KR102019612B1 - 연료전지분리판의 유로형성시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 상기 문제점을 극복하여 저비용, 고효율의 양산성 있는 연료전지분리판 유로형성 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 분리판을 구성하는 흑연 또는 흑연(graphite)과 수지(resin)의 복합 성형체에 대해 다수의 가공 날이 장축 방향으로 규칙 배열된 가공 공구를 활용함으로써, 한 면 전체를 동시에 또는 1 개 면을 한 번에 유로 가공이 가능한 연료전지 분리판의 유로 가공 시스템을 제공한다.

Description

연료전지분리판의 유로형성시스템{Channel Forming System of Fuel Cell Saperator}

본 발명은 연료전지분리판의 유로형성에 관한 것으로 좀 더 상세하게는 흑연을 포함한 복합 성형체로 된 연료전지분리판에 유로를 형성하는 기술에 관한 것이다.

연료전지(Fuel Cell)는 수소와 산소, 그리고 촉매물질간의 전기화학 반응에 의해 전기를 생산해내는 일종의 자가발전 시스템이라 할 수 있다. 연료전지는 친환경 에너지로서 친환경 자동차의 배터리로서 적용되며, 지역용 발전셀로도 사용될 수 있다. 소정의 발전용량을 갖춘 연료전지 구성을 위해 애노드와 캐소드 전극을 연결하여 발생된 전기의 이동 통로 역할을 하는 연료전지분리판은 수백장 이상이 소요된다. 또한, 연료전지분리판은 수소를 포함한 가스 또는 액체 연료, 산화제 가스 등 원료의 공급 통로를 제공하며, 이를 위한 유로가 형성된다.

종래 연료전지분리판에 대한 유로 형성은 다음과 같은 방식으로 실시되고 있다.

즉, 앤드밀을 이용한 유로 가공방식으로, 유로 형상에 맞춰 앤드밀이 이동하며 가공한다. 이러한 빙식은 가공 공구에 의한 기계적 절삭 방식으로 생산성 내지 효율이 나쁘다.

샌드블라스트 등 유차 분사에 의한 가공도 제안된다(등록특허 10-0545992). 즉, 건식 필름 코팅 후 마스크를 형성하고 노광하여 건식 식각(샌드블라스트, 샷 피닝, 초음파 식각 등)으로 패턴 제거 후 세척하여 완성된다. 이러한 방식은 공정 단계가 복잡하여 생산 효율 낮다.

그 외 성형체에 고압 스탬퍼를 이용하여 스탬핑 가공으로 유로를 형성하는 기술이 제안되나, 이러한 방식은 생산 효율 높지만 스탬핑 금형과 레진간 소착 발생으로 상용화가 불가능하다.

또한, 유로 가공된 금형을 활용한 분리판 성형 기술도 제안된다. 이는 성형과 가공이 동시에 진행된다는 점에서 효율 높을 수 있으나 제품 균일도 확보가 어렵고, 금형 비용이 높고, 금형 손상도 잦아 고비용이 문제되고, 특히, 금형에 대한 레진 소착으로 대면적 분리판에는 적용할 수 있는 한계가 있다.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 극복하여 저비용, 고효율의 양산성 있는 연료전지분리판 유로형성 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 분리판을 구성하는 흑연 또는 흑연(graphite)과 수지(resin)의 복합 성형체에 대해 다수의 가공 날이 장축 방향으로 규칙 배열된 가공 공구를 활용함으로써, 분리판 한 면 전체를 동시에 또는 1 개 면을 한 번에 유로 가공이 가능한 연료전지 분리판의 유로 가공 시스템을 제공한다.

즉, 가공 공구는 바(bar, 막대) 형상의 공구 소재(초경, 공구강)에 대해 분리판에 형성하고자 하는 유로의 상대 형상으로 제작된 홈 날(grooving tool)로, 바 형상의 공구 소재에 대해 다수의 홈을 새겨 넣음으로써 다수의 유로를 동시에 가공이 가능한 연료전지 분리판의 유로 가공 공구를 제공한다.

상기에서 바 형상의 가공 공구(grooving tool)는 가공하고자 하는 분리판의 폭 이상 길이를 갖는 원통 형상의 홀더, 지그 또는 가공 공구 집합체 측면에 고정되며, 회전상태에서 분리판 표면에 접촉, 이송됨으로써 다수의 홈을 절삭의 방식으로 동시에 가공할 수 있는 연료전지 분리판의 유로 가공 공구를 제공한다.

상기에서 가공 공구 및 다수의 가공 공구가 고정된 원통 형상의 공구 홀더는 원통 홀더 직경 150 mm 기준으로 2,000 내지 20,000 rpm의 속도로 회전하며, 50 내지 200 mm/sec.의 피딩(feeding)속도로 분리판에 접촉 및 이송되며 분리판 일 면에 대한 전체 유로를 수초 내 가공이 가능하다.

상기에서 유로 형상은 폭 1.0 내지 2.0 mm, 깊이 0.3 내지 1.0 mm로, 가공 공구의 홈은 유로의 상대 형상으로 제작되며, 분리판 일 면에 유로가 100 내지 200 개의 홈으로 구성됨에 따라 가공 공구의 홈 역시 100 내지 200 개 범위로 새겨진다.

본 발명에 따르면, 수초 내 하나의 연료전지분리판 일면에 유로 가공이 완성되어 양산성이 우수하다.

또한, 본 발명의 가공 공구에 의한 연료전지분리판 유로 형성 시스템은 설비가 간소화되고 공정 또한 매우 간소화된다.

또한, 본 발명은 대기중 상온에서 실시되며, 가공 공구의 회전에 의하여 절삭가공되므로, 스탬퍼나 금형방식과 같이 레진이 공구에 소착되는 문제가 발생하지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 유로 가공 공구가 홀더에 들어있는 것을 보여주는 사진이다.
도 2는 도 1의 유로가공 공구의 그루빙 툴을 확대한 사진이다.
도 3은 도 1의 유로가공 공구를 구동부에 장착한 사진과 실제 유로를 형성하는 모습을 담은 사진이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 유로 가공 공구(100)가 홀더에 들어있는 것을 보여주는 사진이다.

원통형 몸체(10)의 길이 방향을 따라 그루빙 툴(20)이 형성되어 있으며, 그루빙 툴(20)은 도 2의 확대 사진에 좀 더 상세히 도시된다.

상기 그루빙 툴(20)은 다수의 가공 날이 몸체의 장축 방향으로 규칙 배열된 하나의 줄(선형어레이)로 형성되며, 이러한 그루빙 툴(20)은 몸체(10)의 외주면에 소정의 중심각 마다 다수의 줄이 나란히 배열된 것을 포함한다. 예를 들면, 막대형 몸체의 중심각이 45°되는 지점마다 가공 날로 구성된 줄이 형성되면 몸체 전체에는 4개의 가공 날로 구성된 줄을 구비하게 된다. 가공날 줄은 일정한 중심각을 두고 다수 배열되며, 4 내지 8개의 줄이 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 6 줄의 그루빙 툴(20)을 형성하였다.

분리판을 구성하는 흑연 또는 흑연(graphite)과 수지(resin)의 복합 성형체에 대해 다수의 가공 날이 장축 방향으로 규칙 배열된 가공 공구를 활용함으로써, 연료전지분리판 한 면 전체를 동시에 내지는 1 개 면을 한 번에 유로 가공이 가능하다.

상기 유로 가공 공구(100)는 몸체(10)와 그루빙 툴(20) 모두 초경, 공구강으로 구성된다.

분리판에 형성하고자 하는 유로의 상대 형상 그대로 제작된 그루빙 툴(20)은 홈 날(grooving tool)의 배열체로 구성되며, 바 형상의 공구 소재에 대해 다수의 홈을 새겨 넣음으로써 다수의 유로를 동시에 가공이 가능한 연료전지 분리판의 유로 가공 공구를 제공한다.

즉, 원통형 몸체(10)에 대해 소정 중심각도마다 바(bar)형 줄이 형성되고 상기 바형 줄에 다수의 홈을 새겨 넣음으로써 다수의 유로를 동시에 가공할 수 있는 그루빙 툴이 된다.

그루빙 툴(20)(grooving tool)은 가공하고자 하는 분리판의 폭 이상의 길이를 갖는 원통 형상의 몸체(홀더, 지그 또는 가공 공구 집합체라 불리울 수 있다) 외주면에 고정되며, 몸체(10)의 회전상태에서 분리판 표면에 접촉 및 이송됨으로써 다수의 홈을 절삭의 방식으로 동시에 가공할 수 있다. 여러 줄의 그루빙 툴(20)이 형성되어 있기 때문에 몸체(10)의 회전으로 연속적인 유로 절삭가공이 이루어지며 절삭된 소재의 소착 문제가 전혀 일어나지 않는다.

가공하여야하는 유로 형상은 폭 1.0 내지 2.0 mm, 깊이 0.3 내지 1.0 mm로, 그루빙 툴(20)의 홈은 유로의 상대 형상으로 제작되며, 분리판 일 면에 유로가 100 내지 200 개의 홈으로 구성됨에 따라 가공 공구의 홈 역시 100 내지 200 개 범위로 새겨진다.

상기에서 원통형 몸체(10)는 원통의 밑면 직경 150 mm 기준으로 2,000 내지 20,000 rpm의 속도로 회전하며, 50 내지 200 mm/sec.의 피딩(feeding)속도로 분리판에 접촉 및 이송되어 분리판 일 면에 대한 전체 유로를 수초 내(10초 이내) 가공완료할 수 있다. 원통의 밑면 직경은 100 내지 200mm로 형성될 수 있다.

도 3은 도 1의 유로가공 공구를 구동부에 장착한 사진과 실제 유로를 형성하는 모습을 담은 사진이다. 유로가공 공구를 이루는 원통형 몸체의 일측 단부가 구동부에 고정되어 원통형 몸체가 회전되며 연료전지분리판 성형체에 유로를 가공한다. 따라서 하나의 구동부로 한꺼번에 성형체 전면에 대해 유로를 동시 가공할 수 있어 설비 구성이 간편하다.

실제 유로가공 공정을 실시할 때에는 대기환경 상온에서 실시한다. 다만, 흑연 또는 흑연(graphite)과 수지(resin)의 복합 성형체가 열팽창에 민감하므로 가급 항온 환경을 유지하는 것이 좋다. 에어컨 또는 실내 히터와 같은 실내 온도 조절 수단을 적절히 제어하거나 항온 항습기 내에서 가공을 실시할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 제작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 유로 가공 공구
10: 몸체
20: 그루빙 툴

Claims (3)

1. 연료전지분리판의 유로형성공구로서,
   원통형 몸체; 및
   그루빙 툴;을 포함하며,
   상기 그루빙 툴은,
   유로의 상대 형상으로 제작되어 규칙적으로 배열된 홈 형상의 가공 날을 포함하되, 상기 가공 날은 상기 몸체의 장축 방향을 따라 몸체 외주면에 선형 배열되어 줄을 이루고,
   복합 성형체에 대해 상기 유로 가공 공구가 회전하면서 복합 성형체 한 면 전체에 대해 유로를 가공하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 유로 가공 공구.
2. 제1항에 있어서, 가공 날을 포함한 줄은 원통형 몸체의 외주면에 중심각 방향으로 소정 간격을 두고 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 유로 가공 공구.
3. 제1항에 있어서, 유로 형상은 폭 1.0 내지 2.0 mm 및 깊이 0.3 내지 1.0 mm이고, 상기 가공 날의 홈은 100 내지 200 개 범위로 새겨진 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 유로 가공 공구.
   

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