매 유로에 인접하게 배치되어 냉매 유로를 통과하는 냉매의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 온도 센서의 신호를 외부로 전달하는 신호 라인을 더 포함할 수 있고, 신호 라인은 세퍼레이터를 구성하는 성형 재료 내에 매립될 수 있다.A separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a separator for a fuel cell including a gas passage through which gas passes and a refrigerant passage through which a refrigerant passes, and is disposed adjacent to the refrigerant passage to form a refrigerant passage. a temperature sensor that measures the temperature of the refrigerant passing therethrough; and a signal line for transmitting a signal of the temperature sensor to the outside, wherein the signal line may be embedded in a molding material constituting the separator.

신호 라인은, 온도 센서와 연결되는 도선; 및 도선을 둘러싸도록 구성되며 성형 재료로부터 도선을 열적 및 전기적으로 절연하는 단열/전기 절연층을 포함할 수 있다.The signal line may include a conductive wire connected to the temperature sensor; and an insulating/electrically insulating layer configured to surround the conductor and thermally and electrically insulate the conductor from the molding material.

온도 센서는 신호 라인을 통하여 제어부와 연결될 수 있고, 제어부는 냉매 유로로 공급되는 냉매의 유량을 조절하도록 구성되는 냉매 유량 조절부와 연결될 수 있고, 냉매 유량 조절부는 온도 센서에 의해 측정된 냉매의 온도를 기초로 냉매의 유량을 조절할 수 있다.The temperature sensor may be connected to the control unit through a signal line, the control unit may be connected to a refrigerant flow rate control unit configured to adjust a flow rate of the refrigerant supplied to the refrigerant passage, and the refrigerant flow rate control unit may be connected to the temperature of the refrigerant measured by the temperature sensor The flow rate of the refrigerant can be adjusted based on the

본 발명의 실시예에 따른 세퍼레이터에는 냉매의 온도를 측정하도록 구성되는 온도 센서가 설치된다. 그리고, 온도 센서에 의해 측정된 냉매의 온도를 기초로, 연료 전지 내부를 순환하는 냉매의 유량이 조절될 수 있다. 이에 따라, 연료 전지가 냉매에 의해 냉각되는 정도가 조절될 수 있다. 따라서, 연료 전지의 내부에서 순환하는 냉매의 온도를 적절하게 관리될 수 있다. 따라서, 연료 전지의 작동 온도가 일정하게 유지될 수 있다.A temperature sensor configured to measure the temperature of the refrigerant is installed in the separator according to an embodiment of the present invention. And, based on the temperature of the refrigerant measured by the temperature sensor, the flow rate of the refrigerant circulating inside the fuel cell may be adjusted. Accordingly, the degree to which the fuel cell is cooled by the refrigerant may be adjusted. Accordingly, the temperature of the refrigerant circulating inside the fuel cell can be appropriately managed. Accordingly, the operating temperature of the fuel cell can be kept constant.

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 세퍼레이터를 포함하는 연료 전지의 제어 블록도이다.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 control block diagram of a fuel cell including a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터에 대하여 설명한다.Hereinafter, a separator for a fuel cell 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 .

도 2에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(50) 내에는 온도 센서(80)가 구비된다. 온도 센서(80)는 세퍼레이터(50) 내에 매립될 수 있다. 온도 센서(80)는 세퍼레이터(50)를 제조하는 과정에서 성형 재료의 내부에 매립될 수 있다.As shown in FIG. 2 , a temperature sensor 80 is provided in the separator 50 . The temperature sensor 80 may be embedded in the separator 50 . The temperature sensor 80 may be embedded in the molding material in the process of manufacturing the separator 50 .

온도 센서(80)는 제1 세퍼레이터(51) 또는 제2 세퍼레이터(52)에 구비될 수 있거나, 제1 세퍼레이터(51) 및 제2 세퍼레이터(52) 모두에 구비될 수 있다. 또한, 복수의 온도 센서(80)가 소정의 간격으로 배치될 수 있다.The temperature sensor 80 may be provided in the first separator 51 or the second separator 52 , or may be provided in both the first separator 51 and the second separator 52 . In addition, a plurality of temperature sensors 80 may be arranged at predetermined intervals.

온도 센서(80)는 냉매 유로(330)와 인접하게 배치될 수 있다. 즉, 온도 센서(80)는 냉매 유로(330)와 접하는 세퍼레이터(50)의 일부분에 배치될 수 있다. 따라서, 온도 센서(80)는 냉매 유로(330)를 통과하는 냉매의 온도를 측정하도록 구성된다.The temperature sensor 80 may be disposed adjacent to the refrigerant passage 330 . That is, the temperature sensor 80 may be disposed on a portion of the separator 50 in contact with the refrigerant passage 330 . Accordingly, the temperature sensor 80 is configured to measure the temperature of the refrigerant passing through the refrigerant passage 330 .

도 3에 도시된 바와 같이, 온도 센서(80)는 연료 전지 외부의 제어부(91)와 연결될 수 있다.As shown in FIG. 3 , the temperature sensor 80 may be connected to the control unit 91 outside the fuel cell.

도 2에 도시된 바와 같이, 온도 센서(80)는 세퍼레이터(50)의 내부에 매립된 신호 라인(81)을 통하여 제어부(91)와 연결될 수 있다. 신호 라인(81)은 세퍼레이터(50) 내에 매립될 수 있다. 신호 라인(81)은 세퍼레이터(50)를 제조하는 과정에서 성형 재료의 내부에 매립될 수 있다.As shown in FIG. 2 , the temperature sensor 80 may be connected to the controller 91 through a signal line 81 embedded in the separator 50 . The signal line 81 may be embedded in the separator 50 . The signal line 81 may be embedded in the molding material in the process of manufacturing the separator 50 .

신호 라인(81)은, 온도 센서(80)와 연결되는 도선(811)과, 도선(811)을 둘러싸도록 구성되며 세퍼레이터(50)를 구성하는 성형 재료로부터 도선(811)을 열적 및 전기적으로 절연하는 단열/전기 절연층(812)을 포함할 수 있다. 단열/전기 절연층(812)은 합성 수지로 형성될 수 있다.The signal line 81 is configured to surround the conductive wire 811 connected to the temperature sensor 80 and the conductive wire 811 and thermally and electrically insulate the conductive wire 811 from the molding material constituting the separator 50 . It may include a thermal insulation/electrical insulation layer 812. The heat insulating/electrical insulating layer 812 may be formed of a synthetic resin.

도선(811)은 단열/전기 절연층(812)에 의해 세퍼레이터(50)를 구성하는 성형 재료로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 따라서, 세퍼레이터(50)를 따라 흐르는 전류에 영향을 받지 않고, 온도 센서(80)에서 발생된 신호가 제어부(91)로 전달될 수 있다. 또한, 도선(811)은 단열/전기 절연층(812)에 의해 세퍼레이터(50)를 구성하는 성형 재료로부터 열적으로 절연될 수 있다. 따라서, 세퍼레이터(50)의 열에 영향을 받지 않고, 온도 센서(80)에서 발생된 신호가 제어부(91)로 전달될 수 있다.The conductive wire 811 may be electrically insulated from the molding material constituting the separator 50 by the heat insulating/electrically insulating layer 812 . Accordingly, the signal generated from the temperature sensor 80 may be transmitted to the controller 91 without being affected by the current flowing along the separator 50 . Further, the conductive wire 811 may be thermally insulated from the molding material constituting the separator 50 by the heat insulating/electrically insulating layer 812 . Accordingly, the signal generated from the temperature sensor 80 may be transmitted to the controller 91 without being affected by the heat of the separator 50 .

제어부(91)는 냉매 유로(330)로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 냉매 유량 조절부(92)와 연결될 수 있다. 온도 센서(80)에 의해 측정된 냉매의 온도를 기초로, 제어부(91)는 냉매 유량 조절부(92)를 제어할 수 있다. 제어부(91)의 제어에 의해, 냉매 유량 조절부(92)는 냉매 유로(330)로 공급되는 냉매의 유량을 조절할 수 있다.The control unit 91 may be connected to the refrigerant flow rate control unit 92 that adjusts the flow rate of the refrigerant supplied to the refrigerant passage 330 . Based on the temperature of the refrigerant measured by the temperature sensor 80 , the controller 91 may control the refrigerant flow rate controller 92 . Under the control of the controller 91 , the refrigerant flow rate adjusting unit 92 may adjust the refrigerant flow rate supplied to the refrigerant flow path 330 .

일 예로서, 온도 센서(80)에 의해 측정된 냉매의 온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우, 제어부(91)의 제어에 의해, 냉매 유량 조절부(92)가 냉매 유로(330)로 공급되는 냉매의 유량을 저감할 수 있다. 이에 따라, 연료 전지가 냉매에 의해 냉각되는 정도가 감소할 수 있다. 따라서, 냉매 유로(330)를 통과하는 냉매의 온도가 미리 설정된 온도로 증가할 수 있다.As an example, when the temperature of the refrigerant measured by the temperature sensor 80 is less than a preset temperature, the refrigerant flow rate adjusting unit 92 controls the refrigerant supplied to the refrigerant passage 330 under the control of the controller 91 . The flow rate can be reduced. Accordingly, the degree to which the fuel cell is cooled by the refrigerant may be reduced. Accordingly, the temperature of the refrigerant passing through the refrigerant passage 330 may increase to a preset temperature.

다른 예로서, 온도 센서(80)에 의해 측정된 냉매의 온도가 미리 설정된 온도를 초과하는 경우, 제어부(91)의 제어에 의해, 냉매 유량 조절부(92)가 냉매 유로(330)로 공급되는 냉매의 유량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 연료 전지가 냉매에 의해 냉각되는 정도가 증가할 수 있다. 따라서, 냉매 유로(330)를 통과하는 냉매의 온도가 미리 설정된 온도로 감소할 수 있다.As another example, when the temperature of the refrigerant measured by the temperature sensor 80 exceeds a preset temperature, the refrigerant flow rate adjusting unit 92 is supplied to the refrigerant passage 330 under the control of the controller 91 . It is possible to increase the flow rate of the refrigerant. Accordingly, the degree to which the fuel cell is cooled by the refrigerant may increase. Accordingly, the temperature of the refrigerant passing through the refrigerant passage 330 may be reduced to a preset temperature.

본 발명의 실시예에 따른 세퍼레이터(50)에는 냉매의 온도를 측정하도록 구성되는 온도 센서(80)가 설치된다. 그리고, 온도 센서(80)에 의해 측정된 냉매의 온도를 기초로, 연료 전지 내부를 순환하는 냉매의 유량이 조절될 수 있다. 이에 따라, 연료 전지가 냉매에 의해 냉각되는 정도가 조절될 수 있다. 따라서, 연료 전지의 내부에서 순환하는 냉매의 온도가 적절하게 관리될 수 있다. 따라서, 연료 전지의 작동 온도가 일정하게 유지될 수 있다.A temperature sensor 80 configured to measure the temperature of the refrigerant is installed in the separator 50 according to the embodiment of the present invention. And, based on the temperature of the refrigerant measured by the temperature sensor 80 , the flow rate of the refrigerant circulating inside the fuel cell may be adjusted. Accordingly, the degree to which the fuel cell is cooled by the refrigerant may be adjusted. Accordingly, the temperature of the refrigerant circulating inside the fuel cell can be appropriately managed. Accordingly, the operating temperature of the fuel cell can be kept constant.

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
80: 온도 센서
81: 신호 라인50: separator
60: membrane electrode assembly
80: temperature sensor
81: signal line

Claims (3)

가스가 통과하는 가스 유로 및 냉매가 통과하는 냉매 유로를 포함하는 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서,
상기 냉매 유로에 인접하게 배치되어 상기 냉매 유로를 통과하는 냉매의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
상기 온도 센서의 신호를 외부로 전달하는 신호 라인을 더 포함하고,
상기 신호 라인은 상기 세퍼레이터를 구성하는 성형 재료 내에 매립되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 세퍼레이터.A separator for a fuel cell comprising a gas passage through which gas passes and a refrigerant passage through which a refrigerant passes, the separator comprising:
a temperature sensor disposed adjacent to the refrigerant passage to measure a temperature of the refrigerant passing through the refrigerant passage; and
Further comprising a signal line for transmitting the signal of the temperature sensor to the outside,
The fuel cell separator according to claim 1, wherein the signal line is embedded in a molding material constituting the separator. 청구항 1에 있어서,
상기 신호 라인은,
상기 온도 센서와 연결되는 도선; 및
상기 도선을 둘러싸도록 구성되며 상기 성형 재료로부터 상기 도선을 열적 및 전기적으로 절연하는 단열/전기 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 세퍼레이터.The method according to claim 1,
The signal line is
a wire connected to the temperature sensor; and
and an insulating/electrically insulating layer configured to surround the conductor and thermally and electrically insulate the conductor from the molding material. 청구항 1에 있어서,
상기 온도 센서는 상기 신호 라인을 통하여 제어부와 연결되고,
상기 제어부는 상기 냉매 유로로 공급되는 상기 냉매의 유량을 조절하도록 구성되는 냉매 유량 조절부와 연결되며,
상기 냉매 유량 조절부는 상기 온도 센서에 의해 측정된 상기 냉매의 온도를 기초로 상기 냉매의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 세퍼레이터.The method according to claim 1,
The temperature sensor is connected to the control unit through the signal line,
The control unit is connected to a refrigerant flow rate control unit configured to adjust the flow rate of the refrigerant supplied to the refrigerant passage,
The fuel cell separator, wherein the refrigerant flow rate control unit adjusts the refrigerant flow rate based on the temperature of the refrigerant measured by the temperature sensor.
KR1020200186963A 2020-12-30 2020-12-30 Separator for fuel cell with means for detecting temperature KR20220097565A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200186963A KR20220097565A (en) 2020-12-30 2020-12-30 Separator for fuel cell with means for detecting temperature

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200186963A KR20220097565A (en) 2020-12-30 2020-12-30 Separator for fuel cell with means for detecting temperature

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220097565A true KR20220097565A (en) 2022-07-08

Family

ID=82407579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200186963A KR20220097565A (en) 2020-12-30 2020-12-30 Separator for fuel cell with means for detecting temperature

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220097565A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8512903B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell and method for measuring voltages of cells in polymer electrolyte fuel cell
US20080193812A1 (en) Air-Cooled Fuel Cell System
US20110053030A1 (en) Fuel Cell with Gas Diffusion Layer having Flow Channel and Manufacturing Method Thereof
US9373854B2 (en) Solid polymer fuel cell
US7018733B2 (en) Fuel cell stack having coolant flowing along each surface of a cooling plate
US8278002B2 (en) Fuel-cell and fuel cell system including the same
KR20210111487A (en) Fuel cell
KR102493720B1 (en) Separator for fuel cell with improved cooling efficiency
JP2005135707A (en) Fuel cell and separator for fuel cell
KR20220097565A (en) Separator for fuel cell with means for detecting temperature
KR20220097564A (en) Separator for fuel cell with means for monitoring flow rates of coolant and gas
KR20220155473A (en) Separator for fuel cell with means for monitoring flow rate and method of manufacturing same
KR20220097563A (en) Separator for fuel cell with means for preventing leakage of coolant and gas
KR20220097562A (en) Separator for fuel cell with means for monitoring leakage of gas and coolant
US9178236B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
KR102556458B1 (en) Separator for fuel cell with improved efficiency in discharging condensate
KR102635817B1 (en) Separator for fuel cell having structure for ensuring fluidity
CN113767489A (en) Fuel cell stack including variable bipolar plates
KR20220097687A (en) Separator for fuel cell with reduced contact resistance
KR102635814B1 (en) Separator for fuel cell having variable coolant flow path
KR102505477B1 (en) Separator for fuel cell with impact resistance
KR102635819B1 (en) Separator for fuel cell with improved assembly property
KR20220087603A (en) Separator for fuel cell with improved electric conductivity and apparatus for manufacturing same
KR20220087602A (en) Separator for fuel cell reinforced with wire and apparatus for manufacturing same
KR102556466B1 (en) Separator for fuel cell having condensate discharging structure

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application