KR20230069721A - Electrochemical hydrogen compressor - Google Patents

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KR20230069721A
KR20230069721A KR1020210156029A KR20210156029A KR20230069721A KR 20230069721 A KR20230069721 A KR 20230069721A KR 1020210156029 A KR1020210156029 A KR 1020210156029A KR 20210156029 A KR20210156029 A KR 20210156029A KR 20230069721 A KR20230069721 A KR 20230069721A
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나영승
공명근
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서울시립대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 전기화학식 수소압축기는, 캐소드 및 애노드를 포함하는 막-전극접합체, 상기 애노드측에 배치되어, 상기 애노드로 수소를 공급하는 애노드측 분리판, 상기 캐소드측에 배치되어, 상기 캐소드로부터 수소를 배출하는 캐소드측 분리판, 상기 애노드측 분리판 및 상기 캐소드측 분리판의 양단에 각각 배치되는 한 쌍의 엔드플레이트 및 상기 막-전극접합체와 상기 애노드측 분리판 및 상기 캐소드측 분리판 사이에 위치하여, 수소가 누출되는 것을 방지하는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓은, 요철을 갖는 내주면을 포함하는 링형상일 수 있다.An electrochemical hydrogen compressor according to an aspect of the present invention includes a membrane-electrode assembly including a cathode and an anode, an anode-side separator disposed on the anode side and supplying hydrogen to the anode, and disposed on the cathode side, a pair of end plates respectively disposed on both ends of the cathode-side separator, the anode-side separator, and the cathode-side separator, the membrane-electrode assembly, the anode-side separator, and the cathode-side separator for discharging hydrogen from the cathode; It includes a gasket positioned between the separator plates to prevent hydrogen from leaking, and the gasket may have a ring shape including an inner circumferential surface having irregularities.

Description

전기화학식 수소압축기{ELECTROCHEMICAL HYDROGEN COMPRESSOR}Electrochemical hydrogen compressor {ELECTROCHEMICAL HYDROGEN COMPRESSOR}

본 발명은 전기화학식 수소압축기에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical hydrogen compressor.

수소차는 수소와 산소의 화학반응을 통해 자체 전기를 생산하고 모터를 구동하여 주행하도록 구성된다. 따라서, 수소차는 수소(H2)가 저장되는 수소탱크(H2 Tank), 수소와 산소(O2)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산해내는 스택(FC STACK: Fuel Cell Stack), 생성된 물을 배수하기 위한 각종 장치들뿐만 아니라 스택에서 생산된 전기를 저장하는 배터리, 생산된 전기를 변환 및 제어하는 컨트롤러, 구동력을 생성하는 모터 등을 포함하는 구조를 갖는다.A hydrogen car generates its own electricity through a chemical reaction between hydrogen and oxygen and is configured to drive by driving a motor. Therefore, a hydrogen car has a hydrogen tank (H2 Tank) in which hydrogen (H2) is stored, a stack (FC STACK: Fuel Cell Stack) that generates electricity through the oxidation-reduction reaction of hydrogen and oxygen (O2), and a system for draining the generated water. It has a structure including a battery for storing electricity generated in the stack, a controller for converting and controlling the generated electricity, a motor for generating driving force, and the like, as well as various devices for the stack.

이중, 스택은 수십 또는 수백 개의 셀을 직렬로 쌓아 올린 연료전지 본체를 일컫는 장치로써, 엔드플레이트들 사이에 복수개의 셀이 적층된 구조를 갖되, 각각의 셀의 내부는 전해질막으로 구획되고 일측은 애노드 타측은 캐소드가 마련된다. 각각의 셀들 사이에는 분리판이 배치되어 수소와 산소의 유동 경로를 제한하며 상기 분리판은 산화환원 반응시 전자를 이동시키도록 전도체로 제조된다.Among them, a stack refers to a fuel cell body in which tens or hundreds of cells are stacked in series, and has a structure in which a plurality of cells are stacked between end plates, and the inside of each cell is partitioned with an electrolyte membrane, and one side is The other side of the anode is provided with a cathode. A separator is disposed between each cell to limit the flow path of hydrogen and oxygen, and the separator is made of a conductor to move electrons during a redox reaction.

수소차에 수소를 공급하기 위해서는 수소충전기가 필요하다. 수소충전기는 수소를 저장하는 수소탱크와 수소차로 수소를 공급하기 위한 공급장치를 포함한다. 또한, 수소충전기는 수소를 압축시키기 위한 수소압축기를 포함할 수 있다.A hydrogen charger is needed to supply hydrogen to a hydrogen car. The hydrogen charger includes a hydrogen tank for storing hydrogen and a supply device for supplying hydrogen to a hydrogen vehicle. In addition, the hydrogen charger may include a hydrogen compressor for compressing hydrogen.

이와 같은 수소충전기용 수소압축기로서 종래에 다양한 기계식 유체압축기를 이용할 수 있다. 기계식 수소압축기는 구동력을 제공받아 운동하는 부재를 포함한다. 때문에, 기계식 수소압축기가 작동시 운동 부재의 진동과 그로 인한 소음이 발생되는 문제점이 존재하였다. 또한, 이와 같은 기계식 수소압축기는 비싸고, 운동 부재 부품에서 마모가 발생하는 등의 문제점이 존재하였다. 이에 따라, 기계식 수소압축기보다 소음 및 진동이 적고 유지 보수 측면에서 유리한 전기화학식 수소압축기가 활용될 수 있다.As such a hydrogen compressor for a hydrogen charger, various conventional mechanical fluid compressors can be used. The mechanical hydrogen compressor includes a member that moves by receiving a driving force. Therefore, when the mechanical hydrogen compressor is operated, there is a problem of vibration of the moving member and noise caused by it. In addition, such mechanical hydrogen compressors are expensive, and there are problems such as wear and tear on moving parts. Accordingly, an electrochemical hydrogen compressor having less noise and vibration than a mechanical hydrogen compressor and being advantageous in terms of maintenance can be utilized.

다만, 전기화학식 수소압축기는 기계식 수소압축기에 비해 고압에서 운전되는 바, 연료전지와 동일한 원형 가스켓(Gasket)을 사용할 경우 가스켓이 변형되어 씰링(Sealing)이 원활하게 이루어지지 않고 수소 기체의 누설이 발생하는 문제점이 있다.However, electrochemical hydrogen compressors are operated at higher pressures than mechanical hydrogen compressors. If the same circular gaskets as fuel cells are used, the gaskets are deformed, sealing is not performed smoothly and hydrogen gas leaks. There is a problem with

대한민국 등록특허 제10-1916892호Republic of Korea Patent No. 10-1916892 대한민국 등록특허 제10-1918354호Republic of Korea Patent No. 10-1918354

상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 가스켓의 내부에서 발생하는 응력을 분산시켜 외곽 변형을 감소시킬 수 있는 전기화학식 수소압축기를 제공하는 것이다.In order to solve the above problem, an object of the present invention is to provide an electrochemical hydrogen compressor capable of reducing external deformation by dispersing stress generated inside a gasket.

본 발명의 일 측면에 따른 전기화학식 수소압축기는, 캐소드 및 애노드를 포함하는 막-전극접합체, 상기 애노드측에 배치되어, 상기 애노드로 수소를 공급하는 애노드측 분리판, 상기 캐소드측에 배치되어, 상기 캐소드로부터 수소를 배출하는 캐소드측 분리판, 상기 애노드측 분리판 및 상기 캐소드측 분리판의 양단에 각각 배치되는 한 쌍의 엔드플레이트 및 상기 막-전극접합체와 상기 애노드측 분리판 및 상기 캐소드측 분리판 사이에 위치하여, 수소가 누출되는 것을 방지하는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓은, 요철을 갖는 내주면을 포함하는 링형상일 수 있다. An electrochemical hydrogen compressor according to an aspect of the present invention includes a membrane-electrode assembly including a cathode and an anode, an anode-side separator disposed on the anode side and supplying hydrogen to the anode, and disposed on the cathode side, a pair of end plates respectively disposed on both ends of the cathode-side separator, the anode-side separator, and the cathode-side separator, the membrane-electrode assembly, the anode-side separator, and the cathode-side separator for discharging hydrogen from the cathode; It includes a gasket positioned between the separator plates to prevent hydrogen from leaking, and the gasket may have a ring shape including an inner circumferential surface having irregularities.

상기 내주면은, 상기 가스켓의 중심을 향해 돌출된 돌출부 및 상기 돌출부에 연결되어, 상기 돌출부의 반대방향으로 함몰된 홈부를 포함하며, 상기 돌출부 및 상기 홈부가 등간격으로 반복 배치될 수 있다.The inner circumferential surface includes a protrusion protruding toward the center of the gasket and a groove connected to the protrusion and recessed in an opposite direction to the protrusion, and the protrusion and the groove may be repeatedly disposed at equal intervals.

상기 돌출부 및 상기 홈부는, 반원형상일 수 있다.The protruding portion and the groove portion may have a semicircular shape.

상기 돌출부 및 상기 홈부의 반지름은 0.3mm~0.5mm일 수 있다.A radius of the protruding portion and the groove portion may be 0.3 mm to 0.5 mm.

상기 돌출부 및 상기 홈부는, 상기 반지름이 동일할 수 있다.The protrusion and the groove may have the same radius.

상기 가스켓은, 상기 가스켓의 최대 두께인 제1 두께가 상기 반지름의 10~20배일 수 있다.In the gasket, the first thickness, which is the maximum thickness of the gasket, may be 10 to 20 times the radius.

상기 가스켓은, 상기 가스켓의 최소 두께인 제2 두께와 상기 제1 두께의 차이가 상기 반지름의 2배 내지 3배 이내일 수 있다.In the gasket, a difference between the second thickness, which is the minimum thickness of the gasket, and the first thickness may be within 2 to 3 times the radius.

상기 가스켓은, 비금속 탄성재질로 구성될 수 있다.The gasket may be made of a non-metal elastic material.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따른 전기화학식 수소압축기는 가스켓 내부에서 발생하는 응력을 분산시켜 외곽 변형을 감소시키고 이에 따라 전기화학식 수소압축기 가스켓의 씰링효과를 높일 수 있다.As described above, the electrochemical hydrogen compressor according to one aspect of the present invention can reduce external deformation by dispersing stress generated inside the gasket, thereby increasing the sealing effect of the electrochemical hydrogen compressor gasket.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 수소압축기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전기화학식 수소압축기의 분해사시도이다.
도 3 은 도 1의 가스켓의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A부분을 확대한 도면이다.
도 5는 도 4에 작용하는 원주 방향 응력을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 B부분을 확대한 도면이다.
도 7은 도 3의 가스켓의 재질에 따른 외곽 변형률을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 3의 가스켓의 형상에 따른 외곽 변형률을 나타낸 도면이다.
1 is a perspective view of an electrochemical hydrogen compressor according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of the electrochemical hydrogen compressor of FIG. 1;
Fig. 3 is a plan view of the gasket of Fig. 1;
FIG. 4 is an enlarged view of part A of FIG. 3 .
FIG. 5 is a diagram showing stress in the circumferential direction acting on FIG. 4 .
FIG. 6 is an enlarged view of part B of FIG. 3 .
FIG. 7 is a diagram showing outer strain according to the material of the gasket of FIG. 3 .
FIG. 8 is a diagram showing outer strain according to the shape of the gasket of FIG. 3 .

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be exemplified and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. Terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'include' or 'having' are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. At this time, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are indicated by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, in the accompanying drawings, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 수소압축기(10)에 대해 설명한다. Hereinafter, an electrochemical hydrogen compressor 10 according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 수소압축기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 전기화학식 수소압축기의 분해사시도이다.1 is a perspective view of an electrochemical hydrogen compressor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the electrochemical hydrogen compressor of FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학식 수소압축기(10)는 엔드 플레이트(100), 막-전극 접합체(MEA: membrane electrode assembly, 200), 가스 확산층(GDL: gas diffusion layer, 300), 분리판(400), 집전판(500), 가스켓(600) 및 결합 부재(700)를 포함할 수 있다.1 and 2, the electrochemical hydrogen compressor 10 according to an embodiment of the present invention includes an end plate 100, a membrane electrode assembly (MEA) 200, and a gas diffusion layer (GDL: A gas diffusion layer 300 ), a separation plate 400 , a current collector plate 500 , a gasket 600 and a coupling member 700 may be included.

전기화학식 수소압축기(10)의 후술하는 막-전극 접합체(200)의 산화전극인 애노드(Anode)에 수소(H2)가 제공될 수 있다. 애노드에 제공된 수소는 전위차에 의해 산화반응을 일으켜 수소이온과 전자로 분리될 수 있다. 분리된 수소이온은 고분자 전해질막(PEM: Polymer Electrolyte Membrane)을 통해 환원전극인 캐소드(Cathode)로 이동할 수 있다. 분리된 전자는 외부회로를 통해 마찬가지로 캐소드로 이동할 수 있다. 캐소드에서 수소이온의 환원반응에 의해 수소분자가 생성될 수 있다. 따라서, 애노드와 캐소드 간의 전위차에 의해 애노드로 공급되는 수소는 캐소드로 이동하고, 이에 따라 캐소드 내부의 수소의 압력이 높아져 수소가 압축될 수 있다.Hydrogen (H 2 ) may be provided to an anode, which is an oxidation electrode of a membrane-electrode assembly 200 described below of the electrochemical hydrogen compressor 10 . Hydrogen provided to the anode can be separated into hydrogen ions and electrons by causing an oxidation reaction due to a potential difference. The separated hydrogen ions may move to a cathode, which is a reduction electrode, through a polymer electrolyte membrane (PEM). The separated electrons can also move to the cathode through an external circuit. Hydrogen molecules may be generated by a reduction reaction of hydrogen ions at the cathode. Accordingly, hydrogen supplied to the anode moves to the cathode due to a potential difference between the anode and the cathode, and accordingly, the pressure of the hydrogen inside the cathode increases and the hydrogen can be compressed.

상기 작동방식에 의거한 전기화학식 수소압축기(10)는 기계식 수소압축기에 비해 기계 작동을 위한 윤활유(오일)에 의한 오염이 없는 고순도의 수소를 얻을 수 있고, 고압으로 압축하는 경우에 에너지 소모가 적다는 장점이 있다. 또한 별도로 구동하는 부재가 없어 진동 및 소음이 적고 유지 관리가 쉬울 수 있다.Compared to mechanical hydrogen compressors, the electrochemical hydrogen compressor 10 based on the above operating method can obtain high purity hydrogen free from contamination by lubricating oil (oil) for mechanical operation, and consumes less energy when compressed at high pressure. has an advantage. In addition, since there is no separate driving member, vibration and noise can be reduced and maintenance can be easy.

전기화학식 수소압축기(10)의 막-전극 접합체(200), 가스 확산층(300), 분리판(400), 집전판(500) 및 가스켓(600)이 포함된 하나의 셀(single cell) 만으로는 압축이 필요한 수소의 유량을 처리할 수 없는 바, 복수 개의 셀이 적층된 형태일 수 있다. 복수개의 셀은 차례로 적층되고 후술하는 엔드 플레이트(100)가 복수개의 셀의 양단에 위치하고 결합 부재(700)에 의해 결합되어 복수개의 셀에 체결압을 제공하여 고정할 수 있다.Compression with only one cell including the membrane-electrode assembly 200, the gas diffusion layer 300, the separator 400, the current collector 500 and the gasket 600 of the electrochemical hydrogen compressor 10 Since it cannot handle the required flow rate of hydrogen, a plurality of cells may be stacked. A plurality of cells may be sequentially stacked, and end plates 100 described below may be positioned at both ends of the plurality of cells and coupled by a coupling member 700 to provide fastening pressure to the plurality of cells to be fixed.

여기에서, 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 전기화학식 수소압축기(10)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. Here, those with ordinary knowledge in the technical field related to this embodiment know that other general-purpose components may be further included in the electrochemical hydrogen compressor 10 in addition to the components shown in FIGS. 1 and 2 I can understand.

엔드 플레이트(100)는 후술하는 애노드측 분리판 및 캐소드측 분리판의 양단에 각각 배치되는 한쌍의 판으로, 내부의 셀에 체결압을 제공할 수 있다. 엔드 플레이트(100)는 전기화학식 수소압축기(10)의 양단에 위치하여 후술하는 결합 부재(700)에 의해 결합되고 체결압을 제공할 수 있다. 즉, 엔드 플레이트(100) 사이에 복수 개의 막-전극 접합체(200), 가스 확산층(300), 분리판(400), 집전판(500) 및 가스켓(600)이 적층되고 양단에 위치한 엔드 플레이트(100)를 결합 부재(700)에 의해 고정할 수 있다. 이에 따라, 엔드 플레이트(100)가 적층된 셀에 일정한 체결압을 제공하여 셀을 고정할 수 있다.The end plate 100 is a pair of plates respectively disposed at both ends of an anode-side separator and a cathode-side separator, which will be described later, and can provide clamping pressure to an internal cell. The end plates 100 may be positioned at both ends of the electrochemical hydrogen compressor 10 and coupled by a coupling member 700 to be described later to provide clamping pressure. That is, the plurality of membrane-electrode assemblies 200, the gas diffusion layer 300, the separator 400, the current collector plate 500, and the gasket 600 are stacked between the end plates 100, and the end plates positioned at both ends ( 100) may be fixed by the coupling member 700. Accordingly, it is possible to fix the cells by providing a constant fastening pressure to the cells in which the end plates 100 are stacked.

엔드 플레이트(100)는 막-전극 접합체(200), 가스 확산층(300), 분리판(400), 집전판(500) 및 가스켓(600)을 포함하는 셀을 덮을 수 있을 정도의 단면적을 가지는 평판형태일 수 있다. The end plate 100 is a flat plate having a cross-sectional area sufficient to cover a cell including the membrane-electrode assembly 200, the gas diffusion layer 300, the separator 400, the current collector plate 500, and the gasket 600. can be in the form

엔드 플레이트(100)는 외곽에 결합 부재(700)에 의한 결합을 위한 복수 개의 통공이 형성될 수 있다. 적층된 복수 개의 셀에 작용하는 면압의 크기 및 분포가 균일하지 못하면 반응기체의 누설 및 접촉저항 상승에 따라 수소 압축의 효율이 하락하는 문제가 있을 수 있다. 따라서, 엔드 플레이트(100)에 형성된 통공은 엔드 플레이트(100)가 내부에 적층된 셀을 균등하게 누를 수 있도록 엔드 플레이트(100)의 중심에 대해 대칭적으로 형성될 수 있다.A plurality of through holes for coupling by the coupling member 700 may be formed on the outer side of the end plate 100 . If the size and distribution of the surface pressure acting on the plurality of stacked cells is not uniform, there may be a problem in that the efficiency of hydrogen compression decreases due to the leakage of the reactive gas and the increase in the contact resistance. Thus, the through holes formed in the end plate 100 may be formed symmetrically with respect to the center of the end plate 100 so that the end plate 100 can evenly press the cells stacked therein.

엔드 플레이트(100)는 결합 부재(700)의 조여지는 힘에도 불구하고 변형이 일어나면 안되는 바, 충분한 강성을 지닌 강철(Steel) 및 강화 플라스틱(Reinforced plastic)과 같은 재질로 제작될 수 있다. 다만, 엔드 플레이트(100)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.Since the end plate 100 should not be deformed despite the tightening force of the coupling member 700, it may be made of a material having sufficient rigidity, such as steel or reinforced plastic. However, the shape and material of the end plate 100 are not limited thereto and may have various shapes and materials.

막-전극 접합체(200)는 캐소드(미도시) 및 애노드(미도시)를 포함하여, 애노드에 제공된 수소의 화학적 반응을 일으킬 수 있다. 막-전극 접합체(200)는 필름형태의 접합체일 수 있다.The membrane-electrode assembly 200 includes a cathode (not shown) and an anode (not shown), and may cause a chemical reaction of hydrogen supplied to the anode. The membrane-electrode assembly 200 may be a film-type assembly.

막-전극 접합체는 고분자 전해질 막을 사이에 두고 산화 전극이라고도 불리는 애노드와 환원 전극이라고도 불리는 캐소드가 부착된 구조를 가질 수 있다. 막-전극 접합체(200)는 캐소드에 대응하는 면에 배치된 캐소드측 촉매층(미도시)과 후술하는 애노드에 대응하는 면에 배치된 애노드측 촉매층(미도시)을 포함할 수 있다.The membrane-electrode assembly may have a structure in which an anode, also called an anode, and a cathode, also called a reduction electrode, are attached with a polymer electrolyte membrane interposed therebetween. The membrane-electrode assembly 200 may include a cathode-side catalyst layer (not shown) disposed on a surface corresponding to a cathode and an anode-side catalyst layer (not shown) disposed on a surface corresponding to an anode described below.

막-전극 접합체(200)의 애노드에 제공된 수소가 산화 반응에 의해 수소이온과 전자로 분리될 수 있다. 분리된 수소 이온은 캐소드로 이동하여 환원 반응에 의해 수소분자가 생성될 수 있다. 이에 따라, 캐소드에 존재하는 수소의 압력이 높아져 수소가 압축될 수 있다. 다만, 막-전극 접합체(200)의 구성은 이에 한정되지 않고 본 발명과 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위 내에서 변경될 수 있다.Hydrogen supplied to the anode of the membrane-electrode assembly 200 may be separated into hydrogen ions and electrons through an oxidation reaction. The separated hydrogen ions may move to the cathode and generate hydrogen molecules by a reduction reaction. Accordingly, the pressure of hydrogen existing in the cathode is increased so that the hydrogen can be compressed. However, the configuration of the membrane-electrode assembly 200 is not limited thereto and may be changed within a range that can be employed by those skilled in the art related to the present invention.

가스 확산층(300)은 애노드 및 캐소드의 바깥쪽에 배치되어 유로에서 전극으로 반응물질인 수소를 전달하는 통로일 수 있다. 가스 확산층(300)은 다공성의 카본 종이 및 천 위에 마이크로한 다공층을 가지는 구조일 수 있다. 가스 확산층(300)은 수소가 촉매층으로 이동해가는 통로를 제공하고 촉매층과 후술하는 분리판(400) 사이의 전류전도체 역할을 할 수 있다.The gas diffusion layer 300 may be disposed outside the anode and cathode and may be a passage through which hydrogen, a reactant, is transferred from the passage to the electrode. The gas diffusion layer 300 may have a structure having microporous layers on porous carbon paper and cloth. The gas diffusion layer 300 may provide a passage through which hydrogen moves to the catalyst layer and serve as a current conductor between the catalyst layer and the separator 400 to be described later.

가스 확산층(300)은 수소를 촉매층으로 확산시키고 전류전도체 역할을 하는 바, 전기화학식 수소압축기(10)의 성능과 내구성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 가스 확산층(300)은 높은 기체 투과도와 전기전도성, 소수성 및 열 안정성을 가진 재질인 카본지(carbon paper) 및 탄소 섬유(carbon fiber) 등으로 제작될 수 있다. 다만, 가스 확산층(300)의 구조 및 재질은 이에 한정되지 않고 본 발명과 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위 내에서 변경될 수 있다.Since the gas diffusion layer 300 diffuses hydrogen into the catalyst layer and serves as a current conductor, the performance and durability of the electrochemical hydrogen compressor 10 may be affected. Accordingly, the gas diffusion layer 300 may be made of carbon paper or carbon fiber, which is a material having high gas permeability, electrical conductivity, hydrophobicity, and thermal stability. However, the structure and material of the gas diffusion layer 300 are not limited thereto and may be changed within a range that can be employed by those skilled in the art related to the present invention.

분리판(400)은 애노드측 분리판(410) 및 캐소드측 분리판(420)을 포함할 수 있다. 분리판(400)은 유로(미도시)를 포함하며 가스 확산층(300) 및 막-전극 접합체(200)를 구조적으로 지지할 수 있다. 또한, 분리판(400)은 막-전극 접합체(200)의 애노드와 캐소드를 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행할 수 있다. The separator 400 may include an anode-side separator 410 and a cathode-side separator 420 . The separator 400 may include a flow path (not shown) and structurally support the gas diffusion layer 300 and the membrane-electrode assembly 200 . In addition, the separator 400 may simultaneously serve as a conductor connecting the anode and cathode of the membrane-electrode assembly 200 in series.

분리판(400)은 전기화학식 수소압축기(10)의 반응에 필요한 수소를 막-전극 접합체(200) 전면에 균등하게 분배 및 공급할 수 있다. 또한, 애노드에서 수소의 산화 반응에 의해 생성된 전류를 수집 및 전달할 수 있다.The separator 400 can evenly distribute and supply hydrogen required for the reaction of the electrochemical hydrogen compressor 10 to the entire surface of the membrane-electrode assembly 200 . In addition, the current generated by the oxidation reaction of hydrogen at the anode can be collected and delivered.

분리판(400)은 얇은 평판 형상일 수 있다. 분리판(400)은 우수한 전기 전도성 및 열전도성, 내식성, 낮은 기체 투과성 등을 지니며 구조적 지지체 역할을 위해 충분한 강성을 지닌 스테인레스(stainless), 티타늄(Titanium) 및 알루미늄(Aluminium) 등이 활용될 수 있다. 다만 분리판(400)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질이 활용될 수 있다. The separator 400 may have a thin flat plate shape. The separator 400 has excellent electrical and thermal conductivity, corrosion resistance, low gas permeability, etc., and may be made of stainless, titanium, or aluminum having sufficient rigidity to serve as a structural support. there is. However, the shape and material of the separator 400 are not limited thereto, and various shapes and materials may be used.

애노드측 분리판(410)은 애노드측에 배치되어, 애노드로 수소를 공급할 수 있다. 캐소드측 분리판(420)은 캐소드측에 배치되어, 캐소드로부터 수소를 배출할 수 있다. 애노드측 분리판(410)과 캐소드측 분리판(420)의 위치는 내부에 적층되는 셀의 구조에 따라 변경될 수 있다.The anode-side separator 410 is disposed on the anode side to supply hydrogen to the anode. The cathode-side separator 420 is disposed on the cathode side, and may discharge hydrogen from the cathode. Positions of the anode-side separator 410 and the cathode-side separator 420 may be changed according to the structure of a cell stacked therein.

집전판(500)은 분리판(400)과 엔드 플레이트(100)사이에 위치하여, 전기를 집전할 수 있다. 집전판(500)은 전기를 집결하는 단자를 포함하는 판 형상일 수 있다. 집전판(500)은 내부에 적층되는 셀의 구조에 따라 애노드측 집전판일 수 있고 캐소드측 집전판일 수 있다. 다만, 집전판(500)의 구조 및 형상은 이에 한정되지 않고 본 발명의 실시예에 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위 내에서 변경될 수 있다.The current collector plate 500 may be positioned between the separator plate 400 and the end plate 100 to collect electricity. The current collecting plate 500 may have a plate shape including terminals for collecting electricity. The current collector 500 may be an anode-side current collector or a cathode-side current collector depending on the structure of a cell stacked therein. However, the structure and shape of the current collector 500 are not limited thereto and may be changed within a range that can be employed by those skilled in the art related to the embodiments of the present invention.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓(600)에 대해 설명한다. Hereinafter, a gasket 600 according to an embodiment of the present invention will be described.

도 3 은 도 1의 가스켓의 평면도이고, 도 4는 도 3의 A부분을 확대한 도면이고, 도 5는 도 4에 작용하는 원주 방향 응력을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 3의 B부분을 확대한 도면이다.3 is a plan view of the gasket of FIG. 1, FIG. 4 is an enlarged view of portion A of FIG. 3, FIG. 5 is a view showing stress in the circumferential direction acting on portion B of FIG. 4, and FIG. 6 is a view showing portion B of FIG. This is an enlarged drawing.

도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 가스켓(600)은 외주면(610) 및 내주면(620)을 포함할 수 있다. 가스켓(600)은 막-전극 접합체(200)와 애노드측 분리판(410) 및 캐소드측 분리판(420) 사이에 위치하여, 수소가 누출되는 것을 방지할 수 있다. 가스켓(600)은 내부 공간(630)을 감싸며 요철을 갖는 내주면(620)을 포함하는 링형상일 수 있다. 가스켓(600)은 요철을 갖는 내주면이 형성된 바, 내부에서 가해지는 응력이 분산될 수 있다. 가스켓(600)의 내부에서 가해지는 응력이 분산됨에 따라, 가스켓(600) 외곽 변형이 감소하여 씰링효과를 향상시킬 수 있다.Referring to FIGS. 3 to 6 , the gasket 600 may include an outer circumferential surface 610 and an inner circumferential surface 620 . The gasket 600 is positioned between the membrane-electrode assembly 200 and the anode-side separator 410 and the cathode-side separator 420 to prevent leakage of hydrogen. The gasket 600 may have a ring shape surrounding the inner space 630 and including an inner circumferential surface 620 having irregularities. Since the gasket 600 has an uneven inner circumferential surface, stress applied from the inside can be dispersed. As the stress applied from the inside of the gasket 600 is dispersed, the outer deformation of the gasket 600 is reduced, thereby improving the sealing effect.

가스켓(600)은 테프론(PTFE : Polytetrafluoroethylene)과 같은 비금속 탄성재질로 구성될 수 있다. 가스켓(600)을 금속(Metal)소재로 제작할 경우, 변형률은 작으나 복수 개의 셀을 적층 함에 따라 정렬(Align)에 문제가 생기는 경우, 공차가 발생하여 수소가 누출될 수 있다. The gasket 600 may be made of a non-metal elastic material such as polytetrafluoroethylene (PTFE). When the gasket 600 is made of a metal material, the strain is small, but if a problem occurs in alignment due to the stacking of a plurality of cells, a tolerance may occur and hydrogen may leak.

가스켓(600)은 가스켓(600)의 최대 두께인 제1 두께(t1)가 돌출부 반지름(r1) 및 홈부 반지름(r2)의 10~20배일 수 있다. 제1 두께(t1)가 돌출부 반지름(r1) 및 홈부 반지름(r2)의 10배 미만일 경우, 가스켓의 외주면(610)이 내부 압력에 의해 큰 변형이 발생하는 내주면(620) 으로부터 일정거리 이격 되지 않아 가스켓(600)의 외곽 변형률이 커질 수 있다. 가스켓(600)의 외곽 변형률이 커짐에 따라 가스켓(600)의 씰링효과가 감소할 수 있다.In the gasket 600, the first thickness t1, which is the maximum thickness of the gasket 600, may be 10 to 20 times the radius r1 of the protrusion and the radius r2 of the groove. When the first thickness t1 is less than 10 times the radius of the protrusion r1 and the radius of the groove r2, the outer circumferential surface 610 of the gasket is not spaced a certain distance from the inner circumferential surface 620 where large deformation occurs due to internal pressure. The outer strain of the gasket 600 may increase. As the outer strain of the gasket 600 increases, the sealing effect of the gasket 600 may decrease.

가스켓(600)의 제1 두께(t1)가 돌출부 반지름(r1) 및 홈부 반지름(r2)의 20배를 초과할 경우, 가스켓(600)의 씰링효과는 크게 향상되지 않는데 반해, 적층되는 셀 외부로 가스켓(600)의 외곽이 돌출되어 전체 전기화학식 수소압축기(10)의 부피를 증가시킬 수 있다. 또한 외부로 돌출된 가스켓(600)은 외부로부터 충격을 받을 수 있어 가스켓(600)의 훼손 가능성이 있을 수 있다.When the first thickness t1 of the gasket 600 exceeds 20 times the radius of the protrusion r1 and the radius of the groove r2, the sealing effect of the gasket 600 is not greatly improved. The outside of the gasket 600 protrudes to increase the volume of the entire electrochemical hydrogen compressor 10 . In addition, the gasket 600 protruding to the outside may receive an impact from the outside, and thus the gasket 600 may be damaged.

가스켓(600)은 가스켓(600)의 최소 두께인 제2 두께(t2)와 제1 두께(t1)의 차이가 돌출부 반지름(r1) 및 홈부 반지름(r2)의 2배 내지 3배 이내일 수 있다(도 4 및 도 6 참조). 이는, 후술하는 바와 같이 제1 두께(t1)와 제2 두께(t2)의 차이가 클 경우, 원주 방향 응력이 상쇄되지 않아 응력 분산 효과가 적어지기 때문이다. In the gasket 600, a difference between the second thickness t2 and the first thickness t1, which is the minimum thickness of the gasket 600, may be within 2 to 3 times of the protrusion radius r1 and the groove radius r2. (See Figures 4 and 6). This is because, as will be described later, when the difference between the first thickness t1 and the second thickness t2 is large, stress in the circumferential direction is not offset and the stress dispersion effect is reduced.

도 5를 참조하면, 후술하는 돌출부(621) 및 홈부(622)의 원주 방향 응력은 내부 공간(630)과 내주면(620)의 경계의 좌측과 우측에 상방 및 하방을 향한 화살표로 각각 표시하였다. 돌출부(621) 및 홈부(622)의 원주 방향 응력은 상호 반대방향으로 작용하는 바, 상쇄될 수 있다.Referring to FIG. 5 , stresses in the circumferential direction of the protruding portion 621 and the groove portion 622 described later are indicated by upward and downward arrows on the left and right sides of the boundary between the inner space 630 and the inner circumferential surface 620, respectively. Stresses in the circumferential direction of the protrusion 621 and the groove 622 act in opposite directions, so they can be canceled out.

이때, 돌출부(621)의 원주 방향 응력과 홈부(622)의 원주 방향 응력의 크기 차이가 작을수록 응력이 상쇄되어 가스켓(600)의 변형을 방지할 수 있다. 원주 방향의 응력은 내부 압력과 곡률 반지름의 곱에 비례하고, 가스켓(600)의 두께에 반비례한다. 돌출부(621) 및 홈부(622)의 내부 압력과 곡률 반지름은 동일한 바, 제1 두께(t1) 및 제2 두께(t2)의 차이가 적으면 돌출부(621) 및 홈부(622)의 원주 방향 응력의 크기 차이가 작아질 수 있다. 따라서, 제1 두께(t1)와 제2 두께(t2)의 차이가 돌출부 반지름(r1) 및 홈부 반지름(r2)의 3배 이내인 것이 바람직할 수 있다. 다만 제1 두께(t1)와 제2 두께(t2) 간에는 적어도 돌출부 반지름(r1) 및 홈부 반지름(r2)의 2배 차이가 나는 바, 제1 두께(t1)와 제2 두께(t2)의 차이가 돌출부 반지름(r1) 및 홈부 반지름(r2)의 2배 내지 3배 이내일 수 있다.In this case, as the difference between the stress in the circumferential direction of the protrusion 621 and the stress in the circumferential direction of the groove 622 is smaller, the stress is offset, so that deformation of the gasket 600 can be prevented. The stress in the circumferential direction is proportional to the product of the internal pressure and the radius of curvature, and is inversely proportional to the thickness of the gasket 600 . Since the internal pressure and curvature radius of the protrusion 621 and the groove 622 are the same, when the difference between the first thickness t1 and the second thickness t2 is small, the stress of the protrusion 621 and the groove 622 in the circumferential direction size difference can be small. Therefore, it may be preferable that the difference between the first thickness t1 and the second thickness t2 is within three times the radius r1 of the protrusion and the radius r2 of the groove. However, the difference between the first thickness t1 and the second thickness t2 is at least twice the radius of the protrusion r1 and the radius of the groove r2, so the difference between the first thickness t1 and the second thickness t2 may be within 2 to 3 times of the protrusion radius r1 and the groove radius r2.

도 3 내지 도 6을 참조하면 내주면(620)은 돌출부(621) 및 홈부(622)를 포함할 수 있다. 내주면(620)은 돌출부(621) 및 홈부(622)가 등간격으로 반복 배치된 요철 형상일 수 있다. 내주면(620)의 요철 형상에 의해 내부에서 가해지는 응력, 특히, 원주 방향의 응력이 분산될 수 있다.Referring to FIGS. 3 to 6 , the inner circumferential surface 620 may include a protrusion 621 and a groove 622 . The inner circumferential surface 620 may have a concavo-convex shape in which protrusions 621 and grooves 622 are repeatedly arranged at regular intervals. Stress applied from the inside, in particular, stress in the circumferential direction may be dispersed by the uneven shape of the inner circumferential surface 620 .

돌출부(621)는 가스켓(600)의 중심을 향해 돌출될 수 있다. 돌출부(621)는 반원형상으로 돌출될 수 있다. 돌출부 반지름(r1)은 0.3mm~0.5mm일 수 있다(도 4 참조). 돌출부 반지름(r1)이 0.3mm 미만일 경우, 가스켓(600) 제작의 어려움이 있을 수 있으며, 정밀한 가공이 되지 않는 경우 내주면(620)의 형상이 균일하지 않을 수 있다. 이에 따라, 내주면(620)에 응력이 집중되는 곳이 발생할 수 있고 이에 따라 가스켓(600)이 변형되어 수소가 누출될 수 있다.The protrusion 621 may protrude toward the center of the gasket 600 . The protrusion 621 may protrude in a semicircular shape. The protrusion radius r1 may be 0.3 mm to 0.5 mm (see FIG. 4). If the radius r1 of the protrusion is less than 0.3 mm, it may be difficult to manufacture the gasket 600, and the shape of the inner circumferential surface 620 may not be uniform if precise processing is not performed. Accordingly, a place where stress is concentrated on the inner circumferential surface 620 may occur, and accordingly, the gasket 600 may be deformed and hydrogen may leak.

돌출부 반지름(r1)이 0.5mm를 초과하는 경우, 제1 두께(t1)와 제2 두께(t2)의 차이가 커져 내주면(620)의 응력이 균등하게 상쇄되지 않아 응력 분산효과가 감소할 수 있다(도 4 및 도 6 참조). 따라서, 돌출부 반지름(r1)은 0.3~0.5mm, 바람직하게는 0.4mm일 수 있다.When the protrusion radius r1 exceeds 0.5 mm, the difference between the first thickness t1 and the second thickness t2 increases so that the stress of the inner circumferential surface 620 is not evenly offset, reducing the stress distribution effect. (See Figures 4 and 6). Therefore, the protrusion radius r1 may be 0.3 to 0.5 mm, preferably 0.4 mm.

홈부(622)는 돌출부(621)에 연결되어, 돌출부(621)의 반대방향으로 함몰될 수 있다. 홈부(622)는 반원형상으로 함몰될 수 있다. 홈부 반지름(r2)은 0.3mm~0.5mm일 수 있다(도 4 참조). 홈부 반지름(r2)이 0.3mm 미만일 경우, 가스켓(600) 제작의 어려움이 있을 수 있으며, 정밀한 가공이 되지 않는 경우 내주면(620)의 형상이 균일하지 않을 수 있다. 이에 따라, 내주면(620)에 응력이 집중되는 곳이 발생할 수 있고 이에 따라 가스켓(600)이 변형되어 수소가 누출될 수 있다.The groove 622 is connected to the protrusion 621 and may be recessed in the opposite direction of the protrusion 621 . The groove 622 may be recessed in a semicircular shape. The groove radius r2 may be 0.3 mm to 0.5 mm (see FIG. 4). If the groove radius r2 is less than 0.3 mm, it may be difficult to manufacture the gasket 600, and if precise processing is not performed, the shape of the inner circumferential surface 620 may not be uniform. Accordingly, a place where stress is concentrated on the inner circumferential surface 620 may occur, and accordingly, the gasket 600 may be deformed and hydrogen may leak.

홈부 반지름(r2)이 0.5mm를 초과하는 경우, 제1 두께(t1)와 제2 두께(t2)의 차이가 커져 내주면(620)의 응력이 균등하게 상쇄되지 않아 응력 분산효과가 감소할 수 있다(도 4 및 도 6 참조). 따라서, 홈부 반지름(r2)은 0.3mm~0.5mm, 바람직하게는 0.4mm일 수 있다.When the groove radius r2 exceeds 0.5 mm, the difference between the first thickness t1 and the second thickness t2 increases so that the stress of the inner circumferential surface 620 is not evenly offset, reducing the stress distribution effect. (See Figures 4 and 6). Accordingly, the groove radius r2 may be 0.3 mm to 0.5 mm, preferably 0.4 mm.

돌출부 반지름(r1) 및 홈부 반지름(r2)은 동일할 수 있다. 돌출부 반지름(r1)과 홈부 반지름(r2)이 동일하지 않다면 내주면(620)에 응력이 집중되는 곳이 발생할 수 있고 이에 따라 가스켓(600)이 변형되어 수소가 누출될 수 있다. The protrusion radius r1 and the groove radius r2 may be the same. If the radius r1 of the protrusion and the radius r2 of the groove are not the same, a place where stress is concentrated may occur on the inner circumferential surface 620 and accordingly, the gasket 600 may be deformed and hydrogen may leak.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓(600)의 씰링효과에 대해 설명한다.Hereinafter, the sealing effect of the gasket 600 according to an embodiment of the present invention will be described.

도 7은 도 3의 가스켓의 재질에 따른 외곽 변형률을 나타낸 도면이고, 도 8은 도 3의 가스켓의 형상에 따른 외곽 변형률을 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a diagram showing the outer strain according to the material of the gasket of FIG. 3 , and FIG. 8 is a diagram showing the outer strain according to the shape of the gasket of FIG. 3 .

도 7을 참조하면, 가스켓(600)에 100bar의 압력이 작용하는 경우, 도 7(a)는 메탈 가스켓의 변형률 분배를 나타낸 도면이다. 도 7(b)는 가스켓(600)에 100bar의 압력이 작용하는 경우, 테프론(PTFE) 가스켓의 변형률 분배를 나타낸 도면이다. 메탈 가스켓과 테프론 가스켓의 경우 모두 내주면의 변형률이 가장 크고 외주면으로 갈수록 변형률이 작아짐을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7 , when a pressure of 100 bar is applied to the gasket 600, FIG. 7(a) is a view showing strain distribution of the metal gasket. FIG. 7(b) is a diagram showing strain distribution of a Teflon (PTFE) gasket when a pressure of 100 bar is applied to the gasket 600. In the case of both the metal gasket and the Teflon gasket, it can be seen that the strain on the inner circumferential surface is the largest and the strain decreases toward the outer circumferential surface.

다만, 메탈 가스켓의 경우 탄성계수가 크고 프와송 비가 작기 때문에 외력에 대한 저항이 크므로 가스켓(600)의 변형률이 작음을 확인할 수 있다. 이에 비해, 테프론 가스켓의 경우 탄성계수가 작고 프와송 비가 크기 때문에 외력에 대한 저항이 작고 가스켓(600)의 변형률이 큼을 확인할 수 있다. 도7 (b)의 확대도를 보면, 가스켓(600)의 외곽 근처까지 변형이 발생하며 변형률이 균일하지 않아 윙클(Wrinkle)이 발생할 수 있다. 이에 따라, 가스켓(600)의 씰링효과는 감소하여 수소가 누출될 여지가 있을 수 있다.However, in the case of the metal gasket, since the elastic modulus is high and the Poisson's ratio is low, resistance to external force is high, so it can be confirmed that the deformation rate of the gasket 600 is small. In contrast, in the case of the Teflon gasket, since the elastic modulus is small and the Poisson's ratio is high, it can be confirmed that the resistance to external force is small and the deformation rate of the gasket 600 is large. Referring to the enlarged view of FIG. 7 (b), deformation occurs up to the vicinity of the outer periphery of the gasket 600, and wrinkles may occur because the strain is not uniform. Accordingly, the sealing effect of the gasket 600 is reduced, and there may be room for hydrogen to leak.

그러나, 메탈 가스켓을 사용하는 경우 탄성력이 없어 복수 개의 셀을 적층함에 따라 정렬(Align)에 문제가 생기는 경우 분리판(400) 및 막-전극 접합체(200)와 가스켓(600) 간에 틈이 발생해 수소가 누출될 여지가 있다. 따라서 정렬에 문제가 있어도 분리판(400) 및 막-전극 접합체(200)와 가스켓(600) 간에 틈이 발생할 여지가 적은 비금속 탄성재질의 가스켓을 활용하는 동시에 변형률을 줄이는 것이 중요하다.However, when a metal gasket is used, when a plurality of cells are laminated due to lack of elasticity, a gap is generated between the separator 400 and the membrane-electrode assembly 200 and the gasket 600 when a problem occurs in alignment. There is room for hydrogen to leak. Therefore, it is important to use a gasket made of a non-metallic elastic material with little room for a gap to occur between the separator 400 and the membrane-electrode assembly 200 and the gasket 600 even if there is a problem with alignment, and at the same time reduce strain.

도 8을 참조하면, 도 8(a)는 도 7(b)와 동일한 테프론 가스켓을 활용하고 100bar의 압력이 적용되는 경우 원형 가스켓의 변형률을 나타낸 도면이다. 도 8(b)는 도 7(b)와 동일한 테프론 가스켓을 활용하고 100bar의 압력이 적용되는 경우 요철 가스켓의 변형률을 나타낸 도면이다.Referring to FIG. 8, FIG. 8(a) is a diagram showing strain of a circular gasket when the same Teflon gasket as in FIG. 7(b) is used and a pressure of 100 bar is applied. FIG. 8(b) is a view showing the deformation rate of the concavo-convex gasket when the same Teflon gasket as in FIG. 7(b) is used and a pressure of 100 bar is applied.

도 8(b)의 요철을 갖는 내주면(620)을 포함하는 요철 가스켓은, 요철 형상의 내주면(620)에 의해 응력이 분산되는 결과 가스켓(600) 외곽 근처의 변형은 상당히 줄어들고 가스켓(600) 전반에 걸쳐 변형률이 균일하여 윙클도 발생하지 않을 수 있다. 따라서, 요철 가스켓을 활용하는 경우 가스켓(600)을 비금속 탄성재질로 제작하더라도 가스켓(600)의 외곽 변형에 따라 씰링효과가 감소하고 수소가 누출되는 것을 방지할 수 있다.In the concavo-convex gasket including the concavo-convex inner circumferential surface 620 of FIG. 8(b), as a result of stress being dispersed by the concavo-convex inner circumferential surface 620, deformation near the outer periphery of the gasket 600 is considerably reduced, and the entire gasket 600 Since the strain is uniform throughout, winkle may not occur. Therefore, in case of using the concave-convex gasket, even if the gasket 600 is made of a non-metallic elastic material, the sealing effect is reduced according to the external deformation of the gasket 600 and leakage of hydrogen can be prevented.

결합 부재(700)는 볼트(710) 및 너트(720)를 포함할 수 있다. 결합 부재(700)는 엔드 플레이트(100)의 통공을 통해 양단의 엔드 플레이트(100)를 결합하고 체결압을 제공할 수 있다. 즉, 볼트(710)를 일단의 엔드 플레이트(100)의 통공에 삽입하고 타단의 엔드 플레이트(100)에 너트(720)를 볼트(710)에 삽입 및 결합하여 양단의 엔드 플레이트(100)를 결합하고 너트(720)를 조여 체결압을 조절할 수 있다. 다만, 결합 부재(700)는 볼트(710) 및 너트(720)에 한정되지 않고 양단의 엔드 플레이트(100)를 결합할 수 있는 어떠한 구성도 가능할 수 있다.The coupling member 700 may include a bolt 710 and a nut 720 . The coupling member 700 may couple the end plates 100 at both ends through the through hole of the end plate 100 and provide fastening pressure. That is, a bolt 710 is inserted into the through hole of one end plate 100, and a nut 720 is inserted and coupled to the bolt 710 in the other end plate 100 to couple the end plates 100 at both ends. And tighten the nut 720 can adjust the clamping pressure. However, the coupling member 700 is not limited to the bolt 710 and the nut 720, and any configuration capable of coupling the end plates 100 at both ends may be possible.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, those skilled in the art can add, change, delete, or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention can be variously modified and changed by the like, and this will also be said to be included within the scope of the present invention.

10 전기화학식 수소 압축기
100 엔드 플레이트
200 막-전극 접합체
300 가스 확산층
400 분리판
500 집전판
600 가스켓
700 결합 부재
10 electrochemical hydrogen compressor
100 end plate
200 membrane-electrode assembly
300 gas diffusion layer
400 Separator
500 current collector
600 gasket
700 bonding member

Claims (8)

캐소드 및 애노드를 포함하는 막-전극접합체;
상기 애노드측에 배치되어, 상기 애노드로 수소를 공급하는 애노드측 분리판;
상기 캐소드측에 배치되어, 상기 캐소드로부터 수소를 배출하는 캐소드측 분리판;
상기 애노드측 분리판 및 상기 캐소드측 분리판의 양단에 각각 배치되는 한 쌍의 엔드플레이트; 및
상기 막-전극접합체와 상기 애노드측 분리판 및 상기 캐소드측 분리판 사이에 위치하여, 수소가 누출되는 것을 방지하는 가스켓을 포함하며,
상기 가스켓은, 요철을 갖는 내주면을 포함하는 링형상인, 전기화학식 수소압축기.
a membrane-electrode assembly including a cathode and an anode;
an anode-side separator disposed on the anode side to supply hydrogen to the anode;
a cathode-side separator disposed on the cathode side to discharge hydrogen from the cathode;
a pair of end plates respectively disposed on both ends of the anode-side separator and the cathode-side separator; and
a gasket disposed between the membrane-electrode assembly and the anode-side separator and the cathode-side separator to prevent hydrogen from leaking;
The gasket is a ring-shaped, electrochemical hydrogen compressor including an inner circumferential surface having irregularities.
제1 항에 있어서,
상기 내주면은,
상기 가스켓의 중심을 향해 돌출된 돌출부 및
상기 돌출부에 연결되어, 상기 돌출부의 반대방향으로 함몰된 홈부를 포함하며, 상기 돌출부 및 상기 홈부가 등간격으로 반복 배치된, 전기화학식 수소압축기.
According to claim 1,
In the inner surface,
A protrusion protruding toward the center of the gasket and
An electrochemical hydrogen compressor connected to the protrusion, including a groove portion recessed in the opposite direction of the protrusion, wherein the protrusion and the groove portion are repeatedly arranged at equal intervals.
제2 항에 있어서,
상기 돌출부 및 상기 홈부는, 반원형상인, 전기화학식 수소압축기.
According to claim 2,
The protruding portion and the groove portion are semicircular, electrochemical hydrogen compressor.
제3 항에 있어서,
상기 돌출부 및 상기 홈부의 반지름은 0.3mm~0.5mm인, 전기화학식 수소압축기.
According to claim 3,
The radius of the protrusion and the groove is 0.3mm ~ 0.5mm, electrochemical hydrogen compressor.
제3 항에 있어서,
상기 돌출부 및 상기 홈부는, 상기 반지름이 동일한, 전기화학식 수소압축기.
According to claim 3,
The protruding portion and the groove portion have the same radius, an electrochemical hydrogen compressor.
제4 항에 있어서,
상기 가스켓은,
상기 가스켓의 최대 두께인 제1 두께가 상기 반지름의 10~20배인, 전기화학식 수소압축기.
According to claim 4,
The gasket is
An electrochemical hydrogen compressor in which the first thickness, which is the maximum thickness of the gasket, is 10 to 20 times the radius.
제6 항에 있어서,
상기 가스켓은,
상기 가스켓의 최소 두께인 제2 두께와 상기 제1 두께의 차이가 상기 반지름의 2배 내지 3배 이내인, 전기화학식 수소압축기.
According to claim 6,
The gasket is
Electrochemical hydrogen compressor, wherein the difference between the second thickness, which is the minimum thickness of the gasket, and the first thickness is within 2 to 3 times the radius.
제1 항에 있어서,
상기 가스켓은, 비금속 탄성재질로 구성된, 전기화학식 수소압축기.
According to claim 1,
The gasket is composed of a non-metallic elastic material, an electrochemical hydrogen compressor.
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