고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착시스템{HEAT PRESSING SYSTEM FOR PRE-ACTIVATING POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL}

본 발명은 전해질막의 상하면에 각각 전극촉매층을 형성한 막전극접합체(MEA)의 상하에 기체확산층(GDL)을 적층한 후 열간압착하여 확산층접합체를 제작함에 있어서, 열간압착하는 중에 누설검사, 사전활성화 및 저항 모니터링을 수행하고, 막전극접합체 및 기체확산층을 순차적으로 정렬 적층하는 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착시스템에 관한 것이다.

연료전지는 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시키는 장치로서, 예를 들어 수소 공급원으로서 메탄올, 천연가스, 액화석유가스 등 탄화수소 계열의 연료 중에 포함되어 있는 수소를 사용하고, 산소는 공기 중에 있는 산소를 사용하는 차세대 청정 발전 시스템으로 각광받고 있다.

이러한 연료전지는 사용되는 전해질에 따라 용융탄산염 연료전지, 고체산화물 연료전지, 고분자 전해질 연료전지, 인산형 연료전지, 알칼리형 연료전지 등으로 구분될 수 있으며, 기본적으로 같은 원리에 의해 작동된다.

상기한 여러 종류의 연료전지 중에서 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electolyte Fuel Cell(PEFC) 또는 Proton Exchange Membrane Fuel Cell(PEMFC))는 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고, 전류밀도 및 출력밀도가 크며, 시동 시간이 짧고, 부하 변화에 대해 빠른 응답 특성을 갖는 장점으로 인하여, 무공해 차량의 동력원, 자가 발전용, 이동용 및 군사용 전원 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.

도 1은 고분자 전해질 연료전지를 구성하는 단위 유닛의 연료전지(10)을 단면도로 도시한 구성도로서, 제조과정에 의하면, 먼저, 수소이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막(11a)의 양면에 각각 산소와 수소가 반응할 수 있도록 전극촉매층(11b)을 형성한 막전극접합체(11, MEA : Membrane-Electrode Assembly)와, 막전극접합체(11)보다는 작은 면적의 기체확산층(12a, 12b)을 마련한 후, 막전극접합체(11)의 양면에 기체확한층(12a, 12b)을 적층한 적층체를 열간압착하여 확산층접합체를 제조한다. 그리고, 수소와 산소가 새지 아니하도록 기체확산층(12a, 12b)의 덮지 아니한 전해질막(11a)의 양면 테두리(에지 테이프)에 각각 가스켓(14)을 적층하고, 산소와 수소를 공급하고 반응에 의해 발생한 물을 배출하는 분리판(13)으로 양면 전체를 덮도록 적층하여 완성한다.

그리고, 양측 전극촉매층(11b) 중에 어느 하나는 수소의 산화반응이 진행되는 애노드(Anode)로 사용하고 다른 하나는 산소의 환원반응이 진행되는 캐소드(Cathode)로 사용하여 전기 부하에 연결한다.

이러한 단위 유닛의 연료전지(10)는 애노드 측이 연료를 공급받는 연료극이 되고 캐소드 측이 공기를 공급받는 공기극이 되며, 애노드 측의 분리판에 탄화수소 계열의 연료를 공급하고 캐소드 측의 분리판에 공기를 공급하면, 연료에 포함된 수소가 애노드에서 산화반응하여 수소이온과 전자가 발생하고, 여기서 발생한 전자는 외부 도선을 통해서 전기 부하를 경유하여 캐소드로 이동하고, 수소이온은 전해질막(11a)을 통과하여 캐소드에 도달한다. 이에 따라, 캐소드는 수소이온과 전자를 받아 공기 중 산소의 환원반응을 진행하며, 이에 물이 발생한다. 즉, 외부 도선을 따라 이동하는 전자의 흐름과 전해질막(11a)을 통해 이동하는 수소이온의 흐름에 의해서 전기에너지가 생성된다.

실제 사용하는 연료전지는 상기 도 1에 도시한 단위유닛의 연료전지(10)에서 얻을 수 있는 전위보다 더 큰 전위를 요구하므로, 도 2에 도시한 바와 같이 필요한 전위를 얻을 수 있는 개수의 연료전지(10)들을 적층하고 최외각에 적층되는 연료전지(10)의 분리판에 각각 엔드플레이트(21)를 설치하여 전극 단자로 사용하며, 이와 같이 복수의 연료전지(10)들을 적층한 것을 스택(20, Stack)이라고 한다.

그런데, 연료전지의 연료극 및 공기극은 나피온과 같은 수소이온 전달체 및 백금과 같은 촉매를 혼합하여 제조하는데, 연료전지를 제조하여 초기 운전하면, 첫반응물의 이동 통로가 막혀 촉매까지 도달할 수 없고, 둘째 촉매와 같이 삼상계면을 이루고 있는 나피온과 같은 수소이온 전달체가 운전 초기에 쉽게 가수화가 되지 아니하고, 세째 수소이온 및 전자의 연속적인 이동성이 확보되지 않은 상태이고, 넷째 전극 제조시 불순물이 함유되어 촉매의 활성이 감소되기 때문에, 그 활성도가 떨어진다.

이에 따라, 연료전지 스택을 제조한 후 연료전지의 성능을 최대한 확보하기 위해서 반응에 참여하지 못하는 촉매를 활성화하고, 전해질막 및 전극 내에 포함된 전해질을 충분히 수화시켜 수소이온의 이동도를 증가시키는 활성화(Activation) 공정을 거친다.

하지만, 활성화 공정을 위한 시스템은 매우 복잡하고, 스택의 활성화 공정에서 많은 전력 및 연료를 소모하고, 매우 긴 시간이 소요되는 어려움이 따른다. 또한, 확산층접합체를 적층하여 제작한 스택을 검사할 시에 일부 확산층접합체에서 불량이 나면 스택(3)을 해체하여 불량 확산층접합체를 대체한 후 재조립하여야 하는 데, 이러한 해체 및 재조립은 스택의 구조상 많은 어려움이 따른다. 특히, 확산층접합체에서 불량이 나는 경우는 많은 경우 전해질막(11a)의 누설에 의해 발생한다.

이에, 등록특허 제10-1199530호 및 등록특허 제10-1191052호는 막전극접합체(11)에 기체확산층(12a, 12b)을 적층한 적층체를 열간압착하여 확산층접합체를 제조하는 중에, 수증기를 적층체의 양면에 공급함으로써 사전활성화하고, 적층체의 양면 간에 진공도를 차이나게 하여 전해질막(11a)의 누설을 검사하는 장치 및 방법을 개시하였으며, 이에 따라, 스택을 제작한 후 시행하는 활성화 공정을 단축할 수 있고 전해질막의 누설에 의한 불량도 방지할 수 있었다.

하지만, 열간압착 및 사전활성화가 충분히 진행된 이후에 공정을 완료하여야 하는데, 상기 종래기술은 이에 대한 기술을 제시하지 아니하여서, 막전극접합체(11) 및 기체확산층(12a, 12b)의 제조공정 오차 및 열간압착 및 사전활성화 공정 상의 오차에 의해서, 확산층접합체의 품질 편차가 발생할 수 있었다.

또한, 상기 종래기술은 막전극 접합체(11) 및 기체확산층(12a, 12b)을 정확하게 맞춰 적층한 상태에서 열간압착 및 사전활성화하여야 하는 데, 이에 대한 기술을 제시하지 아니하였다.

더불어, 상기 종래기술들은 누설검사를 위해서 적층체의 양측 진공도를 원하는 값으로 정확하게 조절하고 진공도의 변화를 정밀하게 감지하여야 하지만, 진공도의 조절에 어려움이 따르고 진공도의 변화를 정밀하게 감지하기도 어려워서, 누설검사의 정확성을 담보하기엔 어려움이 있었다.

또한, 상기 종래기술들은 하나의 장치로 확산층접합체를 반복 제조하는 중에 불순물에 오염될 수 있는 문제가 있었고, 적층체의 양면간에 분리된 밀폐공간을 형성하기 위해서 실링재를 사용하지만, 적층체에 가스켓(14)을 장착한 상태로 공정처리하므로, 실링재에 의해 밀폐되는 부분에서 누설될 수 있는 문제도 있었다.

또한, 상기 종래기술은 수증기를 적층체에 균일하게 공급하여 사전활성화하기 위해 형성하는 수증기 공급로인 내부 유로가 복잡하여서 제작하기에도 어려웠다.

따라서, 본 발명은 열간압착하는 중에 사전활성화를 진행하되 진행 상태를 실시간 모니터링함으로써 적합한 품질로 진행된 이후에 하나의 확산층접합체에 대한 제조공정 사이클을 마치도록 동작하는 한편, 막전극 접합체 및 기체확산층을 정렬하며 적층한 후 열간압착을 진행하도록 자동화함으로써, 품질을 보증하는 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착시스템에 있어서, 내부의 유로와 연통되는 홀이 기체확산층에 면접촉되는 면에 다수 형성된 두개의 가습판을 상하에 배치하여 하측 가습판에 하측 기체확산층, 막전극접합체 및 상측 기체확산층의 순서로 적층한 적층체를 상측 가습판으로 가압하며 히터판으로 가열하는 중에 가습판의 유로에 수증기를 공급하여 가습하는 열간압착부(100); 및 가습판의 가압 및 히터판의 가열에 의한 열간압착동작와 수증기 공급에 의한 사전활성화동작이 동시에 이루어지도록 제어하는 컨트롤러(800);를 포함하여 구성되되,

각각의 가습판에서 기체확산층을 가압하는 면에 전극을 구비하고, 컨트롤러(800)에서 적층체의 양면 간의 저항 변화를 모니터링하여 미리 설정된 저항으로 낮아질 시에 열간압착 및 사전활성화 동작을 종료하게 제어함을 특징으로 한다.

상기 가습판을 전기 전도성 재질로 구성한 후 절연함으로써 상기 가습판을 전극으로 함을 특징으로 한다.

본 발명에 일실시예에 따른 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착시스템은 막전극접합체를 적층하여 두는 막전극접합체 보관부(200); 막전극접합체의 저면에 적층할 하측 기체확산층을 적층하여 두는 제1 기체확산층 보관부(300a); 막전극접합체의 상면에 적층할 상측 기체확산층을 적층하여 두는 제2 기체확산층 보관부(300b); 하측 기체확산층, 막전극접합체 및 상측 기체확산층을 동일한 중심에 정렬하는 얼라인부(400); 및 하측 기체확산층, 막전극접합체 및 상측 기체확산층의 순서로 얼라인부(400)로 이송하여 정렬한 후 하측 가습판 위에 이송하여 적층하는 동작을 순차적으로 수행하는 로봇(700); 을 더욱 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 얼라인부(400)는 하측 기체확산층, 막전극접합체 및 상측 기체확산층 중에 안착되는 대상물을 향해 안착면에서 공기를 분출하는 얼라인 플레이트(410); 대상물의 폭방향 양측 테두리에 접촉되는 폭방향 외곽부(421) 간의 간격을 대상물의 폭방향 길이로 좁히게 동작하여 대상물의 폭방향 중심을 안착면의 폭방향 중심에 정렬하는 폭방향 정렬부(420); 및 안착 대상물의 길이방향 양측 테두리에 접촉되는 길이방향 외곽부(431) 간의 간격을 대상물의 길이방향 길이로 좁히게 동작하여 대상물의 길이방향 중심을 안착면의 길이방향 중심에 정렬하는 길이방향 정렬부(430); 를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

얼라인 플레이트(410)에 안착된 대상물에서 폭방향 테두리에 접촉되는 양측 폭방향 외곽부(421)와 길이방향 테두리에 접촉되는 양측 길이방향 외곽부(431)는 각각 위치 조절에 의해서 폭방향 중심과 길이방향 중심을 조절함으로써 얼라인 플레이트(410)의 안착면 중심에 일치되게 조절됨을 특징으로 한다.

상기 로봇(700)은 상측 기체확산층을 얼라인부(400)로 이송할 시에 상측 기체확산층을 상부로 향하게 한 후 상측 가습판에 접촉시키고, 상기 열간압착부(100)는 하측 기체확산층 및 막전극접합체가 하측 가습판에 적층된 이후 상측 가습판이 이송될 시에 상측 가습판의 유로를 통해 상측 기체확산층을 진공흡착한 후 상측 가습판을 하강시켜 열간압착하도록 컨트롤러(800)에 의해 제어됨을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 열간압착 및 사전활성화의 병행에 따른 열간압착 정도 및 사전활성화 정도를 저항 변화로 모니터링하여 열간압착 및 사전활성화가 충분히 이루어진 확산층접합체를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 하측 기체확산층, 막전극접합체 및 상측 기체확산층를 순차적으로 적층할 시에 적층 대상을 정렬하도록 구성되므로, 확산층접합체의 품질을 보장할 수 있다.

도 1은 고분자전해질 연료전지의 단위유닛 구성도.
도 2는 도 1에 도시한 단위유닛의 연료전지를 적층한 스택의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착시스템의 측면도.
도 4는 열간압착부(100)의 정면도.
도 5는 가습판(130a, 130b)의 투시 상면도
도 6은 가습판(130a, 130b)을 구비한 가압부(110) 및 안착부(120)를 확대도시한 정면도.
도 7은 적층체를 안착부(120)에 안착한 후 가압부(110)로 열간압착한 상태의 정면도.
도 8은 가압부(110)의 승강 구조를 확대 도시한 정면도.
도 9는 저항 측정을 위한 가압부(110) 및 안착부(120)의 다른 실시예를 보여주는 정면도.
도 10은 막전극접합체 보관부(200)의 측면도.
도 11은 막전극접합체 보관부(200)의 상면도.
도 12는 얼라인부(400)의 측면도.
도 13은 얼라인부(400)의 상면도.
도 14는 얼라인부(400)에서 얼라인 플레이트(410)의 상면 투시도.
도 15는 얼라인부(400)에서 폭방향 정렬부(420)를 분리하여 상면도로 도시한 도면.
도 16은 얼라인부(400)에서 길이방향 정렬부(430)를 분리하여 상면도로 도시한 도면.
도 17은 본 발명의 실시예에 의해 이루어지는 확산층접합체 제조 방법의 순서도.
도 18은 열간압착/누설검사 단계(S200) 및 열간압착/사전활성화/모니터링 단계(S300)를 세부적으로 보여주는 순서도.

먼저, 발명의 배경이 되는 기술에서 도 1을 참조하며 언급한 바에 따라, 다음과 같이 용어를 정의한다.

막전극접합체(MEA : Membrane-Electrode Assembly, 11)는 전해질막(11a)의 양면에 각각 전극촉매층(11b)을 형성한 것이다.

적층체(12a, 11, 12b)는 막전극접합체(11)의 양면에 각각 형성한 전극촉매층(11b)에 기체확산층(GDL : Gas Diffusion Layer, 12a, 12b)을 적층한 것이다.

확산층접합체는 적층체(12a, 11, 12b)를 열간압착하여 기체확산층(12a, 12b)를 막전극접합체(11)에 부착한 것이다.

사전활성화는 적층체(12a, 11, 12b)를 열간압착하여 확산층접합체를 제조하는 중에 수증기를 공급하여 적층체에 포함된 전해질을 수화시킴으로써 수소이온의 이동도를 증가시키는 것으로서, 복수의 확산층접합체로 형성된 스택을 활성화하는 것과 구분하여, 확산층접합체를 제조하는 과정에서 활성화한다는 의미로 사용된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고분자전해질 연료전지를 사전활성화하는 열간압착시스템의 측면도이며, 하기에서 참조하면 도면들처럼 구조의 이해를 위해 필요한 부위를 투시도로 도시하였다.

도 3은 참조하면 열간압착시스템은 열간압착부(100), 막전극접합체 보관부(200), 제1 기체확산층 보관부(300a), 제2 기체확산층 보관부(300b), 얼라인부(400), 합격품 보관부(500), 불량품 보관부(600), 로봇(700) 및 컨트롤러(800)를 프레임(900)에 설치한 구조를 갖는다.

상기 열간압착부(100)는 막전극접합체(11)의 상면 및 저면에 각각 기체확산층(12a, 12b)이 면접촉되도록 적층한 적층체(12a, 11, 12b)를 열간압착하면서 상면과 저면 사이에 압력차를 발생시킨 후 압력차 변동을 소정시간동안 검출하고, 사전활성화하고, 저항변화를 검출한다.

상기 막전극접합체 보관부(200)는 복수의 막전극접합체(11)를 층층이 쌓아 두는 곳이고, 상기 제1 기체확산층 보관부(300a)는 막전극접합체(11)의 저면에 적층시킬 하측 기체확산층(12a)를 층층이 쌓아 두는 곳이고, 상기 제2 기체확산층 보관부(300b)는 막전극접합체(11)의 상면에 적층시킬 상측 기체확산층(12b)를 층층이 쌓아 두는 곳이다. 이와 같이 기체확산층(12a, 12b)를 하측 기체확산층(12a)와 상측 기체확산층(12b)로 구분하여 쌓아 두는 이유는 기체확산층의 상하면 중에 어느 한 면이 막전극접합체(11)에 접촉되도록 제조되기 때문이다.

상기 얼라인부(400)는 하측 기체확산층(12a), 막전극접합체(11) 및 상측 기체확산층(12b)에 대해서 올려놓고 정렬하는 동작을 순서에 따라 순차적으로 진행하기 위한 구성요소이다. 이때, 올려놓는 하측 기체확산층(12a), 막전극접합체(11) 및 상측 기체확산층(12b)에 대한 정렬은 동일한 중심에 정렬하는 방식으로 구동되어서, 순차적으로 정렬되며 로봇(700)에 의해 열간압착부(100)에 이송되어 순차적으로 적층되는 하측 기체확산층(12a), 막전극접합체(11) 및 상측 기체확산층(12b)는 중심이 상호 일치되게 적층된다.

상기 합격품 보관부(500)는 열간압착부(100)에 의해 열간압착하여 제조한 확산층접합체 중에 품질이 적합기준에 부합하는 합격품을 층층이 쌓아두는 곳이다.

상기 불량품 보관부(600)는 열간압착부(100)에 의해 열간압착하여 제조한 확산층접합체 중에 품질이 적합기준에 부합하지 못한 불합격품을 층층이 쌓아두는 곳이다.

상기 로봇(700)은 하측 기체확산층(12a), 막전극접합체(11) 및 상측 기체확산층(12b)을 순차적으로 얼라인부(400)에 이송하여 정렬한 후 하측 가습판 위에 적층하는 이송수단이다. 즉, 제1 기체확산층 보관부(300a)에 쌓인 하측 기체확산층(12a) 중에 한장을 얼라인부(400)로 이송하여 정렬한 후 열간압착부(100)로 이송하여 적층하고, 막전극접합체 보관부(200)에 쌓인 막전극접합체(11) 중에 한장을 얼라인부(400)로 이송하여 정렬한 후 열간압착부(100)로 이송하여 하측 기체확산층(12a) 위에 적층하고, 제2 기체확산층 보관부(300b)에 쌓인 상측 기체확산층(12b) 중에 한장을 얼라인부(400)로 이송하여 정렬한 후 열간압착부(100)로 이송하여 막전극접합체(11) 위에 적층하는 일련의 동작을 수행하여서, 하측 기체확산층(12a), 막전극접합체(11) 및 상측 기체확산층(12b)의 적층체를 열간압착부(100)에 안착시킨다.

또한, 상기 로봇(700)은 열간압착부(100)에서 적층체를 열간압착하여 제조한 확산층접합체를 품질 판정에 따라 합격품 보관부(500) 및 불량품 보관부(600) 중에 어느 하나로 이송하도록 컨트롤러(800)에 의해 제어된다.

상기 컨트롤러(800)는 로봇(700) 및 얼라인부(400)를 제어하여 하측 기체확산층(12a), 막전극접합체(11) 및 상측 기체확산층(12b)를 순차적으로 정렬하고 열간압착부(100)로 이송하여 적층체를 열간압착부(100)에 안착시키는 정렬/적층체 안착 동작 및 열간압착부(100)를 제어하여 적층체에 대해 열간압착하는 열간압착 동작을 수행하고, 열간압착 동작 중에 누설 검사 동작, 사전활성화 동작 및 저항 모니터링 동작을 수행한다. 또한, 로봇(700)을 제어하여 확산층접합체를 품질에 따라 합격품 보관부(500)나 아니면 불량품 보관부(600)로 이송하는 회수 동작을 하며, 이러한 일련의 동작을 하나의 확산층접합체에 대한 제조공정 사이클로 하여 제어한다.

상기 프레임(900)은 불량품 보관부(600), 합격품 보관부(500), 얼라인부(400), 제1 기체확산층 보관부(300a), 막전극접합체 보관부(200) 및 제2 기체확산층 보관부(300b)의 순서로 열간압착부(100)의 후방측에 일렬로 배치하기 위한 구조를 갖추되, 배치 순서는 도면에 도시한 순서에 한정하지 아니하여도 된다.

구체적으로 설명하면 다음과 같다.

<열간압착부(100)>

도 4는 열간압착부(100)의 정면도로서, 승강수단(118)에 파지되는 가압부 고정체(112)의 상부 구조를 단면도로 도시하였고, 도 3에 누락된 수증기공급부(140), 진공펌프(150), 질소공급부(160) 및 각종 밸브의 연결 구조도 도시하였다.

도 5는 가습판(130a, 130b)의 투시 상면도이고, 도 6은 가습판(130a, 130b)을 각각 구비한 가압부(110) 및 안착부(120)를 측면도로 도시하되, 가습판(130a, 130b)은 투시 측면도로 도시한 도면이고, 도 7은 적층체(12a, 11, 12b)를 안착부(120)에 안착한 후 가압부(110)로 가압하며 열간압착할 때의 정면도로서 도 6과 동일하게 가습판(130a, 130b)을 투시 단면도로 도시한 도면이고, 도 8은 가압부(110)와 가압부(110)를 승강시키는 상부 구조를 확대 도시한 도면이다.

도 4 내지 도 8을 참조하면, 열간압착부(100)는 내부의 유로(132, 133)와 연통되는 홀(135)이 기체확산층(12a, 12b)에 면접촉되는 면에 다수 형성된 두개의 가습판(130a, 130b)을 상하에서 상호 마주하게 배치하고, 각각의 가습판(130a, 130b)을 가열하기 위한 히터판(111, 121)이 가습판(130a, 130b)과 일체형으로 장착되어 있으며, 적층체(12a, 11, 12b)를 하측 가습판(130a)에 올려놓고 상측 가습판으로 가압하며 히터판으로 가열하는 중에 가습판의 유로에 수증기를 공급하여 홀(135)을 통해 수증기를 분출함으로써 가습할 수 있다. 또한, 상하의 각 가습판(130a, 130b)에서 적층체(12a, 11, 12b)의 기체확산층(12a, 12b)를 가압하는 면에 전극(139a)을 구비하여서, 적층체(12a, 11, 12b)의 상하면에 있는 기체확산층(12a, 12b) 간의 저항을 검출할 수 있다.

이를 위해서, 상기 열간압착부(100)는 프레임(900)에 고정되는 안착부(120), 안착부(120)의 상부에서 승강수단(118)에 의해 승강하는 가압부(110), 수증기를 소정의 압력으로 안착부(120)와 가압부(110)에 공급하는 수증기공급부(140); 질소를 소정의 압력으로 안착부(120)와 가압부(110)에 공급하는 질소공급부(160); 및 안착부(120)와 가압부(110)에 잔류하는 수증기 또는 질소를 진공흡입하는 진공펌프(150);를 포함하여 구성된다.

상기 안착부(120)는 프레임(900)에 세워지게 고정한 안착부 고정체(122)의 상면에 히터판(121)을 고정 설치하고 히터판(121)의 상면에 가습판(130a)을 고정 설치한 구조를 갖는다. 여기서, 가습판(130a)은 적층체(12a, 11, 12b)를 올려놓는 판이며, 하부에 배치한 히터판(121)으로 가열할 수 있다.

상기 가압부(110)는 프레임(900)에 세워놓은 가이드봉(117)을 따라 승강할 수 있게 장착한 가압부 고정체(112)의 저면에 히터판(111)을 고정 설치하고 히터판(111)의 저면에 가습판(130b)을 고정 설치한 구조를 갖추며, 가압부 고정체(112)의 상면에 돌출부(114)를 형성하여서 상부에 설치한 승강수단(118)에 의해 승강운동하는 로드가 돌출부(114)를 파지하여 연직방향으로 승강하게 되어 있다. 여기서, 상기 가압부(110)에 구비한 가습판(130b)은 안착부(120)에 구비한 가습판(130a)과 상호 마주하고, 상부에 배치한 히터판(111)으로 가열할 수 있으므로, 하강시켜서 안착부(120)에 구비한 가습판(130b)에 올려놓는 적층체(12a, 11, 12b)를 열간압착할 수 있다.

상기 승강수단(118)은 가압부 고정체(112)의 돌출부(114)를 파지하는 파지부(118b)를 하단에 구비한 연직방향의 로드(118a)를 승강시키며, 예를 들어 유압실린더로 구성될 수 있다.

도 8을 참조하면, 로드(118a)의 하단에 구비한 파지부(118b)는 상기 돌출부(114)의 상단을 파지할 시에 돌출부(114)와의 사이에 틈새(118c)를 갖도록 파지한다. 즉, 파지부(118b)에 파지되는 돌출부(114)와의 사이에 틈새(118c)가 있으므로, 돌출부(114)가 파지부(118b)에 파지되기는 하지만 하부로 떨어져 나가지 않도록 하면서 기울어지는 움직임, 즉, 요동이 가능하게 된다. 또한, 로드(118a)를 하강시켜 돌출부(114)를 가압할 시의 파지부(118b)와 돌출부(114) 간의 접촉면을 구면으로 만곡되게 하여서, 돌출부(114)가 형성된 가압부(110)가 적층체(12a, 11, 12b)를 사이에 개재한 상태로 안착부(120)를 가압할 시에 균입한 압력으로 접촉되도록 기울어질 수 있게 한다. 가압부 고정체(112)의 승강을 안내하는 가이드봉(117)은 가압부 고정체(112)와 상하 슬라이딩 가능하게 결합시에 약간의 유격을 두어서 가압부(110)의 기울어짐을 허용한다.

상기 도 8에 도시한 구체적인 실시예에 따르면, 상기 돌출부(114)의 상부는 측방향으로 돌출된 플랜지(116)와, 구면의 일부를 절개한 형상으로 상부로 만곡되게 형성한 가압면(115)을 구비한다. 그리고, 상기 파지부(118b)는 플랜지(116) 및 가압면(115)이 구비된 돌출부(114) 상부를 감싸는 내부공간을 갖되, 내부면이 플랜지(116) 및 가압면(115)의 외부면과 이격되어 있고, 내부면 중에 가압면(115)과 마주하는 면은 가압면(115)의 만곡 형상과 동일한 형상의 홈이 조성되어 있다. 이에, 로드(118a)를 하강시키면, 안착부(120)의 가습판(130a)에 올려진 적층체(12a, 11, 12b)의 상면이 오차에 의해 약간 기울어져 있더라도 가압부(110)가 기울어지면서 가압부(110)의 가습판(130b) 저면 전체가 균일한 압력으로 적층체(12a, 11, 12b)를 가압하게 된다.

상기 가습판(130a, 130b)은 주입구(131) 및 배출구(136)에 의해 외부와 연통되는 유로(132, 133)를 적층체의 기체확산층(30a, 30b)에 접촉되는 면과 평행하게 내부에 구비하고, 유로에 연통되는 홀(138)이 적층체의 기체확산층(30a, 30b)을 향해 형성되어 있다.

도 5에 도시한 가습판(130a, 130b)의 투시 상면도와 도 6에서 가습판(130a, 130b)의 일부를 투시 측면도로 도시한 도면을 살펴보면, 상기 유로(132, 133)는 적층체의 기체확산층(30a, 30b)에 접촉되는 면의 넓이에 맞게 고르게 분포되도록 상호 평행하게 등간격으로 형성한 복수의 서브 유로(133), 및 서브 유로(133)의 내경보다 큰 내경을 갖추게 형성되고 복수의 서브 유로(133)의 평행 배열 방향으로 형성되어 복수의 서브 유로(133)와 누락 없이 연통되며 주입구(131)에 연결되는 것과 배출구(136)에 연결되는 것이 서로 이격되어 상호 평행을 이루게 한 2개의 메인 유로(132)로 구성된다.

여기서, 상기 복수의 서브 유로(133)는 가습판(130a, 130b)의 측면에서 내부로 깊게 홈을 판 후에, 홈 입구를 마개(134)로 막음으로써, 가습판 내부에 형성된다.

상기 메인 유로(132)는 가습판(130a, 130b)의 측면 중에 상기 마개(134)를 설치한 측면과 모서리를 경계로 연접하는 측면에서 내부를 향해 깊게 홈을 팜으로써 형성된다. 여기서, 홈 입구는 주입구 및 배출구가 되므로 마개로 막지 아니한다.

상기 홀(135)은 기체확산층(30a, 30b)에 접촉되는 면을 관통하여 형성되는 구멍으로서 서브 유로(133)와 연통되며, 각각의 서브 유로(133)에 등간격으로 형성되어서, 기체확산층(30a, 30b)의 전면을 향해 고르게 분포된다. 출원인은 상기 홀(133)의 직경을 0.6mm로 하고, 홀(133)의 종횡 방향 간격을 15mm로 하여 후술하는 사전활성화를 실시한 결과, 충분한 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

또한, 도 5에 도시한 투시 상면도와 도 6에 도시한 부분 투시 측면도를 살펴보면, 기체확산층(30a, 30b)에 접촉되는 면을 에워싸는 형태의 요홈(138)을 내부로 갈수록 확장되게 형성하고, 실링재(137)를 두께방향으로 절반 이상 요홈(138)에 삽입하여 빠지지 아니하게 하였다. 이에, 상기 복수의 홀(133)은 상기 실링재(137)로 에워싸이는 면에 고르게 형성되는 것이 된다.

도 1에 도시한 바와 같이 적층체(12a, 11, 12b)의 적층 대상물 중에 막전극 접합체(11)에서 전해질막(11a)의 둘레 가장자리인 에지 테이프(edge tape, 도 7의 도면부호 11a-1)는 가스켓(14)이 놓이는 자리로서 전극촉매층(11a)이 형성되지 아니하며, 기체확산층(30a, 30b)을 적층하더라도 기체확산층(30a, 30b)에 덮이지 아니하고 외부로 노출되게 한다.

그리고, 도 6을 참조하면, 상기 실링재(137)가 기체확산층(12a, 12b)의 테두리를 감싸는 형상으로 형성되어서, 막전극 접합체(11)의 상하에 기체확산층(12a, 12b)을 적층한 적층체(12a, 11, 12b)를 상하에서 가습판(130a, 130b)으로 압착하면, 상기 실링재(137)에 에워싸이는 면으로 기체확산층(12a, 12b)을 압착하게 된다.

또한, 상기 실링재(137)는 전해질막(10)의 둘레 가장자리인 에지 테이프(11a-1)에 밀착하게 되어서, 기체확산층(12a, 12b)이 있는 공간을 밀폐한다. 이에, 전해질막(11a)이 손상 없는 정상적인 상태라면 적층체(12a, 11, 12b)의 상하측에 분리된 밀폐된 공간이 형성되어, 후술하는 누설검사 및 사전활성화를 실시할 수 있다.

실제 제품에 있어서, 적층체(12a, 11, 12b)의 두께는 매우 얇으므로, 적층체(12a, 11, 12b) 전체를 실링재로 감싸게 하고 압착하는 중에 적층체(12a, 11, 12b)의 전해질막(11a) 측면에 실링재를 밀착시킨다면, 상하 분리된 밀폐공간을 형성하기란 매우 어렵고 누설이 발생하기 쉽다. 반면에, 본 발명의 실시예에 따르면, 실링재(137)로 전해질막(10)의 둘레 가장자리를 상하에서 압착하게 되므로, 상하 분리된 밀폐공간을 누설없이 용이하게 형성할 수 있다.

한편, 상기 실링재(137)를 기체확산층(12a, 12b)의 테두리를 감싸게 형성함으로써, 기체확산층(12a, 12b)을 정확한 위치에 안착할 수 있다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 가습판(130a, 130b)에는 적층체의 상하 면 사이 저항을 측정하기 위한 전극(139a)이 기체확산층(12a, 12b)에 접촉되는 면에 노출되고 절연재(139b)에 의해 가습판(130a, 130b)과 전기적으로 절연되게 구비된다. 그리고, 이러한 전극(139a)은 상기 가습판(130a, 130b)에서 기체확산층에 접촉되는 면에 복수개로 분포 구비되고, 전극단자(139)를 통해 외부(컨트롤러, 800)에 전기적으로 연결된다. 도면에는 도시하지 아니하였지만, 복수의 전극(139a)을 전극단자(139)에 연결하기 위한 전선이 가습판에 구비된다.

이에, 가압부(110)와 안착부(120) 사이에 적층체(12a, 11, 12b)를 개재한 후 압착하면, 적층체(12a, 11, 12b)의 상측 기체확산층(12b)과 하측 기체확산층(12a) 사의 저항을 전극(139a)을 이용하여 검출할 수 있다.

상술한 바와 같이 가압부(110)와 안착부(120)에 각각 구비된 가습판(130a, 130b)에서, 유로(132, 133)의 주입구(131)에 연결되는 배관은 분기되어 수증기공급부(140) 및 질소공급부(160)에 연결된다. 그리고, 배관의 분기점에 설치되어 컨트롤러(800)의 제어에 따라 수증기 또는 질소를 유로(132, 133)에 선택적으로 공급하는 주입측 밸브(141a, 141b, 161a, 161b), 배관을 분기하기 이전에 설치되어 유로(132, 133)에 주입하는 수증기 또는 질소의 기체 압력을 조절하는 압력조절밸브(142a, 142b), 및 압력조절밸브(142a, 142b)와 주입구(131) 사이에 설치되며 적층체의 상하면 간에 발생하는 차압을 획득하기 위해서 질소를 주입한 후 압력변화를 감지하여 컨트롤러(800)에 전달하는 압력센서(143a, 143b)가 구비된다.

주입측 밸브(141a, 141b, 161a, 161b)는 주입구(131)에 연결된 배관에서 분기되어 수증기공급부(140)에 연결하는 배관 및 질소공급부(160)에 연결되는 배관의 중도에 각각 하나씩 설치한 밸브로 구성된다. 이에, 컨트롤러(500)의 제어에 따라 수증기공급부(140) 측의 밸브(141a, 141b)와 질소공급부(160) 측의 밸브(161a, 161b)를 동작시켜 수중기 및 질소 중에 어느 하나의 기체를 주입구(131)를 통해 유로(132, 133)에 압송할 수 있다.

그리고, 가습판(130a, 130b)의 배출구(136)에는 유로(132, 133)에 주입한 수증기 또는 질소의 배출을 단속하되, 공기 중으로 배출되게 하거나 아니면 진공펌프(150)로 흡입하여 배출되도록 배출 경로를 선택하는 배출측 밸브(151a, 151b, 152)가 연결된다. 이를 위해서, 수증기 또는 질소의 배출을 단속하는 배출단속 밸브(151a, 151b)를 설치한 배관을 상하의 가습판(130a, 130b)의 배출구(136)에 하나씩 연결한 후, 양측의 배관을 진공펌프(150)에 연결되는 단일의 배관에 연결한다. 이때, 상기한 단일의 배관을 중도에서 분기하여 벤트 밸브(153)를 설치하고, 벤트 밸브(153)를 설치하기 위해 분기한 지점과 진공펌프(150)에 연결되는 지점 사이를 단속하는 진공배출 단속 밸브(152)를 추가하였다.

이에 따라, 배출단속 밸브(151a, 151b)를 개폐하여 수증기 또는 질소의 배출을 단속하고, 수증기 또는 질소를 배출할 시에 벤트 밸브(153)를 열고 진공배출 단속 밸브(152)를 닫으면 공기중으로 배출되고, 벤트 밸브(153)를 닫고 진공배출 단속밸브(152)를 열면 진공펌프(150)로 수증기 또는 질소를 진공흡입하며 배출할 수 있다.

이와 같이 설치되는 배출측 밸브(151a, 151b, 152), 벤트 밸브(153) 및 진공펌프(150)는 컨트롤러(500)에 의해 제어된다.

상기 수증기공급부(140)는 수증기를 소정의 압력을 갖게 발생시켜 상기 가습판(130a, 130b)의 유로(132, 133)에 압송하는 구성요소이고, 상기 질소공급부(160)는 예를 들어 소정의 압력으로 질소를 압축하여 저장한 것으로 구성될 수 있는 구성요소이고, 상기 진공펌프(150)는 공기를 빨아들일 수 있는 구성요소로서, 공지된 기술에 의해 구현할 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다.

도 9는 저항 측정을 위한 열간압착부(100)의 다른 실시예를 보여주는 정면도이다.

도 9를 참조하면, 도 5를 참조하여 설명한 전극(139a)을 가습판(130a, 130b)에 설치하지 아니하고, 대신에, 가습판(130a, 130b)을 전기 전도성 재질로 구성한 후 절연함으로써, 가습판(130a, 130b)을 전극으로 하고, 전극단자(139)를 가습판(130a, 130b)에 전기적으로 연결한다. 이에, 가압부(110)에 구비된 가습판(130b)과 안착부(120)에 구비된 가습판(130a) 사이의 저항을 측정할 수 있다.

구체적인 실시예에 따르면, 가압부(110)에서는 히터판(111)을 가압부 고정체(112)에 고정 설치할 시에 절연체(113)를 개재한 후 고정 설치하여서 히터판(111)을 가압부 고정체(112)와 전기적으로 분리하고, 안착부(120)에서는 히터판(121)을 안착부 고정체(122)에 고정 설치할 시에 절연체(123)를 개재한 후 고정 설치하여서 히터판(121)을 안착부 고정체(122)와 전기적으로 분리한다.

그런데, 열간압착 동작을 할 시에 가압부(110)의 가습판(130b)과 안착부(120)의 가습판(130a)이 상호 접촉될 우려가 있으므로, 안착부(120)의 가습판(130a)에는 적층체(12a, 11, 12b)가 안착되는 면에서 적층체(12a, 11, 12b)에 접촉되지 아니한 면에 절연체를 올려놓거나 부착하는 것이 좋다.

한편, 도면에는 상세하게 도시하지 아니하였지만, 도 4에 도시한 바와 같이 가습판(130a, 130b)에는 수증기공급부(140), 진공펌프(150) 및 질소공급부(160)에 연결하기 위한 배관이 이어지고, 히터판(121)에도 전선이 연결되므로, 배관의 커넥터 및 전선의 커넥터를 다른 구성요소와 전기적으로 연결되지 아니하도록 절연하거나 또는 배관 및 전선의 중간을 절연재로 구성하여야 할 것이다.

<막전극접합체 보관부(200), 제1 기체확산층 보관부(300a), 제2 기체확산층 보관부(300b)>

도 10은 막전극접합체 보관부(200)의 측면도이고, 도 11은 막전극접합체 보관부(200)의 상면도이다.

막전극접합체 보관부(200)는 막전극접합체(11)를 쌓아놓을 위치의 프레임(900) 상에 상하로 구멍을 내고 그 구멍에 걸쳐지게 올려놓으며 중심에 관통구를 조성한 판상으로 형성되고 상면에 올려놓는 적층 플레이트(210)의 위치를 고정하기 위한 복수의 돌기(212)를 적층 플레이트(210)의 4개소 꼭짓점 위치에 맞게 상면에 구비하는 상하 이동판(211), 상하 이동판(211)의 상면에 올려놓으며 상하 이동판(211)의 관통구보다는 작은 크기의 관통구를 중심에 구비하고 장방형의 막전극접합체(11)를 상면에 층층히 쌓아놓는 적층 플레이트(210), 쌓아놓는 막전극접합체(11)의 4개소 꼭짓점에 대응되는 위치에 맞게 적층 플레이트(210)의 상면에 상부로 돌출되어 복수의 막전극접합체(11)가 각 꼭짓점을 일치시켜 쌓아지게 하는 가이드봉(220), 상하 이동판(211) 및 적층 플레이트( 210)의 관통구를 통해서 막전극합체(11)의 유무(쌓여있는지의 여부)를 감지하고 상하 이동판(211)의 관통구를 통해서 적층 플레이트(210)의 유무(올려놓았는지의 여부)를 감지하도록 상하 이동판(211) 관통구의 하부에 배치되며 예를 들면 광화이버센서와 같은 광센서로 구성할 수 있는 감지센서(230), 및 상하 이동판(211)을 승강시켜 적층 플레이트(210)를 승강시키는 리프트 수단(240)을 포함하여 구성된다.

이에, 컨트롤러(800)는 막전극접합체(11)가 적층 플레이트(210)에 올려있지 아니함을 감지센서(230)로 감지하게 되면, 열간압착 공정을 중단하고 막전극접합체(11)의 보충을 알리는 알람을 발령하며, 적층 플레이트(210)가 상하 이동판(211)에 올려 있지 아니함을 감지센서(230)로 감지하는 경우에도 이를 알리는 알람을 발령한다.

그리고, 적층 플레이트(210)에 쌓아놓은 막전극접합체(11)를 로봇(700)으로 한장씩 이송하여 확산층접합체를 제조함에 따라 쌓여 있던 막전극접합체(11)가 점차 줄어들므로, 컨트롤러(800)는 미리 설정된 개수의 막전극접합체(11)을 둘어올려 이송할 때마다 적층 플레이트(210)의 높이를 그 개수에 막전극접합체 두께를 곱세하여 얻는 값만큼 상승시키도록 리프트 수단(240)을 제어한다. 이에, 최상단에 적층된 막전극접합체(11)의 높이를 일정한 범위 내로 유지하여서, 로봇(700)이 막전극접합체를 일정한 범위 내의 높이에서 안정적으로 들어올려 이송할 수 있다.

도면에 도시한 구체적인 실시예에서 상기 가이드봉(220)는 막전극접합체(11)의 꼭짓점에서 각을 이루는 2개 변에 접촉되도록 4개소 꼭짓점에 각각 설치되며, 이에, 막전극접합체(11)을 겹쳐 쌓아놓을 수 있다. 또한, 상기 리프트 수단(240)은 적층 플레이트(210)을 올려놓는 상하 이동판(211)을 하부에서 리프트봉(241)의 상단으로 지지하고, 리프트봉(241)의 하단에 고정된 블록(242)을 모터(243)에 의해 정역 회전하는 스크류(244)를 따라 상하 이동시키며, 블록(242)의 상하 이동을 LM가이드(245)를 이용하여 안정화한 구조를 갖는다.

한편, 제1 기체확산층 보관부(300a) 및 제2 기체확산층 보관부(300b)는 쌓아놓는 대상물이 기체확산층(12a, 12b)이므로, 가이드봉의 세워놓는 위치가 기체확산층(12a, 12b)의 크기에 맞게 되어 있는 점에서 차이가 있을 뿐이고, 구성적으로 막전극접합체 보관부(200)와 동일하므로, 상세 설명을 생략한다.

<얼라인부(400)>

도 12는 얼라인부(400)의 측면 단면도로서, 폭방향 정렬부(420)의 스크류(426)를 따라 수직 절개한 단면도로 도시하고, 절개 위치와 차이는 있지만 폭방향 외곽부(421)가 장착된 부위도 수직 절개하여 단면도로 도시하였다.

도 13은 얼라인부(400)의 상면도이고, 도 14는 얼라인 플레이트(410)의 투시 상면도이고, 도 15는 폭방향 정렬부(420)의 상면도이고, 도 16은 길이방향 정렬부(430)의 상면도이다.

얼라인부(400)는 하측 기체확산층, 막전극접합체 및 상측 기체확산층 중에 정렬 순서에 따라 로봇(700)에 의해 하나씩 올려놓았다가 들어올리도록 상면이 평평한 안착면으로 형성한 얼라인 플레이트(410)와, 올려진 대상물의 폭방향 중심을 얼라인 플레이트(410) 안착면의 폭방향 중심으로 정렬하는 폭방향 정렬부(420)와, 올려진 대상물의 길이방향 중심을 얼라인 플레이드(410) 안착면의 길이방향 중심으로 정렬하는 길이방향 정렬부(430)와, 얼라인 플레이트(410)를 고정설치하고 폭방향 정렬부(420) 및 길이방향 정렬부(430)를 지지하는 지지프레임(440)을 포함하여 구성된다. 여기서, 폭방향은 열간압착부(100)를 향하는 방향이고, 길이방향은 폭방향에 직각인 방향이며, 구체적인 실시예는 다음과 같다.

상기 얼라인 플레이트(410)는 상판(411)과 하판(412)로 구성하되 상판(411)의 저면에 장요홈 형상의 서브유로(414)를 전면에 걸쳐 고르게 형성하고 또다른 장요홈 형상의 메인유로(413)를 서브유로(414)에 이어지게 한 후 하판(412)으로 저면을 덮어서 내부유로를 갖게 되고, 상판(411)을 상하로 관통하는 다수의 홀(411a)이 상판 전면에 고르게 조성하되 각각 서브유로(414)가 지나가는 위치에 조성하여서 서브유로에 이어지게 되어 있으며, 지지프레임(440)에 고정되어 움직이지 아니한다.

그리고, 측면에 구비한 주입구(415)를 메인유로(413)에 연통시킴으로써, 공기주입부(미도시)를 이용하여 공기를 주입구(415)를 통해 주입하면 홀(411a)을 통해 상판(411)의 상부로 분출된다. 본 발명의 실시예에서는 메인유로(413)를 좌우 대칭으로 형성하여 상호 연결되게 하고, 각 메인유로(413)에는 복수(도면에는 2개)의 주입구(415)가 서로 이격되어 메인유로 상의 서로 다른 위치에서 연결되므로, 상판(411)의 전면에 고르게 분포되는 다수의 홀(411a)에서 분출되는 공기압을 균일하게 한다.

이에, 올려놓은 대상물을 향해 안착면에서 공기를 분출하여서 대상물과 안착면 사이의 정지 마찰력 또는 운동 마찰력을 공기를 분출하지 아니할 때보다 작게 한다. 결국, 올려놓은 대상물을 측면에 밀더라도 대상물을 흠집 없이 부드럽게 움직일 수 있다.

한편, 상기 얼라인 플레이트(410)는 각각의 변에서 상호 이격된 2개소를 소정면적으로 절취하여 제거한 절개부(416)을 구비하며, 이에, 하기의 폭방향 외곽부(421) 및 길이방향 외곽부(431)가 절개부(416)를 통해 테두리보다는 안쪽으로 밀려 들어갈 수 있게 한다. 이러한 절개부(416)는 서로 다른 크기의 막전극접합체(11)와 기체확산층(12a, 12b)을 얼라인 플레이트(410)에 올려놓아 정렬하기 위함이다.

상기 폭방향 정렬부(420)는 지지프레임(440)에 고정되는 레일(423)을 따라 폭방향으로 이동 가능하고 얼라인 플레이트(410)의 하부에서 폭방향의 양측에 하나씩 배치되는 이동블록(422), 각각의 이동블록(422)에서 얼라인 플레이트(410)의 폭방향의 측변마다 2개소씩 형성된 절개부(416)을 통과하여 얼라인 플레이트(410) 위로 돌출되는 폭방향 외곽부(421), 이동블록(422)의 이동 범위를 감지하여 제한하기 위한 리밋센서(424), 각각의 이동블록(422)마다 하나씩 고정되는 암나사부(428), 베어링(427)에 지지되어 회전 가능하며 각각의 이동블록(422)에 고정된 암나사부(428)에 공통으로 관통하는 스크류(426), 및 스크류(426)를 정역회전시키는 모터(425)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 스크류(426)는 어느 한쪽 이동블록에 고정한 암나사부를 관통하는 부위의 나사 방향과 다른 한쪽 이동블록에 고정한 암나사부를 관통하는 부위의 나사 방향이 상호 반대방향이 되게 조성된다. 이에 따라, 스크류(426)를 정회전시키면 양측 이동블록(422)이 가까워져 폭방향 외곽부(421)가 얼라인 플레이트(410)의 절개부(416) 안으로 들어가게 되고, 역회전시키면 양측 이동블록(422)이 멀어져서 폭방향 외곽부(421)가 얼라인 플레이트(410)의 절개부(416)로부터 빠져나가는 방향으로 이동하게 된다. 즉, 폭방향 양측에 구비된 폭방향 외곽부(421) 사이의 간격을 조절할 수 있다.

이와 같이 폭방향 정렬부(420)를 구성하고, 폭방향 외곽부(421)의 위치를 좌우 대칭적으로 있게 함으로써, 양측 폭방향 외곽부(421)를 벌려놓고 얼라인 플레이트(410)에 대상물(막전극접합체 도는 기체확산층)을 올려놓고 리밋센서(424)의 감지신호에 따라 대상물의 폭방향 길이만큼 간격을 좁히면, 대상물의 폭방향 양측변을 폭방향 외곽부(421)로 밀어 폭방향 중심이 얼라인 플레이트(410)의 폭방향 중심에 일치하게 된다.

한편, 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 폭방향 외곽부(421)는 이동블록(422)에 조성되는 수용홈(421a)에 하부를 삽입하여 폭방향으로 이동 가능하고, 외곽쪽에서 안쪽으로 나사체결되어 수용홈(421a) 내로 들어가는 볼트(421c)에 의해 안쪽으로 밀리며, 수용홈(421a)에 수용되되 볼트(421c)와 반대되는 안쪽 공간에 수용되는 스프링(421b)에 의해 폭방향 외곽부(421)을 안쪽에서 외곽 방향을 향해 탄성적으로 지지한다. 이에 따라, 제작상의 오차가 있어 폭방향 외곽부(421) 사이의 중심이 얼라인 플레이트(410)의 폭방향 중심과 일치하지 아니하게 되더라도, 볼트(421c)의 회전에 의한 폭방향 외곽부(421)의 위치 조절로 얼라인 플레이트(410)의 폭방향 중심과 상호 일치되게 조절할 수 있다.

상기 길이방향 정렬부(430)는 대상물(막전극접합체 또는 기체확산층)의 길이방향 양측 테두리에 접촉되는 길이방향 외곽부(431)를 구비하고, 양측 길이방향 외곽부(431) 사이의 간격을 대상물의 길이방향 길이로 좁히게 동작하여서, 대상물의 길이방향 중심을 안착면의 길이방향 중심에 정렬한다. 즉, 길이방향 외곽부(431)는 얼라인 플레이트(410)의 절개부(416) 중에 길이방향 양측 테두리에 조성된 절개부의 안쪽으로 들어가고 나오도록 이동되며, 길이방향 외곽부(431)의 간격 조절을 위한 구성요소는 폭방향 외곽부(421)의 간격 조절을 위한 구성요소와 마찬가지로, 이돌블록(432), 레일(433), 리밋센서(434), 모터(435), 스크류(436), 베어링(437) 및 암나사부(438)를 포함하되, 설치방향에 있어서 90°차이가 있는 것이므로, 상세 설명을 생략한다.

아울러, 길이방향 외곽부(431)도 폭방향 외곽부(421)의 장착구조로 사용되는 수용홈(421a), 스프링(421b) 및 볼트(421c)와 마찬가지로 동일하게 장착되어서, 양측 길이방향 외곽부(431) 사이의 길이방향 중심과 얼라인 플레이트(410)의 안착면 중심을 상호 일치시도록 장착 위치를 조절하게 한다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 얼라인 플레이트(410)의 상부에 이격되는 판상의 지지프레임(440)을 프레임(900)의 상부로 이격되게 고정설치한 후, 그 판상의 지지프레임(440)의 상부에 폭방향 정렬부(420)를 배치하고, 그 판상의 지지프레임(440)의 하부에 길이방향 정렬부(430)를 배치하며, 길이방향 정렬부(430)의 이동블록(432)에서 폭방향 정렬부(420)가 배치된 공간을 관통하여 상부로 이어지는 부위(길이방향 외곽부를 설치한 부위와 이어지게 하는 부위)는 폭방향 정렬부(420)에서 양측 이동블록(422)의 허용범위 내 최소 간격보다 작게 되도록 제작 설치하여서, 폭방향 정렬 동작 및 길이방향 정렬 동작이 상호 간섭받지 아니한다.

<합격품 보관부(500), 불량품 보관부(600)>

합격품 보관부(500)은 열간압착부(100)에서 제조한 확산층접합체를 층층이 쌓아놓는 플레이트(510)와, 확산층접합체의 테두리를 에워싸도록 플레이트(510)의 상부로 돌설한 복수의 가이드봉(520)을 포함하여 구성된다.

불량품 보관부(600)은 합격품 보관부(500)와 동일하게 구성된다.

<로봇(700)>

도 3을 참조하면, 로봇(700)은 일렬로 배치한 제1 기체확산층 보관부(300a), 막전극접합체 보관부(200), 제2 기체확산층 보관부(300b), 얼라인부(400), 합격품 보관부(500) 및 불량품 보관부(600)의 상부를 따라 이동하며 진공흡착하는 부위를 승강시키게 되어 있고, 진공흡착하는 부위를 가압부(110)를 상승시킨 상태에서 가압부(110)와 안착부(120) 사이로 밀어넣을 수 있게 되어 있다.

구체적으로 살펴보면 상기 로봇(700)은 막전극접합체 보관부(200)에 적층 보관한 막전극접합체(11), 제1 기체확산층 보관부(300a)에 적층 보관한 하측 기체확산층(12a, 막전극접합체의 저면에 적층하는 기체확산층), 및 제2 기체확산층 보관부(300b)에 적층 보관한 상측 기체확산층(12b, 막전극접합체의 상면에 적층하는 기체확산층)을 순차적으로 한장씩 얼라인부(400)로 이송하여 얼라인 플레이트(410)에 올려놓음으로써 한장씩 순차적으로 정렬할 수 있게 하는 제1 로봇암(710), 얼라인부(400)에서 정렬한 대상물을 열간압착부(100)의 안착부(120)에 적층하여 안착부(120)에 적층체(12a, 11, 12b)가 안착되게 하고 적층체를 열간압착한 확산층접합체를 열간압착부(100)으로부터 합격품 보관부(500)나 아니면 불량품 보관부(600)에 선택적으로 운반하는 제2 로봇암(720)을 구비하며 , 제1 로봇암(710) 및 제2 로봇암(720)의 수평방향 이동수단은 예를 들면 레일을 따라 이동시키는 공지의 구조를 채용할 수 있다.

제1 로봇암(710)은 이동시키려는 대상물(막전극접합체, 상측 및 하측 기체확산층)을 4개소 꼭짓점 부위에서 진공흡착하기 위한 복수의 진공패드(711)를 브라켓(712)의 단부에 고정하고, 이 브라켓(712)을 승강수단(713)으로 승강시키게 되어 있다. 복수의 진공패드(711)에서 동시에 진공흡착하기 위해 필요한 구동수단으로서 예를 들면 매니폴드(manifold), 압조절 니들밸브 등의 공지 구성요소도 브라켓(712)에 장착되고, 아울러, 진공흡착할 대상의 유무를 감지하는 포토센서(713)도 브라켓(712)의 단부에 장착된다. 승강수단(713)은 예를 들면, 브라켓(712)을 상하로 길게 형성한 레일을 따라 이동하게 장착한 후, 브라켓(712)을 공압실린더로 승강시키는 구조를 갖출 수 있다.

제2 로봇암(720)도 대상물(막전극접합체, 상측 및 하측 기체확산층, 확산층접합체)을 이송하기 위해서 제1 로봇암(710)과 마찬가지로 진공패드(721), 브라켓(722, 722'), 포토센서(723) 및 승강수단(724)을 포함하여 구성된다. 다만, 브라켓(722, 722')에서 진공패드(721)를 장착한 단부는 열간압착부(100)의 가압부(110)와 안착부(120) 사이로 이동할 수 있도록 전방으로 돌출된 형상을 갖추고, 얼라인부(400)에서 정렬한 대상물(막전극접합체, 상측 및 하측 기체확산층)을 열간압착부(100)로 이송하여야 하므로, 브라켓(722)의 움직임을 정교하게 조정할 수 있는 구조를 갖는 것이 좋다.

본 발명의 구체적인 실시예에서 상기 브라켓(722, 722')은 진공패드(721) 및 포토센서(723)를 장착한 제1 브라켓(722)과 승강수단(724)에 의해 승강운동하는 제2 브라켓(722')으로 분리 구성한 후, 제1 브라켓(722)을 뒤집어 진공패드(721) 및 포토센서(723)를 상부로 향할 수 있도록 제1 브라켓(722)을 모터(725)로 회전 가능하게 제2 브라켓(722')에 장착하였다.

이에 따라, 제2 로봇암(720)은 상측 기체확산층(12b)을 진공흡착한 후 안착부(120)로 이송하였을 시에 이전에 적층한 막전극접합체(11) 상에 적층하지 아니하고 제1 브라켓(722)을 뒤집어 상측 기체확산층(12b)을 가압부(110)에 접촉되게 할 수 있다. 이 경우, 가압부(110)에 구비되는 가습판(130b)으로 상측 기체확산층(12b)을 진공흡입하게 한 후, 제2 로봇암(720)의 진공흡착을 해제하고 제2 로봇암(720)을 이동시킬 수 있다.

<컨트롤러(800)>

이하, 상기 컨트롤러(800)의 제어에 따른 이루어지는 확산층접합체 제조 방법을 설명한다.

도 17은 본 발명의 실시예에 의해 이루어지는 확산층접합체 제조 방법의 순서도이고 도 18은 열간압착/누설검사 단계(S20) 및 열간압착/사전활성화/모니터링 단계(S30)에 대한 세부 순서도를 보여주는 도면이다.

확산층접합체 제조 방법은 정렬/적층체 안착 단계(S10), 열간압착/누설검사 단계(S20), 열간압착/사전활성화/모니터링 단계(S30) 및 확산층접합체 수거 단계(S40)를 1개의 확산층접합체를 제조하기 위한 1사이클 공정으로 한다.

상기 정렬/적층체 안착 단계(S10)는 제1 로봇암(710)을 이용하여 1장의 하측 기체확산층(12a)을 제1 기체확산층 보관부(300a)에서 얼라인부(400)로 이송하여 정렬한 이후 제2 로봇암(720)을 이용하여 열간압착부(100)에 적층하는 하측 기체확산층 정렬/적층 단계(S11), 제1 로봇암(710)을 이용하여 1장의 막전극접합체(11)를 막전극접합체 보관부(200)에서 얼라인부(400)로 이송하여 정렬한 이후 제2 로봇암(720)을 이용하여 열간압착부(100)에 적층한 하측 기체확산층(12a) 위에 적층하는 막전극접합체 정렬/적층 단계(S12), 및 제1 로봇암(710)을 이용하여 1장의 상측 기체확산층(12b)을 제2 기체확산층 보관부(300b)에서 얼라인부(400)로 이송하여 정렬한 이후 제2 로봇암(720)을 이용하여 열간압착부(100)에 적층한 막전극접합체(11) 위해 적층하는 상측 기체확산층 정렬/적층 단계(S13)를 포함한다.

이에 따라, 열간압착부(100)의 안착부(120)에는 하측 기체확산층(12a), 막전극접합체(11) 및 상측 기체확산층(12b)의 순서로 적층된 적층체가 안착된다.

하측 기체확산층(12a)는 안착부(120)의 가습판(130a)에 구비된 실링재(137)에 둘러싸이는 면에 안착되게 함으로써, 안착한 이후에 안정된 자세로 있게 되며, 이때, 안착부(120)의 주입측 밸브(141a, 142a)를 닫고 배출측 밸브(151a, 152)를 열고 벤트밸브(153)를 닫은 상태에서 진공펌프(150)를 가동하여서 가습판(130a)의 홀(135)을 통해 하측 기체확산층(12a)를 진공흡착하는 것이 좋다. 이에, 하측 기체확산층(12a) 위에 막전극접합체(11)를 안착할 시에도 요동없이 안정된 자세로 있게 되어 정확한 위치에 막전극접합체(11)를 안착할 수 있고, 하측 기체확산층(12a)의 다공질 구조에 의해서 막전극접합체(11)도 안착 이후 안정된 자세로 있게 된다.

한편, 상측 기체확산층 정렬/적층 단계(S13)는 상측 기체확산층(12b)을 막전극접합체(11) 상에 안착하지 아니하고, 상술한 바와 같이 제2 로봇암(720)의 제1 브라켓(722)을 뒤집어 상측 기체확산층(12b)을 상부로 향하게 한 후 상승시켜 가압부(110)의 가습판(130b)에 구비된 실링재(137)에 둘러싸이는 면에 접촉시키게 할 수 있다. 이때의 컨트롤러는 가압부(110)에서 가습판(130b)의 홀을 통해 상측 기체확산층(12b)을 진공흡착하게 제어한다. 이에, 막전극접합체(11) 상에 상측 기체확산층(12b)을 올려놓는 경우 막전극접합체(11)에 의해 가로막혀서 안착부(120)로는 상측 기체확산층(12b)을 진공흡착하기 어렵거나 아니면 진공흡착력이 미약하게 되지만, 상측 기체확산층(12b)을 가압부(110)로 진공흡착한 상태로 가압부(110)를 하강시켜서 상측 기체확산층(12b)을 막전극접합체(11) 상의 정확한 위치에 겹칠 수 있다. 즉, 하측 기체확산층(12a), 막전극접합체(11) 및 상측 기체확산층(12b)를 얼라인부(400)로 정렬한 상태를 유지하며 순차적으로 적층한 상황이 된다.

열간압착/누설검사 단계(S20)는 가압부(110)를 하강시켜 안착부(120)에 안착한 적층체(12a, 11, 12b)를 압착하며 히터판(111, 121)을 가열하여 열간압착 상태를 유지하는 열간압착 시작단계(S21) 및 열간압착하는 중에 적층체(12a, 11, 12b)의 상하면에 압력차를 주어 누설검사하는 누설검사단계(S22, S23, S24, S25)를 포함한다.

열간압착에 의하면, 도 7을 참조한 바와 같이 가압부(110)의 가습판(130b)과 안착부(120)의 가습판(130a)에 각각 구비한 실링재(137)가 전해질막(11a)의 둘레 가장자리인 에지 테이프(11a-1)를 상하에서 압착하고, 상하측 기체확산층(12a, 12b)이 적층된 공간은 실링재(137)에 의해서 밀폐된다. 또한, 도 8을 참조한 바와 같이 가압부(110)가 연직방향을 기준으로 기울어짐이 가능하게 되어 있어서, 적층체 전면을 균일한 압력으로 가압하게 된다.

상기 누설검사단계(S22, S23, S24, S25)는 적층체를 열간압착하는 중에, 유로(132, 133)를 경유한 홀(135)을 통해 질소를 공급하여 적층체의 상하 면에 서로 다른 압을 가하고, 적층체의 상하 면에 가하는 압력차의 변동량을 감시하여 전해질막(11a)의 누설여부를 검사하는 단계이다. 즉, 압력차의 변동은 질소가 압력이 높은 쪽에서 압력이 낮은 쪽으로 적층체를 통과함에 따라 발생하므로, 압력차가 변동하면 누설이 발생한 것이다. 물론, 예를 들면, 실링재의 손상처럼 구조적 문제의 발생에 의해 누설이 발생할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 컨트롤러(800)는 주입측 밸브(141a, 141b, 161a, 161b) 중에 수중기 공급부(140) 측에 설치한 밸브(141a, 141b)를 닫고, 질소공급부(160) 측에 설치한 밸브(161a, 161b)를 열어서 질소를 가습판(130a, 130b)의 유로(132, 133)에 공급하되, 배출측 밸브(151a, 151b, 152) 중의 배출단속 밸브(151a, 151b)를 열고 진공배출 단속밸브(152)를 닫고 벤트 밸브(153)를 열어서, 질소를 유로에 공급함과 동시에 공기중에 배출되게 한다(S22). 이와 같이 질소를 공급함과 동시에 공기중으로 배출하는 동작은 미리 설정된 시간 동안 수행한다. 이에 따라, 유로(132, 133)의 내부를 청소하는 효과를 얻는다.

상기 미리 설정된 시간이 경과하면 배출단속 밸브(151a, 151b)를 닫고, 유로(132, 133)의 내부 압력을 압력조절밸브(142a, 142b)로 조절하여 적층체의 상하 면에 소정의 압력차가 발생되게 한 후, 질소공급부(160) 측에 설치한 주입측 밸브(161a 161b)를 닫고, 압력센서(143a, 143b)를 이용하여 차압을 감시한다(S23). 여기서, 상기한 소정의 압력차라 함은 가압부(110)의 가습판(130b) 유로에 가해지는 압력과 안착부(120)의 가습판(130a) 유로에 가해지는 압력을 차이 나게 하여서 적층체의 상하 면에 압력차가 발생하게 한다는 의미이다. 그리고, 이와 같이 압력차를 준 상태에서 압력차의 변동량을 감시한다.

이때, 압력차의 변동량이 미리 설정된 값(Pth) 이상으로 커지면 누설로 판정하여 전해질막(11a)을 불량처리하거나 또는 본 발명에 따른 열간압착장치를 점검하고(S25), 압력차의 변동량이 미리 설정된 값(Pth) 미만을 유지하면 정상으로 판정하고 후술하는 열간압착/사전활성화/모니터링 단계(S30)로 넘어간다(S24).

누설 판정 방법의 다른 예를 설명하면, 압력차가 초기 값(압력차를 주고 압력차의 변동을 감시하기 시작하는 시점의 압력차)에서 미리 설정된 값 이상으로 작아지면 누설로 판정하고, 초기 값에서 미리 설정된 값 미만의 오차 범위 내를 유지하면 정상으로 판정한다.

여기서, 불량처리는 열간압착을 중단하고 적층체를 제2 로봇암(720)으로 불량품 보관부(600)로 이송한 후 확산층적합체의 제조 공정을 다시 시작하는 것을 의미한다.

열간압착/사전활성화/모니터링 단계(S300)는 수증기를 가습판(130a, 130b)의 주입구(131)를 통해 유로(132, 133)에 소정의 압력으로 주입함으로써 홀(135)을 통해 가해지는 수증기에 의해 적층체를 수화하여 활성화하며 저항 변화를 모니터링하는 단계로서, 수증기를 주입한 후 배출하고 저항을 측정하는 과정을 미리 설정된 회수(Nth)만큼 반복하되, 저항이 미리 설정된 저항값에 도달하면 멈추어 1개의 확산층접합체에 대한 열간압착 동작을 멈춘다.

물론, 질소공급부(400) 측에 설치한 주입측 밸브(161a, 161b)는 닫은 상태를 유지하여서, 질소 공급은 차단되고, 수증기만 공급한다.

구체적으로 설명하면, 상기 누설검사단계에 의해서 유로(132, 133)에 질소가 주입된 상태이므로, 카운터(n)를 '0'으로 셋팅한 후(S31), 유로(132, 133)에 주입된 질소를 배출측 밸브(151a, 151b, 152)와 벤트밸브(153)를 제어하여 배출한 후(S32) 저항을 측정한다(S33). 여기서, 질소의 배출은 초기에 공기중으로 배출하고 나중에는 진공펌프(150)를 가동하여 배출함으로써 유로(132, 133)를 진공화하는 과정으로 이루어진다. 저항의 측정은 상기에서 설명한 바와 같이 가압부(110)의 가습판(130b) 및 안착부(120)의 가습판(130a)에 각각 설치된 전극(139a) 간의 저항을 측정하여 적층체의 저항을 획득하는 것이다. 이와 같이, 저항을 측정함으로써 사전활성화하기 전의 저항값을 획득하게 된다.

다음으로, 안착부(120)의 가습판(130a) 및 가압부(110)의 가습판(130b)에 각각 형성된 유로(132, 133)에 수증기를 공급하여 수증기가 홀(135)을 통해 적층체를 수화하게 하고(S35), 카운터(n)에 '1' 을 더한다(S36). 여기서, 수증기의 공급은 배출측 밸브(151a, 151b, 152) 전체를 닫은 상태에서, 수증기공급부(140) 측에 설치한 주입측 밸브(141a, 141b)를 열어 유로(132, 133)에 각각 수증기를 공급하되 압력조절밸브(142a, 142b)로 압력 조절하여 소정의 압력으로 되게 하는 것이다.

다음으로, 유로(132, 133)에 주입한 수증기를 배출하고(S42), 저항을 측정한다(43). 여기서, 수증기를 배출할 시에는 수증기공급부(200) 측에 설치한 주입측 밸브(210a, 210b)를 닫아 수증기 주입을 멈추게 한 후, 질소를 배출할 때와 마찬가지로 처음에 공기중으로 배출하고 나중에 진공펌프(300)로 배출하여 유로(132, 133)를 진공화한다.

이와 같이 수증기를 주입한 후(S35) 배출하고(S32) 저항을 측정하는(S33) 과정을 상기 미리 설정된 회수(Nth)만큼 반복하는 중에, 저항 변화의 모니터링 결과, 저항(R)이 미리 설정된 값(Rth) 이하로 되면 열간 압착을 중단하고 상기 확산층접합체 수거단계(S40)로 넘어간다.

여기서, 상기 미리 설정된 회수(Nth)는 충분히 큰 값으로 설정하여 두는 것이 좋다.

한편, 저항측정 단계(S33)는 수증기를 주입하고 배출하는 반복 과정에서 수증기를 배출한 시점에서만 저항을 측정하는 간헐적 저항 측정 방식을 채용하지 아니하고, 수증기를 주입하는 동안에도 저항 측정하여서 열간압착/사전활성화/모니터링 단계(S30)의 전과정, 즉, 열간압착하며 사전활성화하는 중의 전과정에 걸쳐서 저항 변화를 실시간 연속적으로 모니터링하게 할 수 있다.

이에, 열간압착/사전활성화/모니터링 단계(S30)는 수증기를 반복하여 주입하는 중에 수증기의 주입 회수가 늘어날수록 점진적으로 변화하는 저항을 모니터링하여서, 미리 설정된 저항으로 낮아질 시에 열간압착 및 사전활성화 동작을 종료하게 된다. 또한, 수증기를 주입한 상태에서의 저항 변화도 모니터링함으로써, 수증기 주입 방법의 개선 사항을 얻을 수도 있다.

그런데, 여기서 측정하여 얻는 저항은 열간압착하며 가습한 상태에서 얻은 것이므로, 열간압착부(100)에서 회수하여 측정되는 확산층접합체의 상하면 저항값과는 차이가 있을 수 있다. 이에, 상기한 미리 설정된 저항의 크기는 회수하게 될 확산층접합체의 목표 저항값을 열간압착 및 가습 상황을 감안하여 보정한 값으로 하여야 할 것이다.

확산층접합체 수거 단계(S40)는 상술한 바와 같이 누설검사, 사전활성화 및 저항 모니터링을 병행하며 열간압착하여서 적층체를 일체화한 확산층접합체를 수거하는 단계이다. 유로(132, 133) 또는 확산층접합체에 수분이 잔류할 수 있으므로, 진공펌프(150)를 가동하여 진공흡입한 이후에 가압부(110)를 상승시키고 확산층접합체를 제2 로봇암(720)으로 수거한다.

여기서, 수거한 확산층접합체는 상기한 바와 같이 저항이 미리 설정된 저항으로 낮아짐에 따라 열간압착을 종료한 것이거나 또는 미리 설정된 회수(Nth)만큼 반복적으로 수증기를 공급한 후의 저항이 미리 설정된 저항 미만인 것이면, 합격으로 판단하여서 합격품 보관부(500)로 이송하고, 미리 설정된 회수(Nth)만큼 반복적으로 수증기를 공급한 후에도 미리 설정된 저항 미만으로 되지 아니한 것이면 불합격으로 판단하여 불량품 보관부(600)로 이송한다.

이와 같이 적층체를 열간압착하는 중에 누설검사하고 사전활성화함으로써, 전해질막(11a)에 누설이 없고 수소이온의 이동도를 증가시켜 활성화하며 저항 모니터링에 의해 충분히 열간압착되고 활성화된 확산층접합체를 얻을 수 있으며, 수거한 합격품의 확산층접합체로 스택(20)을 제작함으로써 전해질막(11a)의 누설에 의한 불량이 발생하지 아니하고 열간압착이 충분히 되어 연료전지의 성능에 이상이 없으며, 스택(20)에 대한 활성화도 시간을 단축하여 이행할 수 있다.

또한, 사전활성화에 의해서 수증기를 매회 주입함에 따라 감소되는 저항의 변동 특성 그래프를 얻을 수도 있으므로, 사전활성화할 시에 1회의 수증기를 공급하는 시간 및 수증기 공급의 반복 회수(Nth)를 어떠한 값으로 설정할 것이지 결정하는 데 활용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10 : 연료전지
11 : 막전극접합체 11a : 전해질막 11a-1 : 에지 테이프
11b : 전극촉매층 12a, 12b : 기체확산층
13 : 분리판 14 : 가스켓
20 : 스텍 21 : 앤드플레이트
100 : 열간압착부
110 : 가압부 111 : 히터판 112 : 가압부 고정체
113 : 절연체 114 : 돌출부 115 : 가압면
116 : 플랜지 117 : 가이드봉 118 : 승강수단
118a : 로드 118b : 파지부 118c : 틈새
120 : 안착부 121 : 히터판 122 : 안착부 고정체
123 : 절연체
130a, 130b : 가습판
131 : 주입구 132 : 메인 유로 133 : 서브 유로
134 : 마개 135 : 홀 136 : 배출구
137 : 실링재 138 : 요홈
139 : 전극단자 139a : 전극 139b : 절연재
140 : 수증기공급부 141a, 141b : 밸브
142a, 142b : 압력조절밸브 143a, 143b : 압력센서
150 : 진공펌프 151a, 151b : 배출단속 밸브
152 : 진공배출 단속밸브 153 : 벤트 밸브
160 : 질소공급부 161a, 161b : 밸브
200 : 막전극접합체 보관부
210 : 적층 플레이트 220 : 가이드봉 230 : 감지센서
240 : 리프트 수단 241 : 리프트봉 242 : 블록
243 : 모터 244 : 스크류 245 : LM가이드
300a : 제1 기체확산층 보관부
300b : 제2 기체확산층 보관부
400 : 얼라인부
410 : 얼라인 플레이트 411 : 상판 411a : 홀
412 : 하판 413 : 메인유로 414 : 서브유로
415 : 주입구 416 : 절개부
420 : 폭방향 정렬부 421 : 폭방향 외곽부 421a : 수용홈
421b : 스프링 421c : 볼트 422 : 이동블록
423 : 레일 424 : 리밋센서 425 : 모터
426 : 스크류 427 : 베어링 428 : 암나사부
430 : 길이방향 정렬부 431 : 길이방향 외곽부 432 : 이동블록
433 : 레일 434 : 리밋센서 435 : 모터
436 : 스크류 437 : 베어링 438 : 암나사부
440 : 지지프레임
500 : 합격품 보관부 510 : 플레이트 520 : 가이드봉
600 : 불량품 보관부
700 : 로봇 710 : 제1 로봇암 711 : 진공패드
712 : 브라켓 713 : 포토센서 714 : 승강수단
720 : 제2 로봇암 721 : 진공패드 722 : 브라켓
723 : 포토센서 724 : 승강수단
800 : 컨트롤러
900 : 프레임