KR20220033785A

KR20220033785A - 연료 전지

Info

Publication number: KR20220033785A
Application number: KR1020200116068A
Authority: KR
Inventors: 백석민; 허용석
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2022-03-17
Also published as: CN114171770A; US20220077485A1; US11791491B2

Abstract

실시 예에 의한 연료 전지는 복수의 단위 셀이 제1 방향으로 적층된 셀 스택과, 셀 스택의 양 측단에 각각 배치된 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트 및 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트 중 적어도 하나와 결합하여, 셀 스택의 측부를 감싸는 인클로저를 포함하고, 인클로저의 단부는 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트 중 결합하는 엔드 플레이트를 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 인클로저의 단부와 결합하는 엔드 플레이트는 적어도 하나의 돌출부를 수용하는 적어도 하나의 수용홈을 포함한다.

Description

연료 전지{Fuel cell}

실시 예는 연료 전지에 관한 것이다.

일반적으로 연료 전지는 고분자 전해질막을 포함하고, 막을 기준으로 한 쪽 면으로 공기가 공급되고 다른 쪽 면으로 수소가 공급되어 전기를 생산한다. 이러한 연료 전지를 이용하여 차량에 전기를 공급할 수 있다. 이러한 연료 전지의 구성이 간단해질 것이 요구되고 있다.

실시 예는 간단한 구성을 갖는 연료 전지를 제공한다.

실시 예에 의한 연료 전지는, 복수의 단위 셀이 제1 방향으로 적층된 셀 스택; 상기 셀 스택의 양 측단에 각각 배치된 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트; 및 상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트 중 적어도 하나와 결합하여, 상기 셀 스택의 측부를 감싸는 인클로저를 포함하고, 상기 인클로저의 단부는 상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트 중 결합하는 엔드 플레이트를 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 인클로저의 상기 단부와 결합하는 상기 엔드 플레이트는 상기 적어도 하나의 돌출부를 수용하는 적어도 하나의 수용홈을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 인클로저의 상기 단부는 상기 제1 엔드 플레이트와 결합하는 제1 단부; 및 상기 제2 엔드 플레이트와 결합하는 제2 단부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 돌출부는 상기 제1 단부에 형성되고 상기 제1 엔드 플레이트를 향해 돌출된 제1 돌출부; 또는 상기 제2 단부에 형성되고 상기 제2 엔드 플레이트를 향해 돌출된 제2 돌출부 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 적어도 하나의 수용홈은 상기 제1 엔드 플레이트에 형성되고 상기 제1 돌출부를 수용하는 제1 수용홈; 또는 상기 제2 엔드 플레이트에 형성되고 상기 제2 돌출부를 수용하는 제2 수용홈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 적어도 하나의 돌출부는 U자 형태로 돌출되고, 상기 적어도 하나의 수용홈은 U자 형태로 패일 수 있다.

예를 들어, 상기 인클로저는 복수의 세그먼트로 분할되고, 상기 적어도 하나의 돌출부는 상기 복수의 세그먼트 중 적어도 한 곳의 단부로부터 돌출될 수 있다.

예를 들어, 상기 인클로저의 상기 단부는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 서로 대향하는 제1 및 제2 측부; 및 상기 제1 및 제2 방향 각각과 교차하는 제3 방향으로 서로 대향하는 상부 및 하부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 돌출부는 상기 상부, 상기 하부, 상기 제1 측부 또는 상기 제2 측부 중 적어도 한 곳으로부터 돌출될 수 있다.

예를 들어, 상기 인클로저의 상기 단부와 결합하는 상기 엔드 플레이트는 외측부; 및 상기 셀 스택의 최외곽 셀과 상기 외측부 사이에 배치된 내측부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 수용홈은 상기 내측부의 가장 자리에 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 인클로저의 상기 제1 방향으로의 길이는 상기 제1 엔드 플레이트의 상기 외측부의 내면과 상기 제2 엔드 플레이트의 상기 외측부의 내면 사이의 상기 제1 방향으로 이격된 간격보다 작을 수 있다.

예를 들어, 상기 연료 전지는, 상기 제1 방향으로 상기 외측부와 상기 인클로저 사이에 배치되는 외측 개스킷을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 외측 개스킷은 상기 인클로저의 외측면과 상기 제1 방향으로 마주하는 상기 외측부의 내면에 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 외측부의 상기 내면은 상기 외측 개스킷이 삽입되는 제1 홈을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 외측 개스킷은 상기 외측부의 상기 내면과 상기 제1 방향으로 마주하는 상기 인클로저의 외측면에 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 인클로저의 상기 외측면은 상기 외측 개스킷이 삽입되는 제2 홈을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 외측 개스킷은 상기 내측부의 가장 자리와 접하여 배치될 수 있다. 또는, 상기 외측 개스킷은 상기 내측부의 가장 자리로부터 이격되어 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 외측부 및 상기 내측부 각각은 금속을 포함하고, 상기 외측부와 상기 내측부는 일체일 수 있다.

예를 들어, 상기 외측부는 금속을 포함하고, 상기 내측부는 상기 절연성 물질을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 외측부는 금속을 포함하고, 상기 내측부와 대면하는 내면을 포함하는 몸체; 및 상기 몸체의 외면 중 상기 몸체의 내면을 포함하여 적어도 일부에 배치되고 절연성을 갖는 껍질을 포함하고, 상기 외측 개스킷은 상기 껍질 또는 상기 내측부 중 적어도 하나와 일체일 수 있다.

예를 들어, 상기 적어도 하나의 돌출부는 전도성 물질을 포함하고, 상기 내측부에서 상기 적어도 하나의 수용홈이 형성된 부분은 절연성 물질을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 연료 전지는 파스너(fastner)를 더 포함하고, 상기 외측부는 제1 결합부를 포함하고, 상기 인클로저는 상기 파스너에 의해 상기 제1 결합부와 체결되는 제2 결합부를 포함하고, 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부의 결합력에 의해 상기 제1 방향으로 상기 셀 스택의 체결력이 증가할 수 있다.

예를 들어, 상기 외측부는 상기 외측부의 가장 자리에 배치되며, 상기 제1 방향으로 상기 적어도 하나의 수용홈과 중첩하는 적어도 하나의 가이드 지지홀을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 방향으로 상기 적어도 하나의 가이드 지지홀은 제1 폭을 갖고, 상기 제2 방향으로 상기 적어도 하나의 수용홈은 제2 폭을 갖고, 상기 제2 방향으로 상기 적어도 하나의 돌출부는 제3 폭을 갖고, 상기 제1 내지 제3 폭은 아래와 같은 관계를 가질 수 있다.

W1 < W2 ≤ W3

여기서, W1은 상기 제1 폭을 나타내고, W2은 상기 제2 폭을 나타내고, W3은 상기 제3 폭을 나타낸다.

예를 들어, 상기 적어도 하나의 가이드 지지 홀은 상기 셀 스택에 표시된 노치 라인으로부터 상기 제1 방향으로 연장된 가상의 연장선 상에 위치할 수 있다.

실시 예에 따른 연료 전지는 요구되는 부품의 개수가 작고, 중량이 작고, 제조에 따른 공수가 간소화되고, 우수한 수밀, 기밀 및 방진 기능을 가질 수 있고, 셀 스택의 정렬도가 우수하다.

도 1a는 일 실시 예에 의한 연료 전지의 결합 사시도를 나타내고, 도 1b는 다른 실시 예에 의한 연료 전지의 결합 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1a에 도시된 연료 전지의 분해 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 연료 전지의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1a에 도시된 인클로저의 사시도를 나타낸다.
도 5는 도 1a에 도시된 연료 전지에서 인클로저를 제외한 부분의 일 실시 예에 의한 사시도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 ‘A’ 부분을 확대 도시한 사시도를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7f는 실시 예에 의한 제1 외측부와, 제1 내측부와, 제1 외측 개스킷과 인클로저 간의 결합을 설명하기 위한 국부적인 단면도를 나타낸다.
도 8은 도 1a에 도시된 연료 전지에서 제1 및 제2 엔드 플레이트, 제1 외측 개스킷, 제2 외측 개스킷 및 인클로저만의 국부적인 단면도를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 실시 예에 의한 돌출부와 수용홈 간의 분해 단면도이다.
도 10은 연료 전지를 제조할 때 사용되는 가이드 부재 및 가이드 지지 홀을 설명하기 위한 연료 전지의 사시도를 나타낸다.
도 11은 비교 례에 의한 연료 전지의 분해 사시도를 나타낸다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.

또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.

이하, 실시 예에 의한 연료 전지(1000A, 1000B)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 연료 전지(1000A, 1000B)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 또한, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축 및 z축은 서로 교차할 수도 있다. 이하, +x축과 -x축을 제1 방향이라 하고, +y축과 -y축을 제2 방향이라 하고, +z축과 -z축을 제3 방향이라 칭한다.

도 1a는 일 실시 예에 의한 연료 전지(1000A)의 결합 사시도를 나타내고, 도 1b는 다른 실시 예에 의한 연료 전지(1000B)의 결합 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1a에 도시된 연료 전지(1000A)의 분해 사시도를 나타내고, 도 3은 도 2에 도시된 연료 전지(1000A)의 단면도를 나타낸다.

설명의 편의상, 도 2에서 도 1a에 도시된 인클로저(encloser)(300A)와, 복수의 매니폴드(manifold)(또는 연통부)(M)와, 후술되는 도 5에 도시된 제1 결합부(C1)의 도시는 생략된다.

또한, 설명의 편의상, 도 1a에 도시된 연료 전지(1000A)를 중심으로 설명하지만, 연료 전지(1000A)에 대한 이하의 설명은 도 1b에 도시된 연료 전지(1000B)에 대해서도 적용될 수 있다. 왜냐하면, 도 1a에 도시된 연료 전지(1000A)는 인클로저(300A)와 다른 인클로저(300B)를 형상을 가짐을 제외하면, 도 1b에 대한 연료 전지(1000B)는 도 1a에 도시된 연료 전지(1000B)와 동일하기 때문이다.

연료 전지(1000A, 1000B)는 예를 들어, 차량 구동을 위한 전력 공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)일 수 있으나, 실시 예는 연료 전지의 특정한 형태에 국한되지 않는다.

연료 전지(1000A)는 제1 및 제2 엔드 플레이트(end plate)(또는, 가압 플레이트 또는 압축판)(110A, 110B), 제1 및 제2 외측 개스킷(Gasket)(116A, 116B), 셀 스택(cell stack)(122) 및 인클로저(300A)를 포함할 수 있다. 또한, 연료 전지(1000A)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 엔드 셀 히터(132, 134)를 더 포함할 수 있다. 또한, 연료 전지(1000A)는 집전판(미도시)을 더 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 셀 스택(122)은 제1 방향으로 적층된 복수의 단위 셀(122-1 내지 122-N)을 포함할 수 있다. 여기서, N은 1 이상의 양의 정수로서, 수십 내지 수백일 수 있다. 실시 예는 N의 특정한 수에 국한되지 않는다.

각 단위 셀(122-n)은 0.6 볼트 내지 1.0 볼트, 평균적으로 0.7볼트의 전기를 생성할 수 있다. 여기서, 1≤n≤N이다. 따라서, 연료 전지(1000A)로부터 부하로 공급하고자 하는 전력의 세기에 따라 N이 결정될 수 있다. 여기서, 부하란, 연료 전지(1000A)가 차량에 이용될 경우, 차량에서 전력을 요구하는 부분을 의미할 수 있다.

각 단위 셀(122-n)은 막전극 접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(210), 가스 확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(222, 224), 제1, 제2 및 제3 내측 개스킷 (232, 234, 236), 제1 및 제2 분리판(또는, 바이폴라 플레이트(bipolar plate) 또는 세퍼레이터(separator))(240:242, 244)을 포함할 수 있다.

막전극 접합체(210)는 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매 전극층이 부착된 구조를 갖는다. 구체적으로, 막전극 접합체(210)는 고분자 전해질막(또는, 프로톤(proton) 교환막)(212), 연료극(또는, 수소극 또는 산화 전극)(214) 및 공기극(또는, 산소극 또는 환원 전극)(216)을 포함할 수 있다. 또한, 막전극 접합체(210)는 서브 개스킷(238)을 더 포함할 수도 있다.

고분자 전해질막(212)은 연료극(214)과 공기극(216) 사이에 배치된다.

연료 전지(1000A)에서 연료인 수소는 제1 분리판(242)을 통해 연료극(214)으로 공급되고, 산화제인 산소를 포함하는 공기는 제2 분리판(244)을 통해 공기극(216)으로 공급될 수 있다.

연료극(214)으로 공급된 수소는 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 고분자 전해질막(212)을 통과하여 공기극(216)으로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 제1 및 제2 분리판(242, 244)을 통해 공기극(216)으로 전달될 수 있다. 전술한 동작을 위해, 연료극(214)과 공기극(216) 각각에는 촉매층이 도포될 수 있다. 이와 같이, 전자의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하여 전류가 생성된다. 즉, 연료인 수소와 공기에 포함된 산소와의 전기 화학 반응에 의해, 연료 전지(1000A)는 전력을 발생함을 알 수 있다.

공기극(216)에서는 고분자 전해질막(212)을 통해 공급된 수소 이온과 제1 및 제2 분리판(242, 244)을 통해 전달된 전자가 공기극(216)으로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물(또는, ‘응축수’ 또는 ‘생성수’)을 생성하는 반응을 일으킨다.

경우에 따라, 연료극(214)을 양극(anode)이라 칭하고 공기극(216)을 음극(cathode)이라고 칭하거나 이와 반대로 연료극(214)을 음극이라 칭하고 공기극(216)을 양극이라고 칭할 수도 있다.

가스 확산층(222, 224)은 반응 기체인 수소와 산소를 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 가스 확산층(222, 224)은 막전극 접합체(210)의 양측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 제1 가스 확산층(222)은 연료극(214)의 좌측부에 배치되고, 제2 가스 확산층(224)은 공기극(216)의 우측부에 배치될 수 있다.

제1 가스 확산층(222)은 제1 분리판(242)을 통해 공급되는 반응 기체인 수소를 확산시켜 고르게 분포시키는 역할을 하며, 전기 전도성을 가질 수 있다. 제2 가스 확산층(224)은 제2 분리판(244)을 통해 공급되는 반응 기체인 공기를 확산시켜 고르게 분포시키는 역할을 하며, 전기 전도성을 가질 수 있다.

제1 및 제2 가스 확산층(222, 224) 각각은 미세한 카본 파이버(carbon fiber)들이 결합된 미세 기공층일 수 있으나, 실시 예는 제1 및 제2 가스 확산층(222, 224)의 특정한 형태에 국한되지 않는다.

제1, 제2 및 제3 내측 개스킷(232, 234, 236)은 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하며, 제1 및 제2 분리판(242, 244)을 적층할 때 응력을 분산시키며, 유로를 독립적으로 밀폐시키는 역할을 수행한다. 이와 같이, 제1, 제2 및 제3 내측 개스킷(232, 234, 236)에 의해 기밀/수밀이 유지됨으로써 전력을 생성하는 셀 스택(122)과 인접한 면의 평탄도가 관리되어, 셀 스택(122)의 반응면에 균일한 면압 분포가 이루어질 수 있다.

제1 및 제2 분리판(242, 244)은 반응기체들 및 냉각매체를 이동시키는 역할과 복수의 단위 셀 각각을 다른 단위 셀과 분리시키는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 분리판(242, 244)은 막전극 접합체(210)와 가스 확산층(222, 224)을 구조적으로 지지하며, 발생한 전류를 수집하여 집전판으로 전달하는 역할을 수행할 수도 있다.

제1 및 제2 분리판(242, 244)은 제1 및 제2 가스 확산층(222, 224)의 외측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 제1 분리판(242)은 제1 가스 확산층(222)의 좌측에 배치되고, 제2 분리판(244)은 제2 가스 확산층(224)의 우측에 배치될 수 있다.

제1 분리판(242)은 반응 기체인 수소를 제1 가스 확산층(222)을 통해 연료극(214)으로 공급하는 역할을 한다. 제2 분리판(244)은 반응 기체인 공기를 제2 가스 확산층(224)을 통해 공기극(216)으로 공급하는 역할을 한다. 그 밖에, 제1 및 제2 분리판(242, 244) 각각은 냉각 매체(예를 들어, 냉각수)가 흐를 수 있는 채널을 형성할 수도 있다. 또한, 분리판(242, 244)은 흑연계, 복합 흑연계 또는 금속계의 물질로 구현될 수 있으나, 실시 예는 분리판(242, 244)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.

한편, 도 1a 내지 도 3에 도시된 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B)는 셀 스택(122)의 양 측단 각각에 배치되어, 복수의 단위 셀이 적층된 셀 스택(122)을 지지하며 고정시킬 수 있다. 즉, 제1 엔드 플레이트(110A)는 셀 스택(122)의 양 측단 중 일측단에 배치되고, 제2 엔드 플레이트(110B)는 셀 스택(122)의 양 측단 중 타측단에 배치될 수 있다.

또한, 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B) 각각은 다수 개의 플레이트를 결합하여 형성될 수 있다.

또한, 제1 엔드 플레이트(110A) 및 제2 엔드 플레이트(110B) 중 적어도 하나는 외측부 및 내측부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 연료 전지(1000A)의 제1 엔드 플레이트(110A) 및 제2 엔드 플레이트(110B) 각각은 외측부 및 내측부를 포함할 수 있다. 또는, 연료 전지의 제1 엔드 플레이트(110A) 및 제2 엔드 플레이트(110B) 중 어느 하나만이 외측부 및 내측부를 포함할 수도 있다.

제1 엔드 플레이트(110A)는 제1 외측부(112A) 및 제1 내측부(114A)를 포함할 수 있다. 제1 내측부(114A)는 셀 스택(122)의 양측단 중 제1 측단[즉, 셀 스택(122)의 최외곽 셀(122-1, 122-N) 중 하나(122-1)]과 제1 외측부(112A) 사이에 배치될 수 있다.

제2 엔드 플레이트(110B)는 제2 외측부(112B) 및 제2 내측부(114B)를 포함할 수 있다. 제2 내측부(114B)는 셀 스택(122)의 양측단 중 제2 측단[즉, 셀 스택(122)의 최외곽 셀(122-1, 122-N) 중 다른 하나(122-N)]과 제2 외측부(112B) 사이에 배치될 수 있다.

제1 및 제2 내측부(114A, 114B) 중 적어도 하나는 제1 방향으로 두께(T)를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 내측부(114A)는 제1 방향으로 두께(T)를 가질 수 있다.

또한, 제1 또는 제2 엔드 플레이트(110A, 110B) 중 적어도 하나는 복수의 매니폴드(M)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 분리판(242, 244) 각각은 제1 또는 제2 엔드 플레이트(110A, 110B) 중 적어도 하나에 형성된 매니폴드(M)와 각각 동일한 위치에 동일한 형태로 형성된 매니폴드를 포함할 수 있다. 여기서, 매니폴드(M)는 인렛(inlet) 매니폴드(MI1, MI2, MI3)와 아웃렛(outlet) 매니폴드(MO1, MO2, MO3)를 포함할 수 있다. 막전극 접합체(210)에서 필요한 반응 가스인 수소 및 산소가 외부로부터 인렛 매니폴드(MI1, MI2)를 통해 셀 스택(122)으로 유입될 수 있다. 가습되어 공급된 반응 기체와 셀 내부에서 생성된 응축수가 더해진 기체 또는 액체가 아웃렛 매니폴드(MO1, MO2)를 통해 연료 전지(1000A)의 외부로 유출될 수 있다. 또한, 냉각매체는 인렛 매니폴드(MI3)를 통해 외부로부터 셀 스택(122)으로 유입되고 아웃렛 매니폴드(MO3)를 통해 외부로 유출될 수 있다. 이와 같이, 복수의 매니폴드(M: MI1 내지 MI3, MO1 내지 MO3)는 막전극 접합체(210)로 유체의 유입 및 유출을 허용한다.

예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 복수의 매니폴드(M: MI1 내지 MI3, MO1 내지 MO3)는 제2 엔드 플레이트(110B)에 형성될 수도 있고, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 달리 제1 엔드 플레이트(110A)에 형성될 수도 있다. 또는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 달리 복수의 매니폴드(M: MI1 내지 MI3, MO1 내지 MO3) 중 일부(예를 들어, MI1, MI2, MO1, MO2)가 제2 엔드 플레이트(110B)[또는, 제1 엔드 플레이트(110A)]에 형성되고, 복수의 매니폴드(M: MI1 내지 MI3, MO1 내지 MO3) 중 나머지(MI3, MO3)가 제1 엔드 플레이트(110A)[또는, 제2 엔드 플레이트(110B)]에 형성될 수도 있다.

설명의 편의상, 도 2에서 복수의 매니폴드(M: MI1 내지 MI3, MO1 내지 MO3) 및 이러한 매니폴드(M: MI1 내지 MI3, MO1 내지 MO3)의 주변에 배치된 개스킷의 도시는 생략된다.

한편, 인클로저(300A, 300B)는 제1 엔드 플레이트(110A) 및 제2 엔드 플레이트(110B) 중 적어도 하나와 결합하여, 셀 스택(122)의 측부를 감쌀 수 있다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 인클로저(300A)는 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B) 사이에 배치되고, 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B)와 각각 결합하여 이들(110A, 110B) 사이에 배치된 셀 스택(122)의 측부를 감싸며 배치될 수 있다.

또는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 인클로저(300B)는 제1 엔드 플레이트(110A)와 결합하지 않고 제2 엔드 플레이트(110B)와 결합하여 셀 스택(122)의 측부를 감싸며 배치될 수 있다. 이 경우, 인클로저(300B)는 제1 엔드 플레이트(110A)를 감싸도록 배치될 수 있다.

또한, 인클로저는 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B) 중 적어도 하나와 결합하여 복수의 단위 셀을 제1 방향으로 체결하는 체결 부재의 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 셀 스택(122)의 체결압은 강체 구조의 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B)와 인클로저(300A)에 의해 유지될 수 있다. 이에 대해서는 보다 상세히 후술된다.

도 2를 참조하면, 제1 스택 가열부(132)는 셀 스택(122)의 양 측단 중 제1 측단(122-1)과 제1 내측부(114A) 사이에 배치되고, 제2 스택 가열부(134)는 셀 스택(122)의 양 측단 중 제2 측단(122-N)과 제2 내측부(114B) 사이에 배치되며, 이들(132, 134)은 셀 스택(122)을 가열하는 역할을 한다.

이하, 도 1a에 도시된 연료 전지(1000A)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 상세히 설명한다. 하기의 설명은 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B) 중 어느 하나만 인클로저와 결합하고 다른 하나는 인클로저에 둘러싸인 경우에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 연료 전지(1000B)에서와 같이, 인클로저(300B)가 제2 엔드 플레이트(110B)와 결합하고 제1 엔드 플레이트(110A)를 에워쌀 경우, 하기에서 제2 엔드 플레이트(110B)와 인클로저(300A)의 단부 간의 결합에 대한 설명이 적용될 수 있다.

도 4는 도 1a에 도시된 인클로저(300A)의 사시도를 나타내고, 도 5는 도 1a에 도시된 연료 전지(1000A)에서 인클로저(300A)를 제외한 부분의 일 실시 예에 의한 사시도를 나타내고, 도 6은 도 5에 도시된 ‘A’ 부분을 확대 도시한 사시도를 나타낸다.

예를 들어, 인클로저(300A)의 제1 단부(310A)는 제1 엔드 플레이트(110A)와 결합하고, 인클로저(300A)의 제2 단부(310B)는 제2 엔드 플레이트(110B)와 결합할 수 있다. 또는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 인클로저(300B)의 제1 및 제2 단부(310A, 310B) 중 제2 단부(예를 들어, 310B)만이 제2 엔드 플레이트(110B)와 결합할 수 있다.

인클로저(300A)의 제1 및 제2 단부(310A, 310B) 각각은 상부, 하부, 제1 및 제2 측부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 인클로저(300A)의 제1 및 제2 단부(310A, 310B) 중 제2 단부(310B)는 제1 및 제2 측부(312, 314), 상부(316) 및 하부(318)를 포함할 수 있다. 또한, 비록 도 4에서 보이진 않지만, 인클로저(300A)의 제1 단부(310A)도 도 4에 도시된 제2 단부(310B)처럼, 제1 및 제2 측부, 상부 및 하부를 포함할 수 있다.

인클로저(300A)의 제1 및 제2 단부(310A, 310B) 각각에서 제1 측부와 제2 측부는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 서로 대향하여 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 인클로저(300A)의 제2 단부(310B)에서 제1 및 제2 측부(312, 314)는 제2 방향으로 서로 대향하여 위치함을 알 수 있다. 또한, 인클로저(300A)의 제1 및 제2 단부(310A, 310B) 각각에서 상부(316)와 하부(318)는 제1 방향 및 제2 방향과 각각 교차하는 제3 방향으로 서로 대향하여 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 인클로저(300A)의 제2 단부(310B)에서 상부(316)와 하부(318)는 제3 방향으로 서로 대향하여 위치함을 알 수 있다.

한편, 실시 예에 의하면, 인클로저의 단부는 제1 엔드 플레이트(110A) 및 제2 엔드 플레이트(110B) 중 결합하는 엔드 플레이트를 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 돌출부는 제1 또는 제2 돌출부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 1a의 경우, 제1 돌출부는 인클로저(300A)의 제1 단부(310A)에 형성되고 제1 엔드 플레이트(110A)를 향해 돌출되며, 도 4에 예시된 바와 같이 제2 돌출부는 인클로저(300A)의 제2 단부(310B)에 형성되고 제2 엔드 플레이트(110B)를 향해 돌출될 수 있다.

구체적으로, 인클로저(300A)의 제1 단부(310A)에 형성된 제1 돌출부는 제1 엔드 플레이트(110A)의 제1 내측부(114A)를 향해 돌출되고, 인클로저(300A)의 제2 단부(310B)에 형성된 제2 돌출부는 제2 엔드 플레이트(110B)의 제2 내측부(114B)를 향해 돌출될 수 있다.

도 1b의 경우, 인클로저(300B)의 제1 및 제2 단부(310A, 310B) 중 제2 단부(310B)만이 도 4에 도시된 제2 돌출부를 포함할 수 있다.

인클로저는 일체일 수도 있지만, 복수의 세그먼트로 분할될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이 인클로저(300A)는 제1 및 제2 세그먼트(300U, 300L)로 2분할될 수 있다. 만일, 인클로저(300A)가 2개의 세그먼트로 분할될 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 세그먼트(300U)는 ‘ㄱ’자 형태의 외관을 갖고 제2 세그먼트(300L)는 ‘L’자 형태의 외관을 갖거나, 도 4에 도시된 바와 달리 제1 세그먼트는 ‘ㅡ’자(또는, ‘

’자) 형태의 외관을 갖고 제2 세그먼트는 ‘

’자(또는, ‘ㅡ’자) 형태의 외관을 가질 수 있다. 또는, 제1 세그먼트는 ‘

’자(또는, ‘

’자) 형태의 외관을 갖고, 제2 세그먼트는 ‘

’자(또는, ‘

’자) 형태의 외관을 가질 수도 있다.

또는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 인클로저(300B)의 6면 중에서 5면이 제1 세그먼트에 해당하고, 6면 중에서 나머지 1면이 제2 세그먼트에 해당하는 2 분할된 형태의 외관을 가질 수도 있다.

그 밖에, 인클로저는 3개 또는 4개의 세그먼트들로 분할될 수도 있다. 그러나, 실시 예는 인클로저가 분할된 세크먼트의 특정한 형태나 특정한 분할 개수에 국한되지 않는다.

또한, 인클로저가 복수의 세그먼트로 분할될 경우, 분할된 세그먼트는 다양한 방법으로 서로 결합될 수도 있다. 예를 들어, 인클로저(300A)가 도 4에 도시된 바와 같이 2분할될 경우, 제1 세그먼트(300U)에서 제2 세그먼트(300L)와 접하는 부위에 제3 방향으로 관통하는 적어도 하나의 제1 관통공이 형성되고, 제2 세그먼트(300L)에서 제1 세그먼트(300U)와 접하는 부위에 제3 방향으로 관통하고 제1 관통공과 연통하는 제2 관통공이 형성된 후, 제1 및 제2 관통공은 제1 파스너(fastner)(F1)에 의해 서로 체결될 수 있다. 제1 파스너(F1)는 볼트나 리벳 형상을 가질 수 있다.

또한, 인클로저가 복수의 세그먼트로 분할될 경우, 적어도 하나의 돌출부는 복수의 세그먼트 중 적어도 한 곳의 단부로부터 돌출될 수 있다.

한편, 인클로저의 단부와 결합하는 엔드 플레이트는 적어도 하나의 돌출부를 수용하는 적어도 하나의 수용홈을 포함할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 수용홈은 제1 또는 제2 수용홈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 1a의 경우, 제1 수용홈은 제1 엔드 플레이트(110A)에 형성되어 제1 단부(310A)로부터 돌출된 제1 돌출부를 수용하며, 제2 수용홈은 제2 엔드 플레이트(110B)에 형성되어 제2 단부(310B)로부터 돌출된 제2 돌출부를 수용한다. 이와 같이, 제1 엔드 플레이트(110A) 및 제2 엔드 플레이트(110B) 각각은 인클로저(300A)의 제1 및 제2 단부(310A, 310B)로부터 각각 돌출된 제1 및 제2 돌출부를 수용하는 제1 및 제2 수용홈을 포함할 수 있다. 이러한 수용홈은 각 엔드 플레이트(110A, 110B)의 내측부에 형성될 수 있다.

즉, 제1 엔드 플레이트(110A)의 제1 내측부(114A)는 인클로저(300A)의 제1 단부(310A)로부터 돌출된 제1 돌출부를 수용하는 제1 수용홈을 포함하고, 제2 엔드 플레이트(110B)의 제2 내측부(114B)는 인클로저(300A)의 제2 단부(310B)로부터 돌출된 제2 돌출부를 수용하는 제2 수용홈을 포함할 수 있다.

도 1b의 경우, 인클로저(300B)의 제2 단부(310B)만이 도 4에 도시된 제2 돌출부를 포함하므로, 제2 엔드 플레이트(110B)만이 제2 수용홈을 포함할 수 있다.

적어도 하나의 돌출부는 인클로저의 상부, 하부, 제1 측부 또는 제2 측부 중 적어도 한 곳으로부터 돌출될 수 있다. 이때, 실시 예에 의하면, 적어도 하나의 돌출부는 제1 내지 제3 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 돌출될 수 있다.

이하, 도 1a에 도시된 연료 전지(1000A)에서 제1 및 제2 돌출부가 인클로저(300A)의 상부(316) 및 하부(318) 각각에서 제3 방향으로 돌출된 예시를 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 따라서, 하기의 설명은 적어도 하나의 돌출부가 도 1a와 달리 인클로저의 상부, 하부, 제1 측부 또는 제2 측부 중 적어도 한 곳으로부터 엔드 플레이트를 향해 제2 또는 제3 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 돌출된 경우에도 적용될 수 있다.

제1 돌출부는 인클로저(300A)의 제1 단부(310A)의 상부, 하부, 제1 측부 또는 제2 측부 중 적어도 한 곳으로부터 제1 엔드 플레이트(110A)를 향해 돌출될 수 있다. 제2 돌출부는 인클로저(300A)의 제2 단부(310B)의 상부, 하부, 제1 측부 또는 제2 측부 중 적어도 한 곳으로부터 제2 엔드 플레이트(110B)를 향해 돌출될 수 있다.

인클로저(300A)의 제1 및 제2 단부(310A, 310B) 중 제2 단부(310B)에 배치된 제2 돌출부에 대해 도 4를 참조하여 설명하지만, 이는 인클로저(300A)의 제1 및 제2 단부(310A, 310B) 중 제1 단부(310A)에 배치된 제1 돌출부에 대해서도 적용될 수 있다.

제1 및 제2 돌출부 각각은 단수일 수도 있고 복수일 수 있다. 제2 돌출부는 제2-1 돌출부(322, 324) 및 제2-2 돌출부(332, 334)를 포함할 수 있다. 제2-1 돌출부(322, 324)는 인클로저(300A)의 제2 단부(310B)의 상부(316)로부터 제2 엔드 플레이트(110B)의 제2 내측부(114B)에 형성된 수용홈을 향해 돌출될 수 있다. 제2-2 돌출부(332, 334)는 인클로저(300A)의 제2 단부(310B)의 하부(318)로부터 제2 엔드 플레이트(110B)의 제2 내측부(114B)에 형성된 수용홈을 향해 돌출될 수 있다.

도 4의 경우, 제2-1 돌출부(322, 324)의 개수는 2개이고, 제2-2 돌출부(332, 334)의 개수는 2개로서 서로 같다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 제2-1 및 제2-2 돌출부 각각의 개수는 1개일 수도 있고, 3개 이상일 수도 있다. 또한, 제2-1 돌출부의 개수와 제2-2 돌출부의 개수는 도 4에 도시된 바와 같이 동일할 수도 있고, 이와 달리 다를 수도 있다.

또한, 제2-1 돌출부와 제2-2 돌출부가 돌출된 형상은 제2 방향과 제3 방향으로 서로 대칭일 수도 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 4에 도시된 바와 달리 제1 돌출부와 제2 돌출부가 돌출된 형상은 비대칭일 수도 있다.

제2 돌출부와 마찬가지로, 제1 돌출부도 제1-1 및 제1-2 돌출부를 포함할 수 있다. 제1-1 및 제1-2 돌출부는 제2-1 및 제2-2 돌출부와 각각 동일한 형상을 가질 수도 있고 다른 형상을 가질 수도 있다.

적어도 하나의 수용홈은 인클로저와 결합하는 엔드 플레이트에서 돌출부를 수용하도록 형성될 수 있다.

도 1a에 도시된 연료 전지(1000A)의 경우, 제1 수용홈은 제1 엔드 플레이트(110A)의 제1 내측부(114A)에 형성될 수 있으며, 제1-1 및 제1-2 수용홈(H1, H2)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 수용홈은 제2 엔드 플레이트(110B)의 제2 내측부(114B)에 형성될 수 있으며, 제2-1 및 제2-2 수용홈을 포함할 수 있다.

예를 들어, 제1-1 수용홈(H1)은 제1 엔드 플레이트(110A)의 제1 내측부(114A)에 형성되어 인클로저(300A)의 제1 단부(310A)로부터 돌출된 제1-1 돌출부를 수용할 수 있다. 제1-2 수용홈(H2)은 제1 내측부(114A)에 형성되어 인클로저(300A)의 제1 단부(310A)로부터 돌출된 제1-2 돌출부를 수용할 수 있다. 또한, 제2-1 수용홈은 제2 엔드 플레이트(110B)의 제2 내측부(114B)에 형성되어 인클로저(300A)의 제2 단부(310B)로부터 돌출된 제2-1 돌출부를 수용하고, 제2-2 수용홈은 제2 내측부(114B)에 형성되어 인클로저(300A)의 제2 단부(310B)로부터 돌출된 제2-2 돌출부를 수용할 수 있다.

예를 들어, 제1-1 돌출부 및 제1-2 돌출부 각각이 2개의 돌출부를 포함할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 엔드 플레이트(110A)의 제1 내측부(114A)에 형성된 제1-1 수용홈(H1) 및 제1-2 수용홈(H2) 각각의 개수는 2개일 수 있다. 또한, 제2-1 돌출부 및 제2-2 돌출부 각각이 2개의 돌출부를 포함할 경우, 제2 엔드 플레이트(110B)의 제2 내측부(114B)에 형성된 제2-1 수용홈 및 제2-2 수용홈 각각의 개수는 2개일 수 있다.

적어도 하나의 수용홈은 내측부의 가장 자리에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1-1 및 제1-2 수용홈(H1, H2) 각각은 제1 내측부(114A)의 가장 자리에 형성되고, 제2-1 및 제2-2 수용홈 각각은 제2 내측부(114B)의 가장 자리에 형성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 제1-1 수용홈(H1)은 제1 내측부(114A)의 가장 자리 중 상부에 형성되고, 제1-2 수용홈(H2)은 제1 내측부(114A)의 가장 자리 중 하부에 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 하나의 돌출부가 하나의 수용홈에 안착되어 고정될 수 있다.

한편, 실시 예에 의한 연료 전지(1000A, 1000B)는 외측부와 인클로저 사이에 배치된 외측 개스킷을 더 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 연료 전지(1000A)는 제1 외측 개스킷(116A) 및 제2 외측 개스킷(116B)을 모두 포함하고, 도 1b에 도시된 연료 전지(1000B)는 제2 외측 개스킷(116B)만을 포함할 수 있다.

이하, 도 1a에 도시된 연료 전지(1000A)에 포함되는 제1 외측 개스킷(116A) 및 제2 외측 개스킷(116B)에 대해 설명하지만, 제2 외측 개스킷(116B)에 대한 설명은 도 1b에 도시된 연료 전지(1000B)에 포함되는 제2 외측 개스킷에 대해서도 적용될 수 있다.

도 7a 내지 도 7f는 실시 예에 의한 제1 외측부(112A)와, 제1 내측부(114A)와, 제1 외측 개스킷(116A)과 인클로저(300A) 간의 결합을 설명하기 위한 국부적인 단면도를 나타낸다.

비록 도시되지는 않았지만, 제2 외측부(112B)와, 제2 내측부(114B)와, 제2 외측 개스킷(116B)과 인클로저(300A)도 도 7a 내지 도 7f에 도시된 바와 같이 서로 결합될 수 있다.

제1 외측 개스킷(116A)은 제1 방향으로 제1 외측부(112A)의 제1 내면(IS1)과 인클로저(300A)의 제1 단부(310A)의 외측면(OS) 사이에 배치될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 도 7b, 도 7d 및 도 7f에 각각 도시된 바와 같이 제1 외측 개스킷(116A)은 제1 내측부(114A)의 가장 자리(PS)와 접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 제1 외측 개스킷(116A)이 제1 내측부(114A)의 가장 자리(PS) 전체와 접하여 배치됨을 알 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 제1 외측 개스킷(116A)이 제1 내측부(114A)에 접하여 배치된 것처럼, 제2 외측 개스킷(116B)도 제2 내측부(114B)의 가장 자리 전체를 따라 접하여 배치될 수 있다.

다른 실시 예에 의하면, 도 7a, 도 7c 및 도 7e에 각각 도시된 바와 같이 제1 외측 개스킷(116A)은 제1 내측부(114A)의 가장 자리(PS)로부터 제2 및 제3 방향으로 소정 거리(예, 제3 방향으로 Z1)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 후술되는 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 외측 개스킷(116A)이 제1 내측부(114A)의 가장 자리(PS) 전체와 이격되어 배치됨을 알 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 제1 외측 개스킷(116A)이 제1 내측부(114A)와 이격되어 배치된 것처럼, 제2 외측 개스킷(116B)도 제2 내측부(114B)의 가장 자리로부터 소정 거리만큼 제2 및 제3 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 달리, 제1 외측 개스킷(116A)은 제1 내측부(114A)의 가장 자리(PS) 전체로부터 제2 및 제3 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.

또한, 도 7a 및 도 7b에 도시된 제1 외측 개스킷(116A)은 제1 외측부(112A)의 제1 내면(IS1) 또는 인클로저(300A)의 외측면(OS)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 외측 개스킷(116A)은 인클로저(300A)의 외측면(OS)과 제1 방향으로 마주하는 제1 외측부(112A)의 제1 내면(IS1)에 배치될 수도 있고, 제1 외측부(112A)의 제1 내면(IS1)과 제1 방향으로 마주하는 인클로저(300A)의 외측면(OS)에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 제1 외측 개스킷(116A)은 제1 내면(IS1) 또는 외측면(OS)에 접착제(미도시)에 의해 부착될 수도 있다.

또한, 외측부의 내면은 제1 홈(h1)을 포함하고, 외측 개스킷의 적어도 일부가 제1 홈(h1)에 삽입되어 고정될 수 있다. 외측 개스킷의 제1 방향으로의 두께는 제1 홈(h1)의 제1 방향으로의 깊이보다 클 수 있다. 이는, 외측 개스킷이 제1 홈(h1)에 부분적으로 삽입됨을 의미한다. 제1 홈(h1)은 외측부의 내면에서 인클로저(300A)의 외측면과 마주하는 부분에 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 7c 및 도 7d를 참조하면, 제1 외측 개스킷(116A)의 일부가 제1 홈(h1)에 부분적으로 삽입될 수 있다. 제1 외측 개스킷(116A)의 제1 방향으로의 두께(X31)는 제1 홈(h1)의 제1 방향으로의 깊이(X41)보다 클 수 있다.

다른 례로서, 인클로저의 외측면은 제2 홈(h2)을 포함하고, 외측 개스킷의 적어도 일부가 제2 홈(h2)에 삽입되어 고정될 수 있다. 외측 개스킷의 제1 방향으로의 두께는 제2 홈(h1)의 제1 방향으로의 깊이보다 클 수 있다. 이는, 외측 개스킷이 제2 홈(h2)에 부분적으로 삽입됨을 의미한다. 제2 홈(h2)은 인클로저(300A)의 외측면에서 외측부의 내면과 마주하는 부분에 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 7e 및 도 7f를 참조하면, 제1 외측 개스킷(116A)의 일부가 제2 홈(h2)에 부분적으로 삽입될 수 있다. 제1 외측 개스킷(116A)의 제1 방향으로의 두께(X31)는 제2 홈(h2)의 제1 방향으로의 깊이(X42)보다 클 수 있다.

제1 및 제2 외측 개스킷(116A, 116B) 각각은 수지와 같은 절연성 물질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 외측 개스킷(116A, 116B) 각각은 고무 또는 플라스틱으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 제1 및 제2 외측 개스킷(116A, 116B) 각각의 특정한 재질에 국한되지 않는다.

도 8은 도 1a에 도시된 연료 전지(1000A)에서 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B), 제1 외측 개스킷(116A), 제2 외측 개스킷(116B) 및 인클로저(300A)만의 국부적인 단면도를 나타낸다.

실시 예에 의하면, 도 4 및 도 8에 도시된 바와 같이 인클로저(300A)는 제1 방향으로 길이(X1)를 갖는다. 이때, 제1 엔드플레이트(110A)의 제1 외측부(112A)의 제1 내면(IS1)과 제2 엔드 플레이트(110B)의 제2 외측부(112B)의 제2 내면(IS2)은 제1 방향으로 간격(X2)만큼 이격되어 있다. 실시 예에 의하면, 길이(X1)는 간격(X2)보다 작을 수 있다. 왜냐하면, 간격(X2)에 의해 형성되는 공간에 인클로저(300A)뿐만 아니라 제1 및 제2 외측 개스킷(116A, 116B)이 배치되기 때문이다. 즉, 도 8을 참조하면, 간격(X2)과 길이(X1)는 다음 수학식 2와 같은 관계를 가질 수 있다.

여기서, X31은 제1 외측 개스킷(116A)의 제1 방향으로의 두께를 나타내고, X32는 제2 외측 개스킷(116B)의 제1 방향으로의 두께를 나타낸다.

도 9a 및 도 9b는 실시 예에 의한 돌출부와 수용홈 간의 분해 단면도이다. 도 9a 및 도 9b 각각에서, P는 전술한 인클로저의 돌출부를 나타내고, H는 전술한 내측부의 수용홈을 나타낸다.

돌출부(P)는 다양한 단면 형상을 가질 수 있으며, 수용홈(H)은 돌출부(P)의 형상에 상응하는 단면 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 도 9a에 도시된 바와 같이, 돌출부(P)는 ‘U’자 형태로 돌출되고, 수용홈(H)은 U자 형태로 패일 수 있다.

또는, 도 9b에 도시된 바와 같이, 돌출부(P)는 사각형 형태로 돌출되고, 수용홈(H)은 사각형 형태로 패일 수 있다.

그러나, 돌출부 및 수용홈 각각의 형상은 도 9a 및 도 9b에 도시된 형상과 다른 형상을 가질 수도 있으며, 실시 예는 돌출부 및 수용홈의 특정한 형상에 국한되지 않는다.

제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B) 각각에 포함된 외측부 및 내측부 각각의 재질은 다양할 수 있다.

수용홈과 돌출부 사이의 결합력을 향상시키거나 이들의 전기적 절연을 위해, 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B)의 재질이 결정될 수 있다.

만일, 인클로저(300A)의 돌출부가 전도성 물질을 포함할 경우, 이 돌출부를 수용하는 내측부에서 수용홈이 형성된 부분은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2-1 돌출부(322, 324)가 전도성 물질을 포함할 경우, 제2-1 돌출부(322, 324)를 수용하는 제2 내측부(114B)에서 제2-1 수용홈(H1)이 형성된 부분은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2-2 돌출부(332, 334)가 전도성 물질을 포함할 경우, 제2-2 돌출부(332, 334)를 수용하는 제2 내측부(114B)에서 제2-2 수용홈(H2)이 형성된 부분은 절연성 물질을 포함할 수 있다.

일반적으로, 인클로저(300A, 300B)는 금속 예를 들어, 알루미늄으로 구현될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 내측부(114A, 114B)에서 인클로저(300A)의 전도성을 갖는 돌출부와 결합하는 수용홈이 형성된 부분이 절연성 물질 예를 들어, 수지로 구현될 경우, 돌출부(예, 322, 324, 332, 334)와 수용홈(예, H1, H2) 간의 결합력이 개선될 수 있다.

또한, 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B)는 셀 스택(122)의 내부 면압에 견디기 위해 고강성 물질로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 그(110A, 110B)의 적어도 일부가 금속 재질을 기계 가공하여 구현될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 제1 및 제2 외측부(112A, 112B) 및 제1 및 제2 내측부(114A, 114B) 모두는 금속을 포함할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 외측부(112A, 112B) 및 제1 및 제2 내측부(114A, 114B) 각각의 재질은 금속일 수 있다. 이 경우, 제1 외측부(112A)와 제1 내측부(114A)는 금속 일체로 사출될 수 있고, 제2 외측부(112B)와 제2 내측부(114B)는 금속 일체로 사출될 수 있다. 반면에, 제1 외측 개스킷(116A)은 제1 외측부(112A) 및 제1 내측부(114A)와 별개이고, 제2 외측 개스킷(116B)은 제2 외측부(112B) 및 제2 내측부(114B)와 별개일 수 있다.

다른 실시 예에 의하면, 제1 외측부(112A) 및 제2 외측부(112B) 각각은 금속을 포함하고, 제1 내측부(114A)는 절연성 물질을 포함할 수 있다. 즉, 제1 외측부(112A) 및 제2 외측부(112B) 각각의 재질은 금속이고, 제1 내측부(114A)의 재질은 절연성 물질일 수 있다. 만일, 제1 내측부(114A)가 제1 외측 개스킷(116A)과 동일한 재질 예를 들어 수지로 구현될 경우, 제1 외측 개스킷(116A)은 제1 내측부(114A)와 일체일 수 있다. 또한, 제2 내측부(114B)가 제2 외측 개스킷(116B)과 동일한 재질 예를 들어 수지로 구현될 경우, 제2 외측 개스킷(116B)은 제2 내측부(114B)와 일체일 수 있다.

또 다른 실시 예에 의하면, 외측부는 몸체 및 껍질을 포함할 수 있다. 몸체(B)는 금속을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 껍질은 몸체의 외면 중 몸체의 내면을 포함하여 적어도 일부에 배치되고 절연성을 가질 수 있다.

이해를 돕기 위해, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1 외측부(112A)의 몸체(B)는 금속을 포함하고, 제1 내측부(114A)와 대면하는 내면(BS1)을 포함할 수 있다. 제1 외측부(112A)의 적어도 하나의 껍질은 몸체(B)의 외면(BS: BS1, BS2) 중 몸체(B)의 내면(BS1)을 포함하여 적어도 일부에 배치될 수 있다. 도 7a 및 도 7b의 경우, 적어도 하나의 껍질이 제1 및 제2 껍질(S1, S2)을 모두 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 적어도 하나의 껍질은 제2 껍질(S2)만을 포함하고, 제1 껍질(S1)은 생략될 수 있다. 만일, 제2 껍질(S2)과 제1 외측 개스킷(116A)이 동일한 재질 예를 들어 수지로 구현될 경우, 제1 외측 개스킷(116A)은 제2 껍질(S2)과 일체일 수도 있다.

전술한 바와 같이, 외측 개스킷은 껍질 또는 내측부 중 적어도 하나와 일체일 수 있다.

제1 외측부(112A)의 물질과 제2 외측부(112B)의 물질은 서로 다를 수도 있고, 서로 동일할 수도 있다. 또한, 제1 내측부(114A)의 물질과 제2 내측부(114B)의 물질은 서로 다를 수도 있고, 서로 동일할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 제1 외측부(112A)의 재질과 제1 내측부(114A)의 재질은 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있으며, 제2 외측부(112B)의 재질과 제2 내측부(114B)의 재질은 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

전술한 제1 내지 제3 내측 개스킷(232, 234, 236)은 셀 스택(122) 내에서 유체인 반응 가스와 냉각수의 기밀, 수밀, 방진을 유지하는 역할을 한다. 예를 들어, 제1 및 제2 분리판(242, 244)은 환원가스와 산화가스 및 냉각수가 서로 섞이지 않도록 기밀성이나 액밀성이 요구된다. 기밀성을 확보하고자 제1 및 제2 분리판(242, 244)의 표면에 제1 내지 제3 내측 개스킷(232, 234, 236)을 적용하여 유체의 기밀을 유지하며, 면압 유지 역할도 수행하게 된다.

반면에, 제1 및 제2 외측 개스킷(116A, 116B)은 외부로부터 연료 전지(1000A) 내부의 기밀, 수밀, 방진을 유지하는 역할을 한다.

또한, 제1 및 제2 외측부(112A, 112B) 각각은 도 5에 도시된 바와 같이 제1 결합부(C1)를 포함하고, 인클로저(300A)는 도 4에 도시된 바와 같이 제2 결합부(C2)를 포함할 수 있다. 제1 결합부(C1)는 제1 및 제2 외측부(112A, 112B)의 가장 자리에 배치될 수 있고, 제2 결합부(C2)는 인클로저(300A)의 가장 자리에서 제1 결합부(C1)와 연통하도록 형성될 수 있다.

예를 들어, 제1 또는 제2 결합부(C1, C2) 중 적어도 하나는 제1 방향으로 관통된 관통홀 또는 블라인드 홀 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 연료 전지(1000A)는 제1 결합부(C1)와 제2 결합부(C2)를 도 1a에 도시된 바와 같이 체결하는 제2 파스너(F2)를 더 포함할 수 있다.

도 1a, 도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 결합부(C1), 제2 결합부(C2) 및 제2 파스너(F2) 각각의 개수는 28개일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 제2 결합부(C2)가 배치되는 결합 돌출부(CP)는 인클로저(300A)의 제1 측부(312), 제2 측부(314), 상부(316) 또는 하부(318) 중 적어도 한 곳에 위치할 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 결합부(C2) 중 일부는 제1 및 제2 측부(312, 314) 자체에 각각 배치되는 반면, 제2 결합부(C2) 중 나머지는 인클로저(300A)의 상부(316) 및 하부(318) 각각에 형성된 결합 돌출부(CP)에 배치될 수도 있다. 결합 돌출부(CP) 중 일부는 인클로저(300A)의 상부(316)로부터 위쪽으로 돌출되고, 결합 돌출부(CP) 중 나머지는 인클로저(300A)의 하부(318)로부터 아래로 돌출되어 제2 결합부(C2) 중 나머지가 배치되는 영역을 형성할 수 있다.

제1 결합부(C1)와 제2 결합부(C2)의 결합력에 의해 제1 방향으로 셀 스택(122)의 체결력이 증가하여, 셀 스택(122)의 체결압이 유지될 수 있다.

한편, 연료 전지(1000A)를 제조하는 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 개략적으로 설명한다. 이하, 도 1a에 도시된 연료 전지(1000A)의 제조 방법에 대해서만 설명하지만, 하기의 설명은 도 1b에 도시된 연료 전지(1000B)의 제조 방법에도 변형하여 적용될 수 있다.

도 10은 연료 전지(1000A)를 제조할 때 사용되는 가이드 부재(G1, G2, G3, G4) 및 가이드 지지 홀(GH1 내지 GH8)을 설명하기 위한 연료 전지(1000A)의 사시도를 나타낸다. 가이드 부재(G1, G2, G3, G4)를 설명하기 위해, 도 10에서 인클로저(300A)의 도시는 생략된다.

제1 엔드 플레이트(110A)의 제1 외측부(112A) 및 제2 엔드 플레이트(110B)의 제2 외측부(112B) 각각은 복수의 가이드 지지 홀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 외측부(112A)는 그(112A)의 가장 자리에 배치된 제1 내지 제4 가이드 지지 홀(GH1 내지 GH4)을 포함하고, 제2 외측부(112B)는 그(112B)의 가장 자리에 배치된 제5 내지 제8 가이드 지지 홀(GH5 내지 GH8)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 외측부(112A, 112B) 각각에서 가이드 지지 홀의 개수가 4개인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 제1 및 제2 외측부(112A, 112B) 각각에 형성된 가이드 지지 홀의 개수에 국한되지 않는다. 또한, 가이드 지지 홀의 개수는 수용홀의 개수와 동일할 수도 있다.

먼저, 제1 내지 제4 가이드 지지 홀(GH1 내지 GH4)을 갖는 제1 외측부(112A)를 준비하고, 제1 내지 제4 가이드 지지 홀(GH1 내지 GH4) 각각에 가이드 부재(G1 내지 G4)를 결합한다. 이와 같이, 제1 내지 제4 가이드 지지 홀(GH1 내지 GH4) 각각은 가이드 부재(G1 내지 G4)를 수용하여 지지하는 역할을 한다. 따라서, 제1 내지 제4 가이드 지지 홀(GH1 내지 GH4) 각각은 블라인드 홀(blind hole)일 수도 있고, 도시된 바와 같이 제1 방향으로 관통된 관통 홀일 수도 있다.

이때, 가이드 부재(G1 내지 G4)의 개수가 4개인 것으로 도시되어 있으나, 실시 예는 가이드 부재(G1 내지 G4)의 특정한 개수에 국한되지 않으며, 3개 이하 또는 5개 이상일 수 있다.

이후, 제1 내지 제4 가이드 부재(G1 내지 G4)에 의해 가이드되어 복수의 단위 셀(122-1 내지 122-N)을 제1 방향으로 적층한다. 복수의 단위 셀을 적층하는 과정에서 제1 방향과 교차하는 제2 및 제3 방향으로 단위 셀을 부풀어 오를 수 있다. 이를 방지하기 위해, 강성 부재(미도시)를 제1 내지 제4 가이드 부재(G1 내지 G4)의 홈(402, 412, 422)에 끼울 수 있다. 즉, 홈(402, 412, 422)에 끼워진 강성 부재에 의해, 복수의 단위 셀을 적층하는 과정에서 제1 방향과 교차하는 제2 및 제3 방향으로 단위 셀을 부풀어 오르는 현상을 막을 수 있다.

이후, 복수의 단위 셀(122-1 내지 122-N) 중 마지막으로 적층된 단위 셀(122-N) 위에 제2 엔드 플레이트(110B)를 적층한다. 복수의 단위 셀(122-1 내지 122-N)을 적층하는 동안 복수의 단위 셀(122-1 내지 122-N)이 제1 방향으로 일정하게 정렬되도록 하기 위해, 노치 라인(NL1, NL2)을 이용한다. 즉, 노치 라인(NL1, NL2)은 복수의 단위 셀을 적층하는 기준으로서, 가이드 부재는 노치 라인(NL1, NL2)과 일렬로 정렬될 수 있다.

이후, 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B) 사이에 적층된 복수의 단위 셀(122-1 내지 122-N)을 가압한다.

이후, 가이드 부재(G1 내지 G4)를 제거하고, 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 100B)에 인클로저(300A)를 체결한다.

도 2를 참조하면, 제1 내지 제4 가이드 지지홀(GH1 내지 GH4)은 제1 외측부(112A)의 가장 자리에 배치되고, 제1 내측부(114A)에 형성된 수용홈(H1, H2)과 각각 제1 방향으로 적어도 일부가 중첩할 수 있다. 즉, 제1 가이드 지지홀(GH1)은 제1 내측부(114A)에 형성된 제1-1 수용홈(H1) 중 하나와 제1 방향으로 중첩하고, 제2 가이드 지지홀(GH2)은 제1 내측부(114A)에 형성된 제1-1 수용홈(H1) 중 다른 하나와 제1 방향으로 중첩하고, 제3 가이드 지지홀(GH3)은 제1 내측부(114A)에 형성된 제1-2 수용홈(H2) 중 하나와 제1 방향으로 중첩하고, 제4 가이드 지지홀(GH4)은 제1 내측부(114A)에 형성된 제1-2 수용홈(H2) 중 다른 하나와 중첩될 수 있다.

제5 내지 제8 가이드 지지홀(GH5 내지 GH8)은 제2 외측부(112B)의 가장 자리에 배치되고, 제1 방향으로 제2 내측부(114B)에 형성된 제2 수용홈과 각각 중첩할 수 있다.

복수의 가이드 지지 홀(GH1 내지 GH8) 각각은 셀 스택(122)에 표시된 노치 라인(Notch line)(NL1, NL2)으로부터 제1 방향으로 연장된 가상의 연장선 상에 위치할 수 있다.

예를 들어, 도 2를 참조하면, 복수의 가이드 지지 홀(GH1, GH5)은 셀 스택(122)에 표시된 제1 노치 라인(NL1)으로부터 제1 방향으로 연장된 가상의 제1 연장선(①) 상에 위치할 수 있다. 또한, 복수의 가이드 지지 홀(GH2, GH6)은 셀 스택(122)에 표시된 제2 노치 라인(NL2)으로부터 제1 방향으로 연장된 가상의 제2 연장선(②) 상에 위치할 수 있다. 또한, 복수의 가이드 지지 홀(GH3, GH7)은 셀 스택(122)에 표시된 제3 노치 라인(미도시)으로부터 제1 방향으로 연장된 가상의 제3 연장선(③) 상에 위치할 수 있다. 또한, 복수의 가이드 지지 홀(GH4, GH8)은 셀 스택(122)에 표시된 제4 노치 라인(미도시)으로부터 제1 방향으로 연장된 가상의 제4 연장선(④) 상에 위치할 수 있다.

전술한 제1 내지 제4 연장선(①, ②, ③, ④)은 수용홈을 각각 관통함을 알 수 있다.

또한, 도 4, 도 6 및 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 돌출부(P)가 수용홈(H)에 제3 방향으로 삽입된다고 할 때, 제3 방향 및 제1 방향 각각과 교차하는 제2 방향으로 제1 내지 제8 가이드 지지홀(GH1 내지 GH8) 각각은 제1 폭(W1)을 갖고, 제2 방향으로 수용홈(H: H1, H2) 각각은 제2 폭(W2)을 갖고, 제2 방향으로 돌출부 각각(P)은 제3 폭을 갖는다. 이때, 제1 내지 제3 폭(W1, W2, W3)은 다음 수학식 2와 같은 관계를 갖는다.

또한, 실시 예에 의한 연료 전지(1000A, 1000B)는 전술한 바와 같이 하나의 셀 스택(122)을 포함할 수도 있고, 전술한 바와 달리 셀 적층 방향인 제1 방향과 수직인 제3 방향으로 적층된 2개의 수직으로 적층된 셀 스택을 포함할 수 있다. 이와 같이 2개의 셀 스택을 포함하는 실시 예에 의한 연료 전지는 2개의 셀 스택으로의 유체의 흐름을 제어하는 매니폴드 블럭을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 매니폴드 블럭은 도 1에 도시된 제2 엔드 플레이트(110B)의 외부에 장착될 수 있다.

이하, 비교 례 및 실시 예에 의한 연료 전지를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.

도 11은 비교 례에 의한 연료 전지(10)의 분해 사시도를 나타낸다.

도 11에 도시된 비교 례에 의한 연료 전지(10)는 인클로저(30, 32, 34) 및 발전부로 구성된다. 인클로저(30, 32, 34)는 상단 커버(30), 사이드 커버(32) 및 하단 커버(34)로 구성되며, 발전부를 연료 전지(10)의 외부로부터 보호하는 역할을 한다.

발전부는 셀 스택(22), 셀 스택(22)의 양쪽에 배치되는 엔드 플레이트(EP) 및 체결바(42)를 포함한다. 도 11에서 셀 스택(22)은 도 3에 도시된 셀 스택(122)과 동일한 역할을 수행하며, 엔드 플레이트(EP)는 실시 예에 의한 엔드 플레이트(112A, 112B)와 동일한 역할을 수행하며, 매니폴드(M)를 포함할 수 있다.

단위 셀이 복수로 적층되어진 셀 스택(22)을 엔드 플레이트(EP) 사이에 위치 시킨 후 체결 하중을 인가하여 셀 스택(22)을 압축한다, 셀 스택(22)이 압축된 상태에서 체결바(42)를 끼우고, 볼트를 조임으로서 엔드 플레이트(EP) 사이의 공간에 위치한 셀 스택(22)이 압축된 상태로 체결력을 유지할 수 있다.

또한, 도 11에 도시된 바와 달리 비교 례에 의한 연료 전지(10)가 셀 적층 방향인 제1 방향과 수직인 제3 방향으로 적층된 2개의 셀 스택을 포함할 경우, 연료 전지(10)는 2개의 셀 스택으로 유체의 흐름을 제어하는 매니폴드 블럭을 더 포함할 수 있다. 이러한 비교 례에 의한 연료 전지에서 셀 스택(22)으로의 반응기체 및 냉각수의 입출입과 절연과 셀 스택(22)의 보호 및 수밀 등의 기능은 셀 스택을 둘러싸고 조립되는 매니폴드 블록과 인클로저에 의해서 유지된다.

비교 례의 경우, 스택 셀(22)의 체결압은 엔드 플레이트(EP)와 체결바(42)를 통하여 유지가 되며, 외부로부터 연료 전지(10)의 방수 및 방진은 인클로저(30)의 상단부와 사이드 커버(32) 간에 배치된 개스킷과 인클로저(30)의 상단부와 매니폴드 블럭 사이에 배치된 개스킷에 의해 유지될 수 있다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 비교 례에 의한 연료 전지(10)의 경우, 셀 스택(22)의 체결력을 유지하기 위해 체결 바(42)가 요구되고, 기밀, 수밀, 방진을 위해 사이드 부재(32)와 상단부(30)가 결합되어야 하므로, 구성이 복잡해질 수 있다. 즉, 외부로부터 발전부를 보호하기 위해, 발전부의 외곽을 둘러싸는 형태로 개스킷을 이용하여 인클로저(30, 32, 34)를 밀봉해야 하므로, 연료 전지의 크기가 커지고, 스택 조립에 따른 공차 수준이 커질 수 있다.

반면에, 실시 예에 의한 연료 전지의 경우, 별도의 체결바(42)를 이용하지 않고, 제1 및 제2 결합부(C1, C2)와 파스너(F2)를 이용하여 제1 및 제2 엔드 플레이트(110A, 110B)와 인클로저(300A)를 결합시켜 셀 스택(122)의 체결력을 유지할 수 있다. 또한, 실시 예에 의한 연료 전지의 경우, 사이드 커버(32)의 역할을 엔드 플레이트가 수행할 수 있고, 외부와 연료 전지 간의 방수 및 방진 기능을 수행하는 제1 및 제2 외측 개스킷(116A, 116B)을 제1 및 제2 내측부(114A, 114B)의 주변에서 배치한다.

이와 같이, 실시 예에 의한 연료 전지의 경우 셀 스택의 체결을 위한 구조와, 방수, 방진 및 기밀을 위한 구조가 통합되고 일체화됨으로써, 비교 례에 의한 연료 전지 대비, 실시 예에 의한 연료 전지는 요구되는 부품의 개수가 작아지고, 중량이 저감되며, 제조에 따른 공수가 줄어들 수 있다.

또한, 외측부(112A, 112B)를 금속 재질로 구현하여, 엔드 플레이트(110A, 110B)가 가져야 할 강성은 유지하면서도, 금속 재질인 인클로저(300A)의 돌출부와 결합하는 수용홈이 형성된 제1 및 제2 내측부(114A, 114B)를 절연성 물질로 구현하여, 제1 및 제2 내측 개스킷(114A, 114B)과 인클로저(300A)의 복수의 돌출부 간의 결합력이 개선될 수 있다.

또한, 실시 예의 경우, 제1 및 제2 내측부(114A, 114B)와 제1 및 제2 외측 개스킷(116A, 116B)을 동일한 재질로 구현하여, 제1 및 제2 내측부(114A, 114B)와 제1 및 제2 외측 개스킷(116A, 116B)을 일체화하고, 제1 및 제2 외측부(112A, 112B)의 제2 껍질(S2)을 제1 및 제2 외측 개스킷(116A, 116B)과 동일한 재질로 구현하여, 제2 껍질(S2)과 제1 및 제2 외측 개스킷(116A, 116B)을 일체화함으로써, 연료 전지의 전체 크기를 줄이면서도 우수한 수밀, 기밀 및 방진 기능을 가질 수 있다.

또한, 가이드 부재(G1 내지 G8)가 끼워지는 가이드 지지 홀(GH1 내지 GH8)이 노치 라인(NL1, NL2)과 연장선(①, ②, ③, ④) 상에 위치함으로써, 셀 스택(122)의 정렬도가 우수해질 수 있다.

전술한 다양한 실시 예들은 본 발명의 목적을 벗어나지 않고, 서로 상반되지 않은 한 서로 조합될 수도 있다. 또한, 전술한 다양한 실시 예들 중에서 어느 실시 예의 구성 요소가 상세히 설명되지 않은 경우 다른 실시 예의 동일한 참조부호를 갖는 구성 요소에 대한 설명이 준용될 수 있다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1000A, 1000B: 연료 전지

Claims

복수의 단위 셀이 제1 방향으로 적층된 셀 스택;
상기 셀 스택의 양 측단에 각각 배치된 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트; 및
상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트 중 적어도 하나와 결합하여, 상기 셀 스택의 측부를 감싸는 인클로저를 포함하고,
상기 인클로저의 단부는 상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트 중 결합하는 엔드 플레이트를 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하고,
상기 인클로저의 상기 단부와 결합하는 상기 엔드 플레이트는 상기 적어도 하나의 돌출부를 수용하는 적어도 하나의 수용홈을 포함하는 연료 전지.
제1 항에 있어서,
상기 인클로저의 상기 단부는
상기 제1 엔드 플레이트와 결합하는 제1 단부; 및
상기 제2 엔드 플레이트와 결합하는 제2 단부를 포함하고,
상기 적어도 하나의 돌출부는
상기 제1 단부에 형성되고 상기 제1 엔드 플레이트를 향해 돌출된 제1 돌출부; 또는
상기 제2 단부에 형성되고 상기 제2 엔드 플레이트를 향해 돌출된 제2 돌출부 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 적어도 하나의 수용홈은
상기 제1 엔드 플레이트에 형성되고 상기 제1 돌출부를 수용하는 제1 수용홈; 또는
상기 제2 엔드 플레이트에 형성되고 상기 제2 돌출부를 수용하는 제2 수용홈 중 적어도 하나를 포함하는 연료 전지.
제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 돌출부는 U자 형태로 돌출되고,
상기 적어도 하나의 수용홈은 U자 형태로 패인 연료 전지.
제1 항에 있어서, 상기 인클로저는 복수의 세그먼트로 분할되고,
상기 적어도 하나의 돌출부는 상기 복수의 세그먼트 중 적어도 한 곳의 단부로부터 돌출된 연료 전지.
제1 항에 있어서,
상기 인클로저의 상기 단부는
상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 서로 대향하는 제1 및 제2 측부; 및
상기 제1 및 제2 방향 각각과 교차하는 제3 방향으로 서로 대향하는 상부 및 하부를 포함하고,
상기 적어도 하나의 돌출부는
상기 상부, 상기 하부, 상기 제1 측부 또는 상기 제2 측부 중 적어도 한 곳으로부터 돌출된 연료 전지.
제5 항에 있어서,
상기 인클로저의 상기 단부와 결합하는 상기 엔드 플레이트는
외측부; 및
상기 셀 스택의 최외곽 셀과 상기 외측부 사이에 배치된 내측부를 포함하고,
상기 적어도 하나의 수용홈은 상기 내측부의 가장 자리에 형성된 연료 전지.
제6 항에 있어서,
상기 인클로저의 상기 제1 방향으로의 길이는 상기 제1 엔드 플레이트의 상기 외측부의 내면과 상기 제2 엔드 플레이트의 상기 외측부의 내면 사이의 상기 제1 방향으로 이격된 간격보다 작은 연료 전지.
제6 항에 있어서,
상기 제1 방향으로 상기 외측부와 상기 인클로저 사이에 배치되는 외측 개스킷을 더 포함하는 연료 전지.
제8 항에 있어서, 상기 외측 개스킷은
상기 인클로저의 외측면과 상기 제1 방향으로 마주하는 상기 외측부의 내면에 배치되는 연료 전지.
제9 항에 있어서, 상기 외측부의 상기 내면은 상기 외측 개스킷이 삽입되는 제1 홈을 포함하는 연료 전지.
제8 항에 있어서, 상기 외측 개스킷은
상기 외측부의 상기 내면과 상기 제1 방향으로 마주하는 상기 인클로저의 외측면에 배치되는 연료 전지.
제11 항에 있어서, 상기 인클로저의 상기 외측면은 상기 외측 개스킷이 삽입되는 제2 홈을 포함하는 연료 전지.
제8 항에 있어서, 상기 외측 개스킷은 상기 내측부의 가장 자리와 접하여 배치된 연료 전지.
제8 항에 있어서, 상기 외측 개스킷은 상기 내측부의 가장 자리로부터 이격되어 배치되는 연료 전지.
제8 항에 있어서,
상기 외측부 및 상기 내측부 각각은 금속을 포함하고,
상기 외측부와 상기 내측부는 일체인 연료 전지.
제8 항에 있어서,
상기 외측부는 금속을 포함하고,
상기 내측부는 상기 절연성 물질을 포함하는 연료 전지.
제16 항에 있어서, 상기 외측부는
금속을 포함하고, 상기 내측부와 대면하는 내면을 포함하는 몸체; 및
상기 몸체의 외면 중 상기 몸체의 내면을 포함하여 적어도 일부에 배치되고 절연성을 갖는 껍질을 포함하고,
상기 외측 개스킷은 상기 껍질 또는 상기 내측부 중 적어도 하나와 일체인 연료 전지.
제6 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 돌출부는 전도성 물질을 포함하고,
상기 내측부에서 상기 적어도 하나의 수용홈이 형성된 부분은 절연성 물질을 포함하는 연료 전지.
제6 항에 있어서,
파스너(fastner)를 더 포함하고,
상기 외측부는 제1 결합부를 포함하고,
상기 인클로저는 상기 파스너에 의해 상기 제1 결합부와 체결되는 제2 결합부를 포함하고,
상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부의 결합력에 의해 상기 제1 방향으로 상기 셀 스택의 체결력이 증가하는 연료 전지.
제6 항에 있어서, 상기 외측부는
상기 외측부의 가장 자리에 배치되며, 상기 제1 방향으로 상기 적어도 하나의 수용홈과 중첩하는 적어도 하나의 가이드 지지홀을 포함하는 연료 전지.
제20 항에 있어서,
상기 제2 방향으로 상기 적어도 하나의 가이드 지지홀은 제1 폭을 갖고,
상기 제2 방향으로 상기 적어도 하나의 수용홈은 제2 폭을 갖고,
상기 제2 방향으로 상기 적어도 하나의 돌출부는 제3 폭을 갖고,
상기 제1 내지 제3 폭은 아래와 같은 관계를 갖는 연료 전지.
W1 < W2 ≤ W3
(여기서, W1은 상기 제1 폭을 나타내고, W2은 상기 제2 폭을 나타내고, W3은 상기 제3 폭을 나타낸다.)
제20 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 가이드 지지 홀은 상기 셀 스택에 표시된 노치 라인으로부터 상기 제1 방향으로 연장된 가상의 연장선 상에 위치하는 연료 전지.