인클로저

인클로저(Enclosure)는 수소자동차에서 연료전지 스택을 감싸 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 수행하는 부품이다.

개요

인클로저는 연료전지 스택을 외부 충격으로부터 보호하는 수소전기차의 핵심 부품이다. 연료전지 시스템은 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템으로서, 대개 연료전지 자동차에 적용되고 있다. 연료전지 시스템은 연료전지 스택, 연료전지 스택으로 수소를 공급하는 수소 공급부, 연료전지 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급부 및 연료전지 스택의 반응열과 물을 제거하고 연료전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열/물 관리부를 구비하고 있다. 연료전지 스택은 여러 단위 셀들을 하나로 묶은 단위 스택 모듈과, 그 단위 스택 모듈을 보호하기 위한 인클로저로 구성된다. 연료전지 스택은 경우에 따라서 여러 개의 단위 스택 모듈들이 하나의 스택으로 구성될 수 있다. 단위 스택 모듈은 수소와 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기에너지를 발생시킨다. 그리고 단위 스택 모듈은 반응 부산물로서 열과 물을 발생시키는데, 냉각매체인 냉각수에 의해 냉각이 이루어진다. 인클로저는 단위 스택 모듈을 밀봉 처리하는 하우징으로서, 예를 들면 언더 프레임, 모듈 브라켓 및 커버를 구비하고 있다. 한편, 연료전지 스택용 인클로저는 연료전지 스택 전체를 감싸며 보호하는 기능 이외에, 연료전지 스택의 냉각계를 장착하고 있다. 예를 들면, 연료전지 스택은 RH 측면에 반응기체(수소와 공기) 및 냉각수를 분배하기 위한 공용 분배기가 장착되어 있고, 인클로저는 그 연료전지 스택의 외곽을 감싸고 있다. 인클로저의 외곽에는 연료전지 스택의 냉각계 부품인 고전압 부품으로서의 COD(Cathode Oxygen Depletion) 히터와, 연료전지 스택의 출구 매니폴드를 장착하고 있다. 이들 COD 히터와 스택 출구 매니폴드는 볼트를 통해 인클로저의 각 마운팅부에 장착되는 바, 각 마운팅부에서 볼트에 의해 공용 분배기와 체결될 수 있다. 여기서, 스택 출구 매니폴드는 차량의 RH 전방 측에서 인클로저의 외곽에 장착된다. COD 히터는 연료전지 스택의 시동(start up) 및 셧 다운(shut down)시 생성되는 전력을 열에너지로 소비하고, 냉 시동 시 냉각수를 가열하여 연료전지 스택으로 가열된 냉각수를 공급하는 고전압 부품으로서, 스택 출구 매니폴드의 후방 측에서 인클로저의 외곽에 장착된다.

구조

인클로저는 연료전지 스택의 하부에 배치된다. 배수구가 형성된 하부면을 갖는 하부 하우징, 하부 하우징의 외부에서 배수구를 폐쇄하는 실링캡, 실링캡에 하부 하우징 방향으로의 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함한다. 연료전지 스택과 하부면 사이에 배치되어 하부 하우징의 하부면에 저장된 물이 연료전지 스택으로 이동하는 것을 차단시키는 필터 부재를 포함하고, 실링캡은 배수구의 단면적보다 넓은 면적을 갖는 판상부 및 판상부로부터 배수구 내로 연장되어 배수구의 내주면과 대면하는 측면을 갖는 돌출부를 포함한다. 탄성 부재는 일단 이 하부면의 하부에 결합되고 타단이 실링캡의 판상부 상부에 결합되어 하부면 상에 저장된 물의 하중이 사전 설정된 크기 이상인 경우 인장되어 실링캡을 배수구의 하부로 밀어내면서 저장된 물을 외부로 배출되게 하는 것을 특징으로 한다.

주요 기업

동양피스톤㈜

동양피스톤㈜은 1977년 설립한 국내 1위 엔진피스톤 제조사이다. 2020년 실적은 코로나19 대확산으로 완성차 시장이 침체하면서 부진을 기록했지만, 2021년은 내연기관차 수요 회복 및 친환경 부품 수요 확대로 선방을 기록했다. 특히, 수소전기차에 쓰이는 인클로저는 사상 최대 매출 기록이 기대된다. 2021년 1분기 인클로저 매출은 전년동기 대비 74.28% 증가한 14억 5700만 원을 달성했다. 이는 2020년 연간 인클로저 매출의 26.45%에 달하는 수치이다. 동양피스톤㈜은 2018년 11월 우신공업㈜으로부터 수소연료전지 자동차용 인클로저 및 매니폴드 사업부를 인수해 기술력을 확보했다. 주요 고객사는 현대자동차㈜이다. 수소차 넥쏘와 수소버스 일렉시티에 관련 부품을 독점 공급한다. 나아가 동양피스톤㈜은 2021년 현대자동차로부터 700억 원 규모의 신규 수소전기차 연료전지 관련 신규 부품도 수주하여 2023년부터 5년간 공급이 이루어질 예정이다. 또한 동양피스톤㈜은 기아의 고성능 전기차 EV6 GT에 쓰이는 방열 모듈을 공급한다. 친환경 부품 사업이 지속해서 성과를 창출하면서 현대·기아자동차 공급망에서 동양피스톤㈜이 차지하는 위상도 높아질 전망이다. 평화산업 등 경쟁업체들이 친환경 부품 사업 진출을 준비 중인 가운데 동양피스톤㈜이 안정적으로 수주를 확대하고 있기 때문이다.

참고자료

• 한수동·김형국·유정한, 〈연료전지 스택용 인클로저〉, 《구글 페이턴트》
• 양태훈 기자, 〈'기아 EV6' 날개단 동양피스톤, 친환경 부품 사업 순항〉, 《디일렉》, 2021-07-05
• 유정한 외 7인, 〈연료전지 스택 인클로저〉, 《사이언스온》, 2018-05-02

같이 보기

• 스택
• 연료전지

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