KR100814527B1 - A fuel cell stack improved mounting structure - Google Patents

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Abstract

A fuel cell stack having an improved binding structure is provided to reduce the size of the whole stack assembly, and to allow easy assemblage of a fuel cell stack while avoiding a need for an additional module coupling band while maintaining a good binding force. A fuel cell stack having an improved binding structure comprises end plates(113) supporting both ends of a plurality of stacked unit cells(111). The fuel cell stack(110) has an inlet/outlet manifold(115) through which air, hydrogen and cooling water are supplied and recovered at any one of the two end plates. The fuel cell stack comprises: a frame(200) comprising at least one unit frames(130) having an opening(131) into which the stack in inserted, and a main hole(133) formed on the sidewall present at the side of the end plate having the manifold, wherein the stack inserted through the opening is fixed on the unit frame; and a common distribution unit fixed at the outside of the frame and communicating with the end plate having the manifold to supply air, hydrogen and cooling water. The frame is further provided with a guide rail installed on the top of the inner bottom surface of each unit frame. When the stack is inserted through the opening, the end plate slides along the guide rail and is inserted thereto.

Description

체결구조가 향상된 연료전지 스택{A fuel cell stack improved mounting structure}Fuel cell stack improved mounting structure

도 1a는 종래의 연료전지 스택에 따른 체결 구조의 한 예를 도시한 정면도.1A is a front view showing an example of a fastening structure according to a conventional fuel cell stack.

도 1b는 종래의 연료전지 스택에 따른 체결 구조의 다른 예를 도시한 정면도.1B is a front view showing another example of a fastening structure according to a conventional fuel cell stack.

도 2는 본 발명의 따른 연료전지 스택의 체결 구조를 도시한 사시도.Figure 2 is a perspective view showing a fastening structure of the fuel cell stack according to the present invention.

도 3은 본 발명의 따른 프레임을 도시한 사시도.3 is a perspective view of a frame according to the present invention;

도 4는 도 3에 따른 연료전지 스택의 체결 구조를 도시한 정면도.4 is a front view illustrating a fastening structure of the fuel cell stack according to FIG. 3.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

110 : 연료전지 스택 111 : 단위전지110: fuel cell stack 111: unit cell

113 : 엔드플레이트 115 : 매니폴드113: end plate 115: manifold

130 : 단위 프레임 131 : 개구부130: unit frame 131: opening

133 : 메인홀 140 : 서브홀133: main hole 140: sub-hole

150 : 공용분배기구 200 : 프레임150: common distribution mechanism 200: frame

본 발명은 체결구조가 향상된 연료전지 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 체결기구인 프레임을 이용하여 전체 스택 조립체의 크기를 감소시킬 수 있으며, 간단한 구조를 통해서도 조립성 및 정비성을 향상시키는 체결구조가 향상된 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell stack having an improved fastening structure, and more particularly, to reduce the size of the entire stack assembly by using a frame that is a fastening mechanism, and a fastening structure for improving assembly and maintainability even through a simple structure. Relates to an improved fuel cell stack.

연료전지는 수소와 산소를 반응시켜 전기 에너지를 생성하는 장치로, 수소이온(H+)이 전달되는 전해질막(elctrolyte membrane)을 사이에 두고 양측으로 수소가 공급되는 연료극(anode) 및 공기가 공급되는 공기극(cathode)이 구비된 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly, MEA)와 분리판이 순차적으로 적층된 다수의 단위전지에 집전판 및 체결판(엔드플레이트)이 결합되어 연료전지 스택을 형성한다.A fuel cell is a device that generates electric energy by reacting hydrogen and oxygen. A fuel cell and an air supply hydrogen are supplied to both sides with an electrolyte membrane through which hydrogen ions (H + ) are transferred. A current collector plate and a fastening plate (end plate) are coupled to a plurality of unit cells in which a membrane electrode assembly (MEA) having a cathode and a separator are sequentially stacked to form a fuel cell stack.

연료전지 스택은 MEA와 분리판을 적층하여 쌓은 모듈과 공용분배기구라 불리우는 가스 및 냉각수 공급장치로 구성된다. 모듈의 개수는 2개 혹은 4개 등 원하는 출력 성능과 전압 범위에 따라 달라지며, 모듈의 개수에 따라 공용분배기구의 형상 또한 달라진다. 스택 내에서 각각의 모듈과 공용분배기구는 기밀유지 및 MEA에 가해지는 체결압 유지를 위해 일정한 체결력을 필요로 한다. The fuel cell stack consists of a stack of stacked MEAs and separators, and a gas and coolant supply system called a common distribution mechanism. The number of modules depends on the desired output performance and voltage range, such as two or four, and the shape of the common distribution mechanism also depends on the number of modules. Each module and common distribution mechanism in the stack requires a constant clamping force to maintain tightness and maintain the clamping pressure on the MEA.

첨부된 도 1a는 종래의 연료전지 스택에 따른 체결 구조의 한 예를 도시한 정면도이다.1A is a front view illustrating an example of a fastening structure according to a conventional fuel cell stack.

도 1a에 도시된 바와 같이, 연료전지 스택 모듈(1)은 엔드플레이트(13)와 MEA와 분리판을 적층하여 쌓은 모듈(11)과 가스및 냉각수 공급장치인 공용분배기구(15) 등을 일렬로 쌓은 후 양쪽에서 가압하여 스택체결밴드(20)로 체결하였다.As shown in FIG. 1A, the fuel cell stack module 1 includes a module 11 stacked by stacking an end plate 13, a MEA, and a separator plate, and a common distribution mechanism 15 serving as a gas and cooling water supply device. After stacking by pressing on both sides were fastened with a stack fastening band (20).

첨부된 도 1b는 종래의 연료전지 스택에 따른 체결 구조의 다른 예를 도시한 정면도이다.1B is a front view illustrating another example of a fastening structure according to a conventional fuel cell stack.

도 1b는 종래의 기술로부터 개선된 것으로, MEA와 분리판을 적층하여 쌓은 모듈(11)과 그 양단에서 지지하는 엔드플레이트(13)를 모듈체결밴드(30)로 가압하여 연료전지 스택(10)을 만들고, 복수개의 연료전지 스택(10)을 공용분배기구(15)와 조립하여 스택체결밴드(20)로 다시 가압하는 형식을 갖추며 조립성을 향상시켰다.Figure 1b is an improvement from the prior art, the fuel cell stack 10 by pressing the module 11 and the end plate 13 supported at both ends by stacking the MEA and the separator plate by the module fastening band 30 And a plurality of fuel cell stacks 10 are assembled with the common distribution mechanism 15 so as to be pressurized back into the stack fastening band 20 to improve the assemblability.

이와 같은 구성에 의해 모듈화를 통한 조립성 향상의 목표는 어느 정도 달성될 수 있지만, 일부 셀들의 오작동시 100셀 규모의 모듈을 분해하여 검사해야 하는 현재의 방법은 여전히 개선의 여지가 있다. With this configuration, the goal of improving assembly performance through modularization can be achieved to some extent, but there is still room for improvement in the current method of disassembling and inspecting a 100-cell module in case of malfunction of some cells.

또한, 각각의 모듈에 들어가는 셀 수를 줄여 기존과 같이 직렬로 조립하는 경우 모듈 수에 비례하여 공용분배기구가 삽입되어야 하므로 전체 스택 조립체의 크기가 매우 커지는 문제점이 있었다. In addition, when assembling in series as in the past by reducing the number of cells in each module, there is a problem that the size of the entire stack assembly is very large because the common distribution mechanism must be inserted in proportion to the number of modules.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 체결기구인 프레임을 이용하여 연료전지 스택을 직렬 또는 병렬 연결함으로써 전체 스택 조립체의 크기를 감소시킬 수 있으며, 간단한 구조를 통해서도 조립성을 향상시키는 체결구조가 향상된 연료전지 스택을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, it is possible to reduce the size of the entire stack assembly by connecting the fuel cell stack in series or in parallel by using a frame that is a fastening mechanism, and improves the assemblability through a simple structure To provide a fuel cell stack with improved fastening structure.

또한 프레임을 이용하여 연료전지 스택을 쉽게 탈착할 수 있도록 변경하였고, 프레임의 구조적 강성을 통해 모듈체결밴드와 같은 별도의 체결기구를 이용하지 않아도 모듈의 체결력이 유지될 수 있도록 할 수 있는 체결구조가 향상된 연료전지 스택을 제공하는 것이다.In addition, the fuel cell stack can be easily detached using a frame, and through the structural rigidity of the frame, a fastening structure that can maintain the fastening force of the module without using a separate fastening mechanism such as a module fastening band is provided. It is to provide an improved fuel cell stack.

그리고 연료전지 스택의 이상시 수리가 필요할 때, 기존의 스택체결밴드 제거가 필요 없는 용이한 해체 및 조립 가능한 체결구조가 향상된 연료전지 스택을 제공하는 것이다. In addition, when a fuel cell stack needs to be repaired in the event of an abnormality, the present invention provides a fuel cell stack with an improved disassembly and assembling fastening structure that does not require the removal of a conventional stack fastening band.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 적층된 단위전지의 양단을 각각 지지하는 엔드플레이트를 포함한 연료전지 스택에 있어서, 상기 연료전지 스택은 상기 2개의 엔드플레이트 중 어느 하나에 공기, 수소, 냉각수가 공급 및 회수되는 입출구 매니폴드가 형성되며, 상기 연료전지 스택이 삽입되는 개구부를 구비하고, 상기 매니폴드가 형성된 엔드플레이트쪽에 위치한 측벽에 메인홀이 형성되며, 상기 개구부를 통해 삽입된 상기 연료전지 스택이 고정되는 단위 프레임을 적어도 하나 이상 포함하는 프레임;및 상기 프레임의 외측으로 고정되며, 상기 메인홀을 통해 상기 연료전지 스택의 상기 입출구 매니폴드가 형성된 엔드플레이트와 연통되어 공기, 수소, 냉각수를 공급하는 공용분배기구를 포함하여 구성되고, 상기 프레임은 상기 각 단위프레임의 내측 바닥면 상부로 가이드 레일이 설치되어, 상기 연료전지 스택이 상기 개구부를 통해 삽입될 때 하면에 엔드플레이트가 상기 가이드 레일을 따라 슬라이딩 이동되어 삽입되는 것을 특징으로 하는 체결구조가 향상된 연료전지 스택을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a fuel cell stack including an end plate for supporting both ends of a plurality of stacked unit cells, wherein the fuel cell stack is air, one of the two end plates, An inlet and outlet manifold for supplying and recovering hydrogen and cooling water is formed, and has an opening into which the fuel cell stack is inserted, and a main hole is formed in a side wall located at an end plate on which the manifold is formed, and is inserted through the opening. A frame including at least one unit frame to which the fuel cell stack is fixed; and a frame fixed to the outside of the frame and communicating with an end plate formed with the inlet and outlet manifolds of the fuel cell stack through the main hole. And a common distribution mechanism for supplying cooling water, wherein the frame includes: The guide rail is installed on the inner bottom surface of each unit frame, and the fastening structure is improved by inserting the end plate by sliding the lower surface along the guide rail when the fuel cell stack is inserted through the opening. Provide a fuel cell stack.

상기 프레임은 복수개의 상기 단위 프레임이 횡방향으로 일렬로 배치되어 형성된 것을 특징으로 한다.The frame may be formed by arranging a plurality of the unit frames in a horizontal direction.

상기 공용분배기구는 상기 프레임의 상면으로 고정되어, 상기 각 단위 프레임에 고정된 상기 각 연료전지 스택과 병렬로 연결되어 공기, 수소, 및 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 한다.The common distribution mechanism is fixed to an upper surface of the frame, and is connected in parallel with each of the fuel cell stacks fixed to the unit frames to supply air, hydrogen, and cooling water.

상기 각 단위 프레임에 삽입 고정된 각 연료전지 스택은 서로 전기적으로 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.Each fuel cell stack inserted into and fixed to each unit frame is electrically connected to each other in series.

상기 프레임은 상기 단위 프레임이 배치된 횡방향으로 각 측벽에 서브홀이 개구되어 상기 서브홀을 관통하여 설치되는 인터페이스에 의해 전기적으로 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.The frame is electrically connected in series by an interface provided through the sub-holes by opening the sub-holes on each side wall in the horizontal direction in which the unit frame is disposed.

상기 프레임은 다수개의 단위 프레임이 횡방향으로 일렬로 배치되어 복층으로 형성된 것을 특징으로 한다.The frame is characterized in that a plurality of unit frames are arranged in a row in a transverse direction formed in multiple layers.

상기 프레임의 상하면에 각각 상기 공용분배기구가 고정되되, 상부에 고정된 상기 공용분배기구는 상부 열의 각 단위 프레임에 삽입 고정된 각 연료전지 스택과 병렬로 연결되어 공기, 수소 및 냉각수를 공급하며, 하부에 고정된 상기 공용분배기구는 하부 열의 각 단위 프레임에 삽입 고정된 각 연료전지 스택과 병렬로 연결되어 공기, 수소 및 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 한다.The common dispensing mechanism is fixed to the upper and lower surfaces of the frame, and the shared dispensing mechanism fixed to the upper part is connected in parallel with each fuel cell stack inserted and fixed to each unit frame of the upper row to supply air, hydrogen, and cooling water. The common distribution mechanism fixed to the is connected in parallel with each fuel cell stack inserted and fixed in each unit frame of the lower row, characterized in that for supplying air, hydrogen and cooling water.

상기 프레임의 상기 각 단위 프레임에 삽입 고정된 각 연료전지 스택은 서로 전기적으로 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.Each fuel cell stack inserted into and fixed to each unit frame of the frame is electrically connected to each other in series.

상기 프레임은 상기 단위 프레임이 배치된 횡방향으로 위치하는 측벽 및 상하 단위 프레임 간의 측벽에 서브홀이 개구되어 상기 서브홀을 관통하여 설치되는 인터페이스에 의해 상기 각 연료전지 스택이 지그재그 방향으로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.The frame is connected to each fuel cell stack in series in a zigzag direction by an interface provided through the sub-holes by opening sub-holes in sidewalls disposed in a horizontal direction in which the unit frames are disposed and side walls between upper and lower unit frames. It is characterized by.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 체결구조가 향상된 연료전지 스택에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a fuel cell stack having an improved fastening structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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첨부된 도 2는 본 발명의 따른 연료전지 스택의 체결 구조를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a fastening structure of the fuel cell stack according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 체결구조가 향상된 연료전지 스택은 연료전지 스택(110)과, 프레임(200)과, 공용분배기구(150)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the fuel cell stack having an improved fastening structure includes a fuel cell stack 110, a frame 200, and a common distribution mechanism 150.

연료전지 스택(110)은 단위전지(111)와, 엔드플레이트(113)와, 입출구 매니폴드(115)로 구성된다.The fuel cell stack 110 includes a unit cell 111, an end plate 113, and an entrance and exit manifold 115.

단위전지(111)는 전기화학 반응으로 반응가스의 화학에너지를 전기에너지로 변화하는 MEA와 반응가스 및 냉각수의 공급 유로를 형성하는 분리판으로 이루어져 있다. 연료전지 스택(110)의 양끝단에는 다수의 적층된 단위전지(111)의 양단을 지지하는 엔드플레이트(113)가 존재한다.The unit cell 111 is composed of a MEA that changes the chemical energy of the reaction gas into electrical energy by an electrochemical reaction, and a separator that forms a supply flow path of the reaction gas and the cooling water. End plates 113 supporting both ends of the plurality of stacked unit cells 111 exist at both ends of the fuel cell stack 110.

엔드프레이트(113)는 단위전지(111)의 양단을 각각 지지하고, 두 개의 엔드플레이트(113) 중 어느 하나에 공기, 수소 및 냉각수가 공급 및 회수되는 입출구 매니폴드(115)가 형성된다.The end plate 113 supports both ends of the unit cell 111, and an inlet and outlet manifold 115 is formed on one of the two end plates 113 to supply and recover air, hydrogen, and cooling water.

매니폴드(115)가 엔드플레이트(113)의 한쪽에만 형성되는 이유는 후술할 공용분배기구(150, 도 4참조)가 연료전지 스택(110)의 상측 또는 하측에 설치되어 공용분배기구(130)가 설치된 쪽에 위치한 엔드플레이트(113)의 매니폴드(115)에만 연 통되기 때문이다. The reason why the manifold 115 is formed on only one side of the end plate 113 is that the common distribution mechanism 150 (see FIG. 4), which will be described later, is installed on the upper side or the lower side of the fuel cell stack 110 and thus the common distribution mechanism 130. This is because only the manifold 115 of the end plate 113 is located on the side installed.

프레임(200)은 연료전지 스택(110)을 체결하는 체결기구로서, 연료전지 스택(110)을 외측에서 감싸는 육면체 형상을 가지며, 개구부(131)와, 메인홀(133), 서브홀(140)이 구비된 단위 프레임(130)으로 구성된다. 프레임(200)은 개구부(131)를 통해 삽입된 연료전지 스택(110)이 고정되는 단위 프레임(130)을 적어도 하나 포함한다.The frame 200 is a fastening mechanism for fastening the fuel cell stack 110. The frame 200 has a hexahedral shape surrounding the fuel cell stack 110 from the outside, and has an opening 131, a main hole 133, and a sub-hole 140. It is composed of a unit frame 130 provided. The frame 200 includes at least one unit frame 130 to which the fuel cell stack 110 inserted through the opening 131 is fixed.

단위 프레임(130)은 연료전지 스택(110)이 삽입되는 개구부(131)를 구비하고, 개구부(131)와 마주보는 면은 삽입된 연료전지 스택(110)이 빠지지 않게 폐쇄되어 형성된다. The unit frame 130 has an opening 131 into which the fuel cell stack 110 is inserted, and a surface facing the opening 131 is formed by closing the inserted fuel cell stack 110 so as not to be pulled out.

단위 프레임(130)의 개구부(131)에 이웃하는 측벽에는 각각 메인홀(133)과 서브홀(140)이 형성된다. 메인홀(133)은 매니폴드(115)가 형성된 엔드플레이트(113) 쪽에 위치한 측벽에 형성되며, 메인홀(133)을 통해 엔드플레이트(113)의 매니폴드(115)가 프레임(200)상면에 고정된 공용분배기구(150, 도 4참조)와 연통된다.Main holes 133 and sub-holes 140 are formed on sidewalls adjacent to the opening 131 of the unit frame 130, respectively. The main hole 133 is formed on the side wall located on the side of the end plate 113 on which the manifold 115 is formed, and the manifold 115 of the end plate 113 is formed on the upper surface of the frame 200 through the main hole 133. Communicating with the fixed common distribution mechanism 150 (see FIG. 4).

공용분배기구(150, 도 4참조)는 단위 프레임(130)의 외측으로 고정되며, 메인홀(133)을 통해 연료전지 스택(110)의 입출구 매니폴드(115)가 형성된 엔드플레이트(113)와 연통되어 공기, 수소, 냉각수를 공급한다.The common distribution mechanism 150 (refer to FIG. 4) is fixed to the outside of the unit frame 130, and has an end plate 113 formed with an inlet and outlet manifold 115 of the fuel cell stack 110 through the main hole 133. It communicates and supplies air, hydrogen and cooling water.

서브홀(140)은 단위 프레임(130)에 삽입된 연료전지 스택(110)이 다중 연결시 전기적으로 직렬로 연결되기 위하여 개구부(131)의 좌우 측벽에 개구된다. 서브홀(140)을 관통하여 설치되는 인터페이스(141, 도 4참조)에 의해 연료전지 스 택(110)이 전기적으로 직렬 연결된다. 각각 형성된 서브홀(140)은 단위 프레임(130)의 무게절감 및 조립성을 향상시킨다.The sub-hole 140 is opened at left and right side walls of the opening 131 so that the fuel cell stack 110 inserted into the unit frame 130 is electrically connected in series when multiple connections are made. The fuel cell stack 110 is electrically connected in series by an interface 141 (see FIG. 4) installed through the sub-hole 140. Each formed sub-hole 140 improves the weight saving and assembly of the unit frame 130.

연료전지 스택(110)을 단위 프레임(130)과 결합하려면 먼저 연료전지 스택(110)에 적절한 체결압력을 가해 누르고, 이를 단위 프레임(130) 안에 넣어준다. 이때 매니폴드(115)가 존재하는 엔드플레이트(113)와 공용분배기구(150, 도 4 참조)가 연통되는 방향을 맞추어 삽입한다. 매니폴드(115)를 통하여 반응물과 냉각수를 공급 및 회수할 수 있다. 이와 같은 단위 프레임(130)은 연료전지 스택(110)과 결합하기 전 혹은 후에 서로 연결되어 다중의 연료전지 스택(110)을 체결할 수 있는 프레임(200)을 구성할 수 있다.In order to combine the fuel cell stack 110 with the unit frame 130, first apply an appropriate fastening pressure to the fuel cell stack 110, and insert the fuel cell stack 110 into the unit frame 130. At this time, the end plate 113 in which the manifold 115 is present and the common distribution mechanism 150 (see FIG. 4) are inserted in the direction in communication. The reactant and cooling water may be supplied and recovered through the manifold 115. Such a unit frame 130 may be connected to each other before or after coupling with the fuel cell stack 110 may constitute a frame 200 capable of fastening a plurality of fuel cell stacks 110.

첨부된 도 3은 본 발명의 따른 프레임을 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 따른 연료전지 스택의 체결 구조를 도시한 정면도.3 is a perspective view showing a frame according to the present invention, Figure 4 is a front view showing a fastening structure of the fuel cell stack according to FIG.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 프레임(200)은 복수개의 단위 프레임(130)이 횡방향으로 일렬로 배치되어 형성되거나, 다수개의 단위 프레임(130)이 횡방향으로 일렬로 배치되어 복층으로 형성된다. As shown in FIGS. 3 and 4, the frame 200 is formed by arranging a plurality of unit frames 130 in a row in a transverse direction, or by forming a plurality of unit frames 130 in a row in a horizontal direction. Is formed.

프레임(200)의 형성시, 단위 프레임(130)간의 고정 수단으로 볼팅 체결, 자석에 의한 결합, 홈과 돌기에 의한 상호 맞물림 결합 구조 등을 이용할 수 있다. 또한 단위 프레임(130)을 하나씩 연결 고정하지 않고, 일체 형성하여 하나의 프레임(200)을 제작할 수도 있다.When the frame 200 is formed, bolting fastening, coupling by magnets, interlocking coupling structures by grooves and protrusions, and the like may be used as fixing means between the unit frames 130. In addition, one frame 200 may be manufactured by integrally forming the unit frame 130 without connecting and fixing the unit frames 130 one by one.

복수개의 단위 프레임(130)이 횡방향으로 일렬로 배치된 프레임(200)은 연료전지 스택(110)이 각각 단위 프레임(130)안에 삽입되고, 프레임(200)의 상면으로 공용분배기구(150)가 고정된다. 공용분배기구(150)는 각 메인홀(133)을 통하여 각 단위 프레임(130)에 고정된 상기 각 연료전지 스택(110)과 병렬로 연결되어 공기, 수소, 및 냉각수를 공급한다. In the frame 200 in which the plurality of unit frames 130 are arranged in a row in the horizontal direction, the fuel cell stack 110 is inserted into the unit frame 130, and the common distribution mechanism 150 is disposed on the upper surface of the frame 200. Is fixed. The common distribution mechanism 150 is connected in parallel with each fuel cell stack 110 fixed to each unit frame 130 through each main hole 133 to supply air, hydrogen, and cooling water.

프레임(200)은 단위 프레임(130)이 배치된 횡방향으로 위치하는 각 측벽에 서브홀(140)이 개구되며, 서브홀(140)을 관통하여 설치된 인터페이스(141)에 의해 연료전지 스택(110)이 서로 전기적으로 직렬 연결된다. In the frame 200, the sub-hole 140 is opened at each sidewall of the side frame in which the unit frame 130 is disposed, and the fuel cell stack 110 is provided by the interface 141 installed through the sub-hole 140. ) Are electrically connected in series with each other.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에서 프레임(200)은 각각 3개의 단위 프레임(130)을 횡방향으로 일렬로 배치되어 복층으로 형성한다. As shown in FIG. 3 and FIG. 4, in one embodiment of the present invention, the frame 200 has three unit frames 130 each arranged in a row in a transverse direction to form a multilayer.

상부의 프레임(200)에 들어가는 연료전지 스택(110)은 매니폴드(115)가 위(4a)를 향하도록 프레임(200)의 상면에 메인홀(153)을 형성하고, 하부의 프레임(200)에 들어가는 연료전지 스택(110)은 매니폴드(115)가 아래(4b)를 향하도록 프레임(200)의 하면에 메인홀(153)을 형성한다.The fuel cell stack 110 entering the upper frame 200 forms a main hole 153 on the upper surface of the frame 200 so that the manifold 115 faces the upper portion 4a and the lower frame 200. The fuel cell stack 110 that enters the main hole 153 is formed on the bottom surface of the frame 200 so that the manifold 115 faces the bottom 4b.

프레임(200)의 상하면에 각각 공용분배기구(150)가 고정되되, 공용분배기구(150)는 각각 상하면에 볼트 결합으로 연결한다. 상부에 고정된 공용분배기구(150)는 상부 열의 단위 프레임(130)에 삽입 고정된 각 연료전지 스택(110)과 병렬로 연결되어 공기, 수소 및 냉각수를 공급하며, 하부에 고정된 공용분배기구(150)는 하부 열의 각 단위 프레임(130)에 삽입 고정된 각 연료전지 스택(110)과 병렬로 연결되어 공기, 수소 및 냉각수를 공급한다.The common distribution mechanism 150 is fixed to the upper and lower surfaces of the frame 200, respectively, and the common distribution mechanism 150 is connected to the upper and lower surfaces by bolt coupling. The common distribution mechanism 150 fixed to the upper part is connected in parallel with each fuel cell stack 110 inserted and fixed to the unit frame 130 of the upper row to supply air, hydrogen and cooling water, and the common distribution mechanism fixed to the lower part. 150 is connected in parallel with each fuel cell stack 110 inserted into and fixed to each unit frame 130 in the lower row to supply air, hydrogen, and cooling water.

종래에는 복수개의 연료전지 스택(10)을 직렬로 조립하는 경우 연료전지 스택(10)의 수에 비례하여 공용분배기구(15)가 삽입되어야 하므로 전체 연료전지 스 택 조립체의 크기가 매우 커지는 문제점이 있었다. 하지만, 본 발명은 공용분배기구(150)를 전체 프레임(200)의 상하부에 결합하여 종래의 불필요한 공간을 제거함으로써 전체 연료전지 스택 조립체의 크기가 크게 증가하는 것을 방지할 수 있다.Conventionally, when assembling a plurality of fuel cell stacks 10 in series, a common distribution mechanism 15 must be inserted in proportion to the number of fuel cell stacks 10, thereby increasing the size of the entire fuel cell stack assembly. there was. However, the present invention can prevent the large increase in the size of the entire fuel cell stack assembly by coupling the common distribution mechanism 150 to the upper and lower parts of the entire frame 200 to eliminate unnecessary space in the related art.

프레임(200)의 상부 혹은 하부에 들어가는 연료전지 스택(110)들은 유체의 공급 측면에서는 병렬로 연결되어 있지만, 전기적으로 직렬로 연결된다.The fuel cell stacks 110 that enter the top or bottom of the frame 200 are connected in parallel on the supply side of the fluid, but are electrically connected in series.

단위 프레임(130)이 배치된 횡방향으로 위치하는 측벽 및 상하 단위 프레임(130)간의 측벽에 서브홀(140)이 개구되어 서브홀(140)을 관통하여 설치된 인터페이스(141)에 의해 연료전지 스택(110)이 지그재그 방향으로 직렬로 연결된다. 서브홀(140)은 프레임(200)의 무게절감과 함께 조립성을 향상시키는 장점이 있다.The fuel cell stack is formed by the interface 141 installed through the sub-hole 140 by opening the sub-hole 140 in the side wall positioned in the horizontal direction in which the unit frame 130 is disposed and in the side wall between the upper and lower unit frames 130. 110 are connected in series in the zigzag direction. The sub-hole 140 has the advantage of improving the assembly with the weight saving of the frame 200.

프레임(200)에 삽입된 연료전지 스택(110)에 있어 최외각에 결합된 상부의 엔드플레이트(113)에는 (+)외부단자를 연결하고, 최외각에 결합된 하부의 엔드플레이트(113)에는 (-)외부단자를 연결하여 이 전압단자가 직렬로 연결되어 흐르게 한다. 따라서 전기부스바(미도시)와 같은 장치가 필요 없으므로 전기적으로 안전하다.In the fuel cell stack 110 inserted into the frame 200, a positive external terminal is connected to an upper end plate 113 coupled to an outermost side, and a lower end plate 113 coupled to an outermost side. Connect the negative external terminal so that this voltage terminal is connected in series. Therefore, since there is no need for a device such as an electric booth bar (not shown), it is electrically safe.

도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 연료전지 스택(110)을 단위 프레임(130) 내에 넣을 때, 삽입을 용이하게 하기 위해 슬라이딩 수단이 사용될 수 있다. 단위 프레임(130)의 내측 바닥면 상부로 가이드 레일(160)이 설치되어, 연료전지 스택(110)이 개구부(131)를 통해 삽입될 때 하면에 엔드플레이트(113)가 가이드 레일(160)을 따라 슬라이딩 이동되어 삽입된다. 슬라이딩 수단으로 바퀴(미도시)를 이용하여 쉽게 단위 프레임(130) 안에 연료전지 스택(110)을 조립할 수도 있다.As shown in FIG. 3, when each fuel cell stack 110 is placed in the unit frame 130, sliding means may be used to facilitate insertion. The guide rail 160 is installed above the inner bottom surface of the unit frame 130 so that the end plate 113 moves the guide rail 160 on the bottom surface when the fuel cell stack 110 is inserted through the opening 131. It is slidingly inserted and inserted. The fuel cell stack 110 may be easily assembled into the unit frame 130 by using wheels (not shown) as the sliding means.

이와 같은 구성은 기존의 기술과 달리 모듈을 매우 작은 단위의 셀들로 나누어 조립하여도, 연료전지 스택의 개수가 많아져도 전체 스택 조립체의 크기가 크게 증가하지 않는다. 그리고 종래 기술의 스택체결밴드, 전기부스바 등이 필요 없어 조립성이 개선된다. 또한 소규모의 셀들로 구성된 모듈을 병렬로 연결함으로써 정비성을 대폭 개선할 수 있다. 가령, 일부 셀들이 전압이상을 보여 수리할 필요가 있을 때 기존에는 스택체결밴드를 제거하고 모듈을 탈거하여 110셀 모듈을 대상으로 해체 및 조립을 반복하여야 했다. 그러자 본 기술을 이용한 스택은 이상 거동을 보이는 모듈만 빼내어 수리한 후 다시 장착하면 되므로 정비성이 매우 우수하다.Such a configuration does not significantly increase the size of the entire stack assembly even when the module is divided into very small units of cells and assembled, and the number of fuel cell stacks increases. In addition, there is no need for a stack fastening band, an electric bus bar, and the like in the prior art, thereby improving assembly. Serviceability can also be significantly improved by connecting modules consisting of smaller cells in parallel. For example, when some cells showed an abnormal voltage and needed to be repaired, it was previously necessary to remove the stack fastening band, remove the module, and then disassemble and assemble the 110 cell module. Then, the stack using this technology is excellent in serviceability because only the module showing abnormal behavior can be removed and repaired.

한편, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the invention claimed in the claims can be variously modified. Of course, such changes are intended to be within the scope of the claims set forth.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체결구조가 향상된 연료전지 스택은 연료전지 스택의 체결력을 이용하여 연료전지 스택을 프레임 안에 삽입함으로써 스택체결밴드, 전기부스바 등이 필요 없어 조립성이 개선되고, 전기적으로 안전한 장점이 있다.As described above, the fuel cell stack with improved fastening structure according to an embodiment of the present invention is assembled by eliminating the need for a stack fastening band, an electric booth bar, etc. by inserting the fuel cell stack into a frame using the fastening force of the fuel cell stack. It has the advantage of improved performance and electrical safety.

또한, 병렬로 연결된 프레임 안에 연료전지 스택을 연결함으로써 전체 스택 조립체의 크기가 크게 증가하지 않는 장점이 있으며, 프레임 안에 이상 거동을 보이는 연료전지 스택만 빼내어 수리한 후 다시 장착함으로 용이하게 체결함으로써 정비성이 매우 우수한 장점이 있다.In addition, by connecting the fuel cell stack in a frame connected in parallel, the size of the entire stack assembly is not greatly increased. This has a very good advantage.

Claims (10)

다수의 적층된 단위전지(111)의 양단을 각각 지지하는 엔드플레이트(113)를 포함한 연료전지 스택에 있어서,In the fuel cell stack including an end plate 113 for supporting both ends of the plurality of stacked unit cells 111, 상기 연료전지 스택(110)은 상기 2개의 엔드플레이트(113) 중 어느 하나에 공기, 수소, 냉각수가 공급 및 회수되는 입출구 매니폴드(115)가 형성되며,The fuel cell stack 110 includes an inlet and outlet manifold 115 through which air, hydrogen, and cooling water are supplied and recovered on any one of the two end plates 113. 상기 연료전지 스택(110)이 삽입되는 개구부(131)를 구비하고, 상기 매니폴드(115)가 형성된 엔드플레이트(113)쪽에 위치한 측벽에 메인홀(133)이 형성되며, 상기 개구부(131)를 통해 삽입된 상기 연료전지 스택(110)이 고정되는 단위 프레임(130)을 적어도 하나 이상 포함하는 프레임(200);및 The fuel cell stack 110 includes an opening 131 into which the fuel cell stack 110 is inserted, and a main hole 133 is formed on a side wall of the end plate 113 on which the manifold 115 is formed, and the opening 131 is formed. A frame 200 including at least one or more unit frames 130 to which the fuel cell stack 110 is inserted; 상기 프레임(200)의 외측으로 고정되며, 상기 메인홀(133)을 통해 상기 연료전지 스택(110)의 상기 입출구 매니폴드(115)가 형성된 엔드플레이트(113)와 연통되어 공기, 수소, 냉각수를 공급하는 공용분배기구(150)를 포함하여 구성되고,It is fixed to the outside of the frame 200, and communicates with the end plate 113 formed with the inlet and outlet manifold 115 of the fuel cell stack 110 through the main hole 133 to supply air, hydrogen, coolant It is configured to include a common distribution mechanism 150 for supplying, 상기 프레임(200)은 상기 각 단위프레임(130)의 내측 바닥면 상부로 가이드 레일(160)이 설치되어, 상기 연료전지 스택(110)이 상기 개구부(131)를 통해 삽입될 때 하면에 엔드플레이트(113)가 상기 가이드 레일(160)을 따라 슬라이딩 이동되어 삽입되는 것을 특징으로 하는 체결구조가 향상된 연료전지 스택.The frame 200 has a guide rail 160 installed on the inner bottom surface of each unit frame 130, the end plate on the lower surface when the fuel cell stack 110 is inserted through the opening 131 Fuel cell stack with improved fastening structure, characterized in that the 113 is slidingly inserted along the guide rail 160. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프레임(200)은 복수개의 상기 단위 프레임(130)이 횡방향으로 일렬로 배치되어 형성된 것을 특징으로 하는 체결구조가 향상된 연료전지 스택.The frame 200 is a fuel cell stack with improved fastening structure, characterized in that the plurality of the unit frame 130 is arranged in a row in a horizontal direction. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 공용분배기구(150)는 상기 프레임(200)의 상면으로 고정되어, 상기 각 단위 프레임(130)에 고정된 상기 각 연료전지 스택(110)과 병렬로 연결되어 공기, 수소, 및 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 하는 체결구조가 향상된 연료전지 스택.The common distribution mechanism 150 is fixed to the upper surface of the frame 200 and connected in parallel with the fuel cell stacks 110 fixed to the unit frames 130 to supply air, hydrogen, and cooling water. An improved fuel cell stack, characterized in that the fastening structure. 제2항 또는 제3항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 각 단위 프레임(130)에 삽입 고정된 각 연료전지 스택(110)은 서로 전기적으로 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 체결구조가 향상된 연료전지 스택. Each fuel cell stack 110 inserted into and fixed to each of the unit frames 130 is connected to each other in series electrically coupled fuel cell stack, characterized in that the fastening structure. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 프레임(200)은 상기 단위 프레임(130)이 배치된 횡방향으로 각 측벽에 서브홀(140)이 개구되어 상기 서브홀(140)을 관통하여 설치되는 인터페이스(141)에 의해 전기적으로 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 체결구조가 향상된 연료전지 스택.The frame 200 is electrically connected in series by an interface 141 installed through the sub-hole 140 by opening the sub-hole 140 in each side wall in the horizontal direction in which the unit frame 130 is disposed. Improved fastening structure, characterized in that the fuel cell stack. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 프레임(200)은 다수개의 단위 프레임(130)이 횡방향으로 일렬로 배치되어 복층으로 형성된 것을 특징으로 하는 체결구조가 향상된 연료전지 스택.The frame 200 is a fuel cell stack with improved fastening structure, characterized in that a plurality of unit frames 130 are arranged in a row in a horizontal direction formed in multiple layers. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 프레임(200)의 상하면에 각각 상기 공용분배기구(150)가 고정되되, 상부에 고정된 상기 공용분배기구(150)는 상부 열의 각 단위 프레임(130)에 삽입 고정된 각 연료전지 스택(110)과 병렬로 연결되어 공기, 수소 및 냉각수를 공급하며, 하부에 고정된 상기 공용분배기구(150)는 하부 열의 각 단위 프레임(130)에 삽입 고정된 각 연료전지 스택(110)과 병렬로 연결되어 공기, 수소 및 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 하는 체결구조가 향상된 연료전지 스택.The common distribution mechanism 150 is fixed to the upper and lower surfaces of the frame 200, respectively, and the common distribution mechanism 150 fixed to the upper portion of each fuel cell stack 110 is inserted into and fixed to each unit frame 130 of the upper row. ) Is connected in parallel to supply air, hydrogen and cooling water, and the common distribution mechanism 150 fixed to the bottom is connected in parallel with each fuel cell stack 110 inserted and fixed to each unit frame 130 in the lower row. The fuel cell stack with improved fastening structure, characterized in that for supplying air, hydrogen and cooling water. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 프레임(200)의 상기 각 단위 프레임(130)에 삽입 고정된 각 연료전지 스택(110)은 서로 전기적으로 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 체결구조가 향상된 연료전지 스택.Each fuel cell stack 110 inserted into and fixed to each unit frame 130 of the frame 200 has an improved fastening structure, characterized in that it is electrically connected in series. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 프레임(200)은 상기 단위 프레임(130)이 배치된 횡방향으로 위치하는 측벽 및 상하 단위 프레임(130) 간의 측벽에 서브홀(140)이 개구되어 상기 서브홀(140)을 관통하여 설치된 인터페이스(141)에 의해 상기 각 연료전지 스택(110)이 지그재그 방향으로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 체결구조가 향상된 연료전지 스택.The frame 200 is an interface provided through the sub-hole 140 by opening the sub-hole 140 in the side wall between the side wall and the upper and lower unit frame 130 in the horizontal direction in which the unit frame 130 is disposed The fuel cell stack with improved fastening structure, characterized in that the fuel cell stack 110 is connected in series in a zigzag direction by (141). 삭제delete
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