KR102117662B1 - 스택 제조용 정렬지그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지용 판재를 적층하여 스택을 제조하는 스택 제조용 정렬지그로서, 베이스 플레이트;및 높이방향을 따라 연장되어 상기 베이스 플레이트 상에 결합되어 있는 부재로서, 적층되는 상기 판재의 테두리를 복수의 지점에서 지지할 수 있는 복수의 지지대;를 포함하며, 상기 지지대 중 적어도 일부는, 각각의 회전축을 중심으로 회전이 가능한 회전지지대인 것을 특징으로 한다.

Description

스택 제조용 정렬지그{ALLIGNMENT ZIG FOR MANUFACTURING STACK}
본 발명은 정렬지그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 연료전지용 판재를 적층하여 스택을 제조하기 위한 정렬지그에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지는 수소(H2)와 산소(O2)를 반응시켜 전기 에너지를 생산하는 장치로서, 막-전극 집합체(Membrane Electrode Assembly; MEA)를 구비한다.
막-전극 집합체는 수소이온(H+)이 전달되는 전해질막(electrolyte membrane)을 사이에 두고, 양측으로 수소(H2)가 공급되는 연료극(anode)과 공기가 공급되는 공기극(cathode)을 구비하여, 막-전극 집합체와 분리판 등이 순차적으로 적층되어 연료전지 스택(stack)을 형성한다.
한편, 반제품인 막-전극 집합체와 분리판 등의 '연료전지용 판재'의 적층 과정에서의 정렬은, 완제품인 '연료전지 스택' 내에서의 가스 등의 누출과 관련된 성능에 큰 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나이다.
도 1에는 종래기술에 따른 스택 제조용 정렬 지그(1)가 도시되어 있다.
일반적인 스택 제조용 정렬 지그(1)는, 베이스 플레이트(2)와, 복수의 지지대(3)를 구비한다.
지지대(3)는 적층하고자 하는 연료전지용 판재(P)의 크기 및 형상에 따라 베이스 플레이트(2) 상에 복수 개로 나열되어 고정되어 있다.
지지대(3)의 일반적인 단면 형상은, 사각 형태 또는 원형을 띈다.
종래기술에 따른 스택 제조용 정렬 지그(1)는, 지지대(3)가 베이스 플레이트(2) 상 정해진 위치에 고정되어 있어, 특정한 크기 및 형상의 연료전지용 판재(P)만을 적층하는데 이용될 수 밖에 없었다.
다시 말해, 반제품인 '연료전지용 판재(P)'는, 완제품인 '연료전지 스택' 설계치에 따라 다양한 형상 및 크기를 가질 수 있음에도 불구하고, 연료전지용 판재(P)의 크기 및 형상을 달리하여 적층하기 위해서는, 이에 대응되는 별도의 스택 제조용 정렬 지그를 제조 및 준비하여야만 하는 불편이 있었다.
또한, 종래기술에 따른 스택 제조용 정렬 지그(1)의 경우에는, 지지대(3)가 고정된 상태에서 스택을 제거하는 것이 일반적이므로, 그 과정에서 지지대(3)와 맞물려있는 스텍 테두리에 마찰로 인한 스크래치 등의 손상이 가해질 수 있는 위험이 있었다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 다양한 형상 및 크기의 연료전지용 판재를 적층할 수 있는 스택 제조용 정렬지그를 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 스택 제조용 정렬지그는, 연료전지용 판재를 적층하여 스택을 제조하는 스택 제조용 정렬지그로서, 베이스 플레이트;및 높이방향을 따라 연장되어 상기 베이스 플레이트 상에 결합되어 있는 부재로서, 적층되는 상기 판재의 테두리를 복수의 지점에서 지지할 수 있는 복수의 지지대;를 포함하며, 상기 지지대 중 적어도 일부는, 각각의 회전축을 중심으로 회전이 가능한 회전지지대인 것을 특징으로 한다.
복수의 상기 지지대에 의해 둘러쌓인 적층영역은, 상기 회전지지대의 회전에 따라 가변될 수 있다.
상기 회전지지대는, 그 외주면의 적어도 일부분이 상기 판재의 테두리에 접촉가능한 구속위치와, 그 외주면 전면이 상기 판재의 테두리로부터 이격되어 있는 해제위치 사이에서 상기 회전축을 중심으로 회전이동 가능한 것이 바람직하다.
상기 회전지지대는, 단면의 최장가로너비와 최장세로너비가 서로 다를 수 있다.
상기 회전지지대는, 단면 형상이 타원인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 회전지지대는, 상기 회전축에 대해 편심 회전하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 회전지지대를 회전시키는 구동 모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 스택 제조용 정렬지그에 따르면, 각각의 회전축을 중심으로 회전이 가능한 회전지지대를 포함함으로써, 적층하고자 하는 연료전지용 판재의 크기 및 사이즈에 따라 적층영역을 가변시킬 수 있으므로, 적층하고자 하는 연료전지용 판재의 크기 및 사이즈에 따라 개별 정렬지그를 준비함으로써 낭비될 수 있는 비용 및 노력 등을 점감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 스택 제조용 정렬지그의 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 제조용 정렬지그의 사시도,
도 3 내지 4는 회전지지대의 회전에 따라 적층영역이 가변되는 것을 설명하기 위한 스택 제조용 정렬지그의 평면도,
도 5는 구속위치와 해제위치 사이에서 회전이동가능한 회전지지대를 설명하기 위한 스택 제조용 정렬지그의 평면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에서의 회전지지대 단면의 가능한 형상을 설명하기 위한 도면 및
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택 제조용 정렬지그의 평면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 제조용 정렬지그의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 제조용 정렬지그(100)는, 연료전지용 판재를 정렬된 상태로 적층하여 스택을 제조하기 위한 장치로서, 베이스 플레이트(10)와, 지지대(30)를 포함할 수 있다.
여기서, “연료전지용 판재”는, 고분자전해질 막에 연료극 및 공기극이 부착된 막 전극 접합체(MEA : Membrane Eletrode Assembly), 가스확산층, 분리판 또는 막 전극 접합체, 가스확산층 및 분리판이 서로 적층되어 있는 단위전지(Unit Cell) 중 적어도 하나일 수 있다. 그리고, “연료전지용 판재”는 상기 적층되는 구성요소들의 양말단층에서 압축력을 가할 수 있는 엔드플레이트 또는 절연을 위한 절연판을 포함할 수 있다.
통상 연료전지 스택은, 막 전극 접합체, 가스확산층 및 분리판 각각이 한 쌍을 이루는 단위전지가 반복적으로 적층된 구조를 의미한다. 한편, 반제품인 '연료전지용 판재'는 완제품인 연료전지 스택 설계치에 따라 다양한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의상, 직사각형 형상의 연료전지용 판재를 기준으로 설명하기로 한다.
베이스 플레이트(10)는, 대략 직육면체 형상의 금속 판형 부재로서, 연료전지용 판재가 적층될 수 있으며 후술하는 지지대(30)가 결합될 수 있는 평면을 제공한다.
지지대(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 높이방향을 따라 연장되어 베이스 플레이트 상에 결합되어 있는 부재로서, 적층되는 판재(P)의 테두리를 복수의 지점에서 지지하기 위해 복수 개 마련된다. 여기서, 지지대(30)는, 높이 방향을 따라 적층되는 판재(P)의 테두리를 따라 판재(P)의 내측방향을 향하여 지지하므로, 높이 방향을 따라 각 판재(P)가 흐트러지지 않고 정렬될 수 있도록 한다.
지지대(30)는, 베이스 플레이트(10)에 대하여 상대회전이 가능한 회전지지대와, 베이스 플레이트(10)에 대하여 상대움직임이 고정되어 있는 고정지지대로 구별될 수 있다.
본 발명에 따른 지지대(30) 중 적어도 일부는, 각각의 가상의 회전축(C)을 중심으로 회전이 가능한 회전지지대이다. 다시 말해, 스택 제조용 정렬지그(100)는, 회전지지대를 필수적으로 포함하되, 고정지지대는 선택적으로 포함시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예로 설명하는 스택 제조용 정렬지그(100)에서는, 지지대(30) 전부를 베이스 플레이트(10)에 대하여 상대회전이 가능한 회전지지대로 구성하였다.
여기서, 지지대(30)는, 직사각형 형상의 연료전지용 판재를 적층할 수 있도록, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(10)의 가로 변에 인접위치한 가로지지대(31) 및 베이스 플레이트(10)의 세로 변에 인접위치한 세로지지대(32)로 마련될 수 있다. 지지대(30)의 배치 및 수량은, 연료전지용 판재의 형상 및 사이즈에 따라 달라질 수 있다.
본 실시예에서, 가로지지대(31)는 베이스 플레이트(10)의 상단 가로 변 측에 2개, 베이스 플레이트(10)의 하단 가로 변 측에 2개 마련되어 있으며, 세로지지대(32)는 베이스 플레이트(10)의 좌단 세로 변 측에 1개, 베이스 플레이트(10)의 우단 세로 변 측에 1개 마련되어 있다.
여기서, 서로 마주보고 있는 베이스 플레이트(10) 상단 가로 변 측에 위치한 가로지지대(31u)와 베이스 플레이트(10) 하단 가로 변 측에 위치한 가로지지대(31d) 각각의 회전중심(C) 사이의 거리는 d31이며, 서로 마주보고 있는 베이스 플레이트(10) 좌단 세로 변 측에 위치한 세로지지대(32l)와 베이스 플레이트(10) 우단 세로 변 측에 위치한 세로지지대(32r) 각각의 회전중심(C) 사이의 거리는 d32이다.
지지대(30)는, 복수의 지지대(31, 32)에 의해 둘러쌓인 적층영역(A)이, 회전지지대(31, 32)의 회전에 따라 가변될 수 있도록 구성될 수 있다.
이는, 회전지지대(31, 32)가, 그 단면의 최장가로너비(H)와 최장세로너비(V)가 서로 다르게 형성됨으로써, 달성될 수 있다. 도 6에는 단면의 최장가로너비(H)와 최장세로너비(V)가 서로 다르게 형성될 수 있는 회전지지대의 여러 실시예에가 도시되어 있다. 회전지지대(31, 32) 단면 형상은, 연료전지용 판재의 테두리와 완만하게 접촉가능하도록 도 6의 (b)에 도시된 타원 형상인 것이 바람직하다.
도 3 내지 4는 회전지지대의 회전에 따라 적층영역이 가변되는 것을 설명하기 위한 스택 제조용 정렬지그의 평면도이다. 설명의 편의상, 적층영역의 가변은 복수의 지지대(31, 32)의 상호협력에 의해 형성하는 가상의 직사각형(A)의 넓이를 기준으로 설명한다. 그리고, 회전지지대(31, 32)의 회전된 상태와 무관하게, 회전지지대(31, 32) 타원 단면 형상의 장축길이는 최장가로너비(H)로, 회전지지대(31, 32) 타원 단면 형상의 단축길이는 최장세로너비(V)로 설명하기로 한다.
도 3에서, 가로지지대(31)는 그 단면의 장축길이가 모두 베이스 플레이트(10) 상 가로 변에 평행하게 회전되어 있으며, 세로지지대(32)는 그 단면의 장축길이가 모두 베이스 플레이트(10) 상 세로 변에 평행하게 회전되어 있다. 이에 의해 형성되는 적층영역(A3)은, 그 가로길이(m)가 d32 - V, 그 세로 길이(n)가 d31 - V로서, 그 넓이는 (d32 - V)*(d31 - V)로 가장 넓게 형성될 수 있다. (여기서, d32 > d31, H > V)
도 4에서, 가로지지대(31)는 그 단면의 단축길이가 모두 베이스 플레이트(10) 상 가로 변에 평행하게 회전되어 있으며, 세로지지대(32)는 그 단면의 단축길이가 모두 베이스 플레이트(10) 상 세로 변에 평행하게 회전되어 있다. 이에 의해 형성되는 적층영역(A4)은, 그 가로길이(m)가 d32 - H, 그 세로 길이(n)가 d31 - H로서, 그 넓이는 (d32 - H)*(d31 - H)로 가장 좁게 형성될 수 있다. (여기서, d32 > d31, H > V)
다시 말해, 회전지지대(31, 32)들의 회전 정도에 따라 적층영역(A)의 넓이를 (d32 - V)*(d31 - V)와 (d32 - H)*(d31 - H) 사이에서 형성시킬 수 있다. (여기서, d32 > d31, H > V)
회전지지대(31, 32)들의 회전 정도는, 적층하고자 하는 연료전지용 판재의 형상 및 크기에 따라 적층영역(A)을 고려하여, 결정될 수 있다.
도 5는 구속위치와 해제위치 사이에서 회전이동가능한 회전지지대를 설명하기 위한 스택 제조용 정렬지그의 평면도이다.
회전지지대(31, 32)는, 그 외주면의 적어도 일부분이 연료전지용 판재(P)의 테두리에 접촉가능한 구속위치(T)와, 그 외주면 전면이 연료전지용 판재(P)의 테두리로부터 이격되어 있는 해제위치 사이에서 회전축(C)을 중심으로 회전이동이 가능하게 구성될 수 있다.
여기서, 각 회전지지대(31, 32)가 구속위치(T)에 위치하도록 회전하게 되는 경우는, 연료전지용 판재(P)를 적층하여 스택을 제조하고자할 때이다. 다시 말해, 적층하고자 하는 연료전지용 판재(P)의 형상 및 크기를 고려하여, 각 회전지지대(31, 32)를 구속위치(T)에 위치시키면, 적층되는 연료전지용 판재(P)가 적층될 적층영역(A)이 형성되며, 그 적층영역(A)에 연료전지용 판재(P)들을 순차적으로 정렬시키면서 적층시킬 수 있다.
그리고, 연료전지용 판재(P)들이 적층된 스택을 스택 제조용 정렬지그(100)로부터 제거하고자 하는 경우에는, 각 회전지지대(31, 32)를 해제위치(U)에 위치시켜, 회전지지대(31, 32)의 걸림없이 스택을 제거할 수 있게 된다.
한편, 스택 제조용 정렬지그(100)는, 구속위치(T) 또는 해제위치(U)에 위치한 회전지지대(31, 32)가 베이스 플레이트(10)에 대하여 상대회전불가하도록 고정시키는 고정수단(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그 고정수단은, 회전지지대(31, 32)의 하단부에 베이스 플레이트(10)를 관통할 수 있는 회전축을 마련하며, 그 회전축의 하단부에 나사를 형성하며, 그 나사에 체결될 수 있는 너트형 체결수단을 구비할 수 있다.
스택 제조용 정렬지그(100)는, 고정수단 대신에 회전지지대(31, 32)를 회전시키는 구동 모터를 포함할 수 있다. 여기서, 구동 모터는 기설정된 알고리즘에 의하여 제어가능한 서보 모터일 수 있으며, 구속위치(T) 또는 해제위치(U)로 회전지지대(31, 32)를 위치시킨 뒤 정지해있으면, 정지해 있는 동안에는 구속위치(T) 또는 해제위치(U)에 위치한 회전지지대(31, 32)를 베이스 플레이트(10)에 대하여 상대회전불가하도록 고정시키는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 도 2 내지 5에서는 회전지지대(31, 32) 단면의 중심과, 회전축(C)이 서로 일치하는 형태로 도시하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며, 회전지지대(31, 32)는 회전축(C)에 대하여 편심 회전하도록 구성될 수도 있다. 회전지지대(31, 32)가 회전축(C)에 대하여 편심 회전하도록 구성되는 경우에는, 적층영역(A)의 가변 범위가, 회전지지대(31, 32) 단면의 중심과, 회전축(C)이 상호 동심인 경우에 가능한 (d32 - V)*(d31 - V)와 (d32 - H)*(d31 - H)보다 더 넓게 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스택 제조용 정렬지그(100a)의 평면도이다. 제2 실시예인 스택 제조용 정렬지그(100a)는 대부분의 구성 및 효과가 일 실시예인 스택 제조용 정렬지그(100)와 동일하므로, 그에 대한 설명은 생략하고 양자 간의 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
제2 실시예에서의 회전지지대(31a, 32a)의 단면은, 일 실시예에서의 회전지지대(31, 32)의 타원 단면과 달리, 원형을 띄고 있다.
또한, 제2 실시예에서의 회전지지대(31a, 32a)는, 회전축(C)에 대하여 편심회전한다.
이로써, 최장가로너비(H) 및 최장세로너비(V)가 동일한 단면의 회전지지대(31a, 32a)로도, 적층영역(A)의 가변과, 구속위치(T)와 해제위치(U) 사이에서의 회전이동도 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 스택 제조용 정렬지그(100, 100a)에 따르면, 각각의 회전축(C)을 중심으로 회전이 가능한 회전지지대를 포함함으로써, 적층하고자 하는 연료전지용 판재(P)의 크기 및 사이즈에 따라 적층영역(A)을 가변시킬 수 있으므로, 적층하고자 하는 연료전지용 판재(P)의 크기 및 사이즈에 따라 개별 정렬지그를 준비함으로써 낭비될 수 있는 비용 및 노력 등을 점감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 회전지지대가 그 외주면의 적어도 일부분이 상기 판재의 테두리에 접촉가능한 구속위치(T)와, 그 외주면 전면이 상기 판재의 테두리로부터 이격되어 있는 해제위치(U) 사이에서 회전축을 중심으로 회전이동 가능하므로, 지지대가 고정된 상태로 스택을 제거해야하는 종래와 비교하여, 지지대에 의한 스택의 손상위험을 피할 수 있는 장점이 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
*도면의 주요부위에 대한 부호의 설명*
100, 100a : 스택 제조용 정렬지그
10 : 베이스 플레이트
31 : 가로지지대
32 : 세로지지대
A, A3, A4 : 적층영역
V : 최장세로너비
H : 최장가로너비
T : 구속위치
U : 해제위치

Claims (7)

  1. 연료전지용 판재를 적층하여 스택을 제조하는 스택 제조용 정렬지그로서,
    베이스 플레이트;및
    높이방향을 따라 연장되어 상기 베이스 플레이트 상에 결합되어 있는 부재로서, 적층되는 상기 판재의 테두리를 복수의 지점에서 지지할 수 있는 복수의 지지대;를 포함하며,
    상기 지지대 중 적어도 일부는, 각각의 회전축을 중심으로 회전이 가능한 회전지지대이며,
    복수의 상기 지지대에 의해 둘러쌓인 적층영역은, 상기 회전지지대의 회전에 따라 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는 스택 제조용 정렬지그.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전지지대는,
    그 외주면의 적어도 일부분이 상기 판재의 테두리에 접촉가능한 구속위치와, 그 외주면 전면이 상기 판재의 테두리로부터 이격되어 있는 해제위치 사이에서 상기 회전축을 중심으로 회전이동 가능한 것을 특징으로 하는 스택 제조용 정렬지그.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 회전지지대는,
    단면의 최장가로너비와 최장세로너비가 서로 다른 것을 특징으로 하는 스택 제조용 정렬지그.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 회전지지대는,
    단면 형상이 타원인 것을 특징으로 하는 스택 제조용 정렬지그.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 회전지지대는,
    상기 회전축에 대해 편심 회전하는 것을 특징으로 하는 스택 제조용 정렬지그.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 회전지지대를 회전시키는 구동 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 제조용 정렬지그.
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