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KR20230115365A - Fuel cell apparatus - Google Patents
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell device including: a membrane electrode assembly; a gas diffusion unit disposed to face the membrane electrode assembly; a pair of separation plate units having a channel unit for supplying a reaction gas to the gas diffusion unit and a land unit alternately arranged with the channel unit; a cooling channel unit which is provided between the pair of separation plate units and into which a coolant is introduced; and a flow concentration unit provided in the separation plate units, and concentrating the flow of the coolant introduced into the cooling channel unit to an effective cooling area.

Description

연료전지 장치{FUEL CELL APPARATUS}Fuel cell device {FUEL CELL APPARATUS}

본 발명은 연료전지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 막전극 접합체의 반응영역에서의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell device, and more particularly, to a fuel cell device capable of improving cooling efficiency in a reaction region of a membrane electrode assembly.

일반적으로, 연료전지는 연속적으로 공급되는 연료의 화학적인 반응으로 전기에너지를 계속적으로 생산해 내는 전력반응수단으로, 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.In general, a fuel cell is a power reaction means that continuously produces electrical energy through a chemical reaction of continuously supplied fuel, and continuous research and development is being conducted as an alternative solution to global environmental problems.

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지(PAFC; phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염형연료전지(MCFC; molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell), 알칼리형 연료전지(AFC; alkaline fuel cell) 및 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 분류될 수 있고, 사용되는 연료의 종류와 함께 작동온도, 출력범위 등에 따라서 이동전원용, 수송용, 분산발전용 등의 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.Depending on the type of electrolyte used, fuel cells are classified into phosphoric acid fuel cells (PAFCs), molten carbonate fuel cells (MCFCs), and solid oxide fuel cells (SOFCs). It can be classified into polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), alkaline fuel cell (AFC) and direct methanol fuel cell (DMFC), and works with the type of fuel used. Depending on temperature, output range, etc., it can be applied to various application fields such as mobile power, transportation, and distributed power generation.

연료전지의 이온교환막은 물 함유도에 비례하여 수소이온을 전도하는 특성이 있어 이온전도도를 높이기 위해 가습된 공급 기체를 사용하고 있으며, 연료전지는 수소와 산소의 전기화학적인 반응에 의해 물을 생성한다. 이에 따라 연료전지 내에서 적절한 물 관리가 이루어지지 않으면 물이 반응기체의 통로를 막아 성능이 급격히 하락하는 플러딩(flooding)현상이 일어나게 된다. 따라서 연료전지 내의 물 관리를 적절히 할 수 있는 방안에 대한 연구 및 개발이 필요하다.Since the ion exchange membrane of a fuel cell has the property of conducting hydrogen ions in proportion to the water content, a humidified supply gas is used to increase the ion conductivity, and the fuel cell generates water through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. do. Accordingly, if proper water management is not performed in the fuel cell, water blocks the passage of the reaction gas, causing a flooding phenomenon in which performance is rapidly deteriorated. Therefore, it is necessary to research and develop methods for properly managing water in a fuel cell.

본 발명의 배경기술은 대한민국 특허등록공보 제10-0599776호(2006.07.05 등록, 발명의 명칭: 연료 전지 시스템 및 그 스택)에 개시되어 있다.The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Registration Publication No. 10-0599776 (registered on July 5, 2006, title of the invention: fuel cell system and its stack).

본 발명은 막전극 접합체의 반응영역에서의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a fuel cell device capable of improving cooling efficiency in a reaction region of a membrane electrode assembly.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 연료전지 장치는: 막전극 접합체와; 상기 막전극 접합체와 마주보게 배치되는 가스확산부와; 상기 가스확산부로 반응가스를 공급하는 채널부와, 상기 채널부와 교대로 배치되는 랜드부를 구비하는 한 쌍의 분리판부와; 한 쌍의 상기 분리판부의 사이에 구비되고, 냉각수가 유입되는 냉각채널부; 및 상기 분리판부에 구비되고, 상기 냉각채널부로 유입된 상기 냉각수의 유동을 유효냉각영역으로 집중시키는 유동집중부;를 포함한다.In order to solve the above problems, a fuel cell device according to the present invention includes: a membrane electrode assembly; a gas diffusion unit disposed to face the membrane electrode assembly; a pair of separation plate parts including a channel part supplying a reaction gas to the gas diffusion part, and a land part alternately disposed with the channel part; a cooling channel portion provided between the pair of the separating plate portions and into which cooling water flows; and a flow concentration unit provided in the separation plate unit and concentrating the flow of the cooling water introduced into the cooling channel unit into an effective cooling region.

또한, 상기 유동집중부는 상기 냉각채널부로 유입된 냉각수의 유동에 간섭되어 상기 냉각수가 상기 유효냉각영역의 외측으로 유출되는 것을 차단한다.In addition, the flow concentration unit interferes with the flow of the cooling water introduced into the cooling channel unit to prevent the cooling water from flowing out of the effective cooling region.

또한, 상기 유동집중부는 상기 분리판부로부터 상기 냉각채널부를 향해 돌출된다.In addition, the flow concentrating portion protrudes toward the cooling channel portion from the separating plate portion.

또한, 상기 유동집중부는 상기 냉각채널부의 양측에 형성된다.In addition, the flow concentration part is formed on both sides of the cooling channel part.

또한, 상기 유동집중부는 상기 냉각채널부와 나란하게 배치된다.In addition, the flow concentration unit is disposed parallel to the cooling channel unit.

또한, 어느 하나의 상기 분리판부에 구비되는 상기 유동집중부는 나머지 하나의 상기 분리판부에 구비되는 상기 유동집중부와 상호 접촉된다.In addition, the flow concentration part provided in one of the separation plate parts is in contact with the flow concentration part provided in the other separation plate part.

또한, 상기 막전극 접합체를 지지하는 서브가스켓; 및 상기 서브가스켓을 관통하여 형성되고, 상기 막전극 접합체와 상기 가스확산부를 연통시키는 연통부;를 더 포함한다.In addition, a sub gasket supporting the membrane electrode assembly; and a communication portion formed through the sub gasket and communicating the membrane electrode assembly with the gas diffusion portion.

또한, 상기 가스확산부의 면적은 상기 연통부의 면적보다 크다.Also, an area of the gas diffusion unit is larger than that of the communication unit.

또한, 상기 유효냉각영역의 면적은 상기 연통부의 면적과 동일하다.In addition, the area of the effective cooling region is equal to the area of the communication part.

또한, 상기 유동집중부에 구비되고, 상기 가스확산부를 지지하는 처짐방지부;를 더 포함한다.In addition, a deflection prevention unit provided in the flow concentrating unit and supporting the gas diffusion unit; is further included.

또한, 상기 처짐방지부는 상기 유동집중부로부터 상기 가스확산부를 향해 돌출되어 상기 가스확산부와 접촉된다.In addition, the deflection prevention part protrudes from the flow concentration part toward the gas diffusion part and contacts the gas diffusion part.

또한, 상기 처짐방지부의 높이는 상기 랜드부의 높이와 동일하다.In addition, the height of the sagging prevention portion is the same as that of the land portion.

또한, 상기 처짐방지부는 복수개로 구비되어 상기 유동집중부의 길이 방향을 따라 배치된다.In addition, the sagging prevention portion is provided in plurality and disposed along the longitudinal direction of the flow concentration portion.

본 발명에 따른 연료전지 장치는 접촉성능향상부가 반응영역에서 가스확산부가 막전극 접합체에 밀착되도록 가스확산부를 막전극 접합체 측으로 가압함으로써 반응영역에서의 계면 저항을 감소시키고, 연료전지의 발전 성능을 향상시킬 수 있다.In the fuel cell device according to the present invention, the contact performance improving unit presses the gas diffusion unit toward the membrane electrode assembly so that the gas diffusion unit adheres to the membrane electrode assembly in the reaction area, thereby reducing interface resistance in the reaction area and improving power generation performance of the fuel cell. can make it

또한, 본 발명에 따른 연료전지 장치는 접촉성능향상부가 랜드부의 전체 구간 중 막전극 접합체의 반응영역과 마주보는 구간 내에 형상됨에 따라 반응영역의 외측에 배치되는 가스확산부의 테두리부에 과도한 가압력을 인가됨에 따른 가스확산부의 손상을 방지할 수 있다. In addition, in the fuel cell device according to the present invention, as the contact performance improving part is formed in a section facing the reaction region of the membrane electrode assembly among the entire section of the land section, excessive pressing force is applied to the rim of the gas diffusion section disposed outside the reaction region. As a result, damage to the gas diffusion unit can be prevented.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 장치는 공급성능향상부에 의해 반응가스가 유입 및 배출되는 채널부의 양단부에서 랜드부가 가스확산부에 가하는 가압력의 크기를 완화시킴으로써 채널부를 유동하는 반응가스의 압력이 강하되는 것을 방지할 수 있다.In addition, in the fuel cell device according to the present invention, the pressure of the reaction gas flowing in the channel part is reduced by reducing the pressure applied by the land part to the gas diffusion part at both ends of the channel part through which the reaction gas is introduced and discharged by the supply performance improving part. can prevent it from happening.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 장치는 유동집중부에 의해 냉각채널부로 유입된 냉각수의 유동을 유효냉각영역으로 집중시킴에 따라 막전극 접합체의 반응영역에서의 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.In addition, in the fuel cell device according to the present invention, the cooling efficiency in the reaction region of the membrane electrode assembly can be further improved by concentrating the flow of the cooling water introduced into the cooling channel unit into the effective cooling region by the flow concentration unit.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 장치는 처짐방지부가 유동집중부와 다른 방향으로 돌출되어 유효냉각영역 외측에서 유동집중부와 마주보게 배치되는 가스확산부의 테두리부를 지지함에 따라 가스확산부의 처짐 현상을 방지할 수 있다.In addition, in the fuel cell device according to the present invention, the sagging prevention part protrudes in a direction different from the flow concentrating part to support the rim of the gas diffusion part disposed to face the flow concentrating part outside the effective cooling region, thereby preventing the gas diffusion part from sagging. can do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브가스켓의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브가스켓의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 설치 상태를 X축 방향으로 절개한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 구성을 Y축 방향으로 절개한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동집중부와 처짐방지부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동집중부와 처짐방지부의 구성을 개략적으로 나타내는 단면사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동집중부와 처짐방지부의 설치 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view schematically showing the configuration of a sub gasket according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a sub gasket according to an embodiment of the present invention.
4 is an enlarged perspective view schematically illustrating a configuration of a separator unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of an installed state of a separating plate unit according to an embodiment of the present invention, cut in the X-axis direction.
6 is a cross-sectional view of a configuration of a separating plate unit according to an embodiment of the present invention, cut in the Y-axis direction.
7 is an enlarged perspective view schematically illustrating the configuration of a flow concentration unit and a deflection prevention unit according to an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional perspective view schematically illustrating the configuration of a flow concentration unit and a deflection prevention unit according to an embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view schematically illustrating an installation state of a flow concentration unit and a deflection prevention unit according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지 장치의 실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a fuel cell device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In this process, the thickness of lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification.

또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, in this specification, when a part is said to be “connected (or connected)” to another part, this is not only the case where it is “directly connected (or connected)”, but also “with another member in between” It also includes cases where it is indirectly connected (or connected). In this specification, when it is said that a certain part "includes (or includes)" a certain component, this does not exclude other components unless otherwise stated, but "includes (or includes)" other components. It means you can.

또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.Also, like reference numerals may refer to like elements throughout this specification. Even if the same reference numerals or similar reference numerals are not mentioned or described in a particular drawing, the numerals may be described based on another drawing. In addition, even if there are parts not marked with reference numerals in specific drawings, the parts can be described based on other drawings. In addition, the number, shape, size, and relative difference of the detailed components included in the drawings of the present application are set for convenience of understanding, and may be implemented in various forms without limiting the embodiments.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 장치(1)는 막전극 접합체(100), 서브가스켓(200), 가스확산부(300), 분리판부(400), 냉각채널부(500), 유동집중부(600)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a fuel cell device 1 according to an embodiment of the present invention includes a membrane electrode assembly 100, a sub gasket 200, a gas diffusion unit 300, a separator unit 400, and a cooling channel unit. 500, and a flow concentration unit 600.

막전극 접합체(MEA, Membrane-Electrode Assembly)(100)는 후술하는 분리판부(400)로부터 공급되는 반응가스 즉, 수소 및 산소의 전기화학적 반응을 유도하여 전기에너지를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 막전극 접합체(100)는 수소 양이온(proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 고분자 전해질막 양면에 각각 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 공기극(cathode)과 연료극(anode)으로 구성되는 촉매층을 포함할 수 있다. 이와 같은 촉매층은 백금 재질로 구비될 수 있다. 막전극 접합체(100)는 복수개로 구비되어 연료전지 스택의 적층 방향을 따라 상호 이격되게 배치된다.The Membrane-Electrode Assembly (MEA) 100 generates electrical energy by inducing an electrochemical reaction of reaction gases, that is, hydrogen and oxygen, supplied from a separator 400 to be described later. The membrane electrode assembly 100 according to an embodiment of the present invention includes a polymer electrolyte membrane capable of moving hydrogen cations (protons) and an air electrode (cathode) coated on both sides of the polymer electrolyte membrane so that hydrogen and oxygen can react, respectively. ) and a catalyst layer composed of an anode. Such a catalyst layer may be provided with a platinum material. The membrane electrode assemblies 100 are provided in plurality and are spaced apart from each other along the stacking direction of the fuel cell stack.

서브가스켓(200)은 막전극 접합체(100)와 결합되어 막전극 접합체(100)를 지지한다. 보다 구체적으로, 서브가스켓(200)은 자체적인 강성에 의해 막전극 접합체(100)의 형상을 유지시킴으로써 연료전지 운전 중 반복적 팽윤 및 수축으로 인해 막전극 접합체(100)가 손상되는 것을 방지하고, 연질 특성을 갖는 막전극 접합체(100)의 낮은 취급성(handling)을 개선하며, 막전극 접합체(100)로부터 반응가스가 유출되는 것을 방지하는 구성으로서 기능한다.The sub gasket 200 is coupled to the membrane electrode assembly 100 to support the membrane electrode assembly 100 . More specifically, the sub-gasket 200 maintains the shape of the membrane-electrode assembly 100 by its own rigidity, thereby preventing damage to the membrane-electrode assembly 100 due to repeated swelling and contraction during fuel cell operation, and It functions as a configuration that improves poor handling of the membrane electrode assembly 100 having characteristics and prevents a reaction gas from flowing out from the membrane electrode assembly 100 .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브가스켓의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브가스켓의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.2 is a perspective view schematically showing the configuration of a sub gasket according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a sub gasket according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브가스켓(200)은 한 쌍으로 구비되어 막전극 접합체(100)를 사이에 두고 서로 마주보게 배치된다. 한 쌍의 서브가스켓(200)은 서로 대향하는 면이 각각 막전극 접합체(100)의 상면 및 하면에 접합된다. 서브가스켓(200)은 PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Poly Ethylene terephthalate), PI(Polymide) 및 PP(PolyPropylene)등의 고분자 재질로 구비될 수 있다. 서브가스켓(200)의 두께는 막전극 접합체(100)의 두께보다 크게 형성된다. 일 예로, 막전극 접합체(100)의 두께는 약 15μm 일 수 있고, 서브가스켓(200)의 두께는 약 35μm일 수 있다. 1 to 3 , sub gaskets 200 according to an embodiment of the present invention are provided as a pair and are disposed to face each other with the membrane electrode assembly 100 interposed therebetween. Surfaces of the pair of sub-gaskets 200 facing each other are bonded to the upper and lower surfaces of the membrane electrode assembly 100, respectively. The sub gasket 200 may be made of polymer materials such as polyethylene terephthalate (PET), poly ethylene terephthalate (PEN), polymide (PI), and polypropylene (PP). The thickness of the sub gasket 200 is greater than that of the membrane electrode assembly 100 . For example, the thickness of the membrane electrode assembly 100 may be about 15 μm, and the thickness of the sub gasket 200 may be about 35 μm.

서브가스켓(200)의 중앙부에는 연통부(210)가 구비된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연통부(210)는 서브가스켓(200)을 상하로 수직하게 관통하는 홀의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 연통부(210)에 의해, 서브가스켓(200)은 대략 막전극 접합체(100)의 테두리 부분만을 감싸는 형태를 갖도록 형성된다. 연통부(210)는 한 쌍의 서브가스켓(200)을 개별적으로 관통하도록 형성된다. 연통부(210)는 서브가스켓(200)에 의해 지지되는 막전극 접합체(100)의 중앙 영역을 외부로 노출시킴으로써 막전극 접합체(100)와 후술하는 가스확산부(300)를 상호 연통시킨다. 즉, 연통부(210)는 막전극 접합체(100)와 가스확산부(300) 사이에서 반응가스 및 수분이 이동될 수 있는 통로로서의 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 막전극 접합체(100)의 반응영역은 연통부(210)에 의해 외부로 노출되어 후술하는 가스확산부(300)를 통해 반응가스를 실질적으로 공급받는 영역을 의미한다. 이와 같은 막전극 접합체(100)의 반응영역의 면적은 연통부(210)의 면적과 동일하게 형성될 수 있다.A communication part 210 is provided at the center of the sub gasket 200 . The communication portion 210 according to an embodiment of the present invention may be formed to have a shape of a hole vertically penetrating the sub gasket 200 vertically. By means of the communicating portion 210 , the sub gasket 200 is formed to have a shape surrounding only the edge portion of the membrane electrode assembly 100 . The communication part 210 is formed to individually penetrate the pair of sub gaskets 200 . The communication unit 210 exposes a central region of the membrane electrode assembly 100 supported by the sub gasket 200 to the outside, thereby allowing the membrane electrode assembly 100 and a gas diffusion unit 300 to be described later to communicate with each other. That is, the communication unit 210 can function as a passage through which reaction gas and moisture can move between the membrane electrode assembly 100 and the gas diffusion unit 300 . Here, the reaction region of the membrane electrode assembly 100 refers to a region exposed to the outside by the communication unit 210 and substantially supplied with a reaction gas through a gas diffusion unit 300 to be described later. The area of the reaction region of the membrane electrode assembly 100 may be the same as that of the communication unit 210 .

가스확산부(300)는 막전극 접합체(100)와 마주보게 배치된다. 가스확산부(300)는 후술하는 분리판부(400)로부터 공급되는 반응가스를 막전극 접합체(100)의 촉매층 즉, 공기극 또는 연료극로 확산시키며, 막전극 접합체(100)로부터 발생되는 수분을 분리판부(400)로 배출시킨다. 가스확산부(300)는 각각의 막전극 접합체(100)에 대해 한 쌍으로 마련된다. 한 쌍의 가스확산부(300)는 막전극 접합체(100)를 사이에 두고 상호 이격되게 배치되며, 서로 대향하는 면이 각각 막전극 접합체(100)의 공기극 및 연료극과 마주보게 배치된다. The gas diffusion unit 300 is disposed to face the membrane electrode assembly 100 . The gas diffusion unit 300 diffuses the reaction gas supplied from the separator unit 400 described below to the catalyst layer of the membrane electrode assembly 100, that is, the air electrode or the fuel electrode, and removes moisture generated from the membrane electrode assembly 100 to the separator unit. Discharge to (400). The gas diffusion unit 300 is provided as a pair for each membrane electrode assembly 100 . The pair of gas diffusion units 300 are spaced apart from each other with the membrane electrode assembly 100 interposed therebetween, and surfaces facing each other face the air electrode and fuel electrode of the membrane electrode assembly 100, respectively.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스확산부(300)는 화이버(fiber) 형태의 탄소 섬유 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene) 계열의 소수성 바인더로 구성되는 기재와, 아세틸렌 블랙 카본(Acetylene Black Carbon), 블랙 펄 카본(Black Pearls Carbon) 등의 탄소 분말과 폴리테트라플루오로에틸렌 계열의 소수성 물질(Hydrophobic Agent)을 혼합하여 제조된 후, 기재의 일면에 도포되는 미세기공층을 포함할 수 있다. 기재와 미세기공층은 소정값의 기공률을 갖는 다공성의 구조로 형성된다. 미세기공층의 기공률은 기재의 기공률보다 작게 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 가스확산부(300)의 면적은 연통부(210)의 면적보다 크게 형성된다. 이에 따라 가스확산부(300)는 연료전지 스택의 적층 시, 테두리부가 서브가스켓(200)에 접촉되어 안정적으로 지지될 수 있다. The gas diffusion unit 300 according to an embodiment of the present invention includes a substrate composed of a fiber-type carbon fiber and a polytetrafluoroethylene (PTFE)-based hydrophobic binder, and acetylene black carbon. Carbon), black pearls carbon, etc., and a polytetrafluoroethylene-based hydrophobic agent (Hydrophobic Agent) prepared by mixing, and then applied to one side of the substrate may include a microporous layer . The substrate and the microporous layer are formed in a porous structure having a porosity of a predetermined value. The porosity of the microporous layer may be smaller than the porosity of the substrate. As shown in FIG. 3 , the area of the gas diffusion unit 300 is larger than that of the communication unit 210 . Accordingly, when the fuel cell stacks are stacked, the gas diffusion unit 300 can be stably supported by being in contact with the rim portion of the sub gasket 200 .

분리판부(400)는 가스확산부(300)와 마주보게 배치되고, 막전극 접합체(100)와 가스확산부(300)를 구조적으로 지지한다. 분리판부(400)는 가스확산부(300)를 통해 막전극 접합체(100)로 반응가스를 공급함과 동시에 막전극 접합체(100)에서의 전기화학적 반응에 의해 발생된 수분을 외부로 배출하는 구성으로서 기능한다. 또한, 분리판부(400)는 막전극 접합체(100)에서의 공기극과 연료극을 전기적으로 연결시켜주는 전도체의 역할을 수행한다. 분리판부(400)는 충분한 강성을 확보함과 동시에 전기적으로 통전 가능하도록 스테인레스강(stainless steel), 알루미늄합금강(aluminum alloy steel), 니켈합금강(nickel alloy steel) 등의 재질로 구비될 수 있다. The separation plate unit 400 is disposed to face the gas diffusion unit 300 and structurally supports the membrane electrode assembly 100 and the gas diffusion unit 300 . The separation plate unit 400 supplies reaction gas to the membrane electrode assembly 100 through the gas diffusion unit 300 and at the same time discharges moisture generated by the electrochemical reaction in the membrane electrode assembly 100 to the outside. function In addition, the separator 400 serves as a conductor electrically connecting the air electrode and the fuel electrode in the membrane electrode assembly 100 . The separator 400 may be made of a material such as stainless steel, aluminum alloy steel, or nickel alloy steel so as to secure sufficient rigidity and electrically conduction.

분리판부(400)는 한 쌍으로 구비되어 서로 대칭되게 배치된다. 한 쌍의 분리판부(400)는 연료전지 스택의 적층 시 대향하는 면이 상호 접촉된다. 한 쌍의 분리판부(400)는 복수개의 세트로 마련되어 이웃하는 막전극 접합체(100)의 공기극 및 연료극과 각각 마주보는 한 쌍의 가스확산부(300) 사이마다 개별적으로 배치된다. 한 쌍의 분리판부(400)는 이웃하는 막전극 접합체(100)로 서로 다른 종류의 반응가스를 공급한다. 즉, 한 쌍의 분리판부(400) 중 어느 하나는 이웃하는 막전극 접합체(100) 중 어느 하나의 연료극으로 수소를 공급하고, 한 쌍의 분리판부(400) 중 나머지 하나는 이웃하는 막전극 접합체(100) 중 나머지 하나의 공기극으로 공기를 공급한다.The separating plate units 400 are provided as a pair and are disposed symmetrically with each other. When the fuel cell stacks are stacked, the opposing surfaces of the pair of separators 400 are in contact with each other. A pair of separation plate units 400 are provided in a plurality of sets and are individually disposed between the pair of gas diffusion units 300 facing the air electrode and fuel electrode of the adjacent membrane electrode assembly 100 , respectively. The pair of separators 400 supply different kinds of reaction gases to the neighboring membrane electrode assemblies 100 . That is, one of the pair of separator plates 400 supplies hydrogen to an anode of any one of the neighboring membrane electrode assemblies 100, and the other one of the pair of separator plates 400 supplies hydrogen to the fuel electrode of one of the neighboring membrane electrode assemblies 100. Air is supplied to the other air electrode of (100).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 설치 상태를 X축 방향으로 절개한 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부의 구성을 Y축 방향으로 절개한 단면도이다.Figure 4 is an enlarged perspective view schematically showing the configuration of a separating plate unit according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a cross-sectional view of the installation state of the separating plate unit according to an embodiment of the present invention cut in the X-axis direction, 6 is a cross-sectional view of the configuration of the separator unit according to an embodiment of the present invention, cut in the Y-axis direction.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판부(400)는 유입부(410), 배출부(420), 채널부(430), 랜드부(440)를 포함한다.Referring to FIGS. 4 to 6 , a separator plate unit 400 according to an embodiment of the present invention includes an inlet unit 410 , an outlet unit 420 , a channel unit 430 , and a land unit 440 .

유입부(410)는 분리판부(400)의 일단부에 구비되어 분리판부(400)로 반응가스 및 냉각수를 유입시킨다. The inlet 410 is provided at one end of the separating plate unit 400 to introduce reaction gas and cooling water into the separating plate unit 400 .

배출부(420)는 분리판부(400)의 타단부에 구비되어 분리판부(400)로부터 반응가스 및 냉각수를 배출시킨다. The discharge unit 420 is provided at the other end of the separation plate unit 400 to discharge reaction gas and cooling water from the separation plate unit 400 .

유입부(410)와 배출부(420)는 분리판부(400)의 길이 방향 즉, 도 5를 기준으로 X축 방향으로 상호 이격되게 배치된다.The inlet 410 and the outlet 420 are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the separator 400, that is, in the X-axis direction with reference to FIG. 5 .

채널부(430)는 분리판부(400)의 중앙 영역 즉, 유입부(410)와 배출부(420) 사이에 구비된다. 채널부(430)는 유입부(410)로부터 유입되는 반응가스의 유동을 배출부(420)로 안내하며 가스확산부(300)로 반응가스를 공급한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 채널부(430)는 분리판부(400)가 가스확산부(300)와 마주보는 면으로부터 가스확산부(300)와 멀어지는 방향으로 오목하게 함몰 형성된다. 채널부(430)는 길이 방향이 X축 방향과 나란한 방향으로 연장된다. 채널부(430)는 분리판부(400)의 일단부로 유입된 반응가스 및 막전극 접합체(100)로부터 배출되는 수분의 유동을 X축 방향으로 안내한다. 채널부(430)는 가스확산부(300)와 마주보는 면이 개구되어 있도록 형성된다. 이에 따라 채널부(430)는 내부를 유동하는 반응가스를 가스확산부(300)로 공급할 수 있다. 채널부(430)는 복수개로 구비될 수 있다. 복수개의 채널부(430)는 도 4를 기준으로 Y축 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치된다. 복수개의 채널부(430)의 개수 및 이격되는 간격은 분리판부(400)의 크기 등에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다. The channel part 430 is provided in the central region of the separator plate part 400 , that is, between the inlet part 410 and the discharge part 420 . The channel unit 430 guides the flow of the reaction gas introduced from the inlet unit 410 to the outlet unit 420 and supplies the reaction gas to the gas diffusion unit 300 . The channel unit 430 according to an embodiment of the present invention is formed concavely in a direction away from the gas diffusion unit 300 from the surface of the separation plate unit 400 facing the gas diffusion unit 300 . The channel unit 430 extends in a direction parallel to the X-axis direction in its longitudinal direction. The channel unit 430 guides the flow of the reaction gas introduced into one end of the separator 400 and the water discharged from the membrane electrode assembly 100 in the X-axis direction. The channel unit 430 is formed such that a surface facing the gas diffusion unit 300 is open. Accordingly, the channel unit 430 may supply the reaction gas flowing therein to the gas diffusion unit 300 . A plurality of channel units 430 may be provided. The plurality of channel units 430 are spaced apart from each other at predetermined intervals along the Y-axis direction with reference to FIG. 4 . The number and spacing of the plurality of channel units 430 can be variously designed depending on the size of the separating plate unit 400 and the like.

랜드부(440)는 분리판부(400)의 중앙 영역 즉, 유입부(410)와 배출부(420) 사이에 구비되고, 채널부(430)와 번갈아 배치된다. 랜드부(440)는 가스확산부(300)를 채널부(430)와 이격시킴과 동시에 복수개의 채널부(430)를 상호 구획하는 격벽으로서의 기능을 수행한다. 랜드부(440)는 복수개로 구비되어 이웃하는 한 쌍의 채널부(430)의 사이에 각각 배치된다. 즉, 복수개의 랜드부(440)는 복수개의 채널부(430)와 도 4를 기준으로 Y축 방향을 따라 교대로 배치된다.The land part 440 is provided in the central region of the separating plate part 400, that is, between the inlet part 410 and the discharge part 420, and is alternately disposed with the channel part 430. The land part 440 separates the gas diffusion part 300 from the channel part 430 and at the same time functions as a barrier rib partitioning the plurality of channel parts 430 from each other. The land part 440 is provided in plurality and is respectively disposed between a pair of adjacent channel parts 430 . That is, the plurality of land parts 440 and the plurality of channel parts 430 are alternately disposed along the Y-axis direction with reference to FIG. 4 .

본 발명의 일 실시예에 따른 랜드부(440)는 접촉성능향상부(441), 공급성능향상부(422)를 포함한다.The land part 440 according to an embodiment of the present invention includes a contact performance improving part 441 and a supply performance improving part 422 .

접촉성능향상부(441)는 랜드부(440)의 외관 일부를 형성하고, 막전극 접합체(100)와 가스확산부(300)의 접촉 성능을 향상시킨다. 보다 구체적으로, 상술한 바와 같이 서브가스켓(200)과 막전극 접합체(100)의 두께 차이로 인해, 막전극 접합체(100)의 반응영역 즉, 연통부(210)에서 가스확산부(300)가 막전극 접합체(100)와 완전히 밀착되지 못하는 현상이 발생된다. 가스확산부(300)와 막전극 접합체(100)가 이종 소재로 구비됨으로 인해, 가스확산부(300)와 막전극 접합체(100)의 미접촉은 반응영역의 계면 저항을 증가시키고, 연료전지의 발전 성능이 저하를 유발한다. 이에 따라 접촉성능향상부(441)는 반응영역에서 가스확산부(300)가 막전극 접합체(100)에 밀착되도록 가스확산부(300)를 막전극 접합체(100) 측으로 가압함으로써 반응영역에서의 계면 저항을 감소시키고, 연료전지의 발전 성능을 향상시키는 기능을 수행할 수 있도록 구비된다.The contact performance improving unit 441 forms part of the exterior of the land unit 440 and improves the contact performance between the membrane electrode assembly 100 and the gas diffusion unit 300 . More specifically, as described above, due to the difference in thickness between the sub gasket 200 and the membrane electrode assembly 100, the gas diffusion unit 300 is formed in the reaction region of the membrane electrode assembly 100, that is, the communication unit 210. A phenomenon in which the membrane electrode assembly 100 is not completely adhered to occurs. Since the gas diffusion unit 300 and the membrane electrode assembly 100 are made of different materials, non-contact between the gas diffusion unit 300 and the membrane electrode assembly 100 increases the interface resistance of the reaction region and fuel cell development. cause performance degradation. Accordingly, the contact performance improving unit 441 presses the gas diffusion unit 300 toward the membrane electrode assembly 100 so that the gas diffusion unit 300 adheres to the membrane electrode assembly 100 in the reaction area, so that the interface in the reaction area It is provided to perform functions of reducing resistance and improving power generation performance of the fuel cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉성능향상부(441)는 분리판부(400)가 가스확산부(300)와 마주보는 면으로부터 가스확산부(300)를 향해 돌출되도록 형성될 수 있다. 접촉성능향상부(441)는 길이 방향이 X축 방향과 나란한 방향으로 연장된다. 접촉성능향상부(441)는 가스확산부(300)와 마주보는 면과 반대측의 면이 개구되어 있도록 형성된다. 이에 따라 접촉성능향상부(441)는 내부에 후술하는 냉각채널부(500)를 형성할 수 있다. 접촉성능향상부(441)는 상단부가 연통부(210)의 내부로 돌출되어 X축 방향 및 Y축 방향으로의 양단면이 서브가스켓(200)의 내측면과 마주보는 위치에 배치된다. 접촉성능향상부(441)는 각각의 랜드부(440)에 모두 구비될 수 있고, 복수개의 랜드부(440) 중 일부에만 구비되는 것도 가능하다.The contact performance improving unit 441 according to an embodiment of the present invention may be formed such that the separation plate unit 400 protrudes toward the gas diffusion unit 300 from a surface facing the gas diffusion unit 300 . The contact performance improving unit 441 extends in a direction parallel to the X-axis direction in its longitudinal direction. The contact performance improving unit 441 is formed such that a surface facing the gas diffusion unit 300 and a surface opposite to the gas diffusion unit 300 are open. Accordingly, the contact performance improving unit 441 may form a cooling channel unit 500 to be described later therein. The contact performance improving part 441 has an upper end protruding into the communication part 210, and both end surfaces in the X-axis direction and the Y-axis direction are disposed at a position facing the inner surface of the sub-gasket 200. The contact performance enhancing unit 441 may be provided on all land units 440 or may be provided only on some of the plurality of land units 440 .

접촉성능향상부(441)는 랜드부(440)의 전체 구간 중 막전극 접합체(100)의 반응영역과 마주보는 구간 내에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 접촉성능향상부(441)의 X축 방향으로의 길이는 연통부(210)의 X축 방향으로의 길이에 대응되거나 연통부(210)의 X축 방향으로의 길이보다 작게 형성될 수 있다. 또한, Y축 방향으로 최외곽에 배치된 한 쌍의 접촉성능향상부(441)의 외측면 사이의 거리는 연통부(210)의 Y축 방향으로의 길이에 대응되거나 연통부(210)의 Y축 방향으로의 길이보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라 접촉성능향상부(441)는 막전극 접합체(100)의 반응영역 외측에 배치되어 서브가스켓(200)에 직접 접촉되는 가스확산부(300)의 테두리부에 과도한 가압력을 인가하여 가스확산부(300)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. The contact performance improving part 441 may be formed in a section facing the reaction region of the membrane electrode assembly 100 among the entire sections of the land section 440 . More specifically, the length of the contact performance improving unit 441 in the X-axis direction corresponds to the length of the communication unit 210 in the X-axis direction or may be formed smaller than the length of the communication unit 210 in the X-axis direction. can In addition, the distance between the outer surfaces of the pair of contact performance improving units 441 disposed at the outermost part in the Y-axis direction corresponds to the length of the communication unit 210 in the Y-axis direction or the Y-axis of the communication unit 210. It may be formed smaller than the length in the direction. Accordingly, the contact performance improving unit 441 is disposed outside the reaction region of the membrane electrode assembly 100 and applies an excessive pressing force to the edge portion of the gas diffusion unit 300 that is in direct contact with the sub gasket 200, thereby applying an excessive pressing force to the gas diffusion unit. (300) can be prevented from being damaged.

공급성능향상부(422)는 랜드부(440)에 구비되고, 채널부(430)로 공급되거나 채널부(430)로부터 배출되는 반응가스의 압력 강하를 방지한다. 보다 구체적으로, 공급성능향상부(422)는 반응영역의 외측에서 가스확산부(300)를 지지함과 동시에 반응가스가 유입부(410)를 통해 유입되거나, 배출부(420)로 배출되는 채널부(430)의 양단부에서 랜드부(440)가 가스확산부(300)에 가하는 가압력의 크기를 완화시킴으로써 채널부(430)를 유동하는 반응가스의 압력이 강하되는 것을 방지한다.The supply performance enhancing unit 422 is provided on the land unit 440 and prevents a pressure drop of the reaction gas supplied to or discharged from the channel unit 430 . More specifically, the supply performance improving unit 422 supports the gas diffusion unit 300 outside the reaction zone and at the same time, a channel through which the reaction gas is introduced through the inlet 410 or discharged to the outlet 420. At both ends of the portion 430, the pressure of the reaction gas flowing through the channel portion 430 is prevented from dropping by mitigating the pressure applied to the gas diffusion portion 300 by the land portion 440.

본 발명의 일 실시예에 따른 공급성능향상부(422)는 접촉성능향상부(441)의 양측에 배치된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 공급성능향상부(422)는 접촉성능향상부(441)의 길이 방향으로의 양단부로부터 X축 방향과 나란한 방향으로 연장된다. 공급성능향상부(422)의 상단면은 막전극 접합체(100)의 반응영역 외측에 배치된 가스확산부(300)의 테두리부와 접촉된다. 공급성능향상부(422)의 높이는 접촉성능향상부(441)의 높이보다 낮게 형성된다. 일 예로, 접촉성능향상부(441)가 일부의 랜드부(440)에만 구비되는 경우, 공급성능향상부(422)의 높이는 접촉성능향상부(441)가 구비되지 않은 랜드부(440)의 높이에 대응되는 높이로 형성될 수 있다. 이에 따라 공급성능향상부(422)는 반응영역의 외측에서 랜드부(440)의 과도한 가압력으로 인해 가스확산부(300)가 채널부(430)로 밀려 들어가는 현상을 방지하고, 채널부(430)를 유동하는 반응가스의 압력이 강하되는 것을 방지할 수 있다.The supply performance improving unit 422 according to an embodiment of the present invention is disposed on both sides of the contact performance improving unit 441 . That is, as shown in FIG. 4 , the supply performance improving unit 422 extends from both ends of the contact performance improving unit 441 in the longitudinal direction in a direction parallel to the X-axis direction. The top surface of the supply performance improving part 422 comes into contact with the edge of the gas diffusion part 300 disposed outside the reaction region of the membrane electrode assembly 100 . The height of the supply performance improving unit 422 is lower than that of the contact performance improving unit 441 . For example, when the contact performance improving unit 441 is provided only on a part of the land portion 440, the height of the supply performance improving unit 422 is the height of the land portion 440 without the contact performance improving unit 441. It can be formed with a height corresponding to. Accordingly, the supply performance improving unit 422 prevents the gas diffusion unit 300 from being pushed into the channel unit 430 due to excessive pressing force of the land unit 440 outside the reaction region, and the channel unit 430 It is possible to prevent the pressure of the reaction gas flowing through the drop.

냉각채널부(500)는 상호 접촉된 한 쌍의 분리판부(400)의 사이에 구비된다. 냉각채널부(500)는 내부로 냉각수가 유입되고, 냉각수와 분리판부(400)의 열교환 작용을 통해 분리판부(400)를 냉각시킨다.The cooling channel unit 500 is provided between a pair of separating plate units 400 in contact with each other. Cooling water flows into the cooling channel unit 500 and cools the separating plate unit 400 through a heat exchange action between the cooling water and the separating plate unit 400 .

본 발명의 일 실시예에 따른 냉각채널부(500)는 한 쌍의 분리판부(400)의 서로 대향하는 면이 상호 접촉됨에 따라 한 쌍의 랜드부(440)의 사이에 형성되는 관 형태의 빈 공간으로 예시될 수 있다. 냉각채널부(500)는 길이 방향이 X축 방향과 나란한 방향으로 연장된다. 냉각채널부(500)는 길이 방향 양측이 각각 유입부(410) 및 배출부(420)와 연통된다. 냉각채널부(500)는 유입부(410)를 통해 내부로 냉각수를 유입받고, 길이 방향을 따라 냉각수의 유동을 안내하며, 배출부(420)를 통해 냉각수를 외부로 배출한다. 냉각채널부(500)는 복수개로 구비되어 Y축 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치된다. 복수개의 냉각채널부(500)의 개수 및 간격은 복수개의 랜드부(440)의 개수 및 간격에 대응되게 형성될 수 있다.In the cooling channel part 500 according to an embodiment of the present invention, the tubular hollow formed between the pair of land parts 440 as the opposing surfaces of the pair of separator plate parts 400 come into contact with each other. space can be exemplified. The cooling channel unit 500 extends in a longitudinal direction parallel to the X-axis direction. Both sides of the cooling channel unit 500 in the longitudinal direction communicate with the inlet 410 and the outlet 420, respectively. The cooling channel unit 500 receives cooling water through the inlet 410 , guides the flow of the cooling water along the longitudinal direction, and discharges the cooling water to the outside through the discharge unit 420 . The cooling channel unit 500 is provided in plurality and is spaced apart at a predetermined interval along the Y-axis direction. The number and spacing of the plurality of cooling channel units 500 may correspond to the number and spacing of the plurality of land units 440 .

유동집중부(600)는 분리판부(400)에 구비되고, 냉각채널부(500)로 유입된 냉각수의 유동을 유효냉각영역으로 집중시킨다. 여기서, 유효냉각영역은 냉각채널부(500)의 전체 영역 중 막전극 접합체(100)의 반응영역과 마주보는 영역을 의미하며, 유효냉각영역의 면적은 연통부(210)의 면적과 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 유동집중부(600)는 냉각채널부(500)로 유입된 냉각수의 유동에 간섭 가능하게 구비되어 냉각수가 유효냉각영역의 외측으로 유출되는 것을 차단하는 구성으로서 기능한다. 이에 따라 유동집중부(600)는 막전극 접합체(100)의 반응영역에서의 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.The flow concentrating part 600 is provided on the separating plate part 400 and concentrates the flow of the cooling water flowing into the cooling channel part 500 into an effective cooling area. Here, the effective cooling region means a region facing the reaction region of the membrane electrode assembly 100 among the entire region of the cooling channel unit 500, and the effective cooling region has the same area as the communication unit 210. It can be. That is, the flow concentration unit 600 is provided to be capable of interfering with the flow of the cooling water flowing into the cooling channel unit 500 and functions as a configuration that blocks the flow of the cooling water to the outside of the effective cooling region. Accordingly, the flow concentration unit 600 can further improve cooling efficiency in the reaction area of the membrane electrode assembly 100 .

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동집중부와 처짐방지부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동집중부와 처짐방지부의 설치 상태를 개략적으로 나타내는 단면사시도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동집중부와 처짐방지부의 설치 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.7 is an enlarged perspective view schematically illustrating the configuration of a flow concentration unit and a deflection prevention unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an installation state of the flow concentration unit and the sagging prevention unit according to an embodiment of the present invention.

도 7내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유동집중부(600)는 분리판부(400)로부터 냉각채널부(500) 즉, 가스확산부(300)와 멀어지는 방향을 향해 볼록하게 돌출된다. 유동집중부(600)의 바닥면은 채널부(430)의 바닥면과 동일 평면상에 위치할 수 있다. 유동집중부(600)는 한 쌍으로 구비되어 냉각채널부(500)의 Y축 방향 양측에 각각 형성된다. 이 경우, 유동집중부(600)는 유효냉각영역의 외측에 배치되고, 서브가스켓(200)에 직접 접촉된 가스확산부(300)의 테두리부와 마주보게 배치된다.7 to 9, the flow concentration unit 600 according to an embodiment of the present invention is convex in a direction away from the separation plate unit 400 and the cooling channel unit 500, that is, the gas diffusion unit 300. it protrudes The bottom surface of the flow concentrating part 600 and the bottom surface of the channel part 430 may be located on the same plane. The flow concentration unit 600 is provided as a pair and is formed on both sides of the cooling channel unit 500 in the Y-axis direction, respectively. In this case, the flow concentrating part 600 is disposed outside the effective cooling region and is disposed facing the rim of the gas diffusion part 300 directly contacting the sub gasket 200 .

유동집중부(600)는 길이 방향이 냉각채널부(500)와 나란하게 배치된다. 이에 따라 유동집중부(600)는 냉각수의 유동 방향 전체에 걸쳐 냉각수가 유효냉각영역의 외측으로 유출되는 것을 차단할 수 있다.The flow concentration part 600 is disposed parallel to the cooling channel part 500 in the longitudinal direction. Accordingly, the flow concentrating unit 600 may block the outflow of the cooling water to the outside of the effective cooling region in the entire flow direction of the cooling water.

어느 하나의 분리판부(400)에 구비되는 유동집중부(600)는 나머지 하나의 분리판부(400)에 구비되는 유동집중부(600)와 상호 접촉된다. 이에 따라 유동집중부(600)는 유효냉각영역의 Y축 방향으로의 가장자리 영역에서 냉각수가 유효냉각영역의 외측으로 유출되는 것을 차단하는 격벽의 역할을 수행할 수 있다.The flow concentration unit 600 provided on one of the separation plate units 400 is in contact with the flow concentration unit 600 provided on the other separation plate unit 400 . Accordingly, the flow concentrating unit 600 may serve as a barrier to block the outflow of cooling water to the outside of the effective cooling region in the edge region in the Y-axis direction of the effective cooling region.

처짐방지부(700)는 유동집중부(600)에 구비되고, 가스확산부(300)를 지지한다. 보다 구체적으로, 처짐방지부(700)는 유동집중부(600)와 다른 방향으로 돌출되어 유효냉각영역 외측에서 유동집중부(600)와 마주보게 배치되는 가스확산부(300)의 테두리부를 지지한다. 이에 따라 처짐방지부(700)는 가스확산부(300)로부터 멀어지는 방향으로 돌출되는 유동집중부(600)로 인한 가스확산부(300)의 처짐 현상 등을 방지할 수 있다.The deflection prevention part 700 is provided on the flow concentration part 600 and supports the gas diffusion part 300 . More specifically, the deflection preventing part 700 protrudes in a direction different from the flow concentrating part 600 and supports the edge of the gas diffusion part 300 disposed to face the flow concentrating part 600 outside the effective cooling region. . Accordingly, the deflection prevention unit 700 can prevent the gas diffusion unit 300 from sagging due to the flow concentration unit 600 protruding in a direction away from the gas diffusion unit 300 .

본 발명의 일 실시예에 따른 처짐방지부(700)는 유동집중부(600)로부터 가스확산부를 향해 볼록하게 돌출된다. 즉, 유동집중부(600)와 처짐방지부(700)는 분리판부(400)를 기준으로 서로 반대 방향으로 돌출 형성된다. 처짐방지부(700)의 단면 형상은 도 7에 도시된 타원형의 형상 이외에도 원형, 다각형 등 다양한 형상으로 설계 변경이 가능하다.The deflection prevention part 700 according to an embodiment of the present invention protrudes convexly from the flow concentrating part 600 toward the gas diffusion part. That is, the flow concentrating part 600 and the deflection prevention part 700 protrude in opposite directions with respect to the separating plate part 400 . The cross-sectional shape of the anti-sagging part 700 can be changed in design to various shapes such as a circular shape and a polygonal shape in addition to the elliptical shape shown in FIG. 7 .

처짐방지부(700)의 상단면은 유효냉각영역 외측에 배치되어 서브가스켓(200)에 직접 맞닿은 가스확산부(300)의 테두리부와 접촉된다. 이 경우, 처짐방지부(700)의 높이는 랜드부(440), 보다 구체적으로 접촉성능향상부(441)가 구비되지 않은 랜드부(440) 또는 공급성능향상부(442)의 높이와 동일하게 형성될 수 있다. The upper surface of the deflection prevention part 700 is disposed outside the effective cooling area and comes into contact with the rim of the gas diffusion part 300 directly in contact with the sub gasket 200 . In this case, the height of the sagging prevention part 700 is formed to be the same as that of the land part 440, more specifically, the land part 440 without the contact performance improving part 441 or the supply performance improving part 442. It can be.

처짐방지부(700)는 복수개로 구비되어 유동집중부(600)의 길이 방향을 따라 상호 이격되게 배치될 수 있다. 이에 따라 처짐방지부(700)는 유동집중부(600)의 길이 방향 전체에 걸쳐 가스확산부(300)를 안정적으로 지지할 수 있다. The deflection prevention part 700 may be provided in plural and spaced apart from each other along the longitudinal direction of the flow concentrating part 600 . Accordingly, the deflection prevention unit 700 can stably support the gas diffusion unit 300 over the entire longitudinal direction of the flow concentrating unit 600 .

유동집중부(600)와 처짐방지부(700)는 프레스 금형에 의해 분리판부(400)와 함께 성형될 수 있다. 이 경우, 유동집중부(600)와 처짐방지부(700)는 분리판부(400)의 프레스 과정에서 서로 반대 방향으로 가압됨에 따라 일체로 제작될 수 있다.The flow concentration unit 600 and the deflection prevention unit 700 may be molded together with the separation plate unit 400 by a press mold. In this case, the flow concentrating part 600 and the deflection preventing part 700 may be integrally manufactured as they are pressed in opposite directions during the pressing process of the separating plate part 400 .

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art can make various modifications and equivalent other embodiments. will understand

따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the technical protection scope of the present invention should be determined by the claims below.

1 : 연료전지 장치 100 : 막전극 접합체
200 : 서브가스켓 210 : 연통부
300 : 가스확산부 400 : 분리판부
410 : 유입부 420 : 배출부
430 : 채널부 440 : 랜드부
441 : 접촉성능향상부 442 : 공급성능향상부
500 : 냉각채널부 600 : 유동집중부
700 : 처짐방지부
1: fuel cell device 100: membrane electrode assembly
200: sub gasket 210: communication part
300: gas diffusion unit 400: separation plate unit
410: inlet 420: outlet
430: channel unit 440: land unit
441: contact performance improvement unit 442: supply performance improvement unit
500: cooling channel unit 600: flow concentration unit
700: sagging prevention unit

Claims (13)

막전극 접합체;
상기 막전극 접합체와 마주보게 배치되는 가스확산부;
상기 가스확산부로 반응가스를 공급하는 채널부와, 상기 채널부와 교대로 배치되는 랜드부를 구비하는 한 쌍의 분리판부;
한 쌍의 상기 분리판부의 사이에 구비되고, 냉각수가 유입되는 냉각채널부; 및
상기 분리판부에 구비되고, 상기 냉각채널부로 유입된 상기 냉각수의 유동을 유효냉각영역으로 집중시키는 유동집중부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
membrane electrode assembly;
a gas diffusion unit disposed to face the membrane electrode assembly;
a pair of separation plate units having a channel unit for supplying a reaction gas to the gas diffusion unit, and land units alternately disposed with the channel unit;
a cooling channel portion provided between the pair of the separating plate portions and into which cooling water flows; and
and a flow concentration unit provided in the separation plate unit and concentrating the flow of the cooling water introduced into the cooling channel unit into an effective cooling region.
제 1항에 있어서,
상기 유동집중부는 상기 냉각채널부로 유입된 냉각수의 유동에 간섭되어 상기 냉각수가 상기 유효냉각영역의 외측으로 유출되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 1,
The fuel cell device according to claim 1 , wherein the flow concentration unit interferes with the flow of the cooling water introduced into the cooling channel unit to prevent the cooling water from flowing out of the effective cooling region.
제 1항에 있어서,
상기 유동집중부는 상기 분리판부로부터 상기 냉각채널부를 향해 돌출되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 1,
The fuel cell device according to claim 1 , wherein the flow concentrating portion protrudes from the separating plate portion toward the cooling channel portion.
제 3항에 있어서,
상기 유동집중부는 상기 냉각채널부의 양측에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 3,
The fuel cell device, characterized in that the flow concentration portion is formed on both sides of the cooling channel portion.
제 3항에 있어서,
상기 유동집중부는 상기 냉각채널부와 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 3,
The fuel cell device according to claim 1 , wherein the flow concentration part is disposed parallel to the cooling channel part.
제 3항에 있어서,
어느 하나의 상기 분리판부에 구비되는 상기 유동집중부는 나머지 하나의 상기 분리판부에 구비되는 상기 유동집중부와 상호 접촉되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 3,
The fuel cell device according to claim 1 , wherein the flow concentration part provided in one of the separation plate parts is in contact with the flow concentration part provided in the other separation plate part.
제 1항에 있어서,
상기 막전극 접합체를 지지하는 서브가스켓; 및
상기 서브가스켓을 관통하여 형성되고, 상기 막전극 접합체와 상기 가스확산부를 연통시키는 연통부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 1,
a sub gasket supporting the membrane electrode assembly; and
The fuel cell device further comprising a communication portion formed to penetrate the sub gasket and communicate the membrane electrode assembly with the gas diffusion portion.
제 7항에 있어서,
상기 가스확산부의 면적은 상기 연통부의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 7,
The fuel cell device according to claim 1 , wherein an area of the gas diffusion unit is larger than an area of the communication unit.
제 7항에 있어서,
상기 유효냉각영역의 면적은 상기 연통부의 면적과 동일한 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 7,
The fuel cell device according to claim 1 , wherein an area of the effective cooling region is equal to an area of the communication part.
제 1항에 있어서,
상기 유동집중부에 구비되고, 상기 가스확산부를 지지하는 처짐방지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 1,
The fuel cell device of claim 1, further comprising a deflection preventing part provided in the flow concentrating part and supporting the gas diffusion part.
제 10항에 있어서,
상기 처짐방지부는 상기 유동집중부로부터 상기 가스확산부를 향해 돌출되어 상기 가스확산부와 접촉되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 10,
The fuel cell device according to claim 1 , wherein the deflection preventing part protrudes from the flow concentrating part toward the gas diffusion part and contacts the gas diffusion part.
제 11항에 있어서,
상기 처짐방지부의 높이는 상기 랜드부의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 11,
The fuel cell device, characterized in that the height of the sagging prevention portion is the same as the height of the land portion.
제 11항에 있어서,
상기 처짐방지부는 복수개로 구비되어 상기 유동집중부의 길이 방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 장치.
According to claim 11,
The fuel cell device, characterized in that the sagging prevention portion is provided in plurality and disposed along the longitudinal direction of the flow concentration portion.
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