KR20100020715A - 연료전지 스택의 체결구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 연료전지 셀(cell)이 적층되어 이루어지는 연료전지 스택(stack)을 체결하기 위한 연료전지 스택의 체결구를 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결구는 연료전지 스택의 양단부에 위치된 엔드 플레이트(end plate)를 벨트나 와이어로 감싸고 벨트나 와이어를 조여주면서 연료전지 스택을 체결하여, 막-전극 접합체(MEA:Membrane-Electrode Assembly)의 형태로 구성된 연료전지 셀 사이에 위치한 분리판의 전체면적에 걸쳐 균일한 압력이 가해지도록 한 것이다. 이에 따라 분리판/막-전극 접합체와 같은 연료전지 구성요소간 틈의 발생이 방지되어 반응기체(수소, 산소)와 냉각수의 누출이 방지될 뿐만 아니라, 체결구의 구성이 단순화되어 간편하고 신속하게 연료전지 스택을 체결하여 연료전지를 조립할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결구는 서로 적층된 복수개의 연료전지 셀로 이루어진 연료전지 스택의 양측 끝단에 위치한 엔드 플레이트를 가압하여 연료전지 스택을 체결하게 되는 것으로, 밴드와 조임기구로 이루어진다. 밴드는 굽혀지는 재질의 띠형상으로 이루어지고, 복수개의 연료전지 셀을 포함한 엔드 플레이트를 감싸게 된다. 조임기구는 엔드 플레이트의 외측에서 밴드와 결합되고, 조임동작에 따라 밴드에 장력을 부여하게 되는데, 상기와 같은 조임기구에 의해 조여지는 밴드에 의해 연료전지 스택이 체결되는 것이다.

연료전지, 셀, 스택, 와이어, 벨트, MEA, 엔드 플레이트

Description

연료전지 스택의 체결구{A clamping apparatus of a fuel cell stack}

본 발명은 연료전지 스택의 체결구에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 단순한 구성으로 이루어져 제조, 설치, 조작이 간편하게 이루어질 뿐만 아니라, 연료전지 스택을 이루는 각각의 연료전지 셀의 전체면적에 걸쳐 균일한 압력이 가해져 연료전지 셀로 공급되는 반응기체와 냉각수의 누출이 방지될 수 있는 연료전지 스택의 체결구에 관한 것이다.

연료전지(fuel cell)는 일반적으로 천연가스/가솔린/메탄올 등의 연료로부터 추출되는 수소와, 공기를 통해 공급되는 산소의 전기화학적 반응을 통해 수소의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되도록 하는 장치이다.

이와 같은 연료전지는 수소가 공급되어 산화반응하게 되는 산화전극(anode)과 산소가 공급되어 환원반응하게 되는 환원전극(cathode) 및 상기 산화전극과 환원전극 사이에 위치되는 전해질막으로 이루어진 연료전지 셀(cell)을 하나의 단위로 하여 복수개의 연료전지 셀이 적층되어 이루어지는 연료전지 스택(stack)을 발 전장치로서 사용하게 된다.

이와 같이 연료전지 스택을 사용하는 이유는 연료전지 셀이 기본적으로 낮은 전압의 직류 전원(이론적인 기전력은 1.23V, 출력했을 때의 셀 전압은 1V 이하)을 발생시킴에 따라 실용적인 전압을 얻기 위해서는 많은 셀을 직렬로 접속해야 하기 때문이다.

연료전지 스택은 연료전지 셀을 이루는 산화전극, 환원전극, 전해질막을 포함하여 일체화시킨 막-전극 접합체(MEA:Membrane-Electrode Assembly)을 구비하여 다수개의 막-전극 접합체을 적층시키되, 연료전지 셀을 구획짓기 위해 상기 막-전극 접합체 사이에 분리판(separator: 양극판(biopolar plate)로 지칭되기도 함)을 위치시킨 구성으로 이루어지는 것이 일반적이다.

그리고, 연료전지 스택의 양단부에는 엔드 플레이트(end plate)가 위치되는데, 이와 같은 엔드 플레이트가 체결구나 공기압에 의해 가압됨으로써 연료전지 스택이 일체로 체결되게 된다.

상기와 같이 엔드 플레이트가 가압되면 엔드 플레이트 사이에 위치한 각각의 연료전지 셀에도 압력이 가해지면서 연료전지 셀의 밀봉도가 높아지고, 연료전지 셀의 구성요소 간 접촉저항이 줄어들게 된다.

상기와 같이 서로 적층된 복수개의 연료전지 셀로 이루어진 연료전지 스택의 양측 끝단에 위치한 엔드 플레이트를 가압하여 연료전지 스택을 체결하게 되는 연료전지의 구성과 관련된 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0501206호 "고분자 전해질형 연료전지스택의 체결구조", 등록번호 제10-0514375호 "연료전지 스택 체결장치" 등이 현재 안출되어 있다.

상기 "고분자 전해질형 연료전지스택의 체결구조"는 도 1의 (a)에서와 같이 고분자 전해질막과 그 양쪽면에 형성되는 산화전극과 환원전극을 포함하는 막전극 접합체(MEA)와; 상기 막전극 접합체의 양쪽면에 위치하는 분리판과; 상기 분리판을 적층하기 위한 실링구조와; 상기 적층된 다수의 분리판 양단에 위치하는 전류 집합체(Current Collector)와; 상기 전류 집합체의 양단에 위치하는 한쌍의 엔드 플레이트와; 상기 한쌍의 엔드 플레이트 사이에 위치하여, 상기 엔드 플레이트를 서로 끌어당기도록 체결되는 연결바아를 포함하는 연료전지 스택의 체결구조에 있어서, 상기 엔드 플레이트는 체결부와, 단면이 판 스프링 형태를 갖는 변형부를 포함하며, 상기 연결바아는 엔드 플레이트의 상기 체결부에 취부되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 "연료전지 스택 체결장치"는 도 1의 (b)에서와 같이 다수개의 연료전지 셀의 분리판이 적층되어 구성되는 연료전지 스택을 체결하기 위한 연료전지 스택 체결장치에 있어서, 상기 적층된 연료전지 분리판의 양측 단을 각각 지지하기 위한 양측 엔드 플레이트와; 상기 일측 엔드 플레이트와 이에 대응하는 분리판 사이에 개재되어 분리판의 전면에 대하여 일정한 면압을 제공하는 면압유지수단과; 상기 분리판과 면압유지수단 및 양측 엔드 플레이트를 다수개의 밴드를 이용하여 하나로 체결하는 밴딩수단을 포함하여 이루어진다.

그러나, 상기와 같은 종래의 연료전지 스택의 체결구는 도 1의 (a)와 (b)에서 보는 바와 같이 구성요소가 많고 복잡하여 체결구의 제조에 높은 비용이 들어갔으며, 체결구의 제조 및 설치에도 번거로움이 많았다. 이와 더불어 연료전지의 사용과정에서 유지보수를 위하여 연료전지 스택을 체결하거나 해제할 시에는 다수개의 연결바아와 너트(고분자 전해질형 연료전지스택의 체결구조의 경우), 다수개의 수평밴드와 수직밴드(연료전지 스택 체결장치의 경우)를 일일이 결합시키고 분리해야 하는 작업이 요구됨에 따라, 작업에 소요되는 시간이 증대되는 문제점이 있었다.

한편, 상기와 같은 종래 연료전지 스택의 체결구에서는 연료전지 스택의 양측 끝단에 위치한 엔드 플레이트가 일정길이의 연결바아나 수평밴드와 같은 체결요소에 의해 체결되는 방식이었는데, 서로 이격되게 위치한 다수개의 체결요소를 체결하는 방식이어서 각각의 체결요소에 부여되는 체결력이 서로 다른 경우가 많았다. 이에 따라 연료전지 셀 사이에 위치되는 분리판의 전체 부위에 있어서, 이웃하는 체결요소보다 낮은 체결력이 부여된 체결요소가 위치한 부위에서 연료전지 스택을 이루는 분리판/막-전극 접합체와 같은 구성요소간 틈이 발생하여 연료전지 스택의 내부로 공급되는 반응기체 및 냉각수가 누설되는 현상이 발생하였다.

그리고, 체결요소에 부여되는 체결력이 지나치게 높으면 앤드 플레이트가 변형되거나 손상되는 현상이 발생하였다.

따라서, 엔드 플레이트의 체결시 연료전지 스택을 이루는 분리판의 전체 면적에 걸쳐 균일한 압력이 가해질 수 있는 체결구의 개발이 현재 시급히 요구되고 있는 실정이었다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 체결구의 구성이 단순화되어 간편하고 신속하게 연료전지 스택을 체결하여 연료전지를 조립할 수 있는 새로운 형태의 연료전지 스택의 체결구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 연료전지 스택의 양단부에 위치된 엔드 플레이트(end plate)를 벨트나 와이어로 감싸고 벨트나 와이어를 조여주면서 연료전지 스택을 체결하여, 막-전극 접합체(MEA:Membrane-Electrode Assembly)의 형태로 구성된 연료전지 셀 사이에 위치한 분리판의 전체면적에 걸쳐 균일한 압력이 가해지도록 함으로써 분리판/막-전극 접합체와 같은 연료전지 구성요소간 틈의 발생이 방지되어 반응기체(수소, 산소)와 냉각수의 누출이 방지될 수 있는 새로운 형태의 연료전지 스택의 체결구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 서로 적층된 복수개의 연료전지 셀(cell)로 이루어진 연료전지 스택(stack)의 양측 끝단에 위치한 엔드 플레이트(end plate)를 가압하여 연료전지 스택을 체결하게 되는 연료전지 스택의 체결구에 있어서, 굽혀지는 재질의 띠형상으로 이루어지고, 상기 복수개의 연료전지 셀을 포함한 엔드 플레이트를 감싸게 되는 밴드와; 상기 엔드 플레 이트의 외측에서 상기 밴드와 결합되고, 조임동작에 따라 상기 밴드에 장력을 부여하게 되는 조임기구를 포함하여, 상기 조임기구에 의해 조여지는 상기 밴드에 의해 상기 연료전지 스택이 체결되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결구에서 상기 밴드는 정해진 길이의 벨트와 와이어 중에서 선택된 어느 하나이고, 다수개의 상기 밴드가 동일한 교차점에서 서로 교차되면서 정해진 각도를 이루며 상기 엔드 플레이트를 감싸도록 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결구에서 상기 밴드는 상기 엔드 플레이트에 형성되는 안내구에 의해 상기 엔드 플레이트를 감싸고 있는 위치가 유지되고, 상기 조임기구는 상기 연료전지 스택의 일측 끝단에 위치한 상기 엔드 플레이트의 외면 상에 상측으로 돌출되게 설치되고, 외주면 둘레를 따라 상기 밴드가 고정되는 다수개의 걸림고리가 형성된 회전봉과; 상기 회전봉의 상단에 형성되어 상기 회전봉을 회전시키게 되는 회전용 손잡이를 포함하는 구성으로 이루어져, 상기 안내구에 의해 위치가 유지된 상태에서 상기 밴드가 상기 조임기구의 회전용 손잡이에 의해 회전하는 상기 회전봉에 감기면서 상기 밴드에 장력이 발생하여 상기 연료전지 스택을 체결하게 되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결구에서 상기 조임기구는 상 기 회전봉과 일체로 결합되어 회전하게 되는 역회전방지용 기어와; 토션스프링의 양단이 고정되어 서로 결합되는 고정단과 자유단으로 이루어지되, 상기 고정단은 상기 역회전방지용 기어에서 이격된 위치에 고정되어 상기 자유단이 탄성적으로 회전할 수 있도록 하고, 상기 자유단은 슬라이딩면을 가진 걸림턱이 돌출형성되도록 하는 역회전방지용 걸림쇠를 더 구비하여, 상기 회전봉의 정회전시 상기 역회전방지용 걸림쇠는 상기 역회전방지용 기어와 접촉하는 상기 걸림턱의 슬라이딩면이 탄성적으로 밀리면서 상기 회전봉의 정회전이 이루어지도록 하고, 상기 회전봉의 역회전시 상기 역회전방지용 걸림쇠는 상기 토션스프링에 의해 상기 역회전방지용 기어의 이 홈으로 삽입되는 상기 걸림턱에 의해 상기 회전봉의 역회전이 방지되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 연료전지 스택의 체결구에 의하면, 단순한 구성으로 이루어져 체결구의 제조비용이 절감되고, 이와 더불어, 체결구의 제조, 설치, 유지보수작업이 간편하게 용이하게 이루어진다.

또한, 연료전지 스택을 이루는 각각의 연료전지 셀의 전체면적에 걸쳐 균일한 압력이 가해짐에 따라, 연료전지 셀로 공급되는 반응기체와 냉각수의 누출이 방지된다.

한편, 바(bar)형태의 체결요소가 필요없어짐에 따라 엔드 플레이트의 크기를 연료전지 셀의 크기와 동일하게 할 수 있어 소재의 낭비가 방지되는 효과도 동시에 가지게 된다.

본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결구는 복수개의 연료전지 셀(cell)이 적층되어 이루어지는 연료전지 스택(stack)을 체결하기 위한 장치이다.

여기서, 본 발명에 따른 체결구가 적용되는 연료전지 스택은 연료전지 셀을 이루는 산화전극, 환원전극, 전해질막을 포함하여 일체화시킨 막-전극 접합체(MEA:Membrane-Electrode Assembly)가 다수개 적층되어 이루어지는 것으로, 연료전지 셀을 구획짓기 위해 막-전극 접합체 사이에 분리판(separator: 양극판(biopolar plate)로 지칭되기도 함)이 위치되고, 연료전지 스택의 양단부에는 연료전지 스택을 일체로 체결하기 위한 엔드 플레이트(end plate)가 위치된다.

이와 같은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결구는 연료전지 스택의 양단부에 위치된 엔드 플레이트(end plate)를 굽혀지는 성질을 가진 띠형상의 밴드로 감싸고, 이와 같은 밴드를 조여주면서 연료전지 스택을 체결하는 구성을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라, 연료전지 스택의 체결구의 구성이 단순화되고, 막-전극 접합체(MEA:Membrane-Electrode Assembly)의 형태로 구성된 연료전지 셀 사이에 위치한 분리판의 전체면적에 걸쳐 균일한 압력이 가해지게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 3와 도 5에 의거하여 상세히 설명 한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 연료전지 스택의 체결구로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구가 설치된 연료전지 스택을 보여주기 위한 도면이고, 도 4의 (a)와 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구를 이루는 조임기구의 구성을 보여주기 위한 도면이며, 도 5의 (a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구에서 조임기구가 정회전하는 과정을 보여주기 위한 도면이고, 도 5의 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구에서 조임기구의 역회전이 방지되는 것을 보여주기 위한 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구(100)는 밴드(20)와 조임기구(40)로 이루어진다.

밴드(20)는 연료전지 스택(200)의 양단부에 위치된 한쌍의 엔드 플레이트(260)를 감싸게 되는데, 이에 따라 밴드(20)는 한쌍의 엔드 플레이트(260) 사이 에 형성된 복수개의 연료전지 셀(220)을 포함하여 연료전지 스택(200)을 일체로 체결할 수 있게 된다. 이와 같은 밴드(20)는 굽혀지는 재질의 띠형상으로 이루어지는 것으로, 폭이 좁은 벨트나 와이어가 연료전지 스택(200)의 둘레 길이에 맞추어진 길이로 사용될 수 있다.

그리고, 밴드(20)는 조임기구(40)에 의해 반복적으로 조여지고 풀려지는 과정에서 엔드 플레이트(260)의 외측 표면과 마찰하게 되므로, 높은 강도의 수지, 섬유, 합금 재질을 사용하여 밴드(20)의 손상이 방지되도록 하는 것이 바람직하다.

여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구(100)는 서로 분리된 다수개의 밴드(20)를 사용하여 연료전지 스택(200)을 일체로 체결하게 된다. 이와 같은 다수개의 밴드(20)는 연료전지 스택(200)의 일측 단부에 위치한 엔드 플레이트(260)에서는 엔드 플레이트(260)의 외면 중심을 교차점으로 하여 서로 교차되고, 연료전지 스택(200)의 타측 단부에 위치한 엔트 플레이트(260)에서는 엔드 플레이트(260)의 외면 중심에 위치한 조임기구에 각각 고정된다.

이에 따라, 다수개의 밴드(20)는 도 3에서와 같이 방사형으로 정해진 각도를 이루며 엔드 플레이트(260)를 감싼 상태에서 일정크기의 장력으로 엔드 플레이트(260)를 가압하게 된다.

여기서, 엔드 플레이트(260)를 가압하는 힘은 엔드 플레이트(260)의 표면을 가로지르는 밴드(20)의 경로를 따라 분산되게 분포되는 동시에, 동일한 교차점을 중심으로 방사형으로 서로 교차되는 다수개의 밴드(20)에 의해 엔드 플레이트(260)를 가압하는 힘이 엔드 플레이트(260)의 전체면적에 걸쳐 균일하게 분포됨에 따라, 엔드 플레이트(260)를 통해 연료전지 셀(220) 사이에 위치한 분리판(240)으로 전달되는 압력이 분리판(240)의 전체면적에 걸쳐 균일하게 가해지게 된다.

이로써 분리판(240), 막-전극 접합체(222)를 포함하는 구성으로 이루어진 연료전지 스택(200)에 있어서, 상기와 같은 구성요소(240)(222)간 틈의 발생이 방지되어 도 2에서와 같이 분리판(240)에 형성된 반응기체용 통로(242)와 냉각수용 통로(244)로부터 반응기체(수소, 산소)와 냉각수가 누출되는 것이 방지된다.

조임기구(40)는 연료전지 스택(200)의 양단부에 위치한 한쌍의 엔드 플레이트(260)를 감싸고 있는 밴드(20)를 조여주기 위한 기구이다. 이와 같은 조임기구(40)는 일측 엔드 플레이트(260)의 외측에서 밴드(20)와 결합되고, 조임동작에 따라 밴드(20)에 장력이 부여되는데, 상기와 같은 조임기구(40)에 의해 조여지는 밴드(20)의 장력이 점차 증가하면서 연료전지 스택(200)이 견고하게 일체로 체결되게 된다.

여기서, 밴드(20)는 엔드 플레이트(260)에 형성된 안내구(60)에 의해 엔드 플레이트(260)를 감싸고 있는 위치가 유지됨으로써, 상기와 같이 조임기구(40)의 의해 원활하게 조여지는 되는 것이다. 이와 같은 안내구(60)는 다양한 형태로 이루어질 수 있는데, 엔드 플레이트(260)에 밴드(20)의 경로를 따라 형성되는 요홈이거나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구(100)가 도시된 도 3에서와 같이 조임기구(40)에 근접된 위치에 설치되어 조임기구(40)에 고정되는 밴드(20)가 관통하게 되는 관통홀(622)이 형성된 돌출단(62)이 될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조임기구(40)는 도 4의 (a)와 (b)에서와 같이 회전봉(42), 회전용 손잡이(44), 역회전방지용 기어(46), 역회전방지용 걸림쇠(48)로 이루어진다.

회전봉(42)은 정해진 높이의 원통체 형상으로 이루어진 것으로, 연료전지 스택(200)의 일측 끝단에 위치한 엔드 플레이트(260)의 외면 상에 상측으로 돌출되게 설치되는 것이다. 이와 같은 회전봉(42)은 외주면 둘레를 따라 밴드(20)가 고정되는 다수개의 걸림고리(422)가 형성되어 엔드 플레이트(260)를 감싸는 밴드(20)의 양단이 각각 걸림고리(422)에 걸림고정되거나 묶여져 고정되게 된다.

여기서, 회전봉(42)에 형성되는 걸림고리(422)의 개수는 엔드 플레이트(260)를 감싸는 밴드(20)의 개수에 대응한다. 즉, 엔드 플레이트(260)를 감싸는 밴드(20)의 개수의 2배에 해당하는 개수의 걸림고리(422)가 회전봉(42)에 형성되게 된다.

그리고, 회전봉(42)은 엔드 플레이트(260)의 외면 상에 회전가능하게 고정되어 회전봉(42)의 걸림고리(422)에 고정되는 밴드(20)가 회전봉(42)의 회전에 따라 회전봉(42)의 외주면에 감겨질 수 있도록 한다.

회전용 손잡이(44)는 회전봉(42)의 상단에 형성되는 것으로 작업자에 의해 직접 파지되거나 별도의 회전용 액추에이터에 결합되어 회전하면서 회전봉(42)을 회전시키게 된다.

상기와 같은 조임기구(40)의 회전용 손잡이(44)를 회전시키면, 안내구(60)에 의해 위치가 유지된 상태에서 밴드(20)가 회전봉(42)에 점차적으로 감기게 되는데, 회전봉(42)에 밴드(20)가 감겨지게 되면 밴드(20)에 부여되는 장력의 크기가 증대되면서 엔드 플레이트(260)를 가압하여 연료전지 스택(200)을 일체로 체결하게 된다.

여기서, 상기와 같이 회전봉(42)에 밴드(20)가 감겨지면서 밴드(20)에 부여되는 장력의 크기가 증대되면, 회전봉(42)은 밴드(20)의 장력에 의해 밴드(20)가 감겨지는 방향과 반대방향으로 역회전하려고 하는데, 이와 같은 회전봉(42)의 역회전을 방지하기 위여 밴드(20)가 원활하게 회전봉(42)에 감겨지도록 하는 동시에 회전봉(42)에 감겨진 밴드(20)에 의한 연료전지 스택(200)의 체결상태가 안정되게 유지되도록 하는 것이 역회전방지용 기어(46)와 역회전방지용 걸림쇠(48)이다.

역회전방지용 기어(46)는 회전봉(42)과 일체로 결합되어 회전하게 되는 것으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조임기구(40)에서는 회전봉(42)의 하단부에 역회전방지용 기어(46)가 형성되어 있다.

역회전방지용 걸림쇠(48)는 역회전방지용 기어(46)와 짝을 이루는 것으로, 고정단(482)과 자유단(484)으로 이루어지는데, 이와 같은 고정단(482)과 자유단(484)은 토션스프링(486)의 양단이 각각 고정됨으로써 서로 결합되게 된다.

여기서, 고정단(482)은 역회전방지용 기어(46)에서 이격된 위치에서 엔드 플 레이트(260)에 고정되는 것으로 이동되지 않도록 하는 반면, 자유단(484)은 고정단(482)에만 결합되어 있어 토션스프링(486)에 의해 탄성력을 부여받으면서 탄성적으로 회전할 수 있게 된다.

그리고, 자유단(484)은 걸림턱(4842)이 외측으로 돌출형성되어 있는데, 이와 같은 걸림턱(4842)의 하부는 완만하게 경사진 슬라이딩면(4844)으로 이루어져 있다.

상기와 같은 구성된 역회전방지용 걸림쇠(48)는 토션스프링(486)에 의해 탄성력이 부여되어 외측으로 돌출되는 자유단(484)의 걸림턱(4842)이 역회전방지용 기어(46)의 서로 이웃하는 이 사이에 형성된 이 홈에 삽입되도록 한다.

여기서, 회전봉(42)이 밴드(20)의 장력에 의해 역회전하여 역회전방지용 기어(46)가 역회전하게 되면, 도 5의 (b)에서와 같이 역회전방지용 기어(46)가 자유단(484)의 걸림턱(4842)에 걸리면서 더이상 역회전하지 못하게 된다.

그리고, 밴드(20)를 조여주기 위하여 회전봉(42)이 작업자나 별도의 회전용 액추에이터에 의해 정회전하여 역회전방지용 기어(46)가 정회전하게 되면, 도 5의 (a)에서와 같이 역회전방지용 기어(46)와 접촉하는 자유단(484)의 걸림턱(4842) 하부에 형성된 슬라이딩면(4844)이 역회전방지용 기어(46)의 이에 의해 탄성적으로 점차 밀리면서 회전봉(42)의 정회전이 이루어지게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조임기구(40)는 상기와 같이 역회전방지용 기어(46)가 회전봉(42)에 형성되어 있음에 따라, 역회전방지용 기어(46)의 서로 이웃하는 이 사이 간격만큼 단속적으로 회전봉(42)을 회전시킬 수 있게 되는데, 이 에 따라 회전봉(42)의 회전각도를 조절할 수 있게 되어 회전봉(42)에 감겨지는 밴드(20)의 장력을 조절할 수 있게 된다.

여기서, 역회전방지용 기어(46)에 형성된 이의 개수를 조절함으로써 회전봉(42)이 1회 단속적으로 회전하는 회전각도를 변경시킬 수도 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구(100)는 다수개의 밴드(20)를 하나의 조임기구(40)로 한꺼번에 조여주게 되는데, 밴드(20)가 조여지는 과정에서 각각의 밴드(20)에 걸리는 장력의 크기를 서로 다를 경우, 밴드(20)의 길이와 굵기를 조절함으로써 각각의 밴드(20)에 걸리는 장력의 크기를 일치시킬 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결구(100)는 끈형상으로 된 다수개의 밴드(20)와 밴드(20)를 조여주기 위한 하나의 조임기구(40)로 이루어지는 단순한 구성을 보임에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 체결구(100)를 사용하게 되면, 조임기구(40)을 조여주는 단순한 동작으로 연료전지 스택(200)을 간편하고 신속하게 일체로 체결할 수 있게 되고, 연료전지 스택(200)의 유지보수작업이 필요할 시에는 조임기구(40)를 풀어주는 단순한 동작으로 연료전지 스택(200)을 간편하고 신속하게 해제시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1의 (a)와 (b)는 종래 연료전지 스택의 체결구를 보여주기 위한 도면;

도 2는 연료전지 셀을 이루는 막-전극 접합체의 구성을 보여주기 위한 도면;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구가 설치된 연료전지 스택을 보여주기 위한 도면;

도 4의 (a)와 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구를 이루는 조임기구의 구성을 보여주기 위한 도면;

도 5의 (a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구에서 조임기구가 정회전하는 과정을 보여주기 위한 도면;

도 5의 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 스택의 체결구에서 조임기구의 역회전이 방지되는 것을 보여주기 위한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20 : 밴드 40 : 조임기구

42 : 회전봉 422 : 걸림고리

44 : 회전용 손잡이 46 : 역회전방지용 기어

48 : 역회전방지용 걸림쇠 482 : 고정단

484 : 자유단 4842 : 걸림턱

4844 : 슬라이딩면 486 : 토션스프링

60 : 안내구 62 : 돌출단

622 : 관통홀 100 : 체결구

200 : 연료전지 스택 220 : 연료전지 셀

222 : 막-전극 접합체 224 : 산화전극

226 : 환원전극 228 : 전해질막

240 : 분리판 242 : 반응기체용 통로

244 : 냉각수용 통로 260 : 엔드 플레이트

Claims (4)

1. 서로 적층된 복수개의 연료전지 셀(cell)로 이루어진 연료전지 스택(stack)의 양측 끝단에 위치한 엔드 플레이트(end plate)를 가압하여 연료전지 스택을 체결하게 되는 연료전지 스택의 체결구에 있어서,

   굽혀지는 재질의 띠형상으로 이루어지고, 상기 복수개의 연료전지 셀을 포함한 엔드 플레이트를 감싸게 되는 밴드와;

   상기 엔드 플레이트의 외측에서 상기 밴드와 결합되고, 조임동작에 따라 상기 밴드에 장력을 부여하게 되는 조임기구를 포함하여,

   상기 조임기구에 의해 조여지는 상기 밴드에 의해 상기 연료전지 스택이 체결되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결구.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 밴드는 정해진 길이의 벨트와 와이어 중에서 선택된 어느 하나이고,

   다수개의 상기 밴드가 동일한 교차점에서 서로 교차되면서 정해진 각도를 이루며 상기 엔드 플레이트를 감싸도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결구.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 밴드는 상기 엔드 플레이트에 형성되는 안내구에 의해 상기 엔드 플레 이트를 감싸고 있는 위치가 유지되고,

   상기 조임기구는 상기 연료전지 스택의 일측 끝단에 위치한 상기 엔드 플레이트의 외면 상에 상측으로 돌출되게 설치되고, 외주면 둘레를 따라 상기 밴드가 고정되는 다수개의 걸림고리가 형성된 회전봉과;

   상기 회전봉의 상단에 형성되어 상기 회전봉을 회전시키게 되는 회전용 손잡이를 포함하는 구성으로 이루어져,

   상기 안내구에 의해 위치가 유지된 상태에서 상기 밴드가 상기 조임기구의 회전용 손잡이에 의해 회전하는 상기 회전봉에 감기면서 상기 밴드에 장력이 발생하여 상기 연료전지 스택을 체결하게 되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결구.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 조임기구는 상기 회전봉과 일체로 결합되어 회전하게 되는 역회전방지용 기어와;

   토션스프링의 양단이 고정되어 서로 결합되는 고정단과 자유단으로 이루어지되, 상기 고정단은 상기 역회전방지용 기어에서 이격된 위치에 고정되어 상기 자유단이 탄성적으로 회전할 수 있도록 하고, 상기 자유단은 슬라이딩면을 가진 걸림턱이 돌출형성되도록 하는 역회전방지용 걸림쇠를 더 구비하여,

   상기 회전봉의 정회전시 상기 역회전방지용 걸림쇠는 상기 역회전방지용 기어와 접촉하는 상기 걸림턱의 슬라이딩면이 탄성적으로 밀리면서 상기 회전봉의 정 회전이 이루어지도록 하고,

   상기 회전봉의 역회전시 상기 역회전방지용 걸림쇠는 상기 토션스프링에 의해 상기 역회전방지용 기어의 이 홈으로 삽입되는 상기 걸림턱에 의해 상기 회전봉의 역회전이 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결구.

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