KR100901605B1 - 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치 - Google Patents

연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치에 관한 것으로서, 금속 분리판의 실러 도포 공정에서 금속 분리판의 휨이 발생하지 않도록 금속 분리판의 테두리단을 클램핑하여 실러 도포 정도를 확보하기 위한 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 실러 도포용 클램핑 장치는, 실러 도포 장치에 의해 액상 실러가 도포되는 실러 도포 공정의 베이스 위에, 지그 대차 위의 분리판이 상기 베이스 위의 레일을 따라 실러 도포 위치로 이동된 상태에서 상기 분리판의 테두리단 네 변을 클램핑하여 주는 클램프 기구들이 분리판 및 지그 대차의 주변으로 배치되도록 설치되어 구성된 것을 특징으로 한다.
연료전지, 분리판, 실러, 클램핑, 모터, 클램프

Description

연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치{Clamping apparatus for sealer application of fuel cell metal bipolar plate}
본 발명은 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 분리판의 실러 도포 공정에서 금속 분리판의 휨이 발생하지 않도록 금속 분리판의 테두리단을 클램핑하여 실러 도포 정도를 확보하기 위한 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치에 관한 것이다.
고분자 고체 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 수소이온이 이동하는 고분자 고체 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 전극/촉매층이 부착된 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)와, 반응기체들을 고르게 분포하고 발생된 전기를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓(Gasket) 및 체결기구와, 반응기체들 및 냉각수가 이동하는 분리판(Bipolar plate)으로 구성된 에너지 변환 장치로서, 수소와 산소(공기)를 주입할 때 전지반응에 의해 전류를 생성한다.
상기 고분자 고체 전해질형 연료전지에서는 수소가 양극(Anode, “연료극”이라고도 함)으로 공급되고, 산소(공기)는 음극(Cathode, “공기극” 혹은 “산소극”이라고도 함)으로 공급된다.
양극으로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소이온(Proton, H+)과 전자(Electron, e-)로 분해되고, 이 중 수소이온(Proton, H+)만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 음극으로 전달되며, 동시에 전자(Electron, e-)는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 음극으로 전달된다.
상기 음극에서는 전해질막을 통해 공급된 수소이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급기에 의해 음극으로 공급된 공기 중의 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다.
이때 일어나는 수소이온의 이동에 기인하여 발생하는 외부 도선을 통한 전자의 흐름으로 전류가 생성되고, 아울러 물 생성 반응에서 열도 부수적으로 발생하게 된다.
이러한 고분자 고체 전해질형 연료전지의 전극반응을 나타내면 아래의 반응식과 같다.
[연료극에서의 반응] 2H2 → 4H+ + 4e-
[공기극에서의 반응] O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
[전체반응] 2H2 + O2 → 2H2O + 전기에너지 + 열에너지
상기 분리판은 막전극접합체와 더불어 연료전지 핵심부품으로 막전극접합체와 기체확산층의 구조적 지지, 발생한 전류의 수집 및 전달, 반응가스의 수송, 반응생성물의 수송 및 제거, 그리고 반응열 제거를 위한 냉각수 수송 등의 다양한 역할을 담당하는 연료전지 핵심부품이다.
이에 따라 핵심부품인 분리판은 우수한 전기전도성, 열전도성, 가스 밀폐성(기밀성) 및 화학적 안정성 등의 재료적 특성이 특별히 요구되고 있다.
기존의 분리판은 우수한 전기전도성 및 화학적 안정성을 갖는 흑연계 소재 및 수지와 흑연을 혼합한 복합 흑연 재료를 사용해서 제조하여 왔다.
그러나, 흑연계 분리판은 기계적 강성과 밀폐성, 전기전도성이 금속계 소재에 비해 떨어지고, 흑연이 가공시 쉽게 깨지는 위험으로 인해 기계를 사용하지 않고 수작업으로 가공하므로 높은 공정 비용 및 낮은 양산성의 큰 문제점을 가지고 있다.
따라서, 이를 금속계 분리판으로 대체하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
금속계 분리판을 적용하게 된다면, 분리판 두께 감소(기존 흑연판은 0.2mm 이상, 금속계 분리판은 0.1mm 가능)를 통한 연료전지 스택의 부피 감소 및 경량화가 가능하고, 스탬핑(Stamping) 등을 이용한 제조가 가능하여 대량생산성을 확보할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
이와 같이 금속 분리판은 기존의 흑연 분리판에 비해 전기전도도가 우수하면 서 연료전지의 전체 크기를 흑연 분리판에 비해 40% 정도 줄일 수 있기 때문에 전 세계의 각 자동차 제조사에서 차세대 연료전지용 분리판으로 활발히 개발 중에 있다.
지금까지 내부식성이 좋은 스테인리스강, 티타늄 합금, 알루미늄 합금 및 니켈 합금 등이 금속 분리판의 후보 재료로 검토되고 있으며, 이 중에서 스테인리스강은 비교적 저렴한 소재 원가 및 우수한 내식성 등의 장점에 의해 분리판 소재로 많은 주목을 받고 있다.
한편, 연료전지의 분리판에서 기밀성이 유지되지 않게 되면, 냉각수 누설로 인해 막전극접합체의 오염이 발생하여 해당 셀의 동작 불능상태가 초래되고, 수소가스의 누설로 인해 화재의 위험이 있게 된다.
이에 연료전지의 분리판에는 기밀성 유지를 위해 첨부한 도 1에 나타낸 바와 같이 고무(rubber) 계열의 시일(seal)(5)이 삽입되고 있다.
도 1은 금속 분리판을 도시한 예로서, 도면부호 2는 공기 유로를, 도면부호 3은 수소 유로를 나타내고, 도면부호 4는 냉각수 유로, 도면부호 6는 막전극접합체(MEA)를 각각 나타낸다.
도 1을 참조하면, 전기에너지의 생성에 필요한 각 유체의 통로(2,3,4)를 형성하도록 분리판(1)을 프레스 성형하여 제작한 뒤 여러 장의 분리판을 상, 하로 적층 결합하여 제작하며, 이때 공기 유로(2)와 수소 유로(3) 사이에 막전극접합체(6)를 두고 결합한다.
이러한 구조에서 막전극접합체(6)의 멤브레인을 사이에 두고 수소와 산소를 반응시켜 전기에너지를 얻게 되며, 냉각수를 이용하여 반응온도를 컨트롤하게 된다.
첨부한 도 2는 연료전지 스택의 제작 과정을 나타낸 개략도로서, 도시된 바와 같이, 흑연 또는 금속 분리판(1)과 막전극접합체(6)를 별도로 제작하고, 이후 스택 조립, 스택 모듈 조립의 과정을 거쳐 완성하게 된다.
첨부한 도 3은 흑연 분리판과 금속 분리판의 결합 단면 구조를 예시한 것으로, (a)는 흑연 분리판을, (b)는 금속 분리판(스테인리스강 등을 소재로 함)을 나타내며, 흑연 분리판의 경우 절삭가공을 수작업으로 진행하여 제작하므로 가공비용이 많이 들고, 금속 분리판의 경우 자동화된 프레스 성형 과정을 통해 제작하므로 가공비용이 상대적으로 낮다.
(b)의 금속 분리판(1)에서, 유체 유로를 형성하는 부분(1a)의 측방 양 가장자리 접합부(1b), 즉 접합을 위한 금속 분리판(1)의 플랜지부(1b)에는 고상의 고무 시일(5)이 채워질 수 있는 실링부(1c)가 형성되고, 상, 하판의 실링부(1c)가 형성하는 내부공간에 시일(5)이 넣어진 상태에서 실링부 양 측방의 접합부에는 마이크로 스폿 용접에 의해 접합하여 상, 하판을 서로 고정한다.
이때, 고무 시일의 접착력을 이용해 금속 분리판의 기밀성 유지 및 상, 하판의 결합이 이루어지는데, 첨부한 도 4에 나타낸 바와 같이, 상, 하판의 실링부(1c) 내부공간에 수작업으로 고상의 고무 시일(1)을 위치시킨 뒤, 상, 하판의 접합부를 용접하여 냉각수 유로(4)를 형성하고, 이렇게 결합된 여러 개의 상, 하판 조립체를 막전극접합체(6)를 사이에 두고 상, 하로 적층하여 공기 유로(2)와 수소 유로(3)를 형성하게 된다.
한편, 성형 가공한 상, 하 금속 분리판을 그 실링부에 시일을 넣은 상태로 서로 접합하는 과정에서, 종래와 같이 고상의 고무 시일을 사용하는 경우, 수작업을 통해 분리판 실링부의 정확한 위치에 고무 시일을 설치해야 하는 바, 고무 시일의 특성상 핸들링이 어렵다. 이는 생산성을 떨어뜨리며, 정도가 나빠져 많은 불량이 초래한다.
이에 고상의 고무 시일을 대체하는 액상 시일재를 정밀 자동 도포하여 생산성을 향상시키고, 불량 발생의 원인을 제거할 수 있는데, 금속 분리판에 정밀 자동 도포 장치를 이용해 액상의 시일재를 도포하는 경우, 또 다른 치명적인 문제가 발생하는 바, 바로 금속 분리판의 휨 현상이다.
금속 분리판은 두께 0.1 ~ 0.2mm의 박판으로 유로 가공 및 매니폴더부 성형으로 인해 불규칙적으로 휘어지는 현상이 발생하여 액상 실러의 정밀한 도포를 불가능하게 한다.
특히, 실러 도포 장치의 노즐과 금속 분리판 사이의 간격(약, 1mm)이 정확히 유지되어야 하는데, 금속 분리판의 휨 현상으로 인해 노즐과 금속 분리판 사이의 간격이 0, 즉 금속 분리판이 노즐에 밀착하는 경우가 발생하고, 이에 액상 실러가 금속 분리판의 실링부에 도포되지 않거나, 마이크로 스폿 용접용 플랜지부까지 과다하게 도포되어 접합 불량 등이 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 금속 분리판의 실러 도포 공정에서 금속 분리판의 휨이 발생하지 않도록 금속 분리판의 테두리단을 클램핑하여 실러 도포 정도를 확보하기 위한 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 실러 도포 장치에 의해 액상 실러가 도포되는 실러 도포 공정의 베이스 위에, 지그 대차 위의 분리판이 상기 베이스 위의 레일을 따라 실러 도포 위치로 이동된 상태에서 상기 분리판의 테두리단 네 변을 클램핑하여 주는 클램프 기구들이 분리판 및 지그 대차의 주변으로 배치되도록 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 베이스 위의 레일을 따르는 분리판 및 지그 대차의 이동방향을 기준으로 실러 도포 위치의 분리판 및 지그 대차의 양 측방을 따라 배치되어 분리판의 측방 테두리단을 클램핑하여 주는 클램프 기구들과, 상기 분리판의 전, 후 각 테두리단을 클램핑하여 주는 클램프 기구들이 설치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 클램프 기구는 베이스에 고정 장착되는 스텝핑 모터와, 상기 스텝핑 모터의 회전축상에 설치되어 스텝핑 모터의 구동에 의해 회전되면서 측면이 되는 캠 면이 분리판의 테두리단에 밀착되어 클램핑하여 주는 캠 형상의 클램프로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 베이스 위의 레일을 따르는 분리판 및 지그 대차의 이동방향을 기준으로 분리판의 전, 후 각 테두리단을 클램핑하여 주는 클램프 기구에서 상기 캠 형상의 클램프는 스텝핑 모터의 구동시에 회전축을 중심으로 측방 회동하여 분리판의 전 또는 후 테두리단을 클램핑하여 주는 외팔형 구조인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 캠 형상의 클램프는 분리판과 접촉하게 되는 캠 면이 측면에서 볼 때 분리판을 아래로 눌러줄 수 있는 경사면 구조로 테이핑된 것을 특징으로 한다.
또한 스텝핑 모터의 회전축이 스크류축 구조로 되어 있고, 상기 클램프가 상기 회전축상에 스크류 결합되어서, 상기 스텝핑 모터의 구동 동안 분리판 및 지그 대차에 클램프의 캠 면이 최초 접촉하여 클램프의 회전이 구속되면, 상기 클램프가 분리판을 아래로 눌러주도록 스크류축상에서 하강하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치에 의하면, 액상 실러 도포 공정에서 각 클램프 기구의 클램프가 분리판의 전 둘레 테두리단을 안정적으로 클램핑해주게 되므로 실러 도포 중에 지지 대차 위의 분리판 휨 현상을 방지할 수 있고, 분리판이 휨 발생 없이 지지 대차 위에 밀착 지지된 상태에서 정확한 실러 도포가 가능해지게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 연료전지 금속 분리판의 실러 도포시에 금속 분리판의 휨이 발생하지 않도록 금속 분리판의 테두리단을 잡아주어 실러 도포 정도를 확보시켜주는 클램핑 장치에 관한 것이다.
연료전지 금속 분리판의 접합 과정에서 분리판의 플랜지부를 마이크로 스폿 용접하여 상, 하 분리판을 서로 접합하게 되는데, 이러한 용접 전에 기밀을 확보하기 위해서 각 분리판의 실링부에 액상의 실러를 도포하게 된다.
이때, 본 발명의 클램핑 장치는 캠 형상의 클램프를 이용하여 분리판의 테두리단을 잡아주어 분리판의 휨이 발생하지 않도록 하고, 이를 통해 실러 도포 장치의 노즐과 분리판 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 정확한 실러 도포가 가능하게 한다.
첨부한 도 5는 본 발명에 따른 실러 도포용 클램핑 장치의 구성을 도시한 전체 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 실러 도포용 클램핑 장치에서 캠 형상의 클램프가 금속 분리판을 클램핑한 상태의 사시도이다.
우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 유체 유로를 형성하게 되는 유로부(1a)와 액상의 실러(5a)가 도포되는 실링부(1c)를 형성하도록 요철 구조로 프레스 성형하 여 가공된 금속 분리판(예, 스테인리스강 소재)(1)이 안착된 지그 대차(20)가 레일(11)을 따라 정밀 실러 도포 장치(30)가 위치한 실러 도포 공정의 베이스(10) 위로 이동하게 된다.
이때, 본 발명의 클램핑 장치는 실러 도포 위치에 정지된 지그 대차(20) 위의 분리판(1)에 대해서 그 테두리단을 잡아줄 수 있는 복수개의 클램프 기구(40a,40b)를 실러 도포 공정의 베이스(10) 위에 설치하여서 구성된다.
상기 클램프 기구(40a,40b)는, 지그 대차(20) 위에 안착되어 실러 도포 위치로 이동된 분리판(1) 전 둘레의 테두리단을 동시에 잡아줄 수 있도록, 실러 도포 위치의 분리판(1) 및 지그 대차(20) 주변의 측방 위치를 따라서 소정 간격을 두고 복수개가 배치되며, 베이스(10) 위에서 대차 및 분리판(1)의 크기에 적합한 거리의 위치에 설치된다.
바람직한 실시예에서, 상기 각 클램프 기구(40a,40b)는 베이스(10) 위 각 설치위치에 고정 장착되어 컨트롤러(미도시)의 제어하에 구동되는 스텝핑 모터(41)와, 상기 스텝핑 모터(41)의 회전축(42)상에 설치되어 스텝핑 모터(41)의 구동에 의해 회전되면서 측면이 되는 캠 면이 분리판(1)의 테두리단에 밀착하여 클램핑해주는 캠 형상의 클램프(43,43b)로 구성된다.
첨부한 도 7은 본 발명에 따른 클램프 기구의 상세도이고, 도 8은 각 클램프 기구의 클램프가 분리판에 밀착되는 상태를 도시한 평면도이다.
지그 대차(20)의 상면은 금속 분리판(1)의 단면 형상에 대응하는 요철 구조로 되어 있는 바, 금속 분리판(1)의 유로부(1a)가 안착되어 내측면에 밀착되는 유 로부 안착홈(21)과, 금속 분리판(1)의 실링부(1c)가 안착되어 내측면에 밀착되는 실링부 안착홈(22)이 형성된 구조로 되어 있다(도 6 참조).
이와 같이 유로부(1a)와 실링부(1c)가 해당 안착홈(21,22)에 밀착 삽입되도록 금속 분리판(1)이 지그 대차(20) 상면에 안착된 상태에서, 정밀 액상 실러 도포 장치(30)가 금속 분리판(1) 상측에서 실링부(1c)를 따라 이동하면서 실링부 내부에 정확히 실러(5a)를 도포하게 된다.
이때, 본 발명의 각 클램프 기구(40a,40b)들이 지그 대차(20) 위의 금속 분리판(1)에 대해 전 둘레에 걸쳐 그 테두리단을 잡아줌으로써, 분리판(1)의 휨 발생이 방지되고, 분리판(1)이 지그 대차(20) 상면에 들뜨지 않게 밀착되며, 실러 도포의 정도가 좋아지게 된다.
도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 각 클램프 기구(40a)에서 스텝핑 모터(41)는 분리판(1)이 도포 공정으로 들어오게 되면 캠형 클램프(43)를 회전시켜 분리판(1)에 밀착시키는 액추에이터로서, 도포가 완료되면 다시 클램프(43)를 원위치로 회전시켜 지그 대차(20) 및 분리판(1)이 레일(11)을 따라 다음 공정으로 이동할 수 있게 한다.
스텝핑 모터(41)의 회전축(42)은 나사산이 가공된 스크류축 구조로 되어 있고, 이러한 스텝핑 모터(41)의 스크류축(42)에 캠형의 클램프(43)가 스크류 결합되어 있다.
상기 스크류축(42)은 스텝핑 모터(41)의 회전력을 전달하여 클램프(43)를 회전시키는 역할을 하며, 특히 회전시에 클램프(43)가 내려오게 하여 밀착을 돕게 된 다.
즉, 상기한 스크류 결합에 의해 스텝핑 모터(41)가 구동하여 스크류축(42)이 정해진 양만큼 회전하는 동안 캠형 클램프(43)가 회전하여 분리판(1)에 접촉하게 되고, 특히 캠형 클램프(43)의 캠 면이 분리판(1) 및 지그 대차(20)의 테두리단에 최초 접촉하여 회전 구속이 이루어진 이후부터는 캠형 클램프(43)가 미세한 양만큼 하강할 수 있게 된다.
상기 캠형의 클램프(43)는 스테핑 모터(41)에 의한 회전시에 분리판(1)의 테두리단을 잡아주면서 지그 대차(20)에 밀착시키는 역할을 하는 것으로, 테프론을 재질로 캠형으로 가공되어 사용되며, 분리판(1)과 접촉하는 캠 면이 소정 각도로 테이핑된 구조로 되어 있다.
즉, 상기 클램프(43)는 분리판(1)의 테두리단에 밀착되는 캠 면이 측면에서 볼 때 소정 각도로 경사진 구조의 경사면으로 되어 있는 것이다.
예컨대, 분리판(1)의 실링부(1c) 측단이 분리판(1) 및 지그 대차(20) 테두리단과 대략 1mm 위치에 위치되도록 하고, 실러 도포 장치(30)의 노즐 끝단과 분리판(1)의 실링부(1c) 저면 사이의 간격을 1mm로 유지하며, 이때 캠형 클램프(43)의 경사면은 수직면인 대차 측면과 이루는 경사각도가 1.5°가 되도록 구성할 수 있다.
또한 스테핑 모터(41)는 분리판(1)이 도포 공정으로 들어오면 클램프(43)를 90°회전시켜 분리판(1)에 밀착시킨 뒤, 도포가 완료되면 다시 원위치로 90°회전시키도록 구성할 수 있고, 클램프(43)는 분리판(1)에 밀착되도록 90°회전되는 동 안에 스크류축(42)상을 대략 0.5mm 정도 하강하도록 구성할 수 있다.
일반적인 클램프를 사용할 경우 클램핑을 할 수 있는 공간(약, 1mm 미만)의 제약으로 인해 정밀 실러 도포 장치(30)의 간섭 현상을 일으킬 수 있다.
한편, 다시 도 5를 참조하면, 분리판(1)의 테두리단 네 변을 모두 잡아줄 수 있도록, 레일(11)을 따르는 분리판(1) 및 지그 대차(20)의 이동방향을 기준으로 실러 도포 위치의 분리판(1) 양 측방 테두리단을 잡아주는 복수개의 클램프 기구(40a)가 분리판(1) 및 지그 대차(20)의 양 측방을 따라 소정 간격 배치되고, 이와 더불어 분리판(1)의 전후 테두리단을 잡아주는 두 개씩의 클램프 기구(40b)가 분리판(1) 및 지그 대차(20)의 전후 위치에 각각 설치되고 있다.
상기 분리판(1)의 이동방향에 대해 횡방향 변, 즉 분리판(1)의 전후 테두리단을 잡아주게 되는 클램프 기구(40b)는 레일(11)을 따라 분리판(1) 및 지그 대차(20)가 이동할 때 간섭이 발생하지 않도록 레일(11) 측방의 위치에 설치되되, 특히 레일(11) 측방 위치에서 레일(11) 안쪽 방향으로 측방 회동하여 분리판(1)의 전후 테두리단을 잡아줄 수 있는 외팔형 클램프(43b)가 설치된다.
즉, 분리판(1)의 전후 테두리단을 잡아주는 클램프 기구(40b)는 외팔형 클램프(43b)가 스텝핑 모터(41)의 구동시에 스크류축(42)을 중심으로 회동하는 회동형으로 구비되는 것이다.
이러한 외팔형 클램프(43b)는 스텝핑 모터(41)의 구동에 따라 스크류축(42)이 회전하면서 레일(11) 안쪽 방향으로 측방 회동되면 분리판(1)의 전후 테두리단을 잡아주게 되나, 스테핑 모터(41)가 역구동하여 외팔형 클램프(43b)가 바깥쪽 방 향으로 완전히 젖혀지게 되면 분리판(1) 및 지그 대차(20)가 간섭 없이 레일(11)을 따라 이동할 수 있는 상태가 된다.
상기 외팔형 클램프(43b)에서 분리판(1)에 접촉하는 캠 면의 구조는 앞서 설명한 측방 클램프 기구(40a)의 구조와 동일하며, 클램프 상하 이동 등의 동작 형태도 측방 클램프 기구(40a)와 동일하다.
이와 같이 각 클램프 기구(40a,40b)가 지그 대차(20) 위에 안착된 분리판(1)의 테두리단을 클램핑한 상태에서 실러 도포 장치(30)에 의해 실러 도포가 완료되면 클램프 기구(40a,40b)의 클램핑 상태가 해제되고, 이후 분리판(1)은 마이크로 스폿 용접 공정으로 이동되어 분리판(1) 간 접합이 진행되게 된다.
첨부한 도 9는 액상 실러 도포 및 마이크로 스폿 용접을 이용해 분리판 접합이 이루어진 상태를 나타낸 사시도이다.
앞서 분리판(1)은 베이스(10) 위의 레일(11)을 따라 이동하는 지그 대차(20)에 의해 이동됨을 설명하였는데, 분리판(1)이 지그 대차(20)에 안정적으로 밀착될 수 있도록 상기 지그 대차(20)에는 분리판(1)을 진공 흡착하는 장치들을 구비할 수 있다.
이를 위해, 분리판(1)과 접촉하는 지그 대차(20)의 표면에 진공 흡착을 위한 홀들을 형성하고, 지그 대차(20)의 내부에 상기 홀들과 연통된 진공통로를 형성하며, 상기 진공통로를 외부 라인을 통해 진공펌프와 같은 진공제공수단과 연결하여, 상기 진공제공수단을 구동시킬 경우, 지그 대차(20)의 각 홀들에 진공압이 걸리면서 분리판(1)을 흡착하는 장치의 구성이 가능하다.
이때, 상기 홀들은 지그 대차(20)의 유로부 안착홈(21)에 형성하는 것이 바람직하며, 테프론 재질로 된 유로부 안착홈(21)의 저면부에 직경 1mm 정도의 홀들을 가공하여 진공 흡착이 이루어지도록 한다.
상기 지그 대차(20)에서 실링부 안착홈(22)에 홀들을 형성하여 진공 흡착하는 것은 바람직하지 않은데, 실링부 안착홈(22)은 공간이 매우 협소할 뿐만 아니라 박판 성형으로 인한 스프링 백 현상 등으로 인해 이 부분에서의 진공 흡착으로는 흡착 지지가 어렵고, 마이크로 스폿 용접시에 용접성에 영향을 줄 수 있으므로 홀 가공등을 통한 진공 흡착은 불가하다.
이와 같이 하여, 본 발명의 클램핑 장치에 따르면, 액상 실러 도포 공정에서 각 클램프 기구(40a,40b)의 클램프(43,43b)가 분리판(1)의 전 둘레 테두리단을 안정적으로 클램핑해주게 되므로 실러 도포 중에 지지 대차 위의 분리판(1) 휨 현상을 방지할 수 있고, 정확한 실러 도포가 가능해지게 된다.
도 1은 통상의 연료전지 분리판에서 유체 유로 형성 및 고무 시일이 삽입된 상태를 보여주는 접합 사시도,
도 2는 연료전지 스택의 제작 과정을 나타낸 개략도,
도 3은 흑연 분리판과 금속 분리판의 결합 단면 구조를 예시한 도면,
도 4는 연료진지 금속 분리판의 접합상태 및 용접위치를 보여주는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 실러 도포용 클램핑 장치의 구성을 도시한 전체 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 실러 도포용 클램핑 장치에서 캠 형상의 클램프가 금속 분리판을 클램핑한 상태의 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 클램프 기구의 상세도,
도 8은 본 발명에 따른 클램프 기구의 클램프가 분리판에 밀착되는 상태를 도시한 평면도,
도 9는 본 발명에 따른 액상 실러 도포 및 마이크로 스폿 용접을 이용해 분리판 접합이 이루어진 상태를 나타낸 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 분리판 2 : 공기 유로
3 : 수소 유로 4 : 냉각수 유로
5a : 실러 6 : 막전극접합체
10 : 베이스 11 : 레일
20 : 지그 대차 30 : 실러 도포 장치
40a, 40b : 클램프 기구 41 : 스텝핑 모터
42 : 스크류축(회전축) 43 : 클램프
43b : 외팔형 클램프

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 실러 도포 장치(30)에 의해 액상 실러(5a)가 도포되는 실러 도포 공정의 베이스(10) 위에, 지그 대차(20) 위의 분리판(1)이 상기 베이스(10) 위의 레일(11)을 따라 실러 도포 위치로 이동된 상태에서 상기 분리판(1)의 테두리단 네 변을 클램핑하여 주는 클램프 기구(40a,40b)들이 분리판(1) 및 지그 대차(20)의 측방 위치를 따라서 배치되도록 설치되어 구성된 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치에 있어서,
    상기 베이스(10) 위의 레일(11)을 따르는 분리판(1) 및 지그 대차(20)의 이동방향을 기준으로 실러 도포 위치의 분리판(1) 및 지그 대차(20)의 양 측방을 따라 배치되어 분리판(1)의 측방 테두리단을 클램핑하여 주는 클램프 기구(40a)들과, 상기 분리판(1)의 전, 후 각 테두리단을 클램핑하여 주는 클램프 기구(40b)들이 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 클램프 기구(40a,40b)는 베이스(10)에 고정 장착되는 스텝핑 모터(41)와, 상기 스텝핑 모터(41)의 회전축(42)상에 설치되어 스텝핑 모터(41)의 구동에 의해 회전되면서 측면이 되는 캠 면이 분리판(1)의 테두리단에 밀착되어 클램핑하여 주는 캠 형상의 클램프(43,43b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판(1) 실러 도포용 클램핑 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    베이스(10) 위의 레일(11)을 따르는 분리판(1) 및 지그 대차(20)의 이동방향을 기준으로 분리판(1)의 전, 후 각 테두리단을 클램핑하여 주는 클램프 기구(40b)에서 상기 캠 형상의 클램프(43b)는 스텝핑 모터(41)의 구동시에 회전축(42)을 중심으로 측방 회동하여 분리판(1)의 전 또는 후 테두리단을 클램핑하여 주는 외팔형 구조인 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 캠 형상의 클램프(43,43b)는 분리판(1)과 접촉하게 되는 캠 면이 측면에서 볼 때 분리판(1)을 아래로 눌러줄 수 있는 경사면 구조로 테이핑된 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    스텝핑 모터(41)의 회전축(42)이 스크류축(42) 구조로 되어 있고, 상기 클램프(43,43b)가 상기 회전축(42)상에 스크류 결합되어서, 상기 스텝핑 모터(41)의 구동 동안 분리판(1) 및 지그 대차(20)에 클램프(43,43b)의 캠 면이 최초 접촉하여 클램프(43,43b)의 회전이 구속되면, 상기 클램프(43,43b)가 분리판(1)을 아래로 눌러주도록 스크류축(42)상에서 하강하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판 실러 도포용 클램핑 장치.
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