KR20110007341A - Fuel cell stack assembly - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A fuel cell stack assembly is provided to generate fixed current from an adjacent unit cell, to improve performance and durability of whole unit cells, and to replace the corresponding unit stack through a storage method. CONSTITUTION: A fuel cell stack assembly(100) includes: a plurality of unit stacks(10) in which many unit cells(11) are pressurized and coupled through end plates(21); and an accommodation package member(40) which forms a plurality of accommodation spaces and accommodates the unit stack. The package member stores the unit stacks and includes a storage case.

Description

연료 전지 스택 어셈블리 {FUEL CELL STACK ASSEMBLY}Fuel Cell Stack Assembly {FUEL CELL STACK ASSEMBLY}

본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 스택의 어셈블리 체결 구조에 관한 것이다.An exemplary embodiment of the present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly, to an assembly fastening structure of a fuel cell stack.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 산화제의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.As is known, a fuel cell is a power generation system that converts hydrogen contained in a hydrocarbon-based fuel and chemical reaction energy of an oxidant directly into electrical energy.

이러한 연료 전지는 시스템의 구성 요소와 연료의 종류에 따라 여러 타입으로 나뉘는데, 크게 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)로 구분할 수 있다.Such fuel cells are divided into various types according to the components of the system and the type of fuel. The fuel cells may be classified into polymer electrolyte fuel cells and direct oxidation fuel cells.

고분자 전해질형 연료 전지는 개질 장치에서 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스와, 공기와 같은 산화제를 제공받아 그 개질 가스와 산화제의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킨다.The polymer electrolyte fuel cell is provided with a reforming gas of a hydrogen component generated from fuel in an reformer and an oxidant such as air to generate electrical energy as an electrochemical reaction between the reforming gas and the oxidant.

여기서, 연료라 함은 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스를 포함할 수도 있다.Here, the fuel may include an alcohol liquid fuel such as methanol, ethanol, and the like, and may include a hydrocarbon-based liquefied gas mainly composed of methane, ethane, propane, butane.

그리고, 개질 장치는 촉매에 의한 연료의 산화 방식으로서 열 에너지를 발생시키고, 이 열 에너지를 이용한 연료의 수증기 개질(SR: Steam Reforming), 부분 산화(POX: Partial Oxidation) 또는 자열 개질(ATR: Auto-Thermal Reforming) 반응으로서 수소가 풍부한 개질 가스를 발생시키는 구조로 이루어진다.The reformer generates thermal energy as an oxidation method of fuel by a catalyst, and steam reforming (SR), partial oxidation (POX: partial oxidation) or autothermal reforming (ATR: Auto) of the fuel using the thermal energy. -Thermal Reforming is a reaction that generates a reformed gas rich in hydrogen.

한편, 직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 개질 가스를 사용하지 않고 연료를 직접적으로 제공받아 이 연료 중에 함유된 수소와, 별도 제공되는 산화제의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킨다.On the other hand, unlike a polymer electrolyte fuel cell, a direct oxidation fuel cell generates electric energy as an electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel and a oxidant provided separately by directly receiving fuel without using a reforming gas. Let's do it.

이러한 연료 전지는 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)와, 세퍼레이터(separator: 당 업계에서는 통상적으로 "바이폴라 플레이트" 라고도 한다)로 이루어진 단위 셀(cell)들이 연속적으로 배치된 스택(Stack)을 구성한다.Such a fuel cell comprises a stack in which a series of unit cells consisting of a membrane electrode assembly (MEA) and a separator (commonly referred to in the art as a "bipolar plate") are continuously arranged. Configure.

이러한 스택은 단위 셀들이 수 개 내지 수백 개로 적층되며, 수W 내지 수MW의 전력량을 생산하게 된다.Such a stack is stacked with several to hundreds of unit cells, and produces a power of several W to several MW.

여기서, 막-전극 어셈블리는 전해질막의 양면에 애노드 전극과 캐소드 전극으로서의 촉매층이 형성된 구조로 이루어진다.Here, the membrane-electrode assembly has a structure in which a catalyst layer as an anode electrode and a cathode electrode is formed on both surfaces of the electrolyte membrane.

그리고, 세퍼레이터는 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측면에 배치되며, 개질 가스 또는 연료(이하에서는 편의상 “연료”라고 한다) 및 산화제를 막-전극 어셈블리로 공급하는 통로의 역할과, 막-전극 어셈블리의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체로서의 기능을 동시에 수행한다.The separator is disposed on both sides thereof with the membrane electrode assembly interposed therebetween, and serves as a passage for supplying a reforming gas or fuel (hereinafter referred to as “fuel” for convenience) and an oxidant to the membrane electrode assembly, and a membrane electrode. It simultaneously functions as a conductor connecting the anode and cathode electrodes of the assembly in series.

따라서, 스택의 단위 셀들로 연료 및 산화제를 공급하게 되면, 연료는 막-전극 어셈블리의 애노드 전극으로 공급되고, 산화제는 세퍼레이터에 의해 캐소드 전 극으로 공급된다.Thus, when fuel and oxidant are supplied to the unit cells of the stack, fuel is supplied to the anode electrode of the membrane-electrode assembly, and oxidant is supplied to the cathode electrode by the separator.

이 과정에 스택은 애노드 전극에서 연료 중에 함유된 수소 성분의 전기 화학적인 산화가 일어나고, 캐소드 전극에서 산화제의 전기 화학적인 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로서 전기 에너지를 생성하게 된다.In this process, the stack undergoes electrochemical oxidation of the hydrogen component contained in the fuel at the anode electrode, and electrochemical reduction of the oxidant at the cathode electrode, thereby generating electrical energy as a movement of electrons generated.

상기와 같은 스택은 단위 셀들의 최 외측에 각각 배치되는 가압 플레이트(이하에서는 당 업계에서 통칭하는 "엔드 플레이트" 라고 한다.)가 체결수단에 의해 서로 체결되면서 단위 셀들이 일정한 압력으로 가압된 상태를 유지한다.In the stack as described above, the pressure plates (hereinafter referred to as "end plates" commonly known in the art) disposed at the outermost sides of the unit cells are fastened to each other by a fastening means, and the unit cells are pressed at a constant pressure. Keep it.

즉, 스택의 조립 시 단위 셀들이 연속적으로 정렬된 상태에서, 엔드 플레이트는 단위 셀들을 사이에 두고 최 외측의 단위 셀에 밀착되며, 체결수단을 통해 체결압을 제공받아 단위 셀들을 일정한 압력으로 가압한다.That is, in the state in which the unit cells are continuously aligned when assembling the stack, the end plate is in close contact with the outermost unit cell with the unit cells interposed therebetween, and receives the fastening pressure through the fastening means to press the unit cells to a constant pressure. do.

이러한 스택은 요구하는 전력량에 따라 수십 내지 수백 개의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 하나의 어셈블리로서 구성되는 바, 조립 과정에서 단위 셀들을 기설정된 가압 변위(단위 셀들의 최적 압축 정도에 대응하는 단위 셀들의 전체 길이)로서 엔드 플레이트를 가압 체결해야 한다.Such a stack is composed of tens to hundreds of unit cells as one assembly through the end plate according to the amount of power required. The end plate must be press-fitted.

그런데, 종래 기술에서는 작업자의 숙련도 차이 또는 토크장치의 기계적 오차 등에 의해 그 가압 변위에 상응하는 엔드 플레이트의 체결압을 제어하기가 쉽지 않다.However, in the prior art, it is not easy to control the clamping pressure of the end plate corresponding to the pressure displacement by the operator's skill difference or the mechanical error of the torque device.

따라서, 종래에는 엔드 플레이트의 체결압이 단위 셀들에 과도하게 가해지거나 너무 약하게 가해지는 경우가 발생되는데, 이를 체크하고 체결수단의 체결 정도를 조정해야 하는 등 부가적인 작업이 수반되고, 전체 스택의 제작 시간이 길어지 게 되는 문제점을 내포하고 있다.Therefore, conventionally, the clamping pressure of the end plate is excessively applied or too weakly applied to the unit cells, which requires additional work, such as checking and adjusting the tightening degree of the fastening means, and manufacturing the entire stack. The problem is that it takes longer.

그리고, 스택은 상기와 같은 체결압, 연료/산화제 공급, 세퍼레이터의 결합 형태에 의해서 단위 셀들의 적층 개수에 따른 기설정된 전력을 발전하지 못하고, 특히 체결압이 일정하지 않은 경우 그 압력에 의해 단위 셀이 파손되는 등 전체 스택의 셀 성능 및 내구성에 문제를 일으킨다.In addition, the stack does not generate a predetermined power according to the stacking number of the unit cells by the fastening pressure, the fuel / oxidant supply, and the combination of the separators described above. This breakage causes problems in cell performance and durability of the entire stack.

이에, 종래 기술에서는 스택을 분해 및 해체하여 문제 시 되는 단위 셀을 교체하거나 수리하게 되는데, 엔드 플레이트의 체결압을 정확하게 조절해야 하는 등 스택의 재조립이 용이하지 않고, 스택 전체를 교체하거나 새로 제작해야 하는 문제를 초래한다.Therefore, in the prior art, the unit cell in question is replaced or repaired by disassembling and disassembling the stack. The assembly of the stack is not easy, and the entire stack is replaced or newly manufactured. It causes problems.

본 발명의 예시적인 실시예는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 수 개의 단위 셀로 이루어진 단위 스택을 모듈 형태로 각각 구성하고, 그 단위 스택을 어셈블리 형태로서 패키지화할 수 있도록 하는 연료 전지 스택 어셈블리를 제공한다.Exemplary embodiments of the present invention have been created to improve the above-described problems, and include a fuel cell stack configured to construct a unit stack each consisting of several unit cells in a module form, and to package the unit stack as an assembly form. Provide the assembly.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리는, ⅰ)다수의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 가압 체결하여 이루어지는 복수의 단위 스택들과, ⅱ)상기 각 단위 스택을 수용하기 위한 복수의 수용 공간을 구획 형성하고, 상기 각 수용 공간에 상기 단위 스택을 개별적으로 수용하는 패키지부재를 포함하여 이루어진다.To this end, a fuel cell stack assembly according to an exemplary embodiment of the present invention includes: i) a plurality of unit stacks formed by pressing a plurality of unit cells through an end plate, and ii) a plurality of unit stacks for accommodating each unit stack. Comprising a receiving space of the compartment and comprises a package member for receiving the unit stack in each of the receiving space individually.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 패키지부재는 상기 단위 셀들의 배열 방향을 따라 상기 각 수용 공간에 상기 단위 스택들을 수납하며, 상기 단위 스택들의 배열 방향을 따라 적어도 하나의 개방면을 형성하고 있는 스토리지 케이스로서 이루어질 수 있다.In the fuel cell stack assembly, the package member stores the unit stacks in the receiving spaces along the arrangement direction of the unit cells, and forms at least one open surface along the arrangement direction of the unit stacks. It can be made as a case.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 패키지부재는 상기 스토리지 케이스의 내부에 상기 각 수용 공간을 구획 형성하기 위한 복수의 격벽들이 일정 간격 이격되게 설치될 수 있다.In the fuel cell stack assembly, the package member may be provided with a plurality of partition walls spaced apart at regular intervals to form the respective accommodation spaces inside the storage case.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 패키지부재는 상기 단위 셀들의 배열 방향을 따라 상기 단위 스택들이 연속적으로 안착될 수 있는 베이스와, 상기 베이스의 길이 방향에 따른 가장자리 부분에 수직 방향으로 연결되는 적어도 하나의 수직 플레이이트와, 상기 베이스의 평면 상에 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되게 수직 방향으로 직립되게 설치되어 상기 각 수용 공간을 형성하는 복수의 격벽들을 포함할 수 있다.In the fuel cell stack assembly, the package member is a base on which the unit stacks can be continuously seated along the arrangement direction of the unit cells, and at least one connected in a vertical direction to an edge portion in the longitudinal direction of the base. It may include a vertical plate and a plurality of partitions are installed upright in the vertical direction spaced apart at regular intervals along the longitudinal direction on the plane of the base to form the respective receiving space.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 각 격벽들은 상기 각 단위 스택 사이 및 최 외측의 단위 스택에 배치되며, 상기 단위 스택에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 쿨링 플레이트로서 이루어질 수 있다.In the fuel cell stack assembly, the partitions are disposed between the unit stacks and in the outermost unit stacks, and may be formed as cooling plates for cooling the heat generated in the unit stacks.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 각 격벽은 열전도성을 지닌 알루미늄, 구리, 및 철 중 어느 하나의 소재로서 이루어질 수 있다.In the fuel cell stack assembly, each of the barrier ribs may be formed of any one of aluminum, copper, and iron having thermal conductivity.

상기 연료 전지 스택 어셈블리는, ⅲ)상기 각 단위 스택에 연결되며 그 단위 스택으로 연료를 공급하는 연료 공급라인과, ⅳ)상기 각 단위 스택에 연결되며 그 단위 스택으로 산화제를 공급하는 산화제 공급라인과, ⅴ)상기 각 단위 스택에 연결되며 그 단위 스택으로부터 배출되는 미반응 연료를 배출하는 연료 배출라인과, ⅵ)상기 각 단위 스택에 연결되며 그 단위 스택으로부터 배출되는 미반응 산화제와 수분을 배출하는 산화제 배출라인을 포함할 수 있다.The fuel cell stack assembly includes: (i) a fuel supply line connected to each unit stack and supplying fuel to the unit stack, and iii) an oxidant supply line connected to each unit stack and supplying an oxidant to the unit stack. A fuel discharge line connected to each of the unit stacks and discharging unreacted fuel discharged from the unit stacks, and iv) discharging unreacted oxidants and water connected to the unit stacks and discharged from the unit stacks. It may include an oxidant discharge line.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 연료 공급라인은 상기 각 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 연료 공급 매니폴드에 선택적으로 착탈 가능하게 연결될 수 있다.In the fuel cell stack assembly, the fuel supply line may be selectively detachably connected to a fuel supply manifold formed on an end plate of each unit stack.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 산화제 공급라인은 상기 각 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 산화제 공급 매니폴드에 착탈 가능하게 연결될 수 있다.In the fuel cell stack assembly, the oxidant supply line may be detachably connected to an oxidant supply manifold formed in the end plate of each unit stack.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 연료 배출라인은 상기 각 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 연료 배출 매니폴드에 연결될 수 있다.In the fuel cell stack assembly, the fuel discharge line may be connected to a fuel discharge manifold formed on an end plate of each unit stack.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 산화제 배출라인은 상기 각 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 산화제 배출 매니폴드에 연결될 수 있다.In the fuel cell stack assembly, the oxidant discharge line may be connected to an oxidant discharge manifold formed in the end plate of each unit stack.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 각 단위 스택은 체결수단을 통해 상기 엔드 플레이트를 체결하여 이루어질 수 있다.In the fuel cell stack assembly, each unit stack may be formed by fastening the end plate through a fastening means.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 각 격벽은 상기 단위 스택을 수용 공간으로 수납하는 때, 상기 체결수단을 가이드 하는 가이드 홈을 상,하부에 각각 형성할 수 있다.In the fuel cell stack assembly, each of the partition walls may have upper and lower guide grooves for guiding the fastening means, respectively, when the unit stack is accommodated in the accommodation space.

상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 패키지부재는 상기 스토리지 케이스의 개방면을 커버하는 적어도 하나의 커버를 포함할 수 있다.In the fuel cell stack assembly, the package member may include at least one cover covering an open surface of the storage case.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 요구하는 전력량을 출력하기 위해 수십 내지 수백 개의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 가압 체결하여 단일의 스택을 구성하는 종래 기술과 달리, 여러 개로 분할된 단위 스택을 패키지부재에 어셈블리 형태로서 패키지화할 수 있으므로 전체 어셈블리를 용이하게 조립 및 제작할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention as described above, unlike the prior art that press-fasten dozens to hundreds of unit cells through the end plate to output the required amount of power to form a single stack, divided into several Since the unit stack can be packaged as an assembly in the package member, the entire assembly can be easily assembled and manufactured.

또한, 본 실시예에서는 수 개의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 가압 체결하여 단위 스택을 구성하기 때문에, 전체 어셈블리의 단위 셀들을 기설정된 가압 변위에 맞게 일정 압력으로 체결할 수 있으므로 서로 인접하는 단위 셀에서 일정한 전류를 발전할 수 있게 되며, 이로 인해 전체 단위 셀들의 셀 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다.In addition, in the present embodiment, since the unit stacks are formed by pressing and fastening several unit cells through the end plate, unit cells of the entire assembly may be fastened at a predetermined pressure in accordance with a predetermined pressure displacement, and thus, in unit cells adjacent to each other. It is possible to generate a constant current, thereby improving the cell performance and durability of the entire unit cells.

그리고, 본 실시예에서는 전류량이 저하되는 등 문제가 되는 단위 셀의 해당 단위 스택을 스토리지 방식으로 교체할 수 있으므로, 종래 기술과 같이 전체 스택을 분리하여 셀 성능이 저하된 단위 셀을 교체하고 재조립하거나 스택을 새로 제작할 필요가 없다.In this embodiment, since the corresponding unit stack of the unit cell in question, such as a decrease in current amount, may be replaced by a storage method, the entire unit stack is separated as in the prior art, and the unit cell in which cell performance is degraded is replaced and reassembled. Or build a new stack.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 정면 구성도이다.1 is a perspective view illustrating a fuel cell stack assembly according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1, and FIG. 3 is a front configuration diagram of FIG. 1.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 연료 및 산화제의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템으로서 구성된다.Referring to the drawings, the fuel cell stack assembly 100 according to an exemplary embodiment of the present invention is configured as a power generation system that generates electrical energy by reaction of fuel and oxidant.

여기서, 연료는 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스 연료를 포함할 수 있다.Here, the fuel may include an alcoholic liquid fuel such as methanol, ethanol, and the like, and may include a hydrocarbon-based liquefied gas fuel mainly composed of methane, ethane, propane, butane.

그리고, 연료는 당 업계에서 “리포머(Reformer)"라고 칭하는 개질 장치를 통해 상기한 액체 연료 또는 액화 가스 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스를 포함할 수도 있다.The fuel may also include reformed gas of a hydrogen component produced from the liquid fuel or liquefied gas fuel described above via a reformer referred to in the art as a "reformer."

또한, 산화제는 별도의 저장 탱크에 저장된 산소 가스일 수 있고, 자연 그대로의 공기일 수도 있다.In addition, the oxidant may be oxygen gas stored in a separate storage tank, or may be natural air.

본 실시예에 의한 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 스택으로 정의할 수 있는 다수의 모듈 형태로서 구성되고, 그 모듈들을 어셈블리 형태로 패키지화하며, 스토리지 방식으로서 교체가 가능한 구조로 이루어진다.The fuel cell stack assembly 100 according to the present exemplary embodiment is configured as a plurality of module types that can be defined as stacks, packages the modules in an assembly form, and has a structure that can be replaced as a storage method.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 기본적으로, 다수의 단위 스택들(10)과, 이들 단위 스택(10)을 수용하는 패키지 부재(40)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.To this end, the fuel cell stack assembly 100 according to the exemplary embodiment of the present invention basically includes a plurality of unit stacks 10 and a package member 40 for receiving the unit stacks 10. If this is described for each configuration as follows.

본 실시예에서, 상기 각 단위 스택(10)은 언급한 바 있는 모듈로서 단위의 전기 발생 집합체로 이루어지는 바, 수 개의 단위 셀들(11)이 연속적으로 배열된 구조로 이루어진다.In the present exemplary embodiment, each unit stack 10 is a module as mentioned above, and is formed of an electricity generating assembly of units, and has a structure in which several unit cells 11 are continuously arranged.

단위 셀들(11)은 연료 및 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 단위의 연료 전지로서, 상기한 연료에 따라 고분자 전해질형 연료 전지로 이루어질 수 있으며, 직접 산화형 연료 전지로서 이루어질 수도 있다.The unit cells 11 are fuel cells of a unit for generating electrical energy by an electrochemical reaction of a fuel and an oxidizing agent. The unit cells 11 may be made of a polymer electrolyte fuel cell according to the above-described fuel, or may be made of a direct oxidation fuel cell. have.

단위 셀들(11)은 도 4에서와 같이, 막-전극 어셈블리(MEA)(13)와, 막-전극 어셈블리(13)를 중심에 두고 이의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 세퍼레이터(15)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the unit cells 11 include a membrane-electrode assembly (MEA) 13 and a separator 15 disposed in close contact with each other with the membrane-electrode assembly 13 at the center thereof. .

이 때, 단위 셀들(11)은 막-전극 어셈블리(13)의 양측면 가장자리와 세퍼레이터(15) 사이에 가스켓(GK)이 개재되며 이들 막-전극 어셈블리(13)와 세퍼레이터(15)의 기밀을 유지한다. At this time, the unit cells 11 have a gasket GK interposed between both side edges of the membrane-electrode assembly 13 and the separator 15, and maintain the airtightness of the membrane-electrode assembly 13 and the separator 15. do.

세퍼레이터(15)는 도전성을 지닌 사각형의 플레이트 형태로서 이루어지며, 막-전극 어셈블리(13)에 밀착되는 면에 연료 및 산화제를 유동시키기 위한 채널(CH)을 각각 형성하고 있다.The separator 15 has a conductive plate shape, and forms channels CH for flowing fuel and oxidant on a surface closely contacting the membrane-electrode assembly 13.

여기서, 막-전극 어셈블리(13)는 일면에 애노드 전극을 형성하고, 다른 일면에 캐소드 전극을 형성하며, 이들 두 전극 사이에 전해질막을 형성하는 구조로 이루어진다.Here, the membrane-electrode assembly 13 has a structure in which an anode electrode is formed on one surface, a cathode electrode is formed on the other surface, and an electrolyte membrane is formed between these two electrodes.

애노드 전극은 세퍼레이터(15)의 채널(CH)을 통해 공급되는 연료를 산화 반 응시켜 전자와 수소 이온으로 분리시키고, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키며, 캐소드 전극은 애노드 전극 측으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 세퍼레이터(15)의 채널(CH)을 통해 제공받은 산화제를 환원 반응시켜 수분 및 열을 생성하는 기능을 하게 된다.The anode electrode oxidizes the fuel supplied through the channel CH of the separator 15 to separate electrons and hydrogen ions, the electrolyte membrane moves hydrogen ions to the cathode electrode, and the cathode electrode receives electrons received from the anode electrode side. , Hydrogen ions, and the oxidizing agent provided through the channel (CH) of the separator 15 to reduce the reaction to generate a function of water and heat.

이러한 막-전극 어셈블리(13) 및 세퍼레이터(15)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 막-전극 어셈블리 및 세퍼레이터로(“바이폴라 플레이트” 라고도 함)서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the membrane-electrode assembly 13 and the separator 15 are made of a membrane-electrode assembly and a separator (also referred to as a "bipolar plate") well known in the art, a detailed description thereof will be made herein. Will be omitted.

상술한 바와 같은 각각의 단위 스택(10)에 있어, 단위 셀들(11)은 양측의 엔드 플레이트(21)를 통하여 서로 가압되는데, 이들 엔드 플레이트(21)는 복수의 체결 로드들(23)을 포함하는 체결수단을 통하여 서로 체결된다.In each unit stack 10 as described above, the unit cells 11 are pressed against each other through the end plates 21 on both sides, which end plates 21 comprise a plurality of fastening rods 23. It is fastened to each other through the fastening means.

즉, 엔드 플레이트(21)는 단위 셀들(11)의 최 외측 세퍼레이터(15)에 각각 밀착되고, 이들을 관통하는 각 체결 로드(23)의 단부에 체결부재(25)가 체결되면서 서로 대향하는 방향으로 단위 셀들(11)을 가압한다.That is, the end plates 21 are in close contact with the outermost separators 15 of the unit cells 11, and the fastening members 25 are fastened to the end portions of the respective fastening rods 23 passing therethrough, so as to face each other. The unit cells 11 are pressed.

상기에서, 엔드 플레이트(21)의 적어도 각 모서리 부분에는 체결 로드(23)가 끼워지는 관통 구멍(22)을 형성하고 있다.In the above, at least each corner portion of the end plate 21 is formed with a through hole 22 into which the fastening rod 23 is fitted.

그리고, 체결 로드(23)는 한 쌍의 엔드 플레이트(21)를 연결하기 위한 것으로, 일측 엔드 플레이트(21)의 각 관통 구멍(22)에 끼워지면서 다른 일측 엔드 플레이트(21)의 각 관통 구멍(22)에 끼워진다.In addition, the fastening rod 23 is for connecting a pair of end plates 21, and is fitted into each through hole 22 of one end plate 21 while each through hole of the other end plate 21 ( 22).

체결 로드(23)는 단위 셀들(11)의 외측에서 이들 단위 셀(11)의 배열 방향을 따라 배치되며, 일측 단부에 볼트 헤드를 구비하고, 다른 일측 단부에 나사부를 가 진 볼트 형태로서 이루어진다.The fastening rod 23 is disposed along the arrangement direction of these unit cells 11 outside the unit cells 11, and has a bolt head at one end and a bolt having a screw at the other end.

체결부재(25)는 한 쌍의 엔드 플레이트(21)를 체결하고, 각각의 엔드 플레이트(21)에 소정의 가압력을 제공하기 위한 것이다. 이 체결부재(25)는 각 체결 로드(23)의 나사부에 나사 결합되는 너트를 구비한다.The fastening member 25 is for fastening the pair of end plates 21 and providing a predetermined pressing force to each end plate 21. The fastening member 25 is provided with a nut screwed to the threaded portion of each fastening rod (23).

상기와 같이 구성되는 단위 스택(10)의 조립 시, 단위 셀들(11)은 한 쌍의 엔드 플레이트(21) 사이에서 연속적으로 얼라인 된다. 체결 로드(23)는 엔드 플레이트들(21)의 각 관통 구멍(22)에 끼워진다.In assembling the unit stack 10 configured as described above, the unit cells 11 are continuously aligned between the pair of end plates 21. The fastening rod 23 is fitted into each through hole 22 of the end plates 21.

체결부재(25)는 각 체결 로드(23)의 나사부에 나사 결합되면서 엔드 플레이트들(21)을 체결함과 동시에 그 엔드 플레이트들(21)에 소정의 가압력을 제공한다. 그러면, 엔드 플레이트들(21)은 서로 대향하는 방향으로 단위 셀들(11)을 가압한다.The fastening member 25 is screwed to the threaded portion of each fastening rod 23 to fasten the end plates 21 and at the same time provide a predetermined pressing force to the end plates 21. Then, the end plates 21 press the unit cells 11 in directions facing each other.

한편, 각 단위 스택(10)의 엔드 플레이트(21)는 단위 셀들(11)로 연료를 공급하기 위한 연료 공급 매니폴드(31)와, 그 단위 셀들(11)로 산화제를 공급하기 위한 산화제 공급 매니폴드(32)와, 단위 셀들(11)에서 반응하고 남은 미반응 연료를 배출하기 위한 연료 배출 매니폴드(33)와, 단위 셀들(11)에서 반응하고 남은 산화제 및 그 단위 셀들(11)에서 생성되는 수분을 배출하는 산화제 배출 매니폴드(34)를 형성하고 있다.Meanwhile, the end plate 21 of each unit stack 10 includes a fuel supply manifold 31 for supplying fuel to the unit cells 11, and an oxidant supply manifold for supplying an oxidant to the unit cells 11. The fold 32, the fuel discharge manifold 33 for discharging the unreacted fuel remaining in the unit cells 11, and the oxidant remaining in the unit cells 11 and generated in the unit cells 11. An oxidant discharge manifold 34 for discharging moisture to be formed is formed.

여기서, 연료 공급 매니폴드(31)와 연료 배출 매니폴드(33)는 막-전극 어셈블리(13)의 애노드 전극과 밀착하는 세퍼레이터(15)의 채널(CH)과 연결되며, 산화제 공급 매니폴드(32)와 산화제 배출 매니폴드(34)는 막-전극 어셈블리(13)의 애노 드 전극과 밀착하는 세퍼레이터(15)의 채널(CH)과 연결된다.Here, the fuel supply manifold 31 and the fuel discharge manifold 33 are connected to the channel CH of the separator 15 in close contact with the anode electrode of the membrane-electrode assembly 13, and the oxidant supply manifold 32. ) And the oxidant discharge manifold 34 are connected to the channel CH of the separator 15 in close contact with the anode electrode of the membrane-electrode assembly 13.

도면에서 미설명된 참조 부호 29는 단위 스택(10)의 단위 셀들(11)에서 발생되는 전기를 집전하는 집전판을 나타낸다.Reference numeral 29, which is not described in the drawing, denotes a current collector plate for collecting electricity generated in the unit cells 11 of the unit stack 10.

본 실시예에서, 상기 패키지부재(40)는 단위 스택들(10)을 패키지화하기 위한 것이다.In this embodiment, the package member 40 is for packaging the unit stacks 10.

이러한 패키지부재(40)는 도 5에서와 같이, 각각의 단위 스택(10)을 수용하기 위한 복수의 수용 공간(41)을 구획 형성하고, 각 수용 공간(41)에 단위 스택(10)을 개별적으로 수용할 수 있는 스토리지 케이스(42)로서 이루어진다.As shown in FIG. 5, the package member 40 partitions a plurality of accommodating spaces 41 for accommodating each unit stack 10, and individually unit stacks 10 in each accommodating space 41. It is made as a storage case 42 which can be accommodated.

또한, 패키지부재(40)는 스토리지 케이스(42)의 내부에 각 수용 공간(41)을 구획 형성하기 위한 복수의 격벽들(55)을 구비하고 있다.In addition, the package member 40 includes a plurality of partition walls 55 for partitioning each accommodating space 41 into the storage case 42.

상기에서, 스토리지 케이스(42)는 단위 스택들(10)을 단위 셀들(11)의 배열 방향을 따라 각각의 수용 공간(41)에 수납하기 위한 것으로서, 그 단위 스택들(10)의 배열 방향을 따라 적어도 하나의 개방면을 형성하고 있다.In the above, the storage case 42 is for accommodating the unit stacks 10 in the respective accommodating spaces 41 along the arrangement direction of the unit cells 11. Therefore, at least one open surface is formed.

바람직하게, 상기 개방면은 도면을 기준할 때, 스토리지 케이스(42)의 상면 및 정면에 형성된다.Preferably, the open surface is formed on the top and front of the storage case 42, based on the drawings.

구체적으로, 본 실시예에 의한 패키지부재(40)는 베이스(51)와, 수직 플레이트(53)와, 언급한 바 있는 복수의 격벽들(55)을 포함하여 이루어진다.Specifically, the package member 40 according to the present embodiment includes a base 51, a vertical plate 53, and a plurality of partition walls 55 mentioned above.

베이스(51)는 스토리지 케이스(42)의 바닥판으로서, 단위 스택들(10)이 안착될 수 있게 소정 폭을 지니며 일정 길이로서 길게 형성된다.The base 51 is a bottom plate of the storage case 42 and has a predetermined width and is formed to be long as a predetermined length so that the unit stacks 10 can be seated.

수직 플레이트(53)는 스토리지 케이스(42)의 배면판으로서, 베이스(51)의 길 이 방향에 따른 가장자리 부분에 수직 방향으로 연결되게 설치된다.The vertical plate 53 is a rear plate of the storage case 42 and is installed to be connected in the vertical direction to the edge portion of the base 51 along the length direction.

그리고, 각각의 격벽(55)은 스토리지 케이스(42)에 복수의 수용 공간(41)을 형성하기 위한 것으로서, 베이스(51)의 길이 방향을 따라 평면 상에 일정 간격 이격되게 수직 방향으로 직립되게 설치된다.In addition, each partition wall 55 is for forming a plurality of accommodation spaces 41 in the storage case 42 and is installed upright in a vertical direction to be spaced apart at regular intervals on a plane along the longitudinal direction of the base 51. do.

여기서, 상기 격벽들(55) 중에서 최 외측에 위치하는 각각의 격벽(55)은 스토리지 케이스(42)의 양측벽으로서 이루어진다.Here, each of the partition walls 55 positioned on the outermost side of the partition walls 55 is formed as both side walls of the storage case 42.

따라서, 각각의 단위 스택(10)은 격벽들(55) 사이의 수용 공간(41)으로 수용되면서 패키징이 이루어지는데, 이 경우 각각의 격벽(55)은 단위 스택들(10) 사이 및 최 외측에 위치하는 단위 스택(10)에 밀착된다.Thus, the unit stack 10 is packaged while being accommodated in the receiving space 41 between the partition walls 55, in which case each partition wall 55 is located between the unit stacks 10 and the outermost. It is in close contact with the unit stack 10 located.

본 실시예에서, 이러한 격벽들(55)은 각 단위 스택(10)의 엔드 플레이트(21)에 밀착되면서 단위 스택(10)에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 쿨링 플레이트(57)로 이루어진다.In the present embodiment, the partitions 55 are formed of a cooling plate 57 for cooling the heat generated in the unit stack 10 while being in close contact with the end plate 21 of each unit stack 10.

즉, 단위 스택들(10)의 운전 시, 각 단위 스택(10)의 단위 셀들(11)에서 발생하는 열은 세퍼레이터(15) 및 엔드 플레이트(21)를 통해 격벽들(55)로 전달되면서 수냉 또는 공랭식으로 냉각된다.That is, during operation of the unit stacks 10, heat generated in the unit cells 11 of each unit stack 10 is transferred to the partition walls 55 through the separator 15 and the end plate 21 and is cooled in water. Or air cooled.

이를 위해, 상기 격벽들(55)은 열전도성 및 방열성을 지닌 알루미늄, 구리, 또는 철 소재로서 이루어지는 것이 바람직하다.To this end, the partitions 55 are preferably made of aluminum, copper, or iron material having thermal conductivity and heat dissipation.

아울러, 상기와 같은 격벽들(55)은, 각 단위 스택(10)을 스토리지 케이스(42)의 개방면을 통해 수용 공간(41)으로 수납하는 때, 체결 로드(23)의 헤드부와 체결부재(25: 너트)를 가이드 하기 위한 레일 형태로서의 가이드 홈(59)을 상, 하부에 각각 형성하고 있다.In addition, the partition walls 55 as described above, when the unit stack 10 is accommodated in the accommodation space 41 through the open surface of the storage case 42, the head of the fastening rod 23 and the fastening member Guide grooves 59 in the form of rails for guiding (25: nuts) are formed in the upper and lower portions, respectively.

가이드 홈(59)은 각 격벽(55)의 양측면에 있어, 상하단부에 베이스(51)의 폭 방향을 따라 형성된다.The guide grooves 59 are formed on both side surfaces of the partition walls 55, and are formed along the width direction of the base 51 at upper and lower ends.

이러한 가이드 홈(59)은 격벽들(55) 사이의 수용 공간(41)에서 각각의 단위 스택(10)을 지지하며, 각 단위 스택(10)을 수용 공간(41)으로 수납할 때 체결 로드(23)의 헤드부와 체결부재(25)가 격벽들(55)에 걸리게 되는 것을 방지하는 기능을 하게 된다.The guide grooves 59 support the respective unit stacks 10 in the accommodation spaces 41 between the partition walls 55, and fasten rods when the unit stacks 10 are accommodated in the accommodation spaces 41. The head portion and the fastening member 25 of the 23 is to prevent the hooking to the partitions (55).

한편, 본 실시예에서, 패키지부재(40)는 단위 스택들(10)을 스토리지 케이스(42)의 개방면을 통해 수용 공간(41)으로 수납한 상태로, 그 개방면을 덮어 수용 공간(41)을 밀폐시키기 위한 커버(48)를 더욱 포함하고 있다.On the other hand, in the present embodiment, the package member 40 is in a state in which the unit stacks 10 are accommodated in the accommodation space 41 through the open surface of the storage case 42, covering the open surface to accommodate the storage space 41. ) Further includes a cover 48 for sealing.

바람직하게, 커버(48)는 스토리지 케이스(42)의 수용 공간(41)을 개방한 정면 및 상면의 개방면을 커버링 하기 위해 한 쌍으로서 구비되며, 볼트와 같은 체결수단을 통해 베이스(51), 수직 플레이트(53) 및 격벽들(55)에 고정된다.Preferably, the cover 48 is provided as a pair to cover the open surface of the front surface and the upper surface of the storage space 41 of the storage case 42, the base 51, through a fastening means such as bolts, It is fixed to the vertical plate 53 and the partition walls 55.

다른 한편으로, 본 실시예에 의한 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 패키지부재(40)의 수용 공간(41)으로 수납된 각각의 단위 스택(10)으로 연료를 공급하는 연료 공급라인(60)과, 산화제를 공급하는 산화제 공급라인(70)을 포함하고 있다.On the other hand, the fuel cell stack assembly 100 according to the present embodiment and the fuel supply line 60 for supplying fuel to each unit stack 10 accommodated in the receiving space 41 of the package member 40 and And an oxidant supply line 70 for supplying an oxidant.

연료 공급라인(60)은 연료 공급원(도면에 도시하지 않음)에 연결되는 것으로서, 각 단위 스택(10)에 있어 엔드 플레이트(21)의 연료 공급 매니폴드(31)와 연결되는 바, 하나의 제1 메인 라인(61)에서 각각의 연료 공급 매니폴드(31)로 분기하는 형태로서 이루어진다.The fuel supply line 60 is connected to a fuel supply source (not shown) and is connected to the fuel supply manifold 31 of the end plate 21 in each unit stack 10. It is made in the form of branching from one main line 61 to each fuel supply manifold 31.

이 때, 연료 공급라인(60)의 제1 메인 라인(61)에서 분기하는 각각의 제1 분기 라인(63)은 각각의 연료 공급 매니폴드(31)에 암수식으로서 착탈 가능하게 결합된다.At this time, each of the first branch lines 63 branching from the first main line 61 of the fuel supply line 60 is detachably coupled to each of the fuel supply manifolds 31.

즉, 제1 분기 라인(63)은 각각의 연료 공급 매니폴드(31)에 고무링(도면에 도시하지 않음)를 통해 기밀을 유지하며 암수식으로 끼워질 수 있다.In other words, the first branch line 63 can be male and female fit to each fuel supply manifold 31 through a rubber ring (not shown).

그리고, 산화제 공급라인(70)은 산화제 공급원(도면에 도시하지 않음)에 연결되는 것으로서, 각 단위 스택(10)에 있어 엔드 플레이트(21)의 산화제 공급 매니폴드(32)와 연결되는 바, 하나의 제2 메인 라인(71)에서 각각의 산화제 공급 매니폴드(32)로 분기하는 형태로서 이루어진다.The oxidant supply line 70 is connected to an oxidant supply source (not shown), and is connected to the oxidant supply manifold 32 of the end plate 21 in each unit stack 10. Branch from the second main line 71 to each oxidant supply manifold 32.

이 때, 산화제 공급라인(70)의 제2 메인 라인(71)에서 분기하는 제2 분기 라인(73)은 각각의 산화제 공급 매니폴드(32)에 암수식으로서 착탈 가능하게 결합된다.At this time, the second branch line 73 branching from the second main line 71 of the oxidant supply line 70 is detachably coupled to each oxidant supply manifold 32 as a male and female.

즉, 제2 분기 라인(73)은 각각의 산화제 공급 매니폴드(32)에 고무링(도면에 도시하지 않음)을 통해 기밀을 유지하며 암수식으로 끼워질 수 있다.In other words, the second branch line 73 can be hermetically fitted to each oxidant supply manifold 32 through a rubber ring (not shown).

그리고, 본 실시예에서는 각각의 단위 스택(10)에서 반응하고 남은 미반응 연료를 배출하는 연료 배출라인(80)과, 각각의 단위 스택(10)에서 반응하고 남은 산화제 및 그 단위 스택(10)에서 생성되는 수분을 배출하는 산화제 배출라인(90)을 더욱 포함하고 있다.In this embodiment, the fuel discharge line 80 for discharging the unreacted fuel remaining after reacting in each unit stack 10, the oxidant remaining after reacting in each unit stack 10, and the unit stack 10. It further includes an oxidant discharge line 90 for discharging the water generated in the.

연료 배출라인(80)은 각 단위 스택(10)에 있어 엔드 플레이트(21)의 연료 배출 매니폴드(33)에 하나의 라인으로서 연결된다. 산화제 배출라인(90)은 각 단위 스택(10)에 있어 엔드 플레이트(21)의 산화제 배출 매니폴드(34)에 하나의 라인으로서 연결된다.The fuel discharge line 80 is connected as a line to the fuel discharge manifold 33 of the end plate 21 in each unit stack 10. An oxidant discharge line 90 is connected as a line to the oxidant discharge manifold 34 of the end plate 21 in each unit stack 10.

도면에서 미설명된 참조 부호 49는 패키지부재(40)의 각 격벽(55)에 형성되어 수직 플레이트(53)에 의해 연료 배출라인(80) 및 산화제 배출라인(90)이 통과하는 쓰루홀을 형성하는 장착홈을 나타낸다.Reference numeral 49, which is not described in the drawing, is formed in each partition wall 55 of the package member 40 to form a through hole through which the fuel discharge line 80 and the oxidant discharge line 90 pass by the vertical plate 53. Indicates a mounting groove.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리(100)에 의하면, 엔드 플레이트(21)에 의해 수 개의 단위 셀들(11)이 집합체로서 조립된 단위 스택(10)은 스토리지 케이스(42)의 개방면을 통해 각각의 수용 공간(41)에 스토리지 형태로서 결합된다.Accordingly, according to the fuel cell stack assembly 100 according to the exemplary embodiment of the present invention configured as described above, the unit stack 10 in which several unit cells 11 are assembled as an aggregate by the end plate 21. Is coupled as a storage form to each accommodation space 41 through the open face of the storage case 42.

즉, 각각의 단위 스택(10)은 격벽들(55) 사이의 수용 공간(41)으로 수용되면서 패키징이 이루어지는데, 이 경우 체결 로드(23)의 헤드부와 체결부재(25)가 격벽들(55)의 가이드 홈(59)을 따라 가이드 되면서 수용 공간(41)으로 수납된다.That is, each unit stack 10 is packaged while being accommodated in the accommodation space 41 between the partition walls 55, in which case the head of the fastening rod 23 and the fastening member 25 is partitioned ( Guided along the guide groove 59 of the 55 is received in the accommodation space (41).

이와 같이 패키지부재(40)의 각 수용 공간(41)으로 단위 스택(10)을 수납한 상태에서, 본 실시예에서는 연료 공급라인(60)을 각 단위 스택(10)의 연료 공급 매니폴드(31)에 연결하고, 산화제 공급라인(70)을 각 단위 스택(10)의 산화제 공급 매니폴드(32)에 연결한다.As described above, in a state in which the unit stack 10 is accommodated in each accommodation space 41 of the package member 40, in this embodiment, the fuel supply line 60 is connected to the fuel supply manifold 31 of each unit stack 10. ) And the oxidant supply line 70 to the oxidant supply manifold 32 of each unit stack 10.

그리고, 본 실시예에서는 연료 배출라인(80)을 각 단위 스택(10)의 연료 배출 매니폴드(33)에 연결하고, 산화제 배출라인(90)을 각 단위 스택(10)의 산화제 배출 매니폴드(34)에 연결한다.In this embodiment, the fuel discharge line 80 is connected to the fuel discharge manifold 33 of each unit stack 10, and the oxidant discharge line 90 is connected to the oxidant discharge manifold of each unit stack 10. 34).

상기한 과정을 거친 후, 마지막으로 스토리지 케이스(42)의 개방면에 커 버(48)를 커버링하게 되면, 본 실시예에 의한 연료 전지 스택 어셈블리(100)의 조립이 완료된다.After the above process, and finally covering the cover 48 to the open surface of the storage case 42, the assembly of the fuel cell stack assembly 100 according to the present embodiment is completed.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 수 개의 단위 셀(11)로 이루어진 단위 스택(10)을 모듈 형태로 각각 구성하고, 그 단위 스택(10)을 패키지부재(40)에 안정적으로 고정하여 어셈블리 형태로서 패키지화할 수 있다.As described above, the fuel cell stack assembly 100 according to the exemplary embodiment of the present invention configures the unit stack 10 including the several unit cells 11 in the form of modules, and the unit stack 10. ) Can be stably fixed to the package member 40 and packaged as an assembly form.

따라서, 본 실시예에서는 요구하는 전력량을 출력하기 위해 수십 내지 수백 개의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 가압 체결하여 단일의 스택을 구성하는 종래 기술과 달리, 여러 개로 분할된 단위 스택(10)을 패키지부재(40)에 어셈블리 형태로 패키지화할 수 있으므로 전체 스택 어셈블리(100)를 용이하게 조립/제작할 수 있다.Therefore, in the present embodiment, unlike the prior art in which a single stack is formed by press-fitting tens to hundreds of unit cells through an end plate in order to output a required amount of power, the unit stack 10 divided into several pieces is packaged. Since the package 40 can be packaged in an assembly form, the entire stack assembly 100 can be easily assembled / manufactured.

또한, 본 실시예에서는 수 개의 단위 셀들(11)을 엔드 플레이트(21)를 통해 가압 체결하여 단위 스택(10)을 구성하기 때문에, 전체 어셈블리의 단위 셀들(11)을 기설정된 가압 변위에 맞게 일정 압력으로 체결할 수 있으므로 서로 인접하는 단위 셀(11)에서 일정한 전류를 발전할 수 있게 되며, 결과적으로는 전체 단위 셀들(11)의 셀 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다.In addition, in the present embodiment, since the unit stack 10 is configured by pressure-fastening several unit cells 11 through the end plate 21, the unit cells 11 of the entire assembly may be fixed to a predetermined pressure displacement. Since it can be fastened by pressure, it is possible to generate a constant current in the unit cells 11 adjacent to each other, and as a result, it is possible to improve the cell performance and durability of the entire unit cells (11).

그리고, 본 실시예에서는 단위 스택(10)을 패키지부재(40)에 패키지화하여 그 단위 스택(10)을 스토리지 방식으로서 교체할 수 있다.In the present embodiment, the unit stack 10 may be packaged in the package member 40 to replace the unit stack 10 as a storage method.

따라서, 본 실시예에서는 전류량이 저하되는 등 문제가 되는 단위 셀(11)의 해당 단위 스택(10)을 스토리지 방식으로 교체할 수 있으므로, 종래 기술과 같이 전체 스택을 분리하여 셀 성능이 저하된 단위 셀을 교체하고 재조립하거나 스택을 새로 제작할 필요가 없다.Therefore, in the present embodiment, since the corresponding unit stack 10 of the unit cell 11 which is a problem such as a decrease in the amount of current can be replaced by a storage method, the unit in which the cell performance is degraded by separating the entire stack as in the prior art. There is no need to replace and reassemble the cell or build a new stack.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.Since these drawings are for reference in describing exemplary embodiments of the present invention, the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a fuel cell stack assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 분해 사시도이다.2 is an exploded perspective view of FIG. 1.

도 3은 도 1의 정면 구성도이다.3 is a front configuration diagram of FIG. 1.

도 4는 도 2에 도시된 단위 스택을 나타내 보인 분해 사시도이다.4 is an exploded perspective view illustrating the unit stack illustrated in FIG. 2.

도 5는 도 1에 도시된 패키지부재를 나타내 보인 사시도이다.5 is a perspective view showing the package member shown in FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명><Description of reference numerals for the main parts of the drawings>

10... 단위 스택 11... 단위 셀10 ... Unit Stack 11 ... Unit Cell

13... 막-전극 어셈블리 15... 세퍼레이터13 ... membrane-electrode assembly 15 ... separator

21... 엔드 플레이트 23... 체결 로드21 ... End plate 23 ... Tightening rod

25... 체결부재 31... 연료 공급 매니폴드25 ... fasteners 31 ... fuel supply manifold

32... 산화제 공급 매니폴드 33... 연료 배출 매니폴드32 ... oxidant supply manifold 33 ... fuel exhaust manifold

34... 산화제 배출 매니폴드 40... 패키지부재34 ... oxidant exhaust manifold 40 ... package member

41... 수용 공간 42... 스토리지 케이스41 ... Accommodation space 42 ... Storage case

48... 커버 51... 베이스48 ... cover 51 ... base

53... 수직 플레이트 55... 격벽53 ... vertical plate 55 ... bulk

57... 쿨링 플레이트 59... 가이드 홈57 ... cooling plate 59 ... guide groove

60... 연료 공급라인 70... 산화제 공급라인60 ... fuel supply line 70 ... oxidant supply line

80... 연료 배출라인 90... 산화제 배출라인80 ... fuel discharge line 90 ... oxidant discharge line

Claims (11)

다수의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 가압 체결하여 이루어지는 복수의 단위 스택들; 및A plurality of unit stacks formed by pressing a plurality of unit cells through an end plate; And 상기 각 단위 스택을 수용하기 위한 복수의 수용 공간을 구획 형성하고, 상기 각 수용 공간에 상기 단위 스택을 개별적으로 수용하는 패키지부재A package member configured to define a plurality of accommodating spaces for accommodating each unit stack, and individually accommodating the unit stack in each accommodating space 를 포함하여 이루어지는 연료 전지 스택 어셈블리.Fuel cell stack assembly comprising a. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 패키지부재는,The package member, 상기 단위 셀들의 배열 방향을 따라 상기 각 수용 공간에 상기 단위 스택들을 수납하며, 상기 단위 스택들의 배열 방향을 따라 적어도 하나의 개방면을 형성하고 있는 스토리지 케이스로서 이루어지는 연료 전지 스택 어셈블리.And a storage case accommodating the unit stacks in the accommodating spaces along the arrangement direction of the unit cells, and forming at least one open surface along the arrangement direction of the unit stacks. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 패키지부재는,The package member, 상기 스토리지 케이스의 내부에 상기 각 수용 공간을 구획 형성하기 위한 복수의 격벽들이 일정 간격 이격되게 설치되는 연료 전지 스택 어셈블리.And a plurality of partition walls spaced apart from each other by a plurality of partitions for partitioning the accommodation spaces in the storage case. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 패키지부재는,The package member, 상기 단위 셀들의 배열 방향을 따라 상기 단위 스택들이 연속적으로 안착될 수 있는 베이스와,A base on which the unit stacks are continuously seated along an arrangement direction of the unit cells; 상기 베이스의 길이 방향에 따른 가장자리 부분에 수직 방향으로 연결되는 적어도 하나의 수직 플레이이트와,At least one vertical plate connected in a vertical direction to an edge portion in the longitudinal direction of the base; 상기 베이스의 평면 상에 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되게 수직 방향으로 직립되게 설치되어 상기 각 수용 공간을 형성하는 복수의 격벽들A plurality of partition walls installed upright in a vertical direction at regular intervals along a longitudinal direction on the plane of the base to form the respective accommodation spaces; 을 포함하는 연료 전지 스택 어셈블리.Fuel cell stack assembly comprising a. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 각 격벽들은,Each of the partitions, 상기 각 단위 스택 사이 및 최 외측의 단위 스택에 배치되며, 상기 단위 스택에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 쿨링 플레이트로서 이루어지는 연료 전지 스택 어셈블리.A fuel cell stack assembly disposed between the unit stacks and in an outermost unit stack, the cooling cell stack being a cooling plate for cooling heat generated in the unit stack. 제5 항에 있어서,6. The method of claim 5, 상기 각 격벽은 열전도성을 지닌 알루미늄, 구리, 및 철 중 어느 하나의 소재로서 이루어지는 연료 전지 스택 어셈블리.Wherein each of the barrier ribs is made of any one of thermally conductive aluminum, copper, and iron. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 각 단위 스택에 연결되며 그 단위 스택으로 연료를 공급하는 연료 공급라인과,A fuel supply line connected to each unit stack and supplying fuel to the unit stack; 상기 각 단위 스택에 연결되며 그 단위 스택으로 산화제를 공급하는 산화제 공급라인과,An oxidant supply line connected to each unit stack and supplying an oxidant to the unit stack; 상기 각 단위 스택에 연결되며 그 단위 스택으로부터 배출되는 미반응 연료를 배출하는 연료 배출라인과,A fuel discharge line connected to each unit stack and discharging unreacted fuel discharged from the unit stack; 상기 각 단위 스택에 연결되며 그 단위 스택으로부터 배출되는 미반응 산화제와 수분을 배출하는 산화제 배출라인An oxidant discharge line connected to each unit stack and discharging unreacted oxidant and water discharged from the unit stack. 을 포함하는 연료 전지 스택 어셈블리.Fuel cell stack assembly comprising a. 제7 항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 연료 공급라인은 상기 각 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 연료 공급 매니폴드에 선택적으로 착탈 가능하게 연결되고,The fuel supply line is selectively detachably connected to a fuel supply manifold formed on an end plate of each unit stack, 상기 산화제 공급라인은 상기 각 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 산화제 공급 매니폴드에 착탈 가능하게 연결되는 연료 전지 스택 어셈블리.And the oxidant supply line is detachably connected to an oxidant supply manifold formed on an end plate of each unit stack. 제7 항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 연료 배출라인은 상기 각 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 연료 배출 매니폴드에 연결되며,The fuel discharge line is connected to a fuel discharge manifold formed in the end plate of each unit stack, 상기 산화제 배출라인은 상기 각 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 산화 제 배출 매니폴드에 연결되는 연료 전지 스택 어셈블리.The oxidant discharge line is connected to an oxidant discharge manifold formed in the end plate of each unit stack. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 각 단위 스택은 체결수단을 통해 상기 엔드 플레이트를 체결하여 이루어지며,The unit stack is made by fastening the end plate through a fastening means, 상기 각 격벽은 상기 단위 스택을 수용 공간으로 수납하는 때, 상기 체결수단을 가이드 하는 가이드 홈을 상,하부에 각각 형성하는 연료 전지 스택 어셈블리.Each of the partition walls includes a guide groove for guiding the fastening means, respectively, when the unit stack is accommodated in the accommodation space. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 패키지부재는,The package member, 상기 스토리지 케이스의 개방면을 커버하는 적어도 하나의 커버를 포함하여 이루어지는 연료 전지 스택 어셈블리.And at least one cover covering an open surface of the storage case.
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