KR20090014476A - 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조에 관한 것으로서, 자동차의 플로어 패널과 같이 높이에 제한을 받는 곳에 시스템 구조물을 적용하는데 있어서 스택의 셀을 경사 구조로 적층하고, 그 양단의 수직 공간에 인렛 및 아웃렛 파이프를 여러 방향으로 적용함으로써, 상기 스택의 파워 절감 없이 높이를 낮출 수 있어 공간의 활용성 향상을 극대화시키고, 연료전지 및 전장품의 언더 플로어 배치를 통한 자동차의 무게 중심을 하향 유도할 수 있어 차량 안전성을 향상시킬 수 있으며, 파이프 적용 공간의 절약으로 공간 활용성 및 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조에 관한 것이다.

자동차, 연료전지 스택, 셀 장착구조

Description

연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조{Mounting structure of cell for fuel cell vehicle}

본 발명은 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 높이를 낮게 할 수 있음은 물론, 그 양단의 수직 공간에 인렛 및 아웃렛 파이프를 여러 방향으로 적용할 수 있는 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지(Fuel Cell) 스택은 도 3에 도시된 바와 같이, 분리판(110), MEA(Membrane Electrolyte Assembly, 전극막)(120), GDL(Gas Diffusion Layer, 가스 확산층)(130) 및 가스켓(140)으로 구성되어 전력을 생산하는 단위셀(100)과, 상기 단위셀(100)을 체결하는 체결바(150)와, 상기 체결바(150)와 연결되고 그 체결바(150)로부터 부여받은 체결력을 단위셀(100)에 일정하게 부여하도록 하는 기능을 수행하며 상기 단위셀(100)을 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하는 엔드플레이트(160)로 구성되어 있다.

이러한 구성으로 이루어진 연료전지 스택은 최대 파워를 얻을 수 있는 형상으로 연료전지 셀의 적층체가 정사각형 형상일 경우, 가장 이상적인 구조이다.

즉, 정사각형 형상으로 이루어진 연료전지 스택에서의 파워(P)는 전류와 전압의 곱으로 이루어진 함수에서 상기 전류는 셀의 면적에 비례하고, 전압은 셀의 적층 수와 비례하도록 되어 있다.

따라서, 연료전지 스택의 파워가 밑면 일정시 높이와 비례 관계이기 때문에 차량의 장착성을 향상시키기 위하여 높이를 낮춘 직사각형 형상은 전류에 영향을 주는 셀의 면적이 작아지게 되어 스택의 파워가 감소하게 되며 가스(공기,수소,냉각수)의 압력 강하가 커져 시스템의 효율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 정사각형으로 이루어진 스택의 셀을 경사 구조로 적층하고, 그 양단의 수직 공간에 인렛 및 아웃렛 파이프를 여러 방향으로 적용함으로써, 상기 스택의 파워 절감 없이 높이를 낮출 수 있어 공간의 활용성 향상을 극대화시키고, 연료전지 및 전장품의 언더 플로어 배치를 통한 자동차의 무게 중심을 하향 유도할 수 있어 차량 안전성을 향상시킬 수 있으며, 파이프 적용 공간의 절약으로 공간 활용성 및 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 인렛 및 아웃렛 파이프가 연결된 엔드 플레이트 사이에 연료전지 셀을 복수 적층한 적층체를 갖는 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조에 있어서,

상기 연료전지 셀(11)은 각각의 적층 방향에 대하여 일정 각도 기울어지도록 배치한 경사구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 인렛 및 아웃렛 파이프(13,14)는 엔드 플레이트(12)의 상단 및 하단을 직각방향으로 연결한 가상의 수직 공간 내에 제한적으로 연결된 연결 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 인렛 및 아웃렛 파이프(13,14)는 수평, 수직, 경사 구조 중, 선 택된 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조에 의하면, 스택의 파워 절감 없이 높이를 낮출 수 있어 공간의 활용성 향상을 극대화시키고, 연료전지 및 전장품의 언더 플로어 배치를 통한 자동차의 무게 중심을 하향 유도할 수 있어 차량 안전성을 향상시킬 수 있으며, 파이프 적용 공간의 절약으로 공간 활용성 및 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조를 나타내는 개략적인 단면도이며, 도 2a ~ 도 2d는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조에서, 인렛 및 아웃렛 파이프의 적용상태를 나타내는 사시도이다.

본 발명은 파워의 감소 없이 동일한 면적에서 차량 탑재가 용이하도록 하기 위해서 스택의 셀 높이를 낮추도록 하는 바, 첨부도면에 도시된 바와 같이, 연료전지 셀(11)을 경사구조로 적층하여 높이를 낮추게 된다.

이때, 상기 연료전지 셀(11)의 경사방향은 차량의 전장(길이)에 대하여 전 후, 좌우방향 등으로 설정할 수 있으며, 더욱 상세하게는 차량의 전장 방향을 기준으로 모든 방향에 대해 설정되어도 무방하다.

상기 연료전지 스택은 도 1에 도시된 바와 같이 그 전방 및 후방의 단부에 비치되는 일정한 두께를 갖는 엔드 플레이트(12)와, 상기 엔드 플레이트(12)의 사이에 복수의 연료전지 셀(11)로 이루어진 적층체(10)로 이루어져 있다.

이와 같이 연료전지 셀(11)로 이루어진 적층체(10)가 경사구조를 이루는 연료전지 스택의 엔드 플레이트(12)의 각 양측에는 공기, 수소, 냉각수가 유입되는 인렛 파이프(13)와, 공기, 수소, 냉각수가 배출되는 아웃렛 파이프(14)가 설치되어 있다.

여기서, 적층체(10)와 더불어 각각 경사구조로 이루어진 엔드 플레이트(12)의 상단 및 하단을 직각방향으로 연결함에 있어서, 예컨대 연료전지 스택의 길이 방향에 대해 돌출된 단부는 수직방향으로 임의의 선을 긋고, 인입된 단부는 수평방향으로 임의의 선을 그을 경우 만들어지는 가상의 수직 공간 내에, 즉 수직 공간을 벗어남 없이 상기 인렛 파이프(13) 및 아웃렛 파이프(14)가 설치된다.

이는 기존의 모듈화된 연료전지 셀 구조 및 가스가 연통하는 파이프 구조로 이루어진 하나의 연료전지 스택과 대비하여 본 발명은 모듈화된 연료전지 셀 구조의 길이만을 전체 길이로 설정할 수 있게 되므로 파이프 적용 공간을 절약할 수 있게 된다.

이때, 상기 인렛 파이프(13) 및 아웃렛 파이프(14)은 상기 수직 공간 내에서 여러 가지 방향으로 적용 가능하게 된다.

즉, 도 2a에 도시된 바와 같이, 인렛 및 아웃렛 파이프(13,14)가 각각 수평 구조로 연결되고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 경사 구조로 연결되며, 도 2c에 도시된 바와 같이, 일측은 수평인 동시에 타측은 수직 구조로 연결되고, 도 2d에 도시된 바와 같이 수직 구조로 연결되어 있다.

이와 같은 인렛 및 아웃렛 파이프(13,14)의 연결 구조는 동일한 형상으로 이루어진 연료전지 스택 내에서 자유로운 배관 설계를 수행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 정사각형으로 이루어진 연료전지 셀(11)을 경사구조로 하여 그 높이를 낮춘 연료전지 스택은 종래의 직사각형으로 이루어진 연료전지 스택 대비, 유동하는 가스의 압력 강하가 작아 시스템의 효율이 상대적으로 높게 되는 새로운 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조를 나타내는 개략적인 단면도,

도 2a ~ 도 2d는 본 발명에 따른 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조에서, 인렛 및 아웃렛 파이프의 적용상태를 나타내는 사시도,

도 3은 종래의 연료전지 스택을 나타내는 측단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 적층체 11 : 연료전지 셀

12 : 엔드 플레이트 13 : 인렛 파이프

14 : 아웃렛 파이프

Claims (3)

1. 인렛 및 아웃렛 파이프가 연결된 엔드 플레이트 사이에 연료전지 셀을 복수 적층한 적층체를 갖는 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조에 있어서,

   상기 연료전지 셀(11)은 각각의 적층 방향에 대하여 일정 각도 기울어지도록 배치한 경사구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 인렛 및 아웃렛 파이프(13,14)는 엔드 플레이트(12)의 상단 및 하단을 직각방향으로 연결한 가상의 수직 공간 내에 제한적으로 연결된 연결 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 인렛 및 아웃렛 파이프(13,14)는 수평, 수직, 경사 구조 중, 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 연료전지 셀 장착구조.

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