KR20230127500A - Fuel cell stack and clamp device - Google Patents

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KR20230127500A
KR20230127500A KR1020220024861A KR20220024861A KR20230127500A KR 20230127500 A KR20230127500 A KR 20230127500A KR 1020220024861 A KR1020220024861 A KR 1020220024861A KR 20220024861 A KR20220024861 A KR 20220024861A KR 20230127500 A KR20230127500 A KR 20230127500A
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우명남
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Abstract

본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로, 복수개의 단위셀을 적층하여 마련되는 반응부, 단위셀의 적층 방향을 따른 반응부의 단부를 덮도록 마련되는 엔드플레이트, 단위셀의 전압 정보를 측정하도록 제공되는 전압측정장치, 및 반응부의 둘레를 덮도록 엔드플레이트에 체결되며 전압측정장치를 지지하는 지지클램프를 포함하는 것에 의하여, 구조 및 제조 공정을 간소화하고, 제조 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to a fuel cell stack, and relates to a reaction unit provided by stacking a plurality of unit cells, an end plate provided to cover an end of the reaction unit along the stacking direction of the unit cells, and a unit cell provided to measure voltage information Advantageous effects of simplifying the structure and manufacturing process and reducing manufacturing cost can be obtained by including the voltage measuring device and a support clamp fastened to the end plate to cover the circumference of the reaction unit and supporting the voltage measuring device.

Description

연료전지 스택 및 클램프 장치{FUEL CELL STACK AND CLAMP DEVICE}Fuel cell stack and clamp device {FUEL CELL STACK AND CLAMP DEVICE}

본 발명의 실시예는 연료전지 스택 및 클램프 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 구조 및 제조 공정을 간소화하고, 제조 원가를 절감할 수 있는 연료전지 스택 및 클램프 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a fuel cell stack and a clamp device, and more particularly, to a fuel cell stack and clamp device capable of simplifying a structure and manufacturing process and reducing manufacturing cost.

연료전지 스택은, 연료(예를 들어, 수소)의 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하는 일종의 발전 장치로서, 수십 또는 수백 개의 연료전지 셀(단위 셀)을 직렬로 적층하여 구성될 수 있다.A fuel cell stack is a kind of power generation device that generates electrical energy through a chemical reaction of fuel (eg, hydrogen), and may be configured by stacking tens or hundreds of fuel cell cells (unit cells) in series.

연료전지 셀은, 수소 양이온을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막과 수소와 산소가 반응할 수 있도록 전해질막의 양쪽면에 마련된 전극(촉매전극층)이 결합된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 막전극접합체의 양면에 밀착되어 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 및 기체확산층에 밀착되며 유로를 형성하는 분리판(Bipolar plate)을 포함할 수 있다.A fuel cell is a Membrane Electrode Assembly (MEA) in which an electrolyte membrane capable of transporting hydrogen cations and electrodes (catalyst electrode layers) provided on both sides of the electrolyte membrane to allow hydrogen and oxygen to react are combined. It may include a gas diffusion layer (GDL) that adheres to both sides of the electrode assembly to evenly distribute reactive gases and transmits the generated electrical energy, and a bipolar plate that adheres to the gas diffusion layer and forms a flow path. there is.

또한, 연료전지 스택을 구성하는 복수개의 연료전지 셀의 양 끝단에는 체결부재(스트랩)를 매개로 연결되는 한 쌍의 엔드플레이트(end plate)가 마련되고, 엔드플레이트에 의해 각 연료전지 셀은 면압을 유지하도록 지지(마찰 접촉 상태를 유지)될 수 있다.In addition, a pair of end plates connected via a fastening member (strap) are provided at both ends of a plurality of fuel cell cells constituting the fuel cell stack, and each fuel cell cell is It can be supported (maintaining a frictional contact state) to maintain.

한편, 연료전지 셀의 실링(기밀) 이상 및 전해질막의 특성 저하 등으로 인해, 연료전지 셀이 정상적으로 발전되지 않을 경우에는 비정상적인 전압이 발생하게 되는데, 이를 수초간 방치하면 연료전지 스택의 영구적인 손상(고장)이 발생할 수 있으므로, 고장 초기(비정상적인 전압 발생 초기)에 이를 적시에 진단하고 연료전지 스택의 운전을 정지시킬 수 있어야 한다.On the other hand, when a fuel cell cell does not generate power normally due to abnormal sealing (airtightness) of the fuel cell and deterioration of the characteristics of the electrolyte membrane, abnormal voltage is generated. If left for several seconds, the fuel cell stack is permanently damaged ( failure) may occur, it is necessary to be able to timely diagnose the failure and stop the operation of the fuel cell stack in the early stage of the failure (early occurrence of abnormal voltage).

이를 위해, 연료전지 스택에는 각 연료전지 셀의 전압 정보를 측정하고 그 정보를 상위 제어기(예를 들어, fuel cell control unit, FCU)로 전송하는 전압측정장치(stack voltage monitor, SVM)가 장착된다.To this end, the fuel cell stack is equipped with a voltage measuring device (stack voltage monitor, SVM) that measures voltage information of each fuel cell and transmits the information to a higher controller (eg, fuel cell control unit, FCU). .

그런데, 기존에는 전압측정장치를 연료전지 스택에 장착하기 위해 별도의 지지부재(예를 들어, 마운팅 블록)를 마련하고, 지지부재를 엔드플레이트에 체결해야 함에 따라, 구조 및 제작 공정이 번거로울 뿐만 아니라, 생산성 및 생산 효율이 저하되고, 원가가 증가하는 문제점이 있다.However, conventionally, in order to mount a voltage measuring device on a fuel cell stack, a separate support member (for example, a mounting block) must be prepared and the support member must be fastened to the end plate, so that the structure and manufacturing process are cumbersome. However, there are problems in that productivity and production efficiency decrease and cost increases.

이에 따라, 최근에는 연료전지 스택의 구조 및 제조 공정을 간소화하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.Accordingly, in recent years, various studies have been conducted to simplify the structure and manufacturing process of the fuel cell stack, but it is still insufficient, and development thereof is required.

본 발명의 실시예는 구조 및 제조 공정을 간소화할 수 있는 연료전지 스택 및 클램프 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a fuel cell stack and clamp device capable of simplifying the structure and manufacturing process.

특히, 본 발명의 실시예는 별도의 지지부재를 사용하지 않고도 전압측정장치를 연료전지 스택에 체결할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In particular, an object of an embodiment of the present invention is to allow a voltage measuring device to be fastened to a fuel cell stack without using a separate support member.

또한, 본 발명의 실시예는 연료전지 스택의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있으며, 원가를 절감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, embodiments of the present invention are intended to contribute to miniaturization and weight reduction of fuel cell stacks and to reduce costs.

또한, 본 발명의 실시예는 엔드플레이트의 구조 및 제조 공정을 간소화할 수 있으며, 엔드플레이트의 구조적 강성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Further, an object of the present invention is to simplify the structure and manufacturing process of the end plate and improve the structural rigidity of the end plate.

실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.The problem to be solved in the embodiment is not limited thereto, and it will be said that the solution to the problem described below or the purpose or effect that can be grasped from the embodiment is also included.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 스택은, 복수개의 단위셀을 적층하여 마련되는 반응부, 단위셀의 적층 방향을 따른 반응부의 단부를 덮도록 마련되는 엔드플레이트, 단위셀의 전압 정보를 측정하도록 제공되는 전압측정장치, 및 반응부의 둘레를 덮도록 엔드플레이트에 체결되며 전압측정장치를 지지하는 지지클램프를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above-described objects of the present invention, a fuel cell stack is provided to cover a reaction unit provided by stacking a plurality of unit cells and an end portion of the reaction unit along the stacking direction of the unit cells. It includes an end plate, a voltage measuring device provided to measure voltage information of a unit cell, and a support clamp fastened to the end plate to cover the circumference of the reaction unit and supporting the voltage measuring device.

이는, 연료전지 스택의 구조 및 제조 공정을 간소화하고, 원가를 절감하기 위함이다.This is to simplify the structure and manufacturing process of the fuel cell stack and reduce cost.

즉, 기존에는 연료전지 셀의 전압 정보를 측정하고 그 정보를 상위 제어기로 전송하는 전압측정장치(SVM)를 연료전지 스택에 장착하기 위해 별도의 지지부재(예를 들어, 마운팅 블록)를 마련하고, 지지부재를 엔드플레이트에 체결해야 함에 따라, 구조 및 제작 공정이 번거로울 뿐만 아니라, 생산성 및 생산 효율이 저하되고, 원가가 증가하는 문제점이 있다.That is, in the past, a separate support member (eg, a mounting block) is provided to mount a voltage measuring device (SVM) that measures voltage information of a fuel cell cell and transmits the information to a higher-order controller on a fuel cell stack. , As the support member must be fastened to the end plate, the structure and manufacturing process are cumbersome, productivity and production efficiency are reduced, and cost is increased.

하지만, 본 발명의 실시예는 지지클램프가 단위셀을 체결하는 역할을 수행하면서 전압측정장치를 지지하는 지지부재의 역할을 함께 수행하도록 하는 것에 의하여, 전압측정장치를 지지하기 위한 별도의 지지부재를 마련하지 않아도 되므로, 구조 및 제조 공정을 간소화하고, 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.However, in the embodiment of the present invention, a separate support member for supporting the voltage measurement device is provided by allowing the support clamp to perform the role of the support member for supporting the voltage measurement device while performing the role of fastening the unit cell. Since there is no need to prepare, advantageous effects of simplifying the structure and manufacturing process and reducing cost can be obtained.

더욱이, 본 발명의 실시예에 따르면, 엔드플레이트에 지지부재(전압측정장치를 지지하는 지지부재)를 고정하기 위한 체결볼트를 추가적으로 체결하지 않아도 되므로(체결볼트의 체결을 위한 볼트홀을 형성하지 않아도 되므로), 엔드플레이트의 구조 및 제조 공정을 간소화할 수 있으며, 엔드플레이트의 구조적 강성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.Furthermore, according to the embodiment of the present invention, it is not necessary to additionally fasten the fastening bolts for fixing the support member (the support member for supporting the voltage measuring device) to the end plate (even without forming a bolt hole for fastening the fastening bolts). Therefore, the structure and manufacturing process of the end plate can be simplified, and advantageous effects of improving the structural rigidity of the end plate can be obtained.

지지클램프는 연료전지 스택의 기밀성(체결압)을 확보하면서 전압측정장치를 지지할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.The support clamp may be provided in various structures capable of supporting the voltage measurement device while securing airtightness (clamping pressure) of the fuel cell stack.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지지클램프는, 단위셀의 적층 방향을 따라 반응부의 외면을 덮도록 마련되며 엔드플레이트에 체결되는 클램프 바디, 클램프 바디에 연결되는 연결부, 및 연결부에 연결되며 전압측정장치가 안착되는 안착부를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the support clamp is provided to cover the outer surface of the reaction unit along the stacking direction of the unit cells, and is connected to a clamp body fastened to the end plate, a connection part connected to the clamp body, and a connection part, and measuring voltage It may include a mounting portion on which the device is seated.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연결부는 엔드플레이트에 인접하게 클램프 바디의 단부에 일체로 연결될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the connecting portion may be integrally connected to the end of the clamp body adjacent to the end plate.

이는, 전압측정장치의 하중이 연결부를 매개로 클램프 바디에 인가된다는 것에 기인한 것으로, 연결부가 엔드플레이트에 인접한 클램프 바디의 단부(휨 변형에 대해 저항할 수 있는 높은 강성을 갖는 클램프 바디의 단부)에 연결되도록 하는 것에 의하여, 전압측정장치의 하중에 의한 클램프 바디의 휨 변형을 최소화하고, 전압측정장치의 배치 상태를 보다 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.This is due to the fact that the load of the voltage measuring device is applied to the clamp body through the connecting portion, and the connecting portion is the end of the clamp body adjacent to the end plate (the end of the clamp body having high rigidity capable of resisting bending deformation). By being connected to, it is possible to obtain an advantageous effect of minimizing the bending deformation of the clamp body due to the load of the voltage measuring device and maintaining the arrangement state of the voltage measuring device more stably.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 안착부는 전압측정장치를 마주하는 반응부의 측면에 대해 경사진 경사안착면을 제공하고, 전압측정장치는 반응부의 측면에 대해 경사지게 경사안착면에 안착될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the seating portion provides an inclined seating surface inclined with respect to the side of the reaction unit facing the voltage measuring device, and the voltage measuring device can be seated on the inclined seating surface inclined with respect to the side surface of the reaction unit.

이와 같이, 전압측정장치가 반응부에 대해 경사지게 배치되도록 하는 것에 의하여, 각 단위셀과 제어부를 전기적으로 연결하는 신호배선의 배치 공간을 확보하면서, 전압측정장치가 차지하는 공간을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by arranging the voltage measuring device to be inclined with respect to the reaction unit, an advantageous effect of minimizing the space occupied by the voltage measuring device can be obtained while securing an arrangement space for signal wires electrically connecting each unit cell and the control unit. can

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 스택은, 지지클램프와 개별적으로 반응부의 둘레를 덮도록 엔드플레이트에 체결되는 체결클램프를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell stack may include a support clamp and a fastening clamp fastened to the end plate to individually cover the circumference of the reaction unit.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지지클램프는 반응부의 측면의 둘레를 덮도록 엔드플레이트의 길이 방향을 따른 단부에 체결되고, 체결클램프는 반응부의 상면 또는 저면 중 적어도 어느 하나의 둘레를 덮도록 엔드플레이트의 폭 방향을 따른 단부에 체결될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the support clamp is fastened to an end along the longitudinal direction of the end plate to cover the circumference of the side surface of the reaction unit, and the fastening clamp is end plated to cover the circumference of at least one of the upper or lower surface of the reaction unit. It may be fastened to an end portion along the width direction of the plate.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 스택은, 지지클램프와 개별적으로 반응부의 측면의 둘레를 덮도록 엔드플레이트에 체결되는 보강클램프를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell stack may include a support clamp and a reinforcing clamp fastened to the end plate to individually cover the circumference of the side of the reaction unit.

이와 같이, 보강클램프와 지지클램프가 반응부의 측면의 둘레를 함께 감싸며 각 단위셀에 상호 협조적으로 체결압을 인가하도록 하는 것에 의하여, 각 단위셀의 기밀 성능을 안정적으로 유지할 수 있고, 단위셀에 인가되는 체결압(체결하중)이 특정 부위에 집중되는 것을 억제함으로써 체결압에 의한 연료전지 셀의 변형 및 손상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by allowing the reinforcing clamp and the support clamp to wrap around the circumference of the side surface of the reaction unit and mutually cooperatively apply clamping pressure to each unit cell, it is possible to stably maintain the airtight performance of each unit cell, and to apply to the unit cell It is possible to obtain an advantageous effect of minimizing deformation and damage of the fuel cell due to the fastening pressure by suppressing the concentration of the fastening pressure (fastening load) on a specific part.

본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 복수개의 단위셀을 적층하여 마련되는 반응부, 단위셀의 적층 방향을 따른 반응부의 단부를 덮도록 마련되는 엔드플레이트, 및 단위셀의 전압 정보를 측정하는 전압측정장치를 포함하는 연료전지 스택용 클램프 장치는, 반응부의 둘레를 덮도록 엔드플레이트에 체결되며, 전압측정장치를 지지하는 지지클램프를 포함한다.According to another preferred field of the present invention, a reaction unit prepared by stacking a plurality of unit cells, an end plate provided to cover the end of the reaction unit along the stacking direction of the unit cells, and a voltage measurement for measuring voltage information of the unit cells A clamp device for a fuel cell stack including the device includes a support clamp fastened to an end plate to cover a circumference of a reaction unit and supporting a voltage measuring device.

본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 지지클램프는, 단위셀의 적층 방향을 따라 반응부의 외면을 덮도록 마련되며 엔드플레이트에 체결되는 클램프 바디, 클램프 바디에 연결되는 연결부, 및 연결부에 연결되며, 전압측정장치가 안착되는 안착부를 포함할 수 있다.According to another preferred field of the present invention, the support clamp is provided to cover the outer surface of the reaction unit along the stacking direction of the unit cells and is connected to a clamp body fastened to the end plate, a connection part connected to the clamp body, and a connection part, and a voltage It may include a seating portion on which the measuring device is seated.

본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 연결부는 엔드플레이트에 인접하게 클램프 바디의 단부에 일체로 연결될 수 있다.According to another preferred aspect of the present invention, the connecting portion may be integrally connected to the end of the clamp body adjacent to the end plate.

본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 안착부는 전압측정장치를 마주하는 반응부의 측면에 대해 경사진 경사안착면을 제공하고, 전압측정장치는 반응부의 측면에 대해 경사지게 경사안착면에 안착될 수 있다.According to another preferred aspect of the present invention, the seating portion provides an inclined seating surface inclined with respect to the side of the reaction unit facing the voltage measuring device, and the voltage measuring device may be seated on the inclined seating surface inclined with respect to the side surface of the reaction unit.

본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 지지클램프와 개별적으로 반응부의 둘레를 덮도록 엔드플레이트에 체결되는 체결클램프를 포함할 수 있다.According to another preferred aspect of the present invention, a fastening clamp fastened to the end plate so as to cover the circumference of the reaction unit separately from the support clamp may be included.

본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 지지클램프는 반응부의 측면의 둘레를 덮도록 엔드플레이트의 길이 방향을 따른 단부에 체결되고, 체결클램프는 반응부의 상면 또는 저면 중 적어도 어느 하나의 둘레를 덮도록 엔드플레이트의 폭 방향을 따른 단부에 체결될 수 있다.According to another preferred aspect of the present invention, the support clamp is fastened to an end along the longitudinal direction of the end plate so as to cover the circumference of the side surface of the reaction unit, and the fastening clamp is end plated to cover the circumference of at least one of the upper or lower surface of the reaction unit. It may be fastened to an end portion along the width direction of the plate.

본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 지지클램프와 개별적으로 반응부의 측면의 둘레를 덮도록 엔드플레이트에 체결되는 보강클램프를 포함할 수 있다.According to another preferred aspect of the present invention, a reinforcing clamp fastened to the end plate so as to cover the circumference of the side of the reaction unit separately from the support clamp may be included.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 구조 및 제조 공정을 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, advantageous effects of simplifying the structure and manufacturing process can be obtained.

특히, 본 발명의 실시예에 따르면 별도의 지지부재를 사용하지 않고도 전압측정장치를 연료전지 스택에 안정적으로 체결하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In particular, according to an embodiment of the present invention, it is possible to obtain an advantageous effect of stably fastening the voltage measurement device to the fuel cell stack without using a separate support member.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 연료전지 스택의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있으며, 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to contribute to miniaturization and weight reduction of a fuel cell stack, and advantageous effects of cost reduction can be obtained.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 엔드플레이트의 구조 및 제조 공정을 간소화할 수 있으며, 엔드플레이트의 구조적 강성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the structure and manufacturing process of the end plate can be simplified, and advantageous effects of improving the structural rigidity of the end plate can be obtained.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택용 클램프 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택으로서, 지지클램프를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram for explaining a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a clamp device for a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are views for explaining a support clamp as a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining another embodiment of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical idea of the present invention is not limited to some of the described embodiments and can be implemented in various different forms, and if it is within the scope of the technical idea of the present invention, one or more of the components among the embodiments can be selectively selected. can be used by combining and substituting.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention, unless explicitly specifically defined and described, can be generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It can be interpreted as meaning, and commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, can be interpreted in consideration of contextual meanings of related technologies.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Also, terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when described as "at least one (or more than one) of A and (and) B and C", A, B, and C are combined. may include one or more of all possible combinations.

또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b) may be used.

이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only used to distinguish the component from other components, and the term is not limited to the nature, sequence, or order of the corresponding component.

그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.And, when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected to, coupled to, or connected to the other component, but also with the component. It may also include the case of being 'connected', 'combined', or 'connected' due to another component between the other components.

또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when it is described as being formed or disposed on the "top (above) or bottom (bottom)" of each component, the top (top) or bottom (bottom) is not only the case where two components are in direct contact with each other, but also one A case in which another component above is formed or disposed between the two components is also included. In addition, when expressed as "upper (above) or lower (down)", it may include not only an upward direction but also a downward direction based on one component.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(10)은, 복수개의 단위셀(110)을 적층하여 마련되는 반응부(100); 단위셀(110)의 적층 방향을 따른 반응부(100)의 단부를 덮도록 마련되는 엔드플레이트(120); 단위셀(110)의 전압 정보를 측정하도록 제공되는 전압측정장치(300), 및 반응부(100)의 둘레를 덮도록 엔드플레이트(120)에 체결되며 전압측정장치(300)를 지지하는 지지클램프(310)를 포함한다.1 to 5 , a fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention includes a reaction unit 100 provided by stacking a plurality of unit cells 110; an end plate 120 provided to cover an end of the reaction unit 100 along the stacking direction of the unit cells 110; A voltage measuring device 300 provided to measure voltage information of the unit cell 110, and a support clamp fastened to the end plate 120 and supporting the voltage measuring device 300 so as to cover the circumference of the reaction unit 100 (310).

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(10)은, 차량, 선박, 항공 등과 같은 다양한 모빌리티(mobility)에 적용될 수 있으며, 연료전지 스택(10)이 적용되는 피대상체(모빌리티)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것을 아니다.For reference, the fuel cell stack 10 according to the embodiment of the present invention can be applied to various mobility such as vehicles, ships, and aviation, and the fuel cell stack 10 is applied to the target object (mobility). The present invention is not limited or limited by types and characteristics.

반응부(100)는, 연료(예를 들어, 수소)의 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하는 일종의 발전 장치로서, 수십 또는 수백 개의 단위셀(연료전지셀)(110)을 기준 적층 방향으로 직렬로 적층하여 구성될 수 있다.The reaction unit 100 is a kind of power generation device that produces electrical energy by chemically reacting fuel (eg, hydrogen), and includes tens or hundreds of unit cells (fuel cell) 110 in series in a reference stacking direction. It can be configured by layering with.

단위셀(110)은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 반응공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 단위셀(110)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The unit cell 110 may be formed in various structures capable of generating electricity through an oxidation-reduction reaction of a fuel (eg, hydrogen) and an oxidizing agent (eg, reaction air), and the structure of the unit cell 110 The present invention is not limited or limited by.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 단위셀(110)은, 막전극접합체(MEA)(미도시), 및 막전극접합체의 양면에 각각 적층되는 분리판(미도시)을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the unit cell 110 may include a membrane electrode assembly (MEA) (not shown) and a separator (not shown) laminated on both sides of the membrane electrode assembly.

막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)는, 제1반응기체인 연료(예를 들어, 수소)와 제2반응기체인 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산하도록 마련된다.A Membrane Electrode Assembly (MEA) is provided to generate electricity through an oxidation-reduction reaction between a fuel (eg, hydrogen) as a first reactant gas and an oxidant (eg, air) as a second reactant gas.

막전극접합체의 구조 및 재질은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 막전극접합체의 구조 및 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The structure and material of the membrane electrode assembly may be variously changed according to required conditions and design specifications, and the present invention is not limited or limited by the structure and material of the membrane electrode assembly.

일 예로, 막전극접합체는 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착되어 구성될 수 있다. 또한, 막전극접합체의 양측에는 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시)이 마련될 수 있다.For example, the membrane electrode assembly may be configured by attaching a catalyst electrode layer in which an electrochemical reaction occurs on both sides of an electrolyte membrane through which hydrogen ions move. In addition, a gas diffusion layer (GDL) (not shown) may be provided on both sides of the membrane electrode assembly to evenly distribute reactive gases and transfer generated electrical energy.

분리판은 반응기체인 수소와 공기를 차단하는 역할 외에, 반응기체와 냉각수의 이동을 위한 유로(Flow Field) 확보 및 외부 회로에 전류를 전달하는 역할을 수행하도록 마련된다.The separating plate is provided to perform a role of securing a flow field for movement of the reactive gas and cooling water and transferring current to an external circuit, in addition to serving to block hydrogen and air, which are reactive gases.

또한, 분리판은 단위셀(110)에서 발생된 열을 단위셀(110) 전체에 분배하는 역할도 하며, 과도하게 발생된 열은 분리판의 냉각유로(미도시)를 따라 이동하는 냉각수에 의해 외부로 배출될 수 있다.In addition, the separator also serves to distribute the heat generated in the unit cell 110 to the entire unit cell 110, and excessive heat is generated by the cooling water moving along the cooling passage (not shown) of the separator. can be discharged to the outside.

분리판은, 제1반응기체(예를 들어, 수소) 및 제2반응기체(예를 들어, 공기)를 막전극접합체에 공급하도록 마련되며, 단위셀(110)의 적층 방향을 기준으로 막전극접합체의 일면 및 타면에 밀착되게 배치된다.The separator is provided to supply a first reactant gas (eg, hydrogen) and a second reactant gas (eg, air) to the membrane electrode assembly, and the membrane electrode is provided based on the stacking direction of the unit cells 110. It is placed in close contact with one side and the other side of the assembly.

일 예로, 막전극접합체의 일면에 마련되는 분리판(예를 들어, 제1분리판)은, 제1반응기체인 연료(예를 들어, 수소)의 유로를 형성하는 애노드 분리판, 및 제2반응기체인 산화제(예를 들어, 공기)인 공기의 유로를 형성하는 캐소드 분리판 중 어느 하나일 수 있고, 막전극접합체의 다른 일면에 마련되는 분리판(예를 들어, 제2분리판)은 애노드 분리판 및 캐소드 분리판 중 다른 하나일 수 있다.For example, a separator (for example, a first separator) provided on one surface of a membrane electrode assembly includes an anode separator for forming a flow path for fuel (eg, hydrogen), which is a first reactant gas, and a second reactor It may be any one of the cathode separators forming a flow path of air, which is a chain oxidant (eg, air), and the separator (eg, the second separator) provided on the other surface of the membrane electrode assembly is anode separator. plate and cathode separator plate.

예를 들어, 제1분리판은 막전극접합체의 일면에 밀착되되, 막전극접합체를 마주하는 제1분리판의 일면에는 제1반응기체(예를 들어, 수소)가 유동하는 제1채널(미도시)이 형성되고, 제1분리판의 다른 일면에는 냉각수가 유동되는 냉각채널(미도시)이 형성될 수 있다.For example, the first separator is in close contact with one surface of the membrane electrode assembly, and the first channel (not shown) through which the first reaction gas (eg, hydrogen) flows on one surface of the first separator facing the membrane electrode assembly. When) is formed, and a cooling channel (not shown) through which cooling water flows may be formed on the other surface of the first separator.

제2분리판은 막전극접합체의 다른 일면에 밀착되되, 막전극접합체를 마주하는 제2분리판의 일면에는 제2반응기체(예를 들어, 공기)가 유동하는 제2채널(미도시)이 형성되고, 제2분리판의 다른 일면에는 냉각수가 유동되는 냉각채널(미도시)이 형성될 수 있다.The second separator is in close contact with the other surface of the membrane electrode assembly, and a second channel (not shown) through which the second reaction gas (eg, air) flows is formed on one surface of the second separator facing the membrane electrode assembly. A cooling channel (not shown) through which cooling water flows may be formed on the other surface of the second separator.

참고로, 연료인 수소와 산화제인 공기가 제1분리판 및 제2분리판의 채널(미도시)을 통해 막전극접합체의 애노드(미도시)와 캐소드(미도시)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급될 수 있다.For reference, hydrogen as a fuel and air as an oxidizing agent are supplied to the anode (not shown) and the cathode (not shown) of the membrane electrode assembly through channels (not shown) of the first and second separators, respectively. supplied to the anode, and air may be supplied to the cathode.

애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구비된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.Hydrogen supplied to the anode is decomposed into protons and electrons by the catalysts of the electrode layers provided on both sides of the electrolyte membrane, and only hydrogen ions are selectively transferred to the cathode through the electrolyte membrane, which is a cation exchange membrane. At the same time, electrons are transferred to the cathode through the gas diffusion layer and the separator, which are conductors.

캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.In the cathode, hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and electrons transferred through the separator meet oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device to cause a reaction to generate water. At this time, due to the movement of hydrogen ions, a flow of electrons occurs through the external conductor, and current is generated by the flow of these electrons.

엔드플레이트(120)는 외부 충격 등으로부터 반응부(100)를 보호하기 위해 마련되며, 연료전지 스택(10)의 최외각 측면을 형성하도록 제공된다.The end plate 120 is provided to protect the reaction unit 100 from external impact, etc., and is provided to form the outermost side of the fuel cell stack 10 .

엔드플레이트(120)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 엔드플레이트(120)의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 엔드플레이트(120)는 통상의 금속 소재로 형성될 수 있다.The end plate 120 may be formed of various materials according to required conditions and design specifications, and the present invention is not limited or limited by the material of the end plate 120 . For example, the end plate 120 may be formed of a common metal material.

엔드플레이트(120)는 반응부(100)의 최외각 단부(외측면)를 덮을 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 엔드플레이트(120)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The end plate 120 may be provided in various structures capable of covering the outermost end (outer surface) of the reaction unit 100, and the present invention is not limited or limited by the structure and shape of the end plate 120. no.

일 예로, 엔드플레이트(120)는 단위셀(110)에 대응하는 구조를 갖도록 제공될 수 있으며, 단위셀(110)의 외측면(반응부(100)의 최외각 단부)은 엔드플레이트(120)에 의해 전체적으로 덮여질 수 있다.For example, the end plate 120 may be provided to have a structure corresponding to the unit cell 110, and the outer surface of the unit cell 110 (the outermost end of the reaction unit 100) is the end plate 120 can be entirely covered by

전압측정장치(stack voltage monitor, SVM)(300)는 단위셀(110)의 전압 정보를 측정하도록 제공된다.A stack voltage monitor (SVM) 300 is provided to measure voltage information of the unit cell 110 .

즉, 단위셀(연료전지 셀)(110)의 실링(기밀) 이상 및 전해질막의 특성 저하 등으로 인해, 단위셀(110)이 정상적으로 발전되지 않을 경우에는 비정상적인 전압이 발생하게 되는데, 이를 수초간 방치하면 연료전지 스택(10)의 영구적인 손상(고장)이 발생할 수 있으므로, 고장 초기(비정상적인 전압 발생 초기)에 이를 적시에 진단하고 연료전지 스택(10)의 운전을 정지시킬 수 있어야 한다.That is, when the unit cell 110 is not normally generated due to abnormal sealing (airtightness) of the unit cell (fuel cell) 110 and deterioration in the characteristics of the electrolyte membrane, an abnormal voltage is generated, which is left unattended for several seconds. Since permanent damage (failure) of the fuel cell stack 10 may occur, it is necessary to timely diagnose the failure (early occurrence of abnormal voltage) and stop the operation of the fuel cell stack 10.

전압측정장치(300)는 연료전지 스택(10)에는 각 연료전지 셀의 전압 정보를 측정하고 그 정보를 상위 제어기(예를 들어, fuel cell control unit, FCU)로 전송하도록 제공되며, 상위 제어기는 전압측정장치(300)에서 측정된 전압 정보에 기초하여 연료전지 스택(10)의 운전을 선택적으로 정지시킬 수 있다.The voltage measuring device 300 is provided in the fuel cell stack 10 to measure voltage information of each fuel cell cell and transmit the information to a higher controller (eg, fuel cell control unit, FCU), the upper controller The operation of the fuel cell stack 10 may be selectively stopped based on the voltage information measured by the voltage measuring device 300 .

전압측정장치(300)로서는 각 단위셀(110)의 전압 정보를 측정할 수 있는 다양한 전압측정수단이 사용될 수 있으며, 전압측정장치(300)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.As the voltage measuring device 300, various voltage measuring means capable of measuring the voltage information of each unit cell 110 can be used, and the present invention is not limited or limited by the type and structure of the voltage measuring device 300. no.

일 예로, 전압측정장치(300)는 각 단위셀(110)의 전압을 개별적으로 측정하는 복수개의 전압측정모듈, 각 전압측정모듈과 전기적으로 연결되는 제어부를 포함하는 회로 네트워크를 포함할 수 있다.For example, the voltage measurement device 300 may include a circuit network including a plurality of voltage measurement modules that individually measure the voltage of each unit cell 110 and a control unit electrically connected to each voltage measurement module.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 클램프 장치(200)는, 연료전지 스택(10)의 기밀성(체결압)을 확보하면서 전압측정장치(300)를 지지하기 위해 마련된다.1 to 4 , the clamp device 200 is provided to support the voltage measuring device 300 while ensuring airtightness (tightening pressure) of the fuel cell stack 10 .

보다 구체적으로, 클램프 장치(200)는, 반응부(100)의 둘레를 덮도록 엔드플레이트(120)에 체결되며 전압측정장치(300)를 지지하는 지지클램프(310)를 포함한다.More specifically, the clamp device 200 includes a support clamp 310 fastened to the end plate 120 to cover the circumference of the reaction unit 100 and supporting the voltage measuring device 300 .

지지클램프(310)를 매개로 전압측정장치(300)는 연료전지 스택(10)에 지지될 수 있고, 지지클램프(310)에 의해 각 단위셀(110)은 기설정된 체결압으로 밀착될 수 있다.The voltage measuring device 300 can be supported on the fuel cell stack 10 via the support clamp 310, and each unit cell 110 can be closely attached to the fuel cell stack 10 by the support clamp 310 with a predetermined clamping pressure. .

지지클램프(310)는 연료전지 스택(10)의 기밀성(체결압)을 확보하면서 전압측정장치(300)를 지지할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 지지클램프(310)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The support clamp 310 may be provided in various structures capable of supporting the voltage measuring device 300 while securing airtightness (tightening pressure) of the fuel cell stack 10, and can be seen by the structure of the support clamp 310. The invention is not limited or limited.

일 예로, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 지지클램프(310)는, 단위셀(110)의 적층 방향을 따라 반응부(100)의 외면을 덮도록 마련되며 엔드플레이트(120)에 체결되는 클램프 바디(312), 클램프 바디(312)에 연결되는 연결부(314), 및 연결부(314)에 연결되며 전압측정장치(300)가 안착되는 안착부(316)를 포함할 수 있다.For example, referring to FIGS. 2 to 4 , the support clamp 310 is provided to cover the outer surface of the reaction unit 100 along the stacking direction of the unit cells 110 and is fastened to the end plate 120. It may include a body 312, a connection part 314 connected to the clamp body 312, and a seating part 316 connected to the connection part 314 and on which the voltage measuring device 300 is seated.

클램프 바디(312)는 연료전지 스택(10)의 기밀성(체결압)을 확보하기 위해 마련되며, 클램프 바디(312)에 의해 각 단위셀(110)은 기설정된 체결압으로 밀착될 수 있다.The clamp body 312 is provided to ensure airtightness (fastening pressure) of the fuel cell stack 10, and each unit cell 110 can be brought into close contact with the clamp body 312 by a predetermined fastening pressure.

보다 구체적으로, 클램프 바디(312)는 단위셀(110)의 적층 방향을 따라 반응부(100)의 외면을 덮도록 마련되며, 클램프 바디(312)의 양단부는 엔드플레이트(120)의 외면을 덮도록 배치된 상태에서 체결볼트를 매개로 엔드플레이트(120)에 체결될 수 있다.More specifically, the clamp body 312 is provided to cover the outer surface of the reaction unit 100 along the stacking direction of the unit cells 110, and both ends of the clamp body 312 cover the outer surface of the end plate 120. It may be fastened to the end plate 120 via a fastening bolt in a state arranged so as to be.

이하에서는 클램프 바디(312)가 대략 "U"자 형태를 이루도록 형성되어, 반응부(100)의 측면의 둘레를 덮도록 엔드플레이트(120)의 길이 방향(D1)을 따른 단부에 체결된 예를 들어 설명하기로 한다.Hereinafter, an example in which the clamp body 312 is formed to form a substantially “U” shape and fastened to an end portion of the end plate 120 along the longitudinal direction D1 so as to cover the circumference of the side surface of the reaction unit 100 is shown. listen and explain

본 발명의 다른 실시예에 따르면 클램프 바디가 반응부의 상면 또는 저면의 둘레를 덮도록 구성하고, 클램프 바디의 단부가 엔드플레이트의 폭 방향을 따른 단부에 체결되도록 구성하는 것도 가능하다.According to another embodiment of the present invention, it is also possible to configure the clamp body to cover the circumference of the upper or lower surface of the reaction unit, and to configure an end portion of the clamp body to be fastened to an end portion of the end plate in the width direction.

연결부(314)는 안착부(316)와 클램프 바디(312)를 연결하도록 클램프 바디(312)로부터 돌출되게 형성된다.The connecting portion 314 is formed to protrude from the clamp body 312 to connect the seating portion 316 and the clamp body 312 .

연결부(314)는 안착부(316)와 클램프 바디(312)를 연결할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 연결부(314)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The connection part 314 may be provided in various structures capable of connecting the seating part 316 and the clamp body 312, and the present invention is not limited or limited by the structure and shape of the connection part 314.

일 예로, 연결부(314)는 대략 직선 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 연결부를 곡선 형태 또는 여타 다른 형태로 형성하는 것도 가능하다.For example, the connecting portion 314 may be formed in a substantially straight line shape. According to another embodiment of the present invention, it is also possible to form the connection part in a curved shape or any other shape.

바람직하게, 연결부(314)는 엔드플레이트(120)에 인접하게 클램프 바디(312)의 단부에 일체로 연결된다.Preferably, the connecting portion 314 is integrally connected to an end of the clamp body 312 adjacent to the end plate 120 .

이는, 전압측정장치(300)의 하중이 연결부(314)를 매개로 클램프 바디(312)에 인가된다는 것에 기인한 것으로, 연결부(314)가 엔드플레이트(120)에 인접한 클램프 바디(312)의 단부(휨 변형에 대해 저항할 수 있는 높은 강성을 갖는 클램프 바디의 단부)에 연결되도록 하는 것에 의하여, 전압측정장치(300)의 하중에 의한 클램프 바디(312)의 휨 변형을 최소화하고, 전압측정장치(300)의 배치 상태를 보다 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.This is due to the fact that the load of the voltage measuring device 300 is applied to the clamp body 312 via the connection part 314, and the connection part 314 is located at the end of the clamp body 312 adjacent to the end plate 120. By connecting to (the end of the clamp body having high rigidity capable of resisting bending deformation), the bending deformation of the clamp body 312 caused by the load of the voltage measuring device 300 is minimized, and the voltage measuring device An advantageous effect of maintaining the arrangement state of 300 more stably can be obtained.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연결부를 클램프 바디의 중앙부 또는 여타 다른 위치에 연결하는 것도 가능하다. 다르게는, 연결부의 강성을 보강하기 위해 클램프 바디에 대해 연결부를 지지하는 별도의 보강부재(예를 들어, 보강리브)를 마련하는 것도 가능하다.According to another embodiment of the present invention, it is also possible to connect the connection part to the central part of the clamp body or any other location. Alternatively, it is also possible to provide a separate reinforcing member (for example, a reinforcing rib) for supporting the connecting part with respect to the clamp body in order to reinforce the rigidity of the connecting part.

안착부(316)는 연결부(314)에 연결되며, 안착부(316)에는 전압측정장치(300)가 안착될 수 있다.The seating portion 316 is connected to the connection portion 314, and the voltage measuring device 300 may be seated on the seating portion 316.

안착부(316)는 전압측정장치(300)를 안착할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 안착부(316)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The seating portion 316 may be provided in various structures capable of seating the voltage measuring device 300, and the present invention is not limited or limited by the structure and shape of the seating portion 316.

일 예로, 안착부(316)에는 체결너트가 일체로 형성(예를 들어, 용접)될 수 있으며, 전압측정장치(300)는 안착부(316)에 안착된 상태에서 체결너트(미도시)에 체결되는 볼트(미도시)를 매개로 고정될 수 있다.For example, a fastening nut may be integrally formed (eg, welded) on the seating portion 316, and the voltage measuring device 300 is attached to the fastening nut (not shown) while being seated on the seating portion 316. It may be fixed via a fastening bolt (not shown).

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 안착부(316)는 연결부(314)의 반응부(100)의 측면에 대해 경사진 경사안착면(316a)을 형성하도록 제공될 수 있으며, 전압측정장치(300)는 경사안착면(316a)에 안착된 상태에서 반응부(100)의 측면에 대해 경사지게 배치될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the seating portion 316 may be provided to form an inclined seating surface 316a inclined with respect to the side of the reaction portion 100 of the connecting portion 314, and the voltage measuring device 300 ) may be disposed inclined with respect to the side surface of the reaction unit 100 in a state where it is seated on the inclined seating surface 316a.

이와 같이, 전압측정장치(300)가 반응부(100)에 대해 경사지게 배치되도록 하는 것에 의하여, 각 단위셀(110)과 제어부를 전기적으로 연결하는 신호배선의 배치 공간을 확보하면서, 전압측정장치(300)가 차지하는 공간을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by placing the voltage measuring device 300 inclined with respect to the reaction unit 100, while securing the arrangement space of the signal wires electrically connecting each unit cell 110 and the control unit, the voltage measuring device ( 300) can obtain an advantageous effect of minimizing the space occupied.

예를 들어, 도 4를 기준으로, 경사안착면(316a)의 상단부는 반응부(100)의 측면에 대해 제1간격으로 이격되게 배치될 수 있고, 경사안착면(316a)의 하단부는 제1간격보다 큰 제2간격으로 반응부(100)의 측면에 대해 이격되게 배치될 수 있으며, 전압측정장치(300)는 경사안착면(316a)에 경사에 대응하도록 반응부(100)의 측면에 대해 경사지게 배치될 수 있다. 이때, 각 단위셀(110)과 회로 네트워크를 전기적으로 연결하는 신호배선(301)은 경사안착면(316a)의 하단부와 반응부(100)의 측면의 사이에 위치할 수 있다.For example, based on FIG. 4 , the upper end of the inclined seating surface 316a may be spaced apart from the side surface of the reaction unit 100 at a first interval, and the lower end of the inclined seating surface 316a may be disposed at a first interval. It may be disposed spaced apart from the side of the reaction unit 100 at a second interval greater than the interval, and the voltage measuring device 300 is relative to the side of the reaction unit 100 to correspond to the inclination of the inclined seating surface 316a. It can be placed obliquely. At this time, the signal wire 301 electrically connecting each unit cell 110 and the circuit network may be located between the lower end of the inclined seating surface 316a and the side surface of the reaction unit 100.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 안착부가 반응부의 측면에 평행한 안착면을 형성하도록 구성하는 것도 가능하다.According to another embodiment of the present invention, it is also possible to configure the seating part to form a seating surface parallel to the side surface of the reaction part.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 스택(10)은, 지지클램프(310)와 개별적으로 반응부(100)의 둘레를 덮도록 엔드플레이트(120)에 체결되는 체결클램프(210)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell stack 10 includes a support clamp 310 and a fastening clamp 210 that is fastened to the end plate 120 so as to individually cover the circumference of the reaction unit 100. can do.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지지클램프(310)는 반응부(100)의 측면의 둘레를 덮도록 엔드플레이트(120)의 길이 방향(D1)을 따른 단부에 체결되고, 체결클램프(210)는 반응부(100)의 상면 또는 저면 중 적어도 어느 하나의 둘레를 덮도록 엔드플레이트(120)의 폭 방향(D2)을 따른 단부에 체결될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the support clamp 310 is fastened to the end of the end plate 120 along the longitudinal direction D1 so as to cover the circumference of the side of the reaction unit 100, and the fastening clamp 210 may be fastened to an end portion of the end plate 120 along the width direction D2 so as to cover at least one circumference of the upper or lower surface of the reaction unit 100 .

이하에서는 반응부(100)의 상면 및 저면에 각각 2개의 체결클램프(210)가 소정 간격을 두고 이격되게 마련된 예를 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 반응부의 상면 및 저면에 각각 단 1개의 체결클램프를 마련하거나, 3개 이상의 체결클램프를 마련하는 것도 가능하다.Hereinafter, an example in which two fastening clamps 210 are spaced apart from each other at a predetermined interval on the upper and lower surfaces of the reaction unit 100 will be described. According to another embodiment of the present invention, it is also possible to provide only one fastening clamp or three or more fastening clamps on the upper and lower surfaces of the reaction unit.

다르게는, 반응부의 측면의 둘레를 덮도록 엔드플레이트의 길이 방향을 따른 단부에 체결클램프를 체결하고, 반응부의 상면 또는 저면 중 적어도 어느 하나의 둘레를 덮도록 엔드플레이트의 폭 방향을 따른 단부에 지지클램프를 체결하는 것도 가능하다.Alternatively, fastening clamps are fastened to end portions along the length of the end plate to cover the circumference of the side surface of the reaction unit, and supported at the end portion along the width direction of the end plate so as to cover the circumference of at least one of the upper or lower surface of the reaction unit. It is also possible to fasten the clamp.

체결클램프(210)는 전술한 지지클램프(310)와 함께 연료전지 스택(10)의 기밀성(체결압)을 확보하기 위해 마련되며, 체결클램프(210)에 의해 각 단위셀(110)은 기설정된 체결압으로 밀착될 수 있다.The fastening clamp 210 is provided to secure airtightness (fastening pressure) of the fuel cell stack 10 together with the aforementioned support clamp 310, and each unit cell 110 is connected to a predetermined It can be closely attached by clamping pressure.

체결클램프(210)는 각 단위셀(110)에 체결압을 인가할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 체결클램프(210)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The fastening clamp 210 may be provided in various structures capable of applying fastening pressure to each unit cell 110, and the present invention is not limited or limited by the structure of the fastening clamp 210.

일 예로, 체결클램프(210)는 전술한 클램프 바디(312)에 대응하는 구조(예를 들어, 대략 "U"자 형태의 구조)를 갖도록 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 체결클램프(210)의 대략 중앙부는 단위셀(110)의 적층 방향을 따라 반응부(100)의 상면(저면)을 덮도록 마련되고, 체결클램프(210)의 양단부는 엔드플레이트(120)의 외면을 덮도록 배치(엔드플레이트의 폭 방향을 따른 단부를 덮도록 배치)된 상태에서 체결볼트를 매개로 엔드플레이트(120)에 체결될 수 있다.For example, the fastening clamp 210 may be provided to have a structure corresponding to the aforementioned clamp body 312 (eg, a substantially “U”-shaped structure). More specifically, the approximate central portion of the fastening clamp 210 is provided to cover the upper surface (bottom surface) of the reaction unit 100 along the stacking direction of the unit cells 110, and both ends of the fastening clamp 210 are provided with end plates ( 120) may be fastened to the end plate 120 via a fastening bolt in a state of being disposed to cover the outer surface (to cover an end portion of the end plate in the width direction).

예를 들어, 체결클램프(210)는 하나의 부재(예를 들어, 금속 부재)를 연속적으로 절곡시켜 형성될 수 있다.For example, the fastening clamp 210 may be formed by continuously bending one member (eg, a metal member).

전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 체결클램프(210)와 클램프 바디(312)가 서로 동일한 구조로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 체결클램프와 클램프 바디를 서로 다른 구조로 형성하는 것도 가능하다.In the above-described embodiment of the present invention, the fastening clamp 210 and the clamp body 312 have been described as being formed in the same structure, but according to another embodiment of the present invention, the fastening clamp and the clamp body are different from each other. It is also possible to form a structure.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 스택(10)은, 지지클램프(310)와 개별적으로 반응부(100)의 측면의 둘레를 덮도록 엔드플레이트(120)에 체결되는 보강클램프(220)를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fuel cell stack 10 includes a support clamp 310 and a reinforcing clamp 220 fastened to the end plate 120 so as to cover the circumference of the side of the reaction unit 100 individually. can include

보강클램프(220)는 지지클램프(310)와 상호 협조적으로 반응부(100)의 측면의 둘레를 감싸며 각 단위셀(110)에 체결압을 인가하기 위해 마련된다.The reinforcing clamp 220 is provided to apply clamping pressure to each unit cell 110 while surrounding the circumference of the side of the reaction unit 100 in a mutually cooperative manner with the support clamp 310 .

보강클램프(220)의 개수 및 위치는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 보강클램프(220)의 개수 및 위치에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The number and position of the reinforcing clamps 220 may be variously changed according to required conditions and design specifications, and the present invention is not limited or limited by the number and position of the reinforcing clamps 220.

일 예로, 보강클램프(220)는 지지클램프(310)의 하부(도 5 기준)에 단 하나가 마련될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 보강클램프를 지지클램프의 상부에 배치하는 것이 가능하며, 2개 이상의 보강클램프를 적용하는 것도 가능하다.For example, only one reinforcing clamp 220 may be provided at the bottom of the support clamp 310 (refer to FIG. 5 ). According to another embodiment of the present invention, it is possible to place a reinforcing clamp on top of the support clamp, and it is also possible to apply two or more reinforcing clamps.

참고로, 본 발명의 실시예에서, 보강클램프(220)가 지지클램프(310)와 상호 협조적으로 반응부(100)의 측면의 둘레를 감싼다 함은, 지지클램프(310)가 장착되는 반응부(100)의 일 측면에 보강클램프(220)를 마련되거나, 반응부(100)의 다른 일측면에 보강클램프(220)를 마련하는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다.For reference, in the embodiment of the present invention, the fact that the reinforcing clamp 220 wraps around the side surface of the reaction unit 100 in a mutually cooperative manner with the support clamp 310 means that the support clamp 310 is mounted on the reaction unit ( 100) is defined as including all of the provision of the reinforcing clamp 220 on one side, or the provision of the reinforcement clamp 220 on the other side of the reaction unit 100.

보강클램프(220)는 각 단위셀(110)에 체결압을 인가할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 보강클램프(220)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The reinforcing clamp 220 may be provided in various structures capable of applying clamping pressure to each unit cell 110, and the present invention is not limited or limited by the structure of the reinforcing clamp 220.

일 예로, 보강클램프(220)는 전술한 클램프 바디(312)(또는 체결클램프)에 대응하는 구조(예를 들어, 대략 "U"자 형태의 구조)를 갖도록 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 보강클램프(220)의 대략 중앙부는 단위셀(110)의 적층 방향을 따라 반응부(100)의 측면을 덮도록 마련되고, 보강클램프(220)의 양단부는 엔드플레이트(120)의 외면을 덮도록 배치(엔드플레이트의 길이 방향을 따른 단부를 덮도록 배치)된 상태에서 체결볼트를 매개로 엔드플레이트(120)에 체결될 수 있다.For example, the reinforcing clamp 220 may be provided to have a structure corresponding to the aforementioned clamp body 312 (or fastening clamp) (eg, a substantially “U”-shaped structure). More specifically, the approximately central portion of the reinforcing clamp 220 is provided to cover the side surface of the reaction unit 100 along the stacking direction of the unit cells 110, and both ends of the reinforcing clamp 220 are provided to cover the end plate 120. It may be fastened to the end plate 120 via a fastening bolt in a state of being arranged to cover the outer surface (disposed to cover the end of the end plate along the length direction).

예를 들어, 보강클램프(220)는 하나의 부재(예를 들어, 금속 부재)를 연속적으로 절곡시켜 형성될 수 있다.For example, the reinforcing clamp 220 may be formed by continuously bending one member (eg, a metal member).

전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 보강클램프(220)와 클램프 바디(312)(체결클램프)가 서로 동일한 구조로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 보강클램프와 클램프 바디를 서로 다른 구조로 형성하는 것도 가능하다.In the above-described embodiment of the present invention, the reinforcing clamp 220 and the clamp body 312 (fastening clamp) are described as an example formed in the same structure, but according to another embodiment of the present invention, the reinforcing clamp and the clamp It is also possible to form the body in different structures.

이와 같이, 본 발명의 실시예는, 보강클램프(220)와 지지클램프(310)가 반응부(100)의 측면의 둘레를 함께 감싸며 각 단위셀(110)에 상호 협조적으로 체결압을 인가하도록 하는 것에 의하여, 각 단위셀(110)의 기밀 성능을 안정적으로 유지할 수 있고, 단위셀(110)에 인가되는 체결압(체결하중)이 특정 부위에 집중되는 것을 억제함으로써 체결압에 의한 연료전지 셀의 변형 및 손상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, in the embodiment of the present invention, the reinforcing clamp 220 and the support clamp 310 wrap together the circumference of the side surface of the reaction unit 100 and mutually cooperate to apply clamping pressure to each unit cell 110 As a result, it is possible to stably maintain the airtight performance of each unit cell 110, and suppress the concentration of the fastening pressure (fastening load) applied to the unit cell 110 at a specific part, thereby increasing the efficiency of the fuel cell by the fastening pressure. An advantageous effect of minimizing deformation and damage can be obtained.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention belongs will not deviate from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these variations and applications should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

10 : 연료전지 스택
100 : 반응부
110 : 단위셀
120 : 엔드플레이트
200 : 클램프 장치
210 : 체결클램프
220 : 보강클램프
300 : 전압측정장치
301 : 배선부재
310 : 지지클램프
312 : 클램프 바디
314 : 연결부
316 : 안착부
316a : 경사안착면
10: fuel cell stack
100: reaction unit
110: unit cell
120: end plate
200: clamp device
210: fastening clamp
220: reinforcement clamp
300: voltage measuring device
301: wiring member
310: support clamp
312: clamp body
314: connection part
316: seating part
316a: inclined seating surface

Claims (14)

복수개의 단위셀을 적층하여 마련되는 반응부;
상기 단위셀의 적층 방향을 따른 상기 반응부의 단부를 덮도록 마련되는 엔드플레이트;
상기 단위셀의 전압 정보를 측정하도록 제공되는 전압측정장치; 및
상기 반응부의 둘레를 덮도록 상기 엔드플레이트에 체결되며, 상기 전압측정장치를 지지하는 지지클램프;
를 포함하는 연료전지 스택.
A reaction unit provided by stacking a plurality of unit cells;
an end plate provided to cover an end portion of the reaction unit along the stacking direction of the unit cells;
a voltage measuring device provided to measure voltage information of the unit cell; and
a support clamp fastened to the end plate to cover a circumference of the reaction unit and supporting the voltage measuring device;
A fuel cell stack comprising a.
제1항에 있어서,
상기 지지클램프는,
상기 단위셀의 적층 방향을 따라 상기 반응부의 외면을 덮도록 마련되며, 상기 엔드플레이트에 체결되는 클램프 바디;
상기 클램프 바디에 연결되는 연결부; 및
상기 연결부에 연결되며, 상기 전압측정장치가 안착되는 안착부;
를 포함하는 연료전지 스택.
According to claim 1,
The support clamp,
a clamp body provided to cover the outer surface of the reaction unit along the stacking direction of the unit cells and fastened to the end plate;
a connecting portion connected to the clamp body; and
a seating portion connected to the connection portion and on which the voltage measuring device is seated;
A fuel cell stack comprising a.
제2항에 있어서,
상기 연결부는 상기 엔드플레이트에 인접하게 상기 클램프 바디의 단부에 일체로 연결되는 연료전지 스택.
According to claim 2,
The fuel cell stack wherein the connecting portion is integrally connected to an end portion of the clamp body adjacent to the end plate.
제2항에 있어서,
상기 안착부는 상기 전압측정장치를 마주하는 상기 반응부의 측면에 대해 경사진 경사안착면을 제공하고,
상기 전압측정장치는 상기 반응부의 측면에 대해 경사지게 상기 경사안착면에 안착되는 연료전지 스택.
According to claim 2,
The seating portion provides an inclined seating surface inclined with respect to a side surface of the reaction portion facing the voltage measuring device,
The fuel cell stack wherein the voltage measuring device is seated on the inclined seating surface at an angle with respect to the side surface of the reaction unit.
제1항에 있어서,
상기 지지클램프와 개별적으로 상기 반응부의 둘레를 덮도록 상기 엔드플레이트에 체결되는 체결클램프를 포함하는 연료전지 스택.
According to claim 1,
A fuel cell stack comprising fastening clamps fastened to the end plate so as to individually cover the circumference of the reaction unit with the support clamp.
제5항에 있어서,
상기 지지클램프는 상기 반응부의 측면의 둘레를 덮도록 상기 엔드플레이트의 길이 방향을 따른 단부에 체결되고,
상기 체결클램프는 상기 반응부의 상면 또는 저면 중 적어도 어느 하나의 둘레를 덮도록 상기 엔드플레이트의 폭 방향을 따른 단부에 체결되는 연료전지 스택.
According to claim 5,
The support clamp is fastened to an end portion of the end plate in the longitudinal direction so as to cover a circumference of a side surface of the reaction unit,
The fastening clamp is fastened to an end portion of the end plate in the width direction so as to cover a circumference of at least one of an upper surface and a lower surface of the reaction unit.
제6항에 있어서,
상기 지지클램프와 개별적으로 상기 반응부의 상기 측면의 둘레를 덮도록 상기 엔드플레이트에 체결되는 보강클램프를 포함하는 연료전지 스택.
According to claim 6,
A fuel cell stack including a reinforcing clamp fastened to the end plate so as to cover the circumference of the side surface of the reaction part separately from the support clamp.
복수개의 단위셀을 적층하여 마련되는 반응부, 상기 단위셀의 적층 방향을 따른 상기 반응부의 단부를 덮도록 마련되는 엔드플레이트, 및 상기 단위셀의 전압 정보를 측정하는 전압측정장치를 포함하는 연료전지 스택용 클램프 장치로서,
상기 반응부의 둘레를 덮도록 상기 엔드플레이트에 체결되며, 상기 전압측정장치를 지지하는 지지클램프를 포함하는 연료전지 스택용 클램프 장치.
A fuel cell including a reaction unit prepared by stacking a plurality of unit cells, an end plate provided to cover an end of the reaction unit along a stacking direction of the unit cells, and a voltage measuring device for measuring voltage information of the unit cells. As a clamp device for a stack,
A clamp device for a fuel cell stack including a support clamp fastened to the end plate to cover a circumference of the reaction unit and supporting the voltage measuring device.
제8항에 있어서,
상기 지지클램프는,
상기 단위셀의 적층 방향을 따라 상기 반응부의 외면을 덮도록 마련되며, 상기 엔드플레이트에 체결되는 클램프 바디;
상기 클램프 바디에 연결되는 연결부; 및
상기 연결부에 연결되며, 상기 전압측정장치가 안착되는 안착부;
를 포함하는 연료전지 스택용 클램프 장치.
According to claim 8,
The support clamp,
a clamp body provided to cover an outer surface of the reaction unit along the stacking direction of the unit cells and fastened to the end plate;
a connecting portion connected to the clamp body; and
a seating portion connected to the connection portion and on which the voltage measuring device is seated;
A clamp device for a fuel cell stack comprising a.
제9항에 있어서,
상기 연결부는 상기 엔드플레이트에 인접하게 상기 클램프 바디의 단부에 일체로 연결되는 연료전지 스택용 클램프 장치.
According to claim 9,
The connecting portion is integrally connected to an end of the clamp body adjacent to the end plate.
제9항에 있어서,
상기 안착부는 상기 전압측정장치를 마주하는 상기 반응부의 측면에 대해 경사진 경사안착면을 제공하고,
상기 전압측정장치는 상기 반응부의 측면에 대해 경사지게 상기 경사안착면에 안착되는 연료전지 스택용 클램프 장치.
According to claim 9,
The seating portion provides an inclined seating surface inclined with respect to a side surface of the reaction portion facing the voltage measuring device,
The voltage measuring device is a clamp device for a fuel cell stack that is seated on the inclined seating surface at an angle with respect to the side surface of the reaction unit.
제8항에 있어서,
상기 지지클램프와 개별적으로 상기 반응부의 둘레를 덮도록 상기 엔드플레이트에 체결되는 체결클램프를 포함하는 연료전지 스택용 클램프 장치.
According to claim 8,
A clamping device for a fuel cell stack comprising a fastening clamp fastened to the end plate to cover the circumference of the reaction unit individually with the support clamp.
제12항에 있어서,
상기 지지클램프는 상기 반응부의 측면의 둘레를 덮도록 상기 엔드플레이트의 길이 방향을 따른 단부에 체결되고,
상기 체결클램프는 상기 반응부의 상면 또는 저면 중 적어도 어느 하나의 둘레를 덮도록 상기 엔드플레이트의 폭 방향을 따른 단부에 체결되는 연료전지 스택용 클램프 장치.
According to claim 12,
The support clamp is fastened to an end portion of the end plate in the longitudinal direction so as to cover a circumference of a side surface of the reaction unit,
The fastening clamp is fastened to an end portion of the end plate in the width direction so as to cover a circumference of at least one of an upper surface or a lower surface of the reaction unit.
제8항에 있어서,
상기 지지클램프와 개별적으로 상기 반응부의 상기 측면의 둘레를 덮도록 상기 엔드플레이트에 체결되는 보강클램프를 포함하는 연료전지 스택용 클램프 장치.
According to claim 8,
A clamp device for a fuel cell stack comprising a reinforcing clamp fastened to the end plate to cover the circumference of the side surface of the reaction part separately from the support clamp.
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