KR20110039609A - 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변형된 분리판을 하 금형 상에 올려 놓은 뒤 상기 하 금형 상에 형성되어 있는 복수개의 진공홀의 진공압으로 분리판 형태를 복원시키도록 하여, 분리판의 평면도를 높여 불량을 최소화하도록 하는 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형에 관한 것이다.

연료전지, 가스켓, 분리판, 실링, 평면도, 변형, 복원

Description

분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형{Mold for Manufacturing the Gasket of Fuel Cell Separator}

본 발명은 Proton Exchange Membrance Fuel Cell(이하 PEMFC) 스택의 체결압력을 낮게 유지하고 가스켓의 장착성을 용이하게 하면서 효과적인 실링을 제공하기 위한 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형에 관한 것이다.

PEMFC 스택은 수소극과 산소극을 가진 분리판 사이에 Membrance & Electrode Assembly(이하 MEA)가 삽입되고 이러한 구조가 반복되면서 적층되는 구성을 가진다.

도 1에서 보는 바와 같이, 연속적으로 적층되는 분리판과 MEA의 수량은 연료전지의 성능과 관계되는 사항으로 요구되는 출력에 따라서 달라질 수 있고, 특히 자동차용으로 적용되는 PEMFC 스택은 이러한 구조가 수백 개에 까지 이른다.

그래서 분리판 1EA당 2EA씩 배치되는 가스켓은 분리판과 MEA를 효율적으로 조립할 수 있도록 장착이 용이해야 하며 체결하는 압력의 최소화를 유지하여 전체 스택의 저부피화, 저중량화에 기여하여야 한다.

또한 스택의 외부로부터 불순물의 오염을 방지하고 매니폴드 부의 연료가스와 냉각수의 상호유입을 차단하여야 한다.

그러나 자동차용으로 적용되는 분리판이 수백개까지 이르다보니, 그 분리판의 양쪽에 장착되는 가스켓은 분리판의 2배에 이르며, 사전에 만들어진 가스켓을 분리판에 일일이 장착한다는 것은 인적, 시간적 로스가 매우 클 뿐만 아니라 적층된 분리판 내부의 압에 의해 장착된 가스켓이 이탈되는 문제점을 안고 있다.

그래서 분리판에 가스켓을 직접 사출하여 분리판과 가스켓의 일체형인 제품을 생산함으로써 이미 만들어진 가스켓 완제품을 또 다시 분리판에 장착해야 하는 번거로움과 가스켓의 주요역할인 실링을 더욱 증가시키는 제품을 만드는데 목적이 있다.

하지만 이미 성형이 완료된 금속 및 카본, 플라스틱 등의 재질을 갖는 연료전지용 분리판을 가스켓 성형 금형에 장착 및 성형하다보니, 도 2에서 보는 바와 같이, 얇은 박판 등으로 이루어진 상대품(분리판)의 변형(평면도 불량, 휨, 꺾임 등)에 의하여 가스켓 성형이 어려운 경우가 발생되며, 이는 가스켓 성형 불량의 주요 원인으로 나타나고 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 분리판의 변형(평면도 불량, 휨, 꺾임 등)을 가스켓 성형 과정에서 최대한 보완하도록, 하 금형 내부에 복수개의 진공홀을 구성함으로써 분리판이 진공에 의해 그 변형을 원상태로 회복하도록 하는 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형을 제공하기 위한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료전지용 가스켓 제작을 위한 한 쌍의 상 하 금형에 있어서, 평판 상에 분리판을 고정되게 수용하도록 분리판 외곽 크기와 형상에 대응되는 음각 평판을 형성하며, 상기 음각 평판 상에는 분리판에 부착 될 가스켓과 동일 형상의 가스켓홈을 형성하고 있는 상금형과; 상기 상금형과 동일 형상의 음각 평면와 가스켓홈을 형성하고 있으며, 상기 분리판 평판부와 밀착되게 면접하는 가스켓홈 테두리를 따라 복수개의 진공홀이 동일간격 배열되게 형성되어 있는 하금형으로 구성되어 있어, 변형된 분리판이 하금형 상에 올려진 상태에서 진공홀의 진공압이 발생하면 분리판이 하금형의 음각 평면에 밀착되게 면접하게 되고, 면접한 분리판의 상부에 상금형을 올려 가스켓홈에 형성되는 공간에 고무를 주입시킴으로써 분리판에 가스켓이 일체로 성형되도록 하는 것을 특징으로 하는 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형에 의해 달성된다.

또한 본 발명은 상기 진공홀들은 하 금형 상부로부터 수직방향으로 내부통로를 형성하고 있으며, 상기 내부통로들은 내부통로의 수직된 방향으로 하금형의 하부에 수용되어 있는 하부연결관들과 연결되어 있는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 하부연결관들은 하부 금형의 측면에 형성되어 있는 진공펌프관과 연결되어 있어, 상기 진공펌프관과 연결되어 있는 진공펌프의 작동에 의해 진공홀에 동일 압력의 진공압을 발생시키는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 연료전지용 가스켓 제작을 위한 한 쌍의 상 하 금형에 있어서, 평판 상에 분리판을 고정되게 수용하도록 분리판 외곽 크기와 형상에 대응되는 음각 평판을 형성하며, 상기 음각 평판 상에는 분리판에 부착 될 가스켓과 동일 형상의 가스켓홈을 형성하고 있는 상금형과; 상기 상금형과 동일 형상의 음각 평면을 형성하고 있으며, 상기 분리판 평판부와 밀착되게 면접하는 가스켓홈 테두리를 따라 복수개의 진공홀이 동일간격 배열되게 형성되어 있는 하금형으로 구성되어 있어, 변형된 분리판이 하금형 상에 올려진 상태에서 진공홀의 진공압이 발생하면 분리판이 하금형의 음각 평면에 밀착되게 면접하게 되고, 면접한 분리판의 상부에 상금형을 올려 가스켓홈에 형성되는 공간에 고무를 주입시킴으로써 분리판 일면에 가스켓이 일체로 성형되도록 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 진공홀들은 하 금형 상부로부터 수직방향으로 내부통로를 형성하고 있으며, 상기 내부통로들은 내부통로의 수직된 방향으로 하금형의 하부에 수용되어 있는 하부연결관들과 연결되어 있는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 하부연결관들은 하부 금형의 측면에 형성되어 있는 진공펌프관과 연결되어 있어, 상기 진공펌프관과 연결되어 있는 진공펌프의 작동에 의해 진공홀에 동일 압력의 진공압을 발생시키는 것이 바람직하다.

상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명의 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형은 기 제작 완료된 분리판을 가스켓 성형금형에 장착하여 가스켓 변형 상태를 회복시킴으로써, 분리판의 평면도를 높히고 분리판과 일체로 성형되는 가스켓의 실링을 확실하게 함으로써 불량을 최소화하여 생산성 증대에 기여할 수 있다.

이하 본 발명의 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형의 실시예들을 첨부되는 도면들을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 제 1실시예를 설명하기 위한 하 금형(300)의 사시도이다.

도면에서 보는 바와 같이, 본 발명의 하금형(300)은 분리판의 평판과 면 접촉할 수 있도록 상기 분리판의 외곽 형태에 대응되는 음각의 평판(310) 형태로 형성되어 있다.

또한 상기 하금형은 분리판 평면 상의 전극부와 매니폴더를 따라 가스켓이 부착될 수 있도록 상기 가스켓과 대응되는 형상의 가스켓홈(320)이 음각으로 형성되어 있다.

이는 하기에 설명될 상 금형도 동일 형태의 음각 평판 및 가스켓홈을 형성하도록 되어 있다.

다만 상기 하금형(300)은 분리판과 면 접촉 부위에 진공홀을 복수개 형성하 고 있는 것을 특징으로 하며 상금형은 상기 진공홀이 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 한다.

도 4는 상 금형과 하금형 사이에 분리판을 개재시키기 위한 단면도를 도시하고 있다.

특히 도 3의 A-A 단면 부위가 하금형(300) 단면으로 도시되어 있으며 이에 대응한 상금형(200) 단면과 하금형과 상금형 사이에 개재되는 분리판의 단면이 도시되어 있다.

상기 상하 금형들은 그 내부에 분리판(100)이 고정되게 수용될 수 있도록 분리판 크기와 형상에 대응되는 음각 평판(210, 310)이 형성되어 있다.

상기 음각 평판(210, 310)은 분리판의 평판과 직접 밀착되게 면접촉하는 부분이며, 따라서 음각 평판은 전체적으로 평면을 형성하고 있다.

상기 음각 평판은 분리판의 가스켓 형상과 동일한 형태의 가스켓홈(220, 320)을 음각으로 형성하고 있다.

또한 상기 하 금형(300)에서 상기 가스켓홈(320) 테두리는 분리판의 평판과 맞닿게 되는 바, 분리판 평판과 맞닿게 되는 가스켓홈(320) 테두리를 따라 진공홀(330)이 복수개 형성되어 있다.

상기 진공홀(330)들은 하 금형 상부로부터 수직되게 내부통로를 형성하고 있으며, 상기 내부통로들은 상기 하 금형의 측면으로 나와 있는 진공펌프관과 연결되도록 내부통로와 수직된 방향으로 하금형의 하부에 수용되어 있는 하부연결관(340)들과 연결되도록 형성되어 있다.

따라서 도 5에서와 같이, 하 금형(300)상에 변형된 분리판(100)을 올려놓은 뒤 진공통로(350)에 연결된 진공펌프가 진공압을 발생시키도록 하면, 복수개의 진공홀(330)들에서는 동일한 크기의 진공압이 발생되며 진공압을 통해 분리판(100)이 음각부에 밀착되어 변형이 복원되도록 한다.

도 6은 이러한 변형 복원된 분리판이 하 금형 상에 올려진 상태에서 상 금형을 올린 후, 상 하금형의 가스켓홈 공간에 고무를 주입시키도록 함으로써 분리판에 가스켓이 부착되도록 한다.

도 7은 본 발명의 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형의 제 2실시예를 도시한 도면이다.

도면에서 보는 바와 같이 상기 상 하 금형의 음각부와 진공홀의 형상은 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

다만 상기 제2실시예에서는 하금형의 음각부 상에 진공홀만 형성되어 있으며, 가스켓홈이 형성되어 있지 않는 것을 특징으로 한다.

따라서 상기 제 2실시예에 의해 제작되는 분리판은 일 면에만 가스켓이 일체형으로 부착되어 있게 된다.

도 1은 일반적인 연료전지용 분리판의 평면도,

도 2는 분리판의 원형과 변형 상태를 도시,

도 3은 본 발명의 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형의 제1실시예에 따른 하금형의 내부 투영 사시도,

도 4는 본 발명의 상 하 금형 사이에 분리판이 개재되는 상태 단면도,

도 5는 본 발명의 하 금형 상에 올려진 변형 분리판이 하 금형의 진공압에 의해 밀착되어 원형으로 복원되는 상태 단면도,

도 6은 도 5에 의해 원형 복원된 분리판 상에 상 금형을 올리고 고무를 주입한 상태 단면도,

도 7은 본 발명의 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형의 제 2실시예에 따른 상 하 금형과 그 사이에 개재되는 분리판의 단면도,

*도면부호의 상세한 설명*

100 : 분리판 110 : 가스켓

120 : 전극부 200 : 상금형

210, 310 : 음각 평면 220, 320 : 가스켓홈

300 : 하금형 330 : 진공홀

340 : 하부연결관 350 : 진공펌프관

Claims (6)

1. 연료전지용 가스켓 제작을 위한 한 쌍의 상 하 금형에 있어서,

   평판 상에 분리판을 고정되게 수용하도록 분리판 외곽 크기와 형상에 대응되는 음각 평판을 형성하며, 상기 음각 평판 상에는 분리판에 부착 될 가스켓과 동일 형상의 가스켓홈을 형성하고 있는 상금형과;

   상기 상금형과 동일 형상의 음각 평면와 가스켓홈을 형성하고 있으며, 상기 분리판 평판부와 밀착되게 면접하는 가스켓홈 테두리를 따라 복수개의 진공홀이 동일간격 배열되게 형성되어 있는 하금형

   으로 구성되어 있어,

   변형된 분리판이 하금형 상에 올려진 상태에서 진공홀의 진공압이 발생하면 분리판이 하금형의 음각 평면에 밀착되게 면접하게 되고, 면접한 분리판의 상부에 상금형을 올려 가스켓홈에 형성되는 공간에 고무를 주입시킴으로써 분리판에 가스켓이 일체로 성형되도록 하는 것을 특징으로 하는 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 진공홀들은 하 금형 상부로부터 수직방향으로 내부통로를 형성하고 있으며, 상기 내부통로들은 내부통로의 수직된 방향으로 하금형의 하부에 수용되어 있는 하부연결관들과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 하부연결관들은 하부 금형의 측면에 형성되어 있는 진공펌프관과 연결되어 있어, 상기 진공펌프관과 연결되어 있는 진공펌프의 작동에 의해 진공홀에 동일 압력의 진공압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형.
4. 연료전지용 가스켓 제작을 위한 한 쌍의 상 하 금형에 있어서,

   평판 상에 분리판을 고정되게 수용하도록 분리판 외곽 크기와 형상에 대응되는 음각 평판을 형성하며, 상기 음각 평판 상에는 분리판에 부착 될 가스켓과 동일 형상의 가스켓홈을 형성하고 있는 상금형과;

   상기 상금형과 동일 형상의 음각 평면을 형성하고 있으며, 상기 분리판 평판부와 밀착되게 면접하는 가스켓홈 테두리를 따라 복수개의 진공홀이 동일간격 배열되게 형성되어 있는 하금형

   으로 구성되어 있어,

   변형된 분리판이 하금형 상에 올려진 상태에서 진공홀의 진공압이 발생하면 분리판이 하금형의 음각 평면에 밀착되게 면접하게 되고, 면접한 분리판의 상부에 상금형을 올려 가스켓홈에 형성되는 공간에 고무를 주입시킴으로써 분리판 일면에 가스켓이 일체로 성형되도록 하는 것을 특징으로 하는 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 진공홀들은 하 금형 상부로부터 수직방향으로 내부통로를 형성하고 있으며, 상기 내부통로들은 내부통로의 수직된 방향으로 하금형의 하부에 수용되어 있는 하부연결관들과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 하부연결관들은 하부 금형의 측면에 형성되어 있는 진공펌프관과 연결되어 있어, 상기 진공펌프관과 연결되어 있는 진공펌프의 작동에 의해 진공홀에 동일 압력의 진공압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 분리판과 일체형인 연료전지용 가스켓을 제작하기 위한 금형.

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