KR101172280B1

KR101172280B1 - Manifold insulation device of a fuel cell

Info

Publication number: KR101172280B1
Application number: KR1020090133993A
Authority: KR
Inventors: 김영봉; 김준호; 이승륜; 박종훈; 윤부호; 장인갑; 이태원
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2012-08-20
Also published as: KR20110077419A

Abstract

본 발명은 연료 전지의 스택과 매니폴드를 절연시키는 매니폴드 절연장치에 대한 것으로서, 상기 절연장치는, 스택과 매니폴드에 각각 접촉되며 절연 재료로 이루어진 매니폴드 절연체(110) 및 상기 매니폴드 절연체(110)가 고정되도록 지지하는 지지 유닛(120)들을 포함한다. 본 발명에 따르면, 스택과 매니폴드사 이에 가스의 누설을 방지하고 전기적인 절연을 유지하기 위한 매니폴드 절연체의 결합을 쉽게 할 뿐만 아니라 상기 매니폴드 절연체의 결합시 그 매니폴드 절연체가 소정의 설정된 곳에 위치하게 된다. 또한 본 발명에 따른 절연장치를 적용할 경우, 연료 전지의 고온 운전 조건에서도 스택과 매니폴드 사이의 절연을 최대화하고 가스의 누설을 최소화할 수 있다.The present invention relates to a manifold insulator that insulates a stack and a manifold of a fuel cell, wherein the insulator is in contact with the stack and the manifold, respectively, and is made of an insulating material. And supporting units 120 for supporting 110 to be fixed. According to the present invention, the stack and the manifold between the manifold insulator to facilitate the coupling of the manifold insulator to prevent the leakage of gas and maintain electrical insulation, as well as the manifold insulator in the predetermined position when the manifold insulator is coupled Will be located. In addition, when the insulator according to the present invention is applied, it is possible to maximize the insulation between the stack and the manifold and to minimize the leakage of gas even at a high temperature operating condition of the fuel cell.

스택, 매니폴드, 절연체, 지지체 Stack, Manifold, Insulator, Support

Description

MANIFOLD INSULATION DEVICE OF A FUEL CELL}

본 발명은 연료 전지의 스택과 매니폴드 사이를 절연하는 매니폴드 절연장치에 대한 것으로서, 매니폴드 절연체(110) 및 지지 유닛(120)들을 포함하여, 연료 전지의 고온 운전 조건에서도 스택과 매니폴드사이에 절연을 최대화하고 가스의 누설을 최소화할 수 있는 매니폴드 절연장치에 대한 것이다.The present invention relates to a manifold insulator that insulates between a stack and a manifold of a fuel cell, including a manifold insulator 110 and support units 120, between the stack and the manifold even at high temperature operating conditions of the fuel cell. It is about a manifold insulator that can maximize insulation and minimize gas leakage.

일반적으로 연료전지는 반응물의 산화, 환원에 의한 화학에너지를 전기에너지로 바꾸어 주는 발전장치로써, 기존의 다른 화학에너지와는 달리 부산물로 배출되는 것이 오직 물(H₂O)뿐이어서 공해 및 소음이 거의 없으며, 반응이 간단하여 차세대 대체 에너지로 각광 받고 있다.In general, a fuel cell is a power generator that converts chemical energy by oxidation and reduction of reactants into electrical energy. Unlike other conventional chemical energy, only fuel (H ₂ O) is discharged as a by-product, so that pollution and noise It is rarely used, and its reaction is simple, making it a popular next-generation alternative.

특히, 연료전지 중에서 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell: MCFC)는 탄산염의 용융물을 전해질로 사용하여 작동온도가 600℃ 이상이기 때문에 전기화학 반응의 속도가 빨라 저온형 연료전지와는 달리 백금등의 귀금속 촉매가 필요하지 않으며, 전기와 고온을 함께 이용할 경우 60% 이상의 열효율을 기대할 수 있어서, 복합 열병합 발전이 가능하다.In particular, the molten carbonate fuel cell (MCFC) in the fuel cell uses a melt of carbonate as an electrolyte, and the operating temperature is higher than 600 ° C, so the electrochemical reaction is fast, and unlike low-temperature fuel cells, platinum, etc. Noble metal catalyst is not required, and when combined with electricity and high temperature, thermal efficiency of 60% or more can be expected, and complex cogeneration is possible.

용융탄산염 연료전지의 단위 셀(Unit Cell)은 전기화학 반응이 일어나는 연료극(Anode)과 공기극(Cathode), 연료 가스와 산화제 가스의 유로를 형성하는 분리판, 전하를 포집하는 집전판, 적층의 편의를 위해 시트의 형태로 제작되는 전해질 판, 용융된 탄산염을 수용하는 매트릭스를 포함한다.The unit cell of the molten carbonate fuel cell includes an anode and a cathode in which electrochemical reactions occur, a separator to form a flow path of fuel gas and an oxidant gas, a current collector plate to collect charges, and convenience of lamination. An electrolyte plate produced in the form of a sheet for the purpose, comprising a matrix containing molten carbonate.

용융탄산염 연료전지는 연료극으로 연료 가스를 공급하고 공기극으로 산화제가스를 공급하면 상기 전극 사이에서 전기 화학반응이 발생하여 직류 전력를 발생시킨다.In the molten carbonate fuel cell, when a fuel gas is supplied to the anode and an oxidant gas is supplied to the cathode, an electrochemical reaction occurs between the electrodes to generate DC power.

이러한 단위 셀의 전압은 정격 방전시에 약 0.8~1.2V로 낮기 때문에, 실제 발전에서는 상기 단위 셀을 다수 적층하여 전압을 높이고, 셀 면적을 확장시켜 고출력화를 달성하게 된다. 상기 단위 셀을 여러 단 적층한 것을 스택(stack)이라 한다.Since the unit cell has a low voltage of about 0.8 to 1.2 V at the rated discharge, in actual power generation, a plurality of the unit cells are stacked to increase the voltage and expand the cell area to achieve high output. Stacking of the unit cells in multiple stages is called a stack.

상기 스택의 측면에는 연료극 및 공기극의 입/출구를 형성하는 매니폴드(manifold)가 결합된다.Side of the stack is coupled to a manifold (manifold) forming the inlet / outlet of the anode and the cathode.

상기 스택과 매니폴드에 의해 형성되는 유로로 연료 가스 및 산화제 가스가 유동하게 되므로 상기 스택과 매니폴드(manifold) 사이에 기밀을 유지해야 한다. 또한 단위 셀들 사이에 전기적인 절연이 유지되도록 하여야 한다.Fuel gas and oxidant gas flow in the flow path formed by the stack and the manifold, and thus it is necessary to maintain airtightness between the stack and the manifold. In addition, electrical insulation must be maintained between the unit cells.

특히, 용융탄산염 연료전지는 작동온도가 600℃ 정도의 고온이기 때문에 열팽창에 의한 스택과 매니폴드간의 상대적인 움직임이 발생할 수 있게 되어 스택과 매니폴드 사이에 연료 가스 및 산화제 가스가 누설되기 쉽다.In particular, the molten carbonate fuel cell has a high temperature of about 600 ° C., so that relative movement between the stack and the manifold may occur due to thermal expansion, and fuel gas and oxidant gas are easily leaked between the stack and the manifold.

상기 용융탄산염 연료전지를 구성하는 스택과 매니폴드 사이에 기밀을 유지 하는 것과 스택의 단위 셀들사이의 전기적으로 절연시키는 것은 용융탄산염 연료전지의 발전 효율과 수명 및 성능을 결정하기 때문에 용융탄산염 연료전지에서 중요한 과제이다.Maintaining airtightness between the stack and the manifold constituting the molten carbonate fuel cell and electrically insulating between the unit cells of the stack determines the power generation efficiency, life and performance of the molten carbonate fuel cell in the molten carbonate fuel cell It is an important task.

본 발명의 목적은, 스택과 매니폴드 사이의 전기적 절연을 유지할 뿐만 아니라 가스의 누설을 방지하기 위한 부재인 매니폴드 절연체의 결합을 용이하게 할 수 있고 또한 상기 매니폴드 절연체가 설정된 곳에 위치하도록 하는 매니폴드 절연장치를 제공하는 것이다.The object of the present invention is not only to maintain the electrical insulation between the stack and the manifold, but also to facilitate the coupling of the manifold insulator, which is a member for preventing the leakage of gas, and to allow the manifold insulator to be located in a set position. It is to provide a fold insulator.

본 발명의 다른 목적은 연료 전지의 고온 운전 조건에서도 스택과 매니폴드사이의 절연을 유지하고 가스의 누설을 최소화할 수 있는 매니폴드 절연장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a manifold insulator capable of maintaining insulation between the stack and the manifold and minimizing gas leakage even at high temperature operating conditions of the fuel cell.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 스택과 매니폴드(150)에 각각 접촉되며, 상기 매니폴드의 내부의 가스 누설을 방지하는, 절연 재료로 이루어진 매니폴드 절연체(110); 상기 매니폴드 절연체를 따라 상기 매니폴드에 형성된 다수개의 삽입부들(H1, H2); 및 상기 다수 개의 삽입부들에 각각 삽입되며, 상기 매니폴드 절연체가 고정되도록 지지하는 지지 유닛(120)들을 포함하여, 연료 전지의 스택과 매니폴드 사이를 절연하는 매니폴드 절연장치를 제공한다.In order to achieve the object as described above, the present invention, the manifold insulator 110 made of an insulating material, which is in contact with the stack and the manifold 150, respectively, to prevent gas leakage inside the manifold; A plurality of inserts (H1, H2) formed in the manifold along the manifold insulator; And support units 120 respectively inserted into the plurality of inserts and supporting the manifold insulator to fix the manifold insulator, thereby providing a manifold insulator that insulates between the stack of the fuel cell and the manifold.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 매니폴드 절연체(110)와 상기 매니폴드(150)사이에 개스킷(160)이 삽입될 수 있다.According to an example of the present invention, a gasket 160 may be inserted between the manifold insulator 110 and the manifold 150.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 매니폴드 절연체(110)는 세라믹 재질로 이루어진 것을 사용할 수 있다.According to an example of the present invention, the manifold insulator 110 may be formed of a ceramic material.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 매니폴드 절연체(110)는 사각형틀 형상으로 형성될 수 있다.According to an example of the present invention, the manifold insulator 110 may be formed in a rectangular frame shape.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 매니폴드에 형성된 삽입부들은 상기 매니폴드 절연체(110)의 내측면 아래와 외측면 아래에 각각 위치하도록 상기 매니폴드의 일면에 형성된 한 쌍의 삽입홈들이 상기 매니폴드 절연체를 따라 복수 개 구비된 제1 삽입홈(H1)들과, 상기 매니폴드 절연체의 외측면 아래에 위치하도록 상기 매니폴드의 일면에 상기 매니폴드 절연체를 따라 형성된 제2 삽입홈(H2)들을 포함한다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the insertion portions formed in the manifold may have a pair of insertion grooves formed in one surface of the manifold so that the insertion portions are located below and below the inner surface of the manifold insulator 110. A plurality of first insertion grooves H1 provided along the second insertion grooves H2 formed along the manifold insulator on one surface of the manifold so as to be positioned below the outer surface of the manifold insulator. .

본 발명의 일례에 따르면, 상기 지지 유닛(120)은 상기 삽입부에 삽입되는 지지 부재(121)와, 상기 지지 부재와 상기 매니폴드 절연체(110) 사이에 삽입되어 탄성력으로 상기 매니폴드 절연체를 지지하는 탄성 부재(122)를 포함한다.According to an example of the present invention, the support unit 120 is inserted between the support member 121 inserted into the insertion portion and the support member and the manifold insulator 110 to support the manifold insulator with elastic force. An elastic member 122 is included.

본 발명의 다른 일례에 따르면, 상기 지지 유닛(120)은 상기 삽입부에 삽입되어 상기 매니폴드 절연체를 지지하는 지지 부재(121)와, 상기 매니폴드에 체결되어 상기 지지 부재를 고정시키는 볼트(123)를 포함할 수 있다.According to another exemplary embodiment of the present invention, the support unit 120 is inserted into the insertion part to support the manifold insulator, and a bolt 123 fastened to the manifold to fix the support member. ) May be included.

본 발명의 또 다른 일례에 따르면, 상기 지지 유닛(120)은 상기 삽입부에 삽입되어 상기 매니폴드 절연체를 지지하는 지지 부재(121)와, 상기 지지 부재의 일측면을 탄성력으로 지지하는 탄성 부재(122)와, 상기 매니폴드에 체결되어 상기 지지 부재의 타측면을 밀어 고정하는 볼트(123)를 포함할 수 있다.According to another example of the present invention, the support unit 120 is inserted into the insertion portion supporting member 121 for supporting the manifold insulator, and an elastic member for supporting one side of the support member with an elastic force ( 122 and a bolt 123 fastened to the manifold to push and fix the other side of the support member.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 지지 부재(121)는 설정된 길이를 가지며 단면이 사각형인 사각 막대 형상인 것이 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, the support member 121 is preferably a rectangular bar shape having a set length and a cross section rectangular.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 지지 부재(121)는 설정된 길이를 가지며 단 면이 원형인 환봉 형상으로 형성될 수 있다.According to an example of the present invention, the support member 121 may be formed in a round bar shape having a set length and a circular cross section.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 지지 부재(121)는 세라믹 재질로 이루어진 것이 바람직하다. According to an example of the present invention, the support member 121 is preferably made of a ceramic material.

본 발명에 따른 매니폴드 절연장치는, 스택과 매니폴드 사이에 매니폴드 절연체를 결합할 때 상기 매니폴드 절연체가 설정된 곳에 위치하게 되고 또한 고온의 운전 조건에서 상기 매니폴드 절연체가 설정된 곳에서 결합력을 유지하게 함으로써, 스택과 매니폴드 사이의 절연을 효과적으로 유지함과 아울러, 스택과 매니폴드에 의해 형성되는 유로를 통해 연료 가스 또는 산화제 가스가 유동시 그 가스들이 스택과 매니폴드 사이로 누설되는 것을 최소화하라 수 있다. 이로 인하여, 연료 전지의 전체적인 효율을 향상시키게 된다.In the manifold insulator according to the present invention, when the manifold insulator is coupled between the stack and the manifold, the manifold insulator is positioned where the manifold insulator is set, and the coupling force is maintained where the manifold insulator is set under high temperature operating conditions. By effectively maintaining the insulation between the stack and the manifold, the flow of fuel or oxidant gas through the flow path formed by the stack and the manifold minimizes the leakage of these gases between the stack and the manifold. . This improves the overall efficiency of the fuel cell.

이하, 본 발명에 따른 연료 전지의 스택과 매니폴드 사이를 절연하는 매니폴드 절연장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a manifold insulator for insulating between a stack and a manifold of a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일례에 따른 매니폴드 절연장치가 구비된 연료 전지의 일예를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일례에 따른 매니폴드 절연장치가 구비된 매니폴드를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing an example of a fuel cell provided with a manifold insulator according to an example of the present invention. 2 is a perspective view illustrating a manifold having a manifold insulator according to an example of the present invention.

도 1, 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료 전지의 매니폴드 절연장치는 매니폴드 절연체(110), 다수 개의 삽입부(H1, H2)들 및 지지 유닛(120)들을 포함한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the manifold insulator of the fuel cell according to the present invention includes a manifold insulator 110, a plurality of inserts H1 and H2, and a support unit 120.

상기 연료 전지는 하부 엔드판(130)위로 다수 개의 단위 셀(C)이 적층되도록 결합되고 상기 다수 개의 셀(C)들위에 상부 엔드판(135)이 결합된다. 상기 다수 개의 단위 셀(C)들이 적층된 것을 스택(140)이라 한다. 그리고 상기 스택(140)의 측면으로 스택(140)의 연료극과 공기극의 입구 및 출구를 형성하는 매니폴드(150)가 결합된다. 상기 스택(140)과 매니폴드(150)사이에는 기밀을 유지할 뿐만 아니라 전기적인 절연을 유지하는, 본 발명에 따른 절연장치가 구비된다. 상기 스택(140)과 매니폴드(150)는 별도의 체결 장치(미도시)에 의해 체결된다.The fuel cell is coupled such that a plurality of unit cells C are stacked on the lower end plate 130, and an upper end plate 135 is coupled on the plurality of cells C. The stack of the plurality of unit cells C is called a stack 140. And the manifold 150 is coupled to the side of the stack 140 to form the inlet and outlet of the anode and the cathode of the stack 140. Between the stack 140 and the manifold 150 is provided with an insulator according to the invention, which not only maintains hermeticity but also maintains electrical insulation. The stack 140 and the manifold 150 are fastened by separate fastening devices (not shown).

상기 매니폴드(150)는 한쪽이 개구된 내부 공간을 형성하는 하우징부(151)와, 상기 하우징부(151)의 개구측 끝에 절곡 연장된 테두리부(152)를 포함한다. 상기 매니폴드(150)를 개구측에서 볼 때 상기 테두리부(152)는 설정된 폭을 갖는 사각(사각틀) 형태를 이루며 그 사각 형태를 이루는 면은 평면이다. 상기 설정된 폭을 갖는 사각 형태를 장착면(MS)이라 한다. 상기 장착면(MS)이 상기 스택(140)과 가장 가깝게 대면한다. 상기 테두리부(152)의 끝면(ES)은 상기 장착면(MS)과 수직이다.The manifold 150 includes a housing part 151 forming an inner space of which one side is opened, and an edge part 152 extending to the opening side of the housing part 151. When the manifold 150 is viewed from the opening side, the edge portion 152 has a square (square frame) shape having a set width, and the surface forming the square shape is flat. The rectangular shape having the set width is referred to as the mounting surface MS. The mounting surface MS faces nearest to the stack 140. The end surface ES of the edge portion 152 is perpendicular to the mounting surface MS.

상기 매니폴드 절연체(110)는 상기 스택(140)과 매니폴드(150)에 각각 접촉되어 스택(140)과 매니폴드(150)를 절연시키고, 아울러, 상기 매니폴드(150)의 내부로 유동하는 가스가 외부로 누설되는 것을 방지한다. 이러한 매니폴드 절연체(110)는 스택(140)의 각 단위 셀(C)들간의 전기적인 절연을 위하여 절연 재료로 이루어진다.The manifold insulator 110 is in contact with the stack 140 and the manifold 150 to insulate the stack 140 and the manifold 150, and flows into the manifold 150. Prevents gas from leaking outside. The manifold insulator 110 is made of an insulating material for electrical insulation between the unit cells C of the stack 140.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 매니폴드 절연체(110)는 일정 폭과 균일한 두께를 갖는 사각틀 형상으로 형성됨이 바람직하다. 이하에서 상기 매니폴드 절연체(110)가 사각틀 형상으로 형성된 경우에 대하여 설명한다.According to an example of the present invention, the manifold insulator 110 is preferably formed in a rectangular frame shape having a predetermined width and uniform thickness. Hereinafter, a case in which the manifold insulator 110 is formed in a rectangular frame shape will be described.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 매니폴드 절연체(110)는 세라믹 재질로 형성될 수 있다.According to an example of the present invention, the manifold insulator 110 may be formed of a ceramic material.

상기 매니폴드 절연체(110)의 일측면은 상기 스택(140)의 측면에 접촉되고, 그 타측면은 상기 매니폴드(150)의 장착면(MS)에 접촉된다.One side of the manifold insulator 110 contacts the side surface of the stack 140, and the other side of the manifold insulator 110 contacts the mounting surface MS of the manifold 150.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 매니폴드 절연체(110)의 네 개의 직선 막대에 의하여 형성될 수 있다. 상기 네 개의 직선 막대를 각각 제 1, 2, 3, 4 막대부라 할 수 있다. 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 매니폴드 절연체(110)에 있어서 가로로 배치된 제 1 막대부 및 제 3 막대부를 가로측 막대부(110a)라 하고, 세로로 배치된 제 2 막대부 및 제 4 막대부를 세로측 막대부(110b)라 한다. According to an example of the present invention, it may be formed by four straight rods of the manifold insulator 110. The four straight rods may be referred to as first, second, third, and fourth bar portions, respectively. As shown in FIGS. 2 and 3, in the manifold insulator 110, the first rod part and the third bar part arranged horizontally are referred to as horizontal bar parts 110a and the second bar part arranged vertically. And the fourth bar part is referred to as the vertical bar part 110b.

상기 매니폴드 절연체(110)와 상기 매니폴드(150)사이에 개스킷(gasket)이 삽입되는 것이 바림직하다. 상기 개스킷의 두께는 상기 매니폴드 절연체(110)의 두께보다 얇다.It is desirable that a gasket be inserted between the manifold insulator 110 and the manifold 150. The thickness of the gasket is thinner than the thickness of the manifold insulator 110.

상기 다수 개의 삽입부들은 상기 매니폴드(150)의 장착면(MS)에 구비된다. 상기 삽입부들은 복수 개의 제1 삽입홈(H1)들과 복수 개의 제2 삽입홈(H2)들을 포함한다.The plurality of insertion units are provided on the mounting surface MS of the manifold 150. The insertion parts include a plurality of first insertion grooves H1 and a plurality of second insertion grooves H2.

상기 제1 삽입홈(H1)들은, 도 2 내지 4에 도시한 바와 같이, 상기 매니폴드 절연체(110)의 가로측 막대부(110a)인 제 1 막대부 및 제 3 막대부의 내측면 아래와 외측면 아래에 각각 위치하도록 상기 매니폴드(150)의 장착면(MS)에 형성된 한 쌍의 삽입홈들이 상기 매니폴드 절연체(110)를 따라 복수 개 구비되어 이루어진다.
상기 제1 삽입홈(H1)을 형성하는 한 쌍의 삽입홈들은 내측 삽입홈(153)과 외측 삽입홈(154)으로 이루어진다.
상기 내측 삽입홈(153)은 상기 매니폴드 절연체(110)의 내부 영역에 위치하도록 상기 매니폴드(150)의 장착면(MS)에 구비되고, 상기 외측 삽입홈(154)은 상기 매니폴드 절연체(110)의 외부 영역에 위치하도록 상기 매니폴드(150)의 장착면(MS)에 구비된다.As shown in FIGS. 2 to 4, the first insertion grooves H1 may be disposed below the inner side and the outer side of the first rod portion and the third rod portion, which are horizontal rod portions 110a of the manifold insulator 110. A plurality of pairs of insertion grooves formed in the mounting surface MS of the manifold 150 are provided along the manifold insulator 110 so as to be positioned below each.
The pair of insertion grooves forming the first insertion groove H1 includes an inner insertion groove 153 and an outer insertion groove 154.
The inner insertion groove 153 is provided in the mounting surface MS of the manifold 150 to be located in the inner region of the manifold insulator 110, and the outer insertion groove 154 is the manifold insulator ( It is provided on the mounting surface (MS) of the manifold 150 to be located in the outer region of the 110.

한편, 상기 매니폴드 절연체(110)의 새로측 막대부(110b)를 형성하는 상기 제2 막대부와 제4 막대부가 위치하는 상기 매니폴드(150)의 장착면(MS)에 제2 삽입홈(H2)들이 구비된다.
상기 제2 삽입홈(H2)들은, 도 2 및 5에 도시한 바와 같이, 상기 매니폴드 절연체(110)을 따라 그 매니폴드 절연체(110)의 외측에 위치하도록 상기 매니폴드(150)의 장착면(MS)에 구비된다.On the other hand, the second insertion groove (in the mounting surface (MS) of the manifold 150, the second rod portion and the fourth rod portion forming the new rod portion 110b of the manifold insulator 110 is located ( H2) are provided.
2 and 5, the mounting surface of the manifold 150 is located outside the manifold insulator 110 along the manifold insulator 110, as shown in FIGS. 2 and 5. (MS) is provided.

상기 제1 삽입홈(H1)과 제2 삽입홈(H2)은 형상이 같은 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 삽입홈(H1)과 제2 삽입홈(H2)의 크기가 같은 것이 바람직하다.Preferably, the first insertion groove H1 and the second insertion groove H2 have the same shape. In addition, the size of the first insertion groove (H1) and the second insertion groove (H2) is preferably the same.

상기 지지 유닛(120)의 제1 실시예가 도 4, 5에 도시되어 있다.A first embodiment of the support unit 120 is shown in FIGS. 4 and 5.

도 4는 도 2의 "A" 부분 확대도이고, 도 5는 도 2의 "B" 부분 확대도로서 각각 본 발명에 따른 매니폴드 절연장치를 구성하는 지지 유닛(120)의 일례를 보여주는 평면도이다.FIG. 4 is an enlarged view "A" of FIG. 2 and FIG. 5 is an enlarged view "B" of FIG. .

여기서, 상기 지지 유닛(120)은 상기 삽입부에 삽입되는 지지 부재(121)와, 상기 지지 부재(121)와 상기 매니폴드 절연체(110)사이에 삽입되어 탄성력으로 상기 매니폴드 절연체(110)를 지지하는 탄성 부재(122)를 포함한다. 상기 지지 유 닛(120)은 상기 제1 삽입홈(H1)들에 각각 구비되고 또한 상기 제2 삽입홈(H2)에 각각 구비된다.Here, the support unit 120 is inserted between the support member 121 and the support member 121 and the manifold insulator 110 which are inserted into the insertion unit to the elastic manifold insulator 110 with elastic force. It includes an elastic member 122 for supporting. The support unit 120 is provided in each of the first insertion grooves H1 and is provided in the second insertion grooves H2, respectively.

상기 지지 부재(121)는 설정된 길이를 가지며 단면이 사각형인 사각 막대 형상인 것이 바람직하다. 상기 지지 부재(121)가 사각 막대 형상인 경우 상기 제1 삽입홈(H1)의 내측 삽입홈(153)과 외측 삽입홈(154), 그리고 제2 삽입홈(H2)은 각각 일정 폭과 길이와 깊이를 갖도록 형성된다. 상기 제1 삽입홈(H1)의 내측 삽입홈(153)과 외측 삽입홈(154)의 각 길이 방향은 상기 매니폴드 절연체(110)의 막대부 길이 방향과 수직이다. 또한 제2 삽입홈(H2)의 길이 방향이 상기 매니폴드 절연체(110)의 막대부 길이 방향과 수직이다. 상기 제1 삽입홈(H1)의 내측 삽입홈(153)과 외측 삽입홈(154), 그리고 제2 삽입홈(H2)의 각 단면적은 상기 지지 부재(121)의 단면적보다 크다.The support member 121 preferably has a set length and a rectangular bar shape having a rectangular cross section. When the support member 121 has a rectangular bar shape, the inner insertion groove 153, the outer insertion groove 154, and the second insertion groove H2 of the first insertion groove H1 have a predetermined width and length, respectively. It is formed to have a depth. Each length direction of the inner insertion groove 153 and the outer insertion groove 154 of the first insertion groove H1 is perpendicular to the length direction of the rod portion of the manifold insulator 110. In addition, the length direction of the second insertion groove H2 is perpendicular to the length direction of the rod portion of the manifold insulator 110. Each cross-sectional area of the inner insertion groove 153, the outer insertion groove 154, and the second insertion groove H2 of the first insertion groove H1 is larger than that of the support member 121.

상기 탄성 부재(122)는 코일 압축 스프링인 것이 바람직하다. 상기 탄성 부재(122)의 양단이 각각 상기 지지 부재(121)의 측면과 매니폴드 절연체(110)의 측면에 접촉된다. 상기 제1 삽입홈(H1)의 내측 삽입홈(153)과 외측 삽입홈(154)에 각각 위치하는 탄성 부재(122)들이 상기 매니폴드 절연체(110)의 내측면과 외측면을 각각 지지한다. 그리고 상기 제2 삽입홈(H2)에 위치하는 탄성 부재(122)는 상기 매니폴드 절연체(110)의 외측면을 지지한다.The elastic member 122 is preferably a coil compression spring. Both ends of the elastic member 122 are in contact with the side of the support member 121 and the side of the manifold insulator 110, respectively. Elastic members 122 positioned in the inner insertion groove 153 and the outer insertion groove 154 of the first insertion groove H1 respectively support the inner and outer surfaces of the manifold insulator 110. The elastic member 122 positioned in the second insertion groove H2 supports the outer surface of the manifold insulator 110.

상기 제1 삽입홈(H1)들과 제2 삽입홈(H2)들에 각각 위치하는 탄성 부재(122)들이 상기 매니폴드 절연체(110)가 고정되도록 지지하게 된다.The elastic members 122 positioned in the first insertion grooves H1 and the second insertion grooves H2 respectively support the manifold insulator 110 to be fixed.

상기 지지 유닛(120)의 제2 실시예는, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 삽입 부에 삽입되어 상기 매니폴드 절연체(110)를 지지하는 지지 부재(121)와, 상기 매니폴드(150)에 체결되어 상기 지지 부재(121)를 고정시키는 볼트(123)를 포함한다.As shown in FIG. 6, the second embodiment of the support unit 120 includes a support member 121 inserted into the insertion part to support the manifold insulator 110, and the manifold 150. And a bolt 123 fastened to the support member 121 to fix the support member 121.

상기 매니폴드(150)의 테두리부(152)의 끝면(ES)과 상기 제1 삽입홈(H1)의 외측 삽입홈(154) 내주면 사이를 관통하도록 제1 나사홀(155)이 구비되며, 상기 볼트(123)의 끝면이 상기 지지 부재(121)의 측면에 접촉되도록 상기 제1 나사홀(155)에 관통된 상태로 체결된다. 또한 상기 매니폴드(150)의 하우징부(151) 내측면과 상기 제1 삽입홈(H1)의 내측 삽입홈(153) 내주면 사이를 관통하도록 제2 나사홀(미도시)이 구비되며, 상기 볼트(123)의 끝면이 상기 지지 부재(121)의 측면에 접촉되도록 상기 제2 나사홀에 관통된 상태로 체결된다. A first screw hole 155 is provided to pass between an end surface ES of the edge portion 152 of the manifold 150 and an inner circumferential surface of the outer insertion groove 154 of the first insertion groove H1. The end surface of the bolt 123 is fastened in a penetrating state to the first screw hole 155 to be in contact with the side surface of the support member 121. In addition, a second screw hole (not shown) is provided to penetrate between an inner surface of the housing portion 151 of the manifold 150 and an inner circumferential surface of the inner insertion groove 153 of the first insertion groove H1. The end surface of 123 is fastened in a penetrating state to the second screw hole so as to contact the side surface of the support member 121.

또한, 상기 매니폴드(150)의 테두리부(152)의 끝면(ES)과 상기 제2 삽입홈(H2)의 내주면 사이를 관통하도록 나사홀(미도시)이 구비되며, 상기 볼트(123)의 끝면이 상기 지지 부재(121)의 측면에 접촉되도록 상기 나사홀에 관통된 상태로 체결된다. In addition, a screw hole (not shown) is provided to penetrate between an end surface ES of the edge portion 152 of the manifold 150 and an inner circumferential surface of the second insertion groove H2. The end surface is fastened in a state where the screw hole penetrates the side surface of the support member 121.

상기 제1 삽입홈(H1)들에 삽입된 지지 부재(121)들과 상기 제2 삽입홈(H2)들에 각각 삽입된 지지 부재(121)들이 상기 매니폴드 절연체(110)가 고정되도록 지지하게 된다.The support members 121 inserted into the first insertion grooves H1 and the support members 121 inserted into the second insertion grooves H2 respectively support the manifold insulator 110 to be fixed. do.

도 6에서 미설명 부호 160은 위에서 설명한 개스킷이다. In FIG. 6, reference numeral 160 denotes a gasket described above.

상기 지지 유닛(120)의 제3 실시예는, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 삽입부에 삽입되어 상기 매니폴드 절연체(110)를 지지하는 지지 부재(121)와, 상기 지지 부재(121)의 일측면을 탄성력으로 지지하는 탄성 부재(122)와, 상기 매니폴 드(150)에 체결되어 상기 지지 부재(121)의 타측면을 밀어 고정하는 볼트(123)를 포함한다.As shown in FIG. 7, the third embodiment of the support unit 120 includes a support member 121 inserted into the insertion part to support the manifold insulator 110, and the support member 121. It includes an elastic member 122 for supporting one side of the elastic force, and the bolt 123 is fastened to the manifold 150 to push the other side of the support member 121.

상기 지지 유닛(120)의 제3 실시예는 상기 지지 유닛(120)의 제1 실시예에서 상기 지지 부재(121)의 타측면과 삽입홈의 내측면 사이에 탄성 부재(122)가 삽입된다. 상기 탄성 부재(122)는 압축 코일 스프링인 것이 바람직하다.In the third embodiment of the support unit 120, in the first embodiment of the support unit 120, an elastic member 122 is inserted between the other side of the support member 121 and the inner surface of the insertion groove. The elastic member 122 is preferably a compression coil spring.

상기 지지 유닛(120)의 제3 실시예도 제1 실시예의 지지 유닛(120)과 마찬가지로 상기 제1 삽입홈(H1)들에 삽입된 지지 부재(121)들과 상기 제2 삽입홈(H2)들에 각각 삽입된 지지 부재(121)들이 상기 매니폴드 절연체(110)가 고정되도록 지지하게 된다.Similarly to the support unit 120 of the first embodiment, the third embodiment of the support unit 120 also supports the support members 121 and the second insertion grooves H2 inserted into the first insertion grooves H1. Support members 121 respectively inserted in the support members to support the manifold insulator 110 are fixed.

한편, 상기 제1,2,3 실시예의 지지 유닛(120)을 구성하는 상기 지지 부재(121)의 다른 실시예로, 상기 지지 부재(121)는 설정된 길이를 가지며 단면이 원형인 환봉 형상으로 형성될 수 있다. 상기 지지 부재(121)가 환봉 형상일 경우 상기 제1 삽입홈(H1)의 내측 삽입홈(153)과 외측 삽입홈(154), 그리고 상기 제2 삽입홈(H2)은 일정 깊이를 갖는 장공 형상으로 형성될 수 있다. 상기 장공은 일정 폭과 길이를 가지며 양측면이 반원 형상으로 형성된다.Meanwhile, in another embodiment of the support member 121 constituting the support unit 120 of the first, second, and third embodiments, the support member 121 is formed in a round bar shape having a set length and having a circular cross section. Can be. When the support member 121 is a round bar shape, the inner insertion groove 153 and the outer insertion groove 154 of the first insertion groove (H1) and the second insertion groove (H2) has a long hole shape having a predetermined depth It can be formed as. The long hole has a predetermined width and length and both sides are formed in a semicircular shape.

상기 지지 부재(121)는 세라믹 재질로 이루어진 것이 바람직하다.The support member 121 is preferably made of a ceramic material.

이하, 본 발명에 따른 연료 전지의 스택(140)과 매니폴드(150)사이의 절연장치의 작용과 효과를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation and effects of the insulation device between the stack 140 and the manifold 150 of the fuel cell according to the present invention will be described.

본 발명은 매니폴드(150)에 삽입부들이 구비되고 상기 삽입부들에 각각 지지 유닛(120)을 삽입하여 상기 지지 유닛(120)들이 상기 매니폴드(150)에 놓여지는 매 니폴드 절연체(110)를 지지하여 고정하게 된다. 이로 인하여, 상기 매니폴드(150)에 매니폴드 절연체(110)가 고정된, 매니폴드(150)와 매니폴드 절연체(110)의 어셈블리를 스택(140)과 결합하게 되므로 어셈블리를 스택(140)에 결합시 매니폴드 절연체(110)가 설정된 위치에 정확하게 위치하게 되고 아울러 스택(140)과 매니폴드(150)사이에 매니폴드 절연체(110)를 결합하는 것이 쉽게 된다.The present invention provides a manifold insulator 110 having insertion parts provided in the manifold 150 and inserting the support unit 120 into the insertion parts so that the support units 120 are placed on the manifold 150. To support and fix it. As a result, the assembly of the manifold 150 and the manifold insulator 110, in which the manifold insulator 110 is fixed to the manifold 150, is coupled to the stack 140. When coupled, the manifold insulator 110 is precisely positioned at the set position and it is easy to couple the manifold insulator 110 between the stack 140 and the manifold 150.

또한, 상기 매니폴드(150)와 스택(140)사이에 위치하는 매니폴드 절연체(110)가 매니폴드(150)에 고정되므로 고온의 운전 조건에서 상기 매니폴드 절연체(110)가 열팽창하게 되어도, 제1 실시예와 제3 실시예의 경우, 상기 지지 유닛(120)의 탄성력에 의해 상기 매니폴드 절연체(110)가 지지되어 매니폴드 절연체(110)의 결합력을 유지할 뿐만 아니라 위치 이동이 최소화된다.In addition, since the manifold insulator 110 positioned between the manifold 150 and the stack 140 is fixed to the manifold 150, even if the manifold insulator 110 is thermally expanded under high temperature operating conditions, In the first and third embodiments, the manifold insulator 110 is supported by the elastic force of the support unit 120 to maintain the coupling force of the manifold insulator 110 as well as to minimize the positional movement.

상기 매니폴드 절연체(110)를 지지하는 지지 부재가 절연 재료인 세라믹으로 이루어지므로 장시간 운전하여도 스택(1400과 매니폴드(150)사이에 절연이 유지된다.Since the support member for supporting the manifold insulator 110 is made of ceramic, which is an insulating material, insulation is maintained between the stack 1400 and the manifold 150 even after a long operation.

이와 같이, 본 발명은 스택(140)과 매니폴드(150)사이에 매니폴드 절연체(110)를 결합시 매니폴드 절연체(110)가 설정된 곳에 위치하게 되고, 또한 고온의 운전 조건에서 상기 매니폴드 절연체(110)가 설정된 곳에서 결합력을 유지하게 되므로 스택(140)과 매니폴드(150)에 의해 형성되는 유로를 통해 연료 가스 또는 산화제 가스가 유동시 그 가스들이 스택(140)과 매니폴드(150)사이로 누설되는 것을 최소화하게 된다. 이로 인하여, 연료 전지의 전체적인 효율을 향상시키게 된다.As such, in the present invention, when the manifold insulator 110 is coupled between the stack 140 and the manifold 150, the manifold insulator 110 is positioned at the position where the manifold insulator 110 is set, and the manifold insulator is operated under high temperature operating conditions. Since the coupling force 110 is maintained where the 110 is set, when the fuel gas or the oxidant gas flows through the flow path formed by the stack 140 and the manifold 150, the gases are stacked 140 and the manifold 150. Leakage in between is minimized. This improves the overall efficiency of the fuel cell.

도 1은 연료 전지를 예시적으로 도시한 사시도이다.1 is a perspective view illustrating an exemplary fuel cell.

도 2는 본 발명에 따른 매니폴드 절연장치의 일례를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing an example of a manifold insulator according to the present invention.

도 3은 매니폴더 절연체(110)의 일례를 보여주는 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of the manifold insulator 110.

도 4는 도 2의 "A" 부분 확대도로서, 본 발명에 따른 매니폴드 절연장치를 구성하는 지지 유닛의 일례가 제1 삽입홈에 구비된 것을 도시한 평면도이다.FIG. 4 is an enlarged view of a portion “A” of FIG. 2, and is a plan view showing an example of a supporting unit constituting the manifold insulation device according to the present invention provided in the first insertion groove.

도 5는 도 2의 "B" 부분 확대도로서, 본 발명에 따른 매니폴드 절연장치를 구성하는 지지 유닛의 일례가 제2 삽입홈에 구비된 것을 도시한 평면도이다.FIG. 5 is an enlarged view of a portion “B” of FIG. 2 and is a plan view showing an example of a supporting unit constituting the manifold insulator according to the present invention provided in the second insertion groove.

도 6은 본 발명에 따른 매니폴드 절연장치를 구성하는 지지 유닛의 다른 일례를 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing another example of the supporting unit constituting the manifold insulator according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 매니폴드 절연장치를 구성하는 지지 유닛의 또 다른 일례를 도시한 단면도이다. 7 is a cross-sectional view showing still another example of the support unit constituting the manifold insulator according to the present invention.

Claims

It is composed of the horizontal rod portion 110a of the first rod portion and the third rod portion, and the vertical rod portion 110b of the second rod portion and the fourth rod portion, integrally with the stack 140 and the manifold 150, respectively. A manifold insulator 110 made of an insulating material which is in contact with and prevents gas leakage inside the manifold 150;

A plurality of first insertion grooves H1 having a pair of inner insertion grooves 153 and outer insertion grooves 154 formed in the manifold 150 along the horizontal bar portion 110a;

A plurality of second insertion grooves H2 formed in the manifold 150 along the vertical rod part 110b;

One side is inserted into the first and second insertion grooves H1 and H2, respectively, and the other side is disposed to contact side surfaces of the horizontal rod part 110a and the vertical rod part 110b and is provided of a ceramic material. Support member 121; And

It is disposed between the plurality of supporting members 121 and the horizontal rod portion 110a or the vertical rod portion 110b and acts a restoring force in a direction in which the horizontal rod portion 110a and the vertical rod are extended. A plurality of springs 122 for fixing the portion 110b;

Manifold insulator of a fuel cell comprising a.

It is fastened to one side of the manifold 150 and the plurality of support members 121 in close contact with the horizontal bar portion (110a) and the vertical bar portion (110b) to the horizontal bar portion (110a) and the vertical side A plurality of bolts 123 for fixing the rod 110b;

Manifold insulator of a fuel cell comprising a.

3. The method of claim 2,

A plurality of springs disposed between the plurality of support members 121 and one side of the manifold 150 to apply restoring force in a direction pushing the plurality of support members 121 toward the bolt 123 ( 122);

Manifold insulator of a fuel cell further comprising.

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