KR101405580B1 - 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치 및 그 방법 - Google Patents

연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

복수의 금속 분리판에 대한 기밀 테스트를 동시에 수행할 수 있는 자동화 시스템을 구현함으로써, 검사 시간의 단축에 따른 생산 수율의 향상 효과를 도모할 수 있는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치 및 그 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치는 복수의 기밀 측정용 가스 투입구를 구비하는 상부 기밀 평가 안착판; 상기 상부 기밀 평가 안착판의 하부에 대향하도록 이격 배치되며, 복수의 분리판 안착 영역을 구비하는 하부 기밀 평가 안착판; 상기 상부 기밀 평가 안착판의 하부에 고정되도록 장착되는 이송 레일; 상기 복수의 분리판 안착 영역으로 복수의 금속 분리판 모듈을 차례로 각각 이송하는 분리판 이송 유닛; 및 상기 이송 레일을 따라 위치 이동하여 상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구와 각각 연결되며, 상기 복수의 금속 분리판 모듈에 기밀 측정용 가스를 공급하는 복수의 기밀 측정용 연결판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치 및 그 방법{MULTI GAS TIGHT TEST APPARATUS OF METAL SEPERATOR FOR FUEL CELL AND MULTI GAS TIGHT TEST METHOD USING THE SAME}
본 발명은 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 연료전지용 금속 분리판에 대한 기밀 테스트를 동시에 수행할 수 있는 자동화 시스템을 구현함으로써, 검사 시간의 단축에 따른 생산 수율의 향상 효과를 도모할 수 있는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
연료전지 스택은 수소와 산소의 산화 및 환원반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 발전 장치이다. 이러한 연료전지 스택은 음극(anode)에서 수소가 산화되어 수소 이온과 전자로 분리되고, 수소 이온은 전해질을 통해 양극(cathode)으로 이동한다. 이때, 전자는 회로를 통해 양극으로 이동하고, 양극에서 수소 이온, 전자 및 산소가 반응하여 물이 되는 환원반응이 일어난다.
이러한 연료전지 스택은 여러 부품으로 구성되는데 먼저 전기화학 반응이 일어나는 막-전극 접합체(MEA)와 반응가스를 막-전극 접합체로 고르게 분산시켜주는 다공성 매체인 가스확산층(GDL), 그리고 막-전극 접합체와 가스확산층을 지지해주며, 반응가스와 냉각수의 수송 및 생성된 전기를 수집하여 전달하는 부품들을 포함하여 단위 셀을 이룬다.
여기서, 연료전지 발전시 막-전극 접합체와 가스 확산층, 그리고 금속 분리판의 각 면으로 반응가스인 수소와 산소 그리고 냉각수가 계속 공급되어 흐르게 되는데 각각의 반응가스와 냉각수가 서로 섞이지 않도록 기밀성을 확보하는 것은 연료전지 시스템 운전에 있어서 가장 중요한 부분 중 하나이다.
이때, 연료전지 스택에서는 금속 분리판의 양쪽면에 가스켓을 설치하여 기밀구조를 확보하는 방식을 채택하고 있다.
최근에는 적어도 1장의 금속 분리판 또는 2장 이상의 금속분리판과 막-전극 접합체를 스택한 후, 이의 기밀 테스트를 수 작업으로 실시하고 있다. 그러나, 이러한 수 작업으로 금속 분리판에 대한 기밀 테스트를 실시할 경우, 작업 시간 및 테스트 정밀도가 낮은 관계로 자동화 시스템을 구축하는 것이 필요한 상황이다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-1113642호(2012.02.14. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 연료전지용 전극막 어셈블리 사전 검수 장치 및 방법에 대하여 기재하고 있을 뿐, 접촉 저항 테스트 및 기밀 테스트에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 접착 방지 효과가 우수한 연료전지용 금속 분리판의 자동 검수 장치 및 그 자동 검수 방법에 대하여 개시하는 바가 없다.
본 발명의 목적은 동시에 여러장의 금속 분리판에 대한 기밀 테스트를 수행할 수 있는 자동화 시스템을 구현함으로써, 연료전지용 금속 분리판에 대한 검사 시간의 단축에 따른 생산 수율의 향상 효과를 도모할 수 있는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상부 및 하부 기밀 평가 안착판을 고정 지지대로 고정시킴으로써, 금속 분리판의 기밀 테스트시 안착 정밀도를 향상시킬 수 있는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치는 복수의 기밀 측정용 가스 투입구를 구비하는 상부 기밀 평가 안착판; 상기 상부 기밀 평가 안착판의 하부에 대향하도록 이격 배치되며, 복수의 분리판 안착 영역을 구비하는 하부 기밀 평가 안착판; 상기 상부 기밀 평가 안착판의 하부에 고정되도록 장착되는 이송 레일; 상기 복수의 분리판 안착 영역으로 복수의 금속 분리판 모듈을 차례로 각각 이송하는 분리판 이송 유닛; 및 상기 이송 레일을 따라 위치 이동하여 상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구와 각각 연결되며, 상기 복수의 금속 분리판 모듈에 기밀 측정용 가스를 공급하는 복수의 기밀 측정용 연결판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치는 상부 기밀 평가 안착판; 상기 상부 기밀 평가 안착판의 하부에 대향하도록 이격 배치되며, 복수의 분리판 안착 영역을 구비하는 하부 기밀 평가 안착판; 상기 상부 기밀 평가 안착판의 하부에 고정되도록 장착되는 이송 레일; 상기 복수의 분리판 안착 영역으로 복수의 금속 분리판 모듈을 각각 이송하는 분리판 이송 유닛; 및 상기 이송 레일을 따라 상기 복수의 분리판 안착 영역에 대응되는 위치로 각각 이동하며, 각각 상기 복수의 금속 분리판 모듈에 기밀 측정용 반응가스를 공급하기 위한 기밀 측정용 가스 투입구를 구비하는 복수의 기밀 측정용 연결판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법으로써, (a) 상기 분리판 이송 유닛을 이용하여 상기 하부 기밀 평가 안착판의 상부로 복수의 금속 분리판 모듈을 차례로 이송하는 단계; (b) 상기 이송 레일을 가동시켜, 상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구와 각각 대응되는 위치로 상기 복수의 기밀 측정용 연결판을 차례로 이송하는 단계; (c) 상기 상부 기밀 평가 안착판을 하강시켜, 상기 복수의 금속 분리판 모듈에 상기 복수의 기밀 측정용 연결판을 부착하는 단계; 및 (d) 상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구로 기밀 측정용 반응가스를 투입하여 상기 금속 분리판 모듈에 대한 기밀성을 테스트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법으로써, (a) 상기 분리판 이송 유닛을 이용하여 상기 하부 기밀 평가 안착판의 복수의 분리판 안착 영역 각각에 복수의 금속 분리판 모듈을 차례로 안착하는 단계; (b) 상기 이송 레일을 가동시켜, 상기 복수의 분리판 안착 영역과 대응되는 위치로 상기 복수의 기밀 측정용 연결판을 차례로 이송하는 단계; (c) 상기 상부 기밀 평가 안착판을 하강시켜, 상기 복수의 금속 분리판 모듈에 상기 복수의 기밀 측정용 연결판을 부착하는 단계; 및 (d) 상기 복수의 기밀 측정용 안착판의 복수의 기밀 측정용 가스 투입구로 기밀 측정용 반응가스를 투입하여 상기 금속 분리판 모듈에 대한 기밀성을 테스트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치 및 그 방법은 동시에 여러장의 금속 분리판에 대한 기밀 테스트를 수행할 수 있는 자동화 시스템을 구현함으로써, 연료전지용 금속 분리판에 대한 검사 시간의 단축에 따른 생산 수율의 향상 효과를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치 및 그 방법은 상부 및 하부 기밀 평가 안착판을 고정 지지대로 고정시킴으로써, 금속 분리판의 기밀 테스트시 안착 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법을 순차적으로 나타낸 공정 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치 및 그 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치(100)는 상부 기밀 평가 안착판(110), 하부 기밀 평가 안착판(120), 이송 레일(130), 분리판 이송 유닛(140) 및 기밀 측정용 연결판(150)을 포함한다.
상부 기밀 평가 안착판(110)은 중앙에 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(112)를 구비할 수 있다. 이때, 기밀 측정용 가스 투입구(112)는 상부 기밀 평가 안착판(110)의 중앙부를 관통하도록 형성될 수 있다. 기밀 측정용 가스 투입구(112)는 금속 분리판 모듈(200)에 대한 기밀 테스트를 실시할 때, 기밀 측정용 반응가스를 투입하기 위한 목적으로 설계된다.
하부 기밀 평가 안착판(120)은 상부 기밀 평가 안착판(110)의 하부에 대향하도록 이격 배치된다. 이러한 하부 기밀 평가 안착판(120)은 복수의 금속 분리판 모듈(200)이 각각 안착되는 복수의 분리판 안착 영역(S)을 구비할 수 있다. 이때, 도 1에서는 복수의 분리판 안착 영역(S)이 4개인 것을 일 예로 도시한 것이다. 이 경우, 상부 기밀 평가 안착판(110)에 구비되는 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(112)는 복수의 분리판 안착 영역(S)에 대응하여 적어도 하나 이상이 구비될 수 있다. 즉, 도 1에서는 각각의 분리판 안착 영역(S)에 대응하여 2개의 기밀 측정용 가스 투입구(112)가 설계된 것을 도시하였으나, 이는 일 예에 불과할 뿐 본 발명이 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
도면으로 자세히 나타내지는 않았지만, 금속 분리판 모듈(200)은 1장의 금속 분리판 또는 2장 이상이 스택된 금속 분리판(미도시)과, 상기 2장 이상이 스택된 금속 분리판(미도시)들 사이에 개재되는 막-전극 집합체(MEA, 미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 금속 분리판 모듈(200)은 스택된 금속 분리판들 사이에 개재되는 가스 확산층(GDL, 미도시)을 더 포함할 수도 있다.
상기 금속 분리판은 금속 분리판 본체 및 가스켓을 포함할 수 있다. 이때, 금속 분리판 본체는 제1면으로부터 제2면으로 돌출되어 형성된 반응가스 채널, 상기 제2면에 돌출된 상기 반응가스 채널 사이에 형성되는 냉각수 채널을 구비하는 채널부와 상기 채널부의 마주보는 양측 가장자리에 형성된 매니폴드부를 구비할 수 있다. 그리고, 가스켓은 금속 본리판 본체의 채널부와 매니폴드부의 경계 영역을 따라 형성된다. 이때, 가스켓은 기밀성을 확보하고 스택시 금속 분리판들 상호 간의 체결을 용이하게 하기 위한 목적으로 형성하는 것으로, 그 재질은 고무 재질이 이용될 수 있으나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다.
이때, 상기 기밀 측정용 가스 투입구(112)를 이용하여 기밀 테스트를 실시할 시, 금속 분리판 모듈(200)에 대하여 기밀 테스트를 실시할 수 있는 것으로 도시하고 설명하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 낱장의 금속 분리판에 대해서도 기밀 테스트를 동일하게 실시할 수도 있다.
전술한 상부 및 하부 기밀 평가 안착판(110, 120) 각각은 상호 대응되는 면적으로 설계하는 것이 바람직하다. 이러한 상부 및 하부 기밀 평가 안착판(110, 120) 각각은 그 형상에 제한이 있는 것은 아니나, 금속 분리판의 형상과 대응되는 플레이트 형상으로 설계하는 것이 바람직하다.
이송 레일(130)은 상부 기밀 평가 안착판(110)의 하부에 고정되도록 장착된다. 이송 레일(130)은 후술할 기밀 측정용 연결판(150)을 이송하기 위한 목적으로 설계된다. 한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 기밀 테스트 장치(100)는 위치 감지 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 위치 감지 센서는 이송 레일(130)을 따라 이동하는 기밀 측정용 연결판(150)의 위치를 감지하는 역할을 한다. 이때, 위치 감지 센서에 의하여, 기밀 측정용 연결판(150)의 위치를 정밀하게 제어하는 것이 가능해질 수 있다.
분리판 이송 유닛(140)은 복수의 분리판 안착 영역(S)으로 복수의 금속 분리판 모듈(200)을 차례로 각각 이송하는 역할을 한다. 이러한 분리판 이송 유닛(140)은 상부 기밀 평가 안착판(110) 및 하부 기밀 평가 안착판(120)의 사이 공간에서 X-Y 좌표 방향을 따라 위치 운동할 수 있다. 이와 달리, 분리판 이송 유닛(140)은 상부 기밀 평가 안착판(110) 및 하부 기밀 평가 안착판(120)의 사이 공간에서 X-Y-Z 좌표 방향을 따라 위치 운동할 수도 있다.
이때, 분리판 이송 유닛(140)은 분리판 이송 유닛 몸체(142)와, 상기 분리판 이송 유닛 몸체(142)의 하부에 장착되어, 금속 분리판 모듈(200)을 흡착하는 흡착판(144)과, 상기 흡착판(144)에 연결되어, 금속 분리판 모듈(200)의 위치 운동을 제어하는 이송 제어 수단(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 분리판 이송 유닛(140)은 흡착판(144)에 진공을 제공하는 진공 발생 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다.
기밀 측정용 연결판(150)은 이송 레일(130)을 따라 위치 이동하여 상부 기밀 평가 안착판(110)에 구비되는 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(112)와 각각 연결되며, 복수의 금속 분리판 모듈(200)에 기밀 측정용 반응가스를 공급하는 역할을 한다. 즉, 기밀 측정용 연결판(150)은 상부 기밀 평가 안착판(110)과 이격된 일 측 또는 양측에 배치된 상태에서 금속 분리판 모듈(200)에 대한 기밀 평가를 수행할 시, 이송 레일(130)에 의해 상부 기밀 평가 안착판(110)의 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(112)와 대응되는 위치로 각각 이송되게 된다.
복수의 기밀 측정용 연결판(150) 각각은 연결판 몸체(152)와, 상기 연결판 몸체(152)의 상단에 배치되며, 연결판 몸체(152)를 이송 레일(130)에 고정시키는 체결 부재(154)와, 상기 연결판 몸체(152)를 관통하도록 형성되어, 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(112)와 대응되는 직경을 갖는 가스 연결 투입구(156)를 포함할 수 있다. 일 예로, 기밀 측정용 연결판(150)의 가스 연결 투입구(156)는 연결판 몸체(152)의 내부 중앙을 수직한 방향으로 관통하도록 형성될 수 있다.
이때, 복수의 기밀 측정용 연결판(150) 각각은 상부 기밀 평가 안착판(110)과 하부 기밀 평가 안착판(120)의 이격 거리의 절반 이상의 길이를 갖도록 설계하되, 상부 기밀 평가 안착판(110)과 하부 기밀 평가 안착판(120)의 이격 거리보다는 작은 길이를 갖도록 설계하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 기밀 측정용 연결판(150)의 길이가 상부 및 하부 기밀 평가 안착판(110, 120)의 이격 거리의 절반 이하의 길이로 형성될 경우, 복수의 기밀 측정용 연결판(150)과 하부 기밀 평가 안착판(120) 간의 이격 거리가 상대적으로 길어지는 데 기인하여 상부 기밀 평가 안착판(110)을 하강하는 시간이 길어져 공정 효율이 저하될 우려가 있기 때문이다.
따라서, 전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치는 복수의 연료전지용 금속 분리판에 대한 기밀 테스트를 동시에 수행할 수 있는 자동화 시스템을 구현하는 것을 통해, 연료전지용 금속 분리판에 대한 검사 시간의 단축에 따른 생산 수율의 향상 효과를 도모할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법을 순차적으로 나타낸 공정 모식도이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 분리판 이송 유닛(140)을 이용하여 하부 기밀 평가 안착판(120)의 상부로 복수의 금속 분리판 모듈(200)을 차례로 이송한다.
이때, 금속 분리판 모듈(200)은 분리판 이송 유닛(140)에 의하여 순차적으로 하부 기밀 평가 안착판(120)의 분리판 안착 영역(도 1의 S)에 안착될 수 있다.
도면으로 자세히 나타내지는 않았지만, 금속 분리판 모듈(200)은 적어도 1장의 금속 분리판 또는 2장 이상이 스택된 금속 분리판(미도시)과, 상기 2장 이상이 스택된 금속 분리판들 사이에 개재되는 막-전극 집합체(MEA, 미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 금속 분리판 모듈(200)은 스택된 금속 분리판들 사이에 개재되는 가스 확산층(GDL, 미도시)을 더 포함할 수도 있다.
상기 금속 분리판들 각각은 금속 분리판 본체 및 가스켓를 포함할 수 있다. 금속 분리판 본체는 채널부와 매니폴드부를 구비할 수 있다. 가스켓은 금속 분리판 본체의 채널부와 매니폴드부의 경계 영역을 따라 형성될 수 있다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 이송 레일(130)을 가동시켜, 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(112)와 각각 대응되는 위치로 복수의 기밀 측정용 연결판(150)을 차례로 이송한다.
이때, 복수의 기밀 측정용 연결판(150)은 이송 레일(130)에 의하여 각각의 가스 연결 투입구(156)가 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(112)와 상호 대응되는 위치로 이송되게 된다. 이 결과, 상부 기밀 평가 안착판(110)의 기밀 측정용 가스 투입구(112)와 기밀 측정용 연결판(150)의 가스 연결 투입구(156)는 상호 연결된다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 복수의 기밀 측정용 연결판(150)은 위치 감지 센서(미도시)에 의해 정밀한 위치 제어가 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 기밀 평가 안착판(110)을 하강시켜, 복수의 금속 분리판 모듈(200)에 복수의 기밀 측정용 연결판(150)을 부착한다. 이를 통해, 복수의 금속 분리판 모듈(200)은 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(112) 및 가스 연결 투입구(156)와 상호 대응되도록 위치 정렬이 이루어질 수 있다.
다음으로, 복수의 기밀 측정용 투입구(112)로 기밀 측정용 반응가스를 투입하여 금속 분리판 모듈(200)에 대한 기밀성을 테스트한다. 이때, 기밀 테스트 평가시, 상부 기밀 평가 안착판(110)의 기밀 측정용 가스 투입구(112)에 반응가스를 투입하게 되면, 기밀 측정용 가스 투입구(112)와 연결되는 기밀 연결 투입구(156)를 경유하여 복수의 금속 분리판 모듈(200)로 반응가스의 확산이 이루어지게 된다. 이를 통해, 복수의 금속 분리판 모듈(200)에 대한 기밀성을 정확하면서도 효율적으로 측정하는 것이 가능해질 수 있다.
전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법은 분리판 이송 유닛을 이용하여 하부 기밀 평가 안착판의 상부로 복수의 금속 분리판 모듈을 이송시킨 후, 이송 레일을 이용하여 복수의 기밀 측정용 연결판을 상부 기밀 평가 안착판의 기밀 측정용 가스 투입구와 대응되는 위치로 차례로 이송시킨 상태에서 기밀 측정용 반응가스를 기밀 측정용 가스 투입구로 주입함으로써, 복수의 연료전지 금속 분리판에 대한 기밀 테스트를 동시에 수행할 수 있게 된다. 이를 통해, 복수의 연료전지용 금속 분리판에 대한 기밀 테스트를 동시에 수행할 수 있는 자동화 시스템의 구현으로, 연료전지용 금속 분리판에 대한 검사 시간의 단축에 따른 생산 수율의 향상 효과를 도모할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치를 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 이때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치는 도 1 및 도 2를 참조하여 도시하고 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치와 실질적으로 동일한바, 중복된 설명은 생략하고 차이점 위주로 설명하도록 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치(300)는 상부 기밀 평가 안착판(310), 하부 기밀 평가 안착판(320), 이송 레일(330), 분리판 이송 유닛(340) 및 기밀 측정용 연결판(350)을 포함한다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치(300)는 고정 지지대(360) 및 승강 제어 유닛(370)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 상부 기밀 평가 안착판(310), 하부 기밀 평가 안착판(320), 이송 레일(330) 및 분리판 이송 유닛(340)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상부 기밀 평가 안착판(도 1의 110), 하부 기밀 평가 안착판(도 1의 120), 이송 레일(도 1의 130) 및 분리판 이송 유닛(도 1의 140)과 실질적으로 동일할 수 있다.
다만, 본 발명의 제2 실시예에 따른 상부 기밀 평가 안착판(310)은 제1 실시예에 따른 상부 기밀 평가 안착판과 다르게, 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(도 1의 112)를 구비하지 않는다.
이때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치(300)는 복수의 기밀 측정용 연결판(350)이 제1 실시예에 따른 멀티 기밀 테스트 장치의 기밀 측정용 연결판(도 1의 150)과 상이한 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복수의 기밀 측정용 연결판(350)은 이송 레일(330)을 따라 복수의 금속 분리판 안착 영역(S)에 대응되는 위치로 각각 이동하며, 각각 복수의 금속 분리판 모듈(400)에 기밀 측정용 반응가스를 공급하기 위한 기밀 측정용 가스 투입구(356)를 구비한다.
이때, 복수의 기밀 측정용 연결판(350) 각각은 연결판 몸체(352)와, 상기 연결판 몸체(352)의 상단에 배치되며, 연결판 몸체(352)를 이송 레일(330)에 고정시키는 체결 부재(354)와, 상기 연결판 몸체(352)의 내부를 관통하도록 형성되는 상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(356)를 포함할 수 있다.
특히, 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(356) 각각은 일단이 연결판 몸체(352)의 하면에 배치되고, 일단에 반대되는 타단은 연결판 몸체(352)의 내부에 배치되도록, 연결판 몸체(352)의 하면으로부터 상면 방향을 따라 연결판 몸체(352)의 일부를 관통하도록 형성된 제1 기밀 측정용 가스 투입구(356a)와, 제1 기밀 측정용 가스 투입구(356a)의 타단으로부터 굴절되어, 연결판 몸체(352)의 상부 일 측면을 관통하도록 연장된 제2 기밀 측정용 가스 투입구(356b)를 포함한다. 따라서, 제1 기밀 측정용 가스 투입구(356a)의 단부는 연결판 몸체(352)의 상단 측면에 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치(300)는 복수의 기밀 측정용 연결판(350)에 각각 설계되는 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(356)로 기밀 측정용 반응가스를 직접 주입할 수 있으므로, 상부 기밀 평가 안착판(310)에 별도의 기밀 측정용 가스 투입구(미도시)를 설계할 필요가 없게 된다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 상부 및 하부 기밀 평가 안착판(310, 320)은, 도면으로 나타내지는 않았지만, 각각의 가장자리를 따라 상호 대응되는 위치에 형성되는 제1 지지용 삽입구(미도시) 및 제2 지지용 삽입구(미도시)를 더 구비할 수 있다.
여기서, 고정 지지대(360)는 제1 지지용 삽입구 및 제2 지지용 삽입구에 각각 결합되어 상부 및 하부 기밀 평가 안착판(310, 320)을 고정시키는 역할을 한다. 본 발명의 제2 실시예와 같이, 고정 지지대(360)를 설치할 경우, 기 설정된 영역에서 상부 및 하부 기밀 안착판(310, 320)의 승강 운동이 제어될 수 있으므로, 금속 분리판 모듈(400)에 대한 기밀 테스트시, 금속 분리판 모듈(400)의 안착 정밀도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
승강 제어 유닛(370)은 상부 기밀 평가 안착판(310)의 승강을 제어하는 역할을 한다. 이러한 승강 제어 유닛(370)은 일 예로 로봇이 이용될 수 있으나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치(300)는 기밀 측정용 보조 연결판(380)을 더 포함할 수 있다. 이러한 기밀 측정용 보조 연결판(380)은 금속 분리판의 크기에 따라 가변적으로 기밀 측정용 연결판(350)의 하단에 탈부착되는 형태로 사용된다. 즉, 기밀 측정용 보조 연결판(350)은 금속 분리판의 크기에 맞게 맞춤 제작된다.
이때, 기밀 측정용 보조 연결판(380)에는 제3 기밀 측정용 가스 투입구(386)가 구비되어 있을 수 있으며, 이러한 제3 기밀 측정용 가스 투입구(386)의 수는 금속 분리판의 크기에 따라 가변적으로 설계 변경될 수 있다. 이때, 제3 기밀 측정용 가스 투입구(368)는 이의 일단이 제1 및 제2 기밀 측정용 가스 투입구(356a, 356b)와 연결되고, 타단은 금속 분리판의 크기에 맞게 재배열된다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 일 예로 제3 기밀 측정용 가스 투입구(368)는, 단면 상으로 볼 때, 'ㄱ' 자 형상을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 금속 분리판의 크기가 변경될 시, 특히 금속 분리판의 크기가 작아질 경우, 기밀 측정용 연결판(350)의 연결판 몸체(352)를 교체하는 것이 아니라, 연결판 몸체(352)는 그대로 둔 상태에서 기밀 측정용 보조 연결판(380)만을 교체하는 방식으로 탈부착이 이루어지게 된다.
전술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치는 동시에 여러장의 금속 분리판에 대한 기밀 테스트를 수행할 수 있는 자동화 시스템을 구현함으로써, 연료전지용 금속 분리판에 대한 검사 시간의 단축에 따른 생산 수율의 향상 효과를 도모할 수 있음과 더불어, 상부 및 하부 기밀 평가 안착판을 고정 지지대로 고정시킴으로써, 금속 분리판의 기밀 테스트시 안착 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 분리판 이송 유닛(340)을 이용하여 하부 기밀 평가 안착판(320)의 복수의 분리판 안착 영역(S) 각각에 복수의 금속 분리판 모듈(400)을 차례로 안착한다. 이때, 금속 분리판 모듈(400)은 분리판 이송 유닛(340)에 의하여 순차적으로 하부 기밀 평가 안착판(320)의 분리판 안착 영역(S)에 안착될 수 있다.
다음으로, 이송 레일(330)을 가동시켜, 복수의 분리판 안착 영역(S)과 대응되는 위치로 복수의 기밀 측정용 연결판(350)을 차례로 이송한다. 이때, 복수의 기밀 측정용 연결판(350)은 이송 레일(330)에 의하여 각각의 기밀 측정용 가스 투입구(356)가 복수의 분리판 안착 영역(S)과 상호 대응되는 위치로 이송되게 된다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 복수의 기밀 측정용 연결판(150)은 위치 감지 센서(미도시)에 의해 정밀한 위치 제어가 이루어질 수 있다.
다음으로, 상부 기밀 평가 안착판(310)을 하강시켜, 복수의 금속 분리판 모듈(400)에 복수의 기밀 측정용 연결판(3540)을 부착한다. 이 결과, 복수의 금속 분리판 모듈(400)은 복수의 기밀 측정용 연결판(350)의 기밀 측정용 가스 투입구(356)와 상호 위치 정렬이 각각 이루어질 수 있다.
다음으로, 복수의 기밀 측정용 가스 투입구(356)로 기밀 측정용 반응가스를 투입하여 복수의 금속 분리판 모듈(400)에 대한 기밀성을 테스트한다. 이때, 본 발명의 제2 실시예의 경우, 기밀 측정용 연결판(350)의 기밀 측정용 가스 투입구(356)에 반응가스를 직접 투입하는 것만으로 복수의 금속 분리판 모듈(400)에 대하여 반응가스를 확산시키는 것이 가능해질 수 있다. 이를 통해, 복수의 금속 분리판 모듈(400)에 대한 기밀성을 정확하면서도 효율적으로 측정하는 것이 가능해질 수 있다.
전술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법은 분리판 이송 유닛을 이용하여 하부 기밀 평가 안착판의 상부로 복수의 금속 분리판 모듈을 이송시킨 후, 이송 레일을 이용하여 복수의 기밀 측정용 연결판을 복수의 금속 분리판 모듈과 대응되는 위치로 차례로 이송시킨 상태에서 기밀 측정용 반응가스를 기밀 측정용 연결판의 기밀 측정용 가스 투입구에 직접 주입함으로써, 복수의 연료전지 금속 분리판에 대한 기밀 테스트를 동시에 수행할 수 있게 된다. 이를 통해, 복수의 연료전지용 금속 분리판에 대한 기밀 테스트를 동시에 수행할 수 있는 자동화 시스템의 구현이 가능하므로, 연료전지용 금속 분리판에 대한 검사 시간의 단축에 따른 생산 수율의 향상 효과를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법은 상부 및 하부 기밀 평가 안착판을 고정 지지대로 고정시킴으로써, 금속 분리판의 기밀 테스트시 안착 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 멀티 기밀 테스트 장치 110 : 상부 기밀 평가 안착판
112 : 기밀 측정용 가스 투입구 120 : 하부 기밀 평가 안착판
130 : 이송 레일 140 : 분리판 이송 유닛
142 : 분리판 이송 유닛 몸체 144 : 흡착판
150 : 기밀 측정용 연결판 152 : 연결판 몸체
154 : 체결 부재 156 : 가스 연결 투입구
200 : 금속 분리판 모듈 S : 분리판 안착 영역

Claims (21)

  1. 복수의 기밀 측정용 가스 투입구를 구비하는 상부 기밀 평가 안착판;
    상기 상부 기밀 평가 안착판의 하부에 대향하도록 이격 배치되며, 복수의 분리판 안착 영역을 구비하는 하부 기밀 평가 안착판;
    상기 상부 기밀 평가 안착판의 하부에 고정되도록 장착되는 이송 레일;
    상기 복수의 분리판 안착 영역으로 복수의 금속 분리판 모듈을 차례로 각각 이송하는 분리판 이송 유닛; 및
    상기 이송 레일을 따라 위치 이동하여 상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구와 각각 연결되며, 상기 복수의 금속 분리판 모듈에 기밀 측정용 가스를 공급하는 복수의 기밀 측정용 연결판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리판 이송 유닛은
    상기 상부 기밀 평가 안착판 및 하부 기밀 평가 안착판의 사이 공간에서 X-Y 좌표 방향을 따라 위치 운동하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분리판 이송 유닛은
    상기 상부 기밀 평가 안착판 및 하부 기밀 평가 안착판의 사이 공간에서 X-Y-Z 좌표 방향을 따라 위치 운동하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분리판 이송 유닛은
    분리판 이송 유닛 몸체와,
    상기 분리판 이송 유닛 몸체의 하부에 장착되어, 상기 금속 분리판 모듈을 흡착하는 흡착판과,
    상기 흡착판에 연결되어, 상기 금속 분리판 모듈의 위치 운동을 제어하는 이송 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분리판 이송 유닛은
    상기 흡착판에 진공을 제공하는 진공 발생 수단을 더 포함하는 것 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 기밀 측정용 연결판 각각은
    연결판 몸체와,
    상기 연결판 몸체의 상단에 배치되며, 상기 연결판 몸체를 상기 이송 레일에 고정시키는 체결 부재와,
    상기 연결판 몸체의 내부를 관통하도록 형성되어, 상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구와 대응되는 직경을 갖는 가스 연결 투입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 기밀 측정용 연결판 각각은
    상기 상부 기밀 평가 안착판과 하부 기밀 평가 안착판의 이격 거리의 절반 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 멀티 기밀 테스트 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 기밀 테스트 장치는
    상기 이송 레일을 따라 이동하는 상기 기밀 측정용 연결판의 위치를 감지하는 위치 감지 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속 분리판 모듈은
    1장의 금속 분리판을 포함하거나, 또는 2장 이상이 스택된 금속 분리판과, 상기 2장 이상이 스택된 금속 분리판들 사이에 개재되는 막-전극 집합체(MEA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 장치를 이용한 멀티 기밀 테스트 방법에 있어서,
    (a) 상기 분리판 이송 유닛을 이용하여 상기 하부 기밀 평가 안착판의 상부로 복수의 금속 분리판 모듈을 차례로 이송하는 단계;
    (b) 상기 이송 레일을 가동시켜, 상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구와 각각 대응되는 위치로 상기 복수의 기밀 측정용 연결판을 차례로 이송하는 단계;
    (c) 상기 상부 기밀 평가 안착판을 하강시켜, 상기 복수의 금속 분리판 모듈에 상기 복수의 기밀 측정용 연결판을 부착하는 단계; 및
    (d) 상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구로 기밀 측정용 반응가스를 투입하여 상기 금속 분리판 모듈에 대한 기밀성을 테스트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 복수의 기밀 측정용 연결판은
    상기 복수의 기밀 측정용 연결판의 기밀 연결 투입구가 상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구와 상호 연결되는 위치로 이송하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법.
  12. 상부 기밀 평가 안착판;
    상기 상부 기밀 평가 안착판의 하부에 대향하도록 이격 배치되며, 복수의 분리판 안착 영역을 구비하는 하부 기밀 평가 안착판;
    상기 상부 기밀 평가 안착판의 하부에 고정되도록 장착되는 이송 레일;
    상기 복수의 분리판 안착 영역으로 복수의 금속 분리판 모듈을 각각 이송하는 분리판 이송 유닛; 및
    상기 이송 레일을 따라 상기 복수의 분리판 안착 영역에 대응되는 위치로 각각 이동하며, 각각 상기 복수의 금속 분리판 모듈에 기밀 측정용 반응가스를 공급하기 위한 기밀 측정용 가스 투입구를 구비하는 복수의 기밀 측정용 연결판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 기밀 측정용 연결판 각각은
    연결판 몸체와,
    상기 연결판 몸체의 상단에 배치되며, 상기 연결판 몸체를 상기 이송 레일에 고정시키는 체결 부재와,
    상기 연결판 몸체의 내부를 관통하도록 형성되는 상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 기밀 측정용 가스 투입구 각각은
    일단은 연결판 몸체의 하면에 배치되고, 상기 일단에 반대되는 타단은 상기 연결판 몸체의 내부에 배치되도록, 상기 연결판 몸체의 하면으로부터 상면 방향을 따라 연결판 몸체의 일부를 관통하도록 형성된 제1 기밀 측정용 가스 투입구와,
    상기 제1 기밀 측정용 가스 투입구의 타단으로부터 굴절되어, 상기 연결판 몸체의 상부 일 측면을 관통하도록 연장된 제2 기밀 측정용 가스 투입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 멀티 기밀 테스트 장치는
    상기 금속 분리판의 크기에 맞게 가변적으로 상기 기밀 측정용 연결판의 하단에 탈부착되는 기밀 측정용 보조 연결판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 기밀 평가 안착판은
    각각의 가장자리를 따라 상호 대응되는 위치에 형성되는 제1 지지용 삽입구 및 제2 지지용 삽입구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 멀티 기밀 테스트 장치는
    상기 제1 및 제2 지지용 삽입구에 각각 결합되어 상기 상부 및 하부 기밀 평가 안착판을 고정시키는 고정 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 멀티 기밀 테스트 장치는
    상기 상부 기밀 평가 안착판의 승강 운동을 제어하는 승강 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 멀티 기밀 테스트 장치는
    상기 이송 레일을 따라 이동하는 상기 기밀 측정용 연결판의 위치를 감지하는 위치 감지 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 금속 분리판 모듈은
    1장의 금속 분리판을 포함하거나, 또는 2장 이상이 스택된 금속 분리판과, 상기 스택된 금속 분리판들 사이에 개재되는 막-전극 집합체(MEA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 장치.
  21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 장치를 이용한 멀티 기밀 테스트 방법에 있어서,
    (a) 상기 분리판 이송 유닛을 이용하여 상기 하부 기밀 평가 안착판의 복수의 분리판 안착 영역 각각에 복수의 금속 분리판 모듈을 차례로 안착하는 단계;
    (b) 상기 이송 레일을 가동시켜, 상기 복수의 분리판 안착 영역과 대응되는 위치로 상기 복수의 기밀 측정용 연결판을 차례로 이송하는 단계;
    (c) 상기 상부 기밀 평가 안착판을 하강시켜, 상기 복수의 금속 분리판 모듈에 상기 복수의 기밀 측정용 연결판을 부착하는 단계; 및
    (d) 상기 복수의 기밀 측정용 안착판의 복수의 기밀 측정용 가스 투입구로 기밀 측정용 반응가스를 투입하여 상기 금속 분리판 모듈에 대한 기밀성을 테스트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 금속 분리판의 멀티 기밀 테스트 방법.
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