KR20160008853A - 연료전지 스택용 분리판 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 분리판(1)이 놓여지는 베이스(100)와, 상기 베이스(10)의 상부에 이격되어 승강 가능하게 배치되고 상기 베이스(100)에 놓인 분리판(1)을 가압하는 하는 프레스판(200)을 포함하는 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에 있어서, 상기 프레스판(200)은 제1 프레스판(201)과 상기 제2 프레스판(201)의 중간에 상기 제1 프레스판(201)에 대하여 진퇴 동작이 가능하게 설치된 제2프레스판(202)을 포함하되, 상기 제2 프레스판(202)은 분리판(1)의 채널부와 마주보며 분리판(1)의 가스켓(5)과 접촉하지 않는 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 분리판 검사 장치를 제공한다.

Description

연료전지 스택용 분리판 검사 장치{TESTING APPARATUS FOR FUEL CELL SEPARATOR}

본 발명은 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베이스와 프레스판 사이에서 분리판을 가압한 상태로 검사용 가스를 주입하여 분리판의 기밀 검사를 수행하는 연료전지 스택용 분리판의 기밀 테스트 장치와 같은 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에서 테스트 완료 후 프레스판에 들러붙는 분리판을 용이하게 분리 가능하도록 구조가 개선된 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에 관한 것이다.

연료전지 스택은 양쪽 끝단부의 앤드 플레이트(End Plate)와 그 사이에 적층된 다수개의 분리판을 포함한다. 분리판은 연료전지 스택 내에서 반응가스를 단위셀에 공급하고, 스택을 냉각하기 위한 냉각수를 공급하는 역할을 하며 전류를 이동시키는 통로 역할을 한다.

분리판은 수소-공기간, 냉각수-수소간, 냉각수-공기간, 전체 외곽 방향의 기밀도를 유지할 수 있도록 고무 재질의 가스켓이 분리판의 상하면에 일체로 성형되어 제조되는 것이 일반적인 데, 과거에는 흑연으로 제조된 분리판을 주로 이용되었으나, 흑연의 취성 및 제조 단가가 높은 점 때문에 근래에는 금속 분리판이 개발되어 사용되고 있다.

도 1 은 연료전지 스택의 금속 분리판의 일 예를 도시한 도면이다. 분리판(1)은 양단으로 형성된 매니폴드(3)와 그 사이에 반응가스 또는 냉각수를 위한 채널부(2)를 구비하는 것이 일반적이며, 상하면에 가스켓(5)이 일체로 성형되어 반응가스 및 냉각수의 기밀이 유지되도록 한다. 분리판(1)의 양단에는 테스트 기기 등에 장착시 클램핑 등을 위한 더미(6)를 가지며, 더미(6)에는 홀(7)이 형성되는 것이 일반적이다.

연료전지 스택에서 반응가스 유로 및 냉각수 유로가 서로 독립되지 못하고 반응가스가 직접 반응을 하거나 수소가 외부로 유출되는 경우 스택의 성능뿐만 아니라 발화의 위험성이 있기 때문에 기밀유지 조건이 필수적으로 요구된다. 따라서 연료전지 스택용 분리판에 대해서는 기밀 검사가 필수적인 절차로 수행된다.

연료전지 스택용 분리판 검사 장치는 베이스 상면에 분리판을 놓고 상부에서 프레스판이 하강하여 가압 상태에서 테스트용 가스가 주입되는 방식으로 테스트가 수행된다. 그런데, 종래의 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에서 프레스압에 의해 고무 재질의 가스켓이 베이스 또는 프레스판에 들러붙어 테스트 완료 후에도 분리판이 프레스판으로부터 떨어지지 않는 경우가 발생하고 있다.

종래의 연료전지 스택용 분리판 검사장치는 일반적으로 진공 흡착기를 이용하여 기밀 검사가 수행된 분리판을 분리하고 있으나, 진공흡착기의 흡착력만으로 분리판이 분리되지 않는 경우가 발생하고 있다. 더욱이 분리판이 프레스판의 하면에 부착되는 경우에는 장치의 레이아웃을 감안할 때 진공흡착기를 이용하여 분리하기가 어려우며, 베이스에 부착된 분리판의 경우에도 진공흡착기의 흡착력만으로 분리되지 않는 경우가 발생하고 있다.

이러한 경우 작업자가 수작업으로 분리판을 분리해야 함으로 공정 진행이 지연되고, 수작업으로 분리판을 분리하는 과정에서 분리판이 손상될 우려가 있다.

한국등록특허 제10-969066호(2010. 7. 9. 공고)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 가압 상태에서 이루어지는 분리판의 테스트 완료 후 프레스판에 부착된 분리판이 용이하게 분리되도록 한 연료전지 스택용 분리판 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면, 분리판이 놓여지는 베이스와, 상기 베이스의 상부에 이격되어 승강 가능하게 배치되고 상기 베이스에 놓인 분리판을 가압하는 하는 프레스판을 포함하는 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에 있어서, 상기 프레스판은 제1 프레스판과, 상기 제1 프레스판의 중간에 상기 제1 프레스판에 대하여 진퇴 동작이 가능하게 설치된 제2 프레스판을 포함하되, 상기 제2 프레스판은 분리판의 채널부와 마주보며 분리판의 가스켓과 접촉하지 않는 크기로 형성된 연료전지 스택용 분리판 검사 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 상기 프레스판의 상부로 기밀 하우징이 설치되되, 상기 기밀 하우징은 상기 제2 프레스판의 상부를 에워싸고 외부로 가스가 유출되지 않는 기밀 공간을 형성하며, 상기 기밀 하우징 내부에는 상기 제2 프레스판을 상기 제1 프레스판에 대하여 진퇴 동작시키는 제2 프레스판 구동 액추에이터가 설치된다.

본 발명에 의하면, 상기 베이스은 제1 베이스와 상기 제1 베이스의 중간에 상기 제1 베이스에 대하여 진퇴 동작이 가능하게 설치된 제2 베이스을 포함하되, 상기 제2 베이스은 분리판의 채널부와 마주보며 분리판의 가스켓과 접촉하지 않는 크기로 형성된다.

본 발명에 의하면, 상기 제2 베이스는 제1 베이스에 형성된 설치 공간부에 진퇴 동작가능하게 설치되되, 상기 설치된 공간부는 외부로 가스 누출이 없는 기밀 공간으로 형성되며, 상기 설치 공간부는 제2 베이스를 제1 베이스에 대해 진퇴 구동하기 위한 제2 베이스 구동 액추에이터가 설치된다.

본 발명에 의하면 연료스택용 분리판이 가압 상태로 이루어지는 검사 완료 후에, 베이스 및 프레스판으로부터 자동화된 공정으로 용이하게 분리될 수 있다. 분리판의 가스켓이 베이스 및 프레스판으로부터 자동화된 공정으로부터 부착 해제됨으로 작업 속도가 향상되고, 수작업에 의한 분리판 분리시 발생하는 가스켓 손상을 방지할 수 있다.

도 1 은 연료전지 스택용 분리판의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사 장치의 전체적 형태를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3 은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에서 프레스판의 하면을 보인 도면이며,
도 4 는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사 장치의 프레스판의 단면도이고,
도 5 는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에서 베이스의 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c 는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에서 프레스판으로부터 분리판이 분리되는 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a 및 도 7b 는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에서 베이스로부터 분리판이 분리되는 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2 는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사 장치의 전체적 형태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3 은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에서 프레스판의 하면을 보인 도면이며, 도 4 는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사장치의 프레스판의 단면도이고, 도 5 는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사장치에서 베이스의 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사 장치는 분리판(1)이 놓이는 베이스(100)과, 베이스(100)의 상부에 배치되고 프레스압을 가하는 프레스판(200)을 포함한다.

베이스(100)은 제1 베이스(101)와 제1 베이스(101)의 중간에 제1 베이스(101)에 대하여 진퇴 동작 가능하게 설치된 제2 베이스(102)를 포함한다.

베이스(100)의 상면에는 검사를 위해 도입된 분리판(1)이 배치되며, 제2 베이스(102)는 도 3 에 도시된 프레스판(200)의 제2 프레스판(202)과 같이 분리판(1)의 채널부와 마주보며 가스켓(5)와 접촉하지 않는 크기로 형성된다. 제2 베이스(102)는 제1 베이스(101)에 대하여 상승하여 돌출하거나 하강하여 원위치로 복귀하는 진퇴 동작이 가능하게 설치된다.

베이스(100)의 외측에는 정렬 장치(미도시)가 구비되어, 베이스(100)의 상면의 정해진 검사 위치에 분리판(1)이 정렬된 상태로 배치되도록 한다.

베이스(100)의 일측으로 제1 베이스(101) 상에는 분리판(1)의 더미(6)에 형성된 기준홀(7)에 삽입되는 기준핀(103)을 구비하여 분리판(1)의 정렬을 보조하도록 할 수 있다. 기준핀(103)은 스프링에 의해 상하부로 탄성 이동 가능하게 형성되어, 프레스판(200)의 가압 상태에서는 눌려지고, 가압이 제거되면 돌출된다.

프레스판(200)은 베이스(100)의 상부에 상하부로 이동가능하게 설치된 것으로, 하강하여 분리판(1)을 눌러 가압 상태를 제공한다.

프레스판(200)은 제1 프레스판(201)과 제1 프레스판(201)의 중간에 진퇴 동작 가능하게 설치된 제2 프레스판(202)을 포함한다. 도 3 은 프레스판(200)의 하면에 대한 분리판(1)의 위치를 가상적으로 도시하고 있는 데, 도 3에서 보이는 바와 같이, 제2 프레스판(202)은 분리판(1)의 채널부와 마주보며 가스켓(5)와 접촉하지 않는 크기로 형성된다. 제2 프레스판(202)은 제1 프레스판(201)에 대하여 하부로 이동하여 돌출하거나 상승하여 원위치로 복귀하는 진퇴동작이 가능하게 설치된다.

프레스판(200)의 상부로 기밀 하우징(210)이 구비된다. 기밀 하우징(210)은 제1 프레스판(201)과 결합하며 제2 프레스판(202)의 상부를 에워싸고 외부로 가스 유출이 이루어지지 않는 기밀 공간을 형성한다. 따라서 제1 프레스판(201)과 제2 프레스판(202) 사이의 틈을 통해 작동 유체가 유입될 수 있지만, 유입된 작동 유체는 기밀 하우징(210) 외부로 유출되지 않는다.

기밀 하우징(210)의 상부에는 프레스판(200)을 전체적으로 승강시키는 동작을 하며, 일정압으로 베이스(100)에 놓인 분리판(1)을 가압하기 위한 구동 액추에이터(220)가 설치된다.

그리고 기밀 하우징(210) 내부에는 제2 프레스판(202)을 제1 프레스판(201)을 기준으로 승강시키는 제2 프레스판 구동 액추에이터(230)가 설치된다. 제2 프레스판(202)은 제2 프레스판 구동 액추에이터(230)에 의해 제1 프레스판(201)에 대해, 제1 프레스판(201)과 독립적으로 승강 동작을 수행할 수 있다.

제1 프레스판(201)에는 기밀 검사를 위한 작동 유체가 주입되는 작동유체관(207)이 연결된다. 작동유체관(207)은 수소, 산소 냉각수 채널을 검사하기 위한 작동유체를 주입하기 위한 복수의 관으로 형성된다.

프레스판(200)이 하강하여 가압 상태에서 작동유체관(207)을 통해 작동유체가 주입되어 기밀 검사를 수행하는 데, 제1 프레스판(201)과 제2 프레스판(202) 사이의 틈을 통해 유동하는 가스는 기밀 하우징(210) 내로 유입되므로 외부로의 압력 누설은 발생하지 않는다.

도 5 는 베이스(100)의 개략적인 단면도로서, 제2 베이스(102)는 제1 베이스(101)에 형성된 설치 공간부(110)에 승강가능하게 설치되고, 설치 공간부(120)는 제2 베이스(102)를 제1 베이스(101)에 대해 승강 동작시키기 위한 제2 베이스 구동 액추에이터(120)가 설치된다.

설치 공간부(110)는 기밀 하우징(210)과 같이 기밀 가능하게 밀폐되어 있으므로, 기밀 검사시 검사용 작동 유체가 분리판 하면의 채널부로 유입되어, 제1 베이스(101)과 제2 베이스(202) 사이의 틈을 통해 설치 공간부로 유입되더라도 외부로의 압력 누설은 발생하지 않는다.

이하, 도 6a 내지 도 6c, 도 7a, 도 7 b를 참조하여 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에서 분리판의 분리 동작을 설명한다. 도 6a 내지 도 6c 는 프레스판으로부터 분리판이 분리되는 동작을 설명하기 위한 도면들이고, 도 7a 및 도 7b 는 베이스로부터 분리판이 분리되는 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

도 6a를 참조하면, 베이스(100)에 분리판(1)이 놓인 상태에서 프레스판(200)이 하강하여 분리판(1)을 가압한다. 이 상태에서 작동유체관(250)을 통해 기밀 검사를 위한 작동유체가 주입되어 압력 누설을 감지함으로써 기밀 검사를 수행한다.

도 6b 는 기밀 검사의 수행 후에, 프레스판(200)이 상승한 상태의 일 예를 도시하고 있다. 기밀 검사를 위하여 프레스판(200)이 분리판(1)을 가압할 때 가스켓(5)을 매개로 분리판(1)이 프레스판(200) 또는 베이스(100)에 부착되는데, 프레스판(200)에 더 강하게 부착된 경우 프레스판(200)이 상승할 때 분리판(1)이 프레스판(200)에 부착된 상태로 함께 상승한다.

도 6c 는 도 6b 의 상태에서 제2 프레스판(202)이 하강하여 분리판(1)을 프레스판(200)으로부터 분리시키는 동작을 보여주는 도면이다. 제2 프레스판(202)은 가스켓(5)과 부착되어 있지 아니하므로, 제2 프레스판(202)이 하강하는 경우 제2 프레스판(202)이 분리판(1)을 미는 힘에 의해 가스켓(5)이 제1 프레스판(201)으로부터 분리되고 분리판(1)은 베이스(100)를 향해 탈락한다.

도 7a 는 프레스판(200)이 분리판(1)을 가압한 상태에서 기밀 검사를 수행한 후, 프레스판(200)이 상승할 때, 분리판(1)이 베이스(100)에 더 강하게 부착된 경우 분리판(1)이 베이스(100)에 부착된 상태를 유지하면서 프레스판(200) 만이 상승한 경우를 도시하고 있다. 이 경우 베이스(100)에 부착된 분리판(1)을 분리하는 것이 필요하다.

도 7b 는 베이스(100)에서 제2 베이스(102)가 상승하여 분리판(1)을 베이스(100)로부터 분리시키는 동작을 보여주는 도면이다. 제2 베이스(102)는 가스켓(5)과 부착되어 있지 아니하므로, 제 2 베이스(102)가 상승하는 경우 제2 베이스(102)가 분리판(1)을 미는 힘에 의해 가스켓(5)이 제1 베이스(101)로부터 분리된다.

기밀 검사의 수해 후에, 프레스판(200)이 상승할 때, 분리판(1)은 프레스판(200) 또는 베이스(100)에 부착될 수 있다. 따라서 프레스판(200)의 상승 후에 제2 프레스판(202)의 하강 및 제2 베이스(102)의 상승을 순차적으로 하면, 분리판(1)이 어느 쪽에 붙어 있더라도 이동가능한 상태로 분리될 수 있다.

분리판(1)은 베이스(100) 및 프레스판(200)과의 부착이 해제된 상태로 베이스(100)로 놓여져 다음 공정을 준비한다.

Claims (4)

1. 분리판(1)이 놓여지는 베이스(100)와, 상기 베이스(100)의 상부에 이격되어 승강 가능하게 배치되고 상기 베이스(100)에 놓인 분리판(1)을 가압하는 하는 프레스판(200)을 포함하는 연료전지 스택용 분리판 검사 장치에 있어서,
   상기 프레스판(200)은 제1 프레스판(201)과, 상기 제1 프레스판(201)의 중간에 상기 제1 프레스판(201)에 대하여 진퇴 동작이 가능하게 설치된 제2 프레스판(202)을 포함하되, 상기 제2 프레스판(202)은 분리판(1)의 채널부와 마주보며 분리판(1)의 가스켓(5)과 접촉하지 않게 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 분리판 검사 장치.
2. 제 1 항에서,
   상기 프레스판(200)의 상부로 기밀 하우징(210)이 설치되되, 상기 기밀 하우징(210)은 상기 제2 프레스판(202)의 상부를 에워싸고 외부로 가스가 유출되지 않는 기밀 공간을 형성하며, 상기 기밀 하우징(210) 내부에는 상기 제2 프레스판(202)을 상기 제1 프레스판(201)에 대하여 진퇴 동작시키는 제2 프레스판 구동 액추에이터(230)가 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 분리판 검사 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스(100)은 제1 베이스(101)와 상기 제1 베이스(101)의 중간에 상기 제1 베이스(101)에 대하여 진퇴 동작이 가능하게 설치된 제2 베이스(102)을 포함하되, 상기 제2 베이스(102)은 분리판(1)의 채널부와 마주보며 분리판(1)의 가스켓(5)과 접촉하지 않게 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 분리판 검사 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제2 베이스(102)는 제1 베이스(101)에 형성된 설치 공간부(110)에 진퇴 동작가능하게 설치되되, 상기 설치된 공간부(110)는 외부로 가스 누출이 없는 기밀 공간으로 형성되며, 상기 설치 공간부(120)는 제2 베이스(102)를 제1 베이스(101)에 대해 진퇴 구동하기 위한 제2 베이스 구동 액추에이터(120)가 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 분리판 검사 장치.

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