KR100770166B1 - Apparatus for manufacturing source particles of separator for fuel cell and method of manufacturing source particles of separator for fuel cell by using the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치를 도시한 개념 단면도이다. 1 is a conceptual cross-sectional view showing an apparatus for preparing a raw material powder for a separator plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 제1 교반기를 도시한 사시도이다. FIG. 2 is a perspective view illustrating the first stirrer of FIG. 1.
도 3은 도 1의 제2 교반기를 도시한 사시도이다.3 is a perspective view illustrating the second stirrer of FIG. 1.
도 4는 실시예와 비교예의 시차주사열량측정계를 이용한 반응열 분석 결과를 보여주는 그래프이다. Figure 4 is a graph showing the results of reaction heat analysis using a differential scanning calorimetry of Examples and Comparative Examples.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명><Short description of the symbols in the drawings>
100: 공정 챔버 110: 제1 챔버100: process chamber 110: first chamber
120: 제2 챔버 300: 믹싱 어셈블리120: second chamber 300: mixing assembly
330: 제1 교반기 332: 고정부330: first stirrer 332: fixed portion
334: 연결부 337: 교반부334: connection portion 337: stirring portion
350: 제2 교반기 500: 감압 장치350: second stirrer 500: pressure reducing device
600: 온도 조절 장치 700: 회전 속도 조절 장치600: temperature control device 700: rotation speed control device
1000: 연료전지용 원재료 분말 제조 장치 1000: raw material powder manufacturing apparatus for fuel cells
본 발명은 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치 및 이를 이용한 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분말 제조 공정을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 제조되는 원재료 분말의 입도 균일성을 향상시킬 수 있는 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치 및 이를 이용한 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell separator raw material powder manufacturing apparatus and a fuel cell separator plate raw material powder manufacturing method using the same, and more particularly, to simplify the powder manufacturing process and improve the particle size uniformity of the raw material powder produced. The present invention relates to a fuel cell separator plate raw material powder production apparatus and a fuel cell separator plate raw material powder manufacturing method using the same.
일반적으로 연료전지는 단위 전지를 여러 겹으로 체결(stacking)하여 스택을 제조함으로써 고 전력을 생산할 수 있게 되며, 이 스택은 고분자 고체 전해질, 기체 투과층(gas diffusion layer), 촉매층 및 분리판으로 구성된다. 고 전력을 얻기 위해서는 많은 단위 전지가 적층되어야 하며, 안정적인 스택 체결을 위해서는 상기 분리판의 굴곡 강도가 우수하여야 한다. In general, a fuel cell can produce a high power by stacking unit cells in multiple layers to produce a stack, which is composed of a polymer solid electrolyte, a gas diffusion layer, a catalyst layer, and a separator. do. In order to obtain high power, a large number of unit cells must be stacked, and the bending strength of the separator must be excellent for stable stack fastening.
이를 위해서는, 상기 분리판 성형시 사용되는 원재료 분말의 입도 균일성이 확보되어야 한다. To this end, the particle size uniformity of the raw material powder used in forming the separator plate should be ensured.
한편, 상기 분리판 원재료로서는 고분자 수지, 탄소재료 및 기타 첨가제들로 이루어진 혼합 재료가 사용된다. Meanwhile, as the raw material for the separator, a mixed material made of a polymer resin, a carbon material, and other additives is used.
종래에는 원재료를 용매에 용해시킨 후 믹서기 등을 이용하여 혼합하고 혼합액을 진공오븐에서 건조한 후 분쇄함으로써, 상기 분리판 원재료 분말을 제조하였 다.Conventionally, the raw material powder was prepared by dissolving the raw materials in a solvent, mixing them using a mixer, and then drying the mixed solution in a vacuum oven and then grinding.
그러나 상기와 같이 진공오븐을 이용한 건조 공정에서 상기 탄소재료와 고분자 용액 간의 층 분리 현상으로 인하여 용액이 불 균일하게 혼합될 수 있을 뿐만 아니라 여러 공정을 거치면서 샘플의 손실 및 불순물 유입에 따른 원재료 분말의 오염이 야기될 수 있다. However, in the drying process using a vacuum oven as described above, due to the separation of the layer between the carbon material and the polymer solution, the solution may not only be mixed unevenly, but also due to the loss of the sample and the inflow of impurities through various processes. Pollution may result.
본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 문제점들을 감안한 것으로서, 입도 균일성이 우수한 연료전지용 분리판 원재료 분말을 제조할 수 있고 일괄 공정에 의하여 작동되므로 공정 시간을 단축할 수 있으며 원재료의 손실 및 오염을 방지할 수 있는 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치를 제공하는 것이다. The object of the present invention is to account for the above-described problems, it is possible to manufacture the raw material powder for fuel cell separator plate excellent in particle size uniformity and can be processed by a batch process to reduce the process time and to prevent the loss and contamination of raw materials It is to provide a fuel cell separator plate raw material powder production apparatus that can be.
본 발명의 다른 목적은 분리판 원재료 분말의 입도 균일성을 확보할 수 있는 연료전지용 분리판 원재료 분말의 제조 방법에 관한 것이다. Another object of the present invention relates to a method for producing a separator plate raw material powder for a fuel cell capable of ensuring particle size uniformity of the separator plate raw material powder.
본 발명의 일 특징에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치는 연료전지용 분리판 원재료 물질 및 용매로 이루어진 혼합 용액을 수용하고 상기 혼합 용액에 열을 전달하기 위한 공정 챔버, 상기 공정 챔버의 일 영역에 연결되어 있고, 각각 회전 가능한 적어도 2종의 교반기를 포함하는 믹싱 어셈블리 및 상기 공정 챔버에 연결되어 상기 공정 챔버 내부의 압력을 감소시키기 위한 감압 장치를 포함한다. The separator raw material powder manufacturing apparatus for a fuel cell according to an aspect of the present invention includes a process chamber for accommodating a mixed solution consisting of a separator material for fuel cells and a solvent and transferring heat to the mixed solution, in one region of the process chamber. A mixing assembly connected to the process chamber, the mixing assembly comprising at least two rotatable agitators, and a pressure reducing device connected to the process chamber to reduce pressure within the process chamber.
상기 공정 챔버는 분리 구조를 갖는 두 개의 서브 챔버의 결합에 의하여 구 성되며, 상기 공정 챔버는 단열성을 갖는다. The process chamber is constituted by a combination of two subchambers having a separate structure, and the process chamber is insulated.
상기 믹싱 어셈블리는 상기 공정 챔버와 직접적으로 연결되어 있고 상기 공정 챔버에 대하여 회전 가능한 주 회전부를 포함하고, 상기 교반기는 상기 주 회전부에 대하여 회전 가능하도록 상기 주 회전부에 연결되어 있다. The mixing assembly is directly connected to the process chamber and includes a main rotational portion that is rotatable relative to the process chamber, and the stirrer is connected to the main rotational portion so as to be rotatable with respect to the main rotational portion.
상기 제1 교반기는 주로 혼합 용액의 교반을 위하여 설계되었으며(습식 혼합용), 상기 제2 교반기는 주로 혼합 용액에서 용매 성분이 제거된 고형분인 잔류물의 교반을 위하여 설계되었다(건식 혼합용). The first stirrer was designed primarily for the agitation of the mixed solution (for wet mixing), and the second stirrer was designed primarily for the agitation of the residue, the solids from which solvent components were removed from the mixed solution (for dry mixing).
상기 믹싱 어셈블리는 각각 한 쌍의 제1 교반기 및 제2 교반기를 포함할 수 있고, 상기 감압 장치로서는 수봉식 펌프가 사용된다. Each of the mixing assemblies may include a pair of first and second stirrers, and a water-sealed pump is used as the decompression device.
상기 제조 장치는 상기 공정 챔버의 온도를 조절하는 온도 조절 장치, 및 상기 믹싱 어셈블리와 상기 교반기의 회전 속도를 조절하는 회전 속도 조절 장치를 더 포함할 수 있다. The manufacturing apparatus may further include a temperature control device for adjusting the temperature of the process chamber, and a rotational speed control device for adjusting the rotational speed of the mixing assembly and the stirrer.
본 발명의 일 특징에 따라 연료 전지용 분리판 원재료 분말을 제조하기 위해서는, 우선 연료전지용 분리판 원재료 및 용매로 이루어진 혼합 용액을 준비한다. 상기 혼합 용액은 제1 교반기를 사용하여 가열 및 감압 하에서 교반되어 상기 혼합 용액의 용매 성분이 휘발되도록 1차 교반된다. 이어서, 1차 교반 계속 중에 상기 용매 성분이 휘발되기 시작되면, 제1 교반기와 다른 제2 교반기를 사용하여 상기 원재료의 응집(agglomeration)이 방지되도록 하면서 2차 교반을 실시한다. 상기 과정을 통하여 상기 혼합 용액은 균일한 입도 분포를 갖는 분리판 원재료 분말로 변화된다. In order to produce a fuel cell separator raw material powder according to an aspect of the present invention, first, a mixed solution composed of a fuel cell separator raw material and a solvent is prepared. The mixed solution is stirred first under heating and reduced pressure using a first stirrer to volatilize the solvent component of the mixed solution. Subsequently, when the solvent component starts to volatilize while the first stirring is continued, the second stirring is performed while preventing the agglomeration of the raw materials by using a second stirrer different from the first stirrer. Through the above process, the mixed solution is transformed into a separator raw material powder having a uniform particle size distribution.
상기 1차 교반 및 2차 교반은 시간적으로 분리될 수도 있으며, 이와 다르게 두 교반 단계들이 시간적으로 서로 오버랩되도록 이루어질 수도 있다. The first and second stirring may be separated in time, or alternatively, the two stirring steps may be made to overlap each other in time.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말의 제조 장치 및 제조 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an apparatus and a method for manufacturing a raw material powder for a separator cell according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치를 도시한 개념 단면도이다. 도 2는 도 1의 제1 교반기를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1의 제2 교반기를 도시한 사시도이다. 1 is a conceptual cross-sectional view showing an apparatus for preparing a raw material powder for a separator plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view illustrating the first stirrer of FIG. 1. 3 is a perspective view illustrating the second stirrer of FIG. 1.
도 1을 참조하면, 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치(1000)는 공정 챔버(100), 믹싱 어셈블리(300), 감압 장치(500), 온도 조절 장치(600) 및 회전 속도 조절 장치(700)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a separator plate raw material
상기 공정 챔버(100)는 연료전지용 원재료 물질 및 용매로 이루어진 혼합 용액을 수용하고, 상기 혼합 용액이 분말화 되는 공간을 제공한다. 상기 혼합 용액은 상기 공정 챔버(100)의 외부에서 기(旣) 혼합될 수도 있으나, 상기 공정 챔버(100) 내에 원재료 물질 및 용매를 각각 공급함으로써, 상기 공정 챔버(100) 내에서 최초 혼합될 수도 있다. The
상기 공정 챔버(100) 내부에 수용된 혼합 용액은 가열 및 감압 조건 하에서 배치(batch)프로세스에 의하여 분말화 된다. The mixed solution contained in the
상기 공정 챔버(100)는 실질적으로 상기 혼합 용액을 수용하는 제1 챔버(110) 및 상기 제1 챔버(110)와 결합하여 상기 공정 챔버(100)가 외부 기체로부터 차단될 수 있도록 하는 제2 챔버(120)를 포함한다. The
상기 제1 챔버(110) 및 제2 챔버(120)는 서로 견고하게 결합되어 분말화 과정 중에 외부로부터 기체가 유입되어 내부의 감압상태를 희석시키지 않도록 한다. The
상기 제1 챔버(110)는 내벽, 외벽 및 상기 내벽과 외벽 사이에 배치된 열매체 자켓으로 이루어진 3중 구조를 갖는다. 상기 내벽 및 외벽은 혼합용액 또는 외부의 영향으로부터 부식되는 것을 방지하기 위하여 내부식성이 강한 스테인레스강 등의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. The
상기 열매체 자켓은 내부에 광유계나 합성유계(알킬벤젠)의 열매체유 등의 열용량(Heat capacity)이 큰 물질을 함유함으로써, 공정 챔버(100) 내부의 열이 외부로 방출되는 것을 방지한다. 즉, 상기 공정 챔버(100)는 전체적으로 단열성이 유지된다.The heat medium jacket contains a material having a large heat capacity such as mineral oil type or synthetic oil type (alkylbenzene) heat medium oil, thereby preventing heat inside the
또한, 본 실시예에서는 제1 챔버(110)의 바닥 면(하부) 쪽으로 가더라도 폭의 변화가 없는 구조를 가지나, 이와 다르게 상기 바닥 면으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태 등 상기 제1 챔버(110)는 다양한 형상을 가질 수 있다. In addition, in the present exemplary embodiment, the
즉, 혼합 용액 내의 분리판 원재료 물질이 교반시 용액 내에서 전체적으로 분산될 수 있도록 당업자 수준에서, 상기 제1 챔버(110)의 구조는 다양하게 변형될 수 있을 것이다. That is, at the level of those skilled in the art, the structure of the
본 실시예에서는, 제1 챔버(110)만이 실질적으로 상기 혼합 용액과 열적인 접촉관계를 가지므로 3중 구조를 갖도록 하였으나, 이와 다르게 제2 챔버(120) 역시 3중 구조를 가질 수도 있다.In the present embodiment, since only the
상기 믹싱 어셈블리(300)는 상기 제2 챔버(120)의 천정면에 회전 가능하도록 연결되어 있다. 상기 믹싱 어셈블리(300)는 상기 공정 챔버(100) 내에 수용된 혼합 용액 및 가열/감압에 의하여 용매 성분이 휘발된 후의 잔류물을 충분히 혼합시켜 주고 나아가 상기 잔류물의 응집((agglomeration)을 방지한다. 상기 믹싱 어셈블리(300)는 공정 중 상기 제2 챔버(120)의 천정면에 대하여 소정의 속도로 회전한다. The
따라서, 최종 산물인 연료전지용 분리판 원재료 분말의 입도 균일성을 대폭 향상시킬 수 있다.Therefore, the particle size uniformity of the raw material powder for the fuel cell separator, which is the final product, can be greatly improved.
상기 믹싱 어셈블리(300)는 상기 제2 챔버(120)의 천정면과 회전 가능하도록 연결되어 있는 주 회전부(310), 상기 주 회전부(310)에 대하여 회전 가능하도록 상기 주 회전부(310)에 연결되어 있는 제1 교반기(330) 및 상기 주 회전부(310)에 대하여 회전 가능하도록 상기 주 회전부(310)에 연결되어 있는 제2 교반기(350)를 포함한다. 상기 제1 교반기(330) 및 제2 교반기(350)는 서로 다른 형태를 갖고 수행하는 주(main) 기능에도 차이가 있다.The
상기 제1 교반기(330)는 혼합 용액 내의 분리판 원재료 분말의 균일한 분산을 유도한다. 상기 제1 교반기(330)는 상기 주 회전부(310)가 회전하는 동안 동시에 상기 주 회전부(310)에 대하여 소정의 속도로 회전함으로써, 상기 혼합 용액의 균일한 분산을 극대화할 수 있다. The
도 2를 참조하면, 상기 제1 교반기(330)는 고정부(332), 교반부(337) 및 연결부(334)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the
상기 고정부(332)는 상기 주 회전부(310)에 회전 가능하도록 연결되어 있고, 상기 연결부(334)는 상기 고정부(332)의 양 단에 각각 고정되어 있다. 또한, 상기 연결부(334)는 두 개로 구성되며 서로 엇갈리도록(꼬이도록) 배치되어 각각 상기 교반부(337)의 양단에 결합되어 있다. The fixing
상기 교반부(337)는 실질적으로 혼합 용액을 교반하는 역할을 수행한다. 그러나, 상기 꼬이도록 배치된 두 개의 연결부(337)들 역시 혼합 용액의 균일한 분산을 유도하는 데 도움을 준다. The stirring
본 실시예에서는 서로 엇갈리도록 배치된 연결부(337)들에 의하여 상기 고정부(332)와 교반부(337)가 연결된 구조를 설명하였으나, 상기 제1 교반기(330)는 혼합 용액의 균일한 분산을 효율적으로 유도할 수 있는 것이라면 상기 구조와 다른 다양한 형태를 가질 수 있다. 즉, 제1 교반기(330)는 혼합 용액의 균일한 분산을 위해 사용되는 습식 혼합용 교반기라고 할 수 있다.In the present embodiment, a structure in which the fixing
상기 제2 교반기(350)는 고형분이 건조되는 동안 고형분의 부유를 도모함으로써, 상기 고형분의 응집을 방지한다. 따라서, 생성되는 분리판 원재료 분말 입자들이 균일한 입도 분포를 갖도록 한다. The
도 3을 참조하면, 상기 제2 교반기(350)는 나선형의 임펠러(impeller) 형상을 갖는다. Referring to FIG. 3, the
따라서, 전술한 바와 같이 용매가 휘발된 혼합 용액의 잔류물들을 효과적으로 부유 시킬 수 있어 상기 잔류물의 응집을 효율적으로 차단할 수 있다. 구체적으로 하부의 잔류물을 상부로 이동시킨 후 다시 하부로 떨어지게 함으로써, 응집된 잔류물을 서로 이격되도록 할 수 있다. Therefore, as described above, the residues of the mixed solution in which the solvent is volatilized can be effectively suspended, thereby effectively blocking the aggregation of the residues. Specifically, by moving the lower residue to the upper and falling back down, the aggregated residue can be spaced apart from each other.
본 실시예에서는, 나선형의 임펠러 형태를 갖는 제2 교반기(350)를 도시하였으나, 고형분의 응집 방지에 효과적인 구조를 갖는 것이라면 상기 제2 교반기(350)의 구조로서 다양한 형태가 채용될 수 있을 것이다. Although the
이처럼, 상기 제2 교반기(350)는 주로 건조된 고형분의 응집방지를 주목적으로 작동한다. 즉, 상기 제2 교반기(350)는 전술한 제1 교반기(330)와 달리 건식 혼합용 교반기라 할 수 있다. 상기 제2 교반기(350) 역시 믹싱 어셈블리(300)가 전체적으로 공전함과 동시에 자전함으로써, 2중의 회전 효과를 발휘할 수 있다.As such, the
본 실시예에서, 상기 제1 교반기(330)는 주로 상기 공정 동안 계속해서 사용되고, 상기 제2 교반기(350)는 상기 혼합 용액 내의 용매 성분이 휘발되기 시작한 후(수봉식 펌프 작동 직후)부터 사용된다. In this embodiment, the
도시하지는 않았으나, 본 실시예에 따른 믹싱 어셈블리(300)는 각각 두 개의 제1 교반기(350) 및 제2 교반기(350)를 포함한다. 즉, 각 교반기(330, 350)들은 쌍으로 구비된다. Although not shown, the mixing
또한, 동일한 교반기(330 또는 350)끼리는 서로 인접하지 않고 마주보도록 배치된다. 이는 교반 효율을 극대화하기 위해서이다. In addition, the
본 실시예에서는, 혼합 용액 상태에서는 제1 교반기(330), 고형분 상태에서는 제2 교반기(350)가 작동되는 것으로 설명하였으나, 상기 각 교반기들(330, 350)의 시간적 작동 범위는 작업자의 의도에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 뿐만 아니라, 믹싱 어셈블리(300) 전체의 회전(공전) 동작도 분말화 전 과정 중 지속적으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 특정 단계에서 일시 정지하는 등 작업자의 의도 에 따라 다양하게 변화될 수 있다. In the present embodiment, the
즉, 믹싱 어셈블리(300)의 공전 및 각 교반기들(330, 350)의 자전은 다양한 동작 조합으로 설계되어 분말화 공정에 적용될 수 있을 것이다. That is, the revolution of the mixing
특히, 주로 제1 교반기(330)에 의한 1차 교반 단계 및 제2 교반기(350)에 의한 2차 교반 단계 사이의 시간 영역에서는, 상기 제1 교반기(330) 및 제2 교반기(350)가 동시에 작동되는 것이 바람직하다. In particular, in the time zone mainly between the first stirring step by the
상기 혼합용액의 건조를 위하여는 진공 건조 방식이 사용된다. 즉, 상기 공정 챔버(100) 내의 압력을 감소시킴과 동시에 가열하여 효과적으로 상기 혼합 용액 내의 용매 성분을 휘발시킬 수 있다. In order to dry the mixed solution, a vacuum drying method is used. That is, while reducing the pressure in the
도 1을 다시 참조하면, 본 실시예에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치는 감압 장치(500)를 포함한다. 상기 감압 장치(500)는 공정 챔버(100)에 연결되어 상기 공정 챔버(100) 내부의 압력을 낮추어 줌으로써, 상기 혼한 용액의 증기압을 낮추어 상대적으로 낮은 온도에서도 기화(vaporization)가 용이하게 일어날 수 있도록 한다. Referring back to FIG. 1, the separator cell raw material powder production apparatus for a fuel cell according to the present embodiment includes a
상기 감압 장치(500)은 상기 공정 챔버(100) 중 제2 챔버(120)의 일 영역에 연결되어 있다. 이는, 발생되는 휘발 용매가 공정 챔버(100)의 상부로 이동하기 때문이다. The
본 실시예에서, 상기 감압 장치(500)로는 수봉식 (진공)펌프가 사용된다. In this embodiment, a water-sealed (vacuum) pump is used as the
상기 수봉식 펌프는 베인펌프, 루츠(ROOTS)펌프 등과 함께 대기압 부근의 압력범위의 진공펌프 또는 압축기로서 주로 사용되어 왔다. 이 펌프는 케이싱 내에서 물을 선회시켜 펌프작용을 하며, 흡입기체에 포함된 물, 수용액, 오일 등의 액체 또는 분체에 대해서도 고장의 염려가 없는 이점이 있으며 제지공업, 인견공업, 시멘트 공업 등에 광범위하게 사용된다. 또 대형원심 펌프의 호수펌프로 중요한 역할을 하고 있다.The water-sealed pump has been mainly used as a vacuum pump or a compressor in a pressure range near atmospheric pressure together with a vane pump, a ROOTS pump, and the like. It pumps by turning the water in the casing and pumps it. It has the advantage that there is no risk of failure in liquids or powders such as water, aqueous solution, and oil contained in the intake gas, and it is widely used in the paper industry, the labor industry, and the cement industry. Is used. It also plays an important role as a lake pump for large centrifugal pumps.
연료전지용 분리판 원재료 분말화 과정 동안 많은 양의 휘발 용매가 배출되므로 특히 상기한 수봉식 펌프가 적합하다. 상기 수봉식 펌프는 이처럼 많은 양의 기체를 배출하는 데 매우 유용하다. Particularly the above-mentioned water-sealed pump is suitable because a large amount of volatile solvent is discharged during the raw material powdering process of the separator plate for fuel cell. The submersible pump is very useful for discharging such a large amount of gas.
본 실시예에 따른 원재료 분말 제조 장치(1000)는 온도 조절 장치(600) 및 회전 속도 조절 장치(700)를 포함한다. The raw material
상기 온도 조절 장치(600) 및 회전 속도 조절 장치(700)는 각각 상기 공정 챔버(100)의 외부에 배치된다. The
상기 온도 조절 장치(600)는 공정 챔버(100) 내부의 온도를 가변적으로 조절할 수 있으며, 예를 들면 작업자가 컴퓨터 화면 등을 통하여 용이하게 온도 조절을 할 수 있도록 한다. The
또한, 상기 회전 속도 조절 장치(700)는 믹싱 어셈블리(300)의 공정 속도, 제1 교반기(330)의 자전 속도 및 제2 교반기(350)의 자전 속도를 작업자가 원격 조절할 수 있도록 한다.In addition, the rotation
이하에서는, 본 발명에 따른 제조 장치 및 제조 방법에 의하여 실제로 연료전지용 분리판 원재료 분말을 제조한 결과를 설명하도록 한다. 그러나, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명과 비 교하기 위하여 종래의 장치 및 방법에 의한 원재료 분말 제조 결과도 함께 설명하도록 한다.Hereinafter, a result of actually manufacturing a raw material powder for a separator for a fuel cell by a manufacturing apparatus and a manufacturing method according to the present invention will be described. However, the technical spirit of the present invention is not limited by the following examples. In addition, to compare with the present invention will also be described with the raw material powder production results by a conventional apparatus and method.
실시예Example
상술한 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치를 이용하여 평균입경이 75㎛이고 입자의 아스펙트비(aspect ratio)가 1.5인 인조흑연분말과 표면적이 50~100 m2/g인 카본블랙, 액상 에폭시/페놀수지와 이형성 첨가제를 사용하여, 그 혼합 중량비율이 탄소물질 75%, 고분자 수지 25%의 비율로 혼합하였다. 상기 제조 장치를 이용하여 제조된 최종 수득 분말의 평균입경은 약 150㎛, 입도 분포 균일도는 약 0.3으로 매우 균일한 원재료 분말을 얻을 수 있었다. 시차주사열량측정계(Differential Scanning Calorimetry, DSC)를 이용한 분석 결과, 약 40~50 J/g으로 우수한 반응성을 보여 탄소물질과 고분자 수지의 혼합 균일도가 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다. (도 4 참조)The above-described artificial graphite powder having an average particle diameter of 75 μm and an aspect ratio of particles of 1.5 and carbon having a surface area of 50 to 100 m 2 / g using the separator raw material powder manufacturing apparatus for fuel cell according to the present invention. Using a black, liquid epoxy / phenol resin and a release agent, the mixing weight ratio was mixed at a ratio of 75% of a carbon material and 25% of a polymer resin. The average particle diameter of the final obtained powder prepared using the above production apparatus was about 150 µm, and the particle size distribution uniformity was about 0.3, thereby obtaining a very uniform raw material powder. As a result of analysis using differential scanning calorimetry (DSC), it was confirmed that the mixture uniformity of the carbon material and the polymer resin was excellent because of excellent reactivity of about 40 ~ 50 J / g. (See Figure 4)
이와 같이 제조된 원재료 분말을 이용하여 175℃, 14.2MPa, 10분의 조건으로 분리판 성형 시, 분리판 두께 편차는 50 ㎛이내로 연료전지 스택 제조에 적합한 것으로 확인되었다. When the separator was formed at 175 ° C., 14.2 MPa, and 10 minutes using the raw material powder thus prepared, the thickness of the separator was found to be suitable for fuel cell stack production within 50 μm.
비교예Comparative example
위의 실시 예와 같은 조성으로 습식 혼합한 후, 진공오븐에서 건조를 실시하고, 유니버셜 밀(universal mill)을 활용하여 분쇄하는 공정으로 원재료 분말을 제 조하였다. 이와 같이 제조된 분말의 평균 입경은 약 70 ㎛, 입도 분포 균일도는 약 0.8로 매우 불균일한 입도 분포를 보이는 것으로 확인되었다. DSC 분석 결과, 약 15~25 J/g으로 미약한 반응성을 보여 원재료 분말의 혼합 균일도가 낮은 것으로 확인되었다. (도 4 참조)After wet mixing with the same composition as in the above embodiment, drying was carried out in a vacuum oven, and raw material powder was prepared by a process of grinding using a universal mill. The average particle diameter of the powder thus prepared was about 70 μm, and the uniformity of the particle size distribution was about 0.8, which showed very uneven particle size distribution. DSC analysis showed a weak reactivity of about 15-25 J / g, indicating that the mixing uniformity of the raw material powder was low. (See Figure 4)
이와 같이 제조된 원재료 분말을 이용하여 위의 실시 예와 같은 조건으로 분리판 성형한 결과, 두께 편차가 약 100~120 ㎛으로 연료전지 스택 제조 시 문제를 야기할 가능성이 있는 것으로 확인되었다.As a result of the separation plate molding under the same conditions as in the above example using the raw material powder prepared as described above, it was confirmed that there is a possibility of causing a problem in manufacturing the fuel cell stack with a thickness variation of about 100 to 120 μm.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 원재료 분말 제조 장치는 이종의 교반기를 구비하여 각 공정 단계의 특성에 맞게 작동하도록 설계되어 있을 뿐만 아니라 믹싱 어셈블리의 공전 및 각 교반기들의 자전에 의한 믹싱 효율을 극대화할 수 있어, 제조되는 원재료 분말의 입도 균일성을 향상시키고 입자 간의 응집을 최소화할 수 있다.As described above, the raw material powder manufacturing apparatus for fuel cells according to the present invention is not only designed to operate in accordance with the characteristics of each process step by providing a heterogeneous stirrer, but also the mixing efficiency due to the revolution of the mixing assembly and the rotation of each stirrer. It can be maximized, it is possible to improve the particle size uniformity of the raw material powder to be produced and to minimize the aggregation between the particles.
또한, 상기 장치에 의하면, 원재료 분말 제조 공정을 일괄적으로 처리할 수 있어 공정 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 공정 중의 원재료 분말의 손실 및 오염을 현저히 감소시킬 수 있다. In addition, according to the above apparatus, the raw material powder manufacturing process can be collectively processed to increase the process efficiency, as well as to significantly reduce the loss and contamination of the raw material powder during the process.
본 발명에 따른 제조 장치 및 제조 방법에 의하여 제조된 원재료 분말은 입자 특성이 우수하여 결국, 최종 성형물인 연료전지용 분리판의 내구성을 향상시킬 수 있다. The raw material powder produced by the manufacturing apparatus and the manufacturing method according to the present invention has excellent particle characteristics, and thus, it is possible to improve the durability of the separator for fuel cell, which is a final molded product.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
Claims (12)
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