用于在燃料电池系统中吸附薄膜板以防止下垂的系统的制作方法

本申请要求2015年5月21日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0071079号的优先权权益，其全部内容引入本文以供参考。

技术领域

本公开内容涉及用于吸附燃料电池系统中的薄膜板的系统，其能够吸附其中膜电极组件(MEA)与气体扩散层(GDL)结合的薄膜板的两侧，以防止薄膜板的中央部分下垂。

背景技术：

通常，燃料电池系统是在燃料电池堆内将燃料的化学能电化学地转换成电能而无需通过燃烧将化学能转换成热的发电系统。

燃料电池系统通常包括产生电能的燃料电池堆和向燃料电池堆供应燃料(氢气)的燃料供应系统。空气供应系统向燃料电池堆供应作为电化学反应所需的氧化剂的空气形式的氧气。热/水管理系统将燃料电池堆的热移除到外部，并控制燃料电池堆的运行温度。

通过前述的配置，燃料电池系统通过作为燃料的氢气与空气中的氧气之间的电化学反应产生电能，并且排出作为反应副产物的热和水。

车辆的燃料电池系统是由膜电极组件(以下称为“MEA”)形成的能量转换装置，其包括安装到用于发生电化学反应的电解质膜的两侧的电极/催化剂层。随着氢离子的移动，气体扩散层(以下称为“GDL”)均匀地分散反应气体并传送所产生的电，并且垫片和紧固机构保持反应气体和冷却剂的密封性以及合适的紧固压力。反应气体和冷却剂在其中移动的隔板在注入氢气和氧气(空气)时通过电池反应产生电流。

在聚合物固体电解质燃料电池中，氢气被提供给正电极(也被称为“燃料电极”)，氧气(空气)被提供给负电极(也被称为“空气电极”或“氧气电极”)。

提供给正电极的氢气通过电解质膜的两侧上形成的电极层的催化剂被溶解成氢离子(质子，H+)和电子(e-)，而且其中，只有氢离子(质子，H+)选择地穿过作为阳离子交换膜的电解质膜，并被传送到负电极，同时，电子(e-)通过作为导体的GDL和隔板被传送到负电极。

在负电极中发生反应，其中通过电解质膜提供的氢离子和通过隔板传送的电子与提供给负电极的氧气进行反应从而产生水。

随着氢离子移动，流经外部导线的电子产生电流，并且在水产生反应中也产生热。

为了制造燃料电池，已应用用于吸附MEA和GDL的组合薄膜板以及移动所吸附的薄膜板的装载/卸载系统。

吸附部件吸附燃料电池的薄膜板的两上侧。在装载/卸载过程中不被吸附的薄膜板的中央部分可能因重力下垂到下侧。由于下垂现象，整个薄膜板可能分离，或者从吸附部件上脱落，从而使燃料电池的质量和生产效率退化。

以上在背景技术部分公开的信息只是为了强化发明背景的理解，因此，它可能包含不构成该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开内容致力于提供一种用于吸附薄膜板(膜电极组件(MEA)+气体扩散层(GDL))以防止下垂的系统，其吸附薄膜板并防止薄膜板下垂，从而提高燃料电池的质量。

根据本发明概念的示例性实施方式，用于吸附薄膜板的系统包括主框架以及分别与主框架的各侧连接的第一与第二辅框架。第一和第二辅框架中的至少一者与主框架可移动地连接，从而增大或减少第一和第二辅框架之间的距离。吸附部件分别设置在第一和第二辅框架下方，从而抽吸或注入空气并吸附薄膜板的两侧。张力调节部件调节第一和第二辅框架中的至少一者在主框架中的位置，从而调节施加给薄膜板的张力。

张力调节部件包括朝向主框架推动或背离主框架拉动第一和第二辅框架中的至少一者的张力施加筒。

张力调节部件还可以包括限制张力施加筒所导致的第一和第二辅框架中至少一者的移动的固定制动器。

薄膜板可以包括膜电极组件(MEA)和安装到MEA的一个表面的中央部分的气体扩散层(GDL)。

吸附部件可以包括设置在第一和第二辅框架中的至少一者的下方并吸附MEA的MEA吸附部件。GDL吸附部件在第一和第二辅框架中的至少一者下方设置在MEA吸附部件的一侧并吸附GDL。

系统还可以包括使MEA吸附部件和GDL吸附部件竖直地移动的竖直移动部件。

第一和第二辅框架中的一者可以固定于主框架，而另一者可以沿主框架的纵向与其可移动地连接。系统还可以包括安装在主框架上以检测被吸附部件所吸附的薄膜板的靠近的接近传感器。

系统还可以包括安装在主框架上以检测被吸附部件所吸附的薄膜板的厚度或者薄膜板的数量的超声传感器。

GDL吸附部件可以包括抽吸空气并吸附薄膜板的吸爪(suctioning gripper)。

MEA吸附部件可以包括与薄膜板的一个表面接触的多孔垫。

第一和第二辅框架中的至少一者可以在安装到主框架的轨道上移动。

根据本发明概念的另一个示例性实施方式，吸附薄膜板的方法包括使主框架朝向薄膜板移动。薄膜板的两侧分别通过安装到第一和第二辅框架的吸附部件被吸附，第一和第二辅框架可移动地连接到主框架的两侧。施加给薄膜板的张力通过张力调节部件调节第一和第二辅框架之间的距离而加以调节。该方法还可以包括向薄膜板施加张力，使得通过使用固定制动器限制第一和第二辅框架中的至少一者的移动而保持该张力。

该方法还可以包括通过接近传感器检测吸附于吸附部件的薄膜板的靠近。

该方法还可以包括通过超声传感器检测吸附于吸附部件的薄膜板的厚度或薄膜板的数量。

附图说明

图1是根据本发明概念的示例性实施方式的用于吸附薄膜板的系统的透视图。

图2是根据本发明概念的示例性实施方式的用于吸附薄膜板的系统的示意配置图。

图3是根据本发明概念的示例性实施方式的使用用于吸附薄膜板的系统来吸附薄膜板的方法的流程图。

图4是根据本发明概念的示例性实施方式的用于吸附薄膜板的系统的前视图。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明概念的示例性实施方式。

图1是根据本发明概念的示例性实施方式的用于吸附薄膜板的系统的透视图。

参见图1，薄膜板吸附系统包括张力施加筒100、固定制动器110、主框架120、超声传感器130、竖直移动部件180、多孔垫190、膜电极组件(MEA)吸附部件135、第一辅框架140、MEA 145、气体扩散层(GDL)150、GDL吸附部件155、接近传感器160、以及第二辅框架165。

第一和第二辅框架140和165沿主框架120的纵向分别设置在主框架120的两侧。第一和第二辅框架140和165中的至少一者被连接成基于主框架120沿主框架120的纵向往复移动。

另外，张力施加筒100设置在主框架120的上表面上。张力施加筒100推动或拉动第一和第二辅框架140和165中的至少一者。

MEA吸附部件135和GDL吸附部件155彼此隔开，且分别位于第一和第二辅框架140和165的下侧。MEA吸附部件135包括抽吸空气并吸附MEA145的一个表面的吸爪170。GDL吸附部件155可以包括注入空气并使GDL150漂浮于空气的伯努利爪，以及抽吸空气并吸附GDL的吸爪170。

MEA吸附部件135和GDL吸附部件155分别位于第一和第二辅框 架140和165的下方，并基于第一和第二辅框架140和165竖直地移动。竖直移动部件180可以使用液压(气压)使MEA吸附部件135和GDL吸附部件155竖直地移动。

在主框架120下方，第二辅框架165沿着导轨400(参见图4)滑动。第二辅框架165基于主框架120因张力施加筒100而移动。

然后，固定制动器110向第二辅框架165施加摩擦力，从而限制第二辅框架165的移动。

超声传感器130和接近传感器160安装到主框架120的上侧或下侧。接近传感器160在主框架120移动时检测GDL150或MEA145的靠近。

另外，超声传感器130对面向主框架120的GDL150或MEA145发射超声波，从而检测GDL150或MEA145的厚度并且根据厚度检测板的数量。

图2是根据本发明概念的示例性实施方式的用于吸附薄膜板的系统的示意配置图。

参见图2，超声传感器130、接近传感器160、张力施加筒100、以及固定制动器110设置在主框架120中，并且通过超声传感器130和接近传感器160所检测的信号被传送给控制器200。另外，控制器200可以控制张力施加筒100和固定制动器110。

也即是，控制器200可以控制施加给张力施加筒100的液压(气压)从而操作张力施加筒100，并通过固定制动器110形成摩擦力以限制第二辅框架165的移动。

MEA吸附部件135和GDL吸附部件155竖直可移动地连接到第一和第二辅框架140和165的下侧。竖直移动部件180使用所提供的液压(气压)使MEA吸附部件135和GDL吸附部件155竖直移动。

控制器200可以控制MEA吸附部件135、GDL吸附部件155、以及竖直移动部件180。

也即是，控制器200可以通过操作真空泵(未示出)或鼓风机(未示出)使MEA吸附部件135和GDL吸附部件155抽吸或注入空气，从而吸附MEA145和GDL150。另外，控制器200可以通过控制液压(气压)操作竖直移动部件180来控制MEA吸附部件135和GDL吸附部件 155的高度。

控制器200可以被实施为一个或多个由预定程序运行的微处理器，所述预定程序可以包括用于执行以下描述的根据本公开内容的方法的一系列命令。

图3是示出根据本发明概念的示例性实施方式的使用用于吸附薄膜板的系统吸附薄膜板的方法的流程图。

参见图3，在S300中，机器人臂300将主框架120移动到预定位置。在S310中，主框架120靠近其中GDL粘结到MEA145的薄膜板152。主框架120向薄膜板152的靠近可以通过接近传感器160检测。

在S320中，MEA吸附部件135和GDL吸附部件155抽吸或注入空气以形成真空，从而分别吸附MEA145和GDL150。

在本公开内容中，MEA吸附部件135可以包括抽取空气并吸附MEA145的吸爪170。与MEA145接触的多孔垫190可以设置在MEA吸附部件135上。

另外，GDL吸附部件155可以包括注入空气并使GDL150漂浮的伯努利爪，以及吸入空气并吸附漂浮的GDL150的吸爪。

在S330中，所吸附的薄膜板(MEA+GDL)的厚度或薄膜板的数量通过超声传感器130而被检测。在S340中，通过控制提供给张力施加筒100的液压(气压)使第二辅框架165移动到主框架120的外侧，使得MEA吸附部件135和GDL吸附部件155拉动薄膜板152的两侧。

在S350中，固定制动器110运行以限制第二辅框架165的移动。然后，在S360中，机器人臂300移动主框架120从而将薄膜板152移动到预定位置，停止吸附部件的运行，并将薄膜板152卸载到预定位置。

因此，在本发明中，将张力施加给薄膜板152，使得可以有效地防止未被吸附的中央部分下垂到下侧，并防止薄膜板由于下垂而与吸附部件分离。

图4是根据本发明概念的示例性实施方式的用于吸附薄膜板的系统的前视图，省略与图1相同或相似的部件的描述，主要描述差别。

参见图4，第一和第二辅框架140和165设置在主框架120的两端的下表面处，并且主框架120和第一与第二辅框架140和165彼此平行。

第一辅框架140的一端的上表面可以通过支架405而被固定到主框架120，并且第二辅框架165可以通过轨道400而被可移动地连接到主框架120。

因此，在根据本发明概念的示例性实施方式的用于吸附薄膜板的系统中，张力施加筒100通过在GDL吸附部件155和MEA吸附部件135分别吸附薄膜板152两侧的状态下移动GDL吸附部件155和MEA吸附部件135而控制施加给薄膜板152的张力，使得可以容易地防止薄膜板152的中央部分下垂到下侧。

尽管本发明已经结合目前被认为是实用的示例性实施方式加以描述，但是应当明白本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意在覆盖被包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。