KR20200009358A - 연료 전지 스택 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 연료 전지셀이 하나의 모듈로 구성하고, 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하며, 차량의 충격/진동에 의한 변형을 방지할 수 있는 연료 전지 스택 모듈에 대한 것이다.
본 발명에 따른 연료 전지 스택 모듈은, 복수의 연료 전지 셀이 적층되는 연료 전지 스택(110)과, 상기 연료 전지 스택(110)의 양단에 각각 체결되는 한 쌍의 엔드 플레이트(121)와, 상기 연료 전지 스택(110)의 둘레를 감싸는 복수개의 인클로저(131)(132)(133)(134)를 포함하고, 상기 인클로저(131)(132)(133)(134)는 양단이 각각 서로 이격된 엔드 플레이트(121)에 결합되며, 상기 엔드 플레이트(121)와 상기 인클로저(131)(132)(133)(134)들에 의해 형성된 공간 내부에 상기 연료 전지 스택(110)이 수용되어, 상기 연료 전지 스택(110)이 기밀되는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 전지 스택 모듈 {FUEL CELL STACK MODULE}
본 발명은 복수의 연료 전지셀이 하나의 모듈로 구성하고, 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하며, 차량의 충격/진동에 의한 변형을 방지할 수 있는 연료 전지 스택 모듈에 대한 것이다.
차량의 연료 전지 셀은 고분자 전해질막을 구비하고, 막을 기준으로 한쪽면에는 공기(캐소드)가 공급받고 다른 한쪽면에는 수소(연료극, 수소)를 공급받아 전기를 생산하며, 이를 차량 시스템에 전기를 공급한다.
이러한 셀을 여러 개 구성하기 위해 체결장치(엔드플레이트 및 체결바 등)로 구성된다. 일반적으로 이러한 체결 장치 및 셀 적증체로 이루어지는 연료 전지 스택 모듈이 복수개로 구성되어, 직렬 연결되어 고전압 상태의 전기를 차량에 공급한다.
그런데 이러한 복수개 모듈 방식의 경우, 구성시 체결 장치/고전압 와이어링/연료 분배 장치/인클로저 등의 BOS(Balance Of Stack) 부품이 복잡해지는 단점이 있다.
따라서, 단모듈 방식을 채택하여 BOS 부품을 단순화하고 있으나, 여전히 체결바, 와이어링, 변형 방지용 임팩트 빔 등의 추가적인 체결 부품들이 요구되는 단점이 있다. 또한, 기밀을 위해서는 복잡한 씰 구조가 요구되고 있다.
1. 한국공개특허번호 제10-2010-0114887호 2. 한국공개특허번호 제10-2016-0057312호 3. 한국공개특허번호 제10-2017-0067284호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 추가적인 체결 부품을 간소화하여 체결을 단순화할 수 있는 연료 전지 스택 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 단순화된 씰 구조를 통해 기밀 구조를 구현할 수 있는 연료 전지 스택 모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 단순화된 스택 변형 구조를 구현할 수 있는 연료 전지 스택 모듈을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 스택 모듈은, 복수의 연료 전지 셀이 적층되는 연료 전지 스택과, 상기 연료 전지 스택의 양단에 각각 체결되는 한 쌍의 엔드 플레이트와, 상기 연료 전지 스택의 둘레를 감싸는 복수개의 인클로저를 포함하고, 상기 인클로저는 양단이 각각 서로 이격된 엔드 플레이트에 결합되며, 상기 엔드 플레이트와 상기 인클로저들에 의해 형성된 공간 내부에 상기 연료 전지 스택이 수용되어, 상기 연료 전지 스택이 기밀되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 엔드 플레이트의 둘레를 상기 인클로저의 단부가 감싸도록 상기 각 인클로저의 단부가 상기 엔드 플레이트의 둘레에 체결되는 것을 특징으로 한다.
체결수단이 상기 인클로저를 관통하여, 상기 엔드 플레이트에 고정되어 상기 인클로저가 상기 엔드 플레이트에 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔드 플레이트와 상기 인클로저가 접하는 면과, 상기 각 인클로저가 인접한 다른 인클로저와 접하는 면에는 상기 엔드 플레이트와 상기 인클로저에 의해 형성되는 공간의 내부로 수분, 이물질의 침투를 차단하는 가스켓이 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 가스켓 중 상기 엔드 플레이트가 상기 인클로저와 접하는 면에 설치되는 가스켓은 상기 엔드 플레이트와 상기 인클로저의 단부 사이를 기밀시키는 엔드 플레이트 가스켓인 것을 특징으로 한다.
상기 엔드 플레이트 가스켓은 상기 엔드 플레이트를 둘레를 따라 폐곡선의 형태로 형성되고, 상기 엔드 플레이트 가스켓은 상기 엔드 플레이트의 둘레에 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔드 플레이트의 둘레를 따라 정해진 깊이로 엔드 플레이트 가스켓 홈이 형성되고, 상기 엔드 플레이트 가스켓 홈에 상기 엔드 플레이트 가스켓이 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 가스켓 중 서로 인접한 2개의 인클로저가 접하는 면에 설치되는 가스켓은 상기 인클로저의 길이방향을 따라 설치되는 인클로저 가스켓인 것을 특징으로 한다.
상기 인클로저에서 인접한 다른 인클로저와 접하는 면에는 정해진 깊이로 인클로저 가스켓 홈이 형성되고, 상기 인클로저 가스켓은 상기 인클로저 가스켓 홈에 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔드 플레이트 가스켓은 상기 엔드 플레이트 가스켓으로부터 2개의 인클로저가 서로 접하는 면 사이에 위치하도록 정해진 길이로 연장되는 연장부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 인클로저 가스켓의 양단으로부터 정해진 길이에서는 상기 인클로저 가스켓과 상기 연장부가 서로 중첩되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 인클로저 가스켓은 상기 연장부 보다 내측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 인클로저에서 상기 인클로저 가스켓 홈의 외측에는 상기 연장부가 수용되는 연장부 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
서로 인접한 2개의 인클로저가 접하는 면은 외측으로 갈수록 중력방향으로 하향되도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 인클로저 중 어느 하나에는 상기 연료 전지 스택과 전기적으로 연결되어 상기 연료 전지 스택의 상태을 모니터링하는 스택 전압 모니터의 장착을 위한 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 연료 전지 스택의 양단에는 각각 집전판이 설치되고, 상기 집전판에 버스바가 체결되며, 상기 인클로저 중 어느 하나의 인클로저에는 상기 버스바의 설치를 위한 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 버스바가 설치되는 인클로저에는 상기 관통공을 커버하는 버스바 커버가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 인클로저와 상기 연료 전지 스택 사이에는 상기 인클로저의 내측면과 상기 연료 전지 스택의 외측면에 접하면서, 상기 연료 전지 스택으로 전달되는 진동을 차단하는 완충부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 완충부재는 합성수지 또는 고무를 재질로 이루어지는 것하는 것을 특징으로 한다.
상기 인클로저 중에서, 상기 연료 전지 스택의 하부를 감싸는 인클로저에는 받침대에는 상기 연료 전지 스택 모듈을 차량에 고정시키는 받침대가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 체결바 삭제, 와이어링 단순화, 임팩트빔 삭제 등을 통해 부품수를 감소시킴으로써 재료비, 중량, 공수 등을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 가스켓 및 경사 조립 구조를 통해 향상된 기밀 성능을 구현할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 차량의 진동, 전후방향의 충격 등에도 스택 변형을 방지할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료 전지 스택을 보여주는 사시도이다.
도 2는 연료 전지 스택에 엔드 플레이트 및 가스켓이 조립된 상태가 도시된 사시도이다.
도 3은 연료 전지 스택의 둘레를 감싸는 인클로저의 사시도이다.
도 4는 연료 전지 스택의 둘레에 인클로저가 조립된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 연료 전지 스택의 둘레에 인클로저 조립후 버스바가 조립된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 연료 전지 스택의 외측에 스택 전압 모니터가 조립된 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 연료 전지 스택의 외측에 버스바 커버가 조립된 상태를 도시한 사시도이다.
도 8은 가스켓의 구성도이다.
도 9는 도 6의 A부분에서 가스켓의 설치를 위한 홈이 형성된 상태를 도시한 확대 사시도이다.
도 10은 도 6의 A 부분에서 가스켓이 설치된 상태를 도시한 확대 사시도 이다.
도 11 및 도 12는 프런트 인클로저와 로워 인클로저가 결합되는 부분의 단면도로서, 도 11은 엔드 플레이트에 인접한 부위의 단면도이고, 도 12는 중간 부분의 단면도이다.
도 13는 도 7에서 B-B선에 따라 절개한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 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 사용한다. 제 1, 제 2등의 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 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 연료 전지 스택 모듈을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 도 7에는 연료 전지 스택(110)으로부터 본 발명에 따른 연료 전지 스택 모듈(100)이 되도록 조립되는 과정이 도시되어 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료 전지 스택 모듈(100)의 내부에 장착되는 연료 전지 스택을 보여주는 사시도이다. 도 1을 참조하면, 연료 전지 스택(110)의 상단 일측 모서리에는 스택 전압 모니터와 연결을 위한 스택 전압 모니터 커넥터(111)가 형성된다. 연료 전지 스택(110)은 복수개의 연료 전지 셀로 구성되며, 이들 연료 전지 셀에는 MEA(Membrane Electrode Assembly), 분리판, GDL(Gas Diffusion Layer) 등을 포함한다.
상기 연료 전지 스택(110)은 차량의 폭방향(L방향)으로 배치된다.
상기 연료 전지 셀, 연료 전지 스택(110)의 구조에 대해서는 이미 널리 알려져 있으므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
연료 전지 스택(110)은 상부와 하부에 각 수소 유로, 공기 유로, 냉각수 유로 등이 배치될 수 있다.
도 2는 상기 연료 전지 스택(110)의 양단에 각각 엔드 플레이트(121)와 실링(122)이 조립된 상태를 도시한 사시도이다. 상기 연료 전지 스택(110)의 양단에 각각 상기 연료 전지 스택(110)의 양단을 지지하는 엔드 플레이트(121)가 조립된다. 상기 엔드 플레이트(121)에는 상기 수소 유로, 공기 유로, 냉각수 유로 등과 연결되는 복수개의 연통공(121a)이 형성될 수 있다. 상기 엔드 플레이트(121)는 알루미늄 합금과 같은 금속재를 부분사출하여 제조된다.
또한, 상기 엔드 플레이트(121)의 둘레에는 후술되는 엔드 플레이트 가스켓(141)을 장착하기 위한 엔드 플레이트 가스켓홈(121ㅠ)이 형성된다.
상기 연료 전지 스택(110)과 상기 엔드 플레이트(121)의 조립시, 그 사이에는 기밀을 위한 실링(122)이 개재되는 것이 바람직하다.
도 3은 상기 연료 전지 스택(110)의 둘레를 감싸는 인클로저(131)(132)(133)(134)들 간의 결?관계를 도시한 사시도이다. 상기 인클로저 조립체(130)를 구성하는 각 어퍼 인클로저(131), 프런트 인클로저(132), 로워 인클로저(133), 리어 인클로저(134)는 각각 서로 인접한 다른 인클로저와 접하도록 체결됨으로써, 하나의 조립체(130)를 형성한다. 서로 다른 2개의 인클로저가 접하는 부위는 기밀이 되도록 밀착된 상태에서, 후술되는 인클로저 가스켓(143)가 설치된다.
도 4는 연료 전지 스택(110)과 엔드 플레이트(121)가 조립된 조립체의 둘레에 인클로저(131)(132)(133)(134)가 조립된 상태를 도시한 사시도이다. 도 4를 참조하면, 상기 복수개의 인클로저(131)(132)(133)(134)가 상기 연료 전지 스택(110)에서 상기 엔드 플레이트(121)에 의해 커버되지 않은 나머지 부위를 감싸도록 조립된다. 이때, 상기 각 인클로저(131)(132)(133)(134)의 단부는 상기 엔드 플레이트(121)의 둘레도 감싸도록 조립된다. 상기 인클로저(131)(132)(133)(134)는 복수개의 분할된 상태로 제공되어 서로 접하도록 조립된다. 예컨대, 본 발명에서는 상기 인클로저(131)(132)(133)(134)가 연료 전지 스택(110) 및 엔드 플레이트(121)의 조립체의 상단면, 전면, 바닥면, 후면을 각각 커버하도록 어퍼 인클로저(131), 프런트 인클로저(132), 로워 인클로저(133), 리어 인클로저(134)로 이루어질 수 있다. 상기 어퍼 인클로저(131)와 상기 로워 인클로저(133)는 단면의 양단이 만곡부 형상을 갖는다. 즉 상기 어퍼 인클로저(131)에서 차량의 전후방향(T방향)의 양단은 하향되도록 형성되고, 상기 로워 인클로저(133)도 상기 차량의 전후방향의 양단이 상향되도록 형성되는데, 상기 어퍼 인클로저(131)와 상기 로워 인클로저(133)의 단부는 만곡된 형상을 갖도록 한다.
또한, 로워 인클로저(133)에는 차량의 바닥면에 상기 연료 전지 스택 모듈(100)을 고정하기 위한 받침대(135)가 형성된다.
상기 인클로저(131)(132)(133)(134) 중에서 어느 하나, 바람직하게는 어퍼 인클로저(131)는 스택 전압 모니터를 연결하기 위한 관통공(131a)이 형성된다. 상기 관통공(131a)에 스택 전압 모니터(155)를 설치하여 상기 연료 전지 스택(110)의 일측에 설치된 커넥터(101)에 연결한다.
또한, 상기 인클로저(131)(132)(133)(134) 중에서 어느 하나에는 집전판(151)이 설치된다. 예컨대, 상기 리어 인클로저(134)에 관통공을 형성하고, 상기 관통공을 관통하도록 단자가 일체로 구성된 집전판(151)이 설치된다.
상기 각 인클로저(131)(132)(133)(134)와 상기 엔드 플레이트(121)는 각 인클로저(131)(132)(133)(134)를 관통하여 상기 엔드 플레이트(121)의 둘레에 체결되는 체결수단에 의해 체결된다. 예컨대, 도 3에서 화살표로 표시된 위치에 체결볼트를 이용하여 상기 각 인클로저(131)(132)(133)(134)와 상기 엔드 플레이트(121)를 체결시킬 수 있다. 이러한 체결구조에 의해 체결바 없이도, 각 인클로저(131)(132)(133)(134)와 상기 엔드 플레이트(121)가 체결된다.
도 5는 상기 연료 전지 스택(110)의 둘레에 인클로저(131)(132)(133)(134)들을 조립한 후, 후 버스바(153)를 고정한 사시도이다. 도 5를 참조하면, 집전판(151)에 상기 인클로저에 형성된 관통공(134a)를 이용하여 버스바(153)를 체결함으로써, 상기 집전판(151)과 상기 버스바(153)가 전기적으로 연결되도록 한다. 물론, 상기 관통공(134a)에는 이외에도 제어기 등이 고정될 수 있다.
도 6은 상기 연료 전지 스택(110)의 외측에 스택 전압 모니터(155)를 조립한 사시도이다. 도 6을 참조하면, 연료 전지 스택 모듈(100)의 어퍼 인클로저(131) 상에 스택 전압 모니터(155)가 장착된다. 상기 어퍼 인클로저(131)에 형성된 관통공(131a)을 통하여 상기 스택 전압 모니터(155)가 장착된다. 상기 스택 전압 모니터(155)는 상기 연료 전지 스택(110)의 커넥터(111)와 전기적으로 연결됨으로써, 상기 연료 전지 스택(110)의 상태를 모니터링할 수 있다.
도 7은 도 6의 공정후(연료 전지 스택에 스택 전압 모니터를 조립한 후) 버스바 커버(157)를 조립한 연료 전지 스택 모듈(100)의 사시도이다. 상기 연료 전지 스택 모듈(100)의 외측면, 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 연료 전지 스택 모듈(100)의 후면에 상기 버스바(153)를 덮도록 버스바 커버(157)가 장착된다.
도 8는 기밀을 위해 설치되는 가스켓(141)(143)을 도시한 구성도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 엔드 플레이트(121)의 둘레를 기밀시키는 엔드 플레이트 가스켓(141)과, 상기 인클로저(131)(132)(133)(134) 사이를 기밀시키는 인클로저 가스켓(143)를 포함한다. 상기 엔드 플레이트 가스켓(141)과 상기 인클로저 가스켓(143)에 의해 수분뿐만 아니라, 먼지와 같은 이물질의 유입도 방지하도록 기밀된다.
엔드 플레이트 가스켓(141)은 상기 엔드 플레이트(121)을 둘레를 감싸도록 폐곡선의 형태로 형성된다. 상기 엔드 플레이트 가스켓(141)은 상기 엔드 플레이트(121)에 형성된 엔드 플레이트 가스켓 홈(121b)에 끼워짐으로써, 상기 엔드 플레이트(121)의 둘레를 기밀시킨다.
상기 엔드 플레이트 가스켓(141)에는 상기 연료 전지 스택 모듈(100)이 내측을 향하여 연장되는 연장부(142)가 일체로 형성된다. 상기 연장부(142)는 상기 엔드 플레이트 가스켓(141)으로부터 2개의 인클로저(131)(132)(133)(134)의 접하는 면 사이에 위치하도록 연장된다. 따라서, 상기 인클로저(131)(132)(133)(134)가 4개로 구성되어 있다면, 상기 엔드 플레이트 가스켓(141)에는 4개의 연장부(142)가 형성된다.
인클로저 가스켓(143)는 서로 인접한 2개의 인클로저(131)(132)(133)(134) 사이에 설치된다. 각 인클로저(131)(132)(133)(134)는 인접한 다른 인클로저(131)(132)(133)(134)와 접하는 면에 각 인클로저(131)(132)(133)(134)의 길이방향을 따라 인클로저 가스켓 홈(133a)이 형성되는데, 상기 인클로저 가스켓 홈(133a)에 상기 인클로저 가스켓(143)이 설치됨으로써, 서로 다른 2개의 인클로저(131)(132)(133)(134)가 접하는 부위가 기밀되도록 한다.
상기 엔드 플레이트 가스켓(141)과 상기 인클로저 가스켓(143)은 고무 씰이 될 수 있다.
한편, 도 9에는 상기 엔드 플레이트(121)와 상기 로워 인클로저(133)가 만나는 부위가 상세히 도시되어 있다. 상기 엔드 플레이트(121)의 둘레에는 상기 엔드 플레이트 가스켓(141)이 장착되는 엔드 플레이트 가스켓 홈(121b)이 형성된다. 상기 로워 인클로저(133)가 상기 프런트 인클로저(132), 상기 리어 인클로저(134)와 접하는 면에는 상기 인클로저 가스켓(143)과 엔드 플레이트 가스켓(141)의 연장부(142)가 설치되는 인클로저 가스켓 홈(133a)과 연장부 홈(133b)이 형성된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 로워 인클로저(133)에는 연장부 홈(133b)과 인클로저 가스켓 홈(133a)이 중첩된 상태로 형성되어 있으므로, 상기 인클로저 가스켓(143)의 단부는 상기 연장부(142)가 중첩되게 설치된다.
또한, 상기 연장부 홈(133b)은 상기 엔드 플레이트 가스켓 홈(121b)과 연결된다.
아울러, 상기 엔드 플레이트 가스켓 홈(121b), 상기 인클로저 가스켓 홈(133a) 및 연장부 홈(133b)은 수분이 상기 연료 전지 스택 모듈(100)의 내부로 유입되는 경로를 길게 형성하도록 하여, 수분의 유입을 막는다.
도 10은 도 6의 A로 도시된 부분에서 가스켓(143)이 설치된 상태를 도시한 확대도이다. 도 10를 참조하면, 앞서 살펴본 바와 같이, 연장부(142)가 상기 인클로저 가스켓(143)의 보다 외측에 위치된다.
각 인클로저(131)(132)(133)(134)들이 서로 접하는 부위를 하나의 인클로저 가스켓(143)만으로 기밀시킬 수 없기 때문에, 각 인클로저(131)(132)(133)(134)가 서로 접하는 부위에 상기 인클로저 가스켓(143)를 설치하고, 상기 인클로저 가스켓(143)의 단부에서 상기 연장부(142)와 중첩되도록 하여, 기밀이 되도록 한다. 특히, 상기 연장부(142)는 상기 인클로저 가스켓(143)의 보다 외측에 위치하는 것이 바람직하다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 2개의 인클로저의 조립시에도 체결수단, 예컨대 볼트(145)를 이용하여 체결시킨다. 도 10에는 프런트 인클로저(도 10에서는 미도시)와 로워 인클로저(133)가 볼트(145)를 이용하여 조립되는 상태가 도시되어 있다. 이 뿐만 아니라, 서로 인접한 2개의 인클로저는 체결시 볼트(145)와 같은 체결수단에 의해 조립된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 인접한 2개의 인클로저가 접하는 면은 경사면이 되도록 하여, 수분의 유입을 방지하도록 한다. 도 11에는 상기 프런트 인클로저(132)와 상기 로워 인클로저(133)의 결합부위의 단면이 도시되어 있는데, 결합면을 경사면(133c)으로 형성하여, 수분 유입 방지효과가 우수해진다. 특히, 상기 결합면에는 상기 인클로저 가스켓(143)이 장착되므로, 상기 인클로저 가스켓(143)과 상기 경사면(133c)에 의해 기밀 효과는 더욱 증대된다. 이때, 상기 인클로저 가스켓(143)은 상기 경사면(133c)에서 상기 경사면의 상단에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 경사면은 각 인클로저(131)(132)(133)(134)가 다른 인클로저에 접하는 면에는 모두 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 2개의 인클로저가 접하는 부위는 경사구조와 인클로저 가스켓(143)에 의해 기밀이 가능해진다.
도 12에는 2개의 인클로저와 상기 엔드 플레이트(121)가 접하는 부위의 단면도가 도시되어 있다.
인접한 2개의 인클로저가 서로 접하는 면은 도 12에 도시된 바와 같이, 경사면으로 형성되어 있어서, 수분의 유입을 방지한다. 상기 경사면에 상기 연장부(142)와 상기 인클로저 가스켓(143)이 중첩되게 설치된다. 상기 인클로저의 경사면에서 상부에는 상기 인클로저 가스켓(143)이 설치되고, 하부에는 상기 연장부(142)가 설치된다.
도 11과 도 12에 도시된 바와 같이, 2개의 인클로저가 접하는 면을 외측으로 갈수록 중력방향으로 하향되는 경사면으로 하고, 상기 경사면에 상기 인클로저 가스켓(143), 상기 연장부(142)가 설치되도록 함으로써, 상기 연료 전지 스택 모듈(100)의 내부로 수분이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 기밀 구조는 상기 프런트 인클로저(132)와 상기 로워 인클로저(133) 뿐만 아니라, 상기 리어 인클로저(134)와 로워 인클로저(133)에도 당연히 적용되며, 상기 프런트 인클로저(132)와 상기 어퍼 인클로저(131) 사이, 상기 리어 인클로저(134)와 상기 어퍼 인클로저(131) 사이에도 적용될 수 있다.
특히, 가스켓(141)(143)이 적용되고, 인클로저(131)(132)(133)(134)들은 결합부위에 경사구조가 적용되어 있어 IP69K와 같은 방수등급을 만족할 수 있어서, 상기 연료 전지 스택 모듈(100)이 고압 세차기에 직접 노출되더라도, 수분의 침투를 방지할 수 있다.
한편, 상기 인클로저(131)(132)(133)(134)의 기밀을 위한 인클로저 가스켓(143)을 일자형태로 형성하고, 상기 인클로저 가스켓(143)의 단부에서 상기 연장부(142)와 중첩되는 형태로 설치함으로써, 가스켓의 구조를 단순하게 형성할 수 있으므로, 복잡한 성형 공정이 요구되지 않는다.
도 13은 도 7에서 B-B선에 따라 절개한 단면도이다. 도 13은 참조하면, 상기 인클로저(131)(132)(133)(134)의 내측면과 상기 연료 전지 스택(110) 사이에는 탄성재지의 완충부재(137)가 설치되어 진동을 완화시키고, 충격을 흡수하여 변형을 방지한다. 또한, 차량의 충돌에 의한 충격을 완화한다. 상기 완충부재(137)는 합성수지 또는 고무를 재질로 하고, 상기 인클로저(131)(132)(133)(134)의 내측면과 상기 연료 전지 스택(110) 사이에 복수로 설치된다. 상기 완충부재(137)는 바람직하게는 상기 프런트 인클로저(132)와 상기 연료 전지 스택(110) 사이, 상기 로워 인클로저(133)와 상기 연료 전지 스택(110) 사이, 상기 리어 인클로저(134)와 상기 연료 전지 스택(110) 사이에 상기 완충부재(137)가 설치된다. 상기 프런트 인클로저(132)와 상기 연료 전지 스택(110) 사이, 상기 리어 인클로저(134)와 상기 연료 전지 스택(110) 사이에 설치되는 완충부재(137)는 상기 차량의 전후방향(T방향)으로 작용하는 충격을 흡수하고, 상기 로워 인클로저(133)와 상기 연료 전지 스택(110) 사이에 설치되는 완충부재(137)는 상기 차량으로 상기 연료 전지 스택(110)의 저면으로 전달되는 진동을 차단하여, 상기 연료 전지 스택(110)의 변형을 방지한다. 상기 연료 전지 스택(110)의 자중에 의해 상기 어퍼 인클로저(131)와는 항상 이격된 상태이므로, 상기 어퍼 인클로저(131)와 상기 연료 전지 스택(110) 사이에는 상기 완충부재(137)가 설치되지 않을 수도 있다.
100 : 연료 전지 스택 모듈
110 : 연료 전지 스택
111 : 스택 전압 모니터 커넥터
121 : 엔드 플레이트
121a : 연통공
121b : 엔드 플레이트 가스켓홈
122 : 씰링
131 : 어퍼 인클로저
131a : 관통공
132 : 프런트 인클로저
133 : 로워 인클로저
133a : 인클로저 가스켓홈
133b : 연장부 홈
133c : 경사면
134 : 리어 인클로저
134a : 관통공
135 : 받침대
137 : 완충부재
141 : 엔드 플레이트 가스켓
142 : 연장부
143 : 인클로저 가스켓
145 : 볼트
151 : 집전판
153 : 버스바
155 : 스택 전압 모니터
157 : 버스바 커버

Claims (20)

  1. 복수의 연료 전지 셀이 적층되는 연료 전지 스택과,
    상기 연료 전지 스택의 양단에 각각 체결되는 한 쌍의 엔드 플레이트와,
    상기 연료 전지 스택의 둘레를 감싸는 복수개의 인클로저를 포함하고,
    상기 인클로저는 양단이 각각 서로 이격된 엔드 플레이트에 결합되며,
    상기 엔드 플레이트와 상기 인클로저들에 의해 형성된 공간 내부에 상기 연료 전지 스택이 수용되어, 상기 연료 전지 스택이 기밀되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트의 둘레를 상기 인클로저의 단부가 감싸도록 상기 각 인클로저의 단부가 상기 엔드 플레이트의 둘레에 체결되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    체결수단이 상기 인클로저를 관통하여, 상기 엔드 플레이트에 고정되어 상기 인클로저가 상기 엔드 플레이트에 고정되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트와 상기 인클로저가 접하는 면과, 상기 각 인클로저가 인접한 다른 인클로저와 접하는 면에는 상기 엔드 플레이트와 상기 인클로저에 의해 형성되는 공간의 내부로 수분, 이물질의 침투를 차단하는 가스켓이 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스켓 중 상기 엔드 플레이트가 상기 인클로저와 접하는 면에 설치되는 가스켓은 상기 엔드 플레이트와 상기 인클로저의 단부 사이를 기밀시키는 엔드 플레이트 가스켓인 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트 가스켓은 상기 엔드 플레이트를 둘레를 따라 폐곡선의 형태로 형성되고,
    상기 엔드 플레이트 가스켓은 상기 엔드 플레이트의 둘레에 장착되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트의 둘레를 따라 정해진 깊이로 엔드 플레이트 가스켓 홈이 형성되고,
    상기 엔드 플레이트 가스켓 홈에 상기 엔드 플레이트 가스켓이 장착되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 가스켓 중 서로 인접한 2개의 인클로저가 접하는 면에 설치되는 가스켓은 상기 인클로저의 길이방향을 따라 설치되는 인클로저 가스켓인 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인클로저에서 인접한 다른 인클로저와 접하는 면에는 정해진 깊이로 인클로저 가스켓 홈이 형성되고,
    상기 인클로저 가스켓은 상기 인클로저 가스켓 홈에 장착되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트 가스켓은 상기 엔드 플레이트 가스켓으로부터 2개의 인클로저가 서로 접하는 면 사이에 위치하도록 정해진 길이로 연장되는 연장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인클로저 가스켓의 양단으로부터 정해진 길이에서는 상기 인클로저 가스켓과 상기 연장부가 서로 중첩되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인클로저 가스켓은 상기 연장부 보다 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 인클로저에서 상기 인클로저 가스켓 홈의 외측에는 상기 연장부가 수용되는 연장부 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  14. 제4항에 있어서,
    서로 인접한 2개의 인클로저가 접하는 면은 외측으로 갈수록 중력방향으로 하향되도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 인클로저 중 어느 하나에는 상기 연료 전지 스택과 전기적으로 연결되어 상기 연료 전지 스택의 상태을 모니터링하는 스택 전압 모니터의 장착을 위한 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택의 양단에는 각각 집전판이 설치되고,
    상기 집전판에 버스바가 체결되며,
    상기 인클로저 중 어느 하나의 인클로저에는 상기 버스바의 설치를 위한 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 버스바가 설치되는 인클로저에는 상기 관통공을 커버하는 버스바 커버가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 인클로저와 상기 연료 전지 스택 사이에는 상기 인클로저의 내측면과 상기 연료 전지 스택의 외측면에 접하면서, 상기 연료 전지 스택으로 전달되는 진동을 차단하는 완충부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 완충부재는 합성수지 또는 고무를 재질로 이루어지는 것하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 인클로저 중에서, 상기 연료 전지 스택의 하부를 감싸는 인클로저에는 받침대에는 상기 연료 전지 스택 모듈을 차량에 고정시키는 받침대가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택 모듈.
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