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KR20140075465A - 온도분포 개선을 위한 냉각판을 포함하는 연료전지 스택 - Google Patents

온도분포 개선을 위한 냉각판을 포함하는 연료전지 스택 Download PDF

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KR20140075465A
KR20140075465A KR1020120143832A KR20120143832A KR20140075465A KR 20140075465 A KR20140075465 A KR 20140075465A KR 1020120143832 A KR1020120143832 A KR 1020120143832A KR 20120143832 A KR20120143832 A KR 20120143832A KR 20140075465 A KR20140075465 A KR 20140075465A
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manifold
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송태원
고정식
김지래
김진호
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삼성전자주식회사
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Abstract

스택의 온도 분포 균일성을 개선할 수 있는 구조를 갖는 냉각판을 구비하는 연료전지 스택에 관해 개시되어 있다. 본 발명의 일 실시예는 제1 분리판과, 상기 제1 분리판에 대응하여 구비된 제2 분리판과, 상기 제1 및 제2 분리판 사이에 구비된 MEA를 포함하는 복수의 셀 및 상기 복수의 셀 중에 구비된 냉각판을 포함하고, 상기 냉각판은 양쪽 면에 냉각채널이 구비되어 있는 연료전지 스택을 제공한다. 상기 냉각판과 인접한 셀과 상기 냉각판 사이에 차단 플레이트가 더 구비될 수 있다.

Description

온도분포 개선을 위한 냉각판을 포함하는 연료전지 스택{Fuel cell stack having cooling plate for improving temperature distribution}
본 발명의 일 실시예는 연료전지에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 온도분포 개선을 위한 냉각판을 포함하는 연료전지 스택에 관한 것이다.
인산에 의한 부식으로 인해 고분자 전해질 연료전지(PolymerElectrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)에서 금속 분리판의 사용이 어렵다. 이에 따라 금속 분리판 대신에 수지-카본 분리판이 일반적으로 사용된다. 전기화학반응에서 발생된 열을 회수하기 위한 냉각판도 동일하게 수지-카본 분리판을 사용한다.
이러한 냉각판은 한 면에 채널이 형성된 상태의 두 판을 붙인 형태이며, 이로 인해서 금속 분리판에 비해 냉각판의 두께가 증가되는 바, 연료전지의 부피가 증가될 수 있다.
또한, 냉각판으로 저온의 냉각수가 유입되어 고온의 냉각수가 유출되는데, 이 때 냉각 채널을 따라서 온도분포가 형성되어 냉각판 내의 온도 불균일이 발생하게 된다. 이는 인접한 분리판 및 MEA(Membrane Electrode Assembly)의 온도에 영향을 주게 되어 단기적으로 MEA 성능을 약화시킬 수 있고, 장기적으로 MEA 내구성을 약화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 스택의 온도 분포 균일성을 개선할 수 있는 구조를 갖는 냉각판을 구비하는 연료전지 스택을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 제1 분리판과, 상기 제1 분리판에 대응하여 구비된 제2 분리판과, 상기 제1 및 제2 분리판 사이에 구비된 MEA를 포함하는 복수의 셀 및 상기 복수의 셀 중에 구비된 냉각판을 포함하고, 상기 냉각판은 양쪽 면에 냉각채널이 구비되어 있는 연료전지 스택을 제공한다.
이러한 연료전지 스택에서, 상기 냉각판과 인접한 셀과 상기 냉각판 사이에 차단 플레이트가 더 구비될 수 있다.
상기 냉각판은 제1 면에 형성된 제1 냉각채널과, 제2 면에 형성된 제2 냉각채널을 포함하고, 상기 제1 및 제2 냉각채널은 상기 제1 냉각채널의 고온부분이 상기 제2 냉각채널의 저온부분에 대응되도록 배열될 수 있다.
상기 제1 및 제2 냉각채널은 지그재그로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 냉각채널은 십자형(crisscross), 깍지 낀 손 모양(interdigitated), 생체모방(biomimetic) 또는 프택탈(fractal) 형태로 배열될 수 있다.
상기 냉각판의 소정 영역에서 상기 제1 냉각채널에 흐르는 냉각재의 방향과 상기 제2 냉각채널에 흐르는 냉각재의 방향은 동일 방향 또는 반대 방향일 수 있다.
상기 제1 및 제2 냉각채널의 폭은 동일하거나 다를 수 있다.
상기 제1 및 제2 냉각채널 중 어느 하나는 영역에 따라 다른 채널 밀도를 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 냉각채널은 경사진 방향으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 냉각채널의 입력단은 동일 매니폴드에 연결될 수 있다.
이때, 상기 제1 및 제2 냉각채널의 출력단은 동일 매니폴드에 연결될 수도 있고, 서로 다른 매니폴드에 연결될 수도 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 냉각채널의 입력단은 서로 다른 매니폴드에 연결될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 냉각채널의 출력단은 동일 매니폴드에 연결될 수도 있고, 다른 매니폴드에 연결될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 온포 분포를 개선하기 위한 냉각판을 구비하는 연료전지 스택은 냉각판의 양면에 냉각채널을 구비한다. 냉각판의 한 면에 구비된 냉각채널의 저온영역이 냉각판의 다른 면에 구비된 냉각채널의 고온영역에 대응되도록 냉각채널은 배치된다. 이러한 냉각판을 구비함에 따라 냉각판 내의 냉각수 유입부와 냉각수 유출부의 온도분포가개선되어, 기존에 비해서 냉각판의 전체 영역의 온도 분포가 균일화되어 연료전지의 MEA 성능 및 내구성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 온도 분포 개선을 위한 냉각판을 구비하는 연료전지 스택의 분해 단면도이다.
도 2는 도 1의 냉각판의 제1 영역(A1)의 확대 단면도이다.
도 3은 도 1의 냉각판의 제1 영역(A1)의 구성에 대한 다른 예를 나타낸 확대 단면도이다.
도 4는 도 1의 MEA에 대한 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 온도 분포 개선을 위한 냉각판을 구비하는 연료전지 스택의 분해 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 연료전지의 결합 단면도이다.
도 7 내지 도 13은 도 1 및 도 5에 도시한 연료전지의 냉각판에서 냉각채널의 다양한 실시예를 나타낸 단면도들이다.
도 14 내지 도 26은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 냉각판의 냉각채널의 또 다른 형태를 나타낸 평면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 온도 분포 개선을 위한 냉각판을 구비하는 연료전지 스택을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 온도 분포 개선을 위한 냉각판을 구비하는 연료전지의 스택(stack)의 분해 단면도이다. 도 1은 스택의 분리판에 형성된 연료 및 공기의 공급 채널에 수직한 방향으로 자른 단면도일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 스택(이하, 제1 스택)은 제1 및 제2 셀(C1, C2)을 포함한다. 제1 스택은 2개 이상의 셀을 포함하지만, 도시의 편의 상 2개의 셀(C1, C2)만 도시하였다. 제1 및 제2 셀(C1, C2) 사이에 냉각판(40)을 포함한다. 냉각판(40)은, 예를 들면 카본-수지 냉각판일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않는다. 냉각판(40)은 제1 및 제2 셀(C1, C2)와 접촉된다. 이때, 접촉은 밀봉 접촉일 수 있다. 냉각판(40)은 양면에, 곧 제1 셀(C1)과 접촉되는 면과 제2 셀(C2)과 접촉되는 면에 각각 냉각채널을 구비한다. 이에 대해서는 후술된다.
제1 및 제2 셀(C1, C2)은 각각 제1 분리판(30)과 제2 분리판(36)을 포함한다. 제1 및 제2 분리판(30, 36) 사이에 MEA(32)가 존재한다. MEA(32)는 연료(H2)과 공급되는 애노드(anode)와 공기가 공급되는 캐소드(cathode)를 포함한다. 제1 분리판(30)의 MEA(32)와 마주하는 면에 복수의 제1 채널(30C)이 형성되어 있다. 제2 분리판(36)의 MEA(32)와 마주하는 면에 복수의 제2 채널(36C)이 형성되어 있다. 제1 및 제2 채널(30C, 36C)은 MEA(32)에 의해 덮인다. 제1 채널(30C)은 제1 폭(W1)과 제1 깊이(H1)를 가질 수 있다. 제2 채널(36C)은 제2 폭(W2)과 제2 깊이(H2)를 가질 수 있다. 제1 및 제2 폭(W1, W2)은 동일하거나 다를 수 있다. 제1 및 제2 깊이(H1, H2)는 동일하거나 다를 수 있다. 제1 채널(30C)을 통해 연료가스, 예컨대 수소가스가 공급될 수 있다. 제2 채널(36C)을 통해 공기, 곧 산소가스가 공급될 수 있다.
도 2는 도 1의 냉각판(40)의 제1 영역(A1)을 확대하여 보여준다.
도 2를 참조하면, 냉각판(40)은 제1 면(도면에서 왼쪽에서 본 면)에 복수의제1 냉각채널(40a)을 구비하고, 제2 면(도면에서 오른쪽에서 본 면)에 복수의 제2 냉각채널(40b)을 구비한다. 복수의 제1 냉각채널(40a)은 서로 연결된 하나의 채널일 수 있다. 복수의 제2 냉각채널(40b)은 서로 연결된 하나의 채널일 수 있다. 냉각판(40)의 상기 제1 면은 제2 분리판(36)와 마주하는 면일 수 있다. 냉각판(40)의 상기 제2 면은 제1 및 분리판(30)과 마주하는 면일 수 있다. 제1 냉각채널(40a)은 제2 분리판(36)에 의해 덮일 수 있다. 제2 냉각채널(40b)은 제1 분리판(30)에 의해 덮일 수 있다. 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)를 통해서 냉각수나 냉각오일 등이 공급되어 스택에서 발생되는 열이 제거될 수 있다. 제1 냉각채널(40a)은 제3 폭(W3)과 제3 깊이(H3)를 가질 수 있다. 제2 냉각채널(40b)은 제4 폭(W4)과 제4 깊이(H4)를 가질 수 있다. 제3 및 제4 폭(W3, W4)은 동일하거나 다를 수 있다. 제3 및 제4 깊이(H3, H4)는 동일하거나 다를 수 있다. 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)은 서로 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
그러나 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)은 도 3에 도시한 바와 같이 대응하지 않는 위치에 형성될 수도 있다. 곧, 제1 냉각채널(40a) 사이사이에 제2 냉각채널(40b)이 위치할 수 있다.
이하의 도면에서 냉각판(40)의 양면에 형성된 채널은 도시의 편의 상, 선으로 대신한다. 따라서 선의 굵기는 냉각채널의 폭을 나타낼 수 있다. 또한, 선의 간격은 냉각채널의 간격을 나타낼 수 있다. 또한, 선의 밀도는 냉각채널의 밀도를 나타낼 수 있다.
도 4는 도 1의 MEA(32)의 일 예를 나타낸다. MEA(32)의 구성은 도 4로 한정되지 않는다.
도 4를 참조하면, MEA(32)는 전해질막(32a), 전해질막(32a)의 양쪽에 각각 구비된 제1 및 제2 전극(32b, 32c)을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 온도 분포 개선을 위한 냉각판을 포함하는 연료전지 스택(이하, 제2 스택)을 보여준다.
도 5를 참조하면, 제1 셀(C1)과 냉각판(40) 사이에 제1 플레이트(plate)(50)가 마련되어 있다. 냉각판(40)과 제2 셀(C2) 사이에 제2 플레이트(52)가 마련되어 있다. 제1 및 제2 플레이트(52)는 인접한 셀과 밀착되고, 또한 냉각판(40)과 밀착되어 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)을 덮는다. 제1 및 제2 플레이트(50, 52)는 냉각판(40)과 밀봉 접촉되어 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)을 통해 공급되는 냉각재(오일 또는 물)가 누출되는 것을 방지한다. 나머지 구성은 도 1의 제1 스택과 동일할 수 있다.
도 6은 제1 및 제2 셀(C1, C2)과 냉각판(40)과 제1 및 제2 플레이트(50, 52)가 밀착된 경우를 보여준다.
도 7 내지 도 12는 냉각판(40)에 형성된 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)의 다양한 구성을 보여준다. 제1 내지 제2 냉각채널(40a, 40b)의 구성은 도 7 내지 도 12에 도시한 것 외에 더 다양한 구성이 있을 수 있다. 도 7 내지 도 12에서 실선은 제1 냉각채널(40a)에 대응되고, 점선은 제2 냉각채널(40b)에 대응될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)은 제1 및 제2 매니폴드(manifold)(60, 62)에 위치한다. 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)의 입력단은 모두 제1 매니폴드(60)에 연결된다. 이때, 입력단은 제1 매니폴드(60)의 같은 위치 또는 서로 다른 위치에 연결될 수 있다. 차가운 냉각수는 제1 매니폴드(60)를 통해 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)에 공급된다. 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)의 출력단은 제2 매니폴드(62)에 연결된다. 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)의 출력단은 제2 매니폴드(62)의 같은 위치에 또는 다른 위치에 연결될 수 있다. 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)을 통해 흐르는 냉각수의 방향은 주어진 영역, 예컨대 제2 영역(A2)에서 반대방향일 수 있다. 제2 영역(A2)은 제1 냉각채널(40a)의 끝부분과 제2 냉각채널(40b)이 시작되는 부분을 포함한다. 따라서 제2 영역(A2)에서 제1 냉각채널(40a)을 통해 흐르는 냉각수의 온도는 제2 냉각채널(40b)을 통해 흐르는 냉각수의 온도보다 높다. 다른 영역, 예컨대 제1 냉각채널(40a)이 시작되는 부분과 제2 냉각채널(40b)이 끝나는 부분을 포함하는 영역에서의 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)의 온도는 제2 영역(A2)과 반대로 될 수 있다.
이와 같이, 냉각판(40)의 한 면에 형성된 제1 냉각채널(40a)에 흐르는 냉각수는 냉각판(40)의 다른 면에 형성된 제2 냉각채널(40b)에 흐르는 냉각수의 온도분포의 기울기를 보상하는(반대되는) 온도분포를 갖는다. 따라서 냉각판(40) 전체의 온도분포는 균일해질 수 있다. 곧, 냉각판(40)의 각 영역 간의 온도차는 기존에 비해 크지 않다.
냉각판(40)의 온포분포가 이와 같이 균일해짐에 따라 인접한 셀의 냉각도 셀 전체 영역에서 균일하게 이루어질 수 있다. 결국, 복수의 셀을 포함하는 스택의 냉각도 전체적으로 균일하게 이루어질 수 있는 바, 스택의 전체 영역에서 화학반응이 균일하게 일어날 수 있어 스택 성능이 개선될 수 있고, 내구성도 증가될 수 있다.
도 8은 냉각판(40)에 형성된 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)의 다른 구성을 보여준다.
도 8을 참조하면, 실선으로 표시된 제1 냉각채널(40a)은 제4 매니폴드(72)와 제5 매니폴드(74) 사이에 구비되어 있다. 제1 냉각채널(40a)의 입력단은 제4 매니폴드(72)에 연결되고, 출력단은 제5 매니폴드(74)에 연결된다. 제1 냉각채널(40a)에서 냉각수는 제4 매니폴드(72)에서 제5 매니폴드(74)로 흐른다. 점선으로 표시된 제2 냉각채널(40b)은 제3 매니폴드(70)와 제6 매니폴드(76) 사이에 구비되어 있다. 제2 냉각채널(40b)의 입력단은 제3 매니폴드(70)에 연결되고, 출력단은 제6 매니폴드(76)에 연결된다. 제2 냉각채널(40b)에서 냉각수는 제3 매니폴드(70)에서 제6 매니폴드(76)로 흐른다. 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)은 도 7의 경우와 유사하게 지그재그로 형성되어 있다. 제3 영역(A3)에서 제1 냉각채널(40a)에 흐르는 상대적으로 차가운 냉각수의 방향은 제2 냉각채널(40b)에 흐르는 상대적으로 온도가 높은 냉각수의 방향과 동일할 수 있다. 제1 냉각채널(40a)과 제2 냉각채널(40b)은 서로 어긋나게 형성될 수 있다.
도 8에서 제3 매니폴드(70)와 제6 매니폴드(76)는 같은 쪽에 위치할 수 있고, 제4 매니폴드(72)와 제5 매니폴드(74)도 같은 쪽에 위치할 수 있다. 예컨대, 제4 매니폴드(72) 위치에 제6 매니폴드(76)가 위치하는 경우도 가능하다.
도 9 및 도 10은 3개의 매니폴드가 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)에 연결된 경우를 보여준다.
먼저, 도 9를 참조하면, 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)의 입력단은 하나의 제7 매니폴드(80)에 연결된다. 제7 매니폴드(80)에서 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)은 서로 수직한 방향으로 진행한다. 제1 및 제2 냉각채널(40a)은 각각 지그재그로 형성되어 있고, 주어진 영역에서 각 냉각채널에 흐르는 냉각수의 방향이 반대가 되도록 배열되어 있다. 제1 냉각채널(40a)의 출력단은 제9 매니폴드(84)에 연결되어 있다. 제1 냉각채널(40a)에 흐르는 냉각수는 제9 매니폴드(84)로 출력된다. 제2 냉각채널(40b)의 출력단은 제8 매니폴드(82)에 연결되어 있다. 제2 냉각채널(40b)에 흐르는 냉각수는 제8 매니폴드(82)로 출력된다. 제8 및 제9 매니폴드(82, 84)은 같은 쪽에 마련될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제10 매니폴드(90)와 제11 매니폴드(92)는 같은 쪽에 위치하고, 제12 매니폴드(94)는 제10 및 제11 매니폴드(90, 92)와 다른 쪽에 마련되어 있다.
제1 냉각채널(40a)은 제10 매니폴드(90)와 제12 매니폴드(94) 사이에 배열되어 있다. 제1 냉각채널(40a)의 입력단은 제10 매니폴드(90)에 연결된다. 제1 냉각채널(40a)의 출력단은 제12 매니폴드(94)에 연결된다. 제2 냉각채널(40b)은 제11 매니폴드(92)와 제12 매니폴드(94) 사이에 배열되어 있다. 제2 냉각채널(40b)의 입력단은 제11 매니폴드(92)에 연결된다. 제2 냉각채널(40b)의 출력단은 제12 매니폴드(94)에 연결된다. 제12 매니폴드(94)는 제1 및 제2 냉각채널(40a, 40b)의 출력단에 공통으로 연결된다. 주어진 영역에서 제1 냉각채널(40a)에 흐르는 냉각수의 방향과 제2 냉각채널(40b)에 흐르는 냉각수의 방향은 반대일 수 있다.
도 11은 냉각판(40)의 양면에 형성된 냉각채널의 폭이 다른 경우를 보여준다. 도 11에서 (a)도는 제1 냉각채널(40a)의 배열을 보여주고, (b)도는 제2 냉각채널(40b)의 배열을 보여준다.
도 11의 (a)를 참조하면, 제1 냉각채널(40a)은 제4 매니폴드(72)와 제5 매니폴드(74)에 연결된다. 제1 냉각채널(40a)의 입력단은 제4 매니폴드(72)에 연결되고, 출력단은 제5 매니폴드(74)에 연결된다.
도 11의 (b)를 참조하면, 제3 냉각채널(40c)의 폭(선의 굵기)은 제1 냉각채널(40a)보다 넓다. 냉각판(40)의 영역은 한정되어 있으므로, 폭이 넓은 제3 냉각채널(40c)의 채널밀도는 제1 냉각채널(40a)의 채널밀도보다 낮다. 제3 냉각채널(40c)의 입력단은 제13 매니폴드(100)에 연결된다. 제3 냉각채널(40c)의 출력단은 제14 매니폴드(102)에 연결된다. 제3 냉각채널(40c)은 지그재그로 형성되어 있다. 제13 및 제14 매니폴드(100, 102)는 제3 냉각채널(40c)을 사이에 두고 서로 다른 쪽에 구비될 수 있다.
도 12는 냉각판(40)의 어느 한 면에서 냉각채널의 밀도가 영역별로 다른 경우를 보여준다.
도 12를 참조하면, 제15 매니폴드(110)와 제16 매니폴드(112) 사이에제4 냉각채널(40d)이 배열되어 있다. 제4 냉각채널(40d)의 입력단은 제15 매니폴드(110)에 연결되고, 출력단은 제16 매니폴드(112)에 연결된다. 반대로 연결될 수도 있다. 제15 및 제16 매니폴드(110, 112) 사이에서 제4 냉각채널(40d)은 지그재그로 형성되어 있다. 제4 냉각채널(40d)의 채널밀도는 냉각판(40)의 영역에 따라 다를 수 있다. 예컨대, 제4 냉각채널(40d)의 채널 폭이 일정한 상태에서 제4 냉각채널(40d)의 절반의 채널밀도는 나머지의 채널밀도보다 높을 수 있다.
도 13은 냉각판(40)에서 냉각채널이 사선으로 형성된 경우를 보여준다.
도 13을 참조하면, 제5 냉각채널(40e)이 제17 및 제20 매니폴드(120, 126) 사이에 배열되어 있다. 제6 냉각채널(40f)이 제18 및 제19 매니폴드(122, 124) 사이에 마련되어 있다. 제5 냉각채널(40e)은 냉각판(40)의 한 면에 형성된 것이고, 제6 냉각채널(40f)은 냉각판(40)의 다른 면에 형성된 것일 수 있다. 제5 냉각채널(40e)의 입력단은 제17 매니폴드(120)에 연결되고, 출력단은 제20 매니폴드(126)에 연결된다. 제6 냉각채널(40f)의 입력단은 제19 매니폴드(124)에 연결되고, 출력단은 제18 매니폴드(122)에 연결된다. 제17 및 제18 매니폴드(120, 122)는 함께 한 쪽에 구비되고, 제19 및 제10 매니폴드(124, 126)는 함께 다른 쪽에 구비될 수 있다.
제5 및 제6 냉각채널(40e, 40f)은 수평방향도 수직방향도 아닌, 우측으로 경사진 방향으로 지그재그 형태로 형성되어 있다. 곧, 수평에 대해서 45도 정도 경사진 방향으로 형성되어 있다. 이때, 제5 및 제6 냉각채널(40e, 40f) 각각에서 경사진 방향으로 채널의 간격은 동일할 수도 있고, 영역에 따라 달라질 수도 있다.
상술한 실시예들의 스택은, 예를 들면 PEMFC의 스택일 수 있고, 다른 형태의 연료전지의 스택일 수도 있다. 상술한 냉각판(40)은 냉각판이 구비되는 모든 연료전지에 적용될 수 있다. 냉각판(40)은 복수의 셀들 중에 복수에 구비될 수 있으나, 셀의 수보다는 작다.
또한, 냉각판(40)에 구비된 냉각채널은 상술한 것외에 다양한 형태가 더 있을 수 있는데, 예를 들면, 도 14 내지 도 26에 도시한 바와 같이, 직선형(도 14, 도 15), 십자교차형(crisscross)(도 16), 싱글 채널 서펜타인(serpentine)형(도 17), 멀티 채널 스펜타인(multi-channel serpentine)형(도 18), 혼합 스펜타인(mixed serpentine)형(도 19), 서브시퀀트 스펜타인(subsequent serpentine)형(도 20), 미러 스펜타인(mirror serpentine)형(도 21), 깍지낀(interdigitated)형(도 22), 프랙탈(fractal)형(도 23), 생체모방형(biomimetic)(도 24), 스크린/메쉬형(도 25) 및 포러스(porous)형(도 26)이 있을 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
30, 36:제1 및 제2 분리판 30C, 36C:제1 및 제2 채널
32:MEA 32a:전해질막
32b, 32c:제1 및 제2 전극 40:냉각판
40a-40f:제1 내지 제6 냉각채널 50, 52:제1 및 제2 플레이트
60, 62, 70, 72, 74, 76:제1 내지 제6 매니폴드
80, 82, 84, 90, 92, 94:제7 내지 제12 매니폴드
100, 102, 110, 112, 120, 122, 124, 126:제13 내지 제20 매니폴드
A1-A3:제1 내지 제3 영역 C1, C2:제1 및 제2 셀
W1, W2:제1 및 제2 채널의 폭 H1, H2:제1 및 제2 채널의 깊이
W3, W4:제1 및 제2 냉각채널의 폭
H3, H4:제1 및 제2 냉각채널의 깊이

Claims (15)

  1. 제1 분리판과,
    상기 제1 분리판에 대응하여 구비된 제2 분리판과,
    상기 제1 및 제2 분리판 사이에 구비된 MEA를 포함하는 복수의 셀 및
    상기 복수의 셀 중에 구비된 냉각판을 포함하고,
    상기 냉각판은 양쪽 면에 냉각채널이 구비되어 있는 연료전지 스택.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각판과 인접한 셀과 상기 냉각판 사이에 차단 플레이트가 더 구비된 연료전지 스택.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각판은,
    제1 면에 형성된 제1 냉각채널 및
    제2 면에 형성된 제2 냉각채널을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 냉각채널은,
    상기 제1 냉각채널의 고온부분이 상기 제2 냉각채널의 저온부분에 대응되도록 배열된 연료전지 스택.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각채널은 지그재그로 형성된 연료전지 스택.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각채널은 십자형(crisscross), 깍지 낀 손 모양(interdigitated), 생체모방(biomimetic) 또는 프택탈(fractal) 형태로 배열된 연료전지 스택.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각판의 소정 영역에서 상기 제1 냉각채널에 흐르는 냉각재의 방향과 상기 제2 냉각채널에 흐르는 냉각재의 방향은 동일 방향 또는 반대 방향인 연료전지 스택.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각채널의 폭은 동일하거나 다른 연료전지 스택.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각채널 중 어느 하나는 영역에 따라 다른 채널 밀도를 갖는 연료전지 스택.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각채널은 경사진 방향으로 형성된 연료전지 스택.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각채널의 입력단은 동일 매니폴드에 연결된 연료전지 스택.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각채널의 출력단은 동일 매니폴드에 연결된 연료전지 스택.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각채널의 출력단은 서로 다른 매니폴드에 연결된 연료전지 스택.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각채널의 입력단은 서로 다른 매니폴드에 연결된 연료전지 스택.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각채널의 출력단은 동일 매니폴드에 연결된 연료전지 스택.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각채널의 출력단은 다른 매니폴드에 연결된 연료전지 스택.









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