KR100819784B1 - 연료전지용 세퍼레이터와 막/전극접합체의 적층방법 및 그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세퍼레이터와 막/전극 접합체의 적층방법 및 그 장치에 관한 것으로, 그 방법은 적층 스테이션에 부설되는 교정장치에서 세퍼레이터의 휘어짐을 교정하는 단계와, 이 교정장치를 작동시키면서 세퍼레이터에 막/전극접합체를 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 여기서 세퍼레이터(78)의 휘어짐 교정은 상기 교정장치(47)의 압출공기의 분출에 의해 발생하는 부압으로 상기 세퍼레이터를 흡인하고 평탄화하는 것에 의하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은, 적층 스테이션에 부설한 교정장치로 세퍼레이터의 휘어짐을 교정하고, 이 교정장치를 작동시키면서 세퍼레이터에 막/전극접합체를 적층하도록 하는 것이기 때문에, 세퍼레이터에 도포한 실재를 균일한 두께로 펼치는 것이 가능하고, 양호한 실성을 얻는 것이 가능하여, 연료전지의 제조에 유용하다.

연료전지, 세퍼레이터, 적층스테이션, 막/전극접합체

Description

연료전지용 세퍼레이터와 막/전극 접합체의 적층방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LAMINATING SEPARATOR AND MEMBRANE/ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL}

본 발명은 연료전지에서 양호한 실성(sealability)을 얻는데 적합한 연료전지용 세퍼레이터와 막/전극접합체의 적층방법 및 그 적층장치에 관한 것이다.

연료전지는 물의 전기 분해의 역 원리를 이용하여, 수소와 산소를 화학 반응시켜 전기를 발생시킨다. 배출되는 것은, 이론상으로는 물뿐이다. 일반적으로, 수소는 연료가스로 표현되고, 산소의 공급원으로써 공기가 사용되기도 하여, 산화제 가스로 표현된다.

이러한 연료전지로는, 예컨대 일본국 특개 2000-123848호 개시의 「연료전지」가 알려져 있다. 이 연료전지는 애노드 전극과 캐쏘드 전극사이에 전해질 막을 끼워 넣고, 애노드 전극 및 캐쏘드 전극은 각각 가스켓을 매개로 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터 사이에 끼워짐으로써 셀 모듈이 구성되는 구조를 하고 있다.

상세하게는, 제1 세퍼레이터의 내부면에 연료가스의 유로로 되는 제1 유로가 형성되고, 제2 세퍼레이터의 내부면에 산화제 가스의 유로로 되는 제2 유로가 형성되어, 각각 중앙의 전해질 막에 연료가스와 산화제 가스를 공급한다.

1개의 셀 모듈에서 얻어지는 전기 출력은 지극히 작은 것이므로, 이러한 셀 모듈을 다수 적층하는 것으로, 소망하는 전기 출력을 얻는다. 제1·제2 세퍼레이터는 이웃하는 셀로 연료가스나 산화제 가스가 새지 않도록 하는 분리부재이므로 「세퍼레이터」라고 칭해진다.

제1 세퍼레이터는, 그 내부면에 연료가스를 위한 제1 유로를 가지고, 제2 세퍼레이터는, 그 내부면에 산화제 가스를 위한 제2 유로를 가지지만, 가스를 효과적으로 애노드측 전극 및 캐쏘드측 전극에 접촉시킬 필요가 있고, 그로 인해, 제1 및 제2 유로는 지극히 얕은 홈(溝)을 다수 설비할 필요가 있다.

제1·제2 세퍼레이터는 제1 및 제2 유로에 연료가스 및 산화제 가스를 공급하기 위해 일단부에 각각 연료가스 공급공부, 산화제 가스 공급공부를 가지고, 타단부에 각각 연료가스 배출공부, 산화제 가스배출공부를 가진다. 또한, 제1 및 제2 세퍼레이터는 냉각수를 소통시키기 위한 냉각수 공급공부를 일단부에 가지고, 냉각수 배출공부를 타단부에 가진다.

본 발명자들은, 2개의 가스켓 대신에 액체상태 실 재료를 세퍼레이터에 도포하고, 2장의 세퍼레이터 사이에 전해질 막과 전극으로 되는 막/전극접합체를 끼워 셀 모듈의 제조를 여러 가지 시도했지만, 다음과 같은 문제가 발생하는 것을 알 수 있었다.

도 18a 및 도 18b는, 2장의 세퍼레이터와 막/전극접합체와의 적층요령을 나타내고 있다.

도 18a에 있어서, 적층 스테이션(201)에, 실재(202)를 도포한 세퍼레이터(203)를 재치하고, 이 세퍼레이터(203)에, 전해질 막(204) 및 이 전해질 막(204)의 양면에 접합되는 카본 전극(205, 205)으로 되는 막/전극접합체(206)를 재치하고, 이 막/전극접합체(206)에, 다시 실재(202)를 도포한 세퍼레이터(207)를 재치하여 세퍼레이터(203), 막/전극접합체(206) 및 세퍼레이터(207)를 적층하는 것으로써 셀을 만든다.

도 18b에 있어서, 세퍼레이터(203, 207)의 가장자리부에 도포한 실재(202, 202)는, 적층에 의해 펼쳐지지만, 세퍼레이터(203, 207)가 서로 마주 보는 방향으로 휘어지기 때문에, 실재(202)의 두께가 외측에서는 t1, 내측에서는 외측보다도 작은 t2가 되고, 카본 전극(205, 205)의 두께가 작을수록, 실재(202)의 얇은 부분은 더욱 얇게 되어, 양호한 실성을 얻는 것이 어렵게 된다.

여기서, 연료전지용 세퍼레이터 및 막/전극접합체의 적층방법 및 그 적층장치를 개량함으로써, 연료전지에서의 양호한 실성을 얻는 것이 요망된다.

본 발명에 의하면, 실재를 도포한 세퍼레이터에 막/전극접합체를 적층 스테이션에서 적층하는 연료전지용 세퍼레이터와 막/전극접합체와의 적층방법에 있어서, 상기 적층 스테이션에 부설한 교정장치에서 세퍼레이터의 휘어짐을 교정하는 단계와, 해당 교정장치를 작동시키면서 상기 세퍼레이터에 막/전극접합체를 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터와 막/전극접합체의 적층방법이 제공된다.

세퍼레이터의 한쪽 면에만 가스유로 등으로 되는 홈(溝)을 형성하거나, 일면 과 다른 면에 형상이 다른 홈을 형성하는 경우에 휘어짐이 발생하는 경우가 있다. 이 휘어짐은, 예컨대 수지제의 세퍼레이터에서는, 일단 교정해도 탄성에 의해 다시 휘어져 버린다.

본 발명에서는, 교정장치를 작동시켜 세퍼레이터를 교정하면서 세퍼레이터에 막/전극접합체를 적층함으로써, 세퍼레이터에 도포하는 실재를 균일한 두께로 펼치는 것이 가능하고, 양호한 실성을 얻는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 세퍼레이터의 휘어짐의 교정은, 상기 교정장치의 압축공기의 분출에 의해 발생하는 부압으로 상기 세퍼레이터를 흡인함으로써 평탄화하는 것이다. 이와 같이, 교정장치를 압축공기를 분출시키는 구조로 하면, 세퍼레이터를 흡인시켰을 때에 세퍼레이터가 교정장치에 접촉되는 일이 없고, 세퍼레이터를 손상시킬 우려가 없다.

본 발명에 있어서는, 바람직하게는, 상기 세퍼레이터에 있어 실재를 도포한 실재 도포면과 휘어짐이 교정되는 교정면과의 높이가 소정값 이하가 되도록 상기 교정장치에서 발생하는 부압을 제어하도록 한다. 이렇게, 교정장치의 부압을 제어하는 것으로 실재 도포면과 교정면과의 높이를 소정값 이하가 되도록 하면, 예컨대, 압축공기의 분사량을 조정하는 것만으로 부압을 변화시켜, 상기 높이를 용이하게 설정하는 것이 가능하다. 따라서 적층공정의 준비가 용이하게 되고, 작업성을 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면, 연료전지로써 이용되는 세퍼레이터와 막/전극접합체의 적층장치에 있어서, 실재가 도포된 상기 세퍼레이터를 재치(載置)하기 위한 팔레트와, 상기 세퍼레이터의 휘어짐을 교정하기 위한 교정장치를 포함하며, 상기 교정장치를 작동시키면서, 상기 세퍼레이터에 상기 막/전극접합체를 적층하는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다. 상술한 것처럼, 교정장치는 압축공기를 분출한다. 이로써 간단한 구조의 적층장치가 얻어진다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 세퍼레이터의 실재 도포적층장치의 정면도이고;

도 2는 도 1에 도시되는 실재 도포 스테이션을 나타내고;

도 3은 도 2의 화살표 3과 같이 보았을 때의 도이고;

도 4는 도 2의 화살표 4와 같이 보았을 때의 도로써, 세퍼레이터 재치대(載置台)를 나타내고;

도 5a 및 도 5b는 세퍼레이터의 휘어짐을 교정하는 교정장치를 나타내고;

도 6은 세퍼레이터를 반송하기 위한 팔레트의 평면도이고;

도 7은 도 6의 7-7선에 의해 절단된 확대 단면도이고;

도 8은 도 6의 8-8선에 의해 절단된 확대 단면도이고;

도 9는 도 6의 9-9선에 의해 절단된 확대 단면도이고;

도 10은 세퍼레이터에의 실재 도포 및 적층을 행하는 처리공정도이고;

도 11a∼도 11c는 세퍼레이터를 팔레트에 위치결정하는 설명도이고;

도 12는 세퍼레이터 재치대에 팔레트 재치대를 재치하는 설명도이고;

도 13a∼도 13d는 팔레트의 팔레트 재치부로의 위치결정 순서를 나타내는 부 분도이고;

도 14a 및 도 14b는 교정장치에서 세퍼레이터의 휘어짐을 교정하는 상태를 나타낸 개략도이고;

도 15는 세퍼레이터를 교정하면서, 해당 세퍼레이터에 실재를 도포하는 상태를 나타낸 도이고;

도 16a∼도 16h는 세퍼레이터에 실재를 도포할 때의 도포개시부분과 도포종료부분의 도포요령을 나타낸 도이고;

도 17a∼도 17c는 적층 스테이션에 있어서, 세퍼레이터에 막/전극접합체를 적층하는 순서를 나타낸 개략도이고;

도 18a 및 도 18b는, 종래의 세퍼레이터와 막/전극접합체와의 적층요령을 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 연료전지용 세퍼레이터의 실 도포적층장치(10)는, 세퍼레이터에 실재를 도포하는 실재 도포 스테이션(11)과, 실재를 도포한 세퍼레이터에 막/전극접합체를 적층하는 적층 스테이션(12)과를 구비한다.

막/전극접합체{Membrane Electrode Assembly (이하, MEA로 약칭한다)}는, 고분자 화합물로 되는 고분자 전해질 막의 양면에, 카본 페이퍼로 이루어지는 애노드측 전극 및 캐쏘드측 전극을 각각 접합시킨 구조이다.

도 2∼도 4는, 도 1에 도시된 실재 도포 스테이션(11)을 나타내고 있다.

이 실재 도포 스테이션(11)은, 베이스부(21)에 취부되는 세퍼레이터 재치대(22)와, 베이스부(21)에 취부된 암부(23)와, 이 암부(23)에 취부되어진 실재 도포건(24)과, 이 실재 도포건(24)의 선단에 근접하여 배치되는 비접촉식 센서(25)로 이루어진다.

실재 도포건(24)은, 실재를 비축해 두며, 교환 가능한 실재 카트리지(27)와, 이 실재 카트리지(27)에 취부된 실재 공급호스(28)와, 이 실재 공급호스(28)의 선단에 연결되는 실재 압출부(31)와, 이 실재 압출부(31)를 구동하는 전동 모터(32)와, 실재를 토출시키기 위해 실재 압출부(31)의 선단에 취부된 노즐부(33)로 된다.

비접촉식 센서(25)는, 노즐부(33) 하방의 세퍼레이터 면에, 예컨대 레이저를 조사하는 것으로, 실재를 세퍼레이터에 도포하는 중에, 이미 도포한 실재를 비접촉 상태에서 검지한다. 도시하지 않는 제어장치는, 이 비접촉식 센서(25)로부터의 신호에 기하여, 암부(23)를 구동하고, 실재 도포건(24)의 수평이동 및 승강을 제어한다.

실재 도포건(24)의 실재 압출부(31)는, 예컨대, 나선상의 홈을 설치한 스크류를 실린더 내에 삽입한 것이고, 전동 모터(32)로 스크류를 회전시키는 것으로, 실재 카트리지(27) 내의 실재를 실재 공급호스(28)를 통하여 흡인하는 동시에, 실린더 내벽과 스크류의 홈 사이에서 실재를 압출하여, 노즐부(33)에서 토출시킨다.

도 3에 나타나듯이, 실재 도포건(24)의 후부에 배판(35)을 설비하여, 이 배판(35)의 하단에서부터 한 쌍의 스테이{36, 후측의 스테이(36)는 도시하지 않음}를 경사지게 하방으로 연장시키고, 이들 스테이(36)의 선단에 비접촉식 센서(25)를 취부한다. 비접촉식 센서(25)의 선단은, 노즐부(33)의 하방으로 향하고 있다.

도 4는, 평면에서 본 실재 도포 스테이션을 나타내고 있다.

실재 도포 스테이션(11)의 세퍼레이터 재치대(22)는, 세퍼레이터를 반송하는 팔레트(81, 도 6 참조)를 재치하는 팔레트 재치부(41, 42, 43, 44)와, 팔레트(81)를 세퍼레이터 재치대(22)에 위치결정하기 위한 제1 위치결정부재(45) 및 제2 위치결정부재(46)와, 팔레트(81)에 재치된 세퍼레이터의 휘어짐을 교정하기 위한 교정수단으로써의 교정장치(47, 47)를 구비한다.

팔레트 재치부(41)는, 재치면(51)과, 해당 재치면(51)으로부터 돌출하는 L자상 철부(52, 凸部)를 가진다. L자상 철부(52)는 위치결정면(52a, 52b)을 가진다.

팔레트 재치부(42)는, 재치면(53)과, 해당 재치면(53)으로부터 돌출하는 장방형 형상 철부(54)를 가진다. 장방형 형상 철부(54)는 위치결정면(54a)을 가진다.

팔레트 재치부(43, 44)는, 각각 재치면(55, 56)을 가진다.

제1 위치결정부재(45)는, 실린더부(61)와, 이 실린더부(61) 내의 도시하지 않는 실린더 내부로 삽입하는 로드(62, 62)와, 이들 로드(62, 62)의 선단에 취부되는 압압부(63)로 이루어진다. 이 제1 위치결정부재(45)는, 흡입구(64, 64)로부터 오일 또는 공기를 실린더 내부로 공급함으로써 로드(62, 62)를 압출하고, 압압부(63)로 팔레트(81)의 일부를 압압하여, 해당 팔레트(81)를 위치결정한다. 부호 63a는 압압부(63)에 형성된 경사면이다.

제2 위치결정부재(46)는, 실린더부(66)와, 이 실린더부(66) 내의 도시되지 않은 실린더 내로 삽입되는 로드(67, 67)와, 이들 로드(67,67)의 선단에 취부된 압 압부(68)로 이루어진다. 이 제2 위치결정부재(46)는, 흡입구(69, 69)로부터 오일 또는 공기를 실린더 내에 공급함으로써 로드(67, 67)를 압출하여, 압압부(68)로 팔레트(81)의 일부를 압압하고, 해당 팔레트(81)를 위치결정한다. 부호 68a는 압압부(68)에 형성된 경사면이다.

도 5a 및 도 5b는, 도 4에 도시된 연료전지용 세퍼레이터의 교정장치(47)를 나타내고 있다.

도 5a에 있어서, 교정장치(47)는, 원주부(72, 圓株部)와, 이 원주부(72) 내에 형성되는 것으로 상면(73)의 가장자리부로 개구된 다수의 분출공(74)에 연결된 조인트 관(75)과, 해당 조인트 관(75)에 접속하는 공기 호스(76)와로 된다.

도 5b에 있어서, 공기 호스(76)로부터 압축공기를 공급하고, 조인트 관(75) 및 다수의 분출공(74)을 통해 공기가 외부로 분출하면, 교정장치(47)에 세퍼레이터(78)를 근접시켰을 때에, 해당 공기는, 화살표의 ①, ①과 같이, 원주부(72)의 가장자리와 세퍼레이터(78)와의 사이로부터 빠르게 외부로 흘러나간다. 이에 의해, 원주부(72)의 상면(73)의 중앙부와 세퍼레이터(78)와의 사이에 부압이 발생하기 때문에, 세퍼레이터(78)는 화살표 ②와 같이 원기둥부(72)측으로 흡인된다. 단, 상기 분출공(74)에서의 공기의 분출에 의해, 세퍼레이터(78)는 원주부(72)의 상면(73)에 밀착되지는 않는다.

즉, 교정장치(47)는, 세퍼레이터(78)에 접촉되지 않고 이격된 상태로 세퍼레이터(78)를 흡인하는 것이 가능한 것이고, 세퍼레이타(78)의 휘어짐을 교정하는 것이 가능하다.

또한, 교정장치(47)는 세퍼레이터(78)에 접촉되지 않기 때문에, 세퍼레이터(78)에 금속 이온이 부착되는 일이 없다. 만약, 세퍼레이터(78)에 금속 이온이 부착되면, 세퍼레이터(78)에 적층되는 MEA의 카본 전극에 금속 이온이 부착되고, 이 금속 이온과 전자가 결합하여, 카본 전극에 금속이 석출된다. 이에 의해, 석출된 금속이 수소와 산소와의 반응을 방해하고, 연료전지의 성능을 저하시킬 수 있다.

도 6은, 본 발명에 따른 연료전지용 세퍼레이터(78)를 반송하는, 평면에서 본 팔레트를 나타내고 있다. 반송부재로써의 팔레트(81)는 프레임바디(82)를 포함하고 있다. 해당 프레임바디(82)는, 세퍼레이터(78)를 위치결정하기 위한 위치결정 핀(83, 83)과, 세퍼레이터(78)를 고정하기 위한 다수의 후크(84)와, 도 4에 나타난 세퍼레이터 재치대(22)에 위치결정하기 위한 다수의 위치결정 블록(85)을 가진다. 이 프레임바디(82)는 그 양 측부에 손잡이(86, 86)를 가진다.

도 7은, 프레임바디(82)의 하면에 나사(91)로 위치결정 블록(85)을 취부한 상태를 나타내고 있다. 위치결정 블록(85)은 도 6에 나타난 바와 같이, 거의 원기둥상의 부재이다.

도 8에 나타난 바와 같이, 후크(84)는, 세퍼레이터 정지편(94)과 칼라(95)로 이루어진다. 세퍼레이터 정지편(94)은, 프레임바디(82)의 상면에 칼라(95)를 통해 볼트(93)에 의해 취부되어 진다.

칼라(95)의 단부(95a)의 높이는 세퍼레이터 정지편(94)의 두께보다도 크게 되도록 설정되어진다. 이 때문에, 볼트(93)를 조여 프레임바디(82)에 칼라(95)를 고정했을 때, 세퍼레이터 정지편(94)을 칼라(95)를 중심으로 회전시키는 것이 가능하다. 부호 94a는, 세퍼레이터(78)의 에지부에 걸기 위해 세퍼레이터 정지편(94)의 하면에 형성된 노치부이다.

도 9는, 프레임바디(82)의 상면에 위치결정 핀(83)을 박아 넣고, 이 위치결정 핀(83)에 세퍼레이터(78)의 위치결정 구멍(78a)이 끼워 맞춰져있는 상태를 나타내고 있다.

도 10은, 본 발명에 따른 연료전지용 세퍼레이터의 실재 도포 및 적층의 흐름도이다.

스텝(이하, ST로 생략한다.) 01: 세퍼레이터를 팔레트에 위치결정한다.

STO2: 팔레트로 세퍼레이터를 반송한다.

STO3: 팔레트를 실재 도포 스테이션에 위치결정한다. 다시 말해, 세퍼레이터를 실재 도포 스테이션에 위치결정한다.

STO4: 세퍼레이터의 휘어짐을 교정한 상태로 세퍼레이터에 실재를 도포한다.

STO5: 팔레트로 세퍼레이터를 반송한다.

STO6; 팔레트를 적층 스테이션에 위치결정한다.

STO7: 세퍼레이터의 휘어짐을 교정한 상태로 세퍼레이터에 MEA를 적층한다. 이렇게 해서 셀을 만들고, 이 셀을 복수 적층하는 것으로 연료전지를 제조한다.

도 11a 내지 도 11c는, 세퍼레이터(78)의 팔레트(81)에의 위치결정상태를 나타내고 있다.

도 11a에 나타났듯이, 우선, 팔레트(81)의 위치결정 핀(83, 83)에, 세퍼레이 터(78)의 위치결정 구멍(78a, 78a)을 끼워 맞추어, 팔레트(81)에 세퍼레이터(78)를 위치결정한다.

도 llb에 나타났듯이 팔레트(81)에 설비된 후크(84)의 세퍼레이터 정지편(94)을 화살표처럼 회전시키고, 도 11c에 나타났듯이 세퍼레이터 정지편(94)의 노치부(94a)를 세퍼레이터(78)의 에지부에 걸어 세퍼레이터(78)의 에지부를 고정시킨다.

도 12에 나타났듯이, 세퍼레이터 재치대(22)의 팔레트 재치부(41, 42, 43, 44)에 팔레트(81)의 네 개의 코너에 설비된 위치결정 블록(85)을 재치한다.

도 13a∼도 13d는, 팔레트의 팔레트 재치부(41)로의 위치결정을 나타내고 있다.

도 13a에 나타났듯이, 위치결정 블록(85)은, 팔레트 재치부(41)의 장방형 형상 철부(54)의 위치결정면(52a, 52b)으로부터 이격되어 재치면(51)에 재치된 상태에 있다.

도 13b에 나타났듯이, 위치결정 블록(85)은, 팔레트 재치부(42)의 장방형 형상 철부(54)의 위치결정면(54a)에서 이격되어 재치면(53)에 재치된 상태에 있다.

도 13c에 나타났듯이, 실린더부(61)에 오일 또는 공기를 공급하고, 로드(62, 62)를 통하여 압압부(63)를 화살표에서 나타난 바와 같이 L자상 철부(52)측으로 전진시키면서, 압압부(63)의 경사면(63a)을 위치결정 블록(85)에 당접시킨다. 이에 따라, 위치결정 블록(85)은, 경사면(63a)으로부터 받는 도면의 좌방향 및 상방향의 분력을 받아, 화살표에서 보이듯이 좌방 및 상방으로 이동한다.

도 13d에 나타났듯이, 실린더부(66)에 오일 또는 공기를 공급하고, 로드(67, 67)를 통해 압압부(68)를 화살표에서 보이듯이 장방형 형상 철부(54)측으로 전진시키면서, 도 13a에 나타난 경사면(63a)을 위치결정 블록(85)에 당접시킴과 거의 동시에 도 13b에 나타난 압압부(68)의 경사면(68a)을 위치결정 블록(85)에 당접시킨다. 이에 의해, 위치결정 블록(85)은, 경사면(68a)으로부터 받는 도면의 좌방향 및 상방향의 분력을 받고, 화살표에서 보이듯이 좌방 및 상방으로 이동한다.

도 13c 및 도 13d에 있어서, 압압부(63, 68)를 계속 이동시키면, 경사면(63a, 68a)에 의해, 도 13a에 나타난 위치결정 블록(85)은 위치결정면(52a, 52b)에 당접하고, 도 13b에 나타난 위치결정 블록(85)은 위치결정면(54a)에 당접한다. 이때, 도 13c에 나타났듯이 압압부(63)의 측면(63b)과 위치결정 블록(85)과의 사이에는 클리어런스 량 C가 생기고, 위치결정 블록(85)은, 위치결정면(52a, 52b) 및 경사면(63a)의 3개소에서 지지된다.

도 12에 도시된 팔레트 재치부(43)의 재치면(55) 및 팔레트 재치부(44)의 재치면(56)의 각각에 재치된 위치결정 블록(85, 85)은, 상기한 재치면(51, 53)에 재치된 위치결정 블록(85, 85)의 움직임과 함께 이동한다. 이에 의해서, 세퍼레이터 재치대(22)에의 팔레트(81)의 위치결정이 완료된다.

도 14a 및 도 14b는, 교정장치(47)로 세퍼레이터(78)의 휘어짐을 교정하는 상태를 나타내고 있다.

도 14a는, 팔레트(81)에 재치된 세퍼레이터(78)의 하방에 교정장치(47)를 배치한 상태를 나타내고 있다. 2대의 교정장치(47) 가운데, 1대는 편의상 생략하고 있다. 세퍼레이터(78)는, 한 쪽면에만 가스 유로 등으로 되는 홈을 형성하거나, 한쪽의 면과 다른 쪽의 면에 형상이 다른 홈을 형성하는 경우에 도시된 바와 같은 휘어짐이 발생한다.

도 14b에 나타났듯이, 세퍼레이터(78)의 휘어짐을 교정하기 위해, 교정장치(47)에 압축공기를 공급하고, 화살표에서 보이듯이 교정장치(47)와 세퍼레이터(78)와의 사이에서 공기를 분출하여, 교정장치(47)로 세퍼레이터(78)를 흡인한다. 이 결과, 세퍼레이터(78)는 백색 화살표로 나타나듯이 평탄하게 된다.

도 15는, 세퍼레이터(78)를 교정하면서, 해당 세퍼레이터(78)에 실재(97)를 도포하는 상태를 나타내고 있다.

세퍼레이터(78)의 휘어짐을 교정하고 있는 상태에서, 즉 교정장치(47, 도 14b 참조)를 작동시키면서, 세퍼레이터(78)에 실재(97)를 도포한다. 예컨대, 위치결정 구멍(78a)의 근방으로부터 실재(97) 도포를 개시하고(97a는 도포개시부분), 세퍼레이터(78)의 가장자리를 따라 그 내부를 화살표로 보이듯이 장방형 형상으로 도포하고, 도포종료부분(97b)을 도포개시부분(97a)에 교차시켜 겹치게 한다.

도 16a∼도 16h는, 세퍼레이터(78)에 실재(97)를 도포하는 경우, 도포개시 부분(97a)과 도포종료부분(97b)과의 교차위치 부근에서의 실재의 도포요령을 나타내고 있다.

도 16a에 있어서, 실재 도포건의 노즐부(33)는, 세퍼레이터(78)로부터의 높이 h1을 유지하면서, 세퍼레이터(78)에 실재(97)를 도포하며 이동한다.

도 16b에 있어서, 노즐부(33)가 실재(97)의 도포개시 부분(97a)에 근접하고, 도 3에 도시된 비접촉식 센서(25)로부터 발사된 레이저(99)가 실재(97)의 도포개시부분(97a)을 검지해내면, 노즐부(33)는 화살표처럼 하강을 개시하고, 도 16c에 나타났듯이 노즐부(33)가 세퍼레이터(78)로부터의 높이 h2의 위치까지 하강한 후, 노즐부(33)는 화살표처럼 상승을 개시한다.

도 16d에 있어서, 노즐부(33)가 세퍼레이터(78)로부터의 원래 높이 h1(도 16a 참조)에 이르면, 다시 높이 h1을 유지하면서 화살표와 같이 수평으로 이동한다.

도 16e 및 도 16f의 화살표와 같이, 노즐부(33)는, 수평 이동하면서 실재(97)의 도포를 계속하고, 도 16g에 나타났듯이 실재(97)의 도포를 종료한다. 도 16g에 나타난 바와 같이 도포개시부분(97a)과 도포종료부분(97b)과의 교차부분(97c)에는, 도포개시부분(97a)의 좌측(교차한 후의 측)에 간격(101)이 생긴다. 도포개시부분(97a)의 우측(교차하기 전의 측)의 부분에는 간격이 없게 되어, 실성을 높이는 것이 가능하다.

도포개시부분(97a)의 좌측의 간격(101)을 메우려면, 도 16h에 나타났듯이, 실재 도포위치가 도포개시부분(97a)을 넘은 위치, 예컨대 도 16d에 나타나는 승강하고 있는 노즐부(33)의 위치로부터 수평방향으로 소정거리 L만 떨어진 위치로 되돌아가, 그 후 노즐부(33)를 세퍼레이터(78)로부터의 높이 h3(h3<h1이고, 또, h3=h2이라도 좋다.)의 위치까지 하강시키면 좋다.

이 후, 도 14b에 나타난 교정장치(47)에 의한 세퍼레이터(78)의 흡인을 정지하고, 실재(97)를 도포한 세퍼레이터(78)를 팔레트(81, 도 6 참조)로 적층 스테이 션까지 반송한다.

도 1에 나타난 적층 스테이션(12)은, 도 4에 도시된 세퍼레이터 재치대(22)와 같은 구조의 세퍼레이터 재치대를 가진다. 이 때문에, 도 12 및 도 13a∼도 13d에서 설명한 바와 같이, 적층 스테이션(12)의 세퍼레이터 재치대에 팔레트(81)를 위치결정한다.

도 17a∼도 17c는, 적층 스테이션에 있어서, 세퍼레이터에 MEA를 적층하는 순서를 개략적으로 나타내고 있다.

도 17a는, 적층 스테이션의 세퍼레이터 재치대에 세트한 팔레트(81)를 나타낸다. 실재(97)를 바른 세퍼레이터(78)는, 도 14a에 도시된 상태까지 거의 휘어짐이 교정된 상태에 있다. 이때의 실 재료 도포면과 휘어짐이 교정되는 교정면과의 높이, 즉, 도면에 보이는 세퍼레이터(78)의 상면 위의 점 A{실재(97)의 폭의 중앙에 대응하는 점}와 점 B{휘어진 세퍼레이터(78)의 정점, 즉, 세퍼레이터(78)의 교정위치}와의 거리를 D로 한다.

도 17b에 있어서, 적층 스테이션에 설비된 교정장치(47)에 압축공기를 공급하고, 화살표처럼 교정장치(47)와, 세퍼레이터(78)와의 사이로 공기를 분출하여, 교정장치(47)로 세퍼레이터(78)를 흡인한다. 그리고, 도 17a에 나타난 거리 D를 소정값 이하로 한다. 바람직하게는, 거리 D를 제로로 하여, 세퍼레이터(78)를 평탄하게 한다.

세퍼레이터(78)를 계속 흡입하여 세퍼레이터(78)를 교정하고 있는 상태로, 세퍼레이터(78)의 실재(97)를 바른 면에 MEA(l03)를 재치하고, 다시 MEA(103)의 상 면에 실재(97)를 도포하여 둔 다른 세퍼레이터(104)를 재치하고, 이 세퍼레이터(104)에 다시 프레임부재(105)를 재치한다.

도 17c에 있어서, 중첩된 세퍼레이터(78), MEA(l03) 및 세퍼레이터(104)를 프레임부재(105)를 통해 도 1에 도시된 프레스 장치(107)로 화살표처럼 가압함으로써 셀이 완성된다.

예컨대, 교정장치(47)를 사용하지 않고 프레임부재(105)로 가압하여도, 세퍼레이터(78)를 어느 정도 평탄하게 하는 것은 가능하지만, 세퍼레이터(78)의 중앙부를 프레임부재(105)로 누르는 것이 가능하지 않기 때문에, 세퍼레이터(78)를 완전히 평탄하게 하는 것은 어렵다.

본 발명에서는, 세퍼레이터(78)를 교정장치(47)로 교정하는 것으로써, 세퍼레이터(78)를 충분히 평탄하게 하고 나서 프레임부재(105)로 가압하는 것이 가능하기 때문에, 실재(97)를 평탄한 면상에서 펼치는 것이 가능하다.

도 17a∼도 17c에서 설명한 것처럼, 본 발명은, 실재(97)를 도포한 세퍼레이터(78)에, 적층 스테이션(12, 도 1 참조)에서, MEA(l03)를 적층하는 연료전지용 세퍼레이터(78) 및 MEA(l03)의 적층방법에 있어서, 적층 스테이션(12)에 부설된 교정장치(47)로 세퍼레이터(78)의 휘어짐을 교정하고, 이 교정장치(47)를 작동시키면서 세퍼레이터(78)에 MEA(103)를 적층하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 세퍼레이터(78)에 도포한 실재(97)를 균일한 두께로 펼치는 것이 가능하고, 양호한 실성을 얻는 것이 가능하다.

본 발명의 교정장치(47)는, 압축공기를 분출했을 때에 발생하는 부압으로 세 퍼레이터(78)를 흡인하여 평탄화하는 것을 특징으로 한다. 이 때문에, 세퍼레이터(78)를 흡인했을 때에도 세퍼레이터(78)가 교정장치(47)에 접촉하는 일이 없고, 세퍼레이터(78)가 손상될 염려가 없다.

또한, 본 발명은, 세퍼레이터(78)에 실재(97)를 도포한 실재 도포면 상의 점 A와 휘어짐이 교정되는 교정면 상의 점 B와의 연직방향의 거리 D가 소정값 이하가 되도록 교정장치(47)에서 발생되는 부압을 제어하도록 한 것을 특징으로 한다. 상기한 거리 D를 소정값 이하{거리 D의 최소값은 제로이고, 이때 세퍼레이터(78)는 평탄하게 된다}가 되도록 하기 때문에, 예컨대, 압축공기의 분사량을 조정하는 것만으로 부압을 변화시켜, 상기 거리 D를 용이하게 설정하는 것이 가능하다. 따라서, 적층공정의 준비가 용이하게 되고, 작업성을 향상시키는 것이 가능하다.

본 발명의 교정수단으로써는, 실시예에 나타나는 교정장치(47)에 한하지 않고, 공기분출수단과 공기흡인수단과를 조합시켜도 좋다.

본 발명은, 적층 스테이션에 부설한 교정장치로 세퍼레이터의 휘어짐을 교정하고, 이 교정장치를 작동시키면서 세퍼레이터에 막/전극접합체를 적층하도록 하는 것이기 때문에, 세퍼레이터에 도포한 실재를 균일한 두께로 펼치는 것이 가능하고, 양호한 실성을 얻는 것이 가능하여, 연료전지의 제조에 유용하다.

Claims (6)

1. 실재(97, sealant)를 도포한 세퍼레이터(78)에 막/전극접합체(103)를, 적층 스테이션(12)에서, 적층하는 연료전지용 세퍼레이터와 막/전극접합체의 적층방법에 있어서,

   상기 적층 스테이션에 부설된 교정장치(47)에서 세퍼레이터의 휘어짐을 교정하는 단계와;

   상기 교정장치를 작동시키면서 상기 세퍼레이터에 막/전극접합체를 적층하는 단계와;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 세퍼레이터와 막/전극접합체의 적층방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 세퍼레이터(78)의 휘어짐 교정은 상기 교정장치(47)의 압출공기의 분출에 의해 발생하는 부압으로 상기 세퍼레이터를 흡인하고 평탄화하는 것을 특징으로 하는 적층방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 세퍼레이터에 있어 실재를 도포한 실재 도포면과 휘어짐이 교정되는 교정면과의 높이가 소정값 이하로 되도록 상기 교정장치에서 발생하는 부압을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 적층방법.
4. 연료전지로써 이용되는 세퍼레이터와 막/전극접합체의 적층장치에서,

   실재(97)가 도포된 상기 세퍼레이터(78)를 재치하기 위한 팔레트(81)와;

   상기 세퍼레이터의 휘어짐을 교정하기 위한 교정장치(47)와;

   를 구비하고, 상기 교정장치를 작동시키면서 상기 세퍼레이터에 상기 막/전극접합체를 적층하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 세퍼레이터의 휘어짐의 교정은 상기 교정장치의 압축공기의 분출에 의해 발생하는 부압으로 상기 세퍼레이터를 흡인하고 평탄화하는 것을 특징으로 하는 적층장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 세퍼레이터에 있어 실재를 도포한 실재 도포면과 휘어짐이 교정되는 교정면과의 높이가 소정값 이하로 되도록 상기 교정장치에서 발생하는 부압을 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 적층장치.

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