KR101406598B1 - 연료전지 스택 및 이를 포함한 연료전지용 면압 조정장치 - Google Patents

연료전지 스택 및 이를 포함한 연료전지용 면압 조정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택은 공기극과 연료극 사이에 전해질막을 제공하는 단위셀, 상기 단위셀을 적층시키도록, 상기 단위셀의 적어도 일측에 제공되는 분리판 및 상기 단위셀과 상기 분리판 사이의 면압을 측정토록, 상기 분리판 및 상기 단위셀 중 적어도 하나의 접촉면에 제공되는 면압센서를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치는 상기 연료전지 스택, 상기 연료전지 스택의 외측에 연결되는 액츄에이터 및 상기 연료전지 스택의 면압을 조정하여 상기 액츄에이터를 작동시키도록, 상기 연료전지스택 및 상기 액츄에이터와 연결된 제어부를 포함할 수 있다.

Description

연료전지 스택 및 이를 포함한 연료전지용 면압 조정장치{Fuel cell stack and adjusting apparatus for fuel cell having thereof}
본 발명은 연료전지 스택 및 이를 포함한 연료전지용 면압 조정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 스택에 면압센서를 제공하여 면압을 측정하고 조정하는 발명에 관한 것이다.
연료전지는 수소를 사용하여 전기를 생산하는데 있어서 가장 효율이 높은 이상적인 에너지 변환장치로 일컬어지고 있으며, 미래 수소사회의 핵심이 되는 기술이 될 것이다. 한편 에너지원과 에너지 저장매체로 화석연료를 사용하는 현 시점에서도 고효율의 친환경적인 에너지전환장치로서의 연료전지는 응용 가능 분야가 다양하고 에너지 절약 및 기타 특수 목적을 위해 현재 세계 각국에서 상용화를 위한 연구가 활발히 진행 중이다.
이와 같은 연료전지(Fuel Cell)는 반응물의 산화, 환원에 의한 화학에너지를 전기에너지로 바꾸어주는 에너지 변환 장치이다. 일반적으로 연료전지는 연료극(Anode)과 공기극(Cathode) 및 상기 연료극과 공기극 사이에 위치하는 전해질 매트릭스 또는 맴브레인으로 구성된다. 이러한 연료전지는 연료극으로 연료가스가 주입되어 산화되고, 공기극으로 공기가 공급되어 연료극과 공기극 사이에 위치하는 전해질 매트릭스 혹은 멤브레인을 통하여 이온이 이동되어 외부 회로를 경유하는 방식으로 작동된다.
이때 연료극에서 생성된 전자가 공기극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르게 되며, 이를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것이다. 따라서 연료전지에서 일어나는 화학반응은 수소와 산소가 만나 물이 되는 반응과 동일하다.
한편 공기극, 연료극 및 전해질 매트릭스 혹은 멤브레인 등의 전해질막으로 이루어진 연료전지를 단위셀이라고 하며, 1개의 단위셀이 생산하는 전기 에너지의 양은 매우 제한적이기 때문에 연료전지를 발전에 활용하기 위해서는 단위셀을 여러 개 쌓아 놓은 형태인 스택 구조의 형성이 불가피하다.
이와 같이 스택 구조는 상기 단위셀들 사이에 분리판을 위치시켜 이루어진다. 상기 분리판은 상기 단위셀에서 생성된 전기를 집전하여 전달하기 위해 각각의 단위셀을 전기적으로 연결시키는 역할도 한다.
한편, 연료전지 스택은 신뢰성을 확보하기 위해서 균일한 전류밀도 분포와 균일한 면압 분포가 필수적으로 필요하다. 그러나, 현재까지 연료전지 스택의 내부 면압분포를 측정하는 시스템은 없는 상황이다.
즉, 연료전지 스택의 성능은 집전기능을 하는 분리판과 단위셀 사이 접촉의 균일성에 의존하는 경향이 있는데, 고온에서 작동되는 연료전지 스택은 열에 의해 변형되어 면압을 균일하게 유지하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 단위셀과 분리판 사이의 면압을 측정하고, 이를 조정할 수 있는 발명에 대한 연구가 필요하게 되었다.
본 발명의 목적은 연료전지 스택의 면압을 측정하여 균일하게 면압이 작용하도록 조정하여 성능을 향상시킨 연료전지 스택 및 이를 포함한 연료전지용 면압 조정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택은 공기극과 연료극 사이에 전해질막을 제공하는 단위셀, 상기 단위셀을 적층시키도록, 상기 단위셀의 적어도 일측에 제공되는 분리판 및 상기 단위셀과 상기 분리판 사이의 면압을 측정토록, 상기 분리판 및 상기 단위셀 중 적어도 하나의 접촉면에 제공되는 면압센서를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 단위셀은 상기 공기극, 연료극 및 전해질막의 테두리 외측에 연속되는 형상으로 제공되는 밀봉재를 더 포함하며, 상기 면압센서는 상기 분리판과 접촉하는 상기 밀봉재에 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 면압센서는 절연코팅될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치는 상기 연료전지 스택, 상기 연료전지 스택의 외측에 연결되는 액츄에이터 및 상기 연료전지 스택의 면압을 조정하여 상기 액츄에이터를 작동시키도록, 상기 연료전지스택 및 상기 액츄에이터와 연결된 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치의 상기 액츄에이터는 상기 연료전지 스택의 외측의 양면 모두에 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 스택 및 이를 포함한 연료전지용 면압 조정장치는 단위셀과 분리판 사이의 면압을 측정할 수 있는 효과가 있다. 이에 의해, 연료전지 스택 내의 면압분포를 분석하여 연료전지 스택의 성능 감소 정도를 예상할 수 있는 이점이 있다.
또한, 측정된 면압에 따라 연료전지 스택을 가압하여 연료전지 스택에 면압이 균일하게 작용하도록 조정할 수 있는 이점이 있다. 이에 의해, 연료전지 스택의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 장시간 운전으로 인한 과열시에도 면압이 균일하게 작용하도록 조정할 수 있어 장시간 운전을 가능하게 하는 이점도 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 분리판에 면압센서가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 단위셀에 면압센서가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 밀봉재에 면압센서가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 면압센서를 개략적으로 도시한 분해사시도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)을 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 분리판(120)에 면압센서(130)가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 단위셀(110)에 면압센서(130)가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1a 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)은 공기극(112)과 연료극(111) 사이에 전해질막(113)을 제공하는 단위셀(110), 상기 단위셀(110)을 적층시키도록, 상기 단위셀(110)의 적어도 일측에 제공되는 분리판(120) 및 상기 단위셀(110)과 상기 분리판(120) 사이의 면압을 측정토록, 상기 분리판(120) 및 상기 단위셀(110) 중 적어도 하나의 접촉면에 제공되는 면압센서(130)를 포함할 수 있다.
본 발명의 연료전지 스택(100)은 연료전지 스택(100)에 면압센서(130)를 제공하여 면압을 측정하는 발명에 관한 것이다.
즉, 단위셀(110)과 분리판(120) 사이의 면압을 측정하여, 연료전지 스택(100) 내의 면압분포를 분석하고 연료전지 스택(100)의 성능감소 정도를 예상할 수 있는 이점이 있다.
또한, 후술할 연료전지용 면압 조정장치(1)와 연계되어 상기 연료전지 스택(100)에 면압이 균일하게 작용하도록 조정하여, 연료전지 스택(100)의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 단위셀(110)은 산소 이온 전도성을 갖는 전해질막(113)과 그 양면에 위치한 캐소드(cathode)로서의 공기극(112) 및 애노드(anode)로서의 연료극(111) 전극의 조립체로 형성된다.
즉, 상기 단위셀(110)은 상기 연료극(111)으로 연료가스가 주입되어 산화되고, 상기 공기극(112)으로 공기가 공급되어 상기 전해질막(113)을 통하여 이온이 이동되어, 상기 연료극(111)에서 생성된 전자가 상기 공기극(112)으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자를 흐르게 하여 전기 에너지를 생산할 수 있게 된다.
또한, 상기 단위셀(110)은 후술할 분리판(120)에서 제공되는 연료 또는 공기 등의 유체가 유출되는 것을 방지하기 위해 밀봉재(114)를 더 포함할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.
상기 분리판(120)은 연료 또는 공기를 상기 단위셀(110)에 제공하는 역할을 한다. 즉, 상기 분리판(120)에는 연료 또는 공기가 이동할 수 있는 유로(122)가 형성되어 외부에서 유입된 연료 또는 공기를 상기 유로(122)를 통하여 분배하여 상기 단위셀(110)에 제공할 수 있다.
상기 분리판(120)에는 상기 유로(122) 사이에 위치하여 각각의 유로(122)들을 구분하는 립(121)이 형성될 수 있으며, 상기 립(121)에는 후술할 면압센서(130)가 제공되어 면압을 측정할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
또한, 상기 분리판(120)은 상기 단위셀(110)에서 생성된 전자를 집전하여 외부로 전달하는 역할도 할 수 있다. 이를 위해, 상기 분리판(120)은 전기전도성의 소재를 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 상기 집전체는 전기전도성의 세라믹을 소재로 하거나, 페라이트계 스테인리스나 Fe-Ni합금 등의 금속을 소재로 형성될 수 있다.
상기 면압센서(130)는 상기 분리판(120)과 상기 단위셀(110) 사이의 면압을 측정하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 면압센서(130)는 상기 분리판(120) 및 상기 단위셀(110) 중 적어도 하나에 제공될 수 있다. 상기 면압센서(130)에 대한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
상기 단위셀(110) 및 상기 분리판(120)은 적층되어 스택 구조를 이루며, 이에 의해 하나의 단위셀(110)에서 생산하는 전기 에너지를 실용적으로 활용할 수 있는 높은 전압으로 제공할 수 있게 된다.
이를 위해, 상기 단위셀(110) 및 상기 분리판(120)의 최외측에는 외측판(150)이 제공되며, 상기 단위셀(110) 및 상기 분리판(120)의 스택 양측의 상기 외측판(150)은 링크봉(140)에 의해 연결되어 조립될 수 있게 된다.
상기 링크봉(140)은 상기 단위셀(110) 및 상기 분리판(120)의 스택 양측에 제공되는 상기 외측판(150) 사이의 폭을 조절할 수 있도록 가변적인 기둥으로 제공될 수 있다. 즉, 상기 링크봉(140)은 내부봉 및 상기 내부봉이 삽입되는 외부봉을 제공하여, 상기 외부봉에 상기 내부봉이 상하로 이동가능하게 구성되어 높이를 조절할 수 있는 것이다.
상기 외측판(150)에는 후술할 액츄에이터(200)가 안착될 수 있는 홈이 형성될 수도 있으며, 이에 의해 상기 액츄에이터(200)가 상기 외측판(150)에 제공하는 가압력을 안정적으로 받을 수 있게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 도 6을 참조하여 후술한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 밀봉재(114)에 면압센서(130)가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 상기 단위셀(110)은 상기 공기극(112), 연료극(111) 및 전해질막(113)의 테두리 외측에 연속되는 형상으로 제공되는 밀봉재(114)를 더 포함하며, 상기 면압센서(130)는 상기 분리판(120)과 접촉하는 상기 밀봉재(114)에 제공될 수 있다.
상기 밀봉재(114)는 상기 분리판(120)에서 제공하는 연료 또는 공기 등의 유체가 유출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 밀봉재(114)는 상기 연료극(111), 공기극(112) 및 전해질막(113)의 테두리 외측에 결합될 수 있는 형상을 할 수 있다. 즉, 상기 연료극(111), 공기극(112) 및 전해질막(113)의 테두리 외측에 연속되는 띠 형상을 할 수 있다.
상기 밀봉재(114)는 유체의 실링(sealing)을 위해 탄성복원 가능한 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 일례로써, 고무재질의 소재 또는 탄성복원 가능한 금속재질의 소재로 형성될 수 있다.
한편, 상기 밀봉재(114)에도 후술할 면압센서(130)가 제공될 수 있으며, 이에 의해 상기 분리판(120)과의 접촉면에서 발생하는 면압을 측정할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 면압센서(130)를 개략적으로 도시한 분해사시도 및 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 상기 면압센서(130)는 절연코팅될 수 있다.
상기 면압센서(130)는 상기 분리판(120)과 상기 단위셀(110) 사이의 면압을 측정하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 면압센서(130)는 상기 분리판(120) 및 상기 단위셀(110) 중 적어도 하나에 제공될 수 있다.
상기 면압센서(130)는 연료전지 스택(100)의 면압분포를 분석하기 위해 제공되는 구성요소로써, 상기 연료전지 스택(100)의 전체에 고르게 분포하여 제공되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 면압센서(130)가 상기 분리판(120)에 제공되는 경우에는 상기 분리판(120)의 상기 립(121) 상에 일정간격으로 배치되어 제공되는 것이 바람직하며, 상기 면압센서(130)가 상기 단위셀(110)에 제공되는 경우에도 일정간격으로 제공되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 면압센서(130)는 상기 연료전지 스택(100) 전체의 면압분포를 측정할 수 있도록 제공된다면, 상기 분리판(120) 또는 상기 단위셀(110)에만 제공될 수도 있다.
또한, 상기 면압센서(130)는 상기 단위셀(110)의 상기 밀봉재(114) 상에 제공될 수 있다. 이러한 경우에도 상기 면압센서(130)는 상기 연료전지 스택(100) 전체의 신뢰성 있는 면압측정을 위해 상기 밀봉재(114)에 일정간격으로 배치되어 제공되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 면압센서(130)는 상기 단위셀(110) 및 상기 분리판(120) 사이의 면압을 측정하기 위해서, 연결단자(131) 및 압전체(133)를 제공할 수 있다.
상기 압전체(133)는 압력을 전기적 신호로 변환할 수 있어, 상기 단위셀(110)과 상기 분리판(120) 사이의 면압을 측정할 수 있게 된다. 다만, 상기 단위셀(110)과 상기 분리판(120) 사이의 면압을 측정할 수 있다면, 상기 압전체(133)에 한정되는 것은 아니다.
상기 압전체(133)의 일례로써, Langasite(La3Ga5SiO14)가 있을 수 있다. 상기 소재는 작동온도 700℃이상의 소재로써, 고온에서 연료전지 스택(100)이 변형하여 면압이 불균일하게 되는 환경에서 면압을 측정할 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 압전체(133)는 고형의 리지드 바디(rigid body)로 제공될 수도 있으나, 분말 또는 액체 형태로 제공될 수도 있다. 즉, 상기 압전체(133)가 제공되는 부분에 분말 또는 액체 형태의 압전물질을 분사하여 제공될 수도 있는 것이다.
상기 연결단자(131)는 상기 압전체(133)에서 감지한 압전신호를 외부로 전달하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 연결단자(131)는 상기 압전체(133) 및 외부의 제어부(300) 등에 연결될 수 있다.
한편, 신뢰성 있는 압전신호 전달을 위해, 상기 연결단자(131)는 다른 연결단자(131)와 혼선되지 않도록 제공되는 것이 바람직하다.
상기 연결단자(131)는 후술할 연결단자 매개판(132)을 통하여 상기 압전체(133)와 전기적으로 연결될 수도 있으며, 상기 연결단자(131)는 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 금(Au) 등의 전기전도성이 좋은 소재로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 면압센서(130)가 상기 분리판(120) 상에 제공되는 경우에는 상기 연결단자(131)도 상기 분리판(120)의 상기 립(121) 상에 위치시키는 것이 바람직하다.
다만, 상기 분리판(120)의 상기 유로(122)를 흐르는 연료 또는 공기 등의 유체에 의해 상기 연결단자(131)가 오염되어 단선(short)되지 않는다면, 상기 유로(122) 상에도 상기 연결단자(131)가 위치할 수도 있다.
또한, 상기 면압센서(130)는 상기 압전체(133)와 상기 연결단자(131)를 연결시킬 수 있는 연결단자 매개판(132)을 더 포함할 수도 있다. 상기 매개판은 상기 압전체(133)와 상기 연결단자(131)가 직접적으로 연결되는 것이 곤란할 경우에 제공되어 상기 압전체(133)와 상기 연결단자(131)를 전기적으로 용이하게 연결하는 역할을 한다.
상기 연결단자 매개판(132)의 소재로는 전기전도성이 좋은 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 금(Au) 등의 소재가 사용될 수 있다. 상기 연결단자 매개판(132)을 상기 연결단자(131)와 동일한 소재로 형성하는 경우에는 상기 연결단자(131)와의 결합을 더욱 공고히 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 면압센서(130)는 절연코팅막(134)을 더 포함할 수 있다. 상기 절연코팅막(134)은 상기 면압센서(130)이 외부의 전기적 영향 없이 신뢰성 있는 면압을 측정할 수 있게 하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 절연코팅막(134)은 외측으로 노출된 부분에 형성될 수 있다.
한편, 상기 절연코팅막(134)도 고형의 리지드 바디로 제공될 수 있으나, 상기 압전체(133) 또는 연결단자 매개판(132) 상에 분말 또는 액체 형상의 절연물질을 분사하여 제공될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치(1)를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치(1)는 상기 연료전지 스택(100), 상기 연료전지 스택(100)의 외측에 연결되는 액츄에이터(200) 및 상기 연료전지 스택(100)의 면압을 조정하여 상기 액츄에이터(200)를 작동시키도록, 상기 연료전지스택 및 상기 액츄에이터(200)와 연결된 제어부(300)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치(1)의 상기 액츄에이터(200)는 상기 연료전지 스택(100)의 외측의 양면 모두에 제공될 수 있다.
본 발명의 연료전지용 면압 조정장치(1)는 면압센서(130)에 의해 측정된 면압에 따라, 상기 연료전지 스택(100)의 면압을 조정하는 발명이다.
이에 의해, 연료전지 스택(100)의 면압을 균일하게 작용하게 할 수 있어, 연료전지 스택(100)의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 장시간 운전으로 발생하는 과열로 인해 상기 연료전지 스택(100)에 열변형이 발생하여 불균일한 면압이 형성되는 경우에도, 면압이 균일하게 작용하도록 상기 연료전지 스택(100)을 가압할 수 있어 상기 연료전지 스택(100)의 장시간 운전을 가능하게 하는 이점도 있다.
상기 액츄에이터(200)는 상기 연료전지 스택(100)을 가압하여 면압을 인가는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 액츄에이터(200)는 상기 연료전지 스택(100)의 외측에 연결될 수 있다.
즉, 상기 액츄에이터(200)는 상기 연료전지 스택(100)의 외측판(150)에 연결되어 상기 외측판(150)을 가압할 수 있다.
상기 액츄에이터(200)는 상기 연료전지 스택(100)의 양면 모두에 제공될 수도 있으나, 어느 하나의 외측판(150)에만 제공될 수도 있다.
또한, 상기 액츄에이터(200)는 상기 면압센서(130)가 제공되는 위치에 대응되는 위치에 제공될 수도 있다. 이에 의하면, 각각의 면압센서(130)가 측정한 면압 각각을 직접적으로 조정할 수 있어, 정밀한 면압의 조정이 가능한 이점이 있다.
한편, 상기 액츄에이터(200)는 상기 외측판(150)의 모서리 부분에 연결되도록 제공될 수도 있다. 이에 의하면, 상기 연료전지 스택(100)에 인가되는 면압을 상기 외측판(150)의 모서리에 작용하는 가압력으로 조정할 수 있어 제어가 용이한 이점이 있다.
상기 액츄에이터(200)는 유압실린더(210)를 제공하여 구성될 수 있다. 이에 의하면, 상기 연료전지 스택(100)에 인가하는 가압력이 상기 유압실린더(210)에 의해 조정이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 공압실린더 또는 모터 등과 같이 상기 연료전지 스택(100)의 면압을 조정할 수 있는 수단도 본 발명의 액츄에이터(200)일 수 있다.
한편, 상기 연료전지 스택(100)은 상기 액츄에이터(200)로부터 가압력을 인가받기 위해 지지봉(230)과 연계된 지지판(220) 상에 제공될 수 있다.
상기 제어부(300)는 상기 면압센서(130)에서 측정한 면압에 따라 상기 액츄에이터(200)를 작동시켜, 상기 연료전지 스택(100)에 균일한 면압이 작용하게 조정하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 제어부(300)는 상기 연료전지 스택(100)의 상기 면압센서(130) 및 상기 액츄에이터(200)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제어부(300)는 상기 분리판(120) 또는 상기 단위셀(110)에 제공되는 상기 면압센서(130) 각각의 면압에 대한 데이터를 받아 불균일한 면압이 발생된 부분을 분석할 수 있다.
또한, 상기 제어부(300)는 면압에 대한 데이터에 따라 상기 액츄에이터(200)를 작동시켜, 상기 연료전지 스택(100)에 면압이 균일하게 분포할 수 있도록 조정할 수 있게 된다.
1 : 연료전지용 면압 조정장치 100: 연료전지 스택
110: 단위셀 111: 연료극
112: 공기극 113: 전해질막
114: 밀봉재 120: 분리판
121: 립 122: 유로
130: 면압센서 131: 연결단자
132: 연결단자 매개판 133: 압전체
134: 절연코팅막 140: 링크봉
150: 외측판 200: 액츄에이터
210: 유압실린더 220: 지지판
230: 지지부재 300: 제어부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 공기극과 연료극 사이에 전해질막을 제공하는 단위셀;
    상기 단위셀을 적층시키도록, 상기 단위셀의 적어도 일측에 제공되는 분리판; 및
    상기 단위셀과 상기 분리판 사이의 면압을 측정토록, 상기 분리판 및 상기 단위셀 중 적어도 하나의 접촉면에 제공되는 면압센서;
    를 포함하며,
    상기 단위셀은 상기 공기극, 연료극 및 전해질막의 테두리 외측에 연속되는 형상으로 제공되는 밀봉재를 더 포함하며,
    상기 면압센서는 상기 분리판과 접촉하는 상기 밀봉재에 제공되는 연료전지 스택.
  3. 공기극과 연료극 사이에 전해질막을 제공하는 단위셀;
    상기 단위셀을 적층시키도록, 상기 단위셀의 적어도 일측에 제공되는 분리판; 및
    상기 단위셀과 상기 분리판 사이의 면압을 측정토록, 상기 분리판 및 상기 단위셀 중 적어도 하나의 접촉면에 제공되는 면압센서;
    를 포함하며,
    상기 면압센서는 절연코팅된 연료전지 스택.
  4. 제2항 또는 제3항의 연료전지 스택;
    상기 연료전지 스택의 외측에 연결되는 액츄에이터; 및
    상기 연료전지 스택의 면압을 조정하여 상기 액츄에이터를 작동시키도록, 상기 연료전지스택 및 상기 액츄에이터와 연결된 제어부;
    를 포함하는 연료전지용 면압 조정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 연료전지 스택의 외측의 양면 모두에 제공되는 연료전지용 면압 조정장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107275662A (zh) * 2016-03-31 2017-10-20 福特全球技术公司 带拉紧装置的燃料电池堆

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105651432A (zh) * 2015-12-30 2016-06-08 新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法
KR102575712B1 (ko) * 2017-11-07 2023-09-07 현대자동차주식회사 연료전지 스택
KR102168803B1 (ko) * 2018-04-17 2020-10-22 주식회사 엘지화학 연료전지 스택의 성능 평가 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001093564A (ja) 1999-09-24 2001-04-06 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2006120346A (ja) 2004-10-19 2006-05-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2009129847A (ja) 2007-11-27 2009-06-11 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
KR20100136723A (ko) * 2009-06-19 2010-12-29 한국전력공사 자동 연료전지 스택 가압 장치 및 그 제어방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001093564A (ja) 1999-09-24 2001-04-06 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2006120346A (ja) 2004-10-19 2006-05-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2009129847A (ja) 2007-11-27 2009-06-11 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
KR20100136723A (ko) * 2009-06-19 2010-12-29 한국전력공사 자동 연료전지 스택 가압 장치 및 그 제어방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107275662A (zh) * 2016-03-31 2017-10-20 福特全球技术公司 带拉紧装置的燃料电池堆
CN107275662B (zh) * 2016-03-31 2022-04-22 福特全球技术公司 带拉紧装置的燃料电池堆

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