연료전지 스택 분리판의 테스트 기기를 위한 분리판 분리 장치{SEPARAING APPARATUS OF SEPARATOR FOR TESING DEVICE OF FUEL CELL SEPARATOR}

본 발명은 연료전지 스택 분리판의 테스트 기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분리판 기밀 검사 장치와 같은 연료전지용 분리판의 테스트 기기에서 프레스판으로부터 분리판을 용이하게 분리할 수 있도록 하는 연료전지 스택 분리판의 테스트 기기를 위한 분리판 분리 장치에 관한 것이다.

연료전지 스택은 양쪽 끝단부의 앤드 플레이트(End Plate)와 그 사이에 적층된 다수개의 분리판을 포함한다. 분리판은 연료전지 스택 내에서 반응가스를 단위셀에 공급하고, 스택을 냉각하기 위한 냉각수를 공급하는 역할을 하며 전류를 이동시키는 통로 역할을 하게 된다. 과거에는 흑연으로 제조된 분리판을 주로 이용되었으나, 흑연의 취성 및 제조 단가가 높은 점 때문에 최근에는 금속 분리판이 개발되어 사용되고 있다.

도 1 은 연료전지 스택의 금속 분리판의 일예를 도시한 도면이다. 분리판(1)은 약 0.1mm 정도의 두께를 가지는 금속박판을 스템핑 등의 성형공법을 통해 반응가스 및 냉각수의 유로를 형성시켜 제조하며, 분리판(1)의 상하면 중 일면 또는 양면에는 가스켓(5)이 일체로 성형되어 반응가스 및 냉각수의 기밀이 유지되도록 한다. 분리판(1)의 일 단부에는 테스트 기기의 베이스에 분리판(1)이 일정 위치로 놓이도록 하는 기준홀(4)이 형성된 더미(3)가 형성되어 있다.

연료전지 스택에서 반응가스 유로 및 냉각수 유로가 서로 독립되지 못하고 반응가스(수소, 공기)가 직접 반응을 하거나 수소가 외부로 유출되는 경우 스택의 성능뿐만 아니라 발화의 위험성이 있기 때문에 기밀유지 조건이 필수적으로 요구된다.

따라서 연료전지 스택의 분리판에 대해서는 기밀 검사가 필수적인 절차로 수행된다. 분리판의 기밀 검사를 위한 테스트 기기는 분리판이 놓여지는 베이스와 분리판을 가압하는 프레스판을 구비하며, 프레스판을 눌러 압력을 가한 상태에서 프레스판에 형성된 주입홀을 통해 가스 등을 공급하여 압력 변화를 측정함으로써 수소-공기간, 냉각수-수소간, 냉각수-공기간, 전체 외곽 방향의 기밀도를 측정한다.

그런데, 분리판 기밀 검사 장치에서 기밀 검사 후 베이스 또는 프레스판에 분리판이 붙여 떨어지지 않는 경우가 발생하고 있다. 이는 프레스압에 의해 고무 재질의 가스켓이 베이스 또는 프레스판에 들러 붙여 발생한다.

기밀 검사의 연속적 진행을 위해 일반적으로 진공흡착기를 이용하여 기밀 검사가 수행된 분리판을 이동시킨 후 새로운 분리판이 검사 장치 내로 도입되도록 하는 것이 일반적인데, 분리판이 베이스에 부착된 경우에는 진공흡착기를 이용하여 분리하는 것이 가능하나, 분리판이 프레스판의 하면에 부착되는 경우에는 이러한 방식을 도입하기 어렵다. 또한 베이스에서도 진공흡착기의 흡착력만으로 가스켓이 분리되지 않는 경우가 발생하고 있다.

이러한 경우 작업자가 수작업으로 분리판을 분리해야 함으로 공정 진행이 지연되고, 수작업으로 분리판을 분리하는 과정에서 분리판이 손상될 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 연료전지 스택의 분리판 테스트 기기에서 테스트 동작 수행 후에 프레스에 의한 가압에 의해 프레스판 또는 베이스에 부착된 분리판을 용이하게 분리해 낼 수 있도록 하는 연료전지 스택 분리판의 테스트 기기를 위한 분리판 분리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 분리판이 놓여지는 베이스와, 상기 베이스의 상부에 이격되어 승강 가능하게 배치되고, 상기 베이스에 놓인 분리판의 일측 더미를 제외한 부분을 가압하는 프레스판과, 상기 프레스판의 일측으로 승강 가능하게 설치되고, 하강시에 상기 베이스에 놓인 분리판의 일측 더미를 누르게 배치된 분리판 클램프와, 상기 프레스판의 일측으로 상기 프레스판의 상승 위치에서 상기 프레스판의 하면을 따라 상기 프레스판의 일측에서 타측으로 진행하게 설치된 상부 분리커터를 포함하여, 상기 프레스판의 상승시에 상기 분리판 클램프는 분리판의 일측 더미를 누른 상태를 유지함으로써 분리판의 일측이 상기 프레스판으로부터 분리되도록 하며, 상기 상부 분리커터는 분리판의 일측에서 형성된 분리판과 상기 프레스판의 이격 공간을 통해 상기 프레스판의 일측에서 타측으로 진행하여 분리판을 분리 가능한 연료전지 스택 분리판의 테스트 기기를 위한 분리판 분리 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 상기 베이스의 일측에는 승강 가능하게 돌출된 기준핀이 구비되어, 분리판은 더미에 형성된 기준홀에 상기 기준핀이 삽입되는 상태로 상기 베이스에 배치된다.

본 발명에 의하면, 상기 베이스의 타측에는 상기 베이스의 상면을 따라 상기 베이스의 타측에서 일측으로 진행하면서 상기 베이스와 상기 베이스에 놓인 분리판을 분리하는 커터를 구비한 하부 분리커터를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 하부 분리커터의 커터는 분리판의 폭 방향으로 이격되어 배치되어 한 쌍의 커터로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 상기 베이스 또는 프레스판 중 적어도 하나에는 상기 베이스 또는 상기 프레스판에 부착되는 분리판의 외곽의 가스켓 부착 위치 내측으로 외곽의 가스켓에 인접하여 에어를 분출하는 가스켓 주변부 에어 분출홀이 형성된다.

도 1 은 연료전지 스택용 분리판의 일예를 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 분리판 분리 장치가 적용된 연료전지 스택용 기밀 검사 장치의 개략도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 분리판 분리 장치에서 프레스판의 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 4f는 본 발명에 따른 분리판 분리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2 는 본 발명에 따른 분리판 분리 장치가 적용된 연료전지 스택용 기밀 검사 장치의 개략도이고, 도 3 은 도 2 에 도시된 분리판 분리 장치에서 프레스판의 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 스택 분리판의 테스트 기기를 위한 분리판 분리 장치는 베이스(10)와, 프레스판(20)과, 분리판 클램프(30)와, 상부 분리커터(40)와, 하부 분리커터(50)를 포함한다.

베이스(10)에는 테스트를 위한 분리판(1)이 배치된다. 베이스(10)의 상면 일측에는 분리판(1) 더미(3)에 형성된 기준홀(4)에 삽입되는 기준핀(12)이 돌출된다. 기준핀(12)은 베이스(10)에 놓이는 분리판(1)을 위치를 잡아주는 기능을 하는 것으로, 기준핀(12)에 기준홀(4)이 삽입되는 형태로 분리판(1)이 베이스(10)에 배치된다.

기준핀(12)은 높이 방향으로 탄성 이동가능하게 설치된다. 따라서 분리판 클램프(30)가 하강하여 분리판(1)의 더미(3)를 누르는 경우 기준핀(12)은 베이스(10) 내측으로 하강하고, 분리판 클램프(30)가 상승하여 누르는 힘이 제거되는 경우 다시 상승한다. 이를 위해 베이스(10)에는 기준핀 설치홀(14)이 형성되고, 기준핀 설치홀(14) 내부에는 스프링(15)이 구비되어 기준핀(12)을 상하 방향으로 이동가능하게 지지한다(도 4g 참조).

베이스(10)의 타측에는 하부 분리커터(50)가 베이스(10)에 접하여 베이스(10)를 따라 이동가능하게 설치된다.

또한 베이스(10)에는 가스켓 주변부 에어 분출홀(18)이 형성되어 기밀 검사 후 분리판(1)의 분리가 필요할 때 에어를 강한 압력으로 분사하여 분리판(1)의 분리가 원활하게 이루어질 수 있도록 한다. 가스켓 주변부 에어 분출홀(18)은 분리판(1)의 외곽의 가스켓(5) 내측으로 가스켓(5)에 인접하여 형성된다. 또한 가스켓 주변부 에어 분출홀(18) 내측으로 중심부 에어 분출홀(19)이 더 형성되어 가스켓 주변부 에어 분출홀(18)과 함께 에어가 분사되도록 한다.

프레스판(20)은 베이스(10)의 상부에 구동 액추에이터(22)에 의해 승강가능하게 설치된다. 프레스판(20)에는 분리판 기밀 테스트를 위한 반응가스/냉각수 유로 테스용 가스 주입을 주입관(24a, 24b, 24c)들이 연결되어 프레스판(20)의 하면에 형성된 주입홀(미도시)들을 통해 테스트용 가스를 주입하여 기밀 검사를 수행할 수 있도록 한다. 주입홀들(24a, 24b, 24c)을 통한 가스 주입이 각종 밸브 장치에 의해 제어되어 테스트 동작을 수행하며 압력 변화감지하여 기밀을 테스트 한다.

도 3을 참조하면, 프레스판(20)의 일측으로 분리판 클램프 홈(25)이 형성된다. 분리판 클램프 홈 내에 분리판 클램프(30)의 일단(32)이 삽입된다. 따라서 프레스판(20)이 베이스(10)와의 사이에 분리판(1)을 개재하여 분리판(1)을 가압할 때 분리판 클램프(30)가 프레스판(20)와 함께 분리판(1)의 더미(3)를 가압할 수 있도록 한다. 또한 프레스판(20)이 상승한 후, 분리판 클램프(30)가 추후에 상승할 때 분리판 클램프(30)의 일단(32)이 분리판 클램프 홈(25)에 삽입되는 위치로 상승하도록 하여 분리판 클램프(30)의 상승 위치를 설정하는 기능을 한다.

프레스판(20)의 하면에는 베이스(10)의 하면에 형성된 가스켓 주변부 에어 분출홀(18)과 동일하게 가스켓 주변부 에어 분출홀(28)이 형성되어 기밀 검사 후 분리판(1)의 분리가 필요할 때 에어를 분사하여 분리판(1)의 분리가 원활하게 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 베이스(10)의 중심부 에어 분출홀(19)과 유사하게 프레스판(20)에도 중심부 에어 분출홀(29)이 형성된다.

프레스에 의한 가압 상태에서 분리판(1)이 프레스판(20) 또는 베이스(10)에 부착되는 것은 고무 재질의 가스켓(5)이 프레스판(20) 또는 베이스(10) 부착되기 때문이다. 본 발명에 의할 경우 가스켓 주변부 에어 분출홀(18, 28)에 의해 에어가 외곽의 가스켓(5)에 내측으로 인접하여 분출되므로, 에어에 의해 베이스(10) 또는 프레스판(30)에 부착된 분리판(1)의 가스켓(5)의 부분 중 가스켓 주변부 에어 분출홀(18, 28)에 인접한 부착 위치로부터 분리가 시작되어 먼 방향으로 진행되는 방식으로 가스켓(5)이 베이스(10) 또는 프레스판(20)으로부터 분리된다. 가스켓(5)과 베이스(10) 또는 프레스판(20)의 부착 부위가 일측에서 분리된 후 그 분리가 타측으로 확산되는 방식이므로, 에어 분출홀이 가스켓 위치에 대응하여 형성되는 경우와 대비하여 더 작은 분출압으로 더 효과적으로 가스켓이 프레스판(20) 또는 베이스(10)로부터 분리되도록 할 수 있다. 중심부 에어 분출홀(19, 29)에 의해 분출되는 에어가 가스켓(5)의 분리를 촉진한다.

에어 분출홀(18, 19, 28, 29)는 기밀 검사가 수행된 후 프레스판(20)이 베이스(10)로부터 상승할 때 분출되어 가스켓(5)이 베이스(10) 또는 프레스판(20)에서 부분적으로 분리되도록 함으로써 상부 분리커터(40) 및 하부 분리커터(50)의 진행시 분리 동작이 보다 원활하게 수행될 수 있도록 한다.

도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 프레스판(20)의 일측으로 분리판(1)의 더미(3)를 클램핑하는 분리판 클램프(30)가 승강 가능하게 설치된다.

기밀 검사 시에 베이스(10)에 분리판(1)이 놓여진 상태로 프레스판(20)이 하강하여 기밀 검사가 수행된 후 프레스판(20)이 상승한다. 이때 프레스판(20)에 의해 가해진 압력에 의해 분리판(1)의 가스켓(5)이 베이스(10) 및 프레스판(20)에 밀착하여 부착되는 데, 프레스판(20)이 상승할 때 분리판(1)이 프레스판(20)의 하면에 붙여 함께 상승하는 경우가 발생하고 있다.

분리판 클램프(30)는 프레스판(20)이 하강할 때 함께 하강하여 분리판(1)의 더미(3)를 누르며, 프레스판(20)이 상승할 때 분리판(1)의 더미(3)를 누른 상태를 유지한다. 따라서, 프레스판(20)의 상승시에 분리판(1)이 부착된 상태로 상승하더라도, 분리판(1)의 일측은 베이스(10)에 유지된 상태로 분리판(1)의 타측만이 프레스판(20)에 부착되어 상승한다(도 4b 참조). 따라서 분리판(1)의 일측은 프레스판(20)으로부터 분리되어, 그 사이에 이격 공간을 형성시킨다.

이후, 분리판 클램프(30)는 프레스판(20)의 상승 위치로 상승하고, 이격 공간을 통해 상부 분리커터(40)가 진행하여 분리판(1)과 프레스판(20)을 분리한다.

상부 분리커터(40)는 프레스판(10)의 일측으로 프레스판(10)의 상승 위치에서 프레스판(10)의 하면을 따라 일측에서 타측으로 진행하도록 설치된다. 상부 분리커터(40)는 분리판(1)의 분리 후 정해진 시점에 원위치로 복귀한다.

상부 분리커터(40)는 가이드(42)에 의해 지지되어 있으며, 구동부(미도시)에 의해 프레스판(20)의 일측에서 타측으로 진행한다. 상부 분리커터(40)는 프레스판(20)과 분리판(1) 사이 공간에서 진행하면서 분리판(1)을 분리한다.

한편, 베이스판(10)의 타측에는 베이스(10)의 상면을 따라 베이스(10)와 분리판(1) 사이에서 타측에서 일측으로 진행하는 하부 분리커터(50)가 설치된다.

하부 분리커터(50)는 분리판(1)을 베이스(10)로부터 분리하기 위한 것으로, 하부 분리커터(50)가 베이스(10)의 타측에서 일측으로 진행함에 따라, 분리판(1)은 베이스(10)로부터도 완전히 분리된다.

본 발명에 의하면, 하부 분리커터(50)는 분리판(1)의 폭 방향으로 이격하여 분리된 한 쌍의 커터(52)를 포함한다. 커터(52)의 길이는 하부 분리커터(50)가 타측으로 끝까지 진행하더라도 기준핀(12)과 맞닿지 않는 길이로 형성된다. 커터(52)는 얇은 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

하부 분리커터(50)는 타측에서 일측으로 진행하여 분리판(1)을 베이스(10)로부터 분리시킨 후 원위치로 복귀한다.

이하, 도 4a 내지 도 4g를 참조하여 본 발명에 따른 분리판 분리 장치의 동작을 설명한다.

도 4a를 참조하면, 베이스(10)에 분리판(1)이 놓인 상태에서 프레스판(20)이 하강하여 분리판(1)을 가압 상태로 누른다. 이때 분리판 클램프(20)가 함께 하강하여 분리판(1)의 더미(3)를 가압한다. 더미(3)의 기준홀(4)에 삽입된 기준핀(12)은 분리판 클램프(20)에 의해 눌린 상태를 유지한다. 이 상태에서 테스트용 가스가 주입되면서 기밀 검사가 수행된다.

도 4b 는 기밀 검사의 수행 후에, 프레스판(20)이 상승한 상태를 도시하고 있다. 기밀 검사를 위하여 프레스판(20)이 분리판(1)을 가압할 때 가스켓(5)을 매개로 분리판(1)이 프레스판(20) 또는 베이스(10)에 부착되는데, 프레스판(20)에 더 강하게 밀착된 경우 프레스판(20)이 상승할 때 프레스판(20)에 부착된 상태로 함께 상승하려고 한다. 그러나 분리판 클램프(30)가 분리판(1)의 일측으로 위치한 더미(3)를 누르고 있으므로, 분리판(1)의 일측은 베이스(10)에 유지된 상태로 분리판(1)의 타측만이 프레스판(20)에 부착되어 프레스판(20)이 상승한다.

프레스판(20)의 상승시에 에어 분출홀을 통해 에어가 분출되어 분리판(1)이 베이스(10) 또는 프레스판(20)으로부터 분리되는 동작을 돕는다.

분리판 클램프(30)가 분리판(1)의 더미를 누른 상태로 프레스판(20)이 상승함에 따라 프레스판(20)의 하면과 분리판(1) 사이에는 상부 분리커터(40)가 삽입될 수 있는 이격 공간이 형성된다.

도 4c 및 도 4d는 상부 분리커터(40)가 프레스판(20)의 일측에서 타측으로 진행하면서 프레스판(20)의 하면으로부터 분리판(1)을 분리하는 동작을 보여주는 것으로, 도 4c에서 보이는 바와 같이 상부 분리커터(40)가 진행하면서 분리판(1)을 프레스판(20)으로부터 분리하고, 도 4d에서 보이는 바와 같이, 상부 분리커터(40)가 타측 위치로 완전히 이동함에 따라 분리판(1)은 프레스판(20)으로부터 분리되어 베이스(10)에 놓여지게 된다.

분리판(1)이 프레스판(20)으로부터 분리된 후, 도 4e에 도시된 바와 같이 분리판 클램프(30)가 하강하여 분리판(1)의 더미(3)를 누른다.

도 4e의 상태에서, 도 4f에서 보이는 바와 같이, 하부 분리커터(50)가 베이스(10)의 타측에서 일측으로 이동하면서 분리판(1)을 베이스(10)로부터 분리하는 동작이 수행된다. 이로 인해 분리판(1)은 베이스(10) 및 프레스판(20) 모두로부터 완전히 분리된다.

도 4g는 분리판(1)이 프레스판(20) 및 베이스(10)로부터 분리된 상태를 도시한 것으로, 상부 분리커터(40) 및 하부 분리커터(50)가 원 위치로 복귀되어 있으며, 분리판(1)은 가스켓(5)에 의한 부착 상태가 해제된 상태로 베이스(1)에 놓여져 다음 공정을 준비한다.

이상에서 본 발명의 분리판 분리 장치가 분리판의 기밀 검사 장치에 설치된 것을 예로 설명하였다. 그러나 본 발명은 기밀 검사 장치에 제한됨에 없이 가스켓의 탄성 테스트 기기와 같은 베이스에 놓여진 분리판의 프레스판으로 가압한 상태에서 테스트 동작을 수행하는 다양한 연료전지 스택 분리판의 테스트 기기에 적용될 수 있다.

1: 분리판 5: 가스켓
3: 더미 4: 기준홀
10: 베이스 12: 기준핀
18, 28: 가스켓 주변부 에어 분출홀
20: 프레스판 30: 분리판 클램프
40: 상부 분리커터 50: 하부 분리커터
52: 커터