KR101405377B1 - 연료전지의 단위셀 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상분리판 및 하분리판을 공급하는 공급장치와, 상기 공급된 상분리판 및 하분리판을 고정시키는 클램핑장치와, 상기 고정된 하분리판에 액상고무를 도포하는 액상고무 도포장치와, 상기 액상고무가 도포된 하분리판에 상기 상분리판이 적층되어 고정되면 상기 상분리판과 상기 하분리판을 용접하는 용접장치와, 상기 액상고무 도포장치와 상기 용접장치가 배치되는 장착플레이트를 포함하여 구성됨으로써, 상기 액상고무 도포장치와 상기 용접장치의 일체화를 구현하여, 연료전지의 단위셀 제조장치를 콤팩트화 할 수 있고, 이로 인한 설비투자비가 절감되며, 공정사이클 타임 감소로 인한 상기 단위셀의 생산성이 향상되는 연료전지의 단위셀 제조장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 액상고무의 도포높이를 정밀하게 조절하는 도포높이 조절장치와, 상기 도포높이 조절장치에 전해지는 충격을 저감시키는 완충장치를 더 포함하는 연료전지의 단위셀 제조장치에 관한 것이다.
연료전지, 단위셀, 액상고무 도포장치, 용접장치, 장착플레이트, 도포높이 조절장치, 완충장치

Description

연료전지의 단위셀 제조장치{Unit cell manufacturing device for fuel cell}
본 발명은 연료전지의 단위셀 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액상고무 도포장치와 용접장치가 모두 장착플레이트에 배치된 연료전지의 단위셀 제조장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 액상고무의 도포높이를 정밀하게 조절하는 도포높이 조절장치와, 상기 도포높이 조절장치에 전해지는 충격을 저감시키는 완충장치를 더 포함하는 연료전지의 단위셀 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 수소와 공기(산소)의 화학반응을 통하여 전기를 만들어 내는 장치이다. 상기 연료전지는 많은 양의 전기를 만들어내기 위해서, 복수개의 단위셀을 적층하여 상기 단위셀내로 수소와 산소를 공급하고 상기 화학반응을 통하여 소정의 전기를 만들어내서 사용하게 된다.
도 1은 일반적인 연료전지의 단위셀이 도시된 사시도 및 그 A-A선에 따른 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 연료전지의 단위셀(1000)은, 상분리판(1) 및 하분리판(2)을 포함하여 구성되고, 상분리판(1)과 하분리판(2)의 서로 대향되는 면에 전해질막(미도시)이 배치되어 있다. 상분리판(1)과 하분리판(2)은 전도체로 이루어지는데, 통상적으로 흑연이나 금속으로 이루어진다. 또한, 상분리판(1)과 하분리판(2)은 서로 대향되는 면에 복수개의 홈부(1a,2a)가 각각 형성된다.
복수개의 홈부(1a,2a)는 수소와 산소 및 물이 유동하는 유로(3)를 형성한다. 즉, 연료전지는 상기 수소와 산소가 유로(3)를 통과하면서 상기 전해질막과 화학반응하여 전기와 물이 생성되는 원리로 전기를 만들어내게 된다.
상기 연료전지의 발전(發電)성능을 확보하기 위해서는, 유로(3)로 상기 수소와 산소 및 물이 원활하게 유동되어야 한다. 이를 위해, 하분리판(2)에 액상고무(4)를 도포한 후, 액상고무(4)가 도포된 하분리판(2)에 상분리판(1)을 적층하고, 액상고무(4)를 고온경화시킨 후, 상분리판(1)과 하분리판(2)을 용접(5)하여 유로(3)의 기밀성을 확보함으로써, 유로(3)로 상기 수소와 산소 및 물이 원활하게 유동되도록 한다.
한편, 단위셀(1000)을 제조하기 위해서는, 액상고무(4)를 도포하기 위한 액상고무 도포장치(미도시)와, 상분리판(1)과 하분리판(2)을 용접(5)하기 위한 용접장치(미도시)가 필요하게 된다. 즉, 상기 액상고무 도포장치가 하분리판(2)에 액상 고무(4)를 도포하면, 액상고무(4)가 도포된 하분리판(2)에는 상분리판(1)이 적층되고, 이후 상기 용접장치가 상분리판(1)과 하분리판(2)이 배치된 곳으로 이동되어 상분리판(1)과 하분리판(2)을 용접(5)하게 된다.
그러나, 종래 기술에 따른 연료전지의 단위셀(1000) 제조장치는, 상기 액상고무 도포장치와 상기 용접장치가 서로 분리되어 있기 때문에, 상기 용접장치를 설치하기 위한 설비가 별도로 필요하게 되어, 연료전지의 단위셀(1000) 제조장치가 거대해지고, 이로 인한 설비투자비가 증가되며, 공정사이클 타임 증가로 인한 단위셀(1000)의 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 연료전지의 단위셀(1000) 제조장치는, 액상고무(4)의 도포높이를 정밀하게 조절하는 도포높이 조절장치가 구비되어 있지 않기 때문에, 생산되는 단위셀(1000)마다 액상고무(4)의 도포높이가 일정하지 않아서, 단위셀(1000)의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 연료전지의 단위셀 제조장치를 콤팩트화 할 수 있고, 이로 인한 설비투자비가 절감되며, 공정사이클 타임 감소로 인한 상기 단위셀의 생산성이 향상되는 연료전지의 단위셀 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 액상고무의 도포높이를 정밀하게 조절하는 도포높이 조절장치와, 상기 도포높이 조절장치에 전해지는 충격을 저감시키는 완충장치를 더 포함 하는 연료전지의 단위셀 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상분리판 및 하분리판을 공급하는 공급장치와, 상기 공급된 상분리판 및 하분리판을 고정시키는 클램핑장치와, 상기 고정된 하분리판에 액상고무를 도포하는 액상고무 도포장치와, 상기 액상고무가 도포된 하분리판에 상기 상분리판이 적층되어 고정되면 상기 상분리판과 상기 하분리판을 용접하는 용접장치와, 상기 액상고무 도포장치와 상기 용접장치가 배치되는 장착플레이트를 포함하는 연료전지의 단위셀 제조장치를 제공한다.
상기 액상고무 도포장치는, 상기 장착플레이트에 배치되는 실린더장치와, 상기 하분리판에 상기 액상고무를 도포하는 도포밸브와, 상기 실린더장치와 상기 도포밸브를 연결시키는 장착브래킷을 포함할 수 있다.
상기 실린더장치는, 상기 장착플레이트에 배치되는 실린더본체와, 상기 실린더본체에 슬라이딩 가능토록 결합되고 상기 장착브래킷과 연결된 슬라이더를 포함할 수 있다.
상기 액상고무의 도포높이를 조절하는 도포높이 조절장치를 더 포함할 수 있다.
상기 도포높이 조절장치는 상기 액상고무의 도포높이를 정밀하게 조절할 수 있는 마이크로미터 헤드일 수 있다.
상기 도포높이 조절장치에 전해지는 충격을 저감시키는 완충장치를 더 포함 할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치는, 액상고무 도포장치와 용접장치의 일체화를 구현하여, 연료전지의 단위셀 제조장치를 콤팩트화 할 수 있고, 이로 인한 설비투자비가 절감되며, 공정사이클 타임 감소로 인한 상기 단위셀의 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치는, 액상고무의 도포높이를 조절하는 도포높이 조절장치를 더 포함하여 구성됨으로써, 액상고무의 도포높이를 정밀하게 조절할 수 있고, 상기 도포높이 조절장치에 전해지는 충격을 저감시키는 완충장치를 더 포함하여 구성됨으로써, 상기 도포높이 조절장치의 손상을 방지하는 효과가 있다.
상기한 효과가 있는 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치가 도시된 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 액상고무 도포장치와 용접장치가 도시된 사시도 및 그 확대도이며, 도 4는 도 3에 도시된 액상고무 도포장치의 측면이 도시된 사시도이다.
이하, 도 1을 참조하여 설명한 연료전지의 단위셀에 대한 자세한 설명은 생 략하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치(100)는, 상분리판(1) 및 하분리판(2)을 공급하는 공급장치(10)와, 공급장치(10)로부터 공급된 상분리판(1) 및 하분리판(2)을 고정시키는 클램핑장치(20)와, 클램프장치(20)에 고정된 하분리판(2)에 액상고무(4)를 도포하는 액상고무 도포장치(30)와, 액상고무 도포장치(30)를 통하여 액상고무(4)가 도포된 하분리판(2)에 상분리판(1)이 적층되어 고정되면 상분리판(1)과 하분리판(2)을 용접(5)하는 용접장치(40)와, 용접장치(40)를 통하여 용접(5)된 상분리판(1)과 하분리판(2)을 테스트하는 테스트장치(50)를 포함한다.
좀더 상세하게 설명하면, 장방형의 테이블(60) 상에 작업자가 상분리판(1)과 하분리판(2)을 공급하기 위한 공급장치(10)가 배치되고, 공급장치(10)에 공급된 상분리판(1)과 하분리판(2)을 클램핑하는 클램핑장치(20)가 공급장치(10)의 일측으로 배치된다.
클램핑장치(20)는, 액상고무 도포장치(30)가 하분리판(2)에 액상고무(4)를 도포할 경우나, 하분리판(2)에 액상고무(4)가 도포된 이후에 하분리판(2)에 상분리판(1)을 적층한 후 용접장치(40)가 상분리판(1)과 하분리판(2)을 용접(5)할 경우에, 액상고무 도포장치(30)와 용접장치(40)가 정밀한 작업을 할 수 있도록, 상분리판(1)과 하분리판(2)을 고정시킨다.
또한, 클램핑장치(20)와 상방향으로 소정간격 이격되어 제1 축(72)과 제2 축(74)으로 이루어진 로봇(70)이 배치된다. 제 1축(72)은 클램핑장치(20)와 상방향으로 소정간격을 유지하도록 테스트장치(50)에 고정되고, 제 2축(74)은 제 1축(72)의 길이방향 및 폭방향으로 슬라이딩 가능토록 제 1축(72)에 결합된다.
제 2축(74)에는 장착플레이트(80)가 고정되고, 장착플레이트(80)에는 액상고무 도포장치(30)와 용접장치(40)가 배치된다.
본 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치(100)는, 액상고무 도포장치(30)와 용접장치(40)가 모두 장착플레이트(80)에 배치됨으로써, 용접장치(40)를 따로 배치하기 위한 로봇(70)을 추가하지 않아도 되기 때문에 연료전지의 단위셀 제조장치(100)를 콤팩트화 할 수 있고, 이로 인한 설비투자비가 절감되며, 공정사이클 타임 감소로 인한 상기 단위셀(1000)의 생산성이 향상된다.
액상고무 도포장치(30)는, 장착플레이트(80)에 배치되는 실린더장치(32)와, 하분리판(2)에 액상고무(4)를 도포하는 도포밸브(34)와, 실린더장치(32)와 도포밸브(34)를 연결시키는 장착브래킷(36)을 포함한다.
실린더장치(32)는, 장착플레이트(80)에 고정되는 실린더본체(32a)와, 실린더본체(32a)에 상하로 슬라이딩 가능토록 결합되고 장착브래킷(36)과 연결된 슬라이더(32b)를 포함한다.
도포밸브(34)는, 하분리판(2)에 액상고무(4)를 도포하는 도포노즐(34a)과, 도포노즐(34a)로 액상고무(4)를 토출하는 밸브본체(34b)를 포함하여 구성된다. 밸브본체(34b)는, 공급튜브(31)와 연통되어 액상고무 저장장치(33)에 저장된 액상고무를 레규레이터(37)의 작동에 의해 공급받고, 에어튜브(38)와 연통되어 에어공급 장치(미도시)로부터 공급되는 공기압에 의해 밸브본체(34b) 내로 공급된 액상고무를 도포노즐(34a)로 토출한다.
용접장치(40)는, 장착플레이트(80)에 고정되는 바디부(42)와, 상분리판(1)과 하분리판(2)을 용접(5)하는 용접전극(44)과, 용접전극(44)을 상하로 이동 가능토록 하는 서보모터(46)를 포함한다. 좀더 상세하게 설명하면, 바디부(42)는 내부가 빈 설치공간(43)이 형성되고, 설치공간(43)에 상하로 볼스크류(45)와 가이드핀(47)이 배치되며, 볼스크류(45)와 가이드핀(47)이 관통하는 이동브래킷(48)이 설치공간(43)에서 상하로 이동 가능토록 배치된다. 볼스크류(45)는 서보모터(46)와 연결되고, 이동브래킷(48)에는 용접전극(44)이 결합되며, 가이드핀(47)은 서보모터(46)의 구동에 의해 볼스크류(45)가 회전되어 이동브래킷(48)이 상하로 이동할 때 이동브래킷(48)을 안내한다.
테스트장치(50)는, 액상고무 도포장치(30)를 통하여 하분리판(2)에 액상고무(4)가 도포된 후, 용접장치(40)를 통하여 서로 용접(5) 접합된 상분리판(1)과 하분리판(2)을 가압하는 프레스(52)와, 상분리판(1)과 하분리판(2) 사이의 기밀성을 측정하는 기밀측정기(54)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치(100)는, 하분리판(2)에 액상고무(4)를 도포 할 시에 액상고무(4)의 도포높이를 조절하는 도포높이 조절장치(90)를 더 포함하여 구성된다. 좀더 상세하게 설명하면, 장착플레이트(80)의 일측에 소정의 브래킷(85)이 고정되고, 이 브래킷(85)에 도포높이 조절장치(90)가 배치된다.
실린더장치(32)의 슬라이더(32b)가 하강할 때 슬라이더(32b)와 연결된 장착브래킷(36)이 하강하게 되는바, 도포높이 조절장치(90)는 하강하는 장착브래킷(36)과 접촉되어 장착브래킷(36)의 스토퍼 역할을 함과 동시에 장착브래킷(36)과 연결된 도포밸브(34)의 하강을 제한하여 도포노즐(34a)과 하분리판(2) 사이의 간극을 조절하게 된다. 이러한, 도포높이 조절장치(90)는 하강하는 장착브래킷(36)과 접촉되어 장착브래킷(36)의 하강길이를 조절할 수 있는 여러 가지 장치가 가능하다. 즉, 브래킷(85)에 암나사를 삭설하고 상기 암나사에 삽입되어 하강길이를 조절할 수 있는 수나사로 이루어질 수도 있고, 브래킷(85)에 실린더를 고정하고 실린더로부터 인출 가능한 로드도 가능하다. 하지만, 도포높이 조절장치(90)는 액상고무(4)의 도포높이를 정밀하게 조절할 수 있도록, 주지기술로 알려진 계측장치인 마이크로미터 헤드인 것이 바람직하다. 이하, 도포높이 조절장치(90)는 마이크로미터 헤드인 것으로 한정하여 설명한다.
도포높이 조절장치(90)는, 브래킷(85)에 고정되는 헤드본체(92)와, 헤드본체(92)로부터 상하로 이동 가능토록 배치되어 장착브래킷(36)이 하강하여 접촉되는 헤드(94)를 포함하여 이루어진다. 헤드본체(92)의 외주면에는 헤드본체(92)의 원주방향으로 회전 가능토록 조절부(95)가 배치되고, 헤드(94)는 조절부(95)가 회전되면 헤드본체(92)로부터 0.01mm간격으로 상하로 이동하여, 장착브래킷(36)의 하강길이를 정밀하게 조절함으로써, 도포노즐(34a)과 하분리판(2) 사이의 간극을 정밀하게 조절하고, 이로 인해 액상고무(4)의 도포높이를 정밀하게 조절하게 된다.
본 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치(100)는, 액상고무(4)의 도포높 이를 정밀하게 조절하는 도포높이 조절장치(90)를 더 포함함으로써, 액상고무(4)의 도포성능이 향상된 단위셀(1000)을 생산할 수 있어서, 단위셀(1000)의 신뢰성이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치(100)는, 장착브래킷(36)이 도포높이 조절장치(90)와 접촉시에 발생되는 충격을 흡수하는 완충장치(35)를 더 포함하여 구성된다. 좀더 상세하게 설명하면, 실린더본체(32a)의 일측에 소정의 브래킷(39)이 고정되고, 이 브래킷(39)에 완충장치(35)가 배치된다. 또한, 슬라이더(32b)의 일측에는 슬라이더(32b)가 하강할 때 완충장치(35)와 접촉되기 위한 블록(32c)이 고정된다.
즉, 장착브래킷(36)이 하강하여 도포높이 조절장치(90)와 접촉될 때, 도포높이 조절장치(90)에 충격이 전해지는 바, 이때에 블록(32c)이 완충장치(35)와 접촉되어 도포높이 조절장치(90)에 전해지는 충격을 저감시킨다.
완충장치(35)는, 블록(32c)과 접촉되어 충격을 흡수할 수 있도록 소정의 탄성력을 가지는 고무부재나 스프링, 또는 공압 실린더장치 및 유압 실린더장치 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치(100)는, 도포높이 조절장치(90)에 전해지는 충격을 저감시키는 완충장치(35)를 더 포함함으로써, 도포높이 조절장치(90)의 손상을 방지할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치(100)의 동 작을 살펴보면 다음과 같다.
작업자가 공급장치(10)에 하분리판(2)을 올려놓으면, 클램핑장치(20)가 하분리판(2)을 클램핑하여 고정시킨다. 이후, 로봇(70)의 제2 축(74)이 제1 축(72)에 대해 길이방향 및 폭방향으로 이동하면서, 액상고무 도포장치(30)의 슬라이더(32b)가 실린더본체(32a)로부터 하방향으로 슬라이딩되면, 슬라이더(32b)와 연결된 장착브래킷(36)이 슬라이더(32b)와 함께 하방향으로 이동되어 도포높이 조절장치(90)의 헤드(94)와 접촉되고, 이에 따라 도포노즐(34a)과 하분리판(2) 사이의 간극이 조절되어 액상고무(4)의 도포높이가 조절된다. 한편, 장착브래킷(36)이 도포높이 조절장치(90)의 헤드(94)와 접촉될 때, 슬라이더(32b)의 일측에 배치된 블록(32c)이 완충장치(35)와 접촉됨으로써, 도포높이 조절장치(90)에 전해지는 충격을 저감시킨다. 이후, 액상고무(4)의 도포높이가 조절되면 액상고무 도포장치(30)는 하분리판(2)에 액상고무(4)를 도포한다. 이때, 작업자는 공급장치(10)에 상분리판(1)을 올려놓는다.
이후, 클램핑장치(20)가 상분리판(1)을 클램핑하여 액상고무(4)가 도포된 하분리판(2)에 적층하고 상분리판(1)을 고정시키면, 로봇(70)의 제2 축(74)이 제1 축(72)에 대해 길이방향 및 폭방향으로 이동하면서 용접장치(40)의 서보모터(46)가 회전되고, 이에 따라 이동브래킷(48)이 가이드핀(47)의 안내를 받으며 하방향으로 이동되어 용접전극(44)과 상분리판(1) 사이의 간극이 조절된다. 이후, 용접장치(40)는 상분리판(1)과 하분리판(2)을 용접(5) 접합하여 연료전지의 단위셀(1000)을 완성시키고, 완성된 단위셀(1000)은 테스트장치(50)로 옮겨져서 상분리판(1)과 하분리판(2)을 가압하고, 상분리판(1)과 하분리판(2) 사이의 기밀성을 측정한다.
본원 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치를 사용하면, 연료전지의 단위셀 제조장치를 콤팩트화 할 수 있고, 이로 인한 설비투자비가 절감되며, 공정사이클 타임 감소로 인한 상기 단위셀의 생산성이 향상될 수 있다. 또한, 액상고무의 도포높이를 정밀하게 조절할 수 있고, 도포높이 조절장치의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 연료전지의 단위셀이 도시된 사시도 및 그 A-A선에 따른 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지의 단위셀 제조장치가 도시된 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 액상고무 도포장치와 용접장치가 도시된 사시도 및 그 확대도이다.
도 4는 도 3에 도시된 액상고무 도포장치의 측면이 도시된 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
1:상분리판 2:하분리판
4:액상고무 5:용접
10:공급장치 20:클램핑장치
30:액상고무 도포장치 32:실린더장치
32a:실린더본체 32b:슬라이더
34:도포밸브 35:완충장치
36:장착브래킷 40:용접장치
80:장착플레이트 90:도포높이 조절장치
100:연료전지의 단위셀 제조장치 1000:단위셀

Claims (6)

  1. 상분리판 및 하분리판을 공급하는 공급장치와;
    상기 공급된 상분리판 및 하분리판을 고정시키는 클램핑장치와;
    상기 고정된 하분리판에 액상고무를 도포하는 액상고무 도포장치와;
    상기 액상고무가 도포된 하분리판에 상기 상분리판이 적층되어 고정되면, 상기 상분리판과 상기 하분리판을 용접하는 용접장치와;
    상기 액상고무 도포장치와 상기 용접장치가 배치되는 장착플레이트를 포함하고,
    상기 액상고무 도포장치는,
    상기 장착플레이트에 배치되는 실린더장치와;
    상기 하분리판에 상기 액상고무를 도포하는 도포밸브와;
    상기 실린더장치와 도포밸브를 연결시키는 장착브래킷으로 형성되는 연료전지의 단위셀 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 실린더장치는,
    상기 장착플레이트에 배치되는 실린더본체와;
    상기 실린더본체에 슬라이딩 가능토록 결합되고, 상기 장착브래킷과 연결된 슬라이더를 포함하는 연료전지의 단위셀 제조장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 액상고무의 도포높이를 조절하는 도포높이 조절장치를 더 포함하는 연료전지의 단위셀 제조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 도포높이 조절장치는,
    장착브래킷에 고정되는 헤드본체와;
    상기 헤드본체로부터 상하로 이동 가능토록 배치되어 상기 장착브래킷이 하강하여 접촉되는 헤드를 포함하고,
    상기 헤드는 상기 헤드본체로부터 0.01mm간격으로 상하로 이동하여, 상기 장착브래킷의 하강길이를 정밀하게 조절하는 연료전지의 단위셀 제조장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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