KR20150127735A - 연료전지 조립체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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퓨얼 셀 에너지, 인크
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Abstract

침착 메카니즘이 로딩 물질 입자를 연료전지 부품상에 침착시키고 작동 메카니즘이 침착 메카니즘을 작동시키는 연료전지 부품 제조 시스템이 제공된다. 유니트는 입자를 연료전지 부품상에 유지하기 위하여 연료전지 부품 및 로딩된 물질 입자에 테이프 고정제를 제공한다. 기타 다른 연료 부품은 테이프 고정제를 이용하여 연료전지 부품에 유지된다.

Description

연료전지 조립체 및 그 제조 방법{FUEL CELL ASSEMBLY AND METHOD OF MAKING SAME}
본 발명은 연료전지에 관한 것으로서; 특히 촉매가 로딩되어 유지된 연료전지 조립체 및 부품과, 이러한 로딩 및 유지를 실행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
연료전지는 탄화수소 연료에 저장된 화학적 에너지를 전기화학 반응에 의해 전기 에너지로 직접 변환하는 장치 이다. 일반적으로, 연료전지는 전기적으로 하전된 이온을 도전시키도록 작용하는 전해질에 의해 분리되는 아노드 및 캐소드를 포함한다. 유용한 파워 레벨을 생성하기 위하여, 다수의 연료전지는 각각의 전지 사이의 도전성 분리기 판에 직렬로 적층된다.
내부 리포밍 연료전지에 있어서, 리포밍 촉매는 고가의 복잡한 리포밍 설비를 필요로 하지 않고, 메탄 및 석탄 가스 등과 같은 탄화수소 연료의 직접 사용을 허용하도록 연료전지 스택내에 배치된다. 리포밍 반응에 있어서, 물 및 열에 의해 생성된 연료전지는 리포밍 반응에 의해 사용되며, 탄화수소 연료는 연료전지에 사용하기 위한 수소를 생성하기 위해 내부에서 리포밍된다. 따라서, 반응이 흡열성이기 때문에, 필요한 수소 연료는 리포밍 반응에 의해 생성되며, 연료전지 스택을 냉각하는데 도움을 주도록 양호하게 사용될 수 있다.
연료전지 조립체를 위하여 형태가 상이한 2가지 내부 리포밍이 개발되었다. 첫번째 형태의 내부 리포밍은 직접 내부 리포밍으로서, 리포밍 촉매를 스택내의 절연 챔버에 배치하고 이러한 챔버로부터 리포밍된 가스를 연료전지의 아노드 격실로 지향시킴으로써 달성된다. 두번째 형태의 내부 리포밍은 직접 내부 리포밍이다. 이러한 형태의 내부 리포밍은 리포밍 반응에 의해 생성된 수소를 직접 아노드에 제공하는, 활성 아노드 격실 또는 연료 흐름 필드내에 리포밍 촉매를 배치함으로써 달성된다.
전형적인 연료전지 아노드 격실은 인접한 연료전지의 옥시던트 스트림으로부터 연료를 절연하기 위한 분리기 판 또는 쌍극판과, 아노드 전극으로부터 전자전류를 실행하기 위해 주름진 판으로 제공되는 아노드 전류 콜렉터를 포함한다. 상기 아노드 전류 콜렉터는 아노드 전극과 접촉하므로, 연료 가스를 위한 흐름 채널을 형성한다. 리포밍 촉매는 직접적인 내부 리포밍을 제공하기 위해 상기 흐름 채널에 배치된다.
리포밍 촉매는 통상적으로 타블렛, 팰릿, 로드, 링, 또는 구형 등과 같은 다양한 고형 형상이나 형태를 갖는, 조밀한 입자 또는 단단한 입자로서 사용될 수 있다. 그러나, 촉매 입자의 칫수로 인해, 입자를 전류 콜렉터 채널에 로딩하고자 할 때 어려움을 느끼게 된다. 그중 한가지 어려움은 조립시 매우 작은 크기의 촉매 입자로 인해 이를 취급하기가 어렵다는 점이다. 이것은 촉매 로딩 처리를 비효율적이게 하고, 이에 따라 비용이 과도하게 소요된다.
두번째 어려움은 로딩 처리 및 연료전지 조립 처리시 촉매 입자가 이동하려는 경향으로 인해 촉매의 원하는 로딩 패턴을 달성 및 유지하기 어려운데서 발생된다. 원하는 로딩 패턴의 중요성은 부분적으로는 연료전지 스택에서 원하는 가열 패턴을 유지하려는 희망을 차단한다. 이러한 형태는 효율을 촉진시키고 스택의 장기간의 작동을 도와준다.
따라서, 연료전지 부품으로의 촉매 입자 로딩의 효율성 및 안정성을 개선시키는 방법이 항상 바람직하다. 또한, 최대한의 작동 효율을 유지하면서, 로딩된 촉매를 양호하게 유지할 수 있는 능력도 제조 방법의 목적이 된다.
하기에 서술될 본 발명의 실시예(들)에 따르면, 촉매 입자를 연료전지 부품에 정밀하게 로딩하기 위한 시스템 장치 및 그 관련의 방법이 제공된다. 또한, 필요할 경우 로딩된 촉매를 다른 연료전지 부품에 유지하기 위해 고정제를 사용하는 시스템에 장치 및 그 관련의 방법도 제공한다.
장치 및 방법을 사용하는 특정의 시스템은 촉매 입자를 수용하는 연료전지 부품을 지지하기 위한 지지체와, 촉매 입자를 연료전지 부품상에 로딩하는 침착(deposition) 조립체를 포함한다. 선택적으로, 상기 시스템은 촉매 입자의 유지를 위해 고정제를 연료전지 부품 및 로딩된 촉매 입자에 인가하는 메카니즘을 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 연료전지 부품에 인가된 상기 고정제는 연료전지 부품이 다른 연료 부품에 유지될 수 있게 한다.
연료전지 스택의 형성시 부품의 취급 및 적층을 촉진시켜 부가의 부품들과 기타 다른 부품 및 촉매로딩된 부품들이 고정제의 도움을 받아 함께 유지되도록, 부가의 연료전지 부품을 갖는 유사한 고정제가 사용될 수 있음도 예측된다.
서술된 실시예에서, 연료전지 부품은 주름진 아노드 전류 콜렉터이고; 상기 기타 다른 부품은 분리기 판이며; 상기 부가의 부품은 아노드, 캐소드, 및 캐소드 전류 콜렉터이고; 상기 고정제는 양면 접착 매체이다.
상술한 바와 같은 고정제는 선택적으로 현재 쓰리엠 컴파니에 의해 제조되고 있는 양면 아크릴 접착제 형태를 포함하는 것도 예측할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일실시예에서, 침착 조립체는 침착 메카니즘에 분배된 촉매 입자를 연료전지 부품상에 가압하는 각각의 침착 메카니즘을 포함한다. 상기 침착 메카니즘은 연료전지 부품의 폭을 횡단하여 열(row)로 배치되며, 연료전지 부품의 검출 위치에 기초하여 선택적으로 작동된다. 연료전지 부품이 인덱싱되었을 때, 검출된 위치는 작동기 조립체로 하여금 침착 메카니즘을 선택적으로 작동시키게 하며, 이것은 연료전지 부품이 로딩될 때까지 지속된다. 이러한 실시예에서, 각각의 메카니즘은 유압 실린더나 공압 실린더 또는 플런저 및 게이트 조립체를 갖는 전기 작동기를 포함할 수도 있다. 상기 게이트 조립체는 촉매 입자를 유지하고, 이러한 촉매 입자가 연료전지 부품에 분배되는 것을 방지한다. 작동기 조립체의 동작시, 상기 게이트 조립체가 해제되고, 유압 실린더나 공압 실린더 또는 전기 작동기는 촉매 입자를 연료전지 부품상에 가압하도록 플런저를 이동시킨다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 상기 침착 조립체는 제1 및 제2판이 놓이는 마스크 게이트 조립체를 포함한다. 상기 제1판은 촉매를 수용하는 연료전지 부품상의 설정 영역에 대응하는 개구를 가지며, 제2판은 촉매 입자를 수용할 수 있는 연료전지 부품의 모든 영역에 대응하는 개구를 갖는다. 상기 제1판은 연료전지 부품 위에 배치되고, 제2판은 그 개구가 제1판의 개구와 어긋나게 정렬되도록 제1판 위에 배치된다. 그후, 제2판은 판 개구들에 존재하게 되는 촉매 입자가 로딩되고, 상기 어긋난 정렬로 인해 제1판의 개구로의 인입이 차단된다.
그후, 제2판은 그 개구와 제1판의 개구가 정렬되도록 작동기 조립체에 의해 이동된다. 판에 인가된 진동은 두개의 판의 정렬된 개구에 있는 촉매가 제1판의 정렬된 개구를 통해 제2판의 개구를 통과하게 하고 또한 이러한 개구를 통해 연료전지 부품의 대응 영역으로 통과할 수 있게 한다. 따라서, 연료 부품은 제1판에 의해 한정된 촉매의 설정 패턴으로 로딩된다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도1은 제1리포밍 촉매 부재를 갖는 용융 카보네이트 연료전지를 도시한 도면.
도1A는 제2리포밍 촉매 부재를 갖는 용융 카보네이트 연료전지를 도시한 도면.
도2는 연료전지 조립체의 아노드 전극과 연관된 전류 콜렉터상에 촉매 입자를 팰릿의 형태로 배치하기 위한 시스템을 도시한 도면.
도3은 도2의 시스템을 도시한 도면으로서, 로딩된 촉매 입자의 전류 콜렉터에 대한 위치조정을 유지하기 위해 고정제의 일련의 배치를 도시한 도면.
도3A 내지 도3C는 도2 및 도3의 시스템의 침착 메카니즘을 상세히 도시한 도면으로서, 이러한 메카니즘의 일련의 동작을 도시한 도면.
도4는 전류 콜렉터에 대해 촉매 부재의 선택된 패턴의 최종 배치를 도시한 도면.
도4A는 도1A에 도시된 바와 같은 제2촉매 부재를 도시한 도면.
도5는 연료전지 조립체의 리포밍시 촉매 입자가 로딩된 전류 콜렉터를 기타 다른 부품에 고착함에 있어 고정제를 사용하는 방법을 도시한 도면.
도6은 고정제와 함께 연결된 연료전지 조립체의 부품의 전개도.
도7은 열 환경하에서 도6의 연료전지 조립체를 압축하기 위한 진공 프레스 유니트를 도시한 도면.
도8은 촉매 입자를 전류 콜렉터상에 팰릿의 형태로 배치하기 위한 또 다른 시스템을 도시한 도면.
도9는 도8의 마스크 게이트 조립체를 도시한 도면.
도10 및 도11은 마스크 게이트가 각각 개폐된, 도9의 마스크 게이트 조립체의 일부의 전개도.
도1과 도1A 및 도6에는 인접한 조립체들 사이에 전해질 매트릭스(11)를 갖는, 적층 조립체(10)에 의해 형성되는 연료전지 스택이 도시되어 있다. 전해질 매트릭스(11)는 예를 들어 카보네이트 전해질 등과 같은 전해질을 유지한다. 각각의 조립체(10)는 아노드 전극(12)과, 주름(14A)를 갖는 것으로 도시된 관련의 전류 콜렉터(14)를 포함한다. 각각의 조립체(10)는 아노드 전극(12) 및 전류 콜렉터(14)를 캐소드 전극(18) 및 그 관련의 전류 콜렉터(20)[주름부(20A)를 갖는 것으로 도시된]로부터 분리시키는 쌍극 분리기(16)를 부가로 포함한다. 아노드 전류 콜렉터(14)의 주름부(14A)는 쌍극 분리기 판(16)과, 아노드 전극(12)으로 제1 및 제2세트의 연료 가스 채널(14B, 14C)을 한정한다. 상기 아노드 전류 콜렉터에는 채널(14B)과, 특히 인접한 주름부(14A)의 다리들 사이에서 이러한 다리들에 의해 결합되는 영역(14D)에 배치되는, 다수의 촉매 입자(22)가 로딩된다. 상기 촉매 입자(22)는 다양한 형태를 취할 수 있다. 도1에 있어서, 촉매 입자(22)는 정사각형 단면을 갖는 것으로 도시되었으며, 도1A에서는 원형 단면을 갖는 것으로 도시되었다. 가용 표면적을 개선하기 위해 촉매 입자(22)에 대해서는 6각형 및 "별" 등과 같은 기타 다른 단면 형태도 사용될 수 있다.
촉매 입자(22)는 가스의 수소 함량을 증가시키기 위해 채널(14B)에서 연료 가스의 탄화수소의 리포밍을 부가로 촉진시킨다. 채널(14B)내의 부가로 리포밍된 가스의 일부는 가스가 채널(14B)을 따라 계속 이동할 때, 주름부(14A)의 개구 또는 불연속부를 통해 채널(14C)내로 통과한다. 따라서, 상기 부가로 리포밍된 가스는 채널(14C)에 직접 유도된 연료 가스와 조합되며, 따라서 이렇게 조합된 가스는 아노드(12)에서의 전기화학적 변환에 참여할 수 있게 된다.
상술한 바와 같은 리포밍 동작이 연료 가스 채널(14B)에서 효과적으로 이루어지도록 또한 연료전지 스택에 대해 원하는 가열 형상을 촉진시키도록, 아노드 전류 콜렉터(14)에 촉매 입자(22)를 어떤 패턴으로 로딩하고 그러한 패턴을 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 하기에 서술한 바는 원하는 패턴으로의 촉매 입자 로딩 및 유지를 달성하는데 양호한 방법을 제공한다.
도2 및 도3은 아노드 전류 콜렉터(14)상에 촉매 입자(22)의 로딩 및 유지를 위한 시스템(24)을 개략적으로 도시하고 있다. 선택적으로, 도2에 도시된 바와 같은 팰릿 형태로 제공될 수도 있는 촉매 입자(22)는 전류 콜렉터(14)의 근처에 배치된 호퍼(26)로부터 공급된다. 상기 전류 콜렉터(14)는 X 및 Y 방향으로 이동할 수 있는 X-Y 이동형 지지체 또는 테이블(51)상에 장착된다. 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 호퍼(26)는 전류 콜렉터(14)의 폭(X 방향) 만큼 벌어지도록 열(row) 형태로 배치된 다수의 공급 채널(28A)이 내장된 호퍼 공급부(28)를 갖는다. 공급 채널(28A)은 침착 메카니즘(30)의 열 또는 라인으로 구성되고 전류 콜렉터(14)의 폭 만큼 벌어지도록 배치된 침착 조립체(29)로 이어진다.
각각의 침착 메카니즘(30)은 하나의 공급 채널(28A)에 의해 공급되며, 전류 콜렉터의 폭 만큼 벌어진 주름부(14A)의 다리들 사이의 하나의 영역(14D)과 부가로 정렬된다. 공간(14D)의 갯수와 동일한 침착 메카니즘(30)의 갯수를 선택함으로써, 콜렉터 판(14)의 폭을 횡단하는 각각의 공간(14D)에는 그 각각의 침착 메카니즘에 의해 촉매 입자가 공급될 수 있다. 또한, 도3에 도시된 바와 같이 또한 상술한 바와 같이, 주름부(14A)는 다수의 이격된 열(row)(36)을 형성하도록 전류 콜렉터의 길이방향(Y 방향)으로 불연속적이다. 따라서, 주름부의 각각의 열(row)(36)을 침착 메카니즘(30)의 열(row)과 정렬시킴으로써, 각각의 열의 공간(14D)에는 그 관련의 침착 메카니즘(30)에 의해 촉매 입자가 공급될 수 있다.
특히, 그 부여된 진동으로 인해 호퍼(26)는 촉매 입자(22)를 호퍼 공급부(28)의 각각의 공급 채널(28A)에 분배한다. 각각의 공급 채널은 촉매 입자(22)를 그 각각의 침착 메카니즘(30)으로 이동시킨다. 도시된 경우에 있어서, 도3A 내지 도3C에 상세히 도시된 바와 같이, 각각의 침착 메카니즘(30)은 공급된 촉매 입자(22)가 안주되고 또한 선택적으로 스프링 하중형 볼 조립체(30B)로서 도시된 게이트 조립체에 의해 유지되는 챔버(30A)를 한정한다. 다른 형태의 게이트 조립체로는 작동기 또는 실린더 조립체가 될 수도 있다. 게이트 조립체 위에서, 침착 메카니즘(30)은 유압 실린더나 공압 실린더 또는 촉매 입자와 접촉하는 플런저(35)가 설치된 전기 작동기(30C)를 포함한다.
그후, 침착 메카니즘(30)의 작동은 도3A 내지 도3C의 일련의 동작으로 귀착된다. 촉매 입자(22)가 챔버(30A)를 하방으로 통과할 수 있도록, 조립체(30B)가 먼저 후퇴된다. 그후, 유압 실린더나 공압 실린더 또는 전기 작동기(30C)가 작동되어, 그 플런저가 촉매 입자(22)를 인접한 주름부(14)의 다리 사이의 영역(14D) 아래로 가압한다. 이때, 플런저는 챔버내로 부가의 촉매 입자(22)의 인입을 차단하기도 한다. 이러한 차단은 클램프 바아, 또는 하방으로 이동된 플런저와 연합하여 부가의 촉매 입자의 통로내로 이동하는 유사한 형태의 조립체에 의해 달성될 수 있다. 그후, 유압 실린더나 공압 실린더 또는 전기 작동기(30C)는 주름부들 사이에 유지된 촉매 입자(22)를 가압하는 행정을 완료하게 된다.
일단 이러한 동작이 완료되면, 유압 실린더나 공압 실린더 또는 전기 작동기(30C)는 플런저를 후퇴시키고, 스프링 하중형 볼 조립체(30B)는 그 본래의 위치로 복귀한다. 이것은 전류 콜렉터(14)로의 일련의 공급을 위해 공급 챔버(28A)로부터의 차후 촉매 입자(22)가 침착 메카니즘(30)의 챔버(30A)에 분배되어 유지되게 한다.
침착 조립체에서 특정의 침착 메카니즘(30)은 프로그램된 제어기(38)의 형태를 취하는 작동 조립체에 의해 결정된다. 상기 제어기는 X-Y 테이블 또는 지지체(51)를 포함하여 시스템(24)의 기타 다른 부품의 동작도 제어한다.
프로그램된 제어기(38)의 제어하에 테이블(51)의 인덱싱은 주름부(14A)의 각각의 열(row)(36)을 정지 상태로 존재하는 침착 메카니즘(30)의 열과 성공적으로 정렬시킨다. 센서(40)는 프로그램된 제어기(38)에 주름부(32)의 열(36)(도4 참조)이 침착 조립체(29)의 메카니즘(29)의 열과 정렬되었음을 나타내도록 작용한다. 제어기의 간단한 카운팅 메카니즘은 열을 카운트함으로써, 상기 프로그램된 제어기는 특정의 열을 확인할 수 있다. 그후, 제어기(38)는 촉매 입자(22)를 수용한 관련 영역(14D)과 열의 갯수를 연관시키는 설정의 저장된 촉매 패턴에 기초하여, 촉매 수용 영역과 관련된 특정 침착 메카니즘(30)을 작동시킨다. 이것은 설정된 패턴에 따라 특정 열에서의 메카니즘(30)에 의한 촉매 침착으로 귀결된다.
이에 따라 테이블(51)의 Y 방향으로의 지속적인 인덱싱과 제어기(38)에 의한 침착 메카니즘(30)의 동작은 설정의 촉매 패턴에 따라 제어기(14)의 주름부의 모든 열에 촉매 입자(22)의 침착으로 귀착된다. 제어기(38)는 원하는 설정 패턴을 얻거나 또는 촉매 침착을 위한 설정의 패턴을 변화시키도록 프로그램될 수 있음을 인식해야 한다. 따라서, 전류 콜렉터(14)에서 촉매 입자의 침착은 최대한의 에너지 효율을 실현하기 위해 연료전지 스택을 통한 열 관리를 위한 설정 패턴을 달성하도록 이루어질 수 있다.
도2 내지 도3에 도시된 시스템에는 주름부(14A)의 각각의 영역(14D)내에 각각의 촉매 입자(22)의 배치를 유지하기 위한 고정제(42)가 제공된다. 상기 고정제(42)는 공급 롤러(61)상에서 이송되며, 선택적으로 양면 아크릴 테이프를 포함하는 양면 매체의 형태를 취할 수도 있다. 상기 테이프는 노출된 접착면(42)과, 덧대임부(47)에 의해 보호되는 덮여진 접착면(45)을 포함한다(도5 참조).
사용시, 일단 촉매 입자가 위치되면, 본 기술분야의 숙련자가 인식할 수 있는 방식으로 테이프(42)를 촉매 부재(22) 및 주름부(14A)에 안내 및 프레싱하는 프레스 롤러(62)에 의해 공급 롤러(61)상에 테이프(42)의 인가가 이루어진다. 이러한 인가는 제어기(14)의 주름부(14A)의 각각의 다리에 대한 촉매 입자(22)의 밀봉을 가능하게 한다. 본 기술분야의 숙련자가 인식할 수 있는 바와 같이, 측부(47)가 그 접촉으로부터 자유로울 동안 접착면(43)이 프레스 롤러(62)에 의해 촉매 입자 및 주름부(14A)에 대해 가압되기 때문에, 이러한 동작이 이루어진다.
도3에 도시된 바와 같이, 촉매 입자(22)의 최종 배치는 그 절결부에 의해 도4에 도시된 바와 같이 유지된다. 선택적으로, 본 발명의 고정제는 도4A에 도시된 바와 같이 원통형과 같은 다른 형태를 갖는 압출 물질로서 제공되는 촉매 부재(46)에 사용하도록 배치될 수도 있음을 인식해야 한다. 도1A의 부재(23)에 대응하여 도시된 바와 같은 다른 부재(46)를 사용하는 것을 선택하여, 상기 부재(46)와 같은 것이 콜렉터 판(14)의 길이 만큼 신장하는 칫수로 제공될 수 있다.
도5 및 도6을 참조하여, 고정제(42)를 사용한 연료전지 조립체(10)의 조립 과정이 서술된다. 일단 덮이지 않은 접착제가 콜렉터 판(14)의 부분과 촉매 입자(22)의 정점에 부착되도록 테이프(42)의 접착면(43)의 인가가 이루어지면, 테이프(42)의 반대쪽(45)을 덮는 덧대임부(47)는 이로부터 제거되기 위해 사용될 수 있다. 이러한 제거는 도5에 화살표("A")로 도시되었다.
도6과 도1 및 도1A에는 도1 및 도1A에 도시된 조립체를 개략적으로 도시하고 있다. 이러한 조립체는 고정제(42)를 사용하여 콜렉터 판(14)에 대한 촉매 입자의 유지 뿐만 아니라 쌍극 분리기 판(16)에 대한 전극(12, 18) 및 그 관련의 콜렉터 판(14, 20)의 지지를 포함한다. 따라서, 아노드 전극(12)은 상술한 바와 같은 테이프(42)의 스트립에 의해 그 각각의 전류 콜렉터 판(14)에 조립되어, 판의 상부측에 배치되는 것을 알 수 있다. 촉매 부재(22)를 수용하는 콜렉터 판(14)의 하부측(48)은 테이프(42)의 노출된 접착면(43)으로 덮인다. 그후, 도5에 도시된 바와 같이, 덧대임부(47)가 제거됨으로써, 쌍극 분리기 판(16)에 고착되어 이에 의해 쌍극 분리기 판(16)과 함께 구성될 수 있다. 따라서, 연료전지 조립체(10)의 절반부가 달성된다.
연료전지 조립체(10)의 캐소드 절반부의 구성은 접착제층(43)을 노출시키는 스트립의 덧대임부(47)를 제거한 후, 쌍극 판의 하부측상의 스트립(42)을 통해 캐소드 전류 콜렉터(20)의 하부측(54)을 쌍극 분리기 판(16)의 하부측(56)에 부착함으로써 시작된다. 그후, 캐소드 전류 콜렉터(20)의 표면(58)을 덮고 있는 테이프(42)의 노출된 접착면(43)에 의해, 상기 덧대임부(47)는 제거할 준비가 된다. 일단 제거되었다면, 연료전지 조립체(10)의 캐소드 절반부의 조립을 완료하기 위해 캐소드 전극(18)이 이에 고착된다.
테이프(42)의 유지력을 강화하여 조립체(10)의 부품이 손상되지 않은 상태로의 보존을 보장하기 위해, 조립체(10)는 압력 및 열에 노출될 수도 있다. 도7은 이를 위해 사용될 수 있는 진공 프레스 유니트(71)를 도시하고 있다. 상기 유니트(71)는 베이스 조립체(75)에 피봇가능하게 부착된 상부 덮개(74)상에 각각 지지되는 상부 및 하부 압반(壓盤)(72, 73)을 포함한다. 상기 덮개(74)는 상부 압반(72)의 외주와 경계를 이루는 진공 밀봉 가스켓(76)을 포함한다. 덮개(74)가 피봇동작에 의해 하강하였을 때, 상부 및 하부 압반(72, 73)은 조립된 연료전지 조립체(10)를 수용하는 밀봉된 진공 챔버를 형성하도록 베이스 조립체(75)상의 위치조정 핀(77) 및 덮개의 대응 위치조정 구멍(78)에 의해 서로 이동된다.
그후, 가열된 에어를 유입하고 가열하는 유니트(79)가 회전하여 외부 에어를 끌어당겨 에어를 가열한다. 가열된 에어는 베이스 조립체의 측부(75A)를 따라 플레넘(plenum, 제1플레넘)을 통해 밀봉된 진공 챔버에 분배된다. 에어 분배 포트(81)는 압반이 그 사이에 고정된 조립체(10)와 함께 이동될 때, 가열된 에어를 플레넘으로부터 압반들 사이의 밀봉된 진공 챔버에 이송한다.
가열된 에어는 조립체(10)를 가열하고, 진공 챔버로부터 베이스 조립체(75)의 다른쪽(75B)에 있는 에어 배출 포트(82)를 통해 조립체의 다른쪽에 있는 플레넘(제2 플레넘)을 통과한다. 조립체(10)가 설정의 온도에 도달한 후, 가열된 에어를 유입하고 가열하는 유니트(79)는 차단되고, 취입기 또는 팬(83)이 회전한다. 이것은 취입기 또는 팬(83)으로 하여금 내부에 조립체(10)를 갖는 베이스 조립체(75)로부터 베이스 조립체(75)의 다른쪽(75B)상의 플레넘(제2 플레넘) 및 에어 배출 포트(82)를 통해 진공을 배출하게 한다. 그 결과, 조립체(10)의 열-진공 프레싱이 실행된다. 설정시간 후, 조립체(10)의 프레싱이 완료되고, 팬(83)이 정지된다. 그후, 압반(72, 73)은 상부 덮개(74)를 상향으로 피봇함으로써 분리되며, 이에 의해 조립체(10)를 제거할 수 있다.
도8 내지 도11은 전류 콜렉터(14)의 설정 영역(14D)에 촉매 입자를 침착시키기 위한 또 다른 조립체를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 시스템은 진동 블럭(92)을 지지하는 중량 블럭(mass block) 또는 베이스 부재(91)를 포함한다. 마스크 게이트 조립체(93)는 촉매 입자가 로딩된 아노드 전류 콜렉터(14)에 대해 상기 진동 블럭(92)에 의해 지지된다. 호퍼(94)는 촉매 입자를 팰릿 형태로 유지하며, 이들은 마스크 게이트 조립체(93)에 공급된다.
마스크 게이트 조립체는 도9 내지 도11에 상세히 도시되어 있으며, 상부에 놓인 게이트 및 마스크 판(93A, 93B)을 전류 콜렉터(14) 위의 진동 블럭에 클램핑하는 클램프 바아(93C, 93D) 및 공압 클램프(93E)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 마스크 판(93B)은 게이트 판(93A) 위에 놓이며, 상기 게이트 판(93A)은 전류 콜렉터와 대면한다. 스프링 하중형 핀(93F)은 하기에 상세히 서술되는 바와 같이 촉매 팰릿이 마스크 판의 개구로의 접근을 허용할동안 마스크 판(93B)의 표면을 횡단하여 하향력을 제공한다. 판의 클램핑은 작업자에 의해 직접 인가되거나 또는 작동기를 통해 인가된 기계적 힘을 통해, 게이트 판(93A)이 마스크 판(93B)에 대해 측방향으로[화살표(B) 방향으로] 이동될 수 있게 한다.
마스크 판(93B)은 갯수가 동일한 관통 개구를 가지며, 촉매 팰릿을 원하는 패턴에 따라 수용하는 콜렉터의 인접한 주름부의 다리들 사이의 설정 영역(14D)과 일치하도록 배치된다. 게이트 판(93A)도 관통 개구를 갖는다. 그러나, 이러한 개구는 갯수가 동일하며, 콜렉터의 모든 영역(14D)과 일치하도록 배치된다.
도10에 도시된 바와 같이, 마스크 게이트 조립체(93)는 마스크 판(93B)의 관통 개구가 이러한 개구들과 정렬되어 있을 동안, 게이트 판(93A)의 관통 개구가 전류 콜렉터의 영역(14D)과 어긋나게 정렬되도록 전류 콜렉터 위에서 진동 블럭(92)에 클램핑된다. 따라서, 게이트 판(93A)의 고형 영역은 마스크 판(93B)의 관통 개구로부터 전류 콜렉터의 영역(14D)으로의 이동을 차단한다. 게이트 조립체(93)의 이러한 폐쇄 위치에서, 마스크 판(93B)의 길이를 따라 분배되어 마스크 판의 관통 개구에 침착되기 위해, 촉매 팰릿을 호퍼(94)로부터 이동시키는데 진동이 사용된다.
마스크 판(93B)은 그 각각의 개구에 오직 하나의 촉매 팰릿만 안착되도록 설계된다. 또한, 촉매 팰릿은 팰릿 직경 보다 작은 마스크 판 두께로 인해 다른 팰릿의 상부 위에 안착될 수 없다. 이것은 마스크 판의 비어있는 개구에 도달할 때까지 이동하기 위한, 촉매 팰릿용 채널을 형성한다. 일단 마스크 판(93B)의 개구가 모두 충진되었다면, 게이트 판(93A)은 마스크 게이트 조립체(93)를 도11에 도시된 그 개방 위치로 이동시키기 위해, 도10에 화살표(B)로 도시된 바와 같이 측방향으로 이동된다.
이러한 위치에서, 게이트 판(93A)의 이동으로 인해, 게이트 판의 관통 개구는 전류 콜렉터의 영역(14D) 및 마스크 판(93B)의 관통 개구와 정렬된다. 따라서, 촉매 팰릿은 화살표 방향(C)으로 마스크 판(93B)의 개구로부터 게이트 판(93A)의 대응 개구를 통해 전류 콜렉터의 하부에 놓인 영역(14D)으로 낙하된다. 따라서, 전류 콜렉터(14)에는 원하는 설정 패턴에 따라 촉매 입자가 로딩된다.
또한, 블럭(92)에 의해 전류 콜렉터에 부여된 진동 운동은 촉매 팰릿으로 하여금 영역을 형성하는 다리의 높이 위로 돌출되지 않는 방식으로 전류 콜렉터의 영역 또는 포켓(14D)에 스스로 지향되게 한다. 이것은 상술한 바와 같이 촉매 팰릿을 전류 콜렉터에 유지하기 위해 접착성 고정제의 인가에 의해 촉매 로딩된 전류 콜렉터의 계속적인 처리를 허용한다.
촉매 팰릿을 전류 콜렉터의 영역(14D)에 고정하는 것을 도와주기 위해, 진동 블럭(92)은 전류 콜렉터를 전류 콜렉터상의 접착 박막을 통해 블럭에 고정하는 진공에 노출된다. 이것은 콜렉터와 매우 부드러운 진동 전달 사이에 긴밀한 접촉을 제공한다. 그 결과, 촉매 팰릿은 상술한 바와 같이 전류 콜렉터로부터 돌출되지 않도록 영역(14d)으로 이동되어 이러한 영역에 안착된다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다. 특히, 본 발명은 촉매 입자를 갖는 아노드 전류 콜렉터의 로딩에 관해 서술되었지만, 본 발명의 원리는 연료전지의 아노드 유동장 또는 연료 유동장을 형성하거나 한정되는 기타 다른 연료전지 부품의 로딩에도 확장될 수 있음이 자명하다. 촉매 팰릿을 갖는 쌍극 분리기 판의 로딩도 그중의 일실시예이다.
10: 적층 조립체 11: 전해질 매트리스
12: 아노드 전극 14: 전류 콜렉터
22: 촉매 입자

Claims (11)

  1. 로딩 물질 입자를 연료전지 부품상에 미리 설정된 침착 패턴으로 침착시키기 위한 조립체에 있어서,
    베이스 부재와,
    상기 베이스 부재상에 지지되고 상기 연료전지 부품을 지지하는 진동 블럭과,
    연료전지 부품 위에서 상기 진동 블럭에 부착되는 마스크 게이트 조립체를 포함하며,
    상기 마스크 게이트 조립체는 로딩 물질 입자를 수용할 수 있는 연료전지 부품의 영역에 대응하는 개구가 구비된 게이트 판과, 상기 게이트 판 위에 배치되고 상기 미리 설정된 침착 패턴에 대응하는 개구가 구비된 마스크 판을 포함하며;
    (ⅰ) 상기 마스크 판의 개구는 상기 게이트 판의 개구와 어긋나게 정렬되고 상기 마스크 판의 상기 개구안의 로딩 물질 입자는 상기 게이트 판의 상기 개구를 통과하는 것이 금지되는 방식으로 상기 마스크 판과 상기 게이트 판은 어긋나는 위치에 놓여질 수 있도록, 또한 (ⅱ) 상기 마스크 판의 개구가 상기 게이트 판의 개구와 정렬이 이루어지고 로딩 물질 입자가 상기 마스크 판의 개구로부터 상기 게이트 판의 상기 정렬된 개구로 통과하여 상기 미리 설정된 침착 패턴으로 상기 연료 전지 부품상에 침착되는 식으로 상기 마스크 판과 상기 게이트 판이 정렬된 위치에 놓여질수 있도록, 상기 게이트 판 및 상기 마스크 판이 서로에 대하여 병진운동할 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 로딩 물질 입자 침착 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동 블럭의 진동은 로딩 물질 입자가 상기 마스크 판의 개구를 통과하게 하고, 상기 로딩 물질이 마스크 판의 개구를 통해 게이트 판의 개구를 통과하여 연료전지 부품상에 안착되도록 도와주도록 상기 조립체가 구성되는 것을 특징으로 하는 로딩 물질 입자 침착 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 진동 블럭은 연료전지 부품을 진동 블럭에 유지하기 위해 진공에 종속되는 것을 특징으로 하는 로딩 물질 입자 침착 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 마스크 게이트 조립체는 상기 마스크 게이트 조립체를 상기 진동 블럭에 클램핑하기 위한 클램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 로딩 물질 입자 침착 조립체.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 연료전지 부품은 아노드 전류 콜렉터와, 연료전지의 연료 유동장을 형성하는데 사용되는 부품과, 연료전지의 아노드 유동장을 형성하는데 사용되는 부품중 하나 이상이며;
    상기 로딩 물질 입자는 촉매 팰릿인 것을 특징으로 하는 로딩 물질 입자 침착 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 부품은 아노드 전류 콜렉터와, 연료전지의 연료 유동장을 형성하는데 사용되는 부품과, 연료전지의 아노드 유동장을 형성하는데 사용되는 부품중 하나 이상이며;
    상기 로딩 물질 입자는 촉매 팰릿인 것을 특징으로 하는 로딩 물질 입자 침착 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 게이트 조립체는 상기 로딩 물질 입자가 상기 마스크 판의 개구에 접근을 허용하는 동안 상기 마스크 판상에 하방 힘을 제공하도록 구성되는 복수의 스프링 하중형 핀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 로딩 물질 입자 침착 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 어긋나는 위치에서 상기 정렬위치로 및 그 반대로 상기 게이트 판을 움직이도록 구성된 작동기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 로딩 물질 입자 침착 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 판은 정확하게 하나의 로딩 물질 입자가 상기 마스크 판의 상기 개구 각각에 놓여질 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 로딩 물질 입자 침착 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 판의 두께는 상기 로딩 물질 입자의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 로딩 물질 입자 침착 조립체.
  11. 로딩 물질 입자를 연료전지 부품상에 미리 설정된 침착 패턴으로 침착시키는 방법에 있어서,
    베이스 부재,
    상기 베이스 부재상에 지지되고 상기 연료전지 부품을 지지하는 진동 블럭, 및
    연료전지 부품 위에서 상기 진동 블럭에 부착되고, 로딩 물질 입자를 수용할 수 있는 연료전지 부품의 영역에 대응하는 개구가 구비된 게이트 판과 상기 게이트 판 위에 배치되고 상기 미리 설정된 침착 패턴에 대응하는 개구가 구비된 마스크 판을 포함하는 마스크 게이트 조립체를 제공하는 단계;
    상기 마스크 판의 개구는 상기 게이트 판의 개구와 어긋나게 정렬되고 상기 마스크 판의 상기 개구안의 로딩 물질 입자는 상기 게이트 판의 상기 개구를 통과하는 것이 금지되도록 상기 마스크 판과 상기 게이트 판을 어긋나는 위치에 배치하는 단계; 및
    상기 마스크 판의 개구가 상기 게이트 판의 개구와 정렬이 이루어지고 로딩 물질 입자자 상기 마스크 판의 개구로부터 상기 게이트 판의 상기 정렬된 개구로 통과하여 상기 미리 설정된 침착 패턴으로 상기 연료 전지 부품상에 침착되도록 상기 마스크 판과 상기 게이트 판을 정렬된 위치에 배치하는 단계를 포함하는 로딩 물질 입자를 연료전지 부품상에 미리 설정된 침착 패턴으로 침착시키는 방법.
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