KR101619269B1 - 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치 - Google Patents

Abstract

연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치가 개시된다. 개시된 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치는 ⅰ)베이스 플레이트의 상면에 고정되게 설치되는 고정체와, ⅱ)고정체에 대응하여 베이스 플레이트의 상면에 가이드 레일을 따라 직선 왕복 이동 가능하게 설치되는 이동체와, ⅲ)고정체와 이동체 사이에 설치되며, 이동체에 의해 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 서로 일정 간격을 유지하거나 막-전극 어셈블리를 가압하는 다수 개의 분리판들과, ⅳ)분리판들의 양 측면에 각각 링크 결합되며, 고정체와 이동체에 연결되게 설치되는 연결 링크를 포함할 수 있다.

Description

연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치 {ACTIVATION APPARATUS OF MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL}

본 발명의 실시예는 연료전지의 활성화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 및 성능 평가를 위한 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지(Fuel Cell)는 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응을 일으키는 전극과, 그 반응에 의해 발생된 수소 이온을 전달하는 고분자 전해질막과, 상기한 전극과 고분자 전해질막을 지지하는 세퍼레이터(당 업계에서는 통상적으로 "분리판" 이라고도 한다)로 구성된다.

현재 자동차용 연료전지로 가장 각광받고 있는 것은 고분자 전해질 연료전지이다. 고분자 전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고, 전류밀도 및 출력 밀도가 크며, 시동시간이 짧은 동시에 고분자 전해질을 사용하기 때문에 부식 및 전해질 조절이 필요 없다는 장점을 가지고 있다.

또한, 고분자 전해질 연료전지는 배기가스로 순수 물만을 배출하는 친환경적인 동력원이기 때문에, 현재 전 세계 자동차 업계에서 활발한 연구가 진행 중에 있다.

이와 같은 고분자 전해질 연료전지는 수소를 포함하는 연료와 공기와 같은 산화제의 전기 화학적인 반응을 통해 물과 열을 발생시키면서 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.

즉, 고분자 전해질 연료전지는 공급된 연료가 애노드 전극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소 이온이 고분자 전해질막을 통해 캐소드 전극으로 넘어가게 되며, 이때 공급된 산화제와 외부 도선을 타고 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기 에너지를 발생시킨다.

실제 자동차용 연료전지에서는 높은 전위를 얻기 위해 개별 단위 전지를 필요한 전위만큼 적층 하는데, 이렇게 단위 전지를 적층한 것을 스택(Stack)이라고 한다.

한편, 연료전지의 전극은 수소이온 전달체와 촉매를 혼합하여 이루어지는데, 연료전지 제작 후의 초기 운전 시 전기 화학적인 반응의 활성도가 떨어질 수 있다.

이는 반응물의 이동 통로가 막혀 촉매까지 도달할 수 없기 때문이고, 삼상 계면을 이루고 있는 수소이온 전달체가 운전 초기에 쉽게 가수화가 되지 않기 때문이며, 수소이온 및 전자의 연속적인 이동성 확보가 어렵기 때문이다.

이 때문에 전극과 고분자 전해질막을 포함하는 막-전극 어셈블리 및 세퍼레이터로 구성되는 연료전지들의 전기 발생 집합체인 스택을 조립한 후, 연료전지들의 성능을 최대한 확보하기 위해서는 그 연료전지들의 활성화(Activation) 및 성능 평가 절차가 필요하다.

상기한 활성화 및 성능 평가의 목적은 막-전극 어셈블리 및 스택의 제조 과정에서 유입된 잔류 불순물을 제거하고, 반응에 참여하지 못하는 사이트를 활성화하며, 반응물이 촉매까지 이동할 수 있는 이동통로를 확보함과 아울러, 고분자 전해질막과 전극 내에 포함된 전해질을 충분히 가수화시켜 수소이온 통로를 확보하기 위해서이다.

이와 같은 연료전지의 활성화는 연료전지 제작 업체마다 여러 가지 다른 방법으로 수행하고 있지만, 주된 활성화 방법은 일정 전압 하에서 장시간 운전하는 방식이다.

이를 위한 종래 기술에 따른 연료전지의 활성화 장비는 다수 개의 연료전지들을 적층한 스택을 제작한 후에 그 연료전지들로 연료와 산화제를 공급하고, 연료전지들 발생하는 전기 에너지를 전자 부하에 인가함으로써 연료전지들의 활성화 공정이 이루어진다.

그런데, 이와 같은 연료전지의 활성화 및 성능 평가 공정은 스택을 조립한 후에 이루어지기 때문에, 스택의 연료전지들 중 임의의 연료전지에서 불량이 발생한 경우, 스택을 분해하여 불량한 연료전지를 교체 및 제거하고 연료전지들을 다시 조립해야 하는 번거로움이 있고, 활성화 및 성능 평가 시간이 많이 소요될 수 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 연료전지들을 스택으로 조립하기 전에 막-전극 어셈블리를 활성화시킬 수 있도록 한 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치는, ⅰ)프레임과, ⅱ)상기 프레임 상의 베이스 플레이트에 직선 이동 가능하게 설치되며, 그 이동 방향에 따라 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 서로 일정 간격을 유지하거나 상기 막-전극 어셈블리를 가압하는 다수 개의 분리판들과, ⅲ)상기 프레임 및 베이스 플레이트에 연결되게 설치되고, 상기 프레임에 대해 상기 베이스 플레이트를 상측 방향으로 틸팅시키며 상기 막-전극 어셈블리의 활성화 시 생성된 냉각수를 제거하는 틸트유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 일측은 회전축을 통해 상기 프레임의 일측에 회전 가능하게 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 틸트유닛은 상기 프레임의 다른 일측에 핸들을 통해 회전 가능하게 설치되는 레버부재와, 상기 레버부재에 일측 단부가 회전 가능하게 결합되며 다른 일측 단부가 상기 베이스 플레이트의 다른 일측에 볼 조인트를 통해 연결되는 연결 로드를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 틸트유닛은 일측 단부가 상기 베이스 플레이트에 연결되고, 다른 일측 단부가 상기 프레임에 연결되는 한 쌍의 가스 리프트를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치는, ⅰ)베이스 플레이트의 상면에 고정되게 설치되는 고정체와, ⅱ)상기 고정체에 대응하여 상기 베이스 플레이트의 상면에 가이드 레일을 따라 직선 왕복 이동 가능하게 설치되는 이동체와, ⅲ)상기 고정체와 이동체 사이에 설치되며, 상기 이동체에 의해 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 서로 일정 간격을 유지하거나 상기 막-전극 어셈블리를 가압하는 다수 개의 분리판들과, ⅳ)상기 분리판들의 양 측면에 각각 링크 결합되며, 상기 고정체와 이동체에 연결되게 설치되는 연결 링크를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치는, ⅴ)상기 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 결합되고, 상기 이동체에 연결되게 설치되며 그 이동체를 가압하는 가압유닛과, ⅵ)상기 가압유닛과 가압 스크류를 통해 결합되고, 상기 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 결합되며, 상기 가압 스크류에 의해 상기 가압유닛으로 가압력을 인가하는 서포트 블록과, ⅶ)상기 서포트 블록에 상하 방향으로 이동 가능하게 결합되고, 상기 고정체와 선택적으로 결합되는 위치 고정부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치는, 상기 분리판들과 상기 이동체 사이에 설치되는 엔드 플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치는, 상기 고정체를 통해 상기 분리판들로 연료 및 산화제를 공급하며, 미반응 연료와 산화제 그리고 냉각수를 상기 고정체를 통해 배출할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 고정체에는 상기 분리판들의 양 측부을 관통하며 이들 분리판을 가이드 하는 한 쌍의 측면 가이드가 고정되게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 고정체에는 상기 분리판들의 하부를 관통하며 이들 분리판을 가이드 하는 한 쌍의 하면 가이드가 고정되게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 분리판은 양면에 유로 패턴을 지닌 그라파이트 소재의 유로 플레이트와, 상기 유로 플레이트의 가장자리에 접합되는 스틸 소재의 서브 플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 유로 플레이트는 에폭시 접착제를 통해 상기 서브 플레이트에 접합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 분리판의 상부 양측 모서리에는 상기 측면 가이드가 끼워지는 제1 가이드 홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 분리판의 하부에는 상기 하면 가이드가 끼워지는 제2 가이드 홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 제1 가이드 홀에 끼워지며 상기 유로 플레이트와 접촉하는 상기 측면 가이드의 접촉면과, 상기 제2 가이드 홀에 끼워지며 상기 유로 플레이트와 접촉하는 상기 하면 가이드의 접촉면에는 절연 소재로서의 테프론 테이프가 접착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 연결 링크는 상기 분리판들의 양 측면에 각각 구비된 제1 연결 고리에 각각 링크 결합되고, 상기 고정체 및 이동체의 양 측면에 각각 구비된 제2 연결 고리에 링크 결합되는 다수 개의 링크 클립들을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 링크 클립들은 상기 제1 연결 고리를 통해 상기 분리판들을 짝수 매 단위로 연결하며 일렬로 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 링크 클립들은 상기 제1 연결 고리를 통해 상기 분리판들을 홀수 매 단위로 연결하고, 상기 제2 연결 고리를 통해 상기 고정체와 이동체를 연결하며 다른 일렬로 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 가압유닛은 상기 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 결합되는 프레스 블록과, 상기 프레스 블록을 관통하며 상기 이동체에 결합되는 복수 개의 가압부재들과, 상기 프레스 블록의 내부에서 상기 가압부재에 설치되며 상기 가압부재를 통해 상기 이동체에 탄성력을 발휘하는 스프링부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 서포트 블록에는 상기 가압 스크류가 관통 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 가압 스크류는 베어링을 통해 상기 프레스 블록에 회전 가능하게 설치되며, 그 프레스 블록에 스크류 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 가압 스크류의 결합단 반대 측인 자유단에는 상기 서포트 블록과 걸림이 이루어지는 스토퍼가 고정되게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 위치 고정부재는 상기 서포트 블록에 가이드 샤프트를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 승강 플레이트와, 상기 승강 플레이트에 링크 결합되며 상기 고정체에 선택적으로 결합되는 적어도 하나의 링크 바아를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 링크 바아는 상기 고정체에 구비된 결합 핀에 선택적으로 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 링크 바아의 일측 단부는 상기 승강 플레이트에 링크 핀을 통해 링크 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 링크 바아의 다른 일측 단부는 링크 홀을 통해 상기 결합 핀에 선택적으로 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 서포트 블록에는 상기 승강 플레이트를 상기 가이드 샤프트 및 링크 바아와 함께 상하 방향으로 승강시키기 위한 승강유닛이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 승강유닛은 상기 서포트 블록에 핸들을 통해 회전 가능하게 설치되는 레버부재와, 상기 레버부재에 고정되게 설치되며 상기 승강 플레이트를 들어 올리거나 내리는 승강 로드를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 캐스터를 통해 이동 가능한 프레임의 상면에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 틸트유닛을 통하여 상기 프레임에 대해 상측 방향으로 틸팅 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 있어서, 상기 고정체는 상기 틸트유닛에 의해 상기 베이스 플레이트가 상측 방향으로 틸팅된 때, 상기 막-전극 어셈블리의 활성화 시 생성된 냉각수를 배출할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 막-전극 어셈블리의 활성화 및 성능 평가 공정을 실시하며, 불량 셀을 사전에 검출한 상태에서 연료전지들을 스택으로 조립할 수 있으므로, 종래 기술에서와 같은 스택 분해 및 재 적층 공정에 따른 번거로움을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 막-전극 어셈블리의 활성화 및 성능 평가에 따른 작업 시간을 단축할 수 있으며, 연료전지 스택의 생산성을 더욱 극대화시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택의 조립 전 불량 셀의 사전 제거를 통해 종래 기술의 스택 분해 및 재 적층 공정을 제거함으로써 생산성 향상 및 불량률 감소를 기대할 수 있고, 연료전지들의 적층 전 활성화된 막-전극 어셈블리의 확보를 통해 불량 셀의 신속한 교체가 가능하다는 잇점이 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 적용되는 분리판 부위를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 적용되는 가압유닛 부위를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 적용되는 승강유닛 부위를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 활성화 장치의 변형 예를 도시한 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 적용되는 틸트유닛 부위를 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치를 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치(100)는 다수 개의 연료전지들이 적층된 스택의 성능을 확보하기 위한 것이다.

예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치(100)는 연료전지를 구성하는 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 및 성능을 평가하기 위한 것이다.

즉, 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치(100)는 각각의 연료전지로 연료와 산화제를 공급하고, 연료전지로부터 일정 전압을 전자 부하에 인가하는 방식으로 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 및 성능 평가 공정이 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치(100)에는 연료전지로 유체 배관을 연결하기 위한 유체 배관 연결부(미도시), 출력 케이블 연결부(미도시) 및 커넥터 연결부(미도시)가 설치될 수도 있다.

이 경우, 상기 유체 배관을 통해서는 연료전지들로 연료와 산화제를 공급할 수 있고, 연료전지들로부터 미반응 연료와 산화제 그리고 냉각수를 배출할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치(100)는 연료전지들을 스택으로 조립하기 전에 막-전극 어셈블리(1)를 활성화시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 및 성능 평가 공정을 실시하고, 불량 셀(단위 연료전지)을 사전에 검출한 상태에서 연료전지들을 스택으로 조립할 수 있는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치(100)를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치(100)는 기본적으로, 프레임(3), 베이스 플레이트(10), 고정체(15), 이동체(17), 분리판들(20), 연결 링크(30), 가압유닛(40), 서포트 블록(60) 그리고 위치 고정부재(70)를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 프레임(3)은 이하에서 설명될 각종 구성 요소를 지지하는 것으로서, 하나의 프레임 또는 둘 이상으로 구획된 프레임으로 구성될 수 있다.

상기 프레임(3)에는 구성 요소들을 지지하기 위한 각종 브라켓, 바아, 로드, 플레이트, 하우징, 케이스, 블록, 격벽, 리브, 레일, 칼라 등과 같은 각종 부속요소들을 포함할 수 있다.

그러나, 상기한 각종 부속요소들은 이하에서 설명될 각각의 구성 요소들을 프레임(3)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 프레임(3)으로 통칭한다.

여기서, 상기 프레임(3)은 수평 프레임 및 수직 프레임으로 구성된다. 상기 프레임(3)의 하부에는 사각 프레임의 각 모서리 부분에 캐스터(5)가 설치된다. 이에 상기 프레임(3)은 캐스터(5)에 의해 다 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 베이스 플레이트(10)는 이하에서 설명될 각종 구성 요소들을 실질적으로 지지하기 위한 것으로, 프레임(3)의 상면에 설치된다.

상기 베이스 플레이트(10)는 프레임(3)의 상면에 고정되게 설치될 있으며, 프레임(3)에 대해 한 쪽을 회전 가능하게 결합하고 그 한 쪽을 중심으로 상하 방향을 따라 회전 가능하게 설치될 수도 있다.

여기서, 상기 베이스 플레이트(10)는 본 장치(100)를 프레임(3)의 캐스터(5)를 통해 다 방향으로 자유롭게 이동시킬 수 있도록 사용자의 파지가 가능한 손잡이(11)를 구비하고 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 고정체(15)는 뒤에서 더욱 설명될 분리판들(20)을 지지하는 것으로, 베이스 플레이트(10)의 상면 일측(도면에서의 좌측 부분)에 고정되게 설치된다.

상기 고정체(15)는 블록 형태로 구비되며, 볼트 등을 통해 베이스 플레이트(10)의 상면 일측에 고정되게 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 이동체(17)는 고정체(15)에 대응하여 베이스 플레이트(10)의 상면에 직선 왕복 이동(도면에서의 좌우 방향) 가능하게 설치된다.

상기 이동체(17)는 블록 형태로 구비되며, 베이스 플레이트(10)의 상면에 구비된 적어도 하나의 가이드 레일(19)(당 업계에서는 통상적으로 "리니어 가이드" 라고도 한다)에 슬라이딩 가능하게 결합된다.

여기서, 상기 가이드 레일(19)은 베이스 플레이트(10)의 상면에 한 쌍으로 상호 평행하게 설치되며, 고정체(15) 측으로부터 베이스 플레이트(10)의 다른 일측으로 길게 배치된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 분리판들(20)은 활성화 및 성능 평가를 위한 막-전극 어셈블리(1)로 연료와 산화제를 공급하고, 막-전극 어셈블리(1)에서 미 반응한 연료 및 산화제 그리고 막-전극 어셈블리(1)에서 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 생성된 냉각수를 배출하기 위한 것이다.

참고로, 상기 분리판들(20)은 최종적으로 조립되는 연료전지 스택의 분리판과는 다른 것으로, 단지 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 및 성능 평가를 위해 별도로 제작된 것이다.

상기 분리판들(20)은 뒤에서 더욱 설명될 연결 링크(30)에 의해 상호 연결되며, 고정체(15) 및 이동체(17)와 연결되는 것으로, 그 이동체(17)와 함께 베이스 플레이트(10)의 상면에서 좌우 측으로 직선 왕복 이동될 수 있다.

여기서, 상기 분리판들(20)은 고정체(15)와 이동체(17) 사이에 설치되며, 그 이동체(17)에 의해 막-전극 어셈블리(1)를 사이에 두고 서로 일정 간격을 유지하거나 막-전극 어셈블리(1)를 가압할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 적용되는 분리판 부위를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 분리판(20)은 유로 플레이트(21)와 서브 플레이트(23)를 포함한다. 상기 유로 플레이트(21)는 그라파이트 소재로 이루어지며, 양면에 유로 패턴(25)을 형성하고 있다. 상기 유로 패턴(25)은 연료와 산화제를 유동시키고 냉각수를 유동시키는 유로 채널이다.

그리고, 상기 서브 플레이트(23)는 유로 플레이트(21)의 가장자리 부분을 지지하는 것으로, 예를 들면 백색 아연이 도금된 스틸 소재로 이루어진다.

이 경우, 상기 서브 플레이트(23)는 유로 플레이트(21)의 가장자리 부분에 일체로 접합되는 바, 예를 들면 에폭시 접착제(27)를 통해 유로 플레이트(21)의 가장자리 부분에 접합될 수 있다.

한편 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 분리판들(20)은 앞서 설명한 바와 같이 이동체(17)와 함께 베이스 플레이트(10)의 상면에서 좌우 측으로 직선 왕복 이동되는 바, 이를 위해 상기 고정체(15)에는 분리판들(20)의 양 측부을 관통하며 이들 분리판(20)을 가이드 하는 한 쌍의 측면 가이드(12)가 고정되게 설치된다.

상기 측면 가이드(12)는 사각 단면 형상의 가이드 바로서, 일측 단부는 고정체(15)의 양측면 상부에 고정되게 결합되며, 다른 일측 단부는 자유 단부로서 베이스 플레이트(10)의 다른 일측 상에 배치된다.

더 나아가, 상기 고정체(15)에는 상기 분리판들(20)의 하부를 관통하며 이들 분리판(20)을 가이드 하는 한 쌍의 하면 가이드(14)가 고정되게 설치된다.

상기 하면 가이드(14)는 사각 단면 형상의 가이드 바로서, 일측 단부는 고정체(15)의 하부 양측에 고정되게 끼워지며, 다른 일측 단부는 자유 단부로서 베이스 플레이트(10)의 다른 일측 상에 배치된다.

그리고 상기 분리판들(20)의 상부 양측 모서리(유로 플레이트와 서브 플레이트의 연결 모서리)에는 측면 가이드(12)가 끼워지는 제1 가이드 홀(22)이 형성되며, 분리판들(20)의 하부 양측(유로 플레이트와 서브 플레이트의 연결 하부)에는 하면 가이드(14)가 끼워지는 제2 가이드 홀(24)이 형성된다.

더 나아가 도 3을 참조하면, 상기 제1 가이드 홀(22)에 끼워지며 유로 플레이트(21)와 접촉하는 측면 가이드(12)의 접촉면에는 유로 플레이트(21)와 서브 플레이트(23)의 절연을 위해 절연 소재로서의 테프론 테이프(18)가 부착된다.

그리고, 상기 제2 가이드 홀(24)에 끼워지며 유로 플레이트(21)와 접촉하는 하면 가이드(14)의 접촉면 또한 유로 플레이트(21)와 서브 플레이트(23)의 절연을 위해 절연 소재로서의 테프론 테이프(18)가 부착된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 연결 링크(30)는 분리판들(20) 각각과 고정체(15) 및 이동체(17)를 상호 연결하기 위한 것으로, 분리판들(20)의 양 측면에 각각 링크 결합되며, 고정체(15)와 이동체(17)에 연결되게 설치된다.

여기서, 상기 연결 링크(30)는 이동체(17)에 의해 분리판들(20)이 측면 가이드(12) 및 하면 가이드(14)를 통해 베이스 플레이트(10)의 다른 일측 방향으로 이동할 때, 그 분리판들(20)의 간격을 일정하게 유지시켜 주는 스토퍼로서의 기능을 하게 된다.

그리고, 상기 연결 링크(30)는 이동체(17)에 의해 분리판들(20)이 측면 가이드(12) 및 하면 가이드(14)를 통해 베이스 플레이트(10)의 일측 방향(고정체 측)으로 이동할 때, 가압되는 분리판들(20)을 지지하는 기능도 하게 된다.

이러한 연결 링크(30)는 분리판들(20)의 양 측면에 각각 링크 결합되고, 고정체(15) 및 이동체(17)의 양 측면에 각각 링크 결합되는 다수 개의 링크 클립들(31)을 포함한다.

상기 링크 클립들(31)은 예를 들면 통상적인 사무용 클립 형태로 구비되며, 분리판들(20)의 양 측면에 각각 구비된 제1 연결 고리(26)에 양 단부가 각각 링크 결합되고, 고정체(15) 및 이동체(17)의 양 측면에 각각 구비된 제2 연결 고리(16)에 링크 결합될 수 있다.

이 경우, 상기 링크 클립들(31)은 제1 연결 고리(26)를 통해 분리판들(20)을 짝수 매 단위로 연결하며 일렬로 배치되고, 제1 연결 고리(26)를 통해 분리판들(20)을 홀수 매 단위로 연결하고 제2 연결 고리(16)를 통해 고정체(15)와 이동체(17)를 연결하며 다른 일렬로 배치될 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 고정체(15)와 이동체(17) 사이에서 그 이동체(17)에는 분리판들(20)을 지지하며 연료와 산화제 그리고 냉각수의 유동을 구현하기 위한 엔드 플레이트(28)가 설치된다. 상기한 엔드 플레이트(28)는 이동체(17)에 일체로 결합될 수 있다.

이와 같이 상기 고정체(15)와 이동체(17) 사이에서 그 이동체(17)에 엔드 플레이트(28)를 설치함에 따라, 고정체(15)를 통해 분리판들(20)로 연료 및 산화제를 공급하며, 미반응 연료와 산화제 그리고 냉각수를 고정체(15)를 통해 배출할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 가압유닛(40)은 이동체(17)를 가압하는 것으로, 실질적으로는 이동체(17)와 고정체(15) 사이의 분리판들(20)을 가압하며 이들 분리판(20) 사이의 막-전극 어셈블리(1)를 분리판들(20)에 밀착시키기 위한 것이다.

상기 가압유닛(40)은 위에서 언급한 바 있는 베이스 플레이트(10) 상의 가이드 레일(19)에 슬라이딩 가능하게 결합되며, 이동체(17)에 연결되게 설치된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 적용되는 가압유닛 부위를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 가압유닛(40)은 프레스 블록(41), 가압부재들(43) 및 스프링부재(45)를 포함한다.

상기 프레스 블록(41)은 베이스 플레이트(10) 상의 가이드 레일(19)에 슬라이딩 가능하게 결합된다. 상기 가압부재들(43)은 프레스 블록(41)을 관통하며 이동체(17)에 결합된다.

상기 가압부재들(43)은 한 쪽 끝단에 나사산이 형성되어 있고, 다른 한 쪽 끝단에 헤드가 형성되어 있는 볼트 형태로 구비된다. 이러한 가압부재들(43)은 프레스 블록(41)을 관통하며 헤드를 통해 그 프레스 블록(41)을 지지한 상태로 나사산을 통해 이동체(17)에 결합될 수 있다.

그리고, 상기 스프링부재(45)는 가압부재들(43)을 통해 소정의 탄성력을 이동체(17)에 발휘하는 것으로, 프레스 블록(41)의 내부에서 가압부재들(43)에 설치된다.

예를 들면, 상기 스프링부재(45)는 압축 코일 스프링으로 구비되며, 프레스 블록(41)의 내부에서 가압부재들(43)에 끼워진다. 이 때 상기 스프링부재(45)의 일측 단부는 프레스 블록(41)의 내부에서 내측 걸림단에 지지되며, 다른 일측 단부는 가압부재들(43)에 구비된 이탈방지 링(47)에 지지된다.

즉, 상기 스프링부재(45)는 프레스 블록(41)에 소정의 가압력이 인가되면, 그 프레스 블록(41)의 가압력에 의해 이동체(17) 측으로 이동되는 때, 내측 걸림단과 이탈방지 링(47) 사이에서 프레스 블록(41)에 의해 압축되며 이동체(17)에 탄성력을 발휘할 수 있다.

도 1 및 도 2와 함께 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 서포트 블록(60)은 가압유닛(40)의 프레스 블록(41)을 지지함과 아울러 뒤에서 더욱 설명될 위치 고정부재(70)를 지지하며, 가압유닛(40)으로 가압력을 인가하기 위한 것이다.

상기 서포트 블록(60)은 베이스 플레이트(10) 상의 가이드 레일(19)에 슬라이딩 가능하게 결합되며, 가압유닛(40)의 프레스 블록(41)과 가압 스크류(61)를 통해 결합된다. 즉, 상기 서포트 블록(60)은 가압 스크류(61)에 의해 가압유닛(40)의 프레스 블록(41)으로 가압력을 인가할 수 있다.

여기서, 상기 서포트 블록(60)에는 가압 스크류(61)가 관통되게 설치되는 바, 그 가압 스크류(61)는 원통형 가이더(63)를 통해 서포트 블록(60)에 관통 가능하게 설치되며, 베어링(65)을 통해 프레스 블록(41)에 회전 가능하게 장착되고, 그 프레스 블록(41)에 스크류 결합된다.

그리고, 상기 가압 스크류(61)의 결합단 반대 측인 자유단에는 서포트 블록(60)과 걸림이 이루어지는 스토퍼(67)가 고정되게 설치된다.

따라서, 상기 가압 스크류(61)가 회전하게 되면, 서포트 블록(60)은 가압 스크류(61)에 의해 프레스 블록(41)으로 가압력을 인가하고, 그 프레스 블록(41)은 가이드 레일(19)을 따라 이동체(17) 측으로 이동하며 이동체(17)를 가압할 수 있다. 그리고 상기 스토퍼(67)는 서포트 블록(60)과 걸림이 이루어지며, 가압 스크류(61)의 회전을 저지할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 위치 고정부재(70)는 고정체(15)에 대하여 서포트 블록(60)의 위치를 고정하기 위한 것이다. 상기 위치 고정부재(70)는 서포트 블록(60)에 상하 방향으로 이동 가능하게 결합되고, 고정체(15)와 선택적으로 결합될 수 있다.

이러한 위치 고정부재(70)는 승강 플레이트(71)와 링크 바아(73)를 포함한다. 상기 승강 플레이트(71)는 서포트 블록(60)에 가이드 샤프트(75)를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다.

상기 가이드 샤프트(75)는 한 쌍으로서 서포트 블록(60)의 양측에 상하 방향으로 이동 가능하게 끼워지며, 승강 플레이트(71)는 이들 가이드 샤프트(75)의 상단부에 고정되게 설치된다. 즉 상기 승강 플레이트(71)는 가이드 샤프트(75)와 함께 상하 방향으로 이동될 수 있다.

상기 링크 바아(73)는 승강 플레이트(71)에 링크 결합되며, 고정체(15)에 선택적으로 결합된다. 상기 링크 바아(73)는 한 쌍으로서 승강 플레이트(71)에 링크 결합되며, 고정체(15)에 구비된 결합 핀(77)에 선택적으로 결합될 수 있다.

여기서, 상기 링크 바아(73)의 일측 단부는 승강 플레이트(71)에 링크 핀(78)을 통해 링크 결합될 수 있고, 링크 바아(73)의 다른 일측 단부는 링크 홀(79)을 통해 결합 핀(77)에 선택적으로 핀 결합될 수 있다.

즉, 상기 링크 바아(73)는 승강 플레이트(71)가 가이드 샤프트(75)를 통해 상측 방향으로 이동될 때 고정체(15)의 결합 핀(77)으로부터 이탈되며, 승강 플레이트(71)가 가이드 샤프트(75)를 통해 하측 방향으로 이동될 때 고정체(15)의 결합 핀(77)에 결합될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기한 서포트 블록(60)에는 위치 고정부재(70)의 승강 플레이트(71)를 가이드 샤프트(75) 및 링크 바아(73)와 함께 상하 방향으로 승강시키기 위한 승강유닛(80)이 설치된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 적용되는 승강유닛 부위를 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예에서, 상기 승강유닛(80)은 레버부재(81)와 승강 로드(83)를 포함한다. 상기 레버부재(81)는 서포트 블록(60)에 조작 핸들(85)을 통해 회전 가능하게 설치된다. 즉, 상기 레버부재(81)는 조작 핸들(85)의 회전 중심점에 고정되게 설치되며, 조작 핸들(85)과 함께 회전 가능하게 구비된다.

그리고 상기 승강 로드(83)는 대략 "L" 형태로 꺽인 로드로서 구비되며, 레버부재(81)에 고정되게 설치된다. 상기 승강 로드(83)는 조작 핸들(85)을 일측 방향에서 다른 일측 방향으로 180도 회전시키게 되면, 레버부재(81)가 조작 핸들(85)과 함께 회전함에 따라 승강 플레이트(71)를 가이드 샤프트(75) 및 링크 바아(73)와 함께 상측 방향으로 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 승강 로드(83)는 조작 핸들(85)을 다른 일측 방향에서 일측 방향으로 180도 회전시키게 되면, 레버부재(81)가 조작 핸들(85)과 함께 회전함에 따라 승강 플레이트(71)를 가이드 샤프트(75) 및 링크 바아(73)와 함께 하측 방향으로 이동시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 활성화 장치의 변형 예를 도시한 사시도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 활성화 장치(100)의 변형 예는 프레임(3)에 대해 베이스 플레이트(10)를 상측 방향으로 틸팅시키며, 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 시 생성된 냉각수를 제거하기 위한 틸트유닛(90)을 포함할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 상기 틸트유닛(90)에 의해 베이스 플레이트(10)가 상측 방향으로 틸팅된 때, 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 시 생성된 냉각수를 고정체(15)를 통해 외부로 배출할 수 있다.

여기서, 상기 베이스 플레이트(10)는 프레임(3)의 상면에 상하 방향으로 틸팅 가능하게 설치되는 바, 그 베이스 플레이트(10)의 일측은 회전축(91)을 통해 프레임(3) 상의 일측에 회전 가능하게 결합된다.

이에 상기 베이스 플레이트(10)는 뒤에서 더욱 설명될 틸트유닛(90)을 통해 프레임(3)의 일측에 대하여 회전축(91)을 중심으로, 베이스 플레이트(10)의 다른 일측이 선회하며 상하 방향으로 틸팅될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치에 적용되는 틸트유닛 부위를 도시한 도면이다.

도 6과 함께 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 틸트유닛(90)은 프레임(3) 및 베이스 플레이트(10)에 연결되게 설치되는 바, 레버부재(93), 연결 로드(95) 및 가스 리프트(97)를 포함한다.

상기 레버부재(93)는 프레임(3)의 다른 일측에 조작 핸들(94)을 통해 회전 가능하게 설치된다. 즉, 상기 레버부재(93)는 조작 핸들(94)의 회전 중심점에 고정되게 설치되며, 조작 핸들(94)과 함께 회전 가능하게 구비된다.

상기 연결 로드(95)는 레버부재(93)에 일측 단부가 회전 가능하게 결합되며, 다른 일측 단부가 베이스 플레이트(10)의 다른 일측에 연결된다. 이 때 상기 연결 로드(95)의 다른 일측 단부는 볼 조인트(96)를 통해 베이스 플레이트(10)의 다른 일측에 연결될 수 있다.

여기서, 상기 레버부재(93)는 조작 핸들(94)을 일측 방향에서 다른 일측 방향으로 180도 회전시키게 되면, 조작 핸들(94)과 함께 회전함에 따라 연결 로드(95)를 상측 방향으로 이동시키며 베이스 플레이트(10)를 상측 방향으로 틸팅시킬 수 있다.

또한, 상기 레버부재(93)는 조작 핸들(94)을 다른 일측 방향에서 일측 방향으로 180도 회전시키게 되면, 조작 핸들(94)과 함께 회전함에 따라 연결 로드(95)를 하측 방향으로 이동시키며 베이스 플레이트(10)를 하측 방향으로 틸팅시킬 수 있다.

그리고, 상기 가스 리프트(97)는 한 쌍으로 구비되며, 틸트유닛(90)에 의한 베이스 플레이트(10)의 틸팅을 지지하는 것으로, 일측 단부가 베이스 플레이트(10)의 저면 중앙에 연결되고, 다른 일측 단부가 프레임(3)의 다른 일측에 연결된다.

상기 가스 리프트(97)는 베이스 플레이트(10)가 상측 방향으로 틸팅되는 경우, 상하 방향으로 인장되면서 그 베이스 플레이트(10)를 지지할 수 있고, 이 상태에서 베이스 플레이트(10)가 원래의 위치(하측 방향)로 틸팅되는 경우, 상하 방향으로 수축되면서 그 베이스 플레이트(10)를 지지할 수 있다.

이러한 가스 리프트(97)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 가스 리프트 장치로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치(100)의 작동을 앞서 개시한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

우선 본 발명의 실시예에서는 도 1에서와 같이, 베이스 플레이트(10)가 프레임(3) 상에 수평 방향으로 배치된 상태에서 가압유닛(40)에 의해 분리판들(20)의 가압을 해제한 상태에 있다.

이 경우, 도 1 및 도 7a에서와 같이, 틸트유닛(90)의 조작 핸들(94)은 일측 방향으로 회전되고, 틸트유닛(90)의 레버부재(93)가 일측 방향(하측 방향)으로 회전된 상태에 있다.

이에 따라 상기 틸트유닛(90)의 연결 로드(95)는 하측 방향으로 이동하며 베이스 플레이트(10)를 프레임(3) 상에 수평 방향으로 위치시킨 상태에 있으며, 틸트유닛(90)의 가스 리프트(97)는 수축된 상태로 그 베이스 플레이트(10)를 지지하고 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 도 1에서와 같이, 이동체(17)를 가압유닛(40) 및 서포트 블록(60)과 함께 베이스 플레이트(10) 상의 가이드 레일(19)을 따라 그 베이스 플레이트(10)의 일측 방향에서 다른 일측 방향으로 이동시키며 그 분리판들(20)을 일정 간격으로 이격시킨 상태에 있다.

여기서, 상기 분리판들(20)은 측면 가이드(12) 및 하면 가이드(14)를 따라 베이스 플레이트(10)의 다른 일측 방향으로 이동되며 서로 일정한 간격을 유지하고 있다.

이 경우, 상기 분리판들(20)은 연결 링크(30)의 링크 클립들(31)이 제1 연결 고리(26)를 통해 이들의 양 측면에 연결되어 있고, 제2 연결 고리(16)를 통해 고정체(15)와 이동체(17)의 양 측면에 연결되어 있기 때문에, 그 고정체(15)와 이동체(17) 사이에서 일정한 간격을 유지하고 있다.

즉, 상기 연결 링크(30)는 이동체(17)에 의해 분리판들(20)이 측면 가이드(12) 및 하면 가이드(14)를 통해 베이스 플레이트(10)의 다른 일측 방향으로 이동할 때, 그 분리판들(20)의 간격을 일정하게 유지시켜 주는 스톱 링크로서의 기능을 한다.

또한 도 1 및 도 5의 (a)에서와 같이, 승강유닛(80)의 조작 핸들(85)은 일측 방향으로 회전되고, 레버부재(81) 및 승강 로드(83) 또한 조작 핸들(85)에 의해 일측 방향(상측 방향)으로 회전된 상태에 있다.

이에 따라 위치 고정부재(70)의 승강 플레이트(71)는 승강 로드(83)에 의해 서포트 블록(60)에서 가이드 샤프트(75) 및 링크 바아(73)와 함께 상측 방향으로 이동된 상태에 있다.

이로 인해 상기 위치 고정부재(70)의 링크 바아(73)는 링크 홀(79)을 통해 고정체(15)의 결합 핀(77)으로부터 이탈되고, 링크 핀(78)을 중심으로 승강 플레이트(71) 측으로 접혀진 상태에 있다.

상기한 바와 같은 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 활성화 및 성능 평가를 위한 대상으로서 막-전극 어셈블리(1)를 분리판들(20) 사이의 이격 공간으로 투입한다.

그리고 나서, 본 발명의 실시예에서는 도 2에서와 같이, 승강유닛(80)의 조작 핸들(85)을 잡고 가압유닛(40) 및 서포트 블록(60)과 함께 이동체(17)를 가이드 레일(19)을 따라 베이스 플레이트(10)의 다른 일측 방향에서 일측 방향으로 이동시킨다.

이에, 분리판들(20)은 측면 가이드(12) 및 하면 가이드(14)를 따라 베이스 플레이트(10)의 일측 방향으로 이동하며 막-전극 어셈블리(1)를 사이에 두고 이들 사이의 간격이 좁아지며 그 막-전극 어셈블리(1)의 양면에 밀착된다.

여기서, 상기 연결 링크(30)의 링크 클립들(31)은 분리판들(20)의 제1 연결 고리(26) 및 고정체(15)와 이동체(17)의 제2 연결 고리(16)를 통해 링크 회전하며 간격이 좁혀지는 분리판들(20)을 지지하게 된다.

다음으로, 본 발명의 실시예에서는 도 2 및 도 5의 (b)에서와 같이, 승강유닛(80)의 조작 핸들(85)을 일측 방향에서 다른 일측 방향으로 180도 회전시킨다.

그러면, 승강유닛(80)의 레버부재(81) 및 승강 로드(83) 또한 다른 일측 방향(하측 방향)으로 180도 회전하게 되고, 이로 인해 위치 고정부재(70)의 승강 플레이트(71)는 가이드 샤프트(75) 및 링크 바아(73)와 함께 자중에 의해 하측 방향으로 이동하게 된다.

이에, 상기 위치 고정부재(70)의 링크 바아(73)는 링크 홀(79)을 통해 고정체(15)의 결합 핀(77)에 핀 결합되며, 승강 플레이트(71)와 함께 고정체(15)에 대하여 서포트 블록(60)의 위치를 고정하게 된다.

그 후, 본 발명의 실시예에서는 도 2 및 도 4에서와 같이, 서포트 블록(60)의 가압 스크류(61)를 일측 방향으로 회전시킨다. 그러면 상기 가압 스크류(61)는 가압유닛(40)의 프레스 블록(41)을 가이드 레일(19)을 따라 베이스 플레이트(10)의 일측 방향으로 이동시킨다.

그러면, 상기 프레스 블록(41) 내부의 스프링부재(45)는 그 프레스 블록(41)의 내부에서 가압부재들(43)에 끼워진 상태로 프레스 블록(41)의 이동에 의해 내측 걸림단과 이탈방지 링(47) 사이에서 압축되며 이동체(17)에 소정의 탄성력을 제공하게 된다.

이에 따라 상기 이동체(17)는 스프링부재(45)의 탄성력에 의해 가이드 레일(19)을 따라 베이스 플레이트(10)의 일측 방향으로 이동하며 고정체(15)와 이동체(17) 사이 분리판들(20)을 가압한다.

이로써, 상기 분리판들(20)은 막-전극 어셈블리(1)를 사이에 두고 이동체(17)에 의해 가압되며 이들 사이의 막-전극 어셈블리(1)에 강하게 밀착된다.

이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 유체 배관 연결부를 통해 유체 배관을 고정체(15)에 연결하고, 분리판(20)과 막-전극 어셈블리(1)의 단위 연료전지들에 출력 케이블 및 커넥터 등을 연결한다.

그리고 상기 유체 배관으로 연료와 산화제를 공급하게 되면, 그 연료와 산화제는 고정체(15)를 통해 분리판들(20)의 유로 플레이트(21)로 유입되고 그 유로 플레이트(21)를 통해 막-전극 어셈블리(1)로 공급된다.

그러면, 상기 분리판(20)들 사이에 막-전극 어셈블리(1)가 개재된 단위 연료전지들에서는 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시킨다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 이들 연료전지에서 발생되는 전기 에너지의 전압을 측정하며, 연료전지로부터 일정 전압을 전자 부하에 인가하는 방식으로 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 및 성능 평가 공정을 수행한다.

상기에서와 같은 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 및 성능 평가 공정을 통해 본 발명의 실시예에서는 기 설정된 전기 에너지를 출력하지 못하는 불량 셀(단위 연료전지)을 검출할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 상기한 바와 같이 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 및 성능 평가 공정이 완료된 상태에서, 도 6 및 도 7b에서와 같이 틸트유닛(90)의 조작 핸들(94)을 다른 일측 방향으로 180도 회전시킨다.

그러면, 상기 틸트유닛(90)의 레버부재(93)는 조작 핸들(94)에 의해 다른 일측 방향(상측 방향)으로 180도 회전하게 되고, 이로 인해 틸트유닛(90)의 연결 로드(95)는 상측 방향으로 이동하며 베이스 플레이트(10)를 상측 방향으로 틸팅시킨다.

여기서, 상기 베이스 플레이트(10)는 틸트유닛(90)을 통해 프레임(3)의 일측에 대하여 회전축(91)을 중심으로 그 베이스 플레이트(10)의 다른 일측이 선회하며 상측 방향으로 틸팅될 수 있다. 그리고 상기 틸트유닛(90)의 가스 리프트(97)는 상하 방향으로 인장되면서 그 베이스 플레이트(10)의 틸팅을 지지한다.

이에, 본 발명의 실시예에서는 상기 베이스 플레이트(10)를 틸트유닛(90)을 통해 상측 방향으로 틸팅시킴에 따라, 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 시 생성된 냉각수를 고정체(15)를 통해 배출할 수 있다.

다른 한편으로, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같이 냉각수를 제거한 후, 도 2 및 도 7a에서와 같이 틸트유닛(90)의 조작 핸들(94)을 다시 일측 방향으로 180도 회전시킨다.

그러면, 상기 틸트유닛(90)의 레버부재(93)는 조작 핸들(94)에 의해 일측 방향(하측 방향)으로 180도 회전하게 되고, 이로 인해 틸트유닛(90)의 연결 로드(95)는 하측 방향으로 이동하며 베이스 플레이트(10)를 하측 방향으로 틸팅시킨다.

여기서, 상기 베이스 플레이트(10)는 틸트유닛(90)을 통해 프레임(3)의 일측에 대하여 회전축(91)을 중심으로 그 베이스 플레이트(10)의 다른 일측이 선회하며 하측 방향으로 틸팅되며, 프레임(3) 상에 수평 방향으로 배치될 수 있다.

이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 도 2 및 도 4에서와 같이 서포트 블록(60)의 가압 스크류(61)를 다른 일측 방향으로 회전시킨다. 그러면 상기 가압 스크류(61)는 가압유닛(40)의 프레스 블록(41)을 가이드 레일(19)을 따라 베이스 플레이트(10)의 다른 일측 방향으로 이동시킨다.

이러는 과정에, 상기 프레스 블록(41) 내부의 스프링부재(45)는 그 프레스 블록(41)의 내부에서 가압부재들(43)에 끼워진 상태로 프레스 블록(41)의 이동에 의해 내측 걸림단과 이탈방지 링(47) 사이에서 이완되며 가압부재들(43)을 통해 이동체(17)에 작용하는 탄성력을 해제한다.

이와 같이 상기 이동체(17)에 작용하는 스프링부재(45)의 탄성력이 해제됨에 따라, 이동체(17)는 가이드 레일(19)을 통해 베이스 플레이트(10)의 다른 일측 방향으로 이동하며 고정체(15)와 이동체(17) 사이 분리판들(20)에 작용하는 가압력을 해제한다.

그리고 나서, 본 발명의 실시예에서는 도 1 및 도 5의 (a)에서와 같이, 승강유닛(80)의 조작 핸들(85)을 다른 일측 방향에서 일측 방향으로 180도 회전시킨다.

그러면, 상기 승강유닛(80)의 레버부재(81) 및 승강 로드(83) 또한 일측 방향(상측 방향)으로 180도 회전하게 되고, 이로 인해 위치 고정부재(70)의 승강 플레이트(71)는 가이드 샤프트(75) 및 링크 바아(73)와 함께 상측 방향으로 이동하게 된다.

이에, 상기 위치 고정부재(70)의 링크 바아(73)는 링크 홀(79)을 통해 고정체(15)의 결합 핀(77)으로부터 이탈되며, 승강 플레이트(71)와 함께 고정체(15)에 대한 서포트 블록(60)의 위치 고정을 해제한다.

이 후, 본 발명의 실시예에서는 도 1에서와 같이 승강유닛(80)의 조작 핸들(85)을 잡고 가압유닛(40) 및 서포트 블록(60)과 함께 이동체(17)를 가이드 레일(19)을 따라 베이스 플레이트(10)의 일측 방향에서 다른 일측 방향으로 이동시킨다.

따라서, 분리판들(20)은 측면 가이드(12) 및 하면 가이드(14)를 따라 베이스 플레이트(10)의 다른 일측 방향으로 이동하며 서로 일정한 간격을 유지하게 된다.

이 경우, 상기 분리판들(20)은 연결 링크(30)의 링크 클립들(31)이 제1 연결 고리(26)를 통해 이들의 양 측면에 연결되어 있고, 제2 연결 고리(16)를 통해 고정체(15)와 이동체(17)의 양 측면에 연결되어 있기 때문에, 그 고정체(15)와 이동체(17) 사이에서 일정한 간격을 유지하게 된다.

그런 다음, 본 발명의 실시예에서는 분리판들(20) 사이에 위치하고 있는 막-전극 어셈블리(1)를 인출하고, 위에서 언급한 바 있는 불량 셀의 막-전극 어셈블리(1)를 제거하거나 다른 것으로 교체를 한다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 활성화 및 성능 평가 공정이 완료된 양호한 막-전극 어셈블리들(1)을 스택 조립 공정으로 이동시키게 되면, 그 스택 조립 공정에서는 스택에 사용되는 분리판들과 함께 막-전극 어셈블리(1)를 적층하여 단위 연료전지들의 집합체인 연료전지 스택을 조립하게 된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 활성화 장치(100)에 의하면, 연료전지들을 스택으로 조립하기 전에 막-전극 어셈블리(1)를 활성화시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 및 성능 평가 공정을 실시하며, 불량 셀을 사전에 검출한 상태에서 연료전지들을 스택으로 조립할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술과 같이 스택을 조립한 후에 연료전지들의 활성화 및 성능 평가를 실시하고, 스택의 연료전지들 중 임의의 연료전지에서 불량이 발생한 경우, 스택을 분해하여 불량한 연료전지를 교체 및 제거하고 연료전지들을 다시 조립해야 하는 번거로움을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 막-전극 어셈블리(1)의 활성화 및 성능 평가에 따른 작업 시간을 단축할 수 있으며, 연료전지 스택의 생산성을 더욱 극대화시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택의 조립 전 불량 셀의 막-전극 어셈블리(1)의 사전 제거를 통해 종래 기술의 스택 분해 및 재 적층 공정을 제거함으로써 생산성 향상 및 불량률 감소를 기대할 수 있고, 연료전지들의 적층 전 활성화된 막-전극 어셈블리(1)의 확보를 통해 불량 셀의 신속한 교체가 가능하다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 막-전극 어셈블리 3... 프레임
5... 캐스터 10... 베이스 플레이트
11... 손잡이 12... 측면 가이드
14... 하면 가이드 15... 고정체
16... 제2 연결 고리 17... 이동체
18... 테프론 테이프 19... 가이드 레일
20... 분리판 21... 유로 플레이트
22... 제1 가이드 홀 23... 서브 플레이트
24... 제2 가이드 홀 25... 유로 패턴
26... 제1 연결 고리 27... 에폭시 접착제
28... 엔드 플레이트 30... 연결 링크
31... 링크 클립 40... 가압유닛
41... 프레스 블록 43... 가압부재
45... 스프링부재 47... 이탈방지 링
60... 서포트 블록 61... 가압 스크류
63... 가이더 65... 베어링
67... 스토퍼 70... 위치 고정부재
71... 승강 플레이트 73... 링크 바아
75... 가이드 샤프트 77... 결합 핀
78... 링크 핀 79... 링크 홀
80... 승강유닛 81, 93... 레버부재
83... 승강 로드 85, 94... 조작 핸들
90... 틸트유닛 91... 회전축
95... 연결 로드 96... 볼 조인트
97... 가스 리프트

Claims (27)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 베이스 플레이트의 상면에 고정되게 설치되는 고정체;
   상기 고정체에 대응하여 상기 베이스 플레이트의 상면에 가이드 레일을 따라 직선 왕복 이동 가능하게 설치되는 이동체;
   상기 고정체와 이동체 사이에 설치되며, 상기 이동체에 의해 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 서로 일정 간격을 유지하거나 상기 막-전극 어셈블리를 가압하는 다수 개의 분리판들; 및
   상기 분리판들의 양 측면에 각각 링크 결합되며, 상기 고정체와 이동체에 연결되게 설치되는 연결 링크;를 포함하되,
   상기 연결 링크는, 상기 분리판들의 양 측면에 각각 구비된 제1 연결 고리에 각각 링크 결합되고, 상기 고정체 및 이동체의 양 측면에 각각 구비된 제2 연결 고리에 링크 결합되는 다수 개의 링크 클립들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 결합되고, 상기 이동체에 연결되게 설치되며 그 이동체를 가압하는 가압유닛;
   상기 가압유닛과 가압 스크류를 통해 결합되고, 상기 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 결합되며, 상기 가압 스크류에 의해 상기 가압유닛으로 가압력을 인가하는 서포트 블록; 및
   상기 서포트 블록에 상하 방향으로 이동 가능하게 결합되고, 상기 고정체와 선택적으로 결합되는 위치 고정부재
   를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 분리판들과 상기 이동체 사이에 설치되는 엔드 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 고정체를 통해 상기 분리판들로 연료 및 산화제를 공급하며, 미반응 연료와 산화제 그리고 냉각수를 상기 고정체를 통해 배출하는 것을 특징으로 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
9. 제5 항에 있어서,
   상기 고정체에는,
   상기 분리판들의 양 측부을 관통하며 이들 분리판을 가이드 하는 한 쌍의 측면 가이드가 고정되게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 고정체에는,
    상기 분리판들의 하부를 관통하며 이들 분리판을 가이드 하는 한 쌍의 하면 가이드가 고정되게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
11. 제5 항에 있어서,
    상기 분리판은,
    양면에 유로 패턴을 지닌 그라파이트 소재의 유로 플레이트와,
    상기 유로 플레이트의 가장자리에 접합되는 스틸 소재의 서브 플레이트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 유로 플레이트는 에폭시 접착제를 통해 상기 서브 플레이트에 접합되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
13. 제10 항에 있어서,
    상기 분리판은 양면에 유로 패널을 지닌 그라파이트 소재의 유로 플레이트와, 상기 유로 플레이트의 가장자리에 접합되는 스틸 소재의 서브 플레이트를 포함하며,
    상기 분리판의 상부 양측 모서리에는 상기 측면 가이드가 끼워지는 제1 가이드 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 분리판의 하부에는 상기 하면 가이드가 끼워지는 제2 가이드 홀이 형성되며,
    상기 유로 플레이트는 에폭시 접착제를 통해 상기 서브 플레이트에 접합되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 가이드 홀에 끼워지며 상기 유로 플레이트와 접촉하는 상기 측면 가이드의 접촉면과, 상기 제2 가이드 홀에 끼워지며 상기 유로 플레이트와 접촉하는 상기 하면 가이드의 접촉면에는,
    절연 소재로서의 테프론 테이프가 접착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
16. 삭제
17. 제5 항에 있어서,
    상기 링크 클립들은,
    상기 제1 연결 고리를 통해 상기 분리판들을 짝수 매 단위로 연결하며 일렬로 배치되고,
    상기 제1 연결 고리를 통해 상기 분리판들을 홀수 매 단위로 연결하고, 상기 제2 연결 고리를 통해 상기 고정체와 이동체를 연결하며 다른 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
18. 제6 항에 있어서,
    상기 가압유닛은,
    상기 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 결합되는 프레스 블록과,
    상기 프레스 블록을 관통하며 상기 이동체에 결합되는 복수 개의 가압부재들과,
    상기 프레스 블록의 내부에서 상기 가압부재에 설치되며 상기 가압부재를 통해 상기 이동체에 탄성력을 발휘하는 스프링부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
19. 제18 항에 있어서,
    상기 서포트 블록에는 상기 가압 스크류가 관통 설치되고,
    상기 가압 스크류는 베어링을 통해 상기 프레스 블록에 회전 가능하게 설치되며, 그 프레스 블록에 스크류 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
20. 제19 항에 있어서,
    상기 가압 스크류의 결합단 반대 측인 자유단에는,
    상기 서포트 블록과 걸림이 이루어지는 스토퍼가 고정되게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
21. 제6 항에 있어서,
    상기 위치 고정부재는,
    상기 서포트 블록에 가이드 샤프트를 통해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 승강 플레이트와,
    상기 승강 플레이트에 링크 결합되며, 상기 고정체에 선택적으로 결합되는 적어도 하나의 링크 바아
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
22. 제21 항에 있어서,
    상기 링크 바아는 상기 고정체에 구비된 결합 핀에 선택적으로 결합되며,
    상기 링크 바아의 일측 단부는 상기 승강 플레이트에 링크 핀을 통해 링크 결합되고,
    상기 링크 바아의 다른 일측 단부는 링크 홀을 통해 상기 결합 핀에 선택적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
23. 제21 항에 있어서,
    상기 서포트 블록에는,
    상기 승강 플레이트를 상기 가이드 샤프트 및 링크 바아와 함께 상하 방향으로 승강시키기 위한 승강유닛이 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
24. 제23 항에 있어서,
    상기 승강유닛은,
    상기 서포트 블록에 핸들을 통해 회전 가능하게 설치되는 레버부재와,
    상기 레버부재에 고정되게 설치되며, 상기 승강 플레이트를 들어 올리거나 내리는 승강 로드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
25. 제5 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 캐스터를 통해 이동 가능한 프레임의 상면에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
26. 제25 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 틸트유닛을 통하여 상기 프레임에 대해 상측 방향으로 틸팅 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
27. 제26 항에 있어서,
    상기 고정체는,
    상기 틸트유닛에 의해 상기 베이스 플레이트가 상측 방향으로 틸팅된 때, 상기 막-전극 어셈블리의 활성화 시 생성된 냉각수를 배출하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 활성화 장치.
    

Images