KR100986535B1 - 연료전지 차량의 면압 조절 장치 - Google Patents

연료전지 차량의 면압 조절 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 차량에 설치되는 스택의 안정적인 기밀 유지와 함께 상기 스택이 최적의 상태로 성능 구현이 가능하도록 스택의 길이 방향을 따라 가해지는 면압을 안정적으로 조절 가능하게 하는 연료전지 차량의 면압 조절 장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 스택의 길이 방향의 양측 단부 중 일측 단부에 면접촉된 상태로 밀착 설치되며 내측으로 제1 결합홈이 형성된 제1 앤드 플레이트, 상기 스택의 타측 단부에 면접촉된 상태로 밀착 설치되며 내측으로 제2 결합홈이 형성된 제2 앤드 플레이트를 포함하는 앤드 플레이트부와; 상기 스택의 면압 조절이 가능하도록 제1,2 결합홈상에 삽입 설치되는 조절 부재; 및 상기 제1 결합홈에 일단이 결합 되어 절곡된 후에 적층된 스택의 외측 길이 방향을 따라 연장 형성되고 타단이 절곡되어 제2 결합홈에 결합 되며, 상기 조절 부재의 조절 상태에 따라 스택의 면압을 유지 가능하게 하는 체결바를 포함하여 구성되는 연료전지 차량의 면압 조절 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
연료전지, 스택, 체결, 면압, 토크

Description

연료전지 차량의 면압 조절 장치{Bearing Stress Control Apparatus for Fuel Cell Vehicle}
본 발명은 연료전지 차량의 스택에 가해지는 면압을 안정적으로 조정 가능하게 할 수 있는 연료전지 차량의 면압 조절 장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지(Fuel Cell)는 반응물의 산화, 환원에 의한 화학에너지를 전기에너지로 바꾸어주는 발전장치로써, 기존의 다른 화학에너지와는 달리 부산물로 배출되는 것이 오직 물(H20)뿐 이여서 공해 및 소음이 거의 없으며 반응이 간단하여 차세대 대체 에너지로 각광 받고 있다.
상기 연료전지의 단위셀(Unit cell)의 전압은 방전시에 약 0.8 ~ 1.2V로 낮기 때문에, 실제 발전에서는 기본 구성인 단위셀을 다수개 적층하여 전압을 높이고, 셀 면적을 증가시켜 고출력화를 달성하게 된다. 이렇게 단위셀을 여러단 적층한 것을 스택(stack)이라 한다.
이러한 스택은 전술한 바와 같이 다수개의 단위셀을 적층시킨 상태이기 때문에, 단위셀 간에 틈새가 형성되면 내부저항이 발생되어 전기적인 흐름이 원활하지 못한 문제점이 있었다. 이에 따라, 스택은 면압장치에 의해 단위셀들 간에 접촉력 을 증대시켜 내부저항을 줄이고 전기적인 흐름이 원활하도록 하기 위한 면압이 제공되었다.
상기 스택은 체결시 발생되는 체결력에 의하여 스택의 면압은 결정되고 면압의 변화에 따라서 연료전지 스택은 기밀의 유지 및 불가가 결정되며, 상기 스택의 성능도 변화하게 된다.
이에 따라서 가스 확산층에서 발생 될 수 있는 크립(Crip) 현상 및 연료전지 운전시 가스 주입에 따른 압력 변화 및 열에 의한 수축/팽창으로 인하여 지속적인 영구 변형이 발생할 수 있는 문제점을 안고 있어, 초기 스택 제작 시 적절한 면압을 조절해주는 것이 중요하게 대두 되었으며, 스택의 내구 성능 향상을 위해 최근에는 보다 안정적으로 스택 면압을 재조정 할 수 있는 다양한 노력이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은 연료전지 차량에 구비된 스택의 안정적인 면압 유지 및 상기 스택이 최상의 상태로 작동 가능하도록 면압 조절이 이루어지는 연료전지 차량의 면압 조절 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치는
다수의 단위 셀이 적층 형성된 스택의 길이 방향의 양측 단부 중 일측 단부에 면접촉된 상태로 밀착 설치되며 내측으로 제1 결합홈이 형성된 제1 앤드 플레이트, 상기 스택의 타측 단부에 면접촉된 상태로 밀착 설치되며 내측으로 제2 결합홈이 형성된 제2 앤드 플레이트를 포함하는 앤드 플레이트부;
상기 스택의 면압 조절이 가능하도록 제 1 및 제 2 앤드플레이트의 제 1 및 2 결합홈 내에 위치하는 조절 부재;
스택의 외측 길이 방향을 따라 연장 형성되고 제 1 절곡부는 제 1 엔드플레이트의 제 1 결합홈에 결합되며, 제 2 절곡부는 제 2 결합홈에 결합되어 상기 조절 부재의 상태에 따라 스택의 면압을 유지 가능하게 하는 체결바;
상기 조절 부재 및 상기 체결바의 제 2 절곡부에 형성된 관통공을 관통하여 하단이 제 2 앤드플레이트의 바닥면에 대응하는 조절 나사를 포함하되,
조절 부재의 양측면에는 길이 방향으로 연장된 가이드 연장부가 형성되며, 제2 앤드 플레이트의 제 2 결합홈 양측에는 가이드 홈이 형성되어 조절 부재의 가이드 연장부가 제 2 결합홈의 가이드 홈에 각각 수용되며, 조절 나사의 회전시 조절 부재는 회전하지 않고 제 2 결합홈 내에서 상하 이동하여 제 2 앤드플레이트를 가압 또는 제 2 앤드 플레이트의 가압 상태를 완화시키는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 의한 체결바는 앤드 플레이트의 길이 방향을 따라 동일 간격을 갖고 이격되게 설치된다.
본 발명에 의한 앤드 플레이트부의 제1,2 결합홈은 제1,2 앤드 플레이트의 내측으로 홈이 형성된 형태로 이루어지되, 상기 제1,2 결합홈의 길이 방향 길이(L)가 폭 방향 길이(L')보다 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치가 결합된 상태를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치의 작동 상태도이고, 도 4는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치에 설치되는 조절 부재의 평면도이다.
첨부된 도 1a 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치는 스택(2)의 길이 방향의 양측 단부 중 일측 단부에 면접촉된 상태로 밀착 설치되며 내측으로 제1 결합홈(112)이 형성된 제1 앤드 플레이트(110)와, 스택(2)의 타측 단부에 면접촉된 상태로 밀착 설치되며 내측으로 제2 결합홈(122)이 형성된 제2 앤드 플레이트(120)를 포함하는 앤드 플레이트부(100)가 구비된다.
또한, 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치는 스택(2)의 면압 조절이 가능하도록 제 1 및 제 2 엔드플레이트(110 및 120)에 형성된 제1 및 제 2 결합홈(112, 122) 내에 위치하는 조절 부재(124); 및 적층된 스택(2)의 외측 길이 방향을 따라 연장 형성되고 제 1 절곡부는 제 1 엔드플레이트(110)의 제 1 결함홈(112)에 결합되며, 제 2 절곡부는 제2 결합홈(122)에 결합되며, 조절 부재(124)의 조절 상태에 따라 스택(2)의 면압을 유지 가능하게 하는 체결바(200)를 더 포함한다.
본 발명에 의한 앤드 플레이트부(100)의 제1 및 제 2 결합홈(112, 122)은 제 1 및 제 2 앤드 플레이트(110 및 120)의 내측 및 길이 방향으로 연장된 형태로 이루어지되, 제 1 및 제 2 결합홈(112, 122)의 길이 방향 길이(L)가 폭 방향 길이(L')보다 길게 형성되는 것을 특징으로 한다. 왜냐하면, 제 1 및 제 2 결합홈(112 및 122)의 길이 방향 길이(L)가 길게 형성되어야 체결바(200)에 의해 체결압이 제 1 및 제 2 앤드 플레이트(110,120)에 안정적으로 가해지기 때문이다.
제2 앤드 플레이트(120)의 제2 결합홈(122) 내에 위치하는 조절 부재(124)는 중앙부에 관통공(도 4의 124-2)이 형성되며, 관통공의 내주면에는 나선부가 형성되어 있다. 조절 부재(124)의 양측면에는 길이 방향으로 연장된 가이드 연장부(도 4의 124-1)가 각각 형성되어 있다.
본 발명에 따른 면압 조절 장치에서, 제2 앤드 플레이트(120)의 제2 결합홈(122)의 양측 내벽에는 상기 제2 결합홈(122) 내에서 조절 부재(124)의 상하 이동이 가능하도록 하기 위하여 가이드 홈(123)이 각각 형성되며, 이 가이드 홈(123) 내에 조절 부재(124)의 가이드 연장부(124-1)가 각각 위치한다.
본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치는 제2 결합홈(122) 내에서의 조절 부재(124)의 상하 이동을 위한 조절 나사(125)를 더 포함한다.
조절 나사(125)는 조절 부재(124)의 중심부에 형성된 관통공(도 4의 124-1)에 나사 결합된다.
본 발명에서, 조절나사(125)는 제2 결합홈(122)의 중심에 대응하며, 이는 작업자에 의해 조절 나사(125)가 조절될 때 조절 부재(124)에 가해지는 힘이 어느 한 쪽으로 편중된 상태로 제2 앤드 플레이트(120)에 가해지는 것을 방지하기 위해서이다.
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본 발명에 의한 체결바(200)는 앤드 플레이트(100)의 길이 방향을 따라 동일 간격으로 이격 설치되는 것을 특징으로 한다. 왜냐하면, 다수의 셀이 적층 형성된 스택(2)에 균일한 면압을 가하여 불균일한 면압을 해소하기 위해서이다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치의 설치 과정과 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치를 설치하기 위해서는 스택(2)의 하면에 제 1 앤드 플레이트(110)를 설치하고 스택(2)의 상면에 제2 앤드 플레이트(120)를 설치한 상태에서, 제 2 앤드 플레이트(120)의 제 2 결합홈(122) 내에 조절 부재(124)를 위치시킨다 (도 1a의 상태).
조절 부재(124)가 제 2 결합홈(122) 내에 위치한 상태에서 체결바(200)의 절곡부(210, 220)를 제 1 및 제 2 엔드플레이트(110 및 12)의 제 1 및 2 결합홈(112, 122)에 위치시킨다 (도 1b의 상태). 한편, 체결바(200)의 절곡부(210)에는 관통공이 형성되어 있으며, 이 관통공은 조절 부재(124)에 형성된 관통공(124-2)에 대응된다.
삭제
제 1 및 제 2 엔드 플레이트(110 및 120)의 제 1, 2 결합홈(112, 122)은 길이 방향 길이(L)가 폭 방향 길이(L')보다 길게 형성되어 있어서 체결바(200)에 의한 체결압이 제1,2 앤드 플레이트(110,120)에 안정적으로 가해지게 된다.
이 상태에서, 조절 나사(125)를 체결바(200)의 절곡부(210)에 형성된 관통공 및 조절 부재(124)에 형성된 관통공(124-2)에 삽입한다 (도 2의 상태). 이 때, 조절 나사(125)의 하단은 제 2 엔드 플레이트(120)의 제 2 결합홈(122)의 바닥면에 접촉한다 .
이상에서와 같이 스택(2)에 제 1 및 제 2 앤드 플레이트(110, 120)와 조절 부재(124) 및 체결바(200)가 결합된 상태에서 스택(2)의 면압은 작업자에 의해 조정되는 조절 나사(125)에 의해 다양하게 변경된다.
예를 들어, 현재 스택(20)에서 출력되는 전류밀도가 약하다고 판단될 경우에는 스택(2)에 체결된 조절 나사(125)를 제 1 방향으로 회전시켜 조절 부재(124)를 하측 방향으로 하강시킨다.
즉, 조절 부재(124)의 양측면에 형성된 가이드 연장부(124-1)가 제 2 결합홈(122)의 양측 내벽에 형성된 가이드 홈(123) 내에 각각 위치하기 때문에 조절 나사(125)가 회전할지라도 조절 부재(124)는 회전하지 않으나, 조절 나사(125)의 외주면에 형성된 나선부와 조절 부재(124)의 중앙 관통공(124-2) 내주면에 형성된 나선부의 작용에 따라 조절 부재(124)는 제 2 앤드 플레이트(120)의 제2 결합홈(122) 내에서 하향 이동한다.
따라서, 조절 부재(124)는 제 2 앤드 플레이트(120)의 제2 결합홈(122) 내에서 하강하면서 다수의 셀이 적층된 스택(2)과 접촉하는 제 2 앤드 플레이트(220)를 가압하며, 제 2 앤드 플레이트(220)는 스택(2)을 가압하게 된다.
바람직하게는 스택(2)에 균일한 면압을 발생시키기 위해 제2 앤드 플레이트(220)의 길이방향 양측에 다수개의 체결바(200)가 동일한 간격으로 이격 설치되는 것이 바람직하다.
삭제
스택(2)에 가해지는 면압이 과도할 경우에는 조절 나사(125)를 제 2 방향(제 1 방향의 반대 방향)으로 회전시켜 조절 부재(124)를 제 2 앤드 플레이트(120)의 제2 결합홈(122) 내에서 상향 이동시킨다.
조절 부재(124)가 상향 이동함에 따라 스택(2)에 가해졌던 조절 부재(124)와 제 2 앤드플레이트(120)의 접촉이 완화되고, 이에 따라 스택(2)에 가해지는 압력이 약해지면서 최적의 상태로 스택(2)의 성능이 유지되어 안정적인 연료전지 차량의 운용이 이루어지게 된다.
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삭제
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치는 최적의 상태로 스택에 가해지는 면압 조절이 가능해져 상기 스택의 최대 성능 발현이 가능하고, 스택 체결 및 재조립시 소요되는 작업 시간을 단축시켜 작업성이 향상 가능한 효과가 있다.
또한, 스택 조립 이후에도 조절나사의 조절에 의한 스택 면압이 다양하게 조절 가능하여 사용자에 용이하게 스택의 면압을 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치가 결합된 상태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치의 작동 상태도.
도 4는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 면압 조절 장치에 설치되는 조절 부재의 평면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2 : 스택 100 : 앤드 플레이트부
110,120 : 제1,2 앤드 플레이트 112 : 제1 결합홈
122 : 제2 결합홈 123 : 가이드 홈
124 : 조절 부재 124a : 눈금부
125 : 조절나사 125a : 기준눈금
200 : 체결바

Claims (5)

  1. 다수의 단위 셀이 적층 형성된 스택의 길이 방향의 양측 단부 중 일측 단부에 면접촉된 상태로 밀착 설치되며 내측으로 제1 결합홈이 형성된 제1 앤드 플레이트, 상기 스택의 타측 단부에 면접촉된 상태로 밀착 설치되며 내측으로 제2 결합홈이 형성된 제2 앤드 플레이트를 포함하는 앤드 플레이트부;
    상기 스택의 면압 조절이 가능하도록 제 1 및 제 2 앤드플레이트의 제 1 및 2 결합홈 내에 위치하는 조절 부재;
    스택의 외측 길이 방향을 따라 연장 형성되고 제 1 절곡부는 제 1 엔드플레이트의 제 1 결합홈에 결합되며, 제 2 절곡부는 제 2 결합홈에 결합되어 상기 조절 부재의 상태에 따라 스택의 면압을 유지 가능하게 하는 체결바;
    상기 조절 부재 및 상기 체결바의 제 2 절곡부에 형성된 관통공을 관통하여 하단이 제 2 앤드플레이트의 바닥면에 대응하는 조절 나사를 포함하되,
    조절 부재의 양측면에는 길이 방향으로 연장된 가이드 연장부가 형성되며, 제2 앤드 플레이트의 제 2 결합홈 양측에는 가이드 홈이 형성되어 조절 부재의 가이드 연장부가 제 2 결합홈의 가이드 홈에 각각 수용되며, 조절 나사의 회전시 조절 부재는 회전하지 않고 제 2 결합홈 내에서 상하 이동하여 제 2 앤드플레이트를 가압 또는 제 2 앤드 플레이트의 가압 상태를 완화시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 면압 조절 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서, 상기 체결바는 앤드 플레이트의 길이 방향을 따라 동일 간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 면압 조절 장치.
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KR20080086614A (ko) * 2007-03-23 2008-09-26 지에스칼텍스 주식회사 밴드 체결형 연료전지 스택

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