KR20190105775A - 연료전지 스택의 성능 평가 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 스택의 성능 평가 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 고정부 일측에 면압보조스프링이 위치됨으로써, 연료전지 스택의 높이 감소에 의해 연료전지 스택에 가해지는 면압이 감소되는 것을 방지하는 연료전지 스택의 성능 평가 장치에 관한 것이다.

Description

연료전지 스택의 성능 평가 장치{APPARATUS FOR EVALUATING THE PERFORMANCE OF A FUEL CELL STACK}

본 발명은 연료전지 스택의 성능 평가 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 고정부 일측에 면압보조스프링이 위치됨으로써, 연료전지 스택의 높이 감소에 의해 연료전지 스택에 가해지는 면압이 감소되는 것을 방지하는 연료전지 스택의 성능 평가 장치에 관한 것이다.

연료전지(Fuel Cell)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로, 수소, 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 새로운 친환경적 미래형 에너지 기술이다.

연료전지는 공기극(Cathode)에 산소가 공급되고 연료극(Anode)에 수소가 공급되어 물의 전기분해 역반응 형태로 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않으면서도 고효율로 전기에너지를 생산한다.

이 때, 상기 연료전지는 단일 셀로부터 생산되는 전압은 제한적이므로, 분리판과 셀이 복수회 적층되고, 양측에 상기 분리판 및 단위셀이 적층된 구성을 지지하기 위한 엔드 플레이트가 구비되어 스택형으로 이용된다.

이와 같은 연료전지의 성능을 평가하기 위해서는 연료전지의 구동에 큰 영향을 끼치는 외부 요소가 균일하게 유지되어야 하는데, 위 요소로는 면압, 작동 온도, 공급 가스의 유량 및 가습 정도를 예를 들 수 있다.

그런데, 연료전지의 성능 평가 시, 한 가지의 요소라도 오차가 발생되는 경우에 평가된 연료전지의 성능 자체의 신뢰도가 저하될 수밖에 없는 문제점이 있다.

도 1은 종래의 면압인가 방법을 설명한 순서도이다. 연료전지 스택의 성능평가를 위해 고온의 환경을 제공하고, 셀, 집전체, 연결재(interconnect) 등 연료전지 스택의 각 구성간 우수한 연결을 통한 연료전지 스택의 성능확보를 위하여 수직 방향으로 면압을 인가한다.

도 1(b)를 참고하면, 연료전지 스택의 각 구성을 접착하는 밀봉재는 고온에서 유동성을 가짐으로 면압이 가해질 경우, 연료전지 스택의 높이가 감소된다. 나아가, 연료전지 스택을 구성하는 단위셀의 개수가 증가할수록 연료전지 스택의 높이 감소는 증가하게 된다. 따라서, 면압장치의 변화 속도가 연료전지 스택의 높이 변화 속도보다 느림으로 일시적으로 연료전지 스택에 면압이 인가되지 않는 문제점이 발생한다.

또한, 면압장치의 구동 속도를 증가시킬 경우, 연료전지 스택에 인가되는 면압의 변동이 커져 연료전지 스택이 손상되는 문제점이 발생한다.

이와 관련하여, 면압보조스프링을 이용하여 면압장치의 구동 속도 변화없이 연료전지 스택에 가해지는 면압을 일정하게 인가할 수 있는 연료전지 스택의 성능 평가 장치가 필요한 실정이다.

한국등록특허 제10-0800022호

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 연료전지 스택을 수용하는 고정부 일측에 면압보조스프링이 위치됨으로써, 고온에서 연료전지 스택의 감소된 높이만큼 면압보조스프링이 탄성을 복원하여 연료전지 스택에 가해지는 면압을 유지시키는 연료전지 스택의 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.

또한, 면압인가장치의 구동 속도를 변화시키지 않음으로써, 연료전지 스택에 인가되는 면압의 변동이 감소되는 연료전지 스택의 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 성능 평가 장치는 본체; 상기 본체 내부에 위치되어, 하나 이상의 단위셀이 적층된 연료전지 스택의 상부에서 하부 방향으로 압력을 가하는 면압인가장치; 및 상기 면압인가장치와 대향되는 위치에 제공되어, 상기 연료전지 스택에 가해지는 면압을 유지시켜주는 면압유지장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 면압유지장치는, 상기 연료전지 스택을 지지하는 고정부; 및 상기 고정부와 상기 본체 사이에 위치되고, 상기 연료전지 스택에 가해지는 면압을 유지시켜주는 면압보조스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 면압보조스프링은, 상기 연료전지 스택의 높이 변화에 따라 상기 연료전지 스택의 하부에서 상부 방향으로 압력을 가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 면압인가 방법은 고정부에 하나 이상의 단위셀이 적층된 연료전지 스택을 수용하고, 면압인가장치를 이용하여 상기 연료전지 스택의 상부에서 하부 방향으로 면압을 인가하는 단계; 및 본체 내부의 온도를 승온하여 상기 연료전지 스택을 구동시키고, 면압보조스프링은 상기 연료전지 스택의 하부에서 상부 방향으로 면압을 인가하여 상기 연료전지 스택에 가해지는 면압을 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 면압을 유지하는 단계에서 상기 면압보조스프링은, 상기 연료전지 스택의 감소된 높이만큼 탄성이 복원되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 면압을 유지하는 단계에서 상기 면압인가장치는, 위치 이동을 하지 않는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 연료전지 스택의 면압인가 방법은, 상기 면압인가장치의 압력을 증가시켜 상기 면압보조스프링을 압축하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 연료전지 스택을 수용하는 고정부 일측에 면압보조스프링이 위치됨으로써, 고온에서 연료전지 스택의 감소된 높이만큼 면압보조스프링이 탄성을 복원하여 연료전지 스택에 가해지는 면압을 유지시키는 효과가 발생하게 된다.

또한, 면압인가장치의 구동 속도를 변화시키지 않음으로써, 연료전지 스택에 인가되는 면압의 변동이 감소되는 효과가 발생하게 된다.

도 1은 종래의 일 실시 에에 따른 면압인가 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 스택의 성능 평가 장치 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 스택의 성능 평가 장치 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 스택의 면압인가 방법의 순서도이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 용이하게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

<연료전지 스택의 성능 평가 장치>

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 스택의 성능 평가 장치 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 스택의 성능 평가 장치 측면도이다.

본 발명에 따른 연료전지 스택의 성능 평가 장치는 본체(10), 면압인가장치(20) 및 면압유지장치(30)을 포함할 수 있다.

본체(10)는 내부에 후술되는 면압인가장치(20) 및 면압유지장치(30)를 포함할 수 있고, 상부에는 면압인가장치(20)를 구동시키는 유압실린더가 위치될 수 있다. 유압실린더는 외부로부터 압축공기를 공급받아 여기에 연결된 면압 전달봉(도시되지 않음)을 왕복이동시킬 수 있다. 따라서, 유압실린더에 의한 압력이 면압 전달봉을 거쳐 면압인가장치(20)에 전달되어 연료전지 스택을 수직방향으로 압축할 수 있다.

면압인가장치(20)는 본체(10) 내부에 위치되어, 하나 이상의 단위셀이 적층된 연료전지 스택에 압력을 가하는 것으로, 후술되는 면압유지장치(30)와 대향되는 위치에 위치될 수 있다. 따라서, 연료전지 스택과 면압 전달봉 사이에 위치되어, 면압 전달봉의 왕복이동에 의해 연료전지 스택에 압력을 인가할 수 있다.

면압유지장치(30)는 본체(10) 내부에 위치되어, 면압인가장치(20)에 의해 연료전지 스택에 가해지는 면압을 유지시켜주는 것으로, 고정부(31) 및 면압보조스프링(32)를 포함 할 수 있다.

고정부(31)는 연료전지 스택을 수용할 수 있는 구성으로, 면압인가장치(20)와 대향되는 위치에 제공되어 연료전지 스택을 지지할 수 있다.

면압보조스프링(32)은 고정부(31)의 연료전지 스택이 수용되는 면과 대향되는 면에 위치됨으로써, 본체(10)와 고정부(31) 사이에 위치될 수 있다. 여기서, 면압보조스프링(32)은 스택 평가 장치 구동 전 최대로 압축되어 있을 수 있고, 스택 평가 장치가 구동하여 연료전지 스택의 높이가 감소하게 될 경우, 연료전지 스택의 감소된 높이만큼 탄성을 복원할 수 있다. 즉, 면압보조스프링(32)의 높이는 연료전지 스택의 감소된 높이와 동일한 높이로 증가될 수 있고, 연료전지 스택의 하부에서 상부 방향으로 면압을 인가하여 주는 것을 특징으로 할 수 있다.

<연료전지 스택의 면압인가 방법>

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 스택의 면압인가 방법의 순서도이다.

도 4(a)는 연료전지 스택에 면압을 인가하는 단계로, 고정부(31)에 하나 이상의 단위셀이 적층된 연료전지 스택을 수용하고, 면압인가장치(20)를 이용하여 연료전지 스택의 상부에서 하부 방향으로 면압(L_i)을 인가하는 단계이다. 이때, 면압보조스프링(31)은 최대로 수축되어 있어 면압인가장치(20)만이 연료전지 스택에 압력을 가할 수 있음을 유의한다.

도 4(b)는 면압을 유지하는 단계로, 연료전지 스택의 구동을 위해 본체 내부 온도를 승온시키고, 온도가 증가함에 따라 연료전지 스택에 포함된 밀봉재가 수축하게 되는 단계이다. 이때, 수축된 밀봉재에 의해 연료전지 스택의 높이가 감소함에 따라 면압보조스프링(32)이 탄성을 회복하게 되어 연료전지 스택의 하부에서 상부로 면압이 인가될 수 있다.

즉, 연료전지 스택의 높이 감소에 의해 면압인가장치(20)에서 가해지는 압력이 감소할 때, 면압보조스프링(32)이 감소된 압력을 보충해주는 역할을 할 수 있다. 그리고, 고정부(21)의 높이가 상승함에 따라 면압인가장치(20)의 위치는 변화하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 면압인가 방법은 면압인가장치(20)의 압력(L_f)을 증가시켜 면압보조스프링(32)을 압축시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 도 4(c)를 참고하면, 면압보조스프링(32)을 압축시키는 단계는 면압인가장치(20)의 위치는 하부로 이동하게 되고, 면압보조스프링(22)의 수축으로 인해 연료전지 스택에 가해지는 면압은 일정하게 유지될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 본체
20: 면압인가장치
30: 면압유지장치
31: 고정부
32: 면압보조스프링

Claims (7)

1. 본체;
   상기 본체 내부에 위치되어, 하나 이상의 단위셀이 적층된 연료전지 스택의 상부에서 하부 방향으로 압력을 가하는 면압인가장치; 및
   상기 면압인가장치의 대향되는 위치에 제공되고, 상기 연료전지 스택에 가해지는 면압을 유지시켜주는 면압유지장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   연료전지 스택의 성능 평가 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 면압유지장치는,
   상기 연료전지 스택을 지지하는 고정부; 및
   상기 고정부와 상기 본체 사이에 위치되고, 상기 연료전지 스택에 가해지는 면압을 유지시켜주는 면압보조스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 성능 평가 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 면압보조스프링은,
   상기 연료전지 스택의 높이 변화에 따라 상기 연료전지 스택의 하부에서 상부 방향으로 압력을 가하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 성능 평가 장치.
   
4. 고정부에 하나 이상의 단위셀이 적층된 연료전지 스택을 수용하고, 면압인가장치를 이용하여 상기 연료전지 스택의 상부에서 하부 방향으로 면압을 인가하는 단계; 및
   본체 내부의 온도를 승온하여 상기 연료전지 스택을 구동시키고, 면압보조스프링은 상기 연료전지 스택의 하부에서 상부 방향으로 면압을 인가하여 상기 연료전지 스택에 가해지는 면압을 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   연료전지 스택의 면압인가 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 면압을 유지하는 단계에서 상기 면압보조스프링은,
   상기 연료전지 스택의 감소된 높이만큼 탄성이 복원되는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 면압인가 방법.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 면압을 유지하는 단계에서 상기 면압인가장치는,
   위치 이동을 하지 않는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 면압인가 방법.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 연료전지 스택의 면압인가 방법은,
   상기 면압인가장치의 압력을 증가시켜 상기 면압보조스프링을 압축하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 면압인가 방법.
   

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