KR101875574B1 - 연료전지 셀 스태커 - Google Patents

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Abstract

연료전지 셀 스태커가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 셀 스태커는, 서브 스택(Sub Stack)이 다수 개 적재되어 셀 스택 어셈블리(Cell Stack Assy, CSA)로 형성되는 적재장소를 이루는 스태커 본체; 및 스태커 본체에 마련되며, 서브 스택의 적재 과정 중에 서브 스택 또는 서브 스택을 이루는 단위 플레이트에 대한 적재정렬정도를 측정하는 적재정렬정도 측정유닛을 포함한다.

Description

연료전지 셀 스태커{Fuel cell stacker}
본 발명은, 연료전지 셀 스태커에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 서브 스택의 적재 과정 중에 서브 스택 또는 서브 스택을 이루는 단위 플레이트에 대한 적재정렬정도를 용이하게 측정할 수 있는 연료전지 셀 스태커에 관한 것이다.
화학전지는 화학 변화가 일어날 때의 에너지 변화를 전기 에너지로 바꾸는 장치이다. 일반적으로 화학전지는 전극을 구성하는 물질과 전해질을 용기 속에 넣어 화학 반응을 시킨다.
하지만, 연료전지는 외부에서 수소와 산소를 계속 공급해서 계속 전기 에너지를 낸다. 이는 마치 연료와 공기의 혼합물을 엔진 속에 공급하여 연소시키는 것과 유사하다. 이와 같이 연료의 연소와 유사한 화학전지를 연료전지(Fuel Cell)라고 한다.
다시 말해, 연료전지란 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 외부로부터 공급되는 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 장치를 가리킨다.
연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 용융 탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), 고분자 전해질막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) 등으로 분류될 수 있다.
각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 작동원리를 갖는다. 하지만 해당 연료전지마다 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매 및 전해질 등의 다양한 조건에 따라 서로 다르게 구분될 수 있다.
고분자 전해질막 연료전지는 기타의 연료전지에 비하여 출력밀도(Power Density) 및 효율이 높고, 낮은 운전 온도에서 작동되며, 빠른 시동 및 응답 특성을 갖는다는 장점이 있다. 이러한 연유로, 고분자 전해질막 연료전지는 자동차 등의 수송용 전원, 주거환경에 필요한 분산용 전원은 물론, 각종 휴대용 장치의 이동용 전원으로도 다양하게 활용될 수 있다.
연료전지는 연료의 산화로 인해 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는데, 연료극(Anode)에서는 수소의 산화반응이, 공기극(Cathode)에서는 산소의 환원반응이 각각 전기화학적으로 진행된다.
전체적인 연료전지의 반응은 물의 전기분해 역반응으로서, 이 반응 과정에서 전기를 비롯하여, 열과 물이 생성된다.
연료전지 단위 셀은 전해질막과, 전극(즉, 연료극, 공기극), 기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL) 및 분리판(Separator)을 포함한다. 그리고 이러한 연료전지 단위 셀들이 적층되어 연료전지 스택을 형성한다. 이하, 연료전지 스택을 셀 스택 어셈블리(Cell Stack Assy, CSA)라 한다.
한편, 셀 스택 어셈블리를 제작하기 위해서는 서브 스택(Sub Stack)을 다수 개, 예를 들어 48층으로 적재해야 하는데, 이와 같은 작업이 연료전지 셀 스태커를 통해 진행될 수 있다.
참고로, 하나의 서브 스택은 다수 개의 단위 플레이트, 예컨대 7개의 ISP와, 1개의 쿨러(cooler)로 이루어질 수 있는데, 이와 같은 구조의 서브 스택들이 다수 개, 예를 들어 48층으로 적재되어 하나의 셀 스택 어셈블리를 이루게 되는 것이다.
이때, 서브 스택은 연료전지 셀 스태커와는 별개의 장소에서 만들어지며, 이후에는 로봇 등에 의해 연료전지 셀 스태커로 옮겨져 적재(스태킹, stacking)될 수 있다.
연료전지 셀 스태커에서 서브 스택이 적재되어 하나의 셀 스택 어셈블리를 이루게 되면 이후에, 별도의 검사실로 셀 스택 어셈블리가 옮겨져서 서브 스택 또는 서브 스택을 이루는 단위 플레이트에 대한 단부면(edge)을 측정한 후, 이상이 없을 경우에 후(後) 공정으로 이동된다. 즉 셀 스택 어셈블리는 다수 개의 서브 스택이 적재되어 형성되는 것이기 때문에 서브 스택들의 적재정렬정도, 예컨대 직진도(직각도 포함)가 제대로 맞게 적재되었는지 기울어지지 않고 바르게 적재되었는지를 포함하는 적재정렬정도를 측정해야만 한다.
하지만, 종래기술처럼 셀 스택 어셈블리를 검사실에 투입해서 적재정렬정도를 별도로 측정하는 경우, 아래와 같은 많은 문제점이 발생될 수 있다.
첫째, 셀 스택 어셈블리가 별도의 검사실에 투입되어야 하기 때문에 그에 따른 작업시간과 인력이 필요하며, 이로 인해 전체적인 공정 사이클 타임(Cycle Time)이 길어지는 문제점이 있다.
둘째, 검사실의 구축을 위한 공간이나 시설이 확보되어야 하기 때문에 공간활용도가 떨어지고 풋 프린트(foot print)가 증가할 수 있는 문제점이 있다.
셋째, 적재정렬정도가 허용기준값에서 벗어나 적재불량이 발생된 경우, 공정 구조상 피드백(Feedback) 시간이 길어질 수밖에 없어 적재불량을 조치하기 위한 시간을 별도로 확보해야 해서 생산성이 감소될 수 있는 문제점이 있다.
대한민국특허청 출원번호 제10-2004-0068716호
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종전처럼 별도의 검사실을 이용할 필요 없이 서브 스택의 적재 과정 중에 서브 스택 또는 서브 스택을 이루는 단위 플레이트에 대한 적재정렬정도를 용이하게 측정할 수 있으며, 이로 인해 시간과 인력을 줄이면서도 공정 사이클 타임을 감소시킬 수 있음은 물론 설비의 풋 프린트(foot print)가 증가되는 것을 방지할 수 있고, 적재불량이 발생되더라도 종전보다 빠른 조치가 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있는 연료전지 셀 스태커를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 서브 스택(Sub Stack)이 다수 개 적재되어 셀 스택 어셈블리(Cell Stack Assy, CSA)로 형성되는 적재장소를 이루는 스태커 본체; 및 상기 스태커 본체에 마련되며, 상기 서브 스택의 적재 과정 중에 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트에 대한 적재정렬정도를 측정하는 적재정렬정도 측정유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커가 제공될 수 있다.
상기 적재정렬정도 측정유닛은, 상기 서브 스택의 적재 과정 중에 실시간으로 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트에 대한 적재정렬정도를 측정할 수 있다.
상기 적재정렬정도 측정유닛은, 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트의 단부면(edge)을 측정하여 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트의 단부면에 대한 직진도를 측정하는 직진도 측정기를 포함할 수 있다.
상기 직진도 측정기는 레이저를 이용한 레이저 센서(Laser Sensor)일 수 있다.
상기 레이저 센서는 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트의 일측 변과 그에 교차되는 타측 변 영역에 각각 한 쌍씩 배치될 수 있다.
상기 적재정렬정도 측정유닛은, 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트의 기울기를 측정하는 기울기 측정기를 더 포함할 수 있다.
상기 기울기 측정기는 상기 단위 플레이트들에 마련되는 패턴 베이스(Pattern Base)를 촬영하여 이미지 또는 영상신호를 전송하는 비전 카메라(Vision Camera)일 수 있다.
상기 직진도 측정기와 상기 기울기 측정기는 서로 연결되어 함께 동작될 수 있다.
상기 직진도 측정기와 상기 기울기 측정기가 탑재되고, 상기 직진도 측정기와 상기 기울기 측정기가 업/다운(up/down) 구동되도록 하는 측정기 탑재용 업/다운 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 측정기 탑재용 업/다운 유닛은, 상기 직진도 측정기와 상기 기울기 측정기가 탑재되는 탑재용 슬라이더; 및 일측은 상기 탑재용 슬라이더와 연결되고 타측은 상기 스태커 본체에 이동 가능하게 연결되며, 상기 탑재용 슬라이더를 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부를 포함할 수 있다.
상기 탑재용 슬라이더는, 한 쌍의 제1 직진도 측정기가 탑재되는 제1 탑재부; 상기 제1 탑재부와 연결되며, 상기 제1 탑재부를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하는 제1 슬라이딩 지지부; 상기 한 쌍의 제1 직진도 측정기와 교차되게 배치되는 한 쌍의 제2 직진도 측정기가 탑재되는 제2 탑재부; 상기 제2 탑재부와 연결되며, 상기 제2 탑재부를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하되 상기 제1 슬라이딩 지지부와 연결되는 제2 슬라이딩 지지부; 및 상기 제2 탑재부와 연결되며, 상기 기울기 측정기가 탑재되는 제3 탑재부를 포함할 수 있다.
상기 탑재용 슬라이더는, 상기 제1 슬라이딩 지지부에 대한 상기 제1 탑재부를 슬라이딩 이동거리를 감지하는 제1 감지용 프로브; 및 상기 제2 슬라이딩 지지부에 대한 상기 제2 탑재부를 슬라이딩 이동거리를 감지하는 제2 감지용 프로브를 더 포함할 수 있다.
상기 업/다운 구동부는, 상기 탑재용 슬라이더의 업/다운(up/down) 구동을 위한 동력을 발생시키는 모터; 및 상기 모터에 연결되며, 상기 스태커 본체에 마련되는 컬럼의 길이 방향을 따라 배치되어 상기 탑재용 슬라이더의 업/다운(up/down) 구동을 가이드하는 리니어 가이드를 포함할 수 있다.
상기 서브 스택의 적재 과정 중에 실시간으로 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트에 대한 적재정렬정도를 측정할 수 있도록 상기 직진도 측정기, 상기 기울기 측정기 및 상기 측정기 탑재용 업/다운 유닛의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 스태커 본체는, 상기 서브 스택이 적재되는 장소를 이루는 적재부; 상기 적재부를 하부에서 지지하는 적재부 지지부; 상기 적재부 지지부에 연결되는 다수의 구름 이동용 휠; 및 상기 적재부의 외곽에 배치되며, 상기 적재부 상에서 적재되는 상기 서브 스택을 보호하는 서브 스택 보호기구를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 종전처럼 별도의 검사실을 이용할 필요 없이 서브 스택의 적재 과정 중에 서브 스택 또는 서브 스택을 이루는 단위 플레이트에 대한 적재정렬정도를 용이하게 측정할 수 있으며, 이로 인해 시간과 인력을 줄이면서도 공정 사이클 타임을 감소시킬 수 있음은 물론 설비의 풋 프린트(foot print)가 증가되는 것을 방지할 수 있고, 적재불량이 발생되더라도 종전보다 빠른 조치가 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 서브 스택의 구조조도이다.
도 2는 도 1의 서브 스택이 다수 개 적재되어 형성되는 셀 스택 어셈블리의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 셀 스태커의 측면도이다.
도 4는 도 3의 정면도이다.
도 5는 도 4의 A 영역에 도시된 적재정렬정도 측정유닛의 확대도이다.
도 6은 도 4에서 적재정렬정도 측정유닛 영역에 대한 평면도이다.
도 7은 도 6에서 적재정렬정도 측정유닛과 서브 스택을 확대 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 요부 확대도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 셀 스태커의 제어블록도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 서브 스택의 구조조도이고, 도 2는 도 1의 서브 스택이 다수 개 적재되어 형성되는 셀 스택 어셈블리의 구조도이다.
앞서도 기술한 것처럼 연료전지는 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 외부로부터 공급되는 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 장치를 가리키는데, 도 2와 같은 형태의 셀 스택 어셈블리(100, Cell Stack Assy, CSA) 구조를 이룬다.
도 2의 셀 스택 어셈블리(100)를 제작하기 위해서는 도 1과 같은 구조의 서브 스택(110, Sub Stack)을 다수 개, 예를 들어 48층으로 적재(stacking)해야 한다. 이때, 하나의 서브 스택(110)은 도 1에 확대 도시한 것처럼 다수 개의 단위 플레이트(111), 예컨대 7개의 ISP(111a)와, 1개의 쿨러(111b, cooler)로 이루어질 수 있다. ISP(111a)와 쿨러(111b)는 모두가 판상체의 플레이트 타입으로 이루어지는데, 쿨러(111b)을 두께가 ISP(111a)보다 두껍다. ISP(111a)는 연료전지의 일반적인 구조에서 단위 셀, 즉 전해질을 사이에 두고 공기극과 연료극으로 이루어진 플레이트 타입의 단위를 일컫는다.
참고도, 도 2의 셀 스택 어셈블리(100)에 보면 다수 개의 쿨러(111b)가 적용되는데, 맨 위와 맨 아래의 쿨러(112a,112b)는 양극과 음극의 쿨링을 위한 용도로, 그리고 중간에 배치되는 것들은 개별적인 서브 스택(110)을 쿨링하기 위한 용도로 활용될 수 있다.
한편, 도 1과 같이 다수의 단위 플레이트(111)로 이루어지는 서브 스택(110)을 적재해서 도 2의 셀 스택 어셈블리(100)로 만들기 위해서는 서브 스택(110)들을 하나씩 순차적으로 적재해야 하는데, 이와 같은 적재작업이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 셀 스태커를 통해 진행될 수 있다.
특히, 서브 스택(110)은 연료전지 셀 스태커와는 별개의 장소에서 만들어지며, 이후에는 로봇 등에 의해 연료전지 셀 스태커로 옮겨져 적재(스태킹, stacking)될 수 있는데, 이와 같은 서브 스택(110)의 적재 과정 중에 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도, 즉 직진도(직각도 포함) 및 기울기를 측정하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 셀 스태커가 제안된다.
앞서도 언급한 것처럼 종전에는 서브 스택(110)들을 적재해서 셀 스택 어셈블리(100)를 만든 다음에 이를 검사실에 투입해서 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도를 측정하여 왔기 때문에 시간과 인력이 많이 소요되는데도 불구하고 공정 사이클 타임이 지연될 수 있고, 검사실을 구축해야 해서 설비의 풋 프린트(foot print)가 증가될 수 있으며, 적재불량 발생 시 빠른 조치가 불가능하여 생산성이 저하될 수밖에 없었다. 이에 본 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 아래의 도 3 내지 도 9에 도시된 연료전지 셀 스태커를 제안하고 있는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 셀 스태커의 측면도이고, 도 4는 도 3의 정면도이며, 도 5는 도 4의 A 영역에 도시된 적재정렬정도 측정유닛의 확대도이고, 도 6은 도 4에서 적재정렬정도 측정유닛 영역에 대한 평면도이며, 도 7은 도 6에서 적재정렬정도 측정유닛과 서브 스택을 확대 도시한 도면이고, 도 8은 도 7의 요부 확대도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 셀 스태커의 제어블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 연료전지 셀 스태커는 종전처럼 별도의 검사실을 이용할 필요 없이 서브 스택(110)의 적재 과정 중에 서브 스택(10) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도를 용이하게 측정할 수 있도록 한 것으로서, 스태커 본체(120)와, 스태커 본체(120)에 마련되며, 서브 스택(110)의 적재 과정 중에 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도를 측정하는 적재정렬정도 측정유닛(140)을 포함할 수 있다.
스태커 본체(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 서브 스택(110)이 다수 개 적재되어 셀 스택 어셈블리(100, CSA)로 형성되는 적재장소를 이룬다.
다시 말해, 도 1과 같이 다수의 단위 플레이트(111)로 이루어지는 서브 스택(110)을 적재해서 도 2의 셀 스택 어셈블리(100)로 만드는 작업이 스태커 본체(120)를 통해 진행된다. 이를 위해 스태커 본체(120)는 서브 스택(110)이 적재되는 장소를 이루는 적재부(121)를 포함한다.
스태커 본체(120)의 외부에 있는 로봇이 서브 스택(110)을 파지하여 적재부(121) 상에 올려두고, 그 위로 서브 스택(110)을 적재하는 과정을 통해 도 2의 셀 스택 어셈블리(100)가 만들어질 수 있다.
적재부(121)의 주변에는 상하 방향을 따라 길게 컬럼(122)이 배치된다. 그리고 적재부(121)의 하부에는 적재부 지지부(123)가 마련되어 적재부(121)를 하부에서 지지한다. 적재부(121)가 판상형 플레이트 타입일 수 있는데 반해 적재부 지지부(123)는 다수의 장비들이 부속된 구조일 수 있다.
적재부 지지부(123)에는 다수의 구름 이동용 휠(124)이 연결된다. 구름 이동용 휠(124)은 정지가 가능한 브레이크를 포함할 수 있다. 이처럼 구름 이동용 휠(124)이 적용됨으로써, 본 실시예에 따른 연료전지 셀 스태커를 원하는 위치로 용이하게 이동시킬 수 있는 장점이 있다.
적재부(121)의 외곽에는 서브 스택 보호기구(125)가 마련된다. 액추에이터 등을 비롯하여 여러 구조들이 조합되어 형성될 수 있는 서브 스택 보호기구(125)는 적재부(121)의 외곽에 배치되며, 적재부(121) 상에서 적재되는 서브 스택(110)을 보호하는 역할을 한다. 즉 서브 스택 보호기구(125)이 과도하게 기울어져 쓰러지지 않게 안전을 보장한다.
한편, 적재정렬정도 측정유닛(140)은 스태커 본체(120)에 마련되며, 서브 스택(110)의 적재 과정 중에 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도를 측정하는 역할을 한다.
즉 셀 스택 어셈블리(100)는 결과적으로 서브 스택(110)을 이루는 최소 단위인 단위 플레이트(111)를 계속 쌓아 올려서 만들어야 하는데, 이러한 적재과정 중에 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)이 비뚤게 적재되거나 기울어져 적재되면 곤란하기 때문에 이를 측정하여 실시간으로 피드백하기 위해 적재정렬정도 측정유닛(140)이 스태커 본체(120)에 마련된다.
여기서, 적재정렬정도란 앞서도 언급한 것처럼 적재되는 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 직진도(비뚤어지지 않고 평면 상 정위치로 적재되는 정도)와, 기울기(기울어짐 정도)를 나타낸다. 이때, 직진도는 직각도, 즉 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)가 직각상태로 바르게 적재되었는지의 여부인 직각정도를 포함할 수 있다.
이와 같은 적재정렬정도 측정유닛(140)은 본 실시예에서 서브 스택(110)의 적재 과정 중에 실시간으로 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도를 측정한다.
물론, 도 2와 같이 서브 스택(110)이 적재되어 셀 스택 어셈블리(100)로 만들어진 다음에 적재정렬정도 측정유닛(140)이 동작되어 스태커 본체(120) 상에서 셀 스택 어셈블리(100)에 대한 적재정렬정도를 측정할 수도 있는데, 이와 같은 방법이 사용되어도 종전처럼 검사실을 이용할 필요가 없기 때문에 종전보다 많은 장점을 제공할 수 있다.
하지만, 서브 스택(110)이 적재되어 셀 스택 어셈블리(100)로 만들어진 다음이 아니라, 서브 스택(110)이 적재되고 있는 과정 중에 실시간으로 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도를 측정할 경우, 혹시라도 적재불량이 발생되면 빠른 조치, 즉 피드백이 빨라질 수 있어서 생산성이 향상될 수 있다.
따라서 적재정렬정도 측정유닛(140)은 본 실시예에서 서브 스택(110)의 적재 과정 중에 실시간으로 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도를 측정하는 것이 바람직하다.
하지만, 앞서 기술한 것처럼 도 2와 같이 서브 스택(110)이 적재되어 셀 스택 어셈블리(100)로 만들어진 다음에 적재정렬정도 측정유닛(140)이 동작되어 스태커 본체(120) 상에서 셀 스택 어셈블리(100)에 대한 적재정렬정도를 측정할 수도 있을 것이며, 이러한 사항 모두가 본 발명의 권리범위에 속한다 하여야 할 것이다.
이와 같은 역할을 담당하는 적재정렬정도 측정유닛(140)은 직진도 측정기(150a,150b)와, 기울기 측정기(160)와, 직진도 측정기(150a,150b) 및 기울기 측정기(160)가 업/다운(up/down) 구동되도록 하는 측정기 탑재용 업/다운 유닛(170)을 포함할 수 있다.
도 8을 주로 참조하면, 직진도 측정기(150a,150b)은 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 단부면(edge)을 측정하여 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 단부면에 대한 직각도를 포함한 직진도를 측정하는 역할을 한다.
즉 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)는 평면에서 볼 때, 대략 사각형의 플레이트 구조를 가지기 때문에 상호 교차되는 2개의 이웃된 단부면에 대한 직진도(직각도 포함)를 측정할 경우, 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)가 제대로 적재되고 있는지를 측정할 수 있다.
본 실시예에서 직진도 측정기(150a,150b)는 모두가 레이저를 이용한 레이저 센서(Laser Sensor)로 적용된다.
이때, 레이저 센서로서의 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b)는 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 일측 변과 그에 교차되는 타측 변 영역에 각각 한 쌍씩 배치된다.
구체적으로 살펴보면, 도 8에서 한 쌍으로 배치된 제1 직진도 측정기(150a)는 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 일측 변을 통해 레이저(P1,P2)를 조사하며, 반사되는 레이저(P1,P2)의 속도차를 통해 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 일측 변이 비뚤어져 있는지의 여부를 측정할 수 있다.
마찬가지로, 한 쌍으로 배치된 제2 직진도 측정기(150b)는 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 타측 변을 통해 레이저(Q1,Q2)를 조사하며, 반사되는 레이저(Q1,Q2)의 속도차를 통해 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 일측 변이 비뚤어져 있는지의 여부를 측정할 수 있다.
이처럼 레이저 센서로서의 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b)를 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 일측 변과 그에 교차되는 타측 변 영역에 각각 한 쌍씩 배치하여 사용할 경우, 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 단부면에 대한 직진도를 측정할 수 있다.
한편, 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 단부면에 대한 직진도가 정확하다 하더라도 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)가 기울어져 있다면 곤란하다. 즉 레이저 센서로는 기울어짐 정도를 측정하기 곤란하다. 따라서 적재정렬정도 측정유닛(140)에 기울기 측정기(160)이 더 적용되고 있는 것이다.
이러한 기울기 측정기(160)는 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 기울기를 측정하는 역할을 한다. 이때, 기울기 측정기(160)는 단위 플레이트(111)들에 마련되는 패턴 베이스(Pattern Base)를 촬영하여 이미지 또는 영상신호를 전송하는 비전 카메라(Vision Camera)로 적용될 수 있다. 도면에는 자세히 도시하지 않았으나 단위 플레이트(111)들에는 패턴 베이스(Pattern Base)라 하는 패턴이 형성되는데, 기울기 측정기(160)가 이를 촬영함으로써 기울어짐의 기준으로 삼고 있는 것이다.
본 실시예에서 레이저 센서로 적용될 수 있는 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b)와 비전 카메라로 적용될 수 있는 기울기 측정기(160)는 서로 연결되어 함께 동작될 수 있다. 즉 직진도와 기울기가 실시간으로 측정되기 위해서는 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b)와 기울기 측정기(160)가 동작되어야 하는데, 효율적인 동작을 위해 본 실시예에서는 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b)와 기울기 측정기(160)가 함께 연결되어 함께 동작되도록 하고 있는 것이다. 물론, 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b)와 기울기 측정기(160)의 개별 동작도 가능할 것인데, 이러한 사항 역시 본 발명의 권리범위에 속한다 하여야 할 것이다.
본 실시예처럼 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b)와 기울기 측정기(160)가 연결되어 함께 동작되기 위해 측정기 탑재용 업/다운 유닛(170)이 마련된다. 측정기 탑재용 업/다운 유닛(170)은 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b)와 기울기 측정기(160)가 탑재되고, 직진도 측정기(150a,150b)와 기울기 측정기(160)가 도 5의 화살표 방향처럼 업/다운(up/down) 구동되도록 하는 역할을 한다.
이러한 측정기 탑재용 업/다운 유닛(170)은 도 8에 자세히 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b)와 기울기 측정기(160)가 탑재되는 탑재용 슬라이더(180)와, 일측은 탑재용 슬라이더(180)와 연결되고 타측은 스태커 본체(120)에 이동 가능하게 연결되며, 탑재용 슬라이더(180)를 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부(190)를 포함할 수 있다.
탑재용 슬라이더(180)는 한 쌍의 제1 직진도 측정기(150a)가 탑재되는 제1 탑재부(181)와, 제1 탑재부(181)와 연결되며, 제1 탑재부(181)를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하는 제1 슬라이딩 지지부(182)와, 한 쌍의 제1 직진도 측정기(150a)와 교차되게 배치되는 한 쌍의 제2 직진도 측정기(150b)가 탑재되는 제2 탑재부(183)와, 제2 탑재부(183)와 연결되며, 제2 탑재부(183)를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하되 제1 슬라이딩 지지부(182)와 연결되는 제2 슬라이딩 지지부(184)와, 제2 탑재부(183)와 연결되며, 기울기 측정기(160)가 탑재되는 제3 탑재부(185)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 슬라이딩 지지부(182)에 대한 제1 탑재부(181)를 슬라이딩 이동거리를 감지하기 위해 제1 감지용 프로브(186)가 마련되고, 제2 슬라이딩 지지부(184)에 대한 제2 탑재부(183)를 슬라이딩 이동거리를 감지하기 위해 제2 감지용 프로브(187)가 마련될 수 있다.
이와 같은 구조의 탑재용 슬라이더(180)가 적용되어 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b)와 기울기 측정기(160)가 탑재되도록 함으로써, 콤팩트한 장치의 구현이 가능해져서 스태커 본체(120)에 간섭 없이 적용하기에 유리하다.
업/다운 구동부(190)는 탑재용 슬라이더(180)의 업/다운(up/down) 구동을 위한 동력을 발생시키는 모터(191)와, 모터(191)에 연결되며, 스태커 본체(120)에 마련되는 컬럼(122)의 길이 방향을 따라 배치되어 탑재용 슬라이더(180)의 업/다운(up/down) 구동을 가이드하는 리니어 가이드(192)를 포함할 수 있다.
이에, 모터(191)가 동작되면 리니어 가이드(192)를 통해 탑재용 슬라이더(180)가 도 5의 화살표 방향처럼 업/다운(up/down) 구동될 수 있는데, 이와 같은 동작 중에 탑재용 슬라이더(180)에 탑재된 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b)와 기울기 측정기(160)가 자신의 위치에서 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 직진도와 기울기를 실시간으로 측정할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 연료전지 셀 스태커에는 컨트롤러(130)가 더 갖춰질 수 있다. 컨트롤러(130)는 앞서 기술한 것처럼 서브 스택(110)의 적재 과정 중에 실시간으로 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도를 측정할 수 있도록 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b), 기울기 측정기(160) 및 측정기 탑재용 업/다운 유닛(170)의 동작을 컨트롤한다.
이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(130)는 중앙처리장치(131, CPU), 메모리(132, MEMORY), 그리고 서포트 회로(133, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(131)는 본 실시예에서 서브 스택(110)의 적재 과정 중에 실시간으로 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도를 측정할 수 있도록 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b), 기울기 측정기(160) 및 측정기 탑재용 업/다운 유닛(170)의 동작을 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다.
메모리(132, MEMORY)는 중앙처리장치(131)과 연결된다. 메모리(132)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리일 수 있다.
서포트 회로(133, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(131)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(133)은 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 컨트롤러(130)는 서브 스택(110)의 적재 과정 중에 실시간으로 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도를 측정할 수 있도록 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b), 기울기 측정기(160) 및 측정기 탑재용 업/다운 유닛(170)의 동작을 컨트롤하는데, 이러한 컨트롤 프로세스 등은 메모리(132)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(132)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 스태커 본체(120)의 적재부(121) 상에서 서브 스택(110)을 적재하여 셀 스택 어셈블리(100)을 만드는 과정이 진행될 수 있는데, 컨트롤러(130)가 제1 및 제2 직진도 측정기(150a,150b), 기울기 측정기(160) 및 측정기 탑재용 업/다운 유닛(170)의 동작을 컨트롤하여 적재과정 중에 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)의 직진도와 기울기를 실시간으로 측정하도록 할 수 있으며, 이를 통해 적재불량이 발생되더라도 종전보다 빠른 조치가 가능해질 수 있도록 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조와 작용을 갖는 본 실시예에 따르면, 종전처럼 별도의 검사실을 이용할 필요 없이 서브 스택(110)의 적재 과정 중에 서브 스택(110) 또는 서브 스택(110)을 이루는 단위 플레이트(111)에 대한 적재정렬정도를 용이하게 측정할 수 있으며, 이로 인해 시간과 인력을 줄이면서도 공정 사이클 타임을 감소시킬 수 있음은 물론 설비의 풋 프린트(foot print)가 증가되는 것을 방지할 수 있고, 적재불량이 발생되더라도 종전보다 빠른 조치가 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 셀 스택 어셈블리 110 : 서브 스택
111 : 단위 플레이트 120 : 스태커 본체
121 : 적재부 122 : 컬럼
123 : 적재부 지지부 124 : 구름 이동용 휠
125 : 서브 스택 보호기구 130 : 컨트롤러
140 : 적재정렬정도 측정유닛 150a,150b : 직진도 측정기
160 : 기울기 측정기 170 : 측정기 탑재용 업/다운 유닛
180 : 탑재용 슬라이더 181 : 제1 탑재부
182 : 제1 슬라이딩 지지부 183 : 제2 탑재부
184 : 제2 슬라이딩 지지부 185 : 제3 탑재부
186 : 제1 감지용 프로브 187 : 제2 감지용 프로브
190 : 업/다운 구동부 191 : 모터
192 : 리니어 가이드

Claims (15)

  1. 서브 스택(Sub Stack)이 다수 개 적재되어 셀 스택 어셈블리(Cell Stack Assy, CSA)로 형성되는 적재장소를 이루는 스태커 본체; 및
    상기 스태커 본체에 마련되며, 상기 서브 스택의 적재 과정 중에 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트에 대한 적재정렬정도를 측정하는 적재정렬정도 측정유닛을 포함하며,
    상기 적재정렬정도 측정유닛은 상기 서브 스택의 적재 과정 중에 실시간으로 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트에 대한 적재정렬정도를 측정하며,
    상기 적재정렬정도 측정유닛은,
    상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트의 단부면(edge)을 측정하여 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트의 단부면에 대한 직진도를 측정하는 직진도 측정기; 및
    상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트의 기울기를 측정하는 기울기 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 직진도 측정기는 레이저를 이용한 레이저 센서(Laser Sensor)인 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 레이저 센서는 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트의 일측 변과 그에 교차되는 타측 변 영역에 각각 한 쌍씩 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기울기 측정기는 상기 단위 플레이트들에 마련되는 패턴 베이스(Pattern Base)를 촬영하여 이미지 또는 영상신호를 전송하는 비전 카메라(Vision Camera)인 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 직진도 측정기와 상기 기울기 측정기는 서로 연결되어 함께 동작되는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 직진도 측정기와 상기 기울기 측정기가 탑재되고, 상기 직진도 측정기와 상기 기울기 측정기가 업/다운(up/down) 구동되도록 하는 측정기 탑재용 업/다운 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 측정기 탑재용 업/다운 유닛은,
    상기 직진도 측정기와 상기 기울기 측정기가 탑재되는 탑재용 슬라이더; 및
    일측은 상기 탑재용 슬라이더와 연결되고 타측은 상기 스태커 본체에 이동 가능하게 연결되며, 상기 탑재용 슬라이더를 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 탑재용 슬라이더는,
    한 쌍의 제1 직진도 측정기가 탑재되는 제1 탑재부;
    상기 제1 탑재부와 연결되며, 상기 제1 탑재부를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하는 제1 슬라이딩 지지부;
    상기 한 쌍의 제1 직진도 측정기와 교차되게 배치되는 한 쌍의 제2 직진도 측정기가 탑재되는 제2 탑재부;
    상기 제2 탑재부와 연결되며, 상기 제2 탑재부를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하되 상기 제1 슬라이딩 지지부와 연결되는 제2 슬라이딩 지지부; 및
    상기 제2 탑재부와 연결되며, 상기 기울기 측정기가 탑재되는 제3 탑재부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 탑재용 슬라이더는,
    상기 제1 슬라이딩 지지부에 대한 상기 제1 탑재부를 슬라이딩 이동거리를 감지하는 제1 감지용 프로브; 및
    상기 제2 슬라이딩 지지부에 대한 상기 제2 탑재부를 슬라이딩 이동거리를 감지하는 제2 감지용 프로브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 업/다운 구동부는,
    상기 탑재용 슬라이더의 업/다운(up/down) 구동을 위한 동력을 발생시키는 모터; 및
    상기 모터에 연결되며, 상기 스태커 본체에 마련되는 컬럼의 길이 방향을 따라 배치되어 상기 탑재용 슬라이더의 업/다운(up/down) 구동을 가이드하는 리니어 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 서브 스택의 적재 과정 중에 실시간으로 상기 서브 스택 또는 상기 서브 스택을 이루는 단위 플레이트에 대한 적재정렬정도를 측정할 수 있도록 상기 직진도 측정기, 상기 기울기 측정기 및 상기 측정기 탑재용 업/다운 유닛의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 스태커 본체는,
    상기 서브 스택이 적재되는 장소를 이루는 적재부;
    상기 적재부를 하부에서 지지하는 적재부 지지부;
    상기 적재부 지지부에 연결되는 다수의 구름 이동용 휠; 및
    상기 적재부의 외곽에 배치되며, 상기 적재부 상에서 적재되는 상기 서브 스택을 보호하는 서브 스택 보호기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 스태커.
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