KR20220160371A - 연료전지 셀 및 연료전지 스택 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 셀에 관한 것으로, 막전극접합체(MEA), 막전극접합체의 일면에 적층되는 분리판, 막전극접합체를 마주하는 분리판의 일면에 돌출되게 마련되는 비딩부(beading portion), 및 막전극접합체와 비딩부의 사이에 마련되며 막전극접합체와 분리판의 사이를 밀폐하는 실링부재를 포함하는 것에 의하여, 강성을 확보하고 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명의 실시예는 연료전지 셀 및 연료전지 스택에 관한 것으로, 보다 구체적으로 분리판의 구조적 강성을 확보하고, 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연료전지 셀 및 연료전지 스택에 관한 것이다.
연료전지 스택은, 연료(예를 들어, 수소)의 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하는 일종의 발전 장치로서, 수십 또는 수백 개의 연료전지 셀(단위 셀)을 직렬로 적층하여 구성될 수 있다.
연료전지 셀은, 수소 양이온을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막과 수소와 산소가 반응할 수 있도록 전해질막의 양쪽면에 마련된 전극(촉매전극층)이 결합된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 막전극접합체의 양면에 밀착되어 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 및 기체확산층에 밀착되며 유로를 형성하는 분리판(Bipolar plate)을 포함할 수 있다.
분리판은 연료인 수소를 공급하는 애노드 분리판, 및 산화제인 공기를 공급하는 캐소드 분리판으로 구분될 수 있으며, 연료 또는 산화제가 유동하는 채널(channel)을 포함한다.
또한, 연료전지 셀을 적층하여 연료전지 스택을 구성하기 위해서는, 막전극접합체와 분리판의 반응면 사이, 및 분리판의 냉각면 사이에 기밀이 유지될 수 있어야 한다.
이를 위해, 막전극접합체와 분리판의 반응면 사이 및 분리판의 냉각면 사이에는 가스켓이 마련된다. 즉, 가스켓은 분리판의 반응면으로 유동하는 반응기체(예를 들어, 수소 및 공기), 분리판의 냉각면으로 유동하는 냉각수가 연료전지 스택의 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해 마련된다.
가스켓은 분리판의 양면 가장자리 부분 및 반응기체와 냉각수를 유출입시키는 매니폴드의 양면 가장자리 부분에 일체로 사출 성형될 수 있으며, 가스켓에 의해 반응기체 및 냉각수의 유동 경로가 정의될 수 있다.
한편, 연료전지 셀의 안정적인 성능을 보장하고, 안전성 및 신뢰성을 확보하기 위해서는, 분리판의 평탄도 및 가스켓에 의한 밀봉 상태가 견고하게 유지될 수 있어야 한다.
그런데, 기존에는 연료전지 셀에 체결압(가압력)이 인가될 시, 분리판이 쉽게 변형되거나 손상되는 문제점이 있고, 분리판의 변형에 따른 평탄도 저하에 의해 연료전지 셀의 성능이 저하되고, 가스켓의 내구성 및 기밀성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 가스켓의 압축률 편차 및 면압 편차를 최소화하기 위해서는 가스켓(예를 들어, 반응면 가스켓)의 두께를 최소화할 수 있어야 하지만, 가스켓의 두께를 일정 이상 줄이면 안정적인 실링 성능을 확보하기 어려움으로 인해, 가스켓의 두께를 일정 이상 줄이기 어려운 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 분리판의 변형 및 손상을 최소화하고 가스켓의 내구성 및 기밀성을 확보하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 분리판의 구조적 강성을 확보하고, 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연료전지 셀 및 연료전지 스택을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명의 실시예는 분리판의 평탄도를 안정적으로 유지하고, 분리판의 변형 및 손상을 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 반응기체 및 냉각수의 누설을 최소화하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 실링부재의 두께를 최소화하고, 실링부재의 압축률 편차 및 면압 편차를 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 반응기체의 분배 편차(유량 편차)를 최소화하고, 안정적인 출력 성능을 확보할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀은, 막전극접합체(MEA), 막전극접합체의 일면에 적층되는 분리판, 막전극접합체를 마주하는 분리판의 일면에 돌출되게 마련되는 비딩부(beading portion), 및 막전극접합체와 비딩부의 사이에 마련되며 막전극접합체와 분리판의 사이를 밀폐하는 실링부재를 포함한다.
이는, 분리판의 구조적 강성을 확보하고, 안전성 및 신뢰성을 향상시키기 위함이다.
즉, 기존에는 연료전지 셀에 체결압(가압력)이 인가될 시, 분리판이 쉽게 변형되거나 손상되는 문제점이 있고, 분리판의 변형에 따른 평탄도 저하에 의해 연료전지 셀의 성능이 저하되고, 가스켓의 내구성 및 기밀성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 가스켓의 압축률 편차 및 면압 편차를 최소화하기 위해서는 가스켓(예를 들어, 반응면 가스켓)의 두께를 최소화할 수 있어야 하지만, 가스켓의 두께를 일정 이상 줄이면 안정적인 실링 성능을 확보하기 어려움으로 인해, 가스켓의 두께를 일정 이상 줄이기 어려운 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는, 분리판에 비딩부를 형성하고 비딩부 상에 실링부재를 마련하는 것에 의하여, 분리판의 구조적 강성을 확보하면서, 실링부재의 내구성 및 기밀 성능을 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예는, 분리판에 돌출된 비딩부 상에 실링부재를 마련하는 것에 의하여, 실링부재의 두께를 보다 얇게 줄일 수 있으므로, 실링부재의 압축률 편차 및 면압 편차를 최소화할 수 있으며, 가스켓의 내구성 및 기밀성을 안정적으로 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 비딩부는 분리판의 일부를 부분적으로 가공하여 분리판에 일체로 형성될 수 있다.
이와 같이, 분리판의 일부를 가공하여 분리판에 일체로 비딩부를 형성하는 것에 의하여, 분리판의 강성을 향상시킬 수 있으므로, 분리판에 체결압(가압력)이 인가될 시, 분리판의 변형 및 손상을 최소화할 수 있고, 분리판의 변형에 따른 평탄도 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 분리판의 강성을 높일 수 있으므로, 분리판의 적층 및 체결의 용이함을 제공할 수 있고, 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀은, 분리판의 최외각 가장자리를 따라 형성되는 가장자리 비딩부를 포함할 수 있다.
이는, 분리판의 체결시 분리판의 최외각 부위에서 접촉 및 체결력 등에 의한 변형이 보다 빈번하게 발생한다는 점에 기인한 것으로, 분리판의 최외각 가장자리를 따라 가장자리 비딩부를 형성하는 것에 의하여, 분리판의 최외각 부위의 강성을 높일 수 있으므로, 분리판의 변형 및 손상을 보다 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 비딩부에는 평탄면이 형성될 수 있고, 실링부재는 평탄면 상에 마련될 수 있다.
이와 같이, 비딩부에 평탄면을 형성하고, 실링부재가 평탄면에 배치되도록 하는 것에 의하여, 실링부재의 압축률 편차 및 면압 편차를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 분리판은, 분리판의 일면에 마련되며 반응기체가 반응하는 반응영역을 정의하는 유로부, 유로부로부터 이격되게 분리판에 마련되는 매니폴드부, 유로부와 매니폴드부의 사이에 마련되는 합류채널, 매니폴드부와 합류채널을 연결하도록 분리판의 다른 일면에 마련되며 매니폴드부에 유입된 반응기체를 분배시켜 합류채널로 공급하는 복수개의 제1분배채널, 및 합류채널과 유로부를 연결하도록 분리판의 일면에 마련되며 합류채널에 유입된 반응기체를 분배시켜 유로부로 공급하는 복수개의 제2분배채널을 포함할 수 있다.
이는, 유로부의 각 유로에 공급되는 반응기체의 유량 편차를 최소화하고, 반응기체가 유로부의 각 유로에 보다 균일하게 분배되도록 하기 위함이다.
즉, 매니폴드부에 공급된 반응기체는 제1분배채널, 합류채널, 및 제2분배채널을 차례로 통과하여 유로부에 공급될 수 있다. 이와 같이, 매니폴드부에 공급된 반응기체가 제1분배채널에 의해 1차적으로 분배되고, 합류채널로 공급된 반응기체가 다시 제2분배채널에 의해 2차적으로 분배되도록 하는 것에 의하여, 유로부의 각 유로에 공급되는 반응기체의 유량 편차를 최소화하고, 유로부의 각 유로에 반응기체를 보다 균일하게 분배하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말해서, 매니폴드부에 유입된 반응기체가 제1분배채널을 거쳐 합류채널의 전 구간(합류채널의 길이 방향을 따른 전 구간)에 걸쳐 고르게 공급(분배)되고, 합류채널에 유입된 반응기체가 다시 제2분배채널을 거쳐 유로부로 분배(공급)되도록 하는 것에 의하여, 유로부의 각 유로로 공급되는 반응기체의 유량 편차를 최소화할 수 있으므로, 연료전지 셀의 출력 성능을 안정적이면서 균일하게 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
제1분배채널은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 마련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀은, 비딩부에 대응되게 분리판의 다른 일면에 마련되는 가스켓을 포함할 수 있고, 제1분배채널은 가스켓에 형성될 수 있다.
제2분배채널은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 마련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀은, 분리판의 일면에 돌출되게 마련되는 복수개의 비딩돌기를 포함할 수 있고, 제2분배채널은 서로 인접한 비딩돌기의 사이에 정의될 수 있다.
일 예로, 비딩돌기는 분리판의 일부를 부분적으로 가공하여 분리판에 일체로 형성될 수 있다.
바람직하게, 연료전지 셀은, 비딩돌기와 막전극접합체의 사이를 밀폐하도록 비딩돌기에 마련되는 채널 실링부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 연료전지 셀은, 막전극접합체(MEA), 막전극접합체의 일면에 적층되는 분리판, 막전극접합체를 마주하는 분리판의 일면에 돌출되게 마련되며 평탄면이 형성된 비딩부(beading portion), 평탄면에 마련되며 막전극접합체와 분리판의 사이를 밀폐하는 실링부재, 및 분리판의 최외각 가장자리를 따라 형성되는 가장자리 비딩부를 포함한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 비딩부 및 가장자리 비딩부는 분리판의 일부를 부분적으로 가공하여 분리판에 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 분리판은, 분리판의 일면에 마련되며 반응기체가 반응하는 반응영역을 정의하는 유로부, 유로부로부터 이격되게 분리판에 마련되는 매니폴드부, 유로부와 매니폴드부의 사이에 마련되는 합류채널, 매니폴드부와 합류채널을 연결하도록 분리판의 다른 일면에 마련되며 매니폴드부에 유입된 반응기체를 분배시켜 합류채널로 공급하는 복수개의 제1분배채널, 및 합류채널과 유로부를 연결하도록 분리판의 일면에 마련되며 합류채널에 유입된 반응기체를 분배시켜 유로부로 공급하는 복수개의 제2분배채널을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 연료전지 셀은, 비딩부에 대응되게 분리판의 다른 일면에 마련되는 가스켓을 포함하고, 제1분배채널은 가스켓에 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 연료전지 셀은, 분리판의 일면에 돌출되게 마련되는 복수개의 비딩돌기를 포함하고, 제2분배채널은 서로 인접한 비딩돌기의 사이에 정의될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 비딩돌기는 분리판의 일부를 부분적으로 가공하여 분리판에 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 연료전지 셀은, 비딩돌기에 마련되며, 비딩돌기와 막전극접합체의 사이를 밀폐하는 채널 실링부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 연료전지 스택은, 막전극접합체(MEA); 막전극접합체의 일면에 적층되는 분리판; 막전극접합체를 마주하는 분리판의 일면에 돌출되게 마련되는 비딩부(beading portion); 막전극접합체와 비딩부의 사이에 마련되며, 막전극접합체와 분리판의 사이를 밀폐하는 실링부재; 및 분리판의 최외각 가장자리를 따라 형성되는 가장자리 비딩부;를 포함하되, 분리판은, 분리판의 일면에 마련되며, 반응기체가 반응하는 반응영역을 정의하는 유로부; 유로부로부터 이격되게 분리판에 마련되는 매니폴드부; 유로부와 매니폴드부의 사이에 마련되는 합류채널; 매니폴드부와 합류채널을 연결하도록 분리판의 다른 일면에 마련되며, 매니폴드부에 유입된 반응기체를 분배시켜 합류채널로 공급하는 복수개의 제1분배채널; 및 합류채널과 유로부를 연결하도록 분리판의 일면에 마련되며, 합류채널에 유입된 반응기체를 분배시켜 유로부로 공급하는 복수개의 제2분배채널;을 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 분리판의 구조적 강성을 확보하고, 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 분리판의 평탄도를 안정적으로 유지하고, 분리판의 변형 및 손상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 반응기체 및 냉각수의 누설을 최소화하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 실링부재의 두께를 최소화하고, 실링부재의 압축률 편차 및 면압 편차를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 반응기체의 분배 편차(유량 편차)를 최소화하고, 안정적인 출력 성능을 확보하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀을 설명하기 위한 분리사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 분리판을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 비딩부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 가스켓을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 제1분배채널 및 제2분배채널을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 분리판을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 비딩부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 가스켓을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀로서, 제1분배채널 및 제2분배채널을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 연료전지 셀(10)은, 막전극접합체(MEA)(100), 막전극접합체(100)의 일면에 적층되는 분리판(200), 막전극접합체(100)를 마주하는 분리판(200)의 일면에 돌출되게 마련되는 비딩부(beading portion)(210), 및 막전극접합체(100)와 비딩부(210)의 사이에 마련되며 막전극접합체(100)와 분리판(200)의 사이를 밀폐하는 실링부재(220)를 포함한다.
참고로, 본 발명의 실시예에서 분리판(200)이라 함은, 연료인 수소의 유로를 형성하는 제1분리판(200a)(예를 들어, 애노드 분리판), 및 산화제인 공기의 유로를 형성하는 제2분리판(200b)(예를 들어, 캐소드 분리판)을 모두 포함하는 것으로 정의될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에서 제1분리판(200a) 및 제2분리판(200b)은 박막 금속(예를 들어, 스테인리스, 인코넬, 알루미늄)으로 형성될 수 있다. 제1분리판(200a) 및 제2분리판(200b)은 막전극접합체(100)와 함께 하나의 연료전지 셀(단위 셀)(10)을 이루며 서로 독립적으로 수소, 공기, 냉각수의 유로를 형성할 수 있다.
즉, 연료전지 셀(단위 셀)(10)은, 막전극접합체(100), 막전극접합체(100)의 일면에 적층되는 제1분리판(200a), 및 막전극접합체(100)의 다른 일면에 적층되는 제2분리판(200b)을 포함할 수 있으며, 복수개의 연료전지 셀(10)을 기준 방향(예를 들어, 상하 방향)으로 적층한 후, 그 양단에 엔드플레이트(미도시)를 조립함으로써 연료전지 스택(1)을 구성할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(100)는, 제1반응기체인 연료(예를 들어, 수소)와 제2반응기체인 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산하도록 마련된다.
막전극접합체(100)의 구조 및 재질은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 막전극접합체(100)의 구조 및 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 막전극접합체(100)는 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착되어 구성될 수 있다. 또한, 막전극접합체(100)의 양측에는 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시)이 마련될 수 있다.
연료인 수소와 산화제인 공기가 제1분리판(200a) 및 제2분리판(200b)의 유로(22)를 통해 막전극접합체(100)의 애노드(미도시)와 캐소드(미도시)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급된다.
애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구비된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판(200)을 통해 캐소드로 전달된다.
캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판(200)을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.
분리판(200)은, 반응기체(예를 들어, 수소 및 공기)를 막전극접합체(100)에 공급하도록 마련되며, 연료전지 셀(10)의 적층 방향을 기준으로 막전극접합체(100)의 일측 및 타측에 밀착되게 배치된다.
일 예로, 도 1을 기준으로, 막전극접합체(100)의 저면 및 상면에는 각각 분리판(200)(제1분리판 및 제2분리판)이 적층될 수 있다.
보다 구체적으로, 분리판(200)은 막전극접합체(100)의 일면에 밀착되되, 막전극접합체(100)를 마주하는 제1분리판(200a)의 일면(도 1을 기준으로 상면)에는 반응기체(수소 또는 공기)가 유동되는 유로부(20)가 형성되고, 분리판(200)의 다른 일면(도 1을 기준으로 저면)에는 냉각수가 유동되는 냉각채널(미도시)이 형성된다.
도 3을 참조하면, 분리판(200)의 대략 중앙부에는 막전극접합체(100)의 일면을 마주하도록 마련되어 반응 영역을 정의하는 유로부(20)가 형성된다. 유로부(20)는 서로 이격되게 배치되는 복수개의 유로(미도시)를 포함할 수 있으며, 유로의 개수 및 배치 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
유로부(20)를 사이에 두고 분리판(200)의 양단부에는 각각 수소, 공기, 및 냉각수를 유동(공급 및 배출)시키기 위한 매니폴드부(30)(예를 들어, 수소 매니폴드, 냉각수 매니폴드, 공기 매니폴드)가 관통 형성된다.
일 예로, 분리판(200)의 일단(도 3을 기준으로 좌측단)에는 유로부(20)의 일단에 이격되게 제1매니폴드(30a)가 형성되고, 분리판(200)의 다른 일단(도 3을 기준으로 우측단)에는 유로부(20)의 다른 일단에 이격되게 제2매니폴드(30b)가 형성될 수 있다.
바람직하게, 제1매니폴드(30a) 및 제2매니폴드(30b) 중 어느 하나에는 기체(반응기체)가 유입되고, 제1매니폴드(30a) 및 제2매니폴드(30b) 중 다른 하나에는 기체 배출될 수 있다.
일 예로, 제1매니폴드(30a)는, 수소가 공급되는 수소 인렛 매니폴드(32a), 냉각수가 공급되는 냉각수 인렛 매니폴드(36a), 공기가 배출되는 공기 아웃렛 매니폴드(34b)를 포함할 수 있다. 또한, 제2매니폴드(30b)는 수소가 배출되는 수소 아웃렛 매니폴드(32b), 냉각수가 배출되는 냉각수 아웃렛 매니폴드(36b), 공기가 공급되는 공기 인렛 매니폴드(34a)를 포함할 수 있다.
매니폴드부(30)의 구조 및 형태는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 매니폴드부(30)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 수소 인렛 매니폴드(32a), 냉각수 인렛 매니폴드(36a), 및 공기 아웃렛 매니폴드(34b)는 대략 사각형 홀 형태로 분리판(200)의 일단에 관통 형성될 수 있다. 마찬가지로, 수소 아웃렛 매니폴드(32b), 냉각수 아웃렛 매니폴드(36b), 공기 인렛 매니폴드(34a)는 대략 사각형 홀 형태로 분리판(200)의 다른 일단에 관통 형성될 수 있다.
비딩부(beading portion)(210)는 막전극접합체(100)를 마주하는 분리판(200)의 일면(예를 들어, 도 1을 기준으로 제1분리판의 상면 또는 제2분리판의 저면)에 돌출되게 마련된다.
비딩부(210)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 비딩부(210)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 비딩부(210)는 분리판(200)의 가장자리를 따라 형성되는 제1비딩부(미도시), 및 매니폴드부(30)의 둘레를 감싸도록 형성되는 제2비딩부(미도시)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 비딩부(210)는 다각형 단면 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 이하에서는 비딩부(210)가 대략 사다리꼴 단면 형태를 갖도록 형성된 예를 들어 설명하기로 한다.
바람직하게, 막전극접합체(100)를 마주하는 비딩부(210)의 최상단(도 4 기준)에는 막전극접합체(100)에 평행한 평탄면(210a)이 형성될 수 있고, 실링부재(220)는 평탄면(210a) 상에 마련될 수 있다.
이와 같이, 비딩부(210)에 평탄면(210a)을 형성하고, 실링부재(220)가 평탄면(210a)에 배치되도록 하는 것에 의하여, 실링부재(220)의 압축률 편차 및 면압 편차를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예를 따르면, 비딩부에서 실링부재가 안착되는 안착부위(안착면)를 평면이 아닌 곡면 또는 여타 다른 형태로 형성하는 것도 가능하다.
바람직하게, 비딩부(210)는 분리판(200)의 일부를 부분적으로 가공(예를 들어, 프레스 가공)하여 분리판(200)에 일체로 형성된다.
더욱 바람직하게, 비딩부(210)는 분리판(200)의 일부를 부분적으로 가공하여 랜드 및 유로를 형성할 시, 랜드 및 유로와 함께 형성(단일 공정으로 형성)될 수 있다.
일 예로, 비딩부(210)는 전체적으로 균일한 폭(도 4를 기준으로 좌우 방향을 따른 폭)을 갖도록 형성될 수 있다.
이와 같이, 분리판(200)의 일부를 가공하여 분리판(200)에 일체로 비딩부(210)를 형성하는 것에 의하여, 분리판(200)의 강성을 향상시킬 수 있으므로, 분리판(200)에 체결압(가압력)이 인가될 시, 분리판(200)의 변형 및 손상을 최소화할 수 있고, 분리판(200)의 변형에 따른 평탄도 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 분리판(200)의 강성을 높일 수 있으므로, 분리판(200)의 적층 및 체결의 용이함을 제공할 수 있고, 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비딩부를 별도로 제작한 후 분리판에 부착(예를 들어, 용접)하는 것도 가능하다. 다르게는, 비딩부의 폭을 위치 별로 다르게 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀(10)은, 분리판(200)의 최외각 가장자리를 따라 형성되는 가장자리 비딩부(212)를 포함할 수 있다.
이는, 분리판(200)의 체결시 분리판(200)의 최외각 부위에서 접촉 및 체결력 등에 의한 변형이 보다 빈번하게 발생한다는 점에 기인한 것으로, 분리판(200)의 최외각 가장자리를 따라 가장자리 비딩부(212)를 형성하는 것에 의하여, 분리판(200)의 최외각 부위의 강성을 높일 수 있으므로, 분리판(200)의 변형 및 손상을 보다 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
가장자리 비딩부(212)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 가장자리 비딩부(212)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 가장자리 비딩부(212)는 분리판(200)의 최외각 단부에 계단식으로 단차지게 절곡될 수 있다.
참고로, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 분리판(200)의 최외각 가장자리를 따라 가장자리 비딩부(212)가 연속적으로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 분리판의 최외각 가장자리를 따라 가장자리 비딩부를 소정 간격을 두고 이격되게 형성하는 것도 가능하다.
실링부재(220)는 막전극접합체(100)와 분리판(200)의 사이를 밀폐(실링)하기 위해, 막전극접합체(100)와 비딩부(210)의 사이에 마련된다.
참고로, 본 발명의 실시예에서 실링부재(220)가 막전극접합체(100)와 분리판(200)의 사이를 밀폐한다 함은, 실링부재(220)가 막전극접합체(100)와 제1분리판(200a)의 사이, 및 막전극접합체(100)와 제2분리판(200b)의 사이를 각각 밀폐하는 것으로 정의된다.
일 예로, 실링부재(220)는 제1비딩부를 따라 형성되는 제1실링부(미도시), 및 제1실링부에 연결되며 제2비딩부를 따라 형성되는 제2실링부(미도시)를 포함할 수 있다.
여기서, 제2실링부가 제2비딩부를 따라 형성된다 함은, 수소 인렛 매니폴드(32a), 냉각수 인렛 매니폴드(36a), 공기 아웃렛 매니폴드(34b), 수소 아웃렛 매니폴드(32b), 냉각수 아웃렛 매니폴드(36b), 공기 인렛 매니폴드(34a)가 제2실링부에 의해 각각 개별적으로 밀폐되는 것으로 정의될 수 있다.
실링부재(220)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 형성될 수 있으며, 실링부재(220)의 제작 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 실링부재(220)는 비딩부(210)의 평탄면(210a)에 고무, 실리콘 또는 우레탄 등과 같은 탄성 소재의 실런트(sealant)를 도포, 전사 또는 인쇄하여 형성될 수 있다.
바람직하게, 실링부재(220)는 접착성을 가질 수 있으며, 실링부재(220)의 점착성에 의해 실링부재(220)와 막전극접합체(100)가 접촉 상태가 유지(고정)될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 실링부재를 분리판에 사출 성형하는 것도 가능하다. 다르게는, 분리판과 개별적으로 제작(예를 들어, 사출 성형)된 실링부재를 분리판에 부착(접착)하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 분리판(200)으로부터 돌출된 비딩부(210)에 실링부재(220)를 마련하는 것에 의하여, 비딩부(210)의 높이(분리판(200)으로부터 비딩부(210)가 돌출된 높이)만큼 실링부재(220)의 두께를 보다 얇게 줄일 수 있으므로, 실링부재(220)의 압축률 편차 및 면압 편차를 최소화할 수 있으며, 가스켓(230)의 내구성 및 기밀성을 안정적으로 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 비딩부(210)에 마련된 평탄부에 실링부재(220)를 얇고 균일한 두께로 형성하는 것에 의하여, 연료전지 셀(10)에 체결압(가압력)이 인가될 시, 실링부재(220)에 전체적으로 균일한 면압을 형성할 수 있으므로, 실링부재(220)의 과압축 및 변형(예를 들어, 뒤틀림)을 최소화하고, 내구성 및 기밀성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
전술 및 도시한 바와 같이, 분리판(200)은, 분리판(200)의 일면에 마련되며 반응기체가 반응하는 반응영역을 정의하는 유로부(20), 및 유로부(20)로부터 이격되게 분리판(200)에 마련되는 매니폴드부(30)를 포함하고, 반응기체(예를 들어, 수소 및 공기)는 매니폴드부(30)를 거쳐 유로부(20)에 공급될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 분리판(200)은, 유로부(20)와 매니폴드부(30)의 사이에 마련되는 합류채널(40), 매니폴드부(30)와 합류채널(40)을 연결하도록 분리판(200)의 다른 일면에 마련되며 매니폴드부(30)에 유입된 반응기체를 분배시켜 합류채널(40)로 공급하는 복수개의 제1분배채널(232), 및 합류채널(40)과 유로부(20)를 연결하도록 분리판(200)의 일면에 마련되며 합류채널(40)에 유입된 반응기체를 분배시켜 유로부(20)로 공급하는 복수개의 제2분배채널(216)을 포함할 수 있다.
이는, 유로부(20)의 각 유로에 공급되는 반응기체의 유량 편차를 최소화하고, 반응기체가 유로부(20)의 각 유로에 보다 균일하게 분배되도록 하기 위함이다.
즉, 매니폴드부(30)에 공급된 반응기체는 제1분배채널(232), 합류채널(40), 및 제2분배채널(216)을 차례로 통과하여 유로부(20)에 공급될 수 있다. 이와 같이, 매니폴드부(30)에 공급된 반응기체가 제1분배채널(232)에 의해 1차적으로 분배되고, 합류채널(40)로 공급된 반응기체가 다시 제2분배채널(216)에 의해 2차적으로 분배되도록 하는 것에 의하여, 유로부(20)의 각 유로에 공급되는 반응기체의 유량 편차를 최소화하고, 유로부(20)의 각 유로에 반응기체를 보다 균일하게 분배하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말해서, 매니폴드부(30)에 유입된 반응기체가 제1분배채널(232)을 거쳐 합류채널(40)의 전 구간(합류채널(40)의 길이 방향을 따른 전 구간)에 걸쳐 고르게 공급(분배)되고, 합류채널(40)에 유입된 반응기체가 다시 제2분배채널(216)을 거쳐 유로부(20)로 분배(공급)되도록 하는 것에 의하여, 유로부(20)의 각 유로로 공급되는 반응기체의 유량 편차를 최소화할 수 있으므로, 연료전지 셀(10)의 출력 성능을 안정적이면서 균일하게 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 합류채널(40)은 매니폴드부(30)와 유로부(20)의 사이에 이격되게 형성되고, 제1분배채널(232)은 매니폴드부(30)와 합류채널(40)을 연결하도록 마련되며, 제2분배채널(216)은 합류채널(40)과 유로부(20)를 연결하도록 마련된다.
합류채널(40)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 합류채널(40)은 매니폴드부(30)에 대응되는 길이(도 6을 기준으로 상하 방향을 따른 길이)를 갖는 대략 사각홀 형태로 형성될 수 있다.
제1분배채널(232)은 합류채널(40)의 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 이격되게 복수개가 마련되되, 각 제1분배채널(232)의 일단은 매니폴드부(30)에 연통되고, 각 제1분배채널(232)의 다른 일단은 합류채널(40)에 연통된다.
이때, 제1분배채널(232)의 개수, 폭 및 이격 간격은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제1분배채널(232)의 개수, 폭 및 이격 간격에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제1분배채널(232)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 마련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀(10)은, 비딩부(210)에 대응되게 분리판(200)의 다른 일면(도 5를 기준으로 상면 또는 도 7을 기준으로 저면)에 마련되는 가스켓(230)을 포함할 수 있고, 제1분배채널(232)은 가스켓(230)에 형성될 수 있다.
가스켓(230)은 분리판(200)에 중첩되는 다른 분리판(200)과의 간격을 유지하면서, 분리판(200)의 다른 일면에 마련되는 냉각채널(미도시)을 밀폐하도록 마련되며, 고무, 실리콘 또는 우레탄 등과 같은 탄성 소재로 형성될 수 있다.
바람직하게, 가스켓(230)은 비딩부(210)에 의해 정의되는 내부 공간(음각 공간)에 충진됨으로써, 냉각채널을 따라 유동하는 냉각수의 유출을 억제할 수 있다.
일 예로, 가스켓(230)은 분리판(200)에 일체로 사출 성형될 수 있으며, 가스켓(230)의 성형시 가스켓(230)에는 제1분배채널(232)이 함께 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분리판과 개별적으로 제작(예를 들어, 사출 성형)된 가스켓을 분리판에 부착(접착)하는 것도 가능하다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는, 제1분배채널(232)이 가스켓(230)에 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분리판의 다른 일면에 직접 제1분배채널을 형성하거나, 분리판의 다른 일면에 마련되는 다른 부재에 제1분배채널을 형성하는 것도 가능하다.
제2분배채널(216)은 합류채널(40)의 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 이격되게 복수개가 마련되되, 각 제2분배채널(216)의 일단은 합류채널(40)에 연통되고, 각 제2분배채널(216)의 다른 일단은 유로부(20)에 연통된다.
이때, 제2분배채널(216)의 개수, 폭 및 이격 간격은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제2분배채널(216)의 개수, 폭 및 이격 간격에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제2분배채널(216)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 마련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 셀(10)은, 분리판(200)의 일면(도 3을 기준으로 상면)에 돌출되게 마련되는 복수개의 비딩돌기(214)를 포함할 수 있고, 제2분배채널(216)은 서로 인접한 비딩돌기(214)의 사이에 정의될 수 있다.
일 예로, 비딩돌기(214)는 분리판(200)의 일부를 부분적으로 가공(예를 들어, 프레스가공)하여 분리판(200)에 일체로 형성될 수 있다.
바람직하게, 비딩돌기(214)는 분리판(200)의 일부를 부분적으로 가공하여 비딩부(210)를 형성할 시, 비딩부(210)와 함께 형성(단일 공정으로 형성)될 수 있다. 이와 같이, 분리판(200)의 성형시, 비딩부(210) 및 비딩돌기(214)가 함께 성형되도록 하는 것에 의하여, 구조 및 제조 공정을 간소화하고, 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비딩돌기를 별도로 제작한 후 분리판에 부착(예를 들어, 용접)하는 것도 가능하다.
더욱 바람직하게, 연료전지 셀(10)은, 비딩돌기(214)와 막전극접합체(100)의 사이를 밀폐하도록 비딩돌기(214)에 마련되는 채널 실링부재(222)를 포함할 수 있다.
채널 실링부재(222) 서로 인접한 제2분배채널(216)의 사이를 밀폐(실링)하기 위해, 비딩돌기(214)와 막전극접합체(100)의 사이에 마련된다.
채널 실링부재(222)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 형성될 수 있으며, 채널 실링부재(222)의 제작 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 채널 실링부재(222)는 비딩돌기(214)의 최상단(도 7 기준)에 고무, 실리콘 또는 우레탄 등과 같은 탄성 소재의 실런트(sealant)를 도포, 전사 또는 인쇄하여 형성될 수 있다. 바람직하게, 채널 실링부재(222)는 실링부재(220)와 동일한 두께를 갖도록 비딩부(210)의 평탄면(210a)에 실링부재(220)를 형성할 시 함께 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 채널 실링부재를 분리판에 사출 성형하는 것도 가능하다. 다르게는, 분리판과 개별적으로 제작(예를 들어, 사출 성형)된 채널 실링부재를 분리판에 부착(접착)하는 것도 가능하다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 연료전지 스택
10 : 연료전지 셀
20 : 유로부
30 : 매니폴드부
30a : 제1매니폴드
30b : 제2매니폴드
32a : 수소 인렛 매니폴드
32b : 수소 아웃렛 매니폴드
34a : 공기 인렛 매니폴드
34b : 공기 아웃렛 매니폴드
36a : 냉각수 인렛 매니폴드
36b : 냉각수 아웃렛 매니폴드
40 : 합류채널
100 : 막전극접합체
200 : 분리판
200a : 제1분리판
200b : 제2분리판
210 : 비딩부
210a : 평탄면
212 : 가장자리 비딩부
214 : 비딩돌기
216 : 제2분배채널
220 : 실링부재
222 : 채널 실링부재
230 : 가스켓
232 : 제1분배채널
10 : 연료전지 셀
20 : 유로부
30 : 매니폴드부
30a : 제1매니폴드
30b : 제2매니폴드
32a : 수소 인렛 매니폴드
32b : 수소 아웃렛 매니폴드
34a : 공기 인렛 매니폴드
34b : 공기 아웃렛 매니폴드
36a : 냉각수 인렛 매니폴드
36b : 냉각수 아웃렛 매니폴드
40 : 합류채널
100 : 막전극접합체
200 : 분리판
200a : 제1분리판
200b : 제2분리판
210 : 비딩부
210a : 평탄면
212 : 가장자리 비딩부
214 : 비딩돌기
216 : 제2분배채널
220 : 실링부재
222 : 채널 실링부재
230 : 가스켓
232 : 제1분배채널
Claims (18)
- 막전극접합체(MEA);
상기 막전극접합체의 일면에 적층되는 분리판;
상기 막전극접합체를 마주하는 상기 분리판의 일면에 돌출되게 마련되는 비딩부(beading portion); 및
상기 막전극접합체와 상기 비딩부의 사이에 마련되며, 상기 막전극접합체와 상기 분리판의 사이를 밀폐하는 실링부재;
를 포함하는 연료전지 셀.
- 제1항에 있어서,
상기 비딩부는 상기 분리판의 일부를 부분적으로 가공하여 상기 분리판에 일체로 형성되는 연료전지 셀.
- 제1항에 있어서,
상기 분리판의 최외각 가장자리를 따라 형성되는 가장자리 비딩부를 포함하는 연료전지 셀.
- 제3항에 있어서,
상기 가장자리 비딩부는 상기 분리판의 일부를 부분적으로 가공하여 상기 분리판에 일체로 형성되는 연료전지 셀.
- 제1항에 있어서,
상기 비딩부에는 평탄면이 형성되고,
상기 실링부재는 상기 평탄면에 마련되는 연료전지 셀.
- 제1항에 있어서,
상기 분리판은,
상기 분리판의 상기 일면에 마련되며, 반응기체가 반응하는 반응영역을 정의하는 유로부;
상기 유로부로부터 이격되게 상기 분리판에 마련되는 매니폴드부;
상기 유로부와 상기 매니폴드부의 사이에 마련되는 합류채널;
상기 매니폴드부와 상기 합류채널을 연결하도록 상기 분리판의 다른 일면에 마련되며, 상기 매니폴드부에 유입된 상기 반응기체를 분배시켜 상기 합류채널로 공급하는 복수개의 제1분배채널; 및
상기 합류채널과 상기 유로부를 연결하도록 상기 분리판의 상기 일면에 마련되며, 상기 합류채널에 유입된 상기 반응기체를 분배시켜 상기 유로부로 공급하는 복수개의 제2분배채널;
을 포함하는 연료전지 셀.
- 제6항에 있어서,
상기 비딩부에 대응되게 상기 분리판의 상기 다른 일면에 마련되는 가스켓을 포함하고,
상기 제1분배채널은 상기 가스켓에 형성되는 연료전지 셀.
- 제6항에 있어서,
상기 분리판의 상기 일면에 돌출되게 마련되는 복수개의 비딩돌기를 포함하고,
상기 제2분배채널은 서로 인접한 상기 비딩돌기의 사이에 정의되는 연료전지 셀.
- 제8항에 있어서,
상기 비딩돌기는 상기 분리판의 일부를 부분적으로 가공하여 상기 분리판에 일체로 형성되는 연료전지 셀.
- 제8항에 있어서,
상기 비딩돌기에 마련되며, 상기 비딩돌기와 상기 막전극접합체의 사이를 밀폐하는 채널 실링부재를 포함하는 연료전지 셀.
- 막전극접합체(MEA);
상기 막전극접합체의 일면에 적층되는 분리판;
상기 막전극접합체를 마주하는 상기 분리판의 일면에 돌출되게 마련되며, 평탄면이 형성된 비딩부(beading portion);
상기 평탄면에 마련되며, 상기 막전극접합체와 상기 분리판의 사이를 밀폐하는 실링부재; 및
상기 분리판의 최외각 가장자리를 따라 형성되는 가장자리 비딩부;
를 포함하는 연료전지 셀.
- 제11항에 있어서,
상기 비딩부 및 상기 가장자리 비딩부는 상기 분리판의 일부를 부분적으로 가공하여 상기 분리판에 일체로 형성되는 연료전지 셀.
- 제11항에 있어서,
상기 분리판은,
상기 분리판의 상기 일면에 마련되며, 반응기체가 반응하는 반응영역을 정의하는 유로부;
상기 유로부로부터 이격되게 상기 분리판에 마련되는 매니폴드부;
상기 유로부와 상기 매니폴드부의 사이에 마련되는 합류채널;
상기 매니폴드부와 상기 합류채널을 연결하도록 상기 분리판의 다른 일면에 마련되며, 상기 매니폴드부에 유입된 상기 반응기체를 분배시켜 상기 합류채널로 공급하는 복수개의 제1분배채널; 및
상기 합류채널과 상기 유로부를 연결하도록 상기 분리판의 상기 일면에 마련되며, 상기 합류채널에 유입된 상기 반응기체를 분배시켜 상기 유로부로 공급하는 복수개의 제2분배채널;
을 포함하는 연료전지 셀.
- 제13항에 있어서,
상기 비딩부에 대응되게 상기 분리판의 상기 다른 일면에 마련되는 가스켓을 포함하고,
상기 제1분배채널은 상기 가스켓에 형성되는 연료전지 셀.
- 제13항에 있어서,
상기 분리판의 상기 일면에 돌출되게 마련되는 복수개의 비딩돌기를 포함하고,
상기 제2분배채널은 서로 인접한 상기 비딩돌기의 사이에 정의되는 연료전지 셀.
- 제15항에 있어서,
상기 비딩돌기는 상기 분리판의 일부를 부분적으로 가공하여 상기 분리판에 일체로 형성되는 연료전지 셀.
- 제15항에 있어서,
상기 비딩돌기에 마련되며, 상기 비딩돌기와 상기 막전극접합체의 사이를 밀폐하는 채널 실링부재를 포함하는 연료전지 셀.
- 막전극접합체(MEA);
상기 막전극접합체의 일면에 적층되는 분리판;
상기 막전극접합체를 마주하는 상기 분리판의 일면에 돌출되게 마련되는 비딩부(beading portion);
상기 막전극접합체와 상기 비딩부의 사이에 마련되며, 상기 막전극접합체와 상기 분리판의 사이를 밀폐하는 실링부재; 및
상기 분리판의 최외각 가장자리를 따라 형성되는 가장자리 비딩부;를 포함하되,
상기 분리판은,
상기 분리판의 상기 일면에 마련되며, 반응기체가 반응하는 반응영역을 정의하는 유로부; 상기 유로부로부터 이격되게 상기 분리판에 마련되는 매니폴드부; 상기 유로부와 상기 매니폴드부의 사이에 마련되는 합류채널; 상기 매니폴드부와 상기 합류채널을 연결하도록 상기 분리판의 다른 일면에 마련되며, 상기 매니폴드부에 유입된 상기 반응기체를 분배시켜 상기 합류채널로 공급하는 복수개의 제1분배채널; 및 상기 합류채널과 상기 유로부를 연결하도록 상기 분리판의 상기 일면에 마련되며, 상기 합류채널에 유입된 상기 반응기체를 분배시켜 상기 유로부로 공급하는 복수개의 제2분배채널;
을 포함하는 연료전지 스택.
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|---|---|---|---|
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