(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔体とガス拡散層との接触抵抗を測定するための測定部と、
感圧変色基材を前記多孔体上で加圧する加圧部と、
加圧された前記感圧変色基材の変色領域に基づいて、前記感圧変色基材と前記多孔体との接触面積を計算するイメージマッピング部と、
前記多孔体及び前記感圧変色基材を移送するための移送部と、
前記接触抵抗及び前記接触面積に基づいて、前記多孔体と前記ガス拡散層との間の界面接触抵抗を演算する演算部と、を備え、
前記加圧部は、感圧変色基材移送ローラー及び加圧ローラーを有し、前記感圧変色基材移送ローラーによって前記多孔体上に安着した前記感圧変色基材を前記加圧ローラーによって所定の圧力で加圧し、
前記演算部は、下記一般式１によって前記界面接触抵抗を演算する多孔体品質検査装置であって、
［一般式１］
ＩＣＲ＝ＲＢＰ|ＧＤＬ×ＡＣａｃｔｕａｌ
一般式１で、前記ＩＣＲは、前記多孔体と前記ガス拡散層との間の前記界面接触抵抗であり、前記ＲＢＰ|ＧＤＬは、前記多孔体と前記ガス拡散層との前記接触抵抗であり、前記ＡＣａｃｔｕａｌは、加圧された前記感圧変色基材の変色領域に基づいて計算した前記感圧変色基材と前記多孔体との接触面積である、
多孔体品質検査装置。
【請求項２】
前記測定部は、前記ガス拡散層が配置されたホルダー及び接触抵抗測定センサーを含む請求項１に記載の多孔体品質検査装置。
【請求項３】
前記所定の圧力は、燃料電池スタック内で前記多孔体が前記ガス拡散層と接して受ける圧力と対応する圧力である請求項１または２に記載の多孔体品質検査装置。
【請求項４】
前記イメージマッピング部は、加圧された前記感圧変色基材を前記多孔体と分離して収去するための収去部、及び収去された前記感圧変色基材の変色領域をスキャンするスキャナーを含む請求項１から３のいずれか一項に記載の多孔体品質検査装置。
【請求項５】
前記測定部は、前記多孔体の厚さを測定するためのゲージセンサーを含む請求項１から４のいずれか一項に記載の多孔体品質検査装置。
【請求項６】
前記多孔体の重量を計測する重量計測部をさらに含む請求項１から５のいずれか一項に記載の多孔体品質検査装置。
【請求項７】
前記重量計測部は、前記多孔体が積層されて収納され、弾性体によって支持されるトレーを含む請求項６に記載の多孔体品質検査装置。
【請求項８】
真空吸着部を含む製品選別部をさらに含む請求項１から７のいずれか一項に記載の多孔体品質検査装置。
【請求項９】
前記接触抵抗、前記接触面積及び前記界面接触抵抗のうち、一つ以上を出力する表示部を含む請求項１から８のいずれか一項に記載の多孔体品質検査装置。
【請求項１０】
多孔体とガス拡散層との接触抵抗を測定するステップと、
感圧変色基材移送ローラーによって前記多孔体上に安着した感圧変色基材を加圧ローラーによって所定の圧力で加圧するステップと、
加圧された前記感圧変色基材の変色領域に基づいて、前記感圧変色基材と前記多孔体との接触面積を計算するステップと、
前記接触抵抗及び前記接触面積に基づいて、前記多孔体と前記ガス拡散層との間の界面接触抵抗を演算するステップと、を含み、
前記界面接触抵抗を演算するステップは、下記一般式１によって前記界面接触抵抗を演算する多孔体品質検査方法であって、
［一般式１］
ＩＣＲ＝ＲＢＰ|ＧＤＬ×ＡＣａｃｔｕａｌ
一般式１で、前記ＩＣＲは、前記多孔体と前記ガス拡散層との間の前記界面接触抵抗であり、前記ＲＢＰ|ＧＤＬは、前記多孔体と前記ガス拡散層との接触抵抗であり、前記ＡＣａｃｔｕａｌは、加圧された前記感圧変色基材の変色領域に基づいて計算した前記感圧変色基材と前記多孔体との接触面積である、
多孔体品質検査方法。
【請求項１１】
前記所定の圧力は、燃料電池スタック内で前記多孔体が前記ガス拡散層と接して受ける圧力と対応する圧力である請求項１０に記載の多孔体品質検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、多孔体品質検査装置及び多孔体品質検査方法に関する。
【０００２】
本出願は、２０１７年２月１３日付の韓国特許出願第１０−２０１７−００１９１２０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、燃料電池（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）は、燃料と酸化剤との電気化学反応を通じて電気エネルギーを発生させるエネルギー変換装置であり、燃料が継続的に供給される限り持続的に発電が可能な長所がある。
【０００４】
水素イオンを透過させることができる高分子膜を電解質として使用する高分子電解質燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ、ＰＥＭＦＣ）は、他の形態の燃料電池に比べて低い、約１００℃以下の作動温度を有し、エネルギー変換効率と出力密度が高く、応答特性が速いという長所がある。それだけではなく、小型化が可能であるため、携帯用、車両用及び家庭用電源装置として提供され得る。
【０００５】
高分子電解質燃料電池スタックは、高分子物質で構成された電解質膜を中心にアノード（Ａｎｏｄｅ）とカソード（Ｃａｔｈｏｄｅ）がそれぞれ塗布されて形成された電極層を備える膜−電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ、ＭＥＡ）、反応気体を均等に分布させ、発生した電気エネルギーを伝達する役割のガス拡散層（Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ、ＧＤＬ）、反応気体をガス拡散層に供給し、発生した水を排出させる分離板（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｐｌａｔｅ）、電解質膜と分離板との間で反応気体及び冷却水の漏れを防止する、ガスケット（Ｇａｓｋｅｔ）を含み得る。
【０００６】
従来の反応ガスチャネル及び冷却水チャネルが両面にそれぞれ設けられた分離板は、高出力領域で燃料電池内の水伝達の不均衡、及び反応面内の反応ガスの高い物質伝達抵抗（通常拡散抵抗）の技術的問題を有する。
【０００７】
最近、高出力運転領域における拡散抵抗の低減を通じて燃料電池の性能を向上させるために、金属フォーム、金属メッシュなどを適用した分離板（以下、「多孔体」という）が提案される。分離板のガス拡散層と接する面に備えられた多孔体は、ガス拡散層と分離板を部分的に離隔させ、離隔した空間で対流及び拡散作用が起こるようにして拡散抵抗を下げる役割をする。
【０００８】
しかし、多孔体とガス拡散層の離隔した空間は、多孔体とガス拡散層との間の界面接触抵抗を予測することを困難にする問題があるので、多孔体を燃料電池スタックに適用させる前に界面接触抵抗を容易に把握することができる方法についての研究が必要な実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本出願では、多孔体が燃料電池スタックに適用されて発生する多孔体とガス拡散層との界面接触抵抗を、多孔体を燃料電池スタックに適用させる前に把握して、多孔体の品質を検査し得る多孔体品質検査装置及び多孔体品質検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施例によると、多孔体とガス拡散層との接触抵抗測定部と、感圧変色基材を多孔体上で加圧する加圧部と、感圧変色基材と多孔体との接触面積を計算するイメージマッピング部と、多孔体とガス拡散層間との界面接触抵抗を演算する演算部と、を含む多孔体品質検査装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の実施例によると、多孔体とガス拡散層との接触抵抗を測定するステップと、多孔体上に安着した感圧変色基材を所定の圧力で加圧するステップと、加圧された感圧変色基材の変色領域に基づいて、感圧変色基材と多孔体との接触面積を計算するステップと、前記接触抵抗及び前記接触面積に基づいて、多孔体とガス拡散層との間の界面接触抵抗を演算するステップと、を含む多孔体品質検査方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一実施例の多孔体品質検査装置及び多孔体品質検査方法は、次のような効果を有する。
【００１３】
多孔体による燃料電池スタックの熱及び電気的損失を定量化でき、多孔体の製造公差及び面圧均一度の定量的確認が可能であり、燃料電池スタックの個体間の性能偏差を減らすことができ、特定の設計による多孔体品質検査データベースを蓄積して生産管理コストを節減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本出願の例示的な多孔体品質検査装置の概略的な側面図である。
【００１５】
【図２】本出願の例示的な多孔体品質検査装置の測定部を示した図である。
【００１６】
【図３】本出願の例示的な多孔体品質検査装置の一部分の側面図である。
【００１７】
【図４】本出願の例示的な多孔体品質検査装置の概略的な斜視図である。
【００１８】
【図５】本出願の感圧変色基材の加圧部によって変色された部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施例による品質検査装置を添付された図面を参考して具体的に説明する。
【００２０】
また、図面符号にかかわらず、同一または対応する構成要素は、同一または類似の参照番号を付与し、これについての重複説明は省略することとし、説明の便宜のために、示された各構成部材の大きさ及び形状は、誇張されたり縮小され得る。
【００２１】
図１は、本出願の例示的な多孔体品質検査装置の概略的な側面図である。
【００２２】
図２は、本出願の例示的な測定部を示した図である。
【００２３】
図３は、本出願の例示的な多孔体品質検査装置の加圧部、重量計測部及びイメージマッピング部の側面図である。
【００２４】
図４は、本出願の例示的な多孔体品質検査装置の概略的な斜視図である。
【００２５】
本出願の一実施例による多孔体品質検査装置１００は、図１に示したように、移送部１４０、測定部１１０、加圧部１２０、重量計測部１５０、イメージマッピング部１３０、演算部（図示せず）、製品選別部１６０、及び表示部１７０を含む。本出願の一実施例において、多孔体品質検査装置の各部は、開口部１４２を備えたコンベヤーベルト１４１を含む移送部１４０によって移送される多孔体について所定の機能を連続して行うので、多孔体１０１の品質検査を連続して行うことができる。以下、本出願の一実施例による品質検査装置の各部を具体的に説明する。
【００２６】
図１を参照すると、多孔体品質検査装置１００は測定部１１０を含む。一つの例示において、測定部１１０は、多孔体１０１とガス拡散層１１３との接触抵抗を測定するために、ガス拡散層１１３が配置されたホルダー１１２及び接触抵抗測定センサー１１１を含み得る。接触抵抗の測定は、多孔体１０１の一面または両面に、ホルダー１１２に配置されたガス拡散層１１３を接触させることにより行われる。特に、多孔体１０１の両面にガス拡散層１１３を接触させて接触抵抗を測定する場合には、図２に示したように、コンベヤーベルト１４１に備えられた開口部１４２を介してホルダー１１２に配置されたガス拡散層１１３を多孔体１０１の両面に接触させることにより行われる。
【００２７】
前記測定部１１０は、多孔体１０１の厚さを測定するためのゲージセンサー１１４を含み得る。多孔体１０１の厚さの測定は、図２に示したように、ゲージセンサー１１４をコンベヤーベルト１４１に備えられた開口部１４２を介して多孔体の厚さを測定して行うことができる。
【００２８】
本出願の一実施例による多孔体品質検査装置は、感圧変色基材１２１を多孔体１０１上で加圧する加圧部１２０を含む。本出願の感圧変色基材１２１は、機械的圧力によって色が変化する基材を意味する。感圧変色基材１２１の種類は、圧力が加えられた部分の色が変色するものであれば特に制限されないが、例えば、カーボン／炭化紙、感圧コーティングフィルム、複写紙、または圧力によって発色剤層のマイクロカプセルが破壊されて接触面の色が変化するフィルム及び紙を使用し得る。一つの例示において、加圧部１２０は、感圧変色基材１２１を多孔体１０１上に安着させる移送ローラー、及び多孔体１０１上に安着した感圧変色基材１２１を所定の圧力で加圧する加圧ローラー１２２を含み得る。
【００２９】
加圧部１２０は、多孔体１０１上に安着した感圧変色基材１２１を所定の圧力で加圧することにより、多孔体１０１が感圧変色基材１２１と接触するようにする役割を行う。前記所定の圧力とは、多孔体１０１が燃料電池スタックでガス拡散層と接しながら受ける圧力に対応する圧力で、多孔体１０１が燃料電池スタックでガス拡散層によって受ける圧力と同一であるか、または同一であると見られるほどに小さい誤差を有する圧力を意味する。上記のような圧力で多孔体１０１上に安着した感圧変色基材１２１を加圧する場合、多孔体１０１と感圧変色基材１２１とは、多孔体１０１が燃料電池スタック内でガス拡散層と接する様相と類似の接触面積で多孔体１０１と接触することになる。したがって、加圧された感圧変色基材１２１の変色された領域の面積を測定すると、多孔体１０１が燃料電池スタック内でガス拡散層と接する面積を測定できることになる。
【００３０】
加圧部１２０が感圧変色基材１２１に加える圧力の調節は、例えば、コンベヤーベルト１４１の上部に位置する加圧ローラー１２２の位置を調節することにより行われる。加圧ローラー１２２がコンベヤーベルト１４１と近いほど、加圧ローラー１２２とコンベヤーベルト１４１との間を通過する多孔体１０１によって、感圧変色基材１２１は強い圧力を受けることになる。本出願の品質検査装置は、燃料電池スタックの諸元が変更されても、加圧部１２０が加える圧力を調節することができるため、多孔体１０１が感圧変色基材１２１と接する接触面積を、燃料電池スタック内で多孔体がガス拡散層と接する接触面積と同様にすることができる。
【００３１】
本出願の多孔体品質検査装置の一実施例において、多孔体品質検査装置は、多孔体１０１の重量を計測する重量計測部１５０を含み得る。一つの例示において、重量計測部１５０は、コンベヤーベルト１４１によって移送される多孔体１０１が積層されて収納され、弾性体１５１によって支持されるトレー１５２を含み得る。一つの例示において、重量計測部１５０は、図３及び図４に示したように、イメージマッピング部１３０の収去部１３２に備えられた多孔体排出貫通領域１３３を介してトレー１５２に移送された多孔体１０１の累積重量を弾性体１５１の上下移動に基づいて計測して多孔体の品質を検査し得る。
【００３２】
本出願の多孔体品質検査装置は、加圧された感圧変色基材の変色領域に基づいて、感圧変色基材１２１と多孔体１０１との接触面積を計算するイメージマッピング部１３０を含む。加圧部１２０が多孔体１０１上に安着した感圧変色基材１２１を、燃料電池スタック内で多孔体がガス拡散層によって受ける圧力に対応する圧力で加圧するため、イメージマッピング部１３０で計算した多孔体１０１と感圧変色基材１２１との接触面積は、燃料電池スタック内で多孔体がガス拡散層と接触する面積と類似する。一つの例示において、本出願のイメージマッピング部１３０は、図４に示したように、加圧された感圧変色基材１２１を多孔体１０１と分離して収去するための収去部１３２、多孔体排出貫通領域１３３及び前記感圧変色基材１２１の変色領域をスキャンするスキャナー１３１を含み得る。本出願の多孔体品質検査装置の一実施例において、図３に示したように、移送部１４０によって移送された多孔体１０１は、収去部１３２に備えられた多孔体排出貫通領域１３３を介して重量計測部１５０のトレー１５２に収納され、感圧変色基材移送ローラー１２３及び移送部１４０に加圧部１２０を通過した感圧変色基材１２１は、収去部１３２によって支持されながら、多孔体１０１と分離されてイメージマッピング部１３０に収去される。
【００３３】
本出願の多孔体品質検査装置は、測定部１１０で測定した接触抵抗及びイメージマッピング部１３０で計算した接触面積に基づいて、多孔体とガス拡散層１１３との間の界面接触抵抗を演算する演算部（図示せず）を含む。本出願で界面接触抵抗（Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）とは、２つの物体の接触によって発生する接触抵抗に２つの物体の接触面積を乗じたことを意味する。前記演算部は、下記一般式１によって界面接触抵抗を演算する。
【００３４】
［一般式１］
【００３５】
ＩＣＲ＝ＲＢＰ|ＧＤＬ×ＡＣａｃｔｕａｌ
【００３６】
一般式１で、ＩＣＲは、多孔体とガス拡散層との間の界面接触抵抗であり、ＲＢＰ|ＧＤＬは、多孔体とガス拡散層との接触抵抗であり、ＡＣａｃｔｕａｌは、加圧された感圧変色基材の変色領域に基づいて計算した感圧変色基材と多孔体との接触面積である。多孔体とガス拡散層１１３との間の界面接触抵抗を上記のような過程を通じて演算することにより、多孔体による燃料電池スタックの熱及び電気的損失を予測し得、これに基づいて、信頼性、生産性及び発電効率に優れた燃料電池スタックを製造できる。
【００３７】
本出願の多孔体品質検査装置は、一つの例示において、真空吸着部１６１を含む製品選別部１６０をさらに含み得る。製品選別部１６０は、所定の基準を満たしていない多孔体を所定の基準を満たした多孔体と空間的に分離する役割を行い、例えば、トレー１５２に収納された所定の基準を満たしていない多孔体をトレー１５２から取り出す役割を行うことができる。
【００３８】
本出願の多孔体品質検査装置は、一つの例示において、接触抵抗、接触面積及び界面接触抵抗のうち、一つ以上を出力する表示部１７０をさらに含み得る。表示部１７０は、接触抵抗、接触面積及び界面接触抵抗などの多孔体の品質に関する事項を出力して、多孔体の品質に関する情報を目視で確認できるようにする。
【００３９】
本出願は、また、多孔体品質検査方法に関する。
【００４０】
本出願の多孔体品質検査方法は、多孔体とガス拡散層との接触抵抗を測定するステップと、多孔体上に安着した感圧変色基材を所定の圧力で加圧するステップと、加圧された感圧変色基材の変色領域に基づいて、感圧変色基材と多孔体との接触面積を計算するステップと、前記接触抵抗及び前記接触面積に基づいて、多孔体とガス拡散層との間の界面接触抵抗を演算するステップと、を含む。
【００４１】
以下、前記多孔体品質検査方法の各ステップについて具体的に説明する。
【００４２】
本出願の多孔体品質検査方法は、多孔体とガス拡散層との接触抵抗を測定するステップを含む。多孔体とガス拡散層との接触抵抗の測定は、燃料電池に使用されるガス拡散層を多孔体と接触させて発生する接触抵抗を測定することにより行われる。一つの例示において、前記接触抵抗の測定は、ガス拡散層が配置されたホルダーを含む接触抵抗センサーのガス拡散層を多孔体に接触させることにより行われる。
【００４３】
本出願の多孔体品質検査方法は、多孔体上に安着した感圧変色基材を所定の圧力で加圧するステップを含む。一つの例示において、感圧変色基材は、感圧変色基材移送ローラーによって多孔体上に安着でき、加圧ローラーによって多孔体上に安着した感圧変色基材を加圧できる。前記所定の圧力とは、多孔体が燃料電池スタックでガス拡散層と接しながら受ける圧力に対応する圧力で、多孔体が燃料電池スタックでガス拡散層によって受ける圧力と同一であるか、または同一であると見られるほどの小さい誤差を有する圧力を意味する。上記のような圧力で多孔体上に安着した感圧変色基材を加圧する場合、多孔体と感圧変色基材とは、多孔体が燃料電池スタック内でガス拡散層と接する様相と類似の接触面積で接触することになる。したがって、加圧された感圧変色基材の変色された領域の面積を測定すると、多孔体が燃料電池スタック内でガス拡散層と接する面積を測定できることになる。
【００４４】
本出願の多孔体品質検査方法は、加圧された感圧変色基材の変色領域に基づいて、感圧変色基材と多孔体との接触面積を計算するステップを含む。一つの例示において、接触面積の計算は、加圧された感圧変色基材の変色領域をスキャナーでスキャンした後に、変色領域の面積を計算する方法を利用し得る。
【００４５】
本出願の多孔体品質検査方法は、前記接触抵抗及び前記接触面積に基づいて、多孔体とガス拡散層との間の界面接触抵抗を演算するステップを含む。界面接触抵抗は、下記の一般式１によって演算できる。
【００４６】
［一般式１］
【００４７】
ＩＣＲ＝ＲＢＰ|ＧＤＬ×ＡＣａｃｔｕａｌ
【００４８】
一般式１で、ＩＣＲは、多孔体とガス拡散層との間の界面接触抵抗であり、ＲＢＰ|ＧＤＬは、多孔体とガス拡散層との接触抵抗であり、ＡＣａｃｔｕａｌは、加圧された感圧変色基材の変色領域に基づいて計算した感圧変色基材と多孔体との接触面積である。多孔体とガス拡散層との間の界面接触抵抗を演算して多孔体による燃料電池スタックの熱及び電気的損失を予測し得、これに基づいて、信頼性、生産性及び発電効率に優れた燃料電池スタックを製造できる。
【００４９】
以上で説明された本発明の好ましい実施例は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明についての通常の知識を有する当業者であれば、本発明の思想と範囲内で様々な修正、変更、付加が可能であり、これらの修正、変更及び付加は、下記の特許請求の範囲に属するものと理解すべきである。
【００５０】
以上で説明された本発明の好ましい実施例は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明についての通常の知識を有する当業者であれば、本発明の思想と範囲内で様々な修正、変更、付加が可能であり、これらの修正、変更及び付加は、下記の特許請求の範囲に属するものと理解すべきである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る多孔体品質検査装置及び多孔体品質検査方法によると、多孔体による燃料電池スタックの熱及び電気的損失を定量化でき、多孔体の製造公差及び面圧均一度の定量的確認が可能である。
【図１】
0006879525.tif 000002
【図２】
0006879525.tif 000003
【図３】
0006879525.tif 000004
【図４】
0006879525.tif 000005
【図５】
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