KR20040094902A

KR20040094902A - 연료전지 물질층을 자동으로 적층하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20040094902A
Application number: KR10-2004-7015604A
Authority: KR
Inventors: 리나존알.; 슈카게리더블유.
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2003-02-11
Publication date: 2004-11-10
Also published as: US20030188413A1; WO2003085764A3; CN100344022C; AU2003213035A1; JP2006505096A; US6756146B2; CN1701454A; EP1530811A2; WO2003085764A2; CA2480950A1

Abstract

다공성 및 비다공성 물질층의 적층은 지지 구조체에 대하여 제1 다공성 층을 안정화하기 위하여 동 층에 진공을 가하는 것을 포함한다. 상기 지지 구조체 및/또는 비다공성 층은 비다공성 층과 제1 다공성 층 사이의 접촉을 형성하기 위하여 이동된다. 상기 제1 다공성 층 및 비다공성 층은 서브 어셈블리를 형성한단. 서브 어셈블리에 진공을 가하는 동안, 지지 구조체와 제2 층 중 하나 또는 이들 모두가 제2 층과 비다공성 층 사이의 접촉을 형성하기 위하여 이동된다. 상기 서브 어셈블리 가해진 진공은 제2 층이 이동시켜 비다공성 층과 접촉하는 동안, 지지 구조체에 대한 서브 어셈블리 층의 위치 안정도를 유지한다. 차후, 진공은 물질층 적층 구조물의 전달을 원활히 하기 위해 제거된다. 상기 제1 및 제2 유체 전달층 및 막을 포함하는 연료전지 물질층은 자동 적층에 매우 적합하다.

Description

연료전지 물질층을 자동으로 적층하기 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATICALLY STACKING FUEL CELL MATERIAL LAYERS}

상기와 같은 물질층의 적층 구조물을 구성할 때, 여러 가지 물질층을 적층하기 위한 여러 가지 장치가 개발되어 왔다. 종래의 적층 장치는 적층 작업 중 주어진 물질층을 이탈 가능하도록 계합하고 전달하기 위하여 전형적으로 흡착 컵이나 진공을 이용한다. 이러한 종래의 장치는 어떤 응용분야에서는 만족할 수 있지만, 다양한 공극율을 가진 비교적 얇은 물질을 적층하기 위해 기존의 알려진 방법을 적용하는 데는 종래의 장치가 작동하지 않는다.

더욱이, 적층 작업의 많은 공정을 부분적이든지 전체적이든지 자동화 하는 것이 대체로 바람직하다. 물질의 핸들링(handling), 전달, 적층에 관한 종래의 많은 장치 및 방법은 고도의 자동화에, 특히 위치 오차에 대한 요건이 엄격한 적층 공정에는 적합하지 않다.

따라서, 물질층을 적층하기 위한 개선된 장치 및 방법이 요망된다. 또한,연료전지 자동 조립 공장과 같은 자동 조립 환경에서는 다양한 공극율을 가진 물질층을 안전하고 정교하게 위치시키고 적층할 수 있는 장치 및 방법이 더욱 요망된다. 본 발명은 이러한 그리고 이외 또 다른 필요성을 충족시킨다.

본 발명은 일반적으로 비교적 얇은 다공성 및 비다공성 물질층의 자동 적층에 관한 것으로, 특히 연료전지를 조립할 때 연료전지의 다공성 및 비다공성 층을 자동으로 적층하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

도1은 연료전지와 그의 구성 층을 도시한 개요도이다.

도2 내지 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지층의 자동 적층을 원활히 하는데 아주 적합한 두 부분의 고정구 어셈블리의 특징을 예시한 사시도이다.

도5 내지 도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질층의 자동 적층 작업의 다양한 공정을 도시한 단면도이다.

도12는 본 발명의 일 실시예에 따른 물질층의 자동 적층을 원활히 하는 프로세서 제어 전달 메카니즘을 도시한 단면도이다.

도13과 도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 물질층의 자동 적층과 접합에 적용된 접합 프레스의 실시예를 도시한 단면도이다.

도15 내지 도17은 본 발명에 따라 연료전지를 제조하기 위한 연료전지 자동 조립 장치의 사시도 및 단면도이다.

본 발명은 여러 가지로 개조가 가능하고 또한 다른 형태로 구현하고 있으나, 첨부 도면은 구체적인 일 예를 도시하고 있으며 그에 대한 상세한 설명은 차후 계속될 것이다. 첨부 도면과 그 설명은 본 발명을 어떤 특정 실시예로 한정하기 위한 것이 아니다. 그 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위에 속하는 모든 변형예, 등가물, 및 대체물을 모두 포함시키고자 함이다.

본 발명은 다양한 공극율을 가진 여러 가지 물질층의 자동 적층을 원활하게 하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 자동 적층을 하려는 물질층은 전형적으로 적어도 하나의 실질적인 비다공성 물질층과 적어도 하나의 실질적인 다공성 물질층을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이러한 물질층을 적층하는 방법은, 지지 구조체에 대하여 제1 다공성 물질층을 안정화시키기 위하여 제1 다공성 물질층에 진공을 가하는 것을 포함한다. 상기 지지 구조체와 상기 비다공성 물질층 중 하나 또는 이들 모두가 이동시켜, 상기 비다공성 물질층과 상기 제1 다공성 물질층 사이의 접촉을 형성한다. 제1 다공성 물질층과 비다공성 물질층은 서브 어셈블리를 정의한다. 상기 서브 어셈블리에 진공을 가하는 동안, 지지 구조체와 제2 다공성 물질층 중 하나 또는 이들 모두가 이동시켜, 제2 다공성 물질층과 비다공성 물질층 사이의 접촉을 형성한다. 서브 어셈블리에 진공을 가함으로써, 제2 물질층이 이동시켜 비다공성 물질층과 접촉하는 동안, 제1 다공성 물질층과 비다공성 물질층의 지지 구조체에 대한 위치 안정도를 유지한다. 이어서, 물질층 적층 구조물의 전달을 용이하게 하기 위하여 진공은 제거된다.

연료전지 자동 조립을 위한 일 실시예에 따르면, 적어도 제1 유체 전달층(제1 FTL), 제2 유체 전달층(제2 FTL), 및 막(membrane)을 포함하는 다양한 공극율을가진 다수의 연료전지층이 처리된다. 제1 및 제2 FTL은 실질적으로 다공성이고, 막은 실질적으로 비다공성이다. 자동 적층 공정은 지지 구조체에 대해 제1 FTL을 안정시키기 위하여 제1 FTL에 진공을 가하는 것을 포함한다. 상기 지지 구조체와 막 중 하나 또는 이들 모두는 막과 제1 FTL 사이의 접촉을 형성하기 위해 이동하고, 제1 FTL과 막은 서브 어셈블리를 정의한다. 상기 서브 어셈블리에 진공을 가하는 동안, 지지 구조체와 제2 FTL 중 하나 또는 이들 모두가 이동시켜 제2 FTL과 막 사이의 접촉을 형성한다. 서브 어셈블리에 진공을 가함으로써, 제2 FTL이 이동시켜 막과 접촉하는 동안, 지지 구조체에 대한 제1 FTL과 막의 위치 안정도를 유지한다. 이어서, 다음 공정처리를 위하여 연료전지 적층 구조물의 전달이 용이하도록 진공은 제거된다.

또 다른 일 실시예에 따르면, 연료전지층의 자동 적층은 제1 고정구와 제2 고정구를 포함하는 전달 가능한 고정구 어셈블리를 사용함으로 용이하게 된다. 상기 제1 및 제2 고정구는 적어도 하나의 실질적인 다공성 영역을 각각 포함한다. 자동 적층 공정은 제1 FTL과 제1 고정구 사이에서 접촉이 되도록 상기 제1 FTL과 제1 고정구 중 하나 또는 이들 모두가 이동하는 것을 포함한다. 제1 고정구와 막 중 하나 또는 이들 모두가 이동시켜 막과 제1 FTL 사이의 접촉을 형성한다. 제1 고정구와 접촉한 제1 FTL과 막은 제1 서브 어셈블리를 정의한다. 제2 고정구와 제2 FTL 중 하나 또는 이들 모두가 이동시켜, 제2 고정구와 제2 FTL 사이의 접촉을 형성한다. 제2 고정구와 접촉한 제2 FTL과 막은 제2 서브 어셈블리를 정의한다. 제1 고정구와 제2 고정구 각각에 진공을 가하는 동안, 제1 및 2 고정구 중 하나 또는 이들 모두가 이동시켜, 제2 FTL과 막 사이의 접촉을 형성한다. 제1 서브 어셈블리에 진공을 가함으로써 제1 고정구에 대한 제1 FTL과 막의 위치 안정도를 유지하고, 제2 서브 어셈블리에 진공을 가함으로써 제1 고정구에 대한 제2 FTL의 위치 안정도를 유지한다. 이어서, 다음 공정처리를 위한 연료전지 적층 구조물의 전달이 용이하도록 제1 서브 어셈블리와 제2 서브 어셈블리에서 진공은 제거된다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 연료전지층의 적층 및 접합의 자동 공정은 제1 FTL의 제2 표면이 이동시켜 접합 프레스의 제1 지지부와 접촉하는 것을 포함한다. 제1 지지부의 제1 FTL이 안정되도록 제1 FTL의 제2 표면에 진공을 가한다. 막은 제1 FTL의 제1 표면과 접촉하기 위하여 이동하고, 제1 FTL과 막은 제1 서브 어셈블리를 정의한다. 제1 지지부에 대한 제1 FTL과 막의 위치 안정도를 유지하기 위하여 제1 서브 어셈블리에 진공을 가한다. 접합 프레스의 제2 지지부 상에 있는 제2 FTL의 위치 안정도를 유지하기 위하여 제2 FTL의 제1 표면에 진공을 가한다. 제1 및 제2 지지부 중 하나 또는 이들 모두는 막의 제1 표면과 제2 FTL의 제2 표면과 접촉하기 위하여 이동한다. 제1 FTL, 막, 제2 FTL은 함께 접합되어 접합된 연료전지 어셈블리가 생산된다. 자동 적층과 접합 공정은 다양한 종류의 공극율을 가진 물질층을 적층하고 접합하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 상기 요약은 본 발명의 각 일 실시예나 모든 구현을 설명하기 위함이 아니다. 이 분야의 통상의 지식을 가진 자이면, 이어지는 본 발명 실시예의 설명과 첨부된 청구 범위 및 도면을 참조하여 본 발명의 다른 측면, 특징, 및 장점들을 보다 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. 이하 설명되는 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서도 본 실시예들을 이용하거나 또는 그 구조적 변경이 가능하다.

본 발명의 적층 방법 및 장치는 피킹(picking)이나 플레이싱(placing)과 같은 적층 작업 중 비교적 얇은 물질층을 안전하고 정교하게 취급할 수 있도록 하는 장점이 있다. 본 발명의 원리에 따른 방법과 장치는 특히 다공성 또는 비다공성 물질층을 피킹하고 플레이싱하여 이러한 물질층으로 구성된 적층 구조물을 만드는데 매우 적합하다. 본 발명의 방법과 장치는 다양한 공극재료의 처리뿐만 아니라, 여러 가지 취성의 얇은 물질층을 핸들하고 적층하는데 이용할 수 있다. 위치 허용오차가 엄격한 얇은 물질층으로 구성되는 적층 구조물을 구축하는 응용분야의 피킹, 플레이싱, 적층 작업에서 고도의 정확도를 얻을 수 있다.

일 응용 예에 따르면, 본 발명의 장치 및 방법은 연료전지 또는 연료전지의 일부가 되는 물질층의 자동 적층을 원활하게 하는데 이용할 수 있다. 연료전지는 수소연료와 산소가 공기 중에서 결합하여 전기, 열, 물을 배출하는 전기화학적 장치이다. 연료전지는 연소가 되지 않으므로 유해한 누액의 방출을 최소화한다. 연료전지는 수소연료와 산소를 직접 전기로 변환하며, 예를 들어 내연 전기발전기보다 매우 효과적으로 동작할 수 있다.

전형적인 연료전지가 도1에 도시되어 있다. 도1에 도시된 연료전지(10)는 애노드(14)에 인접한 제1 유체 전달층(12)을 포함한다. 애노드(14)에 인접하여 전해질막(16)이 있다. 캐소드(18)가 전해질막(16)에 인접하며, 제2 유체 전달층(19)이 캐소드(18)에 인접하여 위치한다. 동작에 있어서는, 수소연료가 연료전지(10)의 제1 유체 전달층(12)을 통과하여 애노드(14)로 공급된다. 애노드(14)에서 수소연료는 수소이온(H⁺)과 전자(e^-)로 분리된다.

상기 전해질막(16)은 수소이온이나 양자만 전해질막(16)을 통과하여 연료전지(10)의 캐소드에 도달하도록 허용한다. 전자는 전해질막(16)을 통과하지 못하고 대신 전류의 형태로 외부 전기회로를 통하여 흐른다. 이 전류는 전기모터와 같은 전기 부하(17)에 전력을 공급하거나 충전배터리 같은 에너지 저장 장치로 들어간다.

산소는 제2 유체 전달층(19)을 경유하여 연료전지(10)의 캐소드 부분으로 흘러간다. 산소가 캐소드(18)를 통과할 때 산소, 양자, 전자가 결합하여 물과 열을 방출한다.

도1에 도시된 바와 같이, 독립 연료전지는 다른 다수의 연료전지와 결합하여 연로 전지 적층 구조물을 형성한다. 적층 구조물 내의 연료전지 수가 적층 구조물의 전체 전압을 결정하고, 전지 각각의 표면 부분이 전체 전류를 결정한다. 주어진 연료전지 적층 구조물에서 발생하는 전체 전력은 전체 전압과 전체 전류를 곱하여 결정된다.

본 발명의 장치 및 방법은, 다양한 기술의 연료전지를 만들 때 물질층의 자동 적층을 원활히 하는데 이용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 핸들링 및 적층 원리는 양자 교환막(PEM: proton exchange membrane) 연료전지를 만드는데 적용할 수 있다. 양자교환막 연료전지는 비교적 낮은 온도(약 175℉)에서 동작하고, 높은 전력밀도를 가지며, 전력 변화 요구에 대처하도록 출력을 재빨리 변경할 수 있어서자동차와 같이 빠른 시동이 필요한 응용에 적합하다.

PEM 연료전지에서 사용하는 양자교환막은 수소 이온의 통과를 허용하는 얇은 플라스틱 종이이다. 그 막의 양면은 활성 촉매제인 고분산 금속 또는 금속합금 입자(즉, 백금 또는 백금/루테늄)로 코팅되어 있다. 대표적으로 사용되는 전해질은 고체 유기 고분자 폴리-퍼플루로설포닉(poly-perfluorosulfonic) 산이다. 고체 전해질을 사용하면 부식 및 관리 문제를 줄일 수 있는 이점이 있다.

수소는 연료전지의 애노드 쪽으로 공급되며, 여기서 촉매제는 수소이온이 전자를 방출하여 수소이온(양자)이 되도록 촉진한다. 전자는 전류의 형태로 이동하며, 산소가 공급된 연료전지의 캐소드로 돌아가기 전에 사용될 수 있다. 동시에 양자는 막을 통하여 캐소드로 확산되고, 여기서 수소이온은 산소와 재결합 및 반응하여 물을 배출한다.

PEM 연료전지의 일 구조에 따르면, PEM 층은 확산전류 콜렉터나 가스 확산층 같은 유체 전달층 사이에 위치한다. 애노드는 제1 유체 전달층(FTL: fluid transport layer)과 막 사이에 있고, 캐소드는 막과 제2 FTL 사이에 위치한다. 일 구성 예로서, PEM 층의 한 면은 애노드 촉매 코팅, 다른 한 면은 캐소드 촉매 코팅이 되도록 제작된다. 다른 구성 예로서, 제1 및 제2 FTL은 각각 애노드 및 캐소드 촉매 코팅이 되도록 제작한다. 또 다른 구성 예로서, 애노드 촉매 코팅은 일부는 제1 FTL에 일부는 PEM의 한 면에 되도록 배치하며, 캐소드 촉매 코팅 일부는 제2 FTL에 또 다른 일부는 PEM의 다른 면에 하도록 한다. 제1 FTL/애노드/PEM/캐소드/제2 FTL로 정의되는 5층 구조는 MEA(membrane electrode assembly)로 불려진다.

FTL은 일반적으로 탄소 파이버 용지(carbon fiber paper)나 부직포 재료로 만들어진다. 제품 공정에 따라서 FTL의 한 면은 탄소 입자로 코팅될 수 있다. 위에서 언급한 것 같이 FTL은 촉매 코팅을 포함할 수도 있고 배제할 수도 있다. FTL은 제조 공정에 따라 두 개 모두 다공성이거나 또는 취성일 수 있다. 본 발명의 원리와 일치하는 물질층 핸들링 및 적층 접근법은, FTL과 같이 얇고 부서지기 쉬운 연료전지층을 안전하고 정확하게 전달하고 배치하는데 특별히 적합하다.

직접 메탄올 연료전지(DFCM: direct methanol fuel cell)는 중합체 막을 전해질로 사용한다는 점에서 PEM과 유사하다. 그러나 DMFC에서는 애노드 촉매 자체가 액체 메탄올 연료로부터 수소를 받아들이므로 리포머가 필요하지 않다. DMFC는 일반적으로 120 내지 190℉ 사이에서 동작한다.

용융 탄산염 연료전지(MCFC: Molten Carbonate fuel cell)는 리튬, 나트륨, 칼륨 탄산염 용액을 매트릭스에 적신 전해질로 사용한다. MCFC는 약 649 ℃(1,200℉)에서 동작한다. 충분히 높은 전해질의 전도율을 위해 높은 동작온도가 필요하다. 이러한 고온 때문에 전지의 전기화학적 산화와 환원을 위한 귀금속 촉매가 필요없다. MCFC는 일반적으로 수소, 일산화탄소, 천연가스, 프로판, 매립가스, 선박용 디젤, 모방 석탄가스 제품에서 동작한다.

고체 산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxcide fuel cell)는 액체 전해질 대신에 주로 산화 지르코늄과 적은 양의 이트륨 같은 경질 세라믹 물질을 이용하여 동작 온도가 982 ℃(1,800℉)에 이를 수 있도록 한다.

재생 연료전지에서 태양열 전해조에 의하여 물은 수소와 산소로 분리된다.수소와 산소는 재생 연료전지로 공급되어 전기, 열, 물을 발생 시킨다. 물은 태양열 전해조로 다시 공급되어 이 과정이 반복된다.

프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC: Protonic Ceramic fuel cell)는 고온에서 높은 양자 전도율을 보여주는 세라믹 전해질을 이용한다. PCFC는 약 704 ℃(1,300℉)에서 동작한다. PCFC는 고온에서 동작할 수 있으며, 전기화학적으로는 산화된 화석연료가 직접 애노드로 공급된다. 탄화수소 연료의 기체 분자는 수증기의 형태로 애노드의 표면에 흡수되고, 수소 이온은 효과적으로 분리되어 이산화탄소와 함께 중요 반응 결과로 전해질에 흡수된다. 본 발명에 따른 핸들링, 적층 장치 및 방법을 사용하여 이들 및 기타 다른 연료전지 기술을 구성하고, 적층할 수 있다.

도면에서는 연료전지의 물질층과 같이 다수의 비교적 얇은 물질층을 자동으로 적층하기 위한 장치가 도시되어 있다. 자동으로 다공성 또는 비다공성 적층 구조물을 만들 때 동일한 장치를 사용하여 여러 가지 종류의 다공성 또는 비다공성 물질층을 취급하고 전달하는 것이 가끔 필요하기도 하고 바람직하기도 하다. 예를 들면, PEM 연료전지를 만들 때 비다공성 PEM 층은 다공성 FTL 사이에 놓이게 된다. 종래의 진공 기술이 FTL/PEM/FTL 적층 구조물을 자동으로 구축하는데 이용될 수도 있지만, 이러한 기술은 PEM 층의 비다공성 특성으로 인하여 종래의 기술은 동작하지 않거나 실용적이지 못한 경우가 흔히 있다.

일 예로, FTL/PEM/FTL 적층 구조물이 만들어졌다고 가정할 때, 이 적층 구조물을 적층 스테이션에서 하나 이상의 프로세스 스테이션으로, 적층 구조물 내의 FTL과 PEM 층의 정렬 상태를 흐트러지게 하지 않고 이동시키는 것이 대체로 필요하다. 적층 구조물 내의 FTL과 PEM 층의 위치를 흐트러지게 하면 심각한 다음 공정의 부정확성으로 인하여 수용할 수 없을 정도의 연료전지 폐기율을 야기한다. FTL/PEM/FTL 구조의 제1 FTL 또는 제2 FTL을 통하여 진공을 가하는 것은 PEM 층의 비다공성 특성으로 인하여 제1 FTL/PEM 층 또는 PEM/제2 FTL 층만 안정되게 한다. 그러므로, 제1 또는 제2 FTL을 통하여 FTL/PEM/FTL 적층 구조물을 진공처리 하는 것은 적층 구조물 전체를 옮기고, 적층 구조물 내 계층 사이의 위치 정렬 상태를 유지하기에 효과적이지 않다. 본 발명의 물질층 적층 장치 및 방법은 종래의 접근법과 관련된 이와 같은 또는 다른 결함을 극복하게 하고, 다공성 또는 비다공성 물질층 적층 구조물을 구성할 때 다른 부수적인 효과를 제공한다.

본 발명의 일 예로, 다공성/비다공성 연료전지층과 같은 다공성/비다공성 물질층의 자동 적층을 효과적으로 하기 위하여 이동 가능한 고정구 어셈블리가 사용된다. 도2 내지 도4까지는 일 실시예에서 이용할 수 있는 전형적인 고정구 어셈블리(20)를 도시하고 있다. 고정구 어셈블리(20)는 여러 개의 다공성/비다공성 물질층이 적층될 수 있고, 적층 구조물을 포함하는 동안 각 층의 위치 정렬 상태가 유지될 수 있는 구조를 효과적으로 제공한다. 또한, 고정구 어셈블리(20)는 한 적층 구조물의 물질층을 하나의 프로세싱 스테이션에서 다양한 다른 프로세싱 스테이션으로 이동시킬 수 있고, 이동 및 프로세싱하는 동안 각 층의 위치 정렬 상태가 유지될 수 있는 구조를 제공한다.

도2 내지 도4에 도시된 일 실시예를 따르면, 상기 고정구 어셈블리(20)는 두 부분의 어셈블리로 제1 고정구(20A)와 제2 고정구(20B)를 포함한다. 제1 및 제2고정구(20A, 20B)는 각각 프레임(21), 프레임(21)의 절취부(25) 내에 위치한 플레이트(23), 및 플레이트(23)에 제공된 실제의 다공부(27)를 포함한다. 다공부(27)는 플레이트(23) 평면과 관련한 함몰부 또는 리세스를 형성할 수 있다. 스크류(24)는 플레이트(23)를 프레임(21)에 탑재하는데 사용된다.

플레이트(23)의 다공부(27)는 하나 이상의 물질층을 받아들이고, 플레이트(23)와 다공부(27) 내에 위치하는 물질층 사이의 진공의 형성을 용이하게 하도록 적응된다. 정지 배열(29)은 제1 및 제2 고정구(20A, 20B)의 각 플레이트(23)로부터 돌출되어 있다. 각각의 정지 배열(29)은 물질층이 다공부(27) 내로 받아들여 질 때 다공부(27)와 물질층 주변에 위치한다.

일 구성 예로서, 제1 및 제2 고정구(20A, 20B)의 각각의 정지 배열(29)은 접촉이 되었을 때, 제1 고정구(20A)와 제2 고정구(20B)가 압력을 받아 서로 접촉이 될 때 공동 내에 위치하는 물질층을 압착하기 위하여 적응된 공동을 정의한다. 정렬 배열(22)은 제1 및 제2 고정구(20A, 20B)가 서로 접촉이 되었을 때 이 들의 등록을 유지하기 위하여 이용되었다. 상기 고정구 어셈블리(20)의 다른 특징과 장점은 본 출원인이 "연료전지 물질층의 자동조립을 위한 고정구 팰릿 장치"라는 제목으로 출원하여 동시 계속 중인 출원(Attorney Docket No. 57422US002)에 기술되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적층 장치 및 방법을 도5 내지 도11까지를 참조하여 설명한다. 한정이 아니라 예시할 목적으로, 도5 내지 도11까지 도시되는 일 실시예는, 자동화된 연료전지 어셈블리 특히 자동화된 PEM 연료전지의 측면에서 설명되고 있다. 다음의 설명은 본 발명의 적층 장치 및 방법이 이용할 수 있는 방법과 응용을 한정하기 위한 것이 아니라 본 발명을 이해시키기 위하여 제공되었다. 예를 들어, 도5 내지 도11까지 도시되는 적층 장치 및 방법은 다공성 및 비다공성 물질층이 적층되고, 하나의 프로세싱 스테이션에서 다른 프로세싱 스테이션으로 전달되는 매우 다양한 응용으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 적층 장치 및 방법은 다양한 기술의 연료전지를 만드는데 이용될 수 있으며, PEM 연료전지의 제작에 국한되는 것이 아니다.

다시 도5 내지 도11를 참조하면, 본 발명의 원리에 따른, 다공성 및 비다공성 물질층을 포함하여 구성된 물질층으로부터 연료전지가 만들어지는 여러 가지의 처리 단계를 도시하는 그림을 여러 개 볼 수 있다. 도5 내지 도11을 참조하면 적층 어셈블리(30)는 네스트 A와 네스트 B 두 개의 빌드 네스트로 구성되는 빌드 네스트 어셈블리를 포함한다. 도시된 바와 같이, 네스트 A와 B는 공통 베이스(31)에 고정되어 있다. 네스트 A는 지지 부재(45)에 의하여 베이스(31)에 지지되어 있는 플랫폼(41)을 포함하고 있다. 플랫폼(41)은 진공 장치(34)를 수용하는 진공포트(도시되지 않음)를 포함한다. 진공 장치(34)는 플랫폼(41)의 진공포트를 필요에 따라서 소개 및 가압할 수 있도록 진공시스템에 연결될 수 있다. 플랫폼(41)의 진공포트 배출은 플랫폼(41)과 플랫폼(41)의 진공포트 부근의 물질층 사이에 진공을 생성하기 위한 것이다.

도5에는 도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 두 개의 고정구 어셈블리(20)의 제1 고정구(20A)가 도시되어 있다. 제1 고정구(20A)는 네스트 A의 플랫폼(41)에위치하여, 제1 고정구(20A)의 다공부(27)는 플랫폼(41)의 진공포트와 유체 유통되어 있음을 알 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 고정구(20A)의 다공부(27)에 또는 내에 위치한 하나의 물질층은, 플랫폼(41)과 물질층 사이에서 플랫폼(41)의 진공포트와 여기에 연결된 진공시스템을 통하여 생성된 진공의 힘을 받게 된다.

도5 내지 도시된 적층 어셈블리(30)의 네스트 B는 지지 부재(45)에 의하여 베이스(31)에 지지되어 있는 플랫폼(43)을 포함하고 있다. 플랫폼(43)은 진공 장치(35)를 수용하는 진공포트(도시되지 않음)를 포함한다. 플랫폼(43)의 진공포트를 제어하여 배출하고 필요에 따라서는 압력을 가할 수 있도록, 진공 장치(35)는 진공 장치(34)와 동일하거나 다른 진공시스템에 연결될 수 있다.

진공분산판(23)은 플랫폼(43)에 위치하고 있다. 진공분산판(23)은 플랫폼(43)의 진공포트를 통하여 진공 장치(35)와 유체 유통되어 있는 다공성 영역을 포함한다. 플랫폼(43)의 진공포트 배출은 진공분산판(23)과 진공분산판(23)의 다공부 부근의 물질층 사이에 진공을 생성하기 위한 것이다. 많은 응용분야에 적합하다고 여겨지지만, 플랫폼(43)은 진공분산판(23)과 함께 설치할 필요가 없다.

도6은 플랫폼(41)이 지지하는 제1 고정구(20A) 상에 있는, PEM 연료전지의 애노드 FTL과 같은, 제1 유체 전달층(36)의 위치를 예시한다. 픽-앤드-플래이스(pick and place) 장치와 같은 전달 메카니즘은, 주로 제1 유체 전달층(36)을 그러한 층의 적층 구조물에서 연료전지 자동 어셈블리의 한 부분으로 이용하고, 제1 유체 전달층(36)을 제1 고정구(20A)의 다공부(27)에 배치한다. 플랫폼(41) 상의 제1 고정구(20A)와 플랫폼(43) 상의 진공분산판(23)과 같은 연료전지층 및 기타 다공성및 비다공성 물질층을, 그러한 물질층 적층 구조물로부터 피킹하여 같은 플랫폼 상에 정확하게 플레이싱하기 위한, 전형적인 전달 메카니즘의 예는 본 출원인이 “접착 테이프 픽헤드를 사용하여 다공성 연료전지층을 단일화하는 장치와 방법”이라는 제목으로 출원하여 동시 계속 중인 출원(Attorney Docket No. 57424US002)에 기술되어 있다. 진공 장치(34)와 연결되어 있는 진공시스템은 상기 제1 고정구(20A)의 다공부(27)에 위치하는 상기 제1 유체 전달층(36)의 위치 안정도를 유지하기 위하여 작동될 수 있다.

도7은 상기 제1 유체 전달층(36)에 접촉되는, PEM층과 같은 막층(37)의 배치를 도시한다. 막층(37)은 일반적으로 막층(37) 적층 구조물로부터 연료전지 자동 어셈블리의 일부로 선택(picked)되고 전달된다. 이 단계에서 막층(37)이 전달되고 배치되는 동안, 막층(37)이 제1 유체 전달층(36)에 배치될 때 제1 유체 전달층(36)의 위치 안정도와 정렬 상태을 확보하기 위하여, 제1 유체 전달층(36)에서 진공이 계속 유지된다. 대신에 Attorney Docket No. 57424US002로 식별되는 이전에 편입된 출원에서 공개된 것처럼, 진공안정 접착 테이프 픽헤드 고정구가 막층(37)을 전달 및 배치하여 고도로 정밀하게 제1 유체 전달층(36)에 접촉하게 하는데 사용할 수 있다.

도8은 상기 제1 유체 전달층(36)에 접촉하는 막층(37)을 도시한다. 앞에서 논의된 바와 같이, 제1 유체 전달층(36)은 다공성이다. 이 단계에서, 제1 유체 전달층(36)과 현재는 제1 유체 전달층(36) 상에 안치되어 있는 막층(37)의 위치 안정도와 정렬 상태를 확보하기 위하여, 제1 고정구(20A)의 다공부(27)에서 진공이 계속 유지된다.

또한, 도8은 제2 유체 전달층(38)이 플랫폼(43) 상에 있는 진공분산판(23)에 배치되는 것을 도시한다. 이 분야에 수련된 기술자이면 제2 유체 전달층(38)을 막층(37)에 직접 배치하는 것은 위치 오차의 허용이 엄격히 유지되는 응용분야에서는 바람직하지 않다는 것을 쉽게 알 수 있다. 이 분야에 숙련된 기술자이면, 비다공성 막층(37)은 제1 고정구의 다공부(27)에서 만든 진공이 제2 유체 전달층(38)이 막층(37)에 접촉하기 위하여 배치될 때 위치를 안정화시키는 효과가 없도록 한다는 것을 용이하게 알 수 있다. 막층(37)에 대하여 상대적으로 요구되는 제2 유체 전달층(38)의 위치 정렬 및 안정화를 위하여, 본 발명가는 막층(37)에 대하여 상대적으로 요구되는 제2 유체 전달층(38)의 목표하는 위치 정렬 및 안정화를 달성하기 위하여, 네스트 A 장치와 협동으로 네스트 B 장치를 사용하는 방법을 개발하고 이용하였다.

도8과 도9에 도시된 바와 같이, 제2 유체 전달층(38)은 네스트 B의 진공분산판(23) 상에 위치한다. 진공시스템은 제2 유체 전달층(38)과 플랫폼(43) 상에 있는 진공분산판(23) 사이에서 진공을 생성하기 위해서 바람직하게 시동된다. 진공분산판(23) 상에서 위치적으로 안정된 제2 유체 전달층(38)과 함께, 제2 고정구(20B)는 제2 유체 전달층(38)에 상대적으로 정렬되기 위하여 움직인다. 앞에서 언급한 바와 같이, 제2 고정구(20B)는 다공부(27)를 가진다. 제2 고정구(20B)는 바람직하게는 이탈 가능하도록 진공에 의해서 전달 메카니즘에 접촉되고, 전달 메카니즘에 의하여 위치가 옮겨지고 그리하여, 제2 고정구(20B)의 다공부(27)는 제2 유체 전달층(38)에 정렬되기 위하여 움직인다.

제2 고정구(20B)는 제2 고정구(20B)가 네스트 B와 접하거나 근접할 때까지 진공분산판(23) 쪽으로 옮겨진다. 진공은 제2 고정구(20B)의 이동지역(displacement region)(27)을 통하여 유입되고, 진공분산판(23)에 있는 진공은 제거되어, 제2 유체 전달층(38)은 전달 메카니즘의 진공 장치에 의하여 위치적으로 안정하게 된다.

도10에 도시된 바와 같이, 제2 고정구(20B)와 제2 유체 전달층(38)은 하나의 단위로 네스트 B에서 시작하여 전달 메카니즘에 의하여 이동시켜 진공과 기계적 그리핑(grepping)을 거쳐 네스트A와 정렬된다. 이 단계에서 제1 유체 전달층(36)과 막층(37)은 제1 고정구(20A)의 다공부(27)를 통하여 공급되는 진공에 의하여 바람직하게는 위치적으로 안정되고, 한편으로는 제2 유체 전달층(38)은 제2 고정구(20B)의 다공부(27)를 통하여 공급되는 진공에 의하여 위치적으로 안정된다. 제2 고정구(20B)는 전달 메카니즘에 의하여 움직여서 제2 유체 전달층(38)은 막층(30)과 접하게 된다.

도11에 도시된 바와 같이, 이 단계에서는 제2 고정구(20B)는 제1 고정구(20A) 상에 안치되고, 이것으로 MEA를 포함하는 다양한 연료전지층의 적층이 완료된다. 제1, 제2 고정구(20A, 20B)에서 진공이 제거된다. 제1 고정구(20B) 상에 안치되어 있는 제2 고정구(20A)의 무게는 MEA 층의 위치 정렬과 안정도를 유지하기에 충분하다. 고정구 어셈블리(20)는 자동 또는 수동으로 제거되고, 접합 스테이션과 같은 다음 프로세싱 스테이션으로 전달된다. 새로운 제1 고정구(20A)는 플랫폼(41) 상에 놓이고, 도5 내지 도11을 참고하는 상기 공정이 반복되어 다른 고정구 어셈블리(20)를 사용하여 또 다른 MEA를 만든다.

도12를 참고하면, 본 발명의 원리에 따라 그러한 물질층의 적층 구조물을 구성할 때, 여러 가지 물질층의 전달 및 포지셔닝을 원활히 하도록 이용할 수 있는 전달 메카니즘(60)의 일 실시예를 볼 수 있다. 전달 메카니즘(60)은 픽 헤드 어셈블리(62)가 지지하는 수직 지지부(64)를 포함한다. 픽 헤드 어셈블리(62)는 적층 동작 중에 물질층을 이탈 가능하도록 계합하고 전달하고 정확히 위치하는데 사용하는 픽 헤드(66)를 포함한다.

픽 헤드(66)는 여러 가지 형태의 물질층을 이탈 가능하도록 계합하기 위한 충분한 힘을 가진 진공을 생성하기 위하여, 하나 이상의 진공포트를 포함하도록 구성할 수 있다. 일 응용 예로서, 픽 헤드(66)는 연료전지를 자동으로 적층하는 동안 다공성 및 비다공성 연료전지층을 피킹하고 플레이싱하기에 적합한 접착테이프 어셈블리를 포함하도록 구성할 수 있다. 진공시스템과 공동으로 접착테이프 시스템을 이용하는 전형적인 픽 헤드(66)는 본 출원인이 “접착 테이프 픽헤드를 사용하여 다공성 연료전지층을 단일화하는 장치와 방법”이라는 제목으로 출원하여 동시 계속 중인 출원(Attorney Docket No. 57424US002)에 기술되어 있다. 비록 하나의 전달 메카니즘만 도12에 도시되지만, 각각 비슷한 또는 다른 형태의 픽 헤드와 픽 헤드 어셈블리를 가지는 다수의 전달 메카니즘을 이용할 수 있다.

일 예로, 도15 내지 도17을 참조하여 더 깊이 설명이 되겠지만, 제1 전달 메카니즘이 연료전지 자동 어셈블리하는 동안 FLT(36, 38)를 처리, 전달, 위치하기위하여 이용될 수 있으며, 제2 전달 메카니즘이 막층(37)을 처리, 전달, 위치하기 위하여 이용될 수 있다. 제1 및 제2 메카니즘은 구성의 관점에서 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 예를 들어, 제1 전달 메카니즘은 Attorney Docket No. 57424US002로 식별되는 이전에 편입된 출원에서 공개된 것처럼 FLT(36, 38)를 전달 및 위치하기 위하여 진공안정 접착테이프 픽헤드 고정구를 포함할 수 있다. 제1 전달 메카니즘은 동일한 진공안정 접착테이프 픽헤드 고정구 또는 이 대신에 막층(37)의 실질적인 비다공성 특성을 고려하여 진공 픽 헤드 고정구를 포함할 수 있다.

도12의 일 실시예에 도시된 픽헤드 어셈블리(62)는 콘트롤러(67)나 다른 종류의 프로세서의 제어 하에서 수직 이동을 허용하기 위하여 수직 지지부(64)에 탑재된다. 콘트롤러(67)는 전달 메카니즘(60) 보드 상에 탑재될 수 있고, 또는 전달 메카니즘(60)과 이격한 곳에 위치할 수 있다. 서버모터 드라이브(servomotor drive)는 픽헤드 어셈블리(62)를 수직 지지부(64)에 대해 수직으로 이동시키기 위하여 주로 콘트롤러(67)의 제어를 받는다. 픽헤드 어셈블리(62)는 콘트롤러(67)의 제어를 받는 서버모터 드라이브를 이용하여 수평으로도 이동이 가능하다. 또한, 서버모터 드라이브는 픽헤드 어셈블리(62)의 제어된 상하 틸팅(tilting)을 허용하기 위하여 이용된다. 그러므로 픽헤드 어셈블리(62)는 적층 동작중에 여러 개의 자유도를 가지고 물질층의 계합, 전달, 정교한 위치 조정을 위하여 콘트롤러(67)의 제어를 받을 수도 있다.

전달 메카니즘(60)은 적층 어셈블리(30)의 네스트 A와 네스트B 사이에 있는전달 프레임(70)을 따라 수평 이동하기 위하여 탑재된다. 전달 프레임(70)은 랙과 피니온 배열로 되어 있는 랙을 포함할 수 있는데, 이는 전달 메카니즘(60)과 전달 프레임(70) 또는 다른 알려진 배열 사이에서 롤링(rolling) 또는 슬라이딩(sliding) 동작을 허용하는 레일이나 채널 프레임으로, 적층 어셈블리(30)의 네스트 A와 네스트B 사이에서 전달 메카니즘(60)의 이동을 허용하기 위한 것이다. 예를 들어, 벨트나 케이블이 견인 드라이브와 함께 사용될 수 있다. 선형 모터도 사용될 수 있다. 전달 메카니즘(60)의 움직임은 콘트롤러의 제어 하에서 서보모터 드라이브와 같은 적합한 모터 드라이브의 영향을 받을 수 있다. 여기에 설명된 전달 메카니즘(60)에 관한 다른 기능을 수행하기 위하여 전달 설비(facility)의 다른 구성에도 이용될 수 있다.

다시 도13을 참조하면, 연료전지층과 기타 다공성 및 비다공성 물질층이 자동으로 적층되고 접합되는 적층 장치(50)에 대한 일 실시예가 예시되어 있다. 일 실시예에 따르면 상기 형태의 고정구 어셈블리는 비록 원할 경우에는 고정구 어셈블리를 사용할 수도 있지만, 적층된 물질층의 취급을 원활히 하기 위하여 사용할 필요는 없다. 오히려, 다양한 물질층은 접합 프레스 내에서 위치하고 적층된다. 일단 적합하게 적층되면 물질층은 접합 프레스 내에서 접합된다. 이 방법에 따르면, 물질층의 자동 적층과 동 물질층 적층 구조물의 접합은 공통 접합 장치를 이용하여 할 수 있다.

도13은 접합 프레스(50)의 제1 지지부(52)와 제2 지지부(54)를 도시한다. 제1 지지부(52)는 하나 이상의 물질층이 제1 지지부(52) 상에 고정되도록 동작시킬수 있는 진공분산판(도시되지 않음)과 진공 장치(53)를 포함한다. 제2 지지부(54)는 역시 하나 이상의 물질층이 제2 지지부(54) 상에 고정되도록 동작시킬 수 있는 진공분산판(도시되지 않음)과 진공 장치(55)를 포함한다.

다음 예에서 사용할 상기 연료전지 물질층에 대한 참조와 함께 도13에 도시된 바와 같이, 제1 유체 전달층(36)은 접합 프레스(50)의 제1 지지부(52)의 진공분산판에 진공 장치(53)를 통하여 이탈 가능하도록 부착되어 있다. 제1 유체 전달층(36)은 상기한 형태의 전달 메카니즘(도시되지 않음)을 사용하여 제1 지지부(52) 상에 위치할 수 있다. 예를 들면, 전달 메카니즘은 제1 유체 전달층(36)을 제1 지지부(52)의 진공분산판으로 이동시키기 위하여 진공 어셈블리를 바람직하게 이용한다. 진공 장치(53)는 진공분산판에 있는 제1 유체 전달층(36)을 안정화시키기 위하여 시동되고, 전달 메카니즘의 진공 어셈블리는 동작이 중지된다.

또한, 도13에 도시된 것처럼, 막층(37)은 제1 유체 전달층(36) 상에 위치한다. 막층(37)은 일반적으로 전달 메카니즘에 의하여 진공 상태에서 제1 유체 전달층(36) 상의 위치로 이동한다. 진공 장치(53)는 제1 지지부 상의 진공분산판을 통하여 진공이 공급되어 제1 유체 전달층(36)과 그 상부에 있는 막층(37)을 안정화시키도록 동작한다. 역시 전달 메카니즘의 진공 어셈블리는 동작이 중지된다.

도13에서 제2 지지부(54)의 진공 장치(55)는 동작이 개시되어 있고, 따라서 제2 유체 전달층(38)이 제2 지지부(54)의 진공분산판 상에 위치가 고정된 것처럼 보인다. 제2 유체 전달층(38)은 일반적으로 전달 메카니즘에 의하여 진공을 통하여 제2 지지부(54)의 진공분산판 상의 위치로 이동한다. 제2 지지부(54) 상의 진공분산판의 진공 속에서 제2 유체 전달층(38)이 적합하게 위치하고 고정되면, 전달 메카니즘의 진공 어셈블리는 동작이 중지된다.

제1 및 제2 지지부(52, 54)는 서로 접촉하게 되고, 다섯 층의 연료전지 구조(제1 유체 전달층/애노드/막/캐소드/제2 유체 전달층)는 접합프레스를 이용한 압력과 온도에 의해 접합된다. 접합 공정 이 후, 접합된 연료전지 적층 구조물은 접합 프레스에서 제거되고 다음 공정을 위하여 다른 스테이션으로 이동된다. 접합된 연료전지는 전달 메카니즘이나 다른 메카니즘에 의해서 자동으로 또는 수동으로 제거될 수 있다.

도14는 상기 전달 메카니즘에 의하여 수행되는 여러 개의 기능을 제거할 수 있는 접합 프레스 구현의 또 다른 구성을 예시한다. 도14의 일 실시예에 따르면 제1 지지부(52)와 제2 지지부(54) 중 하나 또는 이들 모두가 여러 개의 축에 따라 상대적인 이동을 하도록 탑재된다. 예를 들면, 제1 및 제2 지지부(52, 54)는 접합프레스(50)을 열고 닫기 위하여 y축을 따라 이동할 수 있다. 또한, y축에 따른 이동을 제공하는 것 이 외에, 탑재되는 제2 접합부는 다른 방향으로의, 예를 들면 x축 또는 z축, 이동을 제공한다. 제2 지지부(54)의 이동은 y축에 직교할 필요가 없다.

도14에 예시된 것 같이, 제1 유체 전달층(36)과 막층(37)을 제1 지지부(52)의 진공분산판 상에 위치하기 위하여 전달 메카니즘이 사용될 수 있다. 또는, 제1 지지부(52)는 y축에 상대적으로 제2 지지부(54)와의 정렬에서 이탈할 수 있어, 제1 유체 전달층(36)과 막층(37)을 제2 지지부의 진공분산판 상으로 이동시키기 위하여고정(stationary) 전달 메카니즘이 사용될 수 있다. 그리고 제1 지지부(52)는 자동 공정의 접합 단계를 위하여 적당한 자리로 이동한다.

제1 유체 전달층(36)과 막층(37)이 제1 지지부(52)의 진공분산판 상에 위치하는 것과 동시에 또는 이후 순차적으로, 제2 지지부(54)는 y축에서 상대적으로 제1 지지부(54)와의 정렬에서 이탈할 수 있으므로, 제2 유체 전달층(38)을 제2 지지부(54) 상의 진공분산판 상으로 위치시키기 위하여 고정 전달 메카니즘이 사용될 수 있다. 또는, 도14에 도시된 바와 같이, 제2 지지부(54)와 스테이징 플랫폼(56) 중 하나 또는 이들 모두가 이동시켜, 스테이징 플랫폼(56) 상의 진공분산판(57)(진공 어셈블리(58)를 통하여)의 진공에 의하여 고정되어 있는 제2 유체 전달층(38)은 제2 지지부(54)의 진공분산판과 접합을 이루게 된다. 제2 유체 전달층(38)이 스테이징 플랫폼(56)의 진공분산판(57)에서 제2 지지부(54)의 진공분산판으로 이동한 후에, 제2 지지부(54)는 제1 지지부(52)와의 적절한 정렬 위치로 이동시켜, 제1 유체 전달층(36)/막층(37)/제2 유체 전달층(38) 연료전지 구조의 접합을 가능하게 한다.

적층과 접합 처리의 적당한 단계에서 적당한 물질층들 사이에 접합을 제공하기 위하여, 여러 가지의 지지 구조체, 물질층, 전달 메카니즘 구조 사이에서의 상대적인 이동은 여러 가지 방법으로 성취될 수 있다. 예를 들면, 네스트 A와 B 또는 도5 내지 도12까지 도시하는 네스트 A와 B의 특별한 구조는 정지, 이동, 또는 정지와 이동 구조 모두가 될 수 있다. 네스트 A 및 B와 상호작용을 하는 전달 메카니즘도 역시 정지, 이동, 또는 정지와 이동 구조 모두를 가질 수 있다. 도13과도14를 참고하여 논의했던 접합 및 전달 장치의 다양한 이동 또는 정지 구조도 이 일 실시예에 적용 가능하다. 따라서, 적층, 포지셔닝, 접합하기 위한 본 발명의 장치 및 방법은 도면에 도시된 또는 참조로 설명된 것들에 한정되지 않는다.

도15 내지 도17까지 및 본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 다양한 기술의 연료전지의 자동 조립을 원활히 하는 연료전지 자동 조립 장치(100)가 예시되어 있다. 연료전지 자동 조립 장치(100)는 프로그레시브 조립 라인 형태로 사람의 개입없이 연료전지층을 위치, 적층, 접합, 및 출고시키는 로보트를 이용하는 자동 조립 라인이다.

연료전지 자동 조립 장치(100)의 앞 부분에 웹변환 장치(102)가 있어 연료전지 막 웹을 독립적인 연료전지 막 시트로 변환하고, 그러한 막 시트를 조립 장치(100)의 인접 프로세스 스테이션에서 계속되는 공정을 위하여 미리 정한 시작점에 위치시킨다. 웹 언와인드 유니트(103)는 막 웹(membrane web)의 마지막 부분을 웹 전환 장치(102)로 보낸다.

웹 전환 장치(102)는 진공분산판과 결합된 제1 진공 어셈블리가 있는 스테이징 스테이션(104)을 포함하고 있다. 연료전지 자동 조립 장치(100)의 콘트롤러에 의하여 웹 프로세싱되는 동안 진공 어셈블리는 선택적으로 동작이 개시된다. 스테이징 스테이션(104)에 인접한 포지셔닝 스테이션(110)은 제어 가능한 포지셔닝 테이블과 포지셔닝 스테이션(110)의 진공분산판과 유동적으로 결합된 제2 진공 어셈블리를 포함한다. 콘트롤러에 의하여 웹 프로세싱되는 동안 포지셔닝 스테이션(110)의 진공 어셈블리는 선택적으로 동작이 개시된다. 콘트롤러는 하나 이상의프로세서처럼, 연료전지 조립 장치(100)의 여러 가지 요소의 활동을 조정하기 위하여 프로그램 지시어를 실행하는 프로그램이 가능한 장치를 포함한다. 콘트롤러는 장치의 보드 내에 들어갈 수도 있고, 연료전지 조립 장치(100)와 이격하여 있을 수도 있다. 원격에 위치할 경우에 콘트롤러는 연료전지 조립 장치(100)와 적합한 유선 또는 무선으로 연결되어야 한다.

포지셔닝 스테이션(110)은 다수의 자유도로 이동하기 위하여 탑재되고, 콘트롤러의 제어 하에서 x축, y축의 축 방향과 z축의 회전 방향에 따라 움직일 수 있다. 포지셔닝 스테이션(110)은 콘트롤러의 제어 하에서 포지셔닝 스테이션(110) 위에 있는 시각 시스템(112)과 협력하여, 절단기(106)에 의하여 막 웹에서 막 시트로 절단된 개별 막 시트를 변경한다. 시각 시스템(112)은 막 웹에서 절단된 막 시트의 시작점을 찾기 위해 하나 이상의 카메라를 가진다.

로보트(114)는 스테이징 스테이션(104)과 포지셔닝 스테이션(110) 사이를 전달 프레임을 통해 제어에 의하여 이동할 수 있으며, 더욱이 스테이징 스테이션(104) 너머에 있는 프로세싱 위치로 전달 프레임을 타고 이동할 수 있다. 일 구성 예에 따르면 로보트(114)는 진공 청크를 경유하여 막 웹을 끌어다가 스테이징 스테이션(104)과 포지셔닝 스테이션(110)에 놓고, 개별 막 시트를 포지셔닝 스테이션(110)에서 다음 공정으로 위치를 옮기도록 제어되는 (x, y, z) 3차원 서보 뉴메틱 기반 메카니즘이다. 포지셔닝 테이블(110)에 의하여 만들어진 개별 막 시트의 정확한 시작점은 로보트(114)가 개별 막 시트를 포지셔닝 스테이션(110)에서 다음 공정으로 옮길 때 유지된다.

또한, 웹 변환 장치(102)는 웹의 촉매 패턴의 완전함 같은 막 패턴의 결함을 찾기 위하여, 막 웹을 검사하는 카메라와 같은 광학검사 장치를 가진다. 이 검사 장치는 웹의 촉매 패턴의 크기와 품질 중 어느 하나 또는 이들 모두를 검사하기 위한 장치도 가진다.

웹 변환 장치(102)의 출력에서 생성되는 분리된 촉매 시트는 다음 프로세싱 스테이션에서의 프로세싱을 위하여 포지셔닝 스테이션(110)에 의하여 정확하게 위치한다. 로보트(114)는 분리된 촉매 시트 위로 이동시켜, 지정된 시작점으로 재위치하고, 진공 청크를 통해 분리된 촉매 시트를 파지하고, 분리된 촉매 시트를 다음 프로세싱 스테이션으로 이동시키는데, 그 동안 계속하여 분리된 촉매 시트의 지정된 시작점을 유지를 시킨다.

도15 내지 도17까지 도시된 연료전지 자동 조립 장치(100)에 포함시키기에 아주 적합한 웹전환 장치(102)는 본 출원인이 “연료전지 막 웹을 정교하게 위치한 막 시트로 변환하는 장치와 방법”이라는 제목으로 출원하여 동시 계속 중인 출원(Attorney Docket No. 57630US002)에 기술되어 있다.

개별 촉매 시트는 절단 스테이션(120)에 의하여 곧 바로 처리된다. 일 실시예에 따르면, 절단 스테이션(120)은 하나의 절단판(cutting die) 장치를 포함하는 평판 절단 프레스(platen cutting press)를 가진다. 절단판 장치는 절단판내에 설치된 하나 이상의 베어러(bearer)와 스톱(stop)을 포함한다. 내장 베어러는 절단 프레스의 행정을 제어하기 위하여 동작한다. 절단판에 설치된 하나 이상의 베어러(bearer)와 스톱을 통합함으로 절단판 외부에 스톱을 둘 필요가 없어진다. 외부스톱은 비싼 것으로 알려져 있고 판을 바꿀 때마다 숙련된 기술자에 의하여 주의 깊게 조정할 필요가 있다. 베어러 또는 절단판 장치의 베어러의 높이는 절단판 장치의 절단 표면의 높이에 맞춰야 한다. 절단판 상에서 베어러와 절단 표면의 높이가 같으므로 절단 표면이 파손될 위험이 없어지지는 않더라도 현저히 낮아진다.

이어서 절단된 각 막층은 적당한 시간에, 로보트에(114)에 의해서, 절단 스테이션(120)에서, MEA 적층 스테이션(105)으로 전달된다. 도15 내지 도17에 도시된 연료전지 자동 조립 장치(100)의 절단 스테이션(120) 내에 포함되기에 매우 적합한 절단판과 장치는 본 출원인이 “연료전지 물질층 절단용 컴플라이언트 절단판 장치”라는 제목으로 출원하여 동시 계속 중인 출원(Attorney Docket No. 57631US002)에 기술되어 있다.

적층 스테이션(105)은 적층 스테이션(105)에서의 자동 적층을 위하여 캐소드 FTL 및 애노드 FTL 각각의 적층 구조물이 사용 가능한 캐소드 FTL 매거진(115)과 애노드 FTL 매거진(117)을 포함한다. 선택적인 가스켓 언와인드/절단 스테이션(121)은 MEA 구조의 주변에 포함시킬 수 있는 절단 개스켓을 제공하기 위하여 적층 스테이션(105)에 인접하여 위치한다. 또한, 적층 스테이션(105)은 FTL 로보트(140), 플립 메카니즘(130), 셔틀(133), 핸들 및 전달을 돕는 조립 로보트(132), 상호 협력하는 형태로 네스트(135, 137)를 구축하기 위하여 각각의 매거진(115, 117)에서 이동시켜 정교하게 위치한 캐소드 및 애노드 FTL을 포함한다. 캐소드 및 애노드 FTL은 MEA 적층 작업 동안에 로보트(114)에 의하여 절단 막층을 이동하는데 있어서 상호 협력하는 방법으로 움직인다.

캐소드 및 애노드 FTL을 매우 정밀하게 역적층(destacking) / 단일화(Singulating)하고 전달하기 위한 전형적인 픽-앤-플래이스 장치는 본 출원인이 “접착 테이프 픽헤드를 사용하여 다공성 연료전지층을 단일화하는 장치와 방법”이라는 제목으로 출원하여 동시 계속 중인 출원(Attorney Docket No. 57424US002)에 기술되어 있다. 비록 로보트(114)는 도15 내지 도17까지 도시된 일 실시예에서, 막층의 전달과 안착이 용이하도록 진공 청크를 이용하고 있지만, 비다공성 막층을 픽-앤-플래이스하기 위하여 공개된 장치를 이용할 수도 있다.

고정구 핸들링 로보트(150, 170)(적재 로보트, 하역 로보트)는 자동 MEA 적층 작업을 용이하게 하는, 고정구 팰릿의 취급, 전달, 포지셔닝을 조정한다. 만일 원한다면, 고정구 핸들링 로보트(150)는 적층 작업에서 사용되기 전에 실리콘을 고정구 팰릿에 적용할 수 있다. 상기와 같이 설명된 적층 장치 및 방법은 자동으로 MEA를 제조할 때 캐소드 FTL, 애노드 FTL, 막층을 적층하는데 매우 적합하다. 전형적인 고정구 팰릿은 본 출원인이 “연료전지 물질층의 자동조립을 위한 고정구 팰릿 장치”라는 제목으로 출원하여 동시 계속 중인 출원(Attorney Docket No. 57422US002)에 기술되어 있다. 비록 로보트(114)는 도15 내지 도17까지 보여주는 일 실시예에서, 막층의 전달과 프레리스먼트가 용이하도록 진공 청크를 이용하고 있지만, 비다공성 막층을 픽-앤-플래이스하기 위하여 공개된 장치를 이용할 수도 있다.

프레스 로보트(160)는 가열 프레스(162)(heated press)와 냉각 프레스(164)(cooling press)를 포함하는 다수의 프레스를 통하여 MEA 적층 구조물의 전달을 조정한다. 접합된 MEA는 프레스 로보트(160)에 의하여 분리 장치(172)로 보내진다. 분리 장치는 MEA 접합 이후에 MEA를 고정구 팰릿 어셈블리로부터 분리한다. 분리 장치는 고정구 팰릿 어셈블리를 수용하도록 적응된 제1 포트가 있는 베이스를 포함하므로, 제1 포트는 MEA의 제1 표면과 제1 고정구 팰릿의 다공성 영역을 통하여 유체 유통되어 있다. 지지대로 이동하기 위하여 설치된 그리퍼(gripper) 어셈블리는 그리퍼 메카니즘과 제2 포트를 포함한다. 제2 포트는 MEA의 제2 표면과 제2 고정구 팰릿의 다공성 영역을 통하여 유체 유통되어 있다. 제1 및 제2 포트는, MEA의 제1 및 제2 표면을, 제1 및 제2 고정구로부터 각각 분리하기 위하여, 선택적으로 압력이 가해지고 진공 상태가 된다. 그리퍼 어셈블리는 제2 고정구 팰릿의 한 쌍의 반대 모서리를 이탈 가능하도록 파지하고, 제2 고정구 팰릿을 제1 고정구 팰릿의 근처로 이동시킬 수 있도록 적응되었다.

일 방법에 따르면, 제1 및 제2 고정구 팰릿는 처음에는 안정되어 있다. 제2 고정구 팰릿이 안정되어 있는 동안, 제1 고정구 팰릿은 MEA의 제1 표면을 제1 고정구 팰릿으로부터 분리하기 위하여 압력을 받는다. 제1 고정구 팰릿이 안정되어 있는 동안, 제2 고정구 팰릿은 MEA의 제2 표면을 제2 고정구 팰릿으로부터 분리하기 위하여 압력을 받는다. 일 방법에 따르면, 제1 고정구 팰릿과 MEA의 제1 표면에 압력이 가해지는 동안, 제2 고정구 팰릿과 MEA의 제2 표면에 진공이 가해지고, 그 이후에 제2 고정구 팰릿과 MEA의 제2 표면에 압력이 가해지는 동안, 제1 고정구 팰릿과 MEA의 제1 표면에 진공이 가해진다. 제2 고정구 팰릿은 제1 고정구 팰릿 부근에서 떨어져 나와 MEA가 제1 고정구 팰릿에서 제거되는 것을 허용한다.

도15 내지 도17까지 도시된 연료전지 자동 조립 장치(100)에 포함시키기에 아주 적합한 분리 장치(172)는 본 출원인이 “연료전지 어셈블리를 접합 고정구로부터 분리하는 장치와 방법”이라는 제목으로 출원하여 동시 계속 중인 출원(Attorney Docket No. 57630US002)에 기술되어 있다.

일단 분리가 되면 접합된 MEA는 하역 로보트(174)에 의하여 MEA 절단 프레스(180)로 이동한다. MEA 절단 프레스(180)에 의하여 MEA를 다듬은 후 처리된 MAE는 하역 로보트(174)에 의하여 출력 컨베이어(190)로 이동한다. 처리된 MAE는 포장이 되거나 또는 연료전지 장치의 후속 단계를 처리한다.

지금까지 몇 가지 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 기술하였다. 그러나, 본 발명의 실시예와 그 설명은 본 발명의 예시를 위한 것이지, 본 발명을 그에 한정하고자 하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해 정의되는 것이며, 그 범위를 벗어나지 않고서도 본 발명을 여러 가지로 개조하는 것도 가능하다.

Claims

제1 및 제2 고정구를 포함하는 전달 가능한 고정구 어셈블리를 사용하여 복수의 연료전지층을 자동 적층하는 방법으로서, 상기 제1 및 제2 고정구는 각각 적어도 하나의 실질적인 다공성 영역을 포함하며, 상기 복수의 연료전지층은 적어도 제1 유체 전달층(제1 FTL), 제2 유체 전달층(제2 FTL), 및 막을 포함하고, 상기 제1 및 제2 FTL은 실질적으로 다공성이며 상기 막은 실질적으로 비다공성인 방법이며,

상기 제1 FTL과 상기 제1 고정구 사이의 접촉을 이루기 위해 상기 제1 FTL과 상기 제1 고정구 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계,

상기 막과 상기 제1 FTL 사이의 접촉을 이루기 위해 상기 제1 고정구와 상기 막 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계로서, 상기 제1 고정구 및 상기 막과 접촉하고 있는 상기 제1 FTL이 제1 서브 어셈블리를 형성하는 단계,

상기 제2 고정구와 상기 제2 FTL 사이의 접촉을 이루기 위해 상기 제2 고정구와 상기 제2 FTL 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계로서, 상기 제2 고정구와 접촉하고 있는 상기 제2 FTL이 제2 서브 어셈블리를 형성하는 단계,

상기 제1 및 상기 제2 고정구 각각에 진공을 가하면서, 상기 제2 FTL과 상기 막 사이의 접촉을 이루기 위해 상기 제1 및 상기 제2 고정구 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계로서, 상기 제1 서브 어셈블리에 진공을 가하는 것은 상기 제1 고정구에 대해 상기 제1 FTL과 상기 막의 위치적 안정을 유지하고, 상기 제2 서브 어셈블리에 진공을 가하는 것은 상기 제2 고정구에 대해 상기 제2 FTL의 위치적 안정을 유지하는 단계,

상기 제1 서브 어셈블리로부터 진공을 제거하는 단계, 및

상기 제2 서브 어셈블리로부터 진공을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 FTL과 상기 제1 고정구 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 제1 FTL과 상기 제1 고정구 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키면서 상기 제1 FTL에 진공을 가하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 고정구가 정지 상태이고, 상기 제1 FTL과 상기 제1 고정구 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 제1 FTL에 진공을 가하는 단계와 상기 제1 FTL을 이동시켜 상기 제1 고정구와 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 고정구와 상기 막 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 제1 고정구와 상기 막 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키면서 상기 제1 고정구와 상기 제1 FTL에 진공을 가하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 고정구와 상기 막 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 제1 고정구와 상기 막 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키면서상기 막에 진공을 가하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 FTL과 상기 제2 고정구 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 제2 FTL과 상기 제2 고정구 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키면서 상기 제2 FTL에 진공을 가하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 FTL이 정지 상태이고, 상기 제2 FTL과 상기 제2 고정구 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 제2 FTL과 상기 제2 고정구에 진공을 가하는 단계와 상기 제1 고정구를 이동시켜 상기 제2 FTL과 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 서브 어셈블리가 정지 상태이고, 상기 제1 및 상기 제2 서브 어셈블리 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 제1 서브 어셈블리와 접촉한 상기 제2 서브 어셈블리를 이동시켜 상기 제2 FTL과 상기 막 사이에 접촉을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서.
적어도 제1 유체 전달층(제1 FTL), 제2 유체 전달층(제2 FTL), 및 막을 포함하는 복수의 연료전지층을 자동 적층하는 방법으로서, 상기 제1 및 상기 제2 FTL은실질적으로 다공성이며, 상기 막은 실질적으로 비다공성인 방법이며,

지지 구조체에 대해 상기 제1 FTL을 안정시키기 위해 상기 제1 FTL에 진공을 가하는 단계,

상기 막과 상기 제1 FTL 사이의 접촉을 이루기 위해 상기 지지 구조체와 상기 막 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계로서, 상기 제1 FTL과 상기 막이 서브 어셈블리를 형성하는 단계,

상기 서브 어셈블리에 진공을 가하면서, 상기 제2 FTL과 상기 막 사이의 접촉을 이루기 위해 상기 지지 구조체와 상기 제2 FTL 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계로서, 상기 서브 어셈블리에 진공을 가하는 것은 상기 지지 구조체에 대해 상기 제1 FTL과 상기 막의 위치적 안정을 유지하는 단계, 및

상기 서브 어셈블리로부터 진공을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
제10항에 있어서,

상기 제1 FTL의 제1 표면에 진공을 가하면서, 상기 제1 FTL을 상기 지지 구조체로 이동시키는 단계,

상기 지지 구조체에 대해 상기 제1 FTL을 안정시키기 위해 상기 제1 FTL의 제2 표면에 진공을 가하는 단계, 및

상기 제1 FTL의 상기 제1 표면으로부터 진공을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 지지 구조체가 정지 상태이고, 상기 제1 FTL에 진공을 가하면서 상기 제1 FTL을 이동시켜 상기 지지 구조체와 접촉시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 지지 구조체와 상기 막 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 지지 구조체와 상기 막 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키면서 상기 막에 진공을 가하는 단계를 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 지지 구조체가 정지 상태이고, 상기 지지 구조체와 상기 막 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 막에 진공을 가하면서 상기 막을 이동시켜 상기 지지 구조체와 접촉하는 단계를 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 지지 구조체와 상기 제2 FTL 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 지지 구조체와 상기 제2 FTL 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키면서 상기 제2 FTL에 진공을 가하는 단계를 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 지지 구조체가 정지 상태이고, 상기 지지 구조체와 상기 제2 FTL 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 제2 FTL을 이동시켜 상기 지지 구조체와 접촉하면서 상기 제2 FTL에 진공을 가하는 단계를 포함하는 방법.
적어도 하나의 실질적인 비다공성 물질층과 적어도 하나의 실질적인 다공성 물질층을 포함하는 복수의 물질층을 자동 적층하는 방법이며,

지지 구조체에 대해 상기 제1 다공성 물질층을 안정시키기 위해 제1 다공성 물질층에 진공을 가하는 단계,

상기 비다공성 물질층과 상기 제1 다공성 물질층 사이의 접촉을 이루기 위해 상기 지지 구조체와 비다공성 물질층 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계로서, 상기 제1 다공성 물질층과 상기 비다공성 물질층이 서브 어셈블리를 형성하는 단계,

상기 서브 어셈블리에 진공을 가하면서, 상기 제2 물질층과 상기 비다공성 물질층 사이의 접촉을 이루기 위해 상기 지지 구조체와 제2 물질층 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계로서, 상기 서브 어셈블리에 진공을 가하는 것은 상기 지지 구조체에 대해 상기 제1 다공성 물질층과 상기 비다공성 물질층의 위치적 안정을 유지하는 단계, 및

상기 서브 어셈블리로부터 진공을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 제2 물질층이 실질적으로 다공성인 방법.
제17항에 있어서, 상기 제2 물질층이 실질적으로 비다공성인 방법.
제17항에 있어서,

상기 제1 다공성 물질층의 제1 표면에 진공을 가하면서, 상기 제1 다공성 물질층을 상기 지지 구조체로 이동시키는 단계,

상기 지지 구조체에 대해 상기 제1 다공성 물질층을 안정시키기 위해 상기 제1 다공성 물질층의 제2 표면에 진공을 가하는 단계, 및

상기 제1 다공성 물질층의 상기 제1 표면으로부터 진공을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 지지 구조체가 정지 상태이고, 상기 제1 다공성 물질층과 상기 지지 구조체 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 제1 다공성 물질층에 진공을 가하는 단계와, 상기 제1 다공성 물질층을 이동시켜 상기 지지 구조체와 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 지지 구조체와 상기 비다공성 물질층 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 지지 구조체와 상기 비다공성 물질층 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키면서 상기 비다공성 물질층에 진공을 가하는 단계를 포함하는 방법
제17항에 있어서, 상기 지지 구조체가 정지 상태이고, 상기 지지 구조체와 상기 비다공성 물질층 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 비다공성물질층에 진공을 가하면서 상기 비다공성 물질층을 이동시켜 상기 지지 구조체와 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 지지 구조체와 상기 제2 물질층 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 지지 구조체와 상기 제2 물질층 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키면서 상기 비다공성 물질층에 진공을 가하는 단계를 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 지지 구조체가 정지 상태이고, 상기 지지 구조체와 상기 제2 물질층 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계는 상기 제2 물질층을 이동시켜 상기 지지 구조체와 접촉시키면서 상기 비다공성 물질층에 진공을 가하는 단계를 포함하는 방법.
적어도 제1 유체 전달층(제1 FTL), 제2 유체 전달층(제2 FTL), 및 막을 포함하는 복수의 연료전지층을 자동 적층 및 접합하는 방법으로서, 상기 제1 및 상기 제2 FTL은 실질적으로 다공성이며, 상기 막은 실질적으로 비다공성인 방법이며,

상기 제1 FTL의 제2 표면을 이동시켜 접합 프레스의 제1 지지부와 접촉하는 단계,

상기 제1 지지부 상의 상기 제1 FTL을 안정화하기 위해 상기 제1 FTL의 상기 제2표면에 진공을 가하는 단계,

상기 막을 이동시켜 상기 제1 FTL의 제1 표면과 접촉시키는 단계로서, 상기 제1 FTL과 상기 막이 제1 서브 어셈블리를 형성하는 단계,

상기 제1 지지부에 대해 상기 제1 FTL과 상기 막의 위치적 안정을 유지하기 위해 상기 제1 서브 어셈블리에 진공을 가하는 단계,

상기 접합 프레스의 제2 지지부 상에 상기 제2 FTL을 안정화하기 위해 상기 제2 FTL의 제1 표면에 진공을 가하는 단계,

상기 막의 제1 표면과 상기 제2 FTL의 제2 표면을 접촉시키기 위해 상기 제1 및 상기 제2 지지부 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키는 단계, 및

상기 제1 FTL, 상기 막, 상기 제2 FTL을 함께 접합하여 접합된 연료전지 어셈블리를 제조하는 단계를 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 상기 제1 FTL, 상기 막, 및 상기 제2 FTL을 함께 접합한 후 접합된 상기 연료전지 어셈블리를 자동으로 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 진공을 사용하여 상기 제1 FTL의 상기 제2 표면을 이동시켜 상기 제1 지지부와 접촉시키는 단계와, 진공을 사용하여 상기 막을 이동시켜 상기 제1 FTL의 상기 제1 표면과 접촉시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제1 및 제2 고정구를 포함하는 전달 가능한 고정구 어셈블리를 이용하여 복수의 연료전지층을 자동 적층하는 장치로서, 상기 제1 및 제2 고정구가 각각 적어도 하나의 실질적인 다공성 영역을 포함하며, 상기 복수의 연료전지층은 적어도 제1 유체 전달층(제1 FTL), 제2 유체 전달층(제2 FTL), 및 막을 포함하고, 상기 제1 및 제2 유체 전달층은 실질적으로 다공성이며, 상기 막은 실질적으로 비다공성인 장치이며,

제1 진공 장치를 포함하는 제1 지지부,

제2 진공 장치를 포함하는 제2 지지부,

전달 메카니즘, 및

자동 적층 작업을 조정하는 콘트롤러를 포함하고,

상기 자동 적층 작업은,

상기 제1 FTL을 이동시켜 상기 제1 지지부 상에 위치한 상기 제1 고정구와 접촉하도록 전달 메카니즘을 제어하는 단계,

상기 막을 이동시켜 상기 제1 FTL과 접촉하도록 전달 메카니즘을 제어하는 단계로서, 상기 제1 고정구와 접촉하고 있는 상기 제1 FTL과 상기 막은 제1 서브 어셈블리를 형성하는 단계,

상기 제2 고정구를 이동시켜 상기 제2 지지부 상에 위치한 상기 제2 FTL과 접촉하도록 전달 메카니즘을 제어하는 단계로서, 상기 제2 고정구와 접촉하고 있는 상기 제2 FTL은 제2 서브 어셈블리를 형성하는 단계,

상기 제1 및 제2 고정구 각각에 진공을 가하도록 상기 제2 진공 어셈블리를 제어하는 단계와, 상기 제1 서브 어셈블리에 대해 상기 제2 서브 어셈블리를 이동시켜 상기 제2 FTL과 상기 막 사이의 접촉을 형성하도록 전달 메카니즘을 제어하는단계로서, 상기 제1 서브 어셈블리에 진공을 가하는 것은 상기 제1 고정구에 대해 상기 제1 FTL과 상기 막의 위치적 안정을 유지시키고, 상기 제2 서브 어셈블리에 진공을 가하는 것은 상기 제2 고정구에 대해 상기 제2 FTL과 상기 막의 위치적 안정을 유지시키는 단계,

상기 제1 서브 어셈블리로부터 진공을 제거하도록 상기 제1 진공 장치를 제어하는 단계, 및

상기 제2 서브 어셈블리로부터 진공을 제거하도록 상기 제2 진공 장치를 제어하는 단계를 포함하는 장치.
제29항에 있어서, 상기 전달 메카니즘은 제3 진공 장치를 포함하고, 상기 콘트롤러는 진공 상태에서 상기 제1 FTL을 이동시켜 상기 제1 고정구와 접촉하도록 상기 전달 메카니즘의 상기 제3 진공 장치를 제어하는 장치.
제29항에 있어서, 상기 전달 메카니즘은 제3 진공 장치를 포함하고, 상기 콘트롤러는 진공 상태에서 상기 막을 이동시켜 상기 제1 FTL과 접촉하도록 상기 전달 메카니즘의 상기 제3 진공 장치를 제어하는 장치.
제29항에 있어서, 상기 전달 메카니즘은 제3 진공 장치를 포함하고, 상기 콘트롤러는 상기 제1 서브 어셈블리에 대해 상기 제2 서브 어셈블리를 이동시켜 상기 제2 FTL과 상기 막 사이에 접촉을 형성하도록 상기 전달 메카니즘의 상기 제3 진공장치를 제어하는 장치.
적어도 제1 유체 전달층(제1 FTL), 제2 유체 전달층(제2 FTL), 및 막을 포함하는 복수의 연료전지층을 자동 적층하는 장치로서, 상기 제1 및 제2 FTL은 실질적으로 다공성이며, 상기 막은 실질적으로 비다공성인 장치이며,

제1 진공 장치를 포함하는 제1 지지 구조체,

전달 메카니즘, 및

자동 적층 작업을 조정하는 콘트롤러를 포함하며,

상기 자동 적층 작업은,

상기 제1 FTL을 이동시켜 상기 지지 구조체와 접촉하도록 상기 전달 메카니즘을 제어하는 단계,

상기 지지 구조체 상의 상기 제1 FTL을 안정화하기 위해 상기 제1 FTL에 진공을 가하도록 상기 제1 진공을 제어하는 단계,

상기 막을 이동시켜 상기 제1 FTL과 접촉하도록 상기 전달 메카니즘을 제어하는 단계로서, 상기 제1 FTL과 상기 막은 서브 어셈블리를 형성하고, 상기 제1 진공 장치를 통하여 상기 서브 어셈블리에 진공을 가하는 것은 상기 지지 구조체에 대해 상기 제1 FTL과 상기 막의 위치적 안정을 유지시키는 단계,

상기 제2 FTL을 이동시켜 상기 막과 접촉하도록 상기 전달 메카니즘을 제어하는 단계, 및

상기 서브 어셈블리로부터 진공을 제거하기 위해 상기 제1 진공 장치를 제어하는 단계를 포함하는 장치.
제33항에 있어서, 상기 전달 메카니즘은 제2 진공 장치를 포함하고, 상기 콘트롤러는 진공 상태에서 상기 제1 FTL을 이동시켜 상기 지지 구조체와 접촉하도록 상기 전달 메카니즘과 상기 제2 진공 장치를 제어하는 장치.
제33항에 있어서, 상기 전달 메카니즘은 제2 진공 장치를 포함하고, 상기 콘트롤러는 상기 제1 FTL에 가해진 진공을 제거하기 위해 상기 전달 메카니즘과 상기 제2 진공 장치를 제어하고, 상기 지지 구조체 상의 상기 제1 FTL을 안정화하기 위해 상기 제1 FTL에 진공을 가하도록 상기 제1 진공 장치를 제어하는 장치.
제33항에 있어서, 상기 전달 메카니즘은 제2 진공 장치를 포함하고, 상기 콘트롤러는 진공상태에서 상기 막을 이동시켜 상기 제1 FTL과 접촉하도록 상기 전달 메카니즘과 상기 제2 진공 장치를 제어하는 장치.
제33항에 있어서, 상기 전달 메카니즘은 제2 진공 장치를 포함하고, 상기 콘트롤러는 진공상태에서 상기 제2 FTL을 이동시켜 상기 막과 접촉하도록 상기 전달 메카니즘과 상기 제2 진공 장치를 제어하는 장치.
제33항에 있어서, 상기 전달 메카니즘은 제2 진공 장치를 포함하고, 상기 콘트롤러는 상기 서브 어셈블리와 상기 제2 FTL로부터 진공을 제거하기 위해 상기 제1 및 상기 제2 진공 장치를 제어하는 장치.
적어도 제1 유체 전달층(제1 FTL), 제2 유체 전달층(제2 FTL), 및 막을 포함하는 복수의 연료전지층을 자동 적층 및 접합하는 장치로서, 상기 제1 및 상기 제2 FTL은 실질적으로 다공성이며, 상기 막은 실질적으로 비다공성인 장치이며,

제1 지지부 및 제2 지지부를 포함하는 접합 프레스,

상기 제1 지지부에 인접한 제1 진공 장치,

상기 제2 지지부에 인접한 제2 진공 장치,

제3 진공 장치를 포함하는 전달 메카니즘, 및

자동 적층 작업을 조정하는 콘트롤러를 포함하며,

상기 자동 적층 작업은,

상기 제1 FTL의 제1 표면에 진공을 가하고 진공상태에서 상기 제1 FTL을 이동시켜 상기 지지 구조체와 접촉하도록 상기 전달 메카니즘과 상기 제3 진공 장치를 제어하는 단계,

상기 제1 FTL의 제2 표면에 진공을 가하여 상기 지지 구조체 상의 상기 제1 FTL을 안정화하기 위해 상기 제1 진공 장치를 제어하는 단계와, 상기 제1 FTL의 상기 제1 표면으로부터 진공을 제거하기 위해 상기 전달 메카니즘의 상기 제3 진공 장치를 제어하는 단계,

상기 막의 제2 표면과 제1 FTL의 제1 표면을 접촉시키도록 상기 막의 제1 표면에 진공을 가하고 막을 이동시키기 위해 전달 메카니즘과 제3 진공 장치를 제어하는 단계로서, 상기 콘트롤러는 이후에 막의 제1 표면으로부터 진공을 제거하는 것을 제어하고, 제1 FTL 과 막은 제1 서브 어셈블리를 형성하는 단계,

상기 제1 지지 구조체에 대해 상기 제1 FTL과 상기 막의 위치적 안정을 유지하기 위해 상기 제1 서브 어셈블리에 진공을 유지하도록 상기 제1 진공 장치를 제어하는 단계,

상기 접합 프레스의 상기 제2 지지부상에 상기 제2 FTL을 안정화하기 위해 상기 제2 FTL의 제1 표면에 진공을 가하도록 상기 제2 진공 장치를 제어하는 단계,

상기 막의 상기 제1 표면과 상기 제2 FTL의 제2 표면 사이에 접촉을 이루기 위해 상기 제1 및 상기 제2 지지부 중 하나 또는 이들 모두를 이동시키도록 상기 접합 프레스를 제어하는 단계, 및

상기 제1 FTL, 상기 막, 및 상기 제2 FTL을 함께 접합하도록 상기 접합 프레스를 제어하여 접합된 연료전지 어셈블리를 제조하는 단계를 포함하는 장치.
제39항에 있어서, 상기 콘트롤러는 추가로 상기 제1 FTL, 상기 막, 및 상기 제2 FTL을 함께 접합한 후 각 진공의 제거를 제어하는 장치.
제39항에 있어서, 상기 전달 메카니즘은 상기 제1 FTL, 상기 막, 및 상기 제2 FTL을 함께 접합한 후 접합된 상기 연료전지 어셈블리를 자동으로 제거하는 장치.
적어도 하나의 실질적인 비다공성 물질층과 적어도 하나의 실질적인 다공성 물질층을 포함하는 복수의 물질층을 자동 적층하는 장치이며,

제1 진공 장치를 포함하는 제1 지지 구조체,

전달 메카니즘, 및

자동 적층 작업을 조정하는 콘트롤러를 포함하며,

상기 자동 적층 작업은,

제1 다공성 물질층을 이동시켜 상기 지지 구조체와 접촉하도록 상기 전달 메카니즘을 제어하는 단계,

상기 제1 비다공성 물질층에 진공을 가하여 상기 지지 구조체 상에 상기 다공성 물질층을 안정화하도록 상기 제1 진공을 제어하는 단계,

비다공성 물질층을 이동시켜 상기 제1 다공성 물질층과 접촉하도록 상기 전달 메카니즘을 제어하는 단계로서, 상기 제1 다공성 물질층과 상기 비다공성 물질층이 서브 어셈블리를 형성하며, 제1 상기 진공 장치를 통하여 상기 서브 어셈블리에 진공을 가하는 것은 상기 지지 구조체에 대해 상기 제1 다공성 물질층과 비다공성 물질층의 위치적 안정을 유지하는 단계,

제2 다공성 물질층을 이동시켜 상기 비다공성 물질층과 접촉하도록 상기 전달 메카니즘을 제어하는 단계, 및

상기 서브 어셈블리로부터 진공을 제거하기 위해 상기 제1 진공 장치를 제어하는 단계를 포함하는 장치.
제42항에 있어서, 상기 지지 구조체는 정지 상태인 장치.
제42항에 있어서, 상기 지지 구조체는 상기 콘트롤러의 제어하에 이동 가능한 장치.