CN108352546B - 用于通道板的制造设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造通道板的设备和方法，并且根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造通道板的设备，所述设备是用于形成用于将物质转移到板的通道的制造设备，所述设备包括：穿孔单元，所述穿孔单元被设置成具有用于在所述板的传送过程中在所述板上形成多个开口的预定图案；以及加压单元，所述加压单元被设置成通过加压穿过所述穿孔单元的所述板的开口区域以使所述开口区域以预定角度和方向弯曲而在所述板上形成通道。

Description

用于通道板的制造设备和方法
技术领域
本发明涉及用于制造通道板的设备和方法，并且更具体地，涉及用于制造燃料电池的分离板的设备和方法。
本申请基于2015年10月30日提交的韩国专利申请No.10-2015-0152545要求优先权的权益，其公开内容全部通过引用并入本文。
背景技术
通常，燃料电池系统可以包括燃料电池堆、用于将含有氢的燃料供应到燃料电池堆的燃料供应部以及用于供应含有燃料电池堆的电化学反应所需的氧的氧化剂的空气供应部。具有上述结构的燃料电池系统通过燃料和空气的电化学反应产生电能，并排出作为反应副产物的热量和水。
燃料电池堆是通过依次地布置分离板而形成的，并且分离板可以分别设置在膜电极组件(MEA)的两侧，横跨膜电极组件。
分离板可以包括一对金属板，并且分离板设置有用于向膜电极组件分别供应燃料和空气的氢气流动通道和空气流动通道，以及用于流化冷却介质(例如，冷却水)的冷却水流动通道。此时，可以设置冷却水流动通道，使得冷却介质流入所述一对板之间的空间中。这里，每个流动通道由通道和/或肋形成。
作为用于制造用于燃料电池的分离板的传统方法，对普通金属板条或膨胀金属板条工艺进行部分修改/改造的方法已被使用。但是，当通过传统的金属板条或膨胀金属板条方法制造金属多孔分离板时，存在构建/制造模压设备和精密模具所需的时间/费用增加并且生产效率降低的技术问题。
发明内容
技术问题
本发明要解决的问题是提供用于制造通道板的设备和方法，该设备和方法能够提高制备通道板，特别是用于燃料电池的分离板的生产率和经济效率。
技术方案
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造通道板的设备，所述设备是用于形成用于将物质转移到板的通道的制造设备，所述设备包括穿孔单元(slitting unit)和加压单元。具体地，用于制造通道板的所述设备包括一对第一辊，所述一对第一辊被设置成允许所述板通过，并且所述设备包括穿孔单元和加压单元，所述穿孔单元在每个第一辊的外周面上设置有多个凸起图案以在所述板的传送过程中在所述板上形成多个开口，所述加压单元被设置成通过对穿过所述穿孔单元的所述板的开口区域加压以使所述开口区域以预定角度和方向弯曲而在所述板上形成通道。
此外，所述多个凸起图案可以被设置为具有相同的长度、宽度和厚度。
此外，所述多个凸起图案可以被设置为使得长度、宽度和厚度中的至少一者彼此不同。
此外，所述一对第一辊可以具有相同的结构。另外，与所述板的特定点接触的上第一辊的凸起图案和下第一辊的凸起图案可以被设置为相同。
此外，所述加压单元可以包括一对第二辊，所述一对第二辊被设置成允许所述板通过，并且至少一个第二辊可以在外周面上具有多个凸起图案。
此外，所述一对第二辊可以具有相同的凸起图案，并且与所述板的特定点接触的上第二辊的凸起图案和下第二辊的凸起图案可以被设置为相同。
此外，所述一对第二辊可以具有不同的凸起图案，并且与所述板的特定点接触的上第二辊的凸起图案和下第二辊的凸起图案可以被设置为彼此不同。
此外，所述第二辊中的一个可以在外周面上具有多个凸起图案，并且剩余的第二辊可以在外周面上不具有凸起图案。
此外，所述通道板可以是用于燃料电池的分离板。
此外，所述制造设备可以进一步包括用于传送所述板的多个传送辊。
此外，所述加压单元可以包括一对第三辊。另外，所述一对第三辊可以被设置成分别沿着旋转轴线的方向具有一个或多个台阶部。
此外，所述制造设备可以进一步包括用于轧制穿过所述加压单元的所述板的轧制单元。
此外，所述轧制单元可以包括可旋转地设置的一对轧制辊。
此外，所述一对第三辊可以被设置为使得与所述板的特定点接触的上第三辊的直径和下第三辊的直径彼此不同。
另外，根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造通道板的方法，所述通道板形成用于将物质转移到板的通道，所述方法包括：穿孔步骤，所述穿孔步骤用于在所述板的传送过程中使用被设置为具有预定图案的一对第一辊在所述板上形成多个开口；以及加压步骤，所述加压步骤用于通过用一对第二辊对完全穿孔的所述板的开口区域加压并使所述开口区域以预定的角度和方向弯曲而在所述板上形成通道。
此外，所述制造方法可以进一步包括轧制步骤，所述轧制步骤用于在所述加压步骤完成之后在所述板的传送过程中轧制所述板。
此外，所述制造方法可以进一步包括展开步骤，所述展开步骤用于在所述加压步骤完成之后在所述板的传送过程中至少部分地扩展所述板的弯曲区域。
有益效果
如上所述，与本发明的一个实施例相关联的用于制造通道板的设备和方法具有以下效果。
可以设计用于促进燃料电池反应表面中的反应气体(氧化剂，例如氧气)的转移(提高反应气体的利用率)并控制水平衡的三维金属多孔分离板的微孔(通道)形状。
此外，在实现金属多孔分离板时，可以通过旋转制造技术同时提高生产率和成本效益。
另外，由于制造工艺特性，可以制造由具有低流动摩擦阻力的波纹截面形状的微孔构成的金属多孔分离板。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的用于制造通道板的设备的透视图；
图2是示出图1中所示的穿孔单元的透视图；
图3是示出图1中所示的加压单元的正视图；
图4是穿过图3中所示的加压单元的板的正视图；
图5是展开过程之后的板的正视图；
图6至图8是用于解释加压单元的各种实施例的透视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的一个实施例的用于制造通道板的设备和方法。
另外，不管附图标记如何，相同或相似的附图标记指代相同或相应的部件，将省略对其的重复说明，并且为了便于说明，所示的每个构成构件的尺寸和形状可以被夸大或缩小。
图1是示出根据本发明的一个实施例的用于制造通道板的设备的透视图，
图2是示出图1中示出的穿孔单元的透视图，并且图3是示出图1中示出的加压单元的正视图。
另外，图4是穿过图3中所示的加压单元的板的正视图，并且图5是展开过程之后的板的正视图。
参照图1，与本发明的一个实施例相关的用于制造通道板的设备(100)与用于形成用于将物质转移到板的通道的制造设备相关联。特别地，在通道板制造设备(100)中应用旋转制造方法。而且，在本文献中，通道板可以是用于燃料电池的分离板。此时，通道是指反应气体和/或水(生成的水)流过的流动通道。
制造设备(100)包括穿孔单元(110)和加压单元(120)。
穿孔单元(110)包括被设置成允许板(P)通过的一对第一辊(111,114)。多个凸起图案设置在第一辊(111,114)中的每一个的外周面上，以便在板(P)的传送过程中形成多个开口(O)。另外，加压单元(120)被设置成通过对穿过穿孔单元(110)的板(P1)的开口(O)区域加压以使所述开口区域以预定角度和方向弯曲而在板(P1)上形成通道。此外，术语“开口区域”可以用作包括开口以及开口的相邻区域的含义。
具体地，制造设备(100)包括穿孔单元(110)，穿孔单元(110)包括具有预定图案的一对第一辊(111,114)，用于在板(P)的传送过程中在板(P)上形成多个开口。所述一对第一辊(111,114)旋转以允许板(P)通过它们之间的空间，并且在板(P)的通过过程中，通过所述图案在板(P)上形成多个开口(O)。
另外，制造设备(100)可以进一步包括加压单元(120)，加压单元(120)包括一对第三辊(121,122)，所述一对第三辊(121,122)被设置成使得穿过穿孔单元(110)的板(P1)的每个开口(O)区域被加压并以预定角度和方向弯曲以便形成通道。
此外，制造设备(100)可以进一步包括用于板(P)的传送的多个传送辊(140)。
参照图1和图3，一对第三辊(121,122)被设置成分别沿着旋转轴线方向(x轴方向)具有一个或多个台阶部。此外，一对第三辊(121,122)可以被设置成使得与板(P2)的特定点接触的上第三辊(121)的直径和下第三辊(122)的直径彼此不同。在穿过加压单元(120)的过程中，在开口(O)区域中发生弯曲，从而形成三维形状通道。特别地，在穿过加压单元(120)的过程中，在板(P2)上进行拉伸/扩展，并且通过这种处理可以实现三维微通道形状。另一方面，未说明的附图标记123表示板穿过的空间。
参照图4，可以确认形成了与膨胀金属板条成型产品类似的在高度方向上具有台阶部的波纹截面连续构件。
另外，制造设备(100)可以进一步包括用于轧制穿过加压单元(120)的板的轧制单元(130)。此外，轧制单元(130)可以包括可旋转地设置的一对轧制辊。当所述板穿过轧辊时，可以确保与相邻部件(膜-电极组件、气体扩散层等)的接触区域。此外，还可以减小接触阻力并且可以控制在加工/制造步骤期间可能发生的毛刺。另一方面，在加压步骤完成之后，如有必要，可以选择性地执行用于在传送板(P2)的过程中展开板的至少一部分弯曲区域的展开步骤。展开步骤之后的所述板的正面如图5所示。
参照图2，穿孔单元(110)包括被设置成允许板通过的一对第一辊(111,114)，并且第一辊(111,114)中的每一个在外周面上具有多个凸起图案(112,113)。
另外，多个凸起图案(112,113)可以设置为具有相同的长度、宽度和厚度。或者，多个凸起图案(112,113)可以被设置为使得长度、宽度和厚度中的至少一者彼此不同。
此外，所述一对第一辊(111,114)可以具有相同的结构。为了形成开口(O)，与板(P)的特定点接触的上第一辊(111)的凸起图案和下第一辊(114)的凸起图案可以被设置为相同。进行将板连续地传送到安装成线圈形状的穿孔单元(110)的薄片传送步骤，并且穿孔单元(110)通过与由电机沿顺时针/逆时针方向旋转的上第一辊和下第一辊相匹配而形成符合微通道/肋的宽度和排列形状的切割线(开口)。另一方面，切割线之间的带形区域可以是根据微通道的高度进行拉伸/扩展的部分。
此外，图6至图8是用于说明加压单元的各种实施例的透视图。
根据本发明的另一实施例的制造设备(100)包括：穿孔单元(110)，被设置成具有用于在板的传送过程中在板上形成多个开口的预定图案；以及加压单元(150,160,180)，被设置成使得穿过穿孔单元的板的开口区域被加压并以预定角度和方向被弯曲以便形成通道。
参照图6和图7，加压单元可以包括被设置成允许板通过的一对第二辊，并且至少一个第二辊可以在外周面上具有多个凸起图案。
参照图6，加压单元(150)可以包括被设置成允许板通过的一对第二辊(151,153)，并且上第二辊和下第二辊(151,153)可以在外周面上具有多个凸起图案(152,154)。此时，一对第二辊(151,154)可以具有相同的凸起图案，并且与板的特定点接触的上第二辊(151)的凸起图案(152)和下第二辊(153)的凸起图案(154)可以被设置为相同。
参照图7，加压单元(150)可以包括被设置成允许板通过的一对第二辊(151,153)，并且一个第二辊(161)(例如，上辊)可以在外周面上具有多个凸起图案(162)，并且剩余的第二辊(164)(例如，下辊)可以在外周面上不具有凸起图案。下第二辊的外周面可以由没有图案形成的光滑表面(164)形成。
参照图8，加压单元(180)可以包括被设置成允许板通过的一对第二辊(181,183)，并且上第二辊和下第二辊(181,183)可以具有多个凸起图案(182,184)。此时，所述一对第二辊(181,183)可以具有彼此不同的凸起图案，并且与板的特定点接触的上第二辊(181)的凸起图案(182)和下第二辊(183)的凸起图案(184)可以被设置成不同。
另一方面，当所述加压单元如图6至图8所示构造时，可以省略展开步骤。
另外，与本发明的一个实施例相关的用于制造通道板的方法包括：穿孔步骤，用于在板的传送过程中使用被设置为具有预定图案的一对第一辊来在板上形成多个开口；以及加压步骤，用于通过用一对第二辊对完全穿孔的板的开口区域加压并使所述开口区域以预定的角度和方向弯曲而在板上形成通道。
此外，如上所述，所述制造方法可以进一步包括用于在加压步骤完成之后在板的所述传送过程中轧制所述板的轧制步骤。
此外，所述制造方法可以进一步包括用于在加压步骤完成之后在板的传送过程中至少部分地扩展板的弯曲区域的展开步骤。
如上所述的本发明的优选实施例是为了说明的目的而公开的，本领域技术人员可以在本发明的思想和范围内对本发明进行修改、改变和添加，并且将认为这样的修改、改变和添加落入以下权利要求中。
工业适用性
根据本发明，可以设计用于促进燃料电池反应表面中的反应气体的转移并控制水平衡的三维金属多孔分离板的微孔形状。

Claims (15)

1.一种用于制造通道板的设备，所述设备是用于形成用于将物质转移到板的通道的制造设备，所述设备包括：一对第一辊，所述一对第一辊被设置成允许所述板通过；以及穿孔单元，所述穿孔单元在每个第一辊的外周面上设置有多个凸起图案，以在所述板的传送过程中在所述板上形成多个开口；以及
加压单元，所述加压单元被设置成通过对穿过所述穿孔单元的所述板的开口区域加压，以使所述开口区域以预定角度和方向弯曲而在所述板上形成通道，
其中，所述加压单元包括一对第三辊，所述一对第三辊被设置成沿着旋转轴线的方向具有一个或多个台阶部，
其中，所述一对第三辊被设置成使得与所述板的特定点接触的上第三辊的直径和下第三辊的直径彼此不同，
其中，所述一个或多个台阶部形成为在垂直于所述旋转轴线的方向上彼此具有阶差，使得所述板形成为波纹截面连续构件。
2.根据权利要求1所述的用于制造通道板的设备，其中，
所述多个凸起图案被设置为具有相同的长度、宽度和厚度。
3.根据权利要求1所述的用于制造通道板的设备，其中，
所述多个凸起图案被设置为使得长度、宽度和厚度中的至少一者彼此不同。
4.根据权利要求1所述的用于制造通道板的设备，其中，
所述一对第一辊具有相同的结构，并且
与所述板的特定点接触的上第一辊的凸起图案和下第一辊的凸起图案被设置为相同。
5.根据权利要求1所述的用于制造通道板的设备，其中，
所述加压单元包括一对第二辊，所述一对第二辊被设置成允许所述板通过，并且
至少一个第二辊在外周面上具有多个凸起图案。
6.根据权利要求5所述的用于制造通道板的设备，其中，
所述一对第二辊具有相同的凸起图案，并且
与所述板的特定点接触的上第二辊的凸起图案和下第二辊的凸起图案被设置为相同。
7.根据权利要求5所述的用于制造通道板的设备，其中，
所述一对第二辊具有彼此不同的凸起图案，并且
与所述板的特定点接触的上第二辊的凸起图案和下第二辊的凸起图案被设置为不同。
8.根据权利要求5所述的用于制造通道板的设备，其中，
一个第二辊在外周面上具有多个凸起图案，并且
剩余的第二辊在外周面上不具有凸起图案。
9.根据权利要求1所述的用于制造通道板的设备，其中，
所述通道板是用于燃料电池的分离板。
10.根据权利要求1所述的用于制造通道板的设备，还包括用于传送所述板的多个传送辊。
11.根据权利要求1所述的用于制造通道板的设备，还包括轧制单元，所述轧制单元用于轧制穿过所述加压单元的所述板。
12.根据权利要求11所述的用于制造通道板的设备，其中，
所述轧制单元包括可旋转地设置的一对滚动辊。
13.一种用于制造通道板的方法，所述通道板形成用于将物质转移到板的通道，所述方法包括：
穿孔步骤，所述穿孔步骤用于在所述板的传送过程中使用被设置成具有预定图案的一对第一辊而在所述板上形成多个开口；以及
加压步骤，所述加压步骤用于通过用一对第三辊对完全穿孔的所述板的开口区域加压并使所述开口区域以预定的角度和方向弯曲而在所述板上形成通道，
其中，所述一对第三辊被设置成沿着旋转轴线的方向具有一个或多个台阶部，
其中，所述一对第三辊被设置成使得与所述板的特定点接触的上第三辊的直径和下第三辊的直径彼此不同，
其中，所述一个或多个台阶部形成为在垂直于所述旋转轴线的方向上彼此具有阶差，使得所述板形成为波纹截面连续构件。
14.根据权利要求13所述的用于制造通道板的方法，还包括：
轧制步骤，所述轧制步骤用于在所述加压步骤完成之后在所述板的传送过程中轧制所述板。
15.根据权利要求14所述的用于制造通道板的方法，还包括：
展开步骤，所述展开步骤用于在所述加压步骤完成之后在所述板的传送过程中至少部分地展开所述板的弯曲区域。
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