KR20120071570A - 연료전지 가스켓용 사출금형 및 연료전지 가스켓 성형방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 가스켓용 사출금형 및 연료전지 가스켓의 성형 방법을 제공한다. 본 발명의 가스켓용 사출금형은, 연료전지 가스켓용 사출금형은, 상부금형 및 하부금형 사이에 분리판을 배치하고, 주입구 및 런너를 통해 유동성 있는 성형재를 주입하여서, 상기 분리판의 상하면에 연료전지 가스켓을 성형하는 것으로서, 상기 분리판 상, 하면에 각각 배치된 상, 하측 가스켓용 챔버와, 상기 분리판과 이격된 위치에 형성된 임시 챔버와, 상기 주입구를 통해 주입되는 유동성 고무를 상기 임시 챔버로 공급하는 제1 게이트와, 상기 임시 챔버부터의 성형재를 상기 분리판의 측방향을 따라서 상기 상, 하측 가스켓용 챔버로 전달시키는 제2 게이트를 포함한다.
Description
본 발명은 연료전지 가스켓용 사출금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지의 분리판의 표면에 가스켓을 일체로 성형하는 사출금형 및 이의 가스켓 성형방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 물의 전기분해 반응의 역반응으로 수소와 산소를 이용하여 전력을 생산시키는 시스템이다. 연료전지는 다양한 형태를 갖고 있으며, 그 예로는 연료전지 형태가 양자교환막(PEM: Proton Exchange Membrane)을 이용한 것이다.
통상의 연료전지들은 비교적 낮은 전압을 생산한다. 따라서 전력으로 가용될 수 있을 만큼 생산하려면 단위전지 셀이 수십에서 수백 개 모아져 연료전지 스택(stack)을 구성해야 한다.
도 1은 종래의 연료전지 스택의 단위전지 셀을 보인 분리 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 연료전지 스택은 단위전지 셀들을 다수 적층한 구조로 이루어진다. 상기 단위전지 셀은, 크게 한쌍의 분리판(10)과, 상기 분리판의 사이를 밀봉하는 가스켓(20)과, 상기 분리판의 사이에 구비되는 막전극접합체(40)로 구성된다. 막전극접합체(40)는 고분자전해질막(42)과, 상기 고분자전해질막의 양면에 형성된 한 쌍의 전극인 연료극(44)과 공기극(46)으로 구성된다.
상기 분리판(10)은 흑연 등 도전성 소재로 구성되며, 상기 막전극접합체(40)를 기계적으로 고정함과 동시에, 인접한 막전극접합체 사이를 서로 전기적으로 직렬 또는 병렬로 접속시킨다.
상기 분리판(10)에는 수소와 공기의 반응에 따른 부산물인 물이 수용되는 매니폴더(30) 및 기체통로(15)가 형성된다. 가스켓(20)은 상기 물과 가스 등이 외부로 누출되지 않도록 상기 매니폴더(30)의 주위를 감싸도록 형성된다.
상기 분리판에 가스켓을 성형함에 있어서, 액상 성형재료를 이용하여 분리판 위에 직접 사출성형하는 일체화 성형방법이 개발되어 실시중에 있으며, 이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 종래의 연료전지 가스켓용 사출금형(100)을 보인 단면도이다. 도 2에도시된 바와 같이, 상부금형(140)과 하부금형(150)의 사이에 분리판(10)이 삽입 배치되고, 상기 상부금형(140)에 구비된 주입부 및 런너(110)를 통해 액상고무가 고압으로 주입된다.
상부금형(140)의 분리판 상면에 챔버(125) 및 상기 챔버(125)와 연결되는 게이트(120)가 형성된다. 상기 게이트를 통해 상기 분리판의 상면에 직접 주입된 액상고무는 통로(130)를 통하여서 상기 챔버(125)로 유입되어 가스켓을 성형하게 된다.
그런데 상기 분리판(10)은 통상적으로 흑연으로 이루어지는데, 흑연 분리판 상면에 게이트를 두어 사출을 하게 되면, 과도한 압력이 분리판에 걸리게 되어서 상기 분리판(10)이 파손될 위험이 있다.
또한 상기 분리판(10)의 양면에 가스켓을 접착시키기 위해서는, 분리판 한면에 먼저 가스켓을 부착시키고 난 다음, 반대면에 다시 가스켓을 부착시키는 단계를 거치기 되는데, 이 경우 한면씩 작업하게 되면 작업시 분리판이 고온에서 데미지를 받게 된다. 이와 더불어 반대면에 가스켓 성형작업시에는 이미 한면에 성형된 가스켓도 데미지를 받게 된다.
이를 방지하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 분리판(10)에 홀(15)을 형성시킨 후에, 상기 홀(15)을 통하여 동시에 분리판 양면에 가스켓을 성형할 수도 있다. 그러나 이 경우에는 분리판의 가공공수가 늘어나서 가격이 비싸지게 되고, 작업 시간이 길어지게 된다.
한편, 통상의 액상고무(Liquid Rubber)는 평균분자량이 수천 이상에 달하는 무정형 중합체로서, 유동성이 우수한 반면 내구성이 약하여 수명이 짧은 한계점이 있었다. 이에 따라, 플루오린이 함유된 고분자(高分子)의 합성고무로서 내열성과 내구성이 우수한 불소고무(Fluororubber)를 이용하여 가스켓을 제조할 수도 있다. 그러나, 불소고무를 액상 고무로 사용하는 경우 고가여서 적용하는 것이 어려우므로 흐름성이 우수한 고상의 고무를 사용해야 하며, 상술한 바와 같이 박형의 분리판 표면에 직접 주입시 분리판이 파손된다는 문제점이 있다. 즉, 종래의 방식으로는 불소고무를 이용한 가스켓의 성형시 분리판의 파손으로 일체화 성형이 어렵고 불량률이 높다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 분리판에 과도한 압력이 걸리지 않으면서도, 분리판 양면에 가스켓을 성형할 수 있는 구조를 갖는 연료전지 가스켓용 사출금형 및 연료전지 가스켓 성형방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 가스켓용 사출금형은, 상부금형 및 하부금형 사이에 분리판을 배치하고, 주입구 및 런너를 통해 유동성 있는 성형재를 주입하여서, 상기 분리판의 상하면에 연료전지 가스켓을 성형하는 것으로서, 상기 분리판 상, 하면에 각각 배치된 상, 하측 가스켓용 챔버와, 상기 분리판과 이격된 위치에 형성된 임시 챔버와, 상기 주입구를 통해 주입되는 유동성 고무를 상기 임시 챔버로 공급하는 제1 게이트와, 상기 임시 챔버부터의 성형재를 상기 분리판의 측방향을 따라서 상기 상, 하측 가스켓용 챔버로 전달시키는 제2 게이트를 포함한다.
이 경우, 상기 제2게이트는, 상기 임시 챔버(220)로부터 상기 분리판의 측면까지 연결된 사이드 게이트부와, 상기 사이드 게이트부로부터 분기되어서, 각각 상기 상, 하측 가스켓용 챔버와 연결되는 상, 하측 통로부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 임시 챔버의 내측 공간은 상기 분리판보다 큰 직경을 가지고, 상기 사이드 게이트부의 직경은, 상기 임시 챔버측으로부터 점점 직경이 커지다가 다시 작아지는 형상을 가질 수 있다.
상기 성형재는 플루오린이 함유된 고분자의 합성고무일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에서, 상부금형 및 하부금형 사이에 분리판이 배치되고, 상기 분리판의 상하면에 각각 상, 하측 가스켓용 챔버가 설치된 연료전지 가스켓용 사출금형에서의 가스켓용 성형재를 상기 상, 하측 가스켓용 챔버에 주입하는 방법으로서, 상기 분리판에서 이격된 위치로부터 가스켓용 성형재를 상기 분리판의 측방향으로 이동시켜서 상기 분리판의 상, 하측 가스켓용 챔버에 동시에 충전시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스켓의 성형 방법을 제공한다.
이 경우, 상기 연료전지 가스켓용 성형재를 상기 분리판의 측방향에 이격 배치된 임시챔버로 이송시키는 단계와, 상기 임시챔버로부터 상기 연료전지 가스켓용 성형재를 측방향으로 이송시키는 단계와, 상기 연료전지 가스켓용 성형재를 상기 분리판의 상, 하면 상으로 동시에 이동시켜서, 상기 상, 하측 가스켓용 챔버에 동시 충전시키는 단계를 포함한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명은 분리판의 상면에 직접적으로 게이트가 형성되지 않음으로써, 분리판에 과도한 압력이 걸리지 않는다. 이에 따라서 분리판에 손상이 발생하지 않는다.
또한, 상, 하측 가스켓용 챔버로 동시에 성형재를 공급함으로써, 가스켓에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 분리판에 홀 가공을 하지 않아도 되며, 흑연 소재의 분리판을 복합소재 타입으로 제작시 추가 가공이 필요없어 분리판 제작기간이 줄어들고 비용이 저감된다.
도 1은 종래의 연료전지 스택의 단위전지 셀을 보인 분리 단면도이다.
도 2는 종래의 연료전지 가스켓용 사출금형을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 가스켓용 사출금형을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 가스켓의 성형 방법을 도시된 흐름도이다.
도 2는 종래의 연료전지 가스켓용 사출금형을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 가스켓용 사출금형을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 가스켓의 성형 방법을 도시된 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 가스켓용 사출금형(200)을 도시한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연료전지 가스켓용 사출금형(200)은, 상측 가스켓용 챔버(261)와, 하측 가스켓용 챔버(262)와, 임시 챔버(220)와, 제1 게이트(210)와, 제2 게이트(230)를 포함한다. 이 경우, 상기 연료전지 가스켓용 사출금형(200)은, 상부금형(240) 및 하부금형(250) 사이에 분리판(10)을 배치하고, 주입구 및 런너를 통해 유동성 있는 성형재를 주입하여서, 상기 분리판(10)의 상하면에 가스켓을 성형하는 장치이다.
상측 가스켓용 챔버(261)는 상기 분리판 상면(11)에 배치된다. 상기 상측 가스켓용 챔버(261)에 성형재가 주입되어서 분리판 상면(11)에 가스켓이 일체로 성형된다.
하측 가스켓용 챔버(262)는 상기 분리판 하면(12)에 배치된다. 상기 하측 가스켓용 챔버(262)에 성형재가 주입되어서 분리판 하면(12)에 가스켓이 일체로 성형된다.
임시 챔버(220)는 상기 분리판(10)과 이격된 위치에 상기 상, 하부금형(240, 250) 사이에 형성된다. 즉, 상기 임시 챔버(220)는 상기 상부금형(240)의 하면이 상측으로 오목하게 파지고, 하부금형(250)의 상면이 하측으로 오목하게 파지게 함으로써 형성될 수 있다. 상기 임시 챔버(220)는 상기 분리판(10)의 상면이 아닌 분리판(10)과 이격 배치된 곳에 설치된다.
본 실시예에서는, 상기 임시 챔버(220)가 대략 도면에서와 같이 구 형상을 가지고, 성형공간을 사이에 두고 한 쌍으로 마련될 수 있다. 그러나, 꼭 도시된 예로 상기 임시 챔버(220)의 구조를 한정하는 것은 아니며, 상기 임시 챔버(220)가 단수개 또는 3개 이상 마련되거나, 사다리꼴, 사각형, 깔대기 형상을 가지는 것과 같은 변형도 가능함은 당연하다.
제1 게이트(210)는 상기 주입구를 통해 주입되는 성형재를 상기 임시 챔버(220)로 공급한다. 즉, 제1 게이트(210)는 분리판 상면(11)과 바로 연결된 것이 아니라, 상기 분리판(10)과 이격 배치된 임시 챔버(220)와 연결되어서, 성형재가 분리판 상면(11)으로 공급되지 않도록 한다. 이로 인하여 분리판(10)이 받는 충격이 없다.
제2 게이트(230)는 상기 임시 챔버(220)부터의 성형재를 상기 분리판(10)의 측방향을 따라서 상기 가스켓용 챔버로 전달시킨다. 상기 임시 챔버(220)가 상기 분리판(10)의 측방향에 이격 배치되어 있다면, 상기 제2 게이트(230)는 상기 상, 하부금형(240, 250) 사이에 형성되어서 측방향으로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 제2 게이트(230)는 사이드 게이트부(236)와, 상, 하측 통로부(231, 232)를 포함할 수 있다. 사이드 게이트부(236)는 상기 임시 통로로부터 상기 분리판(10)의 측면까지 연결된다. 상, 하측 통로부(231, 232)는 상기 사이드 게이트부(236)로부터 분기되어서, 각각 상기 상, 하측 가스켓용 챔버(261, 262)와 연결된다.
즉, 임시 챔버(220)로부터의 성형재가 상기 사이드 게이트부(236)를 측방향으로 이동하게 되고, 상, 하측 통로부(231, 232)를 따라서 상기 분리판(10) 상하면의 상, 하측 가스켓용 챔버(262)로 충전된다. 이에 따라서, 상기 게이트로부터의 성형재 공급으로부터 받는 충격을 임시 챔버(220)가 흡수함으로써 분리판(10)에 충격이 덜 가해지게 되어서, 분리판(10) 파손등의 문제가 발생하지 않게 된다. 그리고, 분리판(10) 상하면에 배치된 상, 하측 가스켓을 동시에 성형함으로써, 성형시에 가스켓 손상을 방지할 수 있다.
이 경우, 상기 임시 챔버(220)의 내측 공간은 상기 분리판(10)보다 큰 직경을 가지고, 상기 사이드 게이트부(236)의 직경은, 상기 임시 챔버(220)측으로부터 점점 직경이 커지다가 다시 작아지는 형상을 가질 수 있다.
상기 임시 챔버(220)의 사이즈를 크게 함으로써, 상기 성형재의 유동 속도를 낮추어주고, 유동 난류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 사이드 게이트부(236)의 직경도 중앙부가 볼록한 형상을 함으로써, 상기 성형재의 유동 속도를 낮추어주고, 유동 난류가 발생하는 것을 방지하여서, 상기 분리판(10)에 충격이 최대한 가해지지 않도록 할 수 있다.
한편, 상기 성형재는 플루오린이 함유된 고분자의 합성고무인 것이 바람직하다. 즉, 상술한 바와 같이 액상고무가 없어서 흐름성이 우수한 고상의 고무를 사용해야 하는 불소고무의 경우에도, 종래와는 달리 분리판(10)의 파손없이 가스켓을 일체로 성형할 수 있게 된다.
참고로, 본 실시예에서 설명하는 사출금형장치는 성형재를 공급하는 핀 포인트를 구비하는 3단 방식이거나, 2단 방식에 모두 적용될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 상기 성형재가 상기 성형공간에서 사출금형에 의해 성형된 후 상, 하금형이 상호 분리되면, 밀핀이 밀핀홈을 통해 진입하여 성형재를 들어 올림과 동시에, 제2 게이트(230)의 상, 하측 통로부(231, 232)가 끊어짐에 따라서 가스켓 사출이 완료된다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 가스켓의 성형 방법을 도시된 흐름도이다. 도 4와 함께, 도 3을 참조하여 설명하면, 상부금형(240)과 하부금형(250)의 사이에 분리판(10)을 배치하고, 상기 상부금형(240)에 구비된 주입부를 통해 유동성 있는 성형재를 주입한다.(S10)
상기 주입부를 통해 주입되는 성형재는 제1 게이트(210)를 통하여 분리판(10)과 이격된 위치에서 상부금형(240)과 하부금형(250)의 사이에 성형된 임시 챔버(220)의 내부에 저장된다. (S20)
상기 임시 챔버(220)에 저장된 성형재는 주입압력에 의해 제2 게이트(230)를 거쳐(S30) 분리판(10)의 상면 및 하면에 각각 구비된 상측 가스켓용 챔버(261) 및 하측 가스켓용 챔버(262)로 동시에 이동하여 충전된다.(S40)
즉, 주입부를 통해 고압으로 사출되는 성형재가 금형 내부의 임시 챔버(220)에 1차로 저장된 후 분리판(10)의 표면과 접하는 상, 하측 가스켓용 챔버(262)로 이동하여 2차로 저장되는 방식으로, 사출시 가해지는 충격이 상기 임시 챔버(220)에서 모두 흡수됨으로써 분리판(10)에 가해지는 충격을 최소화할 수 있게 된다.
따라서, 상술한 바와 같이 액상고무가 없어서 흐름성이 우수한 고상의 고무를 사용해야 하는 불소고무의 경우에도, 종래와는 달리 분리판(10)의 파손없이 가스켓을 일체로 성형할 수 있게 된다.
이때, 제2 게이트(230)는 임시 챔버(220)에 주입된 성형재가 상, 하측 가스켓용 챔버(262)로 충격없이 유동할 수 있도록 수평으로 연결함이 바람직하다.
즉, 본 발명의 연료전지 가스켓의 성형 방법은 상기 분리판(10)에서 이격된 위치로부터 가스켓용 성형재를 상기 분리판(10)의 측방향으로 이동시켜서 상기 분리판(10)의 상, 하측 가스켓용 챔버(261, 262)에 동시에 충전시키는 것이다.
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.
10: 분리판
200: 연료전지 가스켓용 사출금형
210: 제1 게이트
220: 임시 챔버
230: 제2 게이트
231: 상측 통로부
232: 하측 통로부
240: 상부금형
261: 상측 가스켓용 챔버
262: 하측 가스켓용 챔버
250:하부금형
261: 상측 가스켓용 챔버
262: 하측 가스켓용 챔버
200: 연료전지 가스켓용 사출금형
210: 제1 게이트
220: 임시 챔버
230: 제2 게이트
231: 상측 통로부
232: 하측 통로부
240: 상부금형
261: 상측 가스켓용 챔버
262: 하측 가스켓용 챔버
250:하부금형
261: 상측 가스켓용 챔버
262: 하측 가스켓용 챔버
Claims (6)
- 상부금형 및 하부금형 사이에 분리판을 배치하고, 주입구 및 런너를 통해 유동성 있는 성형재를 주입하여서, 상기 분리판의 상하면에 연료전지 가스켓을 성형하는 것으로서,
상기 분리판 상, 하면에 각각 배치된 상, 하측 가스켓용 챔버;
상기 분리판과 이격된 위치에 형성된 임시 챔버;
상기 주입구를 통해 주입되는 유동성 고무를 상기 임시 챔버로 공급하는 제1 게이트; 및
상기 임시 챔버부터의 성형재를 상기 분리판의 측방향을 따라서 상기 상, 하측 가스켓용 챔버로 전달시키는 제2 게이트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스켓용 사출금형. - 제1항에 있어서,
상기 제2게이트는:
상기 임시 통로로부터 상기 분리판의 측면까지 연결된 사이드 게이트부와;
상기 사이드 게이트부로부터 분기되어서, 각각 상기 상, 하측 가스켓용 챔버와 연결되는 상, 하측 통로부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스켓용 사출금형. - 제2항에 있어서,
상기 임시 챔버의 내측 공간은 상기 분리판보다 큰 직경을 가지고,
상기 사이드 게이트부의 직경은, 상기 임시 챔버측으로부터 점점 직경이 커지다가 다시 작아지는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스켓용 사출금형. - 제1항에 있어서,
상기 성형재는 플루오린이 함유된 고분자의 합성고무인 것을 특징으로 하는 연료전지 가스켓용 사출금형. - 상부금형 및 하부금형 사이에 분리판이 배치되고, 상기 분리판의 상하면에 각각 상, 하측 가스켓용 챔버가 설치된 연료전지 가스켓용 사출금형에서의 가스켓용 성형재를 상기 상, 하측 가스켓용 챔버에 주입하는 방법으로서,
상기 분리판에서 이격된 위치로부터 가스켓용 성형재를 상기 분리판의 측방향으로 이동시켜서 상기 분리판의 상, 하측 가스켓용 챔버에 동시에 충전시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스켓의 성형 방법. - 제5항에 있어서,
상기 연료전지 가스켓용 성형재를 상기 분리판의 측방향에 이격 배치된 임시챔버로 이송시키는 단계;
상기 임시챔버로부터 상기 연료전지 가스켓용 성형재를 측방향으로 이송시키는 단계; 및
상기 연료전지 가스켓용 성형재를 상기 분리판의 상, 하면 상으로 동시에 이동시켜서, 상기 상, 하측 가스켓용 챔버에 동시 충전시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스켓의 성형 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100133168A KR20120071570A (ko) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | 연료전지 가스켓용 사출금형 및 연료전지 가스켓 성형방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100133168A KR20120071570A (ko) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | 연료전지 가스켓용 사출금형 및 연료전지 가스켓 성형방법 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20120071570A true KR20120071570A (ko) | 2012-07-03 |
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ID=46706528
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100133168A KR20120071570A (ko) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | 연료전지 가스켓용 사출금형 및 연료전지 가스켓 성형방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20120071570A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017124508A (ja) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | トヨタ紡織株式会社 | 金属樹脂一体成形品及びその製造方法 |
| KR20230132289A (ko) | 2022-03-08 | 2023-09-15 | 한국후꼬꾸 주식회사 | 연료전지용 가스켓 제조방법 및 이 제조방법으로 제조된 가스켓 |
-
2010
- 2010-12-23 KR KR1020100133168A patent/KR20120071570A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR20230132289A (ko) | 2022-03-08 | 2023-09-15 | 한국후꼬꾸 주식회사 | 연료전지용 가스켓 제조방법 및 이 제조방법으로 제조된 가스켓 |
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