KR101836496B1 - 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스택 내 공급된 유체의 셀 분배성을 향상하고 유동 저항을 감소시켜 출력성능을 개선하고 기계적인 구속을 통해 구조적 안정성을 확보할 수 있는 연료전지 스택에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 적층된 다중 셀로 이루어진 셀 모듈; 상기 셀 모듈의 전후 양편에 각기 배치된 엔드플레이트; 상기 셀 모듈의 매니폴드 유로를 관통하여 전후 양편의 상기 엔드플레이트에 조립 고정된 인서트 구조물;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택을 제공한다.

Description

출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택 {Fuel cell stack having improved the performance and structural stability}

본 발명은 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스택 내 공급된 유체의 셀 분배성을 향상하고 유동 저항을 감소시켜 출력성능을 개선하고 기계적인 구속을 통해 구조적 안정성을 확보할 수 있는 연료전지 스택에 관한 것이다.

차량에 탑재되는 연료전지 시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 냉각 시스템으로 구성된다.

이와 같은 구성의 연료전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중의 산소에 의한 전기화학반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.

현재 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는, 수소이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 셀을 전기적으로 연결하며, 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(Separator)을 포함하여 구성된다.

상기한 연료전지에서 연료인 수소와 산화제인 산소(공기)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드('연료극' 혹은 '산화극'이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드('공기극' 혹은 '산소극', '환원극'이라고도 함)로 공급된다.

이러한 구성을 갖는 연료전지는 막전극접합체, 가스 확산층 및 분리판으로 구성된 단위 셀(도 2의 도면부호 2 참조)을 순차적으로 반복 적층하여 스택 모듈을 형성하게 되며, 또한 셀 적층방향에 따르는 기둥(Column) 형태의 유로를 형성하는 매니폴드(도 2 참조)가 상기 분리판에 일체로 형성된 채 스택의 적층방향으로 길게 형성된다.

스택 내 수소와 공기 및 냉각수 등의 유체는 상기 매니폴드의 유로를 통하여 이동하게 되고, 이러한 유로를 통하여 스택 입구에 근접한 퍼스트 셀(first cell)에서 스택 입구에서 멀리 떨어진 라스트 셀(last cell)까지 공급된다(도 1 참조).

한편, 차량에 탑재되는 연료전지 스택은 높은 출력이 요구됨에 따라 상기 단위 셀 수백 장을 적층 조립함으로써 그 요건을 만족시키고 있으며, 연료전지 스택의 조립에 있어 스택을 구성하고 있는 단위 셀의 구성요소(막전극접합체, 가스 확산층 및 분리판) 간에 작용하는 면압은 스택 출력에 큰 영향을 미치게 된다.

기존의 연료전지 스택은 도 1과 같이 적층한 셀 모듈(1)의 전후 양편에 엔드플레이트(3)를 배치하여 조립하고 프레스 장치로 압축한 후, 셀 모듈(1)의 상하 양편에서 6개의 체결밴드(4)를 이용하여 전후 엔드플레이트(3)를 고정해주도록 체결 조립된다.

그러나, 연료전지 스택은 수소, 산소(공기), 냉각수 등의 유체가 다중 셀의 결합체인 스택의 측면에서 셀의 적층방향을 따라 유입되어 공급되기 때문에 각 셀에 동일한 양으로 공급되지 못하는 문제가 있다.

특히, 도 3을 참조하면, 스택 입구에서 멀리 떨어진 셀은 유로를 통해 공급되는 공급 연료량이 기준유량보다 부족하여 연료전지의 성능 및 내구 관련 문제가 자주 발생하게 된다.

이에 기존 스택의 공급 연료 부족 현상을 방지하기 위하여 과량의 연료를 공급하고 있으나, 또한 이로 인하여 차량 연비가 악화되는 문제가 초래된다.

또한, 기존의 연료전지 스택은 스택 양편의 엔드플레이트를 체결밴드로 압축하여 지지하는 구조를 적용함으로 인해 가스켓이나 가스확산층이 열화되어 탄성이 감소되면 구조적인 안정성이 저하되는 문제가 있다.

또한, 기존의 연료전지 스택은 내부에 응축수가 생성될 경우 분리판의 요철로 인하여 배출이 어려워 연료 분배를 방해하는 문제가 있으며, 또한 설계상 매니폴드 근처에 체결밴드를 설치할 공간이 부족함으로 인해 엔드플레이트의 휨 현상이 발생하고 이로 인해 스택 내 면압 분포 및 씰링성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 스택의 셀 분배성을 향상시켜 출력성능을 개선하고 기계적인 구속/고정을 통하여 구조적 안정성을 확보할 수 있는 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 적층된 다중 셀로 이루어진 셀 모듈; 상기 셀 모듈의 전후 양편에 각기 배치된 엔드플레이트; 상기 셀 모듈의 매니폴드 유로를 관통하여 전후 양편의 상기 엔드플레이트에 조립 고정된 인서트 구조물;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택을 제공한다.

상기 인서트 구조물은 셀 모듈의 매니폴드 유로를 셀의 적층방향으로 각기 관통하는 다수의 유동 가이드와 상기 각 유동 가이드의 일단부가 일체로 형성되어 있는 베이스 부재로 이루어지며, 상기 유동 가이드는 매니폴드로 유입된 유체의 흐름을 위하여 가이드 유로를 갖도록 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 인서트 구조물은 유동 가이드의 일단부가 전방 엔드플레이트의 관통홀에 삽입되고, 이 관통홀에 삽입된 일단부를 셀 적층방향으로 밀어서 고정해주는 가압탄성부재와 상기 관통홀에 삽입된 일단부를 셀 적층방향에 대해 직각 방향으로 밀어서 고정해주는 고정수단에 의해 고정 조립되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인서트 구조물은 유동 가이드가 후방 엔드플레이트를 관통함에 따라 베이스 부재가 상기 후방 엔드플레이트 내에 걸림되어 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게, 상기 고정수단은 전방 엔드플레이트를 관통하여 유동 가이드의 위치고정홀에 놓이게 되는 고정용 볼, 상기 고정용 볼을 셀 적층방향에 대해 직각 방향으로 밀어주게 되는 스프링 부재, 및 상기 전방 엔드플레이트에 조립되어 상기 스프링 부재를 압축시켜서 탄성복원력을 발휘시킬 수 있는 볼트 부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가압탄성부재는 전방 엔드플레이트의 관통홀에 삽입되어, 유동 가이드와 전방 엔드커버 사이에 끼어 압축된 고탄성 스프링 부재인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유동 가이드는 셀의 적층방향으로 유입된 유체의 흐름을 방향전환시켜 셀 모듈 측으로 유도할 수 있는 테이퍼진 가이드면을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유동 가이드는 외벽면에 셀 적층방향으로 다수의 위치고정홀이 일렬로 형성되고, 셀 모듈의 압축 정도에 따라 상기 일렬로 형성된 위치고정홀 중 어느 하나에 고정수단의 고정용 볼이 안착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인서트 구조물은 전기 절연 및 응축수의 신속한 배출을 위하여 소수성의 불소수지로 표면 코팅된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 연료전지 스택은 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.

1. 인서트 구조물의 유동 가이드에 다수의 셀들이 끼워져 적층 조립되므로 기계적으로 구속된 구조로 구성되어 구조적 안정성을 확보할 수 있고, 또한 조립이 용이하여 스택 생산 시간이 단축된다.

또한, 이러한 체결구조에 의해 기존의 체결밴드를 삭제할 수 있고, 이에 체결밴드의 위치에 따른 면압 불균형을 개선할 수 있다.

2. 유동 가이드의 테이퍼진 단면 적용을 통해 수소, 공기, 냉각수 등 유체의 압력 및 흐름이 제어되어 스택 내 유체의 셀 분배성이 향상되고 유동 저항이 감소되어 출력성능을 개선할 수 있다.

3. 기존의 스택은 분리판 요철로 인해 그 사이에 응축수가 고여 셀 내의 유로로 유입되어 가스의 확산을 방해하였으나, 본 발명에서는 인서트 구조물에 소수성의 불소수지가 코팅됨으로 인하여 매끄러운 표면이 형성되어 응축수 고임을 방지할 수 있게 된다.

4. 엔드플레이트의 끝단부의 매니폴드에서 스택 조립이 가능함에 따라 엔드플레이트의 휨 현상이 방지되어 균일한 면압 분포 및 씰링성 확보가 가능하게 된다.

도 1은 종래의 연료전지 스택을 나타낸 도면
도 2는 종래의 연료전지 단위 셀들의 적층구조를 나타낸 도면
도 3은 종래의 연료전지 스택 내 유체의 셀 분배성 해석 결과를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 스택을 도시한 분해 사시도
도 5는 도 4의 연료전지 스택을 도시한 결합 사시도
도 6은 도 5의 A-A에서 바라본 단면도
도 7은 도 6의 "B"를 확대 도시한 도면
도 8은 본 발명의 인서트 구조물을 도시한 사시도
도 9는 본 발명의 유동 가이드의 유로 단면적 및 형상 변화에 따른 유체 유동 해석 결과를 나타낸 도면

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택에 관한 것으로, 기존의 체결밴드를 삭제하고 대신 스택 내부에 삽입 설치되는 인서트 구조물을 구성하여 스택의 구조적 안정성을 확보하고 스택 내 면압 불균형을 개선할 수 있도록 한다.

아울러, 상기 인서트 구조물에 스택 내 유체의 셀 분배성을 향상시킬 수 있는 형상을 적용하여 연료전지의 성능을 증대할 수 있도록 한다.

이에 본 발명에 따른 연료전지 스택은 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 셀 모듈(10)에 삽입된 형태로 설치되는 인서트 구조물(30)을 포함하여 구성된다.

구체적으로, 본 발명은 연료전지 스택은 적층된 다중 셀(11)로 이루어진 셀 모듈(10)과, 상기 셀 모듈(10)의 전후 양편에 각기 배치된 엔드플레이트(14,15)와, 상기 셀 모듈(10)의 매니폴드 유로(13)를 셀(11)의 적층방향으로 관통하여 전후 양편의 상기 엔드플레이트(14,15)에 장착 고정된 인서트 구조물(30)을 포함하여 구성된다.

도 4에서 보이듯이, 상기 셀 모듈(10)은 좌우 양편에 유체의 유입 및 배출을 위한 유로(13)를 형성하는 매니폴드(12)가 셀의 적층방향으로 길게 형성되고, 도 6과 같이 상기 매니폴드(12)의 유로(13)를 관통한 인서트 구조물(30)이 구성된다.

여기서, 유체는 연료전지에서 연료로 사용되는 수소와, 산화제로 사용되는 공기, 그리고 스택의 운전온도 제어를 위해 사용되는 냉각수 중 하나 이상이 된다.

상기 인서트 구조물(30)은 셀 모듈(10)의 매니폴드 유로(13)를 셀 적층방향으로 각기 관통하는 6개의 유동 가이드(31)와 각 유동 가이드(31)의 일단부가 일체로 형성되어 있는 베이스 부재(34)로 이루어진다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 유동 가이드(31)는 셀 모듈(10)의 매니폴드 유로(13)에 밀착되게 삽입 장착되며, 매니폴드(12)로 유입된 유체의 흐름을 위하여 가이드 유로(S)를 갖도록 형성된다.

이에 본 실시예에서 상기 유동 가이드(31)는 ㄷ 자형 단면을 셀 적층방향으로 길게 갖는 형태로 형성되며, 도 6 및 도 8을 참조하면, 스택 전방에서 후방으로 테이퍼진 가이드 유로(S)를 갖도록 형성된다.

구체적으로, 상기 유동 가이드(31)는 가이드 유로(S)의 외벽을 이루는 한 쌍의 평행한 측면부재와 이 한 쌍의 측면부재를 셀 적층방향을 따라 일체로 연결하는 가이드면(33)으로 형성될 수 있으며, 상기 가이드면(33)은 셀 적층방향으로 점차 두꺼운 두께를 갖도록 형성된다.

이에 상기 유동 가이드(31)는 스택 후방에서 전방으로 갈수록 가이드 유로(S)의 단면적이 점차 감소하여, 도 6과 같이 가이드 유로(S)가 스택 전방에서 후방으로 갈수록 좁아지게 되고, 결과적으로 셀 적층방향으로 유입된 유체의 흐름을 방향전환시켜 셀 모듈(10) 측으로 유도할 수 있게 된다.

다시 말해, 상기 유동 가이드(31)는 테이퍼진 가이드면(33)에 의해 스택 입구(25)를 통하여 매니폴드(12)의 유로(13)를 따라 셀 적층방향으로 유입된 유체의 흐름을 셀 모듈(10)로 방향전환시킬 수 있게 형성된다.

이와 같은 유동 가이드(31)는 가이드 유로(S)가 스택 전방에서 후방으로 갈수록 점차 좁아지면서 유체의 흐름을 셀 모듈(10) 측으로 방향전환되게 유도하여 스택 입구(25)에 근접한 셀에서부터 스택 입구에서 멀리 떨어진 셀까지 상대적으로 균일한 유량의 유체가 공급될 수 있게 한다.

아울러, 상기 유동 가이드(31)는 베이스 부재(34)에 일체로 형성됨에 있어 매니폴드(12)의 유로(13) 위치에 따라 베이스 부재(34) 상에 적절하게 배치된다.

상기와 같이 형성된 인서트 구조물(30)은 매니폴드(12)의 유로(13)를 관통한 유동 가이드(31)의 양단부가 셀 모듈(10)의 전후 양편에 배치된 엔드플레이트(14,15)에 고정되게 조립된다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 인서트 구조물(30)은 엔드플레이트(14,15)에 고정됨에 있어, 유동 가이드(31)가 스택 후방의 엔드플레이트(14)를 관통한 다음 다수의 셀(11)들이 상기 유동 가이드(31)에 끼워져서 적층 조립되며, 이에 유동 가이드(31)가 셀 모듈(10)의 매니폴드 유로(13)를 관통한 구조로 장착되고, 이때 베이스 부재(34)가 스택 후방의 엔드플레이트(14, 혹은 후방 엔드플레이트라고 함)에 걸림 고정되어 유동 가이드(31)의 일단부가 상기 후방 엔드플레이트(14)에 고정되어지게 된다.

그리고, 상기 후방 엔드플레이트(14)에 삽입된 베이스 부재(34)의 후방 이탈을 방지하기 위하여, 후방 엔드커버(36)가 상기 베이스 부재의 후단에서 후방 엔드플레이트(14)에 일체로 장착 조립된다.

유동 가이드(31)의 일단부가 상기와 같이 후방 엔드플레이트(14)에 고정된 인서트 구조물(30)은, 상기 유동 가이드(31)의 타단부가 도 6 및 도 7과 같이 스택 전방의 엔드플레이트(15, 혹은 전방 엔드플레이트라고 함)에 고정된다.

이에 유동 가이드(31)의 타단부는 전방 엔드플레이트(15)의 관통홀(16)에 삽입되어 밀착 고정되며, 이를 위하여 고정수단(20) 및 가압탄성부재(18)가 장착 구성된다.

상기 고정수단(20)은 전방 엔드플레이트(15)의 관통홀(16)에 삽입된 유동 가이드(31)의 타단부를 셀 적층방향에 대해 직각 방향으로 밀어서 고정 및 지지해주는 역할을 하며, 상기 가압탄성부재(18)는 관통홀(16)에 삽입된 유동 가이드(31)의 타단부를 셀 적층방향으로 밀어서 고정 및 지지해주는 역할을 한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 고정수단(20)은 전방 엔드플레이트(15)의 좌우 양편에서 전방 엔드플레이트(15)를 관통하여 각기 장착되며, 유동 가이드(31)의 단부를 셀 적층방향에 대해 직각방향으로 밀어서 관통홀(16)에 밀착 및 고정시켜주게 되는 고정용 볼(21), 상기 고정용 볼(21)에 밀어주는 힘을 부여할 수 있는 스프링 부재(22), 및 상기 스프링 부재(22)를 압축시켜 탄성복원력을 발휘시킬 수 있는 볼트 부재(23)로 구성될 수 있다.

상기 고정용 볼(21)은 전방 엔드플레이트(15)의 일측을 관통하여 유동 가이드(31)의 위치고정홀(32)에 놓여진 상태에서 상기 스프링 부재(22)로부터 힘을 제공받아 유동 가이드(31)의 단부를 밀어서 관통홀(16)에 밀착 고정시켜주게 되고, 상기 스프링 부재(22)는 전방 엔드플레이트(15)를 관통하여 상기 고정용 볼(21) 상에 위치한 상태에서 볼트 부재(23)가 전방 엔드플레이트(15)의 일측에 조립되며 삽입됨에 따라 압축되어 탄성복원력을 발휘하게 되며, 이에 스프링 부재(22)는 고정용 볼(21)을 셀 적층방향에 대해 직각방향으로 밀어주게 된다.

상기 가압탄성부재(18)는 전방 엔드플레이트(15)의 관통홀(16)에 삽입되어 유동 가이드(31)의 끝단에 위치되고, 이렇게 전방 엔드플레이트(15)에 삽설된 상태에서 전방 엔드커버(19)가 전방 엔드플레이트(15)에 조립 고정됨에 의해 유동 가이드(31)의 타단부와 전방 엔드커버(19) 사이에 끼어 압축되며, 이로써 유동 가이드(31)를 셀 적층방향으로 밀어서 지지해주게 된다.

이러한 가압탄성부재(18)는 고탄성력을 갖는 고탄성 스프링 부재로 구성될 수 있으며, 인서트 구조물(30)에 가해지는 충격을 흡수하고 전후 엔드플레이트(14,15) 간 거리를 조정하는 역할을 할 수 있다.

아울러, 도 5 내지 7에서 보이듯이, 상기 전방 엔드커버(19)에는 관통홀(16)에 대응되는 위치에 홀이 형성되어 있고, 이 홀은 상기 전방 엔드플레이트(15)의 관통홀(16)과 함께 각기 스택 입구(25) 및 스택 출구(26)를 형성하게 된다.

또한, 상기 유동 가이드(31)는 고정수단(20), 구체적으로 스택의 좌우 양편을 향하고 있는 가이드면(33)의 외벽면(혹은 고정용 볼이 접하게 되는 외표면)에 셀의 적층방향으로 다수의 위치고정홀(32)이 일렬로 형성되고, 상기 고정수단(20)의 고정용 볼(21)이 이 위치고정홀(32)에 안착되어 유동 가이드(31)를 전방 엔드플레이트(15)의 관통홀(16)에 밀착시켜주게 된다.

이에 스택의 면압이 감소될 경우, 프레스 장치를 이용하여 셀 모듈(10)을 압축시키고 상기 고정용 볼(21)이 안착되는 유동 가이드(31)의 위치고정홀(32)을 적절하게 변경하여 스택의 면압을 개선 조절할 수 있다.

즉, 상기 유동 가이드(31)는 셀 모듈(10)의 압축 정도에 따라 상기 일렬로 형성된 위치고정홀(32) 중 어느 하나에 고정수단(20)의 고정용 볼(21)이 안착되어지게 되고, 이에 일정 면압이 떨어질 경우 고정용 볼(21)이 적절한 위치고정홀(32)에 안착됨에 의해 셀 모듈(10)을 일정하게 압축된 상태로 고정할 수 있어 면압 조절이 가능하게 된다.

또한, 상기 인서트 구조물(30)은 전기 절연은 물론 응축수를 신속하게 배출시켜 제거하기 위하여 소수성의 불소수지(예를 들어 테프론)로 표면 코팅됨이 바람직하다.

한편, 도 9는 본 발명의 유동 가이드의 유로 단면적 및 형상 변화에 따른 유체 유동 해석 결과를 나타낸 도면으로, 유동 가이드의 테이퍼진 가이드면의 기울기 정도에 따라 스택 입구에 근접한 셀과 스택 입구에서 멀리 떨어진 셀의 유량 차가 달라짐을 확인할 수 있으며, 이에 가이드면의 기울기에 따라 셀 분배성이 개선될 수 있음을 알 수 있다.

10 : 셀 모듈
11 : 셀
12 : 매니폴드
13 : (매니폴드) 유로
14 : 후방 엔드플레이트
15 : 전방 엔드플레이트
16 : 관통홀
18 : 가압탄성부재
19 : 전방 엔드커버
20 : 고정수단
21 : 고정용 볼
22 : 스프링 부재
23 : 볼트 부재
25 : 스택 입구
26 : 스택 출구
30 : 인서트 구조물
31 : 유동 가이드
32 : 위치고정홀
33 : 가이드면
34 : 베이스 부재
36 : 후방 엔드커버
S : 가이드 유로

Claims (9)

1. 삭제
2. 적층된 다중 셀로 이루어진 셀 모듈;
   상기 셀 모듈의 전후 양편에 각기 배치된 엔드플레이트;
   상기 셀 모듈의 매니폴드 유로를 관통하여 전후 양편의 상기 엔드플레이트에 조립 고정된 인서트 구조물;을 포함하여 구성되고,
   상기 인서트 구조물은 셀 모듈의 매니폴드 유로를 셀의 적층방향으로 각기 관통하는 다수의 유동 가이드와 상기 각 유동 가이드의 일단부가 일체로 형성되어 있는 베이스 부재로 이루어지며, 상기 유동 가이드는 매니폴드로 유입된 유체의 흐름을 위하여 가이드 유로를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택.
   
3. 적층된 다중 셀로 이루어진 셀 모듈;
   상기 셀 모듈의 전후 양편에 각기 배치된 엔드플레이트;
   상기 셀 모듈의 매니폴드 유로를 셀 적층방향으로 관통하여 전후 양편의 상기 엔드플레이트에 조립 고정된 인서트 구조물;을 포함하여 구성되며,
   상기 인서트 구조물은 그 유동 가이드의 일단부가 전방 엔드플레이트의 관통홀에 삽입되고, 상기 관통홀에 삽입된 일단부를 셀 적층방향으로 밀어서 고정해주는 가압탄성부재와 상기 관통홀에 삽입된 일단부를 셀 적층방향에 대해 직각 방향으로 밀어서 상기 관통홀에 밀착 고정해주는 고정수단에 의해 고정 조립되며,
   상기 유동 가이드는 외벽면에 셀 적층방향으로 다수의 위치고정홀이 일렬로 형성된 것을 특징으로 하는 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 인서트 구조물은 유동 가이드가 후방 엔드플레이트를 관통함에 따라 베이스 부재가 상기 후방 엔드플레이트 내에 걸림되어 고정되는 것을 특징으로 하는 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 고정수단은 전방 엔드플레이트를 관통하여 유동 가이드의 위치고정홀에 놓이게 되는 고정용 볼, 상기 고정용 볼을 셀 적층방향에 대해 직각 방향으로 밀어주게 되는 스프링 부재, 및 상기 전방 엔드플레이트에 조립되어 상기 스프링 부재를 압축시켜서 탄성복원력을 발휘시킬 수 있는 볼트 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택.
   
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 가압탄성부재는 전방 엔드플레이트의 관통홀에 삽입되어, 유동 가이드와 전방 엔드커버 사이에 끼어 압축된 고탄성 스프링 부재인 것을 특징으로 하는 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택.
   
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 유동 가이드는 셀의 적층방향으로 유입된 유체의 흐름을 방향전환시켜 셀 모듈 측으로 유도할 수 있는 테이퍼진 가이드면을 갖는 것을 특징으로 하는 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택.
   
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 셀 모듈의 압축 정도에 따라 상기 일렬로 형성된 위치고정홀 중 어느 하나에 고정수단의 고정용 볼이 안착되는 것을 특징으로 하는 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택.
   
9. 청구항 2에 있어서,
   상기 인서트 구조물은 전기 절연 및 응축수의 신속한 배출을 위하여 소수성의 불소수지로 표면 코팅된 것을 특징으로 하는 출력성능 및 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택.
   

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