本申請要求2016年7月1日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的申請?zhí)枮?0-2016-0083650的韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其公開的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種用于在制造燃料電池堆時穩(wěn)定地供給諸如膜電極組件(MEA)或氣體擴(kuò)散層(GDL)等燃料電池堆的部件的設(shè)備。

背景技術(shù)：

燃料電池是通過燃料與氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的裝置。

燃料電池可包括燃料電池堆且燃料電池堆可具有串聯(lián)連接的多個單元電池。

燃料電池堆的單元電池可包括允許反應(yīng)氣體在其中流動的兩個雙極板、在兩個雙極板之間進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的膜電極組件(MEA)、調(diào)節(jié)氣體在雙極板與MEA之間流動的氣體擴(kuò)散層(GDL)以及用于密封的墊圈。

MEA可具有質(zhì)子交換膜(PEM)和設(shè)置在PEM的兩個表面上的兩個電極層。

GDL可用于將反應(yīng)氣體均勻地分布到MEA、去除反應(yīng)產(chǎn)生的水和水蒸氣并通過電子轉(zhuǎn)移提供電傳導(dǎo)。

燃料電池堆通常已經(jīng)通過單獨(dú)地轉(zhuǎn)移MEA和GDL并利用組裝設(shè)備組合MEA和GDL來制造。燃料電池堆的部件諸如MEA或GDL通常已經(jīng)通過真空吸附夾持部逐片地吸附供給。

同時，GDL可在其表面上具有曲線、凹槽等，并且可由多孔材料制成。

在GDL正在被真空吸附夾持部真空吸附的同時，堆疊在盒部中的GDL可能不是被逐片地吸附，而是兩個或多個GDL可被一起吸附。因此，可能增加燃料電池堆的缺陷率，這可能降低生產(chǎn)率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

已經(jīng)進(jìn)行本公開以解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，同時完整保持現(xiàn)有技術(shù)中已取得的優(yōu)點。

本公開的方面提供一種當(dāng)燃料電池堆的部件被真空吸附以供給至燃料電池堆組裝設(shè)備時可通過逐片地真空吸附諸如膜電極組件(MEA)或氣體擴(kuò)散層(GDL)等部件使燃料電池堆的缺陷率最小化以提高其生產(chǎn)率的用于供給燃料電池堆組件的設(shè)備。

根據(jù)本公開的方面，一種用于供給燃料電池堆的部件的設(shè)備可包括：盒部(cartridge)，其中堆疊多個部件；夾持部，其用于真空吸附堆疊在盒部中的多個部件中的最上方部件；以及提升產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生僅提升多個部件中的最上方部件的提升力，其中提升產(chǎn)生單元包括對稱設(shè)置在夾持部的下部中并使空氣吹向最上方部件的上表面的多個空氣噴射孔。

夾持部可包括夾持部主體，多個吸附孔可在夾持部主體的下表面中形成。

多個空氣噴射孔可對稱設(shè)置在夾持部主體的下表面中。

多個空氣噴射孔可對稱設(shè)置在鄰近夾持部主體的角部。

當(dāng)空氣被吹送時，空氣噴射孔可形成渦旋氣流。

空氣噴射孔可在夾持部主體的下表面中具有孔杯結(jié)構(gòu)。

空氣噴射孔可具有形成用于引起渦旋氣流的空間的側(cè)壁。

盒部可包括向上和向下可移動的支撐板以及向上和向下移動支撐板的驅(qū)動單元。

多個引導(dǎo)部可對稱設(shè)置在支撐板的外周上。

多個引導(dǎo)部可設(shè)有用于檢測部件的位置的一個或多個位置傳感器。

在空氣吹送和真空吸附之后，除非最上方部件被夾持部的吸附孔吸附，空氣注入壓力可增加預(yù)定的增加量。

附圖說明

從結(jié)合附圖的下述詳細(xì)描述，本公開的上述的和其它目的、特征和優(yōu)點將更顯而易見，其中：

圖1說明根據(jù)本公開的示例性實施例的用于供給燃料電池堆的部件的設(shè)備的透視圖；

圖2說明圖1所示的用于供給燃料電池堆的部件的設(shè)備的前視圖；

圖3說明圖1所示的用于供給燃料電池堆的部件的設(shè)備的側(cè)視圖；

圖4說明根據(jù)本公開的示例性實施例的用于供給燃料電池堆的部件的設(shè)備中的夾持部的底透視圖；

圖5說明沿圖4所示的線A-A截取的截面圖；

圖6說明圖5所示的箭頭B指向的局部放大圖。

圖7說明根據(jù)本公開的示例性實施例的用于供給燃料電池堆的部件的設(shè)備的操作；以及

圖8說明根據(jù)本公開的示例性實施例的的用于供給燃料電池堆的部件的方法的流程圖。

附圖標(biāo)記

10：盒部

11：支撐板

15：驅(qū)動單元

20：夾持部

21：夾持部主體

22：吸附孔

30：部件

40：提升產(chǎn)生單元

41：空氣噴射孔

42：空氣供給軟管

具體實施方式

在下文中，將參照附圖詳細(xì)地描述本公開的示例性實施例。作為參考，為便于理解，在描述本公開的示例性實施例所參照的附圖中示出的元件的尺寸、線的厚度等可被放大。另外，用于描述本實用新型構(gòu)思的術(shù)語已經(jīng)考慮到元件功能被限定并可根據(jù)用戶或操作者的意圖或?qū)嵺`等變化。因此，這些術(shù)語應(yīng)當(dāng)基于本說明書的全部內(nèi)容被限定。

參照圖1和圖2，根據(jù)本公開的示例性實施例，用于供給燃料電池堆的部件的設(shè)備可包括盒部10，其中堆疊多個部件30以及夾持部20，其逐片地真空吸附堆疊在盒部10中的部件30。

盒部10可被配置成支撐在垂直方向上堆疊的多個部件30，其中部件30可以是構(gòu)成燃料電池堆的單元電池的各個元件，諸如膜電極組件(MEA)和氣體擴(kuò)散層(GDL)。例如，部件30可以是氣體擴(kuò)散層(GDL)。

盒部10可包括向上和向下可移動的支撐板11和向上和向下移動支撐板11的驅(qū)動單元15。

支撐板11可具有對應(yīng)于部件30的形狀的結(jié)構(gòu)，并且多個部件30可在垂直方向上堆疊在支撐板11的上表面。

底座16可設(shè)置在支撐板11的下方，并且支撐板11可被設(shè)置成相對于底座16向上向下可移動。

多個引導(dǎo)部12和13可設(shè)置支撐板11的外周上。多個引導(dǎo)部12和13可包括在支撐板11的左右兩側(cè)彼此對稱設(shè)置的多個第一引導(dǎo)部12和在支撐板11的前后兩端彼此對稱設(shè)置的多個第二引導(dǎo)部13。多個第一和第二引導(dǎo)部12和13可從底座16向上延伸。引導(dǎo)部12和13可具有條形形狀，其鄰近部件30的表面具有預(yù)定區(qū)域使得其與部件30相鄰的表面與部件30的部分面接觸。因此，如果部件30為氣體擴(kuò)散層，則引導(dǎo)部12和13可與易碎的氣體擴(kuò)散層平穩(wěn)地面接觸以有效地防止對氣體擴(kuò)散層的損害。

驅(qū)動單元15可被配置成向上向下移動支撐板11。例如，驅(qū)動單元15包括驅(qū)動電機(jī)、進(jìn)給螺桿等。驅(qū)動單元15可向上向下移動支撐板11以調(diào)整支撐板11的高度使得最上方部件30的上表面與夾持部20之間的間隙可維持常數(shù)。

一個或多個位置傳感器14可設(shè)置在多個引導(dǎo)部12與13上以檢測部件30的位置。位置傳感器14可檢測多個部件30中的最上方部件30的位置。由于位置傳感器14實時地檢測最上方部件30的位置，所以驅(qū)動單元15可以調(diào)節(jié)支撐板的向上和向下移動使得不管部件30的數(shù)量，最上方部件30的上表面與夾持部20之間的間隙S可維持常數(shù)。

例如，兩個位置傳感器14可在垂直方向上彼此間隔開以便更準(zhǔn)確地測量最上方部件30的位置。

夾持部20可包括夾持部主體21，多個吸附孔22可在夾持部主體21的下表面中形成。

連接器23可設(shè)置在夾持部主體21的上表面以連接至搬運(yùn)機(jī)器人的臂。夾持部主體21可通過搬運(yùn)機(jī)器人的操作在垂直方向和水平方向移動。相對于夾持部主體21的操作，在夾持部主體21通過搬運(yùn)機(jī)器人向下移至靠近盒部10中的部件30之后，堆疊在盒部10中的部件30可被逐片地真空吸附。當(dāng)已經(jīng)吸附最上方部件30的夾持部主體21通過搬運(yùn)機(jī)器人向上移動后，夾持部主體21可在水平方向移動至燃料電池堆組裝設(shè)備(未示出)的特定位置。

真空產(chǎn)生源(未示出)諸如真空泵和真空噴射器可被連接至多個吸附孔22。當(dāng)真空吸力通過真空產(chǎn)生源產(chǎn)生時，堆疊在盒部10中的多個部件30中的最上方部件30可通過吸附孔22被真空吸附至夾持部主體21的下表面。

根據(jù)本公開的示例性實施例，提升產(chǎn)生單元40可產(chǎn)生僅向上提升最上方部件30的提升力。

特別地，提升產(chǎn)生單元40可產(chǎn)生足夠?qū)⒆钌戏讲考?0從設(shè)置在其下方的部件30分離并僅向上提升最上方部件30的提升力。

提升產(chǎn)生單元40可包括形成在夾持部主體21的下表面中的多個空氣噴射孔41以及向多個空氣噴射孔41供給空氣的空氣供給軟管42。

多個空氣噴射孔41可使空氣以恒定速率V₂吹送到夾持部主體21的下表面與最上方部件30的上表面之間的空間。特別地，空氣可通過空氣噴射孔41從夾持部主體21的下表面向下吹送至最上方部件30的上表面。

空氣噴射孔41可具有統(tǒng)一的直徑d。例如，空氣噴射孔41的直徑d可以大于或等于部件30寬度的1/4(d≥W×1/4)。當(dāng)空氣噴射孔41的直徑d小于或等于部件30寬度的1/4時，提升產(chǎn)生單元40的提升力可能減小，從而可能無法平穩(wěn)地提升部件30。

空氣供給軟管42可以穿透夾持部主體21的側(cè)壁以單獨(dú)地連接至多個空氣噴射孔41。電磁閥(未示出)可設(shè)置在空氣供給軟管42的中部以控制其開口，從而根據(jù)部件30的重量適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)空氣注入壓力。

當(dāng)在空氣通過多個空氣噴射孔41以恒定速率V₂被吹送到最上方部件30的上表面的狀態(tài)下，Beroulli方程被應(yīng)用至最上方部件30的氣流狀態(tài)時，最上方部件30的上、下表面之間的壓力差可以由以下等式1表示：

[等式1]

此處，ρ是空氣密度，P₂是施加到最上方部件30的上表面的靜壓力，V₂是在最上方部件30的上表面流動的空氣的注入速率，P₁是施加至最上方部件30的下表面的靜壓力。由于其它部件30被堆疊在最上方部件30下表面的下方，所以不存在氣流，因此V₁＝0。

根據(jù)[等式1]，最上方部件30的壓力差ΔP可以取決于吹送到部件30上表面的空氣的注入速率V₂，最上方部件30可接收通過下式2表示的提升力F_lift：

[等式2]

此處，ρ是空氣密度，A是部件30的橫截面積，C_L是提升系數(shù)。

隨著吹送到最上方部件30上表面的空氣注入速率V₂增大，提升力F_lift可被增大。特別地，當(dāng)提升力F_lift大于最上方部件30的重量時，最上方部件30可以與堆疊在其下的部件分離并且向上提升。

根據(jù)本公開的示例性實施例，如圖4所示，空氣噴射孔41可被設(shè)置成在夾持部主體21下表面中具有孔杯結(jié)構(gòu)，并且空氣供給軟管42的供給端部42a可被設(shè)置成在水平方向穿透空氣噴射孔41的側(cè)面。

空氣噴射孔41可具有形成用于引起空氣渦流(螺旋流)的空間41a的環(huán)形側(cè)壁41b?？諝夤┙o軟管42的供給端部42a可被設(shè)置成在水平方向上穿透空氣噴射孔41的側(cè)壁41b。通過空氣供給軟管42的端部42a供給的空氣可沿空氣噴射孔41的側(cè)壁41b流動以吹送，同時渦旋氣流在空氣噴射孔41中形成。

根據(jù)本公開的其它示例性實施例，螺旋槽(未示出)可在空氣噴射孔41的側(cè)壁41b的內(nèi)表面中形成。因此，通過空氣供給軟管42的供給端部42a供給的空氣可通過空氣噴射孔41吹送，同時渦流(螺旋流)更加穩(wěn)定地沿著空氣噴射孔41的螺旋槽形成。

如上所述，多個空氣噴射孔41可使空氣在形成渦旋氣流的同時對稱地吹送到最上方部件30的上表面使得空氣吹送方向不會朝任一方向傾斜。當(dāng)最上方部件30通過提升力向上提升時，可有效地防止最上方部件30朝任一方向傾斜。

根據(jù)本公開的示例性實施例，多個空氣噴射孔41可在夾持部主體21下表面的前后方向和左右方向彼此對稱地設(shè)置，因此，空氣可被對稱地吹向最上方部件30的上表面。

特別地，多個空氣噴射孔41可設(shè)置在鄰近夾持部主體21的各個角部，因此，可有效地實現(xiàn)空氣噴射孔41的對稱布置。

以此方式，空氣吹送方向可通過對稱設(shè)置在夾持部主體21下表面中的多個空氣噴射孔41對稱地形成，而不朝任一方向傾斜。因此，當(dāng)最上方部件30向上提升時，可能在任何特定方向上都不會產(chǎn)生拖拽力，因此部件30可穩(wěn)定地設(shè)置在垂直方向上，并且當(dāng)每一部件30被夾持部主體21吸附時，最上方部件30可定位在相同的位置處。

同時，最上方部件30的上表面和夾持部20之間的間隙S可被調(diào)節(jié)以使夾持部20有利于更容易吸附最上方部件30。例如，間隙S可以約為2-15mm。當(dāng)間隙S小于或等于2mm時，拖曳力的影響可能過大。當(dāng)間隙S大于或等于15mm時，提升力可能不足以提升部件30。

根據(jù)本公開的示例性實施例，當(dāng)多個部件30堆疊在盒部10中并且空氣以恒定速率V₂通過提升產(chǎn)生單元40的空氣噴射孔41吹送時，根據(jù)Beroulli原理，可產(chǎn)生向上提升多個部件30中的最上方部件30的提升力，因此，最上方部件30可與設(shè)置在其下方的部件30分離并向上提升。

如果只有最上方部件30以上述方式分離和提升，則只有設(shè)置在最上方位置的一個部件可以被夾持部20的吸附孔22吸附。如上所述，由于在多個堆疊部件30中設(shè)置在最上面的部件被提升產(chǎn)生單元40逐片地吸附，所以燃料電池堆的故障率可被最小化并且其生產(chǎn)率可得到提高。

圖8說明根據(jù)本公開的示例性實施例的用于供給燃料電池堆的部件的方法的流程圖。

參照圖7和圖8，在操作S1中，多個部件30可在垂直方向堆疊在盒部10中的支撐板11上，支撐板11可通過驅(qū)動單元15提升并且夾持部20的夾持部主體21可被降低以調(diào)節(jié)最上方部件30與夾持部20之間的間隙S。

在操作S2中，空氣吹送可通過提升產(chǎn)生單元40的空氣噴射孔41執(zhí)行，真空吸附可通過夾持部20的吸附孔22可執(zhí)行。詳細(xì)地，通過以預(yù)定的空氣注入壓力Ps經(jīng)由空氣供給軟管42將空氣供給到提升產(chǎn)生單元40的空氣噴射孔41，空氣可被吹送到最上方部件30的上表面，同時恒定的真空壓力Pv可被施加至夾持部20的吸附孔22。此處，初始空氣注入壓力Ps可以是用于產(chǎn)生提升力的最大壓力Pmax的一半。

然后，在操作S3中，可確定最上方部件30是否被夾持部20的吸附孔22吸附。此處，當(dāng)真空壓力Pv小于或等于真空吸附完成壓力Pok(Pv≤Pb)時，部件30可被夾持部20的吸附孔22吸附；當(dāng)真空壓力Pv高于真空吸附完成壓力Pok(Pv>Pok)時，部件30不會被夾持部20的吸附孔22吸附。

在操作S4中，在最上方部件30與設(shè)置在其下方的部件30分離并被初始空氣注入壓力Ps提升之后，當(dāng)最上方部件30被夾持部20的吸附孔22吸附時，通過空氣噴射孔41的空氣吹送可停止。此后，在操作S5中，夾持部20的傳送可通過搬運(yùn)機(jī)器人準(zhǔn)備。

在操作S4中，當(dāng)最上方部件30未被夾持部20的吸附孔22吸附時，在操作S6中，空氣注入壓力Ps可增加預(yù)定的增大量(Ps×1.1)，并可重復(fù)地執(zhí)行操作S3中關(guān)于確定最上方部件30是否被夾持部20的吸附孔22吸附的操作。

如上所述，當(dāng)燃料電池堆的部件，諸如MEA或GDL被真空吸附以供給到燃料電池堆組裝設(shè)備時，部件可被逐片地真空吸附，由此，燃料電池堆的缺陷率可被最小化并且其生產(chǎn)率可得到提高。

在上文中，雖然已參照示例性實施例和附圖描述了本公開，但本公開并不局限于此，而是在不脫離下述權(quán)利要求書要求保護(hù)的本公開的精神和范圍的情況下，本公開所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可進(jìn)行各種修改和改變。