KR102621204B1 - 연료전지 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 실링홈부, 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부가 각각 형성되어 이중 기밀구조가 적용되어 냉각수의 누출을 방지하고, 배출홈을 통해 과도하게 도포된 접착제가 배출되는 연료전지 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 스택은 한 쌍의 공기 매니폴드 및 한 쌍의 연료 매니폴드에 각각 이중 기밀구조가 적용되어 반응가스의 누출을 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택{Separator for fuel cell and fuel cell stack comprising the same}

본 발명은 연료전지 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중 기밀구조가 적용되어 냉각수의 누출을 방지하고, 배출홈을 통해 과도하게 도포된 접착제가 배출되는 연료전지 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것이다.

연료전지는 수소를 연료로 사용하여 에너지를 생산하는 기술로, 순수한 수소를 연료로 사용시 부산물로 물과 열만 발생하는 친환경적인 발전기술이다.

특히, 고체고분자형 연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell; PEMFC)는 낮은 온도에서 작동하고, 작고 가볍게 제작이 가능하여 자동차용으로 많이 사용되고 있다.

일반적으로, 연료전지는 전해질막, 환원극(Cathode) 및 산화극(Anode)으로 이루어진 막전극접합체(Membrane electrode assembly; MEA), 가스확산층(Gas diffusion layer; GDL), 분리판(Separator) 및 가스켓(Gasket)을 포함하는 단위전지를 여러 겹으로 적층한 스택의 형태로 사용한다.

한편, 에너지 생산과정에서 열이 발생하는 연료전지 스택의 적정온도를 유지하기 위하여 냉각수를 사용한다. 분리판에 냉각수를 위한 홈을 형성하고 분리판을 서로 맞닿게 하여 접착제를 사용하여 결합시키는 방법으로 냉각수가 흐르는 유로를 형성한다.

분리판의 접합에 사용되는 접착제는 분리판의 접합과 동시에 내부 냉각수 유로의 기밀을 유지하는 기밀재로 사용된다.

이때, 접착제가 소량 도포될 경우 완전한 기밀 유지가 이루어지지 않아 냉각수가 누출될 수 있다.

반대로, 접착제가 과량 도포될 경우 분리판의 접촉저항이 증가하거나, 냉각수가 흐르는 채널이나 매니폴드로 흘러 들어 유로를 막게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 연료전지 분리판의 냉각수 유로의 기밀을 유지하면서도 접착제로 인한 성능의 저하를 방지하는 연료전지 분리판 및 연료전지 스택을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 분리판은, 반응가스가 유동하는 제1 채널부가 형성된 제1 면, 냉각수가 유동하는 제2 채널부가 형성되고, 제1 면과 반대방향인 제2 면, 제1 면과 제2 면을 관통하여 형성되는 한 쌍의 공기 매니폴드, 한 쌍의 연료 매니폴드 및 한 쌍의 냉각수 매니폴드를 포함하는 매니폴드부, 냉각수 매니폴드와 제2 채널부를 일체로 둘러싸도록 제2 면에 형성되는 제1 실링홈부, 공기 및 연료 매니폴드들을 각각 둘러싸도록 제2 면에 형성되는 복수의 제2 실링홈부, 제2 채널부와 매니폴드부 일체를 둘러싸도록 제2 면에 형성되되, 제1 실링홈부 및 제2 실링홈부 중 적어도 하나의 실링홈부를 둘러싸도록 마련되는 제3 실링홈부 및 제2 면에 형성되며, 제3 실링홈부에 연결되는 복수의 배출홈부를 포함하고, 배출홈부는 제3 실링홈부에 도포된 접착제가 제2 면의 외부로 배출되도록 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 분리판은, 제1 실링홈부 및 제3 실링홈부 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제1 연결홈부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 분리판은, 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제2 연결홈부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 분리판에 있어서, 제1 연결홈부의 깊이는 제1 실링홈부 및 제3 실링홈부의 깊이보다 얕은 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 분리판에 있어서, 제2 연결홈부의 깊이는 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부의 깊이보다 얕은 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 분리판에 있어서, 제1 실링홈부, 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부 각각의 측벽은 바닥면으로 갈수록 적어도 일부에서 폭이 좁아지고, 측벽의 상하 가장자리부에는 곡면부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 스택은, 전해질막, 전해질막의 양측에 각각 배치된 환원극 및 산화극으로 이루어진 막전극접합체, 막전극접합체의 양측에 각각 배치된 가스확산층, 반응가스가 유동하는 제1 채널부가 형성되고 가스확산층과 마주하는 제1 면, 냉각수가 유동하는 제2 채널부가 형성되고 제1 면과 반대방향인 제2 면, 제1 면과 제2 면을 관통하여 형성되는 한 쌍의 공기 매니폴드, 한 쌍의 연료 매니폴드 및 한 쌍의 냉각수 매니폴드를 포함하는 매니폴드부, 냉각수 매니폴드와 제2 채널부를 일체로 둘러싸도록 제2 면에 형성되는 제1 실링홈부, 공기 및 연료 매니폴드들을 각각 둘러싸도록 제2 면에 형성되는 복수의 제2 실링홈부, 제2 채널부와 매니폴드부 일체를 둘러싸도록 제2 면에 형성되되, 제1 실링홈부 및 제2 실링홈부 중 적어도 하나의 실링홈부를 둘러싸도록 마련되는 제3 실링홈부 및 제2 면에 형성되며, 제3 실링홈부에 연결되는 복수의 배출홈부를 포함하는 제1 분리판, 반응가스가 유동하는 제3 채널부가 형성되고 가스확산층과 마주하는 제1 면 및 제1 면과 반대방향인 제2 면을 포함하는 제2 분리판 및 가스확산층과 제1 분리판 및 제2 분리판 사이에 배치되어 반응가스의 누출을 방지하는 가스켓을 포함하고, 제1 분리판의 제2 면과 제2 분리판의 제2 면이 접합하여 냉각수 유로를 형성하며, 배출홈부는 제3 실링홈부에 도포된 접착제가 제2 면의 외부로 배출되도록 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 스택은, 제1 실링홈부 및 제3 실링홈부 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제1 연결홈부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 스택은, 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제2 연결홈부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 스택에 있어서, 제1 연결홈부의 깊이는 제1 실링홈부 및 제3 실링홈부의 깊이보다 얕은 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 스택에 있어서, 제2 연결홈부의 깊이는 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부의 깊이보다 얕은 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 스택에 있어서, 제1 분리판은 환원극 측 가스확산층과 마주하고, 제2 분리판은 산화극 측 가스확산층과 마주하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 스택에 있어서, 제1 실링홈부, 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부 각각의 측벽은 바닥면으로 갈수록 적어도 일부에서 폭이 좁아지고, 측벽의 상하 가장자리부에는 곡면부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 연료전지 분리판 및 연료전지 스택은 제1 실링홈부, 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부가 이중 기밀구조를 형성하여 냉각수 유로의 기밀을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 분리판 및 연료전지 스택은 분리판 최외각부에 형성된 배출홈부를 통해 여분의 접착제가 외부로 배출되어 접착제로 인한 연료전지의 성능 저하를 방지할 수 있다.

또한, 실링홈부에 의한 이중 기밀구조는 각각의 매니폴드에 적용되어 분리판 접합부에서의 공기 및 연료의 누출을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 분리판의 개략 평면도.
도 2는 도 1의 A부분의 확대도.
도 3은 도 1의 B부분의 확대도.
도 4는 도 1의 C부분의 확대도.
도 5는 도 1의 D-D'를 따라 절단한 단면도.
도 6은 도 1의 E-E'를 따라 절단한 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 개략도.
도 8은 도 7의 F부분의 확대도.
도 9는 도 7에 도시된 제1 분리판 및 제2 분리판의 접합 방향을 나타내는 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

또한, "제1(first)", "제2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 분리판의 개략도이고, 도 2는 도 1의 A부분의 확대도이며, 도 3은 도 1의 B부분의 확대도이고, 도 4는 도 1의 C부분의 확대도이다. 또한, 도 5는 도 1의 D-D'를 따라 절단한 단면도이고, 도 6은 도 1의 E-E'를 따라 절단한 단면도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 개략도이고, 도 8은 도 7의 F부분의 확대도이며, 도 9는 도 7에 도시된 제1 분리판 및 제2 분리판의 접합 방향을 나타내는 개략도이다.

본 발명의 실시예에 따른 분리판(100)은 제1 분리판(도 7 내지 도 9, 200) 및 제2 분리판(도 7 내지 도 9, 300)을 포함하는 단위전지(10)에 있어서, 제1 분리판(200)으로서 기능할 수 있다.

도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 분리판(100)은 반응가스가 유동하는 제1 채널부(111)가 형성된 제1 면(110)을 포함하고, 제1 면(110)과 반대방향인 제2 면(120)을 포함하며, 제1 면(110)과 제2 면(120)을 관통하여 형성되는 한 쌍의 공기 매니폴드, 한 쌍의 연료 매니폴드 및 한 쌍의 냉각수 매니폴드를 포함하는 매니폴드부(130)를 포함할 수 있다.

이때, 공기 매니폴드는 공기 유입 매니폴드(133)와 공기 배출 매니폴드(134)를 포함한다. 또한, 연료 매니폴드는 연료 유입 매니폴드(135)와 연료 배출 매니폴드(136)를 포함한다. 또한, 냉각수 매니폴드는 냉각수 유입 매니폴드(131)와 냉각수 유출 매니폴드(132)를 포함한다.

또한, 분리판(100)의 제2 면(120)은 연료전지를 냉각하기 위한 냉각수가 유동하는 제2 채널부(121)를 포함할 수 있다.

또한, 분리판(100)의 제2 면(120)은 접합을 위해 접착제가 도포되는 접합부(140)를 포함할 수 있다. 접합부(140)는 분리판(100)의 외각부에 형성되며, 접착제가 도포되기 위한 공간을 제공하는 제1 실링홈부(141), 제2 실링홈부(142) 및 제3 실링홈부(143)를 포함할 수 있다.

이때, 제1 실링홈부(141)는 냉각수 매니폴드와 제2 채널부(121)를 일체로 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이때, 냉각수 매니폴드는 매니폴드부(130)의 중앙에 배치되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서, 제1 실링홈부(141)의 폭(W1)은 0.2 내지 0.8 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.4 내지 0.6 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제1 실링홈부(141)의 깊이(d1)는 0.1 내지 0.3 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.15 내지 0.25 mm 범위 내일 수 있다.

제2 실링홈부(142)는 공기 매니폴드 및 연료 매니폴드를 각각 둘러싸도록 형성될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 제2 실링홈부(142)의 폭(W2)은 0.2 내지 0.8 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.4 내지 0.6 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제2 실링홈부(142)의 깊이(d2)는 0.1 내지 0.3 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.15 내지 0.25 mm 범위 내일 수 있다.

제3 실링홈부(143)는 제2 채널부(121)와 매니폴드부(130) 일체를 둘러싸도록 형성되되, 제1 실링홈부(141) 및 제2 실링홈부(142) 중 적어도 하나의 실링홈부를 둘러싸도록 마련될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 제3 실링홈부(143)의 폭(W3)은 0.2 내지 0.8 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.4 내지 0.6 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제3 실링홈부(143)의 깊이(d3)는 0.1 내지 0.3 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.15 내지 0.25 mm 범위 내일 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 공기 매니폴드 및 연료 매니폴드와 최외각부 사이에서, 제2 실링홈부(142)는 내측 기밀홈의 역할을 수행하고 제3 실링홈부(143)는 외측 기밀홈 역할을 수행할 수 있다.

또한, 도 3을 참조하면, 냉각수 매니폴드 및 제2 채널부(121)와 최외각부 사이에서, 제1 실링홈부(141)는 내측 기밀홈의 역할을 수행하고 제3 실링홈부(143)는 외측 기밀홈 역할을 수행할 수 있다.

또한, 도 4를 참조하면, 제2 채널부(121)와 공기 매니폴드 및 연료 매니폴드 사이에서, 제1 실링홈부(141)는 내측 기밀홈의 역할을 수행하고 제2 실링홈부(142)는 외측 기밀홈 역할을 수행할 수 있다.

상기한 구조로 인해, 분리판(100)의 접합 시 내측 기밀홈과 외측 기밀홈을 포함하는 이중 기밀구조가 적용되어 접착제가 견고하게 위치할 수 있고, 냉각수 및 반응가스의 기밀을 유지할 수 있다.

또한, 분리판(100)의 제2 면(120) 최외각에는 제3 실링홈부(143)와 연결되는 복수의 배출홈부(147)가 형성될 수 있다. 이때, 배출홈부(147)는 분리판(100)의 접합 시, 목표하는 양보다 과도하게 제3 실링홈부(143)에 도포된 접착제가 제2 면(120)의 외부로 배출되도록 하는 통로의 역할을 할 수 있다. 또한, 접착제 도포과정에서 발생하는 기포 또한 배출홈부(147)를 통해 제2 면(120)의 외부로 배출될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 배출홈부(147)의 폭(W4)은 0.2 내지 0.8 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.4 내지 0.6 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 배출홈부(147)의 깊이(d4)는 0.1 내지 0.3 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.15 내지 0.25 mm 범위 내일 수 있다.

또한, 배출홈부(147)의 폭(W4) 및 깊이(d4)는 제3 실링홈부(143)의 폭(W3) 및 깊이(d3)와 각각 동일할 수 있다. 또한, 배출홈부(147)의 폭(W4) 및 깊이(d4)는 제3 실링홈부(143)의 폭(W3) 및 깊이(d3)보다 작을 수 있다.

한편, 분리판(100)의 제2 면(120)은 제1 실링홈부(141) 및 제3 실링홈부(143) 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제1 연결홈부(144)를 더 포함할 수 있다. 분리판(100)의 접합 시, 제1 실링홈부(141)에 도포된 과량의 접착제는 제1 연결홈부(144)를 통해 제3 실링홈부(143)로 이동할 수 있고, 다시 배출홈부(147)를 통해 제2 면(120)의 외부로 배출될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 제1 연결홈부(144)의 폭(W5)은 1.5 내지 2.5 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 1.8 내지 2.2 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제1 연결홈부(144)의 깊이(d5)는 제1 실링홈부(141) 및 제3 실링홈부(143)의 깊이(d1, d3)보다 얕을 수 있다. 또한, 제1 연결홈부(144)의 깊이(d5)는 0.02 내지 0.08 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.05 mm일 수 있다.

또한, 분리판(100)의 제2 면(120)은 제2 실링홈부(142) 및 제3 실링홈부(143) 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제2 연결홈부(145)를 더 포함할 수 있다. 분리판(100)의 접합 시, 제2 실링홈부(142)에 도포된 과량의 접착제는 제2 연결홈부(145)를 통해 제3 실링홈부(143)로 이동할 수 있고, 다시 배출홈부(147)를 통해 제2 면(120)의 외부로 배출될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 제2 연결홈부(145)의 폭(W6)은 1.5 내지 2.5 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 1.8 내지 2.2 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제2 연결홈부(145)의 깊이(d6)는 제2 실링홈부(142) 및 제3 실링홈부(143)의 깊이(d2, d3)보다 얕을 수 있다. 또한, 제2 연결홈부(145)의 깊이(d6)는 0.02 내지 0.08 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.05 mm일 수 있다.

또한, 분리판(100)의 제2 면(120)은 제1 실링홈부(141) 및 제2 실링홈부(142) 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제3 연결홈부(146)를 더 포함할 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 제3 연결홈부(146)의 폭(미도시)은 1.5 내지 2.5 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 1.8 내지 2.2 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제3 연결홈부(146)의 깊이(미도시)는 제1 실링홈부(141) 및 제2 실링홈부(142)의 깊이(d1, d2)보다 얕을 수 있다. 또한, 제3 연결홈부(146)의 깊이(미도시)는 0.02 내지 0.08 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.05 mm일 수 있다.

한편, 제1 실링홈부(141), 제2 실링홈부(142) 및 제3 실링홈부(143) 각각의 측벽은 실링홈부의 바닥면으로 갈수록 폭이 좁아져 바깥방향으로 경사진 형태로 형성되어 있을 수 있으며, 측벽의 상하 가장자리부는 라운드 처리되어 곡면부가 형성되어 있을 수 있다. 상기한 측벽의 구조로 인해 접착제 도포 시 더 견고하게 도포 할 수 있으며, 도포 시 발생하는 기포의 양도 감소 시킬 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 가장자리부가 라운드 처리되어 형성된 곡면부(r1)는 곡률반경을 가지며, 곡면부(r1)의 곡률반경은 0.05 내지 0.15 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는 0.1 mm일 수 있다.

도 1 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(1)은 복수의 단위전지(10, 20) 및 엔드 플레이트(700)를 포함할 수 있다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(1)의 단위전지(10)는 막전극접합체(400), 가스확산층(500), 제1 분리판(200), 제2 분리판(300) 및 가스켓(600)을 포함한다.

막전극접합체(400)는 환원극(420), 산화극(430) 및 전해질막(410)을 포함한다. 이때, 전해질막(410)의 양측에 각각 환원극(420)과 산화극(430)이 배치된다.

또한, 막전극접합체(400)로 반응가스를 원활하게 공급하기 위해 가스확산층(500)이 막전극접합체(400)의 양측(환원극 측 및 산화극 측)에 각각 배치된다.

또한, 가스확산층(500)의 바깥쪽으로 제1 분리판(200)과 제2 분리판(300)이 각각 배치되고, 단위전지(10) 내부의 기밀을 유지하고 가스확산층(500)을 압축하기 위해 가스확산층(500)과 제1 분리판(200) 및 제2 분리판(300) 사이에 가스켓(600)이 배치될 수 있다.

이때, 제1 분리판(200)은 환원극(420) 측 가스확산층(500)과 마주하고, 제2 분리판(300)은 산화극(430) 측 가스확산층(500)과 마주하도록 배치될 수 있다.

한편, 제1 분리판(200) 및 제2 분리판(300)은 각각, 가스확산층(500)과 마주하는 제1 면(210, 310)을 포함하고, 제1 면(210, 310)과 반대방향인 제2 면(220, 320)을 포함하며, 제1 면(210, 310)과 제2 면(220, 320)을 관통하여 형성되는 한 쌍의 공기 매니폴드, 한 쌍의 연료 매니폴드 및 한 쌍의 냉각수 매니폴드를 포함하는 매니폴드부를 포함할 수 있다.

한편, 제1 분리판(200)의 제1 면(210)은 반응가스가 유동하는 제1 채널부(211)를 포함할 수 있고, 제2 분리판(300)의 제1 면(310)은 반응가스가 유동하는 제3 채널부(311)를 포함할 수 있다.

이때, 제1 분리판(200) 및 제2 분리판(300)의 제1 면(210, 310)은 가스확산층(500)과 결합하여 반응가스가 유동하는 통로의 역할을 할 수 있다.

또한, 제1 분리판(200)의 제2 면(220)은 연료전지를 냉각하기 위한 냉각수가 유동하는 제2 채널부(221)를 포함할 수 있다.

이때, 복수의 단위전지(10, 20)가 적층되는 과정에서, 하나의 단위전지(10)의 제1 분리판(200)의 제2 면(220)과 그 위에 적층되는 다른 단위전지(20)의 제2 분리판(300)의 제2 면(320)이 접합되어 냉각수 유로를 형성할 수 있다.

또한, 제1 분리판(200)의 제2 면(220)은 분리판을 접합하기 위해 접착제를 도포하는 접합부(240)를 포함할 수 있다. 접합부(240)는 제1 분리판(200)의 외각부에 형성되며, 접착제가 도포되기 위한 공간을 제공하는 제1 실링홈부, 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부를 포함할 수 있다.

이때, 제1 실링홈부는 냉각수 매니폴드와 제2 채널부(221)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이때, 냉각수 매니폴드는 매니폴드부의 중앙에 배치되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서, 제1 실링홈부의 폭은 0.2 내지 0.8 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.4 내지 0.6 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제1 실링홈부의 깊이는 0.1 내지 0.3 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.15 내지 0.25 mm 범위 내일 수 있다.

제2 실링홈부는 공기 매니폴드 및 연료 매니폴드를 각각 둘러싸도록 형성될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 제2 실링홈부의 폭은 0.2 내지 0.8 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.4 내지 0.6 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제2 실링홈부의 깊이는 0.1 내지 0.3 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.15 내지 0.25 mm 범위 내일 수 있다.

제3 실링홈부는 제2 채널부와 매니폴드부 일체를 둘러싸도록 형성되되, 제1 실링홈부 및 제2 실링홈부 중 적어도 하나의 실링홈부를 둘러싸도록 마련될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 제3 실링홈부의 폭은 0.2 내지 0.8 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.4 내지 0.6 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제3 실링홈부의 깊이는 0.1 내지 0.3 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.15 내지 0.25 mm 범위 내일 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 공기 매니폴드 및 연료 매니폴드와 최외각부 사이에서, 제2 실링홈부는 내측 기밀홈의 역할을 수행하고 제3 실링홈부는 외측 기밀홈 역할을 수행할 수 있다.

또한, 도 3을 참조하면, 냉각수 매니폴드 및 제2 채널부와 최외각부 사이에서, 제1 실링홈부는 내측 기밀홈의 역할을 수행하고 제3 실링홈부는 외측 기밀홈 역할을 수행할 수 있다.

또한, 도 4를 참조하면, 제2 채널부와 공기 매니폴드 및 연료 매니폴드 사이에서, 제1 실링홈부는 내측 기밀홈의 역할을 수행하고 제2 실링홈부는 외측 기밀홈 역할을 수행할 수 있다.

상기한 구조로 인해, 제1 분리판(200) 및 제2 분리판(300)의 접합 시 내측 기밀홈과 외측 기밀홈을 포함하는 이중 기밀구조가 적용되어 접착제가 견고하게 위치할 수 있고, 냉각수 및 반응가스의 기밀을 유지할 수 있다.

또한, 제1 분리판(200)의 제2 면(220) 최외각에는 제3 실링홈부와 연결되는 복수의 배출홈부가 형성될 수 있다. 이때, 배출홈부는 제1 분리판(200) 및 제2 분리판(300)의 접합 시, 목표하는 양보다 과도하게 제3 실링홈부에 도포된 접착제가 제2 면(220)의 외부로 배출되도록 하는 통로의 역할을 할 수 있다. 또한, 접착제 도포과정에서 발생하는 기포 또한 배출홈부를 통해 제2 면(220)의 외부로 배출될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 배출홈부의 폭은 0.2 내지 0.8 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.4 내지 0.6 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 배출홈부의 깊이는 0.1 내지 0.3 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.15 내지 0.25 mm 범위 내일 수 있다.

또한, 배출홈부의 폭 및 깊이는 제3 실링홈부의 폭 및 깊이와 각각 동일할 수 있다. 또한, 배출홈부의 폭 및 깊이는 제3 실링홈부의 폭 및 깊이보다 작을 수 있다. 한편, 제1 분리판(200)의 제2 면(220)은 제1 실링홈부 및 제3 실링홈부 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제1 연결홈부를 더 포함할 수 있다. 제1 분리판(200) 및 제2 분리판(300)의 접합 시, 제1 실링홈부에 도포된 과량의 접착제는 제1 연결홈부를 통해 제3 실링홈부로 이동할 수 있고, 다시 배출홈부를 통해 제2 면(220)의 외부로 배출될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 제1 연결홈부의 폭은 1.5 내지 2.5 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 1.8 내지 2.2 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제1 연결홈부의 깊이는 제1 실링홈부 및 제3 실링홈부의 깊이보다 얕을 수 있다. 또한, 제1 연결홈부의 깊이는 0.02 내지 0.08 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.05 mm일 수 있다.

또한, 제1 분리판(200)의 제2 면(220)은 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제2 연결홈부를 더 포함할 수 있다. 제1 분리판(200) 및 제2 분리판(300)의 접합 시, 제2 실링홈부에 도포된 과량의 접착제는 제2 연결홈부를 통해 제3 실링홈부로 이동할 수 있고, 다시 배출홈부를 통해 제2 면(220)의 외부로 배출될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 제2 연결홈부의 폭은 1.5 내지 2.5 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 1.8 내지 2.2 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제2 연결홈부의 깊이는 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부의 깊이보다 얕을 수 있다. 또한, 제2 연결홈부의 깊이는 0.02 내지 0.08 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.05 mm일 수 있다.

또한, 제1 분리판(200)의 제2 면(220)은 제1 실링홈부 및 제2 실링홈부 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제3 연결홈부를 더 포함할 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 제3 연결홈부의 폭은 1.5 내지 2.5 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 1.8 내지 2.2 mm 범위 내일 수 있다. 또한, 제3 연결홈부의 깊이는 제1 실링홈부 및 제2 실링홈부의 깊이보다 얕을 수 있다. 또한, 제3 연결홈부의 깊이는 0.02 내지 0.08 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는, 0.05 mm일 수 있다.

한편, 제1 실링홈부, 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부 각각의 측벽은 실링홈부의 바닥면으로 갈수록 폭이 좁아져 바깥방향으로 경사진 형태로 형성되어 있을 수 있으며, 측벽의 상하 가장자리부는 라운드 처리되어 곡면부가 형성되어 있을 수 있다. 상기한 측벽의 구조로 인해 접착제 도포 시 더 견고하게 도포 할 수 있으며, 도포 시 발생하는 기포의 양도 감소 시킬 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 실시예에서, 가장자리부가 라운드 처리되어 형성된 곡면부는 곡률반경을 가지며, 곡면부의 곡률반경은 0.05 내지 0.15 mm 범위 내일 수 있고, 바람직하게는 0.1 mm일 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상의 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 이러한 수정 및 변형은 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

1: 연료전지 스택
10: 단위전지
20: 단위전지
100: 분리판
110: 제1 면
111: 제1 채널부
120: 제2 면
121: 제2 채널부
130: 매니폴드부
131: 냉각수 유입 매니폴드
132: 냉각수 배출 매니폴드
133: 공기 유입 매니폴드
134: 공기 배출 매니폴드
135: 연료 유입 매니폴드
136: 연료 배출 매니폴드
140: 접합부
141: 제1 실링홈부
142: 제2 실링홈부
143: 제3 실링홈부
144: 제1 연결홈부
145: 제2 연결홈부
146: 제3 연결홈부
147: 배출홈부
200: 제1 분리판
210: 제1 면
211: 제1 채널부
220: 제2 면
221: 제2 채널부
240: 접합부
300: 제2 분리판
310: 제1 면
311: 제3 채널부
320: 제2 면
400: 막전극접합체
410: 전해질막
420: 환원극
430: 산화극
500: 가스확산층
600: 가스켓
700: 엔드 플레이트

Claims (13)

1. 반응가스가 유동하는 제1 채널부가 형성된 제1 면;
   냉각수가 유동하는 제2 채널부가 형성되고, 제1 면과 반대방향인 제2 면;
   제1 면과 제2 면을 관통하여 형성되는 한 쌍의 공기 매니폴드, 한 쌍의 연료 매니폴드 및 한 쌍의 냉각수 매니폴드를 포함하는 매니폴드부;
   냉각수 매니폴드와 제2 채널부를 일체로 둘러싸도록 제2 면에 형성되는 제1 실링홈부;
   공기 및 연료 매니폴드들을 각각 둘러싸도록 제2 면에 형성되는 복수의 제2 실링홈부;
   제2 채널부와 매니폴드부 일체를 둘러싸도록 제2 면에 형성되되, 제1 실링홈부 및 제2 실링홈부 중 적어도 하나의 실링홈부를 둘러싸도록 마련되는 제3 실링홈부;
   제1 실링홈부 및 제3 실링홈부 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제1 연결홈부; 및
   제2 면에 형성되며, 제3 실링홈부에 연결되는 복수의 배출홈부;를 포함하고,
   배출홈부는 제3 실링홈부에 도포된 접착제가 제2 면의 외부로 배출되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   제2 실링홈부 및 제3 실링홈부 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제2 연결홈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
4. 제1항에 있어서,
   제1 연결홈부의 깊이는 제1 실링홈부 및 제3 실링홈부의 깊이보다 얕은 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
5. 제3항에 있어서,
   제2 연결홈부의 깊이는 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부의 깊이보다 얕은 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
6. 제1항에 있어서,
   제1 실링홈부, 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부 각각의 측벽은 바닥면으로 갈수록 적어도 일부에서 폭이 좁아지고, 측벽의 상하 가장자리부에는 곡면부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판.
7. 전해질막, 전해질막의 양측에 각각 배치된 환원극 및 산화극으로 이루어진 막전극접합체;
   막전극접합체의 양측에 각각 배치된 가스확산층;
   반응가스가 유동하는 제1 채널부가 형성되고 가스확산층과 마주하는 제1 면, 냉각수가 유동하는 제2 채널부가 형성되고 제1 면과 반대방향인 제2 면, 제1 면과 제2 면을 관통하여 형성되는 한 쌍의 공기 매니폴드, 한 쌍의 연료 매니폴드 및 한 쌍의 냉각수 매니폴드를 포함하는 매니폴드부, 냉각수 매니폴드와 제2 채널부를 일체로 둘러싸도록 제2 면에 형성되는 제1 실링홈부, 공기 및 연료 매니폴드들을 각각 둘러싸도록 제2 면에 형성되는 복수의 제2 실링홈부, 제2 채널부와 매니폴드부 일체를 둘러싸도록 제2 면에 형성되되, 제1 실링홈부 및 제2 실링홈부 중 적어도 하나의 실링홈부를 둘러싸도록 마련되는 제3 실링홈부, 제1 실링홈부 및 제3 실링홈부 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제1 연결홈부 및 제2 면에 형성되며, 제3 실링홈부에 연결되는 복수의 배출홈부를 포함하는 제1 분리판;
   반응가스가 유동하는 제3 채널부가 형성되고 가스확산층과 마주하는 제1 면 및 제1 면과 반대방향인 제2 면을 포함하는 제2 분리판; 및
   가스확산층과 제1 분리판 및 제2 분리판 사이에 배치되어 반응가스의 누출을 방지하는 가스켓;을 포함하고,
   제1 분리판의 제2 면과 제2 분리판의 제2 면이 접합하여 냉각수 유로를 형성하며,
   배출홈부는 제3 실링홈부에 도포된 접착제가 제2 면의 외부로 배출되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   제2 실링홈부 및 제3 실링홈부 사이에 접착제가 이동할 수 있는 제2 연결홈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
10. 제7항에 있어서,
    제1 연결홈부의 깊이는 제1 실링홈부 및 제3 실링홈부의 깊이보다 얕은 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
11. 제9항에 있어서,
    제2 연결홈부의 깊이는 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부의 깊이보다 얕은 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
12. 제7항에 있어서,
    제1 분리판은 환원극 측 가스확산층과 마주하고, 제2 분리판은 산화극 측 가스확산층과 마주하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
13. 제7항에 있어서,
    제1 실링홈부, 제2 실링홈부 및 제3 실링홈부 각각의 측벽은 바닥면으로 갈수록 적어도 일부에서 폭이 좁아지고, 측벽의 상하 가장자리부에는 곡면부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.

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