WO2019125039A1 - 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치 - Google Patents

수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치 Download PDF

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WO2019125039A1
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slider
actuator
membrane electrode
electrode assembly
operation part
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황중국
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(주)프로템
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for transferring a membrane electrode assembly of a hydrogen fuel cell.
  • a hydrogen fuel cell (hereinafter referred to as a fuel cell) is a power generation system that converts chemical energy possessed by hydrogen and oxygen into electrical energy by an electrochemical reaction.
  • the reaction of the whole fuel cell is the reverse reaction of the electrolysis of water. In this process, three products such as electricity, heat and water are produced.
  • the fuel cell includes a polymer electrolyte membrane, an electrode (anode, cathode), a gas diffusion layer (GDL), and a separator.
  • the membrane electrode assembly is a key component that determines the performance of the fuel cell.
  • the stack internal structure of the polymer electrolyte fuel cell includes an electrolyte membrane and a membrane electrode assembly composed of a pair of electrode catalyst layers, which are electrode materials formed on both sides of the electrolyte membrane.
  • a gas diffusion layer is disposed on each of both surfaces of the membrane electrode assembly so as to support the membrane electrode assembly.
  • the gas diffusion layer is connected to the outside of the gas diffusion layer, a pair of separators formed with flow fields are disposed.
  • the unit fuel cell is composed of one membrane electrode assembly, two gas diffusion layers and two separators, and the stacked cells are fabricated by stacking the unit cells.
  • Patent Document 1 KR10-2008-0008855 A
  • Patent Document 1 discloses a membrane unwinder for supplying a membrane of a tape shape, a film unwinder for supplying a film coated with a catalyst layer at regular intervals on the surface facing the membrane to upper and lower portions of the membrane, A film rewinder for recovering the film from which the catalyst layer has been removed, a diffusion layer supply / compression unit for supplying and pressing the diffusion layer unit to the surface of the catalyst layer, And a membrane rewinder for separating the membranes from which the diffusion layer is compressed to a predetermined size and separating the membranes into membrane electrode assemblies, and a membrane rewinder for recovering the membrane from which the membrane electrode assemblies are separated.
  • the sheet stacked body to be fed in one direction by the roll-to-roll system is temporarily stopped in the crimping portion and the cutter, the compression and cutting steps are performed, and then the sheet stacked body is retransferred in one direction by the pulling force of the rewinder
  • the stretch occurs in the sheet stacked body to be conveyed while forming the pass line in the process of repeating the operation of the sheet stacked body. This causes the sheet stacked body to be in a pressed position and inferior pressure bonding and cutting failure,
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to solve the above-
  • the present invention provides a membrane electrode assembly transfer device for a hydrogen fuel cell which can precisely control the position of a line.
  • Another object of the present invention is to provide a hydrogen fuel cell which can precisely control the position of a junction body line which is repeatedly fed and stopped in a process of thermocompression bonding in a cutter to cut the junction body line forming the membrane electrode junction body, To provide a cell membrane electrode assembly transfer device for a battery.
  • an embodiment of the present invention is an apparatus for transferring a bonded body line including a membrane electrode assembly in which first and second gasket sheets are laminated on both sides of a membrane sheet, And a first slider having a fixed length of a fixed support arranged parallel to both sides of the line and being slidably mounted on the upper surface of the fixed support so that the first slider is moved in the conveying direction of the assembly line by the driving force of the first actuator A first actuating part for reciprocating the first slider; A second slider provided on a lower surface of the first slider so as to be slidably engaged with a guide formed on an upper surface of the first slider and a second actuator fixedly installed on the first bracket extending from the first slider, A second actuating part for reciprocally moving the second slider in a direction perpendicular to the joined body line by a second actuator having a second bracket extending from the second slider and connected to the actuating end; And a third actuator fixedly mounted on the second slider and having upper and lower grip
  • the operation end of the second actuator may include a ring-annular groove which is engaged with the semicircular groove recessed at the upper end of the second bracket.
  • the operation end of the third actuator may include an upper chuck coupled to the upper gripper and a lower chuck connected to the lower gripper.
  • the lower surface of the upper gripper and the upper surface of the lower gripper may include upper and lower contact members, respectively, so as to prevent damage to both side edges of the assembly line clamped at the time of clamping.
  • the present invention as described above has the following effects.
  • the position control of the junction body line which repeats transferring and stopping is carried out by the gripper and actuator by the gripper and the actuator So that it is possible to stably perform the thermocompression bonding process on the planarized bonded body line, thereby preventing the product failure.
  • the position control of the junction body line which repeats the transfer and stop in the process of transferring the junction body line in the roll-to-roll method is performed by the grip and actuator So that it is possible to stably perform the cutting process on the planarized junction body line, thereby preventing the defective product.
  • FIGS. 1A to 1F are process drawings showing a process for manufacturing a membrane electrode assembly for general hydrogen fuel cells.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a membrane electrode assembly transfer device for a hydrogen fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view illustrating a state in which a membrane electrode assembly transfer device for a hydrogen fuel cell according to an embodiment of the present invention is applied to an installation.
  • FIG. 4 is an overall perspective view illustrating a membrane electrode assembly transfer device for a hydrogen fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5A and 5B are perspective views illustrating second and third actuators applied to a membrane electrode assembly transfer apparatus for a hydrogen fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a perspective view illustrating second and third actuators applied to a membrane electrode assembly transfer apparatus for a hydrogen fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6A and 6B are perspective views illustrating a second operation unit applied to a membrane electrode assembly transfer apparatus for a hydrogen fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7A and 7B are perspective views illustrating a third operation unit applied to the membrane electrode assembly transfer apparatus for a hydrogen fuel cell according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a perspective view illustrating a third operation unit applied to the membrane electrode assembly transfer apparatus for a hydrogen fuel cell according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1A to 1F are a whole process flow chart for manufacturing a membrane electrode assembly to be applied to a general fuel cell.
  • the membrane electrode assembly is formed by a coating process, a transfer process, a gasket bonding process, a hot pressing process, a cutting process, .
  • first and second electrodes 13 and 14 are coated with a paste, which is a conductive material, on one surface of the first and second sheets 11 and 12 by an unillustrated coating apparatus, Are continuously formed at regular intervals.
  • the first and second electrodes on which the first and second electrodes are formed may be covered with protective paper to protect the first and second electrodes before the transfer process.
  • the sheet laminate 10 with the membrane sheet 15 interposed between the first and second sheets 11 and 12 is pressed and heated by thermal lamination, which will be described later,
  • thermal lamination which will be described later
  • the gasket joining step is performed by joining the first and second electrodes 13 and 14 with the first and second openings 23 and 24,
  • the gasket sheets 21 and 22 are laminated on the membrane sheet 15 to press and heat the joined body 20 so that the first and second electrodes are exposed to the outside through the first and second openings. 2 gasket sheet.
  • the first and second gasket sheets 21 and 22 having first and second openings for externally exposing the first and second electrodes are formed on both sides of the membrane sheet 15, And the upper and lower molds 31 and 32 corresponding to the joined body 20 to which the first and second gasket sheets are joined are thermally bonded to each other to completely integrate the membrane sheet and the first and second gasket sheets.
  • the cutting process and the gas diffusion layer bonding process are performed by using the unshown rudder, the membrane sheet 15 including the first and second electrodes 13 and 14,
  • the first and second gasket sheets 21 and 22 are formed in a substantially rectangular shape to separate the membrane electrode assembly 50 by unit and then the first and second membrane electrode assemblies 50,
  • the gas diffusion sheets 41 and 42 are laminated and adhered via an adhesive agent to finally produce a membrane electrode assembly for a hydrogen fuel cell.
  • FIG. 2 is a schematic view illustrating a membrane electrode assembly transfer device for a hydrogen fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a membrane electrode assembly transfer device for a hydrogen fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG.
  • a membrane electrode assembly (membrane electrode assembly) 100 for a hydrogen fuel cell includes a membrane electrode assembly (membrane electrode assembly) 100 formed by laminating first and second gasket sheets on both sides of a membrane sheet 20 corresponding to equipment such as a thermocompressor for performing a hot press process or a rudder for performing a cutting process in a process of advancing the assembly line 20a from the unloading roll 101 to the take-up roll 102 in one direction
  • the transfer device 100 includes a first actuating part 110, a second actuating part 120 and a third actuating part 130 so as to be movable in the thermocompressor or the extruder, Stop and transfer operations are repeatedly performed.
  • the first actuating part 110 is provided with a fixed supporting body 111 having a predetermined length arranged at regular intervals along both side edges of the joined body line 20a and has a pair of right and left
  • Each of the upper surfaces of the fixed support 111 may include a first slider 112 of a substantially rectangular plate shape which is slidably assembled.
  • the first actuator 113 includes a motor member for rotating a screw shaft disposed in an inner space of the fixed support 111.
  • the first slider 112 is screwed with the screw shaft, And a moving member connected to the moving body reciprocating in the space and being slidably mounted on the upper surface of the fixed supporting body.
  • the first slider 112 reciprocates in a direction parallel to the conveying direction of the joined body line along with the second operating portion and the third operating portion by the driving force of the first actuator 113,
  • the distance can be adjusted by the rotational drive amount of the first actuator.
  • the pair of left and right fixed supports 111 coupled with the first actuator are fixedly installed on the upper portion of the fixed frame 105 so as to have a bilateral symmetrical structure, and the fixed frame 105 is connected to the junction body 20 And the upper and lower molds 103 and 104.
  • the present invention is not limited thereto, and the present invention is not limited thereto, and may be installed in a thermocompressor having upper and lower molds for performing a hot pressing process.
  • the second actuating part 120 includes a guide part 121a formed on the upper surface of the first slider 112, And a second slider 122 of a substantially rectangular plate shape having a bottom surface 121b which is assembled as much as possible.
  • the guide portion 121a may be a rail formed on the upper surface of the first slider 112, and the sloped portion 121b may be provided with a rail groove corresponding to the rail, And can be provided opposite to each other.
  • the second slider 122 includes a second actuator 123, such as an air cylinder, which is connected to the input / output air line to reciprocate the rod tip.
  • a second actuator 123 such as an air cylinder
  • One end of the body of the second actuator 123 is connected to the first slider
  • an operation end 123a which is the rod end of the second actuator 123 is fixed to the first bracket 124 extending at a substantially right angle from the second slider 122 And is engaged with the bracket 125.
  • the first and second brackets 124 and 125 may be formed of a vertical plate coupled to a first edge of the first slider and a first edge of the second slider by a fastening member.
  • the operation end 123a of the second actuator 123 may include a ring-annular groove formed by being hung on a semicircular groove formed in the upper end of the second bracket 125.
  • the second slider 122 which is slidably mounted on the first slider, And is reciprocally moved in a direction orthogonal to the junction body line 20a together with the third actuating part by engagement between the operation end and the second bracket.
  • the third actuating part 130 provided on the second slider can be moved back or forth to move toward or away from the edges of the joint body line 20a.
  • a stopper bracket 127a having a stopper bar 127 at the tip thereof.
  • the third actuating part 130 is provided on a second slider reciprocating in a direction orthogonal to the assembly line by the second actuator And a third actuator 133 fixedly mounted on the fixing bracket.
  • the operation end 133a of the third actuator 133 is provided with upper and lower grippers 135 and 136 which are opened or closed to operate the third actuator 133 connected to the air supply line,
  • the upper and lower grippers 135, 136 positioned to face the rim are opened or closed to clamp or unclamp both side edges of the assembly line.
  • the operation end of the third actuator 133 may include an upper chuck coupled to the upper gripper 135 and a lower chuck connected to the lower gripper 136,
  • the upper and lower grippers can be opened or closed by operation of the third actuator.
  • the lower surface of the upper gripper 135 and the upper surface of the lower gripper 136 are formed with rubber plates or resin plates to prevent damages on both side edges of the assembly line clamped by the operation of the third actuator
  • Upper and lower contact members 135a and 136b are preferably replaceable.
  • both side edges of the joined body line are clamped and fixed, and the upper and lower grippers 135 and 136 When returning to the open state, both sides of the bonded body line are unclamped to release the constraint.
  • the membrane electrode assembly transfer apparatus 100 for a hydrogen fuel cell having the above-described configuration is constructed such that a connection body line 20a including a membrane electrode assembly 20 in which first and second gasket sheets are laminated on both sides of a membrane sheet, A thermocompression bonding process is performed and then the wafer is retransferred in the transport direction or the bonding body line 20a is temporarily stopped by the rubbers to cut the membrane electrode assembly in units of units and then transported again in the transport direction will be.
  • the second actuator 123 provided in the second operation unit 120, Since the second slider 122, which is slidably movably assembled to the first slider 112 by the operation of the first slider 112, is moved in the width direction perpendicular to the conveying direction of the bonded body line, (135, 136) close to both side edges of the joined body line in the open state.
  • both side edges of the joined body line are clamped by the upper and lower grippers And is fixed.
  • the membrane electrode assembly 20 in which the first and second gasket sheets are laminated on both sides of the membrane sheet by the combined operation of the upper and lower molds provided as hot plates in the thermocompressor,
  • the gasket sheet is integrally joined or the membrane electrode assembly subjected to the thermocompression bonding is cut by unit by the combined operation of the upper and lower dies provided as cutting blades in the rubbing machine, thereby forming the perforations 20b in the assembly body line.
  • both side edges of the assembly line 20a are clamped and fixed.
  • the lower grippers 135 and 136 are spaced apart from each other by a returning operation of the second actuator by a certain distance in the direction away from the joined body line, the flatness of the joined body line clamped by the upper and lower grippers can be secured, A stable horizontal line perpendicular to the vertical axis can be obtained.
  • the second actuating part moves along with the feeding of the first slider together with the upper and lower grippers clamping and fixing both side edges of the joined body line.
  • the joint body line is moved by a certain distance entirely by the rotation driving of the roll-to-roll type unwinding roll and the take-up roll by the distance of movement of the first slider by the operation of the first actuator, and the next process is continuously repeated.
  • the upper and lower grippers which are clamped on both side edges of the joined body line by the operation of the third actuator, are switched to the open state.
  • the second slider is moved to the open state by the operation of the third actuator, Are moved away from the opposite sides of the joined body line.
  • the third actuating part having the upper and lower grippers switched to the open state has the second actuating part having the second slider And is returned to the initial position so as to perform a subsequent thermocompression process or a cutting process, thereby preparing a subsequent process.

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Abstract

수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치를 제공한다. 본 발명은 멤브레인 시트의 양면에 제1,2가스켓시트가 적층되어 형성되는 막전극 접합체를 포함하는 접합체라인을 이송하는 장치에 있어서, 상기 접합체라인의 양측테두리를 따라 나란하게 배치되는 일정길이의 고정지지체를 갖추고, 상기 고정지지체의 상부면에 활주이동가능하게 조립되는 제1슬라이더를 갖추어 제1엑추에이터의 구동력에 의해서 상기 접합체라인의 이송방향으로 상기 제1슬라이더를 왕복이동시키는 제1작동부; 상기 제1슬라이더의 상부면에 형성된 안내부와 활주이동가능하게 조립되는 피안내부를 하부면에 구비하는 제2슬라이더를 갖추고, 상기 제1슬라이더로부터 연장된 제1브라켓에 고정설치되는 제2엑추에이터를 갖추어 상기 제2슬라이더로부터 연장된 제2브라켓과 작동단이 연결되는 제2엑추에이터에 의해서 상기 제2슬라이더를 상기 접합체라인과 직교하는 방향으로 왕복이동시키는 제2작동부; 및 상기 제2슬라이더에 고정설치되는 제3엑추에이터를 갖추고, 상기 제3엑추에이터의 작동단에 벌림 또는 오므림 작동되는 상,하부그리퍼를 갖추어 상기 제3엑추에이터에 의해서 접합체라인의 양측테두리와 마주하는 상,하부그리퍼를 벌리거나 오므려 접합체라인을 클램핑하거나 언클램핑하는 제3작동부; 를 포함한다.

Description

수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치
본 발명은 수소 연료전지의 막전극 접합체를 이송하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 수소 연료전지(이하 연료전지 이라함.)는 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 제조완성하게 된다.
특허문헌 1 KR10-2008-0008855 A
특허문헌 1에는 테입 형상의 멤브레인을 공급하는 멤브레인 언와인더와, 상기 멤브레인과 대향하는 면에 일정 간격으로 촉매층이 코팅된 필름을 상기 멤브레인의 상부와 하부에 각각 공급하는 필름 언와인더와, 상기 촉매층을 상기 멤브레인의 상면과 하면에 각각 전사하여 압착하는 촉매층 압착부와, 상기 촉매층이 제거된 필름을 회수하는 필름 리와인더와, 상기 촉매층의 표면에 각각 확산층 단위체를 공급하여 압착하는 확산층 공급압착부와, 상기 확산층이 압착된 멤브레인을 소정 크기로 절단하여 막전극 어셈블리로 분리하는 절단기 및 상기 막전극 어셈블리가 분리된 멤브레인을 회수하는 멤브레인 리와인더를 포함하는 막전극 어셈블리 제조 장치를 개시하고 있다.
그러나, 롤투롤 방식에 의해서 일방향으로 이송되는 시트적층체를 압착부와 절단기에서 일시 정지시키고, 압착공정과 절단공정을 수행한 다음, 리와인더의 감김력에 의해서 시트적층체를 일방향으로 재이송하는 공정을 반복하는 과정에서 패스라인을 형성하면서 이송하는 시트적층체에 신축이 발생하기 때문에 시트적층체를 압착위치와 압착불량 및 절단불량을 초래하고, 이로 인하여 제품불량율이 증가하게 되는 원인으로 작용하였다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 열압착기에서 멤브레인시트의 양면에 가스켓시트가 적층된 접합체라인을 일시 정지시켜 열압착하는 공정에서 이송 및 정지를 반복하는 접합체라인의 위치제어를 정밀하게 수행할 수 있는 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은, 절단기에서 열압착되어 막전극 접합체를 형성하는 접합체라인을 일시 정지시켜 단위별로 절단하는 공정에서 이송 및 정지를 반복하는 접합체라인의 위치제어를 정밀하게 수행할 수 있는 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치를 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 실시예는, 멤브레인 시트의 양면에 제1,2가스켓시트가 적층되어 형성되는 막전극 접합체를 포함하는 접합체라인을 이송하는 장치에 있어서, 상기 접합체라인의 양측테두리를 따라 나란하게 배치되는 일정길이의 고정지지체를 갖추고, 상기 고정지지체의 상부면에 활주이동가능하게 조립되는 제1슬라이더를 갖추어 제1엑추에이터의 구동력에 의해서 상기 접합체라인의 이송방향으로 상기 제1슬라이더를 왕복이동시키는 제1작동부 ; 상기 제1슬라이더의 상부면에 형성된 안내부와 활주이동가능하게 조립되는 피안내부를 하부면에 구비하는 제2슬라이더를 갖추고, 상기 제1슬라이더로부터 연장된 제1브라켓에 고정설치되는 제2엑추에이터를 갖추어 상기 제2슬라이더로부터 연장된 제2브라켓과 작동단이 연결되는 제2엑추에이터에 의해서 상기 제2슬라이더를 상기 접합체라인과 직교하는 방향으로 왕복이동시키는 제2작동부 ; 및 상기 제2슬라이더에 고정설치되는 제3엑추에이터를 갖추고, 상기 제3엑추에이터의 작동단에 벌림 또는 오므림 작동되는 상,하부그리퍼를 갖추어 상기 제3엑추에이터에 의해서 접합체라인의 양측테두리와 마주하는 상,하부그리퍼를 벌리거나 오므려 접합체라인을 클램핑하거나 언클램핑하는 제3작동부 ; 를 포함하는 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 제2엑추에이터의 작동단은 상기 제2브라켓의 상단에 함몰형성된 반원형 요홈에 올려져 걸림배치되는 환고리형 요홈을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제3엑추에이터의 작동단은 수직안내홈에 상하안내이동가능하게 조립되고, 상기 상부그리퍼와 연결되는 상부척과, 상기 하부그리퍼와 연결되는 하부척을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 상부그리퍼의 하부면과 상기 하부그리퍼의 상부면에는 클램핑시 클램핑되는 접합체라인의 양측테두리의 손상을 방지할 수 있도록 상,하부 접촉부재를 각각 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
멤브레인시트의 양면에 가스켓시트가 적층된 접합체라인을 일시 정지시켜 열압착하는 공정 중 접합체라인을 롤투롤 방식으로 이송하는 과정에서 이송 및 정지를 반복하는 접합체라인의 위치제어를 그리퍼와 엑추에이터에 의해서 정밀하게 수행할 수 있기 때문에 평탄화된 접합체라인에 대한 열압착공정을 안정적으로 수행하여 제품불량을 방지할 수 있다.
타발기에서 막전극 접합체를 형성하는 접합체라인을 일시 정지시켜 단위별로 절단하는 공정 중 접합체라인을 롤투롤 방식으로 이송하는 과정에서 이송 및 정지를 반복하는 접합체라인의 위치제어를 그리프와 엑추에이터에 의해서 정밀하게 수행할 수 있기 때문에 평탄화된 접합체라인에 대한 커팅공정을 안정적으로 수행하여 제품불량을 방지할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f 는 일반적인 수소 연료전지용 막전극 접합체 제조공정을 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치를 설비에 적용한 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치를 설비에 적용한 도시한 사용 상태도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치를 도시한 전체 사시도이다.
도 5a 와 도 5b 는 본 발명의 실시예에 따른 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치에 적용되는 제2,3작동부를 도시한 사시도이다.
도 6a 와 도 6b 는 본 발명의 실시예에 따른 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치에 적용되는 제2작동부를 도시한 사시도이다.
도 7a 와 도 7b 는 본 발명의 실시예에 따른 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치에 적용되는 제3작동부를 도시한 사시도이다.
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 1f 는 일반적인 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 시트 적층체(10)를 압착가열한 다음 상기 제1,2시트를 멤브레인 시트로부터 분리함으로써 상기 멤브레인 시트(15)의 양면에 상기 제1,2전극(13,14)을 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 적층하여 접합한 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 멤브레인 시트와 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(13,14)을 포함하는 멤브레인 시트(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 수소 연료전지용 막전극 접합체를 제조완성하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치를 설비에 적용한 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치를 설비에 적용한 도시한 사용 상태도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치(100)는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 멤브레인 시트의 양면에 제1,2가스켓시트가 적층되어 형성되는 막전극 접합체(20)를 포함하는 접합체라인(20a)을 풀림롤(101)로부터 권취롤(102)측으로 일방향 진행하는 과정에서 핫프레스공정을 수행하는 열압착기 또는 커팅공정을 수행하는 타발기와 같은 설비와 대응하도록 구비되는 것으로, 이러한 이송장치(100)는 제1작동부(110), 제2작동부(120) 및 제3작동부(130)를 포함하여 상기 열압착기 또는 타발기에서 가공대상물인 접합체라인의 정지 및 이송동작을 반복적으로 수행하는 것이다.
상기 제1작동부(110)는 상기 접합체라인(20a)의 양측테두리를 따라 일정간격을 두고 나란하게 배치되는 일정길이의 고정지지체(111)를 갖추고, 상기 접합체라인의 양측에 배치되는 좌우한쌍의 고정지지체(111)의 각 상부면에는 활주이동가능하게 조립되는 대략 사각판상의 제1슬라이더(112)를 포함할 수 있다.
상기 제1엑추에이터(113)는 고정지지체(111)의 내부공간에 배치되는 스크류축을 회전구동시키는 모터부재로 이루어지고, 상기 제1슬라이더(112)는 상기 스크류축과 나사결합되어 상기 고정지지체의 내부공간에서 왕복이동되는 이동체와 연결되어 상기 고정지지체의 상부면에 활주이동가능하게 조립되는 이동부재이다.
이에 따라, 상기 제1엑추에이터(113)의 구동력에 의해서 상기 제1슬라이더(112)는 상기 제2작동부 및 제3작동부와 더불어 상기 접합체라인의 이송방향과 나란한 방향으로 왕복이동되고, 왕복이동거리는 상기 제1엑추에이터의 회전구동량에 의해서 조절될 수 있다.
여기서, 상기 제1엑추에이터와 결합되는 좌우한쌍의 고정지지체(111)는 고정프레임(105)의 상부에 좌우대칭구조를 갖도록 고정설치되고, 상기 고정프레임(105)은 접합체라인에 포함된 접합체(20)를 타발하는 상,하부금형(103,104)에 설치되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 핫프레스공정을 수행하는 상,하부금형을 갖는 열압착기에 설치될 수 있다.
상기 제2작동부(120)는 도 4, 도 5a, 도 5b 및 도 6a, 도 6b 에 도시한 바와 같이, 상기 제1슬라이더(112)의 상부면에 형성된 안내부(121a)와 이에 활주이동가능하게 조립되는 피안내부(121b)를 하부면에 구비하는 대략 사각판상의 제2슬라이더(122)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 안내부(121a)는 상기 제1슬라이더(112)의 상부면에 형성된 레일로 구비되고, 상기 피안내부(121b)는 상기 레일에 대응결합되는 레일홈으로 구비될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 서로 반대로 구비될 수 있다.
상기 제2슬라이더(122)에는 입출력 에어라인과 연결되어 로드선단이 왕복작동되는 에어실린더와 같은 제2엑추에이터(123)를 포함하고, 상기 제2엑추에이터(123)의 몸체일단은 상기 제1슬라이더(112)로부터 대략 직각으로 연장된 제1브라켓(124)에 고정설치되고, 상기 제2엑추에이터(123)의 로드선단인 작동단(123a)은 제2슬라이더(122)로부터 대략 직각으로 연장된 제2브라켓(125)에 걸림구속된다.
상기 제1,2브라켓(124,125)은 상기 제1슬라이더의 일측테두리와 상기 제2슬라이더의 일측테두리에 체결부재에 의해서 결합되는 수직한 판체로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제2엑추에이터(123)의 작동단(123a)은 상기 제2브라켓(125)의 상단에 함몰형성된 반원형 요홈에 올려져 걸림배치되는 환고리형 요홈을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1슬라이더의 상부에 적어도 하나 이상 구비되는 제2엑추에이터(123)의 작동단(123a)이 작동되면, 상기 제1슬라이더에 활주이동가능하게 조립된 제2슬라이더(122)는 상기 작동단과 제2브라켓간의 걸림연결에 의해서 상기 제3작동부와 더불어 상기 접합체라인(20a)과 직교하는 방향으로 왕복이동되는 것이다.
이로 인하여, 상기 제2슬라이더에 구비되는 제3작동부(130)는 상기 접합체라인(20a)의 양측테두리로 근접하도록 이동되거나 멀어지도록 복귀이동될 수 있는 것이다.
또한, 상기 제1슬라이더(112)의 일측에는 그리고 상기 제1슬라이더의 이동방향과 직교하는 폭방향으로의 상기 제2슬라이더(122)의 왕복이동을 제어할 수 있도록 상기 제2슬라이더의 일측테두리와 선단이 대응하는 스토퍼바(127)를 갖는 스토퍼용 브라켓(127a)을 포함할 수 있다.
상기 제3작동부(130)는 도 4, 도 5a 도 5b 및 도 7a, 도 7b 에 도시한 바와 같이, 상기 제2엑추에이터에 의해서 접합체라인과 직교하는 방향으로 왕복이동되는 제2슬라이더에 구비되는 고정브라켓에 고정설치되는 제3엑추에이터(133)를 포함할 수 있다.
상기 제3엑추에이터(133)의 작동단(133a)에는 벌림 또는 오므림 작동되는 상,하부그리퍼(135,136)를 갖춤으로써 에어공급라인과 연결되는 제3엑추에이터(133)의 작동에 의해서 접합체라인의 양측테두리와 마주하도록 위치하는 상,하부그리퍼(135, 136)를 벌리거나 오므려 접합체라인의 양측테두리를 클램핑하거나 언클램핑하는 것이다.
이때, 상기 제3엑추에이터(133)의 작동단은 수직안내홈에 상하안내이동가능하게 조립되어 상기 상부그리퍼(135)와 연결되는 상부척과 상기 하부그리퍼(136)와 연결되는 하부척을 포함하여 상기 제3엑추에이터의 작동에 의해서 상,하부그리퍼를 서로 벌리거나 오므림작동시킬 수 있는 것이다.
상기 상부그리퍼(135)의 하부면과 상기 하부그리퍼(136)의 상부면에는 상기 제3엑추에이터의 작동에 의한 클램핑시 클램핑되는 접합체라인의 양측테두리의 손상을 방지할 수 있도록 고무판이나 수지판과 같은 상,하부접촉부재(135a,136b)를 각각 교체가능하게 구비하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 제3엑추에이터(133)의 작동에 의해서 상기 상,하부그리퍼(135,136)가 오므림상태로 전환되면, 접합체라인의 양측테두리를 클램핑하여 고정하고, 상기 상,하부그리퍼(135,136)가 벌림상태로 복귀되면, 접합체라인의 양측테두리를 언클램핑하여 구속을 해제하게 된다.
상기한 구성을 갖는 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치(100)는 멤브레인 시트의 양면에 제1,2가스켓시트가 적층되어 형성되는 막전극 접합체(20)를 포함하는 접합체라인(20a)을 열압착기에서 일시정지시켜 열압착공정을 수행한 다음 이송방향으로 재이송하거나 상기 접합체라인(20a)을 타발기에서 일시정지시켜 막전극 접합체를 단위별로 절단하는 커팅공정을 수행한 다음 이송방향으로 재이송하는 것이다.
즉, 풀림롤과 권취롤사이에서 일방향으로 진행하는 접합체라인(20a)이 상기 열압착기 또는 타발기와 같은 설비에 일시정지되면, 상기 제2작동부(120)에 구비되는 제2엑추에이터(123)의 작동에 의해서 제1슬라이더(112)에 활주이동가능하게 조립된 제2슬라이더(122)가 접합체라인의 이송방향과 직교하는 방향인 폭방향으로 이동되기 때문에, 상기 제3작동부의 상,하부그리퍼(135,136)는 벌림상태로 접합체라인의 양측테두리측으로 근접하여 대기하게 된다.
이어서, 상기 제3엑추에이터(133)에 의해서 벌림상태의 상,하부그리퍼가 오므림상태로 전환하게 되어 접합체라인의 양측테두리가 클림핑되면, 상기 접합체라인의 양측테두리는 상,하부그리퍼에 의해서 클램핑되어 고정된다.
이러한 상태에서, 상기 열압착기에 열판으로 구비되는 상,하부금형의 합형작동에 의해서 멤브레인 시트의 양면에 제1,2가스켓시트가 적층되어 형성되는 막전극 접합체(20)를 열압착함으로써 멤브레인시트와 가스켓시트를 일체로 접합하거나 상기 타발기에 절단날로 구비되는 상,하부금형의 합형작동에 의해서 열압착된 막전극 접합체를 단위별로 절단하면서 접합체라인에는 천공부(20b)를 형성하게 된다.
이때, 상기 막전극 접합체를 열압착하는 핫프레스 공정이나 열압착된 막전극 접합체를 단위별로 절단하는 커팅공정을 수행하기 전, 접합체라인(20a)의 양측테두리를 클램핑하여 고정하고 있는 상태에서 상,하부그리퍼(135,136)를 제2엑추에이터의 복귀 작동에 의해서 접합체라인으로부터 멀어지는 방향으로 일정거리 이격시키면, 상기 상,하부그리퍼에 의해서 클램핑된 접합체라인의 평탄도를 확보할 수 있기 때문에 상,하부지그의 작동방향인 수직축에 대하여 직교하는 안정적인 수평도를 얻을 수 있는 것이다.
이로 인하여, 상기 열압착기의 상,하부 금형에 의한 핫프레스 공정이나 상기 타발기의 상,하부금형에 의한 커팅공정을 평탄하지 않은 불규칙한 접합체라인에서 수행하는 과정에서 발생할 수 있는 제품불량을 방지할 수 있다.
연속하여, 상기 열압착기에 의한 열압착공정과 상기 타발기에 의한 커팅공정이 종료됨과 동시에, 상기 제1엑추에이터의 작동에 의해서 제1슬라이더(112)를 접합체 이송방향과 동일한 방향으로 이동시키면, 상기 접합체라인의 양측테두리를 클램핑하여 고정하는 상,하부그리퍼와 더불어 제2작동부는 상기 제1슬라이더의 이송과 더불어 이동하게 된다.
이때, 상기 제1엑추에이터의 작동에 의한 제1슬라이더의 이송거리만큼 롤투롤 방식의 풀림롤과 권취롤의 회전구동에 의해서 접합체라인은 전체적으로 일정기리 이동하여 다음 공정을 연속하여 반복수행하게 된다.
그리고, 상기 제3엑추에이터의 작동에 의해서 상기 접합체라인의 양측테두리를 클램핑하고 있던 상,하부그리퍼를 벌림상태로 전환시킨 다음, 상기 제2엑추에이터의 작동에 의해서 상기 제3엑추에이터가 고정설치된 제2슬라이더를 접합체라인의 양측테두리로부터 멀어지도록 복귀이동시킨다.
이러한 상태에서, 상기 제1엑추에이터가 복귀작동하게 되면서 상기 제1슬라이더가 풀림롤측으로 복귀이동되면, 벌림상태로 전환된 상,하부그리퍼를 갖는 제3작동부는 제2슬라이더를 갖는 제2작동부와 더불어 후속하는 열압착공정이나 커팅공정을 수행할 수 있도록 초기위치로 복귀되어 후속 공정을 준비하게 되는 것이다.
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.

Claims (4)

  1. 멤브레인 시트의 양면에 제1,2가스켓시트가 적층되어 형성되는 막전극 접합체를 포함하는 접합체라인을 이송하는 장치에 있어서,
    상기 접합체라인의 양측테두리를 따라 나란하게 배치되는 일정길이의 고정지지체를 갖추고, 상기 고정지지체의 상부면에 활주이동가능하게 조립되는 제1슬라이더를 갖추어 제1엑추에이터의 구동력에 의해서 상기 접합체라인의 이송방향으로 상기 제1슬라이더를 왕복이동시키는 제1작동부 ;
    상기 제1슬라이더의 상부면에 형성된 안내부와 활주이동가능하게 조립되는 피안내부를 하부면에 구비하는 제2슬라이더를 갖추고, 상기 제1슬라이더로부터 연장된 제1브라켓에 고정설치되는 제2엑추에이터를 갖추어 상기 제2슬라이더로부터 연장된 제2브라켓과 작동단이 연결되는 제2엑추에이터에 의해서 상기 제2슬라이더를 상기 접합체라인과 직교하는 방향으로 왕복이동시키는 제2작동부 ; 및
    상기 제2슬라이더에 고정설치되는 제3엑추에이터를 갖추고, 상기 제3엑추에이터의 작동단에 벌림 또는 오므림 작동되는 상,하부그리퍼를 갖추어 상기 제3엑추에이터에 의해서 접합체라인의 양측테두리와 마주하는 상,하부그리퍼를 벌리거나 오므려 접합체라인을 클램핑하거나 언클램핑하는 제3작동부 ; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2엑추에이터의 작동단은 상기 제2브라켓의 상단에 함몰형성된 반원형 요홈에 올려져 걸림배치되는 환고리형 요홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3엑추에이터의 작동단은 수직안내홈에 상하안내이동가능하게 조립되고, 상기 상부그리퍼와 연결되는 상부척과, 상기 하부그리퍼와 연결되는 하부척을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부그리퍼의 하부면과 상기 하부그리퍼의 상부면에는 클램핑시 클램핑되는 접합체라인의 양측테두리의 손상을 방지할 수 있도록 상,하부 접촉부재를 각각 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 수소 연료전지용 막전극 접합체 이송장치.
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