KR102017578B1 - Fuelcell structure - Google Patents

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KR102017578B1
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Abstract

연료전지 구조체가 개시된다. 연료전지 구조체는 적층된 복수의 단전지들을 포함하고, 내부에 연료 유로 및 공기 유로가 형성된 하나 이상의 연료전지 스택; 연료전지 스택의 하부에 배치되어 이를 지지하고 연료 공급관 및 연료 배출관이 결합되며, 연료 공급관과 연료 유로의 입구를 연결하는 제4 연료 공급홀 및 연료 배출관과 연료 유로의 출구를 연결하는 제4 연료 배출홀이 형성된 지지 플레이트를 포함하는 지지체; 및 연료전지 스택과 지지 플레이트 사이에 배치되고, 제4 연료 공급홀과 연료 유로의 입구 사이 및 제4 연료 배출홀과 연료 유로의 출구 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 구비한다.A fuel cell structure is disclosed. The fuel cell structure includes a plurality of stacked unit cells, and at least one fuel cell stack having a fuel passage and an air passage formed therein; A fourth fuel supply hole which connects the fuel supply pipe and the fuel discharge pipe and is disposed under the fuel cell stack to support the fuel supply pipe and the fuel discharge pipe, and connects the fuel supply pipe and the fuel discharge pipe with the outlet of the fuel path; A support comprising a support plate with holes formed therein; And a sealing member disposed between the fuel cell stack and the support plate and sealing between the fourth fuel supply hole and the inlet of the fuel passage and between the fourth fuel discharge hole and the outlet of the fuel passage.

Description

연료전지 구조체{FUELCELL STRUCTURE}FUELCELL STRUCTURE}

본 발명은 연료전지 구조체에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 연료 및 공기를 안정적으로 밀봉할 수 있는 고체산화물 연료전지 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell structure, and more particularly, to a solid oxide fuel cell structure capable of stably sealing fuel and air.

수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생성하는 연료 전지는 에너지 전환단계가 간단하고 고효율, 무공해 발전기라는 친환경적인 특성 때문에 최근 연구가 활발히 진행되고 있다. Fuel cells that generate electricity through the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen have been actively researched recently because of the simple energy conversion step and the eco-friendly nature of high efficiency and pollution-free generators.

특히, 상기 연료 전지 중 고체산화물 연료 전지(SOFC)는 전해질로써 세라믹을 사용하여 약 600 내지 1000 ℃ 정도의 고온에서 작동되는 연료전지로서, 용융탄산염 연료전지(MCFC), 인산형 연료전지(PAFC), 고분자형 연료전지(PEFC) 등 여러 형태의 연료 전지들 중 가장 효율이 높고 공해가 적을 뿐 아니라, 연료 개질기를 필요로 하지 않고 복합발전이 가능하다는 여러 장점을 지니고 있다.In particular, the solid oxide fuel cell (SOFC) of the fuel cell is a fuel cell operated at a high temperature of about 600 to 1000 ℃ using a ceramic as an electrolyte, a molten carbonate fuel cell (MCFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC) , Among other types of fuel cells such as polymer fuel cells (PEFC), the most efficient and low pollution, as well as has the advantage of combined power generation without the need for a fuel reformer.

이러한 고체산화물 연료전지 구조체에서는 연료전지 스택을 구성하는 엔드 플레이트나 매니폴더에 연료 및 공기의 공급 배관들과 배출배관들을 직접 연결하고, 고온에서도 안정적으로 연료 및 공기를 밀봉하기 위해 글라스 재질의 고온용 밀봉재재가 주로 사용된다. In this solid oxide fuel cell structure, a glass material is used to directly connect fuel and air supply pipes and discharge pipes to end plates or manifolds constituting the fuel cell stack, and to seal fuel and air stably even at high temperatures. Sealing materials are mainly used.

하지만, 연료 및 공기의 공급 배관들과 배출 배관들을 연료전지 스택에 직접 연결하는 경우, 연료전지 스택을 설치 위치에 배치한 후 상기 연료 및 공기의 공급 배관들과 배출 배관들을 연결하므로, 설치 작업에 많은 시간이 소요되고 공간적 제약에 따라 설치 작업이 용이하지 않은 문제점이 발생한다. However, when directly connecting the fuel and air supply pipes and the discharge pipes to the fuel cell stack, the fuel cell stack is placed in the installation position, and then the fuel and air supply pipes and the discharge pipes are connected. It takes a lot of time and due to space constraints, the installation work is not easy.

한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 상기 연료 및 공기의 공급 배관들과 배출 배관들을 연료전지 스택이 아닌 다른 구성요소에 연결하는 경우, 연료전지 스택과 상기 다른 구성요소 사이의 연료 및 공기의 밀봉 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, in order to solve the above problems, when connecting the fuel and air supply pipes and the discharge pipes to a component other than the fuel cell stack, the fuel and air between the fuel cell stack and the other components Sealing problems can occur.

본 발명의 목적은 연료전지 구조체의 설치 및 교체가 용이하고 연료 및 공기를 안정적으로 밀봉할 수 있는 연료전지 구조체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a fuel cell structure which is easy to install and replace a fuel cell structure and which can stably seal fuel and air.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 구조체는 적층된 복수의 연료전지 단전지들을 포함하고, 내부에 수소(H2)를 포함하는 연료가 이동하는 연료 유로 및 산소(O2)를 포함하는 공기가 이동하는 공기 유로가 형성된 하나 이상의 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택의 하부에 배치되어 이를 지지하고, 상기 연료전지 스택에 연료를 공급하는 연료 공급관 및 상기 연료전지 스택으로부터 연료를 배출하는 연료 배출관이 결합되며, 상기 연료 공급관과 상기 연료 유로의 입구를 연결하는 제4 연료 공급홀 및 상기 연료 배출관과 상기 연료 유로의 출구를 연결하는 제4 연료 배출홀이 형성된 지지 플레이트를 포함하는 지지체; 및 상기 연료전지 스택과 상기 지지 플레이트 사이에 배치되고, 상기 제4 연료 공급홀과 상기 연료 유로의 입구 사이 및 상기 제4 연료 배출홀과 상기 연료 유로의 출구 사이를 밀봉하는 고온용 밀봉재 및 압축 밀봉재를 포함하는 밀봉 부재를 포함한다. A fuel cell structure according to an embodiment of the present invention includes a plurality of stacked fuel cell units, and includes a fuel flow path and oxygen (O 2 ) through which a fuel including hydrogen (H 2 ) moves. At least one fuel cell stack having a moving air passage; The fuel supply pipe disposed in the lower portion of the fuel cell stack to support the fuel cell stack and supplying fuel to the fuel cell stack and the fuel discharge pipe for discharging fuel from the fuel cell stack are coupled to each other. A support including a fourth fuel supply hole for connecting and a support plate having a fourth fuel discharge hole for connecting the fuel discharge pipe and an outlet of the fuel passage; And a high temperature sealant and a compression sealer disposed between the fuel cell stack and the support plate to seal between the fourth fuel supply hole and the inlet of the fuel passage and between the fourth fuel discharge hole and the outlet of the fuel passage. It includes a sealing member comprising a.

일 실시예에 있어서, 상기 지지체는 상기 지지 플레이트의 하부면으로부터 돌출되어 상기 지지 플레이트를 설치면으로부터 이격시키는 복수의 지지 다리들을 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 연료 공급관 및 상기 연료 배출관은 상기 지지 플레이트의 하부면에 결합될 수 있다. In one embodiment, the support may further include a plurality of support legs protruding from the bottom surface of the support plate to space the support plate away from the installation surface, in this case, the fuel supply pipe and the fuel discharge pipe It may be coupled to the lower surface of the support plate.

일 실시예에 있어서, 상기 연료전지 스택은 상기 복수의 연료전지 단전지들, 상기 단전지들의 가장 자리를 각각 지지하는 복수의 셀프레임들, 상기 셀프레임들과 교대로 배치되어 상기 단전지들을 전기적으로 연결하는 복수의 연결재들을 포함하는 단전지 적층 구조체; 상기 단전지 적층 구조체의 상부에 배치된 상부 엔드 플레이트; 및 상기 단전지 적층 구조체의 하부에 배치되고, 상기 지지 플레이트와 마주보는 하부 엔드 플레이트를 포함할 수 있다. 그리고 상기 하부 엔드 플레이트에는 상기 연료 유로의 입구를 형성하는 제3 연료 공급홀 및 상기 연료 유로의 출구를 형성하는 제3 연료 배출홀이 형성될 수 있고, 상기 압축 밀봉재는 상기 지지 플레이트의 상부면과 상기 하부 엔드 플레이트이 하부면 사이에서 상기 제4 연료 공급홀 및 상기 제4 연료 배출홀 중 적어도 하나의 홀의 상부 단부를 둘러싸는 고리 형상을 가질 수 있으며, 상기 고온용 밀봉재는 상기 지지 플레이트의 상부면과 상기 하부 엔드 플레이트이 하부면 사이에서 상기 압축 밀봉재의 내부에 배치되고 상기 적어도 하나의 홀의 상부 단부를 둘러싸도록 배치된 고리 형상의 내부 고온용 밀봉재를 포함할 수 있다. The fuel cell stack may include the plurality of fuel cell unit cells, a plurality of cell frames supporting edges of the unit cells, and alternately disposed with the cell frames to electrically connect the unit cells. A unit cell stack structure including a plurality of connecting members connected to each other; An upper end plate disposed on the single cell stack structure; And a lower end plate disposed below the unit cell stack structure and facing the support plate. The lower end plate may include a third fuel supply hole forming an inlet of the fuel flow path and a third fuel discharge hole forming an outlet of the fuel flow path, and the compression seal may be formed on an upper surface of the support plate. The lower end plate may have an annular shape that surrounds an upper end of at least one of the fourth fuel supply hole and the fourth fuel discharge hole between lower surfaces, and the high temperature sealing material may be connected to an upper surface of the support plate. The lower end plate may include an annular internal high temperature sealing material disposed between the lower surfaces of the compression sealing material and surrounding the upper end of the at least one hole.

일 실시예에 있어서, 상기 압축 밀봉재는 상기 지지 플레이트의 상부면과 면접촉하는 편평한 하부면 및 상기 엔드 플레이트의 하부면과 면접촉하는 편평한 상부면을 구비할 수 있다. In one embodiment, the compression seal may have a flat lower surface in surface contact with the upper surface of the support plate and a flat upper surface in surface contact with the lower surface of the end plate.

일 실시예에 있어서, 상기 지지 플레이트의 상부면 및 상기 하부 엔드 플레이트의 하부면 중 하나에는 상기 내부 고온용 밀봉재의 단부가 삽입되는 내부 삽입홈이 형성될 수 있다. In one embodiment, one of the upper surface of the support plate and the lower surface of the lower end plate may be formed with an internal insertion groove into which the end of the internal high temperature sealing material is inserted.

일 실시예에 있어서, 상기 고온용 밀봉재는 상기 지지 플레이트의 상부면과 상기 하부 엔드 플레이트이 하부면 사이에서 상기 압축 밀봉재를 둘러싸도록 배치된 외부 고온용 밀봉재를 더 포함할 수 있다. The hot sealing material may further include an external hot sealing material disposed between the upper surface of the support plate and the lower end plate to surround the compression sealing material between the lower surface.

일 실시예에 있어서, 상기 지지 플레이트의 상부면 및 상기 하부 엔드 플레이트의 하부면 중 하나에는 상기 외부 고온용 밀봉재의 단부가 삽입되는 외부 삽입홈이 형성될 수 있다. In one embodiment, one of the upper surface of the support plate and the lower surface of the lower end plate may be formed with an external insertion groove into which the end of the external high temperature sealing material is inserted.

일 실시예에 있어서, 상기 내부 및 외부 고온용 밀봉재 각각은 글라스 재료 또는 글라스와 세라믹의 복합체 재료로 형성될 수 있고, 상기 압축 밀봉재는 세라믹 재료로 형성될 수 있다. In one embodiment, each of the inner and outer high temperature sealants may be formed of a glass material or a composite material of glass and ceramic, and the compression seal may be formed of a ceramic material.

일 실시예에 있어서, 상기 압축 밀봉재는 상기 제4 연료 공급홀 및 상기 제4 연료 배출홀의 상부 단부들을 각각 둘러싸도록 배치된 제1 및 제2 압축 밀봉재를 포함할 수 있고, 상기 내부 고온용 밀봉재는 상기 제1 및 제2 압축 밀봉재의 내부에 각각 배치된 제1 및 제2 내부 고온용 밀봉재를 포함할 수 있으며, 상기 외부 고온용 밀봉재는 상기 제1 및 제2 압축 밀봉재를 각각 둘러싸도록 배치된 제1 및 제2 외부 고온용 밀봉재를 포함할 수 있다. In an embodiment, the compression seal may include first and second compression seals disposed to surround upper ends of the fourth fuel supply hole and the fourth fuel discharge hole, respectively. And a first internal and second internal high temperature sealing material disposed in the first and second compression sealing materials, respectively, wherein the external high temperature sealing material is disposed to surround the first and second compression sealing materials, respectively. And a first and second external high temperature sealant.

일 실시예에 있어서, 상기 지지 플레이트에는 상기 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기 공급관 및 상기 연료전지 스택으로부터 공기를 배출하는 공기 배출관이 추가로 결합되고, 상기 공기 공급관과 상기 공기 유로의 입구를 연결하는 제4 공기 공급홀 및 상기 공기 배출관과 상기 공기 유로의 출구를 연결하는 제4 공기 배출홀이 형성될 수 있으며, 상기 하부 엔드 플레이트에는 상기 공기 유로의 입구를 형성하는 제3 공기 공급홀 및 상기 공기 유로의 출구를 형성하는 제3 공기 배출홀이 형성될 수 있다. In one embodiment, the support plate is further coupled to the air supply pipe for supplying air to the fuel cell stack and the air discharge pipe for discharging air from the fuel cell stack, connecting the air supply pipe and the inlet of the air flow path The fourth air supply hole and the fourth air discharge hole connecting the outlet of the air discharge pipe and the air flow path may be formed, the lower end plate and the third air supply hole forming the inlet of the air flow path and the A third air discharge hole may be formed to form an outlet of the air flow path.

일 실시예에 있어서, 상기 압축 밀봉재는 상기 제4 공기 공급홀 및 상기 제4 공기 배출홀의 상부 단부들을 각각 둘러싸도록 배치된 제3 및 제4 압축 밀봉재를 포함할 수 있고, 상기 고온용 밀봉재는 상기 제3 및 제4 압축 밀봉재의 내부에 각각 배치된 제3 및 제4 내부 고온용 밀봉재 그리고 상기 제3 및 제4 압축 밀봉재를 각각 둘러싸도록 배치된 제3 및 제4 외부 고온용 밀봉재를 포함할 수 있다.In an embodiment, the compression seal may include third and fourth compression seals disposed to surround upper ends of the fourth air supply hole and the fourth air discharge hole, respectively. Third and fourth internal high temperature seals disposed in the third and fourth compression seals, respectively, and third and fourth external high temperature seals disposed to surround the third and fourth compression seals, respectively. have.

본 발명의 고체산화물 연료전지 구조체에 따르면, 상기 밀봉 부재가 고온용 밀봉재와 함께 압축 밀봉재를 포함하므로, 고온용 밀봉재의 도포 면적을 감소시키더라도 안정적으로 연료 및 공기의 기밀성을 확보할 수 있다. 따라서 상기 고온용 밀봉재의 도포 면적을 감소시킬 수 있고, 그 결과 상온에서 상기 연료전지 스택을 상기 지지체로부터 용이하게 탈부착할 수 있다.According to the solid oxide fuel cell structure of the present invention, since the sealing member includes a compression sealing material together with the high temperature sealing material, it is possible to stably secure the airtightness of fuel and air even if the application area of the high temperature sealing material is reduced. Therefore, the coating area of the high temperature sealing material can be reduced, and as a result, the fuel cell stack can be easily detached from the support at room temperature.

또한, 유리는 고온용 밀봉재로써 저온에서는 기밀성이 저하되는 문제점이 있는데, 본 발명의 연료전지 구조체에 있어서는 상기 밀봉 부재가 고온용 밀봉재와 함께 압축 밀봉재를 포함하므로, 고온용 밀봉재의 용융 온도 미만의 상대적으로 저온에서도 연료 및 공기를 안정적으로 밀봉할 수 있다. In addition, there is a problem that the glass is a high temperature sealant and the airtightness is lowered at a low temperature. In the fuel cell structure of the present invention, since the sealing member includes a compression seal with a high temperature sealant, the glass has a relative temperature below the melting temperature of the high temperature sealant. This ensures stable sealing of fuel and air even at low temperatures.

또한, 상기 연료 공급/배출 배관 및 공기 공급/배출 배관을 연료전지 스택이 아니라 하나 이상의 연료전지 스택을 지지할 수 있는 지지체에 연결함으로써 연료전지 구조체의 설치와 해체 및 스택 교체 공정을 단순화할 수 있고, 상기 지지체와 연료전지 스택 사이에 밀봉 부재를 배치시킴으로써 안정적으로 연료 및 공기를 밀봉할 수 있다.In addition, by connecting the fuel supply / exhaust pipe and the air supply / exhaust pipe to a support capable of supporting one or more fuel cell stacks instead of the fuel cell stack, the installation and dismantling of the fuel cell structure and the stack replacement process can be simplified. By disposing the sealing member between the support and the fuel cell stack, fuel and air can be sealed stably.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 구조체를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연료전지 스택을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 밀봉 부재를 설명하기 위한 부분 평면도 및 부분 단면도이다. 1 is a perspective view illustrating a fuel cell structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for describing the fuel cell stack illustrated in FIG. 1.
3 and 4 are a partial plan view and a partial cross-sectional view for explaining the sealing member shown in FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 스택 구조물에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.Hereinafter, a stack structure for a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown in an enlarged scale than actual for clarity of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 구조체를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 연료전지 스택을 설명하기 위한 단면도이며, 도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 밀봉 부재를 설명하기 위한 부분 평면도 및 부분 단면도이다. 1 is a perspective view illustrating a fuel cell structure according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the fuel cell stack shown in FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are sealed in FIG. 1. Partial plan and partial cross-sectional views for explaining the member.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 구조체(1000)는 하나 이상의 연료전지 스택(1100), 지지체(1200) 및 밀봉부재(1300)를 포함할 수 있다. 1 to 4, a fuel cell structure 1000 according to an embodiment of the present invention may include one or more fuel cell stacks 1100, a support body 1200, and a sealing member 1300.

상기 연료전지 스택(1100)은 적층된 복수의 연료전지 단전지들을 포함할 수 있고, 내부에 수소(H2)를 포함하는 연료가 이동하는 연료 유로 및 산소(O2)를 포함하는 공기가 이동하는 공기 유로가 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 연료전지 스택(1100)은 단전지 적층 구조체(1110), 상부 엔드 플레이트(1120) 및 하부 엔드 플레이트(1130)를 포함할 수 있다. The fuel cell stack 1100 may include a plurality of stacked fuel cell units, and a fuel flow path in which fuel including hydrogen (H 2 ) moves and air including oxygen (O 2 ) move. An air flow path may be formed. In one embodiment, the fuel cell stack 1100 may include a unit cell stack structure 1110, an upper end plate 1120, and a lower end plate 1130.

상기 단전지 적층 구조체(1110)은 복수의 단전지들(1111), 상기 단전지들(1111)의 가장 자리를 지지하는 복수의 셀프레임들(1112), 상기 단전지들(1111)을 전기적으로 연결하는 복수의 연결재들(1113)을 포함할 수 있다. 상기와 같은 단전지 적층 구조체(1110)는 복수의 단전지들(1111)이 지지된 셀프레임들(1112)과 연결재들(1113)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. The unit cell stack structure 1110 electrically connects the plurality of unit cells 1111, the plurality of cell frames 1112 supporting the edges of the unit cells 1111, and the unit cells 1111. It may include a plurality of connecting members 1113 for connecting. The unit cell stack structure 1110 may have a structure in which cell frames 1112 and the connection members 1113 on which the plurality of unit cells 1111 are supported are alternately stacked.

상기 단전지들(1111) 각각은 연료전지의 평판형 단전지일 수 있다. 예를 들면, 상기 단전지들(1111) 각각은 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC) 등의 평판형 단전지일 수 있다. Each of the unit cells 1111 may be a planar unit cell of a fuel cell. For example, each of the unit cells 1111 may be a planar unit cell such as a solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), a phosphate fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), or the like. Can be.

일 실시예로, 상기 단전지들(1111)이 고체산화물 연료전지의 평판형 단전지인 경우, 상기 단전지들(1111) 각각은 제1 전극, 제2 전극 및 이들 사이에 위치하는 고체 산화물 전해질을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 하나는 상기 연료가 공급되는 연료극(anode)일 수 있고, 나머지 하나는 상기 공기가 공급되는 공기극(cathode)일 수 있다. 상기 연료극 및 공기극에 수소(H2)를 포함하는 연료 및 산소(O2)를 포함하는 공기가 각각 공급되면, 산소 분압차에 의해 상기 공기극에서 환원된 산소 이온(O2-)이 고체 산화물 전해질을 경유하여 상기 연료극으로 이동하게 되고, 상기 연료극으로 이동된 산소 이온(O2-)은 상기 연료극에 제공된 수소(H2)와 반응하여 물(H2O)과 전자(e-)를 생성하게 된다. 상기 단전지들(1111) 각각은 상기와 같이 반응을 통해 생성된 전자를 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.For example, when the unit cells 1111 are flat unit cells of a solid oxide fuel cell, each of the unit cells 1111 may include a first oxide, a second electrode, and a solid oxide electrolyte disposed therebetween. It may include. One of the first electrode and the second electrode may be an anode to which the fuel is supplied, and the other may be a cathode to which the air is supplied. When the fuel including hydrogen (H 2 ) and the air including oxygen (O 2 ) are respectively supplied to the anode and the cathode, oxygen ions (O 2 − ) reduced in the cathode by the oxygen partial pressure difference are solid oxide electrolytes. The oxygen ions (O 2- ) moved to the anode via H 2 O react with the hydrogen (H 2 ) provided to the anode to generate water (H 2 O) and electrons (e − ). do. Each of the unit cells 1111 may generate electrical energy using electrons generated through the reaction as described above.

상기 셀프레임들(1112) 각각은 상기 단전지들(1111) 각각의 가장자리 부분을 지지하여 상기 연료전지 스택(1100)의 조립성 및 내구성을 향상시킬 수 있다. 일 실시예로, 상기 셀프레임들(1112) 각각은 지지된 단전지(1111)의 제1 및 제2 전극 중 하나의 전극을 노출시키는 채널용 개구(112)가 가운데 형성된 사각형 액자 형태의 프레임 구조를 가질 수 있고, 상기 채널용 개구(112)를 사이에 두고 서로 이격되게 제1 연료 공급홀(112-1a) 및 제1 연료 배출홀(112-1b)이 형성되며, 또한, 상기 채널용 개구(112)를 사이에 두고 서로 이격되게 제1 공기 공급홀(112-2a) 및 제1 공기 배출홀(112-2b)이 형성될 수 있다. 상기 제1 연료 공급홀(112-1a)과 상기 제1 공기 공급홀(112-2a)은 상기 셀프레임(1112)의 동일한 모서리에 인접하게 형성될 수도 있고, 서로 다른 모서리에 각각 인접하게 형성될 수도 있다. Each of the cell frames 1112 may support an edge portion of each of the unit cells 1111 to improve assembly and durability of the fuel cell stack 1100. In an embodiment, each of the cell frames 1112 has a frame structure having a rectangular frame shape in which a channel opening 112 exposing one of the first and second electrodes of the supported unit cell 1111 is formed. And a first fuel supply hole 112-1a and a first fuel discharge hole 112-1b are formed to be spaced apart from each other with the channel opening 112 interposed therebetween. The first air supply holes 112-2a and the first air discharge holes 112-2b may be formed to be spaced apart from each other with the 112 therebetween. The first fuel supply hole 112-1a and the first air supply hole 112-2a may be formed adjacent to the same corner of the cell frame 1112, or may be formed adjacent to different corners, respectively. It may be.

상기 연결재들(1113)은 상기 단전지들(1111)을 서로 전기적으로 연결하고, 상기 단전지들(1111)에 의해 생성된 전기 에너지를 외부로 전달할 수 있다. 이를 위하여 상기 연결재들(1113)은 도전성 세라믹 또는 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 연결재들(1113)은 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 LaCrO3 계열의 세라믹 재질 또는 철(Fe)-크롬(Cr) 계열의 금속 재질로 형성될 수 있다. 그리고 상기 연결재들(1113) 각각은 상기 셀프레임(1112)과 동일한 형상의 테두리를 갖는 사각 플레이트 구조를 가질 수 있고, 상기 연결재들(1113) 각각에는 상기 셀프레임(1112)의 제1 연료 공급홀(112-1a), 제1 연료 배출홀(112-1b), 제1 공기 공급홀(112-2a) 및 제1 공기 배출홀(112-2b)과 각각 연통되는 제2 연료 공급홀(113-1a), 제2 연료 배출홀(113-1b), 제2 공기 공급홀(113-2a) 및 제2 공기 배출홀(113-2b)이 형성될 수 있다. The connecting members 1113 may electrically connect the unit cells 1111 to each other, and transmit electrical energy generated by the unit cells 1111 to the outside. To this end, the connecting members 1113 may be formed of a conductive ceramic or metal material. For example, the connecting members 1113 may have a LaCrO 3 having a perovskite structure. It may be formed of a ceramic material of the series or a metal material of the iron (Fe) -chromium (Cr). Each of the connecting members 1113 may have a rectangular plate structure having an edge having the same shape as that of the cell frame 1112, and each of the connecting members 1113 includes a first fuel supply hole of the cell frame 1112. Second fuel supply holes 113-1 communicating with 112-1a, first fuel discharge holes 112-1b, first air supply holes 112-2a, and first air discharge holes 112-2b, respectively. 1a), a second fuel discharge hole 113-1b, a second air supply hole 113-2a, and a second air discharge hole 113-2b may be formed.

상기 연결재들(1113)은 상기 상부 엔드 플레이트(1120)와 상기 단전지들(1111) 중 최상부 단전지 사이에 배치된 제1 연결재(1113A), 상기 단전지들(1111) 사이에 배치된 복수의 제2 연결재들(1113B) 및 상기 하부 엔드 플레이트(1130)와 상기 단전지들(1111) 중 최하부 단전지 사이에 배치된 제3 연결재(1113C)를 포함할 수 있다. 상기 제2 연결재들(1113B)은 상기 단전지들(1111)을 서로 전기적으로 연결할 수 있고, 상기 제1 연결재(1113A) 및 제3 연결재(1113C)는 상기 단전지들(1111)로부터 생성된 전기 에너지를 외부 회로에 전달할 수 있다. 한편, 상기 제1 연결재(1113A)에는 상기 제2 연료 공급홀(113-1a), 제2 연료 배출홀(113-1b), 제2 공기 공급홀(113-2a) 및 제2 공기 배출홀(113-2b)이 형성되지 않을 수 있다. The connecting members 1113 may include a first connecting member 1113A disposed between the upper end plate 1120 and an uppermost single cell of the unit cells 1111, and a plurality of connecting members 1111 between the unit cells 1111. The second connecting members 1113B and the lower end plate 1130 and a third connecting member 1113C may be disposed between the lowermost single cells of the unit cells 1111. The second connecting members 1113B may electrically connect the unit cells 1111 to each other, and the first connecting member 1113A and the third connecting member 1113C may be electrically generated from the unit cells 1111. Energy can be transferred to external circuits. Meanwhile, the second fuel supply hole 113-1a, the second fuel discharge hole 113-1b, the second air supply hole 113-2a, and the second air discharge hole may be formed in the first connector 1113A. 113-2b) may not be formed.

상기 상부 엔드 플레이트(1120) 및 상기 하부 엔드 플레이트(1130)는 상기 단전지 적층 구조체(1110)의 상부 및 하부에 각각 배치되어, 상기 단전지 적층 구조체(1110)에 균일한 압력이 인가될 수 있다.The upper end plate 1120 and the lower end plate 1130 are disposed on the upper and lower portions of the unit cell stack structure 1110, respectively, and uniform pressure may be applied to the unit cell stack structure 1110. .

일 실시예에 있어서, 상기 하부 엔드 플레이트(1130)에는 상기 연결재들(1113) 중 상기 제3 연결재(1113C)에 형성된 상기 제2 연료 공급홀(113-1a), 제2 연료 배출홀(113-1b), 제2 공기 공급홀(113-2a) 및 제2 공기 배출홀(113-2b)과 각각 연통하는 제3 연료 공급홀(130-1a), 제3 연료 배출홀(130-1b), 제3 공기 공급홀(130-2a) 및 제3 공기 배출홀(130-2b)이 형성될 수 있다. In example embodiments, the lower end plate 1130 may include the second fuel supply hole 113-1a and the second fuel discharge hole 113-formed in the third connecting member 1113C of the connecting members 1113. 1b), the third fuel supply hole 130-1a, the third fuel discharge hole 130-1b, which communicate with the second air supply hole 113-2a and the second air discharge hole 113-2b, respectively; The third air supply hole 130-2a and the third air discharge hole 130-2b may be formed.

상기 제1 내지 제3 연료 공급홀들(112-1a, 113-1a, 130-1a)과 상기 제1 내지 제3 연료 배출홀들(112-1b, 113-1b, 130-1b)이 상기 연료 유로를 형성하고, 상기 제1 내지 제3 공기 공급홀들(112-2a, 113-2a, 130-2a)과 상기 제1 내지 제3 공기 배출홀들(112-2b, 113-2b, 130-2b)이 상기 공기 유로를 형성할 수 있다. 그리고 상기 제3 연료 공급홀(130-1a) 및 제3 연료 배출홀(130-1b)은 상기 연료 유로의 입구 및 출구를 각각 형성하고, 상기 제3 공기 공급홀(130-2a) 및 상기 제3 공기 배출홀(130-2b)은 상기 공기 유로의 입구 및 출구를 각각 형성한다. The first to third fuel supply holes 112-1a, 113-1a, and 130-1a and the first to third fuel discharge holes 112-1b, 113-1b, and 130-1b are the fuel. A flow path is formed, and the first to third air supply holes 112-2a, 113-2a, and 130-2a and the first to third air discharge holes 112-2b, 113-2b, and 130- 2b) may form the air flow path. The third fuel supply hole 130-1a and the third fuel discharge hole 130-1b respectively form an inlet and an outlet of the fuel passage, and the third air supply hole 130-2a and the third fuel supply hole 130-1b respectively. The three air outlet holes 130-2b form inlets and outlets of the air passages, respectively.

상기 지지체(1200)는 상기 하나 이상의 연료전지 스택(1100)의 하부에 배치되어 이를 지지할 수 있다. 그리고 상기 지지체(1200)에는 외부 연료 공급부(미도시)와 연결되어 상기 연료전지 스택(1100)에 연료를 공급하는 연료 공급관(1410) 및 상기 연료전지 스택(1100)으로부터 배출되는 연료가 이동하는 연료 배출관(1420)이 연결될 수 있다. 한편, 상기 지지체(1200)에는 외부 공기 공급부(미도시)와 연결되어 상기 연료전지 스택(1100)에 공기를 공급하는 공기 공급관(1430) 및 상기 연료전지 스택(1100)으로부터 배출되는 공기가 이동하는 공기 배출관(1440)이 추가적으로 연결될 수도 있다. 예를 들면, 상기 지지체(1200)는 상기 하부 엔드 플레이트(1130)의 상기 제3 연료 공급홀(130-1a), 제3 연료 배출홀(130-1b), 제3 공기 공급홀(130-2a) 및 제3 공기 배출홀(130-2b)과 각각 연통하는 제4 연료 공급홀(210-1a), 제4 연료 배출홀(210-1b), 제4 공기 공급홀(210-2a) 및 제4 공기 배출홀(210-2b)이 형성될 수 있고, 상기 연료 공급관(1410), 상기 연료 배출관(1420), 상기 공기 공급관(1430) 및 상기 공기 배출관(1440)은 상기 제4 연료 공급홀(210-1a), 제4 연료 배출홀(210-1b), 제4 공기 공급홀(210-2a) 및 제4 공기 배출홀(210-2b)에 각각 연결될 수 있다. The support 1200 may be disposed below and support the one or more fuel cell stacks 1100. In addition, a fuel supply pipe 1410 connected to an external fuel supply unit (not shown) and supplying fuel to the fuel cell stack 1100 and fuel discharged from the fuel cell stack 1100 are moved to the support 1200. The discharge pipe 1420 may be connected. Meanwhile, an air supply pipe 1430 connected to an external air supply unit (not shown) and supplying air to the fuel cell stack 1100 and air discharged from the fuel cell stack 1100 are moved to the support 1200. The air discharge pipe 1440 may be further connected. For example, the support 1200 may include the third fuel supply hole 130-1a, the third fuel discharge hole 130-1b, and the third air supply hole 130-2a of the lower end plate 1130. ) And the fourth fuel supply hole 210-1a, the fourth fuel supply hole 210-1b, the fourth air supply hole 210-2a, and the third air outlet hole 130-2b, respectively. Four air discharge holes 210-2b may be formed, and the fuel supply pipe 1410, the fuel discharge pipe 1420, the air supply pipe 1430, and the air discharge pipe 1440 may include the fourth fuel supply hole ( 210-1a, the fourth fuel discharge hole 210-1b, the fourth air supply hole 210-2a, and the fourth air discharge hole 210-2b, respectively.

일 실시예에 있어서, 상기 지지체(1200)는 상기 연료전지 스택(1100)을 직접 지지하는 지지 플레이트(1210), 상기 지지 플레이트(1210)의 하부면으로부터 돌출되어 상기 지지 플레이트(1210)를 설치면으로부터 이격되게 배치시키는 복수의 지지 다리들(1220)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the support 1200 is a support plate 1210 for directly supporting the fuel cell stack 1100, protruding from the lower surface of the support plate 1210 to install the support plate 1210 It may include a plurality of support legs 1220 to be spaced apart from the.

상기 지지 플레이트(1210)에는 상기 제4 연료 공급홀(210-1a), 제4 연료 배출홀(210-1b), 제4 공기 공급홀(210-2a) 및 제4 공기 배출홀(210-2b)이 형성될 수 있고, 상기 연료 공급관(1410), 상기 연료 배출관(1420), 상기 공기 공급관(1430) 및 상기 공기 배출관(1440)은 상기 지지 플레이트(1210)의 하부면에 결합되어 상기 제4 연료 공급홀(210-1a), 제4 연료 배출홀(210-1b), 제4 공기 공급홀(210-2a) 및 제4 공기 배출홀(210-2b)에 각각 연결될 수 있다.The support plate 1210 includes the fourth fuel supply hole 210-1a, the fourth fuel discharge hole 210-1b, the fourth air supply hole 210-2a, and the fourth air discharge hole 210-2b. ) May be formed, and the fuel supply pipe 1410, the fuel discharge pipe 1420, the air supply pipe 1430, and the air discharge pipe 1440 are coupled to a lower surface of the support plate 1210 to be connected to the fourth surface. The fuel supply hole 210-1a, the fourth fuel discharge hole 210-1b, the fourth air supply hole 210-2a, and the fourth air discharge hole 210-2b may be connected to each other.

상기 지지 다리들(1220)은 상기 지지 플레이트(1210)를 상기 설치면으로부터 이격된 상태에서 안정적으로 지탱할 수 있다면, 그 구조나 형상 등이 특별히 제한되지 않는다.If the support legs 1220 can stably support the support plate 1210 in a state spaced apart from the installation surface, the structure or shape thereof is not particularly limited.

상기 밀봉 부재(1300)는 상기 지지체(1200)와 상기 연료전지 스택(1100) 사이에 배치되고, 상기 지지체의 상기 제4 연료 공급홀(210-1a), 제4 연료 배출홀(210-1b), 제4 공기 공급홀(210-2a) 및 제4 공기 배출홀(210-2b)과 이와 각각 연통하는 상기 하부 엔드 플레이트(1130)의 제3 연료 공급홀(130-1a), 제3 연료 배출홀(130-1b), 제3 공기 공급홀(130-2a) 및 제3 공기 배출홀(130-2b) 사이의 영역을 밀봉하여 상기 지지체(1200)와 상기 연료전지 스택(1100) 사이에서 연료 또는 공기가 누설되는 것을 방지할 수 있다.The sealing member 1300 is disposed between the support 1200 and the fuel cell stack 1100, and the fourth fuel supply hole 210-1a and the fourth fuel discharge hole 210-1b of the support are disposed. And a third fuel supply hole 130-1a of the lower end plate 1130 communicating with the fourth air supply hole 210-2a and the fourth air discharge hole 210-2b, respectively, and a third fuel discharge. Sealing an area between the hole (130-1b), the third air supply hole (130-2a) and the third air discharge hole (130-2b) to the fuel between the support 1200 and the fuel cell stack 1100 Alternatively, air leakage can be prevented.

일 실시예에 있어서, 상기 밀봉 부재(1300)는 상기 지지체의 상부면과 상기 하부 엔드 플레이트의 하부면 사이에서 상기 제4 연료 공급홀(210-1a), 제4 연료 배출홀(210-1b), 제4 공기 공급홀(210-2a) 및 제4 공기 배출홀(210-2b) 중 적어도 하나의 상부 단부를 둘러싸도록 배치되고 상대적으로 고온의 융용 온도를 갖는 세라믹 재질로 형성된 고리 형상의 압축 밀봉재(1310), 상기 압축 밀봉재(1310)을 사이에 두고 서로 이격된 위치에서 상기 홀의 상부 단부를 둘러싸도록 배치된 고리 형상의 내부 고온용 밀봉재(1320) 및 외부 고온용 밀봉재(1330)를 포함할 수 있다. The sealing member 1300 may include the fourth fuel supply hole 210-1a and the fourth fuel discharge hole 210-1b between the upper surface of the support and the lower surface of the lower end plate. , An annular compression seal formed of a ceramic material disposed to surround the upper end of at least one of the fourth air supply hole 210-2a and the fourth air discharge hole 210-2b and having a relatively high melting temperature. 1310, an annular internal high temperature sealant 1320 and an external high temperature sealant 1330 disposed to surround the upper end of the hole at positions spaced apart from each other with the compression sealant 1310 interposed therebetween. have.

상기 압축 밀봉재(1310)는 고체산화물 연료전지의 작동 온도 이상의 용융 온도를 갖는 세라믹 재료, 예를 들면, 마이카(mica) 등으로 형성될 수 있고, 편평한 상부면 및 하부면을 갖는 고리 형상을 가질 수 있다. 그리고 상기 내부 및 외부 고온용 밀봉재(1320, 1330)는 상기 압출 밀봉재(1310)보다 용융 온도가 낮은 글라스 재료, 글라스와 세라믹의 복합체 재료 등으로 형성될 수 있고, 각각 편평한 상부면과 하부면을 갖는 고리 형상을 가질 수 있다. The compression seal 1310 may be formed of a ceramic material having a melting temperature equal to or higher than an operating temperature of a solid oxide fuel cell, for example, mica, and may have a ring shape having a flat upper surface and a lower surface. have. The inner and outer high temperature sealing materials 1320 and 1330 may be formed of a glass material having a lower melting temperature than the extruded sealing material 1310, a composite material of glass and ceramic, etc., each having a flat upper surface and a lower surface. It may have a ring shape.

일 실시예에 있어서, 상기 내부 및 외부 고온용 밀봉재(1320, 1330)의 높이는 상기 압축 밀봉재의 높이보다 클 수 있고, 이 경우, 상기 지지 플레이트(1210)의 상부면 및 상기 하부 엔드 플레이트(1130)의 하부면 중 하나에는 상기 내부 및 외부 고온용 밀봉재(1320, 1330)의 일 단부들이 각각 삽입되는 내부 삽입홈(11-1a, 11-1b, 11-2a, 11-2b 참조) 및 외부 삽입홈(12-1a, 12-1b, 12-2a, 12-2b 참조)이 각각 형성될 수 있다. In one embodiment, the heights of the inner and outer high temperature seals 1320 and 1330 may be greater than the height of the compression seals, in which case the top surface of the support plate 1210 and the lower end plate 1130. One of the lower surfaces of the inner and outer insertion grooves 11-1a, 11-1b, 11-2a, and 11-2b into which one end of the inner and outer high temperature sealing materials 1320 and 1330 are inserted, respectively; (See 12-1a, 12-1b, 12-2a, 12-2b), respectively.

일 실시예로, 상기 압축 밀봉재(1310)는 상기 제4 연료 공급홀(210-1a), 제4 연료 배출홀(210-1b), 제4 공기 공급홀(210-2a) 및 제4 공기 배출홀(210-2b)의 상부 단부를 각각 둘러싸도록 배치된 제1 내지 제4 압축 밀봉재(1310a, 1310b, 1310c, 1310d)를 포함할 수 있고, 상기 내부 고온용 밀봉재(1320)는 상기 제1 내지 제4 압축 밀봉재(1310a, 1310b, 1310c, 1310d)의 내부에 각각 배치된 제1 내지 제4 내부 고온용 밀봉재(1320a, 1320b, 1320c, 1320d)를 포함할 수 있으며, 상기 외부 고온용 밀봉재(1330)는 상기 제1 내지 제4 압축 밀봉재(1310a, 1310b, 1310c, 1310d)를 각각 둘러싸도록 배치된 제1 내지 제4 외부 고온용 밀봉재(1330a, 1330b, 1330c, 1330d)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 압축 밀봉재(1310a, 1310b, 1310c, 1301d) 각각의 단면적은 상기 제1 내지 제4 내부 고온용 밀봉재(1330a, 1330b, 1330c, 1330d) 및 상기 제1 내지 제4 외부 고온용 밀봉재(1330a, 1330b, 1330c, 1330d) 각각의 단면적보다 클 수 있다. In one embodiment, the compression seal 1310 is the fourth fuel supply hole (210-1a), the fourth fuel discharge hole (210-1b), the fourth air supply hole (210-2a) and the fourth air discharge The first to fourth compression seals 1310a, 1310b, 1310c, and 1310d may be disposed to surround the upper ends of the holes 210-2b, respectively, and the internal high temperature sealant 1320 may include the first to fourth compression seals 1320. The first to fourth internal high temperature sealants 1320a, 1320b, 1320c, and 1320d may be disposed in the fourth compression seals 1310a, 1310b, 1310c, and 1310d, respectively. ) May include first to fourth external high temperature seals 1330a, 1330b, 1330c, and 1330d disposed to surround the first to fourth compression seals 1310a, 1310b, 1310c, and 1310d, respectively. The cross-sectional area of each of the first to fourth compression seals 1310a, 1310b, 1310c, and 1301d may include the first to fourth internal high temperature sealants 1330a, 1330b, 1330c, and 1330d, and the first to fourth external high temperature seals. The sealing materials 1330a, 1330b, 1330c, and 1330d may be larger than the cross-sectional area of each.

한편, 상기 제1 내지 제4 압축 밀봉재(1310a, 1310b, 1310c, 1301d)의 높이가 상기 제1 내지 제4 내부 고온용 밀봉재(1330a, 1330b, 1330c, 1330d) 및 상기 제1 내지 제4 외부 고온용 밀봉재(1330a, 1330b, 1330c, 1330d)의 높이보다 큰 경우, 상기 지지 플레이트(1210)의 상부면 및 상기 하부 엔드 플레이트(1130)의 하부면 중 하나에는 상기 제3 연료 공급홀(130-1a), 제3 연료 배출홀(130-1b), 제3 공기 공급홀(130-2a) 및 제3 공기 배출홀(130-2b)을 각각 둘러싸도록 형성되고 상기 제1 내지 제4 내부 고온용 밀봉재(1330a, 1330b, 1330c, 1330d)의 단부들이 각각 삽입되는 제1 내지 제4 내부 삽입홈(11-1a, 11-1b, 11-2a, 11-2b) 및 상기 제1 내지 제4 내부 삽입홈(11-1a, 11-1b, 11-2a, 11-2b)을 각각 둘러싸도록 형성되고 상기 제1 내지 제4 외부 고온용 밀봉재(1330a, 1330b, 1330c, 1330d)의 단부들이 각각 삽입되는 제1 내지 제4 외부 삽입홈(12-1a, 12-1b, 12-2a, 12-2b)이 형성될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 내부 삽입홈(11-1a, 11-1b, 11-2a, 11-2b) 및 상기 제1 내지 제4 외부 삽입홈(12-1a, 12-1b, 12-2a, 12-2b)의 바닥면은 상기 제1 내지 제4 내부 고온용 밀봉재(1330a, 1330b, 1330c, 1330d) 및 상기 제1 내지 제4 외부 고온용 밀봉재(1330a, 1330b, 1330c, 1330d)의 단부면과 동일하게 편평할 수 있다. Meanwhile, the heights of the first to fourth compression seals 1310a, 1310b, 1310c, and 1301d are the first to fourth internal high temperature sealants 1330a, 1330b, 1330c, and 1330d, and the first to fourth external high temperatures. When larger than the height of the sealing material (1330a, 1330b, 1330c, 1330d), one of the upper surface of the support plate 1210 and the lower surface of the lower end plate 1130, the third fuel supply hole (130-1a) ), The third fuel discharge hole 130-1b, the third air supply hole 130-2a, and the third air discharge hole 130-2b, respectively, and are formed to enclose the first to fourth internal high temperature sealants. First to fourth internal insertion grooves 11-1a, 11-1b, 11-2a, and 11-2b into which end portions of the first and fourth internal insertion grooves 1330a, 1330b, 1330c, and 1330d are inserted, respectively. First to be formed to surround (11-1a, 11-1b, 11-2a, 11-2b), respectively, the ends of the first to fourth external high temperature sealant (1330a, 1330b, 1330c, 1330d) is inserted To fourth outside Insertion grooves 12-1a, 12-1b, 12-2a, and 12-2b may be formed. The first to fourth internal insertion grooves 11-1a, 11-1b, 11-2a, and 11-2b and the first to fourth external insertion grooves 12-1a, 12-1b, 12-2a, and 12; The bottom surface of -2b) and the end surfaces of the first to fourth internal high temperature sealing materials 1330a, 1330b, 1330c, and 1330d and the first to fourth external high temperature sealing materials 1330a, 1330b, 1330c, and 1330d. It can be equally flat.

일반적으로 연료전지 스택 설치시 스택의 설치 후에 연료 공급/배출 배관들 및 공기 공급/배출 배관들을 연료전지 스택에 연결하므로, 상기 배관들의 연결을 위한 작업에 많은 어려움이 발생하는데, 본 발명의 연료전지 구조체에 따르면, 연료 공급/배출 배관 및 공기 공급/배출 배관을 연료전지 스택이 아니라 하나 이상의 연료전지 스택을 지지할 수 있는 지지체에 연결함으로써 연료전지 구조체의 설치 공정을 단순화할 수 있고, 상기 지지체와 연료전지 스택 사이에 밀봉 부재를 배치시킴으로써 안정적으로 연료 및 공기를 밀봉할 수 있다. In general, since the fuel supply / exhaust pipes and the air supply / exhaust pipes are connected to the fuel cell stack after installation of the fuel cell stack, many difficulties arise in the work for connecting the pipes. According to the structure, the installation process of the fuel cell structure can be simplified by connecting the fuel supply / exhaust piping and the air supply / exhaust piping to a support capable of supporting one or more fuel cell stacks, not the fuel cell stack. By arranging the sealing member between the fuel cell stacks, fuel and air can be sealed stably.

본 발명의 연료전지 구조체에 있어서, 상기 밀봉 부재가 고온용 밀봉재와 함께 압축 밀봉재를 포함하므로, 고온용 밀봉재의 도포 면적을 감소시키더라도 안정적으로 연료 및 공기의 기밀성을 확보할 수 있으므로, 상기 고온용 밀봉재의 도포 면적을 감소시킬 수 있고, 그 결과 상온에서 상기 연료전지 스택을 상기 지지체로부터 용이하게 탈부착할 수 있다.In the fuel cell structure of the present invention, since the sealing member includes a compression sealing material together with the high temperature sealing material, the airtightness of the fuel and air can be stably secured even if the application area of the high temperature sealing material is reduced. The application area of the sealant can be reduced, and as a result, the fuel cell stack can be easily detached from the support at room temperature.

또한, 유리는 고온용 밀봉재로써 저온에서는 기밀성이 저하되는 문제점이 있는데, 본 발명의 연료전지 구조체에 있어서는 상기 밀봉 부재가 고온용 밀봉재와 함께 압축 밀봉재를 포함하므로, 고온용 밀봉재의 용융 온도 미만의 상대적으로 저온에서도 연료 및 공기를 안정적으로 밀봉할 수 있다. In addition, there is a problem that the glass is a high temperature sealant and the airtightness is lowered at a low temperature. In the fuel cell structure of the present invention, since the sealing member includes a compression seal with a high temperature sealant, the glass has a relative temperature below the melting temperature of the high temperature sealant. This ensures stable sealing of fuel and air even at low temperatures.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the detailed description of the present invention has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art will have the idea of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.

1000: 연료전지 구조체 1100: 연료전지 스택
1111: 단전지 1112: 셀프레임
1113: 연결재들 1200: 지지체
1300: 밀봉부재 1310: 압축 밀봉재
1320: 내부 고온용 밀봉재 1330: 외부 고온용 밀봉재1000: fuel cell structure 1100: fuel cell stack
1111: unit cell 1112: cell frame
1113: connecting members 1200: support
1300: sealing member 1310: compression sealing material
1320: internal high temperature sealant 1330: external high temperature sealant

Claims (11)

제1 방향으로 적층된 복수의 연료전지 단전지들을 포함하는 단전지 적층 구조체; 상기 제1 방향을 기준으로 상기 단전지 적층 구조체의 상부 및 하부에 각각 배치된 상부 엔드 플레이트와 하부 엔드 플레이트를 포함하고, 내부에 수소(H2)를 포함하는 연료가 이동하는 연료 유로 및 산소(O2)를 포함하는 공기가 이동하는 공기 유로가 형성된 하나 이상의 연료전지 스택;
상기 하부 엔드 플레이트의 하부에 배치되어 이를 지지하고, 상기 연료전지 스택에 연료를 공급하는 연료 공급관 및 상기 연료전지 스택으로부터 연료를 배출하는 연료 배출관이 결합되며, 상기 연료 공급관과 상기 연료 유로의 입구를 연결하는 제4 연료 공급홀 및 상기 연료 배출관과 상기 연료 유로의 출구를 연결하는 제4 연료 배출홀이 형성된 지지 플레이트를 포함하는 지지체; 및
상기 하부 엔드 플레이트와 상기 지지 플레이트 사이에 배치되고, 상기 제4 연료 공급홀과 상기 연료 유로의 입구 사이 및 상기 제4 연료 배출홀과 상기 연료 유로의 출구 사이를 밀봉하는 고온용 밀봉재 및 압축 밀봉재를 포함하는 밀봉 부재;를 포함하고,
상기 하부 엔드 플레이트에는 상기 연료 유로의 입구를 형성하는 제3 연료 공급홀 및 상기 연료 유로의 출구를 형성하는 제3 연료 배출홀이 형성되고,
상기 압축 밀봉재는 상기 지지 플레이트의 상부면과 상기 하부 엔드 플레이트이 하부면 사이에서 상기 제4 연료 공급홀 및 상기 제4 연료 배출홀 중 적어도 하나의 홀의 상부 단부를 둘러싸는 고리 형상을 갖고,
상기 고온용 밀봉재는 상기 지지 플레이트의 상부면과 상기 하부 엔드 플레이트이 하부면 사이에서 상기 압축 밀봉재의 내부에 배치되고 상기 적어도 하나의 홀의 상부 단부를 둘러싸도록 배치된 고리 형상의 내부 고온용 밀봉재를 포함하고,
상기 제1 방향으로의 상기 내부 고온용 밀봉재의 높이는 상기 압축 밀봉재보다 크며,
상기 지지 플레이트의 상부면 및 상기 하부 엔드 플레이트의 하부면 중 하나에는 상기 내부 고온용 밀봉재의 단부가 삽입되는 내부 삽입홈이 형성된 것을 특징으로 하는, 연료전지 구조체.A unit cell stack structure including a plurality of fuel cell units stacked in a first direction; A fuel flow path and oxygen (O 2) including an upper end plate and a lower end plate disposed on upper and lower portions of the unit cell stack structure with respect to the first direction, and a fuel including hydrogen (H 2) moves therein; At least one fuel cell stack in which an air flow path through which air is moved is formed;
A fuel supply pipe disposed at the lower end of the lower end plate and supporting the fuel cell stack and supporting the fuel cell stack, and a fuel discharge pipe for discharging fuel from the fuel cell stack; A support including a fourth fuel supply hole for connecting and a support plate having a fourth fuel discharge hole for connecting the fuel discharge pipe and an outlet of the fuel passage; And
A high temperature sealant and a compression seal disposed between the lower end plate and the support plate and sealing between the fourth fuel supply hole and the inlet of the fuel passage and between the fourth fuel discharge hole and the outlet of the fuel passage. Including a sealing member;
A third fuel supply hole forming an inlet of the fuel flow path and a third fuel discharge hole forming an outlet of the fuel flow path in the lower end plate;
The compression seal member has an annular shape surrounding an upper end of at least one of the fourth fuel supply hole and the fourth fuel discharge hole between an upper surface of the support plate and the lower end plate, wherein
The high temperature sealing material includes an annular internal high temperature sealing material disposed between the upper surface of the support plate and the lower end plate inside the compression sealing material between the lower surface and surrounding the upper end of the at least one hole; ,
The height of the internal high temperature sealant in the first direction is greater than the compression sealant,
And one of an upper surface of the support plate and a lower surface of the lower end plate is formed with an internal insertion groove into which an end of the internal high temperature sealing material is inserted. 제1항에 있어서,
상기 지지체는 상기 지지 플레이트의 하부면으로부터 돌출되어 상기 지지 플레이트를 설치면으로부터 이격시키는 복수의 지지 다리들을 더 포함하고,
상기 연료 공급관 및 상기 연료 배출관은 상기 지지 플레이트의 하부면에 결합된 것을 특징으로 하는, 연료전지 구조체.The method of claim 1,
The support further includes a plurality of support legs protruding from the lower surface of the support plate to separate the support plate from the installation surface
The fuel supply pipe and the fuel discharge pipe, characterized in that coupled to the lower surface of the support plate, fuel cell structure. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 압축 밀봉재는 상기 지지 플레이트의 상부면과 면접촉하는 편평한 하부면 및 상기 엔드 플레이트의 하부면과 면접촉하는 편평한 상부면을 구비하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 구조체.
The method of claim 1,
And the compression seal has a flat lower surface in surface contact with the upper surface of the support plate and a flat upper surface in surface contact with the lower surface of the end plate.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 고온용 밀봉재는 상기 지지 플레이트의 상부면과 상기 하부 엔드 플레이트이 하부면 사이에서 상기 압축 밀봉재를 둘러싸도록 배치된 외부 고온용 밀봉재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 구조체.The method of claim 1,
And the high temperature sealing material further comprises an external high temperature sealing material disposed between the upper surface of the support plate and the lower end plate to surround the compression sealing material. 제6항에 있어서,
상기 제1 방향으로의 상기 외부 고온용 밀봉재의 높이는 상기 압축 밀봉재보다 크며,
상기 지지 플레이트의 상부면 및 상기 하부 엔드 플레이트의 하부면 중 하나에는 상기 외부 고온용 밀봉재의 단부가 삽입되는 외부 삽입홈이 형성된 것을 특징으로 하는, 연료전지 구조체.The method of claim 6,
The height of the external high temperature sealant in the first direction is greater than the compression sealant,
The fuel cell structure, characterized in that the outer surface of the supporting plate and the lower surface of the lower end plate is formed with an outer insertion groove into which the end of the external high temperature sealing material is inserted. 제6항에 있어서,
상기 내부 및 외부 고온용 밀봉재 각각은 글라스 재료 또는 글라스와 세라믹의 복합체 재료로 형성되고,
상기 압축 밀봉재는 세라믹 재료로 형성된 것을 특징으로 하는, 연료전지 구조체.The method of claim 6,
Each of the inner and outer high temperature sealing materials is formed of a glass material or a composite material of glass and ceramic,
And the compression seal is formed of a ceramic material. 제6항에 있어서,
상기 압축 밀봉재는 상기 제4 연료 공급홀 및 상기 제4 연료 배출홀의 상부 단부들을 각각 둘러싸도록 배치된 제1 및 제2 압축 밀봉재를 포함하고,
상기 내부 고온용 밀봉재는 상기 제1 및 제2 압축 밀봉재의 내부에 각각 배치된 제1 및 제2 내부 고온용 밀봉재를 포함하며,
상기 외부 고온용 밀봉재는 상기 제1 및 제2 압축 밀봉재를 각각 둘러싸도록 배치된 제1 및 제2 외부 고온용 밀봉재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 구조체.The method of claim 6,
The compression seal includes first and second compression seals disposed to surround upper ends of the fourth fuel supply hole and the fourth fuel discharge hole, respectively.
The internal high temperature sealing material includes first and second internal high temperature sealing materials disposed in the first and second compression sealing materials, respectively.
And the external high temperature sealant comprises first and second external high temperature seals disposed to surround the first and second compression seals, respectively. 제1항에 있어서,
상기 지지 플레이트에는 상기 연료전지 스택에 공기를 공급하는 공기 공급관 및 상기 연료전지 스택으로부터 공기를 배출하는 공기 배출관이 추가로 결합되고, 상기 공기 공급관과 상기 공기 유로의 입구를 연결하는 제4 공기 공급홀 및 상기 공기 배출관과 상기 공기 유로의 출구를 연결하는 제4 공기 배출홀이 형성되며,
상기 하부 엔드 플레이트에는 상기 공기 유로의 입구를 형성하는 제3 공기 공급홀 및 상기 공기 유로의 출구를 형성하는 제3 공기 배출홀이 형성된 것을 특징으로 하는, 연료전지 구조체.The method of claim 1,
The support plate is further coupled to the air supply pipe for supplying air to the fuel cell stack and the air discharge pipe for discharging air from the fuel cell stack, the fourth air supply hole connecting the air supply pipe and the inlet of the air flow path And a fourth air discharge hole connecting the air discharge pipe and the outlet of the air flow path,
And a third air supply hole forming an inlet of the air passage and a third air outlet hole forming an outlet of the air passage in the lower end plate. 제10항에 있어서,
상기 압축 밀봉재는 상기 제4 공기 공급홀 및 상기 제4 공기 배출홀의 상부 단부들을 각각 둘러싸도록 배치된 제3 및 제4 압축 밀봉재를 포함하고,
상기 고온용 밀봉재는 상기 제3 및 제4 압축 밀봉재의 내부에 각각 배치된 제3 및 제4 내부 고온용 밀봉재 그리고 상기 제3 및 제4 압축 밀봉재를 각각 둘러싸도록 배치된 제3 및 제4 외부 고온용 밀봉재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 구조체.
The method of claim 10,
The compression seal includes third and fourth compression seals disposed to surround upper ends of the fourth air supply hole and the fourth air discharge hole, respectively.
The high temperature sealing material includes third and fourth internal high temperature sealing materials disposed in the third and fourth compression sealing materials, respectively, and third and fourth external high temperatures arranged to surround the third and fourth compression sealing materials, respectively. A fuel cell structure comprising a sealing material for use.
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