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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 13. November 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung
JP 2014-230339 A , deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Separator für eine Brennstoffzelle, eine Brennstoffzelle und ein Herstellungsverfahren für einen Separator.
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Stand der Technik
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Eine Brennstoffzelle hat eine gestapelte Struktur, in der eine Mehrzahl von Einheitszellen gestapelt sind, von denen jede als ein Leistungsgenerator fungiert. Jede Einheitszelle enthält Separatoren, und die Separatoren trennen die Einheitszelle von anderen benachbarten Zellen. Jeder Separator ist an einer Zufuhr und einem Auslass von Brenngas, Sauerstoff enthaltendem Gas und Kühlwasser zu/von der Einheitszelle beteiligt und ist mit einer Dichtung ausgestattet, um Leitungen für die Gase und das Kühlwasser abzudichten. Die Dichtung ist durch ein Druckgießen eines gummiartigen elastischen Materials gebildet. Da das Druckgießen häufig ein Austreten des Druckgussgummimaterials aus Hohlräumen zum Bilden der Dichtung beinhaltet, wodurch eine Bildung von Graten verursacht wird, müssen die Grate irgendwie adressiert werden. Als einen Ansatz die Grate zu adressieren schlägt beispielsweise die
JP 2008-146986 A einen Ansatz vor, bei dem ein Entlüfterabschnitt in einer Gussform an einem Zusammenfügungsabschnitt des Druckgussgummimaterials gebildet ist, ein überschüssiger Teil des Druckgussgummimaterials zwangsweise in den Entlüfterabschnitt gefüllt wird, um die Grate in dem Entlüfterabschnitt zu sammeln, und die Grate abgeschnitten und entfernt werden.
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Obwohl der oben beschriebene Ansatz die Bildung von Graten an anderen Teilen als dem Entlüfterabschnitt reduzieren kann, kann das Abschneiden der Grate an dem Entlüfterabschnitt Schäden an der Dichtung verursachen. Daher wird ein Gratabschneidemechanismus mit einer höheren Positioniergenauigkeit benötigt und eine vorsichtige Gratabschneidearbeit ist nötig, woraus insgesamt ein komplizierter Prozess resultiert. Aus diesem Grund wird eine einfache Grathandhabung bei dem aus einem gummiartigen elastischen Material hergestellten Druckgussprodukt, wie beispielsweise einer Dichtung, benötigt.
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KURZFASSUNG
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Um zumindest einen Teil des oben beschriebenen Problems zu lösen, kann die vorliegende Erfindung bezüglich der folgenden Aspekte implementiert werden.
- (1) Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird ein Separator für eine Brennstoffzelle geschaffen. Der Separator für eine Brennstoffzelle, der einer Membranelektrodenanordnung gegenüberliegend angeordnet ist, kann einen Separatormittelbereichabschnitt, der einem Mittelbereich der Membranelektrodenanordnung gegenüberliegt, der an einer Leistungserzeugung beteiligt ist, einen äußeren Randabschnitt, der in einem äußeren Rand des Separatormittelbereichabschnitts platziert ist, einen Gummiformkörper, der aus Gummi besteht, wobei der Gummiformkörper in dem äußeren Randabschnitt durch Druckguss eines Druckgussgummimaterials gebildet ist, und eine Klebeschicht, die in dem äußeren Randabschnitt gebildet ist, um den Gummiformkörper an dem äußeren Randabschnitt zu befestigen, enthalten. Die Klebeschicht ist über einen Klebeschichtbereich gebildet, der einen Bereich umfasst, in dem der Gummiformkörper in dem äußeren Randabschnitt druckgegossen ist, und größer ist als dieser.
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Durch Aufnehmen des oben beschriebenen Aspekts kann bei dem Separator für die Brennstoffzelle, wenn die Klebeschicht und der Gummiformkörper in dem äußeren Randabschnitt, der sich in Richtung des äußeren Rands von dem Separatormittelbereichabschnitt erstreckt, der dem Leistungserzeugungsbereich der Membranelektrodenanordnung gegenüberliegt, die Klebeschicht vor dem Bilden des Gummiformkörpers gebildet werden und der Gummiformkörper kann durch die Klebeschicht befestigt werden. Da der Gummiformkörper durch ein Druckgießen des Druckgussgummimaterials unter Verwendung der Gussform gebildet wird, können Grate während dem Druckgießen in einer mit dem Gummiformkörper verbundenen Membranform aufgrund eines ausgetretenen Druckgussgummimaterials gebildet werden, wenn das Druckgussgummimaterial zwischen der Gussform und der Klebeschicht heraustritt. Da der Grat die Membranform hat, beeinflusst er nicht die Funktionen des Gummiformkörpers, wie beispielsweise eine Dichtfunktion in dem äußeren Randabschnitt und eine Gleichrichtungsfunktion des Fluids. Wenn der Grat jedoch von dem Gummiformkörper entfernt wird, kann dies nachteilige Effekte auf die Funktionen des Gummiformkörpers haben. Daher wird in dem Separator für eine Brennstoffzelle gemäß dem oben beschrieben Aspekt die Klebeschicht in dem Klebeschichtbereich gebildet, der den Bereich umfasst, in dem der Gummiformkörper in dem äußeren Randabschnitt druckgegossen ist, und größer ist als dieser, und der membranförmige Grat, der derart gebildet ist, dass er mit dem Gummiformkörper verbunden ist, ist daher durch die Klebeschicht an dem äußeren Randabschnitt befestigt. Falls der Separator für die Brennstoffzelle den oben beschriebenen Aspekt aufnimmt, wird die Grathandhabung einfach, da die Entfernung und das Ablösen des Grats von dem Gummiformkörper reduziert werden kann, beispielsweise wird zumindest ein Teil des Abschneidens des Grats unnötig, daher kann ein möglicher Schaden an dem Gummiformkörper, der mit dem Gratabschneiden einhergeht vermieden werden, etc.
- (2) In dem Separator für die Brennstoffzelle nach dem oben beschriebenen Aspekt kann der Separator weiter einen mittelbereichabschnittseitigen Gummiformkörper enthalten, der aus Gummi besteht. Der mittelbereichabschnittseitige Gummiformkörper kann durch Druckgießen des Druckgussgummimaterials unter Verwendung der Gussform in dem äußeren Randabschnitt an der Separatormittelbereichabschnittseite von einer Position des Gummiformkörpers gebildet sein. Der mittelbereichabschnittseitige Gummiformkörper kann aus dem Druckgussgummimaterial druckgegossen sein, das zwischen der Gussform und der Klebeschicht austritt, wenn der Gummiformkörper in einer Höhe von einer Oberfläche des äußeren Randabschnitt druckgegossen wird, die niedriger als eine Höhe des Gummiformkörpers ist, und kann an dem äußeren Randabschnitt durch die Klebeschicht befestigt werden. Der mitttelbereichabschnittseitige Gummiformkörper kann mit dem Gummiformkörper an einer Oberfläche der Klebeschicht durch einen Grat verbunden sein, der durch das ausgetretene Druckgussgummimaterial gebildet ist. Falls der Separator wie oben beschrieben konfiguriert ist, gibt es die folgenden Vorteile. Der Separator für die Brennstoffzelle gemäß diesem Aspekt ist mit dem mittelbereichabschnittseitigen Gummiformkörper ausgestattet; jedoch ist er zu der Separatormittelbereichabschnittseite von dem Gummiformkörper getrennt und die Höhe des mittelbreichsabschnittseitgem Gummiformkörpers von der Oberfläche des äußeren Randabschnitts ist zudem niedriger als die des Gummiformkörpers. Daher kann der Einfluss auf die Funktionen des Gummiformkörpers, wie beispielsweise die Dichtfunktion und die Gleichrichtungsfunktion von Fluid, reduziert werden. Weiter wird der mittelbereichabschnittseitige Gummiformkörper durch das Druckgießen des Gummimaterials gebildet, das zwischen der Gussform und der Klebeschicht ausgetreten ist, wenn der in der Gussform gesammelte Gummiformkörper druckgegossen wird. Das ausgetretene Druckgussgummimaterial bewegt sich daher, im Vergleich mit einem gebildeten Teil des mittelbereichsabschnittseitigen Gummiformkörpers, schwerlich zu der Separatormittelbereichsabschnittseite. Aus diesem Grund kann eine Erzeugung eines Grats an der Separatormittelbereichabschnittseite reduziert werden und eine Situation, in der die Leistungserzeugungsfläche der Membranelektrodenanordnung, die dem Separatormittelbereichsabschnitt gegenüberliegt, aufgrund des Grats eng wird, kann reduziert werden. Dies trägt zu einer Freihaltung des Leistungserzeugungsbereichs der Membranelektrodenanordnung bei und im Ergebnis zu einer Aufrechterhaltung der Leistungserzeugungsperformance der Brennstoffzelle. Da der Grat, der den mittelbereichsabschnittseitigen Gummiformkörper mit dem Gummiformköper verbindet, an dem äußeren Randabschnitt durch die Klebeschicht befestigt ist, wird es schwierig, die Entfernung und Abtrennung des Grats zu verursachen.
- (3) Gemäß eines anderen Aspekts der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für einen Separator vorgeschlagen. Das Herstellverfahren des Separators, der einer Membranelektrodenanordnung gegenüberliegend angeordnet ist, enthält ein Ausbilden einer Klebeschicht durch Aufbringen eines thermoplastischen Klebstoffs auf einem äußeren Rand eines Separatormittelbereichabschnitts, der einem Mittelbereich der Membranelektrodenanordnung gegenüberliegt, der an einer Leistungserzeugung beteiligt ist, ein Platzieren des Separators, an dem die Klebeschicht ausgebildet ist, in einer Gussform, die Hohlräume zum Druckgießen eines aus Gummi hergestellten Gummiformkörpers enthält; ein Einspritzen des Druckgussgummimaterials in die Hohlräume, um den Gummiformkörper druckzugießen, und ein Aushärten des Klebstoffs der Klebeschicht durch Erwärmen, um einen Klebeeffekt und ein Härten des eingespritzten Druckgussgummimaterials zu erreichen. Das Formen der Klebeschicht enthält ein Aufbringen des Klebstoffs über einen Klebeschichtbereich, der einen Bereich umfasst, in dem der Gummiformkörper in dem äußeren Randabschnitt druckgegossen ist, und größer ist als dieser. Durch Aufnehmen dieses Aspektes kann der Separator ohne Schäden oder weniger Schäden an dem Gummiformkörper einfach hergestellt werden.
- (4) Gemäß eines noch anderen Aspekts der Erfindung wird eine Brennstoffzelle vorgeschlagen. Die Brennstoffzelle enthält einen Zellenstapel, der durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen gebildet ist. Jede der Einheitszellen ist als eine Leistungserzeugungseinheit konfiguriert. Die Einheitszelle enthält den Separator für die Brennstoffzelle gemäß dem oben beschriebenen Aspekt, so dass der Separator der Membranelektrodenanordnung gegenüberliegt, die durch Verbinden von Katalysatorelektrodenschichten mit beiden Membranoberflächen einer Elektrolytmembran gebildet ist. Da die Brennstoffzelle den Separator mit geringerem Schaden an dem Gummiformkörper enthält, sind daher eine Verbesserung in der Haltbarkeit und eine Verlängerung der Lebensdauer der Brennstoffzelle möglich. Gemäß der Brennstoffzelle des oben beschriebenen Aspekts ist eine Reduktion in den Herstellkosten möglich, da ein Separator in einer existierenden Brennstoffzelle ausgetauscht wird.
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Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen, beispielsweise als Herstellungsverfahrens für den Separator für die Brennstoffzelle, einem Herstellungsverfahren der Brennstoffzelle und einer Gussform zum Druckgießen des Separators für die Brennstoffzelle implementiert werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird beispielhaft und nicht beschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente anzeigen, und in denen:
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1 eine Draufsicht ist, die eine Einheitszelle als eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;
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2 eine Querschnittsansicht ist, die einen ersten Separator entlang einer Linie 2-2 aus 1 darstellt;
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3 eine Querschnittsansicht ist, die den ersten Separator entlang einer Linie 3-3 aus 1 darstellt;
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4 ein Flussdiagramm ist, das einen Herstellungsvorgang des ersten Separators darstellt;
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5 eine Ansicht ist, die einen Ausbildungsbereich einer Klebeschicht darstellt;
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6 eine Ansicht ist, die eine Situation einer Gussform darstellt, die mit einer Dichtung sowie einem in 2 dargestellten mittelseitigen Gummiformkörper korrespondiert;
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7 eine Ansicht ist, die eine Situation einer Gussform darstellt, die mit den Rippen sowie dem in 3 dargestellten mittelseitigen Gummiformköper korrespondiert.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Draufsicht, die eine Einheitszelle 110 als eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen ersten Separator 20 entlang einer Linie 2-2 aus 1 darstellt, und 3 ist eine Querschnittsansicht, die den ersten Separator 20 entlang einer Linie 3-3 aus 1 darstellt. Eine Brennstoffzelle hat eine gestapelte Struktur, in der eine Mehrzahl von Einheitszellen 110 in der in 1 dargestellten Z-Richtung gestapelt werden. 1 zeigt den ersten Separator 20 und jede Einheitszelle 110 ist durch Stapeln einer Membranelektrodenanordnung und eines zweiten Separator auf den ersten Separator 20 in einer in der Zeichnung tiefer liegenden Richtung hergestellt. Die Membranelektrodenanordnung ist durch Verbinden von Katalysatorelektrodenschichten an beiden Seiten einer Elektrolytmembran hergestellt und ein Mittelbereich von dieser fungiert als ein Leistungserzeugungsbereich.
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Jede Einheitszelle 110 ist mit Kühlwassersammelrohren 411–416, Brenngassammelrohren 511 und 512 und Luftsammelrohren 611–622 ausgestattet. Die Kühlwassersammelrohre 411–413, das Brenngassammelrohr 511 und die Luftsammelrohre 611–616 sind jeweils Sammelrohre zum Zuführen von Kühlwasser, Brenngas und Luft. Die Kiühlwassersammelrohre 41–416, das Brenngassammelrohr 512 und die Luftsammelrohre 617–622 sind jeweils Sammelrohre zum Auslassen von Kühlwasser, Brenngas und Luft.
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Wie in 1 dargestellt, enthält der erste Separator 20 einen Separatormittelbereichabschnitt 20C, der dem Leistungserzeugungsbereich an der Mitte der Membranelektrodenanordnung gegenüberliegt und einen äußeren Randabschnitt 20G, der in einem äußeren Rand des Separatormittelbereichabschnitts 20C platziert ist. Der erste Separator 20 enthält auch einen Kühlwasserströmungsweg 420 in dem Separatormittelbereichabschnitt 20C. Die in dem äußeren Randabschnitt 20G gebildeten Kühlwassersammelrohre 411–413 leiten Kühlwasser ein und führen das Kühlwasser dem Kühlwasserströmungsweg 420 zu. Das dadurch zugeführte Kühlwasser ist wird durch die Rippen 430 gleichgerichtet, strömt durch die Kühlwasserströmungswege 420 und wird von den Kühlwassersammelrohren 414–416 ausgelassen.
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Wie in 1 dargestellt ist, enthält der erste Separator 20 Dichtungen SL1–SL5. Jede der Dichtungen SL1–SL5 dichtet den eigenen Strömungsweg ab, so dass das Kühlwasser, das Brenngas und die Luft nicht vermischt werden. Die Dichtungen SL1–SL5 und die oben beschriebenen Rippen 430 sind Gummiformkörper, die durch Druckgießen des Gummimaterials unter Verwendung der Gussform gebildet werden.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, hat der erste Separator 20 im Wesentlichen im gesamten Bereich des äußeren Randabschnitts 20G eine Klebeschicht 434. Die Dichtungen SL1–SL5, die Rippen 430 und ein mittelseitiger Gummiformkörper 432 sind an der Klebeschicht 434 an dem äußeren Randabschnitt 20G befestigt. Der mittelseitige Gummiformkörper 432 ist auch durch Druckgießen des Druckgussgummimaterials unter Verwendung der Gussform, ähnlich zu den Dichtungen SL1–SL5 und den Rippen 430, gebildet. Es sei angemerkt, dass der mittelseitige Gummiformkörper 432 einem „mittelbereichabschnittseitigem Gummiformkörper” in den Ansprüchen entspricht. Der mittelseitige Gummiformkörper 432 ist auf der Seite des Separatormittelbereichabschnitts 20C von den Dichtungen SL1–SL5 und den Rippen 430 platziert. Die Dichtungen SL1–SL5, die Rippen 430 und der mittelseitige Gummiformkörper 432 sind aus einem Material hergestellt, das gasundurchlässig, elastisch und wärmebeständig ist. Genauer gesagt ist das Material ein Gummi bzw. Kautschuk oder ein Elastomer. Noch genauer kann das Material Silikongummi bzw. Silikonkautschuk, Butylkautschuk (IIR), Acrylkautschuk, Naturkautschuk, Fluorkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Styrol-Elastomer oder ein fluoriertes Elastomer sein. Natürlich können auch weitere Materialen verwendet werden, solange das Material die Anforderungen erfüllt.
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Obwohl der mittelseitige Gummiformkörper 432, der an der Seite des Separatormittelbereichabschnitts 20C platziert ist, von den Rippen 430 und der Dichtung SL1 beabstandet ist, ist er innerhalb eines erreichbaren Bereiches platziert, in dem das Druckgussgummimaterial zwischen der Gussform und der Klebeschicht 434 zu dem Zeitpunkt des später beschriebenen Druckgießens austritt. Die Höhe des mittelseitigen Gummiformkörpers 432 von der Oberfläche des äußeren Randabschnitts 20G ist niedriger druckgegossen als die Höhe der Dichtung SL1 und der Rippen 430. Der mittelseitige Gummiformkörper 432 ist an dem äußeren Randabschnitt 20G durch die Klebeschicht 434 befestigt bzw. gehalten. In dieser Ausführungsform hat der mittelseitige Gummiformkörper 432 etwa 10% bis 20% der Höhe der Dichtungen SL1–SL5 und etwa 30% bis 40% der Höhe der Rippen 430. Sich zwischen dem mittelseitigem Gummiformkörper 432 und der Dichtung SL1 erstreckende Grate 436, Grate 436 zwischen der Dichtung SL1 und der Dichtung SL4 und sich von den Rippen 430 zu dem Kühlwassersammelrohr 412 erstreckende Grate 436 sind an der Klebeschicht 434 an dem äußeren Randabschnitt 20G befestigt. Außerdem befestigt bzw. hält die Klebeschicht 434 auch die Grate 436, die sich um die Dichtung SL2 und die Dichtung SL3 erstrecken, und die Grate 436, die sich an der Separatorendseite (obere und untere Enden in 1) der Dichtungen SL5–SL5 zu dem äußeren Randabschnitt 20G erstrecken. Die Klebeschicht 434 ist im Wesentlichen in dem gesamten Bereich des äußeren Randabschnitts 20G gebildet. Daher enthält die Klebeschicht 434 einen Bereich, in dem die Dichtungen SL1–SL5, die Rippen 430 und der mittelseitige Gummiformkörper 432 an dem äußeren Randabschnitt 20G druckgegossen wurden und ist größer als dieser. Es sei angemerkt, dass die Klebeschicht 434 nicht in dem Separatormittelbereichabschnitt 20C gebildet ist, der dem Leistungserzeugungsbereich der Membranelektrodenanordnung gegenüberliegt.
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Nachfolgend wird ein Herstellungsvorgang des ersten Separators 20 beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Herstellungsvorgang des ersten Separators 20 darstellt, 5 ist eine Ansicht, die einen Ausbildungsbereich der Klebeschicht 434 darstellt. 6 ist eine Querschnittansicht, die die Form einer Gussform darstellt, die der in 2 dargestellten Dichtung SL1 und dem mittelseitigen Gummiformkörper 432 entspricht, und 7 ist eine Querschnittsansicht, die die Form der Gussform darstellt, die den in 3. dargestellten Rippen 430 und dem mittelseitigen Gummiformkörper 432 entspricht.
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Wie in 4 dargestellt ist, wird bei der Herstellung des ersten Separators 20 zuerst ein Separatorsubstrat vorbereitet, das als der erste Separator 20 fungieren wird (Schritt S100). In dem vorzubereitenden ersten Separatorsubstrat wurden bereits die Zufuhr- und Auslasssammelrohre für Gas und Kühlwasser, wie beispielsweise das Kühlwassersammelrohr 411, ausgebildet, ebenso wurden die Kühlwasserströmungswege 420 gebildet. Alternativ können die Zufuhr- und Auslasssammelrohre und die Kühlwasserströmungswege 420 auch in dem Vorbereitungsprozess in Schritt S100 gebildet werden.
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Anschließend wird ein nicht gehärteter Klebstoff auf das vorbereitete erste Separatorsubstrat aufgetragen, um die Klebeschicht 434 zu bilden (Schritt S110). Eine Sprühdose oder ein Pinsel wird verwendet, um den Klebstoff aufzutragen, und der Klebstoff wird, wie in 5 dargestellt ist, über den Bereich des äußeren Randabschnitts 20G aufgetragen, der sich von dem Separatormittelbereichabschnitt 20C in Richtung des äußeren Rands erstreckt, um die Klebeschicht 434 zu bilden. Der verwendete Klebstoff ist ein thermoplastischer Klebstoff, wie beispielsweise Epoxidharz, und entwickelt durch ein Aushärten in einem Aushärteprozess (Schritt S130) einen Klebeffekt, nachdem das Druckgussgummimaterial, wie nachfolgend beschrieben wird, eingespritzt wurde.
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Anschließend wird das erste Separatorsubstrat in einer Gussform k0 in einem Zustand platziert, in dem der Klebstoff, der die Klebeschicht 434 bildet, noch nicht gehärtet ist (Schritt S120). Wie in den 6 und 7 dargestellt ist, ist die Gussform k0 mit Dichtungshohlräumen k2, k3, etc. zum Druckgießen der Dichtungen SL1 und SL4 ausgestattet, und ist auch mit einem Hohlraum k1 zum Druckgießen des mittelseitigen Gummiformkörpers 432 sowie Hohlräumen k5 zum Druckgießen der Rippen 430 ausgestattet. Das erste Separatorsubstrat wird derart platziert, dass die Klebeschicht 434 auf der ersten Separatorsubstratoberfläche gegen eine Gussformendoberfläche der Gussform k0 gedrückt wird. Obwohl in den 6 und 7 nicht dargestellt, ist die Gussform k0 auch mit Hohlräumen zum Bilden der Dichtungen SL2 und SL3 sowie der Dichtung SL5 aus 1 ausgestattet.
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Das bereits beschriebene Druckgussgummimaterial, wie beispielsweise Silikonkautschuk, wird in den Hohlraum k1 etc. aus 6 und 7 nach der Platzierung in der Gussform (Schritt S130) eingespritzt. Diese Gummieinspritzung formt zusätzlich zu den Dichtungen SL1–SL5 die Rippen 430 und den mittelseitigen Gummiformkörper 432 in dem äußeren Randabschnitt 20G des ersten Separatorsubstrats, um so mit der nicht gehärteten Klebeschicht 434 zu überlappen. Dann wird ein Aushärteprozess durchgeführt, in dem das eingespritzte Druckgussgummimaterial und der nicht gehärtete Klebstoff gehärtet werden (Schritt S140). Genauer wird die Gussform k0 auf eine Temperatur erwärmt, bei der das eingespritzte Druckgussgummimaterial und der nicht gehärtete Klebstoff aushärten und diese Temperatur wird für eine vordefinierte Zeitspanne aufrechterhalten. Anschließend werden das Druckgussgummimaterial und der Klebstoff ausgehärtet, bis diese ausreichend gekühlt sind, und das Druckgussgummimaterial und der Klebstoff werden dann von der Gussform entfernt (Schritt S150), um den in 1 dargestellten ersten Separator 20 zu erhalten, der mit den Dichtungen SL1–SL5, den Rippen 430 und dem mittelseitigen Gummiformkörper 432 ausgestattet ist. In dem erhaltenen ersten Separator 20 härtet der Klebstoff der Klebeschicht 434 aus und die Klebeschicht 434 befestigt bzw. hält die Dichtungen SL1–SL5, die Rippen 430 und den mittelseitigen Gummiformkörper 432 während des Aushärteprozesses in dem Schritt S140 und dem nachfolgendem Abkühl- und Aushärteprozesses sicher an dem äußeren Randabschnitt 20G.
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In dieser Ausführungsform ist die Gummieinspritzung derart konfiguriert, dass das Druckgussgummimaterial nicht den gesamten Hohlraum k1 zum Druckgießen des mittelseitigen Gummiformkörpers 432 füllt. D. h., das geschmolzene Gummimaterial wird derart eingespritzt, um den Hohlraum k1 unter Berücksichtigung einer Hohlraumkapazität des Hohlraums k1 zum Bilden des mittelseitigen Gummiformkörpers 432, der Hohlraumkapazitäten der Dichtungshohlräume k2 und k3 zum Bilden der jeweiligen Dichtungen SL1 und SL4, einer Austrittsmenge des geschmolzenen Gummimaterials von den Gussformendoberflächen, den Hohlraumkapazitäten der Dichtungshohlräume zum Bilden der Dichtungen SL2, SL3 und SL5 und einer Einspritzwegkapazität in die Gussform, etc., die in 6 und 7 dargestellt sind, nicht komplett zu füllen. Da sich die Austrittsmenge des geschmolzenen Gummimaterials von den Gussformendoberflächen durch Anpassen des Drucks des ersten Separators 20 gegen die Gussform k0 verändert, sollte ein Verhältnis des Anpressdrucks, der Austrittsmenge des geschmolzenen Gummimaterials und eines Einspritzdrucks im Voraus bekannt sein. Das geschmolzene Gummimaterial, das von den Gussformendoberflächen austritt, wird durch den Aushärteprozess in Schritt S140 und die nachfolgenden Abkühl- und Aushärteprozesses gehärtet, um die Grate 436 zu bilden. In dieser Ausführungsform sind die Grate 436 auch an dem äußeren Randabschnitt 20G des ersten Separators 20 durch die Klebeschicht 434 befestigt.
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Wie oben beschrieben ist, enthält der erste Separator 20, der die Einheitszelle 110 dieser Ausführungsform bildet, die Klebeschicht 434, die Rippen 430, den mittelseitigen Gummiformkörper 432 und die Dichtungen SL1–SL5 in dem äußeren Randabschnitt 20G, der in dem äußeren Rand des Separatormittelbereichabschnitts 20C, der dem Leistungserzeugungsbereich der Membranelektrodenanordnung gegenüberliegt, platziert ist. Wenn die Klebeschicht 434 und der Gummiformköper wie die Rippen 430 in dem ersten Separator 20 gebildet werden, wird die Klebeschicht 434 in dem äußeren Randabschnitt 20G vor der Ausbildung der Rippen 430, dem mittelseitigen Gummiformkörper 432 und den Dichtungen SL1–SL5 gebildet und die Klebeschicht 434 befestigt die Rippen 430, den mittelseitigen Gummiformkörper 432 und die Dichtungen SL1–SL5 an dem äußeren Randabschnitt 20G. Die Rippen 430, der mittelseitige Gummiformkörper 432 und die Dichtungen SL1–SL5 werden durch Druckgießen des Druckgussgummimaterials unter Verwendung der Gussform k0 gebildet. Nach dem Druckgießen tritt das Druckgussgummimaterial zwischen der Gussform k0 und der Klebeschicht 434 aus, wobei die Grate 436 mit den Rippen 430, dem mittelseitigen Gummiformkörper 432 und den Dichtungen SL1–SL5 aufgrund des ausgetretenen Druckgussgummimaterials verbunden sein können, um eine Membranform zu bilden.
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Da die dadurch geformten Grate 436 die Membranform haben, beeinflussen diese die durch die Rippen 430 verursachte Gleichrichtungsfunktion des Kühlwassers und die durch die Dichtungen SL1–SL5 verursachte Dichtfunktion nicht. Wenn die Grate 436 jedoch von den Rippen 430 und den Dichtungen SL1–SL5 entfernt werden, können diese nachteilige Effekte auf die oben beschriebene Gleichrichtungsfunktion und die Dichtfunktion haben. Es sei angemerkt, dass der erste Separator 20 der Einheitszelle 110 dieser Ausführungsform die Klebeschicht 434 (siehe 2 und 3) über den Klebeschichtbereich bildet, der den Bereich enthält, in dem die Rippen 430, der mittelseitige Gummiformkörper 432 und die Dichtungen SL1–SL5 in dem äußeren Randabschnitt 20G druckgegossen werden, und größer ist als dieser Bereich. Daher sind die membranförmigen Grate 436, die derart gebildet sind, dass sie mit den Rippen 430, dem mittelseitigen Gummiformkörper 432, und den Dichtungen SL1–SL5 verbunden sind, auch mit dem äußeren Randabschnitt 20G an der Klebeschicht 434 befestigt bzw. gehalten. Gemäß des ersten Separators 20 der Einheitszelle 110 dieser Ausführungsform wird, da ein Entfernen oder Ablösen der Grate 436 von den Rippen 430, den mittelseitigem Gummiformkörper 432 und den Dichtungen SL1–SL5 nicht auftritt, das Abschneiden der Grate 436 zumindest teilweise unnötig und die Grathandhabung wird einfach, wodruch mögliche Schäden an den Rippen 430 und den Dichtungen SL1–SL5, die mit dem Gratabschneiden etc. einhergehen, vermieden werden.
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Der erste Separator 20 der Einheitszelle 110 dieser Ausführungsform verwendet die Gussform k0, um den mittelseitigen Gummiformkörper 432 in dem äußeren Randabschnitt 20G auf Seiten des Separatormittelbereichabschnitts 20C von den Rippen 430 und den Dichtungen SL1–SL5 zu bilden. In dem ersten Separator 20 der Einheitszelle 110 dieser Ausführungsform wird außerdem der mittelseitige Gummiformkörper 432 in der Höhe druckgegossen, die niedriger als die Höhe der Dichtungen SL1–SL5 von der Oberfläche des äußeren Randabschnitts 20G innerhalb des erreichbaren Bereichs des Druckgussgummimaterials ist, das zwischen der Gussform k0 und der Klebeschicht 434 zu dem Zeitpunkt des Druckgießens der Rippen 430 und der Dichtungen SL1–SL5 austritt. Der erste Separator 20 der Einheitszelle 110 dieser Ausführungsform befestigt den mittelseitigen Gummiformkörper 432 durch die Klebeschicht 434 an dem äußeren Randabschnitt 20G zusammen mit den Graten 436 zwischen dem mittelseitigem Gummiformkörper 432 und der Dichtung SL1 und den Graten 436 zwischen dem mittelseitigen Gummiformkörper 432 und den Rippen 430. Aus diesem Grund ist der mittelseitige Gummiformkörper 432 mit den Rippen 430 und den Dichtungen SL1–SL5 auf der Oberfläche der Klebeschicht 434 durch die Grate 436 verbunden. Daher gibt es die folgenden Vorteile.
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Der erste Separator 20 der Einheitszelle 110 dieser Ausführungsform ist mit dem mittelseitigem Gummiformkörper 432 an einer von der Rippen 430 und den Dichtungen SL1–SL5 entfernten Position in Richtung des Separatormittelbereichabschnitts 20C ausgestattet. Die Höhe des mittelseitigen Gummiformkörpers 432 von der Oberfläche des äußeren Randabschnitts 20G ist niedriger als die Rippen 430 und die Dichtungen SL1–SL5. Auch wenn der mittelseitige Gummiformkörper 432 vorgesehen ist, hat er daher keinen signifikanten Einfluss auf die Funktionen, wie beispielsweise die Dichtfunktion und die Gleichrichtungsfunktion des Fluids, die von den Rippen 430 und den Dichtungen SL1–SL5 bewirkt werden. Zudem ist der mittelseitige Gummiformkörper 432 innerhalb des von dem Druckgussgummimaterials, das zwischen der Gussform k0 und der Klebeschicht 434 zu dem Zeitpunkt des Druckgießens der Rippen 430 und der Dichtungen SL1–SL5 heraustritt, erreichbaren Bereichs gebildet. Der mittelseitige Gummiformkörper 432 wird daher durch Sammeln des ausgetretenen Druckgussgummimaterials in dem Hohlraum k1 der Gussform k0 gebildet (siehe 6 und 7). Daher fließt das ausgetretene Druckgussgummimaterial im Vergleich zu dem gebildeten Teil des mittelseitigen Gummiformkörpers 432 schwerlich in Richtung der Seite des Separatormittelbereichsabschnitts 20C. Aus diesem Grund kann, im Vergleich zu dem gebildeten Teils des mittelseitigen Gummiformkörpers 432, die Bildung der Grate 436 an der Seite des Separatormittelbereichsabschnitts 20C reduziert werden und eine Situation, in der der Leistungserzeugungsbereich der Membranelektrodenanordnung, der gegenüber dem Separatormittelbereichabschnitt 20C liegt, aufgrund der Grate kleiner wird, kann vermieden werden. Aus diesem Grund kann der Leistungserzeugungsbereich der Membranelektrodenanordnung sichergestellt werden, wodurch die Leistungserzeugungskapazität der Brennstoffzelle aufrechterhalten bleibt. Da die Grate 436, die den mittelseitigen Gummiformkörper 432, die Rippen 430 und die Dichtungen SL1–SL5 verbinden, durch die Klebeschicht 434 auch an dem äußeren Randabschnitt 20G befestigt sind, kann zudem ein Entfernen und Ablösen der Grate 436 reduziert werden.
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In dem ersten Separator 20 dieser Ausführungsform hat der mittelseitige Gummiformkörper 432 etwa 10% bis 20% der Höhe der Dichtungen SL1–SL5 und hat etwa 30% bis 40% der Höhe der Rippen 430. Wenn die Einheitszellen 110, die jeweils den ersten Separator 20 enthalten, gestapelt werden, kann daher ein Kontakt des mittelseitigen Gummiformkörpers 432 eines ersten Separators 20 mit einem anderen Separator (zweitem Separator) einer benachbarten Einheitszelle 110 sicher vermieden werden.
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Nach dem Stapeln der Mehrzahl von Einheitszellen 110, von denen jede als eine Leistungserzeugungseinheit fungiert, ist der erste Separator 20 in dieser Ausführungsform an jeder der Einheitszellen 110 vorgesehen. Da gemäß dieser Ausführungsform Schäden an den Dichtungen SL1–SL5 und den Rippen 430 reduziert werden können, indem der erste Separator 20 eingearbeitet ist, sind daher Verbesserungen in der Haltbarkeit und einer Verlängerung der Lebensdauer der Brennstoffzelle möglich. Gemäß dieser Ausführungsform können außerdem die Herstellungskosten reduziert werden, indem nur die Separatoren in einer existieren Brennstoffzelle durch den ersten Separator 20 ersetzt werden.
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In dieser Ausführungsform ist die Klebeschicht 434 in dem äußeren Randabschnitt 20G des ersten Separators 20 vor dem Druckgießen der Dichtung SL1 etc. gebildet und die Dichtung SL1 etc. werden anschließend in der Gussform k0 druckgegossen, während der Klebstoff der Klebeschicht 434 noch nicht gehärtet ist. Zudem enthält der Klebstoffanwendungsbereich der Klebeschicht 434 den Bereich, in dem die Dichtung SL1 etc. druckgegossen werden, und ist größer als dieser. Gemäß des Herstellungsverfahrens dieser Ausführungsform kann daher der erste Separator 20 ohne irgendwelche Schäden an der Dichtung SL1 etc. einfach hergestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen Formen implementiert werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können technische Merkmale in der Ausführungsform, die technischen Merkmalen jedes in dem Abschnitt der „KURZFASSUNG” genannten Aspekts entsprechen, passend ersetzt und/oder kombiniert werden, um einige oder alle der oben beschriebenen Probleme zu lösen, oder um einige oder alle der oben beschriebenen Effekte zu erreichen. Die technischen Merkmale können angemessen weggelassen werden, wenn diese nicht als wesentliche Gegenstände in dieser Spezifikation beschrieben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014-230339 A [0001]
- JP 2008-146986 A [0003]
