KR20130124848A - 연료전지 스택용 매니폴드 블록 - Google Patents

연료전지 스택용 매니폴드 블록 Download PDF

Info

Publication number
KR20130124848A
KR20130124848A KR1020120048302A KR20120048302A KR20130124848A KR 20130124848 A KR20130124848 A KR 20130124848A KR 1020120048302 A KR1020120048302 A KR 1020120048302A KR 20120048302 A KR20120048302 A KR 20120048302A KR 20130124848 A KR20130124848 A KR 20130124848A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
interface
coolant
flow path
reactor
manifold block
Prior art date
Application number
KR1020120048302A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101337961B1 (ko
Inventor
김덕환
금영범
김세훈
유정한
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 KR1020120048302A priority Critical patent/KR101337961B1/ko
Priority to US13/675,192 priority patent/US9525184B2/en
Priority to DE102012220705.8A priority patent/DE102012220705B4/de
Priority to JP2012249159A priority patent/JP6112828B2/ja
Priority to CN201210480478.XA priority patent/CN103390757B/zh
Publication of KR20130124848A publication Critical patent/KR20130124848A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101337961B1 publication Critical patent/KR101337961B1/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
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • 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
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

본 발명은 연료전지 스택용 매니폴드 블록에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부 유로 중 냉각수 유로에 대해 우수한 전기 절연성을 확보할 수 있는 연료전지 스택용 매니폴드 블록에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 절연성능이 우수한 고분자 절연소재를 사용하여 성형되며 냉각수 유로를 가지는 냉각수 인터페이스와, 성형성이 우수한 금속소재를 사용하여 성형되며 반응기체 유로를 가지는 반응기체 인터페이스로 구성되며, 상기 인터페이스들이 스택 모듈에 장착됨과 동시에 상호 접합되어 일체화되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 매니폴드 블록을 제공한다.

Description

연료전지 스택용 매니폴드 블록{Manifold block for fuel cell stack}
본 발명은 연료전지 스택용 매니폴드 블록에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부 유로 중 냉각수 유로에 대해 우수한 전기 절연성을 확보할 수 있는 연료전지 스택용 매니폴드 블록에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 발전장치로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 연료전지 중 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 형태가 가장 많이 연구되고 있다.
고분자 전해질막 연료전지는 수소 이온이 이동하는 고체 고분자 전해질막을 중심으로 막 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체, 반응기체를 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층, 반응기체 및 냉각수를 반응 유로를 따라 이동시키는 분리판, 그리고 반응기체 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압 유지를 위한 가스켓 및 체결기구를 포함하여 구성된다.
또한 연료전지 스택에는 반응 전, 후의 기체와 냉각수가 연료전지에 유, 출입되도록 하는 일종의 유로 부재로서 스택의 입구단 유로와 출구단 유로를 형성하는 매니폴드 블록이 조립된다.
상기 매니폴드 블록은 기체와 냉각수를 통과시키는 길고 복잡한 내부 유로를 가지며, 연료전지 차량에 복수개의 스택 모듈이 탑재되는 경우라면, 스택 모듈 외측에 부착된 매니폴드 블록은 각 스택 모듈에 반응기체(공기,수소)와 냉각수를 공급해주는 역할을 하게 된다.
이러한 매니폴드 블록을 제조하는 방법으로는 알루미늄 주조공법으로 블록 형상을 성형한 후 냉각수 유로에 절연코팅을 하여 제조하는 방법이 있다.
도 1은 냉각수 유로를 갖는 종래의 매니폴드 블록이 스택 모듈과 결합된 상태를 나타내는 단면도로서, 냉각수 유로(11)를 따라 단면한 도면이다.
도시된 바와 같이, 스택 모듈(30)의 최외곽에 엔드 플레이트(31)가 조립되고, 엔드 플레이트(31)의 외측에는 가스켓(32)을 개재한 상태로 매니폴드 블록(10)이 부착된다.
상기 매니폴드 블록(10)의 일측에는 냉각수가 유입되는 인터페이스부(14)가 결합되고, 상기 인터페이스부(14)를 통해 유입된 냉각수가 매니폴드 블록 내 냉각수 유로(11)를 통과한 뒤 스택 모듈(30)로 공급되고, 또한 스택 모듈(30)을 거쳐 나온 냉각수가 인터페이스부를 통해 외부로 배출되게 된다.
이러한 인터페이스부(14)는 절연 재질의 플라스틱을 소재로 하여 제작될 수 있다.
도 1에서 스택 모듈(30)로부터 나온 냉각수를 외부 배출하기 위한 냉각수 유로, 및 이에 매칭되는 냉각수 배출용 인터페이스부에 대해서는 도시를 생략하였다.
도시된 예의 매니폴드 블록(10)에서 냉각수 유로(11)는 소정 각도로 굽은 직선 형태이고, 그 내부에는 항상 냉각수가 가득 차 있게 된다.
이와 같이 매니폴드 블록(10)의 냉각수 유로(11)에 냉각수가 채워진 상태에서는 스택 모듈(30)에서 발생한 고전압 전기가 냉각수를 거쳐 알루미늄 재질의 매니폴드 블록을 통해 외부(예를 들어, 차량의 샤시)로 누설될 수 있으며, 이때 누설되는 전기는 사용자나 작업자에게 전기적인 쇼크를 줄 수 있다.
따라서, 누설 전류를 막기 위해 매니폴드 블록(10)의 냉각수 유로(11) 전체에 절연코팅(예를 들어, 세라믹 코팅, 에폭시(Epoxy) 코팅, 테플론(Teflon) 코팅))을 하고 있다.
그러나, 도 1에 예시한 매니폴드 블록(10)의 경우, 구성이 간단하고 충분한 크기의 냉각수 유로 확보가 가능하여 차압을 줄일 수 있는 이점을 가지나, 절연코팅시 공정의 작업 환경에 따라 코팅 품질의 편차가 심하게 발생하고, 코팅의 뭉침에 의해 표면의 조도가 불량해지는 단점이 있다.
또한 초기에는 절연 성능을 만족하나, 시간이 지남에 따라 코팅의 열화가 진행되어 절연성이 점차 떨어지게 되며, 절연코팅이 파괴된 후에 전기적인 부식이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 도 2와 같이 냉각수 유로에 별도의 절연부재를 장착한 매니폴드 블록(10)이 개시된바 있다.
도 2에 도시된 종래의 매니폴드 블록(10)은 절연 실링을 위해 냉각수 유로(11)에 유로 형상과 동일한 형태의 절연부재(21)를 끼워넣고, 상기 절연부재(21)를 고정, 보호하기 위한 2분할된 플라스틱 절연커버(23)를 유로 양측으로 삽입하여 냉각수 유로의 절연을 확보하는 동시에 기존 매니폴드 블록에 추가적으로 실시하던 절연코팅 공정을 삭제하고자 하였다.
그러나, 이러한 종래의 매니폴드 블록(10)은 절연부재(21) 및 절연커버(23) 등 부가적인 부품이 추가되어 개발비 및 재료비가 상승되고, 유로 내측의 절연커버가 파손되어 냉각수 유로가 막힐 우려가 있으며, 또한 2분할된 절연커버의 이음새 부분이 냉각수 유동에 악영향을 주게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 냉각수 유로의 전기 절연성을 확보하기 위해 사출공법을 이용하여 고분자 재질의 냉각수 인터페이스를 성형하고, 복잡한 유로를 형성하기 용이한 주조공법을 이용하여 반응기체 인터페이스를 성형한 후, 스택 모듈에의 장착과 동시에 접합되어 일체로 구성되는 연료전지 스택용 매니폴드 블록을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 절연성능이 우수한 고분자 절연소재를 사용하여 성형되며 냉각수 유로를 가지는 냉각수 인터페이스와, 성형성이 우수한 금속소재를 사용하여 성형되며 반응기체 유로를 가지는 반응기체 인터페이스로 구성되며, 상기 인터페이스들이 스택 모듈에 장착됨과 동시에 상호 접합되어 일체화되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 매니폴드 블록을 제공한다.
상기 냉각수 인터페이스는 스택 모듈에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 유입부와 스택 모듈을 거쳐 나오는 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 배출부로 구성되고, 상기 냉각수 유입부 및 배출부는 각 유로 끝단에 스택 모듈의 상대면에 접합되게 되는 판상의 플랜지를 가진다.
바람직하게, 상기 냉각수 인터페이스의 플랜지에는 스택 모듈과의 사이에 모듈 가스켓을 장착하기 위한 가스켓 장착홈이 형성되고, 또한 반응기체 인터페이스의 반응기체 유로에 연결되어 유로 역할을 하는 유로홀이 형성된다.
그리고, 상기 반응기체 인터페이스는 반응기체 유로의 끝단에 냉각수 인터페이스의 플랜지에 접합되는 판상의 플랜지를 가진다.
바람직하게, 상기 반응기체 인터페이스의 플랜지에는 냉각수 인터페이스의 플랜지와의 사이에 인터페이스 가스켓을 장착하기 위한 가스켓 장착홈이 형성되고, 또한 냉각수 인터페이스의 유로형상부가 관통할 수 있는 개구부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 냉각수 및 반응기체 인터페이스의 플랜지는 서로 접합된 상태로 스택 모듈에 장착되기 위한 복수 개의 볼팅홀을 가진다.
또한 바람직하게, 상기 냉각수 인터페이스는 먼저 성형된 반응기체 인터페이스를 인서트로 이용한 인서트 사출성형을 통해 상기 반응기체 인터페이스와 일체로 형성될 수 있다.
이에 본 발명에 따른 연료전지 스택용 매니폴드 블록은 별도의 절연코팅이나 절연부재의 추가구성 없이 냉각수 유로의 우수한 절연성능을 확보할 수 있고 전기적인 부식을 방지할 수 있으며, 종래 대비 구조가 간단하여 연료전지 스택을 컴팩트화 할 수 있고 이에 연료전지 스택의 출력밀도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래의 매니폴드 블록이 스택 모듈과 결합된 상태를 나타내는 단면도로서, 냉각수 유로를 따라 단면한 도면
도 2는 도 1의 매니폴드 블록을 개선한 종래기술에 따른 매니폴드 블록이 스택 모듈과 결합된 상태를 나타내는 단면도로서, 냉각수 유로를 따라 단면한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 매니폴드 블록을 도시한 분해 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 매니폴드 블록에서 냉각수 인터페이스를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 매니폴드 블록에서 반응기체 인터페이스를 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 매니폴드 블록을 나타낸 결합 사시도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 매니폴드 블록이 스택 모듈과 결합된 상태를 나타낸 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 매니폴드 블록은 연료전지 스택의 외측에 부착되어 반응기체(공기, 수소) 및 냉각수를 연료전지 스택으로 공급하고 또한 연료전지 스택으로부터 배출하는 역할을 하는 것으로, 내부에 냉각수의 흐름을 위한 냉각수 유로 및 반응기체의 흐름을 위한 반응기체 유로를 가지며, 유입된 냉각수와 반응기체가 각 유로를 통해 스택 모듈로 공급되고 또한 스택 모듈을 거쳐 외부로 배출되게 된다.
이러한 매니폴드 블록에서 냉각수 유로가 절연되지 않을 경우 스택 모듈에서 생성된 고전압 전기가 냉각수를 통해 외부로 빠져나가게 되는데, 냉각수 유로를 형성하는 부분의 소재가 금속(예를 들어, 알루미늄) 재질인 경우 누설된 전류가 차량의 샤시로 빠져나가게 되며, 이는 운전자가 작업자에게 전기적인 해를 입힐 수 있다.
따라서 매니폴드 블록의 냉각수 유로는 전기적인 절연이 필요하며, 이에 본 발명에서는 절연소재를 이용하여 냉각수 유로를 형성하도록 한다.
다만, 매니폴드 블록의 반응기체 유로는 유로 내 차압 저감을 통해 반응기체를 각각의 스택 모듈에 균등하게 공급하고자 하며 이를 위해 상당히 복잡하게 구성되므로, 매니폴드 블록 전체를 단순한 단일구조(1-piece) 형태의 사출물로 제작하는 것이 불가능하다.
이에 본 발명에서는 냉각수 유로의 절연 확보를 위해 사출공법을 이용하여 고분자 절연재질의 냉각수 인터페이스를 제작하고, 복잡한 구조를 가지는 반응기체 유로의 성형성을 확보하여 용이하게 제작하기 위해 주조공법을 이용하여 금속재질의 반응기체 인터페이스를 제작한 후, 상기 인터페이스들을 결합하여 일체로 구성되어지는 매니폴드 블록을 개시하도록 한다.
상기와 같이 본 발명에 따라 각각 다른 성형공법으로 제작된 냉각수 및 반응기체 인터페이스는 스택 모듈에 장착됨과 동시에 서로 접합되어 일체화되며, 이렇게 스택 모듈에 일체형으로 장착됨에 의하여 각 인터페이스가 차지하는 공간이 최소화되어 연료전지 스택을 컴팩트(COMPACT)하게 제작할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 매니폴드 블록은 종래기술에 따라 냉각수 유로를 절연코팅하는 방법이나, 냉각수 유로에 별도의 절연부재를 이용하는 방법에 비해 간단한 방법으로 냉각수 유로의 절연성능을 만족, 유지시킬 수 있으며, 기존과 마찬가지로 스택 모듈을 지지하기 위한 강성을 확보하는 동시에 복잡한 반응기체 유로를 자유롭게 구비할 수 있다.
냉각수 유로를 가지는 인터페이스와 반응기체 유로를 가지는 인터페이스를 별도로 구성하는 경우 스택 모듈에 장착됨은 가능하나, 각각의 인터페이스 장착을 위해 상대적으로 많은 공간이 필요하게 되어 연료전지 스택의 크기가 증가하게 되며, 차량에 탑재하기 어려워진다.
앞서 언급하였듯이, 본 발명에 따른 연료전지 스택용 매니폴드 블록(100)은 절연성능이 우수한 고분자 절연소재를 사용하여 냉각수 유로(122,123)를 가진 형태로 사출성형되는 냉각수 인터페이스(110)와, 성형성이 우수한 금속소재를 사용하여 반응기체 유로(137,138)를 가진 형태로 주조성형되는 반응기체 인터페이스(130)를 포함하여 구성되며, 상기 인터페이스(110,130)들이 스택 모듈(200)에 장착됨과 동시에 서로 접합된 형태로 고정되어 일체화된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수 인터페이스(110)는 스택 모듈(200)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 유입부(111)와 스택 모듈(200)을 거쳐 나오는 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 배출부(112)로 구성되며, 상기 냉각수 유입부(111) 및 배출부(112)는 스택 모듈(200)에 장착시 반응기체 인터페이스(130)와의 접합을 위해 각 유로(122,123) 끝단에 스택 모듈(200)의 상대면(즉, 엔드 플레이트의 상대면)에 매칭되는 플랜지(113,114)를 가진다.
상기 플랜지(113,114)는 냉각수 유입부(111) 및 배출부(112)의 일측에서 냉각수 유로의 외곽 전체를 둘러싸는 판상으로 형성되며, 냉각수 인터페이스(110)가 스택 모듈(200)에 장착될 시 스택 모듈(200)의 상대면에 접합됨과 동시에 반응기체 인터페이스(130)의 플랜지(131,132)와 접합되어 매니폴드 블록(100)이 일체형으로 구성될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 플랜지(113,114)에는 냉각수 인터페이스(110)가 스택 모듈(200)에 장착시 스택 모듈(200)과의 사이에 모듈 가스켓(119)을 장착하기 위한 가스켓 장착홈(115,116)이 형성된다.
이에 냉각수 인터페이스(110)를 스택 모듈(200)에 장착할 시, 상기 가스켓 장착홈(115,116)을 통해 냉각수 인터페이스(110)의 플랜지(113,114)와 스택 모듈(200)의 상대면 사이에 실링을 위한 모듈 가스켓(119)을 개재하여 기밀을 유지할 수 있다.
또한, 상기 플랜지(113,114)에는 반응기체 인터페이스(130)의 플랜지(131,132)와 접합시 반응기체 유로(137,138)와 연결되는 유로홀(117,118)이 냉각수 유로(122,123)의 양편으로 위치되게 형성된다.
상기 유로홀(117,118)은 반응기체 유로(137,138)와 연결되어 스택 모듈(200)로 공급되는 반응기체, 또는 스택 모듈을 거쳐 나오는 반응기체의 유로 역할을 하게 된다.
또한, 상기 냉각수 유입부(111)와 배출부(112)는 냉각수 유로(122,123)를 형성하기 위한 유로형상부(120,121)를 가진다.
도 4에 보이듯이, 상기 유로형상부(120,121)는 플랜지(113,114)의 중앙부 즉, 양편으로 배치된 유로홀(117,118) 사이에 일체로 형성되며, 냉각수 유입부(111)의 경우 플랜지(113)와 직각을 이루는 일자형의 파이프 형상으로 마련되고, 냉각수 배출부(112)의 경우 일단부가 플랜지(114)와 직각을 이루는 대략 'ㄱ' 형상의 절곡된 파이프 형상으로 마련된다.
즉, 냉각수 인터페이스(110)를 구성하는 냉각수 유입부(111)와 배출부(112)는 냉각수 유로(122,123)를 형성하는 파이프 타입의 유로형상부(120,121)와, 이 유로형상부(120,121)의 일끝단에서 냉각수 유로(122,123)의 외곽 전체를 둘러싸는 판상의 플랜지(113,114)로 이루어진다.
한편, 반응기체 인터페이스(130)는 다소 복잡하게 형성되는 반응기체 유로(137,138)를 가지며, 이 반응기체 유로(137,138)의 끝단에 냉각수 인터페이스(110)의 플랜지(113,114)에 매칭되는 플랜지(131,132)를 가진다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 플랜지(131,132)는 반응기체 유로(137,138)의 외곽 전체를 둘러싸는 판상으로 형성되며, 반응기체 인터페이스(130)가 스택 모듈(200)에 장착될 시 스택 모듈(200)과의 사이에 개재된 냉각수 인터페이스(110)의 플랜지(113,114)에 접합되어 매니폴드 블록(100)이 일체형으로 구성될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 플랜지(131,132)에는 반응기체 인터페이스(130)가 스택 모듈(200)에 장착시 냉각수 인터페이스(110)의 플랜지(113,114)와의 사이에 인터페이스 가스켓(139)을 장착하기 위한 가스켓 장착홈(133,134)이 형성된다.
이에 반응기체 인터페이스(130)를 스택 모듈(200)에 장착할 시, 상기 가스켓 장착홈(133,134)을 통해 냉각수 인터페이스(110)의 플랜지(113,114)와의 사이에 실링을 위한 인터페이스 가스켓(139)을 개재하여 기밀을 유지하게 된다.
또한, 상기 반응기체 인터페이스(130)의 플랜지(131,132)에는 냉각수 인터페이스(110)의 유로형상부(120,121)가 관통할 수 있는 개구부(135,136)가 형성된다.
상기 개구부(135,136)는 플랜지(131,132) 상에 양편으로 이격되어 있는 반응기체 유로(137,138) 사이에 형성되며, 반응기체 및 냉각수 인터페이스(110,130)의 플랜지(113,114,131,132)가 상호 접합될 시 유로형상부(120,121)에 의한 간섭을 제거하는 역할을 한다.
아울러, 상기 냉각수 및 반응기체 인터페이스의 플랜지(113,114,131,132)는 서로 접합된 상태로 스택 모듈(200)에 장착되기 위한 볼팅홀(124,140)을 가진다.
즉, 상기 냉각수 및 반응기체 인터페이스의 플랜지(113,114,131,132)에는 스택 모듈(200)에의 결합을 위해 복수 개의 볼팅홀(124,140)이 형성되며, 냉각수 및 반응기체 인터페이스(110,130)는 스택 모듈(200)에 결합시 상기 볼팅홀(124,140)을 관통하여 스택 모듈(200)에 조립되는 체결볼트에 의해 스택 모듈(200)의 상대면에 장착 고정되어진다.
이때 상기 체결볼트의 체결력에 의해 냉각수 인터페이스(110)의 플랜지(113,114)는 스택 모듈(200)의 상대면에 접합되고 반응기체 인터페이스(130)의 플랜지(131,132)는 상기 냉각수 인터페이스의 플랜지(113,114)에 접합되는 동시에, 스택 모듈(200)과 냉각수 인터페이스(110)의 플랜지(113,114) 사이, 냉각수 인터페이스(110)와 반응기체 인터페이스(130)의 플랜지(113,114,131,132) 사이의 가스켓(119,139)이 눌림으로써 간단히 기밀을 유지할 수 있게 된다.
즉, 상기 냉각수 및 반응기체 인터페이스(110,130)는 별도의 체결공정 없이 스택 모듈(200)에 장착되는 동시에 일체로 접합되며, 이에 매니폴드 블록(100)이 일체화된다.
이와 같은 본 발명의 매니폴드 블록은 냉각수 유로의 절연성을 만족, 유지하는 동시에 스택 모듈을 지지하기 위한 강성을 확보할 수 있으며, 또한 복잡한 레이아웃의 반응기체 유로를 용이하게 형성할 수 있고 이에 유로 내 차압 저감을 실현하여 연료전지 스택의 성능 향상에 기여할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 매니폴드 블록은 종래기술에 따라 냉각수 유로에 별도의 절연부재를 구성하는 방법에 비해, 냉각수 유로의 절연 확보를 위한 구조가 간단하고 컴팩트한 구성이 가능하여 연료전지 스택의 출력 밀도를 상승시킬 수 있다.
한편, 상기 냉각수 인터페이스(110)와 반응기체 인터페이스(130)는 인서트 사출공법을 적용함으로써 체결을 통해 스택 모듈(200)에 장착되기 전에 일체형으로 구성될 수 있다.
이를 위해, 먼저 반응기체 인터페이스(130)는 주조공법을 통해 금속재료(예를 들어, 알루미늄)로 성형 제작된다.
냉각수 인터페이스(110)는 먼저 제작한 반응기체 인터페이스(130)를 인서트금형에 인서트로 이용한 인서트 사출성형을 통해 형성되며, 이때 상기 반응기체 인터페이스(130)와 일체로 형성되게 된다.
100 : 매니폴드 블록
110 : 냉각수 인터페이스
111 : 냉각수 유입부
112 : 냉각수 배출부
113,114 : 플랜지
115,116 : 가스켓 장착홈
132 : 유로홀
119 : 모듈 가스켓
120,121 : 유로형상부
122,123 : 냉각수 유로
124 : 볼팅홀
130 : 반응기체 인터페이스
131,132 : 플랜지
133,134 : 가스켓 장착홈
135,136 : 개구부
137,138 : 반응기체 유로
139 : 인터페이스 가스켓
140 : 볼팅홀
200 : 스택 모듈

Claims (9)

  1. 절연성능이 우수한 고분자 절연소재를 사용하여 성형되며 냉각수 유로를 가지는 냉각수 인터페이스(110)와, 성형성이 우수한 금속소재를 사용하여 성형되며 반응기체 유로를 가지는 반응기체 인터페이스(130)로 구성되며,
    상기 인터페이스(110,130)들이 스택 모듈에 장착됨과 동시에 상호 접합되어 일체화되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 매니폴드 블록.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수 인터페이스(110)는 스택 모듈에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 유입부(111)와 스택 모듈을 거쳐 나오는 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 배출부(112)로 구성되고, 상기 냉각수 유입부 및 배출부는 각 유로 끝단에 스택 모듈의 상대면에 접합되게 되는 판상의 플랜지(113,114)를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 매니폴드 블록.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각수 인터페이스의 플랜지(113,114)에는 스택 모듈과의 사이에 모듈 가스켓(119)을 장착하기 위한 가스켓 장착홈(115,116)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 매니폴드 블록.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각수 인터페이스의 플랜지(113,114)에는 반응기체 인터페이스(130)의 반응기체 유로에 연결되어 유로 역할을 하는 유로홀(117,118)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 매니폴드 블록.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응기체 인터페이스(130)는 반응기체 유로의 끝단에 냉각수 인터페이스의 플랜지(113,114)에 접합되는 판상의 플랜지(131,132)를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 매니폴드 블록.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 반응기체 인터페이스의 플랜지(131,132)에는 냉각수 인터페이스의 플랜지(113,114)와의 사이에 인터페이스 가스켓(139)을 장착하기 위한 가스켓 장착홈(133,134)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 매니폴드 블록.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 반응기체 인터페이스의 플랜지(131,132)에는 냉각수 인터페이스(110)의 유로형상부(120,121)가 관통할 수 있는 개구부(135,136)가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 매니폴드 블록.
  8. 청구항 1 내지 7 중 한 항에 있어서,
    냉각수 및 반응기체 인터페이스의 플랜지(113,114,131,132)는 서로 접합된 상태로 스택 모듈에 장착되기 위한 복수 개의 볼팅홀(124,140)을 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 매니폴드 블록.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수 인터페이스(110)는 먼저 성형된 반응기체 인터페이스(130)를 인서트로 이용한 인서트 사출성형을 통해 상기 반응기체 인터페이스와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 매니폴드 블록.
KR1020120048302A 2012-05-07 2012-05-07 연료전지 스택용 매니폴드 블록 KR101337961B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120048302A KR101337961B1 (ko) 2012-05-07 2012-05-07 연료전지 스택용 매니폴드 블록
US13/675,192 US9525184B2 (en) 2012-05-07 2012-11-13 Manifold block for fuel cell stack
DE102012220705.8A DE102012220705B4 (de) 2012-05-07 2012-11-13 Verteilerblock für brennstoffzellenstapel
JP2012249159A JP6112828B2 (ja) 2012-05-07 2012-11-13 燃料電池スタック用マニホールドブロック
CN201210480478.XA CN103390757B (zh) 2012-05-07 2012-11-22 用于燃料电池组的歧管块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120048302A KR101337961B1 (ko) 2012-05-07 2012-05-07 연료전지 스택용 매니폴드 블록

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130124848A true KR20130124848A (ko) 2013-11-15
KR101337961B1 KR101337961B1 (ko) 2013-12-09

Family

ID=49384528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120048302A KR101337961B1 (ko) 2012-05-07 2012-05-07 연료전지 스택용 매니폴드 블록

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9525184B2 (ko)
JP (1) JP6112828B2 (ko)
KR (1) KR101337961B1 (ko)
CN (1) CN103390757B (ko)
DE (1) DE102012220705B4 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6122406B2 (ja) * 2013-09-27 2017-04-26 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
KR101755771B1 (ko) 2014-11-13 2017-07-07 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 매니폴드 블록 어셈블리
US20170104251A1 (en) * 2015-10-13 2017-04-13 Ford Global Technologies, Llc Battery pack retention device and method
JP6657974B2 (ja) * 2016-01-12 2020-03-04 トヨタ紡織株式会社 金属樹脂一体成形品及びその製造方法
DE102019211823A1 (de) 2019-08-07 2021-02-11 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellenstapel und Verfahren zur Herstellung sowie Verwendung eines Brennstoffzellenstapels

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3964930A (en) 1975-07-21 1976-06-22 United Technologies Corporation Fuel cell cooling system
US4110392A (en) * 1976-12-17 1978-08-29 W. L. Gore & Associates, Inc. Production of porous sintered PTFE products
JP2000164238A (ja) * 1998-11-24 2000-06-16 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池
JP2001167789A (ja) 1999-12-09 2001-06-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池
US6372372B1 (en) * 2000-02-11 2002-04-16 Plug Power Inc. Clamping system for a fuel cell stack
US6541148B1 (en) * 2000-10-31 2003-04-01 Plug Power Inc. Manifold system for a fuel cell stack
JP4400703B2 (ja) 2001-02-28 2010-01-20 Ｎｏｋ株式会社 燃料電池用構成部品
JP4507453B2 (ja) 2001-05-17 2010-07-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池のマニホールド
JP4071032B2 (ja) 2002-04-23 2008-04-02 株式会社日立製作所 固体高分子型燃料電池及びそれを用いた発電システム
US20050074660A1 (en) 2003-07-11 2005-04-07 Linder James C. Three way valve assembly
JP4653978B2 (ja) 2004-08-05 2011-03-16 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
JP2006164831A (ja) 2004-12-09 2006-06-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池のマニフォールド
JP2006179364A (ja) 2004-12-24 2006-07-06 Toyota Motor Corp 燃料電池システム、セパレータ積層体、及び燃料電池スタック
CA2624687C (en) * 2005-10-25 2011-03-15 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell electric vehicle
JP5070727B2 (ja) * 2005-10-25 2012-11-14 日産自動車株式会社 燃料電池搭載型電気自動車
JP4939100B2 (ja) 2006-04-18 2012-05-23 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
US7771884B2 (en) * 2006-04-19 2010-08-10 Delphi Technololgies, Inc. Solid oxide fuel cell stack having an integral gas distribution manifold
KR100757131B1 (ko) * 2006-08-28 2007-09-10 현대자동차주식회사 연료전지용 금속 및 고분자 복합형 엔드플레이트
JP2008177100A (ja) 2007-01-19 2008-07-31 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP5231055B2 (ja) * 2008-03-17 2013-07-10 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
JP5286895B2 (ja) 2008-04-04 2013-09-11 トヨタ自動車株式会社 単セルアセンブリ、および燃料電池
JP5298707B2 (ja) 2008-08-27 2013-09-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP2010055877A (ja) 2008-08-27 2010-03-11 Toyota Motor Corp 燃料電池
CN101764240B (zh) 2008-12-26 2012-02-29 财团法人工业技术研究院 燃料电池组
JP5404171B2 (ja) 2009-05-11 2014-01-29 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
KR100953273B1 (ko) 2009-07-31 2010-04-16 현대하이스코 주식회사 연료전지용 금속 분리판 및 이를 구비하는 연료전지 스택
JP2012150961A (ja) 2011-01-18 2012-08-09 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 燃料電池
KR101272594B1 (ko) 2011-07-12 2013-06-11 기아자동차주식회사 연료전지 스택용 매니폴드 블록
KR101315739B1 (ko) 2011-09-08 2013-10-10 현대자동차주식회사 샌드위치 인서트를 갖는 연료전지용 엔드 플레이트

Also Published As

Publication number Publication date
US9525184B2 (en) 2016-12-20
DE102012220705B4 (de) 2024-02-29
JP6112828B2 (ja) 2017-04-12
CN103390757B (zh) 2017-05-10
US20130295481A1 (en) 2013-11-07
DE102012220705A1 (de) 2013-11-07
CN103390757A (zh) 2013-11-13
JP2013235815A (ja) 2013-11-21
KR101337961B1 (ko) 2013-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5971935B2 (ja) 燃料電池スタック用マニホールドブロック
JP2007165286A (ja) 燃料電池スタック構造
KR101337961B1 (ko) 연료전지 스택용 매니폴드 블록
WO2013018283A1 (ja) 電池パック
US10164271B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell with a recess is formed downstream of a gas lead-out port
JP5613865B1 (ja) 燃料電池スタック
JP2012256498A (ja) 燃料電池及び燃料電池用セパレータ
CN112349945A (zh) 燃料电池单元
KR20070073340A (ko) 하우징을 구비한 평판형 연료전지 어셈블리
JP2013120626A (ja) 燃料電池スタック
US9373857B2 (en) Fuel cell apparatus
US20170110755A1 (en) Fuel cell stack
JP2011198538A (ja) 燃料電池スタック
CN110783590B (zh) 燃料电池堆
US11276867B2 (en) Fuel cell stack and end plate
JP2020119720A (ja) 燃料電池スタック
JP4720148B2 (ja) 燃料電池装置
US11380930B2 (en) Fuel cell
JP2021026915A (ja) 燃料電池ユニット
US11881575B2 (en) Battery module housing system with integrated cooling means
CN219393433U (zh) 燃料电池和燃料电池系统
JP6570960B2 (ja) 燃料電池スタック
JP5793432B2 (ja) 燃料電池及び分配マニホールド
WO2024037655A1 (zh) 电池模组上盖结构、电池模组及电池包
JP2018006155A (ja) 燃料電池スタック

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171129

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191127

Year of fee payment: 7