KR20200008744A - 연료전지 스택의 제조장치 - Google Patents

연료전지 스택의 제조장치 Download PDF

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Abstract

연료전지 스택의 제조장치가 개시된다. 연료전지 스택의 제조장치는 연료전지 스택이 제조되는 내부공간을 제공하는 본체 하우징, 제1 방향으로 연장된 제1 실린더 로드, 상기 본체 하우징의 외부에 배치되고 상기 제1 실린더 로드를 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동시키는 제1 실린더 및 상기 제1 실린더 로드의 하부 단부에 결합되고 상기 본체 하우징 내부에 배치된 연료전지 스택을 가압하는 가압 플레이트를 포함하는 가압수단 및 상기 제1 실린더의 상부 또는 상기 제1 실린더와 상기 본체 하우징 사이에 배치되고, 상기 제1 실린더 로드가 관통할 수 있는 관통홀을 구비하여 상기 제1 실린더의 회전 운동을 방지하는 실린더 로드 회전방지 수단을 구비한다.

Description

연료전지 스택의 제조장치{APPARATUS OF MANUFACTURING FUELCELL STACK}
본 발명은 평판형 연료전지 스택의 제조장치에 관한 것이다.
수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생성하는 연료 전지는 에너지 전환단계가 간단하고 고효율, 무공해 발전기라는 친환경적인 특성 때문에 최근 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히, 상기 연료 전지 중 고체산화물 연료 전지(SOFC)는 전해질로써 세라믹을 사용하여 약 600 내지 1000 ℃ 정도의 고온에서 작동되는 연료전지로서, 용융탄산염 연료전지(MCFC), 인산형 연료전지(PAFC), 고분자형 연료전지(PEFC) 등 여러 형태의 연료 전지들 중 가장 효율이 높고 공해가 적을 뿐 아니라, 연료 개질기를 필요로 하지 않고 복합발전이 가능하다는 여러 장점을 지니고 있다.
고체산화물 연료전지 중 평판형은 고출력을 달성하기 위해, 연료전지 스택을 제조하여 사용되는데, 연료전지 스택을 제조하는 과정에서 연료전지 스택의 성능을 테스트하여 불량을 조기에 발견하는 것이 필요하다.
본 발명의 목적은 고정밀도로 연료전지 스택을 제조할 수 있는 연료전지 스택 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 제조장치는 연료전지 스택이 제조되는 내부공간을 제공하는 본체 하우징; 제1 방향으로 연장된 제1 실린더 로드, 상기 본체 하우징의 외부에 배치되고 상기 제1 실린더 로드를 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동시키는 제1 실린더 및 상기 제1 실린더 로드의 하부 단부에 결합되고 상기 본체 하우징 내부에 배치된 연료전지 스택을 가압하는 가압 플레이트를 포함하는 가압수단; 및 상기 제1 실린더의 상부 또는 상기 제1 실린더와 상기 본체 하우징 사이에 배치되고, 상기 제1 실린더 로드가 관통할 수 있는 관통홀을 구비하여 상기 제1 실린더의 회전 운동을 방지하는 실린더 로드 회전방지 수단을 포함하고, 상기 제1 실린더 로드 중 상기 제1 방향에 따른 왕복 이동 동안 상기 실린더 로드 회전방지 수단의 상기 관통홀과 접촉하는 제2 부분의 단면은 제1 최대 직경과 제1 최소 지경을 포함하는 서로 다른 복수의 제1 직경들을 가지고, 상기 관통홀은 상기 제1 최대 직경 이상인 제2 최대 직경 및 상기 제1 최소 직경 이상이고 상기 제1 최대 직경 미만인 제2 최소 직경을 포함하는 복수의 서로 다른 제2 직경들을 가진다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 실린더 로드는 원형 형상의 단면을 갖고 상기 제1 방향을 따른 왕복 이동 동안 상기 제1 실린더와 접촉하는 제1 부분 및 상기 제1 부분의 상부 단부로부터 상기 제1 부분과 평행하게 연장된 상기 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
일 실시예에 있어서, 상기 가압수단은 상기 본체 하우징의 외부에서 상기 제1 실린더의 하부에 배치되어 상기 제1 실린더를 지지하는 지지 플레이트를 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 실린더 로드 회전방지 수단은 상기 제1 실린더 로드가 관통할 수 있는 제1 관통홀이 형성된 상부 플레이트 및 상기 상부 플레이트를 상기 지지 플레이트에 결합시키는 측벽을 포함하는 지지 구조체; 및 상기 지지 구조체의 상부 플레이트에 결합되고, 상기 제1 실린더 로드가 관통할 수 있는 제2 관통홀을 구비하는 조인트 구조체를 포함할 수 있고, 상기 제1 관통홀 및 상기 제2 관통홀 중 적어도 하나는 상기 제2 직경들을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료전지 스택의 제조장치는 상기 본체 하우징 내부에 배치되어 상기 연료전지 스택을 지지하는 하부 스테이지를 구비하는 지지체를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료전지 스택의 제조장치는 상기 실린더 로드 회전방지 수단에 결합되고, 상기 제1 실린더 로드의 상기 제1 방향으로의 운동 거리를 광학적 방식, 전자기적 방식 또는 기계적 방식을 통해 측정하는 압축 길이 측정 장치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료전지 스택의 제조장치는 상기 본체 하우징에 결합되어 상기 본체 하우징의 내부공간을 가열하는 전열장치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료전지 스택의 제조장치는 상기 연료전지 스택을 제조하는 동안 상기 연료전지 스택의 애노드 집전체 및 캐소드 집전체를 외부 로드(load)에 전기적으로 연결하는 집전 커넥터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 집전 커넥터는, 상기 본체 하우징의 외부에서 서로 대향하도록 배치된 제1 플레이트와 제2 플레이트 및 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트를 연결하는 측벽 플레이트를 포함하고, 상기 제2 플레이트는 상기 제1 플레이트와 상기 본체 하우징 사이에 배치된 고정 브라켓; 상기 제2 플레이트를 관통하도록 배치되고, 내부에 제2 방향으로 연장된 제1 가이드홀이 형성된 제1 가이드 절연체; 상기 제1 플레이트에 고정된 제2 실린더; 상기 제2 실린더에 의해 상기 제2 방향으로 왕복 이동할 수 있는 제2 실린더 로드; 상기 제2 실린더에 의해 상기 제1 가이드홀을 따라 왕복 이동할 수 있고 전기 전도성 재질로 형성된 제1 연결 집전체; 상기 제2 실린더 로드와 상기 제1 연결 집전체를 결합시키는 제1 연결 절연체; 상기 제1 가이드 절연체에 배치되고, 상기 연료전지 스택의 애노드 집전체(10a)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 실린더에 의해 상기 제1 연결 집전체와 부착 및 탈착하며, 전기 전도성 재질로 형성된 제1 집전바 구조체를 포함하는 제1 집전 커넥터; 및 상기 제1 가이드 절연체와 이격된 위치에서 상기 제2 플레이트를 관통하도록 배치되고, 내부에 상기 제2 방향으로 연장된 제2 가이드홀이 형성된 제2 가이드 절연체; 상기 제2 실린더와 이격된 위치에서 상기 제1 플레이트에 고정된 제3 실린더; 상기 제3 실린더에 의해 상기 제2 방향을 따라 왕복 이동할 수 있는 제3 실린더 로드; 상기 제3 실린더에 의해 상기 제2 가이드홀을 따라 왕복 이동할 수 있고 전기 전도성 재질로 형성된 제2 연결 집전체; 상기 제3 실린더 로드와 상기 제2 연결 집전체를 결합시키는 제2 연결 절연체; 상기 제2 가이드 절연체 내부에 배치되고, 상기 연료전지 스택의 캐소드 집전체와 전기적으로 연결되고, 상기 제3 실린더에 의해 상기 제2 연결 집전체와 부착 및 탈착하며, 전기 전도성 재질로 형성된 제2 집전바 구조체를 포함하는 제2 집전 커넥터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 집전 커넥터는 상기 제1 집전바 구조체를 상기 애노드 집전체에 전기적으로 연결시키는 제1 연결바를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 집전 커넥터는 상기 제2 집전바 구조체를 상기 캐소드 집전체에 전기적으로 연결시키는 제2 연결바를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료전지 스택의 제조장치는 상기 본체 하우징에 결합되어 상기 본체 하우징의 내부공간을 가열하는 전열장치; 및 기 설정된 기준에 따라 상기 연료전지 스택이 압축되도록 상기 제1 실린더의 동작을 제어하고, 상기 본체 하우징의 내부공간 온도를 기초로 상기 전열 장치의 동작을 제어하며, 상기 연료전지 스택에서 생성되는 전력을 측정하도록 상기 제2 및 제3 실린더의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연료전지 스택의 제조장치는 상기 본체 하우징과 상기 제1 실린더 사이에 배치되어 상기 전열장치에 의해 발생된 열의 적어도 일부가 상부 방향으로 이동하는 것을 방지하는 열차단 수단을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열차단 수단은, 가운데 부분에 관통홀이 형성되고 상기 본체 하우징과 상기 제1 실린더 사이에 배치된 열차단 플레이트; 및 상기 열차단 플레이트의 관통홀에 결합되고 상기 제1 실린더 로드가 삽입되는 결합홀을 구비하는 결합 수단을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가압수단은 상기 본체 하우징의 외부에서 상기 제1 실린더의 하부에 배치되어 상기 제1 실린더를 지지하는 지지 플레이트를 더 포함할 수 있고, 상기 열차단 수단은 내부에 상기 제1 실린더 로드가 이동할 수 있는 관통홀을 구비하고, 상기 본체 하우징 또는 상기 지지 플레이트에 결합된 관형 가이드체를 더 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 결합수단은 상기 관형 가이드체에 결합될 수 있다.
본 발명의 연료전지 스택이 제조 장치에 따르면, 상기 본체 하우징 외부에 배치된 상기 압축 길이 측정 장치를 포함하므로, 상기 연료전지 스택의 압축 길이를 용이하게 파악할 수 있고, 상기와 같은 집전 커넥터를 포함하므로 상기 연료전지 스택의 제조 과정에 상기 연료전지 스택의 성능을 테스트할 수 있다. 그리고, 상기 실린더 로드 회전방지 수단을 포함하므로 상기 연료전지 스택을 가압하는 동안 상기 연료전지 스택이 뒤틀리는 것을 방지할 수 있으며, 상기 열차단 수단을 포함하므로, 상기 제1 실린더 장치 및 상기 압축 길이 측정 장치의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 제조장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 집전 커넥터를 설명하기 위한 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 스택 구조물에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 제조장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 집전 커넥터를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 제조장치(100)는 본체 하우징(110), 지지체(120), 가압수단(130), 실린더 로드 회전방지 수단(140), 압축 길이 측정 장치(150), 전열장치(160) 및 집전 커넥터(170)를 포함할 수 있다.
상기 본체 하우징(110)은 연료전지 스택(10)이 제조되는 내부공간을 제공할 수 있다. 상기 연료전지 스택(10)을 제조할 수 있는 공간을 제공할 수 있다면, 상기 본체 하우징(110)의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예에 있어서, 상기 본체 하우징(110)은 바닥판, 상기 바닥판과 대향하는 상부판 및 상기 바닥판과 상기 상부판을 연결하는 측벽을 포함할 수 있고, 직육면체 또는 원기둥 형상의 내부공간을 구비할 수 있다.
상기 본체 하우징(110)은 고온 내구성이 우수한 금속이나 합금 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 본체 하우징(110)은 내부식성이 우수한 스테인레스 스틸 재질로 형성될 수 있다.
상기 지지체(120)는 상기 본체 하우징(110) 내부에 배치되고, 상기 연료전지 스택(10)을 지지할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지체(120)는 하부 스테이지(121) 및 상기 하부 스테이지(121)를 상기 본체 하우징(110)의 바닥판에 고정시키는 고정축(122)을 포함할 수 있다. 상기 연료전지 스택(10)을 안정적으로 고정할 수 있다면, 상기 하부 스테이지(121) 및 상기 고정축(122)의 형상 및 구조는 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예로, 상기 하부 스테이지(121)는 직사각형 형상의 플레이트를 구조를 가질 수 있고, 상기 고정축(122)은 상기 하부 스테이지(121)에 결합된 제1 단부 및 상기 본체 하우징(110)의 바닥판에 결합된 제2 단부를 구비하는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 한편, 다른 실시예로, 상기 지지체(120)는 상기 본체 하우징(110)의 바닥판에 의해 직접 지지되는 상기 하부 스테이지(121)만을 포함할 수도 있다. 또다른 실시예로, 상기 연료전지 스택(10)은 상기 본체 하우징(110)의 바닥판에 의해 직접 지지되고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 제조장치(100)는 상기 지지체(120)를 포함하지 않을 수도 있다.
상기 가압수단(130)은 상기 지지체(120)에 지지된 상기 연료전지 스택(10)에 압축 응력을 인가할 수 있다. 일 실시예로, 상기 가압수단(130)은 제1 실린더(131), 제1 실린더 로드(132) 및 가압 플레이트(133)를 포함할 수 있다.
상기 제1 실린더(131)는 상기 본체 하우징(110)의 외부에 배치될 수 있고, 상기 제1 실린더 로드(132)를 상부 및 하부 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 가압 플레이트(133)는 상기 제1 실린더 로드(132)의 하부 단부에 결합되어 상기 본체 하우징(110)의 내부에 배치될 수 있고, 상기 제1 실린더(131)의 동작에 의해 상기 연료전지 스택(10)의 상부면을 가압할 수 있다. 상기 제1 실린더 로드(132)를 상부 및 하부 방향으로 이동시킬 수 있다면, 상기 제1 실린더(131)의 구조는 특별히 제한되지 않고, 공지의 실린더 장치가 제한 없이 적용될 수 있다.
상기 제1 실린더 로드(132)는 일 방향으로 길게 연장된 구조를 갖고, 상기 제1 실린더(131) 및 상기 본체 하우징(110)의 상부판을 관통하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가압수단(130)은 상기 본체 하우징(110)의 외부에서 상기 제1 실린더(131)의 하부에 배치되어 상기 제1 실린더(131)를 지지하는 지지 플레이트(134)를 더 포함할 수 있다. 상기 지지 플레이트(134)는 외부 구조물(미도시)에 고정되어 상기 제1 실린더(131)를 지지할 수 있다. 상기 제1 실린더(131)를 지지할 수 있다면, 상기 지지 플레이트(134)의 형상 및 구조는 특별히 제한되지 않는다.
상기 실린더 로드 회전방지 수단(140)은 상기 제1 실린더(131)에 의해 상기 제1 실린더 로드(132)가 하부 방향으로 이동하여 상기 연료전지 스택(10)을 가압하는 동안 상기 제1 실린더 로드(132)가 회전하는 것을 방지할 수 있다. 상기 연료전지 스택(10)을 가압하는 동안 상기 제1 실린더 로드(132)가 회전하는 경우, 상기 연료전지 스택(10)에 뒤틀림이 발생될 수 있으므로, 상기 실린더 로드 회전방지 수단(140)은 이를 방지할 수 있다.
일 예로, 상기 실린더 로드 회전방지 수단(140)은 상기 제1 실린더(131)의 상부 또는 하부에 배치되고, 상기 제1 실린더 로드(132)가 관통할 수 있는 관통홀을 구비할 수 있고, 상기 관통홀을 통해 상기 제1 실린더 로드(132)의 회전을 방지할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 실린더 로드(132) 중 상하 방향으로의 왕복 이동 동안 상기 실린더 로드 회전방지 수단(140)의 관통홀과 접촉하는 부분은 제1 최대 직경과 제1 최소 직경을 포함하는 복수의 서로 다른 직경을 갖는 단면 형상을 갖도록 형성될 수 있고, 상기 관통홀은 상기 제1 최대 직경과 동일하거나 이보다 큰 제2 최대 직경 및 상기 제1 최소 직경과 동일하거나 이보다 크고 상기 제1 최대 직경보다 작은 제2 최소 직경을 포함하는 복수의 서로 다른 직경을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 실린더 로드(132)는 상기 실린더 로드 회전방지 수단(140)에 의해 상하 방향으로의 왕복 이동은 가능하나 회전 운동은 방지될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실린더 로드 회전방지 수단(140)은 지지 구조체(141) 및 조인트 구조체(142)를 포함할 수 있다.
상기 지지 구조체(141)는 상기 제1 실린더 로드(132)가 관통할 수 있는 제1 관통홀이 형성된 상부 플레이트 및 상기 상부 플레이트를 상기 지지 플레이트(134)에 결합시키는 측벽을 포함할 수 있다.
상기 조인트 구조체(142)는 상기 지지 구조체(141)의 상부 플레이트에 결합되고, 상기 제1 실린더 로드(132)가 관통할 수 있는 제2 관통홀을 구비할 수 있다. 상기 조인트 구조체(142)는 상기 지지 구조체(141)의 상부 플레이트의 상부에 배치될 수도 있고, 하부에 배치될 수도 있다.
상기 제1 실린더 로드(132)가 회전하는 것을 방지하기 위해, 상기 제2 관통홀은 서로 다른 복수의 직경을 가질 수 있고, 상기 제1 실린더 로드(132) 중 상하부 운동 동안 상기 지지 구조체(141)의 상부 플레이트와 접촉하는 부분은 상기 제2 관통홀과 동일한 형상 및 크기의 단면 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 관통홀은, 예를 들면, 다각형, 타원형, 반원, 적어도 일측이 절단된 원형 등의 형상을 가질 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 실린더 로드(132)는 단면이 원형으로서 상하부 운동 동안 상기 제1 실린더(131)와 접촉하는 제1 부분(132a), 상기 제1 부분(132a)의 상부 단부로부터 상기 제1 부분(132a)과 평행하게 연장되고 상기 제2 관통홀의 형상과 동일한 형상의 단면을 갖는 제2 부분(132b)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 지지 구조체(141)의 상부 플레이트에 형성된 제1 관통홀도 상기 제2 관통홀과 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 지지 구조체(141)의 상부 플레이트에 형성된 제1 관통홀은 상기 제1 실린더 로드(132)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원형으로 형성될 수도 있다.
상기 압축 길이 측정 장치(150)는 상기 실린더 로드 회전방지 수단(140)에 결합되고, 상기 제1 실린더 로드(132)의 운동 거리를 측정할 수 있다. 상기 제1 실린더 로드(132)의 운동 거리를 측정하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 압축 길이 측정 장치(150)는 광학적 방식, 전자기적 방식 또는 기계적 방식을 통해 상기 제1 실린더 로드(132)의 운동 거리를 측정할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 실린더 로드(132)의 운동 거리는 상기 연료전지 스택(10)의 압축 길이에 해당할 수 있다.
상기 전열장치(160)는 상기 본체 하우징(110)에 결합되어 상기 본체 하우징(110)의 내부공간을 가열할 수 있다. 일 실시예로, 상기 전열장치(160)는 전기 에너지를 이용하여 상기 본체 하우징(110)의 내부공간을 약 200℃ 내지 800℃로 가열할 수 있다.
상기 집전 커넥터(170)는 상기 연료전지 스택(10)을 제조하는 동안 상기 연료전지 스택(10)의 성능을 검사하기 위해, 상기 연료전지 스택(10)의 애노드 집전체(10a) 및 캐소드 집전체(10b)를 외부 로드(load)(미도시)에 연결하기 위한 구성이다.
일 실시예에 있어서, 상기 집전 커넥터(170)는 고정 브라켓(171), 상기 연료전지 스택(10)의 애노드 집전체(10a)를 상기 외부 로드(load)에 전기적으로 연결하기 위한 제1 집전 커넥터(170a) 및 상기 연료전지 스택(10)의 캐소드 집전체(10b)를 상기 외부 로드(load)에 전기적으로 연결하기 위한 제2 집전 커넥터(170b)를 포함할 수 있다.
상기 고정 브라켓(171)은 상기 본체 하우징(110) 외부에 배치될 수 있고, 외부 구조물(미도시) 또는 상기 본체 하우징(110)에 결합될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 고정 브라켓(171)은 상기 본체 하우징(110)의 외부에서 서로 대향하도록 배치된 제1 플레이트와 제2 플레이트, 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트를 연결하는 측벽 플레이트를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 제2 플레이트는 상기 제1 플레이트와 상기 본체 하우징(110) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 집전 커넥터(170a)는 상기 제2 플레이트를 관통하도록 배치되어 상기 고정 브라켓(171)에 결합되고, 내부에 제2 방향으로 연장된 제1 가이드홀이 형성된 제1 가이드 절연체(172a), 상기 고정 브라켓(171)의 제1 플레이트에 고정된 제2 실린더(173a), 상기 제2 실린더(173a)에 의해 상기 제2 방향으로 왕복 이동할 수 있는 제2 실린더 로드(174a), 상기 제2 실린더(173a)에 의해 상기 제1 가이드홀을 따라 왕복 이동할 수 있고 전기 전도성 재질로 형성된 제1 연결 집전체(175a), 상기 제2 실린더 로드(174a)와 상기 제1 연결 집전체(175a)를 결합시키는 제1 연결 절연체(176a), 상기 제1 가이드 절연체(172a) 내부, 예를 들면, 상기 제1 가이드홀의 내부 단부에 배치되고, 상기 연료전지 스택(10)의 애노드 집전체(10a)와 전기적으로 연결되며, 상기 제2 실린더(173a)에 의해 상기 제1 연결 집전체(175a)와 부착 및 탈착하고 전기 전도성 재질로 형성된 제1 집전바 구조체(177a)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 집전 커넥터(170a)는 상기 제1 집전바 구조체(177a)를 상기 연료전지 스택(10)의 애노드 집전체(10a)에 전기적으로 연결시키는 제1 연결바(178a)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 연결바(178a)는 상기 본체 하우징(110)의 측벽, 바닥판 또는 상부판을 관통하도록 배치되고, 상기 제1 가이드 절연체(172a) 내부에서 상기 제1 집전바 구조체(177a)와 연결되는 제1 단부 및 상기 본체 하우징(110)의 내부에서 상기 애노드 집전체(10a)와 연결되는 제2 단부를 구비할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1 연결바(178a)는 상기 제1 집전바 구조체(177a)와 일체로 형성될 수 있다.
상기 제2 집전 커넥터(170b)는 상기 제1 가이드 절연체(172a)와 이격된 위치에서 상기 고정 브라켓(171)의 제2 플레이트를 관통하도록 배치되어 상기 고정 브라켓(171)에 결합되고, 내부에 상기 제2 방향으로 연장된 제2 가이드홀이 형성된 제2 가이드 절연체(172b), 상기 제2 실린더(173a)와 이격된 위치에서 상기 고정 브라켓(171)의 제1 플레이트에 고정된 제3 실린더(173b), 상기 제3 실린더(173b)에 의해 상기 제2 방향을 따라 왕복 이동할 수 있는 제3 실린더 로드(174b), 상기 제3 실린더(173b)에 의해 상기 제2 가이드홀을 따라 왕복 이동할 수 있고 전기 전도성 재질로 형성된 제2 연결 집전체(175b), 상기 제3 실린더 로드(174b)와 상기 제2 연결 집전체(175b)를 결합시키는 제2 연결 절연체(176b), 상기 제2 가이드 절연체(172b) 내부, 예를 들면, 상기 제2 가이드홀의 내부 단부에 배치되고, 상기 연료전지 스택(10)의 캐소드 집전체(10b)와 전기적으로 연결되며, 상기 제3 실린더(173b)에 의해 상기 제2 연결 집전체(175b)와 부착 및 탈착하고 전기 전도성 재질로 형성된 제2 집전바 구조체(177b)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제2 집전 커넥터(170b)는 상기 제2 집전바 구조체(177b)를 상기 연료전지 스택(10)의 캐소드 집전체(10b)에 전기적으로 연결시키는 제2 연결바(178b)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 연결바(178b)는 상기 본체 하우징(110)의 측벽, 바닥판 또는 상부판을 관통하도록 배치되고, 상기 제2 가이드 절연체(172b) 내부에서 상기 제2 집전바 구조체(177b)와 연결되는 제1 단부 및 상기 본체 하우징(110)의 내부에서 상기 캐소드 집전체(10b)와 연결되는 제2 단부를 구비할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제2 연결바(178b)는 상기 제2 집전바 구조체(177b)와 일체로 형성될 수 있다.
이 경우, 외부 로드(load), 예를 들면, 상기 연료 전지 스택(10)의 성능을 측정하는 검사 장치(미도시)는 상기 본체 하우징(110)의 외부에서 상기 제1 연결 집전체(175a) 및 상기 제2 연결 집전체(175b)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 가이드 절연체(172a) 및 상기 제2 가이드 절연체(172b)는 상기 제1 연결 집전체(175a) 및 상기 제2 연결 집전체(175b)의 운동 방향을 가이드할 수 있을 뿐만 아니라 상기 제1 연결 집전체(175a) 및 상기 제2 연결 집전체(175b)가 상기 고정 브라켓(171) 등에 전기적으로 쇼트되는 것을 방지할 수 있고, 상기 제1 연결 절연체(176a) 및 상기 제2 연결 절연체(176b)는 상기 제1 연결 집전체(175a) 및 상기 제2 연결 집전체(175b)가 상기 제2 실린더 로드(174a) 및 상기 제3 실린더 로드(174b)에 전기적으로 쇼트되는 것을 각각 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 제조장치(100)는 열차단 수단(180)을 더 포함할 수 있다.
상기 열차단 수단(180)은 상기 본체 하우징(110)과 상기 제1 실린더(131) 사이에 배치되어 상기 전열장치(160)에 의해 발생된 열의 적어도 일부가 상부 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열차단 수단(180)은 가운데 부분에 관통홀이 형성되고 상기 본체 하우징(110)과 상기 제1 실린더(131) 사이에 배치 열차단 플레이트(181), 상기 열차단 플레이트(181)의 관통홀에 결합되고 상기 제1 실린더 로드(132)가 삽입되는 결합홀을 구비하는 결합 수단(182)을 포함할 수 있다. 상기 전열장치(160)에 의해 발생된 열의 적어도 일부를 차단할 수 있다면, 상기 열차단 플레이트(181)의 형상을 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 열차단 플레이트(181)는 원평 플레이트, 다각형 플레이트 등을 포함할 수 있다.
한편, 상기 결합 수단(182)는 상기 제1 실린더 로드(132)가 이동하더라도 기설정된 위치에 고정될 수도 있고, 상기 제1 실린더 로드(132)에 결합되어 상기 제1 실린더 로드(132)와 함께 이동할 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열차단 수단(180)은 내부에 상기 제1 실린더 로드(132)가 이동할 수 있는 관통홀을 구비하고 상기 본체 하우징(110) 또는 상기 지지 플레이트(134)에 결합된 관형 가이드체(미도시)를 더 포함할 수 있고, 상기 결합수단(182)은 상기 관형 가이드체에 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 실린더 로드(132)가 이동하더라도 상기 열차단 수단(180)은 고정된 위치에서 유지될 수 있다.
이와 같이, 상기 본체 하우징(110) 상부에 상기 열차단 수단(180)을 배치하는 경우, 상기 열차단 수단(180)의 상부에 배치되는 상기 실린더(131), 상기 압축 길이 측정 장치(150), 외부 구조물(미도시) 등을 열에너지로부터 보호할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 연료전지 스택 제조 장치에 따르면, 상기 실린더(131), 상기 압축 길이 측정 장치(150)의 내구성이나 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 본체 하우징(110)과 상기 실린더(131) 또는 상기 외부 구조물의 이격 간격을 좁힐 수 있으므로, 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 제조 장치(100)는 기 설정된 기준에 따라 상기 연료전지 스택이 압축되도록 상기 제1 실린더(131)의 동작을 제어하고, 상기 본체 하우징(110) 내부온도를 기초로 상기 전열장치(160)의 동작을 제어하며, 상기 연료전지 스택(10)에서 생성되는 전력을 측정할 수 있도록 상기 제2 및 제3 실린더(173a, 173b)의 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 연료전지 스택이 제조 장치에 따르면, 상기 본체 하우징 외부에 배치된 상기 압축 길이 측정 장치를 포함하므로, 상기 연료전지 스택의 압축 길이를 용이하게 파악할 수 있고, 상기와 같은 집전 커넥터를 포함하므로 상기 연료전지 스택의 제조 과정에 상기 연료전지 스택의 성능을 테스트할 수 있고, 상기 실린더 로드 회전방지 수단을 포함하므로 상기 연료전지 스택을 가압하는 동안 상기 연료전지 스택이 뒤틀리는 것을 방지할 수 있으며, 상기 열차단 수단을 포함하므로 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 연료전지 스택의 제조장치 110: 본체 하우징
120: 지지체 130: 가압수단
140: 실린더 로드 회전방지 수단 150: 압축 길이 측정 장치
160: 전열장치 170: 집전 커넥터

Claims (13)

  1. 연료전지 스택이 제조되는 내부공간을 제공하는 본체 하우징;
    제1 방향으로 연장된 제1 실린더 로드, 상기 본체 하우징의 외부에 배치되고 상기 제1 실린더 로드를 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동시키는 제1 실린더 및 상기 제1 실린더 로드의 하부 단부에 결합되고 상기 본체 하우징 내부에 배치된 연료전지 스택을 가압하는 가압 플레이트를 포함하는 가압수단; 및
    상기 제1 실린더의 상부 또는 상기 제1 실린더와 상기 본체 하우징 사이에 배치되고, 상기 제1 실린더 로드가 관통할 수 있는 관통홀을 구비하여 상기 제1 실린더의 회전 운동을 방지하는 실린더 로드 회전방지 수단을 포함하고,
    상기 제1 실린더 로드 중 상기 제1 방향에 따른 왕복 이동 동안 상기 실린더 로드 회전방지 수단의 상기 관통홀과 접촉하는 제2 부분의 단면은 제1 최대 직경과 제1 최소 지경을 포함하는 서로 다른 복수의 제1 직경들을 가지고,
    상기 관통홀은 상기 제1 최대 직경 이상인 제2 최대 직경 및 상기 제1 최소 직경 이상이고 상기 제1 최대 직경 미만인 제2 최소 직경을 포함하는 복수의 서로 다른 제2 직경들을 가지는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 실린더 로드는 원형 형상의 단면을 갖고 상기 제1 방향을 따른 왕복 이동 동안 상기 제1 실린더와 접촉하는 제1 부분 및 상기 제1 부분의 상부 단부로부터 상기 제1 부분과 평행하게 연장된 상기 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압수단은 상기 본체 하우징의 외부에서 상기 제1 실린더의 하부에 배치되어 상기 제1 실린더를 지지하는 지지 플레이트를 더 포함하고,
    상기 실린더 로드 회전방지 수단은,
    상기 제1 실린더 로드가 관통할 수 있는 제1 관통홀이 형성된 상부 플레이트 및 상기 상부 플레이트를 상기 지지 플레이트에 결합시키는 측벽을 포함하는 지지 구조체; 및
    상기 지지 구조체의 상부 플레이트에 결합되고, 상기 제1 실린더 로드가 관통할 수 있는 제2 관통홀을 구비하는 조인트 구조체를 포함하고,
    상기 제1 관통홀 및 상기 제2 관통홀 중 적어도 하나는 상기 제2 직경들을 가지는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체 하우징 내부에 배치되어 상기 연료전지 스택을 지지하는 하부 스테이지를 구비하는 지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 로드 회전방지 수단에 결합되고, 상기 제1 실린더 로드의 상기 제1 방향으로의 운동 거리를 광학적 방식, 전자기적 방식 또는 기계적 방식을 통해 측정하는 압축 길이 측정 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 본체 하우징에 결합되어 상기 본체 하우징의 내부공간을 가열하는 전열장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 스택을 제조하는 동안 상기 연료전지 스택의 애노드 집전체 및 캐소드 집전체를 외부 로드(load)에 전기적으로 연결하는 집전 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 집전 커넥터는,
    상기 본체 하우징의 외부에서 서로 대향하도록 배치된 제1 플레이트와 제2 플레이트 및 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트를 연결하는 측벽 플레이트를 포함하고, 상기 제2 플레이트는 상기 제1 플레이트와 상기 본체 하우징 사이에 배치된 고정 브라켓;
    상기 제2 플레이트를 관통하도록 배치되고, 내부에 제2 방향으로 연장된 제1 가이드홀이 형성된 제1 가이드 절연체; 상기 제1 플레이트에 고정된 제2 실린더; 상기 제2 실린더에 의해 상기 제2 방향으로 왕복 이동할 수 있는 제2 실린더 로드; 상기 제2 실린더에 의해 상기 제1 가이드홀을 따라 왕복 이동할 수 있고 전기 전도성 재질로 형성된 제1 연결 집전체; 상기 제2 실린더 로드와 상기 제1 연결 집전체를 결합시키는 제1 연결 절연체; 상기 제1 가이드 절연체에 배치되고, 상기 연료전지 스택의 애노드 집전체(10a)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 실린더에 의해 상기 제1 연결 집전체와 부착 및 탈착하며, 전기 전도성 재질로 형성된 제1 집전바 구조체를 포함하는 제1 집전 커넥터;
    상기 제1 가이드 절연체와 이격된 위치에서 상기 제2 플레이트를 관통하도록 배치되고, 내부에 상기 제2 방향으로 연장된 제2 가이드홀이 형성된 제2 가이드 절연체; 상기 제2 실린더와 이격된 위치에서 상기 제1 플레이트에 고정된 제3 실린더; 상기 제3 실린더에 의해 상기 제2 방향을 따라 왕복 이동할 수 있는 제3 실린더 로드; 상기 제3 실린더에 의해 상기 제2 가이드홀을 따라 왕복 이동할 수 있고 전기 전도성 재질로 형성된 제2 연결 집전체; 상기 제3 실린더 로드와 상기 제2 연결 집전체를 결합시키는 제2 연결 절연체; 상기 제2 가이드 절연체 내부에 배치되고, 상기 연료전지 스택의 캐소드 집전체와 전기적으로 연결되고, 상기 제3 실린더에 의해 상기 제2 연결 집전체와 부착 및 탈착하며, 전기 전도성 재질로 형성된 제2 집전바 구조체를 포함하는 제2 집전 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 집전 커넥터는 상기 제1 집전바 구조체를 상기 애노드 집전체에 전기적으로 연결시키는 제1 연결바를 더 포함하고,
    상기 제2 집전 커넥터는 상기 제2 집전바 구조체를 상기 캐소드 집전체에 전기적으로 연결시키는 제2 연결바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 본체 하우징에 결합되어 상기 본체 하우징의 내부공간을 가열하는 전열장치; 및
    기 설정된 기준에 따라 상기 연료전지 스택이 압축되도록 상기 제1 실린더의 동작을 제어하고, 상기 본체 하우징의 내부공간 온도를 기초로 상기 전열 장치의 동작을 제어하며, 상기 연료전지 스택에서 생성되는 전력을 측정하도록 상기 제2 및 제3 실린더의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 본체 하우징과 상기 제1 실린더 사이에 배치되어 상기 전열장치에 의해 발생된 열의 적어도 일부가 상부 방향으로 이동하는 것을 방지하는 열차단 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열차단 수단은,
    가운데 부분에 관통홀이 형성되고 상기 본체 하우징과 상기 제1 실린더 사이에 배치된 열차단 플레이트; 및
    상기 열차단 플레이트의 관통홀에 결합되고 상기 제1 실린더 로드가 삽입되는 결합홀을 구비하는 결합 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가압수단은 상기 본체 하우징의 외부에서 상기 제1 실린더의 하부에 배치되어 상기 제1 실린더를 지지하는 지지 플레이트를 더 포함하고,
    상기 열차단 수단은 내부에 상기 제1 실린더 로드가 이동할 수 있는 관통홀을 구비하고, 상기 본체 하우징 또는 상기 지지 플레이트에 결합된 관형 가이드체를 더 포함하며,
    상기 결합수단은 상기 관형 가이드체에 결합된 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택의 제조장치.
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