CN111180770A - 用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置。所述热处理装置包括热压机，其安装在进料路径的上侧和下侧，以在框架上沿竖直方向移动，所述热压机对膜电极组件片的上表面和下表面上的电极催化剂层加压。多个夹持器模块沿着膜电极组件片的进料方向以设定的间隔安装在基座构件中，所述多个夹持器模块选择性地夹持膜电极组件片的两个侧边缘。驱动单元使基座构件在与膜电极组件片的进料方向垂直的方向上往复移动以及在膜电极组件片的进料方向上往复移动。

Description

用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月9日提出的韩国专利申请号为10-2018-0137413的优先权和权益，其全部内容通过引用纳入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于制造燃料电池的膜电极组件(Membrane-ElectrodeAssembly，MEA)的系统，更具体而言，涉及一种用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其用于膜电极组件的热处理。

背景技术

如本领域所知，燃料电池通过氢和氧的电化学反应产生电能。这种燃料电池能够通过从外部供应化学反应物来连续发电，而不需要单独的充电过程。燃料电池可以通过在膜电极组件(MEA)的两侧设置分离板或双极板来构造。

在膜电极组件中，阳极层和阴极层作为电极催化剂层转移到氢离子迁移所通过的聚合物膜的两侧。膜电极组件与副衬垫结合，用于保护电极催化剂层和电解质膜，并且确保燃料电池的可组装性。膜电极组件通过下述步骤制造：展开缠绕成卷状的电解质膜，释放缠绕成卷状的离型纸(release paper)，使电解质膜和离型纸在辊压机之间经过并且使电极催化剂层在高温高压下在电解质膜的两侧排出，由此制备结合的电极膜片。

此外，以卷的形式卷绕的副衬垫展开并且定位在电极膜片的两侧，并且这些副衬垫在热辊之间经过，以生产膜电极组件片，在所述膜电极组件片中电极膜片和副衬垫的边缘结合。在该过程之后，拧下卷绕成卷状的膜电极组件片，并且将膜电极组件片切割成包括电极催化剂层的单元形式，从而完成膜电极组件的制造。

如上所述，通过辊压方法将电极催化剂层结合到电解质膜的两个表面并且制造电极膜片的过程，能够连续地进行电极催化剂层结合工艺，而且处理速度迅速。然而，电解质膜和电解质膜之间的交界面结合强度不足。通常，膜电极组件在性能和耐久性方面优异，因为电极催化剂层和电解质膜之间的粘附性更好。然而，如果由于电极催化剂层和电解质膜之间缺乏界面结合强度而在电极催化剂层和电解质膜之间的交界面处发生脱离(elimination)，则可能降低膜电极组件的性能和耐久性。

公开于本部分的上述信息仅仅用于加深对发明背景的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供一种用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其通过热压工艺在高温下对膜电极组件片的电极催化剂层加压。另外，本发明提供一种用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其能够防止由于热压过程中的热量导致的膜电极组件片的收缩和曲折变形。

根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置可以包括：热压机，其安装在进料路径的上侧和下侧，以在框架上沿竖直方向移动，所述热压机配置为对膜电极组件片的上表面和下表面上的电极催化剂层加压；多个夹持器模块，其沿着膜电极组件片的进料方向以设定的间隔安装在基座构件中，以便选择性地夹持膜电极组件片的两个侧边缘；以及驱动单元，其配置为使基座构件在与膜电极组件片的进料方向垂直的方向上往复移动以及在膜电极组件片的进料方向上往复移动。

所述热处理装置进一步可以包括前进料辊组件和后进料辊组件，所述前进料辊组件和后进料辊组件用于沿进料路径进给膜电极组件片。所述热压机可以设置在前进料辊组件与后进料辊组件之间。另外，所述热压机可以包括多个加压单元，所述加压单元具有在竖直方向上彼此面对的一对热板。所述加压单元可以布置成对应于电极催化剂层和相邻的电极催化剂层中的任一个。

此外，所述热处理装置可以进一步可以包括：视觉传感器，其配置为感测膜电极组件片的电极催化剂层之间的间隔；以及位置校准单元，其配置为基于由视觉传感器感测的电极催化剂层的间隔来校准热压机的位置。所述夹持器模块可以包括：固定夹持器主体，其固定地安装在基座构件上；以及操作夹持器主体，其联接到安装在基座构件上的第一操作缸，所述操作夹持器主体选择性地与所述固定夹持器主体一起夹持膜电极组件片的边缘。

所述固定夹持器主体和所述操作夹持器主体可以形成为长矩形板类型并且可以沿着所述进料方向设置。在所述固定夹持器主体和所述操作夹持器主体上，可以分别形成有用于以阶梯状方式夹持所述膜电极组件片的两个侧边缘部分的夹持突起和夹持槽。另外，用于支撑所述膜电极组件片的两个侧边缘部分的支撑突起可以分别形成到所述固定夹持器主体和所述操作夹持器主体。所述支撑突起可以沿着与所述膜电极组件片的进料方向垂直的方向以预定间隔形成。

所述驱动单元可以包括：伺服电机，其固定地安装在安装支架上，所述安装支架沿着进料方向设置在设备框架内，导向丝杠，其连接至所述伺服电机，至少一个移动块，其与导向丝杠接合，所述至少一个移动块在与膜电极组件片的进料方向垂直的方向上可滑动地与基座构件联接，导向块，其固定地安装在安装支架上，所述导向块沿着膜电极组件片的进料方向与移动块滑动地联接，以及第二操作缸，其通过固定支架固定到所述移动块，所述固定支架与基座构件连接，所述第二操作缸配置为在与进料方向垂直的方向上向基座构件施加向前和向后的致动力。所述基座构件可以在与所述进料方向垂直的方向上经由引导轨道可滑动地联接到所述移动块。所述热压机可以利用供应到所述膜电极组件片的上表面和下表面的热处理保护膜热压缩所述电极催化剂层。

根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置可以包括：热压机，其设置在前进料辊组件与后进料辊组件之间，所述前进料辊组件与后进料辊组件用于沿着进料路径进给膜电极组件片，所述热压机在预定的温度下对膜电极组件片的上表面和下表面上的电极催化剂层部分进行加压；多个夹持器模块，其沿着膜电极组件片的进料方向以预定的间隔安装，以夹持膜电极组件片的两个侧边缘；以及冷却单元，其安装在后侧的进料辊组件处，以将冷却空气喷射至膜电极组件片。

所述前进料辊组件和后进料辊组件的每一个可以包括可旋转地安装在前部辊支架和后部辊支架上的上进料辊和下进料辊。所述冷却单元可以安装在后部辊支架上，所述冷却单元可以配置为通过后侧上的上进料辊和下进料辊，将冷却空气喷射到进料方向的相对侧。所述冷却单元可以包括：一对冷却空气接收构件，其对应于后部的上进料辊和下进料辊在竖直方向上设置在后部辊支架上；以及至少一个空气喷射喷嘴，其安装在冷却空气接收构件的每一个中，所述至少一个空气喷射喷嘴配置为在上进料辊与下进料辊之间喷射冷却空气。

所述前进料辊组件和后进料辊组件可以包括安装在前部辊支架和后部辊支架上的前部上和下止动杆和后部上和下止动杆，所述前部上和下止动杆和后部上和下止动杆用于选择性地停止行程或者移动膜电极组件片。所述热压机可以利用供应到所述膜电极组件片的上表面和下表面的热处理保护膜，热压缩所述电极催化剂层。

在本发明的示例性实施方案中，通过由热压机在高温下热处理膜电极组件片，可以改善膜电极组件片上的电解质膜和电极催化剂层之间的交界面结合强度。因此，可以防止电解质膜和电极催化剂层之间的边界部分脱离，从而改善膜电极组件的性能和耐久性并且确保批量生产率。

另外，在本发明的示例性实施方案中，由于通过热压机对电极催化剂层部分进行热压，同时通过夹持器模块对膜电极组件片施加拉力，因此可以防止热收缩和曲折变形。因此，在本发明的示例性实施方案中，可以改善膜电极组件的产品质量和生产率，并且可以防止电极催化剂层处的反应面积的减少。

此外，在本发明的示例性实施方案中，冷却空气可以在热压之后通过冷却单元喷射到膜电极组件，并且电极催化剂层可以由冷却空气冷却，因此，可以防止副衬垫的皱折变形。因此，本发明可以在燃料电池的堆叠过程中确保燃料电池的分层对齐并且改善燃料电池堆的产量。

另外，在本发明的实施方案的详细描述中将直接地或间接地公开可由本发明的示例性实施方案获得的或者预测的效果。根据本发明的示例性实施方案预测的各种效果将在稍后描述的详细描述中公开。

附图说明

这些附图仅用于参考目的，并且不应当解释为将本发明的技术构思限制于所附附图。

图1是示出根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的示意图；

图2是示出由根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置制造的膜电极组件的视图；

图3是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的热压机的视图；

图4是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的夹持器模块、驱动单元和冷却单元的视图；

图5是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的夹持器模块的立体图；

图6是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的夹持器模块的侧视示意图；

图7是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的夹持器模块的固定夹持器主体和操作夹持器主体的视图；

图8和图9是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的驱动单元的视图；以及

图10和图11是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的冷却单元的视图。

附图标记描述

1：膜电极组件

3：电解质膜

5：电极催化剂层

7：副衬垫

10：热压机

11：压机框架

13：热板

15：加压单元

21：进料辊组件

23：上和下进料辊

25：上和下止动杆

29：辊支架

31：视觉传感器

35：位置校准单元

40：夹持器模块

41：基座构件

43：固定夹持器主体

45：操作夹持器主体

46：第一操作缸

47：夹持突起

48：支撑突起

49：夹持槽

60：驱动单元

61：伺服电机

63：导向丝杠

65：移动块

67：引导块

69：第二操作缸

71：安装支架

73：引导轨道

75：固定支架

77：致动杆

80：冷却单元

81：接收构件

85：空气喷射喷嘴

101：膜电极组装片

102：薄片退绕机

103：设备框架

104：薄片复卷机

105：膜退绕机

106：热处理保护膜

107：膜复卷机

100：热处理装置。

具体实施方式

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

虽然示例性的实施方案描述为使用多个单元以执行示例性的过程，但是应当理解，示例性的过程也可以由一个或多个模块执行。此外，应当理解的是术语控制器/控制器单元指代的是包含有存储器和处理器的硬件设备。该存储器被配置成存储模块，并且处理器具体配置成执行所述模块以执行以下进一步描述的一个或多个过程。

本文所使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的并且不旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。还将理解当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或多种其他的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群体。正如本文所述的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。”

下文将参考所附附图对本发明进行更为全面的描述，在这些附图中显示了本发明的示例性实施方案。本领域技术人员将意识到，可以对所描述的示例性的实施方案进行各种不同方式的修改，所有这些修改将不脱离本发明的精神或范围。为了清楚地说明本发明，省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中相同或相似的部件由相同的附图标记表示。

由于附图中所示的每一个构造的尺寸和厚度是为了便于说明而任意地示出的，因此本发明不必限于图中所示的一种，而是放大厚度以清楚地表示各个部分和区域。在下面的详细描述中，部件的名称被分类为第一，第二等，以便在相同的关系中将组件彼此区分开，而且不必限于以下描述中的顺序。应当理解，在整个说明书中，除非另有其他说明，否则在不脱离本发明的范围的情况下，所有可能的这种修改对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。另外，本说明书中的术语“...单元”，“...装置”，“...部分”等被定义为至少一个功能或动作的单元及其装置。

图1是示意性地示出根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的示意图；参照图1，根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置100可以应用于自动化系统，所述自动化系统用于自动地和连续地制造构成燃料电池组的单元燃料电池的部件。

自动化系统可以应用于制造作为燃料电池的关键部件的膜电极组件1，如图2所示，电极催化剂层5可以转移到电解质膜3的两个表面，并且副衬垫7可以结合至每一个电极催化剂层5的边缘。自动化系统可以按卷到卷工艺的方式生产膜电极组件1。卷到卷方法是涂覆涂层、印刷或者执行其他工艺的任何工艺，从柔性材料的卷开始并且在该工艺之后重新卷绕，以形成输出卷。

在这种卷到卷型的自动化系统中，电极催化剂层5可以以规则的间隔形成在聚合物膜3的两侧，副衬垫7可以结合至电解质膜3的电极催化剂层5的边缘，然后，可以制造膜电极组件片101。自动化系统可以包括展开卷状膜电极组件片101，以及将膜电极组件片101切割成包括电极催化剂层5的单元形式。换而言之，上述自动化系统可以自动地实现用于制造最终膜电极组件1的整个制造过程，从膜电极组件片101的制造过程到膜电极组件片101的切割过程。

在下文中，将描述卷到卷进料设备作为示例，在所述卷到卷进料设备中卷绕成卷状的薄片卷以卷到卷的方式连续地供应。卷到卷进料设备可以定义为可旋转地安装在设备框架103上的多个传送辊，所述设备框架103设置在上、下、后和左以及右和左方向(例如，竖直方向和水平方向)上。如上所述，可以在设备框架103中配置下面要描述的每一个构成元件。设备框架103支撑每一个构成元件，并且可以包括一个框架或者分成两个或者更多个的框架。

设备框架103可以包括各种子元件，例如支架、棒、杆、板、壳体、外壳和块，以支撑每个构成元件。然而，由于上述各种子元件设置为在设备框架103中安装下面要描述的各个部件，因此在本发明的示例性实施方案中，除特殊情况外，上述子元件统称为设备框架103。

根据本发明示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置100配置在设备框架103中。热处理装置100可以在热压系统中进行热处理，该热压系统在高温和高压下挤压膜电极组件片101的电极催化剂层5。对膜电极组件片101的电极催化剂层5进行热处理的原因是为了提高电解质膜3和电极催化剂层5的交界面的结合强度，并且防止电解质膜3和电极催化剂层5之间的边界部分脱离。例如，高温可以定义为约100℃至300℃，高压可以定义为约200kgf/cm²至1000kgf/cm²。

特别地，根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置100配置在膜电极组件片101的制造过程和膜电极组件片101的切割过程之间。膜电极组件片101可以例如以卷形式卷绕到薄片退绕机102中，从薄片退绕机102展开，按照由热处理装置100在热压方法中进行的热处理，沿着设定的进料路径供应至热处理装置100，然后可以卷绕在薄片复卷机104上。

在本发明的示例性实施方案中，用于保护膜电极组件片101的热处理保护膜106可以沿着进料路径供应到热处理装置100。热处理保护膜106可以以卷的形式卷绕在膜退绕机105上并且从膜退绕机105展开。热处理保护膜106可以供应至热处理装置100，然后可以返回到膜复卷机107。

另外，热处理保护膜106可以供应到膜电极组件片101的上表面和下表面。热处理保护膜106可以与膜电极组件片101的电极催化剂层5一起热压缩。热处理保护膜106可以防止膜电极组件片101的电极催化剂层5被高温和高压损坏。例如，热处理保护膜106可以由具有预定厚度的耐热材料形成。

根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置100可以防止因热压过程中的热量而导致膜电极组件片101的收缩和曲折变形。在上文中，曲折变形是指膜电极组件片101沿宽度方向以波形波动的变形。

图3是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的热压机的视图。参照图1和图3，热处理装置100可以包括热压机10，热压机10用于在预定温度下按压电极催化剂层5的在膜电极组件片101的上表面和下表面上的部分。

特别地，热压机10可以布置在膜电极组件片101的进料路径的上侧和下侧，并且安装成相对于膜电极组件片101的上表面和下表面竖直移动。在本发明的示例性实施方案中，热压机10可以设置在前进料辊组件21和后进料辊组件21a之间，前进料辊组件21和后进料辊组件21a配置在设备框架103中并且沿着进料路径进给膜电极组件片101。前进料辊组件21和后进料辊组件21a可以包括上下进料辊23，以沿着进料路径进给膜电极组件片101。

前部和后部上和下进料辊23可以安装在用于可旋转地支撑它们的前部辊支架29和后部辊支架29a上。前进料辊组件21和后进料辊组件21a可以包括前止动杆25和后止动杆25a，前止动杆25和后止动杆25a用于选择性地停止膜电极组件片101的供应。另外，前部上和下止动杆25和后部上和下止动杆25a可以沿着膜电极组件片101的宽度方向布置成上下对，并且它们中的一个可以通过已知的工作缸竖直地移动，因此可以在打开和关闭操作时，使膜电极组件片101能够供应或停止。

如上所述的热压机10可以安装在设备框架103中设置的压机框架11中。热压机10可以包括沿膜电极组件片101的进料方向以预定间隔布置的多个加压单元15。加压单元15可以包括沿着竖直方向彼此面对的一对热板13，膜电极组件片101的上表面和下表面上的电极催化剂层5介于热板13之间。特别地，加压单元15可以布置为对应于电极催化剂层5和相邻的电极催化剂层5的一个。

热板13用于热压缩结合电极催化剂层5的在膜电极组件片101的上表面和下表面上的部分。可以通过预定的热源(例如加热线，加热棒等)以设定温度加热热板13，并且可以安装成由已知的工作缸或伺服电机在竖直方向(图中的Z轴方向)上可移动。

此外，本发明的示例性实施方案可以进一步包括视觉传感器31，视觉传感器31配置为感测进入热压机10的膜电极组件片101的电极催化剂层5的间隔。视觉传感器31可以配置为通过线扫描检测电极催化剂层5的间隔，并且将检测信号输出到控制器(未示出)。由于视觉传感器31可以包括线扫描类型的传感器(其在本领域中是公知的)，因此这里将省略其详细描述。

此外，在本发明的示例性实施方案中，该装置可以进一步包括位置校准单元35，所述位置校准单元35配置为基于由视觉传感器31感测的电极催化剂层5的间隔，通过从控制器接收操作控制信号，来改变加压单元15的位置。位置校准单元35可以包括X轴伺服电机和Y轴伺服电机，X轴伺服电机和Y轴伺服电机配置为在附图的X轴方向上(即在进料方向上)和附图中的Y轴方向(即垂直于进料方向的方向)上，拉动或者推动加压单元15，以校准加压单元15的位置。

位置校准单元35可以包括具有导向(或滚珠)丝杠的引导件(未示出)和引导构件(引导轨道或者引导杆)，以转换X轴伺服和Y轴伺服电机电机的旋转力。通过导向(或滚珠)丝杠和引导构件的操作来定位X轴伺服电动机和Y轴伺服电动机，对于本领域技术人员而言是显而易见的，因此将省略其详细描述。

图4是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的夹持器模块、驱动单元和冷却单元的视图。参照图3和图4，根据本发明的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置100的示例性实施方案可以进一步包括：夹持器模块40、驱动单元60和冷却单元80。

特别地，夹持器模块40可以配置为夹持膜电极组件片101的两个边缘部分。夹持器模块40可以在通过热压机10在膜电极组件片101的上表面和下表面上对电极催化剂层5进行热压缩之前和之后附接到膜电极组件片101，并且可以配置为在与膜电极组件片101的进料方向垂直的方向(即Y轴方向)上施加拉力。

多个夹持器模块40可以沿着膜电极组件片101的进料方向以预定的间隔通过基座构件41安装在设备框架103中。基座构件41可以以具有预定长度的支架的形式设置，并且可以在前部进料辊组件21和后部进料辊组件21a之间，沿着膜电极组件片101的进料方向设置在两侧。

图5是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的夹持器模块的立体图；图6是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的夹持器模块的侧视示意图。参照图5和图6，在本发明的示例性实施方案中，夹持器模块40可以包括固定夹持器主体43和操作夹持器主体45。

固定夹持器主体43可以安装在基座构件41上。操作夹持器主体45可以连接到设置在基座构件41上的第一操作缸46，并且可以通过第一操作缸46的操作选择性地致动，以与固定夹持器主体43一起选择性地夹持电极组件片101的边缘。特别地，第一操作缸46向操作夹持器主体45提供致动力，并且可以是配置为提供本领域公知的气动力的驱动缸，将省略其详细描述。

固定夹持器主体43和操作夹持器主体45可以是长矩形(例如，矩形形状)，并且可以沿着膜电极组件片101的进料方向布置，如图4所示。固定夹持器主体43和操作夹持器主体45可以包括夹持突起47和夹持槽49，夹持突起47和夹持槽49用于在竖直方向上夹持膜电极组件片101的两个侧边缘部分。夹持突起47和夹持槽49可以沿着膜电极组件片101的进料方向逐渐地形成(例如，具有递增地增加的高度)。换而言之，夹持突起47和夹持槽49可以具有形成有彼此对应的逐渐的高度差的部分。

夹持突起47和夹持槽49可以形成为对应于固定夹持器主体43和操作夹持器主体45的与膜电极组件片101的两个侧边缘部分相对应的端部部分。例如，在固定夹持器主体43中，夹持槽49可以在固定夹持器主体43的端部处沿着膜电极组件片101的进料方向伸长。夹持突起47可以沿着膜电极组件片101的进料方向在夹持槽49内侧伸长。

在操作夹持器主体45中，夹持突起47可以沿着膜电极组件片101的进料方向形成在操作夹持器主体45的端部处，并且夹持槽49可以沿着膜电极组件片101的进料方向形成在夹持突起47的内侧。支撑突起48、48a可以形成在固定夹持器主体43和操作夹持器主体45上，以支撑膜电极组件片101的两个侧边缘，并且可以沿着与膜电极组件片101的进料方向垂直的方向以预定的间隔形成。

换而言之，在固定夹持器主体43中，支撑突起48可以形成在夹持突起47内侧，并且操作夹持器主体45中的支撑突起48a可以形成在夹持槽49的内侧。支撑突起48和48a可以交错，即，不对称地形成在固定夹持器主体43和操作夹持器主体45中，以错开膜电极组件片101的两个侧边缘部分。

支撑突起48和48a可以沿着膜电极组件片101的进料方向以预定的间隔设置到固定夹持器主体43和可移动的夹持器主体45。另外，支撑突起48和48a可以分别相对于固定夹持器主体43和操作夹持器主体45以非面对面的关系布置。换而言之，当通过固定夹持器主体43和操作夹持器主体45来夹持膜电极组件片101的两个侧边缘部分时，支撑突起48和48a平行并且不面对彼此。

图8和图9是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的驱动单元的视图。参照图4以及图8和图9，驱动单元60可以配置为在与膜电极组件片101的进料方向垂直的方向上(即，在Y轴方向上)以及在膜电极组件片101的进料方向上(即，在X轴方向上)移动基座构件41，在所述基座构件41中安装有夹持器模块40。

特别地，驱动单元60可以配置在膜电极组件片101的供给路径的两侧。驱动单元60可以包括伺服电机61、导向丝杠63、移动块65以及引导块67，以使基座构件41沿X轴方向(即，在膜电极组件片101的进料方向上)往复运动。驱动单元60可以进一步包括第二操作缸69，第二操作缸69用于使基座构件41在与膜电极组件片101的进料方向垂直的方向上(即，在Y轴方向上)往复运动。

伺服电机61可以是能够在旋转速度和旋转方向上进行伺服控制的已知技术的伺服电动机。伺服电机61可以安装在安装支架71上，所述安装支架71沿着膜电极组件片101的进料方向设置在设备框架103中的膜电极组件片101的进料路径的两侧。导向丝杠63可以连接到伺服电机61的驱动轴。移动块65是分成一个或两个或更多个的块，并且可以与导向丝杠63螺纹连接。

基座构件41可以在与膜电极组件片101的进料方向垂直的方向上可滑动地联接到移动块65。基座构件41可以可滑动地接合至引导轨道73，引导轨道73可以沿着与膜电极组件片101的进料方向垂直的方向安装在移动块65中。引导块67可以沿着膜电极组件片101的进料方向安装在安装支架71上。在引导块67中，移动块65可以沿着膜电极组件片101的进料方向可滑动地联接。

在本发明的示例性实施方案中，第二操作缸69可以配置为在与膜电极组件片101的进料方向垂直的方向上向基座构件41施加向前/向后致动力，并且可以是使用气动的气动缸。第二操作缸69可以通过固定支架75固定到移动块65。另外，第二操作缸69可以通过致动杆77连接到基座构件41。当第二操作缸69的致动杆77前后移动时，可以在与膜电极组件片101的进料方向垂直的方向上在移动块65上沿着引导轨道73引导基座构件41，夹持器模块40安装在所述基座构件41上。

参照图3和图4，根据本发明的示例性实施方案的冷却单元80可以配置为在由热压机10热压缩之后，通过向膜电极组件片101喷射空气，来冷却膜电极组件片101的电极催化剂层5。图10和图11是示出应用于根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置的冷却单元的视图。

参照图10和图11以及图4，根据本发明的示例性实施方案的冷却单元80可以安装在后进料辊组件21a中。换而言之，冷却单元80可以安装在后部辊支架29a上，后部辊支架29a用于可旋转地支撑后部进料辊组件21a的上和下进料辊23。冷却单元80可以配置为通过膜电极组件片101所经过的上和下进料辊23将冷却空气喷射至膜电极组件片101的进料方向的相反方向。

此外，冷却单元80可以包括一对冷却空气接收构件81和至少一个空气喷射喷嘴85。该对壳体构件81容纳通过空气压缩机(图中未示出)供应的冷却空气，并且壳体构件81可以是具有用于接收冷却空气的空间的杆的形式。该对接收构件81可以以预定的间隔在竖直方向上彼此平行地设置在后部辊支架29a上对应于上和下进料辊23之间的空间。另外，该对接收构件81可以沿着膜电极组件片101的宽度方向设置在后部上和下止动杆25a与上和下进料辊23之间。空气喷射喷嘴85可以配置为在上和下进料辊23之间喷射容纳在该对接收构件81中的冷却空气，并且空气喷射喷嘴85可以以预定的间隔彼此间隔开。

在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置100的操作。在薄片退绕机102中，卷绕成卷状的膜电极组件片101可以展开并且进料到热压机10的加压单元15。特别地，前进料辊组件21和后进料辊组件21a可以经由上和下进料辊23将膜电极组件片101输送到热压机10。

此时，夹持器模块40处于这样的状态，其中膜电极组件片101的夹持可以借助第一操作缸46的向后操作通过固定夹持器主体43和操作夹持器主体45释放。夹持器模块40借助第二操作缸69的向后操作而处于通过基座构件41移动到膜电极组件片101的侧边缘的状态。

在上述状态下将膜电极组件片101传输到热压机10的加压单元15的过程中，操作夹持器主体45可以在预定的初始位置处通过第一操作缸46的向前操作向前移动，并且与固定夹持器主体43一起夹持膜电极组件片101的两个侧边缘部分。然后，通过第二操作缸69的向前操作，夹持器模块40可以在与膜电极组件片101的进料方向垂直的方向上与基座构件41一起移动。

换而言之，可以在膜电极组件片101的宽度方向上向外拉动膜电极组件片101。因此，当夹持器模块40在夹持膜电极组件片101的两个侧边缘的时候在膜电极组件片101的宽度方向上向外移动时，可以对膜电极组件片101施加拉力。

接下来，在本发明的示例性实施方案中，当通过打开前部上和下止动杆25和后部上和下止动杆25a以使膜电极组件片101能够运行(例如，行进，移动等)时，可以驱动伺服电机61以使夹持器模块40通过基座构件41沿着膜电极组件片101的进料方向移动预定的时间段。此时，夹持器模块40可以与膜电极组件片101的进料速度同步，并且可以沿着膜电极组件片101的进料方向移动。夹持器模块40的固定夹持器主体43和操作夹持器主体45可以是夹持膜电极组件片101的两个侧边缘部分的矩形板类型。

夹持器模块40的固定夹持器主体43和操作夹持器主体45可以通过夹持突起47和夹持槽49固定到膜电极组件片101的两侧边缘。此外，夹持器模块40的固定夹持器主体43和操作夹持器主体45可以通过支撑突起48支撑膜电极组件片101的相对侧边缘部分。因此，在本发明的示例性实施方案中，夹持器模块40的固定夹持器主体43和操作夹持器主体45可以稳定地抓住膜电极组件片101的两个侧边缘，因此可以将拉力施加到组件片101上。

在该过程中，可以通过视觉传感器31感测进入热压机10的膜电极组件片101的电极催化剂层5的间隙，并且检测信号可以传输到控制器。控制器可以配置为：基于由视觉传感器31感测的电极催化剂层5的间隙，将致动控制信号施加到位置校准单元35。然后，位置校准单元35可以配置为：使加压单元15在X轴方向和Y轴方向上移动，以基于电极催化剂层5的间隙来校准加压单元15的位置。

因此，可以使用位置校准单元35基于电极催化剂层5之间的间隔来校正热压机10的热压缩结合位置，因此，可以灵活地应对位置的分散。此外，如上所述，可以根据电极催化剂层5的间隔校准加压单元15的位置，可以关闭前部上和下止动杆25和后部上和下止动杆25a，膜电极组件片101的上表面和下表面上的电极催化剂层5可以通过热压机10的加压单元15热结合，同时防止电极组件片101运行(例如，移动)。

在上述过程中，热处理保护膜106可以从膜退绕机105展开，送入热压机10，并且重绕到薄膜复卷机107。热处理保护膜106可以施加到膜电极组件片101的上表面和下表面，并且其上表面和下表面被热处理保护膜106覆盖，可以通过热压机10与电极催化剂层5的一部分热压缩结合在一起。

因此，当通过热压机10热压缩电极催化剂层5时，可以通过热处理保护膜106防止膜电极组件片101的电极催化剂层5的部分被高温和高压损坏。另一方面，当通过热压机10完成膜电极组件片101的热压缩结合时，可以关闭前侧的上和下止动杆25，并且可以打开后侧的上和下止动杆25a，然后可以在冷却空气通过冷却单元80时冷却电极催化剂层5。

特别地，冷却单元80可以配置为通过膜电极组件片101后面的上和下进料辊23将冷却空气喷射至膜电极组件片101的进料方向的相反方向。换而言之，供应到一对壳体构件81的冷却空气可以通过空气喷射喷嘴85在上和下进料辊23之间喷出，因此催化剂层5的一部分可以由冷却空气冷却。

在上述过程之后，在使膜电极组件片101能够通过前部上和下止动杆25和后部上和下止动杆25a的打开操作而运行的时候，夹持器模块40可以通过第二操作缸69的向后操作而通过基部构件41移动到膜电极组件片101的两个边缘侧。同时，可以通过第一操作缸46的向后操作来释放固定夹持器主体43和操作夹持器主体45对膜电极组件片101的夹持。

然后，通过驱动伺服电动机61，夹持器模块40可以通过基座构件41在与膜电极组件片101的进料方向相反的方向上移动并返回到初始位置。因此，可以重复上述一系列过程，并且可以通过热压机10对作为膜电极组件片101的上表面和下表面上的反应表面的电极催化剂层5进行热处理。

根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置100，可以以热压方法通过热压机10对膜电极组件片101进行热处理，在所述热压方法中膜电极组件片101在高温下加压。因此，可以改善电解质膜3与电极催化剂层5之间相对于膜电极组件片101的交界面结合强度，并且可以防止膜3与电极催化剂层5之间的边界脱离。因此，可以提高膜电极组件的性能和耐久性并且确保批量生产率。

由于当通过夹持器模块40对膜电极组件片101施加拉力时，电极催化剂层5可以通过热压机10热结合，因此可以防止膜电极组件片101因热压机10的高温和高压而收缩和曲折变形，并且防止电极催化剂层5处的反应面积减小。此外，在热压机10的热加压之后，冷却空气可以通过冷却单元80喷射到膜电极组件片101，并且使电极催化剂层5的一部分冷却，因此，可以防止副衬垫7的皱折变形。因此，在堆叠燃料电池的过程中可以确保燃料电池的堆叠程度，并且可以进一步改善燃料电池堆的产量。

虽然已经参考本发明的示例性实施方案具体示出和描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施方案，通过添加、改变、删除等元件可以容易地作出其他实施方案，但是这也属于本发明的范围。

Claims (17)

1.一种用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其包括：

热压机，其安装在进料路径的上侧和下侧，以在框架上沿竖直方向移动，所述热压机对膜电极组件片的上表面和下表面上的电极催化剂层加压；

多个夹持器模块，其沿着膜电极组件片的进料方向以设定的间隔安装在基座构件中，所述多个夹持器模块选择性地夹持膜电极组件片的两个侧边缘；以及

驱动单元，其配置为使基座构件在与膜电极组件片的进料方向垂直的方向上往复移动以及在膜电极组件片的进料方向上往复移动。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，进一步包括：

前进料辊组件和后进料辊组件，所述前进料辊组件和后进料辊组件用于沿进料路径进给膜电极组件片，

其中，所述热压机设置在前进料辊组件与后进料辊组件之间。

3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中，所述热压机包括多个加压单元，所述多个加压单元具有在竖直方向上彼此面对的一对热板；所述加压单元布置为对应于所述电极催化剂层和相邻的电极催化剂层中的任一个。

4.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，进一步包括：

视觉传感器，其配置为感测膜电极组件片的电极催化剂层之间的间隔；以及

位置校准单元，其配置为根据由视觉传感器感测的电极催化剂层的间隔来校准热压机的位置。

5.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中所述夹持器模块包括：

固定夹持器主体，其固定地安装在基座构件上；以及

操作夹持器主体，其联接到安装在基座构件上的第一操作缸，所述操作夹持器主体选择性地与所述固定夹持器主体一起夹持膜电极组件片的边缘。

6.根据权利要求5所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中，所述固定夹持器主体和所述操作夹持器主体形成为矩形板并且沿着所述进料方向设置。

7.根据权利要求5所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中，在所述固定夹持器主体和所述操作夹持器主体上分别形成有用于以阶梯状方式夹持所述膜电极组件片的两个侧边缘部分的夹持突起和夹持槽。

8.根据权利要求7所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中，用于支撑所述膜电极组件片的两个侧边缘部分的支撑突起分别形成到所述固定夹持器主体和所述操作夹持器主体。

9.根据权利要求8所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中，所述支撑突起沿着与所述膜电极组件片的进料方向垂直的方向以预定间隔形成。

10.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中所述驱动单元包括：

伺服电机，其固定地安装在安装支架上，所述安装支架沿着进料方向设置在设备框架内；

导向丝杠，其连接至所述伺服电机；

至少一个移动块，其与导向丝杠接合，所述至少一个移动块在与膜电极组件片的进料方向垂直的方向上能够滑动地与基座构件联接；

导向块，其固定地安装在安装支架上，所述导向块沿着膜电极组件片的进料方向与移动块滑动地联接；以及

第二操作缸，其通过固定支架固定到所述移动块，所述固定支架与基座构件连接，所述第二操作缸配置为在与进料方向垂直的方向上向基座构件施加向前和向后的致动力。

11.根据权利要求10所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中，所述基座构件在与所述进料方向垂直的方向上经由引导轨道能够滑动地联接到所述移动块。

12.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中，所述热压机利用供应到所述膜电极组件片的上表面和下表面的热处理保护膜热压缩所述电极催化剂层。

13.一种用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其包括：

热压机，其设置在前进料辊组件与后进料辊组件之间，所述前进料辊组件与后进料辊组件用于沿着进料路径进给膜电极组件片，所述热压机在预定的温度下对膜电极组件片的上表面和下表面上的电极催化剂层部分进行加压；

多个夹持器模块，其沿着膜电极组件片的进料方向以预定的间隔安装，所述多个夹持器模块夹持膜电极组件片的两个侧边缘；以及

冷却单元，其安装在后侧的进料辊组件处，以将冷却空气喷射至膜电极组件片。

14.根据权利要求13所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中，所述前进料辊组件和所述后进料辊组件的每一个包括能够旋转地安装在前部辊支架和后部辊支架上的上进料辊和下进料辊；所述冷却单元安装在所述后部辊支架上，所述冷却单元配置为通过后侧的上进料辊和下进料辊将冷却空气喷射到进料方向的相对侧。

15.根据权利要求14所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中，所述冷却单元包括：

一对冷却空气接收构件，其对应于后部的上进料辊和下进料辊在竖直方向上设置在后部辊支架上；以及

至少一个空气喷射喷嘴，其安装在冷却空气接收构件的每一个中，所述至少一个空气喷射喷嘴配置为在上进料辊与下进料辊之间喷射冷却空气。

16.根据权利要求14所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中，前进料辊组件和后进料辊组件包括安装在前部辊支架和后部辊支架上的前部上和下止动杆和后部上和下止动杆，所述前部上和下止动杆和后部上和下止动杆用于选择性地停止膜电极组件片的移动。

17.根据权利要求13所述的用于燃料电池的膜电极组件的热处理装置，其中，所述热压机利用供应到所述膜电极组件片的上表面和下表面的热处理保护膜热压缩所述电极催化剂层。

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