KR20040097255A - 연료 전지 재료층의 자동 조립용 고정 팔렛 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 이송가능한 고정 장치의 제1 고정기는 연료 전지층과 같은 하나 이상의 기공성 및/또는 비기공성인 제1 재료층을 수용하고 제1 고정기와 제1 재료층 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제1 구역을 합체한다. 제2 고정기는 하나 이상의 기공성 및/또는 비기공성인 제2 재료층을 수용하고 제2 고정기와 제2 재료층 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제2 구역을 합체한다. 정지 장치는 제1 및 제2 고정기 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터 돌출되고 제1 및 제2 고정기가 접촉하게 될 때 제1 및 제2 재료층에 인접하게 위치된다. 정지 장치는 제1 및 제2 고정기가 접촉하게 될 때 제1 및 제2 재료층의 압축을 수행하도록 된 공동을 한정한다.
Description
다양한 재료의 층들을 적층하기 위해 다양한 장치가 개발되어 왔다. 장치는 또한 이러한 재료층의 스택을 적층시키기 위해 개발되어 왔다. 종래 적층 장치는, 예를 들어 전형적으로 적층 작업중에 소정 재료의 층을 이송하고 해제식으로 결합되는 흡입컵 또는 진공기를 채용한다. 이러한 종래의 장치가 어떤 적용예에서는 만족스러울 수 있지만, 가변성 기공을 가진 비교적 얇은 재료를 적층하기 위한 공지된 접근법을 실행하는 것은 종래의 장치로는 작업할 수 없거나 또는 비실용적이다.
다수의 적층 및 결합 작업을 부분적 또는 완전히 자동화하는 것이 종종 바람직하다. 많은 종래의 재료 적층, 이송 및 결합 장치는 고수준의 자동화를 달성하기에 충분히 적절하지 않다. 이는 처리의 모든 단계에서 긴밀한 위치 간극 요구조건을 가진 적층 및 결합 처리의 경우에 특히 그러하다.
개선되어야 할 재료층의 적층 및 결합 장치에 대한 요구가 있다. 가변성 기공의 재료층을 안전하고 정확하게 위치시키고 적층시키고 자동화 연료 전지 조립 라인과 같이 자동화 조립 환경에서 이러한 재료층을 적층시킬 수 있는 장치에 대한 다른 요구가 있다. 본 발명은 이러한 및 다른 요구사항을 충족시킨다.
본 발명은 고정 팔렛에 관한 것으로서, 특히 연료 전지 조립 동안 연료 전지의 기공성 및 비기공성인 층의 자동 조립, 조작 및/또는 결합을 용이하게 하기 위한 고정 장치에 관한 것이다.
도1은 연료 전지 및 그 구성층의 도면이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따라 연료 전지층의 자동 적층 및 결합을 용이하게 하기에 적합한 두 부분 고정 팔렛 조립체의 두 개의 고정기 중 하나를 도시한다.
도3은 본 발명의 실시예에 따라 두 부분 고정 팔렛 조립체의 도면이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따라 정지 장치에 의해 결합된 기공성 구역을 포함하는 고정기를 도시한다.
본 발명이 다양한 변형예와 변경된 형태를 따르면서, 그 상세는 도면에 예시적으로 도시되었고, 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 그 의도가 본 발명을 설명된 특정 실시예들로 제한하려는 것이 아님을 알 수 있을 것이다. 이와는 반대로, 본 발명은 본 발명의 기술 사상 및 범주 내에 있는 모든 변형물들, 균등물들 및 변경물들을 포함하는 것이다.
본 발명은 재료층의 스택의 조작 및 자동 조립을 용이하게 하기 위한 이송가능한 고정 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이송가능한 고정 장치의 원위치에 재료층의 스택의 적층을 허용하는 이송가능한 고정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이송가능한 고정 장치의 제1 고정기는 하나 이상의 기공성 및/또는 비기공성 제1 재료층을 수용하고 제1 고정기와 제1 재료층 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제1 구역을 합체한다. 이송가능한 고정 장치는 또한 하나 이상의 기공성 및/또는 비기공성 제2 재료층을 수용하고 제2 고정기와 제2 재료층 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제2 구역을 합체하는 제2 고정기를 포함한다. 이송가능한 고정 장치는 제1 및 제2 고정기 중 한쪽 또는 양쪽에서 돌출되는 정지 장치를 더 합체한다. 정지 장치는 제1 고정기가 제2 고정기와 접촉할 때 제1 및 제2 재료층에 인접하게 위치된다. 정지 장치는 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 제1 및 제2 재료층의 압축을 수행하도록 된 공동을 한정한다.
다른 실시예에 따르면, 본 발명의 이송가능한 고정 장치는 연료 전지층의 자동 조립을 용이하게 한다. 연료 전지층은 적어도 하나의 제1 유체 이송층(제1FTL), 제2 유체 이송층(제2 FTL) 및 막을 포함한다. 제1 FTL 및 막은 FTL/막 부조립체를 한정한다.
이송가능한 고정기는 FTL/막 부조립체를 수용하고 제1 고정기와 FTL/막 부조립체 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제1 구역을 합체하는 제1 고정기를 포함한다. 제2 고정기는 제2 FTL을 수용하고 제2 고정기와 제2 FTL 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제2 구역을 합체한다. 정지 장치는 제1 고정기 및 제2 고정기의 한쪽 또는 양 쪽으로부터 돌출되고 제1 고정기가 제2 고정기와 접촉할 때 FTL/막 부조립체 및 제2 FTL에 인접하게 위치된다. 정지 장치는 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 FTL/막 부조립체 및 제2 FTL의 압축을 수행하도록 된 공동을 한정한다.
본 발명의 상술된 요약은 본 발명의 각 실시예 또는 모든 실시를 설명하려고 의도된 것은 아니다. 본 발명의 더 완전한 이해와 함께 장점 및 목표를 첨부 도면과 관련하여 취해진 이하의 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써 명확히 이해할 수 있을 것이다.
도시된 실시예의 다음의 설명에서, 도면번호는 그 일부를 형성하는 첨부 도면에 형성되고, 이는 본 발명이 실행될 수 있는 다양한 실시예 및 도면으로 설명된다. 본 실시예가 이용될 수 있고, 구조적인 변화가 본 발명의 범위 내에서 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 고정 팔렛 조립체는 적층 작업 중 비교적 얇은 기공성 및 비기공성 재료층의 조작 및 안전하고 정확한 조립을 용이하게 한다. 가변성 기공을 가진 재료의 조립 및 조작을 용이하게 하는 것에 더하여, 가변성 취성(brittleness)을 가진 재료는 안전하게 조작되고 본 발명의 고정 팔렛 조립체의 사용으로 적층될 수 있다. 얇은 재료층의 스택을 구성하기 위한 긴밀한 위치적 간극 요구조건을 가진 적용예에서 본 발명의 고정 팔렛 조립체의 사용으로 적층동안 매우 높은 정확성이 달성될 수 있다.
본 발명의 고정 팔렛 조립체는 또한 스택 이송중에 재료층의 위치적 정렬을동시에 유지하면서 다양한 처리 스테이션 사이의 비교적 얇은 기공성 및 비기공성 재료층 스택의 이송을 용이하게 한다. 본 발명의 고정 팔렛 조립체는 또한 결합 처리중에 재료층의 위치적 정렬을 동시에 유지하면서 비교적 얇은 기공성 및 비기공성 재료층 스택의 적층 및 결합을 용이하게 한다.
압축 공동은 결합 처리중에 소정량의 적층 압축을 제공하도록 고정 팔렛 조립체 내에 유리하게 형성될 수 있다. 압축 공동은 결합 처리중에 비교적 얇은 기공성 및 비기공성 재료층 스택의 두께를 정확하게 조절하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 고정 팔렛 조립체는 비교적 얇은 기공성 및 비기공성 재료층 스택의 결합 및 자동 조립을 용이하게 하기에 특히 적절하다.
일 실시예에 따라, 본 발명의 고정 팔렛 조립체는 자동 적층 및 필요시 연료 전지의 일부 또는 연료 전지를 형성하는 재료층의 결합을 용이하게 하기 위해 채용될 수 있다. 연료 전지는 전기, 열 및 물을 생성하도록 공기로부터 수소 연료 및 산소를 결합시키는 전기화학 장치이다. 연료 전지는 연소를 이용하지 않아서 연료 전지는 임의의 독성 유출물을 거의 생성하지 않는다. 연료 전지는 수소 연료 및 산소를 직접 전기로 변환시키고, 예를 들어 내연 전기 발전기보다 더욱 고효율로 작동될 수 있다.
전형적인 연료 전기는 도1에 도시된다. 도1에 도시된 연료 전지(10)는 양극(14) 근처에 제1 유체 이송층(12)을 포함한다. 양극(14) 근처에 전해질 막(16)이 있다. 음극(18)은 전해질 막(16) 근처에 위치되고 제2 유체 이송층(19)이 음극(18) 근처에 위치된다. 작동 중, 수소 연료는 제1 유체 이송층(12)을 통해 양극(14) 위를 통과해서 연료 전지(10)의 양극부 안으로 도입된다. 양극(14)에서, 수소 연료는 수소 이온(H+)과 전자(e-)로 분리된다.
전해질 막(16)은 수소 이온 또는 양성자가 전해질 막(16)을 통해 연료 전지(10)의 음극부로 보내지게 한다. 전자는 전해질 막(16)을 통과할 수 없고, 대신 전류의 형태로 외부 전기 회로를 통해 유동한다. 이 전류는 전기 모터와 같은 전기 로드(electric load, 17)에 동력을 주거나 재충전 배터리와 같은 에너지 저장 장치로 안내될 수 있다.
산소는 제2 유체 이송층(19)을 통해 연료 전지(10)의 음극측으로 유동한다. 산소가 음극(18)에 통과할 때, 산소, 양성자 및 전자는 물과 열을 생성하도록 결합한다.
도1에 도시된 바와 같은 개별 연료 전지는 연료 전지 스택을 형성하도록 다수의 다른 연료 전지와 결합될 수 있다. 스택 내의 다수의 연료 전지는 스택의 전체 전압을 결정하고 각각의 전지의 표면적은 전체 전류를 결정한다. 소정의 연료 전지 스택에 의해 생성된 전체 전력은 전체 스택 전압에 전체 전류를 곱함으로써 결정될 수 있다.
본 발명의 고정 팔렛 조립체는 다양한 기술의 연료 전지의 구성에서 재료층의 자동 조작, 적층 및 결합을 용이하게 하도록 채용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 고정 팔렛 조립체는 양성자 교환 막(PEM) 연료 전지를 구성하도록 채용될 수 있다. PEM 연료 전지는 비교적 저온(약 79.4℃(약 175℉))에서 작동하고 예를들어 자동차에서와 같이 신속한 출발이 요구되는 적용예를 위하여 충분히 적절하다.
PEM 연료 전지에 사용되는 양성자 교환 막은 수소 이온이 이를 관통하게 하는 얇은 플라스틱 시트이다. 막은 활성 촉매인 고도로 분산된 금속 또는 금속 합금 입자(예를 들어, 백금 또는 백금/루테늄)로 양측면이 코팅된다. 사용된 전해질은 전형적으로 고상 유기 폴리머 폴리-퍼플루오르설로닉 산이다. 고상 전해질의 사용은 부식 및 취급 문제를 감소시키기 때문에 유리하다.
촉매가 수소 이온이 전자를 방출하고 수소 이온(양성자)이 되도록 촉진시키는 연료 전지의 양극측에 수소가 공급된다. 전자는 산소가 도입되는 연료 전지의 음극측에 복귀하기 전에 이용될 수 있는 전류의 형태로 이동한다. 동시에, 양성자는 막을 통해 음극으로 확산되고, 여기서 수소 이온은 물을 생성하도록 산소와 재결합하여 재반응한다.
하나의 PEM 연료 전지 구성에 따르면, PEM 층은 예를 들어 확산 전류 집전자(diffuse current collectors) 또는 가스 확산층과 같이 한 쌍의 유체 이송층 사이에 개재된다. 양극은 제1 FTL과 막 사이에 위치되고, 음극은 막과 제2 FTL 사이에 위치된다. 하나의 구성에서, PEM 층은 하나의 표면 위에 코팅된 양극 촉매 및 다른 표면 위에 코팅된 음극 촉매를 포함하도록 제조된다. 다른 구성에 따르면, 제1 및 제2 FTL은 각각 양극 및 음극 촉매를 포함하도록 제조된다. 또 다른 구성에서, 양극 촉매 코팅은 부분적으로 제1 FTL에 부분적으로 PEM의 일표면에 분산될 수 있고, 음극 촉매 코팅은 부분적으로 제2 FTL에 부분적으로 PEM의 다른 표면에 분산될수 있다. 제1 FTL/양극/PEM/음극/제2 FTL에 의해 한정된 5층 구성은 막 전극 조립체(MEA)로서 언급된다.
FTL은 전형적으로 탄소 섬유지 또는 부직포 재료로 제조된다. 제품 구성에 따라, FTL은 일측면에 코팅된 탄소 입자를 가질 수 있다. 상술된 바와 같이, FTL은 촉매 코팅을 포함하거나 또는 제외하도록 제조될 수 있다. 이러한 제품 구성에 따른 FTL은 기공성이고 취성 모두를 갖는다. 본 발명의 원리와 일치하는 재료층 조작, 적층 및 결합 고정기는 자동 연료 전지 조립동안 예를 들어 FTL과 같은 얇고 취성인 연료 전지층을 안전하고 정확하게 위치시키고 이송하기에 특히 적절하다.
다이렉트 메탄올 연료 전지(DMFC)는 그들 모두 전해질로 폴리머 막을 사용한다는 점에서 PEM과 유사하다. 그러나, DMFC에서, 양극 촉매 그 자체는 액체 메탄올 연료에서 수소를 유출하고 연료 리포머에 대한 필요성을 제거한다. DMFC는 전형적으로 48.9 내지 87.8℃(120 내지 190℉) 사이의 온도에서 작동한다.
용융된 탄산염 연료 전지(MCFC)는 전해질용의 매트릭스에 침지된 리튬, 나트륨 및/또는 탄산칼륨의 액체 용액을 사용한다. MCFC는 약 648.9℃(약 1,200℉)에서 작동한다. 전해질의 충분한 도전성을 달성하기 위해 높은 작동 온도가 요구된다. 이러한 높은 온도로 인해, 귀금속 촉매는 전지의 전기화학 산화 및 환원 처리용으로 필요하지 않다. MCFC는 전형적으로 수소, 일산화탄소, 천연 가스, 프로판, 매립지 가스(landfill gas), 선박용 디젤(marine diesel) 및 유사 석탄 가스화 제품(simulated coal gasification product)에서 작동된다.
고상 산화 연료 전지(SOFC)는 전형적으로 액체 전해질 대신에 소량의 이트리아(ytrria) 및 고상 산화 지르코늄의 경화 세라믹 재료를 채용하고, 982.2℃(1,800℉)에 도달하는 작동 온도를 허용한다.
재생식 연료 전지에서, 물은 태양열 동력 전해조에 의해 수소와 산소로 분리된다. 수소와 산소는 전기, 열 및 물을 발생시키는 재생 연료 전지에 공급된다. 물은 그 후 태양열 동력 전해조로 다시 재순환되고 그 처리가 반복된다.
양성자 세라믹 연료 전지(PCFC)는 상승된 온도에서 고 양성자 도전성을 나타내는 세라믹 전해질 재료를 채용한다. PCFC는 약 704.4℃(약 1,300℉)에서 작동한다. PCFC는 고온에서 작동될 수 있고 양극으로 직접 화석 연료를 전기화학적으로 산화시킨다. 탄화 수소 연료의 가스식 분자는 물 증기의 존재시 양극의 표면에 흡수되고, 수소 이온은 1차 반응제로서 이산화탄소로 전해질로 흡수되도록 효과적으로 떨어진다(stripped off). 이러한 및 다른 연료 전지 기술은 본 발명에 따른 조작 및 적층 장치의 사용 및 방법에 의해 구성되고 적층될 수 있다.
이러한 재료층의 스택을 구성하는 경우 다양한 형태의 기공성 및 비기공성 재료층을 조심스럽게 조작하고 이송하는 것이 종종 필요하고 바람직하다. 일단 구성되면, 하나의 처리 스테이션에서 자동으로 다른 스테이션으로 기공성 및 비기공성 재료층의 스택을 이송하는 것이 바람직하다. PEM 연료 전지의 구성으로, 예를 들어 비기공성 PEM 층이 한 쌍의 기공성 FTL 사이에 개재된다. 종래의 진공 기술이 FTL/PEM/FTL 스택의 구성 및 이송을 자동화하도록 채용될 수 있는 것처럼 보이지만, 당업자라면 개재된 PEM 층의 비기공 특성이 이러한 종래 기술을 작동시킬 수 없게 하거나 비실용적으로 하게 한다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
예로써, FTL/PEM/FTL 스택이 구성되었다고 가정하면, 이 스택을 스택 내의 FTL 및 PEM 층의 정렬을 방해하지 않고서 적층 스테이션으로부터 하나 이상의 다른 처리 스테이션(예를 들어, 결합 스테이션)으로 이동시키는 것이 전형적으로 필요하다. 스택 내의 FTL 및 PEM 층의 위치정렬을 방해하는 것은 심각한 하류 처리 부정확 및 사용불가능한 연료 전지 폐기율을 가져올 수 있다는 것이 이해될 수 있다. FTL/PEM/FTL 구조의 제1 FTL 또는 제2 FTL을 통해 진공을 가하는 것은 PEM 층의 비기공 특성으로 인해 단지 제1 FTL/PEM 층 또는 제2 FTL/PEM 층만을 안정화시키기에 효과적이다. 이와 같이, 제1 또는 제2 FTL 층을 통해 FTL/PEM/FTL 스택에 진공의 인가는 전체 스택을 이동시키고 스택 내의 층들에 위치 정렬을 유지하려고 할 때 효과가 없다. 본 발명의 고정 팔렛 조립체는 종래의 접근법과 관련된 이러한 및 다른 결점을 극복하고 기공성 및 비기공성 재료층의 스택을 구성하고 이송하는 경우에 장점을 제공하도록 사용될 수 있다.
도2 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이송가능한 고정 팔렛 조립체(20)가 도시된다. 고정 팔렛 조립체(20)는 기공성 및 비기공성 연료 전지층과 같은 기공성 및 비기공성 재료층의 자동 적층, 이송 및 결합을 용이하게 하는데 바람직하게 사용된다. 고정 팔렛 조립체(20)는 유리하게는 다수의 기공성 및 비기공성 재료층이 적층될 수 있고 그 층들의 위치 정렬이 스택의 구성 중에 유지될 수 있는 구조에 제공된다.
더욱이, 고정 팔렛 조립체(20)는 이송 및 후속 처리동안 층의 위치 정렬을 유지하면서 하나의 처리 스테이션으로부터 결합 스테이션과 같은 다양한 다른 처리스테이션으로 재료층의 스택을 이송시키는 구조를 제공한다. 예를 들어, 스택의 재료층이 고정 팔렛 조립체(20) 내에 위치되면 고정 팔렛 조립체(20) 내의 스택의 정렬은 고정되고 공지된다. 이와 같이, 고정 팔렛 조립체(20)는 내부에 내장된 스택이 하류 처리 스테이션에서 처리용으로 적절하게 정렬되는 것을 보장하도록 하류 처리 스테이션에 단지 적절하게 정렬되는 것이 필요하다.
도2 내지 도4에 도시된 실시예에 따르면, 고정 팔렛 조립체(20)는 두 부분 조립체이다. 고정 팔렛 조립체(20)는 제1 고정기(20A) 및 제2 고정기(20B)를 포함하도록 도시된다. 제1 및 제2 고정기(20A, 20B)는 각각 프레임(21) 및 프레임(21)의 절단 부분 내에 위치된 플레이트(23)를 포함한다. 스크루(24)는 프레임(21)에 플레이트(23)를 장착하는데 사용된다. 플레이트(23)를 프레임(21)에 체결하는 다른 수단이 채용될 수 있다.
플레이트(23)가 위치되는 프레임(21)의 절단 부분(25)은 결합 프레스가 플레이트(23)와 직접 접촉하게 하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 결합 프레스는 프레임(21)과 접촉하지 않고 플레이트(23)에 직접 접촉하고, 이는 그렇지 않은 경우 결합 프레스와 플레이트(23) 사이에 간극의 형성을 가져온다. 이러한 직접 접촉 정렬은 결합 프레스로부터 결합 작업중에 고정 팔렛 조립체(20) 내에 위치된 재료층으로 열의 효율적 이송을 위해 제공된다. 결합 프레스와 플레이트(23) 사이의 직접 접촉은 유리하게는 결합 프레스와 고정 팔렛 조립체(20) 내에 구속된 재료층의 스택 사이의 열 이송에 필요한 시간을 감소시킨다.
플레이트(23)는 실질적으로 적어도 하나의 기공성인 구역(27)을 포함한다.기공성 구역(27)은 플레이트(23)의 평면에 대해 함몰부 또는 리세스(28)를 한정할 수 있다. 기공성 구역(27)은 플레이트(23)에 구비된 구멍 패턴으로 도2 내지 도4에 도시된다. 기공성 구역(27)은 공기가 플레이트(23)를 통해 자유롭게 유동하게 하고 고정 팔렛 조립체(20)의 사용중에 진공의 생성 및 제거를 허용한다. 예를 들어, 기공성 구역(27)의 일측면에 생성된 진공은 기공성 재료층, 비기공성 재료층 또는 기공성 구역(27)의 타측면 근처에 위치된 기공성과 비기공성 재료층의 혼합을 제거식으로 결합되도록 제공된다. 더욱이, 기공성 구역(27)은 바람직하게는 제1 고정기(20A)와 같은 고정기와 기공성 구역(27)의 타측면 근처에 위치된 기공성 및/또는 비기공성 재료층 모두가 기계적 파지 기구 및 진공을 통해 한 유닛으로 이동되도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 기공성 구역(27)은 바람직하게 각각의 제1 및 제2 고정기(20A, 20B)의 플레이트(23) 상에 구비된다.
플레이트(23)의 기공성 구역(27)은 하나 이상의 재료층을 수용하고 플레이트(23)와 기공성 구역(27) 내에 존재하는 재료층 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 형성된다. 이와 같이, 기공성 구역(27)의 크기 및 형상은 적층되고, 이송되고, 고정 팔렛 조립체(20) 내에서 결합되는 재료층의 크기 및 형상을 수용하도록 설계된다.
본 발명의 고정 팔렛 조립체(20)의 유리한 특징은 고정 팔렛 조립체(20) 안에 형성된 정지 장치(29)에 관한 것이다. 정지 장치(29)는 제1 고정기(20A)에, 제2 고정기(20B)에 또는 제1 및 제2 고정기(20A, 20B) 모두에 구비될 수 있다. 정지 장치(29)는 제1 및 제2 고정기(20A, 20B)의 한쪽 또는 양쪽의 플레이트(23)로부터돌출된다. 정지 장치(29)는 재료층이 기공성 구역(27) 내에 수용될 때 재료층 및 기공성 구역(27)의 주연부에 위치된다. 기공성 구역(27)에 인접하게 도시되었지만, 정지 장치(29)는 기공성 구역(27)과 프레임(21) 사이의 원하는 위치에 플레이트 상에 위치될 수 있다. 프레임(21)은 또한 정지 장치(29)를 합체하도록 형성될 수 있다.
정지 장치(29)는 제1 및 제2 고정기(20A, 20B)의 한쪽 또는 양쪽에 단일체일 수 있거나 또는 이와 달리, 제1 및 제2 고정기(20A, 20B)의 한쪽 또는 양쪽에 (일체식으로) 장착될 수 있다. 하나의 구성으로, 정지 장치(29)는 제1 및 제2 고정기(20A, 20B)의 한쪽 또는 양쪽의 플레이트(23)의 상승식으로 가공된 부분으로 실행될 수 있다. 정지 장치(29)는 제1 및 제2 고정기(20A, 20B)의 한쪽 또는 양쪽의 플레이트(23)로부터 돌출한 연속 밴드 또는 비연속 밴드로 실행될 수 있다. 예를 들어, 정지 장치(29)는 비연속 정지 밴드를 한정하도록 하나 이상의 정렬 구멍 또는 다른 빈틈(void)/브레이크(breaks)를 포함할 수 있다. 더욱이, 다양한 크기 및 형상(예를 들어, 선형, 곡선형, 구형 등)의 다수의 비연결 돌출부는 정지 장치(29)를 한정하도록 제1 및 제2 고정기(20A, 20B)의 한쪽 또는 양쪽 상에 합체될 수다.
정지 장치(29)는 결합 처리 중에 원하는 양의 스택 압축을 제공하도록 고정 팔렛 조립체(20) 내에 압축 공동을 형성하도록 실행될 수 있다. 정지 장치(29)의 높이는 고정 팔렛 조립체(20) 내에 접합하려는 재료층의 결과적인 스택의 두께를 정확하게 조절하도록 선택될 수 있다. 이와 같이, 정지 장치(29)의 높이는 결합 처리중에 스택이 받는 압축 및 결과적인 적층된 스택의 두께 모두를 제어하도록 정확하게 선택될 수 있다.
정지 장치(29)의 높이는 압축 공동의 기공성 구역(27) 사이에 원하는 간극을 제공하도록 선택될 수 있다. 고정 팔렛 조립체(20) 내에 정지 장치(29)를 포함하는 것은 제1 고정기(20A)가 가압 하에 제2 고정기(20B)와 접촉하게 될 때 압축 공동 내의 간극이 실질적으로 일정하게 유지되게 한다.
일반적으로, 비압축 상태일 때 재료층 스택의 결합된 두께보다 더 작은 간극을 선택함으로써 압축이 수행된다. 예로써, 압축 공동 내의 간극은 제1 고정기(20A)가 가압 하에 제2 고정기(20B)와 접촉하게 될 때 FTL/막/FTL의 소정량의 압축을 달성하는 유체 이송층(FTL)/막/FTL 스택의 결합된 두께를 제공하도록 선택될 수 있다.
고정 팔렛 조립체(20)는 바람직하게는 제1 및 제2 고정기(20A, 20B)가 가압 하에 접촉하게 될 때 제2 고정기(20B)에 대해 제1 고정기(20A)와 일치(registration)용으로 제공되는 정렬 장치를 합체한다. 정렬 장치는 제1 및 제2 고정기(20A, 20B)에 위치된 하나 이상의 정렬 형상부(alignment features)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 정렬 장치는 제2 고정기(20B)에 구비된 상응하는 원형 빈틈과 일치하는 제1 고정기(20A)에 구비된 공구 볼(tooling ball; 22)을 포함할 수 있다. 다른 구성으로, 정렬 장치는 제1 및 제2 고정기(20A, 20B)가 가압 하에 접촉하게 될 때 제2 고정기(20B)에 대해 제1 고정기(20A)의 필요한 일치를 수행하는 위치 핀을 포함할 수 있다. 다른 공지된 정렬 장치는제2 고정기(20B)에 대해 제1 고정기(20A)의 적절한 일치를 보장하도록 채용될 수 있다.
다른 구성에 따르면, 고정 팔렛 조립체(20)는 고정 팔렛 조립체(20)가 예를 들어, 적층 스테이션에서 결합 스테이션으로 및 결합 스테이션에서 절단 스테이션으로 이동하는 경우와 같이 다양한 처리 스테이션에 고정 팔렛 조립체(20)의 정확한 위치고정을 허용하기 위한 정렬 장치를 포함할 수 있다. 이와 같이, 고정 팔렛 조립체(20)는 고정 팔렛 조립체(20) 내에 포함된 스택이 특정 스테이션에서 처리되기에 적절히 정렬되는 것을 보장하도록 각각의 처리 스테이션에 단지 적절하게 정렬되는 것만이 요구된다.
고정 팔렛 조립체(20)는 다양한 경성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 고정 팔렛 조립체(20)는 다양한 형태의 강화 스틸로 형성될 수 있다. 정지 장치(20)는 플레이트(23)의 재료보다 더 강성인 재료 또는 플레이트(23)와 동일한 재료로 형성될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 고정 팔렛 조립체는 연료 전지 또는 연료 전지의 일부를 한정하는 재료층과 같은 다양한 기공성 및 비기공성 재료층의 자동 적층, 이송 및 결합을 용이하게 하도록 채용될 수 있다. 본 발명의 고정 팔렛 조립체를 채용할 수 있는 다양한 자동 적층, 이송 및 결합 처리는 대리인 정리번호 제57420US002호로 본 명세서와 동시에 출원된 "연료 전지 재료층을 자동 적층하기 위한 장치 및 방법"이라는 발명의 명칭의 공동 소유의 계류중인 출원에서 설명된다.
본 발명의 다양한 실시예들의 상술한 설명은 예시와 설명을 목적으로 제공되었다. 개시된 세부 사항으로 본 발명을 제한하거나 또는 본 발명 전체가 되는 것은 아니다. 많은 변형예 및 수정예가 상술된 교시를 기초로 하여 있을 수 있다. 본 발명의 범위는 이러한 상세한 설명에 의해서가 아니라, 후속의 청구범위에 의해서 제한되고자 의도하는 바이다.
Claims (38)
- 복수의 연료 전지층의 자동 조립을 용이하게 하기 위한 이송가능한 고정 장치이며,복수의 연료 전지층은 적어도 제1 유체 이송층(제1 FTL)과, 제2 유체 이송층(제2 FTL)과 막을 포함하고, 제1 FTL 및 막은 FTL/막 부조립체를 한정하고,고정 장치는,제1 프레임과, 제1 프레임 내에 위치된 제1 플레이트와, 제1 플레이트 상에 제공되어 FTL/막 부조립체를 수용하고 제1 플레이트와 FTL/막 부조립체 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제1 구역을 포함하는 제1 고정기와,제2 프레임과, 제2 프레임 내에 위치된 제2 플레이트와, 제2 플레이트 상에 제공되어 제2 FTL을 수용하고 제2 플레이트와 제2 FTL 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제2 구역을 포함하는 제2 고정기와,제1 플레이트와 제2 플레이트 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터 돌출되고 제1 고정기가 제2 고정기와 접촉할 때 FTL/막 부조립체 및 제2 FTL에 인접하게 위치되고, 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 FTL/막 부조립체와 제2 FTL의 압축을 수행하도록 된 공동을 한정하는 정지 장치를 포함하는 이송가능한 고정 장치.
- 제1항에 있어서, 정지 장치는,제1 플레이트로부터 돌출되고 FTL/막 부조립체가 기공성인 제1 구역에 의해 수용될 때 기공성인 제1 구역 및 FTL/막 부조립체에 인접하게 위치된 제1 정지 장치와,제2 플레이트로부터 돌출되고 제2 FTL이 기공성인 제2 구역에 의해 수용될 때 기공성인 제2 구역 및 제2 FTL에 인접하게 위치된 제2 정지 장치를 포함하고,제1 및 제2 정지 장치는 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 FTL/막 부조립체와 제2 FTL의 압축을 수행하도록 된 공동을 한정하는 이송가능한 고정 장치.
- 제1항에 있어서, 정지 장치는 제1 플레이트와 제2 플레이트 중 어느 하나 또는 양자 모두와 일체형으로 된 이송가능한 고정 장치.
- 제1항에 있어서, 정지 장치는 제1 플레이트와 제2 플레이트 중 어느 하나 또는 양자 모두와 단일체로 된 이송가능한 고정 장치.
- 제1항에 있어서, 정지 장치는 제1 플레이트와 제2 플레이트 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터 돌출된 연속 밴드를 한정하는 이송가능한 고정 장치.
- 제1항에 있어서, 정지 장치는 제1 플레이트와 제2 플레이트 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터 돌출된 비연속 밴드를 한정하는 이송가능한 고정 장치.
- 제1항에 있어서, 공동을 한정하는 기공성인 제1 및 제2 구역 사이에 한정된 간극 치수는 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 실질적으로 일정하게 유지되는 이송가능한 고정 장치.
- 제7항에 있어서, 간극 치수는 FTL/막 부조립체와 제2 FTL의 결합된 두께보다 작은 이송가능한 고정 장치.
- 제7항에 있어서, 간극 치수는 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 FTL/막 부조립체와 제2 FTL의 소정 수준의 압축을 달성하는 FTL/막 부조립체와 제2 FTL의 결합된 두께를 제공하기 위해 선택되는 이송가능한 고정 장치.
- 제1항에 있어서, 제1 프레임 및 제2 프레임은 가압 하에 접촉하게 될 때 제1과 제2 고정기의 정합을 용이하게 하는 정렬 장치를 각각 포함하는 이송가능한 고정 장치.
- 제1항에 있어서, 정렬 장치는 위치고정 핀 또는 공구 볼을 포함하는 이송가능한 고정 장치.
- 제1항에 있어서, 제1 플레이트는 제1 프레임 내에 리세스되고 제2 플레이트는 제2 프레임 내에 리세스되는 이송가능한 고정 장치.
- 제12항에 있어서,제1 플레이트는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 제1 정지 장치는 제1 플레이트의 제1 표면으로부터 돌출되고,제2 플레이트는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 제2 정지 장치는 제2 플레이트의 제1 표면으로부터 돌출되고,제1 프레임과 제1 플레이트의 제2 표면 사이에 형성된 리세스는 프레스의 제1 절반부를 수용하도록 형성되고,제2 프레임과 제2 플레이트의 제2 표면 사이에 형성된 리세스는 프레스의 제2 절반부를 수용하도록 형성되는 이송가능한 고정 장치.
- 복수의 연료 전지층의 자동 조립을 용이하게 하기 위한 이송가능한 고정 장치이며,복수의 연료 전지층은 적어도 제1 유체 이송층(제1 FTL)과, 제2 유체 이송층(제2 FTL)과 막을 포함하고, 제1 FTL 및 막은 FTL/막 부조립체를 한정하고,고정 장치는,FTL/막 부조립체를 수용하고 제1 고정기와 FTL/막 부조립체 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제1 구역을 포함하는 제1 고정기와,제2 FTL을 수용하고 제2 고정기와 제2 FTL 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제2 구역을 포함하는 제2 고정기와,제1 고정기와 제2 고정기 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터 돌출되고, 제1 고정기가 제2 고정기와 접촉할 때 FTL/막 부조립체 및 제2 FTL에 인접하게 위치되고, 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 FTL/막 부조립체와 제2 FTL의 압축을 수행하도록 된 공동을 한정하는 정지 장치를 포함하는 이송가능한 고정 장치.
- 제14항에 있어서, 정지 장치는,제1 고정기로부터 돌출되고 FTL/막 부조립체가 기공성인 제1 구역에 의해 수용될 때 기공성인 제1 구역 및 FTL/막 부조립체에 인접하게 위치된 제1 정지 장치와,제2 고정기로부터 돌출되고 제2 FTL이 기공성인 제2 구역에 의해 수용될 때 기공성인 제2 구역 및 제2 FTL에 인접하게 위치된 제2 정지 장치를 포함하고,제1 및 제2 정지 장치는 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 FTL/막 부조립체와 제2 FTL의 압축을 수행하도록 된 공동을 한정하는 이송가능한 고정 장치.
- 제14항에 있어서, 정지 장치는 제1 고정기와 제2 고정기 중 어느 하나 또는양자 모두와 일체형으로 된 이송가능한 고정 장치.
- 제14항에 있어서, 정지 장치는 제1 고정기와 제2 고정기 중 어느 하나 또는 양자 모두와 단일체로 된 이송가능한 고정 장치.
- 제14항에 있어서, 정지 장치는 제1 고정기와 제2 고정기 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터 돌출된 연속 밴드를 한정하는 이송가능한 고정 장치.
- 제14항에 있어서, 정지 장치는 제1 고정기와 제2 고정기 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터 돌출된 비연속 밴드를 한정하는 이송가능한 고정 장치.
- 제14항에 있어서, 공동을 한정하는 기공성인 제1 및 제2 구역 사이에 한정된 간극 치수는 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 실질적으로 일정하게 유지되는 이송가능한 고정 장치.
- 제20항에 있어서, 간극 치수는 FTL/막 부조립체와 제2 FTL의 결합된 두께보다 작은 이송가능한 고정 장치.
- 제20항에 있어서, 간극 치수는 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 FTL/막 부조립체와 제2 FTL의 소정 수준의 압축을 달성하는 FTL/막 부조립체와 제2 FTL의 결합된 두께를 제공하기 위해 선택되는 이송가능한 고정 장치.
- 제14항에 있어서, 제1 고정기 및 제2 고정기는 각각 가압 하에 접촉하게 될 때 제1과 제2 고정기의 정합을 용이하게 하는 정렬 장치를 포함하는 이송가능한 고정 장치.
- 제23항에 있어서, 정렬 장치는 위치고정 핀 또는 공구 볼을 포함하는 이송가능한 고정 장치.
- 제14항에 있어서,제1 고정기는 제1 리세스 구역을 가진 제1 표면과 제2 리세스 구역을 가진 제2 표면을 포함하고, 기공성인 제1 구역 및 제1 정지 장치는 각각 제1 리세스 구역 내에 위치되고,제2 고정기는 제3 리세스 구역을 가진 제1 표면과 제4 리세스 구역을 가진 제2 표면을 포함하고, 기공성인 제2 구역 및 제2 정지 장치는 각각 제3 리세스 구역 내에 위치되는 이송가능한 고정 장치.
- 제25항에 있어서, 제1 고정기의 제2 리세스 구역은 프레스의 제1 절반부를 수용하도록 형성되고, 제2 고정기의 제4 리세스 구역은 프레스의 제2 절반부를 수용하도록 형성되는 이송가능한 고정 장치.
- 적어도 하나의 실질적으로 비기공성인 재료층과 적어도 하나의 실질적으로 기공성인 재료층을 포함하는 복수의 재료층의 자동 조립을 용이하게 하기 위한 이송가능한 고정 장치이며,제1의 실질적으로 기공성인 재료층과, 제2의 실질적으로 비기공성인 재료층은 부조립체를 한정하고,고정 장치는,부조립체를 수용하고 제1 고정기와 부조립체 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제1 구역을 포함하는 제1 고정기와,제2의 실질적으로 기공성인 재료층(제2 층)을 수용하고 제2 고정기와 제2 층 사이에 진공의 형성을 용이하게 하도록 된 실질적으로 기공성인 제2 구역을 포함하는 제2 고정기와,제1 고정기와 제2 고정기 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터 돌출되고, 제1 고정기가 제2 고정기와 접촉할 때 부조립체 및 제2 층에 인접하게 위치되고, 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 부조립체와 제2 층의 압축을 수행하도록 된 공동을 한정하는 정지 장치를 포함하는 이송가능한 고정 장치.
- 제27항에 있어서, 정지 장치는 제1 고정기와 제2 고정기 중 어느 하나 또는 양자 모두와 일체형으로 된 이송가능한 고정 장치.
- 제27항에 있어서, 정지 장치는 제1 고정기와 제2 고정기 중 어느 하나 또는 양자 모두와 단일체로 된 이송가능한 고정 장치.
- 제27항에 있어서, 정지 장치는 제1 고정기와 제2 고정기 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터 돌출된 연속 밴드를 한정하는 이송가능한 고정 장치.
- 제27항에 있어서, 정지 장치는 제1 고정기와 제2 고정기 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터 돌출된 비연속 밴드를 한정하는 이송가능한 고정 장치.
- 제27항에 있어서, 공동을 한정하는 기공성인 제1 및 제2 구역 사이에 한정된 간극 치수는 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 실질적으로 일정하게 유지되는 이송가능한 고정 장치.
- 제32항에 있어서, 간극 치수는 부조립체와 제2 층의 결합된 두께보다 작은 이송가능한 고정 장치.
- 제32항에 있어서, 간극 치수는 제1 고정기가 가압 하에 제2 고정기와 접촉하게 될 때 부조립체와 제2 층의 소정 수준의 압축을 달성하는 부조립체와 제2 층의 결합된 두께를 제공하기 위해 선택되는 이송가능한 고정 장치.
- 제27항에 있어서, 제1 고정기 및 제2 고정기는 각각 가압 하에 접촉하게 될 때 제1과 제2 고정기의 정합을 용이하게 하는 정렬 장치를 포함하는 이송가능한 고정 장치.
- 제35항에 있어서, 정렬 장치는 위치고정 핀 또는 공구 볼을 포함하는 이송가능한 고정 장치.
- 제27항에 있어서,제1 고정기는 제1 리세스 구역을 가진 제1 표면과 제2 리세스 구역을 가진 제2 표면을 포함하고, 기공성인 제1 구역 및 제1 정지 장치는 각각 제1 리세스 구역 내에 위치되고,제2 고정기는 제3 리세스 구역을 가진 제1 표면과 제4 리세스 구역을 가진 제2 표면을 포함하고, 기공성인 제2 구역 및 제2 정지 장치는 각각 제3 리세스 구역 내에 위치되는 이송가능한 고정 장치.
- 제37항에 있어서, 제1 고정기의 제2 리세스 구역은 프레스의 제1 절반부를 수용하도록 형성되고, 제2 고정기의 제4 리세스 구역은 프레스의 제2 절반부를 수용하도록 형성되는 이송가능한 고정 장치.
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