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Bezugnahme auf verwandte Anmeldung
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Dieser Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nummer 10-2015-0098671 , die beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 10. Juli 2015 eingereicht wurde, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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Hintergrund
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Warmpresseinrichtung und ein Verfahren zum Warmpressen einer Membran-Elektrodenanordnung (MEA) einschließlich einer Elektrolytmembran, einer Elektrode und einem Sub-Gasket.
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(b) Beschreibung des Standes der Technik
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Es ist bekannt, dass eine Brennstoffzelle Strom durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Eine Brennstoffzelle kann konsistent Elektrizität erzeugen, indem sie mit chemischen Reagenzien von der Umgebung ohne ein separates Befüllungsverfahren versorgt wird.
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Eine Brennstoffzelle kann so gestaltet sein, dass Trennelemente (Trennplatten oder bipolare Platten) an beiden Seiten einer Membran-Elektrodenanordnung (MEA) vorgesehen sind, die zwischen die Trennelemente eingefügt ist.
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Hierbei hat die Membran-Elektrodenanordnung eine Anodenschicht, die auf einer Oberfläche der Elektrolytmembran ausgebildet ist, und eine Kathodenschicht, die auf der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran ausgebildet ist, und die Elektrolytmembran ist zwischen der Anodenschicht und der Kathodenschicht vorgesehen. Ferner hat die Membran-Elektrodenanordnung einen Sub-Gasket, welcher die Anodenschicht und die Kathodenschicht freilässt und welcher mit beiden Kantenabschnitten der Elektrolytmembran verbunden ist.
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Ein automatisiertes System, welches automatisch das gesamte Verfahren von einem Verfahren des Verbindens der Membran-Elektrodenanordnung, welche in der Form einer Rolle ausgebildet ist, zu einem Zusammenpressverfahren implementiert, ist offenbart worden. Insbesondere kann die Membran-Elektrodenanordnung in eine Verbindungspresse eingebracht werden, und das Verbindungspressen verbindet die Elektrolytmembran und die Elektrode bei einer hohen Temperatur und unter einem hohen Druck.
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Währenddessen wird die Membran-Elektrodenanordnung in der Form einer einzelnen langen Rolle einem Warmpressverfahren unterzogen. Jedoch verändert sich ein Abstand zwischen den Membran-Elektrodenanordnungen auf der einzelnen Rolle und demgemäß kann sich die Präzision des Warmpressverfahrens verschlechtern.
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Die obige Information, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart wird, dient nur dazu, das Verständnis des Hintergrundes der Erfindung zu verbessern, und kann daher Informationen enthalten, welche nicht Stand der Technik bilden, der in diesem Land für den Fachmann bekannt ist.
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Zusammenfassung
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Warmpresseinrichtung und ein Warmpressverfahren bereit, die in der Lage sind, präzise ein Warmpressverfahren in einem Zustand durchzuführen, in dem sich ein Abstand zwischen Membran-Elektrodenanordnungen, die auf einer Membran-Elektrodenanordnung-(MEA)-Rolle angeordnet sind, verändert, wodurch die Produzierbarkeit einer Brennstoffzelle verbessert wird.
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Eine als Beispiel dienende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Warmpresseinrichtung bereit, welche eines oder mehrere Objekte presst, die bei einer vorher festgelegten Temperatur zu pressen sind, wobei die Warmpresseinrichtung aufweist: einen Roller, auf den eine Rolle, auf dem die zu pressenden Objekte an vorher, festgelegten Abständen vorgesehen sind, gewickelt ist, heiße Platten, die so vorgesehen sind, dass sie einer Oberfläche der zu pressenden Objekte gegenüberliegen während sie der Rolle entsprechen, die von dem Roller eingebracht wird, Presseinheiten, die so vorgesehen sind, dass sie die heißen Platten auf die zu pressenden Objekte drücken, und eine Abstandsveränderungseinheit, welche die heißen Platten in einer Richtung, in der die Rolle bewegt wird, oder in einer Richtung bewegt, die entgegengesetzt zu einer Richtung ist, in der die Rolle bewegt wird, gemäß einem Abstand zwischen den zu pressenden Objekten.
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Die zu pressenden Objekte können Membran-Elektrodenanordnungen sein und die Rolle kann eine MEA-Rolle sein.
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Die heißen Platten können erste, zweite und dritte heißen Platten aufweisen, die mit vorher festgelegten Abständen in einer Richtung vorgesehen sind, in der die Membran-Elektrodenanordnungen angeordnet sind, und die Abstandsveränderungseinheit kann wenigstens eine unter den ersten, zweiten und dritten heißen Platten nach vorne oder nach hinten bewegen.
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Die Abstandsveränderungseinheit kann die erste heiße Platte bezüglich der zweiten heißen Platte nach vorne oder nach hinten bewegen.
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Die Abstandsveränderungseinheit kann die dritte heiße Platte bezüglich der zweiten heißen Platte nach vorne oder nach hinten bewegen.
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Die zweite heiße Platte kann fest sein, und die ersten und dritten heißen Platten können so vorgesehen sein, dass sie nach vorne oder nach hinten bewegt werden können.
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Die ersten, zweiten und dritten heißen Platten können an oberen und unteren Seiten so vorgesehen sein, dass sie jeweils beiden Oberflächen der Membran-Elektrodenanordnungen entsprechen.
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Die Abstandsveränderungseinheit kann aufweisen: einen Servomotor, eine Schraube, die so vorgesehen ist, dass sie durch den Servomotor gedreht wird, und einen Bewegungsblock, der mit der Schraube verschraubt ist und der so vorgesehen ist, dass er sich in beiden Richtungen entsprechend einer Drehrichtung der Schraube bewegen kann und wobei wenigstens eine der ersten, zweiten und dritten heißen Platten so vorgesehen ist, dass sie in beiden Richtungen zusammen mit dem Bewegungsblock bewegt werden kann.
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Die Warmpresseinrichtung kann ferner aufweisen: eine Abstandserfassungseinheit, welche einen Abstand zwischen den Membran-Elektrodenanordnungen erfasst, die auf der MEA-Rolle vorgesehen sind, und eine Steuerungseinheit, welche die Abstandsveränderungseinheit auf der Grundlage des Abstandes zwischen den Membran-Elektrodenanordnungen steuert, der durch die Abstandserfassungseinheit erfasst wird.
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Die Warmpresseinrichtung kann ferner aufweisen: einen Abwickelroller, welcher gedreht wird, um die aufgewickelte MEA-Rolle in die Warmpresseinrichtung einzubringen, und einen Aufwickelroller, welcher sich dreht, um die MEA-Rolle so zu wickeln, dass er die MEA-Rolle aus der Warmpresseinrichtung herausführt (auf Englisch: „unload”).
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Ein weicher Film kann fest auf eine Oberfläche von wenigstens einer unter den ersten, zweiten und dritten heißen Platten so vorgesehen sein, dass er der Membran-Elektrodenanordnungen gegenüberliegt, und der weiche Film kann einen vorstehenden Abschnitt haben, der so ausgebildet ist, dass er einer Form der Membran-Elektrodenanordnung entspricht.
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Die Presseinheit kann aufweisen: ein Bewegungsgestell, welches so vorgesehen ist, dass es einer Oberfläche der MEA-Rolle gegenüberliegt, und einen Zylinder, der das Bewegungsgestell auf die Membran-Elektrodenanordnungen drückt, und der Bewegungsblock kann verschiebbar mit dem Bewegungsgestell verbunden sein.
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Eine andere als Beispiel dienende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Warmpressverfahren bereit mit: dem Einstellen der Positionen von heißen Platten, welche zu pressende Objekte bei einer vorher festgelegten Temperatur gemäß einem Abstand zwischen den zu pressenden Objekten pressen, das Pressen der heißen Platten auf beide Oberflächen der zu pressenden Objekte unter Verwendung einer vorher festgelegten Kraft und das Trennen der heißen Platten, welche auf die zu pressenden Objekte gepresst wurden.
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Die zu pressenden Objekte können auf einer Rolle mit vorher festgelegten Abständen angeordnet sein und die Rolle kann zwischen die heißen Platten eingebracht (auf Englisch: „loaded”) werden.
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Die zu pressenden Objekte können Membran-Elektrodenanordnungen sein und die Rolle kann eine MEA-Rolle sein.
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Die heißen Platten können erste, zweite und dritte heiße Platten aufweisen, die an vorher festgelegten Abständen in einer Richtung vorgesehen sind, in welcher die Membran-Elektrodenanordnungen angeordnet sind, und beim Einstellen der Positionen der heißen Platten kann wenigstens eine unter den ersten, zweiten und dritten heißen Platten nach vorne oder nach hinten bewegt werden.
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Beim Einstellen der Positionen der heißen Platten kann die zweite heiße Platte fest sein und die ersten und dritten heißen Platten können nach vorne oder nach hinten bewegt werden.
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Bei der als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Positionen der heißen Platten gemäß dem Abstand zwischen den Membran-Elektrodenanordnungen verändert, die auf der MEA-Rolle vorgesehen sind, wodurch die Membran-Elektrodenanordnung unter Verwendung der heißen Platten präziser warmgepresst wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Zeichnungen dienen dazu, dass auf sie zum Beschreiben der als Beispiele dienenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, und die beiliegenden Zeichnungen sollen nicht dahingehend verstanden werden, dass sie den technischen Sinngehalt der vorliegenden Erfindung beschränken.
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1 ist eine Konfigurationsansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von Komponenten eines Brennstoffzellenstapels, die zu der vorliegenden Erfindung gehört.
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2 ist eine partielle Konfigurationsansicht der Vorrichtung zum Herstellen von Komponenten eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine partielle Querschnittsansicht der Vorrichtung zum Herstellen von Komponenten eines Brennstoffzellenstapels gemäß der als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 ist ein Flussdiagramm, das ein Warmpressverfahren gemäß der als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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5 ist eine partielle Querschnittsansicht, die eine Struktur einer Abstandsveränderungseinheit in dem Warmpressverfahren nach der als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen vollständiger beschrieben werden, in denen als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Wie der Fachmann erkennen wird, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene unterschiedliche Arten modifiziert werden, ohne vom Grundgedanken oder vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die hierbei verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens von bestimmten Ausführungsformen und ist nicht als für die Erfindung beschränkend gedacht. Wie hierbei verwendet dienen die Singularformen „ein”, „eine” und „der/die/das” auch dazu, die Pluralformen zu umfassen, sofern der Kontext nicht klar das Gegenteil impliziert. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass die Ausdrücke „aufweist” und/oder „aufweisend”, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der bezeichneten Merkmale, Anzahlen, Schritte, Betätigungen, Elemente und/oder Komponenten bezeichnet, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Anzahlen, Schritten, Betätigungen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen von diesen ausschließt. Im vorliegenden Text bezeichnet der Begriff „und/oder” eine beliebige Kombination von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente. In der gesamten Beschreibung wird, sofern nicht explizit anders beschrieben, der Begriff „aufweist” und Variationen wie zum Beispiel „weist auf” oder „aufweisen” dahingehend verstanden, dass er das Vorhandensein der genannten Elemente, jedoch nicht das Ausschließen von beliebigen anderen Elementen impliziert. Zusätzlich bedeuten die Begriffe „Einheit”, ”-er”, „-or” und „Modul”, die in der Beschreibung beschrieben werden, Einheiten zum Durchführen von wenigstens einer Funktion oder Betätigung und können durch Hardwarekomponenten oder Softwarekomponenten und Kombinationen aus diesen implementiert werden. Ein Teil, der für die Beschreibung nicht relevant ist, wird ausgelassen, um die vorliegende Erfindung klar zu beschreiben, und die gleichen oder ähnlichen Bestandteile werden durch die gleichen Bezugszeichen in der gesamten Beschreibung bezeichnet werden.
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Die Größe und Dicke von jeder Komponente, die in den Zeichnungen dargestellt ist, sind zum Verständnis und zur Einfachheit der Beschreibung beliebig dargestellt, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die Dicken von verschiedenen Abschnitten und Bereichen sind zum klaren Verständnis vergrößert.
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Ferner kann die Kontrolllogik der vorliegenden Erfindung als ein dauerhaftes computerlesbares Medium auf einem computerlesbaren Medium verwirklicht werden, welches ausführbare Programminstruktionen enthält, die durch einen Prozessor, einen Controller oder Ähnliches ausgeführt werden kann. Beispiele von computerlesbaren Medien weisen zum Beispiel ROM, RAM, Compact Disc(CD)-ROMS, Magnetbänder, Disketten, Flashlaufwerke, Smartcards und optische Datenspeichereinrichtungen auf, ohne darauf beschränkt zu sein. Das computerlesbare Medium kann auch in einem netzwerkgekoppelten Computersystemen verteilt sein, sodass das computerlesbaren Medium in einer verteilten Art gespeichert und ausgeführt wird, zum Beispiel durch einen Telematikserver oder ein Controller Area Network (CAN).
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1 ist eine Konfigurationsansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von Komponenten eines Brennstoffzellenstapels gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Unter Bezugnahme auf 1 weist die Vorrichtung zum Herstellen von Komponenten eines Brennstoffzellenstapels einen Abwickelroller 100, eine MEA-Rolle 102, Membran-Elektrodenanordnungen 105, Schutzfilme 115, Schutzfilmroller 110, erste heiße Platten 120, zweite heiße Platten 122, Presseinheiten 130, Zylinder 132, Pressgestelle 140, dritte heiße Platten 124 und einen Aufwickelroller 101 auf.
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Die Membran-Elektrodenanordnungen 105 sind auf der MEA-Rolle 102 vorgesehen, wobei die Abstände zwischen den jeweiligen Membran-Elektrodenanordnungen 105 gleich sein können, oder die jeweiligen Membran-Elektrodenanordnungen 105 können ungleichmäßig mit einem ersten Abstand P1 und einem zweiten Abstand P2 verteilt sein.
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Die MEA-Rolle 102 ist um den Abwickelroller 100 gewickelt, und die MEA-Rolle 102, die um den Abwickelroller 100 gewickelt ist, wird abgewickelt und dann um den Aufwickelroller 101 wieder aufgewickelt.
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Die ersten, zweiten und dritten heißen Platten 120, 122 und 124 sind an oberen und unteren Seiten der MEA-Rolle 102 so vorgesehen, dass sie jeweils einander gegenüberliegen, und die ersten, zweiten und dritten heißen Platten 120, 142 und 124 werden durch die Pressgestelle 140 nach oben und nach unten bewegt, wodurch sie die Membran-Elektrodenanordnungen 105 warmpressen.
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Ferner tritt die MEA-Rolle 102, welche sich von dem Abwickelroller 100 zu dem Aufwickelroller 101 bewegt, durch die ersten heißen Platten 120, die zweiten heißen Platten 122 und die dritten heißen Platten 124 hindurch.
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Die Pressgestelle 140 werden durch die Presseinheiten 130 nach oben und nach unten bewegt, und die Presseinheiten 130 weisen die Zylinder 132 auf, welche die Pressgestelle 140 nach oben und nach unten bewegen. Die Zylinder 132 können durch hydraulischen Druck angetrieben werden.
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Der Schutzfilm 115 wird von dem Schutzfilmroller 110 zu einem Abschnitt zwischen der MEA-Rolle 102 und den ersten, zweiten und dritten heißen Platten 120, 122, 124 eingebracht, die auf der oberen Seite der MEA-Rolle 102 vorgesehen sind, und der Schutzfilm 115 wird von dem Schutzfilmroller 110 zu einem Abschnitt zwischen der MEA-Rolle 102 und den ersten, zweiten und dritten heißen Platten 120, 122 und 124 eingebracht, die auf der unteren Seite der MEA-Rolle 102 vorgesehen sind.
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2 ist eine partielle Konfigurationsansicht der Vorrichtung zum Herstellen von Komponenten eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Unter Bezugnahme auf 2 sind die ersten heißen Platten 120, die zweiten heißen Platten 122 und die dritten heißen Platten 124 jeweils an den oberen und unteren Seiten vorgesehen, die MEA-Rolle 102 tritt zwischen den ersten, zweiten und dritten heißen Platten 120, 122 und 124 hindurch und die ersten, zweiten und dritten heißen Platten 120, 122, 124 sind auf den Pressgestellen 140 vorgesehen, um jeweils die Membran-Elektrodenanordnungen 105 warmzupressen.
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In der als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die zweiten heißen Platten 122, die zwischen den ersten und dritten heißen Platten 120 und 124 vorgesehen sind, an den Pressgestellen 140 befestigt, und die ersten und dritten heißen Platten 120, 124 sind so vorgesehen, dass sie um einen vorher festgelegten Abstand in einer Bewegungsrichtung der MEA-Rolle 102 beweglich sind.
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Erste Servomotoren 200 für einen variablen Abstand können einen Abstand von den zweiten heißen Platten 122 durch Ziehen oder Drücken der ersten heißen Platten 120 einstellen, und zweite Servomotoren 205 für einen variablen Abstand können einen Abstand von den zweiten heißen Platten 122 durch Ziehen und Drücken der dritten heißen Platten 124 einstellen.
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Daher können, selbst wenn die Membran-Elektrodenanordnungen 105 auf der MEA-Rolle 102 mit ungleichmäßigen Abständen angeordnet sind, die Positionen der ersten und dritten heißen Platten 120 und 124 bezüglich der dritten heißen Platten 122 verändert werden, wodurch ein Warmpressverfahren präziser durchgeführt wird.
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3 ist eine partielle Querschnittsansicht der Vorrichtung zum Herstellen der Komponenten eines Brennstoffzellenstapels gemäß der als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Unter Bezugnahme auf 3 weist die Vorrichtung zum Herstellen der Komponenten der Brennstoffzellenstapels erste heiße Platten 120, weiche Filme 300, vorstehende Abschnitte 305 und eine Membran-Elektrodenanordnungen 105 auf, und die Membran-Elektrodenanordnungen 105 weist eine Elektrolytmembran 320, Elektroden 330 und Sub-Gaskets 310 auf.
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Der Schutzfilm 115 ist auf einer Oberfläche von jeder der ersten heißen Platten 120 befestigt, sodass er der Membran-Elektrodenanordnung 105 gegenüberliegt, und die vorstehenden Abschnitte 315 auf dem Schutzfilm 115 sind so ausgebildet, dass sie der Form der Membran-Elektrodenanordnung 105 entsprechen.
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Daher werden die ersten heißen Platten 120 so warmgepresst, dass die vorstehenden Abschnitte 105 in Nuten der Membran-Elektrodenanordnungen 105 eingeführt werden, was die Präzision des Warmpressverfahrens verbessert.
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Insbesondere ist es in der als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, auch wenn die Membran-Elektrodenanordnungen 105 auf der MEA-Rolle 102 mit ungleichmäßigen Abständen angeordnet sind, möglich, das Warmpressverfahren präziser durchzuführen, indem die Positionen der ersten und dritten heißen Platten 120 und 124 bezüglich der zweiten heißen Platten 122 verändert werden.
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4 ist ein Flussdiagramm, welches ein Warmpressverfahren nach der als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 4 sind im Schritt S400 die Membran-Elektrodenanordnungen 105 zwischen den ersten, zweiten und dritten heißen Platten 120, 122 und 124 jeweils vorgesehen, indem die MEA-Rolle 102 von dem Abwickelroller 100 zu dem Aufwickelroller 101 bewegt wird, und im Schritt S410 werden Abstände (Intervalle) zwischen den Membran-Elektrodenanordnungen 105, die auf der MEA-Rolle 102 angeordnet sind, erfasst.
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Anschließend werden die Abstände zwischen den ersten und dritten heißen Platten 120 und 124 so eingestellt, dass sie den Abständen zwischen den Membran-Elektrodenanordnungen 105 entsprechen, die in dem Schritt S420 erfasst worden sind, und im Schritt S430 wird das Warmpressverfahren ausgeführt unter Verwendung der ersten, zweiten und dritten heißen Platten 120, 122 und 124.
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Anschließend werden im Schritt S440 die ersten, zweiten und dritten heißen Platten 120, 122, 124 von den Membran-Elektrodenanordnungen 105 getrennt, und im Schritt S450 wird die MEA-Rolle 102 von den ersten, zweiten und dritten heißen Platten 120, 122 und 124 entfernt.
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5 ist eine partielle Querschnittsansicht, die eine Struktur einer Abstandsveränderungseinheit in dem Warmpressverfahren nach der als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 5 weist die Abstandsveränderungseinheit einen Bewegungsblock 507, der verschiebbar auf dem Pressgestell 140 unter Verwendung eines Kleidelements verschiebbar vorgesehen ist, und die erste heiße Platte 120 auf, die an dem Bewegungsblock 507 so befestigt ist, dass sie zusammen mit dem Bewegungsblock 507 bewegt wird.
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Eine Schraube 505 ist so vorgesehen, dass sie den Bewegungsblock 507 durchdringt, und der Bewegungsblock 507 ist auf dem Pressgestell 140 so vorgesehen, dass er durch eine Drehung der Schraube 505 hin- und herbewegt wird.
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Ein Ende der Schraube 505 ist mit dem ersten Servomotor 200 für einen variablen Abstand verbunden, und der erste Servomotor 200 für einen variablen Abstand ist mit dem Pressgestell 140 unter Verwendung eines festen Blocks 500 befestigt.
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Eine Steuerungseinheit 550 empfängt ein Abstandsignal von der Abstandserfassungseinheit 555, die einen Abstand zwischen den Membran-Elektrodenanordnungen 105 erfasst, und aufgrund des Abstandsignals wird der erste Servomotor 200 für einen variablen Abstand betätigt, um die Position der ersten heißen Platte 120 einzustellen.
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In der als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Abstandserfassungseinheit 555 Sensoren aufweisen, welche die Positionen der Membran-Elektrodenanordnungen 105 jeweils erfassen.
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Obwohl diese Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was gegenwärtig als praktische, als Beispiel dienende Ausführungsformen angesehen wird, ist zu berücksichtigen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil dazu gedacht ist, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die in dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der beigefügten Ansprüche enthalten sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2015-0098671 [0001]