WO2021070979A1 - 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법 - Google Patents

수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법 Download PDF

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WO2021070979A1
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hydrogen
cooling water
metal plate
outlet
inlet
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PCT/KR2019/013126
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안병두
박순진
권영진
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에스 티 (주)
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a metal separation plate for a hydrogen fuel cell stack, and in particular, a method of manufacturing a metal separation plate for a hydrogen fuel cell stack capable of preventing easily deformed and damaged when manufacturing a metal separation plate constituting a stack. It is about.
  • a fuel cell system is a type of power generation system that directly converts chemical energy possessed by fuel into electrical energy.
  • the fuel cell system is a fuel cell stack that generates electric energy, a fuel supply device that supplies fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, an air supply device that supplies oxygen in the air, an oxidizing agent required for an electrochemical reaction, to the fuel cell stack. And a heat and water management device for removing reaction heat of the fuel cell stack to the outside of the system and controlling the operating temperature of the fuel cell stack.
  • a fuel cell stack applied to a fuel cell vehicle consists of a continuous array of unit cells, and each unit cell has a membrane electrode assembly (MEA) located at the innermost side.
  • MEA membrane electrode assembly
  • the membrane electrode assembly includes an electrolyte membrane capable of moving hydrogen ions (Proton), and a catalyst layer, that is, a cathode and an anode, coated on both sides of the electrolyte membrane so that hydrogen and oxygen can react.
  • an electrolyte membrane capable of moving hydrogen ions (Proton)
  • a catalyst layer that is, a cathode and an anode, coated on both sides of the electrolyte membrane so that hydrogen and oxygen can react.
  • a gas diffusion layer is positioned outside the membrane electrode assembly (MEA), that is, the outer portion where the cathode and the anode are located. Further, on the outside of the gas diffusion layer, a separation plate having a flow path is disposed to supply fuel and air to the cathode and anode and discharge water generated by the reaction.
  • the stack constituting the hydrogen fuel cell as described above requires a metal separation plate.
  • the metal separation plate is deformed, resulting in a large number of parts.
  • the present invention is to solve the above-described problem, and provides a method of manufacturing a metal separation plate for a hydrogen fuel cell stack capable of preventing the metal separation plate from being easily deformed or damaged when manufacturing the metal separation plate constituting the stack. There is a purpose.
  • the method of manufacturing a metal separation plate for a hydrogen fuel cell stack of the present invention is a method of manufacturing a metal separation plate disposed on both sides of a membrane electrode assembly in a hydrogen fuel cell stack.
  • a notching step of removing excess portions from the circumference of the metal plate wherein the hydrogen inlet, cooling water inlet and air inlet are formed on one side of the flow path, and the hydrogen outlet, cooling water outlet, and air are formed on the other side of the flow path.
  • An outlet is formed, and the cooling water inlet, cooling water outlet
  • the flow path includes a horizontal groove portion in which a plurality of grooves are formed in parallel in a horizontal direction at a center of the metal plate; A first inclined groove in which a plurality of grooves are inclined in the direction of the hydrogen inlet at one side of the horizontal groove; Consisting of a second inclined groove in which a plurality of grooves are inclined in the direction of the hydrogen outlet on the other side of the horizontal groove, the horizontal groove, the first inclined groove, and the second inclined groove are formed together in the drawing step.
  • the flow path includes a third inclined groove formed at one side of the horizontal groove to be inclined toward the cooling water inlet; And a third inclined groove formed inclined in the direction of the cooling water outlet from the other side of the horizontal groove, but in the drawing step, the horizontal groove, the first inclined groove, the second inclined groove, the third inclined groove, and the fourth Form the inclined grooves together.
  • the metal separating plate is separated from the metal plate.
  • the bead forming step is performed together with the drawing step, and the bead and the flow path are formed together by a press.
  • the drawing step of forming the flow path is performed by two or more pressing processes, it is possible to prevent the metal plate from being damaged or deformed by a strong force when the flow path is formed on the metal plate.
  • FIG. 1 is a flow chart of a method of manufacturing a metal separator for a hydrogen fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a metal plate in a state in which a first piercing step of a method of manufacturing a metal separation plate for a hydrogen fuel cell stack according to an embodiment of the present invention has been completed;
  • FIG. 3 is a metal plate in a state in which the bead forming step and the drawing step of the method of manufacturing a metal separator for a hydrogen fuel cell stack according to an embodiment of the present invention have been completed;
  • FIG. 4 is a metal plate in a state in which a second piercing step of a method of manufacturing a metal separator for a hydrogen fuel cell stack according to an embodiment of the present invention has been completed;
  • FIG. 5 is a metal plate in a state in which a first notching step and a second notching step of a method of manufacturing a metal separator for a hydrogen fuel cell stack according to an embodiment of the present invention have been completed.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a metal separator disposed on both sides of a membrane electrode assembly in a hydrogen fuel cell stack.
  • the method of manufacturing a metal separator for a hydrogen fuel cell stack of the present invention includes a first piercing step (S1), a bead forming step (S2), a drawing step (S3), and a first, as shown in FIG. It includes two piercing steps (S4) and notching steps (S5, S6).
  • the first piercing step (S1) is a step of forming the metal plate 10 through the hydrogen inlet 13a and the hydrogen outlet 13b, as shown in FIG. 2.
  • the metal plate 10 is made of a stainless steel material having good electrical conductivity and corrosion resistance of moisture.
  • the metal plate 10 is mounted on a vehicle and is made of a thin plate due to weight and volume restrictions.
  • the hydrogen inlet 13a and the hydrogen outlet 13b are formed to be spaced apart from each other on one side and the other side of the metal plate 10, and are formed in a diagonal direction.
  • the hydrogen inlet (13a) and the hydrogen outlet (13b) are formed by the first piercing step (S1). This is the step of molding the bead 12 of the.
  • a bead 12 having an uneven shape is formed along the outer periphery of the metal plate 10 using a press or the like.
  • the bead 12 may be formed in a single closed curve shape, or a plurality of beads 12 may be formed as separate lines.
  • the bead 12 is formed by bending the metal plate 10, thereby increasing the rigidity of the metal plate 10.
  • the bead 12 may improve the springback phenomenon of the metal plate 10.
  • the width of the bead 12 is 0.2 ⁇ 1.5mm.
  • the bead 12 is formed in a closed curve shape, and the hydrogen inlet 13a and the hydrogen outlet 13b are disposed inside the bead 12, and the outside of the bead 12
  • the pilot hole 11 is disposed on the side.
  • the drawing step (S3) is a step of forming a flow path 14 on the surface of the metal plate 10 by pressing, as shown in FIG. 3.
  • the flow path 14 is formed as a groove and a protrusion between the hydrogen inlet 13a and the hydrogen outlet 13b and connects the hydrogen inlet 13a and the hydrogen outlet 13b.
  • the drawing step (S3) may be performed after the bead forming step (S2) as shown in Fig. 1(a), or the bead forming step (S2) as shown in Fig. 1(b)
  • the bead 12 and the flow path 14 may be molded together by being formed together at the same time.
  • FIG. 3 of this embodiment the metal plate 10 after performing the bead forming step S2 and the drawing step S3 together is shown.
  • the drawing step (S3) may be formed to have a predetermined depth of the flow path 14 through one pressing process, but it is preferable to shape the flow path 14 through two or more pressing processes.
  • the dimensional accuracy of the flow path 14 can be secured while removing the stress of the metal plate 10. It is possible to prevent the metal plate 10 from being damaged by a strong force when the flow path 14 is formed.
  • the second piercing step (S4) is a step of forming the metal plate 10 through the cooling water inlet 15a, the cooling water outlet 15b, the air inlet 16a, and the air outlet 16b.
  • the cooling water inlet 15a and the air inlet 16a are formed on one side of the flow path 14, and the cooling water outlet 15b and the air outlet 16b are formed on the other side of the flow path 14.
  • the hydrogen inlet 13a, the cooling water inlet 15a, and the air inlet 16a are formed on one side of the flow path 14, and the hydrogen outlet 13b and the cooling water outlet ( 15b) and an air outlet 16b are formed.
  • the drawing step (S3) of forming the flow path (14) By forming after, it is possible to prevent the shape of the cooling water inlet (15a), the cooling water outlet (15b), the air inlet (16a) and the air outlet (16b) from changing.
  • the cooling water inlet 15a, the cooling water outlet 15b, the air inlet 16a, and the air outlet 16b are first formed and the flow path 14 is formed by pressing, the cooling water inlet 15a, the cooling water
  • the shapes of the outlet 15b, the air inlet 16a, and the air outlet 16b may be modified.
  • the cooling water inlet 15a, the cooling water outlet 15b, the air inlet 16a, and the air outlet 16b are formed. ), the shape of the cooling water outlet 15b, the air inlet 16a, and the air outlet 16b can be prevented from being deformed.
  • the flow path 14 formed in the metal plate 10 includes a horizontal groove 14a, a first inclined groove 14b, and a second inclined groove 14c.
  • the horizontal groove portion 14a is a portion in which a plurality of grooves are formed in parallel in the horizontal direction from the center of the metal plate 10.
  • the first inclined groove portion 14b is a portion in which a plurality of grooves are formed inclined toward the hydrogen inlet 13a from one side of the horizontal groove portion 14a.
  • the second inclined groove portion 14c is a portion in which a plurality of grooves are inclined toward the hydrogen outlet 13b from the other side of the horizontal groove portion 14a.
  • the flow path 14 may further include a third inclined groove portion 14d and a fourth inclined groove portion 14e.
  • the third inclined groove portion 14d is a portion formed to be inclined toward the cooling water inlet 15a from one side of the horizontal groove portion 14a.
  • the fourth inclined groove portion 14e is a portion formed to be inclined toward the cooling water outlet 15b from the other side of the horizontal groove portion 14a.
  • the horizontal groove (14a), the first inclined groove (14b), the second inclined groove (14c), the third inclined groove (14d), and the fourth inclined groove (14e) are formed together.
  • Hydrogen introduced through the hydrogen inlet 13a passes through the flow path 14 and is transferred to a membrane electrode assembly (not shown) facing the metal separator, and the remaining amount is discharged through the hydrogen outlet 13b. .
  • Air introduced through the air inlet 16a passes through the flow path 14 and is transferred to the membrane electrode assembly facing the metal separator, and the remaining amount is discharged through the air outlet 16b.
  • the hydrogen flowing out from the cooling water inlet 15a is discharged through the cooling water outlet 15b through the stack.
  • the notching step is a step of removing excess portions from the circumference of the metal plate 10.
  • the notching step it consists of a first notching step (S5) and a second notching step (S6).
  • the first notching step (S5) is a step of forming four first through holes 17a in the corners of the bead 12 formed around the metal plate 10.
  • the second notching step is a step of forming a second through hole 17b connecting the four first through holes 17a inside the bead 12 formed around the metal plate 10.
  • the metal separating plate which is a finished product, is separated from the metal plate 10 by the first through hole 17a and the second through hole 17b.
  • the method of manufacturing a metal separator for a hydrogen fuel cell stack according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be implemented with various modifications within the scope of the technical idea of the present invention.
  • the present invention can be applied to a method of manufacturing a metal separator constituting a hydrogen fuel cell stack, and thus has industrial applicability.

Abstract

본 발명의 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법은, 금속판에 수소입구와 수소출구를 관통하여 형성하는 제1피어싱단계와; 프레스로 상기 금속판의 외곽을 따라 요철모양의 비드를 성형하는 비드성형단계와; 프레스로 상기 금속판의 표면에 상기 수소입구와 수소출구를 연결하는 유로를 형성하는 드로잉단계와; 상기 금속판에 냉각수입구, 냉각수출구, 공기입구 및 공기출구를 관통하여 형성하는 제2피어싱단계와; 상기 금속판의 둘레에서 잉여부분을 제거하는 노칭단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 유로의 일측에 상기 수소입구, 냉각수입구 및 공기입구가 형성되고, 상기 유로의 타측에 상기 수소출구, 냉각수출구 및 공기출구가 형성되며, 상기 제2피어싱단계에 의해 형성되는 상기 냉각수입구, 냉각수출구, 공기입구 및 공기출구는 상기 드로잉단계 이후에 형성되고, 상기 드로잉단계에서는 2번 이상의 가압공정을 통해 상기 유로를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법
본 발명은 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 스택을 구성하는 금속분리판의 제조시 쉽게 변형 및 파손되는 것을 방지할 수 있는 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 바와 같이 연료 전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템이다.
연료 전지 시스템은 크게 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료 전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급장치, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물 관리 장치를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성으로 연료 전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중 산소의 전기 화학 반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응 부산물로서 열과 물을 배출하게 된다.
연료 전지 자동차에 적용되고 있는 연료 전지 스택은 단위 셀이 연속적으로 배열되어 구성되는데, 각 단위 셀은 가장 안쪽에 막 전극 어셈블리 (MEA: Membrane Electrode Assembly)가 위치한다.
그리고 상기 막 전극 어셈블리는 수소 이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 캐소드 및 애노드로 구성되어 있다.
또한, 상기 막 전극 어셈블리 (MEA)의 바깥 부분, 즉 캐소드 및 애노드가 위치한 바깥 부분에는 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 위치한다. 그리고 상기 가스 확산층의 바깥 쪽에는 연료와 공기를 캐소드 및 애노드로 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로가 형성된 분리판이 위치한다.
따라서 수소와 산소가 각각의 촉매층에 의한 화학 반응으로 이온화가 이루어져서, 수소 쪽은 수소 이온과 전자가 발생하는 산화 반응을 하고, 산소 쪽은 산소 이온이 수소 이온과 반응하여 물이 생성되는 환원 반응을 한다.
캐소드에서는 전해질막을 통하여 공급된 수소 이온과 분리판을 통하여 전달된 전자가 공기 공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중의 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다.
이때 일어나는 수소 이온의 이동에 의해, 외부 도선을 통한 전자의 흐름으로 전류가 생성되고, 아울러 물 생성 반응에서 열도 부수적으로 발생하게 된다.
위와 같은 수소연료전지를 구성하는 스택에는 금속분리판을 필요로 하는데, 상기 금속분리판을 제조하는 종래의 방법에 의할 경우 상기 금속분리판이 변형되어 분량품이 많이 발생하게 되는 문제점 등이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스택을 구성하는 금속분리판의 제조시 금속분리판이 쉽게 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있는 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법은, 수소연료전지 스택에서 막전극어셈블리의 양측에 배치되는 금속분리판의 제조방법에 있어서, 금속판에 수소입구와 수소출구를 관통하여 형성하는 제1피어싱단계와; 프레스로 상기 금속판의 외곽을 따라 요철모양의 비드를 성형하는 비드성형단계와; 프레스로 상기 금속판의 표면에 상기 수소입구와 수소출구를 연결하는 유로를 형성하는 드로잉단계와; 상기 금속판에 냉각수입구, 냉각수출구, 공기입구 및 공기출구를 관통하여 형성하는 제2피어싱단계와; 상기 금속판의 둘레에서 잉여부분을 제거하는 노칭단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 유로의 일측에 상기 수소입구, 냉각수입구 및 공기입구가 형성되고, 상기 유로의 타측에 상기 수소출구, 냉각수출구 및 공기출구가 형성되며, 상기 제2피어싱단계에 의해 형성되는 상기 냉각수입구, 냉각수출구, 공기입구 및 공기출구는 상기 드로잉단계 이후에 형성되고, 상기 드로잉단계에서는 2번 이상의 가압공정을 통해 상기 유로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 유로는, 금속판의 중심부에서 수평방향으로 다수개의 홈이 평행하게 형성된 수평홈부와; 상기 수평홈부의 일측에서 상기 수소입구 방향으로 다수개의 홈이 경사지게 형성된 제1경사홈부와; 상기 수평홈부의 타측에서 상기 수소출구 방향으로 다수개의 홈이 경사지게 형성된 제2경사홈부;로 이루어지되, 상기 드로잉단계에서는 상기 수평홈부, 제1경사홈부, 제2경사홈부를 함께 성형한다.
상기 유로는, 상기 수평홈부의 일측에서 상기 냉각수입구 방향으로 경사지게 형성된 제3경사홈부와; 상기 수평홈부의 타측에서 상기 냉각수출구 방향으로 경사지게 형성된 제3경사홈부;를 더 포함하여 이루어지되, 상기 드로잉단계에서는 상기 수평홈부, 제1경사홈부, 제2경사홈부, 제3경사홈부, 제4경사홈부를 함께 성형한다.
상기 노칭단계에서는, 상기 금속판의 둘레에 형성된 상기 비드의 안쪽에서 모서리 부분에 4개의 제1관통공을 형성하는 제1노칭단계와; 상기 금속판의 둘레에 형성된 비드의 안쪽에서 4개의 상기 제1관통공을 연결하는 제2관통공을 형성하는 제2노칭단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 제1관통공 및 제2관통공의 형성된 금속분리판이 금속판으로부터 분리된다.
상기 비드성형단계는 상기 드로잉단계와 함께 이루어지되, 프레스에 의해 상기 비드와 유로가 함께 성형된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 유로를 성형하는 드로잉단계가 2번 이상의 가압공정으로 이루어지도록 함으로서, 금속판에 유로를 성형할 때 강한 힘에 의해 금속판이 파손 및 변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 비드를 형성함으로서, 금속판에 유로 등을 성형할 때 금속판이 변형되는 것을 방지하고 스프링백 되는 현상으로 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법의 순서도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법의 제1피어싱단계를 마친 상태의 금속판,
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법의 비드성형단계 및 드로잉단계를 마친 상태의 금속판,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법의 제2피어싱단계를 마친 상태의 금속판,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법의 제1노칭단계 및 제2노칭단계를 마친 상태의 금속판.
본 발명은 수소연료전지 스택에서 막전극어셈블리의 양측에 배치되는 금속분리판의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1피어싱단계(S1)와, 비드성형단계(S2)와, 드로잉단계(S3)와, 제2피어싱단계(S4)와, 노칭단계(S5,S6)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1피어싱단계(S1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 금속판(10)에 수소입구(13a)와 수소출구(13b)를 관통하여 형성하는 단계이다.
상기 금속판(10)은 전기전도성과 수분의 내식성이 좋은 스테인레스 강 재질로 이루어지도록 한다.
이러한 상기 금속판(10)은 차량에 탑재되어 중량 및 부피 제한 등으로 박판으로 이루어진다.
상기 수소입구(13a)와 수소출구(13b)는 상기 금속판(10)의 일측과 타측에서 상호 이격되어 형성되어 있고, 상호 대각선 방향에 형성된다.
상기 제1피어싱단계(S1)는 상기 수소입구(13a) 및 수소출구(13b) 뿐만 아니라, 파일럿홀(11)을 함께 형성하도록 한다.
상기 비드성형단계(S2)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1피어싱단계(S1)에 의해 상기 수소입구(13a)와 수소출구(13b)가 형성된 상기 금속판(10)의 외곽에 요철모양의 비드(12)를 성형하는 단계이다.
보다 구체적으로 상기 비드성형단계(S2)는 프레스 등을 이용하여 상기 금속판(10)의 외곽을 따라 요철모양의 비드(12)를 성형한다.
이때, 상기 비드(12)는 하나의 폐곡선 형상으로 이루어질 수도 있고, 다수개가 상호 분리된 선으로 이루어질 수도 있다.
상기 비드(12)는 상기 금속판(10)이 절곡되어 형성됨으로서, 상기 금속판(10)의 강성 등을 증가시키게 된다.
특히, 상기 금속판(10)의 외곽에 상기 비드(12)를 성형함으로서, 후술하는 상기 드로잉단계(S3)에서 유로(14) 등을 성형할 때 상기 금속판(10)이 변형되거나 연신되는 것을 조절할 수 있으며, 상기 비드(12)에 의해 상기 금속판(10)의 스프링백 현상을 개선할 수 있다.
상기 비드(12)의 폭은 0.2~1.5mm가 되도록 함이 바람직하다.
본 실시예의 도면에서 상기 비드(12)는 폐곡선 형상으로 형성되어 있고, 상기 비드(12)의 안쪽에 상기 수소입구(13a) 및 수소출구(13b)가 배치되어 있으며, 상기 비드(12)의 바깥쪽에 상기 파일럿홀(11)이 배치되어 있다.
상기 드로잉단계(S3)는 도 3에 도시된 바와 같이, 프레스로 상기 금속판(10)의 표면에 유로(14)를 형성하는 단계이다.
상기 유로(14)는 상기 수소입구(13a)와 상기 수소출구(13b) 사이에 홈 및 돌기로 형성되면서 상기 수소입구(13a)와 수소출구(13b)를 연결한다.
이러한 상기 드로잉단계(S3)는, 도 1(a)에 나타나 있는 바와 같이 상기 비드성형단계(S2) 이후에 이루어질 수도 있고, 도 1(b)에 나타나 있는 바와 같이 상기 비드성형단계(S2)와 함께 동시에 이루어도록 하여 상기 비드(12)와 유로(14)가 함께 성형되도록 할 수도 있다.
본 실시예의 도 3에는 상기 비드성형단계(S2)와 드로잉단계(S3)을 함께 수행한 이후의 금속판(10)이 도시되어 있다.
상기 드로잉단계(S3)는 한번의 가압공정을 통해 상기 유로(14)의 미리 설정된 깊이를 갖도록 성형할 수도 있지만, 2번 이상의 가압공정을 통해 상기 유로(14)를 성형하도록 함이 바람직하다.
위와 같이 상기 드로잉단계(S3)에서 다수번의 가압공정을 통해 상기 유로(14)가 미리 설정된 깊이를 갖도록 성형함으로서, 상기 금속판(10)의 응력을 제거하면서 상기 유로(14)의 치수 정밀도를 확보할 수 있으며, 상기 유로(14) 성형시 강한 힘에 의해 상기 금속판(10)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2피어싱단계(S4)는 상기 금속판(10)에 냉각수입구(15a), 냉각수출구(15b), 공기입구(16a) 및 공기출구(16b)를 관통하여 형성하는 단계이다.
상기 냉각수입구(15a) 및 공기입구(16a)는 상기 유로(14)의 일측에 형성되고, 상기 냉각수출구(15b) 및 공기출구(16b)는 상기 유로(14)의 타측에 형성된다.
따라서, 상기 유로(14)의 일측에는 상기 수소입구(13a), 냉각수입구(15a) 및 공기입구(16a)가 형성되고, 상기 유로(14)의 타측에는 상기 수소출구(13b), 냉각수출구(15b) 및 공기출구(16b)가 형성된다.
상기 냉각수입구(15a), 냉각수출구(15b), 공기입구(16a) 및 공기출구(16b)를 형성하는 상기 제2피어싱단계(S4)를, 상기 유로(14)를 형성하는 상기 드로잉단계(S3) 이후에 형성함으로서, 상기 냉각수입구(15a), 냉각수출구(15b), 공기입구(16a) 및 공기출구(16b)의 형상이 변화되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 상기 냉각수입구(15a), 냉각수출구(15b), 공기입구(16a) 및 공기출구(16b)를 먼저 형성하고 프레스로 상기 유로(14)를 형성하게 되면, 상기 냉각수입구(15a), 냉각수출구(15b), 공기입구(16a) 및 공기출구(16b)의 형상이 변형될 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 유로(14)를 성형하고 난 이후에, 상기 냉각수입구(15a), 냉각수출구(15b), 공기입구(16a) 및 공기출구(16b)를 형성하기 때문에, 상기 냉각수입구(15a), 냉각수출구(15b), 공기입구(16a) 및 공기출구(16b)의 형상이 변형되는 것을 방지할 수 있다.
상기 금속판(10)에 형성된 상기 유로(14)는, 수평홈부(14a)와, 제1경사홈부(14b)와, 제2경사홈부(14c)로 이루어진다.
상기 수평홈부(14a)는, 금속판(10)의 중심부에서 수평방향으로 다수개의 홈이 평행하게 형성된 부분이다.
상기 제1경사홈부(14b)는, 상기 수평홈부(14a)의 일측에서 상기 수소입구(13a) 방향으로 다수개의 홈이 경사지게 형성된 부분이다.
상기 제2경사홈부(14c)는, 상기 수평홈부(14a)의 타측에서 상기 수소출구(13b) 방향으로 다수개의 홈이 경사지게 형성된 부분이다.
상기 드로잉단계(S3)에서는 상기 수평홈부(14a), 제1경사홈부(14b), 제2경사홈부(14c)를 함께 성형한다.
상기 유로(14)는, 제3경사홈부(14d)와 제4경사홈부(14e)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기 제3경사홈부(14d)는, 상기 수평홈부(14a)의 일측에서 상기 냉각수입구(15a) 방향으로 경사지게 형성된 부분이다.
상기 제4경사홈부(14e)는, 상기 수평홈부(14a)의 타측에서 상기 냉각수출구(15b) 방향으로 경사지게 형성된 부분이다.
상기 드로잉단계(S3)에서는 상기 수평홈부(14a), 제1경사홈부(14b), 제2경사홈부(14c), 제3경사홈부(14d), 제4경사홈부(14e)를 함께 성형한다.
상기 수소입구(13a)를 통해 유입되는 수소는 상기 유로(14)를 통과하면서 상기 금속분리판과 대면하는 막전극어셈블리(미도시)로 전달되고, 잔량은 상기 수소출구(13b)를 통해 배출된다.
상기 공기입구(16a)를 통해 유입되는 공기는 상기 유로(14)를 통과하면서 상기 금속분리판과 대면하는 상기 막전극어셈블리로 전달되고, 잔량은 상기 공기출구(16b)를 통해 배출된다.
그리고, 상기 냉각수입구(15a)에서 유출된 수소는 스택을 거쳐 상기 냉각수출구(15b)를 통해 배출된다.
상기 노칭단계는 상기 금속판(10)의 둘레에서 잉여부분을 제거하는 단계이다.
상기 노칭단계에서는, 제1노칭단계(S5)와 제2노칭단계(S6)로 이루어진다.
상기 제1노칭단계(S5)는, 상기 금속판(10)의 둘레에 형성된 상기 비드(12)의 안쪽에서 모서리 부분에 4개의 제1관통공(17a)을 형성하는 단계이다.
상기 제2노칭단게는, 상기 금속판(10)의 둘레에 형성된 상기 비드(12)의 안쪽에서 4개의 상기 제1관통공(17a)을 연결하는 제2관통공(17b)을 형성하는 단계이다.
상기 제1관통공(17a) 및 제2관통공(17b)에 의해, 완제품인 금속분리판이 금속판(10)으로부터 분리되게 된다.
상기 노칭단계를 2단계로 분리하여 수행하도록 함으로서, 박판으로 이루어진 상기 금속판(10)이 변형되는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명인 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
본 발명은 수소연료전지 스택을 구성하는 금속분리판을 제조하는 방법에 적용될 수 있어, 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (5)

  1. 수소연료전지 스택에서 막전극어셈블리의 양측에 배치되는 금속분리판의 제조방법에 있어서,
    금속판에 수소입구와 수소출구를 관통하여 형성하는 제1피어싱단계와;
    프레스로 상기 금속판의 외곽을 따라 요철모양의 비드를 성형하는 비드성형단계와;
    프레스로 상기 금속판의 표면에 상기 수소입구와 수소출구를 연결하는 유로를 형성하는 드로잉단계와;
    상기 금속판에 냉각수입구, 냉각수출구, 공기입구 및 공기출구를 관통하여 형성하는 제2피어싱단계와;
    상기 금속판의 둘레에서 잉여부분을 제거하는 노칭단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 유로의 일측에 상기 수소입구, 냉각수입구 및 공기입구가 형성되고,
    상기 유로의 타측에 상기 수소출구, 냉각수출구 및 공기출구가 형성되며,
    상기 제2피어싱단계에 의해 형성되는 상기 냉각수입구, 냉각수출구, 공기입구 및 공기출구는 상기 드로잉단계 이후에 형성되고,
    상기 드로잉단계에서는 2번 이상의 가압공정을 통해 상기 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 유로는,
    금속판의 중심부에서 수평방향으로 다수개의 홈이 평행하게 형성된 수평홈부와;
    상기 수평홈부의 일측에서 상기 수소입구 방향으로 다수개의 홈이 경사지게 형성된 제1경사홈부와;
    상기 수평홈부의 타측에서 상기 수소출구 방향으로 다수개의 홈이 경사지게 형성된 제2경사홈부;로 이루어지되,
    상기 드로잉단계에서는 상기 수평홈부, 제1경사홈부, 제2경사홈부를 함께 성형하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 유로는,
    상기 수평홈부의 일측에서 상기 냉각수입구 방향으로 경사지게 형성된 제3경사홈부와;
    상기 수평홈부의 타측에서 상기 냉각수출구 방향으로 경사지게 형성된 제3경사홈부;를 더 포함하여 이루어지되,
    상기 드로잉단계에서는 상기 수평홈부, 제1경사홈부, 제2경사홈부, 제3경사홈부, 제4경사홈부를 함께 성형하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법.
  4. 청구항1에 있어서,
    상기 노칭단계에서는,
    상기 금속판의 둘레에 형성된 상기 비드의 안쪽에서 모서리 부분에 4개의 제1관통공을 형성하는 제1노칭단계와;
    상기 금속판의 둘레에 형성된 비드의 안쪽에서 4개의 상기 제1관통공을 연결하는 제2관통공을 형성하는 제2노칭단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 제1관통공 및 제2관통공의 형성된 금속분리판이 금속판으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법.
  5. 청구항1에 있어서,
    상기 비드성형단계는 상기 드로잉단계와 함께 이루어지되,
    프레스에 의해 상기 비드와 유로가 함께 성형되는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 스택용 금속분리판의 제조방법.
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