KR100785115B1 - 연료전지 차량의 분리판 결합 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상, 하부로 나뉘어진 분리판을 성형할 때 컴파운더를 도포한 상태에서 클린칭 가압 부재를 이용하여 상기 분리판의 모서리를 따라 클린칭 홈을 형성하도록 하부를 향해 돌출 형성된 제1 펀치가 모서리 부분을 따라 형성된 상부금형, 상기 상부금형과 동일한 크기로 형성되며 상부를 향해 돌출 형성된 제2 펀치가 모서리 부분을 따라 형성된 하부금형을 포함하는 클린칭 가압 부재; 및 공기, 수소 및 냉각수가 유동 가능하도록 성형된 상, 하부 분리판 상에 기밀을 위해 컴파운더가 도포되고, 상기 클린칭 가압부재의 상,하부 금형 사이에 위치한 상태에서 상기 제1,2 펀치에 의해 모서리 부분을 따라 클린칭홈이 형성된 분리판을 포함하여 구성되는 연료전지 차량의 분리판 결합 구조에 관한 것이다.

클린칭 가압부재, 클린칭홈

Description

연료전지 차량의 분리판 결합 구조{The separator bonding structure of the fuel cell vehicle}

도 1은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 분리판 결합 구조를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 분리판 결합 구조에 의한 클린칭 가압 부재를 도시한 도면.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 분리판 결합 구조의 성형 과정을 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 클린칭 가압부재 110,120 : 상,하부금형

200 : 분리판 210 : 클린칭홈

본 발명은 상, 하부로 나뉘어진 분리판을 성형할 때 컴파운더를 도포한 상태에서 클린칭 가압 부재를 이용하여 상기 분리판의 모서리를 따라 클린칭 홈을 형성한 후에 클린칭을 실시하여 기밀 유지 효율을 향상시킨 연료전지 차량의 분리판 결합 구조에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지(Fuel Cell)는 크게 전기화학 반응을 일으키는 전극과, 반응에 의해 발생된 수소이온을 전달하는 전해질 막과, 상기한 전극과 전해질을 지지하는 분리판으로 이루어져 있다.

상기한 연료전지 중 고분자 전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고, 전류밀도 및 출력 밀도가 크며 시동시간이 짧은 동시에 고체 전해질을 쓰기 때문에 부식 및 전해질 조절이 필요 없는 장점을 가지고 있으며 배기가스로 순수 물만을 배출하는 친환경적인 동력원이기 때문에 현재 전세계 자동차 업계에서 활발한 연구가 진행 중에 있다.

고분자 전해질 연료전지는 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 물과 열을 발생시키면서 전기를 발생하는 장치로써, 공급된 수소가 Anode 전극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소 이온은 전해질 막을 통해 Cathode로 넘어가게 되며, 이때 공급된 산소와 외부 도선을 타고 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시킨다. 이때 발생되는 이론 전위는 약 1.3V이며 반응식은 다음과 같다.

Anode : H₂ → 2H+ + 2e

Cathode : 1/2 O₂ + 2H+ + 2e → H₂O

실제 자동차용 연료전지에서는 위에서 나타난 전위보다 더 큰 전위를 필요로 하는데, 더 높은 전위를 얻기 위해서는 개별 단위전지를 필요한 전위만큼 적층해야 하며, 이렇게 적층한 것을 스택(Stack)이라 한다.

상기한 스택에서 발생하는 열을 냉각하기 위해서 분리판을 이용하여 냉각을 실시한다. 상기한 분리판은 전기 전도도가 커야 전자를 원활하게 전도하게 되며 기밀성을 필요로 한다.

상기한 분리판에 기밀성이 유지가 되지 않을 경우에는 냉각수 누설로 인해 맴브레인이 오염되어 스택 작동에 치명적인 문제점을 야기하게 된다.

현재에는 기밀 유지를 위해 고무 계열의 씰(Seal)을 삽입하여 사용하고 있다. 종래에는 분리판을 상호 간에 결합하기 위하여 수작업에 의해 씰의 접착력을 이용하여 분리판의 상판과 하판을 상호 간에 결합시켜 사용하였다.

그러나, 상기한 씰을 일일이 작업자의 수작업에 의존하여 진행할 수밖에 없어서 작업 시간과 능률 측면에서 효율이 저하되고, 사소한 부주위로 인해 씰이 안정적으로 설치되지 않을 경우에 스택 운전시 고장을 유발할 수 있는 문제점을 안고 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 분리판의 기밀 유지와 함께 상기 분리판의 자동화 잡업이 가능하고 뒤틀림을 방지하여 대량 생산이 용이한 연료전지 차량의 분리판 결합 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연료전지 차량의 분리판 결합 구조는 하부를 향해 돌출 형성된 제1 펀치가 모서리 부분을 따라 형성된 상부금형, 상기 상부금형과 동일한 크기로 형성되며 상부를 향해 돌출 형성된 제2 펀치가 모 서리 부분을 따라 형성된 하부금형을 포함하는 클린칭 가압 부재; 및 공기, 수소 및 냉각수가 유동 가능하도록 성형된 상, 하부 분리판 상에 기밀을 위해 컴파운더가 도포되고, 상기 클린칭 가압부재의 상,하부 금형 사이에 위치한 상태에서 상기 제1,2 펀치에 의해 모서리 부분을 따라 클린칭홈이 형성된 분리판을 포함하여 구성된다.

상기 상, 하부 금형의 제1,2 펀치는 상호 간에 엇갈리게 배열되도록 구성된다.

상기 분리판의 클린칭홈은 상기 제1 펀치에 의해 가공된 부위는 분리판의 하측 방향으로 형성되고, 상기 제2 펀치에 의해 가공된 부위는 분리판의 상측 방향으로 형성되도록 구성된다.

상기 분리판의 클린칭홈은 분리판 전체 두께의 절반 이상 깊이로 형성된다.

상기와 같은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 분리판 결합 구조의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 분리판 결합 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 분리판 결합 구조에 의한 클린칭 가압 부재를 도시한 도면이며, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 분리판 결합 구조의 성형 과정을 도시한 도면이다.

첨부된 도 1 내지 도 2d를 참조하면, 하부를 향해 돌출 형성된 제1 펀치(111)가 모서리 부분을 따라 형성된 상부금형(110), 상기 상부금형(110)과 동일한 크기로 형성되며 상부를 향해 돌출 형성된 제2 펀치(121)가 모서리 부분을 따라 형성된 하부금형(120)을 포함하는 클린칭 가압 부재(100); 및 공기, 수소 및 냉각수가 유동 가능하도록 성형된 상, 하부 분리판 상에 기밀을 위해 컴파운더(10)가 도포되고, 상기 클린칭 가압부재(100)의 상,하부 금형(110,120) 사이에 위치한 상태에서 상기 제1,2 펀치(111,121)에 의해 모서리 부분을 따라 클린칭홈(210)이 형성된 분리판(200)을 포함하여 구성된다.

상기 상, 하부 금형(110,120)의 제1,2 펀치(111,121)는 상호 간에 엇갈리게 배열되도록 구성된다.

상기 분리판(200)의 클린칭홈(210)은 상기 제1 펀치(111)에 의해 가공된 부위는 분리판(200)의 하측 방향으로 형성되고, 상기 제2 펀치(121)에 의해 가공된 부위는 분리판(200)의 상측 방향으로 형성되도록 구성된다.

상기 분리판(200)의 클린칭홈(210)은 분리판(200) 전체 두께의 절반 이상 깊이로 형성된다.

상기와 같이 구성되는 연료전지 차량의 분리판 결합 구조의 성형 과정을 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1 내지 도 2를 참조하면, 분리판(200) 성형을 위하여 금속 재질로 이루어진 상부 분리판(201)과 하부 분리판(202)에 대해 각각을 프레스 작업하여 절곡을 실시한 후에 기밀을 위한 컴파운더(10)를 도포한다. 상기 컴파운더(10)는 점도가 이쓴 액체형 실러를 사용하며 별도의 장비를 이용하여 자동으로 도포가 가능하며 상기 상, 하부 분리판(201,202)의 내측 모서리 부분을 따라 도포가 실시된다.

상기와 같이 도포된 상태에서 클린칭 가압 부재(100)에 의한 클린칭홈(210) 을 형성하기 위하여 다음과 같이 작업을 실시한다.

첨부된 도 2 내지 도 3a를 참조하면, 컴파운드(10)가 도포된 상테에서 상, 하부 분리판(201,202)이 별도의 장비를 통해 자동으로 매칭된 상태에서 클린칭 가압 부재(100)의 상, 하부 금형(110,120) 사이에 위치된다. 상기와 같은 상태에서 별도의 프레스에 의해 상, 하부 금형(110,120)이 상기 분리판(200)을 향해 각각 가압이 이루어진다.

첨부된 도 3b를 참조하면, 상, 하부 금형(110,120)에는 제1,2 펀치(111,121)에 의해 눌려져서 클린칭홈(210)이 형성되도록 상, 하부 금형(110,120)의 내측으로 요입된 홈부(101)가 형성되어 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 제1 펀치(111)가 분리판(200)을 가압하면서 홈부(101)의 내측으로 상, 하부 분리판(201,202)이 압착된다.

첨부된 도 3c를 참조하면, 상기 제1 펀치(111)가 후퇴되면서 상기 분리판(200)에는 클린칭홈(210)이 형성되며 상기 클린칭홈(210)부위에 위치한 상, 하부 분리판(201,202)가 도면에 도시된 바와 같이 압착 고정되면서 상기 컴파운더(10)와 더불어서 기밀을 유지하게 된다. 바람직하게는 상기 상, 하부 금형(110,120)에 형성된 제1,2 펀치(111,121)가 엇갈리게 배치되어 있어서 순간적인 임펙트에 의해 클린칭홈(210)이 형성될 때 상기 분리판(200)의 변형 및 뒤틀림을 억제하게 된다.

첨부된 도 3d를 참조하면, 클림칭홈(210)의 전체 깊이는 분리판(200) 전체 두께의 절반 이상 깊이로 형성되며 분리판(200)의 모서리 부분을 따라 형성된다.

한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 분리판 결합 구조는 분리판의 기밀이 컴파운더와 클린칭홈에 의해 유지되고, 프레스를 이용하여 일괄적으로 접합이 가능한 효과가 있다. 또한, 자동화 및 대량 생산이 가능한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 하부를 향해 돌출 형성된 제1 펀치가 모서리 부분을 따라 형성된 상부금형, 상기 상부금형과 동일한 크기로 형성되며 상부를 향해 돌출 형성된 제2 펀치가 모서리 부분을 따라 형성된 하부금형을 포함하는 클린칭 가압 부재; 및

   공기, 수소 및 냉각수가 유동 가능하도록 성형된 상, 하부 분리판 상에 기밀을 위해 컴파운더가 도포되고, 상기 클린칭 가압부재의 상,하부 금형 사이에 위치한 상태에서 상기 제1,2 펀치에 의해 모서리 부분을 따라 클린칭홈이 형성된 분리판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 분리판 결합 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상, 하부 금형의 제1,2 펀치는 상호 간에 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 분리판 결합 구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 분리판의 클린칭홈은 상기 제1 펀치에 의해 가공된 부위는 분리판의 하측 방향으로 형성되고, 상기 제2 펀치에 의해 가공된 부위는 분리판의 상측 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 분리판 결합 구조.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 분리판의 클린칭홈은 분리판 전체 두께의 절반 이상 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 분리판 결합 구조.

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