KR20120056499A - 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치 및 이를 이용한 밀폐검사 방법 - Google Patents

연료전지 분리판의 밀폐검사 장치 및 이를 이용한 밀폐검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 분리판의 밀폐검사를 위한 장치 및 이를 이용한 연료전지 분리판의 밀폐검사 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 실시예는 연료전기 분리판을 가압하는 프레스, 연료전기 분리판의 각 주입극 및 연료전지 분리판의 일면의 전극면부에 대응하여 프레스에 형성되는 주입유로들, 연료전기 분리판의 각 출구극 및 연료전지 분리판의 타면의 전극면부에 대하여 프레스에 형성되는 출구유로들, 각 주입유로와 각 출구유로에 구비되는 개폐밸브, 주입유로들이 연통되는 메인유로 그리고 메인유로를 통하여 주입되는 검사기체의 유량을 측정하는 질량유량계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지 분리판의 밀폐검사 장치 및 이를 이용한 밀폐검사 방법{Apparatus for testing airtightness of the Flow field plate and the test method therewith}
본 발명은 연료전지 분리판의 밀폐검사를 위한 장치 및 이를 이용한 연료전지 분리판의 밀폐검사 방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료의 산화에 의하여 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 전환시키는 전지로, 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되며 반응생성물은 연속적으로 외부로 배출된다. 일례로, 연료와 수소와 공기가 촉매와 전해질 막 사이에서 전기 화학적 반응하며 전기와 물이 생성되는데, 이러한 연료전지 반응은 하나의 독립된 셀(Cell) 단위에서 이루어진다. 가용 전력을 생성하기 위해서는 일반적으로 복수의 셀을 적층한 수십 내지 수백 셀의 스택으로 구성된다.
또한, 하나의 셀은 연료극 분리판, 전극 촉매 접합체(MEA), 공기극 분리판으로 구성되고, 스택은 연료극 분리판, MEA, 공기극 분리판, 냉각 분리판 순서로 원하는 셀 수만큼 적층하여 제조된다.
이러한 분리판들은 전기전도도, 강도, 기체투과도, 전기화학적 안정성, 친수성 등 다양한 특성을 만족해야한다. 이 중 기체투과도는 연료전지의 성능과 직접적인 관련이 있기 때문에 중요시된다. 특히, 연료전지 분리판 재질 자체의 기체투과량, 스택 내에서 연료전지 분리판과 씰링부재 사이의 기체투과량 그리고 연료전지 분리판의 연료극, 공기극 및 냉각극 간에 서로 교차되는 기체투과량은 적을수록 우수한 성능을 발휘하게 된다.
종래의 연료전지 분극판 재질 장체에 대한 기체투과량 측정은 일정 체적으로 시편을 제작하여 전용 평가장치에서 이루어져 왔다. 이것은 연료전지 분리판 자체를 검사하는 것이 아니므로 신뢰성에 문제가 있으며, 별도의 시편을 제작하여야 하므로 시간과 추가비용이 요구되는 단점이 있다.
또한, 연료전지 스택을 조립하는 공정과 유사한 것으로, 분리판과 분리판 사이에 간지를 놓고, 간지를 천공하면서 순차적으로 기체투과량을 측정하는 방법 등이 사용되고 있다. 이는 일회성 간지가 파손되며 검사가 이루어지기에 비용이 소요되며, 간지의 기체투과량을 추가 고려하여야 하므로 추가 측정에 따른 번거로움과 신뢰성의 문제를 갖는다.
본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연료전지 분리판의 밀폐성능 검사가 신속하게 이루어지게 하는 목적을 갖는다.
상기 과제를 위하여 본 발명은 실시예로, 연료전기 분리판을 가압하는 프레스, 상기 연료전기 분리판의 각 주입극 및 상기 연료전지 분리판의 일면의 전극면부에 대응하여 상기 프레스에 형성되는 주입유로들, 상기 연료전기 분리판의 각 출구극 및 상기 연료전지 분리판의 타면의 전극면부에 대응하여 상기 프레스에 형성되는 출구유로들, 각 주입유로와 각 출구유로에 구비되는 개폐밸브, 상기 주입유로들이 연통되는 메인유로 그리고 상기 메인유로를 통하여 주입되는 검사기체의 유량을 측정하는 질량유량계를 포함하는 연료전기 분리판의 밀폐성능 검사장치를 제시한다.
이때, 상기 메인유로에는 상기 질량유량계를 우회하여 검사기체를 주입유로들로 유입되게 하고, 개폐밸브가 구비되어 있는 바이패스라인이 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 연료전기 분리판의 상하면에는 씰링부재가 더 결합되고, 여기서 씰링부재에는 상기 주입극 및 상기 출구극에 대응되는 홀들과, 상기 홀들과 분리되어 상기 연료전기 분리판의 전극면부에 대응되는 전극면홀이 형성될 수 있다.
상기의 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치를 이용하여 연료전지 분리판의 밀폐검사하는 방법에서, 상기 연료전지 분리판의 일면의 전극면부에 연통된 주입유로와, 상기 연료전지 분리판의 타면의 전극면부에 연통된 출구유로를 개방하고, 나머지 주입유로들과 출구유로들은 닫는 단계, 상기 바이패스라인으로 검사기체를 주입하여 가압된 주입유로에 가스압력을 인가하는 단계, 그리고 상기 출구유로와 바이스패스라인의 개폐밸브를 닫고, 상기 질량유량계를 통하여 검사기체를 주입하며 기체흐름량을 계측하는 단계를 포함하는 연료전지 분리판의 밀폐검사 방법.
한편, 전술된 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치를 이용하여 연료전지 분리판의 밀폐검사하는 방법에서, (A) 주입극들에 연결된 주입유로들 중 어느 한 주입유로만 개방하고, 출구극에 연결된 출구유로들 중 개방된 주입유로와 연통된 출구극만 개방하는 단계, (B) 바이패스라인으로 검사기체를 주입하며 개방된 주입유로와 개방된 출구유로 간의 검사기체의 배출을 확인하는 단계, (C) 상기 바이패스라인과 개방된 주입유로를 폐쇄하고, 질량유량계를 통하여 검사기체를 주입하며 기체흐름량을 계측하는 단계, (D) 상기 기체흐름량이 설정된 기준기체흐름량 미만인 경우에 나머지 출구유로를 차례로 개방하면서 질량유량계를 통하여 검사기체를 주입하며 상기 질량유량계를 통하여 기체흐름량을 계측하는 단계 그리고 (E) 상기 (A) 단계로 되돌아가 나머지 주입유로를 차례로 개방하면서 상기 (B) 단계 내지 상기 (D) 단계를 거치는 단계를 포함할 수 있다.
더하여, 상기 (E) 단계 이후에 (F) 주입극들에 연결된 주입유로들을 개방하고, 출구극에 연결된 출구유로들은 폐쇄하며, 바이패스라인으로 검사기체를 주입하는 단계, 그리고 (G) 바이패스라인을 폐쇄하고, 질량유량계를 통하여 검사기체를 주입하며 상기 질량유량계를 통해 기체흐름량을 계측하는 단계를 더 거칠 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 밸브의 순차적인 개폐작동으로 경우의 수를 고려한 연료전지 분리판의 밀폐성능 검사가 이루어지므로, 종래의 기술과 같이 소모성 부재가 요구되지 아니하는 장점을 갖는다.
또한, 바이패스라인을 통하여 검사에 요구되는 검사기체의 주입시간을 절감할 수 있으므로, 전체 검사에 소요되는 시간이 대폭 감소되는 장점도 갖는다.
또한, 공기극-냉각극 분리판 1장, 연료극-냉각극 분리판 1장을 독립적으로 밀폐성능 검사할 수 있으며, 이들의 결합인 셀에 대하여 씰링부재를 적층하여 검사할 수 있다. 또한, 이들을 접합한 하나의 셀에 대하여 밀폐성능을 검사하거나, 복수의 셀이 적층된 스택에 대한 밀폐성능을 검사할 수 있어 범용성이 크다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 분리판의 밀폐검사 방법에 따르면 자동화된 설비에 적용가능함으로써 검사의 편의성과 신속성이 더 증대되는 효과도 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 분리판의 밀폐검사 방법에 적용되는 구성요소를 개략적으로 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른, 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치 및 이를 이용한 밀폐검사 방법의 구성, 기능 및 작용을 설명한다.
이하에서, 도 1을 기준으로 연료전기 분리판(10)의 왼편의 주입극들은 앞에서 뒤로 순차적으로 공기 주입극(12c), 냉각수 주입극(12b), 연료 주입극(12a)으로 하고, 출구극들은 앞에서 뒤로 순차적으로 연료 출구극(12f), 냉각수 출구극(12e), 공기 출구극(12d)으로 한다. 또한, 공기극-냉각극 분리판, 연료극-냉각극 분리판으로 구성된 단위를 셀(Cell)이라 하고, 이하에서 연료전지 분리판은 별도의 설명이 없는 한 상기 셀을 의미한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치(100)에는 연료전기 분리판을 가압하는 프레스(1), 상기 연료전기 분리판(10)의 각 주입극 및 상기 연료전지 분리판(10)의 일면의 전극면부(12g)에 대응하여 상기 프레스(1)에 형성되는 주입유로들(13a 내지 13c, 13g), 상기 연료전기 분리판(10)의 각 출구극 및 상기 연료전지 분리판(10)의 타면의 전극면부(12h)에 대응하여 상기 프레스에 형성되는 출구유로들(13d 내지 13f, 13h), 각 주입유로와 각 출구유로에 구비되는 개폐밸브(11a 내지 11h), 상기 주입유로들이 연통되는 메인유로 그리고 상기 메인유로(4)를 통하여 주입되는 검사기체의 유량을 측정하는 질량유량계(3)를 포함한다.
나아가, 메인유로(4)에는 질량유량계(3)를 우회하는 바이패스라인(5)이 더 구비되고, 이 바이패스라인(5)에는 개폐밸브(51)가 더 구비될 수 있다.
프레스(1)에는 상, 하에 가압을 위한 플레이트(11,12)를 구비하고 있다. 상,하 플레이트는 프레스 본체에 의하여 일정한 압력으로 그 사이에 위치하는 연료전기 분리판(10)을 가압할 수 있다. 이때, 프레스 압력은 1 atm 내지 3 atm 일 수 있다.
상부 플레이트(11) 또는 하부 플레이트(12)에는 연료전기 분리판(10)에 구비된 주입극들과 출구극들에 각각 대응되는 주입유로들(13a 내지 13c, 13g)과 출구유로들(13d 내지 13f, 13h)이 형성되어 있다. 또한, 연료전기 분리판(10)의 주입극들(12a 내지 12c)과 출구극들(12d 내지 12f) 사이로 정의되는 전극면부(12g,12h)에 대응하여, 상부 플레이트(11)에 전극면 출구유로(13g)가 형성되어 있고, 하부 플레이트(12)에는 주입유로(13h)가 형성되어 있다.
각 주입극과 각 주입유로 및 각 출구극과 출구유로의 관계는 아래의 표1과 같다.
주입극들 주입유로들 출구극들 출구유로들
연료 주입극(12a) 연료 주입유로(13a) 연료 출구극(12f) 연료 출구유로(13f)
냉각수 주입극(12b) 냉각수주입유로(13b) 냉각수 출구극(12e) 냉각수출구유로(13e)
공기 주입극(12c) 공기 주입유로(13c) 공기 출구극(12d) 공기 출구유로(13d)
하면의 전극면부(12g) 전극면 주입유로(13g) 상면의 전극면부(12h) 전극면 출구유로(13h)
다시 도 1을 참고하면, 프레스의 상부 플레이트(11)에는 공기 주입유로(13c), 냉각수 주입유로(13b) 및 연료 주입유로(13a)가 나란히 형성되어 있다. 그 반대편에는 연료 출구유로(13f), 냉각수 출구유로(13e) 및 공기 출구유로(13d)가 나란히 형성되어 있다.
또한, 상부 플레이트(11)에는 연료전지 분리판의 상면의 전극면부에 대응되는 위치에 전극면 주입유로(13g)가 형성되어 있고, 이에 대향하여 하부 플레이트(12)에는 연료전지 분리판의 하면의 전극면부에 대응되는 위치에 전극면 출구유로(13h)가 형성되어 있다. 이때, 주입유로들은 각 주입극의 위치에 맞추어 하부 플레이트에 형성될 수 있다.
한편, 각 주입유로와 각 출구유로는 배관이 연결되고, 각 배관에는 개폐밸브(11a 내지 11h)가 장착되어 있다. 이때, 개폐밸브(11a 내지 11h)는 솔레노이드 밸브일 수 있으며, 도시하지 아니한 제어부에 의하여 개폐가 제어되도록 구성될 수 있다.
이하에서 설명의 편의상 유로들과 밸브의 관계를 아래 표2와 같이 정의한다.
유로 좌측 유로의 밸브 유로 좌측 유로의 밸브
연료 주입유로(13a) 제1밸브(11a) 공기 출구유로(13d) 제4밸브(11d)
냉각수주입유로(13b) 제2밸브(11b) 냉각수출구유로(13e) 제5밸브(11e)
공기 주입유로(13c) 제3밸브(11c) 연료 출구유로(13f) 제6밸브(11f)
전극면 주입유로(13g) 제7밸브(11g) 전극면 출구유로(13h) 제8밸브(11h)
한편, 메인유로(4)는 모든 주입유로들(13a 내지 13c,13g)이 연통되는 유로이다. 메인유로(4)의 일단은 질량유량계(Mass Flow Meter, MFM)(3)에 연결되어 있다. 이 질량유량계(3)는 측정하고자 하는 대상에 따라 감도가 다른 것을 교체할 수 있도록 구성될 수 있다. 만일 1셀로 이루어진 연료전지 분리판을 측정하는 경우에 1CCM이하의 유량을 측정할 수 있는 것을 사용하고, 50셀 이상의 복수의 셀로 이루어진 스택을 측정하는 경우에는 20CCM 이상의 유량을 측정할 수 있는 것을 사용할 수 있다. 또한, 질량유량계는 검사기체의 유량을 미세하게 측정할 수 있는 다른 유량계로 대체될 수 있다.
질량유량계(3)로 주입되는 검사기체는 도시되지 아니한 기체저장탱크에서 공급되는 것이다. 이러한 검사기체의 공급 여부는 제어부에 의하여 결정될 수 있다.
한편, 바이패스라인(5)은 검사기체가 질량유량계(3)를 우회하여 주입유로로 유입되게 하는 것이다. 이러한 바이패스라인(5)에 의한 검사기체의 주입량은 질량유량계를 통과할 수 있는 최대유량보다 크기 때문에 검사기체의 초기 주입이 신속하게 이루어지게 하는 것이다.
한편, 연료전기 분리판(10)의 상하면에는 씰링부재(2)가 더 결합되고, 이 씰링부재(2)에는 주입극 및 출구극에 각각 대응되는 홀들(21)과, 이 홀들(21)과 독립되어 상기 연료전기 분리판의 전극면부에 대응되는 전극면홀(22)이 형성되어 있다.
씰링부재(2)는 주입유로들에서 주입된 검사기체들이 다른 경로로 이동되지 아니게 기밀하는 기능을 갖는다. 씰링부재는 주입유로들과 배출유로들에 대응되게 형성되어 있다.
도 1에서 연료전지 분리판은 공기극-냉각극 분리판과, 연료극-냉각극 분리판이 접합된 하나의 셀을 나타내었다. 이와 달리 하나의 셀을 평가함에 있어서 공기극-냉각극 분리판과 연료극-냉각극 분리판 사이에 씰링부재가 개재된 상태에서 이루어질 수 있다.
이하에서는 도 2를 참고하여, 전술된 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치를 이용하여 연료전지 분리판의 밀폐검사하는 방법을 설명한다.
먼저, 연료전지 분리판(10)의 내부를 투과하거나 외부로 누설되는 밀폐검사하는 방법을 설명한다. 여기서 연료전지 분리판 내부의 기체 투과는 연료전지 분리판의 두께 방향으로 기체가 투과되는 것을 의미하고, 외부로의 기체 누설은 연료전지 분리판과 씰링부재 사이로 빠져나가는 것을 의미한다.
이러한 연료전지 분리판 내부의 기체 투과 및 외부로의 기체 누설 검사는 검사기체를 연료전지 분리판(10)의 전극면부(12g)로 주입하면서, 지속적으로 주입되는 검사기체의 유량을 측정하는 방법으로 이루어진다.
구체적으로, 연료전지 분리판(10)의 일면의 전극면부(12g)에 연통된 주입유로(13g)와, 상기 연료전지 분리판(10)의 타면의 전극면부(12h)에 연통된 출구유로(13h)를 개방하고, 나머지 주입유로들과 출구유로들은 닫는 단계와, 상기 바이패스라인(5)으로 검사기체를 주입하여 개방된 주입유로에 가스압력을 인가하는 단계, 그리고 상기 출구유로와 바이패스라인(5)의 개폐밸브를 닫고, 상기 질량유량계(3)를 통하여 검사기체를 주입하며 기체흐름량을 계측하는 단계를 포함한다.
구체적으로 제1밸브(11a) 내지 제6밸브(11f)를 닫고, 제7밸브(11g)와 제8밸브(11h)를 개방하여, 연료전지 분리판(10)의 전극면부 상면과 하면의 전극면 주입유로(13g)와 전극면 출구유로(13h)를 개방한다.
이후, 바이패스라인(5)으로 검사기체를 주입하여, 전극면 주입유로(13g)와 연료전지 분리판의 하면 전극면부(12g)에 신속하게 일정한 압력이 형성되도록 한다. 이때, 주입유로와 연료전지 분리판의 하면 전극면부에 가해지는 검사기체의 압력은 연료전지 분리판의 실제 운용 압력과 동일하거나 안전수치를 더하여 가중된 압력일 수 있다.
이후, 제8밸브(11h)를 닫아 전극면 출구유로(13h)를 폐쇄하고, 바이패스라인(5)의 개폐밸브를 닫아 질량유량계(3)로만 검사기체가 주입될 수 있게 한다. 다음 질량유량계(3)를 통하여 주입되는 검사기체의 기체흐름량을 계측한다.
질량유량계(3)를 통하여 계측된 기체흐름량은 연료전지 분리판의 내부를 투과하는 기체흐름량과 연료전지 분리판과 가스캣 사이로 누설되는 기체흐름량의 합과 일치하게 된다. 따라서 질량유량계를 통하여 계측된 기체흐름량과 이미 설정된 기준기체흐름량과 대조함으로써 연료전지 분리판의 불량여부를 판별할 수 있게 된다.
한편, 주입극들에 대하여 출구극들의 밀폐성능은 아래와 같은 방법으로 검사된다. 전술된 실시예에 따른 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치를 이용하여 연료전지 분리판의 밀폐검사하는 방법에서, (A) 주입극들에 연결된 주입유로들 중 어느 한 주입유로만 개방하고, 출구극에 연결된 출구유로들 중 개방된 주입유로와 연통된 출구극만 개방하는 단계, (B) 바이패스라인으로 검사기체를 주입하며 개방된 주입유로와 개방된 출구유로 간의 검사기체의 배출을 확인하는 단계, (C) 상기 바이패스라인과 개방된 주입유로를 폐쇄하고, 질량유량계를 통하여 검사기체를 주입하며 기체흐름량을 계측하는 단계, (D) 상기 기체흐름량이 설정된 기준기체흐름량 미만인 경우에 나머지 출구유로를 차례로 개방하면서 질량유량계를 통하여 검사기체를 주입하며 상기 질량유량계를 통하여 기체흐름량을 계측하는 단계 그리고 (E) 상기 (A) 단계로 되돌아가 나머지 주입유로를 차례로 개방하면서 상기 (B) 단계 내지 상기 (D) 단계를 거치는 단계를 포함한다.
설명의 편의를 위하여 연료 주입극(12a) 대 공기 출구극(12d), 냉각수 출구극(12e)의 밀폐성능을 검사하고, 이후에 냉각수 주입극(12b) 대 공기 출구극(12d), 연료 출구극(12f)의 밀폐성능을 검사하며, 이후에 공기 주입극(12c) 대 냉각수 출구극(12e), 연료 출구극(12f)의 밀폐성능을 순차적으로 검사하는 것으로 정한다.
먼저 연료 주입극(12a) 대 공기 출구극(12d), 냉각수 출구극(12e)의 밀폐성능을 순차적으로 검사하는 방법을 설명한다.
(A) 단계에서 제1밸브(11a)를 개방하여 연료 주입극(12a)과 연통된 연료 주입유로(13a)를 개방한다. 또한, 제6밸브(11f)를 개방하여 연료 주입유로(13a)와 연통되는 연료 출구극(12f), 연료 출구유로(13f)를 개방한다. 이때, 제2밸브(11b) 내지 제5밸브(11e), 그리고 제7밸브(11g)와 제8밸브(11h) 모두 닫힌 상태이다.
(B) 단계에서 바이패스라인(5)으로 검사기체를 주입하여, 검사기체가 연료 출구극(12f)으로 배출되는지 확인한다. 이는 바이패스라인(5)과 병행되게 연결된 질량유량계(3)의 기체흐름량을 계측함으로써 확인될 수 있다. 만일 질량유량계로 검사기체의 주입이 이루어지지 아니한다면 연료 주입극과 연료 출구극 사이의 통로가 막힌 것으로 판단하여 불량을 인지할 수 있다.
(C) 단계에서, 바이패스라인(5)의 개폐밸브를 닫고, 제6밸브(11f)를 닫아 연료 출구유로(12f)를 폐쇄한다. 동시에 질량유량계(3)를 통하여 검사기체의 기체흐름량을 계측한다. 이때, 계측된 기체흐름량은 연료 주입극을 통하여 연료전지 분리판의 내부를 투과하는 기체흐름량과 연료전지 분리판과 씰링부재 사이로 빠져나가는 외부 누설되는 기체흐름량의 합이 된다. 따라서 질량유량계에서 계측된 기체흐름량과 이미 설정된 기준기체흐름량과 대조함으로써 연료전지 분리판의 불량여부를 판별할 수 있게 된다. 만일, 계측된 기체흐름량이 기준기체흐름량 이상인 경우에는 연료전지 분리판을 불량으로 판별하고 종료하고, 그러하지 아니한 경우에는 다음의 단계로 넘어간다.
이때, 바이패스라인은, (B) 단계에서 (C) 단계로 넘어오면서, 연료전지 분리판의 밀폐성능 검사 시간을 최소화하게 하기 위한 것으로 주입유로의 내부를 검사기체로 채울 때에 소요되는 시간을, 질량유량계만 사용하여 채울 때보다 대폭 감소시킨다.
(D) 단계는 계측된 기체흐름량이 설정된 기준기체흐름량 미만인 경우에 공기 출구극(12d)과 냉각수 출구극(12e)의 밀폐성능을 순차적으로 검사하는 것이다.
먼저 연료 주입극(12a) 대 공기 출구극(12d)에 대한 밀폐성능을 검사하는 방법으로, 제4밸브(11d)를 개방하여 공기 출구극(12d)에 연통된 공기 출구유로(13d)를 개방한다. 또한, 질량유량계(3)를 통하여 기체흐름량을 계측한다. 만일 계측된 기체흐름량이 새로이 증가하여 기준기체흐름량을 초과하는 경우에는 공기 출구극으로 투과되는 기체흐름량이 증가한 것이므로 불량으로 판별하고 종료하며, 이하인 경우에는 다음 단계로 들어한다.
계측된 기체흐름량이 기준기체흐름량 미만인 경우에는 불량이 아니라고 판단하고, 연료 주입극(12a) 대 냉각수 출구극(12e)에 대한 밀폐성능을 검사하기 위하여 제5밸브(11e)를 개방한다. 개방된 냉각수 출구극(12e) 및 냉각수 출구유로(13e)에 의하여 검사기체가 투과되어 배출되는지를 전술된 바와 같이 질량유량계를 통과하는 기체흐름량과 기준기체흐름량을 대비 판단하여 알 수 있다. 만일 계측된 기체흐름량이 기준기체흐름량을 초과하는 경우엔 불량으로 판별하고 종료하며, 이하인 경우엔 다음 단계로 들어간다.
(E) 단계는 연료 주입극(12a)에 대한 밀폐성능 검사가 종료된 다음에 다시 (A) 단계로 되돌아가 냉각수 주입극(12b)에 대한 밀폐성능을 검사하는 것이다.
되돌아간 (A) 단계에서 제1밸브(11a) 및 제3밸브(11c)를 닫고 제2밸브(11b)를 개방하여 연료 주입유로(13a)와 공기 주입유로(13c)를 폐쇄하고 냉각수 주입유로(13b)를 개방한다. 또한, 제5밸브(11e)를 개방하고, 제4밸브(11d)와 제6밸브(11f) 내지 제8밸브(11h)를 닫아 냉각수 출구극(12e)과 냉각수 출구유로(13e)를 개방한다.
이후 (B) 단계에서 바이패스라인(5)으로 검사기체를 주입하며, 검사기체가 냉각수 주입극(12b)을 통하여 냉각수 출구극(12e)으로 원활하게 배출되는지 여부를 판단한다. 구체적인 판단방법은 전술된 바와 동일하다.
이후 (C) 단계에서 바이패스라인(5)의 개폐밸브와 제5밸브(11e)를 닫아 냉각수 출구극(12e)과 냉각수 출구유로(13e)를 폐쇄하고, 질량유량계(3)를 계측하여 연료전지 분리판의 내부로 투과되거나 외부로 누설되는 정도를 검사한다.
이후, (D) 단계에서 제4밸브(11d)와 제6밸브(11f)를 차례로 개방하면서, 냉각수 주입극(12b) 대 공기 출구극(12d) 밀폐성능과 냉각수 주입극(12b) 대 연료 출구극(12f) 밀폐성능을 검사한다.
이후, (E) 단계로 공기 주입극에 대한 연료 출구극과 냉각수 출구극의 밀폐성능을 검사한다. 즉, (A) 단계로 되돌아가 제1밸브(11a)와 제2밸브(11b)를 닫아 연료 주입유로(13a)와 냉각수 주입유로(13b)를 폐쇄하고, 제3밸브를 개방하여 공기 주입유로(13c)를 개방한다. 또한, 제4밸브(11d)를 개방하여 공기 출구극(12d)과 공기 출구유로(13d)를 개방하며, 제5밸브(11e) 내지 제8밸브(11h)를 닫아 나머지 출구유로를 폐쇄한다.
(B) 단계에서 바이패스라인(5)으로 검사기체를 주입하며 공기 주입극(12c)과 공기 출구극(12d) 간의 검사기체의 원활한 배출여부를 검사한다.
이후, (C) 단계에서 상기 바이패스라인(5)의 개폐밸브와 공기 출구유로의 제4밸브를 닫고, 질량유량계(3)를 통하여 검사기체를 주입하며 기체흐름량을 계측하여, 외부 누설 및 내부 투과 여부를 검사한다.
이후, (D) 단계에서 제5밸브(11e)와 제6밸브(11f)를 차례로 개방하면서, 공기 주입극(12c) 대 냉각수 출구극(12e) 밀폐성능과, 공기 주입극(12c) 대 연료 출구극 밀폐성능을 순차적으로 검사한다.
이때, 1장으로 이루어진 연료전지 분리판(공기극 분리판, 연료극 분리판, 냉각수 분리판)으로 검사하는 경우에 (D) 단계와 (E) 단계는 생략될 수 있다.
더하여, 각 주입극에 대한 출구극의 밀폐성능 검사가 종료된 이후에 (F) 주입극들에 연결된 주입유로들을 개방하고, 출구극에 연결된 출구유로들은 폐쇄하며, 바이패스라인으로 검사기체를 주입하는 단계, 그리고 (G) 바이패스라인을 폐쇄하고, 질량유량계를 통하여 검사기체를 주입하며 상기 질량유량계를 통해 기체흐름량을 계측하는 단계를 더 거칠 수 있다.
구체적으로 (F) 단계는 제1밸브(11a) 내지 제6밸브(11f)를 개방하고, 바이패스라인(5)을 통하여 검사기체를 주입하여 각 유로에 일정한 압력이 형성되게 한 다음, 제4밸브(11d) 내지 제6밸브(11f)를 폐쇄한다. 이때, 바이패스라인을 통하여 주입된 검사기체는 신속하게 주입유로에 채워져 검사에 요구되는 압력을 형성하게 된다.
(G) 단계는 바이패스라인(5)의 개폐밸브를 닫고, 질량유량계를 통하여 주입되는 기체흐름량을 계측하는 것이다. 계측된 기체흐름량은 주입극들을 통하여 주입된 기체가 연료전기 분리판과 가스캣 사이로 새어나가는 기체흐름량으로 판단된다. 따라서 계측된 기체흐름량과 미리 설정된 기준기체흐름량과 대비 판단하여 연료전지 분리판의 불량여부를 판단할 수 있게 된다.
본 발명에서 제어부는 질량유량계에서 측정된 기체흐름량을 기준기체흐름량과 대비 판단하여 다음 단계의 진행여부를 결정하도록 프로그램될 수 있다. 또한 각 개폐밸브의 작동 및 프레스의 작동은 제어부에 의하여 순차적으로 이루어짐으로써 연료전지 분리판의 밀폐성능 검사는 자동화되어 수행될 수 있다.
본 발명에서 밀폐성능이 검사되는 대상은 셀이거나 연료전지 분리판 1장이거나, 복수의 셀이 적층된 스택일 수 있다. 스택을 검사할 때에 기준기체흐름량은 하나의 셀에 대한 밀폐성능 검사에서 요구되는 기준기체흐름량의 적층 수만큼 배수될 수 있다. 또한, 적층수에 따라 주입되는 검사기체의 요구 압력은 상승될 수 있다.
100 : 검사장치
1 : 프레스상부 11 : 플레이트하부 12 : 플레이트
2 : 씰링부재 21 : 홀들 22 : 전극면홀
3 : 질량유량계
4 : 메인유로
5 : 바이패스라인 51 : 개폐밸브
10 : 분리판
11a 내지 11h : 제1밸브 내지 제8밸브
12a : 연료 주입극 12b : 냉각수 주입극 12c : 공기 주입극
12d : 공기 출구극 12c : 냉각수 출구극 12d : 연료 출구극
13a : 연료 주입유로 13b : 냉각수 주입유로 13c : 공기 주입유로
13d : 공기 출구유로 13e : 냉각수 출구유로 13f : 연료 출구유로
12g, 12h : 전극면부 13g : 전극면 주입유로 13h : 전극면 배출유로

Claims (6)

  1. 연료전기 분리판을 가압하는 프레스,
    상기 연료전기 분리판의 각 주입극 및 상기 연료전지 분리판의 일면의 전극면부에 대응하여 상기 프레스에 형성되는 주입유로들,
    상기 연료전기 분리판의 각 출구극 및 상기 연료전지 분리판의 타면의 전극면부에 대응하여 상기 프레스에 형성되는 출구유로들,
    각 주입유로와 각 출구유로에 구비되는 개폐밸브,
    상기 주입유로들이 연통되는 메인유로, 그리고
    상기 메인유로를 통하여 주입되는 검사기체의 유량을 측정하는 질량유량계를 포함하는 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 메인유로에는
    상기 질량유량계를 우회하여 검사기체를 주입유로들로 유입되게 하고, 개폐밸브가 구비되어 있는 바이패스라인이 연결되어 있는 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 연료전기 분리판의 상면과 하면에는 씰링부재가 더 결합되고,
    상기 씰링부재에는
    상기 주입극 및 상기 출구극에 대응되는 홀들과,
    상기 홀들과 독립되어 상기 연료전기 분리판의 전극면부에 대응되는 전극면홀이 형성되어 있는 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치.
  4. 제2항에 따른 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치를 이용하여 연료전지 분리판의 밀폐검사하는 방법에서,
    상기 연료전지 분리판의 일면의 전극면부에 연통된 주입유로와, 상기 연료전지 분리판의 타면의 전극면부에 연통된 출구유로를 개방하고, 나머지 주입유로들과 나머지 출구유로들은 폐쇄하는 단계,
    상기 바이패스라인으로 검사기체를 주입하며 주입유로에 가스압력을 인가하는 단계, 그리고
    상기 출구유로와 바이스패스라인의 개폐밸브를 닫고, 상기 질량유량계를 통하여 주입되는 검사기체의 기체흐름량을 계측하는 단계를 포함하는 연료전지 분리판의 밀폐검사 방법.
  5. 제2항에 따른 연료전지 분리판의 밀폐검사 장치를 이용하여 연료전지 분리판의 밀폐검사하는 방법에서,
    (A) 주입극들에 연결된 주입유로들 중 어느 하나의 주입유로를 개방하고, 출구극에 연결된 출구유로들 중 개방된 주입유로와 연통된 출구유로만 개방하는 단계,
    (B) 바이패스라인으로 검사기체를 주입하며 개방된 주입유로와 개방된 출구유로 간의 검사기체의 배출을 확인하는 단계,
    (C) 상기 바이패스라인 및 개방된 주입유로를 폐쇄하고, 질량유량계를 통하여 주입되는 검사기체의 기체흐름량을 계측하는 단계,
    (D) 상기 기체흐름량이 설정된 기준기체흐름량 미만인 경우에 나머지 출구유로를 차례로 개방하면서 질량유량계를 통하여 주입되는 검사기체의 기체흐름량을 계측하는 단계, 그리고
    (E) 상기 (A) 단계로 되돌아가 나머지 주입유로를 차례로 개방하면서 상기 (B) 단계 내지 상기 (D) 단계를 거치는 단계
    를 포함하는 연료전지 분리판의 밀폐검사 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 (E) 단계 이후에
    (F) 주입극들에 연결된 주입유로들을 개방하고, 출구극에 연결된 출구유로들은 폐쇄하며, 바이패스라인으로 검사기체를 주입하는 단계, 그리고
    (G) 바이패스라인을 폐쇄하고, 질량유량계를 통하여 검사기체를 주입하며 상기 질량유량계를 통해 기체흐름량을 계측하는 단계
    를 더 거치는 연료전지 분리판의 밀폐검사 방법.
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