KR101678550B1 - End plate and wire clamping for fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
연료전지 스택 와이어 체결방법에 관한 기술로, 연료전지 스택의 경량화, 스택에 고른 체결력 제공 및 체결압 감소 문제를 완화하는 것을 목적으로 한다. 이의 수단으로 박판 형상의 밑판, 구조격자 및 와이어 거치링을 포함하는 엔드 플레이트와 고강도 아라미드 섬유 또는 탄소섬유 와이어 및 와이어 스틱을 포함하는 연료전지 스택 와이어 체결방법을 제공한다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell stack wire fastening method, and aims to lighten the fuel cell stack, to provide uniform fastening force to the stack, and to alleviate the problem of reducing the tightening pressure. By this means, there is provided a fuel cell stack wire fastening method comprising an end plate including a thin plate shaped base plate, a structural grating and a wire mounting ring, and a high strength aramid fiber or carbon fiber wire and a wire stick.
Description
본 발명은 연료전지 스택의 엔드 플레이트 및 이를 포함하는 스택 와이어 체결방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 스택 체결에 있어서, 질량이 큰 요소를 제거하고 경량 소재 및 구조를 갖도록 한 연료전지 스택의 엔드 플레이트 및 이를 포함하는 스택 와이어 체결방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
고분자막 전해질 연료전지의 단위 셀은 일반적으로 수소가 산화되는 산화전극(anode), 산소가 공급되어 환원반응이 일어나는 환원전극(cathode) 및 그 사이에 수소이온이 전달되는 고분자막 전해질을 포함하며, 이를 일체화 시킨 것을 전극막 복합체(Membrane-Electrode Assembly, MEA)라고 한다. The unit cell of the polymer electrolyte membrane fuel cell generally includes an anode in which hydrogen is oxidized, a cathode in which oxygen is supplied to cause a reduction reaction, and a polymer electrolyte in which hydrogen ions are transferred therebetween. Is referred to as a membrane-electrode assembly (MEA).
전술한 단위 셀의 출력전압은 0.6V 내지 1V로 고분자막 전해질 연료전지를 실제적으로 사용하는데 있어서, 단위 셀의 출력은 적합하지 못하며 실용적인 출력을 얻기 위해 연료전지 단위 셀을 직렬로 적층한 연료전지 스택을 제조하여 다양한 분야의 전력공급장치로 활용하고 있다.The output voltage of the above-mentioned unit cell is practically used in the range of 0.6V to 1V. In this case, the output of the unit cell is not suitable. In order to obtain a practical output, a fuel cell stack in which fuel cell unit cells are stacked in series And is used as a power supply device in various fields.
연료전지 스택은 일반적으로 다수 개의 전극막 복합체를 적층하되, 그 사이에 전극막 복합체를 지지하고 유체의 출입을 위한 통로가 마련된 분리판과 상기 분리판의 양단에 마련되는 전류 집전판 및 이들 구성요소를 지지하기 위한 엔드 플레이트로 구성된다. The fuel cell stack generally comprises a separator plate having a plurality of electrode membrane composites stacked therebetween, a support for supporting the electrode membrane composites therebetween and having a passage for fluid entry and exit, a current collecting plate provided at both ends of the separator plate, And an end plate for supporting the end plate.
이때, 연료전지 스택에 작용하는 면압의 크기 및 분포가 적절하지 못하면 반응기체의 누설 및 접촉저항 상승에 의해 전기에너지의 손실을 유발하기 때문에, 적절한 체결압 및 체결력을 가하여 스택을 체결하는 것은 필수적인 사항이다. If the size and distribution of the surface pressure acting on the fuel cell stack is not proper, leakage of the reaction gas and increase of the contact resistance cause loss of electric energy. Therefore, it is essential to tighten the stack by applying appropriate tightening pressure and tightening force to be.
연료전지 스택을 체결하기 위한 장치와 방법은 종래 기술에 다수 개시되어 있으며, 이의 일 예로 대한민국공개특허 제10-2011-0054604호는 강선로프 및 라쳇을 이용하여 연료전지 스택 체결 시 조립성을 향상시키고 이를 견고하게 유지시키는 연료전지 스택 체결장치에 관한 기술을 개시하고 있다. A plurality of apparatuses and methods for fastening a fuel cell stack have been disclosed in the prior art. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0054604 discloses a method for improving assemblability of a fuel cell stack using a steel wire rope and a ratchet And a fuel cell stack fastening apparatus which firmly holds the fuel cell stack.
또한, 대한민국공개특허 제 10-2014-0121730호는 연료전지 스택의 외주면에 고정부재를 형성하고 I자 형태의 체결부재와 결합시켜 체결력을 향상시킬 수 있는 연료전지에 대하여 개시하고 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0121730 discloses a fuel cell capable of improving the fastening force by forming a fixing member on the outer circumferential surface of the fuel cell stack and engaging with an I-shaped fastening member.
전술한 기술을 포함하는 종래 기술들은 연료전지 스택 체결에 있어서, 중량이 큰 체결봉, 볼트, 너트 및 스프링을 포함하여 연료전지 스택을 체결하고 있다. Prior art techniques including the above-described techniques have been used for fastening a fuel cell stack, including a heavy-weight fastening rod, a bolt, a nut, and a spring in a fuel cell stack fastening.
한편, 최근에 고분자막 전해질 연료전지를 무인기의 추진 동력원 및 휴대용 전원으로 적용하고자 하는 연구가 활성화되면서, 연료전지 스택의 경량화 기술에 대한 필요성이 증가하고 있다. Meanwhile, as researches for applying a polymer electrolyte fuel cell as a propulsion power source for a UAV and a portable power source have recently been activated, there is a growing need for a lightweight technology for a fuel cell stack.
따라서, 기존의 스택 체결법에서 필수적으로 요구되는 균일한 체결압, 기체의 누설 방지 이외에 연료전지 스택을 경량화하면서 효율적인 스택 체결법에 관한 기술 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a technique for efficiently stacking the fuel cell stack while reducing the weight of the fuel cell stack, in addition to the uniform tightening pressure and gas leakage required in the conventional stacking method.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 연료전지 스택 체결에 있어서 체결봉, 두꺼운 금속 엔드 플레이트, 스프링과 같은 질량이 큰 요소들을 제거하고, 경량 구조의 엔드 플레이트 및 이를 활용한 연료전지 스택-와이어 구조체를 제공한다.In order to solve the problems of the prior art, the present invention has been made to solve the problems of the prior art by eliminating massive elements such as a fastening rod, a thick metal end plate and a spring in a fuel cell stack fastening, Lt; / RTI >
또한, 본 발명은 연료전지 스택을 경량화하되, 스택에 작용하는 면압의 크기 및 분포를 적절하고 균일하게 유지할 수 있는 효율적인 연료전지 스택 와이어 체결방법을 제공한다. The present invention also provides an efficient fuel cell stack wire fastening method capable of reducing the weight of the fuel cell stack, and maintaining the size and distribution of the surface pressure acting on the stack appropriately and uniformly.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. There will be.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예는 박판 형상의 밑판, 밑판상에 결합되는 구조격자 및 구조격자의 일면에 결합되는 와이어 거치링을 포함하는 엔드 플레이트를 제공한다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention provides an end plate including a base plate having a thin plate shape, a structure grating coupled on the base plate, and a wire holding ring coupled to one surface of the structure grating.
또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 엔드 플레이트의 밑판에는 유체의 출입을 위한 매니폴드가 다수 개 마련되어 있는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 매니폴드는 돌출형 구조물인 것을 특징으로 한다. In addition, in the embodiment of the present invention, the bottom plate of the end plate may be provided with a plurality of manifolds for entering and exiting the fluid, and the manifold is a protruding structure.
또한, 본 발명의 실시예에서 구조격자는 사각형 또는 허니콤 형태의 격벽으로 마련되는 것을 특징으로 한다.Also, in the embodiment of the present invention, the structural lattice is characterized by being provided with a rectangular or honeycomb type partition wall.
이때, 상기 격벽 내에 마련된 공부에 다수개의 매니폴드가 체결될 수 있는 것을 특징으로 한다.At this time, a plurality of manifolds can be fastened to the workpiece provided in the partition wall.
본 발명의 실시예에서, 와이어 거치링의 하단에는 구조격자와 결합하기 위한 다수개의 제 1 홈이, 상단에는 와이어가 거치되기 위한 다수개의 제 2 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다. In an embodiment of the present invention, a plurality of first grooves for engaging with the structural grating are formed at the lower end of the wire holder ring, and a plurality of second grooves for receiving the wires are formed at the upper end.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서 연료전지 스택-와이어 구조체는 복수개의 단위셀이 적층된 연료전지 스택, 이의 일측에 마련된 제 1 엔드 플레이트, 반대편 일측에 마련된 제 2 엔드 플레이트, 상기 스택과 엔드 플레이트를 감싸는 와이어 및 와이어에 장력을 부여하고 풀림을 방지하는 와이어 스틱을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. Further, in another embodiment of the present invention, the fuel cell stack-wire structure includes a fuel cell stack in which a plurality of unit cells are stacked, a first end plate provided on one side thereof, a second end plate provided on the opposite side, And a wire stick which imparts tension to the wire and prevents the wire from being unwound.
이때, 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트는 박판 형태의 밑판, 구조격자 및 와이어 거치링을 포함하는 것을 특징으로 하며, 구조격자는 사각형 또는 허니콤 형태의 격벽으로 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the first end plate and the second end plate are characterized by including a base plate in the form of a thin plate, a structural grating, and a wire holder ring, wherein the structural grating is provided with a rectangular or honeycomb type partition wall .
또한, 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트에 포함된 와이어 거치링은 다수 개의 홈이 마련되어 있는 것을 특징으로 할 수도 있다.Further, the wire holder ring included in the first end plate and the second end plate may be characterized in that a plurality of grooves are provided.
본 발명의 실시예에서, 연료전지 스택-와이어 구조체에 포함되는 와이어는 케블라(Kevlar), 트와론(Twaron), 테크노라(Technora), 헤라크론(Heracron) 중 1종 이상을 포함하는 아라미드 섬유이거나 폴리아크릴로 니트릴계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유 중 1종 이상을 포함하는 고강도 탄소섬유인 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, the wire included in the fuel cell stack-wire structure is an aramid fiber comprising at least one of Kevlar, Twaron, Technora, Heracron, Or a high-strength carbon fiber comprising at least one of polyacrylonitrile-based carbon fiber and pitch-based carbon fiber.
아울러, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 연료전지 스택 와이어 체결방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack wire fastening method.
본 발명의 실시예에서, 연료전지 단위 셀, 집전판 및 엔드 플레이트를 적층하여 연료전지 스택을 마련하는 단계, 연료전지 스택을 가압하여 체결력을 가하는 단계, 체결력이 가해진 상태에서 와이어를 감아 매듭을 짓는 단계 및 가압을 해제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, a fuel cell stack is prepared by laminating a fuel cell unit cell, a current collecting plate and an end plate, pressing the fuel cell stack to apply a fastening force, And releasing the pressure.
또한, 본 발명의 연료전지 스택 와이어 체결방법에 있어서, 스택에 와이어를 감아 매듭을 짓는 단계는 스택의 측면에 와이어를 감는 단계, 와이어 끝단을 묶어 와이어 스틱을 삽입하는 단계 및 와이어 스틱을 회전시켜 미리 정해진 장력을 가하는 단계, 와이어 스틱을 눕혀 양쪽 끝단에 와이어를 감아 풀리지 않게 고정하는 단계를 포함하여 연료전지 스택을 체결 할 수 있다.Further, in the fuel cell stack wire fastening method of the present invention, the step of winding a wire on the stack to form a knot includes winding a wire on a side of the stack, inserting a wire stick by tying the wire end, A step of applying a predetermined tension, and a step of laminating the wire stick and winding the wires at both ends to fix the fuel cell stack in a non-releasable manner.
본 발명의 실시예에 따르면, 연료전지용 엔드 플레이트에 포함된 구조격자는 연료전지의 경량화에 기여하고 스택에 대하여 고른 체결력을 가하는 동시에 엔드 플레이트의 굽힘 변형을 최소화 할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the structural lattice included in the end plate for a fuel cell contributes to the weight reduction of the fuel cell and can provide a uniform tightening force to the stack, while minimizing bending deformation of the end plate.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 와이어는 인장 시 거의 늘어나지 않는 고강도 아라미드 섬유 또는 탄소섬유를 사용하여 연료전지의 경량화에 기여할 수 있다.Further, the wire according to the embodiment of the present invention can contribute to weight reduction of the fuel cell by using high strength aramid fiber or carbon fiber which hardly stretches when stretched.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택 와이어 체결방법은 가압하여 스택을 와이어로 감고 매듭을 지어 체결을 완료한 이후에도 와이어에 불필요한 여유분이 없어 필요로 하는 장력을 유지하여 체결압력이 감소하는 것을 최소화 할 수 있다.In addition, the method for fastening a fuel cell stack wire according to an embodiment of the present invention is that a tightening force is reduced by maintaining a necessary tension because there is no unnecessary extra portion in a wire even after the wire is tightened by pressing the wire, Can be minimized.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도 1은 종래 연료전지 스택 체결구조를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 엔드 플레이트를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 엔드 플레이트를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트의 밑판을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트의 구조격자를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트의 와이어 거치링을 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-와이어 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 와이어 체결방법을 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 와이어의 매듭짓는 단계를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 와이어 매듭 부분을 확대하여 나타낸 개략도이다.1 is an exploded perspective view showing a conventional fuel cell stack fastening structure.
2 is a perspective view illustrating an end plate of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view showing an end plate of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing a bottom plate of an end plate according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view showing a structural grating of an end plate according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view showing a wire holder ring of an end plate according to an embodiment of the present invention.
7 is a perspective view illustrating a stack-wire structure according to one embodiment of the present invention.
8 is a schematic view showing a method of fastening a fuel cell stack wire according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic view showing a step of knotting a fuel cell stack wire according to an embodiment of the present invention.
10 is an enlarged schematic view showing a portion of a fuel cell stack wire knot according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" (connected, connected, coupled) with another part, it is not only the case where it is "directly connected" "Is included. Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the following description, and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.
도 1은 종래 연료전지 스택의 체결구조를 나타내는 도면으로 이를 참조하면, 기존의 연료전기 스택 체결장치는 굽힘 변형을 작게 하기 위해 강도가 크고 두꺼운 두꺼운 금속 엔드 플레이트(2)를 포함하고, 상기 엔드 플레이트 또는 이와 별도로 마련된 금속판에 강철소재의 체결봉(1)을 체결하기 위하여 볼트(3)와 너트(4) 같은 구성요소를 포함하고 있으며, 이들이 연료전지 스택에서 차지하는 무게 비중은 작지 않다.FIG. 1 is a view showing a fastening structure of a conventional fuel cell stack. Referring to FIG. 1, a conventional fuel electric stack fastening apparatus includes a thick and thick thick
또한, 체결봉을 이용한 체결방식은 체결봉이 엔드 플레이트의 가장자리에 위치하여 엔드 플레이트에 불균일한 체결압이 전달되는 구조이며, 이는 스택의 중앙 부분에서 면압 저하 및 접촉저항 증가를 유발하여 스택의 성능을 저하시키는 주원인으로 작용할 수 있다. Also, the fastening method using the fastening rods is a structure in which the fastening rods are positioned at the edges of the end plates and nonuniform fastening pressure is transmitted to the end plates. This causes a decrease in surface pressure and an increase in contact resistance at the center portion of the stack, It can act as a main cause of deterioration.
이러한 종래기술의 단점을 개선하고자 와이어나 밴드를 이용한 연료전지 스택 체결법이 개시되어 있으나, 강철 와이어나 밴드에 장력을 가하고 이를 고정하는 별도의 장치, 예를 들면 조임 기구, 라쳇, 스프링 등을 함께 포함하여 무인기의 소형 추진 전원과 같이 무게가 중요한 설계변수가 되는 경우 적합하지 못할 수 있다. In order to overcome the disadvantages of the prior art, a fuel cell stack fastening method using a wire or a band has been disclosed. However, a separate device for applying a tension to a steel wire or a band and fixing the steel wire or band such as a tightening mechanism, a ratchet, And may be unsuitable if weight is an important design variable, such as a small propulsion power source for UAVs, including.
이와 달리 본 발명은 연료전지 체결봉, 두꺼운 엔드 플레이트, 스프링과 같이 질량이 큰 요소들을 제거하고, 경량구조의 엔드 플레이트 및 이를 활용한 연료전지 스택-와이어 체결구조체 및 연료전지 스택 와이어 체결방법을 제공한다. Alternatively, the present invention provides an end plate of a lightweight structure, a fuel cell stack-wire fastening structure using the same, and a fuel cell stack wire fastening method by removing elements having a large mass such as a fuel cell fastening rod, a thick end plate, and a spring do.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 2 내지 도 10을 참조하여 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to Figs. 2 to 10. Fig.
먼저, 연료전지 스택 와이어 체결을 위해 고안된 경량 구조의 엔드 플레이트에 대하여 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명한다.First, an end plate of a lightweight structure designed for fastening a fuel cell stack wire will be described with reference to Figs. 2 to 7. Fig.
본 발명에 따른 연료전지 스택의 엔드 플레이트(110)는 박판 형상의 밑판(10), 밑판(10)에 결합되는 구조격자(20) 및 구조격자(20) 상에 마련되는 와이어 거치링(30)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The
이때, 상기 밑판(10)의 일면에 연료로 사용되는 수소기체 및 산소 기체와 생성물인 물의 출입을 위하여 제 1 공부(5)를 포함하는 매니폴드(11)가 적어도 1 개 이상 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다. At this time, at least one
또한, 구조격자(20)는 도 5에 나타낸 바와 같이 사각형(20a) 또는 허니콤(20b) 형태의 격벽으로 마련된 것을 특징으로 할 수 있으며, 이와 같은 구조격자는 다수의 공부(6, 7)를 포함하여 스택의 경량화에 기여하며, 와이어를 체결하면서 가해진 힘을 고르게 분산시키고 와이어 체결 시 체결압에 의한 소재의 굽힘 변형을 최소화 할 수 있다는 이점을 갖는다. 이때, 사각형 구조격자에 마련된 공부를 제 2 공부(6), 허니콤형 구조격자에 마련된 공부를 제 3 공부(7)라고 한다. 5, the structure grating 20 may be formed as a partition wall in the form of a
아울러, 상기 구조격자(20)의 격벽 사이에 마련된 다수의 제 2 공부(6)에는 매니폴드(11)가 결합될 수 있으며, 이때 매니폴드(11)는 돌출형 구조물이며 결합력을 강화 시키기 위하여 육각기둥 형태로 제조하는 것이 바람직하다. The manifold 11 may be coupled to the plurality of
본 발명의 실시예에서 엔드 플레이트(110)에 포함되는 와이어 거치링(30)은 다수개의 홈이 형성되어 있으며, 와이어 거치링(30)의 하단에는 구조격자(20)와 결합하기 위하여 제 1 홈(31)이 마련되어 있고, 상기 와이어 거치링(30)의 상단에는 와이어가 거치되게 위한 제 2 홈(32)이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다. In the embodiment of the present invention, the
이때, 와이어 거치링(30)은 와이어 거치에 의한 압축력을 스택에 고르게 전달하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. At this time, the
이하, 상기 엔드 플레이트를 활용한 연료전지 스택-와이어 구조체에 대하여 설명한다. Hereinafter, the fuel cell stack-wire structure utilizing the end plate will be described.
먼저, 연료전지 스택은 다수 개의 단위 셀(40)이 적층 배치된 구조이며, 보다 구체적으로는 수소가 산화되는 산화전극, 산소가 공급되어 환원반응이 일어나는 환원전극 및 그 사이에 마련되는 고분자막 전해질을 포함하는 전극막 복합체, 전극막 복합체의 양측에 기체의 확산에 의한 변형을 방지하는 기체 확산층, 이의 양측에 유체의 출입을 위한 유로가 형성되어 있는 분리판 및 생성된 전기에너지를 수집하는 집전판을 적층 배치한 단위 셀(40)을 적어도 1개 이상 직렬 연결하는 것을 특징으로 할 수 있다. First, the fuel cell stack has a structure in which a plurality of
또한, 연료전지 스택은 그 양측에 연료전지에서 발생한 전류를 모아 외부회로로 공급하기 위한 집전판(140) 및 연료전지 스택을 지지하는 엔드 플레이트(110)를 포함할 수 있다. Further, the fuel cell stack may include a
이때, 전술한 연료전지 스택의 구성요소와 그 배치는 얼마든지 변형이 가능하고 생략 또한 가능함을 명시한다. At this time, it is specified that the above-described components and arrangements of the fuel cell stack are deformable and can be omitted.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택-와이어 구조체는 연료전지 단위 셀(40)을 복수 개 적층한 스택, 이의 일측에 마련되는 제 1 엔드 플레이트(110a), 반대편 일측에 마련되는 제 2 엔드 플레이트(110b), 상기 스택과 제 1 엔드 플레이트(110a) 및 제 2 엔드 플레이트(110b)를 감싸는 와이어(120) 및 와이어(120)에 장력을 부여하고 풀림을 방지하는 와이어 스틱(130)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The fuel cell stack-wire structure according to an embodiment of the present invention includes a stack of a plurality of fuel
본 발명에서 와이어는 케블라(Kevlar), 트와론(Twaron), 테크노라(Technora), 헤라크론(Heracron) 중 1종 이상을 포함하는 아라미드 섬유 또는 폴리아크릴로 니트릴계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유 중 1종 이상을 포함하는 고강도 탄소섬유일 수 있다. In the present invention, the wire may be an aramid fiber or a polyacrylonitrile-based carbon fiber including at least one of Kevlar, Twaron, Technora and Heracron, a pitch-based carbon fiber Or a high-strength carbon fiber including at least one of the carbon fibers.
본 발명의 바람직한 실시예에서 와이어는 아라미드 섬유 일 수 있으며, 이는 내열성이 우수하며 강철과 비교했을 때 5 내지 10 배의 강도를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the wire may be an aramid fiber, which is excellent in heat resistance and has a strength of 5 to 10 times higher than that of steel.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 와이어 체결방법에 대해 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of fastening a fuel cell stack wire according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 8 to 10. FIG.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 연료전지 스택 와이어 체결방법은 연료전지 단위 셀(40), 집전판(140), 제 1엔드 플레이트(110a) 및 제 2 엔드 플레이트(110b)를 적층하여 연료전지 스택을 마련하는 단계, 상기 연료전지 스택을 가압하여 체결력을 가하는 단계, 상기 체결력이 가해진 상태에서 와이어(120)를 감아 매듭을 짓는 단계 및 가압을 해제하는 단계를 포함할 수 있다. 8 to 10, a fuel cell stack wire fastening method includes stacking a fuel
이때, 와이어(120)를 감아 매듭을 짓는 단계는 연료전지 스택에 와이어(120)를 감는 단계, 상기 와이어(120)의 끝단을 묶어 와이어 스틱(130)을 삽입하는 단계 및 상기 와이어 스틱(130)을 회전시켜 연료전지 스택에 감긴 와이어 전체에 미리 정해진 장력을 가하는 단계, 와이어 스틱을 눕혀 양쪽 끝단에 와이어(120)를 감아 고정하는 단계를 포함하여 연료전지 스택에 가해지는 면압의 분포 및 크기를 적절하게 유지할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다. The step of wrapping the
이는 종래 기술과 비교하였을 때, 스프링, 볼트, 너트 및 고중량 조임기구 등을 포함하지 않으며, 와이어 스틱(130)을 이용해 와이어(120)에 장력을 가하고 이를 고정시키는 단순한 동작만으로 연료전지 스택을 체결 할 수 있으며, 체결 후 와이어(120)에 불필요한 여유분이 없어 체결압이 감소하는 것을 최소화 할 수 있다. This does not include a spring, a bolt, a nut, and a heavy weight tightening mechanism as compared with the prior art, and the fuel cell stack is tightened by a simple operation of applying a tension to the
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
100: 연료전지 스택
110: 엔드 플레이트
110a: 제 1 엔드 플레이트
110b: 제 2 엔드 플레이트
120: 와이어
130: 와이어 스틱
140: 집전판
10: 밑판
11: 매니폴드
20: 구조격자
20a: 사각형 구조격자
20b: 허니콤형 구조격자
30: 와이어 거치링
40: 단위셀
31: 제 1 홈
32: 제 2 홈
1: 체결봉
2: 엔드 플레이트
3: 볼트
4: 너트
5: 제 1 공부
6: 제 2 공부
7: 제 3 공부100: Fuel cell stack
110: end plate
110a: first end plate
110b: second end plate
120: wire
130: Wire stick
140: House front plate
10: Base plate
11: Manifold
20: Structural grating
20a: square structure grid
20b: Honeycomb type structure lattice
30: Wire mounting ring
40: Unit cell
31: First Home
32: 2nd home
1: Connecting rod
2: End plate
3: Bolt
4: Nut
5:
6: The second study
7: Third study
Claims (16)
복수개의 단위셀이 적층된 연료전지 스택;
상기 스택의 일측에 마련되는 제 1 엔드 플레이트;
상기 스택의 반대편 일측에 마련되는 제 2 엔드 플레이트;
상기 스택 및 엔드 플레이트를 감싸는 와이어; 및
상기 와이어에 장력을 부여하고 풀림을 방지하는 와이어 스틱; 을 포함하고,
상기 엔드 플레이트는 상기 스택에 대하여 고른 체결력을 가하는 동시에 경량화가 가능한 구조격자를 포함하고,
상기 와이어는 상기 스택을 체결한 이후에도 장력을 유지하여 상기 스택에 가해지는 체결력이 감소하는 현상을 최소화할 수 있는 경량화 소재인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택-와이어 구조체.
In a fuel cell stack-wire structure,
A fuel cell stack in which a plurality of unit cells are stacked;
A first end plate provided at one side of the stack;
A second end plate provided on the opposite side of the stack;
A wire surrounding the stack and the end plate; And
A wire stick that applies tension to the wire and prevents loosening; / RTI >
Wherein the end plate comprises a structural grid capable of applying a uniform clamping force to the stack and being lightweight,
Wherein the wire is a lightweight material that can maintain a tensile force even after fastening the stack to minimize a reduction in the fastening force applied to the stack.
상기 엔드 플레이트는,
박판 형상의 밑판, 상기 밑판 상에 마련되는 구조격자, 및 상기 구조격자 상에 마련되는 와이어 거치링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택-와이어 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the end plate comprises:
A bottom plate of a thin plate shape, a structure grating provided on the bottom plate, and a wire holding ring provided on the structure grating.
상기 밑판에는 유체의 출입을 위한 매니폴드(manifold)가 다수 개 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택-와이어 구조체.
3. The method of claim 2,
Wherein the base plate is provided with a plurality of manifolds for entering and exiting the fluid.
상기 매니폴드는 돌출형 구조물인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택-와이어 구조체.
The method of claim 3,
Wherein the manifold is a protruding structure.
상기 구조격자는 사각 또는 허니콤(honeycomb) 형태의 격벽으로 마련되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택-와이어 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the structural grid is provided in a square or honeycomb type barrier.
상기 격벽 내에 마련된 다수의 공부에 적어도 1개 이상의 매니폴드가 체결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택-와이어 구조체.
6. The method of claim 5,
And at least one manifold is fastened to the plurality of openings provided in the partition wall.
상기 와이어 거치링의 하단에는 구조격자와 결합하기 위한 다수개의 제 1 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택-와이어 구조체.
3. The method of claim 2,
And a plurality of first grooves for engaging with the structural lattice are formed at the lower end of the wire holder ring.
상기 와이어 거치링의 상단에는 와이어가 거치 되기 위한 다수개의 제 2 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택-와이어 구조체.
3. The method of claim 2,
And a plurality of second grooves for receiving the wires are formed on the upper end of the wire holder ring.
상기 연료전지 스택은 전기에너지를 집전하는 집전판을 적어도 1개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택-와이어 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the fuel cell stack includes at least one collector plate for collecting electric energy.
상기 와이어는 케블라(Kevlar), 트와론(Twaron), 테크노라(Technora), 헤라크론(Heracron) 중 1종 이상을 포함하는 아라미드 섬유인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택-와이어 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the wire is an aramid fiber comprising at least one of Kevlar, Twaron, Technora, and Heracron.
상기 와이어는 폴리아크릴로 니트릴계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유 중 1종 이상을 포함하는 고강도 탄소섬유인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택-와이어 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the wire is a high-strength carbon fiber including at least one of polyacrylonitrile-based carbon fiber and pitch-based carbon fiber.
연료전지 단위 셀, 집전판 및 엔드 플레이트를 적층하여 연료전지 스택을 마련하는 단계;
상기 연료전지 스택을 가압하여 체결력을 가하는 단계;
상기 체결력이 작용하는 상태에서 와이어를 감아 매듭을 짓는 단계; 및
상기 가압을 해제하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 와이어 체결방법.
A method for fastening a fuel cell stack-wire structure according to claim 1,
Stacking a fuel cell unit cell, a current collecting plate and an end plate to form a fuel cell stack;
Pressing the fuel cell stack to apply a fastening force;
Winding a wire to form a knot while the fastening force is applied; And
Releasing the pressure;
Wherein the fuel cell stack wire is fastened to the fuel cell stack.
상기 와이어를 감아 매듭을 짓는 단계는,
상기 연료전지 스택의 측면에 와이어를 감는 단계;
상기 와이어의 끝단을 묶어 와이어 스틱을 삽입하는 단계;
상기 와이어 스틱을 회전시켜 연료전지 스택에 감겨진 와이어에 장력을 부여하는 단계; 및
상기 와이어 스틱을 눕혀 양쪽 끝단에 와이어를 감아 고정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 와이어 체결방법.
16. The method of claim 15,
The step of winding the wire to form a knot comprises:
Winding a wire on a side surface of the fuel cell stack;
Inserting a wire stick by bundling an end of the wire;
Rotating the wire stick to apply tension to the wire wound on the fuel cell stack; And
Laying the wire stick down and fixing the wires at both ends thereof;
Wherein the fuel cell stack wire is fastened to the fuel cell stack.
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