KR100957366B1 - 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 분리판을 접합하는 설비에서 실란트 도포부위 및 용접지점과의 간섭이 발생하지 않도록 분리판을 클램핑하는 지그장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 상판과 하판으로 구성되어 유로가 형성되는 연료전지 스택의 분리판을 접합하기 위한 접합설비의 지그장치에 있어서,

소재가 공급되어 안착되는 분리판 공급부가 회전력을 공급하는 구동수단에 축설되며, 상기 분리판 공급부의 회전으로 인해 이송되는 소재가 안착되는 분리판 클램핑부가 실란트 도포부위 및 용접지점과의 간섭없이 상기 소재의 외곽 모서리를 클램핑하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치를 제공한다.

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Description

연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치{Jig apparatus for fuel cell separator}

본 발명은 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 분리판을 접합하는 설비에서 실란트 도포부위 및 용접지점과의 간섭이 발생하지 않도록 분리판을 클램핑하는 지그장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지 스택이란 단위셀을 반복적으로 적층하여 쌓은 전기 에너지 발생 장치를 말하는데, 이때, 단위셀은 수소와 산소가 반응하여 전기 에너지를 발생시키기 위한 최소한의 연료전지 구성요소이다.

이러한 단위셀 구조는 최외곽부터 중심까지 끝단, 집전체, 분리판, 가스 확산층(GDL), 전극촉매, 양자 교환막 순으로 적층된다.

여기서, 상기 분리판은 상판과 하판 사이에 액상 실란트가 도포되어 접합되며, 연료전지의 연료가 되는 수소 및 공기(산소), 냉각수의 공급을 위하여 표면에 유로가 가공되고, 전기를 전달할 수 있도록 흑연 또는 금속으로 제작된다.

분리판을 제작하는 공정에서 수소 및 공기(산소), 냉각수 유로간에 기밀을 위해 하판에 불소계 고무로 된 실란트(sealant)를 액체상태로 도포하며, 그 위에 상판을 로딩하여 스폿(spot) 용접 후 고온경화시킴으로써 제작이 완료된다.

상기와 같이 연료전지 스택의 분리판을 제작하기 위해 소재를 클램핑하여 실란트를 도포하고 용접작업을 완료한 다음, 제작 완료된 분리판의 기밀 테스트를 할 수 있도록 구성된 종래 연료전지 스택 분리판용 접합설비가 마련된다.

그러나, 종래 연료전지 스택 분리판용 접합설비에서 소재를 공급하여 클램핑하도록 구성되는 지그장치는, 각 공정간에 소재를 운반하는 과정에서 상기 분리판에 가해지는 클램핑력에 의해 평탄도가 저하되는 문제가 있다.

또한, 상기 분리판을 클램핑하는데 있어서 실란트 도포부위 및 용접지점과 간섭이 발생함으로 인한 수정 작업에 많은 시간이 소요되는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 연료전지 스택의 분리판을 접합제작하는데 있어서, 분리판의 형상과 실란트 도포부위 및 용접지점의 위치를 고려하여 클램핑하도록 구성함으로써 실란트 도포부위 및 용접지점과의 간섭을 제거할 수 있는 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상판과 하판으로 구성되어 유로가 형성되는 연료전지 스택의 분리판을 접합하기 위한 접합설비의 지그장치에 있어서,

소재가 공급되어 안착되는 분리판 공급부가 회전력을 공급하는 구동수단에 축설되며, 상기 분리판 공급부의 회전으로 인해 이송되는 소재가 안착되는 분리판 클램핑부가 실란트 도포부위 및 용접지점과의 간섭없이 상기 소재의 외곽 모서리를 클램핑하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 분리판 클램핑부는 부착된 핑거의 기립으로 회전운동하는 회전축과, 상기 회전축의 회전운동으로 하강되는 클램핑 바와, 상기 회전축에 설치되어 회전축의 회전운동으로 오픈되는 박판 스프링을 포함하여 구성되고;

상기 분리판 공급부는 소재를 정위치로 가이드하는 위치결정핀과, 상기 소재를 진공흡착하는 진공흡착패드와, 회전운동으로 인해 상기 핑거를 누름동작하는 푸셔를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 분리판 공급부의 복귀에 따라 하단에 연설된 스프링에 의해 상승되는 클램핑 바와, 상기 클램핑 바의 상승으로 소재를 클램핑하는 박판 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 상기 분리판 클램핑부는 이송된 소재를 정위치로 가이드하는 위치결정핀이 더 포함되어 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치는 공급되는 소재의 외곽 모서리를 클램핑하여 실란트 도포부위 및 용접지점과의 간섭을 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 소재를 클램핑하기 위하여 박판 스프링을 적용함으로써 분리판의 평탄도를 확보할 수 있으며, 박판 스프링의 탈착이 가능하여 개별 교환으로 교체비용이 절감되는 효과도 있다.

분리판 공급부의 회전과 동시에 클램핑 및 언클램핑이 자동으로 이루어지기 때문에 클램핑을 위한 별도의 구동장치가 필요 없으며, 작업 사이클 타임이 단축되어 조립작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 사용되는 도면에 있어서, 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 지그장치가 포함되는 연료전지 스택 분리판용 접합설비를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치를 도시한 구성 사시도, 도 3a~ 도 3e는 본 발명에 따른 지그장치의 동작과정을 도시한 상태도이다.

또한, 도 4는 분리판의 구성을 도시한 개략도이고, 도 5는 분리판의 제작공정을 도시한 개략도, 도 6은 본 발명에 따라 실란트 도보부위 및 용접지점을 고려하여 소재의 외곽 모서리만 클램핑한 상태를 개략적으로 도시한 평면도이다.

본 발명에 따라 바람직하게 구현된 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치는, 연료전지 스택의 분리판을 접합제작하는 접합장치에서 소재(상판과 하판)를 공급하여 클램핑하는 장치로서, 상기 분리판의 평탄도를 확보하고, 실란트 도포부위 및 용접지점과의 간섭없이 소재를 클램핑할 수 있다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 지그장치는 도 2에 도시된 바와 같이 크게 분리판 공급부(10)와 분리판 클램핑부(20)로 구성되며, 이는 로터리 실린더(15), 진공흡착패드(12), 푸셔(pusher)(13), 위치결정핀(11,24), 박판 스프링(23), 회전축(22), 핑거(21), 클램핑 바(25) 등을 포함하여 구성된다.

상기 분리판은 도 4에 도시된 바와 같이 금속 재질로 이루어진 상판과 하판 사이에 액상 실란트가 도포되어 구성된다.

본 발명에 따른 지그장치를 포함하여 구성되는 연료전지 스택 분리판용 접합설비는, 도 1에 도시된 바와 같이, 실란트 도포 및 용접부(30)와 기밀 테스트 부(40)를 포함하여 구성된다.

상기 실란트 도포 및 용접부(30)는 2축 정밀 직교로봇과 실란트 도포 밸브, 마이크로 서보 용접기 등으로 구성되며, 상기 실란트 도포 밸브와 마이크로 서보 용접기를 상기 직교로봇에 장착하여 실란트 도포 및 용접작업이 이루어진다.

또한, 상기 기밀 테스트부(40)는 실란트 도포 및 용접이 완료된 분리판을 가압하기 위한 프레스와 기밀 테스트를 위한 기밀 테스터기로 구성되며, 분리판 상판과 하판 사이에 누설량을 측정하여 실란트 도포 성능을 검사한다.

이하, 본 발명에 따라 상기 분리판 공급부(10)와 분리판 클램핑부(20)로 구성되는 지그장치의 일실시 예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로터리 실린더(15)는 작업자에 의해 공급되는 소재(상판 또는 하판)(50)가 안착되는 분리판 공급부(10)와 소재를 클램핑하는 분리판 클램핑부(20) 사이에 구성되어 공기로 동작되며, 축설된 상기 분리판 공급부(10)를 180°회전시켜 분리판 클램핑부(20)로 상기 소재(50)를 이송가능하게 하는 구동수단으로 구성된다.

상기 분리판 공급부(10)와 분리판 클램핑부(20)에 각각 구성되는 위치결정핀(11)은, 작업자에 의해 수작업으로 공급되는 소재(50)가 상기 분리판 공급부(10) 및 분리판 클램핑부(20)의 정위치에 위치할 수 있도록 가이드하는 역할을 한다.

첨부한 도 2와 같이, 상기 분리판 공급부(10)에는 상기 위치결정핀(11)과 함께 진공흡착패드(12), 푸셔(13) 등이 설치되며, 상기 진공흡착패드(12)는 하단부에 장착되는 에어튜브(미도시)를 통해 진공발생장치(미도시)와 연결되어 외기를 흡수 하고 이로써 상기 분리판 공급부(10)의 회전시 소재(50)가 이탈되지 않도록 흡착한다.

상기 진공흡착패드(12)는 하나 이상으로 구성되지만, 상기 소재(50)의 이탈을 방지하도록 흡착하기 위하여 다수로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 푸셔(13)는 상기 분리판 클램핑부(20)에 장착되는 핑거(21)를 누르기 위한 수단으로, 상기 핑거(21)를 누름으로써 박판 스프링(23)을 오픈시켜 소재(50)가 상기 분리판 클램핑부(20) 상에 안착될 수 있도록 한다.

상기 분리판 클램핑부(20)는 전술한 바와 같이, 상기 핑거(21)와 위치결정핀(24), 박판 스프링(23) 등이 장착되며, 상기 핑거(21)와 박판 스프링(23)이 조립되는 회전축(22)과 클램핑 바(25) 등을 포함하여 구성된다.

상기 박판 스프링(23)은 회전축(22)에 탈착 가능하게 장착되며, 실란트 도포부위 및 용접지점과의 간섭을 피하여 소재(50)의 외곽 모서리를 클램핑하도록 소정 위치에 설치된다.

상기 박판 스프링(23)은 회전축(22)의 길이방향으로 설치되고, 상기 회전축(22)은 회전운동을 위한 핑거(21)가 각각 장착되어 박판 스프링(23)의 개폐를 조절함으로써 소재(50)를 클램핑 또는 언클램핑한다.

그리고, 상기 회전축(22)의 회전에 의해 하방으로 눌리게 되는 클램핑 바(25)가 하단에 스프링(26)을 연설하여 구성되고, 상기 클램핑 바(25)는 분리판 공급부(10)의 복귀로 푸셔(13)가 상승하면 상기 스프링(26)의 복원력에 의해 회전축(22)을 복귀시켜 박판 스프링(23)이 소재(50)를 클램핑하도록 한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 일실시 예의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 작업자에 의한 수작업으로 분리판 하판이 공급되어 상기 분리판 공급부(10)의 정위치에 안착되면, 진공발생장치를 가동시켜 상기 진공흡착패드(12)가 하판을 진공흡착하도록 온(on) 시킨다.

다음, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 로터리 실린더(15)를 작동시켜 상기 분리판 공급부(10)를 분리판 클램핑부(20)로 180°회전시키면 이와 동시에 상기 푸셔(13)가 핑거(21)를 누르게 되고, 상기 핑거(21)의 기립으로 회전축(22)이 회전되면서 박판 스프링(23)이 기립되어 오픈 상태가 된다.

도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 박판 스프링(23)이 오픈된 상태에서 상기 진공흡착패드(12)를 오프(off)시켜 상기 하판이 분리판 클램핑부(20)의 정위치에 안착되도록 한 다음, 상기 로터리 실린더(15)를 이용하여 분리판 공급부(10)가 원위치로 복귀하도록 한다.

그럼, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 푸셔(13)가 핑거(21)를 누르던 힘이 제거되면서 압축되었던 상기 스프링(26)의 복원력에 의해 클램핑 바(25)가 복귀하면서 상기 회전축(22)이 원위치로 회전하게 되면, 상기 박판 스프링(23)이 복귀하여 하판의 외곽 모서리를 클램핑하게 된다.

다음, 상기 실란트 도포 밸브를 이용하여 하판 상에 액상 실란트가 도포되고, 상판이 상기와 같은 과정을 통해 상기 하판 상에 놓이게 되면, 마이크로 서보 용접기가 스폿 용접을 실시한 후 고온경화시킴으로써 분리판 제작이 완료된다(도 1 및 도 5 참조).

상기와 같이 제작완료된 분리판은 상기 프레스를 통해 가압된 후, 기밀 테스터기에서 실란트 도포 성능을 검사한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시 예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시 예들을 모두 포함한다.

도 1은 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 지그장치가 포함되는 연료전지 스택 분리판용 접합설비를 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치를 도시한 구성 사시도,

도 3a~ 도 3e는 본 발명에 따른 지그장치의 동작과정을 도시한 상태도,

도 4는 분리판의 구성을 도시한 개략도,

도 5는 분리판의 제작공정을 도시한 개략도,

도 6은 본 발명에 따라 실란트 도보부위 및 용접지점을 고려하여 소재의 외곽 모서리만 클램핑한 상태를 개략적으로 도시한 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 분리판 공급부 11 : 위치결정핀

12 : 진공흡착패드 13 : 푸셔

15 : 로터리 실린더

20 : 분리판 클램핑부 21 : 핑거

22 : 회전축 23 : 박판 스프링

24 : 위치결정핀 25 : 클램핑 바

26 : 스프링

30 : 실란트 도포 및 용접부 40 : 기밀 테스트부

50 : 소재

Claims (4)

1. 삭제
2. 상판과 하판으로 구성되어 유로가 형성되는 연료전지 스택의 분리판을 접합하기 위한 접합설비의 지그장치에 있어서,

   소재가 공급되어 안착되는 분리판 공급부가 회전력을 공급하는 구동수단에 축설되며, 상기 분리판 공급부의 회전으로 인해 이송되는 소재가 안착되는 분리판 클램핑부가 실란트 도포부위 및 용접지점과의 간섭없이 상기 소재의 외곽 모서리를 클램핑하도록 구성되고,

   상기 분리판 클램핑부는 부착된 핑거의 기립으로 회전운동하는 회전축과, 상기 회전축의 회전운동으로 하강되는 클램핑 바와, 상기 회전축에 설치되어 회전축의 회전운동으로 오픈되는 박판 스프링을 포함하여 구성되고;

   상기 분리판 공급부는 소재를 정위치로 가이드하는 위치결정핀과, 상기 소재를 진공흡착하는 진공흡착패드와, 회전운동으로 인해 상기 핑거를 누름동작하는 푸셔를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 클램핑 바는 분리판 공급부의 복귀로 푸셔가 상승하면 스프링의 복원력에 의해 회전축을 복귀시켜 박판 스프링이 소재를 클램핑할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 분리판 클램핑부는 이송된 소재를 정위치로 가이드하는 위치결정핀이 더 포함되어 장착되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 분리판용 접합설비의 지그장치.

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