KR20130073985A - 전지 스택 어셈블리의 단부에 클로킹 방지 특징부를 갖는 연료 전지 어셈블리 - Google Patents

전지 스택 어셈블리의 단부에 클로킹 방지 특징부를 갖는 연료 전지 어셈블리 Download PDF

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Abstract

예시적인 연료 전지 어셈블리는 복수의 전지를 갖는 전지 스택을 포함한다. 상기 전지 스택은 전지 스택의 두 대향 단부의 각각에서 최외곽 플레이트를 갖는다. 단부 플레이트는 상기 대향 단부의 각각에서 상기 최외곽 플레이트에 인접하다. 상기 대향 단부의 각각에서의 복수의 회전 방지 부재는 상기 최외곽 플레이트와 단부 플레이트 간의 상대적인 이동을 방지한다. 상기 각 단부에서의 회전 방지 부재는 대응하는 단부에서 상기 단부 플레이트에 적어도 부분적으로 수용된다. 상기 각 단부에서의 회전 방지 부재는 최외곽 플레이트를 통해 연장되지 않고 대응하는 단부에서 상기 최외곽 플레이트에 부분적으로만 수용된다.

Description

전지 스택 어셈블리의 단부에 클로킹 방지 특징부를 갖는 연료 전지 어셈블리{FUEL CELL ASSEMBLY WITH ANTI-CLOCKING FEATURES AT THE ENDS OF THE CELL STACK ASSEMBLY}
연료 전지는 전기화학 반응을 이용하여 전기를 발생시킨다. 통상적인 연료 전지 어레인지먼트는 나란히 포개진 비교적 다수의 개별적 플레이트를 갖는 전지 스택 어셈블리(CSA)를 포함한다. 공지된 바와 같이 상기 CSA 내에 상이한 종류의 플레이트가 있다.
연료 전지 어레인지먼트와 연관된 어려움 중 하나는 조립 및 사용 중에 상기 CSA의 모든 플레이트를 적절한 정렬로 유지하는 것이다. 상기 CSA 내의 플레이트들 사이에 적절한 정렬을 달성하기 위하여 각종의 어레인지먼트가 제안되어 왔다. 일례의 제안이 공개된 특허 출원 WO 2010/101541호에 도시되어 있다. 이 문헌에서의 어레인지먼트는 플레이트가 서로 상대적으로 미끄러지지 않게 하기 위하여 인접한 플레이트들 사이에 수용된 키 부재(key member)를 포함한다.
이처럼 제안된 어레인지먼트는 서로 옆에 있는 플레이트들의 상대적인 위치결정을 다루지만 상기 전지 스택 내의 플레이트는 키를 수용하도록 특별히 설계되어야 한다. 또한, 이와 같은 제안은 부가적인 구성요소를 도입하는데, 이는 단점일 수 있다.
예시적인 연료 전지 어셈블리는 복수의 전지를 갖는 전지 스택을 포함한다. 상기 전지 스택은 전지 스택의 두 대향 단부의 각각에서 최외곽 플레이트를 갖는다. 단부 플레이트는 상기 대향 단부의 각각에서 상기 최외곽 플레이트에 인접하다. 상기 대향 단부의 각각에서의 복수의 회전 방지 부재는 상기 최외곽 플레이트와 단부 플레이트 간의 상대적인 이동을 방지한다. 상기 각 단부에서의 회전 방지 부재는 대응하는 단부에서 상기 단부 플레이트에 적어도 부분적으로 수용된다. 상기 각 단부에서의 회전 방지 부재는 최외곽 플레이트를 통해 연장되지 않고 대응하는 단부에서 상기 최외곽 플레이트에 부분적으로만 수용된다.
전지 스택 어셈블리의 두 대향 단부의 각각에서의 단부 플레이트에 대하여 연료 전지 스택 어셈블리 구성요소의 위치를 제어하기 위한 예시적인 방법은 상기 전지 스택 어셈블리의 대향 단부에서의 최외곽 플레이트에 상기 인접한 단부 플레이트를 향하는 복수의 리세스를 제공하는 것을 포함한다. 상기 각 단부 플레이트에는 인접한 최외곽 플레이트를 향하는 복수의 리세스가 제공된다. 상기 최외곽 플레이트와 단부 플레이트 간의 상대적인 이동을 방지하기 위하여 상기 리세스에 회전 방지 부재가 적어도 부분적으로 삽입된다. 상기 회전 방지 부재는 최외곽 플레이트를 통해 연장되지 않고 대응하는 단부에서 상기 최외곽 플레이트에 부분적으로만 수용된다.
개시된 예의 다양한 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 상세한 설명을 수반하는 도면은 다음과 같이 간략하게 설명될 수 있다.
도 1은 연료 전지 어셈블리의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 2-2 라인에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 예에서 선택된 부분의 부분 분해도이다.
예시적인 연료 전지 어셈블리(20)가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 전지 스택(22)은 복수의 플레이트(24, 26, 및 28)를 포함한다. 알려진 바와 같이, 상기 전지 스택(22) 내의 각종 플레이트는 공지된 방법으로 각각의 전지를 수립한다. 예를 들어, 상기 플레이트 중 일부는 운송 플레이트이고, 상기 플레이트 중 일부는 멤브레인이고, 상기 플레이트 중 일부는 분리 플레이트이고, 등등이다.
상기 전지 스택(22) 내의 플레이트(24, 26, 및 28)용 재료 및 상기 어셈블리(20)에 가해진 압력은 상기 스택(22) 내의 플레이트들 사이에서 원하는 정렬을 유지하기 위한 대부분의 환경 하에서 충분하다. 그러나, 상기 어셈블리(20)의 최외곽 단부 또는 대향 단부에서의 상태는 상이하다. 상기 전지 스택(22)의 대향 단부의 각각에서의 최외곽 플레이트(32)는 단부 플레이트(32)에 대하여 수용된다. 대부분의 연료 전지에서, 상기 최외곽 플레이트(30)와 단부 플레이트(32)용으로 상이한 재료가 각각 이용된다. 일례로, 상기 최외곽 플레이트(30)는 그래파이트 분리 플레이트를 포함한다. 상기 단부 플레이트(32)는 금속을 포함한다. 일례로는 스틸 단부 플레이트(32)를 포함한다. 다른 예로는 집전기인 그래파이트 플레이트 및 압력 플레이트를 포함한다. 상기 재료 간의 차이가 있다면, 상기 최외곽 플레이트(30)와 단부 플레이트(32)가 서로에 대하여 수용되는 방식은 이들 사이에 상대적인 이동 또는 회전에 대한 가능성을 나타낸다. 이는 때때로 "클로킹(clocking)"이라 불리운다.
상기 개시된 예는 최외곽 플레이트(30)와 단부 플레이트(32) 간의 상대적인 회전이나 이동을 방지하는 클로킹 방지 특징부를 포함한다. 도 2 및 도 3으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 회전 방지 부재(anti-rotation member)(34)가 단부 플레이트(30) 내의 리세스(36)에 적어도 부분적으로 수용된다. 또한, 상기 회전 방지 부재(34)는 최외곽 플레이트(30) 내의 리세스(38)에 적어도 부분적으로 수용된다. 이러한 예에서, 상기 회전 방지 부재(34)는 최외곽 플레이트(30) 끝까지 연장되지 않는다. 상기 회전 방지 부재가 리세스(38)에 수용됨에 따라 상기 회전 방지 부재는 최외곽 플레이트(30)에 부분적으로만 관통한다.
이러한 예에서, 상기 회전 방지 부재(34)는 대체로 원통형 핀을 포함한다. 상기 회전 방지 부재(34)는 전기적으로 비전도성 재료를 포함한다. 상기 핀은 일례로 열가소성 재료로 이루어진다. 특정 일례로는 폴리옥시메틸렌 회전 방지 부재(34)를 포함한다.
상기 회전 방지 부재(34)용으로 선택된 재료는 어느 정도의 탄성을 갖는 것이 바람직하다. 상기 회전 방지 부재(34)의 기하학적 구조와 방위 및 탄성은 상기 단부 플레이트(32)와 최외곽 플레이트(30) 간에 상대적인 회전을 발생시키려는 임의의 힘이 최외곽 플레이트(30)에 악영향을 미치기 전에 상기 회전 방지 부재(34)를 변형시키기 쉽도록 하는 것을 보장한다. 일례로, 상기 회전 방지 부재(34)는 단부 플레이트(32)와 최외곽 플레이트(30) 간에 상대적인 회전을 발생시키려는 힘의 방향으로(예를 들어, 핀의 길이에 수직하게) 더 부서지기 쉬워서, 상기 회전 방지 부재(34)는 그 힘이 최외곽 플레이트(30)에 악영향을 미치기 전에 파손된다.
상기 회전 방지 부재가 최외곽 플레이트(30)와 단부 플레이트(32) 간에 회전을 발생시키려는 힘에 반응하게 하는 방식으로 상기 회전 방지 부재(34)를 구성하면 대부분의 환경 하에서 그들 구성요소 간의 원하는 정렬을 유지하게 하고 이러한 이동을 야기할만큼 충분한 힘이 발생할 때 상기 최외곽 플레이트(30)에 생기는 손상을 방지한다.
상기 회전 방지 부재(34)는 최외곽 플레이트(30)와 단부 플레이트(32) 사이에 적절한 정렬을 보장한다. 그 외에, 이러한 두 플레이트 간의 계면은 이들 구성요소 간에 충분히 신뢰가능한 배치나 상대적인 방위를 제공하지 않는다. 상기 최외곽 플레이트(30)와 단부 플레이트(32) 간에 원하는 정렬을 유지하면 전지 스택 어셈블리 내의 임의의 상대적인 회전 이동이나 클로킹이 통상적으로 스택의 단부에서 이동을 포함하기 때문에 남쪽 스택(22) 내의 다른 플레이트 간에 임의의 오정렬을 방지하기 쉽다. 상기 스택의 단부에서 이동을 방지함으로써, 상기 남쪽 스택(22)의 중심을 향해 내측으로 이동하는 다음 계면에서 부가적인 이동이 방지될 수 있다.
본 발명의 일부는 상기 전지 스택(22)의 외부 에지에서 원하는 정렬을 유지하면 상기 스택(22)의 전체에 걸쳐 클로킹 또는 오정렬을 방지하는 발견을 포함한다. 상기 플레이트(24, 26, 및 28) 간의 계면 및 상기 스택(22)을 함께 보유하는데 사용된 통상적인 압력은 서로 정렬되는 스택(22) 내의 플레이트를 유지시키는데 보통 충분하다. 클로킹 또는 상대적인 회전 이동이 발생하는 경우, 상기 전지 스택(22) 내의 복수의 플레이트는 이들 간의 계면의 특성으로 인하여 구성 단위로 이동하기 쉽다. 그러므로, 최외곽 플레이트(30)와 인접한 단부 플레이트(32) 간의 상대적인 이동은 상기 전지 스택(22) 내에서 부가적인 상대 이동을 야기하기 쉽게 된다.
상기 개시된 예는 전지 스택(22) 내의 플레이트 간의 계면에 부가적인 고정 부재의 필요 없이 상기 최외곽 플레이트(30)와 단부 플레이트(32) 간에 계면을 확보함으로써 상기 전체의 전지 스택 어셈블리 전체에 걸쳐 정렬을 유지하는 효율적인 방식을 제공한다. 그러므로, 상기 개시된 예는 플레이트 간의 계면에서 상기 플레이트 간에 정렬을 유지하기 위한 목적으로 특별히 설계된 플레이트와 함께 전지 스택 내의 플레이트들 사이에 고정 부재를 필요로 하거나 포함하도록 제안된 다른 정렬보다 더 경제적이고 효율적이라고 생각된다.
전술한 설명은 사실상 제한하기 보다는 예시적이다. 개시된 예의 변경 및 변형은 본 발명의 본질로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 수 있다. 본 발명에 주어진 법적 보호의 범위는 다음의 청구범위를 검토함으로써만 결정될 수 있다.

Claims (11)

  1. 연료 전지 어셈블리이며,
    복수의 전지를 포함하는 전지 스택으로서, 전지 스택은 전지 스택의 두 대향 단부의 각각에서 최외곽 플레이트를 갖는, 전지 스택;
    대향 단부의 각각에서 최외곽 플레이트에 인접한 단부 플레이트; 및
    대향 단부의 각각에 있고, 최외곽 플레이트와 단부 플레이트 간의 상대적인 이동을 방지하기 위한 복수의 회전 방지 부재로서, 각 단부에서의 회전 방지 부재는 대응하는 단부에서 단부 플레이트에 적어도 부분적으로 수용되고, 각 단부에서의 회전 방지 부재는 최외곽 플레이트를 통해 연장되지 않고 대응하는 단부에서 최외곽 플레이트에 부분적으로만 수용되는, 회전 방지 부재를 포함하는, 연료 전지 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 각 단부에서의 최외곽 플레이트는 그래파이트 분리 플레이트를 포함하는, 연료 전지 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 단부 플레이트는 금속 압력 플레이트를 포함하는, 연료 전지 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서, 압력 플레이트는 스틸을 포함하는, 연료 전지 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서, 회전 방지 부재는 전기적으로 비전도성 재료를 포함하는, 연료 전지 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서, 재료는 폴리옥시메틸렌을 포함하는, 연료 전지 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 회전 방지 부재는 핀을 포함하는, 연료 전지 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서, 회전 방지 부재는 최외곽 플레이트 중 하나와 인접한 단부 플레이트 간에 상대적인 회전을 발생시키려는 힘의 방향으로 최외곽 플레이트보다 더 부서지기 쉬워서, 최외곽 플레이트가 힘에 의해 악영향을 받기 전에 회전 방지 부재가 힘에 반응하여 파손하는, 연료 전지 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 회전 방지 부재는 최외곽 플레이트 중 하나와 인접한 단부 플레이트 간에 상대적인 회전을 발생시키려는 힘의 방향으로 최외곽 플레이트보다 더 유연하여, 최외곽 플레이트가 힘에 의해 악영향을 받기 전에 회전 방지 부재가 힘에 반응하여 변형하는, 연료 전지 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서, 단부 플레이트는 그래파이트 압력 플레이트를 포함하는, 연료 전지 어셈블리.
  11. 전지 스택 어셈블리의 두 대향 단부의 각각에서의 단부 플레이트에 대하여 연료 전지 스택 어셈블리 구성요소의 위치를 제어하기 위한 방법이며,
    전지 스택 어셈블리의 대향 단부에서의 최외곽 플레이트에 인접한 단부 플레이트를 향하는 복수의 리세스를 제공하는 단계;
    최외곽 플레이트에 인접한 각 단부 플레이트에 인접한 최외곽 플레이트를 향하는 복수의 리세스를 제공하는 단계; 및
    최외곽 플레이트와 단부 플레이트 간의 상대적인 이동을 방지하기 위하여 회전 방지 부재를 리세스에 적어도 부분적으로 삽입하는 단계로서, 회전 방지 부재는 최외곽 플레이트를 통해 연장되지 않고 대응하는 단부에서 최외곽 플레이트에 부분적으로만 수용되는, 회전 방지 부재를 리세스에 적어도 부분적으로 삽입하는 단계를 포함하는 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6800257B2 (ja) * 2019-02-04 2020-12-16 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック及び燃料電池スタックの組立方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5547777A (en) * 1994-02-23 1996-08-20 Richards Engineering Fuel cell having uniform compressive stress distribution over active area
JP3596761B2 (ja) * 2000-12-27 2004-12-02 松下電器産業株式会社 高分子電解質型燃料電池
KR100405479B1 (ko) * 2001-07-03 2003-11-14 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 엔드 플레이트
DE10261482A1 (de) * 2002-12-23 2004-07-01 Basf Ag Brennstoffzellenmodul
CA2535830A1 (en) * 2003-08-15 2005-02-24 Hydrogenics Corporation End plate for an electrochemical cell stack
US7297428B2 (en) * 2003-10-31 2007-11-20 3M Innovative Properties Company Registration arrangement for fuel cell assemblies
JP4989161B2 (ja) * 2006-09-08 2012-08-01 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
US7763374B2 (en) * 2006-11-22 2010-07-27 Atomic Energy Council Membrane fuel cell electrodes incorporated with carbon nanomaterial-supported electrocatalysts and methods of making the same
JP4224527B2 (ja) * 2007-01-09 2009-02-18 パナソニック株式会社 燃料電池

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