KR20060132868A - 성형 다부품 유로 구조물 - Google Patents

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KR20060132868A
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데니스 이. 페르구손
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

성형 다부품 유로 구조물은 제 1 중합체를 포함하는 전도성 재료로 제조된 성형 유로판을 포함한다. 성형 프레임은 유로판 주위에 배치되고, 제 2 중합체를 포함하는 비전도성 재료로 제조된다. 성형 유로판 및 프레임은 바람직하게는 단극 유로 구조물을 형성한다. 매니폴드가 성형 프레임 내에 형성되고, 성형 가스켓 배열체가 매니폴드의 주변부에 가깝게 배치된다. 성형 커플링 배열체는 프레임으로부터 연장되어, 유로 구조물을 또다른 단극 유로 구조물과 커플링시켜, 단극 유로 구조물의 연속 웹을 형성하도록 설계될 수 있다.
연료전지, 유로, 프레임, 커플링 배열체, 단극 유로 구조물

Description

성형 다부품 유로 구조물{MOLDED MULTI-PART FLOW FIELD STRUCTURE}
본 발명은 일반적으로 연료전지, 더욱 특히는 불연속적 두루마리(roll-good) 연료전지 조립체에 사용되는 성형 유로(flow field) 구조물에 관한 것이다.
전형적인 연료전지 시스템은, 하나 이상의 연료전지를 사용하여 전력을 발생시키는 전력공급부를 포함한다. 연료전지는 수소 및 산소를 물로 변환시켜 시스템 내에 전기 및 열을 생성하는 에너지 변환 장치이다. 각 연료전지 단위는 중심부에 양성자 교환 부재, 이러한 양성자 교환 부재의 각 면에 인접한 전극, 및 촉매층에 인접한 기체확산층을 포함할 수 있다. 양극 및 음극 단극 또는 양극 판이 각각 기체확산층의 외부에 배치된다.
단일 연료전지에서의 반응을 통해서는 전형적으로 1 볼트 미만의 전력이 생성된다. 원하는 전압을 달성하기 위해, 다수의 연료전지를 적층시키고 직렬로 전기적 접속시킬 수 있다. 전류는 연료전지 스택으로부터 집전되어 부하기를 구동하는데에 사용된다. 연료전지는 자동차에서 랩탑 컴퓨터에 이르는 다양한 용도에서 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.
잘 확립된 발전 기술로서의 연료전지의 효율은, 보다 높은 생산량을 제공하면서 재료 및 제조 비용을 절감시키는 신규한 제조 기술에 크게 의존할 수 있다.
발명의 요약
본 발명은 연료전지 조립체에 사용되는 유로 구조물에 관한 것이다. 더욱 특히는, 본 발명은, 바람직하게는 단극 또는 일극 구조를 갖지만, 양극 구조를 가질 수도 있는 성형 다부품 유로 구조물에 관한 것이다. 한 실시양태에 따르면, 유로 구조물은 제 1 중합체를 포함하는 전도성 재료로 제조된 성형 유로판(flow field plate)을 포함한다. 성형 프레임은 유로판 주위에 배치되고, 제 2 중합체를 포함하는 비전도성 재료로 제조된다. 매니폴드(manifolds)가 성형 프레임 내에 형성되고, 성형 가스켓 배열체(arrangement)가 매니폴드의 주변부에 가깝게 배치된다.
또다른 실시양태에 따르면, 연료전지 조립체에 사용되는 유로 구조물은 제 1 중합체를 포함하는 전도성 재료로 제조된 성형 유로판, 및 유로판 주위에 배치된, 제 2 중합체를 포함하는 비전도성 재료로 제조된 성형 프레임을 포함한다. 성형 커플링 배열체가 프레임으로부터 연장된다. 성형 커플링 배열체는, 단극 유로 구조물을 또다른 단극 유로 구조물과 커플링시켜, 단극 유로 구조물의 연속 웹을 형성하도록 설계되어 있다.
추가의 실시양태에 따르면, 연료전지 조립체에 사용되는 유로 구조물을 제조하는 방법은 제 1 중합체를 포함하는 전도성 재료를 사용하여 유로판 및 유로판 내의 매니폴드를 성형하는 것을 포함한다. 제 2 중합체를 포함하는 비전도성 재료를 사용하여 유로판 주위에 프레임을 성형한다. 가스켓 배열체를 매니폴드의 주변부에 가깝게 성형한다.
또다른 실시양태에 따르면, 연료전지 조립체에서 사용되는 유로 구조물을 제조하는 방법은 제 1 중합체를 포함하는 전도성 재료를 사용하여 유로판을 성형하고, 제 2 중합체를 포함하는 비전도성 재료를 사용하여 유로판 주위에 프레임을 성형하는 것을 포함한다. 이 방법은 추가로 유로 구조물과 또다른 유로 구조물 사이에 커플링 배열체를 성형하여, 유로 구조물의 연속 웹을 형성하는 것을 포함한다.
상기 "발명의 요약"이 본 발명의 모든 실시양태 또는 실시를 기술하는 것은 아니다. 첨부 도면과 관련된 하기 상세한 설명 및 청구항을 참고하면, 본 발명을 보다 완전히 이해할 수 있을 뿐만 아니라, 본 발명의 이점 및 성취도를 보다 명백히 알게 될 것이다.
도 1A는 연료전지 및 이것을 구성하는 층을 도시한다.
도 1B는 본 발명의 한 실시양태에 따르는 단극 구조를 갖는 단위 전지 조립체를 도시한다.
도 1C는 본 발명의 한 실시양태에 따르는 단극/양극 구조를 갖는 단위 전지 조립체를 도시한다.
도 2는 본 발명의 한 실시양태에 따르는 성형 단극 유로 구조물의 두 면을 도시하는데, 이 두 면은 유로면 및 냉각면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시양태에 따르는 성형 유로 구조물의 유로면의 다양한 양태를 도시한다.
도 4는 A-A 선을 따라 취해진, 도 3에 도시된 유로 구조물의 다양한 양태의 분해도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 한 실시양태에 따르는, 유로판과 프레임 사이에 맞물림(interlocking) 배열체를 제공하는 두 접합 구조를 도시한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 한 실시양태에 따르는, 유로 구조물의 프레임 상에 성형된 밀봉 가스켓의 실시양태를 도시한다.
도 9A 및 9B는 본 발명의 한 실시양태에 따르는, 유로 구조물의 프레임 상에 성형된 미세구조 밀봉 가스켓의 실시양태를 도시한다.
도 10A는 본 발명의 한 실시양태에 따르는, 인접한 유로 구조물들 사이에 제공된 성형 커플링 배열체의 실시양태를 도시한다.
도 10B는 본 발명의 한 실시양태에 따르는, 도 10A에 도시된 성형 커플링 배열체의 양태를 도시한다.
도 11은 본 발명의 한 실시양태에 따르는, 인접한 유로 구조물들 사이에 제공된 성형 커플링 배열체의 또다른 실시양태를 도시한다.
도 12는 본 발명의 한 실시양태에 따르는, 인접한 유로 구조물들 사이에 제공된 성형 커플링 배열체의 추가의 실시양태를 도시한다.
도 13A 및 13B는 본 발명의 한 실시양태에 따르는, 인접한 유로 구조물들 사이에 제공된 성형 커플링 배열체의 또다른 실시양태를 도시한다.
도 14A 및 14B는 본 발명의 한 실시양태에 따르는, 인접한 유로 구조물들 사이에 제공된 성형 커플링 배열체의 추가의 실시양태를 도시한다.
도 15, 16A 및 16B는 본 발명의 한 실시양태에 따르는 유로 구조물을 성형하 기 위한 성형 장치를 도시한다.
도 17은 본 발명의 한 실시양태에 따르는 단위 연료전지 조립체를 캡슐화하고 유로 구조물을 성형하기 위한 성형 장치를 도시한다.
도 18 내지 21은 본 발명의 성형 다부품 유로 구조물을 사용하는 하나 이상의 연료전지 스택을 포함하는 연료전지 시스템을 도시한다.
본 발명을 수정하여 다양한 변경양태 및 대안양태를 만들 수 있지만, 본 발명의 구체적인 양태를 도면에서 도시하고, 상세하게 기술할 것이다. 그러나 본 발명을 본원에서 기술된 특정 실시양태로만 제한하려는 것은 아님을 알아야 한다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 한정되는 본 발명의 범주에 속하는 모든 변경양태, 균등양태 및 대안양태를 포함한다.
하기 예시된 실시양태에 대한 설명에서는, 본 발명의 일부를 구성하는, 본 발명을 실시하는 다양한 실시양태를 예시하는 첨부 도면을 참고한다. 본 발명의 범주에서 벗어나지 않게 실시양태를 이용할 수 있고 구조를 변경할 수 있다는 것을 알도록 한다 .
본 발명의 성형 다부품 유로 구조물은 다양한 유형, 구조 및 기술의 연료전지 조립체에 포함될 수 있다. 성형 다부품 유로 구조물은 바람직하게는 단극 또는 일극 구조를 갖는다. 본 발명의 단극 유로 구조물은 하나 이상의 또다른 단극 유로 구조물과 함께 사용되어 다양한 구조의 연료전지 조립체를 구성할 수 있다. 본 발명의 단극 유로 구조물은 또한 하나 이상의 양극 유로 구조물과 함께 사용되어 다양한 구조의 연료전지 조립체를 구성할 수 있다. 본 발명의 성형 다부품 유로 구조물은 본원에서는 일반적으로 단극 구조를 갖는 것으로 기술되지만, 양극 유로 구조물도 본 발명의 원리에 따라 구성될 수 있다는 것을 알도록 한다. 따라서, 단극, 양극 및 단극/양극 유로 구조물을 포함하는 연료전지 조립체의 다양한 실시양태가, 본 발명을 예시하되 제한하지는 않도록 후술된다.
전형적인 연료전지가 도 1A에 도시되어 있다. 연료전지는 수소 연료와 공기중 산소를 결합시켜 전기, 열 및 물을 생성하는 전기화학장치이다. 연료전지는 연소를 이용하지 않기 때문에, 임의의 유해 배출물을 거의 생성하지 않는다. 연료전지는 수소 연료 및 산소를 직접 전기로 변환시키며, 예를 들면 내연 발전기 보다 훨씬 더 높은 효율로 작동될 수 있다.
도 1A에 도시된 연료전지(10)는 양극(14)에 인접한 제 1 유체 수송층(FTL)(12)을 포함한다. FTL은 기체 확산층(GDL) 또는 확산기/집전기(DCC)로 불릴 수도 있다. 전해질막(16)이 양극(14)에 인접하게 위치한다. 음극(18)은 전해질막(16)에 인접하게 위치하며, 제 2 유체 수송층(19)은 음극(18)에 인접하게 위치한다. 작동시, 수소 연료는 연료전지(10)의 양극 부분에 유입되어, 제 1 유체 수송층(12)을 통해 양극(14)에 도달한다. 양극(14)에서, 수소 연료는 수소 이온(H+)과 전자(e-)로 분리된다.
전해질막(16)은 수소 이온 또는 양성자만이 전해질막(16)을 통해 연료전지(10)의 음극 부분에 도달하도록 허용한다. 전자는 전해질막(16)을 통과할 수 없고, 그 대신에, 전류 형태로서 외부 전기회로를 통해 유동한다. 이러한 전류는 전기모터와 같은 전기 부하기(17)를 구동시키거나 충전 배터리와 같은 에너지 저장 장치로 향할 수 있다.
산소는 제 2 유체 수송층(19)을 통해 연료전지(10)의 음극 부분으로 유동한다. 산소가 음극(18)을 통과함에 따라, 산소와 양성자와 전자가 결합하여 물 및 열을 생성한다.
도 1A에 도시된 바와 같이, 개별 연료전지가 단위 연료전지 조립체로서 조립될 수 있다. 본원에서 단위 전지 조립체(UCA)로서 칭해지는 단위 연료전지 조립체는 수많은 또다른 UCA와 결합되어 연료전지 스택을 형성할 수 있다. UCA는 직렬로 전기적 접속되는데, 스택 내의 UCA의 개수는 스택의 총 전압을 결정하고, 각 전지의 유효 표면적은 총 전류를 결정한다. 주어진 연료전지 스택에 의해 발생되는 총 전력을, 총 스택 전압과 총 전류를 곱함으로써, 결정할 수 있다.
수많은 상이한 연료전지 기술을 사용하여 본 발명의 원리에 따르는 UCA를 구성할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 UCA 조립 방법을 사용하여 양성자 교환막(PEM) 연료전지 조립체를 구성할 수 있다. PEM 연료전지는 비교적 저온(약 175℉/80℃)에서 작동될 수 있고, 높은 전력밀도를 갖고, 전력 수요의 변동에 따라 신속히 출력을 변경할 수 있고, 예를 들면 자동차와 같이 신속한 시동이 요구되는 용도에 매우 적합하다.
PEM 연료전지에서 사용되는 양성자 교환막은 전형적으로 수소 이온의 통과를 허용하는 얇은 플라스틱 시트이다. 막의 양쪽 면은 전형적으로, 활성 촉매인 고도로 분산된 금속 또는 금속 합금 입자(예를 들면 백금 또는 백금/루테늄)로써 코팅된다. 사용되는 전극은 전형적으로 고체 과플루오르화 술폰산 중합체이다. 고체 전해질을 사용하는 것이 유리한데, 왜냐하면 이것은 부식 및 관리 문제를 감소시키기 때문이다.
수소는 연료전지의 양극 부분에 공급되고, 여기서 촉매는 수소 원자로 하여금 전자를 방출하여 수소 이온(양성자)이 되도록 촉진한다. 전자는 전류 형태로서 이동하는데, 이러한 전류는 산소가 유입되는 연료전지의 음극 부분으로 복귀하기 전에 이용될 수 있다. 이와 동시에, 양성자는 막을 통해 음극으로 확산하며, 여기서 수소 이온은 산소와 재결합 및 반응하여 물을 생성한다.
막 전극 조립체(MEA)는 수소 연료전지와 같은 PEM 연료전지의 중심 요소이다. 앞에서 논의된 바와 같이, 전형적인 MEA는 고체 전해질로서의 기능을 하는, (이온 전도성 막(ICM)이라고도 공지된) 중합체 전해질 막(PEM)을 포함한다.
PEM의 한 쪽 면은 양극 전극층과 접촉하며, 반대쪽 면은 음극 전극층과 접촉한다. 각 전극층은 전형적으로 백금 금속을 포함하는 전기화학적 촉매를 포함한다. 유체 수송층(FTL)은 양극 및 음극 전극 재료들 사이의 기체 수송을 용이하게 하고 전류를 전도한다.
전형적인 PEM 연료전지에서, 양성자는 수소의 산화를 통해 양극에서 형성되고 음극으로 수송되어 산소와 반응하여, 전류로 하여금 전극과 접속된 외부 회로에서 흐르도록 허용한다. 양극 및 음극 전극층은, 완성된 MEA에서 PEM과 FTL 사이에 배치되는 한, 제조 과정에서 PEM 또는 FTL에 도포될 수 있다.
임의의 적합한 PEM이 본 발명의 실시에서 사용될 수 있다. PEM은 전형적으로 50㎛ 미만, 더욱 전형적으로는 40 ㎛ 미만, 더욱 전형적으로는 30 ㎛ 미만, 가장 전형적으로는 약 25 ㎛의 두께를 갖는다. PEM은 전형적으로 산-작용성 플루오르화 중합체인 중합체 전해질, 예를 들면 나피온(Nafion, 등록상표)(미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 듀폰 케미칼즈(DuPont Chemicals)) 및 플레미온(Flemion, 등록상표)(일본 도쿄 소재의 아사히 글라스 캄파니 리미티드(Asahi Glass Co.Ltd.))로 이루어진다. 본 발명에서 유용한 중합체 전해질은 전형적으로 테트라플루오로에틸렌과 하나 이상의 플루오르화 산-작용성 공단량체의 공중합체이다.
전형적으로, 중합체 전극은 술포네이트 작용기를 갖는다. 가장 전형적으로는, 중합체 전해질은 나피온이다. 중합체 전해질은 전형적으로 1200 이하, 더욱 전형적으로는 1100, 가장 전형적으로는 약 1000의 산 당량을 갖는다.
임의의 적합한 FTL이 본 발명의 실시에서 사용될 수 있다. 전형적으로, FTL은 탄소섬유를 포함하는 시트 재료로 이루어진다. FTL은 전형적으로 직조 및 부직 탄소섬유 구조물 중에서 선택된 탄소섬유 구조물이다. 본 발명의 실시에서 유용할 수 있는 탄소섬유 구조물은 토레이 카본 페이퍼(Toray Carbon Paper), 스펙트라카브 카본 페이퍼(SpectraCarb Carbon Paper), AFN 부직 탄소 직물, 졸테크 카본 클로쓰(Zoltek Carbon Cloth) 등을 포함할 수 있다. FTL은 탄소 입자 코팅, 친수성화 처리제, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 소수성화 처리제를 포함하는 다양한 재료로써 코팅되거나 함침될 수 있다.
임의의 적합한 촉매가 본 발명의 실시에서 사용될 수 있다. 전형적으로, 탄소-지지된 촉매 입자가 사용된다. 전형적인 탄소-지지된 촉매 입자는 50 내지 90 중량%의 탄소 및 10 내지 50 중량%의 촉매 금속으로 이루어지는데, 촉매 금속은 전형적으로 음극을 위해서 Pt, 및 양극을 위해서 중량비 2:1의 Pt/Ru를 포함한다. 촉매는 전형적으로 촉매 잉크의 형태로서 PEM 또는 FTL에 도포된다. 촉매 잉크는 전형적으로, PEM을 구성하는 중합체 전해질 재료와 동일하거나 상이할 수 있는 중합체 전해질 재료를 포함한다.
촉매 잉크는 전형적으로 중합체 전해질에 분산된 촉매 입자의 분산액을 포함한다. 잉크는 전형적으로 5 내지 30 %, 더욱 전형적으로는 10 내지 20 %의 고체(즉 중합체 및 촉매)를 함유한다. 전해질 분산액은 전형적으로 수성 분산액인데, 이것은 추가로 알콜, 폴리알콜, 예를 들면 글리세린 및 에틸렌 글리콜, 또는 또다른 용매, 예를 들면 N-메틸피롤리돈(NMP) 및 디메틸포름아미드(DMF)를 함유할 수 있다. 물, 알콜 및 폴리알콜 함량을 조절함으로써, 잉크의 유변학적 성질을 변경시킬 수 있다. 잉크는 전형적으로 0 내지 50 %의 알콜 및 0 내지 20 %의 폴리알콜을 함유한다. 또는, 잉크는 0 내지 2 %의 적합한 분산제를 함유할 수 있다. 잉크는 전형적으로는 가열 교반 후 코팅가능한 점조도로 희석됨으로써 제조된다.
촉매는, 수동 솔질, 노치 바 코팅, 유체 베어링 다이 코팅, 권선 막대 코팅, 유체 베어링 코팅, 슬롯-공급(slot-fed) 나이프 코팅, 3-롤 코팅 또는 전사(decal transfer)를 포함하는, 수동 방법과 기계적 방법 둘 다를 포함하는 임의의 적합한 수단에 의해 PEM 또는 FTL에 도포될 수 있다. 코팅은 한 번 또는 여러번 수행될 수 있다.
직접 메탄올 연료전지(DMFC)는 전해질로서 중합체막을 사용한다는 점에서 PEM 전지와 유사하다. 그러나 DMFC에서는, 양극 촉매 자체가 액체 메탄올 연료로부터 수소를 끌어내어, 연료 개질기를 필요없게 한다. DMFC는 전형적으로 120 내지 190 ℉/49 내지 88 ℃의 온도에서 작동한다. 직접 메탄올 연료전지를 본 발명의 원리에 따라 UCA 조립할 수 있다.
이제 도 1B를 보자면, PEM 연료전지 기술에 따라 실행되는 UCA의 한 실시양태가 도시되어 있다. 도 1B에 도시된 바와 같이, UCA(20)의 막 전극 조립체(MEA)(25)는 5개의 층을 포함한다. PEM 층(22)은 한 쌍의 유체 수송층들(24 및 26) 사이에 삽입되어 있다. 양극(30)은 제 1 FTL(24)과 막(22) 사이에 위치하며, 음극(32)은 막(22)과 제 2 FTL(26) 사이에 위치한다.
한 구조에서, PEM 층(22)은 한 표면 상에 양극 촉매 코팅(30) 및 또다른 표면 상에 음극 촉매 코팅(32)을 포함하도록 제조된다. 이러한 구조물은 종종 촉매-코팅된 막 또는 CCM으로서 칭해진다. 또다른 구조에 따르면, 제 1 FTL(24) 및 제 2 FTL(26)은 각각 양극 촉매 코팅(30) 및 음극 촉매 코팅(32)을 포함하도록 제조된다. 또다른 구조에서, 양극 촉매 코팅(30)은 부분적으로는 제 1 FTL(24) 및 부분적으로는 PEM(22)의 한 표면 상에 배치될 수 있고, 음극 촉매 코팅(32)은 부분적으로는 제 2 FTL(26) 및 부분적으로는 PEM(22)의 또다른 표면 상에 배치될 수 있다.
FTL(24 및 26)은 전형적으로 탄소섬유지 또는 부직 재료 또는 직물로부터 제조된다. 제품 구조에 따라서는, FTL(24 및 26)은 한 쪽 면 상에 탄소 입자 코팅을 가질 수 있다. 앞에서 논의된 바와 같이, FTL(24 및 26)은 촉매 코팅을 포함하거나 포함하지 않도록 제조될 수 있다.
도 1B에 도시된 특정 실시양태에서, MEA(25)는 제 1 가장자리 밀봉 시스템(34)과 제 2 가장자리 밀봉 시스템(36) 사이에 삽입된 것으로 도시되어 있다. 유로판(40 및 42)이 각각 제 1 가장자리 밀봉 시스템(34) 및 제 2 가장자리 밀봉 시스템(36)에 인접한다. 각 유로판(40 및 42)은 수소 및 산소 공급 연료가 통과하는 기체 유동관(43) 및 포트로 이루어진 유로를 포함한다. 도 1B에 도시된 구조에서, 유로판(40 및 42)은 일극 유로판이라고도 칭해지는 단극 유로판으로서 설계되는데, 이 경우 단일 MEA(25)가 이들 사이에 삽입되어 있다.
일반적인 용어로, 도 2에 도시된 바와 같이, 단극 유로판은 유로면(47) 및 냉각면(45)을 갖는 유로 구조물이다. 유로면(47)은, 앞에서 논의된 바와 같이, 수소 또는 산소 공급 연료가 통과하는 기체 유동관 및 포트로 이루어진 유로를 포함한다. 상기 및 또다른 실시양태에서의 유로는 2001년 9월 17일자로 출원된, 공동 소유된 동시계류중인 미국특허출원 제 09/954,601 호에 개시된 바와 같은 저-측방향 유속(low lateral flux) 유로일 수 있다.
냉각면(45)은 일체형 냉각관과 같은 냉각 배열체를 포함한다. 또다르게는, 냉각면(45)은 예를 들면 냉매가 통과하는 냉각 블록 또는 블래더, 또는 방열판(heat sink)과 같은 개별 냉각 요소와 접촉하도록 설계될 수 있다. 다양한 유용한 연료전지 냉각 방법이, 2002년 11월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "단위 연료전지 조립체 및 냉각 장치(Unitized Fuel Cell Assembly and Cooling Apparatus)"인, 공동 소유된 동시계류중인 미국특허출원 제 10/295,518 호에 기술되어 있다. 단극 유로판(40 및 42)은 바람직하게는 본원에서 기술된 바와 같은 다부품 성형 방법에 따라 구성된다.
다시 도 1B를 보자면, 가장자리 밀봉 시스템(34 및 36)은 다양한 유체(기체/액체) 수송 및 반응 영역들이 서로를 오염시키거나 UCA(20)를 부적절하게 빠져나가는 것을 방지하는데 필요한 밀봉을 UCA 패키지 내에 제공하며, 추가로 유로판들(40 및 42) 사이에 전기적 단리 및 하드 스톱(hard stop) 압축 제어를 제공할 수 있다. 본원에서 사용된 "하드 스톱"이라는 용어는 일반적으로 작동 압력 및 온도 하에서 두께가 실질적으로 변경되지 않는 거의 또는 실질적으로 압축될 수 없는 재료를 칭한다. 더욱 특히는, "하드 스톱"이라는 용어는 특정 두께 또는 장력에서 MEA의 압축을 중단시키는 막 전극 조립체(MEA) 내의 실질적으로 압축될 수 없는 부재 또는 층을 칭한다. 본원에서 사용된 "하드 스톱"은 이온 전도성 막층, 촉매층 또는 기체 확산층을 의미하는 것은 아니다.
한 구조에서, 가장자리 밀봉 시스템(34 및 36)은 탄성중합체 재료로부터 제조된 가스켓 시스템을 포함한다. 또다른 구조에서, 다양한 특정 재료의 층을 하나, 두 개 또는 그 이상 사용하여, UCA(20) 내에 필요한 밀봉을 제공할 수 있다. 이러한 재료는 예를 들면 테플론(TEFLON), 테플론으로 함침된 유리섬유, 탄성중합체 재료, 자외선 경화성 중합체 재료, 표면 텍스춰(surface texture) 재료, 다층 복합재료, 밀봉제 및 실리콘 재료를 포함한다. 또다른 구조는 동일반응계에서 형성된 밀봉 시스템, 예를 들면 2002년 11월 1일자로 출원된, 발명의 명칭이 "단위 연료전지 조립체(Unitized Fuel Cell Assembly)"인, 공동 소유된 동시계류중인 미국특허출원 제 10/295,292 호, 및 2002년 11월 15일자로 출원된, 앞에서 인용된 미국특허출원 제 10/295,518 호에 기술된 바와 같은 것을 사용한다.
또다른 구조에서, 가스켓 배열체는 유로판(40 및 42)에 넣어지며, 성형 공정 동안에 제조된다. 한 방법에 따르면, 그리고 나중에 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 유로판(40 및 42)은 유로판(40 및 42) 내에 제공되는 매니폴드를 위한 가스켓 배열체를 포함하도록 성형된다. 가스켓 배열체는 유로판(40 및 42)의 성형 동안에 제조되거나 후속 성형 공정 동안에 제조될 수 있다. 가스켓 배열체는 예를 들면 성형 유로판(40 및 42)의 하나 이상의 돌출된 성형 세그먼트를 포함할 수 있다. 또다른 방법에서는, 하나 이상의 관이, 하나 이상의 가스켓(예를 들면 o-환)이 삽입될 수 있는 유로판(40 및 42) 내로 성형될 수 있다. 이러한 가스켓은 각각 2002년 11월 14일자로 출원된 동시계류중인 미국특허출원 제 10/294,098 호에 개시된 바와 같은 독립기포 발포 고무 가스켓일 수 있다. 또다른 실시양태에서, 그리고 나중에 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 가스켓 배열체는 돌출된 융선(ridge) 미세구조 밀봉 패턴을 갖는 접촉면을 갖고서 유로판(40 및 42) 내로 성형될 수 있다.
어떤 구조에서는, 도 1B에 도시된 유형의 개별 가장자리 밀봉 시스템의 가스켓 시스템은 필요하지 않다. 개별 가장자리 밀봉 시스템은 유로판(40 및 42) 내로 또는 그 위에 성형된 가스켓 배열체와 함께 사용될 수 있다. 또다르게는, 유로판(40 및 42)은 매니폴드 가스켓 배열체 외에도 가장자리 밀봉을 제공하도록 제조되거나 후속 가공됨으로써, 도 1B에 도시된 유형의 개별 가장자리 밀봉 시스템이 필요없게 될 수 있다.
도 1C는 단극 유로판으로 이루어진 다중 MEA(25) 및 하나 이상의 양극 유로판(56)을 포함하는 UCA(50)를 도시한다. 도 1C에 도시된 구조에서, UCA(50)는 두 개의 MEA(25a 및 25b) 및 단일 양극 유로판(56)을 포함한다. MEA(25a)는 FTL들(66a 및 64a) 사이에 삽입된 음극(62a)/막(61a)/양극(60a) 적층 구조물을 포함한다. FTL(66a)은 단극 유로판으로서 설계된 말단 유로판(52)에 인접하게 위치한다. FTL(64a)은 양극 유로판(56)의 제 1 유로 표면(56a)에 인접하게 위치한다.
마찬가지로, MEA(25b)는 FTL들(66b 및 64b) 사이에 삽입된 음극(62b)/막(61b)/양극(60b) 적층 구조를 포함한다. FTL(64b)은 단극 유로판으로서 설계된 말단 유로판(54)에 인접하게 위치한다. FTL(66b)은 양극 유로판(56)의 제 2 유로 표면(56b)에 인접하게 위치한다. N개의 MEA(25)와 N-1개의 양극 유로판(56)이 단일 UCA(50)에 포함될 수 있음을 알 것이다. 그러나, 일반적으로 하나 또는 두 개의 MEA(56)를 포함하는 UCA(50)(N=1, 양극판=0 또는 N=2, 양극판=1)이 열관리를 보다 효율적으로 하기에 바람직하다고 생각된다. 앞에서 논의된 바와 같이, UCA의 양극판은 본 발명의 다부품 성형 방법에 따라 구성되거나 통상적인 구조를 가질 수 있다.
도 1B 및 1C에 도시된 UCA 구조는 본 발명에서 사용될 수 있는 두 가지 특정 배열을 대표한다. 이러한 두 가지 배열은 단시 예시적인 것이며, 본 발명의 범주에 속하는 모든 가능한 구조를 대표하려는 것은 아니다. 오히려, 도 1B 및 1C는 본 발명의 원리에 따라 조립된 단위 연료전지 조립체에 선택적으로 포함될 수 있는 다양한 부품을 예시하려는 것이다.
도 3은 본 발명에 따르는 유로 구조물의 한 실시양태를 도시한다. 도 3은 단극 구조를 갖는 유로 구조물(100)을 보여준다. 이러한 실시양태에 따르는 유로 구조물(100)은 유로판(102) 및 프레임(104)을 포함하는 다부품 구조물이다. 유로판(102)은 전도성 재료로 제조되고, 프레임(104)은 비전도성 재료로 제조된다. 유로판(102) 및 프레임(104)은 바람직하게는 중합체 재료로부터 제조된 성형 구조물이다. 중합체 재료는 특성이 유사하거나 상이할 수 있다.
예를 들면, 유로판(102) 및 프레임(104)은 동일한 기본 수지 또는 상이한 수지로부터 제조될 수 있다. 유로판(102) 및 프레임(104)에 상이한 재료를 사용함으로써, 성질이 가장 우수하고 가격이 가장 저렴한 재료를 유로 구조물(100)의 각 기능성 영역에 사용할 수 있다고 생각된다. 본 발명을 제한하지도 않으며 모든 예를 열거하는 것은 아닌 적합한 재료의 목록은, 탄성중합체 재료, 열경화성 및 열가소성 재료를 포함한다. 프레임은 바람직하게는 에폭시, 우레탄, 아크릴레이트, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌으로 제조되는 반면에, 유로판은 이것과 동일한 재료 또는 고온 수지, 예를 들면 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌 술파이드, 폴리페닐렌 옥사이드로써 만들어진다. 가장 바람직하게는 프레임은 열가소성 우레탄(TPU)과 같은 탄성중합체로써 만들어지고, 유로판은 사출성형가능한 등급의 흑연-충전된 열가소성 재료로써 만들어진다. 한 예시적인 구조에서, 유로판(102)은 흑연 또는 또다른 탄소질 전도성 충전제와 같은 전도성 충전제로 고도로 충전된 열경화성 재료로부터 제조될 수 있다. 프레임(104)은 열가소성 재료로부터 제조될 수 있다. 또다른 예시적인 구조에서, 유로판(102)과 프레임 둘 다 열가소성 기본 재료로부터 제조된다.
하나의 성형 기술 또는 성형 기술의 조합을 사용하여, 유로 구조물(100)을 성형할 수 있다. 더욱이, 유로판(102) 및 프레임(104)을 동일한 성형기 또는 상이한 성형기에서 성형할 수 있다. 또한, 유로판(102) 및 프레임(104)을 공통의 성형기에서 동시적으로 성형할 수 있는데, 예를 들면 유로판(102)을 제 1 재료 사출(shot)을 통해 성형한 직후에 프레임(104)을 제 2 재료 사출을 통해 성형할 수 있다. 제 1 사출 및 제 2 사출을 동일한 성형기 또는 상이한 성형기에서 수행할 수 있다. 또한 제 1 사출 및 제 2 사출을, 제 1 사출과 제 2 사출 사이에서 성형틀을 개방하지 않고서, 동일한 성형기에서 수행할 수 있다.
수많은 성형 기술을 본 발명의 다부품 유로 구조물(100)을 성형하는데 사용하고 개조할 수 있다. 이러한 성형 기술은 예를 들면 압축성형, 사출성형, 이송성형 및 압축-사출성형을 포함한다. 한 방법에 따르면, 유로판(102)을 압축성형 기술을 사용하여 제조하는 한편, 프레임(104)을 사출성형 기술을 사용하여 제조할 수 있다. 바람직하게는, 유로판(102)과 프레임(104) 둘 다를 사출성형 기술을 사용하여 제조할 수 있다.
예를 들면, 고도로 충전된 재료를 압축성형하여 유로판(102)을 제조할 수 있다. 유로판(102)을 일단 제조하고 나면, 이것을 로보트를 이용하거나 수동적인 도움을 받아 사출성형틀에 삽입물로서 옮길 수 있다. 프레임(104)을 상기 유로판 삽입물 주위에 사출성형할 수 있다. 또다른 방법에서는, 고도로 충전된 재료를 사출성형하여 유로판(102)을 제조할 수 있다. 이어서 충전되지 않은 재료를 유로판(102) 주위에 사출성형하여 프레임(104)을 제조할 수 있다. 이를 동일한 성형틀 또는 상이한 성형틀에서 수행할 수 있다.
또다른 방법에서는, 공통의 성형틀 내에서의 2-사출 방법을 사용한다. 하나의 재료를 제 1 사출을 통해 사출성형하여 유로판(102)과 프레임(104) 중 하나를 제조하고, 제 2 재료를 제 2 사출을 통해 사출성형하여 유로판(102)과 프레임(104) 중 나머지 하나를 제조한다. 제 2 재료 사출을, 제 1 사출된 재료가 거의 경화된 후에 수행할 수 있다. 성형틀을 제 1 재료 사출과 제 2 재료 사출 사이에 개방하거나 개방하지 않을 수 있다.
도 4 내지 6은 본 발명의 성형 유로 구조물이 가질 수 있는 다양한 양태를 도시한다. 도 4 내지 6은 도 3에 도시된 A-A 선을 따라 취해진 유로판(102) 및 프레임(104)의 일부의 단면도이다. 몇몇 실시양태에서, 도 4 내지 6에 도시된 모든 양태가 성형 유로 구조물에 사용될 수 있음을 알도록 한다. 또다른 실시양태에서, 모든 도시된 양태 중 몇 개만이 본 발명의 성형 유로 구조물에 사용될 수 있다.
도 4는 유로 구조물(100)의 유로판(102) 및 프레임(104) 내로 성형될 수 있는 몇몇 유리한 양태를 보여준다. 매니폴드(106)는 연료 또는 산소가 통과하는 공극을 프레임(104) 내에 제공한다. 정합(registration) 배열체(108)가 프레임(104)의 일부로서 성형된 것으로 도시되어 있다. 정합 배열체(108)는 전지간(inter-cell) 정합과 전지내(intra-cell) 정합 중 하나 또는 둘 다를 제공하도록 설계될 수 있다.
예를 들면, 전지내 양태의 정합 배열체(108)는 주어진 연료전지 조립체 또는 UCA의 두 개 이상의 부품을 정렬시킨다. 전지간 양태의 정합 배열체(108)는 주어진 연료전지 조립체 또는 UCA의 하나 이상의 부품과, 인접한 연료전지 조립체 또는 UCA의 하나 이상의 부품을 정렬시킨다. 정합 배열체(108)는 전지간 정합 및 전지내 정합 둘 다를 제공하는 하나 이상의 양태를 포함할 수 있다는 것을 주목하도록 한다. 성형 정합 배열체를 사용하면, 유리하게도, 연료전지 부품을 조립하는 동안에, 정합 융기부(post)를 상응하는 정합 개구에 삽입하는 부수적인 조립 공정이 필요없게 된다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 정합 배열체(108)는 정합 융기부(108b) 및 정합 함몰부(108a)를 포함한다. 정합 융기부(108b)는 인접한 유로 구조물(100) 또는 유로 스택 조립체의 말단 판의 정합 함몰부(108a)에 의해 수용되도록 설계된다. 정합 함몰부(108a)는 상대 UCA의 대향 유로 구조물(100)의 정합 융기부(108b)를 수용하도록 설계된다. 한 구조에서, UCA의 MEA(도시되지 않음)는 정합 융기부(108b)의 통과를 허용하는 크기를 갖는 정합 개구를 포함하도록 제조된다. 제 1 유로 구조물(100)의 정합 융기부(108b)는 MEA 내에 제공된 정합 개구와 정렬되고 그것을 통과한다. 제 1 유로 구조물(100)의 정합 융기부(108b)는 UCA의 제 2 유로 구조물(100)의 정합 함몰부(108a)에 의해 수용된다. 제 2 유로 구조물(100)의 정합 융기부(108b)는 UCA로부터 돌출된다. 이러한 방식으로 제 1 UCA를 조립하면, 제 1 UCA의 정합 융기부(108b)를 그 다음의 UCA의 정합 함몰부(108a)와 짝지워 맞물림으로써, 또다른 UCA를 제 1 UCA에 인접하게 조립할 수 있다.
조립된 UCA의 유로 구조물로부터 돌출된 정합 융기부(108b)가 존재(또는 부재)함으로써, 또다른 UCA를 연료전지 스택에 첨가하기 위한 위치 또는 극성을 시각적으로 알아차릴 수 있다는 것을 알도록 한다. 돌출된 정합 융기부(108b)의 존재를 예를 들면 정합 함몰부(108a)의 존재로부터 용이하게 알 수 있다. 통상적으로 채택되는 특정 구별 방법에 따르면, 각 연료전지 조립체의 양극판 또는 음극판을 예를 들면 정합 융기부(108b)의 존재로써 구별할 수 있다. 또다른 양극판 및 음극판을 정합 함몰부(108a)의 존재로써 구별할 수 있다.
한 실시양태에서, 정합 융기부(108b) 및 함몰부(108a)는, 정합 융기부(108b)와 함몰부(108a) 사이의 접촉 계면이 실질적으로 연속적인 압력끼워맞춤(press-fit) 계면을 이루도록, 동일한 주변부 형상을 가질 수 있다. 또다른 실시양태에 따르면, 각 정합 융기부(108b)는 정합 함몰부(108a)의 내부 표면의 형상과 상이한 형상을 갖는 외부 표면을 갖는다. 정합 함몰부(108a)의 내부 표면은 다수의 불연속적 압력끼워맞춤 위치에서 정합 융기부(108b)의 외부 표면과 접촉한다.
한 구조에서, 정합 함몰부(108a)의 내부 표면과 정합 융기부(108b)의 외부 표면 중 하나 이상의 형상은 예를 들면 볼록한 곡면 형상일 수 있다. 정합 함몰부(108a)의 내부 표면과 정합 융기부(108b)의 외부 표면 중 하나 이상의 형상은 일반적으로 두 개 이상의 오목하거나 볼록한 부분을 갖는 곡면 형상일 수 있다. 또다른 구조에서, 정합 함몰부(108a)의 내부 표면과 정합 융기부(108b)의 외부 표면 중 하나 이상의 형상은 원형 또는 타원형일 수 있다. 예를 들면, 정합 함몰부(108a)의 내부 표면과 정합 융기부(108b)의 외부 표면 중 하나의 형상은 원형일 수 있고, 정합 함몰부(108a)의 내부 표면과 정합 융기부(108b)의 외부 표면 중 또다른 하나의 형상은 타원형일 수 있다.
또다른 형상 관계도 가능하다. 예를 들면 정합 함몰부(108a)의 내부 표면과 정합 융기부(108b)의 외부 표면 중 하나 이상의 형상은 다각형일 수 있다. 예를 들면, 정합 함몰부(108a)의 내부 표면과 정합 융기부(108b)의 외부 표면 중 하나의 형상은 제 1 다각형일 수 있고, 정합 함몰부(108a)의 내부 표면과 정합 융기부(108b)의 외부 표면 중 또다른 하나의 형상은 제 2 다각형일 수 있다. 추가의 예로서, 정합 함몰부(108a)의 내부 표면과 정합 융기부(108b)의 외부 표면 중 하나의 형상은 다각형일 수 있고, 정합 함몰부(108a)의 내부 표면과 정합 융기부(108b)의 외부 표면 중 또다른 하나의 형상은 원형 또는 타원형일 수 있다. 정합 함몰부(108a)의 내부 표면의 형상은 삼각형일 수 있고, 정합 융기부(108b)의 외부 표면의 형상은 원형일 수 있다. 또다른 예시적인 정합 융기부 구조는 점점 가늘어지는 형상 또는 쐐기 형상을 갖는 것을 포함한다. 유용한 연료전지 정합 배열체에 대한 추가의 상세한 사항은, 2003년 10월 31일자로 출원된, 발명의 명칭이 "연료전지 조립체를 위한 정합 배열체(Registration Arrangement for Fuel Cell Assemblies)"인, 공동 소유된 동시계류중인 미국특허출원 제 10/699,454 호에 개시되어 있다.
계속 도 4를 보자면, 접합부(110)가 프레임(104)과 유로판(102) 사이에 형성된 것으로 도시되어 있다. 접합부(110)는 프레임(104)과 유로판(102) 사이에 밀봉을 제공하도록 형성된다. 한 구조에서, 접합부(110)의 밀봉은 성형 공정 동안에 프레임 재료와 유로판 재료 중 하나 또는 둘 다의 우선적인 수축에 의해서 제공된다. 예를 들면, 프레임(104)은 유로판(102) 주위에 성형될 수 있고, 프레임(104)과 유로판(102) 사이의 기밀의 형성을 용이하게 하는 수축성을 가질 수 있다.
예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이, 프레임(104)의 비전도성 중합체는 프레임(104) 재료가 유로판(102)을 향해서 안쪽으로 우선적으로 수축하도록 하는 방향성 수축성을 갖는다. 예를 들면 중합체를 적당한 유형 및 양의 충전제, 예를 들면 유리 비드 또는 적합한 광물질로 도핑시킴으로써, 프레임(104)의 수축성을 조절할 수 있다. 프레임(104)의 수축성을 바람직하게는, 프레임(104)의 바람직하지 못한 뒤틀림(예를 들면 오일-캐닝(oil-canning))을 최소화하면서, 접합부(110)에 필요한 밀봉을 제공하도록, 조절한다. 해당 분야의 숙련자라면, 성형틀 온도, 경화 시간, 사출압 및 배압과 같은 또다른 인자가, 유로 구조물(100)의 제조에 사용되는 재료의 수축성에 영향을 준다는 것을 알 것이다.
접합부(110)는 바람직하게는 프레임(104)과 유로판(102) 사이에 견고한 기계적 계면을 제공하는 맞물림 배열체를 포함한다. 도 4에 도시된 구조에서, 접합부(110)는, 성형 공정의 일부로서, 프레임(104)과 유로판(102) 사이에 형성된 맞물림 배열체를 포함한다. 한 방법에서, 제 1 양태의 맞물림 배열체는 유로판(102)의 외부 주변부 주위에 성형된다. 제 2 양태의 맞물림 배열체는 프레임(104)의 내부 주변부 주위에 성형된다. 성형된 제 1 양태 및 제 2 양태는 프레임(104)과 유로판(102) 사이에 기계적 맞물림을 제공한다.
도 5 및 도 6은 접합부(110)에서의 맞물림 배열체의 두 구조를 도시한다. 도 5는 유로판(102)의 성형 외부 주변부에 백드래프트 각(backdraft angle) θ가 포함됨으로써 형성된 부분 열장이음(dovetail) 맞물림 배열체를 도시한다. 프레임(104)의 재료가 유로판(102) 주위에 사출되면, 프레임 재료는 유로판(102)의 외부 주변부의 백드래프트 영역 주위에서 유동하여, 유로판(102)과 프레임(104) 사이에 맞물림 배열체를 형성한다. 도 6은 유로판(102)의 성형 외부 주변부 내의 두 개의 백드래프트 영역에서 백드래프트 각 θ가 포함됨으로써 형성된 완전 열장이음 맞물림 배열체를 도시한다. 도 6의 맞물림 배열체는 두 개의 백드래프트 영역을 포함하는 반면에, 도 5의 맞물림 배열체는 단일 백드래프트 영역을 포함하기 때문에, 도 6에 도시된 백드래프트 각 θ는 도 5에 도시된 것보다 작다는 것을 주목하도록 한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 한 실시양태에 따르는 가스켓 배열체를 도시한다. 도 7은 성형 가스켓 배열체(114)를 포함하는 유로 구조물(100)의 유로면의 도면이다. 연료 또는 산소 매니폴드(106)가 도 7에 도시되어 있다. 예를 들자면, 유동관은 유로판(102)을 관통하여 연료 유입 및 유출 매니폴드(106)에서 종결된 것으로 도시되어 있다. 도 8은 도 7에 도시된 B-B 선을 따라 취해진 프레임(104)의 일부의 분해 단면도이다.
가스켓 배열체(114)는 프레임(104)의 한 표면으로부터 돌출된 하나 이상의 융선으로서 형성된다. 도 8에서, 가스켓 배열체(114)는 성형된 재료의 이중 융선을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 단일의 또는 두 개 초과의 융선이 성형됨으로써 가스켓 배열체(114)를 형성할 수도 있다는 것을 알도록 한다. 한 구조에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 가스켓 배열체(114)는 각 매니폴드(106)의 주변부 주위에 성형된다. 또다른 구조에서, 공통 가스켓 배열체(114)(두 개의 단일 가스켓 또는 다수의 융선을 갖는 가스켓)가 모든 매니폴드(106) 주위에서 형성될 수 있다.
한 방법에 따라, 가스켓 배열체(114)가 프레임(104)의 성형 동안에 형성된다. 또다른 방법에서는, 가스켓 배열체(114)가 후속 성형 공정에서 이미 형성된 프레임(104)에 성형된다. 프레임(104)과 별도로 성형 공정에서 가스켓 배열체(114)를 성형하면, 유로 구조물(100)의 다양한 기능성 영역을 위한 재료의 선택의 폭이 넓어진다. 예를 들면, 특정 용도에서는, 프레임(104)을 제조하는데 사용된 재료와 동일한 재료를 사용하여 가스켓 배열체(114)를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 또다른 용도에서는, 프레임(104)을 제조하는데 사용된 재료와 상이한 재료를 사용하여 가스켓 배열체(114)를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 가스켓 배열체(114)를 프레임(104)에 성형시키는데 사용되는 중합체 재료는 프레임 재료의 경도보다 낮은 경도를 가질 수 있다. 유로판(102), 프레임(104) 및 가스켓(114)에 최적인 재료를 사용하여 이러한 부품들을 성형하면, 다양한 용도에 사용되도록 설계될 수 있는 유로 구조물(100)을 제조할 수 있고, 또한 성능과 비용 요건을 보다 효율적으로 균형 맞출 수 있게 된다.
도 9A 및 9B는 본 발명에 따르는 가스켓 배열체의 또다른 실시양태를 도시한다. 이러한 실시양태에 따르면, 가스켓 배열체(114)는 프레임(104) 상에 형성된 미세구조 밀봉 패턴을 포함한다. 도 9A에 도시된 바와 같이, 미세구조 밀봉 패턴(116)은 프레임(104)의 모든 또는 거의 모든 표면 상에 형성될 수 있다. 도 9B에 도시된 바와 같이, 미세구조 밀봉 패턴(116)은 프레임(104)의 특정 표면 부분에 형성될 수 있다. 예를 들면, 미세구조 밀봉 패턴(116)은, 연료 및 냉매를 연료전지 조립체의 내외로 통과시키는데 사용되는 매니폴드(106)와 같은, 프레임(104)의 매니폴드 주위에 제공될 수 있다.
한 실시양태에 따르면, 미세구조 밀봉 패턴(116)은 돌출된 융선 미세구조 접촉 패턴을 포함한다. 이러한 구조에서, 돌출된 융선 미세구조 접촉 패턴은 바람직하게는, 예를 들면 퇴화(degenerate) 육각형 패턴을 포함할 수 있는 육각형 패턴을 갖는다. 돌출된 융선 미세구조 접촉 패턴은 일반적으로 접합점에서 만나는 융선들을 포함하는데, 여기서 세 개 이하의 융선들이 임의의 하나의 접합점에서 만난다. 돌출된 융선 미세구조 접촉 패턴은 전형적으로 임의의 누출의 확산을 국한하거나 방지하는 셀(cell)로 이루어진다.
본 발명을 제한하지는 않는 예로서, 돌출된 융선 미세구조 접촉 패턴을 구성하는 융선은 1,000 마이크로미터 미만, 더욱 전형적으로는 600 마이크로미터 미만, 가장 전형적으로는 300 마이크로미터 미만의 꼬이지 않은(unladen) 너비, 및 전형적으로는 250 마이크로미터 이하, 더욱 전형적으로는 150 마이크로미터 미만, 가장 전형적으로는 100 마이크로미터 미만의 깊이(높이)를 가질 수 있다. 도 9A 및 9B에 도시된 미세구조 밀봉 패턴(116)은, 2002년 5월 10일자로 출원된, 공동 소유된 동시계류중인 미국특허출원 제 10/143,273 호에 기술된 방식으로 형성될 수 있다. 커플링 배열체를 공동들 사이에서 성형시키는 다공질 성형틀이 사용될 수 있다.
도 10A 내지 도 14B는 이러한 유로 구조물의 웹의 제조를 용이하게 하는 커플링 배열체를 포함하는 유로 구조물의 다양한 실시양태를 도시한다. 도 10A 내지 14B에 도시된 유형의 커플링 배열체를 포함하는 유로 구조물을 성형함으로써, 두루마리로서 권취되기에 적합한 유로 구조물을 대량 생산할 수 있게 된다. 유로 구조물의 두루마리는, 후술되는 바와 같은 UCA의 자동화 제조 공정에서 사용될 수 있다. 본 발명의 성형 유로 구조물을 위한 커플링 배열체는, 수많은 유로 구조물을 함께 연결하기 위한, 하나 이상의 가동 경첩(living hinge), 캐리어 스트립(carrier strip) 또는 또다른 맞물림 배열체, 예를 들면 점점 가늘어지는 홀(hole) 및 플러그(plug) 배열체를 포함할 수 있다.
도 10A 및 10B에는, 유로 구조물(100a 및 100b)의 웹(200)의 한 세그먼트가 도시되어 있다. 도 10A에 도시된 두 개의 유로 구조물(100a 및 100b)은 바람직하게는 전술된 바와 같은 유형이다. 커플링 배열체가 두 개의 유로 구조물(100a 및 100b)을 함께 연결하는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로 재료를 주어진 유로 구조물(100a)과 이미 성형된 유로 구조물(100b) 사이에 성형 또는 겹성형(overmolded)함으로써, 커플링 배열체를 형성할 수 있다. 수많은 성형 유로 구조물들 사이에서 커플링 배열체를 반복적으로 형성함으로써, 유로 구조물의 연속 웹을 제조한다.
도 10B는 도 10A에 도시된 커플링 배열체의 분해도이다. 커플링 배열체는 인접하게 위치한 유로 구조물들(100a 및 100b)의 각 프레임들(104a 및 104b) 사이에 형성된 겹성형 영역(204)을 포함한다. 도 10B에 도시된 구조에서, 커플링 배열체는 인접한 프레임들(104a 및 104b) 사이에 형성된 맞물림 플랜지(flange)를 포함한다. 한 방법에서는, 제 1 L-자형 플랜지를 제 1 프레임(104a)의 전부 또는 일부를 따라 성형함으로써, 겹성형 영역(204)을 형성한다. 이어서 제 2 프레임(104b)에서 유래된 재료를 제 1 L-자형 플랜지의 영역 내로 겹성형함으로써, 제 2 성형 프레임(104b)의 제 2 L-자형 플랜지를 형성한다. 제 2 L-자형 플랜지를 제 1 L-자형 플랜지 상에 겹성형함으로써, 인접한 유로 구조물들(100a 및 100b) 사이에 커플링 배열체를 형성한다.
도 10B에 도시된 커플링 배열체는 추가로 가동 경첩(206)을 포함한다. 도 10B에 도시된 가동 경첩(206)은 인접한 유로 구조물들(100a 및 100b)의 프레임(104a 및 104b)을 연결하는 재료 내에 함몰부를 형성한다. 가동 경첩(206)은 유로 구조물의 웹의 가요성을 향상시키고, 이러한 웹으로부터 개별 유로 구조물을 후속 싱귤레이션(singulation)하는 것을 용이하게 한다. 도 10A 및 10B에 도시된 커플링 배열체는 프레임(104a 및 104b)의 전부 또는 일부에 걸쳐 연속적일 수 있다는 것을 주목하도록 한다. 또한 커플링 배열체는 전형적으로 프레임(104a 및 104b)과 동일한 재료로 제조되지만, 프레임(104a 및 104b)과 상이한 재료로 제조될 수도 있다는 것을 주목하도록 한다. 예를 들면, 프레임(104a 및 104b)과 상이한 성질(예를 들면 보다 큰 가요성)을 갖는 재료를 사용하여 두 개의 성형 프레임들(104a 및 104b) 사이에 커플링 배열체를 형성할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또다른 실시양태에 따르는 탭(202)을 도시한다. 이러한 실시양태에 따르면, 수많은 불연속적 탭(202)이 인접한 유로 구조물(100a, 100b 및 100c)의 프레임들 사이에 형성된다. 도 11에 도시된 각 탭(202)은 도 10B에 도시된 유형의 맞물림 겹성형 영역(204)과 가동 경첩(206) 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따르는 커플링 배열체의 또다른 실시양태를 도시한다. 이러한 실시양태에서는, 캐리어 스트립(120a 및 120b)을, 연속 웹 내의 인접한 유로 구조물들을 연결시키도록, 형성한다. 한 방법에서는, 유로 구조물(100a 및 100b)의 프레임 및 캐리어 스트립(120a 및 120b)을, 유로 구조물(100a 및 100b)의 프레임과 캐리어 스트립(120a 및 120b) 사이에 형성되는 연속적 또는 불연속적 연결 재료와 함께, 동일 사출을 통해, 성형틀에서 형성한다.
도 13A 및 13B는 캐리어 스트립(120a 및 120b)을 포함하는 또다른 커플링 배열체를 상세하게 도시한다. 한 방법에서는, 유로 구조물(100a 및 100b)의 각 프레임, 캐리어 스트립(120a 및 120b), 및 (유로 구조물(100a 및 100b)의 프레임과 캐리어 스트립(120a 및 120b) 사이에 형성되는) 연결 탭(126)을 동일 사출을 통해 성형틀에서 형성한다. 또다른 방법에서는, 유로 구조물(100a 및 100b)의 프레임, 및 캐리어 스트립(120a 및 120b)을 동일 사출을 통해 형성하며, 이러한 제 1 사출 후에, 유로 구조물(100a 및 100b)의 각 프레임과 캐리어 스트립(120a 및 120b)을, 이들 사이에 좁은 틈새가 생기도록 분리한다. 제 2 겹성형 사출을 통해 재료를 이러한 좁은 틈새 내로 주입하여, 유로 구조물(100a 및 100b)의 프레임과 캐리어 스트립(120a 및 120b) 사이에 연결 탭(126)을 형성한다. 유로 구조물(100a 및 100b)의 프레임을 형성하는데 사용되는 것과 동일하거나 상이한 재료를 사용하여, 연결 탭(126)을 형성할 수 있다.
캐리어 스트립(120a 및 120b)을, 도 13B의 분해도에 도시된 바와 같은 겹성형 영역(124)을 포함하도록, 형성할 수 있다. 겹성형 영역(124)은 인접하게 성형된 캐리어 스트립(124a 및 124b)의 가장자리들 사이에 형성된 맞물림 배열체를 포함한다. 도 13B는 캐리어 스트립(124a 및 124b)을 겹성형함으로써 형성될 수 있는 많은 가능한 맞물림 배열체 중 하나를 도시한다.
도 14A 및 14B는 연속 웹을 구성하는 유로 구조물을 성형하는 또다른 방법을 도시한다. 이러한 방법에 따르면, 역으로 점점 가늘어지는 홀(130)을 제 1 사출 동안에 제 1 유로 구조물(100a)의 모서리 내로 성형한다. 인접한 유로판(100b)을 형성하는 제 2 겹성형 사출 동안에, 제 2 사출로부터 유래된 재료가 적어도 이미 성형된 판(100a)의 역으로 점점 가늘어지는 홀(130) 내로 유동하여 플러그(132)를 형성한다. 이러한 홀 및 플러그 맞물림 배열체를 인접한 유로 구조물(100a 및 100b)의 각 모서리에서 형성할 수 있다.
도 15 내지 16B는 본 발명에 따르는 유로 구조물의 웹을 제조하는데 매우 적합한 성형 공정을 도시한다. 도 15는 성형틀 상반부(302) 및 성형틀 하반부(304)를 포함하는 성형틀(300)의 일부를 보여준다. 성형틀 상반부(302) 및 성형틀 하반부(304)는 각각 전도성 유로판과 비전도성 프레임을 단일 성형기에서 성형하는 것을 용이하게 하도록, 이동가능한 양태를 포함한다. 더욱이, 이동가능한 양태는 성형틀을 개방하지 않고서도 연속적 사출을 통해 전도성 유로판과 비전도성 프레임 둘 다의 성형을 용이하게 한다. 도 15 내지 16B에 기술된 성형틀 및 공정은 단지 예시적인 것이며, 또다른 성형틀 및 공정도 사용가능하다는 것을 알도록 한다. 예를 들면, 유로 구조물의 웹을 제조하기 위해 유로 구조물 및 커플링 배열체의 상이한 부품을 성형하는데에 다수의 성형기를 사용할 수 있다.
다시 도 15를 보자면, 성형틀 상반부(302)는 수직으로 배치가능한 코어(306a 및 306b) 및 스프링-장착된 코어(308a 및 308b)를 포함한다. 성형틀 하반부(304)는 수직으로 배치가능한 슬라이드(301a 및 301b)를 포함한다. 성형틀 상반부(302) 및 성형틀 하반부(304)의 슬라이드 및 코어를 협응적으로(in coordinated manner) 작동시켜 전도성 재료의 제 1 사출을 통해 유로판(102b)을 형성하고 비전도성 재료의 제 2 사출을 통해 프레임(104b)을 형성한다. 제 2 사출(또는 제 3 사출) 동안, 그 시점에서 성형되는 유로 구조물(100b)의 프레임(104b)을 이미 성형된 유로 구조물(100a)의 프레임(104a)와 연결시키는 커플링 배열체(310)를 형성한다.
앞에서 논의된 바와 같이, 커플링 배열체(310)는 맞물림 배열체를 형성하는 겹성형 영역을 포함하고, 가동 경첩을 포함할 수도 있다(예를 들면 도 10B를 참고). 단순하기 하기 위해, 커플링 배열체(310)를 형성하기 위한 성형틀에 대한 상세한 사항은 도 15 내지 16B에 도시되어 있지 않다는 것을 주목하도록 한다. 단순하게 하기 위해, 성형틀 입구(300)와 인접한 성형틀도 역시 도시되어 있지 않다는 것을 주목하도록 한다. 그러나 해당 분야의 숙련자라면 이러한 성형틀을 잘 알고 있을 것이다.
도 16A 및 16B는 바람직하게는 재료 사출들 사이에 성형틀을 개방하지 않고서 단일 성형기에서 유로 구조물 및 프레임을 성형하는 성형 공정의 제 1 및 제 2 사출을 도시한다. 도 16A에서는, 이전 다부품 유로 구조물(100a)은 이미 성형되었고 그 다음의 인접한 유로 구조물(100b)이 현재 성형되고 있다고 가정한다. 폐쇄된 상태의 성형틀(300)의 경우, 코어(306a 및 306b)는 성형틀 상반부(302)로부터 성형틀 하반부(304) 쪽으로 배치된다. 스프링-장착된 코어(308a 및 308b)는, 슬라이드(301a 및 301b)가 성형틀 하반부(304)로부터 위쪽으로 배치됨으로써 형성된 힘에 응답하여 후퇴한다. 코어(306a 및 306b) 및 슬라이드(301a 및 301b)가 도 16A에 도시된 바와 같은 위치에서 배치된 상태에서, 전도성 재료를 성형틀 공동에 사출하여 유로판(102b)을 형성한다. 도 16A에 도시된 바와 같은 코어(306a 및 306b) 및 슬라이드(301a 및 301b)의 배치로 인해, 유로판(102b)과 프레임(104b) 사이에 형성되는 맞물림 접합부의 절반이 형성된다는 것을 주목하도록 한다.
제 1 사출을 완결하고 적당한 경화 시간이 경과한 후, 슬라이드(306a 및 306b)를 유로판(102b)의 상부 표면과 공동 평면인(coplanar) 위치로 위쪽으로 배치한다. 슬라이드(301a 및 301b)의 상부 표면이 유로판(102b)의 하부 표면과 공동 평면이도록, 슬라이드(301a 및 301b)를 아래쪽으로 배치한다. 슬라이드(301a 및 301b)가 아래쪽으로 이동함으로써, 스프링-장착된 코어(308a 및 308b)가 도 16B에 도시된 바와 같이 아래쪽으로 이동할 수 있게 된다. 슬라이드(306a, 306b, 301a, 301b)를 도 16B에 도시된 위치로 재-배치한 후, 비전도성 재료를 성형틀 공동에 제 2 사출한다. 제 2 사출로 인해 프레임(104b)이 형성되고, 프레임(104a)과 유로판(102b) 사이에 맞물림 접합이 완성되고, 스프링-장착된 코어(308a 및 308b)를 통해 매니폴드가 형성된다. 제 2 사출 동안에, 커플링 배열체(310)의 형성도 완결된다.
제 2 사출을 완결하고 적당한 경화 시간이 경과한 후, 성형틀 상반부(302) 및 성형틀 하반부(304)를 분리하며, 다부품 성형된 유로 구조물(102b)을 성형틀 공동으로부터 분리하고, 이것을 로보트를 이용하거나 수동적인 도움을 받아 성형틀 공동의 출구에 인접한 단계적 위치로 이동시킬 수 있다. 성형틀(300)의 슬라이드 및 코어를 적당한 위치로 이동시키고, 또다른 다부품 유로 구조물을 전술된 방식으로 성형한다. 이러한 방식으로, 성형 유로 구조물의 연속 웹을 제조할 수 있다. 이러한 웹을 권취시켜, 유로 구조물의 두루마리를 제조한다.
본 발명에 따라 제조된 유로 구조물의 웹을, 나중에 연료전지 조립체 작동에 사용되는 두루마리가 되도록, 둘둘 말 수 있다. 또다르게는, 도 17에 도시된 바와 같이, 유로 구조물의 웹을 UCA 조립 라인(380)에 직접 공급할 수 있는데, 이 경우 두 개의 성형기(300a 및 300b)를 사용하여, 각각 전술된 바와 같은 방식으로 단극 유로 구조물의 웹을 제조할 수 있다. 개별 MEA를 포함하는 두루마리 연료전지 웹(MEA 웹)을, 2003년 5월 28일자로 출원된, 발명의 명칭이 "두루마리 연료전지 제조 공정, 장치 및 이것으로 제조된 제품(Roll-Good Fuel Cell Fabrication Processes, Equipment, and Articles Produced From Same)"인, 공동 소유된 동시계류중인 미국특허출원 제 10/446485 호에 기술된 방식으로 제조할 수 있다.
일반적으로, MEA 웹(320)의 개별 MEA(320a)가 제 1 및 제 2 유로판 웹(100u 및 100L)으로부터 유래된 한 쌍의 유로 구조물(100u' 및 100L')과 정합되도록, MEA 웹(320)을 수송한다. MEA(320a)를 각 쌍의 유로 구조물들(100u' 및 100L') 사이에 집어넣고, 이렇게 얻어진 UCA 웹(330)을 밀봉 단계 및/또는 권취 단계에서 추가로 가공할 수 있다. 이어서 밀봉된 UCA의 웹(330)을 싱귤레이션 공정에 적용시켜, UCA 웹(330)으로부터 개별 UCA를 분리할 수 있다.
다양한 도면에서 도시되고 본원에서 논의된 UCA 구조는 본 발명의 문맥상 사용될 수 있는 특정 배열을 대표하는 것이라는 것을 주목하도록 한다. 이러한 배열은 본 발명을 예시하고자 제공된 것이지, 본 발명의 범주에 속하는 모든 가능한 구조를 대표하는 것은 아니다. 예를 들면, 전술된 바와 같은 유로 구조물을 제조하기 위한 성형 공정은 특정 UCA 양태, 예를 들면 부가적 또는 향상된 밀봉 양태, 가스켓 양태 및/또는 하드/소프트(soft) 스톱 양태를 사용하는 것에 관한 것이다. 반대로, 이러한 성형 공정은 특정 UCA 양태를 사용할 필요가 없게도 하는데, 예를 들면 유로 구조물의 매니폴드 및/또는 가장자리 부분 주위에 성형된 재료를 대신 사용함으로써 개별 가스켓 또는 밀봉 양태를 사용할 필요가 없게 한다.
다양한 UCA 구조를, 본 발명의 또다른 실시양태에 따르는 열관리 능력을 갖도록, 고안할 수 있다. 예를 들면, 주어진 UCA 구조는 집적된 열관리 시스템을 포함할 수 있다. 또다르게는 또는 부가적으로, 주어진 UCA는 분리가능한 열관리 구조물과 기계적으로 커플링되도록 설계될 수 있다. 몇몇 예시적인 UCA 열관리 방법이 앞에서 인용된 미국특허출원 제 10/295,518 호 및 제 10/295,292 호에 개시되어 있다.
도 18 내지 21은 본원에서 기술된 바와 같은 성형 다부품 유로 구조물을 갖는 연료전지 조립체를 포함할 수 있는 다양한 발전용 연료전지 시스템을 도시한다. 도 18에 도시된 연료전지 시스템(400)은 본원에서 실시양태에 의해 예시된 바와 같은 연료전지 조립체를 사용할 수 있는 많은 가능한 시스템 중 하나를 도시한다.
연료전지 시스템(400)은 연료처리기(404), 전력공급부(406) 및 전력조정기(408)를 포함한다. 연료 개질기를 포함하는 연료처리기(404)는 천연가스와 같은 연료 공급원을 수용하고 연료 공급원을 처리하여 수소-풍부 연료를 생성한다. 수소-풍부 연료는 전력공급부(406)로 공급된다. 전력공급부(406)에서, 수소-풍부 연료는 전력공급부(406) 내에 함유된 연료전지 스택의 UCA 스택으로 공급된다. 또한 공기가 전력공급부(406)에 공급됨으로써, 연료전지의 스택을 위한 산소 공급원이 제공된다.
전력공급부(406)의 연료전지 스택은 직류전력, 유용한 열 및 깨끗한 물을 생성한다. 재생 시스템에서, 부산물인 열의 일부 또는 전부는 증기를 형성하는데 사용될 수 있고, 이것은 또한 연료처리기(404)에 의해 다양한 처리 기능을 수행하는데에 사용될 수 있다. 전력공급부(406)에 의해 생성된 직류전력은 전력조정기(408)로 전달되고, 전력조정기는 직류전력을 후속 사용을 위해 교류전력으로 변환시킨다. 교류전력 변환은 직류전력을 제공하는 시스템 내에는 포함될 필요가 없다는 것을 알도록 한다.
도 19는 연료공급장치(505), 연료전지 전력공급부(506) 및 전력조정기(508)를 포함하는 연료전지 전력공급장치(500)를 도시한다. 연료공급장치(505)는 연료전지 전력공급부(506)에 공급되는 수소 연료를 함유하는 수용기를 포함한다. 전력공급부(506) 내에서, 수소 연료는, 공기 또는 산소와 함께, 전력공급부(506) 내에 함유된 연료전지 스택의 UCA로 공급된다.
연료전지 전력공급 시스템(500)의 전력공급부(506)는 직류전력, 유용한 열 및 깨끗한 물을 생성한다. 전력공급부(506)에 의해 생성된 직류전력은, 원한다면, 교류전력으로 변환되기 위해, 전력조정기(508)로 전달될 수 있다. 도 19에 도시된 연료전지 전력공급 시스템(500)은 예를 들면 고정식 또는 이동식 교류 또는 직류 전력 발전기로서 사용될 수 있다.
도 20에 도시된 실시에서, 연료전지 시스템(600)은 연료전지 전력공급부에 의해 발생된 전력을 컴퓨터를 작동시키는데에 사용한다. 연료전지 전력공급 시스템은 연료공급장치(605) 및 연료전지 전력공급부(606)를 포함한다. 연료공급장치(605)는 수소 연료를 연료전지 전력공급부(606)에 제공한다. 전력공급부(606)의 연료전지 스택은 데스크탑, 랩탑 또는 팜 컴퓨터와 같은 컴퓨터(610)를 작동시키는데 사용되는 전력을 생성한다.
도 21에 도시된 또다른 실시에서, 연료전지 전력공급부로부터 발생된 전력은 자동차(710)를 작동시키는데 사용된다. 이러한 구조에서, 연료공급장치(705)는 수소 연료를 연료전지 전력공급부(706)에 공급한다. 전력공급부(706)의 연료전지 스택은 자동차(710)의 구동장치에 커플링된 모터(708)를 작동시키는데 사용되는 전력을 생성한다.
본 발명의 다양한 실시양태에 관한 상기 설명은 예시 및 설명을 위해 제시된 것이다. 이러한 설명이 본 발명을 완전히 열거하는 것은 아니고, 개시된 정확한 양태로만 제한하는 것도 아니다. 전술된 교시 내용에 따라 많은 변경양태 및 변형양태를 고안할 수 있다. 본 발명의 범주는 이러한 상세한 설명에 의해서 제한되는 것이 아니라 본원에 첨부된 청구항에 의해 제한된다.

Claims (10)

  1. 제 1 중합체를 포함하는 전도성 재료로 제조된 성형 유로판(flow field plate); 이 유로판 주위에 배치되고 제 2 중합체를 포함하는 비전도성 재료로 제조된, 상기 성형 유로판과 함께 단극 유로(flow field) 구조물을 형성하는 성형 프레임; 성형 프레임 내에 형성된 다수의 매니폴드(manifolds); 및 매니폴드의 주변부에 가깝게 배치된 성형 가스켓 배열체(arrangement)를 포함하는, 연료전지 조립체에 사용되는 유로 구조물.
  2. 제 1 중합체를 포함하는 전도성 재료로 제조된 성형 유로판; 이 유로판 주위에 배치되고 제 2 중합체를 포함하는 비전도성 재료로 제조된, 상기 성형 유로판과 함께 단극 유로 구조물을 형성하는 성형 프레임; 프레임으로부터 연장된, 단극 유로 구조물을 또다른 단극 유로 구조물에 커플링시켜 단극 유로 구조물의 연속 웹을 형성하도록 설계된 성형 커플링 배열체를 포함하는, 연료전지 조립체에 사용되는 유로 구조물.
  3. 제 2 항에 있어서, 프레임이 다수의 성형 매니폴드 및 다수의 매니폴드의 주변부에 가깝게 배치된 가스켓 배열체를 포함하는 구조물.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 단극 유로 구조물의 웹이 단극 유로 구조물 의 두루마리(roll good)를 형성하기에 충분히 가요성인 구조물.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 가스켓 배열체가 제 2 중합체를 포함하는 비전도성 재료로 제조된 구조물.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 가스켓 배열체가, 제 2 중합체와 상이한 제 3 중합체를 포함하는 비전도성 재료로 제조된 구조물.
  7. 제 1 중합체를 포함하는 전도성 재료를 사용하여 유로판 및 유로판 내의 매니폴드를 성형하고; 제 2 중합체를 포함하는 비전도성 재료를 사용하여 프레임을 유로판 주위에 성형하고; 매니폴드의 주변부에 가깝게 가스켓 배열체를 성형하는 것을 포함하는, 연료전지 조립체에 사용되는 유로 구조물의 제조 방법.
  8. 제 1 중합체를 포함하는 전도성 재료를 사용하여 유로판을 성형하고; 상기 성형 유로판과 함께 단극 유로 구조물을 형성하는 프레임을, 제 2 중합체를 포함하는 비전도성 재료를 사용하여, 유로판 주위에 성형하고; 단극 유로 구조물과 또다른 단극 유로 구조물 사이에 커플링 배열체를 성형하여, 단극 유로 구조물의 연속 웹을 형성하는 것을 포함하는, 연료전지 조립체에 사용되는 유로 구조물의 제조 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 유로판의 성형 및 프레임의 성형을 동시적으로 수행하는 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 유로판 및 프레임의 성형을 단일 성형기에서 수행하고; 유로판의 성형을 제 1 성형 사출 동안에 수행하고; 프레임의 성형을 제 2 성형 사출 동안에 수행하되, 성형기를 제 1 성형 사출과 제 2 성형 사출 사이의 시간 동안 폐쇄한 상태로 유지하는 방법.
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