KR20130027165A - 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치 - Google Patents

카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20130027165A
KR20130027165A KR1020110090572A KR20110090572A KR20130027165A KR 20130027165 A KR20130027165 A KR 20130027165A KR 1020110090572 A KR1020110090572 A KR 1020110090572A KR 20110090572 A KR20110090572 A KR 20110090572A KR 20130027165 A KR20130027165 A KR 20130027165A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cartridge
cell
cartridge case
fuel cell
case
Prior art date
Application number
KR1020110090572A
Other languages
English (en)
Inventor
임철호
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020110090572A priority Critical patent/KR20130027165A/ko
Publication of KR20130027165A publication Critical patent/KR20130027165A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2404—Processes or apparatus for grouping fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 카트리지 케이스내에 몇 장에서 수 십장 단위의 셀을 먼저 조립한 다음, 카트리지 케이스끼리를 결합시켜 스택을 조립할 수 있도록 한 단순한 조립 구조를 갖는 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 사각틀 형상의 카트리지 케이스내에 몇 장 내지 수십장의 단위 셀을 조립 고정시킨 셀 카트리지를 구비하고, 다수의 셀 카트리지를 적층하되 각 셀 카트리지의 카트리지 케이스끼리 실링 결합되도록 한 것을 특징으로 하는 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치를 제공한다.

Description

카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치{CATRIDGE TYPE DEVICE FOR STACK ASSEMBLY}
본 발명은 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 카트리지 케이스내에 몇 장에서 수 십장 단위의 셀을 먼저 조립한 다음, 카트리지 케이스끼리를 결합시켜 스택을 조립할 수 있도록 한 단순한 조립 구조를 갖는 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치에 관한 것이다.
연료전지 차량의 주행 동력원으로 채택되는 연료전지 스택은 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시킬 때 물이 생성되면서 발생하는 전기를 이용하는 장치로서, 수백개의 단위 셀이 적층되어 구성된다.
연료전지 스택의 단위 셀은 첨부한 도 5에 도시된 바와 같이, 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고체 고분자 전해질막(30)과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층인 캐소드(31: 공기극(cathode)) 및 애노드(32: 연료극(anode))와, 캐소드(31) 및 애노드(32)가 위치한 바깥 부분에적층되는 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)(40) 및 가스켓(Gasket)(41)과, 가스확산층(40)의 바깥 쪽에 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 적층되는 유로를 갖는 분리판(100)을 구성되고, 이러한 각 단위 셀(11)들이 수백장 이상 적층된 후, 가장 바깥쪽에는 상기한 각 단위 셀 구성들을 지지 고정시키기 위한 엔드 플레이트(End plate)(20)가 결합된다.
즉, 첨부한 도 4에서 보듯이 상기 단위 셀(11)을 수백장 적층한 후, 그 전후면에 엔드 플레이트(20)를 적층한 다음, 이들을 프레스 장비로 압축하게 되고, 이때의 압축력에 의하여 단위셀들이 소정의 면압으로 상호 지지된 상태에서 여러개의 체결밴드(18)를 이용하여 고정 조립하게 된다.
그러나, 상기와 같이 수백개의 단위 셀 전체를 체결밴드를 이용하여 일체형으로 조립함으로써, 스택의 조립 정밀도에 따라 휨 현상이 발생하거나 각 단위 셀간의 실링이 깨지는 문제점이 있다.
이에, 스택 기밀 검사를 위하여, 수백장의 단위 셀을 적층한 후 질소를 이용하여 실링을 검사하고 있으나, 중간 셀에 문제 발생하는 경우 전체 단위 셀을 다시 분해 조립해야 하므로 과도한 정비 시간이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 특정 단위 셀에 문제가 발생하는 경우에도 재조립 과정에서 정상 셀까지 손상되어, 추가적인 정비 및 그에 따른 비용이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 카트리지 케이스내에 몇 장에서 수 십장의 단위 셀을 조립한 셀 카트리지를 구비한 다음, 여러개의 셀 카트리지의 카트리지 케이스끼리를 실링 결합시켜 스택을 조립할 수 있도록 한 간단한 조립 구조 및 정비성을 갖는 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사각틀 형상의 카트리지 케이스내에 몇 장 내지 수십장의 단위 셀을 조립 고정시킨 셀 카트리지를 구비하고, 다수의 셀 카트리지를 적층하되 각 셀 카트리지의 카트리지 케이스끼리 실링 결합되도록 한 것을 특징으로 하는 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 셀 카트리지의 카트리지 케이스의 외둘레부에는 각 카트리지 케이스가 장볼트에 의하여 일체로 조립되도록 다수개의 장볼트홀이 관통 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 셀 카트리지의 카트리지 케이스의 양측면에는 실링을 위한 가스켓이 부착된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 셀 카트리지의 카트리지 케이스의 양측 내주면에는 몇 장 내지 수십장의 단위 셀중 가장 바깥쪽의 단위 셀의 테두리에 밀착되는 스토퍼가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 카트리지 케이스내에 몇 장에서 수 십장의 단위 셀을 조립한 셀 카트리지를 구비한 다음, 여러개의 셀 카트리지의 카트리지 케이스끼리를 실링 결합시켜 스택을 조립할 수 있도록 함으로써, 간단한 조립 구조를 가지면서도 스택의 휨 현상을 방지할 수 있다.
즉, 수백개의 단위 셀 전체를 체결밴드를 이용하여 일체형으로 조립하는 종래의 방법과 달리, 수백개의 단위 셀을 몇 장 내지 수 십장으로 나누어 카트리지 케이스에 조립함에 따라, 각 셀들이 카트리지 케이스에 의하여 보호되므로 휨 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 특정 셀에 문제가 발생하는 경우 그 특정셀이 포함된 셀 카트리지만을 교환하면 되므로, 전체 셀들을 분해하는 종래 방식와 달리 정비 작업의 간편성을 제공하는 동시에 정비 시간을 크게 단축시킬 수 있으며, 또한 분해 조립시 정상 셀들을 카트리지 케이스가 보호하는 상태가 되므로 정상 셀의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 셀 카트리지 단위로 부품을 구성함에 따라, 부품 보관 및 이송이 간단한 잇점도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치를 나타내는 분리 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치를 나타내는 조립 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치를 나타내는 요부 단면도,
도 4는 종래의 연료전지 스택 조립 구조를 나타낸 사시도,
도 5는 연료전지 스택의 구성 및 단위 셀 구성을 설명하는 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 연료전지 스택을 구성하는 수백 장의 셀들을 몇 장 또는 수십 장으로 나누어서 카트리지 케이스내에 1차 조립시킨 셀 카트리지를 구비하고, 각 셀 카트리지를 엔드 플레이트와 함께 실링 조립시킨 간단한 스택 조립 구조를 제공하여, 조립 및 정비 시간 단축, 스택 휠 발생 억제, 조립 및 운행 중 셀 교체 필요시 카트리지 단위로 분해하여 재조립함에 따른 정상 셀의 손상 방지 등의 효과를 얻고자 한 것이다.
이를 위해, 첨부한 도 1 및 도 3에서 보는 바와 같이 사각틀 형상의 카트리지 케이스(12)내에 몇 장 내지 수십장의 단위 셀(11)을 적층 고정시킨 셀 카트리지(10)를 구비한다.
이때, 연료전지 스택을 구성하는 각 단위 셀은 첨부한 도 5에 도시된 바와 같이, 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고체 고분자 전해질막(30)과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층인 캐소드(31) 및 애노드(32)와, 캐소드(31) 및 애노드(32)가 위치한 바깥 부분에 적층되는 가스확산층(40) 및 가스켓(41)과, 가스확산층(40)의 바깥 쪽에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 적층되는 유로를 갖는 분리판(100)을 구성되고, 이러한 각 단위 셀들이 수백장 이상 적층된 후, 가장 바깥쪽에는 상기한 각 단위 셀 구성들을 지지 고정시키기 위한 엔드 플레이트(20)가 결합된다.
본 발명은 위와 같은 단위 셀을 몇 장 또는 수십장씩 나누어서 카트리지 케이스내에 적층 구성한 셀 카트리지(10)를 구비하고, 각 셀 카트리지(10)를 엔드플레이트(20) 사이에 적층 구성한 점에 특징이 있다.
첨부한 도 1 및 도 3에서 잘 볼 수 있듯이, 상기 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스(12)의 양측 내주면에는 몇 장 내지 수십장의 단위 셀(11)중 가장 바깥쪽의 단위 셀(11)의 테두리에 밀착되는 스토퍼(15)가 일체로 형성되는 바, 이 스토퍼(15)는 카트리지 케이스(12)내에 적층된 몇 장 내지 수십장의 단위 셀(11)들이 외부로 이탈되는 것을 차단하는 동시에 카트리지 케이스(12)내에서 몇 장 내지 수십장의 단위 셀(11)들이 소정의 면압으로 적층 고정된 상태를 유지시키는 역할을 한다.
또한, 다수의 셀 카트리지(10)를 적층하되, 각 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스(12)끼리 실링 결합되도록 한다.
즉, 상기 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스(12)의 양측면에 실링을 위한 가스켓(16)이 부착되어, 각 카트리지 케이스(12)끼리 밀착될 때 가스켓(16)이 상호 밀착되어 카트리지 케이스의 내부가 외부로부터 밀봉되는 상태가 된다.
한편, 상기 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스(12)의 외둘레부에는 각 카트리지 케이스(12)가 상호 밀착된 상태에서 장볼트(14)에 의하여 일체로 조립되도록 다수개의 장볼트홀(13)이 관통 형성된다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 카트리지 타입 조립 장치를 이용한 스택 조립 과정을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 스택을 구성하는 단위 셀을 몇 장 또는 수십장씩 나누어서 카트리지 케이스(12)내에 적층하되, 몇 장 내지 수십장의 단위 셀(11)중 가장 바깥쪽의 단위 셀(11)의 테두리에 카트리지 케이스(12)의 내주단에 형성된 스토퍼(15)가 밀착되도록 한다.
즉, 가장 바깥쪽 단위 셀의 테두리 외면에 카트리지 케이스(12)의 내주단에 형성된 스토퍼(15)가 밀착되도록 함으로써, 카트리지 케이스(12)내에 적층된 몇 장 내지 수십장의 단위 셀(11)들이 외부로 이탈되지 않고, 소정의 면압으로 적층 고정된 상태가 된다.
이렇게 카트리지 케이스(12)내에 몇 장 또는 수십장이 적층 구성된 셀 카트리지(10)를 구비한 다음, 다수의 셀 카트리지(10)를 엔드플레이트(20) 사이에 적층시킨다.
이때, 상기 셀 카트리지(10)들이 상호 밀착될 때, 각 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스(12)의 양측면에 형성된 가스켓(16)이 상호 밀착되어 카트리지 케이스의 내부에 존재하는 단위 셀들이 외부로부터 밀봉되는 상태가 된다.
다음으로, 상호 적층된 각 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스(12)들중 가장 바깥쪽 카트리지 케이스(12) 외곽에 엔드 플레이트(20)를 밀착시킨 다음, 장볼트(14)를 이용하여 상호 체결시키게 된다.
즉, 각 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스(12)의 외둘레부에는 형성된 장볼트홀(13) 및 엔드 플레이트(20)에 형성된 장볼트홀을 통하여 장볼트(14)를 삽입하고, 장볼트의 일끝단에 너트를 조여줌으로써, 다수의 셀 카트리지(10) 및 엔드 플레이트(20)가 상호 조립된 연료전지 스택이 완성된다.
이와 같이, 카트리지 케이스(12)내에 몇 장에서 수 십장의 단위 셀을 조립한 셀 카트리지(10)를 구비한 다음, 다수의 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스끼리를 실링 결합시켜 스택을 조립함으로써, 각 셀들이 단단한 카트리지 케이스에 의하여 보호됨으로 인하여 휨 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 특히 특정 셀에 문제가 발생하는 경우 그 특정셀이 포함된 셀 카트리지만을 교환하면 되므로, 정비 작업의 간편성 및 정비 시간 단축을 실현할 수 있다.
10 : 셀 카트리지
11 : 단위 셀
12 : 카트리지 케이스
13 : 장볼트홀
14 : 장볼트
15 : 스토퍼
16 : 가스켓
20 : 엔드 플레이트
30 : 전해질막
31 : 캐소드
32 : 애노드
40 : 가스확산층
41 : 가스켓
100 : 분리판

Claims (4)

  1. 사각틀 형상의 카트리지 케이스(12)내에 몇 장 내지 수십장의 단위 셀(11)을 적층 고정시킨 셀 카트리지(10)를 구비하고, 다수의 셀 카트리지(10)를 적층하되 각 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스(12)끼리 실링 결합되도록 한 것을 특징으로 하는 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스(12)의 외둘레부에는 각 카트리지 케이스(12)가 장볼트(14)에 의하여 일체로 조립되도록 다수개의 장볼트홀(13)이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스(12)의 양측면에는 실링을 위한 가스켓(16)이 부착된 것을 특징으로 하는 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀 카트리지(10)의 카트리지 케이스(12)의 양측 내주면에는 몇 장 내지 수십장의 단위 셀(11)중 가장 바깥쪽의 단위 셀(11)의 테두리에 밀착되는 스토퍼(15)가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치.
KR1020110090572A 2011-09-07 2011-09-07 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치 KR20130027165A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110090572A KR20130027165A (ko) 2011-09-07 2011-09-07 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110090572A KR20130027165A (ko) 2011-09-07 2011-09-07 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130027165A true KR20130027165A (ko) 2013-03-15

Family

ID=48178179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110090572A KR20130027165A (ko) 2011-09-07 2011-09-07 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20130027165A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170002342U (ko) 2015-12-22 2017-06-30 제엠제코(주) 반도체 패키지용 클립 스택 케이스

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170002342U (ko) 2015-12-22 2017-06-30 제엠제코(주) 반도체 패키지용 클립 스택 케이스

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5026461B2 (ja) 燃料電池スタック
CA2732724C (en) Electrolyte membrane/electrode structure and fuel cell
US9225032B2 (en) Fuel cell
US9496580B2 (en) External manifold for minimizing external leakage of reactant from cell stack
CA2527477C (en) Fuel cell
JP2013152830A (ja) 燃料電池システム
US9601786B2 (en) Leakproofing device for fuel cell, unit and fuel cell comprising such a device
CN102365780A (zh) 用于燃料电池堆或电解电池堆中的燃料或电解电池的压缩装置
JP2013020740A (ja) 燃料電池スタック
JP2007200700A (ja) 燃料電池及びその製造方法
JP2014132558A (ja) 燃料電池スタック
WO2012132667A1 (ja) 燃料電池セル
JP5574746B2 (ja) 燃料電池スタック
KR20130027165A (ko) 카트리지 타입의 연료전지 스택 조립 장치
US20080261104A1 (en) Fuel cell
US20120231362A1 (en) Fuel cell
JP5026616B2 (ja) 燃料電池スタック
JP2010114052A (ja) ケース流路部品具備の燃料電池流路板
JP2011054375A (ja) 燃料電池スタック
US8911916B2 (en) Fuel cell
JP2007103152A (ja) 燃料電池
JP4399345B2 (ja) 燃料電池スタック
JP2012178302A (ja) 燃料電池スタック
JP2015182719A (ja) 燃料電池車両
KR102551859B1 (ko) 연료전지 셀

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal