KR20080021351A - 다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택 - Google Patents

다중 모듈 체결 구조를 갖는 연료전지 스택 Download PDF

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KR20080021351A
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Abstract

본 발명은 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조에 관한 것으로, 다수의 적층된 단위전지와, 상기 단위전지의 양단을 지지하는 엔드 플레이트가 구비된 연료전지 스택에 있어서, 상면 및 하면과 복수의 측면으로 이루어진 다면체로 형성되며, 상기 측면에 각각 구비되어 상기 연료전지 스택과 결합되는 복수의 결합부; 일측이 상기 상면 또는 하면을 통해 외부와 연통되고 타측이 상기 측면을 통해 상기 연료전지 스택과 연통되며, 수소와 공기 및 냉각수를 각각 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 복수의 공급라인; 및 일측이 상기 다면체의 상면 또는 하면을 통해 외부와 연통되고 타측이 상기 측면을 통해 상기 연료전지 스택과 연통되며, 상기 연료전지 스택으로부터 배출되는 수소와 공기 및 냉각수를 외부로 각각 배출하기 위한 복수의 배출라인이 구비된 공용 분배 기구를 포함하며, 상기 엔드 플레이트에는 상기 결합부와 결합되는 복수의 체결부가 형성되어 상기 연료전지 스택이 상기 공용 분배 기구를 중심으로 단층의 방사상으로 체결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조를 제공한다. 이에 공용 분배 기구를 중심으로 연료전지 스택을 단층의 방사상으로 배열함으로써 많은 수의 단위 전지의 적층 시 발생할 수 있는 분리판 간의 오차 발생을 줄여 정밀도를 향상시키고, 직렬 연결에 의한 내부 저항을 감소시킬 수 있다.
연료전지 스택, 공용 분배 기구, 다면체, 결합부, 체결부, 공급라인, 배출라인, 단층, 방사상

Description

연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조{A multi-module mounting structure of a fuel cell stack}
도 1은 종래의 연료전지 스택의 체결 구조를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조를 도시한 사시도.
도 3은 도 2에 따른 연료전지 스택의 사시도.
도 4는 도 3에 따른 엔드 플레이트의 사시도.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 따른 엔드 플레이트의 정면 투시도 및 측면 투시도.
도 6은 도 2에 따른 공용 분배 기구의 사시도.
도 7은 도 6에 따른 공용 분배 기구의 정면도.
도 8 내지 도 13은 도 7에 따른 A-A 내지 F-F의 단면도.
도 14는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조를 도시한 사시도.
도 15는 도 14에 따른 공용 분배 기구의 사시도.
도 16은 도 15에 따른 공용 분배 기구의 정면도.
도 17 내지 도 22는 도 16에 따른 A-A 내지 F-F의 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
21a~21c : 연료전지 스택 22 : 공용 분배 기구
141a~141c : 충진 구조물 143 : 외부링
본 발명은 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다각형의 공용 분배 기구를 중심으로 다중으로 연료전지 스택을 배열하여 연료를 균등하게 분배하는 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조에 관한 것이다.
연료전지는 수소와 산소를 반응시켜 전기 에너지를 생성하는 장치로, 수소이온(H+)이 전달되는 전해질막(elctrolyte membrane)을 사이에 두고 양측으로 수소가 공급되는 연료극(anode) 및 공기가 공급되는 공기극(cathode)이 구비된 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly, MEA)와 분리판이 순차적으로 적층되어 연료전지 스택을 형성한다.
첨부된 도 1은 종래의 연료전지 스택의 체결 구조를 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 연료전지 스택(11)은 양측 단부를 지지하는 두 개의 엔드 플레이트(12)가 복수의 체결봉(13) 혹은 체결 밴드(미도시)에 의해 서로 연결되고, 체결봉(13)이 체결너트(14)에 의해 엔드 플레이트(12)에 고정되는 방식으로 체결된다.
이렇게 체결된 연료전지 스택은 하단에 복수 개를 놓고 그 상부에 연료가스와 냉각수 및 공기를 공급하는 공용 분배 기구를 결합한 후 다시 공용 분배 기구의 상부에 연료전지 스택을 복수 개 적층하는 복층 구조로 사용되는 것이 일반적이다.
그런데 연료전지의 단위 셀에서 발생되는 전압이 약 1.2 볼트이기 때문에, 원하는 전력을 얻기 위해서는 수십 내지 수백 개의 단위 셀을 적층 해야 한다. 그러나 단위 셀을 많이 적층 할수록 분리판 간의 정렬 오차가 발생하여 정밀도가 감소하며, 직렬 연결에 의한 내부 저항이 증가하게 된다.
또한 각 단위 셀을 순환하는 냉각수의 온도 차이가 커지게 되어 연료전지의 각 분리판 간의 성능이 불균일해 질 수 있다.
과도한 직렬 연결시 연료 가스를 모든 단위 셀에 균일하게 공급하기가 어려워지므로 연료전지의 효율이 감소할 수 있다.
본 발명의 목적은 과도한 스택의 적층에 따른 연료전지 스택의 효율저하를 방지하고, 단층 구조로 연료 가스를 모든 연료전지 스택에 균일하게 공급할 수 있는 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 적층된 단위전지와, 상기 단위전지의 양단을 지지하는 엔드 플레이트가 구비된 연료전지 스택에 있어서, 상면 및 하면과 복수의 측면으로 이루어진 다면체로 형성되며, 상기 측면에 각각 구비되어 상기 연료전지 스택과 결합되는 복수의 결합부; 일측이 상기 상면 또 는 하면을 통해 외부와 연통되고 타측이 상기 측면을 통해 상기 연료전지 스택과 연통되며, 수소와 공기 및 냉각수를 각각 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 복수의 공급라인; 및 일측이 상기 다면체의 상면 또는 하면을 통해 외부와 연통되고 타측이 상기 측면을 통해 상기 연료전지 스택과 연통되며, 상기 연료전지 스택으로부터 배출되는 수소와 공기 및 냉각수를 외부로 각각 배출하기 위한 복수의 배출라인이 구비된 공용 분배 기구를 포함하며, 상기 엔드 플레이트에는 상기 결합부와 결합되는 복수의 체결부가 형성되어 상기 연료전지 스택이 상기 공용 분배 기구를 중심으로 단층의 방사상으로 체결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조를 제공한다.
상기 각각의 공급라인 및 배출라인은 상기 공용 분배 기구 내부에서 서로 교차되지 않도록 단차를 두고 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 결합부는 블럭 형태로 돌출 형성되며, 상기 체결부는 상기 결합부의 형상에 대응하여 내측으로 함몰 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 연료전지 스택과 이웃한 연료전지 스택 간의 간극 발생시 상기 간극의 형상에 대응하는 충진 구조물이 삽입되는 것을 특징으로 한다.
상기 충진 구조물은 고무 재질로 만들어진 것을 특징으로 한다.
상기 충진 구조물과 상기 연료전지 스택은 이들의 외주면을 감싸 고정하는 외부링에 의해 상호 밀착 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 공용 분배 기구는 금속이나 폴리머, 또는 이들의 복합 재료 중 어느 하나로 만들어지는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 연료전지 스택의 사시도이며, 도 4는 도 3에 따른 엔드 플레이트의 사시도이다. 또한, 도 5a 및 도 5b는 도 4에 따른 엔드 플레이트의 정면 투시도 및 측면 투시도이고, 도 6은 도 2에 따른 공용 분배 기구의 사시도이며, 도 7은 도 6에 따른 공용 분배 기구의 정면도이고, 도 8 내지 도 13은 도 7에 따른 A-A 내지 F-F의 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 실시 예에 따른 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조는 정육면체 형상의 공용 분배 기구(22)를 중심으로 주변에 4개의 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)이 방사상으로 배치되고 단층으로 체결됨으로써 구현된다.
연료전지 스택(21a, 21b, 21c)이 직육면체 형상을 이루므로 공용 분배 기구(22)를 중심으로 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)을 배치하면 연료전지 스택(21a, 21b, 21c) 간의 간극 발생 없이 상호 밀착 결합될 수 있다. 또한, 각각의 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)은 공용 분배 기구(22)와 직렬로 연결되므로 연료 가스의 분배가 효율적으로 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 연료전지 스택(21)은 단위 셀과 분리판이 순차적으로 적층된 단위 셀 적층부(32)와, 단위 셀 적층부(32)의 양단에 결합되어 이를 지지하는 엔드 플레이트(31, 33)로 구성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 엔드 플레이트(31)의 측면에는 공용 분배 기구() 에 결합되기 위한 다수의 체결부(41a~41h)와, 공용 분배 기구(22)로부터 수소와 공기 및 냉각수를 공급받는 수소 공급부(43a)와 공기 공급부(43b) 및 냉각수 공급부(43c)와, 수소와 공기 및 냉각수를 공용 분배 기구(22)로 배출하기 위한 수소 배출부(43f)와 공기 배출부(43e) 및 냉각수 배출부(43d)가 형성된다.
체결부(41a~41h)는 엔드 플레이트(31)의 폭이 좁은 측면에 형성되며, 내측으로 요입된 형상을 갖는다.
단위 셀 적층부(32)가 접촉되는 엔드 플레이트(31)의 넓은 면에는 공용 분배 기구(22)로부터 공급되는 수소와 공기 및 냉각수를 단위 셀 적층부(32)로 공급하는 스택 수소 공급부(44a)와 스택 공기 공급부(44b) 및 스택 냉각수 공급부(44c)와, 단위 셀 적층부(32)에서 사용되고 배출되는 수소와 공기 및 냉각수를 공용 분배 기구(22)로 배출하기 위한 스택 수소 배출부(44f)와 스택 공기 배출부(44e) 및 스택 냉각수 배출부(44d)가 형성된다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 수소 공급부(43a)와 스택 수소 공급부(44a)는 수소 공급 통로(51a)에 의해 연결되며, 공기 공급부(43b)와 스택 공기 공급부(44b)는 공기 공급 통로(51b)에 의해 연결되고, 냉각수 공급부(43c)와 스택 냉각수 공급부(44c)는 냉각수 공급 통로(51c)에 의해 연결된다(편의상 체결부는 도시하지 않았음).
마찬가지로 수소 배출부(43f)와 스택 수소 배출부(44f)는 수소 배출 통로(51f)에 의해 연결되고, 공기 배출부(43e)와 스택 공기 배출부(44e)는 공기 배출 통로(51e)에 의해 연결되며, 냉각수 배출부(43d)와 스택 냉각수 배출부(44d)는 냉 각수 배출 통로(51d)에 의해 연결된다. 그리고 엔드 플레이트(31)의 내부에서 수소와 공기 및 냉각수가 서로 혼합되지 않도록 각각의 공급 및 배출 통로는 서로 교차되지 않도록 형성된다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 공용 분배 기구(22)는 정육면체 형상을 가지며, 금속이나 폴리머 또는 이들의 복합 재료 중 어느 하나로 만들어진다.
공용 분배 기구(22)의 4개의 측면(22b)에는 연료전지 스택(21)의 엔드 플레이트(31)와 결합되기 위한 복수의 결합부(63a~63h)가 형성된다. 또한, 상면(22a)과 측면(22b)에는 공급라인(22c)과 배출라인(22d)이 형성되어 수소와 공기 및 냉각수를 공급 및 배출한다.
결합부(63a~63h)는 엔드 플레이트(31)에 형성된 체결부(41a~41h)의 형상에 대응하여 직육면체 형상으로 돌출 형성되며, 체결부(41a~41h)에 체결된 상태에서 임의로 이탈되지 않도록 결합부(63a~63h)의 외측과 체결부(41a~41h)의 내측에 상호 맞물림에 의해 걸림 유지될 수 있는 구조를 추가적으로 마련할 수 있다.
공급라인(22c)은 공용 분배 기구(22)의 상면 또는 하면에 형성되어 외부와 연결되며 수소와 공기 및 냉각수를 공급하는 메인 수소 공급부(61a)와 메인 공기 공급부(61b) 및 메인 냉각수 공급부(61c)와, 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 각각 형성되는 서브 수소 공급부(62a)와 서브 공기 공급부(62b) 및 서브 냉각수 공급부(62c)로 구성된다(도 8 내지 도 13 참조). 서브 수소 공급부(62a)와 서브 공기 공급부(62b) 및 서브 냉각수 공급부(62c)는 각각 메인 수소 공급부(61ㅁ)와 메인 공기 공급부(62b) 및 메인 냉각수 공급부(61c)에 각각 연결된다.
배출라인(22d)은 공용 분배 기구(22)의 상면 또는 하면에 형성되며 외부와 연결되어 수소와 공기 및 냉각수를 외부로 배출하는 메인 수소 배출부(61d)와 메인 공기 배출부(61e) 및 메인 냉각수 배출부(61f)와, 공용 분배 기구(22)의 측면에 각각 형성되는 서브 수소 배출부(62f)와 서브 공기 배출부(62e) 및 서브 냉각수 배출부(62d)로 구성된다(도 8 내지 도 13 참조). 서브 수소 배출부(62f)와 서브 공기 배출부(62e) 및 서브 냉각수 배출부(62d)는 각각 메인 수소 배출부()와 메인 공기 배출부() 및 메인 냉각수 배출부()에 각각 연결된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 공급라인(22c) 및 배출라인(22d)은 공용 분배 기구(22)의 내부에서 서로 교차되어 겹치지 않도록 단차를 두고 배치되는 것이 바람직하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 메인 수소 공급부(61a)는 외부와 연결되어 수소를 공용 분배 기구(22)의 내부로 공급한다. 서브 수소 공급부(62a)는 일측이 메인 수소 공급부(61a)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔드 플레이트(31)에 형성된 수소 공급부(43a)와 연통되어 메인 수소 공급부(61a)로부터 공급된 수소를 연료전지 스택(21)으로 분배한다. 따라서 공용 분배 기구(21)의 측면(22b)에 형성되는 서브 수소 공급부(62a)와 엔드 플레이트(31)의 측면에 형성되는 수소 공급부(43a)는 같은 높이 상에 형성되는 것이 바람직하다.
도 9에 도시된 바와 같이, 메인 공기 공급부(61b)는 외부와 연결되어 공기를 공용 분배 기구(22)의 내부로 공급한다. 서브 공기 공급부(62b)는 일측이 메인 공기 공급부(61b)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔 드 플레이트(31)에 형성된 공기 공급부(43b)와 연통되어 메인 공기 공급부(61b)로부터 공급된 공기를 연료전지 스택(21)으로 분배한다. 따라서 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 형성되는 서브 공기 공급부(62b)와 엔드 플레이트(31)의 측면에 형성되는 공기 공급부(43b)는 같은 높이 상에 형성되는 것이 바람직하다.
도 10에 도시된 바와 같이, 메인 냉각수 공급부(61c)는 외부와 연결되어 냉각수를 공용 분배 기구(22)의 내부로 공급한다. 서브 냉각수 공급부(62c)는 일측이 메인 냉각수 공급부(61c)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔드 플레이트(31)에 형성된 냉각수 공급부(43c)와 연통되어 메인 냉각수 공급부(61c)로부터 공급된 냉각수를 연료전지 스택(21)으로 분배한다. 따라서 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 형성되는 서브 냉각수 공급부(62c)와 엔드 플레이트(31)의 측면에 형성되는 냉각수 공급부(43c)는 같은 높이 상에 형성되는 것이 바람직하다.
도 11에 도시된 바와 같이, 메인 냉각수 배출부(61d)는 외부와 연결되어 냉각수를 공용 분배 기구(22)의 외부로 배출한다. 서브 냉각수 배출부(62d)는 일측이 메인 냉각수 배출부(61d)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔드 플레이트(31)에 형성된 냉각수 배출부(43d)와 연통되어 연료전지 스택(21)으로부터 배출된 냉각수가 공용 분배 기구(22)를 통과해 외부로 배출되도록 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 메인 공기 배출부(61e)는 외부와 연결되어 공기를 공용 분배 기구(22)의 외부로 배출한다. 서브 공기 배출부(62e)는 일측이 메인 공기 배출부(61e)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔드 플레이트(31)에 형성된 공기 배출부(43e)와 연통되어 연료전지 스택(21)으로부터 배출된 공기가 공용 분배 기구(22)를 통과해 외부로 배출되도록 한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 메인 수소 배출부(61f)는 외부와 연결되어 수소를 공용 분배 기구(22)의 외부로 배출한다. 서브 수소 배출부(62f)는 일측이 메인 수소 배출부(61f)에 연결되고 타측이 공용 분배 기구(22)의 측면(22b)에 결합되는 엔드 플레이트(31)에 형성된 수소 배출부(43f)와 연통되어 연료전지 스택(21)으로부터 배출된 수소가 공용 분배 기구(22)를 통과해 외부로 배출되도록 한다.
상기와 같은 구성에 의해 공용 분배 기구를 중심으로 연료전지 스택을 단층으로 배열하되 방사상으로 배치하게 되면 연료전지 스택이 공용 분배 기구와 직접 연결되므로 많은 수의 단위 전지의 적층시 발생할 수 있는 분리판 간의 오차 발생을 줄여 정밀도를 향상시키고, 연료 가스를 균일하게 분배할 수 있으며, 각종 반응물의 교환이 원활해진다. 또한 순차적으로 적층하는 직렬 연결 방식이 아니므로 내부 저항을 줄일 수 있고, 내부를 순환하는 냉각수의 온도차가 작아져 연료전지의 효율이 향상되는 효과가 있다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 도 14는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조를 도시한 사시도이고, 도 15는 도 14에 따른 공용 분배 기구의 사시도이다. 도 16은 도 15에 따른 공용 분배 기구의 정면도이며, 도 17 내지 도 22는 도 16에 따른 A-A 내지 F-F의 단면도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조는 상면 및 하면이 정삼각형인 정오면체 형상의 공용 분배 기구(142)를 중심으로 각각의 측면에 하나씩의 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)이 방사상으로 배치되되 단층으로 체결되어 구현된다.
또한, 이웃한 연료전지 스택(21a, 21b, 21c) 간의 간극을 채우기 위해 충진 구조물(141a, 141b, 141c)이 삽입되며, 충진 구조물(141a, 141b, 141c)과 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)이 밀착 결합되도록 외부링(143)이 이들의 외주면을 감싸 고정한다(연료전지 스택과 엔드 플레이트에 관한 설명은 제1 실시 예와 동일하므로 생략하기로 한다).
충진 구조물(141a, 141b, 141c)은 고무 재질로 만들어지며, 연료전지 스택(21a, 21b, 21c) 간의 간극의 형상에 대응하여 상면 및 하면이 삼각형인 오면체의 형상으로 만들어지는 것이 바람직하다.
외부링(143)은 일종의 고정 막으로서, 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)과 충진 구조물(141a, 141b, 141c)의 외주면을 감싸며 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)과 충진 구조물(141a, 141b, 141c)이 유동되지 않도록 서로 밀착 결합시킨다. 외부링(143)은 연료전지 스택(21a, 21b, 21c)과 충진 구조물(141a, 141b, 141c)이 임의로 이탈되지 않도록 고정할 수 있다면 그 재질에 제한 없이 사용될 수 있다.
도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 공용 분배 기구(142)는 정오면체 형상을 가지며, 금속이나 폴리머 또는 이들의 복합 재료 중 어느 하나로 만들어진다.
공용 분배 기구(142)의 각각의 측면(142b)에는 연료전지 스택(21)의 엔드 플레이트(31)와 결합되기 위한 복수의 결합부(153a~153h)가 형성된다. 또한, 공용 분배 기구(142)의 상면과 측면에는 공급라인(142c)과 배출라인(142d)이 형성되어 수소와 공기 및 냉각수를 공급 및 배출한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 결합부(153a~153h) 역시 엔드 플레이트(31)에 형성된 체결부(41a~41h)에 체결된 상태에서 임의로 이탈되지 않도록 결합부(153a~153h)의 외측과 체결부(41a~41h)의 내측에 상호 맞물림에 의해 걸림 유지될 수 있는 구조를 추가적으로 마련할 수 있다.
공급라인(142c)은 공용 분배 기구(142)의 상면 또는 하면에 형성되며 외부와 연결되어 수소와 공기 및 냉각수를 공급하는 메인 수소 공급부(151a)와 메인 공기 공급부(151b) 및 메인 냉각수 공급부(151c)와, 공용 분배 기구(142)의 측면에 각각 형성되는 서브 수소 공급부(152a)와 서브 공기 공급부(152b) 및 서브 냉각수 공급부(152c)로 구성된다. 서브 수소 공급부(152a)와 서브 공기 공급부(152b) 및 서브 냉각수 공급부(152c)는 메인 수소 공급부(151a)와 메인 공기 공급부(151b) 및 메인 냉각수 공급부(151c)에 각각 연결된다(도 17 내지 도 22 참조).
배출라인(142d)은 공용 분배 기구(142)의 상면 또는 하면에 형성되며 외부와 연결되어 수소와 공기 및 냉각수를 외부로 배출하는 메인 수소 배출부(151f)와 메인 공기 배출부(151e) 및 메인 냉각수 배출부(151d와, 공용 분배 기구(142)의 측면에 각각 형성되는 서브 수소 배출부(152f)와 서브 공기 배출부(152e) 및 서브 냉각수 배출부(152d)로 구성된다. 서브 수소 배출부(152f)와 서브 공기 배출부(152e) 및 서브 냉각수 배출부(152d)는 메인 수소 배출부(151f)와 메인 공기 배출부(151e) 및 메인 냉각수 배출부(151d)에 각각 연결된다(도 17 내지 도 22 참조).
도 16에 도시된 바와 같이, 각각의 공급라인(142c) 및 배출라인(142d)은 공용 분배 기구(142)의 내부에서 서로 교차되어 겹치지 않도록 단차를 두고 배치되는 것이 바람직하다(각각의 공급라인과 배출라인에 관한 세부적인 설명은 제1 실시 예와 동일하므로 생략하기로 한다).
전술한 실시 예들에서 공용 분배 기구가 정육면체 또는 정오면체인 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조에 관해 설명하였으나, 공용 분배 기구는 정칠면체나 정팔면체 등 다면체라면 제한없이 변경될 수 있고, 이에 따라 충진 구조물의 형태 역시 변경될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조는 공용 분배 기구를 중심으로 연료전지 스택을 단층의 방사상으로 배열함으로써 많은 수의 단위 전지의 적층 시 발생할 수 있는 분리판 간의 오차 발생을 줄여 정밀도를 향상시키고, 직렬 연결에 의한 내부 저항을 감소시킬 수 있다.
또한 과도한 직렬 연결 구조를 탈피함으로써 각 연료전지 스택 내부의 단위 전지를 순환하는 냉각수의 온도차가 작아지며, 연료전지 스택에 연료 가스를 균일하게 공급할 수 있는 효과가 있다. 따라서 연료전지 스택의 효율이 향상되는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 다수의 적층된 단위전지와, 상기 단위전지의 양단을 지지하는 엔드 플레이트가 구비된 연료전지 스택에 있어서,
    상면 및 하면과 복수의 측면으로 이루어진 다면체로 형성되며,
    상기 측면에 각각 구비되어 상기 연료전지 스택과 결합되는 복수의 결합부;
    일측이 상기 상면 또는 하면을 통해 외부와 연통되고 타측이 상기 측면을 통해 상기 연료전지 스택과 연통되며, 수소와 공기 및 냉각수를 각각 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 복수의 공급라인; 및
    일측이 상기 다면체의 상면 또는 하면을 통해 외부와 연통되고 타측이 상기 측면을 통해 상기 연료전지 스택과 연통되며, 상기 연료전지 스택으로부터 배출되는 수소와 공기 및 냉각수를 외부로 각각 배출하기 위한 복수의 배출라인이 구비된 공용 분배 기구를 포함하며,
    상기 엔드 플레이트에는 상기 결합부와 결합되는 복수의 체결부가 형성되어 상기 연료전지 스택이 상기 공용 분배 기구를 중심으로 단층의 방사상으로 체결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 공급라인 및 배출라인은 상기 공용 분배 기구 내부에서 서로 교차되지 않도록 단차를 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 다중 모 듈 체결 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 결합부는 블럭 형태로 돌출 형성되며, 상기 체결부는 상기 결합부의 형상에 대응하여 내측으로 함몰 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 스택과 이웃한 연료전지 스택 간의 간극 발생시 상기 간극의 형상에 대응하는 충진 구조물이 삽입되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충진 구조물은 고무 재질로 만들어진 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 충진 구조물과 상기 연료전지 스택은 이들의 외주면을 감싸 고정하는 외부링에 의해 상호 밀착 고정되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공용 분배 기구는 금속이나 폴리머, 또는 이들의 복합 재료 중 어느 하나로 만들어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 다중 모듈 체결 구조.
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