KR20090062955A

KR20090062955A - 연료전지용 스택 조립장치

Info

Publication number: KR20090062955A
Application number: KR1020070130451A
Authority: KR
Inventors: 조인제
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-06-17
Also published as: KR101294584B1

Abstract

본 발명은 분리판과 MEA의 안정적인 적층을 실시하여 적층 불량에 의한 스택 불량 발생을 감소시키고, 스택 조립에 따른 일정한 사이클 타임을 유지할 수 있어 작업의 용이성 향상과 동시에 능률을 향상시킬 수 있는 연료전지용 스택 조립장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

스택, 분리판, 제1,2 카트리지, 승강부

Description

연료전지용 스택 조립장치{Stack Assembling for Fuel Cell}

본 발명은 분리판과 MEA의 안정적인 적층을 실시하여 적층 불량에 의한 스택 불량 발생을 감소시켜 안정적인 스택 조립을 실시하기 위한 연료전지용 스택 조립장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지(Fuel Cell) 스택은 분리판, MEA(Membrane Electrolyte Assembly, 전극막), GDL(Gas Diffusion Layer, 가스 확산층) 및 가스켓으로 구성되어 전력을 생산하는 구성셀과, 상기 구성셀을 체결하는 체결바와, 상기 체결바와 연결되고 그 체결바로부터 부여받은 체결력을 구성셀에 일정하게 면압을 부여하도록 하는 기능을 수행하며 상기 구성셀을 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하는 엔드플레이트로 구성되어 있다.

그런데, 이와 같은 구조로 이루어진 종래의 연료전지 스택의 제조 공정을 살펴보면, 공기와 수소를 분리해주는 분리판 위에 가스 확산을 도와주는 GDL을 먼저 적층하고, Pt/C 코팅이 된 3층의 MEA를 다시 적층한 다음, 다시 GDL, 분리판을 차례대로 적층하여 조립하게 된다.

하지만, 이러한 종래의 연료전지 스택의 제조 공정시 작업자가 직접 조립할 경우, 간혹 GDL 한장을 빼고 조립하거나, 한장을 더 넣는 경우가 발생하여 상기 연료전지 스택을 다시 조립하여야 하는 경우가 발생하고, 작업자의 손에 의해 MEA 등이 오염되어 조립하는 작업자에 따라 성능 편차가 발생하며, 제조 비용 및 조립 시간이 과다한 문제점이 있다.

특히, 연료전지 스택의 양산을 고려시 자동으로 조립하는 장비를 적용하는 바, 상기 MEA가 너무 얇고 힘이 없어 상기의 조립 장비에서 핸들링하기가 매우 어렵고, 상기 GDL을 정확한 위치에 적층하기도 쉽지 않으며, 분리판에 가스켓을 접착하는 공정도 매우 힘이 드는 동시에 시간이 많이 걸리는 문제점이 있어 이에 대한 시급한 대책을 필요로 하였다.

본 발명의 목적은 분리판과 MEA의 안정적인 적층을 실시하여 적층 불량에 의한 스택 불량 발생을 감소시켜 안정적인 스택 조립을 실시하기 위한 연료전지용 스택 조립장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치는 분리판과 MEA를 공급하는 공급부와, 상기한 공급부에서 공급된 분리판과 MEA를 적층하는 적층부와, 상기한 적층부에서 적층된 스택을 이동시킨 후 기밀 정도를 측정하는 기밀검사부와, 상기한 기밀검사부를 통해 테스트가 이루어진 스택에 필요한 셀 만큼 적층하여 조립하는 스택 적층부를 포함하는 연료전지용 스택 조립장치가 구비되되,

상기 공급부는

베이스 프레임의 내측 중앙을 기준으로 각각 이격되어 위치하며 다수개의 MEA와 분리판이 각각 적층 되는 제1,2 카트리지; 및

상기한 제1,2 카트리지 사이에 설치되어 상기한 제1,2 카트리지에 수납된 MEA와 분리판을 베이스 프레임의 상측으로 이동 가능하게 하는 승강부를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 공급부의 제1 카트리지는 직립 설치된 제1 지지 바에 의해 지지 되며 상기한 제1 지지 바의 상, 하측 단부에 연결 설치되는 제1 상, 하부 프 레임과,

상기한 제1 상, 하부 프레임의 내측에 설치되고, MEA를 상면에 위치시킨 상태에서 제1 지지 바의 길이 방향을 따라 이동되는 제1 이동 플레이트와,

상기한 제1 상, 하부 프레임의 내측에 설치되어 MEA 적재시 이를 가이드 하는 제1 가이드 바를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 공급부의 제2 카트리지는 직립 설치된 제2 지지 바에 의해 지지 되며 상기한 제2 지지 바의 상, 하측 단부에 연결 설치되는 제2 상, 하부 프레임과,

상기한 제2 상, 하부 프레임의 내측에 설치되고, 분리판을 상면에 위치시킨 상태에서 제2 지지 바의 길이 방향을 따라 이동되는 제2 이동 플레이트를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 제1,2 카트리지에는

작업 중 제1,2 카트리지에 수납된 MEA와 분리판의 흔들림이 방지되도록 상기한 제1,2 카트리지의 하측에 설치되며 상기한 제1,2 카트리지가 슬라이딩 결합 되도록 가이드 레일이 형성된 레일부와,

상기한 레일부의 하측에 설치되고 제1,2 카트리지를 승, 하강시켜 베이스 프레임의 상측 하부에 밀착 가능하게 유지시키는 실린더부와,

상기한 실린더부에 의해 승, 하강 되는 제1,2 카트리지의 하측을 지지하며 실린더부 작동에 따른 움직임을 가이드 하는 제2 가이드 바와,

상기한 레일부의 하측에 설치되어 제1,2 카트리지 설치에 따른 전체적인 중 량을 지지하는 지지 프레임을 포함하는 리프트가 구비되도록 구성된다.

본 발명에 의한 승강부는 승강 프레임의 외측에 설치되어 제1,2, 카트리지를 향해 각각 연장 형성되어 상기한 제1,2 카트리지의 내측으로 삽입되는 리프트 브라켓과,

상기한 승강 프레임의 하측에 설치된 서보모터에서 발생된 회전력을 전달받는 벨트부와,

상기한 벨트부와 연결 설치되는 풀리가 하단에 설치되어 상기한 벨트부를 통해 전달된 회전력을 상, 하 방향으로의 직선 운동으로 변환하여 리프트 브라켓이 승, 하강 가능하도록 구비된 스크류 바를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 베이스 프레임에는 제1,2 카트리지에 수납된 MEA와 분리판의 위치를 감지하는 광센서가 설치되도록 구성된다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1은 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치에 구비된 공급부를 도시한 도면이며, 도 3 내지 도 4는 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치의 공급부에 구비된 제1,2 카트리지를 각각 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치의 공급부에 구비된 리프트를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치에 구비된 승강부를 도시한 도면이고, 도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치에 구비된 공급부의 작동 상태도이다.

첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치(1) 에 구비된 공급부(100)는

베이스 프레임(110)의 내측 중앙을 기준으로 각각 이격되어 위치하며 다수개의 MEA(3)와 분리판(2)이 각각 적층 되는 제1,2 카트리지(200,200'); 및

상기한 제1,2 카트리지(200,200') 사이에 설치되어 상기한 제1,2 카트리지(200,200')에 수납된 MEA(3)와 분리판(2)을 베이스 프레임(110)의 상측으로 이동 가능하게 하는 승강부(400)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 베이스 프레임(110)은 좌, 우로 각각 이격되어 직립 설치되는 수직 프레임(112)과, 상기한 수직 프레임(112)의 상측 단부에 수평 하게 설치되는 수평 프레임(114)를 포함하고, 상기한 수평 프레임(114)의 상측에는 제1,2 카트리지(200,200')에 수납된, MEA(3)와 분리판(2)이 외측으로 인출될 수 있도록 인출홀(116)이 형성되도록 이루어져 있다.

본 발명에 의한 공급부(100)의 제1 카트리지(200)는 직립 설치된 제1 지지 바(212)에 의해 지지 되며 상기한 제1 지지 바(212)의 상, 하측 단부에 연결 설치되는 제1 상, 하부 프레임(210,220)과,

상기한 제1 상, 하부 프레임(210,220)의 내측에 설치되고, MEA(3)를 상면에 위치시킨 상태에서 제1 지지 바(212)의 길이 방향을 따라 이동되는 제1 이동 플레이트(230)와,

상기한 제1 상, 하부 프레임(210,220)의 내측에 설치되어 MEA(3) 적재시 이를 가이드 하는 제1 가이드 바(240)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 공급부(100)의 제2 카트리지(200')는 직립 설치된 제2 지지 바(212')에 의해 지지 되며 상기한 제2 지지 바(212')의 상, 하측 단부에 연결 설치되는 제2 상, 하부 프레임(210',220')과,

상기한 제2 상, 하부 프레임(210',220')의 내측에 설치되고, 분리판(2)을 상면에 위치시킨 상태에서 제2 지지 바(212')의 길이 방향을 따라 이동되는 제2 이동 플레이트(230')를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 제1,2 카트리지(200,200')에는

작업 중 제1,2 카트리지(200,200')에 수납된 MEA(3)와 분리판(2)의 흔들림이 방지되도록 상기한 제1,2 카트리지(200,200')의 하측에 설치되며 상기한 제1,2 카트리지(200,200')가 슬라이딩 결합 되도록 가이드 레일(512)이 형성된 레일부(510)와,

상기한 레일부(510)의 하측에 설치되고 제1,2 카트리지(200,200')를 승, 하강시켜 베이스 프레임(110)의 상측 하부에 밀착 가능하게 유지시키는 실린더부(520)와,

상기한 실린더부(520)에 의해 승, 하강 되는 제1,2 카트리지(200,200')의 하측을 지지하며 실린더부(520) 작동에 따른 움직임을 가이드 하는 제2 가이드 바(530)와,

상기한 레일부(510)의 하측에 설치되어 제1,2 카트리지(200,200') 설치에 따 른 전체적인 중량을 지지하는 지지 프레임(440)을 포함하는 리프트(500)가 구비되도록 구성된다.

본 발명에 의한 승강부(400)는 승강 프레임(402)의 외측에 설치되어 제1,2 카트리지(200,200')를 향해 각각 연장 형성되어 상기한 제1,2 카트리지(200,200')의 내측으로 삽입되는 리프트 브라켓(410)과,

상기한 승강 프레임(402)의 하측에 설치된 서보모터(6)에서 발생된 회전력을 전달받는 벨트부(420)와,

상기한 벨트부(420)와 연결 설치되는 풀리(7)가 하단에 설치되어 상기한 벨트부(420)를 통해 전달된 회전력을 상, 하 방향으로의 직선 운동으로 변환하여 리프트 브라켓(410)이 승, 하강 가능하도록 구비된 스크류 바(430)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 베이스 프레임(110)에는 제1,2 카트리지(200,200')에 수납된 MEA(3)와 분리판(2)의 위치를 감지하는 광센서(5)가 설치되도록 구성된다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치의 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치(1)에 구비된 제1,2 카트리지(200,200')에 MEA(3)와 분리판(2)을 각각 수납시킨다.

제1 카트리지(200)에 수납되는 MEA(3)는 제1 상부 프레임(210)의 관통된 내부 영역으로 이동되고, 제1 가이드 바(240)에 의해 상기한 제1 카트리지(200)에 수 납될 때 가이드 되어 다수개의 MEA(3)가 상측으로 정렬되어 안정적인 적층이 이루어진다.

상기한 제1 카트리지(200)에는 제1 이동 플레이트(230)의 상측면에 상기한 MEA(3)가 적층된다.

제2 카트리지(200')에 수납되는 분리판(2)은 제2 상부 프레임(210')의 관통된 내부 영역으로 이동되고, 상기한 제2 카트리지(210')에 수납될 때 다수개의 분리판(2)이 상측으로 정렬되어 적층이 이루어진다.

상기한 제1 카트리지(200)에는 제1 이동 플레이트(230)의 상측면에 상기한 분리판(2)이 적층된다.

첨부된 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 위와 같이 MEA(3)와 분리판(2)이 제1,2 카트리지(200,200')에 적층된 상태에서 리프트(500)의 레일부(510)에 형성된 가이드 레일(512)에 제2 카트리지(200')의 제2 하부 프레임(220')을 화살표 방향으로 삽입 설치한다.

그리고, 리프트(500)에 구비된 실린더부(520)를 작동시켜 상기한 실린더부(520)에 구비된 피스톤이 상승되어 화살표 방향으로 승강되면서 이에 따른 동작을 제2 가이드 바(530)가 가이드 하여 레일부(510)을 전체적으로 승강시킨다.

상측 방향으로 계속해서 승강되는 제2 카트리지(200')는 베이스 프레임(110)의 수평 프레임(114)의 하측면에 밀착될 때까지 승강되면서 위치하게 된다. 제2 카트리지(200')와 함께 제1 카트리지(200) 또한 이와 같은 방법으로 베이스 프레임(110)에 설치한다.

첨부된 도 7d 내지 도 7e를 참조하면, 제1,2 카트리지(200,200')에 MEA(3)와 분리판(2)에 대한 수납과 동시에 설치가 완료된 상태에서 승강부(400)에 구비된 서보모터(6)의 작동에 의해 발생된 회전력이 벨트부(420)에 전달된다.

상기한 벨트부(420)는 서보모터(6)의 회전력을 전달받아 스크류 바(430)의 하측단부에 구비된 풀리(7)에 전달하고, 상기한 풀리는 스크류 바(430)를 일측 방향으로 회전 작동시킨다.

상기한 스크류 바(430)의 회전에 의해 제2 이동 플레이트(230')의 하측에 위치해 있던 리프트 브라켓(410)이 상측 방향으로 이동된다.

스크류 바(430)의 계속적인 회전에 의해 승강된 제2 카트리지(200')는 베이스 프레임(110)의 수평 프레임(114)의 하측면에 밀착된 상태가 되면서 광센서(5)에 의해 감지되어 서보모터(6)가 더 이상 회전되지 않도록 제어부에 신호를 전송하여 승강을 중지한다.

제1 카트리지(200) 또한 위와 동일한 방법으로 수평 프레임(114)의 하측에 밀착된 상태로 위치시키고, 별도로 구비된 로봇에 의해 적층부(20)로 분리판(2)과 MEA(3)가 이동되어 상기한 분리판(2)과 MEA(3)가 교차로 적층된다.

상기한 적층부(20)에서 적층된 분리판(2)과 MEA(3)는 기밀검사부(30)로 이동되어 기밀 검사를 실시한 후에 스택 적층부(40)로 이동되어 최종적으로 제품이 생산된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발 명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치는 다수개의 분리판과 MEA가 정렬된 상태로 적층이 이루어져 적층 불량에 의한 오조립을 방지하고, 스택 제조에 따른 일정한 사이클 타임이 유지되어 작엽의 효율성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 분리판과 MEA가 작업중 흔들림 없이 안정된 적층 상태를 유지할 수 있어 작업중 불안정 요소를 제거하여 안정적인 작업이 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치에 구비된 공급부를 도시한 도면.

도 3 내지 도 4는 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치의 공급부에 구비된 제1,2 카트리지를 각각 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치의 공급부에 구비된 리프트를 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치에 구비된 승강부를 도시한 도면.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 의한 연료전지용 스택 조립장치에 구비된 공급부의 작동 상태도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 공급부 110 : 베이스 프레임

200,200' : 제1,2 카트리지 212,212' : 제1,2 지지바

210,220 : 제1 상, 하부 프레임 210',220' : 제2 상, 하부 프레임

230 : 제1 이동 플레이트 230' : 제2 이동 플레이트

300 : 승강부 400 : 승강부

410 : 리프트 브라켓 420 : 벨트부

430 : 스크류 바 500 : 리프트

510 : 레일부 520 : 실린더부

530 : 제2 가이드 바 540 : 지지 프레임

Claims

분리판과 MEA를 공급하는 공급부, 상기한 공급부에서 공급된 분리판과 MEA를 적층하는 적층부, 상기한 적층부에서 적층된 스택을 이동시킨 후 기밀 정도를 측정하는 기밀검사부, 상기한 기밀검사부를 통해 테스트가 이루어진 스택에 필요한 셀만큼 적층하여 조립하는 스택 적층부를 포함하는 연료전지용 스택 조립장치에 있어서,

상기 공급부는

베이스 프레임의 내측 중앙을 기준으로 각각 이격되어 위치하며 다수개의 MEA와 분리판이 각각 적층 되는 제1,2 카트리지; 및

상기한 제1,2 카트리지 사이에 설치되어 상기한 제1,2 카트리지에 수납된 MEA와 분리판을 베이스 프레임의 상측으로 이동 가능하게 하는 승강부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택 조립장치.
제1 항에 있어서,

상기 공급부의 제1 카트리지는 직립 설치된 제1 지지 바에 의해 지지 되며 상기한 제1 지지 바의 상, 하측 단부에 연결 설치되는 제1 상, 하부 프레임,

상기한 제1 상, 하부 프레임의 내측에 설치되고, MEA를 상면에 위치시킨 상태에서 제1 지지 바의 길이 방향을 따라 이동되는 제1 이동 플레이트,

상기한 제1 상, 하부 프레임의 내측에 설치되어 MEA 적재시 이를 가이드 하 는 제1 가이드 바를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택 조립장치.
제1 항에 있어서,

상기 공급부의 제2 카트리지는 직립 설치된 제2 지지 바에 의해 지지 되며 상기한 제2 지지 바의 상, 하측 단부에 연결 설치되는 제2 상, 하부 프레임,

상기한 제2 상, 하부 프레임의 내측에 설치되고, 분리판을 상면에 위치시킨 상태에서 제2 지지 바의 길이 방향을 따라 이동되는 제2 이동 플레이트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택 조립장치.
제1 항에 있어서,

상기 제1,2 카트리지에는

작업 중 제1,2 카트리지에 수납된 MEA와 분리판의 흔들림이 방지되도록 상기한 제1,2 카트리지의 하측에 설치되며 상기한 제1,2 카트리지가 슬라이딩 결합 되도록 가이드 레일이 형성된 레일부,

상기한 레일부의 하측에 설치되고 제1,2 카트리지를 승, 하강시켜 베이스 프레임의 상측 하부에 밀착 가능하게 유지시키는 실린더부,

상기한 실린더부에 의해 승, 하강 되는 제1,2 카트리지의 하측을 지지하며 실린더부 작동에 따른 움직임을 가이드 하는 제2 가이드 바,

상기한 레일부의 하측에 설치되어 제1,2 카트리지 설치에 따른 전체적인 중 량을 지지하는 지지 프레임을 포함하는 리프트가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택 조립장치.
제1 항에 있어서,

상기 승강부는 승강 프레임의 외측에 설치되어 제1,2, 카트리지를 향해 각각 연장 형성되어 상기한 제1,2 카트리지의 내측으로 삽입되는 리프트 브라켓,

상기한 승강 프레임의 하측에 설치된 서보모터에서 발생된 회전력을 전달받는 벨트부,

상기한 벨트부와 연결 설치되는 풀리가 하단에 설치되어 상기한 벨트부를 통해 전달된 회전력을 상, 하 방향으로의 직선 운동으로 변환하여 리프트 브라켓이 승, 하강 가능하도록 구비된 스크류 바를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택 조립장치.
제1 항에 있어서,

상기 베이스 프레임에는 제1,2 카트리지에 수납된 MEA와 분리판의 위치를 감지하는 광센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 스택 조립장치.