CN112719089A - 用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具备防破损设备的压力机用芯模，压力机通过压缩由升降的上部模具和下部模具组成的芯模，成形相互平行地以之字形形成多个通道的金属分离板，该通道提供用于移动氢气的移动通路；芯模包括：在压制金属分离板时，用于防止金属分离板受到压力的防破损设备；防破损设备包括：上部模具上多个穿孔形成的第一气孔、下部模具上多个穿孔形成的第二气孔、以及与第一气孔和第二气孔在垂直方向相向的金属分离板上多个穿孔形成的贯通孔，防破损设备是将金属分离板向上部模具压缩成形时，因其压缩而气体向与贯通孔连通的第一气孔和第二气孔排出，防止金属分离板受到压力。本发明提供的具备防破损设备的压力机用芯模，能够生产可靠性高的金属分离板。

Description

用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模

技术领域

本发明涉及具备防破损设备的压力机用芯模，将提供氢气移动的移动通路的氢气汽车用金属分离板压制成形时，能够将在压缩成形时产生的气体向外排出，防止该金属分离板受到压力，生产可靠性高的金属分离板。

背景技术

众所周知，电动汽车用燃料电池模块是，利用多个燃料电池堆和在其燃料电池堆之间形成排气管的快速排气箱，在外壳内形成一个模块单位。这些燃料电池模块中，上述燃料电池大体包括：引起电化学反应的电极、用于传递由电化学反应而产生的氢离子的电解质膜组件---电极电解质组件(MEA；Membrane Electrode Assembly)、以及对其实施支撑的分离板。

高分子电解质燃料电池是，与其他形态的燃料电池相比，效率高、电流密度和输出密度大、启动时间短的同时，由于使用固体电解质，具有没有腐蚀及不需要调节电解质的优点。

另外，由于是作为废气只排出纯水的亲环境的动力源，所以目前全世界汽车行业正在进行积极的研究。

这些高分子电解质燃料电池是通过氢和氧的电化学反应来产生水和热且产生电的装置，供给的氢在阳极(Anode)电极的催化剂中分离为氢离子和电子，分离的氢离子通过电解质膜转到阴极(Cathode)，此时，与供给的氧气和通过外部导线进入的电子结合，生成水且产生电能，将其产生的电能用作氢气汽车(或者电动汽车)的动力。

这些氢气汽车燃料电池需要高电位，为了获得更高的电位，将单个单位电池积层得到所需电位，这样的积层电池叫做燃料电池堆(Stack)。

组成这些堆的分离板可以将以往技术中本发明申请人开发的韩国注册专利第10-1992151号(公告日：2019.07.24)的“双电池类型分离板组合体”作为一例，这样的以往的分离板为组成双电池类型燃料电池堆的四角形金属板，包括：配置在金属板中央部的反应区域、具有金属板四个边角中一个边角上向金属板内侧排列的多个氢气凹痕的一个氢气歧管区域、与形成有多个氢气凹痕的一个边角之外的金属板的三个边角中相互背对的一对边角临近的区域---具有空气通过的多个空气通孔的第一和第二空气歧管区域、以及具有多个氢气凹痕的金属板边角两端向金属板内侧排列的多个冷却水凹痕的第一和第二冷却水歧管区域，其中，金属板是以与第一和第二冷却水歧管区域间隔相同距离的假设中央线为中心对称的形状，该分离板是可以通过气压或油压的压力机的加压来压缩成形，形成多个通道11，能够大量生产。

但是，这样的以往的分离板10是将分离板10安装在图1所示的上部模具30和下部模具40之间，如图2所示，将该分离板压缩成形时，根据分离板10的非通道形成区域(Z2：斜线部分)和通道形成区域(Z1)上形成的多个通道11之间的面积的尺寸，该区域(Z1，Z2)就会出现皱褶现象(Wrinkle Phenomenon)或分离板10末端10a和通道11末端11a存在导致破损等的压力的问题。

该问题的原因是，分离板10的厚度为约0.1～0.25cm，将在下部模具40上安装状态的上述分离板10压制在上部模具30时，上述上部模具30和上述分离板10之间的空气(气体)就会来不及排外，当已下降的上述上部模具30上升时，就会与上述分离板10之间的压制力而产生上述问题。

【现有技术文献】

【专利文献】

韩国注册专利第10-1992151号(公告日：2019.07.24)

发明内容

为了解决上述以往问题，本发明的目的是提供可靠性高的分离板，通过上部模具的加压来压缩成形分离板时，将该上部模具和分离板之间的气体向外排出，防止分离板受到压力。

为解决上述技术课题，本发明涉及的用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模，其中，压力机通过压缩由升降的上部模具和下部模具组成的芯模，成形相互平行地以之字形形成多个通道的金属分离板，该通道提供用于移动氢气的移动通路；上述芯模包括：在压制上述金属分离板时，用于防止上述金属分离板受到压力的防破损设备；上述防破损设备包括：上述上部模具上多个穿孔形成的第一气孔、上述下部模具上多个穿孔形成的第二气孔、以及与上述第一气孔和上述第二气孔在垂直方向相向的上述金属分离板上多个穿孔形成的贯通孔，上述防破损设备是将上述金属分离板向上述上部模具压缩成形时，因其压缩而气体向与上述贯通孔连通的上述第一气孔和上述第二气孔排出，防止上述金属分离板受到压力。

另外，上述金属分离板上多个穿孔形成的上述贯通孔之间的间隔优选为具有0.7～2.5cm间隔。

另外，上述贯通孔是，以上述金属分离板的末端或上述通道的末端为基准具有0.5cm的间隔距离，优选为在具有多个上述通道的通道形成区域或在该通道形成区域周边没有形成通道的非通道形成区域中至少一个区域形成。

此时，上述金属分离板的厚度优选为0.1～0.25cm。

另外，分别与上述贯通孔相向形成的上述第一气孔和上述第二气孔是，在远离上述贯通孔的方向上，直径逐渐变宽地形成穿孔，上述第一气孔和上述第二气孔的各自直径优选为与上述贯通孔的直径相比更小。

发明效果

根据本发明，与以往不同，将安装在下部模具的金属分离板通过上部模具的加压来压缩成形时，通过防破损设备，容易将上述上部模具和上述下部模具之间的气体向压力机外部排出，从而防止上述金属分离板受到压力。

附图说明

图1是用于生成以往分离板的上部模具和下部模具示意图。

图2是具有图1的芯模的压力机示意图。

图3是利用图2的以往压力机和芯模进行压缩成形的分离板示意图。

图4是用于成形本发明涉及的氢气汽车燃料电池金属分离板的压力机用芯模示意图。

图5是具有图4的芯模的压力机示意图。

图6是利用图5的压力机进行压缩成形的金属分离板示意图。

图7是设置有用于成形本发明涉及的氢气汽车燃料电池金属分离板的压力机用芯模的压力机气压排出部示意图。

图8和图9是用于成形本发明涉及的氢气汽车燃料电池金属分离板的压力机用芯模的工作关系图。

附图标记说明

1：本发明涉及的用于成形氢气汽车燃料电池金属分离板的压力机用芯模

100：上部模具 111：通道底纹部

200：下部模具 310：第一气孔

320：第二气孔 330：贯通孔

10：金属分离板 11：通道

20：压力机 21：汽缸

23：控制部 25：底部

26：支撑槽 27：气压排出部

28：气压排出孔 29：吸入电机

Z1：通道形成区域 Z2：非通道形成区域

具体实施方式

下面通过参照附图的实施例的说明来明确指出上述目的和本发明的另外目的及特征，除非另外定义，包括技术和科学用语的在这里使用的所有用语是与本发明所属技术领域中具有通常知识的人员一般理解的含义相同。与通常使用的词典中定义相同的用语可以解释为具有与相关技术的上下文上具有的意思相同的意思，本申请中除非明确定义之外，不能解释为异常或过分形式上的意思。

以下，参照附图详细说明本发明涉及的用于成形本发明涉及的氢气汽车燃料电池金属分离板的压力机用芯模(以下简称“芯模”)。

在进行说明之前，本发明中的设置有芯模1的压力机20是指，在后述的上部模具100和下部模具200之间设置金属分离板10后，通过从外部施加到汽缸21的气压或油压来升降上述上部模具100，将上述金属分离板10压缩成形的通常的压力机20，因此，对于上述压力机20的结构的说明是仅在不混淆本发明要旨的情况下进行。

首先，如图4至图6所示，本发明涉及的芯模1大体包括：上部模具100、下部模具200、以及防破损设备，通过这样的本发明的组成，用上述芯模1压缩金属分离板10，在该金属分离板10上成形相互平行地之字形形成多个通道11，该通道11提供用于移动氢气的移动通路，此时具有可提供减少因上述金属分离板10的破损引起的不良率、即可靠性高的金属分离板10的优点。

更详细说明，上述上部模100整体上为具有指定面积的板形状，设置成利用由汽缸21等供给的气压来在压力机20上可升降，通过该升降，与后述的下部模具200一起压缩，从而在金属分离板10形成通道11(参照图5)。

如图所示，上部模具100为具有指定厚度的板形状，其上表面固定设置在压力机20上具备的汽缸21上，下表面形成有与金属分离板10上要形成的通道11对应的、由凹角和凸角等组成的通道底纹部111。

其中，压力机20上具备的汽缸21可设置成能够获得动力(例如，气压或油压)，该动力是将上述压力机20通过由电控制信号控制的控制部23来升降上述汽缸21的杆，优选的上述汽缸21的下降是，向准备压缩成形的金属分离板10方向，以不同的压缩大小来分阶段缓缓下降且压缩，使金属分离板10受到的压力最小化。

并且，虽未图示，本发明中的上部模具100是，两个分体相互可脱离或安装地结合，也可根据在金属分离板10压缩成形的通道11的形状，替换上述上部模具100下表面形成的通道底纹部111。

本发明中的上部模具100穿孔形成有至少一个以上作为后述防破损设备组成中一个的第一气孔310，关于上述第一气孔310的详细说明是在后述的防破损设备中详细说明。

另外，上述下部模具200是，为了通过上述上部模具100的下降来在金属分离板10形成通道11，在压缩时固定支撑上述金属分离板10。

例如，本发明中的下部模具200是，与上述上部模具100具有相同材质和指定厚度的板形状，如图所示，安装固定在压力机20的底部25上部的支撑槽26内，在上述上部模具100的下降时支撑金属分离板10，使该金属分离板10形成精密的通道11。

为此，金属分离板10的结构是，以下部模具200上表面安装的状态设置，通过上部模具100形成通道11。

同样，下部模具200形成有至少一个以上作为后述防破损设备组成的第二气孔320，关于上述第二气孔320的详细说明记载在后述的防破损设备的详细说明。

另外，组成本发明中压力机20的底部25是，如图所示，进一步具备由控制部23的控制信号来控制的气压排出部27，上述气压排出部27包括气压排出孔28和吸入泵29(参照图7)。

气压排出孔28是，其一端与吸入泵29管连接，另一端为与下部模具200上形成的多个第二气孔320连通的多个管形状，通过上述吸入泵29强制吸入向上部模具100压缩成形金属分离板10时产生的气体G。

此时，与第二气孔320对向地形成在底部25的气压排出孔28的前端直径大小是，优选具有能够与上述下部模具200下表面形成的多个第二气孔320连通的尺寸，从而将向底部25方向移动的气体通过上述第二气孔320容易排出到上述底部25外部(参照图7)。

吸入泵29设置在底部25内部或上述底部25外部，通过控制部23的控制信号，将流入气压排出孔28的气体迅速且强制吸入，排出到上述底部25外部。

为此，吸入泵29具有与气压排出孔28管连接的结构，上述吸入泵29是相比通过控制部23一直工作，仅通过下降上部模具100来压缩成形金属分离板10、即仅在向第二气孔320内部流入压缩成形时产生的气体的情况，选择性地工作。

另外，本发明的要点之一的防破损设备的结构是，在为了成形金属分离板10的通道11而将上述金属分离板10向上述上部模具100压缩时，能够将可能引起上述金属分离板10的变形的气体迅速向外排出；包括：贯通孔330、具有与上述贯通孔330相同样式的第一气孔310和第二气孔320。

其中，形成在金属分离板10的贯通孔330是，如图所示，不仅在形成有多个通道11的通道形成区域Z1内，而且在根据需要形成在上述通道形成区域Z1外部的非通道形成区域Z2，分别形成有相邻具有间隔的多个，根据相应区域的面积大小，可穿孔形成圆形或长孔形状(参照图3)。

贯通孔330是，以金属分离板10的末端10a或具有槽形状的通道11的末端11a为基准，其间隔距离D1、D2具有0.5cm的限定距离的临界值，其理由是以相应临界值以下形成上述贯通孔330的情况，通过下降上部模具100来将上述金属分离板10加压并压缩成形时，上述金属分离板10的末端10a或上述通道11的末端11a就会产生破损。

并且，多个贯通孔330之间的间隔D3形成为具有0.7～2.5cm的间隔，其理由是在相应间隔以下的情况，通过向上部模具100将金属分离板10压缩成形时，因形成具有相互稠密间隔的至少两个以上的上述贯通孔330，上述金属分离板10的形状产生变化；在形成其以上间隔的情况，难以实现通过后述的第一气孔310和第二气孔320来顺利排出气体。

一方面，上述贯通孔330的间隔距离D1、D2和间隔D3各自的临界值是，对于向上部模具100将金属分离板10加压的压强为表压5kg/cm²以上，其中，上述金属分离板10的厚度为0.1～0.25cm。

另外，在上部模具100上多个穿孔形成的第一气孔310和在下部模具200上多个穿孔形成的第二气孔320是，分别与在上述金属分离板10形成的贯通孔330垂直方向相向形成，从而上述上部模具100将金属分离板10压缩成形时产生的气体就会通过第一气孔310和第二气孔320向外排出。

此时，在上部模具100形成的第一气孔310和在下部模具200形成的第二气孔320与在金属分离板10形成的贯通孔330相向，优选为以与上述贯通孔330相向侧为基准，其直径310-R，320-R以逐渐变宽的上宽下窄形状穿孔形成，从而容易排出气体。

而且，在上部模具100形成的第一气孔310和在下部模具200形成的第二气孔320的直径310-R，320-R与贯通孔330的直径330-R相比更小，从而上部模具100将金属分离板10压缩成形时不会因其压力而产生金属分离板10的形状变化。

也就是，在上部模具100形成的第一气孔310或在下部模具200形成的第二气孔320的直径310-R，320-R与相向的贯通孔330的直径330-R相比更大时，由上部模具1压缩成形时，就会因其压力而形成有上述贯通孔330的金属分离板10的一部分流入到第二气孔320内部，从而产生形状变化。

下面参照附图详细说明本发明涉及的用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模的工作关系。

首先，如图8和图9所示，在形成有第二气孔320的下部模具200上表面安装金属分离板10，此时设置成在上述金属分离板10形成的贯通孔330与上述第二气孔320相向。

然后，通过控制部23的控制信号，将与汽缸21结合的上部模具100分阶段缓缓下降到已安装金属分离板10方向实施压缩成形，使上述金属分离板10由形成在上述上部模具100的通道底纹部111来形成多个通道11。

当然也自然明白，在上部模具100上形成的第一气孔310与在金属分离板10形成的贯通孔330相向。

因此，通过该上部模具100的加压，在上述上部模具100和金属分离板10之间产生加压的压力的同时，在上述上部模具100和上述金属分离板10之间存在空气、即气体，为了排出该气体，该气体就会流入上述上部模具100上形成的第一气孔310的同时，通过贯通孔330同时流入下部模具200的第二气孔320，迅速排出到外部。

特别是，流入下部模具200的第二气孔320的气体是，通过气压排出部27的强制吸入，更加容易排出到压力机20外部，防止金属分离板10受到压力，从而可大量生成可靠性的金属分离板10。

具有如上结构的本发明涉及的用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模是，与以往不同，将安装在下部模具200的金属分离板10通过上部模具100的加压来压缩成形时，通过防破损设备来将上述上部模具100和上述金属分离板10之间的气体容易排出到压力机20外部，具有防止上述金属分离板10受压的效果。

如上，本发明中说明了具体组成要素等特征事项和限定实施例以及附图，但是这些只是为了帮助更加全面地理解本发明而提供的，本发明并不限定于上述实施例，本发明所属领域具有通常知识的人员可以从这些叙述中实施多种变更及变化。

因此，本发明的思想并不局限于所举出的实施例，不仅后述的权利要求，而且与该权利要求均等或等价的变更均属于本发明思想的范畴。

Claims (5)

1.一种用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模，其特征在于，

压力机(20)通过压缩由升降的上部模具(100)和下部模具(200)组成的芯模(1)，成形相互平行地以之字形形成多个通道(11)的金属分离板(20)，该通道(11)提供用于移动氢气的移动通路；

所述芯模(1)包括：在压制所述金属分离板(10)时，用于防止所述金属分离板(10)受到压力的防破损设备；

所述防破损设备包括：所述上部模具(100)上多个穿孔形成的第一气孔(310)、所述下部模具(200)上多个穿孔形成的第二气孔(320)、以及与所述第一气孔(310)和所述第二气孔(320)在垂直方向相向的所述金属分离板(10)上多个穿孔形成的贯通孔(330)；

所述防破损设备是将所述金属分离板(10)向所述上部模具(100)压缩成形时，因其压缩而气体向与所述贯通孔(330)连通的所述第一气孔(310)和所述第二气孔(320)排出，防止所述金属分离板(10)受到压力。

2.根据权利要求1所述的用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模，其特征在于，

所述金属分离板(11)上多个穿孔形成的所述贯通孔(330)之间的间隔(D3)为具有0.7～2.5cm的间隔(D3)。

3.根据权利要求1所述的用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模，其特征在于，

所述贯通孔(330)是，以所述金属分离板(10)的末端(10a)或所述通道(11)的末端(11a)为基准具有0.5cm的间隔距离(D1，D2)，在具有多个所述通道(11)的通道形成区域(Z1)或在该通道形成区域(Z1)周边没有形成所述通道(11)的非通道形成区域(Z2)中至少一个区域形成。

4.根据权利要求2或3所述的用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模，其特征在于，

所述金属分离板(10)的厚度为0.1～0.25cm。

5.根据权利要求1所述的用于成形氢气汽车的燃料电池金属分离板的压力机用芯模，其特征在于，

分别与所述贯通孔(330)相向形成的所述第一气孔(310)和所述第二气孔(320)是，在远离所述贯通孔(330)的方向上，直径逐渐变宽地穿孔形成，所述第一气孔(310)和所述第二气孔(320)的各自直径(310-D，320-D)为与所述贯通孔(330)的直径(330-D)相比更小。

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