KR20050089996A - 연료 전지 단부 플레이트 - Google Patents

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KR20050089996A
KR20050089996A KR1020057012415A KR20057012415A KR20050089996A KR 20050089996 A KR20050089996 A KR 20050089996A KR 1020057012415 A KR1020057012415 A KR 1020057012415A KR 20057012415 A KR20057012415 A KR 20057012415A KR 20050089996 A KR20050089996 A KR 20050089996A
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제프리 피터 알렌
피터 윌콕스 알렌
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젠셀 코포레이션
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Abstract

본 발명에 따르면 연료 전지의 표면을 따라 사실상 일정한 압축력을 전달하도록 구성된 연료 전지 단부 플레이트가 제공된다. 상기 연료 전지 단부 플레이트는 연료 전지의 표면이 평행하지 않을 때에도 연료 전지의 표면을 따라 압축력이 사실상 일정하도록 구성된다. 연료 전지 단부 플레이트는 또한 연료 전지 단부 플레이트가 연료 전지 또는 연료 전지 스택의 평행하지 않은 표면과 접촉할 때 단부 플레이트의 표면이 사실상 평행하게 유지되도록 구성된다. 연료 전지 단부 플레이트는 또한 연료 전지 스택에 반응제 및 냉배를 분배하기 위한 분배 매니폴드로서 작용하도록 구성된다. 또한, 연료 전지 단부 플레이트를 포함하는 연료 전지 조립체와 상기 연료 전지 단부 플레이트를 조립하는 방법이 개시되어 있다.

Description

연료 전지 단부 플레이트{FUEL CELL END PLATE}
본 출원은 2003년 1월 10일 출원되었고 발명의 명칭이 “연료 전지 단부 플레이트 매니폴드”인 미국 특허 출원 제60/439,156호를 우선권 주장하며, 그 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조되어 합체되었다.
본 발명은 연료 전지 및 연료 전지 스택용 단부 플레이트에 관한 것이며, 단부 플레이트 조립체를 통해 연료 전지 스택에 압축력을 균일하게 전달하는 수단에 관한 것이다.
연료 전지 스택은 개별 셀들 사이에 전기적 연결 관계를 제공하도록 적층된 다중 개별 연료 전지를 포함한다. 연료 전지 스택은 대향하는 전극 즉, 직류 양성 및 직류 음성 단부 셀에서 적층된 셀 시리즈 관계를 종결하도록 작용하는 단부 셀을 더 포함한다.
연료 전지 스택의 개별 셀은 높은 정밀도를 가지고 사실상 서로 평행한 2개의 주 대향면으로 제조되어서, 압축 시스템으로부터의 압축력은 연료 전지 스택의 각각의 연료 전지의 모든 주 표면에 균등하게 분배된다. 그러나, 많은 개수의 연료 전지를 포함하는 스택에서, 주 표면 평행도 허용 오차의 축적은 연료 전지 스택의 최종 단부 셀에서의 비평형성으로 나타날 수 있다.
본 발명의 목적은 연료 전지 스택을 위한 연료 전지 단부 플레이트를 제공하는 것이다. 임의의 예에서 특정한 목적은 연료 전지 스택의 변동하는 비평형성을 수용하면서도 연료 전지 스택의 단부 셀의 주 표면에 압축력을 균일하게 전달할 수 있는 연료 전지 단부 플레이트를 제공하는 것이다.
일정한 태양 및 실시예가 도면을 참조하여 하기에 설명된다.
도1은 일정한 실시예에 따른 복수개의 개별 전지, 애노드 단부 전지 및 캐소드 단부 전지를 포함하는 연료 전지 스택의 측면도이다.
도2는 복수개의 개별 전지, 애노드 단부 전지, 캐소드 단부 전지, 종래 기술의 애노드 단부 플레이트 및 종래 기술의 캐소드 단부 플레이트를 포함하는 연료 전지 스택의 측면도이다.
도3은 일정한 실시예에 따른 복수개의 개별 전지, 애노드 단부 전지, 캐소드 단부 전지, 애노드 단부 플레이트 및 캐소드 단부 플레이트를 포함하는 연료 전지 스택의 측면도이다.
도4는 일정한 실시예에 따른 도3의 단부 플레이트의 등각 절결도이다.
도5는 일정한 실시예에 따른 도4의 AA선에서 취해진 단면도이다.
도6은 일정한 실시예에 따른 단부 플레이트의 측면도이다.
도7은 일정한 실시예에 따른 연료 전지의 에지를 따라 내부 반응물 매니폴드의 어레이를 포함하는 연료 전지 스택의 평면도이다.
도8은 일정한 실시예에 따른 도7의 BB선에서 취해진 단면도이다.
도9는 일정한 실시예에 따른 시트형 재료의 외피 내에 수납된 단부 플레이트를 도시하는 등각 절결도이다.
도10은 일정한 실시예에 따른 조립된 연료 전지 스택의 등각도이다.
도11은 일정한 실시예에 따른 조립된 연료 전지 스택의 다른 실시예이다.
도12는 조립된 연료 전지 스택의 다른 실시예의 등각도이다.
도13은 조립된 연료 전지 스택의 또다른 실시예의 등각도이다.
도14는 조립된 연료 전지 스택의 또른 실시예의 등각도이다.
통상의 지식을 가진 자는 일정한 도면에서 일정한 특징부 또는 부품이 본 명세서에 개시된 본 발명의 대상의 이해를 용이하게 하도록 도면의 다른 특징부 또는 부품에 대해 강조되거나 확대되거나 왜곡될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 제1 구조 부재와, 제2 구조 부재와, 상기 제1 및 제2 구조 부재를 연결하는 복수개의 수직 부재를 포함하는 연료 전지 단부 플레이트가 개시되어 있다. 연료 전지 단부 플레이트는 연료 전지의 표면을 따라 사실상 일정한 압축력을 전달하도록 연료 전지의 표면에 부합하거나 가요성이 있도록 구성된다. 즉, 상기 단부 플레이트는 연료 전지 표면의 평형도가 연료 전지의 작동 중에 변한다 하더라도 연료 전지 표면에 부합하게 된다. 후속하여 설명되는 적어도 특정한 예에서, 연료 전지 단부 플레이트는 연료 전지 표면의 임의의 비평형성을 수용하기 위해 변형되거나 이동할 수 있는 복수개의 중공 튜브를 통해 제2 구조 부재에 연결된 제1 구조 부재를 포함한다. 연료 전지 단부 플레이트가 최종 연료 전지의 비평형 표면에 부합하거나 변형되는 예에서, 단부 플레이트의 제1 및 제2 구조 부재는 최종 연료 전지의 표면을 가로질러 사실상 일정한 압축력을 전달하기 위해 사실상 평행하다. 이러한 일정하고 균등한 압축력은 본 명세서에서 참조되어 합체되었으며 발명의 명칭이 “연료 전지 스택 조립체”인 미국 특허 제6,670,069호에 기술되어 있는 분포 압축 시스템과 같은 분포 압축 시스템에 의해 생성된다. 후속하여 설명되는 다른 실시예에서, 단부 플레이트는 단부 플레이트의 구조 부재와 접촉하는 일 이상의 정렬 부재를 더 포함한다. 임의의 실시예에서, 상기 정렬 부재는 수직 부재의 일 단부를 수용하는 돌출부, 돌기, 또는 너브를 포함한다. 후속하여 설명되는 적어도 임의의 실시예에서, 수직 부재는 중공 튜브 또는 컬럼을 포함한다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 연료 전지 조립체는 연료 전지 스택과 적어도 하나의 연료 전지 단부 플레이트를 포함하는 연료 전지 조립체가 개시되어 있다. 상기 연료 전지 스택은 적어도 제1 연료 전지 및 상기 제1 연료 전지과 전기적으로 연결된 제2 연료 전지를 포함한다. 연료 전지 플레이트는 연료 전지 스택의 제1 연료 전지의 제1 표면에 사실상 일정한 압축력을 전달하도록 구성된다. 임의의 실시예에서, 제2 연료 전지 단부 플레이트는 제2 연료 전지의 표면과 접촉하여서 연료 전지 스택의 제2 연료 전지의 제1 표면에 사실상 일정한 압축력을 전달한다. 후속하여 설명되는 임의의 실시예에서, 제1 및 제2 연료 전지 단부 플레이트는 각각 복수개의 수직 부재를 통해 제2 구조 부재 즉, 제2 구조 시트에 연결된 제1 구조 부재 즉, 제1 구조 시트를 포함한다. 연료 전지 단부 플레이트가 최종 연료 전지의 비평형 표면에 부합하거나 변형되는 예에서, 단부 플레이트의 구조 부재는 최종 연료 전지의 표면을 가로질러 사실상 일정한 압축력을 전달하기 위해 사실상 평행하다. 다른 실시예에서, 상기 단부 플레이트(들)는 연료 전지 단부 플레이트의 조립을 용이하게 하도록 일 이상의 정렬 부재 즉, 정렬 시트를 포함한다.
본 발명의 추가적 태양에 따르면, 용융된 카보네이트 연료 전지 스택 및 적어도 하나의 연료 전지 단부 플레이트를 포함하는 용융된 카보네이트 연료 전지 조립체가 개시된다. 상기 연료 전지 스택은 개별 연료 전지들 사이에 전기적 시리즈 관계를 제공하도록 적층된 복수개의 용융된 카보네이트 연료 전지를 포함한다. 연료 전지 스택은 애노드 단부 셀과 캐소드 단부 셀을 포함한다. 용융된 카보네이트 연료 전지 조립체는 또한 애노드 단부 셀의 외부 표면으로 사실상 일정한 압축력을 전달하도록 구성된 제1 연료 전지 단부 플레이트를 포함한다. 임의의 실시예에서, 용융된 카보네이트 연료 전지 조립체는 또한 캐소드 단부 셀의 외부 표면으로 사실상 일정한 압축력을 전달하도록 구성된 제2 연료 전지 단부 플레이트를 포함한다. 후속하여 설명되는 임의의 실시예에서, 제1 및 제2 연료 전지 단부 플레이트는 제1 구조 시트와 제2 구조 시트, 상기 제1 구조 시트와 접촉하는 제1 정렬 시트 및 상기 제2 구조 시트와 접촉하는 제2 정렬 시트, 상기 제1 정렬 시트 및 제2 정렬 시트를 연결하는 복수개의 중공 튜브를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 태양에 따르면, 연료 전지 단부 플레이트 조립 방법이 개시된다. 상기 방법은 각각이 간극체 및 돌출부를 적당한 위치에 가지는 제1 및 제2 정렬 부재를 제공하는 단계와, 정렬 시트 상의 간극체 또는 돌출부 및/또는 수직 부재의 단부에 접착제를 인가하는 단계와, 제1 정렬 시트 상의 간극체 또는 돌출부에 수직 부재의 제1 단부를 삽입하고 제2 정렬 시트 상에 위치된 간극체 또는 돌출부에 수직 부재의 제2 단부를 삽입하는 단계를 포함한다. 임의의 실시예에서, 체결구는 조립체를 함께 유지하도록 정렬 시트 안쪽으로 삽입된다.
통상의 지식을 가진 자는 연료 전지 단부 플레이트 및 연료 전지 단부 플레이트를 포함하는 연료 전지 조립체가 종래 기술의 장치로는 얻을 수 없는 개선을 제공한다는 것을 인식할 것이다.
일정한 실시예에 따르면, 본 명세서에 개시된 연료 전지 단부 플레이트는 연료 전지 표면을 따라 실질적으로 일정한 압축력을 전달하도록 연료 전지의 비평행 또는 비편평 표면에 일치하거나 이동하거나 구부러질 수 있다. 예를 들면, 임의의 특정 과학 이론을 따르는 것을 원하지 않으면서, 연료 전지 또는 연료 전지 스택의 작동 중에, 열 출력의 변동은 연료 전지 스택에서 연료 전지의 단자 표면의 평행 정도를 변경시킬 수 있다. 이러한 평행성 변경은 단자 연료 전지 표면에 대해 놓인 압축 장치가 연료 전지 표면을 따라 균일하지 않은 압축력을 가하도록 할 수 있어서, 연료 전지 스택에서 연료 전지들 사이의 불충분한 연결을 가져올 수 있다. 압축력은 낮은 전기 저항 및 높은 상호 전지 밀봉 일체성을 위해 인접한 전지들 사이의 매우 밀접한 접촉을 제공하는 데 이용된다. 본 명세서에 개시된 연료 전지 단부 플레이트의 정합은 이러한 제한을 극복하며, 단자 연료 전지의 표면에 걸쳐 실질적으로 일정한 압축력을 전달한다. 본 명세서에 개시된 연료 전지 단부 플레이트의 적어도 일정한 실시예들은 연료 전지 스택의 단자 표면에 걸쳐 실질적으로 일정한 압축력을 전달하도록 실행하며, 작동 시에 단부 플레이트의 제1 및 제2 구조 부재는 연료 전지 스택에서 단자 연료 전지의 표면을 가로질러 이러한 실질적으로 일정한 압축력을 전달하도록 실질적으로 평행하다.
일정한 실시예에 따르면, 제1 구조 부재와, 제2 구조 부재와, 제1 구조 부재 및 제2 구조 부재를 연결하는 복수개의 수직 부재를 포함하는 연료 전지 단부 플레이트가 개시된다. 제1 및 제2 구조 부재는 대체로 평면이며, 단부 플레이트가 이용되는 연료 전지 스택 또는 연료 전지의 구성에 따라 다수의 형상 및 치수를 취할 수 있다. 일정한 실시예에서, 구조 부재는 반가요성(semi-flexible) 시트 또는 가요성 시트이다. 여기에 이용될 때, 반가요성 시트는 연료 전지 스택에서 연료 전지 또는 연료 전지의 비평행 또는 비편평 표면에 일치하기 위해 필요한 정도로 적어도 구부러지거나 왜곡될 수 있는 시트를 의미한다. 예를 들면, 연료 전지 표면의 평행성은 연료 전지의 작동 중에 변경될 수 있다. 구조 부재는 연료 전지 또는 연료 전지 스택의 변이 비평행성(shifting non-parallelism)에 반대할 수 있도록 충분한 가요성을 갖는다. 또한, 본 명세서에 개시된 연료 전지 단부 플레이트는 연료 전지 스택의 효율을 감소시킬 수 있는 연료 전지 또는 연료 전지 스택의 표면 상에 집중되고 균일하지 않은 압축력을 피하기 위해, 연료 전지 또는 연료 전지 스택의 변이 비평행성을 따를 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 구조 부재는 연료 전지의 비평행 표면에 일치할 수 있는 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 구조 부재는 강철, 세라믹, 플라스틱, 엘라스토머 및 이들 재료의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 구조 부재 내의 재료는 단부 플레이트에 이용될 연료 전지 및 연료 전지 스택의 유형에 따라 선택된다. 예를 들면, 용융된 탄산염 연료 전지에서, 구조 부재는 연료 전지의 높은 작동 온도를 견디기 위해 통상적으로 예를 들어 316 스텐레스 강과 같은 스텐레스 강인 강철이다. 다른 실시예에서, 구조 부재는 재료의 복합체 또는 합금이다. 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자는 이 개시물의 이점이 주어진 구조 부재에 이용하기 위한 적절한 재료를 용이하게 선택할 것이다. 또한, 구조 부재의 치수 및 두께는 압축 시스템에 의해 연료 전지 스택에 인가될 압축력의 정도뿐만 아니라, 단부 플레이트에 이용될 연료 전지 또는 연료 전지 스택의 유형뿐만 아니라, 연료 전지의 영역에 따라 통상 변경될 것이다. 일정한 실시예에서, 구조 부재는 두께가 약 1 ㎜(0.04 인치) 내지 약 7.5 ㎜(0.3 인치), 더욱 양호하게는 두께가 약 2.5 ㎜(0.1 인치) 내지 약 5 ㎜(0.2 인치), 가장 양호하게는 두께가 약 3 ㎜(0.12 인치) 내지 약 4 ㎜(0.16 인치), 예를 들어 두께가 약 3.175 ㎜(0.125 인치)이다. 그러나, 구조 부재에 선택된 재료 유형에 따라, 두께는 전술된 예시적인 두께보다 크거나 작을 수 있다. 당해 분야의 통상의 지식을 가진자의 능력 내에서 구조 부재의 적절한 두께를 선택하도록 본 개시물의 이점이 주어질 것이다.
어떤 예들에 따르면, 연료 전지 단부 플레이트의 수직 부재들은 구조 부재들을 연결하도록 구성된 중공 튜브 또는 중공 칼럼이다. 어떤 예들에서, 수직 부재의 제1 단부는 구조 부재들 중 하나 상에 또는 기대어 놓이고, 수직 부재의 제2 단부는 제2 구조 부재 상에 또는 기대어 놓인다. 수직 부재들이 중공 튜브 또는 중공 칼럼인 경우의 예들에서는, 중공 튜브들의 종방향 축이 구조 부재들의 표면에 대해 직각이다. 구조 부재들은 수직 부재들의 단부로 설계된 상승된 돌출부, 리지, 돌기, 벌지, 너브 등을 포함할 수 있다. 이 상승된 돌출부, 리지, 돌기, 벌지, 너브 등은 수직 부재들을 구조 부재들에 부착하기 위해 하나 이상의 접착제를 포함할 수 있다. 수직 부재들이 중공 튜브 또는 중공 칼럼인 예에서는, 중공 튜브들이 수직 부재의 돌출부들 안으로 삽입되고 접착제로 적소에 선택적으로 유지될 수 있다. 다른 예들에서는, 수직 튜브들이 체결구, 커플러, 스프링 등을 사용하는 구조 부재들에 부착된다. 부착의 모든 경우에서, 부착 방법은 연료 전지 스택의 비평행(non-parallelism)에 부합하는 구조 부재들의 기능의 제한을 피하여만 한다. 접착제가 수직 부재들을 구조 부재들에 부착하는데 사용되면, 접착제는 하나 이상의 엘라스토머를 포함하여 연료 전지의 표면들의 비평행을 수용하는데 보조하도록 수직 부재가 비틀림되거나 조금 이동할 수 있다. 수직 부재로써 사용할 적합한 재료들은 본 명세서의 개시로 이익을 얻은 당업자에 의해 쉽게 선택될 것이며, 제한하는 것은 아니지만 예시적인 재료에는 강철, 플라스틱, 세라믹 및 이들 재료들의 조합을 포함된다. 모든 예들에서, 수직 부재들의 재료는 연료 전지 또는 연료 전지 스택을 압축하는데 사용되는 압축력에 저항할 수 있다. 수직 부재들의 정확한 크기와 치수들은 구조 부재들, 수직 부재들 등으로써의 사용을 위해 선택된 재료들에 따라 바뀔 수 있다. 제한적인 것은 아니나 수직 부재들에 대한 예시적인 치수들은 직경이 약 25㎜(0.1 인치) 내지 약 76㎜(0.3 인치)이고, 벽 두께가 2.5㎜(0.01 인치) 내지 12.5㎜(0.05 인치)이고, 길이가 19㎜(0.75 인치) 내지 51㎜(2 인치)이다. 수직 부재들이 중공 튜브인 적어도 하나의 예에서는, 치수가 통상 직경이 약 6.4㎜(0.25 인치)이고, 벽 두께가 0.9㎜(0.035 인치)이고, 길이가 약 31.75㎜(1.25 인치)이다. 다른 적합한 치수들은 본 명세서의 개시로 이익을 얻은 당업자들에 의해 쉽게 선택될 수 있을 것이다.
어떤 예들에 따르면, 연료 전지 단부 플레이트 내에 포함된 수직 부재들의 정확한 개수는 수직 부재용으로 선택된 재료에 따라 바뀔 수 있다. 수직 부재 재료가 압축력에 대해 상당히 내성이 있는 경우, 더 적은 수직 부재들이 사용될 수 있다. 수직 부재 재료들이 압축력에 대해 내성이 더 작은 경우에는, 보다 많은 수직 부재들이 사용될 수 있다. 어떤 예들에서, 수직 부재들은 연료 전지 단부 플레이트의 종방향으로 약 25㎜(1 인치) 내지 약 37.5㎜(1.5 인치)로 이격되고, 연료 전지 단부 플레이트의 폭방향으로 약 19㎜(0.75 인치) 내지 약 32㎜(1.25 인치)로 이격된다. 여기에 개시된 연료 전지 단부 플레이트에서 사용되는 수직 부재들의 적합한 개수를 선택하는 것은 본 발명의 개시로 이익을 얻은 당업자의 능력 내에 있을 것이다. 어떤 예들에 따르면, 빈 공간이 조립된 연료 전지 단부 플레이트 내에 수직 부재들 사이에서 생성된다. 후술하겠지만, 이 빈 공간은 촉매, 스택, 덕트 등을 포함할 수 있다.
어떤 다른 예들에 따르면, 연료 전지 단부 플레이트가 연료 전지 단부 플레이트의 조립을 용이하게 하도록 정렬 부재를 포함할 수도 있다. 정렬 부재는 반-가요성 또는 가요성 재료의 시트와 같은 여러 형태를 취할 수 있다. 정렬 부재는 수직 부재들을 수용하기 위한 돌출부, 돌기, 너브, 리지 등을 포함할 수 있다. 정렬 부재는 예를 들어, 하나 이상의 접착층들을 통해 구조 부재에 부착될 수 있으며, 또는 임의의 개재하는 접착층 없이 구조 부재에 기대어 얹혀질 수 있다. 어떤 예들에서, 단부 플레이트가 각 구조 부재가 합체된 정렬 부재를 갖는 2개의 정렬 부재를 포함한다. 다른 예들에서는, 3개의 정렬 부재가 사용될 수 있다. 3개의 정렬 부재들을 포함하는 예들에서는, 정렬 부재들 중 하나가 수직 부재의 삽입에 적합한 형상 및 크기를 갖는 개구 또는 개방구를 포함한다. 예를 들어, 3개의 정렬 부재를 포함하는 연료 전지 단부 플레이트의 조립에서는, 제1 정렬 부재가 구조 부재에 기대어 얹혀진다. 수직 부재들은 제3 또는 중간 정렬 부재의 개방구를 관통하여 그리고 제1 정렬 부재의 상승된 돌출부 안으로 삽입될 수 있다. 제3 정렬 부재는 수직 부재들이 대체로 수직인 위치로 유지되도록 작용함으로써, 조립된 연료 전지 단부 플레이트를 제공하도록 제2 정렬 부재가 수직 부재들의 상부 상에 위치될 수 있다. 3개의 정렬 부재들을 갖는 이러한 연료 전지 단부 플레이트를 조립하는 예시적인 방법이 후술된다.
다른 예들에 따르면, 연료 전지 단부 플레이트가 하나 이상의 반응물을 연료 전지 단부 플레이트 안에 도입하기 위한 하나 이상의 입구를 포함할 수 있다. 연료 전지 단부 플레이트가 입구를 포함하는 경우의 예들에서는, 정렬 부재 및/또는 구조 부재의 평탄면들은 반응물이 연료 전지 안으로 확산되도록 허용하는 개방구들 또는 개구들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연료 전지의 상부면은 반응물(들)을 수용하기 위한 복수의 개방구들을 포함할 수 있다. 연료 전지 단부 플레이트의 바닥면은 연료 전지와 유체 연통하는 대응하는 개방구들을 포함할 수 있다. 어떤 예들에서는, 연료 전지 스택의 각 연료 전지는 반응물이 연료 전지 단부 플레이트로부터 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지로 유동하도록 허용하기에 적합한 개방구(들)를 갖는다. 연료 전지 단부 플레이트 내의 입구가 반응물을 연료 전지 내로 도입하는데 사용되는 예들에서는, 반응물의 손실을 최소화하도록 터미널 전지와 단부 플레이트 사이의 입구의 주연부에 용접이 적용될 수 있다. 어떤 예들에서는, 반응물의 손실을 최소화하기 위해 순응성 가스킷이 연료 전지 단부 플레이트와 연료 전지 사이에 사용될 수 있다. 적합한 순응성 가스킷은 본원의 개시로 이익을 얻은 당업자에 의해 쉽게 선택될 것이다. 예시적인 가스킷들이 연료 전지 작동 온도에 따라 바뀌며, 강철 가스킷, 플라스틱 가스킷, 무기물 가스킷 등을 포함할 수 있다. 일부 예들에서는, 연료 전지 단부 플레이트가 연료 전지 스택으로부터 가스의 방출을 위한 출구를 포함할 수 있다.
어떤 예들에 따르면, 연료 전지 단부 플레이트 내의 입구들이 매니폴드 안에 구성될 수 있다. 예를 들어, 반응물들이 제1 입구관 또는 도관을 통해 연료 전지 단부 플레이트 안으로 도입될 수 있으며, 일련의 내부관 또는 도관이 제1 입구관으로부터 분기하여 반응물을 연료 전지 스택의 연료 전지들에 분배할 수 있다. 유사하게는, 연료 전지 단부 플레이트가 연료 전지 스택으로부터 가스를 방출하기 위한 유사한 매니폴드를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 연료 전지 단부 플레이트로 사용될 적합한 매니폴드를 설계하는 것은 본 발명의 개시로 이익을 본 당업자의 능력 안에 있을 것이다.
다른 예들에 따르면, 2개 이상의 연료 전지 단부 플레이트가 서로 적층되며 그 결과로 생긴 조립체는 연료 전지 또는 연료 전지 스택 상에 얹혀질 수 있다. 적층된 연료 전지 플레이트들의 사용은 하나 이상의 유형의 반응물이 연료 전지 또는 연료 전지 스택 안으로 도입되는 경우에 유리할 것이다. 예를 들어, 가장 안쪽의 연료 전지 단부 플레이트가 하나의 반응물의 연료 전지 또는 연료 전지 스택으로의 도입을 위한 내부 매니폴드의 한 세트와 유체 연통될 수 있다. 가장 바깥쪽 연료 전지 단부 플레이트는 연료 전지 또는 연료 전지 스택 안으로 다른 반응물을 도입하기 위한 또는 연료 전지 또는 연료 전지 스택 안으로 냉각제를 도입하기 위한 다른 내부 매니폴드 세트와 유체 연통될 수 있다. 어떤 예들에서는, 2개의 연료 전지 단부 플레이트가 연료 전지 또는 연료 전지 스택의 일측면 상에 적층되고 놓여지며, 2개의 부가적인 연료 전지 단부 플레이트가 연료 전지 또는 연료 전지 스택의 반대측면 상에 적층되고 놓여진다. 또한, 부가적인 연료 전지 단부 플레이트들이 사용될 수 있다. 본 발명의 개시로 이익을 얻었으므로, 당업자는 본 명세서에 개시된 연료 전지 조립체들에서 사용할 연료 전지 단부 플레이트의 적합한 개수를 선택할 수 있을 것이다.
다른 예에 따르면, 하나 이상의 촉매는 반응물로 다양한 화학 반응을 촉진할 목적으로 연료 전지 단부 플레이트의 공극 공간 내에 위치될 수도 있다. 촉매는 성긴 형태, 예를 들면 분말, 펠릿(pellet) 형태이거나, 연료 전지 단부 플레이트의 다양한 성분 상에, 예를 들면 수직 부재, 정렬 부재 및/또는 구조 부재 상에 코팅될 수 있다.
촉매의 특성 및 양은 통상, 연료 전지 단부 플레이트 내로 유입된 반응물 및/또는 단부 플레이트가 사용된 연료 전지의 유형에 따른다. 본 개시의 주어진 목적으로, 연료 전지 단부 플레이트 내의 소정의 화학 반응물을 촉진하기 위해 적절한 촉매를 선택하는 것은, 당 업계의 보통의 기술자의 능력 내에 있을 것이다.
다른 임의의 예에 따르면, 스택 또는 덕트는 반응물 또는 냉각제의 흐름을 유도하고, 단부 플레이트 내의 반응물 또는 냉각제의 흐름 분포에 영향을 주기 위해 연료 전지 단부 플레이트의 공극 공간 내에 위치될 수도 있다. 배플은 구조 부재, 정렬 부재 및/또는 수직 부재 내로 집적되거나 연료 전지 단부 플레이트의 조립 시에 공극 공간 내로 삽입될 수도 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 임의의 수납부를 포함하는 완전한 연료 전지 단부 플레이트는 연료 전지 스택의 특정 내부 매니폴드에 공급하는 둘 이상의 분리 성분 내로 분리될 수도 있다. 예르 들면, 연료 전지 단부 플레이트의 절반은 입구 내부 매니폴드의 일 세트로서의 내부 매니폴드의 일 세트와 유체 연통하는 주 유체 결합부를 가질 수 있다. 연료 전지 단부 플레이트의 나머지 절반은 출구 내부 매니폴드의 다른 세트로서의 내부 매니폴드의 다른 세트와 유체 연통하는 주 유체 결합부를 갖는다. 임의의 예에서, 단부 플레이트의 각 절반은 각 수납부에 의해 완전히 수납된다.
다른 예에 따르면, 연료 전지 스택 및 적어도 하나의 연료 전지 단부 플레이트를 포함하는 연료 전지 조립체가 개시된다. 적어도 몇몇 예에서, 연료 전지 스택은 각 전지들 사이의 전기적 일련 관계를 제공하기 위해 적층된 복수의 개별 연료 전지를 포함한다. 연료 전지 스택은 대향 전극, 즉 직류 양 단부 전지 및 음 단부 전지에서의 적층된 전지 일련 관계를 종결하는데 작용하는 단부 또는 단자 전지를 더 포함한다. 연료 전지 스택은 생성 전류의 제거 및 유입을 목적으로 단부 플레이트 인점 단부 전지를 더 포함한다. 몇몇 예에서, 연료 전지 스택은 연료 전지 스택의 각 전지에 반응 가스를 균일하게 유입 및 제거할 목적으로 하나 이상의 매니폴드를 더 포함한다. 매니폴드는 내부로 분기된 연료 전지에 대한 연료 전지 스택의 외부 측에 설치될 수 있다. 매니폴드는 내부로 분기된 연료 전지에 대한 연료 전지 스택의 단부 플레이트에 또한 설치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 연료 전지 스택은 최적의 그리고 일정한 작동 온도를 유지할 목적으로 열적 에너지를 함유하는 열적 배리어를 더 포함할 수 있다. 열적 배리어는 발포제에 한정되지 않고, 연료 전지 스택 등을 둘러싸는 단열제를 포함한다.
임의의 예에 따르면, 연료 전지 스택의 각 연료 전지는 높은 정확도를 갖고 실질적으로 서로 평행한 두 개의 주 대향면으로 사실상 생성되어, 연료 전지 단부 플레이트로부터의 압축력이 연료 전지 스택의 각 전지의 모든 주 표면에 균일하게 분포되게 한다. 그러나, 많은 수의 연료 전지를 포함하는 스택에서, 주 표면 평행 공차 축적은 연료 전지 스택의 단자 단부 전지에서 실질적으로 비 평행하게 되는 결과를 초래한다. 예를 들면, 정상 작동 상태 하의 연료 전지 스택은 전기 에너지 뿐만 아니라 열 에너지도 생성한다. 연료 전지 스택의 전지에 의해 생성된 전기 에너지는 사실상 전지의 주 표면을 가로질러 균일하게 생성되지 않는다. 결과로, 열 에너지는 전지의 주 표면을 가로질러 균일하게 생성되지 않는다. 비균일 열 에너지 발생은 연료 전지 스택의 단자 단부 전지에서 실질적인 비평행을 또한 초래하는 비균일 열 팽창을 초래한다. 연료 전지의 정상 작동 상태 시에 생성된 열 에너지는, 냉각 수단에 의한 제거가 필요하다. 연료 전지 스택을 통한 냉각 매체의 흐름 또는 연료 전지 스택을 통한 반응물의 흐름의 증가는, 스택으로부터의 초과 열 에너지의 제거를 돕는다. 그러나, 스택을 통한 냉각제 흐름은 연료 전지 스택의 전지의 주 표면을 가로 질러 열적 구배를 초래한다. 열적 구배를 유도하는 냉각제는 연료 전지 스택의 단자 단부 전지의 주 표면에서 실질적인 비평행을 또한 초래하는 비균일 열 팽창을 또한 초래한다. 연료 전지 스택의 적절한 설계 및 제조가 연료 전지의 상업 용도에 요구되는 작동 조건의 광범위에 주어진 연료 전지 스택의 단자 단부 전지에서 비평행을 감소시킬 수 있는 반면, 연료 전지 스택의 단자 단부 전지에서 비평행을 피하는 방식으로 연료 전지 스택을 설계하는 것은 어렵다. 또한, 연료 전지 작동 상태가 정기적으로 변하고 기계적인 압축력이 시간에 걸쳐 각 전지 요소에 크리프(creep)를 야기하기 때문에, 연료 전지 스택의 단자 단부 전지에서 주 표면의 비평행 정도는 일정하게 변화될 수 있음을 기대할 수 있다. 여기에 제공된 연료 전지 단부 플레이트의 이용은 연료 전지 스택에서의 강성이고 비순응 압축 장치를 이용하는 단점을 극복할 수 있다.
임의의 예에 따르면, 연료 전지 조립체의 연료 전지 단부 플레이트는 통상, 상기한 바와 같은 수직 부재에 의해 연결된 구조 부재를 포함한다. 적어도 임의의 예에서, 연료 전지 조립체의 연료 전지 단부 플레이트는 제1 정렬 부재와 접촉하는 제1 구조 부재와, 제2 정렬 부재와 접촉하는 제2 구조 부재를 포함한다. 연료 전지 단부 플레이트는 또한, 제1 정렬 부재와 제2 정렬 부재를 연결하는 수직 부재를 포함한다. 선택적으로, 연료 전지 단부 플레이트는 구성성분들을 함유하는 수납부 또는 하우징을 포함할 수 있다. 연료 전지 단부 플레이트는 또한, 연료 전지 단부 플레이트 내로 하나 이상의 반응물을 유도하기 위한 입구를 포함한다. 연료 전지 단부 플레이트가 입구를 포함하는 예에서, 정렬 부재 및/또는 구조 부재의 편평면은 반응물이 연료 전지 내로 확산되도록 하는 개구부 또는 구멍을 포함할 수 있다. 예를 들면, 연료 전지의 상부면은 반응물 수용을 위한 복수의 개구부를 포함한다. 연료 전지 단부 플레이트의 하부면은 연료 전지 내의 개구부와 유체 연통하는 대응 개구부를 포함할 수 있다. 반응물은 연료 전지 단부 플레이트 내로 유입될 수 있고, 개구부를 통해 연료 전지로 진입할 수 있다. 연료 전지 단부 플레이트 내의 입구가 연료 전지 내로 반응물을 유입하기 위한 것인 예에서, 반응물의 손실을 최소화하기 위해 연료 전지 단부 플레이트와 연료 전지 사이에 순응 가스킷이 사용될 수 있다. 적절한 순응 가스킷은 본 개시에 사용된 당 업계의 보통의 기술자에 의해 용이하게 선택될 것이다. 예시적인 가스킷은 연료 전지 작동 온도에 의해 다양하고 강 가스킷, 가소성 가스킷, 무기물 가스킷 등을 포함할 수 있다. 연료 전지 단부 플레이트는 연료 전지 스택으로부터 가스의 배출을 위한 적절한 출구를 또한 포함한다.
임의의 예에 따르면, 연료 전지 조립체는 캐소드 단부 전지와 접촉하는 연료 전지 단부 플레이트와, 애노드 단부 전지와 접촉하는 연료 전지 단부 플레이트를 포함할 수 있다. 여료 전지 단부 플레이트는 같거나 다를 수 있다. 예를 들면, 캐소드 단부 전지와 접촉하는 연료 전지 단부 플레이트는 애노드 단부 전지와 접촉하는 연료 전지 단부 플레이트와 다른 물질 도는 구성성분을 포함한다. 몇몇 예에서, 연료 전지 단부 플레이트 중 하나는 전류 수집기로써 사용될 수 있다. 본 개시의 주어진 목적으로, 연료 전지 스택으로 사용하기 위한 연료 전지 단부 플레이트에 대한 적절한 물질 및 구성성분을 선택하는 것은, 다 업계의 보통의 기술자의 능력 내에 있을 것이다. 임의의 예에 따르면, 각 연료 전지 단부 플레이트는 복수의 수직 부재를 통해 제2 구조 부재, 예를 들면 제2 구조 시트에 연결된 제1 구조 부재, 예를 들면, 제1 구조 시트를 포함한다. 다른 예에서, 단부 플레이트는 연료 전지 단부 플레이트의 조립을 촉진하기 위한 하나 이상의 정렬 부재, 예를 들면 정렬 시트를 또한 포함한다.
추가적인 예시를 따라, 용융 탄산염 연료 전지 조립체, 용융 탄산염 연료 전지 스택 및 적어도 하나의 연료 전지 단부 플레이트가 개시된다. 연료 전지 스텍은 개별의 연료 전지들 사이에 전기적으로 직렬 관계를 제공하기 위해 적층된 복수의 용융 탄산염 연료 전지를 포함한다. 연료 전지 스택은 캐소드 단부 전지 및 애노드 단부 전지를 포함한다. 또한, 용융 탄산염 연료 전지 조립체는 캐소드 단부 전지의 외측면에 대략 일정한 압축력을 전달하도록 구성된 제1 연료 전지 단부 플레이트를 포함한다. 특정 실시예에서, 용융 탄산염 연료 전지 조립체는 애노드 단부 전지의 외측면에 대략 일정한 압축력을 전달하도록 구성된 제2 연료 전지 단부 플레이트도 포함한다. 제1 및 제2 단부 플레이트는 전술된 요소, 예컨대 구조적 부재, 수직 부재 및 선택적으로 정렬 부재를 포함한다.
도1과 특정 실시예를 따라, 연료 전지 스택(1)은 측면도로 도시된 바와 같이 복수의 개별 전지(2a, 2b, 2c), 애노드 단부 전지(3) 및 캐소드 단부 전지(4)를 포함한다. 도1에 도시된 연료 전지 스택의 예시에서, 터미널 연료 전지의 외측면은 대략 평행하지 않다. 예를 들어, 표면(5, 6)은 대략 평행하지 않다. 전술된 바와 같이, 이러한 비평행성은 연료 전지 스택이 동작하는 동안 연료 전지 표면의 팽창으로 인한 결과이다. 전술된 바와 같이, 종래의 압축 장치를 이용하면 연료 전지 스택(1)의 표면(5, 6)에 걸쳐 고르지 않은 압축력이 발생될 수 있다. 이렇게 고르지 않은 압축력으로 인해서 연료 전지 스택의 효율이 감소될 수 있다. 예를 들어, 도2에 도시된 바와 같이 연료 전지 스택(1)이 측면도로 도시되었으며 복수의 개별 전지(2a, 2b, 2c), 애노드 단부 전지(3), 캐소드 단부 전지(4), 종래의 애노드 단부 플레이트(20) 및 종래이 캐소드 단부 플레이트(21)를 포함한다. 각각 애노드 단부 플레이트(20) 및 캐소드 단부 플레이트(21)와 접촉하는 외측면(5, 6)은 대략 평행하지 않ㄴ다. 종래의 단부 플레이트는 비평행한 표면에 부합할 수 없다. 특정한 과학적 이론에 제한되길 원하지 않으면서, 연료 전지 스택 상의 종래의 단부 플레이트(20, 21)에 의해 압축력이 가해질 때, 더 높은 터미널 연료 전지의 표면은 더 낮은 표면 보다 더 큰 압축력을 받게된다. 예를 들어, 간극(23)에서 애노드 단부 전지(3)의 외측면(5)과 단부 플레이트(20)가 부합하지 않기 때문에 기계적인 압력이 약간 존재한다.
도3과 다른 특정 예시를 따라, 연료 전지 스택(1)이 측면도로 도시되어 있으며 복수의 개별 전지(2a, 2b, 2c), 애노드 단부 전지(3), 캐소드 단부 전지(4), 본원에 개시된 연료 전지 단부 플레이트의 특정 예시를 따른 애노드 단부 플레이트(30), 본원에 개시된 연료 전지 단부 플레이트의 특정 실시예를 따른 캐소드 단부 플레이트(31)를 포함한다. 단부 전지의 대향한 표면(5, 6)이 대략 평행하지 않더라도 단부 플레이트(30, 31)의 부합하는 능력은 연료 전지 스택(1)에 압축력(22)을 균일하게 제공할 수 있다. 비평행성이 축적되는 영역에서 물리적 간극이나 기계적 압력이 낮은 영역은 사실상 없다. 단부 플레이트(30, 31)의 표면은 단부 플레이트가 연료 전지 스택의 비평행 터미널 표면에 부착될 때에도 대략 평행하게 유지된다. 애노드 단부 플레이트(30)와 캐소드 단부 플레이트(41)는 연료 전지 단부 플레이트에 대한 전술된 요소, 예컨대 구조적 부재, 수직 부재 및/또는 정렬 부재를 포함하고, 또한 본원의 이점을 고려하여 당해 분야의 숙련자가 선택한 다른 적합한 요소를 포함할 수도 있다.
도4 및 특정 예시를 따라, 도3의 애노드 단부 플레이트(30)의 등각 절결도가 도시되며, 복수의 수직 부재(44a, 44b, 44c)와 정렬 부재(45, 46)를 포함하는 구조체(43)에 의해 분리되는 제1 및 제2 대향한 구조적 부재(41, 42)를 포함하는 것으로 도시되었다. 도4에 도시된 예시에서, 구조적 부재 및 정렬 부재는 서로 대향 평평한 시트이며, 수직 부재는 중공 튜브 또는 중공 컬럼이다. 구조체(43)는 수납부(90) 내에 수납된다. 수직 부재(44a, 44b, 44c)는 정렬 부재(45, 46)를 통해 관통된 돌출부 또는 돌기(50a, 50b, 50c) 위에 위치딘다. 도4에 도시된 실시예에서, 제1 및 제2 대향한 구조적 부재(41, 42)의 두께는 기계적 압축 하중 하에서 인접한 수직 부재들 사이에 최소로 편향되거나 비틀리도록 설정된다. 편향의 정도는 인접한 연료 전지 스택이 압축의 비균일성을 견딜 수 있는 능력에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 용융 탄산염 연료 전지는 약 0.05 mm(0.002 인치)의 구조적 시트의 내측 수직 부재(inter-vertical memeber) 편향을 견딜 수 있다. 수직 부재의 벽 두께는 기계적 압축 하중 하에서 좌굴을 피하도록 설정될 수 있다.
수직 부재, 구조적 부재, 정렬 부재 및 수납부의 재료는 이것들이 설치된 연료 전지 종류에 의해 발생된 환경에서 재료가 부식되는 것을 방지하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 316 스테인레스 스틸이 용융 탄산염 연료 전지와 사용된 단부 플레이트에 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 구조적 부재, 수직 부재 및/또는 정렬 부재는 촉매로 코팅되어 반응물과의 다양한 화학적 반응을 촉진시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 펠렛, 분말 등 느슨한 형태의 촉매가 연료 전지 단부 플레이트 내에 배치될 수 있다. 통상 촉매의 특성 및 용량은 단부 플레이트가 함께 사용되는 연료 전지의 종류 및/또는 연료 전지 단부 플레이트에 유입된 반응물에 따른다. 연료 전지 단부 플레이트 내에서 소정의 화학 반응을 촉직하기 위해 적절한 촉매를 설정하는 것은 본원의 이점에 따라 당해 분야의 숙련자들이 알 수 있는 범위 내에 있다. 다른 시시예에서, 구조적 부재, 수직 부채 및/또는 정렬 부재는 예를 들어 상표면 테플론 등의 비반응 물질로 코팅되어 연료 전지 단부 플레이트의 요소와 반응물이 원치한게 반응하는 것을 방지한다. 연료 전지 단부 플레이트의 요소들이 연료 전지 반응물과 반응하는 것을 방지하기 위해 적절한 재료 및/또는 적절한 코팅을 선택하는 것은 본원의 이점에 따라 당해 분야의 숙련자들이 알 수 있는 범위 내에 있다.
도5 및 추가적인 예시를 따라, 도4의 A-A선을 취한 단면도가 도시되며 복수의 수직 부재(44a, 44b, 44c), 제1 및 제2 대향한 구조적 부재(41, 42) 및 정렬 부재(45, 46)의 구조체 단면을 포함한다. 복수의 수직 부재는 대향한 제1 및 제2 정렬 부재(45, 46)의 내측면으로부터 연장된 복수의 돌기(50a, 50b, 50c)와 결합하는 대향한 제1 및 제2 개방 단부를 가지는 중공 튜브 또는 칼럼을 포함한다. 돌기(50a, 50b, 50c)는 각각 수직 부재(44a, 44b, 44c)의 단부에 대한 위치 결정 장소를 제공한다. 도5에 도시된 바와 같이, 수직 부재들 사이에 비어있는 공간이 존재한다. 전술된 바와 같이, 이러한 비어 있는 공간은 이러한 공간의 사용 의도에 따라 촉매, 배플(baffle), 덕트 또는 다른 적절한 장치로 채워질 수 있다.
도6 및 다른 예시를 따라, 단부 플레이트 구조체(43)의 측면도는 단부 플레이트가 인접한 연료 전지 스택(1)의 축적된 비평행성을 인해 비틀린 것을 도시한다. 특정한 과학적 이론에 제한되길 원하지 않으면서, 연료 전지가 동작하는 동안에 연료 전지의 온도가 증가할 때, 연료 전지의 표면은 고르지 않게 팽창될 수 있다. 연료 전지 단부 플레이트의 제1 및 제2 대향한 구조적 시트(41, 42)는 유도된 비틀림에도 불구하고 서로 대향 평행하게 유지된다. 적어도 특정 예시에서, 대략 평행하게 유지되는 구조적 시트의 능력으로 인해서 연료 전지의 표면에 걸쳐 대략 평행한 압축력이 발생된다. 이러한 대략 평행한 압축력은 본원에 참조로 합체된 "연료 전지 스택 조립체(Fuel Cell Stack Assembly)"라는 제목의 미국 특허 제6,670,069호에 개시된 분배형 압축 시스템 등의 분배형 압축 시스템에 의해 발생된다.
도7을 참조하고 다른 예에 따르면, 연료 전지 스택(1)에는 연료 전지 스택(1)의 일 에지부를 따라 정렬된 내부 반응물 매니폴드(70a, 70b, 70c)가 제공된다. 반응물 매니폴드는 연료 전지 단부 플레이트의 공극 공간 및/또는 연료 전지 스택의 연료 전지로 반응물을 유입하기 위해 사용될 수 있다. 매니폴드는 연료 전지 스택의 연료 전지로 냉각제를 유입 및/또는 가스들을 제거하기 위해 사용될 수도 있다.
도8을 참조하면, 도7의 BB선을 따라 취한 단면은 연료 전지 스택(1)의 내부 매니폴드(70)와, 제1 및 제2 대향 구조 부재(41, 42)의 대향면 사이에 형성된 공극 공간(71) 사이에서의 유체 연통을 제공한다. 내부 매니폴드(70)는 단부 플레이트와 연료 전지 스택의 연료 전지 사이에 도관 또는 경로를 제공한다. 특정 예에서, 이하 보다 상세히 설명된 바와 같이 연료 전지 단부 플레이트는 두 섹션으로 분할될 수 있다. 따라서, 제1 섹션은 연료 전지 스택으로 제1 반응물을 유입하기 위해 사용될 수 있고, 제2 섹션은 연료 전지 스택으로 제2 반응물 또는 냉각제를 유입하거나 연료 전지 스택으로부터 열 또는 폐기물을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
양호한 특정 실시예에서, 오리피스(80, 81)는 반응물의 유동이 통과하는 각각의 내부 매니폴드(70)의 단부에 제공될 수 있다. 오리피스(80, 81)는 반응물 및 냉각제의 유동을 제어함으로써 연료 전지 스택에 있는 다양한 내부 매니폴드(70)로 그리고 내부 매니폴드로부터 반응물 및 냉각제 유동 분포의 균일성을 촉진하기 위해 제공된다.
도9를 참조하고 추가의 예에 따르면, 연료 전지 스택(1)의 등각 절결부에는 시트형 재료인 인클로져(90) 내에 수납된 연료 전지 단부 플레이트(30)가 제공된다. 인클로져(90)는 서로에 대해서 그리고 인접한 연료 전지 스택(1)의 내부 매니폴드(70a, 70b, 70c)와 모두 유체 연통하는 메이저 커플링(91)과 일련의 마이너 커플링(92a, 92b)을 포함한다. 예를 들면, 연료 전지 단부 플레이트의 마이너 커플링은, 내부 반응물 매니폴드와 인접하여 위치하고 연료 전지 단부 플레이트의 공극과 연료 전지 스택의 내부 반응물 매니폴드 사이에서의 유체 연통을 제공하는 대체로 원형인 개구이다. 마이너 커플링의 정확한 형상 및 크기는 변할 수 있다. 예를 들면, 마이너 커플링은 원형, 직각형, 난형, 사다리형 등일 수 있다.
도10을 참조하고 다른 예에 따르면, 조립된 연료 전지 스택(1)에는 연료 전지 스택(1)의 대향하는 주 표면(5, 6) 상에 있는 단부 플레이트(30, 31)에 입구 유체 커플링(91)과 출구 유체 커플링(100)이 각각 제공된다. 유체 커플링은 연료 전지 스택으로 반응물을 유입하고, 연료 전지 스택으로 냉각재를 유입 및/또는 연료 전지 스택으로부터 열, 오염물 및/또는 폐기물을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 도10에 도시된 커플링의 정확한 치수는 소정의 유체 유입률 및/또는 가용한 공간에 따라 변할 것이다. 특정 예에서, 유체 커플링은 약 1.5″의 내경과 약 6″의 길이를 가진다. 유체 커플링은 적절한 재료로 제조될 수 있는데, 특정 예에서 유체 커플링은 연료 전지 단부 플레이트 및/또는 연료 전지 단부 플레이트 인클로져의 재료와 동일한 재료로 제조된다.
도11을 참조하고 다른 실시예에 따르면, 연료 전지 단부 플레이트의 내부 구조(43)의 다른 예는 중공의 수직 부재가 복수개의 쌍을 이룬 정합 시트 금속탭들(110a, 110b, 110c)에 의해 교체된 등각 절결도가 도시되어 있다. 각 쌍의 시트 금속탭들은 정렬 부재(45, 46) 각각의 일 표면으로부터 상향 및 하향으로 랜스된다. 구체적으로, 제1 탭은 정렬 부재(45)로부터 상향으로 랜싱되고(lanced) 절첩되며, 정합 제2 탭은 정렬 부재(46)로부터 하향으로 랜싱되고 절첩된다. 제1 탭은 제2 탭에 대해 90도의 각도로 랜스되고, 제1 탭이 제2 탭과 결합되도록 슬롯(111)이 탭의 단부들에 제공된다.
다른 특정 예를 따르면, 도12에 도시된 바와 같이 둘 이상의 연료 전지 단부 플레이트가 상호 적층될 수 있고 최종 조립체는 연료 전지 또는 연료 전지 스택에 배치된다. 도시된 바와 같이, 내부 또는 제1 연료 전지 애노드 단부 플레이트(30)는 연료 전지 스택(1)의 표면(5)과 접촉하도록 배치된다. 외부 또는 제2 연료 전지 애노드 단부 플레이트(30')는 제1 연료 전지 애노드 단부 플레이트(30)와 접촉하도록 배치된다. 커플링(91, 91')은 제1 연료 전지 애노드 단부 플레이트(30) 및 제2 연료 전지 애노드 단부 플레이트(30')와 각각 유체 연통한다. 유사하게, 내부 또는 제1 연료 전지 캐소드 단부 플레이트(31)는 연료 전지 스택(1)의 표면(6)과 접촉하도록 배치된다. 외부 또는 제2 연료 전지 캐소드 단부 플레이트(31')는 제1 연료 전지 캐소드 단부 플레이트(31)와 접촉하도록 배치된다. 커플링(100, 100')은 제1 연료 전지 캐소드 단부 플레이트(31) 및 제2 연료 전지 캐소드 단부 플레이트(31')와 각각 유체 연통한다.
적층된 연료 전지 플레이트의 용도는 일 이상 타입의 반응물이 연료 전지 또는 연료 전지 스택으로 유입되는 곳에 유리할 수 있다. 예를 들면, 가장 안쪽에 있는 제1 연료 전지 단부 플레이트(30, 31)는 연료 전지 또는 연료 전지 스택으로 일 반응물을 유입하기 위하여 내부 매니폴드의 일 세트와 유체 연통할 수 있다. 가장 바깥쪽에 있는 제2 연료 전지 단부 플레이트(30', 31')는 연료 전지 또는 연료 전지 스택으로 다른 반응물을 유입하거나 연료 전지 또는 연료 전지 스택으로 냉각재를 유입하기 위하여 내부 매니폴드의 다른 세트와 유체 연통할 수 있다. 도시된 실시예에서, 두 개의 연료 전지 단부 플레이트는 연료 전지 스택(1)의 각 측면에 적층되고 배치된다. 추가의 연료 전지 단부 플레이트가 사용될 수도 있다. 본 개시내용의 장점에 주어진다면, 본 기술분야의 당업자는 본 명세서에서 개시된 연료 전지 조립체에 사용 가능한 연료 전지 단부 플레이트의 적절한 개수를 선정할 수 있을 것이다.
다른 실시예에 따르면, 도13에 도시된 바와 같이, 일 이상의 배플이 연료 전지 단부 플레이트의 공간 내에 배치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 배플(130)은 연료 전지 애노드 단부 플레이트(30) 내에 배치된다. 배플(130)은 반응물 또는 냉각재 유동의 방향을 유도하고 매니폴드(70)와 커플링(91) 사이에 있는 단부 플레이트(30)에 반응물 또는 냉각재의 유동 분배에 영향을 미치도록 제공된다. 임의의 개수의 배플이 각각의 단부 플레이트에 통합될 수 있고, 배플이 임의의 구조 부재, 정렬 부재 및/또는 수직 부재와 일체형 구조일 수 있으며, 또는 배플이 연료 전지 단부 플레이트를 조립하는 동안 공극 공간으로 삽입될 수 있다는 것을 알 것이다.
다른 양호한 실시예가 도14에 도시되어 있는데, 연료 전지 단부 플레이트는 다수의 섹션으로 분할된다. 도시된 실시예에서, 각각의 연료 전지 단부 플레이트는 두 개의 섹션을 분할된다. 구체적으로, 애노드 단부 플레이트는 제1 애노드 단부판 섹션(30)과 제2 애노드 단부판 섹션(30')으로 형성되고, 캐소드 단부판은 제1 캐소드 단부판 섹션(31)과 제2 캐소드 단부판 섹션(31')으로 형성된다. 커플링(91, 91')은 제1 애노드 단부판 섹션(30) 및 제2 애노드 단부판 섹션(30')과 각각 유체 연통하고, 커플링(100, 100')은 제1 캐소드 단부판 섹션(31) 및 제2 캐소드 단부판 섹션(31')과 각각 유체 연통한다.
각각의 단부판에 있어, 제1 섹션은 연료 전지 스택으로 제1 반응물을 유입하기 위해 사용될 수 있고, 제2 섹션은 연료 전지 스택으로 제2 반응물 또는 냉각재를 유입하고 연료 전지 스택으로부터 열 또는 폐기물을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 단부판은 둘 이상의 섹션으로 분할될 수 있고, 이들 각각은 반응물, 냉각재 등을 제공할 수 있다. 본 개시내용의 장점이 주어진다면, 본 기술분야의 당업자는 의도된 목적을 위해서 적절한 개수의 섹션을 갖춘 연료 전지 단부 플레이트를 제공할 것이다.
소정의 실시예에 따르면, 연료 전지 단부 플레이트를 조립하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 제1 및 제2 구조 부재를 제공하는 단계와 제1 구조 부재 상에 제1 정렬 시트를 배치하는 단계를 포함한다. 제1 정렬 시트는 구조 부재로부터 이격되어 연장되는 일체형 돌기부를 포함할 수 있거나 또는 스페이서가 상기 돌기부를 제공하도록 정렬 시트 상에 배치될 수 있다. 연료 전지 단부 플레이트가 정렬 시트를 포함하지 않는 예에서, 돌기부는 구조 부재에 일체될 수 있거나 또는 스페이서는 정렬 시트 상에 직접 배치될 수 있다. 스페이서가 사용된다면, 스페이서는 약 매15 cm(6 인치) 내지 약 25 cm(10 인치)로 서로 이격되어 제1 정렬 부재 또는 구조 부재 상으로 배치된다. 적어도 소정의 예에서는 스페이서의 두께는 중공 칼럼의 길이의 1/2과 대략 동등하며, 스페이서의 폭은 인접하는 돌기부 사이의 간격의 대략 50% 내지 75%이다. 수직 부재는 수직 부재의 개방 단부를 정렬 부재 또는 구조 부재 상의 돌기부와 접합시킴으로써 정렬 부재 상에 배치된다. 추가적 수직 부재는 원하는 수의 수직 부재가 존재할 때까지 정렬 부재 상에 배치될 수 있다. 선택적으로, 적당한 양의 접착제가 수직 부재를 유지하는데 조력하도록 정렬 부재의 돌기부 상으로 스프레이되거나 또는 코팅될 수 있다. 선택적으로, 제2 정렬 부재를 추가하기 전에, 중간 정렬 부재가 제2 정렬 부재의 올바른 배치를 조력하도록 수직 부재의 상에서 활주될 수 있다. 중간 정렬 부재는 제1 및 제2 정렬 부재의 돌기부와 실질적으로 동일한 패턴인 복수의 관통 구멍을 포함한다. 중간 정렬 부재의 관통 구멍의 직경은 중공 수직 부재의 직경보다 약간 더 크다. 대안으로, 중간 정렬 부재는 제1 정렬 부재에 인접하여 배치될 수 있으며, 수직 부재는 중간 정렬 부재의 관통 구멍을 통해 삽입될 수 있다.
적어도 소정의 예에서, 수직 부재는 모든 수직 부재가 상향으로 기립되도록 수직 부재를 빈(bin) 내로 배치시킴으로써 배치식으로(batchwise) 삽입되며, 실질적으로 수직 부재의 일 단부만이 노출되도록 서로 평행하다. 접착제는 수직 부재의 노출된 단부 상으로 스프레이될 수 있다. 수직 부재는 중간 정렬 시트의 관통 구멍 내로 삽입될 수 있으며, 제1 정렬 시트의 관련 돌기부와 결합된다. 이 공정은 모든 수직 부재가 제1 정렬 부재 및 존재한다면 중간 정렬 부재내로 삽입될 때까지 계속된다. 원하는 수의 수직 부재를 배치시킨 후, 제2 정렬 부재는 제1 정렬 부재에 대향하여 배치된다. 제2 정렬 부재는 수직 부재의 제2 개방 단부와 접합되는 돌기부를 포함한다. 접착제는 제2 정렬 시트의 돌기부내로 수직 부재를 삽입시키기 전에 제2 정렬 부재의 돌기부 상으로 코팅되거나 또는 스프레이될 수 있다. 조립된 단부 플레이트는 접착제 접촉을 보장하도록 손 또는 적당한 기계적 장치에 의해 약하게 가압되며, 접착제가 경화될 수 있도록 적당한 시간 동안 조립된 단부 플레이트에 중량 또는 힘이 인가된다. 적어도 몇몇의 예에서는, 사용의 편의를 위해 조립된 단부 플레이트는 제1 정렬 부재를 통해 그리고 선택된 돌기부의 제2 정렬 부재내로 기계 스크류와 같은 체결구를 설치함으로써 일시적으로 함께 유지된다. 체결구는 조립체를 수납부내로 밀봉하기 전에 제거될 수 있거나 또는 제 위치에 남겨질 수 있다. 스페이서는 연료 전지 단부 플레이트의 사용 전에 제거될 수 있고 중간 정렬 부재는 제 위치에 방치될 수 있고 조립된 연료 전지 단부 플레이트의 바닥으로 낙하될 수 있다.
추가적 예에 따르면, 수직 부재의 이격, 수직 부재의 벽 두께, 제1 및 제2 대향 구조 부재의 재료 두께, 및 수직 부재 및 제1 및 제2 대향 구조 부재의 재료 선택은 연료 전지 스택의 압축 시스템의 압축력 하에서 최소로 비틀리도록 선택된다. 당업자들은 본 개시물의 유리함이 주어진다면 압축에 의해 발생된 비틀림이 무의미하거나 또는 실질적으로 최소가 되도록 적당한 변수를 선택할 수 있을 것이다. 예를 들면, 이하에 주어진 예시적 값들에 의해 650℃ 및 20-PSI 스택 압축에서 작동되는 용융된 탄산염 연료 전지의 수직 부재 사이에서 0.05 mm(.002 인치) 이하의 비틀림으로 될 수 있다. 수직 부재 치수: 6.35 mm(0.25 인치) 직경 ×0.89 mm(0.035 인치) 벽두께 ×31.75 mm(1.25 인치) 길이, 대향 구조 부재 두께: 3.175 mm(0.125 인치), 구조 부재 및 수직 부재 합금: 316 스테인리스 강철, 및 수직 부재 이격: 27.05 mm(1.065 인치) 대 23.60 mm(0.929 인치)
소정의 예에 따르면, 연료 전지 단부 플레이트의 조립 후, 단부 플레이트는 연료 전지 스택의 단자 표면 상으로 배치 또는 가입된다. 소정의 예에서, 기계적 압력, 즉, 발명의 명칭이 “연료 전지 스택 조립체”이고 공동 유지되는 미국 제6,670,069호에 설명된 기계적 분포 압축 시스템을 사용하여, 단부 플레이트가 연료 전지 스택의 균일하지 않은 표면에 일치되도록 단부 플레이트 상에 배치된다. 소정의 예에서, 단부 플레이트는 작동 온도에서 작동되거나 또는 작동 온도로 평형이 유지된 연료 전지 스택 상에 배치된다. 다른 예에서, 단부 플레이트는 상온에서 연료 전지 스택 상에 배치되고, 기계적 힘이 단부 플레이트의 상단 표면(연료 전지 표면과 접촉하는 표면에 대향하는 표면)에 가해지고, 연료 전지 스택은 기계적 힘을 연속적으로 또는 반연속적으로 가함으로써 작동 온도로 가열된다. 연료 전지 단부 플레이트를 연료 전지 스택 상에 배치시키는 다른 잠재적인 방법은 본 개시물의 유리함이 주어진다면 당업자들에 의해 용이하게 선택될 수 있을 것이다.
본 발명의 상기 개시 내용 및 양호한 실시예의 설명을 고려할 때, 본 기술 영역의 당업자들은 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 다양한 변형 및 적용이 이루어질 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 이러한 모든 변형 및 적용은 이하의 청구범위에 의해 커버되도록 의도된다.

Claims (36)

  1. 연료 전지 단부 플레이트이며,
    제1 구조 부재와,
    제2 구조 부재와,
    제1 단부와 제2 단부를 갖는 복수의 수직 부재를 포함하며,
    수직 부재가 제1 및 제2 구조 부재 사이에서 연장하도록 각각의 수직 부재의 제1 단부는 제1 구조 부재에 연결되고 각각의 수직 부재의 제2 단부는 제2 구조 부재에 연결되며,
    연료 전지 단부 플레이트는 사실상 연료 전지의 표면을 따라 일정한 압축력을 전달하도록 연료 전지의 표면에 정합되게 구성된 연료 전지 단부 플레이트.
  2. 제1항에 있어서, 제1 구조 부재와 접촉하며, 복수의 수직 부재의 제1 단부를 수용하도록 구성된 제1 정렬 부재를 더 포함하는 연료 전지 단부 플레이트.
  3. 제2항에 있어서, 제2 구조 부재와 접촉하며, 복수의 수직 부재의 제2 단부를 수용하도록 구성된 제2 정렬 부재를 더 포함하는 연료 전지 단부 플레이트.
  4. 제3항에 있어서, 각각의 수직 부재는 제1 정렬 부재로부터 랜싱되고 절첩된 제1 탭과, 제2 정렬 부재로부터 랜싱되고 절첩된 제2 탭을 포함하고,
    제1 탭과 제2 탭 각각은 단부에 형성된 슬롯을 가지며,
    제1 탭의 슬롯은 제2 탭과 결합하고, 제2 탭의 슬롯은 제1 탭과 결합하는 연료 전지 단부 플레이트.
  5. 제4항에 있어서, 제1 탭은 제2 탭에 대해 90°각으로 배치된 연료 전지 단부 플레이트.
  6. 제3항에 있어서, 각각의 정렬 부재는 반가요성이거나 또는 가요성인 시트인 연료 전지 단부 플레이트.
  7. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 구조 부재 각각은 스테인레스 강으로 형성된 연료 전지 단부 플레이트.
  8. 제1항에 있어서, 각 수직 부재는 중공 튜브인 연료 전지 단부 플레이트.
  9. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 구조 부재 각각은 반가요성이거나 또는 가요성인 시트인 연료 전지 단부 플레이트.
  10. 제1항에 있어서, 반응물 또는 냉각제가 연료 전지 단부 플레이트와 접촉하는 연료 전지로 유동하는 것을 제어하도록 각각 구성된 복수의 오리피스를 연료 전지 단부 플레이트 내에 더 포함하는 연료 전지 단부 플레이트.
  11. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 구조 부재 사이에 배치된 촉매를 더 포함하는 연료 전지 단부 플레이트.
  12. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 구조 부재 상에 코팅된 촉매를 더 포함하는 연료 전지 단부 플레이트.
  13. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 구조 부재 사이에 위치된 적어도 하나의 배플을 더 포함하는 연료 전지 단부 플레이트.
  14. 연료 전지 조립체이며,
    서로 전기적으로 연통된 적어도 하나의 제1 연료 전지 및 제2 연료 전지를 포함하는 연료 전지 스택과,
    제1 구조 부재와, 제1 및 제2 단부를 갖는 복수의 수직 부재를 통해 제1 구조 부재에 연결된 제2 구조 부재를 포함하는 제1 연료 전지 단부 플레이트를 포함하며,
    수직 부재가 제1 및 제2 구조 부재 사이에서 연장하도록, 각각의 수직 부재의 제1 단부는 제1 구조 부재에 연결되고 각각의 수직 부재의 제2 단부는 제2 구조 부재에 연결되며,
    제1 연료 전지 단부 플레이트는 연료 전지 스택의 제1 연료 전지의 제1 표면과 접촉하고 연료 전지 스택의 제1 연료 전지의 제1 표면을 따라 사실상 일정한 압축력을 전달하도록 구성된 연료 전지 조립체.
  15. 제14항에 있어서,
    제1 구조 부재와, 제1 및 제2 단부를 갖는 복수의 수직 부재를 통해 제1 구조 부재에 연결된 제2 구조 부재를 포함하는 제1 연료 전지 단부 플레이트를 포함하는 제2 연료 전지 단부 플레이트를 더 포함하며,
    수직 부재가 제1 및 제2 구조 부재 사이에서 연장하도록, 각각의 수직 부재의 제1 단부는 제1 구조 부재에 연결되고 각각의 수직 부재의 제2 단부는 제2 구조 부재에 연결되며,
    제2 연료 전지 단부 플레이트는 연료 전지 스택의 제2 연료 전지의 제1 표면과 접촉하고 연료 전지 스택의 제2 연료 전지의 제1 표면을 따라 사실상 일정한 압축력을 전달하도록 구성된 연료 전지 조립체.
  16. 제15항에 있어서, 제1 연료 전지 단부 플레이트와 제2 연료 전지 단부 플레이트는 각각 스테인레스 강을 포함하는 연료 전지 조립체.
  17. 제15항에 있어서, 제1 연료 전지 및 제2 연료 전지와 전기적으로 연통된 추가적인 복수의 연료 전지를 더 포함하는 연료 전지 조립체.
  18. 제15항에 있어서, 제1 연료 전지 단부 플레이트 및 제2 연료 전지 단부 플레이트 각각은 상응하는 제1 구조 부재의 제1 단부와 접촉하는 제1 정렬 부재와, 상응하는 제2 구조 부재의 제2 단부와 접촉하는 제2 정렬 부재를 포함하는 연료 전지 조립체.
  19. 제18항에 있어서, 제1 및 제2 정렬 부재 각각은 반가요성이거나 또는 가요성인 시트인 연료 전지 조립체.
  20. 제18항에 있어서, 각각의 수직 부재는 제1 정렬 부재로부터 랜싱되고 절첩된 제1 탭과, 제2 정렬 부재로부터 랜싱되고 절첩된 제2 탭을 포함하고,
    제1 탭과 제2 탭 각각은 단부에 형성된 슬롯을 가지며,
    제1 탭의 슬롯은 제2 탭과 결합하고, 제2 탭의 슬롯은 제1 탭과 결합하는 연료 전지 조립체.
  21. 제20항에 있어서, 제1 탭은 제2 탭에 대해 90° 각으로 배치된 연료 전지 조립체.
  22. 제14항에 있어서, 제1 연료 전지는 캐소드 단부 전지이고 제2 연료 전지는 애노드 단부 전지인 연료 전지 조립체.
  23. 제14항에 있어서, 제1 구조 부재와 제2 구조 부재 각각은 스테인레스 강으로 형성된 연료 전지 조립체.
  24. 제14항에 있어서, 제1 구조 부재와 제2 구조 부재 각각은 반가요성이거나 또는 가요성인 시트인 연료 전지 조립체.
  25. 제14항에 있어서, 각각의 수직 부재는 중공 튜브인 연료 전지 조립체.
  26. 제14항에 있어서, 연료 전지 스택은 반응물 또는 냉각제를 연료 전지 스택의 연료 전지들 중 하나로 주입하기 위한 적어도 하나의 내부 매니폴드를 포함하는 연료 전지 조립체.
  27. 제26항에 있어서, 각각이 반응물 또는 냉각제의 내부 매니폴드로의 유동을 제어하는, 제1 연료 전지 단부 플레이트 내의 복수의 오리피스를 더 포함하는 연료 전지 조립체.
  28. 제14항에 있어서, 제1 연료 전지 단부 플레이트에 적층된 적어도 하나의 추가적인 연료 전지 단부 플레이트를 더 포함하는 연료 전지 조립체.
  29. 제14항에 있어서, 제1 연료 전지 단부 플레이트 내의 촉매를 더 포함하는 연료 전지 조립체.
  30. 제29항에 있어서, 촉매는 펠릿 형태인 연료 전지 조립체.
  31. 제29항에 있어서, 촉매는 제1 연료 전지 단부 플레이트의 적어도 일부분 상에 코팅을 포함하는 연료 전지 조립체.
  32. 제14항에 있어서, 제1 연료 전지 단부 플레이트와 위치된 적어도 하나의 배플을 더 포함하는 연료 전지 조립체.
  33. 제14항에 있어서, 제1 연료 전지 단부 플레이트는 복수의 섹션을 포함하는 연료 전지 조립체.
  34. 연료 전지 조립체이며, 개별적인 연료 전지들 사이에 전기적으로 연속적인 관계를 제공하도록 적층된 복수의 용해 캐소드 연료 전지와, 캐소드 단부 전지와, 애노드 단부 전지를 포함하는 연료 전지 스택과,
    캐소드 단부 전지의 외면에 접촉하고, 캐소드 단부 전지의 외면을 따라 사실상 일정한 압축력을 전달하도록 구성되고, 제1 구조 시트와, 제1 구조 시트로부터 이격된 제2 구조 시트와, 제1 구조 시트에 접촉된 제1 정렬 시트와, 제2 구조 시트와 접촉된 제2 정렬 시트와, 제1 단부와 제2 단부를 갖는 복수의 수직 부재를 포함하는 제1 연료 전지 단부 플레이트와,
    애노드 단부 전지의 외면에 접촉하고 애노드 단부 전지의 외면을 따라 사실상 일정한 압축력을 전달하도록 구성되고, 제1 구조 시트와, 제1 구조 시트로부터 이격된 제2 구조 시트와, 제1 구조 시트에 접촉된 제1 정렬 시트와, 제2 구조 시트와 접촉된 제2 정렬 시트와, 제1 단부와 제2 단부를 갖는 복수의 수직 부재를 포함하는 제2 연료 전지 단부 플레이트를 포함하며,
    상기 제1 연료 전지 단부 플레이트에 포함된 복수의 수직 부재에 있어서, 수직 부재가 제1 및 제2 정렬 시트 사이에서 연장하도록 각각의 수직 부재의 제1 단부는 제1 정렬 시트에 연결되고 각각의 수직 부재의 제2 단부는 제2 정렬 시트에 연결되며,
    상기 제2 연료 전지 단부 플레이트에 포함된 복수의 수직 부재에 있어서, 수직 부재가 제2 구조 시트와 제2 구조 시트를 연결하는 제1 및 제2 정렬 시트 사이에서 연장하도록 각각의 수직 부재의 제1 단부는 제1 정렬 시트에 연결되고 각각의 수직 부재의 제2 단부는 제2 정렬 시트에 연결되는 연료 전지 조립체.
  35. 제34항에 있어서, 각각의 수직 부재는 제1 정렬 부재로부터 랜싱되고 절첩된 제1 탭과, 제2 정렬 부재로부터 랜싱되고 절첩된 제2 탭을 포함하고,
    제1 탭과 제2 탭 각각은 단부에 형성된 슬롯을 가지며,
    제1 탭의 슬롯은 제2 탭과 결합하고, 제2 탭의 슬롯은 제1 탭과 결합하고, 제1 탭은 제2 탭에 대해 90° 각으로 배치된 연료 전지 조립체.
  36. 제34항에 있어서, 각각의 수직부재는 제1 및 제2 단부에서 제1 정렬 시트와 제2 정렬 시트에 각각 연결된 중공 튜브를 포함하는 연료 전지 조립체.
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