KR20230103091A - 연료전지 제조용 건조 장치 및 방법 - Google Patents

연료전지 제조용 건조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전해질막의 표면에 전극층용 슬러리가 도포된 후, 전극층을 건조시키기 위한 공정에서 유체(열풍)의 흐름이 전극층의 표면에 직접 접촉하는 것을 최소화함으로써, 전극층의 표면에 대한 균일한 건조가 이루어질 수 있고, 건조 공정 중 전극층의 두께 및 표면이 손상없이 균일하게 유지될 수 있도록 한 연료전지 제조용 건조 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

연료전지 제조용 건조 장치 및 방법{DRY DEVICE AND DRY METHOD FOR MANUFACTURING FUEL CELL}
본 발명은 연료전지 제조용 건조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 막전극 접합체의 전극층을 균일하게 건조시킬 수 있도록 한 연료전지 제조용 건조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 수소 양이온(Proton)을 이동시키기 위한 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 전극층인 캐소드(cathode) 및 애노드(anode)로 구성되는 막전극 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)를 포함한다.
또한, 상기 캐소드 및 애노드의 바깥 부분에는 수소 및 공기와 같은 기체의 확산 이동을 위한 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)과, 수소 및 공기를 상기 촉매층으로 공급하고 전기생성 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로를 갖는 분리판이 차례로 적층된다.
첨부한 도 1은 종래의 막전극 접합체(이하, MEA라 칭함) 제조 설비 중 촉매층 도포 및 건조 장치을 도시한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 전해질막이 권취된 제1권취롤(10)로부터 안내롤러(11)의 안내에 의하여 전해질막(1)이 슬롯다이코터(20, Slot Die Coater)로 인출된다.
이어서, 상기 슬롯다이코터(20)에서 전해질막(1)의 표면에 슬러리 상태의 촉매층 즉, 전극층(2 : 예, 캐소드)을 도포한다.
다음으로, 상기 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)이 복수개의 건조기(30)가 배열된 건조챔버로 진입하여, 각 건조기(30)에서 분사되는 열풍에 의하여 전극층(2)의 건조가 이루어진다.
이때, 상기 건조기(30)는 그 하부에 노즐부(32)가 형성된 구조로 구비되는 바, 이에 상기 건조기(30)의 노즐부(32)를 통해 전해질막(1)의 전극층(2)으로 열풍이 직접 분사되어 전극층(2)의 건조가 이루어진다.
연이어, 건조를 마친 전극층(2)을 갖는 전해질막(1)은 이후 공정으로의 이동 및 보관을 위한 제2권취롤(40)에 감겨 권취된다.
이와 같이, 상기 연료전지용 MEA를 제조하기 위하여 상기 전해질막(1)의 표면에 용액 상태의 슬러리를 일정하게 도포하는 전극층(2) 도포 공정과, 도포된 전극층(2)을 고체 상태로 건조시키는 건조 공정이 필수적으로 진행된다.
그러나, 상기한 종래의 촉매층 도포 및 건조 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
상기 전해질막의 표면에 상대적으로 낮은 점도의 전극층용 슬러리가 얇은 두께로 도포되므로, 이 전극층용 슬러리를 건조시키기 위한 건조기의 사양 및 열풍 분사 조건에 따라 전극층의 표면 품질 차이가 발생하는 문제점이 있다.
구체적으로, 기존의 건조기(30)는 그 하부에 노즐부(32)가 형성된 구조로 구비됨에 따라, 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)이 노즐부(32)의 아래쪽에서 수평으로 이동될 때, 상기 노즐부(32)에서 전극층(2)에 대하여 건조열풍을 직접적으로 수직 분사함으로써, 도 1에 도시된 바와 같이 건조열풍이 전극층(2)에 부딪힐 때 전극층의 표면 부근에서 건조열풍의 와류가 발생하여, 전극층(2)의 표면에 대한 불균일 건조가 초래되는 문제점이 있다.
또한, 상기 노즐부(32)에서 분사된 건조열풍이 전극층에 부딪힐 때 발생하는 와류로 인하여, 전극층의 표면 중 와류와 접촉하는 부분이 손상되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 전해질막의 표면에 전극층용 슬러리가 도포된 후, 전극층을 건조시키기 위한 공정에서 유체(열풍)의 흐름이 전극층의 표면에 직접 접촉하는 것을 최소화함으로써, 전극층의 표면에 대한 균일한 건조가 이루어질 수 있고, 건조 공정 중 전극층의 두께 및 표면이 손상없이 균일하게 유지될 수 있도록 한 연료전지 제조용 건조 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는: 중앙부에 전극층이 도포된 전해질막이 건조 가능하게 통과하는 제1관통부가 형성되고, 정면부에 건조챔버 내의 건조열풍을 흡입하는 흡입구가 형성된 흡기덕트; 중앙부에 전극층이 도포된 전해질막이 건조 가능하게 통과하는 제2관통부가 형성되고, 배면부에 전극층이 도포된 전해질막의 진행방향과 평행하게 건조열풍을 배출하는 배기구가 형성된 배기덕트; 및 상기 흡기덕트 및 배기덕트가 내설되는 건조챔버; 를 포함하고, 상기 건조챔버 내에 상기 흡기덕트와 배기덕트가 건조 진행방향을 따라 원하는 갯수로 교번 배열된 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 흡기덕트와 배기덕트는 격벽을 사이에 두고 서로 일체로 제작되어 상기 건조챔버 내에 소정의 거리를 두고 교번으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 흡기덕트와 배기덕트는 별도로 제작되어 상기 건조챔버 내에 소정의 거리를 두고 교번으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 흡입구는 흡기덕트의 상하 및 좌우방향으로 연장되며 하나로 이어진 노즐홀 형태로 형성되고, 상기 배기구는 배기덕트의 상하 및 좌우방향으로 연장되며 하나로 이어진 노즐홀 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡기덕트의 상부에는 흡기구를 통하여 흡입된 건조열풍을 외부로 방출시키도록 흡입팬이 내설된 흡기탑이 장착된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배기덕트의 상부에는 열풍 공급원으로부터 제공되는 건조열풍을 배기구로 송풍시키도록 배기팬이 내설된 배기탑이 장착된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 흡기덕트와 배기덕트는 전극층이 도포된 전해질막이 통과 가능한 사각형 틀 구조물, 다각형 틀 구조물, 원형 틀 구조물, 타원형 틀 구조물 중 어느 하나의 구조물로 제작된 것임을 특징으로 한다.
또는, 상기 흡기덕트는 전극층이 도포된 전해질막을 사이에 두고 건조챔버의 상부및 하부에 배치되는 제1흡기덕트와 제2흡기덕트로 분리 제작되고, 상기 배기덕트도 전극층이 도포된 전해질막을 사이에 두고 건조챔버의 상부 및 하부에 배치되는 제1배기덕트와 제2배기덕트로 분리 제작되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 구현예는: 건조챔버 내에 배열된 흡기덕트에서 건조열풍을 흡입하는 단계; 상기 건조챔버 내에 배열된 배기덕트에서 건조열풍을 배출하는 단계; 및 전극층이 도포된 전해질막을 상기 흡기덕트와 배기덕트의 내부를 따라 통과시킬 때, 상기 흡입 및 배출되는 건조열풍에 의하여 전해질막에 도포된 전극층이 건조되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 흡기덕트에 의한 건조열풍 흡입 방향과 상기 배기덕트에 의한 건조열풍 배출 방향은 상기 전극층이 도포된 전해질막이 이동하는 방향과 수평을 이루는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 흡기덕트에 의한 건조열풍 흡입 방향과 상기 배기덕트에 의한 건조열풍 배출 방향은 상기 전극층이 도포된 전해질막이 이동하는 방향과 동일한 순방향인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡기덕트와 배기덕트는 상기 건조챔버 내에 소정의 거리를 두고 교번으로 배열되어, 상기 건조챔버의 전체 길이에 걸쳐 상기 흡기덕트에 의한 건조열풍 흡입과 상기 배기덕트에 의한 건조열풍 배출이 반복되는 것을 특징으로 한다.
이에, 상기 흡기덕트에서 건조열풍을 흡입할 때 및 상기 배기덕트에서 건조열풍을 배출할 때, 상기 건조챔버의 전체 길이에 걸쳐 상기 전극층이 도포된 전해질막이 건조 가능하게 통과 가능한 열풍 터널이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제의 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 전해질막의 표면에 전극층용 슬러리가 도포된 후, 전극층을 건조시키기 위한 건조열풍을 전극층이 도포된 전해질막의 진행방향과 평행한 방향으로 공급하여, 열풍의 흐름이 전극층의 표면에 직접 접촉하는 것을 최소화함으로써, 전극층의 표면에 대한 균일한 건조가 이루어질 수 있다.
둘째, 건조열풍을 전극층이 도포된 전해질막의 진행방향과 평행한 방향으로 공급하여, 건조열풍이 전극층의 표면에 직접 접촉하는 것을 최소화함으로써, 기존에 건조열풍의 직접 접촉에 따른 와류로 인하여 전극층의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 건조 공정 중 전극층의 두께 및 표면이 균일하게 유지될 수 있다.
셋째, 배기덕트의 배기구에서 배출되는 건조열풍이 전극층 및 전해질막의 둘레부를 커버하는 열풍 터널을 형성하고, 배기구에서 배출된 건조열풍을 흡기덕트의 흡기구에서 흡입하여 열풍 터널이 건조 구간에 걸쳐 계속 이어지게 됨으로써, 열풍의 방향성 손실에 의한 난류 및 와류 형성을 최소화할 수 있고, 그에 따라 전극층의 표면에 대한 균일한 건조가 이루어질 수 있다.
넷째, 건조열풍의 속도 조건을 전극층이 도포된 전해질막의 이동 속도를 기준으로 규정하여, 건조열풍과 전극층 간의 이동속도 차이에 의한 난류 형성을 최소화할 수 있고, 그에 따라 보다 균질한 표면의 전극층을 생산할 수 있다.
도 1은 종래의 MEA 제조 설비 중 촉매층 도포 및 건조 장치을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치를 도시한 개략도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치의 흡기덕트와 배기덕트를 각각 일부 단면하여 도시한 사시도,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치의 흡기덕트와 배기덕트가 교번으로 배열된 예를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치로서, 흡기덕트와 배기덕트가 별도 제작된 예를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치로서, 흡기덕트와 배기덕트가 원형 틀 형상으로 제작된 예를 도시한 사시도,
도 8 및 도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치로서, 흡기덕트와 배기덕트가 상하로 분리 제작된 예를 도시한 사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치를 도시한 개략도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치의 흡기덕트와 배기덕트를 각각 일부 단면하여 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치의 흡기덕트와 배기덕트가 교번으로 배열된 예를 도시한 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 건조챔버(100) 내에 서로 일체로 제작된 복수개의 흡기덕트(110) 및 배기덕트(120)가 소정의 간격으로 내설된다.
상기 흡기덕트(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙부에 전극층(2)이 도포된 전해질막(2)이 건조 가능하게 통과하는 제1관통부(111)가 형성되고, 정면부에 건조챔버(100) 내의 건조열풍을 흡입하는 흡입구(112)가 형성된 사각틀 형상으로 제작된다.
상기 배기덕트(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙부에 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)이 건조 가능하게 통과하는 제2관통부(121)가 형성되고, 배면부에 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)의 진행방향과 평행하게 건조열풍을 배출하는 배기구(122)가 형성된 사각틀 형상으로 제작된다.
이때, 상기 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)의 이면에는 전해질막을 보호하는 동시에 전해질막을 건조 진행방향으로 이송시키는 캐리어 역할의 이형필름(미도시됨)이 부착되어 있으므로, 상기 전해질막(1) 및 이형필름이 함께 상기 흡기덕트(110)의 제1관통부(111)와 상기 배기덕트(120)의 제2관통부(121)를 차례로 통과하게 된다.
위와 같이 제작된 흡기덕트(110)와 배기덕트(120)는 격벽(130)을 사이에 두고 서로 일체로 제작되어, 상기 건조챔버(100) 내에 건조 진행방향을 따라 소정의 거리를 두고 교번으로 배열된다.
바람직하게는, 상기와 같이 격벽(130)을 사이에 두고 서로 일체로 제작된 복수개의 흡기덕트(110) 및 배기덕트(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 건조챔버(100) 내에 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)의 건조 진행방향을 따라 원하는 갯수로 교번 배열된다.
이때, 상기 흡기덕트(110)의 흡입구(112)는 흡기덕트(110)의 상하 및 좌우방향으로 연장되며 하나로 이어진 사각형의 노즐홀 형태로 형성되고, 상기 배기덕트(120)의 배기구(122)는 배기덕트(120)의 상하 및 좌우방향으로 연장되며 하나로 이어진 사각형의 노즐홀 형태로 형성된다.
또한, 상기 흡기덕트(110)의 상부에는 흡입팬(114)이 내설된 흡기탑(116)이 장착되는 바, 이 흡기탑(116)은 건조챔버(100)의 외부로 연장되게 배치되며, 이에 상기 흡입팬(114)의 흡입 구동에 의하여 상기 흡기구(112)를 통하여 흡입된 건조열풍이 흡기탑(116)을 통하여 외부로 방출될 수 있다.
또한, 상기 배기덕트(120)의 상부에는 배기팬(124)이 내설된 배기탑(126)이 장착되는 바, 이 배기탑(126)은 건조챔버(100)의 외부로 연장되게 배치되어 열풍 공급원(128)과 연결되며, 이에 상기 배기팬(124)의 흡입 구동에 의하여 열풍 공급원(128)으로부터 공급되는 건조열풍이 배기구(122)를 통하여 전극층(2)이 도포된 전해질막(2)의 건조 진행방향과 평행한 방향으로 배출될 수 있다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 제1실시예에 따른 건조 장치에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 상기 흡기덕트(110)에서 건조열풍을 흡입하는 단계와, 상기 배기덕트(120)에서 건조열풍을 배출하는 단계가 반복되고, 상기 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)을 상기 흡기덕트(110)와 배기덕트(120)의 내부를 따라 통과시킬 때, 상기 흡입 및 배출되는 건조열풍이 전해질막(1)에 도포된 전극층(2)에 직접 작용하지 않은 채 전극층(2)이 용이하게 건조될 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 먼저 도 1에 도시된 바와 같이 전해질막이 권취된 제1롤(10)로부터 안내롤러(11)의 안내에 의하여 전해질막(1)이 슬롯다이코터(20, Slot Die Coater)로 인출된다.
이어서, 상기 슬롯다이코터(20)에 의하여 전해질막(1)의 표면에 슬러리 상태의 촉매층 즉, 전극층(2 : 예, 캐소드)이 도포된다.
다음으로, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)이 상기와 같이 격벽(130)을 사이에 두고 서로 일체로 제작된 복수개의 흡기덕트(110) 및 배기덕트(120)가 배치된 건조챔버(100) 내로 진입하여, 상기 흡기덕트(110)의 제1관통부(111)와 배기덕트(120)의 제2관통부(121)를 통과한다.
실질적으로는, 상기 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)은 이형필름(미도시됨) 상에 안착된 상태로 상기 흡기덕트(110)의 제1관통부(111)와 배기덕트(120)의 제2관통부(121)를 통과한다.
이때, 상기 배기덕트(120)의 상부에 장착된 배기탑(126) 내의 배기팬(124)이 흡입 구동됨으로써, 열풍 공급원(128)으로부터 공급되는 건조열풍이 배기탑(126) 및 배기덕트(120)의 내부로 흡입되어 흐른 후 배기구(122)를 통하여 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)의 건조 진행방향과 평행한 방향으로 배출된다.
바람직하게는, 상기 흡기덕트(110)에 의한 건조열풍 흡입 방향과 상기 배기덕트(120)에 의한 건조열풍 배출 방향은 상기 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)이 이동하는 방향과 수평을 이루고, 상기 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)이 이동하는 방향과 동일한 순방향을 이루게 됨으로써, 건조열풍이 전극층(2)에 직접 분사되거나 직접적으로 작용하는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열풍 공급원(128)으로부터 공급되는 건조열풍은 전극층 도포물 및 건조 조건에 따라 다양하게 정해질 수 있고, 공기 및 비활성기체(예, 질소, 아르곤 등) 또는 그 혼합물이 될 수 있다.
이에, 상기 배기덕트(120)의 배기구(122)에서 배출되는 건조열풍이 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)의 주변을 커버하는 열풍 터널을 형성하면서 전극층(2)을 건조시키게 된다.
더 상세하게는, 상기 배기덕트(120)의 배기구(122)에서 배출되는 건조열풍이 전극층(2)에 직접 분사되지 않고, 전극층(2)의 주변을 커버하는 열풍 터널을 형성하면서 전극층(2)을 건조시키게 됨으로써, 기존에 건조열풍의 흐름이 전극층(2)의 표면에 직접 접촉하여 와류를 형성하는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 전극층(2)의 표면에 대한 균일한 건조가 이루어질 수 있다.
이와 동시에, 상기 흡기덕트(110)의 상부에 장착된 흡기탑(116) 내의 흡입팬(114)이 구동됨으로써, 건조챔버(100) 내의 건조열풍을 비롯하여 상기 배기덕트(120)의 배기구(122)에서 배출되는 건조열풍이 흡입덕트(110)의 흡입구(112)를 통해 흡입되면서 열풍 터널이 건조챔버(100)의 전체 건조 구간에 걸쳐 계속 이어지게 된다.
보다 상세하게는, 상기 흡기덕트(110)와 배기덕트(120)는 상기 건조챔버(100) 내에 소정의 거리를 두고 교번으로 배열되어, 상기 건조챔버(100)의 전체 건조 길이에 걸쳐 상기 흡기덕트(110)에 의한 건조열풍 흡입과 상기 배기덕트(120)에 의한 건조열풍 배출이 반복될 때, 상기 건조챔버(100)의 전체 건조 길이에 걸쳐 상기 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)이 건조 가능하게 통과 가능한 열풍 터널이 형성된다.
이때, 상기 흡입덕트(110)의 흡입구(112)를 통해 흡입된 건조열풍은 상기 흡기탑(116)을 통하여 외부로 배출된다.
이와 같이, 상기 배기덕트(120)의 배기구(122)에서 배출되는 건조열풍이 전극층(2) 및 전해질막(1)의 둘레부를 커버하는 열풍 터널을 형성하고, 배기구(122)에서 배출된 건조열풍이 상기 흡기덕트(110)의 흡기구(112)를 통해 흡입되면서 열풍 터널이 건조챔버(100)의 전체 건조 길이 구간에 걸쳐 계속 이어지게 됨으로써, 열풍 터널을 형성하는 건조열풍에 의하여 전극층(2)이 용이하게 건조될 뿐만 아니라, 건조열풍의 방향성 손실에 의한 난류 및 와류 형성을 최소화하는 동시에 기존에 건조열풍의 흐름이 전극층(2)의 표면에 직접 접촉하여 와류를 형성하는 것을 방지하여 전극층(2)의 표면에 대한 균일한 건조가 이루어질 수 있다.
한편, 상기 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)의 이동속도(x m/min)와, 상기 배기구(122)를 통해 배출되는 건조열풍의 이동속도(y1 m/min)는 전극층의 성분 및 건조 조건에 따라 0.2 ≤ y1/x ≤ 10의 속도 차이범위로 정해질 수 있다.
이때, 상기 건조열풍의 이동속도(y1 m/min)는 배기탑(126) 내의 배기팬(124)의 흡입 구동속도 조절에 따라 건조열풍의 흡입속도(y2 m/min)를 조절함으로써, 원하는 속도로 조절되어 설정될 수 있다.
또한, 상기 흡기구(112)를 통해 흡입되는 건조열풍의 이동속도(z1 m/min)는 상기 배기구(122)를 통해 배출되는 건조열풍의 이동속도(y1 m/min)에 비하여 작거나 같은 수준으로 설정되도록 한다(0 ≤ z1 ≤ y1).
또한, 상기 건조열풍의 온도는 전극층 도포물 및 기재에 따라 조절 가능하며, 배기구(122)로부터 배출되는 온도 t를 기준으로 30℃ ~ 200℃ 범위로 조절될 수 있도록 한다(30℃ ≤ t ≤ 200℃).
이와 같이, 상기 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)의 이동속도(x m/min)와, 상기 배기구(122)를 통해 배출되는 건조열풍의 이동속도(y1 m/min)를 전극층의 성분 및 건조 조건에 따라 규정하되, 건조열풍의 이동속도를 전극층이 도포된 전해질막의 이동속도를 기준으로 규정하여, 건조열풍과 전극층 간의 이동속도 차이에 의한 난류 형성을 최소화할 수 있고, 그에 따라 보다 균질한 표면의 전극층을 생산할 수 있다.
한편, 상기 흡입덕트(110) 및 배기덕트(120)에 의한 건조를 마친 전극층(2)을 갖는 전해질막(1)은 이후 공정으로의 이동 및 보관을 위한 제2권취롤(40)에 감겨 권취된다.
첨부한 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치로서, 흡기덕트와 배기덕트가 별도 제작된 예를 도시한 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 흡기덕트(110)와 배기덕트(120)는 별도로 제작되어 상기 건조챔버(100) 내에 소정의 거리를 두고 교번으로 배열될 수 있다.
다시 말해서, 상기한 제1실시예에서 상기 흡기덕트(110)와 배기덕트(120)가 격벽(130)을 사이에 두고 일체로 제작된 것과 달리, 본 발명의 제2실시예에서는 상기 흡기덕트(110)와 배기덕트(120)가 개별물로 별도 제작되어 상기 건조챔버(100) 내에 소정의 거리를 두고 교번으로 배열될 수 있다.
본 발명의 제2실시예도 마찬가지로, 상기 배기덕트(120)의 배기구(122)에서 배출되는 건조열풍이 전극층(2) 및 전해질막(1)의 둘레부를 커버하는 열풍 터널을 형성하고, 배기구(122)에서 배출된 건조열풍이 상기 흡기덕트(110)의 흡기구(112)를 통해 흡입되면서 열풍 터널이 건조챔버(100)의 전체 건조 길이 구간에 걸쳐 계속 이어지게 됨으로써, 열풍 터널을 형성하는 건조열풍에 의하여 전극층(2)이 용이하게 건조될 뿐만 아니라, 건조열풍의 방향성 손실에 의한 난류 및 와류 형성을 최소화하는 동시에 기존에 건조열풍의 흐름이 전극층(2)의 표면에 직접 접촉하여 와류를 형성하는 것을 방지하여 전극층(2)의 표면에 대한 균일한 건조가 이루어질 수 있다.
첨부한 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치로서, 흡기덕트와 배기덕트가 원형 틀 형상으로 제작된 예를 도시한 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따르면 상기 흡기덕트(110)와 배기덕트(120)가 전극층이 도포된 전해질막이 통과 가능한 원형 틀 형상으로 제작될 수 있다.
다시 말해서, 상기한 제1실시예에서 상기 흡기덕트(110)와 배기덕트(120)가 전극층이 도포된 전해질막이 통과 가능한 사각 틀 형상으로 제작된 것과 달리, 본 발명의 제3실시예에 따르면 상기 흡기덕트(110)와 배기덕트(120)가 전극층이 도포된 전해질막이 통과 가능한 다각형 틀 구조물, 원형 틀 구조물, 타원형 틀 구조물 중 어느 하나의 구조물로 용이하게 제작될 수 있고, 마찬가지로 건조열풍의 방향성 손실에 의한 난류 및 와류 형성을 최소화하는 동시에 기존에 건조열풍의 흐름이 전극층(2)의 표면에 직접 접촉하여 와류를 형성하는 것을 방지하여 전극층(2)의 표면에 대한 균일한 건조가 이루어질 수 있도록 한 효과를 제공할 수 있다.
첨부한 도 8 및 도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지 제조용 건조장치로서, 흡기덕트와 배기덕트가 상하로 분리 제작된 예를 도시한 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예는 상기 흡기덕트(110)는 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)을 사이에 두고 건조챔버(100)의 상부 및 하부에 각각 배치되는 제1흡기덕트(110-1)와 제2흡기덕트(110-2)로 분리 제작되고, 상기 배기덕트(120)도 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)을 사이에 두고 건조챔버(100)의 상부 및 하부에 각각 배치되는 제1배기덕트(120-1)와 제2배기덕트(120-2)로 분리 제작될 수 있다.
이에, 상기 전해질막(1)의 일표면에 캐소드용 전극층(2)이 도포됨과 함께 타표면에 애노드용 전극층(2)이 도포된 경우, 상기 제1흡기덕트(110-1)의 흡기구(112)를 통해 건조열풍이 흡입됨과 함께 상기 제1배기덕트(120-1)의 배기구(122)를 통해 건조열품이 배출되는 동작에 의하여 상기 전해질막(1)의 일표면에 캐소드용 전극층(2)이 건조될 수 있고, 이와 동시에 상기 제2흡기덕트(110-2)의 흡기구(112)를 통해 건조열풍이 흡입됨과 함께 상기 제2배기덕트(120-2)의 배기구(122)를 통해 건조열품이 배출되는 동작에 의하여 상기 전해질막(1)의 타표면에 애노드용 전극층(2)이 건조될 수 있다.
마찬가지로, 건조열풍의 흐름이 전극층(2)의 표면에 직접 접촉하여 와류를 형성하는 것을 방지하여 캐소드 및 애노드용 전극층(2)의 표면에 대한 균일한 건조가 이루어질 수 있다.
한편, 상기 전해질막(1)의 일표면에 도포된 캐소드용 전극층(2) 만을 건조시키는 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 건조챔버(100)의 상부에 제1흡기덕트(110-1)와 제1배기덕트(120-1) 만을 배치하여, 건조열풍을 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)의 진행방향과 평행한 방향으로 공급하여 전극층(2)에 대한 건조가 이루어질 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 전해질막(1)의 표면에 전극층을 위한 슬러리가 도포된 후, 전극층(2)을 건조시키기 위한 건조열풍을 전극층(2)이 도포된 전해질막(1)의 진행방향과 평행한 방향으로 공급하여, 열풍의 흐름이 전극층의 표면에 직접 접촉하는 것을 최소화함으로써, 전극층의 손상없이 전극층의 표면에 대한 균일한 건조가 이루어질 수 있다.
이상으로 본 발명을 각 실시예별로 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 상술한 각 실시예에 한정되지 않으며, 하기의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다 할 것이다.
1 : 전해질막 2 : 전극층
10 : 제1권취롤 20 : 슬롯다이코터
30 : 건조기 32 : 노즐부
40 : 제2권취롤 100 : 건조챔버
110 : 흡기덕트 110-1 : 제1흡기덕트
110-2 : 제2흡기덕트 111 : 제1관통부
112 : 흡입구 114 : 흡입팬
116 : 흡기탑 120 : 배기덕트
120-1 : 제1배기덕트 120-2 : 제2배기덕트
121 : 제2관통부 122 : 배기구
124 : 배기팬 126 : 배기탑
128 : 열풍 공급원 130 : 격벽

Claims (13)

  1. 중앙부에 일면에 전극층이 도포되고 타면에 이형필름이 부착된 전해질막이 건조 가능하게 통과하는 제1관통부가 형성되고, 정면부에 건조챔버 내의 건조열풍을 흡입하는 흡입구가 형성된 흡기덕트;
    중앙부에 일면에 전극층이 도포되고 타면에 이형필름이 부착된 전해질막이 이 건조 가능하게 통과하는 제2관통부가 형성되고, 배면부에 상기 전해질막의 진행방향과 평행하게 건조열풍을 배출하는 배기구가 형성된 배기덕트; 및
    상기 흡기덕트 및 배기덕트가 내설되는 건조챔버;
    를 포함하고,
    상기 건조챔버 내에 상기 흡기덕트와 배기덕트가 건조 진행방향을 따라 원하는 갯수로 교번 배열된 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡기덕트와 배기덕트는 격벽을 사이에 두고 서로 일체로 제작되어 상기 건조챔버 내에 소정의 거리를 두고 교번으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡기덕트와 배기덕트는 별도로 제작되어 상기 건조챔버 내에 소정의 거리를 두고 교번으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡입구는 흡기덕트의 상하 및 좌우방향으로 연장되며 하나로 이어진 노즐홀 형태로 형성되고, 상기 배기구는 배기덕트의 상하 및 좌우방향으로 연장되며 하나로 이어진 노즐홀 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡기덕트의 상부에는 흡기구를 통하여 흡입된 건조열풍을 외부로 방출시키도록 흡입팬이 내설된 흡기탑이 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기덕트의 상부에는 열풍 공급원으로부터 제공되는 건조열풍을 배기구로 송풍시키도록 배기팬이 내설된 배기탑이 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡기덕트와 배기덕트는 전극층이 도포된 전해질막이 통과 가능한 사각형 틀 구조물, 다각형 틀 구조물, 원형 틀 구조물, 타원형 틀 구조물 중 어느 하나의 구조물로 제작된 것임을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡기덕트는 전극층이 도포된 전해질막을 사이에 두고 건조챔버의 상부및 하부에 배치되는 제1흡기덕트와 제2흡기덕트로 분리 제작되고, 상기 배기덕트도 전극층이 도포된 전해질막을 사이에 두고 건조챔버의 상부 및 하부에 배치되는 제1배기덕트와 제2배기덕트로 분리 제작되는 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 장치.
  9. 건조챔버 내에 배열된 흡기덕트에서 건조열풍을 흡입하는 단계;
    상기 건조챔버 내에 배열된 배기덕트에서 건조열풍을 배출하는 단계; 및
    일면에 전극층이 도포되고 타면에 이형필름이 부착된 전해질막을 상기 흡기덕트와 배기덕트의 내부를 따라 통과시킬 때, 상기 흡입 및 배출되는 건조열풍에 의하여 상기 전해질막에 도포된 전극층이 건조되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 흡기덕트에 의한 건조열풍 흡입 방향과 상기 배기덕트에 의한 건조열풍 배출 방향은 상기 전극층이 도포된 전해질막이 이동하는 방향과 수평을 이루는 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 흡기덕트에 의한 건조열풍 흡입 방향과 상기 배기덕트에 의한 건조열풍 배출 방향은 상기 전극층이 도포된 전해질막이 이동하는 방향과 동일한 순방향인 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 흡기덕트와 배기덕트는 상기 건조챔버 내에 소정의 거리를 두고 교번으로 배열되어, 상기 건조챔버의 전체 길이에 걸쳐 상기 흡기덕트에 의한 건조열풍 흡입과 상기 배기덕트에 의한 건조열풍 배출이 반복되는 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 흡기덕트에서 건조열풍을 흡입할 때 및 상기 배기덕트에서 건조열풍을 배출할 때, 상기 건조챔버의 전체 길이에 걸쳐 상기 전극층이 도포된 전해질막이 건조 가능하게 통과 가능한 열풍 터널이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 제조용 건조 방법.
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