KR20210019703A - Apparatus for manufacturing an elastomeric cell frame for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인서트와 열가소성 탄성체(TPE)로 제작되는 시트형 탄성체 프레임을 열융착시키기 위한 준비단계에서 탄성체 프레임을 정자세로 정렬시킬 수 있는 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell, and more particularly, for a fuel cell capable of aligning the elastic frame in a static position in a preparation step for thermally fusing a sheet-shaped elastic frame made of an insert and a thermoplastic elastic material (TPE). It relates to an elastic cell frame manufacturing apparatus.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 스택 내에서 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지로 변환하는 일종의 발전장치로서, 산업용, 가정용 및 차량의 구동 전력을 공급할 뿐만 아니라 휴대용 장치와 같은 소형 전자 제품의 전력공급에 사용될 수 있으며, 최근 고효율의 청정 에너지원으로 점차 그 사용영역이 확대되고 있다.A fuel cell is a type of power generation device that converts chemical energy contained in fuel into electrical energy by reacting electrochemically within a stack. It not only supplies power to drive industrial, domestic, and vehicles, but also powers small electronic products such as portable devices. It can be used as a high-efficiency clean energy source.
일반적인 연료전지의 단위 셀은 가장 안쪽에 막전극접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하는데, 이 막전극접합체는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 공기극(cathode) 및 연료극(anode)으로 구성되어 있다.Membrane-Electrode Assembly (MEA) is located at the innermost unit cell of a general fuel cell. This membrane electrode assembly has a polymer electrolyte membrane that can move hydrogen cations and this polymer electrolyte membrane. It is composed of a catalyst layer coated on both sides so that hydrogen and oxygen can react, that is, a cathode and an anode.
또한, 상기 막전극접합체의 일면과 타면, 즉 공기극 및 연료극이 위치한 바깥 부분에는 반응가스를 공급하고 반응에 의해 발생된 생성수를 배출하는 한 쌍의 분리판이 배치된다. 이때 막전극접합체와 분리판 사이에는 반응가스 및 생성수의 유동을 확산시키거나 원활하게 하는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 개재될 수 있다.In addition, a pair of separating plates for supplying a reaction gas and discharging product water generated by the reaction are disposed on one side and the other side of the membrane electrode assembly, that is, the outer portion where the cathode and the anode are located. At this time, a gas diffusion layer (GDL) may be interposed between the membrane electrode assembly and the separator to diffuse or smooth the flow of reaction gas and product water.
한편, 종래에는 단위 셀의 기밀 유지 및 적층 공정에서의 편의를 위하여 막전극접합체와 가스켓을 일체화시킨 막-전극-가스켓 접합체(Membrane-Electrode-Gasket Assembly, MEGA)를 제작하여 사용하기도 하였다.Meanwhile, in the related art, a membrane-electrode-gasket assembly (MEGA) in which a membrane electrode assembly and a gasket are integrated was manufactured and used for the convenience of the unit cell's airtightness and lamination process.
또한, 최근에는 막전극접합체에 기체확산층을 접합한 인서트와 가스켓을 일체화시킨 일체형 프레임이 제안되기도 하였다.In addition, recently, an integrated frame in which an insert in which a gas diffusion layer is bonded to a membrane electrode assembly and a gasket are integrated has been proposed.
하지만, 종래의 일체형 프레임은 플라스틱 재질의 프레임과 인서트를 접착제를 사용하여 접합시켰다. 또한, 종래의 일체형 프레임을 사용하여 단위 셀을 제작하는 경우에 분리판과 일체형 프레임의 접착을 위하여 별도의 접착 부재 및 실링 부재가 필요하였다. 이러한 공정은 재료비용 및 생산비용을 상승시키는 원인이 되었다.However, in the conventional integrated frame, a frame made of plastic and an insert are joined using an adhesive. In addition, in the case of manufacturing a unit cell using a conventional integrated frame, a separate adhesive member and a sealing member were required for bonding the separation plate and the integrated frame. This process has caused an increase in material cost and production cost.
그래서, 출원인은 가스켓을 열가소성 탄성체(TPE)로 제작되는 시트형 탄성체 프레임을 대체하여 인서트와 일체화시키는 연구를 실시하였고, 이에 따라 탄성체 프레임과 인서트에 열과 압력을 동시에 제공하여 열융착시킬 수 있는 장치가 요구되었다.Therefore, the applicant has conducted a study to integrate the gasket with the insert by replacing the sheet-shaped elastic body frame made of thermoplastic elastomer (TPE), and accordingly, a device that can provide heat and pressure to the elastic body frame and insert at the same time is required to be thermally fused Became.
특히, 인서트와 탄성체 프레임의 열융착을 위하여 탄성체 프레임을 지그에 배치하는 경우에 열가소성 탄성체(TPE)로 제작되는 시트형 탄성체 프레임이 소재의 특성 및 형태의 특성으로 인해 장축부에서 수축이 발생하여 인서트와 탄성체 프레임이 올바르게 정렬되지 않는 문제가 발생하였다.In particular, when the elastic frame is placed on the jig for thermal fusion between the insert and the elastic frame, the sheet-shaped elastic frame made of thermoplastic elastomer (TPE) causes shrinkage at the long axis due to the characteristics of the material and the shape of the insert. There was a problem that the elastic frame was not aligned correctly.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The content described above as the background art is only for understanding the background of the present invention, and should not be taken as an acknowledgment that it corresponds to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.
본 발명은 인서트와 열가소성 탄성체(TPE)로 제작되는 시트형 탄성체 프레임을 열융착시키기 위한 준비단계에서 탄성체 프레임을 정자세로 정렬시킬 수 있는 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치를 제공한다.The present invention provides an elastic body frame manufacturing apparatus for a fuel cell capable of aligning the elastic body frame in a static posture in a preparation step for heat-sealing an insert and a sheet-like elastic body frame made of a thermoplastic elastic body (TPE).
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치는 막전극접합체와 기체확산층이 접합된 인서트와, 상기 인서트의 외곽영역에 일체화되는 열가소성 탄성체(TPE)로 제작되는 시트형 탄성체 프레임으로 구성되어 연료전지의 단위 셀을 구성하는 탄성체 셀 프레임을 제조하는 장치로서, 상기 인서트와 탄성체 프레임이 안착되는 하부 지그유닛과; 상기 하부 지그유닛의 상부에 배치되어 열과 압력을 제공하여 상기 인서트와 탄성체 프레임의 계면을 열융착시키는 상부 지그유닛과; 상기 상부 지그유닛에 구비되어 상기 하부 지그유닛으로 상기 상부 지그유닛이 근접되는 동안 상기 탄성체 프레임과 접촉되면서 상기 탄성체 프레임의 위치를 정렬시키는 정렬수단을 포함한다.The apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes an insert in which a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer are bonded, and a sheet-shaped elastic frame made of a thermoplastic elastic material (TPE) integrated in the outer region of the insert. An apparatus for manufacturing an elastic cell frame constituting a unit cell of a fuel cell, comprising: a lower jig unit on which the insert and the elastic frame are mounted; An upper jig unit disposed on the upper part of the lower jig unit to provide heat and pressure to thermally bond an interface between the insert and the elastic body frame; And an alignment means provided in the upper jig unit to align the position of the elastic body frame while being in contact with the elastic body frame while the upper jig unit is close to the lower jig unit.
상기 상부 지그유닛은, 상기 하부 지그유닛 방향으로 전진 또는 후진되는 이동축과; 상기 이동축의 일단에 설치되어 상기 중첩영역에 대면되면서 열과 압력을 제공하는 상부지그와; 상기 이동축의 타단에 설치되어 상기 이동축의 전진 또는 후진 동작에 동력을 제공하는 동력부를 포함하고, 상기 상부지그의 하면에서 상기 하부 지그유닛 방향으로 돌출되어 상기 탄성체 프레임에 직접 대면되면서 열과 압력을 제공하는 히팅부가 구비되고, 상기 정렬수단은 상기 상부지그의 하면에서 상기 히팅부의 외곽에 구비되는 것을 특징으로 한다.The upper jig unit may include a moving shaft that moves forward or backward in the direction of the lower jig unit; An upper jig installed at one end of the moving shaft to provide heat and pressure while facing the overlapping area; It includes a power unit installed at the other end of the moving shaft to provide power to the forward or backward movement of the moving shaft, and protruding from the lower surface of the upper jig toward the lower jig unit to directly face the elastic frame to provide heat and pressure A heating unit is provided, and the alignment means is provided on an outer periphery of the heating unit on a lower surface of the upper jig.
상기 정렬수단은 상기 상부지그의 하면에서 상기 탄성체 프레임의 외곽영역을 향하여 돌출되는 가이드돌기인 것을 특징으로 한다.The alignment means is a guide protrusion protruding from a lower surface of the upper jig toward an outer region of the elastic body frame.
상기 탄성체 프레임에는 상기 인서트가 배치되는 반응면을 둘러싸는 영역에 실링을 위한 실링돌기가 형성되고, 상기 가이드돌기는 단부가 상기 실링돌기에 접촉되도록 돌출된 것을 특징으로 한다.The elastic body frame is characterized in that a sealing protrusion for sealing is formed in a region surrounding the reaction surface on which the insert is disposed, and the guide protrusion protrudes so that an end thereof is in contact with the sealing protrusion.
상기 정렬수단은, 상기 상부지그의 하면에서 상기 탄성체 프레임의 외곽영역을 향하여 신장되도록 구비되는 제 1 로드와; 일단이 상기 상부지그의 하면에서 상기 제 1 로드와 이격되어 구비되고, 타단이 상기 제 1 로드의 중간영역에 연결되면서 신장되도록 구비되는 제 2 로드와; 상기 제 1 로드의 단부에 구비되어 상기 탄성체 프레임에 접촉되는 접촉뭉치를 포함한다.The alignment means may include: a first rod provided to extend from a lower surface of the upper jig toward an outer region of the elastic body frame; A second rod having one end provided to be spaced apart from the first rod at a lower surface of the upper jig, and extending while the other end is connected to an intermediate region of the first rod; And a contact bundle provided at an end of the first rod and in contact with the elastic body frame.
상기 정렬수단은, 상기 상부지그의 하면에 구비되어 상기 제 1 로드의 일단을 회동가능하게 연결하는 제 1 힌지와; 상기 상부지그의 하면에 구비되어 상기 제 2 로드의 일단을 회동가능하게 연결하는 제 2 힌지와; 상기 제 1 로드의 중간영역에 구비되어 상기 제 2 로드의 타단을 회동가능하게 연결하는 제 3 힌지와; 상기 제 1 로드의 외주면을 둘러싸도록 구비되어 상기 제 1 로드의 신장시 복원력을 제공하는 제 1 스프링과; 상기 제 2 로드의 외주면을 둘러싸도록 구비되어 상기 제 2 로드의 신장시 복원력을 제공하는 제 2 스프링을 더 포함한다.The alignment means includes: a first hinge provided on a lower surface of the upper jig and rotatably connecting one end of the first rod; A second hinge provided on a lower surface of the upper jig and rotatably connecting one end of the second rod; A third hinge provided in an intermediate region of the first rod and rotatably connecting the other end of the second rod; A first spring provided to surround an outer circumferential surface of the first rod to provide a restoring force when the first rod is elongated; It further includes a second spring provided to surround the outer circumferential surface of the second rod to provide a restoring force when the second rod is elongated.
상기 탄성체 프레임에는 상기 인서트가 배치되는 반응면을 둘러싸는 영역에 실링을 위한 실링돌기가 형성되고, 상기 접촉뭉치는 단부가 상기 실링돌기에 접촉되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.In the elastic body frame, a sealing protrusion for sealing is formed in a region surrounding a reaction surface on which the insert is disposed, and an end portion of the contact bundle is provided to contact the sealing protrusion.
상기 접촉뭉치의 단부에는 상기 실링돌기의 형상에 대응되는 적어도 하나 이상의 결합홈이 형성된 것을 특징으로 한다.At least one coupling groove corresponding to the shape of the sealing protrusion is formed at an end of the contact bundle.
상기 정렬수단은 상기 상부지그의 하면에서 상기 탄성체 프레임의 외곽영역을 향하여 돌출되어 상기 탄성체 프레임과 선접촉되는 바(bar) 타입의 가이드바인 것인 것을 특징으로 한다.The alignment means is a bar-type guide bar protruding from a lower surface of the upper jig toward an outer region of the elastic body frame and in line contact with the elastic body frame.
본 발명의 실시예에 따르면, 막전극접합체와 기체확산층이 접합된 인서트와, 상기 인서트의 외곽영역에 일체화되는 열가소성 탄성체(TPE)로 제작되는 시트형 탄성체 프레임을 손쉽게 정렬하고 열융착시킬 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, an insert in which a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer are bonded, and a sheet-shaped elastic body frame made of a thermoplastic elastic body (TPE) integrated in the outer region of the insert can be easily aligned and thermally fused. have.
특히, 열가소성 탄성체(TPE)로 제작되는 시트형 탄성체 프레임이 소재의 특성 및 형태의 특성으로 인해 장축부에서 수축이 발생하는 경우에도 정렬수단에 의해 탄성체 프레임을 올바른 자세로 정렬하여 열융착시킬 수 있는 효과가 있다.In particular, even if the sheet-shaped elastic body frame made of thermoplastic elastomer (TPE) is contracted in the long axis due to the characteristics of the material and shape, the elastic body frame can be aligned in the correct posture by the alignment means and thermally fused. There is.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치를 보여주는 측면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치의 작동상태를 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치를 보여주는 요부 구성도이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치의 변형예를 보여주는 요부 구성도이며,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치를 보여주는 요부 구성도이다.1 is a side view showing an apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing an operating state of an apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to an embodiment of the present invention,
3 is a configuration diagram showing a main part of an apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to another embodiment of the present invention,
4 and 5 are schematic diagrams illustrating a modification of an apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
6 is a block diagram showing a main part of an apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art It is provided to inform you. In the drawings, the same reference numerals refer to the same elements.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치를 보여주는 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치의 작동상태를 보여주는 도면이다.1 is a side view showing an apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing an operating state of the apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치는 막전극접합체(MEA)와 기체확산층(GDL)이 접합된 인서트(10)와, 상기 인서트(10)의 외곽영역에 일체화되는 열가소성 탄성체(TPE)로 제작되는 시트형 탄성체 프레임(20)으로 구성되어 연료전지의 단위 셀을 구성하는 탄성체 셀 프레임을 제조하는 장치로서, 크게 베이스 플레이트(100), 서포트(200), 상부 지그유닛(300), 하부 지그유닛(400) 및 정렬수단(500)으로 구분된다.1 and 2, the apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes an
먼저, 본 발명을 사용하여 제조되는 탄성체 셀 프레임을 구성하는 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)에 대하여 설명한다.First, the
인서트(10)는 막전극접합체와 한 쌍의 기체확산층을 적층시킨 접합체로서, 바람직하게는 막전극접합체의 일면 및 타면에 기체확산층이 각각 배치되어 적층된다.The
막전극접합체는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 전극층, 즉 공기극(cathode) 및 연료극(anode)으로 구성되는 일반적인 막전극접합체로 구현된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 막전극접합체는 고분자 전해질막의 양면에 한 쌍의 전극층이 형성된다.The membrane electrode assembly is a polymer electrolyte membrane capable of moving hydrogen cation (Proton), and an electrode layer coated with a catalyst to allow hydrogen and oxygen to react on both sides of the polymer electrolyte membrane, that is, a cathode and an anode. It is implemented as a general membrane electrode assembly consisting of. Accordingly, in the membrane electrode assembly according to the present embodiment, a pair of electrode layers are formed on both sides of the polymer electrolyte membrane.
기체확산층은 분리판을 통하여 유동되는 반응가스를 막전극접합체로 확산시키면서 통과시키는 수단으로서, 기재 단독으로 이루어지거나 기재와, 기재의 일면으로 형성되는 미세기공층(MPL)으로 이루어진다. 이때 기재 및 미세기공층의 소재는 일반적인 기체확산층에 적용되는 소재로 구현된다.The gas diffusion layer is a means for passing the reaction gas flowing through the separation plate while diffusing to the membrane electrode assembly, and is composed of a substrate alone or composed of a substrate and a microporous layer (MPL) formed on one side of the substrate. At this time, the material of the substrate and the microporous layer is implemented as a material applied to a general gas diffusion layer.
탄성체 프레임(20)은 인서트(10)의 기밀 유지 및 적층 공정에서의 편의를 위하여 인서트(10)의 외곽영역에 일체로 형성되는 수단으로서, 탄성체 프레임(20)은 소정의 형상을 유지하면서 별도의 접착부재 없이 열융착에 의해 접합하기 위하여 열가소성 탄성체(TPE; Thermo Plastic Elastomer)를 이용하여 시트형태로 형성된다.The
한편, 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)은 소정 영역에서 포개어지는 중첩영역이 형성된다. 바람직하게는 탄성체 프레임(20)이 인서트(10)의 외곽영역에서 인서트(10)의 테두리를 둘러싸도록 배치된다. 그래서 중첩영역은 인서트(10)의 외주영역 및 탄성체 프레임의 내주영역에 형성된다.Meanwhile, the
특히 탄성체 프레임(20)에는 인서트(10)가 배치되는 반응면을 둘러싸는 영역에는 실링을 위한 실링돌기(21)가 형성된다.In particular, in the
그래서, 탄성체 프레임(20)의 길이방향을 기준으로 양단부에는 반응가스 및 냉각수의 유동을 위한 다수의 관통홀이 형성되고, 관통홀와 인서트(10)가 배치되는 반응면 영역 사이에 확산부가 형성되고, 탄성체 프레임(20)의 폭방향을 기준으로 양단부에 실링돌기(21)가 형성된다. 이에 따라 탄성체 프레임(20)의 장축부에 실링돌기(21)가 형성된다.Thus, a plurality of through holes for flow of reaction gas and cooling water are formed at both ends based on the longitudinal direction of the
상기와 같이 구성되는 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)을 열융착하여 일체화시키기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치는 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)이 소정 영역에서 포개어지는 중첩영역이 형성되도록 안착되는 하부 지그유닛(400)과; 하부 지그유닛(400)의 상부에 배치되어 상기 중첩영역에 열과 압력을 제공하여 중첩영역에서 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)의 계면을 열융착시키는 상부 지그유닛(300)을 포함한다. 또한, 하부 지그유닛(400)이 안착되는 베이스 플레이트(100)와; 베이스 플레이트(100)에 설치되어 상부 지그유닛(300)이 하부 지그유닛(400)의 상부에 배치되도록 지지하는 서포트(200)를 더 포함한다.In the apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to an embodiment of the present invention for heat-sealing the
베이스 플레이트(100)는 하부 지그유닛(400)과 함께 상부 지그유닛(300)을 지지하는 서포트(200)가 설치되는 베이스 역할을 한다. 베이스 플레이트(100)는 특정 형상이나 형태로 한정되지 않고, 하부 지그유닛(400) 및 서포트 유닛(200)이 안정적으로 안착 및 설치될 수 있도록 다양하게 변경되어 구현될 수 있을 것이다. 본 실시예에서는 상부로 평평한 면이 형성된 플레이트로 구현된다.The
서포트(200)는 상부 지그유닛(300)이 하부 지그유닛(400)의 상부에 배치될 수 있도록 지지하는 유닛으로서, 외팔보의 형태로 구비되어 그 단부에 상부 지그유닛(300)이 지지된다. 물론 서포트(200)는 외팔보의 형태에 한정되지 않고 상부 지그유닛(300)을 하부 지그유닛(400)의 상부에 안정적으로 지지하면서 배치할 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.The
상부 지그유닛(300)은 하부 지그유닛(400)에 안착되는 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)의 중첩영역에 열과 압력을 동시에 제공하여 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)의 계면을 열융착시키는 유닛으로서, 하부 지그유닛(400) 방향으로 전진 또는 후진되는 이동축(310)과; 이동축(310)의 일단에 설치되어 상기 중첩영역에 대면되면서 열과 압력을 제공하는 상부지그(320)와; 이동축(310)의 타단에 설치되어 상기 이동축(310)의 전진 또는 후진 동작에 동력을 제공하는 동력부(330)를 포함한다.The upper jig unit 300 heats the interface between the
이동축(310)은 동력부(330)에서 제공되는 동력에 의해 하부 지그유닛(400) 방향으로 전진 또는 후진되도록 이동되는 수단으로서, 그 동작 방식은 동력부(330)의 다양한 형태에 따라 다양하게 변경되어 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 동력부(330)를 구성하는 모터의 작동에 의해 전진 또는 후진되는 로드(rod)의 형태로 구현된다.The moving
상부지그(320)는 이동축(310)의 단부에 설치되어 이동축(310)의 전진 또는 후진되는 이동동작에 의해 함께 하부 지그유닛(400) 방향으로 전진되어 하부 지그유닛(400)에 안착되는 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)의 중첩영역에 압력을 제공한다. 또한, 상부지그(320)는 히팅수단에 의해 히팅되어 인서트와 탄성체 프레임(20)의 중첩영역에 압력을 제공하면서 열도 함께 제공한다.The
한편, 상부지그(320)의 하면에는 하부 지그유닛(400) 방향으로 돌출되어 탄성체 프레임(20)에 직접 대면되면서 열과 압력을 제공하는 히팅부(321)가 구비된다. On the other hand, a
동력부(330)는 이동축(310)을 전진 또는 후진 동작시키기 위하여 동력을 제공하면서 하는 수단으로서, 이동축(310)을 동작시킬 수 있는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 이동축(310)을 전진 또는 후진 동작시키는 모터로 이루어져서 모터의 동작에 여부 및 동작량의 제어를 통하여 이동축(310)의 전진 또는 후진되는 정도를 제어하여 상부지그(320)가 하부 지그유닛(400)에 안착된 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)의 중첩영역을 가압하는 압력을 조절한다.The
하부 지그유닛(400)은 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)의 열융착을 위하여 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)이 안착되는 유닛으로서, 베이스 플레이트(100)의 상면에 배치된다. 그래서, 하부 지그유닛(400)은 탄성체 프레임(20)과 인서트(10)가 순차적으로 안착된다. 이에 따라 하부 지그유닛(400)의 상면은 탄성체 프레임(20)의 하면 형상에 대응되는 형상으로 구현되는 것이 바람직하다. 예를 들어 탄성체 프레임(20)의 전체적인 형상 및 실링돌기(21)의 형상에 대응하여 하부 지그유닛(400)의 상면에 안착홈이 형성되는 것이 바람직하다.The
한편, 정렬수단(500)은 상부 지그유닛(300)에 구비되어 하부 지그유닛(400)으로 상부 지그유닛(300)이 근접되는 동안 탄성체 프레임(20)과 접촉되면서 탄성체 프레임(20)의 위치를 정렬시키는 수단으로서, 정렬수단(500)은 상부지그(320)의 하면에서 히팅부(321)의 외곽에 구비되는 것이 바람직하다. 특히 정렬수단(500)은 탄성체 프레임(20)의 장축부와 단축부 중 상대적으로 수축 현상이 더 발생하는 장축부를 향하여 상부지그(320)의 하면에 구비되는 것이 바람직하다.On the other hand, the alignment means 500 is provided in the upper jig unit 300, while the upper jig unit 300 is approached to the
이때 정렬수단(500)은 상부지그(320)가 하강하면서 하부 지그유닛(400)에 근접되는 동안 탄성체 프레임(20)의 장축부에 접촉되면서 수축된 장축부를 외곽으로 밀어내어 탄성체 프레임(20)이 정자세로 정렬되도록 한다.At this time, the alignment means 500 pushes the contracted long shaft portion outwardly while the
이에 따라 정렬수단(500)은 상부지그(320)의 하면에서 탄성체 프레임(20)의 외곽영역을 향하여 돌출되는 가이드돌기(510)로 구현될 수 있다. 이때 가이드돌기(510)는 로드(rod) 타입으로 구비되어 그 단부가 탄성체 프레임(20)에 접촉되면서 탄성체 프레임(20)을 정자세로 정렬시킨다.Accordingly, the alignment means 500 may be implemented as a
다음으로, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치를 이용하여 탄성체 셀 프레임을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.Next, a method of manufacturing an elastic cell frame using the elastic cell frame manufacturing apparatus for a fuel cell according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described.
먼저, 하부 지그유닛(400)의 상면에 탄성체 프레임(20)과 인서트(10)를 순차적으로 포개서 안착시킨다. 이때 탄성체 프레임(20)이 소재 특성 및 형태 특성에 의해 장축부에 수축이 발생되었다면, 탄성체 프레임(20)이 하부 지그유닛(400)의 안착홈에 정자세로 안착되지 않는다. 그러면 도 2와 같이 탄성체 프레임(20)과 하부 지그유닛(400)이 정렬되지 않은 상태가 되고, 이에 따라 탄성체 프레임(20)과 인서트(10)도 정렬되지 않은 상태가 된다.First, the
하지만, 이렇게 하부 지그유닛(400), 탄성체 프레임(20) 및 인서트(10)가 정자세로 정렬되지 않더라도 동력부(330)를 작동시켜 이동축(310)을 하부 지그유닛(400) 방향으로 전진시킨다. 이때 상부지그(320)에 구비된 히팅부(321)에 열을 제공하여 가열시킨다. 이동축(310)이 계속 전진되면 정렬수단(500)인 가이드돌기(510)의 단부가 탄성체 프레임(20)의 실링돌기(21)에 접촉되면서 탄성체 프레임(20)의 장축부를 외곽방향으로 밀어내게 되고, 수축되었던 탄성체 프레임(20)이 펴지면서 하부 지그유닛(400)의 상면에 형성된 안착홈에 맞춰 정자세로 정렬된다. 이에 따라 탄성체 프레임(20)의 상부에 안착되는 인서트(10)도 정자세로 정렬된다.However, even if the
이렇게 하부 지그유닛(400), 탄성체 프레임(20) 및 인서트(10)가 정렬되면 이동축(310)의 계속적인 전진에 의해 상부지그(320)가 전진되면서 히팅부(321)가 인서트(10)와 탄성체 프레임(20)의 중첩영역에 열을 제공하면서 가압하게 된다.When the
그러면 탄성체 프레임(20)이 제공되는 열에 의해 용융되면서 인서트(10)와의 계면에서 열융착되면서 일체화된다.Then, while the
한편, 본 발명에 따른 정렬수단은 다양한 형태로 구현될 수 있다.Meanwhile, the alignment means according to the present invention can be implemented in various forms.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치를 보여주는 요부 구성도이다.3 is a block diagram showing a main part of an apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치의 정렬수단(500)은 전술된 실시예와는 달리 그 길이가 가변되도록 하여 정렬수단(500)에 의해 탄성체 프레임(20)이 가해지는 힘을 최소화시킬 수 있다. 이에 따라 정렬수단(500)에 의해 탄성체 프레임(20)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.As shown in FIG. 3, the alignment means 500 of the apparatus for manufacturing an elastic body cell frame for a fuel cell according to another embodiment of the present invention has a variable length so that the elastic body is made by the alignment means 500. It is possible to minimize the force applied to the
예를 들어 정렬수단(500)은 상부지그(320)의 하면에서 탄성체 프레임(20)의 외곽영역을 향하여 신장되도록 구비되는 제 1 로드(521)와; 일단이 상부지그(320)의 하면에서 제 1 로드(521)와 이격되어 구비되고, 타단이 제 1 로드(521)의 중간영역에 연결되면서 신장되도록 구비되는 제 2 로드(522)와; 제 1 로드(521)의 단부에 구비되어 탄성체 프레임(20)에 접촉되는 접촉뭉치(528a)를 포함한다.For example, the alignment means 500 may include a
이때 제 1 로드(521)와 제 2 로드(522)는 길이의 신장을 위하여 안테나 타입으로 신장되는 이중관 타입이 적용될 수 있다.At this time, the
그리고, 접촉뭉치(528a)는 전술된 실시에의 가이드돌기(510)와 마찬가지로 로드(rod) 타입으로 구비되어 그 단부가 탄성체 프레임(20)에 형성된 실링돌기(21)에 접촉되면서 탄성체 프레임(20)을 정자세로 정렬시킨다.In addition, the
한편, 제 1 로드(521)와 제 2 로드(522)의 원활한 길이 신장 및 복원을 위하여 정렬수단(500)은 상부지그(320)의 하면에 구비되어 제 1 로드(521)의 일단을 회동가능하게 연결하는 제 1 힌지(523)와; 상부지그(320)의 하면에 구비되어 제 2 로드(522)의 일단을 회동가능하게 연결하는 제 2 힌지(524)와; 제 1 로드(521)의 중간영역에 구비되어 제 2 로드(522)의 타단을 회동가능하게 연결하는 제 3 힌지(525)와; 제 1 로드(521)의 외주면을 둘러싸도록 구비되어 제 1 로드(521)의 신장시 복원력을 제공하는 제 1 스프링(526)과; 제 2 로드(522)의 외주면을 둘러싸도록 구비되어 제 2 로드(522)의 신장시 복원력을 제공하는 제 2 스프링(527)을 더 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, for smooth length extension and restoration of the
이렇게 제 1 로드(521)와 제 2 로드(522)를 길이 신장 및 복원이 가능한 링크구조로 구현함에 따라 상부지그(320)가 하강되면서 접촉뭉치(528a)가 탄성체 프레임(20)에 접촉되는 경우에 탄성체 프레임(20)이 손상될 정도의 무리한 힘이 가해지지 않고 제 1 로드(521)의 길이가 줄어들면서 그 접촉 하중을 분산시킬 수 있다. 이때 제 1 로드(521)의 길이가 가변되는 동안 제 2 로드(522)도 대응하여 그 길이가 가변되어서 정렬수단(500)의 자세가 유지된다.When the
그리고, 탄성체 프레임(20)과 인서트(10)의 열융착이 완료되어 상부지그(320)를 후진시키는 경우에는 접촉뭉치(528a)가 탄성체 프레임(20)에서 이격되면서 제 1 스프링(526)의 복원력에 의해 제 1 로드(521)는 다시 그 길이가 원위치로 복귀되고, 이와 함께 제 2 스프링(527)의 복원력에 의해 제 2 로드(522)도 마찬가지로 다시 그 길이가 원위치로 복귀되어 정렬수단(500)의 자세가 최초 위치로 복귀된다.And, when the heat fusion between the
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정렬수단은 접촉뭉치의 형상이 다양하게 변경되어 구현될 수 있다.Meanwhile, the alignment means according to another embodiment of the present invention may be implemented by variously changing the shape of the contact bundle.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치의 변형예를 보여주는 요부 구성도이다.4 and 5 are structural diagrams showing a modified example of an apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 전술된 실시예와 같은 구성을 갖는 정렬수단(500)을 구성하는 접촉뭉치의 형상을 다양하게 변경시킬 수 있다.As shown in Figs. 4 and 5, the shape of the contact bundle constituting the alignment means 500 having the same configuration as the above-described embodiment can be variously changed.
예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 접촉뭉치(528b)의 단부에는 실링돌기(21)의 형상에 대응되는 결합홈(529)이 형성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, a
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 접촉뭉치(528c)의 단부에는 실링돌기(21)의 형상 및 개수에 대응되는 결합홈(529)이 다수개로 형성될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 5, a plurality of
그리고, 본 발명에 따른 정렬수단은 전술된 실시예들과 같이 로드 및 뭉치 타입으로 형성되는 것에 한정되지 않고, 탄성체 프레임과 선접촉되도록 변경되어 구현될 수 있다.Further, the alignment means according to the present invention is not limited to being formed in a rod and a bundle type as in the above-described embodiments, and may be changed and implemented to be in line contact with the elastic body frame.
특히 정렬수단이 도 1 및 도 2에 제시된 실시예와 같이 탄성체 프레임과 점접촉되는 로드(rod) 타입으로 형성되는 것에 한정되지 않고, 탄성체 프레임과 선접촉되도록 구현될 수 있다.In particular, the alignment means is not limited to being formed in a rod type that is in point contact with the elastic body frame as in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and may be implemented to be in line contact with the elastic body frame.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치를 보여주는 요부 구성도이다.6 is a block diagram showing a main part of an apparatus for manufacturing an elastic cell frame for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이 정렬수단(500)은 상부지그(320)의 하면에서 탄성체 프레임(20)의 외곽영역을 향하여 돌출되어 탄성체 프레임(20)과 선접촉되는 바(bar) 타입의 가이드바(530)로 구현될 수 있다.As shown in Figure 6, the alignment means 500 is a bar-type guide bar protruding from the lower surface of the
그래서 정렬수단(500)이 탄성체 프레임(20)과 접촉되는 면적을 향상시킴으로써, 탄성체 프레임(20)에 가압되는 힘을 분산시켜 탄성체 프레임(20)이 정렬수단(500)과의 접촉에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.So, by improving the area in which the alignment means 500 is in contact with the
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and the above-described preferred embodiments, the present invention is not limited thereto, but is limited by the claims to be described later. Therefore, those of ordinary skill in the art can variously modify and modify the present invention within the scope of the technical spirit of the claims to be described later.
10: 인서트
20: 탄성체 프레임
21: 실링돌기
100: 베이스 플레이트
200: 서포트
300: 상부 지그유닛
310: 이동축
320: 상부지그
321: 히팅부
330: 동력부
400: 하부 지그유닛
500: 정렬수단
510: 가이드돌기
521: 제 1 로드
522: 제 2 로드
523: 제 1 힌지
524: 제 2 힌지
525: 제 3 힌지
526: 제 1 스프링
527: 제 2 스프링
528a, 528b, 528c: 접촉뭉치
529: 결합홈10: insert 20: elastic body frame
21: sealing protrusion 100: base plate
200: support 300: upper jig unit
310: moving shaft 320: upper jig
321: heating unit 330: power unit
400: lower jig unit 500: alignment means
510: guide protrusion 521: first rod
522: second rod 523: first hinge
524: second hinge 525: third hinge
526: first spring 527: second spring
528a, 528b, 528c: contact bundle 529: mating groove
Claims (9)
상기 인서트와 탄성체 프레임이 안착되는 하부 지그유닛과;
상기 하부 지그유닛의 상부에 배치되어 열과 압력을 제공하여 상기 인서트와 탄성체 프레임의 계면을 열융착시키는 상부 지그유닛과;
상기 상부 지그유닛에 구비되어 상기 하부 지그유닛으로 상기 상부 지그유닛이 근접되는 동안 상기 탄성체 프레임과 접촉되면서 상기 탄성체 프레임의 위치를 정렬시키는 정렬수단을 포함하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치.
As a device for manufacturing an elastic cell frame constituting a unit cell of a fuel cell, it is composed of an insert in which the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer are bonded, and a sheet-shaped elastic body frame made of a thermoplastic elastic body (TPE) integrated in the outer region of the insert. ,
A lower jig unit on which the insert and the elastic frame are mounted;
An upper jig unit disposed on the upper part of the lower jig unit to provide heat and pressure to thermally bond an interface between the insert and the elastic body frame;
An elastic body cell frame manufacturing apparatus for a fuel cell comprising an alignment means provided in the upper jig unit and in contact with the elastic body frame while the upper jig unit is approached by the lower jig unit.
상기 상부 지그유닛은,
상기 하부 지그유닛 방향으로 전진 또는 후진되는 이동축과;
상기 이동축의 일단에 설치되어 상기 중첩영역에 대면되면서 열과 압력을 제공하는 상부지그와;
상기 이동축의 타단에 설치되어 상기 이동축의 전진 또는 후진 동작에 동력을 제공하는 동력부를 포함하고,
상기 상부지그의 하면에서 상기 하부 지그유닛 방향으로 돌출되어 상기 탄성체 프레임에 직접 대면되면서 열과 압력을 제공하는 히팅부가 구비되고,
상기 정렬수단은 상기 상부지그의 하면에서 상기 히팅부의 외곽에 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치.
The method according to claim 1,
The upper jig unit,
A moving shaft forward or backward toward the lower jig unit;
An upper jig installed at one end of the moving shaft to provide heat and pressure while facing the overlapping area;
And a power unit installed at the other end of the moving shaft to provide power to the forward or backward motion of the moving shaft,
A heating unit protruding from the lower surface of the upper jig toward the lower jig unit to directly face the elastic body frame and providing heat and pressure is provided,
The alignment means is an elastic body cell frame manufacturing apparatus for a fuel cell, characterized in that provided on the outer periphery of the heating unit on the lower surface of the upper jig.
상기 정렬수단은 상기 상부지그의 하면에서 상기 탄성체 프레임의 외곽영역을 향하여 돌출되는 가이드돌기인 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치.
The method according to claim 2,
And the alignment means is a guide protrusion protruding from a lower surface of the upper jig toward an outer area of the elastic body frame.
상기 탄성체 프레임에는 상기 인서트가 배치되는 반응면을 둘러싸는 영역에 실링을 위한 실링돌기가 형성되고,
상기 가이드돌기는 단부가 상기 실링돌기에 접촉되도록 돌출된 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치.
The method of claim 3,
In the elastic body frame, a sealing protrusion for sealing is formed in a region surrounding the reaction surface on which the insert is disposed,
An apparatus for manufacturing an elastic body cell frame for a fuel cell, wherein the guide protrusion protrudes so that an end portion of the guide protrusion contacts the sealing protrusion.
상기 정렬수단은,
상기 상부지그의 하면에서 상기 탄성체 프레임의 외곽영역을 향하여 신장되도록 구비되는 제 1 로드와;
일단이 상기 상부지그의 하면에서 상기 제 1 로드와 이격되어 구비되고, 타단이 상기 제 1 로드의 중간영역에 연결되면서 신장되도록 구비되는 제 2 로드와;
상기 제 1 로드의 단부에 구비되어 상기 탄성체 프레임에 접촉되는 접촉뭉치를 포함하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치.
The method according to claim 2,
The alignment means,
A first rod extending from a lower surface of the upper jig toward an outer region of the elastic body frame;
A second rod having one end provided to be spaced apart from the first rod at a lower surface of the upper jig, and extending while the other end is connected to an intermediate region of the first rod;
An elastic body cell frame manufacturing apparatus for a fuel cell comprising a contact bundle provided at an end of the first rod and in contact with the elastic body frame.
상기 정렬수단은,
상기 상부지그의 하면에 구비되어 상기 제 1 로드의 일단을 회동가능하게 연결하는 제 1 힌지와;
상기 상부지그의 하면에 구비되어 상기 제 2 로드의 일단을 회동가능하게 연결하는 제 2 힌지와;
상기 제 1 로드의 중간영역에 구비되어 상기 제 2 로드의 타단을 회동가능하게 연결하는 제 3 힌지와;
상기 제 1 로드의 외주면을 둘러싸도록 구비되어 상기 제 1 로드의 신장시 복원력을 제공하는 제 1 스프링과;
상기 제 2 로드의 외주면을 둘러싸도록 구비되어 상기 제 2 로드의 신장시 복원력을 제공하는 제 2 스프링을 더 포함하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치.
The method of claim 5,
The alignment means,
A first hinge provided on a lower surface of the upper jig and rotatably connecting one end of the first rod;
A second hinge provided on a lower surface of the upper jig and rotatably connecting one end of the second rod;
A third hinge provided in an intermediate region of the first rod and rotatably connecting the other end of the second rod;
A first spring provided to surround an outer circumferential surface of the first rod to provide a restoring force when the first rod is elongated;
An apparatus for manufacturing an elastic body cell frame for a fuel cell further comprising a second spring provided to surround the outer circumferential surface of the second rod to provide a restoring force when the second rod is elongated.
상기 탄성체 프레임에는 상기 인서트가 배치되는 반응면을 둘러싸는 영역에 실링을 위한 실링돌기가 형성되고,
상기 접촉뭉치는 단부가 상기 실링돌기에 접촉되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치.
The method of claim 6,
In the elastic body frame, a sealing protrusion for sealing is formed in a region surrounding the reaction surface on which the insert is disposed,
An elastic body cell frame manufacturing apparatus for a fuel cell, characterized in that the end of the contact bundle is provided to contact the sealing protrusion.
상기 접촉뭉치의 단부에는 상기 실링돌기의 형상에 대응되는 적어도 하나 이상의 결합홈이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치.
The method of claim 7,
An elastic body cell frame manufacturing apparatus for a fuel cell, wherein at least one coupling groove corresponding to the shape of the sealing protrusion is formed at an end of the contact bundle.
상기 정렬수단은 상기 상부지그의 하면에서 상기 탄성체 프레임의 외곽영역을 향하여 돌출되어 상기 탄성체 프레임과 선접촉되는 바(bar) 타입의 가이드바인 것인 것을 특징으로 하는 연료전지용 탄성체 셀 프레임 제조장치.The method according to claim 2,
Wherein the alignment means is a bar-type guide bar protruding from a lower surface of the upper jig toward an outer region of the elastic body frame and in line contact with the elastic body frame.
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Legal Events
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---|---|---|---|
A201 | Request for examination |