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KR101592663B1 - 연료전지용 스택 - Google Patents

연료전지용 스택 Download PDF

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KR101592663B1
KR101592663B1 KR1020140001779A KR20140001779A KR101592663B1 KR 101592663 B1 KR101592663 B1 KR 101592663B1 KR 1020140001779 A KR1020140001779 A KR 1020140001779A KR 20140001779 A KR20140001779 A KR 20140001779A KR 101592663 B1 KR101592663 B1 KR 101592663B1
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허용석
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Abstract

본 발명은, 스택모듈의 양 단부에 결합되는 사이드커버; 상기 스택모듈의 하부에 마련되며, 상기 사이드커버 외면의 하부 및 측부 일부를 덮는 형상으로 형성된 로워커버; 및 상기 스택모듈의 상부에 마련되며, 상기 사이드커버 외면의 상부 및 나머지 측부 일부를 덮는 형상으로 형성되어 상기 로워커버와 함께 스택모듈을 감싸며 사이드커버에 결합되는 어퍼커버;를 포함하여 구성되는 연료전지용 스택이 소개된다.

Description

연료전지용 스택{FUEL CELL STACK}
본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스택의 마운팅 구조를 최소한의 부품으로 컴팩트화 및 일체화 조립하여 인클로저의 부피를 줄이고, 스택의 강성을 확보하도록 한 연료전지용 스택에 관한 것이다.
연료전지 스택은 여러 단위셀을 하나로 묶은 단위 모듈과 이를 보호하기 위한 인클로저로 구성된다. 경우에 따라서 여러 개의 단위 모듈이 하나의 스택으로 구성된다.
도 1은 상기 스택을 고정하기 구조를 도시한 것으로, 인클로저 언더프레임(1) 위에 스택모듈마운팅브라켓(7)을 이용하여 스택모듈(3)을 고정한 후, 스택모듈(3)을 보호하기 위한 인클로저 커버(5)를 씌워서 조립을 마무리한다. 그리고, 조립이 완료된 스택(100')은 인클로저 언더프레임(1) 측면에 구성된 스택마운팅브라켓(9)을 이용하여 차체 또는 프레임에 고정한다.
그런데, 이와 같은 구조에서 차량이 운행되면, 외부에서 가해지는 차량의 진동이 인클로저 내부의 스택을 상하/좌우 방향으로 움직이게 하며, 이 움직임이 스택마운팅브라켓(7)으로 전달된다.
그러면, 도 2와 같이 스택마운팅브라켓(9)에 대한 스택모듈마운팅브라켓(7)의 상대 운동에 의해서 두 부분을 연결해주는 인클로저 언더프레임(1)이 파손되는 문제가 발생된다. 이에, 인클로저 언더프레임(1)의 강성을 크게 하면 이를 해결할 수는 있지만, 이 경우 인클로저의 전체적인 중량이 증대되는 문제가 발생된다.
더욱이, 스택모듈의 마운팅과 스택의 마운팅이 별개로 구성됨으로써, 스택모듈의 마운팅을 위한 사공간이 많이 필요하여 인클로저의 부피가 전체적으로 증대되는 문제가 발생된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 스택의 마운팅 구조를 최소한의 부품으로 컴팩트화 및 일체화하여 조립하여 인클로저의 부피를 줄이고, 더불어 스택의 강성을 확보하도록 한 연료전지용 스택을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 스택모듈의 양 단부에 결합되는 사이드커버; 상기 스택모듈의 하부에 마련되며, 상기 사이드커버 외면의 하부 및 측부 일부를 덮는 형상으로 형성된 로워커버; 및 상기 스택모듈의 상부에 마련되며, 상기 사이드커버 외면의 상부 및 나머지 측부 일부를 덮는 형상으로 형성되어 상기 로워커버와 함께 스택모듈을 감싸며 사이드커버에 결합되는 어퍼커버;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 로워커버 및 어퍼커버와 접하는 사이드커버의 외면에 제1기밀부재가 기밀되도록 장착될 수 있다.
상기 사이드커버의 외면에 홈이 형성되어, 상기 홈에 제1기밀부재가 장착될 수 있다.
상기 스택모듈의 양 단부에는 엔드플레이트가 각각 결합되며; 양 단부에 결합된 엔드플레이트 사이에 체결바가 체결될 수 있다.
상기 엔드플레이트 사이에는 상기 엔드플레이트의 모서리를 감싸는 형상으로 보강빔이 더 체결될 수 있다.
상기 엔드플레이트와 사이드커버가 일체 형성될 수 있다.
상기 로워커버의 양 단부 및 어퍼커버의 양 단부가 상호 지지되는 형상으로 접촉되어 상기 스택모듈을 감싸도록 구성되며;
상기 로워커버 및 어퍼커버가 접촉되는 부분에 제2기밀부재가 기밀되도록 장착될 수 있다.
상기 로워커버와 어퍼커버가 접촉되는 면 중 어느 일면에 홈이 형성되어, 상기 홈에 제2기밀부재가 장착될 수 있다.
상기 사이드커버는, 상기 사이드커버의 외면을 덮는 로워커버 및 어퍼커버와 볼팅에 의해 결합될 수 있다.
상기 사이드커버를 관통하는 형상으로 장착홀이 형성되며; 상기 장착홀에 인터페이스가 장착되어, 상기 인터페이스가 상기 스택에 결합될 수 있다.
상기 인터페이스의 외면에 제3기밀부재가 조립되며; 상기 제3기밀부재가 상기 장착홀의 내면에 기밀되는 상태로 장착홀에 끼움 장착될 수 있다.
상기 사이드커버의 측면에 마운팅브라켓이 설치될 수 있다.
상기 사이드커버와 마운팅브라켓이 일체 형성될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 스택모듈의 양 끝에 사이드커버가 직접 결합되고, 상기 스택모듈을 감싸는 형상으로 사이드커버의 외면에 로워커버 및 어퍼커버가 결합되어 스택을 구성함으로써, 상기 스택모듈을 마운팅하기 위한 인클로저 내부의 사공간이 크게 줄어들게 되는바, 인클로저의 전체부피를 감소시키는 효과가 있고, 또한 사이드커버에 스택모듈과 로워커버 및 어퍼커버가 결합되어 인클로저를 일체화하여 구성함으로써, 스택 및 마운팅 구조의 강성을 확보하는 효과도 있다.
도 1은 종래 기술에 의해 스택을 마운팅하기 위한 구조를 설명하기 위한 도면.
도 2는 종래 기술에 의해 스택이 마운팅된 부분의 파손 발생 원리를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 연료전지용 스택의 구성을 분리하여 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 의한 연료전지용 스택에서 사이드커버에 로워커버 및 어퍼커버가 결합된 상태를 나타낸 도면.
도 5는 도 4의 a - a선 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 사이드커버에 설치된 기밀부재와 로워커버의 기밀 결합관계 및, 사이드커버에 로워커버 및 어퍼커버가 볼팅 체결되는 결합관계를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명에 의한 사이드커버에 엔드플레이트 및 인터페이스의 결합관계를 설명하기 위한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 연료전지용 스택 인클로저의 구성을 분리하여 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명에 의한 연료전지용 스택 인클로저에서 사이드커버에 로워커버 및 어퍼커버가 결합된 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 A - A선 단면도이며, 도 6은 본 발명에 의한 사이드커버에 설치된 기밀부재와 로워커버의 기밀 결합관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명에 의한 사이드커버에 설치된 기밀부재와 로워커버의 기밀 결합관계 및, 사이드커버에 로워커버 및 어퍼커버가 볼팅 체결되는 결합관계를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 본 발명에 의한 사이드커버에 엔드플레이트 및 인터페이스의 결합관계를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 연료전지용 스택(100) 인클로저는 크게, 사이드커버(20)와, 로워커버(30) 및 어퍼커버(40)를 포함하여 구성된다.
도 3 내지 도 7을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 스택모듈(10)의 양 단부에 결합되는 사이드커버(20); 상기 스택모듈(10)의 하부에 마련되며, 상기 사이드커버(20) 외면의 하부 및 측부 일부를 덮는 형상으로 형성된 로워커버(30); 및 상기 스택모듈(10)의 상부에 마련되며, 상기 사이드커버(20) 외면의 상부 및 나머지 측부 일부를 덮는 형상으로 형성되어 상기 로워커버(30)와 함께 스택모듈(10)을 감싸며 사이드커버(20)에 결합되는 어퍼커버(40);를 포함하여 구성된다.
즉, 스택모듈(10)의 양 끝에 사이드커버(20)가 직접 결합되고, 상기 스택모듈(10)을 감싸는 형상으로 사이드커버(20)의 외면에 로워커버(30) 및 어퍼커버(40)가 결합되어 스택모듈(10)이 내장된 인클로저를 구성함으로써, 상기 스택모듈(10)을 마운팅하기 위한 인클로저 내부의 사공간이 크게 줄어들게 되는바, 인클로저의 전체부피를 감소시키고, 또한 사이드커버(20)에 스택모듈(10)과 로워커버(30) 및 어퍼커버(40)가 결합되어 인클로저를 일체화하여 구성함으로써, 스택(100)의 강성을 확보하게 된다.
도 6을 참조하면, 본 발명은 상기 로워커버(30) 및 어퍼커버(40)와 접하는 사이드커버(20)의 외면에 제1기밀부재(22)에 의해 기밀되도록 장착될 수 있다.
구체적으로, 상기 사이드커버(20)의 외면을 따라 홈(21)이 형성되어, 상기 홈(21)에 제1기밀부재(22)의 일부가 끼워져 장착될 수 있다. 여기서, 상기 제1기밀부재(22)는 상기 홈(21)에 끼워져 장착될 수 있도록 띠 형태를 이루는 패킹일 수 있다.
즉, 상기 사이드커버(20)의 외면과, 상기 로워커버(30) 내면 및 어퍼커버(40)의 내면이 만나는 부위에 기밀을 위한 제1기밀부재(22)가 장착됨으로써, 상기 로워커버(30) 및 어퍼커버(40)가 장착되면서 상기 제1기밀부재(22)가 압착되어 기밀 및 수밀이 가능하게 되는 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에서, 상기 사이드커버(20)는, 상기 사이드커버(20)의 외면을 덮는 로워커버(30) 및 어퍼커버(40) 부분에서 볼팅에 의해 결합될 수 있다.
그리고, 도 3을 참조하면, 본 발명에서 상기 스택모듈(10)의 양 단부에는 엔드플레이트(12)가 각각 결합되며; 양 단부에 결합된 엔드플레이트(12) 사이에 다수의 체결바(14)가 체결될 수 있다.
그리고, 상기 엔드플레이트(12) 사이에는 상기 엔드플레이트(12)의 모서리를 감싸도록 'L' 형상으로 보강빔(16)이 더 체결될 수 있다.
또한, 상기 엔드플레이트(12)와 사이드커버(20)가 별도 마련되어 결합될 수 있고, 경우에 따라 일체로 형성될 수 있다.
즉, 스택모듈(10)을 구성하는 여러 개의 단위셀 양측에 엔드플레이트(12)를 결합하고, 필요한 압력까지 가압 후 체결바(14)를 이용하여 체결할 수 있다. 이때, 스택모듈(10)은 그 자체로도 어느 정도의 강성을 가지나, 진동이나 충격에 의해 변형이 발생할 수 있다.
이를 보완하기 위해, 엔드플레이트(12)에 사이드커버(20)를 일체화하여 고정한 후, 로워커버(30) 및 어퍼커버(40)를 사이드커버(20)에 볼트(B)를 이용하여 볼팅 장착하여 전체적으로 일체화된 구조를 이루게 된다.
그리고, 스택모듈(10)을 체결바(14)에 의해 체결하여 스택모듈(10)이 사각의 빔 형태의 구조를 취하게 되는바, 강성을 확보할 수 있게 된다. 더불어, 스택모듈(10)의 측면에 'L' 형상의 보강빔(16)이 추가적으로 장착됨으로써, 전체적인 스택(100)의 강성 확보가 가능하게 된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에서, 상기 로워커버(30)의 양 단부 및 어퍼커버(40)의 양 단부가 상호 지지되는 형상으로 접촉되어 상기 스택모듈(10)을 감싸도록 구성되며; 상기 로워커버(30) 및 어퍼커버(40)가 접촉되는 부분에 제2기밀부재(32)가 기밀되도록 장착될 수 있다.
구체적으로, 상기 로워커버(30)와 어퍼커버(40)가 접촉되는 면 중 어느 일면에 홈(31)이 형성되어, 상기 홈(31)에 제2기밀부재(32)가 장착될 수 있다. 여기서, 상기 홈(31)은 로워커버(30)에 형성될 수 있으며, 상기 제2기밀부재(32)는 상기 홈(31)에 끼워져 장착될 수 있도록 띠 형태를 이루는 패킹일 수 있다.
즉, 상기 로워커버(30)의 양 단부와, 어퍼커버(40)의 양 단부가 만나는 부위에 기밀을 위한 제2기밀부재(32)가 장착됨으로써, 상기 로워커버(30) 및 어퍼커버(40)가 상호 결합되는 형태로 장착되면서 상기 제2기밀부재(32)가 압착되어 기밀 및 수밀작용을 이루게 된다.
도 7을 참조하면, 본 발명에서, 상기 사이드커버(20)를 관통하는 형상으로 장착홀(24)이 형성되며; 상기 장착홀(24)에 인터페이스(50)가 장착되어, 상기 인터페이스(50)가 상기 스택(100)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 인터페이스(50)는 상기 스택(100)의 양 단부에 결합된 엔드플레이트(12)에 결합될 수 있을 것이다.
구체적으로, 상기 인터페이스(50)의 외면에 제3기밀부재(52)가 조립되며; 상기 제3기밀부재(52)가 상기 장착홀(24)의 내면에 기밀되는 상태로 장착홀(24)에 끼움 장착될 수 있다. 여기서, 상기 제3기밀부재(52)는 상기 인터페이스(50)의 외면 둘레를 따라 장착될 수 있도록 띠 형태를 이루는 패킹일 수 있다.
즉, 상기 장착홀(24)의 내면과, 상기 인터페이스(50)의 외면이 만나는 부위에 기밀을 위한 제3기밀부재(52)가 장착됨으로써, 상기 인터페이스(50)가 장착홀(24)에 끼워지면서 상기 3기밀부재가 압착되어 기밀 및 수밀작용을 이루게 된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 사이드커버(20)의 측면 하단부에 마운팅브라켓(26)이 설치될 수 있다. 즉, 상기 마운팅브라켓(26)을 통해 차체 또는 별도의 프레임에 사이드커버(20)를 결합하여 스택(100)을 차량에 고정시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기 사이드커버(20)와 마운팅브라켓(26)이 일체 형성될 수 있는 것으로, 상기 인클로저의 강성을 향상시키게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 스택모듈 12 : 엔드플레이트
14 : 체결바 16 : 보강빔
20 : 사이드커버 22 : 제1기밀부재
24 : 장착홀 26 : 마운팅브라켓
30 : 로워커버 32 : 제2기밀부재
40 : 어퍼커버 50 : 인터페이스
52 : 제3기밀부재 100 : 스택

Claims (13)

  1. 스택모듈을 포함하는 연료전지용 스택으로서,
    상기 스택모듈의 양 단부에 결합되는 사이드커버;
    상기 스택모듈의 하부에 마련되며, 상기 사이드커버 외면의 하부 및 측부 일부를 덮는 형상으로 형성된 로워커버; 및
    상기 스택모듈의 상부에 마련되며, 상기 사이드커버 외면의 상부 및 나머지 측부 일부를 덮는 형상으로 형성되어 상기 로워커버와 함께 스택모듈을 감싸며 사이드커버에 결합되는 어퍼커버;를 포함하며,
    상기 로워커버 및 어퍼커버와 접하는 사이드커버의 외면에 제1홈이 형성되고, 상기 제1 홈에 제1기밀부재가 장착되며,
    상기 로워커버의 양 단부 및 상기 어퍼커버의 양 단부가 상호 지지되는 형상으로 접촉되어 상기 스택모듈을 감싸도록 구성되며, 상기 로워커버와 어퍼커버가 접촉되는 면 중 어느 일면에 제2홈이 형성되고, 상기 제2홈에 제2기밀부재가 장착되며,
    상기 스택 모듈은 그 양 단부에 각각 배치된 엔드 플레이트 및 상기 엔드플레이트 사이에서 상기 엔드플레이트를 상호 체결하는 체결바를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스택 모듈은 상기 엔드플레이트 사이에 상기 엔드플레이트의 모서리를 감싸는 형상으로 체결된 보강빔을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔드플레이트와 사이드커버가 일체 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 사이드커버는, 상기 사이드커버의 외면을 덮는 로워커버 및 어퍼커버와 볼팅에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 사이드커버를 관통하는 형상으로 장착홀이 형성되며;
    상기 장착홀에 인터페이스가 장착되어, 상기 인터페이스가 스택에 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 인터페이스의 외면에 제3기밀부재가 조립되며;
    상기 제3기밀부재가 상기 장착홀의 내면에 기밀되는 상태로 장착홀에 끼움 장착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 사이드커버의 측면에 마운팅브라켓이 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 사이드커버와 마운팅브라켓이 일체 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택.
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US14/468,717 US10084199B2 (en) 2014-01-07 2014-08-26 Fuel cell stack enclosure
DE102014218095.3A DE102014218095A1 (de) 2014-01-07 2014-09-10 Brennstoffzellenstapel-Gehäuse
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Application Number Priority Date Filing Date Title
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