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KR20060004269A - Humidifier integrated fuel cell separator - Google Patents

Humidifier integrated fuel cell separator Download PDF

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KR20060004269A
KR20060004269A KR1020040053325A KR20040053325A KR20060004269A KR 20060004269 A KR20060004269 A KR 20060004269A KR 1020040053325 A KR1020040053325 A KR 1020040053325A KR 20040053325 A KR20040053325 A KR 20040053325A KR 20060004269 A KR20060004269 A KR 20060004269A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
membrane
humidifier
separator
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
KR1020040053325A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
안상열
최영민
Original Assignee
현대모비스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대모비스 주식회사 filed Critical 현대모비스 주식회사
Priority to KR1020040053325A priority Critical patent/KR20060004269A/en
Publication of KR20060004269A publication Critical patent/KR20060004269A/en
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Abstract

본 발명은 가습부 일체형 연료전지 분리판에 관한 것으로써, 특히, 1장의 분리판에 연료전지부와 막 가습부가 형성됨으로써, 반응기체 가습을 위한 별도의 외부 가습기가 불필요할 뿐만 아니라, 스택 내에 별도의 막 가습부도 불필요하므로, 외부 가습기나 별도의 막 가습부가 차지하던 공간 및 중량을 줄일 수 있고 부대비용과 부피를 줄일 수 있고, 열회수율을 높일 수 있는 가습부 일체형 연료전지 분리판에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell separator plate integrated with a humidifier, and in particular, the fuel cell unit and the membrane humidifier are formed in one separator plate, so that a separate external humidifier is not required for humidifying the reactor body, Since the membrane humidifying unit is also unnecessary, the humidifier unit integrated fuel cell separation plate capable of reducing the space and weight occupied by an external humidifier or a separate membrane humidifying unit, reducing the associated cost and volume, and increasing the heat recovery rate.

Description

가습부 일체형 연료전지 분리판{Separator including humidifying plate for fuel cell}Humidifying unit integrated fuel cell separator {Separator including humidifying plate for fuel cell}

도 1은 종래의 연료전지 스택의 분리판을 도시한 개략도.1 is a schematic view showing a separator of a conventional fuel cell stack.

도 2는 도 1의 분리판에 가습 장치가 설치된 것을 도시한 개략도.Figure 2 is a schematic diagram showing that the humidifier is installed on the separator of Figure 1;

도 3은 종래의 다른 연료전지 용 가습 장치를 도시한 개략도.Figure 3 is a schematic diagram showing another conventional humidifier for fuel cells.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가습부 일체형 연료전지 분리판을 도시한 개략도.Figure 4 is a schematic view showing a humidifying unit integrated fuel cell separator in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 분리판 110 : 연료전지부100: separator 110: fuel cell unit

130 : 막 가습부 150 : 가습용 막130: membrane humidifier 150: humidification membrane

170 : 분리벽 200 : 산화기제 유로170: dividing wall 200: oxidizing gas flow path

300 : 산화제 출구부 350 : 산화제 입구부300: oxidant outlet 350: oxidant inlet

400 : 연료기체 출구부 450 : 연료기체 입구부400: fuel gas outlet 450: fuel gas inlet

500 : 냉각수 입구부 550 : 냉각수 출구부500: cooling water inlet 550: cooling water outlet

본 발명은 가습부 일체형 연료전지 분리판에 관한 것으로써, 특히, 1장의 분리판에 연료전지부와 막 가습부가 함께 형성된 가습부 일체형 연료전지 분리판에 관한 것이다.The present invention relates to a humidifying unit integrated fuel cell separator, and more particularly, to a humidifying unit integrated fuel cell separator in which a fuel cell unit and a membrane humidifying unit are formed together in one separator.

일반적으로, 연료전지(fuel cell)는 연료인 수소와 산화제인 공기 중 산소의 전기 화학적 반응에 의하여 화학적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환장치이다. 연료전지는 작동온도 및 전해질의 종류에 따라 알칼리형(AFC), 인산형(PAFC), 용융탄산염 (MCFC), 고체산화물(SOFC) 및 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)로 분류된다. 상기 여러 종류의 연료전지 중에서 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, 이하 PEMFC)는, 고분자를 전해질로 사용하기 때문에 전해질에 의한 부식이나 전해질의 증발 위험이 없으며, 단위 면적 당 높은 전류밀도를 얻을 수 있어 타 연료전지에 비하여 출력특성이 월등히 높고 작동 온도가 낮을 뿐 아니라 빠른 시동 및 응답 특성을 갖는다. 이러한 PEMFC 용 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, 이하 MEA)는 촉매와 기체 확산층으로 구성된 전극과 이온 전도성의 고분자 전해질 막을 접합한 형태로 구성된다. 고분자 전해질 연료전지의 전해질 막은 일정 수분을 함유하여야 이온전도성이 높아져 출력을 높일 수 있기 때문에 외부형 가습기를 두거나 막 가습기를 두어 반응기체들이 70 ∼ 90도의 열과 80% 이상의 상대습도를 가지고 공급될 수 있도록 구성되어 있다. In general, a fuel cell is a energy converter that converts chemical energy into electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen as a fuel and oxygen in the air as an oxidant. Fuel cells are classified into alkali type (AFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate (MCFC), solid oxide (SOFC) and polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) according to the operating temperature and the type of electrolyte. Among these fuel cells, polymer electrolyte fuel cells (PEMFCs) use polymers as electrolytes, and thus, there is no risk of corrosion or electrolyte evaporation due to electrolytes, and high current density is obtained per unit area. Compared with other fuel cells, the output characteristics are much higher, the operating temperature is lower, as well as fast start-up and response characteristics. The membrane-electrode assembly (MEA) for PEMFC is formed by bonding an electrode composed of a catalyst and a gas diffusion layer and an ion conductive polymer electrolyte membrane. Since the electrolyte membrane of the polymer electrolyte fuel cell must contain a certain amount of water to increase the ion conductivity and increase the output, an external humidifier or a membrane humidifier can be used to supply the reactors with 70 to 90 degrees of heat and 80% relative humidity. Consists of.

연료전지를 구성하는 요소 중 분리판(또는 양극판, bipolar plate)은 PEMFC의 MEA에 가습된 반응기체를 공급하고 생성된 물을 배수하며, 전기화학반응 중에 생성된 전자를 애노드에서 캐소드로 운반하는 역할을 한다. The separator (or bipolar plate) of the fuel cell supplies humidified reactants to the MEA of the PEMFC, drains the water generated, and transports electrons generated during the electrochemical reaction from the anode to the cathode. Do it.                         

이러한 역할을 하는 분리판은 일반적으로 연료기체 유로가 형성된 애노드측 분리판과, 산화제 기체유로가 형성된 캐소드측 분리판 사이에 연료전지 스택의 운전온도 조절을 위한 냉각수 유로를 형성시키고 이를 합체하여 제조한다. 분리판의 소재로는 그라파이트(graphite) 또는 금속(metal) 등이 대표적으로 사용되고 있다. In general, a separator having such a role is manufactured by forming a cooling water flow path for controlling an operating temperature of a fuel cell stack between an anode side separator plate on which a fuel gas flow path is formed and a cathode side separator plate on which an oxidant gas flow path is formed, and combining the same. . Graphite or metal is typically used as a material of the separator.

한편, 다수의 분리판을 포함하는 연료전지 스택의 구조로써, 한국 공개특허 공개번호 제 2003-0018078호의 공보에 제시되어 있으며, 도 1에 도시하였다. 이 공보에 따르면, 연료전지 셀 어셈블리는 전기를 생산하는 단위전지가 적층된 구조로 되어 있고, 각 단위전지는 가스 확산층과 분리판과 전극막 등으로 구성된다. 또한, 각 단위전지에는 연료기체인 수소, 산화제인 산소, 냉각을 위한 냉각수가 별도로 공급되는 바, 분리판(25)에 수소 및 산소가 흐를 수 있는 홈 형태의 수소 및 산소 유로가 각각 일면과 그 타면에 형성되어 있고, 그 내부에 냉각수 유로가 형성되어 있다. 도 1에서는 분리판의 일면만을 도시하였으므로 수소 유로(251a)만 도시하였다. 이러한, 분리판 내에는 수소 및 산소, 냉각수의 입구홀(253a,253b,253c) 및 출구홀(255a,255b,255c)이 형성되어 있다. 연료전지 스택은 이 분리판들이 적층되어 형성되므로 적층된 분리판의 수소 및 산소, 냉각수의 입구홀(253a,253b,253c) 및 출구홀(255a,255b,255c)에 의해 연료전지 셀 어셈블리의 수소 및 산소, 냉각수의 각 입구통로 및 출구통로를 이루게 된다.On the other hand, as a structure of a fuel cell stack including a plurality of separator plates, it is shown in the publication of Korean Laid-Open Patent Publication No. 2003-0018078, shown in FIG. According to this publication, the fuel cell assembly has a structure in which unit cells for generating electricity are stacked, and each unit cell includes a gas diffusion layer, a separator plate, an electrode film, and the like. In addition, each unit cell is separately supplied with hydrogen, which is a fuel gas, oxygen, which is an oxidant, and cooling water for cooling, and a hydrogen and oxygen flow path having a groove shape through which hydrogen and oxygen can flow to the separator 25 is provided on one side and the same. It is formed in the other surface, and the cooling water flow path is formed in the inside. In FIG. 1, only one surface of the separator is illustrated, so only the hydrogen flow path 251a is illustrated. In this separation plate, inlet holes 253a, 253b and 253c and outlet holes 255a, 255b and 255c of hydrogen and oxygen and cooling water are formed. The fuel cell stack is formed by stacking these separators, and thus, hydrogen and oxygen of the stacked separators, the inlet holes 253a, 253b and 253c of the coolant and the outlet holes 255a, 255b and 255c. And inlet and outlet passages of oxygen and cooling water.

이와 같이 이루어진 연료전지 스택에서는 전해질 막의 이온전도도를 유지시킬 수 있도록 운전 중 주입되는 수소에 수분을 공급해주는 수소의 가습이 필수적으로 이루어져야 한다. 이를 위해, 도 2에 도시한 바와 같이, 연료전지 셀 어셈블리 의 냉각수 입구통로를 이루는 냉각수 입구홀(253c)과, 수소 입구통로를 이루는 수소 입구홀(253a) 간에 미세 통로(257)를 다수 개 형성시키고, 이 미세 통로(257)를 통해 냉각수 입구통로를 통과하는 냉각수가 수소 입구통로로 흡입ㆍ분사될 수 있도록 한다. In the fuel cell stack thus constructed, the humidification of hydrogen, which supplies moisture to hydrogen injected during operation, is essential to maintain the ion conductivity of the electrolyte membrane. To this end, as shown in FIG. 2, a plurality of fine passages 257 are formed between the coolant inlet hole 253c constituting the coolant inlet passage of the fuel cell assembly and the hydrogen inlet hole 253a constituting the hydrogen inlet passage. The coolant passing through the coolant inlet passage through the fine passage 257 can be sucked into the hydrogen inlet passage and sprayed.

한편, 다른 연료전지용 가습 장치로써, 한국 공개특허 공개번호 제 2002-0032874호의 공보에 제시되어 있다. 이 공보에 따르면, 도 3에 도시한 바와 같이, 내측의 면에 수소 유로가 형성되어 수소의 공급이 이루어지는 제 1 분리판(20)과, 내측의 면에 공기 유로가 형성되어 공기의 공급이 이루어지는 제 3 분리판(40)과, 제 1 분리판(20)과 제 3 분리판(40) 내측으로 위치하고 수소 유로와 공기 유로가 양면에 별도로 형성된 제 2 분리판(30)과, 각 분리판(20, 30, 40) 사이에 위치하고 물 유로가 양면 가공되어 양면 모두에서 물의 공급이 이루어지는 물 유로판(50)과, 각 물 유로판(50) 양면으로 상기 각 분리판(20, 30, 40)과의 사이에 위치하는 이온 교환막(60)과, 상기와 같이 적층된 상태의 구성품(20, 30, 40, 50, 60) 양측으로 외측에 위치하고 각 유로를 통과하는 공기와 수소와 물의 기밀유지를 위해 내측의 상기 구성품(20, 30, 40, 50, 60)들을 가압 체결하는 체결판(10, 12)으로 구성되어 있다.On the other hand, as a humidifier for fuel cells, it is presented in the publication of Korean Laid-Open Patent Publication No. 2002-0032874. According to this publication, as shown in FIG. 3, a hydrogen flow path is formed on an inner side surface to supply hydrogen, and an air flow path is formed on an inner side surface to supply air. A third separator plate 40, a second separator plate 30 disposed inside the first separator plate 20 and the third separator plate 40, and having a hydrogen flow path and an air flow path separately formed on both sides thereof; The water flow path plate 50 located between 20, 30, and 40, and the water flow path is processed on both sides to supply water from both sides, and the separation plates 20, 30, and 40 on both sides of the water flow path plate 50. Air exchanger 60 located between the ion exchange membrane 60 and the components 20, 30, 40, 50, and 60 in the stacked state as described above, and airtightly maintaining the air, hydrogen, and water passing through the respective flow paths. It consists of a fastening plate (10, 12) for pressing and fastening the components (20, 30, 40, 50, 60) on the inside have.

그러나, 전술한 구성의 연료전지 스택의 구조는 다음과 같은 문제가 있다.However, the structure of the fuel cell stack of the above-described configuration has the following problems.

연료전지 스택 내에 수분을 공급하여야 출력효율을 높일 수 있으므로 수분 공급을 위해, 공개번호 제 2002-0032874호의 공보에 제시된 바와 같이, 스택 내에 별도의 연료전지 스택과 동일한 형태의 이온 교환막을 이용한 막 가습부를 두는 구 조는 전체 연료전지 스택의 부피를 많이 차지하게 되고 설치공간상의 제약이 따르며, 부대비용도 많이 든다.In order to supply the moisture, the membrane humidifying part using the ion exchange membrane of the same type as a separate fuel cell stack in the stack, as described in the publication of 2002-0032874, can increase the output efficiency. The two structures occupy a large volume of the entire fuel cell stack, are constrained by installation space, and are expensive.

한편, 냉각수 입구홀과 수소 입구홀간에 미세 통로를 형성시켜 냉각수를 이용하여 가습을 하는 구조인 공개번호 제 2003-0018078호의 공보의 경우에도, 미세 통로를 이용하여 가습을 하므로, 수소의 충분한 가습이 이루어지지 않는 문제점과 연료전지의 열회수율이 낮은 단점이 있다.On the other hand, even in the publication of Publication No. 2003-0018078, which has a structure in which a fine passage is formed between the cooling water inlet hole and the hydrogen inlet hole to humidify using the cooling water, the humidification is performed using the fine passage, so that sufficient humidification of hydrogen is achieved. There is a problem that is not made and the heat recovery rate of the fuel cell is low.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 반응기체 가습을 위한 별도의 외부 가습기가 불필요할 뿐만 아니라, 스택 내에 별도의 막 가습부도 불필요하므로, 외부 가습기나 스택 내 별도의 막 가습부가 차지하던 공간 및 중량을 줄일 수 있고 부대비용과 부피를 줄일 수 있으며, 열회수율을 높일 수 있는 가습부 일체형 연료전지 분리판을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described problem, and not only does not require a separate external humidifier for the reactor humidification, but also requires a separate membrane humidifier in the stack, an external humidifier or a separate membrane humidifier in the stack occupies The purpose of the present invention is to provide a humidification unit integrated fuel cell separation plate capable of reducing space and weight, reducing ancillary cost and volume, and increasing heat recovery rate.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가습부 일체형 연료전지 분리판은 연료전지 분리판에 있어서, 상기 1장의 분리판에는 연료전지부와 막 가습부가 형성되되, 상기 막 가습부에는 반응기체 가습을 위한 가습용 막이 형성된다.In the fuel cell separator of the present invention, a fuel cell separator and a fuel humidifier are provided with a fuel cell separator and a membrane humidifier with a humidifier unit integrated fuel cell separator. Humidification film for is formed.

나아가, 상기 분리판에는 상기 연료전지부와 상기 막 가습부를 구분하는 분리벽이 더 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a separation wall for separating the fuel cell part and the membrane humidifying part is further formed on the separation plate.

또한, 상기 분리판의 일면과 타면에는 산화제 및 연료기체가 흐를 수 있도록 산화제 유로 및 연료기체 유로가 각각 형성되고, 상기 분리판 내부에는 냉각수 유 로가 형성된다.In addition, an oxidant flow path and a fuel gas flow path are formed on one side and the other surface of the separation plate so that the oxidant and the fuel gas flow, respectively, and a cooling water flow path is formed inside the separation plate.

이 구성에 의하면, 막 가습부를 통해 충분한 가습이 이루어질 수 있으므로, 열회수율을 높일 수 있다.According to this structure, since sufficient humidification can be performed through a membrane humidification part, heat recovery rate can be improved.

또한, 외부 가습기나 스택 내 별도의 막 가습부가 차지하던 공간 및 중량을 줄일 수 있고 부대비용과 부피를 줄일 수 있다.In addition, the space and weight occupied by an external humidifier or a separate membrane humidifier in the stack can be reduced, and the associated cost and volume can be reduced.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.For reference, among the configurations of the present invention to be described below, the same configuration as the prior art will be referred to the above-described prior art, and a detailed description thereof will be omitted.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가습부 일체형 연료전지 분리판을 도시한 개략도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing a humidifying unit integrated fuel cell separator in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 가습부 일체형 연료전지 분리판은 연료전지 분리판에 있어서, 1장의 분리판(100)내에는 연료전지부(110)와 막 가습부(130)가 형성되되, 연료전지부(110)에는 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, 이하 MEA)가 놓이게 되고, 막 가습부(130)에는 반응기체 가습을 위한 이온 교환막을 포함하는 여러 종류의 가습용 막(150)이 형성된다.As shown in FIG. 4, in the fuel cell separator of the humidifying unit integrated fuel cell separator of the present embodiment, the fuel cell unit 110 and the membrane humidifier 130 are formed in the separator plate 100. The membrane-electrode assembly (MEA) is placed in the fuel cell unit 110, and the membrane humidifying unit 130 includes various types of humidification membranes 150 including an ion exchange membrane for humidifying the reactor. ) Is formed.

막 가습부(130) 측에는 연료기체가 공급되는 연료기체 입구부(450)와, 냉각수가 배출되는 냉각수 출구부(550)와, 산화제가 배출되는 산화제 출구부(300)가 각각 배치되고, 연료전지부(110) 측에는 연료기체가 배출되는 연료기체 출구부(400)와, 냉각수가 공급되는 냉각수 입구부(500)와, 산화기체가 공급되는 산화제 입구부 (350)가 각각 배치된다.On the side of the membrane humidifier 130, a fuel gas inlet 450 through which fuel gas is supplied, a coolant outlet 550 through which coolant is discharged, and an oxidant outlet 300 through which oxidant is discharged are disposed. On the branch 110 side, a fuel gas outlet 400 through which fuel gas is discharged, a coolant inlet 500 through which coolant is supplied, and an oxidant inlet 350 through which oxidant gas is supplied are disposed.

한편, 분리판(100) 내에 산화제(산소 또는 공기) 및 연료기체(수소)가 흐를 수 있도록 산화기체 유로(200) 및 연료기체 유로(미도시)가 각각 일면과 타면에 형성되어 있고, 그 내부에는 냉각수 유로(미도시)가 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, the oxidizing gas passage 200 and the fuel gas passage (not shown) are formed on one side and the other side, respectively, so that the oxidant (oxygen or air) and fuel gas (hydrogen) can flow in the separating plate 100. It is preferable that a cooling water flow path (not shown) is formed in the.

여기에서, 상기 종래기술에서 상세히 도시하였으므로 본 발명의 도 4에서는 분리판(100)의 일면만을 도시하였으므로 산화기체 유로(200)만 도시되었음을 유의하기 바란다.Here, since it is shown in detail in the prior art, since only one surface of the separator 100 is shown in FIG. 4 of the present invention, only the oxidizing gas flow path 200 is shown.

이하, 전술한 구성을 갖는 본 실시예의 작용을 설명한다.The operation of this embodiment having the above-described configuration will be described below.

건조된 산화기체가 산화제 입구부(350)를 통하여 MEA가 위치한 연료전지부(110)의 캐소드에 공급되어, 산화기체의 일부가 애노드에서 이동하는 수소이온 및 전자와 같이 전기화학반응에 참여하여 물과 열을 생성하게 되는데, 이때, 미반응 산화기체는 반응열과 물을 흡수한 상태에서, 산화기체 유로(200)를 통하여 막 가습부(130)에 공급된다.The dried oxidizer gas is supplied to the cathode of the fuel cell unit 110 in which the MEA is located through the oxidant inlet unit 350 so that a part of the oxidizer gas participates in the electrochemical reaction such as hydrogen ions and electrons moving from the anode. In this case, the unreacted oxidizing gas is supplied to the membrane humidifier 130 through the oxidizing gas flow path 200 while absorbing the reaction heat and water.

이렇게, 미반응 산화기체가 막 가습부(130)에서 가습용 막(150)에 열과 수분을 공급한 후, 산화제 출구부(350)를 통하여 배출된다.In this way, the unreacted oxidizing gas is supplied to the humidifying membrane 150 from the membrane humidifying unit 130 with heat and moisture, and then discharged through the oxidant outlet 350.

한편, 연료기체 유로는 산화기체 유로(200)의 타면에 유사한 형태로 형성되어 있는데, 건조상태의 연료기체는 연료기체 입구부(450)를 통하여 공급되어, 막 가습부(130)를 지나는 동안 캐소드의 수화된 산화기체로부터 수분과 열을 공급받은 막 가습부(130)의 가습용 막(150) 의해 열과 수분을 공급받는다.On the other hand, the fuel gas flow path is formed in a similar shape to the other surface of the oxidizing gas flow path 200, the dry fuel gas is supplied through the fuel gas inlet 450, the cathode while passing through the membrane humidifier 130 Heat and moisture are supplied by the humidifying membrane 150 of the membrane humidifying unit 130 which is supplied with moisture and heat from the hydrated oxidizing gas.

이렇게, 연료기체는 열과 수분을 공급받고 연료기체 유로를 지나 연료전지부 (110)의 애노드에 공급된다.In this way, the fuel gas is supplied with heat and moisture and is supplied to the anode of the fuel cell unit 110 through the fuel gas flow path.

공급된 연료기체의 일부는 전기화학반응에 참여하고, 나머지 미반응 기체는 연료기체 출구부(400)를 통하여 배출된다.Part of the supplied fuel gas participates in the electrochemical reaction, and the remaining unreacted gas is discharged through the fuel gas outlet 400.

이때, 냉각수는 직접 연료전지부(110)를 지나지 않고, 냉각수 입구부(500)를 통해 공급되어 냉각수 출구부(550)로 배출된다.At this time, the coolant does not pass directly through the fuel cell unit 110, but is supplied through the coolant inlet 500 and discharged to the coolant outlet 550.

이렇게, 1장의 분리판(100)에 연료전지부(110)와 막 가습부(130)가 일체화되어, 캐소드에서 생성된 열과 수분을 미반응 산화기체에 의해 막 가습부(130)에 공급하고, 막 가습부(130)의 가습용 막(150)은 이러한 열과 수분을 애노드 연료기체에 공급하는 구조를 가짐으로써, 열회수율을 높일 수 있으므로 연료전지의 성능과 효율을 향상시킬 수 있다.In this way, the fuel cell unit 110 and the membrane humidifier 130 are integrated into one separator plate 100 to supply heat and moisture generated from the cathode to the membrane humidifier 130 by unreacted oxidizing gas. The humidifying membrane 150 of the membrane humidifying unit 130 has a structure for supplying such heat and moisture to the anode fuel gas, thereby improving heat recovery and improving performance and efficiency of the fuel cell.

또한, 종래의 외부형 가습기를 가지는 연료전지에 비해, MEA에 막 가습부(600)가 일체화되어 있으므로, 연료전지의 부대비용과 부피를 줄일 수 있어, 생산비용이 절감된다.In addition, compared with the conventional fuel cell having an external humidifier, the membrane humidifying unit 600 is integrated in the MEA, thereby reducing the cost and volume of the fuel cell, thereby reducing the production cost.

여기에서, 분리판(100)에는 연료전지부(110)와 막 가습부(130)를 구분하는 분리벽(170)이 더 형성되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the separation plate 100 further includes a separation wall 170 for separating the fuel cell unit 110 and the membrane humidifying unit 130.

이렇게, 분리판(100)에 분리벽(170)이 더 형성됨으로써, 적층된 분리판(100) 사이로 흐르는 물이 연료전지부(110)로 흘러 들어가지 않고 막 가습부(130) 쪽으로만 흐르도록 하여, 가습용 막(150)을 통해 반응기체의 가습이 이루어질 수 있는 것이다.As such, the separation wall 170 is further formed on the separation plate 100 so that water flowing between the stacked separation plates 100 flows only toward the membrane humidifying unit 130 without flowing into the fuel cell unit 110. In this way, the humidification of the reactant may be achieved through the humidification membrane 150.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해 당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be able to vary the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. It may be modified or modified.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 가습부 일체형 연료전지 분리판에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the humidification unit integrated fuel cell separator of the present invention as described above, there are the following effects.

1장의 분리판 내에 연료전지부와 막 가습부가 함께 형성되어, 캐소드에서 생성된 열과 수분을 미반응 산화기체에 의해 막 가습부에 공급하고, 막 가습부의 가습용 막은 이러한 열과 수분을 애노드 연료기체에 공급하는 구조를 가짐으로써, 열회수율을 높일 수 있으므로 연료전지의 성능과 효율을 향상시킬 수 있다.The fuel cell unit and the membrane humidifying unit are formed together in one separator plate, and heat and moisture generated from the cathode are supplied to the membrane humidifying unit by an unreacted oxidizing gas, and the membrane for humidifying the membrane humidifying unit transfers the heat and moisture to the anode fuel gas. By having a supply structure, the heat recovery rate can be increased, and thus the performance and efficiency of the fuel cell can be improved.

또한, 종래의 외부형 가습기를 가지는 연료전지에 비해, 막-전극-가스켓 접합체에 막 가습부가 일체화되어 있으므로, 연료전지의 부대비용과 부피를 줄일 수 있어, 생산비용이 절감된다.In addition, compared with the conventional fuel cell having an external humidifier, since the membrane humidifying unit is integrated in the membrane-electrode-gasket assembly, the cost and volume of the fuel cell can be reduced, and the production cost is reduced.

나아가, 분리판에는 연료전지부와 막 가습부를 구분하는 분리벽이 더 형성됨으로써, 적층된 분리판 사이로 흐르는 물이 연료전지부로 흘러 들어가지 않고 막 가습부 쪽으로만 흐르도록 할 수 있다.Furthermore, the separation plate may further include a separation wall for separating the fuel cell unit and the membrane humidifying unit, such that water flowing between the stacked separation plates may flow only toward the membrane humidifying unit without flowing into the fuel cell unit.

Claims (3)

연료전지 분리판에 있어서,In the fuel cell separator, 상기 1장의 분리판에는 연료전지부와 막 가습부가 형성되되,The separator of one sheet is formed with a fuel cell unit and a membrane humidifying unit, 상기 막 가습부에는 반응기체 가습을 위한 가습용 막이 형성된 것을 특징으로 하는 가습부 일체형 연료전지 분리판.Humidification unit integrated fuel cell separator, characterized in that the membrane humidification unit is formed with a humidification membrane for humidifying the reactor. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분리판에는 상기 연료전지부와 상기 막 가습부를 구분하는 분리벽이 더 형성된 것을 특징으로 하는 가습부 일체형 연료전지 분리판.And a separator wall for separating the fuel cell unit and the membrane humidifier from the separator plate. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 분리판의 일면과 타면에는 산화제 및 연료기체가 흐를 수 있도록 산화제 유로 및 연료기체 유로가 각각 형성되고, 상기 분리판 내부에는 냉각수 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 가습부 일체형 연료전지 분리판.An oxidant flow path and a fuel gas flow path are formed on one side and the other surface of the separation plate so that an oxidant and a fuel gas flow, respectively, and a cooling water flow path is formed inside the separation plate.
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KR101299624B1 (en) * 2012-01-12 2013-08-23 지에스칼텍스 주식회사 Separator for humidifier and stack united humidifier fuel cell system using the same

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