KR20110062257A - Method for manufacturing manifold for fuel cell and manifold manufactured thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료전지용 매니폴드 제작방법 및 이에 의해 제작된 연료전지용 매니폴드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단층의 개별 매니폴드를 적층하여 다층 구조로 결합시키는 연료전지용 매니폴드 제작방법 및 이에 의해 제작된 연료전지용 매니폴드에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell manifold manufacturing method and a fuel cell manifold manufactured thereby, and more particularly, a method for manufacturing a fuel cell manifold for stacking single manifolds of a single layer and combining them in a multilayer structure, The present invention relates to a fuel cell manifold.
일반적으로 연료전지용 매니폴드(공용분배기)는 전기발생원인 스택 측으로 공급하기 위한 수소, 공기, 냉각수의 입력단 경로와 출력단 경로를 포함한 많은 내부 경로(혹은 유로)를 가지는 복층 구조로 구성된다.In general, a fuel cell manifold (common distributor) is composed of a multilayer structure having many internal paths (or flow paths) including input and output path paths of hydrogen, air, and cooling water for supply to the stack side, which is an electricity generation source.
첨부한 도 1은 종래 연료전지용 개별 매니폴드를 도시한 모식도이고, 도 2는 종래 연료전지용 매니폴드를 도시한 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a conventional fuel cell manifold, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a conventional fuel cell manifold.
기존에는 연료전지용 매니폴드(10)를 복층 구조로 형성하기 위하여, 도 1과 같이 상하면에 개별 경로(11a)를 가지는 개별 매니폴드(11)를 복수 가공하고, 각각의 개별 매니폴드(11)의 경로가공면(개별 경로(11a)가 형성된 상하면)에 접착제를 도포한 다음, 압착 본딩하여 결합시킨다.Conventionally, in order to form the
그리고, 상기 접착제가 경화되면 매니폴드(10)의 외측으로 돌출된 접착제를 제거하여 도 2와 같이 제작한다.When the adhesive is cured, the adhesive protruding to the outside of the
그러나, 상기와 같은 기존 연료전지용 매니폴드 제작방법은 매니폴드(10)의 재질과 접착제의 재질 간에 물성이 상이함으로 인해 실제 차량의 환경조건하에서 이종 재질 간의 체적변화의 차이가 발생하고, 이러한 체적변화의 차이로 인해 접착력이 저하되는 문제가 유발되며, 이에 장시간 운전시 접착부에 기밀이 파손되어 매니폴드(10)의 내구성이 저하되고 매니폴드(10)의 내부 경로(12)에 이물질이 유입되는 문제가 있다.However, in the conventional fuel cell manifold manufacturing method as described above, due to the difference in physical properties between the material of the
이에 따라 냉각수의 흐름 경로를 따라 이동하게 되는 이온 불순물들이 전기 전도도를 증가시켜 절연문제를 야기시키거나 내부 경로(12)를 막아서 성능 저하를 초래할 수 있는 문제가 있다.Accordingly, there is a problem that ionic impurities that move along the flow path of the coolant may increase electrical conductivity, causing insulation problems, or blocking the
또한, 개별 매니폴드(11)의 본딩시 사용된 접착제의 경우 압착 본딩 후 매니폴드(10)의 외면에 분포된 접착제를 제거하고 초음파 세척을 함에도 불구하고 실사용환경 하에서 시간 경과에 따라 접착 이물질의 발생량이 점차 증가하게 되는 문제점도 있다.In addition, in the case of the adhesive used in the bonding of the individual manifold (11), after the adhesive bonding removes the adhesive distributed on the outer surface of the manifold (10) and ultrasonic cleaning, even after the ultrasonic cleaning of the adhesive foreign matter over time There is also a problem that the generation amount gradually increases.
또한, 기존 연료전지용 매니폴드는 에폭시 글라스(apoxy glass)라는 재질의 특성상 고속회전, 저속이동이 불가피한 가공 조건으로 제작되고, 이러한 가공 조건 과 더불어 복잡 다변한 경로 형상으로 인해 1개 제작시 20일 이상이 소용되는 등 제작 시간이 과다하게 소요되는 문제가 있다.In addition, the existing fuel cell manifold is manufactured under the inevitable processing conditions of high speed rotation and low speed movement due to the properties of epoxy glass, and more than 20 days for one production due to the complicated and varied path shape. There is a problem that excessive production time such as this is used.
이에 기존 연료전지용 매니폴드는 경로 가공에 소요되는 시간이 매우 길기 때문에 중량저감을 위한 추가 가공이 불가능하며, 시간적 제한 조건을 배제하더라도 재질의 특성상 취성이 강한 관계로 중량저감의 한계가 있다.Therefore, the conventional fuel cell manifold has a very long time to process the path, so further processing for weight reduction is impossible, and even if time constraints are excluded, there is a limit in weight reduction due to the brittleness in the characteristics of the material.
또한, 에폭시 글라스 재질의 특성상 수분 흡수율 문제로 인해 습식 가공이 불가하여 건식 가공으로 제작됨에 있어서 다량의 미세가루가 발생하여 작업자 건강을 위협하는 유해 환경을 조성하는 문제가 있다.In addition, due to the nature of the epoxy glass material, there is a problem in that the wet process is not possible due to the problem of moisture absorption, so that a large amount of fine powder is generated in the dry processing, thereby creating a hazardous environment that threatens worker health.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 플라스틱 재질을 이용하여 별도로 사출 형성한 각각의 개별 매니폴드를 진동융착 공법으로 결합시켜 다층으로 제작하는 연료전지용 매니폴드 제작방법 및 이에 의해 제작된 연료전지용 매니폴드를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, a method for manufacturing a fuel cell manifold for manufacturing a multi-layer by combining each individual manifold separately injection-molded using a plastic material by a vibration welding method and produced by this It is an object of the present invention to provide a fuel cell manifold.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 두 개의 개별 매니폴드가 접하도록 가압한 다음, 어느 하나의 개별 매니폴드에 진동을 줌으로 인해 발생하는 마찰열을 이용하여 접합되게 하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 매니폴드 제작방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention pressurizes two individual manifolds to contact each other, and then uses a frictional heat generated by vibrating one of the individual manifolds so that the fuel cell manifold is characterized in that it is joined. Provides a method of making a fold.
또한, 본 발명은 복수의 개별 매니폴드가 적층 구성되는 것으로, 상기 개별 매니폴드를 가압한 다음 진동을 줌으로 인해 발생되는 마찰열에 의해 접합된 것을 특징으로 하는 연료전지용 매니폴드도 제공한다.In addition, the present invention provides a fuel cell manifold, in which a plurality of individual manifolds are stacked and joined by frictional heat generated by pressurizing and then vibrating the individual manifolds.
본 발명은 연료전지용 매니폴드를 구성하는 개별 매니폴드를 접착제 없이 진동융착으로 결합함으로 인해 접착성이 우수하여 내구성이 향상되고, 운전시간의 경과에 따른 이물질 배출이 발생하지 않는 효과가 있다.The present invention is excellent in adhesiveness by combining the individual manifolds constituting the fuel cell manifold by vibrating welding without an adhesive, the durability is improved, there is an effect that the discharge of foreign substances with the passage of the operating time does not occur.
그리고, 개별 매니폴드의 사출 성형시 개별 경로가 동시에 성형됨으로 인해 제작기간이 획기적으로 단축되어 양산성을 확보할 수 있다.In addition, since the individual paths are molded at the same time during the injection molding of the individual manifolds, the production period can be significantly shortened to ensure mass productivity.
또한, 경로 가공을 위한 기존의 기계 가공 공정 및 수작업으로 진행되는 접착 공정이 삭제됨으로 인해 비용 절감이 가능하고, 미세가루가 발생되지 않음으로 인해 작업 환경 개선의 효과를 얻을 수 있다.In addition, it is possible to reduce the cost by eliminating the existing machining process and manual bonding process for the path processing, it is possible to obtain the effect of improving the working environment because no fine powder is generated.
또한, 본 발명은 매니폴드의 최소 두께 유지 및 살빼기가 가능하여 중량 저감이 가능하고, 이에 연료전지의 성능이 개선되는 효과가 있다.In addition, the present invention is possible to maintain the minimum thickness and weight of the manifold to reduce the weight, thereby improving the performance of the fuel cell.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention, as used in the singular and the plural unless the context clearly indicates otherwise.
본 발명의 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.There may be a plurality of embodiments of the present invention, and overlapping descriptions of the same parts as in the prior art may be omitted.
본 발명은 연료전지용 매니폴드 제작방법 및 이에 의해 제작된 연료전지용 매니폴드에 관한 것으로, 매니폴드를 구성하는 개별 매니폴드를 각각 사출 성형한 다음 진동융착에 의해 복층 구조로 결합시킴으로써 내구성 및 성능을 향상시킬 수 있고 제작 시간을 단축하여 생산성을 획기적으로 증대시킬 수 있다. The present invention relates to a fuel cell manifold manufacturing method and a fuel cell manifold manufactured thereby, by injection molding the individual manifolds constituting the manifold and then bonded to a multilayer structure by vibration welding to improve durability and performance It can reduce the production time and dramatically increase the productivity.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 매니폴드를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 개별 매니폴드를 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 매니폴드의 제작공정을 도시한 모식도이고, 도 6은 본 발명에 따른 개별 매니폴드 간에 융착 상태를 보여주는 부분 확대도이다.3 is a perspective view showing a fuel cell manifold according to the present invention, Figure 4 is a perspective view showing an individual manifold according to the present invention, Figure 5 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the manifold according to the present invention. 6 is a partially enlarged view showing a fusion state between individual manifolds according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 매니폴드(100)는 복수의 개별 매니폴드(110)가 복층 구조로 적층 결합되어 구성된다.As shown in FIG. 3, the
상기 개별 매니폴드(110)는 플라스틱 재질을 이용하여 사출 성형되는 것으로, 사출 성형시 개별 경로(110c)는 물론이고, 도 4에 도시된 바와 같이, 진동융착을 위한 융착산(110a)과 융착가이드(110b)가 형성된다.The
상기 융착산(110a)과 융착가이드(110b)는 개별 매니폴드(110)의 경로가공면(115)에 형성되는 것으로, 진동융착시 개별 매니폴드(110) 간에 결합이 이루어지는 부분이다.The fusion acid 110a and the
이러한 단층의 개별 매니폴드(110)는 도 5에 도시된 바와 같이, 지그(120)를 통해 적층 고정되어 복층 구조의 매니폴드(100)를 구성하게 된다.As shown in FIG. 5, the
본 발명은 복층 구조의 매니폴드(100)를 제작하기 위하여, 두 개의 개별 매니폴드(110)를 상부지그(121)와 하부지그(122)에 각각 장착한 다음, 상기 하부지그(122)가 상부지그(121) 측으로 가압된 상태에서 상기 상부지그(121)를 횡방향으로 진동시킨다.According to the present invention, in order to manufacture a
이때, 상부지그(121)에 장착된 제1개별 매니폴드(111)의 융착산(110a) 및 융착가이드(110b) 그리고 하부지그(122)에 장착된 제2개별 매니폴드(112)의 융착 산(110a) 및 융착가이드(110b)가 서로 맞물리도록(융착산(110a)이 융착가이드(110b)의 내측에 들어가도록) 한다.At this time, the fusion mountain 110a and the
그럼, 제2개별 매니폴드(112)가 가압된 상태에서 제1개별 매니폴드(111)가 좌우로 진동됨으로 인해 그 사이에 마찰열이 발생하게 되고, 이 마찰열에 의해 플라스틱 재질의 융착산(110a)이 융착가이드(110b) 내부에서 융착되며 두 개의 개별 매니폴드(110)가 접합된다.Then, since the first
본 발명에서, 상기 융착산(110a)은 개별 경로(110c)의 외각에서 경로가공면(115) 위로 돌출되게 성형되고, 융착가이드(110b)는 개별 경로(110c)의 외각에서 경로가공면(115) 내측으로 함몰되게 성형되며, 상기와 같이 개별 매니폴드(110)의 융착산(110a)과 융착가이드(110b)가 접합됨에 따라 매니폴드(100)의 내부 경로(106)가 기밀하게 형성된다.In the present invention, the fusion acid (110a) is formed to protrude above the
첨부한 도 7은 본 발명에 따라 융착 접합된 매니폴드의 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.7 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a fusion welded manifold according to the present invention.
본 발명은 두 개의 개별 매니폴드(110)를 1차로 융착시킨 다음, 추가로 개별 매니폴드(110)를 적층하여 진동융착시키는 것이 가능하다.According to the present invention, two
예를 들어 도 7에 (a)와 같이, 제1개별 매니폴드(111)와 제2개별 매니폴드(112)를 진동융착시켜 1차로 접합한 다음, 제3개별 매니폴드(113)를 상기 제2개별 매니폴드(112)의 하부에 위치하도록 진동융착시켜 2차로 접합할 수 있다.For example, as shown in FIG. 7A, the first
다시 말해, 제1개별 매니폴드(111)가 제2개별 매니폴드(112)와 접하도록 가압한 상태에서 상기 제2개별 매니폴드(112)에 진동을 줌으로 인해 발생하는 마찰열 을 이용하여 1차로 접합하여 매니폴드부(M1)를 형성한 다음, 제3개별 매니폴드(113)를 상기 매니폴드부(M1)에 접하도록 가압한 상태에서 상기 매니폴드부(M1) 혹은 제3개별 매니폴드(113)에 진동을 주어 발생하는 마찰열에 의해 제3개별 매니폴드(113)를 상기 매니폴드부(M1)에 2차로 접합시킨다.In other words, the first
그리고, 도 7에 (a)와 같이 접합된 복수의 개별 매니폴드(110) 하부에 제4개별 매니폴드(114)가 위치하도록 진동융착시켜 3차로 접합할 수 있으며, 이에 도 7에 (b)와 같이 구성되는 매니폴드(100)를 제작할 수 있다.In addition, the fourth
또는, 도 7에 (c)와 같이, 1차로 진동융착되어 접합된 두 개의 개별 매니폴드(110)로 이루어지는 매니폴드부(M1,M2)를 복수로 구성하고, 이 매니폴드부(M1,M2)를 진동융착시켜 복층 구조의 매니폴드(100)를 제작하는 것도 가능하다.Alternatively, as illustrated in FIG. 7C, a plurality of manifold portions M1 and M2 including two
다시 말해, 상기 개별 매니폴드(110)가 두 개 이상으로 접합되어 구성된 매니폴드부(M1,M2)를 각각 제작한 다음, 두 개의 매니폴드부(M1,M2)가 서로 접하도록 가압한 상태에서 둘 중 어느 하나 혹은 둘 모두에 진동을 줌으로 인해 발생하는 마찰열을 통해 상기 매니폴드부(M1,M2)를 결합시킨다.In other words, each of the manifolds M1 and M2 formed by joining two or more of the
이와 같이 본 발명은 두 개의 개별 매니폴드(110)가 진동융착을 통해 결합된 상태에서 별도의 개별 매니폴드(110)를 추가로 진동융착시켜 결합시킴으로써 다층의 구조를 형성하는 것이 가능하며, 이에 설계 자유도가 증대된다.As described above, the present invention is capable of forming a multi-layered structure by additionally vibrating and combining separate
본 발명에 따른 개별 매니폴드(110)는 기존 에폭시 글라스가 아닌 플라스틱 재질을 이용함으로써 사출 성형이 가능하고, 사출 성형과 동시에 진동융착을 위한 융착산(110a)과 융착가이드(110b) 및 개별 경로(110c) 등이 형성되므로 매니폴 드(100)의 제작 기간이 단축되어 생산성이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.The
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 매니폴드는 접착제 없이 진동융착을 통해 복수의 개별 매니폴드(110)를 고정하는 결합 구조로 이루어지기 때문에 온도 변화에 따른 체적 변화율의 차이로 인해 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 이에 결합성과 내구성 및 기밀성을 확보할 수 있으며, 개별 경로에 이물질의 유입이 억제되어 연료전지의 성능 개선이 가능하게 된다.In addition, since the fuel cell manifold according to the present invention has a coupling structure for fixing a plurality of
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be implemented without departing from the spirit.
도 1은 종래 연료전지용 개별 매니폴드를 도시한 모식도1 is a schematic diagram showing an individual manifold for a conventional fuel cell
도 2는 종래 연료전지용 매니폴드를 도시한 모식도Figure 2 is a schematic diagram showing a conventional fuel cell manifold
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 매니폴드를 도시한 사시도3 is a perspective view of a fuel cell manifold according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 개별 매니폴드를 도시한 사시도4 is a perspective view of an individual manifold according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 매니폴드의 제작공정을 도시한 모식도5 is a schematic diagram showing a manufacturing process of the manifold according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 개별 매니폴드 간에 융착 상태를 보여주는 부분 확대도6 is a partially enlarged view showing a fusion state between individual manifolds according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따라 융착 접합된 매니폴드의 실시예를 개략적으로 도시한 단면도7 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a fusion welded manifold in accordance with the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 매니폴드100: manifold
106 : 내부 경로106: internal path
110 : 개별 매니폴드110: individual manifold
110a : 융착산110a: melted acid
110b : 융착가이드110b: Fusion Guide
110c : 개별 경로110c: individual path
111 : 제1개별 매니폴드111: first individual manifold
112 : 제2개별 매니폴드112: second individual manifold
113 : 제3개별 매니폴드113: third individual manifold
114 : 제4개별 매니폴드114: fourth individual manifold
115 : 경로가공면115: path processing surface
120 : 지그120: jig
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Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |