KR20150096857A - 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트 - Google Patents

Abstract

연료전지의 엔드플레이트에 관한 것으로 보다 상세하게는 개별 스택에 대응하여 매니폴더부를 교체할 수 있도록 하는 매니폴더부 분리형 엔드플레이트에 관하여 개시한다.
본 발명은 연료전지 스택의 양측에 체결되는 엔드플레이트에 있어서, 연료가스, 산화가스, 및 냉각수의 공급유로 또는 배출유로를 형성하는 매니폴더부;와 상기 매니폴더부가 결합되는 장착공을 구비하는 엔드플레이트 본체;로 분할 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트를 제공한다.

Description

연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트{END_PLATE OF FUEL CELL HAVING SEPERATED MANIFOLD}

본 발명은 연료전지의 엔드플레이트에 관한 것으로 보다 상세하게는 개별 스택에 대응하여 매니폴더부를 교체할 수 있도록 하는 매니폴더부 분리형 엔드플레이트에 관한 것이다.

엔드플레이트는 단위 전지(unit cell)를 지지하며 외부로부터 가스(연료가스와 산화가스)나 냉각수가 단위전지로 공급되거나 배출되는 통로를 제공하는 기능을 수행한다.

단위 전지가 적층된 연료전지 스택의 출력에 따라서 공급되는 가스 및 냉각수의 유량이 달라지게 된다.

따라서, 스택에 공급되는 가스 및 냉각수의 유량에 따라 엔드플레이트에 형성되는 매니폴드의 크기와 모양이 달라져야 한다.

종래에는 앤드플레이트를 일체로 제조하고 있어서, 매니폴드의 크기와 모양에 대응하여 맞춤형으로 엔드플레이트를 제조하고 있었다.

관련선행문헌으로는 대한민국 공개특허 공개번호 제10-2007-0057371호 (공개일자 2007년 6월 7일) '고분자 전해질 연료전지 스택의 좌측과 우측의 엔드플레이트와 그 제조방법'이 있다.

본 발명의 목적은 연료전지의 엔드플레이트를 제조함에 있어서, 스택의 출력에 따라서 형태의 변화가 요구되는 매니폴더부를 별도로 형성하여 교체할 수 있도록 함으로써, 엔드플레이트 몸체를 공용화 할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 이러한 엔드플레이트 몸체와 매니폴더부로 분할형성하여 엔드플레이트 몸체를 공용화하고, 매니폴더부만을 교체할 수 있도록 함으로써 다양한 종류의 연료전지 스택을 제조할 경우에도 엔드플레이트 몸체를 공용으로 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 연료전지 스택의 양측에 체결되는 엔드플레이트에 있어서, 연료가스, 산화가스, 및 냉각수의 공급유로 또는 배출유로를 형성하는 매니폴더부;와 상기 매니폴더부가 결합되는 장착공을 구비하는 엔드플레이트 본체;로 분할 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트를 제공한다.

상기 매니폴더부는 테두리가 좌우 대칭형상으로 형성되어, 2가지의 방향성을 가지고 상기 엔드플레이트 본체에 결합될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 매니폴더부는 상기 엔드플레이트 본체의 내측에서 외측으로 결합되며, 상기 매니폴더부와 상기 엔드플레이트 본체는 상기 매니폴더부가 상기 엔드플레이트 본체의 내측에서 외측으로 결합된 상태에서 상기 매니폴더부가 상기 엔드플레이트 본체의 외측으로 이탈되지 않도록 하는 단턱부 각각 구비하면 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 엔드플레이트 본체와 상기 매니폴더부는 절연재질로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명은 연료전지의 스택의 양측면에 구비되는 엔드플레이트를 매니폴더부와 엔드플레이트 본체로 분할형성하는 것을 특징으로 한다. 이렇게 매니폴더부를 분할하여 형성하면 엔드플레이트 본체는 공용으로 사용하면서 연료전지 스택의 출력에 따라 매니폴더부만을 변경함으로써 가스와 냉각수 유로에 단면적에 변화를 줄 수 있는 효과가 있다.

또한 매니폴더부가 상기 엔드플레이트 본체에 2가지 방향성을 가지고 결합할 수 있도록 함으로서, 좌측의 엔드플레이트와 우측의 엔드플레이트를 동일한 엔드플레이트 본체와 매니폴더부를 이용하여 구성할 수 있는 효과가 있다.

따라서, 엔드플레이트 제조에 소요되는 부품수를 절감할 수 있으며, 엔드플레이트 본체의 공용화를 통해 전체적인 엔드플레이트 제조 원가를 절감할 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 연료전지 스택의 구조를 개략적으로 나타내 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트를 나타낸 분리사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트를 나타낸 결합사시도,
도 4는 본 발명에 따른 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트의 결합관계를 나타낸 단면도임.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 연료전지 스택의 구조를 개략적으로 나타내 도면이다.

도시한 바와 같이, 엔드플레이트(100)는 단위전지들이 적층되어 형성된 단위전지 적층체(200)의 양측에 체결되는 것이다.

일반적으로 고분자 전해질 연료전지의 스택은 양극으로 공급되는 수소를 함유한 연료가스와 음극으로 공급되는 공기와 같은 산화가스를 매개체로 하여 화학에너지를 전기 에너지로 변화하여 전력을 공급하는 장치이다.

연료전지는 전해질의 종류에 따라 여러가지 형태가 존재하고, 전해질을 고체형 고분자막을 사용하는 연료전지를 고체 고분자 전해질 연료전지 또는 고분자 전해질 연료전지라 한다.

연료전지 스택은 분리판, 막전극접합체(MEA), 기체확산층(GDL), 가스켓, 집전판, 체결기구 등으로 구성되어 있다.

연료전지의 스택은 전기 화학반응이 일어나는 단위전지(Unit Cell)을 수십개 또는 수백개씩 적층하는 층상 구조로 이루어지고, 전해질 막과 가스 확산층, 지지 역할을 하는 분리판을 필요한 용량만큼 적층하여 구성된 단위전지 적층체(200)를 체결기구인 엔드플레트(100)에 의해 적절한 압력을 주어 각 단위 전지를 일체형 구조로 이루어주는 조립체이다.

이러한 연료전지 스택은 단위 셀의 매니폴더로 공급된 수소와, 공기에 의해 생성되어진 전기 에너지의 손실을 방지하기 위한 절연수단과 기체와 액체가 유동하기 위한 엔드플레이트의 실링 수단이 포함되어야 한다.

종래에는 엔드플레이트 전체를 단일 부품으로 구성한 일체형 엔드플레이트를 사용하고 있었다.

한편, 스택의 출력에 따라 공급되는 연료가스, 산화가스, 냉각수의 유량이 달라지게 되고, 그에 따라 엔드플레이트의 매니폴더부의 크기가 달라지게 된다.

그런데, 종래의 일체형 엔드플레이트의 경우 엔드플레이트 전체가 단일 부품으로 형성되어 있어서, 매니폴더부의 크기에 따라 엔드플레이트를 다르게 제조해야 했다. 다시말해 일체형 엔드플레이트의 경우 매니폴더부 입출구의 크기에 따른 디자인 수만큼의 엔드플레이트 디자인이 필요하게 되므로, 사출성형 방법으로 제조한다면 그 수만큼의 금형이 필요하게 되어 원가상승의 요인으로 작용하고 있었다.

본 발명은 엔드플레이트를 연료가스, 산화가스, 및 냉각수의 공급유로 또는 배출유로를 형성하는 매니폴더부와 상기 매니폴더부가 결합되는 장착공을 구비하는 엔드플레이트 본체로 분할 형성하는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트를 나타낸 분리사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트를 나타낸 결합사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분리형 엔드플레이트(100)는 매니폴더부(120)와, 엔드플레이트 본체(140)로 분할 형성되는 것을 특징으로 한다.

엔드플레이트 본체(140)는 단위 전지의 면적을 커버할 수 있는 크기로 형성되며, 단위 전지의 매니폴더가 형성되는 영역에 장착공(142)을 구비한다.

장착공(142)은 도시한 바와 같이 대략 직사각형 형태로 형성될 수 있으며, 좌우 대칭의 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 장착공(142)을 좌우 대칭 형태로 형성하는 것은 매니폴더부(120)가 상기 장착공(142)에 2가지의 방향성을 가지고 결합될 수 있도록 하기 위한 것이다.

매니폴더부(120)는 단위전지의 매니폴더에 연결되는 부분으로 연료가스, 산화가스, 냉각수의 공급유로 또는 배출유로를 형성한다.

매니폴더부(120)는 상기 장착공(142)의 형상에 대응하는 테두리부(122)를 구비하며, 테두리부(122)는 좌우 대칭형상으로 형성되어, 2가지의 방향성을 가지고 상기 엔드플레이트 본체(140)의 장착공(142)에 결합될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.

도면을 통해서도, 엔드플레이트 본체(140)의 위쪽과 아래쪽에 동일한 형태의 장착공(142)이 형성되어 있으며, 위쪽의 매니폴더부(120)와 아래쪽의 매니폴더부(120)가 서로 다른 방향성을 가지고 장착공(142)에 결합된 것을 확인할 수 있다.

예를 들면, 좌측단부의 엔드플레이트와 우측단부의 엔드플레이트는 좌우가 반전된 형태가 되는데, 종래의 일체형 엔드플레이트의 경우 좌측과 우측을 별도로 제작해야 했다.

그런데, 본 발명과 같이, 엔드플레이트 본체(140)와 매니폴더부(120)로 분할 형성하고, 매니폴더부(120)가 2가지의 방향성을 가지고 엔드플레이트 본체(140)에 결합될 수 있도록 하면, 동일한 엔드플레이트 본체(140)와 매니폴더부(120)를 가지고 좌측용 엔드플레이트와 우측용 엔드플레이트를 모두 구성할 수 있다.

엔드플레이트 본체(140)와 매니폴더부(120)는 전기가 통하지 않는 절연재질로 형성되는 것이 바람직하다. 엔드플레이트 본체(140)와 매니폴더부(120)는 동일한 재질을 사용할 수도 있으나, 서로 다른 재질로 형성될 수도 있다. 특히 매니폴더부(120)의 경우 이온용출성이 낮고 수분에 의한 부피변화가 적은 소재를 사용하면 더욱 바람직하다.

도 4는 본 발명에 따른 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트의 결합관계를 나타내기 위한 도면으로, 도 3의 A-A 선에 따른 단면을 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 매니폴더부(120)는 엔드플레이트 본체(140)의 장착공(142)의 내측에서 외측으로 끼워지도록 형성될 수 있다. 여기서 엔드플레이트 본체(140)의 내측이란 엔드플레이트 본체이 스택과 접촉하는 면을 의미한다.

매니폴더부(120)가 엔드플레이트 본체(140)의 내측에서 외측으로 끼워져 결합되도록 하되, 결합된 매니폴더부(120)가 엔드플레이트 본체(140)에서 분리되지 않도록 각각에 단턱부(124,144)를 구비하는 것이 바람직하다.

엔드플레이트 본체(140)에는 장착공의 단면적이 내측에서 외측으로 갈수록 단면적이 좁아지는 형태로 단턱부(144)가 형성되고, 매니폴더부(120)의 단턱부(124)는 그에 대응하여 내측에서 외측에서 갈수록 단면적이 좁아지는 형태로 형성된다.

따라서, 매니폴더부(120)가 엔드플레이트 본체(140)의 내측에서 외측으로 끼워지면, 엔드플레이트 본체(140)의 외측으로는 이탈하지 못하게 고정된다.

매니폴더부(120)가 엔드플레이트 본체(140)에 이러한 구조로 끼워짐과 동시에 별도의 접착제 등을 이용하여 부착될 수도 있으며, 합성수지 재질로 형성되는 경우 초음파 융착 등을 이용하여, 매니폴더부(120)를 엔드플레이트 본체(140)에 결합시킬 수도 있다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 분리형 엔드플레이트
120 : 매니폴더부
122 : 테두리부
124 : 단턱부
140 : 엔드플레이트 본체
142 : 장착공
144 : 단턱부
200 : 단위전지 적층체

Claims (3)

1. 연료전지 스택의 양측에 체결되는 엔드플레이트에 있어서,
   연료가스, 산화가스, 및 냉각수의 공급유로 또는 배출유로를 형성하는 매니폴더부;와
   상기 매니폴더부가 결합되는 장착공을 구비하는 엔드플레이트 본체;로 분할 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 매니폴더부는 테두리가 좌우 대칭형상으로 형성되어,
   2가지의 방향성을 가지고 상기 엔드플레이트 본체에 결합될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 엔드플레이트 본체와 상기 매니폴더부는 절연재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 매니폴더부 분리형 엔드플레이트.

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