KR20240106529A - 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓 및 그 제조방법 - Google Patents

수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 수소연료전지의 분리판 사이에 설치되는 금속 프레임 가스켓에 있어서,
분리판 측과 일면이 면접촉하고, 면접촉하는 반대방향으로 비드를 돌출 형성하는 비드플레이트; 및
상기 비드플레이트의 비드가 형성되는 타면에 비드 돌출 높이보다 낮은 두께로 결합되어 비드플레이트의 과압축이 방지되도록 제한하는 리미터 플레이트;를 포함하는 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓이 제공될 수 있다.

Description

수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓 및 그 제조방법{Metal Frame Gasket for Separator of Fuel Cell}
본 발명은 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분리판의 오염 및 변형을 방지하기 위해 가스켓을 별도의 분리된 구성품으로 제작하되, 비드플레이트와 리미터플레이트의 일체형 구조로 제작되는 금속 프레임 가스켓을 적용함으로써 높은 구조강도를 제공함과 아울러 가스켓 실링 성능이 향상되도록 하는 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 바와 같이 연료 전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템이다.
연료 전지 시스템은 크게 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료 전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급장치, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물 관리 장치를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성으로 연료 전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중 산소의 전기 화학 반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응 부산물로서 열과 물을 배출하게 된다.
연료 전지 자동차에 적용되고 있는 연료 전지 스택은 단위 셀이 연속적으로 배열되어 구성되는데, 각 단위 셀은 가장 안쪽에 막 전극 어셈블리 (MEA: Membrane Electrode Assembly)가 위치한다.
그리고 상기 막 전극 어셈블리는 수소 이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 캐소드 및 애노드로 구성되어 있다.
또한, 상기 막 전극 어셈블리 (MEA)의 바깥 부분, 즉 캐소드 및 애노드가 위치한 바깥 부분에는 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 위치한다.
그리고 상기 가스 확산층의 바깥 쪽에는 연료와 공기를 캐소드 및 애노드로 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로가 형성된 분리판이 위치한다.
따라서 수소와 산소가 각각의 촉매층에 의한 화학 반응으로 이온화가 이루어져서, 수소 쪽은 수소 이온과 전자가 발생하는 산화 반응을 하고, 산소 쪽은 산소 이온이 수소 이온과 반응하여 물이 생성되는 환원 반응을 한다.
캐소드에서는 전해질막을 통하여 공급된 수소 이온과 분리판을 통하여 전달된 전자가 공기 공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중의 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다.
이때 일어나는 수소 이온의 이동에 의해, 외부 도선을 통한 전자의 흐름으로 전류가 생성되고, 아울러 물 생성반응에서 열도 부수적으로 발생하게 된다.
위와 같은 수소연료전지를 구성하는 스택에는 금속분리판을 필요로 하는데, 상기 금속분리판을 제조하는 종래의 방법에 의할 경우 상기 금속분리판이 변형되어 불량품이 많이 발생하게 되는 문제점 등이 있었다.
분리판은 주로 금속 분리판, 흑연 분리판 등이 사용되고 있으며 분리판이 연료 전지에 적용되기 위해서는 전기 전도도, 기체투과도, 강도, 부식 특성, 용출 특성 등이 고려되어야 한다. 금속 분리판이 연료 전지에 적용되기
위해서는 가장 취약한 특성인 부식 문제를 해결해야 하며, 흑연 분리판은 대부분 기계 가공하여 사용하기 때문에 제조 단가가 매우 높고, 부피가 큰 단점이 있다.
이상과 같이 제작된 분리판의 내부에 물이 흐르기 때문에 밀폐 성능을 유지하여야 한다. 분리판을 밀폐하기 위한 가스켓은 그 제작을 위한 금형이 독립적으로 제작되어야 하고, 가스켓의 정밀성을 부여하기 위해서는 많은 노력이 필요하다.
도 1은 종래기술의 연료전지를 구성하는 셀(cell)구조를 나타낸 분해사시도로서, 도시된 바와 같이 가스켓(1)과, 분리판(2)과, 가스켓(1), 전극막(3), 가스켓(1), 분리판(2), 가스켓(1) 순으로 순차적으로 적층하여 구성되는 바, 이와 같이 가스켓(1)과 분리판(2)이 각각 독립개체로 분리된 상태에서 적층 구성되기 때문에, 작업효율성이 크게 저하되는 문제점이 있다.
즉, 각각 독립개체로 양산되는 가스켓(1)과 분리판(2) 및 전극막(3)을 연료전지의 성능과 관계되는 사항으로 요구되는 출력에 따라 수백개로 적층하여 하나의 스택(stack)을 구성하여야 하기 때문에, 작업공정에 있어서 효율성이 크게 떨어지고 더욱이, 1개의 분리판(2)의 양측에 2개의 가스켓(1)이 적층되어 구성됨에 따라 양산되는 스택의 경우 그 부피와 중량이 매우 크게 구성되는 문제점이 있다.
이와 같이 1개의 분리판에 2개씩 적층되는 가스켓은 분리판과 전극막을 효율적으로 조립할 수 있도록 장착이 용이해야 하며, 체결하는 압력의 최소화를 유지하여 전체 스택의 저부피화, 저중량화에 기여해야 하고, 또한 스택의 외부로부터 불순물의 오염을 방지하고 매니폴드부의 연료가스와 냉각수의 상호 유입을 차단하여야 한다.
그러나, 자동차용으로 적용되는 분리판이 수백개까지 이르다 보니, 분리판의 양쪽에 각각 적층되는 가스켓의 개수는 분리판의 2배에 이르게 되고, 각각 독립개체로 양산된 가스켓과 분리판을 일일이 적층하기 위해서는 인적, 시간적 손실이 매우 큰 문제점이 있다.
또한, 스택의 구성시에 금속재질의 분리판으로부터 고무재질의 가스켓이 이탈되는 현상이 나타나기 때문에, 가스켓에 의한 실링효과가 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 분리판과 가스켓과의 부피 및 중량을 줄이고 작업공정의 단순화에 의한 가스켓이 절실하게 요구되었고, 대한민국 공개특허 제10-2009-0128602호에서는 "분리판 일체형 연료전지용 가스켓"에 관한 기술이 제안되었다.
상기 종래기술의 분리판 일체형 연료전지용 가스켓은, 이탈방지홈이 내측에 형성된 고무재질의 가스켓과; 상기 가스켓의 성형몰드에 장입되어 가스켓 성형 시에 상기 가스켓의 내측에 형성된 이탈방지홈에 가장자리부가 인입됨으로써 상기 가스켓과 일체로 형성되는 금속분리판의 구성이 개시된다.
하지만 이와 같은 종래기술은 이미 성형이 완료된 금속 및 카본, 플라스틱 등의 재질을 갖는 연료전지용 분리판을 가스켓 성형 금형에 장착 및 성형하다보니, 얇은 박판 등으로 이루어진 상대품(분리판)의 변형(평면도 불량, 휨, 꺾임 등)에 의하여 가스켓 성형이 어려운 경우가 발생되며, 이는 가스켓 성형 불량의 주요 원인으로 나타나는 문제가 있다.
이처럼 분리판 가스켓 일체형 사출 성형을 할 경우, 여러 가지 요인(버, 잡착제, 이형제 등)으로 인해 분리판 오염 및 변형 등의 분리판 불량이 다수 발생하게 되어 분리판과 고무 가스켓을 별도로 제작하여 사용할 수 밖에 없었다.
하지만, 고무 가스켓의 경우, 분리판과 별도로 제작할 경우 가스켓의 형상이 유지되지 않아 조립이 어려우며, 압력에 의해 가스켓이 외측으로 밀리면서 실링(Sealing) 성능이 저하되는 문제가 있다.
공개특허 10-2011-0039609호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 분리판의 오염 및 변형을 방지하기 위해 가스켓을 별도의 분리된 구성품으로 제작하되, 비드플레이트와 리미터플레이트의 일체형 구조로 제작되는 금속 프레임 가스켓을 적용함으로써 높은 구조강도를 제공함과 아울러 가스켓 실링 성능이 향상되도록 하는 금속 프레임 가스켓을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 비드플레이트에 비드를 돌출 형성함으로써, 강성 및 실링(Sealing) 성능이 향상되어 기존의 고무 가스켓보다 높은 압력에서 실링이 가능하도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 리미터플레이트를 일체로 조립함으로써, 가스켓의 과압축 현상을 방지할 수 있고, 가스켓의 비틀림 방지 및 프레임 강성을 증대하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 리미터플레이트를 비드형성영역 내측 영역에 일정폭의 띠 형상으로 형성되도록 함으로써, 비드형성영역의 내측영역에서의 유체나 기체를 내측 리미터플레이트가 1차 실링하고 리미터플레이트에서 실링되지 못한 유체나 기체를 비드플레이트의 비드를 통해 2차 실링하기 때문에 실링 성능이 대폭 향상되도록 하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 수소연료전지의 분리판 사이에 설치되는 금속 프레임 가스켓에 있어서,
분리판 측과 일면이 면접촉하고, 면접촉하는 반대방향으로 비드를 돌출 형성하는 비드플레이트; 및
상기 비드플레이트의 비드가 형성되는 타면에 비드 돌출 높이보다 낮은 두께로 결합되어 비드플레이트의 과압축이 방지되도록 제한하는 리미터 플레이트;를 포함하는 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓이 제공될 수 있다.
또한, 상기 리미터플레이트는 비드플레이트의 비드 형성영역을 제외한 비드 이외영역의 형상으로 제작될 수 있다.
또한, 상기 리미터플레이트의 경계와 비드의 경계 사이에 조립시 간섭을 방지하기 위한 간섭방지 갭(G)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 비드플레이트의 비드 형태는 더블하프비드 또는 풀비드중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 비드플레이트 및 리미터 플레이트의 재질은 스테인리스재일 수 있다.
또한, 상기 리미터플레이트의 두께는 비드플레이트의 비드의 압축변형 최대 허용높이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 비드플레이트와 리미터플레이트를 용접, 코킹, 리벳 중 어느 하나의 방법으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 비드플레이트는 분리판과의 접촉면과 비드의 상, 하면에 각각 탄성 코팅액을 도포할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 비드플레이트를 제조하는 단계(S10);
리미터플레이트를 제조하는 단계(S20); 및
비드플레이트와 리미터플레이트를 조립하는 단계(S30);
를 포함하는 수소연료전지의 분리판용 금속프레임 가스켓 제조방법이 제공될 수 있다.
이때, 상기 비드플레이트를 제조하는 단계(S10)는,
금속판에 수소, 산소, 냉각수 입출구를 타공하여 형성하는 피어싱단계; 및
프레스를 이용하여 상기 금속판의 외곽을 따라 요철모양의 비드를 성형하는 비드형성단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 리미터플레이트를 제조하는 단계(S20)는, 프레스를 이용하여 비드 형성영역의 내, 외측에 일정폭의 테두리 경계를 형성하는 띠형상을 타공 제작할 수 있다.
또한, 상기 리미터플레이트는 비드 돌출 높이(d2)보다 낮은 두께로 제작될 수 있다.
또한, 상기 비드플레이트와 리미터플레이트를 조립하는 단계(S30)는, 비드 형성영역에 리미터플레이트가 간섭되지 않도록 정위치에 세팅하고, 리미터플레이트의 세팅된 위치가 고정되도록 가이드 핀 또는 전용 고정지그를 이용해 고정 작업한 상태에서 양측의 접합공정을 수행할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명은 분리판의 오염 및 변형을 방지하기 위해 가스켓을 별도의 분리된 구성품으로 제작하되, 비드플레이트와 리미터플레이트의 일체형 구조로 제작되는 금속 프레임 가스켓을 적용함으로써 높은 구조강도를 제공함과 아울러 가스켓 실링 성능이 향상되는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 비드플레이트에 비드를 돌출 형성함으로써, 강성 및 실링(Sealing) 성능이 향상되어 기존의 고무 가스켓보다 높은 압력에서 실링이 가능한 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 리미터플레이트를 일체로 조립함으로써, 가스켓의 과압축 현상을 방지할 수 있고, 가스켓의 비틀림 방지 및 프레임 강성을 증대하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 리미터플레이트를 비드형성영역 내측 영역에 일정폭의 띠 형상으로 형성되도록 함으로써, 비드형성영역의 내측영역에서의 유체나 기체를 내측 리미터플레이트가 1차 실링하고 리미터플레이트에서 실링되지 못한 유체나 기체를 비드플레이트의 비드를 통해 2차 실링하기 때문에 실링 성능이 대폭 향상되는 효과를 갖는다.
도 1은 종래기술의 연료전지를 구성하는 셀(cell)구조를 나타낸 분해사시도.
도 2는 본 발명에 따른 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓을 도시한 평면도.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도.
도 4는 도 3의 요부확대도.
도 5a, 도 5b는 본 발명의 비드플레이트의 비드의 형상 예시도.
도 6은 도 2의 B-B선 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 수소연료전지의 분리판용 금속프레임 가스켓 제조방법을 설명하는 플로우차트.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓을 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이며, 도 4는 도 3의 요부확대도이고, 도 5a, 도 5b는 본 발명의 비드플레이트의 비드의 형상 예시도이다.
동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 수소연료전지의 분리판(100) 사이에 설치되는 금속 프레임 가스켓(200)에 관한 것으로서, 분리판(100)과 별개의 부품으로 사용되며, 크게 비드플레이트(210) 및 리미터플레이트(220)의 일체형 결합으로 제조된다.
먼저, 상기 비드플레이트(210)는 금속판체를 금형 제작하는 것이다. 상기 비드플레이트(210)는 일면이 분리판(100) 측과 면접촉하고, 면접촉하는 반대방향으로 비드(211)가 돌출되도록 성형된다.
상기 비드플레이트(210)의 분리판(100)이 접촉하는 반대 측면에 리미터플레이트(220)가 결합된다.
이때, 리미터플레이트(220)는 금속판체를 금형 제작하는 것으로, 상기 비드플레이트(210)의 비드(211)가 형성되는 타면에 비드(211) 돌출 높이(d2)보다 낮은 두께로 제작된다.
이때, 상기 리미터플레이트(220)의 두께(d1)는 비드플레이트(210)의 과압축이 방지되도록 제한하는 스토퍼(Stoper)의 역할을 하게 된다.
이러한, 상기 리미터플레이트(220)의 두께(d1)는 비드플레이트(210)의 비드(211)가 압축 변형될 수 있는 최대 허용높이(d3)에 해당하는 두께로 형성될 수 있다.
예컨대, 비드플레이트(210)의 비드(211)가 조립압력에 의해 최대 허용높이(d3)까지의 압축 변형되면서 실링이 이루어지게 되고, 이후 리미터플레이트(220)와의 면접촉에 의한 실링이 이루어지게 됨과 아울러 비드플레이트(210)가 과압축되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이때, 상기 리미터플레이트(220)는 비드플레이트(210)의 비드(211) 형성영역을 제외한 비드 이외영역의 형상으로 제작될 수 있다.
예컨대, 상기 리미터플레이트(220)는 도 2의 평면도에서 보는 바와 같이 비드(211) 형성영역의 내, 외측에 일정폭의 테두리 경계를 형성하는 띠형상으로 제작될 수 있다.
이때, 상기 리미터플레이트(220)의 경계와 비드(211)의 경계 사이에 조립시 간섭을 방지하기 위한 간섭방지 갭(G)을 형성하는 할 수 있다.
상기한 바와 같은 비드플레이트(210) 및 리미터플레이트(220)의 재질은 스테인리스재로 제작될 수 있고, 상기 비드플레이트(210)와 리미터플레이트(220)를 용접, 코킹, 리벳 중 어느 하나의 방법으로 결합되도록 할 수 있다.
상기한 본 발명의 비드플레이트(210)의 비드(211) 형태는 더블하프비드(211a) 또는 풀비드(211b)중 어느 하나의 형상으로 제작될 수 있다.
이때, 상기 더블하프비드(211a)는 실링면에 접촉하는 평활면과 상기 평활면의 양측단부에 경사지게 연장되는 경사면으로 이루어진 사다리꼴 형상으로 비드(211)를 성형한 것이다.
또한, 상기 풀비드(211b)는 실링면에 접촉하는 원호 형상의 비드(211)를 성형한 것이다.
그리고, 상기 비드플레이트(210)는 분리판(100)과의 접촉면과 비드(211)의 상, 하면에 각각 탄성 코팅액(230)을 도포함으로써, 금속판체와 금속판체 사이의 실링이 증대되도록 할 수 있다.
이때, 상기 코팅액(230)은 엘라스토머 코팅액을 사용할 수 있는데, 특히 상기 코팅액(230)은 불소 엘라스토머, 실리콘 엘라스토머 중 어느 하나일 수 있다.
이때, 상기 코팅액(230)을 10마이크로 이상 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
도 6은 도 2의 B-B선 단면도로서, 수소, 산소, 냉각수 입구 및 출구 측에 형성되는 내측비드(213)의 형상을 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 상기 내측비드(213)는 상, 하측 평활면 사이를 사다리꼴 경사면으로 연결하는 파형을 갖도록 더블하프비드를 입/출구 폭에 해당하는 일정구간에 형성하게 되는데, 상기 내측비드(213)는 가스켓의 실링(Sealing) 기능을 제공하는 대신 간격유지부재의 역할을 제공하는 것으로서, 내측비드(213)의 높이는 외주부 비드(211)의 압축 전 높이와 동일하게 형성하거나, 외주부 비드(211)보다 낮은 압축량으로 비드를 설계 할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 수소연료전지의 분리판용 금속프레임 가스켓 제조방법을 설명하는 플로우차트이다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 수소연료전지의 분리판용 금속프레임 가스켓 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 비드플레이트(210)를 제조하는 단계(S10); 리미터플레이트를 제조하는 단계(S20); 및 비드플레이트(210)와 리미터플레이트(220)를 조립하는 단계(S30);를 포함한다.
상기 비드플레이트(210)를 제조하는 단계(S10)는, 크게 피어싱단계 및 비드형성단계를 포함할 수 있다.
상기 피어싱단계는 금속판에 수소, 산소, 냉각수 입출구(212)를 타공하여 형성하는 단계이다.
이때, 상기 비드플레이트(210)를 이루는 금속판은 전기전도성과 수분의 내식성이 좋은 스테인레스 강 재질로 이루어질 수 있고, 중량 및 부피 제한 등으로 박판으로 이루어질 수 있다.
상기 비드형성단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 피어싱단계에 의해 형성된 수소, 산소, 냉각수 입출구(212)가 형성된 상기 금속판의 외곽에 요철모양의 비드(211)를 성형하는 단계로서, 상기 비드성형단계는 프레스 등을 이용하여 상기 금속판의 외곽을 따라 요철모양의 비드(211)를 성형한다.
이때, 상기 비드(211)는 하나의 폐곡선 형상으로 이루어질 수도 있고, 다수 개가 상호 분리된 선으로 이루어질 수도 있다.
상기 비드(211)는 상기 금속판이 절곡되어 형성됨으로서, 상기 금속판의 강성 등을 증가시키게 된다.
상기 비드(211)의 폭은 0.2~1.5mm가 되도록 할 수 있다.
다음으로 상기 리미터플레이트를 제조하는 단계(S20)에 대해 설명한다.
상기 리미터플레이트 제조단계(S20)는 피어싱 공정을 통해 띠 형상으로 타공 제작될 수 있다.
이때, 상기 리미터플레이트(220)는 비드플레이트(210)의 비드(211) 형성영역을 제외한 비드 이외영역의 형상으로 제작되는데, 도 2의 평면도에서 보는 바와 같이 비드(211) 형성영역의 내, 외측에 일정폭의 테두리 경계를 형성하는 띠형상을 프레스 등을 이용하여 타공 제작할 수 있다.
이때, 상기 리미터플레이트(220)는 비드플레이트(210)의 외곽 테두리 즉, 비드(211)의 외측 경계를 따라 형성되는 4각의 폐곡선띠 및, 비드(211)의 내측 경계를 따라 형성되는 복수 개의 4각형 폐곡선띠로 분리 제작될 수 있다.
이때, 상기 리미터플레이트(220)의 폭은 0.2~1.5mm가 되도록 할 수 있다.
상기 리미터플레이트(220)는 금속판체를 금형 제작하는 것으로, 상기 비드플레이트(210)의 비드(211)가 형성되는 타면에 비드(211) 돌출 높이(d2)보다 낮은 두께로 제작될 수 있고, 상기 리미터플레이트(220)의 두께(d1)는 보다 구체적으로, 비드플레이트(210)의 비드(211)가 압축 변형될 수 있는 최대 허용높이(d3)에 해당하는 두께로 설계될 수 있다.
이때, 상기 리미터플레이트(220)를 이루는 금속판은 전기전도성과 수분의 내식성이 좋은 스테인레스 강 재질로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 비드플레이트(210)와 리미터플레이트(220)를 조립하는 단계(S30)에 대해 설명한다.
상기 비드플레이트(210)와 리미터플레이트(220)를 조립함에 있어, 비드(211) 형성영역에 리미터플레이트(220)가 간섭되지 않도록 정위치에 세팅하고, 리미터플레이트(220)의 세팅된 위치가 고정되도록 가이드 핀 또는 전용 고정지그(미도시)를 이용해 고정 작업한 상태에서 양측의 접합공정을 수행한다.
이때, 접합공정은 용접, 코킹, 리벳 등의 접합방법 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같은 본 발명은 분리판의 오염 및 변형을 방지하기 위해 가스켓을 별도의 분리된 구성품으로 제작하되, 비드플레이트와 리미터플레이트의 일체형 구조로 제작되는 금속 프레임 가스켓을 적용함으로써 높은 구조강도를 제공함과 아울러 가스켓 실링 성능이 향상되는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명은 비드플레이트에 비드를 돌출 형성함으로써, 강성 및 실링(Sealing) 성능이 향상되어 기존의 고무 가스켓보다 높은 압력에서 실링이 가능하고, 또한, 본 발명은 리미터플레이트를 일체로 조립함으로써, 가스켓의 과압축 현상을 방지할 수 있고, 가스켓의 비틀림 방지 및 프레임 강성을 증대시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 리미터플레이트를 비드형성영역 내측 영역에 일정폭의 띠 형상으로 형성되도록 함으로써, 비드형성영역의 내측영역에서의 유체나 기체를 내측 리미터플레이트가 1차 실링하고 리미터플레이트에서 실링되지 못한 유체나 기체를 비드플레이트의 비드를 통해 2차 실링하기 때문에 실링 성능이 대폭 향상될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100: 분리판 200: 금속 프레임 가스켓
210: 비드플레이트 211: 비드
211a: 더블하프비드 211b: 풀비드
212: 입출구 213: 내측비드
220: 리미터플레이트 230: 코팅액
G: 간섭방지 갭

Claims (13)

  1. 수소연료전지의 분리판 사이에 설치되는 금속 프레임 가스켓에 있어서,
    분리판 측과 일면이 면접촉하고, 면접촉하는 반대방향으로 비드를 돌출 형성하는 비드플레이트; 및
    상기 비드플레이트의 비드가 형성되는 타면에 비드 돌출 높이보다 낮은 두께로 결합되어 비드플레이트의 과압축이 방지되도록 제한하는 리미터 플레이트;를 포함하는 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리미터플레이트는 비드플레이트의 비드 형성영역을 제외한 비드 이외영역의 형상으로 제작되는 것을 특징으로 하는 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리미터플레이트의 경계와 비드의 경계 사이에 조립시 간섭을 방지하기 위한 간섭방지 갭(G)을 형성하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비드플레이트의 비드 형태는 더블하프비드 또는 풀비드중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비드플레이트 및 리미터 플레이트의 재질은 스테인리스재인 것을 특징으로 하는 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 리미터플레이트의 두께는 비드플레이트의 비드의 압축변형 최대 허용높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 비드플레이트와 리미터플레이트를 용접, 코킹, 리벳 중 어느 하나의 방법으로 결합하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 비드플레이트는 분리판과의 접촉면과 비드의 상, 하면에 각각 탄성 코팅액을 도포하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지의 분리판용 금속 프레임 가스켓.
  9. 비드플레이트를 제조하는 단계(S10);
    리미터플레이트를 제조하는 단계(S20); 및
    비드플레이트와 리미터플레이트를 조립하는 단계(S30);
    를 포함하는 수소연료전지의 분리판용 금속프레임 가스켓 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비드플레이트를 제조하는 단계(S10)는,
    금속판에 수소, 산소, 냉각수 입출구를 타공하여 형성하는 피어싱단계; 및
    프레스를 이용하여 상기 금속판의 외곽을 따라 요철모양의 비드를 성형하는 비드형성단계;를 포함하는 수소연료전지의 분리판용 금속프레임 가스켓 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 리미터플레이트를 제조하는 단계(S20)는,
    프레스를 이용하여 비드 형성영역의 내, 외측에 일정폭의 테두리 경계를 형성하는 띠형상을 타공 제작하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지의 분리판용 금속프레임 가스켓 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 리미터플레이트는 비드 돌출 높이(d2)보다 낮은 두께로 제작되는 것을 특징으로 하는 수소연료전지의 분리판용 금속프레임 가스켓 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 비드플레이트와 리미터플레이트를 조립하는 단계(S30)는,
    비드 형성영역에 리미터플레이트가 간섭되지 않도록 정위치에 세팅하고, 리미터플레이트의 세팅된 위치가 고정되도록 가이드 핀 또는 전용 고정지그를 이용해 고정 작업한 상태에서 양측의 접합공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지의 분리판용 금속프레임 가스켓 제조방법.
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