KR101588074B1 - 연료 전지들 사이의 상대 운동을 제한하기 위한 연료 전지 시스템 및 관련 장치 - Google Patents

Abstract

연료 전지 슬리피지를 제한하기 위한 연로 전지 시스템(10) 및 관련 방법은 제공된다. 적층된 복수의 인접한 연료 전지(14)가 연료 전지 적층체(12)를 집합적으로 형성한다. 연료 전지들은 연료 전지의 각각의 대향 단부들에 한 쌍의 제1 플레이트 및 제2 플레이트(30, 30', 30"; 32, 32', 32")를 각각 포함한다. 제1 연료 전지는 제1 연료 전지에 인접한 제2 연료 전지의 제2 플레이트(32, 32', 32")와 결합하는 제1 플레이트(30, 30', 30")를 갖는다. 제1 연료 전지 및 제2 연료 전지의 쌍들 중 적어도 하나의 쌍 사이에 있는 슬립 완화 장치(50, 50', 50")는 각각 제1 및 제2 도전성 플레이트의 결합 표면에서 만입된 제1 및 제2 시트(62, 62', 62"; 64, 64', 64")와, 제1 연료 전지와 제2 연료 전지 사이의 상대 이동이 제한되도록 제1 및 제2 만입된 시트에 안착되는 대향 단부들을 갖는 키이 부재(60, 60', 60")를 포함한다.

Description

연료 전지들 사이의 상대 운동을 제한하기 위한 연료 전지 시스템 및 관련 장치{FUEL CELL SYSTEMS AND RELATED ARRANGEMENTS FOR LIMITING RELATIVE MOTION BETWEEN FUEL CELLS}

본 발명은 연료 전지에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 연료 적지 적층체 내의 연료 전지들 사이의 상대 운동을 제한하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

양자 교환 멤브레인(Proton Exchange Membrane; PEM) 연료 전지와 같은 연료 전지는 연료 전지 적층체로서 알려진 조립체에 종종 배열된다. 이러한 연료 전지 적층체에서, 연료 전지들은 하나가 다른 하나의 상단에 있거나 하나가 다른 하나의 옆에 있도록 배향되고, 연료 전지는 압력 플레이트들 사이에 개재된다. 압력 플레이트는 길이방향으로 연료 전지들이 분리되는 것을 방지하도록 압축 작용한다. 다양한 장치는 미국 특허 제6,423,439호에서의 조립을 용이하게 하기 위한 정렬 플러그와, 미국 특허 제7,297,428호에서의 정합 인서트 및 동일하지 않은 형상을 갖는 정합 개구와, 미국 특허 제6,620,540호에서의 절연 로드 및 구멍에 의해 구현되는 바와 같이, 적층체 내의 전지의 정렬 또는 정합을 유지하고 그리고/또는 조립을 용이하게 하기 위해 존재한다.

전술된 장치는 연료 전지 적층체 내의 연료 전지 부품 및 연료 전지의 정합을 유지하고 그리고/또는 조립을 용이하게 하도록 구성되지만, 특히, 폐쇄된 사람이 탑승하고 있는 차량 내에 수납되고 작동되는 연료 전지 적층체에 대해 구조, 내구성 및 작동성에 대한 추가 개선이 추구되고, 이러한 경우에는 극단적인 진동 및 전단 부하(shear loading)가 발생할 수 있는 작동 상태 하에서 적층체의 밀봉된 일체성을 유지하는 것이 특별한 중요성을 갖는다. 관련된 일 양태는 연료 전지 적층체가 큰 전단 부하의 결과로서 발생할 수 있는, 슬리피지(slippage) 및 이에 따른 부품들에 대한 누설 및/또는 손상에 대해 보호된다.

연료 전지 적층체 내의 연료 전지들 사이의 상대 이동을 제한하기 위한 연료 전지 시스템 및 관련 장치 및 방법이 제공된다. 연료 전지 시스템의 예시적인 실시예는 연료 전지 적층체를 집합적으로 형성하는 적층된 복수의 인접한 연료 전지로서, 연료 전지들 각각은 연료 전지의 각각의 대향 단부들에 통상적으로 도전성인 한 쌍의 제1 플레이트 및 제2 플레이트를, 그리고 플레이트들 사이에 예컨대 양자 교환 멤브레인(PEM)인 전해질을 포함하고, 제1 연료 전지는 각각의 결합 표면에서 상기 제1 연료 전지에 인접한 제2 연료 전지의 상기 제2 플레이트와 결합하는 제1 플레이트를 갖는, 복수의 인접한 연료 전지와; 적어도 제1 연료 전지와 제2 연료 전지 사이에 있는 슬립 완화 장치(slip mitigation arrangement)로서, 상기 제1 플레이트의 상기 결합 표면에서 만입된 제1 시트와, 상기 제2 플레이트의 상기 결합 표면에서 만입된 제2 시트와, 및 상기 제1 연료 전지와 상기 제2 연료 전지 사이의 상대 이동이 감소되거나 감쇠되도록 상기 제1 만입된 시트 및 상기 제2 만입된 시트에 안착되는 대향 단부들을 갖는 키이 부재를 포함하는 슬립 완화 장치를 포함한다.

연료 전지 시스템의 또 다른 예시 실시예에서, 연료 전지 각각은 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트와 밀봉 결합하는 계면 시일을 포함하고, 연료 전지의 플레이트들은 제1 상대 경도 및 강성을 갖는 재료로 형성되고, 슬립 완화 장치의 키이 부재는 플레이트들의 재료의 것보다 통상적으로 비교적 작은 제2 경도 또는 강성을 갖는 재료로 형성되고, 계면 시일은 키이 부재의 것보다 비교적 작은 제3 경도 또는 강성을 갖는 재료로 형성된다. 달리 말하면, 슬립 완화 장치의 키이 부재의 재료는 플레이트들의 재료의 상대 경도와 동등하거나 일반적으로 그보다 작지만 계면 시일의 상대 경도보다 큰 상대 경도를 갖는다.

연료 전지 시스템의 다른 예시 실시예에서, 슬립 완화 장치의 제1 만입된 시트 및 제2 만입된 시트는 각각의 단면 기하학적 구조를 갖고, 키이 부재는 만입된 시트들의 단면 기하학 구조와 유사하지만 그보다 약간 작은 단면 기하학적 구조를 갖고 제1 시트 및 제2 시트의 조합된 깊이보다 큰 길이를 가져서, 키이 부재는 길이방향으로 압축되어 횡방향으로 확장되어서 연료 전지 적층체가 완전히 조립될 때 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트의 측부들과의 상기 견고한 결합을 하게 된다.

연료 전지 시스템의 다른 예시 실시예에서, 슬립 완화 장치의 키이 부재는 환형이고, 적층체 조립 전에 제1 만입된 시트 및 제2 만입된 시트 중 하나 내의 장착 스터브(mounting stub) 상에 장착된다.

연료 전지 시스템의 다른 예시 실시예에서, 슬립 완화 장치의 제1 만입된 시트 및 제2 만입된 시트는 단면이 원형이고, 키이 부재는 디스크이다.

복수의 연료 전지들의 적층체 내의 인접한 연료 전지들 사이의 전단 부하로 인한 슬립을 최소화하기 위한 예시 방법이 기술된다. 연료 전지들 각각은 연료 전지의 각각의 대향 단부들에 한 쌍의 제1 플레이트 및 제2 플레이트를, 그리고 플레이트들 사이에 전해질을 포함하고, 제1 연료 전지는 각각의 결합 표면들에서 상기 제1 연료 전지와 인접한 제2 연료 전지의 상기 제2 플레이트와 결합하기 위한 상기 제1 플레이트를 갖고, 본 방법은 상기 제1 플레이트의 상기 결합 표면에서 만입된 제1 시트를 제공하는 단계와; 상기 제2 플레이트의 상기 결합 표면에서 만입된 제2 시트를 제공하는 단계로서, 상기 제1 시트 및 제2 시트는 각각의 단면 기하학적 구조를 갖는 단계와; 적층체 조립 전에 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트 중 하나에 배치되는 키이 부재를 제공하는 단계로서, 키이 부재는 제1 시트 및 제2 시트의 단면 기하학적 구조와 유사하지만 그보다 약간 작은 단면 기하학적 구조를 갖고 제1 시트 및 제2 시트의 조합된 깊이보다 약간 큰 길이를 갖는, 키이 부재를 제공하는 단계와; 적층체 내의 연료 전지들을 조립하고 길이방향으로 압축하여서, 연료 전지들을 서로 결합하게 하고 키이 부재를 대응하여 길이방향으로 압축시키고 키이 부재의 횡방향 확장을 야기하여 제1 시트 및 제2 시트의 측부들과 견고한 결합하게 되어 이에 의해 연료 전지들 사이의 어떠한 이동도 감소시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 시스템, 방법, 특징 및/또는 장점은 이하의 도면과 상세한 설명의 고찰 시에 당해 분야의 숙련자에게 명백할 것이거나 명백해질 수 있다. 이러한 모든 추가 시스템, 방법, 특징 및/또는 장점은 이 설명 내에 포함되고 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

본 발명의 많은 양태는 이하 도면을 참조하여 더욱 잘 이해될 수 있다. 도면의 부품은 반드시 일정한 비례로 될 필요는 없다. 또한, 도면에서 유사한 도면부호는 여러 도면에 있어서 대응 부분을 지시한다.
도 1은 슬립 완화 장치를 갖는 연료 전지 시스템의 예시적인 실시예를 도시한 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 슬립 완화 장치의 일부의 부분 단면도이고, 도 2a는 연료 전지 시스템의 조립을 완료하기 전의 장치를 도시하고, 도 2b는 도 1의 점선(2A)으로 표시된 조립된 시스템에서의 장치의 확대도이다.
도 3a 및 도 3b는 슬립 완화 장치의 다른 실시예를 도시하는, 도 2a 및 도 2b와 유사한 부분 단면도이다.
도 4는 슬립 완화 장치의 다른 실시예를 도시하는, 도 2a와 유사한 부분 단면도이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d 및 도 5e는 적층체 내의 연료 전지 상의 다양한 개수 및 위치의 슬립 완화 장치의 간이도, 개략도, 평면 형태도 또는 평면도이다.

연료 전지 슬리피지를 제한하기 위한 연료 전지 시스템 및 관련 방법이 제공되고, 그의 여러 예시적인 실시예가 상세히 기술될 것이다. 이와 관련하여, 예시적인 실시예는 슬립 완화 장치를 합체한 연료 전지 적층체에 배열되는 양자 교환 멤브레인(PEM) 연료 전지의 사용을 포함한다. 슬립 완화 장치는 서로에 대해 이동하거나 활주할 수 있는 연료 전지 적층체의 연료 전지의 가능성을 제한하기 위해 인접한 연료 전지의 쌍에 있는 각각의 키이 시트에 배치되는 키이 부재를 포함한다.

도 1은 연료 전지 시스템(10)의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 개재 방식으로 서로 상에, 또는 서로 옆에 배열되거나 "적층되는" 복수의 연료 전지(14)를 포함하는 연료 전지 적층체(12)를 통합한다. 압력 플레이트(16 및 18)는 적층체(12)의 대향 단부들에 위치된다. 타이 로드(20) 그룹은 압력 플레이트들(16 및 18) 사이에서 인장되어 연장되고, 절연 부싱(22) 및 체결 너트(24)와 함께, 연료 전지(14)를 길이방향으로 밀접 상호 결합하게 유지하도록 길이방향 압축력을 적층체(12)에 적용하는 기능을 한다. 각 연료 전지(14)는 MEA(28)의 대향 표면들에 인접하는, 애노드 플레이트 및 캐소드 플레이트(30 및 32) 및 멤브레인 전극 조립체(MEA)(28)를 각각 통상적으로 포함한다. 계면 시일(34)은 인접한 연료 전지(14)들 사이의 인터페이스에서 적층체 내에 기체 및 액체 시일을 제공하도록, 플레이트들의 외주연부에서 또는 그 근처에서, 적층체(12)의 인접한 연료 전지(14)에서 인접한 애노드 플레이트 및 캐소드 플레이트(30 및 32)와 상호 밀봉 접촉하여 위치된다. 계면 시일(34)은 도 1에 도시된 바와 같이, 플레이트들의 외주연부에 위치된다면 편리하게는 에지 시일일 수 있지만, 대안으로는 필수적인 기체 및 액체 시일을 계속하여 제공하는 한 이들 주연부의 약간 내측에 위치될 수 있다.

멤브레인 전극 조립체(28)는 중심 양자 교환 멤브레인(40)의 형태인 전해질과, 멤브레인(40)의 양측부 상에 각각 있는 애노드 및 캐소드 촉매 층들(42 및 44)을 포함하고, 촉매 층들의 외향 표면에 인접하여 기체 확산 층(46)을 포함할 수 있다. 일반적으로 얇은 플라스틱 필름인 가스켓(43)은, 반응 기체의 외부 누설을 방지하기 위해 멤브레인(40)이 사이에 개재된 상태로 애노드 및 캐소드 촉매 층들(42 및 44)의 외주연부 상에, 또는 그 근처에 위치된다.

애노드 플레이트(30) 및 캐소드 플레이트(32)는 양극 플레이트, 분리기 플레이트, 필드 유동 플레이트 등으로서 다양하게 알려져 있다. 플레이트(30 및 32)는 전기화학 반응을 위해 MEA(28)에 반응물(일반적으로 수소 및 공기 등의 산화제)를 분배하도록 기능을 하고, 냉각제를 분배할 수 있고 그리고/또는 생성물 물을 제거할 수 있고, 인접한 연료 전지(14)들 사이에 전기 접촉 및 연속성을 제공하기 위해 전기 전도성 부재로서 기능을 한다. 플레이트(30 및 32)는 본원에서 집합적으로 양극 플레이트로 지칭되거나, 개별적으로 애노드 및 캐소드 양극 플레이트로 지칭되거나, 간단하게 플레이트(30 및 32)로 지칭될 것이다. 양극 플레이트(30 및 32)는 그래파이트(graphite), 그래파이트 조성물, 또는 금속과 같은 전기 전도성 재료로 일반적으로 형성되고, 비교적 경질이고 강성이고 내구성이 있다. 본원에서 논의되기 위해, "경도(hardness)"라는 용어는 적층체(12)에서, 특히 인접한 연료 전지(14)들 사이의 인터페이스 영역에서 나타나는 여러 다양한 요소의 재료의 중요한 특성을 기술하고 관련시키는데 사용될 것이다. 탄성 범위에서의 "경도"라는 용어는 소정 힘에 대한 형상의 작은 일시적인 변화를 나타내고, 소정 물체의 경우에 "강성"으로, 또는 재료의 경우에 높은 탄성 계수로 알려져 있다. "경도계(durometer)"는 일반 유형의 재료에 부분적으로 따라, 재료의 경도의 여러 측정 수단 중 하나이다.

양극 플레이트(30 및 32)의 재료와 달리, 계면 시일(34)의 재료는 비교적 덜 경질이거나, 더 탄성이고 더 부드럽고 덜 강성이고, 통상적으로 플라스틱 또는 고무이고, 양극 플레이트보다 상당히 낮은 탄성 계수를 갖는다. 시일(34)은 인접한 연료 전지(14) 내에 다양한 반응물 및 반응 생성물을 보유하도록 시일 또는 차단부를 제공하도록 요구되고, 국부적 환경에 대해서 외부 누설을 방지한다. 연료 전지 시스템(10)이 적층체(12)의 길이방향 범위에 대해 횡방향(또는 측방향)인 강렬하고 그리고/또는 큰 힘을 받는다면, 이하에서 상세히 기술될 슬립 완화 장치(50)가 없다면 연료 전지(14)들 사이의 슬리피지로 인한 시일(34)에서의 누설 가능성이 발생할 수 있다.

따라서, 연료 전지 시스템(10)의 적층체(12) 내의 하나 이상의 또는 통상적으로는 각각의 인접 쌍의 연료 전지(14)들과 관련하여 슬립 완화 장치(50)가 제공된다. 슬립 완화 장치(50)는 도 1에서 전체적으로 도시되지만, 도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b 및 도 4에서 대안 실시예에서 그리고/또는 더욱 상세히 도시된다. 도 2a 및 도 2b를 우선 참조하면, 도 1의 슬립 완화 장치(50)는 적층체(12)의 최종 조립 이전의 장치가 도 2a에서 도시되고, 타이 로드(20)를 통해 압력 플레이트(16 및 18)에 의한 적층체(12)의 압축 및 조립에 후속되는 장치가 도 1의 점선 부분(2B)의 확대도로서 도 2b에 도시된다. 슬립 완화 장치(50)는, 하나의 연료 전지의 애노드 양극 플레이트(30)의 외부 표면에 형성되는 키이 시트 리세스(62)에 부분적으로 안착되고 인접하여 향하는 연료 전지의 캐소드 양극 플레이트(32)의 외부 표면에 있는 유사한 키이 시트 리세스(64)에 부분적으로 안착되는, 키이 부재(60)를 포함한다. 키이 시트 리세스들은 카운터보링(counterboring) 또는 다른 적절한 형태의 기계 가공에 의해 형성될 수 있다. 키이 부재(60)는, 상당한 횡방향, 또는 전단, 부하 하에서 정합 또는 정렬 시에 인접한 연료 전지(14)를 유지하기에 충분히 강성이지만 애노드 및 캐소드 양극 플레이트(30 및 32)에 대한 손상을 방지하기에 충분히 가요성이 있는 재료로 형성된다. 키이 부재는, 계면 시일(34)의 경도보다 크지만 키이 부재가 안착되는 애노드 및 캐소드 양극 플레이트(30 및 32)의 경도 이하 그리고 일반적으로 그 미만인 경도를 갖는다. 키이 부재(60)를 위한 재료는 일반적으로 폴리머, 가능하게는 천연이지만 일반적으로는 합성인 폴리머이고, 다양한 플라스틱 및 플루오로엘라스토머(FKM)를 포함할 수 있고, 키이 부재가 계면 시일(34)의 내측에 위치된다면 물에 대한 내성(water resistant)이 우수하여야 한다. 물론, 재료의 원칙적인 요구 사항은 계면 시일(34)의 경도와 애노드 및 캐소드 양극 플레이트(30 및 32)의 경도의 중간인 경도를 갖는 것이다. 이들 후자로 언급된 재료 양자 모두의 재료의 경도가 서로에 대해 상이할 뿐만 아니라 각각의 범위 내로부터 개별적으로 선택될 수 있을 수 있기 때문에, 키이 부재(들)(60)의 경도는 극단의 이들 범위 사이에서 또한 있을 것이다. 키이 부재(60)의 재료(들)은 전기 전도성이거나 비전도성일 수 있다.

도 1, 도 2a 및 도 2b의 키이 부재(60)는 환형이거나 원통형이고, 단면이 환형이고, 정렬 및 조립을 용이하게 하기 위해 키이 시트 리세스(62 및 64) 중 하나 또는 다른 하나 내의 장착 스터브(70) 상에 결합하여 배치된다. 도시된 바와 같이, 키이 시트 리세스(62 및 64) 모두에는 장착 스터브(70)가 제공된다. 키이 시트 리세스(62 및 64) 및 키이 부재(60)는 유사하게 형상을 갖는데, 예컨대 단면 기하학적 구조가 원형 또는 변형된 환형이지만, 대안으로는 직선 또는 몇몇 다른 형상이고, 키이 부재(60)는 조립 중에 적층체(12)의 길이방향 압축 시에 키이 부재의 몇몇의 반경방향/횡방향 확장을 수용하기 위해 횡방향으로, 예컨대 반경방향으로 키이 시트 리세스(62 및 64)보다 약간 작다. 키이 부재(60)는 장착 스터브(70)를 수용하도록 단부들 상에서만 환형일 수 있고, 추가 안정성을 위해 중간 영역에서 중실형일 수 있다는 것이 이해될 것이다.

도 2b를 참조하면, 애노드 및 캐소드 플레이트(30 및 32)는 서로 접촉하게 조립되어 압축되었다는 것에 주목한다. 키이 부재(60)는 조합된 키이 시트 리세스(62 및 64)의 유사 치수보다 측방향 또는 길이방향으로 약간 크게 치수 결정되어, 애노드 및 캐소드 플레이트(30 및 32)를 서로 결합하게 압축할 때 키이 부재(60)는 키이 시트 리세스의 측벽과 결합하고 채우도록 유사하게 압축되고 반경방향으로 확장된다. 이 방식으로, 전체로서 적층체(12) 상에 가해진 전단 부하는 다양한 쌍의 연료 전지(14) 사이에 걸쳐 있는 키이 부재(60)로 전달되고 키이 부재에 의해 저항된다.

통상적으로, 적층체(12) 내의 각 쌍의 인접한 연료 전지(14)와 하나 이상의 키이 부재(60)가 관련될 것이지만, 보다 높은 전단 부하의 일정 영역이 식별 가능하고 키이 부재가 이들 영역에 제한된다면 더 적은 키이 부재가 사용될 수 있다. 부가적으로, 키이 부재(60) 및 그의 대응 시트 리세스(62 및 64)는 유체 유동에 대한 최소 방해를 야기하는 위치에서 연료 전지(14) 상에/내에 위치된다. 키이 부재를 위한 여러 예시적인 위치가 도 5a 내지 도 5e에서 도시되고 설명될 것이다. 키이 부재(60)는 비교적 강성이고, 전단 부하에 저항하고 비교적 작은 경도를 갖는 재료로 구성되는 계면 시일(34)로의 이러한 부하의 전달을 일반적으로 방지하도록 설계된 경도를 갖는다. 한편, 애노드 및 캐소드 플레이트(30 및 32)의 경도와 동등하거나 일반적으로 그보다 작은 경도를 갖는 키이 부재(60)의 재료는, 키이 부재(60)가 상당한 전단 부하의 발생 시에 플레이트를 파손시키지 않을 것을 보장한다.

슬립 완화 장치(50')의 또 다른 실시예는 도 3a 및 도 3b에 도시되고, 여기서 키이 부재(60")는 각각 애노드 플레이트(30') 및 캐소드 플레이트(32')에 있는 관련 시트 리세스(62' 및 64')와 같이 형상이 원형일 수 있다. 그러나, 이 경우, 시트 리세스(62' 및 64')는 장착 스터브를 포함하지 않고, 키이 부재(60')는 중실 디스크 또는 "비스킷(biscuit)"이다. 그러나, "비스킷형" 키이 부재(60')는 많은 다른 면에서 이전 도면의 환형 키이 부재(60)와 동일하다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예에서와 같이, 도 3a는 연료 전지 적층체의 최종 조립 전에 시트 리세스(62' 및 64') 내의 키이 부재(60')를 도시하고, 도 3b는 조립 후의 동일한 요소를 도시한다.

슬립 완화 장치(50")의 다른 예시 실시예가 도 4에 도시되고, 여기서 애노드 플레이트(30") 내의 시트 리세스(62")는 장착 스터브(70")를 포함하는 한편, 캐소드 플레이트(32") 내의 시트 리세스(64")는 장착 스터브를 포함하지 않는데, 이는 적어도 부분적으로 환형인 키이 부재(60")를 장착하는 기능, 즉 위치 설정하고 안정화하는 기능이 단일 장착 스터브(70"")에 의해 달성될 수 있기 때문이다. 물론, 장착 스터브는 시트 리세스(62")가 아닌 시트 리세스(64")에 위치될 수 있다. 또한, 키이 부재(60")는 장착 스터브(70")를 수용하기 위해 일단부를 향해서는 중실형 또는 디스크형이고 타단부에서는 환형인 것으로 도시된다.

적층체(12) 내의 연료 전지(14)의 평면 형태를 가로질러 슬립 완화 장치(50)를 위치시키기 위한 다수의 가능한 구성의 여러 일례의 단순화된 개략도인 도 5a 내지 도 5e가 이제 참조된다. 도 5a는 도 1의 단순화된 평면 형태 도면이고, 연료 전지(14)의 평면 형태 영역의 중심 근처에 일반적으로 위치되는 원형 점선으로 도시된 단일 슬립 완화 장치(50)를 도시한다. 도 5b는 적층체(112) 내의 연료 전지(114)의 대각으로 대향하는 코너 근처에 위치되는 2개의 슬립 완화 장치(150)의 포함을 도시한다. 도 5c는 적층체(212) 내의 연료 전지(214)의 4개의 코너 근처에 위치되는 4개의 슬립 완화 장치(250)의 포함을 도시한다. 도 5d는 연료 전지(314)를 위한 5개의 슬립 완화 장치(350)의 포함을 도시하는데, 4개의 슬립 완화 장치는 적층체(312) 내의 연료 전지(314)의 4개의 코너 근처에 있고 1개의 슬립 완화 장치는 적층체(312) 내의 연료 전지(314)의 중심 근처에 있다. 도 5e는 적층체(412) 내의 연료 전지(414)의 4개의 코너 근처에 위치되는 4개의 슬립 완화 장치(450)를 도시한다는 점에서 도 5c와 유사하지만, 점선으로 도시된 계면 시일(434)이 슬립 완화 장치(450) 중 하나 또는 모두의 위치 및 연료 전지(414)의 외주연부 양자 모두의 내측에 이제 위치된다는 점에서 도 1의 도면과 상이하다.

상기 전술된 실시예들이 본 발명의 원리의 명확한 이해를 위해 기재된 단지 가능한 구현 예라는 것이 강조되어야 한다. 많은 변경 및 변형은 본 발명의 원리 및 기술사상으로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서 상기 전술된 실시예들에 대해서 이루어질 수 있다. 이러한 모든 변경 및 변형은 본 발명의 범주 내에서 포함되고 첨부된 특허청구범위에 의해 보호되도록 의도된다.

Claims (14)

1. 연료 전지 시스템(10)이며,
   연료 전지 적층체(12)를 집합적으로 형성하는 적층된 복수의 인접한 연료 전지(14)로서, 상기 연료 전지들 각각은 연료 전지의 각각의 대향 단부들에 한 쌍의 제1 플레이트 및 제2 플레이트(30, 32)를, 그리고 플레이트들 사이에 전해질(40)을 포함하고, 제1 연료 전지(14)는 각각의 결합 표면에서 상기 제1 연료 전지에 인접한 제2 연료 전지(14)의 상기 제2 플레이트(32, 32', 32")와 결합하는 상기 제1 플레이트(30, 30', 30")를 가지며 제1 연료 전지의 제1 플레이트 및 제2 연료 전지의 제2 플레이트와 상호 결합하는 계면 시일을 포함하는, 복수의 인접한 연료 전지(14)와,
   적어도 한 쌍의 상기 제1 연료 전지와 상기 제2 연료 전지 사이에 있는 슬립 완화 장치(50, 50', 50")로서, 상기 제1 플레이트(30, 30', 30")의 상기 결합 표면에서 만입된 제1 시트(62, 62', 62"), 상기 제2 플레이트(32, 32', 32")의 상기 결합 표면에서 만입된 제2 시트(64, 64', 64"), 및 상기 제1 연료 전지와 상기 제2 연료 전지 사이의 상대 이동이 감소되도록 상기 만입된 제1 시트 및 상기 만입된 제2 시트에 안착되는 대향 단부들을 갖는 키이 부재(60, 60', 60")를 포함하는, 슬립 완화 장치(50, 50', 50")를 포함하며,
   상기 키이 부재는 제1 시트 및 제2 시트의 단면 기하학적 구조보다 작은 확장되지 않은 단면 기하학적 구조를 갖고 제1 시트 및 제2 시트의 조합된 깊이보다 큰 압축되지 않은 길이를 가지며,
   연료 전지의 대향 단부들에 있는 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 제1 상대 경도를 갖는 재료로 형성되고, 키이 부재는 상기 제1 상대 경도와 동등하거나 그보다 작은 제2 상대 경도를 갖는 재료로 형성되고, 상기 계면 시일은 상기 제1 상대 경도 및 제2 상대 경도 양자 모두보다 작은 제3 상대 경도를 갖는 재료로 형성되는,
   연료 전지 시스템(10).
2. 연료 전지 시스템(10)이며,
   연료 전지 적층체(12)를 집합적으로 형성하는 적층된 복수의 인접한 연료 전지(14)로서, 상기 연료 전지들 각각은 연료 전지의 각각의 대향 단부들에 한 쌍의 제1 플레이트 및 제2 플레이트(30, 32)를, 그리고 플레이트들 사이에 전해질(40)을 포함하고, 제1 연료 전지(14)는 각각의 결합 표면에서 상기 제1 연료 전지에 인접한 제2 연료 전지(14)의 상기 제2 플레이트(32, 32', 32")와 결합하는 상기 제1 플레이트(30, 30', 30")를 가지며 제1 연료 전지의 제1 플레이트 및 제2 연료 전지의 제2 플레이트와 상호 결합하는 계면 시일을 포함하는, 복수의 인접한 연료 전지(14)와,
   적어도 한 쌍의 상기 제1 연료 전지와 상기 제2 연료 전지 사이에 있는 슬립 완화 장치(50, 50', 50")로서, 상기 제1 플레이트(30, 30', 30")의 상기 결합 표면에서 만입된 제1 시트(62, 62', 62"), 상기 제2 플레이트(32, 32', 32")의 상기 결합 표면에서 만입된 제2 시트(64, 64', 64"), 및 상기 만입된 제1 시트 및 상기 만입된 제2 시트에 안착되는 대향 단부들을 갖는 키이 부재(60, 60', 60")를 포함하는, 슬립 완화 장치(50, 50', 50")를 포함하며,
   상기 제1 및 제2 연료 전지의 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트의 결합 표면들에서 각각 만입된 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 각각의 단면 기하학적 구조를 갖고,
   키이 부재는 길이 방향으로 압축 가능하며 횡방향으로 확장 가능하며, 제1 시트 및 제2 시트의 단면 기하학적 구조보다 작은 확장되지 않은 단면 기하학적 구조를 갖고 제1 시트 및 제2 시트의 조합된 깊이보다 큰 압축되지 않은 길이를 가지며,
   상기 키이 부재는, 상기 제1 연료 전지와 상기 제2 연료 전지 사이의 상대 이동이 감소되도록 연료 전지 적층체가 완전히 조립될 때 상기 제1 시트 및 제2 시트의 측부들과 견고하게 결합되도록 길이 방향으로 압축되고 횡방향으로 확장되는,
   연료 전지 시스템(10).
3. 복수의 연료 전지들의 적층체(12) 내의 인접한 연료 전지(14)들 사이의 전단 부하로 인한 슬립을 최소화하기 위한 방법이며,
   상기 연료 전지들 각각은 연료 전지의 각각의 대향 단부들에 한 쌍의 제1 플레이트 및 제2 플레이트(30, 30', 30"; 32, 32', 32")를, 그리고 플레이트들 사이에 전해질(40)을 포함하고, 제1 연료 전지는 각각의 결합 표면들에서 제1 연료 전지와 인접한 제2 연료 전지의 상기 제2 플레이트(32, 32', 32")와 결합하기 위한 상기 제1 플레이트(30, 30', 30")를 가지며 제1 연료 전지의 제1 플레이트 및 제2 연료 전지의 제2 플레이트와 상호 결합하는 계면 시일을 포함하며,
   상기 제1 플레이트의 상기 결합 표면에서 만입된 제1 시트(62, 62', 62")를 제공하는 단계와,
   상기 제2 플레이트의 상기 결합 표면에서 만입된 제2 시트(64, 64', 64")를 제공하는 단계로서, 상기 제1 시트 및 제2 시트는 각각의 단면 기하학적 구조를 갖는 단계와,
   적층체 조립 전에 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트 중 하나에 배치되는 키이 부재(60, 60', 60")를 제공하는 단계로서, 상기 키이 부재는 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트의 단면 기하학적 구조와 유사하지만 그보다 작은 단면 기하학적 구조를 갖고 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트의 조합된 깊이보다 큰 길이를 갖는, 키이 부재를 제공하는 단계와,
   상기 적층체 내의 상기 연료 전지들을 조립하고 길이방향으로 압축하여서, 상기 연료 전지들을 서로 결합하게 하고 상기 키이 부재를 대응하여 길이방향으로 압축시키고 키이 부재의 횡방향 확장을 야기하여 제1 시트 및 제2 시트의 측부들과 견고한 결합하게 되어 이에 의해 상기 연료 전지들 사이의 어떠한 이동도 감소시키는 단계를 포함하는
   슬립을 최소화하기 위한 방법.
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