KR20190076565A - 연료전지용 막전극 접합체 제조장치 - Google Patents

Abstract

연료전지용 막전극 접합체 제조장치를 제공한다.
본 발명은 일면에 제1전극이 일정간격을 두고 연속하여 형성된 제1시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제1풀림롤과, 일면에 제2전극이 일정간격을 두고 연속하여 형성된 제2시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제2풀림롤 및 멤브레인 시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제3풀림롤 및 상기 제1,2전극이 양면에 전사된 멤브레인 시트를 권취하는 권취롤을 포함하고, 상기 제1시트와 제2시트사이에 멤브레인 시트가 개재된 시트적층체를 압착가열하여 상기 멤브레인 시트의 양면에 상기 제1,2시트의 제1,2전극을 전사하는 열라미부를 포함하며, 상기 열라미부는 상기 시트적층체의 진행방향으로 연속하여 배치되는 제1열라미부와 제2열라미부를 포함하고, 상기 제1열라미부는 상기 제1시트의 타면과 접하는 제1상부가열롤과, 상기 제2시트의 타면과 접하는 제1하부가열롤을 포함하여 상기 제1시트와 제2시트사이에 멤브레인 시트가 개재된 시트 적층체를 형성하면서 상기 시트 적층체를 1차로 압착가열하고, 상기 제2열라미부는 상기 시트적층체의 타면과 접하는 제2상부가열롤과, 상기 시트적층체의 타면과 접하는 제2하부가열롤을 포함하여 상기 시트 적층체를 2차로 압착가열하여 상기 멤브레인 시트의 양면에 제1,2전극이 일대일로 대응하도록 전사할 수 있다.

Description

연료전지용 막전극 접합체 제조장치{Apparatus for Fabricating the Membrane-Electrode Assembly of Fuel Cell}

본 발명은 연료전지의 막전극 접합체를 롤투롤 방식으로 연속하여 제조하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지(fuel cell)는 일반적으로 연료전지는 수소와 산소가 가지고 있는 화학에너지를 전기화학반응에 의하여 전기에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.

즉, 연료의 산화로 인해 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 것으로, 공기극(Cathode)에서는 산소의 환원반응이, 연료극(Anode)에서는 수소의 산화반응이 전기화학적으로 진행된다.

전체적인 연료전지의 반응은 물의 전기분해 역반응으로서, 이 과정에서 전기를 비롯하여, 열, 물이라는 세가지 생산물이 생성된다.

그리고 이러한 연료전지는, 고분자 전해질막과 전극(연료극, 공기극), 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer),분리판(Separator)을 포함하는 구성으로 이루어진다.

한편, 전기에너지로의 변환은 막전극 접합체에서 이루어지므로 막전극 접합체는 연료전지의 성능을 좌우하는 핵심부품이다.

고분자 전해질 연료전지의 스택 내부 구조는 전해질막 및 상기 전해질막의 양면 각각에 형성되는 전극재인 한쌍의 전극 촉매층으로 구성된 막전극 접합체를 포함한다.

이러한 막전극 접합체의 양면 각각에는, 한쌍의 가스확산층(gas diffusion layer: GDL)이 막전극 접합체를 지지하도록 배치되며, 가스확산층의 바깥쪽 부분에는 연료 및 공기를 전달하고 생성된 물을 배출하는 유로(flow field)가 형성된 한쌍의 분리판(seperator)이 배치된다.

따라서, 단위 연료전지는 1장의 막전극 접합체와 2장의 가스확산층 및 2장의 분리판(sepeator)으로 구성되며, 이러한 단위전지가 적층됨으로써 스택전지를 형성한다.

(특허문헌 1) KR10-2007-0019171 A

특허문헌 1에는 롤투롤 설비를 이용하여 데칼방식으로 막전극 접합체를 제조하는 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법 및 제조 시스템을 개시하고 있다.

그러나 이러한 한쌍의 가열롤사이로 멤브레인 시트와 더불어 한쌍의 전극재 필름을 통과시키면서 열을 가함으로써 멤브레인 시트의 양측면에 전극재 필름의 전극재를 각각 전사한 다음, 상기 전극재 필름을 멤브레인 시트로부터 분리하는 과정에서 멤브레인 시트의 양측면에 전극재를 정확히 일대일 대응시키는 것이 곤란하였다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 멤브레인 시트의 양면에 제1,2시트를 적층한 시트적층체를 롤투롤 방식으로 일방향으로 진행하는 과정에서 상,하부가열롤 사이로 순차적으로 통과하는 시트적적층체를 압착가열하여 멤브레인 시트의 양면에 전극을 정확히 일대일 대응시키면서 전사할 수 있는 연료전지용 막전극 접합체 제조장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 멤브레인 시트의 양면에 제1,2가스켓시트를 적층한 접합체를 롤투롤 방식으로 일방향으로 진행하는 과정에서 상,하부가열롤 사이로 순차적으로 통과하는 접합체를 압착가열하여 멤브레인 시트의 양면에 전사된 전극을 개구부를 통해 노출시키도록 가스켓시트를 접합할 수 있는 연료전지용 막전극 접합체 제조장치를 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명의 제1실시예는, 일면에 제1전극이 일정간격을 두고 연속하여 형성된 제1시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제1풀림롤과, 일면에 제2전극이 일정간격을 두고 연속하여 형성된 제2시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제2풀림롤 및 멤브레인 시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제3풀림롤 및 상기 제1,2전극이 양면에 전사된 멤브레인 시트를 권취하는 권취롤을 포함하고, 상기 제1시트와 제2시트사이에 멤브레인 시트가 개재된 시트적층체를 압착가열하여 상기 멤브레인 시트의 양면에 상기 제1,2시트의 제1,2전극을 전사하는 열라미부를 포함하며, 상기 열라미부는 상기 시트적층체의 진행방향으로 연속하여 배치되는 제1열라미부와 제2열라미부를 포함하고, 상기 제1열라미부는 상기 제1시트의 타면과 접하는 제1상부가열롤과, 상기 제2시트의 타면과 접하는 제1하부가열롤을 포함하여 상기 제1시트와 제2시트사이에 멤브레인 시트가 개재된 시트 적층체를 형성하면서 상기 시트 적층체를 1차로 압착가열하고, 상기 제2열라미부는 상기 시트적층체의 타면과 접하는 제2상부가열롤과, 상기 시트적층체의 타면과 접하는 제2하부가열롤을 포함하여 상기 시트 적층체를 2차로 압착가열하여 상기 멤브레인 시트의 양면에 제1,2전극이 일대일로 대응하도록 전사하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체 제조장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 제2실시예는, 제1개구부가 일정간격을 두고 연속하여 관통형성된 제1가스켓시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제1풀림롤과, 제2개구부가 일정간격을 두고 연속하여 관통형성된 제2가스켓시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제2풀림롤과, 양면에 제1,2전극이 일대일로 전사된 멤브레인 시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제3풀림롤 및 상기 제1,2전극에 제1,2개구부가 일대일 대응배치되도록 상기 멤브레인 시트의 양면에 제1,2가스켓시트가 적층되는 접합체를 권취하는 권취롤을 포함하고, 상기 제1가스켓시트와 제2가스켓시트사이에 멤브레인시트가 개재된 접합체를 압착가열하여 상기 멤브레인시트의 양면에 상기 제1,2가스켓시트를 일체화하는 열라미부를 포함하며, 상기 열라미부는 상기 접합체의 진행방향으로 연속하여 배치되는 제1열라미부와 제2열라미부를 포함하고, 상기 제1열라미부는 상기 제1가스켓시트와 접하는 제1상부가열롤과, 상기 제2가스켓시트와 접하는 제1하부가열롤을 포함하여 상기 제1가스켓시트와 제2가스켓시트사이에 멤브레인시트가 개재된 접합체를 형성하면서 상기 접합체를 1차로 압착예열하고, 상기 제2열라미부는 상기 접합체와 접하는 제2상부가열롤과, 상기 접합체와 접하는 제2하부가열롤을 포함하여 상기 접합체를 2차로 압착가열하여 상기 제1,2전극을 외부노출시키는 제1,2개구부를 갖는 제1,2가스켓시트를 상기 멤브레인 시트의 양면에 일체로 접합고정하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체 제조장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 제1상부가열롤과 제1하부가열롤사이의 간격과 상기 제2상부가열롤과 제2하부가열롤사이의 간격을 측정하는 변위센서부를 포함하고, 상기 변위센서부는 상기 제1,2상부가열롤의 양단을 지지하는 제1,2상부롤브라켓에 구비되는 감지센서와, 상기 제1,2하부가열롤의 양단을 지지하는 제1,2하부롤브라켓에 구비되고, 상기 감지센서의 단부인 감지단과 마주하여 접하는 접촉단의 상하위치를 조절하는 손잡이를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 제1,2상부가열롤의 양단을 지지하는 제1,2상부롤브라켓의 하부에는 상부스토퍼를 구비하고, 상기 제1,2하부가열롤의 양단을 지지하는 제1,2하부롤브라켓의 상부에는 상기 상부스토퍼와 마주하는 하부스토퍼를 구비하여 상,하부롤간의 충돌을 방지할 수 있다.

바람직하게, 상기 제1,2개구부에 잔류하는 이물질을 흡착하여 제거하는 흡착제거부를 포함하고, 상기 흡착제거부는 상기 제1,2개구부를 관통형성한 제1,2가스켓시트와 외접하는 안내롤과, 상기 안내롤의 양단을 회전가능하게 지지하면서 상기 안내롤과 접하여 일방향 진행하는 제1가스켓시트 측으로 흡입력을 제공하는 흡입구를 갖는 흡입챔버를 포함할 수 있다.

바람직하게 상기 제1상,하부가열롤의 외주 근방에는 시트에 덮여진 박리지를 분리하면서 상기 시트의 타면을 제1상,하부가열롤의 외주면에 밀착시키는 밀착력을 제공하는 박리롤을 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

멤브레인 시트의 양면에 제1,2시트가 적층된 시트적층체를 제1,2열라미부의 상,하부가열롤에 의해서 순차적으로 압착가열함으로써 멤브레인 시트의 양면에 전사되는 제1,2전극을 정확히 일대일 대응시킬 수 있기 때문에 롤투롤 방식으로 막전극 접합체를 제조하는 공정에서의 제품불량을 현저히 줄일 수 있고, 제품수율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 제1,2전극이 전사된 멤브레인 시트의 양면에 제1,2개구부를 관통형성한 제1,2가스켓시트를 적층한 시트접합체를 제1,2열라미부의 상,하부가열롤에 의해서 순차적으로 압착가열함으로써 멤브레인 시트의 양면에 전사된 전극을 개구부를 통해 정확히 노출시키면서 제1,2가스켓시트를 접합할 수 있기 때문에 롤투롤 방식으로 막전극 접합체를 제조하는 공정에서의 제품불량을 현저히 줄일 수 있고, 제품수율을 높일 수 있다.

도 1은 일반적인 연료전지용 막전극 접합체 제조공정을 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 연료전지용 막전극 접합체 제조장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 연료전지용 막전극 접합체 제조장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제1,2실시예에 따른 연료전지용 막전극 접합체 제조장치에 적용되는 변위센서부를 도시한 상세도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지용 막전극 접합체 제조장치에 적용되는 흡착제거부를 도시한 상세도이다.
도 6은 본 발명의 제1,2실시예에 따른 연료전지용 막전극 접합체 제조장치에 적용되는 박리롤을 도시한 상세도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1a 내지 도 1e 는 연료전지에 적용되는 막전극 접합체를 제조하는 전체적인 공정 순서도로서, 코팅공정, 전사공정, 가스켓 접합공정, 핫프레스공정, 커팅공정 및 가스확산층 접합공정에 의해서 막전극 접합체를 제조하게 된다.

상기 코팅공정은 도 1a 에 도시한 바와 같이, 미도시된 코팅장치에 의해서 제1,2시트(11,12)의 일면에 전도성소재인 페이스트가 코팅처리된 제1,2전극(13,14)을 각각 일정간격을 두고 연속하여 형성하는 것이다.

이때, 상기 제1,2전극이 형성되는 제1,2시트의 각 일면에는 보호지를 덮어 전사공정 전까지 제1,2전극을 보호할 수 있다.

상기 전사공정은 도 1b 에 도시한 바와 같이, 후술하는 열라미부에 의해서 상기 제1,2시트(11,12)사이에 멤브레인 시트(15)를 개재한 시트적층체(10)를 압착가열한 다음 상기 제1,2시트를 멤브레인 시트로부터 분리함으로써 상기 멤브레인 시트의 양면에 상기 제1,2전극을 서로 일대일 대응하여 형성하도록 전사하는 것이다.

상기 가스켓 접합공정은 도 1c 에 도시한 바와 같이, 후술하는 열라미부에 의해서 제1,2전극(13,14)과 대응하는 제1,2개구부(23,24)를 관통형성한 제1,2가스켓시트(21,22)를 멤브레인 시트(15)에 적층한 접합체(20)를 압착가열함으로써 제1,2개구부를 통하여 제1,2전극이 외부노출되도록 멤브레인 시트의 양면에 제1,2가스켓시트를 접합고정하는 것이다.

상기 핫프레스공정은 도 1d 에 도시한 바와 같이, 멤브레인 시트(15)의 양면에 제1,2전극을 외부노출시키는 제1,2개구부를 관통형성한 제1,2가스켓시트(21,22)를 접합한 접합체(20)와 대응하는 상,하부 금형(31,32)을 배치하고, 이들 사이에서 접합체를 가열압착하여 상기 멤브레인시트와 제1,2가스켓시트를 완전히 일체화하는 것이다.

그리고, 상기 커팅공정 및 가스확산층 접합공정은 도 1e 와 도 1f 에 도시한 바와 같이, 미도시된 타발기에 의해서 상기 제1,2전극(11,12)을 포함하는 멤브레인시트(15)와 제1,2가스켓시트(21,22)를 대략 사각형상으로 타발하여 단위별로 막전극 접합체(50)를 분리한 다음, 타발된 막전극 접합체의 양면에 다른 공정에서 일정크기로 절단된 제1,2가스확산시트(41,42)를 적층하여 접착제를 매개로 접착함으로써 최종적으로 연료전지용 막전극 접합체를 제조완성하게 된다.

도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 연료전지용 막전극 접합체 제조장치(100)를 도시한 구성도로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 일면에 제1전극(13)이 일정간격을 두고 연속하여 형성된 제1시트(11)를 두루마리형태로 권취한 상태에서 일방향으로 풀림진행시키는 제1풀림롤(111)을 포함하고, 일면에 제2전극(14)이 일정간격을 두고 연속하여 형성된 제2시트(12)를 두루마리형태로 권취한 상태에서 일방향으로 풀림진행시키는 제2풀림롤(112)을 포함할 수 있다.

그리고, 일정길이의 멤브레인 시트(15)를 두루마리형태로 권취한 상태에서 상기 멤브레인 시트(15)를 일방향으로 풀림진행시키는 제3풀림롤(113)를 포함하고, 상기 제1,2시트의 제1,2전극이 양면에 전사된 멤브레인 시트(15)를 두루마리형태로 권취하는 권취롤(114)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 권취롤의 회전속도 및 상기 제1,2 및 3풀림롤의 회전속도는 상기 제1,2시트 및 멤브레인 시트의 풀림속도와 상기 제1,2전극이 양면에 전사된 멤브레인 시트의 권취속도가 동일하게 이루어지도록 서로 동기화하도록 제어되는 것이 바람직하다.

상기 제3풀림롤(113)과 권취롤(114)사이에는 상기 제1시트와 제2시트사이에 멤브레인 시트가 개재된 시트적층체를 압착가열함으로써 상기 멤브레인 시트의 양면에 상기 제1,2시트(11,12)의 제1,2전극을 일대일로 대응하여 전사하는 열라미부를 포함할 수 있다.

이러한 열라미부(120)는 상기 시트적층체의 진행방향으로 연속하여 배치되어 상기 시트적층체를 순차적을 압착가열하는 제1열라미부(120a)와 제2열라미부(120b)를 포함할 수 있다.

상기 제1열라미부(120a)는 제1전극을 덮는 제1박리지(11a)가 분리된 제1시트의 타면과 외주면이 접해져 가압력과 열을 전달하는 제1상부가열롤(121)을 포함하고, 제2전극을 덮는 제2박리지(12a)가 분리된 제2시트(12)의 타면과 외주면이 접해져 가압력과 열을 전달하는 제1하부가열롤(122)을 포함함으로써, 서로 맞물리는 방향으로 회전되는 제1상,하부 가열롤사이로 제1,2전극을 서로 마주하도록 제1시트와 제2시트를 감김진행하면서 상기 제1,2시트사이로 멤브레인 시트가 개재되어 시트 적층체(10)를 형성하면서 상기 시트 적층체를 일정크기의 압착력과 일정온도의 열로서 1차로 압착예열하게 된다.

이때, 상기 제1시트(11)로부터 분리되는 제1박리지(11a)와 상기 제2시트(12)로부터 분리되는 제2박리지(12a)는 각각 제1,2감김롤(111a,112a)에 각각 두루마리형태로 감겨진다.

상기 제2열라미부(120b)는 상기 시트적층체(10)의 타면인 제1시트의 타면과 외주면이 접해져 가압력과 열을 전달하는 제2상부가열롤(123)을 포함하고, 상기 시트적층체(10)의 타면인 제2시트의 타면과 외주면이 접해져 가압력과 열을 전달하는 제2하부가열롤(124)을 포함함으로써 서로 맞물리는 방향으로 회전되는 제2상,하부가열롤사이로 시트 적층체를 통과시키면서 2차로 압착가열하여 상기 멤브레인 시트(15)의 양면에 제1,2전극이 일대일로 대응하도록 전사하는 전사공정을 수행하게 된다.

이때, 상기 제2상,하부가열롤사이를 통과하면서 상기 시트적층체의 양면인 제1,2시트는 1차 및 2차에 걸친 압착가열공정에 의해서 상기 멤브레인 시트의 양면에 제1,2전극을 서로 일대일 대응하여 전사한 다음, 상기 멤브레인 시트로부터 분리되어 제1,2권취롤(115,116)에 각각 두무라미형태로 감겨진다.

여기서, 상기 제1상부가열롤(121)과 제1하부가열롤(122)사이에 형성되는 간격과 상기 제2상부가열로(123)과 제2하부가열롤(124)사이에 형성되는 간격은 상기 제1하부가열롤의 롤축 양단을 지지하는 간격조절용 엑추에이터(125)와 상기 제2하부가열로의 롤축 양단을 지지하는 간격조절용 엑추에이터(124)에 의해서 압착가열하고자 하는 시트적층체의 두께에 맞추어 적절히 조절될 수 있다.

그리고, 상기 제1상부가열롤(121)과 제1하부가열롤(122)사이에 형성되는 간격과 상기 제2상부가열로(123)과 제2하부가열롤(124)사이에 형성되는 간격을 측정하는 변위센서부(127,128)을 포함하고, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 변위센서부는 상기 제1,2상부가열롤의 양단을 지지하는 제1,2상부롤브라켓(121a,123a)에 구비되는 감지센서(127a,128a)를 포함하고, 상기 제1,2하부가열롤의 양단을 지지하는 제1,2하부롤브라켓(122a,124a)에 구비되고, 상기 감지센서의 단부인 감지단과 마주하여 접하는 접촉단(127b,128b)의 상하위치를 조절하는 손잡이(127c,128c)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1,2상부가열롤(121,123)의 양단을 지지하는 제1,2상부롤브라켓(121a,123a)의 하부에는 상부스토퍼(129a)를 구비하고, 상기 제1,2하부가열롤(122,124)의 양단을 지지하는 제1,2하부롤브라켓(122a,124a)의 상부에는 하부스토퍼(129b)를 구비함으로써 상하배치된 가열롤간의 간격변화시 상기 상,하부스토퍼간의 접촉에 의해서 상,하부롤간의 충돌을 방지하여 롤표면의 손상을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 연료전지용 막전극 접합체 제조장치(100)를 도시한 구성도로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 대략 사각형상의 제1개구부(23)가 일정간격을 두고 연속하여 관통형성된 제1가스켓시트(21)를 두루마리형태로 권취한 상태에서 일방향으로 풀림진행시키는 제1풀림롤(111)을 포함하고, 대략 사각형상의 제2개구부(24)가 일정간격을 두고 연속하여 형성된 제2가스켓시트(22)를 두루마리형태로 권취한 상태에서 일방향으로 풀림진행시키는 제2풀림롤(112)을 포함할 수 있다.

그리고, 양면에 제1,2전극이 서로 일대일 대응하도록 전사된 멤브레인 시트(15)를 두루마리형태로 권취한 상태에서 상기 멤브레인 시트(15)를 일방향으로 풀림진행시키는 제3풀림롤(113)을 포함하고, 상기 제1,2전극에 제1,2개구부가 일대일 대응배치되도록 상기 멤브레인 시트(15)의 양면에 제1,2가스켓시트가 적층된 접합체(20)를 권취하는 권취롤(114)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 권취롤의 회전속도 및 상기 제1,2 및 3풀림롤의 회전속도는 상기 제1,2가스켓시트 및 멤브레인 시트의 풀림속도와 상기 접합체의 권취속도가 동일하게 이루어지도록 서로 동기화하도록 제어되는 것이 바람직하다.

상기 제3풀림롤(113)과 권취롤(114)사이에는 상기 제1가스켓시트와 제2가스켓시트사이에 멤브레인 시트가 개재된 접합체를 압착가열함으로써 상기 멤브레인 시트의 양면에 상기 제1,2가스켓시트(21,22)의 개구부를 통해 제1,2전극이 외부노출되도록 제1,2가스켓시트를 일체로 접합하는 것이다.

이러한 열라미부(120)는 상기 접합체의 진행방향으로 연속하여 배치되어 상기 접합체를 순차적으로 압착가열하는 제1열라미부(120a)와 제2열라미부(120b)를 포함할 수 있다.

상기 제1열라미부(120a)는 제1박리지(21a)가 분리된 제1가스켓시트(21)의 타면과 외주면이 접해져 가압력과 열을 전달하는 제1상부가열롤(121)을 포함하고, 제2지(12a)가 분리된 제2가스켓시트(22)의 타면과 외부면이 접해져 가압력과 열을 전달하는 제1하부가열롤(122)을 포함함으로써, 서로 맞물리는 방향으로 회전되는 제1상,하부 가열롤사이로 제1,2개구부를 서로 마주하도록 제1가스켓시트와 제2가스켓시트를 감김진행하면서 상기 제1,2가스켓시트에 관통형성된 제1,2개구부에 멤브레인 시트의 양면에 전사된 제1,2전극이 위치된 접합체(20)를 형성하고, 이와 동시에 상기 접합체를 일정크기의 압착력과 일정온도의 열로서 1차로 압착하면서 예열하게 된다.

이때, 상기 제1가스켓시트(211)로부터 분리되는 제1박리지(21a)와 상기 제2가스켓시트(22)로부터 분리되는 제2박리지(22a)는 각각 제1,2감김롤(111a,112a)에 각각 두루마리형태로 감겨진다.

상기 제2열라미부(120b)는 상기 접합체(20)의 일면과 외주면이 접해져 가압력과 열을 전달하는 제2상부가열롤(123)을 포함하고, 상기 접합체(20)의 타면과 외주면이 접해져 가압력과 열을 전달하는 제2하부가열롤(124)을 포함함으로써 서로 맞물리는 방향으로 회전되는 제2상,하부가열롤사이로 접합체를 통과시키면서 2차로 압착가열하여 상기 멤브레인 시트(15)의 양면에 전사된 제1,2전극이 제1,2가스켓시트의 제1,2개구부와 일대일로 대응하면서 외부로 노출되도록 상기 제1,2가스켓시트사이에 멤브레인 시트를 적층한 상태에서 일체로 접합하는 것이다.

또한, 상기 접합공정을 위해서 제1상부가열롤로 진입되는 제1가스켓시트(21)는 도 5에 도시한 바와 같이, 제1박리지와 더불어 제1개구부를 관통형성하는 과정에서 상기 제1개구부에 잔류하는 이물질을 흡착하여 제거할 수 있도록 흡착제거부(150)를 포함할 수 있다.

상기 흡착제거부(150)는 상기 제1개구부를 관통형성한 제1가스켓시트와 외접하는 안내롤(151)을 포함하고, 상기 안내롤의 양단을 회전가능하게 지지하면서 상기 안내롤과 접하여 일방향 진행하는 제1가스켓시트 측으로 흡입력을 제공하는 흡입구(152)를 갖는 흡입챔버(153)를 포함함으로써 상기 흡입구를 통하여 발생되는 흡입력에 의해서 제1개구부의 형성시 발생되는 이물질이나 제1가스켓시트에 잔류하는 이물질을 흡입하여 제거할 수 있기 때문에 제1가스켓시트와 멤브레인시트간의 접합공정에서 이물질에 기인하는 접합불량을 방지할 수 있다.

이때, 상기 흡착제거부(150)는 제2박리지와 더불어 제2개구부를 관통형성한 제2가스켓시트에도 동일하게 적용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1시트(11) 또는 제1가스켓시트(21)가 일방향으로 진입되어 감기는 제1상부가열롤(121)의 외주 근방에는 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제1시트의 일면에 코팅된 제1전극을 보호하도록 덮어지는 제1박리지를 분리하거나 상기 제1개구부를 관통형성한 제1가스켓시트의 일면을 덮는 제1박리지를 분리하면서 상기 제1시트 또는 제1가스켓시트의 각 타면을 제1상부가열롤의 외주면에 밀착시키는 밀착력을 제공하는 박리롤(160)을 포함할 수 있다.

상기 박리롤(160)은 고무소재의 롤부재로 이루어지며, 상기 제1상부가열롤측으로 이동가능하게 배치되어 상기 제1시트와 제1가스켓시트의 각 타면이 제1상부가열롤의 외주면에 밀착되도록 한다.

이때, 상기 박리롤은 상기 제2시트 또는 제2가스켓시트가 일방향으로 진입되어 감기는 제1하부가열롤의 외주 근방에 동일하게 적용하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

11,12 : 제1,2시트
13,14 : 제1,2전극
20 : 접합체
21,22 : 제1,2가스켓시트
23,24 : 제1,2개구부
31,32 : 상,하부금형
111,112,113 : 제1,2 및 3풀림롤
114 : 권취롤
120 : 열라미부
120a,120b : 제1,2열라미부

Claims (6)

1. 일면에 제1전극이 일정간격을 두고 연속하여 형성된 제1시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제1풀림롤과, 일면에 제2전극이 일정간격을 두고 연속하여 형성된 제2시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제2풀림롤 및 멤브레인 시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제3풀림롤 및 상기 제1,2전극이 양면에 전사된 멤브레인 시트를 권취하는 권취롤을 포함하고,
   상기 제1시트와 제2시트사이에 멤브레인 시트가 개재된 시트적층체를 압착가열하여 상기 멤브레인 시트의 양면에 상기 제1,2시트의 제1,2전극을 전사하는 열라미부를 포함하며,
   상기 열라미부는 상기 시트적층체의 진행방향으로 연속하여 배치되는 제1열라미부와 제2열라미부를 포함하고,
   상기 제1열라미부는 상기 제1시트의 타면과 접하는 제1상부가열롤과, 상기 제2시트의 타면과 접하는 제1하부가열롤을 포함하여 상기 제1시트와 제2시트사이에 멤브레인 시트가 개재된 시트 적층체를 형성하면서 상기 시트 적층체를 1차로 압착가열하고,
   상기 제2열라미부는 상기 시트적층체의 타면과 접하는 제2상부가열롤과, 상기 시트적층체의 타면과 접하는 제2하부가열롤을 포함하여 상기 시트 적층체를 2차로 압착가열하여 상기 멤브레인 시트의 양면에 제1,2전극이 일대일로 대응하도록 전사하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체 제조장치.
2. 제1개구부가 일정간격을 두고 연속하여 관통형성된 제1가스켓시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제1풀림롤과, 제2개구부가 일정간격을 두고 연속하여 관통형성된 제2가스켓시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제2풀림롤과, 양면에 제1,2전극이 일대일로 전사된 멤브레인 시트를 일방향으로 풀림진행시키는 제3풀림롤 및 상기 제1,2전극에 제1,2개구부가 일대일 대응배치되도록 상기 멤브레인 시트의 양면에 제1,2가스켓시트가 적층되는 접합체를 권취하는 권취롤을 포함하고,
   상기 제1가스켓시트와 제2가스켓시트사이에 멤브레인시트가 개재된 접합체를 압착가열하여 상기 멤브레인시트의 양면에 상기 제1,2가스켓시트를 일체화하는 열라미부를 포함하며,
   상기 열라미부는 상기 접합체의 진행방향으로 연속하여 배치되는 제1열라미부와 제2열라미부를 포함하고,
   상기 제1열라미부는 상기 제1가스켓시트와 접하는 제1상부가열롤과, 상기 제2가스켓시트와 접하는 제1하부가열롤을 포함하여 상기 제1가스켓시트와 제2가스켓시트사이에 멤브레인시트가 개재된 접합체를 형성하면서 상기 접합체를 1차로 압착예열하고,
   상기 제2열라미부는 상기 접합체와 접하는 제2상부가열롤과, 상기 접합체와 접하는 제2하부가열롤을 포함하여 상기 접합체를 2차로 압착가열하여 상기 제1,2전극을 외부노출시키는 제1,2개구부를 갖는 제1,2가스켓시트를 상기 멤브레인 시트의 양면에 일체로 접합고정하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체 제조장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1상부가열롤과 제1하부가열롤사이의 간격과 상기 제2상부가열롤과 제2하부가열롤사이의 간격을 측정하는 변위센서부를 포함하고,
   상기 변위센서부는 상기 제1,2상부가열롤의 양단을 지지하는 제1,2상부롤브라켓에 구비되는 감지센서와, 상기 제1,2하부가열롤의 양단을 지지하는 제1,2하부롤브라켓에 구비되고, 상기 감지센서의 단부인 감지단과 마주하여 접하는 접촉단의 상하위치를 조절하는 손잡이를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체 제조장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1,2상부가열롤의 양단을 지지하는 제1,2상부롤브라켓의 하부에는 상부스토퍼를 구비하고, 상기 제1,2하부가열롤의 양단을 지지하는 제1,2하부롤브라켓의 상부에는 상기 상부스토퍼와 마주하는 하부스토퍼를 구비하여 상,하부롤간의 충돌을 방지하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체 제조장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 제1,2개구부에 잔류하는 이물질을 흡착하여 제거하는 흡착제거부를 포함하고,
   상기 흡착제거부는 상기 제1,2개구부를 관통형성한 제1,2가스켓시트와 외접하는 안내롤과, 상기 안내롤의 양단을 회전가능하게 지지하면서 상기 안내롤과 접하여 일방향 진행하는 제1가스켓시트 측으로 흡입력을 제공하는 흡입구를 갖는 흡입챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체 제조장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1상,하부가열롤의 외주 근방에는 시트에 덮여진 박리지를 분리하면서 상기 시트의 타면을 제1상,하부가열롤의 외주면에 밀착시키는 밀착력을 제공하는 박리롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체 제조장치.

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