KR101836604B1

KR101836604B1 - 연료전지용 스택의 소재 접합 장치

Info

Publication number: KR101836604B1
Application number: KR1020160030473A
Authority: KR
Inventors: 이남구; 박주옥; 조상현
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2018-03-08
Also published as: KR20170106830A

Abstract

본 발명은 연료전지용 스택의 소재 접합 장치에 관한 것으로서, 특히 연료전지용 스택의 소재를 접합시키는 프레스와; 상기 프레스에 회전 가능하게 구비되는 샤프트와; 상기 샤프트에 장착되어 상기 샤프트와 일체로 회전하여 상기 소재를 고정시키는 클램프로 구성되어, 연료전지용 스택 소재 접합 공정 시 소재를 정위치시킨 상태에서 접합이 이루어지게 하여 스택 불량품 발생을 줄이고 최상의 성능을 구현함으로써 상품성과 제품 신뢰도를 향상시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

연료전지용 스택의 소재 접합 장치{Inosculation device of material for fuel cell stack}

본 발명은 연료전지용 스택의 소재 접합 장치에 관한 것으로서, 특히 접합 공정에서 발생하는 오차를 최소화하여 스택 불량품 발생을 줄이고 최상의 성능을 구현하기 위한 연료전지용 스택의 소재 접합 장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지는 무공해 전력 공급장치로서 차세대 청정 에너지 발전 시스템 중의 하나로 각광받고 있다.

이러한, 연료전지를 이용한 발전 시스템은 대형 건물의 자가발전기, 전기자동차 전원, 이동 전원(portable power supply) 등으로 이용될 수 있고, 천연 가스, 도시 가스, 나프타, 메탄올, 폐기물 가스 등 다양한 연료를 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 연료전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되며, 사용되는 전해질(electrolyte)에 따라 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자 전해질 연료전지(PEFC), 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리 연료전지(AFC) 등으로 구분된다.

상술한 연료전지들 가운데 고분자 전해질 연료전지의 고분자 전해질막 연료전지는 고체 고분자를 전해질로 사용하기 때문에 전해질에 의한 부식이나 증발의 위험이 없으며, 단위면적당 높은 전류밀도를 얻을 수 있고, 게다가 다른 종류의 연료전지에 비해 출력 특성이 월등히 높고 작동 온도가 낮기 때문에 자동차 등에 전력을 공급하기 위한 이동용 전원 등으로서 그것의 연구가 활발히 추진되고 있다.

한편, 고분자 전해질 연료전지는 단일 전지인 경우 통상 1V 내외의 출력 전압을 가지기 때문에 1V보다 높은 원하는 전압을 출력하는 연료전지를 제작하기 위해서는 통상 복수 개의 단위 전지를 전기적으로 직렬 연결하기 용이한 스택 구조가 많이 이용된다.

이때, 연료전지 스택은 애노드 전극과 캐소드 전극 및 이 전극들 사이에 위치하는 고분자 전해질막으로 이루어지는 막전극집합체(MEA), 가스확산층(GDL), 가스켓 등을 포함한다.

한편, 종래의 연료전지 스택은 MEA 위에 가스 확산을 도와주는 GDL을 교대로 적층 조합한 형태로 구성되며, MEA와 GDL의 일체화 부품은 MEA 투입 후 MEA 타발하는 공정과 타발을 마친 MEA와 투입된 GDL을 핫 프레스로 접합하는 공정을 통해 5층의 MEA 완성품으로 제작된다.

그러나, 종래에 MEA와 GDL을 접합하는 장비는 GDL/MEA/GDL을 접합하는 과정에서 하부에 위치한 소재는 진공 흡착이 가능하지만 상부에 놓여지는 소재인 GDL은 하부 흡착이 완료된 상태에서 더 이상의 위치 규제 컨트롤이 어려워 최종적으로 로봇을 통한 소재 이송 후 틀어짐이 발생하거나 및 불량품이 생산되는 문제점이 있었다.

특허 1 : 대한민국 공개특허 제10-2009-0111898호

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 연료전지용 스택의 소재 접합 장치에 관한 것으로서, 특히 접합 공정에서 발생하는 오차를 최소화하여 스택 불량품 발생을 줄이고 최상의 성능을 구현하기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 연료전지용 스택의 소재를 접합시키는 프레스와; 상기 프레스에 회전 가능하게 구비되는 샤프트와; 상기 샤프트에 장착되어 상기 샤프트와 일체로 회전하여 상기 소재를 고정시키는 클램프를 포함함으로써 달성된다.

상기 프레스는, 하부에 고정되며, 상면에 상기 소재가 위치하게 되는 하부프레스와; 상기 하부프레스 상부에 상하방향으로 승강 가능하게 구비되어 상기 소재를 가압하는 상부프레스;를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 샤프트는 한 쌍이 구비되어 상기 하부프레스 양단에 회전 가능하게 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 클램프는 상기 샤프트에 복수 개 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 상부프레스에는 상기 클램프 회전 시 간섭 발생을 방지하는 회전홈이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 각각의 샤프트 양단에 구비되어 상기 상부프레스 승강에 따라 회전하는 뭉치부를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 각각의 샤프트에 구비된 뭉치부를 상호 연결시켜 탄성력을 통해 상기 클램프 위치를 복원시키는 스프링을 포함하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상면에 연료전지용 스택 소재를 위치시키는 하부프레스와, 상기 하부프레스 상부에 상하방향으로 승강 가능하게 구비되어 상기 소재를 가압하는 상부프레스로 이루어져 상기 소재를 접합시키는 프레스와; 상기 하부프레스 양단에 회전 가능하게 구비되는 한 쌍의 샤프트와; 상기 샤프트에 장착되어 상기 샤프트와 일체로 회전하여 상기 소재를 고정시키는 클램프와; 상기 각각의 샤프트를 상호 연결시켜 탄성력을 통해 상기 클램프 위치를 복원시키는 스프링;을 포함함으로써 달성된다.

이상과 같은 본 발명은 연료전지용 스택 소재 접합 공정 시 소재를 정위치시킨 상태에서 접합이 이루어지게 하여 스택 불량품 발생을 줄이고 최상의 성능을 구현함으로써 상품성과 제품 신뢰도를 향상시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 연료전지용 스택의 소재 접합 장치에서 하부프레스에 소재가 위치한 상태를 도시하는 평면도,
도 2는 본 발명의 연료전지용 스택의 소재 접합 장치에서 하부프레스에 위치한 소재를 상부프레스가 가압한 상태를 도시하는 평면도,
도 3은 본 발명의 연료전지용 스택의 소재 접합 장치에서 상부프레스 가압 시 클램프가 외측으로 회전한 상태를 도시하는 정면도,
도 4는 본 발명의 연료전지용 스택의 소재 접합 장치에서 상부프레스 가압 시 클램프가 외측으로 회전한 상태를 도시하는 측면도,
도 5는 본 발명의 연료전지용 스택의 소재 접합 장치에서 상부프레스 상방 이동 시 뭉치부와 클램프 위치가 스프링에 의해 복원된 상태를 도시하는 측면도.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 연료전지용 스택의 소재 접합 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 소재(10)를 접합시키는 프레스(100)와, 회전 가능하게 구비된 샤프트(200)와, 샤프트(200)에 구비되어 소재(10)를 고정시키는 클램프(300)를 포함한다.

우선 연료전지용 스택의 소재(10)는 애노드 전극과 캐소드 전극 및 이 전극들 사이에 위치하는 고분자 전해질막으로 이루어지는 막전극집합체(MEA), 가스확산층(GDL), 가스켓 등을 포함한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 프레스는 상술한 것과 같은 소재(10)를 상호 접합시킨다.

이때, 프레스(100)는, 하부에 고정되어 상면에 소재(10)가 위치하게 되는 하부프레스(110)와, 하부프레스(110) 상부에 상하방향으로 승강 가능하게 구비되어 소재(10)를 가압하는 상부프레스(120)로 이루어진다.

즉, 하부프레스(110) 상면에 소재(10)를 위치시킨 상태에서 상부프레스(120)를 하부프레스(110) 측으로 작동시켜 소재(10)를 접합시키는 것이다.

샤프트(200)는 한 쌍이 구비되어 하부프레스(110) 양단에 회전 가능하게 형성된다.

클램프(300)는 샤프트(200)에 장착되어 샤프트(200)와 일체로 회전하여 하부프레스(110) 상면에 위치한 소재(10)를 고정시킨다.

이때, 클램프(300)는 샤프트(200)에 복수 개 형성되도록 하여 소재(10) 고정력을 향상시키도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 각각의 샤프트(200) 양단에는 뭉치부(210)가 구비되도록 하여 상부프레스(120) 승강에 따라 회전하도록 한다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 샤프트(200)에 구비된 뭉치부(210)를 상호 연결시키는 스프링(220)이 구비되도록 하여 스프링(220)의 탄성력을 통해 클램프(300) 위치를 복원시킬 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이때, 뭉치부(210)는 하부프레스(110)에 경사진 형상으로 구비되도록 하여 상부프레스(120)가 하부로 이동하여 소재(10)를 가압하는 경우에는 상부프레스(120)가 샤프트(200)의 뭉치부(210)를 외측방향으로 회전시켜 샤프트(200)와 클램프(300)를 외측방향으로 회전시키고, 상부프레스(120)가 상방으로 이동된 후에는 스프링(220)의 탄성력에 의해 클램프(300)로 원래 위치로 복원되도록 한다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상부프레스(120)에는 클램프(300) 회전 시 간섭 발생을 방지하는 회전홈(121)이 형성되도록 하여 클램프(300) 복원 작동이 용이하게 한다.

즉, 본 발명은 샤프트(200)가 회전운동을 하면서 샤프트(200)에 구비된 클램프(300)가 일체로 회전하여 소재(10)를 고정 또는 해제시키는 구조로, 상부프레스(120)를 통해 소재(10)를 가압하기 이전에는 클램프(300)가 소재(10)의 최대한 많은 면적을 눌러 소재(10) 고정 상태를 유지하며, 상부프레스(120)가 하부로 이동하여 소재(10)를 가압하는 경우에는 상부프레스(120)가 샤프트(200)의 뭉치부(210)를 회전시켜 샤프트(200)와 클램프(300)를 외측방향으로 회전시키고, 상부프레스(120)가 상방으로 이동된 후에는 스프링(220)의 탄성력에 의해 클램프(300)로 원래 위치로 복원되도록 한다. 여기서 클램프(300)가 복원되기 전에 가압된 소재(10) 외에 새로운 소재(10)를 위치시켜 가압 공정을 준비하도록 한다.

이처럼, 본 발명은 상면에 연료전지용 스택 소재(10)를 위치시키는 하부프레스(110)와, 하부프레스(110) 상부에 상하방향으로 승강 가능하게 구비되어 소재(10)를 가압하는 상부프레스(120)로 이루어져 소재(10)를 접합시키는 프레스(100)와, 하부프레스(110) 양단에 회전 가능하게 구비되는 한 쌍의 샤프트(200)와, 샤프트(200)에 장착되어 샤프트(200)와 일체로 회전하여 소재(10)를 고정시키는 클램프(300)와, 각각의 샤프트(200)를 상호 연결시켜 탄성력을 통해 클램프(300) 위치를 복원시키는 스프링(220)을 포함하여 연료전지용 스택 소재(10) 접합 공정 시 소재(10)를 정위치시킨 상태에서 접합이 이루어지게 하여 스택 불량품 발생을 줄이고 최상의 성능을 구현함으로써 상품성과 제품 신뢰도를 향상시킨다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 소재 100 : 프레스
110 : 하부프레스 120 : 상부프레스
200 : 샤프트 210 : 뭉치부
220 : 스프링 300 : 클램프

Claims

연료전지용 스택의 소재를 접합시키는 프레스와;
상기 프레스에 회전 가능하게 구비되는 한 쌍의 샤프트와;
상기 샤프트에 장착되어 상기 샤프트와 일체로 회전하여 상기 소재를 고정시키는 클램프를 포함하되;
상기 프레스는,
하부에 고정되며, 상면에 상기 소재가 위치하게 되는 하부프레스와;
상기 하부프레스 상부에 상하방향으로 승강 가능하게 구비되어 상기 소재를 가압하는 상부프레스를 포함하고,
상기 샤프트는, 각각의 샤프트 양단에 구비되어 상기 상부프레스 승강에 따라 회전하는 뭉치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택의 소재 접합 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 샤프트는 상기 하부프레스 양단에 회전 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택의 소재 접합 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 클램프는 상기 샤프트에 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택의 소재 접합 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 상부프레스에는 상기 클램프 회전 시 간섭 발생을 방지하는 회전홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택의 소재 접합 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 각각의 샤프트에 구비된 뭉치부를 상호 연결시켜 탄성력을 통해 상기 클램프 위치를 복원시키는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택의 소재 접합 장치.
상면에 연료전지용 스택 소재를 위치시키는 하부프레스와, 상기 하부프레스 상부에 상하방향으로 승강 가능하게 구비되어 상기 소재를 가압하는 상부프레스로 이루어져 상기 소재를 접합시키는 프레스와;
상기 하부프레스 양단에 회전 가능하게 구비되는 한 쌍의 샤프트와;
상기 샤프트에 장착되어 상기 샤프트와 일체로 회전하여 상기 소재를 고정시키는 클램프와;
상기 각각의 샤프트를 상호 연결시켜 탄성력을 통해 상기 클램프 위치를 복원시키는 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택의 소재 접합 장치.