本申請(qǐng)要求2015年5月21日向韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)第10-2015-0071079號(hào)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容引入本文以供參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于吸附燃料電池系統(tǒng)中的薄膜板的系統(tǒng)，其能夠吸附其中膜電極組件(MEA)與氣體擴(kuò)散層(GDL)結(jié)合的薄膜板的兩側(cè)，以防止薄膜板的中央部分下垂。

背景技術(shù)：

通常，燃料電池系統(tǒng)是在燃料電池堆內(nèi)將燃料的化學(xué)能電化學(xué)地轉(zhuǎn)換成電能而無(wú)需通過(guò)燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱的發(fā)電系統(tǒng)。

燃料電池系統(tǒng)通常包括產(chǎn)生電能的燃料電池堆和向燃料電池堆供應(yīng)燃料(氫氣)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)?？諝夤?yīng)系統(tǒng)向燃料電池堆供應(yīng)作為電化學(xué)反應(yīng)所需的氧化劑的空氣形式的氧氣。熱/水管理系統(tǒng)將燃料電池堆的熱移除到外部，并控制燃料電池堆的運(yùn)行溫度。

通過(guò)前述的配置，燃料電池系統(tǒng)通過(guò)作為燃料的氫氣與空氣中的氧氣之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，并且排出作為反應(yīng)副產(chǎn)物的熱和水。

車輛的燃料電池系統(tǒng)是由膜電極組件(以下稱為“MEA”)形成的能量轉(zhuǎn)換裝置，其包括安裝到用于發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的電解質(zhì)膜的兩側(cè)的電極/催化劑層。隨著氫離子的移動(dòng)，氣體擴(kuò)散層(以下稱為“GDL”)均勻地分散反應(yīng)氣體并傳送所產(chǎn)生的電，并且墊片和緊固機(jī)構(gòu)保持反應(yīng)氣體和冷卻劑的密封性以及合適的緊固壓力。反應(yīng)氣體和冷卻劑在其中移動(dòng)的隔板在注入氫氣和氧氣(空氣)時(shí)通過(guò)電池反應(yīng)產(chǎn)生電流。

在聚合物固體電解質(zhì)燃料電池中，氫氣被提供給正電極(也被稱為“燃料電極”)，氧氣(空氣)被提供給負(fù)電極(也被稱為“空氣電極”或“氧氣電極”)。

提供給正電極的氫氣通過(guò)電解質(zhì)膜的兩側(cè)上形成的電極層的催化劑被溶解成氫離子(質(zhì)子，H+)和電子(e-)，而且其中，只有氫離子(質(zhì)子，H+)選擇地穿過(guò)作為陽(yáng)離子交換膜的電解質(zhì)膜，并被傳送到負(fù)電極，同時(shí)，電子(e-)通過(guò)作為導(dǎo)體的GDL和隔板被傳送到負(fù)電極。

在負(fù)電極中發(fā)生反應(yīng)，其中通過(guò)電解質(zhì)膜提供的氫離子和通過(guò)隔板傳送的電子與提供給負(fù)電極的氧氣進(jìn)行反應(yīng)從而產(chǎn)生水。

隨著氫離子移動(dòng)，流經(jīng)外部導(dǎo)線的電子產(chǎn)生電流，并且在水產(chǎn)生反應(yīng)中也產(chǎn)生熱。

為了制造燃料電池，已應(yīng)用用于吸附MEA和GDL的組合薄膜板以及移動(dòng)所吸附的薄膜板的裝載/卸載系統(tǒng)。

吸附部件吸附燃料電池的薄膜板的兩上側(cè)。在裝載/卸載過(guò)程中不被吸附的薄膜板的中央部分可能因重力下垂到下側(cè)。由于下垂現(xiàn)象，整個(gè)薄膜板可能分離，或者從吸附部件上脫落，從而使燃料電池的質(zhì)量和生產(chǎn)效率退化。

以上在背景技術(shù)部分公開(kāi)的信息只是為了強(qiáng)化發(fā)明背景的理解，因此，它可能包含不構(gòu)成該國(guó)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已經(jīng)知曉的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)內(nèi)容致力于提供一種用于吸附薄膜板(膜電極組件(MEA)+氣體擴(kuò)散層(GDL))以防止下垂的系統(tǒng)，其吸附薄膜板并防止薄膜板下垂，從而提高燃料電池的質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式，用于吸附薄膜板的系統(tǒng)包括主框架以及分別與主框架的各側(cè)連接的第一與第二輔框架。第一和第二輔框架中的至少一者與主框架可移動(dòng)地連接，從而增大或減少第一和第二輔框架之間的距離。吸附部件分別設(shè)置在第一和第二輔框架下方，從而抽吸或注入空氣并吸附薄膜板的兩側(cè)。張力調(diào)節(jié)部件調(diào)節(jié)第一和第二輔框架中的至少一者在主框架中的位置，從而調(diào)節(jié)施加給薄膜板的張力。

張力調(diào)節(jié)部件包括朝向主框架推動(dòng)或背離主框架拉動(dòng)第一和第二輔框架中的至少一者的張力施加筒。

張力調(diào)節(jié)部件還可以包括限制張力施加筒所導(dǎo)致的第一和第二輔框架中至少一者的移動(dòng)的固定制動(dòng)器。

薄膜板可以包括膜電極組件(MEA)和安裝到MEA的一個(gè)表面的中央部分的氣體擴(kuò)散層(GDL)。

吸附部件可以包括設(shè)置在第一和第二輔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輔框架中的至少一者下方設(shè)置在MEA吸附部件的一側(cè)并吸附GDL。

系統(tǒng)還可以包括使MEA吸附部件和GDL吸附部件豎直地移動(dòng)的豎直移動(dòng)部件。

第一和第二輔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縱向與其可移動(dòng)地連接。系統(tǒng)還可以包括安裝在主框架上以檢測(cè)被吸附部件所吸附的薄膜板的靠近的接近傳感器。

系統(tǒng)還可以包括安裝在主框架上以檢測(cè)被吸附部件所吸附的薄膜板的厚度或者薄膜板的數(shù)量的超聲傳感器。

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

MEA吸附部件可以包括與薄膜板的一個(gè)表面接觸的多孔墊。

第一和第二輔框架中的至少一者可以在安裝到主框架的軌道上移動(dòng)。

根據(jù)本發(fā)明概念的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，吸附薄膜板的方法包括使主框架朝向薄膜板移動(dòng)。薄膜板的兩側(cè)分別通過(guò)安裝到第一和第二輔框架的吸附部件被吸附，第一和第二輔框架可移動(dòng)地連接到主框架的兩側(cè)。施加給薄膜板的張力通過(guò)張力調(diào)節(jié)部件調(diào)節(jié)第一和第二輔框架之間的距離而加以調(diào)節(jié)。該方法還可以包括向薄膜板施加張力，使得通過(guò)使用固定制動(dòng)器限制第一和第二輔框架中的至少一者的移動(dòng)而保持該張力。

該方法還可以包括通過(guò)接近傳感器檢測(cè)吸附于吸附部件的薄膜板的靠近。

該方法還可以包括通過(guò)超聲傳感器檢測(cè)吸附于吸附部件的薄膜板的厚度或薄膜板的數(shù)量。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式的用于吸附薄膜板的系統(tǒng)的透視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式的用于吸附薄膜板的系統(tǒng)的示意配置圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式的使用用于吸附薄膜板的系統(tǒng)來(lái)吸附薄膜板的方法的流程圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式的用于吸附薄膜板的系統(tǒng)的前視圖。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式。

圖1是根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式的用于吸附薄膜板的系統(tǒng)的透視圖。

參見(jiàn)圖1，薄膜板吸附系統(tǒng)包括張力施加筒100、固定制動(dòng)器110、主框架120、超聲傳感器130、豎直移動(dòng)部件180、多孔墊190、膜電極組件(MEA)吸附部件135、第一輔框架140、MEA 145、氣體擴(kuò)散層(GDL)150、GDL吸附部件155、接近傳感器160、以及第二輔框架165。

第一和第二輔框架140和165沿主框架120的縱向分別設(shè)置在主框架120的兩側(cè)。第一和第二輔框架140和165中的至少一者被連接成基于主框架120沿主框架120的縱向往復(fù)移動(dòng)。

另外，張力施加筒100設(shè)置在主框架120的上表面上。張力施加筒100推動(dòng)或拉動(dòng)第一和第二輔框架140和165中的至少一者。

MEA吸附部件135和GDL吸附部件155彼此隔開(kāi)，且分別位于第一和第二輔框架140和165的下側(cè)。MEA吸附部件135包括抽吸空氣并吸附MEA145的一個(gè)表面的吸爪170。GDL吸附部件155可以包括注入空氣并使GDL150漂浮于空氣的伯努利爪，以及抽吸空氣并吸附GDL的吸爪170。

MEA吸附部件135和GDL吸附部件155分別位于第一和第二輔框 架140和165的下方，并基于第一和第二輔框架140和165豎直地移動(dòng)。豎直移動(dòng)部件180可以使用液壓(氣壓)使MEA吸附部件135和GDL吸附部件155豎直地移動(dòng)。

在主框架120下方，第二輔框架165沿著導(dǎo)軌400(參見(jiàn)圖4)滑動(dòng)。第二輔框架165基于主框架120因張力施加筒100而移動(dòng)。

然后，固定制動(dòng)器110向第二輔框架165施加摩擦力，從而限制第二輔框架165的移動(dòng)。

超聲傳感器130和接近傳感器160安裝到主框架120的上側(cè)或下側(cè)。接近傳感器160在主框架120移動(dòng)時(shí)檢測(cè)GDL150或MEA145的靠近。

另外，超聲傳感器130對(duì)面向主框架120的GDL150或MEA145發(fā)射超聲波，從而檢測(cè)GDL150或MEA145的厚度并且根據(jù)厚度檢測(cè)板的數(shù)量。

圖2是根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式的用于吸附薄膜板的系統(tǒng)的示意配置圖。

參見(jiàn)圖2，超聲傳感器130、接近傳感器160、張力施加筒100、以及固定制動(dòng)器110設(shè)置在主框架120中，并且通過(guò)超聲傳感器130和接近傳感器160所檢測(cè)的信號(hào)被傳送給控制器200。另外，控制器200可以控制張力施加筒100和固定制動(dòng)器110。

也即是，控制器200可以控制施加給張力施加筒100的液壓(氣壓)從而操作張力施加筒100，并通過(guò)固定制動(dòng)器110形成摩擦力以限制第二輔框架165的移動(dòng)。

MEA吸附部件135和GDL吸附部件155豎直可移動(dòng)地連接到第一和第二輔框架140和165的下側(cè)。豎直移動(dòng)部件180使用所提供的液壓(氣壓)使MEA吸附部件135和GDL吸附部件155豎直移動(dòng)。

控制器200可以控制MEA吸附部件135、GDL吸附部件155、以及豎直移動(dòng)部件180。

也即是，控制器200可以通過(guò)操作真空泵(未示出)或鼓風(fēng)機(jī)(未示出)使MEA吸附部件135和GDL吸附部件155抽吸或注入空氣，從而吸附MEA145和GDL150。另外，控制器200可以通過(guò)控制液壓(氣壓)操作豎直移動(dòng)部件180來(lái)控制MEA吸附部件135和GDL吸附部件 155的高度。

控制器200可以被實(shí)施為一個(gè)或多個(gè)由預(yù)定程序運(yùn)行的微處理器，所述預(yù)定程序可以包括用于執(zhí)行以下描述的根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法的一系列命令。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式的使用用于吸附薄膜板的系統(tǒng)吸附薄膜板的方法的流程圖。

參見(jiàn)圖3，在S300中，機(jī)器人臂300將主框架120移動(dòng)到預(yù)定位置。在S310中，主框架120靠近其中GDL粘結(jié)到MEA145的薄膜板152。主框架120向薄膜板152的靠近可以通過(guò)接近傳感器160檢測(cè)。

在S320中，MEA吸附部件135和GDL吸附部件155抽吸或注入空氣以形成真空，從而分別吸附MEA145和GDL150。

在本公開(kāi)內(nèi)容中，MEA吸附部件135可以包括抽取空氣并吸附MEA145的吸爪170。與MEA145接觸的多孔墊190可以設(shè)置在MEA吸附部件135上。

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

在S330中，所吸附的薄膜板(MEA+GDL)的厚度或薄膜板的數(shù)量通過(guò)超聲傳感器130而被檢測(cè)。在S340中，通過(guò)控制提供給張力施加筒100的液壓(氣壓)使第二輔框架165移動(dòng)到主框架120的外側(cè)，使得MEA吸附部件135和GDL吸附部件155拉動(dòng)薄膜板152的兩側(cè)。

在S350中，固定制動(dòng)器110運(yùn)行以限制第二輔框架165的移動(dòng)。然后，在S360中，機(jī)器人臂300移動(dòng)主框架120從而將薄膜板152移動(dòng)到預(yù)定位置，停止吸附部件的運(yùn)行，并將薄膜板152卸載到預(yù)定位置。

因此，在本發(fā)明中，將張力施加給薄膜板152，使得可以有效地防止未被吸附的中央部分下垂到下側(cè)，并防止薄膜板由于下垂而與吸附部件分離。

圖4是根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式的用于吸附薄膜板的系統(tǒng)的前視圖，省略與圖1相同或相似的部件的描述，主要描述差別。

參見(jiàn)圖4，第一和第二輔框架140和165設(shè)置在主框架120的兩端的下表面處，并且主框架120和第一與第二輔框架140和165彼此平行。

第一輔框架140的一端的上表面可以通過(guò)支架405而被固定到主框架120，并且第二輔框架165可以通過(guò)軌道400而被可移動(dòng)地連接到主框架120。

因此，在根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式的用于吸附薄膜板的系統(tǒng)中，張力施加筒100通過(guò)在GDL吸附部件155和MEA吸附部件135分別吸附薄膜板152兩側(cè)的狀態(tài)下移動(dòng)GDL吸附部件155和MEA吸附部件135而控制施加給薄膜板152的張力，使得可以容易地防止薄膜板152的中央部分下垂到下側(cè)。

盡管本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是實(shí)用的示例性實(shí)施方式加以描述，但是應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施方式，相反，本發(fā)明意在覆蓋被包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置。