KR20140064278A - Fuel cell stack assembly - Google Patents

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KR20140064278A
KR20140064278A KR1020120131446A KR20120131446A KR20140064278A KR 20140064278 A KR20140064278 A KR 20140064278A KR 1020120131446 A KR1020120131446 A KR 1020120131446A KR 20120131446 A KR20120131446 A KR 20120131446A KR 20140064278 A KR20140064278 A KR 20140064278A
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Abstract

Disclosed is a fuel cell stack assembly which includes i) a plurality of main units of stacks and ii) a package member. The main units of stacks are formed by pressing and joining a plurality of unit cells using end plates. A plurality of accommodating spaces are formed on the package member to accommodate the main units of stacks. Each accommodating space contains each main unit of stacks. The main unit stack may include a plurality of subunits of stacks in which at least two unit cells are sectioned by a conductive sheet.

Description

연료 전지 스택 어셈블리 {FUEL CELL STACK ASSEMBLY}[0001] FUEL CELL STACK ASSEMBLY [0002]

본 발명의 실시예는 연료 전지 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 셀들 및 이들 단위 셀들의 체결 구조를 개선한 연료 전지 스택 어셈블리에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly, to a fuel cell stack assembly that improves the unit cells and the fastening structure of these unit cells.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 산화제의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.As is known, a fuel cell is a power generation system that converts the chemical reaction energy of the hydrogen contained in the hydrocarbon-based fuel and the oxidant directly into electric energy.

이러한 연료 전지는 시스템의 구성 요소와 연료의 종류에 따라 여러 타입으로 나뉘는데, 크게 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)로 구분할 수 있다.Such a fuel cell can be divided into various types according to the components of the system and the kind of the fuel. The fuel cell can be classified into a polymer electrolyte fuel cell (Fuel Cell) and a direct oxidation fuel cell (Fuel Cell).

고분자 전해질형 연료 전지는 개질 장치에서 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스와, 공기와 같은 산화제를 제공받아 그 개질 가스와 산화제의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킨다.The polymer electrolyte fuel cell generates an electric energy as an electrochemical reaction between a reforming gas of a hydrogen component generated from a fuel and an oxidizing agent such as air generated from a fuel in a reforming apparatus and reacting the reforming gas with an oxidizing agent.

여기서, 연료라 함은 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스를 포함할 수도 있다.Here, the fuel may include an alcohol liquid fuel such as methanol, ethanol, etc., and may include a hydrocarbon-based liquefied gas mainly containing methane, ethane, propane, and butane.

그리고, 개질 장치는 촉매에 의한 연료의 산화 방식으로서 열 에너지를 발생시키고, 이 열 에너지를 이용한 연료의 수증기 개질(SR: Steam Reforming), 부분 산화(POX: Partial Oxidation) 또는 자열 개질(ATR: Auto-Thermal Reforming) 반응으로서 수소가 풍부한 개질 가스를 발생시키는 구조로 이루어진다.The reforming apparatus generates thermal energy as a method of oxidizing the fuel by the catalyst, and generates a steam reforming (SR), a partial oxidation (POX) or an autothermal reforming (ATR: Auto -Thermal Reforming) reaction to generate hydrogen-rich reformed gas.

한편, 직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 개질 가스를 사용하지 않고 연료를 직접적으로 제공받아 이 연료 중에 함유된 수소와, 별도 제공되는 산화제의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킨다.On the other hand, unlike a polymer electrolyte fuel cell, unlike a polymer electrolyte fuel cell, a direct oxidized fuel cell is provided with a fuel directly without using a reformed gas and generates electric energy as an electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel and an oxidizer provided separately .

이러한 연료 전지는 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)와, 세퍼레이터(separator: 당 업계에서는 통상적으로 "바이폴라 플레이트" 라고도 한다)로 이루어진 단위 셀(cell)들이 연속적으로 배치된 스택(Stack)을 구성한다.Such a fuel cell includes a stack in which unit cells made up of a membrane electrode assembly (MEA) and a separator (commonly referred to as a "bipolar plate" in the related art) are continuously arranged. .

이러한 스택은 단위 셀들이 수 개 내지 수백 개로 적층되며, 수W 내지 수MW의 전력량을 생산하게 된다.Such a stack is stacked with several to several hundred unit cells, and produces a power amount of several W to several MW.

여기서, 막-전극 어셈블리는 전해질막의 양면에 애노드 전극과 캐소드 전극으로서의 촉매층이 형성된 구조로 이루어진다.Here, the membrane-electrode assembly has a structure in which an anode electrode and a catalyst layer as a cathode electrode are formed on both surfaces of the electrolyte membrane.

그리고, 세퍼레이터는 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측면에 배치되며, 개질 가스 또는 연료(이하에서는 편의상 "연료"라고 한다) 및 산화제를 막-전극 어셈블리로 공급하는 통로의 역할과, 막-전극 어셈블리의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체로서의 기능을 동시에 수행한다.The separator is disposed on both sides of the membrane electrode assembly and serves as a passage for supplying a reformed gas or fuel (hereinafter referred to as "fuel" for convenience) and an oxidant to the membrane-electrode assembly, And functions as a conductor for connecting the anode electrode and the cathode electrode of the assembly in series.

따라서, 스택의 단위 셀들로 연료 및 산화제를 공급하게 되면, 연료는 막-전극 어셈블리의 애노드 전극으로 공급되고, 산화제는 세퍼레이터에 의해 캐소드 전극으로 공급된다.Accordingly, when the fuel and the oxidant are supplied to the unit cells of the stack, the fuel is supplied to the anode electrode of the membrane-electrode assembly, and the oxidant is supplied to the cathode electrode by the separator.

이 과정에 스택은 애노드 전극에서 연료 중에 함유된 수소 성분의 전기 화학적인 산화가 일어나고, 캐소드 전극에서 산화제의 전기 화학적인 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로서 전기 에너지를 생성하게 된다.In this process, electrochemical oxidation of the hydrogen component contained in the fuel occurs at the anode electrode, electrochemical reduction of the oxidizing agent occurs at the cathode electrode, and electric energy is generated as movement of generated electrons.

상기와 같은 스택은 단위 셀들의 최 외측에 각각 배치되는 가압 플레이트(이하에서는 당 업계에서 통칭하는 "엔드 플레이트" 라고 한다.)가 체결수단에 의해 서로 체결되면서 단위 셀들이 일정한 압력으로 가압된 상태를 유지한다.The above-mentioned stack is a state in which the pressure plates (hereinafter referred to as "end plates" referred to in the related art) disposed at the outermost sides of the unit cells are fastened to each other by fastening means, .

즉, 스택의 조립 시 단위 셀들이 연속적으로 정렬된 상태에서, 엔드 플레이트는 단위 셀들을 사이에 두고 최 외측의 단위 셀에 밀착되며, 체결수단을 통해 체결압을 제공받아 단위 셀들을 일정한 압력으로 가압한다.That is, in the state that the unit cells are continuously aligned when the stack is assembled, the end plate is in close contact with the outermost unit cell with the unit cells interposed therebetween, and the unit cells are pressed with a constant pressure do.

이러한 스택은 요구하는 전력량에 따라 수십 내지 수백 개의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 하나의 어셈블리로서 구성되는 바, 조립 과정에서 단위 셀들을 기설정된 가압 변위(단위 셀들의 최적 압축 정도에 대응하는 단위 셀들의 전체 길이)로서 엔드 플레이트를 가압 체결해야 한다.Such a stack is configured as an assembly of several tens to several hundreds of unit cells through an end plate in accordance with a required amount of power. In the assembling process, the unit cells are divided into a plurality of unit cells corresponding to a predetermined compression displacement The entire length of the end plate).

그런데, 종래 기술에서는 작업자의 숙련도 차이 또는 토크장치의 기계적 오차 등에 의해 그 가압 변위에 상응하는 엔드 플레이트의 체결압을 제어하기가 쉽지 않다.However, in the prior art, it is not easy to control the engaging pressure of the end plate corresponding to the pressing displacement by a difference in skill of an operator or a mechanical error of a torque device.

따라서, 종래에는 엔드 플레이트의 체결압이 단위 셀들에 과도하게 가해지거나 너무 약하게 가해지는 경우가 발생되는데, 이를 체크하고 체결수단의 체결 정도를 조정해야 하는 등 부가적인 작업이 수반되고, 전체 스택의 제작 시간이 길어지게 되는 문제점을 내포하고 있다.Therefore, in the related art, there is a case where the clamping pressure of the end plate is excessively applied to the unit cells or is applied too weakly. This is accompanied by additional work such as checking the tightening degree of the clamping means and adjusting the tightening degree of the clamping means. And the problem is that the time becomes longer.

그리고, 스택은 상기와 같은 체결압, 연료/산화제 공급, 세퍼레이터의 결합 형태에 의해서 단위 셀들의 적층 개수에 따른 기설정된 전력을 발전하지 못하고, 특히 체결압이 일정하지 않은 경우 그 압력에 의해 단위 셀이 파손되는 등 전체 스택의 셀 성능 및 내구성에 문제를 일으킨다.The stack can not generate predetermined power according to the stacking number of the unit cells due to the coupling pressure, the fuel / oxidant supply, and the coupling type of the separator. Particularly, when the tightening pressure is not constant, Resulting in damage to the cell performance and durability of the entire stack.

이에, 종래 기술에서는 스택을 분해 및 해체하여 문제 시 되는 단위 셀을 교체하거나 수리하게 되는데, 엔드 플레이트의 체결압을 정확하게 조절해야 하는 등 스택의 재조립이 용이하지 않고, 스택 전체를 교체하거나 새로 제작해야 하는 문제를 초래한다.In the prior art, the unit cells are replaced or repaired due to disassembly and disassembly of the stack. However, it is not easy to reassemble the stack, for example, the tightening pressure of the end plate needs to be precisely adjusted. Which causes problems.

이를 개선하기 위한 본 출원인은 한국등록특허공보 제1089160호의 『연료 전지 스택 어셈블리』를 개시한 바 있다.To improve this, the present applicant has disclosed a fuel cell stack assembly of Korean Patent Registration No. 1089160.

상기한 종래 기술에서는 다수 개의 단위 셀로 이루어진 복수 개의 단위 스택들을 각각 모듈 형태로 구성하고, 그 단위 스택들을 어셈블리 형태로서 패키지화하는 구조를 제공하고 있다.In the above-described prior art, a plurality of unit stacks constituted by a plurality of unit cells are formed in a module form, and the unit stacks are packaged as an assembly form.

그러나, 종래 기술에서는 전체 연료 전지 스택 어셈블리의 단위 스택에 있어서 단위 셀의 성능 저하 등의 문제 발생 시, 해당 단위 스택에서의 단위 셀을 교체하거나 단위 셀 교체 후 재조립하는데 어려움이 따르는 문제점을 내포하고 있다.However, in the related art, when a problem such as degradation of the unit cell occurs in the unit stack of the entire fuel cell stack assembly, it is difficult to replace the unit cell in the unit stack or replace it after unit cell replacement have.

즉, 종래 기술에서는 각각의 단위 스택에 있어 최 외곽에 위치하는 단위 셀의 세퍼레이터가 한 쪽 면에 채널이 형성된 모노폴라 플레이트로 구비되고, 최 외곽 내측에 위치하는 단위 셀의 세퍼레이터가 양쪽 면에 채널이 형성된 바이폴라 플레이트로 구비되어 있기 때문에, 단위 셀의 문제 발생 시 해당 단위 셀의 부분적인 교체가 어렵다.That is, in the prior art, the separator of the unit cell located at the outermost position in each unit stack is provided as a mono polar plate having a channel formed on one side thereof, and the separator of the unit cell located on the outermost inside is provided with channels It is difficult to partially replace the unit cell when a problem occurs in the unit cell.

본 발명의 실시예들은 단위 스택을 구성하는 다수 개의 단위 셀들 중 문제가 발생한 불량 단위 셀을 간편하게 교체할 수 있도록 한 연료 전지 스택 어셈블리를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a fuel cell stack assembly capable of easily replacing a defective unit cell having a problem among a plurality of unit cells constituting a unit stack.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리는, ⅰ)다수 개의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 가압 체결하여 이루어지는 복수의 메인 단위 스택들과, ⅱ)상기 메인 단위 스택들을 수용하기 위한 복수의 수용 공간을 구획 형성하고, 상기 각 수용 공간에 상기 메인 단위 스택을 개별적으로 수용하는 패키지부재를 포함하며, 상기 메인 단위 스택은 적어도 둘 이상의 단위 셀들이 전도성 시트로서 구획된 복수 개의 서브 단위 스택을 포함할 수 있다.A fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention includes: a plurality of main unit stacks formed by i) a plurality of unit cells pressed together through an end plate, and ii) a plurality of accommodating spaces And a package member for individually accommodating the main unit stack in the respective accommodating spaces, wherein the main unit stack may include a plurality of subunit stacks in which at least two unit cells are partitioned as a conductive sheet have.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 단위 셀은 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측면에 대응하는 면에 채널이 구비된 세퍼레이터를 포함할 수 있다.Also, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the unit cell may include a separator having a channel on a surface corresponding to both sides of the membrane-electrode assembly.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 서브 단위 스택에서, 최 외측에 위치하는 세퍼레이터는 한 쪽 면에 채널이 구비된 모노폴라 플레이트로 이루어질 수 있다.In addition, in the fuel cell stack assembly according to the embodiment of the present invention, in the sub unit stack, the outermost separator may be a mono-polar plate having a channel on one side.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 최 외측의 모노폴라 플레이트 내측에 위치하는 세퍼레이터들은 양 쪽 면에 채널이 구비된 바이폴라 플레이트로 이루어질 수 있다.In addition, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the separators located inside the outermost monopolar plate may be bipolar plates having channels on both sides.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 전도성 시트는 이웃하는 서브 단위 스택의 서로 마주하는 상기 모노폴라 플레이트의 채널 반대면 사이에 개재될 수 있다.In addition, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the conductive sheet may be interposed between the opposite surfaces of the channels of the mono polar plates facing each other in a neighboring sub unit stack.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 전도성 시트는 전기 전도성을 지니며 서로 마주하는 상기 모노폴라 플레이트의 채널 반대면 사이의 기밀을 유지할 수 있다.In addition, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the conductive sheet is electrically conductive and can maintain the airtightness between the opposite surfaces of the channels of the facing mono polar plates.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 전도성 시트는 카본 시트로 이루어질 수 있다. 또한, 카본 외에도 일체의 전도성 또는 도전성 물질로 이루어진 시트로 이루어질 수 있다.Further, in the fuel cell stack assembly according to the embodiment of the present invention, the conductive sheet may be formed of a carbon sheet. In addition to carbon, it may be made of a sheet of any conductive or conductive material.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 패키지부재는 상기 단위 셀들의 배열 방향을 따라 상기 각 수용 공간에 상기 메인 단위 스택들을 수납하며, 상기 메인 단위 스택들의 배열 방향을 따라 적어도 하나의 개방면을 형성하고 있는 스토리지 케이스로서 이루어질 수 있다.Further, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the package member accommodates the main unit stacks in the respective accommodating spaces along the arrangement direction of the unit cells, And may be formed as a storage case forming at least one opening face.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 패키지부재는 상기 스토리지 케이스의 내부에 상기 각 수용 공간을 구획 형성하기 위한 복수의 격벽들이 일정 간격 이격되게 설치될 수 있다.In addition, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, a plurality of partition walls for partitioning the respective receiving spaces may be provided in the package case at predetermined intervals.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 패키지부재는 상기 단위 셀들의 배열 방향을 따라 상기 메인 단위 스택들이 연속적으로 안착될 수 있는 베이스와, 상기 베이스의 길이 방향에 따른 가장자리 부분에 수직 방향으로 연결되는 적어도 하나의 수직 플레이이트와, 상기 베이스의 평면 상에 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되게 수직 방향으로 직립되게 설치되어 상기 각 수용 공간을 형성하는 복수의 격벽들을 포함할 수 있다.In addition, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the package member may include a base on which the main unit stacks can be seated continuously along the arrangement direction of the unit cells, At least one vertical plate connected vertically to an edge portion of the base plate and a plurality of partitions formed in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the base plate so as to be spaced apart from each other in a vertical direction, .

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 각 격벽들은 상기 각 메인 단위 스택 사이 및 최 외측의 메인 단위 스택에 배치되며, 상기 메인 단위 스택에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 쿨링 플레이트로서 이루어질 수 있다.Further, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the respective partitions are disposed in the main unit stacks between the main unit stacks and the outermost ones, Cooling plate.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 각 격벽은 열전도성을 지닌 알루미늄, 구리, 및 철 중 어느 하나의 소재로서 이루어질 수 있다.Further, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, each of the partition walls may be made of any one of aluminum, copper, and iron having thermal conductivity.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리는, 상기 각 메인 단위 스택에 연결되며 그 메인 단위 스택으로 연료를 공급하는 연료 공급라인과, 상기 각 메인 단위 스택에 연결되며 그 메인 단위 스택으로 산화제를 공급하는 산화제 공급라인과, 상기 각 메인 단위 스택에 연결되며 그 메인 단위 스택으로부터 배출되는 미반응 연료를 배출하는 연료 배출라인과, 상기 각 메인 단위 스택에 연결되며 그 메인 단위 스택으로부터 배출되는 미반응 산화제와 수분을 배출하는 산화제 배출라인을 포함할 수 있다.The fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention may include a fuel supply line connected to the main unit stack and supplying fuel to the main unit stack, A fuel discharge line connected to each of the main unit stacks and discharging unreacted fuel discharged from the main unit stack, and a fuel discharge line connected to each of the main unit stacks and discharged from the main unit stack And an oxidant discharge line for discharging moisture.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 연료 공급라인은 상기 각 메인 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 연료 공급 매니폴드에 선택적으로 착탈 가능하게 연결될 수 있다.Further, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the fuel supply line may be selectively detachably connected to a fuel supply manifold formed on an end plate of each main unit stack.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 산화제 공급라인은 상기 각 메인 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 산화제 공급 매니폴드에 착탈 가능하게 연결될 수 있다.Also, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the oxidant supply line may be detachably connected to an oxidant supply manifold formed on an end plate of each main unit stack.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 연료 배출라인은 상기 각 메인 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 연료 배출 매니폴드에 연결될 수 있다.Further, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the fuel discharge line may be connected to a fuel discharge manifold formed on an end plate of each main unit stack.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 산화제 배출라인은 상기 각 메인 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 산화제 배출 매니폴드에 연결될 수 있다.Further, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the oxidant discharge line may be connected to an oxidant discharge manifold formed on an end plate of each main unit stack.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 각 메인 단위 스택은 체결수단을 통해 상기 엔드 플레이트를 체결하여 이루어질 수 있다.In addition, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, each of the main unit stacks may be formed by fastening the end plate through fastening means.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 각 격벽은 상기 메인 단위 스택을 수용 공간으로 수납하는 때, 상기 체결수단을 가이드 하는 가이드 홈을 상,하부에 각각 형성할 수 있다.Further, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, when the main unit stack is housed in the receiving space, each of the partition walls may have a guide groove for guiding the fastening means, have.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택 어셈블리에 있어서, 상기 패키지부재는 상기 스토리지 케이스의 개방면을 커버하는 적어도 하나의 커버를 포함할 수 있다.In addition, in the fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, the package member may include at least one cover that covers an opening face of the storage case.

본 발명의 실시예들은 요구하는 전력량을 출력하기 위해 수십 내지 수백 개의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 가압 체결하여 단일의 스택을 구성하는 종래 기술과 달리, 여러 개로 분할된 메인 단위 스택을 패키지부재에 어셈블리 형태로 패키지화할 수 있으므로 전체 스택 어셈블리를 용이하게 조립/제작할 수 있다.The embodiments of the present invention are different from the prior art in which a plurality of divided main unit stacks are assembled into a package member in a manner different from the prior art in which tens or hundreds of unit cells are press- The entire stack assembly can be easily assembled / manufactured.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 메인 단위 스택에서 적어도 둘 이상의 단위 셀들이 전도성 시트로서 구획된 서브 단위 스택을 포함하므로, 메인 단위 스택에서 문제가 되는 불량 단위 셀의 해당 서브 단위 스택을 용이하게 교체할 수 있으며, 메인 단위 스택의 재조립이 용이하다.Furthermore, in the embodiment of the present invention, at least two or more unit cells in the main unit stack include sub-unit stacks partitioned as conductive sheets, so that the corresponding sub-unit stacks of defective unit cells in question can be easily replaced And it is easy to reassemble the main unit stack.

즉, 본 발명의 실시예에서는 메인 단위 스택에서 불량 단위 셀이 포함된 서브 단위 스택 만을 교체하면 되므로, 메인 단위 스택 전체를 교체하지 않아도 되는 잇점이 있다.That is, in the embodiment of the present invention, since only the sub unit stack including the defective unit cell is replaced in the main unit stack, there is an advantage that the entire main unit stack need not be replaced.

또한, 본 실시예에서는 다수 개의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 가압 체결하여 메인 단위 스택을 구성하기 때문에, 전체 어셈블리의 단위 셀들을 기설정된 가압 변위에 맞게 일정 압력으로 체결할 수 있으므로 서로 인접하는 단위 셀에서 일정한 전류를 발전할 수 있게 되며, 결과적으로는 전체 단위 셀들의 셀 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다.In this embodiment, since the main unit stack is constituted by press-tightening the plurality of unit cells through the end plate, the unit cells of the whole assembly can be tightened with a predetermined pressure in accordance with the predetermined pressing displacement, So that the cell performance and durability of all the unit cells can be improved.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 정면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리에 적용되는 메인 단위 스택을 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리에 적용되는 패키지부재를 도시한 사시도이다.These drawings are for the purpose of describing an exemplary embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a perspective view illustrating a fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of FIG.
Fig. 3 is a front structural view of Fig. 1. Fig.
4 is an exploded perspective view illustrating a main unit stack applied to a fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view showing a package member applied to a fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.In the following detailed description, the names of components are categorized into the first, second, and so on in order to distinguish them from each other in the same relationship, and are not necessarily limited to the order in the following description.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.It should be noted that terms such as " ... unit ", "unit of means "," part of item ", "absence of member ", and the like denote a unit of a comprehensive constitution having at least one function or operation it means.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 정면 구성도이다.FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell stack assembly according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1, and FIG. 3 is a front structural view of FIG.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 연료 및 산화제의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템으로서 구성된다.1 to 3, a fuel cell stack assembly 100 according to an embodiment of the present invention is configured as a power generation system that generates electrical energy by the reaction of fuel and oxidizer.

여기서, 연료는 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스 연료를 포함할 수 있다.Here, the fuel may include an alcohol liquid fuel such as methanol, ethanol, etc., and may include a hydrocarbon-based liquefied gas fuel containing methane, ethane, propane, and butane as main components.

그리고, 연료는 당 업계에서 "리포머(Reformer)"라고 칭하는 개질 장치를 통해 상기한 액체 연료 또는 액화 가스 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스를 포함할 수도 있다.The fuel may also include reforming gas of the hydrogen component produced from the liquid fuel or the liquefied gaseous fuel described above through a reforming device called "Reformer" in the art.

또한, 산화제는 별도의 저장 탱크에 저장된 산소 가스일 수 있고, 자연 그대로의 공기일 수도 있다.Further, the oxidant may be an oxygen gas stored in a separate storage tank, or may be natural air.

본 실시예에 의한 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 스택으로 정의할 수 있는 다수의 모듈 형태로서 구성되고, 그 모듈들을 어셈블리 형태로 패키지화하며, 스토리지 방식으로서 교체가 가능한 구조로 이루어진다.The fuel cell stack assembly 100 according to the present embodiment is configured as a plurality of module types that can be defined as a stack, packages the modules in an assembly form, and is configured to be replaceable as a storage type.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 기본적으로, 다수 개의 메인 단위 스택들(10)과, 이들 메인 단위 스택(10)을 수용하는 패키지부재(40)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.The fuel cell stack assembly 100 according to the embodiment of the present invention basically includes a plurality of main unit stacks 10 and a package member 40 that accommodates the main unit stacks 10, The following is a description according to the constitution.

상기 각 메인 단위 스택(10)은 언급한 바 있는 모듈로서 단위의 전기 발생 집합체로 이루어지는 바, 수 개의 단위 셀들(11)이 연속적으로 배열된 구조로 이루어진다.Each of the main unit stacks 10 is composed of a plurality of unit generators as a unit, and a plurality of unit cells 11 are continuously arranged.

단위 셀들(11)은 연료 및 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 단위의 연료 전지로서, 상기한 연료에 따라 고분자 전해질형 연료 전지로 이루어질 수 있으며, 직접 산화형 연료 전지로서 이루어질 수도 있다.The unit cells 11 are unit fuel cells that generate electric energy by electrochemical reaction of fuel and oxidizer. The unit cells 11 may be made of a polymer electrolyte fuel cell according to the fuel, and may be a direct oxidation fuel cell have.

본 발명의 실시예에서, 상기 각 메인 단위 스택(10)은 적어도 둘 이상의 단위 셀들(11)이 전도성 시트(101)로서 구획된 복수 개의 서브 단위 스택들(201)을 포함하고 있다.In the embodiment of the present invention, each of the main unit stacks 10 includes a plurality of subunit stacks 201 in which at least two unit cells 11 are partitioned as the conductive sheet 101.

이러한 서브 단위 스택들(201)은 메인 단위 스택(10)에서도 문제가 되는 불량 단위 셀(11)을 용이하게 교체하기 위한 것으로서, 예를 들면 3 개의 단위 셀들(11)이 연속적으로 배열되며, 전도성 시트(101)에 의해 각각 구획된 구조로 이루어진다.The sub unit stacks 201 are for easily replacing the defective unit cells 11 that are also problematic in the main unit stack 10. For example, three unit cells 11 are continuously arranged, And a sheet 101, respectively.

한편, 상기에서 단위 셀(11)은 도 4에서와 같이 막-전극 어셈블리(MEA)(13)와, 막-전극 어셈블리(13)를 중심에 두고 이의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 세퍼레이터(15)를 포함한다.4, the unit cell 11 includes a membrane-electrode assembly (MEA) 13, a separator 15 disposed closely on both sides of the membrane-electrode assembly 13, .

이 때, 단위 셀들(11)은 막-전극 어셈블리(13)의 양측면 가장자리와 세퍼레이터(15) 사이에 가스켓(GK)이 개재되며 이들 막-전극 어셈블리(13)와 세퍼레이터(15)의 기밀을 유지한다. The gasket GK is interposed between both side edges of the membrane electrode assembly 13 and the separator 15 and the airtightness of the membrane electrode assembly 13 and the separator 15 is maintained do.

세퍼레이터(15)는 도전성을 지닌 사각형의 플레이트 형태로서 이루어지며, 막-전극 어셈블리(13)에 밀착되는 면에 연료 및 산화제를 유동시키기 위한 채널(CH)을 각각 형성하고 있다.The separator 15 is in the form of a rectangular plate having conductivity, and forms a channel CH for flowing the fuel and the oxidant on the surface which is in close contact with the membrane-electrode assembly 13.

여기서, 막-전극 어셈블리(13)는 일면에 애노드 전극을 형성하고, 다른 일면에 캐소드 전극을 형성하며, 이들 두 전극 사이에 전해질막을 형성하는 구조로 이루어진다.Here, the membrane-electrode assembly 13 has a structure in which an anode electrode is formed on one surface, a cathode electrode is formed on the other surface, and an electrolyte membrane is formed between the two electrodes.

애노드 전극은 세퍼레이터(15)의 채널(CH)을 통해 공급되는 연료를 산화 반응시켜 전자와 수소 이온으로 분리시키고, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키며, 캐소드 전극은 애노드 전극 측으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 세퍼레이터(15)의 채널(CH)을 통해 제공받은 산화제를 환원 반응시켜 수분 및 열을 생성하는 기능을 하게 된다.The anode electrode oxidizes the fuel supplied through the channel CH of the separator 15 to separate electrons and hydrogen ions. The electrolyte membrane transfers hydrogen ions to the cathode electrode. The cathode electrode receives electrons from the anode electrode, Hydrogen ions and the oxidant supplied through the channel (CH) of the separator (15) to react with each other to generate moisture and heat.

상기한 바 있는 본 발명의 실시예에 의한 서브 단위 스택(201)은 언급한 바 있듯이 2~3개 이상의 단위 셀들(11)이 연속적으로 배열된 소 단위의 스택으로 구비된다.As described above, the sub unit stack 201 according to the embodiment of the present invention described above is provided as a small unit stack in which two or more unit cells 11 are continuously arranged.

상기 서브 단위 스택(201)에서 최 외측에 위치하는 세퍼레이터(15)는 즉, 서브 단위 스택(201)의 최 외측에 위치하는 단위 셀(11)의 외곽 세퍼레이터(15)는 한 쪽 면에 채널(CH)이 구비된 모노폴라(mono-polar) 플레이트(15a)로 이루어질 수 있다.The outermost separator 15 of the unit cell 11 located at the outermost side of the subunit stack 201 has a channel (for example, And a mono-polar plate 15a provided with a plurality of channels.

그리고, 상기 서브 단위 스택(201)에서 최 외측의 모노폴라 플레이트(15a) 내측에 위치하는 단위 셀(11)의 세퍼레이터(15)는 양 쪽 면에 채널(CH)이 구비된 바이폴라(bi-polar) 플레이트(15b)로 이루어질 수 있다. The separator 15 of the unit cell 11 located inside the outermost monopolar plate 15a in the subunit stack 201 has a bi-polar ) Plate 15b.

여기서, 본 발명의 실시예에 의한 상기 전도성 시트(101)는 메인 단위 스택(10)에서 서브 단위 스택들(201)을 각각 별개로 구획하기 위한 것으로서, 이웃하는 서브 단위 스택(201)의 서로 마주하는 모노폴라 플레이트(15a)의 채널 반대면 사이에 개재될 수 있다.Here, the conductive sheet 101 according to the embodiment of the present invention is for separating the sub unit stacks 201 from each other in the main unit stack 10, Or between the opposite side of the channel of the monopolar plate 15a.

이러한 전도성 시트(101)는 이웃하는 서브 단위 스택(201) 사이에 전류를 흐르게 하는 전기 전도성을 지니며, 서로 마주하는 상기 모노폴라 플레이트의 채널 반대면 사이의 기밀을 유지하는 기능을 하게 된다.The conductive sheet 101 has electrical conductivity for allowing electric current to flow between the neighboring subunit stacks 201 and functions to maintain airtightness between the opposite surfaces of the monopolar plates facing each other.

이 경우, 상기 전도성 시트(101)는 카본 소재로 이루어진 카본 시트로서 구비될 수 있다.In this case, the conductive sheet 101 may be provided as a carbon sheet made of a carbon material.

다른 한편으로, 상술한 바와 같은 각각의 메인 단위 스택(10)에 있어, 단위 셀들(11)은 양측의 엔드 플레이트(21)를 통하여 서로 가압되는데, 이들 엔드 플레이트(21)는 복수의 체결 로드들(23)을 포함하는 체결수단을 통하여 서로 체결된다.On the other hand, in each of the main unit stacks 10 as described above, the unit cells 11 are pressed against each other through the end plates 21 on both sides, (23).

즉, 엔드 플레이트(21)는 단위 셀들(11)의 최 외측 세퍼레이터(15)(모노폴라 플레이트의 채널 반대면)에 각각 밀착되고, 이들을 관통하는 각 체결 로드(23)의 단부에 체결부재(25)가 체결되면서 서로 대향하는 방향으로 단위 셀들(11)을 가압한다.That is, the end plate 21 is in close contact with the outermost separator 15 (the channel opposite surface of the monopolar plate) of the unit cells 11, and the fastening member 25 The unit cells 11 are pressed in directions opposite to each other.

상기에서, 엔드 플레이트(21)의 적어도 각 모서리 부분에는 체결 로드(23)가 끼워지는 관통 구멍(22)을 형성하고 있다.In the above, at least the corner portions of the end plate 21 are formed with through holes 22 through which the fastening rods 23 are fitted.

그리고, 체결 로드(23)는 한 쌍의 엔드 플레이트(21)를 연결하기 위한 것으로, 일측 엔드 플레이트(21)의 각 관통 구멍(22)에 끼워지면서 다른 일측 엔드 플레이트(21)의 각 관통 구멍(22)에 끼워진다.The fastening rod 23 is for connecting the pair of end plates 21 and is inserted into each of the through holes 22 of the one end plate 21 and the through holes 22 of the other end plate 21 22.

체결 로드(23)는 단위 셀들(11)의 외측에서 이들 단위 셀(11)의 배열 방향을 따라 배치되며, 일측 단부에 볼트 헤드를 구비하고, 다른 일측 단부에 나사부를 가진 볼트 형태로서 이루어진다.The fastening rods 23 are arranged on the outside of the unit cells 11 along the arrangement direction of the unit cells 11 and have a bolt head at one end and a bolt with a thread at the other end.

체결부재(25)는 한 쌍의 엔드 플레이트(21)를 체결하고, 각각의 엔드 플레이트(21)에 소정의 가압력을 제공하기 위한 것이다. 이 체결부재(25)는 각 체결 로드(23)의 나사부에 나사 결합되는 너트를 구비한다.The fastening member 25 is for fastening a pair of end plates 21 and providing a predetermined pressing force to each of the end plates 21. The fastening member 25 is provided with a nut that is screwed to the threaded portion of each fastening rod 23.

상기와 같이 구성되는 메인 단위 스택(10)의 조립 시, 단위 셀들(11)은 한 쌍의 엔드 플레이트(21) 사이에서 연속적으로 얼라인 된다. 체결 로드(23)는 엔드 플레이트들(21)의 각 관통 구멍(22)에 끼워진다.When assembling the main unit stack 10 configured as described above, the unit cells 11 are continuously aligned between the pair of end plates 21. [ The fastening rods 23 are fitted into the respective through holes 22 of the end plates 21.

체결부재(25)는 각 체결 로드(23)의 나사부에 나사 결합되면서 엔드 플레이트들(21)을 체결함과 동시에 그 엔드 플레이트들(21)에 소정의 가압력을 제공한다. 그러면, 엔드 플레이트들(21)은 서로 대향하는 방향으로 단위 셀들(11)을 가압한다.The fastening members 25 fasten the end plates 21 while providing a predetermined pressing force to the end plates 21 while being screwed to the threaded portions of the fastening rods 23. Then, the end plates 21 press the unit cells 11 in directions opposite to each other.

한편, 각 메인 단위 스택(10)의 엔드 플레이트(21)는 단위 셀들(11)로 연료를 공급하기 위한 연료 공급 매니폴드(31)와, 그 단위 셀들(11)로 산화제를 공급하기 위한 산화제 공급 매니폴드(32)와, 단위 셀들(11)에서 반응하고 남은 미반응 연료를 배출하기 위한 연료 배출 매니폴드(33)와, 단위 셀들(11)에서 반응하고 남은 산화제 및 그 단위 셀들(11)에서 생성되는 수분을 배출하는 산화제 배출 매니폴드(34)를 형성하고 있다.The end plate 21 of each main unit stack 10 includes a fuel supply manifold 31 for supplying fuel to the unit cells 11 and an oxidant supply unit 31 for supplying the oxidant to the unit cells 11. [ A fuel discharge manifold 33 for discharging the remaining unreacted fuel reacted in the unit cells 11 and an oxidant remaining in the unit cells 11 and the remaining unit cells 11 And an oxidant discharge manifold 34 for discharging generated moisture is formed.

여기서, 연료 공급 매니폴드(31)와 연료 배출 매니폴드(33)는 막-전극 어셈블리(13)의 애노드 전극과 밀착하는 세퍼레이터(15)의 채널(CH)과 연결되며, 산화제 공급 매니폴드(32)와 산화제 배출 매니폴드(34)는 막-전극 어셈블리(13)의 애노드 전극과 밀착하는 세퍼레이터(15)의 채널(CH)과 연결된다.Here, the fuel supply manifold 31 and the fuel discharge manifold 33 are connected to the channel CH of the separator 15 which closely contacts the anode electrode of the membrane-electrode assembly 13, and the oxidant supply manifold 32 And the oxidant discharge manifold 34 are connected to the channel CH of the separator 15 in close contact with the anode electrode of the membrane-electrode assembly 13.

도면에서 미설명된 참조 부호 29는 메인 단위 스택(10)의 단위 셀들(11)에서 발생되는 전기를 집전하는 집전판을 나타낸다.Reference numeral 29 denotes a current collecting plate for collecting electricity generated in the unit cells 11 of the main unit stack 10.

본 실시예에서, 상기 패키지부재(40)는 메인 단위 스택들(10)을 패키지화하기 위한 것이다.In this embodiment, the package member 40 is for packaging the main unit stacks 10.

이러한 패키지부재(40)는 도 5에서와 같이, 각각의 메인 단위 스택(10)을 수용하기 위한 복수의 수용 공간(41)을 구획 형성하고, 각 수용 공간(41)에 메인 단위 스택(10)을 개별적으로 수용할 수 있는 스토리지 케이스(42)로서 이루어진다.5, a plurality of accommodating spaces 41 for accommodating the respective main unit stacks 10 are defined and the main unit stack 10 is accommodated in each accommodating space 41. [ As shown in FIG.

또한, 패키지부재(40)는 스토리지 케이스(42)의 내부에 각 수용 공간(41)을 구획 형성하기 위한 복수의 격벽들(55)을 구비하고 있다.In addition, the package member 40 has a plurality of partition walls 55 for partitioning the respective accommodation spaces 41 in the storage case 42.

상기에서, 스토리지 케이스(42)는 메인 단위 스택들(10)을 단위 셀들(11)의 배열 방향을 따라 각각의 수용 공간(41)에 수납하기 위한 것으로서, 그 메인 단위 스택들(10)의 배열 방향을 따라 적어도 하나의 개방면을 형성하고 있다.The storage case 42 is for accommodating the main unit stacks 10 in the respective accommodating spaces 41 along the direction of arrangement of the unit cells 11 and the arrangement of the main unit stacks 10 And at least one open side is formed along the direction.

바람직하게, 상기 개방면은 도면을 기준할 때, 스토리지 케이스(42)의 상면 및 정면에 형성된다.Preferably, the opening faces are formed on the upper surface and the front surface of the storage case 42 when viewed from the drawing.

구체적으로, 본 실시예에 의한 패키지부재(40)는 베이스(51)와, 수직 플레이트(53)와, 언급한 바 있는 복수의 격벽들(55)을 포함하여 이루어진다.Specifically, the package member 40 according to the present embodiment includes a base 51, a vertical plate 53, and a plurality of partition walls 55 mentioned above.

베이스(51)는 스토리지 케이스(42)의 바닥판으로서, 메인 단위 스택들(10)이 안착될 수 있게 소정 폭을 지니며 일정 길이로서 길게 형성된다.The base 51 is a bottom plate of the storage case 42 and has a predetermined width so that the main unit stacks 10 can be seated.

수직 플레이트(53)는 스토리지 케이스(42)의 배면판으로서, 베이스(51)의 길이 방향에 따른 가장자리 부분에 수직 방향으로 연결되게 설치된다.The vertical plate 53 is a rear plate of the storage case 42 and is vertically connected to a longitudinally extending edge portion of the base 51.

그리고, 각각의 격벽(55)은 스토리지 케이스(42)에 복수의 수용 공간(41)을 형성하기 위한 것으로서, 베이스(51)의 길이 방향을 따라 평면 상에 일정 간격 이격되게 수직 방향으로 직립되게 설치된다.Each of the partition walls 55 is for forming a plurality of storage spaces 41 in the storage case 42 and is installed upright in a vertical direction so as to be spaced apart in a plane on the plane along the longitudinal direction of the base 51 do.

여기서, 상기 격벽들(55) 중에서 최 외측에 위치하는 각각의 격벽(55)은 스토리지 케이스(42)의 양측벽으로서 이루어진다.Here, each of the partition walls 55 located outermost among the partition walls 55 is formed as both side walls of the storage case 42.

따라서, 각각의 메인 단위 스택(10)은 격벽들(55) 사이의 수용 공간(41)으로 수용되면서 패키징이 이루어지는데, 이 경우 각각의 격벽(55)은 메인 단위 스택들(10) 사이 및 최 외측에 위치하는 메인 단위 스택(10)에 밀착된다.Each of the main unit stacks 10 is accommodated in a receiving space 41 between the partitioning walls 55 and packaging is performed. In this case, each of the partitioning walls 55 is formed between the main unit stacks 10, And is in close contact with the main unit stack 10 located outside.

본 실시예에서, 이러한 격벽들(55)은 각 메인 단위 스택(10)의 엔드 플레이트(21)에 밀착되면서 메인 단위 스택(10)에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 쿨링 플레이트(57)로 이루어진다.The partition walls 55 are made of a cooling plate 57 for cooling the heat generated in the main unit stack 10 while being adhered to the end plates 21 of the main unit stacks 10. In this embodiment,

즉, 메인 단위 스택들(10)의 운전 시, 각 메인 단위 스택(10)의 단위 셀들(11)에서 발생하는 열은 세퍼레이터(15) 및 엔드 플레이트(21)를 통해 격벽들(55)로 전달되면서 수냉 또는 공랭식으로 냉각된다.The heat generated in the unit cells 11 of each main unit stack 10 is transmitted to the partition walls 55 via the separator 15 and the end plate 21 when the main unit stacks 10 are operated. And cooled by water cooling or air cooling.

이를 위해, 상기 격벽들(55)은 열전도성 및 방열성을 지닌 알루미늄, 구리, 또는 철 소재로서 이루어지는 것이 바람직하다.For this, the partition walls 55 are preferably formed of aluminum, copper, or iron material having thermal conductivity and heat dissipation.

아울러, 상기와 같은 격벽들(55)은, 각 메인 단위 스택(10)을 스토리지 케이스(42)의 개방면을 통해 수용 공간(41)으로 수납하는 때, 체결 로드(23)의 헤드부와 체결부재(25: 너트)를 가이드 하기 위한 레일 형태로서의 가이드 홈(59)을 상,하부에 각각 형성하고 있다.When the main unit stack 10 is housed in the receiving space 41 through the open side of the storage case 42, the partition walls 55 are connected to the head portion of the fastening rod 23, And a guide groove 59 as a rail shape for guiding the member 25 (nut) are formed on the upper and lower sides, respectively.

가이드 홈(59)은 각 격벽(55)의 양측면에 있어, 상,하단부에 베이스(51)의 폭 방향을 따라 형성된다.The guide grooves 59 are formed on both side surfaces of the partition walls 55 along the width direction of the base 51 at the upper and lower ends.

이러한 가이드 홈(59)은 격벽들(55) 사이의 수용 공간(41)에서 각각의 메인 단위 스택(10)을 지지하며, 각 메인 단위 스택(10)을 수용 공간(41)으로 수납할 때 체결 로드(23)의 헤드부와 체결부재(25)가 격벽들(55)에 걸리게 되는 것을 방지하는 기능을 하게 된다.The guide grooves 59 support the respective main unit stacks 10 in the accommodating space 41 between the partition walls 55. When the main unit stacks 10 are housed in the accommodating space 41, And functions to prevent the head portion of the rod 23 and the fastening member 25 from being caught by the partition walls 55.

한편, 본 실시예에서, 패키지부재(40)는 메인 단위 스택들(10)을 스토리지 케이스(42)의 개방면을 통해 수용 공간(41)으로 수납한 상태로, 그 개방면을 덮어 수용 공간(41)을 밀폐시키기 위한 커버(48)를 더욱 포함하고 있다.In the present embodiment, the package member 40 is provided with the main unit stacks 10 in a state of being accommodated in the accommodating space 41 through the open side of the storage case 42, And a cover (48) for sealing the cover (41).

바람직하게, 커버(48)는 스토리지 케이스(42)의 수용 공간(41)을 개방한 정면 및 상면의 개방면을 커버링 하기 위해 한 쌍으로서 구비되며, 볼트와 같은 체결수단을 통해 베이스(51), 수직 플레이트(53) 및 격벽들(55)에 고정된다.Preferably, the cover 48 is provided as a pair to cover the opening face of the storage case 42 and the open face of the upper face of the storage case 42, and is fixed to the base 51 via fastening means such as a bolt, And is fixed to the vertical plate 53 and the partition walls 55.

다른 한편으로, 본 실시예에 의한 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 패키지부재(40)의 수용 공간(41)으로 수납된 각각의 메인 단위 스택(10)으로 연료를 공급하는 연료 공급라인(60)과, 산화제를 공급하는 산화제 공급라인(70)을 포함하고 있다.On the other hand, the fuel cell stack assembly 100 according to the present embodiment includes a fuel supply line 60 for supplying fuel to each main unit stack 10 housed in the receiving space 41 of the package member 40, And an oxidant supply line 70 for supplying an oxidant.

연료 공급라인(60)은 연료 공급원(도면에 도시하지 않음)에 연결되는 것으로서, 각 메인 단위 스택(10)에 있어 엔드 플레이트(21)의 연료 공급 매니폴드(31)와 연결되는 바, 하나의 제1 메인 라인(61)에서 각각의 연료 공급 매니폴드(31)로 분기하는 형태로서 이루어진다.The fuel supply line 60 is connected to a fuel supply source (not shown) and is connected to the fuel supply manifold 31 of the end plate 21 in each main unit stack 10, To the respective fuel supply manifolds (31) in the first main line (61).

이 때, 연료 공급라인(60)의 제1 메인 라인(61)에서 분기하는 각각의 제1 분기 라인(63)은 각각의 연료 공급 매니폴드(31)에 암수식으로서 착탈 가능하게 결합된다.At this time, each of the first branch lines 63 branched from the first main line 61 of the fuel supply line 60 is detachably coupled to each of the fuel supply manifolds 31 as an abutment.

즉, 제1 분기 라인(63)은 각각의 연료 공급 매니폴드(31)에 고무링(도면에 도시하지 않음)를 통해 기밀을 유지하며 암수식으로 끼워질 수 있다.That is, the first branch line 63 can be fitted to each fuel supply manifold 31 with a female-style hermetic seal through a rubber ring (not shown).

그리고, 산화제 공급라인(70)은 산화제 공급원(도면에 도시하지 않음)에 연결되는 것으로서, 각 메인 단위 스택(10)에 있어 엔드 플레이트(21)의 산화제 공급 매니폴드(32)와 연결되는 바, 하나의 제2 메인 라인(71)에서 각각의 산화제 공급 매니폴드(32)로 분기하는 형태로서 이루어진다.The oxidant supply line 70 is connected to an oxidant supply manifold 32 of the end plate 21 in each main unit stack 10 and connected to an oxidant supply source To the respective oxidant supply manifolds (32) in one second main line (71).

이 때, 산화제 공급라인(70)의 제2 메인 라인(71)에서 분기하는 제2 분기 라인(73)은 각각의 산화제 공급 매니폴드(32)에 암수식으로서 착탈 가능하게 결합된다.At this time, the second branch line 73 branched from the second main line 71 of the oxidizing agent supply line 70 is detachably coupled to each of the oxidizing agent supply manifolds 32 as an abrasion.

즉, 제2 분기 라인(73)은 각각의 산화제 공급 매니폴드(32)에 고무링(도면에 도시하지 않음)을 통해 기밀을 유지하며 암수식으로 끼워질 수 있다.That is, the second branch line 73 can be sandwiched between the respective oxidant supply manifolds 32 while keeping airtight through a rubber ring (not shown).

그리고, 본 실시예에서는 각각의 메인 단위 스택(10)에서 반응하고 남은 미반응 연료를 배출하는 연료 배출라인(80)과, 각각의 메인 단위 스택(10)에서 반응하고 남은 산화제 및 그 메인 단위 스택(10)에서 생성되는 수분을 배출하는 산화제 배출라인(90)을 더욱 포함하고 있다.In this embodiment, a fuel discharge line 80 for discharging the remaining unreacted fuel reacted in each main unit stack 10, an oxidant remaining in each main unit stack 10, And an oxidant discharge line (90) for discharging moisture generated in the oxidant discharge line (10).

연료 배출라인(80)은 각 메인 단위 스택(10)에 있어 엔드 플레이트(21)의 연료 배출 매니폴드(33)에 하나의 라인으로서 연결된다. 산화제 배출라인(90)은 각 메인 단위 스택(10)에 있어 엔드 플레이트(21)의 산화제 배출 매니폴드(34)에 하나의 라인으로서 연결된다.The fuel discharge line 80 is connected to the fuel discharge manifold 33 of the end plate 21 as one line in each main unit stack 10. The oxidant discharge line 90 is connected as one line to the oxidant discharge manifold 34 of the end plate 21 in each main unit stack 10.

도면에서 미설명된 참조 부호 49는 패키지부재(40)의 각 격벽(55)에 형성되어 수직 플레이트(53)에 의해 연료 배출라인(80) 및 산화제 배출라인(90)이 통과하는 쓰루홀을 형성하는 장착홈을 나타낸다.Reference numeral 49 which is not shown in the drawings is formed in each partition 55 of the package member 40 to form a through hole through which the fuel discharge line 80 and the oxidant discharge line 90 pass by the vertical plate 53 Respectively.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택 어셈블리(100)에 의하면, 요구하는 전력량을 출력하기 위해 수십 내지 수백 개의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 가압 체결하여 단일의 스택을 구성하는 종래 기술과 달리, 여러 개로 분할된 메인 단위 스택(10)을 패키지부재(40)에 어셈블리 형태로 패키지화할 수 있으므로 전체 스택 어셈블리(100)를 용이하게 조립/제작할 수 있다.Accordingly, in order to output a required amount of power, the fuel cell stack assembly 100 according to an embodiment of the present invention configured as described above presses and tightens tens or hundreds of unit cells through an end plate to form a single stack The main unit stack 10 divided into several pieces can be packaged in the form of an assembly in the package member 40, so that the entire stack assembly 100 can be easily assembled / manufactured.

또한, 본 발명의 실시예에서는 메인 단위 스택(10)을 패키지부재(40)에 패키지화하여 전류량이 저하되는 등 문제가 되는 단위 셀(11)의 해당 메인 단위 스택(10)을 스토리지 방식으로 교체할 수 있으므로, 전체 스택을 분리하여 셀 성능이 저하된 단위 셀을 교체하고 재조립하거나 스택을 새로 제작할 필요가 없다.In the embodiment of the present invention, the main unit stack 10 is packaged in the package member 40 to replace the corresponding main unit stack 10 of the unit cell 11, It is not necessary to replace the unit cell with deteriorated cell performance by separating the entire stack, reassemble the unit cell, or newly build the stack.

더 나아가 본 발명의 실시예에서는 메인 단위 스택(10)에서 적어도 둘 이상의 단위 셀들(11)이 전도성 시트(101)로서 구획된 서브 단위 스택(201)을 포함하므로, 메인 단위 스택(10)에서도 문제가 되는 불량 단위 셀(11)의 해당 서브 단위 스택(201)을 용이하게 교체할 수 있으며, 메인 단위 스택(10)의 재조립이 용이하다는 잇점이 있다.Furthermore, in the embodiment of the present invention, since at least two or more unit cells 11 in the main unit stack 10 include the sub unit stack 201 partitioned as the conductive sheet 101, It is possible to easily replace the sub unit stack 201 of the defective unit cell 11 and to reassemble the main unit stack 10 easily.

즉, 본 발명의 실시예에서는 메인 단위 스택(10)에서 불량 단위 셀(11)이 포함된 서브 단위 스택(201) 만을 교체하면 되므로, 메인 단위 스택(10) 전체를 교체하지 않아도 된다.That is, in the embodiment of the present invention, since only the sub unit stack 201 including the defective unit cells 11 is replaced in the main unit stack 10, the entire main unit stack 10 need not be replaced.

또한, 본 실시예에서는 수 개의 단위 셀들(11)을 엔드 플레이트(21)를 통해 가압 체결하여 메인 단위 스택(10)을 구성하기 때문에, 전체 어셈블리의 단위 셀들(11)을 기설정된 가압 변위에 맞게 일정 압력으로 체결할 수 있으므로 서로 인접하는 단위 셀(11)에서 일정한 전류를 발전할 수 있게 되며, 결과적으로는 전체 단위 셀들(11)의 셀 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다.In this embodiment, since the several unit cells 11 are press-coupled to each other through the end plate 21 to constitute the main unit stack 10, the unit cells 11 of the entire assembly are fitted to predetermined press- It is possible to generate a constant current in the unit cells 11 adjacent to each other, and as a result, the cell performance and durability of all the unit cells 11 can be improved.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Other embodiments may easily be suggested by adding, changing, deleting, adding, or the like of elements, but this also falls within the scope of the present invention.

10... 메인 단위 스택 11... 단위 셀
13... 막-전극 어셈블리 15... 세퍼레이터
15a... 모노폴라 플레이트 15b... 바이폴라 플레이트
21... 엔드 플레이트 23... 체결 로드
25... 체결부재 31... 연료 공급 매니폴드
32... 산화제 공급 매니폴드 33... 연료 배출 매니폴드
34... 산화제 배출 매니폴드 40... 패키지부재
41... 수용 공간 42... 스토리지 케이스
48... 커버 51... 베이스
53... 수직 플레이트 55... 격벽
57... 쿨링 플레이트 59... 가이드 홈
60... 연료 공급라인 70... 산화제 공급라인
80... 연료 배출라인 90... 산화제 배출라인
101... 전도성 시트 201... 서브 단위 스택10 ... main unit stack 11 ... unit cell
13 membrane-electrode assembly 15 separator
15a ... Monopolar plate 15b ... Bipolar plate
21 ... end plate 23 ... fastening rod
25 ... fastening member 31 ... fuel supply manifold
32 ... oxidant supply manifold 33 ... fuel discharge manifold
34 ... oxidant discharge manifold 40 ... package member
41 ... accommodating space 42 ... storage case
48 ... Cover 51 ... Base
53 ... vertical plate 55 ... partition wall
57 ... cooling plate 59 ... guide groove
60 ... fuel supply line 70 ... oxidant supply line
80 ... Fuel discharge line 90 ... Oxidizer discharge line
101 ... conductive sheet 201 ... sub unit stack

Claims (15)

다수 개의 단위 셀들을 엔드 플레이트를 통해 가압 체결하여 이루어지는 복수의 메인 단위 스택들; 및
상기 메인 단위 스택들을 수용하기 위한 복수의 수용 공간을 구획 형성하고, 상기 각 수용 공간에 상기 메인 단위 스택을 개별적으로 수용하는 패키지부재
를 포함하며,
상기 메인 단위 스택은 적어도 둘 이상의 단위 셀들이 전도성 시트로서 구획된 복수 개의 서브 단위 스택을 포함하는 연료 전지 스택 어셈블리.A plurality of main unit stacks formed by press-tightening a plurality of unit cells through an end plate; And
A plurality of accommodating spaces for accommodating the main unit stacks are defined, and a package member
/ RTI >
Wherein the main unit stack includes a plurality of subunit stacks in which at least two unit cells are partitioned as a conductive sheet. 제1 항에 있어서,
상기 단위 셀은 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측면에 대응하는 면에 채널이 구비된 세퍼레이터를 포함하며,
상기 서브 단위 스택에서, 최 외측에 위치하는 세퍼레이터는 한 쪽 면에 채널이 구비된 모노폴라 플레이트로 이루어지고, 상기 최 외측의 모노폴라 플레이트 내측에 위치하는 세퍼레이터들은 양 쪽 면에 채널이 구비된 바이폴라 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 어셈블리.The method according to claim 1,
Wherein the unit cell includes a separator having a channel on a face corresponding to both sides of the membrane-electrode assembly,
In the sub-unit stack, the outermost separator is made of a mono-polar plate having a channel on one side, and the separators located inside the outermost mono-polar plate are formed of bipolar Wherein the fuel cell stack assembly comprises a plate. 제2 항에 있어서,
상기 전도성 시트는,
이웃하는 서브 단위 스택의 서로 마주하는 상기 모노폴라 플레이트의 채널 반대면 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 어셈블리.3. The method of claim 2,
Wherein the conductive sheet comprises
Wherein the adjacent sub-unit stacks are interposed between opposite surfaces of the mono-polar plates facing each other. 제3 항에 있어서,
상기 전도성 시트는 전기 전도성을 지니며 서로 마주하는 상기 모노폴라 플레이트의 채널 반대면 사이의 기밀을 유지하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 어셈블리.The method of claim 3,
Wherein the conductive sheet has electrical conductivity and maintains airtightness between opposite surfaces of the monopolar plate facing each other. 제3 항에 있어서,
상기 전도성 시트는 카본 시트인 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 어셈블리.The method of claim 3,
Wherein the conductive sheet is a carbon sheet. 제1 항 내지 제5 항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 패키지부재는,
상기 단위 셀들의 배열 방향을 따라 상기 각 수용 공간에 상기 메인 단위 스택들을 수납하며, 상기 메인 단위 스택들의 배열 방향을 따라 적어도 하나의 개방면을 형성하고 있는 스토리지 케이스로서 이루어지는 연료 전지 스택 어셈블리.The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the package member comprises:
And the storage case houses the main unit stacks in the respective accommodating spaces along the arrangement direction of the unit cells and forms at least one opening along the array direction of the main unit stacks. 제6 항에 있어서,
상기 패키지부재는,
상기 스토리지 케이스의 내부에 상기 각 수용 공간을 구획 형성하기 위한 복수의 격벽들이 일정 간격 이격되게 설치되는 연료 전지 스택 어셈블리.The method according to claim 6,
Wherein the package member comprises:
Wherein a plurality of partition walls for partitioning the respective accommodating spaces are provided at predetermined intervals in the storage case. 제6 항에 있어서,
상기 패키지부재는,
상기 단위 셀들의 배열 방향을 따라 상기 메인 단위 스택들이 연속적으로 안착될 수 있는 베이스와,
상기 베이스의 길이 방향에 따른 가장자리 부분에 수직 방향으로 연결되는 적어도 하나의 수직 플레이이트와,
상기 베이스의 평면 상에 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되게 수직 방향으로 직립되게 설치되어 상기 각 수용 공간을 형성하는 복수의 격벽들
을 포함하는 연료 전지 스택 어셈블리.The method according to claim 6,
Wherein the package member comprises:
A base on which the main unit stacks can be seated continuously along the arrangement direction of the unit cells,
At least one vertical plate connected vertically to a longitudinal edge of the base,
And a plurality of barrier ribs provided on the plane of the base to be vertically spaced apart from each other along the longitudinal direction at a predetermined interval,
The fuel cell stack assembly comprising: 제8 항에 있어서,
상기 각 격벽들은,
상기 각 메인 단위 스택 사이 및 최 외측의 메인 단위 스택에 배치되며, 상기 메인 단위 스택에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 쿨링 플레이트로서 이루어지는 연료 전지 스택 어셈블리.9. The method of claim 8,
Each of the partition walls,
And a cooling plate disposed between the main unit stacks and the outermost main unit stacks for cooling the heat generated in the main unit stacks. 제9 항에 있어서,
상기 각 격벽은 열전도성을 지닌 알루미늄, 구리, 및 철 중 어느 하나의 소재로서 이루어지는 연료 전지 스택 어셈블리.10. The method of claim 9,
Wherein each of the partition walls is made of any one of aluminum, copper, and iron having thermal conductivity. 제1 항에 있어서,
상기 각 메인 단위 스택에 연결되며 그 메인 단위 스택으로 연료를 공급하는 연료 공급라인과,
상기 각 메인 단위 스택에 연결되며 그 메인 단위 스택으로 산화제를 공급하는 산화제 공급라인과,
상기 각 메인 단위 스택에 연결되며 그 메인 단위 스택으로부터 배출되는 미반응 연료를 배출하는 연료 배출라인과,
상기 각 메인 단위 스택에 연결되며 그 메인 단위 스택으로부터 배출되는 미반응 산화제와 수분을 배출하는 산화제 배출라인
을 포함하는 연료 전지 스택 어셈블리.The method according to claim 1,
A fuel supply line connected to each main unit stack and supplying fuel to the main unit stack,
An oxidant supply line connected to the main unit stack and supplying an oxidant to the main unit stack,
A fuel discharge line connected to each main unit stack and discharging unreacted fuel discharged from the main unit stack;
An unreacted oxidant which is connected to the main unit stack and is discharged from the main unit stack, and an oxidant discharge line
The fuel cell stack assembly comprising: 제11 항에 있어서,
상기 연료 공급라인은 상기 각 메인 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 연료 공급 매니폴드에 선택적으로 착탈 가능하게 연결되고,
상기 산화제 공급라인은 상기 각 메인 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 산화제 공급 매니폴드에 착탈 가능하게 연결되는 연료 전지 스택 어셈블리.12. The method of claim 11,
Wherein the fuel supply line is selectively detachably connected to a fuel supply manifold formed on an end plate of each main unit stack,
Wherein the oxidant supply line is detachably connected to an oxidant supply manifold formed on an end plate of each main unit stack. 제11 항에 있어서,
상기 연료 배출라인은 상기 각 메인 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 연료 배출 매니폴드에 연결되며,
상기 산화제 배출라인은 상기 각 메인 단위 스택의 엔드 플레이트에 형성된 산화제 배출 매니폴드에 연결되는 연료 전지 스택 어셈블리.12. The method of claim 11,
Wherein the fuel discharge line is connected to a fuel discharge manifold formed on an end plate of each main unit stack,
Wherein the oxidant discharge line is connected to an oxidant discharge manifold formed on an end plate of each main unit stack. 제8 항에 있어서,
상기 각 메인 단위 스택은 체결수단을 통해 상기 엔드 플레이트를 체결하여 이루어지며,
상기 각 격벽은 상기 메인 단위 스택을 수용 공간으로 수납하는 때, 상기 체결수단을 가이드 하는 가이드 홈을 상,하부에 각각 형성하는 연료 전지 스택 어셈블리.9. The method of claim 8,
Wherein each main unit stack is formed by fastening the end plate through fastening means,
Wherein each of the partition walls has a guide groove for guiding the fastening means when the main unit stack is housed in the accommodating space. 제6 항에 있어서,
상기 패키지부재는,
상기 스토리지 케이스의 개방면을 커버하는 적어도 하나의 커버를 포함하여 이루어지는 연료 전지 스택 어셈블리.The method according to claim 6,
Wherein the package member comprises:
And at least one cover covering the open side of the storage case.
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