KR20140099925A - 연료 전지 밀봉 리테이너 조립체 - Google Patents

연료 전지 밀봉 리테이너 조립체 Download PDF

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Abstract

예시적인 연료 전지 매니폴드 밀봉 리테이너 조립체가 브래킷 및 리테이너를 포함한다. 상기 브래킷은 연료 전지 적층체의 매니폴드에 대해서 장착될 수 있다. 상기 리테이너가 상기 브래킷에 장착되고 상기 브래킷이 매니폴드에 장착될 때, 상기 리테이너는 상기 매니폴드보다 연료 전지 적층체에 더 근접하여 연장한다. 리테이너는 밀봉부가 설치된 위치로부터 멀리 이동하는 것을 제한한다.

Description

연료 전지 밀봉 리테이너 조립체{FUEL CELL SEAL RETAINER ASSEMBLY}
본원 개시 내용은 대체로 연료 전지에 관한 것이고, 보다 특히 연료 전지 조립체의 밀봉 배열을 유지하는 것에 관한 것이다.
연료 전지 조립체가 잘 알려져 있다. 많은 연료 전지 조립체가 적층체로 배열된 복수의 개별적인 연료 전지 유닛을 포함한다. 적층체의 대향 단부의 압력판이 연료 전지 유닛을 유지한다.
일부 예에서, 연료 전지 유닛 각각이 전해질로서 작용하는 인산 층을 가지는 전극 조립체를 포함한다. 전해질이 전극들 사이에 배치된다. 전극 중 하나가 양극으로서 동작한다. 다른 전극이 음극으로서 동작한다.
통상적으로, 연료 전지는 유체 연료(예를 들어, 수소 및 공기)를 이용하고 그리고 유체 부산물(예를 들어, 물)을 생성한다. 매니폴드가 이용되어 연료를 연료 전지 유닛으로 소통시키고 그리고 부산물을 연료 전지 유닛으로부터 멀리 소통시킨다. 전형적으로, 매니폴드는 연료 전지 유닛의 외측 대면(facing) 표면에 고정된다. 매니폴드에 고정된 밀봉부는 매니폴드로부터의 유동을 차단한다. 밀봉부가 연료 전지 적층체의 동작 중에 오정렬되기 시작하여, 유체 연료 및 유체 부산물에 대한 누설 경로를 제공할 수 있다. 오정렬된 밀봉부를 교체하는 것은 비용이 소요된다.
예시적인 연료 전지 매니폴드 밀봉 리테이너 조립체가 브래킷 및 리테이너를 포함한다. 상기 브래킷은 연료 전지 적층체의 매니폴드에 대해서 장착될 수 있다. 상기 리테이너가 상기 브래킷에 장착되고 상기 브래킷이 매니폴드에 장착될 때, 상기 리테이너는 매니폴드보다 연료 전지 적층체에 더 근접하여 연장한다. 리테이너는 밀봉부가 설치된 위치로부터 멀리 이동하는 것을 제한한다.
예시적인 연료 전지 적층체 조립체는 적층체로 배열된 연료 전지를 포함한다. 제 1 및 제 2 압력판이 적층체의 대향 단부들에 배치된다. 매니폴드가 연료 전지 유체를 적층체 내외로 소통시킨다. 밀봉부는 연료 전지 유체가 매니폴드로부터 이동하는 것을 제한한다. 리테이너는 상기 매니폴드보다 상기 연료 전지 적층체에 더 근접하여 연장한다. 리테이너는 밀봉부가 설치된 위치로부터 멀리 이동하는 것을 제한한다.
연료 전지 밀봉부의 위치를 유지하는 예시적인 방법이 밀봉부를 이용하여 연료 전지 매니폴드와 연료 전지 적층체 사이의 계면을 밀봉하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 리테이너와 매니폴드 사이의 밀봉부의 확대된 영역을 붙잡아서(capture), 매니폴드가 연료 전지 적층체에 대해서 이동할 때, 밀봉부와 매니폴드 사이의 상대적인 운동을 제한한다.
개시된 예의 여러 가지 특징 및 장점은 구체적인 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 것이다. 구체적인 설명에 수반되는 도면은 이하와 같이 간략하게 설명될 수 있다.
도 1은 예시적인 연료 전지 적층체 조립체의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1의 연료 전지 적층체 조립체의 일부의 평면도를 도시한다.
도 3은 도 2의 선 3-3에서의 단면도를 도시한다.
도 4는 도 1의 연료 전지 적층체 조립체 내의 리테이너의 저면도를 도시한다.
도 5는 도 4의 리테이너의 제 1 부분 및 제 2 부분 사이의 계면을 도시한다.
도 6은 도 2의 선 3-3에서 취한 대안적인 리테이너 조립체의 단면도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 예시적인 연료 전지 적층체 조립체(10)가 적층체로 배열된 몇 개의 개별적이 연료 전지 유닛(12)을 포함한다. 적층체의 대향 단부들에서의 압력판(16)이 연료 전지 유닛(12)의 위치를 유지한다.
이러한 예에서, 매니폴드(20)가 수소와 같은 연료 전지 유체를 연료 전지 유닛(12)으로 전달한다. 매니폴드가 연료 전지 유닛(12)의 적층체의 측방향으로 최외측인 측부 근처에 고정된다.
도 1에서, 명료함을 위해서, 매니폴드(20)만을 도시하였다. 연료 전지 적층체 조립체(10)는 전형적으로 다른 매니폴드를 포함할 것이다. 다른 매니폴드는 연료 전지 유닛(12)의 적층체의 3개의 측방향으로 최외측인 측부 중의 다른 측부에 각각 고정된다. 다른 매니폴드(미도시)는 연료 전지 유닛(12)으로부터 액체 부산물을 멀리 소통시키고, 공기를 연료 전지 유닛(12)으로 소통시키고, 기타 등등의 역할을 한다.
밀봉부(24)가 매니폴드(20)에 고정된다. 밀봉부(24)는 매니폴드(20)로부터의 연료 전지 유체의 유동을 제한한다. 유사한 밀봉부가 다른 매니폴드에 고정된다.
동작 중에, 연료 전지 유닛(12)의 적층체의 수직 높이가 적층체 온도의 요동(fluctuation)으로 인해서 변화된다. 하나의 예에서, 연료 전지 적층체 조립체(10)의 온도가 증가함에 따라, 연료 전지 유닛(12)의 적층체의 높이가 방향(D)을 따라서 증가되고 그리고 압력판(16)이 서로로부터 더 멀리 이동한다. 연료 전지 적층체 조립체(10)의 온도가 감소됨에 따라, 연료 전지 유닛(12)의 적층체의 높이가 방향(D)에 반대되는 방향을 따라서 감소된다.
이러한 예에서, 열 변동은 밀봉부(24) 및 매니폴드(20)의 크기가 연료 전지 유닛(12)의 적층체와 동일한 비율(rate)로 변화되게 하지 않는다. 그에 따라, 열 변동은 밀봉부(24)가 적층체에 대해서 이동하게 하고 그리고 안착되지 않게(unseated) 하고, 이는 누설을 유발할 수 있을 것이다. 안착되지 않는 것은 특히 연료 전지 적층체 조립체(10)의 상단부 수직 엣지(28) 근처에서 우세하다.
도 1을 계속적으로 참조하면서 도 2-5를 참조하면, 밀봉부 리테이너 조립체(34)는, 연료 전지 유닛(12)의 적층체의 높이가 밀봉부(24)의 위치에 대해서 변화될 때, 밀봉부(24)를 설치된(그리고 안착된) 위치에서 지속시키고 유지하는데 이용된다.
예시적인 밀봉부 리테이너 조립체(34)는 브래킷(38) 및 리테이너(42)를 포함한다. 리테이너(42) 및 브래킷(38)이 매니폴드(20)에 고정될 때, 매니폴드(20)에 대한 밀봉부(24)의 이동이 제한된다.
예시적인 브래킷(38)은 수직 연장 부분(46), 제 1 수평 부분(48), 및 제 2 수평 부분(50)을 포함한다. 제 1 수평 부분(48) 및 제 2 수평 부분(50)이 수직 연장 부분(46)의 대향 단부들에 위치된다. 제 1 수평 부분(48)이 제 2 수평 부분(50)과 반대 방향으로 수직 연장 부분(46)으로부터 연장한다. 그에 따라, 브래킷(38)이 대체로 Z-형상의 구성을 가진다.
제 1 수평 부분(48)은 리테이너(42)에 대한 장착 표면(56)을 제공한다. 이러한 예에서, 리테이너(42)를 장착 표면(56)에 고정하기 위해서, 접착제가 이용된다.
제 2 수평 부분(50)은 매니폴드(20)의 기존 플랜지(58)에 고정된다. 기계적인 체결부(60)는 제 2 수평 부분(50)을 플랜지(58)에 고정하는데 이용될 수 있다.
리테이너(42)가 매니폴드(20)에 장착될 때, 제 1 수평 부분(48)이 매니폴드(20)의 채널 영역(64) 내에서 연장한다. 매니폴드(20)의 채널 영역(64)은, 압력판(16)과 대면하는 표면(66)을 포함한다. 이러한 예에서, 밀봉부(24)가 이러한 표면(66)에 장착된다. 예를 들어, 접착제를 이용하여 밀봉부(24)를 표면(66)에 고정할 수 있을 것이다.
밀봉부(24)는, 압력판(16)의 측방향 외측 표면(69)에 부착된 마찰-감소 시트(68)와 직접적으로 접촉한다. 열 요동에 의해서 연료 전지 유닛(12)의 적층체의 수직 높이가 변화될 때, 밀봉부(24)가 시트(68)에 대해서 이동한다.
이러한 예에서, 시트(68)가 테플론(Teflon) 시트이다. 시트(68)는, 상기 이동 중에 밀봉부(24)가 받는 마찰을 감소시키기 위해서 이용된다. 다른 예에서, 밀봉부(24)가 압력판(16)과 직접적으로 접촉한다.
시트(68)가 사용되더라도, 마찰은 여전히 밀봉부(24)가 밀봉 및 설치 위치로부터 멀리 당겨지게 할 수 있다.
설치된 위치에서, 밀봉부(24)는 매니폴드(20)의 외측으로 연장하는 확대된 부분(70) 및 매니폴드(20) 내부로 연장하는 확대된 부분(72)을 포함한다. 리테이너(42)는 확대된 부분(70)을 유지하여, 연료 전지 유닛(12)의 적층체가 밀봉부(24)에 대해서 하향 이동할 때, 밀봉부(24)의 이동을 제한한다. 리테이너(42)는, 연료 전지 유닛(12)의 적층체가 밀봉부(24)에 대해서 상향 이동할 때, 밀봉부(24)의 이동을 차단한다.
이러한 예에서, 리테이너(42)는 연료 전지 적층체 조립체(10)와 대면하는 표면(74) 및 리테이너(42)의 장착 표면(56)과 직접적으로 접촉하는 표면(76)을 포함한다. 경사진 표면(78)이 표면(76)과 표면(74) 사이에서 연장한다. 예시적인 리테이너(42)가 또한 노치형(notched) 영역(80)을 포함하고, 상기 노치형 영역은 채널 영역(64)을 형성하는 매니폴드(20)의 부분을 수용한다.
표면(74)은 표면(66)보다 시트(68)에 더 근접하여 연장한다. 표면(66)으로부터 멀어지는 그리고 매니폴드(20) 외부로의 밀봉부(24)의 이동은, 표면(66)을 지나서 시트(68)쪽으로 연장하는 리테이너(42)의 부분에 의해서 차단된다.
예시적인 리테이너(42)는, 중첩하는 접합부(82)에서 만나는 2개의 분리된 피스를 포함한다. 다른 예에서, 리테이너(42)가 단일 피스이다.
이러한 예에서, 밀봉부 리테이너 조립체(34)가 매니폴드(20)의 상부 수직 엣지(28)에만 고정된다. 비록 밀봉부 리테이너 조립체(34)가 다른 영역에서 이용될 수 있지만, 매니폴드(20)의 다른 영역은 상부 수직 엣지(28) 만큼 연료 전지 유닛(12)의 적층체에 대해서 이동하지 않는다.
하나의 예에서, 밀봉부 리테이너 조립체(34)는, 밀봉부(24)가 그러한 밀봉부가 표면(66)에 대해서 직접적으로 고정되는 설치 위치로부터 미끄러진 후에, 보수(repairing) 장치로서 이용된다. 밀봉부(24)가 미끄러졌다는 것을 인지한 후에, 조작자는 기계적인 체결부(86)를 이용하여 밀봉부 리테이너 조립체(34)를 매니폴드(20)에 부착시킨다. 리테이너 조립체(42)는, 일단 설치되면, 밀봉부(24)가 설치 위치로 다시 돌아오게 한다.
도 6을 참조하면, 다른 예시적인 밀봉부 리테이너 조립체(100)가 리테이너(42) 및 브래킷(104)을 포함한다. 이러한 예에서, 브래킷(104)은 기계적인 체결부(60) 대신에 드롭-인 핀(drop-in pin)(108)으로 매니폴드(20)에 고정된다. 브래킷(104)은 또한, 매니폴드(20)의 플랜지(58)를 수용하는 채널형 영역(112)을 포함한다. 상기 채널형 영역(112)은 브래킷(104)을 매니폴드(20)의 플랜지(58)에 연결하는 것을 돕는다.
앞선 설명은 본질적으로 제한적인 것이 아니라 예시적인 것이다. 본원 개시 내용의 본질로부터 반드시 벗어나는 것이 아닌, 개시된 예에 대한 변경 및 수정이 당업자에게 자명할 수 있을 것이다. 그에 따라, 이러한 개시 내용에 대해서 주어진 법률적 보호의 범위가 이하의 청구항을 고려하여서만 결정될 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 연료 전지 매니폴드 밀봉부 리테이너 조립체이며,
    연료 전지 적층체의 매니폴드에 장착될 수 있는 브래킷; 및
    리테이너를 포함하고,
    상기 리테이너가 상기 브래킷에 장착되고 상기 브래킷이 매니폴드에 장착될 때, 상기 리테이너는 매니폴드보다 연료 전지 적층체에 더 근접하여 연장하고, 상기 리테이너는 밀봉부가 설치된 위치로부터 멀리 이동하는 것을 제한하는, 연료 전지 매니폴드 밀봉부 리테이너 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 브래킷은 수직 부분, 상기 수직 부분의 제 1 단부로부터 연장하는 제 1 수평 부분, 및 상기 수직 부분의 대향하는 제 2 단부로부터 연장하는 제 2 수평 부분을 포함하는, 연료 전지 매니폴드 밀봉부 리테이너 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 수평 부분은 상기 수직 부분으로부터 반대 방향들로 연장하는, 연료 전지 매니폴드 밀봉부 리테이너 조립체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 브래킷이 상기 매니폴드에 장착될 때, 상기 제 1 수평 부분은 상기 매니폴드의 외측 채널 내로 연장하는, 연료 전지 매니폴드 밀봉부 리테이너 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너는 상기 브래킷의 수평 연장 표면에 장착되는, 연료 전지 매니폴드 밀봉부 리테이너 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너는 수지-기반의 유리섬유 재료를 포함하는, 연료 전지 매니폴드 밀봉부 리테이너 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너는 상기 브래킷과 대면하는 제 1 표면, 상기 연료 전지 적층체와 대면하는 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면까지 연장하는 경사진 표면을 포함하는, 연료 전지 매니폴드 밀봉부 리테이너 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 경사진 표면은 상기 밀봉부와 접촉하여 상기 밀봉부가 설치 위치로부터 멀리 이동하는 것을 제한하는, 연료 전지 매니폴드 밀봉부 리테이너 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너는 노치형 영역을 포함하고, 상기 노치형 영역은, 상기 리테이너가 상기 브래킷에 장착되고 상기 브래킷이 상기 매니폴드에 장착될 때, 상기 매니폴드의 외측 채널의 일부를 수용하는, 연료 전지 매니폴드 밀봉부 리테이너 조립체.
  10. 연료 전지 적층체 조립체이며,
    적층체로 배열된 복수의 연료 전지;
    상기 적층체의 대향 단부들에 있는 제 1 및 제 2 압력판;
    연료 전지 유체를 적층체 내외로 소통시키는 매니폴드;
    상기 연료 전지 유체가 상기 매니폴드로부터 이동하는 것을 제한하는 밀봉부; 및
    상기 매니폴드보다 연료 전지 적층체에 더 근접하여 연장하는 리테이너를 포함하고,
    상기 리테이너는 상기 밀봉부가 설치 위치로부터 멀리 이동하는 것을 제한하는, 연료 전지 적층체 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 밀봉부와 인터페이스(interface)하는 압력판들 중 하나에 장착되는 시트를 포함하고, 상기 매니폴드는 상기 밀봉부와 또한 인터페이스하는 둘레 표면을 포함하는, 연료 전지 적층체 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 시트는 테플론 시트인, 연료 전지 적층체 조립체.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 밀봉부는, 동작 중에, 상기 매니폴드와 함께 상기 시트에 대해서 이동하는, 연료 전지 적층체 조립체.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 매니폴드 내부의 확대된 영역 및 상기 매니폴드 외부의 확대된 영역을 포함하고, 그리고 상기 리테이너는 상기 밀봉부의 이동을 제한하기 위해서 상기 매니폴드 외부의 상기 확대된 영역을 유지하는, 연료 전지 적층체 조립체.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 밀봉부가 2-피스 밀봉부인, 연료 전지 적층체 조립체.
  16. 연료 전지 밀봉부의 위치를 유지하는 방법이며,
    밀봉부를 이용하여 연료 전지 매니폴드와 연료 전지 적층체 사이의 계면을 밀봉하는 단계; 및
    상기 매니폴드가 상기 연료 전지 적층체에 대해서 이동할 때, 상기 밀봉부와 상기 매니폴드 사이의 상대적인 운동을 제한하기 위해서, 리테이너와 매니폴드 사이의 밀봉부의 확대된 영역을 붙잡는 단계를 포함하는, 연료 전지 밀봉부의 위치를 유지하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 매니폴드에 장착되는 브래킷에 대해서 상기 리테이너를 고정하는 단계를 포함하는, 연료 전지 밀봉부의 위치를 유지하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 리테이너가 상기 브래킷에 고정되고 상기 브래킷이 상기 매니폴드에 장착될 때, 상기 리테이너가 상기 매니폴드보다 상기 연료 전지 적층체에 더 근접하여 상기 브래킷으로부터 연장하는, 연료 전지 밀봉부의 위치를 유지하는 방법.
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