KR20040043432A - Assembling structure of electrochemical fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An engagement structure of fuel cell stack is provided, to improve an engagement force and to allow a steady face pressure to be provided, thereby preventing the deterioration of output density of a fuel cell. CONSTITUTION: The engagement structure comprises an inner plate(16) which is closely adhered to both sides of fuel cell stack(10) where a plurality of fuel cells(12) are folded; an outer plate which is closely adhered to the inner plate and contains a plurality of hooking grooves(24) concavely in the outer surface; a bar plate(14) which is closely adhered to upper and lower faces of the fuel cell stack(10) and contains a clip terminal which is engaged in the hooking groove, is vertically cut and is formed at both ends of the bar plate; and a spring which is placed between the inner plate and the outer plate.

Description

연료전지 스택의 체결 구조{ASSEMBLING STRUCTURE OF ELECTROCHEMICAL FUEL CELL STACK}ASSEMBLING STRUCTURE OF ELECTROCHEMICAL FUEL CELL STACK}

본 발명은 연료전지 스택의 체결 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수개의 연료셀로 이루어진 연료전지 스택을 평평한 바 형태의 체결수단을 이용하여 보다 효율적으로 체결함으로써, 연료전지 스택의 출력밀도를 크게 향상시킬 수 있도록 한 연료전지 스택의 체결 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a fastening structure of a fuel cell stack. More particularly, a fuel cell stack composed of a plurality of fuel cells is fastened more efficiently by using a fastening means having a flat bar shape, thereby greatly increasing the output density of the fuel cell stack. A fastening structure of a fuel cell stack can be improved.

통상적으로 전기의 60% 가량은 화력 발전으로 생산되고, 이 화력 발전에 쓰이는 연료들은 거의 수입에 의존하고 있는 바, 이에 자원 빈국에서 필요로 하는 발전원으로 연구된 것이 바로 연료전지이다.Typically, about 60% of electricity is produced by thermal power generation, and the fuel used for this thermal power generation is almost dependent on imports, which is why fuel cells have been studied as a power source needed in resource-poor countries.

기존의 화력발전은 화석연료를 연소해서 증기기관을 돌리고 다시 터빈을 돌림으로써 발전을 하기 때문에 발전 도중에 많은 양의 에너지가 손실되지만, 연료전지는 화석연료를 전기화학적으로 반응시켜서 바로 전기에너지를 얻기 때문에 에너지 손실이 적은 저공해의 발전이다.Conventional thermal power generation generates electricity by burning fossil fuel, turning steam engines, and turning turbines again. However, a large amount of energy is lost during power generation.However, fuel cells obtain electric energy directly by electrochemically reacting fossil fuels. It is the development of low pollution with little energy loss.

이산화탄소 발생으로 인한 지구 온난화 현상등 여러 가지 환경오염 문제 해결을 위해 화석연료를 대신할 청정에너지원으로서, 태양광, 태양열 에너지, 바이오에너지, 풍력 에너지, 수소 에너지에 대한 관심이 집중되고 있으며, 그중 수소를 연료로 사용하는 연료전지 분야도 급속한 연구가 진행되고 있다.As a clean energy source to replace fossil fuels to solve various environmental pollution problems such as global warming due to carbon dioxide generation, attention is focused on solar energy, solar energy, bioenergy, wind energy, and hydrogen energy. There is also a rapid research in the field of fuel cells using fuel as a fuel.

연료전지의 기본 구조는 다공성 구조의 전극, 그리고 양극과 음극사이에 위치하며 이온 전도성을 갖는 전해질로 이루어져 있고, 기체상의 연료는 음극에 공급되고 산소를 함유하는 기체는 양극에 공급되며, 반응기체와 전해질, 고체인 촉매가 공존하는 삼상계면 영역에서 전기화학적 반응으로 발생한 전자가 외부회로를 통해 흐르는 원리로 발전을 하게 된다.The basic structure of the fuel cell is composed of a porous electrode and an electrolyte having ion conductivity between the anode and the cathode. The gaseous fuel is supplied to the cathode and the oxygen-containing gas is supplied to the anode. In the three-phase interface region in which an electrolyte and a solid catalyst coexist, electrons generated by an electrochemical reaction flow through an external circuit.

연료전지 원리를 다시 설명하면, 물을 전기분해하면 전극에서 산소와 수소가 발생하는데, 연료전지는 물의 전기분해 역반응을 이용하는 것으로 수소와 산소로부터 전기와 물을 만들어 내는 것이다.To explain the fuel cell principle again, the electrolysis of water produces oxygen and hydrogen at the electrode, which uses electricity to reverse the electrolysis of water to produce electricity and water from hydrogen and oxygen.

연료전지는 일반 화학전지(예, 건전지, 축전지 등)와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있으므로, 공기만 있으면 무한히 사용할 수 있는 에너지란 뜻이 된다.Unlike conventional chemical cells (eg batteries, accumulators, etc.), fuel cells can continue to produce electricity as long as hydrogen and oxygen are supplied, meaning that energy can be used indefinitely with air.

대개, 연료전지에서 전기를 일으키는 하나의 기본체인 셀(cell)이 있다.Usually, there is a cell, the basic body of electricity in a fuel cell.

연료극과 공기극에 각각 수소와 공기(산소)가 공급되어 전해질과 반응하여 이온을 형성하고, 이렇게 생성된 이온이 전기화학반응을 일으켜 물을 형성하는 과정에서 연료극에 전자가 생성되어 공기극으로 이동하면서 결국 전기를 발생시킨다.Hydrogen and air (oxygen) are supplied to the anode and the cathode, respectively, to react with the electrolyte to form ions, and in the process of forming the water by forming an electrochemical reaction, electrons are generated in the anode and move to the cathode. Generate electricity.

한 개의 셀(cell)에서 전기가 발생하지만, 이 전기의 양은 우리가 실생활에 사용하기에는 매우 적은 양이다.Electricity is generated in one cell, but this amount is very small for us to use in real life.

이에, 상기 셀(cell)들을 여러 개 포개서 많은 양의 전기에너지로 사용하게되는데, 여러 개의 셀(cell)들을 모아 놓은 것을 스택(Stack)이라고 한다.Thus, a plurality of cells are stacked and used as a large amount of electrical energy, and a collection of several cells is called a stack.

이와 같은 유용한 에너지원인 연료전지는 셀을 여러개 포개어 스택을 만들어주어야 하는 바, 여기서 여러개의 셀을 체결시키는 종래의 구조를 첨부한 도 4내지 도 6을 참조로 설명하면 다음과 같다.Such a useful energy source fuel cell is to stack a plurality of cells to make a stack, which will be described with reference to Figures 4 to 6 attached to the conventional structure for fastening several cells as follows.

첨부한 도 5 내지 도 7은 미국특허 5,993,987(명칭:ELECTROCHEMICAL FUEL CELL STACK WITH COMPRESSION BANDS)에 공개되어 있는 도면으로서, 대표적인 구성에 대한 부호만을 재지시하며 재도시한 것이다.5 to 7, accompanying drawings are disclosed in US Patent No. 5,993,987 (name: ELECTROCHEMICAL FUEL CELL STACK WITH COMPRESSION BANDS), and only the reference numerals for representative configurations are shown again.

도 5 내지 도 7에서 보는 바와 같이, 종래의 체결 구조는 여러개의 연료 전지 셀(12)을 사이에 두고, 양측에 플레이트(30)가 덧대어지게 한 다음, 탄성력을 가지면서 단일경로로 감싸는 압축밴드(32)로 묶어준 구조로 되어 있다.As shown in FIGS. 5 to 7, the conventional fastening structure has a plurality of fuel cell cells 12 interposed therebetween, and the plate 30 is padded on both sides, and then compressed in a single path with elastic force. It is a structure tied to the band 32.

또한, 상기 일정한 면압을 가하기 위하여 양측에 덧대어진 플레이트(30)의 내면에는 스프링(20)이 개재되어 있다.In addition, the spring 20 is interposed on the inner surface of the plate 30 padded on both sides to apply the constant surface pressure.

그러나, 이러한 종래의 연료전지 스택의 체결 구조는 다음과 같은 단점이 있다.However, the fastening structure of the conventional fuel cell stack has the following disadvantages.

즉, 연료전지 스택을 단순히 압축 밴드로만 묶어준 구조이므로, 그 체결력이 매우 약하고, 압축밴드의 밴딩력이 떨어지게 되면 일정한 면압을 제공하지 못하게 되며, 이는 결국 연료전지의 출력밀도 저하를 초래하게 된다.That is, since the fuel cell stack is simply bundled with a compression band, its fastening force is very weak, and if the bending force of the compression band falls, it cannot provide a constant surface pressure, which in turn causes a decrease in the output density of the fuel cell.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 연료전지 스택 체결 구조가 갖는 단점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 연료전지 스택의 양측면에 스프링이 개재된 가압 플레이트를 밀착시키고, 끝단이 수직으로 절곡된 4개의 평평한 바 형태를 갖는 바플레이트로 덧댄 후, 원터치식의 클립 또는 리벳 또는 볼트로 체결시킴에 따라 체결력을 향상시키는 동시에 일정한 면압을 제공할 수 있는 연료전지 스택의 체결 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is invented to solve the disadvantages of the conventional fuel cell stack fastening structure as described above, the pressure plate is interposed close to both sides of the fuel cell stack, the four ends are bent vertically It is an object of the present invention to provide a fastening structure of a fuel cell stack capable of providing a constant surface pressure while improving a fastening force by attaching a bar plate having a flat bar shape and then fastening with a one-touch clip or rivet or bolt.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 연료전지 스택의 체결 구조에 있어서, 여러개의 셀이 포개어진 연료전지 스택의 양측면에 밀착되는 내부플레이트와; 상기 내부플레이트에 밀착되고, 그 외표면에는 다수개의 끼움홈이 오목하게 형성된 외부플레이트와; 상기 연료전지 스택의 상하면에 밀착되고, 그 양끝단에는 상기 끼움홈에 끼워지는 체결되는 클립단이 수직으로 절곡 형성된 바플레이트와; 상기 내부플레이트와 외부플레이트 사이에 위치하는 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결 구조를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fastening structure of a fuel cell stack, the inner plate being in close contact with both sides of a fuel cell stack in which several cells are stacked; An outer plate in close contact with the inner plate, the outer surface of which a plurality of fitting grooves are concave; A bar plate which is in close contact with the upper and lower surfaces of the fuel cell stack, and at both ends of which a clip end to be fitted into the fitting groove is vertically bent; It provides a fastening structure of the fuel cell stack, characterized in that consisting of a spring located between the inner plate and the outer plate.

바람직한 구현예로서, 상기 끼움홈의 내면 바깥쪽에는 걸림홈이 형성되고, 이 걸림홈에 체결되도록 상기 클립단에는 걸림단이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.As a preferred embodiment, a locking groove is formed outside the inner surface of the fitting groove, and the locking end is integrally formed at the clip end to be fastened to the locking groove.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 바플레이트의 클립단을 외부플레이트의 끼움홈에 밀착시켜 리벳팅 또는 볼팅할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, it is characterized in that the clip end of the bar plate to be in close contact with the fitting groove of the outer plate to be riveted or bolted.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결 구조의 일실시예를 나타내는 분리 사시도,1 is an exploded perspective view showing an embodiment of a fastening structure of a fuel cell stack according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결 구조의 일실시예를 나타내는 사시도,2 is a perspective view showing an embodiment of a fastening structure of a fuel cell stack according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결 구조의 다른 실시예를 나타내는 분리 사시도,3 is an exploded perspective view showing another embodiment of a fastening structure of a fuel cell stack according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결 구조의 다른 실시예를 나타내는 사시도,4 is a perspective view showing another embodiment of a fastening structure of a fuel cell stack according to the present invention;

도 5는 종래의 연료전지 스택의 체결 구조를 나타내는 사시도,5 is a perspective view showing a fastening structure of a conventional fuel cell stack;

도 6은 종래의 연료전지 스택의 체결 구조를 나타내는 정면도,6 is a front view showing a fastening structure of a conventional fuel cell stack;

도 7은 종래의 연료전지 스택의 체결 구조를 나타내는 단면도.7 is a cross-sectional view showing a fastening structure of a conventional fuel cell stack.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 연료전지 스택12 : 연료전지 셀10 fuel cell stack 12 fuel cell

14 : 바플레이트16 : 내부플레이트14: bar plate 16: internal plate

18 : 외부플레이트20 : 스프링18: outer plate 20: spring

22 : 클립단24 : 끼움홈22: clip end 24: fitting groove

26 : 걸림단28 : 걸림홈26: locking step 28: locking groove

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결 구조의 일실시예를 나타내는 분리 사시도이고, 도 2는 체결 상태를 나타내는 사시도이다.1 is an exploded perspective view showing an embodiment of a fastening structure of a fuel cell stack according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a fastening state.

본 발명은 다수개의 연료 셀로 이루어진 연료전지 스택을 양끝단에 클립단을 갖는 바플레이트를 이용하여 보다 효율적으로 체결함으로써, 연료전지 스택의 출력밀도를 크게 향상시킬 수 있도록 한 것이다.According to the present invention, a fuel cell stack composed of a plurality of fuel cells is fastened more efficiently by using a bar plate having clip ends at both ends thereof, thereby greatly improving the output density of the fuel cell stack.

이를 위한 본 발명의 구성은 내부플레이트(16)와, 외부플레이트(18), 그리고 바플레이트(14) 및 스프링(20)등으로 구성된다.The configuration of the present invention for this purpose is composed of the inner plate 16, the outer plate 18, and the bar plate 14 and the spring (20).

상기 내부플레이트(16)는 여러개의 셀이 포개어진 연료전지 스택(10)의 양측면에 밀착되는 것으로서, 셀의 면적과 동일한 면적을 갖는 얇은 판재이다.The inner plate 16 is in close contact with both sides of the fuel cell stack 10 in which several cells are stacked, and is a thin plate having an area equal to that of a cell.

또한, 상기 외부플레이트(18)는 상기 내부플레이트(16)에 밀착되는 얇은 판재로서, 그 외측면에는 상하에 한 쌍씩 다수개의 끼움홈(24)이 오목하게 형성되어 있으며, 상기 끼움홈(24)의 내면 바깥쪽에는 걸림홈(28)이 형성되어 있다.In addition, the outer plate 18 is a thin plate that is in close contact with the inner plate 16, the outer surface is formed with a plurality of fitting grooves 24 are formed in a pair of upper and lower concave, the fitting groove 24 The inner surface of the outer side of the engaging groove 28 is formed.

상기 바플레이트(14)는 소정의 길이를 갖는 마치 띠 형상으로 성형된 것으로서, 그 양끝단은 수직으로 절곡된 클립단(22)으로 형성되며, 이 클립단(22)에는 상기 끼움홈(24) 내부에 끼워져 그 내부의 걸림홈(28)에 걸리게 되는 걸림단(26)이 일체로 형성되어 있다.The bar plate 14 is formed in a strip shape having a predetermined length, and both ends thereof are formed as vertically bent clip ends 22, and the fitting grooves 24 are formed in the clip ends 22. The locking end 26 which is fitted inside and is caught by the locking groove 28 therein is integrally formed.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 연료전지 스택 체결 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the fuel cell stack fastening method of the present invention having such a configuration as follows.

먼저, 여러개의 연료전지 셀(12)이 포개어져 밀착되어 있는 연료전지스택(10)의 양측면에 내부플레이트(16)를 밀착시키고, 동시에 상기 외부플레이트(18)를 내부플레이트에 밀착시키는 바, 상기 내부 및 외부플레이트(16),(18) 사이에 일정한 면압을 제공하고 완충 역할을 하는 스프링(20)을 개재시키게 된다.First, the inner plate 16 is brought into close contact with both sides of the fuel cell stack 10 in which several fuel cell cells 12 are stacked and closely adhered to each other, and the outer plate 18 is brought into close contact with the inner plate. It provides a constant surface pressure between the inner and outer plates 16 and 18 and interposes a spring 20 that serves as a buffer.

이때, 상기 외부플레이트(18)의 외측면으로 끼움홈(24)이 노출되어 있는 상태가 된다.At this time, the fitting groove 24 is exposed to the outer surface of the outer plate 18.

다음으로, 상기 바플레이트(14)를 연료전지 스택(10)의 상하면에 밀착시키는 동시에 그 양측단에 형성된 클립단(22)을 상기 끼움홈(24)에 끼워지게 함으로써, 본 발명의 연료전지 스택(10)의 체결이 이루어진다.Next, the bar plate 14 is brought into close contact with the upper and lower surfaces of the fuel cell stack 10, and the clip ends 22 formed at both ends thereof are fitted into the fitting groove 24, thereby providing the fuel cell stack of the present invention. (10) is fastened.

물론, 상기 클립단(22)의 걸림단(26)이 상기 끼움홈(24)의 걸림홈(28)에 탁음을 내며 삽입되어 서로 체결된 상태가 된다.Of course, the locking end 26 of the clip end 22 is inserted into the locking groove 28 of the fitting groove 24 to be in a state of being fastened to each other.

본 발명의 다른 실시예로서, 첨부한 도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이 바플레이트(14)를 리벳팅 또는 볼팅으로 체결할 수 있다.As another embodiment of the present invention, the bar plate 14 can be fastened by riveting or bolting as shown in FIGS.

즉, 상기 바플레이트(14)의 클립단(22)을 상기 끼움홈(24)에 밀착시킨 다음, 리벳이나 볼트를 이용하여 체결시키는 방법도 가능하다.That is, the clip end 22 of the bar plate 14 is in close contact with the fitting groove 24, and then may be fastened using rivets or bolts.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 연료전지 스택의 체결 구조에 의하면, 여러개의 연료전지 셀이 포개어져 구성된 연료전지 스택을 양측단에 클립단을 갖는 띠편 형상의 바플레이트로 견고하게 고정됨에 따라, 연료전지 스택에 일정한 면압을 제공할 수 있고, 그에따라 연료전지 스택의 출력밀도를 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the fastening structure of the fuel cell stack for automobiles according to the present invention, the fuel cell stack composed of a plurality of fuel cell cells is firmly fixed to a bar plate shaped bar plate having clip ends at both ends. Accordingly, there is an advantage in that it is possible to provide a constant surface pressure to the fuel cell stack, thereby greatly improving the output density of the fuel cell stack.

Claims (3)

연료전지 스택의 체결 구조에 있어서,In the fastening structure of the fuel cell stack, 여러개의 연료전지 셀(12)이 포개어진 연료전지 스택(10)의 양측면에 밀착되는 내부플레이트(16)와;An inner plate 16 in close contact with both sides of the fuel cell stack 10 in which a plurality of fuel cell cells 12 are stacked; 상기 내부플레이트(16)에 밀착되고, 그 외표면에는 다수개의 끼움홈(24)이 오목하게 형성된 외부플레이트(18)와;An outer plate 18 in close contact with the inner plate 16 and having a plurality of fitting grooves 24 formed on the outer surface thereof to be concave; 상기 연료전지 스택(10)의 상하면에 밀착되고, 그 양끝단에는 상기 끼움홈(24)에 끼워지는 체결되는 클립단(22)이 수직으로 절곡 형성된 바플레이트(14)와;A bar plate 14 which is in close contact with the upper and lower surfaces of the fuel cell stack 10 and at both ends thereof is vertically bent a clip end 22 to be fitted into the fitting groove 24; 상기 내부플레이트(16)와 외부플레이트(18) 사이에 위치하는 스프링(20)으로 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결 구조.Fastening structure of the fuel cell stack, characterized in that consisting of a spring (20) located between the inner plate (16) and the outer plate (18). 제 1 항에 있어서, 상기 끼움홈(24)의 내면 바깥쪽에는 걸림홈(28)이 형성되고, 이 걸림홈(28)에 체결되도록 상기 클립단(22)에는 걸림단(26)이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결 구조.According to claim 1, wherein the engaging groove 28 is formed on the outside of the inner surface of the fitting groove 24, the locking end 26 is integral to the clip end 22 to be fastened to the locking groove (28). Fastening structure of the fuel cell stack, characterized in that formed. 제 1 항에 있어서, 상기 바플레이트(14)의 클립단(22)을 외부플레이트(18)의끼움홈(24)에 밀착시켜 리벳팅 또는 볼팅으로 체결시킨 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결 구조.The fastening structure of a fuel cell stack according to claim 1, wherein the clip end (22) of the bar plate (14) is brought into close contact with the fitting groove (24) of the outer plate (18) and fastened by riveting or bolting. .
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