KR100866744B1 - 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

본 발명은, i) 고분자 용액이 공급되는 적어도 하나의 분무 노즐, ii) 원료 분말이 공급되는 적어도 하나의 원료 투입부, 및 iii) 상기 고분자 용액 및 상기 원료 분말을 유동화 시키기 위한 유동화 가스가 주입되는 가스 주입부를 포함하는 제1 챔버 영역, 및 상기 고분자 용액의 용매 성분 및 상기 유동화 가스가 배기되는 가스 배출부를 구비한 제2 챔버 영역을 포함하는 연료 전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치를 제공한다. 또한 본 발명은 상기 장치를 이용한 연료 전지용 분리판 원재료 분말의 제조 방법을 제공한다.The present invention comprises: i) at least one spray nozzle to which the polymer solution is supplied, ii) at least one raw material input part to which the raw material powder is supplied, and iii) a fluidizing gas for fluidizing the polymer solution and the raw material powder is injected. An apparatus for producing a separator plate raw material powder for a fuel cell includes a first chamber region including a gas injection unit, and a second chamber region including a solvent component of the polymer solution and a gas discharge unit through which the fluidizing gas is exhausted. In addition, the present invention provides a method for producing a raw material powder of the separator plate for fuel cells using the apparatus.

Description

유동화 코팅 공정을 이용한 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치 및 이를 이용한 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 방법{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}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 }

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 I-I' 라인을 따라 원료 투입부와 분무 노즐의 위치를 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating positions of a raw material input unit and a spray nozzle along the line II ′ of FIG. 1.

도 3은 도 1의 II-II' 라인을 따라 가스 분배판을 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the gas distribution plate along the II-II 'line of FIG.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명><Short description of the symbols in the drawings>

50: 시브(Sieve) 100: 제1 챔버 영역50: Sieve 100: first chamber region

110: 분무 노즐 120: 원료 투입부110: spray nozzle 120: raw material input unit

130: 가스 주입부 132: 가스 주입관130: gas injection unit 132: gas injection pipe

134: 가열 장치 136: 온도 제어 장치134: heating device 136: temperature control device

138: 가스 분배판 200: 제2 챔버 영역138: gas distribution plate 200: second chamber region

210: 가스 배출부 220: 스커트(Skirt) 영역210: gas outlet 220: skirt area

300: 용매 회수 장치300: solvent recovery device

1000: 연료전지용 원재료 분말 제조 장치1000: raw material powder manufacturing apparatus for fuel cells

본 발명은 유동화 코팅 공정을 이용한 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치 및 이를 이용한 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유동화 코팅 공정을 이용하여 분말 제조 공정을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라, 균일한 코팅을 가능하게 하고, 제조되는 원재료 분말의 생산 수율을 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 using a fluidization coating process and a fuel cell separator raw material powder manufacturing method using the same, more specifically, it is possible to simplify the powder manufacturing process using a fluidization coating process. In addition, the present invention relates to a fuel cell separator raw material powder production apparatus and a fuel cell separator raw material powder manufacturing method using the same, which enables uniform coating and improves the production yield of the raw material powder produced.

일반적으로 연료전지(Fuel cell)란 전기화학반응에 의해 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전기화학 장치를 말한다. 연료전지는 산화-환원반응을 이용하는 점에서 보통의 화학전지와 같지만, 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되어, 반응생성물이 연속적으로 계외(系外)로 제거되는 면에서는 닫힌 계내(系內)에서 전지반응(電池反應)을 하는 화학 전지와 다른 특성을 가지고 있다. 가장 전형적인 것에는 수소-산소 연료전지가 있으며, 수소 외에 메탄과 천연가스 등의 화석연료(化石燃料)를 사용하는 기체연료와, 메탄올 및 히드라진과 같은 액체연료를 사용하는 것 등 여러 가지의 연료전지가 있다. In general, a fuel cell refers to an electrochemical device that directly converts chemical energy of a fuel into electrical energy by an electrochemical reaction. A fuel cell is like a normal chemical cell in that it uses an oxidation-reduction reaction, but in a closed system in that the reactants are continuously supplied from the outside and the reaction product is continuously removed out of the system. It has different characteristics from chemical cells that react. The most typical are hydrogen-oxygen fuel cells, and various fuel cells such as gaseous fuels using fossil fuels such as methane and natural gas in addition to hydrogen, and liquid fuels such as methanol and hydrazine. There is.

연료전지는 기본적으로 0.6~0.8V 정도의 낮은 전압을 생성하는 단위 전지(unit cell)를 여러 겹으로 쌓아 올려 스택(stack)을 제조함으로써 만들어진다. 단위 전지는 전해질이 함유된 전해질 판, 연료극(anode), 공기극(cathode)으로 이루어져 있고, 연료극과 공기극의 외부에는 다공성 카본(carbon)으로 제조된 기체 확산층이 위치하여 막-전극-기체 확산층 결합체(MEA, Membrane electrode assembly)를 형성하며, 이러한 막-전극-기체 확산층 결합체의 양쪽에는 이 결합체를 지지하는 동시에 가스 통로를 형성하는 분리판이 위치하게 된다. Fuel cells are made by stacking multiple layers of unit cells that produce voltages as low as 0.6V to 0.8V. The unit cell is composed of an electrolyte plate containing an electrolyte, an anode, and a cathode, and a gas diffusion layer made of porous carbon is positioned outside the anode and the cathode to form a membrane-electrode-gas diffusion layer assembly ( Membrane electrode assembly (MEA) is formed, and on both sides of the membrane-electrode-gas diffusion layer assembly, a separator is provided to support the assembly and to form a gas passage.

상기 분리판으로는 금속 분리판, 흑연 분리판 및 고분자 복합수지 분리판이 사용되고 있으나, 금속 분리판은 가공성, 부식성 등의 문제로 사용이 제한되고 있으며, 흑연 분리판은 기계 가공에 의한 유로 성형 비용이 높은 문제점을 가지고 있기 때문에, 상기 분리판 중에서 고분자 복합수지 분리판이 많이 사용되고 있는 실정이다. As the separator, a metal separator, a graphite separator, and a polymer composite resin separator are used. However, the metal separator is limited in use due to workability, corrosiveness, and the like, and the graphite separator has a flow path forming cost due to machining. Since it has a high problem, many of the polymer composite resin separator is used in the separator.

일반적으로 상기 고분자 복합수지 분리판은 흑연 분말과 고분자를 혼합하여 압축성형 및 사출성형 등으로 제조되고 있다. 상기 고분자 복합수지 분리판은 열가소성 수지를 사용하는 것과 열경화성 수지를 사용하는 것으로 나뉜다. In general, the polymer composite resin separation plate is manufactured by mixing graphite powder and a polymer, such as compression molding and injection molding. The polymer composite resin separator is divided into one using a thermoplastic resin and one using a thermosetting resin.

상기 열가소성 수지를 사용하는 경우에는, 용매를 사용하지 않고 상기 열가소성 수지 및 결합제를 고온에서 혼합한 다음, 흑연 분말을 투입하여 혼합하고, 상기 혼합물을 분쇄함으로써 원재료 분말을 제조한다.When the thermoplastic resin is used, the thermoplastic resin and the binder are mixed at a high temperature without using a solvent, then graphite powder is added and mixed, and the mixture is pulverized to prepare a raw material powder.

반면에, 상기 열경화성 수지를 이용하는 경우에는, 열가소성 수지, 탄소 재료 및 기타 첨가제들로 이루어진 혼합 재료들을 용매에 용해시킨 후, 믹서기 등을 이용하여 혼합하고, 혼합액을 진공오븐에서 용매를 건조한 후 분쇄함으로써 상기 분리판 원재료 분말을 제조한다. On the other hand, in the case of using the thermosetting resin, a mixed material made of a thermoplastic resin, carbon material and other additives is dissolved in a solvent, mixed using a mixer, and the mixed liquid is dried and pulverized by drying the solvent in a vacuum oven. The separator raw material powder is prepared.

따라서, 상기 열경화성 수지를 이용하는 경우에는, 상기 진공오븐을 이용한 건조 공정에서 용매의 증발에 의해 고분자로 코팅된 원료 분말간의 응집이 발생하며, 상기 탄소재료와 고분자 용액 간의 층 분리 현상으로 인하여 용액이 불균일하게 코팅되는 문제점이 발생한다. Therefore, in the case of using the thermosetting resin, agglomeration between the raw material powder coated with the polymer occurs by evaporation of the solvent in the drying process using the vacuum oven, and the solution is uneven due to the layer separation phenomenon between the carbon material and the polymer solution. The problem arises that the coating is made.

또한, 분쇄 과정에서 탄소 재료 간의 분쇄가 아닌, 탄소 재료 자체의 추가적 분쇄가 일어날 가능성이 있으며, 여러 공정을 거치면서 샘플의 손실 및 불순물 유입에 따른 원재료 분말의 오염도 야기될 수 있다.  In addition, there is a possibility that additional grinding of the carbon material itself may occur, rather than grinding among the carbon materials in the grinding process, and may cause contamination of raw material powder due to loss of samples and influx of impurities through various processes.

본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 혼합, 코팅, 건조 및 분쇄 공정을 유동화 코팅의 일괄 공정으로 작동시켜 공정을 단순화하고 공정 시간을 단축할 수 있는 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the problems described above, by operating the existing mixing, coating, drying and grinding process as a batch process of a fluidized coating to simplify the process and shorten the process time plate for fuel cells It is to provide a raw material powder production apparatus.

본 발명의 또 다른 목적은, 유동화 코팅 공정을 통해 고분자로 코팅된 원료 분말간의 응집을 방지하여 균일한 코팅을 가능하게 하고, 추가적 분쇄 과정을 제거하여 원재료의 손실 및 오염을 방지함으로써 생산 수율을 향상시킬 수 있는 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to improve the production yield by preventing cohesion between the raw material powder coated with the polymer through a fluidized coating process to enable uniform coating, and to prevent the loss and contamination of the raw material by eliminating the additional grinding process It is to provide a method for producing a raw material powder of the separator plate for fuel cells.

본 발명의 일 특징에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치는, i) 고분자 용액이 공급되는 적어도 하나의 분무 노즐, ii) 원료 분말이 공급되는 적어도 하나의 원료 투입부, 및 iii) 상기 고분자 용액 및 상기 원료 분말을 유동화 시 키기 위한 유동화 가스가 주입되는 가스 주입부를 포함하는 제1 챔버 영역, 및 상기 고분자 용액의 용매 성분 및 상기 유동화 가스가 배기되는 가스 배출부를 구비한 제2 챔버 영역을 포함한다.Separator raw material powder manufacturing apparatus for a fuel cell according to an aspect of the present invention, i) at least one spray nozzle is supplied with a polymer solution, ii) at least one raw material input part is supplied, and iii) the polymer solution And a first chamber region including a gas injection portion into which fluidizing gas for fluidizing the raw material powder is injected, and a second chamber region including a solvent component of the polymer solution and a gas discharge portion through which the fluidizing gas is exhausted. .

상기 분무 노즐은 상기 제1 챔버 영역의 중앙으로 돌출된 형태로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.The spray nozzle is characterized in that it is arranged in a form protruding toward the center of the first chamber region.

상기 가스 주입부는, 제1 챔버 영역의 하부와 연결되어 있는 가스 주입관, 상기 가스 주입관에 연결된 가열장치, 상기 가열 장치와 연결된 온도 제어 장치 및 상기 제1 챔버 영역의 하부에 배치된 가스 분배판을 포함한다. The gas injection unit may include a gas injection tube connected to a lower portion of the first chamber region, a heating device connected to the gas injection tube, a temperature control device connected to the heating apparatus, and a gas distribution plate disposed below the first chamber region. It includes.

상기 제2 챔버 영역은 상기 제1 챔버 영역과 상기 제2 챔버 영역의 경계면으로부터 폭이 점점 증가하는 영역을 포함한다. The second chamber region includes a region that gradually increases in width from an interface between the first chamber region and the second chamber region.

본 발명의 일 특징에 따라 연료 전지용 분리판 원재료 분말을 제조하기 위해서는, 우선 원료 분말 및 고분자 용액을 준비한다. 이어서 상기 제1 챔버 영역 내로 유동화 가스를 도입한 후, 상기 원료 분말을 투입하여 유동화 시키고 (제1 유동화 단계), 상기 고분자 용액을 무화(霧化) 시킨 후 상기 원료 분말과 함께 유동화 시켜(제2 유동화 단계), 상기 고분자 용액이 상기 원료 분말 상에 코팅되도록 한다. 이후에는 계속적으로 상기 제1 챔버 영역 내로 상기 유동화 가스를 도입하여 상기 고분자 용액 내의 용매를 증발(vaporization)시켜 상기 코팅된 원료 분말을 건조하며, 상기 증발된 용매와 상기 유동화 가스는 제2 챔버 영역과 배출부를 통하여 제거된다. In order to manufacture the fuel cell separator raw material powder according to one aspect of the present invention, first, a raw material powder and a polymer solution are prepared. Subsequently, after introducing a fluidizing gas into the first chamber region, the raw material powder is introduced and fluidized (first fluidizing step), and the polymer solution is atomized and then fluidized together with the raw material powder (second Fluidization step), so that the polymer solution is coated on the raw powder. Thereafter, the fluidizing gas is continuously introduced into the first chamber region to evaporate the solvent in the polymer solution to dry the coated raw powder, and the evaporated solvent and the fluidizing gas are combined with the second chamber region. It is removed through the outlet.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말의 제조 장치 및 제조 방법을 보다 상세하게 설명 하도록 한다. 우선 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치를 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the manufacturing apparatus and manufacturing method of the raw material powder for the separator cell according to an embodiment of the present invention. First, a separator cell raw material powder manufacturing apparatus for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치를 도시한 개념 단면도이다. 도 2는 도 1의 원료 투입부와 분무 노즐의 위치를 도시한 평면도이다. 도 3은 도 1의 가스 분배판을 도시한 평면도이다.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 plan view illustrating positions of a raw material input unit and a spray nozzle of FIG. 1. 3 is a plan view illustrating the gas distribution plate of FIG. 1.

도 1을 참조하면, 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치(1000)는 제1 챔버 영역(100), 제2 챔버 영역(200) 및 용매 회수장치(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the separator plate raw material powder manufacturing apparatus 1000 for a fuel cell includes a first chamber region 100, a second chamber region 200, and a solvent recovery apparatus 300.

상기 제1 챔버 영역(100)은 고분자 용액을 무화시키기 위한 분무 노즐(110), 원료 분말이 투입되는 원료 투입부(120), 및 유동화 가스가 주입되는 가스 주입부(130)를 포함하며, 상기 가스 주입부(130)는 상기 가스 주입관(132), 상기 가스 주입관에 연결된 가열장치(134), 상기 가열 장치(136)와 연결된 온도 제어 장치(136) 및 상기 제1 챔버 영역의 하부에 배치된 가스 분배판(138)을 포함한다. The first chamber region 100 includes a spray nozzle 110 for atomizing the polymer solution, a raw material input unit 120 into which the raw material powder is injected, and a gas injection unit 130 into which the fluidizing gas is injected. The gas injection unit 130 is disposed at the lower portion of the gas injection pipe 132, the heating device 134 connected to the gas injection pipe, the temperature control device 136 connected to the heating device 136, and the first chamber region. Disposed gas distribution plate 138.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 분무 노즐(110)은 상기 제1 챔버 영역(100)의 중앙으로 돌출되어 있다. 상기 분무 노즐의 위치는 작업자의 편의에 따라 변화시킬 수 있으나, 상기 원료 투입부(120) 보다 하부에 위치하면서 상기 원료 투입부(120)와 마주보는 각도로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 고분자 용액은 원료 분말에 비해 유동화되기 어렵기 때문에 되도록 중앙에서 투여하는 것이 바람직하며, 유동화 가스를 통해 미리 유동화되어 있는 원료 분말 쪽으로 분사되는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기와 같이 분무 노즐의 위치를 설명하였으나, 당업자 수준에서 효과적인 분무를 위해 복수 개의 분무 노즐을 구비하거나, 회전 또는 이동 가능한 형태로 변형할 수도 있다.1 and 2, the spray nozzle 110 protrudes toward the center of the first chamber region 100. Although the position of the spray nozzle may be changed according to the convenience of the operator, the spray nozzle may be disposed at an angle facing the raw material input part 120 while being positioned below the raw material input part 120. That is, the polymer solution is preferably administered at the center as much as it is difficult to fluidize compared to the raw material powder, and is preferably injected into the raw material powder which is fluidized in advance through the fluidizing gas. In the present invention, the position of the spray nozzle has been described as described above, but a plurality of spray nozzles may be provided for the effective spraying at the level of those skilled in the art, or may be modified in a rotatable or movable form.

다시 도 1을 참조하면, 상기 원료 투입부(120)는 경우에 따라 벽면에 위치할 수도 있고, 상기 분무 노즐(110)과 같이 중앙으로 돌출된 형태일 수도 있으나, 분말 형태의 원료를 공급하기 때문에 용액을 공급하는 분무 노즐에 비해 형태에 크게 영향을 받지 않는다.Referring back to FIG. 1, the raw material input part 120 may be positioned on a wall surface in some cases, or may protrude to the center, such as the spray nozzle 110. Compared to the spray nozzle for supplying a solution, the shape is not significantly affected.

상기 가열장치(134)는, 상기 가스 주입관(132)을 통해 주입되는 상기 유동화 가스를 적절한 공정 온도로 가열시키며, 상기 가열된 유동화 가스의 온도는 상기 온도 제어 장치(136)를 통해 조절된다.The heating device 134 heats the fluidizing gas injected through the gas injection pipe 132 to an appropriate process temperature, and the temperature of the heated fluidizing gas is controlled by the temperature control device 136.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 가스 분배판(138)은 상기 가스 주입관(132)과 상기 분무 노즐(110) 사이에 존재하며, 상기 가스 주입관(132)을 통해 주입된 상기 유동화 가스는 상기 가스 분배판(138)의 규칙적인 구멍을 통해 제1 챔버 영역 내로 고르게 분산된다. 이때, 상기 가스 분배판(138)은 규칙적인 구멍을 가진 분배판을 단독으로 사용할 수도 있고, 여러 개의 분배판이 적층된 형태의 것을 사용할 수도 있다. 나아가 상기 분배판(138)은 공급된 가스를 효과적으로 분배할 수 있는 구조라면 어느 것이든 사용될 수 있으며, 상기 분배판(138)은 당업자 수준에서 용이하게 설계될 수 있을 것이다. 1 and 3, the gas distribution plate 138 is present between the gas injection pipe 132 and the spray nozzle 110 and the fluidized gas injected through the gas injection pipe 132. Is evenly distributed into the first chamber region through the regular holes of the gas distribution plate 138. At this time, the gas distribution plate 138 may be used alone or a distribution plate having a regular hole, may be used in the form of a plurality of distribution plates are stacked. Further, the distribution plate 138 may be used as long as the structure can effectively distribute the supplied gas, the distribution plate 138 may be easily designed at the level of those skilled in the art.

다시 도 1을 참조하면, 상기 제2 챔버 영역(200)은 상기 유동화 가스와 상기 고분자 용액의 용매가 배출되어 상기 용매 회수장치(300)로 연결되는 가스 배출부(210) 및 스커트 영역(220)을 포함한다. Referring back to FIG. 1, the second chamber region 200 includes a gas discharge unit 210 and a skirt region 220 in which the solvent of the fluidizing gas and the polymer solution is discharged and connected to the solvent recovery device 300. It includes.

상기 스커트 영역(220)은 상기 제1 챔버 영역(100)과 상기 제2 챔버 영역(200)의 경계면으로부터 폭이 점점 증가하는 특징을 가진다. 이에 따라, 상기 제1 챔버 영역(100)을 통과한 상기 유동화 가스는 상기 스커트 영역을 통과하면서 선속도가 점점 감소하게 되며, 상기 유동화 가스가 입자를 포함하는 경우, 상기 스커트 영역(220)의 아래에 상기 입자의 유동화가 일어나는 유동화 영역(A)을 형성시킨다. 이 경우, 스커트 영역의 속도 변화에 영향을 덜 받는 미분(微粉) 형태의 작은 입자는 유동화 가스와 함께 배출되기 때문에, 코팅 시 사용되는 원료 분말의 크기를 최적화 할 수 있다.The skirt region 220 is characterized in that the width gradually increases from the interface between the first chamber region 100 and the second chamber region 200. Accordingly, the linearization of the fluidizing gas passing through the first chamber region 100 decreases gradually while passing through the skirting region, and when the fluidizing gas contains particles, the lower portion of the skirting region 220 is reduced. The fluidization zone A in which fluidization of the particles takes place is formed. In this case, the fine particles in the form of fine particles which are less affected by the change in the speed of the skirt region are discharged together with the fluidizing gas, thereby optimizing the size of the raw powder used for coating.

상기 제1 챔버 영역(100) 및 상기 제2 챔버 영역(200)의 경계면에는 시브(50)를 포함한다. 이 경우 상기 시브(50)는, 원하는 크기 이상의 원료 분말이 상기 스커트 영역(220)으로 넘어가지 않도록 하기 때문에, 원료 분말의 종류에 따라 적합한 크기의 기공(pore)이 있는 시브(50)를 사용하는 것이 바람직하다.A sheave 50 is formed at the interface between the first chamber region 100 and the second chamber region 200. In this case, since the sheave 50 prevents the raw material powder having a desired size or more from flowing into the skirt region 220, the sieve 50 having pores having a suitable size according to the type of raw material powder is used. It is preferable.

도시하지는 않았으나, 상기 가스 배출부(210)에 연결된 상기 용매 회수기(300)는 진공 펌프와 연결될 수 있다. 또한, 상기 용매 회수기(300)를 통과한 상기 유동화 가스는 소정의 방법으로 분리하여 재사용(recycle)할 수도 있다.Although not shown, the solvent recoverer 300 connected to the gas outlet 210 may be connected to a vacuum pump. In addition, the fluidizing gas that has passed through the solvent recoverer 300 may be separated and recycled by a predetermined method.

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a raw material powder for a separator for a fuel cell according to the present invention will be described.

도 1을 다시 참조하면, 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치(1000)는 제1 챔버 영역(100), 제2 챔버 영역(200) 및 용매 회수장치(300)를 포함한다. Referring back to FIG. 1, the separator plate raw material powder manufacturing apparatus 1000 for a fuel cell includes a first chamber region 100, a second chamber region 200, and a solvent recovery apparatus 300.

상기 제1 챔버 영역(100)은 고분자 용액을 무화시키기 위한 분무 노즐(110), 원료 분말이 투입되는 원료 투입부(120), 및 유동화 가스가 주입되는 가스 주입부(130)를 포함하며, 상기 가스 주입부(130)는 상기 가스 주입관(132), 상기 가스 주입관(132)에 연결된 가열장치(134), 상기 가열 장치와 연결된 온도 제어 장치(136) 및 상기 제1 챔버 영역의 하부에 배치된 가스 분배판(138)을 포함한다.The first chamber region 100 includes a spray nozzle 110 for atomizing the polymer solution, a raw material input unit 120 into which the raw material powder is injected, and a gas injection unit 130 into which the fluidizing gas is injected. The gas injection unit 130 is disposed at the lower portion of the gas injection pipe 132, the heating device 134 connected to the gas injection pipe 132, the temperature control device 136 connected to the heating device, and the first chamber area. Disposed gas distribution plate 138.

상기 제2 챔버 영역(200)은 상기 유동화 가스와 상기 고분자 용액의 용매가 배출되어 상기 용매 회수장치(300)로 연결되는 가스 배출부(210) 및 스커트 영역(220)을 포함한다.The second chamber area 200 includes a gas discharge part 210 and a skirt area 220 through which the fluidization gas and the solvent of the polymer solution are discharged and connected to the solvent recovery device 300.

상기 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치를 이용하여 연료전지용 원재료 분말을 제조하기 위해서는, 먼저 상기 유동화 가스를 상기 가스 주입관(132)에 연결된 상기 가열장치(134)를 통해 적절한 공정 온도로 가열시킨다. 이 경우 상기 가열된 유동화 가스의 온도는 상기 온도 제어 장치(136)를 통해 조절된다. 이후 상기 가열된 유동화 가스를 상기 가스 주입관(132)를 통해 제1 챔버 영역(100)으로 유입시킨다.In order to manufacture a fuel cell raw material powder using the fuel cell separator raw material powder manufacturing apparatus, first, the fluidizing gas is heated to an appropriate process temperature through the heating device 134 connected to the gas injection pipe 132. In this case the temperature of the heated fluidizing gas is controlled via the temperature control device 136. Thereafter, the heated fluidizing gas is introduced into the first chamber region 100 through the gas injection tube 132.

또한 상기 유동화 가스로는 일반적인 공기(air) 및 기타 다양한 가스가 사용될 수 있으나, 코팅 이외의 부가 반응 및 분진 폭발(dust explosion) 등의 가능성을 억제하기 위해 질소 가스를 사용하는 것이 바람직하다. In addition, although general air and various other gases may be used as the fluidizing gas, it is preferable to use nitrogen gas in order to suppress the possibility of addition reaction and dust explosion other than coating.

상기 가스 주입관(132)을 통하여 유동화 가스가 지속적으로 공급되는 동안 상기 원료 투입부(120)에는 흑연 분말이 공급된다. Graphite powder is supplied to the raw material input unit 120 while the fluidizing gas is continuously supplied through the gas injection pipe 132.

본 발명에서는 상기와 같이 흑연 분말을 사용하였으나, 상기 흑연 이외에 피치(pitch) 및 코크스(cokes) 등의 탄소재료가 사용될 수 있으며, 경우에 따라 복수 의 탄소재료를 혼합하여 사용할 수도 있고, 도전재를 더 포함할 수도 있다. 또한 상기와 같이 복수의 탄소재료 혼합물을 사용하는 경우, 상기 제1 챔버 영역으로 투입되기 전, 전 단계 혼합 과정(pre-mixing)을 거칠 수도 있다.In the present invention, although the graphite powder is used as described above, carbon materials such as pitch and cokes may be used in addition to the graphite, and in some cases, a plurality of carbon materials may be mixed and used as the conductive material. It may further include. In addition, when using a plurality of carbon material mixture as described above, it may be subjected to a pre-mixing process before being introduced into the first chamber region.

상기 공급된 흑연 분말은 상기 제1 챔버 영역(100) 내에 분산되었다가, 상기 스커트 영역(220) 및 상기 시브(50)에 의해 형성된 상기 제1 챔버 영역(100) 내의 유동화 영역(A)에서 유동화 된다 (제1 유동화 단계).The supplied graphite powder was dispersed in the first chamber region 100 and fluidized in the fluidization region A in the first chamber region 100 formed by the skirt region 220 and the sheave 50. (First fluidization step).

본 실시예에서, 상기 분무 노즐(110)을 통해서는 시아네이트 에스테르 수지를 메틸 에틸 케톤에 녹인 고분자 용액이 분무된다.In the present embodiment, the polymer solution in which the cyanate ester resin is dissolved in methyl ethyl ketone is sprayed through the spray nozzle 110.

본 발명에서는 고분자 용액으로 시아네이트 에스테르 수지 용액을 사용하였으나, 이 외에도 페놀 수지, 비닐 에스터 수지, 에폭시 수지, 강화 폴리에스터 수지, 및 폴리이미드 수지 등의 고분자를 아세톤이나 메틸 에틸 케톤 등과 같은 적절한 용매에 용해한 것을 사용할 수도 있다. 또한 상기 고분자 용액 내에는 상기 고분자 및 상기 용매 이외에 이형제 등의 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 상기 고분자 용액은 요구되는 연료 전지용 분리판의 물성 등을 고려하여 준비될 수 있을 것이다. In the present invention, a cyanate ester resin solution is used as the polymer solution. In addition, a polymer such as a phenol resin, a vinyl ester resin, an epoxy resin, a reinforced polyester resin, and a polyimide resin may be added to a suitable solvent such as acetone or methyl ethyl ketone. You may use melt | dissolved thing. In addition, the polymer solution may further include additives such as a release agent in addition to the polymer and the solvent. The polymer solution may be prepared in consideration of required physical properties of the separator for fuel cell.

상기 분무된 고분자 용액은 상기 유동화 가스에 의해 기 유동화 되어 있는 상기 흑연 분말과 함께 유동화 된다(제2 유동화 단계). The sprayed polymer solution is fluidized with the graphite powder which is previously fluidized by the fluidizing gas (second fluidization step).

본 발명에서는 흑연 분말을 제1 유동화 시키고, 이어서 고분자 용액을 분무하여 제2 유동화 시키는 방법을 사용하였지만, 경우에 따라서 흑연 분말과 고분자 용액을 동시에 유동화 시킬 수도 있다. In the present invention, the graphite powder is first fluidized, followed by spraying the polymer solution with the second fluidization. However, in some cases, the graphite powder and the polymer solution may be fluidized simultaneously.

상기 제1 유동화 및 상기 제2 유동화가 진행되면, 상기 유동화 영역(A)에서 상기 흑연 분말상에 상기 고분자 용액이 코팅된다. 이 경우 흑연 분말에 대한 고분자 용액의 양, 고분자 용액의 농도, 유동화 가스의 주입 속도, 및 유동화 가스의 온도 등을 조절하면 코팅층의 두께를 조절할 수 있다.When the first fluidization and the second fluidization proceed, the polymer solution is coated on the graphite powder in the fluidization region (A). In this case, the thickness of the coating layer may be adjusted by adjusting the amount of the polymer solution with respect to the graphite powder, the concentration of the polymer solution, the injection speed of the fluidizing gas, and the temperature of the fluidizing gas.

또한 상기 제1 유동화 및 상기 제2 유동화가 진행되면, 코팅과 더불어 고분자 용액 내의 용매 건조도 일어난다. 즉, 코팅된 흑연 분말 상의 용매 성분이 유동화 가스에 의해 증발(vaporization)되면서, 상기 흑연 분말 상에는 고분자 코팅층만 남게 된다. In addition, when the first fluidization and the second fluidization proceed, solvent drying in the polymer solution occurs along with the coating. That is, as the solvent component on the coated graphite powder is vaporized by the fluidizing gas, only the polymer coating layer remains on the graphite powder.

상기 용매 성분을 완전히 건조하기 위해서는 상기 흑연 분말 투입과 상기 고분자 용액 분무가 끝난 후에도 일정 시간 상기 유동화 가스를 계속 주입하여야 하며, 상기 유동화 가스의 주입 시간은 사용한 용매의 특성 및 코팅 양에 따라서 조절될 수 있다. In order to completely dry the solvent component, the fluidization gas must be continuously injected for a certain time after the graphite powder is injected and the polymer solution spray is finished, and the injection time of the fluidization gas can be controlled according to the characteristics of the solvent used and the coating amount. have.

상기 증발된 용매 성분은 상기 유동화 가스와 함께 상기 가스 배출부(210)로 배출되며, 이 중 상기 용매 성분은 상기 가스 배출부(210)에 연결된 상기 용매 회수기(300)에 포집된다.The evaporated solvent component is discharged together with the fluidizing gas to the gas discharge unit 210, and the solvent component is collected in the solvent recoverer 300 connected to the gas discharge unit 210.

상기 가스 배출부(210)로 배출된 상기 유동화 가스는 필터 등을 통해 처리되어, 재사용될 수도 있다.The fluidized gas discharged to the gas discharge unit 210 may be processed through a filter and reused.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치는, 혼합, 코팅, 건조 및 분쇄 공정을 유동화 코팅의 일괄 공정으로 작동시킴으 로써, 공정을 단순화하고 공정 시간을 단축시킬 수 있다. As described above, the separator plate raw material powder production apparatus for a fuel cell according to the present invention, by operating the mixing, coating, drying and grinding process as a batch process of the fluidized coating, it is possible to simplify the process and shorten the process time.

본 발명에 따른 연료전지용 분리판 원재료 분말 제조 방법을 이용하면, 유동화 코팅 공정을 통해 원료 분말과 분무된 고분자 용액이 효과적으로 접촉할 수 있다. 따라서, 일반적인 용매를 사용한 혼합-코팅 방법에 비해 균일한 코팅이 가능하고, 코팅된 원료 분말간의 응집을 최소화 할 수 있다. Using the method for producing a fuel cell separator raw material powder according to the present invention, the raw material powder and the sprayed polymer solution can be effectively contacted through a fluidization coating process. Therefore, uniform coating is possible as compared to the mixing-coating method using a general solvent, and the aggregation between the coated raw powders can be minimized.

또한 상기와 같이 분말간의 응집 현상이 적기 때문에, 추가적인 분쇄 과정이 필요하지 않다. 이에 따라, 코팅된 분자들 사이의 분쇄 및 코팅된 분자 자체의 분쇄가 함께 이루어지는 일반적인 코팅 방법에 비해 균일한 크기 분포를 갖는 원재료 분말을 얻을 수 있고, 분쇄로 인하여 분말 재료들 표면에 고분자가 코팅 되지 않은 부분이 노출되는 문제점을 해결할 수 있다.In addition, since the aggregation phenomenon between powders is small as described above, no additional grinding process is required. As a result, raw material powders having a uniform size distribution can be obtained as compared to a general coating method in which grinding between coated molecules and grinding of coated molecules themselves are performed, and polymers are not coated on the surface of powder materials due to grinding. You can solve the problem of not being exposed.

또한, 부가적인 건조 및 분쇄 과정이 없기 때문에 각 과정을 통한 원재료의 손실 및 오염을 방지함으로써 분리판 원재료 분말 생산 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, since there is no additional drying and grinding processes, the raw material powder production yield of the separator may be improved by preventing the loss and contamination of the raw materials through each process.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 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, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, 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 (9)

i) 고분자 용액이 공급되는 적어도 하나의 분무 노즐;i) at least one spray nozzle to which the polymer solution is supplied; ii) 원료 분말이 공급되는 적어도 하나의 원료 투입부; 및 ii) at least one raw material input unit to which the raw powder is supplied; And iii) 상기 고분자 용액 및 상기 원료 분말을 유동화 시키기 위한 유동화 가스가 주입되는 가스 주입부를 포함하는 제1 챔버 영역; 및iii) a first chamber region including a gas injection portion into which a fluidizing gas for fluidizing the polymer solution and the raw material powder is injected; And 상기 고분자 용액의 용매 성분 및 상기 유동화 가스가 배기되는 가스 배출부를 구비한 제2 챔버 영역을 포함하며,A second chamber region having a solvent component of the polymer solution and a gas exhaust portion through which the fluidizing gas is exhausted, 상기 제1 챔버 영역과 상기 제2 챔버 영역의 경계면에 시브(sieve)가 설치되고, 상기 제2 챔버 영역은 상기 제1 챔버 영역과 상기 제2 챔버 영역의 경계면으로부터 폭이 점점 증가하는 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치.A sieve is provided at an interface between the first chamber area and the second chamber area, and the second chamber area includes an area that gradually increases in width from an interface between the first chamber area and the second chamber area. Separator raw material powder production apparatus for a fuel cell, characterized in that. 제1 항에 있어서, According to claim 1, 상기 분무 노즐은 상기 제1 챔버 영역의 중앙으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치. Separator raw material powder production apparatus for a fuel cell, characterized in that the spray nozzle protrudes to the center of the first chamber region. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가스 주입부는,The gas injection unit, 상기 제1 챔버 영역의 하부와 연결되어 있는 가스 주입관; A gas injection pipe connected to a lower portion of the first chamber area; 상기 가스 주입관에 연결된 가열장치; A heating device connected to the gas injection pipe; 상기 가열 장치와 연결된 온도 제어 장치; 및A temperature control device connected with the heating device; And 상기 제1 챔버 영역의 하부에 배치된 가스 분배판을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치. Separator raw material powder production apparatus for a fuel cell, characterized in that it comprises a gas distribution plate disposed under the first chamber region. 삭제delete 제1 챔버 영역 및 제2 챔버 영역을 포함하며, 상기 제1 챔버 영역과 상기 제2 챔버 영역의 경계면에 시브(sieve)가 설치되고, 상기 제2 챔버 영역은 상기 제1 챔버 영역과 상기 제2 챔버 영역의 경계면으로부터 폭이 점점 증가하는 영역을 포함하는 연료 전지용 분리판 원재료 분말 제조 장치를 이용하는 연료 전지용 분리판 원재료 분말 제조 방법에 있어서,A first chamber region and a second chamber region, and a sieve is provided at an interface between the first chamber region and the second chamber region, and the second chamber region includes the first chamber region and the second chamber region. In the fuel cell separator raw material powder production method using the separator raw material powder production device for fuel cells comprising a region gradually increasing in width from the interface of the chamber region, 원료 분말, 및 고분자 용액을 준비하는 단계;Preparing a raw material powder, and a polymer solution; 상기 원료 분말을 상기 제1 챔버 영역 내의 상부 영역에서 유동화 시키는 제1 유동화 단계;A first fluidizing step of fluidizing the raw material powder in an upper region in the first chamber region; 상기 고분자 용액을 무화(霧化)시키는 단계;Atomizing the polymer solution; 상기 무화된 고분자 용액을 상기 제1 유동화된 원료 분말과 함께 상기 제1 챔버 영역 내의 상부 영역에서 제 2 유동화 시켜, 상기 고분자 용액이 상기 원료 분말 상에 코팅되도록 하는 코팅 단계; 및Coating the atomized polymer solution with the first fluidized raw material powder in a second fluidization region in the upper region within the first chamber area to coat the polymer solution on the raw material powder; And 상기 고분자 용액의 용매 성분이 증발되는 건조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판 원재료 분말 제조 방법.Separation raw material powder manufacturing method for a fuel cell, characterized in that it comprises a drying step of evaporating the solvent component of the polymer solution. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 제1 유동화 단계, 상기 제2 유동화 단계 및 상기 건조 단계는, 챔버 내에 유동화 가스를 불어넣어 줌으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 원재료 분말의 제조 방법. The first fluidization step, the second fluidization step and the drying step, the method of producing a raw material powder for a separator for a fuel cell, characterized in that by blowing a fluidizing gas into the chamber. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 고분자 용액의 무화는 분무(spraying) 방식에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 원재료 분말의 제조 방법. The atomization of the polymer solution is a method for producing a raw material powder of a separator plate for a fuel cell, characterized in that by spraying (spraying) method. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 원료 분말은 흑연, 피치(pitch), 및 코크스(cokes)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 탄소 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 원재료 분말의 제조 방법. And the raw material powder comprises at least one carbon material selected from the group consisting of graphite, pitch, and cokes. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 고분자 용액은 시아네이트 에스테르 수지, 페놀 수지, 비닐 에스터 수지, 에폭시 수지, 강화 폴리에스터 수지, 및 폴리이미드 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 원재료 분말의 제조 방법. The polymer solution is a fuel cell separator raw material powder, characterized in that it comprises at least one polymer selected from the group consisting of cyanate ester resin, phenol resin, vinyl ester resin, epoxy resin, reinforced polyester resin, and polyimide resin Method of preparation.
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