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KR101417454B1 - End plate for fuel cell stack - Google Patents

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KR101417454B1
KR101417454B1 KR1020120141631A KR20120141631A KR101417454B1 KR 101417454 B1 KR101417454 B1 KR 101417454B1 KR 1020120141631 A KR1020120141631 A KR 1020120141631A KR 20120141631 A KR20120141631 A KR 20120141631A KR 101417454 B1 KR101417454 B1 KR 101417454B1
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passage
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fuel cell
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김종성
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 연료전지 물 배출 및 유량 분배 개선을 위한 새로운 구조의 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 연료전지 스택의 한쪽 및 다른 한쪽에 각각 배치되어 정상셀로 된 다수의 유니트 셀들을 체결시키는 오픈형 엔드플레이트와 클로즈형 엔드플레이트를 포함하되, 상기 오픈형 엔드플레이트에 상하로 관통된 물배출 유로를 형성하여, 스택 입구인 오픈형 엔드플레이트의 입구통로 벽면을 타고 유입되는 응축수가 스택의 출구인 오픈형 엔드플레이트의 출구통로쪽으로 배출되도록 하고, 동시에 정상셀로 된 유니트 셀들로부터 전달되는 열을 방출하기 위한 열방출 버퍼 존으로 구성되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치를 제공한다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water discharge and flow distribution device for an end plate for a fuel cell stack of a new structure for discharging fuel cells and improving flow distribution.
To this end, the present invention provides a fuel cell stack including an open-type end plate and a closed-type end plate which are respectively disposed on one side and the other side of the fuel cell stack and fasten a plurality of unit cells made of normal cells, A water discharge passage is formed so that the condensed water flowing on the inlet passage wall of the open end plate as the stack inlet is discharged to the outlet passage of the open end plate as the outlet of the stack and at the same time the heat transmitted from the unit cells as normal cells And a heat release buffer zone for discharging the fuel cell stack.

Description

연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치{End plate for fuel cell stack}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an end plate for fuel cell stack,

본 발명은 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 물 배출 및 유량 분배 개선을 위한 새로운 구조의 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water discharge and flow distribution device for an end plate for a fuel cell stack, and more particularly, to a water discharge and flow distribution device for a fuel cell stack, .

연료전지 스택은 연료전지 자동차의 주 에너지원인 전기를 생산하는 일종의 발전장치로서, 전극막 어셈블리를 사이에 두고 수소가 공급되는 연료극과 공기가 공급되는 공기극이 적층된 구조를 가지며, 공기중의 산소와 외부에서 공급된 수소가 화학적으로 반응하여 전기에너지를 발생시키는 장치를 말한다.The fuel cell stack is a type of power generation device that produces electricity that is a main energy source of a fuel cell vehicle. The fuel cell stack has a structure in which a fuel electrode to which hydrogen is supplied and an air electrode to which air is supplied are stacked with an electrode film assembly therebetween. It refers to a device that generates electricity by chemically reacting hydrogen supplied from the outside.

대개, 연료전지 스택은 수십에서 수백개의 유니트 셀이 적층 구성된다.Typically, the fuel cell stack is stacked with tens to hundreds of unit cells.

연료전지 스택의 유니트 셀 구성을 살펴보면, 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포되는 촉매층인 공기극(cathode) 및 연료극(anode)으로 구성된 전극막 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 가장 안쪽에 배치되고, 공기극 및 연료극의 바깥 부분에는 가스확산층(Gas Diffusion Layer)이 적층되며, 이 가스확산층의 바깥 쪽에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 배치된다.The unit cell configuration of the fuel cell stack includes a polymer electrolyte membrane capable of moving hydrogen cations (protons), a cathode layer and a cathode layer, which are catalyst layers applied to both surfaces of the electrolyte membrane, a gas diffusion layer is stacked on the outer portion of the air electrode and the fuel electrode, and a fuel is supplied to the outside of the gas diffusion layer. And a separation plate on which a flow field is formed to discharge water generated by the reaction.

또한, 상기한 각 유니트 셀들이 수십에서 수백개 적층된 후, 첨부한 도 1에 개략적으로 나타낸 바와 같이 가장 바깥쪽 양편에는 각 구성들을 지지 및 고정시키기 위한 엔드 플레이트(End plate)가 결합됨으로써, 연료전지 스택으로 완성된다.After several tens to several hundreds of the unit cells are stacked, an end plate for supporting and fixing the respective components is coupled to the outermost sides as schematically shown in FIG. 1, The battery stack is completed.

이때, 도 1에서 보듯이 상기 연료전지 스택(10)의 각 유니트 셀들이 수십에서 수백개 적층될 때, 정상적으로 전기생성 반응을 하는 정상셀(12) 이외에 오픈형 엔드플레이트와 인접된 위치에는 3개 이상의 더미셀(14)이 적층 배열된다.As shown in FIG. 1, when several unit cells of the fuel cell stack 10 are stacked in the range of several tens to several hundreds, in addition to the normal cells 12 that normally generate electricity, three or more The dummy micelles 14 are stacked.

특히, 도 1에서 보듯이 한쪽의 엔드 플레이트(20)는 폐 구조의 클로즈형 엔드플레이트(22)로 채택되고, 다른 한쪽의 엔드 플레이트는 수소 및 공기, 그리고 냉각수 등의 유입을 위한 입구통로(26)가 상단부에 관통 형성되고 하부에는 미반응가스 및 냉각수의 배출을 위한 출구통로(28)가 관통 형성된 오픈형 엔드플레이트(24)로 채택된다.Particularly, as shown in Fig. 1, one end plate 20 is adopted as a closed type end plate 22 of a closed structure, and the other end plate is used as an inlet passage 26 for introducing hydrogen and air, And an outlet passage 28 for discharging the unreacted gas and the cooling water is formed in the lower portion of the open end plate 24.

따라서, 상기 연료전지 스택(10)의 오픈형 엔드플레이트(24)의 입구통로(26)를 통과하여 연료극으로 수소가 공급되고, 공기극으로 공기(산소)가 공급되며, 또한 냉각을 위한 냉각수도 오픈형 엔드플레이트(24)의 입구통로(26)를 통과하여 분리판의 냉각수 유로로 공급된다.Therefore, hydrogen is supplied to the fuel electrode through the inlet passage 26 of the open end plate 24 of the fuel cell stack 10, air (oxygen) is supplied to the air electrode, and cooling water for cooling is also supplied to the open- Passes through the inlet passage (26) of the plate (24) and is supplied to the cooling water channel of the separator plate.

이에 따라, 연료극에서 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 분리판을 통하여 공기극으로 이동하게 되며, 연료극으로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하는 동시에 전자의 흐름으로부터 전기에너지를 생성하게 된다.As a result, the oxidation reaction of hydrogen proceeds in the fuel electrode to generate hydrogen ions (protons) and electrons. At this time, the generated hydrogen ions and electrons move to the air electrode through the electrolyte membrane and the separator plate, The hydrogen ion and the oxygen in the air participate in the electrochemical reaction to generate water and generate electric energy from the flow of electrons.

한편, 연료전지에 공급하는 연료(수소/공기)는 멤브레인 성능 유지를 위해 가습된 연료(RH 50%↑)가 공급되어야 함에 따라, 스택에 공급하는 가습된 연료가 공급 유로를 지날 때, 주변의 낮은 온도로 인해 응축수가 발생한다.On the other hand, since the fuel (hydrogen / air) supplied to the fuel cell must be supplied with humidified fuel (RH 50% ↑) for maintaining the membrane performance, when the humidified fuel supplied to the stack passes through the supply passage, Condensate is generated due to low temperature.

이때, 생성된 응축수가 연료와 함께 유로벽면을 타고 스택에 유입되고, 응축수가 유입된 셀은 성능 및 내구 저하가 발생하게 되며, 그 이유는 촉매 주위에 물이 지속적으로 존재함으로 발생하는 촉매 열화에서 찾을 수 있다.At this time, the generated condensed water flows into the stack along the fuel wall with the fuel, and the condensed water enters the cell, and the performance and the durability are lowered because the deterioration of the catalyst caused by the continuous presence of water around the catalyst Can be found.

이를 해소하고자, 도 1에서 보듯이 오픈형 엔드플레이트(24)와 인접된 스택 입구 위치에는 3개 이상의 더미셀(14 : 전기 생성을 하지 않고, 응축수 배출통로로 활용하기 위한 미반응 셀)이 배치되고 있지만, 더미셀 적용으로 원가 상승 및 중량 증가 등의 문제점이 따르고 있다.In order to solve this problem, as shown in FIG. 1, at least three more micelles (14: unreacted cells for generating electricity as condensed water discharge passages) are disposed at the stack inlet position adjacent to the open end plate 24 However, there are problems such as cost increase and weight increase due to application of micrometer.

추가로, 스택 구조상 스택의 측면에서 연료 및 냉각수 공급이 이루어지므로, 스택의 각 셀로의 유량 공급이 균등하게 이루어지지 않고, 그로 인해 목표유량 대비 오픈형 엔드플레이트와 인접한 스택의 입/출구부 셀에는 많은 유량이 공급되고, 그 반대편의 클로즈형 엔드플레이트로 막힌 쪽의 셀에는 적은 유량이 공급되는 현상이 발생한다.
In addition, since fuel and cooling water are supplied on the side of the stack in the stack structure, the flow rate of the flow to each cell of the stack is not evenly distributed, so that the inlet / outlet cell of the stack adjacent to the open- And a phenomenon that a small flow rate is supplied to the cell on the side of the closed side with the closed type end plate on the opposite side.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 연료전지 스택의 각 반응 셀로 응축수가 유입되는 것을 방지할 수 있고, 스택에 공급되는 연료를 각 셀로 균등 분배시킬 수 있도록 한 연료전지 물 배출 및 유량 분배 개선을 위한 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack capable of preventing condensate from flowing into each reaction cell of a fuel cell stack and uniformly distributing fuel supplied to the stack to each cell, And an object of the present invention is to provide a water discharge and flow distribution device for an end plate for a fuel cell stack for improving water discharge and flow distribution.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 연료전지 스택의 한쪽 및 다른 한쪽에 각각 배치되어 정상셀로 된 다수의 유니트 셀들을 체결시키는 오픈형 엔드플레이트와 클로즈형 엔드플레이트를 포함하되, 상기 오픈형 엔드플레이트에 상하로 관통된 물배출 유로를 형성하여, 스택 입구인 오픈형 엔드플레이트의 입구통로 벽면을 타고 유입되는 응축수가 스택의 출구인 오픈형 엔드플레이트의 출구통로쪽으로 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack including: an open-type end plate and a closed-type end plate, each of which is disposed on one side and the other side of the fuel cell stack, And the condensed water flowing on the inlet passage wall surface of the open type end plate as the stack inlet is discharged toward the outlet passage of the open type end plate which is the outlet of the stack. And a water discharge and flow distribution device for the end plate.

바람직하게는, 상기 오픈형 엔드플레이트의 입구통로에는 물배출 유로의 앞쪽 오픈형 플레이트가 뒤쪽 오픈형 플레이트보다 높이가 낮아 입구통로가 공급유로쪽에 비해 넓게 형성되도록 한 단차구가 더 형성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the inlet passage of the open-type end plate is further formed with a stepped portion such that the front open plate of the water discharge passage is lower in height than the rear open plate, so that the inlet passage is wider than the supply passage.

더욱 바람직하게는, 상기 오픈형 엔드플레이트의 물배출 유로내에는 수소, 공기 중 적어도 하나의 과도한 유출 방지를 위한 다공구조체가 내설된 것을 특징으로 한다.More preferably, a porous structure for preventing at least one of hydrogen and air from leaking out is disposed in the water discharge passage of the open type end plate.

특히, 상기 다공구조체를 오픈형 엔드플레이트의 물배출 유로의 하부 위치에 내설하여, 다공구조체의 위쪽에 물 저장공간을 확보할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In particular, the porous structure body is placed at a lower position of the water discharge path of the open type end plate, so that a water storage space can be secured above the porous structure body.

또한, 상기 다공구조체는 가스투과성 특성 값이 단위 셀의 가스투과성 특성값과 동일한 값을 갖는 것으로 채택된 것임을 특징으로 한다.Also, the porous structure is characterized in that the gas permeability characteristic value is adopted to have the same value as the gas permeability characteristic value of the unit cell.

또한, 상기 오픈형 엔드플레이트의 물배출 유로는 정상셀로 된 유니트 셀들로부터 전달되는 열의 외부 방출을 차단하는 열방출 버퍼 존으로 형성된 것임을 특징으로 한다.Also, the water discharge channel of the open-type end plate is formed of a heat-releasing buffer zone for blocking external discharge of heat transmitted from the unit cells as normal cells.

바람직하게는, 상기 다공구조체는 오픈형 엔드플레이트의 수소유로쪽 물배출 유로내에 장착되는 제1다공구조체와, 공기유로쪽 물배출 유로내에 장착되는 제2다공구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Preferably, the porous structure body includes a first porous structure attached to the hydrogen flow path of the open end plate, and a second porous structure attached to the air flow path to the water discharge path.

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

본 발명에 따르면, 연료전지 스택의 오픈형 엔드플레이트에 상하로 관통된 물배출 유로를 형성하여, 정상셀쪽으로 유입되는 응축수를 물배출 유로를 통해 외부로 배출시킬 수 있고, 그에 따라 촉매열화에 따른 내구 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to form a water discharge flow passage vertically passing through the open end plate of the fuel cell stack to discharge the condensed water flowing into the normal cell to the outside through the water discharge flow passage, It is possible to prevent degradation of performance.

또한, 오픈형 엔드플레이트의 입구통로에 단차구를 더 형성하여, 연료(공기 및/또는 수소)가 입구통로 반대쪽에 위치한 셀까지 흐르는 것을 유도할 수 있으므로, 스택에 공급되는 연료를 각 셀로 균등 분배할 수 있다.Further, since the fuel (air and / or hydrogen) can be induced to flow to the cell located on the opposite side of the inlet passage by forming a stepped portion in the inlet passage of the open type end plate, the fuel supplied to the stack can be uniformly distributed .

또한, 기존의 더미셀을 삭제 가능하여, 원가 및 중량을 절감할 수 있고, 기존의 더미셀로 공급되던 연료까지 정상셀쪽으로 공급됨에 따른 연비 개선 효과로 얻을 수 있다.In addition, it is possible to eliminate the existing micelles, thereby reducing the cost and weight, and it is possible to obtain the fuel efficiency improved by feeding the fuel supplied to the existing micelles to the normal cells.

예를 들어, 물배출 유로로 통해 지나가는 연료가 기존의 더미셀 1개에 공급되는 연료량과 같으므로, 만약 기존에 더미셀이 3개라면, 더미셀 2개에 공급되던 연료만큼 연비가 개선될 수 있다.For example, if the amount of fuel passing through the water discharge channel is equal to the amount of fuel supplied to one existing micelle, if the three micromoles are already present, fuel efficiency may be improved as much as the fuel supplied to the two micells have.

또한, 본 발명의 물배출 유로내에 다공구조체를 내설하여, 연료(공기 및/또는 수소)의 일부가 물배출 유로를 통해 스택 외부로 배출되는 것을 용이하게 차단할 수 있다.In addition, the porous structure may be provided in the water discharge passage of the present invention to easily prevent part of the fuel (air and / or hydrogen) from being discharged out of the stack through the water discharge passage.

또한, 본 발명의 물배출 유로는 응축수 배출 제거 뿐만 아니라, 정상셀에서 발생된 열을 차단하여 정상셀내에서의 응축수 과다 생성을 방지하는 열방출 버퍼 존(Thermal buffer zone) 기능도 수행하는 효과까지 얻을 수 있다.
In addition, the water discharge channel of the present invention can achieve a function of not only discharging condensed water but also functioning as a thermal buffer zone for preventing heat generated in a normal cell and preventing excessive generation of condensed water in a normal cell .

도 1은 종래의 연료전지 스택 구조를 나타낸 개략적 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치의 연료(가스) 흐름 유도 기능을 설명하는 부분 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치의 작동셀에 대한 방열 기능을 설명하는 부분 단면도,
도 5는 본 발명과 종래기술 대비 유량 분배 해석 결과를 나타낸 그래프.
1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional fuel cell stack structure,
FIG. 2 is a cross-sectional view of a water discharge and flow distribution device for an end plate for a fuel cell stack according to the present invention,
3 is a partial cross-sectional view illustrating a fuel (gas) flow induction function of a water discharge and flow distribution device of an end plate for a fuel cell stack according to the present invention,
4 is a partial cross-sectional view illustrating a heat dissipation function for an operating cell of a water discharge and flow distribution device of an end plate for a fuel cell stack according to the present invention,
5 is a graph showing the flow distribution analysis results of the present invention and the conventional technique.

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

첨부한 도 2에 도시된 바와 같이, 연료전지 스택(10)의 각 유니트 셀 즉, 기존의 더미셀없이 정상셀들이 수십에서 수백개 적층된 상태에서 한쪽에는 폐 구조의 클로즈형 엔드플레이트(22)가 체결되고, 다른 한쪽은 오픈형 엔드플레이트(24)가 체결되며, 미도시되었지만 클로즈형 엔드플레이트(22)와 오픈형 엔드플레이트(24)는 정상셀에 대한 체결 면압을 제공하기 위한 별도의 벤딩 내지 클램핑수단에 의하여 묶여지게 된다.As shown in FIG. 2, a closed type end plate 22 of a closed structure is provided on one side of each unit cell of the fuel cell stack 10, that is, in a state where several tens to several hundreds of normal cells without stacked micelles are stacked, And the other end is connected to the open end plate 24. Although not shown, the closed end plate 22 and the open end plate 24 are separately bent or clamped to provide a fastening surface pressure for the normal cell, It is bound by means.

이때, 상기 오픈형 엔드플레이트(24)의 상단부에는 수소 및 공기, 그리고 냉각수 등의 유입을 위한 입구통로(26)가 정상셀(12)쪽으로 관통 형성되고, 그 하부에는 정상셀(12)에서 반응을 마친 미반응가스 및 냉각수의 배출을 위한 출구통로(28)가 관통 형성된다.At this time, an inlet passage 26 for introducing hydrogen, air, cooling water, and the like is formed in the upper end of the open type end plate 24 through the normal cell 12, An outlet passage 28 for discharging the unreacted gas and the cooling water is formed.

참고로, 도 2에서 정상셀의 상단부 및 하부에 형성된 공급유로(16) 및 배출유로(18)는 가스켓을 매개로 서로 적층된 분리판의 매니폴드부를 나타내고, 이 매니폴드부는 각각 공기/수소/냉각수 공급유로 및 배출유로를 포함한다.2, the supply passage 16 and the discharge passage 18 formed at the top and bottom of the normal cell represent manifold portions of the separator laminated to each other via gaskets, A cooling water supply passage and an exhaust passage.

따라서, 수소 및 공기, 그리고 냉각수 등이 연료전지 스택(10)의 오픈형 엔드플레이트(24)의 입구통로(26)를 통과한 후, 공급유로(16)를 경유하여 수소는 연료극으로 공급되고, 공기(산소)는 공기극으로 공급되며, 또한 냉각을 위한 냉각수도 분리판의 이면에 형성된 냉각수유로로 공급된다.Therefore, after hydrogen, air, and cooling water pass through the inlet passage 26 of the open end plate 24 of the fuel cell stack 10, hydrogen is supplied to the fuel electrode via the supply passage 16, (Oxygen) is supplied to the air electrode, and cooling water for cooling is also supplied to the cooling water flow path formed on the back surface of the separator plate.

이때, 연료(공기 및/또는 수소)는 멤브레인 성능 유지를 위해 가습된 상태로 공급되는 바, 가습된 연료가 보기류(BOP)와 스택 사이를 지날 때, 주변의 낮은 온도로 인해 응축수가 생성되며, 이 응축수가 정상셀로 유입되면 촉매열화로 인한 성능 및 내구 저하가 발생하게 된다.At this time, the fuel (air and / or hydrogen) is supplied in a humidified state in order to maintain membrane performance. When the humidified fuel passes between the BOP and the stack, condensation water is generated due to the low ambient temperature If the condensed water flows into the normal cell, the performance and durability due to the deterioration of the catalyst will occur.

이를 해소하고자, 본 발명은 기존의 더미셀을 사용하던 방식에서 탈피하여, 상기 오픈형 엔드플레이트(24)에 상하로 관통된 물배출 유로(30)를 별도로 형성한 점에 특징이 있고, 이 물배출 유로(30)는 오픈형 엔드플레이트(24)의 입구통로(26)와 출구통로(28) 간을 연통시키는 유로가 된다.In order to solve this problem, the present invention is characterized in that the present invention is characterized in that a water discharge passage 30 penetrating through the upper and lower open end plates 24 is formed separately from the conventional method of using micelles, The flow path 30 communicates between the inlet passage 26 and the outlet passage 28 of the open type end plate 24.

물론, 상기 오픈형 엔드플레이트(24)의 입구통로(26) 및 출구통로(28)는 미도시되었지만, 수소를 위한 입구통로 및 출구통로와, 공기를 위한 입구통로 및 출구통로가 별도로 형성되어 있으므로, 상기 물배출 유로(30)도 수소를 위한 입구통로 및 출구통로 사이, 그리고 공기를 위한 입구통로 및 출구통로 사이에 각각 형성된다.Of course, although the inlet passage 26 and the outlet passage 28 of the open-ended end plate 24 are not shown, since the inlet passage and the outlet passage for hydrogen and the inlet passage and the outlet passage for air are separately formed, The water discharge passage 30 is also formed between the inlet passage and the outlet passage for hydrogen, and between the inlet passage and the outlet passage for air, respectively.

따라서, 상기와 같이 가습된 연료가 오픈형 엔드플레이트(24)의 입구통로(26)의 전후 유로를 지날 때, 주변의 낮은 온도로 인해 응축수가 생성되더라도, 이때 생성된 응축수는 오픈형 엔드플레이트(24)의 물배출 유로(30)를 통해 낙하되거나 흐르게 되어 오픈형 엔드플레이트(24)의 하부에 형성된 출구통로(28)를 통해 스택 외부로 용이하게 배출 제거될 수 있고, 이렇게 응축수를 용이하게 제거함에 따라 응축수가 정상셀로 유입되어 촉매열화로 인한 성능 및 내구 저하가 발생하는 현상을 방지할 수 있다.Accordingly, even if condensed water is generated due to the low ambient temperature when the humidified fuel passes through the front and rear flow passages of the inlet passage 26 of the open end plate 24, the condensed water generated at this time passes through the open end plate 24, And can be easily discharged and removed to the outside of the stack through the outlet passage 28 formed in the lower portion of the open type end plate 24. As the condensate water is easily removed, Can be prevented from being introduced into the normal cells and deteriorating performance and durability due to catalyst deterioration.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 오픈형 엔드플레이트(24)에 상하로 관통된 물배출 유로(30)는 응축수 배출 제거 뿐만 아니라, 열방출 버퍼 존 기능도 동시에 수행하게 된다.As a preferred embodiment of the present invention, the water discharge passage 30 passing through the open-type end plate 24 is not only capable of discharging condensed water, but also functioning as a heat-releasing buffer zone.

즉, 연료전지 스택의 정상 셀(12)이 전기 생성을 위한 반응을 할 때, 열이 발생되는 바, 이때의 열이 외부로 방출되면 정상셀(12)의 과냉각으로 인해 정상셀내에서도 응축수가 과다하게 발생할 수 있으므로, 첨부한 도 4에서 보듯이 정상셀(12)에서 발생된 열이 물배출 유로(30) 즉, 열방출 버퍼 존에 의하여 차단되도록 함으로써, 정상셀내에서의 응축수 과다 생성도 방지하는 효과까지 얻을 수 있다.That is, when the normal cell 12 of the fuel cell stack reacts to generate electricity, heat is generated. When the heat is discharged to the outside, the supercooling degree of the normal cell 12 causes excessive condensation even in the normal cell The heat generated in the normal cell 12 is blocked by the water discharge passage 30, that is, the heat release buffer zone, as shown in FIG. 4, thereby preventing excessive generation of condensate in the normal cell. Effect can be obtained.

본 발명의 바람직한 다른 실시예로서, 상기 오픈형 엔드플레이트(24)의 입구통로(26)의 바닥 초입부에는 물배출 유로(30)와 수평방향으로 연통되는 단차구(32)가 더 형성된다.As another preferred embodiment of the present invention, a stepped portion 32 communicating with the water discharge passage 30 in the horizontal direction is further formed in the bottom entry portion of the inlet passage 26 of the open type end plate 24. [

좀 더 상세하게는, 상기 단차구(32)는 오픈형 엔드플레이트(24)의 입구통로(26)가 안쪽으로 갈수록 좁아지도록 형성된 것이며, 이 단차구(32)의 형성에 의하여 물배출 유로(30)의 앞쪽 오픈형 플레이트(24)가 뒤쪽 오픈형 플레이트(24)보다 높이가 낮아 입구통로(26)가 공급유로(16)쪽에 비해 넓게 형성된다.More specifically, the stepped portion 32 is formed such that the inlet passage 26 of the open end plate 24 becomes narrower toward the inside. By forming the stepped portion 32, And the inlet passage 26 is formed to be wider than the side of the supply passage 16, because the front open plate 24 of the first opening plate 24 is lower in height than the rear open plate 24.

따라서, 첨부한 도 3 및 도 5의 유량분배 해석 그래프에서 보듯이 상기 오픈형 엔드플레이트의 입구통로(26)를 통해 유입되는 연료(공기 및/또는 수소)는 단차구(32)에 닿아서 1차적으로 차단되게 한 후, 위쪽으로 상승하여 정상셀의 공급유로(16)로 공급되는 것을 유도할 수 있다.3 and 5, the fuel (air and / or hydrogen) flowing through the inlet passage 26 of the open-type end plate is in contact with the stepped portion 32, So that it can be guided upward and supplied to the supply passage 16 of the normal cell.

즉, 상기 입구통로(26)를 통해 유입되는 연료(공기 및/또는 수소)가 단차구(32)에 닿아서 스택 입구의 인접한 정상셀 쪽으로 이동되는 것을 제한할 수 있고, 결국 스택 입구의 인접한 정상셀로 미공급된 연료가 입구에서 먼 안쪽의 정상셀까지 흐르는 것을 유도할 수 있으므로, 스택에 공급되는 연료를 각 셀로 균등 분배할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.That is, the fuel (air and / or hydrogen) flowing through the inlet passage 26 can be prevented from reaching the stepped portion 32 and moving toward the adjacent normal cells of the stack inlet, The fuel supplied to the cell can be induced to flow from the inlet to the farthest inner normal cell, so that the fuel supplied to the stack can be uniformly distributed to each cell.

본 발명의 바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 오픈형 엔드플레이트(24)의 물배출 유로(30)내의 임의 위치에는 수소 또는 공기의 과도한 외부 유출 방지를 위한 다공구조체(34)가 내설된 점에 특징이 있다.As another preferred embodiment of the present invention, a porous structure body 34 is provided at an arbitrary position in the water discharge passage 30 of the open-type end plate 24 to prevent hydrogen or air from leaking to the outside. have.

물론, 상기 다공구조체(34)는 수소를 위한 입구통로 및 출구통로 사이에 형성된 물배출 유로(30)내에 장착되는 제1다공구조체와, 공기를 위한 입구통로 및 출구통로 사이에 형성된 물 배출 유로(30)내에 장착되는 제2다공구조체를 포함한다.Of course, the porous structure 34 includes a first porous structure mounted in a water discharge passage 30 formed between the inlet passage and the outlet passage for hydrogen, and a water discharge passage (not shown) formed between the inlet passage and the outlet passage for air 30). ≪ / RTI >

상기 물배출 유로(30)내에 내설된 다공구조체(34)는 오픈형 엔드플레이트의 입구통로(26)를 통해 유입되는 연료(공기 및/또는 수소)의 일부가 물배출 유로(30)를 그대로 통과하여 스택 외부로 배출되는 것을 차단하는 기능을 하게 된다.The porous structure body 34 installed in the water discharge passage 30 is formed so that a part of the fuel (air and / or hydrogen) flowing through the inlet passage 26 of the open type end plate passes through the water discharge passage 30 And functions to shut off the discharge to the outside of the stack.

즉, 상기 다공구조체(34)는 물배출 유로(30)를 통해 외부로 배출되려는 연료(공기 또는 수소)에 대하여 가스유동 저항 역할을 하게 되므로, 물배출 유로(30)를 통한 과도한 연료 유출을 막을 수 있다.That is, the porous structure body 34 acts as a gas flow resistance against the fuel (air or hydrogen) to be discharged to the outside through the water discharge passage 30, thereby preventing excessive fuel leakage through the water discharge passage 30 .

이러한 다공구조체(34)를 물배출 유로(30)의 어느 곳에 설치해도 연료의 과도한 유출을 방지하는 기능을 수행하지만, 다공구조체(34)를 물배출 유로(30)의 하부에 내설하여 다공구조체(34)의 위쪽에 물이 최대한 많이 고여 있도록 함으로써, 고여 있는 물이 연료 유출을 막는 역할을 하도록 하는 바람직하며, 물론 고여 있던 물은 다공구조체(34)를 서서히 통과하여 외부로 배출된다.The porous structure body 34 may be disposed at a lower portion of the water discharge passage 30 to prevent the fuel from being excessively discharged even if the porous structure body 34 is installed anywhere in the water discharge passage 30. However, 34, it is desirable that the accumulated water plays a role of preventing the fuel outflow, and of course, the accumulated water is gradually discharged through the porous structure 34 to the outside.

이때, 상기 다공구조체(34)는 어떠한 재질 및 구조도 상관없이 적용 가능하며 단, 가스투과성(permeability) 특성 값이 단위 셀의 가스투과성 특성값과 동일한 값을 갖는 정도가 되어야만 연료 유출를 막을 수 있다.
At this time, the porous structure 34 can be applied regardless of any material and structure, but the fuel permeability can be prevented only if the gas permeability characteristic value has the same value as the gas permeability characteristic value of the unit cell.

10 : 연료전지 스택
12 : 정상셀
14 : 더미셀
16 : 공급유로
18 : 배출유로
20 : 엔드 플레이트
22 : 클로즈형 엔드플레이트
24 : 오픈형 엔드플레이트
26 : 입구통로
28 : 출구통로
30 : 물배출 유로
32 : 단차구
34 : 다공구조체
10: Fuel cell stack
12: Normal cell
14: The micelle
16:
18:
20: End plate
22: Closed type end plate
24: Open type end plate
26: entrance passage
28: outlet passage
30: Water discharge channel
32:
34: porous structure

Claims (7)

삭제delete 연료전지 스택(10)의 한쪽 및 다른 한쪽에 각각 배치되어 정상셀로 된 다수의 유니트 셀들을 체결시키는 오픈형 엔드플레이트(24)와 클로즈형 엔드플레이트(22)를 포함하되,
상기 오픈형 엔드플레이트(24)에 상하로 관통된 물배출 유로(30)를 형성하여, 스택 입구인 오픈형 엔드플레이트(24)의 입구통로(26) 벽면을 타고 유입되는 응축수가 스택의 출구인 오픈형 엔드플레이트(24)의 출구통로(28)쪽으로 배출되도록 하고,
상기 오픈형 엔드플레이트(24)의 입구통로(26)에는 물배출 유로(30)의 앞쪽 오픈형 플레이트가 뒤쪽 오픈형 플레이트보다 높이가 낮아 입구통로(26)가 공급유로(16)쪽에 비해 넓게 형성되도록 한 단차구(32)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치.
And an open type end plate (24) and a closed type end plate (22), each of which is disposed on one side and the other side of the fuel cell stack (10) to fasten a plurality of unit cells of a normal cell,
A water discharge passage 30 penetrating through the open end plate 24 is formed so that the condensed water flowing on the wall surface of the inlet passage 26 of the open end plate 24, To exit to the outlet passage 28 of the plate 24,
The inlet passageway 26 of the open end plate 24 is formed with a stepped portion 26 so that the front open plate of the water discharge passage 30 is lower in height than the rear open plate 26 so that the inlet passage 26 is wider than the supply passage 16 side. (32) is further formed on the end plate (20).
연료전지 스택(10)의 한쪽 및 다른 한쪽에 각각 배치되어 정상셀로 된 다수의 유니트 셀들을 체결시키는 오픈형 엔드플레이트(24)와 클로즈형 엔드플레이트(22)를 포함하되,
상기 오픈형 엔드플레이트(24)에 상하로 관통된 물배출 유로(30)를 형성하여, 스택 입구인 오픈형 엔드플레이트(24)의 입구통로(26) 벽면을 타고 유입되는 응축수가 스택의 출구인 오픈형 엔드플레이트(24)의 출구통로(28)쪽으로 배출되도록 하고,
상기 오픈형 엔드플레이트(24)의 물배출 유로(30)내에는 수소, 공기 중 적어도 하나의 과도한 유출 방지를 위한 다공구조체(34)가 내설된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치.
And an open type end plate (24) and a closed type end plate (22), each of which is disposed on one side and the other side of the fuel cell stack (10) to fasten a plurality of unit cells of a normal cell,
A water discharge passage 30 penetrating through the open end plate 24 is formed so that the condensed water flowing on the wall surface of the inlet passage 26 of the open end plate 24, To exit to the outlet passage 28 of the plate 24,
Wherein a porous structure (34) is provided in the water discharge passage (30) of the open type end plate (24) for preventing excessive flow of at least one of hydrogen and air. Flow distribution device.
청구항 3에 있어서,
상기 다공구조체(34)를 오픈형 엔드플레이트(24)의 물배출 유로(30)의 하부 위치에 내설하여, 다공구조체(34)의 위쪽에 물 저장공간을 확보할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치.
The method of claim 3,
The porous structure body (34) is placed at a lower position of the water discharge flow passage (30) of the open type end plate (24) so that a water storage space can be secured above the porous structure body (34) Discharge and flow distributing device for stack end plates.
청구항 3에 있어서,
상기 다공구조체(34)는 가스투과성(permeability) 특성 값이 단위 셀의 가스투과성 특성값과 동일한 값을 갖는 것으로 채택된 것임을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치.
The method of claim 3,
Wherein the porous structure (34) is adapted to have a gas permeability characteristic value equal to a gas permeability characteristic value of the unit cell.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 오픈형 엔드플레이트(24)의 물배출 유로(30)는 정상셀(12)로 된 유니트 셀들로부터 전달되는 열의 외부 방출을 차단하는 열방출 버퍼 존으로 형성된 것임을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치.
The method according to claim 2 or 3,
Wherein the water discharge passage (30) of the open-type end plate (24) is formed of a heat release buffer zone which blocks external discharge of heat transmitted from the unit cells constituting the normal cell (12) Water discharge and flow distribution device.
청구항 3에 있어서,
상기 다공구조체(34)는 오픈형 엔드플레이트(24)의 수소유로쪽 물배출 유로(30)내에 장착되는 제1다공구조체와, 공기유로쪽 물배출 유로(30)내에 장착되는 제2다공구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드 플레이트의 물 배출 및 유량 분배 장치.
The method of claim 3,
The porous structure body 34 includes a first porous structure body mounted in the hydrogen flow path water discharge passage 30 of the open type end plate 24 and a second porous structure body mounted in the air flow path water discharge flow passage 30 And the water discharge and flow distribution device of the end plate for fuel cell stack.
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