KR102048461B1

KR102048461B1 - 연료전지용 분리판의 제조 설비 및 제조 방법

Info

Publication number: KR102048461B1
Application number: KR1020190089563A
Authority: KR
Inventors: 정병수
Original assignee: 주식회사 엘프시스템
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2019-11-25
Also published as: WO2021015575A1; EP3954478A4; US20220226875A1; EP3954478A1; EP3954478B1

Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 설비는, 제1 금속스트립을 권출하는 제1 언코일러; 제2 금속스트립을 권출하는 제2 언코일러; 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립을 이송받아 각각에 패턴을 형성하는 프레스; 상기 프레스에서 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립을 상호 중첩하여 용접을 통해 일체로 접합시키는 용접기; 및 상기 용접기에서 이송되는 용접된 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립의 접합체를 절단하는 절단기;를 포함하고, 상기 프레스, 상기 용접기 및 상기 절단기는 순차적으로 배치되고, 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립이 연결된 상태로 상기 프레스, 상기 용접기 및 상기 절단기를 통과하며 처리될 수 있다.

Description

연료전지용 분리판의 제조 설비 및 제조 방법{EQUIPMENT FOR MANUFACTURING SEPARATOR FOR FUEL CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 연료전지용 분리판의 제조 설비 및 제조 방법에 관한 것이다.

연료전지는 수소와 산소의 전기화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 것으로, 막전극 어셈블리(MEA)를 사이에 두고 이의 양측에 분리판이 배치된 구조를 갖는다. 이러한 연료전지는 복수의 단위 셀로 직렬 연결되어 연료전지 스택을 이룬다.

연료전지용 분리판은 막전극 어셈블리를 사이에 두고 상기 막전극 어셈블리로 연료기체(수소가스)를 공급하는 애노드 분리판 및 막전극 어셈블리로 산화기체(공기)를 공급하는 캐소드 분리판으로 구성되며, 애노드 분리판과 캐소드 분리판이 용접 접합(용접 타입) 또는 가스켓 접합(가스켓 타입)을 통해 일체화된 구조를 갖는다.

종래에는 분리판을 제조하는데 있어서, 애노드 분리판을 이루는 소재와 캐소드 분리판을 이루는 소재를 각각 플레이트 형태로 절단하여 개별 공급하고, 각 소재에 대해 개별적으로 스탬핑 공정과 성형검사 공정을 진행한 후 애노드 분리판과 캐소드 분리판을 제품으로 제조한다. 이렇게 개별제품으로 각각 제조된 애노드 분리판과 캐소드 분리판은 각각 적재된 상태로 이송되고, 애노드 분리판의 적층체와 캐소드 분리판의 적층체에서 각각 애노드 분리판과 캐소드 분리판을 하나씩 공급하여 용접 접합 또는 가스켓 접합 공정을 통해 일체화된 분리판으로 제조한다.

이와 같이, 종래에는 각각의 공정이 개별적 및 단속적으로 진행되고, 후속 공정의 진행을 위한 이송에 시간이 소요되며, 각 공정의 진행을 위해 공정마다 인력이 투입되어야 하고, 전체 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 분리판을 제조하는데 있어서 공정이 개별적 단속적으로 진행되지 않고 인라인 방식으로 연속적으로 진행되는 연료전지용 분리판의 제조 설비 및 제조 방법을 제공하는 것이다.

다만 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 설비는, 제1 금속스트립을 권출하는 제1 언코일러; 제2 금속스트립을 권출하는 제2 언코일러; 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립을 이송 받아 각각에 패턴을 형성하는 프레스; 상기 프레스에서 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립을 상호 중첩하여 용접을 통해 일체로 접합시키는 용접기; 및 상기 용접기에서 이송되는 용접된 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립의 접합체를 절단하는 절단기;를 포함하고, 상기 프레스, 상기 용접기 및 상기 절단기는 순차적으로 배치되고, 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립이 연결된 상태로 상기 프레스, 상기 용접기 및 상기 절단기를 통과하며 처리될 수 있다.

상기 프레스는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립에 각각 제1 정렬홀과 제2 정렬홀을 더 형성하고, 상기 프레스에서 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립은 상기 제1 정렬홀과 상기 제2 정렬홀을 상호 대응시킨 상태에서 중첩됨으로써 상기 패턴이 서로 맞대는 구조로 정렬을 이룰 수 있다.

상기 프레스는 제1 금형, 상기 제1 금형의 하부에 배치되는 제2 금형, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형 사이에 배치되어 상기 제1 금형과 마주하는 제1 펀치 및 상기 제1 금형과 상기 제2 금형 사이에 배치되어 상기 제2 금형과 마주하는 제2 펀치를 포함하고, 상기 제1 펀치와 상기 제2 펀치는 일체로 연결되어 상기 제1 금형과 상기 제2 금형 사이에서 일체로 왕복 이동하도록 구성될 수 있다.

상기 프레스는 제1 금형과 제1 펀치를 포함하는 제1 프레스 및 상기 제1 프레스의 하부에 배치되며 제2 금형과 제2 펀치를 포함하는 제2 프레스를 포함하고, 상기 제1 프레스와 상기 제2 프레스는 각각 개별 구동될 수 있다.

상기 제1 언코일러 및 상기 제2 언코일러와 상기 프레스 사이에 배치되는 코일 조이너를 더 포함하고, 상기 코일 조이너는 상기 제1 언코일러에서 권출된 상기 제1 금속스트립의 후단부를 코일 형태로 상기 제1 언코일러에 장착되는 다른 제1 금속스트립의 선단부와 이어주고, 상기 제2 언코일러에서 권출된 상기 제2 금속스트립의 후단부를 코일 형태로 상기 제2 언코일러에 장착되는 다른 제2 금속스트립의 선단부와 이어줄 수 있다.

상기 프레스와 상기 용접기 사이에 배치되는 검사기를 더 포함하고, 상기 검사기는 상기 프레스에서 상기 용접기로 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립에서 각각 상기 패턴에 대한 검사를 수행할 수 있다.

상기 제1 금속스트립이 상기 제2 금속스트립과 수직 방향으로 이격된 위치에서 상기 프레스를 통과한 후 상기 용접기에 공급되도록 상기 프레스의 전방과 후방 중 적어도 한 곳에 배치되어 상기 제1 금속스트립을 안내하는 복수의 가이드롤을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 방법은, 제1 언코일러에서 권출되어 이송되는 제1 금속스트립과 제2 언코일러에서 권출되어 이송되는 제2 금속스트립을 상하로 나란하게 배치하고, 가공처리를 통해 상기 제1 금속스트립에 애노드 플레이트 패턴을 형성하고, 상기 제2 금속스트립에 캐소드 플레이트 패턴을 형성하는 성형 단계; 상기 성형 단계 후 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립을 상호 중첩하여 상기 애노드 플레이트 패턴과 상기 캐소드 플레이트 패턴이 서로 맞대어 정렬되도록 배치시킨 상태에서 용접하여 일체로 접합시키는 접합 단계; 및 상기 접합 단계 후 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립의 접합체를 절단하여 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립에서 분리시키는 절단 단계;를 포함하고, 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립은 인라인 방식으로 상기 성형 단계, 상기 접합 단계 및 상기 절단 단계를 순차적으로 통과하며 처리될 수 있다.

상기 성형 단계는 상기 제1 금속스트립에 제1 정렬홀을 형성하고 상기 제2 금속스트립에 제2 정렬홀을 형성하는 것을 더 포함하고, 상기 접합 단계에서 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립은 상기 제1 정렬홀과 상기 제2 정렬홀을 상호 대응시킨 상태에서 중첩됨으로써 상기 애노드 플레이트 패턴과 상기 캐소드 플레이트 패턴에 대한 정렬이 이루어질 수 있다.

상기 제1 언코일러에서 권출된 상기 제1 금속스트립의 후단부를 코일 형태로 상기 제1 언코일러에 장착되는 다른 제1 금속스트립의 선단부와 이어주고, 상기 제2 언코일러에서 권출된 상기 제2 금속스트립의 후단부를 코일 형태로 상기 제2 언코일러에 장착되는 다른 제2 금속스트립의 선단부와 이어주는 연결 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 성형 단계 후 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립에서 상기 애노드 플레이트 패턴과 상기 캐소드 플레이트 패턴에 대한 검사를 수행하는 검사 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 접합 단계 이후에 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립 중 적어도 하나의 표면에 메시 형태의 금속시트를 부착하는 부착 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 분리판을 제조하는데 있어서 공정이 개별적 단속적으로 진행되지 않고 인라인 방식으로 연속적으로 진행되는 연료전지용 분리판의 제조 설비 및 제조 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 설비를 나타내는 개략도.
도 2a 내지 도 2c는 각각 도 1에서 'A', 'B', 'C' 부분을 나타내는 개략도.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 연료전지용 분리판의 제조 설비에서 프레스의 작동을 나타내는 개략도.
도 4a 및 도 4b는 각각 도 1의 연료전지용 분리판의 제조 설비에서 프레스의 다른 실시예를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 설비를 나타내는 개략도.
도 6은 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 방법을 나타내는 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 또한, 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 설비를 설명한다. 도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 설비를 나타내는 개략도이고, 도 2a 내지 도 2c는 각각 도 1에서 'A', 'B', 'C' 부분을 나타내는 개략도이며, 도 3a 및 도 3b는 도 1의 연료전지용 분리판의 제조 설비에서 프레스의 작동을 나타내는 개략도이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 도 1의 연료전지용 분리판의 제조 설비에서 프레스의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 설비(1)는 제1 언코일러(10)와 제2 언코일러(20), 프레스(30), 용접기(40), 절단기(50)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 프레스(30), 용접기(40) 및 절단기(50)는 순차적으로 배치되며, 제1 언코일러(10)와 제2 언코일러(20)에서 각각 이송되는 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)이 연결된 상태로 프레스(30), 용접기(40) 및 절단기(50)를 순차 통과하며 처리될 수 있다.

제1 언코일러(10)는 코일 형태로 권취되어 장착된 제1 금속스트립(M1)을 권출하여 이송시킬 수 있다. 그리고, 제2 언코일러(20)는 코일 형태로 권취되어 장착된 제2 금속스트립(M2)을 권출하여 이송시킬 수 있다.

프레스(30)는 가공처리를 통해서 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)에 각각 패턴을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속스트립(M1)에 애노드 플레이트 패턴(AP)과 제1 정렬홀(H1)을 형성하고, 제2 금속스트립(M2)에 캐소드 플레이트 패턴(CP)과 제2 정렬홀(H2)을 형성할 수 있다.

애노드 플레이트 패턴(AP)이 형성된 제1 금속스트립(M1)은 분리판(SP)의 애노드 플레이트를 구성하고, 캐소드 플레이트 패턴(CP)이 형성된 제2 금속스트립(M2)은 분리판(SP)의 캐소드 플레이트를 구성할 수 있다.

프레스(30)는 제1 언코일러(10)에서 공급되는 제1 금속스트립(M1)과 제2 언코일러(20)에서 공급되는 제2 금속스트립(M2)을 일정 간격으로 이격시킨 상태에서 나란하게 배치시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)은 각각 프레스(30)의 상부와 하부에 나란하게 배치될 수 있다. 물론 실시예에 따라서 반대로 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)이 각각 프레스(30)의 하부와 상부에 나란하게 배치되는 것도 가능하다.

일 실시예에서, 애노드 플레이트 패턴(AP)은 애노드 채널과 매니폴드를 포함하고, 캐소드 플레이트 패턴(CP)은 캐소드 채널과 매니폴드를 포함할 수 있다. 그리고, 제1 정렬홀(H1)과 제2 정렬홀(H2)은 각각 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)의 가장자리에 인접하여 길이방향을 따라서 형성될 수 있다.

도면을 참조하면, 프레스(30)는 제1 금형(31), 제1 금형(31)의 하부에 배치되는 제2 금형(32), 제1 금형(31)과 제2 금형(32) 사이에 배치되어 제1 금형(31)과 마주하는 제1 펀치(33) 및 제1 금형(31)과 제2 금형(32) 사이에 배치되어 제2 금형(32)과 마주하는 제2 펀치(34)를 포함할 수 있다. 제1 펀치(33)와 제2 펀치(34)는 일체로 연결되어 제1 금형(31)과 제2 금형(32) 사이를 연결하는 가이드 로드(35)를 따라서 제1 금형(31)과 제2 금형(32) 사이를 상하로 수직 왕복이동하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 금형(31)과 제1 펀치(33) 사이에는 제1 금속스트립(M1)이 공급되고 제2 금형(32)과 제2 펀치(34) 사이에는 제2 금속스트립(M2)이 공급될 수 있다. 그리고, 제1 펀치(33)와 제2 펀치(34)가 제1 금형(31)과 제2 금형(32) 사이를 상하로 왕복 이동함에 따라 번갈아서 제1 펀치(33)가 제1 금형(31)과의 사이의 제1 금속스트립(M1)을 압박하여 애노드 플레이트 패턴(AP)과 제1 정렬홀(H1)을 형성하고, 제2 펀치(34)가 제2 금형(32)과의 사이의 제2 금속스트립(M2)을 압박하여 캐소드 플레이트 패턴(CP)과 제2 정렬홀(H2)을 형성할 수 있다.

이 실시예에서는 제1 금속스트립(M1)에 애노드 플레이트 패턴(AP)을 제2 금속스트립(M2)에 캐소드 플레이트 패턴(CP)을 형성하는 것으로 설명하고 있으나, 이와 반대로 제1 금속스트립(M1)에 캐소드 플레이트 패턴(CP)을 형성하고, 제2 금속스트립(M2)에 애노드 플레이트 패턴(AP)을 형성하는 것도 가능함은 물론이다.

도 4a 및 도 4b에서는 각각 프레스의 다른 실시예를 개략적으로 나타내고 있다.

도 4a를 참조하면, 프레스(30')는 제1 프레스(30a) 및 제1 프레스(30a)의 하부에 배치되는 제2 프레스(30b)를 포함할 수 있다. 제1 프레스(30a)는 제1 금형(31)과 제1 펀치(33)를 포함하여 구성되고, 제2 프레스(30b)는 제2 금형(32)과 제2 펀치(34)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1 프레스(30a)와 제2 프레스(30b)는 각각 개별 구동되어 제1 금속스트립(M1)에 애노드 플레이트 패턴(AP)과 제1 정렬홀(H1)을 형성하고, 제2 금속스트립(M2)에 캐소드 플레이트 패턴(CP)과 제2 정렬홀(H2)을 형성할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 프레스(30'')는 상부 프레임(36), 상부 프레임(36)의 하부에 배치되는 하부 프레임(37), 상부 프레임(36)과 하부 프레임(37) 사이에 배치되는 중간 프레임(38)을 포함하며, 복수의 가이드 로드(35)를 통해서 중간 프레임(38)은 하부 프레임(37)의 상부에 지지되어 고정되고, 상부 프레임(36)은 중간 프레임(38)의 상부에 지지되어 고정될 수 있다.

고정된 중간 프레임(38)의 상면에는 제1 금형(31)이 구비되고, 하부 프레임(37)의 상면에는 제2 금형(32)이 구비될 수 있다. 상부 프레임(36)과 제1 금형(31) 사이에는 제1 펀치(33)가 제1 금형(31)과 마주하는 구조로 구비되고, 중간 프레임(38)과 제2 금형(32) 사이에는 제2 펀치(34)가 제2 금형(32)과 마주하는 구조로 구비될 수 있다. 제1 펀치(33)와 제2 펀치(34)는 각각 개별 구동을 통해서 가이드 로드(35)를 따라서 상하로 수직 왕복 이동하도록 구성될 수 있다.

한편, 프레스(30)의 전방과 후방 중 적어도 한 곳에는 복수의 가이드롤(80)이 배치될 수 있다. 가이드롤(80)은 제1 금속스트립(M1)이 제2 금속스트립(M2)과 수직 방향으로 이격된 위치에서 프레스(30)를 통과한 후 용접기(40)에 공급되도록 제1 금속스트립(M1)을 안내할 수 있다.

용접기(40)는 프레스(30)에 인접하여 배치되며, 프레스(30)를 각각 통과한 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)을 일체로 접합시킬 수 있다. 예를 들어, 용접기(40)는 레이저 용접기를 포함할 수 있으며, 고속 스캔 용접을 통해 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)을 용접할 수 있다.

용접기(40)는 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)을 상호 중첩하여 애노드 플레이트 패턴(AP)과 캐소드 플레이트 패턴(CP)이 서로 맞대는 구조로 정렬되도록 배치시킨 상태에서 용접하여 일체로 접합시킬 수 있다. 일 실시예에서, 애노드 플레이트 패턴(AP)과 캐소드 플레이트 패턴(CP)은 상하로 정렬되어 배치될 수 있다. 물론 반대로 정렬되는 것도 가능하다.

제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)을 용접하여 접합하는데 있어서 애노드 플레이트 패턴(AP)과 캐소드 플레이트 패턴(CP)이 서로 대응하는 위치에서 정확하게 정렬되는 것이 중요하다. 이러한 정렬은 분리판(SP)의 품질과 직결되는 사항이므로 장치를 통한 자동방식으로 이루어질 필요가 있다.

본 실시예에서 분리되어 개별 이송되는 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)은 제1 정렬홀(H1)과 제2 정렬홀(H2)을 상호 대응시킨 상태에서 중첩시킴으로써 애노드 플레이트 패턴(AP)과 캐소드 플레이트 패턴(CP)에 대한 정렬이 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 정렬홀(H1)과 제2 정렬홀(H2)이 상호 대응하는지 여부는, 예를 들어, 카메라(미도시)를 사용해 촬영한 이미지를 판독하여 대응여부를 자동으로 확인하도록 구성할 수 있다.

실시예에 따라서 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2) 중 적어도 하나의 표면에 메시 형태의 금속시트(미도시)를 더 부착할 수도 있다. 이러한 메시 형태의 금속시트는 용접을 통해 부착될 수 있으며, 애노드 플레이트 패턴(AP) 또는 캐소드 플레이트 패턴(CP)과 함께 유로를 구성할 수 있다.

절단기(50)는 용접기(40)에 인접하여 배치되며, 용접기(40)를 통과해 이송되는 용접된 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)의 접합체를 절단할 수 있다. 예를 들어, 절단기(50)는 절단 프레스(cutting press)를 포함할 수 있다.

절단기(50)는 용접을 통해 접합된 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)의 접합체를 절단하여 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)에서 분리시킬 수 있다. 이를 통해서 애노드 플레이트와 캐소드 플레이트가 용접으로 접합된 연료전지용 분리판(SP)을 제조할 수 있다.

이렇게 제조된 연료전지용 분리판(SP)은 이후 스크랩 처리 등의 마감 공정을 진행한 후 외관 검사, 기밀 검사 등을 거쳐서 최종 제품으로 확인되어야 적재 장치를 통해서 포장되어 출하될 수 있다.

일 실시예에서, 절단기(50)의 전후방에는 핀치롤(90)이 배치되어 각각 권출된 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)이 프레스(30), 용접기(40) 및 절단기(50)를 통과하여 이송되도록 안내할 수 있다.

이와 같이, 연료전지용 분리판의 제조 설비(1)에 따르면 제1 언코일러(10)와 제2 언코일러(20)에서 각각 권출되어 이송되는 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)이 인라인(in-line) 방식으로 프레스(30)와 용접기(40) 및 절단기(50)를 순차적으로 통과하며 처리됨으로써 연료전지용 분리판(SP)을 고속으로 연속 제조하는 것이 가능하다. 즉, 코일 형태로 권취된 금속스트립이 권출되면서 일렬로 배열된 장치들을 일체로 통과하여 이송되는 과정에서 순차적으로 처리된 후 금속스트립에서 분리됨으로써 연료전지용 분리판(SP)을 완성하는 것이며, 하나의 연료전지용 분리판(SP)을 제조하는 싸이클 타임을 감소시킬 수 있다. 이는 종래에 각 공정을 단속적으로 진행하여 분리판을 제조하는 경우에 비해 공정시간을 획기적으로 단축할 수 있음은 물론 생산 능력이 향상되는 효과를 가져온다.

도 5에서는 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 설비를 나타내고 있다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 설비(2)는 검사기(60)를 더 포함할 수 있다.

검사기(60)는 프레스(30)와 용접기(40) 사이에 배치될 수 있다. 검사기(60)는 프레스(30)에서 용접기(40)로 이송되는 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)에서 각각 애노드 플레이트 패턴(AP)과 제1 정렬홀(H1) 및 캐소드 플레이트 패턴(CP)과 제2 정렬홀(H2)에 대한 검사를 수행할 수 있다.

예를 들어, 검사기(60)는 3차원 비전 검사를 통해서 애노드 플레이트 패턴(AP)과 캐소드 플레이트 패턴(CP)의 이상 여부, 제1 정렬홀(H1)과 제2 정렬홀(H2)의 이상 여부, 파단(크랙) 발생 여부 등을 확인할 수 있다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 설비(2)는 코일 조이너(coil joiner, 70)를 더 포함할 수 있다.

코일 조이너(70)는 제1 언코일러(10) 및 제2 언코일러(20)와 프레스(30) 사이에 배치될 수 있다.

코일 조이너(70)는 제1 언코일러(10)에서 권출되는 제1 금속스트립(M1)의 후단부를 코일 형태로 제1 언코일러(10)에 장착되는 다른 제1 금속스트립(M1)의 선단부와 레이저 용접을 통해서 이어줄 수 있다. 또한, 제2 언코일러(20)에서 권출되는 제2 금속스트립(M2)의 후단부를 코일 형태로 제2 언코일러(U2)에 장착되는 다른 제2 금속스트립(M2)의 선단부와 레이저 용접을 통해서 이어줄 수 있다. 따라서, 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)이 끊김 없이 계속해서 연속적으로 공급되도록 하는 것이 가능하다.

도 6을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 방법을 설명한다. 도 6은 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.

먼저, 제1 언코일러(10)에서 제1 금속스트립(M1)이 권출되고, 제2 언코일러(20)에서 제2 금속스트립(M2)이 권출되어 이송되는 것으로 제조 공정이 시작될 수 있다(S1).

다음으로, 제1 언코일러(10)에서 권출되어 이송되는 제1 금속스트립(M1)과 제2 언코일러(20)에서 권출되어 이송되는 제2 금속스트립(M2)을 상하로 나란하게 배치하고, 프레스(30)에서 가공처리를 통해 제1 금속스트립(M1)에 애노드 플레이트 패턴(AP)을 형성하고, 제2 금속스트립(M2)에 캐소드 플레이트 패턴(CP)을 형성한다(성형 단계, S2).

물론, 제1 금속스트립(M1)에 애노드 플레이트 패턴(AP)과 함께 제1 정렬홀(H1)을 형성하고, 제2 금속스트립(M2)에는 캐소드 플레이트 패턴(CP)과 함께 제2 정렬홀(H2)을 형성할 수 있다.

다음으로, 성형 단계 후 이송되는 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)에서 애노드 플레이트 패턴(AP)과 캐소드 플레이트 패턴(CP)에 대한 검사를 수행한다(검사 단계, S3). 실시예에 따라서 제1 정렬홀(H1)과 제2 정렬홀(H2)에 대한 검사도 함께 수행될 수 있다.

이러한 검사는 패턴의 외관, 위치, 파단(크랙) 등에 대한 이상여부를 확인하는 것으로, 예를 들어, 카메라 등을 사용해 촬영된 이미지를 판독하는 방식으로 진행될 수 있다.

다음으로, 이송되는 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)을 상호 중첩하여 애노드 플레이트 패턴(AP)과 캐소드 플레이트 패턴(CP)이 서로 맞대어 정렬되도록 배치시킨 상태에서 용접하여 일체로 접합시킨다(접합 단계, S4).

이 경우, 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)은 제1 정렬홀(H1)과 제2 정렬홀(H2)을 상호 대응시킨 상태에서 중첩됨으로써 애노드 플레이트 패턴(AP)과 캐소드 플레이트 패턴(CP)에 대한 정렬이 이루어질 수 있다.

실시예에 따라서, 접합 단계 이후에 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2) 중 적어도 하나의 표면에 메시 형태의 금속시트를 부착하는 공정이 더 수행될 수 있다(부착 단계, S5). 금속시트는 용접을 통해 부착될 수 있으며, 애노드 플레이트 패턴(AP) 또는 캐소드 플레이트 패턴(CP)과 함께 유로를 구성할 수 있다.

다음으로, 접합 단계 후 이송되는 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)의 접합체를 절단하여 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)에서 분리시킨다(절단 단계, S6). 이를 통해서 애노드 플레이트와 캐소드 플레이트가 용접으로 접합된 연료전지용 분리판(SP)을 제조할 수 있다.

이렇게 제조된 연료전지용 분리판(SP)은 이후 스크랩 처리 등의 마감 공정을 진행한 후 외관 검사, 기밀 검사 등을 통과하면 적재 장치를 통해서 포장되어 최종 제품으로 출하될 수 있다.

한편, 공정이 진행됨에 따라서 제1 금속스트립과 제2 금속스트립이 소진되면, 비어있는 제1 언코일러와 제2 언코일러에 각각 새로운 제1 금속스트립과 제2 금속스트립을 장착하고, 코일 조이너를 사용해서 제1 언코일러에서 권출된 제1 금속스트립의 후단부를 코일 형태로 제1 언코일러에 장착되는 다른 새로운 제1 금속스트립의 선단부와 이어주고, 제2 언코일러에서 권출된 제2 금속스트립의 후단부를 코일 형태로 제2 언코일러에 장착되는 다른 새로운 제2 금속스트립의 선단부와 이어주는 공정이 수행될 수 있다(연결 단계, S7).

이를 통해서, 제1 금속스트립(M1)과 제2 금속스트립(M2)이 끊김 없이 계속해서 연속적으로 공급되도록 하는 것이 가능하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1, 2... 연료전지용 분리판의 제조 설비 10... 제1 언코일러
20... 제2 언코일러 30, 30', 30''... 프레스
31... 제1 금형 32... 제2 금형
33... 제1 펀치 34... 제2 펀치
35... 가이드 로드 36... 상부 프레임
37... 하부 프레임 38... 중간 프레임
40... 용접기 50... 절단기
60... 검사기 70... 코일 조이너
80... 가이드롤 90... 핀치롤
M1... 제1 금속스트립 M2... 제2 금속스트립
AP... 애노드 플레이트 패턴 CP... 캐소드 플레이트 패턴
H1... 제1 정렬홀 H2... 제2 정렬홀
SP... 분리판

Claims

제1 금속스트립을 권출하는 제1 언코일러;
제2 금속스트립을 권출하는 제2 언코일러;
상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립을 이송받아 각각에 패턴을 형성하는 프레스;
상기 프레스에서 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립을 상호 중첩하여 용접을 통해 일체로 접합시키는 용접기; 및
상기 용접기에서 이송되는 용접된 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립의 접합체를 절단하는 절단기;
를 포함하고,
상기 프레스는 제1 금형, 상기 제1 금형의 하부에 배치되는 제2 금형, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형 사이에 배치되어 상기 제1 금형과 마주하는 제1 펀치 및 상기 제1 금형과 상기 제2 금형 사이에 배치되어 상기 제2 금형과 마주하는 제2 펀치를 포함하고, 상기 제1 펀치와 상기 제2 펀치는 일체로 연결되어 상기 제1 금형과 상기 제2 금형 사이에서 일체로 왕복 이동하도록 구성되며,
상기 프레스, 상기 용접기 및 상기 절단기는 순차적으로 배치되고, 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립이 연결된 상태로 상기 프레스, 상기 용접기 및 상기 절단기를 통과하며 처리되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 설비.
제1항에 있어서,
상기 프레스는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립에 각각 제1 정렬홀과 제2 정렬홀을 더 형성하고,
상기 프레스에서 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립은 상기 제1 정렬홀과 상기 제2 정렬홀을 상호 대응시킨 상태에서 중첩됨으로써 상기 패턴이 서로 맞대는 구조로 정렬을 이루는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 설비.
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제1항에 있어서,
상기 제1 언코일러 및 상기 제2 언코일러와 상기 프레스 사이에 배치되는 코일 조이너를 더 포함하고, 상기 코일 조이너는 상기 제1 언코일러에서 권출된 상기 제1 금속스트립의 후단부를 코일 형태로 상기 제1 언코일러에 장착되는 다른 제1 금속스트립의 선단부와 이어주고, 상기 제2 언코일러에서 권출된 상기 제2 금속스트립의 후단부를 코일 형태로 상기 제2 언코일러에 장착되는 다른 제2 금속스트립의 선단부와 이어주는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 설비.
제1항에 있어서,
상기 프레스와 상기 용접기 사이에 배치되는 검사기를 더 포함하고, 상기 검사기는 상기 프레스에서 상기 용접기로 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립에서 각각 상기 패턴에 대한 검사를 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 설비.
제1항에 있어서,
상기 제1 금속스트립이 상기 제2 금속스트립과 수직 방향으로 이격된 위치에서 상기 프레스를 통과한 후 상기 용접기에 공급되도록 상기 프레스의 전방과 후방 중 적어도 한 곳에 배치되어 상기 제1 금속스트립을 안내하는 복수의 가이드롤을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 설비.
제1 언코일러에서 권출되어 이송되는 제1 금속스트립과 제2 언코일러에서 권출되어 이송되는 제2 금속스트립을 상하로 나란하게 배치하고, 프레스를 사용해 가공처리를 통해 상기 제1 금속스트립에 애노드 플레이트 패턴을 형성하고, 상기 제2 금속스트립에 캐소드 플레이트 패턴을 형성하는 성형 단계;
상기 성형 단계 후 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립을 상호 중첩하여 상기 애노드 플레이트 패턴과 상기 캐소드 플레이트 패턴이 서로 맞대어 정렬되도록 배치시킨 상태에서 용접하여 일체로 접합시키는 접합 단계; 및
상기 접합 단계 후 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립의 접합체를 절단하여 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립에서 분리시키는 절단 단계;를 포함하고,
상기 프레스는 제1 금형, 상기 제1 금형의 하부에 배치되는 제2 금형, 상기 제1 금형과 상기 제2 금형 사이에 배치되어 상기 제1 금형과 마주하는 제1 펀치 및 상기 제1 금형과 상기 제2 금형 사이에 배치되어 상기 제2 금형과 마주하는 제2 펀치를 포함하고, 상기 제1 펀치와 상기 제2 펀치는 일체로 연결되어 상기 제1 금형과 상기 제2 금형 사이에서 일체로 왕복 이동하도록 구성되며,
상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립은 인라인 방식으로 상기 성형 단계, 상기 접합 단계 및 상기 절단 단계를 순차적으로 통과하며 처리되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 성형 단계는 상기 제1 금속스트립에 제1 정렬홀을 형성하고 상기 제2 금속스트립에 제2 정렬홀을 형성하는 것을 더 포함하고,
상기 접합 단계에서 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립은 상기 제1 정렬홀과 상기 제2 정렬홀을 상호 대응시킨 상태에서 중첩됨으로써 상기 애노드 플레이트 패턴과 상기 캐소드 플레이트 패턴에 대한 정렬이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 제1 언코일러에서 권출된 상기 제1 금속스트립의 후단부를 코일 형태로 상기 제1 언코일러에 장착되는 다른 제1 금속스트립의 선단부와 이어주고, 상기 제2 언코일러에서 권출된 상기 제2 금속스트립의 후단부를 코일 형태로 상기 제2 언코일러에 장착되는 다른 제2 금속스트립의 선단부와 이어주는 연결 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 성형 단계 후 이송되는 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립에서 상기 애노드 플레이트 패턴과 상기 캐소드 플레이트 패턴에 대한 검사를 수행하는 검사 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 접합 단계 이후에 상기 제1 금속스트립과 상기 제2 금속스트립 중 적어도 하나의 표면에 메시 형태의 금속시트를 부착하는 부착 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법.