特開 2023-102763 燃料電池用分離板およびこれを含む燃料電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023102763

(43)【公開日】2023-07-25

(54)【発明の名称】燃料電池用分離板およびこれを含む燃料電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0258 20160101AFI20230718BHJP

   H01M 8/0267 20160101ALN20230718BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0258

H01M8/0267

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022199668

(22)【出願日】2022-12-14

(31)【優先権主張番号】10-2022-0004721

(32)【優先日】2022-01-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】507098483

【氏名又は名称】ヒュンダイ・モービス・カンパニー・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム スン フィ

(72)【発明者】

【氏名】キム ヒュン ジョン

(72)【発明者】

【氏名】キム アァ ラム

(72)【発明者】

【氏名】キム バエ ジュン

(72)【発明者】

【氏名】チョイ ヒュン キュ

(72)【発明者】

【氏名】キム チャン ギ

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA08

5H126EE05

5H126JJ03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】分離板を通過する流体の冷却効率を向上させることができるように改善された燃料電池用分離板およびこれを含む燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池用分離板は、第１プレート１１０と、第１プレート１１０に結合され、流体が流れるチャネル１００ａを形成する第２プレート１２０と、流体の流れ方向に沿ってチャネル１００ａ内に離隔配置される複数の突起１３１，１３２とを含む。流体がこれら複数の突起１３１，１３２に衝突して層流から乱流に流れが変化して熱伝達係数が上昇することにより熱伝達効率を上昇させることができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１プレートと、
前記第１プレートに結合され、流体が流れるチャネルを形成する第２プレートと、
前記流体の流れ方向に沿って前記チャネル内に離隔配置される複数の突起と、を含む燃料電池用分離板。

【請求項2】

前記チャネルは、前記第１プレートの第１面と、前記第１面と対向する前記第２プレートの第２面と、を含み、
前記複数の突起は、
前記第１面上から前記第２面に向かう方向に突出した第１突起と、
前記第２面から前記第１面に向かう方向に突出した第２突起と、を含む、請求項１に記載の燃料電池用分離板。

【請求項3】

前記第１突起および前記第２突起は、それぞれ、
前記流体の流れ方向に沿って長手方向に延伸する形状に設けられた第１突出ボディと、
前記第１突出ボディの前記長手方向に延伸する形状の両端部からラウンド形状に突出する第２突出ボディと、を含む、請求項２に記載の燃料電池用分離板。

【請求項4】

前記第１突起の前記第１突出ボディは、前記第１面から前記第２面に向かってラウンド形状を有するように突出し、
前記第２突起の前記第１突出ボディは、前記第２面から前記第１面に向かってラウンド形状を有するように突出する、請求項３に記載の燃料電池用分離板。

【請求項5】

前記第１突起の前記第１突出ボディは、前記第２面から前記第１面に向かう方向に凹設した第１溝を含み、
前記第２突起の前記第１突出ボディは、前記第１面から前記第２面に向かう方向に凹設した第２溝を含む、請求項４に記載の燃料電池用分離板。

【請求項6】

前記第１溝および前記第２溝は、前記流体の流れ方向に沿って延びる、請求項５に記載の燃料電池用分離板。

【請求項7】

前記第１突起および前記第２突起は、それぞれ、
円柱状を有する、請求項２に記載の燃料電池用分離板。

【請求項8】

前記第１突起および前記第２突起は、それぞれ、前記チャネルの中心に向かって半球状に突出する、請求項２に記載の燃料電池用分離板。

【請求項9】

前記第１突起および前記第２突起は、
前記第１面から前記第２面に向かう方向に互いに重なるように配置された、請求項２に記載の燃料電池用分離板。

【請求項10】

前記第１突起および前記第２突起は、
前記第１面から前記第２面に向かう方向に互いに対向しないように配置された、請求項２に記載の燃料電池用分離板。

【請求項11】

前記チャネルは、前記第１面と前記第２面との間の第３面と、前記第３面と対向する第４面と、をさらに含み、
前記第３面の一部は、前記第１プレートに含まれ、前記第３面の残りの一部は、前記第２プレートに含まれ、
前記第４面の一部は、前記第１プレートに含まれ、前記第４面の残りの一部は、前記第２プレートに含まれ、
前記第１面と前記第３面間の角度は、９０°～１１０°を成す、請求項２に記載の燃料電池用分離板。

【請求項12】

前記複数の突起は、
前記第３面および前記第４面のうちいずれか一方に配置された第３突起と、
前記第３面および前記第４面のうち他方に配置された第４突起と、をさらに含む、請求項１１に記載の燃料電池用分離板。

【請求項13】

膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の一方側および他方側に配置されるガス拡散層と、
前記ガス拡散層の外側に配置される分離板と、を含み、
前記分離板は、
第１プレートと、
前記第１プレートに結合され、流体が流れるチャネルを形成する第２プレートと、
前記流体の流れ方向に沿って前記チャネル内に離隔配置される複数の突起と、を含む燃料電池。

【請求項14】

前記複数の突起は、フォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程を通じて形成可能である、請求項１３に記載の燃料電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池用分離板に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、燃料電池（ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）は、燃料と酸化剤の電気化学反応によって電気エネルギーを発生させるエネルギー変換装置であり、燃料が継続的に供給される限り、持続的に発展が可能な長所がある。

【0003】

燃料と酸化剤の電気化学反応を発生させるための触媒が必要である。この際、燃料と酸化剤の化学反応は、発熱反応を起こすので、発熱による燃料電池の損傷を防止するために、冷却水などの冷却流体を用いて燃料電池の作動温度を一定に維持しなければならない。

【0004】

したがって、燃料、酸化剤および冷却流体の供給および排出、化学反応を容易にするために、分離板を用いる。分離板には、燃料用流路、酸化剤用流路および冷却流体用流路が形成されている。

【0005】

しかしながら、従来の燃料電池用分離板は、冷却流体が入口から出口まで流れる過程で分離板に隣接する部分だけで熱伝達が発生する現象があった。そのため、分離板から熱伝達が十分に行われないので、冷却流体（以下「流体」という）を介した冷却効率が低下する問題点がある。

【0006】

また、燃料と酸化剤の化学反応は、発熱反応を起こすので、流体を介した熱伝達が十分に行われない場合、発熱反応による分離板が焼ける現象（Ｂｕｒｎｉｎｇ）が発生し、燃料電池の作動効率が低下する問題点がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、前述のような問題点を解決するためのものであって、本発明の実施形態による目的は、分離板を通過する流体の冷却効率を向上させることができるように改善された燃料電池用分離板およびこれを含む燃料電池を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態による燃料電池用分離板は、第１プレートと、前記第１プレートに結合され、流体が流れるチャネルを形成する第２プレートと、前記流体の流れ方向に沿って前記チャネル内に離隔配置される複数の突起と、を含む。

【0009】

前記チャネルは、前記第１プレートの第１面と、前記第１面と対向する前記第２プレートの第２面と、を含み、前記複数の突起は、前記第１面上から前記第２面に向かう方向に突出した第１突起と、前記第２面から前記第１面に向かう方向に突出した第２突起と、を含んでもよい。

【0010】

前記第１突起および前記第２突起は、それぞれ、前記流体の流れ方向に沿って長手方向に延伸する形状に設けられた第１突出ボディと、前記第１突出ボディの前記長手方向に延伸する形状の両端部からラウンド形状に突出する第２突出ボディと、を含んでもよい。

【0011】

前記第１突起の前記第１突出ボディは、前記第１面から前記第２面に向かってラウンド形状を有するように突出し、前記第２突起の前記第１突出ボディは、前記第２面から前記第１面に向かってラウンド形状を有するように突出していてもよい。

【0012】

前記第１突起の前記第１突出ボディは、前記第２面から前記第１面に向かう方向に凹設した第１溝を含み、前記第２突起の前記第１突出ボディは、前記第１面から前記第２面に向かう方向に凹設した第２溝を含んでもよい。

【0013】

前記第１溝および前記第２溝は、前記流体の流れ方向に沿って延びてもよい。

【0014】

前記第１突起および前記第２突起は、それぞれ、円柱状を有していてもよい。

【0015】

前記第１突起および前記第２突起は、それぞれ、前記チャネルの中心に向かって半球状に突出していてもよい。

【0016】

前記第１突起および前記第２突起は、前記第１面から前記第２面に向かう方向に互いに重なるように配置されてもよい。

【0017】

前記第１突起および前記第２突起は、前記第１面から前記第２面に向かう方向に互いに対向しないように配置されてもよい。

【0018】

前記チャネルは、前記第１面と前記第２面との間の第３面と、前記第３面と対向する第４面と、をさらに含み、前記第３面の一部は、前記第１プレートに含まれ、前記第３面の残りの一部は、前記第２プレートに含まれ、前記第４面の一部は、前記第１プレートに含まれ、前記第４面の残りの一部は、前記第２プレートに含まれ、前記第１面と前記第３面との間の角度は、９０°～１１０°を成してもよい。

【0019】

前記複数の突起は、前記第３面および前記第４面のうちいずれか一方に配置された第３突起と、前記第３面および前記第４面のうち他方に配置された第４突起と、をさらに含んでもよい。

【0020】

また、本発明の一実施形態による燃料電池は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一方側および他方側に配置されるガス拡散層と、前記ガス拡散層の外側に配置される分離板と、を含み、前記分離板は、第１プレートと、前記第１プレートに結合され、流体が流れるチャネルを形成する第２プレートと、前記流体の流れ方向に沿って前記チャネル内に離隔配置される複数の突起と、を含む。

【0021】

前記複数の突起は、フォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程を通じて形成することができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明の実施形態によれば、チャネル内部に流れる流体が複数の突起に衝突して層流から乱流に流れが変化して、熱伝達係数が上昇するので、流体による熱伝達効率が上昇することができる。これによって、冷却流体の冷却効率が向上することができる。

【0023】

また、本発明の実施形態によれば、流体の冷却効率が向上して、分離板が焼ける現象が防止されるので、燃料電池の作動効率が上昇することができる。

【0024】

また、本発明の実施形態によれば、冷却流体の冷却効率が向上して、冷却流体の供給量を低減させることができるので、冷却に使用される費用を節減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施形態による燃料電池を概略的に示す図である。

【図2】本発明の実施形態による燃料電池用分離板の一部分を概略的に示す斜視図である。

【図3】本発明の実施形態による燃料電池用分離板の一部分を示す正面図である。

【図4】本発明の実施形態による燃料電池用分離板の一部分を示す側面図である。

【図5】本発明の実施形態による第１突起を示す拡大図である。

【図6】本発明の実施形態による第２突起を示す拡大図である。

【図7】本発明の実施形態による第２突起が第１突起と互いに対向しないように配置された様子を示す図である。

【図8】本発明の実施形態による第１突起がフォトリソグラフィ工程を通じて第１プレート上に形成される過程を示すフローチャートである。

【図9】本発明の他の実施形態による第１突起および第２突起を示す図である。

【図10】本発明のさらに他の実施形態による第１突起および第２突起を示す図である。

【図11】本発明のさらに他の実施形態による第１突起および第２突起を示す図である。

【図12】本発明のさらに他の実施形態による燃料電池用分離板を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明は、様々な変更を加えることができ、様々な実施形態を有することができるとところ、特定の実施形態を図面に例示し、説明する。しかしながら、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解すべきである。

【0027】

第１、第２などのように序数を含む用語は、様々な構成要素を説明するのに使用できるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されない。前記用語は、1つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけで使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範囲内で、第２構成要素は、第１構成要素と命名することができ、同様に、第１構成要素も、第２構成要素と命名することができる。「および／または」という用語は、複数の関連した記載された項目の組み合わせまたは複数の関連した記載された項目のうちいずれかの項目を含む。

【0028】

任意の構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか、または「接続されて」いると言及されたときには、当該他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されていてもよいが、中間に他の構成要素が存在してもよいと理解すべきである。一方、任意の構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるか、または「直接接続されて」いると言及されたときには、中間に他の構成要素が存在しないと理解すべきである。

【0029】

実施形態の説明において、いずれか1つの構成要素が他の構成要素の「上（上方）または下（下方）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」に形成されるものと記載される場合に、上（上方）または下（下方）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）は、２つの構成要素が互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触したり、1つ以上の他の構成要素が前記２つの構成要素の間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されることを全て含む。また、「上（上方）または下（下方）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」で表現される場合、1つの構成要素を基準として上側方向だけでなく、下側方向の意味も含むことができる。

【0030】

本出願において使用した用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されるものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、1つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないものと理解すべきである。

【0031】

別途定義されない限り、技術的または科学的な用語を含んでここで使用されるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解すべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味と解釈しない。

【0032】

以下、添付の図面を参照して実施形態を詳細に説明するが、参照符号に関係なく、同一または対応の構成要素は、同じ参照番号を付与し、これに関する重複する説明は省略することとする。

【0033】

図１は、本発明の実施形態による燃料電池を概略的に示す図であり、図２は、本発明の実施形態による燃料電池用分離板の一部分を概略的に示す斜視図であり、図３は、本発明の実施形態による燃料電池用分離板の一部分を示す正面図であり、図４は、本発明の実施形態による燃料電池用分離板の一部分を示す側面図であり、図５は、本発明の実施形態による第１突起を示す拡大図であり、図６は、本発明の実施形態による第２突起を示す拡大図である。

【0034】

図１～図６を参照すると、本発明の実施形態による燃料電池１は、膜電極接合体１０、ガス拡散層２０および燃料電池用分離板１００を含む。燃料電池用分離板１００の内部には、チャネル１００ａが形成されてもよい。

【0035】

本明細書においてＸ方向は、チャネル１００ａの長さ方向を意味し、Ｙ方向は、Ｘ方向と交差する方向およびチャネル１００ａの幅方向を意味し、Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向と垂直に交差する方向およびチャネル１００ａの中心から上側または下側に向かう方向を意味する。

【0036】

膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ，ＭＥＡ１０）は、化学的反応によって酸素と水素を電気エネルギーに変換させることができる。膜電極接合体１０は、高分子物質で構成された電解質膜を中心に電解質膜の一方側に配置されるアノード電極層と、電解質膜の他方側に配置されるカソード電極層と、を含む。

【0037】

ガス拡散層２０は、アノード電極層の酸化反応によって発生した電子をカソード電極層側に伝達することができる。ガス拡散層２０は、アノード電極層上およびカソード電極層上に配置されてもよい。

【0038】

さらに図１～図６を参照すると、燃料電池用分離板１００は、水素、酸素および流体をそれぞれ分離して膜電極接合体１０の全面に均一に分配および供給し、電気化学反応によって生成された電流を収集および伝達することができる。また、燃料電池用分離板１００は、膜電極接合体１０およびガス拡散層２０を支持することができる。

【0039】

燃料電池用分離板１００は、第１プレート１１０、第２プレート１２０および複数の突起１３０を含む。

【0040】

第１プレート１１０は、ガス拡散層２０と接触することができる。第１プレート１１０は、一面からＺ方向に沿って凹設した複数の凹部１１０ａと、凹部１１０ａと反対になる方向に凸設した複数の凸部１１０ｂの組み合わせからなってもよい。

【0041】

第１プレート１１０は、第１面１１１を含む。

【0042】

第１面１１１は、第１プレート１１０の凹部１１０ａに形成されてもよい。図３に示されたように、第１面１１１は、前記チャネル１００ａの中心Ｃを基準として上側に配置されてもよい。

【0043】

第２プレート１２０は、第１プレート１１０と結合されてもよい。第２プレート１２０は、第１プレート１１０に対称形状に設けられ得る。第２プレート１２０は、一面から凹設した複数の凹部１２０ａと、凹部１２０ａと反対になる方向に凸設した複数の凸部１２０ｂの組み合わせからなってもよい。

【0044】

第２プレート１２０は、第２面１２１を含む。

【0045】

第２面１２１は、第２プレート１２０の凹部１２０ａに形成されてもよい。図３に示されたように、第２面１２１は、前記チャネル１００ａの中心を基準として下側に配置されてもよい。

【0046】

チャネル１００ａは、第１プレート１１０と第２プレート１２０の結合を通じて形成されてもよい。より詳細には、第１プレート１１０の凹部１１０ａと第２プレート１２０の凹部１２０ａが互いに連結されて、チャネルを形成することができる。チャネル１００ａの内部には、冷却流体Ｆ（以下「流体」という）が流れることができる。

【0047】

チャネル１００ａは、Ｙ方向に沿って配置された複数個の単位チャネル１００ｂが互いに連結されて、一体に形成されてもよい。単位チャネル１００ｂには、流体Ｆが流れることができる。単位チャネル１００ｂは、Ｘ方向に沿って形成されてもよい。

【0048】

複数の突起１３０は、単位チャネル１００ｂに流入する流体Ｆの流れ方向に沿って単位チャネル１００ｂ内に離隔配置されてもよい。

【0049】

複数の突起１３０は、第１突起１３１および第２突起１３２を含む。

【0050】

図５を参照すると、第１突起１３１は、第１面１１１上から第２面１２１に向かう方向（Ｚ方向）に突出していてもよい。

【0051】

第１突起１３１は、単位チャネル１００ｂの内部に流れる流体Ｆと衝突することができる。第１突起１３１と衝突する流体Ｆは、その流れが層流（Ｌａｍｉｎａｒ ｆｌｏｗ）から乱流（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｌｏｗ）に変化して、渦（ｅｄｄｙ）が発生することがある。渦によって流体Ｆは、層流の時よりも、摩擦係数、熱伝達係数および物質伝達係数が大きく増加することができる。これによって、乱流に変化した流体Ｆは、層流の時よりも、熱伝達効率が上昇し、冷却効率が上昇することができる。

【0052】

第１突起１３１は、第１突出ボディ１３１ａおよび第２突出ボディ１３１ｂを含んでもよい。

【0053】

第１突出ボディ１３１ａは、単位チャネル１００ｂの内部に流れる流体Ｆの流れ方向Ｘ方向に沿って長手方向に延伸する形状に設けられてもよい。第１突出ボディ１３１ａは、第１面１１１から第２面１２１に向かってラウンド形状を有するように突出していてもよい。

【0054】

第１突出ボディ１３１ａは、第１溝１３１ａ１を含んでもよい。

【0055】

第１溝１３１ａ１は、第２面１２１から第１面１１１に向かう方向に凹設してもよい。第１溝１３１ａ１は、単位チャネル１００ｂの内部に流れる流体Ｆの流れ方向に沿ってその長さが延びてもよい。第１溝１３１ａ１は、第１突出ボディ１３１ａが配置される方向と異なる方向に凹設してもよい。第１溝１３１ａ１は、第１突出ボディ１３１ａから第２突出ボディ１３１ｂまで延びてもよい。

【0056】

第１突起１３１に向かって流れる流体Ｆは、第１溝１３１ａ１に衝突して、その流れが層流から乱流に変化することができる。第１溝１３１ａ１に衝突した流体Ｆは、第１溝１３１ａ１の形状に沿って流れ、第１突起１３１の外部に流れることができる。

【0057】

第２突出ボディ１３１ｂは、第１突出ボディ１３１ａの長手方向に延伸する形状の両端部からラウンド形状に突出する。これによって、第２突出ボディ１３１ｂが直角形状であるときに比べて、流体Ｆが衝突して流れ方向の逆方向に流動する割合が減少することができる。

【0058】

単位チャネル１００ｂの内部に流れる流体Ｆは、第２突出ボディ１３１ｂに衝突して、その流れが層流から乱流に変化することができる。第２突出ボディ１３１ｂに衝突した流体Ｆは、第２突出ボディ１３１ｂから第１突出ボディ１３１ａにガイドされて流れることができる。

【0059】

図６を参照すると、第２突起１３２は、第２面１２１上から第１面１１１に向かう方向（Ｚ方向）に突出していてもよい。また、第２突起１３２は、第１突起１３１と対向するように配置されてもよく、第１突起１３１と対称の形状を有していてもよい。これによって、第１突起１３１および第２突起１３２は、第１面１１１から第２面１２１に向かう方向に互いに重なるように配置されてもよい。

【0060】

単位チャネル１００ｂの内部に流れる流体Ｆは、複数個が離隔配置された第１突起１３１または第２突起１３２に規則的に衝突することができる。したがって、流体Ｆの乱流変化が規則的に発生することができる。

【0061】

第２突起１３２は、単位チャネル１００ｂの内部に流れる流体Ｆと衝突することができる。第２突起１３２と衝突する流体Ｆは、その流れが層流（Ｌａｍｉｎａｒ ｆｌｏｗ）から乱流（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｌｏｗ）に変化して、渦（ｅｄｄｙ）が発生することがある。渦によって流体Ｆは、層流の時よりも、摩擦係数、熱伝達係数および物質伝達係数が大きく増加することができる。これによって、乱流に変化した流体Ｆは、層流の時よりも、熱伝達効率が上昇し、冷却効率が上昇することができる。

【0062】

第２突起１３２は、第１突出ボディ１３２ａおよび第２突出ボディ１３２ｂを含んでもよい。

【0063】

第１突出ボディ１３２ａは、単位チャネル１００ｂの内部に流れる流体Ｆの流れ方向（Ｘ方向）に沿って長手方向に延伸する形状に設けられてもよい。第１突出ボディ１３２ａは、第２面１２１から第１面１１１に向かってラウンド形状を有するように突出していてもよい。

【0064】

第１突出ボディ１３２ａは、第２溝１３２ａ１を含んでもよい。

【0065】

第２溝１３２ａ１は、第１面１１１から第２面１２１に向かう方向に凹設する。第１溝１３２ａ１は、単位チャネル１００ｂの内部に流れる流体Ｆの流れ方向に沿ってその長さが延びる。第２溝１３２ａ１は、第１突出ボディ１３２ａが配置される方向と異なる方向に凹設する。第２溝１３２ａ１は、第１突出ボディ１３２ａから第２突出ボディ１３２ｂまで延びてもよい。

【0066】

第２突起１３２に向かって流れる流体Ｆは、第２溝１３２ａ１に衝突して、その流れが層流から乱流に変化することができる。第２溝１３２ａ１に衝突した流体Ｆは、第２溝１３２ａ１の形状に沿って流れ、第２突起１３２の外部に流れることができる。

【0067】

第２突出ボディ１３２ｂは、第１突出ボディ１３２ａの長手方向に延伸する形状の両端部からラウンド形状に突出する。単位チャネル１００ｂの内部に流れる流体Ｆは、第２突出ボディ１３２ｂに衝突して、その流れが層流から乱流に変化することができる。第２突出ボディ１３２ｂに衝突した流体Ｆは、第２突出ボディ１３２ｂから第１突出ボディ１３２ａにガイドされて流れることができる。

【0068】

本実施形態では、第１突起１３１が第１面１１１に配置され、第２突起１３２が第２面１２１に配置されることを例示したが、これに限定されない。第１突起１３１は、第２面１２１に配置されてもよく、第２突起１３２は、第１面１１１に配置されてもよい。

【0069】

図７は、本発明の実施形態による第２突起が第１突起と互いに対向しないように配置された様子を示す図である。

【0070】

図７を参照すると、第１突起１３１と第２突起１３２は、第１面１１１から第２面１２１に向かう方向に互いに対向しないように配置されてもよい。

【0071】

例えば、複数の第１突起１３１が第１面１１１に離隔配置されると、複数の第２突起１３２は、第２面１２１上で２つの第１突起１３１の間に配置されてもよい。

【0072】

反対に、複数の第２突起１３２が第２面１２１に離隔配置されると、複数の第１突起１３１は、第１面１１１上で２つの第２突起１３２の間に配置されてもよい。

【0073】

これによって、単位チャネル１００ｂの内部に流れる流体Ｆは、第１突起１３１または第２突起１３２に不規則的に衝突することができる。したがって、流体Ｆの乱流の変化が不規則的に発生することができる。

【0074】

図８は、本発明の実施形態による第１突起がフォトリソグラフィ工程を通じて第１プレート上に形成される過程を示すフローチャートである。

【0075】

図８を参照すると、複数の突起１３０は、下記のフォトリソグラフィ工程を通じて形成されてもよい。本実施形態では、第１突起１３１が第１プレート１１０上に形成される過程について説明する。

【0076】

第１突起１３１は、第１プレートを洗浄する段階Ｓ１００、第１プレート上に蒸着物質を塗布する段階Ｓ２００、蒸着物質上にフォトレジストを塗布し、フォトレジスト層を形成する段階Ｓ３００、フォトレジスト層上にマスクおよび光源を配置する段階Ｓ４００、光源を通じてフォトレジスト層に露出領域と非露出領域を形成させる段階Ｓ５００、非露出領域を除去する段階Ｓ６００を通じて第１プレート上に形成されてもよい。

【0077】

第１プレートを洗浄する段階Ｓ１００は、第１プレート１１０の表面に含まれた不純物またはパーティクルなどを除去するように洗浄する過程を含んでもよい。

【0078】

蒸着物質上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する段階Ｓ３００で、フォトレジストは、スピンコーティング（Ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）工法を通じて塗布することができる。また、フォトレジスト層が形成された後には、ソフトベーク（Ｓｏｆｔ ｂａｋｅ）過程を通じてフォトレジストに残留するソルベントを除去することができる。

【0079】

フォトレジスト層上にマスクおよび光源を配置する段階Ｓ４００で、マスクは、フォトレジスト層の上側に配置され、光源は、マスクの上側に配置されてもよい。マスクは、一部分が空いている形状が繰り返し配置されるパターンを有していてもよい。前記パターンは、第１突起１３１の外周面形状に対応する形状を有していてもよい。

【0080】

光源を通じてフォトレジスト層に光を透過させて露出領域と非露出領域を形成させる段階Ｓ５００では、光源から発散する光がマスクの空いている部分に通過することができる。マスクの空いている部分の形状に沿って光が透過すると、フォトレジスト層には、一定の形状を有する露出領域が形成される。反対に、フォトレジスト層において光が透過しない部分は、非露出領域として残ることとなる。

【0081】

非露出領域を除去する段階Ｓ６００は、現像液などの液体を通じて非露出領域を洗浄する過程を含んでもよい。この過程を通じてフォトレジスト層が完全に除去され、露出領域だけが残ることとなる。また、液体を通じて非露出領域を洗浄した後、ハードベーク（Ｈａｒｄ ｂａｋｅ）過程を通じてフォトレジスト層に残留するソルベントをさらに除去することができる。

【0082】

前記の過程を通じて形成された第１突起１３１は、微細なサイズで形成されてもよい。また、Ｘ方向に沿って複数の第１突起１３１が複数のパターンを有するマスクによって一度に形成することができるので、製作に所要する時間を短縮することができる。

【0083】

本実施形態では、フォトリソグラフィ工程を通じて第１突起１３１が第１プレート１１０上に配置されることを例示したが、これに限定されるものではない。第２突起１３２も、フォトリソグラフィ工程を通じて第２プレート１２０に形成されてもよい。

【0084】

図９は、本発明の他の実施形態による第１突起および第２突起を示す図であり、図１０および図１１は、本発明のさらに他の実施形態による第１突起および第２突起を示す図である。

【0085】

図９を参照すると、第１突起１３１および第２突起１３２は、それぞれ、円柱状を有していてもよい。

【0086】

円柱状の第１突起１３１および第２突起１３２は、流体Ｆの流れ方向に沿って図１～図７による長手方向に延伸する形状の第１突起１３１および第２突起１３２に比べて短い長さを有していてもよい。また、第１突起１３１および第２突起１３２は、図１～図７による長手方向に延伸する形状の第１突起１３１および第２突起１３２に比べてさらに多い個数がチャネル１００ａ内に配置されてもよい。したがって、乱流が形成される周期が、図１～図７による長手方向に延伸する形状の第１突起１３１および第２突起１３２に比べてさらに短くなり得る。

【0087】

図示してはいないが、単位チャネル１００ｂには、それぞれ図１～図７による突起と図９による突起が配置されてもよい。

【0088】

例えば、第１面１１１に図１～図７による突起が配置され、第２面１２１に図９による突起が配置されてもよい。また、第１面１１１に図９による突起が配置され、第２面１２１に図１～図７による突起が配置されてもよい。

【0089】

図１０を参照すると、第１突起１３１および第２突起１３２は、それぞれチャネル１００ａの中心に向かって半球状に突出していてもよい。

【0090】

半球状に突出する第１突起１３１および第２突起１３２は、図１～図７による長手方向に延伸する形状の第１突起１３１および第２突起１３２に比べて短い長さを有していてもよい。また、第１突起１３１および第２突起１３２は、図１～図７による長手方向に延伸する形状の第１突起１３１および第２突起１３２に比べてさらに多い個数がチャネル１００ａ内に配置されてもよい。したがって、乱流が形成される周期が、図１～図７による長手方向に延伸する形状の第１突起１３１および第２突起１３２に比べてさらに短くなり得る。

【0091】

図示してはいないが、単位チャネル１００ｂには、それぞれ図１～図７による突起と図１０による突起が配置されてもよい。

【0092】

例えば、第１面１１１に図１～図７による突起が配置され、第２面１２１に図１０による突起が配置されてもよい。また、第１面１１１に図１０による突起が配置され、第２面１２１に図１～図７による突起が配置されてもよい。

【0093】

図１１を参照すると、第１突起１３１および第２突起１３２は、流体Ｆの流れ方向（Ｘ方向）に沿って長手方向に延伸する形状を有していてもよい。長手方向に延伸する形状を有する第１突起１３１および第２突起１３２は、図１～図７による長手方向に延伸する形状の第１突起１３１および第２突起１３２に比べて乱流を迅速に流体Ｆの流れ方向にガイドすることができる。

【0094】

図示してはいないが、単位チャネル１００ｂには、それぞれ図１～図７による突起と図１１による突起が配置されてもよい。

【0095】

例えば、第１面１１１に図１～図７による突起が配置され、第２面１２１に図１１による突起が配置されてもよい。また、第１面１１１に図１１による突起が配置され、第２面１２１に図１～図７による突起が配置されてもよい。

【0096】

図１２は、本発明のさらに他の実施形態による燃料電池用分離板を示す図である。

【0097】

図１２を参照すると、本発明のさらに他の実施形態による燃料電池用分離板２００は、第３面１１２、１２２および第４面１１３、１２３をさらに含んでもよい。

【0098】

第３面１１２、１２２は、第１プレート１１０と第２プレート１２０の結合によって形成されたチャネル１００ａに配置されてもよい。

【0099】

第１プレート１１０と第２プレート１２０が結合されると、第３面１１２、１２２は、第１面１１１と第２面１２１の一方側にそれぞれ配置されてもよい。

【0100】

第３面１１２、１２２は、第１面１１１および第２面１２１にそれぞれ第１角度θ１を成してもよい。第１角度θ１は、９０°～１１０°の間であってもよい。好ましくは、第１角度θ１は、９０°～１００°の間であってもよい。より好ましくは、第１角度θ１は、９０°～９５°の間であってもよい。

【0101】

これは、第３面１１２、１２２と第１面１１１および第２面１２１とが成す角度が、第１角度θ１を超過するときよりも、単位チャネル１００ｂの面積が狭くなることを意味する。

【0102】

したがって、ベンチュリー効果によって第３面１１２、１２２と第１面１１１および第２面１２１とが成す角度が、第１角度θ１を超過するときよりも、単位チャネル１００ｂの内部の圧力が低くなって、流体Ｆの流動速度が上昇するので、冷却に所要する時間を短縮することができる。

【0103】

また、第４面１１３、１２３は、第１プレート１１０と第２プレート１２０の結合によって形成されたチャネル１００ａに配置されてもよい。

【0104】

第１プレート１１０と第２プレート１２０が結合されると、第４面１１３、１２３は、第１面１１１と第２面１２１の他方側に配置されてもよい。第４面１１３、１２３は、第３面１１２、１２２と対向するように配置されてもよい。

【0105】

第４面１１３、１２３は、第１面１１１および第２面１２１にそれぞれ第２角度θ２を成してもよい。第２角度θ２は、９０°～１１０°の間であってもよい。好ましくは、第２角度θ２は、９０°～１００°の間であってもよい。より好ましくは、第２角度θ２は、９０°～９５°の間であってもよい。

【0106】

これは、第４面１１３、１２３と第１面１１１および第２面１２１とが成す角度が、第２角度θ２を超過するときよりも、単位チャネル１００ｂの面積が狭くなることを意味する。

【0107】

したがって、ベンチュリー効果によって第４面１１３、１２３と第１面１１１および第２面１２１とが成す角度が、第２角度θ２を超過するときよりも、単位チャネル１００ｂ内部の圧力が低くなって、流体Ｆの流動速度が上昇するので、冷却に所要する時間を短縮することができる。

【0108】

また、本発明のさらに他の実施形態による燃料電池用分離板２００は、第３突起１３３および第４突起１３４をさらに含んでもよい。第３突起１３３および第４突起１３４は、図１～図７に示された第１突起１３１および第２突起１３２と同じ形状を有していてもよい。また、第３突起１３３および第４突起１３４は、図９～図１１のうちいずれか1つに示された第１突起１３１および第２突起１３２と同じ形状を有していてもよい。

【0109】

第３突起１３３および第４突起１３４は、第３面１１２、１２２および第４面１１３、１２３にそれぞれ配置されてもよい。

【0110】

例えば、第３面１１２、１２２に第３突起１３３が配置され、第４面１１３、１２３に第４突起１３４が配置されてもよい。また、図示してはいないが、第４面１１３、１２３に第３突起１３３が配置され、第３面１１２、１２２に第４突起１３４が配置されてもよい。第３突起１３３と第４突起１３４は、それぞれ対向するように配置されてもよい。

【0111】

また、図示してはいないが、第３突起１３３および第４突起１３４は、互いに対向しないように配置されてもよい。

【0112】

例えば、第３突起１３３が第１プレート１１０に含まれた第３面１１２に配置され、第４突起１３４が第２プレート１２０に含まれた第４面１２３に配置されてもよい。また、第３突起１３３が第２プレート１２０に含まれた第３面１２２に配置され、第４突起１３４が第１プレート１１０に含まれた第４面１１３に配置されてもよい。

【0113】

また、第３突起１３３が第１プレート１１０に含まれた第４面１１３に配置され、第４突起１３４が第２プレート１２０に含まれた第３面１２２に配置されてもよい。また、第３突起１３３が第２プレート１２０に含まれた第４面１２３に配置され、第４突起１３４が第１プレート１１０に含まれた第３面１１２に配置されてもよい。

【0114】

これによって、第３突起１３３または第４突起１３４のうちいずれか1つが損傷する場合、損傷した突起が含まれたプレートだけを交換することができるので、交換および修理に所要する時間を短縮することができる。

【0115】

以上、本発明の実施形態を参照して説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域を逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができる。また、このような修正と変更に関連した差異点を添付の請求範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解すべきである。

【符号の説明】

【0116】

１ 燃料電池
１０ 膜電極接合体
２０ ガス拡散層
１００、２００ 燃料電池用分離板
１００ａ チャネル
１００ｂ 単位チャネル
１１０ 第１プレート
１２０ 第２プレート
１３０ 複数の突起
１３１ 第１突起
１３２ 第２突起
Ｆ 流体（矢印で表示）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】