KR20160041482A - Fuel cell end plate coupling structure - Google Patents

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허용석
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Abstract

The present invention relates to an end plate for fuel cells. According to the present invention, provided is the end plate for fuel cells which includes a coupling projection protruding from an upper side of the end plate so that at least two stacks can be stacked, and further includes a coupling groove correspondingly coupled to the coupling projection formed at a lower side. A drop in the positional tolerance between stack modules can bring an enhancement in the compatibility with peripheral parts along with the enhancement in airtightness and flow distribution properties near a co-divergence interface. Further, a decrease in the number of parts and air transportation due to coupling of bolts when installing and disassembling the stacks can lead to reduction in production costs.

Description

연료전지용 엔드플레이트{Fuel cell end plate coupling structure}An end plate for a fuel cell (Fuel cell end plate coupling structure)

본 발명은 연료전지 스택의 양단에 체결된 엔드플레이트를 통해 연료전지를 적층할 수 있는 연료전지용 엔드플레이트에 관한 것이다.The present invention relates to an end plate for a fuel cell capable of stacking fuel cells through end plates fastened at both ends of the fuel cell stack.

일반적으로, 연료전지는 연료가 가지는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 변환시키는 에너지 변환장치로서, 산업, 가정 및 차량의 구동전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 휴대기기의 전력을 공급하는데 이용될 수 있다.Generally, a fuel cell is an energy conversion device for converting electrical energy by electrochemically reacting chemical energy of a fuel without converting it into heat by burning. It is a fuel cell that not only supplies driving power for industry, Products, and portable equipment.

특히, 현재 차량용 연료전지로는 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)가 가장 많이 연구되고 있다.Particularly, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) having a high power density is currently the most studied as a fuel cell for a vehicle.

이러한, 연료전지 스택은 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하고, 이 막전극접합체는 수소이온을 이동시켜 줄 수 있는 고체 고분자 전해질막과, 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 전극층인 캐소드(Cathode) 및 애노드(Anode)로 구성되어 있다.In this fuel cell stack, a membrane electrode assembly (MEA), which is a main component part, is located in the innermost part. The membrane electrode assembly includes a solid polymer electrolyte membrane capable of transporting hydrogen ions, And a cathode and an anode which are electrode layers coated with a catalyst so that hydrogen and oxygen can react with each other.

또한, 막전극접합체의 바깥부분, 즉 캐소드 및 애노드가 위치한 바깥부분에 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 가스켓(Gasket) 등이 적층되고, 기체확산층의 바깥쪽에는 반응가스(연료인 수소와 산화제인 산소 또는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(Separator)을 포함하여 이루어지며, 이러한 구성을 단위셀(Cell)로 하여 복수의 단위셀을 적층한 뒤 가장 바깥쪽에는 단위셀들을 지지하기 위한 엔드플레이트(End Plate)를 결합하는데, 상기 엔드플레이트 사이에 단위셀들을 배열하여 체결함으로써 수십 ~ 수백 개의 단위셀들을 직렬로 적층하여 제작함으로 가장 일반적인 연료전지 스택이 구성되는 것을 등록특허공보 제10-1349017호(연료전지 스택의 체결기구)를 통해 알 수 있다.A gas diffusion layer (GDL), a gasket and the like are laminated on the outer portion of the membrane electrode assembly, that is, the cathode and the outer portion where the anode is located, and the reaction gas And a separator in which a flow field through which cooling water passes is formed by supplying oxygen or oxygen as an oxidant to the plurality of unit cells, And an end plate for supporting the unit cells is coupled to the outside of the fuel cell stack. By stacking several tens to several hundred unit cells in series by arranging the unit cells between the end plates, Can be known through the registration mechanism of the fuel cell stack (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1349017).

이러한, 연료전지 스택(10)을 차량에 탑재하는 경우, 한정된 공간 내에 고성능의 출력을 발휘하기 위하여 복수의 스택(10)을 모듈화하여 병열방식으로 2개 이상 스택(10)을 도 1에 도시된 바와 같이, 종래에 연속되는 엔드플레이트(12)에 브라켓과 볼트 등의 체결수단(13)을 이용한 체결 결합을 통해 고정 설치하였다.When the fuel cell stack 10 is mounted on a vehicle, a plurality of stacks 10 are modularized so as to exhibit a high-performance output within a limited space, The end plate 12 is fixed to the end plate 12 through a fastening member 13 such as a bracket and a bolt.

그러나 상기 엔드플레이트(12)의 바깥쪽에는 상기 단위셀(11)의 반응기체(수소/공기) 및 냉각수를 공급 및 배출하는 통로를 갖는 공분기 등의 주변부품(15)을 부착 설치해야 하는데, 이 경우, 상기 체결수단(13)의 홀 공차 또는 볼트의 체결로 인해 위치 편차가 발생하여 주변부품(15)의 설치가 불량함에 따라 상기 반응기체 및 냉각수가 누출되는 문제점이 있다.However, peripheral parts 15 such as a ball screw branch having a passage for supplying and discharging the reaction gas (hydrogen / air) and the cooling water of the unit cell 11 must be attached to the outside of the end plate 12, In this case, positional deviation occurs due to the hole tolerance of the fastening means 13 or the fastening of the bolts, and the reaction gas and the cooling water leaks as the peripheral parts 15 are poorly installed.

또한, 상기 체결수단(13)을 통해 스택(10)의 설치 및 해체 시 볼트 체결 작업에 따른 작업 공수 및 부품이 증가하여 제작비용이 증가되는 문제점이 있다.In addition, there is a problem in that the number of workpieces and parts due to the bolt fastening operation increases when the stack 10 is installed and disassembled through the fastening means 13, thereby increasing manufacturing costs.

상기한 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명은 엔드플레이트의 상, 하 양측에 상호 대응하여 결합되는 결합돌기 및 결합홈을 각각 형성함으로써, 종래 볼트 체결로 인한 공수 및 부품이 감소함에 따라 제작비용을 절감함은 물론, 주변 부품과의 매치성, 기밀성 및 유량분배성이 향상되는 연료전지용 엔드플레이트를 제공하는데 목적이 있다.In order to overcome the above-mentioned problems, the present invention forms the coupling protrusions and the coupling grooves which are mutually corresponding to the upper and lower sides of the end plate, respectively, thereby reducing manufacturing costs And an end plate for a fuel cell in which matchability with respect to peripheral parts, airtightness, and flow distributability are improved.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연료전지 스택의 엔드플레이트에 있어서, 2개 이상의 스택이 적층되도록 상기 엔드플레이트의 상측에는 결합돌기가 돌출 형성되고, 하측에는 상기 결합돌기에 대응 결합되는 결합홈이 요입 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 엔드플레이트를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an end plate of a fuel cell stack, wherein an engaging protrusion is protruded from an upper side of the end plate so as to stack two or more stacks, And a groove is formed in the end plate.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 스택 간 위치 공차가 감소함에 따라 주변부품과의 매치성이 향상되며, 이를 통해 공분기 등의 주변 부품의 인터페이스에 기밀성 및 분배성이 향상됨은 물론, 스택의 설치 및 해체 시 종래 볼트 체결로 인한 공수 및 부품이 감소함에 따라 제작비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.By providing the present invention configured as described above, as the positional tolerance between the stacks is reduced, matching with peripheral components is improved, thereby improving the airtightness and distributability of interfaces of peripheral parts such as a ball screw, In the case of installation and disassembly, there is an effect that the manufacturing cost can be reduced as the number of air and parts due to the conventional bolt fastening is reduced.

도 1은 종래 연료전지 스택의 설치상태 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 엔드플레이트의 제1실시예 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 엔드플레이트의 설치상태 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 엔드플레이트의 제1실시예 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지용 엔드플레이트의 제2실시예 구성도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an end plate for a fuel cell,
Fig. 3 is a view showing a state in which an end plate for a fuel cell according to the present invention is installed. Fig.
4 is an illustration of a first embodiment of an end plate for a fuel cell according to the present invention.
5 is a view showing a second embodiment of an end plate for a fuel cell according to the present invention.

이하, 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예를 통해 구성을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 연료전지용 엔드플레이트(120)는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 막전극접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly), 전해질막(GDL), 캐소드(Cathode)전극, 애노드(Anode)전극, 분리판 및 가스켓을 포함하여 이루어진 단위셀(110)를 직열로 수십 ~ 수백개를 적층한 뒤 가장 바깥쪽에 단위셀(110)들을 고정하는 엔드플레이트(120)로 마감된 연료전지 스택(100)에서 상기 연료전지 스택(100)의 엔드플레이트(120)에 관한 것으로 2개 이상의 스택(100)이 적층 되도록 상기 엔드플레이트(120)의 상하 양측에 결합구조를 형성하여 다양한 실시예를 통해 제공하는 것이다.
2 to 3, the end plate 120 for a fuel cell of the present invention includes a membrane electrode assembly (MEA), an electrolyte membrane (GDL), a cathode electrode, an anode, The fuel cell stack 100 (FIG. 1) is formed by laminating several tens to several hundreds of unit cells 110 including electrodes, separator plates, and gaskets in a straight line, and ending the unit cells 110 at the outermost ends. The end plate 120 of the fuel cell stack 100 is provided with a coupling structure on both upper and lower sides of the end plate 120 so as to stack two or more stacks 100, will be.

<제1실시예>&Lt; Embodiment 1 >

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 스택(100)이 수직으로 끼움 결합하여 적층 되도록 상기 엔드플레이트(120)의 상측에는 결합돌기(121)가 돌출 형성되고, 하측에는 상기 결합돌기(121)에 대응 결합되는 결합홈(125)이 요입 형성하여 구성한다.2, an engaging projection 121 is formed on an upper side of the end plate 120 so that two or more stacks 100 are vertically fitted and stacked, and on the lower side, And an engaging groove 125 corresponding to the engaging portion 121 is formed.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 엔드플레이트(120)의 상, 하 양측에 각각 결합돌기(121)와 결합홈(125)을 형성함에 따라 상기 엔드플레이트(120)의 결합돌기(121)에 대응하여 동일한 엔드플레이트(120)의 결합홈(125)을 상기 결합돌기(121)에 끼움 결합하는 것 만으로 2개 이상의 연료전지 스택(100)을 간편하게 증측할 수 있다.3, the engaging protrusions 121 and the engaging recesses 125 are formed on the upper and lower sides of the end plate 120, respectively, so that the engaging protrusions 121 of the end plate 120, The two or more fuel cell stacks 100 can be easily widened merely by fitting the engaging recesses 125 of the same end plate 120 into the engaging projections 121 in correspondence with the shape of the end plate 120. [

여기서, 도 4의 a, b에 의하면, 상기 엔드플레이트(120)의 상기 결합돌기(121)는 기본적으로 사각 또는 원형의 돌기로 이루어질 수 있으며, 형상은 다양하게 변경될 수 있다.4A and 4B, the coupling protrusions 121 of the end plate 120 may be basically rectangular or circular protrusions, and the shapes of the coupling protrusions 121 may be variously changed.

상기 엔드플레이트(120)의 길이방향을 따라 간격을 두고 복수개가 연속적으로 돌출 형성됨 아울러, 상기 엔드플레이트(120)의 결합홈(125) 역시 상기 결합돌기(121)에 대응하여 상기 엔드플레이트(120)의 길이방향을 따라 간격을 두고 복수개가 연속적으로 요입 형성되는 것이다.A plurality of protrusions are continuously formed at intervals along the longitudinal direction of the end plate 120. The engaging groove 125 of the end plate 120 is also engaged with the engaging protrusion 121 of the end plate 120, A plurality of grooves are continuously formed in a recessed manner at intervals along the lengthwise direction.

따라서, 상기 결합돌기(121) 및 결합홈(125)은 사각 또는 원형의 모양 이외에도 다양한 크기와 모양을 형성할 수 있으며, 상기 엔드플레이트(120)의 상, 하 측에 각각 대응 형성되는 것이 바람직하다.
Accordingly, the engaging protrusions 121 and the engaging recesses 125 may be formed in various sizes and shapes in addition to the square or circular shape, and are preferably formed on the upper and lower sides of the end plate 120, respectively .

<제2실시예>&Lt; Embodiment 2 >

한편, 제1실시예 보다 조금 다르게 도 5의 a, b에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 스택(100)이 수평방향으로 슬라이드 결합하여 적층 되도록 상기 엔드플레이트(120)의 상측에는 슬라이드돌기(123)가 돌출 형성되고, 하측에는 상기 슬라이드돌기(123)에 대응하여 슬라이드 결합되는 슬라이드홈(127)이 수평방향으로 관통 형성될 수 있다.As shown in FIGS. 5A and 5B, the slide protrusions 123 (123) are formed on the upper surface of the end plate 120 so that two or more stacks 100 are horizontally slide- And a slide groove 127, which is slidably engaged with the slide protrusion 123, may be formed in the lower side in a horizontal direction.

여기서, 상기 슬라이드돌기(123)는 도 5의 a와 같이, 양측에 구배를 갖는 경사 돌기로 형성될 수 있으며, 상기 슬라이드홈(127) 역시 슬라이드돌기(123)에 대응하여 내측 구배를 갖는 경사홈이 형성될 수 있다.5A, the slide protrusion 123 may be formed as an oblique protrusion having a gradient on both sides, and the slide protrusion 123 may also be formed as an inclined protrusion having an inner slope corresponding to the slide protrusion 123, Can be formed.

따라서, 상기 스택(100)이 적층될 수 있게 상기 슬라이드돌기(123) 및 슬라이드홈(127)은 형상에 상관없이 서로 대응하여 상기 스택(100)에 엔드플레이트(120)가 상호 수평방향으로 슬라이드 결합할 수 있으므로 도 5의 a, b와 같이, 상기 슬라이드돌기(123) 및 슬라이드홈(127)은 원형 또는 타원형의 형상은 물론, 그 크기와 모양을 다양하게 형성할 수 있다.
Accordingly, the slide protrusions 123 and the slide grooves 127 are formed to correspond to each other so that the end plates 120 are slidably coupled to the stack 100 in the horizontal direction so that the stack 100 can be stacked. The slide protrusions 123 and the slide grooves 127 can have various shapes and sizes as well as circular or elliptical shapes, as shown in FIGS. 5A and 5B.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 작용 및 작동상태에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.The operation and the operation according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1실시예에 따르면, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 스택(100)을 상기 엔드플레이트(120)의 상, 하단에 각각 형성된 결합돌기(121) 및 결합홈(125)을 통해 블럭 결합방식으로 간편하게 적층하고, 상기 엔드플레이트(120)의 바깥쪽에 설치되는 공분기 등의 주변부품(15)의 결합을 통해 상, 하 분리가 제한됨에 따라 구조적으로 견고하게 설치할 수 있다.2 to 4, two or more stacks 100 may be integrally formed with coupling projections 121 and coupling grooves 125 formed at the upper and lower ends of the end plate 120, respectively, So that the upper and lower parts are separated from each other through the joining of the peripheral parts 15 such as the bobbin and the like installed outside the end plate 120, so that the structure can be firmly installed.

한편, 제2실시예에 따르면, 도 5의 a, b에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 스택(100)을 상기 엔드플레이트(120)의 상, 하단에 각각 형성된 결합돌기(121) 및 결합홈(125)을 통해 블럭 결합방식으로 간편하게 적층하되, 상호 대응되는 슬라이드돌기(123) 및 슬라이드홈(127)은 통해 가로방향으로 슬라이드 결합할 수 있으며, 상기 엔드플레이트(120)의 바깥쪽에 설치되는 공분기 등의 주변부품(15)의 결합을 통해 가로방향으로 분리가 제한됨에 따라 구조적으로 견고하게 설치할 수 있다.
5A and 5B, two or more stacks 100 may be formed on the upper and lower ends of the end plate 120, The slide protrusions 123 and the slide grooves 127 can be slidably coupled in the lateral direction through the corresponding slide protrusions 123 and the corresponding slide protrusions 127. In addition, The separation in the transverse direction is restricted through the coupling of the peripheral parts 15 such as the branch, so that it can be structurally secured.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 스택 간 위치 공차가 감소함에 따라 주변 부품과의 매치성이 향상되며, 이를 통해 공분기 인터페이스 부근의 기밀성 및 유량분배성이 향상됨은 물론, 스택의 설치 및 해체 시 종래 볼트 체결로 인한 공수 및 부품이 감소함에 따라 제작비용을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.Accordingly, by providing the present invention configured as described above, the matching tolerance with peripheral components is improved as the position tolerance between the stacks is reduced, thereby improving the airtightness and the flow distributing performance near the bare branch interface, And the manufacturing cost can be reduced as the number of air and parts due to the conventional bolt fastening is reduced at the time of disassembly.

100: 스택 110: 단위셀
120: 엔드플레이트 121: 결합돌기
123: 슬라이드돌기 125: 결합홈
127: 슬라이드홈100: stack 110: unit cell
120: end plate 121: engaging projection
123: slide projection 125: engaging groove
127: Slide groove

Claims (3)

연료전지 스택(100)의 엔드플레이트(120)에 있어서, 2개 이상의 스택(100)이 수직으로 끼움 결합하여 적층 되도록 상기 엔드플레이트(120)의 상측에는 결합돌기(121)가 돌출 형성되고, 하측에는 상기 결합돌기(121)에 대응 결합되는 결합홈(125)이 요입 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 엔드플레이트.In the end plate 120 of the fuel cell stack 100, a coupling protrusion 121 is protruded on the upper side of the end plate 120 so that two or more stacks 100 are vertically fitted and stacked, And an engaging groove (125) corresponding to the engaging projection (121) is formed in the end plate. 연료전지 스택(100)의 엔드플레이트(120)에 있어서, 2개 이상의 스택(100)이 수평방향으로 슬라이드 결합하여 적층 되도록 상기 엔드플레이트(120)의 상측에는 슬라이드돌기(123)가 돌출 형성되고, 하측에는 상기 슬라이드돌기(123)에 대응하여 슬라이드 결합되는 슬라이드홈(127)이 수평방향으로 관통 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 엔드플레이트.A slide protrusion 123 is protruded from the end plate 120 of the fuel cell stack 100 on the upper side of the end plate 120 so that two or more stacks 100 are stacked in a horizontal direction, And a slide groove (127) slidably engaged with the slide protrusion (123) in a horizontal direction is formed on a lower side of the end plate. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 결합돌기(121) 또는 슬라이드돌기(123)는 상기 엔드플레이트(120)의 길이방향을 따라 간격을 두고 다양한 형상으로 형성된 다수개의 돌기로 돌출 형성되고,
상기 결합홈(125) 또는 슬라이드홈(127)은 상기 엔드플레이트(120)의 길이방향을 따라 간격을 두고 상기 결합돌기(121) 또는 슬라이드돌기(123)에 대응되는 형상으로 형성된 다수개의 홈으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 엔드플레이트.The method according to claim 1 or 2,
The coupling protrusions 121 or the slide protrusions 123 protrude from the end plate 120 by a plurality of protrusions formed at various intervals along the longitudinal direction of the end plate 120,
The engagement groove 125 or the slide groove 127 is formed by a plurality of grooves formed in a shape corresponding to the engagement protrusions 121 or the slide protrusions 123 at intervals along the longitudinal direction of the end plate 120 And an end plate for a fuel cell.
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