KR20160019708A - 연료전지 스택 제조 장치 및 방법 - Google Patents

연료전지 스택 제조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

연료전지 스택 제조방법이 개시된다. 연료전지 스택 제조방법은, (a) 간지를 복수개의 GDL들 사이에 삽입하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계의 상기 GDL 및 MEA를 GDL 공급부 및 MEA 공급부에 각각 이송 로봇을 이용하여 공급하는 단계와, (c) 상기 GDL과 상기 간지를 각각 1개 단위로 상기 이송 로봇을 이용하여 함께 흡착하는 단계와, (d) 상기 (c) 단계의 상기 간지를 간지 제거기를 이용하여 제거하는 단계와, (e) 간지가 제거된 상기 GDL과 상기 MEA를 압착기에 공급하여 일체화 부품으로 압착하는 단계와, (f) 상기 (D) 단계에서 압착된 상기 일체화 부품을 트리밍 프레스를 이용하여 설정된 크기로 컷팅하는 단계를 포함한다.

Description

연료전지 스택 제조 장치 및 방법{APPARATUS ANA METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL STACK}
본 발명은 연료 전지 스택을 제조하는 효율 향상이 가능한 연료전지 스택 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지의 올바른 품질 및 성능을 발휘하기 위해서는 자동화된 적층 기술의 개발이 요구된다. 즉, 연료 전지 스택의 적층하는 과정에서 기계적 물성 및 공차가 편차가 큰 전기화학적인 재료를 1000장 이상 직렬로 적층함에 있어서, 적층 소재간의 최종 정렬도는 1.5mm 이내의 평평도를 유지하도록 적층을 실시하여야 한다.
이러한 연료 전지 스택의 적층 정렬이 어긋나는 경우, 연료전지 성능의 저하 및 연료전지를 적용한 차량의 운행이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
한편, 연료 전지 스택을 제조하는 과정에서, 연료 전지 스택의 구성요소인 MEA와 GDL은 이송 로봇에 의해 진공 흡착되어 적층 위치로 이송된다.
여기서, GDL은 다공성 물질로 공기의 투과도가 높은 소재로서, 이송 로봇을 이용한 진공 흡착 이송 과정에서 흡착 압력이 GDL을 통과하는 바, GDL의 개별적인 흡착 이송이 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 이송 로봇을 이용한 GDL의 원활한 흡착 이송이 가능한 연료전지 스택 제조 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예의 연료전지 스택 제조방법은, (a) 간지를 복수개의 GDL들 사이에 삽입하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계의 상기 GDL 및 MEA를 GDL 공급부 및 MEA 공급부에 각각 이송 로봇을 이용하여 공급하는 단계와, (c) 상기 GDL과 상기 간지를 각각 1개 단위로 상기 이송 로봇을 이용하여 함께 흡착하는 단계와, (d) 상기 (c) 단계의 상기 간지를 간지 제거기를 이용하여 제거하는 단계와, (e) 간지가 제거된 상기 GDL과 상기 MEA를 압착기에 공급하여 일체화 부품으로 압착하는 단계와, (f) 상기 (e) 단계에서 압착된 상기 일체화 부품을 트리밍 프레스를 이용하여 설정된 크기로 컷팅하는 단계를 포함한다.
(a) 단계에서 간지는 비다공성 재질일 수 있다.
(a) 단계는, 복수개의 GDL들은, 복수개의 상부 GDL과 복수개의 하부 GDL을 포함하고, (a-1) 상기 상부 GDL 들의 사이에 상기 간지를 삽입하는 단계와, (a-2) 상기 하부 GDL 들의 사이에 상기 간지를 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.
(c) 단계에서 이송 로봇에는 압력 센서가 설치되어 정상 흡착 상태를 확인할 수 있다.
간지 제거기는 간지의 측면을 흡착하는 흡착기일 수 있다.
압착기는 상기 GDL과 상기 MEA를 고온 고압으로 일체화 부품으로 압착하는 핫 프레스일 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 연료전지 스택 제조장치는, MEA의 공급을 위한 MEA 공급부와, MEA 공급부의 일측에 배치되며 복수개의 GDL들 사이에 간지가 삽입된 GDL을 공급하는 GDL 공급부와, GDL과 간지를 함께 흡착하여 이송하는 이송 로봇과, 이송 로봇에 흡착된 간지를 제거하는 간지 제거기와, GDL과 MEA를 이송받아 일체화 부품으로 압착하는 압착기와, 압착기로 접합된 일체화 부품을 설정된 크기로 컷팅하는 트리밍 프레스를 포함한다.
간지는 비다공성 재질일 수 있다.
이송 로봇에는 흡착 압력의 정상 여부를 센싱하는 압력 센서가 설치될 수 있다.
압착기는 GDL과 MEA를 고온 고압으로 일체화 부품으로 압착하는 핫 프레스일 수 있다.
간지 제거기는 간지의 측면을 흡착하는 흡착기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, GDL들 사이에 간지를 삽입하여 하나의 GDL과 하나의 간지를 이송 로봇을 이용하여 흡착하여 이송함으로써, 효율적인 GDL 이송이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, GDL 사이에 삽입된 간지를 제거하는 간지 제거리를 설치함으로써, 간지의 원활한 자동 제거가 가능하여 작업 효율의 향상이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지스택 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 GDL 사이에 간지가 삽입된 상태를 개략적으로 도시한 요부 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송 로봇을 이용하여 GDL과 간지를 흡착한 상태를 개략적으로 도시한 요부 작동도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 간지 제거기를 이용하여 간지를 제거하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 제조 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지스택 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지스택 제조장치(100)는, MEA(11)의 공급을 위한 MEA 공급부(10)와, MEA 공급부(10)의 일측에 배치되며 복수개의 GDL(21)들 사이에 간지(23)가 삽입된 GDL(21)을 공급하는 GDL 공급부(20)와, MEA(11)와 GDL(21)의 적층된 상태에서 고온 고압으로 일체화 부품으로 압착하는 압착기(30)와, 압착기(30)로 접합된 일체화 부품을 설정된 크기로 컷팅하는 트리밍 프레스(40)와, MEA(11)와 GDL(21)을 MEA 공급부(10)와 GDL 공급부(20) 및 핫 프레스(30)에 순차적으로 이송하고 압착기(30)에서 압착된 일체화 부품을 트리밍 프레스(40)에 흡착 이송하는 이송 로봇(50)과, 이송 로봇(50)에 흡착된 GDL(21)에서 간지(23)를 제거하는 간지 제거기(60)를 포함한다.
이하에서 압착기는 GDL과 MEA를 고온 고압으로 압착하는 핫 프레스인 것으로 예시적으로 설명한다. 그러나 압착기는 핫 프레스로 반드시 한정되는 것은 아니고, GDL과 MEA를 압착하는 소정의 압착 장치로 대체되는 것도 가능하다. 이하에서 압착기와 핫 프레스는 동일 참조 번호 30을 사용한다.
MEA 공급부(10)는 MEA(11)를 공급하도록 설치되는 것으로서, MEA(11)가 적층된 상태에서 상측 부분의 MEA(11)가 순차적으로 공급되도록 설치될 수 있다. 즉, 적층된 MEA(11)가 1개씩 인출될 때 마다 한 스텝씩 순차적으로 상승하여 MEA(11)의 연속적인 공급이 이루어질 수 있다.
GDL 공급부(20)는 MEA 공급부(10)의 인접한 위치에 설치되는 것으로서, GDL (21)을 공급하도록 설치된다. GDL 공급부(20)는 상부 GDL(21a)과 하부 GDL(21b)을 핫 프레스(30)에 공급할 수 있다. 이러한 GDL 공급부(20)는 GDL(21)이 적층된 상태에서 순차적으로 공급되도록 설치될 수 있다. 즉, 적층된 GDL(21)이 하나씩 인출될 때 마다 한 스텝씩 순차적으로 상승하여 GDL(21)의 연속적인 공급이 이루어질 수 있다. 참조번호 20a는 하부 GDL 공급부이고, 20b는 상부 GDL 공급부를 말한다. 그리고, 참조 번호 21a는 하부 GDL이고, 21b는 상부 GDL을 말한다.
여기서, 복수개의 GDL(21)들의 사이에는 간지(23)가 삽입된다. 본 실시예에서 간지(23)는 관통된 부분이 존재하지 않는 비다공성 재질로 형성될 수 있다. 이와 같이, 간지(23)가 비다공성 재질로 형성되는 것은, 이송 로봇(50)의 흡착 압력이 GDL(21)에 전달되는 과정에서, 흡착 압력이 간지(23)를 통과하지 못하도록 하기 위한 것이다. 따라서, 이송 로봇(50)은 하나의 GDL(21)과 하나의 간지(23)를 흡착하는 것이 가능하다.
여기서, 이송 로봇(50)에는 압력 센서가 설치될 수 있다. 따라서, 이송 로봇(50)에 의해 흡착되는 GDL(21) 및 간지(23)의 흡착 압력이 비정상 압력으로 확인되면, 이송 로봇(50)의 고장으로 확인하여, 신속한 고장조치가 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 이송 로봇(50)에 의해 흡착된 GDL(21)과 간지(23)는 핫 프레스(30)로 이송되기 전에 간지 제거기(60)에 의해 간지(23)가 제거될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 간지 제거기를 이용하여 간지를 제거하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 간지 제거기(60)는, 간지(23)의 사이드부를 흡착하는 흡착기를 포함한다. 따라서, 간지 제거기(60)는, 흡착기를 이용하여 간지(23)의 사이드부를 흡착한 상태에서 회전 및 하강 작동됨으로써, 간지(23)를 GDL(21)로부터 제거하는 것이 가능하다.
이와 같이, GDL 공급부(20)를 통해 GDL(21)을 핫 프레스(30)로 공급하기 전에, 이송 로봇(50)에 의해 흡착된 하나의 GDL(21)과 하나의 간지(23)에서, 간지(23)를 자동으로 제거하는 것이 가능하다. 따라서, 종래 작업자가 수작업으로 간지를 제거하는 것은 대체하는 것이 가능하여, 작업 효율의 향상이 가능하고 작업자의 근골격계 질환이 발생되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
이어서, 이송 로봇(50)은 GDL(21)과 MEA(11)를 핫 프레스(30)에 순차적으로 공급한다.
핫 프레스(30)에서는 MEA(11)와 GDL(21)을 일체화 부품으로 압착한다. 그리고, MEA(11)와 GDL(21)을 일체화 부품은 이송 로봇(50)에 의해 트리밍 프레스(70)에 이송되어 적절한 크기로 절단될 수 있다.
트리밍 프레스(70)에는 일체화 부품이 안착된 프레스 금형이 설치되어, 일체화 부품이 적절한 크기로 절단될 수 있다. 이러한 트리밍 프레스(70)의 작동으로 일체화 부품을 적절한 크기로 절단하는 구동 및 컷팅 방법은, 당해 기술분야에서 통상적으로 알려진 방법이라면 특별하게 제한되지 않고 채택될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 연료전지 스택 제조 장치(100)는, 간지(23)의 제거가 용이하게 이루어짐으로써, 효과적인 연료전지 스택의 제조가 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 제조 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 1 내지 도 4와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다. 이하에서 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 간지(23)를 GDL(21)들 사이에 삽입한다(S10). 여기서 간지(23)는 비다공성 재질로 형성된다. 여기서 (S10) 단계에서 GDL(21)은 상부 GDL과 복수개의 하부 GDL을 포함할 수 있다. 따라서, (S10) 단계는, 상부 GDL(21a) 들의 사이에 간지(23)를 삽입하는 공정(S11)과, 하부 GDL(21b) 들의 사이에 간지(23)를 삽입하는 공정(S12)이 순차적으로 진행되는 것도 가능하다.
다음, (S10) 단계의 GDL(21) 및 MEA(11)를 GDL 공급부(20) 및 MEA 공급부(10)에 각각 이송 로봇(50)을 이용하여 공급한다(S20).
이어서, 복수개의 GDL(21)들 중에서 하나의 GDL(21)과 하나의 간지(23)를 이송 로봇(50)을 이용하여 함께 흡착한다(S30). 여기서 GDL(21)은 다공성 재질이고 간지(23)는 비다공성 재질로 적용된다. 따라서, 이송 로봇(50)은 흡착 압력을 인가하여 하나의 GDL(21)과 하나의 간지(23)를 함께 흡착하는 것이 가능하다.
(S30) 단계에서, 이송 로봇(50)에 설치된 압력 센서를 통해, 이송 로봇(50)에 의해 흡착되는 GDL(21) 및 간지(23)의 흡착 압력이 비정상 압력으로 확인되면(S40), 이송 로봇(50)의 고장으로 확인하여 신속한 고장조치가 이루어지도록 할 수 있다.
다음, (S30) 단계의 간지(23)를 간지 제거기(60)를 이용하여 제거한다(S50), 여기서, 간지 제거기(60)는, 흡착기를 이용하여 간지(23)의 사이드부를 흡착한 상태에서 회전 및 하강 작동됨으로써, 간지(23)를 GDL(21)로부터 제거하는 것이 가능하다.
이어서, 간지(23)가 제거된 GDL(21)과 MEA(11)를 핫 프레스(30)에 공급하여 일체화 부품으로 압착한다(S60). 본 실시예에서 GDL(21)과 MEA(11)는 핫 프레스(30)로 압착되는 것을 예시적으로 설명하지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 GDL과 MEA를 압착하는 소정의 압착 장치로 대체되는 것도 가능하다.
마지막으로, (S60) 단계에서 압착된 일체화 부품을 트리밍 프레스(40)를 이용하여 설정된 크기로 컷팅하여 연료 전지 스택을 제조할 수 있다(S70).
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.
10...MEA 공급부 11...MEA
20,,,GDL 공급부 21...GDL
21a, 21b..GDL 30...핫 프레스
40...트리밍 프레스 50...이송 로봇
60...간지 제거기

Claims (11)

  1. (a) 간지를 복수개의 GDL들 사이에 삽입하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계의 상기 GDL 및 MEA를 GDL 공급부 및 MEA 공급부에 각각 이송 로봇을 이용하여 공급하는 단계;
    (c) 상기 GDL과 상기 간지를 각각 1개 단위로 상기 이송 로봇을 이용하여 함께 흡착하는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계의 상기 간지를 간지 제거기를 이용하여 제거하는 단계;
    (e) 간지가 제거된 상기 GDL과 상기 MEA를 압착기에 공급하여 일체화 부품으로 압착하는 단계; 및
    (f) 상기 (e) 단계에서 압착된 상기 일체화 부품을 트리밍 프레스를 이용하여 설정된 크기로 컷팅하는 단계;
    를 포함하는 연료전지 스택 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 간지는 비다공성 재질인 연료전지 스택 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    복수개의 상기 GDL들은, 복수개의 상부 GDL과 복수개의 하부 GDL을 포함하고,
    (a-1) 상기 상부 GDL 들의 사이에 상기 간지를 삽입하는 단계; 및
    (a-2) 상기 하부 GDL 들의 사이에 상기 간지를 삽입하는 단계;
    를 포함하는 연료전지 스택 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 이송 로봇에는 압력 센서가 설치되어 정상 흡착 상태를 확인하는 연료전지 스택 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 간지 제거기는 상기 간지의 측면을 흡착하는 흡착기인 연료전지 스택 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압착기는 상기 GDL과 상기 MEA를 고온 고압으로 일체화 부품으로 압착하는 핫 프레스인 연료전지 스택 제조 방법.
  7. MEA의 공급을 위한 MEA 공급부;
    상기 MEA 공급부의 일측에 배치되며 복수개의 GDL들 사이에 간지가 삽입된 GDL을 공급하는 GDL 공급부;
    상기 GDL과 상기 간지를 함께 흡착하여 이송하는 이송 로봇;
    상기 이송 로봇에 흡착된 상기 간지를 제거하는 간지 제거기;
    상기 GDL과 상기 MEA를 이송받아 일체화 부품으로 압착하는 압착기; 및
    상기 압착기로 접합된 상기 일체화 부품을 설정된 크기로 컷팅하는 트리밍 프레스;
    를 포함하는 연료전지 스택 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 간지는 비다공성 재질인 연료전지 스택 제조 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이송 로봇에는 흡착 압력의 정상 여부를 센싱하는 압력 센서가 설치되는 연료전지 스택 제조 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 압착기는 상기 GDL과 상기 MEA를 고온 고압으로 일체화 부품으로 압착하는 핫 프레스인 연료전지 스택 제조 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 간지 제거기는 상기 간지의 측면을 흡착하는 흡착기인 연료전지 스택 제조 장치.
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