KR101459954B1 - Gasket arrangement for fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a fuel cell stack having a gasket for stacking stability and, more specifically, to a fuel cell stack having a gasket for stacking stability that can have the stacking stability of the stack improved by forming the gasket arrangement structure of separation plates, which are arranged on top of each other, to cross each other. That is, the present invention provides a fuel cell stack that can provide the stable stacking state of constituents while simultaneously increasing the clamping force of each of the constituents of the fuel cell stack stably by forming gaskets in two rows on one among the separation plates, which are arranged on top of each other, and forming gaskets in one row on the other so that the gaskets in two rows and the gaskets in one row are arranged to cross each other and the gaskets in one row are inserted between the gaskets in two rows.

Description

적층 안정성을 위한 가스켓을 갖는 연료전지 스택{Gasket arrangement for fuel cell stack}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fuel cell stack having a gasket for laminating stability,

본 발명은 적층 안정성을 위한 가스켓을 갖는 연료전지 스택에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상호 적층되는 각 분리판의 가스켓 배열 구조를 서로 엇갈리게 형성하여, 스택의 적층 조립성을 향상시킬 수 있도록 한 적층 안정성을 위한 가스켓을 갖는 연료전지 스택에 관한 것이다.
[0001] The present invention relates to a fuel cell stack having a gasket for laminating stability, and more particularly, to a fuel cell stack having stacked gasket arrangements of mutually stacked separator plates staggered from each other, To a fuel cell stack having a gasket.

연료전지 차량에 탑재되는 연료전지 시스템은 수소와 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 연료전지 스택을 포함하고, 이 연료전지 스택은 차량을 구동시키기 위해 필요한 높은 전압을 발생시키고자 수백장의 단위셀이 직렬로 적층 조립된 구조를 이룬다.A fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle includes a fuel cell stack for generating electricity by reacting hydrogen and oxygen. The fuel cell stack has several hundred unit cells connected in series to generate a high voltage necessary for driving the vehicle As shown in Fig.

상기 연료전지 스택의 단위셀 구성을 첨부한 도 1을 참조로 살펴보면, 고분자 전해질막(10)의 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매층인 공기극(12, cathode) 및 연료극(14, anode)이 도포된 전극막 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)와; 공기극(12) 및 연료극(14)이 위치한 바깥 부분에 차례로 적층되는 가스확산층(16, GDL: Gas Diffusion Layer) 및 가스켓(18, Gasket)과; 가스확산층(16)의 바깥 쪽에 적층되는 것으로서 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(20)을 포함한다.1, which is a unit cell configuration of the fuel cell stack, a cathode 12 and a cathode 14 are formed so that hydrogen and oxygen can react with both surfaces of the polymer electrolyte membrane 10, (MEA: Membrane-Electrode Assembly); A gas diffusion layer (GDL) 16 and a gasket 18, which are sequentially stacked on the outer portion where the air electrode 12 and the fuel electrode 14 are located; And a separation plate 20 which is stacked on the outside of the gas diffusion layer 16 and has a flow field for supplying fuel and discharging water generated by the reaction.

이러한 수백장 이상의 단위셀 구성들이 적층된 후, 가장 바깥쪽에는 각 구성들을 일정한 면압으로 고정시키기 위한 엔드 플레이트(30)가 결합된다.After the hundreds of unit cell structures are laminated, an end plate 30 for fixing the respective structures at a constant surface pressure is joined to the outermost side.

따라서, 상기 연료전지 스택의 연료극(14)에서는 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막(10)과 분리판(20)을 통하여 공기극(12)으로 이동하게 되며, 상기 공기극(12)에서는 연료극(14)으로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하는 동시에 전자의 흐름으로부터 전기에너지를 생성하게 된다.Therefore, in the fuel electrode 14 of the fuel cell stack, the oxidation reaction of hydrogen proceeds to generate protons and electrons. At this time, the generated hydrogen ions and electrons are separated from the electrolyte membrane 10 And moves to the air electrode 12 through the plate 20. The air electrode 12 generates water through an electrochemical reaction involving hydrogen ions and electrons moving from the fuel electrode 14 and oxygen in the air It generates electrical energy from the flow of electrons.

첨부한 도 2를 참조하면, 상기 분리판(20)은 직사각형 형상의 얇은 판체로서, 그 양단부에는 반응기체인 공기 및 수소, 그리고 냉각수 등 3종류의 유체가 들어가고 나갈 수 있는 각각의 인렛 및 아웃렛 매니폴드가 형성된 구조로 제작되고, 상기 가스켓(18)은 분리판(20)의 양면에 일체로 사출 성형되어 연료전지 스택의 각 유니트 셀(Unit Cell)을 나누어주는 기준이 되는 동시에 분리판(20)에 형성된 수소, 냉각수, 공기의 인렛 및 아웃렛 매니폴드를 기밀 유지 가능하게 밀폐시키는 기능을 한다.Referring to FIG. 2, the separator plate 20 is a rectangular plate-like thin plate. At both ends of the separator plate 20, three kinds of fluids such as air, hydrogen, The gasket 18 is integrally injection-molded on both sides of the separator plate 20 to form a standard for dividing each unit cell of the fuel cell stack. And functions to hermetically seal formed hydrogen, cooling water, air inlet and outlet manifold.

좀 더 상세하게는, 첨부한 도 3에서 보듯이 수백장 이상의 단위셀 구성들이 적층된 후, 가장 바깥쪽에 각 구성들을 고정시키기 위한 엔드 플레이트(30)가 높은 체결하중으로 체결되면, 상기 분리판에 접합되는 가스켓은 수소와 공기가 직접적으로 만나는 것을 방지하는 유로 기밀 기능, 냉각수가 수소 및 공기와 만나는 것을 방지하는 기밀 기능, 외부 방향으로 유체(공기, 수소, 냉각수)가 유출되는 것을 막는 기밀 유지 기능 등을 발휘하게 되며, 이에 각 분리판에 접합되어 각 분리판 사이에 배열되는 가스켓은 분리판간의 견고한 지지력을 보유하는 구조로 설계되어야 한다.More specifically, as shown in FIG. 3, after several hundred unit cell unit structures are stacked, when the end plate 30 for fastening the outermost structures is fastened with a high fastening load, The gasket has a gas-tightness function to prevent direct contact between hydrogen and air, a hermetic function to prevent the cooling water from meeting with hydrogen and air, and a confidentiality function to prevent the outflow of fluid (air, hydrogen, cooling water) And the gasket which is joined to each of the separating plates and arranged between the separating plates should be designed to have a structure for holding a strong supporting force between the separating plates.

그러나, 종래의 연료전지 스택을 적층 조립할 때, 각 분리판에 접합된 가스켓이 상호 일치하지 않거나 체결하중에 수직방향으로 충격하중을 받게 되면, 스택 체결 구조의 불안정해지는 단점이 있다.However, when the conventional fuel cell stack is stacked and assembled, the gaskets bonded to the respective separators do not coincide with each other, or when the impact load is applied in the vertical direction to the fastening load, there is a disadvantage that the stack fastening structure becomes unstable.

즉, 첨부한 4에서 보듯이 각 분리판의 가스켓 면이 직선방향으로 일치하지 않을 경우 체결하중에 수직한 방향으로 전단력(shear force)이 발생하여 스택의 조립 상태가 무너지는 문제점이 있고, 또한 체결하중에 수직한 방향으로 높은 가속도를 받게 되는 경우 가스켓의 뒤틀림은 더욱 심해지게 되며, 결국 연료전지 스택의 체결 구조의 불안정성을 야기하는 문제점이 있다.That is, when the gasket surfaces of the separating plates do not coincide linearly, as shown in the appended FIG. 4, a shear force is generated in a direction perpendicular to the clamping load, thereby collapsing the assembled state of the stack. When a high acceleration is applied in a direction perpendicular to the load, the warp of the gasket becomes worse, which causes instability of the fastening structure of the fuel cell stack.

또한, 종래기술의 다른 예로서 단단한 실링부재를 서로 엇갈려 두 분리판을 고정시켜서 스택 분리판의 정렬도 향상 및 수소 기밀성 향상을 도모하는 방법이 제안되었으나, 실제 수소는 지구상에서 가장 작은 분자 크기를 가진 입자로 단단한 실링부재 간의 접촉면에서는 연료전지에서 요구하는 수소 기밀성을 보장하기 어렵고, 특히 단단한 실링부재의 적용 시 분리판과 분리판 사이의 면압을 조절할 수 없어 충분한 접촉 저항을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
As another example of the prior art, there has been proposed a method of improving the alignment of the stack separator plate and improving the hydrogen airtightness by fixing the separator plate by staggering the sealing members to each other, but actually hydrogen is the smallest molecular size It is difficult to ensure the hydrogen gas tightness required by the fuel cell at the contact surface between the particles and the sealing member having a hardness. In particular, when the sealing member is rigid, it is difficult to control the surface pressure between the separation plate and the separator.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 상호 적층되는 분리판 중 하나에는 2열의 가스켓을 형성하고, 다른 하나에는 1열의 가스켓을 형성하여, 2열의 가스켓과 1열의 가스켓이 엇갈림 배열을 이루는 동시에 1열의 가스켓이 2열의 가스켓 사이에 끼워지도록 함으로써, 연료전지 스택의 각 구성들에 대한 체결력을 안정적으로 증대시킬 수 있고, 동시에 각 구성들의 안정적인 적층 상태를 제공할 수 있도록 한 적층 안정성을 위한 가스켓을 갖는 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been accomplished in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a gasket for a gasket, which comprises two rows of gaskets and one row of gaskets, The stacking arrangement and the one-row gasket are sandwiched between the two rows of the gaskets, so that the fastening force for each configuration of the fuel cell stack can be stably increased, and at the same time, And it is an object of the present invention to provide a fuel cell stack having a gasket for stability.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 다수의 단위셀에 포함되어 상호 적층되는 분리판들 중, 서로 인접하는 하나에는 2열의 제1 및 제2가스켓을 형성하고, 다른 하나에는 1열의 제3가스켓을 형성하여, 2열의 제1 및 제2가스켓과 1열의 제3가스켓이 엇갈림 배열을 이루는 동시에 제1 및 제2가스켓 사이에 제3가스켓이 끼워지도록 한 것을 특징으로 하는 적층 안정성을 위한 가스켓을 갖는 연료전지 스택을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gasket comprising: two first and second gaskets formed in adjacent ones of the plurality of separators which are stacked in a plurality of unit cells, Wherein a gasket is formed so that the first and second gaskets in two rows and the third gasket in a row are arranged in a staggered arrangement while a third gasket is sandwiched between the first and second gaskets. And a fuel cell stack.

특히, 상기 가스켓은 탄성을 갖는 재질을 이용한 것으로서, 분리판에 형성된 홀을 통하여 상호 연결되면서 분리판의 양면 사출자리면에 일체로 사출 성형된 것임을 특징으로 한다.Particularly, the gasket is made of a material having elasticity, and is integrally injection-molded on the both-side injection seat of the separator plate while being interconnected through holes formed in the separator plate.

바람직하게는, 상기 1열의 제3가스켓이 끼워지는 2열의 제1 및 제2가스켓 간의 간격(L)은: 분리판의 양단에 체결하중(F)이 작용할 때, 제1 및 제2가스켓의 폭(D1, D2) 방향 변형량을 각각 ΔD1, ΔD2 라 하고, 제3가스켓의 폭(D3) 방향 변형량을 ΔD3 라 하면, D3 < L < D3 + 0.5*(ΔD1+ΔD2) + ΔD3 에 의하여 정해지는 것을 특징으로 한다.
Preferably, the gap L between the first and second rows of two gaskets into which the third gasket of the first row is fitted is set such that, when a clamping load F acts on both ends of the separating plate, the width of the first and second gaskets D3 + 0.5 * (D1 + D2) + D3, where D3 and D3 are the deformation amounts of the third gasket (D1, D2) .

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above-mentioned means for solving the problems, the present invention provides the following effects.

본 발명에 따르면, 상호 적층되는 분리판 중 하나에는 2열의 가스켓을 형성하고, 다른 하나에는 1열의 가스켓을 형성하여, 2열의 가스켓과 1열의 가스켓이 엇갈림 배열을 이루는 동시에 1열의 가스켓이 2열의 가스켓 사이에 끼워지도록 함으로써, 스택의 체결력을 증대시키는 동시에 스택의 각 구성들에 대한 적층 상태를 안정적으로 유지시킬 수 있다.According to the present invention, two gaskets are formed in one of the mutually laminated separators and one gasket is formed in the other, so that the gaskets in two rows and the gaskets in one row are arranged in a staggered arrangement, The clamping force of the stack can be increased and the stacking state for each structure of the stack can be stably maintained.

또한, 기존 구조와 달리 체결하중이 증대될수록 가스켓 간의 반력으로 인해 스택의 적층 안정성이 향상될 수 있다.Also, unlike the existing structure, the stacking stability of the stack can be improved due to the reaction force between the gaskets as the clamping load is increased.

또한, 각 분리판의 정렬도를 가스켓 변형량의 합 이내로 제한할 수 있으며 이를 통해 셀 간 성능 편차를 줄여서 스택 내구 품질 향상을 기대할 수 있다.In addition, the degree of alignment of each separator can be limited to the sum of deformation amounts of the gaskets, thereby reducing the deviation between the cells, thereby improving the quality of the stack endurance.

또한, 체결하중에 수직한 방향으로 높은 가속도 인가시, 가스켓들이 서로 요철 구조로 강건하게 결합된 상태이므로, 연료전지 차량의 충돌 시의 수소 누기 가능성을 감소시킬 수 있다.Further, when a high acceleration is applied in a direction perpendicular to the clamping load, the gaskets are firmly coupled to each other by the concave-convex structure, so that the possibility of hydrogen leakage at the time of collision of the fuel cell vehicle can be reduced.

또한, 가스켓이 요철 결합되면서 3중 구조로 구성되어, 3중의 충분한 유체(수소, 공기, 물 등) 기밀성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 분리판 측면의 가스켓으로 새어나가 응축되는 수분을 차단하여 스택의 절연 안정성을 크게 증가시킬 수 있다.
In addition, since the gasket is formed by a triple structure with concavo-convex coupling, it is possible not only to secure the airtightness of the sufficient fluid (hydrogen, air, water, etc.) in the triple but also to prevent moisture condensed in the gasket It is possible to greatly increase the insulation stability of the capacitor.

도 1은 연료전지 스택의 단위 셀 구성을 나타낸 개략도,
도 2는 연료전지 스택의 분리판 및 가스켓 구조를 나타낸 개략도,
도 3은 연료전지 스택의 적층 조립 방법을 나타낸 개략도,
도 4는 종래의 연료전지 스택 조립시 가스켓에 의한 문제점을 나타낸 개략도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 가스켓 배열 구조를 나타낸 부분 단면도.1 is a schematic view showing a unit cell configuration of a fuel cell stack,
2 is a schematic view showing a separator plate and a gasket structure of a fuel cell stack,
3 is a schematic view showing a method of stacking and assembling a fuel cell stack,
4 is a schematic view showing a problem caused by a gasket in assembling a conventional fuel cell stack,
5 and 6 are partial cross-sectional views showing a gasket array structure of a fuel cell stack according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1을 참조로 전술한 바와 같이, 연료전지 스택의 단위셀 구성은 고분자 전해질막(10)의 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매층인 공기극(12, cathode) 및 연료극(14, anode)이 도포된 전극막 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)와; 공기극(12) 및 연료극(14)이 위치한 바깥 부분에 차례로 적층되는 가스확산층(16, GDL: Gas Diffusion Layer) 및 가스켓(18, Gasket)과; 가스확산층(16)의 바깥 쪽에 적층되는 것으로서 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(20)을 포함하고, 또한 가장 바깥쪽에는 각 구성들을 일정한 면압(체결 하중)으로 고정시키기 위한 엔드 플레이트(30)가 결합된다.1, the unit cell configuration of the fuel cell stack includes a cathode 12 as a catalyst layer and a cathode 14 as a catalyst layer so that hydrogen and oxygen can react with both surfaces of the polymer electrolyte membrane 10, (MEA: Membrane-Electrode Assembly) to which an anode is applied; A gas diffusion layer (GDL) 16 and a gasket 18, which are sequentially stacked on the outer portion where the air electrode 12 and the fuel electrode 14 are located; And a separation plate (20) stacked on the outside of the gas diffusion layer (16) and provided with a flow field so as to supply fuel and discharge the water generated by the reaction, and at the outermost side, And an end plate 30 for fixing the end plate 30 with a fastening load.

본 발명은 상기 분리판(20)의 양면에 접합되는 가스켓(18) 구조를 새롭게 개선한 점을 제공하되, 상호 적층되는 분리판 중 하나에는 2열의 가스켓을 형성하고, 다른 하나에는 1열의 가스켓을 형성하여, 2열의 가스켓과 1열의 가스켓이 엇갈림 배열을 이루는 동시에 1열의 가스켓이 2열의 가스켓 사이에 끼워지도록 개선한 점에 특징이 있다.The present invention provides a novel improvement in the structure of the gasket 18 bonded to both sides of the separator plate 20, wherein one of the separators laminated to each other has two rows of gaskets and the other has one row of gaskets So that the two rows of gaskets and one row of gaskets are arranged in a staggered arrangement and the one row of gaskets are fitted between the two rows of gaskets.

첨부한 도 5를 참조하면, 다수의 단위셀에 포함되어 상호 적층되는 분리판(20)들 중, 서로 인접하는 하나(예를 들어, 연료극측 분리판)에는 2열의 제1가스켓(21) 및 제2가스켓(22)이 일체로 접합되고, 다른 하나(예를 들어, 공기극측 분리판)에는 1열의 제3가스켓(23)이 일체로 접합된다.Referring to FIG. 5, two first gaskets 21 and two second gaskets 21 are formed in adjacent ones (for example, the anode-side separator plate) among the plurality of separator plates 20 included in a plurality of unit cells and stacked one upon the other. The second gasket 22 is integrally joined and the third gasket 23 of one row is integrally joined to the other (for example, the air electrode side separation plate).

이때, 서로 인접하는 하나의 분리판에 형성된 2열의 제1가스켓(21) 및 제2가스켓(22)과, 다른 하나의 분리판에 형성된 제3가스켓(23)은 일측부에서 보았을 때, 서로 엇갈림(교차) 배열을 이루게 된다.At this time, the two first gaskets 21 and the second gaskets 22 formed on one separator adjacent to each other and the third gaskets 23 formed on the other separator plate are staggered (Cross) arrangement.

따라서, 스택의 적층 조립시 서로 인접하는 분리판이 상호 적층되면, 첨부한 도 6에서 보듯이 제1가스켓(21)과 제2가스켓 사이에 제3가스켓이 끼워지게 됨으로써, 가스켓 간의 반력으로 인해 스택의 체결력을 증대시킬 수 있고, 스택의 각 구성들에 대한 적층 상태를 안정적으로 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제1 내지 제3가스켓이 요철 결합되면서 3중의 기밀 구조를 형성하여 3중의 충분한 유체(수소, 공기, 물 등) 기밀성을 확보할 수 있다.Accordingly, when the adjacent separator plates are stacked on each other at the time of stacking the stacks, a third gasket is sandwiched between the first gasket 21 and the second gasket, as shown in FIG. 6, Not only can the tightening force be increased, the lamination state for each configuration of the stack can be stably maintained, and the first to third gaskets can be coupled with each other to form a three- Air, water, etc.) can be ensured.

이때, 상기 제1 내지 제3가스켓은 탄성을 갖는 고무 또는 그 밖의 고분자 수지 등의 재질을 이용하여 분리판의 양면에서 기밀 유지를 위한 면을 따라 일체로 사출 성형된다.At this time, the first to third gaskets are integrally injection-molded on the both surfaces of the separation plate along the surface for hermetic sealing by using a material such as elastic rubber or other polymer resin.

좀 더 상세하게는, 상기 분리판(20)의 가스켓 사출 자리면을 따라 다수개의 홀을 등간격으로 형성한 후, 가스켓 사출 자리면을 따라 제1 내지 제3가스켓을 사출 성형하면, 각 가스켓이 분리판(20)에 형성된 홀(24)을 통하여 상호 연결되면서 분리판(20)의 양면에 일체로 사출 성형된다.More specifically, after forming a plurality of holes at equal intervals along the gasket injection seat of the separator plate 20 and then injecting the first to third gaskets along the gasket injection seat, Molded integrally on both sides of the separator plate 20 while being interconnected through the holes 24 formed in the separator plate 20.

한편, 상기 1열의 제3가스켓(23)이 끼워지는 2열의 제1가스켓(21)과 제2가스켓(22) 간의 간격(L)은 다음과 같이 결정된다.On the other hand, the interval L between the first gasket 21 and the second gasket 22 in two rows in which the third gasket 23 of the first row is inserted is determined as follows.

연료전지 스택의 적층 조립시, 가장 외측에 엔드 플레이트에 일정한 면압(체결 하중)이 작용하여 각 단위셀에 포함된 분리판의 양단에 체결하중(F)이 작용할 때, 제1 및 제2가스켓의 폭(D1, D2) 방향의 변형량을 각각 ΔD1, ΔD2 라 하고, 제3가스켓의 폭(D3) 방향의 변형량을 ΔD3 라 하면, 상기 제1가스켓(21)과 제2가스켓(22) 간의 간격(L)은 다음의 식 1에 의하여 결정될 수 있다.When a certain surface pressure (clamping load) is applied to the end plate at the outermost side in the stacking and assembling of the fuel cell stack and the clamping load F acts on both ends of the separator plate included in each unit cell, And the amount of deformation in the direction of width D1 and D2 is ΔD1 and ΔD2 respectively and the amount of deformation in the direction of width D3 of the third gasket is ΔD3, the distance between the first gasket 21 and the second gasket 22 L) can be determined by the following equation (1).

식 1 : D3 < L < D3 + 0.5*(ΔD1+ΔD2) + ΔD3Formula 1: D3 <L <D3 + 0.5 * (? D1 +? D2) +? D3

위의 식 1과 같은 조건으로 간격(L)을 결정하면, 제3가스켓(23)이 제1가스켓(21)과 제2가스켓(22) 사이에 용이하게 끼워지는 형상이 될 수 있고, 이에 각 가스켓 간의 반력이 체결하중에 비례하여 증가하게 되며, 이러한 가스켓 간의 요철 결합 메커니즘에 의거 높은 체결하중으로 스택을 체결할수록 보다 안정적인 적층 상태를 유지할 수 있다.The third gasket 23 can be easily fitted between the first gasket 21 and the second gasket 22 by determining the gap L under the same conditions as in the above formula 1, The reaction force between the gaskets increases in proportion to the tightening load, and as the stack is fastened by a high clamping load according to the concave-convex coupling mechanism between the gaskets, a more stable lamination state can be maintained.

이때, 상기 스택의 적층 조립시 구조적 안정성, 그리고 체결 방향으로부터 작용하는 수직방향의 충격에 의한 안정성 등은 상기 제1 및 제2가스켓 간의 간격(L)이 작아질수록 향상되지만, 스택 성능 향상을 위한 각 분리판의 가스켓 간 접촉 저항을 위해서 높은 체결압이 요구된다.At this time, the structural stability at the time of stacking of the stack and the stability due to the vertical impact acting from the tightening direction are improved as the gap L between the first and second gaskets is reduced. However, A high tightening pressure is required for the contact resistance between the gaskets of each separator plate.

반면, 상기 제1 및 제2가스켓 간의 간격(L)이 커질수록 분리판의 상호 적층 조립을 위한 구조적 안정성 개선 효과는 작아지나, 낮은 체결압으로도 동일한 접촉저항을 얻을 수 있다.On the other hand, as the distance L between the first and second gaskets increases, the structural stability improvement effect for mutual lamination of the separator plates becomes small, but the same contact resistance can be obtained even at a low engaging pressure.

이상과 같이, 상호 적층되는 분리판 중 하나에는 2열의 가스켓을 형성하고, 다른 하나에는 1열의 가스켓을 형성하여, 2열의 가스켓과 1열의 가스켓이 엇갈림 배열을 이루는 동시에 1열의 가스켓이 2열의 가스켓 사이에 끼워지도록 함으로써, 스택의 체결하중에 따른 가스켓 간의 반력으로 인해 스택의 적층 안정성을 향상시킬 수 있다.As described above, two gaskets are formed in one of the mutually laminated separators and one gasket is formed in the other, so that the gaskets of two rows and the gaskets of one row form a staggered arrangement, while the gaskets of one row form a gap between two gaskets The stacking stability of the stack can be improved due to the reaction force between the gaskets according to the tightening load of the stack.

또한, 기존에 각 분리판의 가스켓 면이 직선방향으로 일치하지 않을 경우 체결하중에 수직한 방향으로 전단력(shear force)이 발생하여 스택의 조립 상태가 무너지는 문제점, 그리고 가스켓의 뒤틀림이 발생하는 문제점 등을 해소하여, 결국 연료전지 스택의 안정적인 적층 조립 상태를 제공할 수 있다.
In addition, if the gasket surfaces of the separator plates are not aligned in a linear direction, a shear force is generated in a direction perpendicular to the clamping load, and the assembled state of the stack collapses, The fuel cell stack can be stably stacked and assembled.

10 : 고분자 전해질막
12 : 공기극
14 : 연료극
16 : 가스확산층
18 : 가스켓
20 : 분리판
21 : 제1가스켓
22 : 제2가스켓
23 : 제3가스켓
24 : 홀
30 : 엔드 플레이트10: Polymer electrolyte membrane
12: air pole
14: anode
16: gas diffusion layer
18: Gasket
20: separation plate
21: First gasket
22: Second gasket
23: Third gasket
24: Hall
30: End plate

Claims (3)

다수의 단위셀에 포함되어 상호 적층되는 분리판들 중, 서로 인접하는 하나에는 2열의 제1 및 제2가스켓을 형성하고, 다른 하나에는 1열의 제3가스켓을 형성하여, 2열의 제1 및 제2가스켓과 1열의 제3가스켓이 엇갈림 배열을 이루는 동시에 제1 및 제2가스켓 사이에 제3가스켓이 끼워지도록 한 것을 특징으로 하는 적층 안정성을 위한 가스켓을 갖는 연료전지 스택.
The first and second gaskets of two rows are formed in adjacent ones of the separators stacked in the plurality of unit cells and the third gaskets of one row are formed in the other, Wherein the second gasket and the third row of gaskets are arranged in a staggered arrangement so that the third gasket is sandwiched between the first and second gaskets.
청구항 1에 있어서,
상기 가스켓은 탄성을 갖는 재질을 이용한 것으로서, 분리판에 형성된 홀을 통하여 상호 연결되면서 분리판의 양면 사출자리면에 일체로 사출 성형된 것임을 특징으로 하는 적층 안정성을 위한 가스켓을 갖는 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
Wherein the gasket is made of a material having elasticity and is integrally injection-molded on both sides of the separator plate while being interconnected through holes formed in the separator plate.
청구항 1에 있어서,
상기 1열의 제3가스켓이 끼워지는 2열의 제1 및 제2가스켓 간의 간격(L)은: 분리판의 양단에 체결하중(F)이 작용할 때, 제1 및 제2가스켓의 폭(D1, D2) 방향 변형량을 각각 ΔD1, ΔD2 라 하고, 제3가스켓의 폭(D3) 방향 변형량을 ΔD3 라 하면, D3 < L < D3 + 0.5*(ΔD1+ΔD2) + ΔD3 에 의하여 정해지는 것을 특징으로 하는 적층 안정성을 위한 가스켓을 갖는 연료전지 스택.The method according to claim 1,
The gap L between the first and second gaskets of the two rows in which the third gasket of the first row is inserted is set such that the widths D1 and D2 of the first and second gaskets when the clamping load F acts on both ends of the separating plate, ) Is defined by D3 <L <D3 + 0.5 * (? D1 +? D2) +? D3 where the directional deformation amounts are respectively ΔD1 and ΔD2 and the deformation amount in the direction of width D3 of the third gasket is ΔD3. A fuel cell stack having a gasket for stability.
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