KR20110061005A - Method of forming gasket and injection mold for manufacturing the gasket - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스켓 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지의 스택(Stack)에 구비된 분리판의 표면에 가스켓을 일체로 성형하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gasket molding method, and more particularly, to a method for integrally molding a gasket on the surface of the separator plate provided in the stack of the fuel cell.
일반적으로, 연료전지는 물의 전기분해 반응의 역반응으로 수소와 산소를 이용하여 전력을 생산시키는 시스템이다. 연료전지는 다양한 형태를 갖고 있으나, 가장 많이 사용되는 연료전지의 형태는 양자교환막(PEM: Proton Exchange Membrane)을 이용한 것이다.In general, a fuel cell is a system that generates power by using hydrogen and oxygen as a reverse reaction of water electrolysis. Fuel cells have a variety of forms, but the most commonly used forms of fuel cells are proton exchange membranes (PEMs).
통상의 연료전지들은 비교적 낮은 전압을 생산하게 되고, 따라서 전력으로 가용될 수 있을 만큼 생산하려면 연료전지가 수십에서 수백 개 모아져 연료전지 스택(stack)을 구성해야 한다.Conventional fuel cells produce relatively low voltages, and therefore, to produce enough to be available as power, a fuel cell stack must be assembled from tens to hundreds of fuel cells.
도 1은 연료전지 스택의 일 예를 보인 단면도로서, 도시된 바와 같이 크게 막전극접합체, 분리판(100), 가스켓(130)으로 구성된 단위전지를 다수 적층한 구조로 이루어진다.1 is a cross-sectional view showing an example of a fuel cell stack, and as shown in the figure, is composed of a plurality of unit cells composed of a membrane electrode assembly, a
상기 막전극접합체는 수소 이온을 선택적으로 수송하는 고분자전해질막(120)과, 상기 고분자전해질막의 양면에 성형된 한 쌍의 전극인 연료극(121)과 공기극(122)으로 구성된다. 상기 연료극과 공기극은 고분자전해질막의 표면에 성형된 촉매층과, 상기 촉매층의 바깥면에 성형되고 통풍성과 전자전도성을 함께 가진 기체확산층을 구비하여 이루어진다.The membrane electrode assembly includes a
상기 연료극(121)과 공기극(122)의 주위에는, 상기 전극에 공급되는 연료가스 및 산화제가스가 외부로 누설되거나 두 종류의 가스가 서로 혼합되지 않도록 실링(sealing) 작용하는 가스켓(130)이 배치된다.Around the
상기 막전극접합체의 외측에는 도전성의 분리판(separator plate)(130)이 구비된다. 상기 분리판은 박형의 흑연소재로 구성되며 막전극접합체를 기계적으로 고정함과 동시에, 인접한 막전극접합체를 서로 전기적으로 직렬 또는 병렬로 접속시키며, 이를 위해 일면에는 홈 형상의 가스유로(110)가 성형될 수 있다.An outer side of the membrane electrode assembly is provided with a conductive separator plate (130). The separator is made of a thin graphite material and mechanically fixes the membrane electrode assembly, and electrically connects the adjacent membrane electrode assemblies in series or in parallel with each other. For this purpose, a groove-shaped
상기 분리판(100)에 가스켓(130)을 성형함에 있어서, 액상 고무재료를 이용하여 분리판 위에 직접 사출성형하는 일체화 성형방법이 개발되어 실시중에 있으며, 이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.In forming the
도 2는 종래 가스켓 성형방법을 보인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 상부금형(300)과 하부금형(200)의 사이에 분리판(100)을 배치하고, 상기 상부금형에 구비된 주입부(400)를 통해 액상고무를 고압으로 주입한다.2 is a cross-sectional view showing a conventional gasket forming method. As shown, the
상부금형(300)에는 분리판(100)의 상측으로 챔버(600)가 구비되며, 주입부(400)를 통해 상기 분리판의 상면에 직접 주입된 액상고무는 통로(500)를 통 해 상기 챔버로 유입되어 가스켓을 성형하게 된다.The
통상의 액상고무(Liquid Rubber)는 평균분자량이 수천 이상에 달하는 무정형 중합체로서, 유동성이 우수하여 상술한 바와 같이 비교적 간단하게 모양을 성형할 수 있으나, 내구성이 약하여 수명이 짧은 한계점이 있었다.Conventional liquid rubber (Liquid Rubber) is an amorphous polymer having an average molecular weight of more than thousands, it is excellent in fluidity can be shaped relatively simply as described above, but the durability has a short lifespan limitations.
이에 따라, 플루오린이 함유된 고분자(高分子)의 합성고무로서 내열성과 내구성이 우수한 불소고무(Fluororubber)를 이용하여 가스켓을 제조함이 바람직하다. 특히 인산형 연료전지의 경우 불소고무 이외의 타 재료는 화학반응으로 인해 가스켓 재료로 사용할 수 없다.Accordingly, it is preferable to prepare a gasket using a fluororubber having excellent heat resistance and durability as a synthetic rubber of a polymer containing fluorine. In particular, in the case of phosphoric acid fuel cells, other materials other than fluorine rubber cannot be used as gasket materials due to chemical reactions.
그러나, 불소고무는 액상의 고무가 없으므로 흐름성이 우수한 고상의 고무를 사용해야 하며, 상술한 바와 같이 박형의 분리판 표면에 직접 주입시 분리판이 파손된다. 즉, 종래의 방식으로는 불소고무를 이용한 가스켓의 성형시 분리판의 파손으로 일체화 성형이 불가능한 문제점이 있었다.However, since fluorine rubber does not have a liquid rubber, a solid rubber having excellent flowability should be used, and as described above, the separator may be damaged when directly injected into the surface of the thin separator. That is, in the conventional method, there is a problem in that integral molding is impossible due to breakage of the separator plate when forming a gasket using fluorine rubber.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 분리판에 불소고무 소재의 가스켓을 일체로 성형할 수 있도록 한 가스켓 성형방법 및 상기 성형방법을 행하는 연료전지용 가스켓 사출금형을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a gasket molding method capable of integrally forming a gasket made of fluororubber on a separator plate, and a gasket injection mold for fuel cell performing the molding method. have.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓 제조방법은, 상부금형과 하부금형의 사이에 분리판을 배치하고, 주입부를 통해 유동성 있는 고무재를 주입하여 상기 분리판의 상면에 가스켓을 일체로 성형하는 방법에 있어서, 상기 주입부를 통해 주입되는 고무재를 상기 분리판과 이격된 위치의 제1챔버에 저장시키며, 상기 제1챔버의 내부로 주입된 고무재는 통로를 거쳐 상기 분리판의 상면에 구비된 제2챔버로 이동하여 충전되도록 하여, 분리판에 직접적인 압력과 충격이 가해지는 것을 방지한다.Gasket manufacturing method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the separation plate is disposed between the upper mold and the lower mold, injecting a flowable rubber material through the injection portion gasket on the upper surface of the separation plate In the integrated molding method, the rubber material injected through the injection portion is stored in the first chamber at a position spaced apart from the separation plate, the rubber material injected into the first chamber is passed through the separation plate It is moved to the second chamber provided on the upper surface of the filling to prevent direct pressure and impact on the separator.
이때, 상기 통로를 상기 제1챔버와 제2챔버 사이에 수평으로 연결하여 고무재의 원활한 유동이 이루어지도록 구성한다.At this time, the passage is connected horizontally between the first chamber and the second chamber to configure a smooth flow of the rubber material.
한편, 본 발명의 다른 측면에서의 연료전지용 가스켓 사출금형은, 상부금형과 하부금형의 사이에 분리판을 배치하고, 주입부를 통해 유동성 있는 고무재를 주입하여 상기 분리판의 상면에 가스켓을 일체로 성형하는 분리판 일체형 가스켓 사출금형으로서, 제1챔버와, 제2챔버와, 통로를 포함한다. On the other hand, in the fuel cell gasket injection mold according to another aspect of the present invention, the separator plate is disposed between the upper mold and the lower mold, and the fluid rubber material is injected through the injection unit to integrally mount the gasket on the upper surface of the separator plate. A separating plate integrated gasket injection mold for molding, comprising a first chamber, a second chamber, and a passage.
제1챔버는 상기 분리판과 이격된 위치에 형성되어서, 상기 주입부를 통해 주 입되는 고무재를 1차 저장한다. The first chamber is formed at a position spaced apart from the separation plate, and primarily stores the rubber material injected through the injection portion.
제2챔버는 상기 분리판이 삽입되며, 상기 가스켓의 성형이 이루어진다.The separator is inserted into the second chamber, and the gasket is formed.
통로는 상기 제1챔버 및 제2챔버 사이를 연통시키는 것으로, 상기 분리판 상면에 형성된다. The passage communicates between the first chamber and the second chamber, and is formed on an upper surface of the separation plate.
이 경우 상기 통로는 상기 제1챔버와 제2챔버를 수평으로 연결하는 것으로, 상기 분리판의 상면을 따라서 형성될 수 있다.In this case, the passage is a horizontal connection between the first chamber and the second chamber, it may be formed along the upper surface of the separation plate.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 분리판의 표면에 불소고무 소재의 가스켓을 일체로 성형함에 있어서, 종래와는 달리 사출과정에서 분리판에 직접적인 압력과 충격이 발생되는 것을 방지할 수 있으므로, 분리판의 파손없이 가스켓의 성형이 가능한 효과를 가진다.According to the present invention having the configuration as described above, in integrally molding the gasket of the fluororubber material on the surface of the separator plate, unlike the prior art, it is possible to prevent the direct pressure and impact generated in the separator plate during the injection process The gasket can be molded without damaging the separator.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 가스켓 성형방법을 보인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 상부금형(30)과 하부금형(20)의 사이에 분리판(10)을 배치하고, 상기 상부금형에 구비된 주입부(40)를 통해 유동성 있는 고무재를 주입한다.3 is a cross-sectional view showing a gasket forming method according to the present invention. As shown, the
상기 주입부(40)를 통해 주입되는 고무재는 분리판(10)과 이격된 위치에서 상부금형(30)과 하부금형(20)의 사이에 성형된 제1챔버(50)의 내부에 저장되며, 상기 제1챔버에 저장된 고무재는 주입압력에 의해 통로(60)를 거쳐 분리판(10)의 상 면에 구비된 제2챔버(70)로 이동하여 충전된다.The rubber material injected through the
즉, 주입부(40)를 통해 고압으로 사출되는 고무재가 금형 내부의 제1챔버(50)에 1차로 저장된 후 분리판(10)의 표면과 접하는 제2챔버(70)로 이동하여 2차로 저장되는 방식으로, 사출시 가해지는 충격이 상기 제1챔버에서 모두 흡수됨으로써 분리판에 가해지는 충격을 최소화할 수 있게 된다.That is, the rubber material injected at high pressure through the
따라서, 상술한 바와 같이 액상고무가 없어서 흐름성이 우수한 고상의 고무를 사용해야 하는 불소고무의 경우에도, 종래와는 달리 분리판의 파손없이 가스켓을 일체로 성형할 수 있게 된다.Therefore, as described above, even in the case of fluorine rubber, in which there is no liquid rubber and a solid rubber having excellent flowability is used, the gasket can be integrally formed without damaging the separation plate unlike the conventional art.
이때, 통로(60)는 제1챔버(50)에 주입된 고무재가 제2챔버(70)로 원활하게 유동할 수 있도록 수평으로 연결함이 바람직하며, 일측이 상기 제1챔버의 상단부에 연결되고, 타측이 상기 제2챔버의 하단부에 연결되도록 구성한다.At this time, the
이하에서는, 상기 성형방법을 제공하는 사출금형장치에 대하여 설명한다. Hereinafter, an injection mold apparatus providing the above molding method will be described.
도 3을 참고하면, 본 발명의 연료전지용 가스켓 성형방법을 제공하는 사출금형은, 상부금형(30), 하부금형(20), 주입부(40)를 포함한다. Referring to FIG. 3, an injection mold providing a method for forming a gasket for a fuel cell of the present invention includes an
상기 상부금형 및 하부금형(30)(20)는 상호 형합되며, 형합 시에 성형공간인 제2챔버(70)를 형성시킨다. 구체적으로, 상기 상부금형 및 하부금형(30)(20)는 상호 마주하는 면에 각각 제1 및 제2성형홈이 형성되어 전체적으로 제2챔버(70)를 만들게 된다. 이때, 상기 제2챔버(70)에는, 사출금형에 의해 성형하고자 하는 성형물의 원하는 형상인 가스켓에 대응되는 형상을 가진다. The upper mold and the
상기 상부금형(30) 및 하부금형(20) 사이에는 제1챔버(50)를 포함한다. 상기 제1챔버(50)는 상기 제1 및 제2금형체(10)(20)의 사이에 개재되며, 상기 제2챔버(70)와는 통로(60)를 통하여 연통한다. A
상기 제1챔버(50)는 일종의 게이트 역할을 한다. 즉, 상기 제1챔버(50)는 상기 제2챔버(70)와 연통하는 고무재의 공급유로를 형성시키는 것이다. 상기 제1챔버(50)의 설치를 위해, 상기 상부금형 및 하부금형(30)(20)에는 상기 성형공간을 형성시키는 제1 및 제2성형홈과 연장되는 제1 및 제2공급홈이 형성되도록 한다. The
상기 제1 및 제2성형홈과 연장되도록 마련됨에 따라, 상기 제1 및 제2공급홈은 상기 제2챔버(70)의 측부와 연통된다. 그로 인해, 상기 제1 및 제2공급홈에 삽입되는 고무재는 성형공간 측부와 연통하게 된다. As it is provided to extend with the first and second forming grooves, the first and second supply grooves communicate with the side of the
본 실시예에서는, 상기 제1챔버(50)가 대략 도면에서와 같이 사각형 형상을하거나, 사다리꼴 형상을 가지고, 성형공간을 사이에 두고 한 쌍으로 마련될 수 있다. 그러나, 꼭 도시된 예로 상기 제1챔버(50)의 구조를 한정하는 것은 아니며, 상기 제1챔버(50)가 단수개 또는 3개 이상 마련되거나, 깔대기 형상을 가지는 것과 같은 변형도 가능함은 당연하다. In the present embodiment, the
참고로, 본 실시예에서 설명하는 사출금형장치는 고무재를 공급하는 핀 포인트를 구비하는 3단 방식이거나, 2단 방식에 모두 적용될 수 있다.For reference, the injection mold apparatus described in this embodiment may be applied to a three-stage system or a two-stage system having a pin point for supplying a rubber material.
이러한 구성에 의해, 상기 고무재가 상기 성형공간에서 사출금형에 의해 성형된 후 상, 하금형이 상호 분리되면, 밀핀이 밀핀홈을 통해 진입하여 고무재를 들어 올림과 동시에, 제1통로(50)가 끊어짐에 따라서 가스켓 사출이 완료된다. By this configuration, if the upper and lower molds are separated from each other after the rubber material is molded by the injection mold in the molding space, the mill pin enters through the mill pin groove to lift the rubber material and at the same time, the
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.In the above, certain preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention described in the claims.
도 1은 연료전지 스택의 일 예를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing an example of a fuel cell stack.
도 2는 종래 가스켓 성형방법을 보인 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing a conventional gasket forming method.
도 3은 본 발명에 따른 가스켓 성형방법을 보인 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing a gasket forming method according to the invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>Description of the Related Art [0002]
10: 분리판 20: 상부금형10: separator 20: upper mold
30: 하부금형 40: 주입부30: lower mold 40: injection portion
50: 제1챔버 60: 통로50: first chamber 60: passage
70: 제2챔버70: second chamber
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