KR101234648B1

KR101234648B1 - Fuel cell stack

Info

Publication number: KR101234648B1
Application number: KR1020100118217A
Authority: KR
Inventors: 금영범; 유정한; 김덕환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2013-02-19
Also published as: KR20120056596A

Abstract

연료 전지 스택이 개시된다. 개시된 연료 전지 스택은, ⅰ)다수의 단위 셀들을 연속적으로 적층하여 이루어지는 전기 발생 집합체와, ⅱ)전기 발생 집합체의 최 외측에 각각 밀착되게 배치되는 엔드 플레이트와, ⅲ)전기 발생 집합체의 상,하면를 덮으며 엔드 플레이트에 체결되는 체결 플레이트를 포함하며, 체결 플레이트는 전기 발생 집합체를 통과한 냉각수를 유통시킬 수 있는 적어도 하나의 냉각수 통로를 구성한다.A fuel cell stack is disclosed. The disclosed fuel cell stack includes (i) an electricity generating assembly formed by successively stacking a plurality of unit cells, ii) an end plate disposed in close contact with the outermost side of the electricity generating assembly, and iii) the upper and lower surfaces of the electricity generating assembly. And a fastening plate that covers and is fastened to the end plate, the fastening plate constituting at least one coolant passage through which the coolant passes through the electricity generating assembly.

Description

Fuel cell stack {Fuel cell stack}

본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 단위 셀들의 체결 구조에 관한 것이다.An exemplary embodiment of the present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly, to a fastening structure of fuel cell unit cells.

일반적으로, 연료 전지 스택은 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 장치이다. 이러한 연료 전지 스택은 복수의 단위 셀들을 연속적으로 배열하여 이루어지며, 그 단위 셀들에 연료와 산화제를 제공하여 전기 에너지를 생산한다.In general, a fuel cell stack is a power generation device that converts chemical reaction energy of fuel and oxidant directly into electrical energy. Such a fuel cell stack is formed by continuously arranging a plurality of unit cells, and produces electrical energy by providing fuel and an oxidant to the unit cells.

연료 전지 스택은 단위 셀들의 최 외측에 각각 배치되는 엔드 플레이트가 체결장치를 통해 서로 체결되면서 단위 셀들이 엔드 플레이트에 의해 가압된 구조로 이루어진다.The fuel cell stack has a structure in which the unit cells are pressed by the end plates while end plates disposed at the outermost sides of the unit cells are fastened to each other through a fastening device.

종래 기술에 따른 체결장치는 엔드 플레이트에 체결 밴드를 체결함으로써 단위 셀들을 가압하는 방식을 그 예로 들 수 있다. 이러한 체결 방식은 체결 밴드의 길이에 따라 작업자 원하는 체결력을 제공할 수 있다는 잇점이 있다.The fastening device according to the prior art may be a method of pressing the unit cells by fastening the fastening band to the end plate. This fastening method has the advantage that it can provide the desired fastening force according to the length of the fastening band.

그런데, 종래 기술에서는 연료 전지 스택의 운전 시 온도 변화에 따라 그 스택이 팽창 및 수축을 반복하게 되는 바, 체결 밴드가 열에 의한 팽창 및 수축에 민감하지 않은 단단한 구조로 이루어지므로, 연료 전지 스택의 팽창 시 체결 밴드를 통해 필요 이상의 체결력이 스택으로 제공되고, 스택의 수축 시 체결력이 부족한 상태가 된다.However, in the related art, since the stack repeatedly expands and contracts according to temperature changes during operation of the fuel cell stack, the fastening band is made of a rigid structure that is not sensitive to thermal expansion and contraction, thereby expanding the fuel cell stack. More fastening force than necessary is provided to the stack through the fastening band, and the fastening force is insufficient when the stack contracts.

따라서, 종래 기술에서는 이와 같은 체결력의 변화로 인해 스택 내부 구성물의 열화가 발생하게 되고, 이로 인해 원하는 체결력을 유지하기가 힘든 결과를 초래하며, 연료 전지의 전반적인 성능 저하와 수명의 감소를 초래하게 된다.Therefore, in the related art, such a change in fastening force causes deterioration of the stack internal components, which results in difficulty in maintaining a desired fastening force, resulting in deterioration of fuel cell performance and lifespan. .

본 발명의 예시적인 실시예들은 온도 변화에 따른 팽창 및 수축에 능동적으로 길이와 체결력을 조절할 수 있도록 한 연료 전지 스택을 제공한다.Exemplary embodiments of the present invention provide a fuel cell stack capable of controlling length and fastening force actively in expansion and contraction with temperature changes.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택은, ⅰ)다수의 단위 셀들을 연속적으로 적층하여 이루어지는 전기 발생 집합체와, ⅱ)상기 전기 발생 집합체의 최 외측에 각각 밀착되게 배치되는 엔드 플레이트와, ⅲ)상기 전기 발생 집합체의 상,하면를 덮으며 상기 엔드 플레이트에 체결되는 체결 플레이트를 포함하며, 상기 체결 플레이트는 상기 전기 발생 집합체를 통과한 냉각수를 유통시킬 수 있는 적어도 하나의 냉각수 통로를 구성한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a fuel cell stack includes: (i) an electricity generating assembly formed by successively stacking a plurality of unit cells; ii) an end plate disposed in close contact with an outermost side of the electricity generating assembly; Iii) a fastening plate covering the upper and lower surfaces of the electricity generating assembly and fastened to the end plate, wherein the fastening plate constitutes at least one cooling water passage through which the cooling water passed through the electricity generating assembly can be circulated.

또한 상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 체결 플레이트는 열에 의해 팽창 및 수축될 수 있는 금속 소재로 이루어질 수 있다.In addition, in the fuel cell stack, the fastening plate may be made of a metal material that can be expanded and contracted by heat.

또한 상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 체결 플레이트는 볼트를 통해 상기 엔드 플레이트와 체결될 수 있다.In the fuel cell stack, the fastening plate may be fastened to the end plate through bolts.

또한 상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 냉각수 통로는 상기 단위 셀들의 적층 방향을 따라 배치될 수 있다.In the fuel cell stack, the coolant passage may be disposed along a stacking direction of the unit cells.

또한 상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 냉각수 통로는 상기 단위 셀들의 적층 방향에 교차하는 방향을 따라 배치될 수 있다.In the fuel cell stack, the cooling water passage may be disposed along a direction crossing the stacking direction of the unit cells.

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또한 상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 냉각수 통로는 높이 방향으로 설치된 격벽에 의해 제1 통로 및 제2 통로를 구획 형성할 수도 있다.In the fuel cell stack, the coolant passage may partition the first passage and the second passage by partitions provided in the height direction.

또한 상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 냉각수 통로는 폭 방향으로 설치된 격벽에 의해 제1 통로 및 제2 통로를 구획 형성할 수도 있다.In the fuel cell stack, the coolant passage may partition the first passage and the second passage by partitions provided in the width direction.

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상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 전기 발생 집합체의 온도 변화에 따라 체결 플레이트가 전기 발생 집합체의 팽창 및 수축 변화에 능동적으로 대처하여 팽창 및 수축하게 되면서 일정한 체결력을 유지하므로, 내부 구성물의 물리적, 기계적 손상을 줄일 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention as described above, in accordance with the temperature change of the electricity generating assembly, the fastening plate actively copes with the expansion and contraction change of the electricity generating assembly while expanding and contracting to maintain a constant fastening force, thereby Physical and mechanical damage to the components can be reduced.

또한, 본 실시예에서는 전기 발생 집합체의 고른 열 분포로 인하여 국부적인 온도 분포에 따른 성능 열화 방지가 가능하며, 스택 내부 구성물의 화학적 열화 저감이 기대된다. 즉, 본 실시예에서는 물리적, 화학적 열화 저감을 통하여 스택의 일정 성능 확보 및 연료 전지의 수명 증가를 도모할 수 있다.In addition, in this embodiment, due to the even heat distribution of the electricity generating assembly, it is possible to prevent performance deterioration due to the local temperature distribution, and to reduce chemical deterioration of the stack internal components. That is, in this embodiment, it is possible to secure a certain performance of the stack and increase the life of the fuel cell by reducing physical and chemical degradation.

또한, 본 실시예에서는 체결 플레이트의 냉각수 통로로 열용량이 큰 냉각수가 이동하므로, 이로 인해 냉각수의 열 접촉 면적 및 양이 커지게 되어 주변 온도에 대한 민감도가 떨어지게 됨으로써 냉 시동 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, in the present embodiment, since the coolant having a large heat capacity moves to the coolant passage of the fastening plate, the heat contact area and amount of the coolant increase, thereby decreasing sensitivity to the ambient temperature, thereby further improving cold start performance. .

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지 스택을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 연료 전지 스택을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 연료 전지 스택을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 제4 실시예에 따른 연료 전지 스택을 도시한 도면이다.These drawings are for the purpose of describing an exemplary embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 illustrates a fuel cell stack according to a first exemplary embodiment of the present invention.
2 illustrates a fuel cell stack according to a second exemplary embodiment of the present invention.
3 illustrates a fuel cell stack according to a third exemplary embodiment of the present invention.
4 illustrates a fuel cell stack according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings, and is shown by enlarging the thickness in order to clearly express various parts and regions. It was.

도 1은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지 스택을 도시한 도면이다.1 illustrates a fuel cell stack according to a first exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 연료 및 산화제의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 다수의 연료 전지 셀(이하에서는 편의상 "단위 셀" 이라고 함)을 연속적으로 배열하여 이루어진다.Referring to the drawings, the fuel cell stack 100 according to the first exemplary embodiment of the present invention is a plurality of fuel cell cells (hereinafter referred to as " unit cells " for convenience) that generate electrical energy by reaction of fuel and oxidant. ) Is arranged in succession.

본 실시예에 의한 상기 연료 전지 스택(100)은 단위 셀들로 이루어진 전기 발생 집합체(10)와, 전기 발생 집합체(10)를 밀착시키는 엔드 플레이트(30)와, 엔드 플레이트(30)를 통해 전기 발생 집합체(10)를 가압 체결할 수 있는 체결 플레이트(50)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.The fuel cell stack 100 according to the present embodiment includes an electricity generating assembly 10 formed of unit cells, an end plate 30 closely contacting the electricity generating assembly 10, and electricity generation through the end plate 30. It is configured to include a fastening plate 50 that can be pressure-fastened the assembly 10, which will be described for each configuration as follows.

상기에서, 전기 발생 집합체(10)는 위에서 언급한 바 있는 다수의 단위 셀들이 연속적으로 배열(적층)된 단위 셀들의 집합체 구조로서 이루어진다.In the above, the electricity generating assembly 10 is configured as an aggregate structure of unit cells in which a plurality of unit cells as mentioned above are continuously arranged (stacked).

여기서, 상기 단위 셀들은 막-전극 어셈블리(MEA)를 사이에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(당 업계에서는 바이폴라 플레이트 또는 분리판 이라고 칭함)를 배치하여 이루어진다.Here, the unit cells are formed by disposing separators (in the art, called bipolar plates or separator plates) on both sides of the membrane-electrode assembly (MEA).

상기와 같은 전기 발생 집합체(10)는 각각의 단위 셀로 공급되는 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킬 수 있으며, 이 과정에 단위 셀들에서 발생하는 열을 냉각 매체(이하에서는 편의 상 "냉각수" 라고 한다)를 통해 수냉식으로 냉각시킬 수 있는 구조로 되어 있다.The electricity generating assembly 10 may generate electrical energy as an electrochemical reaction between the fuel and the oxidant supplied to each unit cell, and in this process, heat generated from the unit cells may be used as a cooling medium (hereinafter, for convenience). It is a structure that can be cooled by water cooling through "cooling water".

즉, 상기 전기 발생 집합체(10)는 각각의 단위 셀 사이에 냉각수를 유통시킬 수 있는 냉각수 유통로(도면에 도시되지 않음)를 형성하고 있다.That is, the electricity generation assembly 10 forms a cooling water flow path (not shown) that allows the cooling water to flow between each unit cell.

이러한 단위 셀들의 구조, 및 냉각수가 유통 가능한 전기 발생 집합체의 구조는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the structure of the unit cells and the structure of the electricity generating assembly through which the coolant is circulated are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted.

본 실시예에서, 상기 엔드 플레이트(30)(당 업계에서는 통상적으로 "가압 플레이트" 라고도 한다)는 전기 발생 집합체(10)의 최 외측에 각각 밀착되게 배치된다.In this embodiment, the end plates 30 (commonly known in the art as "pressure plates") are arranged in close contact with the outermost side of the electricity generating assembly 10, respectively.

상기 엔드 플레이트(30)는 단위 셀에 상응하는 면적을 지닌 사각형의 금속 플레이트로서 이루어진다.The end plate 30 is formed as a rectangular metal plate having an area corresponding to the unit cell.

이 경우 상기 엔드 플레이트(30)에는 단위 셀들로 연료, 산화제, 및 냉각수를 공급하고, 단위 셀들에서 배출되는 연료, 산화제, 물, 그리고 단위 셀들을 거친 냉각수를 배출하기 위한 매니폴드들(31)를 형성하고 있다.In this case, the end plate 30 is supplied with fuel, oxidant, and coolant to unit cells, and manifolds 31 for discharging fuel, oxidant, water, and coolant from the unit cells are discharged. Forming.

본 실시예에서, 상기 체결 플레이트(50)는 전기 발생 집합체(10)의 단위 셀들을 가압하기 위해 그 전기 발생 집합체(10)의 상,하면(도면을 기준으로 함)을 덮으며 엔드 플레이트(30)에 체결될 수 있다.In this embodiment, the fastening plate 50 covers the upper and lower surfaces (based on the drawing) of the electricity generating assembly 10 to pressurize the unit cells of the electricity generating assembly 10 and the end plate 30. Can be fastened to

상기 체결 플레이트(50)는 전기 발생 집합체(10)의 상하면을 덮을 수 있는 사각 평판 형태로서, 열에 의해 팽창 및 수축될 수 있는 금속 소재로 이루어진다.The fastening plate 50 is in the form of a rectangular flat plate that can cover the upper and lower surfaces of the electricity generating assembly 10, made of a metallic material that can be expanded and contracted by heat.

이러한 체결 플레이트(50)는 엔드 플레이트(30)에 대응하는 가장자리 부분이 볼트 등과 같은 체결수단을 통하여 엔드 플레이트(30)에 체결된다.The fastening plate 50 has an edge portion corresponding to the end plate 30 is fastened to the end plate 30 through a fastening means such as a bolt.

상기와 같은 체결 플레이트(50)는 본 실시예에서 전기 발생 집합체(10)의 단위 셀들을 통과한 냉각수를 유통시킬 수 있는 적어도 하나의 냉각수 통로(71)를 형성하고 있다.The fastening plate 50 as described above forms at least one cooling water passage 71 through which the cooling water passing through the unit cells of the electricity generating assembly 10 can be distributed.

상기 냉각수 통로(71)는 도면에 미도시된 관로를 통하여 위에서 언급한 바 있는 매니폴드들(31)과 연결되는데, 전기 발생 집합체(10)의 단위 셀들을 거친 냉각수를 배출하는 매니폴드와 연결될 수 있다.The coolant passage 71 is connected to the manifolds 31 mentioned above through a pipeline not shown in the drawing, which may be connected to a manifold for discharging the coolant through the unit cells of the electricity generating assembly 10. have.

이 경우, 상기 냉각수 통로(71)는 단위 셀들의 적층 방향을 따라 배치되는데, 복수 개로서 일정 간격 이격되게 형성된다.In this case, the coolant passages 71 are disposed along the stacking direction of the unit cells, and are formed to be spaced apart from each other by a predetermined interval.

여기서, 상기 냉각수 통로(71)는 대략 직사각형의 단면을 지닌 유로를 형성하며 가장자리 끝에서 끝으로 형성되고, 체결 플레이트(50)의 평면상으로 돌출되게 형성된다.Here, the coolant passage 71 forms a flow path having a substantially rectangular cross section and is formed from an edge end to an end, and protrudes in a plane of the fastening plate 50.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the fuel cell stack 100 according to the first exemplary embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail.

우선, 본 실시예에서는 전기 발생 집합체(10)의 단위 셀들에서 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시킨다.First, in the present embodiment, the electric energy is generated by the electrochemical reaction between the fuel and the oxidant in the unit cells of the electricity generating assembly 10.

이 경우, 상기 전기 발생 집합체(10)는 단위 셀들에서 열이 발생하게 되고, 단위 셀들 사이로 통과하는 냉각수에 의해 일정한 온도를 유지하게 된다.In this case, the electricity generating assembly 10 generates heat in the unit cells, and maintains a constant temperature by the coolant passing between the unit cells.

여기서, 상기 전기 발생 집합체(10)는 온도 변화에 따라 팽창과 수축을 반복하며 전체 적층 길이가 변화하게 되는데, 이러한 온도 변화는 연료 전지 스택의 시동 시 상온에서 기설정된 작동 온도로 온도 상승이 이루어지고, 정지 시에는 온도가 하강하게 된다.Here, the electricity generating assembly 10 is repeated expansion and contraction in accordance with the temperature change and the total stacking length is changed, the temperature change is a temperature rise from the room temperature to a predetermined operating temperature at the start of the fuel cell stack When stopped, the temperature drops.

그리고, 전기 발생 집합체(10)의 온도 변화는 운전 중 전기 부하량에 따라 온도 변화가 일어나는데, 운전 시 작동 전류에 따라 발열 반응의 정도가 달라지므로 온도 변화가 일어난다. 특히 동적으로 운전하는 경우에는 전기 발생 집합체(10)의 팽창 및 수축 정도가 크다.In addition, the temperature change of the electricity generating assembly 10 is a temperature change according to the electrical load during operation, the temperature change occurs because the degree of exothermic reaction varies depending on the operating current during operation. In particular, when driving dynamically, the degree of expansion and contraction of the electricity generating assembly 10 is large.

예를 들어 저전류 구간에서 운전 중 고전류 구간으로 모드를 변환할 때, 더 많은 열이 발생하게 되어 온도 상승이 이루어지고, 그 반대의 경우에 온도가 하강하게 된다.For example, when switching the mode from the low current section to the high current section during operation, more heat is generated to increase the temperature and vice versa.

즉, 본 실시예에서는 상기한 온도 상승 조건에서 전기 발생 집합체(10)로 냉각수를 공급하여 열을 냉각시키는 바, 그 전기 발생 집합체(10)를 거친 냉각수는 별도의 관로를 통해 체결 플레이트(50)의 냉각수 통로(71)를 통과하게 된다.That is, in the present embodiment, the cooling water is supplied to the electricity generating assembly 10 under the above temperature rise condition to cool the heat, and the cooling water passing through the electricity generating assembly 10 is fastened through a separate pipe 50. It passes through the cooling water passage 71 of.

이러는 과정에서, 상기 체결 플레이트(71)는 전기 발생 집합체(10)의 온도 변화에 따라 그 전기 발생 집합체(10)와 유사하게 팽창 및 수축을 반복하게 된다.In this process, the fastening plate 71 repeats expansion and contraction similarly to the electricity generation assembly 10 according to the temperature change of the electricity generation assembly 10.

구체적으로, 상기와 같은 전기 발생 집합체(10)의 온도 상승 조건에서 그 전기 발생 집합체(10)를 거친 냉각수는 체결 플레이트(50)의 냉각수 통로(71)를 통과하게 되고, 이로 인해 체결 플레이트(50)는 냉각수의 열에 의해 전기 발생 집합체(10)와 유사한 팽창이 이루어진다.Specifically, in the temperature rise condition of the electricity generating assembly 10 as described above, the cooling water passing through the electricity generating assembly 10 passes through the cooling water passage 71 of the fastening plate 50, and thus the fastening plate 50. ) Expands similar to the electricity generating assembly 10 by the heat of the cooling water.

반대로, 상기와 같은 온도 하강 조건에서 전기 발생 집합체(10)는 수축하게 되는데, 이에 따라 체결 플레이트(50) 또한 냉각수에 의해 온도가 하강하면서 수축 작용이 일어나게 된다.On the contrary, the electricity generating assembly 10 is contracted under the temperature lowering condition as described above. Accordingly, the fastening plate 50 also contracts while the temperature is lowered by the cooling water.

따라서, 본 실시예에서는 전기 발생 집합체(10)를 통과하는 냉각수를 체결 플레이트(50)의 냉각수 통로(71)로 공급함으로써 전기 발생 집합체(10)의 내부 온도와 체결 플레이트(50)의 온도를 유사하게 유지시킬 수 있다.Therefore, in this embodiment, by supplying the coolant passing through the electricity generating assembly 10 to the cooling water passage 71 of the fastening plate 50, the internal temperature of the electricity generating assembly 10 and the temperature of the fastening plate 50 are similar. Can be maintained.

즉, 상기 체결 플레이트(50)는 전기 발생 집합체(10)의 온도 변화에 따른 팽창 및 수축율과 유사하게 능동적으로 팽창 및 수축이 일어나며, 전기 발생 집합체(10)의 길이 및 엔드 플레이트(30)를 통한 전기 발생 집합체(10)의 체결력(가압력)을 조절할 수 있다.That is, the fastening plate 50 is actively expanded and contracted similarly to the expansion and contraction rate according to the temperature change of the electricity generating assembly 10, the length of the electricity generating assembly 10 and through the end plate 30 The clamping force (pressure) of the electricity generating assembly 10 can be adjusted.

이로써, 본 실시예에서는 전기 발생 집합체(10)의 온도 변화에 따라 그 전기 발생 집합체(10)의 팽창 및 수축율과 유사하게 체결 플레이트(50)의 팽창 및 수축이 이루어지므로, 이러한 체결 플레이트(50)를 통해 전기 발생 집합체(10)에 대하여 일정한 체결력을 유지시킬 수 있다. As a result, in the present embodiment, the fastening plate 50 is expanded and contracted similarly to the expansion and contraction rate of the electric generating assembly 10 according to the temperature change of the electric generating assembly 10, and thus, the fastening plate 50. Through it can maintain a constant fastening force against the electricity generating assembly (10).

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 전기 발생 집합체(10)의 온도 변화에 따라 체결 플레이트(50)가 전기 발생 집합체(10)의 팽창 및 수축 변화에 능동적으로 대처하여 팽창 및 수축하게 되면서 일정한 체결력을 유지하므로, 내부 구성물의 물리적, 기계적 손상을 줄일 수 있다.As described above, in the fuel cell stack 100 according to the first exemplary embodiment of the present invention, the fastening plate 50 may expand and contract the electricity generating assembly 10 according to the temperature change of the electricity generating assembly 10. Actively coping with shrinkage changes and maintains a constant tightening force while expanding and contracting, thereby reducing physical and mechanical damage to the internal components.

또한, 본 실시예에서는 전기 발생 집합체(10)의 고른 열 분포로 인하여 국부적인 온도 분포에 따른 성능 열화 방지가 가능하며, 스택 내부 구성물의 화학적 열화 저감이 기대된다. 즉, 본 실시예에서는 물리적, 화학적 열화 저감을 통하여 스택의 일정 성능 확보 및 연료 전지의 수명 증가를 도모할 수 있다.In addition, in this embodiment, due to the even heat distribution of the electricity generating assembly 10, it is possible to prevent performance deterioration due to the local temperature distribution, and to reduce the chemical deterioration of the stack internal components. That is, in this embodiment, it is possible to secure a certain performance of the stack and increase the life of the fuel cell by reducing physical and chemical degradation.

또한, 본 실시예에서는 체결 플레이트(50)의 냉각수 통로(71)로 열용량이 큰 냉각수가 이동하므로, 이로 인해 냉각수의 열 접촉 면적 및 양이 커지게 되어 주변 온도에 대한 민감도가 떨어지게 되며, 이는 냉 시동시 보다 안정적인 조건을 갖출 수 있게 된다.In addition, in the present embodiment, since the coolant having a large heat capacity moves to the coolant passage 71 of the fastening plate 50, this increases the thermal contact area and amount of the coolant, thereby decreasing sensitivity to the ambient temperature. More stable conditions at start up can be achieved.

도 2는 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 연료 전지 스택을 도시한 도면이다.2 illustrates a fuel cell stack according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 연료 전지 스택(200)은 전기 제1 실시예의 구조를 기본으로 하면서, 냉각수 통로(171)가 전기 발생 집합체(110)의 단위 셀들 적층 방향에 교차하는 방향을 따라 배치되는 체결 플레이트(150)를 구성할 수 있다.Referring to the drawings, the fuel cell stack 200 according to the second exemplary embodiment of the present invention is based on the structure of the first embodiment, and the coolant passage 171 stacks the unit cells of the electricity generating assembly 110. The fastening plate 150 may be configured along the direction crossing the direction.

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이와 같은 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 연료 전지 스택(200)의 나머지 구성 및 작용은 전기 제1 실시예에서와 같으므로, 더욱 자세한 설명은 생략한다.Since the rest of the configuration and operation of the fuel cell stack 200 according to the second exemplary embodiment of the present invention is the same as in the first embodiment, a more detailed description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 연료 전지 스택을 도시한 도면이다.3 illustrates a fuel cell stack according to a third exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 연료 전지 스택(300)은 전기 제1 및 제2 실시예들의 구조를 기본으로 하면서, 냉각수 통로(271)가 높이 방향으로 설치된 격벽(281)에 의해 제1 통로(272a) 및 제2 통로(272b)를 구획 형성하는 체결 플레이트(250)를 구성할 수 있다.Referring to the drawings, the fuel cell stack 300 according to the third exemplary embodiment of the present invention is based on the structure of the first and second embodiments of the present invention, and the partition wall in which the cooling water passage 271 is installed in the height direction ( The fastening plate 250 which partitions the 1st passage 272a and the 2nd passage 272b by 281 can be comprised.

상기 제1 통로(272a)는 냉각수가 유입되는 통로이며, 제2 통로(272b)는 냉각수가 배출되는 통로로서 이루어진다.The first passage 272a is a passage through which the coolant flows, and the second passage 272b is a passage through which the coolant is discharged.

이로 인해 본 실시예에서는 체결 플레이트(250)에 대한 냉각수의 접촉 면적을 더욱 증대시킬 수 있게 된다.Therefore, in this embodiment, the contact area of the cooling water with respect to the fastening plate 250 can be further increased.

이와 같은 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 연료 전지 스택(300)의 나머지 구성 및 작용은 전기 제1 및 제2 실시예에서와 같으므로, 더욱 자세한 설명은 생략한다.Since the rest of the configuration and operation of the fuel cell stack 300 according to the third exemplary embodiment of the present invention is the same as in the first and second embodiments of the present invention, a more detailed description thereof will be omitted.

도 4는 본 발명의 예시적인 제4 실시예에 따른 연료 전지 스택을 도시한 도면이다.4 illustrates a fuel cell stack according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 제4 실시예에 따른 연료 전지 스택(400)은 전기 제1 및 제2 실시예들의 구조를 기본으로 하면서, 냉각수 통로(371)가 폭 방향으로 설치된 격벽(381)에 의해 제1 통로(372a) 및 제2 통로(372b)를 구획 형성하는 체결 플레이트(350)를 구성할 수 있다.Referring to the drawings, the fuel cell stack 400 according to the fourth exemplary embodiment of the present invention is based on the structure of the first and second embodiments of the present invention, and the partition wall in which the cooling water passage 371 is installed in the width direction ( The fastening plate 350 which partitions the 1st passage 372a and the 2nd passage 372b by 381 can be comprised.

즉, 상기 제1 및 제2 통로(372a, 372b)는 도면을 기준할 때 상하측 방향으로 배치되며, 제1 통로(372a)는 냉각수가 유입되는 통로이며, 제2 통로(372b)는 냉각수가 배출되는 통로로서 이루어진다.That is, the first and second passages 372a and 372b are disposed in the vertical direction when referring to the drawings. The first passage 372a is a passage through which the coolant flows, and the second passage 372b represents the coolant. It is made as a passage to be discharged.

이와 같은 본 발명의 예시적인 제4 실시예에 따른 연료 전지 스택(400)의 나머지 구성 및 작용은 전기 제1 및 제2 실시예에서와 같으므로, 더욱 자세한 설명은 생략한다.Since the rest of the configuration and operation of the fuel cell stack 400 according to the fourth exemplary embodiment of the present invention are the same as in the first and second embodiments of the present invention, a more detailed description thereof will be omitted.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.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 exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

10... 전기 발생 집합체 30... 엔드 플레이트
31... 매니폴드들 50... 체결 플레이트
71... 냉각수 통로 272a, 372a... 제1 통로
272b, 372b... 제2 통로 B... 볼트10 ... electricity generating assembly 30 ... end plate
31 ... Manifolds 50 ... Fastening plate
71 ... Chilled water passage 272a, 372a ... first passage
272b, 372b ... 2nd passage B ... bolt

Claims

An electricity generating assembly formed by sequentially stacking a plurality of unit cells;
End plates disposed in close contact with outermost sides of the electricity generating assembly; And
A fastening plate covering the upper and lower surfaces of the electricity generating assembly and fastened to the end plate;
The fastening plate constitutes at least one cooling water passage through which the cooling water passed through the electricity generating assembly can be distributed.
And the coolant passage defines a first passage and a second passage by partition walls provided in a height direction.

The method according to claim 1,
The fastening plate is a fuel cell stack made of a metallic material that can be expanded and contracted by heat.

The method according to claim 1,
And the fastening plate is fastened to the end plate via bolts.

The method according to claim 1,
The coolant passage is disposed along the stacking direction of the unit cells.

The method according to claim 1,
The coolant passage is disposed along a direction crossing the stacking direction of the unit cells.

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An electricity generating assembly formed by sequentially stacking a plurality of unit cells;
End plates disposed in close contact with outermost sides of the electricity generating assembly; And
A fastening plate covering the upper and lower surfaces of the electricity generating assembly and fastened to the end plate;
The fastening plate constitutes at least one cooling water passage through which the cooling water passed through the electricity generating assembly can be distributed.
And the coolant passage defines a first passage and a second passage by partition walls provided in the width direction.

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