(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池スタック部品製造装置を提供する。【解決手段】燃料電池スタック部品製造装置１００は、膜−電極接合体（ＭＥＡ）１にサブガスケット５が備えられたＭＥＡ母材７の両面にガス拡散層３を一体に接合するためのものであって、ｉ）フレーム１０と、ｉｉ）フレームに上下方向に移動可能に設けられる上部ダイ２０と、ｉｉｉ）フレームに設けられ、上部ダイの下側でＭＥＡ母材とガス拡散層を支持する下部ダイ３０と、ｉｖ）上部ダイ及び下部ダイに各々設けられ、ＭＥＡ母材とガス拡散層とを高温高圧で圧着する接合部４０と、ｖ）接合部に備えられ、ＭＥＡ母材とガス拡散層にスチームを噴射するスチーム噴射部５０と、ｖｉ）接合部でスチームを発生させるために、超純水を貯蔵し、その超純水を接合部に供給する超純水貯蔵タンク６０と、を含むことができる。【選択図】図１
2014207229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜−電極接合体にサブガスケットが備えられたＭＥＡ母材の両面にガス拡散層を一体に接合するための燃料電池スタック部品製造装置であって、
フレームと、
前記フレームに上下方向に移動可能に設けられる上部ダイと、
前記フレームに設けられ、前記上部ダイの下側で前記ＭＥＡ母材とガス拡散層を支持する下部ダイと、
前記上部ダイおよび下部ダイにそれぞれ設けられ、前記ＭＥＡ母材とガス拡散層とを高温高圧で圧着する接合部と、
前記接合部に備えられ、前記ＭＥＡ母材とガス拡散層にスチームを噴射するスチーム噴射部と、
前記接合部でスチームを発生させるために、超純水を貯蔵し、その超純水を前記接合部に供給する超純水貯蔵タンクと、
を含むことを特徴とする燃料電池スタック部品製造装置。
【請求項２】
前記超純水貯蔵タンクは、超純水を前記接合部の高温部位に供給し、前記スチーム噴射部は、前記高温部位で蒸発されたスチームを噴射することを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池スタック部品製造装置。
【請求項３】
前記接合部は、
前記ガス拡散層をＭＥＡ母材の両面に圧着するホットプレートを含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池スタック部品製造装置。
【請求項４】
前記スチーム噴射部は、
前記ホットプレートに備えられる複数のスチームノズル穴を含むことを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池スタック部品製造装置。
【請求項５】
前記超純水貯蔵タンクは、超純水供給ラインを通じて前記ホットプレートに超純水を供給し、
前記スチーム噴射部は、前記ホットプレートで蒸発されたスチームを前記スチームノズル穴を通じて噴射することを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池スタック部品製造装置。
【請求項６】
前記超純水供給ラインには、電気的な信号により作動する開閉バルブが設けられることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池スタック部品製造装置。
【請求項７】
膜−電極接合体にサブガスケットが備えられたＭＥＡ母材の両面にガス拡散層を一体に接合するための燃料電池スタック部品製造装置であって、
フレームと、
前記フレームに上下方向に移動可能に設けられる上部ダイと、
前記フレームに設けられ、前記上部ダイの下側で前記ＭＥＡ母材とガス拡散層を支持する下部ダイと、
前記上部ダイおよび下部ダイにそれぞれ設けられ、前記ＭＥＡ母材とガス拡散層とを高温高圧で圧着する接合部と、
前記接合部に備えられ、前記ＭＥＡ母材とガス拡散層にスチームを噴射するスチーム噴射部と、
前記スチーム噴射部に連結されるように構成され、超純水を加熱してスチームを発生させ、そのスチームを前記スチーム噴射部に供給するスチーム発生部と、
を含むことを特徴とする燃料電池スタック部品製造装置。
【請求項８】
前記接合部は、前記ガス拡散層をＭＥＡ母材の両面に圧着するホットプレートを含み、
前記スチーム噴射部は、前記ホットプレートに形成される複数のスチームノズル穴を含むことを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池スタック部品製造装置。
【請求項９】
前記スチーム発生部は、
超純水を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクに貯蔵された超純水を供給されてスチームを発生させるヒーターと、前記ヒーターで発生したスチームを前記ホットプレートのスチームノズル穴に供給するスチーム供給ラインと、を含むことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池スタック部品製造装置。
【請求項１０】
前記スチーム供給ラインには、電気的な信号により作動する開閉バルブが設けられることを特徴とする、請求項９に記載の燃料電池スタック部品製造装置。
【請求項１１】
前記スチームノズル穴は、
前記ホットプレートに対して前記サブガスケットとガス拡散層との接合部位に対応する領域を除いた残りの領域に形成されることを特徴とする、請求項４または８に記載の燃料電池スタック部品製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、燃料電池スタック部品の製造システムに関し、より詳しくは、サブガスケットが備えられた膜−電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）にガス拡散層（Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ：ＧＤＬ）を一体に接合させるための燃料電池スタック部品製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、燃料電池（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）は、水素と酸素との電気化学的な反応により電気を生産する。このような燃料電池は、別途の充電過程がなくても外部から化学反応物を供給されて持続的な発電が可能であるという特徴がある。
【０００３】
燃料電池は、膜−電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を間に置いてその両側にセパレータ（分離板または二極式プレート）を配置して構成される。このような燃料電池は、複数枚が連続的に配列され、燃料電池スタックとして構成され得る。
【０００４】
ここで、燃料電池スタックの核心部品である膜−電極接合体は、電解質膜を間に置いてその電解質膜の一面にアノード電極層（触媒層）を形成し、他の一面にカソード電極層（触媒層）を形成している。
【０００５】
そして、膜−電極接合体の各電極層の周縁部分には、その電極層および電解質膜を保護し、燃料電池の組立性を確保するためのサブガスケットが接合されている。
【０００６】
一方、膜−電極接合体の各電極層には、水素と酸素の反応気体を拡散させるガス拡散層（Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ：ＧＤＬ）が一体に接合される。
【０００７】
このような膜−電極接合体と、サブガスケットと、ガス拡散層とを含む燃料電池スタック部品は、サブガスケットが接合された膜−電極接合体（以下、便宜上「ＭＥＡ母材」という）にサブガスケットの一部と電極層の全面にガス拡散層を一体に接合して製造され得る。
【０００８】
一般に、ＭＥＡ母材にガス拡散層を接合する方法としては、例えば、ＭＥＡ母材の両面側にガス拡散層を配置した状態で、ＭＥＡ母材とガス拡散層を高温高圧で圧着し、これらを一体に接合するホットプレス装置を用いている。
【０００９】
ところで、このようなホットプレス装置を用いてＭＥＡ母材とガス拡散層を高温高圧で圧着する場合には、ホットプレス装置で加えられる熱によりサブガスケットの水分が蒸発するようになるため、そのサブガスケットの表面が収縮しながらシワ形態に変形することがある。
【００１０】
このようなサブガスケット表面のシワの発生は、燃料電池スタックの製作時、反応気体のリークを誘発するなど、燃料電池スタックの性能を低下させる要因として作用し得る。
【００１１】
一方、膜−電極接合体は、白金触媒とナフィオン系のようなイオン伝導性高分子フィルムを含んでおり、イオン伝導性高分子フィルムは、内部に十分な水分を持っていなければイオン伝導性能を確保することができない。
【００１２】
しかし、膜−電極接合体は、ホットプレス装置により高温高圧で圧着される過程にイオン伝導性高分子フィルム内部の水分が大部分蒸発するようになることから、固有のイオン伝導性能を喪失するようになる。これによって、燃料電池スタックの製作後には膜−電極接合体の活性化過程を経てイオン伝導性高分子フィルムに十分な水分を再供給する必要がある。
【００１３】
したがって、燃料電池スタックの製作後に膜−電極接合体の活性化過程を経るようになると、水素と電気エネルギーの消費が急激に発生するため、結果的には燃料電池スタックの製作費用が増加するようになり、製作サイクルタイムも増加せざるを得ない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の実施形態らは、膜−電極接合体と、サブガスケットと、ガス拡散層とを含む接合部品の品質を確保できるようにサブガスケットが備えられた膜−電極接合体とガス拡散層との熱圧着時、これらにスチームを供給する燃料電池スタック部品製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置は、膜−電極接合体にサブガスケットが備えられたＭＥＡ母材の両面にガス拡散層を一体に接合するためのものであって、ｉ）フレームと、ｉｉ）前記フレームに上下方向に移動可能に設けられる上部ダイと、ｉｉｉ）前記フレームに設けられ、前記上部ダイの下側で前記ＭＥＡ母材とガス拡散層を支持する下部ダイと、ｉｖ）前記上部ダイおよび下部ダイにそれぞれ設けられ、前記ＭＥＡ母材とガス拡散層とを高温高圧で圧着する接合部と、ｖ）前記接合部に備えられ、前記ＭＥＡ母材とガス拡散層にスチームを噴射するスチーム噴射部と、ｖｉ）前記接合部でスチームを発生させるために、超純水を貯蔵し、その超純水を前記接合部に供給する超純水貯蔵タンクと、を含むことができる。
【００１６】
また、本発明の実施形態による前記燃料電池スタック部品製造装置において、前記超純水貯蔵タンクは、超純水を前記接合部の高温部位に供給し、前記スチーム噴射部は、前記高温部位で蒸発されたスチームを噴射することができる。
【００１７】
また、本発明の実施形態による前記燃料電池スタック部品製造装置において、前記接合部は、前記ガス拡散層をＭＥＡ母材の両面に圧着するホットプレートを含むことができる。
【００１８】
また、本発明の実施形態による前記燃料電池スタック部品製造装置において、前記スチーム噴射部は、前記ホットプレートに備えられる複数のスチームノズル穴を含むことができる。
【００１９】
また、本発明の実施形態による前記燃料電池スタック部品製造装置において、前記超純水貯蔵タンクは、超純水供給ラインを通じて前記ホットプレートに超純水を供給することができる。
【００２０】
また、本発明の実施形態による前記燃料電池スタック部品製造装置において、前記スチーム噴射部は、前記ホットプレートで蒸発されたスチームを前記スチームノズル穴を通じて噴射することができる。
【００２１】
また、本発明の実施形態による前記燃料電池スタック部品製造装置において、前記超純水供給ラインには、電気的な信号により作動する開閉バルブが設けられ得る。
【００２２】
そして、本発明の他の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置は、膜−電極接合体にサブガスケットが備えられたＭＥＡ母材の両面にガス拡散層を一体に接合するためのものであって、ｉ）フレームと、ｉｉ）前記フレームに上下方向に移動可能に設けられる上部ダイと、ｉｉｉ）前記フレームに設けられ、前記上部ダイの下側で前記ＭＥＡ母材とガス拡散層を支持する下部ダイと、ｉｖ）前記上部ダイおよび下部ダイにそれぞれ設けられ、前記ＭＥＡ母材とガス拡散層とを高温高圧で圧着する接合部と、ｖ）前記接合部に備えられ、前記ＭＥＡ母材とガス拡散層にスチームを噴射するスチーム噴射部と、ｖｉ）前記スチーム噴射部に連結されるように構成され、超純水を加熱してスチームを発生させ、そのスチームを前記スチーム噴射部に供給するスチーム発生部と、を含むことができる。
【００２３】
また、本発明の他の実施形態による前記燃料電池スタック部品製造装置において、前記接合部は、前記ガス拡散層をＭＥＡ母材の両面に圧着するホットプレートを含むことができる。
【００２４】
また、本発明の他の実施形態による前記燃料電池スタック部品製造装置において、前記スチーム噴射部は、前記ホットプレートに形成される複数のスチームノズル穴を含むことができる。
【００２５】
また、本発明の他の実施形態による前記燃料電池スタック部品製造装置において、前記スチーム発生部は、超純水を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクに貯蔵された超純水を供給されてスチームを発生させるヒーターと、前記ヒーターで発生したスチームを前記ホットプレートのスチームノズル穴に供給するスチーム供給ラインと、を含むことができる。
【００２６】
また、本発明の他の実施形態による前記燃料電池スタック部品製造装置において、前記スチーム供給ラインには、電気的な信号により作動する開閉バルブが設けられ得る。
【００２７】
また、本発明の実施形態らによる前記燃料電池スタック部品製造装置において、前記スチームノズル穴は、前記ホットプレートに対して前記サブガスケットとガス拡散層との接合部位に対応する領域を除いた残りの領域に形成され得る。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の実施形態らは、ホットプレートによる膜−電極接合体とガス拡散層との熱圧着時、白金触媒とナフィオン系のようなイオン伝導性高分子フィルムを含んでいる膜−電極接合体に水分を供給することができるため、既存の熱圧着過程中の膜−電極接合体の水分蒸発喪失による追加の活性化工程の時間および費用を大幅減少させたり削除することができる。
【００２９】
また、本発明の実施形態では、ホットプレートによる膜−電極接合体とガス拡散層との熱圧着時、膜−電極接合体のサブガスケット表面に水分のスチームを供給するため、サブガスケットの表面が収縮しながらシワ形態に変形することを防止することができる。
【００３０】
このようにサブガスケット表面のシワの発生を抑制することができるため、本発明の実施形態では、そのシワ部位を通じた反応気体のリーク発生率を顕著に減少させることができ、これによって燃料電池スタックの性能安定性を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本図面は、本発明の例示的な実施形態の説明において参照するためのものであり、本発明の技術的な思想を添付図面に限定して解釈してはならない。
【図１】本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置を概略的に示した図面である。
【図２】本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置に適用されるホットプレートのスチーム噴射部を概略的に示した図面である。
【図３】本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置の作動を説明するための図面である。
【図４】本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置の効果を説明するための図面である。
【図５】本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置の効果を説明するための図面である。
【図６】本発明の他の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置を概略的に示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
【００３３】
本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付与した。
【００３４】
図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したため、本発明は必ずしも図面に示されたものに限定されるのではなく、多くの部分および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。
【００３５】
そして、下記の詳細な説明で構成の名称を第１、第２などに区分したのは、その構成が同一な関係であることから、これを区分するためのものであり、下記の説明で必ずしもその順序に限定されるのではない。
【００３６】
明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という用語は、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。
【００３７】
また、明細書に記載された「〜ユニット」、「〜手段」、「〜部」、「〜部材」などの用語は、少なくとも一つの機能や動作を行う包括的な構成の単位を意味する。
【００３８】
図１は、本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置を概略的に示した図面である。
【００３９】
図１を参照すれば、本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置１００は、燃料電池スタックを構成する単位燃料電池の部品を自動的に製造する自動化設備に適用され得る。
【００４０】
例えば、単位燃料電池の部品は、膜−電極接合体１（以下、便宜上「ＭＥＡ」という）と、ＭＥＡ１の両面に接合されるガス拡散層３（ＧＤＬ：Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）（以下、便宜上「ＧＤＬ」という）とを含むことができる。
【００４１】
ＭＥＡ１は、電解質膜の一面にアノード電極層を形成し、電解質膜の他の一面にカソード電極層を形成している。ＧＤＬ３は、ＭＥＡ１のアノード電極層とカソード電極層にそれぞれ接合（接着）され得る。
【００４２】
ここで、ＭＥＡ１には、それぞれの電極層および電解質膜を保護し、燃料電池の組立性を確保するためのポリエステル系高分子（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ）素材のサブガスケット５が接合されている。そして、ＧＤＬ３は、サブガスケット５の一部と電極層の全面に一体に接合され得る。
【００４３】
以下では、サブガスケット５がＭＥＡ１に接合されたものを「ＭＥＡ母材７」と定義し、そのＭＥＡ母材７にＧＤＬ３が一体に接合されたものを接合部品と定義する。
【００４４】
本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置１００は、ＭＥＡ母材７の両面にＧＤＬ３を熱圧着させることによって前記接合部品を製造する工程に適用され得る。
【００４５】
本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置１００は、ＭＥＡ１と、サブガスケット５と、ＧＤＬ３とを含む接合部品の品質を確保できるように、サブガスケット５が備えられたＭＥＡ１とＧＤＬ３との熱圧着時、これらにスチームを供給できる構造からなる。
【００４６】
このため、本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置１００は、基本的に、フレーム１０と、上部ダイ２０と、下部ダイ３０と、接合部４０と、スチーム噴射部５０とを含む。
【００４７】
フレーム１０は、下記の各種構成要素を支持するためのものであって、各種のブラケット、支持ブロック、プレート、ハウジング、カバー、カラー、ロッドなどのような付属要素を備えることができる。
【００４８】
しかし、このような付属要素は、それぞれの構成要素をフレーム１０に設置するためのものであり、本発明の実施形態では例外的な場合を除いては前記付属要素をフレーム１０と通称することを原則とする。
【００４９】
上部ダイ２０は、フレーム１０に上下方向に移動可能に設けられる。ここで、上部ダイ２０は、駆動ユニット９９を通じてフレーム１０に上下移動可能に設けられ得る。
【００５０】
上部ダイ２０は、フレーム１０に備えられたガイドロッド（図示せず）を通じて上下方向に移動するが、駆動ユニット９９から提供される駆動力により上下方向に移動することができる。
【００５１】
このような駆動ユニット９９は、当業界で広く知られたプレス設備の上部ダイ駆動装置であって、例えば、油圧／空圧シリンダー、サーボモータのようなアクチュエータを含むことができる。
【００５２】
下部ダイ３０は、一体に接合されるＭＥＡ母材７とＧＤＬ３とを支持するものであって、上部ダイ２０の下側に位置し、フレーム１０に固定されるように設けられる。
【００５３】
本発明の実施形態において、接合部４０は、下部ダイ３０に置かれたＭＥＡ母材７とＧＤＬ３を駆動ユニット９９により下降する上部ダイ２０の加圧力により高温高圧で圧着し、ＧＤＬ３をＭＥＡ母材７の両面に接合させるためのものである。接合部４０は、上部ダイ２０および下部ダイ３０にそれぞれ構成される。
【００５４】
このような接合部４０は、ＧＤＬ３をＭＥＡ母材７の両面に圧着するホットプレート４１を含む。ホットプレート４１は、例えば、電気的な抵抗により熱を発生させるホットプレートとして備えられ得る。
【００５５】
ここで、ホットプレート４１は、上部ダイ２０および下部ダイ３０にそれぞれ備えられた別途のハウジング４３に設けられ、ＭＥＡ母材７とＧＤＬ３を圧着する圧着面がハウジング４３の外部に露出し、互いに対向するように配置され得る。
【００５６】
このようなホットプレート４１の構成は、当業界で広く知られた公知の技術のホットプレスからなるため、本明細書でその構成のより詳しい説明は省略する。
【００５７】
本発明の実施形態において、スチーム噴射部５０は、上部ダイ２０が下部ダイ３０側に下降し、これら上、下部ダイ２０、３０のホットプレート４１を通じてＭＥＡ母材７とＧＤＬ３を圧着する過程で、そのホットプレート４１で発生するスチームをＭＥＡ母材７とＧＤＬ３に噴射する機能をするようになる。ホットプレート４１でスチームを発生させる作用についての詳細な説明は後述する。
【００５８】
このようなスチーム噴射部５０は、図２に示すように、上、下部ダイ２０、３０のホットプレート４１に備えられる複数のスチームノズル穴５１を含む。
【００５９】
スチームノズル穴５１は、ホットプレート４１を貫通する複数の穴として形成され、そのホットプレート４１の厚さ方向に沿って同一の直径で形成され、一側から他側に行くほどその直径が漸次に小さくなる形状から形成されることもできる。
【００６０】
ひいては、スチームノズル穴５１は、ホットプレート４１に対してサブガスケット５とＧＤＬ３との接合部位に対応する領域（図２の「Ａ」部分）を除いた残りの領域に形成され得る。これはＧＤＬ３がサブガスケット５の一部と接合するため、これらの接合力低下を防止するためにサブガスケット５とＧＤＬ３との接合部位に対応する領域にスチームノズル穴５１を形成しない。
【００６１】
一方、本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置１００は、ホットプレート４１でスチームを発生させるためのスチーム発生手段として、水、例えば、超純水を貯蔵し、その超純水をホットプレート４１に供給するための超純水貯蔵タンク６０を含んでいる。
【００６２】
つまり、本発明の実施形態では超純水貯蔵タンク６０から超純水をホットプレート４１に供給するようになると、その超純水がホットプレート４１の熱により蒸発しながら発生するスチームをホットプレート４１のスチームノズル穴５１を通じてＭＥＡ母材７とＧＤＬ３に噴射することができる。
【００６３】
ここで、超純水貯蔵タンク６０は、超純水をホットプレート４１に提供するために超純水供給ライン６１を通じて上記で言及したハウジング４３と連結され得る。
【００６４】
この場合、超純水貯蔵タンク６０の内部に貯蔵された超純水は、ポンプの作動によりホットプレート４１に供給されることもでき、圧力差によりホットプレート４１に供給されることもできる。
【００６５】
前記超純水供給ライン６１には、制御器９０から提供される電気的な信号により作動する開閉バルブ６３が設けられる。
【００６６】
開閉バルブ６３は、上部ダイ２０が下部ダイ３０側に下降しながら、これら上、下部ダイ２０、３０のホットプレート４１を通じてＭＥＡ母材７とＧＤＬ３とを圧着する時、制御器９０を通じて超純水供給ライン６１を開放することができる。
【００６７】
そして、開閉バルブ６３は、ホットプレート４１によるＭＥＡ母材７とＧＤＬ３との高温圧縮を完了し上部ダイ２０が上昇する時、制御器９０を通じて超純水供給ライン６１を閉鎖させることができる。
【００６８】
次に、前述したように構成される本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置１００の作動を上記開示された図面および添付図面を参照して詳細に説明する。
【００６９】
図３は、本発明の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置の作動を説明するための図面である。
【００７０】
まず、図１を参照すれば、本発明の実施形態で上部ダイ２０は駆動ユニット９９により上側方向に移動した状態である。
【００７１】
ここで、超純水貯蔵タンク６０とホットプレート４１のハウジング４３とを連結する超純水供給ライン６１は、制御器９０から電気的な信号を提供されて作動する開閉バルブ６３により閉鎖された状態である。
【００７２】
このような状態で、本発明の実施形態では、ロボットなどのような別途の移送手段を通じてＧＤＬ３と、ＭＥＡ母材７と、他のＧＤＬ３とをピックアップし、これらを順次に下部ダイ３０のホットプレート４１上にローディングする。
【００７３】
前述した過程を経た後、本発明の実施形態では、図３に示すように、駆動ユニット９９を通じて上部ダイ２０を下部ダイ３０側に移動させる。この時、上部ダイ２０および下部ダイ３０のホットプレート４１は予め設定された温度に予熱された状態である。
【００７４】
このように上部ダイ２０が駆動ユニット９９により下部ダイ３０側に下降するようになると、下部ダイ３０上の互いに積層されたＧＤＬ３とＭＥＡ母材７は、上部ダイ２０の加圧力によりその上部ダイ２０と下部ダイ３０のホットプレート４１により高温で圧着される。
【００７５】
この過程において、本発明の実施形態では、制御器９０を通じて開閉バルブ６３に電気的な信号を印加してその開閉バルブ６３を作動させることによって超純水供給ライン６１を開放する。
【００７６】
そうすると、超純水貯蔵タンク６０に貯蔵された超純水は、超純水供給ライン６１を通じてホットプレート４１のハウジング４３に供給され、そのハウジング４３の内部でホットプレート４１の熱により蒸発する。
【００７７】
そこで、上、下部ダイ２０、３０のホットプレート４１で蒸発した超純水のスチームは、そのホットプレート４１のスチームノズル穴５１を通じてＭＥＡ母材７とＧＤＬ３に噴射される。
【００７８】
したがって、本発明の実施形態では、下部ダイ３０上の互いに積層されたＧＤＬ３とＭＥＡ母材７を上部ダイ２０の加圧力によりその上部ダイ２０と下部ダイ３０のホットプレート４１を通じて高温で圧着する過程に、互いに接着されるＧＤＬ３とＭＥＡ母材７にスチームを提供することができる。
【００７９】
これによって、本発明の実施形態では、ホットプレート４１による熱圧着時、白金触媒とナフィオン系のようなイオン伝導性高分子フィルムを含んでいるＭＥＡ１に水分を供給することができるため、既存の熱圧着過程中のＭＥＡ１の水分蒸発喪失による追加の活性化工程の時間および費用を大幅減少させたり削除することができる。
【００８０】
すなわち、本発明の実施形態では、ホットプレート４１による熱圧着時、ＭＥＡ１のサブガスケット５表面に水分のスチームを供給するため、図４に示すように、従来技術に対してサブガスケット５の表面が収縮しながらシワ形態に変形することを防止することができる。
【００８１】
さらに、本発明の実施形態では、ＭＥＡ１の製造時にスチームを供給するため、図５に示すように、従来技術に対してＭＥＡ１の水分含水率を４倍ほど増加させることができる。
【００８２】
このようにサブガスケット５表面のシワの発生を抑制することができるため、本発明の実施形態ではそのシワ部位を通じた反応気体のリーク発生率を顕著に減少させることができ、これによって燃料電池スタックの性能安定性を増加させることができる。
【００８３】
図６は、本発明の他の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置を概略的に示した図面である。図６では、前記実施形態と同一の構成要素については同一の図面符号を付与した。
【００８４】
図６を参照すれば、本発明の他の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置２００は、前記実施形態の構造を基本としながら、ホットプレート４１によるＧＤＬ３とＭＥＡ母材７との圧着時、超純水を加熱してスチームを発生させ、そのスチームをホットプレート４１のスチームノズル穴５１に供給するスチーム発生部７０を含むことができる。
【００８５】
つまり、本発明の実施形態において、スチーム発生部７０は、超純水を別途に蒸発させ、その蒸発スチームをホットプレート４１のスチームノズル穴５１に供給できる構成からなる。
【００８６】
このようなスチーム発生部７０は、超純水を貯蔵する貯蔵タンク６０と、貯蔵タンク６０に貯蔵された超純水を供給されてスチームを発生させるヒーター７１と、ヒーター７１で発生したスチームをホットプレート４１のスチームノズル穴５１に供給するスチーム供給ライン７３とを含む。
【００８７】
ここで、貯蔵タンク６０とヒーター７１は、超純水供給ライン６１を通じて連結され、ヒーター７１は、超純水供給ライン６１を通じて貯蔵タンク６０から超純水を供給されて蒸発させるボイラー構造のヒーティング装置として備えられる。
【００８８】
スチーム供給ライン７３は、ヒーター７１のスチーム排出側とホットプレート４１のハウジング４３とを連結する。そして、スチーム供給ライン７３には、制御器９０から提供される電気的な信号により作動する開閉バルブ６３が設けられる。
【００８９】
開閉バルブ６３は、上部ダイ２０が下部ダイ３０側に下降し、これら上、下部ダイ２０、３０のホットプレート４１を通じてＭＥＡ母材７とＧＤＬ３とを圧着する時、制御器９０を通じてスチーム供給ライン７３を開放することができる。
【００９０】
そして、開閉バルブ６３は、ホットプレート４１によるＭＥＡ母材７とＧＤＬ３との高温圧縮を完了し上部ダイ２０が上昇する時、制御器９０を通じてスチーム供給ライン７３を閉鎖させることができる。
【００９１】
したがって、前記のように構成される本発明の他の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置２００によれば、上部ダイ２０が上側方向に移動した状態で開閉バルブ６３は制御器９０から電気的な信号を提供されてスチーム供給ライン７３を閉鎖する。
【００９２】
また、上部ダイ２０が駆動ユニット９９により下部ダイ３０側に下降しながらホットプレート４１を通じてＭＥＡ母材７とＧＤＬ３とを圧着する過程に、開閉バルブ６３は、制御器９０から電気的な信号を提供されてスチーム供給ライン７３を開放する。
【００９３】
これによって、本発明の実施形態では、上部ダイ２０と下部ダイ３０のホットプレート４１によりＧＤＬ３とＭＥＡ母材７とを高温で圧着する過程に、ヒーター７１からスチーム供給ライン７３を通じてスチームをホットプレート４１のスチームノズル穴５１に供給することによって、そのスチームノズル穴５１を通じてＧＤＬ３とＭＥＡ母材７にスチームを噴射することができる。
【００９４】
本発明の他の実施形態による燃料電池スタック部品製造装置２００の残りの構成および作用効果は、前記実施形態と同一であるため、より詳しい説明は省略する。
【００９５】
以上で、本発明の実施形態らについて説明したが、本発明の技術的な思想は本明細書で提示する実施形態に制限されず、本発明の技術的な思想を理解する当業者は同一の技術的な思想の範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、追加などにより他の実施形態を容易に提案することができ、これも本発明の権利範囲内に属する。
【符号の説明】
【００９６】
１…ＭＥＡ
３…ＧＤＬ
５…サブガスケット
７…ＭＥＡ母材
１０…フレーム
２０…上部ダイ
３０…下部ダイ
４０…接合部
４１…ホットプレート
４３…ハウジング
５０…スチーム噴射部
５１…スチームノズル穴
６０…超純水貯蔵タンク
６１…超純水供給ライン
６３…開閉バルブ
７０…スチーム発生部
７１…ヒーター
７３…スチーム供給ライン
９０…制御器
９９…駆動ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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