KR101261075B1 - 유전체 프레임 조립체 및 연료전지 매니폴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 세그먼트를 이용하는 유전체 프레임을 갖는 조립체에 관한 것으로서, 상기 각각의 세그먼트는 대향하는 제1 및 제2표면과, 제1 및 제2단부 부분을 갖는다. 각각의 제1 및 제2단부 부분은 단부면과, 제1표면으로부터 제2표면으로 상기 세그먼트의 길이를 따른 부분의 단부면으로부터 연장되는 절결을 포함한다. 프레임의 세그먼트는 정렬된 세그먼트의 제1표면 및 제2표면과 인접한 상태로 정렬되며, 상기 세그먼트의 제1단부 부분의 단부면은 인접한 세그먼트의 제2단부 부분의 단부면과 인접하게 된다. 이러한 방식으로, 인접한 세그먼트의 제1 및 제2단부 부분의 절결은 키이홈을 형성하며, 키이가 이러한 키이홈에 배치되므로, 인접한 세그먼트들을 함께 지지할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 세그먼트는 절결에 인접한 세그먼트의 제1표면에 오목부를 갖는다. 상기 오목부는 경사면으로서 형성되는 것이 바람직하며; 이러한 경사면은 세그먼트의 두께방향에 안쪽으로 경사지고, 슬롯의 먼 단부에 있는 단부, 즉 세그먼트의 길이를 따라 가장 멀리 있는 슬롯의 단부에 인접하게 배치된다.

절연기, 키이홈, 절결, 스택, 가스켓, 핀, 레일 조립체, 노치

Description

유전체 프레임 조립체 및 연료전지 매니폴드{DIELECTRIC FRAME ASSEMBLY AND FUEL CELL MANIFOLD}

본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 특히 연료전지 스택에 사용하기 위한 프레임 조립체 및 매니폴드에 관한 것이다.

연료전지는 탄화수소 연료에 저장된 화학에너지를 전자화학 반응에 의해 전기에너지로 변환하는 장치이다. 일반적으로, 연료전지는 전기적으로 충진된 이온을 도전하는 유전체에 의해 분리된 아노드 및 캐소드를 포함한다. 유용한 전력 레벨을 생성하기 위하여, 다수의 연료전지가 직렬로 적층되어, 연료전지 스택을 형성한다.

연료전지 스택은 내부로 매니폴드된 스택이거나 또는 외부로 매니폴드된 스택이다. 내부로 매니폴드된 스택은 전형적으로 연료전지판에 축적된 연료 및 옥시던트의 분배를 위하여 가스 통로를 포함한다. 외부로 매니폴드된 스택에 있어서, 연료전지판은 단부가 개방된 상태로 남아 있으며, 연료전지 스택의 각각의 표면에 밀봉된 매니폴드에 의해 셀에 분배된다. 각각의 형태의 연료전지 스택에서 매니폴드는 연료 및 옥시던트 가스를 연료전지에 분배하고 이러한 가스가 주변 및 기타 다른 매니폴드로 누설되는 것을 방지하기 위한 통로를 제공한다. 매니폴드의 이러 한 기능은 스택의 수명주기를 위하여 연료전지 스택의 작동조건하에서 실행되어야만 한다.

매니폴드 엣지와 연료전지 스택 표면 사이에 형성된 가스 밀봉은 매니폴드 성능에 매우 중요한 특징이다. 금속 물질로 제조된 매니폴드는 전형적으로 도전성이며 그 길이를 따라 엣지로부터 매니폴드까지 전기전위 구배를 갖는 연료전지 스택으로부터 절연되어야만 한다. 유전체 절연기는 매니폴드와 스택 사이에 전기절연을 생성하고, 매니폴드가 스택에서 단락되는 것을 방지하며, 또한 스택으로부터 매니폴드로 전력구동된 전해질 이주를 제어하기 위해, 금속 매니폴드와 연료전지 스택 사이에서 사용되어져 왔다. 유전체 절연기는 전형적으로 연료전지 작동중 열응력 및 기계적 응력에 의해 손상을 받거나 또는 매니폴드상에서의 화학반응에 의해 손상을 받는, 취성 세라믹 또는 운모 물질로 제조된다. 더구나, 연료전지 스택은 통상적으로 그 수명중에는 수축되는데, 그 이유는 전지 부품이 크리이프를 받고 고온고압에서 첨가제가 스며들기 때문이다. 연료전지 스택의 칫수에 대한 이러한 수축 및 변화는 스택 동작중 매니폴드 시스템에서 부가의 응력을 생성한다. 따라서, 매니폴드 밀봉 시스템 유전체 절연기에 대한 손상을 방지하고 또한 매니폴드와 스택 사이의 전기절연 및 전해질 이주를 효과적으로 유지하기 위하여, 열응력 및 기계적 응력을 적어도 부분적으로 흡수할 수 있는 매니폴드 시스템이 요망되고 있다.

부품의 융통성을 개선하고 스택의 열팽창 및 수축과 이로 인한 유전체 절연기상에서의 기계적 응력을 양호하게 흡수하기 위하여, 매니폴드 시스템 부품에 대 한 변형이 전개되어 왔다. 매니폴드 시스템에서 현재 사용되고 있는 종래의 유전체 절연기는 전형적으로 다수의 상호결합되는 세그먼트를 포함하며, 이러한 세그먼트에 의해 절연기는 스택과 함께 팽창 및 수축된다. 이러한 유전체 절연기 배열의 실시예는 미국특허 제4.414.294호에 개시되어 있다. 특히, 상기 미국특허 제4.414.294호에는 미끄럼가능한 스플라인 조인트에 의해 상호연결되는 다수의 세그먼트를 갖는 사각형 절연기가 개시되어 있다. 이러한 각각의 스플라인 조인트는 절연기 세그먼트의 인접한 단부에 의해 형성된 키이홈에 삽입되는 스플라인을 포함한다. 도시된 바와 같이 또한 미국특허 제4.414.294호에 개시되어 있는 바와 같이, 키이홈에 삽입된 키이는 키이홈의 형태와 일치하며, 충분한 가스 밀봉을 제공하기 위해 키이홈의 두께를 횡단하여 연장된다.

또한, 가요성 매니폴드는 그 가스 밀봉 능력을 개선하고 유전체 절연기의 손상을 감소시키기 위하여 개발되어 왔다. 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허출원 제10/264.866호에는 이러한 가요성 매니폴드 시스템의 실시예가 개시되어 있다. 특히, 미국 특허출원 제10/264.866호에는 매니폴드 본체가 구비된 매니폴드 시스템이 개시되어 있으며; 상기 매니폴드 본체는 컴파운드 폴드(compound fold)에 의해 연결된 다수의 팬 부분과, 상기 매니폴드 본체의 컴파운드 폴드에 대응하는 위치에서 그 일부 두께를 통해 절단된 다수의 커프(kerf)가 구비된 다수의 레일 부재를 포함한다. 미국 특허출원 제10/264.866호의 매니폴드 시스템의 폴드 및 커프는 매니폴드 조립체에 가요성을 제공하며, 매니폴드 엣지와 스택 표면 사이에 형성된 가스 밀봉을 개선시킨다. 미국 특허출원 제10/264.866호의 매니폴드 본체 및 레일 조립체는 유전체 절연기에 의해 스택과는 전기절연되어 있으며, 상기 유전체 절연기는 레일 부재로부터 돌출된 둥근 또는 원통형 스텐레스 스틸 핀을 사용하여 레일 조립체에 고정된다.

상술한 배치에 관한 공통적인 문제점들중 한가지는 유전체 절연기의 접합 영역, 즉 키이 및 핀 구멍 주위의 영역에서 세라믹 전해질 이주 방지기 및 전기 절연기의 파열 또는 파손이다. 이러한 파열 및 파괴는 스택의 팽창 및 수축중 최종적인 기계적 응력 및 인가된 힘에 대해 유전체 절연기상에서 작용하는 키이 및 핀에 의한 것이다.

또 다른 공통적인 문제점은 키이의 절연기 키이홈 영역의 예리한 엣지에 의해 초래된, 유전체 절연기와 인한 가스켓의 파열 및 부식이다. 이러한 파열, 파괴, 부식은 가스 밀봉의 파괴로 나타나며, 매니폴드 시스템과 스택 사이의 전기절연의 침해로 나타난다. 따라서, 접합 영역에서, 특히 키이 영역 및 핀 주위의 영역에서 유전체 절연기상의 응력을 최소화하는 수단은 유전체 파열을 감소시킬 필요가 있으며, 또한 스택 작동중 기계적 힘을 절연기로부터 재지향시킬 필요가 있다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 단점들을 극복하도록 설계된 상호결합 세그먼트를 갖는 유전체 프레임 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 인접한 가스켓의 파열 및 부식을 방지하는 유전체 프레임 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유전체 프레임 부재상에서의 기계적 응력을 감소시키도록 개선된 핀 디자인을 갖는 연료전지 스택 매니폴드를 제공하는 것이다.

본 발명의 원리에 따르면, 상술한 바와 같은 목적 및 기타 다른 목적들은 다수의 세그먼트를 이용하는 유전체 프레임이 구비된 조립체에서 실현되며, 상기 각각의 세그먼트는 대향하는 제1표면 및 제2표면과, 제1단부 부분 및 제2단부 부분을 갖는다. 제1단부 부분 및 제2단부 부분 각각은 단부면과, 제1표면으로부터 제2표면까지 상기 세그먼트의 길이를 따라 단부의 제1단부면으로부터 연장되는 절결을 갖는다. 프레임의 세그먼트는 정렬된 세그먼트의 제1표면과 인접한 상태로 정렬되며, 상기 세그먼트의 제2표면은 인접한 세그먼트의 제2단부의 단부면과 인접한 세그먼트의 제1단부의 단부면과 인접한 상태로 정렬된다. 이러한 방식으로, 인접한 세그먼트의 제1 및 제2단부의 절결은 키이홈을 형성하며; 키이는 인접한 세그먼트들을 함께 지지하기 위하여 상기 키이홈에 배치되어, 가스 밀봉을 제공한다.

본 발명에 따르면, 이러한 세그먼트는 절결에 인접하여 세그먼트의 제1표면에 오목부를 갖는다. 상기 오목부는 경사면으로서 형성되며; 이러한 경사면은 세그먼트의 두께내로 경사지며, 슬롯의 먼 단부, 즉 세그먼트의 길이를 따라 가장 먼 슬롯의 단부에 인접하여 이에 종료된다. 상기 세그먼트는 오목부를 갖는 세그먼트의 각각의 단부가 오목부를 갖는 세그먼트의 단부에 인접하게 되어 최종적인 키이홈이 그 대향 단부에 오목부를 갖도록 정렬된다. 또한, 본 발명에 따르면, 키이홈에 배치된 각각의 키이는 경사진 단부 부분을 가지며, 이러한 단부 부분은 키이의 두께내로 경사져서 키이홈의 대향 단부에 있는 오목부와 인접하게 된다. 또한, 오목부를 갖는 각각의 세그먼트는 그 단부가 상기 오목부에 의해 인접한 절결을 갖는 단부면에 인접하여, 제1표면의 단부에서 세그먼트의 두께내로의 경사부를 갖는다. 또한, 오목부를 갖는 세그먼트는 제1표면의 엣지와 단부 부분의 단부면의 엣지에서 경사져 있다.

이러한 형태로 인해, 프레임은 그 매니폴드로부터 연료전지 스택을 절연하기 위해 사용할 때 힘을 더욱 양호하게 다룰 수 있게 된다. 또한, 프레임은 프레임과 연료전지 스택 사이에 배치된 가스켓의 일체성을 보존할 수도 있다.

하기에 서술되는 본 발명의 실시예에서, 프레임의 수직 세그먼트는 각각의 제1 및 제2단부 부분에서 절결의 먼 단부에 인접하여 제1표면에 오목부를 가지며, 수평 세그먼트는 상기 수직 세그먼트의 제1단부 부분과 인접한 제2단부 부분에서 그 제1표면에 오목부를 갖는다. 이러한 실시예에서도, 수평 부재의 제2단부 부분은 T형 또는 엘보우 형태를 취한다. 또한, 도시된 실시예에서, 이러한 세그먼트의 제2단부면은 절결에 인접하여 오목부를 갖는다. 상기 오목부는 세그먼트의 두께내로 연장되며, 각각의 절결의 전체 엣지 주위로 연장되는 경사면에 의해 형성된다. 이러한 실시예에서 절결은 반 타원형이므로, 키이홈 및 키이는 타원의 형태를 취하게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상술한 바와 같은 목적 및 기타 다른 목적은 다수의 핀을 갖는 매니폴드 조립체에 의해 실현되며, 상기 다수의 핀은 그 외주 주위에 분포되어 유전체 프레임과 양호하게 결합된다. 특히, 프레임의 개구에 수용되는 각각의 핀은 대향하는 외측면을 갖는 단부를 포함하며, 이러한 대향의 외측면은 핀 본체의 두께내로 내향으로 경사져서 핀의 축선을 따라 단부 부분의 터미널 단부로 진행된다. 본 발명의 양호한 형태에 있어서, 핀은 설명한 단부 부분을 갖도록 형성된 원통형 본체를 갖는다.

본 발명의 또 다른 특징에서는 유전체 프레임 부재의 핀 수용구멍내로의 삽입을 위한 유전체 본체를 갖는 삽입체가 제공된다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도1은 본 발명의 원리에 따른 매니폴드와 유전체 프레임 조립체를 갖는, 외측으로 매니폴드된 연료전지 스택의 사시도.

도2A 및 도2B는 스택측 및 매니폴드측으로부터 투시한, 도1의 조립체의 유전체 프레임 부재를 도시한 도면.

도2C 및 도2D는 도2A 및 도2B의 유전체 프레임 부재의 세그먼트의 단부 부분의 대향측으로부터 투시한 사시도.

도3A는 도2A 및 도2B의 유전체 프레임 부재에 사용된 키이의 사시도.

도3B는 도3A에 도시된 키이의 측면도.

도4A는 본 발명에 따른 레일 조립체 및 매니폴드 본체의 평면도.

도4B는 도4A의 레일 조립체 및 매니폴드 본체의 측면도.

도5A는 도4A 및 도4B의 레일 조립체 및 매니폴드의 핀 형태를 도시한 사시도.

도5B는 도5A의 핀의 측면도.

도6A는 유전체 프레임에 부착된 도1의 유전체 프레임 조립체 및 매니폴드의 평면도.

도6B는 선6B-6B를 따라 도시되고 도6A에 원형(B)으로 도시된 도6A의 조립체의 상세한 단면도.

도6C는 선6C-6C를 따라 도시되고 도6A에 원형(C)으로 도시된 도6A의 조립체의 상세한 단면도.

도7A-도7D, 도8A-도8D, 도9A-도9D, 도10A-도10D는 도1의 조립체의 조립체의 유전체 프레임 부재의 구멍에 삽입체로서 사용되는 삽입체의 다양한 형태를 도시한 도면.

도1은 외부로 매니폴드된 연료전지 스택(101)에 사용하기 위한, 본 발명의 원리에 따른 유전체 프레임 부재(100) 및 매니폴드(102)를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 매니폴드(102)는 유전체 프레임 조립체(100)에 의해 단부판(101b)과 전기절연된다. 이 경우 유전체 프레임 조립체(100)는 유전체 부재(104)와 다수의 절연 가스켓(106, 108, 110)을 포함한다. 상기 매니폴드(102)는 매니폴드 본체(102a)와, 상기 매니폴드 본체(102a)에 결합되는 매니폴드 레일 조립체(102b)를 포함한다. 매니폴드 본체(102a)는 본 발명에 참조인용된 미국 특허출원 제10/264.866호에 상세히 개시된 바와 같이 가요성 구조를 갖는다. 도시된 바와 같이 또한 미국 특허출원 제10/264.866호에 상세히 개시되어 있는 바와 같이, 매니폴드 본체(102a)는 레일 조립체(102b)의 내부에 안착되므로, 상기 레일 조립체(102b) 는 매니폴드 본체(102a)를 둘러싼다. 매니폴드(102)는 금속으로 제조되며, 연료전지 스택(101)으로부터 매니폴드와 전기절연된 유전체 프레임 조립체(100)에 인접하여 배치된다. 도시된 바와 같이, 유전체 프레임 부재(104) 및 절연 가스켓(106, 108, 110)의 스택측 평면을 따른 형태와 칫수는 매니폴드 레일 조립체(102b)의 형태 및 칫수에 대응한다.

절연 가스켓은 제1매니폴드측 가스켓(106)과, 제2매니폴드측 가스켓(108)과, 압축가능한 스택측 가스켓(110)을 포함한다. 상기 제1매니폴드측 가스켓(106)은 운모로 제조되거나 또는 기타 적절한 전기절연 물질로 제조될 수 있다. 제2가스켓(108)은 지르코니아 펠트로 제조되거나, 또는 유사한 온도와 유전체 및 가스 흐름 임피던스 특성을 갖는 기타 다른 적절한 물질로 제조될 수 있다. 제1매니폴드측 가스켓(106)은 매니폴드 레일 조립체(102b)와 제2매니폴드측 가스켓(108) 사이에 인접한 상태로 배치되며, 유전체 부재와 인접하고 있다. 제1 및 제2매니폴드측 가스켓(106, 108)은 유전체와 매니폴드 표면과 일치하므로써, 유전체 부재(104)와 매니폴드(102) 사이에, 특히 매니폴드 표면상의 불규칙한 부분과 유전체 접합부에 밀봉을 제공한다.

압축가능한 스택측 가스켓(110)은 가스켓(108)과 마찬가지로 지르코니아 펠트로 제조되거나, 또는 유사한 온도와 유전체 및 가스 흐름 임피던스 특성을 갖는 기타 다른 적절한 물질로 제조될 수 있다. 압축가능한 스택측 가스켓(110)은 유전체 부재(104)의 스택측 표면과 연료전지 스택 표면(101a) 사이에서 인접한 상태로 배치된다.

하기에 상세히 서술되는 바와 같이, 매니폴드(102)의 레일 조립체(102b)는 유전체 프레임 부재(100)와 결합하여 이를 지지한다. 특히, 레일 조립체(102b)는 그 외주 주위에 배치된 다수의 핀(도1에는 도시되지 않았음)을 포함하며, 이러한 핀은 제1 및 제2가스켓(106)의 외주 주위에 배치된 다수의 관통 개구(106a, 108a)와, 유전체 프레임 부재의 외주 주위에 배치된 다수의 개구(105)에 수용되어 이에 결합된다. 이러한 개구(106a, 108a, 105)의 위치는 레일 조립체에 형성된 핀과 정렬된다.

도1에 도시된 바와 같이, 유전체 프레임 부재(104)의 개구(105)는 프레임 부재(104)의 두께를 통해 부분적으로 연장되며, 둥근 형태(105a)와 타원 형태(105b)를 갖는 개구를 포함한다. 조립된 상태에서, 핀은 제1 및 제2가스켓(106, 108) 및 유전체 프레임 부재(104)의 개구(106a, 108a, 105)와 결합된다. 핀과 개구의 결합으로 인해, 가스켓(106, 108) 및 유전체 프레임 부재(104)는 연료전지 스택이 팽창 및 수축될 때 매니폴드와 함께 이동하여, 매니폴드(102)에 대해 가스켓 및 부재에 의한 측방향 이동을 방지한다.

도1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 또한 하기에 상세히 서술되는 바와 같이, 유전체 프레임 부재(104)는 그 단부에서 서로 접합된 다수의 세그먼트(112)로 형성된다. 특히, 세그먼트(112)의 단부(112a)는 인접 단부가 키이(114)가 삽입되는 키이홈(112b)을 형성하도록 구성된다. 이러한 방식으로 세그먼트(112)가 지지되므로, 유전체 프레임 부재(104)는 연료전지 스택(101) 및 매니폴드 부품과 함께 팽창 및 수축될 수 있다. 본 발명에 따르면, 또한 하기에 상세히 서술되는 바와 같이, 키이(114) 및 키이홈(112b)은 세그먼트(112)와 인접한 가스켓의 미끄럼을 촉진시키고 인접한 가스켓의 파열 및 부식을 방지하도록 형성된다.

도2A 및 도2B에는 유전체 프레임 부재(104)가 상세히 도시되어 있다. 도2A는 세그먼트(112)의 정렬된 제1표면(112A)에 의해 형성된 유전체 프레임 부재(104)의 제1표면(104A)을 도시하고 있다. 상기 제1표면(104A)은 스택측 가스켓(110)과 인접하여 있다. 도2B는 세그먼트(112)의 정렬된 제2표면(112B)에 의해 형성된 프레임 부재(104)의 대향면(104B)을 도시하고 있다. 표면(104b)은 제2매니폴드측 가스켓(108)과 인접하여 있다. 각각의 세그먼트(112)는 표면(112A, 112B)의 단부의 대향 단부에 연결되는 제3 및 제4대향 표면(112C, 112D)을 포함한다. 각각의 프레임 세그먼트(112)는 세라믹 물질이나 기타 다른 적절한 유전체 물질로 형성될 수 있다.

도시된 바와 같이, 세그먼트(112)는 여러가지 형태를 갖는다. 이러한 형태는 단부가 "막대형"인 수직 세그먼트와, 두께가 감소된 "막대형" 단부 부분과 "T형" 단부 부분을 갖는 상부의 수평 세그먼트와, 두께가 감소된 "막대형" 단부 부분과 "엘보우형" 단부 부분을 갖는 하부의 수평 세그먼트를 포함한다. 도시된 이러한 경우에 있어서, 상부의 두개의 수평 세그먼트는 프레임의 상부(104A)를 형성하고, 하부의 두개의 수평 세그먼트는 프레임의 바닥(104B)을 형성하며, 제1세트의 수직 세그먼트는 프레임의 한쪽(104C)을 형성하고, 수직으로 배치된 제2세트의 세그먼트는 프레임(104)의 대향측(104D)을 형성한다. 이러한 세그먼트는 세그먼트(112)의 인접 단부 부분 또는 부분(112a)에서 각각의 키이(114) 및 키이홈(112b) 에 의해 연결된다. 도시된 바와 같이, 상기 키이홈은 수직 세그먼트의 "막대형" 단부 부분과, 하부의 수평 세그먼트의 "막대형" 및 "엘보우형" 단부 부분과, 상부의 수평 세그먼트의 "T형" 단부 부분의 "막대형" 및 하부의 짧은 레그에 의해 형성된다. 세그먼트들이 서로 인접한 결과, 프레임 부재(104)는 사각형 형태를 이룬다.

인식할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 세그먼트(112)는 프레임 부재가 사용되는 조립체의 형태에 의해 나타나는 프레임 부재의 원하는 형태에 의존하여 도시된 바와는 다른 형태를 취할 수도 있다. 따라서, 세그먼트는 예를 들어 막대형 세그먼트일 수도 있으며, 이 경우 단부 부분(112a)은 인접한 세그먼트가 원하는 키이홈을 형성할 수 있도록 적절히 인접하게 형성되어야만 한다.

본 발명의 원리에 따르면, 세그먼트(112)의 단부 부분(112a)은 최종적인 키이홈(112b)이 인접한 가스켓의 미끄럼을 촉진시키고 파열 등에 의한 가스켓의 악화를 감소시키도록 형성된다. 또한, 키이(114)는 미끄럼을 도와주고 상술한 바와 같은 악화를 감소시키도록 도와준다.

도2C 및 도2D는 대향면(112A, 112B)으로부터 투시한 수직 세그먼트의 하나의 단부 부분(112a)을 도시하고 있다. 도시된 경우에 있어서, 세그먼트의 또 다른 단부 부분은 또 다른 수직 세그먼트의 모든 단부 부분과 유사한 형태를 취하고 있다. 또한, 도시된 경우에 있어서, 하부 수평 부재의 "엘보우형" 단부 부분과 상부 수평 부재의 "T형" 단부 부분의 하부는 동일한 형태를 취하고 있다.

도2C 및 도2D에 도시된 바와 같이, 단부 부분(112a)은 본체의 길이를 따라 단부 부분의 단부면(112E)으로부터 본체의 길이내로 연장되는 절결(113)을 포함한다. 상기 절결(113)은 세그먼트의 표면(112A, 112B) 사이에서 연장되며, 세그먼트의 표면(112C, 112D)으로부터 이격되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 절결은 절결의 먼 단부(113a)가 둥근 반타원형 형태이다. 본 발명에 따르면, 절결(113)의 먼 단부(113a)에서, 즉 세그먼트의 길이를 따라 가장 먼 단부에서, 제1표면(112A)은 오목부(112Aa)를 갖는다. 도시된 바와 같이, 상기 오목부는 세그먼트(112)의 두께내로 경사진 표면으로서 형성되며, 절결(113)의 먼 단부(113a)의 엣지에서 종료된다. 표면(112A)의 또 다른 레벨부(112Ab)는 오목부의 단부로부터 연장되며, 오목부(113)와 절결이 인접하는 절결의 엣지에서 종료된다. 인식할 수 있는 바와 같이, 표면(112A)은 단부면(112E)에 인접한 경사진 부분(112Ac)을 포함한다.

따라서, 인식할 수 있는 바와 같이, 두개의 인접한 세그먼트(112)의 도2C 및 도2D에 도시된 두개의 단부가 인접한 상태로 배치될 때, 최종적인 키이는 타원 형태를 갖는다. 또한, 키이홈은 세그먼트의 절결(113)의 먼 단부(113a)에 의해 형성된 키이홈의 양 단부에서 경사진 오목부 표면[경사진 오목부(112Aa)에 의해 형성된]과 경계를 이룬다. 키이홈은 세그먼트의 인접한 단부면(112E)에 의해 형성된 키이홈의 측부에서 또 다른 경사면[표면(112Ac)에 의해 형성된]을 갖는다. 이러한 경사면들은 급작스러운 표면 접촉이 많지 않으며, 따라서 프레임 세그먼트와 이러한 세그먼트와 인접한 부재들 사이에 미끄럼 접촉을 촉진시키므로써, 그 결과 이러한 부재의 파열 및 상호작용을 감소시킨다. 이것은 프레임 세그먼트에 인접하여 배치된 가스켓에 특히 그러하다.

미끄럼 동작을 더욱 촉진시키고 급작스러운 접촉을 적게 하기 위하여, 상술한 바와 같은 키이홈에 사용된 각각의 키이(114)는 대응의 키이홈의 대향 단부에서 경사진 오목부와 인접하도록 배치된 경사면을 갖도록 형성된다. 도3A 및 도3B는 이러한 방식으로 채택된 키이(114)를 도시하고 있다. 상기 키이(114)는 프레임 세그먼트(112)와 동일하거나 유사한 물질로 형성된다.

도시된 바와 같이, 키이(114)는 타원형의 원통 형태를 취하고 있으며; 이러한 원통 형태는 상부면 및 하부면(114A, 114B)과, 중앙부(114C)와, 상기 중앙부(114C)의 대향측에 인접한 두개의 둥근 단부 부분(114D, 114E)을 포함한다. 이러한 일반적인 타원 형태는 키이홈(113)의 타원 형태에 삽입된다.

또한, 키이(114)는 키이의 두께내로 경사진 그 상부면(114A)의 대향 단부(114Aa, 114Ab)를 포함한다. 상술한 바와 같이, 키이(114)가 키이홈(112b)에 배치될 때, 경사진 단부(114Aa, 114Ab)는 키이의 인접한 단부와 경계를 이루는 오목부(112Aa)와 만나게 된다. 따라서, 키이(114)의 경사진 단부는 프레임 세그먼트에 인접하여 배치된 부재와의 상호작용을 위해 그다지 급격하지 않은 경사면을 제공한다. 이것은 미끄럼을 촉진시키며, 이러한 인접한 부재의 파열이나 파괴에 의한 손상을 감소시킨다.

프레임에 대한 손상을 더욱 방지하기 위하여, 프레임 세그먼트(112)의 선택된 표면과 키이(112)의 선택된 표면 사이의 엣지는 경사질 수 있다. 따라서, 도시된 바와 같이, 도2C에 있어서 제1표면(112A)과 단부면(112E) 사이와 제1표면(112A)과 측부면(112C, 112D) 사이의 엣지는 경사진다. 이와 마찬가지로, 측부면(112C, 112D)과 단부면(112E) 사이의 엣지도 경사진다. 마지막으로, 키이(114)의 상부면(114a)과 중앙의 단부 부분(114C-114E) 사이의 엣지도 이와 마찬가지로 경사진다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 오목부(112Aa)의 경사부와, 표면(112Ac)의 경사부와, 키이 단부(114Aa, 114Ab)의 경사부는 동일하게 제조된다. 10도 내지 30도 범위의 경사부가 바람직하다. 또한, 경사진 엣지에 대해 바람직한 경사부는 35도 내지 60도 이다.

도2B에 도시된 실시예에 있어서, 오목부(112Aa)를 갖는 각각의 세그먼트(112)는 표면(112B)에 오목부(112Ba)를 갖는다. 이러한 오목부는 절결(113)의 전체 엣지를 둘러싸며, 인접한 부재와 세그먼트 사이의 상호작용을 완화시키기도록 경사진다. 이러한 경사부에 대한 바람직한 각도는 10도 내지 30도 이다.

절결(113)은 타원형의 키이홈으로 귀결되는 절반의 타원형으로 도시되었지만, 기타 다른 형태로 사용될 수 있음을 인식해야 한다. 따라서, 절결을 위해 예를 들어 부분적인 타원형 또는 부분적인 사각형 형태로 사용될 수 있어, 타원형 및 사각형 키이홈으로 귀결된다. 물론, 이러한 경우에 있어서 키이(114)의 형태는 키이홈의 형태를 수용하도록 변형될 수 있다.

도1A 및 도1B에 도시된 바와 같이, 본 발명의 도시된 형태에 있어서, 프레임(104)의 상부 및 하부 수평 세그먼트의 인접한 "막대형" 단부 부분(112a)의 키이홈은 인접한 오목부가 없는 타원형이다. 이와 마찬가지로, 이러한 키이홈에 사용된 타원형 키이는 경사진 단부가 없는 평탄한 상부 표면을 갖는다. 이것은 수직 세그먼트의 영역 보다 이러한 영역에서 덜 미끄러짐 강화를 요구하는 프레임(104)의 세그먼트의 이러한 부분에 기인한다. 그러나, 만일 미끄럼의 증가가 요구될 경우, 수직 세그먼트에서 키이의 경사진 단부와 단부 부분에 오목부가 제공될 수 있다.

도2A 및 도2B에 도시된 프레임 부재(104)의 도시된 정렬에 있어서, 수평 및 수직 세그먼트의 폭은 레일 조립체(102b)의 대응의 수평 및 수직 부재의 폭을 수용하도록 선택된다. 또한, 상부의 수평 세그먼트(112)의 "T형" 단부 부분의 상부 레그는 레일 조립체(102b)의 수평 부재의 유사한 상부 엣지에 대응된다.

도4A 및 도4B는 도1의 매니폴드(102)의 평면도 및 측면도를 상세히 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 그리고 상술한 바와 같이, 상기 매니폴드(102)는 매니폴드 본체(102a) 및 매니폴드 레일 조립체(102b)를 포함하고 있다. 상기 매니폴드 본체(102a)는 미국 특허출원 제10/264.866호에 개시된 바와 같이 가요성 구조를 갖고 있으며, 컴파운드 폴드(132)에 의해 분리되는 다수의 팬 부분(130)을 형성한다. 상기 컴파운드 폴드(132)에 의해, 매니폴드(102)는 연료전지 스택의 형태와 일치하게 된다. 다수의 레일 조립체(134a-134d)로 형성된 레일 조립체(102b)는 매니폴드 본체(102a)를 형성한다.

수직의 레일 부재(134a, 134b)는 매니폴드 본체(102a)의 길이를 따라 레일 조립체(102b)의 레일측으로부터 연장되며, 수평의 레일 부재(134c, 134d)는 매니폴드 본체(102a)의 상부 및 바닥 부분을 둘러싸서, 조립체(102b)의 상부 및 바닥 레일을 각각 형성한다. 도4A에 도시된 바와 같이, 레일 조립체(102b)의 측부 레 일(134a, 134b)은 조립체(102b)의 상부 레일 부재(134c)를 지나 연장되어, 연장부(136)를 형성한다. 연장부(136)는 연료전지 스택 작동중 매니폴드(102)에 팽창을 위한 룸(room)을 제공하며, 도1에 도시된 바와 같이 절연 가스켓(106, 108, 110) 및 유전체 부재(104)의 대응의 부분과 정렬된다.

미국 특허출원 제10/264.866호에 개시되어 있는 바와 같이, 또한 도4B에 도시된 바와 같이, 조립체(102b)의 수평의 레일 조립체(134a, 134b)는 그 일부 두께로부터 연장되는 다수의 절결 또는 커프를 포함한다. 상기 커프(138)의 위치는 매니폴드 본체(102a)의 컴파운드 폴드(132)와 정렬된다. 인식할 수 있는 바와 같이, 매니폴드 본체(102a)에서의 컴파운드 폴드(132)와 레일 부재(134a, 134b)의 커프(138)는 매니폴드(102)에 가요성을 제공한다.

도1에 대해 설명한 바와 같이, 또한 도4A 및 도4B에 도시된 바와 같이, 매니폴드(102)는 스택측 표면의 외주 주위에 배치된 다수의 핀(140)을 포함한다. 상기 핀(140)은 레일 조립체(102b)로부터 연장되며, 도1에 도시된 유전체 조립체(100)에 형성된 슬롯이나 개구와 결합된다. 특히, 핀(140)은 유전체 프레임 부재(104)의 각각의 세그먼트(112)를, 스택 표면(101a) 및 매니폴드 표면에 의해 형성된 평면내에서 매니폴드 레일 조립체(102b)에 구속 및 배치시킨다. 특별히, 핀(140)은 부재(104) 및 가스켓(106, 108)의 회전뿐만 아니라, 유전체 프레임 부재(104) 및 절연 가스켓(106, 108)을 평면내 이동을 핀(140)의 주위로 구속시킨다. 핀(140)은 레일 조립체(102b)를 형성하는 물질과 동일하거나 유사한 금속 물질로 형성될 수 있다.

도4A 및 도4B에 도시된 바와 같이, 각각의 수직 레일(134a, 134b)은 각각의 커프(138)의 측부에 형성된 적어도 하나의 핀(140)을 포함하며, 레일의 단부 근처에 핀(140)을 포함한다. 후자의 핀은 각각의 레일의 연장 부재(136)에 형성되며, 연장부의 노치(136a)에 미끄럼가능하게 장착되므로, 스택 이동중 절연 가스켓을 양호하게 장착시킬 수 있다. 각각의 수직 레일(134c, 134d)은 레일의 중앙 근처에 두개의 핀(140)을 포함한다.

도1에 대해 설명한 바와 같이, 핀(140)은 매니폴드측 가스켓(106, 108)의 관통 개구(106a, 108a)에 삽입되고, 유전체 부재(104)의 개구(105)에 삽입된다. 이것은 매니폴드(102) 및 유전체 프레임 조립체(100)를 함께 지지하게 하며, 매니폴드 및 스택에 대해 유전체 프레임 조립체의 측방향 이동을 최소화시킨다.

도5A 및 도5B는 본 발명에 따른 각각의 핀(140)의 형태를 상세히 도시한 사시도 및 측면도이다. 핀에 대한 이러한 형태에 의해, 매니폴드에 의해 유전체 부재(104)에 놓이는 응력, 특히 개구(105) 주위의 영역에 놓이는 응력이 감소된다. 이러한 형태는 핀(140)이 조립체에서 슬롯과 결합될 때, 유전체 프레임 조립체에 대해 매니폴드의 피봇을 허용한다.

도5A에 도시된 바와 같이, 각각의 핀(140)은 경사진 상단부(146)를 포함하는 원형의 원통형 본체(141)를 갖는다. 특히, 그 대향측(146A, 146B)에서 핀(140)의 상단부(146)는 경사진 세그먼트(146Aa, 146Ba)를 형성하도록, 핀의 두께내로 경사져 있다. 이러한 세그먼트는 본체(141)의 축선에 평행하거나 직립으로 연장되는 세그먼트(146Ab, 146Bb)에 이어진다. 이것은 세그먼트(146Ab, 146Bb)의 엣지에 형 성된 대향의 직선형 엣지(147A, 147B)와 핀의 원통형 본체에 형성된 대향의 둥근 엣지(147C, 147D)를 갖는 핀 단부면(147)에 대해 타원 형태로 나타난다. 상기 둥근 엣지(147C, 147D)는 유전체 프레임 부재(104)에 손상을 유발시키는 예리한 엣지를 제거하도록 경사져 있다.

세그먼트(146Aa, 146Ba)의 경사부에 유용한 각도는 매니폴드 및 유전체 프레임 조립체의 요구사항에 따라, 10도 내지 60도가 된다.

도6A는 유전체 프레임 조립체(100)와 결합되는 매니폴드(102)의 스택측 표면(142)으로부터 투시한 도면이다. 인식할 수 있는 바와 같이, 유전체 부재(104)의 수평 세그먼트(112)의 폭의 일부는 매니폴드 레일 조립체(102b)의 수평 레일(134c-134d)의 폭 보다 넓다. 이것은 스택(도시않음)과 매니폴드(102) 사이에 부가적인 가스 밀봉 및 전기절연을 제공한다.

도6A 내지 도6C에 있어서, 압축가능한 스택측 가스켓(110)은 가스켓의 매니폴드측 표면(110a1)의 설정 영역에 미끄럼면(110a)과, 가스켓(110)의 스택측 표면(110b1)의 설정 영역에 미끄럼면(110b)을 갖는다. 미끄럼면의 디자인에 대한 상세한 사항은 동일한 양수인에게 양도된 계류중인 미국 특허출원 제11/022.977호에 개시되어 있다. 특히 매니폴드측 표면(110a1)의 미끄럼면(110a)은 가스켓의 수직 레일(110c)에 형성되며, 스택측 표면(110b1)의 미끄럼면(110b)은 가스켓(110)의 수평 레일(110d)을 따라 형성된다. 매니폴드측 미끄럼면(110a)은 스택 표면(101a)과 매니폴드 유전체 프레임 부재(104) 사이의 상대이동을 촉진시키며, 스택측 미끄럼면(110b)은 스택 단부판(101b, 101c)과 압축가능한 가스켓(110) 사이의 상대이동을 촉진시킨다.

핀(140)과 유전체 프레임 조립체(100)의 결합과 미끄럼면(110a, 110b)의 형성은 도6B 및 도6C에 상세히 도시되어 있다. 이러한 도면에는 도6B-6B, 도6C-도6C를 따라 "B" 및 "C"로 표시된 원형 영역에서 취한, 도6A의 유전체 프레임 조립체(100)와 매니폴드(102)의 단면도를 도시하고 있다.

도6B 및 도6C에 도시된 바와 같이, 레일 조립체(102b)의 레일 부재(1345a)에 형성된 핀(140)은 제1매니폴드측 가스켓(106) 및 제2매니폴드측 가스켓(108)에서 대응의 슬롯 또는 개구(106a, 108a)에 삽입되어, 상기 절연 가스켓을 매니폴드(102a)와 결합시키므로써, 매니폴드(102)에 대한 측방향 이동을 방지한다. 그후, 핀(140)은 부재(104)와 매니폴드(102)를 결합시키기 위하여, 유전체 부재(104)에서 대응의 개구(105)내로 삽입된다. 인식할 수 있는 바와 같이, 개구(105)는 부재의 일부 두께를 통해 연장되며, 개구의 깊이는 개구(105)내로 연장되는 핀의 일부 길이 보다 깊다. 상술한 바와 같이 핀(140)의 구조는 특히 유전체 프레임 부재(104)와 매니폴드(102) 사이의 절연 가스켓(106, 108)이 압축되고 핀(140)이 개구내로 더욱 가압될 때, 개구 주위에서 유전체 프레임 부재(104)에서의 응력을 감소시킨다. 또한, 핀 형태는 부재(104)에 대해 매니폴드(102)의 피봇에 의해 유발된 유전체 프레임 부재(104)에서의 응력을 감소시킨다.

또한, 압축가능한 가스켓(110)의 수직 레일 부재(110c)를 따른 매니폴드측 미끄럼면(110a)은 도6B에 도시되어 있으며, 수평의 수직 레일 부재(110d)를 따른 스택측 미끄럼면(110b)은 도6C에 도시되어 있다. 도6B에 도시된 바와 같이 그리고 상술한 바와 같이, 미끄럼면(110a)은 유전체 부재(104)와 인접하기 위하여 가스켓 레일 부재(110c)의 매니폴드측 표면(110a1)에 있다. 이와는 달리, 미끄럼면(110b)은 레일 부재(111d)의 스택측 표면(110b1)에 있으며, 연료전지 스택 단부판(101b, 101c)과 인접해 있다. 상술한 바와 같이, 각각의 미끄럼면에 대한 상세한 설명은 상술한 계류중인 특허출원서에 개시되어 있다.

핀(140)은 원형의 원통형 이외의 기타 다른 형태를 취하는 핀을 포함할 수도 있음을 인식해야 한다. 특히, 레일 부재상의 위치에는 타원형 핀이 사용되며, 이러한 타원형 핀은 유전체 부재(104)에서 대응의 타원형 구멍(105)(도1 참조)에 결합된다. 이러한 타원형 핀은 완전히 원통형인 경사지지 않은 본체를 가질 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 있어서, 유전체 프레임 부재에서의 상기 구멍(105)은 삽입체(11)를 가지며; 이러한 삽입체는 구멍(105)에 삽입되고, 핀(140)의 본체 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸고 이를 수용하는 유전체 본체를 갖는다. 이러한 삽입체는 핀(140)으로부터 또한 이로 인해 레일 조립체(102b) 및 매니폴드(102)로부터 유전체 프레임(104)의 부가적인 전기절연을 제공한다. 또한, 삽입체는 프레임 구멍의 표면상에서 핀에 의해 유발되는 헤르쯔 접촉응력을 완화시킨다.

도7A-도7D, 도8A-도8D, 도9A-도9D, 도10A-도10D는 다양한 형태의 삽입체(11)를 도시하고 있다. 각각의 삽입체(11)는 단부(12A)에 개구(12B)를 갖는 신장된 셀(12)로서 형성된 유전체 본체를 포함한다. 상기 개구(12B)는 삽입체(11)가 대응의 핀을 수용하는 구멍에 안착되었을 때, 대응의 구멍(105)으로부터 대면한다. 상 기 셀(12)은 개구(12B)로부터 대향의 단부(12D)를 향해 연장되는 신장된 슬롯(12C)을 갖는다. 상기 슬롯(12C)은 단부(12D)를 향해 넓어진다. 도시된 예시적인 경우에 있어서, 슬롯은 쉘의 길이에 대해 일정한 폭을 가지며, 깔때기 형태로 넓어진다. 슬롯(12C)의 존재는 대응의 핀 본체를 과도하게 둘러싸거나 과도하게 감싸는 것을 방지하며, 열 핀 증식을 허용한다.

도7A-도7D 및 도8A-도8D의 셀은 원형의 원통형이며, 구멍(105) 및 유사한 원형의 원통형의 핀에 사용하기 위한 것이다. 도9A-도9D, 도10A-도10D의 셀은 타원형이며, 구멍(105) 및 유사한 타원형을 갖는 핀(140)에 사용하기 위한 것이다.

또한, 도7A-도7D 및 도9A-도9D는 평탄한 바닥을 갖는 구멍(105)에 사용하기 위한 것이다. 따라서, 이러한 셀은 단부(12D)에 개구(12E)를 갖는다. 한편, 도8A-도8D, 도10A-도10D는 밀폐된 둥근 바닥을 갖는 구멍(105)을 위한 것이므로, 이러한 셀의 단부(12D)는 밀폐되고 둥근 부분이나 크라운(12F)을 가질 수 있다. 또한, 상기 부분 또는 크라운(12F)의 대향측은 확대된 관통 개구(12F1, 12F2)를 가지며, 그중 하나의 관통 개구(12F1)는 슬롯(12C)과 연결된다. 크라운(12F)은 삽입체가 구멍에 조립될 때, 구멍(105)의 둥근 바닥에 모이는 것을 방지한다.

유전체 본체(12)는 예를 들어 운모 등과 같이 유전 저항률이 매우 높은 유전체를 갖도록 형성된다. 또한, 약 0.006 인치 두께의 셀이 유용하게 사용된다. 물론, 용도에 따라, 이 보다 크거나 작은 두께의 셀이 사용될 수도 있다.

본 발명의 원리는 어떠한 갯수의 절연 가스켓 및 유전체 프레임 부재를 포함하는 유전체 프레임 조립체도 적용될 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 본 발명에 따른 유전체 프레임 조립체 및 매니폴드 배치는 외부로 매니폴드된 각각의 스택 표면의 전부 또는 일부를 갖는 연료전지 스택이나 그 어떠한 갯수의 표면이나 매니폴드를 갖는 스택에 사용될 수 있다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (57)

1. 다수의 세그먼트(112)와, 서로 인접하는 세그먼트(112)를 함께 지지하도록 각각이 키이홈(112b)에 배치되는 다수의 키이(114)를 갖는 유전체 프레임(104)을 포함하며;

   상기 각각의 세그먼트(112)는 대향하는 제1표면(112A) 및 제2표면(112B)과, 제1단부 부분 및 제2단부 부분(112a)을 가지며, 상기 제1단부 부분 및 제2단부 부분(112a) 각각은 단부면(112E)과, 제1표면(112A)으로부터 제2표면(112B)까지 상기 세그먼트의 길이를 따라 단부 부분(112a)의 단부면(112E)으로부터 연장되는 절결(113)을 가지고;

   세그먼트(112)의 제1표면(112A) 및 제2표면(112B)이 나란하게 배치되고 하나의 세그먼트(112)의 제1단부 부분(112a)의 단부면(112E)은 인접한 세그먼트(112)의 제2단부 부분(112a)의 단부면(112E)과 인접하면서 상기 세그먼트(112)는 인접하는 관계로 배치되고, 인접한 세그먼트(112)의 제1단부 부분 및 제2단부 부분(112a)의 절결(113)은 키이홈(112b)을 형성하고;

   상기 세그먼트의 어느 것은 절결(113)에 인접한 세그먼트(112)의 제1단부 부분 및 제2단부 부분(112a)중 하나 이상에서 세그먼트(112)의 제1표면(112A)에 오목부(112Aa)를 갖고, 각각의 오목부(112Aa)는 각각의 세그먼트(112)의 두께 방향에서 안쪽으로 경사진 표면을 포함하고, 각각의 오목부(112Aa)는 각각의 절결(113)의 먼 단부(113a)에 인접하고, 상기 먼 단부(113a)는 절결(113)을 갖는 세그먼트(112)의 단부 부분(112a)의 단부면(112E)으로부터 가장 멀리 있으며, 각각의 오목부(112Aa)는 인접한 절결(113)의 부분에서 종료되는 평탄한 표면(112Ab)이 이어지며;

   각각의 키이(114)는 대향하는 제1표면(114A) 및 제2표면(114B)을 가지며, 각각의 키이(114)의 제1표면(114A)은 상기 키이(114)에 의해 함께 지지되는 인접하는 세그먼트(112)의 제1표면(112A)과 나란하게 정렬되고, 인접한 오목부(112Aa)를 갖는 절결들(113)에 의해 형성된 키이홈(112b)내의 각각의 키이(114)는 키이의 두께방향에서 안쪽으로 경사진 키이(114)의 제1표면(114A)의 대향 단부(114Aa, 114Ab)를 갖는 것을 특징으로 하는 조립체.
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5. 제1항에 있어서,

   각각의 절결(113)은 굴곡된 엣지를 구비하는 직사각형 형태를 취하며, 상기 직사각형 형태의 굴곡된 부분은 절결(113)의 먼 단부(113a)에 배치되는 것;

   절결(113)이 인접한 오목부(112Aa)를 갖는 세그먼트(112)의 각각의 단부 부분(112a)은 절결(113)이 인접한 오목부(112Aa)를 갖는 인접한 세그먼트(112)의 단부 부분(112a)에 인접하는 것;

   오목부(112Aa)를 갖는 각각의 세그먼트(112)의 제1표면(112A)은 상기 오목부(112Aa)에 인접한 절결(113)의 단부 부분(112a)의 단부면(112E)에 인접한 곳에서 세그먼트의 두께방향에서 안쪽으로 경사(112Ac)지는 것;

   절결(113)이 인접한 오목부(112Aa)를 갖는 세그먼트(112)의 각각의 단부 부분(122a)은 절결(113)이 인접한 오목부(122Aa)를 갖는 인접한 세그먼트(112)의 단부 부분(122a)에 인접하고, 세그먼트(112)의 오목부(112Aa)의 경사 각도는 세그먼트(112)의 단부면(112E)에 인접한 세그먼트의 제1표면의 경사(112Ac) 각도와 동일한 것;

   절결(113)이 인접한 오목부(112Aa)를 갖는 세그먼트(112)의 각각의 단부 부분(112a)은 절결(113)이 인접한 오목부(112Aa)를 갖는 인접한 세그먼트(112)의 단부 부분(112a)에 인접하고, 세그먼트(112)의 오목부(112Aa)의 경사 각도는 세그먼트(112)의 단부면(112E)에 인접한 세그먼트의 제1표면의 경사(112Ac) 각도와 동일하고, 세그먼트(112)와 인접한 세그먼트(112)의 오목부(112Aa)의 경사 각도는 동일한 것;

   스택 표면(101a)을 갖는 연료전지 스택(101)과, 상기 스택 표면(101a)과 인접하는 매니폴드(102)를 부가로 포함하며; 유전체 프레임(104)은 상기 매니폴드(102)와 스택 표면(101a) 사이에 배치되는 것 중의 하나 인 것을 특징으로 하는 조립체.
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12. 제1항에 있어서,

    오목부(112Aa)를 갖는 각각의 세그먼트(112)의 제1표면(112A)은 단부 부분(112a)의 단부면(112E)에 인접하는 곳에서 세그먼트의 두께방향에서 안쪽으로 경사(112Ac)지고, 상기 세그먼트(112)의 절결은 상기 오목부(112Aa)에 인접하고,

    (a) 세그먼트(112)의 각각의 오목부(112Aa)의 경사 각도와 세그먼트(112)의 단부 부분(112a)의 단부면(112E)에 인접한 세그먼트의 제1표면의 경사(112Ac) 각도와, 상기 오목부(112Aa)에 인접한 키이(114)의 단부(114Aa, 114Ab)의 경사 각도는 동일하고, 상기 오목부(112Aa)는 절결(113)에 인접하고 ;

    (b) 세그먼트(112)의 각각의 오목부(112Aa)의 경사 각도와, 세그먼트(112)의 단부 부분(112a)의 단부면(112E)에 인접한 세그먼트의 제1표면의 경사(112Ac) 각도와, 상기 오목부(112Aa)에 인접한 키이(114)의 단부(114Aa, 114Ab)의 경사 각도는 동일하고, 상기 오목부(112Aa)는 절결(113)에 인접하고, 각각의 세그먼트(112)는 상기 제1표면(112A) 및 제2표면(112B)을 연결하는 대향의 제3표면(112C) 및 제4표면(112D)을 가지며, 각각의 세그먼트의 절결(113)은 세그먼트의 제3표면(112C) 및 제4표면(112D)으로부터 이격되어 있으며, 세그먼트(112)의 제3표면 및 제4표면(112C, 112D)과 만나는 제1표면(112A)의 엣지는 사면으로 이루어지고, 세그먼트(112)의 제1단부 부분 및 제2단부 부분(112a)의 각각의 단부면(112E)과 만나는 제1표면(112A)의 엣지는 사면으로 이루어지고, 세그먼트(112)의 제1단부 부분 및 제2단부 부분(112a)의 하나이상의 단부면(112E)과 만나는 제3표면 및 제4표면(112C, 112D)의 엣지는 사면으로 이루어진 것;

    (c) 오목부(112Aa)를 갖는 각각의 세그먼트(112)의 제2표면(112B)은 상기 오목부(112Aa)에 인접한 절결(113)의 외주 주위에 또 다른 오목부(112Ba)를 가지며, 상기 또 다른 오목부(112Ba)는 경사면을 포함하는 것;

    (d) 상기 다수의 세그먼트(112)는 수평으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104A)와; 상기 수평으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104A)로부터 수직으로 이격된, 수평으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104B)와; 수직으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104C)와; 수직으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104C)로부터 수평으로 이격된, 수직으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104D)를 포함하며;

    상기 수평으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104A)의 제1단부 세그먼트는 상기 수직으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104C)의 제1단부 세그먼트와 인접하고; 상기 수평으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104A)의 제2단부 세그먼트는 상기 수직으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104D)의 제1단부 세그먼트와 인접하고; 상기 수평으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104B)의 제1단부 세그먼트는 상기 수직으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104C)의 제2단부 세그먼트와 인접하고; 상기 수평으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104B)의 제2단부 세그먼트는 수직으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104D)의 제2단부 세그먼트와 인접하는 것;

    (e) 각각의 절결(113)은 부분적으로 타운형 형태를 취하며, 각각의 키이(114)는 굴곡된 엣지를 구비하는 직사각형 형태를 취하는 것 중의 하나인 것을 특징으로 하는 조립체.
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17. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서,

    (a) 각각의 오목부(112Aa)의 경사 각도는 10도 내지 30도의 범위에 속하고;

    (b) 각각의 또 다른 오목부(112Ba)의 표면의 경사도는 10도 내지 30도의 범위에 속하고/속하거나;

    (c) 각각의 사면의 각도는 35도 내지 60도의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 조립체.
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19. 제12항에 있어서, 상기 다수의 세그먼트(112)는 수평으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104A)와; 상기 수평으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104A)로부터 수직으로 이격된, 수평으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104B)와; 수직으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104C)와; 수직으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104C)로부터 수평으로 이격된, 수직으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104D)를 포함하며;

    상기 수평으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104A)의 제1단부 세그먼트는 상기 수직으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104C)의 제1단부 세그먼트와 인접하고; 상기 수평으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104A)의 제2단부 세그먼트는 상기 수직으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104D)의 제1단부 세그먼트와 인접하고; 상기 수평으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104B)의 제1단부 세그먼트는 상기 수직으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104C)의 제2단부 세그먼트와 인접하고; 상기 수평으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104B)의 제2단부 세그먼트는 수직으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104D)의 제2단부 세그먼트와 인접하고,

    상기 수평으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104A)의 각각의 제1 및 제2단부 세그먼트와 상기 수평으로 배치된 제2세트의 세그먼트(104B)의 각각의 제1 및 제2단부 세그먼트는, 수직으로 배치된 각각의 세그먼트(104C, 104D)와 인접하도록 수직으로 연장되는 단부 부분의 제1부분을 가지며; 상기 수평으로 배치된 제1세트의 세그먼트(104A)의 각각의 제1 및 제2단부 세그먼트는 다른 세그먼트의 제1부분에 서로 대향하는 제1부분을 갖는 연장부를 가지는 것을 특징으로 하는 조립체.
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23. 제1항에 있어서, 스택 표면(101a)을 갖는 연료전지 스택(101)과, 상기 스택 표면(101a)과 인접하는 매니폴드(102)와, 상기 스택의 표면(101a)과 프레임(104) 사이에 배치된 가스켓(110)과, 상기 프레임(104)과 매니폴드(102) 사이에 배치된 적어도 하나의 또 다른 가스켓(106,108)을 부가로 포함하며; 유전체 프레임(104)은 상기 매니폴드(102)와 스택 표면(101a) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 조립체.
24. 제23항에 있어서, (a) 상기 매니폴드(102)는 매니폴드(102)의 외주 주위에 배치된 다수의 핀(140)을 포함하며, 상기 또 다른 가스켓(106, 108)은 상기 핀(140)과 정렬되고 상기 핀(140)이 통과하는 다수의 관통 개구(106a, 108a)를 포함하며, 상기 세그먼트(112)는 핀(140)과 정렬되어 핀(140)을 수용하는 개구(105)를 포함하는 것;

    (b) 상기 매니폴드(102)는 매니폴드(102)의 외주 주위에 배치된 다수의 핀(140)을 포함하며, 상기 또 다른 가스켓(106, 108)은 상기 핀(140)과 정렬되고 상기 핀(140)이 통과하는 다수의 관통 개구(106a, 108a)를 포함하고, 상기 세그먼트(112)는 상기 핀(140)과 정렬되어 상기 핀(140)을 수용하는 개구(105)를 포함하며, 각각의 핀(140)은 핀(140)의 상단부(146)에서 대향하는 표면(146Aa, 146Ba)를 구비하고, 상기 대향하는 표면(146Aa, 146Ba)은 상기 핀(140)의 본체(141)의 두께방향에서 안쪽으로 경사진 후 상기 핀(140)의 단부 표면(147)으로 수직하게 연장(146Ab, 146Bb)하는 것;

    (c) 상기 매니폴드(102)는 매니폴드(102)의 외주 주위에 배치된 다수의 핀(140)을 포함하며, 상기 또 다른 가스켓(106, 108)은 상기 핀(140)과 정렬되고 상기 핀(140)이 통과하는 다수의 관통 개구(106a, 108a)를 포함하고, 상기 세그먼트(112)는 상기 핀(140)과 정렬되어 상기 핀(140)을 수용하는 개구(105)를 포함하며, 각각의 핀(140)은 핀(140)의 상단부(146)에서 대향하는 표면(146Aa, 146Ba)를 구비하고, 상기 대향하는 표면(146Aa, 146Ba)은 상기 핀(140)의 본체(141)의 두께방향에서 안쪽으로 경사진 후 상기 핀(140)의 단부 표면(147)로 수직하게 연장(146Ab, 146Bb)하고, 상기 핀(140)의 길이는 핀(140)을 수용하는 상기 세그먼트(112)의 개구(105)의 길이 보다 짧은 것;

    (d) 상기 매니폴드(102)는 매니폴드(102)의 외주 주위에 배치된 다수의 핀(140)을 포함하며, 상기 또 다른 가스켓(106, 108)은 상기 핀(140)과 정렬되고 상기 핀(140)이 통과하는 다수의 관통 개구(106a, 108a)를 포함하고, 상기 세그먼트(112)는 상기 핀(140)과 정렬되어 상기 핀(140)을 수용하는 개구(105)를 포함하며, 각각의 핀(140)은 핀(140)의 상단부(146)에서 대향하는 표면(146Aa, 146Ba)를 구비하고, 상기 대향하는 표면(146Aa, 146Ba)은 상기 핀(140)의 본체(141)의 두께방향에서 안쪽으로 경사진 후 상기 핀(140)의 단부 표면(147)로 수직하게 연장(146Ab, 146Bb)하고, 상기 각각의 핀(140)은 원통형 본체(141)를 가지며, 상기 단부면(147)은 굴곡된 엣지를 구비하는 직사각형인 것 중의 하나인 것을 특징으로 하는 조립체.
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28. 매니폴드(102)의 외주 주위에 배치된 하나이상의 핀(140)을 포함하는 매니폴드(102)를 포함하며, 각각의 핀(140)은 핀(140)의 상단부(146)에서 대향하는 표면(146Aa, 146Ba)를 구비하고, 상기 대향하는 표면(146Aa, 146Ba)는 상기 핀(140)의 본체(141)의 두께방향에서 안쪽으로 경사진 후 상기 핀(140)의 단부 표면(147)로 수직하게 연장(146Ab, 146Bb)하는 것을 특징으로 하는 조립체.
29. 제28항에 있어서, (a) 상기 각각의 핀(140)은 원통형 본체(141)를 가지며, 상기 단부면(147)은 굴곡된 엣지를 구비하는 직사각형인 것;

    (b) 상기 각각의 핀(140)은 원통형 본체(141)를 가지며, 상기 단부면(147)은 굴곡된 엣지를 구비하는 직사각형이며, 상기 직사각형 단부면의 둥근 형태의 엣지는 사면으로 이루어지는 것;

    (c) 상기 매니폴드(102)는 매니폴드 본체(102a)와, 상기 핀(140)이 연장되고 상기 본체(102a)의 외주에 부착된 레일 조립체(102b)를 부가로 포함하는 것;

    (d) 상기 경사부(146Aa, 146Ba)의 각도는 10도 내지 60도의 범위에 속하는 것;

    (e) 상기 매니폴드(102)는 매니폴드의 외주 주위에 배치되고 굴곡된 엣지를 구비하는 직사각형 형태인 하나 이상의 또 다른 핀(140)을 포함하는 것;

    (f) 상기 매니폴드(102)는 타원형인 매니폴드의 외주를 따라 배치되고 굴곡된 엣지를 구비하는 직사각형태인 하나 이상의 또 다른 핀(140)을 포함하고 완전한 원통형의 테이퍼지지 않은 본체를 갖는 것을 특징으로 하는 조립체.
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32. 제28항에 있어서, 상기 매니폴드(102)는 매니폴드 본체(102a)와, 상기 핀(140)이 연장되고 상기 본체(102a)의 외주에 부착된 레일 조립체(102b)를 부가로 포함하고:

    (a) 상기 레일 조립체(102b)는 제1측부(134a)와, 상기 제1측부와 대향하는 제2측부(134b)와, 제3측부(134d)와, 상기 제3측부와 대향하는 제4측부(134c)를 포함하며; 상기 제1측부 및 제2측부(134a, 134b)는 제3측부 및 제4측부(134d, 134c)와 연결되어 프레임을 형성하며; 상기 제1측부 및 제2측부(134a, 134b)는 제4측부(134c)를 지나 연장되어 연장부(136)를 형성하는 것;

    (b) 상기 레일 조립체(102b)는 제1측부(134a)와, 상기 제1측부와 대향하는 제2측부(134b)와, 제3측부(134d)와, 상기 제3측부와 대향하는 제4측부(134c)를 포함하며; 상기 제1측부 및 제2측부(134a, 134b)는 제3측부 및 제4측부(134d, 134c)와 연결되어 프레임을 형성하며; 상기 제1측부 및 제2측부(134a, 134b)는 제4측부(134c)를 지나 연장되어 연장부(136)를 형성하고; 상기 각각의 연장부는 핀(140c)을 미끄럼 가능하게 지지하는 것;

    (c) 상기 레일 조립체(102b)는 제1측부(134a)와, 상기 제1측부와 대향하는 제2측부(134b)와, 제3측부(134d)와, 상기 제3측부와 대향하는 제4측부(134c)를 포함하며; 상기 제1측부 및 제2측부(134a, 134b)는 제3측부 및 제4측부(134d, 134c)와 연결되어 프레임을 형성하며; 상기 제1측부 및 제2측부(134a, 134b)는 제4측부(134c)를 지나 연장되어 연장부(136)를 형성하고; 상기 각각의 연장부는 핀(140c)을 미끄럼 가능하게 지지하고, 상기 각각의 연장부는 핀이 미끄럼가능하게 보유되는 노치(136a)를 포함하는 것;

    (d) 상기 레일 조립체(102b)는 제1측부(134a)와, 상기 제1측부와 대향하는 제2측부(134b)와, 제3측부(134d)와, 상기 제3측부와 대향하는 제4측부(134c)를 포함하며; 상기 제1측부 및 제2측부(134a, 134b)는 제3측부 및 제4측부(134d, 134c)와 연결되어 프레임을 형성하며; 상기 제1측부 및 제2측부(134a, 134b)는 제4측부(134c)를 지나 연장되어 연장부(136)를 형성하고; 상기 각각의 연장부는 핀(140c)을 미끄럼 가능하게 지지하고, 상기 각각의 연장부는 핀이 미끄럼가능하게 보유되는 노치(136a)를 포함하고, 상기 본체(102a)는 컴파운드 폴드(132)에 의해 분리된 다수의 팬 부분(130)을 가지며, 상기 레일 조립체(102b)는 컴파운드 폴드(132)와 나란하게 정렬된 레일 조립체에서의 커프(138)를 갖는 것을 특징으로 하는 조립체.
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