KR102587081B1 - 연료 전지 스택 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지 스택 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 연료 전지 스택 제조방법은, 체결밴드의 하부에 하부 엔드 플레이트를 체결하는 하부체결단계와, 상기 체결밴드의 상부 위치가 고정되도록 조립 지그에 장착하는 장착단계와, 상기 하부 엔드 플레이트에 일방향으로 적층되는 단위셀들이 포함된 적층체를 적층시키는 적층단계와, 상기 적층체의 상부에 상부 엔드 플레이트를 안착시키고, 상기 상부 엔드 플레이트를 하부방향으로 가압하는 가압단계 및 가압된 상기 상부 엔드 플레이트를 상기 체결밴드의 상부에 체결하는 상부체결단계를 포함하여, 상기 체결밴드의 텐션(Tension)을 통해 상기 상부 엔드 플레이트 및 상기 하부 엔드 플레이트가 상기 적층체의 상하부를 가압하도록 조립된다.

Description

연료 전지 스택 및 그 제조방법{FUEL CELL STACK AND THE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 연료 전지 스택 및 그 제조방법에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지 시스템은 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템으로서, 대개 연료 전지 차량에 적용되고 있다.
연료 전지 시스템은 연료 전지 스택, 연료 전지 스택으로 수소를 공급하는 수소 공급부, 연료 전지 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급부 및 연료 전지 스택의 반응열과 물을 제거하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열/물 관리 장치를 구비하고 있다.
연료 전지 스택은 수십에서 수 백장의 단위 셀들이 연속적으로 배열된 전기 발생 집합체로 이루어지며, 단위 셀은 막-전극 어셈블리(MEA: Membrane-Electrode Assembly)를 사이에 두고 이의 양측에 세퍼레이터를 배치하여 구성될 수 있다.
세퍼레이터에는 막-전극 어셈블리로 수소와 공기를 공급하고, 냉각수를 순환시키기 위한 유로를 형성하고 있으며, 세퍼레이터와 막-전극 어셈블리 사이에는 유체의 실링을 위한 가스켓이 개재된다.
이러한 연료 전지 스택은 연속적으로 적층된 단위 셀들의 최 외측(양측)에 설치되는 엔드 플레이트를 구비하며, 이들 엔드 플레이트는 체결장치를 통해 체결되며 단위 셀들을 가압한다.
여기서, 체결장치에 의한 단위 셀들 간의 면압은 접촉 저항 상승에 의한 전기저항 로스(ohmic loss), 가스 확산층(Gas Diffusion Layer) 내의 물질 전달 저항에 직접적으로 관련되므로, 단위 셀들에 체결력을 적절히 유지하는 것은 양호한 스택 성능을 얻기 위해 필수적이다.
하지만, 종래의 연료 전지 스택 및 그 제조방법은 체결부의 조립 공차에 의한 체결압 감소되며, 체결 완료 후 체결력 변화되는 문제가 있다.
한국 공개특허 제10-2015-0056344호
본 발명의 하나의 관점은 체결밴드의 조립 공차에 의한 체결압 감소되며, 체결 완료 후 체결력 변화되는 것을 방지할 수 있는 연료 전지 스택 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택은, 일방향으로 적층되는 단위셀들을 포함하는 적층체, 상기 단위셀들의 적층방향으로 상기 적층체의 양단에 위치되는 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트, 및 상기 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트와 체결수단을 통해 체결되어, 상기 적층체를 상기 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트를 통해 가압하기 위한 텐션(Tension)을 제공하는 체결밴드를 포함하고, 상기 체결수단은 상기 상부 엔드 플레이트의 상부를 덮는 제1 상부 부분과, 상기 제1 상부 부분의 양단에서 상기 하부 엔드 플레이트를 향해서 각각 연장되어 상기 제1 상부 부분과 함께 "ㄷ"자 형태를 형성하고, 각각 부재 체결홀을 갖는 한 쌍의 제2 상부 부분을 포함하는 상부 고정부재, 상기 하부 엔드 플레이트의 하부를 덮는 제1 하부 부분과, 상기 제1 하부 부분의 양단에서 상기 상부 엔드 플레이트를 향해서 각각 연장되어 상기 제1 하부 부분과 함께 "ㄷ"자 형태를 형성하고, 각각 부재 체결홀을 갖는 한 쌍의 제2 하부 부분을 포함하는 하부 고정부재, 상기 상부 고정부재의 상기 제2 상부 부분과 상기 체결밴드의 상부를 체결볼트에 의해 연결하고, 상기 제2 상부 부분의 부재 체결홀에 대응되는 플레이트 체결홀을 갖는 상부 고정 플레이트, 및 상기 하부 고정부재의 상기 제2 하부 부분과 상기 체결밴드의 하부를 체결볼트에 의해 연결하고, 상기 제2 하부 부분의 부재 체결홀에 대응되는 플레이트 체결홀을 갖는 하부 고정 플레이트를 포함하고, 상기 상부 고정부재의 상기 제2 상부 부분, 상기 체결밴드의 상부 및 상기 상부 고정 플레이트는 차례대로 적층되어 있는 상태에서, 상기 부재 체결홀과 플레이트 체결홀을 관통하는 상기 체결볼트에 의해, 상기 적층체의 측면 상에서 결합되고, 상기 하부 고정부재의 상기 제2 하부 부분, 상기 체결밴드의 하부 및 상기 하부 고정 플레이트는 차례대로 적층되어 있는 상태에서, 상기 부재 체결홀과 플레이트 체결홀을 관통하는 상기 체결볼트에 의해, 상기 적층체의 측면 상에서 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 제조방법은, 체결밴드의 하부에 하부 엔드 플레이트를 체결하는 하부체결단계와, 상기 체결밴드의 상부 위치가 고정되도록 조립 지그에 장착하는 장착단계와, 상기 하부 엔드 플레이트에 일방향으로 적층되는 단위셀들이 포함된 적층체를 적층시키는 적층단계와, 상기 적층체의 상부에 상부 엔드 플레이트를 안착시키고, 상기 상부 엔드 플레이트를 하부방향으로 가압하는 가압단계 및 가압된 상기 상부 엔드 플레이트를 상기 체결밴드의 상부에 체결하는 상부체결단계를 포함하여, 상기 체결밴드의 텐션(Tension)을 통해 상기 상부 엔드 플레이트 및 상기 하부 엔드 플레이트가 상기 적층체의 상하부를 가압하도록 조립될 수 있다.
본 발명에 따르면, 단위셀들이 적층된 적층체에 체결력을 가하며 체결하는 체결밴드를 인장력이 가해진 상태로 적층체에 체결할 수 있어, 체결밴드의 조립 공차발생을 방지할 수 있고, 체결 완료 후 체결력이 변화되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택에서 체결밴드를 나타낸 후면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택에서 상부 고정부재를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택에서 하부 고정부재를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택에서 상부 고정 플레이트를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택에서 하부 고정 플레이트를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 준비단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 하부체결단계를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 적층단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 가압단계를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 상부체결단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 제거단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택을 나타낸 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 단위셀(111)들이 적층된 적층체(110)와, 적층체(110)의 양단에 위치되는 상부 엔드 플레이트(120) 및 하부 엔드 플레이트(130)와, 상부 엔드 플레이트(120) 및 하부 엔드 플레이트(130)와 체결수단(F)을 통해 각각 체결되는 한 쌍의 체결밴드(140)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 한 쌍의 상기 체결밴드(140)의 상,하부에 상부 고정 플레이트(170) 및 하부 고정 플레이트(180)가 더 구비될 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 연료 전지 스택에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 적층체(110)는 일방향으로 단위셀(111)들이 적층되는 단위셀(111)들을 포함할 수 있다. 여기서, 단위셀(111)들의 적층방향(D)은 예를 들어 하부방향으로 이루어져, 단위셀(111)들이 하부방향을 향해 순차적으로 적층될 수 있다. 그리고, 적층체(110)는 적층된 단위셀(111)들의 상부에 구비되는 분리판(112)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 분리판(112)은 예를 들어 절연재질로 이루어질 수 있다.
상부 엔드 플레이트(120) 및 하부 엔드 플레이트(130)는 단위셀(111)들의 적층방향(D)으로 적층체(110)의 양단에 위치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택에서 체결밴드를 나타낸 후면도이다.
도 1 및 도 2를참고하면, 한 쌍의 체결밴드(140)는 상부 엔드 플레이트(120) 및 하부 엔드 플레이트(130)와 체결수단(F)을 통해 각각 체결되어, 적층체(110)를 상부 엔드 플레이트(120) 및 하부 엔드 플레이트(130)를 통해 가압되도록 텐션(Tension)을 제공할 수 있다. 즉, 한 쌍의 체결밴드(140)에 작용되는 텐션을 통해 상부 엔드 플레이트(120) 및 하부 엔드 플레이트(130)를 통해 적층체(110)를 가압하며 체결하는 체결력을 제공할 수 있다. 그리고, 체결밴드(140)는 예를들어 탄성력을 가지는 고무재질로 이루어질 수 있다.
또한, 한 쌍의 체결밴드(140)는 연료 전지 스택(100) 조립용 조립 지그(10)의 돌출부(13)에 결합가능하도록 상측부에 밴드 장착홀(140a)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상부 엔드 플레이트(120)를 적층방향(D)으로 가압하며 한 쌍의 체결밴드(140)와 상부 엔드 플레이트(120)를 체결 시, 체결밴드(140)의 상부 위치를 고정할 수 있다.(참조 도 8)
따라서, 상부 엔드 플레이트(120)를 가압 후 한 쌍의 체결밴드(140)에 인장력이 가하지 않은 상태로 한 쌍의 체결밴드(140)를 체결수단(F)을 통해 상부 엔드 플레이트(120) 및 하부 엔드 플레이트(130)에 고정하게되면, 조립공차가 발생되는 문제를 방지할 수 있고, 한 쌍의 체결밴드(140)에 상부 엔드 플레이트(120)와 하부 엔드 플레이트(130)를 당기는 텐션이 부족하여 체결력이 약화되는 문제를 방지할 수 있다.
그리고, 단위셀(111)들에 적정량의 면압이 발생하여야 연료전지 성능을 확보할 수 있는데, 한 쌍의 체결밴드(140)의 텐션이 부족하여 단위셀(111)들에 작용되는 가압력(P)이 약화됨에 따라 연료전지의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)에서, 체결밴드(140)에 적정량의 텐션이 가해진 상태로 상부 엔드 플레이트(120) 및 하부 엔드 플레이트(130)에 고정되어, 단위셀(111)들에 적정량의 면압을 작용하여 연료전지 성능을 최적화 시킬 수 있다.
아울러, 한 쌍의 체결밴드(141,142,143)는 제1 체결밴드(141a,142a,143a) 및 제2 체결밴드(141b,142b,143b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 체결밴드(141a,142a,143a) 및 제2 체결밴드(141b,142b,143b)는 적층체(110)의 양측에 위치될 수 있다. 이때, 제1 체결밴드(141a,142a,143a) 및 제2 체결밴드(141b,142b,143b)는 단위셀(111)들의 적층방향(D)과 나란한 평면 상에 각각 위치될 수 있다.(참조 도 9)
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 예를들어 적층체(110)의 내측 양측부에 단위셀(111)들로 반응기체를 유입시키기 위한 매니폴드(미도시)가 형성되고, 적층체(110)의 내측 중앙부에 반응부가 형성될 수 있다. 여기서, 매니폴드는 열을 발생시키는 열원을 포함할 수 있다.
그리고, 한 쌍의 체결밴드(140)는 적층체(110)의 너비 방향(W)으로 중앙부와 양측부에 각각 위치될 수 있다. 이때, 적층체(110)의 중앙부에 위치되는 한 쌍의 체결밴드(141)는 양측부에 위치되는 한 쌍의 체결밴드(142,143)에 비해 탄성력이 큰 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 적층체(110)에서 반응부가 형성되는 중앙부와, 매니폴드가 형성되는 양측부 사이에 체결력의 불균일이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 적층체(110)에서 열원이 구비되는 매니폴드가 위치된 적층체(110)의 양측부의 팽창량이 중앙부의 팽창량 보다 큼에 따라 양측부에 위치된 체결밴드(142,143)에 더 큰 인장력이 발생되어 적층체(110)의 양측부와 중앙부 간에 체결력 불균일이 발생될 수 있는 문제를 방지할 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 적층체(110)의 중앙부에 위치된 체결밴드(141) 보다 탄성력이 큰 체결밴드(142,143)를 양측부에 위치시킬 수 있다. 한편, 적층체(110)의 너비 방향(W)은 예를들어 단위셀(111)들이 직사각형 판 형태로 형성될 때, 평면도 상으로 길이가 긴 방향일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택에서 상부 고정부재를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택에서 하부 고정부재를 나타낸 사시도이다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참고하면, 체결수단(F)은 상부 엔드 플레이트(120)의 상부를 감싸는 상부 고정부재(150)와, 하부 엔드 플레이트(130)의 하부를 감싸는 하부 고정부재(160) 및 한 쌍의 체결밴드(140)의 상부 및 하부를 상부 고정부재(150) 및 하부 고정부재(160)에 각각 고정시키는 체결볼트(190)를 포함할 수 있다. 이때, 상부 고정부재(150) 및 하부 고정부재(160)는 각각 체결볼트(190)가 체결되는 부재 체결홀(150b,160b)이 형성될 수 있다. 여기서, 한 쌍의 체결밴드(140)에는 체결볼트(190)가 결합되는 밴드 체결홀(140b)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 체결볼트(190)가 상부 고정부재(150) 및 하부 고정부재(160)의 부재 체결홀(150b,160b)과 한 쌍의 체결밴드(140)의 밴드 체결홀(140b)에 결합되어, 체결밴드(140)를 상부 엔드 플레이트(120) 및 하부 엔드 플레이트(130)에 체결할 수 있다.
상부 고정부재(150) 및 하부 고정부재(160)는 상호 마주보는 방향으로 양측부가 절곡될 수 있다. 이때, 상부 고정부재(150) 및 하부 고정부재(160)는 예를들어 "ㄷ"형태로 절곡될 수 있다. 여기서, 제1 체결밴드(141a,142a,143a)의 상,하부가 상부 고정부재(150) 및 하부 고정부재(160)의 일측부에 각각 고정되고, 제2 체결밴드(141b,142b,143b)의 상,하부가 상부 고정부재(150) 및 하부 고정부재(160)의 타측부에 각각 고정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택에서 상부 고정 플레이트를 나타낸 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택에서 하부 고정 플레이트를 나타낸 평면도이다.
도 1, 도 5 및 도 6을 참고하면, 상부 고정 플레이트(170) 및 하부 고정 플레이트(180)는 한 쌍의 상기 체결밴드(140)의 상,하부에 구비될 수 있다. 이때, 상부 고정 플레이트(170)와, 상부 고정부재(150), 및 체결밴드(140)의 상부가 체결볼트(190)를 통해 고정될 수 있다. 그리고, 하부 고정 플레이트(180)와, 하부 고정부재(160). 및 체결밴드(140)의 하부가 체결볼트(190)를 통해 고정될 수 있다.
또한, 상부 고정 플레이트(170)는 조립 지그(10)의 돌출부(13)가 결합되는 플레이트 장착홀(170a)이 형성될 수 있다.
아울러, 상부 고정 플레이트(170) 및 하부 고정 플레이트(180)는 각각 체결볼트(190)가 체결되는 플레이트 체결홀(170b,180b)이 형성될 수 있다.
그리고, 상부 고정 플레이트(170) 및 하부 고정 플레이트(180)는 금속 재질을 포함하여 이루어져, 체결밴드(140)에서 조립 지그(10)의 돌출부(13)가 결합되는 밴드 장착홀(140a) 및 체결볼트(190)가 결합되는 밴드 체결홀(140b) 주위가 찢어지는 문제를 방지할 수 있다.(참조 도 8)
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법을 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 1 및 도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법은 전술한 일 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)을 제조하는 연료 전지 스택 제조방법에 관한 것이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 1 및 도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법은 체결밴드(140)의 하부에 하부 엔드 플레이트(130)를 체결하는 하부체결단계(S20)와, 체결밴드(140)의 상부 위치가 고정되도록 조립 지그(10)에 장착하는 장착단계(S30)와, 하부 엔드 플레이트(130)에 단위셀(111)들이 적층되는 적층체(110)를 적층시키는 적층단계(S40)와, 적층체(110)의 상부에 상부 엔드 플레이트(120)를 안착시키고, 상부 엔드 플레이트(120)를 하부방향으로 가압하는 가압단계(S50) 및 가압된 상부 엔드 플레이트(120)를 체결밴드(140)의 상부에 체결하는 상부체결단계(S60)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법은 장착단계(S30) 전에 조립 지그(10)를 준비하는 준비단계(S10) 및 조립 지그(10)를 제거하는 제거단계(S70)를 더 포함할 수 있다(참조 도 8).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 준비단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
보다 상세히, 도 1, 도 7 및 도 8을 참고하면, 준비단계(S10)는 장착단계(S30) 전에 돌출부(13)가 형성된 조립 지그(10)를 준비할 수 있다.
조립 지그(10)는 상부 지지대(112) 및 상부 지지대(112)의 하부를 지지하는 하부 지지대(11)를 포함할 수 있다.
상부 지지대(12)는 수평방향의 다수개의 지지대로 이루어져, 내측으로 연료 전지 스택(100)을 조립할 수 있는 공간을 형성하도록 직사각형 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상부 지지대(12)의 상호 마주보는 면에 각각 다수개의 돌출부(13)가 마주보는 방향으로 돌출 형성될 수 있다.
하부 지지대(11)는 상하방향으로 연장되며 형성되어, 상부 지지대(12)의 하부를 지지할 수 있다. 이때, 상항방향은 예를들어 단위셀(111)들이 적층되는 적층방향일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 하부체결단계를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 1, 도 7 및 도 9를 참고하면, 하부체결단계(S20)는 체결밴드(140)의 하부에 하부 엔드 플레이트(130)를 체결될 수 있다.
또한, 하부체결단계(S20)는 하부 엔드 플레이트(130)의 하부를 감싸는 하부 고정부재(160)를 체결볼트(190)로 체결밴드(140)의 하부에 고정하는 것을 통해 상기 하부 엔드 플레이트(130)를 사이 체결밴드(140)의 하부에 체결할 수 있다.
아울러, 체결밴드(140)의 상부 및 하부에 각각 상부 고정 플레이트(170) 및 하부 고정 플레이트(180)가 더 구비되어, 하부체결단계(S20)에서 하부 고정 플레이트(180)와 체결밴드(140)의 하부 및 하부 고정부재(160)를 상기 체결볼트(190)를 통해 상호 고정시킬 수 있다.
장착단계(S30)는 체결밴드(140)의 상부 위치가 고정되도록 체결밴드(140)를 조립 지그(10)에 장착할 수 있다. 이때, 체결밴드(140)의 상측부에 밴드 장착홀(140a)이 형성되어, 조립 지그(10)에 결합시키는 것을 통해 체결밴드(140)의 상부 위치를 고정시킬 수 있다.
여기서, 장착단계(S30)는 하부 체결단계의 전 또는 후에 수행되거나, 동시에 수행될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 적층단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 1, 도 7 및 도 10을 참고하면, 적층단계(S40)는 하부 엔드 플레이트(130)에 일방향으로 적층되는 단위셀(111)들이 포함된 적층체(110)를 적층시킬 수 있다. 여기서, 적층체(110)는 단위셀(111)들의 상부에 안착된 분리판(112)을 더 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 가압단계를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 1, 도 7 및 도 11을 참고하면, 가압단계(S50)는 적층체(110)의 상부에 상부 엔드 플레이트(120)를 안착시키고, 상부 엔드 플레이트(120)를 적층체(110)에 포함된 단위셀(111)들의 적층방향(D)인 하부방향으로 가압한다.
또한, 가압단계(S50)에서 적층체(110)가 하부방향으로 가압되면, 적층체(110)의 하부에 위치된 하부 엔드 플레이트(130)가 하부방향으로 가압되며, 체결밴드(140)에 인장력을 가하게 된다. 여기서, 체결밴드(140)는 탄성력을 가지는 고무재질로 이루어져서, 상부 엔드 플레이트(120)를 하부방향으로 가압 시 인장된다. 이때, 체결밴드(140)는 상부가 조립 지그(10)의 돌출부(13)에 결합되어 위치고정되고, 하부가 하부 엔드 플레이트(130)가 하부방향으로 이동되는 이동량에 대응하여 하부방향으로 이동된다. 즉, 체결밴드(140)가 늘어나며 상부 위치는 고정되고, 하부만 하부방향으로 이동되며 체결밴드(140)에 텐션(Tension)이 작용된다(참조 도 8).
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 상부체결단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 1, 도 7 및 도 12를 참고하면, 상부체결단계(S60)는 가압된 상기 상부 엔드 플레이트(120)를 체결밴드(140)의 상부에 체결한다.
또한, 상부체결단계(S60)는 상부 엔드 플레이트(120)의 상부를 감싸는 상부 고정 부재를 체결볼트(190)로 체결밴드(140)의 상부에 고정하는 것을 통해 상부 엔드 플레이트(120)를 체결밴드(140)의 상부에 체결할 수 있다.
아울러, 상부체결단계(S60)에서 상부 고정 플레이트(170)와 체결밴드(140)의 상부 및 상부 고정부재(150)를 체결볼트(190)를 통해 상호 고정시킬 수 있다.
결국, 상부체결단계(S60)를 통해 상부 엔드 플레이트(120) 및 하부 엔드 플레이트(130)와 고정된 체결밴드(140)의 수축력을 통해, 적층체(110)를 가압할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 스택 제조방법에서 제거단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 1, 도 7 및 도 13을 참고하면, 제거단계(S70)는 상부 엔드 플레이트(120)에 가압되는 가압력(P)을 제거하고, 상부체결단계(S60)를 거친 후 조립 지그(10)와 체결밴드(140)의 고정을 해제하여 조립 지그(10)를 제거할 수 있다(참조 도 11).
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 연료 전지 스택 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 조립 지그
11: 상부 지지대
12: 하부 지지대
13: 돌출부
100: 연료 전지 스택
110: 적층체
111: 단위셀
112: 분리판
120: 상부 엔드 플레이트
130: 하부 엔드 플레이트
140,141,142,143,141a,141b,142a,142b,143a,143b: 체결밴드
140a: 밴드 장착홀
140b: 밴드 체결홀
150: 상부 고정부재
150b: 부재 체결홀
160: 하부 고정부재
160b: 부재 체결홀
170: 상부 고정 플레이트
170a: 플레이트 장착홀
170b: 플레이트 체결홀
180: 하부 고정 플레이트
180b: 플레이트 체결홀
190: 체결볼트
D : 적층방향
F : 체결수단
P : 가압력
W : 너비 방향

Claims (13)

  1. 체결밴드의 하부에 하부 엔드 플레이트를 체결하는 하부체결단계;
    상기 체결밴드의 상부 위치가 고정되도록 조립 지그에 장착하는 장착단계;
    상기 하부 엔드 플레이트에 일방향으로 적층되는 단위셀들이 포함된 적층체를 적층시키는 적층단계;
    상기 적층체의 상부에 상부 엔드 플레이트를 안착시키고, 상기 상부 엔드 플레이트를 하부방향으로 가압하는 가압단계; 및
    가압된 상기 상부 엔드 플레이트를 상기 체결밴드의 상부에 체결하는 상부체결단계를 포함하여,
    상기 체결밴드의 텐션(Tension)을 통해 상기 상부 엔드 플레이트 및 상기 하부 엔드 플레이트가 상기 적층체의 상하부를 가압하도록 조립되는 연료 전지 스택 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 장착단계 전에 돌출부가 형성된 상기 조립 지그를 준비하는 준비단계를 더 포함하고,
    상기 장착단계는 상기 조립 지그의 돌출부에 상기 체결밴드의 상측부에 형성된 장착홀을 결합시켜 상기 체결밴드의 상부 위치를 고정하는 연료 전지 스택 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 하부체결단계는 상기 하부 엔드 플레이트의 하부를 감싸는 하부 고정부재를 체결볼트로 상기 체결밴드의 하부에 고정하는 것을 통해 상기 하부 엔드 플레이트를 상기 체결밴드의 하부에 체결하고,
    상기 상부체결단계는 상기 상부 엔드 플레이트의 상부를 감싸는 상부 고정 부재를 상기 체결볼트로 상기 체결밴드의 상부에 고정하는 것을 통해 상기 상부 엔드 플레이트를 상기 체결밴드의 상부에 체결하는 연료 전지 스택 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 체결밴드의 상부 및 하부에 각각 상부 고정 플레이트 및 하부 고정 플레이트가 더 구비되어,
    상기 하부체결단계에서 상기 하부 고정 플레이트와 상기 체결밴드의 하부 및 상기 하부 고정부재를 상기 체결볼트를 통해 상호 고정시키고,
    상기 상부체결단계에서 상기 상부 고정 플레이트와 상기 체결밴드의 상부 및 상기 상부 고정부재를 상기 체결볼트를 통해 상호 고정시키는 연료 전지 스택 제조방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부체결단계를 거친 후,
    상기 상부 엔드 플레이트에 가압되는 가압력을 제거하고,
    상기 조립 지그와 상기 체결밴드의 고정을 해제하여 상기 조립 지그를 제거하는 제거단계를 더 포함하는 연료 전지 스택 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 체결밴드는 탄성력을 가지는 고무재질로 이루어져서,
    상기 가압단계에서 상기 상부 엔드 플레이트를 하부방향으로 가압 시 인장되어,
    상기 상부체결단계를 통해 상기 상부 엔드 플레이트 및 상기 하부 엔드 플레이트와 고정된 상기 체결밴드의 수축력을 통해, 상기 적층체를 가압하는 연료 전지 스택 제조방법.
  7. 일방향으로 적층되는 단위셀들을 포함하는 적층체;
    상기 단위셀들의 적층방향으로 상기 적층체의 양단에 위치되는 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트; 및
    상기 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트와 체결수단을 통해 체결되어, 상기 적층체를 상기 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트를 통해 가압하기 위한 텐션(Tension)을 제공하는 체결밴드를 포함하고,
    상기 체결수단은,
    상기 상부 엔드 플레이트의 상부를 덮는 제1 상부 부분과, 상기 제1 상부 부분의 양단에서 상기 하부 엔드 플레이트를 향해서 각각 연장되어 상기 제1 상부 부분과 함께 "ㄷ"자 형태를 형성하고, 각각 부재 체결홀을 갖는 한 쌍의 제2 상부 부분을 포함하는 상부 고정부재;
    상기 하부 엔드 플레이트의 하부를 덮는 제1 하부 부분과, 상기 제1 하부 부분의 양단에서 상기 상부 엔드 플레이트를 향해서 각각 연장되어 상기 제1 하부 부분과 함께 "ㄷ"자 형태를 형성하고, 각각 부재 체결홀을 갖는 한 쌍의 제2 하부 부분을 포함하는 하부 고정부재;
    상기 상부 고정부재의 상기 제2 상부 부분과 상기 체결밴드의 상부를 체결볼트에 의해 연결하고, 상기 제2 상부 부분의 부재 체결홀에 대응되는 플레이트 체결홀을 갖는 상부 고정 플레이트; 및
    상기 하부 고정부재의 상기 제2 하부 부분과 상기 체결밴드의 하부를 체결볼트에 의해 연결하고, 상기 제2 하부 부분의 부재 체결홀에 대응되는 플레이트 체결홀을 갖는 하부 고정 플레이트를 포함하고,
    상기 상부 고정부재의 상기 제2 상부 부분, 상기 체결밴드의 상부 및 상기 상부 고정 플레이트는 차례대로 적층되어 있는 상태에서, 상기 부재 체결홀과 플레이트 체결홀을 관통하는 상기 체결볼트에 의해, 상기 적층체의 측면 상에서 결합되고,
    상기 하부 고정부재의 상기 제2 하부 부분, 상기 체결밴드의 하부 및 상기 하부 고정 플레이트는 차례대로 적층되어 있는 상태에서, 상기 부재 체결홀과 플레이트 체결홀을 관통하는 상기 체결볼트에 의해, 상기 적층체의 측면 상에서 결합되는, 연료 전지 스택.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 체결밴드와 상기 상부 엔드 플레이트를 체결 시, 상기 체결밴드의 상부 위치를 고정하기 위해 조립 지그의 돌출부에 결합가능하도록 상기 체결밴드의 상측부에 밴드 장착홀이 형성된, 연료 전지 스택.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 체결밴드는 상기 적층체의 너비 방향(W)으로 중앙부 및 양측부에 각각 체결되고, 상기 적층체의 양측부에 체결된 상기 체결밴드는 상기 적층체의 중앙부에 체결된 상기 체결밴드보다 탄성력이 큰 재질로 이루어지는 연료 전지 스택.
  13. 일방향으로 적층되는 단위셀들을 포함하는 적층체;
    상기 단위셀들의 적층방향으로 상기 적층체의 양단에 위치되는 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트; 및
    상기 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트와 체결수단을 통해 각각 체결되어, 상기 적층체를 상기 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트를 통해 가압하도록 텐션(Tension)을 제공하는 한 쌍의 체결밴드를 포함하고,
    한 쌍의 상기 체결밴드와 상기 상부 엔드 플레이트를 체결 시, 상기 체결밴드의 상부 위치를 고정하기 위해 조립 지그의 돌출부에 결합가능하도록 상기 체결밴드의 상측부에 밴드 장착홀이 형성되고,
    상기 조립 지그는 다수개의 지지대로 이루어진 상부 지지대 및 상기 상부 지지대의 하부를 지지하는 하부 지지대를 포함하고,
    상기 돌출부는 상기 상부 지지대에서 상호 마주보는 면에 다수개 돌출형성되는 연료 전지 스택.
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