KR101171932B1 - 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스켓 내부에 금속지지대가 일체형으로 구속되도록 함으로써, 박판의 가스켓은 프레임 역할을 하는 금속지지대에 의해 그 형태를 유지할 수 있게 되며, 이로 인해 분리판의 실링 부위에 가스켓이 정확하게 위치할 수 있도록 하고 조립 시간을 단축시키며 과압축 방지기능을 할 수 있도록 하는 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 동일 형상을 가지는 상/하 금형으로 이루어지며, 내부에 주입된 고무가 가스켓 형태로 성형되도록 가스켓 두께에 대응하는 깊이의 음각으로 형성되어 있는 성형요홈과; 상기 성형요홈의 길이방향을 따라 연속되게 돌출되어 있되, 상기 성형요홈의 중앙선 상에 위치하고 있는 단턱과; 상기 금속 지지대가 맞물리게 개재되도록, 상기 단턱의 평면 상에서 상기 단턱의 중앙선을 따라 일정 간격마다 돌출되게 형성되어 있는 고정용돌기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형, 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓을 제공한다.

Description

연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓{Mold for Manufacturing Fuel Cell Gasket and Fuel Cell Gasket Including Metal Pin Manufactured Using the Mold}

본 발명은 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓에 관한 것으로, 다중의 밀봉 구조를 갖는 연료전지 분리판용 가스켓 및 이를 제조하기 위한 금형에 관한 것이다.

대개의 연료전지들은 비교적 낮은 전압을 생산하므로 전력으로 사용될 수 있을 만큼 생산하려면 연료전지들을 일반적으로 연료전지 스택(Stack)으로 구성해야만 하는데, 일반적으로 하나의 스택에는 연료전지가 10, 20, 30 또는 100개 이상 있다.

이렇게 적당한 전압으로 적절량의 전력을 생산할 수 있는 하나의 단위가 제공되지만, 이런 설계는 아주 복잡하고 또한 주의 깊게 많은 요소들을 조립해야 한다.

예컨대, 통상의 PEM 연료전지는 두 개의 분리판으로서 양극분리판과 음극분리판을 필요로 하며, 양자교환막을 포함한 막전극접합체(MEA : Membrane Electrode Assembly)는 두 개의 분리판 사이에 배치된다.

도 1은 이러한 연료전지의 일 예를 도시한 것으로서, 고분자 전해질막과 전극으로 이루어진 막전극접합체(10 : MEA)와, 반응에 사용되는 가스를 전극에 전달하고 반응 생성물을 배출하는 가스확산층(12 ; Fluid Distribution Layer) 및 반응가스와 냉각수를 외부로부터 공급하며 산화전극(Anode)과 환원전극(Cathode)을 분리하는 기능을 하는 도전성 분리판(14 : Separator)등으로 구성된다.

연료전지 스택(Stack)은 이러한 막전극접합체와 가스확산층 및 분리판을 필요한 용량만큼 적층하여 구성된 것으로서, 외부에서 적절한 압력을 제공하는 장치를 통해 각 단위전지가 어긋나거나 미끄러짐 없이 일체형을 이루는 조립체이다.

일반적으로, 고분자 전해질 연료전지는 연료로 수소를 사용하고 산화제로 공기 중의 산소를 사용하게 되는데 여기서, 연료와 산화제가 섞일 경우 스택의 성능이 크게 저하되고, 산소와 수소의 반응으로 폭발이 일어날 가능성이 있어 매우 위험하다.

여기서, 분리판과 막 전극접합체 사이에 위치하여 연료와 산화제의 밀봉을 유지하고 냉각수가 흐르는 분리판 사이에 위치하여 냉각수의 밀봉을 유지하는 역할을 하는 것이 바로 가스켓이다.

연료전지에는 주로 얇은 면으로 이루어진 평판형의 면 가스켓을 주로 사용하고 있다. 면 가스켓은 얇은 평면의 재료를 분리판의 밀봉 부위에 맞도록 펀칭과 커팅을 이용하여 제작하였고, 원하는 형상을 얻기가 쉽고 스택 체결 시 다루기가 쉬워서 스택 제작이 용이하다.

그러나 이러한 면 가스켓은 연료전지의 체적을 줄이기 위해 두께가 얇아야 함과 동시에 밀봉성능이 뛰어난 구조를 가져야 하므로, 고무 가스켓의 두께를 얇게 할 경우에는 분리판에 형성된 홈에 가스켓을 위치시키는 작업에 있어서 정밀성과 많은 시간을 소요하게 함으로써, 적재적소에 가스켓을 위치시키지 않으면 가스켓의 균열 등의 문제로 밀봉성에도 상당한 문제를 야기할 수 있게 된다.

이에 상기의 문제점을 극복하기 위해 동일 출원인에 의해 출원된 출원번호 제10-2009-0083850호의 '연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓'에 따르면, 도 2에서 보는 바와 같이 가스켓(2)의 프레임이 되는 금속 지지대(1)가 가스켓과 일체형이 되도록 제조함으로써, 분리판의 홈에 가스켓이 용이하게 조립되도록 한다.

그러나 이러한 금속 지지대 일체형 가스켓은 얇은 박판으로 제작되므로 분리판에 별도의 Groove 형성이 어려우며 이와 같은 분리판에 장착된 가스켓은 별도의 스토퍼 기능이 없어 과압축의 우려가 있다.

따라서 상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 금속 지지대와 일체로 성형되는 가스켓의 길이방향을 따라 단차가 형성되어 있어 스토퍼의 기능을 하도록 하는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓을 제공하기 위함이다.

또한 본 발명의 목적은, 상기 가스켓의 상하면에 비드 혹은 돌기가 형성되어 있어 가스켓의 실링 기능을 증대시키도록 하는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓을 제공하기 위함이다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 내부 금속 지지대를 노출시키도록 가스켓의 길이방향을 따라 동일 간격마다 형성되어 있는 홈이 가스켓의 중앙 및 양 가장자리에 3중으로 형성되어 있어 상기 홈이 스토퍼 기능을 하도록 하는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓을 제공하기 위함이다.

상기한 본 발명의 목적은, 동일 형상을 가지는 상/하 금형으로 이루어지는 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형에 있어서, 내부에 주입된 고무가 가스켓 형태로 성형되도록 가스켓 두께에 대응하는 깊이의 음각으로 형성되어 있는 성형요홈과; 상기 성형요홈의 길이방향을 따라 연속되게 돌출되어 있되, 상기 성형요홈의 중앙선 상에 위치하고 있는 단턱과; 금속 지지대가 맞물리게 개재되도록, 상기 단턱의 평면 상에서 상기 단턱의 중앙선을 따라 일정 간격마다 돌출되게 형성되어 있는 고정용돌기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형에 의해 달성된다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 가스켓의 표면에 복수겹의 비드를 형성하도록, 상기 성형요홈 및 단턱의 표면은 함몰형태의 복수개의 트랙들이 성형요홈의 길이방향을 따라 일정 간격을 유지하며 평행하게 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 목적은, 동일 형상을 가지는 상/하 금형으로 이루어지는 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형에 있어서, 내부에 주입된 고무가 가스켓 형태로 성형되도록 가스켓 두께에 대응하는 깊이의 음각으로 형성되어 있는 성형요홈과; 금속지지대의 상/하면과 서로 맞닿도록, 상기 성형요홈의 길이방향을 따라 일정 간격 마다 형성되어 있는 돌기로서, 상기 성형요홈의 길이방향을 따르되 그 중앙선 및 중앙선 양쪽 가장자리 선을 따라 동일 너비를 유지하며 형성되어 있는 고정용돌기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형에 의해서도 달성된다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 금속지지대의 양 단이 가스켓의 양 단과 일치하도록, 상기 금형의 성형요홈의 폭은 상기 금속지지대의 너비와 동일한 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 목적은, 내부 중앙에 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓에 있어서, 상기 가스켓의 상 하면에 가스켓의 중앙선 길이방향을 따라 형성되어 있으며, 상 하 금형 상의 단턱에 대응되게 음각으로 형성되어 있는 단턱과; 상기 단턱의 중앙선을 따라 동일 간격마다 형성되어 있으며, 금속 지지대 면이 노출되도록 상 하 금형 상의 고정용 돌기에 대응되게 형성되어 있는 복수개의 홈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓에 의해서도 달성된다.

또한 본 발명에 따르면, 금형 상의 트랙 형상에 대응하도록, 상기 가스켓은 단턱을 포함하는 상/하 표면의 길이방향을 따라 동일 간격을 유지하며 평행하게 형성되어 있는 복수개의 비드를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 목적은, 내부 중앙에 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓에 있어서, 상기 가스켓의 중앙선 및 중앙선의 양 테두리선의 길이방향을 따라 동일 간격마다 형성되어 있으며, 금속 지지대 면이 노출되도록 상 하 금형 상의 고정용 돌기에 대응되게 형성되어 있는 복수개의 홈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓에 의해서도 달성된다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 금속 지지대의 양 단이 가스켓 내/외측 테두리와 일치하도록 소정의 너비를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓에 의하면, 가스켓 내부에 금속지지대가 일체형으로 구속되도록 함으로써, 박판의 가스켓은 프레임 역할을 하는 금속지지대에 의해 그 형태를 유지할 수 있게 되며, 이로 인해 분리판의 실링 부위에 가스켓이 정확하게 위치할 수 있도록 하고 조립 시간을 단축시키며 과압축 방지기능을 할 수 있도록 한다.

뿐만 아니라 가스켓에 형성되어 있는 단차 혹은 3중의 홈에 의해 가스켓이 스토퍼 기능을 할 수 있도록 하여 가스켓의 실링 기능 향상 및 내구성을 증대시킬 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 연료전지용 가스켓의 분리 사시도,
도 2는 종래의 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓의 사시도 및 단면도,
도 3은 본 발명의 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓의 제1실시예에 따른 단면도,
도 4는 본 발명의 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓의 제2실시예에 따른 단면도,
도 5는 본 발명의 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓의 제3실시예에 따른 단면도.

이하 본 발명의 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓의 실시예들을 첨부되는 도면들을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명은 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓은 크게 가스켓(101)과 금속 지지대(102)로 구성되며, 상기 가스켓(101)에 홈(103)과 단턱(104)이 형성되도록, 동일한 형태의 대칭형 성형 요홈을 가지는 상/하 동일 형상의 금형(110)들을 맞대어 그 사이에 고무를 주입하여 성형되도록 한다.

도 3의 단면도에서 보는 바와 같이, 상기 상/하 금형은 가스켓 형상의 성형 요홈(111)과 고정용돌기(112) 및 단턱(113)을 형성하고 있는 동일한 형태의 한 쌍의 금형이다.

상기 한 쌍의 금형은 가스켓 성형 완료 후, 불가피하게 발생되는 버(burr) 제거를 원활히 하기 위해 설계형상보다 넓은 면적으로 성형한 후 불필요한 고무성형 부분을 타발함으로써 버 제거를 하도록 하며, 이는 각 실시예에서 동일하게 적용되도록 한다.

상기 성형 요홈(111)은 가스켓과 동일한 형상을 가지며, 가스켓 두께에 대응하는 깊이를 가지도록 음각으로 형성되어 있다.

상기 상하 금형의 성형 요홈(111)의 길이방향을 따라 그 중앙으로 단턱(113)이 형성되어 있다.

상기 단턱(113)은 상기 성형 요홈(111) 바닥의 중앙선을 대칭으로 동일 너비의 폭을 가지도록 돌출된 형상을 가지고 있으며, 상기 단턱(113)의 중앙선을 따라 일정 간격마다 고정용돌기(112)가 형성되어 있다.

상기 고정용돌기(112)는 성형 요홈(111) 혹은 단턱(113)의 중앙선을 따라 일정 간격 마다 형성되어 있는 돌기이며, 하기에 설명될 금속지지대의 상 하면과 각각 맞닿게 된다.

따라서, 상하 금형이 서로 맞닿은 상태에서 상기 상 하 고정용돌기(112) 사이에 금속 지지대가 맞닿아 개재될 수 있도록, 상기 고정용돌기(112)는 금속 지지대 두께 만큼의 공간이 확보되는 높이를 가진다.

이러한 상/하 금형의 내부 고정용돌기(112) 사이에 금속 지지대(102)를 개재한 상태에서 성형요홈 내부에 고무를 주입하여 사출 성형한 후 상 하 금형에서 가스켓을 취출함으로써 금속 지지대 일체형 가스켓이 성형되는 것이다.

본 발명의 각 실시예에 대한 단면도는 상하 금형이 맞닿은 상태에서 그 내부에 금속 지지대를 개재한 후 고무를 주입시킨 상태를 도시하고 있다.

상기 가스켓(101)은 분리판의 전 후면 전체에 적층되도록 분리판과 동일한 형태를 가지며, 그 단면은 직사각 형태의 얇은 박판이다.

상기 가스켓의 상하면에는 가스켓의 길이방향을 따라 중앙에 단턱(104)이 형성되어 있다.

상기 단턱(104)은 금형 상의 단턱에 대응되는 형상으로, 가스켓 중앙선을 따라 함몰되게 형성되어 있다.

또한 상기 단턱(104)은 그 중앙을 따라 상 하 금형 상의 고정용 돌기에 대응되는 형상의 홈(103)들이 형성되어 있다.

이때, 상기 홈(103)을 통해 금속 지지대의 일부가 노출되어진다.

상기 금속 지지대(102) 역시 가스켓(101)과 동일한 형태를 가지는 금속재질의 얇은 박판이며, 가스켓 내부 중앙에 개재되도록 그 폭은 가스켓보다 작은 치수를 가진다.

도 4는 본 발명의 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓의 제 2실시예에 따른 단면도이다.

도면에서 보는 바와 같이 상기 제 2실시예의 금속지지대 및 가스켓의 형상, 그리고 가스켓에 형성되어 있는 단턱과 홈은 상기 제 1실시예에서 설명되었던 구성과 동일 유사한다.

다만 상기 제 2실시예에서는 상기 가스켓의 상 하면에 비드가 가스켓 길이 방향을 따라 여러겹 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이를 위해 상기 제2실시예에서의 상/하금형은 가스켓 형상의 성형 요홈(211)과 고정용돌기(212) 및 단턱(213)을 형성하고 있는 동일한 형태의 한 쌍의 금형이며, 성형 요홈(211)의 표면에 함몰형태의 트랙(216)이 여러겹 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 트랙(216)은 성형 요홈(211)과 단턱(213)의 표면에 2겹 혹은 3겹으로 형성되어 있다.

즉, 복수개의 상기 트랙(216)들은 성형요홈(211)과 단턱(213) 표면에서 동일한 간격을 가지며 상기 성형요홈(211)과 단턱(213)의 길이방향을 따라 평행하게 형성되어 있다.

이러한 상/하 금형의 내부 고정용돌기(212) 사이에 금속 지지대(202)를 개재한 상태에서 성형요홈 내부에 고무를 주입하여 사출 성형한 후 상 하 금형에서 가스켓을 취출함으로써 금속 지지대 일체형 가스켓이 성형되는 것이다.

상기 가스켓(201)은 분리판의 전 후면 전체에 적층되도록 분리판과 동일한 형태를 가지며, 그 단면은 직사각 형태의 얇은 박판이다.

상기 가스켓의 상하면에는 가스켓의 길이방향을 따라 중앙에 단턱(204)이 형성되어 있으며, 상기 단턱(204)은 그 중앙을 따라 상 하 금형 상의 고정용 돌기에 대응되는 형상의 홈(203)들이 형성되어 있다.

이때, 상기 홈(203)을 통해 금속 지지대의 일부가 노출되어진다.

상기 금속 지지대(202) 역시 가스켓(201)과 동일한 형태를 가지는 금속재질의 얇은 박판이며, 가스켓 내부 중앙에 개재되도록 그 폭은 가스켓보다 작은 치수를 가진다.

상기 가스켓(201)의 상 하 표면은 트랙의 형상에 대응하는 비드(206)가 형성되어 있다.

상기 비드(206)는 가스켓(201)의 상/하 평면에 가스켓 길이방향을 따라 동일 간격을 유지하며 평행하게 형성되어 있는 연속된 요철이다.

도 5는 본 발명의 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓의 제 3실시예에 따른 도면이다.

도면에서 보는 바와 같이, 본 발명은 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓은 크게 가스켓(301)과 금속 지지대(302)로 구성되며, 상기 가스켓(301)에 홈(303)이 형성되도록, 동일한 형태의 대칭형 성형 요홈을 가지는 상/하 동일 형상의 금형(310)들을 맞대어 그 사이에 고무를 주입하여 성형되도록 한다.

도 5의 단면도에서 보는 바와 같이, 상기 상/하 금형은 가스켓 형상의 성형 요홈(311)과 고정용돌기(312)를 형성하고 있는 동일한 형태의 한 쌍의 금형이다.

상기 성형 요홈(311)은 가스켓과 동일한 형상을 가지며, 가스켓 두께에 대응하는 깊이를 가지도록 음각으로 형성되어 있다.

상기 상하 금형의 성형 요홈(311)의 길이방향을 따라 고정용돌기(312)가 형성되어 있다.

상기 고정용돌기(312)는 성형요홈(311)의 길이방향을 따라 일정 간격 마다 형성되어 있는 돌기이며, 성형요홈(311)의 길이방향을 따르되 그 중앙선 및 중앙선 양쪽 가장자리 선을 따라 동일 너비로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 상하 금형이 서로 맞닿은 상태에서 상기 상 하 고정용돌기(312) 사이에 금속 지지대가 맞닿아 개재될 수 있도록, 상기 고정용돌기(312)는 금속 지지대 두께 만큼의 공간이 확보되는 높이를 가진다.

이러한 상/하 금형의 내부 고정용돌기(312) 사이에 금속 지지대(302)를 개재한 상태에서 성형요홈 내부에 고무를 주입하여 사출 성형한 후 상 하 금형에서 가스켓을 취출함으로써 금속 지지대 일체형 가스켓이 성형되는 것이다.

상기 가스켓의 상하면에는 가스켓의 길이방향을 따라 중앙에 홈(303)이 형성되어 있다.

이때, 상기 홈(303)을 통해 금속 지지대의 일부가 노출되어진다.

상기 홈(303)은 상기 고정용돌기(312)에 대응하는 형상으로 형성되므로, 가스켓 상/하 표면에서 중심선 및 그 가장자리를 따라 동일 간격마다 형성되어 있다.

상기 금속 지지대(302) 역시 가스켓(301)과 동일한 형태를 가지는 금속재질의 얇은 박판이며, 상기 금속 지지대의 양 단이 가스켓 내/외측 테두리와 일치하도록 소정의 너비를 가지게 된다.

101, 201, 301 : 가스켓 102, 202, 302 : 금속 지지대
103, 203, 303 : 홈 104, 204 : 단턱
110, 210, 310 : 금형 111, 211, 311 : 성형요홈
112, 212, 312 : 고정용돌기 113, 213 : 단턱

Claims (8)

1. 동일 형상을 가지는 상/하 금형으로 이루어지는 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형에 있어서,
   내부에 주입된 고무가 가스켓 형태로 성형되도록 가스켓 두께에 대응하는 깊이의 음각으로 형성되어 있는 성형요홈과;
   상기 성형요홈의 길이방향을 따라 연속되게 돌출되어 있되, 상기 성형요홈의 중앙선 상에 위치하고 있는 단턱과;
   금속 지지대가 맞물리게 개재되도록, 상기 단턱의 평면 상에서 상기 단턱의 중앙선을 따라 일정 간격마다 돌출되게 형성되어 있는 고정용돌기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가스켓의 표면에 복수겹의 비드를 형성하도록, 상기 성형요홈 및 단턱의 표면은 함몰형태의 복수개의 트랙들이 성형요홈의 길이방향을 따라 일정 간격을 유지하며 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 내부 중앙에 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓에 있어서,
   상기 가스켓의 상 하면에 가스켓의 중앙선 길이방향을 따라 형성되어 있으며, 상 하 금형 상의 단턱에 대응되게 음각으로 형성되어 있는 단턱과;
   상기 단턱의 중앙선을 따라 동일 간격마다 형성되어 있으며, 금속 지지대 면이 노출되도록 상 하 금형 상의 고정용 돌기에 대응되게 형성되어 있는 복수개의 홈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓.
   
6. 제 5항에 있어서,
   금형 상의 트랙 형상에 대응하도록, 상기 가스켓은 단턱을 포함하는 상/하 표면의 길이방향을 따라 동일 간격을 유지하며 평행하게 형성되어 있는 복수개의 비드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓.
   
7. 삭제
8. 삭제

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