KR101199846B1 - 연료전지용 슬롯 타입 스택 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지용 스택에 관한 것으로, 특히 높이 방향으로 복수개의 슬롯이 형성된 슬롯 케이스에 단위셀을 삽입하여 적층함으로써, 단위셀의 적층을 용이하게 하고, 불량한 단위셀이 발생한 경우, 해당 단위셀만 상기 슬롯에서 꺼내어 교체함으로써, 다른 단위셀에 영향을 미치지 않은 범위에서 연료 전지용 스택의 수리가 가능하게 하는 연료전지용 슬롯 타입 스택에 관한 것이다.
본 발명인 연료전지용 슬롯 타입 스택을 이루는 구성수단은, 전극-전해질 합성체(MEA)와, 상기 전극-전해질 합성체의 양 측면에 배치되는 분리판을 포함하여 구성되는 복수개의 단위셀, 상기 복수개의 단위셀을 각각 삽입시켜 적층하기 위하여 복수개의 슬롯들을 구비하고 있는 슬롯 케이스를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지용 슬롯 타입 스택{slot type stack for fuel cell}
본 발명은 연료전지용 스택에 관한 것으로, 특히 높이 방향으로 복수개의 슬롯이 형성된 슬롯 케이스에 단위셀을 삽입하여 적층함으로써, 단위셀의 적층을 용이하게 하고, 불량한 단위셀이 발생한 경우, 해당 단위셀만 상기 슬롯에서 꺼내어 교체함으로써, 다른 단위셀에 영향을 미치지 않은 범위에서 연료 전지용 스택의 수리가 가능하게 하는 연료전지용 슬롯 타입 스택에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지(fuel cell)는 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 연료로 하여 일어나는 전기화학 반응에 의하여 화학에너지를 직접 전기에너지로 변화시키는 발전 시스템으로, 연소 과정 없이 연료가스와 산화제 가스의 전기 화학적인 반응에 의해 생성되는 전기와 그 부산물인 열을 동시에 사용할 수 있다는 특징을 갖고 있다.
근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC)를 이용한 연료 전지 시스템은 기본적으로 스택(stack)이라 불리는 연료 전지 본체(이하, 편의상 스택이라 칭한다.)와, 연료 탱크, 이 연료 탱크로부터 상기 스택으로 연료를 공급하기 위한 연료 펌프를 포함하며, 필요에 따라 연료 탱크에 저장된 연료를 스택으로 공급하는 과정에서 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급하는 개질기(reformer)를 포함할 수 있다.
따라서, 고분자 전해질형 연료 전지는 연료 펌프의 펌핑력에 의해 연료 탱크에 저장된 연료를 개질기로 공급하고, 개질기가 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키며, 스택은 수소 가스와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 생산해 내게 된다.
상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 부착되어 수소 가스와 공기를 산화/환원시키는 전극-전해질 합성체(Membrane Electrodeassembly: MEA)와, 수소 가스와 공기를 전극-전해질 합성체로 공급하기 위해 전극-전해질 합성체 양측에 배치되는 분리판을 포함하는 단위 셀이 연속적으로 적층됨으로써 구성된다.
상기한 구조의 스택은 연료의 누출을 방지하고 전지로서의 구조를 갖추기 위해 적층되어 있는 다수의 셀들을 하나로 체결 고정시켜야 하며, 이를 위해 통상 접착제를 이용하여 각 구성부를 하나로 접착시키거나 앤드플레이트를 일정 압력으로 눌러 체결하는 방식이 사용된다.
상기 앤드플레이트를 이용한 종래의 가압식 체결구조는 도 1에 도시되어 있는 데, 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 연료 전지 스택 체결 구조는 연료전지 스택(200)의 양측 단부를 지지하는 두 개의 엔드 플레이트(210)에 형성된 홀을 관통하는 체결봉(230)과, 상기 체결봉(230) 끝단에 형성된 수나사에 체결되어 상기 엔드 플레이트에 고정하는 너트(240)를 포함한다.
따라서 상기 홀을 관통한 체결봉의 양 끝단에 형성된 수나사에 암나사가 형성된 너트를 각각 체결함으로써 양 엔드 플레이트를 눌러 스택을 적정한 압력으로 체결 고정할 수 있게 되는 것이다.
그런데, 상기한 종래의 구조는 볼트와 너트, 와셔 등의 부품이 많이 들어 원가의 상승을 초래하며, 조립작업과 분해작업에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같이 조립된 종래의 스택 구조에서는 수리가 필요로 하는 경우, 볼트와 너트를 해체하여 적층을 유지하는 힘을 완전히 제거한 후, 수리하고자 하는 셀을 찾아 꺼내고 다시 조립하는 방법을 이용해야 한다. 이때, 스택을 유지하는 체결합이 제거되었다가 다시 재체결이 진행되어 전체 셀의 손상을 야기할 수 있고, 해체 전의 체결력을 유지하기 위해서는 체결합을 변화시켜 체결해야 하는 등 체결 이력을 확인해야 하는 불편함이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 높이 방향으로 복수개의 슬롯이 형성된 슬롯 케이스에 단위셀을 삽입하여 적층함으로써, 단위셀의 적층을 용이하게 하고, 불량한 단위셀이 발생한 경우, 해당 단위셀만 상기 슬롯에서 꺼내어 교체함으로써, 다른 단위셀에 영향을 미치지 않은 범위에서 연료 전지용 스택의 수리가 가능하게 하는 연료전지용 슬롯 타입 스택을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 상기 슬롯 케이스에 적층되는 복수의 단위셀에 대하여 각각 출력전압 모니터링을 수행할 수 있기 때문에, 각각의 단위셀에 대하여 양불 판단이 가능하고, 효과적인 운전 계획을 수립하고 운영할 수 있도록 하는 연료전지용 슬롯 타입 스택을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 연료전지용 슬롯 타입 스택을 이루는 구성수단은, 전극-전해질 합성체(MEA)와, 상기 전극-전해질 합성체의 양 측면에 배치되는 분리판을 포함하여 구성되는 복수개의 단위셀, 상기 복수개의 단위셀을 각각 삽입시켜 적층하기 위하여 복수개의 슬롯들을 구비하고 있는 슬롯 케이스를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 슬롯 케이스는 네 측면 중, 하나의 측면이 개방 가능한 구조로 이루어지고, 상기 슬롯은 상기 개방 가능한 측면 이외의 측면 중, 적어도 두개 이상의 측면에 형성되되, 상기 단위셀의 테두리부를 수평 방향으로 삽입시켜, 상기 복수개의 단위셀들을 적층할 수 있도록 수평하게 높이 방향으로 연속해서 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 높이 방향으로 연속해서 형성되는 슬롯은 요철 형상이 반복되는 형상을 가지고, 상기 단위셀의 테두리부는 상기 단위셀의 두께보다 작게 형성되어 상기 요철 형상의 오목부에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단위셀의 측단에는 리드 단자가 형성되고, 상기 리드 단자가 형성된 상기 단위셀의 측단과 접촉되는 상기 슬롯 케이스 내부의 접촉부에는 전압측정 단자가 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전압측정 단자의 일단은 상기 슬롯 케이스의 외부로 노출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 기 전압측정 단자는 상기 슬롯 케이스의 후면부에 형성된 슬롯의 오목부 또는 볼록부에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위셀은 상기 전극-전해질 합성체의 일 측면에 배치되는 분리판의 외곽에 사출 방식으로 가스켓을 접합한 후, 그 위에 상기 전극-전해질 합성체를 적층하고, 그 이후 상기 전극-전해질 합성체의 외곽에 사출 방식으로 가스켓을 접합하고, 그 위에 상기 전극-전해질 합성체의 타 측면에 배치되는 분리판을 적층한 후, 체결압을 형성하고 상기 단위셀의 측면을 따라 실란트를 도포하여 완성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제 및 해결수단을 가지는 본 발명인 연료전지용 슬롯 타입 스택에 의하면, 높이 방향으로 복수개의 슬롯이 형성된 슬롯 케이스에 단위셀을 삽입하여 적층하기 때문에, 단위셀의 적층을 용이하게 하고, 불량한 단위셀이 발생한 경우, 해당 단위셀만 상기 슬롯에서 꺼내어 교체함으로써, 다른 단위셀에 영향을 미치지 않은 범위에서 연료 전지용 스택의 수리가 가능하게 하는 장점이 있다. 따라서, 연료전지용 스택의 유지 보수를 위한 시간, 비용 및 노력을 감소시키는 장점이 있다.
또한, 상기 슬롯 케이스에 적층되는 복수의 단위셀에 대하여 각각 출력전압 모니터링을 수행할 수 있기 때문에, 각각의 단위셀에 대하여 양불 판단이 가능하고, 효과적인 운전 계획을 수립하고 운영할 수 있도록 하는 장점이 있다.
도 1은 종래의 연료전지용 스택의 체결 구조를 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 슬롯 타입 스택의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 슬롯 타입 스택의 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명인 연료전지용 슬롯 타입 스택의 구성요소인 단위셀과 슬롯의 상세도이다.
도 5는 본 발명인 연료전지용 슬롯 타입 스택의 구성요소인 리드 단자와 전압측정 단자의 연결 배치도이다.
도 6은 도 5의 전압측정 단자의 다양한 배치 예시도이다.
도 7은 본 발명인 연료전지용 슬롯 타입 스택의 구성요소인 단위셀의 제작 공정도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 연료전지용 슬롯 타입 스택에 관한 바람직한 실시예을 상세하게 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 슬롯 타입 스택의 사시도이고, 도 3은 분리 사시도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 슬롯 타입의 스택은 전극-전해질 합성체(MEA)(13)와 상기 전극-전해질 합성체(13)의 양 측면에 배치되는 분리판(11, 15)을 포함하여 구성되는 복수개의 단위셀(10)과, 이 복수개의 단위셀(10)들이 각각 삽입될 수 있는 슬롯(25)을 구비하고 있는 슬롯 케이스(20)를 포함하여 구성된다.
상기 복수개의 단위셀(10)은 상기 슬롯 케이스(20)에 수평방향으로 삽입된 상태로 적층되어 스택을 구성한다. 그리고, 상기 슬롯 케이스(20)는 기존과 같이 조립과 해체가 가능하도록 볼트와 너트를 이용하여 스택을 형성하는 것이 아니라, 상기 복수개의 단위셀(10)들이 각각 수평 방향으로 연속해서 삽입될 수 있도록 구성함으로써, 스택을 구성한다. 이를 위하여, 상기 슬롯 케이스(20)는 상기 복수개의 단위셀(10)을 각각 삽입시켜 적층하기 위하여 복수개의 슬롯(25)들을 구비하고 있다.
상기 슬롯 케이스(20)는 일반적으로 사각 형상을 가지는 상기 단위셀(10)들을 수평하게 삽입시켜 수직 방향으로 적층하기 위하여 육면체 형상을 가지고 있다. 따라서, 상면과 밑면 그리고 네개의 측면을 가지고 있다. 상기 슬롯 케이스(20)의 네 측면은 전면부(21), 우측면부(22), 좌측면부(23) 및 후면부(24)로 정의한다.
상기 슬롯 케이스(20)는 상기 네 측면 중, 하나의 측면이 개방 가능한 구조로 이루어져 있다. 도 3에서는 상기 네 측면 중, 전면부(21)가 개방 가능한 구조로 이루어진 것을 예시한다. 이와 같이 개방 가능한 구조의 전면부(21)는 상기 단위셀(10)들을 각각 상기 슬롯 케이스(20)에 삽입하거나 또는 슬롯 케이스(20)로부터 꺼내기 위한 출입구이다. 이 개방 가능한 구조의 전면부(21)는 상기 단위셀(10)들을 모두 삽입하여 적층함으로써 스택을 구성한 다음에, 개방된 상태로 존재할 수도 있고, 별도의 커버를 통하여 폐쇄될 수도 있다.
상기와 같이 개방된 슬롯 케이스(20)의 전면부(21)를 통하여 상기 단위셀(10)들 각각을 수평 방향으로 삽입하여, 수직 방향으로 적층함으로써 스택을 구성한다. 따라서, 상기 슬롯 케이스(20)의 내측면에는 복수개의 슬롯(25)들이 형성된다.
상기 슬롯 케이스(20)의 내측면부에 형성되는 상기 슬롯(25)은 상기 개방 가능한 측면(전면부(21)) 이외의 측면 중, 적어도 두개 이상의 측면에 형성된다. 즉, 상기 슬롯(25)은 상기 슬롯 케이스(20)의 우측면부(22), 좌측면부(23) 및 후면부(24) 중, 적어도 두개의 측면부 내측면을 따라 형성된다. 예를 들어, 상기 우측면부(22) 및 좌측면부(23)에 서로 대응되는 슬롯(25)이 형성될 수도 있고, 상기 후면부(24)에도 상기 우측면부(22) 및 좌측면부(23)에 형성된 슬롯(25)과 대응되는 슬롯이 형성될 수도 있다.
상기 슬롯(25)의 각각은 상기 슬롯 케이스(20)의 내측면에 수평하게 형성되고, 이들이 수직 방향으로 복수개 형성되어 전체 슬롯을 구성한다. 상기 슬롯(25)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 단위셀(10)의 테두리부(17)를 수평 방향으로 삽입시켜, 상기 복수개의 단위셀(10)들을 적층할 수 있도록 수평하게 높이 방향으로 연속해서 형성된다.
상기 높이 방향으로 연속해서 형성되는 슬롯(25)의 구조에 대해서 첨부된 도 4를 참조하여 자세하게 살펴보면 다음과 같다.
상기 슬롯 케이스(20)의 내 측면을 따라 수평하게 형성되고, 이들이 높이 방향으로 연속해서 형성되는 슬롯(25)들은 도 4에 도시된 바와 같이, 요철 형상이 반복되는 형상을 가지고 있다. 즉, 상기 높이 방향으로 연속해서 형성되는 슬롯들의 전체 형상은 요철 형상이 반복되는 구조이고, 결국 오목부(25a)와 볼록부(25b)가 반복되는 구조를 가진다.
상기 하나의 슬롯(25)을 구성하는 오목부(25a)와 볼록부(25b)는 상기 하나의 단위셀(10)이 삽입되고 안착될 수 있도록 한다. 따라서, 상기 슬롯(25)에 삽입되는 상기 단위셀(10)의 테두리부(17)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 단위셀(10)의 가운데 부분의 두께보다 작게 형성되어 상기 요철 형상의 오목부(25a)에 삽입될 수 있는 구조를 가진다.
구체적으로 설명하면, 상기 슬롯(25)에 삽입되는 부분에 해당하는 상기 단위셀의 테두리부(17)는 상기 단위셀(10)의 상면 및 하면에 대하여 수직한 방향으로 절곡되어 형성되는 면에 해당하는 거치부(17a)와, 상기 거치부(17a)에서 연장되어 상기 단위셀(10)의 상면 및 하면과 수평한 방향으로 돌출되어 형성되는 삽입부(17b)와 상기 삽입부(17b)의 단부를 구성하는 면에 해당하는 안착부(17c)로 구성된다.
상기와 같은 구조로 형성되는 상기 단위셀(10)의 테두리부(17)는 상기 요철 형상의 슬롯(25)에 삽입된 상태로 거치된다. 구체적으로, 상기 각각의 단위셀(10)은 상기 각각의 슬롯(25)에 삽입되어 거치되되, 상기 단위셀(10)의 테두리부(17) 중, 거치부(17a)는 상기 슬롯(25)의 볼록부(25b)에 접촉되어 거치되고, 상기 테두리부(17)의 삽입부(17b)는 상기 오목부(25a)의 측면에 접촉되어 삽입되며, 상기 테두리부(17)의 안착부(17c)는 상기 오목부(25a)의 바닥면에 접촉되어 안착된 상태로 삽입된다.
따라서, 상기 각각의 단위셀(10)들은 각각의 대응 슬롯(25)에 삽입되고, 이와 같이 대응 슬롯(25)에 삽입되는 복수개의 단위셀(10)들은 서로 면접촉한 상태로 수직 방향으로 적층되어 전체 스택을 구성하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 상기 각각의 단위셀(10)들은 각각 대응되는 상기 슬롯(10)에 삽입되고, 이와 같이 삽입되는 단위셀(10)들이 수직한 방향으로 적층되어 전체 스택을 구성하기 때문에, 연료전지용 스택을 용이하게 구성할 수 있고, 불량한 단위셀에 발생된 경우, 해당 단위셀(10)만 대응 슬롯(25)에서 용이하게 꺼내어 다른 정상적인 단위셀(10)로 쉽게 교체할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 슬롯 타입 스택은 결합과 해체가 매우 용이하고, 유지 보수 및 수리가 매우 간편한 장점을 가진다.
한편, 본 발명에서는 상기 슬롯 케이스(20)에 삽입되어 적층되는 복수개의 단위셀(10)들의 성능 양불에 대한 모니터링을 수행할 수 있도록 구성된다. 즉, 연료전지의 운전 중, 각 단위셀의 전압을 모니터링함으로써, 특정 단위셀의 성능 저하가 발생하여 단위셀 간 전압 편차가 벌어질 경우, 모니터링되는 정보를 반영한 운전 로직을 세워서, 사전에 운전을 제어하여 다른 단위셀에 악영향을 미치지 않도록 하기 위하여, 각 단위셀에 대한 전압 모니터링을 수행할 수 있도록 구성된다.
이를 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 단위셀(10)의 측단에는 리드 단자(19)가 형성된다. 그리고, 상기 단위셀(10)의 측단에 형성된 리드 단자(19)가 형성된 상기 단위셀(10)의 측단과 접촉되는 상기 슬롯 케이스(20) 내부의 접촉부(26)에는 전압측정 단자(27)가 형성된다.
상기 전압측정 단자(27)는 상기 리드 단자(19)가 형성된 상기 단위셀(10)의 측단과 접촉되는 상기 슬롯 케이스(20)의 내측면에 형성되기 때문에, 우측면부(22), 좌측면부(23) 및 후면부(24) 중, 어느 하나의 측면부 내측면에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 슬롯 케이스(20)에는 복수개의 단위셀(10)들이 적층되기 때문에, 상기 접촉부(26) 및 전압측정 단자(27)는 슬롯 케이스(20)의 내측면에 수직 방향으로 복수개 형성된다.
상기와 같이, 상기 전압측정 단자(27)는 상기 우측면부(22), 좌측면부(23) 및 후면부(24) 중, 어느 하나의 측면부 내측면에 형성될 수 있는데, 상기 우측면부(22)와 좌측면부(23)는 상기 단위셀(10)이 삽입되는 과정에서 슬라이딩되는 면에 해당하기 때문에, 상기 전압측정 단자(27)은 후면부(24)의 내측면에 수직한 방향으로 연속해서 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 단위셀(10)의 측단에 형성되는 리드 단자(19)는 상기 단위셀(10)이 상기 전면부(21)를 통해 수평한 방향으로 삽입될 때, 상기 후면부(24)의 내측면과 마주보는 면에 해당하는 단위셀(10)의 측단에 형성되는 것이 바람직하다. 결국, 상기 리드 단자(19)가 형성되는 상기 단위셀(10)의 측단과 접촉되는 상기 슬롯 케이스(20)의 내측면에 부분에 해당하는 상기 접촉부(26)와 이 접촉부에 형성되는 전압측정 단자(27)은 슬롯 케이스(20)의 후면부(24)의 내측면에 형성된다.
도 6은 상기 슬롯 케이스(20)의 후면부(24)의 내측면에 형성되는 상기 접촉부(26)와 전압측정 단자(27)의 다양한 배치 형태를 예시한다.
도 6의 (a)는 상기 전압측정 단자(27)가 상기 접촉부(26)에 형성되되, 상기 접촉부(26) 상에서 수평한 방향으로 길게 연장되어 형성된 것을 보여준다. 이 때, 상기 전압측정 단자(27)의 일단(노출부(27a))은 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯 케이스(20)의 외부로 노출되도록 형성된다. 상기 전압측정 단자(27)의 노출부(27a)에 신호선을 연결함으로써, 상기 단위셀(10)에 대한 전압 모니터링을 수행할 수 있다.
도 6의 (b)는 상기 슬롯 케이스(20)의 후면부(24) 내측면에도 상기 슬롯(25)이 형성되어 있고, 이 슬롯(25)에 상기 접촉부(26) 및 전압측정 단자(27)가 형성된 것을 예시한다. 결국, 상기 전압측정 단자(27)는 상기 슬롯 케이스(20)의 후면부(24)에 형성된 슬롯(25)의 오목부(25a) 또는 볼록부(25b)에 형성된다.
즉, 상기 슬롯(25)의 오목부(25a) 바닥면이 상기 접촉부(26)가 되거나 볼록부(25b)이 접촉부(26)가 되어서, 이 오목부(25a)의 바닥면 또는 볼록부(25b)에 상기 전압 측정 단자(27)이 형성된다. 물론, 이 경우에도 상기 전압측정 단자(27)의 일단(노출부(27a))는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯 케이스(20)의 외부로 노출되도록 형성된다. 상기 전압측정 단자(27)의 노출부(27a)에 신호선을 연결함으로써, 상기 단위셀(10)에 대한 전압 모니터링을 수행할 수 있다.
상기 전압 측정 단자(27)가 상기 오목부(25a)에 형성되는 경우에, 상기 리드 단자(19)는 상기 단위셀(10)의 안착부(17c)에 형성되고, 상기 전압 측정 단자(27)가 상기 볼록부(25b)에 형성되는 경우에, 상기 리드 단자(19)는 상기 단위셀(10)의 거치부(17a)에 형성된다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 상기 전압측정 단자(27)가 상기 접촉부(26)를 따라 연장되어 상기 슬롯 케이스(20)의 우측면부(22) 또는 좌측면부(23)로 돌출되어 노출부(27a)가 형성되는 것을 예시하고 있는데, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 노출부(27a)는 상기 후면부(24)로 노출될 수 있도록 형성될 수도 있다. 즉, 상기 전압측정 단자(27)는 상기 접촉부(26)를 따라 수평하게 연장되도록 형성되는 것이 아니라, 바로 상기 후면부(24)를 관통하여 외부로 노출되도록 형성될 수 있다.
물론 이 경우에도 상기 전압측정 단자(27)의 일단(노출부(27a))은 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯 케이스(20)의 외부로 노출되도록 형성된다. 상기 전압측정 단자(27)의 노출부(27a)에 신호선을 연결함으로써, 상기 단위셀(10)에 대한 전압 모니터링을 수행할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 연료전지용 슬롯 타입 스택은 슬롯을 통하여 각각의 단위셀을 삽입 장착하여 적층할 수 있기 때문에, 스택 구성을 쉽게 조립할 수 있고, 각 단위셀에 리드 단자를 형성하고, 이 리드 단자에 접촉하는 전압측정 단자(27)를 접촉부에 형성하여 외부로 노출시키는 구조를 가지기 때문에, 각 단이셀에 대한 전압 모니터링을 수행할 수 있으며, 각 단위셀에 대한 전압 모니터링을 통하여 불량한 단위셀이 발견된 경우에는 해당 단위셀만 슬롯에서 쉽게 꺼내어 교체할 수 있기 때문에, 유지 보수 및 수리가 용이한 장점이 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 상기 슬롯 케이스(20)의 복수의 슬롯들에 삽입되는 상기 복수의 단위셀(10)들은 각각 개별 단위로 제작되어 각각의 슬롯에 삽입 장착된다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 슬롯 타입 스택을 구성하기 위해서는 사전에 개별적으로 복수의 단위셀들을 제작해야 한다.
상기 각각의 단위셀(10)은 도 7에 도시된 절차를 통하여 제작 완성된다. 즉 상기 단위셀(10)은 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 우선적으로 상기 전극-전해질 합성체(13)의 일 측면에 배치되는 분리판(11)의 외곽에 사출 방식으로 가스켓(11a)을 접합한다. 상기 가스켓(11a)을 통하여 상기 분리판(11)과 상기 전극-전해질 합성체(13) 사이에 기밀을 유지할 수 있다.
그리고, 상기 가스켓(11a)이 외곽을 따라 형성된 상기 분리판(11) 위에 상기 전극-전해질 합성체(13)를 적층한다. 그런 다음, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 전극-전해질 합성체(13)의 외곽에 사출 방식으로 가스켓(13a)을 접합하고, 그 위에 상기 전극-전해질 합성체(13)의 타 측면에 배치되는 분리판(15)을 적층한다. 상기 가스켓(13a)을 통하여 상기 분리판(13)과 상기 전극-전해질 합성체(13) 사이에 기밀을 유지할 수 있다.
그런 다음, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 분리판(11), 전극-전해질 합성체(13) 및 분리판(15)이 결합된 상태에서, 체결압을 형성하고 상기 단위셀(10)의 측면을 따라 실란트(15a)를 도포하여 상기 단위셀(10)을 완성한다. 즉, 상기 분리판(11), 전극-전해질 합성체(13) 및 분리판(15)이 결합된 상태에서, 체결압을 준 뒤, 상기 체결압을 형성한 상기 단위셀의 자체 체결압을 유지하고, 다른 단위셀(10)과 적층시 기밀을 유지할 수 있도록 단위셀(10) 외곽에 상기 실란트(15a)를 도포하여 각 단위셀(10)을 완성한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정하지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해가 되어져서는 안 될 것이다.
10 : 단위셀 11, 15 : 분리판
11a, 13a : 가스켓 15a : 실란트
13 : 전극-전해질 합성체 17 : 단위셀의 테두리부
17a : 거치부 17b : 삽입부
17c : 안착부 19 : 리드 단자
20 : 슬롯 케이스 21 : 전면부
22 : 우측면부 23 : 좌측면부
24 : 후면부 25 : 슬롯
25a : 오목부 25b : 볼록부
26 : 접촉부 27 : 전압측정 단자
27a : 전압측정 단자의 노출부

Claims (7)

  1. 전극-전해질 합성체(MEA)와, 상기 전극-전해질 합성체의 양 측면에 배치되는 분리판을 포함하여 구성되는 복수개의 단위셀;
    상기 복수개의 단위셀을 각각 삽입시켜 적층하기 위하여 복수개의 슬롯들을 구비하고 있는 슬롯 케이스를 포함하고;
    상기 단위셀의 측단에는 리드 단자가 형성되고, 상기 리드 단자가 형성된 상기 단위셀의 측단과 접촉되는 상기 슬롯 케이스 내부의 접촉부에는 전압측정 단자가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 슬롯 타입 스택.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬롯 케이스는 네 측면 중, 하나의 측면이 개방 가능한 구조로 이루어지고, 상기 슬롯은 상기 개방 가능한 측면 이외의 측면 중, 적어도 두개 이상의 측면에 형성되되, 상기 단위셀의 테두리부를 수평 방향으로 삽입시켜, 상기 복수개의 단위셀들을 적층할 수 있도록 수평하게 높이 방향으로 연속해서 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 슬롯 타입 스택.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 높이 방향으로 연속해서 형성되는 슬롯은 요철 형상이 반복되는 형상을 가지고, 상기 단위셀의 테두리부는 상기 단위셀의 두께보다 작게 형성되어 상기 요철 형상의 오목부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 슬롯 타입 스택.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압측정 단자의 일단은 상기 슬롯 케이스의 외부로 노출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 슬롯 타입 스택.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전압측정 단자는 상기 슬롯 케이스의 후면부에 형성된 슬롯의 오목부 또는 볼록부에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 슬롯 타입 스택.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5 및 6 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위셀은 상기 전극-전해질 합성체의 일 측면에 배치되는 분리판의 외곽에 사출 방식으로 가스켓을 접합한 후, 그 위에 상기 전극-전해질 합성체를 적층하고, 그 이후 상기 전극-전해질 합성체의 외곽에 사출 방식으로 가스켓을 접합하고, 그 위에 상기 전극-전해질 합성체의 타 측면에 배치되는 분리판을 적층한 후, 체결압을 형성하고 상기 단위셀의 측면을 따라 실란트를 도포하여 완성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 슬롯 타입 스택.
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