KR20120047725A - Apparatus for manufacturing fuel cell having membrane electrode assembly improved quality by adjusting alignment of gas diffusion layer and the method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20120047725A
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Abstract

PURPOSE: A manufacturing device and a method are provided to correct the position of gas diffusion layer to a fixed position through rotation control, thereby improving components accuracy of a fuel cell, and manufacturing a fuel cell with improved quality. CONSTITUTION: A manufacturing device comprise: an arm part(112) for transferring fuel cell components to the top of perforated board; a grip part(114), which is extend-formed form the end of the arm part to downward, adsorbing the fuel cell components by a suction method, and capable of rotation-controlling at the same time; and a gas diffusion layer alignment adjustment part(120). The gas diffusion layer alignment adjustment part detects the position of gas diffusion layer(30) in the fuel cell components adsorbed to the grip part, judges whether or not the detected position is out of the predetermined position, and controls the rotation of the grip part in order to arrange gas diffusion layer on predetermined position.

Description

가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING FUEL CELL HAVING MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY IMPROVED QUALITY BY ADJUSTING ALIGNMENT OF GAS DIFFUSION LAYER AND THE METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}A fuel cell manufacturing apparatus having improved quality by arranging gas diffusion layers, and a method for manufacturing the same.

본 발명은 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)에 한 쌍의 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 적층된 연료전지 부품의 매니폴더 타공 시, 가스확산층의 위치 오차를 검출하고, 이러한 위치 오차를 회전 조절을 통해 정 위치로 보정할 수 있는 연료전지 제조 장치 및 제조 방법에 관한 기술이다.
The present invention detects a position error of a gas diffusion layer when drilling a manifold of a fuel cell component in which a pair of gas diffusion layers (GDLs) are stacked in a membrane electrode assembly (MEA). The present invention relates to a fuel cell manufacturing apparatus and a manufacturing method capable of correcting the position to a correct position through rotation control.

석유 자원으로 인한 환경 공해 및 석유 자원의 고갈에 따른 에너지 문제를 해결하기 위하여 현재 많은 시도가 이루어지고 있다. 풍력, 태양열, 조력 등 많은 자연 자원을 이용하려는 시도가 있지만, 효율이 극히 낮다는 단점이 있다.Many attempts have been made to solve the energy problems caused by the depletion of oil resources and environmental pollution caused by oil resources. Attempts to use many natural resources, such as wind, solar, and tidal power, have the disadvantage of being extremely low in efficiency.

이러한 문제를 해결할 현실적인 대안 중의 하나가 수소 에너지의 사용이다.One realistic alternative to this problem is the use of hydrogen energy.

그리고 수소를 가장 효율적으로 활용할 수 있는 에너지 기술은 연료전지이다. 그러나 연료전지는 다른 석유 대체 에너지 기술보다 효율은 높지만 상용화를 위해서는 성능 향상을 위한 연구개발이 절실히 요구된다.
And the most energy-efficient energy technology is fuel cells. However, although fuel cells are more efficient than other petroleum alternative energy technologies, they require research and development to improve their performance.

연료전지(Fuel Cell)란, 연료를 전기화학적으로 산화하여 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전 장치이다. A fuel cell is a kind of power generation device that converts chemical energy into electrical energy by electrochemically oxidizing a fuel.

전기화학적 산화와 환원 반응을 이용한다는 점은 일반적인 이차전지와 비슷하지만, 연료를 계속 공급할 경우 충전이라는 작업 없이 연속적으로 전기를 발생할 수 있는 것이 이차전지와 매우 큰 다른 특성이다.The use of electrochemical oxidation and reduction reactions is similar to that of a general secondary battery, but it is very different from the secondary battery that it can generate electricity continuously without a charging operation if fuel is continuously supplied.

연료전지는 이용되는 전해질의 종류에 따라 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell), 인산 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell), 고분자전해질막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell) 등으로 나눠진다.The fuel cell is a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, a polymer electrolyte membrane fuel cell, depending on the type of electrolyte used. It is divided into Membrane Fuel Cell and Direct Methanol Fuel Cell.

이 중에서 고분자전해질막 연료전지는 높은 효율, 높은 출력밀도(Power Density), 빠른 응답속도 그리고 비교적 낮은 온도(10~150℃)에서 운전할 수 있어서 주택용, 휴대용, 자동차용 등의 전원으로 이용하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. Among them, the polymer electrolyte membrane fuel cell can operate at high efficiency, high power density, fast response speed, and relatively low temperature (10 ~ 150 ℃), so it can be used as a power source for residential, portable, and automobile. Research is ongoing.

특히 자동차용 연료전지의 경우, 내연기관, 이차전지, 하이브리드 시스템에 비해 연비가 1.5에서 3배 정도 높을 뿐만 아니라, CO2를 비롯하여, NOx나 SOx 등의 오염물질 배출이 거의 없어서, 온실효과나 환경오염에 의해 야기되는 많은 문제점을 해결할 수 있다.
In particular, in the case of fuel cells for automobiles, fuel efficiency is 1.5 to 3 times higher than that of an internal combustion engine, a secondary battery, and a hybrid system, and there is almost no emission of pollutants such as CO 2 , NO x or SO x, and thus a greenhouse effect. Many problems caused by environmental pollution can be solved.

연료전지는 수소와 산소가 가지고 있는 화학에너지를 전기화학반응에 의하여 전기에너지로 변환시킨다. The fuel cell converts the chemical energy of hydrogen and oxygen into electrical energy by electrochemical reaction.

즉, 연료의 산화로 인해 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는데, 공기극(Cathode)에서는 산소 환원반응이, 연료극(Anode)에서는 수소의 산화반응이 전기화학적으로 진행된다.That is, the chemical energy generated by the oxidation of the fuel is directly converted into electrical energy. In the cathode, the oxygen reduction reaction is performed, and in the anode, the oxidation reaction of hydrogen is electrochemically performed.

전체적인 연료전지의 반응은 물의 전기분해 역반응으로서, 이 과정에서 전기를 비롯하여, 열, 물이라는 세가지 생산물이 생성된다. The overall fuel cell reaction is the reverse electrolysis of water, which produces three products: electricity, heat and water.

그리고 이러한 연료전지는, 고분자전해질 막과 전극(연료극, 공기극), 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 분리판(Separator)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
The fuel cell includes a polymer electrolyte membrane, an electrode (fuel electrode, air electrode), a gas diffusion layer (GDL), and a separator.

특히, 연료극과 공기극, 이 두 전극을 고분자전해질 막에 부착시킨 것을 고분자전해질 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly, 이하 '막 전극 접합체'라 함)라 부르며, 막 전극 접합체가 가스확산층 및 분리판 사이에 삽입되어 단위전지(Unit Cell)로 제조된다.In particular, the two electrodes, the anode and the cathode, attached to the polymer electrolyte membrane are called a polymer electrolyte membrane electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly), and the membrane electrode assembly is a gas diffusion layer and a separator. It is inserted between the cells to manufacture a unit cell (Unit Cell).

그리고 하나의 연료전지 스택은, 상기의 막 전극 접합체 하나와, 가스확산층 및 분리판 각각이 한 쌍을 이루는 단위전지가 반복적으로 적층되어 제조된다.In addition, one fuel cell stack is manufactured by repeatedly stacking a unit cell of one membrane electrode assembly and a pair of gas diffusion layers and separators.

이러한 막 전극 접합체의 전해질 막은, 주로 이온전도성 고분자를 재질로 한다. 이러한 재질은 높은 이온전도도는 물론, 100% 가습 조건에서 높은 기계적 강도를 지닐 수 있어야 하며, 낮은 기체투과도 및 높은 열/화학적 안정성이 요구된다. The electrolyte membrane of such a membrane electrode assembly is mainly made of an ion conductive polymer. Such materials must have high ionic conductivity, high mechanical strength at 100% humidification conditions, low gas permeability and high thermal / chemical stability.

그리고 가스확산층은 분리판으로부터 유입되는 수소와 공기를 더욱 미세하게 확산시켜, 막 전극 접합체로 공급하는 역할을 담당하는 부재로서, 가공율이 좋은 카본 페이퍼(Carbon Paper)나, 카본 클로스(Carbon Cloth) 등을 그 재질로 한다. In addition, the gas diffusion layer is a member that diffuses hydrogen and air flowing in from the separator more finely and supplies the membrane electrode assembly to the membrane electrode assembly, and has a good processing rate of carbon paper or carbon cloth. And the like.

다만, 이러한 막 전극 접합체 및 가스확산층은, 모두 그 형태가 박막 또는 박판 구조로 이루어져, 상호 적층된 연료전지 부품(예: 5-layer MEA) 역시 운반은 물론, 매니폴더 타공 성형 시에도 제품 불량으로 인한 스택 제조 시 기계적 결함이 발생할 수 있는 문제점이 잠재되어 있었다. However, both the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer have a thin film or thin plate structure, and fuel cell parts (for example, 5-layer MEA) that are stacked on each other are not only transported but also defective in manifold perforation molding. There is a potential problem that can cause mechanical defects during stack manufacturing.

아울러, 이러한 연료전지 부품은, 막 전극 접합체 및 가스확산층의 적층 과정 시 가스확산층에 위치 오차가 발생되기도 하며, 이와 다른 사례로서, 연료전지 부품의 운반을 위한 그립 시, 가스확산층이 정 위치로 정렬되지 못하여 위치 오차가 발생되기도 한다.In addition, in such a fuel cell component, a position error may occur in the gas diffusion layer during the lamination process of the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer, and as another example, the gas diffusion layer is aligned in the right position when the fuel cell component is gripped for transportation. If not, a position error may occur.

이러한 경우, 중요 연료전지 부품에 대한 불량이 초래되기도 하며, 이는 결과적으로 연료전지 제품의 품질을 저해하는 요인으로 작용되었다.
In this case, defects on important fuel cell components may be caused, which in turn has a detrimental effect on the quality of fuel cell products.

본 발명은, 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)에 한 쌍의 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 적층된 연료전지 부품의 매니폴더 타공 시, 가스확산층의 위치 오차를 레이저 얼라인 키(laser align key) 방식으로 검출한 후, 회전 조절을 통해 가스확산층이 정 위치로 보정되도록 위치 정렬 시켜줌으로써 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
According to the present invention, when the manifold is bored in a fuel cell component in which a pair of gas diffusion layers (GDLs) are stacked in a membrane electrode assembly (MEA), the alignment error of the gas diffusion layers may be reduced. It is an object of the present invention to provide a fuel cell manufacturing apparatus and a manufacturing method having an improved quality by aligning the gas diffusion layer to be corrected to a right position through rotation control after detecting by a laser align key) method.

본 발명의 사상에 따르면, 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly) 및 한 쌍의 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)이 적층된 연료전지 부품의 매니폴더를 타공하기 위하여, 상기 연료전지 부품을 타공 기판 상으로 운반하도록 형성된 암(arm)부; 상기 암부 끝단에서 하측으로 연장 형성되어, 상기 연료전지 부품을 공기흡입(suction) 방식으로 흡착함과 동시에 회전 조절이 가능한 그립부; 및 상기 그립부에 흡착된 상기 연료전지 부품 내의 가스확산층의 위치를 검출하고, 상기 검출된 위치가 기설정된 위치를 벗어나는 지를 판단한 후, 가스확산층이 기설정된 위치로 정렬되도록 상기 그립부의 회전을 제어하는 가스확산층 정렬 조절부;를 포함하는 가스확산층의 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치를 제공한다.
According to the spirit of the present invention, in order to perforate a manifold of a fuel cell component in which a membrane electrode assembly (MEA) and a pair of gas diffusion layers (GDL) are laminated, the fuel cell component is perforated. An arm portion formed to carry onto the substrate; A grip part extending downward from the end of the arm part and capable of adsorbing the fuel cell component by an air suction method and simultaneously rotating the grip part; And detecting a position of a gas diffusion layer in the fuel cell component adsorbed to the grip part, determining whether the detected position is out of a predetermined position, and then controlling the rotation of the grip unit to align the gas diffusion layer to a predetermined position. It provides a fuel cell manufacturing apparatus having an improved quality through the alignment of the gas diffusion layer comprising a diffusion layer alignment control unit.

상기 그립부의 바닥면에는, 상기 연료전지 부품과의 대면 접촉 시 공기 흡입 기능을 발휘하여 흡착력을 발생시키는 복수 개의 흡입공이 구비될 수 있다. At the bottom surface of the grip part, a plurality of suction holes may be provided to generate an adsorption force by exerting an air suction function when facing the fuel cell component.

또한, 상기 그립부의 바닥면에는, 막 전극 접합체의 상부층을 이루는 가스확산층을 내입하여 삽입함으로써, 상기 연료전지 부품에 대한 흡착력을 강화시키도록 구비된 가스확산층 삽입홈이 형성될 수 있다. In addition, a gas diffusion layer insertion groove may be formed on the bottom surface of the grip part to insert a gas diffusion layer constituting the upper layer of the membrane electrode assembly to enhance the adsorption force on the fuel cell component.

이러한 그립부는, 상기 그립부의 바닥면으로 흡착되는 상기 연료전지 부품 내의 가스확산층 위치를 검출하도록, 설정된 이격 간격을 두고 일직선상으로 병렬 배치된 레이저 얼라인 키(laser align key)를 구비할 수 있다. The grip part may include a laser align key arranged in a straight line at a predetermined interval so as to detect a gas diffusion layer position in the fuel cell component adsorbed to the bottom surface of the grip part.

그리고 상기 암부와 상기 그립부 사이에는, 회전력을 제공하여 상기 그립부의 회전 구동을 가능하게 해주는 회전 구동부가 구비될 수 있다.
And between the arm portion and the grip portion, it may be provided with a rotation drive for providing a rotational force to enable the rotation drive of the grip.

상기 가스확산층 정렬 조절부는, 유무선 통신 인터페이스를 통해 검출된 가스확산층의 위치 데이터를 입력 받는 가스확산층 위치 입력부; 상기 입력된 위치 데이터를 기설정된 위치 기준값과 비교하여 가스확산층의 위치 오차를 판단하는 가스확산층 위치 비교부; 및 상기 판단된 가스확산층의 위치 오차를 통해, 가스확산층이 기설정된 위치로 정렬되기 위한 상기 그립부의 위치 보정용 회전각을 연산하는 회전각 연산부;를 포함할 수 있다.
The gas diffusion layer alignment control unit may include a gas diffusion layer position input unit configured to receive position data of the gas diffusion layer detected through a wired or wireless communication interface; A gas diffusion layer position comparison unit which determines a position error of the gas diffusion layer by comparing the input position data with a preset position reference value; And a rotation angle calculator configured to calculate a rotation angle for correcting a position of the grip part for aligning the gas diffusion layer to a preset position through the determined position error of the gas diffusion layer.

한편, 본 발명의 또 하나의 사상에 따르면, (a) 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly) 및 한 쌍의 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)이 적층된 연료전지 부품을 흡착하여 타공 기판 상부로 운반하는 단계; (b) 상기 운반된 연료전지 부품 내의 가스확산층의 위치를 검출하는 단계; (c) 상기 검출된 위치가 기설정된 위치를 벗어나는 지를 비교 판단하는 단계; (d) 상기 검출된 위치가 기설정된 위치를 벗어날 경우, 가스확산층의 위치 보정을 위한 회전각을 연산하는 단계; 및 (e) 상기 연산된 회전각만큼 흡착된 상기 연료전지 부품을 회전 조절하는 단계;를 포함하는 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법을 제공한다.
Meanwhile, according to still another aspect of the present invention, (a) a membrane electrode assembly (MEA) and a pair of gas diffusion layers (GDL) are stacked to adsorb fuel cell components on the perforated substrate. Conveying to; (b) detecting the position of the gas diffusion layer in the conveyed fuel cell component; (c) comparing and determining whether the detected position deviates from a preset position; (d) calculating a rotation angle for correcting a position of a gas diffusion layer when the detected position is out of a preset position; And (e) rotating the fuel cell component adsorbed by the calculated rotation angle, thereby providing a fuel cell manufacturing method having improved quality through gas diffusion layer alignment.

상기 (a) 단계에서, 상기 연료전지 부품의 흡착을 위해 공기 흡입 방식이 적용될 수 있다. In the step (a), the air suction method may be applied to the adsorption of the fuel cell component.

그리고 상기 (b) 단계에서, 가스확산층의 위치 검출에는 설정된 이격 간격을 두고 2열로 병렬 배치되어 레이저 광이 조사되어, 상기 조사된 레이저 광을 가스확산층이 벗어나는 지를 확인하는 방식으로 이루어질 수 있다. In the step (b), the position detection of the gas diffusion layer may be arranged in parallel in two rows at a predetermined interval, so that the laser light is irradiated to check whether the gas diffusion layer is out of the irradiated laser light.

그리고 상기 (e) 단계 이후에, (f) 상기 연료전지 부품의 회전 조절을 통해 가스확산층의 위치가 정 위치로 보정되면, 상기 연료전지 부품을 타공 기판에 안착시켜 매니폴더 부분에 대한 타공을 실시하는 단계;를 더 포함할 수 있다. After the step (e), if the position of the gas diffusion layer is corrected to the correct position through the rotation control of the fuel cell component, the fuel cell component is seated on the perforated substrate to perform perforation on the manifold portion. It may further comprise a.

이때, 상기 (f) 단계에서, 상기 연료전지 부품을 타공 기판에 안착시켜 고정하기 위해 공기 흡입 방식이 적용될 수 있다.
In this case, in the step (f), an air suction method may be applied to fix the fuel cell component to the perforated substrate.

본 발명의 가스확산층의 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 방법에 따르면, 본 발명은, 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)에 한 쌍의 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 적층된 연료전지 부품의 매니폴더 타공 시, 가스확산층의 위치 오차를 레이저 얼라인 키(laser align key) 방식으로 검출한 후, 회전 조절을 통해 가스확산층을 정 위치로 보정하여 연료전지의 부품 정밀도 향상은 물론, 나아가 개선된 품질의 연료전지를 제조할 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다.
According to the fuel cell manufacturing apparatus and method having the improved quality through the alignment of the gas diffusion layer of the present invention, the present invention, a membrane electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly) in a pair of gas diffusion layer (GDL: Gas Diffusion Layer) ) When drilling the manifold of stacked fuel cell parts, the position error of the gas diffusion layer is detected by the laser align key method, and then the gas diffusion layer is corrected to the correct position through the rotation adjustment. As well as improving precision, there is an advantageous technical effect that can produce a fuel cell of improved quality.

도 1은 5-layer MEA의 일반적인 모습에 대한 단면 구조를 도시한 도면,
도 2는 가스확산층의 배치 상태가 정 위치로 정렬된 형태(a)와 위치 오차가 발생된 형태(b)를 비교하여 도시한 도면,
도 3은 분리판의 구조 및 분리판 상에 도 2의 (b)가 적층 성형된 모습을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치의 정면 형상을 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 다른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치에 있어서, 타공 기판의 평면 형상을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치에 있어서, 그립부의 배면 상에 흡착된 가스확산층에 위치 오차가 발생된 모습을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치에 있어서, 가스확산층 정렬 조절부를 도시한 블록도,
도 8은 도 6에 도시된 가스확산층의 위치 오차가 회전각 보정을 통해 조절된 모습을 도시한 도면,
도 9는 도 8에 도시된 도면에서 가스확산층의 위치 오차 보정을 통해 가스확산층이 정 위치로 정렬된 연료전지 부품을 보여주는 도면,
도 10은 본 발명에 의해 가스확산층의 위치 오차가 보정된 5-layer MEA가 분리판에 적층 성형된 모습을 보여주는 도면,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 순서도임.1 shows a cross-sectional structure of a general view of a 5-layer MEA,
2 is a view illustrating a comparison between a form (a) in which a gas diffusion layer is disposed in a correct position and a form (b) in which a position error occurs;
3 is a view showing the structure of the separator and the state of Figure 2 (b) laminated on the separator plate,
4 is a view schematically showing a front shape of a fuel cell manufacturing apparatus having improved quality through gas diffusion layer position alignment according to an embodiment of the present invention;
5 is a view showing a planar shape of a perforated substrate in a fuel cell manufacturing apparatus having improved quality through gas diffusion layer position alignment according to an embodiment of the present invention;
6 is a view illustrating a position error occurring in a gas diffusion layer adsorbed on a rear surface of a grip part in a fuel cell manufacturing apparatus having improved quality through gas diffusion layer position alignment according to an embodiment of the present invention;
7 is a block diagram illustrating a gas diffusion layer alignment adjusting unit in a fuel cell manufacturing apparatus having improved quality through gas diffusion layer position alignment according to an embodiment of the present invention;
8 is a view showing a state in which the position error of the gas diffusion layer shown in Figure 6 is adjusted through the rotation angle correction,
FIG. 9 is a view illustrating a fuel cell component in which a gas diffusion layer is aligned in a correct position by correcting a position error of the gas diffusion layer in FIG. 8;
10 is a view showing a state in which a 5-layer MEA in which a position error of a gas diffusion layer is corrected according to the present invention is laminated on a separator plate,
11 is a flowchart illustrating a fuel cell manufacturing method having improved quality through gas diffusion layer position alignment according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 대한 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다.
Hereinafter, a description will be given of a fuel cell manufacturing apparatus having an improved quality through the gas diffusion layer position alignment according to the present invention and a preferred embodiment of the manufacturing method.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that related related technologies and the like may obscure the gist of the present invention, detailed description thereof will be omitted.

본 발명에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 대해 설명하기에 앞서, 일반적인 연료전지의 특징과, 연료전지 스택에 포함되는 구성에 대해 간략히 설명하기로 한다. Before describing a fuel cell manufacturing apparatus and a method of manufacturing the same having improved quality through gas diffusion layer position alignment according to the present invention, a brief description will be made of the characteristics of the general fuel cell and the configuration included in the fuel cell stack. do.

연료전지(Fuel Cell)는, 수소와 산소가 가지고 있는 화학에너지를 전기화학반응에 의하여 전기에너지로 변환시키는 발전 장치이다. A fuel cell is a power generation device that converts chemical energy contained in hydrogen and oxygen into electrical energy by an electrochemical reaction.

즉, 연료의 산화로 인해 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 작용을 수행하는데, 연료전지의 공기극(Cathode)에서는 산소 환원반응이, 연료전지의 연료극(Anode)에서는 수소와 산화반응이 전기화학적으로 진행된다. That is, the chemical energy generated by the oxidation of the fuel is directly converted into electrical energy. The oxygen reduction reaction is performed at the cathode of the fuel cell, and the hydrogen and oxidation reaction is performed at the anode of the fuel cell. Proceeds.

이러한 연료전지의 전체적인 반응은 물의 전기분해 역반응에 해당되며, 그 결과, 전기를 비롯하여, 열 그리고 물이 생성된다. The overall reaction of these fuel cells corresponds to the reverse electrolysis of water, resulting in heat, water and electricity as well as electricity.

통상, 연료전지는, 공기극(Cathode) 및 연료극(Anode)이 전해질 막에 부착 형성된 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)와, 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer) 및 분리판(Separator 또는 bipolar plate)를 포함하는 구성으로 이루어진다. In general, a fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA) formed with a cathode and an anode attached to an electrolyte membrane, a gas diffusion layer (GDL), and a separator or bipolar plate. It consists of a configuration including.

단위 형태 연료전지는, 막 전극 접합체가 가스확산층 및 분리판 사이에 삽입되어 제조될 수 있으며, 본 발명에서 지칭되는 연료전지 스택이란, 이러한 단위 형태 연료전지가 반복적으로 적층되어 제조될 수 있는 묶음 형태 연료전지라 볼 수 있다.
The unit type fuel cell may be manufactured by inserting a membrane electrode assembly between a gas diffusion layer and a separator, and the fuel cell stack referred to in the present invention refers to a bundle type in which such unit type fuel cells are repeatedly stacked and manufactured. It can be seen as a fuel cell.

본 발명에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치를 이용한, 막 전극 접합체 및 가스확산층으로 이루어진 연료전지 부품의 단면 구조는 도 1을 통해 확인할 수 있다. A cross-sectional structure of a fuel cell component including a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer using a fuel cell manufacturing apparatus having improved quality through gas diffusion layer position alignment according to the present invention can be confirmed through FIG. 1.

도시된 5-layer MEA(이하, '연료전지 부품'이라 통일하여 지칭한다)는 상 하측에 촉매층(20)이 형성된 막 전극 접합체(10)를 중심으로, 상하부로 각각 가스확산층(30)을 구비하는 형태로 적층 성형된다. The illustrated 5-layer MEA (hereinafter, collectively referred to as a 'fuel cell component') includes a gas diffusion layer 30 at the upper and lower sides of the membrane electrode assembly 10 having the catalyst layer 20 formed on the upper and lower sides thereof. The laminate is molded in the form.

이러한 연료전지 부품은 도 2에 도시된 바와 같이, 매니폴더 영역(12)에서 타공이 실시된다. 여기서, 매니폴더 영역(12)이란 분리판의 양측에 형성된 다기관(多岐管)을 의미하는 것으로, 이와 동일한 위치에 대응하여 막 전극 접합체(10) 상에 타공이 이루어지는 것이다.Such fuel cell components are perforated in the manifold area 12, as shown in FIG. Here, the manifold region 12 means a manifold formed on both sides of the separation plate, and perforations are formed on the membrane electrode assembly 10 corresponding to the same position.

다만, 도 2의 (a)는 가스확산층(30)의 배치 형상이 막 전극 접합체(10)의 정 위치에 배치되어 있으나, 도 2의 (b)는 가스확산층(30′)의 배치 형상이 막 전극 접합체(10)에서 반시계 방향으로 어긋나게 배치되어 있다. However, in FIG. 2A, the arrangement of the gas diffusion layer 30 is disposed at the correct position of the membrane electrode assembly 10. In FIG. 2B, the arrangement of the gas diffusion layer 30 'is formed in the membrane. The electrode assembly 10 is arranged to be shifted in the counterclockwise direction.

도 3의 (a)는 분리판(40)의 개략적이 형상을 도시한 도면이며, 도 3의 (b)는 이러한 분리판(40)에 앞서 도 2의 (b)에서 간략히 살펴보았던 위치 오차가 발생된 가스확산층(30′)을 구비한 연료전지 부품이 배치된 형태를 개략적으로 도시한 도면이다. 3 (a) is a view showing a schematic shape of the separator 40, Figure 3 (b) is a position error that was briefly discussed in Figure 2 (b) prior to such a separator 40 FIG. Is a diagram schematically illustrating a form in which a fuel cell component having a generated gas diffusion layer 30 ′ is disposed.

도 3의 (b)의 경우, 위치 오차가 발생된 가스확산층(30′)의 배치 형태로 인하여, 연료전지의 품질이 저하될 수 있으며, 특히, 도면에서 상부 좌측 모서리 영역과, 하부 우측 모서리 영역(C)에서 제품 불량이 유발될 우려가 따른다. 막 전극 접합체(도 2의 10)의 경우, 고분자 전해질막은 전기적 절연체이기 때문에 분리판 외측으로 튀어나와도 큰 문제점이 발생되지 않으나, 위치 오차가 발생된 가스확산층(30′)의 경우에는 분리판 안쪽의 개스킷(Gasket)(50)에서 분리판 외측으로 조금이라도 튀어나올 경우, 제품의 특성이 저하되어 품질 측면에서 악영향을 끼치기 때문이다. In the case of FIG. 3B, the quality of the fuel cell may be degraded due to the arrangement form of the gas diffusion layer 30 ′ in which the position error is generated. In (C) there is a risk of product failure. In the case of the membrane electrode assembly (10 in FIG. 2), since the polymer electrolyte membrane is an electrical insulator, protruding outside the separation plate does not cause a big problem, but in the case of the gas diffusion layer 30 'having a position error, This is because if the gasket 50 protrudes a little from the outside of the separator plate, the characteristics of the product are deteriorated, which adversely affects the quality.

이러한 연유로, 연료전지 부품의 매니폴더 영역에 대한 타공 작업에 앞서, 가스확산층의 정 위치 정렬은 연료전지의 품질 향상을 위해 선행적으로 이루어져 하는 매우 중요한 작업이다. For this reason, prior to the perforation work on the manifold area of the fuel cell component, the alignment of the gas diffusion layer is a very important task to be done in advance to improve the quality of the fuel cell.

본 발명은 이와 같은 가스확산층의 정 위치 정렬을 신속하고 정확하게, 그리고 자동화시켜 수행할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method that can perform such an in-situ alignment of gas diffusion layers quickly, accurately and automatically.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치의 정면 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a view schematically illustrating a front shape of a fuel cell manufacturing apparatus having improved quality through gas diffusion layer position alignment according to an embodiment of the present invention.

이러한 도 4는 본 발명의 구성을 개념적으로 명확하게 이해하기 위하여, 주요 특징되는 부분만을 분명하게 명시한 것으로, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다. In order to clearly understand the configuration of the present invention, FIG. 4 clearly shows only the main features, and as a result, various modifications of the drawings are expected, and the scope of the present invention is limited by the specific shapes shown in the drawings. There is no need to be limited.

도 2를 참조하면, 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 제조 장치는, 막 전극 접합체(10) 및 한 쌍의 가스확산층(30)이 적층된 연료전지 부품의 이송용 로봇의 팔에 해당하는 암(arm)부(112)와, 이송용 로봇의 손에 해당하는 그립부(114)와, 그립부(114) 배면에 흡착되어 가스확산층(30)의 위치를 검출함은 물론, 검출된 위치를 설정된 기준 위치와 비교 판단하여, 위치 보정을 통해 가스확산층(30)을 정 위치로 정렬하기 위해 제어하는 가스확산층 정렬 조절부(도 7의 120)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 2, the fuel cell manufacturing apparatus according to the preferred embodiment of the present invention, the membrane electrode assembly 10 and a pair of gas diffusion layer 30 is stacked on the arm of the robot for transfer of fuel cell components The position of the gas diffusion layer 30 is detected as well as detected by the corresponding arm part 112, the grip part 114 corresponding to the hand of the transfer robot, and the back of the grip part 114. Comparing with the set reference position is determined, the configuration comprises a gas diffusion layer alignment adjusting unit (120 of FIG. 7) for controlling to align the gas diffusion layer 30 to the correct position through the position correction.

가스확산층 정렬 조절부에 대한 설명은 도 7을 통해 별도로 상세히 설명하기로 하고, 도 4를 참조하여 암부(112) 및 그립부(114)의 구성 및 작용 효과에 대해 먼저 설명하기로 한다.
The description of the gas diffusion layer alignment adjusting unit will be described in detail separately with reference to FIG. 7, and the configuration and operation effects of the arm 112 and the grip unit 114 will be described first with reference to FIG. 4.

암부(112)는, 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)(10)와 한 쌍의 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)(30a, 30b)가 적층 성형된 연료전지 부품을 타공 기판 상으로 운반하도록 형성된 로봇 팔에 대응되는 구성으로서, 도시된 바와 같이 횡 외팔보의 형태를 가지는 것이 좋으며, 수직 및 수평 방향으로의 이동 제어가 가능함은 물론, 추가적으로 텔레스코픽(telescopic) 동작이 가능한 형태를 이용할 수 있다.The arm 112 carries a fuel cell component in which a membrane electrode assembly (MEA) and a pair of gas diffusion layers (GDLs) 30a and 30b are laminated and formed on a perforated substrate. As a configuration corresponding to the robot arm formed so as to have a horizontal cantilever beam, as shown in the figure, it is possible to control the movement in the vertical and horizontal direction, as well as additional telescopic (telescopic) can be used in the form of the telescopic (telescopic) can be used.

이러한 암부(112)의 끝단 하측으로는 그립부(114)가 연결 형성된다.
The grip portion 114 is formed to be connected to the lower end of the arm 112.

그립부(114)는, 막 전극 접합체(10)와 한 쌍의 가스확산층(30a, 30b)가 적층 형성된 연료전지 부품을 공기흡입(suction) 방식으로 흡착하여 파지할 수 있는 수단으로서, 로봇 손에 대응하는 구성이라 할 수 있다.The grip unit 114 is a means for adsorbing and gripping a fuel cell component in which a membrane electrode assembly 10 and a pair of gas diffusion layers 30a and 30b are stacked by an air suction method. It can be said that the configuration.

본 발명에 따른 그립부(114)는, 연료전지 부품을 파지하기 위해 공기흡입(suction) 방식의 메커니즘을 적용하였는데, 더욱 상세히 설명하면, 목표된 위치까지 연료전지 부품을 안정적으로 운반하기 위하여, 연료전지 부품과 대면하는 부위 즉, 그립부(114)의 하부면을 통해 공기 흡입 기능을 발휘하는 복수 개의 흡입공(116)을 구비하는 형태를 취할 수 있다. In the grip part 114 according to the present invention, an air suction mechanism is applied to grip the fuel cell component. In detail, the grip unit 114 stably transports the fuel cell component to a target position. It may take the form of having a plurality of suction holes 116 that exert an air suction function through a portion facing the component, that is, the lower surface of the grip portion 114.

다만, 막 전극 접합체(10)와 한 쌍의 가스확산층(30a, 30b)가 적층 형성된 연료전지 부품의 형태가 박판 형상을 가지므로, 부품에 대한 표면은 물론 내부적 손상을 방지할 수 있을 정도에서 흡입공(116)의 개수 및 배치 형태가 달리 적용되는 것이 좋다. However, since the shape of the fuel cell component in which the membrane electrode assembly 10 and the pair of gas diffusion layers 30a and 30b are laminated has a thin plate shape, suction is performed to prevent surface damage and internal damage to the component. The number and arrangement of the balls 116 may be applied differently.

또한, 그립부(114)에 의해 대면 접촉하여 흡착될 연료전지 부품은 도 4에 도시된 바와 같이, 3층 적층 구조로 이루어지며, 특히 중심층을 이루는 막 전극 접합체(10)에 비해 상부층을 이루는 가스확산층(30a)은 더 상향으로 돌출된 형태를 지니게 된다. In addition, the fuel cell component to be adsorbed in the face contact by the grip portion 114 has a three-layer laminated structure, as shown in Figure 4, in particular, the gas forming the upper layer compared to the membrane electrode assembly 10 forming a central layer The diffusion layer 30a is formed to protrude further upward.

이러한 연료전지 부품의 특유의 형상에 대응하여, 보다 효과적으로 흡착력을 발휘하기 위해서, 상기 그립부(114)의 바닥면에는 상부층을 이루는 가스확산층(30a)을 삽입할 수 있는 가스확산층 삽입홈이 구비되는 것이 바람직하다.Corresponding to the unique shape of the fuel cell component, in order to exhibit the adsorption force more effectively, the bottom surface of the grip portion 114 is provided with a gas diffusion layer insertion groove for inserting the gas diffusion layer 30a constituting the upper layer desirable.

그리고 이러한 그립부(114)에는 가스확산층의 위치를 검출하도록 구비된 레이저 얼라인 키(laser align key) 방식의 센싱 수단이 더 형성될 수 있는데, 이에 관한 설명은 해당 도면이 도 6을 통해 상세히 후술하기로 한다. In addition, the grip unit 114 may further include a laser align key sensing means provided to detect the position of the gas diffusion layer, which will be described in detail later with reference to FIG. 6. Shall be.

이러한 암부(112) 및 그립부(114)가 함께 구성되어 이송용 로봇(110)이 될 수 있으며, 본 발명의 그립부(114)는 회전 조절이 가능한 형태로 이루어진다.The arm 112 and the grip portion 114 may be configured together to be a transfer robot 110, the grip portion 114 of the present invention is made of a form that can be adjusted rotation.

그립부(114)의 회전은, 위치 오차가 발생된, 즉 정 위치로 정렬되지 못하고 어긋나거나 비틀린 배치 형태를 갖는 가스확산층(30)의 회전각을 조절하여, 타공 기판(P) 상의 정 위치에 가스확산층(30)이 안착될 수 있도록 보정 기능을 담당한다.The rotation of the grip unit 114 adjusts the rotation angle of the gas diffusion layer 30 in which a position error is generated, that is, not aligned to the right position, and has a misaligned or distorted arrangement form. The diffusion layer 30 is responsible for the correction function to be seated.

이를 위해, 암부(112)와 그립부(114) 사이에는, 회전력을 제공하여 그립부(113)의 회전 구동을 가능하게 해주는 회전 구동부(미도시)가 내장 형성될 수 있다. To this end, a rotation driving unit (not shown) may be formed between the arm 112 and the grip unit 114 to provide rotational force to enable rotational driving of the grip unit 113.

회전 구동부의 장착 위치 및 형태는 다양한 실시예마다 조금씩 다르게 실시 변형될 수 있으나, 회전 속도 및 방향이 제어 가능한 서보 모터를 이용할 수 있으며, 이러한 회전 구동부의 제어는 도 7에 도시된 가스확산층 정렬 조절부(120)에 의해 가능해 질 수 있다. 이에 관한 상세한 설명은 도 7의 설명 시 하기로 한다. The mounting position and shape of the rotary drive unit may be changed and modified in various embodiments. However, a servo motor capable of controlling the rotational speed and direction may be used, and the control of the rotary drive unit may include a gas diffusion layer alignment control unit illustrated in FIG. 7. This can be made possible by 120. Detailed description thereof will be provided with reference to FIG. 7.

도 4를 통해 한가지 더 확인할 수 있는 사실은, 타공 기판(P)의 정면 형상인데, 하부층을 이루는 가스확산층(30b)가 삽입될 수 있도록 상부면 중앙에서 대응 홈이 형성되며, 상부면 전 영역을 통해 막 전극 접합체(10) 및 하부층을 이루는 가스확산층(30b)을 안착된 위치에서 흡착 고정하기 위한 흡입공(120)들이 복수 배치된다. One more fact that can be confirmed through FIG. 4 is the front shape of the perforated substrate P. A corresponding groove is formed at the center of the upper surface so that the gas diffusion layer 30b constituting the lower layer is inserted, and the entire upper surface area is formed. Through the membrane electrode assembly 10 and the gas diffusion layer 30b constituting the lower layer through a plurality of suction holes 120 for adsorption fixed in the seated position.

도 5는 이러한 타공 기판(P)의 평면 형태로서, 대응 홈(132)의 위치 및 형태, 막 전극 접합체를 흡착하기 위한 흡입공(120), 하부층을 이루는 가스확산층(30b)을 흡착하기 위한 흡입공(130)들의 위치 및 형태를 보다 구체적으로 확인할 수 있다.
5 is a planar shape of the perforated substrate P, the position and shape of the corresponding groove 132, the suction hole 120 for adsorbing the membrane electrode assembly, the suction for adsorbing the gas diffusion layer 30b constituting the lower layer. The position and shape of the balls 130 can be confirmed in more detail.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치에 있어서, 그립부의 배면 상에 흡착된 가스확산층에 위치 오차가 발생된 모습을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치에 있어서, 가스확산층 정렬 조절부를 도시한 블록도이며, 도 8은 도 6에 도시된 가스확산층의 위치 오차가 회전각 보정을 통해 조절된 모습을 도시한 도면이다. 6 is a view illustrating a position error occurring in a gas diffusion layer adsorbed on a rear surface of a grip part in a fuel cell manufacturing apparatus having improved quality through gas diffusion layer position alignment according to an embodiment of the present invention. 7 is a block diagram illustrating a gas diffusion layer alignment adjusting unit in a fuel cell manufacturing apparatus having improved quality through gas diffusion layer position alignment according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a gas diagram shown in FIG. 6. Position error of the diffusion layer is a view showing a state adjusted through the rotation angle correction.

이러한 도 6 내지 도 8을 참조하면, 가스확산층 정렬 조절부(도 7의 120)와 레이저 얼라인 키(도 6 및 도 8의 L, L′)를 통해 비틀린 가스확산층(30)을 정 위치로 정렬하여 위치 보정을 수행하는 작용에 대해 이해하는데 도움이 될 수 있다. Referring to FIGS. 6 to 8, the twisted gas diffusion layer 30 is positioned in the correct position through the gas diffusion layer alignment adjusting unit (120 in FIG. 7) and the laser alignment keys (L and L ′ in FIGS. 6 and 8). It can be helpful to understand the effect of alignment and performing position correction.

먼저, 도 6을 참조하면, 도시된 연료전지 부품 중 막 전극 접합체(10)의 위치는 레이저 얼라인 키(L, L′)와 평행을 이루며, 정 위치로 그립부(114)의 하부면에 흡착되어 있으나, 가스확산층(30)이 비틀리게 배치되어 위치 오차가 발생된 모습을 확인할 수 있다. First, referring to FIG. 6, the position of the membrane electrode assembly 10 among the illustrated fuel cell components is parallel to the laser alignment keys L and L ′, and is sucked to the lower surface of the grip portion 114 in the correct position. Although the gas diffusion layer 30 is twisted, it can be seen that the position error is generated.

이러한 경우, 가스확산층(30)을 레이저 얼라인 키(L, L′)에 맞게 정 위치로 정렬하기 위해선, 필요한 회전각(a°)을 산출하고, 산출된 회전각(a°)만큼 그립부(114)를 회전시켜야 한다. In this case, in order to align the gas diffusion layer 30 in the correct position in accordance with the laser alignment keys L and L ', the required rotation angle a ° is calculated, and the grip part (a °) is calculated by the calculated rotation angle a °. 114) must be rotated.

이를 위해 레이저 얼라인 키(L, L′)와 연동되어 그립부(114)의 회전 조절을 제어하는 가스확산층 정렬 조절부가 필요하다.
To this end, a gas diffusion layer alignment control unit is required to interlock with the laser alignment keys L and L 'to control the rotation control of the grip unit 114.

도 7을 참조하면, 가스확산층 정렬 조절부(120)의 구성의 블록도 형태로서 도시되어 있다. 도시된 가스확산층 정렬 조절부(120)가 그립부에 구비되는 레이저 얼라인 키(L, L′)와 연동되며, 아울러 그립부에 회전력을 전달하는 회전 구동부(128)와도 연동하는 형태로 이루어진다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, a block diagram of the configuration of the gas diffusion layer alignment adjusting unit 120 is shown. It is confirmed that the gas diffusion layer alignment adjusting unit 120 illustrated in FIG. 1 is interlocked with the laser alignment keys L and L ′ provided in the grip unit, and also interlocked with the rotation driving unit 128 that transmits rotational force to the grip unit. Can be.

본 발명에 따른 가스확산층 정렬 조절부(120)는, 도시된 바와 같이, 유무선 통신 인터페이스를 통해 검출된 가스확산층의 위치 데이터를 입력 받는 가스확산층 위치 입력부(122)와, 입력된 위치 데이터를 기설정된 위치 기준값과 비교하여 가스확산층의 위치 오차를 판단하는 가스확산층 위치 비교부(124)와, 판단된 가스확산층의 위치 오차를 통해, 가스확산층이 기설정된 위치로 정렬되기 위한 그립부의 위치 보정용 회전각을 연산하는 회전각 연산부(126)을 포함하는 구성으로 이루어진다.Gas diffusion layer alignment adjustment unit 120 according to the present invention, as shown, the gas diffusion layer position input unit 122 for receiving the position data of the gas diffusion layer detected through the wired or wireless communication interface and the input position data The gas diffusion layer position comparison unit 124 for determining the position error of the gas diffusion layer compared with the position reference value, and the rotation angle for position correction of the grip portion for aligning the gas diffusion layer to the preset position through the determined position error of the gas diffusion layer. It consists of a configuration including a rotation angle calculation unit 126 to calculate.

그립부 내에서 설정된 이격 간격을 두고 일직선상으로 병렬 배치된 레이저 얼라인 키(L, L′)로부터 가스확산층의 위치 오차가 검출되면, 이러한 가스확산층의 위치는 데이터 변환되어 가스확산층 위치 입력부(122)로 전달된다. When a position error of the gas diffusion layer is detected from the laser alignment keys L and L ′ arranged in parallel in a line at a predetermined interval within the grip part, the position of the gas diffusion layer is converted into data to thereby position the gas diffusion layer position input unit 122. Is passed to.

전달된 가스확산층의 위치 데이터는 기 설정된 위치 기준값과 비교되어, 상호 간의 위치 오차가 가스확산층 위치 비교부(124)에서 판단된다.The transmitted position data of the gas diffusion layer is compared with a preset position reference value, and the position errors of each other are determined by the gas diffusion layer position comparison unit 124.

판단된 가스확산층의 위치 오차를 통해, 가스확산층이 레이저 얼라인 키(L, L′)에 맞게 정렬될 수 있기 위한 그립부의 회전각(a°)이 회전각 연산부(126)에서 산출된다. Based on the determined position error of the gas diffusion layer, the rotation angle a ° of the grip portion for arranging the gas diffusion layer to be aligned with the laser alignment keys L and L 'is calculated by the rotation angle calculator 126.

회전각 연산부(126)에서 산출된 그립부의 회전각(a°)에 비례하여, 상기 가스확산층 정렬 조절부(120)는 회전 구동부(128)를 제어함으로써, 실제적인 가스확산층의 오차 보정이 이루어지게 된다.In proportion to the rotation angle (a °) of the grip part calculated by the rotation angle calculator 126, the gas diffusion layer alignment adjusting unit 120 controls the rotation driver 128 so that the actual gas diffusion layer error correction is performed. do.

도 6에서 확인할 수 있었던 가스확산층의 비틀림에 의한 위치 오차는 가스확산층 정렬 조절부(120)의 제어를 통해 도 8과 같이 보정될 수 있다.
The position error due to the torsion of the gas diffusion layer which can be confirmed in FIG. 6 may be corrected as shown in FIG. 8 through the control of the gas diffusion layer alignment adjusting unit 120.

도 9는 가스확산층의 위치 오차 보정을 통해 정 위치로 정렬된 가스확산층을 구비한 연료전지 부품을 보여주는 도면으로서, 도 9를 참조하면, 가스확산층의 위치 정렬이 레이저 얼라인 키(L, L′)에 맞게 정확히 보정된 모습을 확인할 수 있다.FIG. 9 is a view illustrating a fuel cell component having a gas diffusion layer aligned in a correct position by correcting a position error of the gas diffusion layer. Referring to FIG. 9, the alignment of the gas diffusion layer may include laser alignment keys L and L ′. You can see how it is calibrated for.

다만, 이러한 경우, 가스확산층의 위치 정렬은 올바르게 이루어졌으나, 위치 오차가 발생된 막 전극 접합체(10′)의 모습도 확인할 수 있다. 그러나 막 전극 접합체의 경우, 분리판의 외측으로 튀어나와도 연료전지 성능 및 품질에 악영향을 끼치지 않으므로, 크게 문제되지 않는다.In this case, however, the alignment of the gas diffusion layer is correctly performed, but the shape of the membrane electrode assembly 10 ′ in which the position error is generated may also be confirmed. However, in the case of the membrane electrode assembly, protruding to the outside of the separator plate does not adversely affect the fuel cell performance and quality, and thus is not a problem.

도 10은 앞서 도 3에서 살펴보았던 위치 오차가 발생된 가스확산층(30′)을 구비한 연료전지 부품이 분리판(40)에 적층 형성된 모습으로부터, 본 발명에 의해 정 위치로 위치 정렬이 이루어진 가스확산층(30)을 구비한 연료전지 부품이 분리판(40)에 적층 형성된 모습으로 변경된 것을 비교하여 확인할 수 있다.
FIG. 10 illustrates a gas in which a fuel cell component having a gas diffusion layer 30 ′ having a position error as described above with reference to FIG. 3 is stacked on a separator plate 40. It can be confirmed by comparing that the fuel cell component having the diffusion layer 30 is changed to a state in which it is stacked on the separator 40.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 순서도이다. 11 is a flowchart illustrating a fuel cell manufacturing method having improved quality through gas diffusion layer position alignment according to an embodiment of the present invention.

도 11에 도시된 바와 같이, 먼저, 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly) 및 한 쌍의 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)이 적층된 연료전지 부품을 흡착하여 타공 기판 상부로 운반한다(ST100).As shown in FIG. 11, first, a fuel cell component in which a membrane electrode assembly (MEA, Membrane Electrode Assembly) and a pair of gas diffusion layers (GDL) are stacked is adsorbed and transported to an upper perforated substrate (ST100). ).

이 단계(ST100)에서의 연료전지 부품의 흡착에는 공기 흡입에 의한 공기흡입(suction) 방식이 적용된다.In this step ST100, an air suction method by air suction is applied to the adsorption of the fuel cell component.

다음으로, 운반된 연료전지 부품 내의 가스확산층의 위치를 검출한다(ST200).Next, the position of the gas diffusion layer in the transported fuel cell component is detected (ST200).

이 단계(ST200)에서의 가스확산층의 위치 검출을 위하여, 레이저 얼라인 키(laser align key) 방식이 이용될 수 있는데, 이를 위해서, 소정의 이격 간격을 두고 2열로 병렬 배치된 레이저 광이 조사되어, 가스확산층이 상기 레이저 광을 벗어나는 지를 파악한다. In order to detect the position of the gas diffusion layer in this step ST200, a laser align key method may be used. For this purpose, laser light arranged in two rows in parallel with a predetermined distance is irradiated. Then, it is determined whether the gas diffusion layer is out of the laser light.

그 다음으로, 검출된 가스확산층의 위치와 기설정된 위치를 비교한다(ST300).Next, the position of the detected gas diffusion layer is compared with the preset position (ST300).

여기서, '기설정된 위치'란 가스확산층의 정 위치에 대한 기준을 의미한다. Here, the 'preset position' means a reference for the correct position of the gas diffusion layer.

그 다음으로, 검출된 가스확산층의 위치가 기설정된 위치를 벗어나는가를 판단한다(ST400). Next, it is determined whether the detected position of the gas diffusion layer is out of the preset position (ST400).

이 단계(ST400)에서의 판단을 통해, 검출된 가스확산층의 위치가 기설정된 위치를 벗어날 경우에는 다음 단계(ST500)로 진행되며, 검출된 가스확산층의 위치가 기설정된 위치를 벗어나지 않을 경우에는 타공 기판 내로 연료전지 부품을 운반하여 안착시킨 후(ST700), 매니폴더 영역에 대한 타공이 진행된다(ST800).If the position of the detected gas diffusion layer is out of the predetermined position through the determination in this step ST400, the process proceeds to the next step ST500. If the position of the detected gas diffusion layer does not deviate from the preset position, the perforation is performed. After the fuel cell component is transported and seated in the substrate (ST700), perforation is performed in the manifold area (ST800).

앞서의 단계(ST400)에서 검출된 가스확산층의 위치가 기설정된 위치를 벗어난다고 판단될 경우, 가스확산층의 위치 보정을 위한 회전각(a°)을 연산한다.When it is determined that the position of the gas diffusion layer detected in the above step ST400 is out of the preset position, the rotation angle a ° for the position correction of the gas diffusion layer is calculated.

그 다음으로, 연산된 회전각(a°)만큼 흡착 운반 중인 연료전지 부품을 회전시켜, 가스확산층을 정 위치로 위치 정렬한다(ST600).Subsequently, the fuel cell component being sucked and transported by the calculated rotation angle a ° is rotated to align the gas diffusion layer to the correct position (ST600).

그리고 난 다음, 타공 기판 내로 연료전지 부품을 운반하여 안착시킨 후(ST700), 매니폴더 영역에 대한 타공을 실시한다(ST800).
Then, the fuel cell component is transported and seated in the perforated substrate (ST700), and then perforated in the manifold area (ST800).

이와 같이, 본 발명에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 따르면, 막 전극 접합체에 한 쌍의 가스확산층이 적층되어 이루어진 연료전지 부품에 대해, 가스확산층의 위치 오차를 신속하고 정확하게 검출 및 보정한 후, 매니폴더 영역에 타공을 실시할 수 있어, 보다 나은 품질의 연료전지를 제조할 수 있게 된다.
As described above, according to the fuel cell manufacturing apparatus and the manufacturing method having the improved quality through the gas diffusion layer position alignment according to the present invention, for a fuel cell component in which a pair of gas diffusion layers are laminated on the membrane electrode assembly, the gas diffusion layer After quickly and accurately detecting and correcting the position error of, the perforations can be perforated in the manifold area, so that a fuel cell of higher quality can be manufactured.

이상에서 본 발명에 따른 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 대해 설명하였다.
The fuel cell manufacturing apparatus and its manufacturing method having improved quality through the gas diffusion layer position alignment according to the present invention have been described above.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It is to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and should not be construed as limiting, the scope of the invention being indicated by the appended claims rather than the foregoing description, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.

10: 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)
20: 촉매층(CL, Catalyst layer)
30: 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)
50: 개스킷(gasket)
112: 암(arm)부
114: 그립(grip)부
116: 흡입공
P: 타공 기판
L, L′: 레이저 얼라인 키(laser align key)10: Membrane Electrode Assembly (MEA)
20: catalyst layer (CL)
30: Gas Diffusion Layer (GDL)
50: gasket
112: arm
114: grip part
116: suction hole
P: perforated substrate
L, L ′: laser align key

Claims (11)

막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly) 및 한 쌍의 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)이 적층된 연료전지 부품의 매니폴더를 타공하기 위하여, 상기 연료전지 부품을 타공 기판 상으로 운반하도록 형성된 암(arm)부;
상기 암부 끝단에서 하측으로 연장 형성되어, 상기 연료전지 부품을 공기흡입(suction) 방식으로 흡착함과 동시에 회전 조절이 가능한 그립부; 및
상기 그립부에 흡착된 상기 연료전지 부품 내의 가스확산층의 위치를 검출하고, 상기 검출된 위치가 기설정된 위치를 벗어나는 지를 판단한 후, 가스확산층이 기설정된 위치로 정렬되도록 상기 그립부의 회전을 제어하는 가스확산층 정렬 조절부;를 포함하는 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
A cancer formed to transport the fuel cell component onto the perforated substrate in order to perforate the manifold of the fuel cell component in which a membrane electrode assembly (MEA) and a pair of gas diffusion layers (GDL) are stacked. arm part;
A grip part extending downward from the end of the arm part and capable of adsorbing the fuel cell component by an air suction method and simultaneously rotating the grip part; And
A gas diffusion layer that detects the position of the gas diffusion layer in the fuel cell component adsorbed to the grip part, determines whether the detected position is out of a predetermined position, and then controls the rotation of the grip portion to align the gas diffusion layer to a predetermined position. Fuel cell manufacturing apparatus having an improved quality through the gas diffusion layer position alignment comprising an alignment control unit.
제 1 항에 있어서,
상기 그립부의 바닥면에는,
상기 연료전지 부품과의 대면 접촉 시 공기 흡입 기능을 발휘하여 흡착력을 발생시키는 복수 개의 흡입공을 구비되는 것을 특징으로 하는 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
The method of claim 1,
On the bottom surface of the grip portion,
A fuel cell manufacturing apparatus having improved quality through gas diffusion layer position alignment, characterized in that a plurality of suction holes are provided to exert an air suction function when facing the fuel cell component and generate suction force.
제 1 항에 있어서,
상기 그립부의 바닥면에는,
막 전극 접합체의 상부층을 이루는 가스확산층을 내입하여 삽입함으로써, 상기 연료전지 부품에 대한 흡착력을 강화시키도록 구비된 가스확산층 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
The method of claim 1,
On the bottom surface of the grip portion,
By inserting and inserting the gas diffusion layer forming the upper layer of the membrane electrode assembly, the gas diffusion layer insertion groove is provided to enhance the adsorption force to the fuel cell component is formed through the gas diffusion layer position alignment having improved quality Fuel cell manufacturing apparatus.
제 1 항에 있어서,
상기 그립부에는,
상기 그립부의 바닥면으로 흡착되는 상기 연료전지 부품 내의 가스확산층 위치를 검출하도록, 설정된 이격 간격을 두고 일직선상으로 병렬 배치된 레이저 얼라인 키(laser align key)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
The method of claim 1,
In the grip part,
And a laser align key arranged in a straight line at a predetermined interval so as to detect a gas diffusion layer position in the fuel cell component adsorbed to the bottom surface of the grip portion. Fuel cell manufacturing apparatus having improved quality through alignment.
제 1 항에 있어서,
상기 암부와 상기 그립부 사이에는, 회전력을 제공하여 상기 그립부의 회전 구동을 가능하게 해주는 회전 구동부가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
The method of claim 1,
Between the arm portion and the grip portion, the fuel cell manufacturing apparatus having an improved quality through the gas diffusion layer position alignment, characterized in that provided with a rotary drive for providing a rotational force to enable the rotational drive of the grip.
제 1 항에 있어서,
상기 가스확산층 정렬 조절부는,
유무선 통신 인터페이스를 통해 검출된 가스확산층의 위치 데이터를 입력 받는 가스확산층 위치 입력부;
상기 입력된 위치 데이터를 기설정된 위치 기준값과 비교하여 가스확산층의 위치 오차를 판단하는 가스확산층 위치 비교부; 및
상기 판단된 가스확산층의 위치 오차를 통해, 가스확산층이 기설정된 위치로 정렬되기 위한 상기 그립부의 위치 보정용 회전각을 연산하는 회전각 연산부;를 포함하는 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
The method of claim 1,
The gas diffusion layer alignment control unit,
A gas diffusion layer position input unit configured to receive position data of the gas diffusion layer detected through the wired / wireless communication interface;
A gas diffusion layer position comparison unit which determines a position error of the gas diffusion layer by comparing the input position data with a preset position reference value; And
A fuel having improved quality through gas diffusion layer alignment, including; a rotation angle calculator configured to calculate a rotation angle for correcting the position of the grip unit for aligning the gas diffusion layer to a preset position through the determined position error of the gas diffusion layer. Battery manufacturing apparatus.
(a) 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly) 및 한 쌍의 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)이 적층된 연료전지 부품을 흡착하여 타공 기판 상부로 운반하는 단계;
(b) 상기 운반된 연료전지 부품 내의 가스확산층의 위치를 검출하는 단계;
(c) 상기 검출된 위치가 기설정된 위치를 벗어나는 지를 비교 판단하는 단계;
(d) 상기 검출된 위치가 기설정된 위치를 벗어날 경우, 가스확산층의 위치 보정을 위한 회전각을 연산하는 단계; 및
(e) 상기 연산된 회전각만큼 흡착된 상기 연료전지 부품을 회전 조절하는 단계;를 포함하는 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법.
(a) adsorbing and transporting a fuel cell component in which a membrane electrode assembly (MEA) and a pair of gas diffusion layers (GDL) are stacked and transported onto the perforated substrate;
(b) detecting the position of the gas diffusion layer in the conveyed fuel cell component;
(c) comparing and determining whether the detected position deviates from a preset position;
(d) calculating a rotation angle for correcting a position of a gas diffusion layer when the detected position is out of a preset position; And
and (e) rotating and adjusting the fuel cell component adsorbed by the calculated rotational angle.
제 7 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 연료전지 부품의 흡착을 위해 공기 흡입 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
In the step (a),
Method of manufacturing a fuel cell having improved quality through the gas diffusion layer position alignment, characterized in that the air suction method is applied for the adsorption of the fuel cell component.
제 7 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
가스확산층의 위치 검출에는 설정된 이격 간격을 두고 2열로 병렬 배치되어 레이저 광이 조사되어, 상기 조사된 레이저 광을 가스확산층이 벗어나는 지를 확인하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
In step (b),
In the position detection of the gas diffusion layer, the laser light is irradiated by being arranged in parallel in two rows at a predetermined separation interval, and the laser diffusion is improved through the alignment of the gas diffusion layer, characterized in that the laser beam is irradiated. A fuel cell manufacturing method having quality.
제 7 항에 있어서,
상기 (e) 단계 이후에,
(f) 상기 연료전지 부품의 회전 조절을 통해 가스확산층의 위치가 정 위치로 보정되면, 상기 연료전지 부품을 타공 기판에 안착시켜 매니폴더 부분에 대한 타공을 실시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스확산층 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
After step (e),
(f) if the position of the gas diffusion layer is corrected to the correct position by adjusting the rotation of the fuel cell component, mounting the fuel cell component on the perforated substrate to perform perforation on the manifold portion; A fuel cell manufacturing method having improved quality through gas diffusion layer position alignment.
제 10 항에 있어서,
상기 (f) 단계에서,
상기 연료전지 부품을 타공 기판에 안착시켜 고정하기 위해 공기 흡입 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 가스확산층의 위치 정렬을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법. The method of claim 10,
In the step (f)
A method of manufacturing a fuel cell having improved quality through alignment of a gas diffusion layer, wherein an air suction method is applied to seat the fuel cell component on a perforated substrate.
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