KR100846920B1 - A fuel cell stack having multi-module mounting structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택에 관한 것으로, 다수의 적층된 단위전지와, 상기 단위전지의 양단을 지지하는 엔드 플레이트가 구비된 연료전지 스택에 있어서, 상면 및 하면과 복수의 측면으로 이루어진 다면체로 형성되며, 상기 측면에 각각 구비되어 상기 연료전지 스택과 결합되는 복수의 결합부; 일측이 상기 상면 또는 하면을 통해 외부와 연통되고 타측이 상기 측면을 통해 상기 연료전지 스택과 연통되며, 수소와 공기 및 냉각수를 각각 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 복수의 공급라인; 및 일측이 상기 다면체의 상면 또는 하면을 통해 외부와 연통되고 타측이 상기 측면을 통해 상기 연료전지 스택과 연통되며, 상기 연료전지 스택으로부터 배출되는 수소와 공기 및 냉각수를 외부로 각각 배출하기 위한 복수의 배출라인이 구비된 공용 분배 기구를 포함하며, 상기 엔드 플레이트에는 상기 결합부와 결합되는 복수의 체결부가 형성되어 상기 연료전지 스택이 상기 공용 분배 기구를 중심으로 단층의 방사상으로 체결되며, 상기 결합부는 블럭 형태로 돌출 형성되며, 상기 체결부는 상기 결합부의 형상에 대응하여 내측으로 함몰 형성된 것을 특징으로 하는 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택을 제공한다. 이에 공용 분배 기구를 중심으로 연료전지 스택을 단층의 방사상으로 배열함으로써 많은 수의 단위 전지의 적층 시 발생할 수 있는 분리판 간의 오차 발생을 줄여 정밀도를 향상시키고, 직렬 연결에 의한 내부 저항을 감소시킬 수 있다.The present invention relates to a fuel cell stack having a multi-module fastening structure, which comprises a plurality of stacked unit cells and an end plate for supporting both ends of the unit cells, A plurality of engaging portions formed on the side surfaces and respectively coupled to the fuel cell stack; A plurality of supply lines for supplying hydrogen, air, and cooling water to the fuel cell stack, respectively, the one side communicating with the outside via the upper surface or the lower surface and the other side communicating with the fuel cell stack through the side surface; And a plurality of fuel cell stacks for discharging hydrogen, air, and cooling water discharged from the fuel cell stack to the outside, respectively, and one side communicating with the outside through an upper surface or a lower surface of the polyhedron and the other side communicating with the fuel cell stack through the side surface Wherein the end plate is formed with a plurality of fastening portions to be coupled with the engaging portions so that the fuel cell stack is radially fastened with a single layer around the common distributing mechanism, And the fastening portion is recessed inward in correspondence with the shape of the fastening portion. Therefore, by arranging the fuel cell stack in the radial direction of the fuel cell stack with a common distribution mechanism, it is possible to improve the accuracy by reducing the occurrence of errors between the separators, which may occur in stacking a large number of unit cells, have.
연료전지 스택, 공용 분배 기구, 다면체, 결합부, 체결부, 공급라인, 배출라인, 단층, 방사상 Fuel cell stack, common distribution mechanism, polyhedron, coupling portion, fastening portion, supply line, discharge line, single layer, radial
Description
도 1은 종래의 연료전지 스택의 체결 구조를 도시한 사시도.1 is a perspective view showing a fastening structure of a conventional fuel cell stack.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택을 도시한 사시도.2 is a perspective view showing a fuel cell stack having a multi-module fastening structure according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 도 2에 따른 연료전지 스택의 사시도.3 is a perspective view of the fuel cell stack according to FIG. 2;
도 4는 도 3에 따른 엔드 플레이트의 사시도.Figure 4 is a perspective view of the end plate according to Figure 3;
도 5a 및 도 5b는 도 4에 따른 엔드 플레이트의 정면 투시도 및 측면 투시도.Figures 5A and 5B are a front perspective view and a side perspective view of the end plate according to Figure 4;
도 6은 도 2에 따른 공용 분배 기구의 사시도.Figure 6 is a perspective view of the common dispensing mechanism according to Figure 2;
도 7은 도 6에 따른 공용 분배 기구의 정면도.7 is a front view of the common dispensing mechanism according to Fig.
도 8 내지 도 13은 도 7에 따른 A-A 내지 F-F의 단면도.Figs. 8 to 13 are cross-sectional views of A-A to F-F according to Fig. 7;
도 14는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택을 도시한 사시도.14 is a perspective view showing a fuel cell stack having a multi-module fastening structure according to a second embodiment of the present invention.
도 15는 도 14에 따른 공용 분배 기구의 사시도.15 is a perspective view of the common distribution mechanism according to Fig.
도 16은 도 15에 따른 공용 분배 기구의 정면도.Fig. 16 is a front view of the common distribution mechanism according to Fig. 15; Fig.
도 17 내지 도 22는 도 16에 따른 A-A 내지 F-F의 단면도.17 to 22 are cross-sectional views of A-A to F-F according to FIG. 16;
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]
21a~21c : 연료전지 스택 22 : 공용 분배 기구21a to 21c: Fuel cell stack 22: Common distribution mechanism
141a~141c : 충진 구조물 143 : 외부링141a to 141c: Filled structure 143: Outer ring
본 발명은 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다각형의 공용 분배 기구를 중심으로 다중으로 연료전지 스택을 배열하여 연료를 균등하게 분배하는 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell stack having a multi-module fastening structure, and more particularly, to a fuel cell stack having a multi-module fastening structure in which a plurality of fuel cell stacks are arranged around a polygonal common distribution mechanism, 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 적층되어 연료전지 스택을 형성한다.A fuel cell is a device for generating electric energy by reacting hydrogen and oxygen, hydrogen ions fuel electrode (anode) and the air supply is (H +) across the electrolyte membrane (elctrolyte membrane) that is transmitted to supply hydrogen to both sides A membrane electrode assembly (MEA) having a cathode and a separator are sequentially stacked to form a fuel cell stack.
첨부된 도 1은 종래의 연료전지 스택의 체결 구조를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a fastening structure of a conventional fuel cell stack.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 연료전지 스택(11)은 양측 단부를 지지하는 두 개의 엔드 플레이트(12)가 복수의 체결봉(13) 혹은 체결 밴드(미도시)에 의해 서로 연결되고, 체결봉(13)이 체결너트(14)에 의해 엔드 플레이트(12)에 고정되는 방식으로 체결된다.1, in the conventional
이렇게 체결된 연료전지 스택은 하단에 복수 개를 놓고 그 상부에 연료가스와 냉각수 및 공기를 공급하는 공용 분배 기구를 결합한 후 다시 공용 분배 기구의 상부에 연료전지 스택을 복수 개 적층하는 복층 구조로 사용되는 것이 일반적이다.The fuel cell stack thus joined is provided with a plurality of fuel cell stacks at the lower end thereof, a common distribution mechanism for supplying fuel gas, cooling water, and air to the upper portion thereof, and then used as a multi-layer structure in which a plurality of fuel cell stacks are stacked on top of the common distribution mechanism .
그런데 연료전지의 단위 셀에서 발생되는 전압이 약 1.2 볼트이기 때문에, 원하는 전력을 얻기 위해서는 수십 내지 수백 개의 단위 셀을 적층 해야 한다. 그러나 단위 셀을 많이 적층 할수록 분리판 간의 정렬 오차가 발생하여 정밀도가 감소하며, 직렬 연결에 의한 내부 저항이 증가하게 된다.However, since the voltage generated in the unit cell of the fuel cell is about 1.2 volts, it is necessary to stack tens to hundreds of unit cells to obtain desired power. However, as more unit cells are stacked, the misalignment between the separators occurs, which reduces the accuracy and increases the internal resistance due to the series connection.
또한 각 단위 셀을 순환하는 냉각수의 온도 차이가 커지게 되어 연료전지의 각 분리판 간의 성능이 불균일해 질 수 있다.In addition, the temperature difference of the cooling water circulating in each unit cell becomes large, so that the performance between each separator plate of the fuel cell may become uneven.
과도한 직렬 연결시 연료 가스를 모든 단위 셀에 균일하게 공급하기가 어려워지므로 연료전지의 효율이 감소할 수 있다.The efficiency of the fuel cell can be reduced because it becomes difficult to uniformly supply the fuel gas to all the unit cells in an excessive series connection.
본 발명의 목적은 과도한 스택의 적층에 따른 연료전지 스택의 효율저하를 방지하고, 단층 구조로 연료 가스를 모든 연료전지 스택에 균일하게 공급할 수 있는 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack having a multi-module fastening structure capable of preventing deterioration of efficiency of the fuel cell stack due to stacking of an excessive stack and uniformly supplying the fuel gas to all the fuel cell stacks in a single- .
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 적층된 단위전지와, 상기 단위전지의 양단을 지지하는 엔드 플레이트가 구비된 연료전지 스택에 있어서, 상면 및 하면과 복수의 측면으로 이루어진 다면체로 형성되며, 상기 측면에 각각 구비되어 상기 연료전지 스택과 결합되는 복수의 결합부; 일측이 상기 상면 또는 하면을 통해 외부와 연통되고 타측이 상기 측면을 통해 상기 연료전지 스택과 연통되며, 수소와 공기 및 냉각수를 각각 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 복수의 공급라인; 및 일측이 상기 다면체의 상면 또는 하면을 통해 외부와 연통되고 타측이 상기 측면을 통해 상기 연료전지 스택과 연통되며, 상기 연료전지 스택으로부터 배출되는 수소와 공기 및 냉각수를 외부로 각각 배출하기 위한 복수의 배출라인이 구비된 공용 분배 기구를 포함하며, 상기 엔드 플레이트에는 상기 결합부와 결합되는 복수의 체결부가 형성되어 상기 연료전지 스택이 상기 공용 분배 기구를 중심으로 단층의 방사상으로 체결되며, 상기 결합부는 블럭 형태로 돌출 형성되며, 상기 체결부는 상기 결합부의 형상에 대응하여 내측으로 함몰 형성된 것을 특징으로 하는 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell stack including a plurality of stacked unit cells and an end plate for supporting both ends of the unit cells, A plurality of engaging portions provided on the side surfaces and respectively coupled to the fuel cell stack; A plurality of supply lines for supplying hydrogen, air, and cooling water to the fuel cell stack, respectively, the one side communicating with the outside via the upper surface or the lower surface and the other side communicating with the fuel cell stack through the side surface; And a plurality of fuel cell stacks for discharging hydrogen, air, and cooling water discharged from the fuel cell stack to the outside, respectively, and one side communicating with the outside through an upper surface or a lower surface of the polyhedron and the other side communicating with the fuel cell stack through the side surface Wherein the end plate is formed with a plurality of fastening portions to be coupled with the engaging portions so that the fuel cell stack is radially fastened with a single layer around the common distributing mechanism, And the fastening portion is recessed inward in correspondence with the shape of the fastening portion.
상기 각각의 공급라인 및 배출라인은 상기 공용 분배 기구 내부에서 서로 교차되지 않도록 단차를 두고 배치되는 것을 특징으로 한다.And each of the supply lines and the discharge lines is disposed in a stepped manner so as not to intersect with each other within the common distribution mechanism.
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상기 연료전지 스택과 이웃한 연료전지 스택 간의 간극 발생시 상기 간극의 형상에 대응하는 충진 구조물이 삽입되는 것을 특징으로 한다.And a filling structure corresponding to the shape of the gap is inserted when a gap is generated between the fuel cell stack and the neighboring fuel cell stack.
상기 충진 구조물은 고무 재질로 만들어진 것을 특징으로 한다.And the filling structure is made of a rubber material.
상기 충진 구조물과 상기 연료전지 스택은 이들의 외주면을 감싸 고정하는 외부링에 의해 상호 밀착 고정되는 것을 특징으로 한다.And the fuel cell stack and the fuel cell stack are fixed to each other by an outer ring that surrounds and fixes the outer circumferential surfaces of the fuel cell stack and the fuel cell stack.
상기 공용 분배 기구는 금속이나 폴리머, 또는 이들의 복합 재료 중 어느 하나로 만들어지는 것을 특징으로 한다.The common distribution mechanism is characterized in that the common distribution mechanism is made of a metal, a polymer, or a composite material thereof.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a fuel cell stack having a multi-module fastening structure according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 연료전지 스택의 사시도이며, 도 4는 도 3에 따른 엔드 플레이트의 사시도이다. 또한, 도 5a 및 도 5b는 도 4에 따른 엔드 플레이트의 정면 투시도 및 측면 투시도이고, 도 6은 도 2에 따른 공용 분배 기구의 사시도이며, 도 7은 도 6에 따른 공용 분배 기구의 정면도이고, 도 8 내지 도 13은 도 7에 따른 A-A 내지 F-F의 단면도이다.FIG. 2 is a perspective view showing a fuel cell stack having a multiple module fastening structure according to a first embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view of the fuel cell stack according to FIG. 2, End plate. 5 is a front perspective view and a side perspective view of the end plate according to FIG. 4, FIG. 6 is a perspective view of the common distribution mechanism according to FIG. 2, FIG. 7 is a front view of the common distribution mechanism according to FIG. 6, Figs. 8 to 13 are sectional views of AA to FF according to Fig. 7. Fig.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 실시 예에 따른 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택은 정육면체 형상의 공용 분배 기구(22)를 중심으로 주변에 4개의 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)이 방사상으로 배치되고 단층으로 체결됨으로써 구현된다.2, the fuel cell stack having the multi-module fastening structure according to the first embodiment has four
연료전지 스택(21a, 21b, 21c)이 직육면체 형상을 이루므로 공용 분배 기구(22)를 중심으로 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)을 배치하면 연료전지 스택(21a, 21b, 21c) 간의 간극 발생 없이 상호 밀착 결합될 수 있다. 또한, 각각의 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)은 공용 분배 기구(22)와 직렬로 연결되므로 연료 가스의 분배가 효율적으로 이루어질 수 있다.Since the fuel cell stacks 21a, 21b and 21c have a rectangular parallelepiped shape, when the fuel cell stacks 21a, 21b and 21c are arranged around the
도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 연료전지 스택(21)은 단위 셀과 분리판이 순차적으로 적층된 단위 셀 적층부(32)와, 단위 셀 적층부(32)의 양단에 결합되어 이를 지지하는 엔드 플레이트(31, 33)로 구성된다. 3, one
도 4에 도시된 바와 같이, 엔드 플레이트(31)의 측면에는 공용 분배 기구() 에 결합되기 위한 다수의 체결부(41a~41h)와, 공용 분배 기구(22)로부터 수소와 공기 및 냉각수를 공급받는 수소 공급부(43a)와 공기 공급부(43b) 및 냉각수 공급부(43c)와, 수소와 공기 및 냉각수를 공용 분배 기구(22)로 배출하기 위한 수소 배출부(43f)와 공기 배출부(43e) 및 냉각수 배출부(43d)가 형성된다.4, a plurality of
체결부(41a~41h)는 엔드 플레이트(31)의 폭이 좁은 측면에 형성되며, 내측으로 요입된 형상을 갖는다.The fastening
단위 셀 적층부(32)가 접촉되는 엔드 플레이트(31)의 넓은 면에는 공용 분배 기구(22)로부터 공급되는 수소와 공기 및 냉각수를 단위 셀 적층부(32)로 공급하는 스택 수소 공급부(44a)와 스택 공기 공급부(44b) 및 스택 냉각수 공급부(44c)와, 단위 셀 적층부(32)에서 사용되고 배출되는 수소와 공기 및 냉각수를 공용 분배 기구(22)로 배출하기 위한 스택 수소 배출부(44f)와 스택 공기 배출부(44e) 및 스택 냉각수 배출부(44d)가 형성된다.A stack
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 수소 공급부(43a)와 스택 수소 공급부(44a)는 수소 공급 통로(51a)에 의해 연결되며, 공기 공급부(43b)와 스택 공기 공급부(44b)는 공기 공급 통로(51b)에 의해 연결되고, 냉각수 공급부(43c)와 스택 냉각수 공급부(44c)는 냉각수 공급 통로(51c)에 의해 연결된다(편의상 체결부는 도시하지 않았음).5A and 5B, the
마찬가지로 수소 배출부(43f)와 스택 수소 배출부(44f)는 수소 배출 통로(51f)에 의해 연결되고, 공기 배출부(43e)와 스택 공기 배출부(44e)는 공기 배출 통로(51e)에 의해 연결되며, 냉각수 배출부(43d)와 스택 냉각수 배출부(44d)는 냉 각수 배출 통로(51d)에 의해 연결된다. 그리고 엔드 플레이트(31)의 내부에서 수소와 공기 및 냉각수가 서로 혼합되지 않도록 각각의 공급 및 배출 통로는 서로 교차되지 않도록 형성된다.The
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 공용 분배 기구(22)는 정육면체 형상을 가지며, 금속이나 폴리머 또는 이들의 복합 재료 중 어느 하나로 만들어진다. 6 and 7, the
공용 분배 기구(22)의 4개의 측면(22b)에는 연료전지 스택(21)의 엔드 플레이트(31)와 결합되기 위한 복수의 결합부(63a~63h)가 형성된다. 또한, 상면(22a)과 측면(22b)에는 공급라인(22c)과 배출라인(22d)이 형성되어 수소와 공기 및 냉각수를 공급 및 배출한다.A plurality of
결합부(63a~63h)는 엔드 플레이트(31)에 형성된 체결부(41a~41h)의 형상에 대응하여 직육면체 형상으로 돌출 형성되며, 체결부(41a~41h)에 체결된 상태에서 임의로 이탈되지 않도록 결합부(63a~63h)의 외측과 체결부(41a~41h)의 내측에 상호 맞물림에 의해 걸림 유지될 수 있는 구조를 추가적으로 마련할 수 있다.The
공급라인(22c)은 공용 분배 기구(22)의 상면 또는 하면에 형성되어 외부와 연결되며 수소와 공기 및 냉각수를 공급하는 메인 수소 공급부(61a)와 메인 공기 공급부(61b) 및 메인 냉각수 공급부(61c)와, 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 각각 형성되는 서브 수소 공급부(62a)와 서브 공기 공급부(62b) 및 서브 냉각수 공급부(62c)로 구성된다(도 8 내지 도 13 참조). 서브 수소 공급부(62a)와 서브 공기 공급부(62b) 및 서브 냉각수 공급부(62c)는 각각 메인 수소 공급부(61ㅁ)와 메인 공기 공급부(62b) 및 메인 냉각수 공급부(61c)에 각각 연결된다.The
배출라인(22d)은 공용 분배 기구(22)의 상면 또는 하면에 형성되며 외부와 연결되어 수소와 공기 및 냉각수를 외부로 배출하는 메인 수소 배출부(61d)와 메인 공기 배출부(61e) 및 메인 냉각수 배출부(61f)와, 공용 분배 기구(22)의 측면에 각각 형성되는 서브 수소 배출부(62f)와 서브 공기 배출부(62e) 및 서브 냉각수 배출부(62d)로 구성된다(도 8 내지 도 13 참조). 서브 수소 배출부(62f)와 서브 공기 배출부(62e) 및 서브 냉각수 배출부(62d)는 각각 메인 수소 배출부()와 메인 공기 배출부() 및 메인 냉각수 배출부()에 각각 연결된다.The
도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 공급라인(22c) 및 배출라인(22d)은 공용 분배 기구(22)의 내부에서 서로 교차되어 겹치지 않도록 단차를 두고 배치되는 것이 바람직하다.As shown in Fig. 7, it is preferable that the
도 8에 도시된 바와 같이, 메인 수소 공급부(61a)는 외부와 연결되어 수소를 공용 분배 기구(22)의 내부로 공급한다. 서브 수소 공급부(62a)는 일측이 메인 수소 공급부(61a)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔드 플레이트(31)에 형성된 수소 공급부(43a)와 연통되어 메인 수소 공급부(61a)로부터 공급된 수소를 연료전지 스택(21)으로 분배한다. 따라서 공용 분배 기구(21)의 측면(22b)에 형성되는 서브 수소 공급부(62a)와 엔드 플레이트(31)의 측면에 형성되는 수소 공급부(43a)는 같은 높이 상에 형성되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 8, the main
도 9에 도시된 바와 같이, 메인 공기 공급부(61b)는 외부와 연결되어 공기를 공용 분배 기구(22)의 내부로 공급한다. 서브 공기 공급부(62b)는 일측이 메인 공기 공급부(61b)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔 드 플레이트(31)에 형성된 공기 공급부(43b)와 연통되어 메인 공기 공급부(61b)로부터 공급된 공기를 연료전지 스택(21)으로 분배한다. 따라서 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 형성되는 서브 공기 공급부(62b)와 엔드 플레이트(31)의 측면에 형성되는 공기 공급부(43b)는 같은 높이 상에 형성되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 9, the main
도 10에 도시된 바와 같이, 메인 냉각수 공급부(61c)는 외부와 연결되어 냉각수를 공용 분배 기구(22)의 내부로 공급한다. 서브 냉각수 공급부(62c)는 일측이 메인 냉각수 공급부(61c)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔드 플레이트(31)에 형성된 냉각수 공급부(43c)와 연통되어 메인 냉각수 공급부(61c)로부터 공급된 냉각수를 연료전지 스택(21)으로 분배한다. 따라서 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 형성되는 서브 냉각수 공급부(62c)와 엔드 플레이트(31)의 측면에 형성되는 냉각수 공급부(43c)는 같은 높이 상에 형성되는 것이 바람직하다.10, the main cooling
도 11에 도시된 바와 같이, 메인 냉각수 배출부(61d)는 외부와 연결되어 냉각수를 공용 분배 기구(22)의 외부로 배출한다. 서브 냉각수 배출부(62d)는 일측이 메인 냉각수 배출부(61d)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔드 플레이트(31)에 형성된 냉각수 배출부(43d)와 연통되어 연료전지 스택(21)으로부터 배출된 냉각수가 공용 분배 기구(22)를 통과해 외부로 배출되도록 한다.As shown in FIG. 11, the main cooling
도 12에 도시된 바와 같이, 메인 공기 배출부(61e)는 외부와 연결되어 공기를 공용 분배 기구(22)의 외부로 배출한다. 서브 공기 배출부(62e)는 일측이 메인 공기 배출부(61e)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔드 플레이트(31)에 형성된 공기 배출부(43e)와 연통되어 연료전지 스택(21)으로부터 배출된 공기가 공용 분배 기구(22)를 통과해 외부로 배출되도록 한다.12, the main
도 13에 도시된 바와 같이, 메인 수소 배출부(61f)는 외부와 연결되어 수소를 공용 분배 기구(22)의 외부로 배출한다. 서브 수소 배출부(62f)는 일측이 메인 수소 배출부(61f)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔드 플레이트(31)에 형성된 수소 배출부(43f)와 연통되어 연료전지 스택(21)으로부터 배출된 수소가 공용 분배 기구(22)를 통과해 외부로 배출되도록 한다.As shown in FIG. 13, the main
상기와 같은 구성에 의해 공용 분배 기구를 중심으로 연료전지 스택을 단층으로 배열하되 방사상으로 배치하게 되면 연료전지 스택이 공용 분배 기구와 직접 연결되므로 많은 수의 단위 전지의 적층시 발생할 수 있는 분리판 간의 오차 발생을 줄여 정밀도를 향상시키고, 연료 가스를 균일하게 분배할 수 있으며, 각종 반응물의 교환이 원활해진다. 또한 순차적으로 적층하는 직렬 연결 방식이 아니므로 내부 저항을 줄일 수 있고, 내부를 순환하는 냉각수의 온도차가 작아져 연료전지의 효율이 향상되는 효과가 있다.According to the above-described structure, when the fuel cell stack is arranged in a single layer centering on the common distribution mechanism, the fuel cell stack is directly connected to the common distribution mechanism. Therefore, when a large number of unit cells are stacked, It is possible to improve the precision by reducing the occurrence of the error, to uniformly distribute the fuel gas, and to exchange various reactants smoothly. In addition, since it is not a serial connection method in which the fuel cell stacks are sequentially stacked, the internal resistance can be reduced, and the temperature difference of the cooling water circulating inside can be reduced, thereby improving the efficiency of the fuel cell.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a fuel cell stack having a multi-module fastening structure according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도 14는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택을 도시한 사시도이고, 도 15는 도 14에 따른 공용 분배 기구의 사시도이다. 도 16은 도 15에 따른 공용 분배 기구의 정면도이며, 도 17 내지 도 22는 도 16에 따른 A-A 내지 F-F의 단면도이다.FIG. 14 is a perspective view showing a fuel cell stack having a multi-module fastening structure according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a perspective view of a common distribution mechanism according to FIG. Fig. 16 is a front view of the common distribution mechanism according to Fig. 15, and Figs. 17 to 22 are sectional views taken along the line A-A to F-F in Fig.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택은 상면 및 하면이 정삼각형인 정오면체 형상의 공용 분배 기구(142)를 중심으로 각각의 측면에 하나씩의 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)이 방사상으로 배치되되 단층으로 체결되어 구현된다. 14, a fuel cell stack having a multi-module fastening structure according to a second embodiment of the present invention includes a common distributing
또한, 이웃한 연료전지 스택(21a, 21b, 21c) 간의 간극을 채우기 위해 충진 구조물(141a, 141b, 141c)이 삽입되며, 충진 구조물(141a, 141b, 141c)과 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)이 밀착 결합되도록 외부링(143)이 이들의 외주면을 감싸 고정한다(연료전지 스택과 엔드 플레이트에 관한 설명은 제1 실시 예와 동일하므로 생략하기로 한다).In addition, the filling
충진 구조물(141a, 141b, 141c)은 고무 재질로 만들어지며, 연료전지 스택(21a, 21b, 21c) 간의 간극의 형상에 대응하여 상면 및 하면이 삼각형인 오면체의 형상으로 만들어지는 것이 바람직하다.It is preferable that the filling
외부링(143)은 일종의 고정 막으로서, 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)과 충진 구조물(141a, 141b, 141c)의 외주면을 감싸며 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)과 충진 구조물(141a, 141b, 141c)이 유동되지 않도록 서로 밀착 결합시킨다. 외부링(143)은 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)과 충진 구조물(141a, 141b, 141c)이 임의로 이탈되지 않도록 고정할 수 있다면 그 재질에 제한 없이 사용될 수 있다.The
도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 공용 분배 기구(142)는 정오면체 형상을 가지며, 금속이나 폴리머 또는 이들의 복합 재료 중 어느 하나로 만들어진다.As shown in Figs. 15 and 16, the
공용 분배 기구(142)의 각각의 측면(142b)에는 연료전지 스택(21)의 엔드 플레이트(31)와 결합되기 위한 복수의 결합부(153a~153h)가 형성된다. 또한, 공용 분배 기구(142)의 상면과 측면에는 공급라인(142c)과 배출라인(142d)이 형성되어 수소와 공기 및 냉각수를 공급 및 배출한다.A plurality of engaging
본 발명의 제2 실시 예에 따른 결합부(153a~153h) 역시 엔드 플레이트(31)에 형성된 체결부(41a~41h)에 체결된 상태에서 임의로 이탈되지 않도록 결합부(153a~153h)의 외측과 체결부(41a~41h)의 내측에 상호 맞물림에 의해 걸림 유지될 수 있는 구조를 추가적으로 마련할 수 있다.The engaging
공급라인(142c)은 공용 분배 기구(142)의 상면 또는 하면에 형성되며 외부와 연결되어 수소와 공기 및 냉각수를 공급하는 메인 수소 공급부(151a)와 메인 공기 공급부(151b) 및 메인 냉각수 공급부(151c)와, 공용 분배 기구(142)의 측면에 각각 형성되는 서브 수소 공급부(152a)와 서브 공기 공급부(152b) 및 서브 냉각수 공급부(152c)로 구성된다. 서브 수소 공급부(152a)와 서브 공기 공급부(152b) 및 서브 냉각수 공급부(152c)는 메인 수소 공급부(151a)와 메인 공기 공급부(151b) 및 메인 냉각수 공급부(151c)에 각각 연결된다(도 17 내지 도 22 참조).The
배출라인(142d)은 공용 분배 기구(142)의 상면 또는 하면에 형성되며 외부와 연결되어 수소와 공기 및 냉각수를 외부로 배출하는 메인 수소 배출부(151f)와 메인 공기 배출부(151e) 및 메인 냉각수 배출부(151d와, 공용 분배 기구(142)의 측면에 각각 형성되는 서브 수소 배출부(152f)와 서브 공기 배출부(152e) 및 서브 냉각수 배출부(152d)로 구성된다. 서브 수소 배출부(152f)와 서브 공기 배출부(152e) 및 서브 냉각수 배출부(152d)는 메인 수소 배출부(151f)와 메인 공기 배출부(151e) 및 메인 냉각수 배출부(151d)에 각각 연결된다(도 17 내지 도 22 참조).The
도 16에 도시된 바와 같이, 각각의 공급라인(142c) 및 배출라인(142d)은 공용 분배 기구(142)의 내부에서 서로 교차되어 겹치지 않도록 단차를 두고 배치되는 것이 바람직하다(각각의 공급라인과 배출라인에 관한 세부적인 설명은 제1 실시 예와 동일하므로 생략하기로 한다).As shown in FIG. 16, it is preferred that the
전술한 실시 예들에서 공용 분배 기구가 정육면체 또는 정오면체인 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택에 관해 설명하였으나, 공용 분배 기구는 정칠면체나 정팔면체 등 다면체라면 제한없이 변경될 수 있고, 이에 따라 충진 구조물의 형태 역시 변경될 수 있다.In the above-described embodiments, the fuel cell stack having the common distribution mechanism having the multi-module fastening structure of a cube or a straight face has been described. However, the common distribution mechanism can be changed without limitation as long as it is a polyhedron such as a juncture or an octahedron, The form of the < / RTI >
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And such changes are within the scope of the appended claims.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택은 공용 분배 기구를 중심으로 연료전지 스택을 단층의 방사상으로 배열함으로써 많은 수의 단위 전지의 적층 시 발생할 수 있는 분리판 간의 오차 발생을 줄여 정밀도를 향상시키고, 직렬 연결에 의한 내부 저항을 감소시킬 수 있다.As described above, the fuel cell stack having a multi-module fastening structure according to an embodiment of the present invention can arrange a plurality of unit cells in a stacked manner by arranging the fuel cell stack as a single layer, It is possible to improve the accuracy by reducing the occurrence of errors between the separators and to reduce the internal resistance by the series connection.
또한 과도한 직렬 연결 구조를 탈피함으로써 각 연료전지 스택 내부의 단위 전지를 순환하는 냉각수의 온도차가 작아지며, 연료전지 스택에 연료 가스를 균일하게 공급할 수 있는 효과가 있다. 따라서 연료전지 스택의 효율이 향상되는 장점이 있다.Further, by avoiding the excessive series connection structure, the temperature difference of the cooling water circulating in each unit cell in each fuel cell stack becomes small, and the fuel gas can be uniformly supplied to the fuel cell stack. Therefore, the efficiency of the fuel cell stack is improved.
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