KR20150077830A - 연료전지 스택 체결장치 - Google Patents

Abstract

복수의 셀이 결합된 스택; 상기 스택의 양측면에 각각 결합되되 만입된 결합홈이 형성된 엔드플레이트; 및 상기 스택에 밀착되고, 양측끝단은 하방으로 절곡되어 엔드플레이트의 결합홈에 결합되되, 스택의 단부에는 하방으로 절곡된 후 연장되어 연장부가 형성된 체결바;를 포함하는 연료전지 스택 체결장치가 소개된다.

Description

연료전지 스택 체결장치 {APPARATUS FOR TIGHTENING STACKS OF FUEL CELL INELECTRIC VEHICLES}

본 발명은 복수의 연료스택을 효율적으로 체결하기 위한 연료전지 스택 체결장치에 관한 것이다.

종래에는 화석연료를 이용한 내연기관의 차량이 주를 이루었으나, 환경오염과 화석연료의 고갈 등의 문제로 점점 친환경 에너지 차량으로 그 관심이 집중되고 있고, 그 중 하나가 연료전지를 이용한 연료전치차량이다.

연료전지의 기본 구조는 다공성 구조의 전극, 그리고 양극과 음극 사이에 위치하며 이온 전도성을 갖는 전해질로 이루어져 있고, 기체 상의 연료는 음극에 공급되고 산소를 함유하는 기체는 양극에 공급되며, 반응기체와 전해질, 고체인 촉매가 공존하는 삼상계면 영역에서 전기화학적 반응으로 발생한 전자가 외부회로를 통해 흐르는 원리로 발전을 하게 된다.

연료전지는 물을 전기 분해하면 전극에서 산소와 수소가 발생하는데, 연료전지는 물의 전기분해 역반응을 이용하는 것으로 수소와 산소로부터 전기와 물을 만들어 내는 것이다. 연료전지는 일반 화학전지(예, 건전지, 축전지 등)와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있으므로, 공기만 있으면 무한히 사용할 수 있다.

대개, 연료전지에서 전기를 일으키는 하나의 기본체인 셀(cell)이 있다. 연료극과 공기극에 각각 수소와 공기(산소)가 공급되어 전해질과 반응하여 이온을 형성하고, 이렇게 생성된 이온이 전기화학반응을 일으켜 물을 형성하는 과정에서 연료극에 전자가 생성되어 공기극으로 이동하면서 결국 전기를 발생시킨다.

한 개의 셀(cell)에서 전기가 발생하지만, 이 전기의 양은 우리가 실생활에 사용하기에는 매우 적은 양이다. 이에, 상기 셀(cell)들을 여러 개 포개서 많은 양의 전기에너지로 사용하게 되는데, 여러 개의 셀(cell)들을 모아 놓은 것을 스택(Stack)이라고 한다. 이와 같은 유용한 에너지원인 연료전지는 셀을 여러개 포개어 스택을 만들어준다. 스택을 만들기 위해서는 여러개의 셀을 체결시키게 된다.

대한민국 특허 공개번호 10-2006-0067158 A 연료전지 스택의 체결 구조에 있어서, 다수개의 연료전지 셀이 적층된 스택(10)의 상하면에 각각 면접촉하여 결합되되 상면에 복수개의 삽입홈(20a)이 반복 형성된 엔드 플레이트(20); 상기 엔드 플레이트(20)의 삽입홈(20a)에 삽입 설치되는 탄성부재(30); 및 상기 연료전지 스택의 길이 방향을 따라 밀착 설치되되 양단이 각각 절곡된 절곡부(42) 내면에 체결홈(42a)이 형성된 체결플레이트(40)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 체결 구조가 개시된다.

그러나, 종래의 스택은 상하측에 체결바를 이용하여 체결하다보니 상하 및 좌우의 충격에는 안정적이나 전후방향의 충돌 발생 시 변형이 발생하여 그 기능을 상실하는 문제가 발생했다. 또한, 2개 이상의 스택이 상하로 구성된 경우에는 전체 스택의 높이 제한이 있으며, 공간을 많이 차지하며 체결바와 분리판의 형상을 매칭시켜 구성하는데 한계가 있는 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2006-0067158 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 충돌 발생 시 변형이 일어나지 않으면서도 2개 이상의 스택이 상하로 구성된 경우에도 설계자유도를 높일 수 있는 연료전지 스택 체결장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 스택 체결장치는 복수의 셀이 결합된 스택; 상기 스택의 양측면에 각각 결합되되 만입된 결합홈이 형성된 엔드플레이트; 및 상기 스택에 밀착되고, 양측끝단은 하방으로 절곡되어 엔드플레이트의 결합홈에 결합되되, 스택의 단부에는 하방으로 절곡된 후 연장되어 연장부가 형성된 체결바;를 포함한다.

상기 스택은 상측 및 하측으로 복수개가 결합될 수 있다.

상기 스택과 체결바 사이에는 체결바보다 넓은 면적의 절연판이 마련될 수 있다.

상기 스택과 체결바 사이에는 사출가스켓이 마련되어 체결바를 감쌈으로써 스택과 체결바 사이에 절연될 수 있다.

상기 체결바에는 상기 엔드플레이트 측으로 연장된 플랜지가 형성되어 플랜지에 볼팅결합될 수 있다.

상기 체결바에는 관통홀이 형성될 수 있다.

상기 체결바의 연장부는 스택의 형상을 따라 직각으로 절곡될 수 있다.

상기 연장부는 완만한 호형상으로 절곡될 수 있다.

상기 체결바는 상기 스택의 전단측과 후단측 및 중심측에 결합될 수 있다.

상기 체결바 중 상기 스택의 중심측에 형성되는 체결바는 연장부가 생략될 수 있다.

상기 체결바는 상기 스택의 상하면에 각각 결합될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 연료전지 스택 체결장치에 따르면 기존 구성과 차이없이 2개의 스택을 상하방향으로 구성이 가능하며 추가적으로 소요되는 공간없이 필요한 공간을 최소화하여 설계 자유도를 높이면서도 차량의 전후방향으로의 충돌 시 변형이 일어나는 것을 방지하여 충돌 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, SVM(Stack Voltage monitor) 제어기를 연결할 수 있는 커넥터 공간도 충분히 확보 가능하여 추가적인 설계변경이 필요없는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 체결장치를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 B부분의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1의 B부분의 상세도.
도 4는 도 1의 C부분의 상세도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지 스택 체결장치에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 체결장치를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 B부분의 A-A선 단면도이며 도 3 내지 도 4는 도 1의 B, C부분의 상세도이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 연료전지 스택 체결장치는 복수의 셀이 결합된 스택(100); 상기 스택(100)의 양측면에 각각 결합되되 만입된 결합홈(310)이 형성된 엔드플레이트(300); 및 상기 스택(100)에 밀착되고, 양측끝단은 하방으로 절곡되어 엔드플레이트(300)의 결합홈(310)에 결합되되, 스택(100)의 단부에는 하방으로 절곡된 후 연장되어 연장부(510)가 형성된 체결바(500);를 포함한다.

연료전지 스택의 경우 단위셀의 개수가 360셀 이상이 되면 스택의 길이가 길어져 하나의 스택을 구성하기 어렵다. 따라서, 2개 이상의 스택을 상하 또는 나란히 연결하여야 차량에 탑재가 가능하다. 스택의 구성은 분리판 형상 및 차량의 레이아웃 구성에 따라 달라지며 특히, 본 실시예에서는 2개의 스택이 상하측으로 결합된 것을 도시하고 예를 들어 설명하며 또한, 상기 체결바는 상기 스택의 상하면에 각각 3개씩 결합된 것에 대해 설명한다.

상기 엔드플레이트(300)에는 상측 및 하측에 소정의 간격으로 이격되어 엔드플레이트(300)의 내측으로 만입된 결합홈(310)이 복수개 형성된다. 상기 체결바(500)는 스택(100)의 상면 및 하면에 밀착되되 양측끝단이 하방 또는 상방으로 절곡되어 엔드플레이트(300)의 결합홈(310)에 결합된다. 각 면에 결합되는 3개의 체결바(500) 중 전방측과 후방측에 결합되는 체결바(500)는 모서리부인 전방측 혹은 후방측 단부에서 하방으로 절곡된 후 연장되어 연장부(510)를 형성한다.

상기 체결바(500)의 연장부(510)는 스택(100)의 형상을 따라 "L"자 형상으로 절곡되되, 절곡되는 부분이 완만한 호형상을 이루도록 절곡되며 연장부(510)가 스택(100)을 감싸는 형태이므로 차량의 전후방향 충돌 시 체결바(500)에 의해 스택(100)이 보호된다. 상기한 것처럼, 상기 체결바(500)는 상기 스택(100)의 전단측과 후단측 및 중심측에 결합되는데, 상기 체결바(500) 중 상기 스택(100)의 중심측에 형성되는 체결바(500)는 연장부(510)가 생략되어 형성된다.

또한, 도 3과 도 4에 도시한 것처럼, 상기 체결바(500)에는 상기 엔드플레이트(300) 측으로 연장된 플랜지(5530)가 형성되어 엔드플레이트(300)와 플랜지(530)가 볼팅결합된다. 따라서, 스택(100)의 상부나 하부에 추가적으로 체결을 위한 공간이 불필요하여 스택(100)이 장착되는 엔진룸에 사공간을 줄여주며 장착을 위한 공간을 최소화할 수 있어 설계자유도가 높아지는 장점이 있다.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도의 일부로써, 셀이 반복체결되어 스택(100)을 형성하므로 반복 체결된 분리판(110)이 마련되고, 체결바(500)가 분리판(110)의 전면측까지 확장되어 스택(100)을 감싸는 모습을 확인할 수 있다. 상기 스택(100)과 체결바(500) 사이에는 체결바(500)보다 넓은 면적의 절연판(700)이 마련되어 절연이 확보된다. 상기한 절연판(700)은 보다 확실한 절연을 위하여 체결바(500)의 연장부(510)보다 더 넓은 형상으로 형성되며, 절연판(700)은 사출가스켓(900)이 분리판 (110)의 외곽을 감싸는 형태로 형성되면 삭제 가능하다.

또한, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 체결바(500)를 적용하게 되면, 체결바(500)의 확장에 따라 차량의 중량이 증가하게 되므로, 강성을 확보하기 위한 부분과 연장부(510)를 제외한 체결바(500)의 상면 등의 부분에 관통홀(미도시)을 형성하여 체결바(500)의 면의 일부를 제거함으로써 중량 및 원가 절감이 가능하게 된다.

종래에는 2개의 스택을 상하측에 겹쳐서 설치할 경우에는 스택의 상하공간에 스택의 크기와 체결공간 등을 고려하여 일정한 크기의 공간이 필요하였다. 그러나, 상기한 바와 같이 본 발명의 연료전지 스택 체결장치에 의하면, 기존 구성과 차이없이 2개의 스택을 상하방향으로 구성이 가능하며 추가적으로 소요되는 공간없이 필요한 공간을 최소화하여 설계 자유도를 높이면서도 차량의 전후방향으로의 충돌 시 변형이 일어나는 것을 방지하여 충돌 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, SVM(Stack Voltage monitor) 제어기를 연결할 수 있는 커넥터 공간도 충분히 확보 가능하여 추가적인 설계변경이 필요없는 장점이 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 스택 300 : 엔드플레이트
310 : 결합홈 500 : 체결바
510 : 연장부 530 : 플랜지
700 : 절연판 900 : 사출브라켓

Claims (11)

1. 복수의 셀이 결합된 스택;
   상기 스택의 양측면에 각각 결합되되 만입된 결합홈이 형성된 엔드플레이트; 및
   상기 스택에 밀착되고, 양측끝단은 하방으로 절곡되어 엔드플레이트의 결합홈에 결합되되, 스택의 단부에는 하방으로 절곡된 후 연장되어 연장부가 형성된 체결바;를 포함하는 연료전지 스택 체결장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스택은 상측 및 하측으로 복수개가 결합된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 체결장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스택과 체결바 사이에는 체결바보다 넓은 면적의 절연판이 마련되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 체결장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 스택과 체결바 사이에는 사출가스켓이 마련되어 체결바를 감쌈으로써 스택과 체결바 사이에 절연되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 체결장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 체결바에는 상기 엔드플레이트 측으로 연장된 플랜지가 형성되어 플랜지에 볼팅결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 체결장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 체결바에는 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 체결장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 체결바의 연장부는 스택의 형상을 따라 직각으로 절곡된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 체결장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 연장부는 완만한 호형상으로 절곡된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 체결장치.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 체결바는 상기 스택의 전단측과 후단측 및 중심측에 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 체결장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 체결바 중 상기 스택의 중심측에 형성되는 체결바는 연장부가 생략되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 체결장치.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 체결바는 상기 스택의 상하면에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 체결장치.

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