KR20020058857A - A fuel cell for vehicles - Google Patents

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이계안
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Abstract

PURPOSE: Provided is a fuel cell for automobile, which shares a fastening structure, and thus has simple structure and decreased volume and number of fastening components. CONSTITUTION: The fuel cell comprises stack consisting of sequentially laminated cooling plates(22) and bipolar plates(23); end plates(21,21') fastened to ends of the stack so as to integrate with the stack; and a plurality of fastening pipe which fastens the stack and the end plates(21,21') by penetrating the stack and the plates, and has a channel(32) formed so as to achieve an inflow and an outflow of desired fluid to the stack. The fastening pipe has one end fastened by bolt(31), and another end fastened by nut formed so as to allow the fluid to inflow and outflow.

Description

차량용 연료전지{A FUEL CELL FOR VEHICLES}Automotive fuel cell {A FUEL CELL FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 연료전지(fuel cell)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 매니폴드(manifold)를 겸용한 체결 파이프를 채용하여 구조 및 제조가 간단해 질 수 있도록 구조가 개선된 차량용 연료전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell for a vehicle, and more particularly, to a fuel cell for a vehicle having an improved structure so that the structure and manufacturing can be simplified by adopting a fastening pipe that also combines a manifold. .

연료전지 전기 자동차는 연료의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하여 동력을 얻는 전기 자동차를 말한다.A fuel cell electric vehicle is an electric vehicle that obtains power by directly converting chemical energy of a fuel into electric energy.

연료전지가 채용된 연료전지 자동차는 전기 자동차에 필적하는 무공해와 정숙성, 하이브리드 자동차 보다 우수한 연료 효율성으로 차세대 저공해 차로 주목받고 있다.Fuel cell vehicles employing fuel cells are attracting attention as next-generation low-polluting vehicles with no pollution, quietness, and better fuel efficiency than hybrid vehicles.

이러한 연료전지는 산소극(+), 수소극(-), 전해질로 구성된다. 상기 수소극에 공급된 수소는 촉매에 의해 수소이온이 되고, 산소극에서는 수소이온과 산소이온이 반응하여 수증기가 발생하는데, 이 과정에서 산소극으로부터 수소극으로 전류가 흘러 전기가 발생하는데 이 전기로 모터를 구동한다. 이 과정에서 배출되는 물질은 수증기뿐이다.The fuel cell is composed of an oxygen electrode (+), a hydrogen electrode (-), and an electrolyte. Hydrogen supplied to the hydrogen electrode becomes hydrogen ions by a catalyst, and hydrogen ions and oxygen ions react at the oxygen electrode to generate water vapor. In this process, electricity flows from the oxygen electrode to the hydrogen electrode to generate electricity. To drive the motor. The only material released during this process is water vapor.

이와 같이 연료가 되는 수소를 공급하는 방식에 따라 분류하면, 수소를 원료로 사용하는 경우 수소를 저장한 탱크를 차에 탑재한 후 이것으로 직접 전기를 발생시키므로 무공해 차가 된다.When the hydrogen is used as a fuel, the fuel is classified according to the method of supplying hydrogen as a fuel. Thus, when hydrogen is used as a raw material, a tank containing hydrogen is mounted in a car and electricity is generated directly from the vehicle, thereby becoming a pollution free car.

이러한 연료전지에서, 연료전지 스택은 바이폴라 전류 집전판(bi-polar current collector plates)에 의해 분리된 셀(cell)이 연결되어 있는 구조로 되어 있다.In such a fuel cell, the fuel cell stack has a structure in which cells separated by bi-polar current collector plates are connected.

상기 집전판은 활성 면적이 780cm2이고 부식 저항성 재료인 고분자 결합 흑연(graphite)으로 되어 있다. 그리고 이 집전판은 내부 매니폴드(internal manifold)를 포함하고 연료 및 산화제의 적절한 유로 뿐만 아니라 물 제거를 위한 통로도 제공하게 되어 있다.The current collector plate is made of polymer-bonded graphite, which has an active area of 780 cm < 2 > and is a corrosion resistant material. The current collector also includes an internal manifold and provides a passage for water removal as well as a suitable flow path for fuel and oxidant.

상기한 바와 같은 연료전지가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.A fuel cell as described above is schematically illustrated in FIG. 1.

도시된 바와 같이, 엔드 플레이트(end plate)(11)를 스택(10)의 양단에 설치하고, 홀이 형성된 체결기구를 끼운다. 상기 엔드 플레이트(11) 내부에 반응가스가 흐를 수 있는 그루브(groove)(미도시)를 형성하고, 이 그루브를 통해 스택(10) 내부로 흘러 들어갈 수 있는 홀(hole)로 들어간다. 이 홀에서 각각의 통로(path)로 들어가 반응하고, 오버플로(overflow)되는 가스들은 반대편에 있는 출구를 통해서 밖으로 배출된다.As shown, end plates 11 are installed at both ends of the stack 10 and the fastening mechanisms with holes formed therein are fitted. A groove (not shown) is formed in the end plate 11 through which a reaction gas can flow, and through the groove, a hole is introduced into the stack 10. In this hole, each path enters and reacts, and overflowing gases are discharged out through the outlet on the opposite side.

상기 체결기구는 스택(10)을 엔드 플레이트(11)와 함께 체결토록 압력 바(compression bar)(12), tie-rod(13), 너트(14), 및 와셔(15) 등으로 이루어진다.The fastening mechanism consists of a pressure bar 12, a tie-rod 13, a nut 14, a washer 15, and the like, for fastening the stack 10 together with the end plate 11.

상기와 같이 구성된 종래의 차량용 연료전지는 체결 구조가 복잡하고, 체적이 증가하게 되며, 이 체결을 위한 부품수가 증가하게 된다.The conventional vehicle fuel cell configured as described above has a complicated fastening structure, an increase in volume, and an increase in the number of parts for the fastening.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 체결 구조를 공용화하여 구조가 간단하고 체적 및 체결을 위한 부품수가 줄어들도록 한 차량용 연료전지를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has an object of providing a fuel cell for a vehicle in which a fastening structure is made common so that the structure is simple and the number of parts for volume and fastening is reduced.

도 1은 일반적인 차량용 연료전지의 구성을 나타낸 개략적인 사시도.1 is a schematic perspective view showing the configuration of a typical vehicle fuel cell.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 연료전지의 구성을 개략적으로 나타내 보인 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a vehicle fuel cell according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

20. 스택21,21'. 엔드 플레이트20. Stack 21, 21 '. End plate

30. 체결 플레이트31. 볼트30. Fastening plate 31. volt

32. 유로33. 연통공32.Euro 33. Communicator

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 연료전지는, 냉각 플레이트와 바이폴라 플레이트가 순차적으로 적층되어 이루어진 스택과; 상기 스택이 일체화되도록 상기 스택의 양단에서 상기 스택과 체결되는 엔드 플레이트와; 상기 스택 및 상기 엔드 플레이트를 관통하여 이들을 체결하고, 상기 스택으로 소정 유체의 유입 및 유출이 이루어지도록 유로가 형성되어 있는 복수개의 체결 파이프;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.A vehicle fuel cell of the present invention for achieving the above object, the stack is formed by sequentially stacking the cooling plate and the bipolar plate; An end plate coupled to the stack at both ends of the stack to integrate the stack; And a plurality of fastening pipes passing through the stack and the end plate and fastening them, and having a flow path formed to allow a fluid to flow into and out of the stack.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에는 본 발명에 따른 차량용 연료전지를 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다. 여기에서는 일반적인 차량용 연료전지의 구성 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 구성만을 설명하기로 한다.2 is a schematic view showing a vehicle fuel cell according to the present invention. Here, the description of the configuration of a general vehicle fuel cell is omitted, and only the configuration according to the features of the present invention will be described.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 연료전지는, 냉각 플레이트(cooling plate)(22)와 바이폴라(bipolar) 플레이트(23)가 순차적으로 적층되어 이루어진 스택(20)과, 상기 스택(20)이 일체화되도록 이 스택(20)의 양단에서 스택(20)과 체결되는 엔드 플레이트(21,21')와, 상기 스택(20) 및 엔드 플레이트(21,21')를 관통하여 이들을 체결하고, 상기 스택(20)으로 소정 유체 즉, 반응가스(reactant gas)의 유입 및 유출이 이루어지도록 유로가 형성되어 있는 복수개의 체결 파이프(30)를 포함하여 구성된다.Referring to the drawings, a vehicle fuel cell according to the present invention includes a stack 20 in which a cooling plate 22 and a bipolar plate 23 are sequentially stacked, and the stack 20 is End plates 21 and 21 'fastened to the stack 20 at both ends of the stack 20, through the stack 20 and the end plates 21 and 21', and fastened them, and the stack And a plurality of fastening pipes 30 having flow paths formed therein so as to allow inflow and outflow of a predetermined fluid, that is, a reactant gas.

상기 체결 파이프(30)는, 일단은 체결이 이루어지도록 볼트(31)가 체결되어 있고, 타단은 개방되어 반응가스의 입출이 가능토록 형성된 너트(41)가 체결되어 있으며, 상기 반응가스가 바이폴라 플레이트(23) 쪽으로 유동되도록 유로(32)와 연통된 연통공(33)이 형성된다.The fastening pipe 30, the bolt 31 is fastened so that one end is fastened, the other end is open is fastened to the nut 41 is formed to enable the entry and exit of the reaction gas, the reaction gas is bipolar plate A communication hole 33 communicating with the flow path 32 is formed to flow toward the 23.

그리고, 상기 너트(41)와 엔드 플레이트(21') 사이에는 개스킷(gasket)(42)이 설치된다.In addition, a gasket 42 is installed between the nut 41 and the end plate 21 ′.

또한, 상기 볼트(31)와 엔드 플레이트(21)와 접촉되는 면은 실링(sealing)이 이루어지도록 예컨대 실링재(43)가 도포되어 있고, 상기 볼트(31)와 접촉되는 엔드플레이트(21)의 일부는 소정 깊이로 인입된 인입홈(21a)이 형성된다.In addition, a surface of the end of the end plate 21 in contact with the bolt 31 is coated with, for example, a sealing member 43 to seal the surface of the bolt 31 and the end plate 21. Is a drawing groove 21a which is drawn into a predetermined depth.

특히 상기 체결 파이프(30)의 형성은, 냉각 플레이트(22) 및 바이폴라 플레이트(23)에 형성되는 홀의 형태에 따라 다르게 형성된다.In particular, the fastening pipe 30 is formed differently depending on the shape of the holes formed in the cooling plate 22 and the bipolar plate 23.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 연료전지의 작용을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 일반적인 차량용 연료전지의 작용 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 작용만을 설명하기로 한다.Referring to the operation of the vehicle fuel cell according to the present invention having the configuration as described above are as follows. Here, the description of the operation of the fuel cell for a general vehicle will be omitted, and only the operation according to the features of the present invention will be described.

도면을 다시 참조하면, 상기 체결 파이프(30)에 유로(32) 및 연통공(33)을 형성하여 반응가스의 입출이 가능토록 하고, 양단을 체결할 수 있도록 하며, 즉, 매니폴드를 겸용할 수 있도록 하였다.Referring back to the drawings, the flow path 32 and the communication hole 33 is formed in the fastening pipe 30 to enable the entry and exit of the reaction gas, it is possible to fasten both ends, that is, to combine the manifold To make it possible.

따라서 체결 파이프(30)는 스택(20)과 엔드 플레이트(21,21')를 일체화되도록 체결 기능을 하는 동시에, 반응가스가 흐르는 통로 역할을 하게 된다.Therefore, the fastening pipe 30 functions as a fastening function to integrate the stack 20 and the end plates 21 and 21 ', and serves as a passage through which the reaction gas flows.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 연료전지는 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the vehicle fuel cell according to the present invention has the following effects.

매니폴드를 겸용할 수 있는 체결 파이프로 스택을 체결함으로서, 상기 스택의 체적을 줄일 수 있고, 즉 파워 덴서티(power density)가 향상된다.By fastening the stack with a fastening pipe that can also serve a manifold, the volume of the stack can be reduced, i.e., the power density is improved.

그리고 각 플레이트 사이 및 가스 통로 주변에서 발생하는 리키지(leakage) 문제를 해결할 수 있고, 실링 문제는 스택의 파워를 증가시키기 위해 적층하는 플레이트 수를 증가시키는 경우에 더욱 심각하게 발생하는 데 이러한 실링 문제를 해결하여, 실링 성능을 향상시켰다.And it can solve the leakage problem that occurs between each plate and around the gas passage, and the sealing problem is more serious when increasing the number of plates stacked to increase the power of the stack. By solving the problem, the sealing performance was improved.

부품 수를 줄일 수 있어 제조가 간단하고, 제조원가가 다운된다. 그리고 엔드 플레이트에 종래와 같이 그루브를 가공할 필요가 없다.The number of parts can be reduced, which simplifies manufacturing and reduces manufacturing costs. And it is not necessary to process the groove in the end plate as conventionally.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims (5)

냉각 플레이트와 바이폴라 플레이트가 순차적으로 적층되어 이루어진 스택과;A stack in which cooling plates and bipolar plates are sequentially stacked; 상기 스택이 일체화되도록 상기 스택의 양단에서 상기 스택과 체결되는 엔드 플레이트와;An end plate coupled to the stack at both ends of the stack to integrate the stack; 상기 스택 및 상기 엔드 플레이트를 관통하여 이들을 체결하고, 상기 스택으로 소정 유체의 유입 및 유출이 이루어지도록 유로가 형성되어 있는 복수개의 체결 파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지.And a plurality of fastening pipes passing through the stack and the end plate and fastening them, the flow path being formed to allow inflow and outflow of a predetermined fluid into the stack. 제1항에 있어서, 상기 체결 파이프는,The method of claim 1, wherein the fastening pipe, 일단은 볼트가 채결되고, 타단은 개방되어 유체의 입출이 가능토록 형성된 너트가 체결되어 있으며, 상기 유체가 상기 바이폴라 플레이트 쪽으로 유동되도록 상기 유로와 연통된 연통공이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지.A bolt is connected at one end, and the other end is open, and a nut formed to enable the inflow and outflow of fluid is fastened, and a communication hole communicating with the flow path is formed so that the fluid flows toward the bipolar plate. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 체결 파이프의 타단에는 상기 너트와 상기 엔드 플레이트 사이에는 개스킷이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지.The other end of the fastening pipe vehicle fuel cell, characterized in that a gasket is installed between the nut and the end plate. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 체결 파이프의 상기 볼트와 상기 엔드 플레이트와 접촉되는 면은 실링이 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지.The fuel cell for the vehicle, characterized in that the sealing surface is in contact with the bolt and the end plate of the fastening pipe. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 볼트와 접촉되는 상기 엔드 플레이트의 일부는 소정 깊이로 인입된 인입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지.A portion of the end plate in contact with the bolt is a fuel cell for a vehicle, characterized in that the inlet grooves are introduced into a predetermined depth.
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