用于供给燃料电池堆的部件的设备的制作方法

本申请要求2016年7月1日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2016-0083650的韩国专利申请的优先权，其公开的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种用于在制造燃料电池堆时稳定地供给诸如膜电极组件(MEA)或气体扩散层(GDL)等燃料电池堆的部件的设备。

背景技术：

燃料电池是通过燃料与氧化剂的电化学反应产生电能的装置。

燃料电池可包括燃料电池堆且燃料电池堆可具有串联连接的多个单元电池。

燃料电池堆的单元电池可包括允许反应气体在其中流动的两个双极板、在两个双极板之间进行电化学反应的膜电极组件(MEA)、调节气体在双极板与MEA之间流动的气体扩散层(GDL)以及用于密封的垫圈。

MEA可具有质子交换膜(PEM)和设置在PEM的两个表面上的两个电极层。

GDL可用于将反应气体均匀地分布到MEA、去除反应产生的水和水蒸气并通过电子转移提供电传导。

燃料电池堆通常已经通过单独地转移MEA和GDL并利用组装设备组合MEA和GDL来制造。燃料电池堆的部件诸如MEA或GDL通常已经通过真空吸附夹持部逐片地吸附供给。

同时，GDL可在其表面上具有曲线、凹槽等，并且可由多孔材料制成。

在GDL正在被真空吸附夹持部真空吸附的同时，堆叠在盒部中的GDL可能不是被逐片地吸附，而是两个或多个GDL可被一起吸附。因此，可能增加燃料电池堆的缺陷率，这可能降低生产率。

技术实现要素：

已经进行本公开以解决现有技术中出现的上述问题，同时完整保持现有技术中已取得的优点。

本公开的方面提供一种当燃料电池堆的部件被真空吸附以供给至燃料电池堆组装设备时可通过逐片地真空吸附诸如膜电极组件(MEA)或气体扩散层(GDL)等部件使燃料电池堆的缺陷率最小化以提高其生产率的用于供给燃料电池堆组件的设备。

根据本公开的方面，一种用于供给燃料电池堆的部件的设备可包括：盒部(cartridge)，其中堆叠多个部件；夹持部，其用于真空吸附堆叠在盒部中的多个部件中的最上方部件；以及提升产生单元，用于产生仅提升多个部件中的最上方部件的提升力，其中提升产生单元包括对称设置在夹持部的下部中并使空气吹向最上方部件的上表面的多个空气喷射孔。

夹持部可包括夹持部主体，多个吸附孔可在夹持部主体的下表面中形成。

多个空气喷射孔可对称设置在夹持部主体的下表面中。

多个空气喷射孔可对称设置在邻近夹持部主体的角部。

当空气被吹送时，空气喷射孔可形成涡旋气流。

空气喷射孔可在夹持部主体的下表面中具有孔杯结构。

空气喷射孔可具有形成用于引起涡旋气流的空间的侧壁。

盒部可包括向上和向下可移动的支撑板以及向上和向下移动支撑板的驱动单元。

多个引导部可对称设置在支撑板的外周上。

多个引导部可设有用于检测部件的位置的一个或多个位置传感器。

在空气吹送和真空吸附之后，除非最上方部件被夹持部的吸附孔吸附，空气注入压力可增加预定的增加量。

附图说明

从结合附图的下述详细描述，本公开的上述的和其它目的、特征和优点将更显而易见，其中：

图1说明根据本公开的示例性实施例的用于供给燃料电池堆的部件的设备的透视图；

图2说明图1所示的用于供给燃料电池堆的部件的设备的前视图；

图3说明图1所示的用于供给燃料电池堆的部件的设备的侧视图；

图4说明根据本公开的示例性实施例的用于供给燃料电池堆的部件的设备中的夹持部的底透视图；

图5说明沿图4所示的线A-A截取的截面图；

图6说明图5所示的箭头B指向的局部放大图。

图7说明根据本公开的示例性实施例的用于供给燃料电池堆的部件的设备的操作；以及

图8说明根据本公开的示例性实施例的的用于供给燃料电池堆的部件的方法的流程图。

附图标记

10：盒部

11：支撑板

15：驱动单元

20：夹持部

21：夹持部主体

22：吸附孔

30：部件

40：提升产生单元

41：空气喷射孔

42：空气供给软管

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。作为参考，为便于理解，在描述本公开的示例性实施例所参照的附图中示出的元件的尺寸、线的厚度等可被放大。另外，用于描述本实用新型构思的术语已经考虑到元件功能被限定并可根据用户或操作者的意图或实践等变化。因此，这些术语应当基于本说明书的全部内容被限定。

参照图1和图2，根据本公开的示例性实施例，用于供给燃料电池堆的部件的设备可包括盒部10，其中堆叠多个部件30以及夹持部20，其逐片地真空吸附堆叠在盒部10中的部件30。

盒部10可被配置成支撑在垂直方向上堆叠的多个部件30，其中部件30可以是构成燃料电池堆的单元电池的各个元件，诸如膜电极组件(MEA)和气体扩散层(GDL)。例如，部件30可以是气体扩散层(GDL)。

盒部10可包括向上和向下可移动的支撑板11和向上和向下移动支撑板11的驱动单元15。

支撑板11可具有对应于部件30的形状的结构，并且多个部件30可在垂直方向上堆叠在支撑板11的上表面。

底座16可设置在支撑板11的下方，并且支撑板11可被设置成相对于底座16向上向下可移动。

多个引导部12和13可设置支撑板11的外周上。多个引导部12和13可包括在支撑板11的左右两侧彼此对称设置的多个第一引导部12和在支撑板11的前后两端彼此对称设置的多个第二引导部13。多个第一和第二引导部12和13可从底座16向上延伸。引导部12和13可具有条形形状，其邻近部件30的表面具有预定区域使得其与部件30相邻的表面与部件30的部分面接触。因此，如果部件30为气体扩散层，则引导部12和13可与易碎的气体扩散层平稳地面接触以有效地防止对气体扩散层的损害。

驱动单元15可被配置成向上向下移动支撑板11。例如，驱动单元15包括驱动电机、进给螺杆等。驱动单元15可向上向下移动支撑板11以调整支撑板11的高度使得最上方部件30的上表面与夹持部20之间的间隙可维持常数。

一个或多个位置传感器14可设置在多个引导部12与13上以检测部件30的位置。位置传感器14可检测多个部件30中的最上方部件30的位置。由于位置传感器14实时地检测最上方部件30的位置，所以驱动单元15可以调节支撑板的向上和向下移动使得不管部件30的数量，最上方部件30的上表面与夹持部20之间的间隙S可维持常数。

例如，两个位置传感器14可在垂直方向上彼此间隔开以便更准确地测量最上方部件30的位置。

夹持部20可包括夹持部主体21，多个吸附孔22可在夹持部主体21的下表面中形成。

连接器23可设置在夹持部主体21的上表面以连接至搬运机器人的臂。夹持部主体21可通过搬运机器人的操作在垂直方向和水平方向移动。相对于夹持部主体21的操作，在夹持部主体21通过搬运机器人向下移至靠近盒部10中的部件30之后，堆叠在盒部10中的部件30可被逐片地真空吸附。当已经吸附最上方部件30的夹持部主体21通过搬运机器人向上移动后，夹持部主体21可在水平方向移动至燃料电池堆组装设备(未示出)的特定位置。

真空产生源(未示出)诸如真空泵和真空喷射器可被连接至多个吸附孔22。当真空吸力通过真空产生源产生时，堆叠在盒部10中的多个部件30中的最上方部件30可通过吸附孔22被真空吸附至夹持部主体21的下表面。

根据本公开的示例性实施例，提升产生单元40可产生仅向上提升最上方部件30的提升力。

特别地，提升产生单元40可产生足够将最上方部件30从设置在其下方的部件30分离并仅向上提升最上方部件30的提升力。

提升产生单元40可包括形成在夹持部主体21的下表面中的多个空气喷射孔41以及向多个空气喷射孔41供给空气的空气供给软管42。

多个空气喷射孔41可使空气以恒定速率V₂吹送到夹持部主体21的下表面与最上方部件30的上表面之间的空间。特别地，空气可通过空气喷射孔41从夹持部主体21的下表面向下吹送至最上方部件30的上表面。

空气喷射孔41可具有统一的直径d。例如，空气喷射孔41的直径d可以大于或等于部件30宽度的1/4(d≥W×1/4)。当空气喷射孔41的直径d小于或等于部件30宽度的1/4时，提升产生单元40的提升力可能减小，从而可能无法平稳地提升部件30。

空气供给软管42可以穿透夹持部主体21的侧壁以单独地连接至多个空气喷射孔41。电磁阀(未示出)可设置在空气供给软管42的中部以控制其开口，从而根据部件30的重量适当地调节空气注入压力。

当在空气通过多个空气喷射孔41以恒定速率V₂被吹送到最上方部件30的上表面的状态下，Beroulli方程被应用至最上方部件30的气流状态时，最上方部件30的上、下表面之间的压力差可以由以下等式1表示：

[等式1]

此处，ρ是空气密度，P₂是施加到最上方部件30的上表面的静压力，V₂是在最上方部件30的上表面流动的空气的注入速率，P₁是施加至最上方部件30的下表面的静压力。由于其它部件30被堆叠在最上方部件30下表面的下方，所以不存在气流，因此V₁＝0。

根据[等式1]，最上方部件30的压力差ΔP可以取决于吹送到部件30上表面的空气的注入速率V₂，最上方部件30可接收通过下式2表示的提升力F_lift：

[等式2]

此处，ρ是空气密度，A是部件30的横截面积，C_L是提升系数。

随着吹送到最上方部件30上表面的空气注入速率V₂增大，提升力F_lift可被增大。特别地，当提升力F_lift大于最上方部件30的重量时，最上方部件30可以与堆叠在其下的部件分离并且向上提升。

根据本公开的示例性实施例，如图4所示，空气喷射孔41可被设置成在夹持部主体21下表面中具有孔杯结构，并且空气供给软管42的供给端部42a可被设置成在水平方向穿透空气喷射孔41的侧面。

空气喷射孔41可具有形成用于引起空气涡流(螺旋流)的空间41a的环形侧壁41b。空气供给软管42的供给端部42a可被设置成在水平方向上穿透空气喷射孔41的侧壁41b。通过空气供给软管42的端部42a供给的空气可沿空气喷射孔41的侧壁41b流动以吹送，同时涡旋气流在空气喷射孔41中形成。

根据本公开的其它示例性实施例，螺旋槽(未示出)可在空气喷射孔41的侧壁41b的内表面中形成。因此，通过空气供给软管42的供给端部42a供给的空气可通过空气喷射孔41吹送，同时涡流(螺旋流)更加稳定地沿着空气喷射孔41的螺旋槽形成。

如上所述，多个空气喷射孔41可使空气在形成涡旋气流的同时对称地吹送到最上方部件30的上表面使得空气吹送方向不会朝任一方向倾斜。当最上方部件30通过提升力向上提升时，可有效地防止最上方部件30朝任一方向倾斜。

根据本公开的示例性实施例，多个空气喷射孔41可在夹持部主体21下表面的前后方向和左右方向彼此对称地设置，因此，空气可被对称地吹向最上方部件30的上表面。

特别地，多个空气喷射孔41可设置在邻近夹持部主体21的各个角部，因此，可有效地实现空气喷射孔41的对称布置。

以此方式，空气吹送方向可通过对称设置在夹持部主体21下表面中的多个空气喷射孔41对称地形成，而不朝任一方向倾斜。因此，当最上方部件30向上提升时，可能在任何特定方向上都不会产生拖拽力，因此部件30可稳定地设置在垂直方向上，并且当每一部件30被夹持部主体21吸附时，最上方部件30可定位在相同的位置处。

同时，最上方部件30的上表面和夹持部20之间的间隙S可被调节以使夹持部20有利于更容易吸附最上方部件30。例如，间隙S可以约为2-15mm。当间隙S小于或等于2mm时，拖曳力的影响可能过大。当间隙S大于或等于15mm时，提升力可能不足以提升部件30。

根据本公开的示例性实施例，当多个部件30堆叠在盒部10中并且空气以恒定速率V₂通过提升产生单元40的空气喷射孔41吹送时，根据Beroulli原理，可产生向上提升多个部件30中的最上方部件30的提升力，因此，最上方部件30可与设置在其下方的部件30分离并向上提升。

如果只有最上方部件30以上述方式分离和提升，则只有设置在最上方位置的一个部件可以被夹持部20的吸附孔22吸附。如上所述，由于在多个堆叠部件30中设置在最上面的部件被提升产生单元40逐片地吸附，所以燃料电池堆的故障率可被最小化并且其生产率可得到提高。

图8说明根据本公开的示例性实施例的用于供给燃料电池堆的部件的方法的流程图。

参照图7和图8，在操作S1中，多个部件30可在垂直方向堆叠在盒部10中的支撑板11上，支撑板11可通过驱动单元15提升并且夹持部20的夹持部主体21可被降低以调节最上方部件30与夹持部20之间的间隙S。

在操作S2中，空气吹送可通过提升产生单元40的空气喷射孔41执行，真空吸附可通过夹持部20的吸附孔22可执行。详细地，通过以预定的空气注入压力Ps经由空气供给软管42将空气供给到提升产生单元40的空气喷射孔41，空气可被吹送到最上方部件30的上表面，同时恒定的真空压力Pv可被施加至夹持部20的吸附孔22。此处，初始空气注入压力Ps可以是用于产生提升力的最大压力Pmax的一半。

然后，在操作S3中，可确定最上方部件30是否被夹持部20的吸附孔22吸附。此处，当真空压力Pv小于或等于真空吸附完成压力Pok(Pv≤Pb)时，部件30可被夹持部20的吸附孔22吸附；当真空压力Pv高于真空吸附完成压力Pok(Pv>Pok)时，部件30不会被夹持部20的吸附孔22吸附。

在操作S4中，在最上方部件30与设置在其下方的部件30分离并被初始空气注入压力Ps提升之后，当最上方部件30被夹持部20的吸附孔22吸附时，通过空气喷射孔41的空气吹送可停止。此后，在操作S5中，夹持部20的传送可通过搬运机器人准备。

在操作S4中，当最上方部件30未被夹持部20的吸附孔22吸附时，在操作S6中，空气注入压力Ps可增加预定的增大量(Ps×1.1)，并可重复地执行操作S3中关于确定最上方部件30是否被夹持部20的吸附孔22吸附的操作。

如上所述，当燃料电池堆的部件，诸如MEA或GDL被真空吸附以供给到燃料电池堆组装设备时，部件可被逐片地真空吸附，由此，燃料电池堆的缺陷率可被最小化并且其生产率可得到提高。

在上文中，虽然已参照示例性实施例和附图描述了本公开，但本公开并不局限于此，而是在不脱离下述权利要求书要求保护的本公开的精神和范围的情况下，本公开所属领域的技术人员可进行各种修改和改变。