KR20110040487A - 체결장치 및 이를 포함하는 연료 전지 스택 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택은, ⅰ)다수의 단위 셀들을 연속적으로 배치하여 이루어지는 전기 발생 집합체와, ⅱ)상기 전기 발생 집합체의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 엔드 플레이트와, ⅲ)상기 엔드 플레이트들을 강선 로프로서 체결하며 상기 전기 발생 집합체를 상기 강선 로프의 장력으로서 가압하고, 상기 강선 로프의 길이 및 장력 조절이 가능하게 구성되는 체결장치를 포함한다.

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Description

체결장치 및 이를 포함하는 연료 전지 스택 {JOINT DEVICE AND FUEL CELL STACK THEREWITH}

본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 스택의 체결 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 연료 전지 스택은 연료와 이 연료와 별도인 산화제의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 장치이다.

이러한 연료 전지 스택은 복수의 단위 셀들을 연속적으로 배열하여 이루어지며, 단위 셀들에 연료와 산화제를 제공하여 전기 에너지를 생산한다.

연료 전지 스택은 단위 셀들의 최 외측에 각각 배치되는 엔드 플레이트가 체결장치를 통해 서로 체결되면서 단위 셀들이 엔드 플레이트에 의해 가압된 구조로 이루어진다.

종래 기술에 따른 체결장치는 볼트 및 너트를 이용하여 엔드 플레이트를 체결함으로써 단위 셀들을 가압하거나 단위 셀들을 누른 상태에서 엔드 플레이트에 스틸 밴드를 체결함으로써 단위 셀들을 가압하는 방식을 그 예로 들 수 있다.

그러나, 종래 기술에서는 전자의 경우, 엔드 플레이트를 볼트와 너트로서 체 결하기 때문에, 그 엔드 플레이트에 볼트와 너트를 체결하기 위한 데드 볼륨(dead volume)이 커짐으로 차량에 장착하기가 부적합하고, 전체 스택의 크기를 컴펙트 하게 구현하지 못하게 된다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 종래 기술에서는 후자의 경우, 스택의 탄성 특성이나 치수 편차에 의해 전체 스택의 길이가 가변되는 경우, 그 길이에 상응하는 밴드를 별도로 구비해야 하므로, 스택 조립의 작업성이 저하된다는 문제점도 내포하고 있다.

본 발명의 예시적인 실시예는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 엔드 플레이트의 데드 볼륨을 줄일 수 있고, 스택의 길이에 관계없이 기설정된 가압력으로서 엔드 플레이트를 가압 체결할 수 있도록 한 체결장치 및 이를 구비한 연료 전지 스택을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택은, ⅰ)다수의 단위 셀들을 연속적으로 배치하여 이루어지는 전기 발생 집합체와, ⅱ)상기 전기 발생 집합체의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 엔드 플레이트와, ⅲ)상기 엔드 플레이트들을 강선 로프로서 체결하며 상기 전기 발생 집합체를 상기 강선 로프의 장력으로서 가압하고, 상기 강선 로프의 길이 및 장력 조절이 가능하게 구성되는 체결장치를 포함한다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 강선 로프는 상기 체결장치를 통하여 상기 각 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양쪽 가장자리부에 연결되게 설치될 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 각 엔드 플레이트는 상기 전기 발생 집합체에 상응하는 면적을 지니며, 상기 강선 로프가 상기 체결장치를 통해 상기 전기 발생 집합체와 이격되게 연결될 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 체결장치는 일측 엔드 플레이트 상에 길이 방향을 따라 배치되며, 상기 일측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에서 상기 강선 로프의 양단이 연결되며, 상기 강선 로프에 장력을 제공하는 복수의 패스너 어셈블리를 포함할 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 체결장치는 상기 강선 로프를 걸 수 있게 상기 각 패스너 어셈블리에 대응하여 다른 일측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에 설치되는 제1 걸이유닛을 포함할 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 각 패스너 어셈블리는 한 쌍으로서 상기 일측 엔드 플레이트에 폭 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 배치되는 체결 블록과, 상기 각 체결 블록에 결합 가능하게 구성되어 상기 강선 로프의 양단을 연결하며 그 강선 로프의 양단을 상기 체결 블록에 압착하는 한 쌍의 웨지부재와, 상기 각 체결 블록에 체결되어 이들 체결 블록의 간격을 조절하며 상기 강선 로프에 장력을 제공하는 적어도 하나의 리드 스크류를 포함할 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 각 체결 블록은 상기 일측 엔드 플레이트 상에 배치되며 상기 웨지부재가 끼워질 수 있는 웨지홈을 형성하는 베이스부재와, 상기 베이스부재의 상면에 볼트로서 체결되는 커버부재를 포함할 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 웨지부재는 일측이 라운드지며, 다른 일측으로 갈수록 폭이 점차 작아지는 블록 형태로서 이루어지고, 상기 강선 로프가 끼워질 수 있는 로프홈을 가장자리변에 형성할 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 웨지홈은 상기 웨지부재에 상응하는 형상으로서 상기 베이스부재의 상면에 이격되게 형성되며, 상기 베이스부재의 폭 방 향을 따라 폭이 점차 작아지게 형성될 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 리드 스크류는 중앙을 기준으로 일 부분이 볼트 형상으로 이루어지고, 헤드부를 지닌 나머지 부분이 봉 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 한 쌍의 체결 블록 중 어느 하나는 상기 리드 스크류의 일 부분에 나사 결합되고, 다른 하나는 상기 리드 스크류의 나머지 부분에 끼워지며 설치될 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 제1 걸이유닛은 상기 다른 일측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에 체결되는 걸이 볼트와, 상기 걸이 볼트에 결합되어 상기 강선 로프의 이탈을 저지하는 와셔를 포함할 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 체결장치는 상기 강선 로프를 걸 수 있게 상기 각 패스너 어셈블리에 대응하여 상기 일측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에 설치되는 제2 걸이유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 각 패스너 어셈블리는 상기 웨지부재에 감긴 상기 강선 로프의 양단 부분을 고정하기 위한 타이부재를 더 포함할 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 타이부재는 상기 강선 로프가 통과할 수 있는 한 쌍의 튜브가 일체로서 연결된 구조로 이루어질 수 있다.

상기 연료 전지 스택에 있어서, 상기 일측 엔드 플레이트는 상기 각 패스너 어셈블리의 체결 블록들이 안착되며 슬라이드 이동이 가능한 안착홈을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택용 체결장치는, 연속적으로 배열된 단위 셀들의 최 외측에 배치되는 엔드 플레이트를 강선 로프로서 가압 체결하기 위한 것으로서, ⅰ)일측 엔드 플레이트 상에 길이 방향을 따라 배치되며, 상기 일측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에서 상기 강선 로프의 양단이 연결되며, 상기 강선 로프에 장력을 제공하는 복수의 패스너 어셈블리와, ⅱ)상기 강선 로프를 걸 수 있게 상기 각 패스너 어셈블리에 대응하여 다른 일측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에 설치되는 걸이유닛를 포함하여 이루어진다.

상기 연료 전지 스택용 체결장치에 있어서, 상기 각 패스너 어셈블리는 한 쌍으로서 상기 일측 엔드 플레이트에 폭 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 배치되는 체결 블록과, 상기 각 체결 블록에 결합 가능하게 구성되어 상기 강선 로프의 양단을 연결하며 그 강선 로프의 양단을 상기 체결 블록에 압착하는 한 쌍의 웨지부재와, 상기 각 체결 블록에 체결되어 이들 체결 블록의 간격을 조절하며 상기 강선 로프에 장력을 제공하는 적어도 하나의 리드 스크류를 포함할 수 있다.

상기 연료 전지 스택용 체결장치에 있어서, 상기 각 체결 블록은 상기 일측 엔드 플레이트 상에 배치되며 상기 웨지부재가 끼워질 수 있는 웨지홈을 형성하는 베이스부재와, 상기 베이스부재의 상면에 볼트로서 체결되는 커버부재를 포함할 수 있다.

상기 연료 전지 스택용 체결장치에 있어서, 상기 웨지부재는 일측이 라운드지며, 다른 일측으로 갈수록 폭이 점차 작아지는 블록 형태로 이루어지고, 상기 강 선 로프가 끼워질 수 있는 로프홈을 가장자리변에 형성할 수 있다.

상기 연료 전지 스택용 체결장치에 있어서, 상기 리드 스크류는 중앙을 기준으로 일 부분이 볼트 형상으로 이루어지고, 헤드부를 지닌 나머지 부분이 봉 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 연료 전지 스택용 체결장치에 있어서, 상기 한 쌍의 체결 블록 중 어느 하나는 상기 리드 스크류의 일 부분에 나사 결합되고, 다른 하나는 상기 리드 스크류의 나머지 부분에 끼워지며 설치될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 패스너 어셈블리 및 걸이유닛으로서 강선 로프에 장력을 제공하여 엔드 플레이트를 체결하며, 전기 발생 집합체를 가압할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 엔드 플레이트를 체결 볼트와 너트로서 체결하는 종래 기술과 달리, 강선 로프를 이용하기 때문에, 엔드 플레이트의 데드 볼륨(dead volume)을 삭제함으로써 차량 적용에 유리하고, 전체 스택의 크기를 컴팩트 하게 구현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 리드 스크류의 조작으로서 강선 로프의 체결 길이를 조절할 수 있으므로, 전기 발생 집합체의 적층 길이가 가변되더라도 엔드 플레이트를 통해 전기 발생 집합체에 적정 가압력을 제공할 수 있다.

그리고, 본 실시예에서는 리드 스크류의 조작으로서 강선 로프의 체결력을 조절할 수 있으므로, 전기 발생 집합체의 기설정된 가압력에 상응하는 체결압을 가 압 플레이트에 용이하게 제공할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 강선 로프의 양단 부분을 웨지부재에 감고 그 웨지부재를 체결 블록의 웨지홈에 결합하므로, 강선 로프에 장력이 작용하는 경우, 강선 로프가 웨지부재로부터 풀리거나 파단되는 등의 폐단을 방지할 수 있다.

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.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해 일부 부분 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 저면 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 연료 및 산화제의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 다수의 연료 전지 셀(이하에서는 편의상 단위 셀 이라고 함)을 연속적으로 배열하여 이루어진다.

본 실시예에 의한 상기 연료 전지 스택(100)은 강선 로프(111)를 이용하여 다수의 단위 셀들(11)을 가압 체결할 수 있는 구조로서 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 기본적으로, 전기 발생 집합체(10)와, 엔드 플레이트(30, 40)와, 강선 로프(111)를 이용한 체결장치(200)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

상기에서, 전기 발생 집합체(10)는 다수의 단위 셀들(11)이 연속적으로 배열된 단위 셀들(11)의 집합체 구조로서 이루어진다.

여기서, 상기 단위 셀(11)은 막-전극 어셈블리(MEA)를 사이에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(당 업계에서는 바이폴라 플레이트 또는 분리판 이라고 칭함)를 배치하여 이루어진다.

본 실시예에서, 상기 엔드 플레이트(30, 40: 당 업계에서는 통상적으로 가압 플레이트 라고도 함)는 전기 발생 집합체(10)에 있어 최 외측 즉, 도면에서의 상,하측 단위 셀(11)에 각각 밀착되게 배치된다.

상기 엔드 플레이트(30, 40)는 단위 셀(11)에 상응하는 면적을 지닌 사각형의 금속 플레이트로서 이루어진다.

이하에서는 도면을 기준할 때, 전기 발생 집합체(10)의 상측에 위치하는 일측 엔드 플레이트(30)를 "제1 엔드 플레이트" 라고 하며, 전기 발생 집합체(10)의 하측에 위치하는 다른 일측 엔드 플레이트(40)를 "제2 엔드 플레이트" 라고 한다.

본 실시예에서, 상기 체결장치(200)는 제1 및 제2 엔드 플레이트(30, 40)를 강선 로프(111)로서 체결하며, 그 강선 로프(111)의 장력으로서 전기 발생 집합체(10)를 가압하고, 강선 로프(111)의 길이 및 장력 조절이 가능하게 구성된다.

이와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)의 체결장치(200)를 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택의 체결장치를 도시한 부분 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 전체 분해 사시도이고, 도 5는 도 1의 일부 단면 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택의 체결장치(200)는 제1 및 제2 엔드 플레이트(30, 40)의 길이 방향에 따른 양쪽 가장자리부에서 강선 로프(111)의 양단부를 체결하고, 그 강선 로프(111)에 장력을 제공하여 전기 발생 집합체(10)를 가압하기 위한 것이다.

그리고, 상기 체결장치(200)는 전기 발생 집합체(10)의 적층 길이에 따라 강선 로프(111)의 길이를 조절하고, 그 강선 로프(111)의 장력(체결력)을 조절할 수도 있다.

여기서, 강선 로프(111)는 가는 강선이 다발로 묶여 꼬여진 로프로서 이루어지며, 전기 발생 집합체(10)의 전기적인 쇼트 등을 방지하기 위해 전기 발생 집합체(10)에 접촉되지 않도록 양단 부분이 상기 체결장치(200)에 연결된다.

이를 위해, 본 실시예에 의한 상기 체결장치(200)는 기본적으로, 패스너 어 셈블리(120)와, 제1 걸이유닛(170)과, 제2 걸이유닛(180)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서, 상기 패스너 어셈블리(120)는 제1 엔드 플레이트(30)의 상면에 그 엔드 플레이트(30)의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되게 복수 개로서 구비된다.

상기 각 패스너 어셈블리(120)는 제1 엔드 플레이트(30)의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에서 강선 로프(111)의 양단을 연결하며, 그 강선 로프(111)에 장력(체결력)을 제공하는 기능을 하게 된다.

이와 같은 각각의 패스너 어셈블리(120)는 한 쌍으로 이루어진 체결 블록(130), 강선 로프(111)가 감기며 각각의 체결 블록(130)에 설치되는 웨지부재(140), 각각의 체결 블록(130)을 연결하는 리드 스크류(150), 및 웨지부재(140)에 감긴 강선 로프(111)의 양단을 고정할 수 있는 타이부재(160)를 포함한다.

본 실시예에서, 상기 한 쌍의 체결 블록(130)은 제1 엔드 플레이트(30)의 상면에 길이 방향을 따라 형성된 복수의 안착홈(31)에 배치된다.

여기서, 상기 한 쌍의 체결 블록(130)은 안착홈(31)에서 제1 엔드 플레이트(30)의 폭 방향을 따라 서로 가까워지거나 멀어지도록 그 안착홈(31)에 슬라이드 이동 가능하게 배치된다.

이러한 각각의 체결 블록(130)은 베이스부재(131)와, 베이스부재(131)의 상면에 장착되는 커버부재(135)를 포함하여 이루어진다.

상기 베이스부재(131)는 제1 엔드 플레이트(30)의 안착홈(31)에서 그 엔드 플레이트(30)의 길이 방향을 따라 배치되며, 뒤에서 더욱 설명될 웨지부재(140)가 결합될 수 있는 한 쌍의 웨지홈(132)을 상면에 형성하고 있다.

그리고, 상기 커버부재(135)는 베이스부재(131)의 상면을 커버링 하기 위한 것으로서, 볼트(190)를 통해 베이스부재(131)의 상면에 체결된다.

이를 위해 상기 베이스부재(131)의 상면에는 복수의 볼트홈들(133)이 형성되고, 커버부재(135)에는 볼트홈들(133)과 상호 연결되는 복수의 볼트홀들(136)이 형성된다.

본 실시예에서, 상기 웨지부재(140)는 각 체결 블록(130)에 결합 가능하게 구성되는 것으로, 강선 로프(111)의 양단을 연결하고, 그 강선 로프(111)의 양단을 체결 블록(130)에 압착하는 기능을 하게 된다.

상기 웨지부재(140)는 체결 블록(130)의 베이스부재(131)에 한 쌍으로서 결합 가능하게 구비되는데, 베이스부재(131)의 웨지홈(132)에 결합 가능하게 이루어진다.

이러한 웨지부재(140)는 일정 두께를 지닌 블록 형태로서 구비되며, 베이스부재(131)의 폭 방향에 따른 일측이 라운드지며, 다른 일측으로 갈수록 폭이 점차 작아지는 형태로서 이루어진다.

상기 웨지부재(140)의 가장자리변에는 강선 로프(111)의 양단을 감을 수 있는 로프홈(141)을 형성하고 있다. 이 로프홈(141)은 강선 로프(111)가 감길 수 있게 그 강선 로프(111)의 원형 단면을 기준으로 반원 형태의 홈으로서 형성된다.

상기와 같이 웨지부재(140)가 일측에서 다른 일측으로 갈수록 폭이 점차 작 아지는 형상으로 이루어짐에 따라, 베이스부재(131)의 웨지홈(132)은 웨지부재(140)의 형상에 대응하여 베이스부재(131)의 폭 방향을 따라 폭이 점차 작아지는 형태로서 베이스부재(131)의 상면에 서로 이격되게 형성된다.

본 실시예에서, 상기 리드 스크류(150)는 각각의 패스너 어셈블리(120)에 있어 한 쌍의 체결 블록(130)에 체결되는 것으로, 이들 체결 블록(130)의 간격을 조절하며 강선 로프(111)의 길이 및 장력을 조절하기 위한 것이다.

상기 리드 스크류(150)는 한 쌍으로서 구비되는 바, 중앙을 기준으로 일 부분이 볼트 형상으로 이루어지며, 헤드부(151)를 지닌 나머지 부분이 봉 형상으로 이루어진다.

즉, 리드 스크류(150)는 일 부분에 나사산(155)이 형성되며, 나머지 부분에 나사산이 형성되지 않은 볼트 형상으로 이루어진다.

여기서, 상기 각 리드 스크류(150)의 일 부분에는 한 쌍의 체결 블록(130) 중 어느 하나의 베이스부재(131)가 나사 결합되며, 리드 스크류(150)의 나머지 부분에는 다른 체결 블록(130)의 베이스부재(131)가 끼워지며 장착된다.

이에, 한 쌍의 체결 블록(130) 중 어느 하나의 베이스부재(131)에는 리드 스크류(150)의 일 부분이 나사 결합될 수 있는 한 쌍의 나사홀(138)이 형성되며, 다른 체결 블록(130)의 베이스부재(131)에는 리드 스크류(150)의 나머지 부분이 끼워질 수 있는 관통홀(139)이 형성된다.

본 실시예에서, 상기 타이부재(160)는 웨지부재(140)에 감긴 강선 로프(111)의 양단 부분을 각각 고정하기 위한 것으로서, 연료 전지 스택(10)의 체결 작업 시 웨지부재(140)에 감긴 강선 로프(111)의 각 양단 부분이 풀리는 것을 방지하는 기능을 하게 된다.

상기 타이부재(160)는 강선 로프(111)가 통과할 수 있는 한 쌍의 튜브(161)가 일체로 연결된 구조로서 이루어지며, 작업 공구에 의해 변형이 가능한 금속 소재로서 형성된다.

즉, 상기 타이부재(160)는 웨지부재(140)에 감긴 강선 로프(111)의 양단 부분에 각각 끼워진 상태로, 작업 공구에 의해 변형되면서 그 양단 부분을 고정하게 된다.

한편, 본 실시예에서 위에서 언급한 바 있는 상기 제1 걸이유닛(170)은 강선 로프(111)의 양단이 웨지부재(140)를 통해 체결 블록(130)에 연결된 상태에서, 그 강선 로프(111)를 제2 엔드 플레이트(40)에 걸 수 있는 구성으로 이루어진다.

상기 제1 걸이유닛(170)은 상술한 바 있는 각 패스너 어셈블리(120)에 대응하여 제2 엔드 플레이트(40)의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에 각각 한 쌍으로서 설치된다.

이러한 제1 걸이유닛(170)은 제2 엔드 플레이트(40)의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에 체결되는 걸이 볼트(171)를 포함한다.

그리고, 상기 제1 걸이유닛(170)은 걸이 볼트(171)에 걸린 강선 로프(111)가 그 걸이 볼트(171)로부터 이탈되는 것을 저지하기 위한 와셔(173)를 더 포함하는 바, 이 와셔(173)는 걸이 볼트(171)에 결합된다.

또한 본 실시예에서, 상기 제2 걸이유닛(180)은 강선 로프(111)를 제1 걸이 유닛(170)의 걸이 볼트(171)에 건 상태에서, 그 강선 로프(111)를 제1 엔드 플레이트(30)에 걸기 위한 것이다.

상기 제2 걸이유닛(180)은 각 패스너 어셈블리(120)에 대응하여 제1 엔드 플레이트(30)의 양측 가장자리부에 설치된다.

이와 같은 제2 걸이유닛(180)은 제1 걸이유닛(170)과 같이 걸이 볼트(181) 및 와셔(183)를 포함하고 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 체결장치(200)를 이용하여 연료 전지 스택(100)을 체결하는 과정을 상세하게 설명하기로 한다.

우선, 본 실시예에서는 다수의 단위 셀들(11)을 연속적으로 배열하여 전기 발생 집합체(10)를 구성한 다음, 제1 및 제2 엔드 플레이트(30, 40)를 전기 발생 집합체(10)의 상,하측에 각각 배치한다.

이어서, 웨지부재(140)의 로프홈(141)에 강선 로프(111)의 양단 부분을 감고, 그 양단 부분을 타이부재(160)로 고정한 상태에서, 웨지부재(140)를 각 체결 블록(130)의 웨지홈(132)에 가 결합한다.

상기와 같이 웨지부재(140)에 감긴 강선 로프(111)의 양단 부분을 타이부재(160)를 통해 고정한 이유는, 강선 로프(111)에 장력이 작용하지 않은 상태에서 그 강선 로프(111)가 웨지부재(140)로부터 풀리는 것을 방지하여 작업성을 향상시키기 위함이다.

다음, 강선 로프(111)를 제2 엔드 플레이트(30)의 길이 방향에 따른 가장자 리 측의 제1 걸이유닛(170)에 걸고, 제1 엔드 플레이트(30)의 길이 방향에 따른 가장자리 측의 제2 걸이유닛(180)에 건다.

여기서, 상기 제1 및 제2 걸이유닛(170, 180)에 와셔(173, 183)가 설치되어 있기 때문에, 걸이 볼트(171, 181)에 걸린 강선 로프는 와셔(173, 183)에 의해 걸이 볼트(171, 181)로부터 이탈되지 않게 된다.

이 상태에서, 도 6에서와 같이 리드 스크류(150)를 조이게 되면, 리드 스크류(150)의 일 부분에 나사산(155)이 형성되고 나머지 부분에 나사산이 형성되어 있지 않기 때문에, 한 쌍의 체결 블록(130)은 제1 엔드 플레이트(30)의 안착홈(31) 내에서 서로 마주하며 가까워지는 방향으로 슬라이드 이동하게 된다.

그러면, 강선 로프(111)에는 전기 발생 집합체(10)의 배열 방향으로 장력이 제공되고, 이에 따라 웨지부재(140)는 강선 로프(111)의 장력에 의해 체결 블록(130)의 폭 방향으로 이동하며 웨지홈(132)에 끼워지게 된다.

따라서, 상기와 같이 리드 스크류(150)를 계속하여 조이게 되면, 웨지부재(140)는 웨지홈(132)에 완전히 끼워져 구속되면서 강선 로프(111)의 양단 부분을 웨지홈(132)에서 압착하게 된다.

이 때, 체결 블록(130)은 베이스부재(131)의 상면에 커버부재(135)가 볼트(190)로서 체결되어 있기 때문에, 본 실시예에서는 웨지부재(140)가 웨지홈(132)으로부터 연직 상방으로 이탈되는 것을 방지할 수 있고, 그 웨지부재(131)가 끼워진 베이스부재(131)의 강성과 강도를 보강할 수 있다.

이로써, 본 실시예에서는 강선 로프(111)의 양단 부분을 웨지부재(140)를 통 해 체결 블록(130)에 연결하고, 그 강선 로프(111)를 제1 및 제2 걸이유닛(170, 180)에 걸어 놓은 상태에서, 리드 스크류(150)를 통해 강선 로프(111)에 장력을 제공하며 제1 및 제2 엔드 플레이트(30, 40)를 체결할 수 있게 된다.

그리고, 상기 강선 로프(111)에 제공되는 장력이 전기 발생 집합체(10)의 상하 측에서 제1 및 제2 엔드 플레이트(30, 40)를 가압하는 가압력으로서 작용함에 따라, 그 전기 발생 집합체(10)는 제1 및 제2 엔드 플레이트(30, 40)에 의해 기설정된 가압력으로서 가압된 상태를 유지하게 된다.

한편, 강선 로프(111)는 양단 부분이 웨지부재(140)에 감긴 상태로, 웨지부재(140)가 체결 블록(130)의 웨지홈(132)에 구속되면서 그 양단 부분을 강하게 압착하기 때문에 웨지부재(140)로부터 미끄러지며 풀리지 않게 된다.

이는 웨지부재(140)와 웨지홈(132) 사이에서 강선 로프(111)에 작용하는 마찰력과 그 강선 로프(111)에 가해지는 장력이 평행을 이루거나 마찰력이 장력 보다 큰 조건에서 강선 로프(111)가 웨지부재(140)로부터 풀리지 않게 되는 것이다.

구체적으로, 상기 웨지부재(140)는 도 7에서와 같이, 일측에서 다른 일측으로 갈수록 폭이 점차 작아지는 형태로 이루어지기 때문에, 강선 로프(111)를 압착하는 수직항력(N)은 아래 수학식 1에서와 같이 웨지부재(140)의 중심선과 가장자리선의 각도(θ)가 작을수록 더 크게 작용한다.

N = 0.5T/sinθ (여기서, T는 강선 로프의 장력임)

이로 인해 본 실시예에서는 웨지부재(140)와 웨지홈(132) 사이에서 강선 로 프(111)에 작용하는 최대 마찰력(F_max)이 아래 수학식 2에서와 같이 수직항력(N)이 커질수록 더 커지기 때문에, 강선 로프(111)의 장력에 의해 그 강선 로프(111)가 웨지부재(140)로부터 풀리는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

F_max = 4Nμ= 2Tμ/sinθ

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 패스너 어셈블리(120) 및 걸이유닛(170, 180)으로서 강선 로프(111)에 장력을 제공하여 엔드 플레이트(30, 40)를 체결하며, 전기 발생 집합체(10)를 가압할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 엔드 플레이트를 체결 볼트와 너트로서 체결하는 종래 기술과 달리, 강선 로프(111)를 이용하기 때문에, 엔드 플레이트의 데드 볼륨(dead volume)을 삭제함으로써 차량 적용에 유리하고, 전체 스택(100)의 크기를 컴팩트 하게 구현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 리드 스크류(150)의 조작으로서 강선 로프(111)의 체결 길이를 조절할 수 있으므로, 전기 발생 집합체(10)의 적층 길이(높이)가 가변되더라도 엔드 플레이트(30, 40)를 통해 전기 발생 집합체(10)에 적정 가압력을 제공할 수 있다.

그리고, 본 실시예에서는 리드 스크류(150)의 조작으로서 강선 로프(111)의 체결력을 조절할 수 있으므로, 전기 발생 집합체(10)의 기설정된 가압력에 상응하 는 체결압을 가압 플레이트에 용이하게 제공할 수 있다.

아울러, 본 실시예에서는 강선 로프(111)의 양단 부분을 웨지부재(140)에 감고 그 웨지부재(140)를 체결 블록(130)의 웨지홈(132)에 결합하므로, 강선 로프(111)에 장력이 작용하는 경우, 그 강선 로프(111)가 웨지부재(140)로부터 풀리거나 파단되는 등의 폐단을 방지할 수 있다.

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.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택을 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1의 저면 사시도이다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택의 체결장치를 도시한 부분 분해 사시도이다.

도 4는 도 3의 전체 분해 사시도이다.

도 5는 도 1의 일부 단면 구성도이다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 스택을 체결하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (15)

1. 다수의 단위 셀들을 연속적으로 배치하여 이루어지는 전기 발생 집합체;

   상기 전기 발생 집합체의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 엔드 플레이트; 및

   상기 엔드 플레이트들을 강선 로프로서 체결하며 상기 전기 발생 집합체를 상기 강선 로프의 장력으로서 가압하고, 상기 강선 로프의 길이 및 장력 조절이 가능하게 구성되는 체결장치

   를 포함하는 연료 전지 스택.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 강선 로프는,

   상기 체결장치를 통하여 상기 각 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양쪽 가장자리부에 연결되게 설치되는 연료 전지 스택.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 체결장치는,

   일측 엔드 플레이트 상에 길이 방향을 따라 배치되며, 상기 일측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에서 상기 강선 로프의 양단이 연결되며, 상기 강선 로프에 장력을 제공하는 복수의 패스너 어셈블리; 및

   상기 강선 로프를 걸 수 있게 상기 각 패스너 어셈블리에 대응하여 다른 일 측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에 설치되는 제1 걸이유닛

   을 포함하는 연료 전지 스택.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 각 패스너 어셈블리는,

   한 쌍으로서 상기 일측 엔드 플레이트에 폭 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 배치되는 체결 블록;

   상기 각 체결 블록에 결합 가능하게 구성되어 상기 강선 로프의 양단을 연결하며, 그 강선 로프의 양단을 상기 체결 블록에 압착하는 한 쌍의 웨지부재; 및

   상기 각 체결 블록에 체결되어 이들 체결 블록의 간격을 조절하며, 상기 강선 로프에 장력을 제공하는 적어도 하나의 리드 스크류

   를 포함하는 연료 전지 스택.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 각 체결 블록은,

   상기 일측 엔드 플레이트 상에 배치되며, 상기 웨지부재가 끼워질 수 있는 웨지홈을 형성하는 베이스부재; 및

   상기 베이스부재의 상면에 볼트로서 체결되는 커버부재

   를 포함하는 연료 전지 스택.
6. 제4 항에 있어서,

   상기 웨지부재는,

   일측이 라운드지며, 다른 일측으로 갈수록 폭이 점차 작아지는 블록 형태로서 이루어지고, 상기 강선 로프가 끼워질 수 있는 로프홈을 가장자리변에 형성하는 연료 전지 스택.
7. 제5 항에 있어서,

   상기 웨지홈은,

   상기 웨지부재에 상응하는 형상으로서 상기 베이스부재의 상면에 이격되게 형성되며, 상기 베이스부재의 폭 방향을 따라 폭이 점차 작아지게 형성되는 연료 전지 스택.
8. 제4 항에 있어서,

   상기 리드 스크류는 중앙을 기준으로 일 부분이 볼트 형상으로 이루어지고, 헤드부를 지닌 나머지 부분이 봉 형상으로 이루어지며,

   상기 한 쌍의 체결 블록 중 어느 하나는 상기 리드 스크류의 일 부분에 나사 결합되고, 다른 하나는 상기 리드 스크류의 나머지 부분에 끼워지며 설치되는 연료 전지 스택.
9. 제3 항에 있어서,

   상기 제1 걸이유닛은,

   상기 다른 일측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에 체결되는 걸이 볼트; 및

   상기 걸이 볼트에 결합되어 상기 강선 로프의 이탈을 저지하는 와셔

   를 포함하는 연료 전지 스택.
10. 제3 항에 있어서,

    상기 체결장치는,

    상기 강선 로프를 걸 수 있게 상기 각 패스너 어셈블리에 대응하여 상기 일측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에 설치되는 제2 걸이유닛을 더 포함하는 연료 전지 스택.
11. 제4 항에 있어서,

    상기 각 패스너 어셈블리는,

    상기 웨지부재에 감긴 상기 강선 로프의 양단 부분을 고정하기 위한 타이부재를 더 포함하는 연료 전지 스택.
12. 제11 항에 있어서,

    상기 타이부재는,

    상기 강선 로프가 통과할 수 있는 한 쌍의 튜브가 일체로서 연결되는 연료 전지 스택.
13. 제4 항에 있어서,

    상기 일측 엔드 플레이트는 상기 각 패스너 어셈블리의 체결 블록들이 안착되며 슬라이드 이동이 가능한 안착홈을 형성하는 연료 전지 스택.
14. 연속적으로 배열된 단위 셀들의 최 외측에 배치되는 엔드 플레이트를 강선 로프로서 가압 체결하기 위한 연료 전지 스택용 체결장치에 관한 것으로서,

    일측 엔드 플레이트 상에 길이 방향을 따라 배치되며, 상기 일측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에서 상기 강선 로프의 양단이 연결되며, 상기 강선 로프에 장력을 제공하는 복수의 패스너 어셈블리; 및

    상기 강선 로프를 걸 수 있게 상기 각 패스너 어셈블리에 대응하여 다른 일측 엔드 플레이트의 길이 방향에 따른 양측 가장자리부에 설치되는 걸이유닛

    를 포함하여 이루어지는 체결장치.
15. 제14 항에 있어서,

    상기 각 패스너 어셈블리는,

    한 쌍으로서 상기 일측 엔드 플레이트에 폭 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 배치되는 체결 블록;

    상기 각 체결 블록에 결합 가능하게 구성되어 상기 강선 로프의 양단을 연결 하며, 그 강선 로프의 양단을 상기 체결 블록에 압착하는 한 쌍의 웨지부재; 및

    상기 각 체결 블록에 체결되어 이들 체결 블록의 간격을 조절하며, 상기 강선 로프에 장력을 제공하는 적어도 하나의 리드 스크류

    를 포함하는 체결장치.

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