KR100579961B1 - 연료 전지 자동차용 연료 전지 스택 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료 전지 자동차용 연료 전지 스택에 관한 것으로서, 연료 전지 스택의 양측에 배치되는 엔드 플레이트의 전체 면적에 걸쳐 양쪽에서 균일하게 가압할 수 있는 압력판을 채용함으로써, 연료 전지 스택의 외곽 뿐만 아니라 내부까지 낮은 체결압력으로도 우수한 기밀성을 유지할 수 있도록 하고, 압력판을 통한 균일한 응력분포에 따라 가스 디퓨션 메디아와 극판 간의 양호한 전기 접촉성을 유지할 수 있도록 한 연료 전지 자동차용 연료 전지 스택을 제공하고자 한 것이다.

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Description

연료 전지 자동차용 연료 전지 스택{Fuel cell stack for fuel cell car}

도 1은 본 발명에 따른 연료 전지 스택을 나타내는 사시도

도 2는 종래의 연료 전지 스택을 나타내는 사시도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 극판(Bipolar Plate) 11 : 집전판(Current Collector)

12 : 엔드 플레이트 13 : 압력판

14 : 가압면

본 발명은 연료 전지 자동차의 연료 전지 스택에 관한 것으로서, 특히 연료 전지 스택 전체를 양쪽에서 균일하게 가압할 수 있는 압력판을 채용함으로써, 낮은 체결압력에서도 양호한 전기 접촉성과 우수한 기밀성을 유지할 수 있도록 한 연료 전지 자동차의 연료 전지 스택에 관한 것이다.

일반적으로 연료 전지 자동차에 사용되는 고분자 전해질 연료 전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 전지 내에서 전기 화학적으로 직접 전기 에너지로 바꾸는 장치로서, 연료로서는 수소, 메탄, 메탄올, 히드라진 등이 사용되고, 연소제로서는 산소나 공기가 사용된다.

이러한 연료 전지는 연료 전지 스택이라는 하나의 어셈블리로 조합되어 차량에 적용되는 것이 보통이다.

종래의 연료 전지 스택은, 첨부한 도 2에 도시한 바와 같이, 여러 개의 나란하게 적층된 극판(10) 및 그 양측의 집전판(11)과, 하나의 어셈블리로 체결을 위한 엔드 플레이트(12)로 구성되며, 엔드 플레이트(12)에 있는 홀에 체결용 바(도시하지 않음)를 통과시킨 다음, 볼트 및 너트로 체결하면 어셈블리 형태의 연료 전지 스택이 완성된다.

위와 같이 체결용 바 및 양측의 엔드 플레이트(12) 등을 이용하여 그 사이에 배치되는 극판(10), 집전판(11), 전극막(Membrane Electrode Assembly), 가스켓 등을 조여 줌으로써, 수소 등의 연료와 산소 등의 연소제 및 냉각수에 대한 기밀을 유지시켜 줄 수 있으며, 극판(10)과 전극막(도시하지 않음) 사이에 삽입되는 가스 디퓨션 메디아(Gas Diffusion Media)와 극판(10) 간의 전기 접촉성을 발현시켜 줄 수 있게 된다.

여기서, 상기 가스 디퓨션 메디아는 극판(10)과 전극막 사이에서 반응기체들의 빠른 유속 및 압력으로부터 전극막의 물리적 손상을 막아주는 역할을 한다.

그러나, 이와 같은 종래의 연료 전지 스택에서는 그 구조의 형태상 사각판 형태의 엔드 플레이트에 체결용 바를 사용함에 따른 응력분포의 불균일 현상이 발 생하게 되는데, 연료 전지 스택에서 요구되는 기밀성 측면에서 극판 외곽부의 기밀유지는 쉽게 달성이 가능하나, 내부의 가스 플로어 영역과 매니폴드 부위에서의 기밀성 유지를 위해서는 높은 체결압력이 요구되고, 이를 만족시킴으로 인한 극판의 파손이 종종 발생하는 문제가 있었다.

또한, 가스 디퓨션 메디아의 전면적에 걸쳐 고른 응력분포를 나타낼 수 없으므로 가스 디퓨션 메디아와 극판 간의 전기 접촉성이 저하되는 문제가 있었다.

결과적으로 위와 같은 문제들로 인해 종래의 연료 전지 스택은 그 전체적인 효율이 떨어지는 단점을 갖고 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료 전지 스택의 양측에 배치되는 엔드 플레이트의 전체 면적에 걸쳐 양쪽에서 균일하게 가압할 수 있는 압력판을 채용함으로써, 연료 전지 스택의 외곽 뿐만 아니라 내부까지 낮은 체결압력으로도 우수한 기밀성을 유지할 수 있도록 하고, 압력판을 통한 균일한 응력분포에 따라 가스 디퓨션 메디아와 극판 간의 양호한 전기 접촉성을 유지할 수 있도록 한 연료 전지 자동차용 연료 전지 스택을 제공하는데 그 안출의 목적이 있는 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 여러 개의 나란하게 적층된 극판(10) 및 그 양측의 집전판(11)과, 하나의 어셈블리로 체결을 위한 엔드 플레이트(12)를 포함하는 연료 전지 스택에 있어서, 상기 각 엔드 플레이트(12)의 바깥쪽에 여러 개의 사각 막대형상의 압력판(13)을 좌우 폭방향을 따라 등 간격으로 수직 배치하고, 체결용 바를 사용하여 전후 길이방향으로 서로 마주보는 것끼리 체결하여 엔드 플레이트(12)의 전체 면적에 걸쳐 양쪽에서 균일하게 가압할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 압력판(13)은 엔드 플레이트(12)의 바깥쪽과 접촉하는 부위에 소정의 돌출구간으로 된 가압면(14)을 갖추고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력판(13)의 가압면(14)은 0.1∼5㎜ 범위내의 돌출된 높이를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력판(13)과 엔드 플레이트(12)가 일체화 되는 경우에는 엔드 플레이트(12)상에 직접 소정의 돌출구간으로 된 가압면(14)이 구비되는 것을 특징으로 한다.

이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연료 전지 스택을 보여주는 사시도이다.

본 발명의 연료 전지 스택은 여러 개의 나란하게 적층된 극판(10)과, 상기 극판(10)의 양측에 각각 적층 배열되는 집전판(11)과, 상기 극판(10) 및 집전판(11)을 포함하는 어셈블리로 체결을 위한 엔드 플레이트(12)와, 상기 엔드 플레이트(12)의 전체 면적에 걸쳐서 균일한 압력을 가할 수 있는 압력판(13) 및 각각의 압력판(13)을 체결하기 위한 체결용 바로 구성되어 있다.

상기 압력판(13)은 길다란 사각 막대 형상으로 되어 있으며, 그 양단에는 체결용 바를 관통시키기 위한 홀이 갖추어져 있다.

이러한 압력판(13)은 극판(10) 및 집전판(11)의 용량이나 엔드 플레이트(12)의 면적 등을 고려하여 적정한 수가 구비되며, 이렇게 구비되는 각각의 압력판(13)은 세워진 상태에서 양쪽 엔드 플레이트(12)의 각 바깥쪽에 배치되면서 좌우 폭방향을 따라 균등한 간격으로 배열된다.

이와 같이 양쪽 엔드 플레이트(12)의 각 바깥쪽으로 배열되는 각 압력판(13)은 전후 길이방향으로 한쌍씩 마주보게 되고, 이렇게 서로 마주보는 것끼리 체결용 바에 의해 볼트 및 너트로 체결 조합된다.

특히, 상기 압력판(13)의 안쪽면, 즉 엔드 플레이트(12)의 바깥면에 접촉되는 면에는 양쪽의 홈에 의해 상대적으로 돌출되는 형태의 가압면(14)이 형성된다.

이때의 가압면(14)은 0.1∼5㎜ 정도의 범위내에서 돌출된 높이를 갖게 하는 것이 바람직하며, 좀더 바람직하기로는 0.3㎜ 정도의 돌출높이가 좋다.

또한, 상기 엔드 플레이트(12)와 압력판(13)이 일체형으로 제작되는 경우에는 상기 가압면(14)을 엔드 플레이트(12)상에 직접 형성하여 압력판(13)의 경우와 동일한 역할을 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기한 바와 같은 본 발명에서는 다수의 막대형 압력판(13)을 엔드 플레이트(12)의 양쪽에 균등 배치하여 각각의 압력판(13)들이 발휘하는 가압력이 엔드 플레이트(12)의 전체 면적에 걸쳐서 균일하게 작용할 수 있도록 함으로써, 기존과 같이 엔드 플레이트(12)의 체결부위를 따라 집중적으로 응력이 분포되는 것이 아니라, 가스 디퓨션 메디아 등에 균일한 응력분포를 주어서 낮은 체결 압력에서도 가스 디퓨션 메디아와 극판 간의 전기 접촉성을 좋게 할 수 있으며, 특히 별도의 돌출된 가압구간을 제공하여 각각의 매니폴드 부위에서도 수소, 산소 및 냉각수 간의 혼입 및 누수가 없도록 그 기밀성을 완벽하게 유지할 수 있는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 막대형상의 압력판을 엔드 플레이트의 전체 면적에 걸쳐서 균등하게 조합하여 이때 가해지는 응력이 균일하게 분포시킬 수 있도록 한 연료 전지 스택을 제공함으로써, 적은 체결력으로도 높은 전기 접촉성 및 양호한 기밀성을 유지할 수 있으며, 이에 따라 극판이 파손되는 등의 우려를 말끔히 해소하면서 연료 전지 스택의 전반적인 효율을 높일 수 있고, 또 엔드 플레이트의 전체적인 크기를 줄일 수 있기 때문에 중량감소의 효과도 기대할 수 있는 장점이 있는 것이다.

Claims (3)

1. 여러 개의 나란하게 적층된 극판(10) 및 그 양측의 집전판(11)과, 하나의 어셈블리로 체결을 위한 엔드 플레이트(12)와, 상기 각 엔드 플레이트(12)의 바깥쪽에 좌우 폭방향을 따라 등간격으로 수직 배치되고 체결용 바에 의해 전후 길이방향으로 서로 마주보는 것끼리 체결되어 엔드 플레이트(12)의 전체 면적에 걸쳐 양쪽에서 균일하여 가압할 수 있는 여러 개의 사각 막대형상의 압력판(13)을 포함하는 연료 전지 자동차용 연료 전지 스택에 있어서,

   상기 압력판(13)은 0.1∼5㎜ 범위 내의 돌출된 높이를 갖는 가압면(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 자동차용 연료 전지 스택.
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