KR101648428B1

KR101648428B1 - Heat pressing apparatus for pre-activating polymer electrolyte fuel cell

Info

Publication number: KR101648428B1
Application number: KR1020140050428A
Authority: KR
Inventors: 김종식; 김명진; 박구곤
Original assignee: 주식회사휴비스; 한국에너지기술연구원
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2016-09-01
Also published as: KR20150124090A

Abstract

본 발명은 전해질막의 상하 면에 각각 형성된 전극촉매층에 기체확산층을 적층한 후 열간압착하여 확산층 접합체를 제조함에 있어서, 열간압착하는 중에 전해질막의 누설검사와 활성화공정을 수행하는 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착장치에 관한 것으로서, 적층체의 상하 면 사이에 질소로 가압한 압력차를 주어 전해질막의 누설을 검사하고, 이후에 적층체의 상하 면에 각각 수증기를 가압하여 사전활성화한다.The present invention relates to a method for producing a diffusion layer bonded body by laminating a gas diffusion layer on an electrode catalyst layer formed on each of upper and lower surfaces of an electrolyte membrane and then hot-pressing the porous membrane to form a diffusion layer bonded body, wherein the polymer electrolyte fuel cell performing the leak- A pressure difference between the upper and lower surfaces of the laminate is applied by nitrogen pressure to check the leakage of the electrolyte film and then the steam is pressurized on the upper and lower surfaces of the laminate to preactivate them.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a hot-pressing apparatus for pre-activating a polymer electrolyte fuel cell (HEAT PRESSING APPARATUS FOR PRE-ACTIVATING POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL)

본 발명은 전해질막의 상하 면에 각각 전극촉매층을 형성하여 제조한 막전극 접합체(MEA)의 상하에 기체확산층을 적층한 후 열간압착하여 확산층 접합체를 제작함에 있어서, 열간압착하는 중에 누설검사와 활성화공정을 수행하는 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착장치에 관한 것이다.In the present invention, a gas diffusion layer is laminated on and under a membrane electrode assembly (MEA) prepared by forming electrode catalyst layers on the upper and lower surfaces of an electrolyte membrane, and then hot-pressed to form a diffusion layer junction, And more particularly, to a hot-pressing apparatus for pre-activating a polymer electrolyte fuel cell.

연료전지는 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시키는 장치로서, 예를 들어 수소 공급원으로서 메탄올, 천연가스, 액화석유가스 등 탄화수소 계열의 연료 중에 포함되어 있는 수소를 사용하고 산소는 공기 중에 있는 산소를 사용하는 차세대 청정 발전 시스템으로 각광받고 있다.A fuel cell is a device for generating electric energy by generating water by electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. For example, hydrogen is used as a hydrogen supply source in hydrocarbon fuel such as methanol, natural gas, and liquefied petroleum gas. Oxygen is in the spotlight as a next generation clean power generation system using oxygen in the air.

이러한 연료전지는 사용되는 전해질에 따라 용융탄산염 연료전지, 고체산화물 연료전지, 고분자 전해질 연료전지, 인산형 연료전지, 알칼리형 연료전지 등으로 구분될 수 있으며, 기본적으로 같은 원리에 의해 작동된다.Such a fuel cell can be classified into a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, and an alkaline fuel cell according to an electrolyte to be used, and basically operates on the same principle.

상기 여러 종류의 연료전지 중에서 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electolyte Fuel Cell(PEFC) 또는 Proton Exchange Membrane Fuel Cell(PEMFC))는 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고, 전류밀도 및 출력밀도가 크며, 시동 시간이 짧고, 부하 변화에 대해 빠른 응답 특성을 갖는 장점으로 인하여, 무공해 차량의 동력원, 자가 발전용, 이동용 및 군사용 전원 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.Among the various types of fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) or a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) has a higher efficiency, a higher current density and a higher output density than other types of fuel cells, It can be applied to a variety of fields such as a power source for pollution-free vehicles, a self-generating power source, a mobile power source, and a military power source due to its short time and quick response characteristic against load change.

도 1은 고분자 전해질 연료전지를 구성하는 연료전지 단위유닛(2)을 단면도로 도시한 구성도로서, 수소이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막(10)의 양면에 각각 산소와 수소가 반응할 수 있도록 전극촉매층(20a, 20b)을 형성하고, 각각의 전극촉매층(20a, 20b)에 기체확산층(30a, 30b, GDL : Gas Diffusion Layer)을 적층한 후 수소와 산소가 새는 것을 막는 가스켓(50)을 적층 구조의 양단에 고정하는 구조를 갖추며, 이와 같이 전해질막(10)의 양면에 각각 대칭적으로 전극촉매층(20a, 20b)을 형성한 것을 막전극 접합체(MEA : Membrane-Electrode Assembly)라 하고, 막전극 접합체(MEA)의 양면에 기체확산층(30a, 30b)을 부착한 확산층 접합체(1)를 사용하여 연료전지를 제조한다. 그리고, 확산층 접합체(1)의 기체확산층(30a, 30b) 바깥쪽에는 산소와 수소를 공급하고 반응에 의해 발생한 물을 배출하는 분리판(40a, 40b)이 위치한다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel cell unit unit 2 constituting a polymer electrolyte fuel cell, in which oxygen and hydrogen are supplied to both surfaces of an electrolyte membrane 10 capable of moving hydrogen ions (Proton) The gas diffusion layers 30a and 30b (Gas Diffusion Layer (GDL)) are laminated on the electrode catalyst layers 20a and 20b, Electrode catalyst layers 20a and 20b are formed symmetrically on both surfaces of the electrolyte membrane 10 so as to fix the membrane electrode assembly 50 on both ends of the laminate structure. The membrane electrode assembly (MEA: Membrane-Electrode Assembly ), And a diffusion layer assembly 1 in which gas diffusion layers 30a and 30b are attached on both surfaces of a membrane electrode assembly (MEA) is used to manufacture a fuel cell. Separating plates 40a and 40b for supplying oxygen and hydrogen and discharging water generated by the reaction are located outside the gas diffusion layers 30a and 30b of the diffusion bonded assembly 1.

확산층 접합체(1)의 제조과정은 전극촉매층(20a, 20b)이 형성된 전해질막(10)에 기체확산층(30a, 30b)을 적층한 후 열을 가하며 압착하는 열간압착 공정으로 이루어진다.The diffusion layer assembly 1 is manufactured by a hot pressing process in which the gas diffusion layers 30a and 30b are laminated on the electrolyte membrane 10 on which the electrode catalyst layers 20a and 20b are formed and then heat is applied thereto.

그리고, 양측 전극촉매층(20a, 20b) 중에 어느 하나는 수소의 산화반응이 진행되는 애노드(Anode)로 구성하고 다른 하나는 산소의 환원반응이 진행되는 캐소드(Cathode)로 구성한다.One of the two electrode catalyst layers 20a and 20b is composed of an anode for progressing the oxidation reaction of hydrogen and the other is a cathode for reducing the oxygen.

이와 같이 구성되는 연료전지 단위유닛(2)은 애노드 측이 연료를 공급받는 연료극이 되고 캐소드 측이 공기를 공급받는 공기극이 되며, 애노드 측의 분리판에 탄화수소 계열의 연료를 공급하고 캐소드 측의 분리판에 공기를 공급하면, 연료에 포함된 수소가 애노드에서 산화반응하여 수소이온과 전자가 발생하고, 여기서 발생한 전자는 외부 도선을 통해서 캐소드로 이동하고 수소이온은 전해질막(10)을 통과하여 캐소드에 도달한다. 이에 따라, 캐소드는 수소이온과 전자를 받아 공기 중 산소의 환원반응을 진행하여 물을 생성한다. 즉, 외부 도선을 따라 이동하는 전자의 흐름과 전해질막(10)을 통해 이동하는 수소이온의 흐름에 의해서 전기에너지가 생성된다.In the fuel cell unit unit 2 thus configured, the anode side is the fuel electrode to which the fuel is supplied, the cathode side is the air electrode to which the air is supplied, the hydrocarbon-based fuel is supplied to the separation plate on the anode side, When air is supplied to the plate, hydrogen contained in the fuel is oxidized at the anode to generate hydrogen ions and electrons. The generated electrons move to the cathode through external leads, and hydrogen ions pass through the electrolyte membrane 10, Lt; / RTI > As a result, the cathode receives hydrogen ions and electrons to conduct reduction reaction of oxygen in the air to produce water. That is, electrical energy is generated by the flow of electrons moving along the outer conductor and the flow of hydrogen ions moving through the electrolyte membrane 10.

실제 사용하는 연료전지는 상기 도 1에 도시한 연료전지 단위유닛(2)에서 얻을 수 있는 전위보다 더 큰 전위를 요구하므로, 도 2에 도시한 바와 같이 필요한 전위를 얻을 수 있는 개수의 연료전지 단위유닛(2)들을 적층하고 최외각에 적층되는 연료전지 단위유닛의 분리판에 각각 앤드플레이트(60)를 설치하여 전극 단자로 사용하며, 이와 같이 복수의 연료전지 단위유닛(2)들을 적층한 것을 스택(3, Stack)이라고 한다. 스택(3)의 구조를 살펴보면, 복수의 분리판(40) 사이사이에 확산층 접합체(1)를 삽입하여 적층한 구조를 갖는다.Since the actually used fuel cell requires a potential higher than that obtained in the fuel cell unit unit 2 shown in Fig. 1, as shown in Fig. 2, the number of fuel cell units The unit cells 2 are laminated and stacked on the outermost side of the fuel cell unit unit, and an end plate 60 is provided on each of the separators of the fuel cell unit unit and used as an electrode terminal. Stack (3) is called. The structure of the stack 3 has a structure in which a diffusion layer assembly 1 is inserted between a plurality of separation plates 40 and laminated.

그런데, 연료전지의 연료극 및 공기극은 나피온과 같은 수소이온 전달체 및 백금과 같은 촉매를 혼합하여 제조하는데, 연료전지를 제조하여 초기 운전하면, 첫반응물의 이동 통로가 막혀 촉매까지 도달할 수 없고, 둘째 촉매와 같이 삼상계면을 이루고 있는 나피온과 같은 수소이온 전달체가 운전 초기에 쉽게 가수화가 되지 아니하고, 세째 수소이온 및 전자의 연속적인 이동성 확보가 되지 않은 상태이고, 넷째 전극 제조시 불순물이 함유하여 촉매의 활성이 감소되기 때문에, 그 활성도가 떨어진다.However, the fuel electrode and the air electrode of a fuel cell are manufactured by mixing a hydrogen ion transport material such as Nafion and a catalyst such as platinum. When the fuel cell is manufactured and operated in the initial stage, the movement path of the first reactant is blocked, Second, the hydrogen ion transporter, such as Nafion, which is a three-phase interface like the second catalyst, is not easily hydrolyzed at the beginning of the operation. Thirdly, the continuous mobility of hydrogen ions and electrons is not secured. Since the activity of the catalyst is reduced, its activity is lowered.

이에 따라, 연료전지 스택(1)을 제조한 후 연료전지의 성능을 최대한 확보하기 위해서 반응에 참여하지 못하는 촉매를 활성화하고, 전해질막 및 전극 내에 포함된 전해질을 충분히 수화시켜 수소이온의 이동도를 증가시키는 활성화(Activation) 공정을 거친다. Accordingly, in order to maximize the performance of the fuel cell after the fuel cell stack 1 is manufactured, a catalyst that can not participate in the reaction is activated, and the electrolyte contained in the electrolyte membrane and the electrode is hydrated sufficiently to improve the mobility (Activation) process.

하지만, 활성화 공정을 위한 시스템이 복잡하고, 스택(3)의 활성화 공정에서 많은 전력 및 연료를 소모하고, 매우 긴 시간이 소요되는 어려움이 따른다. 또한, 확산층 접합체(1)를 적층하여 제작한 스택(3)을 검사하여 일부 확산층 접합체에서 불량이 나면 스택(3)을 해체하여 불량 확산층 접합체를 대체한 후 재조립하여야 하는 데, 이러한 해체 및 재조립은 스택(3)의 구조상 많은 어려움이 따른다. 특히, 확산층 접합체에서 불량이 나는 경우는 전해질막(10)에서 누설이 발생하는 것이다.However, the system for the activation process is complicated, consumes a lot of power and fuel in the activation process of the stack 3, and takes a very long time. When the stack 3 formed by laminating the diffusion layer bonded body 1 is inspected and defects are found in some diffusion layer bonded bodies, the stack 3 should be disassembled to replace the defective diffusion layer bonded body and reassembled. The assembly is subject to many difficulties in the structure of the stack (3). Particularly, in the case where a defect occurs in the diffusion layer junction body, leakage occurs in the electrolyte membrane 10.

이에, 등록특허 제10-1199530호 및 등록특허 제10-1191052호는 막전극 접합체(MEA : 10, 20a, 20b)에 기체확산층(30a, 30b)을 적층한 적층체를 열간압착하여 확산층 접합체(1)를 제조하는 중에, 수증기를 적층체의 양면에 공급함으로써 활성화하고, 적층체의 양면 간에 진공도를 차이나게 하여 전해질막(10)의 누설을 검사하는 장치 및 방법을 개시하였으며, 이에 따라, 스택을 제작한 후 시행하는 활성화 공정을 단축할 수 있고 전해질막의 누설에 의한 불량도 방지할 수 있었다.Thus, in each of Patent Documents 10-1199530 and 10-1191052, a laminate obtained by laminating gas diffusion layers 30a and 30b on a membrane electrode assembly (MEA) 10, 20a and 20b is hot-pressed to form a diffusion layer assembly Discloses an apparatus and method for detecting leakage of an electrolyte membrane 10 by supplying water vapor to both surfaces of a laminated body during the manufacture of the laminated body 1 to make the difference in degree of vacuum between both surfaces of the laminated body, It is possible to shorten the activation process and prevent defects due to leakage of the electrolyte membrane.

하지만, 상기 종래기술들은 누설검사를 위해서 적층체의 양측 진공도를 원하는 값으로 정확하게 조절하고 진공도의 변화를 정밀하게 감지하여야 하지만, 진공도의 조절에 어려움이 따르고 진공도의 변화를 정밀하게 감지하기도 어려워서, 누설검사의 높은 정확성을 확보하기엔 어려움이 있었다.However, in the conventional techniques, it is necessary to precisely adjust the vacuum degree on both sides of the laminate to a desired value and precisely detect the change of the vacuum degree for the leakage test, but it is difficult to control the degree of vacuum and it is difficult to precisely detect the change of the vacuum degree. There was a difficulty in securing high accuracy of the test.

또한, 상기 종래기술들은 하나의 장치로 확산층 접합체(1)를 반복 제조하는 중에 불순물에 오염될 수 있는 문제가 있었고, 적층체의 양면간에 분리된 밀폐공간을 형성하기 위해서 실링재를 사용하지만, 적층체에 가스켓(50)을 장착한 상태로 공정처리하므로, 실링재에 의해 밀폐되는 부분에서 누설될 수 있는 문제도 있었다.In addition, the above-mentioned prior arts have a problem that impurities may be contaminated during repetitive fabrication of the diffusion-bonded body 1 by a single apparatus, and a sealing material is used to form a closed space separated from both sides of the laminate, There is a problem that the gasket 50 may be leaked at a portion sealed by the sealing member.

또한, 상기 종래기술은 수증기를 적층체에 균일하게 공급하기 위해 형성하는 내부 유로가 복잡하여서 제작하기에 어려웠다.Further, the above-mentioned prior arts have a difficulty in manufacturing because of the complicated internal flow path for uniformly supplying water vapor to the laminate.

KR 10-1199530 B1 2012.11.02.KR 10-1199530 B1 2012.11.02. KR 10-1191052 B1 2012.10.09.KR 10-1191052 B1 2012.10.09.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들에서 발생하는 어려움 및 문제점을 해소하기 위해 창안된 발명으로서, 전해질막의 누설검사를 위해 양단의 압력을 정확하게 조절할 수 있고, 누설검사의 정확성을 확보하며, 수증기의 공급 통로인 유로의 오염문제도 해결하는 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착장치의 제공을 그 목적으로 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to solve the difficulties and problems occurring in the above-described prior arts, and it is an object of the present invention to provide a method for accurately measuring the pressure at both ends for inspecting leakage of an electrolyte membrane, It is another object of the present invention to provide a hot-pressing apparatus for pre-activating a polymer electrolyte fuel cell which solves a pollution problem of a flow path as a supply passage.

또한, 본 발명은 분리된 밀폐공간을 적층체의 양면에 누설됨이 없이 확보하여 누설검사의 신빙성을 보장하고, 수증기의 누출 없이 활성화공정을 수행하며, 제작하기에도 용이한 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착장치의 제공도 그 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a polymer electrolyte fuel cell, which is easy to manufacture and which ensures the reliability of leakage inspection, secures the separated closed space without leakage on both sides of the laminate, performs the activation process without leakage of water vapor, The present invention also provides a hot-pressing apparatus for activating a hot-pressing apparatus.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전해질막의 상하 면에 각각 형성된 전극촉매층에 기체확산층을 적층한 적층체를 내부의 유로와 연통되는 홀이 기체확산층을 향해 형성된 두개의 가습판 사이에 개재하고, 각각의 가습판 외측에 부착되거나 또는 가습판과 일체형으로 형성된 히터판을 컨트롤러로 제어하여 적층체를 히터판으로 가압하며 가열하여 열간압착하는 중에 가습판의 유로를 통해 수증기를 공급하여 가습하는 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착장치에 있어서, In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a laminated body obtained by laminating a gas diffusion layer on an electrode catalyst layer formed on each of upper and lower surfaces of an electrolyte membrane, with a hole communicating with an internal flow path interposed between two humidification plates formed toward a gas diffusion layer, A heater plate which is attached to the outside of each humidification plate or integrally formed with the humidification plate is controlled by a controller to pressurize the laminate by a heater plate and is heated and hot pressed to supply a water vapor through the channel of the humidification plate, A hot-pressing apparatus for pre-activating a fuel cell,

질소를 공급하는 질소공급부; 수증기 또는 질소공급부의 질소를 상기 유로의 주입구에 선택적으로 주입하게 하는 주입측 밸브; 적층체의 상하면 사이에 발생하는 압력차를 감지하는 압력센서; 를 포함하여 구성되며, 상기 컨트롤러는 상기 유로의 주입구에 질소를 공급하여 적층체의 상하면 사이에 압력차를 발생시킨 후 압력차의 변동량으로 전해질막의 누설검사를 실시하고, 이후에 상기 유로의 주입구에 수증기를 공급하여 가습에 의한 사전활성화를 실시하도록 상기 주입측 밸브를 제어함을 특징으로 한다.A nitrogen supply part for supplying nitrogen; An inlet side valve for selectively injecting nitrogen in the water vapor or nitrogen supply portion into the inlet of the flow passage; A pressure sensor for detecting a pressure difference occurring between the upper and lower surfaces of the laminate; Wherein the controller supplies nitrogen to the inlet of the passage to generate a pressure difference between the upper and lower surfaces of the laminate and then performs leakage test of the electrolyte membrane with a variation amount of the pressure difference, And the injection side valve is controlled so as to perform preactivation by humidification by supplying water vapor.

상기 유로는 주입구를 통해 주입한 수증기 또는 질소를 배출하는 배출구를 구비하되, 배출구에는 배출을 단속하고 배출구를 진공펌프에 의한 배출 또는 공기중으로의 배출을 선택하는 배출측 밸브가 연결되어 있으며, 상기 컨트롤러는 상기 주입구에 질소를 주입할 시에 초기 미리 설정된 시간 동안 질소를 주입함과 동시에 배출구를 통해 공기중으로 배출한 후 질소의 배출을 차단하고 압력차의 변동량에 의한 누설검사를 실시하고, 누설검사를 실시한 이후 유로에 주입된 질소를 공기중으로 배출한 후 진공펌프로 흡입 배출하며, 이후, 사전활성화하도록 상기 배출측 밸브를 제어함을 특징으로 한다.Wherein the flow path is connected to a discharge side valve for discharging water vapor or nitrogen introduced through the injection port and discharging the discharge port by a vacuum pump or discharging into the air, When nitrogen is injected into the injection port, nitrogen is injected for an initial predetermined time, and the nitrogen is discharged through the discharge port to the air. Then, the nitrogen is discharged, a leakage test is performed by the variation of the pressure difference, And then the nitrogen injected into the flow path is discharged into the air and sucked and discharged by a vacuum pump, and then the discharge side valve is controlled so as to activate in advance.

상기 적층체는 전해질막의 둘레 가장자리가 기체확산층에 적층되지 아니하게 노출되며, 전해질막의 둘레 가장자리에 밀착되어 기체확산층이 있는 공간을 밀폐하는 실링재를 상기 가습판에 구비함을 특징으로 한다.The laminate is characterized in that the humidification plate is provided with a sealing material which is exposed to the periphery of the electrolyte membrane so as not to be laminated on the gas diffusion layer and which is in close contact with the peripheral edge of the electrolyte membrane to seal a space having the gas diffusion layer.

적층체를 열간압착하기 위해 적층체를 가습판 사이에 안착할 시에, 상기 컨트롤러는 진공펌프를 가동하여 적층체의 기체확산층을 가습판의 홀을 통해 진공흡착하도록 상기 배출측 밸브를 제어함을 특징으로 한다.When the laminate is placed between the humidification plates for hot-pressing the laminate, the controller activates the vacuum pump to control the discharge-side valve so that the gas diffusion layer of the laminate is vacuum-adsorbed through the holes of the humidification plate .

상기 가습판의 유로는 상호 평행하게 등간격으로 형성한 복수의 서브 유로; 및 서브 유로의 내경보다 크게 형성되고 각각의 서브 유로에 연통되되, 주입구에 연결되는 것과 배출구에 연통되는 것이 서로 이격되어 평행을 이루게 한 2개의 메인 유로;로 구성되고, A plurality of sub flow paths formed in parallel to each other at regular intervals; And two main flow paths formed to be larger than the inner diameter of the sub flow path and communicating with the respective sub flow paths, the two main flow paths being connected to the injection port and communicating with the discharge port,

상기 홀은 기체확산층에 접촉되는 면을 관통하여 서브 유로와 연통되고, 각각의 서브유로에 등간격으로 형성됨을 특징으로 한다.The holes are communicated with the sub flow path through a surface contacting the gas diffusion layer, and are formed at regular intervals in the respective sub flow paths.

가습판을 부착한 2개의 히터판 중에 어느 하나의 히터판을 고정하고, 다른 하나의 히터판에 돌출부를 형성하여서, 돌출부를 파지하는 로드의 승강 운동에 의해 적층체를 가압 또는 가압 해제하게 하되, 상기 로드는 돌출부와 틈새를 갖게 파지하고, 로드로 돌출부를 가압할 시에 로드와 돌출부간의 접촉면을 만곡되게 하여서, 로드로 가압할 시에 돌출부가 형성된 히터판이 기울어질 수 있게 함을 특징으로 한다.One of the two heater plates having the humidifying plate attached thereto is fixed and the other heater plate has a protruding portion so that the laminated body is pressed or released by the lifting movement of the rod holding the protruding portion, The rod is gripped with a protrusion and a gap, and when the protrusion is pressed by the rod, the contact surface between the rod and the protrusion is curved so that the heater plate having the protrusion can be inclined when the rod is pressed by the rod.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 사전활성화하기에 앞서서, 질소를 주입하여 누설검사를 하므로, 진공도 조절방식에 비해 적층체의 양측 면에 정확한 기압으로 압력차를 가하고, 압력변화를 정밀하게 감지하여 전해질막의 누설검사를 정확하게 할 수 있다.Since the present invention having the above-described configuration is preceded by preliminary activation, nitrogen is injected to perform a leakage test. Compared to the vacuum degree control method, a pressure difference is applied to both sides of the laminate at an accurate atmospheric pressure, The leakage of the film can be accurately detected.

또한, 본 발명은 질소를 유로에 공급하면서 배출하는 과정을 수행하므로, 유로를 청소하는 효과도 갖는다.Further, since the present invention performs the process of discharging nitrogen while supplying it to the flow path, it also has an effect of cleaning the flow path.

또한, 본 발명은 적층체의 전해질막 가장자리를 실링재로 압착하여 적층체 양면 간에 누설되지 아니하므로, 누설검사의 신빙성 및 사전활성화 공정의 효율성을 확보할 수 있고, 가습판을 제작함에 있어, 측면에서 내부로 깊게 홈을 파는 방식으로 쉽게 제작할 수 있는 장점도 갖는다.Further, since the edge of the electrolyte membrane of the laminate is pressed by the sealing material and is not leaked between both surfaces of the laminate, the reliability of the leakage test and the efficiency of the pre-activation process can be ensured. In producing the humidification plate, But also has an advantage that it can be easily manufactured in such a manner that grooves are deeply dug inside.

도 1은 고분자전해질 연료전지의 단위유닛 구성도.
도 2는 도 1에 도시한 단위유닛을 적층한 스택의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착장치의 구성도.
도 4는 가습판의 투시 상면도
도 5는 가습판을 히터판에 부착하여 일체화한 2개의 가습판 일체형 히터판을 측면도.
도 6은 적층체를 2개의 가습판 일체형 히터판 사이에 개재한 후 열간압착한 상태의 측면도.
도 7은 2개의 히터판 중에 어느 하나의 히터판을 승강시키는 가압부의 측면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착장치를 이용하여 사전활성화하는 방법의 순서도.1 is a block diagram of a unit unit of a polymer electrolyte fuel cell.
Fig. 2 is a configuration diagram of a stack in which the unit units shown in Fig. 1 are stacked. Fig.
3 is a configuration diagram of a hot-pressing apparatus for preactivating a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective top view of the humidifying plate
Fig. 5 is a side view of two heater plates integrated with a humidification plate by integrally attaching a humidification plate to the heater plate. Fig.
Fig. 6 is a side view of the laminated body sandwiched between two humidifying plate integrated heater plates and then hot-pressed. Fig.
Fig. 7 is a side view of a pressing portion for raising and lowering one of the two heater plates. Fig.
8 is a flowchart of a method of preactivating a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention by using a hot-pressing apparatus for pre-activating the polymer electrolyte fuel cell.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하여 언급한 바와 같이 전해질막(10)의 상하 면에 각각 전극촉매층(20a, 20b)를 형성하는 공정으로 제조한 것을 막전극 접합체(MEA)라 한다.As described with reference to Fig. 1, the membrane electrode assembly (MEA) is produced by the process of forming the electrode catalyst layers 20a and 20b on the upper and lower surfaces of the electrolyte membrane 10, respectively.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착장치는 막전극 접합체(MEA)의 전극촉매층(20a, 20b)에 기체확산층(30a, 30b)을 적층한 적층체를 열간압착하여 전극(연료극 또는 공기극)이 전해질막(10)의 상하 면에 형성되게 하는 확산층 접합체(1)를 제조하되, 열간압착하는 중에 전해질막(10)의 누설 여부를 검사하고, 누설이 없다고 검사결과가 나온 적층체에 수증기를 공급하여 전해질막(10) 및 전극에 포함된 전해질을 수화시킴으로써 수소이온의 이동도를 증가시키는 사전활성화를 수행하는 장치이다, In the hot-pressing apparatus for pre-activating the polymer electrolyte fuel cell according to the embodiment of the present invention, the laminate obtained by laminating the gas diffusion layers 30a and 30b on the electrode catalyst layers 20a and 20b of the membrane electrode assembly (MEA) The diffusion layer bonded body 1 is formed by pressing the electrolyte membrane 10 so that the electrodes (anode or cathode) are formed on the upper and lower surfaces of the electrolyte membrane 10, and it is checked whether or not the electrolyte membrane 10 is leaked during hot- And supplying water vapor to the resultant laminate to hydrate the electrolyte membrane 10 and the electrolyte contained in the electrode, thereby performing pre-activation to increase the mobility of hydrogen ions.

여기서, 사전활성화는 복수의 확산층 접합체(1)로 형성된 스택(3)을 활성화하는 것과 구분하여, 확산층 접합체(1)를 제조하는 과정에서 활성화한다는 의미로 사용된다.Here, the pre-activation is used to mean that it is activated in the process of manufacturing the diffusion-bonded body 1 by separating it from activating the stack 3 formed of the plurality of diffusion-bonded bodies 1. [

상기한 막전극 접합체(MEA), 적층체, 확산층 접합체(1) 및 사전활성화의 용어는 이하의 본 발명의 실시예를 설명하는 데 사용한다.
The term of the membrane electrode assembly (MEA), the laminate, the diffusion-bonded body (1) and the preactivation is used to describe the following embodiments of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착장치의 구성도이며, 열간압착부(100)는 측면도로 도시하되, 가압부(120)로 상부의 가습판 일체형 히터판(110a, 130b)를 승강시키기 위한 구조는 단면도로 도시하였다.3 is a structural view of a hot-pressing apparatus for pre-activating a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention. The hot-pressing unit 100 is shown as a side view, The structure for raising and lowering the plates 110a and 130b is shown in a sectional view.

그리고, 도 4는 가습판(130a, 130b)의 투시 상면도이고, 도 5는 가습판을 히터판에 부착하여 일체화한 2개의 가습판 일체형 히터판을 측면도로 도시하되, 가습판(130a, 130b)은 투시 측면도로 도시한 도면이고, 도 6은 적층체를 2개의 가습판 일체형 히터판 사이에 개재한 후 열간압착한 상태의 측면도로서 도 5와 동일하게 가습판(130a, 130b)을 투시 측면도로 도시한 도면이고, 도 7은 도 1에 도시한 가압부(120)와 가압부(120)에 연결되는 히터판의 상부 구조를 확대 도시한 도면이다.4 is a perspective view of the humidifying plates 130a and 130b, and FIG. 5 is a side view of the humidifying plate integrated type heater plate integrally formed by attaching the humidifying plate to the heater plate, wherein the humidifying plates 130a and 130b 6 is a side view of the laminated body sandwiched between the two heater plates with the humidifying plate interposed therebetween, and in the same manner as in FIG. 5, the humidifying plates 130a and 130b are shown in perspective side view And FIG. 7 is an enlarged view of the upper structure of the heater plate connected to the pressing portion 120 and the pressing portion 120 shown in FIG.

먼저, 상기 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착장치는 수증기 또는 질소를 공급받으며 적층체를 열간압착하는 열간압착부(100); 수증기를 소정의 압력으로 열간압착부(100)에 공급하는 수증기공급부(200); 질소를 소정의 압력으로 열간압착부(100)에 공급하는 질소공급부(400); 열간압착부(100)에 잔류하는 수증기 또는 질소를 진공흡입하는 진공펌프(300); 및 열간압착을 위한 제어동작과 누설 검사와 사전활성화를 위한 제어동작을 수행하는 컨트롤러(500)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, a hot-pressing apparatus for preactivating a polyelectrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a hot-pressing unit 100 for hot-pressing a laminate to which steam or nitrogen is supplied, A water vapor supply part 200 for supplying water vapor to the hot press part 100 at a predetermined pressure; A nitrogen supply part 400 for supplying nitrogen to the hot press part 100 at a predetermined pressure; A vacuum pump 300 for vacuuming the water vapor or nitrogen remaining in the hot press portion 100; And a controller 500 for performing a control operation for hot-pressing and a control operation for leakage inspection and pre-activation.

상기 열간압착부(100)는 서로 평행하게 상하에 설치되는 두 개의 히터판(110a, 110b) 사이에 적층체를 개재시킨 후, 두 개의 히터판(110a, 110b) 중에 어느 하나의 히터판(110a, 본 발명의 실시예에서는 상부에 설치한 히터판)을 가압부(120)로 하강시켜 적층체를 두개의 히터판(110a, 110b)으로 열간압착하는 구성요소로서, 두 개의 히터판(110a, 110b)에는 적층체에 접촉되는 가습판(130a, 130b)이 부착되어 있어서, 실제에 있어서는 외측에 히터판(110a, 110b)이 부착된 두개의 가습판(130a, 130b)에 의해서 적층체를 압착하고, 가습판이 히터판의 열을 적층체에 전달하게 한다.The hot-pressing unit 100 includes a pair of heater plates 110a and 110b disposed in parallel with each other and a stacked body interposed between the two heater plates 110a and 110b. The heater plates 110a and 110b are formed by lowering the heater plates 110a and 110b with the pressing unit 120 so that the heater plates 110a and 110b are lowered in the embodiment of the present invention. 110b are attached with the humidifying plates 130a and 130b which are in contact with the laminated body so that the laminated body is actually compressed by the two humidifying plates 130a and 130b having the heater plates 110a and 110b on the outside thereof And the humidification plate transfers the heat of the heater plate to the laminate.

본 발명의 실시예에는 상기 히터판(110a, 110b) 및 가습판(130a, 130b)을 분리 제작한 후 서로 부착시켜 일체화하였으나, 적층체에 접촉되는 히터판의 면에 후술하는 홀(135)을 형성하고 후술하는 유로(132,133)를 내부에 형성하여서 가습판 기능을 하도록 히터판을 형성하여도 된다. 본 발명의 실시예 설명에서는 분리 제작한 후 부착한 가습판 일체형 히터판으로 형성한 실시예를 설명한다. In the embodiment of the present invention, the heater plates 110a and 110b and the humidification plates 130a and 130b are separately manufactured and attached to each other, but the holes 135 to be described later are formed on the surface of the heater plate, And the flow paths 132 and 133 to be described later may be formed inside to form a heater plate so as to function as a humidifying plate. In the description of the embodiment of the present invention, an embodiment formed by a heater plate integrated with a humidifier plate after separated and manufactured will be described.

상기 히터판(110a, 110b)은 도면에 상세하게 도시하지 아니하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 기술처럼 컨트롤러(500)에 연결되는 히팅코일 및 온도센서를 내장하여, 컨트롤러(500)에 의해서 히팅코일에 공급하는 전기를 단속하고 히팅코일에 공급하는 전력을 조절하여서 미리 설정된 온도로 가열된다.The heater plates 110a and 110b are not shown in detail in the drawings but may include a heating coil and a temperature sensor connected to the controller 500 as well known in the art to control the controller 500 The electric power supplied to the heating coil is interrupted, and the electric power supplied to the heating coil is regulated to be heated to a preset temperature.

여기서, 두개의 히터판(110a, 110b) 중에 어느 하나인 상부 히터판(110a)은 가압부(120)에 의해서 연직방향으로 승강할 수 있게 되어 있으며, 이를 위해서, 상부 히터판(110a)의 상면에는 돌출부(111)가 형성된다. 다른 하나인 하부 히터판(110b)은 열간압착부(100)가 설치되는 프레임(600)에 올려져 고정된다.Here, the upper heater plate 110a, which is one of the two heater plates 110a and 110b, can be vertically moved up and down by the pressing unit 120. For this purpose, the upper heater plate 110a A protrusion 111 is formed. The other lower heater plate 110b is fixed on the frame 600 on which the hot-press bonding unit 100 is installed.

상기 가압부(120)는 하부 히터판(110b)이 고정된 부위보다는 높은 위치에 있는 프레임(600)의 브라켓(610)에 고정 설치되어 수직으로 세운 로드(121)를 승강시킬 수 있게 구성되며, 예를 들어 유압실린더로 구성될 수 있다. 그리고, 로드(121)의 하단에는 상부 히터판(110a)의 돌출부(111) 상단을 파지하는 파지부(122)가 장착되어 있어서, 컨트롤러(500)로 가압부(120)를 제어하여 상부 히터판(110a)의 승강 운동하게 함으로써 상부 히터판(110a)을 하부 히터판(110b)을 향해 가압하거나 또는 가압을 해제할 수 있다.The pressing part 120 is configured to be able to move up and down the vertically set rod 121 fixedly installed on the bracket 610 of the frame 600 at a higher position than the fixed part of the lower heater plate 110b, For example, a hydraulic cylinder. A grip portion 122 for gripping the upper end of the protruding portion 111 of the upper heater plate 110a is attached to the lower end of the rod 121 so that the controller 500 controls the pressing portion 120, The upper heater plate 110a can be pressed toward the lower heater plate 110b or the pressure can be released by causing the upper heater plate 110a to move up and down.

도 7을 참조하면, 로드(121)의 하단에 장착한 파지부(122)는 상기 돌출부(111)의 상단을 파지할 시에 돌출부(111)와의 사이에 틈새(123)를 갖도록 파지한다. 즉, 파지부(122)에 파지되는 돌출부(111)와의 사이에 틈새(123)가 있으므로, 돌출부(111)가 파지부(122)에 파지되기는 하지만 떨어져 나가지 않도록 하면서 기울어지는 움직임, 즉, 요동이 가능하게 된다.7, the grip portion 122 attached to the lower end of the rod 121 holds the gap 123 between the grip portion 122 and the protrusion 111 when the upper end of the protrusion 111 is gripped. In other words, since there is a gap 123 between the protrusion 111 held by the gripper 122, the protrusion 111 is grasped by the gripper 122, .

또한, 로드(121)를 하강시켜 돌출부(111)를 가압할 시에 파지부(122)와 돌출부(111) 간의 접촉면을 구면으로 만곡되게 하여서, 돌출부(111)가 형성된 상부 히터판(110a, 본 발명의 실시예에서는 하부의 가습판 130a)이 접촉 대상(본 발명의 실시예에서는 하부 히터판에 부착한 가습판 130b)과 균입한 압력으로 접촉되도록 기울어질 수 있게 한다.When the rod 121 is lowered to press the protruding portion 111, the contact surface between the grip portion 122 and the protruding portion 111 is curved into a spherical surface so that the upper heater plate 110a, The lower humidifying plate 130a) can be tilted so as to be in contact with the object to be contacted (the humidifying plate 130b attached to the lower heater plate in the embodiment of the present invention) at an even pressure.

상기 도 7에 도시한 구체적인 실시예에 따르면, 상기 돌출부(111)의 상부는 측방향으로 돌출된 플랜지(113)와 구면의 일부를 절개한 형상으로 상부로 만곡되게 형성한 가압면(112)을 구비한다. 그리고, 상기 파지부(122)는 플랜지(113) 및 가압면(112)이 구비된 돌출부(111) 상부를 감싸는 내부공간을 갖되, 내부면이 플랜지(113) 및 가압면(112)의 외부면과 이격되어 있고, 내부면 중에 가압면(112)과 마주하는 면은 가압면(112)의 만곡 형상과 동일한 형상의 홈이 조성되어 있다. 이에, 로드(122)를 하강시키면, 하부 가습판(130b)에 올려진 적층체의 상면이 오차에 의해 약간 기울어져 있더라도 상부의 가습판 일체형 히터판이 기울어지면서 상부의 가습판(130a) 저면 전체가 균일한 압력으로 적층체를 가압하게 된다.7, the upper portion of the protrusion 111 includes a flange 113 protruding in the lateral direction and a pressing surface 112 formed by cutting a part of the spherical surface and curving upward, Respectively. The grip portion 122 has an inner space surrounding the flange 113 and the protruding portion 111 provided with the pressing surface 112. The inner surface of the grip portion 122 has an inner surface surrounded by the flange 113 and the outer surface of the pressing surface 112 And a surface of the inner surface facing the pressing surface 112 is formed with a groove having the same shape as the curved shape of the pressing surface 112. When the rod 122 is lowered, even if the upper surface of the laminated body placed on the lower humidifying plate 130b is slightly inclined due to the error, the upper humidifying plate integrated type heater plate is inclined so that the entire bottom surface of the humidifying plate 130a The laminate is pressed with a uniform pressure.

상기 가습판(130a, 130b)은 주입구(131) 및 배출구(136)에 의해 외부와 연통되는 유로(132, 133)를 적층체의 기체확산층(30a, 30b)에 접촉되는 면과 평행하게 내부에 구비하고, 유로에 연통되는 홀(138)이 적층체의 기체확산층(30a, 30b)을 향해 형성되어 있다. The humidifying plates 130a and 130b are connected to the gas diffusion layers 30a and 30b of the stacked body in parallel with the surfaces contacting the gas diffusion layers 30a and 30b by means of the inlet 131 and the outlet 136, And a hole 138 communicating with the flow path is formed toward the gas diffusion layers 30a and 30b of the laminate.

도 4에 도시한 가습판(130a, 130b)의 투시 상면도와 도 5에서 가습판(130a, 130b)의 일부를 투시 측면도로 도시한 도면을 살펴보면, 상기 유로(132, 133)는 적층체의 기체확산층(30a, 30b)에 접촉되는 면의 넓이에 맞게 고르게 분포되도록 상호 평행하게 등간격으로 형성한 복수의 서브 유로(133), 및 서브 유로(133)의 내경보다 큰 내경을 갖추게 형성되고 복수의 서브 유로(133)의 평행 배열 방향으로 형성되어 복수의 서브 유로(133)와 누락 없이 연통되며 주입구(131)에 연결되는 것과 배출구(136)에 연결되는 것이 서로 이격되어 상호 평행을 이루게 한 2개의 메인 유로(132)로 구성된다.Referring to FIGS. 4 and 5, the humidifying plates 130a and 130b shown in FIG. 4 and the humidifying plates 130a and 130b shown in FIG. A plurality of sub flow paths 133 formed parallel to each other and equidistantly spaced so as to be evenly distributed in accordance with the width of the surface contacting the diffusion layers 30a and 30b and a plurality of sub flow paths 133 formed to have an inner diameter larger than the inner diameter of the sub flow path 133 The sub flow paths 133 are formed in a parallel arrangement direction and communicate with the plurality of sub flow paths 133 without missing and connected to the injection port 131 and the discharge port 136, And a main flow path 132.

여기서, 상기 복수의 서브 유로(133)는 가습판(130a, 130b)의 측면에서 내부로 깊게 홈을 판 후에, 홈 입구를 마개(134)로 막음으로써, 가습판 내부에 형성된다.The plurality of sub flow paths 133 are formed inside the humidifying plate 130 by dugging the inside of the humidifying plates 130a and 130b deeply and then blocking the grooved inlet with the stopper 134. [

상기 메인 유로(132)는 가습판(130a, 130b)의 측면 중에 상기 마개(134)를 설치한 측면과 연접하는 측면에서 내부를 향해 깊게 홈을 팜으로써 형성된다. 여기서, 홈 입구는 주입구 및 배출구가 되므로 마개로 막지 아니한다.The main flow path 132 is formed by deeply dugging the side surface of the humidifying plates 130a and 130b inwardly from the side where the plug 134 is installed. Here, since the grooved inlet is an inlet and an outlet, it is not blocked by a stopper.

상기 홀(135)은 기체확산층(30a, 30b)에 접촉되는 면을 관통하여 형성되는 구멍으로서 서브 유로(133)와 연통되며, 각각의 서브 유로(133)에 등간격으로 형성되어서, 기체확산층(30a, 30b)의 전면을 향해 고르게 분포된다. 출원인은 상기 홀(133)의 직경을 0.6mm로 하고, 홀(133)의 종횡 방향 간격을 15mm로 하여 후술하는 사전활성화를 실시한 결과, 충분한 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.The holes 135 are communicated with the sub flow path 133 as holes formed through a surface contacting the gas diffusion layers 30a and 30b and are equally spaced from each other in the sub flow paths 133 to form a gas diffusion layer 30a, and 30b. Applicant confirmed that a sufficient effect can be obtained as a result of pre-activation described below with the hole 133 having a diameter of 0.6 mm and the hole 133 having a longitudinal and a lateral distance of 15 mm.

또한, 도 4에 도시한 투시 상면도와 도 5에 도시한 부분 투시 측면도를 살펴보면, 기체확산층(30a, 30b)에 접촉되는 면을 에워싸는 형태의 요홈(138)을 내부로 갈수록 확장되게 형성하고, 실링재(137)를 두께방향으로 절반 이상 요홈(138)에 삽입하여 빠지지 아니하게 하였다. 이에, 상기 복수의 홀(133)은 상기 실링재(137)로 에워싸이는 면에 고르게 형성되는 것이 된다.4 and the partial perspective side view shown in FIG. 5, grooves 138, which surround the surface contacting the gas diffusion layers 30a and 30b, are formed so as to expand toward the inside, (137) is inserted into the groove (138) by more than half in the thickness direction so as not to be pulled out. Accordingly, the plurality of holes 133 are uniformly formed on the surface surrounded by the sealing member 137.

도 1에 도시한 바와 같이 적층체의 적층물 중에 막전극 접합체(MEA)에서 전해질막(10)의 둘레 가장자리인 에지 테이프(도 6의 도면부호 11, 본 발명이 속하는 분야에서 edge tape라는 용어로 사용됩니다)는 가스켓이 놓이는 자리로서 전극촉매층(20a, 20b)이 형성되지 아니하며, 기체확산층(30a, 30b)을 적층하더라도 기체확산층(30a, 30b)에 덮이지 아니하고 외부로 노출되게 한다.As shown in Fig. 1, an edge tape (reference numeral 11 in Fig. 6, the edge tape in the field to which the present invention belongs) is used as a peripheral edge of the electrolyte membrane 10 in the laminated product of the membrane electrode assembly (MEA) The electrode catalyst layers 20a and 20b are not formed and the gas diffusion layers 30a and 30b are not covered with the gas diffusion layers 30a and 30b and are exposed to the outside even when the gas diffusion layers 30a and 30b are stacked.

그리고, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 실링재(137)가 기체확산층(30a, 30b)의 테두리를 감싸는 형상으로 형성되어서, 막전극 접합체(MEA : 10, 20a, 20b)의 상하에 기체확산층(30a, 30b)을 적층한 적층체를 상하에서 가습판(130a, 130b)으로 압착하면, 상기 실링재(137)에 에워싸이는 면으로 기체확산층(30a, 30b)을 압착하게 된다.5, the sealing member 137 may be formed to surround the rim of the gas diffusion layers 30a and 30b in the embodiment of the present invention so as to cover the upper and the lower surfaces of the membrane electrode assembly (MEA) 10, 20a, The gas diffusion layers 30a and 30b are pressed onto the surface surrounded by the sealing material 137 by pressing the laminate having the gas diffusion layers 30a and 30b on the upper and lower surfaces thereof with the humidifying plates 130a and 130b.

또한, 상기 실링재(137)는 전해질막(10)의 둘레 가장자리인 에지 테이프(11)에 밀착하게 되어서, 기체확산층(30a, 30b)이 있는 공간을 밀폐한다. 이에, 전해질막(10)이 손상 없는 정상적인 상태라면 적층체의 상하측에 분리된 밀폐된 공간이 형성되어, 후술하는 누설검사 및 사전활성화를 실시할 수 있다.The sealing member 137 is in close contact with the edge tape 11 which is the peripheral edge of the electrolyte membrane 10 and seals a space where the gas diffusion layers 30a and 30b are present. Thus, if the electrolyte membrane 10 is in a normal state without damage, separated closed spaces are formed on the upper and lower sides of the laminate, and leakage inspection and pre-activation described later can be performed.

실제 제품에 있어서, 적층체의 두께는 매우 얇으므로, 적층체 전체를 실링재로 감싸게 하고 압착하는 중에 적층체의 전해질막(10) 측면에 실링재를 밀착시킨다면, 상하 분리된 밀폐공간을 형성하기란 매우 어렵고 누설이 발생하기 쉽다. 반면에, 본 발명의 실시예에 따르면, 실링재(137)로 전해질막(10)의 둘레 가장자리를 상하에서 압착하게 되므로, 상하 분리된 밀폐공간을 누설없이 용이하게 형성할 수 있다.Since the thickness of the laminate is very thin in an actual product, if the sealing material is closely adhered to the side of the electrolyte membrane 10 of the laminate while the entire laminate is wrapped with the sealing material and compressed, It is difficult and liable to leak. On the other hand, according to the embodiment of the present invention, since the peripheral edge of the electrolyte membrane 10 is pressed by the sealing member 137 from above and below, the sealed space vertically separated can be easily formed without leakage.

한편, 상기 실링재(137)를 기체확산층(30a, 30b)의 테두리를 감싸게 형성함으로써, 기체확상층(30a, 30b)을 정확한 위치에 안착할 수 있다.The gas diffusion layers 30a and 30b are formed so as to surround the sealing member 137 so that the gas diffusion layers 30a and 30b can be seated at the correct positions.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 가습판(130a, 130b)에는 적층체의 상하 면 사이 저항을 측정하기 위한 전극단자(139)가 구비된다. 즉, 상부 히터판(110a)에 부착한 가습판(130a)과 하부 히터판(110b)에 부착한 가습판(130b)은 각각 적층체의 상면에 적층한 기체확산층(30a)과 적층체의 저면에 적층한 기체확산층(30b)에 접촉되므로, 전극단자(139)를 이용하여 적층체의 저항을 측정할 수 있다. 이러한 전극단자(139)는 컨트롤러(500)에 연결된다.
On the other hand, as shown in Fig. 4, the humidifying plates 130a and 130b are provided with electrode terminals 139 for measuring the resistance between the upper and lower surfaces of the laminate. That is, the humidification plate 130a attached to the upper heater plate 110a and the humidification plate 130b attached to the lower heater plate 110b respectively have the gas diffusion layer 30a laminated on the upper surface of the laminate, The electrode terminal 139 can be used to measure the resistance of the laminate. The electrode terminal 139 is connected to the controller 500.

상술한 바와 같이 두개의 히터판(110a, 110b)에 하나씩 부착된 가습판(130a, 130b)에서, 유로(132, 133)의 주입구(131)에 연결되는 배관은 분기되어 수증기공급부(200) 및 질소공급부(400)에 연결된다. 그리고, 배관의 분기점에 설치되어 컨트롤러(500)의 제어에 따라 수증기 또는 질소를 유로(132, 133)에 선택적으로 공급하는 주입측 밸브(210a, 210b, 410a, 410b), 배관을 분기하기 이전에 설치되어 유로(132, 133)에 주입하는 수증기 또는 질소의 기체 압력을 조절하는 압력조절밸브(220a, 220b), 및 압력조절밸브(220a, 220b)와 주입구(131) 사이에 설치되며 적층체의 상하면 간에 발생하는 차압을 획득하기 위해서 질소를 주입한 후 압력변화를 감지하여 컨트롤러(500)에 전달하는 압력센서(230a, 230b)가 구비된다.The piping connected to the injection port 131 of the flow paths 132 and 133 is branched from the humidification plates 130a and 130b attached to the two heater plates 110a and 110b one by one, And is connected to the nitrogen supply unit 400. The inlet side valves 210a, 210b, 410a, and 410b, which are provided at branch points of the piping and selectively supply the steam or nitrogen to the flow paths 132 and 133 under the control of the controller 500, The pressure regulating valves 220a and 220b for regulating the gas pressure of steam or nitrogen injected into the flow paths 132 and 133 and the pressure regulating valves 220a and 220b and the injection port 131, And pressure sensors 230a and 230b for injecting nitrogen to obtain a differential pressure occurring between the upper and lower surfaces and then detecting the pressure change and delivering the pressure change to the controller 500 are provided.

본 발명의 실시예에서 주입측 밸브(210a, 210b, 410a, 410b)는 주입구(131)에 연결된 배관에서 분기되어 수증기공급부(200)에 연결하는 배관 및 질소공급부(400)에 연결되는 배관의 중도에 각각 하나씩 설치한 밸브로 구성된다. 이에, 컨트롤러(500)의 제어에 따라 수증기공급부(200) 측의 밸브(210a, 210b)와 질소공급부(400) 측의 밸브(410a, 410b)를 동작시켜 수중기 및 질소 중에 어느 하나의 기체를 주입구(131)를 통해 유로(132, 133)에 압송할 수 있다. In the embodiment of the present invention, the injection side valves 210a, 210b, 410a and 410b are branched from the piping connected to the injection port 131 and connected to the steam supply part 200 and the middle part of the piping connected to the nitrogen supply part 400 Respectively. The valves 210a and 210b on the side of the steam supply unit 200 and the valves 410a and 410b on the side of the nitrogen supply unit 400 are operated under the control of the controller 500 so that any one of the water- And can be pressure-fed to the flow paths 132 and 133 through the injection port 131. [

그리고, 가습판(130a, 130b)의 배출구(136)에는 유로(132, 133)에 주입한 수증기 또는 질소의 배출을 단속하되, 공기 중으로 배출되게 하거나 아니면 진공펌프(300)로 흡입하여 배출되도록 배출 경로를 선택하는 배출측 밸브(310a, 310b, 320)가 연결된다. 이를 위해서, 벤트 밸브(330)가 배출측 밸브에 연결되어 수증기 또는 질소를 공기 중에 방출할 수 있다. The discharge port 136 of the humidifying plates 130a and 130b is controlled to discharge steam or nitrogen injected into the flow paths 132 and 133 to be discharged into the air or to be sucked into the vacuum pump 300 And discharge side valves 310a, 310b, and 320 for selecting paths are connected. To this end, a vent valve 330 may be connected to the discharge side valve to discharge steam or nitrogen into the air.

본 발명의 구체적인 실시예에서는 수증기 또는 질소의 배출을 단속하는 배출단속 밸브(310a, 310b)를 설치한 배관을 상하의 가습판(130a, 130b)의 배출구(136)에 하나씩 연결한 후, 양측의 배관을 진공펌프(300)에 연결되는 단일의 배관에 연결한다. 이때, 상기한 단일의 배관을 중도에서 분기하여 벤트 밸브(330)를 설치하고, 벤트 밸브(330)를 설치하기 위해 분기한 지점과 진공펌프(300)에 연결되는 지점 사이를 단속하는 진공배출 단속 밸브(320)를 추가하였다. In the concrete embodiment of the present invention, the pipes provided with the discharge stop valves 310a and 310b for stopping the discharge of water vapor or nitrogen are connected to the discharge ports 136 of the upper and lower humidifying plates 130a and 130b one by one, To a single pipe connected to the vacuum pump (300). At this time, the vent pipe 330 is installed by branching the single pipe in the middle, and a vacuum discharge interrupting process for interrupting the branching point for installing the vent valve 330 and the point connected to the vacuum pump 300 Valve 320 was added.

이에 따라, 배출단속 밸브(310a, 310b)를 개폐하여 수증기 또는 질소의 배출을 단속하고, 수증기 또는 질소를 배출할 시에 벤트 밸브(330)를 열고 진공배출 단속 밸브(320)를 닫으면 공기중으로 배출되고, 벤트 밸브(330)를 닫고 진공배출 단속 밸브(320)를 열면 진공펌프(300)로 수증기 또는 질소를 진공흡입하며 배출할 수 있다.Accordingly, when the vent valve 330 is opened and the vacuum vent valve 320 is closed when the water vapor or nitrogen is discharged, the discharge vent valves 310a and 310b are opened or closed to intermittently discharge water vapor or nitrogen, When the vent valve 330 is closed and the vacuum release valve 320 is opened, the vacuum pump 300 can suck and discharge steam or nitrogen.

이와 같이 설치되는 배출측 밸브(310a, 310b, 320), 벤트 밸브(330) 및 진공펌프(300)는 컨트롤러(500)에 의해 제어된다.The discharge side valves 310a, 310b and 320, the vent valve 330 and the vacuum pump 300 installed in this way are controlled by the controller 500. [

상기 수증기공급부(200)는 수증기를 소정의 압력을 갖게 발생시켜 상기 가습판(130a, 130b)의 유로(132, 133)에 압송하는 구성요소이고, 상기 질소공급부(400)는 예를 들어 소정의 압력으로 질소를 압축하여 저장한 것으로 구성될 수 있는 구성요소이고, 상기 진공펌프(500)는 공기를 빨아들일 수 있는 구성요소로서, 공지된 기술에 의해 구현할 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다.
The steam supply unit 200 is a component that generates steam at a predetermined pressure and feeds the steam to the oil passages 132 and 133 of the humidification plates 130a and 130b. The nitrogen supply unit 400 is, for example, The vacuum pump 500 is a constituent element for sucking air and can be implemented by a known technique, and thus a detailed description thereof will be omitted.

이하, 상기 컨트롤러(500)의 제어에 따라 열간압착, 누설검사 및 사전활성화하는 과정을 도 8을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a process of performing hot pressing, leakage inspection, and pre-activation according to the control of the controller 500 will be described with reference to FIG.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착장치에서 컨트롤러(500)의 제어에 따라 사전활성화하는 방법의 순서도이며, 이에 따르면, 적층체 안착단계(S10), 열간압착단계(S20), 누설검사단계(S30), 사전활성화단계(S40) 및 막전극 접합체 수거단계(S50)로 이루어진다.
8 is a flowchart of a method of pre-activating the polymer electrolyte fuel cell according to the control of the controller 500 in a hot-pressing apparatus for pre-activating a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention. A squeezing step S20, a leakage inspection step S30, a pre-activation step S40, and a membrane electrode assembly collecting step S50.

상기 적층체 안착단계(S10)는 가습판(130a, 130b)을 히터판(110a, 110b)에 부착한 2개의 가습판 일체형 히터판을 상하로 이격시킨 상태에서, 2개의 가습판 일체형 히터판 사이에 적층체를 안착하는 단계이다.In the stacking step S10, the two humidifying plate integrated heater plates having the humidifying plates 130a and 130b attached to the heater plates 110a and 110b are vertically spaced apart from each other, And a step of placing the laminate on the substrate.

적층체는 전극촉매층(20a, 20b)를 전해질막(10)의 상하면에 각각 소정의 넓이로 형성한 막전극 접합체(MEA)를 기준으로 하부의 기체확산층(30b)과 상부의 기체확산층(30a)을 적층한 것인데, 본 발명의 실시예에서는 상기 도 5에 화살표로 표시한 바와 같이, 하부의 기체확산층(30b)을 하부 가습판 일체형 히터판의 가습판(130b)에 구비된 실링재(137)에 둘러싸이는 면에 안착한 후, 그 위에 막전극 접합체(MEA ; 10, 20a, 20b)를 안착한다. 그리고, 상부의 기체확산층(30a)은 상부 가습판 일체형 히터판의 가습판(130a)에 구비된 실링재(137)에 둘러싸이는 면에 안착한다. The stacked body is composed of the lower gas diffusion layer 30b and the upper gas diffusion layer 30a on the basis of the membrane electrode assembly (MEA) formed with the electrode catalyst layers 20a and 20b on the upper and lower surfaces of the electrolyte membrane 10, In the embodiment of the present invention, as shown by the arrow in FIG. 5, the lower gas diffusion layer 30b is disposed on the sealing member 137 provided on the humidifying plate 130b of the lower humidifying plate integral heater plate (MEA; 10, 20a, 20b) is placed thereon. The upper gas diffusion layer 30a is seated on the surface surrounded by the sealing member 137 provided on the humidification plate 130a of the upper humidification plate integral type heater plate.

상부의 기체확산층(30a) 및 하부의 기체확산층(30b)을 각각 상부의 가습판(130a) 및 하부의 가습판(130b)에 안착할 시에, 컨트롤러(500)는 주입측 밸브(210a, 210b, 220a, 220b) 전체를 닫고 배출측 밸브(310a, 310b, 320) 전체를 열고 벤트밸브(330)를 닫은 상태에서 진공펌프(300)를 가동하여서 가습판(130a, 130b)의 홀(135)을 통해 기체확산층(30a, 30b)를 진공흡착하게 한다. 이에, 상부의 기체확산층(30b)도 상부의 가습판(130a)에서 낙하하지 아니하고 안착된다.When the upper gas diffusion layer 30a and the lower gas diffusion layer 30b are seated on the upper humidification plate 130a and the lower humidification plate 130b respectively, the controller 500 controls the injection side valves 210a and 210b The vacuum pump 300 is operated in a state where the entire discharge valves 310a, 310b and 320 are opened and the vent valve 330 is closed to close the holes 135 of the humidifying plates 130a and 130b, The gas diffusion layers 30a and 30b are vacuum-adsorbed. Thus, the upper gas diffusion layer 30b is also settled without falling on the upper humidification plate 130a.

이에, 상술한 바와 같이 실링재(137)는 기체확산층(30a, 30b)의 테두리를 에워싸는 형상으로 구비되므로, 기체확산층(30a, 30b)을 실링재(137)에 에워싸이도록 안착하면 전후 또는 좌우로 움직이지 아니하며, 진공흡착함으로써 가습판(130a, 130b)에 위치 고정된다.
As described above, since the sealing member 137 is provided to surround the rim of the gas diffusion layers 30a and 30b, when the gas diffusion layers 30a and 30b are seated to be surrounded by the sealing member 137, And is fixed to the humidifying plates 130a and 130b by vacuum suction.

상기 열간압착단계(S20)는 적층체를 안착한 상태에서 가압부(120)를 가동하여 상부의 가습판 일체형 히터판(110a, 130a)을 하강시킴으로써, 도 6에 도시한 바와 같이 상부의 가습판 일체형 히터판(110a, 130a)과 하부의 가습판 일체형 히터판(110b, 130b)으로 적층체를 압착하고, 동시에 히터판(110a, 110b)을 가열하는 단계이다.In the hot pressing step S20, the pressurizing unit 120 is operated in a state in which the laminated body is mounted, and the upper humidifying plate integrated heater plates 110a and 130a are lowered to form the upper humidification plate integrated type The laminated body is pressed with the heater plates 110a and 130a and the humidifying plate integral heater plates 110b and 130b at the lower side and simultaneously heating the heater plates 110a and 110b.

도 6을 살펴보면, 상부의 가습판(130a)과 하부의 가습판(130b)에 의해 적층체가 압착되므로, 상부의 가습판(130a)과 하부의 가습판(130b)에 각각 구비한 실링재(137)가 전해질막(10)의 둘레 가장자리인 에지 테이프(11)를 상하에서 압착하고, 막전극 접합체(MEA ; 10, 20a, 20b)의 상하에 기체확산층(30a, 30b)이 적층된 공간은 실링재(137)에 의해서 밀폐된다.6, since the laminate is pressed by the upper humidification plate 130a and the lower humidification plate 130b, the sealing material 137 provided on the upper humidification plate 130a and the lower humidification plate 130b, respectively, A space in which the gas diffusion layers 30a and 30b are stacked above and below the membrane electrode assembly (MEA) 10, 20a and 20b is sealed with a sealing material 137).

또한, 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이 상부의 가습판 일체형 히터판(110a, 130a)이 연직방향을 기준으로 기울어짐이 가능하게 되어 있어서, 적층체 전면을 균일한 압력으로 가압하게 된다.Further, as described with reference to Fig. 7, the upper heater plate 110a, 130a integrated with the humidifying plate can be tilted with respect to the vertical direction, so that the entire surface of the laminate is pressed with a uniform pressure.

이와 같이 압착한 상태에서 가열하는 동작은 이후 누설검사단계(S30) 및 사전활성화단계(S40) 중에도 지속된다.
The heating operation in the compressed state as described above is continued during the leakage inspection step S30 and the pre-activation step S40.

상기 누설검사단계(S30)는 적층체를 열간압착하는 중에, 유로(132, 133)를 경유한 홀(135)을 통해 질소를 공급하여 적층체의 상하 면에 서로 다른 압을 가하고, 적층체의 상하 면에 가하는 압력차의 변동량을 감시하여 전해질막(10)의 누설여부를 검사하는 단계이다. 즉, 압력차의 변동은 질소가 압력이 높은 쪽에서 압력이 낮은 쪽으로 적층체를 통과함에 따라 발생하므로, 압력차가 변동하면 누설이 발생한 것이다. 물론, 본 발명에 따른 열간압착장치에 의해 누설(예를 들면, 실링재의 손상에 의한 누설)이 발생할 수 있다.In the leakage inspection step S30, nitrogen is supplied through the holes 135 passing through the flow paths 132 and 133 to apply different pressures to the upper and lower surfaces of the laminate during the hot pressing of the laminate, And monitoring the variation of the pressure difference applied to the upper and lower surfaces to check whether the electrolyte membrane 10 has leaked. That is, the fluctuation of the pressure difference occurs as the nitrogen passes through the laminate from the higher pressure side to the lower pressure side, so that leakage occurs when the pressure difference fluctuates. Of course, leakage (for example, leakage due to damage of the sealing material) may occur by the hot-pressing apparatus according to the present invention.

본 발명에 따르면, 컨트롤러(500)는 주입측 밸브(210a, 210b, 410a, 410b) 중에 수중기 공급부(200) 측에 설치한 밸브(210a, 210b)를 닫고, 질소공급부(400) 측에 설치한 밸브(210a, 210b)를 열어서 질소를 가습판(130a, 130b)의 유로(132, 133)에 공급하되, 배출측 밸브(310a, 310b, 320) 중의 배출단속 밸브(310a, 310b)를 열고 진공배출 단속밸브(320)를 닫고 벤트 밸브(330)를 열어서, 질소를 유로에 공급함과 동시에 공기중에 배출되게 한다(S31). 이와 같이 질소를 공급함과 동시에 공기중으로 배출하는 동작은 미리 설정된 시간 동안 수행한다. 이에 따라, 유로(132, 133)의 내부를 청소하는 효과를 얻는다.According to the present invention, the controller 500 closes the valves 210a and 210b provided on the water supply side valve 200 side of the inlet side valves 210a, 210b, 410a and 410b, The valves 210a and 210b are opened to supply the nitrogen to the flow paths 132 and 133 of the humidifying plates 130a and 130b while the discharge regulating valves 310a and 310b in the discharge side valves 310a, The vacuum exhaust valve 320 is closed and the vent valve 330 is opened so that nitrogen is supplied to the flow path and discharged to the air (S31). In this manner, the operation of supplying nitrogen and discharging the nitrogen into the air is performed for a preset time. Thus, the effect of cleaning the inside of the flow paths 132 and 133 is obtained.

상기 미리 설정된 시간이 경과하면 배출단속 밸브(310a, 310b)를 닫고, 유로(132, 133)의 내부 압력을 압력조절밸브(220a, 220b)로 조절하여 적층체의 상하 면에 소정의 압력차가 발생되게 한 후, 질소공급부(400) 측에 설치한 주입측 밸브(410a 410b)를 닫고, 압력센서(230a, 230b)를 이용하여 차압을 감시한다(S32). 여기서, 상기한 소정의 압력차라 함은 상부의 가습판(130a) 유로에 가해지는 압력과 하부의 가습판(130b) 유로에 가해지는 압력을 차이 나게 하여서 적층체의 상하 면에 압력차가 발생하게 한다는 의미이다. 그리고, 이와 같이 압력차를 준 상태에서 압력차의 변동량을 감시한다.When the preset time has elapsed, the discharge regulating valves 310a and 310b are closed and the internal pressure of the flow paths 132 and 133 is regulated by the pressure regulating valves 220a and 220b to generate a predetermined pressure difference on the upper and lower surfaces of the laminate The injection side valve 410a 410b provided on the side of the nitrogen supply part 400 is closed and the differential pressure is monitored using the pressure sensors 230a and 230b in step S32. Here, the predetermined pressure difference means that the pressure applied to the upper flow path of the humidification plate 130a and the pressure applied to the lower flow path of the humidification plate 130b are different from each other, thereby causing a pressure difference between the upper and lower surfaces of the laminate It means. Then, the fluctuation amount of the pressure difference is monitored in such a state that the pressure difference is applied.

이때, 압력차의 변동량이 미리 설정된 값(Pth) 이상으로 커지면 누설로 판정하여 전해질막(10)을 불량처리하거나 또는 본 발명에 따른 열간압착장치를 점검하고(S34), 압력차의 변동량이 미리 설정된 값(Pth) 미만을 유지하면 정상으로 판정하고 후술하는 사전활성화 단계(S40)로 넘어간다(S33). At this time, if the fluctuation amount of the pressure difference becomes larger than the predetermined value (Pth), the leakage determination is made and the electrolyte membrane 10 is defective or the hot-pressing apparatus according to the present invention is checked (S34) If it is less than the set value Pth, it is determined to be normal and the process proceeds to the preactivation step S40 to be described later (S33).

누설 판정에 대해 다른 방식으로 설명하면, 압력차가 초기 값(압력차를 주고 압력차의 변동을 감시하기 시작하는 시점의 압력차)에서 미리 설정된 값 이상으로 작아지면 누설로 판정하고, 초기 값에서 미리 설정된 값 미만의 오차 범위 내를 유지하면 정상으로 판정한다.
If the pressure difference becomes smaller than a predetermined value at an initial value (a pressure difference at the time when the pressure difference starts to be monitored to give a pressure difference), it is determined as a leak, If it is kept within the error range below the set value, it is judged as normal.

상기 사전활성화단계(S40)는 수증기를 가습판(130a, 130b)의 주입구(131)를 통해 유로(132, 133)에 소정의 압력으로 주입함으로써 홀(135)을 통해 가해지는 수증기에 의해 적층체를 수화하여 활성화하는 단계로서, 본 발명의 실시예에서는 수증기를 주입한 후(S45) 배출하고(S42) 저항을 측정하는(S43) 과정을 미리 설정된 회수(Nth)만큼 반복한다.The preactivation step S40 is a step of injecting water vapor into the flow paths 132 and 133 through the injection port 131 of the humidifying plates 130a and 130b at a predetermined pressure so that water vapor, In the embodiment of the present invention, water vapor is injected (S45), discharged (S42), and the resistance is measured (S43) by a predetermined number of times (Nth).

물론, 질소공급부(400) 측에 설치한 주입측 밸브(410a, 410b)는 닫은 상태를 유지하여서, 질소 공급은 차단되고, 수증기만 공급한다.Of course, the injection side valves 410a and 410b provided on the side of the nitrogen supply part 400 are kept closed, the supply of nitrogen is cut off, and only the steam is supplied.

구체적으로 설명하면, 상기 누설검사단계(S30)에 의해서 유로(132, 133)에 질소가 주입된 상태이므로, 카운터(n)를 '0'으로 셋팅한 후(S41), 유로(132, 133)에 주입된 질소를 배출측 밸브(310a, 310b, 320)와 벤트밸브(330)를 제어하여 배출한 후(S43) 저항을 측정한다(S43). 여기서, 질소의 배출은 초기에 공기중으로 배출하고 나중에는 진공펌프(300)를 가동하여 배출함으로써 유로(132, 133)를 진공화하는 과정으로 이루어진다. 저항의 측정은 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 상부의 가습판(130a) 및 하부의 가습판(130b)에 각각 설치된 전극단자(139) 간의 저항을 측정하여 적층체의 저항을 획득하는 것이다. 이와 같이, 저항을 측정함으로써 사전활성화하기 전의 저항값을 획득하게 된다. Specifically, since the flow of the nitrogen is injected into the flow paths 132 and 133 by the leak checking step S30, the flow of the flow of the flow of the nitrogen gas into the flow paths 132 and 133 after setting the counter n to '0' The nitrogen injected into the discharge side valves 310a, 310b, and 320 and the vent valve 330 are discharged and discharged (S43), and the resistance is measured (S43). Here, nitrogen is initially discharged to the air, and then the vacuum pump 300 is actuated and discharged to evacuate the flow paths 132 and 133. The resistance is measured by measuring the resistance between the upper humidification plate 130a and the electrode terminals 139 provided on the lower humidification plate 130b as described with reference to Fig. 4 to obtain the resistance of the laminate. Thus, by measuring the resistance, the resistance value before the activation is obtained.

다음으로, 상부의 가습판(130a) 및 하부의 가습판(130b)에 각각 형성된 유로(132, 133)에 수증기를 공급하여 수증기가 홀(135)을 통해 적층체를 수화하게 하고(S45), 카운터(n)에 '1' 을 더한다(S46). 여기서, 수증기의 공급은 배출측 밸브(310a, 310b, 320) 전체를 닫은 상태에서, 수증기공급부(200) 측에 설치한 주입측 밸브(210a, 210b)를 열어 유로(132, 133)에 각각 수증기를 공급하되 압력조절밸브(220a, 220b)로 압력 조절하여 소정의 압력으로 되게 하는 것이다. Next, water vapor is supplied to the flow paths 132 and 133 formed in the upper humidification plate 130a and the lower humidification plate 130b, respectively, so that the water vapor hydrates the laminate through the holes 135 (S45) &Quot; 1 " is added to the counter n (S46). Here, the water vapor is supplied to the flow paths 132 and 133 by opening the injection side valves 210a and 210b provided on the side of the water vapor supply part 200 with the discharge side valves 310a, 310b and 320 all closed, And the pressure is regulated by the pressure control valves 220a and 220b to be a predetermined pressure.

다음으로, 유로(132, 133)에 주입한 수증기를 배출하고(S42), 저항을 측정한다(43). 여기서, 수증기를 배출할 시에는 수증기공급부(200) 측에 설치한 주입측 밸브(210a, 210b)를 닫아 수증기 주입을 멈추게 한 후, 질소를 배출할 때와 마찬가지로 처음에 공기중으로 배출하고 나중에 진공펌프(300)로 배출하여 유로(132, 133)를 진공화한다.Next, the water vapor injected into the flow paths 132 and 133 is discharged (S42), and the resistance is measured (43). Here, when discharging water vapor, the injection side valves 210a and 210b provided on the side of the water vapor supply unit 200 are closed to stop the steam injection. Then, as in the case of discharging nitrogen, the water is first discharged into the air, (300) to evacuate the flow paths (132, 133).

이와 같이 수증기를 주입한 후(S45) 배출하고(S42) 저항을 측정하는(S43) 과정을 상기 미리 설정된 회수(Nth)만큼 반복한 이후에는(S44), 상기 확산층 접합체 수거단계(S50)로 넘어간다.
After the water vapor is injected (S45) and discharged (S42) and the resistance is measured (S43) by the predetermined number of times (Nth) (S44), the diffusion layer junction collector Goes.

상기 확산층 접합체 수거단계(S50)는 상술한 바와 같이 누설검사와 사전활성화를 하면서 적층체를 열간압착하여 적층체의 적층물들이 일체화되는 확산층 접합체(1)를 수거하는 단계이다. 유로(132, 133) 또는 확산층 접합체(1)에 수분이 잔류할 수 있으므로, 진공펌프(200)를 가동하여 진공흡입한 이후에(S51) 가동부(200)를 가동하여 상부의 가습판 일체형 히터판(110a, 130a)을 상승시키고 확산층 접합체(1)를 수거한다.The diffusion layer junction collection step (S50) is a step of collecting the diffusion layer bonded body (1) in which stacked layers of the layered body are integrated by hot pressing the layered body while performing leakage inspection and preactivation as described above. The moisture can remain in the flow paths 132 and 133 or the diffusion bonded assembly 1 and the vacuum pump 200 is operated to vacuum suction the movable part 200 in operation S51, (110a, 130a) and collects the diffusion layer bonded body (1).

이와 같이 적층체를 열간압착하는 중에 누설검사하고 사전활성화함으로써, 전해질막(10)에 누설이 없고 수소이온의 이동도를 증가시킨 활성화된 확산층 접합체(1)를 얻을 수 있으며, 수거한 확산층 접합체(1)로 스택(3)을 제작함으로써 전해질막(10)의 누설에 의한 불량이 발생하지 아니하며, 스택(3)의 활성화 시간도 단축할 수 있다.By conducting leakage inspection and pre-activation during the hot-pressing of the laminate in this manner, an activated diffusion-bonded body 1 having no leakage in the electrolyte membrane 10 and increased hydrogen ion mobility can be obtained, and the collected diffusion- 1), a failure due to the leakage of the electrolyte membrane 10 does not occur, and the activation time of the stack 3 can be shortened.

또한, 상기 사전활성화단계(S40)에서 수증기를 매회 주입함에 따라 감소되는 저항의 변동 특성 그래프를 얻게 되므로, 사전활성화할 시에 1회의 수증기를 공급하는 시간 및 수증기 공급의 반복 회수(Nth)를 어떠한 값으로 설정한 것이지 결정하는 데 활용할 수 있다. In addition, since the graph of the variation characteristic of the resistance which is reduced by injecting water vapor every time the water vapor is injected in the preactivation step S40 is obtained, the time for supplying the water vapor once and the number of repetition of water vapor supply (Nth) Value to determine if it is set.

한편, 수증기 공급의 반복 회수(Nth)를 미리 설정하는 것이 아니라, 상기 컨트롤러(500)의 제어따라 확산층 접합체(1)의 수거 시점을 결정할 수 있다. On the other hand, it is possible to determine the collection time of the diffusion-bonded body 1 according to the control of the controller 500, instead of setting the number of repetitions of water vapor supply (Nth) in advance.

즉, 상기 컨트롤러(500)는 수증기를 반복하여 주입함에 따라 감소하는 저항의 변동 추이를 모니터링하여, 미리 설정한 저항값 미만으로 될 때에 사전활성화를 멈추고, 가압부(120)를 제어하여 상부의 가습판 일체형 히터판(130a, 110a)를 상승시킴으로써, 확산층 접합체(1)를 수거할 수 있게 하는 것이다.
That is, the controller 500 monitors the variation of the resistance that decreases as the water vapor is repeatedly injected, stops preactivation when the resistance value becomes less than a preset resistance value, and controls the pressing unit 120 to control the upper humidification The plate-integrated heater plates 130a and 110a are raised so that the diffusion layer bonded body 1 can be collected.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, . &Lt; / RTI > Accordingly, such modifications are deemed to be within the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the following claims.

1 : 확산층 접합체
2 : 연료전지 단위유닛
3 : 연료전지 스택
10 : 전해질막 11 : 에지 테이프
20a,20b : 전극촉매층 30a,30b : 기체확산층
40,40a,40b : 분리판 50 : 가스켓
60 : 엔드플레이트
100 : 열간압착부
110a,110b : 히터판 111 : 돌출부 112 : 가압면
120 : 가압부 121 : 로드 122 : 파지부
123 : 틈새
130a,130b : 가습판 131 : 주입구 132 : 메인 유로
133 : 서브 유로 134 : 마개 135 : 홀
136 : 배출구 137 : 실링재 138 : 요홈
139 : 전극단자
200 : 수증기공급부 210a,210b : 밸브
220a,220b : 압력조절밸브 230a,230b : 압력센서
300 : 진공펌프 310a,310b : 배출단속 밸브
320 : 진공배출 단속밸브 330 : 벤트 밸브
400 : 질소공급부 410a,410b : 밸브
500 : 컨트롤러1: Diffusion layer junction body
2: Fuel cell unit unit
3: Fuel cell stack
10: electrolyte membrane 11: edge tape
20a, 20b: electrode catalyst layers 30a, 30b: gas diffusion layer
40, 40a, 40b: separator plate 50: gasket
60: end plate
100:
110a, 110b: heater plate 111: projecting portion 112: pressing surface
120: pressing portion 121: rod 122:
123: Niche
130a, 130b: Humidification plate 131: Inlet port 132:
133: Sub-channel 134: Plug 135: Hole
136: Outlet 137: Sealing material 138: Groove
139: Electrode terminal
200: water vapor supply part 210a, 210b: valve
220a, 220b: pressure regulating valves 230a, 230b: pressure sensors
300: Vacuum pumps 310a, 310b: Discharge regulating valve
320: Vacuum discharge control valve 330: Vent valve
400: nitrogen supply part 410a, 410b: valve
500: controller

Claims

delete

A laminate obtained by laminating a gas diffusion layer on an electrode catalyst layer formed on each of upper and lower surfaces of an electrolyte membrane is sandwiched between two humidification plates which are formed so as to communicate with the gas diffusion layers, A hot-press apparatus for controlling the heater plate integrally formed with the plate to control the stack to pressurize the laminate with the heater plate, and hot-pressing the hot plate to preheat the polymer electrolyte fuel cell to supply water vapor through the channel of the humidifying plate, As a result,
A nitrogen supply part for supplying nitrogen; An inlet side valve for selectively injecting nitrogen in the water vapor or nitrogen supply portion into the inlet of the flow passage; A pressure sensor for detecting a pressure difference occurring between the upper and lower surfaces of the laminate; A discharge side valve connected to the discharge port of the flow path for interrupting the discharge and selecting the discharge by the vacuum pump or the discharge into the air; A sealing material provided on the humidifying plate and sealing the space of the electrolyte membrane which is in close contact with a peripheral edge exposed to the gas diffusion layer so as not to be stacked, An electrode terminal provided on the humidifying plate and measuring a resistance between the upper and lower surfaces of the laminated body; And,
A plurality of sub flow paths formed in parallel to each other at regular intervals; And two main flow paths formed to be larger than the inner diameter of the sub flow path and communicating with the respective sub flow paths, the two main flow paths being connected to the injection port and communicating with the discharge port,
The holes are communicated with the sub flow path through a surface contacting the gas diffusion layer and are formed at regular intervals in the respective sub flow paths,
The controller controls the discharge side valve so as to vacuum-adsorb the gas diffusion layer of the laminate through the hole of the humidifying plate by activating the vacuum pump when the laminate is seated between the humidification plates to hot-press the laminate, During the compression, nitrogen is injected into the inlet of the flow passage for an initial predetermined time and discharged to the air through an exhaust port to clean the flow passage. In the process of removing nitrogen, nitrogen is injected through the inlet, A step of discharging the nitrogen injected into the flow path to the air and sucking and discharging the air through a vacuum pump to evacuate the flow path; The operation of supplying the water vapor to the injection port and pre-activating it, measuring the resistance in the vacuum state by discharging the water vapor Hot-pressing apparatus to perform a process of repeated a predetermined number of times in sequence prior to activating a polymer electrolyte fuel cell, it characterized in that the control of the injection valve side and exhaust valve side.

6. The method of claim 5,
One of the two heater plates having the humidifying plate attached thereto is fixed and the other heater plate has a protruding portion so that the laminated body is pressed or released by the lifting movement of the rod holding the protruding portion,
Wherein the rod has a projection and a gap so that the contact surface between the rod and the projection is curved when pressing the projection with the rod so that the heater plate having the projection can be inclined when the rod is pressed with the rod. A hot-pressing apparatus for pre-activating an electrolyte fuel cell.