KR102680408B1 - Fuel cell stack - Google Patents

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이동건
고해훈
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(주)선유이앤씨
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Abstract

본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소 및 산소의 전기화학반응으로 전기 에너지를 생성하는 연료전지 스택에 관한 것이다.
본 발명의 구성은, 다수의 셀 블록(20)이 연속적으로 배열되고, 상기 셀 블록(20)의 좌,우방향 최외측에는 산소공급구(11a), 물배출구(12b), 수소배출구(13b)를 상측에 구비하고, 산소배출구(11b), 물공급구(12a), 수소공급구(13a)가 하측에 구비된 전면커버(10)와 후면커버(15)가 각각 배치되어 결속부재(17)로 상호 밀착 조립되는 연료전지 스택(100)에 있어서;
상기 셀 블록(20)은,
산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측에 구비되며, 일면에 물이동로(31)를 형성하고 타면에 산소반응로(35)가 형성된 양극 플레이트(30)와;
산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측에 구비된 절연 플레이트(40)와;
산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측에 구비되며, 일면에 수소반응로(55)를 형성하고, 타면에 물이동로(51)가 형성된 음극 플레이트(50)와;
상기 절연 플레이트(40)의 격막삽입구(41)에 조립되어 산소반응로(35)와 수소반응로(55)를 분리하는 격막(45)과;
상기 양극 플레이트(30)와 음극 플레이트(50)의 사이에 배치되며, 산소주입홀(O1), 수소배출홀(H2) 및 수소주입홀(H1), 산소배출홀(O2)의 테두리를 기밀되게 감싸는 산소패킹부(64)와 수소패킹부(66)가 상측과 하측에 구비하고, 상기 산소패킹부(64)와 수소패킹부(66) 사이에 물주입홀(W1) 및 물배출홀(W2)을 연통시키게 구성된 물 패킹부재(61)와;
상기 양극 플레이트(30)와 절연 플레이트(40) 사이에 배치되며, 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2) 및 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1)의 테두리를 기밀되게 감싸는 수소패킹부(66)와 물패킹부(65)가 상측과 하측에 구비되어, 산소주입홀(O1)을 통해 공급된 산소가스가 상기 양극 플레이트(30)와 절연 플레이트(40) 사이의 산소반응로(35)를 따라 산소배출홀(O2) 방향으로 진행되게 형성한 산소 패킹부재(62)와;
상기 절연 플레이트(40)와 음극 플레이트(50)의 사이에 배치되며, 산소주입홀(O1), 물배출홀(W2) 및 물주입홀(W1), 산소배출홀(O2)의 테두리를 기밀되게 감싸는 물패킹부(65)와 산소패킹부(64)가 상측과 하측에 구비되어, 수소주입홀(H1)을 통해 공급된 수소가스가 상기 음극 플레이트(50)와 절연 플레이트(40) 사이의 수소반응로(55)를 따라 수소배출홀(H2) 방향으로 진행되게 형성한 수소 패킹부재(63)를 포함해 구성된다.The present invention relates to a fuel cell stack, and more specifically, to a fuel cell stack that generates electrical energy through an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen.
In the configuration of the present invention, a plurality of cell blocks 20 are arranged in series, and on the outermost left and right sides of the cell blocks 20, there is an oxygen supply port 11a, a water outlet 12b, and a hydrogen outlet 13b. ) on the upper side, and a front cover (10) and a rear cover (15) provided with an oxygen outlet (11b), a water supply port (12a), and a hydrogen supply port (13a) on the lower side, respectively, are disposed to form a binding member (17). In the fuel cell stack 100 that is assembled in close contact with each other;
The cell block 20 is,
An oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) are provided at the top, and a hydrogen injection hole (H1), a water injection hole (W1), and an oxygen discharge hole (O2) are provided at the bottom. , an anode plate (30) with a water movement path (31) formed on one side and an oxygen reaction path (35) formed on the other side;
An oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) are provided at the top, and a hydrogen injection hole (H1), a water injection hole (W1), and an oxygen discharge hole (O2) are provided at the bottom. an insulating plate 40;
An oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) are provided at the top, and a hydrogen injection hole (H1), a water injection hole (W1), and an oxygen discharge hole (O2) are provided at the bottom. , a cathode plate (50) with a hydrogen reaction furnace (55) formed on one side and a water movement path (51) formed on the other side;
a diaphragm (45) assembled to the diaphragm insertion hole (41) of the insulating plate (40) to separate the oxygen reaction reactor (35) and the hydrogen reactor (55);
It is disposed between the anode plate 30 and the cathode plate 50, and the oxygen injection hole (O1), the hydrogen discharge hole (H2), and the edges of the hydrogen injection hole (H1) and oxygen discharge hole (O2) are airtight. Surrounding oxygen packing parts 64 and hydrogen packing parts 66 are provided on the upper and lower sides, and a water injection hole (W1) and a water discharge hole (W2) are provided between the oxygen packing part 64 and the hydrogen packing part 66. ) and a water packing member (61) configured to communicate;
It is disposed between the anode plate 30 and the insulating plate 40, and airtightly surrounds the edges of the water discharge hole (W2), the hydrogen discharge hole (H2), the hydrogen injection hole (H1), and the water injection hole (W1). A hydrogen packing part 66 and a water packing part 65 are provided on the upper and lower sides, so that oxygen gas supplied through the oxygen injection hole (O1) causes an oxygen reaction between the anode plate 30 and the insulating plate 40. an oxygen packing member (62) formed along the furnace (35) toward the oxygen discharge hole (O2);
It is disposed between the insulating plate 40 and the cathode plate 50, and the oxygen injection hole (O1), the water discharge hole (W2), and the edges of the water injection hole (W1) and the oxygen discharge hole (O2) are airtight. The surrounding water packing part 65 and the oxygen packing part 64 are provided on the upper and lower sides, so that the hydrogen gas supplied through the hydrogen injection hole (H1) is connected to the hydrogen between the cathode plate 50 and the insulating plate 40. It is configured to include a hydrogen packing member (63) formed to proceed along the reactor (55) in the direction of the hydrogen discharge hole (H2).

Description

연료전지 스택 {FUEL CELL STACK} Fuel cell stack {FUEL CELL STACK}

본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소 및 산소의 전기화학반응으로 전기 에너지를 생성하는 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell stack, and more specifically, to a fuel cell stack that generates electrical energy through an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen.

연료전지 스택(stack)은 연료전지 시스템의 여러 구성요소들 중에서 수소와 산소가 전기화학적으로 반응하여 전기 에너지를 발생시키는 발전 구성요소이며, 이러한 연료전지 스택은 전기 에너지를 발생시키는 최소의 단위로서 단위 전지를 구비하며, 이런 수개 또는 수십개의 단위 전지들이 직렬로 적층되는 구성을 갖는다.The fuel cell stack is a power generation component that generates electrical energy by electrochemically reacting with hydrogen and oxygen among the various components of the fuel cell system. This fuel cell stack is the smallest unit that generates electrical energy. It is provided with a battery, and has a structure in which several or dozens of such unit batteries are stacked in series.

상기 연료전지(Fuel Cell)는 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 별도로 공급되는 산소의 화학반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전시스템으로 구성된다.The fuel cell consists of a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen contained in hydrocarbon-based fuel and separately supplied oxygen into electrical energy.

이러한 연료전지는 크게 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접 산화형 연료전지(Direct Oxidation Fuel Cell)로 구분할 수 있다.These fuel cells can be broadly divided into polymer electrolyte membrane fuel cells and direct oxidation fuel cells.

고분자 전해질형 연료전지는 개질기로부터 공급되는 수소의 산화반응 및 공기펌프 또는 팬의 가동에 의해 공급되는 산소의 환원 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 구조로 이루어진다.A polymer electrolyte fuel cell has a structure that generates electrical energy through an oxidation reaction of hydrogen supplied from a reformer and a reduction reaction of oxygen supplied by the operation of an air pump or fan.

직접 산화형 연료전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리 수소를 사용하지 않고 연료를 직접적으로 공급받아 이 연료 중에 함유된 수소의 산화반응 및 별도로 공급되는 산소의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 구조로 이루어진다.Unlike polymer electrolyte fuel cells, direct oxidation fuel cells do not use hydrogen, but are supplied directly with fuel and generate electrical energy through the oxidation reaction of the hydrogen contained in the fuel and the reduction reaction of separately supplied oxygen. It comes true.

이와 같은, 연료전지는 스택(stack)이라 불리는 연료전지 본체로서 구성되는데, 상기 스택은 막-전극 어셈블리(MEA ; Membrane Electrode Assembly ; 이하 격막이라 합니다)를 중심에 두고 이의 양측에 양극 및 음극 플레이트를 밀착되게 배치하여, 구성되는 셀(cell)단위 전기 발생부가 수개 내지 수십개로 직렬 적층시켜 구성한다.Such a fuel cell is composed of a fuel cell body called a stack, which has an anode and cathode plate on both sides of the membrane-electrode assembly (MEA; hereinafter referred to as a diaphragm) at the center. It is arranged in close contact and is constructed by stacking several to dozens of cell-level electricity generators in series.

상기 막-전극 어셈블리는 수소 이온만을 선택적으로 통과시키는 고분자 전해질막을 구비하며, 상기 고분자 전해질막의 양면에 애노드 전극과 캐소드 전극을 갖는 플레이트가 위치된다.The membrane-electrode assembly includes a polymer electrolyte membrane that selectively allows only hydrogen ions to pass through, and plates having an anode electrode and a cathode electrode are positioned on both sides of the polymer electrolyte membrane.

이에 더하여, 상기 연료전지 스택에는 각각의 전기 발생부에서 산소의 환원반응에 의해 발생되는 수증기를 대기 중으로 배출시키기 위한 수증기 배출부 및 수소와 산소의 화학반응으로 전기에너지와 함께 발생되는 내부 반응열을 배출하기 위한 냉각배출부도 형성된다.In addition, the fuel cell stack includes a water vapor discharge unit for discharging water vapor generated by the reduction reaction of oxygen in each electricity generating unit into the atmosphere, and an internal reaction heat generated along with electrical energy due to a chemical reaction between hydrogen and oxygen. A cooling outlet is also formed to do this.

그러나, 종래 연료전지 스택에는 상기 수소와 산소의 공급부 및 배출구와 냉각 공급부 및 배출부의 구성을 각각 구비시켜 전기 발생부의 발전성능을 저하시키고 장치의 대형화에 따른 설치 및 사용상에 문제점이 있었다.However, the conventional fuel cell stack is provided with the hydrogen and oxygen supply and discharge ports and the cooling supply and discharge portions, respectively, which reduces the power generation performance of the electricity generator and causes problems in installation and use as the device becomes larger.

대한민국 공개특허공보 10-2007-0056615호 연료 전지 스택 (공개일자 2007년 06월 04일)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2007-0056615 Fuel cell stack (publication date: June 4, 2007)

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 격막을 구비한 절연 플레이트의 양면에 양극 플레이트와 음극 플레이트가 1조로 구성된 셀 블록을 연속해 조립하면서, 수소 및 산소와 물의 공급 및 배출부를 직렬 연결되게 형성하여 원활히 공급 및 배출될 수 있는 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention supplies and discharges hydrogen, oxygen, and water by continuously assembling a cell block composed of a set of anode plates and a cathode plate on both sides of an insulating plate equipped with a diaphragm. The purpose is to provide a fuel cell stack that can be smoothly supplied and discharged by connecting parts in series.

또, 본 발명은 격막을 구비한 절연플레이트의 양면에 배치되는 양극 플레이트와 음극 플레이트 사이와 셀 블록과 셀 블록 사이에 조립되는 패킹부재를 구비시켜, 상기 패킹부재의 형상에 맞춰 수소 및 산소와 물이 안정적으로 유입구에서 배출구 방향으로 원활히 이동되게 하는 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention is provided with a packing member assembled between the anode plate and the cathode plate disposed on both sides of the insulating plate with a diaphragm and between cell blocks, and hydrogen, oxygen and water are stored according to the shape of the packing member. The purpose is to provide a fuel cell stack that stably moves smoothly from the inlet to the outlet.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, According to the present invention to solve such technical problems,

다수의 셀 블록(20)이 연속적으로 배열되고, 상기 셀 블록(20)의 좌,우방향 최외측에는 산소공급구(11a), 물배출구(12b), 수소배출구(13b)를 상측에 구비하고, 산소배출구(11b), 물공급구(12a), 수소공급구(13a)가 하측에 구비된 전면커버(10)와 후면커버(15)가 각각 배치되어 결속부재(17)로 상호 밀착 조립되는 연료전지 스택(100)에 있어서;A plurality of cell blocks 20 are arranged in series, and an oxygen supply port 11a, a water outlet 12b, and a hydrogen outlet 13b are provided on the outermost left and right sides of the cell blocks 20. , a front cover (10) and a rear cover (15) each having an oxygen outlet (11b), a water supply port (12a), and a hydrogen supply port (13a) on the lower side are disposed and assembled in close contact with each other using a binding member (17). In the battery stack 100;

상기 셀 블록(20)은, The cell block 20 is,

산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측에 구비되며, 일면에 물이동로(31)를 형성하고 타면에 산소반응로(35)가 형성된 양극 플레이트(30)와;An oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) are provided at the top, and a hydrogen injection hole (H1), a water injection hole (W1), and an oxygen discharge hole (O2) are provided at the bottom. , an anode plate (30) with a water movement path (31) formed on one side and an oxygen reaction path (35) formed on the other side;

산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측에 구비된 절연 플레이트(40)와;An oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) are provided at the top, and a hydrogen injection hole (H1), a water injection hole (W1), and an oxygen discharge hole (O2) are provided at the bottom. an insulating plate 40;

산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측에 구비되며, 일면에 수소반응로(55)를 형성하고, 타면에 물이동로(51)가 형성된 음극 플레이트(50)와;An oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) are provided at the top, and a hydrogen injection hole (H1), a water injection hole (W1), and an oxygen discharge hole (O2) are provided at the bottom. , a cathode plate (50) with a hydrogen reaction furnace (55) formed on one side and a water movement path (51) formed on the other side;

상기 절연 플레이트(40)의 격막삽입구(41)에 조립되어 산소반응로(35)와 수소반응로(55)를 분리하는 격막(45)과; a diaphragm (45) assembled to the diaphragm insertion hole (41) of the insulating plate (40) to separate the oxygen reaction reactor (35) and the hydrogen reactor (55);

상기 양극 플레이트(30)와 음극 플레이트(50)의 사이에 배치되며, 산소주입홀(O1), 수소배출홀(H2) 및 수소주입홀(H1), 산소배출홀(O2)의 테두리를 기밀되게 감싸는 산소패킹부(64)와 수소패킹부(66)가 상측과 하측에 구비하고, 상기 산소패킹부(64)와 수소패킹부(66) 사이에 물주입홀(W1) 및 물배출홀(W2)을 연통시키게 구성된 물 패킹부재(61)와;It is disposed between the anode plate 30 and the cathode plate 50, and the oxygen injection hole (O1), the hydrogen discharge hole (H2), and the edges of the hydrogen injection hole (H1) and oxygen discharge hole (O2) are airtight. Surrounding oxygen packing parts 64 and hydrogen packing parts 66 are provided on the upper and lower sides, and a water injection hole (W1) and a water discharge hole (W2) are provided between the oxygen packing parts (64) and the hydrogen packing parts (66). ) and a water packing member (61) configured to communicate;

상기 양극 플레이트(30)와 절연 플레이트(40) 사이에 배치되며, 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2) 및 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1)의 테두리를 기밀되게 감싸는 수소패킹부(66)와 물패킹부(65)가 상측과 하측에 구비되어, 산소주입홀(O1)을 통해 공급된 산소가스가 상기 양극 플레이트(30)와 절연 플레이트(40) 사이의 산소반응로(35)를 따라 산소배출홀(O2) 방향으로 진행되게 형성한 산소 패킹부재(62)와;It is disposed between the anode plate 30 and the insulating plate 40, and airtightly surrounds the edges of the water discharge hole (W2), the hydrogen discharge hole (H2), the hydrogen injection hole (H1), and the water injection hole (W1). A hydrogen packing part 66 and a water packing part 65 are provided on the upper and lower sides, so that oxygen gas supplied through the oxygen injection hole (O1) causes an oxygen reaction between the anode plate 30 and the insulating plate 40. an oxygen packing member (62) formed along the furnace (35) toward the oxygen discharge hole (O2);

상기 절연 플레이트(40)와 음극 플레이트(50)의 사이에 배치되며, 산소주입홀(O1), 물배출홀(W2) 및 물주입홀(W1), 산소배출홀(O2)의 테두리를 기밀되게 감싸는 물패킹부(65)와 산소패킹부(64)가 상측과 하측에 구비되어, 수소주입홀(H1)을 통해 공급된 수소가스가 상기 음극 플레이트(50)와 절연 플레이트(40) 사이의 수소반응로(55)를 따라 수소배출홀(H2) 방향으로 진행되게 형성한 수소 패킹부재(63)를 포함해 구성된다. It is disposed between the insulating plate 40 and the cathode plate 50, and the oxygen injection hole (O1), the water discharge hole (W2), and the edges of the water injection hole (W1) and the oxygen discharge hole (O2) are airtight. The surrounding water packing part 65 and the oxygen packing part 64 are provided on the upper and lower sides, so that the hydrogen gas supplied through the hydrogen injection hole (H1) is connected to the hydrogen between the cathode plate 50 and the insulating plate 40. It is configured to include a hydrogen packing member (63) formed to proceed along the reactor (55) in the direction of the hydrogen discharge hole (H2).

또, 상기 양극 플레이트(30) 및 음극 플레이트(50)의 물이동로(31,51)는, 물주입홀(W1)의 입구에서 물배출홀(W2)의 출구 방향으로 복수개의 채널이 요홈형상으로 성형되되, 상기 채널이 수직 중심선상을 기준으로 양측이 대칭되며 수직 및 수평방향으로 연속 절곡되게 형성하여 서로 연결하도록 구성할 수 있다.In addition, the water movement paths 31 and 51 of the anode plate 30 and the cathode plate 50 have a plurality of channels in the groove shape in the direction from the entrance of the water injection hole (W1) to the exit of the water discharge hole (W2). It is formed so that the channels are symmetrical on both sides with respect to the vertical center line and are continuously bent in the vertical and horizontal directions so that they are connected to each other.

또한, 상기 양극 플레이트(30)의 산소반응로(35)는, 산소주입홀(O1)의 입구에서 산소배출홀(O2)의 출구 방향으로 복수개의 채널이 요홈형상으로 성형되되, 상기 채널이 수직방향은 길고 수평방향은 짧게 절곡된 "ㄹ"이 눕혀진 형상을 갖고 형성되어, 산소주입홀(O1)과 산소배출홀(O2)이 서로 연결되도록 구성할 수 있다.In addition, the oxygen reaction furnace 35 of the anode plate 30 has a plurality of channels formed in a groove shape in the direction from the entrance of the oxygen injection hole O1 to the exit of the oxygen discharge hole O2, and the channels are vertical. The "ㄹ" shape, which is long in the direction and short in the horizontal direction, can be formed to have a lying shape, so that the oxygen injection hole (O1) and the oxygen discharge hole (O2) are connected to each other.

그리고, 상기 음극 플레이트(50)의 수소반응로(55)는, 수소주입홀(H1)의 입구에서 수소배출홀(H2)의 출구 방향으로 복수개의 채널이 요홈형상으로 성형되되, 상기 채널이 수직방향은 길고 수평방향은 짧게 절곡된 "ㄹ"이 눕혀진 형상을 갖고 형성되어, 수소주입홀(H1)과 수소배출홀(H2)이 서로 연결되도록 구성할 수 있다.In addition, the hydrogen reaction furnace 55 of the cathode plate 50 has a plurality of channels formed in a groove shape in the direction from the entrance of the hydrogen injection hole (H1) to the exit of the hydrogen discharge hole (H2), and the channels are vertical. The "ㄹ" shape is long in the direction and short in the horizontal direction so that the hydrogen injection hole (H1) and the hydrogen discharge hole (H2) are connected to each other.

이러한 본 발명에 의하면, 격막을 구비한 절연 플레이트의 양면에 양극 플레이트와 음극 플레이트가 1조로 구성된 셀 블록을 연속해 조립하면서, 수소 및 산소와 물의 공급 및 배출부를 직렬 연결시켜, 수소와 산소의 전기화학적 반응 및 냉각 효율을 향상시켜 전기 에너지의 보다 안정적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a cell block composed of a positive electrode plate and a negative electrode plate is successively assembled on both sides of an insulating plate with a diaphragm, and the supply and discharge parts of hydrogen, oxygen, and water are connected in series to generate electricity of hydrogen and oxygen. It has the effect of improving chemical reaction and cooling efficiency, allowing for more stable production of electrical energy.

또, 격막을 구비한 절연 플레이트의 양면에 양극 플레이트와 음극 플레이트 사이와 셀 블록과 셀 블록 사이에 조립되는 패킹부재에 의해 수소 및 산소와 물이 안정적으로 유입구에서 배출구 방향으로 원활히 이동되어 전기 에너지 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the packing members assembled between the anode plate and cathode plate and between cell blocks on both sides of the insulating plate equipped with a diaphragm allow hydrogen, oxygen, and water to move stably and smoothly from the inlet to the outlet, thereby increasing electrical energy productivity. There is an effect that can improve.

도 1은 본 발명인 연료전지 스택의 결합 사시도.
도 2는 본 발명인 연료전지 스택의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 구성인 셀 블록의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 구성인 양극 플레이트의 정면과 배면을 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 구성인 음극 플레이트의 정면과 배면을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 구성인 셀 블록 단면도.1 is a combined perspective view of the fuel cell stack of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view of the fuel cell stack of the present invention.
Figure 3 is an exploded perspective view of the cell block of the present invention.
Figure 4 is a perspective view showing the front and back of the anode plate, which is a configuration of the present invention.
Figure 5 is a perspective view showing the front and back of the cathode plate of the present invention.
Figure 6 is a cross-sectional view of a cell block of the present invention.

본 발명인 연료전지 스택은 수소 및 산소의 전기화학반응으로 전기 에너지를 생성하는 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention, a fuel cell stack, relates to a fuel cell stack that generates electrical energy through an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen.

이하 본 발명에 따른 연료전지 스택의 구성을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.Hereinafter, the features of the fuel cell stack according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be subject to various changes and can have various forms, embodiments will be described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

먼저, 본 발명이 적용되는 연료전지 스택은, 도 1 내지 도 6에서와 같이 크게 다수의 셀 블록(20)이 연속적으로 배열되고, 상기 셀 블록(20)의 좌,우방향 최외측에는 산소공급구(11a), 물배출구(12b), 수소배출구(13b)를 상측에 구비하고, 산소배출구(11b), 물공급구(12a), 수소공급구(13a)가 하측에 구비된 전면커버(10)와 후면커버(15)가 각각 배치되어 결속부재(17)로 상호 밀착 조립시켜 구성한다.First, the fuel cell stack to which the present invention is applied has a large number of cell blocks 20 arranged in succession as shown in FIGS. 1 to 6, and oxygen is supplied to the outermost left and right sides of the cell blocks 20. A front cover (10) having a port (11a), a water outlet (12b), and a hydrogen outlet (13b) on the upper side, and an oxygen outlet (11b), a water supply port (12a), and a hydrogen supply port (13a) on the lower side. and the rear cover 15 are respectively disposed and assembled in close contact with each other using a binding member 17.

상기 연료전지 스택은, 산소공급구(11a)를 통해 공급된 산소가스와 수소공급구(13a)를 통해 공급된 수소가스를 셀 블록(20)을 통해 산소배출구(11b)와 수소배출구(13b)로 이동시키면서 상기 산소가스와 수소가스가 전기화학적으로 반응하여 전기 에너지를 생성하는 구성으로, 상기 전기를 생성하는 셀 블록(20)을 수개 내지 수십개를 연속적으로 적층 배열시켜 전면커버(10)와 후면커버(15) 및 결속부재(17)로 상호 밀착되게 조립한다.The fuel cell stack distributes oxygen gas supplied through the oxygen supply port 11a and hydrogen gas supplied through the hydrogen supply port 13a through the oxygen outlet 11b and the hydrogen outlet 13b through the cell block 20. In a configuration in which the oxygen gas and hydrogen gas react electrochemically to generate electrical energy while moving, several to dozens of cell blocks 20 that generate the electricity are stacked and arranged in succession to cover the front cover 10 and the back. Assemble in close contact with the cover (15) and the binding member (17).

상기 셀 블록(20)은, 크게 양극 플레이트(30)와 음극 플레이트(50)의 사이에 절연 플레이트(40)가 배치되며, 양극 플레이트(30)와 절연 플레이트(40) 사이에는 산소 패킹부재(62)가 구비되고, 절연 플레이트(40)와 음극 플레이트(50) 사이에는 수소 패킹부재(63)가 구비되며, 다른 셀 블록(20)의 양극 또는 음극 플레이트와 마주하는 음극 또는 양극 플레이트 사이에는 물 패킹부재(61)가 구비되며 상호 조립한다.In the cell block 20, an insulating plate 40 is largely disposed between the anode plate 30 and the cathode plate 50, and an oxygen packing member 62 is placed between the anode plate 30 and the insulating plate 40. ) is provided, a hydrogen packing member 63 is provided between the insulating plate 40 and the cathode plate 50, and a water packing member is provided between the cathode or anode plate facing the anode or cathode plate of the other cell block 20. Members 61 are provided and assembled together.

상기 양극 플레이트(30)는, 산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측 대각선 방향에 구비되며, 일면에 물이동로(31)를 형성하고 타면에 산소반응로(35)가 형성된다.The anode plate 30 is provided with an oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) on the upper side, and a hydrogen injection hole (H1), a water injection hole (W1), and an oxygen discharge hole. (O2) is provided in the lower diagonal direction, forming a water movement path 31 on one side and an oxygen reaction path 35 on the other side.

또, 양극 플레이트(30)는 금속이 이용될 수 있는데, 본 실시 예에서 티타늄(titanium)을 이용하여 제조될 수 있으며, 티타늄에 백금(platinum)이 도금되어 제조되도록 함으로써, 양극 플레이트(30)의 내식성 및 내화학성을 높일 수 있으며, 물이 이온화되더라도 전해약인 물의 오염을 방지할 수 있도록 한다. In addition, the anode plate 30 may be made of metal. In this embodiment, it may be manufactured using titanium. By plating titanium with platinum, the anode plate 30 may be manufactured using titanium. It can increase corrosion resistance and chemical resistance, and prevents contamination of water, which is an electrolyte, even if the water is ionized.

상기 양극 플레이트(30)에 적용되는 금속 및 도금되는 물질에 대해서는 당업자의 요구에 따라 그 구성을 다양하게 적용할 수 있으므로 특정한 구성에 한정하지는 않는다.The metal and plated material applied to the anode plate 30 can be configured in various ways according to the needs of those skilled in the art, so it is not limited to a specific configuration.

또, 상기 양극 플레이트(30)의 일면에 형성된 물이동로(31)는, 물주입홀(W1)의 입구에서 물배출홀(W2)의 출구 방향으로 복수개의 채널이 요(凹)홈 형상으로 성형되는데, 상기 채널이 수직 중심선상을 기준으로 양측이 대칭되며, 일면 전체를 수직 및 수평방향으로 연속 절곡되게 형성하여 상기 물주입홀(W1)과 물배출홀(W2)을 서로 연결하도록 구성한다.In addition, the water movement path 31 formed on one surface of the anode plate 30 has a plurality of channels in the shape of a concave groove in the direction from the entrance of the water injection hole (W1) to the exit of the water discharge hole (W2). It is formed so that the channel is symmetrical on both sides with respect to the vertical center line, and the entire surface is formed to be continuously bent in the vertical and horizontal directions to connect the water injection hole (W1) and the water discharge hole (W2). .

또한, 상기 양극 플레이트(30)의 타면에 형성된 산소반응로(35)는, 산소주입홀(O1)의 입구에서 산소배출홀(O2)의 출구 방향으로 복수개의 채널이 요(凹)홈 형상으로 성형되는데, 상기 채널이 수직방향은 길고 수평방향은 짧게 절곡된 "ㄹ"이 눕혀진 형상을 갖고 형성되도록 하여, 산소주입홀(O1)과 산소배출홀(O2)이 서로 연결되도록 구성한다.In addition, the oxygen reaction furnace 35 formed on the other side of the anode plate 30 has a plurality of channels in the shape of a concave groove in the direction from the entrance of the oxygen injection hole (O1) to the exit of the oxygen discharge hole (O2). It is formed so that the channel is formed in the shape of a "ㄹ" lying down, which is long in the vertical direction and short in the horizontal direction, so that the oxygen injection hole (O1) and the oxygen discharge hole (O2) are connected to each other.

그리고, 음극 플레이트(50)는, 산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측 대각선 방향에 구비되며, 일면에 수소반응로(55)를 형성하고, 타면에 물이동로(51)가 형성된다.And, the cathode plate 50 is provided with an oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) on the upper side, and the hydrogen injection hole (H1) and the water injection hole (W1) discharge oxygen. A hole (O2) is provided in the lower diagonal direction, forming a hydrogen reaction path 55 on one side and a water movement path 51 on the other side.

또, 상기 음극 플레이트(50)의 수소반응로(55)는, 수소주입홀(H1)의 입구에서 수소배출홀(H2)의 출구 방향으로 복수개의 채널이 요홈형상으로 성형되는데, 상기 채널이 수직방향은 길고 수평방향은 짧게 절곡된 "ㄹ"이 눕혀진 형상을 갖고 형성되어, 수소주입홀(H1)과 수소배출홀(H2)이 서로 연결되도록 구성한다.In addition, the hydrogen reaction furnace 55 of the cathode plate 50 has a plurality of channels formed in a groove shape in the direction from the entrance of the hydrogen injection hole (H1) to the exit of the hydrogen discharge hole (H2), and the channels are vertical. The "ㄹ" is formed in a lying shape with a long direction and a short bend in the horizontal direction, so that the hydrogen injection hole (H1) and the hydrogen discharge hole (H2) are connected to each other.

따라서, 상기 양극 플레이트(30)와 음극 플레이트(50)의 산소반응로(35)와 수소반응로(55)를 마주하게 배치하면, 상기 채널의 수직방향이 서로 마주하게 되어 화학반응 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, when the oxygen reaction furnace 35 and the hydrogen reaction furnace 55 of the anode plate 30 and the cathode plate 50 are arranged to face each other, the vertical directions of the channels face each other, thereby improving chemical reaction efficiency. You can.

상기 음극 플레이트(50)와 양극 플레이트(30)는, 상측과 하측에 각각의 주입홀과 배출홀이 형성되고, 일면과 타면에 물이동로 및 산소 또는 수소반응로가 형성된 것으로 절연 플레이트(40)를 사이에 두고 산소반응로와 수소반응로를 접하도록 조립시켜 구분할 수 있다.The cathode plate 50 and the anode plate 30 have respective injection and discharge holes formed on the upper and lower sides, and a water movement path and an oxygen or hydrogen reaction path are formed on one side and the other side of the insulating plate 40. It can be distinguished by assembling it so that the oxygen reaction reactor and the hydrogen reactor are in contact with each other.

상기 절연 플레이트(40)는, 중앙에 격막삽입구(41)가 형성되고, 산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측에 구비되며, 양극 플레이트(30)와 음극 플레이트(50) 사이에 조립되는데, 상기 격막삽입구(41)에 격막(45)이 조립되어 산소반응로(35)와 수소반응로(55)를 서로 다른 공간으로 분리되게 한다.The insulating plate 40 has a diaphragm insertion hole 41 formed in the center, an oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) are provided on the upper side, and a hydrogen injection hole (H1) is formed on the upper side. ), the water injection hole (W1) and the oxygen discharge hole (O2) are provided on the lower side and are assembled between the anode plate 30 and the cathode plate 50, and the diaphragm 45 is assembled to the diaphragm insertion hole 41. The oxygen reaction reactor 35 and the hydrogen reactor 55 are separated into different spaces.

상기 절연 플레이트(40)는 내약품성, 내열성, 소수성이 우수한 재질인 테프론(Teflon)을 이용해 제작할 수 있는데, 실리콘, 합성수지재 등의 재질과 같이 양극 플레이트와 음극 플레이트 사이에서 절연할 수 있는 재질을 사용하는 것도 가능하다.The insulating plate 40 can be manufactured using Teflon, a material with excellent chemical resistance, heat resistance, and hydrophobicity. A material that can insulate between the anode plate and the cathode plate, such as silicone or synthetic resin material, is used. It is also possible to do so.

그리고, 절연 플레이트(40)는 양극 플레이트(30)와 음극 플레이트(50)에 비해 상대적으로 얇게 형성하는 것이 바람직하며, 양극 플레이트(40) 및 음극 플레이트(50)에 걸리는 전력에 따라 두께가 달라질 수 있지만 이에 한정하지는 않는다.In addition, the insulating plate 40 is preferably formed relatively thinner than the anode plate 30 and the cathode plate 50, and the thickness may vary depending on the power applied to the anode plate 40 and the cathode plate 50. However, it is not limited to this.

또, 상기 절연 플레이트(40)는, 양극 플레이트(40)와 음극 플레이트(50)에 형성된 조립홀에 대응하는 조립홀을 형성하여, 결속부재(17)를 구성하는 결속볼트가 끼워져 양극 플레이트(40)와 음극 플레이트(50)를 절연하며 조립되게 한다.In addition, the insulating plate 40 has assembly holes corresponding to the assembly holes formed in the positive electrode plate 40 and the negative electrode plate 50, so that the binding bolts constituting the binding member 17 are inserted into the positive electrode plate 40. ) and the cathode plate 50 are insulated and assembled.

상기 절연 플레이트(40)는 중앙에 격막삽입구(41)가 형성되는데, 상기 격막삽입구(41)는 산소반응로(35) 및 수소반응로(55)의 형상이 내측에 포함되는 크기를 갖게 형성한다.The insulating plate 40 has a diaphragm insertion hole 41 formed in the center, and the diaphragm insertion hole 41 is sized to include the shapes of the oxygen reaction furnace 35 and the hydrogen reaction furnace 55 on the inside. .

여기에서, 상기 절연 플레이트(40)는 중앙에 격막삽입구(41)의 내면에 요(凹)홈의 격막삽입홈(42)을 형성해 상기 산소반응로(35) 및 수소반응로(55)의 형상 보다 크게 성형된 격막(45)이 상기 격막삽입홈(42)에 끼워져 조립되게 한다.Here, the insulating plate 40 forms a concave diaphragm insertion groove 42 on the inner surface of the diaphragm insertion hole 41 in the center to form the shape of the oxygen reaction furnace 35 and the hydrogen reaction furnace 55. The larger-shaped diaphragm 45 is inserted into the diaphragm insertion groove 42 and assembled.

그리고, 본 발명에서의 절연 플레이트(40)는 중앙에 격막삽입구(41)가 형성된 한 쌍으로 구성되어, 양극 플레이트(30)와 음극 플레이트(50)에 각각 절연 플레이트(40)가 배치되고, 상기 절연 플레이트(40)가 서로 마주하는 내측면에 형성된 단턱진 격막받침홈에 격막(45)이 삽입 고정되는 것도 본 발명에 포함된다.In addition, the insulating plate 40 in the present invention consists of a pair with a diaphragm insertion hole 41 formed in the center, and the insulating plate 40 is disposed on the anode plate 30 and the cathode plate 50, respectively. The present invention also includes the diaphragm 45 being inserted and fixed into a stepped diaphragm support groove formed on the inner surface of the insulating plate 40 facing each other.

본 실시예에서, 상기 격막(MEA ; Membrane Electrode Assembly )은, 수소 이온만을 선택적으로 통과시키기 위한 것으로, 나피온(nafion) 계열의 얇은 막을 이용할 수 있으며, 나피온 계열의 얇은 막에 백금을 코팅하여 사용하는 것도 본 발명에 구성에 포함된다.In this embodiment, the membrane (MEA; Membrane Electrode Assembly) is for selectively passing only hydrogen ions, and can use a thin Nafion-based film. The Nafion-based thin film can be coated with platinum. Use is also included in the present invention.

이때, 상기 격막(45)을 구성하는 나피온 계열의 얇은 막에 백금을 코팅하는 방식에는 전기를 이용하여 백금을 분해하여 코팅하거나, 백금이 포함된 액체에 나피온 계열의 얇은 막을 담근 상태에서 교반하여 백금을 증착시키는 무전해 방식을 이용해 나피온 계열의 얇은 막에 백금을 코팅하는 것도 가능하다.At this time, the method of coating the Nafion-based thin film constituting the diaphragm 45 with platinum is to decompose the platinum using electricity and coat it, or immerse the Nafion-based thin film in a liquid containing platinum and stir it. It is also possible to coat a Nafion-based thin film with platinum using an electroless method of depositing platinum.

그리고, 물 패킹부재(61)는, 상기 1조의 셀 블록(20)을 구성하는 양극 플레이트(30)와 음극 플레이트(50)의 외측면에 배치되어 다른 셀 블록(20)과 조립되면서 공급 및 배출되는 산소, 물, 수소의 누출을 방지할 수 있도록 한다.In addition, the water packing member 61 is disposed on the outer surface of the anode plate 30 and the cathode plate 50 constituting the set of cell blocks 20, and is supplied and discharged while being assembled with other cell blocks 20. Prevent leakage of oxygen, water, and hydrogen.

상기 물 패킹부재(61)는, 상측과 하측에 산소주입홀(O1), 수소배출홀(H2) 및 수소주입홀(H1), 산소배출홀(O2)의 테두리를 기밀되게 감싸는 산소패킹부(64)와 수소패킹부(66)가 구비되고, 상기 산소패킹부(64)와 수소패킹부(66) 사이에 물주입홀(W1) 및 물배출홀(W2)을 연통시키게 구성된다.The water packing member 61 is an oxygen injection hole (O1), a hydrogen discharge hole (H2), and an oxygen packing part ( 64) and a hydrogen packing part 66 are provided, and a water injection hole (W1) and a water discharge hole (W2) are configured to communicate between the oxygen packing part 64 and the hydrogen packing part 66.

또, 산소 패킹부재(62)는, 상기 양극 플레이트(30)와 절연 플레이트(40) 사이에 배치되며, 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2) 및 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1)의 테두리를 기밀되게 감싸는 수소패킹부(66)와 물패킹부(65)가 상측과 하측에 구비된다.In addition, the oxygen packing member 62 is disposed between the anode plate 30 and the insulating plate 40, and has a water discharge hole (W2), a hydrogen discharge hole (H2), a hydrogen injection hole (H1), and a water injection hole (H1). A hydrogen packing part 66 and a water packing part 65 that airtightly surround the edge of the hole W1 are provided on the upper and lower sides.

따라서, 산소주입홀(O1)을 통해 공급된 산소가스가 상기 양극 플레이트(30)와 격막(45) 사이의 산소반응로(35)를 따라 산소배출홀(O2) 방향으로 진행되게 할 수 있다.Accordingly, the oxygen gas supplied through the oxygen injection hole (O1) can be allowed to proceed along the oxygen reaction furnace (35) between the anode plate (30) and the diaphragm (45) toward the oxygen discharge hole (O2).

또한, 수소 패킹부재(63)는, 상기 절연 플레이트(40)와 음극 플레이트(50)의 사이에 배치되며, 산소주입홀(O1), 물배출홀(W2) 및 물주입홀(W1), 산소배출홀(O2)의 테두리를 기밀되게 감싸는 물패킹부(65)와 산소패킹부(64)가 상측과 하측에 구비된다.In addition, the hydrogen packing member 63 is disposed between the insulating plate 40 and the cathode plate 50, and has an oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), a water injection hole (W1), and an oxygen injection hole (O1). A water packing part 65 and an oxygen packing part 64 that airtightly surround the edge of the discharge hole O2 are provided on the upper and lower sides.

따라서, 수소주입홀(H1)을 통해 공급된 수소가스가 상기 음극 플레이트(50)와 격막(45) 사이의 수소반응로(55)를 따라 수소배출홀(H2) 방향으로 진행되어 진다.Accordingly, the hydrogen gas supplied through the hydrogen injection hole (H1) flows toward the hydrogen discharge hole (H2) along the hydrogen reaction furnace (55) between the cathode plate (50) and the diaphragm (45).

상기와 같이 구성된 연료전지 스택(100)의 작동과정을 설명하면, 전면커버(10)의 산소공급구(11a)를 통해 공급된 산소가스는 셀 블록(20)의 산소주입홀(O1)을 통해 유입되어, 양극 플레이트(30)와 격막(45) 사이에서 산소반응로(35)를 따라 산소배출홀(O2) 방향으로 진행된다.To explain the operating process of the fuel cell stack 100 configured as above, oxygen gas supplied through the oxygen supply port 11a of the front cover 10 passes through the oxygen injection hole O1 of the cell block 20. It flows in and proceeds toward the oxygen discharge hole (O2) along the oxygen reaction furnace (35) between the anode plate (30) and the diaphragm (45).

또, 전면커버(10)의 수소공급구(13a)를 통해 공급된 수소가스는 셀 블록(20)의 수소주입홀(H1)을 통해 유입되어, 격막(45)과 음극 플레이트(50) 사이에서 수소반응로(55)를 따라 수소배출홀(H2) 방향으로 진행된다.In addition, hydrogen gas supplied through the hydrogen supply port (13a) of the front cover (10) flows in through the hydrogen injection hole (H1) of the cell block (20) and flows between the diaphragm (45) and the cathode plate (50). It proceeds along the hydrogen reaction reactor (55) toward the hydrogen discharge hole (H2).

또한, 전면커버(10)의 물공급구(12a)를 통해 공급된 물은 셀 블록(20)의 물주입홀(W1)을 통해 유입되어, 셀 블록(20)과 셀 블록(20) 사이에서 물이동로(31,51)를 따라 물배출홀(W2) 방향으로 진행된다.In addition, water supplied through the water supply port (12a) of the front cover (10) flows in through the water injection hole (W1) of the cell block (20), and water flows between the cell block (20) and the cell block (20). It proceeds in the direction of the water discharge hole (W2) along the movement paths (31, 51).

따라서, 격막(45)을 사이에 두고 산소반응로(35)를 따라 진행하는 산소가스와 수소반응로(55)를 따라 진행하는 수소가스는 전기화학적으로 반응하면서 전기 에너지와 함께 내부 반응열이 발생되는데, 상기 셀 블록(20)과 셀 블록(20) 사이에서 물이동로(31,51)를 따라 진행하는 물을 통해 내부 반응열을 냉각시킬 수 있다.Therefore, the oxygen gas flowing along the oxygen reaction furnace 35 with the diaphragm 45 in between and the hydrogen gas flowing along the hydrogen reaction furnace 55 react electrochemically, generating electrical energy and internal reaction heat. , the internal reaction heat can be cooled through water flowing along the water movement paths 31 and 51 between the cell blocks 20 and the cell blocks 20.

여기에서, 상기 격막(45)은 물 함유 정도에 비례하여 수소 이온 전도도가 높아지고 연료전지의 발전성능을 향상시킬 수 있으므로, 상기 격막(45)이 건조해 지지않도록 상기 플레이트와 절연 플레이트(40) 사이에 배치되는 산소 패킹부재(62)와 수소 패킹부재(63)의 물패킹부(65)가 물주입홀(W1)과 물배출홀(W2)의 외측으로 간격을 두고 위치되게 하여 물이 상기 격막(45)을 적절히 수화시킬 수 있도록 함과 아울러, 산소패킹부(64)와 수소패킹부(66)도 산소 및 수소 주입홀과 배출홀의 외측으로 간격을 두고 위치되게 하여 산소가스와 수소가스를 가습시킨 상태로 공급되도록 하는 것도 본 발명에 포함된다.Here, the diaphragm 45 has hydrogen ion conductivity in proportion to the degree of water content and can improve the power generation performance of the fuel cell, so the diaphragm 45 is placed between the plate and the insulating plate 40 to prevent the diaphragm 45 from drying out. The water packing portion 65 of the oxygen packing member 62 and the hydrogen packing member 63 are positioned at intervals outside the water injection hole (W1) and the water discharge hole (W2) so that water flows into the diaphragm. In addition to properly hydrating (45), the oxygen packing part 64 and the hydrogen packing part 66 are also positioned at intervals outside the oxygen and hydrogen injection holes and discharge holes to humidify the oxygen gas and hydrogen gas. It is also included in the present invention to ensure that it is supplied as ordered.

상기와 같이 격막(45)을 사이에 두고 양극 플레이트(30)와 음극 플레이트(50)가 조립되면서, 그 내측에 산소 패킹부재(62) 및 수소 패킹부재(63)를 배치하여 산소가스와 수소가스를 공급하고, 산소반응로(35)와 수소반응로(55)를 통해 진행방향을 안내하여 전기화학적 반응시간을 증대시켜 전기 에너지 생산효율을 향상시키고, 셀 블록과 셀 블럭의 사이에 물 패킹부재(61)를 배치해 물을 공급하고 물이동로(31,51)를 통해 상기 셀 블록(20)의 전체면에 열교환 면적을 증대시킬 수 있도록 한다.As the anode plate 30 and the cathode plate 50 are assembled with the diaphragm 45 in between, the oxygen packing member 62 and the hydrogen packing member 63 are disposed inside the oxygen gas and hydrogen gas. It supplies and guides the direction of progress through the oxygen reactor 35 and the hydrogen reactor 55 to increase the electrochemical reaction time to improve electric energy production efficiency, and a water packing member between the cell blocks. (61) is arranged to supply water and increase the heat exchange area on the entire surface of the cell block (20) through the water passages (31 and 51).

이상에서와 같이 상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.As described above, the above-described embodiments describe the most preferred examples of the present invention, but are not limited to the above embodiments, and it is clear to those skilled in the art that various modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention. .

10. 전면커버 15. 후면커버
17. 결속부재 20. 셀 블록
30. 양극 플레이트 31. 물이동로
35. 산소반응로 40. 절연 플레이트
41. 격막삽입구 45. 격막
50. 음극 플레이트 51. 물이동로
55. 수소반응로 61. 물 패킹부재
62. 산소 패킹부재 63. 수소 패킹부재
64. 산소패킹부 65, 물패킹부
66. 수소패킹부 100. 연료전지 스택
H1. 수소주입홀 H2. 수소배출홀
O1. 산소주입홀 O2. 산소배출홀
W1. 물주입홀 W2. 물배출홀10. Front cover 15. Rear cover
17. Binding member 20. Cell block
30. Anode plate 31. Water transfer path
35. Oxygen reactor 40. Insulating plate
41. Diaphragm insertion port 45. Diaphragm
50. Cathode plate 51. Water movement path
55. Hydrogen reactor 61. Water packing member
62. Oxygen packing member 63. Hydrogen packing member
64. Oxygen packing part 65, water packing part
66. Hydrogen packing unit 100. Fuel cell stack
H1. Hydrogen injection hole H2. Hydrogen discharge hole
O1. Oxygen injection hole O2. Oxygen discharge hole
W1. Water injection hole W2. water discharge hole

Claims (4)

다수의 셀 블록(20)이 연속적으로 배열되고, 상기 셀 블록(20)의 좌,우방향 최외측에는 산소공급구(11a), 물배출구(12b), 수소배출구(13b)를 상측에 구비하고, 산소배출구(11b), 물공급구(12a), 수소공급구(13a)가 하측에 구비된 전면커버(10)와 후면커버(15)가 각각 배치되어 결속부재(17)로 상호 밀착 조립되는 연료전지 스택(100)에 있어서;
상기 셀 블록(20)은,
산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측에 구비되며, 일면에 물이동로(31)를 형성하고 타면에 산소반응로(35)가 형성된 양극 플레이트(30)와;
산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측에 구비된 절연 플레이트(40)와;
산소주입홀(O1), 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2)이 상측에 구비되고, 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1) 산소배출홀(O2)이 하측에 구비되며, 일면에 수소반응로(55)를 형성하고, 타면에 물이동로(51)가 형성된 음극 플레이트(50)와;
상기 절연 플레이트(40)의 격막삽입구(41)에 조립되어 산소반응로(35)와 수소반응로(55)를 분리하는 격막(45)과;
상기 양극 플레이트(30)와 음극 플레이트(50)의 사이에 배치되며, 산소주입홀(O1), 수소배출홀(H2) 및 수소주입홀(H1), 산소배출홀(O2)의 테두리를 기밀되게 감싸는 산소패킹부(64)와 수소패킹부(66)가 상측과 하측에 구비하고, 상기 산소패킹부(64)와 수소패킹부(66) 사이에 물주입홀(W1) 및 물배출홀(W2)을 연통시키게 구성된 물 패킹부재(61)와;
상기 양극 플레이트(30)와 절연 플레이트(40) 사이에 배치되며, 물배출홀(W2), 수소배출홀(H2) 및 수소주입홀(H1), 물주입홀(W1)의 테두리를 기밀되게 감싸는 수소패킹부(66)와 물패킹부(65)가 상측과 하측에 구비되어, 산소주입홀(O1)을 통해 공급된 산소가스가 상기 양극 플레이트(30)와 절연 플레이트(40) 사이의 산소반응로(35)를 따라 산소배출홀(O2) 방향으로 진행되게 형성한 산소 패킹부재(62)와;
상기 절연 플레이트(40)와 음극 플레이트(50)의 사이에 배치되며, 산소주입홀(O1), 물배출홀(W2) 및 물주입홀(W1), 산소배출홀(O2)의 테두리를 기밀되게 감싸는 물패킹부(65)와 산소패킹부(64)가 상측과 하측에 구비되어, 수소주입홀(H1)을 통해 공급된 수소가스가 상기 음극 플레이트(50)와 절연 플레이트(40) 사이의 수소반응로(55)를 따라 수소배출홀(H2) 방향으로 진행되게 형성한 수소 패킹부재(63)를 포함해 구성되고,
상기 양극 플레이트(30)의 산소반응로(35)는,
산소주입홀(O1)의 입구에서 산소배출홀(O2)의 출구 방향으로 복수개의 채널이 요홈형상으로 성형되되, 상기 채널이 수직방향은 길고 수평방향은 짧게 절곡된 "ㄹ"이 눕혀진 형상을 갖고 형성되어, 산소주입홀(O1)과 산소배출홀(O2)이 서로 연결되도록 구성하고,
상기 음극 플레이트(50)의 수소반응로(55)는,
수소주입홀(H1)의 입구에서 수소배출홀(H2)의 출구 방향으로 복수개의 채널이 요홈형상으로 성형되되, 상기 채널이 수직방향은 길고 수평방향은 짧게 절곡된 "ㄹ"이 눕혀진 형상을 갖고 형성되어, 수소주입홀(H1)과 수소배출홀(H2)이 서로 연결되도록 구성하며,
상기 절연 플레이트(40)는,
중앙에 격막삽입구(41)의 내면에 요(凹)홈의 격막삽입홈(42)이 형성되며, 상기 산소반응로(35) 및 수소반응로(55)의 형상 보다 크게 성형된 격막(45)이 상기 격막삽입홈(42)에 끼워져 조립되고,
상기 격막삽입구(41)는 상기 산소반응로(35) 및 상기 수소반응로(55)의 형상이 내측에 포함되는 크기를 갖고, 내측면에 형성된 단턱진 격막받침홈에 상기 격막(45)이 삽입 고정되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
A plurality of cell blocks 20 are arranged in series, and an oxygen supply port 11a, a water outlet 12b, and a hydrogen outlet 13b are provided on the outermost left and right sides of the cell blocks 20. , a front cover (10) and a rear cover (15), each of which has an oxygen outlet (11b), a water supply port (12a), and a hydrogen supply port (13a) on the lower side, are disposed and assembled in close contact with each other using a binding member (17). In the battery stack 100;
The cell block 20 is,
An oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) are provided at the top, and a hydrogen injection hole (H1), a water injection hole (W1), and an oxygen discharge hole (O2) are provided at the bottom. , an anode plate (30) with a water movement path (31) formed on one side and an oxygen reaction path (35) formed on the other side;
An oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) are provided at the top, and a hydrogen injection hole (H1), a water injection hole (W1), and an oxygen discharge hole (O2) are provided at the bottom. an insulating plate 40;
An oxygen injection hole (O1), a water discharge hole (W2), and a hydrogen discharge hole (H2) are provided at the top, and a hydrogen injection hole (H1), a water injection hole (W1), and an oxygen discharge hole (O2) are provided at the bottom. , a cathode plate (50) with a hydrogen reaction furnace (55) formed on one side and a water movement path (51) formed on the other side;
a diaphragm (45) assembled to the diaphragm insertion hole (41) of the insulating plate (40) to separate the oxygen reaction reactor (35) and the hydrogen reactor (55);
It is disposed between the anode plate 30 and the cathode plate 50, and the oxygen injection hole (O1), the hydrogen discharge hole (H2), and the edges of the hydrogen injection hole (H1) and oxygen discharge hole (O2) are airtight. Surrounding oxygen packing parts 64 and hydrogen packing parts 66 are provided on the upper and lower sides, and a water injection hole (W1) and a water discharge hole (W2) are provided between the oxygen packing part 64 and the hydrogen packing part 66. ) and a water packing member (61) configured to communicate;
It is disposed between the anode plate 30 and the insulating plate 40, and airtightly surrounds the edges of the water discharge hole (W2), the hydrogen discharge hole (H2), the hydrogen injection hole (H1), and the water injection hole (W1). A hydrogen packing part 66 and a water packing part 65 are provided on the upper and lower sides, so that oxygen gas supplied through the oxygen injection hole (O1) causes an oxygen reaction between the anode plate 30 and the insulating plate 40. an oxygen packing member (62) formed along the furnace (35) toward the oxygen discharge hole (O2);
It is disposed between the insulating plate 40 and the cathode plate 50, and the oxygen injection hole (O1), the water discharge hole (W2), and the edges of the water injection hole (W1) and the oxygen discharge hole (O2) are airtight. The surrounding water packing part 65 and the oxygen packing part 64 are provided on the upper and lower sides, so that the hydrogen gas supplied through the hydrogen injection hole (H1) is connected to the hydrogen between the cathode plate 50 and the insulating plate 40. It is composed of a hydrogen packing member (63) formed to proceed along the reactor (55) in the direction of the hydrogen discharge hole (H2),
The oxygen reaction furnace 35 of the anode plate 30 is,
A plurality of channels are formed in a groove shape from the inlet of the oxygen injection hole (O1) to the outlet of the oxygen discharge hole (O2), and the channels have a "ㄹ" shape that is long in the vertical direction and short in the horizontal direction. It is formed so that the oxygen injection hole (O1) and the oxygen discharge hole (O2) are connected to each other,
The hydrogen reaction furnace 55 of the cathode plate 50 is,
A plurality of channels are formed in a groove shape from the inlet of the hydrogen injection hole (H1) to the outlet of the hydrogen discharge hole (H2), and the channels have a "L" shape that is long in the vertical direction and short in the horizontal direction. It is formed so that the hydrogen injection hole (H1) and the hydrogen discharge hole (H2) are connected to each other,
The insulating plate 40 is,
A concave diaphragm insertion groove 42 is formed on the inner surface of the diaphragm insertion hole 41 in the center, and the diaphragm 45 is molded to be larger than the shape of the oxygen reaction reactor 35 and the hydrogen reaction reactor 55. It is assembled by being inserted into the diaphragm insertion groove 42,
The diaphragm insertion hole 41 has a size that includes the shapes of the oxygen reaction furnace 35 and the hydrogen reaction furnace 55 on the inside, and the diaphragm 45 is inserted into the stepped diaphragm support groove formed on the inner side. A fuel cell stack characterized in that it is fixed.
 제 1항에 있어서,
상기 양극 플레이트(30) 및 음극 플레이트(50)의 물이동로(31,51)는,
물주입홀(W1)의 입구에서 물배출홀(W2)의 출구 방향으로 복수개의 채널이 요홈형상으로 성형되되, 상기 채널이 수직 중심선상을 기준으로 양측이 대칭되며 수직 및 수평방향으로 연속 절곡되게 형성하여 서로 연결하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
According to clause 1,
The water movement paths 31 and 51 of the anode plate 30 and the cathode plate 50 are,
A plurality of channels are formed in a groove shape from the entrance of the water injection hole (W1) to the exit of the water discharge hole (W2), and the channels are symmetrical on both sides with respect to the vertical center line and are continuously bent in the vertical and horizontal directions. A fuel cell stack, characterized in that it is configured to be formed and connected to each other.
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