KR20060067158A - 연료전지 스택의 체결 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 스택의 체결 구조에 관한 것으로서, 연료전지 스택 체결시 상기 스택에서 발생하는 굽힘하중에 의한 과다한 응력 집중현상에 의해 상기 연료전지의 성능저하와 내구성 감소를 방지하기 위해 판형 스프링을 사용하여 상기 스택 체결시 발생하는 응력 집중을 균일 하중으로 분산시켜 스택에서 발생하는 굽힘 하중을 방지할 수 있는 연료전지 스택의 체결 구조에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 연료전지 스택의 체결 구조에 있어서, 다수개의 연료전지 셀이 적층된 스택의 상하면에 각각 면접촉하여 결합되되 상면에 복수개의 삽입홈이 반복 형성된 앤드 플레이트; 상기 앤드 플레이트의 삽입홈에 삽입 설치되는 탄성부재;및 상기 연료전지 스택의 길이 방향을 따라 밀착 설치되되 양단이 각각 절곡된 절곡부 내면에 체결홈이 형성된 체결플레이트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결 구조를 제공한다.

연료전지, 스택(Stack), 셀(Cell), 판스프링

Description

연료전지 스택의 체결 구조{Structure For Fuel Cell Stacks}

도 1a는 종래의 체결볼트에 의한 연료전지 스택의 체결 상태를 도시한 일면도,

도 1b는 종래의 절곡스프링에 의한 연료전지 스택의 체결 상태를 도시한 일면도,

도 2는 본 발명에 의한 연료전지 스택의 체결 구조의 분해 사시도,

도 3은 본 발명에 의한 연료전지 스택의 체결 구조의 결합 사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 앤드 플레이트 10a : 삽입홈

20 : 탄성부재 30 : 체결플레이트

32a : 체결홈

본 발명은 연료전지 스택의 체결 구조에 관한 것으로서, 연료전지 스택 체결시 상기 스택에서 발생하는 굽힘하중에 의한 과다한 응력 집중현상에 의해 상기 연료전지의 성능저하와 내구성 감소를 방지하기 위해 판형 스프링을 사용하여 상기 스택 체결시 발생하는 응력 집중을 균일 하중으로 분산시켜 스택에서 발생하는 굽힘 하중을 방지할 수 있는 연료전지 스택의 체결 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지(fuel cell)는 전기화학 반응에 의해 연료 및 산화제가 가지고 있는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로서, 기존의 내연기관에 비해 에너지 효율이 높으며 초소형 규모에서 일반적인 운송수단인 자동차를 비롯하여 대규모 발전 시스템까지 적용범위가 광범위한 장치이다.

상기 연료전지는 전류밀도(단위 넓이의 단면을 통해 흐르는 전류)와 출력밀도(단위 부피당 출력량)가 크며 시동시간이 짧은 동시에 고체 전해질을 사용하기 때문에 부식 및 전해질 조절이 필요 없으며, 배기가스로 순수 물만을 배출하는 친 환경적인 동력원으로서 현재 전세계 자동차 업계에서 활발한 연구가 진행 중에 있다.

연료전지의 원리는 물을 전기 분해하면 전극에서 산소와 수소가 발생하는데, 연료전지는 물의 전기분해의 역반응을 이용하는 것으로 수소와 산소로부터 전기와 물을 만들어 내는 것이다.

연료전지는 일반 화학전지(건전지, 축전지)와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있으므로, 공기만 있으면 무한히 사용 가능한 에너지이다.

상기한 연료전지에서 전기를 일으키는 기본체로 셀(cell)이 있으며, 실제 자동차용 연료전지에서는 더 높은 전위를 얻기 위해서 상기 셀(cell)들을 다수개 적층시켜 많은 양의 전기에너지로 사용하게 되는데, 상기한 셀을 다수개 적층시켜 모 아 놓은 것을 스택(stack)이라 한다.

첨부된 도 1a은 체결볼트에 의한 연료전지 스택의 체결 상태를 도시한 일면도로서, 다수의 분리판(2)이 적층된 양단에 엔드 플레이트(3)를 위치시키고 상기 분리판(2)의 고정을 위해 체결볼트(4)를 사용하여 고정시켜서 사용해 왔다.

상기한 체결볼트(4)에 의한 스택의 체결방법은 외부의 불필요한 부피의 생성과 상기 체결볼트(4)와 스택과의 공간에 의한 불필요한 굽힘하중을 유발하였다.

상기한 굽힘하중은 스택 면적에 균일한 압력을 유지할 수 없는 문제점을 유발 하였으며 상기 연료전지 스택의 기밀을 유지하지 못하는 문제점을 발생 시켰다.

또한, 분리판(2)의 면적이 넓어짐에 따라 이를 고정하는 체결볼트(4)의 수가 증가하여 각각의 체결볼트(4)의 균일한 체결력을 작업자가 관리하기 어려우며, 상기한 불균일한 체결력은 스택의 불균일한 압력과 굽힘하중을 발생시켰다.

상기한 체결볼트에 의한 문제점을 개선하고자 절곡스프링을 사용한 방법이 개발되었다.

첨부된 도 1b는 절곡스프링에 의한 연료전지 스택의 체결 상태를 도시한 일면도로서, 첨부된 도면을 참조하면 다수의 셀이 적층된 스택의 일단에 절곡스프링(5)을 삽입 설치하고, 상기 절곡스프링(5)에 의해 연료전지 셀 내부의 전면적에 대한 압력분포가 균일하게 분포 되도록 하였다.

그러나, 상기한 절곡스프링(5)의 삽입으로 인해 상기 절곡스프링(5)과 이를 지지하는 엔드플레이트(6) 사이의 불필요한 공간 발생에 의해 스택의 출력밀도(단위부피당 출력량)를 낮추는 문제점을 유발 하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료전지의 스택에 발생하는 응력 집중 현상을 방지하는데 그 목적이 있다.

또한, 상기 연료전지의 스택을 체결할 때 체결볼트를 사용하지 않아 연료전지의 출력밀도를 향상시켜 연료전지의 성능과 내구성을 향상시키는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료전지 스택의 체결 구조에 있어서, 다수개의 연료전지 셀이 적층된 스택의 상하면에 각각 면접촉하여 결합되되 상면에 복수개의 삽입홈이 반복 형성된 앤드 플레이트; 상기 앤드 플레이트의 삽입홈에 삽입 설치되는 탄성부재;및 상기 연료전지 스택의 길이 방향을 따라 밀착 설치되되 양단이 각각 절곡된 절곡부 내면에 체결홈이 형성된 체결플레이트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결 구조를 제공하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 연료전지 스택의 체결 구조의 분해 사시도이다.

도면을 참조하면 본 발명은 연료전지 스택의 체결 구조에 있어서, 다수개의 연료전지 셀이 적층된 스택의 상하면에 각각 면접촉하여 결합되되 상면에 복수개의 삽입홈(20a)이 반복 형성된 앤드 플레이트(20); 상기 앤드 플레이트(20)의 삽입홈 (20a)에 삽입 설치되는 탄성부재(30); 및 상기 연료전지 스택의 길이 방향을 따라 밀착 설치되되 양단이 각각 절곡된 절곡부(42) 내면에 체결홈(42a)이 형성된 체결플레이트(40)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 탄성부재(30)는 판 스프링을 사용하는 것이 바람직 하다.

상기 판 스프링은 체결플레이트(40)의 체결홈(42a)에 양단이 삽입 설치되는 것이 바람직 하다.

첨부된 도면을 참조하면, 다수의 셀(cell)이 적층된 스택(10)의 상하면에 앤드 플레이트(20)를 위치시키고, 상기 앤드 플레이트(20)의 삽입홈(20a)에 탄성부재(30)를 설치한다.

바람직 하게는 상기 스택(10)의 크기에 따라 앤드 플레이트(20) 삽입홈(20a)의 갯수를 가변적으로 변화시켜 사용한다.

상기 탄성부재(30)인 판 스프링 삽입 설치후에 체결플레이트(40)의 양단에 절곡된 절곡부(42) 내면에 형성된 체결홈(42a)에 상기 판 스프링의 양단을 삽입 설치한다.

상기 판 스프링이 체결홈(42a)에 삽입 설치됨에 따라 가운데 부분이 밴딩된 판 스프링은 평평하게 되면서 상기 판 스프링의 양단에 응력 집중된 하중을 상기 판 스프링의 중앙으로 분산되게 하여 상기 판 스프링이 삽입 설치된 앤드 플레이트(20)와 면 접촉한 스택(10)면에 집중 하중이 작용하지 않게한다.

또한, 상기 체결플레이트(40)에 의해 체결되는 스택(10)에 발생할 수 있는 굽힘하중의 발생을 원천적으로 차단하여 상기 연료전지 스택의 성능향상과 부품의 내구성 및 기밀 향상으로 안전성을 증가시키게 된다.

상기 연료전지는 현재 차량에 사용하고 있는 배터리(도면 미도시)의 전원 공급장치를 대체하는 새로운 에너지원으로 상기한 연료전지를 차량에 장착하여 사용할 경우에 별도의 충전이나 교체할 필요없이 수소가스만 공급해주면 사용할 수 있는 무공해 전기 발생장치이다.

그리고, 본 발명의 탄성부재(20)는 판 스프링으로 설명하였지만, 앤드 플레이트(20)의 삽입홈(20a)에 삽입되어 상기 삽입홈(20a)에 형성된 깊이를 초과하지 않는 범위내에서 탄성 작용을 하는 기타 부재로의 대체도 가능하며 본 발명에서 설명한 판 스프링에 한정하지 않는다.

한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결 구조는 연료전지 스택 체결시 상기 스택에 발생하는 굽힘하중에 의한 과다한 응력 집중현상을 판 스프링을 사용하여 균일 하중으로 분산시켜 스택에 발생하는 굽힘 하중을 방지하며 내구성을 향상 시키는 효과가 있다.

또한, 체결볼트를 사용하지 않아 작업성과 정비성이 향상되며 부품가격이 절감되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 연료전지 스택의 체결 구조에 있어서,

   다수개의 연료전지 셀이 적층된 스택(10)의 상하면에 각각 면접촉하여 결합되되 상면에 복수개의 삽입홈(20a)이 반복 형성된 앤드 플레이트(20);

   상기 앤드 플레이트(20)의 삽입홈(20a)에 삽입 설치되는 탄성부재(30); 및

   상기 연료전지 스택의 길이 방향을 따라 밀착 설치되되 양단이 각각 절곡된 절곡부(42) 내면에 체결홈(42a)이 형성된 체결플레이트(40)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결 구조.
2. 상기 제 1항에 있어서,

   상기 탄성부재(30)는 판 스프링인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결 구조.

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