KR20140022568A - Fuel cell stack and adjusting apparatus for fuel cell having thereof - Google Patents

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Abstract

A fuel cell stack by an embodiment of the present invention comprises the following: a unit cell providing an electrolyte film in between an air electrode and a fuel electrode; a separation membrane located on at least one side of the unit cell for stacking the unit cell; and a surface pressure sensor located on at least one contacting surface of the unit cell and the separation membrane for measuring the surface pressure between the unit cell and the separation membrane. A surface pressure adjusting device for a fuel cell by another embodiment of the present invention comprises the following: the fuel cell stack; an actuator connected to the outside of the fuel cell stack; and a controller connected to the fuel cell stack and the actuator for operating the actuator after adjusting the surface pressure of the fuel cell stack.

Description

연료전지 스택 및 이를 포함한 연료전지용 면압 조정장치{Fuel cell stack and adjusting apparatus for fuel cell having thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fuel cell stack,

본 발명은 연료전지 스택 및 이를 포함한 연료전지용 면압 조정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 스택에 면압센서를 제공하여 면압을 측정하고 조정하는 발명에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell stack and a surface pressure adjusting device for a fuel cell including the fuel cell stack, and more particularly, to a surface pressure sensor provided on a fuel cell stack to measure and adjust surface pressure.

연료전지는 수소를 사용하여 전기를 생산하는데 있어서 가장 효율이 높은 이상적인 에너지 변환장치로 일컬어지고 있으며, 미래 수소사회의 핵심이 되는 기술이 될 것이다. 한편 에너지원과 에너지 저장매체로 화석연료를 사용하는 현 시점에서도 고효율의 친환경적인 에너지전환장치로서의 연료전지는 응용 가능 분야가 다양하고 에너지 절약 및 기타 특수 목적을 위해 현재 세계 각국에서 상용화를 위한 연구가 활발히 진행 중이다.Fuel cells are considered to be the most efficient energy conversion device for producing electricity using hydrogen and will be the core technology of future hydrogen society. At present, the use of fossil fuels as energy sources and energy storage media, fuel cell as a highly efficient and environmentally friendly energy conversion device has various applications, and researches for commercialization in various countries around the world for energy saving and other special purposes It is actively underway.

이와 같은 연료전지(Fuel Cell)는 반응물의 산화, 환원에 의한 화학에너지를 전기에너지로 바꾸어주는 에너지 변환 장치이다. 일반적으로 연료전지는 연료극(Anode)과 공기극(Cathode) 및 상기 연료극과 공기극 사이에 위치하는 전해질 매트릭스 또는 맴브레인으로 구성된다. 이러한 연료전지는 연료극으로 연료가스가 주입되어 산화되고, 공기극으로 공기가 공급되어 연료극과 공기극 사이에 위치하는 전해질 매트릭스 혹은 멤브레인을 통하여 이온이 이동되어 외부 회로를 경유하는 방식으로 작동된다.Such a fuel cell is an energy conversion device that converts chemical energy generated by oxidation and reduction of a reactant into electric energy. Generally, a fuel cell is composed of an anode and an cathode, and an electrolyte matrix or a membrane disposed between the anode and the cathode. The fuel cell is operated by injecting fuel gas into the fuel electrode, oxidizing it, supplying air to the air electrode, moving the ions through the electrolyte matrix or the membrane located between the fuel electrode and the air electrode, and passing the external circuit.

이때 연료극에서 생성된 전자가 공기극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르게 되며, 이를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것이다. 따라서 연료전지에서 일어나는 화학반응은 수소와 산소가 만나 물이 되는 반응과 동일하다.At this time, the electrons generated in the anode are transferred to the cathode and are consumed, and electrons flow to the external circuit. Therefore, the chemical reaction in the fuel cell is the same as the reaction in which hydrogen and oxygen meet and become water.

한편 공기극, 연료극 및 전해질 매트릭스 혹은 멤브레인 등의 전해질막으로 이루어진 연료전지를 단위셀이라고 하며, 1개의 단위셀이 생산하는 전기 에너지의 양은 매우 제한적이기 때문에 연료전지를 발전에 활용하기 위해서는 단위셀을 여러 개 쌓아 놓은 형태인 스택 구조의 형성이 불가피하다. On the other hand, a fuel cell composed of an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane such as an electrolyte matrix or a membrane is referred to as a unit cell. Since the amount of electric energy produced by one unit cell is very limited, It is inevitable to form a stack structure, which is a stacked form.

이와 같이 스택 구조는 상기 단위셀들 사이에 분리판을 위치시켜 이루어진다. 상기 분리판은 상기 단위셀에서 생성된 전기를 집전하여 전달하기 위해 각각의 단위셀을 전기적으로 연결시키는 역할도 한다.In this manner, the stack structure is formed by positioning the separator plate between the unit cells. The separator plate electrically connects each unit cell to collect electricity generated in the unit cell.

한편, 연료전지 스택은 신뢰성을 확보하기 위해서 균일한 전류밀도 분포와 균일한 면압 분포가 필수적으로 필요하다. 그러나, 현재까지 연료전지 스택의 내부 면압분포를 측정하는 시스템은 없는 상황이다.On the other hand, a uniform current density distribution and a uniform surface pressure distribution are indispensably required in order to secure reliability of the fuel cell stack. However, there is no system for measuring the internal surface pressure distribution of the fuel cell stack up to now.

즉, 연료전지 스택의 성능은 집전기능을 하는 분리판과 단위셀 사이 접촉의 균일성에 의존하는 경향이 있는데, 고온에서 작동되는 연료전지 스택은 열에 의해 변형되어 면압을 균일하게 유지하기 어려운 문제가 있다.That is, the performance of the fuel cell stack tends to depend on the uniformity of contact between the separator plate and the unit cell, which functions as a current collector. However, the fuel cell stack operated at a high temperature is deformed by heat, .

따라서, 단위셀과 분리판 사이의 면압을 측정하고, 이를 조정할 수 있는 발명에 대한 연구가 필요하게 되었다.Therefore, it is necessary to study the invention for measuring the surface pressure between the unit cell and the separator and adjusting the surface pressure.

본 발명의 목적은 연료전지 스택의 면압을 측정하여 균일하게 면압이 작용하도록 조정하여 성능을 향상시킨 연료전지 스택 및 이를 포함한 연료전지용 면압 조정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack in which the surface pressure of a fuel cell stack is measured to uniformly perform surface pressure so as to improve performance, and a surface pressure adjusting device for a fuel cell including the fuel cell stack.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택은 공기극과 연료극 사이에 전해질막을 제공하는 단위셀, 상기 단위셀을 적층시키도록, 상기 단위셀의 적어도 일측에 제공되는 분리판 및 상기 단위셀과 상기 분리판 사이의 면압을 측정토록, 상기 분리판 및 상기 단위셀 중 적어도 하나의 접촉면에 제공되는 면압센서를 포함할 수 있다.A fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a unit cell for providing an electrolyte membrane between an air electrode and a fuel electrode, a separator provided on at least one side of the unit cell to stack the unit cells, And a surface pressure sensor provided on a contact surface of at least one of the separator plate and the unit cell to measure the surface pressure between the plates.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 단위셀은 상기 공기극, 연료극 및 전해질막의 테두리 외측에 연속되는 형상으로 제공되는 밀봉재를 더 포함하며, 상기 면압센서는 상기 분리판과 접촉하는 상기 밀봉재에 제공될 수 있다.Further, the unit cell of the fuel cell stack according to an embodiment of the present invention further includes a sealing material provided in a continuous shape outside the rim of the air electrode, the fuel electrode, and the electrolyte membrane, and the surface pressure sensor contacts the separator plate And may be provided in the sealing material.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 상기 면압센서는 절연코팅될 수 있다.In addition, the surface pressure sensor of the fuel cell stack according to an embodiment of the present invention may be insulated.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치는 상기 연료전지 스택, 상기 연료전지 스택의 외측에 연결되는 액츄에이터 및 상기 연료전지 스택의 면압을 조정하여 상기 액츄에이터를 작동시키도록, 상기 연료전지스택 및 상기 액츄에이터와 연결된 제어부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a surface pressure regulating device for a fuel cell, comprising: a fuel cell stack; an actuator connected to the outside of the fuel cell stack; and an actuator for controlling the surface pressure of the fuel cell stack, A battery stack, and a controller coupled to the actuator.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치의 상기 액츄에이터는 상기 연료전지 스택의 외측의 양면 모두에 제공될 수 있다.Further, the actuator of the surface tension adjusting device for a fuel cell according to another embodiment of the present invention may be provided on both sides of the outer side of the fuel cell stack.

본 발명에 따른 연료전지 스택 및 이를 포함한 연료전지용 면압 조정장치는 단위셀과 분리판 사이의 면압을 측정할 수 있는 효과가 있다. 이에 의해, 연료전지 스택 내의 면압분포를 분석하여 연료전지 스택의 성능 감소 정도를 예상할 수 있는 이점이 있다.The fuel cell stack according to the present invention and the surface pressure adjusting device for a fuel cell including the fuel cell stack have the effect of measuring the surface pressure between the unit cell and the separator plate. Thereby, there is an advantage that the degree of reduction of the performance of the fuel cell stack can be predicted by analyzing the surface pressure distribution in the fuel cell stack.

또한, 측정된 면압에 따라 연료전지 스택을 가압하여 연료전지 스택에 면압이 균일하게 작용하도록 조정할 수 있는 이점이 있다. 이에 의해, 연료전지 스택의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.Further, there is an advantage that the fuel cell stack can be pressurized in accordance with the measured surface pressure, so that the surface pressure uniformly acts on the fuel cell stack. As a result, the performance of the fuel cell stack can be improved.

한편, 장시간 운전으로 인한 과열시에도 면압이 균일하게 작용하도록 조정할 수 있어 장시간 운전을 가능하게 하는 이점도 있다.On the other hand, the surface pressure can be adjusted so as to act uniformly even in the event of overheating due to the long-time operation, thereby enabling long-time operation.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 분리판에 면압센서가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 단위셀에 면압센서가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 밀봉재에 면압센서가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 면압센서를 개략적으로 도시한 분해사시도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.FIG. 1A is a perspective view schematically showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an exploded perspective view schematically showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view schematically showing a surface pressure sensor attached to a separator plate of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view schematically showing a surface pressure sensor attached to a unit cell of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view schematically showing a surface pressure sensor attached to a sealing material of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
5 is an exploded perspective view and a cross-sectional view schematically showing a surface pressure sensor of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view schematically showing a surface pressure adjusting device for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept. Other embodiments falling within the scope of the inventive concept may readily be suggested, but are also considered to be within the scope of the present invention.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
The same reference numerals are used to designate the same components in the same reference numerals in the drawings of the embodiments.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)을 개략적으로 도시한 분해사시도이다. FIG. 1A is a perspective view schematically showing a fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an exploded perspective view schematically showing a fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention .

또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 분리판(120)에 면압센서(130)가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 단위셀(110)에 면압센서(130)가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.2 is a perspective view schematically showing that a surface pressure sensor 130 is attached to a separation plate 120 of a fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention. 1 is a perspective view schematically showing the surface pressure sensor 130 attached to the unit cell 110 of the fuel cell stack 100 according to the example.

도 1a 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)은 공기극(112)과 연료극(111) 사이에 전해질막(113)을 제공하는 단위셀(110), 상기 단위셀(110)을 적층시키도록, 상기 단위셀(110)의 적어도 일측에 제공되는 분리판(120) 및 상기 단위셀(110)과 상기 분리판(120) 사이의 면압을 측정토록, 상기 분리판(120) 및 상기 단위셀(110) 중 적어도 하나의 접촉면에 제공되는 면압센서(130)를 포함할 수 있다.
1A to 3, a fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention includes a unit cell 110 for providing an electrolyte membrane 113 between an air electrode 112 and a fuel electrode 111, A separation plate 120 provided on at least one side of the unit cell 110 to measure the surface pressure between the unit cell 110 and the separation plate 120 so as to stack the unit cells 110, And a surface pressure sensor 130 provided on a contact surface of at least one of the plate 120 and the unit cell 110.

본 발명의 연료전지 스택(100)은 연료전지 스택(100)에 면압센서(130)를 제공하여 면압을 측정하는 발명에 관한 것이다.A fuel cell stack (100) of the present invention relates to an invention for measuring a surface pressure by providing a surface pressure sensor (130) on a fuel cell stack (100).

즉, 단위셀(110)과 분리판(120) 사이의 면압을 측정하여, 연료전지 스택(100) 내의 면압분포를 분석하고 연료전지 스택(100)의 성능감소 정도를 예상할 수 있는 이점이 있다.That is, there is an advantage that the surface pressure distribution between the unit cell 110 and the separation plate 120 is measured, the surface pressure distribution in the fuel cell stack 100 is analyzed, and the degree of decrease in the performance of the fuel cell stack 100 can be predicted .

또한, 후술할 연료전지용 면압 조정장치(1)와 연계되어 상기 연료전지 스택(100)에 면압이 균일하게 작용하도록 조정하여, 연료전지 스택(100)의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
In addition, the performance of the fuel cell stack 100 can be improved by adjusting the surface pressure to be uniformly applied to the fuel cell stack 100 in conjunction with a surface pressure adjusting device 1 for a fuel cell to be described later.

상기 단위셀(110)은 산소 이온 전도성을 갖는 전해질막(113)과 그 양면에 위치한 캐소드(cathode)로서의 공기극(112) 및 애노드(anode)로서의 연료극(111) 전극의 조립체로 형성된다.The unit cell 110 is formed of an assembly of an electrolyte membrane 113 having oxygen ion conductivity, an air electrode 112 serving as a cathode located on both sides thereof, and a fuel electrode 111 electrode serving as an anode.

즉, 상기 단위셀(110)은 상기 연료극(111)으로 연료가스가 주입되어 산화되고, 상기 공기극(112)으로 공기가 공급되어 상기 전해질막(113)을 통하여 이온이 이동되어, 상기 연료극(111)에서 생성된 전자가 상기 공기극(112)으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자를 흐르게 하여 전기 에너지를 생산할 수 있게 된다.That is, in the unit cell 110, fuel gas is injected into the fuel electrode 111 to be oxidized, air is supplied to the air electrode 112, ions move through the electrolyte membrane 113, The electrons generated in the cathode electrode 112 are transferred to the cathode electrode 112 and are consumed, thereby allowing electrons to flow to the external circuit to produce electrical energy.

또한, 상기 단위셀(110)은 후술할 분리판(120)에서 제공되는 연료 또는 공기 등의 유체가 유출되는 것을 방지하기 위해 밀봉재(114)를 더 포함할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.
In addition, the unit cell 110 may further include a sealing material 114 to prevent fluid such as fuel or air from being supplied from the separating plate 120, which will be described later, Will be described later.

상기 분리판(120)은 연료 또는 공기를 상기 단위셀(110)에 제공하는 역할을 한다. 즉, 상기 분리판(120)에는 연료 또는 공기가 이동할 수 있는 유로(122)가 형성되어 외부에서 유입된 연료 또는 공기를 상기 유로(122)를 통하여 분배하여 상기 단위셀(110)에 제공할 수 있다.The separation plate 120 serves to provide fuel or air to the unit cell 110. That is, the separator 120 is provided with a flow path 122 through which fuel or air can flow, so that the fuel or air introduced from the outside can be distributed to the unit cell 110 through the flow path 122 have.

상기 분리판(120)에는 상기 유로(122) 사이에 위치하여 각각의 유로(122)들을 구분하는 립(121)이 형성될 수 있으며, 상기 립(121)에는 후술할 면압센서(130)가 제공되어 면압을 측정할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.The separation plate 120 may be provided with a lip 121 located between the flow paths 122 and separating the flow paths 122. The lip pressure sensor 130 may be provided on the lip 121 The surface pressure can be measured. A detailed description thereof will be given later with reference to Fig.

또한, 상기 분리판(120)은 상기 단위셀(110)에서 생성된 전자를 집전하여 외부로 전달하는 역할도 할 수 있다. 이를 위해, 상기 분리판(120)은 전기전도성의 소재를 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 상기 집전체는 전기전도성의 세라믹을 소재로 하거나, 페라이트계 스테인리스나 Fe-Ni합금 등의 금속을 소재로 형성될 수 있다.
The separator 120 collects the electrons generated in the unit cell 110 and transmits the collected electrons to the outside. For this, the separator 120 may be formed using an electrically conductive material. That is, the current collector may be made of an electrically conductive ceramic material, or may be made of a metal such as ferritic stainless steel or Fe-Ni alloy.

상기 면압센서(130)는 상기 분리판(120)과 상기 단위셀(110) 사이의 면압을 측정하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 면압센서(130)는 상기 분리판(120) 및 상기 단위셀(110) 중 적어도 하나에 제공될 수 있다. 상기 면압센서(130)에 대한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
The surface pressure sensor 130 measures the surface pressure between the separation plate 120 and the unit cell 110. For this, the surface pressure sensor 130 may be provided on at least one of the separator 120 and the unit cell 110. The surface pressure sensor 130 will be described later with reference to FIG.

상기 단위셀(110) 및 상기 분리판(120)은 적층되어 스택 구조를 이루며, 이에 의해 하나의 단위셀(110)에서 생산하는 전기 에너지를 실용적으로 활용할 수 있는 높은 전압으로 제공할 수 있게 된다.The unit cell 110 and the separator 120 are stacked to form a stacked structure, thereby providing electrical energy produced by one unit cell 110 at a high voltage that can be practically utilized.

이를 위해, 상기 단위셀(110) 및 상기 분리판(120)의 최외측에는 외측판(150)이 제공되며, 상기 단위셀(110) 및 상기 분리판(120)의 스택 양측의 상기 외측판(150)은 링크봉(140)에 의해 연결되어 조립될 수 있게 된다.For this, an outer plate 150 is provided at the outermost sides of the unit cell 110 and the separator plate 120, and the outer plate 150 at both sides of the stack of the unit cell 110 and the separator plate 120 150 can be connected and assembled by the link rod 140.

상기 링크봉(140)은 상기 단위셀(110) 및 상기 분리판(120)의 스택 양측에 제공되는 상기 외측판(150) 사이의 폭을 조절할 수 있도록 가변적인 기둥으로 제공될 수 있다. 즉, 상기 링크봉(140)은 내부봉 및 상기 내부봉이 삽입되는 외부봉을 제공하여, 상기 외부봉에 상기 내부봉이 상하로 이동가능하게 구성되어 높이를 조절할 수 있는 것이다.The link rod 140 may be provided as a variable pillar so as to control the width between the unit cell 110 and the outer plate 150 provided on both sides of the stack of the separator plate 120. That is, the link rod 140 provides an inner rod and an outer rod into which the inner rod is inserted, so that the inner rod can be moved up and down to adjust the height.

상기 외측판(150)에는 후술할 액츄에이터(200)가 안착될 수 있는 홈이 형성될 수도 있으며, 이에 의해 상기 액츄에이터(200)가 상기 외측판(150)에 제공하는 가압력을 안정적으로 받을 수 있게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 도 6을 참조하여 후술한다.
The outer plate 150 may be provided with grooves on which the actuator 200 to be described later can be mounted so that the actuator 200 can stably receive the pressing force provided to the outer plate 150 . A detailed description thereof will be described later with reference to Fig.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 밀봉재(114)에 면압센서(130)가 부착된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.4 is a perspective view schematically showing a surface pressure sensor 130 attached to a sealing material 114 of a fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 상기 단위셀(110)은 상기 공기극(112), 연료극(111) 및 전해질막(113)의 테두리 외측에 연속되는 형상으로 제공되는 밀봉재(114)를 더 포함하며, 상기 면압센서(130)는 상기 분리판(120)과 접촉하는 상기 밀봉재(114)에 제공될 수 있다.4, the unit cell 110 of the fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of unit cells 110 that are continuous outside the rim of the air electrode 112, the fuel electrode 111, and the electrolyte membrane 113 The surface pressure sensor 130 may be provided on the sealing material 114 in contact with the separator plate 120. The sealing material 114 may be provided on the sealing plate 114,

상기 밀봉재(114)는 상기 분리판(120)에서 제공하는 연료 또는 공기 등의 유체가 유출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 밀봉재(114)는 상기 연료극(111), 공기극(112) 및 전해질막(113)의 테두리 외측에 결합될 수 있는 형상을 할 수 있다. 즉, 상기 연료극(111), 공기극(112) 및 전해질막(113)의 테두리 외측에 연속되는 띠 형상을 할 수 있다. The sealing material 114 serves to prevent a fluid such as fuel or air, which is provided by the separator 120, from flowing out. The sealing material 114 may be formed to be coupled to the outside of the rim of the fuel electrode 111, the air electrode 112, and the electrolyte membrane 113. That is, it may have a continuous band shape outside the rim of the fuel electrode 111, the air electrode 112, and the electrolyte membrane 113.

상기 밀봉재(114)는 유체의 실링(sealing)을 위해 탄성복원 가능한 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 일례로써, 고무재질의 소재 또는 탄성복원 가능한 금속재질의 소재로 형성될 수 있다.The sealing material 114 is preferably formed of an elastically restorable material for sealing the fluid. For example, it may be formed of a rubber material or an elastically recoverable metal material.

한편, 상기 밀봉재(114)에도 후술할 면압센서(130)가 제공될 수 있으며, 이에 의해 상기 분리판(120)과의 접촉면에서 발생하는 면압을 측정할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
The sealant 114 may also be provided with a surface pressure sensor 130, which will be described later, to measure the surface pressure generated on the contact surface with the separation plate 120. A detailed description thereof will be given later with reference to Fig.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 면압센서(130)를 개략적으로 도시한 분해사시도 및 단면도이다.5 is an exploded perspective view and a sectional view schematically showing a surface pressure sensor 130 of the fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택(100)의 상기 면압센서(130)는 절연코팅될 수 있다.
Referring to FIG. 5, the surface pressure sensor 130 of the fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention may be insulated.

상기 면압센서(130)는 상기 분리판(120)과 상기 단위셀(110) 사이의 면압을 측정하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 면압센서(130)는 상기 분리판(120) 및 상기 단위셀(110) 중 적어도 하나에 제공될 수 있다.The surface pressure sensor 130 measures the surface pressure between the separation plate 120 and the unit cell 110. For this, the surface pressure sensor 130 may be provided on at least one of the separator 120 and the unit cell 110.

상기 면압센서(130)는 연료전지 스택(100)의 면압분포를 분석하기 위해 제공되는 구성요소로써, 상기 연료전지 스택(100)의 전체에 고르게 분포하여 제공되는 것이 바람직하다.The surface pressure sensor 130 is provided for analyzing the surface pressure distribution of the fuel cell stack 100. The surface pressure sensor 130 is preferably distributed evenly throughout the fuel cell stack 100.

즉, 상기 면압센서(130)가 상기 분리판(120)에 제공되는 경우에는 상기 분리판(120)의 상기 립(121) 상에 일정간격으로 배치되어 제공되는 것이 바람직하며, 상기 면압센서(130)가 상기 단위셀(110)에 제공되는 경우에도 일정간격으로 제공되는 것이 바람직하다.That is, when the surface pressure sensor 130 is provided on the separation plate 120, the surface pressure sensor 130 may be provided on the lip 121 of the separation plate 120 at a predetermined interval, Are provided in the unit cell 110, it is preferable that they are provided at regular intervals.

한편, 상기 면압센서(130)는 상기 연료전지 스택(100) 전체의 면압분포를 측정할 수 있도록 제공된다면, 상기 분리판(120) 또는 상기 단위셀(110)에만 제공될 수도 있다. The surface pressure sensor 130 may be provided only in the separation plate 120 or the unit cell 110 if the surface pressure sensor 130 is provided to measure the surface pressure distribution of the entire fuel cell stack 100.

또한, 상기 면압센서(130)는 상기 단위셀(110)의 상기 밀봉재(114) 상에 제공될 수 있다. 이러한 경우에도 상기 면압센서(130)는 상기 연료전지 스택(100) 전체의 신뢰성 있는 면압측정을 위해 상기 밀봉재(114)에 일정간격으로 배치되어 제공되는 것이 바람직하다.The surface pressure sensor 130 may be provided on the sealing material 114 of the unit cell 110. In this case, it is preferable that the surface pressure sensors 130 are provided at predetermined intervals in the sealing material 114 for reliable surface pressure measurement of the entire fuel cell stack 100.

한편, 상기 면압센서(130)는 상기 단위셀(110) 및 상기 분리판(120) 사이의 면압을 측정하기 위해서, 연결단자(131) 및 압전체(133)를 제공할 수 있다. The surface pressure sensor 130 may provide a connection terminal 131 and a piezoelectric body 133 to measure a surface pressure between the unit cell 110 and the separation plate 120.

상기 압전체(133)는 압력을 전기적 신호로 변환할 수 있어, 상기 단위셀(110)과 상기 분리판(120) 사이의 면압을 측정할 수 있게 된다. 다만, 상기 단위셀(110)과 상기 분리판(120) 사이의 면압을 측정할 수 있다면, 상기 압전체(133)에 한정되는 것은 아니다. The piezoelectric body 133 can convert the pressure into an electrical signal and measure the surface pressure between the unit cell 110 and the separator 120. However, the present invention is not limited to the piezoelectric body 133 as long as the surface pressure between the unit cell 110 and the separation plate 120 can be measured.

상기 압전체(133)의 일례로써, Langasite(La3Ga5SiO14)가 있을 수 있다. 상기 소재는 작동온도 700℃이상의 소재로써, 고온에서 연료전지 스택(100)이 변형하여 면압이 불균일하게 되는 환경에서 면압을 측정할 수 있는 이점이 있다. As an example of the piezoelectric body 133, Langasite (La 3 Ga 5 SiO 14 ) may be present. The material is advantageous in that the surface pressure can be measured in an environment where the fuel cell stack 100 is deformed at a high temperature and the surface pressure becomes uneven due to the material having an operating temperature of 700 ° C or higher.

한편, 상기 압전체(133)는 고형의 리지드 바디(rigid body)로 제공될 수도 있으나, 분말 또는 액체 형태로 제공될 수도 있다. 즉, 상기 압전체(133)가 제공되는 부분에 분말 또는 액체 형태의 압전물질을 분사하여 제공될 수도 있는 것이다.Meanwhile, the piezoelectric body 133 may be provided as a solid rigid body, but may be provided in powder or liquid form. That is, the piezoelectric body 133 may be provided by spraying a piezoelectric substance in the form of powder or liquid on the portion provided with the piezoelectric body 133.

상기 연결단자(131)는 상기 압전체(133)에서 감지한 압전신호를 외부로 전달하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 연결단자(131)는 상기 압전체(133) 및 외부의 제어부(300) 등에 연결될 수 있다. The connection terminal 131 transmits the piezoelectric signal sensed by the piezoelectric body 133 to the outside. To this end, the connection terminal 131 may be connected to the piezoelectric body 133 and an external control unit 300 or the like.

한편, 신뢰성 있는 압전신호 전달을 위해, 상기 연결단자(131)는 다른 연결단자(131)와 혼선되지 않도록 제공되는 것이 바람직하다.Meanwhile, in order to reliably transmit the piezoelectric signal, the connection terminal 131 is preferably provided so as not to be mixed with the other connection terminal 131.

상기 연결단자(131)는 후술할 연결단자 매개판(132)을 통하여 상기 압전체(133)와 전기적으로 연결될 수도 있으며, 상기 연결단자(131)는 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 금(Au) 등의 전기전도성이 좋은 소재로 형성하는 것이 바람직하다. The connection terminal 131 may be electrically connected to the piezoelectric body 133 through a connection terminal intermediate plate 132 to be described later. The connection terminal 131 may be formed of copper (Cu), silver (Ag), platinum Pt ) Or gold (Au) or the like.

한편, 상기 면압센서(130)가 상기 분리판(120) 상에 제공되는 경우에는 상기 연결단자(131)도 상기 분리판(120)의 상기 립(121) 상에 위치시키는 것이 바람직하다.When the surface pressure sensor 130 is provided on the separation plate 120, the connection terminal 131 may be positioned on the lip 121 of the separation plate 120.

다만, 상기 분리판(120)의 상기 유로(122)를 흐르는 연료 또는 공기 등의 유체에 의해 상기 연결단자(131)가 오염되어 단선(short)되지 않는다면, 상기 유로(122) 상에도 상기 연결단자(131)가 위치할 수도 있다.However, if the connection terminal 131 is not contaminated and short-circuited due to a fluid such as fuel or air flowing through the flow path 122 of the separation plate 120, (131) may be located.

또한, 상기 면압센서(130)는 상기 압전체(133)와 상기 연결단자(131)를 연결시킬 수 있는 연결단자 매개판(132)을 더 포함할 수도 있다. 상기 매개판은 상기 압전체(133)와 상기 연결단자(131)가 직접적으로 연결되는 것이 곤란할 경우에 제공되어 상기 압전체(133)와 상기 연결단자(131)를 전기적으로 용이하게 연결하는 역할을 한다.The surface pressure sensor 130 may further include a connection terminal plate 132 for connecting the piezoelectric body 133 and the connection terminal 131. The intermediate plate is provided when it is difficult for the piezoelectric body 133 and the connection terminal 131 to be directly connected to each other to electrically connect the piezoelectric body 133 and the connection terminal 131 with each other easily.

상기 연결단자 매개판(132)의 소재로는 전기전도성이 좋은 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 금(Au) 등의 소재가 사용될 수 있다. 상기 연결단자 매개판(132)을 상기 연결단자(131)와 동일한 소재로 형성하는 경우에는 상기 연결단자(131)와의 결합을 더욱 공고히 할 수 있는 이점이 있다.As the material of the connection terminal intermediate plate 132, a material such as copper (Cu), silver (Ag), platinum (Pt), or gold (Au) having good electrical conductivity may be used. When the connection terminal intermediate plate 132 is formed of the same material as the connection terminal 131, the connection with the connection terminal 131 can be further strengthened.

또한, 상기 면압센서(130)는 절연코팅막(134)을 더 포함할 수 있다. 상기 절연코팅막(134)은 상기 면압센서(130)이 외부의 전기적 영향 없이 신뢰성 있는 면압을 측정할 수 있게 하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 절연코팅막(134)은 외측으로 노출된 부분에 형성될 수 있다. The surface pressure sensor 130 may further include an insulating coating layer 134. The insulation coating 134 functions to allow the surface pressure sensor 130 to measure a reliable surface pressure without an external electrical influence. For this, the insulating coating layer 134 may be formed on the exposed portion.

한편, 상기 절연코팅막(134)도 고형의 리지드 바디로 제공될 수 있으나, 상기 압전체(133) 또는 연결단자 매개판(132) 상에 분말 또는 액체 형상의 절연물질을 분사하여 제공될 수도 있다.
The insulating coating 134 may be provided as a solid rigid body, but may be provided by spraying a powdery or liquid insulating material on the piezoelectric body 133 or the connection terminal plate 132.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치(1)를 개략적으로 도시한 사시도이다.6 is a perspective view schematically showing an apparatus for adjusting surface pressure 1 for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치(1)는 상기 연료전지 스택(100), 상기 연료전지 스택(100)의 외측에 연결되는 액츄에이터(200) 및 상기 연료전지 스택(100)의 면압을 조정하여 상기 액츄에이터(200)를 작동시키도록, 상기 연료전지스택 및 상기 액츄에이터(200)와 연결된 제어부(300)를 포함할 수 있다.6, an apparatus for adjusting surface pressure 1 for a fuel cell according to another embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 100, an actuator 200 connected to the outside of the fuel cell stack 100, And a control unit 300 connected to the fuel cell stack and the actuator 200 to adjust the surface pressure of the battery stack 100 to operate the actuator 200. [

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 면압 조정장치(1)의 상기 액츄에이터(200)는 상기 연료전지 스택(100)의 외측의 양면 모두에 제공될 수 있다.
In addition, the actuator 200 of the surface tension adjusting device 1 for a fuel cell according to another embodiment of the present invention may be provided on both sides of the outer side of the fuel cell stack 100.

본 발명의 연료전지용 면압 조정장치(1)는 면압센서(130)에 의해 측정된 면압에 따라, 상기 연료전지 스택(100)의 면압을 조정하는 발명이다.The surface pressure adjusting device (1) for a fuel cell of the present invention adjusts the surface pressure of the fuel cell stack (100) according to the surface pressure measured by the surface pressure sensor (130).

이에 의해, 연료전지 스택(100)의 면압을 균일하게 작용하게 할 수 있어, 연료전지 스택(100)의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.Thereby, the surface pressure of the fuel cell stack 100 can be made to act uniformly, and the performance of the fuel cell stack 100 can be improved.

또한, 장시간 운전으로 발생하는 과열로 인해 상기 연료전지 스택(100)에 열변형이 발생하여 불균일한 면압이 형성되는 경우에도, 면압이 균일하게 작용하도록 상기 연료전지 스택(100)을 가압할 수 있어 상기 연료전지 스택(100)의 장시간 운전을 가능하게 하는 이점도 있다.
In addition, even when the fuel cell stack 100 is thermally deformed due to overheating caused by a long-time operation to form an uneven surface pressure, the fuel cell stack 100 can be pressed so that the surface pressure acts uniformly There is also an advantage that the fuel cell stack 100 can be operated for a long time.

상기 액츄에이터(200)는 상기 연료전지 스택(100)을 가압하여 면압을 인가는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 액츄에이터(200)는 상기 연료전지 스택(100)의 외측에 연결될 수 있다.The actuator 200 pressurizes the fuel cell stack 100 to apply surface pressure. For this purpose, the actuator 200 may be connected to the outside of the fuel cell stack 100.

즉, 상기 액츄에이터(200)는 상기 연료전지 스택(100)의 외측판(150)에 연결되어 상기 외측판(150)을 가압할 수 있다. That is, the actuator 200 may be connected to the outer plate 150 of the fuel cell stack 100 to press the outer plate 150.

상기 액츄에이터(200)는 상기 연료전지 스택(100)의 양면 모두에 제공될 수도 있으나, 어느 하나의 외측판(150)에만 제공될 수도 있다. The actuator 200 may be provided on both sides of the fuel cell stack 100, but may be provided only on one of the outer plates 150.

또한, 상기 액츄에이터(200)는 상기 면압센서(130)가 제공되는 위치에 대응되는 위치에 제공될 수도 있다. 이에 의하면, 각각의 면압센서(130)가 측정한 면압 각각을 직접적으로 조정할 수 있어, 정밀한 면압의 조정이 가능한 이점이 있다.Also, the actuator 200 may be provided at a position corresponding to a position where the surface pressure sensor 130 is provided. According to this structure, each surface pressure measured by each surface pressure sensor 130 can be directly adjusted, and the surface pressure can be adjusted precisely.

한편, 상기 액츄에이터(200)는 상기 외측판(150)의 모서리 부분에 연결되도록 제공될 수도 있다. 이에 의하면, 상기 연료전지 스택(100)에 인가되는 면압을 상기 외측판(150)의 모서리에 작용하는 가압력으로 조정할 수 있어 제어가 용이한 이점이 있다.Meanwhile, the actuator 200 may be provided so as to be connected to an edge portion of the outer plate 150. According to this, the surface pressure applied to the fuel cell stack 100 can be adjusted by the pressing force acting on the edge of the outer plate 150, which facilitates the control.

상기 액츄에이터(200)는 유압실린더(210)를 제공하여 구성될 수 있다. 이에 의하면, 상기 연료전지 스택(100)에 인가하는 가압력이 상기 유압실린더(210)에 의해 조정이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 공압실린더 또는 모터 등과 같이 상기 연료전지 스택(100)의 면압을 조정할 수 있는 수단도 본 발명의 액츄에이터(200)일 수 있다.The actuator 200 may be configured by providing a hydraulic cylinder 210. According to this, the pressing force applied to the fuel cell stack 100 can be adjusted by the hydraulic cylinder 210. However, the present invention is not limited thereto, and means for adjusting the surface pressure of the fuel cell stack 100, such as a pneumatic cylinder or a motor, may also be the actuator 200 of the present invention.

한편, 상기 연료전지 스택(100)은 상기 액츄에이터(200)로부터 가압력을 인가받기 위해 지지봉(230)과 연계된 지지판(220) 상에 제공될 수 있다.
The fuel cell stack 100 may be provided on a support plate 220 connected to the support bar 230 to receive a pressing force from the actuator 200.

상기 제어부(300)는 상기 면압센서(130)에서 측정한 면압에 따라 상기 액츄에이터(200)를 작동시켜, 상기 연료전지 스택(100)에 균일한 면압이 작용하게 조정하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 제어부(300)는 상기 연료전지 스택(100)의 상기 면압센서(130) 및 상기 액츄에이터(200)와 전기적으로 연결될 수 있다.The control unit 300 operates the actuator 200 according to the surface pressure measured by the surface pressure sensor 130 to control the uniform pressure of the fuel cell stack 100 to operate. The control unit 300 may be electrically connected to the surface pressure sensor 130 and the actuator 200 of the fuel cell stack 100.

상기 제어부(300)는 상기 분리판(120) 또는 상기 단위셀(110)에 제공되는 상기 면압센서(130) 각각의 면압에 대한 데이터를 받아 불균일한 면압이 발생된 부분을 분석할 수 있다. The control unit 300 may receive data on the surface pressure of each of the separating plate 120 or the surface pressure sensor 130 provided in the unit cell 110 to analyze a portion where uneven surface pressure is generated.

또한, 상기 제어부(300)는 면압에 대한 데이터에 따라 상기 액츄에이터(200)를 작동시켜, 상기 연료전지 스택(100)에 면압이 균일하게 분포할 수 있도록 조정할 수 있게 된다.In addition, the controller 300 operates the actuator 200 according to the data on the surface pressure, so that the surface pressure can be uniformly distributed on the fuel cell stack 100.

1 : 연료전지용 면압 조정장치 100: 연료전지 스택
110: 단위셀 111: 연료극
112: 공기극 113: 전해질막
114: 밀봉재 120: 분리판
121: 립 122: 유로
130: 면압센서 131: 연결단자
132: 연결단자 매개판 133: 압전체
134: 절연코팅막 140: 링크봉
150: 외측판 200: 액츄에이터
210: 유압실린더 220: 지지판
230: 지지부재 300: 제어부1: Surface pressure adjusting device for fuel cell 100: Fuel cell stack
110: unit cell 111: anode electrode
112: air electrode 113: electrolyte membrane
114: sealing material 120: separating plate
121: lip 122:
130: pressure sensor 131: connection terminal
132: connection terminal plate 133: piezoelectric substrate
134: Insulating coating film 140: Link rod
150: outer plate 200: actuator
210: Hydraulic cylinder 220: Support plate
230: support member 300:

Claims (5)

공기극과 연료극 사이에 전해질막을 제공하는 단위셀;
상기 단위셀을 적층시키도록, 상기 단위셀의 적어도 일측에 제공되는 분리판; 및
상기 단위셀과 상기 분리판 사이의 면압을 측정토록, 상기 분리판 및 상기 단위셀 중 적어도 하나의 접촉면에 제공되는 면압센서;
를 포함하는 연료전지 스택.A unit cell for providing an electrolyte membrane between the air electrode and the fuel electrode;
A separator provided on at least one side of the unit cell to stack the unit cells; And
A surface pressure sensor provided on a contact surface of at least one of the separator plate and the unit cell to measure surface pressure between the unit cell and the separator plate;
Fuel cell stack comprising a. 제1항에 있어서,
상기 단위셀은 상기 공기극, 연료극 및 전해질막의 테두리 외측에 연속되는 형상으로 제공되는 밀봉재를 더 포함하며,
상기 면압센서는 상기 분리판과 접촉하는 상기 밀봉재에 제공되는 연료전지 스택. The method of claim 1,
The unit cell further includes a sealing material provided in a continuous shape outside the rim of the air electrode, the fuel electrode, and the electrolyte membrane,
Wherein the surface pressure sensor is provided in the sealing material in contact with the separator plate. 제1항에 있어서,
상기 면압센서는 절연코팅된 연료전지 스택.The method of claim 1,
Wherein the surface pressure sensor is insulated. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 연료전지 스택;
상기 연료전지 스택의 외측에 연결되는 액츄에이터; 및
상기 연료전지 스택의 면압을 조정하여 상기 액츄에이터를 작동시키도록, 상기 연료전지스택 및 상기 액츄에이터와 연결된 제어부;
를 포함하는 연료전지용 면압 조정장치.The fuel cell stack of any one of claims 1 to 3;
An actuator connected to the outside of the fuel cell stack; And
A control unit connected to the fuel cell stack and the actuator to adjust the surface pressure of the fuel cell stack to operate the actuator;
And a control unit for controlling the pressure of the fuel cell. 제4항에 있어서,
상기 액츄에이터는 상기 연료전지 스택의 외측의 양면 모두에 제공되는 연료전지용 면압 조정장치.5. The method of claim 4,
Wherein the actuator is provided on both sides of the outer side of the fuel cell stack.
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