KR101655145B1 - 연료 전지용 가스켓 및 이를 이용하여 조립한 연료전지 스택 - Google Patents

Abstract

연료전지 스택이 개시된다. 개시된 연료전지 스택은 다수의 단위 셀들이 연속적으로 적층된 전기 발생 집합체를 형성하는 것으로서, 신축성을 지닌 고무 소재로 이루어지며, 단위 셀들의 가장자리 사이를 실링하는 가스켓을 포함하고, 가스켓은 전기 발생 집합체의 적어도 한 쪽 측면에 배치되며 단위 셀들의 적층 방향으로 일체화 된 것으로 이루어질 수 있다.

Description

연료 전지용 가스켓 및 이를 이용하여 조립한 연료전지 스택 {GASKET FOR FUEL CELL AND FUEL CELL STACK USING THE SAME}

본 발명의 실시예는 연료전지 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 셀들 사이의 기밀을 유지하기 위한 연료전지용 가스켓 및 이를 이용하여 조립한 연료전지 스택에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 직접 전기 에너지를 변환시키는 일종의 발전 소자이다.

연료 전지는 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 단위 셀인데, 그 단위 셀은 막-전극 어셈블리(MEA)와, 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 분리판을 구비한다.

연료전지의 단위 셀은 1V 이하의 전압을 생성하므로 자동차의 구동이나 발전 등에 활용되기 위해 수백 개 이상으로 적층되며 전기 발생 집합체인 연료 전지스택으로 구성될 수 있다.

이러한 연료전지 스택은 이의 내부를 통과하는 연료와 공기의 기밀을 위해 단위 셀들 사이에 설치되는 가스켓을 필요로 한다.

또한, 연료전지 스택은 수백 개 이상의 단위 셀들을 적층함에 따라 단위 셀들의 적층 과정 혹은 연료전지의 운전 중에 그 단위 셀들이 붕괴할 위험이 존재하므로, 단위 셀들의 구조적인 안정성을 확보하기 위해 단위 셀들 간의 정렬 유지 및 단위 셀들과 가스켓과의 적절한 조립 방법을 필요로 한다.

한편, 연료전지 스택의 제작 및 체결 방법으로는 단위 셀들의 적층 방향으로 설치되는 볼트와 너트를 사용하거나 연료전지 스택의 측면에 설치되는 밴드형 체결 기구를 이용하고 있으며, 이러한 방법들의 경우 단위 셀과 단위 셀 사이의 가스켓은 서로 분리되어 있다.

이와 같이 단위 셀들이 가스켓에 의해 서로 분리되어 있기 때문에, 단위 셀들의 정렬이 유지되지 않은 상태에서 체결력이 가해질 경우에는 좌굴에 의해 단위 셀들이 붕괴할 위험이 있으며, 가스켓과 상대 재질의 사이로 스택 내의 기체나 수분이 외부로 유출될 가능성도 지니게 된다.

연료전지 스택의 정렬도를 향상시키기 위해 단위 셀들의 조립 과정에서 가이드 역할을 하는 가이드 바아를 활용하는 등의 많은 정렬 방법이 개시되고 있으나, 이러한 정렬 방법은 단위 셀들의 완벽한 정렬을 구현하기가 쉽지 않다.

또한, 이러한 정렬 방법은 단위 셀들의 정렬이 완벽하고 가스켓과 상대 재질 사이의 기밀이 완벽하더라도 막-전극 어셈블리의 단면을 통해 유출되는 기체나 수분을 막는 것은 불가능한 실정이다. 이렇게 막-전극 어셈블리의 단면을 통해 기체나 수분이 유출될 경우에는 스택 부품의 부식이나 절연 파괴 등이 일어나 연료전지의 고장을 유발시킬 수 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 단위 셀들의 적층 시 단위 셀들의 구조적인 안정성 및 적층 정렬도를 향상시킬 수 있고, 단위 셀들의 기밀성 또한 높일 수 있도록 한 연료 전지용 가스켓 및 이를 이용하여 조립한 연료전지 스택을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓은, 다수 매의 단위 셀들이 적층된 연료전지 스택에서 상기 단위 셀들 사이의 기밀을 유지하는 것으로서, 상기 단위 셀들의 가장자리 사이에 개재되는 단위 가스켓들을 포함하며, 상기 단위 가스켓들은 상기 단위 셀들의 적층 방향을 따라 일체로 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가스켓에 있어서, 상기 단위 가스켓들 사이에는 상기 단위 셀들의 막-전극 어셈블리 및 분리판의 가장자리 부분이 끼워질 수 있는 실링홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가스켓은, 상기 단위 가스켓들과 일체로 연결되며, 상기 단위 셀들의 적층 방향으로 배치되는 연결부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가스켓에 있어서, 상기 단위 가스켓들은 상기 연결부에 일체로 연결되며, 이들 사이에 상기 단위 셀들의 막-전극 어셈블리 및 분리판의 가장자리 부분이 끼워질 수 있는 실링홈을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가스켓에 있어서, 상기 단위 가스켓들 및 연결부는 신축성을 지닌 고무 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가스켓에 있어서, 상기 단위 셀들의 적층 방향에 따른 상기 연결부의 양단은 상기 연결부를 상기 단위 셀들의 적층 방향으로 신장시키며 상기 단위 가스켓들 사이의 공간을 확장하기 위한 픽업단으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가스켓은, 상기 연료전지 스택의 적어도 한 쪽 측면에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가스켓은, 상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면에 배치되는 판 형태의 제1 가스켓 몸체와, 상기 연료전지 스택의 나머지 측면들에 배치되는 "ㄷ" 형태의 제2 가스켓 몸체를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택은, 다수의 단위 셀들이 연속적으로 적층된 전기 발생 집합체를 형성하는 것으로서, 신축성을 지닌 고무 소재로 이루어지며, 상기 단위 셀들의 가장자리 사이를 실링하는 가스켓을 포함하고, 상기 가스켓은 상기 전기 발생 집합체의 적어도 한 쪽 측면에 배치되며 상기 단위 셀들의 적층 방향으로 일체화 된 것으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 가스켓은 상기 단위 셀들의 가장자리 사이에 개재되는 단위 가스켓들과, 상기 단위 가스켓들과 일체로 연결되며 상기 단위 셀들의 적층 방향으로 배치되는 연결부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 단위 가스켓들 사이에는 상기 단위 셀들의 막-전극 어셈블리 및 분리판의 가장자리 부분이 끼워질 수 있는 실링홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 연결부의 양단은 상기 실링홈의 공간을 상기 단위 셀들의 적층 방향으로 확장할 수 있도록 상기 연결부를 신장시키기 위한 픽업단으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택은, 상기 실링홈의 공간이 확장된 상태에서, 상기 단위 셀들의 가장자리 부분이 적층 방향을 따라 상기 실링홈에 끼워지며 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 가스켓은 상기 단위 가스켓들 및 연결부를 포함하며 상기 전기 발생 집합체의 한 쪽 측면에 배치되는 판 형태의 제1 가스켓 몸체와, 상기 단위 가스켓들과 연결부를 포함하며 상기 전기 발생 집합체의 나머지 측면들에 배치되는 "ㄷ" 형태의 제2 가스켓 몸체를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스켓 몸체는 접착제 혹은 실링제를 통해 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 단위 셀들의 적층 방향으로 일체화되며 그 단위 셀들의 가장자리 사이를 실링하는 가스켓을 포함하므로, 단위 셀들의 적층 시 가스켓 자체가 정렬 가이드 역할을 하기 때문에 별도의 가이드 장치를 필요로 하지 않는다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 단위 셀들의 적층 방향으로 일체화 된 가스켓을 통해 단위 셀들의 적층 시 이들의 구조적인 안정성 및 적층 정렬도를 향상시킬 수 있으며, 전기 발생 집합체의 측면을 완전히 감싸는 일체화 된 가스켓을 통해 스택 내의 반응 소스 기체나 수분이 외부로 유출되는 것을 완벽하게 차단할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 단위 가스켓들이 단위 셀들의 적층 방향으로 배치된 연결부에 일체로 연결되며, 신축성을 지닌 고무 소재로 이루어진 가스켓을 포함하므로, 외부에서 연료전지 스택에 충격이 가해질 경우에 가스켓이 충격을 완충시킴으로써 연료전지 스택을 안전하게 보호할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 단위 셀들의 수리 및 교체가 필요한 경우, 가스켓을 신장시키게 되면 단위 셀들을 용이하게 분리할 수 있으므로, 연료전지 스택의 유지 및 보수 관리가 용이해질 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 및 이를 이용하여 조립한 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 일부 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 및 이를 이용하여 연료전지 스택을 조립하는 과정을 개략적으로 도시한 일부 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓을 적용 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓을 제작하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 일 예의 연료전지용 가스켓을 이용하여 연료전지 스택을 조립하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

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.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

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.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 일부 단면 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(100)은 반응 소스인 연료 및 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 전기 발생 집합체(10)로 이루어진다. 예를 들면, 연료전지 스택(100)은 연료전지 차량에 채용되는 연료전지 시스템에 적용될 수 있다.

여기서, 연료전지 스택(100)은 다수 개의 단위 셀들(20)(당 업계에서는 통상적으로 "단위 전지" 또는 "연료 전지" 라고도 한다)이 적층된 전기 발생 집합체(10)로 구성될 수 있다.

각각의 단위 셀(20)은 막-전극 어셈블리(MEA)(21)를 사이에 두고 이의 양측에 분리판(23)을 배치하여 구성될 수 있다. 이 경우 막-전극 어셈블리(21)의 애노드 전극 측에 밀착되는 분리판은 산화극 플레이트로 정의될 수 있으며, 막-전극 어셈블리(21)의 캐소드 측에 밀착되는 분리판은 환원극 플레이트로 정의될 수 있다.

이하에서는 도면을 기준으로 하여 각각의 구성 요소들을 설명하는데, 단위 셀들(20)이 상하 방향 및 좌우 방향으로 적층되는 것을 예로 하여 설명하기로 한다.

한편, 상기한 바와 같은 연료전지 스택(100)은 단위 셀들(20)의 가장자리 사이를 실링하며 반응 소스의 기체나 수분이 스택 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓(200)을 포함하고 있다.

상기 연료전지용 가스켓(200)은 단위 셀들(20)의 가장자리 사이 및 그 단위 셀(20)을 구성하는 막-전극 어셈블리(21)와 분리판들(23)의 가장자리 부분 사이에 개재된다. 이러한 연료전지용 가스켓(200)의 구성은 뒤에서 더욱 자세하게 설명될 것이다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(100)은 가스켓(200)의 구조를 개선하여 단위 셀들(20)의 적층 시 그 단위 셀들(20)의 구조적인 안정성 및 적층 정렬도를 향상시킬 수 있고, 단위 셀들(20)의 기밀성을 높일 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지 스택(100)은 전기 발생 집합체(10)의 적어도 한 쪽 측면에 배치되고, 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 일체화되며 그 단위 셀들(20)의 가장자리 사이를 실링하는 가스켓(200)을 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 가스켓(200)은 신축성을 지닌 고무 소재로 이루어지는 바, 단위 셀들(20)의 가장자리 사이에 개재되는 단위 가스켓들(31)과, 단위 가스켓들(31)과 일체로 연결되는 연결부(33)를 포함하고 있다.

상기 단위 가스켓들(31)은 단위 셀들(20)의 사이 즉, 단위 셀(20)을 구성하는 막-전극 어셈블리(21)와 분리판들(23)의 가장자리 부분 사이에 개재된다. 상기 단위 가스켓들(31)은 단위 셀들(20)의 적층 방향을 따라 연결부(33)에 일체로 연결될 수 있다.

여기서, 상기 단위 가스켓들(31) 사이에는 단위 셀들(20)의 막-전극 어셈블리(21) 및 분리판(23)의 가장자리 부분이 끼워질 수 있는 공간을 지닌 실링홈(35)이 형성된다.

즉, 상기 단위 가스켓들(31)은 연결부(33)에 일체로 연결되며, 이들 사이에 단위 셀들(20)의 막-전극 어셈블리(21) 및 분리판(23)의 가장자리 부분이 끼워질 수 있는 실링홈(35)을 형성한다.

상기 연결부(33)는 단위 가스켓들(31)이 일체로 연결되면서 전기 발생 집합체(10)의 적어도 한 쪽 측면에 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 배치된다.

상기 단위 셀들(20)의 적층 방향(도면에서의 상하 방향)에 따른 연결부(33)의 양단은 그 연결부(33)를 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 신장시키며 단위 가스켓들(31) 사이 실링홈(35)의 공간을 확장하기 위한 픽업단(37)으로 이루질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 및 이를 이용하여 연료전지 스택을 조립하는 과정을 개략적으로 도시한 일부 단면 구성도이다.

도 2에서와 같이, 상기한 픽업단(37)은 별도의 신장 치구(도면에 도시되지 않음)에 물리는 부분으로, 그 신장 치구는 연결부(33)의 양단인 픽업단(37)을 물은 상태에서 그 연결부(33)를 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 신장시킬 수 있다. 이에 상기 단위 가스켓들(31) 사이 실링홈(35)의 공간은 신장 치구에 의해 신장되는 연결부(33)에 의해 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 확장될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같이 신장 치구를 통해 단위 가스켓들(31) 사이 실링홈(35)의 공간을 확장한 상태에서, 단위 셀들(20)의 가장자리 부분을 그 단위 셀들(20)의 적층 방향을 따라 실링홈(35)의 공간으로 끼우며 연료전지 스택(100)의 전기 발생 집합체(10)를 조립할 수 있다.

여기서, 상기 단위 가스켓들(31) 사이의 실링홈(35)은 단위 셀들(20)의 막-전극 어셈블리(21)와 분리판(23)을 정렬을 유도하는 가이드 역할을 하게 된다.

그리고 나서, 상기 신장 치구를 연결부(33)의 픽업단(37)으로부터 제거하게 되면, 그 연결부(33)가 원래의 형태로 수축되면서 실링홈(35)들에 개재된 단위 셀들(20)의 가장자리 부분을 단위 가스켓들(31)을 통해 지지할 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓(200)은 단위 셀들(20)이 적층된 전기 발생 집합체(10)에 대하여 한 쪽 측면에 배치되며, 단위 셀들(20)의 기밀을 유지할 할 수 있다.

대안으로서, 이와 같은 연료전지용 가스켓(200)은 도 3의 (a)에서와 같이, 전기 발생 집합체(10)의 한 쪽 측면 및 이와 마주하는 다른 한 쪽 측면에 배치되며, 단위 셀들(20)의 기밀을 유지할 수도 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓(200)은 도 3의 (b)에서와 같이, 전기 발생 집합체(10)의 사방 측면에 배치되며, 단위 셀들(20)의 기밀을 유지할 수도 있다.

여기서, 도 3의 (b)에서와 같은 상기 연료전지용 가스켓(200)은 전기 발생 집합체(10)의 한 쪽 측면에 배치되는 판 형태의 제1 가스켓 몸체(51)와, 전기 발생 집합체(10)의 나머지 측면들에 배치되며 그 측면들에 대응하는 부분이 상호 연결된 제2 가스켓 몸체(71)를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제2 가스켓 몸체(71)는 "ㄷ" 형태로 이루어지는 바, 제1 가스켓 몸체(51)에 대응하는 측면을 제외한 나머지 측면들에 배치되며, 단위 셀들(20)의 기밀을 유지할 수 있다. 상기한 제2 가스켓 몸체(71)는 제1 가스켓 몸체(51)와 별개로서 구비되는 바, 이러한 제1 및 제2 가스켓 몸체(51, 71)는 접착제 또는 실링제(79)를 통해 상호 연결(접착)될 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓(200)은 도 4에서와 같이 금형을 이용한 사출 방식으로 제작될 수 있는데, 우선 본 발명의 실시예에서는 가스켓(200)에 실링홈(35: 이하 도 1 참조)을 형성하기 위한 핀들(301)과 단위 가스켓들(31: 이하 도 1 참조)에 대응하는 공간을 지닌 제1 금형(303)과, 가스켓(200)의 연결부(33: 이하 도 1 참조)에 대응하는 공간을 지닌 제2 금형(305)을 결합한다(S11).

이 후, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 및 제2 금형(303, 305)이 결합되며 형성된 공간으로 고무액을 주입하고(S12), 일정 시간이 지난 후에 제1 및 제2 금형(303, 305)을 분리하게 되면 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓(200)을 제작할 수 있다(S13).

여기서, 단위 셀들의 막-전극 어셈블리와 분리판의 두께가 얇아 제1 금형(303)을 제작하기가 어렵다면, 본 발명의 실시예에서는 가스켓(200)의 두께에 해당하는 블록과 분리판 혹은 막-전극 어셈블리 두께의 판을 교대로 적층하여 제1 금형(303)을 제작할 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 고무액의 사출성을 높이기 위해 제1 금형(303)에 복수 개의 구멍들(307)을 형성할 수도 있다. 더 나아가 본 발명의 실시예에서는 사출 후 성형된 가스켓(200)과 금형들(303, 305)의 분리를 용이하게 하기 위해 금형들(303, 305) 내부에 금형 윤활제를 도포할 수도 있다.

그리고 본 발명의 실시예에서 가스켓의 성형이 완료된 후에는 금형들(303, 305)로부터 가스켓(200)을 분리하는 경우, 위에서 언급한 바 있는 구멍들(307)에 남아 있는 불필요한 고무 소재를 제거하는 것이 좋다.

다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓(200)은 도 5에서와 같이 금형을 이용한 가스켓의 성형 후 단위 가스켓(31) 부분을 절단하여 실링홈(35)을 가공할 수도 있다.

이 방법은 우선 단위 가스켓들(31)에 대응하는 공간을 지닌 제1 금형(403)과, 가스켓(200)의 연결부(33)에 대응하는 공간을 지닌 제2 금형(405)을 결합한다(S21).

이 후, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 및 제2 금형(403, 405)이 결합되며 형성된 공간으로 고무액을 주입하고, 제1 및 제2 금형(403, 405)을 분리하게 되면 연결부(33)에 단위 가스켓(31) 부위가 일체로 형성된 가스켓 블록(407)을 제작할 수 있다(S22).

그리고 나서, 절단용 치구(411)를 이용하여 가스켓 블록(407)의 단위 가스켓(31) 부위를 절단하며(S23), 연결부(33)에 단위 가스켓들(31)이 일체로 연결되고 그 단위 가스켓들(31) 사이에 실링홈(35)이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 가스켓(200)을 제작할 수 있다(S24).

여기서, 본 발명의 실시예에서는 절단용 치구(411)를 이용하여 가스켓 블록(407)의 단위 가스켓(31) 부위를 절단하는 경우, 절단용 치구(411)를 수평 방향으로 이동시키며 가스켓 블록(407)의 단위 가스켓(31) 부위를 한번에 절단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 절단용 치구(411)를 판형으로 제작하고, 그 절단용 치구(411)를 지면에 수직한 방향으로 이동시키며 가스켓 블록(407)의 단위 가스켓(31) 부위를 절단할 수도 있다.

이하에서는 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓(200)을 이용하여 연료전지 스택(100)을 조립하는 과정을 설명하는데, 앞서 개시한 도면들 및 도 3의 (b)에서와 같은 연료전지용 가스켓(200)을 예로 들어 연료전지 스택(100)을 제조하는 과정을 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 일 예의 연료전지용 가스켓을 이용하여 연료전지 스택을 조립하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 본 발명의 실시예에서는 도 6의 (a)에서와 같이, 신장 치구(도면에 도시되지 않음)를 이용하여 제2 가스켓 몸체(71)를 단위 셀들(20)의 적층 방향(도면에서의 좌우 방향)으로 신장시킨다.

그러면, 연결부(33)가 신장 치구에 의해 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 신장됨에 따라, 단위 가스켓들(31) 사이의 실링홈(35)의 공간은 신장 치구에 의해 신장되는 연결부(33)에 의해 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 확장될 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에서는 제2 가스켓 몸체(71)가 신장 치구에 의해 파손되거나 절단되지 않는 한도 내에서 제2 가스켓 몸체(71)를 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 신장시키며 그 단위 셀들(20)이 삽입될 수 있는 공간을 확보한다.

그런 다음, 본 발명의 실시예에서는 단위 셀(20)의 막-전극 어셈블리나 분리판이 중력에 의해 쳐지는 것을 방지할 수 있도록 제2 가스켓 몸체(71)를 아래 쪽에 위치시키고, 공간이 확장되어 있는 실링홈(35)으로 단위 셀들(20)의 가장자리 부분을 순차적으로 삽입한다. 이 경우, 단위 셀들(20)은 이송용 치구(81)에 규제된 상태로 이송되며 제2 가스켓 몸체(71)의 실링홈(35)에 순차적으로 삽입될 수 있다.

이와 같은 과정을 부연 설명하면, 본 발명의 실시예에서는 중력 방향으로 단위 셀들(20)의 막-전극 어셈블리와 분리판을 제2 가스켓 몸체(71)의 실링홈(35)에 삽입함에도 불구하고 단위 셀들(20)의 평면성이 유지되지 않는 경우, 이송용 치구(81)를 통해 단위 셀들(20)의 양쪽에 장력을 가하여 단위 셀들(20)의 평면성을 유지할 수 있다.

이 때, 상기 이송용 치구(81)는 단위 셀들(20)이 제2 가스켓 몸체(71)의 실링홈(35)에 삽입될 때 방해가 되지 않도록 단위 셀들(20)의 외각선 보다 다소 안쪽을 규제하는 것이 바람직하다.

이와 같이 이송용 치구(81)를 통해 단위 셀(20)에 장력을 부여한 상태로 그 단위 셀(20)을 제2 가스켓 몸체(71)의 실링홈(35)에 삽입한 후에는 이송용 치구(81)를 벌려 단위 셀(20)을 실링홈(35)에 남겨두고, 다음 단위 셀(20)의 삽입을 위한 위치로 이송용 치구(81)를 이동시킨다.

여기서, 상기 이송용 치구(81)는 이미 삽입이 완료된 단위 셀(20)에 간섭되지 않도록 얇아야 하며, 단위 셀(20)의 규제를 해제하기 위해 벌어지는 최대거리도 이미 삽입되어 있는 단위 셀(20)에 간섭되지 않을 정도이어야 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기한 바와 같은 일련의 과정을 반복하여 단위 셀들(20)의 적층이 완료되면, 도 6의 (b)에서와 같이 제1 가스켓 몸체(51)를 신장 치구를 통해 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 신장시키며, 제2 가스켓 몸체(71)에 대응하는 단위 셀들(20)의 적층면을 제외한 나머지 적층면에 상기 제1 가스켓 몸체(51)를 삽입한다.

즉, 상기 나머지 적층면의 단위 셀들(20) 가장자리 부분을 제1 가스켓 몸체(51)의 실링홈(35)에 삽입한다.

상기한 바와 같이 제1 및 제2 가스켓 몸체(51, 71)에 대한 단위 셀들(20)의 삽입이 완료되면, 도 6의 (c)에서와 같이 제1 및 제2 가스켓 몸체(51, 71)의 신장을 해제하고, 제1 및 제2 가스켓 몸체(51, 71)를 접착제 또는 실링제(79)를 통해 상호 연결하며, 단위 셀들(20)이 순차적으로 적층된 전기 발생 집합체(10)를 압축한 상태로, 엔드 플레이트(91) 및 체결부재(93)를 체결하게 되면, 본 발명의 실시예에 의한 연료전지 스택(100)의 제작이 완료된다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(100)에 의하면, 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 일체화되며 그 단위 셀들(20)의 가장자리 사이를 실링하는 가스켓(200)을 포함하므로, 단위 셀들(20)의 적층 시 그 가스켓(200) 자체가 정렬 가이드 역할을 하기 때문에 별도의 가이드 장치를 필요로 하지 않는다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 일체화 된 가스켓(200)을 통해 단위 셀들(20)의 적층 시 이들의 구조적인 안정성 및 적층 정렬도를 향상시킬 수 있으며, 전기 발생 집합체(10)의 측면을 완전히 감싸는 일체화 된 가스켓(200)을 통해 스택 내의 반응 소스 기체나 수분이 외부로 유출되는 것을 완벽하게 차단할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 단위 가스켓들(31)이 단위 셀들(20)의 적층 방향으로 배치된 연결부(33)에 일체로 연결되며, 신축성을 지닌 고무 소재로 이루어진 가스켓(200)을 포함하므로, 외부에서 연료전지 스택(100)에 충격이 가해질 경우에 가스켓(200)이 충격을 완충시킴으로써 연료전지 스택(100)을 안전하게 보호할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 단위 셀들(20)의 수리 및 교체가 필요한 경우, 가스켓(200)을 신장시키게 되면 단위 셀들(20)을 용이하게 분리할 수 있으므로, 연료전지 스택(100)의 유지 및 보수 관리가 용이해질 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

10... 전기 발생 집합체 20... 단위 셀
21... 막-전극 어셈블리 23... 분리판
31... 단위 가스켓 33... 연결부
35... 실링홈 37... 픽업단
51... 제1 가스켓 몸체 71... 제2 가스켓 몸체
81... 이송용 치구 91... 엔드 플레이트
93... 체결부재 200... 가스켓
301... 핀 303, 403... 제1 금형
305, 405... 제2 금형 307... 구멍
407... 가스켓 블록 411... 절단용 치구

Claims (14)

1. 다수 매의 단위 셀들이 적층된 연료전지 스택에서 상기 단위 셀들 사이의 기밀을 유지하는 연료전지용 가스켓에 있어서,
   상기 단위 셀들의 적층 방향으로 신장 및 수축 가능하게 구비되되, 상기 단위 셀들의 가장자리 사이에 개재되는 단위 가스켓들과, 상기 단위 가스켓들과 일체로 연결되며 상기 단위 셀들의 적층 방향으로 배치되는 연결부를 포함하며,
   상기 단위 가스켓들 사이에는 상기 단위 셀들의 막-전극 어셈블리 및 분리판의 가장자리 부분이 끼워질 수 있는 실링홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 단위 가스켓들 및 연결부는 신축성을 지닌 고무 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 단위 셀들의 적층 방향에 따른 상기 연결부의 양단은,
   상기 연결부를 상기 단위 셀들의 적층 방향으로 신장시키며 상기 단위 가스켓들 사이의 공간을 확장하기 위한 픽업단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 가스켓은,
   상기 연료전지 스택의 적어도 한 쪽 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 가스켓은,
   상기 연료전지 스택의 한 쪽 측면에 배치되는 판 형태의 제1 가스켓 몸체와,
   상기 연료전지 스택의 나머지 측면들에 배치되는 "ㄷ" 형태의 제2 가스켓 몸체
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓.
9. 다수의 단위 셀들이 연속적으로 적층된 전기 발생 집합체를 형성하는 연료전지 스택에 있어서,
   신축성을 지닌 고무 소재로 이루어지며, 상기 단위 셀들의 가장자리 사이를 실링하는 가스켓을 포함하고,
   상기 가스켓은 상기 전기 발생 집합체의 적어도 한 쪽 측면에 배치되며 상기 단위 셀들의 적층 방향으로 일체화되되,
   상기 가스켓은 상기 단위 셀들의 가장자리 사이에 개재되는 단위 가스켓들과, 상기 단위 가스켓들과 일체로 연결되며 상기 단위 셀들의 적층 방향으로 배치되는 연결부를 포함하고,
   상기 단위 가스켓들 사이에는 상기 단위 셀들의 막-전극 어셈블리 및 분리판의 가장자리 부분이 끼워질 수 있는 실링홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제9 항에 있어서,
    상기 연결부의 양단은 상기 실링홈의 공간을 상기 단위 셀들의 적층 방향으로 확장할 수 있도록 상기 연결부를 신장시키기 위한 픽업단으로 이루어지며,
    상기 실링홈의 공간이 확장된 상태에서, 상기 단위 셀들의 가장자리 부분이 적층 방향을 따라 상기 실링홈에 끼워지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
13. 제9 항에 있어서,
    상기 가스켓은,
    상기 단위 가스켓들 및 연결부를 포함하며, 상기 전기 발생 집합체의 한 쪽 측면에 배치되는 판 형태의 제1 가스켓 몸체와,
    상기 단위 가스켓들과 연결부를 포함하며, 상기 전기 발생 집합체의 나머지 측면들에 배치되는 "ㄷ" 형태의 제2 가스켓 몸체
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가스켓 몸체는 접착제 혹은 실링제를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.

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