WO2023128653A1 - 연료전지용 분리판 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

연료전지용 분리판 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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WO2023128653A1
WO2023128653A1 PCT/KR2022/021596 KR2022021596W WO2023128653A1 WO 2023128653 A1 WO2023128653 A1 WO 2023128653A1 KR 2022021596 W KR2022021596 W KR 2022021596W WO 2023128653 A1 WO2023128653 A1 WO 2023128653A1
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mold
molding
pressing
roll
fuel cell
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PCT/KR2022/021596
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정효태
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주식회사 솔룸신소재
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H01M50/406—Moulding; Embossing; Cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E60/50—Fuel cells
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the flow path formed in the material may be pressed to be formed deeper than the edge, and the sidewall may be pressed to be formed higher than the edge.
  • the material in the second pressing step, is pressed to the height of the edge of the molding so as to increase the area of the upper surface of the side wall formed by the first pressing, or is lower than the height of the edge. It can be pressed into position.
  • FIG. 2 is a view showing a lower molded part and a molded article of the primary mold according to the 'C' region of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a preparation step according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a transfer step according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view showing a mold replacement step according to another embodiment of the present invention.
  • 25 is a view showing a structure in which a secondary molding according to another embodiment of the present invention is pressed in a tertiary pressing step and transformed into a tertiary molding.
  • FIG. 1 is a view showing an apparatus for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a lower molding part 140 of a primary mold 100 according to a 'C' region of FIG. 1 and a molding ( 20).
  • the upper mold 110 is an upper mold formed on the upper part of the forging mold, and the upper molding part 120 is formed therein, and the material 10 can be pressed using a high-capacity press. .
  • the material 10 in contact with the upper mold 110 may be plastically deformed into a shape corresponding to the upper molding part 120 .
  • the flow path 21 may be a flow space formed in the separator for a fuel cell to supply hydrogen, oxygen, or air and immediately discharge water generated by the reaction to the outside.
  • the flow path 21 formed in the separator plate is formed deeper than the edge 23 serving as a reference surface, and the sidewall 22 serving as a rib is formed to protrude beyond the edge 23, thereby forming a secondary mold 300 to be described later.
  • the volume flattened in can be corrected.
  • the flow path forming parts respectively formed in the upper molding part 120 and the lower molding part 140 may be formed in different directions.
  • the flow path formed in the upper molding part 120 may be formed in left and right directions as shown in FIG. 1, and the flow path formed in the lower molding area 140 may be formed in front and rear directions.
  • the secondary mold 200 may include a pressure roll 210 rotating with a predetermined pressure and a roll die 230 having a lower alignment part 240 formed thereon.
  • the roll die 230 is a lower mold formed under the secondary mold, and has a lower aligning part 240 formed therein, and the molding 20 seated on the lower aligning part 240 is pressed by the pressure roll 210. It can be formed to support.
  • the lower alignment part 240 is formed in the same shape as the lower molding part 140, so that the lower surface (a) of the molding 20 can be coupled to the lower alignment part 240.
  • the lower aligning part 240 is the flow path 21 of the molding 20 to support the molding 20 from the bottom when the pressure roll 210 presses the upper surface (b) of the molding 20.
  • It may be formed in a shape corresponding to the side wall 22 and the edge 23.
  • the lower aligning part 240 is attached to the flow path 21 so that the flow path 21 of the molding 20 can be supported from the bottom when the pressure roll 210 presses the upper surface (b) of the molding 20. It is formed in a corresponding shape, and the side wall 22 may be formed at a height lower than the height of the side wall 22 so that it can be pressed by the roll die 230 .
  • the surface where the passage of the separator for fuel cell is formed can be flattened through the secondary mold 200, or the area where the passage where the membrane electrode assembly and the separator come into contact with is formed can be widened.
  • the secondary mold 200 presses the upper surface (b) of the molding 20 while the pressure roll 210 moves to the upper surface (b) of the molding 20 aligned with the roll die 230, the secondary mold
  • the roll die 230 of 200 is fixed, and the pressure roll 210 may be formed to move in a rotated and pressed state.
  • the secondary mold 200 presses the upper surface (b) of the molded article 20 while the molded article 20 arranged on the roll die 230 moves with the roll die 230, the secondary mold 200
  • the pressure roll 210 of ) may be fixed and the roll die 230 may be formed to be movable.
  • a flow path forming part for forming a flow path may be formed in the upper molding part 120 formed on the upper mold 110 and the lower molding part 140 formed on the lower mold 130 .
  • the passage shaping part may be formed as a concave-convex part having a complicated shape for forming a passage of a separator for a fuel cell.
  • the lower molding part 140 formed in the primary mold 100 in the preparation step (S200) includes a flow path molding part 141 formed as a protrusion and a rib molding part 142 formed as a groove. And it may include an edge molding part 143 formed on the edge of the lower molding part 140 .
  • the channel 21 is formed deeper than the edge 23 serving as the reference surface, and the sidewall 22 serving as a rib is higher than the edge 23, so that the second pressing (which will be described later)
  • the volume to be flattened in S300) may be corrected.
  • FIG. 13 is a diagram showing a transfer step (S400) according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a diagram showing a mold replacement step (S500) according to another embodiment of the present invention.
  • the transfer step (S400) may include an alignment step (S410) in which the passage 21 and the side wall 22 formed on the lower surface (a) of the molding 20 are coupled to and aligned with the lower alignment unit 240.
  • the lower molding part 140 formed on the lower mold 130 becomes the lower aligning part 240 formed on the roll die 230
  • the lower mold 130 of the first mold 100 is the second mold 200. It may be a roll die 230.
  • the additional mold may include a press mold capable of pressing and deforming the molding.
  • the contact surface with the electrode or current collector to which the separator is coupled is widened, and the power generation efficiency of the fuel cell can be increased.
  • the molding 20 may be formed into a secondary molding 40 after passing through the secondary pressing step (S300).
  • the flow path 21, the side wall 22, and the edge 23 formed on the lower surface (a) of the molded object 20 by being secondarily pressed in the X-axis direction are the secondary molded object 40. ) can be transformed into the passage 41, the side wall 42 and the edge 43.
  • the roll die 230 of the secondary mold 200 performing the pressure process may be fixed and the pressure roll 210 may be formed to move while pressing in a rotated state.
  • FIG. 27 is a view showing the roll die moving step (S320) in the secondary pressing step (S300).
  • FIGS. 28 and 29 are views showing a secondary pressing step (S300) and a secondary molding 70 according to another embodiment of the present invention.
  • the molding 20 is seated on the lower mold 230 so that the flow path is formed in the Z-axis direction, and the pressure roll 230 moves in the X-axis direction to form the molding 20.
  • the shape of the sidewall formed on the molding 20 can be deformed in one direction. That is, as shown in FIG. 29, the side wall 72-1 of the flow path 71-1 of the secondary molding 70 pressed by the second mold 200 is in the direction in which the pressure roll 230 is pressed. It is deformed only on one side, so the contact area of the upper surface can be increased.

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Abstract

본 발명은 연료전지용 분리판 제조 장치에 관한 것으로서, 상기 소재에 유로를 형성할 수 있도록 상부 성형부가 형성된 상형 및 하부 성형부가 형성된 하형을 포함하는 1차 금형; 및 상기 소재가 상기 1차 금형에서 가압되어 형성된 성형물을 재가압하여 상기 성형물에 형성된 상기 유로의 측벽 상부면을 평탄화시킬 수 있도록, 소정의 가압력을 가지며 회전하는 가압롤 및 하부 정렬부가 형성된 롤다이를 포함하는 2차 금형;을 포함할 수 있다.

Description

연료전지용 분리판 제조 장치 및 제조 방법
본 발명은 연료전지에 결합되는 분리판을 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 접촉면이 평탄한 연료전지용 분리판 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술로서, 산화물 전해질을 통해 산화제와 기상 연료를 전기화학적으로 반응시켜 직류 전기를 생산하는 에너지 전환 장치이다. 연료전지는 외부에서 연료와 산화제를 공급하여 연속적으로 전기를 생산할 수 있는 전지이며, 이때, 연료는 탄화수소, 알콜 등을 이용할 수 있으며, 산화제는 공기, 염소, 이산화 염소 등을 이용할 수 있다.
연료전지는 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고분자전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 직접메탄올 연료전지 (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC), 직접에탄올 연료전지 (Direct Ethanol Fuel Cell, DEFC), 인산형 연료전지 (Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), 직접탄소 연료전지 (Direct Carbon Fuel Cells, DCFC) 등이 있으며, 전해질 막을 중심으로 양측에 연료극과 공기극이 결합되어 막전극 접합체로 형성되고, 외측에 분리판이 형성되어 하나의 단위셀을 형성한다. 이러한 단위셀들이 적층되어 스택(stack)을 형성하며, 상기 스택은 냉각수 입출구, 연료 및 공기의 입출구가 형성되며, 엔드 플레이트 및 인클로저로 조립될 수 있다.
여기서, 분리판은 막전극 접합체의 외측에 형성되어 연료 및 공기가 유동될 수 있도록 유로를 형성하며, 각각의 단위셀를 연결할 때 공기극과 연료극을 전기적으로 연결하면서 기체의 혼합을 막을 수 있다.
대면적 고적층의 연료전지 스택은 다수의 분리판이 결합되며, 각각의 분리판에 유동되는 연료 및 공기의 유동성과 막전극 접합체와의 접촉면으로 이동되는 전자의 유동률에 의하여 스택 전체의 집전율에 많은 영향을 줄 수 있어, 유로의 형상 및 접촉면적의 설계가 중요하다.
또한, 분리판이 전체 스택의 가격의 40%에서 60%까지 차지하고 있어, 연료전지의 제조 비용 중 가장 높은 비중을 차지하고 있다. 이에, 연료전지의 제조 비용을 줄이기 위하여 분리판의 제조 비용 절감이 필요한 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 단조 공정으로 인하여 연료전지용 분리판을 제조할 수 있으며, 2차 가압을 통하여 분리판의 접촉면을 더욱 평탄하게 하거나, 접촉면적을 넓힐 수 있는 연료전지용 분리판 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 연료전지용 분리판 제조 장치는, 상기 소재에 유로를 형성할 수 있도록 상부 성형부가 형성된 상형 및 하부 성형부가 형성된 하형을 포함하는 1차 금형; 및 상기 소재가 상기 1차 금형에서 가압되어 형성된 성형물을 재가압하여 상기 성형물에 형성된 상기 유로의 측벽 상부면을 평탄화시킬 수 있도록, 소정의 가압력을 가지며 회전하는 가압롤 및 하부 정렬부가 형성된 롤다이를 포함하는 2차 금형;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 1차 금형은, 상기 소재의 상면 및 하면의 적어도 하나의 면 이상에 유로를 형성하는 유로 성형부; 상기 유로의 가장자리를 성형하는 가장자리 성형부; 및 상기 측벽을 형성하는 리브 성형부;를 포함하고, 상기 성형물에 형성된 상기 유로가 상기 가장자리 보다 깊게 성형되도록, 상기 유로 성형부가 상기 가장자리 성형부 보다 높게 형성되고, 상기 성형물에 형성된 상기 측벽이 상기 가장자리 보다 높게 형성되도록, 상기 리브 성형부가 상기 가장자리 성형부 보다 깊게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 2차 금형의 상기 가압롤은, 상기 측벽 상부면의 면적을 늘릴 수 있도록 상기 성형물의 상기 가장자리 위치까지 가압하거나, 또는, 상기 가장자리 높이보다 낮은 위치까지 가압하며 회전할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 2차 금형은, 상기 롤다이에 정렬된 상기 성형물의 상면으로 상기 가압롤이 이동하면서 상기 성형물의 상면을 가압하기 위하여, 상기 2차 금형의 상기 롤다이는 고정되고 상기 가압롤은 회전 및 가압한 상태로 이동할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 2차 금형은, 상기 롤다이에 정렬된 상기 성형물이 상기 롤다이와 이동하면서 상기 성형물의 상면을 가압하기 위하여, 상기 2차 금형의 상기 가압롤은 고정되고 상기 롤다이는 이동할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 성형물이 상기 2차 금형에서 가압되어 형성된 2차 성형물을 가압하여 상기 성형물의 다른면에 형성된 유로의 측벽 상부면을 평탄화시킬 수 있도록, 소정의 가압력을 가지며 회전하는 3차 가압롤 및 3차 정렬부가 형성된 롤다이를 포함하는 3차 금형;을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 연료전지용 분리판 제조 방법은, 상부 성형부가 형성된 상형 및 하부 성형부가 형성된 하형을 포함하는 1차 금형으로 소재를 이송하여 정렬하는 준비 단계; 상기 1차 금형으로 상기 소재를 가압하여 유로를 형성하는 1차 가압 단계; 및 소정의 가압력을 가지며 회전하는 가압롤 및 하부 정렬부가 형성된 롤다이를 포함하는 2차 금형으로 상기 소재가 1차 가압되어 형성된 상기 유로의 측벽 상부면을 평탄화시킬 수 있도록 재가압하는 2차 가압 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 1차 가압 단계는, 상기 소재에 형성된 상기 유로가 상기 가장자리보다 깊게 성형되도록 가압하고, 상기 측벽이 상기 가장자리 보다 높게 형성되도록 가압할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 2차 가압 단계는, 상기 소재가 1차 가압되어 형성된 상기 측벽 상부면의 면적을 늘릴 수 있도록 상기 성형물의 상기 가장자리 높이 위치까지 가압하거나, 또는, 상기 가장자리 높이보다 낮은 위치까지 가압할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 1차 가압 단계 이후에, 상기 1차 금형에서 성형된 상기 성형물을 상기 2차 금형으로 이송하는 이송 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 이송 단계는, 상기 성형물의 하면에 형성된 유로 및 측벽이 상기 하부 정렬부에 결합되어 정렬되는 정렬 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 1차 가압 단계 이후에, 상기 하형에 형성된 하부 성형부가 상기 롤다이에 형성된 하부 정렬부가 되고, 상기 1차 금형의 하형이 상기 2차 금형의 롤다이가 되어 상기 가압롤과 함께 상기 성형물을 2차 가압할 수 있도록, 상기 하형이 상기 가압롤 하부로 이동하는 금형 교체 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 2차 가압 단계는, 상기 2차 금형의 상기 롤다이는 고정되고 상기 가압롤은 회전된 상태로 가압하며 이동할 수 있도록 형성되어, 상기 롤다이에 정렬된 상기 성형물의 상면으로 상기 가압롤이 이동하면서 상기 상면을 가압하는 가압롤 이동 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 2차 가압 단계는, 상기 2차 금형의 상기 가압롤은 고정되고 상기 롤다이는 이동할 수 있도록 형성되어, 상기 롤다이에 정렬된 상기 성형물이 상기 롤다이와 이동하면서 상기 성형물의 상면을 가압하는 롤다이 이동 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 2차 가압 단계 이후에, 소정의 가압력을 가지며 회전하는 3차 가압롤 및 3차 정렬부가 형성된 롤다이를 포함하는 3차 금형으로, 상기 성형물이 상기 2차 금형에서 가압되어 형성된 2차 성형물을 가압하여 상기 2차 성형물의 다른면에 형성된 유로의 측벽 상부면을 평탄화시킬 수 있도록 가압하는 3차 가압 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 가압 단조 공정으로 연료전지용 분리판을 제조하여, 판재를 절곡하고 접합하는 공정에서 보다 생산률을 높이고, 균일한 제품의 생산이 가능하여 제품의 품질을 향상시키며, 제품의 강성 및 변형율에 유리할 수 있다.
또한, 2차 가압을 통하여 막전극 접합체가 접합하는 분리판의 접촉면을 평탄하게 하거나, 접촉면적을 넓혀 전자의 유동성을 늘릴 수 있으며, 연료 및 공기가 유동할 수 있는 유로의 면적을 확보함과 동시에 막전극 접합체와의 접촉면을 더욱 늘릴 수 있고, 접촉저항을 감소시켜 스택의 집전율을 높일 수 있어, 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 ‘C’영역에 따른 1차 금형의 하부 성형부 및 성형물을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차 금형을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 여러 실시예에 따른 연료전지용 분리판 제조 방법을 나타내는 순서도들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 준비 단계를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 가압 단계를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 1차 가압 단계 이후 1차 금형이 이형된 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송 단계를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금형 교체 단계를 나타내는 도면이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 가압 단계를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재가 2차 가압 단계로 가압되어 성형물로 변형된 구조를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 가압 단계를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형물이 2차 가압 단계로 가압되어 2차 성형물로 변형된 구조를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차 가압 단계를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 성형물이 2차 가압 단계로 가압되어 2차 성형물로 변형된 구조를 나타내는 도면이다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차 가압 단계를 나타내는 도면이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차 성형물이 3차 가압 단계로 가압되어 3차 성형물로 변형된 구조를 나타내는 도면이다.
도 26 및 도 27은 본 발명의 여러 실시예에 따른 2차 가압 단계를 나타내는 도면이다.
도 28 및 도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차 가압 단계 및 성형물을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
이하, 본 발명의 여러 실시예들에 따른 소재 가공 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 제조 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 ‘C’ 영역에 따른 1차 금형(100)의 하부 성형부(140) 및 성형물(20)을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예들에 따른 연료전지용 분리판 제조 장치는, 크게, 1차 금형(100) 및 2차 금형(200)을 포함할 수 있다.
1차 금형(100)은, 소재(10)에 유로를 형성할 수 있도록 상부 성형부(120)가 형성된 상형(110) 및 하부 성형부(140)가 형성된 하형(130)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상형(110)은 단조 금형의 상부에 형성된 상부 금형으로서, 내부에 상부 성형부(120)가 형성되고, 고용량의 프레스를 사용하여 소재(10)를 가압할 수 있다. 상형(110)에 맞닿은 소재(10)는 상부 성형부(120)에 대응되는 형상으로 소성 변형될 수 있다.
하형(130)은 상기 단조 금형의 하부에 형성된 하부 금형으로서, 내부에 하부 성형부(140)가 형성되고, 상형(110)에 대응되도록 형성되어 상형(110)과 합형될 수 있다.
이때, 상부 성형부(120) 및 하부 성형부(140)에는 소재(10)에 유로를 형성하기 위한 유로 성형부가 형성될 수 있다. 상기 유로 성형부는 연료전지용 분리판의 유로를 형성하기 위한 복잡한 형상의 요철부로 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 성형부(140)는, 유로 성형부(141), 리브 성형부(142) 및 가장자리 성형부(143)를 포함할 수 있다.
유로 성형부(141)는 소재(10)의 상면(b) 및 하면(a)의 적어도 하나의 면 이상에 유로(21)를 형성하고, 가장자리 성형부(143)는 유로(21)의 가장자리(23)를 성형하고, 리브 성형부(142)는 유로(21)의 측벽(22)을 형성할 수 있다.
예컨대, 하부 성형부(140)에 형성된 유로 성형부(141), 리브 성형부(142) 및 가장자리 성형부(143)를 통하여 소재(10)가 성형물(20)로 가공되며, 성형물(20)의 하면(b)에는 유로(21), 측벽(22) 및 가장자리(23)이 형성될 수 있다.
유로(21)는 연료전지용 분리판에 형성되어 수소, 산소 또는 공기를 공급하고 반응으로 생성된 물을 외부로 즉시에 배출하는 유동 공간일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하부 성형부(140)의 돌출된 형상으로 형성된 유로 성형부(141)가 가장자리 성형부(143)보다 높게 형성되어, 성형물(20)에 홈형상으로 형성된 유로(21)가 가장자리(23)보다 깊게 성형될 수 있다.
또한, 하부 성형부(140)의 홈형상으로 형성된 리브 성형부(142)가 가장자리 성형부(143)보다 깊게 형성되어, 성형물(20)에 돌출된 형상으로 형성된 측벽(22)이 가장자리(23)보다 높게 형성될 수 있다.
즉, 상기 분리판에 형성되는 유로(21)는 기준면이 되는 가장자리(23) 보다 깊게 형성되고, 리브가 되는 측벽(22)은 가장자리(23) 보다 돌출되도록 형성되어, 후술될 2차 금형(300)에서 평탄화되는 부피가 보정될 수 있다.
상부 성형부(120) 및 하부 성형부(140)에 각각 형성되는 유로 성형부는 서로 다른 방향으로 형성될 수 있다. 예컨대, 상부 성형부(120)에 형성되는 유로 성형부는 도 1과 같이 좌측 및 우측 방향으로 형성될 수 있으며, 하부 성형영역(140)에 형성되는 유로 성형부는 전면 및 후면 방향으로 형성될 수 있다.
이때, 가압되는 소재(10)는 연료전지에 결합되는 평판형 분리판을 포함할 수 있다. 예컨대, 상부 성형부(120) 및 하부 성형부(140)는 상기 분리판의 양면에 형성되는 연료유로 및 공기유로를 형성하기 위한 성형부이다.
상부 성형부(120) 및 하부 성형부(140)는 복잡한 유로 형상으로 형성될 수 있으며, 상부 성형부(120) 및 하부 성형부(140)에서 각각의 유로 성형부의 시작 지점과 마지막 지점을 연결하는 방향이 상부 성형부(120) 및 하부 성형부(140)의 유로 방향일 수 있다.
1차 금형(100)의 단조 공정을 통하여 소재(10)를 가공함으로써, 반응가스가 균일하게 분포할 수 있는 균일한 분리판 유로를 제조할 수 있으며, 다수의 유로를 가공시에도 균일하고 동일한 품질로 제조할 수 있다.
2차 금형(200)은, 소정의 가압력을 가지며 회전하는 가압롤(210) 및 하부 정렬부(240)가 형성된 롤다이(230)를 포함할 수 있다.
가압롤(210)은 롤다이(230)에 형성된 하부 정렬부(240)에 정렬되는 성형물(20)을 상부에서 가압할 수 있다. 이때, 가압롤(210)은 회전이 가능한 원기둥 형상의 롤 프레스 장치를 포함할 수 있다.
가압롤(210)은 성형물(20)의 가장자리(23) 높이까지 가압할 수 있다. 그리하여, 성형물(20)에 형성된 측벽(22)이 평탄화 되면서, 측벽(22)의 높이가 가장자리(23)의 높이와 동일하게 형성될 수 있다.
즉, 가압롤(210)은 소재(10)가 1차 금형(100)에서 가압되어 형성된 성형물(20)을 재가압하여 성형물(20)에 형성된 유로(21)의 측벽(22) 상부면을 평탄화시킬 수 있다.
롤다이(230)는 2차 금형의 하부에 형성된 하부 금형으로서, 내부에 하부 정렬부(240)가 형성되고, 하부 정렬부(240)에 안착된 성형물(20)이 가압롤(210)의 가압을 지지하도록 형성될 수 있다.
하부 정렬부(240)는 하부 성형부(140)의 형상과 동일하게 형성되어, 성형물(20)의 하면(a)이 하부 정렬부(240)에 결합될 수 있다.
구체적으로, 하부 정렬부(240)는 가압롤(210)이 성형물(20)의 상면(b)을 가압할 시, 하부에서 성형물(20)을 지지할 수 있도록 성형물(20)의 유로(21), 측벽(22) 및 가장자리(23)에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
또는, 하부 정렬부(240)는 가압롤(210)이 성형물(20)의 상면(b)을 가압할 시, 하부에서 성형물(20)의 유로(21)를 지지할 수 있도록 유로(21)에 대응되는 형상으로 형성되고, 측벽(22)은 롤다이(230)에 의해 가압될 수 있도록 측벽(22)의 높이보다 낮은 높이로 형성될 수 있다.
또한, 가압롤(210)은 측벽(22) 상부면의 면적을 늘릴 수 있도록 성형물(20)의 가장자리(23) 위치까지 가압하거나, 또는, 가장자리(23) 높이보다 낮은 위치까지 가압하며 회전할 수 있다.
구체적으로, 가압롤(210)은 측벽(22)의 상부면을 평탄화할 뿐만 아니라, 더욱 가압하여 측벽(22)이 가압롤(210)에 의하여 눌림 변형되어 측벽(22)과 측벽(22)바로 옆에 형성된 다른 측벽과의 거리가 더욱 가까워 질 수 있다. 즉, 유로(21)의 폭은 변화되지 않고, 측벽(22)의 상부면이 변형되어 분리판 용도로 사용되는 성형물(20)의 상부 면적 또는 하부 면적이 넓어질 수 있다.
그리하여, 2차 금형(200)을 통하여 연료전지용 분리판의 유로가 형성되는 면을 평탄화시키거나, 막전극 접합체와 분리판이 접촉되는 유로가 형성되는 면적을 넓힐 수 있다.
2차 금형(200)은 롤다이(230)에 정렬된 성형물(20)의 상면(b)으로 가압롤(210)이 이동하면서 성형물(20)의 상면(b)을 가압하기 위하여, 2차 금형(200)의 롤다이(230)는 고정되고 가압롤(210)은 회전 및 가압한 상태로 이동할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 2차 금형(200)은 롤다이(230)에 정렬된 성형물(20)이 상기 롤다이(230)와 이동하면서 성형물(20)의 상면(b)을 가압하기 위하여, 2차 금형(200)의 가압롤(210)은 고정되고 롤다이(230)는 이동할 수 있도록 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차 금형(300)을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 3차 금형(300)은 성형물(20)이 2차 금형(200)에서 가압되어 형성된 2차 성형물(30)을 가압하여 성형물(20)의 다른면(a)에 형성된 유로의 측벽 상부면을 평탄화시킬 수 있도록, 소정의 가압력을 가지며 회전하는 3차 가압롤(310) 및 3차 정렬부(340)가 형성된 롤다이(330)를 포함할 수 있다.
3차 금형(300)은 3차 가압롤(310)이 이동하면서 2차 성형물(30)의 하면(a)을 가압할 수 있으며, 또는, 롤다이(330)에 정렬된 2차 성형물(30)이 상기 롤다이(230)와 이동하면서 2차 성형물(30)의 하면(a)을 가압할 수 있다.
그리하여, 3차 금형(300)을 통하여 연료전지용 분리판의 양면을 모두 평탄화시키거나, 접촉 면적을 넓힐 수 있다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지용 분리판 제조 방법을 나타내는 순서도들이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 제조 방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 준비 단계(S100), 1차 가압 단계(S200) 및 2차 가압 단계(S300)를 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 준비 단계를 나타내는 도면이다.
준비 단계(S100)는 상부 성형부(120)가 형성된 상형(110) 및 하부 성형부(140)가 형성된 하형(130)을 포함하는 1차 금형(100)으로 소재(10)를 이송하여 정렬하는 단계이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 준비 단계(S100)는 상형(110) 및 하형(130)을 포함하는 고용량의 프레스를 사용하여 소재(10)를 가압하기 위하여, 상형(110)과 하형(130) 사이에 소재(10)를 이송하여 가압하기 위한 준비를 하는 단계이다.
이때, 상형(110)에 형성된 상부 성형부(120) 및 하형(130)에 형성된 하부 성형부(140)에는 유로를 형성하기 위한 유로 성형부가 형성될 수 있다. 상기 유로 성형부는 연료전지용 분리판의 유로를 형성하기 위한 복잡한 형상의 요철부로 형성될 수 있다.
예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 준비 단계(S200)의 1차 금형(100)에 형성된 하부 성형부(140)는 돌출부로 형성된 유로 성형부(141), 홈으로 형성된 리브 성형부(142) 및 하부 성형부(140)의 가장자리에 형성된 가장자리 성형부(143)를 포함할 수 있다.
준비 단계(S100)는 소재(10)를 금형으로 이송하기 전 또는 이송한 후에 소재(10)를 가열하는 소재 가열 단계를 포함할 수 있다.
준비 단계(S100)는 상기 금형을 가열하는 금형 가열 단계를 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 가압 단계(S200)를 나타내는 도면이고, 도 12는 본 발명의 1차 가압 단계(S200) 이후 1차 금형(100)이 이형된 상태를 나타내는 도면이다.
1차 가압 단계(S200)는 1차 금형(100)으로 소재(10)를 가압하여 유로(21)를 형성하는 단계로서, 상형(110)과 하형(130) 사이에 위치된 소재(10)를 상형(110)이 프레스 되어 하형(130)과 합형하여 소재(10)를 가압하는 단계이다.
1차 가압 단계(S200)에서 소재(10)는 상부 성형부(120) 또는 하부 성형부(140)에 대응되는 형상으로 소성 변형될 수 있다.
예컨대, 도 11에 도시된 바와 같이, 1차 가압 단계(S200)에서 하부 성형부(140)에 형성된 유로 성형부(141), 리브 성형부(142) 및 가장자리 성형부(143)를 통하여 소재(10)가 성형물(20)로 가공되며, 성형물(20)의 하면(b)에는 유로(21), 측벽(22) 및 가장자리(23)가 형성될 수 있다.
1차 가압 단계(S200)는 소재(10)가 가압되어 형성된 유로(21)가 가장자리(23)보다 깊게 성형되도록 가압하고, 측벽(22)이 가장자리(23) 보다 높게 형성되도록 가압하는 단계이다.
즉, 1차 가압 단계(S200)에서 기준면이 되는 가장자리(23) 보다 유로(21)가 깊게 형성되고, 가장자리(23) 보다 리브가 되는 측벽(22)이 높도록 형성되어, 후술될 2차 가압(S300)에서 평탄화되는 부피가 보정될 수 있다.
1차 가압 단계(S200) 이후, 1차 금형(100)을 이형시키고, 가공된 성형물(20)을 취출할 수 있다.
예컨대, 도 12에 도시된 바와 같이, 상형(110) 및 하형(130)에서 취출된 성형물(20)은 유로(21), 측벽(22) 및 가장자리(23)가 형성될 수 있으며, 특히, 측벽(22)의 상부면은 리브 성형부(142)의 모서리까지 변형되지 않아 평탄하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 분리판 제조 방법은, 이송 단계(S400)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 연료전지용 분리판 제조 방법은, 1차 가압 단계(S200) 이후에 2차 가압 단계(S300)를 수행하기 위하여 1차 가압 단계(S200)에서 가압된 성형물(20)을 2차 가압 단계(S300)로 가압하기 위하여 이송할 수 있다.
이때, 1차 가압 단계(S200)에서 가압된 성형물(20)을 이송하거나, 성형물(20)이 안착된 하형(130)을 2차 가압 단계(S300)로 이동하는 방법을 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송 단계(S400)를 나타내는 도면이고, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금형 교체 단계(S500)를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 1차 가압 단계(S200) 이후에 이송 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
이송 단계(S400)는 1차 가압 단계(S200) 이후에, 1차 금형(100)에서 성형된 성형물(20)을 2차 금형(200)으로 이송하는 단계이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 1차 금형(100)으로 가공된 성형물(20)이 취출되어 이송 로봇(미도시) 등을 통하여 2차 금형(200)으로 이동될 수 있다.
이송 단계(S400)는 성형물(20)의 하면(a)에 형성된 유로(21) 및 측벽(22)이 하부 정렬부(240)에 결합되어 정렬되는 정렬 단계(S410)를 포함할 수 있다.
정렬 단계(S410)는 하부 정렬부(240)가 하부 성형부(140)의 형상과 동일하게 형성되어, 성형물(20)의 하면(a)이 하부 정렬부(240)에 결합되는 단계이다.
그리하여, 2차 가압 단계시 가압롤(210)이 성형물(20)의 상면(b)을 가압할 시, 정렬 단계(S410)에서 정렬된 성형물(20)의 유로(21), 측벽(22) 및 가장자리(23)가 하부 정렬부(240)에서 지지될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 1차 가압 단계(S200) 이후에 금형 교체 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
금형 교체 단계(S500)는 1차 가압 단계(S200) 이후에, 가압롤(210)과 함께 성형물(20)을 2차 가압할 수 있도록, 하형(130)이 가압롤(210) 하부로 이동하는 단계이다.
예컨대, 도 14에 도시된 바와 같이, 1차 가압 단계(S200)에서 상형(110) 및 하형(130)으로 소재(10)를 가압하여 성형물(20)을 가공한 후에 하형(130)이 가압롤(210)이 하부로 이동하여 롤다이(230)의 역할을 할 수 있다.
즉, 하형(130)에 형성된 하부 성형부(140)가 롤다이(230)에 형성된 하부 정렬부(240)가 되고, 1차 금형(100)의 하형(130)이 2차 금형(200)의 롤다이(230)가 될 수 있다.
또한, 하형(130)이 이동하면서 가압롤(210)에 의하여 2차 가압 단계(S300)이 연속적으로 수행될 수 있으며, 이에 따라, 성형물(230)을 취출하기 위한 공정을 수행하지 않아도 되어 생산 공정을 간소화할 수 있어 비용이 절감되고, 생산율을 높일 수 있다.
도시되지 않았지만, 1차 가압 단계(S200)는 추가 가공 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 추가 가공 단계는, 1차 가압 단계(S200)에서 가압된 성형물에 형성된 유로의 측벽 상부면을 가공할 수 있다. 구체적으로, 1차 가압 단계(S200)에서 상기 성형물의 측벽은 높이, 모서리, 상부면이 불규칙하게 성형될 수 있으며, 이때, 상기 측벽의 높이, 모서리, 상부면을 균일하게 할 수 있도록 추가 금형을 통하여 가압할 수 있다.
이때, 상기 추가 금형은 상기 성형물을 가압하여 변형시킬 수 있는 프레스 금형을 포함할 수 있다.
즉, 1차 가압 단계(S200) 및 추가 가공 단계 이후에 2차 가압 단계(S300)를 수행할 수 있다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 가압 단계(S300)를 나타내는 도면이고, 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형물(20)이 2차 가압 단계(S300)로 가압되어 2차 성형물(30)로 변형된 구조를 나타내는 도면이다.
2차 가압 단계(S300)는 소정의 가압력을 가지며 회전하는 가압롤(210) 및 하부 정렬부(240)가 형성된 롤다이(230)를 포함하는 2차 금형(200)으로 소재(10)가 1차 가압되어 형성된 유로(21)의 측벽(22) 상부면을 평탄화시킬 수 있도록 재가압하는 단계이다.
2차 가압 단계(S300)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 하부 정렬부(240)에 안착된 성형물(20)을 상부의 가압롤(210)이 회전하면서 가압하여, 도 16에 도시된 바와 같이, 성형물(20)의 상부면에 형성된 측벽(22-1)과 가장자리(23-1)의 높이를 동일하게 평탄화시킬 수 있다.
그리하여, 성형물(20)이 2차 가압 단계(S300)를 지나 2차 성형물(30)로 형성될 수 있다.
예컨대, 도 18에 도시된 바와 같이, X축 방향으로 2차 가압되어, 성형물(20)의 상면(b)에 형성된 유로(21-1), 측벽(22-1) 및 가장자리(23-1)는 2차 성형물(30)의 유로(31-1), 측벽(32-1) 및 가장자리(33-1)로 변형될 수 있다.
1차 가압 단계(S200)에서 성형된 성형물(20)의 측벽(22-1)은 가장자리(23-1)보다 높게 성형되고, 2차 가압 단계(S300)에서 성형물(20)의 상면(b)을 더 가압하여 측벽(22-1)과 가장자리(23-1)의 높이가 동일하도록 측벽(22-1)을 가장자리(23-1) 높이까지 가압하거나, 측벽(22-1)과 가장자리(23-1)를 모두 가압하여 평탄화시킬 수 있다.
2차 성형물(30)의 측벽(31-1) 상부면이 평탄하게 형성됨으로써, 분리판이 결합되는 전극 또는 집전체와의 접촉면이 넓어지고 연료전지의 발전효율을 증대시킬 수 있다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 가압 단계(S300)를 나타내는 도면이고, 도 20은 도 19의 성형물(20)이 2차 가압 단계(S300)에서 가압되어 2차 성형물(40)로 변형된 구조를 나타내는 도면이다.
2차 가압 단계(S300)는, 도 16에 도시된 바와 같이, 성형물(20)의 상부면에 형성된 측벽(22-1)과 가장자리(23-1)의 높이를 동일하게 평탄화시킬 뿐만 아니라, 하면에 형성된 측벽(22)과 가장자리(23)도 동일하게 평탄화시킬 수 있다.
구체적으로, 도 19에 도시된 바와 같이, 1차 가압된 성형물이 롤다이(230)에 안착될 수 있다. 이때, 상대적로 높게 형성된 상기 성형물의 유로가 상기 리브 성형부에 안착되며, 롤다이(230)가 상기 성형물의 상면을 가압하여, 성형물의 상면뿐만 아니라, 하면에 형성된 측벽(42)과 가장자리(43)의 높이가 동일하도록 동시에 가압될 수 있다.
그리하여, 성형물(20)이 2차 가압 단계(S300)를 지나 2차 성형물(40)로 형성될 수 있다.
예컨대, 도 20에 도시된 바와 같이, X축 방향으로 2차 가압되어, 성형물(20)의 하면(a)에 형성된 유로(21), 측벽(22) 및 가장자리(23)는 2차 성형물(40)의 유로(41), 측벽(42) 및 가장자리(43)로 변형될 수 있다.
1차 가압 단계(S200)에서 성형된 성형물(20)의 측벽(22)은 가장자리(23)보다 높게 성형되고, 2차 가압 단계(S300)에서 성형물(20)의 상면(b)을 가압함으로써, 상면(b) 및 하면(a)이 모두 가압되어 측벽(22, 22-1)과 가장자리(23, 23-1)의 높이가 각각 동일한 면에서 동일하도록 측벽(22, 22-1)을 가장자리(23, 23-1) 높이까지 가압하거나, 측벽(22, 22-1)과 가장자리(23, 23-1)를 모두 가압하여 평탄화시킬 수 있다.
그리하여, 2차 가압 단계(S300)에서 성형물(20)의 양면을 동시에 평탄화할 수 있어, 성형물(20)의 상면(b)을 가압한 후에 하면(a)을 가압하기 위해 상하면을 뒤집는 공정을 생략하여 생산률을 높이고, 추가된 공정에 따른 비용을 절감할 수 있다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차 가압 단계(S300)를 나타내는 도면이고, 도 22는 도 21에 따른 성형물(20)이 2차 가압 단계(S300)로 가압되어 2차 성형물(50)로 변형된 구조를 나타내는 도면이다.
2차 가압 단계(S300)는, 도 21에 도시된 바와 같이, 하형(230)에 안착된 성형물(20)을 상부의 가압롤(210)이 회전하면서 가압하여, 도 21에 도시된 바와 같이, 성형물(20)의 상부면에 형성된 측벽(22-1)의 상부면을 넓게 변형시킬 수 있다. 가압롤(210)은 X축 방향으로 이동할 수 있다.
그리하여, 성형물(20)이 2차 가압 단계(S300)를 지나 2차 성형물(50)로 형성될 수 있다.
예컨대, 도 22에 도시된 바와 같이, X축 방향으로 2차 가압되어, 성형물(20)의 상면(b)에 형성된 유로(21-1), 측벽(22-1) 및 가장자리(23-1)는 2차 성형물(50)의 유로(51-1), 측벽(52-1) 및 가장자리(53-1)로 변형될 수 있다.
2차 가압 단계(S300)에서 성형물(20)의 상면(b)을 더 가압하여 측벽(22-1)과 가장자리(23-1)의 높이가 동일하도록 측벽(22-1)을 가장자리(23-1) 높이까지 가압하거나, 측벽(22-1)과 가장자리(23-1)를 모두 가압할 수 있다. 그리하여, 2차 성형물(50)의 측벽(51-1) 상부면이 성형물(20)의 측벽(21-1) 상부면 보다 넓게 변형될 수 있다.
2차 성형물(50)의 측벽(51-1) 상부면이 넓게 형성됨으로써, 분리판이 결합되는 전극 또는 집전체와의 접촉면이 더욱 넓어져 연료전지의 발전효율을 증대시킬 수 있다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차 가압 단계(S600)를 나타내는 도면이고, 도 25는 도 24에 따른 성형물(30)이 3차 가압 단계(S600)로 가압되어 3차 성형물(60)로 변형된 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 2차 가압 단계(S300) 이후에 3차 가압 단계(S600)를 더 포함할 수 있다.
도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 3차 가압 단계(S600)는 소정의 가압력을 가지며 회전하는 3차 가압롤(310) 및 3차 정렬부(340)가 형성된 롤다이(330)를 포함하는 3차 금형(300)으로, 성형품(20)이 2차 금형(200)에서 가압되어 형성된 2차 성형품(30)을 가압하여 2차 성형품(30)의 다른면(a)에 형성된 유로의 측벽 상부면을 평탄화시킬 수 있도록 가압하는 단계이다.
예컨대, 3차 가압 단계(S600)는 2차 가압 단계(S300)에서 성형된 2차 성형물(30)의 하면(a)이 상방을 바라보도록 뒤집어 가압롤(310) 및 롤다이(330) 사이에서 2차 성형물의 하면(a)을 가압할 수 있다.
그리하여, 2차 성형물(30)이 3차 가압 단계(S600)를 지나 3차 성형물(60)로 형성될 수 있다.
예컨대, 도 25에 도시된 바와 같이, 3차 가압되어, 2차 성형물(30)의 하면(a)에 형성된 유로(31-1), 측벽(32-1) 및 가장자리(33-1)는 3차 성형물(60)의 유로(61-1), 측벽(62-1) 및 가장자리(63-1)로 변형될 수 있다.
3차 성형물(60)의 상면(b) 및 하면(a)의 양면의 모든 측벽(62, 62-1) 평탄하게 형성됨으로써, 분리판이 결합되는 전극 또는 집전체와의 접촉면이 넓어져 연료전지의 발전효율을 증대시킬 수 있다.
도시되지 않았지만, 2차 가압 단계(S300)에서 2차 성형물(50)의 상면(b)의 측벽(52-1)이 넓게 변형되고, 3차 가압 단계(S600)에서 하면(a)의 측벽이 넓게 변형되어, 3차 성형물(60)의 양면의 측벽이 모두 성형물(20)의 측벽의 폭보다 넓게 변형될 수 있다.
2차 가압 단계(S300)는 가압롤(210)의 회전으로 성형품(20)을 가공하는 것으로 가압롤(210)과 성형품(20)이 상대적으로 반대 방향으로 이동하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 2차 가압 단계(S300)는 가압롤(210) 또는 성형물(20) 중 적어도 어느 하나 이상이 이동하는 단계를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 2차 가압 단계(S300)는 가압롤 이동 단계(S310)를 포함할 수 있다.
가압롤 이동 단계(S310)에서 가압 공정을 수행하는 2차 금형(200)의 롤다이(230)는 고정되고 가압롤(210)은 회전된 상태로 가압하며 이동할 수 있도록 형성될 수 있다.
도 26은 2차 가압 단계(S300)에서 가압롤 이동 단계(S310)를 나타내는 도면이다.
도 26에 도시된 바와 같이, 가압롤 이동 단계(S310)에서 롤다이(230)에 정렬된 성형물(20)의 상면(b)으로 가압롤(210)이 이동하면서 상면(b)을 가압할 수 있다.
예컨대, 하형(230)은 하부에 형성된 하부지지 플레이트에 고정되어 성형물(30)이 안착시키고, 가압롤(210)이 성형물(30)의 상방으로 이동되면서 가압할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 2차 가압 단계(S300)는 롤다이 이동 단계(S320)를 포함할 수 있다.
롤다이 이동 단계(S320)에서 가압 공정을 수행하는 2차 금형(200)의 가압롤(210)은 고정되고 롤다이(230)는 이동할 수 있도록 형성될 수 있다.
도 27은 2차 가압 단계(S300)에서 롤다이 이동 단계(S320)를 나타내는 도면이다.
도 27에 도시된 바와 같이, 롤다이(230)에 정렬된 성형물(20)이 롤다이(230)와 이동하면서 성형물(20)의 상면(b)을 가압할 수 있다.
예컨대, 하형(230)은 하부에 형성된 이동 장치를 통하여 이동가능하며, 하형(230)에 안착된 성형물(30)이 이동하고, 고정된 가압롤(210)이 회전하면서 가압할 수 있다.
도 28 및 도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차 가압 단계(S300) 및 2차 성형물(70)을 나타내는 도면이다.
2차 가압 단계(S300)에서 2차 금형(200)의 롤다이(210)에 성형물(20)이 안착되어 가압롤(230)을 통하여 가압될 수 있다. 이때, 가압롤(230)의 진행 방향이 성형물(210)의 가압되는 면에 형성된 유로의 방향과 수직된 방향으로 가압할 수 있다.
구체적으로, 도 28에 도시된 바와 같이, 성형물(20)은 유로의 방향이 Z축 방향으로 형성되도록 하형(230)에 안착되고, 가압롤(230)은 X축 방향으로 이동하여 성형물(20)을 가압하여, 성형물(20)에 형성된 측벽의 형상이 일방향으로 변형될 수 있다. 즉, 도 29에 도시된 바와 같이, 2착 금형(200)으로 가압된 2차 성형물(70)의 유로(71-1)의 측벽(72-1)은 가압롤(230)이 가압된 방향인 일측으로만 변형되어 상부면의 접촉면적을 늘릴 수 있다.
본원 발명의 여러 실시예들에 따르면, 2차 가압 단계(S200)를 통하여 막전극 접합체가 접합하는 분리판의 접촉면을 평탄하게 하거나, 접촉면적을 넓혀 전자의 유동성을 늘릴 수 있다.
또한, 연료 및 공기가 유동할 수 있는 유로의 면적을 확보함과 동시에 막전극 접합체와의 접촉면적을 늘려 스택의 집전율을 높일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 상기 소재에 유로를 형성할 수 있도록 상부 성형부가 형성된 상형 및 하부 성형부가 형성된 하형을 포함하는 1차 금형; 및
    상기 소재가 상기 1차 금형에서 가압되어 형성된 성형물을 재가압하여 상기 성형물에 형성된 상기 유로의 측벽 상부면을 평탄화시킬 수 있도록, 소정의 가압력을 가지며 회전하는 가압롤 및 하부 정렬부가 형성된 롤다이를 포함하는 2차 금형;
    을 포함하는, 연료전지용 분리판 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 금형은,
    상기 소재의 상면 및 하면의 적어도 하나의 면 이상에 유로를 형성하는 유로 성형부;
    상기 유로의 가장자리를 성형하는 가장자리 성형부; 및
    상기 측벽을 형성하는 리브 성형부;
    를 포함하고,
    상기 성형물에 형성된 상기 유로가 상기 가장자리 보다 깊게 성형되도록, 상기 유로 성형부가 상기 가장자리 성형부 보다 높게 형성되고,
    상기 성형물에 형성된 상기 측벽이 상기 가장자리 보다 높게 형성되도록, 상기 리브 성형부가 상기 가장자리 성형부 보다 깊게 형성되는, 연료전지용 분리판 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 2차 금형의 상기 가압롤은,
    상기 측벽 상부면의 면적을 늘릴 수 있도록 상기 성형물의 상기 가장자리 위치까지 가압하거나, 또는, 상기 가장자리 높이보다 낮은 위치까지 가압하며 회전하는, 연료전지용 분리판 제조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 금형은,
    상기 롤다이에 정렬된 상기 성형물의 상면으로 상기 가압롤이 이동하면서 상기 성형물의 상면을 가압하기 위하여, 상기 2차 금형의 상기 롤다이는 고정되고 상기 가압롤은 회전 및 가압한 상태로 이동할 수 있도록 형성되는, 연료전지용 분리판 제조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 금형은,
    상기 롤다이에 정렬된 상기 성형물이 상기 롤다이와 이동하면서 상기 성형물의 상면을 가압하기 위하여, 상기 2차 금형의 상기 가압롤은 고정되고 상기 롤다이는 이동할 수 있도록 형성되는, 연료전지용 분리판 제조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형물이 상기 2차 금형에서 가압되어 형성된 2차 성형물을 가압하여 상기 성형물의 다른면에 형성된 유로의 측벽 상부면을 평탄화시킬 수 있도록, 소정의 가압력을 가지며 회전하는 3차 가압롤 및 3차 정렬부가 형성된 롤다이를 포함하는 3차 금형;
    을 포함하는, 연료전지용 분리판 제조 장치.
  7. 상부 성형부가 형성된 상형 및 하부 성형부가 형성된 하형을 포함하는 1차 금형으로 소재를 이송하여 정렬하는 준비 단계;
    상기 1차 금형으로 상기 소재를 가압하여 유로를 형성하는 1차 가압 단계; 및
    소정의 가압력을 가지며 회전하는 가압롤 및 하부 정렬부가 형성된 롤다이를 포함하는 2차 금형으로 상기 소재가 1차 가압되어 형성된 상기 유로의 측벽 상부면을 평탄화시킬 수 있도록 재가압하는 2차 가압 단계;
    를 포함하는, 연료전지용 분리판 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 1차 가압 단계는,
    상기 소재에 형성된 상기 유로가 상기 가장자리보다 깊게 성형되도록 가압하고, 상기 측벽이 상기 가장자리 보다 높게 형성되도록 가압하는, 연료전지용 분리판 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 2차 가압 단계는,
    상기 소재가 1차 가압되어 형성된 상기 측벽 상부면의 면적을 늘릴 수 있도록 상기 성형물의 상기 가장자리 높이 위치까지 가압하거나, 또는, 상기 가장자리 높이보다 낮은 위치까지 가압하는, 연료전지용 분리판 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 1차 가압 단계 이후에,
    상기 1차 금형에서 성형된 상기 성형물을 상기 2차 금형으로 이송하는 이송 단계;
    를 더 포함하는, 연료전지용 분리판 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 이송 단계는,
    상기 성형물의 하면에 형성된 유로 및 측벽이 상기 하부 정렬부에 결합되어 정렬되는 정렬 단계;
    를 포함하는, 연료전지용 분리판 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 1차 가압 단계 이후에,
    상기 하형에 형성된 하부 성형부가 상기 롤다이에 형성된 하부 정렬부가 되고, 상기 1차 금형의 하형이 상기 2차 금형의 롤다이가 되어 상기 가압롤과 함께 상기 성형물을 2차 가압할 수 있도록, 상기 하형이 상기 가압롤 하부로 이동하는 금형 교체 단계;
    를 더 포함하는, 연료전지용 분리판 제조 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 2차 가압 단계는,
    상기 2차 금형의 상기 롤다이는 고정되고 상기 가압롤은 회전된 상태로 가압하며 이동할 수 있도록 형성되어, 상기 롤다이에 정렬된 상기 성형물의 상면으로 상기 가압롤이 이동하면서 상기 상면을 가압하는 가압롤 이동 단계;
    를 포함하는, 연료전지용 분리판 제조 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 2차 가압 단계는,
    상기 2차 금형의 상기 가압롤은 고정되고 상기 롤다이는 이동할 수 있도록 형성되어, 상기 롤다이에 정렬된 상기 성형물이 상기 롤다이와 이동하면서 상기 성형물의 상면을 가압하는 롤다이 이동 단계;
    를 포함하는, 연료전지용 분리판 제조 방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 2차 가압 단계 이후에,
    소정의 가압력을 가지며 회전하는 3차 가압롤 및 3차 정렬부가 형성된 롤다이를 포함하는 3차 금형으로, 상기 성형물이 상기 2차 금형에서 가압되어 형성된 2차 성형물을 가압하여 상기 2차 성형물의 다른면에 형성된 유로의 측벽 상부면을 평탄화시킬 수 있도록 가압하는 3차 가압 단계;
    를 포함하는, 연료전지용 분리판 제조 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100078723A (ko) * 2008-12-30 2010-07-08 주식회사 성우하이텍 롤 포밍 장치용 엔드 포밍 유닛
JP4818486B2 (ja) * 2009-09-10 2011-11-16 パナソニック株式会社 ガス拡散層及びその製造方法、並びに燃料電池
KR101321125B1 (ko) * 2012-05-08 2013-10-23 부산대학교 산학협력단 미세채널을 가진 대면적 초박막 금속분리판의 제조장치 및 이의 제조방법
KR20170003668A (ko) * 2014-06-24 2017-01-09 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 연료 전지 세퍼레이터 성형용 미세 성형 형, 연료 전지 세퍼레이터의 제조 방법 및 연료 전지 세퍼레이터
KR101705190B1 (ko) * 2016-04-21 2017-02-09 김성호 판형 금형과 가압롤러에 의한 소재 성형용 다이커팅장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100078723A (ko) * 2008-12-30 2010-07-08 주식회사 성우하이텍 롤 포밍 장치용 엔드 포밍 유닛
JP4818486B2 (ja) * 2009-09-10 2011-11-16 パナソニック株式会社 ガス拡散層及びその製造方法、並びに燃料電池
KR101321125B1 (ko) * 2012-05-08 2013-10-23 부산대학교 산학협력단 미세채널을 가진 대면적 초박막 금속분리판의 제조장치 및 이의 제조방법
KR20170003668A (ko) * 2014-06-24 2017-01-09 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 연료 전지 세퍼레이터 성형용 미세 성형 형, 연료 전지 세퍼레이터의 제조 방법 및 연료 전지 세퍼레이터
KR101705190B1 (ko) * 2016-04-21 2017-02-09 김성호 판형 금형과 가압롤러에 의한 소재 성형용 다이커팅장치

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