KR20220132181A - A fuel cell cooling system - Google Patents

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KR20220132181A
KR20220132181A KR1020210037150A KR20210037150A KR20220132181A KR 20220132181 A KR20220132181 A KR 20220132181A KR 1020210037150 A KR1020210037150 A KR 1020210037150A KR 20210037150 A KR20210037150 A KR 20210037150A KR 20220132181 A KR20220132181 A KR 20220132181A
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell cooling system and, more specifically, to a fuel cell cooling system wherein a cooling passage for cooling separation plates bonded to both surfaces of a membrane electrode assembly is a separate pipe disposed on an upper end portion and a lower end portion of the separation plate to minimize thickness of a fuel cell stack, thereby miniaturizing the fuel cell stack. The fuel cell cooling system of the present invention comprises a fuel cell stack including: the membrane electrode assembly; and a plurality of fuel cell separation plates bonded to both surfaces of the membrane electrode assembly, respectively. The separation plate includes: a gas passage provided to supply a fuel gas and discharge an excess gas and a reaction product to the outside; and a cooling passage through which cooling water passes to cool internal heat of reaction generated along with electric energy in a process of electric and chemical reaction between hydrogen and oxygen. The gas passage is formed on one surface of each separation plate, and the cooling passage is formed as a separate pipe at an end portion of each separation plate.

Description

연료전지 냉각 시스템{A fuel cell cooling system}A fuel cell cooling system

본 발명은 연료전지 냉각 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각유로를 분리판의 단부에 별도로 구성하여 연료전지 스택을 소형화할 수 있도록 한 연료전지 냉각 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell cooling system, and more particularly, to a fuel cell cooling system in which a cooling flow path is separately configured at an end of a separator so that a fuel cell stack can be miniaturized.

화석연료는 매장량이 매우 제한되어 있어 고갈될 수밖에 없다. 특히, 지구온난화를 일으키는 온실가스의 주배출원이 화석연료이기 때문에 선진국들은 화석연료를 줄이기 위해 대체에너지나 원자력을 이용한 수소에너지 개발 등에 주력하고 있다. 대체에너지로 부각되고 있는 에너지원은 태양에너지, 풍력발전, 수소에너지, 바이오메스 등 여러 가지가 있으나, 태양열이나 풍력은 보조설비를 갖추어야 하며, 집열판이나 풍차를 설치하려면 넓은 공간이 필요하며 생태계 파괴, 소음 등의 또 다른 환경문제도 발생하는 문제가 있다. Fossil fuels have very limited reserves and are inevitably depleted. In particular, since fossil fuels are the main source of greenhouse gases that cause global warming, developed countries are focusing on the development of alternative energy or hydrogen energy using nuclear power to reduce fossil fuels. There are various energy sources that are emerging as alternative energy, such as solar energy, wind power generation, hydrogen energy, and biomass. Another environmental problem, such as noise, also occurs.

반면에 연료전지(Fuel Cell)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로써, 수소, 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 새로운 친환경적 미래형 에너지 기술이다. 연료전지는 공기극(Cathode)에 산소가 공급되고 연료극(Anode)에 수소가 공급되어 물의 전기분해 역반응 형태로 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않으면서도 고효율로 전기에너지를 생산한다.On the other hand, a fuel cell is a battery that directly converts chemical energy generated by oxidation into electrical energy, and is a new eco-friendly, future-oriented energy technology that generates electrical energy from materials abundantly present on earth such as hydrogen and oxygen. In a fuel cell, oxygen is supplied to the cathode and hydrogen is supplied to the anode, and the electrochemical reaction proceeds in the form of a reverse reaction of water electrolysis to generate electricity, heat, and water with high efficiency without causing pollution. produce electrical energy

한편, 연료전지 시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급시스템, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템으로 구성된다. 이와 같은 구성으로 연료전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기중의 산소에 의한 전기화학반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다. 이때, 연료전지 스택은 공기 중의 산소와 연료인 수소를 공급받아서 전기를 생산하는 장치로써, 도 1에 도시된 바와 같이, 전기 에너지를 발생시키는 최소의 단위로서 단위 전지(10)를 구비하며, 이러한 수 개 또는 수십 개의 단위 전지(10)들이 연속적으로 적층 배열된다.On the other hand, the fuel cell system largely consists of a fuel cell stack that generates electrical energy, a fuel supply system that supplies fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, and air that supplies oxygen in the air, which is an oxidizing agent required for electrochemical reaction, to the fuel cell stack. It consists of a supply system and a heat and water management system that removes the reaction heat of the fuel cell stack to the outside of the system and controls the operating temperature of the fuel cell stack. With such a configuration, in the fuel cell system, electricity is generated by an electrochemical reaction between hydrogen as a fuel and oxygen in the air, and heat and water are discharged as reaction byproducts. In this case, the fuel cell stack is a device for producing electricity by receiving oxygen and hydrogen, which is a fuel, in the air. Several or several tens of unit cells 10 are sequentially stacked and arranged.

단위 전지(10)는 막전극 접합체(11)와, 이런 막전극 접합체(11)의 양쪽 면에 접하는 연료전지 분리판(12, 13)들로 이루어진다. 연료전지 분리판(12, 13)은 그 일면에 홈과 같은 채널 형상의 반응가스 유로가 형성되어, 이런 반응가스 유로를 통해 반응가스가 유입된다. 연료전지 분리판(12, 13)은 캐소드 분리판(12)과 애노드 분리판(13)으로 구분될 수 있다. 캐소드 분리판(12)은 도 2에 도시된 바와 같이, 막전극 접합체(11)를 향하는 일면에 산화제 가스 유로(12a)를 형성하고, 이런 산화제 가스 유로(12a)로 산소를 함유하는 산화제 가스가 유입된다. 애노드 분리판(13)는 막전극 접합체(11)를 향하는 일면에 연료 가스 유로(13a)를 형성하고, 이런 연료 가스 유로(13a)로 수소를 함유하는 연료 가스가 유입된다. 또한, 연료 전지 분리판(12, 13)은 상기 산화제 가스 유로(12a) 및 연료 가스 유로(13a)의 반대편에 해당하는 배면에 냉각 유로(14)가 형성되어, 전기 에너지와 함께 발생되는 반응열을 냉각시킨다다.The unit cell 10 includes a membrane electrode assembly 11 and fuel cell separator plates 12 and 13 in contact with both surfaces of the membrane electrode assembly 11 . The fuel cell separation plates 12 and 13 have a channel-like reaction gas flow path formed on one surface thereof, and the reaction gas is introduced through the reaction gas flow path. The fuel cell separator plates 12 and 13 may be divided into a cathode separator 12 and an anode separator 13 . As shown in FIG. 2, the cathode separator 12 forms an oxidizer gas flow path 12a on one surface facing the membrane electrode assembly 11, and an oxidizer gas containing oxygen flows through this oxidizer gas flow path 12a. is brought in The anode separator 13 forms a fuel gas flow path 13a on one surface facing the membrane electrode assembly 11, and the fuel gas containing hydrogen flows into this fuel gas flow path 13a. In addition, the fuel cell separation plates 12 and 13 have a cooling passage 14 formed on the rear surface corresponding to the opposite side of the oxidizer gas passage 12a and the fuel gas passage 13a, so that the reaction heat generated together with the electric energy is removed. cool down

이러한 방식의 연료전지를 구성하는 연료전지 분리판(12, 13)의 경우 양면에 각각, 가스 유로(12a, 13a)와 더불어 냉각 유로(14)가 형성됨에 따라, 연료전지 분리판(12, 13)의 강성을 유지하기 위해 비교적 두꺼운 형상을 가지게 된다. 이러한 요인은 연료전지 스택 제작비용이 많이 들뿐 아니라 열 및 전기 전달 효율이 낮고, 연료전지 스택 소형화에 있어 제한 사항으로 작용하는 문제점이 있다.In the case of the fuel cell separation plates 12 and 13 constituting the fuel cell in this way, as the cooling passage 14 is formed together with the gas passages 12a and 13a on both sides, respectively, the fuel cell separation plates 12 and 13 ) has a relatively thick shape to maintain the rigidity. These factors have problems in that the manufacturing cost of the fuel cell stack is high, heat and electricity transfer efficiency is low, and it acts as a limitation in the miniaturization of the fuel cell stack.

대한민국 등록번호 제10-0921568호Republic of Korea Registration No. 10-0921568

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 분리판의 면상에는 가스 유로만 형성하고, 냉각 유로는 분리판의 단부에 별도의 관체로 구성하여 분리판의 두께를 최소화함으로써, 연료전지 스택을 소형화시킬 수 있도록 한 연료전지 냉각 시스템을 제공하고자 한 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to form only a gas flow path on the surface of the separator plate and minimize the thickness of the separator plate by configuring the cooling flow path as a separate tube at the end of the separator plate Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell cooling system capable of downsizing the fuel cell stack.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 막전극 집합체와, 막전극 집합체의 양면에 각각 접합된 복수의 연료전지 분리판이 제공되고, 상기 분리판에는 연료 가스 공급 및 잉여 가스와 반응 생성물을 외부로 배출시킬 수 있도록 제공된 가스 유로 및 수소와 산소가 전기 화학적으로 반응하는 과정에서 전기 에너지와 함께 발생된 내부 반응열을 냉각시키는 냉각수가 통과하는 냉각 유로가 제공된 연료전지 스택에 있어서, 상기 가스 유로는 상기 분리판 각각의 일면에 형성되고, 상기 냉각 유로는 상기 분리판 각각의 단부에 별개의 관체로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 냉각 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a membrane electrode assembly and a plurality of fuel cell separator plates respectively bonded to both surfaces of the membrane electrode assembly, wherein the separator supplies fuel gas and surplus gas and reaction products to the outside. In the fuel cell stack provided with a gas flow path for discharging, and a cooling flow path through which cooling water for cooling internal reaction heat generated together with electrical energy during an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen passes, the gas flow path is the separation It is formed on one surface of each plate, and the cooling passage provides a fuel cell cooling system, characterized in that formed as a separate tube body at the end of each of the separation plate.

이때, 상기 냉각 유로는, 상기 분리판의 상단부 및 하단부에 마련된 냉각관; 모든 분리판의 냉각관에 연결될 수 있도록 설치되며, 냉각관으로 냉각유체를 공급할 수 있도록 설치된 공급관 및 냉각관을 통해 열교환된 냉각유체를 배출시킬 수 있도록 설치된 배출관을 포함하는 것이 바람직하다.In this case, the cooling passage may include a cooling tube provided at an upper end and a lower end of the separating plate; It is installed so as to be connected to the cooling pipes of all the separation plates, and it is preferable to include a supply pipe installed to supply a cooling fluid to the cooling pipe and a discharge pipe installed to discharge the cooling fluid heat-exchanged through the cooling pipe.

이때, 상기 냉각관의 일단부와 타단부는 상기 분리판의 너비 방향으로 관통되고, 상기 공급관 및 배출관 각각의 일단부는 개방되고, 각각의 타단부는 폐쇄된 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that one end and the other end of the cooling pipe penetrate in the width direction of the separation plate, one end of each of the supply pipe and the discharge pipe is opened, and each of the other ends is closed.

또한, 상기 냉각관으로부터 배출된 냉각유체를 열교환시키는 열교환기; 상기 열교환기를 통해 열교환된 냉각유체가 회수될 수 있도록 제공된 저장탱크; 상기 저장탱크의 냉각유체를 냉각 유로에 공급할 수 있도록 제공된 펌프를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the heat exchanger for exchanging the cooling fluid discharged from the cooling pipe; a storage tank provided so that the cooling fluid heat-exchanged through the heat exchanger can be recovered; It is preferable to include a pump provided to supply the cooling fluid of the storage tank to the cooling passage.

본 발명에 따른 연료전지 냉각 시스템은 분리판의 냉각유로를 분리판의 상단부 및 하단부에 별도의 관체로 구성함으로써, 분리판에는 가스유로만 형성되므로 분리판의 두께를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 연료전지 스택을 소형화할 수 있는 효과가 있다.In the fuel cell cooling system according to the present invention, since the cooling flow path of the separator is configured as a separate tube at the upper end and the lower end of the separator, only the gas flow is formed in the separator, so that the thickness of the separator can be minimized. Accordingly, the present invention has the effect of reducing the size of the fuel cell stack.

도 1은 종래 기술에 따른 연료전지 스택을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 연료전지 스택의 음극분리판 및 양극분리판 요부를 단면하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 냉각 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 냉각 시스템의 연료전지 스택을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 냉각 시스템의 음극분리판과 양극분리판을 분리하여 나타낸 요부 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 냉각 시스템의 연료전지 스택 요부를 측면에서 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 냉각 시스템의 음극(양극)분리판 냉각유체 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view showing a fuel cell stack according to the prior art separated.
2 is a cross-sectional view showing main parts of a negative electrode separator and a positive electrode separator of a fuel cell stack according to the related art.
3 is a block diagram illustrating a fuel cell cooling system according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a view showing a fuel cell stack of a fuel cell cooling system according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a view showing the main parts of the anode separator and the cathode separator of the fuel cell cooling system according to the preferred embodiment of the present invention.
6 is a side view showing a main part of a fuel cell stack of a fuel cell cooling system according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a diagram schematically illustrating a flow of cooling fluid in a negative electrode (positive electrode) separator plate of a fuel cell cooling system according to a preferred embodiment of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims are not to be construed as limited in their ordinary or dictionary meanings, and on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 냉각 시스템에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a fuel cell cooling system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 7 .

연료전지 냉각 시스템은 연료전지 스택을 통해 수소와 산소가 전기 화학적으로 반응하는 과정에서 발생된 반응열을 냉각시키는 냉각유체의 유로를 음극분리판 및 양극분리판 각각의 단부에 별도로 구성하여 분리판 두께를 최소화할 수 있도록 하였다. 이에 따라, 본 발명은 연료전지 스택을 소형화할 수 있다.In the fuel cell cooling system, a flow path of a cooling fluid that cools the reaction heat generated during the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen through the fuel cell stack is separately configured at each end of the anode separator and the cathode separator to increase the thickness of the separator. made to be minimized. Accordingly, the present invention can reduce the size of the fuel cell stack.

연료전지 냉각 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 연료전지 스택(100)과, 열교환기(200)와, 저장탱크(300)와, 펌프(400)를 포함한다.As shown in FIG. 3 , the fuel cell cooling system includes a fuel cell stack 100 , a heat exchanger 200 , a storage tank 300 , and a pump 400 .

연료전지 스택(100)은 수소와 산소가 전기 화학적으로 반응하여 전기 에너지를 발생시키는 발전 구성요소로써, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 단위전지인 막전극 집합체(110)와, 막전극 집합체(110)의 양면에 각각 접하는 분리판(120)과, 냉각 유로(130)를 포함한다. 막전극 집합체(110)는 수소 이온만을 선택적으로 통과시키는 고분자 전해질막을 구비하며, 공지된 기술이 적용될 수 있다. 분리판(120)은 막전극 집합체(110)의 해당하는 면에 반응가스인 연료 가스 또는 산화제 가스를 공급하면서 잉여 가스와 반응 생성물을 외부로 배출시킨다. 이때, 분리판(120)은 캐소드분리판(121) 및 애노드분리판(122)으로 구성되며, 막전극 집합체(110)를 사이에 두고 복수로 중첩되어 제공된다. 이때, 막전극 집합체(110)를 향해 대향된 캐소드분리판(121)의 일면 및 애노드분리판(122)의 일면에는 도 5에 도시된 바와 같이 가스 유로(123)가 형성된다. The fuel cell stack 100 is a power generation component in which hydrogen and oxygen react electrochemically to generate electric energy, and as shown in FIGS. 4 and 5 , a membrane electrode assembly 110 serving as a unit cell, a membrane electrode The assembly 110 includes a separation plate 120 in contact with both surfaces of the assembly 110 , and a cooling passage 130 . The membrane electrode assembly 110 includes a polymer electrolyte membrane that selectively passes only hydrogen ions, and a known technique may be applied. The separator 120 supplies a fuel gas or an oxidizer gas as a reaction gas to the corresponding surface of the membrane electrode assembly 110 while discharging excess gas and reaction products to the outside. In this case, the separator 120 is composed of a cathode separator 121 and an anode separator 122 , and is provided to be overlapped in plurality with the membrane electrode assembly 110 interposed therebetween. At this time, as shown in FIG. 5 , a gas flow path 123 is formed on one surface of the cathode separator 121 and one surface of the anode separator 122 facing toward the membrane electrode assembly 110 .

연료전지 스택(100)의 냉각 유로(130)는 수소와 산소가 전기 화학적으로 반응하는 과정에서 발생된 반응열을 냉각시키기 위한 냉각유체가 지나는 관로를 제공하며, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 분리판(120)의 상단부 및 하단부에 각각 마련된 냉각관(131)과, 냉각관(131)의 양측에 연결된 공급관(132) 및 배출관(133)을 포함한다. 냉각관(131)은 분리판(120)의 너비 방향으로 분리판(120)의 상단부 및 하단부에 각각 마련되며, 양측이 관통되도록 형성된다. 즉, 냉각관(131)은 도 6에 도시된 바와 같이 중공(中空)의 관체로 제공되며, 사각 또는 원형의 단면을 갖도록 형성된다. 도 7에 도시된 바와 같이 냉각유체가 냉각관(131)의 일측에서 타측을 통과함에 따라 분리판(120)에서 발생한 반응열은 냉각유체와 열교환될 수 있게 된다. 공급관(132)은 저장탱크(300)의 냉각유체가 펌프(400)를 통해 냉각관(131)으로 공급되는 관로를 제공하며, 배출관(133)은 냉각관(131)에서 열교환된 냉각유체를 배출하는 관로를 제공한다. 공급관(132) 및 배출관(133)은 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각관(131)의 양단부에 각각 설치된다. 공급관(132) 및 배출관(133)에는 모든 냉각관(131)의 양단부에 통하게 형성된 복수의 통공(H)이 형성되며, 통공(H)은 공급관(132) 및 배출관(133)의 길이 방향으로 형성된다. 또한, 공급관(132) 및 배출관(133)은 중공(中空)의 관체로 이루어지되, 일단부는 개방되고 타단부는 폐쇄된 상태로 이루어진다. 즉, 공급관(132)의 개방된 일단부는 냉각유체가 유입되는 유입구(132a)를 형성하고, 배출관(133)의 개방된 일단부는 열교환된 냉각유체가 토출되는 토출구(133a)를 형성하는 것이다.The cooling passage 130 of the fuel cell stack 100 provides a passage through which a cooling fluid passes for cooling the reaction heat generated during the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, and as shown in FIGS. 4 and 5 , , a cooling pipe 131 provided at the upper end and lower end of the separating plate 120 , respectively, and a supply pipe 132 and a discharge pipe 133 connected to both sides of the cooling pipe 131 . The cooling pipe 131 is provided at the upper end and the lower end of the separating plate 120 in the width direction of the separating plate 120 , respectively, and is formed so that both sides thereof pass through. That is, the cooling tube 131 is provided as a hollow tube body as shown in FIG. 6 and is formed to have a square or circular cross section. As shown in FIG. 7 , as the cooling fluid passes from one side to the other side of the cooling pipe 131 , the heat of reaction generated in the separation plate 120 can exchange heat with the cooling fluid. The supply pipe 132 provides a pipe through which the cooling fluid of the storage tank 300 is supplied to the cooling pipe 131 through the pump 400 , and the discharge pipe 133 discharges the cooling fluid heat-exchanged in the cooling pipe 131 . provides a conduit to As shown in FIG. 4 , the supply pipe 132 and the discharge pipe 133 are installed at both ends of the cooling pipe 131 , respectively. A plurality of through-holes (H) formed to pass through both ends of all cooling tubes 131 are formed in the supply pipe 132 and the discharge pipe 133, and the through-holes (H) are formed in the longitudinal direction of the supply pipe 132 and the discharge pipe 133. do. In addition, the supply pipe 132 and the discharge pipe 133 is made of a hollow tube body, one end is made in a state in which the open and the other end is closed. That is, the open end of the supply pipe 132 forms an inlet 132a through which the cooling fluid flows, and the open end of the discharge pipe 133 forms a discharge port 133a through which the heat-exchanged cooling fluid is discharged.

열교환기(200)는 분리판(120)의 반응열과 열교환되고 배출된 냉각유체를 열교환시키는 역할을 한다. 냉각관(131) 및 배출관(133)을 통해 배출된 냉각유체의 온도는 상승된 상태이므로, 열교환기(200)를 통해 냉각유체의 온도를 낮추어 줄 수 있도록 한 것이다. 열교환기(200)는 공지된 기술이 적용될 수 있다.The heat exchanger 200 serves to exchange heat with the reaction heat of the separation plate 120 and the discharged cooling fluid. Since the temperature of the cooling fluid discharged through the cooling pipe 131 and the discharge pipe 133 is elevated, the temperature of the cooling fluid can be lowered through the heat exchanger 200 . As the heat exchanger 200 , a known technique may be applied.

저장탱크(300)는 열교환기(200)를 통해 열교환된 냉각유체를 회수하는 역할을 한다.The storage tank 300 serves to recover the cooling fluid heat-exchanged through the heat exchanger 200 .

펌프(400)는 저장탱크(300)의 냉각유체를 연료전지 스택(100)의 냉각유로(130)로 공급하는 역할을 한다. The pump 400 serves to supply the cooling fluid of the storage tank 300 to the cooling passage 130 of the fuel cell stack 100 .

이하, 상기한 구성으로 이루어진 연료전지 냉각 시스템의 작용에 대하여 살펴보도록 한다.Hereinafter, the operation of the fuel cell cooling system configured as described above will be described.

펌프(400)의 동작을 통해 저장탱크(300)의 냉각유체는 연료전지 스택(100)의 냉각유로(130)로 공급된다. 이대, 냉각유체는 유입구(132a)를 통해 공급관(132)으로 유입되다가 통공(H)을 통해 방향을 변환하여 분리판(120)의 상,하부에 마련된 각 냉각관(131)으로 유입된다. The cooling fluid of the storage tank 300 is supplied to the cooling passage 130 of the fuel cell stack 100 through the operation of the pump 400 . In this case, the cooling fluid flows into the supply pipe 132 through the inlet 132a, changes the direction through the through hole H, and flows into each cooling pipe 131 provided at the upper and lower portions of the separator 120 .

냉각관(131)에 지속적으로 유입된 냉각유체는 분리판(120)의 반응열과 열교환하면서 분리판(120)을 냉각시키며, 배출관(133)을 통해 배출된다. 이때, 배출관(133)을 통해 배출된 냉각유체는 온도가 상승된 상태이며, 열교환기(200)를 통해 열교환된 후 저장탱크(300)에 회수되었다가 펌프(400)의 동작에 의해 연료전지 스택으로 공급된다.The cooling fluid continuously introduced into the cooling pipe 131 cools the separation plate 120 while exchanging heat with the reaction heat of the separation plate 120 , and is discharged through the discharge pipe 133 . At this time, the temperature of the cooling fluid discharged through the discharge pipe 133 is elevated, and after heat exchange through the heat exchanger 200 , it is recovered in the storage tank 300 , and is then returned to the fuel cell stack by the operation of the pump 400 . is supplied with

냉각유체는 이와 같은 순환 사이클을 반복 수행하면서 연료전지 스택(100)을 냉각시킨다.The cooling fluid cools the fuel cell stack 100 while repeatedly performing such a cycle cycle.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지 냉각 시스템은 냉각유로(130)를 분리판(120)의 상단부 및 하단부에 별도로 구성함으로써, 분리판(120)의 두께를 최소화할 수 있도록 하였다. 이에 따라, 본 발명은 연료전지 스택(100)을 소형화할 수 있는 이점이 있다.As described so far, in the fuel cell cooling system according to the present invention, the thickness of the separator 120 can be minimized by separately configuring the cooling passage 130 at the upper end and the lower end of the separator 120 . Accordingly, the present invention has an advantage in that the fuel cell stack 100 can be miniaturized.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the present invention has been described in detail with respect to the described embodiments, it is obvious to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the scope of the technical spirit of the present invention, and it is natural that such variations and modifications belong to the appended claims.

100 : 연료전지 스택 110 : 막전극 집합체
120 : 분리판 121 : 캐소드 분리판
122 : 애노드 분리판 123 : 가스 유로
130 : 냉각 유로 131 : 냉각관
132 : 공급관 132a : 유입구
133 : 배출관 133a : 토출구
200 : 열교환기 300 : 저장탱크
400 : 펌프 H : 통공 100: fuel cell stack 110: membrane electrode assembly
120: separator 121: cathode separator
122: anode separator 123: gas flow path
130: cooling flow path 131: cooling pipe
132: supply pipe 132a: inlet
133: discharge pipe 133a: discharge port
200: heat exchanger 300: storage tank
400: pump H: through hole

Claims (4)

막전극 집합체와, 막전극 집합체의 양면에 각각 접합된 복수의 연료전지 분리판이 제공되고, 상기 분리판에는 연료 가스 공급 및 잉여 가스와 반응 생성물을 외부로 배출시킬 수 있도록 제공된 가스 유로 및 수소와 산소가 전기 화학적으로 반응하는 과정에서 전기 에너지와 함께 발생된 내부 반응열을 냉각시키는 냉각수가 통과하는 냉각 유로가 제공된 연료전지 스택에 있어서,
상기 가스 유로는 상기 분리판 각각의 일면에 형성되고,
상기 냉각 유로는 상기 분리판 각각의 단부에 별개의 관체로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 냉각 시스템.A membrane electrode assembly and a plurality of fuel cell separator plates respectively joined to both surfaces of the membrane electrode assembly are provided, and the separator includes a gas flow path and hydrogen and oxygen provided to supply fuel gas and discharge excess gas and reaction products to the outside. In the fuel cell stack provided with a cooling passage through which cooling water for cooling the internal reaction heat generated together with electrical energy during the electrochemical reaction of
The gas flow path is formed on one surface of each of the separation plates,
The cooling passage is a fuel cell cooling system, characterized in that formed in a separate tube body at each end of the separation plate. 제1항에 있어서,
상기 냉각 유로는,
상기 분리판의 상단부 및 하단부에 마련된 냉각관;
모든 분리판의 냉각관에 연결될 수 있도록 설치되며, 냉각관으로 냉각유체를 공급할 수 있도록 설치된 공급관 및 냉각관을 통해 열교환된 냉각유체를 배출시킬 수 있도록 설치된 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 냉각 시스템.The method of claim 1,
The cooling passage is
cooling tubes provided at the upper end and lower end of the separation plate;
Fuel cell cooling, characterized in that it is installed so as to be connected to the cooling pipes of all separation plates, and includes a supply pipe installed to supply a cooling fluid to the cooling pipe, and a discharge pipe installed to discharge the heat-exchanged cooling fluid through the cooling pipe. system. 제2항에 있어서,
상기 냉각관의 일단부와 타단부는 상기 분리판의 너비 방향으로 관통되고,
상기 공급관 및 배출관 각각의 일단부는 개방되고, 각각의 타단부는 폐쇄된 것을 특징으로 하는 연료전지 냉각 시스템.3. The method of claim 2,
One end and the other end of the cooling pipe penetrate in the width direction of the separating plate,
One end of each of the supply pipe and the discharge pipe is open, and each of the other ends is closed. 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 냉각관으로부터 배출된 냉각유체를 열교환시키는 열교환기;
상기 열교환기를 통해 열교환된 냉각유체가 회수될 수 있도록 제공된 저장탱크;
상기 저장탱크의 냉각유체를 냉각 유로에 공급할 수 있도록 제공된 펌프를 포함하는 연료전지 냉각 시스템.





4. The method of claim 2 or 3,
a heat exchanger for exchanging the cooling fluid discharged from the cooling pipe;
a storage tank provided so that the cooling fluid heat-exchanged through the heat exchanger can be recovered;
and a pump provided to supply the cooling fluid of the storage tank to the cooling passage.
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