KR20130076794A - 적층된 연료 셀 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적층된 연료 셀을 조립하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본원 발명에서 하나 이상의 펀치를 포함한 조립체 헤드가 시트 재료로부터 일부를 나누기 위해 그리고 상기 일부를 적층용 전극 플레이트로 이송을 위해 사용된다. 본 명세서에 개시된 실시예는 적층된 연료 셀을 조립하는 방법을 포함하고 있으며, 상기 방법은: 제1 시트 재료(202b)를 제1 다이(205)에 제공하는 단계; 조립체 헤드(204)를 상기 제1 다이에 인접한 제1 위치로 이동하는 단계를 포함하고, 상기 조립체 헤드는 상기 제1 다이와 결합하도록 구성된 표면(507)을 갖는 제1 펀치(501)를 포함하는 단계; 상기 제1 시트 재료로부터 일부를 분리하도록 상기 제1 다이와 상기 제1 펀치를 결합하는 단계; 상기 제1 시트부를 상기 제1 펀치의 상기 표면에 부착하는 단계; 제1 시트 재료부를 갖는 조립체 헤드를 전극 플레이트(701)를 포함한 조립체 스테이션(203)으로 이동하는 단계; 그리고 상기 제1 시트 재료부를 상기 전극 플레이트의 표면에 적용하는 단계를 포함한다.

Description

적층된 연료 셀 조립체{LAMINATED FUEL CELL ASSEMBLY}
본 발명은 적층된 연료 셀을 조립하기 위한 방법 및 기기에 관한 것으로서, 본 발명에서 하나 이상의 펀치를 포함한 조립체 헤드가 시트 재료로부터 여러 부분을 분리하고 상기 여러 부분을 적층용 전극 플레이트에 이송하기 위해 사용된다.
양성자 교환 멤브레인 기술에 기초한 연료 셀은 많은 수의 개별 셀을 함께 적층 함으로써 전형적으로 조립된다. 각각의 셀은 멤브레인-전극 조립체(MEA : Membrane-Electrode Assembly)의 어느 한 면 상의 관련 애노드 플레이트와 캐소드 플레이트를 구비한 MEA를 포함한다. 개스킷은 MEA 주위에 유밀 시일을 보장하도록 사용된다.
종래의 연료 셀(10)의 전형적인 레이아웃이 도 1에 도시되어 있으며, 명확하게 하기 위하여, 상기 도 1에서 다양한 레이어가 분해된 형태로 도시되어 있다. 고체의 폴리머 이온 이송 멤브레인(11)이 애노드(12)와 캐소드(13) 사이에서 샌드위치 된다. 전형적으로, 애노드(12) 및 캐소드(13) 모두는 다공성 탄소와 같은 전기 전도성, 다공성 재료로부터 형성되고, 이러한 재료에 플래티늄 및/또는 여러 귀 금속 촉매의 작은 입자가 부착된다. 애노드(12) 및 캐소드(13)는 멤브레인(11)의 각각의 인접한 표면에 직접적으로 종종 부착된다. 이러한 조합은 통상적으로 멤브레인-전극 조립체라고 공동으로 언급하였다.
애노드 유체 유동장 플레이트(14) 및 캐소드 유체 유동장 플레이트(15)는 폴리머 멤브레인(11)과 다공성 전극 레이어(12, 13)를 샌드위치 한다. 확산기 또는 가스 확산 레이어로 언급된 중간 배접지(12a, 13a, backing layer)는 또한 애노드 유체 유동장 플레이트(14)와 애노드(12) 사이에 사용될 수 있고 이와 유사하게 캐소드 유체 유동장 플레이트(15)와 캐소드(13) 사이에 사용될 수 있다. 백킹 레이어(12a, 13a)는 다공성이므로 애노드 표면 및 캐소드 표면으로의 그리고 상기 표면으로 가스의 확산이 가능할 뿐만 아니라 수증기 및 셀에서의 액상의 물의 조정에 도움이 된다.
유체 유동장 플레이트, 즉 전극 플레이트(14, 15)가 전기 전도성, 비-다공성 재료로 형성되고 이로써 각각의 애노드 전극(12) 또는 캐소드 전극(13)과 전기 접속될 수 있다. 동시에, 유체 유동장 플레이트는 다공성 전극(12, 13)으로부터 또는 상기 전극으로의 유체 연료, 산화제 및/또는 환원물의 이송 및/또는 배기를 용이하게 한다. 이는 다공성 전극(12, 13)에 있는 표면의 채널(16) 또는 홈과 같은, 유체 유동장 플레이트의 표면에 유체 유동 통로를 형성함으로써 통상적으로 영향을 받게 된다.
전극 플레이트(14, 15)는 서로 전기적으로 절연되고, 플레이트(14, 15)를 가로지르는 유동장이 유체 유동 플레이트와 폴리머 멤브레인(11) 사이의 유체장 영역 주위에 위치되는 개스킷을 사용해 유밀을 유지한다.
사용가능한 양의 파워가 발생될 수 있도록, 도 1에 도시된 바와 같은 개별 셀이 보다 큰 스택의 셀로 조립될 필요가 있다. 이는 평평한 스택에서의 다중 셀을 적층함으로써 행해져, 교호의 애노드 및 캐소드 플레이트 연결을 초래한다. 개별 셀을 직렬로 연결하면 보다 고 전압이 스택에 의해 발생될 수 있고, 셀 또는 셀의 그룹을 병렬로 연결하면 보다 고 전류가 발생될 수 있다. 다중 스택은 예를 들면, 수소-동력식 차량용 전력부에 사용하기 위해 전력을 발생시키도록 사용될 수 있다.
많은 수의 셀이 각각의 개별 스택을 형성하도록 조립될 필요가 있다. 따라서 이러한 스택을 제조하는 것은 별도의 많은 단계를 필요로 하고, 이들 단계 중 각각의 단계는 각각의 셀을 이루는 다양한 레이어를 정확하게 위치결정시키는 단계를 필요로 한다. 임의의 오정렬이 예를 들면 전기 단락-회로에 의해 또는 연료 경로나 산화제 경로로부터의 누출을 통해, 전반적인 스택의 고장을 야기시킬 수 있다. 따라서 스택을 조립하기 위한 제조 공정이 빠르고, 정확하며 신뢰가능한 대량 생산에 연료 셀 기술을 적용하는 것은 중요하다.
이러한 연료 셀 스택의 조립체가 갖는 특정 문제점은 그 자체 특성에 의해 가요성이 있고 이에 따라 금속의 유체 유동장 플레이트의, 특히 서브-밀리미터의 위치 정확도가 요구될 때, 상기 금속의 유체 유동장 플레이트와 같은 가요성이 적은 여러 구성요소와 관련하여 보다 더 정렬되기 어려운, 개스킷과 같은 구성요소의 정확한 위치결정 및 정렬에 관한 것이다. 개스킷은 접착 개스킷 재료의 다이 절결 시트의 형태로 공급될 수 있으며, 이는 기판상의, 예를 들면 유체 유동장 플레이트 또는 MEA 상의 제 위치에 위치되기 전에 배접지로부터의 제거를 필요로 한다.
이러한 접착 재료를 정확하게 위치시키는 것은 정렬 공구의 사용 없이 수동으로 달성하기에는 어렵고, 고 강도의 노동이다.
연료 셀 조립체의 가요성 구성요소용 사전-절결된 시트의 사용은 또한 상기 시트가 조정 및 조립 동안에 이동될 수 있고 뒤틀릴 수 있기 때문에, 또한 문제가 된다. 예를 들면, 개스킷과 같은 접착성 레이어를 갖는, 배접지의 사용은 뒤틀림을 감소시키는 경향이 있지만, 이러한 개스킷의 위치결정을 서브-밀리미터 레벨의 반복가능한 정확도로 유지시키는데 불충분할 수 있다는 것이다.
또 다른 문제점은 가능한 수개의 작동으로 적층된 연료 셀을 어떻게 조립하고, 총 공정의 속도를 어떻게 빠르게 하며 위치 공차에 영향을 미칠 수 있는 변수의 수를 어떻게 감소시키냐는 것이다.
보다 일반적인 또 다른 문제점은 정확도나 반복성 중 어느 하나도 저하시키지 않으면서 적층된 연료 셀을 조립하는 총 공정의 속도를 어떻게 높일 수 있는가이다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 문제점 중 하나 이상의 문제점을 처리하는 것이다.
본 발명의 제1 특징에 따라, 적층된 연료 셀을 조립하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:
제1 시트 재료를 제1 다이에 제공하는 단계;
상기 제1 다이와 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제1 펀치를 포함한 조립체 헤드를 상기 제1 다이에 인접한 제1 위치로 이동하는 단계;
상기 제1 시트 재료로부터 일부를 분리하기 위하여 상기 제1 다이와 상기 제1 펀치를 결합하는 단계;
상기 제1 펀치의 표면에 상기 제1 시트부를 부착하는 단계;
전극 플레이트를 포함한 조립체 스테이션에 상기 제1 시트 재료부를 갖는 상기 조립체 헤드를 이동하는 단계; 및
상기 전극 플레이트의 표면에 상기 제1 시트 재료부를 상기 제1 시트 재료부를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 장점은 시트 재료의 절결 공정과 절결 재료를 적층용 전극 플레이트로 이송하는 공정이 단일의 조립 헤드를 사용하여 그리고 단일 공정의 일부로 행해진다는 것이다. 이는 사전-절결된 시트 재료의 조정 및 조립 동안에 이동 및 뒤틀림과 관련된 상기 언급된 문제점을 극복하는 것이다. 발명의 또 다른 장점은 펀칭 작동 및 적층 작동이 동일한 총 공정 내에서 행해진 결과에 따라, 조립 비용의 직접적인 그리고 간접적인 감소를 포함한다.
시트부는 펀치의 표면에 있는 개구에 적용된 진공에 의해 상기 펀치의 표면에 부착될 수 있다. 시트부를 펀치에 유지하기 위한 진공 시스템의 사용에 의해 시트 재료가 조립체 스테이션으로의 이동 동안에 조립체 헤드에 확실하게 유지될 수 있고, 상기 시트 재료가 시트 재료 전극 플레이트으로의 적층 이후에 제거될 수 있다.
조립체 헤드는 제2 다이와 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제2 펀치를 포함하고, 이 경우 상기 본 발명의 방법은:
제2 시트 재료를 상기 제2 다이에 제공하는 단계;
상기 제2 다이에 인접한 제2 위치로 조립체 헤드를 이동하는 단계 ;
상기 제2 시트 재료로부터 일부를 분리하도록 상기 제2 다이와 상기 제2 펀치를 결합하는 단계;
상기 제2 시트 재료부를 갖는 상기 조립체 헤드를 상기 조립체 스테이션으로 이동하는 단계 ; 및
상기 전극 플레이트의 상기 표면에 상기 제2 시트 재료부를 적용하는 단계를 포함한다.
조립체 헤드 상에 하나 이상의 펀치를 구비하면 본원발명의 장치가 행하는 작동의 수를 감소시킬 수 있으며, 이는 공정 속도를 빠르게 한다.
제1 시트부와 마찬가지로, 제2 시트부는 제2 펀치의 표면에 있는 개구에 가해진 진공에 의해 제2 펀치의 표면에 부착될 수 있다.
조립체 헤드는 제2 위치로부터 제1 펀치 및 제2 펀치의 각각의 표면에 부착된 제1 시트 재료부 및 제2 시트 재료부 모두를 갖는 조립 스테이션으로 이동될 수 있고, 이 경우 상기 제1 시트 재료부 및 상기 제2 시트 재료부가 단일의 작동으로 전극 플레이트의 표면에 적용된다. 이러한 구성은 조립체 스테이션에 대한 조립체 헤드의 위치 공차에 의하기 보다는 제1 펀치 및 제2 펀치의 위치 공차로 지시되는 바와 같이, 제1 시트부와 제2 시트부의 상대 위치 공차를 향상시킨다.
바람직한 실시예에 있어서, 제2 펀치의 표면의 외측 주위부가 제1 펀치의 표면의 내측 주위부 내에 완전히 놓인다. 개스킷 재료가 적층된 연료 셀에 있는 가스 확산 레이어 재료를 둘러쌀 필요가 있다는 점에서, 제1 시트 재료가 접착 개스킷 재료를 포함하고 제2 시트 재료가 다공성 가스 확산 레이어 재료를 포함할 때, 이는 특히 적당할 것이다. 이러한 구성에 의해 시트 구성요소가 조립체 헤드 상에서 동시에 행해질 수 있어, 조립 공정으로부터 하나의 이동 작동을 제거한다.
제1 시트 재료 또는 제2 시트 재료가 시트 재료의 스트립으로부터의 선형 시트 공급 라인에 의해 제1 다이에 제공될 수 있다. 시트 재료의 스트립은 릴로부터 제공될 수 있다. 시트 재료의 절결이 조립체 장치상에서 실행되기 때문에, 시트 재료가 조립 공정에 맞춰지는 특정된 폭과 두께가 아닌 특별한 형상으로 공급될 필요가 없게 된다.
전극 플레이트는 일련의 결합된 전극 플레이트를 포함한 선형 시트 공급 라인에 의해 조립체 스테이션에 제공될 수 있다. 애노드 플레이트일 수 있는 전극 플레이트에 사전-절결된 형태로 임의의 필요한 표면 유동 채널이 사전에 제 위치에 제공될 수 있다.
일련의 결합된 전극 플레이트가 제1 시트 재료부를 전극 플레이트의 표면에 가하는 작동 이후에 조립체 스테이션으로부터 제2 조립체 스테이션으로 안내(index)될 수 있다. 제2 조립체 스테이션은 이후 예를 들면, 캐소드 플레이트와 같은 또 다른 전극 플레이트의 사용과 같은 여러 작동이 행해질 수 있도록 사용될 수 있는 한편, 적용될 또 다른 시트 재료용 새로운(fresh) 전극 플레이트가 제1 조립체 스테이션에 제공된다. 따라서 제2 조립체 스테이션에서 실행된 작동은 제1 조립체 스테이션에서 실행된 순차의 작동과 병렬로 실행되어, 공정의 속도를 더욱 빠르게 할 수 있다.
조립체 헤드가 제1 조립체 헤드인 경우에, 상기 본원발명의 방법은:
제3 시트 재료를 제3 다이에 제공하는 단계;
제3 다이에 인접한 제3 위치에 제2 조립체 헤드를 이동하는 단계 ;
상기 제3 시트 재료로부터 일부를 분리하도록 상기 제3 다이와 상기 제2 조립체 헤드의 상기 제1 펀치를 결합하는 단계;
상기 제2 조립체 헤드의 상기 제1 펀치의 표면에 상기 제3 시트부를 부착하는 단계;
상기 조립체 스테이션에 상기 제3 시트 재료부를 갖는 상기 제2 조립체 헤드를 이동하는 단계; 및
상기 제1 시트 재료부 및 상기 제2 시트 재료부 상에 상기 제1 시트 재료부를 적용하는 단계를 더 포함하고, 상기
상기 제2 조립체 헤드는 상기 제3 다이와 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제1 펀치를 포함한다.
제1 조립체 헤드와 실질적으로 동일할 수 있는 제2 조립체 헤드를 사용함으로써, 여러 작동이 병렬로 실행될 수 있다. 예를 들면, 제1 조립체 헤드 및 제2 조립체 헤드가 상이한 절결 위치로 이동되고 시트 재료부를 얻도록 동시에 작동될 수 있고, 이후 상기 시트 재료부를 상기 전극 플레이트 상에 순차로 적용할 수 있다. 이는 전반적인 공정의 속도를 더욱 빠르게 한다.
제1 시트부 및 제2 시트부와 마찬가지로, 제3 시트부는 제2 조립체 헤드 조립체 제1 펀치의 표면에 있는 개구에 적용된 진공에 의해 제2 조립체 헤드의 제1 펀치의 표면에 부착될 수 있다.
제1 조립체 헤드와 마찬가지로, 제2 조립체 헤드는 제4 다이를 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제2 펀치를 포함하고, 상기 본원발명의 방법은:
제4 시트 재료를 상기 제4 다이에 제공하는 단계;
상기 제4 다이에 인접한 제4 위치에 상기 제2 조립체 헤드를 이동하는 단계;
상기 제4 시트 재료로부터 일부를 분리하도록 상기 제4 다이와 상기 제2 조립체 헤드의 상기 제2 펀치를 결합하는 단계;
상기 제4 시트 재료부를 갖는 상기 제2 조립체 헤드를 상기 조립체 스테이션으로 이동하는 단계; 및
제4 시트 재료를 상기 제4 다이에 제공하는 단계;를 더 포함한다.
제3 시트 재료부 및 제4 시트 재료부는 예를 들면, 연료 셀의 캐소드 측면용 개스킷 및 가스 확산 레이어일 수 있고, 이 경우 상기 제1 시트 재료부 및 상기 제2 시트 재료부는 연료 셀의 측면용 개스킷 및 가스 확산 레이어이다.
선택적인 실시예에 있어서, 제1 조립체 헤드는 제1 시트 재료부, 제2 시트 재료부, 제3 시트 재료부 및 제4 시트 재료부 각각을 절결하고 이동하기 위해 사용될 수 있다.
여러 시트부와 마찬가지로, 제4 시트부는 제2 조립체 헤드의 제2 펀치의 표면에 있는 개구에 적용된 진공에 의해 제2 조립체 헤드의 제2 펀치의 표면에 부착될 수 있다.
제2 조립체 헤드는, 제3 시트 재료부 및 제4 시트 재료부 모두가 제2 조립체 의 제1 펀치 및 제2 펀치의 각각의 표면에 부착된 상태로, 그리고 제3 시트 재료부 및 제4 시트 재료부가 단일의 작동으로 제1 시트 재료부 및 제2 시트 재료부 상에 적용된 상태로, 제4 위치로부터 조립체 스테이션으로 이동될 수 있다.
제1 조립체 헤드는 제5 위치에서 제5 다이와 결합하도록 구성된 제3 펀치를 포함하고, 본 발명의 방법은 제5 시트 재료를 제5 다이에 제공하는 단계, 제1 조립체 헤드를 제5 위치로 이동하는 단계, 제5 시트 재료로부터 일부를 분리하도록 제5 다이와 제3 펀치를 결합하는 단계, 제5 시트 재료부를 갖는 제1 조립체 헤드를 조립체 스테이션으로 이동하는 단계, 그리고 제1 시트 재료부 및 제2 시트 재료부 상에 제5 시트 재료부를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 제2 조립체 헤드는 제5 위치에서 제5 다이를 결합하도록 구성된 펀치를 포함할 수 있고, 본 발명의 방법은 제5 시트 재료를 제5 다이에 제공하는 단계, 제2 조립체 헤드를 제5 위치로 이동하는 단계, 제5 시트 재료로부터 일부를 분리하도록 제2 조립체 헤드의 펀치 헤드를 결합하는 단계, 제5 시트 재료부를 갖는 제2 조립체 헤드를 조립체 스테이션으로 이동하는 단계, 그리고 상기 제1 시트 재료부 및 상기 제2 시트 재료부 상에 상기 제5 시트 재료부를 적용하는 단계를 포함한다.
제5 시트 재료부는 바람직하게 연료 셀 조립체용 멤브레인 전극 조립체를 형성한다.
본 발명의 제2 특징에 따라 적층된 연료 셀을 조립하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는:
상기 연료 셀의 레이어용 시트 재료를 수용하도록 각각 구성된 복수의 시트 공급 라인;
일련의 결합된 전극 플레이트를 조립체 스테이션에 안내하도록 구성된 시트 공급 라인 중 하나의 라인에 의해 공급된 조립체 스테이션;
상기 시트 재료 중 각각의 하나의 시트로부터 분리될 일부를 형성하기 위한 다이를 각각 포함하고, 상기 복수의 시트 공급 라인 중 다른 라인에 의해 공급된 복수의 절결 스테이션;
절결 스테이션 중 각각의 스테이션과 조립체 스테이션 사이에서 이동가능하도록 구성되고 절결 위치 중 제1 위치에서 대응하는 다이와 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제1 펀치를 포함하도록 구성된 조립체 헤드;를 포함하고,
상기 적층된 연료 셀을 조립하기 위한 장치는:
절결 스테이션과 조립체 스테이션 사이로 조립체 헤드를 이동하고;
상기 절결 스테이션에서 시트 재료 중 각각의 시트로부터 시트 재료의 일부를 분리하도록 조립체 헤드를 기동시키며;
절결 스테이션으로부터 조립체 스테이션으로 분리된 부분을 이송하도록 구성된다.
조립체 헤드는 절결 위치 중 제2 위치에서 대응하는 다이와 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제2 펀치를 포함하며, 제2 펀치의 표면의 외측 주위부가 제1 펀치의 표면의 내측 주위부 내에 완전히 위치된다.
제1 펀치의 표면과 제2 펀치의 표면은 각각의 펀치에 의해 나뉘어진 시트 재료가 조립체 헤드에 부착되도록 진공을 적용하기 위한 개구를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 특징과 관련된 다른 선택적인 그리고 바람직한 특징이 또한 제2 특징에 적용될 수 있다.
본 발명의 특징과 실시예는 동봉된 도면을 참조하여 그리고 아래 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 기재되어 있다.
도 1은 폴리머 전해질 멤브레인 연료 셀의 개략적인 분해 단면도이고;
도 2는 적층된 연료 셀을 조립하기 위한 일례의 장치의 사시도이고;
도 3은 도 2의 장치의 평면도이고;
도 4는 도 2 및 도 3의 장치의 측면도이고;
도 5 및 도 6은 도 2-도 4의 장치용인 일례의 조립체 헤드의 일련의 절결 사시도이며,
도 7은 적층된 연료 셀 조립체를 조립하는 일련의 처리 단계를 나타낸 일련의 개략적인 다이어그램이다.
도 1에 도시된 종래의 연료 셀 구성은 상기 본 발명의 배경기술 부분에 기재되어 있다.
본 발명의 제2 특징에 따른 일례의 장치(200)의 사시도가 도 2에 도시되어 있다. 장치(200)가 또한 도 3에서 평면도로 도시되어 있고 도 4에서는 측면도로 도시되어 있다. 많은 시트 공급 라인(201a-g)은 대응하는 많은 수의 시트 재료(202a-g)를 공급하도록 제공된다. 도시된 실시예에 있어서, 총 7개의 공급 라인이 제공되며, 일련의 결합된 MEAs(202a), 2개의 접착 개스킷 시트 재료(202b, 202f), 2개의 가스 확산 레이어 재료(202c, 202e), 일련의 결합된 애노드 전극 플레이트(202d) 및 일련의 결합된 캐소드 전극 플레이트(202g)를 공급하도록 구성된다. 개스킷 및 가스 확산 레이어 라인(201b, 201c, 201e, 201f)용 재료가 원재료 형태로 제공되며, 즉 단지 형성된 시트 두께 및 폭을 갖도록 제공되는 반면, 애노드 및 캐소드 전극 플레이트(202d, 202g)용 재료에 유체 유동 채널과 같은 표면 특징부가 사전에 제 위치로 사전 준비된 형태로 제공되며, 이는 예를 들면 스탬핑 및/또는 엣칭으로 형성된다. 애노드 플레이트와 캐소드 플레이트가 조립체(200)를 통해 안내될 수 있도록, 연속의 플레이트가 이들 부품의 스택을 포함한 호퍼로부터 선택적으로 공급될 수 있을지라도, 이들 연속의 플레이트가 서로 연결된다. 개스킷 확산 재료 및 가스 확산 재료가 릴 또는 시트 공급된 저장부(stock)로부터 공급될 수 있다. 개스킷 재료가 한 면 또는 양면 상의 배접지를 갖는 접착 시트의 형태로 공급될 수 있는 한편, 가스 확산 레이어 재료가 임의의 접착 레이어 없이도 적용될 수 있다.
MEA 라인(201a)에는 기성품(ready-made)인 멤브레인-전극 조립체가 제공되며, 이 경우 도시된 실시예에 있어서 상기 조립체는 안내를 위해 함께 연결되고 조립 이전에 개별 MEA 구성요소를 트림하고 나누기 위해 단지 최종 절결부를 필요로 한다. MEAs는 또한 릴 공급된 시트 또는 시트 공급기로부터의 개별 부분 중 어느 하나로 제공될 수 있다. 각각의 공급 라인에 대하여, 이는 조립체의 복잡도를 감소시키기 때문에, 조립체(200)에 시트 구성요소 또는 일련의 결합된 구성요소의 형태로 재료가 공급되는 것이 유리하다.
애노드 플레이트(202d)는 공급 라인(201d)에 의해 제1 중간 적층, 또는 조립, 스테이션(203) 쪽으로 안내되고, 상기 스테이션에서 개스킷, 가스 확산 레이어 및 멤브레인 전극 조립체 구성요소가 각각의 애노드 플레이트에 적층된다. 이를 위하여, 다기능 조립체 헤드(204)가 제공된다. 조립체 헤드(204)는 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 기구(명확하게 하기 위해 도시 생략됨)에 의해 하나 이상의 축선을 따라서 공급 라인을 가로질러 횡단가능하다. 바람직한 실시예에 있어서, 조립체 헤드(204)가 공급 라인의 평면에 따른 방향에 있고 상기 방향을 횡단하는 x-축선(도 2에 도시됨)을 따라 이동가능하고, 공급 라인은 시트 재료를 제공하도록 구성되고, z-축선, 즉 공급 라인의 평면에 수직한 방향으로 상승되거나 하강될 수 있다.
가스 확산 레이어 및 접착 개스킷을 구비한 애노드 플레이트를 포함한 조립체를 유도하는 일례의 일련의 작동은 다음과 같이 진행된다.
애노드 플레이트가 조립체 스테이션(203)으로 먼저 나아간다. 애노드 플레이트가 애노드 플레이트에 위치한 대응하는 구멍과 결합하는 조립체 스테이션에서 하나 이상의 핀으로 위치됨으로써 조립체 스테이션(203)에서 정확하게 위치될 수 있다. 조립체 헤드(204)가 개스킷 공급 라인(201b) 상의 위치에서 제1 다이(205)로 이동한다. 조립체 헤드에 위치한 펀치가 이후 개스킷 재료(202b)를 가로질러 다이와 결합하여, 시트로부터의 개스킷-형상의 부를 절결한다. 펀치에 일련의 개구가 제공되고 이들 개구를 통해 진공이 가해져, 개스킷이 조립체 헤드(204)에 유지된다. 조립체 헤드가 이후 다이(205)로부터 후퇴하고 제2 다이(206)로 이동하여, 상기 다이 상에 가스 확산 레이어 재료가 제공된다.
개스킷 재료가 조립체 헤드 상의 제 위치에 여전히 위치한 상태에서, 조립체 헤드에 위치한 제2 펀치가 가스 확산 레이어 재료를 가로지르는 제2 다이와 결합하여, 현재의 개스킷 재료로 둘러싸인 재료의 일부를 절결한다. 조립체 헤드(204)가 이후 제2 다이(206)로부터 후퇴하고 조립체 스테이션(203)으로 가로질러 이동하여, 개스킷 및 가스 확산 레이어 부 모두를 지지한다. 단일의 작동에 있어서, 조립체 헤드가 이후 개스킷 및 가스 확산 레이어를 조립체 스테이션(203)에서의 제 위치의 애노드 플레이트에 적용한다. 가스 확산 레이어가 개스킷 레이어 내에 완전하게 끼워맞춰지기 때문에, 상기 가스 확산 레이어가 애노드 플레이트에 일단 적용되면 측방향으로 제 위치에 유지된다. 따라서, 순차적인 작동 단계 동안에 레이어가 상승되지 않는다는 것을 보장하도록 적어도 부분적인 접착 레이어가 제공될 수 있을지라도, 접착이 가스 확산 레이어 상에 필요하지 않는다.
개스킷 및 가스 확산 레이어가 일단 적용되면, MEA 레이어가 애노드 플레이트 상에 적용된다. 이는 MEA 구성요소를 실행하고 유지시키기 위한 제3 펀치를 포함할 수 있는 조립체 헤드(204)를 이동함으로써 실행될 수 있거나, 또는 선택적으로 특히 MEA 구성요소를 조립체 스테이션(203)으로 절결하고 이동하는 목적으로 제2 조립체 헤드(207)를 사용하여 실행될 수 있다.
상기 언급된 제1 선택적인 실시예에 있어서, 제1 조립체 헤드(204)와 공칭적으로 동일한 제2 조립체 헤드(208)는 시트 공급 라인(201g, 201f)에 의해 공급된, 각각의 다이(209, 210)로부터의 개스킷 및 가스 확산 레이어 부를 얻도록 제공될 수 있다. 따라서, 이러한 제2 조립체 헤드(208)는 여러 작동을 병렬로 실행함으로써 모든 공정의 속도를 빠르게 하는데 사용될 수 있는 한편, 제1 조립체 헤드가 MEA 스테이션(211)으로부터 MEA를 회수한다.
제2 선택적인 실시예에 있어서, 제1 조립체 헤드(204)는 다이(209, 210)로부터 개스킷 및 가스 확산 레이어 부를 얻도록 사용될 수 있는 반면에, 제2 조립체 헤드(207)가 MEA를 얻도록 사용될 수 있다. 이러한 선택적인 실시예에 있어서, MEA 스테이션(211)이 바람직하게 조립체 스테이션(203)으로부터 오프셋되어, 제2 조립체 헤드(207)의 이동과 제1 조립체 헤드(204)의 이동 사이의 임의의 충돌이 피해진다. 제2 조립체 헤드(207)는 MEA 구성요소를 애노드 플레이트로 이송하기 위해 MEA 조립체 스테이션(211)과 제1 조립체 스테이션(203) 사이를 이동하도록 구성된다.
제1 선택적인 실시예와 제2 선택적인 실시예의 각각의 실시예에 있어서, 여러 작동이 병렬로 실행되고, 이에 따라 총 조립 공정이 단 하나의 조립체 헤드를 사용하는 것보다 신속할 수 있다. MEA 레이어의 이송을 위한 특별한 별도의 조립체 헤드의 사용은 또한 3개가 아닌 2개의 절결 공정을 실행하도록 단지 요구됨에 따라, 조립체 헤드(204)의 복잡한 설계를 감소시킨다.
필요한 개스킷, 가스 확산 레이어 및 MEA가 애노드 플레이트에 일단 제공되면, 애노드 플레이트 공급 라인(201d)이 애노드 플레이트를 제2 조립체 스테이션(212)으로 이동시키도록 안내된다. 캐소드 플레이트 공급 라인(201g)에 의해 공급된 캐소드 플레이트 상의 제 위치의 제3 조립체 헤드(213)는 이후 캐소드 시트 재료(202g)로부터 캐소드 플레이트를 상승시키고 제2 조립체 스테이션(212)으로 캐소드 플레이트를 이동한다. 크롭핑 블레이드(cropping blade) 엑츄에이터(214)가 시트-공급 라인으로부터 캐소드 플레이트를 분리시키도록 작동된다.
일단 캐소드 플레이트가 제2 조립체 스테이션(212)에 적용되면, 애노드 공급 라인은 마무리된 연료 셀 조립체를 제3 조립체 스테이션(217)으로 안내하고 또 다른 크롭핑 블레이드 엑츄에이터(215)가 연속의 안내 단계로 2번 작동되어, 애노드 공급 라인(202d)으로부터의 조립된 연료 셀을 분리시킨다. 조립된 연료 셀은 이후 또 다른 조립체용 조립체 활송 장치(chute, 216)로 통과된다. 제3 조립체 스테이션(217)에는 바람직하게 크롭핑 작동 동안에 연료 셀 조립체를 제 위치에 유지시키기 위하여 진공 베드가 제공된다.
상기 기재된 조립체 헤드 각각에 대하여, 진공 시스템은 조립체 스테이션(203, 212)에서의 적층 단계와 펌핑 단계 사이에 구성요소를 유지시키도록 바람직하게 사용된다. 조립체 헤드(204)에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 기재되어 있다.
또한 다양한 폐 활송 장치(218-223)가 도 1에 도시되어 있고, 이들 활송 장치를 따라서 공급 라인(201a-c, e-g)으로부터의 스크랩 재료가 시트 공급 라인으로부터 다양한 구성요소를 분리하도록 절결 작동 이후에 공급된다.
하나 이상의 카메라(401)(도 4)가 시트 공급 조립체(201) 아래에 제공될 수 있어 조립 동안에 구성요소의 상대 위치가 모니터될 수 있다. 예를 들면, 카메라(401)는 개스킷 및 가스 확산 레이어 재료의 엣지가 각각의 다이 상의 수정 위치에 있다는 것을 보장하도록 사용될 수 있다. 또한 카메라가 애노드 라인 또는 캐소드 라인의 위치를 모니터하고 필요하다면 조정하도록 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6은 개스킷 및 가스 확산 레이어 시트 재료를 절결하여 이동하기 위한 상이한 구성인 일례의 조립체 헤드(204)의 상이한 절결 사시도이다. 도 5a 및 도 6a의 A 및 B 부분에서, 조립체 헤드가 개스킷 다이(205)에 인접한 구성을 취하며, 제1 펀치는 외측 엣지(502), 내측 엣지(503), 및 개스킷 다이(205)와 결합할 때 상기 개스킷 재료에 유체 유동 채널을 제공하도록 구성된 또 다른 특징부(504)를 포함한다. 제1 펀치가 다이(205)와 접촉할 때, 개스킷의 외측 프로파일과 내측 프로파일이 내측 엣지(503), 외측 엣지(502) 및 또 다른 특징부(504)에 의해 동시에 형성되며, 이는 배출되는 폐 재료를 초래한다. 진공 홀더(501)가 내측 엣지(504)와 외측 엣지(502) 사이에 제공되어 이러한 펀칭 작동 이후에 펀치의 표면(507) 상에 개스킷을 유지시킨다. 개스킷 다이(205)와의 결합 이후에, 제1 펀치가 후퇴되고, 상기 제1 펀치(501)의 내측 엣지와 공통인 외측 엣지(503)를 포함한 제2 펀치(505)가 연장되며 가스 확산 레이어 다이(206)(C 부분)와 결합된다. 양 시트 재료가 분리된 이후에, 도 5 및 도 6의 D 부분에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 펀치(501) 및 제2 펀치(505)의 표면(507, 508)이 서로 정렬되고 표면(507, 508) 상의 제 위치에 유지되는 시트 재료(도시 생략)가 조립체 스테이션(203)(도 2)에서 애노드 플레이트에 적용된다.
도 5 및 도 6에는 또한 조립체 스테이션(203)으로의 이동 동안에 시트 재료를 제 위치에 유지시키기 위하여 제1 펀치(501) 및 제2 펀치(505)의 표면(507, 508) 상에 제공된 개구에 흡입을 제공하는, 조립체 헤드(204) 상에 제공된 진공 라인(509, 510)이 도시되어 있다. 제1 진공 라인(509)은 제1 펀치(501)의 표면(507)에 흡입을 제공하는 한편, 제2 진공 라인(510)은 제2 펀치(505)의 표면(508)에 흡입을 제공한다.
도 7은 각각의 다이(205, 206)로부터 애노드 플레이트(701) 상에 제공된 조립체 스테이션(203)으로 개스킷 및 가스 확산 레이어를 이송하기 위한 일례의 공정으로 일련의 단계를 개략적으로 나타낸 도면이다. 단계 A에 있어서, 조립체 헤드가 개스킷 다이 상에 제 위치에 놓인다. 개스킷 재료가 다이 상에 제공되고, 조립체 헤드가 제1 펀치(501)(도 5, 도 6)를 개스킷 다이(205)를 결합시킨다(단계 B). 개스킷 재료의 일부(702)가 공정에서 개스킷 다이(205)를 통해 빼내어지고, 폐기된다. 조립체 헤드(204)가 이후 개스킷 다이(205)(단계 C)로부터 후퇴되고, 가스 확산 레이어 다이(206)(단계 D)로 이동된다. 조립체 헤드(204)가 이후 제2 펀치를 가스 확산 레이어 다이(206)와 결합시키고(단계 E), 가스 확산 레이어 다이(206)로부터 후퇴한 상태에서, 개스킷 및 가스 확산 레이어 부 모두가 제1 펀치와 제2 펀치의 각각의 표면에 부착된다. 조립체 헤드(204)가 이후 조립체 스테이션(203) 상으로 이동하고(단계 G), 개스킷 및 가스 확산 레이어 부를 애노드 플레이트(701)로 적용한다(단계 H). 조립체 헤드(204)가 이후 조립체 스테이션으로부터 후퇴되고(단계 I), 개스킷 재료의 상부 표면으로부터 배접지를 떼어낸다. 이후 배접지가 조립체 헤드(204)로 이동함으로써 폐 재료 활송 장치 또는 호퍼에 폐기되고, 그리고 제1 펀치의 표면에 적용된 진공을 배출함으로써, 그리고 배접지가 깨끗하게 되고 임의의 잔여 재료가 배출되는 것을 보장하도록 양압을 선택적으로 가함으로써 폐기된다.
이어지는 처리 단계에 있어서, MEA가 애노드 플레이트(701)상에 적용된다. 또 다른 개스킷 및 가스 확산 레이어가 이후 적용되어, 도 7에 도시된 바와 같은 단계로 나아간다. 캐소드 플레이트가 이후 연료 셀 조립체를 완성하도록 적용된다.
조립체 헤드(204)는 상기 작동이 적어도 2개의 선형 축선에 따른 헤드를 이동시킬 수 있는 픽-앤-플레이스 아암을 사용하여 실행될 수 있도록 바람직하게 구성된다. 헤드가 부가적인 회전 축선을 포함하도록 더욱 구성되어 부가적인 처리가 수용될 수 있다.
상기 기재한 바와 같은 일례의 실시예에 있어서, 별도의 공급 라인(201b, 201f)이 2개의 개스킷 재료(202b, 202f)에 대해 제공되어, 애노드 측과 캐소드 측 상의 개스킷의 상이한 형상 및 구성을 수용할 수 있다. 이와 유사하게, 별도의 공급 라인(201c, 201e)이 2개의 가스 확산 레이어 재료(202c, 202e)에 대해 제공되어, 상이한 형상 및 재료가 애노드 측과 캐소드 측에 대해 사용될 수 있다. 이들 라인은 개스킷 라인을 하나의 공통의 라인으로 및/또는 가스 확산 라인을 하나의 공통의 라인으로 통합함으로써 간략하게 될 수 있고, 이는 공정 및 관련된 본 발명의 요구조건을 더욱 간단하게 한다.
여러 실시예가 첨부된 청구범위의 범주와 같은 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 적층된 연료 셀의 조립 방법으로서,
    제1 시트 재료를 제1 다이에 제공하는 단계;
    상기 제1 다이에 인접한 제1 위치로 조립체 헤드를 이동하는 단계;
    상기 제1 시트 재료로부터 일 부분을 분리하기 위하여 상기 제1 다이와 상기 제1 펀치를 결합하는 단계;
    상기 제1 시트부를 상기 제1 펀치의 표면에 부착하는 단계;
    전극 플레이트를 포함한 조립체 스테이션으로 상기 제1 시트 재료부를 갖는 상기 조립체 헤드를 이동하는 단계; 그리고
    상기 전극 플레이트의 표면으로 상기 제1 시트 재료부를 적용하는 단계를 포함하고,
    상기 조립체 헤드는 상기 제1 다이와 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제1 펀치를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 시트부는 상기 제1 펀치의 상기 표면에 있는 개구에 적용된 진공으로써 상기 제1 펀치의 상기 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 조립체 헤드는 제2 다이와 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제2 펀치를 포함하고,
    제2 시트 재료를 상기 제2 다이에 제공하는 단계;
    상기 제2 다이에 인접한 제2 위치로 상기 조립체 헤드를 이동하는 단계;
    상기 제2 시트 재료로부터 일부를 분리하기 위하여 상기 제2 다이와 상기 제2 펀치를 결합하는 단계;
    상기 조립체 스테이션으로 상기 제2 시트 재료부를 갖는 상기 조립체 헤드를 이동하는 단계; 및
    상기 전극 플레이트의 상기 표면에 상기 제2 시트 재료부를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 시트부는 상기 제2 펀치의 표면에 있는 개구에 적용된 진공으로써 상기 제2 펀치의 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    상기 조립체 헤드는 상기 제2 위치로부터 제1 펀치 및 제2 펀치의 각각의 표면에 부착된 상기 제1 시트 재료부 및 상기 제2 시트 재료부 모두를 갖는 상기 조립체 스테이션으로 이동되고, 상기 제1 시트 재료부 및 상기 제2 시트 재료부는 단일의 작동으로 상기 전극 플레이트의 상기 표면에 적용되는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  6. 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 펀치의 상기 표면의 외측 주위부는 상기 제1 펀치의 상기 표면의 내측 주위부 내에 완전히 놓이는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 시트 재료는 접착 개스킷 재료를 포함하고, 상기 제2 시트 재료는 다공성 가스 확산 레이어 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 시트 재료는 상기 제1 시트 재료의 스트립으로부터 선형 시트 공급 라인에 의해 상기 제1 다이로 제공되는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  9. 청구항 1 또는 8에 있어서,
    상기 전극 플레이트는 일련의 연결된 전극 플레이트를 포함한 선형 시트 공급 라인에 의해 상기 조립체 스테이션에 제공되는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 조립체 스테이션은 제1 조립체 스테이션이고, 상기 일련의 연결된 전극 플레이트는 상기 제1 시트 재료부를 상기 전극 플레이트의 상기 표면에 적용하는 작동 이후에, 상기 조립체 스테이션으로부터 제2 조립체 스테이션으로 안내되는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  11. 청구항 3 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조립체 헤드는 제1 조립체 헤드이고,
    제3 시트 재료를 제3 다이에 제공하는 단계;
    상기 제3 다이와 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제1 펀치를 포함한 제2 조립체 헤드를 제3 다이에 인접한 제3 위치로 이동하는 단계;
    상기 제3 시트 재료로부터 일부를 분리하기 위하여 상기 제3 다이와 상기 제2 조립체 헤드의 상기 제1 펀치를 결합하는 단계;
    상기 제2 조립체 헤드의 상기 제1 펀치의 상기 표면에 상기 제3 시트부를 부착하는 단계;
    상기 조립체 스테이션에 상기 제3 시트 재료부를 갖는 상기 제2 조립체 헤드를 이동하는 단계; 및
    상기 제1 시트 재료부 및 상기 제2 시트 재료부 상에 상기 제3 시트 재료부를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3 시트부는 상기 제2 조립체 헤드의 상기 제1 펀치의 상기 표면에 있는 개구에 적용된 진공에 의해 상기 제2 조립체 헤드의 상기 제1 펀치의 상기 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서,
    상기 제2 조립체 헤드는 제4 다이를 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제2 펀치를 포함하고,
    제4 시트 재료를 상기 제4 다이에 제공하는 단계;
    상기 제4 다이에 인접한 제4 위치로 상기 제2 조립체 헤드를 이동하는 단계;
    상기 제4 시트 재료로부터 일부를 분리하기 위하여 상기 제4 다이와 상기 제2 조립체 헤드의 상기 제2 펀치를 결합하는 단계;
    상기 제4 시트 재료부를 갖는 상기 제2 조립체 헤드를 상기 조립체 스테이션으로 이동하는 단계; 및
    상기 제1 시트 재료부 및 상기 제2 시트 재료부 상에 상기 제4 시트 재료부를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제4 시트부는 상기 제2 조립체 헤드의 상기 제2 펀치의 상기 표면에 있는 개구에 적용된 진공에 의해 상기 제2 조립체 헤드의 상기 제2 펀치의 상기 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  15. 청구항 13 또는 14에 있어서,
    상기 제2 조립체 헤드는 상기 제4 위치로부터 상기 제2 조립체 헤드의 상기 제1 펀치 및 상기 제2 펀치의 각각의 표면에 부착된 상기 제3 시트 재료부 및 제4 시트 재료부 모두를 갖는 상기 조립체 스테이션으로 이동되고, 그리고 상기 제3 시트 재료부 및 제4 시트 재료부는 단일의 작동으로 상기 제1 시트 재료부 및 상기 제2 시트 재료부 상에 적용되는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  16. 청구항 3 내지 7 중 어느 한 항에 따라,
    상기 제1 조립체 헤드는 제5 위치에서 제5 다이를 결합하도록 구성된 제3 펀치를 포함하고,
    상기 제5 다이에 제5 시트 재료를 제공하는 단계;
    상기 제5 위치로 상기 제1 조립체 헤드를 이동하는 단계;
    상기 제5 시트 재료로부터 일부를 분리하기 위하여 상기 제5 다이와 상기 제3 펀치를 결합하는 단계;
    상기 제5 시트 재료부를 갖는 상기 제1 조립체 헤드를 상기 조립체 스테이션으로 이동하는 단계; 및
    상기 제1 시트 재료부 및 상기 제2 시트 재료부 상에 상기 제5 시트 재료부를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제5 시트 재료부는 상기 연료 셀 조립체용 멤브레인 전극 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 방법.
  18. 적층된 연료 셀의 조립 장치로서,
    상기 연료 셀의 레이어용 시트 재료를 받도록 각각 구성된 복수의 시트 공급 라인;
    일련의 연결된 전극 플레이트를 상기 조립체 스테이션에 안내하도록 구성된 상기 시트 공급 라인 중 하나의 시트 공급 라인에 의해 공급된 조립체 스테이션;
    상기 복수의 시트 공급 라인 중 다른 라인에 의해 공급되고, 상기 시트 재료 중 각각의 재료로부터 분리되도록 일부를 형성하기 위해 다이를 각각 포함한 복수의 절결 스테이션;
    상기 조립체 스테이션과 각각의 절결 스테이션 사이에서 이동하도록 구성되고, 상기 절결 위치 중 제1 위치에서 대응하는 다이와 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제1 펀치를 포함한 조립체 헤드;를 포함하고, 그리고
    상기 절결 스테이션과 상기 조립체 스테이션 사이로 상기 조립체 헤드를 이동하고;
    상기 절결 스테이션에서 상기 시트 재료의 각각의 재료로부터 시트 재료의 일부를 분리하도록 상기 조립체 헤드를 기동하며;
    분리된 부분을 상기 절결 스테이션으로부터 상기 조립체 스테이션으로 이송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 조립체 헤드는 상기 절결 위치 중 제2 절결 위치에서 대응하는 다이와 결합하도록 구성된 표면이 형성된 제2 펀치를 포함하고, 상기 제1 펀치의 상기 표면의 외측 주위부는 상기 제2 펀치의 상기 표면의 내측 주위부 내에 완전히 놓이는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 장치.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 제1 펀치 및 상기 제2 펀치의 상기 표면은 각각의 펀치에 의해 분리된 시트 재료가 상기 조립체 헤드에 부착되도록 진공을 적용하기 위한 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층된 연료 셀의 조립 장치.
  21. 첨부된 도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 명세서에 기재된 바와 같은 실질적으로 적층된 연료 셀을 조립하는 방법.
  22. 첨부된 도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 명세서에 기재된 바와 같은 실질적으로 적층된 연료 셀을 조립하는 장치.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2502517A (en) * 2012-05-28 2013-12-04 Intelligent Energy Ltd Fuel Cell Plate Assemblies and methods of assembly thereof
US11431004B2 (en) * 2016-05-24 2022-08-30 Nok Corporation Method for separating a gasket main body from a carrier film
FR3060211A1 (fr) * 2016-12-12 2018-06-15 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Procede de fabrication d'une cellule elementaire pour pile a combustible
JP7258683B2 (ja) * 2019-07-17 2023-04-17 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス サブガスケット付膜電極接合体の製造方法およびその製造装置、並びに、サブガスケット基材
KR20220104328A (ko) * 2021-01-18 2022-07-26 현대자동차주식회사 막-전극-서브가스켓 접합체 제조방법 및 이를 통해 제조된 비대칭형의 막-전극-서브가스켓 접합체
DE102021203962A1 (de) 2021-04-21 2022-10-27 Cellcentric Gmbh & Co. Kg Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Aufstapeln von plattenförmigen Komponenten

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003022819A (ja) * 2001-07-06 2003-01-24 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用膜・電極接合体トリム装置
KR100837904B1 (ko) * 2007-05-25 2008-06-13 현대자동차주식회사 자동차용 연료전지스택의 자동조립장치 및 방법
CN101558522A (zh) * 2006-12-15 2009-10-14 3M创新有限公司 组装燃料电池周边衬垫的处理方法和系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000153316A (ja) * 1998-11-17 2000-06-06 Toshiba Battery Co Ltd 電池用電極打ち抜き装置
JP3964636B2 (ja) * 2001-07-09 2007-08-22 本田技研工業株式会社 燃料電池の膜・電極接合体搬送装置
WO2003005468A1 (en) 2001-07-06 2003-01-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Trimming apparatus and method for fuel cell membrane/electrode coupling and transporting apparatus
JP3930300B2 (ja) 2001-11-20 2007-06-13 日本碍子株式会社 打抜同時積層用打抜金型
US6740131B2 (en) 2002-04-03 2004-05-25 3M Innovative Properties Company Apparatus for automatically fabricating fuel cell
US7432009B2 (en) 2002-04-03 2008-10-07 3M Innovative Properties Company Lamination apparatus and methods
CA2496654A1 (en) 2002-08-30 2004-03-11 Pemeas Gmbh Fixtures and methods for facilitating the fabrication of devices having thin film materials
US7104545B2 (en) * 2003-02-18 2006-09-12 Delphi Technologies, Inc. Method of forming a gasket assembly for a PEM fuel cell assembly
EP1517388B1 (de) * 2003-09-17 2006-12-27 Hüttenberger Produktionstechnik Martin GmbH Verfahren zur Herstellung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen- oder Elektrolyseur-Stapel, sowie Bipolarplatte
JP2005142048A (ja) * 2003-11-07 2005-06-02 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の製造装置および製造方法
US20090004543A1 (en) * 2007-06-27 2009-01-01 Seungsoo Jung Membrane electrode assemblies for fuel cells and methods of making
KR100957368B1 (ko) * 2008-04-11 2010-05-12 현대자동차주식회사 연료전지용 ｍｅａ 소재 자동 타발 및 접합 설비

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003022819A (ja) * 2001-07-06 2003-01-24 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用膜・電極接合体トリム装置
CN101558522A (zh) * 2006-12-15 2009-10-14 3M创新有限公司 组装燃料电池周边衬垫的处理方法和系统
KR100837904B1 (ko) * 2007-05-25 2008-06-13 현대자동차주식회사 자동차용 연료전지스택의 자동조립장치 및 방법

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