KR100716519B1 - Metal separator for fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents

Metal separator for fuel cell and manufacturing method thereof

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Abstract

본 발명은 연료 전지의 금속 분리판 제작 단가를 낮추며 제작이 용이한 연료 전지용 금속 분리판 제조방법 및 이로부터 제조된 분리판에 관한 것으로, 연료 전지용 금속 분리판을 제조하기 위한 방법에 있어서, 두 금속판을 겹친 후에 소정의 패턴을 따라서 용접하여 두 금속판 사이에 하이드로포밍 유체가 지나게 되는 유로를 형성하는 제1단계와; 상기 패턴과 부합하는 돌출부가 형성된 상부 성형다이 및 하부 성형다이 사이에 상기 용접된 금속판 조립체를 고정하는 제2단계와; 상기 금속판 조립체의 유체 입구를 통해 유체를 가압하여 하이드로포밍 성형이 이루어지는 제3단계로 구성되어, 제작이 용이하며 제작 단가를 절감하여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a metal separator plate for a fuel cell, and a separator prepared therefrom, which is easy to manufacture and lowers the manufacturing cost of the metal separator plate of a fuel cell. A first step of forming a flow path through which the hydroforming fluid passes between the two metal plates by overlapping the welds along a predetermined pattern; A second step of fixing the welded metal plate assembly between an upper forming die and a lower forming die in which protrusions matching the pattern are formed; Pressurized the fluid through the fluid inlet of the metal plate assembly is composed of a third step of forming a hydroforming, it is easy to manufacture and has the effect of increasing the productivity by reducing the manufacturing cost.

연료 전지, 금속 분리판, 하이드로포밍(hydroforming), 유체, 성형다이, 생산성. Fuel cells, metal separators, hydroforming, fluids, forming dies, productivity.

Description

연료 전지용 금속 분리판 제조방법 및 이로부터 제조된 분리판{Metal separator for fuel cell and manufacturing method thereof}Metal separator for fuel cell manufacturing method and separator manufactured therefrom {Metal separator for fuel cell and manufacturing method

도 1은 일반적인 연료 전지용 분리판을 보여주는 도면,1 is a view showing a separator for a typical fuel cell,

도 2는 본 발명의 금속 분리판의 제조에 있어 분리판 조립체의 2 shows a separator assembly in the manufacture of a metal separator plate of the present invention.

레이저 용접 예를 보여주는 도면,    Drawing showing an example of laser welding,

도 3은 본 발명의 금속 분리판의 제조에 있어 분리판의 하이드로포밍 과정을Figure 3 shows the hydroforming process of the separator in the manufacture of the metal separator of the present invention

설명하기 위한 도면,    Drawings to explain,

도 4 및 도 5는 본 발명의 금속 분리판의 제조에 있어 하이드로포밍 성형4 and 5 are hydroforming molding in the manufacture of the metal separator of the present invention

전후 상태를 도시한 도면.   Figure showing the state before and after.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

110 : 금속판 조립체 120 : 어댑터110: metal plate assembly 120: adapter

210 : 상부 성형다이 220 : 하부 성형다이210: upper forming die 220: lower forming die

본 발명은 연료 전지용 금속 분리판 제조방법에 관한 것으로, 특히 연료 전지의 금속 분리판 제작 단가를 낮추며 제작이 용이한 연료 전지용 금속 분리판 제조방법 및 이로부터 제조된 분리판에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a metal separator plate for a fuel cell, and more particularly, to a method for manufacturing a metal separator plate for a fuel cell, and a separator plate prepared therefrom, which is easy to manufacture and lowers the manufacturing cost of the metal separator plate for a fuel cell.

일반적으로 연료 전지는 수소와 산소의 반응에 의하여 전기에너지를 얻는다. 수소는 애노드의 전극 촉매와 산화 반응하여 수소 이온과 전자로 분리되며, 수소 이온은 전해질막을 통하여 캐소드로 이동한다. 한편, 수소 이온에서 분리된 전자는 도선을 통하여 캐소드로 이동하며, 캐소드에서는 전극 촉매에 의하여 수소 이온과 산소가 반응하여 물이 생성된다.In general, a fuel cell obtains electrical energy by reaction of hydrogen and oxygen. Hydrogen is oxidized with the electrode catalyst of the anode to separate hydrogen ions and electrons, and the hydrogen ions move to the cathode through the electrolyte membrane. On the other hand, electrons separated from the hydrogen ions move to the cathode through the conducting wire, and the cathode reacts with the hydrogen ions and oxygen by the electrode catalyst to generate water.

이와 같이 수소와 산소가 반응하여 전기에너지를 얻기 위해서는 수소와 산소를 분리시키고, 수소와 산소 그리고 물의 공급 및 배출 유로를 제공하기 위하여 다수의 분리판이 전해질막 사이에 구비된다.As described above, in order to obtain electrical energy by reacting hydrogen and oxygen, a plurality of separators are provided between the electrolyte membranes to separate hydrogen and oxygen, and to provide a supply and discharge flow path of hydrogen, oxygen, and water.

분리판은 물에 의한 부식이 없으며, 전기 전도도가 크고 기밀성이 우수하며 가벼워서 연료 전지의 무게를 줄일 수 있어야 한다. 이와 같이 분리판은 연료 전지의 성능을 높이기 위하여 많은 요건을 만족해야 한다.The separator should be free from corrosion by water, have good electrical conductivity, good airtightness and light weight to reduce the weight of the fuel cell. As such, the separator must meet many requirements in order to increase the performance of the fuel cell.

도 1은 일반적인 연료 전지용 분리판을 보여주는 도면으로, 분리판(10)(20)에는 다수의 요홈(11)(21)이 형성되어 수소와 산소가 지나는 유로의 기능을 한다. 또한, 두 분리판(10)(20) 사이에 형성된 유로(30)는 냉각수가 흐르게 된다.1 is a view showing a separator plate for a fuel cell in general, a plurality of grooves (11, 21) are formed in the separator plate (10, 20) to function as a passage through which hydrogen and oxygen pass. In addition, the coolant flows through the flow path 30 formed between the two separation plates 10 and 20.

이와 같이 연료 전지용 분리판에는 수소, 산소 및 물이 지나게 되는 유로가 형성되어야 하며, 통상적으로는 평면의 플레이트 상에 드릴 가공 등의 기계적인 가공에 의해 요홈을 형성한다.As described above, a flow path through which hydrogen, oxygen, and water pass must be formed in the separator plate for fuel cell, and a groove is formed on the flat plate by mechanical processing such as drilling.

그러나, 이와 같이 기계적인 가공에 의한 분리판 제작은 가공 작업에 상당히 많은 시간이 소요되므로 분리판 제작 단가를 절감하기에 많은 어려움이 있다.However, since the production of the separator plate by mechanical processing takes quite a lot of time for the machining operation, there is a lot of difficulty in reducing the cost of manufacturing the separator plate.

본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 제작이 용이하여 제작 단가를 절감하여 생산성을 높일 수 있는 금속 분리판의 제조방법 및 이로부터 제조된 분리판을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above-mentioned shortcomings, and to provide a method for producing a metal separator and a separator prepared therefrom that can be easily manufactured to reduce the production cost and increase productivity.

이러한 본 발명의 연료 전지용 금속 분리판 제조방법은, 연료 전지용 금속 분리판을 제조하기 위한 방법에 있어서, 두 금속판을 겹친 후에 소정의 패턴을 따라서 용접하여 두 금속판 사이에 하이드로포밍 유체가 지나게 되는 유로를 형성하는 제1단계와; 상기 패턴과 부합하는 돌출부가 형성된 상부 성형다이 및 하부 성형다이 사이에 상기 용접된 금속판 조립체를 고정하는 제2단계와; 상기 금속판 조립체의 유체 입구를 통해 유체를 가압하여 하이드로포밍 성형이 이루어지는 제3단계로써 달성된다.In the method for manufacturing a fuel cell metal separator plate of the present invention, in the method for manufacturing a fuel cell metal separator plate, a flow path through which a hydroforming fluid passes between two metal plates by welding a predetermined pattern after overlapping the two metal plates. Forming a first step; A second step of fixing the welded metal plate assembly between an upper forming die and a lower forming die in which protrusions matching the pattern are formed; The third step is achieved by hydroforming through pressurizing the fluid through the fluid inlet of the metal plate assembly.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 연료 전지용 금속 분리판 제조방법은, 연료 전지용 금속 분리판을 제조하기 위한 방법에 있어서, 두 금속판을 겹친 후에 소정의 패턴을 따라서 용접하여 두 금속판 사이에 하이드로포밍 유체가 지나게 되는 유로를 형성하는 제1단계와; 상기 패턴과 부합하는 돌출부가 형성된 상부 성형다이 및 하부 성형다이 사이에 상기 용접된 금속판 조립체를 고정하는 제2단계와; 상기 금속판 조립체의 유체 입구를 통해 유체를 가압하여 하이드로포밍 성형이 이루어지는 제3단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.In the method for manufacturing a fuel cell metal separator plate of the present invention, in the method for manufacturing a fuel cell metal separator plate, the two metal plates are overlapped and welded along a predetermined pattern to form a flow path through which the hydroforming fluid passes between the two metal plates. A first step of doing; A second step of fixing the welded metal plate assembly between an upper forming die and a lower forming die in which protrusions matching the pattern are formed; And pressurizing the fluid through the fluid inlet of the metal plate assembly.

제1단계는 두 개의 금속판을 겹치기 용접하여 두 금속판 사이에 하이드로포밍 유체가 작용하게 되는 유로를 형성하는 과정이다.The first step is a process of overlapping welding two metal plates to form a flow path through which the hydroforming fluid acts between the two metal plates.

도 2는 본 발명의 금속 분리판의 제조에 있어 금속판 조립체의 레이저 용접 예를 보여주는 도면으로, 두 스테인레스 판(111)(112)을 겹친 후에 레이저를 이용하여 겹치기 용접을 실시한다. 이때, 레이저 용접 패턴은 하이드로포밍 유체가 지나게 되는 유로를 따라서 형성된다. 도면부호 A와 B는 각각 하이드로포밍 유체의 입구와 출구를 나타낸다. FIG. 2 is a view showing an example of laser welding of a metal plate assembly in the manufacture of the metal separator plate of the present invention. After overlapping two stainless plates 111 and 112, overlap welding is performed using a laser. In this case, the laser welding pattern is formed along a flow path through which the hydroforming fluid passes. Reference numerals A and B denote the inlet and outlet of the hydroforming fluid, respectively.

제2단계는 용접 조립된 금속판 조립체(110)를 하이드로포밍 성형을 위하여 성형다이에 안착 고정하는 과정이다.The second step is a process of seating and fixing the weld-assembled metal plate assembly 110 to a molding die for hydroforming molding.

도 3을 참고하면, 상부 성형다이(210)와 하부 성형다이(220)에는 금속판 조립체(110)의 패턴과 부합하는 돌출부(211)(221)가 형성된 상태이며, 이 성형다이(210)(220) 사이에 금속판 조립체(110)가 안착된다.Referring to FIG. 3, the upper forming die 210 and the lower forming die 220 are formed with protrusions 211 and 221 matching the pattern of the metal plate assembly 110, and the forming die 210 and 220 are formed. The metal plate assembly 110 is seated therebetween.

금속판 조립체(110)가 안착된 후에는 상부 성형다이(210)를 가압하여 금속판 조립체(110)를 견고히 고정하게 된다.After the metal plate assembly 110 is seated, the upper molding die 210 is pressed to firmly fix the metal plate assembly 110.

금속판 조립체(110)의 유체 입구에는 유압회로와 연결하기 위한 어댑터(120)가 결합된다.The adapter 120 for connecting with the hydraulic circuit is coupled to the fluid inlet of the metal plate assembly 110.

제3단계는 금속판 조립체의 유체 입구를 통해 유체를 가압하여 하이드로포밍 성형을 하는 과정이다.The third step is a process of hydroforming by pressurizing the fluid through the fluid inlet of the metal plate assembly.

도 4는 제2단계에서 상부 및 하부 성형다이(210)(220) 사이에 금속판 조립체(110)가 안착 고정된 상태를 보여주는 도면이다.4 is a view illustrating a state in which the metal plate assembly 110 is seated and fixed between the upper and lower forming dies 210 and 220 in the second step.

하이드로포밍 성형 시에는 도면부호 A'를 통하여 유체가 유입되며, 이 유체는 레이저 용접 패턴에 의해 형성된 유로를 따라서 도면부호 B'을 통해 빠져나간다.During hydroforming molding, fluid flows in through A ', and the fluid exits through B' along the flow path formed by the laser welding pattern.

도면부호 113은 레이저 용접에 금속판 조립체를 연결하는 용착부이다.Reference numeral 113 is a weld that connects the metal plate assembly to laser welding.

도 5는 하이드로포밍 성형 후의 금속판 조립체의 단면 상태를 보여주는 도면으로, 하이드로포밍 유체에 의해 금속판 조립체 사이의 유로를 따라서 돌출된 형태의 유로가 형성된다.5 is a view showing a cross-sectional state of a metal plate assembly after hydroforming molding, in which a flow path having a protruding shape is formed along the flow path between the metal plate assemblies by the hydroforming fluid.

이와 같이 하이드로포밍 성형된 분리판은 금형으로부터 인출한 후에 스택으 로 적층하여 연료전지에 조립된다.The hydroformed separator is taken out of the mold and then stacked in a stack and assembled in a fuel cell.

이상과 같은 본 발명의 연료 전지용 금속 분리판의 제조방법은, 레이저를 이용하여 두 금속판을 겹치기 용접한 후에 하이드로포밍 성형에 의해 금속 분리판을 제작함으로써, 제작이 용이하며 제작 단가를 절감하여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.The method of manufacturing the fuel cell metal separator plate of the present invention as described above, by welding the two metal plates overlapping by using a laser to produce a metal separator plate by hydroforming molding, it is easy to manufacture and reduce the production cost to improve productivity The effect is to increase.

Claims (2)

연료 전지용 금속 분리판을 제조하기 위한 방법에 있어서,In the method for manufacturing a metal separator plate for a fuel cell, 두 금속판을 겹친 후에 소정의 패턴을 따라서 용접하여 두 금속판 사이에 하이드로포밍 유체가 지나게 되는 유로를 형성하는 제1단계와;A first step of forming a flow path through which the hydroforming fluid passes between the two metal plates by overlapping the two metal plates and then welding them along a predetermined pattern; 상기 패턴과 부합하는 돌출부가 형성된 상부 성형다이 및 하부 성형다이 사이에 상기 용접된 금속판 조립체를 고정하는 제2단계와;A second step of fixing the welded metal plate assembly between an upper forming die and a lower forming die in which protrusions matching the pattern are formed; 상기 금속판 조립체의 유체 입구를 통해 유체를 가압하여 하이드로포밍 성형이 이루어지는 제3단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 금속 분리판 제조방법.And a third step of hydroforming by pressurizing the fluid through the fluid inlet of the metal plate assembly. 제1항의 방법에 의해 제조된 연료 전지용 금속 분리판.A metal separator plate for fuel cells produced by the method of claim 1.
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