CN110391435B - 燃料电池用的隔板材的输送方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够不施加压痕等而稳定地输送隔板材的隔板的燃料电池用的隔板材的输送方法。对在通过供给氢气和空气而发电的燃料电池(1)的单电池(10)中使用的隔板材(12A～12E)进行输送。隔板材在俯视观察时为矩形状，在隔板材的两侧，在供氢气流通的一对氢流通口(14a、14f)的附近形成有一对贯通孔(16、16)。在输送隔板材(12A～12E)时，向形成于隔板材的各贯通孔(16)插入输送用销(33)，在将输送用销(33)插入至各贯通孔(16)的状态下，边朝向输送用销(33、33)彼此分离的方向拉伸隔板材，边输送隔板材。

Description

燃料电池用的隔板材的输送方法

技术领域

本发明涉及燃料电池用的隔板材的输送方法。

背景技术

以往，通过层叠多个单电池而构成燃料电池，各单电池成为由隔板夹住膜电极接合体的构造。膜电极接合体由固体高分子电解质膜(以下，称为“电解质膜”)、与电解质膜的两面接合的阳极侧催化剂层(阳极电极)以及阴极侧催化剂层(阴极电极)构成，在它们的表面，根据需要而形成有气体扩散层。夹住膜电极接合体的一对隔板形成有向膜电极接合体供给氢气和空气、并将所供给的氢气和空气排出的流通口以及流路。

这样的隔板在安装于燃料电池的单电池前，由金属制的薄板材等成型为隔板材。隔板材例如通过多个冲压加工被依次输送并成型，成型后的隔板材在被输送至膜电极接合体后，膜电极接合体被输送来的隔板材夹住。

作为这样的隔板材的输送方法，例如在专利文献1中提出了如下方法：利用把持部件从上下夹住隔板材的两侧，利用把持部件朝向两侧的把持部件分离的方向拉伸隔板材并对隔板材进行输送。

专利文献1：日本特开2015-118810号公报

然而，在专利文献1所示的输送方法中，虽然把持隔板材来进行输送，但在隔板材的构造上，能够把持隔板材的范围较小，有时无法稳定地保持隔板材。其结果是，存在因输送时的振动等而使得隔板材相对于把持部件滑动，从而隔板材落下的担忧。

根据这一点，为了防止把持部件相对于隔板材滑动，可以提高把持部件相对于隔板材的把持力，但在这种情况下，存在对隔板材施加把持部件的压痕的担忧。

发明内容

本发明是鉴于这样的点而完成的，作为本发明，提供一种能够不施加压痕等而稳定地输送隔板材的隔板的输送方法。

鉴于上述课题，发明所涉及的隔板材的制造方法是对在通过供给氢气和空气而发电的燃料电池的单电池中使用的隔板材进行输送的输送方法，其特征在于，上述隔板材在俯视观察时为矩形状，在上述隔板材的两侧，在供氢气流通的一对氢流通口的附近形成有一对贯通孔，在输送上述隔板材时，向形成于上述隔板材的各贯通孔插入输送用销，在将上述输送用销插入至上述各贯通孔的状态下，边朝向上述输送用销彼此分离的方向拉伸上述隔板材，边输送上述隔板材。

这里，本发明所说的“隔板材”也包含成型为隔板的形状前以及成型中途的原材、和成型后组装于电池单体的一部分前的成型后的部件中的任一个的情况。因此，在“隔板材”为原材的情况下，也包含未形成氢流通口的原材，在该情况下，在隔板材，在预定形成氢流通口的部分的附近形成有贯通口。另一方面，在“隔板材”为成型后的部件的情况下，在隔板材形成有氢流通口，在其附近形成有贯通孔。

根据本发明，在将输送用销插入至在隔板材的两侧形成的各贯通孔的状态下，边朝向输送用销彼此分离的方向拉伸隔板材，边进行输送。由此，利用一对输送用销，能够边将隔板材保持于稳定的状态，边对隔板材进行输送。另外，由于不通过把持部件等夹住隔板材，而将输送用销插入于隔板材的贯通孔来输送隔板材，所以不对隔板材施加压痕等。

并且，供氢气流通的氢流通口比供空气等流动的流通口小，因此在氢流通口的周围，具有用于形成贯通孔的多余空间。在本发明中，利用形成于这样的多余空间的贯通孔来输送隔板材，因此无需使隔板材的大小比以往更大。

作为更加优选的方式，上述贯通孔是组装多个单电池时的组装用的基准孔。根据该方式，能够将组装多个单电池时的组装用的基准孔作为输送用的贯通孔来使用，因此可以不新设置输送用的贯通孔，不会降低隔板材的生产性。

根据本发明，能够不施加压痕等地以稳定的姿势对隔板材进行输送。

附图说明

图1是使用了在本发明的实施方式中输送的隔板材的燃料电池的单电池的分解立体图。

图2是表示将图1所示的单电池层叠而形成为燃料电池的过程的立体图。

图3是表示供图2所示的燃料电池的氢气、空气、以及冷却水流通的流路的主要部分剖视图。

图4是边对隔板材进行输送边成型隔板材的成型装置的示意的立体图。

图5是图4所示的成型装置的示意的俯视图。

图6是图5所示的成型装置的主视图。

图7是沿着图5所示的成型装置的A-A线的向视方向的剖视图。

图8是用于对图5所示的成型装置中的隔板材的输送以及成型进行说明的流程图。

图9是用于对图8所示的上升步骤和保持步骤进行说明的立体图。

图10是用于对图9所示的上升步骤和保持步骤进行说明的主要部分立体图。

附图标记的说明

1...燃料电池；10...单电池；12A～12E...隔板材；16...贯通孔；33...输送用销。

具体实施方式

以下，基于附图对包含本发明所涉及的燃料电池用的隔板材的输送方法在内的成型方法的一实施方式进行详细的说明。

1.燃料电池

首先，参照图1～3对使用了通过本发明的一实施方式所涉及的输送方法进行输送的隔板材的燃料电池以及单电池进行说明。图1是使用了本发明的实施方式中输送的隔板材的燃料电池的单电池的分解立体图。图2是表示将图1所示的单电池层叠而形成为燃料电池的过程的立体图。图3是表示供图2所示的燃料电池的氢气、空气、以及冷却水流通的流路的主要部分剖视图。

此外，在本说明书中，“隔板”如图1～图3所示是指组装于单电池的状态下的部件，“隔板材”如图4～图10所示是指成型为隔板的形状前的部件、其成型中途的部件、组装于单电池前的成型后的部件。

在本实施方式所涉及的燃料电池1中，作为基本单位的单电池10层叠有多个。单电池10是通过空气所包含的氧气和作为燃料气体的氢气的电化学反应而产生电动势的固体高分子型燃料电池。空气是大气中的空气，例如由压缩机压缩后的空气向燃料电池1供给，填充于高压罐的氢气向燃料电池供给。

如图1～图3所示，构成燃料电池1的单电池10具备发电组件17、和夹持发电组件17的一对隔板12、12。发电组件17具备电极-气体扩散层接合体(MEGA)11、和包围MEGA11的外周的树脂框架14。

如图3所示，MEGA11具备高分子电解质膜11a、与其两面接合的催化剂层11b、11c、以及与催化剂层11b、11c接合的气体扩散层11d、11d。配置有MEGA11的部分成为单电池10的发电区域。

高分子电解质膜11a由通过固体高分子材料形成的质子传导性的离子交换膜构成，催化剂层11b、11c例如由担载有铂等催化剂的例如多孔质的碳原材形成。配置于高分子电解质膜11a的一侧的催化剂层11b成为燃料电池1的阳极，另一侧的催化剂层11c成为燃料电池1的阴极。气体扩散层11d由例如碳纸或碳布等碳多孔质体、或者金属网或泡沫金属等金属多孔质体等具有气体透过性的导电性部件形成。

在树脂框架14的长边方向的两侧形成有6个歧管开口(流通口)，上述歧管开口(流通口)用于将氢气、空气、以及冷却水分别独立地向MEGA11或者其附近供给，并且将所供给的氢气、空气、以及冷却水从MEGA11或者其附近排出。

具体而言，在树脂框架14的一侧，依次设置有供氢气流通的氢流通口14a、供冷却水流通的冷却水流通口14b、以及供空气流通的空气流通口14c。另外，在树脂框架14的另一侧，依次设置有供空气流通的空气流通口14d、供冷却水流通的冷却水流通口14e、以及供氢气流通的氢流通口14f。

对于供各流体流动的一对歧管开口(流通口)而言，一方成为朝向MEGA11或者其附近供给用的流通口，另一方成为从MEGA11或者其附近排出用的流通口。例如，一方的氢流通口14a成为朝向MEGA11供给用的流通口，另一方的氢流通口14f成为从MEGA11排出用的流通口。氢流通口14a和氢流通口14f配置于树脂框架14的对角，因此能够使氢气向发电区域的对角流通。

并且，在树脂框架14，在供氢气流通的一对氢流通口14a、14f的附近形成有一对贯通孔16、16。具体而言，各贯通孔16与氢流通口14a(14f)相比形成于树脂框架14的外周侧。

隔板12在俯视观察时为矩形状，是由不锈钢钢、钛、钛合金等金属制的薄板材或者箔材成型的部件，厚度例如是10μm～200μm。作为隔板12的原材的薄板材或者箔材通过冷轧等而形成。隔板12通过冲压成型而由上述的薄板材或者箔材成型为规定的形状。并且，也可以将该冲压成型后的部件作为隔板12的基材，在其表面进一步形成碳皮膜等。此外，对于碳皮膜而言，可以在通过冲压对隔板12成型前进行成膜，也可以在通过冲压而成型后进行成膜。

隔板12在俯视观察时形成为与MEGA11相同的长方形，在长边方向的两侧，与MEGA11相同地形成有6个歧管开口(流通口)。在隔板12的与MEGA11抵接的部分，例如沿着长边方向形成有多个槽部15，由此，如图3所示地形成供燃料气体、空气、以及冷却水流动的流路。

具体而言，在一方的催化剂层11b侧的气体扩散层11d与隔板12之间划分的流路是供氢气流通的流路15a。在另一方的催化剂层11c侧的气体扩散层11d与隔板12之间划分的流路是供空气流通的流路15b。形成在隔板12彼此之间的流路是供冷却水流通的流路15c。在本实施方式中，若向一方的流路15a供给氢气，向另一方的流路15b供给空气，则在单电池10内发生电化学反应而产生电动势。

并且，在隔板12的长边方向的两侧形成有6个歧管开口(流通口)，上述6个歧管开口(流通口)用于将氢气、空气、以及冷却水分别独立地向MEGA11或者其附近供给，并且将所供给的氢气、空气、以及冷却水从MEGA11或者其附近排出。这些流通口在与脂框架14的流通口对应的位置，形成为和对应的各流通口相同的大小。在图1中，对于与树脂框架14的流通口对应的隔板12的流通口，标注与树脂框架14的流通口相同的附图标记。

具体而言，在隔板12的一侧，依次形成有供氢气流通的氢流通口14a、供冷却水流通的冷却水流通口14b、以及供空气流通的空气流通口14c。另外，在隔板12的另一侧，依次形成有供空气流通的空气流通口14d、供冷却水流通的冷却水流通口14e、以及供氢气流通的氢流通口14f。

对于供各流体流动的歧管开口(流通口)而言，一方成为向MEGA11或者其附近供给用的流通口，另一方成为从MEGA11或者其附近排出用的流通口。例如，一方的氢流通口14a成为向MEGA11供给用的流通口，另一方的氢流通口14f成为从MEGA11排出用的流通口。氢流通口14a和氢流通口14f配置于隔板12的对角，因此能够使氢气向MEGA11的对角流通。

并且，在隔板12，在供氢气流通的一对氢流通口14a、14f的附近形成有一对贯通孔16、16。具体而言，各贯通孔16与氢流通口14a(14f)相比形成于隔板12的外周侧。

此外，隔板12的各贯通孔16与树脂框架14的各贯通孔16成为制造单电池10时的基准孔。即，如图1所示，若以使这些贯通孔16、16一致的方式利用一对隔板12、12来夹住MEGA11和树脂框架14，则能够相对于MEGA11以及树脂框架14在正确的位置配置一对隔板12、12。

并且，如图2所示，在以使多个单电池10、10、…层叠的方式进行组装(层叠)时，贯通孔16成为单电池10的组装用的基准孔。即，以使形成于各单电池10的贯通孔16一致的方式(即以成为一个连通的贯通孔的方式)，对各单电池10进行层叠。由此，能够将各单电池10层叠于正确的位置。

2.隔板材的成型装置

在本说明书中，将配置于单电池10的状态的部件称为隔板12，将之前的状态的部件(也包含成型前的部件)称为隔板材12A～12E。以下，参照图4～图7对隔板材12A～12E的成型装置50进行说明。图4是成型装置50的示意的立体图，图5是图4所示的成型装置50的示意的俯视图。图6是图5所示的成型装置50的主视图，图7是沿着图5所示的成型装置50的A-A线的向视方向的剖视图。

如图4所示，成型装置50具备用于成型为隔板材12A～12E的下模41、和上模(未图示)，对配置在下模41之上的隔板材12A～12E依次进行输送，并利用上模进行冲压成型(也包含修整等)，由此进行成型。下模41固定在基台51之上，与上模一同地具有和后述的隔板材12A～12E的形状对应的形状。

这里，图4以及图5所示的隔板材12A是对矩形状的薄板材或者箔材的四角进行修整而成的。隔板材12B是对于修整后的隔板材12A，进行了多个槽部15’的一次冲压成型后的板材。隔板材12C是对于一次成型后的隔板材12B，进一步进行二次冲压成型而成型了槽部15后的板材。

隔板材12D是对于二次冲压成型后的隔板材12C的外周的一部分(未图示)进行修整，进而冲裁成型了冷却水流通口14b、14e后的板材。并且，隔板材12E是对于成型了冷却水流通口14b、14e的隔板材12D的外周的一部分(未图示)进行修整，进而冲裁成型了氢流通口14a、14f以及空气流通口14c、14d后的板材。

对于隔板材12A～12E进行的上述的成型是通过将它们依次输送至下模41的规定的位置后，相对于下模41压入上模(未图示)而实现的。以下，对成型装置50中的用于输送隔板材12A～12E的部件进行说明。

在本实施方式中，成型装置50在下模41的两侧具备一对进给杆31、31，在各进给杆31安装有5个支架32、32、…。各支架32是对应当被输送的各隔板材12A、12B、…进行保持的部分，在各支架32的前端设置有输送用销33。

输送用销33形成为能够插入至各隔板材12A、12B、…所形成的贯通孔16的大小。具体而言，如图10所示，输送用销33具备：具有比形成于隔板材12A、12B、…的贯通孔16小的直径的圆柱部33a；和从圆柱部33a突出的圆锥部33b，输送用销33从圆锥部33b的前端侧插入于贯通孔16。

并且，如图4所示，在各进给杆31的下方，设置有使一对进给杆31、31接近或者分离的第1移动装置52。具体而言，如图7所示，第1移动装置52具备：形成有螺纹槽的轴52a；使轴52a旋转的马达52b；以及在轴52a的两侧经由滚珠而螺合于轴52a并安装于进给杆31的可动部52c。此外，这样的机构例如是作为滚珠丝杠机构而一般知晓的机构，在本实施方式中，相对于马达52b位于一侧的轴52a的部分的螺纹槽形成于与相对于马达52b位于另一侧的轴52a的部分的螺纹槽相反的方向。

由此，通过马达52b的驱动使轴52a以正转或者反转的方式转动，螺合于轴52a的一对可动部52c、52c能够与一对进给杆31、31一同以接近或者分离的方式移动。这样，通过控制马达52b的旋转方向和旋转次数，从而如图4所示，能够相对于一对进给杆31、31，以到规定的位置为止的方式实施它们的接近a或者分离e的移动。此外，在本实施方式中，利用滚珠丝杠机构，实施了一对进给杆31、31的接近a或者分离e的移动，但例如也可以利用活塞和缸体来实施它们的移动。

如图4以及图6所示，在各进给杆31的下方，设置有使一对进给杆31、31上升或者下降的第2移动装置53。此外，在图6中，省略了第1移动装置52的一部分。第2移动装置53的机构只要能够使进给杆31在上下方向上移动，就没有特别的限定，例如能够举出凸轮和使其旋转的马达、或者活塞和缸体等。由此，如图4所示，能够实施一对进给杆31、31的上升b或者下降d的移动。

并且，如图4所示，在各进给杆31的下方，设置有使一对进给杆31、31前进或者后退的第3移动装置54。第3移动装置54与第1移动装置52相同地由滚珠丝杠机构(未图示)、和与其连结的马达(未图示)构成，通过使马达正转或者反转，从而使滚珠丝杠机构工作，由此如图4所示地能够实施一对进给杆31、31的前进c或者后退f的移动。

3.隔板材的输送以及成型的方法

以下，参照图8～图10对隔板材12A～12E的输送以及成型的方法进行说明。图8是用于对图5所示的成型装置50中的隔板材12A～12E的输送以及成型进行说明的流程图。图9是用于对图8所示的上升步骤以及保持步骤进行说明的立体图。图10是其主要部分立体图。此外，在图9以及图10中，相对于隔板材12A，以虚线示出之后成型的流通口、槽部等的位置。

这里，以隔板材12A为其一个例子而进行说明。首先，进行成型步骤S1。在成型步骤S1中，对载置于下模41的矩形状的箔材的四角进行修整，加工成隔板材12A。

接下来，进入接近步骤S2，利用第1移动装置52使一对进给杆31、31接近(参照图4的接近a)。由此，如图10所示，在隔板材12A的氢流通口14a、14f的下方配置支架32、32，将输送用销33、33配置于贯通孔16、16的正下方。

接下来，进入上升步骤S3，利用第2移动装置53使一对进给杆31、31上升(参照图4的上升b)。由此，如图9所示，向形成于隔板材12A的各贯通孔16插入输送用销33，在一对支架32、32支承隔板材12A。

接下来，进入保持步骤S4，在将输送用销33插入于各贯通孔16的状态下，利用第1移动装置52朝向输送用销33、33彼此分离的方向拉伸隔板材12A。由此，输送用销33、33的圆柱部33a与贯通孔16的周边抵接，隔板材12A因拉伸力F而被向外侧拉伸，隔板材12A被插入于两侧的输送用销33、33保持。

接下来，进入输送步骤(前进步骤)S5，利用第3移动装置54使一对进给杆31、31前进(参照图4的前进c)。具体而言，朝向输送用销33、33彼此分离的方向拉伸隔板材12A，并且利用第3移动装置54将隔板材12A输送至下一冲压位置的上方。

接下来，进入载置步骤(下降步骤)S6，利用第1移动装置52解除隔板材12A的拉伸，并且利用第2移动装置53使一对进给杆31、31下降(参照图4的下降d)。由此，隔板材12A载置于下模41并且配置于下一冲压位置，将插入于各贯通孔16的输送用销33从贯通孔16拔出。

此外，在本实施方式中，在使隔板材12A下降前，解除作用于隔板材12A的拉伸，但例如也可以在隔板材12A载置于下模41的下一冲压位置的时机，将作用于隔板材12A的拉伸解除。

接下来，进入分离步骤S7，利用第1移动装置52使一对进给杆31、31分离(参照图4的分离e)。由此，处于隔板材12A的氢流通口14a、14f的下方的支架32、32朝向隔板材12A的外侧分离。

接下来，进入后退步骤S8，利用第3移动装置54使一对进给杆31、31后退(参照图4的后退f)。之后，回到成型步骤S1，将所输送的隔板材12A成型为隔板材12B的形状，并进行一系列的步骤。相对于隔板材12A～12D反复进行这样一系列的步骤。最后成型出的隔板材12E，为了在一系列的步骤完成后组装于单电池10，而被进一步输送至接下来的工序。此时，也可以在将另一装置的输送用销插入于在隔板材12E形成的各贯通孔16的状态下，边朝向输送用销彼此分离的方向拉伸隔板材12E，边输送隔板材12E。

这样在本实施方式中，在将输送用销33插入于在各隔板材12A～12E的两侧形成的各贯通孔16的状态下，边朝向输送用销33彼此分离的方向拉伸各隔板材12A～12E，边进行输送。由此，利用一对输送用销33、33，能够边将各隔板材12A～12E保持于稳定的状态，边对各隔板材12A～12E进行输送。另外，由于不通过把持部件等夹住各隔板材12A～12E，而将输送用销33插入于各隔板材12A～12E的贯通孔16来输送各隔板材12A～12E，所以不对各隔板材12A～12E施加压痕等。

并且，供氢气流通的氢流通口14a、14f比供空气等流动的空气流通口14c、14d、供冷却水流动的冷却水流路14b、14e小。氢流通口14a、14f之所以比空气流通口14c、14d小是因为在空气中使用大气(空气)，在氢气中使用填充于高压罐的氢气，因此相对于大气，发电所需的氢气的气体流量可以较少。氢流通口14a、14f之所以比冷却水流路14b、14e小(即，冷却水流路14b、14e比氢流通口14a、14f大)是因为利用冷却水流路14b、14e可使发热的燃料电池1更加有效地冷却。

因此，在氢流通口14a、14f的周围，与空气流通口14c、14d以及冷却水流路14b、14e相比，存在用于形成贯通孔16的多余空间。在本实施方式中，利用该多余空间来形成贯通孔16，因此无需使隔板材12A～12E的大小比以前更大。

并且，如上所述，贯通孔16是组装多个单电池10时的组装用的基准孔。因此，能够将组装多个单电池10时的组装用的基准孔作为输送用的贯通孔16来使用，因此无需新设置输送用的贯通孔，不会降低隔板材12A～12E的生产性。

以上，对本发明的实施方式进行了详细的叙述，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内进行各种设计变更。

Claims (2)

1.一种燃料电池用的隔板材的输送方法，是对在通过供给氢气和空气而发电的燃料电池的单电池中使用的隔板材进行输送的输送方法，其特征在于，

所述隔板材在俯视观察时为矩形状，

在所述隔板材的两侧，形成有供冷却水流通的一对冷却水流通口、供氢气流通的一对氢流通口以及供空气流通的一对空气流通口，在所述隔板材的两侧，在供氢气流通的所述一对氢流通口的附近进一步形成有一对贯通孔，

在输送所述隔板材时，向形成于所述隔板材的各所述贯通孔插入输送用销，在将所述输送用销插入至所述各贯通孔的状态下，边朝向所述输送用销彼此分离的方向拉伸所述隔板材，边输送所述隔板材。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用的隔板材的输送方法，其特征在于，

所述贯通孔是组装多个单电池时的组装用的基准孔。

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