KR20150120045A - 연료전지용 엔드플레이트 - Google Patents
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Abstract
몸체를 형성하며, 연료전지 셀을 소정의 압력으로 지지하는 메인 블록; 상기 메인 블록보다 높은 환원성을 가지는 소재를 포함하여 형성되며, 상기 메인 블록의 일측면에 밀착되는 서브 플레이트; 및 상기 메인 블록과 서브 플레이트를 감싸는 절연부;를 포함하는 연료전지용 엔드플레이트가 소개된다.
Description
본 발명은 연료전지용 엔드플레이트에 관한 것으로서, 메인이 되는 지지체와 상기 지지체와 다른 환원성을 가지는 금속체를 구비하여 중량을 저감시킴과 동시에 지지체의 산화를 방지하는 연료전지용 엔드플레이트에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 스택은 다수개의 연료전지 셀이 적층되고, 적층된 연료전지 셀의 양 끝단에 한 쌍의 엔드 플레이트가 마련되어 연료전지 셀을 가압하며 고정하는 구조로 이루어져 있다. 연료전지 스택의 각 연료전지 셀이 상기 한 쌍의 엔드 플레이트에 의해 서로 면압을 유지하며 마찰 접촉 상태를 유지하고 있는 바, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트는 지속적으로 연료전지 셀을 가압할 수 있도록 충분한 강성을 유지하여야 한다.
종래의 상기 엔드 플레이트는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 스틸(Steel) 블록을 깎아서 엔드 플레이트를 완성하는 모노코크 방식과 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 스틸 패널을 리벳팅 또는 필름접착시켜 하나의 엔드 플레이트를 형성하는 샌드위치 방식으로 생산되어 왔으나, 상기 모노코크 방식은 제작 단가가 비싸고 제작 시간이 길어 양산에 적합하지 않은 문제가 있으며, 상기 샌드위치 방식은 제조 공정이 복잡하고 접합 품질에 따라서 균일하지 못한 강성을 가지게 되는 문제점을 가지고 있었다. 또한, 상기 방식들은 모든 소재를 스틸로 구성함으로써 중량이 무겁고 부식에 취약하다는 문제점이 있어왔던 것이다.
종래의 KR10-2009-0126979 A "연료전지의 엔드플레이트 및 그 제조방법"에서는 "유리섬유와, 판상의 나노 클레이(nano clay) 입자가 첨가되어 상기 유리섬유에 함침(含浸)되는 합성수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 엔드플레이트"를 제시하여 강도와 기계적, 열적 물성이 강화된 엔드플레이트를 소개하고 있다.
하지만, 상기의 종래 기술에 의하더라도, 상기한 문제들을 해결하는 데는 한계가 있어던 것이다.
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.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 서로 다른 환원성을 가진 소재를 적층시켜 엔드 플레이트의 부식을 방지한 연료전지용 엔드플레이트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지용 엔드플레이트는 몸체를 형성하며, 연료전지 셀을 소정의 압력으로 지지하는 메인 블록; 상기 메인 블록보다 높은 환원성을 가지는 소재를 포함하여 형성되며, 상기 메인 블록의 일측면에 밀착되는 서브 플레이트; 및 상기 메인 블록과 서브 플레이트를 감싸는 절연부;를 포함한다.
상기 메인 블록의 일측에 마련되며 일측면이 상기 절연부와 밀착되고 타측면이 연료전지 셀과 접촉하는 집전패널;을 더 포함할 수 있다.
상기 서브 플레이트 중 상기 집전패널에 대응되는 위치에는 상기 집전패널에 대응되는 형상의 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 관통홀은 내주면이 집전패널 둘레의 외주면으로부터 기 설정된 거리만큼 이격되게 형성될 수 있다.
상기 기 설정된 거리는 상기 절연부의 두께와 동일할 수 있다.
상기 절연부 중 상기 집전패널에 대응되는 위치에는 상기 집전패널이 삽입되도록 상기 집전패널의 형상에 대응되게 형성되는 삽입홈이 형성될 수 있다.
상기 절연부 중 상기 집전패널과 상기 메인 블록 사이 부분의 두께는 상기 집전패널과 상기 메인 블록 사이 부분을 제외한 나머지 부분의 두께와 동일할 수 있다.
상기 서브 플레이트의 두께는 상기 집전패널의 두께와 동일할 수 있다.
상기 메인 블록은 스틸로 이루어지며, 상기 서브 플레이트는 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
상기 절연부는 상기 메인 블록과 상기 서브 플레이트를 감싸도록 인서트 사출되어 형성될 수 있다.
상기 집전패널의 일측면에는 집전된 전기를 외부로 송출할 수 있도록 돌출된 돌기가 마련되며, 상기 메인 블록과 절연부에는 상기 돌기가 삽입되도록 삽입홀이 형성될 수 있다.
상기 절연부는 PPA 수지 성분을 포함하도록 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 연료전지용 엔드플레이트에 따르면, 메인 블록의 부식을 방지하여 메인 블록의 수명을 증대시키고 부식에 따른 강성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 상기 절연부의 커버링을 통해 메인 블록과 서브 플레이트 사이의 접합과정 없이도 상호 밀착될 수 있도록 함으로써 제작 공정을 단순화하고 생산 효율을 증대시킬 수 있다.
상기 서브 플레이트에 형성된 관통홀에 의해 상기 절연부가 일정한 두께를 유지하여 품질저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 엔드플레이트의 분해도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 엔드플레이트의 조립도.
도 3은 도 2의 A-A 단면을 도식적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 엔드플레이트의 조립도.
도 3은 도 2의 A-A 단면을 도식적으로 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지용 엔드플레이트에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 엔드플레이트의 분해도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 연료전지용 엔드플레이트의 조립도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 엔드플레이트는 몸체를 형성하며 연료전지 셀(500)을 소정의 압력으로 지지하는 메인 블록(100); 상기 메인 블록(100)보다 높은 환원성을 가지는 소재를 포함하여 형성되며, 상기 메인 블록(100)의 일측면에 밀착되는 서브 플레이트(200); 및 상기 메인 블록(100)과 서브 플레이트(200)를 감싸는 절연부(400);를 포함한다.
상기 서브 플레이트(200)가 상기 메인 블록(100)보다 환원성이 크기 때문에 상기 메인 블록(100) 대신 상기 서브 플레이트(200)가 갈비니 부식으로 대신 산화되며, 이로써 상기 메인 블록(100)의 부식을 방지하여 상기 메인 블록(100)의 수명을 증대시키고 강도저하를 방지할 수 있다.
여기서 상기 환원성의 정도는 다양한 수단을 통해 비교될 수 있으나, 소재가 가지고 있는 산화환원전위 값을 통해서도 비교될 수 있다. 즉, 상기 서브 플레이트(200)는 상기 메인 블록(100)을 구성하는 소재보다 환원전위 값이 낮은 소재를 포함하도록 형성되는 것이다.
특히, 상기 메인 블록(100)은 스틸로 이루어지며, 상기 서브 플레이트(200)는 알루미늄으로 이루어짐이 바람직하다. 상기 서브 플레이트(200)가 상기 메인 블록(100)과 함께 연료전지 셀(500)에 가해지는 하중을 지지하기 때문에 종래의 스틸만으로 이루어진 엔드플레이트와 비교할 때, 전체강성은 유지 또는 증가되지만 무게는 감소 되는 효과를 발생시킬 수 있기 때문이다.
구체적인 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 엔드플레이트의 구성을 설명하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 엔드플레이트는 상기 메인 블록(100)의 일측에 마련되며 일측면이 상기 절연부(400)와 밀착되고 타측면이 연료전지 셀(500)과 접촉하는 집전패널(300);을 더 포함할 수 있다.
상기 집전패널(300)은 연료전지 셀(500)에서 생성된 전류를 외부로 송출하는 역할을 수행하며, 상기 절연부(400)에 의해 차체와는 절연된 상태를 유지한다.
상기 절연부(400) 중 상기 집전패널(300)에 대응되는 위치, 구체적으로 상기 집전패널(300)이 접하는 위치에는 상기 집전패널(300)이 삽입되도록 삽입홈(320)이 형성됨이 바람직하며, 상기 삽입홈(320)은 상기 집전패널(300)의 형상에 대응되게 형성되어 상기 집전패널(300)이 상기 절연부(400)의 외측으로 돌출됨에 따라 하중이 상기 집전패널(300)에 집중되거나 상기 집전패널(300)이 상기 절연부(400)의 내측으로 함입되어 연료전지 셀(500)과 접촉되지 못하게 되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 서브 플레이트(200) 중 상기 집전패널(300)에 대응되는 위치에는 상기 집전패널(300)에 대응되는 형상의 관통홀(210)이 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 절연부(400)는 상기 메인 블록(100)과 상기 서브 플레이트(200)를 감싸도록 인서트 사출되어 형성됨이 바람직하다.
상기 절연부(400)는 상기 메인 블록(100)과 상기 서브 플레이트(200)가 서로 밀착하여 일체의 모듈이 된 상태에서 인서트 사출되어 상기 메인 블록(100)과 상기 서브 플레이트(200)의 외주면을 감싸도록 형성되며, 상기 관통홀(210)이 형성된 부분의 두께가 다른 나머지 부분보다 더 두꺼워지게 되므로 상기 삽입홈(320)의 형성에 의해 상기 삽입홈(320)에 대응되는 부분의 두께가 상대적으로 얇아지는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 절연부(400) 중 상기 집전패널(300)과 상기 메인 블록(100) 사이 부분의 두께가 상기 집전패널(300)과 상기 메인 블록(100) 사이 부분을 제외한 나머지 부분의 두께와 동일하게 됨이 바람직하다. 일정한 두께로 사출될 시 사출시 불량 발생률이 감소되기 때문이다. 물론 설계자의 의도에 따라 두께의 차이는 발생될 수도 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 관통홀(210)은 내주면이 집전패널(300) 둘레의 외주면으로부터 기 설정된 거리만큼 이격되게 형성됨이 바람직하다. 이 또한 상기 절연부(400)가 사출될 시 두께를 일정하게 유지할 수 있도록 하기 위함이다. 따라서, 상기 기 설정된 거리는 상기 절연부의 두께와 동일하게 됨이 바람직하다. 물론, 이 또한 론 설계자의 의도에 따라 두께의 차이는 발생될 수도 있다.
또한, 상기 서브 플레이트(200)의 두께는 상기 집전패널(300)의 두께와 동일하게 됨이 바람직한데, 상기 절연부(400)에서 상기 삽입홈(320)에 의해 함입되는 깊이와 상기 관통홀(210)에 의해 돌출되는 높이가 동일하게 되어 절연부(400)의 두께가 일정하게 될 수 있기 때문이다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 메인 블록(100)과 상기 서브 플레이트(200)는 서로 별도의 결합수단 없이 서로 밀착된 상태로서 이루어지고, 상기 절연부(400)에 의해 감싸짐으로서 밀착상태를 유지하게 됨이 바람직하다. 상기 절연부(400)의 두께가 특정부분에서 얇아짐 없이 전체적으로 일정한 두께를 유지하기 때문에 결합수단 없이도 안정적인 고정이 가능한 것이다. 접합을 위한 공정이 필요없어지므로 제작공정의 단순화와 생산성 향상이 발생될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 집전패널(300)의 일측면에는 집전된 전기를 외부로 송출할 수 있도록 돌출된 돌기(310)가 마련되며, 상기 메인 블록(100)과 절연부(400)에는 상기 돌기(310)가 삽입되도록 삽입홀(110,410)이 형성됨이 바람직하다.
이에 더해, 상기 절연부(400)는 폴리프탈아미드(Polyphthalamide, PPA) 수지 성분을 포함하도록 형성됨이 바람직한데, 상기 폴리프탈아미드 수지는 전기 절연성이 높고 흡습성이 낮으며 고온에 대한 저항성이 크므로, 외부로부터의 수분 흡수 및 연료전지 셀(500)의 발열에 의한 상기 메인 블록(100) 및 서브 플레이트(200)의 산화를 방지할 수 있는 효과가 발생할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 연료전지용 엔드플레이트에 따르면, 메인 블록(100)의 부식을 방지하여 메인 블록(100)의 수명을 증대시키고 부식에 따른 강성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 상기 절연부(400)의 커버링을 통해 메인 블록(100)과 서브 플레이트(200) 사이의 접합과정 없이도 상호 밀착될 수 있도록 함으로써 제작 공정을 단순화하고 생산 효율을 증대시킬 수 있다.
상기 서브 플레이트(200)에 형성된 관통홀(210)에 의해 상기 절연부(400)가 일정한 두께를 유지하여 품질저하를 방지할 수 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 : 메인 블록 200 : 서브 플레이트
210 : 관통홀 300 : 집전패널
310 : 돌기 320 : 삽입홈
400 : 절연부 500 : 연료전지 셀
110,410 : 삽입홀
210 : 관통홀 300 : 집전패널
310 : 돌기 320 : 삽입홈
400 : 절연부 500 : 연료전지 셀
110,410 : 삽입홀
Claims (12)
- 몸체를 형성하며, 연료전지 셀을 소정의 압력으로 지지하는 메인 블록;
상기 메인 블록보다 높은 환원성을 가지는 소재를 포함하여 형성되며, 상기 메인 블록의 일측면에 밀착되는 서브 플레이트; 및
상기 메인 블록과 서브 플레이트를 감싸는 절연부;를 포함하는
연료전지용 엔드플레이트. - 청구항 1에 있어서,
상기 메인 블록의 일측에 마련되며 일측면이 상기 절연부와 밀착되고 타측면이 연료전지 셀과 접촉하는 집전패널;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지용 엔드플레이트. - 청구항 2에 있어서,
상기 서브 플레이트 중 상기 집전패널에 대응되는 위치에는 상기 집전패널에 대응되는 형상의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는
연료전지용 엔드플레이트. - 청구항 3에 있어서,
상기 관통홀은 내주면이 집전패널 둘레의 외주면으로부터 기 설정된 거리만큼 이격되게 형성된 것을 특징으로 하는
연료전지용 엔드플레이트. - 청구항 4에 있어서,
상기 기 설정된 거리는 상기 절연부의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는
연료전지용 엔드플레이트. - 청구항 2에 있어서,
상기 절연부 중 상기 집전패널에 대응되는 위치에는 상기 집전패널이 삽입되도록 상기 집전패널의 형상에 대응되게 형성되는 삽입홈이 형성된 것을 특징으로 하는
연료전지용 엔드플레이트. - 청구항 3에 있어서,
상기 절연부 중 상기 집전패널과 상기 메인 블록 사이 부분의 두께는 상기 집전패널과 상기 메인 블록 사이 부분을 제외한 나머지 부분의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는
연료전지용 엔드플레이트. - 청구항 2에 있어서,
상기 서브 플레이트의 두께는 상기 집전패널의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는
연료전지용 엔드플레이트. - 청구항 1에 있어서,
상기 메인 블록은 스틸로 이루어지며, 상기 서브 플레이트는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는
연료전지용 엔드플레이트. - 청구항 1에 있어서,
상기 절연부는 상기 메인 블록과 상기 서브 플레이트를 감싸도록 인서트 사출되어 형성된 것을 특징으로 하는
연료전지용 엔드플레이트. - 청구항 3에 있어서,
상기 집전패널의 일측면에는 집전된 전기를 외부로 송출할 수 있도록 돌출된 돌기가 마련되며, 상기 메인 블록과 절연부에는 상기 돌기가 삽입되도록 삽입홀이 형성된 것을 특징으로 하는
연료전지용 엔드플레이트. - 청구항 1에 있어서,
상기 절연부는 PPA 수지 성분을 포함하도록 형성된 것을 특징으로 하는
연료전지용 엔드플레이트.
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