KR102495989B1 - 연료전지 시스템 - Google Patents

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KR102495989B1
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이준우
이병철
최성호
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Abstract

연료전지 시스템이 개시된다. 상기 연료전지 시스템은 지지 플레이트; 상기 지지 플레이트 상부에 서로 이격되게 배치된 제1 연료전지 스택과 제2 연료전지 스택; 상기 제1 및 제2 연료전지 스택의 제1 집전패드를 외부 회로에 전기적으로 연결하는 제1 집전 구조체; 및 상기 제1 및 제2 연료전지 스택의 제2 집전패드를 외부 회로에 전기적으로 연결하는 제2 집전 구조체를 포함하고, 상기 제1 집전 구조체는, 제1 단부가 상기 외부 회로와 전기적으로 연결되는 제1 집전부; 상기 제1 집전부의 상기 제1 단부 반대편의 제2 단부로부터 상기 제1 집전부와 평행하지 않게 연장되고, 상기 지지 플레이트와 평행한 상부 플레이트부를 포함하는 제2 집전부; 상기 상부 플레이트부의 제1 변과 제1 절곡홈을 사이에 두고 연결되는 제1 상부 패드 연결부 및 상기 제1 변에 평행한 상기 상부 플레이트부의 제2 변과 제2 절곡홈을 사이에 두고 연결되는 제2 상부 패드 연결부를 포함하는 제3 집전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 수소 함유 연료가스 및 산소 함유 공기를 이용하여 전력을 생성할 수 있는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 수소와 산소의 반응을 이용하여 전기를 생성한다. 이러한 연료전지는 일반적으로 고출력을 위해 복수의 연료전지 셀을 적층한 연료전지 스택을 복수개 연결하여 사용된다. 이 경우, 복수개의 연료전지 스택은 외부 집전 구조체를 통해 서로 전기적으로 연결된다.
이때, 복수의 연료전지 스택들 사이에 높이차가 발생할 수 있는데, 견고한 구조의 외부 집전 구조체를 이용하여 이러한 복수의 연료전지 스택을 전기적으로 연결하는 경우, 연료전지 스택의 파손을 유발할 수 있을 뿐만 아니라 연료전지 스택의 이격간격 등을 정확히 조정해야 하는 등의 연료전지 스택의 설치에 많은 문제점을 야기할 수 있고, 응력 집중으로 인한 파손이나 변형으로 인하여 전력손실을 발생시킬 수 있는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상하 방향 및 수평 방향 신축 가능한 제1 집전 구조체를 이용하여 연료전지 스택들의 제1 집전패드들을 외부 회로에 전기적으로 연결시킴으로써, 연료전지 스택의 설치 공정을 용이하게 수행할 수 있도록 한 연료전지 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템은 지지 플레이트; 상기 지지 플레이트 상부에 서로 이격되게 배치된 제1 연료전지 스택과 제2 연료전지 스택; 상기 제1 및 제2 연료전지 스택의 제1 집전패드를 외부 회로에 전기적으로 연결하는 제1 집전 구조체; 및 상기 제1 및 제2 연료전지 스택의 제2 집전패드를 외부 회로에 전기적으로 연결하는 제2 집전 구조체를 포함하고, 상기 제1 집전 구조체는, 제1 단부가 상기 외부 회로와 전기적으로 연결되는 제1 집전부; 상기 제1 집전부의 상기 제1 단부 반대편의 제2 단부로부터 상기 제1 집전부와 평행하지 않게 연장되고, 연장된 길이의 말단에 일정 각도로 절곡되어 배치되는 상부 플레이트부를 포함하는 제2 집전부; 상기 상부 플레이트부의 제1 변과 제1 절곡홈을 사이에 두고 연결되는 제1 상부 패드 연결부 및 상기 제1 변에 평행한 상기 상부 플레이트부의 제2 변과 제2 절곡홈을 사이에 두고 연결되는 제2 상부 패드 연결부를 포함하는 제3 집전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 상부 패드 연결부 및 상기 제2 상부 패드 연결부 각각은, 상기 제1 절곡홈 또는 상기 제2 절곡홈으로부터 연장되어 상기 상부 플레이트부와 직교하는 제1 탄성구간; 및 상기 제1 탄성구간의 말단으로부터 연장되어 상기 제1 탄성구간과 직교하는 제2 탄성구간을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 탄성구간은 서로 두께를 달리하는 두 영역을 포함하도록 일지점에 제1 단차부가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 단차부의 경계에 형성되어 상기 제2 탄성구간의 두 영역 사이에 위치하는 제3 절곡홈을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 탄성구간의 두 영역 중 두께가 더 얇은 영역의 끝에는 일측의 장축변으로부터 수평 방향으로 연장되는 제1 확장부가 형성되고, 상기 제1 확장부에는 제1 볼팅구멍이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 집전부는, 상기 상부 플레이트부의 상기 제1 변과 제4 절곡홈을 사이에 두고 연결되며, 상기 제1 상부 패드 연결부와 이웃하는 제3 상부 패드 연결부; 및 상기 상부 플레이트부의 상기 제2 변과 제5 절곡홈을 사이에 두고 연결되며, 상기 제2 상부 패드 연결부와 이웃하는 제4 상부 패드 연결부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 상부 패드 연결부는 상기 제1 상부 패드 연결부와 간격을 두고 상기 제1 변의 길이방향으로 이격되어 있고, 상기 제4 상부 패드 연결부는 상기 제2 상부 패드 연결부와 간격을 두고 상기 제2 변의 길이방향으로 이격될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 상부 패드 연결부 및 상기 제4 상부 패드 연결부 각각은, 상기 제4 절곡홈 또는 상기 제5 절곡홈으로부터 연장되어 상기 상부 플레이트부와 직교하는 제3 탄성구간; 및 상기 제3 탄성구간의 말단으로부터 연장되어 상기 제3 탄성구간과 직교하는 제4 탄성구간을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제4 탄성구간은 서로 두께를 달리하는 두 영역을 포함하도록 일지점에 제2 단차부가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 단차부의 경계에 형성되어 상기 제3 탄성구간 및 상기 제4 탄성구간 사이에 위치하는 제6 절곡홈을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제4 탄성구간의 두 영역 중 두께가 더 얇은 영역의 끝에는 일측의 장축변으로부터 수평방향으로 연장되는 제2 확장부가 형성되고, 상기 제2 확장부에는 제2 볼팅구멍이 형성될 수 있다.
본 발명의 연료전지 시스템에 따르면, 상하 방향 및 수평 방향 신축 가능한 제1 집전 구조체를 이용하여 연료전지 스택들의 제1 집전패드들을 외부 회로에 전기적으로 연결시키므로, 연료전지 스택의 설치 공정을 용이하게 수행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 집전 구조체를 확대 도시하는 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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.
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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 제1 집전 구조체를 확대 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 연료전지 시스템은 지지 플레이트(100), 복수의 연료전지 스택(210, 220, 230, 240), 제1 집전 구조체(300) 및 제2 집전 구조체(400)를 포함할 수 있다.
상기 지지 플레이트(100)는 상기 복수의 연료전지 스택(210, 220, 230, 240)의 하부에 배치되어 이들을 지지할 수 있다. 상기 복수의 연료전지 스택(210, 220, 230, 240)을 안정적으로 지지할 수 있다면, 상기 지지 플레이트(100)의 형상 및 구조는 특별히 제한되지 않는다.
상기 복수의 연료전지 스택들(210, 220, 230, 240)은 상기 지지 플레이트(100) 상부에 배치될 수 있다. 상기 연료전지 스택들(210, 220, 230, 240) 각각은 서로 이격되게 배치된 상부 엔드 플레이트와 하부 엔드 플레이트 그리고 이들 사이에 배치되고 복수의 연료전지 단전지들이 적층된 단전지 적층체를 포함할 수 있다.
상기 단전지 적층체는 적층된 복수의 단전지들 및 상기 단전지들 사이에 각각 배치되어 상기 단전지들을 직렬로 연결하는 복수의 분리판을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 단전지들 각각은 전해질층 및 이의 양측에 각각 배치된 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 구조를 가질 수 있고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극중 하나는 애노드 전극이고 나머지 하나는 캐소드 전극일 수 있다. 상기 단전지는 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자 전해질 연료전지(PEMFC), 용융 탄산염 연료전지(MCFC) 등으로부터 선택된 하나의 평판형 단전지일 수 있다.
상기 분리판은 전기 전도성 재질로 형성되고, 인접한 2개의 단전지들 사이에 배치되어 하부 단전지의 제1 전극과 상부 단전지의 제2 전극을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 분리판들에 의해, 하나의 연료전지 스택 내에 위치하는 복수의 단전지들은 직렬로 연결될 수 있다.
상기 상부 엔드 플레이트 및 상기 하부 엔드 플레이트는 상기 단전지 적층체의 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있고, 전기 전도성 재료, 예를 들면, 금속 재료로 형성될 수 있다. 상기 상부 엔드 플레이트는 상기 단전지 적층체 중 최상부 단전지의 제1 전극과 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 연료전지 스택 외부로 노출된 제1 집전패드를 포함할 수 있다. 그리고 상기 하부 엔드 플레이트는 상기 단전지 적층체 중 최하부 단전지의 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 연료전지 스택 외부로 노출된 제2 집전패드를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 각각의 연료전지 스택에 있어서, 상기 제1 집전패드와 상기 제2 집전패드는 동일한 방향으로 돌출되어 서로 이격된 상태에서 마주보게 배치되도록 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 연료전지 스택(210, 220, 230, 240)이 4각형 형태로 제1 연료전지 스택(210), 제2 연료전지 스택(220), 제3 연료전지 스택(230) 및 제4 연료전지 스택(240)을 포함하는 경우, 상기 제1 연료전지 스택(210)의 제1 집전패드 및 제2 집전패드는 상기 제4 연료전지 스택(240) 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있고, 상기 제2 연료전지 스택(220)의 제1 집전패드 및 제2 집전패드는 상기 제3 연료전지 스택(230) 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있고, 상기 제3 연료전지 스택(230)의 제1 집전패드 및 제2 집전패드는 상기 제2 연료전지 스택(220) 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있으며, 상기 제4 연료전지 스택(240)의 제1 집전패드 및 제2 집전패드는 상기 제1 연료전지 스택(210) 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 집전 구조체(1300)는 상기 연료전지 스택들(210, 220, 230, 240)의 제1 집전패드들을 로드(Load) 또는 전력변환장치 등과 같은 외부 회로(미도시)에 전기적으로 연결할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 집전 구조체(300)는 전도성을 갖는 금속 플레이트를 가공하여 일체로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 상기 제1 집전 구조체(300)는 제1 집전부(301), 제2 집전부(302) 및 제3 집전부(303)를 포함할 수 있다.
상기 제1 집전부(301)는 제1 단부가 상기 외부 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2 집전부(302)는 상기 제1 집전부(301)의 상기 제1 단부 반대편의 제2 단부로부터 상기 제1 집전부(301)와 평행하지 않게 연장되고, 연장된 길이의 말단에 일정 각도록 절곡되어 배치되는 상부 플레이트부(3021)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 집전부(302)는 상기 제1 집전부(301)와 직각을 이루도록 상기 제2 단부로부터 수직하게 연장될 수 있고, 상기 상부 플레이트부(3021)는 상기 지지 플레이트()와 평행한 각도로 배치될 수 있다.
상기 제3 집전부(303)는 상기 제2 집전부(302)의 상기 상부 플레이트부(3021)에 연결될 수 있다. 일 실시예로, 상기 제3 집전부(303)는 제1 상부 패드 연결부(310), 제2 상부 패드 연결부(320), 제3 상부 패드 연결부(330) 및 제4 상부 패드 연결부(340)를 포함할 수 있다.
상기 제1 상부 패드 연결부(310)는 상기 상부 플레이트부(3021)의 제1 변과 제1 절곡홈(310a)을 사이에 두고 연결될 수 있다. 일 실시예로, 상기 제1 상부 패드 연결부(310)는 상기 제1 절곡홈(310a)으로부터 연장되어 상기 상부 플레이트부(3021)와 직교하는 제1 탄성구간(311, 321) 및 상기 제1 탄성구간(311, 321)의 말단으로부터 연장되어 상기 제1 탄성구간(311, 321)과 직교하는 제2 탄성구간(312, 322)을 포함할 수 있다.
상기 제2 상부 패드 연결부(320)는 상기 제1 변에 평행한 상기 상부 플레이트부(3021)의 제2 변과 제2 절곡홈(320a)을 사이에 두고 연결될 수 있다. 일 실시예로, 상기 제2 상부 패드 연결부(320)는 상기 제2 절곡홈(320a)으로부터 연장되어 상기 상부 플레이트부(3021)와 직교하는 제1 탄성구간(311, 321) 및 상기 제1 탄성구간(311, 321)의 말단으로부터 연장되어 상기 제1 탄성구간(311, 321)과 직교하는 제2 탄성구간(312, 322)을 포함할 수 있다.
상기 제3 상부 패드 연결부(330)는 상기 제2 변과 제4 절곡홈(330a)을 사이에 두고 연결될 수 있고, 상기 제2 상부 패드 연결부(320)와 이웃할 수 있다. 이때, 상기 제3 상부 패드 연결부(330)는 상기 제2 상부 패드 연결부(320)와 간격을 두고 상기 제2 변의 길이방향으로 이격될 수 있다. 일 실시예로, 상기 제3 상부 패드 연결부(330)는 상기 제4 절곡홈(330a)으로부터 연장되어 상기 상부 플레이트부(3021)와 직교하는 제3 탄성구간(331, 341) 및 상기 제3 탄성구간(331, 341)의 말단으로부터 연장되어 상기 제3 탄성구간(331, 341)과 직교하는 제4 탄성구간(332, 342)을 포함할 수 있다.
상기 제4 상부 패드 연결부(340)는 상기 제1 변과 제5 절곡홈(340a)을 사이에 두고 연결될 수 있고, 상기 제1 상부 패드 연결부(310)와 이웃할 수 있다. 이때, 상기 제4 상부 패드 연결부(340)는 상기 제1 상부 패드 연결부(310)와 간격을 두고 상기 제1 변의 길이방향으로 이격될 수 있다. 일 실시예로, 상기 제4 상부 패드 연결부(340)는 상기 제5 절곡홈(340a)으로부터 연장되어 상기 상부 플레이트부(3021)와 직교하는 제3 탄성구간(331, 341) 및 상기 제3 탄성구간(331, 341)의 말단으로부터 연장되어 상기 제3 탄성구간(331, 341)과 직교하는 제4 탄성구간(332, 342)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 상부 패드 연결부(310) 및 상기 제2 상부 패드 연결부(320) 각각의 제2 탄성구간(312, 322)은 서로 두께를 달리하는 두 영역을 포함하도록 일지점에 제1 단차부(312a, 322a)가 형성될 수 있고, 상기 제1 단차부(312a, 322a)의 경계에는 상기 제2 탄성구간(312, 322)의 두 영역 사이에 위치하는 제3 절곡홈(312b, 322b)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3 상부 패드 연결부(330) 및 상기 제4 상부 패드 연결부(340) 각각의 제4 탄성구간(332, 342)은 서로 두께를 달리하는 두 영역을 포함하도록 일지점에 제2 단차부(332a, 342a)가 형성될 수 있고, 상기 제2 단차부(332a, 342a)의 경계에는 상기 제4 탄성구간(332, 342)의 두 영역 사이에 위치하는 제6 절곡홈(332b, 342b)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 상부 패드 연결부(310) 및 상기 제2 상부 패드 연결부(320) 각각의 제2 탄성구간(312, 322)의 두 영역 중 두께가 더 얇은 영역의 끝에는 일측의 장축변으로부터 수평 방향으로 연장되는 제1 확장부(3121, 3221)가 형성될 수 있고, 상기 제1 확장부(3121, 3221)에는 제1 볼팅구멍(312c, 322c)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3 상부 패드 연결부(330) 및 상기 제4 상부 패드 연결부(340) 각각의 제4 탄성구간(332, 342)의 두 영역 중 두께가 더 얇은 영역의 끝에는 일측의 장축변으로부터 수평 방향으로 연장되는 제2 확장부(3321, 3421)가 형성될 수 있고, 상기 제2 확장부(3321, 3421)에는 제2 볼팅구멍(332c, 342c)이 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 제2 집전 구조체(400)는 상기 제2 집전 구조체(1400)는 상기 연료전지 스택들(210, 220, 230, 240)의 제2 집전패드들을 상기 외부 회로(미도시)에 전기적으로 연결할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 집전 구조체(1400)는 전도성을 갖는 금속 플레이트를 가공하여 일체로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 상기 제2 집전 구조체(1400)는 일 단부가 상기 외부 회로와 전기적으로 연결되는 제4 집전부(410) 및 상기 연료전지 스택들(210, 220, 230, 240)의 제2 집전패드들과 각각 전기적으로 연결되는 복수의 하부 패드 연결부를 구비하는 제5 집전부(420)를 포함할 수 있다.
상기 제4 집전부(410)는 상기 지지 플레이트(1100)의 상부면과 인접하게 배치되고, 상기 지지 플레이트(1100)의 상부면과 평행하게 연장될 수 있고, 기 설정된 폭 및 두께를 가질 수 있으며, 제1 단부가 상기 외부 회로에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 제4 집전부(410)는 상기 지지 플레이트(1100)의 상부면과 평행하게 배치될 수 있다.
상기 제5 집전부(420)는 일정 길이 및 폭을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제5 집전부(420)는 제1 하부 패드 연결부(421) 및 제2 하부 패드 연결부(422)를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 상기 복수의 연료전지 스택(210, 220, 230, 240)이 4각형 형태로 시계 방향으로 배치된 제1 연료전지 스택(210), 제2 연료전지 스택(220), 제3 연료전지 스택(230) 및 제4 연료전지 스택(240)을 포함하는 경우, 상기 제1 집전 구조체(300)의 상기 제3 집전부(303)의 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(340)는 상기 제1 내지 제4 연료전지 스택(240) 각각의 제1 전극패드들에 각각 연결될 수 있고, 상기 제2 집전 구조체(400)의 제5 집전부(420)의 제1 하부 패드 연결부(421) 및 제2 하부 패드 연결부(422)는 상기 제1 내지 제4 연료전지 스택(240) 각각의 제2 전극패드들에 각각 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 상기 제3 집전부(303)가 도 1에 도시된 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향으로 신축성을 갖도록 구성된다.
상기 X축 방향으로의 신축성은, 상기 제1 상부 패드 연결부(310)와 상기 상부 플레이트부(3021) 사이에 위치하는 제1 절곡홈(310a), 상기 제2 상부 패드 연결부(320)와 상기 상부 플레이트부(3021) 사이에 위치하는 제2 절곡홈(320a), 상기 제3 상부 패드 연결부(330)와 상기 상부 플레이트부(3021) 사이에 위치하는 제4 절곡홈(330a), 상기 제4 상부 패드 연결부(340)와 상기 상부 플레이트부(3021) 사이에 위치하는 제5 절곡홈(340a)에 의해 부여될 수 있다.
이와 같이 X축 방향으로의 신축성이 부여됨에 따라, 상기 제3 집전부(303)가 상기 제1 내지 제4 연료전지 스택(240) 각각의 제1 전극패드들에 연결될 때, 상기 제1 전극패드들이 상기 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(340)에 근접하지 못하고 X축 방향으로 멀게 위치하는 경우, 상기 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(340)를 상기 X축 방향으로 당겨서 상기 제1 전극패드들에 용이하게 연결할 수 있다.
상기 Y축 방향으로의 신축성은, 상기 제1 상부 패드 연결부(310) 및 상기 제4 상부 패드 연결부(340) 사이의 이격 간격, 상기 제2 상부 패드 연결부(320) 및 상기 제3 상부 패드 연결부(330) 사이의 이격 간격에 의해 부여될 수 있다.
이와 같이 Y축 방향으로의 신축성이 부여됨에 따라, 상기 제3 집전부(303)가 상기 제1 내지 제4 연료전지 스택(240) 각각의 제1 전극패드들에 연결될 때, 상기 제1 전극패드들이 상기 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(340)에 근접하지 못하고 Y축 방향으로 멀게 위치하는 경우, 상기 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(340)를 상기 Y축 방향으로 당겨서 상기 제1 전극패드들에 용이하게 연결할 수 있다.
상기 Z축 방향으로의 신축성은, 상기 제1 상부 패드 연결부(310) 및 상기 제2 상부 패드 연결부(320) 각각의 제2 탄성구간(312, 322)의 제1 단차부(312a, 322a) 및 제3 절곡홈(312b, 322b), 상기 제3 상부 패드 연결부(330) 및 상기 제4 상부 패드 연결부(340) 각각의 제4 탄성구간(332, 342)의 제2 단차부(332a, 342a) 및 제6 절곡홈(332b, 342b)에 의해 부여될 수 있다.
이와 같이 상기 Z축 방향으로의 신축성이 부여됨에 따라, 상기 제3 집전부(303)가 상기 제1 내지 제4 연료전지 스택(210, 220, 230, 240) 각각의 제1 전극패드들에 연결될 때, 상기 제1 내지 제4 연료전지 스택(210, 220, 230, 240)의 제1 전극패드들이 평탄하지 않고 상기 제1 전극패드들의 일부 또는 전부가 상하로 비틀어진 경우, 상기 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(310, 320, 330, 340)를 상하로 신축시키면서 상기 평탄하지 않은 제1 전극패드들에 용이하게 연결할 수 있고, 상기 비틀어진 제1 전극패드들에 상기 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(310, 320, 330, 340)가 연결되면 상기 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(310, 320, 330, 340)의 복원력에 의해 비틀어진 제1 전극패드들은 평탄한 상태로 보정될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 상기 제3 집전부(303)의 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(310, 320, 330, 340)가 상기 제1 내지 제4 연료전지 스택(240) 각각의 제1 전극패드들에 연결될 때 고정력을 높이기 위해 상기 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(310, 320, 330, 340) 각각 및 상기 제1 전극패드들 각각의 사이에 개재되는 스페이서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 스페이서는 전도성 금속 플레이트일 수 있다.
상기 제3 집전부(303)의 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(310, 320, 330, 340)가 상기 제1 내지 제4 연료전지 스택(210, 220, 230, 240) 각각의 제1 전극패드들에 연결될 때, 예를 들어, 제1 상부 패드 연결부(310) 및 제1 전극패드 사이에 상기 스페이서가 개재되도록 한 후 상기 제1 볼팅구멍(312c, 322c)에 도 1에 도시된 볼트 등의 체결부재(10)를 삽입하고 상기 스페이서를 상기 체결부재(10)가 관통될 수 있고, 나머지 제2 내지 제4 상부 패드 연결부(320, 330, 340)도 상기 제1 상부 패드 연결부(310), 스페이서 및 상기 체결부재(10)의 구조로 상기 제1 전극패드들에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제4 상부 패드 연결부(310, 320, 330, 340)를 상기 제1 전극패드들에 견고히 고정할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 지지 플레이트;
    상기 지지 플레이트 상부에 서로 이격되게 배치된 제1 연료전지 스택과 제2 연료전지 스택;
    상기 제1 및 제2 연료전지 스택의 제1 집전패드를 외부 회로에 전기적으로 연결하는 제1 집전 구조체; 및
    상기 제1 및 제2 연료전지 스택의 제2 집전패드를 외부 회로에 전기적으로 연결하는 제2 집전 구조체를 포함하고,
    상기 제1 집전 구조체는,
    제1 단부가 상기 외부 회로와 전기적으로 연결되는 제1 집전부;
    상기 제1 집전부의 상기 제1 단부 반대편의 제2 단부로부터 상기 제1 집전부와 평행하지 않게 연장되고, 연장된 길이의 말단에 일정 각도로 절곡되어 배치되는 상부 플레이트부를 포함하는 제2 집전부; 및
    상기 상부 플레이트부의 제1 변과 제1 절곡홈을 사이에 두고 연결되는 제1 상부 패드 연결부 및 상기 제1 변에 평행한 상기 상부 플레이트부의 제2 변과 제2 절곡홈을 사이에 두고 연결되는 제2 상부 패드 연결부를 포함하는 제3 집전부를 포함하고,
    상기 제1 상부 패드 연결부 및 상기 제2 상부 패드 연결부 각각은,
    상기 상부 플레이트부의 제1 변 또는 제2 변으로부터 상부 방향으로 절곡된 제1 탄성구간; 및
    상기 제1 탄성구간의 말단으로부터 수평 방향으로 절곡되어 연장된 제2 탄성구간을 포함하는
    는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탄성구간은 상기 상부 플레이트부와 직교하도록 절곡되고,
    상기 제2 탄성구간은 상기 제1 탄성구간과 직교하도록 절곡된 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 탄성구간은 서로 두께를 달리하는 두 영역을 포함하도록 일지점에 제1 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 단차부의 경계에 형성되어 상기 제2 탄성구간의 두 영역 사이에 위치하는 제3 절곡홈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 탄성구간의 두 영역 중 두께가 더 얇은 영역의 끝에는 일측의 장축변으로부터 수평 방향으로 연장되는 제1 확장부가 형성되고,
    상기 제1 확장부에는 제1 볼팅구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.
  6. 지지 플레이트;
    상기 지지 플레이트 상부에 서로 이격되게 배치된 제1 연료전지 스택과 제2 연료전지 스택 그리고 상기 지지 플레이트 상부에서 상기 제1 연료전지 스택과 제2 연료전지 스택과 이웃하고 서로 이격되게 배치된 제3 연료전지 스택 및 제4 연료전지 스택;
    상기 제1 내지 제4 연료전지 스택의 제1 집전패드를 외부 회로에 전기적으로 연결하는 제1 집전 구조체; 및
    상기 제1 내지 제4 연료전지 스택의 제2 집전패드를 외부 회로에 전기적으로 연결하는 제2 집전 구조체를 포함하고,
    상기 제1 집전 구조체는,
    제1 단부가 상기 외부 회로와 전기적으로 연결되는 제1 집전부;
    상기 제1 집전부의 상기 제1 단부 반대편의 제2 단부로부터 상기 제1 집전부와 평행하지 않게 연장되고, 연장된 길이의 말단에 일정 각도로 절곡되어 배치되는 상부 플레이트부를 포함하는 제2 집전부; 및
    상기 상부 플레이트부의 제1 변과 제1 절곡홈을 사이에 두고 연결되는 제1 상부 패드 연결부, 상기 제1 변에 평행한 상기 상부 플레이트부의 제2 변과 제2 절곡홈을 사이에 두고 연결되는 제2 상부 패드 연결부, 상기 상부 플레이트부의 상기 제2 변과 제4 절곡홈을 사이에 두고 연결되며 상기 제2 상부 패드 연결부와 이웃하는 제3 상부 패드 연결부, 및 상기 상부 플레이트부의 상기 제1 변과 제5 절곡홈을 사이에 두고 연결되며 상기 제1 상부 패드 연결부와 이웃하는 제4 상부 패드 연결부를 포함하는 제3 집전부를 포함하고,
    상기 제3 상부 패드 연결부는 상기 제2 상부 패드 연결부와 간격을 두고 상기 제2 변의 길이방향으로 이격되어 있고,
    상기 제4 상부 패드 연결부는 상기 제1 상부 패드 연결부와 간격을 두고 상기 제1 변의 길이방향으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 상부 패드 연결부 및 상기 제2 상부 패드 연결부 각각은,
    상기 제1 절곡홈 또는 상기 제2 절곡홈으로부터 연장되어 상기 상부 플레이트부와 직교하는 제1 탄성구간; 및
    상기 제1 탄성구간의 말단으로부터 연장되어 상기 제1 탄성구간과 직교하는 제2 탄성구간을 포함하고,
    상기 제3 상부 패드 연결부 및 상기 제4 상부 패드 연결부 각각은,
    상기 제4 절곡홈 또는 상기 제5 절곡홈으로부터 연장되어 상기 상부 플레이트부와 직교하는 제3 탄성구간; 및
    상기 제3 탄성구간의 말단으로부터 연장되어 상기 제3 탄성구간과 직교하는 제4 탄성구간을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제4 탄성구간은 서로 두께를 달리하는 두 영역을 포함하도록 일지점에 제2 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 단차부의 경계에 형성되어 상기 제3 탄성구간 및 상기 제4 탄성구간 사이에 위치하는 제6 절곡홈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제4 탄성구간의 두 영역 중 두께가 더 얇은 영역의 끝에는 일측의 장축변으로부터 수평방향으로 연장되는 제2 확장부가 형성되고,
    상기 제2 확장부에는 제2 볼팅구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료전지 시스템.
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