연료 전지 스택 적층 시스템 및 그 방법

연료 전지 스택 적층 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR FEEDING FUEL CELL STACK AND METHOD THEREOF}

도1은 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 스택 적층 시스템을 보여주는 도면이다.

도2는 도1의 'A'방향을 보여주는 도면이다.

도3은 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 스택 적층 방법을 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101: 분리판 공급 유닛

103: MEA(membrane electrode assembly) 공급 유닛

105: 적층 유닛

107: 이송 유닛

129: 분리판

131: MEA

본 발명은 연료 전지 스택 적층 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연료 전지 스택의 단위전지가 포함하는 막전극접합체(membrane electrode assembly: MEA) 및 분리판을 연속적으로 적층할 수 있는 연료 전지 스택 적층 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 연료 전지는 산화전극에서의 산화반응 및 환원전극에서의 환원반응을 이용하여 전력을 생성하게 된다.

연료 전지의 산화전극 및 환원전극에 대해서는 당업자에 자명하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

일반적으로 연료전지 스택은 복수개의 단위전지(unit cell)가 적층되어 형성된다.

이러한 단위전지는 막전극접합체(MEA) 및 분리판이 순차적으로 적층되어 형성된다.

종래 기술에 의하면, 분리판과 MEA는 로봇을 이용하여 하나씩 순차적으로 적층되었다.

그런데, 종래 기술에 의한 연료 전지 스택 적층 시스템 및 그 방법에 의하면, 연료 전지 스택 적층 시스템이 넓은 공간을 차지하는 문제가 있었다.

또한, 로봇을 이용하여 분리판과 MEA가 하나씩 적층되므로 작업시간이 긴 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 보다 적은 공간을 차지하고 공정시간을 단축 시킬수 있는 연료 전지 스택 적층 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 분리판 및 막전극접합체(membrane electrode assembly; MEA)를 포함하는 연료 전지의 스택을 적층하는 연료 전지 스택 적층 시스템은 상기 분리판을 연속적으로 공급(feeding)하는 분리판 공급 유닛, 상기 MEA를 연속적으로 공급하는 MEA 공급 유닛, 그 윗면에 상기 분리판과 상기 MEA가 순차적으로 적층되며, 그 적층에 대응하여 상하로 이동하도록 형성된 적층 유닛, 및 상기 분리판 공급 유닛 및 상기 MEA 공급 유닛으로부터 상기 분리판 및 상기 MEA를 공급받아 상기 적층 유닛에 순차적 및 연속적으로 위치시키는 이송 유닛을 포함한다.

상기 분리판 공급 유닛은, 상기 분리판을 일시적으로 저장하는 제1 팔레트(pallet), 및 상기 분리판이 상기 이송 유닛으로 이동되도록 작동하는 적어도 하나의 제1 롤러를 포함한다.

상기 MEA 공급 유닛은, 상기 MEA를 일시적으로 저장하는 제2 팔레트 및 상기 MEA가 상기 이송 유닛으로 이동되도록 작동하는 적어도 하나의 제2 롤러를 포함한다.

상기 제1 롤러는, 불소계 고무로 코팅된 제3 롤러, 및 강철 재질로 형성된 표면을 가지는 제4롤러를 포함한다.

상기 제2 롤러는, 불소계 고무로 코팅된 제3 롤러를 포함한다.

상기 적층 유닛은, 상기 분리판/MEA가 위치하는 플레이트, 상기 플레이트가 상하로 이동되도록 작동하는 제1 서보 모터, 및 상기 플레이트와 상기 제1 서보 모터를 연결하는 로드를 포함하며, 상기 분리판 공급 유닛 및 상기 MEA 공급 유닛에 대하여 설정된 각도로 기울어져 위치한다.

상기 이송 유닛은, 상기 분리판 및 상기 MEA를 상기 분리판 공급 유닛 및 상기 MEA 공급 유닛으로부터 전달받는 매거진(magazine), 상기 매거진이 상기 분리판 및 상기 MEA를 상기 적층 유닛으로 전달하도록 동력을 발생시키는 제2 서보 모터 및 상기 제2 서보 모터로부터 동력을 전달받아 상기 매거진으로 전달하는 적어도 하나의 롤러를 포함하며, 상기 분리판 공급 유닛 및 상기 MEA 공급 유닛에 대하여 설정된 각도로 기울어져 위치한다. 하는 연료 전지 스택 적층 시스템.

상기 적어도 하나의 롤러는, 상기 매거진을 지지하는 제1 롤러, 제2 롤러, 및 제3롤러를 포함하며, 제1 롤러와 제2롤러 및 제2 롤러와 제3롤러가 형성하는 직선은 수직선과 각각 설정된 각도를 형성한다.

상기 이송 유닛은, 적어도 하나의 구동축을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 구동축은 서로 동기화 될 수 있다.

분리판 및 막전극접합체(membrane electrode assembly; MEA)를 포함하는 연료 전지의 스택을 적층하는 연료 전지 스택 적층 방법은 분리판을 적층하는 단계, 매거진을 설정된 피치(pitch)만큼 이동시키는 단계, 적층 유닛의 플레이트를 설정된 피치만큼 하강시키는 단계, MEA를 적층하는 단계, 및 상기 분리판 및 MEA가 설정된 층만큼 적층되었는지 판단하는 단계를 포함한다.

연료 전지 스택 적층 방법은 상기 분리판 및 MEA가 설정된 층만큼 적층되었을 경우, 적층된 스택을 취출하는 단계, 집전판을 로딩하는 단계, 및 상기 플레이트를 초기위치로 상승시키는 단계를 더 포함한다.

상기 분리판 및 MEA가 설정된 층만큼 적층되지 아니하였을 경우, 상기 분리판을 적층하는 단계를 수행한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 스택 적층 시스템을 보여주는 도면이고, 도2는 도1의 'A'방향을 보여주는 도면이다.

도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 분리판 및 막전극접합체(membrane electrode assembly; MEA)를 포함하는 연료 전지의 스택을 적층하는 연료 전지 스택 적층 시스템은 분리판 공급 유닛(101), MEA 공급 유닛(103), 적층 유닛(105), 및 이송 유닛(107)을 포함한다.

분리판 공급 유닛(101)은 상기 분리판(129)을 연속적으로 공급(feeding)하며, 상기 MEA 공급 유닛(103)은 상기 MEA(131)를 연속적으로 공급한다.

상기 적층 유닛(105)은 그 윗면에 상기 분리판(129)과 상기 MEA(131)가 순차적으로 적층되며, 그 적층에 대응하여 상하로 이동하도록 형성된다.

상기 이송 유닛(107)은 상기 분리판 공급 유닛(101) 및 상기 MEA 공급 유 닛(103)으로부터 상기 분리판(129) 및 상기 MEA(131)를 공급받아 상기 적층 유닛(105)에 순차적 및 연속적으로 위치시킨다.

도1에 도시된 바와 같이, 분리판 공급 유닛(101)과 MEA 공급 유닛(103)이 이송 유닛(107)에 분리판(129)과 MEA(131)를 공급하면, 이송 유닛(107)은 분리판(129)과 MEA(131)를 적층 유닛(105)에 순차적 및 연속적으로 적층시킨다.

도1에 도시된 화살표는 각 구성요소들의 작동 방향을 나타내는 것으로 이에 대한 상세한 내용은 후술한다.

상기 분리판 공급 유닛(101)은 상기 분리판(129)을 일시적으로 저장하는 제1 팔레트(pallet)(109) 및 상기 분리판(129)이 상기 이송 유닛(107)으로 이동되도록 작동하는 적어도 하나의 제1 롤러(110)를 포함한다.

즉, 분리판(129)은 제1 팔레트(109) 내부에 일시적으로 저장되며, 제1 롤러(110)에 의하여 이송 유닛(107)으로 이동된다.

도1의 제1 롤러(110)의 주위에 도시된 화살표는 제1 롤러(110)의 회전 방향을 지시한다.

상기 MEA 공급 유닛(103)은 상기 MEA(131)를 일시적으로 저장하는 제2 팔레트(127) 및 상기 MEA(131)가 상기 이송 유닛(107)으로 이동되도록 작동하는 적어도 하나의 제2 롤러(120)를 포함한다.

즉, MEA(131)는 제2 팔레트(127)의 내부에 일시적으로 저장되며, 제2 롤러(120)에 의하여 이송 유닛(107)으로 이동된다.

도1의 제2 롤러(120)의 주위에 도시된 화살표는 제2 롤러(120)의 회전 방향 을 지시한다.

상기 제1 롤러(110)는 불소계 고무로 코팅된 제3 롤러(111, 113, 117) 및 강철 재질로 형성된 표면을 가지는 제4롤러(115)를 포함한다.

상기 제2 롤러(120)는 불소계 고무로 코팅된 제3 롤러(119, 121, 123, 125)를 포함한다.

즉, 롤러에 불소계 고무가 코팅됨으로써, 롤러 표면의 마모로 인한 오염이 방지된다.

상기 적층 유닛은 플레이트(201), 제1 서보 모터(203), 및 로드(205)를 포함한다.

플레이트(201)에는 상기 분리판(129)/MEA(131)가 위치하며, 제1 서보 모터(203)는 상기 플레이트(201)가 상하로 이동되도록 작동한다.

로드(205)는 상기 플레이트(201)와 상기 제1 서보 모터(203)를 연결한다.

또한, 상기 적층 유닛(105)은 상기 분리판 공급 유닛(101) 및 상기 MEA 공급 유닛(103)에 대하여 설정된 각도로 기울어져 위치한다.

상기 설정된 각도에 의하여 분리판(129) 및 MEA(131)가 미끄러지면서 상기 이송 유닛(107)의 설정된 지점에 위치될 수 있다.

즉, 도2를 참조하면, 분리판(129) 및 MEA(131)가 이송 유닛(107)으로부터 상기 적층 유닛(105)으로 전달되면, 제1 서보 모터(203)가 회전하고, 로드(205)가 회전함으로써 플레이트(201)가 하나의 피치(pitch)만큼 하강한다.

본 발명의 실시예에서는 1피치는 분리판 또는 MEA 의 두께로 실현되는 것이 바람직하다.

상기 이송 유닛은, 매거진(207), 제2 서보 모터(211), 적어도 하나의 롤러(220)를 포함한다.

매거진(207)은 상기 분리판(129) 및 상기 MEA(131)를 상기 분리판 공급 유닛(101) 및 상기 MEA 공급 유닛(103)으로부터 전달받으며, 제2 서보 모터(211)는 상기 매거진(207)이 상기 분리판(129) 및 상기 MEA(131)를 상기 적층 유닛(105)으로 전달하도록 동력을 발생시킨다.

상기 적어도 하나의 롤러(220)는 상기 제2 서보 모터(211)로부터 동력을 전달받아 상기 매거진(207)으로 전달한다.

또한, 상기 이송 유닛(107)은 상기 분리판 공급 유닛(101) 및 상기 MEA 공급 유닛(103)에 대하여 설정된 각도로 기울어져 위치한다.

즉, 분리판(129) 및 MEA(131)가 분리판 공급 유닛(101) 및 MEA 공급 유닛에 의하여 매거진(207)에 위치하면 매거진(207)은 제2 서보 모터(211)에 의하여 회전함으로써 적층 유닛(105)으로 분리판(129) 및 MEA(131)를 전달한다.

상기 적어도 하나의 롤러(220)는 상기 매거진(207)을 지지하는 제1 롤러(213), 제2 롤러(215), 및 제3롤러(217)를 포함하며, 제1 롤러(213)와 제2롤러(215) 및 제2 롤러(215)와 제3 롤러(217)가 형성하는 직선은 수직선(221)과 각각 설정된 각도를 형성한다.

즉, 도2를 참조하면, 제1 롤러(213)와 제2 롤러(215)가 형성하는 직선은 상기 수직선(221)과 5°내지 7°로 형성될 수 있으며, 제2 롤러(215)와 제3 롤 러(217)가 형성하는 직선은 상기 수직선(221)과 35°를 형성할 수 있으나 이에 한정되지 아니한다.

상기 설정된 각도는 분리판(129)과 MEA(131)의 크기 및 연료 전지의 용량에 따라 당업자에 의하여 변경될 수 있다.

도2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 롤러(213)와 제2 롤러(215)가 형성하는 직선이 상기 수직선(221)과 설정된 각도를 형성함으로써 상기 이송 유닛(107)으로부터 상기 적층 유닛(105)으로 분리판(129) 및 MEA(131)가 이동될 수 있다.

상기 이송 유닛(107)은 적어도 하나의 구동축(209)을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 구동축(209)은 서로 동기화 될 수 있다.

따라서, 도면상 좌우에 위치한 한 쌍의 이송 유닛(107)의 매거진(207)의 속도가 동기화(synchronization)될 수 있으며, 분리판(129) 및 MEA(131)가 상기 적층 유닛(105)에 매거진(207)의 이동에 대응하여 자동적으로 위치될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의하면 분리판 공급 유닛(101) 및 MEA 공급 유닛(103)에 의하여 분리판(129)과 MEA(131)가 연속적으로 공급되고, 이송 유닛(107)에 의하여 적층 유닛(105)에 분리판(129)과 MEA(131)가 순차적 및 연속적으로 적층됨으로써 작업시간이 단축될 수 있다.

또한, 분리판 공급 유닛(101), MEA 공급 유닛(103), 적층 유닛(105), 및 이송 유닛(107)은 많은 공간을 차지하지 아니하므로 공간이 절약 될 수 있다.

도3은 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 스택 적층 방법을 보여주는 도면이다.

도3을 참조하면, 이하 본 발명의 실시예에 의한 분리판 및 막전극접합체(membrane electrode assembly; MEA)를 포함하는 연료 전지의 스택을 적층하는 연료 전지 스택 적층 방법은 다음과 같다.

먼저, 분리판(129)이 적층 유닛(105)에 적층된다(S311).

그 후, 매거진(207)이 설정된 피치(pitch)만큼 이동되고(S313), 적층 유닛(105)의 플레이트(201)가 설정된 피치만큼 하강된다(S315).

즉, 분리판(129)이 매거진(207)으로 이동되었으므로, 해당하는 매거진(207)의 지점에는 분리판(129)이 위치하며, 매거진(207)이 설정된 피치만큼 이동되어야 MEA(131)가 매거진(207)에 위치될 수 있다.

설정된 피치는 매거진(207)이 이동하는 거리를 지시하며, 이는 연료 전지의 용량에 따라 당업자에 의하여 변경될 수 있다.

그 후, MEA(131)가 적층 유닛(105)에 적층되고(S317), 상기 분리판(129) 및 MEA(131)가 설정된 층만큼 적층되었는지 판단된다(S319).

즉, 제조하고자 하는 연료 전지에 사용되는 스택에서 요구되는 개수 만큼 분리판(129) 및 MEA(131) 가 적층되었는지 판단된다.

그 후, 상기 분리판(129) 및 MEA(131)가 설정된 층만큼 적층되었을 경우, 적층된 스택을 취출되고(S321), 집전판이 로딩되며(S323), 상기 플레이트(201)가 초기위치로 상승된다(S325).

상기 S321, S323, 및 S325 단계는 당업자에게 자명하므로 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 S319 단계에서 상기 분리판(129) 및 MEA(131)가 설정된 층만큼 적층되지 아니하였을 경우, 상기 분리판(129)을 적층하는 단계(S311)가 수행된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 연료 적층 시스템이 공간을 보다 적게 차지하며, 작업시간이 단축될 수 있다.