KR101484859B1 - 내부 중앙을 관통하는 중공 내에 체결봉을 슬라이딩 타입으로 삽입하여 체결하는 엔드 플레이트를 구비한 공냉식 연료전지 - Google Patents

내부 중앙을 관통하는 중공 내에 체결봉을 슬라이딩 타입으로 삽입하여 체결하는 엔드 플레이트를 구비한 공냉식 연료전지 Download PDF

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Abstract

엔드 플레이트의 내부 중앙을 관통하는 중공 내에 체결 봉을 슬라이딩 타입으로 삽입하는 것에 의해, 볼트를 이용하는 것 없이도 균일한 체결압 분포를 유지할 수 있는 공냉식 연료전지에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 공냉식 연료전지는 평행하게 상호 이격 배치되며, 상단에 제1 및 제2 관통 홀을 구비하는 제1 및 제2 수직면과, 상기 제1 및 제2 수직면을 연결하는 수평면을 갖는 연료전지 케이스; 상기 연료전지 케이스의 수평면 상에 수직적으로 스택된 적어도 2장 이상의 금속 분리판과, 상기 금속 분리판 사이에 각각 삽입 배치되는 복수의 막-전극 접합체를 갖는 연료전지 스택; 상기 연료전지 케이스의 수평면과 평행하게 배치되어, 상기 제1 및 제2 수직면의 상단에 끼움 결합되며, 내부 중앙을 관통하는 중공을 구비하는 엔드 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 관통 홀과 상기 엔드 플레이트의 중공 내에 슬라이딩 타입으로 삽입되어, 상기 금속 분리판 및 막-전극 접합체가 압착되도록 체결하는 체결 봉;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내부 중앙을 관통하는 중공 내에 체결봉을 슬라이딩 타입으로 삽입하여 체결하는 엔드 플레이트를 구비한 공냉식 연료전지{AIR-COOLED FUEL CELL INCLUDING END PLATE INCERTING AND CLAMPING CLAMPING BAR INSIDE HOLLOW BY SLIDING TYPE}
본 발명은 공냉식 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔드 플레이트의 내부 중앙을 관통하는 중공 내에 체결 봉을 슬라이딩 타입으로 삽입하는 것에 의해, 체결 시간 단축, 균일한 체결압 분포 유지 및 균일한 냉각 공기 공급이 가능한 엔드 플레이트를 구비한 공냉식 연료전지에 관한 것이다.
연료전지는 수소 가스와 산소 가스를 이용하여 전기 화학적으로 전기를 생산하는 장치로서, 외부에서 연속적으로 공급되는 수소 및 공기를 전기화학반응에 의하여 직접 전기에너지와 열에너지로 변환시키는 장치이다.
이러한 연료전지는 산화전극에서의 산화반응 및 환원전극에서의 환원반응을 이용하여 전력을 생성하게 된다. 이때, 산화 및 환원 반응을 촉진시키기 위해 백금 또는 백금-루테늄 금속 등을 포함하는 촉매층과 고분자 전해질막으로 구성된 막-전극 접합체(membrane electrode assembly : MEA)가 사용되며 막-전극 접합체 양단으로 전도성 물질의 분리판이 체결되어 셀 구조를 이룬다.
연료전지의 단위 셀(unit cell)은 전압이 낮아 실용성이 떨어지기 때문에, 일반적으로 수개 내지 수백개의 단위 셀을 적층하여 사용한다. 단위 셀의 적층 시, 각각의 단위 셀 간에 전기적 접속이 이루어지게 하고, 반응 가스를 분리시켜주는 역할을 하는 것이 금속 분리판이다.
일반적인 연료전지용 금속 분리판은 직사각형 형태의 금속판의 중심부에 반응가스 채널 및 냉각수 채널이 형성되고, 그 주변을 둘러싸는 가스켓이 형성된다. 반응가스 채널과 냉각수 채널을 포함하여 통상 채널부라 한다. 통상 반응가스 채널은 금속판의 전면에서 배면으로 스탬핑 공정에 의해 돌출되어 형성되고, 냉각수 채널은 금속판의 배면에 돌출된 반응가스 채널 사이의 영역을 활용하여 형성된다. 이렇게 형성된 채널부의 구조는 반응가스가 금속판의 전면 상에서 유동하고, 냉각수는 금속판의 배면 상에서 유동하도록 한다. 이러한 점에서 금속판의 전면을 반응가스 유동면으로, 금속판의 배면을 냉각수 유동면이라 지칭하기도 한다.
이러한 구조를 갖는 금속 분리판은 수냉식(water-cooled) 금속 분리판 구조로서, 채널부 일측의 냉각수 유입 매니폴드로 유입되는 냉각수가 냉각수 채널을 통과하면서 연료전지 동작시 활성화 손실(activation loss), 양극에서의 환원 반응 및 주울 가열(Joule heating) 등의 원인으로 인하여 발생하는 열을 냉각시킨다. 상기의 냉각과정을 거친 냉각수는, 이후 채널부 타측의 냉각수 배출 매니폴드를 통하여 분리판 외부로 빠져나간다.
그러나, 수냉식 금속 분리판의 경우, 연료전지의 동작시 발생하는 열을 냉각시키기 위하여, 냉각수를 금속 분리판에 지속적으로 공급해주어야 한다. 이 경우 냉각수 공급을 위한 펌프, 이온제거기, 열교환기 등의 장치가 필요하게 되며, 이로 인하여 연료전지 시스템 제조 비용의 상승을 초래하는 원인이 되며, 공냉식 금속 분리판은 이에 비해 시스템 제조 비용의 절감 효과가 있다.
종래의 공냉식 연료전지의 경우, 스택된 금속 분리판들과 스택된 금속 분리판들의 양단에 배치되는 엔드 플레이트를 수 톤 이상의 압력만으로 압착시키는 하중 체결로 결합이 이루어지고 있다. 그러나, 금속 분리판들과 엔드 플레이트를 하중 체결로 결합하게 되면, 외부 진동이나 충격에 의해 스택된 금속 분리판들이 원 위치에서 다른 위치로 이동하거나, 심각할 경우에는 엔드 플레이트의 외부로 이탈되는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위해, 양단에 배치되는 엔드 플레이트를 체결 봉을 활용하여 가압하고자 하는 노력이 진행 중에 있으며, 이에 대한 일환으로 체결 봉을 활용하여 균일한 체결압이 유지되도록 체결 봉의 양단을 볼트를 이용하여 고정시키고 있는데, 이 경우 볼트를 사용하여 조립해야 하는데 따른 제작 시간의 증가 및 제작 비용의 상승 등의 문제가 있다. 또한, 공냉식 연료전지의 경우, 체결 봉이 스택된 금속 분리판들의 일부와 중첩되도록 설계되는 관계로 체결 봉이 냉각 팬으로부터 송풍되는 공기의 유동을 방해하는 장애물로 작용하여 냉각 균일도를 저하시키는 문제가 있었다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2011-0095561호(2011.08.25. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 공냉식 연료 전지가 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 연료전지 스택의 제작 시간을 단축시키면서도 균일한 체결압 분포 유지 및 냉각 공기 공급을 할 수 있는 엔드 플레이트를 구비하는 공냉식 연료전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공냉식 연료전지는 평행하게 상호 이격 배치되며, 상단에 제1 및 제2 관통 홀을 구비하는 제1 및 제2 수직면과, 상기 제1 및 제2 수직면을 연결하는 수평면을 갖는 연료전지 케이스; 상기 연료전지 케이스의 수평면 상에 수직적으로 스택된 적어도 2장 이상의 금속 분리판과, 상기 금속 분리판 사이에 각각 삽입 배치되는 복수의 막-전극 접합체를 갖는 연료전지 스택; 상기 연료전지 케이스의 수평면과 평행하게 배치되어, 상기 제1 및 제2 수직면의 상단에 끼움 결합되며, 내부 중앙을 관통하는 중공을 구비하는 엔드 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 관통 홀과 상기 엔드 플레이트의 중공 내에 슬라이딩 타입으로 삽입되어, 상기 금속 분리판 및 막-전극 접합체가 압착되도록 체결하는 체결 봉;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공냉식 연료전지는 엔드 플레이트의 내부 중앙을 관통하는 중공 내에 체결 봉을 슬라이딩 타입으로 삽입하는 것에 의해, 볼트를 이용하는 것 없이도 균일한 체결압 분포를 유지할 수 있으므로, 볼트를 사용하여 조립하는 등의 작업이 불필요하므로 연료전지 스택의 제작 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공냉식 연료전지는 엔드 플레이트의 중공 내에 체결 봉이 삽입되는 형태로 연료전지 스택을 체결하기 때문에 체결 봉이 공기 유입에 방해되는 장애물로 작용할 염려가 없게 되므로, 연료전지 스택의 냉각 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공냉식 연료전지는 금속 분리판 및 막-전극 접합체가 지그 재그 형태(zigzag shape)의 돌출부를 갖고, 연료전지 케이스의 제1 및 제2 수직면이 금속 분리판의 정렬을 위해 계단 형상으로 돌출되도록 형성되므로, 연료전지 스택을 자동 정렬시켜 안정적으로 스택하는 것이 가능해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공냉식 연료전지를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공냉식 연료전지를 나타낸 결합 사시도이다.
도 3은 도 1의 금속 분리판을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공냉식 연료전지의 배면을 나타낸 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내부 중앙을 관통하는 중공 내에 체결봉을 슬라이팅 타입으로 삽입하여 체결하는 엔드 플레이트를 구비한 공냉식 연료전지에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공냉식 연료전지를 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공냉식 연료전지를 나타낸 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 공냉식 연료전지(100)는 연료전지 케이스(110), 연료전지 스택(120), 엔드 플레이트(130) 및 체결 봉(140)을 포함한다.
연료전지 케이스(110)는 평행하게 상호 이격 배치되며, 상단에 제1 및 제2 관통 홀(H1, H2)을 구비하는 제1 및 제2 수직면(V1, V2)과, 제1 및 제2 수직면(V1, V2)을 연결하는 수평면(P)을 갖는다. 또한, 이러한 연료전지 케이스(110)는 제1 및 제2 수직면(V1, V2)과 수평면(P)에 연결되어, 제1 및 제2 수직면(V1, V2)을 지지 및 고정시키되, 공기를 배출시키기 위한 공기 배출구(W)를 구비하는 제3 수직면(V3)을 갖는다. 또한, 연료전지 케이스(110)는 제3 수직면(V3)과 마주보는 방향에 배치되어, 냉각 팬으로부터의 공기를 주입시키기 위한 공기 유입구(T)를 더 갖는다.
연료전지 스택(120)은 금속 분리판(122) 및 막-전극 접합체(124)를 포함한다.
금속 분리판(122)은 연료전지 케이스(110)의 수평면(P) 상에 수직적으로 적어도 2장 이상이 스택된다.
도 3은 도 1의 금속 분리판을 확대하여 나타낸 평면도로, 도 1과 연계하여 설명하도록 한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 금속 분리판(122)은 연료전지 케이스(110)의 수평면(P) 상에 수직적 스택되며, 각각 반응가스 유로(122a)를 구비하는 채널 영역(CA)과, 채널 영역(CA)의 양측에 각각 배치되는 수소 주입 매니폴드(122b) 및 수소 배출 매니폴드(122c)를 구비하는 매니폴드 영역(MA)을 갖는다.
이러한 금속 분리판(122)은 채널 영역(CA)과 매니폴드 영역(MA)의 경계를 따라 배치되는 가스켓 형성 영역에 부착되는 가스켓(121)을 더 포함할 수 있다. 이러한 가스켓(121)은 작동 유체가 새는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 가스켓(121)은 기밀성을 확보하고 금속 분리판(122)들 상호 간의 체결을 용이하게 하기 위한 목적으로 형성되는 것으로, 그 재질은 고무 재질이 이용될 수 있으나, 이는 일 예에 불과하며, 다양한 플라스틱 재질이 이용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 막-전극 접합체(124)는 복수개가 금속 분리판(122) 사이에 각각 삽입 배치된다. 막-전극 접합체(124)는 고분자 전해질막과 그 양쪽 면에 각각 형성되는 산화전극과 환원전극을 포함할 수 있다.
이때, 금속 분리판(122) 및 막-전극 접합체(124)는 지그 재그 형태(zigzag shape)의 돌출부를 갖고, 제1 및 제2 수직면(V1, V2) 각각은 금속 분리판(122)의 정렬을 위해 계단 형상으로 돌출되도록 형성된다. 이와 같이, 금속 분리판(122) 및 막-전극 접합체(124)를 지그 재그 형태의 돌출부를 갖도록 형성할 경우, 계단 형상으로 돌출되도록 형성된 제1 및 제2 수직면(V1, V2)에 의해 위치 정렬이 이루어진 상태에서 연료전지 케이스(110)의 수평면(P) 상에 분리판 흡착 장치(미도시)를 이용하여 안정적으로 스택하는 자동화 방식으로 스택이 이루어질 수 있다.
엔드 플레이트(130)는 연료전지 케이스(110)의 수평면(P)과 평행하게 배치되어, 제1 및 제2 수직면(V1, V2)의 상단에 끼움 결합된다. 이러한 엔드 플레이트(130)는 내부 중앙을 관통하는 중공(E)을 구비한다. 이때, 엔드 플레이트(130)와 제1 및 제2 수직면(V1, V2) 간의 끼움 결합시, 스택된 금속 분리판(122)과 막-전극 접합체(124)는 엔드 플레이트(130)의 상측 방향에서 연료전지 케이스(110)의 수평면(P) 방향으로 인가되는 수 톤 이상의 체결압에 의해 하중 압착이 이루어진다.
이러한 엔드 플레이트(130)는 금속 분리판(122) 및 막-전극 접합체(124)와 대응되는 형상을 갖되, 체결 봉(140)에 의해 제1 및 제2 수직면(V1, V2)의 상단에 고정되어, 연료전지 케이스(110)의 가이드 역할을 한다. 이와 같이, 금속 분리판(122) 및 막-전극 접합체(124)와 대응되는 형상으로 엔드 플레이트(130)를 설계할 경우, 금속 분리판(122) 및 막-전극 접합체(124)를 갖는 연료전지 스택(120)을 하중 체결할 시 엔드 플레이트(130)에 가해지는 하중이 금속 분리판(122) 및 막-전극 접합체(124)에 균일한 체결압 분포 유지가 가능해질 수 있다.
체결 봉(140)은 엔드 플레이트(130)의 중공(E)에 슬라이딩 타입(sliding type)으로 삽입되어, 금속 분리판(122) 및 막-전극 접합체(124)가 압착되도록 체결한다. 이때, 체결 봉(140)은 제1 수직면(V1)의 돌출부와, 제2 수직면(V2)의 비 돌출부를 관통하도록 체결되는 제1 체결봉(142)과, 제1 체결봉(142)과 평행하게 배치되어, 제1 수직면(V1)의 비 돌출부와, 제2 수직면(V2)의 돌출부를 관통하도록 체결되는 제2 체결봉(144)을 포함한다.
이러한 제1 체결 봉(142)과 제2 체결 봉(144)은 동일한 직경 및 길이를 가질 수 있다. 이때, 제1 및 제2 체결 봉(142, 144)은 엔드 플레이트(130) 보다는 길게 형성하는 것이 바람직한데, 이는 제1 및 제2 체결봉(142, 144)이 엔드 플레이트(130)를 제1 및 제2 수직부(V1, V2)에 견고하게 균일한 체결압을 유지하면서 안정적으로 체결하도록 보조하기 위함이다. 따라서, 제1 및 제2 체결 봉(142, 144)은 엔드 플레이트(130)에 슬라이딩 방식으로 체결되고 난 후, 일 부분이 제1 및 제2 수직면(V1, V2)의 외측으로 돌출된다.
또한, 제1 및 제2 체결 봉(142, 144)은 제1 및 제2 관통 홀(H1, H2)과 엔드 플레이트(130)의 중공(E)에 대응되는 직경을 갖는 것이 바람직한데, 이는 제1 및 제2 체결봉(142, 144)의 체결력을 확보하기 위함이다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공냉식 연료전지의 배면을 나타낸 평면도로, 도 3과 연계하여 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 연료전지 케이스(110)는 수소 주입구(112) 및 수소 배출구(114)를 더 포함할 수 있다.
이때, 수소 주입구(112)는 제1 수직면(도 1의 V1)에 배치되어, 금속 분리판(122) 및 막-전극 접합체(도 1의 124)에 수소를 주입하기 위한 목적으로 설계된다. 그리고, 수소 배출구(114)는 제2 수직면(도 1의 V2)에 배치되어, 금속 분리판(122) 및 막-전극 접합체를 통과하는 수소를 배출하기 위한 목적으로 설계된다.
이러한 수소 주입구(112) 및 수소 배출구(114)는 금속 분리판(122)의 수소 주입 매니폴드(122b) 및 수소 배출 매니폴드(122c)와 각각 대응되는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 연료전지의 구동시, 수소는 수소 주입구(112) 및 수소 주입 매니폴드(122b)를 통해 금속 분리판(122)의 반응가스 유로(122a)를 통과한 후, 수소 배출 매니폴드(122c) 및 수소 배출구(114)를 통해 연료전지 케이스(110)의 외부로 배출된다.
전술한 본 발명에 따른 공냉식 연료전지는 중공을 엔드 플레이트의 내부 중앙을 관통하는 중공 내에 체결 봉을 슬라이딩 타입으로 삽입하는 것에 의해, 볼트를 이용하는 것 없이도 균일한 체결압 분포를 유지할 수 있으므로, 볼트를 사용하여 조립하는 등의 작업이 불필요하므로 연료전지 스택의 제작 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공냉식 연료전지는 엔드 플레이트의 중공 내에 체결 봉이 삽입되는 형태로 연료전지 스택을 체결하기 때문에 체결 봉이 공기 유입에 방해되는 장애물로 작용할 염려가 없게 되므로, 연료전지 스택의 냉각 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공냉식 연료전지는 금속 분리판 및 막-전극 접합체가 지그 재그 형태(zigzag shape)의 돌출부를 갖고, 연료전지 케이스의 제1 및 제2 수직면이 금속 분리판의 정렬을 위해 계단 형상으로 돌출되도록 형성되므로, 연료전지 스택을 자동 정렬시켜 안정적으로 스택하는 것이 가능해질 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 공냉식 연료전지 110 : 연료전지 케이스
112 : 수소 주입구 114 : 수소 배출구
120 : 연료전지 스택 122 : 금속 분리판
124 : 막-전극 접합체 130 : 엔드 플레이트
140 : 체결 봉 142 : 제1 체결 봉
144 : 제2 체결 봉 V1, V2, V3 : 제1 내지 제3 수직면
P : 수평면 H1, H2 : 제1 및 제2 관통 홀
W : 공기 배출구 T : 공기 배출구
E : 중공

Claims (5)

  1. 평행하게 상호 이격 배치되며, 상단에 제1 및 제2 관통 홀을 구비하는 제1 및 제2 수직면과, 상기 제1 및 제2 수직면을 연결하는 수평면을 갖는 연료전지 케이스;
    상기 연료전지 케이스의 수평면 상에 수직적으로 스택된 적어도 2장 이상의 금속 분리판과, 상기 금속 분리판 사이에 각각 삽입 배치되는 복수의 막-전극 접합체를 갖는 연료전지 스택;
    상기 연료전지 케이스의 수평면과 평행하게 배치되어, 상기 제1 및 제2 수직면의 상단에 끼움 결합되며, 내부 중앙을 관통하는 중공을 구비하는 엔드 플레이트; 및
    상기 제1 및 제2 관통 홀과 상기 엔드 플레이트의 중공 내에 슬라이딩 타입으로 삽입되어, 상기 금속 분리판 및 막-전극 접합체가 압착되도록 체결하는 체결 봉;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공냉식 연료전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 케이스는
    상기 제1 및 제2 수직면과 상기 수평면에 연결되어, 상기 제1 및 제2 수직면을 지지 및 고정시키되, 공기를 배출시키기 위한 공기 배출구를 구비하는 제3 수직면과,
    상기 제3 수직면과 마주보는 방향에 배치되어, 냉각 팬으로부터의 공기를 주입시키기 위한 공기 유입구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공냉식 연료전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 분리판 및 막-전극 접합체는
    지그 재그 형태의 돌출부를 갖고, 상기 제1 및 제2 수직면 각각은 상기 금속 분리판의 정렬을 위해 계단 형상으로 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 공냉식 연료전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트는
    상기 금속 분리판 및 막-전극 접합체와 대응되는 형상을 갖되, 상기 체결 봉에 의해 상기 제1 및 제2 수직면의 상단에 고정되어, 상기 연료전지 케이스의 가이드 역할을 하는 것을 특징으로 하는 공냉식 연료전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 체결 봉은
    상기 제1 수직면의 돌출부와, 상기 제2 수직면의 비 돌출부를 관통하도록 체결되는 제1 체결봉과,
    상기 제1 체결봉과 평행하게 배치되어, 상기 제1 수직면의 비 돌출부와, 상기 제2 수직면의 돌출부를 관통하도록 체결되는 제2 체결봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 공냉식 연료전지.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050020687A (ko) * 2003-08-22 2005-03-04 산요덴키가부시키가이샤 연료 전지 장치
JP2006040753A (ja) * 2004-07-28 2006-02-09 Nissan Motor Co Ltd 車両搭載型燃料電池
JP4135455B2 (ja) * 2002-10-04 2008-08-20 日産自動車株式会社 移動体用燃料電池システム
JP5103872B2 (ja) * 2006-11-10 2012-12-19 カシオ計算機株式会社 締結部材、セルスタック、燃料電池装置及び電子機器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4135455B2 (ja) * 2002-10-04 2008-08-20 日産自動車株式会社 移動体用燃料電池システム
KR20050020687A (ko) * 2003-08-22 2005-03-04 산요덴키가부시키가이샤 연료 전지 장치
JP2006040753A (ja) * 2004-07-28 2006-02-09 Nissan Motor Co Ltd 車両搭載型燃料電池
JP5103872B2 (ja) * 2006-11-10 2012-12-19 カシオ計算機株式会社 締結部材、セルスタック、燃料電池装置及び電子機器

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